CS199636B2 - Method of and apparatus for manufacturing fibres of thermoplastic materials - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby vláken z termoplastického materiálu, jako skla, plastických hmot a kovů, jakož i zařízení k provedení tohoto způsobu.

Vlákna vyráběná z termoplastických materiálů, například skleněná vlákna lze zhruba rozdělit na dva druhy, z nichž první lze označit jako krátká vlákna o průměru pohybujícím se řádově od několika mikrometrů do stovek mikrometrů a délce několika milimetrů až stovek .milimetrů, zatímco druhý lze označit jako dlouhá vlákna, například pro vyztužení plastických hmot, o průměru několika mikrometrů až několika desítek ' mikrometrů a značně větší délce.

Pro výrobu krátkých vláken je používáno jednak způsobu využívajícího odstředivou sílu a jednak způsobu dmýchacího, kde jsou . tuhá, vlákna vyrobená z taveniny termoplastického materiálu zahřáta na teplotu, při níž sestávají vlskózními a poté jsou dloužena, proudem plynu o vysoké rychlosti a též způsobu štěrbinového nebo vertikálního dmýchacího, kdy je termoplastický materiál uveden přímo do viskčzního stavu a zpracován proudem plynu o vysoké rychlosti. Dlouhá vlákna Jsou naproti tomu vyráběna způsobem používajícím navíjení na buben, který je využíván v širokém měřítku.

Nedávno byl vyvinut další způsob, pomocí kterého lze vyrábět jak krátká, tak i dlouhá vlákna. Je známo, že termoplastický materiál je možno rozdělit na jemné částice nebo vlákna jeho zkapalněním nebo uvedením do viskózního stavu a zavedením do proudu plynu o vyso‘ké rychlosti.

Odstřeďovací způsob, jak je uveden výše pro výrobu krátkých vláken spočívá v podávání roztaveného termoplastického materiálu na rotační ‘kotouč nebo zvlákňovač a odfukování vlákenného materiálu vystupujícího z otvorů na obvodě kotouče nebo zvlákňovače pomocí proudu plynu o vysoké rychlosti. Tento způsob je výhodný z hlediska tepelně ekonomického, jeho nevýhodou však je skutečnost, že rotační část zařízení, která má být zahřáta na vysokou teplotu, se rychle rozrušuje nebo jsou obdržená vlákna příliš krátká. Dmýchací způsob pro výrobu krátkých vláken spočívá v zavádění kontinuálně vytvářených primárních vláken do proudu plynu o vysoké rychlosti a o vysoké teplotě při současném dloužení vláken tímto proudem plynu. Tento způsob poskytuje krátká vlákna dobré jakosti o malém průměru a velké délce. Vzhledem k tomu, že opětná plastifikace teplem a dloužení primárních vláken jsou prováděna současně proudem plynu o vysoké teplotě a vysokém tlaku, není pohybová energie potřebná pro dloužení

199836

19903· primárních vláken vyvážena s tepelnou energií potřebnou pro plastlfikaci teplem. Z tohoto důvodu je třeba pro dodání energie potřebné pro plastifikaci teplem (obzvlášť vysoké energie se vyžaduje vzhledem к slabé účinnosti přenosu tepla z plynu na termoplastický materiál) plynového paliva ve vyšším množství než je třeba pro dodání energie pro dloužení. Za účelem odstranění tohoto nedostatku byl proveden pokus o předehřátí primárních vláken bezprostředně před zavedením do proudu plynu o vysoké teplotě, avšak obdržené výsledky nebyly uspokojivé.

Štěrbinový způsob uvedený výše v souvislosti s výrobou krátkých vláken pozůstává ze zahřátí termoplastického materiálu až do jeho volného toku a umožní jeho průtoku tryskou nebo štěrbinou, jakož i působení proudu plynu o vysoké rychlosti na proud termoplastického materiálu vystupujícího z trysky nebo štěrbiny za účelem jeho ofukování ve tvaru vláken. Podle tohoto způsobu je tepelná účinnost velmi dobrá. Nevýhoda však spočívá v tom, že proud termoplastického materiálu protékajícího tryskou nebo štěrbinou je proudem plynu o vysoké rychlosti rozdělen a stane se přerušovaným, číjnž průměr výsledných vláken se stane nestejnoměrným a tvoří vločky, kuličky nebo zrna. Proud plynu o vysoké rychlosti, který proudí na proud materiálu vystupujícího z trysky nebo štěrbiny je tedy к proudu materiálu poněkud skloněn.

Viskózní termoplastický materiál tvoří kužel v části položené právě vedle konce trysky štěrbiny a termoplastický materiál ve tvaru vláken vystupuje z vrcholu kužele. Rozměr kužele se periodicky mění s časem a tvoří diskontinuální proud. V důsledku toho se vyskytuje v celém proudu diskontinuita a je vytvářen nezvlákněný materiál, jako zrna, vločky a kuličky. Tyto poruchy jsou způsobeny tím, že termoplastický materiál ve viskózním stavu, který vytéká z trysky nebo štěrbiny, je odváděn působením proudu plynu o vysoké rychlosti. Vzhledem к tomu, že však proud materiálu teče volně, a proto není dostatečně kontinuální, jsou odváděna větší množství velkých hmot materiálu, než množství proudu materiálu odváděného z trysky nebo štěrbiny přerušovaně pomocí proudu plynu o vysoké rychlosti. Jelikož v tomto okamžiku se množství materiálu odváděného proudem plynu o vysoké rychlosti zvýší, není dosaženo v dostatečné míře zvláknění. Po odvedení velkých hmot není již další látka к dispozici a proud plynu o vysoké rychlosti nepůsobí na materiál, přičemž vytékání materiálu z trysky nebo štěrbiny závisí jedině na proudu materiálu volně tekoucího к trysce nebo štěrbině. Když přední konec proudu materiálu dosáhne části, v níž působí proud plynu o vysoké rychlosti, pak tento proud plynu působí na proud materiálu tak, že odvádí velké množství materiálu. Výše uvedený cyklus je pro4 váděn okamžitě. К jeho zabránění je třeba oslabit sílu proudu plynu působící na proud materiálu. To však na druhé straně ztěžuje provedení účinného dloužení materiálu a pokystuje tlustá vlákna. Současně je omezen tok materiálu a výkon se zeslabí.

Cílem způsobu podle tohoto vynálezu, jakož i zařízení к jeho provedení je vyloučení nedostatků popsaných výše u známých postupů a zajištění efektivnosti výroby krátkých nebo dlouhých vláken.

Úkolem tohoto vynálezu je zajištění průběhu výroby vláken o vysoké jakosti způsobem podle vynálezu a zařízením к jeho provedení, s vyšší energetickou efektivností než u dosud známých obvyklých postupů.

Dalším úkolem vynálezu je zajištění zařízení к provedení způsobu, které má dlouhou životnost, je kompaktní konstrukce, vyrábí vysoce jakostní vlákna z termoplastického materiálu při vysoké energetické efektivnosti.

Úkol je vyřešen způsobem výroby vláken z termoplastického materiálu, jehož podstata spočívá v tom, že proudy plynu se udržují na teplotě nutné pro dloužení taveniny a jejich rychlost proudění se pohybuje v rozmezí od 200 do 1000 m/s., přičemž vzdálenost mezi výstupkem trysky pro výtok taveniny a ohniskovým bodem, v němž se proudy plynu co nejvíce přiblíží středové ose taveniny, je 0,2 až lOnásobkem průměru proudu taveniny a sklon přímočarých proudů plynu o vysoké rychlosti se vzhledem ke středové ose taveniny pohybuje v rozmezí od 20 do 70 °C.

