CN206955902U - 一种可将玻璃棒拉加热制成玻璃丝的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可将玻璃棒拉加热制成玻璃丝的装置，所制备的玻璃丝可满足玻璃软化点、退火点及应变点温度测量使用。它是将玻璃棒固定在夹棒装置上，通过柔性细线与送棒装置相联，送棒装置速度可调，将玻璃棒送入由智能控温仪表控制的加热炉内，可调速的牵引机构上安装石墨制的主动轮与张紧轮，将玻璃棒加热拉伸制成玻璃丝，确保玻璃丝圆度和均匀性。

Description

一种可将玻璃棒拉加热制成玻璃丝的装置

技术领域

本实用新型涉及一种将玻璃棒加热拉制成玻璃丝的装置，所制备的玻璃丝可满足玻璃软化点、退火点及应变点温度测量使用。

背景技术

玻璃是一种非晶态材料，在受热过程中其性能表现出连续渐变特性，随着温度升高玻璃粘度逐步下降，其物质状态从刚性体转变成塑性体，进而呈现液体流动特性。

玻璃热成型是从玻璃熔体流动状态快速冷却定型为固体状态，在玻璃熔体的冷却过程中，导致玻璃内部质点偏移平衡位置，产生显著的热应力，必须对玻璃材料进行退火处理来消除热应力，因此玻璃材料的应变点温度和退火点温度对于玻璃生产至关重要。

总之，玻璃黏度对玻璃制造和加工过程起着决定性作用，在玻璃加工制造过程中，因此必须严格参照玻璃的温度-黏度特性曲线，才能保障玻璃的生产制造质量，尤其对于光学玻璃、电子玻璃的应力消除成为关键。

玻璃黏度测量一般在高温区采用同轴旋转测量法(ASTM C-965 MeasuringViscosity of Glass Above the Softening Point；ISO 7884-2 Determination ofviscosity by rotation viscometers)，可测量10^1-5dPa·s黏度范围；在中温区采用纤维深长法(ASTM C336采用纤维伸长法的玻璃软化点和应变点的试验方法；ASTM C338玻璃软化点的试验方法)，可测量10^7.6、10¹³、10^14.5dPa·s黏度所对应的温度。

目前，测量玻璃软化点、退火点及应变点黏度(简称三点黏度)的玻璃试样，要求制备成直径0.65±0.10mm,长度235mm(软化点测量所要求的长度)和305mm(退火点及应变点测量要求长度)，或者满足一些特殊仪器，长度将达470mm，上述玻璃丝直径偏差要求小于0.02mm,因此对玻璃丝的圆度和长度方向的均匀性提出较高要求，如果玻璃丝制作不符合尺寸要求，将对玻璃三点黏度所对应的温度测量产生较大偏差，严重影响测量结果准确性，进而影响玻璃加工制备和热应力消除。

现在，在工矿企业、科研院所和检测机构中，玻璃三点黏度测量用玻璃丝制备普遍采用手工拉制成形，操作人员左右手各持一把平头或尖头金属镊子，选取一块尺寸适中的玻璃颗粒/棒/片，质量大约3-10克，使用其中一只镊子将其夹持起来，使用酒精喷灯或其他加热火枪将玻璃颗粒/棒/片在火焰上加热，保证加热均匀待其软化后成球，另外一把镊子夹持软化玻璃的一端，然后双手缓慢向外侧移动，控制移动速度，确保所拉制玻璃丝相对均匀，将拉制的玻璃丝冷却后，截取长度500mm左右，将其放置在一起，重复上述拉丝工作，直至玻璃丝拉制结束，一次获取20-30根左右，甚至更多，然后使用数字游标卡尺对玻璃丝直径、圆度、长度方向均匀性进行评估，符合尺寸规格要求方可用于玻璃三点黏度测量使用，因玻璃丝拉制受操作者的经验、熟练程度、加热源等因素干扰，一般良品率小于20％，经常会出现玻璃丝圆度不好，玻璃丝断面呈现扁形和椭圆，玻璃丝上下两端呈现大小头情况(俗称圆锥丝)，如果使用这些不合格的玻璃丝测量玻璃软化点、退火点及应变点温度，测量偏差高达20-30℃，大于国内外标准所规定的±(3～5)℃要求。

