CN1050710A - 用可控玻璃纤维供料器生产玻璃纤维网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对使用可控往复纤维束供料器生产 连续纤维网的方法的改进。具体地说，本发明涉及在 生产具有更均匀密度的连续玻璃纤维束网中的改进， 该改进是通过电子控制往复速度和向移动的传送带 的表面上投放纤维束的速度，同时还减小由供料器引 起的振动。更具体地说，本发明涉及对两种连续玻璃 供料器网的生产方法的改进，其中一种具有均匀的机 械性能，而另一种具有取决于方向的机械性能。

Description

本发明涉及生产纤维材料网方法的改进。具体地说，本发明涉及一种使用往复式纤维束供料器生产连续纤维网的方法，其中同时独立地控制其往复速度和所说的纤维束从供料器投放到移动的传送带上的速度，以便形成具有均匀密度和厚度的纤维网。更具体地说，本发明涉及使用本文将叙述的往复式装置生产改进的连续玻璃纤维网的方法。

在现有技术中，玻璃纤维已被用于生产用作增强材料的各种玻璃纤维网。这种制网的基本原理已众所周知，并详细地叙述于由K.L  Lowenstein编写的于1973年由Elsevier  Publishing  Company出版的题为“连续玻璃纤维制造技术”一书的第234～251页中。生产连续玻璃纤维网的典型方法还叙述于U.S.Patent  Nos.3，883，333（Ackley）和4，158，557（Drummond）中。

典型地，用这些方法生产的网为了使其具有足够的机械完整性，需要将其缝制，在缝制操作中，使用快速往复的刺针使构成所说网的各玻璃纤维束相互牵连，由此得到一个可以进行后续处理和加工的网。典型使用的缝制操作叙述于U.S.Patent  Nos.3，713，962（Ackley），4，277，531（Picone）和4，404，717（Neubauer，et  al）中。还可以向这种网的表面上沉积一层树脂并使该树脂硬化或熔化以使纤维粘结在一起来赋予其机械完整性。

玻璃纤维网的一个特殊用途是用于树脂类或聚合物类材料的增强。玻璃纤维网的存在改善了未增强材料的强度。通常，将所说的纤维网和熔融树脂加工在一起形成热固或热塑性层压板。热塑性层压板特别适用于飞机、船舶和汽车工业中，因为它们可以再加热成半熔融状态，然后模压成各种形状（例如，门，防护板，挡板等）的板料。但是，最重要的是用于制造这种层压板的玻璃纤维网的厚度和纤维密度（以每平方英寸盎司测量）要尽可能地均匀。如果将非均匀网用于增强目的，由此生产的增强产品的强度可能有很大的变化，因为由于缺少玻璃纤维增强某些区域可能较弱，而其它区域可能较强。更重要的是要保证该玻璃增强材料在压制操作期间在所说的热塑性层压板内自由流动或移动，以便在最终产品中产生均匀的强度性能。

在用上述专利的方法生产连续纤维网中，将许多纤维供料器配置于运动带或传送带之上。所说的传送带典型的是可弯曲的不锈钢链。使所说的纤维束供料器相互平行地在所说的传送带上前后往复运动，其方向一般横跨移动的传送带的宽度方向。将多根玻璃纤维单丝形成的纤维束从一个适当的供源通入供料器，所说的适当供源是例如许多装在一个支撑架，一般为粗纱架上的事先绕有纤维束的绕线管。每个供料装置提供使纤维束从供源中引出所需的拉力，并使其投放在移动的传送带的表面上。在一个典型的生产方案中，同时使用多达12～16个这样的纤维束供料器，以便生产出具有尽可能均匀密度分布的网。

在现有技术中还已知上述供料器可以作为拉细机使直接来自形成玻璃纤维的喷丝坩埚的玻璃纤维拉细并且最后将由此直接形成的纤维束投放在一个传送带上。上述方法叙述于上述Lowenstein的书的第248～251页，并且还说明于U.S.Patent  Nos.3，883，333（Ackley）和4，158，557（Drummond）中。

一个简单的往复运动机械的例子是安装在一个导轨上的供料器，该供料器被一个能够改变方向的电动机驱动进行前后往复移动。这类结构的设备在机械寿命上有其固有的局限性。首先，这种供料器相当重，通常为30～50磅。当这样重的装置往复运动于所说的传送带的宽度的方向上时，由于对于每个反向必须以某种方式克服或吸收的运动的供料器的动量和冲力，限制了其往复运动的速度。这种供料器在传送带的宽度方向上往复运动速度的限制也可能限制了网的生产速度。第二，所说供料器的这种定速往复运动会引起振动的产生，并且这会导致对供料器机械结构的很大的磨损，并且最终导致其机械损坏坏。

在U.S.Patent  No.3，915，681（Ackley）中，通过使用一个往复运动系统，其中使供料器沿着一个导轨前后往复运动，减少了通常与改变供料器运动方向相联系的振动。该供料器通过一个由马达驱动的连续链带动前进。将所说的链固定到供料器上一个延伸件即销钉嵌入该供料器架上的铣槽内。设置该铣槽使其长度平行于所述链的运动方向，并且具有基本大于所说销钉直径的长度。由此通过所链的连续运动使该供料器往复运动，这是由于当该供料器一个方向运动时，所说的销钉通过压所说槽的周边而产生了使供料器前进所需的力。当该供料器改变其运动方向时，所说的销钉滑动直到它与所说槽的相反周边相接触，在此点该供料器的运动方向发生了改变。当该供料器接近其往复运动行程的终点时，它与一个减震器接触，该减震器使其减速并且吸收由于动量改变而产生的冲击。后来，作为对这种基本设计的改进，用气体活塞代替这些减震器部件，并且用一种能贮存吸收能量的蓄能器帮助该供料器反向加速（参见U.S  Patent  No.4，340，406（Neubuner，et  al.））。

