CN1656376A - 无机纤维细度的测定设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是一种适用于提供纤维的《纤维细度》值而采用的无机纤维细度指数测定设备(1)，所述的设备(1)包括纤维细度指数的测定器件(8)，所述的纤维细度指数的测定器件(8)一方面配置了至少一个与适用于装试样的测定室(2)相连的第一孔(3)，该试样由多根纤维组成，另一方面配置了与所述试样两侧压差测定器件(5)相连的第二孔(6)，所述的压差测定器件(5)用于与产生流体流的器件(10)相连，其特征在于纤维细度指数的测定器件(8)包括至少一个通过所述室(2)的测定流体体积的流量计。

Description

无机纤维细度的测定设备

本发明涉及一种无机纤维细度的测定设备，这些纤维特别地用于工业生产玻璃棉，这种玻璃棉例如应当加到隔热和/或隔音产品组合物中。本发明还涉及无机纤维细度的测定方法以及这种设备用于测定超细纤维的细度。

更确切地，本发明的目的在于可以测定它们的《纤维细度》值(F)。

在这个技术领域中人们知道测定《纤维细度》用于表征细度指数，当一定量的纤维无任何粘合剂时，由比表面积随气动压力降的测定值的变化而计算的这个指数受到一定气体压力-一般而言空气或氮气的影响。

在天然纤维(特别是棉纤维)的生产中单位通常要进行这种测定，这种测定要按照DIN 53941，ASTM，1994，D 4604-86、D 4605-86或EN 29053标准进行标准化，这种测定使用所谓的《纤维细度测定设备》的设备。

此外，应注意试样质量一般是约10g，按照最通常采用的建议，棉纤维试样质量可以达到50g。

基于这些教导，已研制并广泛使用的一种纤维细度测定设备，它使用以《纤维细度》值分度的无机纤维细度指数测定器件时，平均纤维直径的可靠的测定值基本上为3-9μm，并且在这个平均直径范围内。这个平均直径是用200根纤维根据显微镜(×1000)测定的柱状图计算得到的。

在不断寻求改善总热交换系数和/或降低同样热容量产品的密度时，这些生产者越来越多地生产平均直径不断降低的，常常是2-3μm，甚至低得多的纤维(在本说明书下面部分称之超细纤维)。

然而，在生产超细纤维的这些范围内，上述的《纤维细度》测定是不可能的。

不过，生产这些超细纤维需要一种测定仪器，这种仪器准实时跟踪生产过程，以便人们能够快速干预不正常运行的过程。

为了达到合理化，人们设想坚持传统的纤维细度测定设备的原理，已证明这种设备对于直径大于3μm的无机纤维是有效的，本技术领域的技术人员也意识到这种设备的这些优点(易于操作、非常简单、可靠、运行快速、经济等)。

基于这个观察结果，还知道这种纤维细度测定设备不能用于测定超细纤维，于是本发明提出为了适用于提供超细纤维(其平均直径小于3μm)的纤维细度值而采用的一种纤维细度测定设备。

人们知道一种为了提供其平均直径显著大于3μm的无机纤维的纤维细度值而采用的纤维细度指数测定设备，该设备包括细度指数测定器件，所述的细度指数测定器件一方面配置了至少一个与适用于装试样的测定室相连的第一孔，该试样由多根纤维组成，另一方面配置了与所述试样两侧压差测定器件相连的第二孔，所述压差测定器件用于与产生流体流的器件相连。

为此目的，根据本发明，一种测定上述这种纤维细度指数的设备，其特征在于纤维细度指数测定器件包括至少一个流过所述室的测定气体体积的流量计。

借助这些配置，使用传统的纤维细度指数测定设备，无须改变其校正和操作条件(加入该室的纤维量、压差值等)便可快速地得到超细纤维的纤维细度值。

在本发明的优选实施方式中，还可以任选地采用一个和/或另一个下述配置方式：

-测定体积流量计由以l/mn分度的测定体积流量计组成；

-其中一个孔包括一个校正的构件。

根据本发明的另一个方面，本发明也涉及使用如上所述的无机纤维细度测定设备测定纤维细度的方法，其特征在于：

-用纤维试样装满测定室，以这样一种方式确定该试样质量，即使该试样占据所述测定室的整个体积，因此在试样中不会有任何优选的气体流动；

-在用盖关闭所述室后，调节试样上游与下游之间的压差值；

-将所述的测定设备与产生流体流的器件连接起来；以及

-采用体积流量计测定进行测定。

在本发明的优选实施方式中，还可以任选地采用一个和/或另一个下述配置方式：

-用纤维试样装满测定室的整个体积，其中纤维试样的质量等于至少5g，优选地是5-10g，甚至更优选地等于5g；

-施加压差，其中压差值是约254mmHg。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及上述测定设备应用于测定超细绝缘纤维(平均直径小于3μm)的细度指数，特别玻璃棉的细度指数，尤其是采用内离心法得到的纤维的细度指数。