发明内容

为了解决人工(手工)拉丝法所拉制玻璃丝圆度不好，粗细不均匀，不能达到玻璃软化点、退火点及应变点温度测量对玻璃丝的均匀性要求。本实用新型提出一种可将玻璃棒拉加热制成玻璃丝方法与装置，满足玻璃三点黏度测量使用。该方法与装置采用机械自动拉制方式制备玻璃丝，玻璃丝不仅圆度好，粗细均匀，而且一次可制备大批规格一致玻璃丝。

1.一种可将玻璃棒加热拉制成玻璃丝的装置，其特征在于，夹棒装置下端用于夹持固定玻璃棒，夹棒装置上端与柔性线相联，柔性线绕过定滑轮固定在棘轮机构上，棘轮机构依靠送棒调速电机提供动力实现转动；热电偶用于测量加热炉炉膛内温度，控温箱上的智能控温仪表控制加热炉温度，加热炉的下方设置有牵引调速电机，牵引调速电机带动主动轮转动，张紧轮将玻璃丝压紧在主动轮上。

2.应用所述装置的方法，其特征在于：控温箱上的智能控温仪表控制加热炉升温到设定温度，玻璃棒加热拉制形成玻璃丝后，被牵引出加热炉；牵引调速电机带动主动轮转动，张紧轮将玻璃丝压紧在主动轮上，主动轮带动张紧轮一起转动，将玻璃丝向下方牵引；当完成一根玻璃棒拉丝时，更换玻璃棒时反向转动棘轮将夹棒装置提起，达到一定高度，将残余玻璃棒更换掉，然后换上一根待用玻璃棒，棘轮机构正向转动由电机驱动，将玻璃棒送入加热炉内。

3.进一步，玻璃拉丝的牵引速度为1～2m/min为，玻璃适宜的拉丝温度所对应粘度范围为10^4.7～10^5.0dPa.s。

4.进一步，送棒速度调节精度需达到0.01m/min，拉丝温度调节精度达到1℃。

本实用新型针对背景技术关于玻璃丝人工(手工)制备所出现的问题，本实用新型是基于玻璃黏度渐变特性，采用玻璃棒再热拉伸方式实现玻璃丝制备，首先要求原始玻璃试样采用直径6-10mm玻璃棒为佳，其直径偏差小于0.10mm。采用一台智能控温的加热炉加热，加热炉为管状加热形式，炉管直径20-80mm，垂直放置在距离地面1.5-3m位置。夹棒装置末端夹持垂玻璃棒送入加热炉，将玻璃棒处于加热炉中心位置，加热炉升温到到玻璃软化点温度以上，智能控温仪表可方便快捷地调节加热炉炉膛温度。可调节夹棒装置的速度，缓慢将玻璃棒自上而下送入加热炉炉膛内，送棒调速电机装有棘轮机构，在更换玻璃棒时可快速将玻璃棒提起。同样能够调速的牵引装置将玻璃丝牵引下拉，将玻璃棒拉成玻璃细丝。

玻璃自动拉丝过程，关键影响要素包括玻璃丝牵引速度、送棒速度以及加热炉温度(俗称拉丝温度)。本方法需要配合人工来截取合适长度的玻璃丝，并辅助进行玻璃丝直径、圆度测量与检查，因此玻璃拉丝的牵引速度不能过快，以1～2m/min为宜。送棒速度过快会使拉出的玻璃丝直径变大，反之则玻璃丝的直径变小，当送棒速度和玻璃丝牵引速度匹配时，则满足送入加热炉的玻璃体积与出炉的玻璃体积相同，拉丝速度与送棒速度和玻璃丝截面积与玻璃棒截面积成反比，依据适宜的拉丝牵引速度可以推导计算出适宜的送棒速度。在适宜的拉丝牵引速度、送棒速度条件下，不同的拉丝温度会对玻璃丝产生一定影响，拉丝温度过高会造成拉制的玻璃丝直径变细，拉丝温度过低会造成拉制的玻璃丝直径变粗，而且玻璃丝会变弯曲，这些都会影响拉制的玻璃丝质量。造成玻璃丝质量影响主要原因在于玻璃粘度变化，因为玻璃粘度与拉丝温度之间关系为非线性变化规律，在玻璃温度-粘度曲线上，随着温度升高，玻璃的粘度逐渐减小。经过对不同种类玻璃的多次试验，发现每种玻璃适宜的拉丝温度所对应粘度范围为10^4.7～10^5.0dPa.s。