尽管这种设计成功地减小一些由于供料器的往复运动引起的振动，但是所说的销钉和铣槽的配置引入了附加的机械零件，它们会损坏并且会影响所说网的生产过程。另外，所说的减震器和气体活塞为本质上不能精准地和可重复地加速或减速的机械装置。

现有技术中所述的该系统的第二个问题是所生产的网的不稳定性。在所说供料器的加速/减速循环中，较多的玻璃纤维趋向于积累在靠近每次往复行程终端的传送带的表面上，由此形成的网的边缘附近较厚些，而中部较薄些。

在网边缘处玻璃纤维堆积的原因是每次所说的供料器改变其运动方向时，它在发生减速/加速循环的网的那些部分，即其边缘处局部停留时间比其它任何地方更长些。只要该供料器在整个往复循环期间的以恒速供出玻璃纤维束的话，所形成的网的边缘处的厚度就会大于其中间部位的厚度。

为了生产出具有更均匀密度的成品网，通常有必要当该网离开传送带时，对其进行调整。由于调整浪费了材料，而明显地降低了该方法的效率。

因此，尽管现有技术具有一些优点，但是还需作如下改进：（1）在该供料器装置的往复循环期间更迅速地改变其运动方向，（2）使由于该供料器的迅速往复运动所引起的振动变得最小，以及（3）更好地控制网的均匀性和密度。

现在从上述现有技术存在的问题可以清楚了解到，需要提供一种满足上述要求的改进的网的生产方法。

本发明公开了使用可控往复式纤维供料器生产连续纤维网的方法的改进。具体地说，本发明利用适合于独立地控制往复运动速度和纤维束从供料器投放到运动的传送带上的速度的常规往复式纤维供料器，由此形成具有更均匀密度和厚度的网。更具体地说，本发明涉及两种连续的玻璃纤维网生产方法的改进，其中一种具有均匀的机械性能，而另一个具有取决于方向的机械性能。

使用往复式纤维束供料器生产纤维束的网已众所周知，但是，所用设备的典型结构存在着对其机械寿命的固有限制。首先，该供料器的往复速度受到了限制，原因在于对于每次方向的改变必须以某种方式克服或吸收其动量和冲力。第二，该供料器的这种恒速运动会引起振动，并且这会导致对供料器机械的很大磨损，并且最终可能导致机械损坏。

第二问题是使用常规方法生产的网的一致性，在往复式供料器的减速/加速循环中，较多的纤维趋向于积累于每次往复行程终端附近的传送带的表面上，由此形成的网的边缘较厚，而其中间部位较薄些。

为了生产出具有更均匀密度的成品网，当该网离开所说的传送带时，通常需要对其进行调整。如果使该供料器更快地往返运动以避免在形成的网的边缘处厚度的积累，这样由于往复循环造成的振动就会变得更严重。

因此，本发明的目的在于使该供料器装置的迅速往复运动引起的机械振动最小，并且更好地控制网的密度和网表面横向上厚度的均匀性。

上述目的是通过以下方法实现的，即使用能够产生足以克服往复运动的供料器造成的动量的电子控制无刷步进电机，以使该供料器迅速平稳地改变其运动方向。还提供了一个与逻辑程序控制器和变频器联合使用的变速电动机，以便调节纤维束由该供料器投放到移动的传送带上的速度。

图1  为常规的玻璃纤维制造工艺的总图，其中示出了喷丝坩埚、敷料器和绕线机。

图2  为一个喷丝坩埚的透视图，它与一个风扇冷却器和喷丝孔相连，从该槽中拉出纤维。

图3  为用于生产缝制连续的纤维束网的典型生产线的透视图。

图4  从截面4-4观察到的图3的网生产线前端的透视图，还详细地示出了用于控制往复式供料器的各种零件。

图5  为往复式供料器，固定式偏转器和被堆积在移动的传送带上的纤维束的正视图。

图6  以方框图的形式示出了用于控制每个往复式供料器的加速/减速的电路。

图7  以方框图的形式示出了用于控制纤维束从每个往复式供料器投放到移动传送带上的速度的电路。

图8  为沿图3的截面8-8取下的典型网生产线的前面正视图，进一步说明了与每个往复式供料器相连的各零件的位置。

图9  为一个典型的网生产线的侧视图，其中该生产线用来生产将一个随意取向的纤维网层缝到一个均一取向平行纤维层上而构成的网。

参照附图，图1和图2说明了用于生产玻璃纤维的常规连续直接拉制法，其中将熔融玻璃供入喷丝坩埚（1）的顶部，并且从许多小孔或喷嘴（2）排出形成单个的玻璃锥体或玻璃流，然后被冷却和拉细。将上述玻璃锥体或玻璃流拉成细纤维的拉力可以由适当驱动的旋转绕线机（3）或往复运动的皮带拉细机来提供，其中的皮带拉细机将该玻璃夹住并使其落到一个所要求的表面上，如连续式传送带，如在U.S.Patent  Nos.3，883，333（Ackley）和4，158，557（Drummond）中所公开的。

单个玻璃纤维或玻璃丝（4）（以下简称“纤维”），它们一旦充分冷却便基本固化，使它们与辊筒敷料器（5）相接触，该敷料器在它们上涂敷一种液态精整组合物（Sizing  composition）。这种精整组合物有助于赋于各个玻璃纤维以润滑性，并且通常含有一种粘合剂。这种精整组合物和粘合剂的化学特性是使它们与该玻璃纤维的最终用途相适应的。当要用该纤维来增强树脂例如一种热塑性树脂时，所说的粘合剂和/或精整组合物通常还应包括热塑性树脂。另一方面，当待增强的树脂为热固性树脂时，所说的粘合剂和/或精整组合物通常还应包括该热固性树脂。还可以使用例如聚酯、聚亚胺酯、环氧树脂、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯之类的树脂。