Podstata zařízení pro provádění tohoto způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že výstup výtokové trysky se nachází od ohniskového bodu, v němž je středová osa trysky pro přívod plynu nejblíže středové ose výtokové trysky, ve vzdálenosti 0,2 až lOnásobku vnitřního průměru výtokové trysky, přičemž úhel sklonu soustavy trysek pro přívod plynu ke středové ose taveniny se pohybuje vzhledem к ní v rozmezí od 20 do 70 stupňů Celsia.

Způsob podle vynálezu, jakož i zařízení к jeho provedení jsou popsány v následujícím popisu a znázorněny v příkladném provedení na přiložených výkresech, kde značí obr.

schematický bokorysný řez znázorňující princip způsobu podle tohoto vynálezu, obr.

schematický půdorys znázorňující princip způsobu podle tohoto vynálezu, obr. 3 a 4 schematické pohledy znázorňující uspořádání trysek vypouštějících plyn, obr. 5 a 6 schematické pohledy znázorňující vztah mezi taveninou vystupující ve formě vláken a proudem plynu, obr. 7 diagram znázorňující účinný průměr trysky pro výstup proudu plynu na úsečce a dloužený průměr trysky na pořadnici, obr. 8a, 9a, 10a, 11a, 12a, 13a a 14a zjednodušené pohledy v řezu na některá provedení zařízení podle tohoto vynálezu, obr. 8b zjednodušený pohled v řezu podle čáry A—A na obr. 8a, obr. 9b, 10b, 11b,

199638

S

12b, 13b a 14b zjednodušené půdorysné pohledy na zařízení znázorněná na obr. 9a, 10a, 11a, 12a, 13a a 14a.

Termoplastický materiál je taven zahřátím v částečně znázorněném tavícím kelímku 2 vhodným, známým způsobem, jímž je materiál přeměněn ve viskózní taveninu 4, která pak protéká tryskou 8, umístěnou v kelímku 2, vlastní tíhou a/nebo působením vyvozeného tlaku uvnitř kelímku 2. Výstupní tryska 8 je umístěna směrem dolů .ve spodní stěně 6 kelímku. Je však též možno trysku umístit v libovolném směru ná spodní stěně nebo postranní stěně atd. kelímku 2 tak, aby byl zajištěn výstup taveniny 4 v kterémkoliv požadovaného směru. Je výhodné, je-li průřez výstupní trysky 8 kruhový, čímž je dosaženo, aby tavenina 4 vystupovala z kelímku 2 v kruhovém průřezu. Namísto tavení termoplastického materiálu použitím kelímku 2.

je možno posouvat tyč z pevného termoplastického materiálu konstantní rychlostí v podélném směru při zahřívání jejího předního konce, čímž tavenina 4 termoplastického materiálu teče přímo á kontinuálně v množství úměrném míře posuvu tyče. Je však výhodnější použít kelímku 2 znázorněného typu vzhledem к snadnosti zahřívání a snadnosti kontroly vískozity taveniny 4. Je výhodné, jestliže se průřez taveniny 4 bezprostředně po výstupu obvykle rovná 0,5 až 10 milimerům, což závisí na viskozitě a povrchovém napětí lavenlny a. průměr trysky nebo tyče.

Poté je vypuštěn, proud plynu o vysoké rychlosti na taveninu 4 vytékající kontinuálně z výstupní trýsky 8. U postupu podle tohoto vynálezu je použito alespoň tří přímočarých proudů plynu 12 o vysoké rychlosti, vystupujících z alespoň tří trysek 10 umístěných v intervalech po obvodě okolo výstupní trysky 8 nebo prstencový proud ply- , nu o vysoké rychlosti vystupující z prstencové výstupní trysky umístěné okolo trysky 8. Pro zjednodušení znázorňuje obr. 2 jen otvor 8a trysky 8 a otvor 10a trysky 10. Je důležité, aby proud plynu vržený proti tavenině obsahoval tangenciální složku (směr naznačený šipkou A na obr. 2) okolo průřezu taveniny 4 vystupují z trysky 8, a další složku, naznačenou na obr. 1 šipkou B, která se postupně blíží střední osové čáře taveniny 4 ve směru výstupu taveniny 4 a pak se od této čáry postupně vzdaluje.

Působením proudu plynu o vysoké rychlosti, jak popsáno výše, je tavenina 4 otáčena okolo své střední osové čáry, a je jí udělován v podstatě kuželový tvar 4a, jehož průřez se postupně zužuje ve směru toku taveniny 4 v první zóně 16, sahající od výstupní trysky 8 к části, kde se proud plynu přiblíží co nejblíže к střední osové čáře taveniny, tj. к bodu 14, označovaném jako ohniskový bod. Tam, kde se středové osové čáry přímočarých proudů plynu nejvíce přibližují středové osové čáře taveniny 4 v růz ných bodech, je tento ohniskový bod vymezen místem o minimální průměrné hodnotě vzdálenosti mezi středovými osovými čarami proudů plynu a středovou osovou čarou taveniny.

V první zóně 16 mají použité alespoň tři přímočaré proudy plynu 12 o vysoké rychlosti nebo prstencový proud plynu o vysoké rychlosti, působící na povrch vystupující taveniny 4 tangeciální složku, označenou na obr. 2 šipkou A. Tím působí rotační moment ve směru šipky C (obr. 2) na taveninu 4 a způsobí, že tavenina 4, se otáčí ve směru šipky C okolo středové osové čáry taveniny 4. Protože v první zóně 16 má proud plynu o vysoké rychlosti též složku, označenou šipkou В (obr. 1), která se postupně přibližuje střední osové čáře taveniny 4 ve směru proudu taveniny, je tavenina 4 zpomalena, takže její průřez postupně ubývá ve směru toku, čímž je vytvořen kuželový tvar 4a skosený ve směru toku taveniny 4. Je zřejmé, že úhlová rychlost rotace taveniny 4 ve směru toku postupně roste. Kuželový tvar taveniny 4 vytvořený v první zóně 16 je takový, že jeho průměr na nejužším konci je 0,1 až i mm. Pokusy vynálezců potvrdily, že v případě, kdy vzdálenost mezi výstupkem trysky 8 a nejužším koncem kužele 4a je příliš široká, má tekoucí taveňina 4 tendenci к přerušení а к tvorbě nezvlákněných hmot, z kteréhožto důvodu je výhodné tuto vzdálenost nastavit na hodnotu ne vyšší, než je desetinásobek vnitřního průměru výstupní trysky 8. Na druhé straně tyto pokusy ukazují, že v případě příliš krátké vzdálenosti pak tavenina 4 vytékající z trysky 8 je okamžitě vržena do tangenciálního směru a nevytvoří stálý kužel, Čímž je nutné, aby tato vzdálenost byla větší než 20 % vnitřního průměru trysky 8.

Ve druhé zóně 18, která následuje po první zóně 16, vystupuje tavenina 4 kontinuálně ve tvaru vlákna z vrcholu kužele 4a ve směru toku a ven v radiálním směru ve tvaru víru 4b spirálového nebo šroubovicového, popřípadě i obojího tvaru. Na kužel 4a působí tažná síla v důsledku toho, že tavenina vystupuje z vrcholu kužele 4a jako jedno vlákno, je přenášena na taveninu 4 uvnitř kelímku 2 za účelem podpoření toku taveniny 4 tryskou 8. Tím je ztracené množství taveniny 4 v důsledku odmrštění jednoho vlákna v vrcholu kužele 4a nahrazeno čerstvým tokem taveniny 4. V důsledku toho je kužel 4a udržován ve stálém a souvislém stavu, aniž by se přerušil tok taveniny 4 z trysky 8. Na druhé straně tavenina 4b vystupující ve tvaru vlákna z vrcholu kužele 4a je podrobována tažné síle působením setrvačnosti jeho rotace a proudu plynu o vysoké rychlosti na něj působícího, a je tímto natahována — dloužena a zeslabována.