下面通过对以非限制性实施例和附图方式给出的实施方式的描述将使本发明的其它特点和优点变得显而易见。

在附图中：

-图1是本发明的“纤维细度”测定设备示意图；以及

-图2给出了不同密度纤维的导热性系数值随以l/min表示的纤维细度值的变化。

在各个图中，同样的标号表示相同的或类似的元件。

图1表示本发明的纤维细度测定设备。这种设备1包括测定室2，它优选地是圆筒形的。采用这种室2是为了盛装希望测定其细度的纤维试样。

这种设备还包括纤维细度指数测定器件8。

这个纤维细度指数测定器件8有至少一个第一孔3，该孔通过第一管4与测定室2连接，该室2可用于盛装由多根纤维组成的试样。

这个同一纤维细度指数测定器件8还有第二孔6，该孔通过第二管7与所述试样两侧压差测定器件5连接。这个压差测定器件5例如由压力调节器构成，其压力值可以是固定的，并将其值保持在254mmHg不变。

在传统的“纤维细度”设备(即表示其平均直径为3-9μm的纤维的“纤维细度”值所采用的设备)中，纤维细度指数测定器件8由圆横截面的透明圆筒形管构成，其中可移动指示器(“浮沉子”类的)可以自转，这个管是以“纤维细度”值分度的。

使用第三管9可将压差测定器件5与产生恒定气流的器件10连接起来，这种气体可以是通常的空气或氮气。不管使用怎样的气流源，这种设备应能精确地调节流速，也应能控制测定室下部气流的稳定性。

流体流动源应该以这样的流速输送流体，以致达到的速度对于测定的流体流动阻力与速度无关时是足够低的。

作为实例，该流动源应该能达到低至0.5×10^-3m/s的流体流动速度。

作为一个变通方案，图1中显示的“纤维细度”测定设备包括在孔6处的校正喷嘴。在标准的温度与压力条件(T＝20℃；P＝101325Pa)下校正“纤维细度”测定设备时，确定了这个校正构件，特别是喷嘴孔的直径。

测定纤维细度指数(或纤维细度值)的测定原理是基于气态流体在层流条件下流过多孔的、均匀的和各向同性的介质(在这种情况下，是希望测定其平均直径的纤维试样)时，测定这种多孔介质的渗透性。

这种测定原理由Darcy定律规定：

$v=\frac{Q}{S}=\frac{K}{\mathrm{\μ}}\×\frac{\mathrm{\ΔP}}{e}---\left(1\right)$

V：流体速度(以m/s表示)

Q：流体的流量(以m³/s表示)

S：由该流体垂直流过的试样的截面积(以m²表示)

ΔP：通过试样的压差(以N/m²表示)

e：试样厚度(以m表示)

μ：流体的动态粘度(以N/m.s表示)

K：渗透性(以m²表示)。

Kozeny和Carman进行的研究表明，可以用下述方式来表示系数K：

$K=\frac{1}{j}\×\frac{{\mathrm{\ϵ}}^3}{{(1-\mathrm{\ϵ})}^2}\×\frac{1}{{\left(\mathrm{Sv}\right)}^2}---\left(2\right)$

式中：

K：渗透性

j：结构因子

ε：

Sv：比表面积

M：试样质量

ρ：试样密度。

将方程式(1)和(2)合并，并且让下述参数(密度、孔隙度、结构因子、加入试样量)保持不变，根据下述关系式，流体流量Q与比表面积的平方根成反比变化：

$Q=$ $\frac{1}{{\left(\mathrm{Sv}\right)}^2}$

本发明“纤维细度”测定设备的操作方式如下。

使用现有技术的纤维细度测定设备(即提供平均直径基本上是3-9μm的纤维的“纤维细度”值的设备)，在用参比纤维试样相对于参比设备校正这个设备后，于是得到图2的曲线，该测定室装满至少5g希望测定细度的纤维(这些纤维是原始的纤维，即不含有任何粘合剂的纤维)。