拉丝的关键要素需要适宜的范围内，小范围调节拉丝牵引速度、送棒速度和拉丝温度，才能能够得到符合要求的玻璃丝。这就要求拉丝装置能够精确地调整拉丝牵引速度、送棒速度和拉丝温度，并且三者的控制装置对该要素的控制要稳定，不能出现较大的波动，拉丝牵引速度、送棒速度调节精度需达到0.01m/min，拉丝温度调节精度达到1℃，否则就会出现玻璃丝的直径忽大忽小，增大长度方向上的直径偏差。

本实用新型的有益效果是，能够制备圆度好，粗细均匀一致的玻璃丝，玻璃丝直径范围0.30-3.00mm,直径偏差小于0.02mm，最佳玻璃丝直径范围0.50-0.80mm,直径偏差小于0.01mm

附图说明

图1装置系统图

下面结合附图对本实用新型进一步说明

1.送棒调速电机；2.棘轮机构；3.柔性细线；4.定滑轮；5.夹棒装置；6.玻璃棒；7.热电偶；8.加热炉；9.控温箱；10.牵引调速电机；11.主动轮；12张紧轮；13.玻璃丝

具体实施方式

见图1所示，夹棒装置5下端用于夹持固定玻璃棒6，夹棒装置5上端与柔性细线3相联，柔性细线3绕过定滑轮4固定在棘轮机构2上，棘轮机构2依靠送棒调速电机1提供动力实现转动。热电偶7用于测量加热炉8炉膛内温度，控温箱9上的智能控温仪表控制加热炉8升温到设定温度。牵引调速电机10带动主动轮11转动，张紧轮12将玻璃丝13压紧在主动轮11上，主动轮11带动张紧轮12一起转动，将玻璃丝13向下方牵引。

牵引调速电机10带动主动轮11转动，张紧轮12将玻璃丝13压紧在主动轮11上，主动轮11带动张紧轮12一起转动，将玻璃丝13向下方牵引。控温箱9上的智能控温仪表控制加热炉8升温到设定温度。

玻璃拉丝的牵引速度为1～2m/min为，玻璃适宜的拉丝温度所对应粘度范围为10^4.7～10^5.0dPa.s。

送棒速度调节精度需达到0.01m/min，拉丝温度调节精度达到1℃，

本实用新型的玻璃丝拉制过程中，为满足玻璃丝的直径调整到符合要求的尺寸范围内，送棒装置和牵引装置的速度设计成可调方式，本实用新型方法和装置中采用的电机均为调速电机。送棒机构、牵引机构的线速度与玻璃棒、玻璃丝的截面积成反比。分别调节送棒机构和牵引机构电机的手动调速器，使送棒机构和牵引机构的线速度比值达到要求。

当完成一根玻璃棒拉丝时，本实用新型在送棒装置中设计了棘轮机构，更换玻璃棒时反向转动棘轮将夹棒装置快速提起，达到一定高度，将残余玻璃棒更换掉，然后换上一根待用玻璃棒，棘轮机构正向转动由电机驱动，缓慢将玻璃棒送入加热炉内。

在玻璃棒加热拉制形成玻璃丝时，被牵引出加热炉时的温度相对较高，温度大致在300-500℃，因此牵引装置的主动轮与张紧轮的材质需要设计成可耐受一定温度的材料，本实用新型的主动轮和张紧轮的材质优选石墨，不仅满足耐温高，还能防止玻璃丝与之粘连。

加热炉需要随牵引出的玻璃丝的状态调整温度，本实用新型利用智能温控仪表，按PID方式控制加热温度，温度调节方便且稳定。

Claims (1)

1.一种可将玻璃棒加热拉制成玻璃丝的装置，其特征在于，夹棒装置下端用于夹持固定玻璃棒，夹棒装置上端与柔性线相联，柔性线绕过定滑轮固定在棘轮机构上，棘轮机构依靠送棒调速电机提供动力实现转动；热电偶用于测量加热炉炉膛内温度，控温箱上的智能控温仪表控制加热炉温度，加热炉的下方设置有牵引调速电机，牵引调速电机带动主动轮转动，张紧轮将玻璃丝压紧在主动轮上。