Podrobněji vyjádřeno, složka proudu 12 o vysoké rychlosti, označená šipkou В (obr.

1), se vzdaluje od středové osové čáry ve směru toku taveniny 4 ve druhé zóně 18, a proto na ni nepůsobí omezující síla zužující ' plochu jejího průřezu, ale síla rozptylující taveními 4. Konec kužele 4a stále rotuje značně vysokou rychlostí. V důsledku toho vytéká tavenina 4 z konce kužele 4a působením odstředivé síly zapříčiněné rotací, a tavenina vláken' která odtekla, je zrychlena působením proudu plynu o vysoké rychlosti. Když je tavenina 4 mírně vychýlena v určitém směru od rotující osové čáry taveniny 4 odstředivou silou, mnohem větší odstředivá síla působí na tu část taveniny 4, která se vychýlila, a tato část •odtéká do vychýleného směru. Tím je započat tok ' taveniny. Vlákenná tavenina' 4b, která takto odtekla, je urychlována komponentou působící v tangenciálním · směru označeném šipkou A (obr. 2) a komponentou ve směru vzdalujícím se od středu osové čáry taveniny 4 ve směru jejího toku označenou šipkou B (obr. 1).

Poté tavenina v kuželu 4a, která navazuje · na vlákennou taveninu, která odtekla, odtéká jejím působením. Jelikož · konec kužele 4a ještě rotuje, změní způsob odtékání kontinuálně směr rotace. V důsledku toho souvislé vlákno taveniny 4b teče ve směru víru z konce kužele 4a. Vlákenná tavenina 4b, která odtekla, je urychlována proudem plynu o vysoké rychlosti, a tím protahována — dloužena a zeslabována. Takto, v· závislosti na míře tahu proudu plynu o vysoké rychlosti mohou být · vyrobena např. kontinuální dlouhá vlákna o průměru 10 až 100 mikrometrů, nebo krátká ' vlákna o průměru 0,1 až 20 mikrometrů.

V případě požadavku na protažení — prodloužení a zeslabení vláken je možno· navíc nechat působit na taveninu 4, která odtekla, další samostatný proud plynu o vysoké rychlosti, kromě již výše uvedeného proudu plynu o vysoké rychlosti.

Odstředivá síla a · tažná síla, způsobená proudem plynu oo vysoké rychlosti a •působící na vlákennou taveninu · 4b ve · druhé zóně 18, jsou přenášeny do kuželové taveniny 4a v první zóně 16. Tyto síly jsou přenášeny také do taveniny uvnitř výstupní trysky 8 a kelímku 2. Tím je podpořen výstup taveniny 4 z trysky 8. Tavenina ztracená v důsledku jejího odtoku z konce kužele 4a je nahrazena čerstvým tokem taveniny 4, a kuželový tvar 4a je stále udržován.

Není · vůbec zapotřebí udržovat výše uvedený proud plynu na vysoké teplotě. Proud plynu je s výhodou udržován na teplotě, při níž může být tavenina dloužena podle přání, např. na teplotě cca 500 až 1500 °C pro· sklo·. Rychlost toku proudu plynu je s výhodou udržována na hodnotě 200 až 1000 m/s. Jako plynu může být použito vysokotlakého vzduchu, vysokotlaké páry a odpadových spalných plynů.

Podle tohoto vynálezu, popsaného· výše, je možno při značně vysoké energetické efektivnosti vyrobit vlákna o vysoké jakosti. KroI mě toho bylo zjištěno, že různé faktory způsobují různé účinky, působící na · jakost výsledných vláken a na účinnosti výroby u způsobu podle vynálezu, jak byl popsán výše.

Je tomu tak u skutečného průměru otvoru pro · výstup taveniny v trysce 8, · kde za účelem dostatečného dloužení taveniny odtažené ve tvaru vláken, ve · druhé zóně 18 je důležité otáčet vrcholem · kužele 4a vyšší rychlostí. Jestliže je vypuštěn větší počet přímočarých proudů plynu 12 o vysoké rychlosti, je · rychlost rotace · na konci kužele (n/s.) vyjádřena jako n = kv/2 πΓ₀, ·kde v je tangenciální složka rychlosti proudu plynu, r₀ průměr vzdáleností mezi středovými osovými čarami proudů plynu a středovou osovou · čarou taveniny 4 v ohniskovém bodě 14 (dloužený poloměr), á k je kluzový součinitel. Podle · toho je výhodné, za účelem zvýšení počtu- otáček (n) · maximalizovat hodnoty · k . a v minimalizovat r₀. Jelikož tangenciální složka rychlosti proudu plynu (v) je obvykle rovna . · rychlosti zvuku a je tudíž konstantní, · je třeba zmenšit r₀ a zvětšit k.

Je zde určité · omezení pro hodnotu Го, neboť v případě jejího· přílišného snížení na sebe proudy plynu narážejí ·a vytvářejí přerušený tok, čímž dojde k vytvoření stálého kuželového· · tvaru. Je tedy třeba maximalizovat · kluzový · součinitel. · Hodnota k je poměr rychlosti •taveniny· · k rychlosti · proudu plynu a klesá, · když · síla působící zabránění rotace taveniny působením proudu plynu narůstá. V proveditelném rozsahu provozu nabývá k hodnot · od 0,01 do 0,5. Je tudíž zvýšení hodnoty k velmi účinné. Bylo by účinné snížit viskozitu taveniny nebo zmenšit průměr průřezu tekoucí taveniny · v případě, · kdy je požadováno zvýšení hodnoty k při zachování hodnot Го a v na konstantní hodnotě. Proto byl proveden pokus · snížit viskozitu taveniny 4 při zachování průměru průřezu · taveniny 4 bezprostředně po výstupu na · konstantní hodnotě, např. 3,0 mm. Bylo však shledáno, že přestože viskozita taveniny 4 je nízká, i vzhledem k velkému průměru taveniny 4 a vysoké odolnosti vůči kroucení vzhledem · k rotaci, je spodní část taveniny odfukována proudem · plynu, a vznikají nezvlákněné útvary jako vločky nebo zrnka ve velkém množství, která činí obtížným vytvoření vláken dobré jakosti. Bylo též shledáno, že v · případě, kdy průměr taveniny 4 ve svém · průřezu má hodnotu ne vyšší než 2,5 mm, s výjhodou ne vyšší než 2 mm, je odolnost vůči kroucení u taveniny 4 vzhledem k jejímu rotačnímu pohybu nadměrně nízká a z toho důvodu nedojde snadno · k takovým jevům, jako rozštěpení nebo rozfoukání taveniny 4 · proudem plynu. Viskozita taveniny 4 může být snížena na asi 30 · až 50 poise, a odolnost · vůči kroucení vzhledem k rotaci taveniny 4 ještě · poklesne. Průměr vystupující taveniny 4 je vymezen skutečným průměrem otvoru d2 výstupního otvoru výstupní · trysky 8 (obdrženo dělením součl199638 nu průřezu otvoru s číslem 4 délkou obvodu). Bylo proto shledáno, že tento skutečný průměr otvoru nemá být větší než 2,5 mm, s výhodou ne větší než 2 mm.

Zmenšení skutečného průměru otvoru d2 výstupní trysky 8 znamená, že množství taveniny 4 vystupující tryskou 8 je sníženo. To též znamená, že výroba vláken za časovou jednotku vláknotvorné operace je snížena. Z tohoto důvodů je nežádoucí skutečný průměr otvoru d2 příliš zmenšovat. V tomto smyslu je též žádoucí ustanovit spodní hranici skutečného průměru otvoru na hodnotě 0,5 mm. Je však možno též obdržet vlákna dobré jakosti i v případě, že skutečný průměr otvoru je menší než 0,5 mm. Za účelem zvýšení množství toku taveniny 4 je zvětšena hloubka kelímku 2, nebo je vnitřek kelímku 2 uveden pod tlak, takže na výstupním konci výstupní trysky 8 je obdržen tlak alespoň 25 cm vodního sloupce, s výhodou alespoň 40 cm vodního sloupce.