典型地用连续玻璃纤维网增强的两种树脂为聚丙烯树脂和绵纶树脂。用于聚丙烯树脂增强的玻璃纤维的优选粘合剂/精整组合物体系公开于U.S.Patent  No.3，814，592（Mc  Williams，et  al.）中。

然后将纤维（4）合并成单一或多个纤维束（6），方法是使许多根纤维（4）通过一个合并滑轨（7）。该合并滑轨（7）典型的是一个具有小槽的石墨园柱或园盘，其中园周上的槽的数目等于从一个喷丝坩埚生产的纤维形成的纤维束的数目。然后将纤维束（6）绕过一个旋转的螺旋管（8）并缠绕在一个绕线管（9）上，该绕线管由适当驱动的绕线器（3）转动。该绕线管（3）可以使绕线管（9），螺旋管（8）或两者沿其转动轴前后往复运动，以使绕过螺旋管（8）的纤维束（6）沿绕线管（9）长度方向缠绕。在相邻的两排小孔（2）之间安插冷却扇（10），其中每个扇的一端与一个总管路（11）相接，该管中泵入冷却液体，例如水。配置冷却扇（10）的目的在于吸收从各个玻璃锥体放出的辐射热量，并使其传入总管路（11）中，在此该热量被所说的冷却液体带走。该冷却扇还可以除去一些由孔板（12）辐射出的热量。

图3示出了一个传送带（13），它是一个环状多孔带，优选的是不锈钢链，连续地由相隔一定距离的主动滚筒（14）驱动。在工业应用中，使用高达12英尺/分钟或更高的链速。纤维束（6）通过许多纤维束供料器（15）向下落到所说传送带的表面上。虽然只有五个这样的纤维束供料器示于附图中，但这只是用于说明，实际所用的数目可以更多或更少。也可以使用超过所示数目的供料器，事实上，申请人已成功地使用多达16个这样的纤维束供料器向传送带（13）上投放纤维束。

如图3所示，每个供料器（15）往复运动于传送带（13）的预定宽度之上，直到所说的传送带完全被纤维束覆盖。各个纤维束（6）可以从许多事先绕有纤维束的绕线管引出或以U.S.Patent  Nos.3，883，333（Ackley）和4，158，557（Drummond）中叙述的方式从玻璃纤维喷丝坩埚中引出。

通过向移动的传送带（13）上投放连续的纤维束（6）层形成了疏松的网（16）。然后所说的传送带以箭头所示的方向通过烘干炉（17）之后进入一个缝织机（18）中。

在现有技术中，从每个供料装置（15）中直接向移动的传送带上投放纤维束（6）。虽然这种技术确实生产出了可以接受的网，但是后来发现如此投放的纤维束经常趋向于呈现优选取向。为了克服这一缺点，使用与每个供料装置牢固连接的偏转板，采用这样一种方式使所说的纤维束碰撞在所述的偏转板上并被随意偏移落到传送带上。这样生产的网具有更均匀的强度，见U.S.Patent  No.4，345，927（Picone）。之后开发了另一种类型的牢固连接的偏转板（如在U.S.Patent  No.4，615，717中所述的）以使所述的纤维束分成许多纤维组，它们将被偏转并且以细长椭园环的形式落在传送带的表面上。

图中所示的与制网装置的架相连的可调节的固定偏转器（19）是对现有技术的改进，它同时还降低了由移动的供料器（15）所产生的动量。

为从纤维束中除去任何过量的湿度，使所形成的网连续通过一个烘干炉（17）。该炉（17）与一个管路（20）相连，并有一个加热通过其中的气体的加热器（未示出）。使加热的气体，最好是加热到70°F～140°F的空气，通过该炉（17）的外罩（21），该外罩完全覆盖了传送带（13）的宽度，并且沿传送带的方向延伸一段足够的距离以产生足够的滞留时间以使网的湿度降低到可接受程度，一般为1～0.5%。

从烘干炉（17）出来之后，通常将得到的疏松的网（16）从传送带（13）的表面传送到缝织机（18）中。通过对该网产生拉力的主动滚筒（22）使其前进通过所说缝织机。该缝织机具有一个针板（23），该针板上固定有许多刺针（24），它们典型地相互平行地排列成排。该缝织机（18）带有一个钻孔模板（25），使得所说的针（24）可以迅速往复通过其中。还带有一个底板（26），该底板也带有许多适当尺寸的孔，以使得往复运动的针能够通过，当所说的网（16）通过缝织机（18）时，被支承在该底板上。还带有一个地盘（27）以接收任何破断的玻璃纤维。如图中的箭头所示，针板（23）上下往复运动，以推动所说的针部分地穿透所说的疏松网（16），钻孔模板（25）和底板（26），由此使得形成所说网的疏松玻璃纤维束相互牵连。

如图4所示，将各纤维束（6）导入许多陶瓷小孔（未示出）以便使它们进入每个供料器（15）它们从该供料器被向下投放并堆积在移动的链式传送带（13）的表面上单个供料器（15）可供给许多纤维束。纤维束的准确数目将由传送带（13）的速度，处于操作状态的供料器数目，和所要求的成品网的密度或厚度来确定。

在本发明的优选实施方案中，使用安装在所说传送带上的可调节的固定偏转板（19），其安装方式是从每个供料器投放出的纤维束碰撞到它们的表面上，然后落向移动的传送带的表面上，在此所说的纤维束呈现随机取向。