应该指出，加入测定室的纤维量很关键。注意到，当纤维量少于5g(例如3g)，特别地当这些纤维为超细纤维时，这些纤维没有装满测定室的整个体积，于是在该室内产生了优选的流动区域，这样会异乎寻常地影响测定。因此，曾观察到这些测定结果不能再现(结果的变化在50％以上)。

实际上，使用不同量的纤维进行了多个实验，于是确定了获得令人满意的再现性测定结果的最佳量是至少5g纤维。

测定室2装满5g原始纤维，采用精度高的设备测定纤维质量(事实上纤维质量是5.00±0.01g)，在拉制纤维工具之后与涂布粘合剂之前就用铲取这个质量的纤维样。

测定室2是圆筒形室，它的特征性尺寸如下：内径：25.4mm，高：25.4mm，室的开口用盖13关闭。

下一步是调节在纤维试样上游与下游之间的静态压差；按照设想，这个压差设定在254mmHg。

将本发明的纤维细度测定设备与产生气流的器件相连，使用体积流量计指示器进行测定。

图2绘出了生产各种纤维的结果，它们相应于三个充分确定的产品范围，其中每个产品范围可用其导热性系数值(λ)，使用本发明目的设备得到的各种纤维细度值的导热性变化进行表征，

因此，确定如下：

-用于轻缠绕产品的密度为MV10-11kg/m³的纤维(或IBR)，

-用于致密压延制品或轻型面板或隔板的密度为15-16kg/m³的纤维

-最后，用于致密面板的密度为22-23kg/m³的纤维。

作为提示，可以注意到在如此得到的纤维细度值与试样纤维平均直径之间有一种相应的关系。一般而言，约12l/min的纤维细度值相应于平均直径2.5-3μm，约13.5l/min的纤维细度值基本上相应于平均直径3-3.5μm，最后18l/min相应于约4-4.5μm。还应提到，在这三个产品范围内，对于平均直径为2.5-3μm的产品，这个纤维细度值(采用通常方法得到的)是不可能的，对于平均直径3-3.5μm的产品，纤维细度值约是2.7l/min，最后4-4.5μm为3l/min。

当然，作为希望表征平均直径的纤维范围的函数，为了希望生产的任何纤维都达到同样的测定单位(l/min)，可以采用细度测定器件(测定体积的流量计范围)。

因此，对于更细的纤维(平均直径约1μm，甚至更低)，采用本发明的目的设备都可以得到可再现的可靠值，即约1l/min。

Claims (8)

1、适用于提供纤维的《纤维细度》值而采用的无机纤维细度指数测定设备(1)，所述的设备(1)包括纤维细度指数的测定器件(8)，所述的纤维细度指数的测定器件(8)一方面配置了至少一个与用于装试样的测定室(2)相连的第一孔(3)，该试样由多根纤维组成，另一方面配置了与所述试样两侧压差测定器件(5)相连的第二孔(6)，所述压差测定器件(5)用于与产生流体流的器件(10)相连，其特征在于纤维细度指数的测定器件(8)包括至少一个通过所述室(2)的测定流体体积的流量计。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于测定流体体积的流量计是以l/min分度的。

3、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述的孔(6)包括校正的构件(12)。

4、根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于可根据希望表征平均直径的纤维范围调节纤维细度指数测定器件(8)。

5、采用权利要求1-4中任意一项权利要求所述的设备测定纤维细度的方法，其特征在于：

-用纤维试样装满测定室(2)，以这样一种方式确定该试样质量，即让该试样占据所述测定室(2)的整个体积，因此在试样中不会有任何优选的气体流动；

-用盖(13)关闭所述室后，调节试样上游与下游之间的压差值；

-把所述的测定设备与产生流体流的器件连接起来；

-采用测定体积的流量计进行测定。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于用纤维试样装满整个测定室(2)的体积，纤维试样的质量等于5g，优选地为5-10g，更优选地等于5g。

7、根据权利要求5或6中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于施加的压差值基本上在254mmHg左右。

8、根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的设备或根据权利要求5-7中任意一项权利要求所述的方法在测定绝缘细纤维的细度指数，特别是玻璃棉的细度指数，尤其是采用内离心法得到的细纤维的细度指数中的应用。

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