S ohledem na vlskozitu taveniny je nutno uvést, že termoplastické materiály, které je možno zvláknit způsobem podle tohoto vynálezu, jsou např. sklo, kovy a plastické hmoty. Jestliže je požadováno vyrobení vláken o průměru přibližně 4 mikrometrů nebo méně, je kontrola viskozity termoplastického materiálu velmi účinná pro obdržení jemnějšího průměru vláken a pro snížení množství nezvlákněné hmoty (vločky, kuličky, zrna atd.).

jestliže viskozita taveniny 4 bezprostředně před uvedením v rotační pohyb proudem plynu v první zóně 16 překročí hodnotu 200 poise, pak к rotačnímu pohybu taveniny při vysoké rychlosti nedojde jen vzhledem к odporu danému viskozitou, a je obtížné vlákna účinně dloužit. Kromě toho v tomto případě je odolnost vůči dloužení příliš vysoká při dloužení taveniny ve druhé zóně, a je obtížné nastavit průměr vláken na hodnotu ne vyšší než 5 mikrometrů.

Na druhé straně, když viskozita klesne na .méně než 10 poise, je tavenina odfouknuta proudem plynu o vysoké rychlosti v první zóně a/nebo ve druhé zóně, a podíl vláken majících požadovanou délku nadměrně poklesne a naproti tomu se zvýší podíl nezvlákněné hmoty jako kuliček, nebo vloček. Zvláště upřednostněná hodnota viskozity taveniny se pohybuje mezi 50 a 100 poise. V tomto rozmezí viskozity je možno obdržet stabilní kužel 4a· v první zóně 16, a provádět účinné dloužení ve druhé zóně 18.

Viskozita taveniny 4 bezprostředně před započetím rotace pomocí proudu plynu může být řízena nastavením teploty taveniny 4. Při použití trysek 8 pro výtok taveniny 4 je možno vlskozitu taveniny 4 řídit teplotou nádoby pro taveninu 4 nebo teplotou trysek. Při použití tyče termoplastického materiálu je možno vlskozitu taveniny 4 nastavit na požadovanou hodnotu kontrolou teploty tyče.

Sklon proudu plynu к středové osové čá10 ře taveniny má též určitý vliv na průběh postupu. Jak známo z výše uvedeného popisu, je použito alespoň tří přímočarých proudů plynu nébo prstencového proudu plynu pro zpracování taveniny 4 vystupující kontinuálně z výstupní trysky 8. Vzhledem к snadnosti ovládání směru proudu plynu, je všeobecně upřednostněno použití alespoň tří přímočarých proudů plynu 12. Na druhé straně je třeba, aby proud plynu vrhaný na taveninu 4 měl složku, působící ve směru znázorněném šipkou В (obr. 1) tj. ve směru skloněném v určitém úhlu ke středové osové čáře taveniny 4, jakož i složku ve směru znázorněném šipkou A (obr. 2). Bylo shledáno, že v případě že je použito alespoň tří přímočarých proudů plynu, mají tyto mít úhel o hodnotě 20 až 70 °, zvláště 35, až 55 °C, ve směru udaném šipkou В (obr. 1) vzhledem ke středové osové čáře taveniny. Je-li úhel sklonu menší než 20°, zvýší se tažná síla, která táhne taveninu 4 přímo do jejího směru posuvu a stane se silnější než síla taveninou 4 otáčející. Toto má za následek sklon к rozštěpení taveniny 4 а к výskytu nezvlákněných materiálů jako koulí, zrn, nebo vloček. Jestliže hodnota úhlu sklonu překročí 70°, pak se proudy plynů, které opustily trysky 10, při jejich pohybu vpřed rozšíří a v důsledku toho vzájemně střetnou. Tím je zabráněno jejich postupu a vznikne přerušovaný proud, který brání tavenině 4 v hladkém postupu. Za účelem vyloučení těchto obtíží je třeba dodržet úhel sklonu proudů ke středové osové čáře taveniny 4, s výhodou na hodnotě 35 až 55 °.

Aby kužel 4a taveniny 4 vykonával rotační pohyb okolo středové osové čáry v první zóně 16 jak požadováno, je třeba uspořádat trysky 10 při použití alespoň tří přímočarých proudů plynu o vysoké rychlosti souměrně se středovou osovou čarou taveniny 4 jakožto osou souměrnosti rotace. Je tedy nutno, při použití tří trysek 10 tyto uspořádat ve stejné vzdálenosi (obr. 2), přičemž úhel mezi dvěma přilehlými tryskami obnáší 120 °. Bylo však shledáno, že v případě použití více než tří trysek 10 jsou tyto s výhodou uspořádány tak, aby alespoň dva úhly mezi dvěma přilehlými tryskami 10 měly hodnotu mezi 95 až 135 °, aniž by byly uspořádány ve stejné vzdálenosti, přestože jsou rotačně souměrné vzhledem ke středové osové čáře taveniny 4. Toto usnadňuje účinná dloužení taveniny 4b, která vstupuje do druhé zóny 18 ve tvaru vláken. Např. při použití čtyř trysek 10 jsou tyto s výhodou uspořádány tak, že dva úhly O mají hodnotu 95 až 135 ⁰ a další dva O2 hodnotu 45 až 85 ⁰ (obr. 3). Při použití šesti trysek 10 jsou tyto s výhodou uspořádány tak, aby tři (nebo dva) úhly měly hodnotu v rozmezí 95 až 135 °.

Nutnost takovéhoto uspořádání je zapříčiněna jevem, který je znázorněn na-obr. 5, kde je znázorněna tavenina 4b, která protéká ve tvaru vláken druhou zónou 18, a

199838 proudy plynu 12 o vysoké rychlosti, přičež t₀ znázorňuje stav vláknité taveniny 4b . v určitém čase, ti jeho stav po uplynutí At sekund, a t2 jeho stav po uplynutí 2 At sekund. Vlákenná tavenina 4b před vstupem do jednoho z proudů plynu 12 postupuje v radiálním směru svojí setrvačnou rotační silou. Při vstupu do jednoho. z proudů plynu 12 je jeho přední konec umístěn vně' středové osové čáry proudu plynu 12 jak znázorněno v ts, a část po něm následující projde proudem plynu 12. Na druhé straně, je proud plynu 12 nejrychlejší ve svém středu a zpomaluje se úměrně se vzdáleností od středu. Podle toho vlákenná tavenina 4a, která prochází proudem plynu 12, je podrobena účinku nejrychlejšího proudění plynu v části, položené ve středu proudu plynu 12, a je proto posunuta nejdále dolů. Ta část taveniny 4, která je od středu proudu plynu vzdálena v radiálním směru, je podrobena účinku proudu plynu 12 o pomalejší rychlosti a je posunuta směrem dolů pomaleji. Z toho vyplývá, že vlákenná tavenina 4a, která vstupuje do proudu plynu 12 a prochází jím, je posunuta v největší míře . v té části, která vstoupila do středu proudu plynu 12, a je posunuta. v menší míře v té části, která se nachází před nebo za touto částí.· Tímto rozdílem posuvu je vlákenná tavenina 4b dloužena. Ke stejnému jevu dochází, když tavenina 4b prošla jedním z proudů plynu 12 po uplynutí 6 At ' sekund a vstouní do dalšího proudu plynu 12. Z toho důvodu se předpokládá, že vlákenná tavenina 4b, která vytéká z konce kužele 4a, postupuje okolo místa znázorněného na obr. ' 6.