借助于链条（28）使供料器（15）横跨所说的传送带（13）进行前后往复运动，其中的链条（28）由一个与可逆电机（30），最好是如下所述的刻度或无刷步进电机相连的皮带（29）所驱动。当每个供料器（15）跨过移动的传送带（13）往复运动时，它在轨道（31）内行驶。典型地，所说的供料器横跨传送带宽度的往复运动速度在约75～200英尺/分钟范围内，该供料器的往复运动方向一般垂直于传送带（13）的运动方向。纤维束（6）从每个供料器（15）投放出的速度典型地在约1000～5000英尺/分钟范围内。

图5为纤维供料器的详图。由事先绕有纤维束的绕线管提供的纤维束（6）由陶瓷小孔（32）引导出，使其沿可弯曲皮带（33）的外表面前进。该皮带（33）的准确宽度可以变化以适应于待由供料器推进的纤维束的数目。使皮带（33）和纤维束（6）绕过转动的园筒状毂环（34），该毂环由变速电机（35）驱动。在优选实施方案中，这种电机为三相A、C、感应电机。

当所说的纤维束（6）在皮带（33）的外表面上绕过主动园筒状毂盘（34）时，借助于皮带内表面与毂盘（34）之间产生的摩擦使该皮带继续前进。皮带和纤维束（6）从毂盘（34）前进到一个圆柱形保持架（36）上，该保持架是自由转动的滚珠轴承（未示出）。保持架（36）还具有许多销钉或棒（37），它们从保持架（36）的表面伸出并沿其长度方向绕轴运动。纤维束（6）接触这些棒，由此被夹在它们与皮带（33）的外表面之间。这产生了使来自各个绕线管（9）待提供于供料器（15）的纤维束（6）前进所需的牵引力。由于纤维束（6）只在棒（37）处与保持架（36）接触，而不是沿整个连续表面接触，所以纤维束（6）不会以当其为连续表面时的相同粘性粘附到棒（37）上。这有助于防止会导致工艺过程中断的所谓纤维束缠绕。由于使纤维束（6）在皮带（33）的外表面和传送棒（37）之间传送。同时该皮带从其内表面被园筒状毂盘（34）驱动，所以大大地延长了皮带两表面的使用寿命。

在所说的供料器操作中，使用可逆刻度或无刷步进电机（30）以使所说的供料器（15）如图4所示横跨所说传送带的宽度方向前后往复运动。可弯曲的主动皮带或链条（29）使电机（30）的输出轴与第一旋转皮带轮（38）相连，该皮带轮的周围环绕第二可弯曲链条，或者最好是钢绞合线（28）。该绞合线的长度基本是所说的传送带宽度的两倍。如图5所示该绞合线（28）的一端被牢固地连接在供料器（39a）的架的一侧。然后将该绞合线在所说主动皮带轮（38）上环绕一圈或两圈后，使其跨过传送带的宽度，再绕过第二个自由转动的惰轮（40），在此将该绞合线的另一端连接到所说的供料器（39b）的架的另一侧。由此，当借助于无刷步进电机（30）使如图4所示的主动轮（38）顺时针方向转动时，所说的供料器将向左运动。如果步进电机改变其转动方向，使主动轮（38）沿逆时针方向转动时，该供料器向右运动。

用于使供料器往复运动的电步进电机（30）必须能够产生足以克服由运动着的供料器（15）所造成的动量的转矩以便迅速地改变其方向。所说的绞合线或链条（28）还必须能够经受住由供料器装置的转向所造成的应力。

在本发明的优选实施方案中使用了无刷刻度或步进电机，例如由Superior  Electric  Company  of  Bristorl，Connecticut生产的型号为112-FJ326的电机，但是，也可以用任何能够产生足以克服由运动的供料装置产生的动量的转矩的步进电机代替。

不同于常规的A.C.或D.C.电动机，使用刻度或步进电机有许多优点。其中步进电机不含有电刷，该电刷必须周期性拆除和清洗;与常规电机相比较，它还具有较大速度，更快的加速/减速速率，更好的功率与重量比和更大的可靠性。

无刷步进或刻度电机与A.C.电机的不相同之处在于在其定子线圈中产生一个运动磁场，同时将一个永久磁铁用作转子。当使所说的定子线圈顺序通电产生旋转磁场时，所说的转子转动并且试图跟上该磁场。使用一个控制器通过使一个线圈断电而使另一个线圈通电来转换定子磁场。这是由一个放大的断续D.C.电流或脉冲，也可以称为刻度指令来完成的，将所说的刻度指令通入所说步进电机的适当的线圈中，以通过固定量诱导其转子转动。所说的各个刻度指令或脉冲是由一个振荡电路产生的。在该优选实施方案中所用的电机的情况下，每个脉冲使所说的转子前进1.8°，由此200个这样的脉冲将使该转子转一圈。由于本发明之中所用的皮带、皮带轮等的特殊尺寸，该步进电机的每一转使所说的供料器沿所说的传送带的宽度方向前进约2英寸。通过首先决定待生产的网的所需宽度，和知道所说步进电机每转将使所说的供料器沿其轨道往复运动的进程，以及使所说的转子转一圈所需的刻度指令数，通过决定为使电机使供料器前进一定距离必须传给该电机的刻度指令总数，就可以控制供料器的运动。例如，如果要求生产6英尺宽的网，并已知电动机每转可以使该供料器沿传送带的宽度方向前进2英寸，那么就需要从所说的振荡电路向所说的步进电机发送7200个刻度指令，以使该供料器行程6英尺。

步进电机的另一特别重要的特性为它们的迅速加速和减速性能。例如，在该优选实施方案中所用的电机可以在约370毫秒内从105转加速到3000转。该电机的这种短的加速时间和高转矩输出是本发明成功的主要原因之一，因为它可以迅速平稳地改变每个运动供料器（15）的运动方向，而不会产生过大的冲击，振动，或也不依靠例如像减震器或包括活塞之类的机械装置。