Jestliže však . úhel mezi dvěma přilehlými proudy plynu 12 je menší než 95 °, pak vlákenná tavenina 4a, která prošla jedním z proudů plynu 12 nemůže postoupit o dostatečnou vzdálenost vně radiálního směru před vstupem do dalšího proudu plynu 12. Proto, když vstoupí do dalšího proudu plynu 12, je přední konec vlákenné taveniny 4b umístěn uvnitř středu proudu plynu 12, a vlákenná tavenina 4b neprošla . dostatečně proudem plynu, nýbrž jen její přední konec prošel proudem plynu čásečně. Z tohoto důvodu nemůže vlákenná tavenina 4b získat dostatečný rozdíl v postupu, a nemůže být dostatečně vydloužena.

Jestliže výše uvedený úhel má hodnotu větší než . 135 °, pak je zde tendence, že proud plynu 12 nemůže taveninu 4 dostat do kuželového tvaru 4a a uvést ji v dobrém stavu do rotace.

Vztah mezi skutečným průměrem ovoru trysky 10 pro proud plynu a dloužícím průměrem . proudu . plynu, jakož i vztah mezi průměrem výstupu, určeným společně. větším počtem plynových proudových ' trysek 10 a dloužícím průměrem proudu plynu v případě použití alespoň tří přímočarých proudů plynu 12 o vysoké rychlosti je dán tím, že proud plynu 12 má rozdílné rozdělení rychlosti bod od bodu jeho průřezu.

Jestliže však je středová čára proudu plynu 12 . určena . jako čára, která prochází středem té části proudu plynu 12, jejíž rychlost .toku je nejvyšší a kde . je po hyblivá energie nejhustší, je přibližně rovna prodloužení středové osové . čáry .plynové trysky 10 (není-li tryska přímočará, ale zakřivená, pak prodloužení tečny k středové čáře trysky na jejím výs-tupu). Jestliže vzdálenost mezi středovou osovou čárou taveniny 4 a středovou osovou čárou proudu plynu 12 v ohniskovém bodě 14 (v případě rozdílu této vzdálenosti u jednotlivých proudů je určena průměrná hodnota) je dloužící poloměr, a hodnota, obdržená zdvojnásobením je dloužící průměr, pak posledně jmenovaná hodnota je rovna průměru kružnice, opisující středové osové čáry většího počtu proudu plynu 12 v ohniskovém bodě 14 (nebo . průměrná hodnota delšího a kratšího průměru elipsy). Jestliže rychlost toku proudu plynu opouštějícího výtokovou trysku pro plyn 10 je V, počet otáček za vteřinu kuželové taveniny 4b je n, součinitel kluzu je k, a nakreslený průměr je Dž, pak n=>kV/D2. Jestliže je tedy nakreslený průměr Dz zmenšen, pak je počet otáček zvýšen. V důsledku toho je možno vyrábět jemnější vlákna ve větším množství za jednotku času. V případě nárůstu Dž se síla udržující taveninu 4 v ' kuželovém tvaru stane příliš slabou, a není možno obdržet taveninu 4 ve tvaru stabilního kužele 4a. Vzhledem k tomu, že je výhodné udržovat Dž na hodnotě ne vyšší než 7 mm. Jestliže hodnota D2 je příliš malá, dochází ke vzájemnému ' střetu proudů . plynu 12 vzhledem k jejich rozměrům. V důsledku toho dochází k nežádoucímu · narušení proudů plynu 12 a odfoukávání taveniny 4. Existuje optimální vztah mezi skutečným průměrem . otvoru di a dloužícím průměrem D2 který vymezuje rozměr proudu plynu 12, který je požadován za účelem obdržení taveniny 4 ve stabilním kuželovém tvaru 4a. S výhodou je vyhledána kombinace skutečného. průměru otvoru di, a dloužícího průměru D2 z plochy obklopené pěti přímkami (obr. 7). Skutečný průměr di je vyjádřen rovnicí di = =4 . S/l, kde S je průřezová plocha výstupu trysky 10 na plyn a 1 délka obvodu. Pak tedy v případě, kdy plocha průřezu výstupu trysky 10 je kruhová, di je rovno průměru této kružnice.

Šrafovaná plocha na . obr. 7 je obdržena nanesením skutečného průměru otvoru di v mm na úsečku X a dloužící . průměr Dž v mm na podřadnici Y, a postupným spojením bodů (0,0), . 3,0;5,3/, 3,0;7,0/, 2,4;7,0 a 0,2.0) přímkami.

Je obtížné zmenšit skutečný průměr otvoru di na hodnotu menší . než 0,05 mm, vzhledem k snížení přesnosti práce. Jestliže di má alespoň hodnotu 0,05 mm je dloužící průměr D2 s výhodou alespoň 0,1 mm. Jestliže skutečný průměr otvoru di . je příliš velký, pak se. množství použitého plynu nehospodárně zvýší. Proto s výhodou není di větší než 3 mm.

9'638

Průměrná vzdálenost mezi středy výstupů alespoň tří plynových trysek 10 a středovou osovou čarou taveniny . 4 při vynásobení číslem 2 je definována jako· výstupní průměr Di. Vyšší hodnota Di má stejný účinek, který bychom obdrželi i v případě, jestliže skutečný průměr otvoru di by byl zvětšen. Je tomu tak proto, že proud .plynu 12 postupně. narůstá v průřezové ploše po· vypuštění z trysky 10. Z tohoto . důvodu dochází k poruchám proudění plynu v těch · případech, kdy dloužící průměr Dz není nastaven na alespoň f/io hodnoty výstupního průměru Di. Kromě toho, jak uvedeno výše, musí· se proud · plynu 12 postupně přibližovat při jeho výstupu tavenině, a proto jenutné, aby výstupní průměr · Di byl větší než dloužící průměr D2. Podle toho musí být výstupní průměr Di méně než desetinásobek, s výhodou 1,3 a 3násobek dloužícího průměru D2.

Při použití alespoň tří přímočarých proudů plynu 12 o vysoké rychlosti je třeba vzít v úvahu · jako faktor též délku · trysky 10, za účelem uvedení taveniny 4 do stabilního kuželového 4a tvaru v první zóně 16 a jejího toku z vrcholu kužele 4a · ve formě kontinuální vlákenné taveniny 4b do druhé zóny 18, což lze docílit jen v . případě, že přímočaré proudy plynu 12 nebudou spolu kolidovat v takové míře, aby bránily hladkému postupu taveniny 4. S výhodou se pitoudy 12 vzájemně střetávají v poloze několik centimetrů pod ohniskovým bodem 14 uvnitř druhé zóny 18.

Výše uvedené proudy plynu 12 tvoří tak zvané „oko tajfunu“ a střed okolí ohniskového bodu 14 má nižší tlak než jej obklopující části, přičemž tavenina 4 je odsávána z trysky 8 · pro· výstup taveniny 4 za účelem vytvoření stabilního kužele 4a · v první zóně 16. Když proudy plynu 12 vstoupí do druhé zóny 18 a střetnou se navzájem v poloze několik cm pod ohniskovým bodem 14, pak vířivý proud v důsledku tohoto střetnutí je dostatečně vzdálený od kužele 4a a tak nenarušuje jeho stabilitu. Proudy plynu 12,' které se střetly v okolí výše uvedené polohy, tvoří masu a táhnou svými kombinovanými silami vlákennou taveninou 4b, která · vstou- _f pila do proudů plynu 12 nad druhou zónu 18. Z tohoto · důvodu je možno obdržet jemnější vlákna účinněji.