用于控制所说的步进电机的电路以方框图的形式示于图6中，使用一个EPTAK700程序控制器（41）来确定使所说的供料器横跨传送带的宽度表面前进给定距离所需的脉冲数。该EPTAK700为Eagle  Signal  Corporation生产的一种逻辑程序控制器。将该供料器必须在一个假设的中心线的左右经往复运动的实际距离通过许多个指轮转换器（thumb  wheel  switches）输入EPTAK中，该转换器将上述信息转换成二-十进制码（BCD）的形式。该EPTAK内部计算出使所说的供料器以上述相同方式前后行进所需的刻度指令或脉冲的总数。然后将这种BCD信息借助于一个数字信息转移通路（43）提供于一个刻度指令组件（indexer  module）（42），在该刻度指令组件中的内振荡器产生适当数目的刻度指令以使所说的步进电机（30）以顺时针或逆时针方向转动。在该优选实施方案中，该刻度指令组件还能够改变所说的刻度指令的频率或重复率，以使该供料器在每次往复循环的终端附近被加速或减速。在本发明中，所用的刻度指令组件为Superior  Electric  Company  of  Bristol，Connecticnt制造的型号为PIM153的Slo-Syn  preset  Indexer  Module。但是，也可以使用用于控制器步进电机转动的任何类似的市售装置。

使由刻度指令组件中的内部振荡器产生的刻度指令或脉冲放大以增大已加在所说步进电机的定子线圈上的电压。在该优选实施方案中，所用的在该技术领域中也称为转换器的放大器为一个Slo-Syn  TM600  U转换器（44），它也是由Superior  Electric  Company生产的。但是由于本发明中的所用的刻度指令组件和放大器的实际物理距离，还使用一个隔离器（45）使所说的脉冲信号与任何外来的杂音隔绝，并使所说的刻度指令组件的输出阻抗减小为零。在本发明中是使用一个隔离器集成电路块（例如由Motorola生产的SN75451  BP）来实现上述目的，但是用任何类似的装置来代替也可以达到相同的结果。

将一个电磁接近开关或传感器（46）安在所说的传送带上方横跨其宽度表面的每个供料轨道（31）的中间。每次所说的供料器（15）通过所说的接近传感器，使其闭合，将一个信号传送给所说的EPTAK控制器（41），该信号被转译成该供料器已完成了往复循环的一半的意思。在工业应用中，使多达12个供料器协调工作，以便生产具有均匀密度分布的网，可以给所说的控制器拟定程序以识别来自与每个供料器相连的中心线传感器的预定信号序列。由所说的控制器（41）所检测的信号序列会与拟定的信号序列不一致，这时该控制器将认为它是供料器（15）中的一个是不正常的，并对其进行校正。例如，给所说的控制器拟定程序使其期待来自供料器1，3和2（以此顺序）的一定的穿过信号序列，但是它只接收到了来自供料器1和2的信号这时该控制器（41）就会认为在收到来自供料器2的穿过信号的地方应收到来自供料器3的信号，这就意味着存在着潜在的问题，例如一个停止的电机或卡住的供料器，引起收到的信号序列不同于所期望的。然后，所说的控制器就会指示位于更低位置的额外的供料器启动，以便补偿由于供料器3的故障而没有落放的纤维束量。在工业应用中，将多达12个供料器与多达4个补偿供料器同时使用。

为了保证在同时使用许多供料器时的正确启动顺序，对每个供料器在轨道（31）的一侧安装一个限制开关（47），该限制开关（47）的目的在于通过向所说的EPTAK控制器（41）发出一个信号来表明每个供料器（15）的回复位置，一旦该控制器认为所说的供料器位于由每个回复限制开关（47）的状态所表示的它们的回复位置时，该控制器（41）将使刻度指令组件（42）指令每个供料器在其开始自动转向前，进入适当的启动位置，然后该控制器（41）将在适当的时间发出指令使每个供料器独立地开始往复运动于所说的传送带的宽度上。最好使所说的供料器以这样的顺序启动和定时，使得从直接相邻的供料器投放出的纤维束不相互覆盖。

还使用三个其它的电磁接近传感器来表明每个供料器在横跨传送带往复运动期间的相对位置。使用这些传感器来控制从所说的供源通过供料器向所说的传送带上投放纤维束（6）的速率。将两个传感器（49和50）放在所说网边缘附近的轨道的相对端处，而将其第三个传感器（51）放在传送带（13）的中心线附近。为了避免所说的网边缘附近的纤维束密度不均匀，这些接近传感器的使用使供料器电机（35）减速，由此降低了纤维束的投放速率。这种投放速度的自动降低是借助于第二逻辑程序控制器（52）和A.C.交频器（53）完成的。通过图7可以更清楚地理解这种安排的详情，图7示出了框图式电路。

当接着来自中心传感器（51）的“断-通-断”信号序列是来自任一侧传感器（49或50）的“断-通-断”信号时，逻辑程序控制器（52）（以下称为“PLC”）向所说的变频器发给一个输出信号以降低到数字计算可调的预定频率。这降低了供料器电机（35）的供料速率，所说的电机（35）为常规的480伏交流三相诱导电机。当紧接来自侧传感器之一的“断-通-断”信号时，所说的PLC使所说的变频器返回到其更高的原始数字计算预定频率下操作。当该信号紧接着是来自中心传感器（51）的“断-通-断”信号时，所说的PLC当接收到来自其它侧传感器的“断-通-断”信号时，重新自身调整通过降低变频器的频率使供料速率再次减小。在所说的供料器装置横跨所说的传送带每次往复运动中重复这种控制逻辑。在本发明中，使用Allen-Bradley  SLC-100逻辑程序控制器来控制所说的变频器，并且根据如上所述的逻辑顺序完成适当的转换功能。所说的PLC为一种使用常规转换-阶梯语言（relay-ladder  language）的可编程序装置。所用的变频器为Allen-Bradley  1333-AAB变频器，它能在7.6V/Hz的速率下在0.5～70Hz的频率范围内驱动一个一马力、480V的三相交流诱导电动机。

以下详细说明利用本发明生产两种不同类型的玻璃纤维网。

实施例1

在生产具有均匀机械性能的缝制的连续玻璃纤维网的本发明的典型应用中，如图8所示通过许多往复式纤维束供料器将玻璃纤维束投放在所说的传送带上。用粗纱架将纤维绕线轮（9）固定。使多个纤维束（6）通过陶瓷导线孔（55），再通过导向轮（56）。然后使纤维束（6）引到纤维束供料器（15）上。在离开粗纱架（54）到进入供料器（15）之间，所说的纤维束可以用水或某些其它的液体抗静电剂润湿以减少静电积累。典型地，所说的纤维束应具有约5～15%（重量）的湿含量。这有助于减小纤维束断裂和环绕皮带驱动的供料器时自身缠绕的倾向。一般来说，由放置几个月的极其干燥的绕线管提供纤维束时，建议使用例如Triton  X-100之类的抗静电剂，该抗静电剂为非离子辛基苯氧基聚乙氧基乙醇表面活性剂。

使用烘干炉（17）来蒸发掉任何过量的湿度。然后使从该炉中出来的网通过缝织机（18），在此所说的纤维束被缝在一起以便使纤维束相互牵连，赋予其足以经受住成品网的后续加工和处理的机械完整性。

在生产所说的纤维束网中，随机投放的“T”纤维束提供于T11.5绕线管，其中每纤维束含有约400根纤维，每磅含有约1150码的纤维束。（这种牌号的使用是众所公知的，并表明每根玻璃纤维的直径为90-95微米。）

还利用以约12英寸/分钟的均匀速度运动的传送带表面和固定偏转板（19）。

使所说的供料器以约160～165英寸/分钟的平均速度，在约90英寸的距离上每6秒钟前后往复运动一次。在所说的供料器上的诱导电机（35）使提供于所说的绕线管的连续纤维束以1250～1300英寸/分钟，最好是约1270英尺/分钟的速度投放。将用于断路每个变频器的终端接近传感器（49和50）固定于所说的轨道上的90英寸往复行程的起点后约9英寸和其终点前约9英寸的处。切断变频器使提供给所说的供料器电机（35）的频率和电压下降以使所说的玻璃纤维束的供给速度降低80%到250～260英尺/分钟，最好约254英尺/分钟。

使用总数12往复式供料器，但只有两个装有变速诱导电机（35），这是由于发现这些供料器足以补偿其它的供料器以获得基本均匀厚度的网。为了生产出密度以约3盎司/平方英寸的网，向每个供料器提供6股T11.5纤维束，以使约玻璃纤维束以1348磅/小时的速率投放在所说的传送带的表面上。为生产出具有约2盎司/平方英寸的密度的网，提供4股纤维，以使得玻璃纤维仅以905磅/小时投放在所说的传送带上。

使用加热到约105°F，覆盖约20英尺长传送带的烘干炉（17）蒸发掉所形成的疏松网中的过量湿度。然后将所说的网以约16英尺/分钟的速度送入缝织机（18）中。缝织机（18）具有约114针/英寸的线性针密度。使所说的针往复运动，产生约140穿透/平方英寸的穿透率，穿透深度约0.45英寸。

实施例2

已发现在某些应用中要求生产具有各向异性或单向性材料性能的网。具有方向性机械性能（例如抗拉强度）的网可以用来增强层，该增强层用于胎环，汽车挡板或任何要求一个方向具有增强的抗拉强度的结构生产中。

在生产具有这种方向性机械性能的网中，将以纤维束形式的几千根纤维投放在移动的传送带（13）上，沿着传送带运动方向拉引使其相互基本平行放置。如图9所示，所说的纤维束（6）可以从位于传送带前方由粗纱架（57）固定的各个绕线管提供。使纤维束（6）通过许多固定在粗纱架（57）上的陶瓷孔（58），再使其通过眼板（59），该眼板也位于传送带（13）的前方。然后使所说的纤维束拉过所说的眼板和位于所说传送带前方的摺状精密可调的梳板（60）的齿。使用该梳板提供每英寸所说网的宽度以均匀的纤维束数量，还可以根据所要生产的特殊网调节提供不同的线性纤维束密度。

从一些其它的来源，例如图8所示的玻璃纤维喷丝坩埚或各绕线管（9）向每个往复式供料器提供另外的纤维束（6）。当这些纤维束由所说的供料器向所说的传送带表面上投放时，在所说的第一层纤维束上积累，所说的第一层纤维束沿传送带的方向运动并且倾向于保持基本平行取向。优选的是由往复式供料器（15）投放的纤维束在其落在传送带表面之前撞在固定的偏传板（19）的表面上。这就产生了一种具有随机取向的连续纤维束顶层和基本平行纤维束底层的疏松弹起的网。然后可以这些疏松弹起层通过如实施例1中所述的烘干炉（17）以除去任何过量的湿度。然后使从该炉中出来的网通过缝织机（18），在此使所说的上层和下层缝织在一起，以便使纤维束牵连，并赋予其足以经受住成品网的后续加工和处理的机械完整性。