Jestliže proudy plynu 12 se vzájemně střetávají příliš silně poblíže ohniskového · bodu 14, klesá tlak ve středu poblíž ohniskového bodu 14 v menší míře než tlak v okolní části. Tím se · síla odtahu taveniny 4 z· trysky 8 stane slabou a nestálou, což vede k . tomu, že vytvořený kužel 4a není stabilní. Jestliže dloužící průměr je zvýšen tak, že proudy plynu 12 se vzájemně nestřetávají poblíž ·οhniskového bodu 14, pak se rychlost rotace udělená vlákenné tavenině 4b na počátku druhé zóny 18 sníží. To znamená, · že počet otáček udělovaných tavenině 4b je nižší, · a odstředivá síla slabější. V důsledku toho je síla · odtahu vlákenné· · taveniny 4b z konce kužele 4a· slabá a množství tekoucí taveniny 4 nižší. Kromě toho je nemožné taveninu 4 příliš · zeslabit.

K tomu dochází jestliže divergenční úhel (difúzní) proudu plynu · 12 je velký. Proto s výhodou proudy plynu 12 vystupující z · trysek ID' se rozšiřují v menší míře s malým divergenčním úhlem. Rozprostření proudu · plynu 12 má těsnou souvislost s tvarem trysky 10 na plyn a zvláště s poměrem. . Účinného průměru trysky 10 k její délce.

Bylo zjištěno· v rámci tohoto vynálezu, že délka 1 trysky 10 (obr. 1) je s výhodou alespoň pětinásobek skutečného průměru otvoru ditrysky 10.

Délka trysky 1 označuje nejkratší vzdálenost od vstupu plynu k výstupu trysky 10, měřeno ve směru postupu proudu plynu 12 uvnitř trysky 10.

Jestliže poměr délky 1 ke skutečnému průměru otvoru di plynové trysky 10 je menší než 5,· pak difúzní úhel proudu plynu 12 vystupujícího z trysky 10 se zvětší á proudy plynu 12 vystupují z trysek 10 mají sklon · k silnému střetnutí poblíže ohniskového bodu 14, čímž zapříčiní výše uvedenou poruchu.

Jestliže poměr délky· · 1 ke skutečnému průměru otvoru · di trysky 10 je nastaven · na hodnotu alespoň 5, pak je . · možno difúzní úhel proudů plynu 12 vystupujících z trysky 10 zmenšit, čímž je možno vytvořit stabilní kužel 4a. Kromě toho je možno mu udělit velkou rotační sílu, čímž je možno taveninu 4 účinně zeslabovat. Horní hranice pro poměr délky 1 trysky · ke skutečnému průměru · otvoru di není stanovena, je-li však příliš vysoký, pak se pokles tlaku plynu zvýší a dojde k funkčním potížím. S výhodou je horní hranice určena hodnotou až 20, přednostně hodnotou 10.

Některá zvláštní · provedení zařízení pro uskutečnění způsobu podle tohoto vynálezu jsou popsána v dalším.

Zařízení znázorněné na obr. 8a a 8b zahrnuje taviči kelímek 2 (znázorněný pouze částečně) · pro tavení termoplastického materiálu a odvádění taveniny 4 při teplotě cca 1400 °C · tryskou 8 pro výstup taveniny. Prstencový hořák 100 vyrobený ze žáruvzdorného · materiálu je umístěn · okolo trysky 8, která je vyrobena z platiny a pokryta žáruvzdornými vložkami 101 a 102. Prstencový hořák 100 zahrnuje spalovací komoru 103 v horní části a prstencovou trysku 10 pro vyfukování proudu plynu . 12 o vysokém tlaku a teplotě. Na vstupu spalovací · komory 103 je umístěn výstup 104 pro proud paliva v blízkém · doteku s prstencovou spalovací komorou 103 a podél obvodu je do spalovací komory vháněn · proud stlačeného vzduchu 105. Palivo zažehnuté ve spalovací komoře 103 se přemění na proud plynu 12 o vysoké teplotě a rychlosti při asi 1100 · °C a vystupuje z prstencové trysky 10. Prstencová tryska 10 je skloněna pod úhlem 45 0 ke kolmici jejího· podélného průřezu (obr. 8a). Jeli199838

1S kož proud 105 stlačeného vzduchu je vháněn do spalovací komory 103 tak, že se téměř dotýká jejího obvodu, obsahuje proud plynu 12 o vysoké rychlosti a teplotě složku, která nutí vystupující taveninu 4a k rotaci ve směru proti hodinovým ručičkám (obr. 8b) okolo středové osové čáry taveniny 4 ve stejném směru. Jinými slovy proud plynu . 12 o vysoké rychlosti a vysoké teplotě působí na pravý . obvod . vystupující taveniny 4 při pohledu na proud plynu 12 odzadu. Rozměr proudu plynu 12 je ovládán úhlem vstupu proudu 1θ5 . stlačeného vzduchu do spalovací komory 103 a míra síly rotace proudu plynu 12 uvnitř spalovací komory 103 je ovládána např. ovládací destičkou 90. Tím je tavenina 4a vytékající z trysky 8 zpracována proudem plynu 12 o vysoké rychlosti a teplotě v první zóně 16 do tvaru stabilního kužele 4a a je nucena téci příčně ve druhé zóně 18 působením odstředivé síly dané rotací kužele 4a. Dále je dloužena vysokorychlostním proudem plynu 12 o' vysoké teplotě za účelem obdržení dlouhých a jemných vláken.

Zařízení znázorněné na obr. 9a a, 9b zahrnuje šest hořáků 108 umístěných okolo. trysky . 8 pro taveninu 4 ve ' stejných . vzdálenostech, z nichž vystupuje plyn 12 ' o vysokérychlosti a vysoké teplotě. ' Proudy plynu 12 o vysoké rychlosti a 'teplotě, vystupující z · trysek 10 hořáků 108 jsou směrovány šikmo směrem dolů na část, ležící právě pod koncem trysky 8 tak, aby tok taveniny 4 stlačovaly. V místě, kde je tok taveniny 4 stlačen nejvíce, prochází středové čáry proudů plynu 12 třemi čtvrtinami až sedmi osminami průměru taveniny 4, která právě vystoupila z trysky 8 (obr. 9b).

Vnitřek ' hořáku 108 je stavěn tak, že palivo a stlačený vzduch jsou hnány vedeními 111 a 112 do spalovací komory 113, v níž ' je palivo spáleno a z níž je vyváděn plyn 12 o vysoké teplotě a rychlosti. Okolí spalovací komory 113 je chlazeno cladicí vodou přiváděnou vedením 109 a výstupní trubkou 110. Hořáky 108 jsou umístěny tak, že ohniskový bod 14 je umístěn ve vzdálenosti asi dvojnásobku vnitřního průměru trysky 8 pro taveninu nad jejím spodním koncem.

Zařízení znázorněné na obr. 10a a 10b zahrnuje hořák 114 pro výstup · proudu plynu 12 o vysoké teplotě a rychlosti, vybavený prstencovitou spalovací komorou 103 a šesti tryskami 10 pro výstup proudů plynu 12 o vysoké rychlosti a 'teplotě, jejichž jeden konec je' spojen se spalovací komorou 10. Trysky 10, stejně jako ty které jsou znázorněny na obr. 9a a 9b jsou uspořádány tak, aby vypouštěné proudy plynu 12 o vysoké . teplotě a rychlosti byly směrovány šikmo dolů takovým způsobem, aby stlačily vytékající taveninu 4 bezprostředně pod koncem trysky 8 pro· výstup taveniny 4 a v místě největšího stlačení jejich středové čáry procházely třemi čtvrtinami až sedmi osminami průměru taveniny 4, která vystupuje z 'trysky 8.