这种网可能具有任何地方约40～60%的排好的平行纤维束和任何地方约60～40%的随机投放的连续纤维束的重量。在所说的玻璃纤维束网的生产中，该网的约55%（重量）为排好的平行纤维束，而剩余的95%（重量）是由如上所述的变速供料器（15）随机投放的。所说的平行纤维束从直接控制的T2.50粗纱绕线管提供，其中每束约1600“T”纤维。（这种牌号的使用已众所周知，并且表明每根玻璃纤维的直径为90～95微米，每一磅这种粗纤维约250码的纤维束。）调节所说的梳板（60）以向约100英寸宽的传送带表面任何处的每英寸上约7～8根纤维束。所说的随机投放的纤维束也是由T11.5绕线管提供的“T”纤维，其中每纤维束约400根纤维，约1150码的纤维束为一磅。

还使用以约12英尺/分钟均匀速度运动的传送带和固定偏转板（19）。

使所说的供料器以约160～165英尺/分钟的平均速度在约90英寸的距离上每6秒钟前后往返一次。供料器上的诱导电机（35）使由所说的绕线管提供的连续纤维束以1250～1300英尺/分钟，优选是约1270英尺/分钟钟速度投放。将用于切断每个变频器的终端接近传感器（49和50）固定在所说的轨道上的90英寸往复行程的起点之后约9英寸处和其终点之前约9英寸处。切断所说的变频器使提供供料器电机（35）的频率和电压降低，以使所说的纤维束供给速度降低80%到250～260英尺/分钟，最好约254英尺/分钟。

总共使用12个往复式供料器，但只有两个装有变速诱导电机（35），因为发现这些供料器足以向其它供料器提供补偿，生产出基本均匀厚度的网。为了生产密度为约3盎司/平方英尺的网，向每个供料器提供3股T11.5纤维束，以使得向所说的传送带的表面上投放约607磅/小时的玻璃纤维束。

使用覆盖所说的的传送带约20英尺长度的加热到约105F的烘干炉（17）蒸发掉所形成的疏松网的过量湿度。然后将所说的网以约12.1英尺/分钟的速度送入缝织机（18）中。该缝织机（18）具有约114针/英寸的线性针密度。使所说的针往复运动产生约140穿透/平方英寸的穿透密度，穿透深度约0.45英寸。

从这里所述的缝制网切下的试验样品，通过使其密度从7%降低到4%或更低具有约3～4%的网密度变化系数的改进。

尽管，为了赋予所说的疏松网结构以机械完整性，上述实施例依靠纤维束的缝制，但是，本领域中的常规作法是向所说的网上沉积粉状树脂颗粒，然后将其加热以便使所说的纤维束与树脂粘结在一起，而不是依靠由缝制产生的机械粘结。为了使连续的玻璃纤维束网充满，通常在所说的网进入所说的烘干炉和加热到足以熔化所说树脂的温度之前，通过借助于一个槽或一个搅拌器（在本领域中公知的），将树脂粉末直接撒在所说的网上足以沉积所说的树脂。然后借助于冷轧辊（也是本领域公知的）将所说的网和树脂固化。特别适合于这种应用的树脂，例如有ICI-USA生产的ATLAC-300。可以设想用于控制纤维束供料器的上述方法还可以用于生产具有类似的降低密度和厚度变化的树脂粘结网。

虽然在所说公开的内容和上述实施例中所述的网均由玻璃纤维束制成，但是并不想把本发明的方法限制于此。例如，在此所述的同样方法也可以用于生产任何其它天然的或合成的纤维以及玻璃纤维网。由尼龙、聚酯等构成的纤维束也可以相互替代或相互混合，以及与玻璃纤维替代或混合使用。

另外，虽然叙述了一定的具体电子部件的使用，但它们并不限于此，因为这都是市售装置，也可以用其它类似装置替代达到基本相同的结果，例如，用于检测所说的运动供料器和切断变频器的电磁接近传感器也可以用磁接近传感器、光电传感器、电光传感器和机械限制开关来代替。控制电机速度的变频器的使用也可不限于控制三相诱导电机，因为也可以使用任何能够根据变频器改变其速度的两相或三相电机。

因此，虽然本发明是通过一定的具体实施方案和设备叙述的，并说明了在一定的产品生产中的应用，但是并不构成对本发明的任何限制，本发明的范围描述于权利要求中。

Claims (35)

1、通过使许多纤维束供料器在横跨移动的传送带表面上往复运动生产连续纤维束网的方法，其中所说的纤维束供料器将纤维束从供源投放到所说的传送带表面上，对该方法的改进包括：电子控制在每一往复行程的端部使每个所说的纤维束供料器减速和加速的速率，由此使得由每个所说的纤维束供料器的变向所引起的振动和机械应力最小。

2、如权利要求1所述的方法，其中每个所说的纤维束供料器的减速或加速是通过电子控制使每个所说的纤维束供料器横跨所说的移动传送带表面上前往复运动的刻度电机来完成的。

3、如权利要求2所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

4、如权利要求2所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合并至少一个连续的玻璃纤维束。

5、通过使许多纤维束供料器在横跨移动的传送带表面上往复运动生产连续纤维束网的方法，其中所说的纤维束供料器将纤维束从供源投放到所说的传送带表面上，对该方法的改进包括：检测每个所说的纤维束供料器对其横跨所说的移动着的传送带宽度上所处的相对位置;和根据每个所说的纤维束供料器横跨所说纤维束供料器宽度方向的相对位置来改变向所说的传送带表面上投放纤维束的速度，以便形成具有基本均匀密度和厚度的网。

6、如权利要求5所述的方法，其中从每个纤维束供料器向所说的传送带的表面上投放纤维束速度的改变是通过根据所说的供料器和传感器的相互瞬间并置检测由传感器发出的信号，从而改变提供于转动的电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动并使纤维束以不同的速度从每个所说的供料器中放出。