Zařízení znázorněné na obr. 11a a 11b zahrnuje tři hořáky 108, stejné jako u provedení podle obr. 9a a 9b, a tři dloužící hořáky 121 o stejné konstrukci jako hořáky 108. Tavenina 4 vyvedená 'do vlákenného· tvaru 4b pomocí proudů . plynu 12 z hořáků 108 odtéká před ohniskovým bodem 14 a . je zeslabena na jemná vlákna . působením proudů plynu 12 o. vysoké teplotě a rychlosti vycházející z dloužících hořáků 121. Jak znázorněno, jsou dloužící hořáky 121 umístěny mezi hořáky 108.

Při použití. šesti hořáků je uspořádání, znázorněné na obr. 11a a 11b, účinnější pro stejnosměrnější průměr výsledných vláken, než je provedení podle . obr. 9a . a 9b. Kromě toho za účelem zestejnosměrnění průměru vláken je účinnější provést výstupy trysek dloužících hořáků 121 ve zploštělém . tvaru, takže proudy plynu 12 vystupující z těchto hořáků mohou dostatečně pokrýt proudy plynu 12 zjhořáků 108.

U zařízení . znázorněných na . obr. 12a a 12b, jsou ve spodní '-stěně 203 kelímku pro tavení termoplastického materiálu vytvořeny tryska 8 pro taveninu a tryska 10 pro plyn. U tohoto zařízení je z podavače 208 termoplastický materiál ke . zvlá-knění umístěn do násypky 224 v horní části kelímku 2 a přes vzduchotěsná hradítka 206 a 207 dospěje do tavící části 201 kelímku 2, který je uzavřen oběma hradítky 206 a 207 a udržován ve vzduchotěsném ' stavu. Tlak uvnitř kelímku 2 je udržován na vhodné. výši připojením trubky 212 s tlakovým ventilem 213 a tlakoměrem 211 k bombě 214 obsahující inertní plyn,. jako např. dusík nebo argon. Tento tlak též slouží k ovládání množství výstupu taveniny 4 z trysky 8. Kelímek 2 je vyroben z tepelně odolné oceli a má poměrně tlustou spodní stěnu 203 . vyrobenou z tepelně odolné oceli. Na spodní stěně 203 jsou. provedeny tryska 8 pro taveninu a tryska 10 pro plyn. Plyn vystupující z trysky 10 prochází do. trysky trubkou 225 spojenou s neznázorněným plynovým generátorem tlakovým ventilem 221 a tlakoměrem 220, a přes sekci 219. pro ohřátí plynu, kde je plyn zahřát na teplotu . asi 1100 °C a dospěje ke Spodní stěně 203. Z dtvorů 218 .a 217 je proud zahřátého plynu .zaveden do trysky 10 pro plyn. Sekce 219 na . zahřátí plynu má spalovací komoru 226, obklopující vedení, jímž prochází plyn, a zahřívá plyn. spalováním paliva z hořáku 222. Spalný plyn je vypouštěn trubkou 223. Na. druhé straně . je kelímek 2 obklopen . žáruvzdorným materiálem tvořícím spalovací komoru 210. Termoplastický materiál uvnitř kelímku 2 je . zahřát na asi. 1250 °C spálením palivového plynu, vháněného do. spalovací· komory 210 hořákem 202. Výfukový plyn je vypouštěn komínem 209.

V zařízení této konstrukce jsou tryska 8 pro taveninu a tryska 10 pro plyn umístěny ve spodní stěně 203 kelímku 2. Proto je tato konstrukce kompaktní a . její výhoda spočívá

199838 v tom, že není třeba zaznamenávat polohy trysky 8 pro taveninu a trysky 10 pro proud plynu. Navíc, jelikož je možno množství toku taveniny 4. ovládat nastavením vnitřního tlaku kelímku 2. 1 když průměr trysky 8 pro taveninu ztloustne v důsledku koroze, je toto možno vyrovnat.

Provedení zařízení podle tohoto vynálezu, znázorněná na obr. 8a, 8b až 15a a 15b a popsané s odvoláním na tato vyobrazení mohou vyrábět vlákna vysoké jakosti z termoplastických materiálů se značně vysokou energetickou účinností. Při zdokonaleních, jež budou popsána v dalším, mohou tato zařízení poskytnout vlákna o ještě vyšší jakosti, taktéž při vysoké energetické účinnosti.

Vyčnívající délka trysky pro výstup taveniny v zařízeni s odděleným provedením trysky 8 pro výstup taveniny 4 a trysky 10 pro plyn 12 jé též faktorem, jímž je možno získat vlákna lepší jakosti. Zařízení к provedení způsobu pro výrobu vláken z termoplastického materiálu podle tohoto vynálezu je možno rozdělit na provdení oddělené, kde tryska 8 pro výstup taveniny 4 a trysky 10 pro plyn 12 jsou vytvořeny v oddělených částech, jak znázorněno na obr. 8a, 8b až 11a, 11b, a provedení celistvé, kde jsou obě trysky 8 a 10 vytvořeny v jedné části (např. ' ve spodní stěně kelímku) jak znázorněno na obr. 12a, 12b.

U zařízení s odděleným, provedením trysek, je výstup trysky 10 pro plyn přiveden co nejblíže к trysce 8 pro výstup taveniny .4 uspořádané na spodní stěně 5 kelímku 2 umístěním plynového hořáku za účelem účinného využití energie proudu plynu 12. Délka trysky 8 pro výstup taveniny 4, sahající od spodní stěny kelímku 2 ke konci trysky 8 (v dalším délka trysky pro taveninu) je určena přibližně rozměrem (tloušťkou) plynového hořáku. ,

V případě zvlákňování termoplastického materiálu o velké viskozitě, například skla, je použito kelímku 2 vyrobeného z tepelně stabilního kovu, jako platino-rhodiové slitiny a je použito proudu o nízkém napětí a vysoké intenzitě na obou koncových hranách kelímku 2 к jeho zahřátí. Jelikož však tryska 8 pro výstup taveniny 4 vyčnívá ze spodní stěny kelímku 2, může jím těžko procházet elektrický proud, čímž lze sotva vyvolat teplo.

Z toho důvodu musí teplota trysky 8 na výstup taveniny 4 být udržována na vhodném stupni přenosem tepla mezi taveninou a tepelně stálým kovem. Přední konec trysky 8 však se ochlazuje více s přibývající délkou trysky 8. Je-li například délka trysky 10 mm a teplota spodní stěny kelímku cca 1000 °C, ochladí se přední konec trysky 8 alespoň o 100 °C oproti dnu kelímku 2.

Jestliže mají být vytvořena vlákna o průměru asi 4 mikrometrů nebo méně z materiálu jako skla, kovu nebo plastických hmot, pak musí být viskozita termoplastického materiálu, vystupujícího z trysky 8 nastavena na 10 až 200 polse, s výhodou 50—100 polse za účelem získání vláken jemnějšího průměru a snížení množství nezvlákněné hmoty (vloček, kuliček, zrn). Z tohoto důvodu je důležité, s jakou účinností bude viskozita termoplastického materiálu na výstupu trysky 8 nastavena ve výše uvedeném rozsahu.

Vzhledem к výše uvedenému bylo shledáno důležitým snížit tloušťku plynového hořáku na ne více než 10 mm, tím zkrátit délku trysky 8 pro výstup taveniny 4 na ne více než 10 mm a snížit spád teploty od spodní plochy spodní stěny kelímku 2 к přednímu konci trysky 8 pro výstup taveniny 4.