7、如权利要求6所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

8、如权利要求6所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

9、如权利要求2所述的方法，进一步包括以下改进：检测每个所说的纤维束供料器对其横跨所说的移动着的传送带宽度上所处的相对位置;和根据每个所说的纤维束供料器横跨所说纤维束供料器宽度方向的相对位置来改变向所说的传送带表面上投放纤维束的速度，以便形成具有基本均匀密度和厚度的网。

10、如权利要求9所述的方法，其中从每个纤维束供料器向所说的传送带的表面上投放纤维束速度的改变是通过根据所说的供料器和传感器的相互瞬间并置检测由传感器发出的信号，从而改变提供于转动的电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动并使纤维束以不同的速率从每个所说的供料器中放出。

11、如权利要求10所述的方法，进一步包括下列步骤：缝制所说的网以使所说的纤维束相互牵连，由此形成具有改进的机械性能均匀性和经受住后续加工和处理的足够强度的纤维网。

12、如权利要求11所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

13、如权利要求11所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

14、如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：将一种粉末状树脂撒在所说的网上;加热所说的网和树脂以使所说的树脂熔化并使各纤维束相互粘结，由此形成一种具有改进的机械性能均匀性和经受住后续加工和处理的足够强度的网。

15、如权利要求14所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

16、如权利要求14所述的方法，其中所说的纤维束为纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的烤融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合并至少一个连续的玻璃纤维束。

17、生产连续纤维束网的方法，它包括通过将来自第一供源的排列好的纤维束第一层放到一个移动的传送带的表面上，沿着与所说的传送带的相同运动方向拉所说的纤维束，使许多纤维束供料器横跨所说的移动传送带和第一纤维束层的表面前后往复运动，每个所说的供料器使来自第二供源的纤维束引出，并使其堆积在所说的排好的第一纤维束层和传送带的表面上，然后将第一层和第二层纤维束缝在一起以使它们相互牵连形成具有各向异性的机械性能和足以经受后续加工和处理的完整性的纤维束网，其改进包括：电子控制在每一往复行程的端部使每个所说的纤维束供料器减速和加速的速率，由此使得由每个所说的纤维束供料器的变向所引起的振动和机械应力最小。

18、如权利要求17所述的方法，进一步包括以下改进：检测每个所说的供料器对其横跨所说的传送带宽度方向上所处的相对位置，根据每个所说的供料器横跨所说传送带的相对位置改变从第二供源向所说的第一层排好纤维束和传送带的表面上投放纤维束的速率以便形成具有基本均匀密度和厚度的网。

19、如权利要求18所述的方法，其中每个所说的纤维束供料器的减速和加速是通过电子控制使每个所说的供料器横跨所说的第一层排好纤维束的表面和所说的传送带表面前后往复运动的刻度电机来实现的。

20、如权利要求19所述的方法，其中从所说的第二供源向所说的第一层排好纤维束的表面和所说的传送带表面上投放纤维束的速率的改变是通过根据所说的供料器和传感器相互瞬间并置检测由传感器放出的信号，由此改变提供于转动电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动，并且使纤维束以不同的速度从每个所说的供料器中引出。

21、如权利要求20所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

22、如权利要求20所述的方法，其中所说的纤维束第二供源为一个玻璃纤喷丝坩埚，该喷丝坩埚流出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

23、如权利要求5所述的方法，其中从每个纤维束供料器向所说的传送带的表面上投放纤维束速度的改变是通过根据所说的供料器与所说的传感器瞬间并置检测由许多传感器发出的信号序列;由此改变提供于转动的电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动，并使纤维束从每个所说的的供料器中以不同的速率投放出来。

24、如权利要求23所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

25、如权利要求23所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

26、如权利要求9所述的方法，其中从每个纤维束供料器向所说的传送带的表面上投放纤维束速度的改变是通过根据所说的供料器与所说的传感器瞬间并置检测由许多传感器发出的信号序列;由此改变提供于转动的电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动，并使纤维束从每个所说的的供料器中以不同的速率投放出来。

27、如权利要求26所述的方法，进一步包括下列步骤：缝制所说的网以使所说的纤维束相互牵连，由此形成具有改进的机械性能均匀性和经受住后续加工和处理的足够强度的纤维网。

28、如权利要求27所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

29、如权利要求27所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

30、如权利要求26所述的方法，进一步包括以下步骤：将一种粉末状树脂撒在所说的网上;加热所说的网和树脂以使所说的树脂熔化并使各纤维束相互粘结，由此形成一种具有改进的机械性能均匀性和经受住后续加工和处理的足够强度的网。

31、如权利要求30所述的方法，其中所说的纤维束为玻璃纤维束。

32、如权利要求30所述的方法，其中所说的纤维束供源为一个喷丝坩埚，该喷丝坩埚喷出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

33、如权利要求19所述的方法，其中从所说的第二供源向第一排好的纤维束和传送带的表面上投放纤维束的速率的改变是通过根据每个所说的纤维束供料器与所说的传感器瞬间并置检测由许多传感器发出的信号序列;处理从所说的传感器发出的信号序列，由此改变提供于转动的电机的频率和电压，从而使所说的电机以不同的速度转动，并且使纤维束从不同的速率从每个所说的供料器中投放出来。

34、如权利要求33所述的方法，其中所说的纤维束第二供源为一个玻璃纤喷丝坩埚，该喷丝坩埚流出许多独立的熔融玻璃流，然后该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

35、如权利要求33所述的方法，其中所说的纤维束第二供源为一个玻璃纤维丝坩埚，该喷丝坩埚流出许多独立的熔融玻璃流，然后，该玻璃流被冷却并合成至少一个连续的玻璃纤维束。

Images