Uspořádání většího počtu trysek 8 na výstup taveniny 4 může mít též vliv na jakost vyráběných vláken. Jak již bylo popsáno s odvoláním na obr. 1, při způsobu prováděném zařízením podle tohoto vynálezu je tavěnina 4, která vystoupila z trysky 8, ztvárněna do tvaru kužele 4a v první zóně 16 a uvedena v rotaci okolo své středové osové čáry. Ve druhé zóně 18 odtéká vlákenná tavenina 4b z konce kužele 4a ve tvaru víru, a je zrychlována a podrobena tažné síle, která ji dlouží a vytváří z ní jemná vlákna. Proud plynu 12 o vysoké rychlosti pro přeměnu taveniny 4 do kuželového tvaru 4a a její současnou rotaci v první zóně 16 je použit jako proud plynu pro dloužení a zeslabování vlákenné taveniny 4b, která odtéká z konce kužele 4a. V případě potřeby je možno použít pro dloužení jiného proudu plynu 12 o vysoké rychlosti. V každém případě musí mít proudy plynu 12 o vysoké rychlosti, použité pro dloužení, vysoký obsah energie za účelem vytvóření vláken o jemném průměru, dostatečně dloužených a zeslabených. Všeobecně je energie požadována pro dloužení a zeslabení vlákenné taveniny 4b ve druhé zóně 16 větší než je požadováno pro přeměnu taveniny 4 do tvaru kužele 4a a jeho rotaci v první zóně 16. Někdy je energie ve druhé zóně několikrát vyšší než v první. Z tohoto důvodu může úspora energie potřebné pro dloužení a zeslabení vlákenné taveniny 4b vyústit v podstatnou úsporu celkové energie potřebné pro tvorbu vláken.

V rámci tohoto vynálezu bylo shledáno, že energie potřebná pro dloužení a zeslabení může být podstatně snížena uspořádáním alespoň tří trysek 8 pro výstup taveniny 4 vzájemně blízko tak, že při nakreslení kružnic o poloměru 10 mm se středem odpovídajícímu středu každé trysky 8 jsou vytvořeny mezi kružnicemi alespoň tři překrývající se částmi, čímž je možno využít proudu plynu 12 o vysoké rychlosti pro výstup taveniny 4 z vedle sebe uspořádaných trysek 8 jako proudu plynu 12 pro dloužení a zeslabení (viz příklad 7).

Jinými slovy, jestliže první proud plynu 12 o vysoké rychlosti (v dalším primáfní proud plynu) působí na vlákennou taveninu 4b a současně druhý proud plynu 12 o vysoké rychlosti (v dalším sekundární proud ply‘ nu) v podstatě stejném směru jako první, pak je možno taveninu 4b velmi účinně dloužit a zeslabovat

Podle toho je možno vyrobit vlákna' dloužená a zeslabená ve větším rozsahu použitím proudu plynu 12 o vysoké rychlosti pro výhradní použití při dloužení (působící jako sekundární proud . plynu), kromě plynu o vysoké rychlosti (působícího jako primární proud) pro ztvárnění vytékající taveniny 4 do' tvaru kužele 4a a jeho uvedení do rotace. Jestliže je však použito zvláštního proudu plynu 12 o vysoké rychlosti výhradně pro dloužení, je spotřebováno více energie. V případě, že však jsou uspořádány alespoň 3 trysky 8 pro výstup taveniny 4 ve vzájemné blízkosti tak, jak ' je uvedeno výše, pak proud plynu 12 o vysoké rychlosti (tj. primární proud plynu) pro taveninu 4 vystupující z jedné trysky 8 může působit jako sekundární dloužící proud plynu 12 · pro taveninu 4 vystupující z přilehlé trysky 8. To' může vést k podstatnému snížení potřebné energie pro výrobu vláken dloužených a zeslabených na požadovaný průměr.

Je lepší umístit trysky 8 pro výstup taveniny 4 vzájemně blíže a zvýšit počet trysek 8 takto ' vzájemně blíže umístěných. Existuje však fyzikální mez, např. vzhledem k překrývání trysek 8 pro taveninu 4 a trysek 10 pro plyn 12. Kromě toho je účinek zeslaben tím, když jsou trysky umístěny od sebe ve větší vzdálenosti. Jestliže alespoň tři, s výhodou pět, jednotek na tvorbu vláken (trysek pro výstup taveniny) je uspořádáno tak, že při nakreslení kružnice □ poloměru 10 milimetrů (s výhodou 5 mm) se středy umístěnými ve středu trysek 8 pro výstup taveniny 4 vzniknou alespoň tři překryté části mezi kružnicemi, je možno obdržet lepší výsledky než v případě použití jediné jednotky na tvorbu vláken. Obvykle je mez přiblížení mezi tryskami 8 na výstup taveniny 4 asi 1 mm (měřeno ve vzdálenosti mezi středy dvou vedle sebe umístěných trysek).

Zahřátí dna kelímku 2, v němž je umístěna jak tryska 8 pro výstup taveniny 4, tak i tryska 10 pro' plyn 12, je další možností zlepšení jakosti 'získaných vláken. Jak již bylo' uvedeno, je třeba ' za účelem obdržení vláken dobré jakosti kontrolovat viskozitu termoplastického materiálu ve stavu, ve kterém vystupuje z trysky 8. Tak je u odděleného provedení zařízení, kde tryska 8 na taveninu 4 ' a tryska 10 na ' plyn 12 jsou vytvořeny v ' oddělených částech, důležité zkrátit přečnívající délku trysky . 8 pro výstup ' taveniny 4 od spodní plochy dolní stěny kelímku 2 a snížit spád teploty taveniny 4 pří jejím průchodu tryskou 8 na výstup taveniny

4.

Na druhé straně, jak je znázorněno na obr. 12a, 12b, v tak zvaném zařízení celistvého provedení, v němž tryska 8 pro výstup taveniny 4 a tryska 10 pro plyn 12 jsou provedeny v dolní stěně 203 kelímku 2, dochází k vzniku tohoto problému: dolní stěna 203 je chlazena, např. vyzařováním tepla z její spodní plochy, a ohřátí plynu přiváděného k trysce 10 pro plyn 12 je omezeno. Tak je teplota trysky 10 vždy nižší než teplota taveniny 4. ' Podle toho je tavenina 4 podstatně ochlazena při průchodu spodní ' stěnou 203. V případě, že ' je požadováno udržet viskozitu taveniny na výstupu trysky 8 pro ' výstup taveniny 4 . na vhodné hodnotě, například 50 poise, je třeba aby tavenina 4 byla z materiálu, který měkne při nízké 'teplotě a má tedy viskozitu . 50 poise při ne více než 1000 °C. Jinak musí být teplota taveniny 4 ' v kelímku 2 zvýšena nad 1250 °C. V takovém případě není možno použít poměrně laciného materiálu, jako nerezavějící oceli pro žáruvzdorné vložky k tvorbě kelímku 2 a' je obtížné zvolit přiměřené 'žáruvzdorné vložky.

Tento problém je možno vyřešit ' vedením elektrického proudu spodní stěnou 203 kelímku 2, v níž jsou vytvořeny jak tryska' 8 pro výstup materiálu 4, tak i tryska 10 ' pro plyn 12, a tak ji vytápět elektricky.

U zařízení, znázorněných na obr. 13a, 13b, je proveden kelímek 2 vyrobený ze slitiny obsahující 90 % platiny ' a 10 % rhodia, což je elektricky vodivý žáruvzdorný materiál, zahrnující postranní stěnu 300 a spodní ' stěnu 303. Tři trysky 8 pro výstup taveniny 4 provedené do tvaru komolého kužele procházejí v'řadě spodní stěnou 303, provedenou v jedné celistvé jednotce, a okolo každé z trysek 8 pro taveninu 4· prochází čtyři trysky 10 pro plyn 12. Kromě toho na obou stranách každé z trysek ' 8 jsou provedeny dva průchody 302 pro přívod plynu v rovnoběžném uspořádání navzájem, vedoucí ve směru v podstatě pravoúhlém k středové ose trysky 8. Trysky 10 pro plyn 12 jsou spojeny s průchody 302 pro ' přívod plynu. Každý . z průchodů 302 má s výhodou příčnou plochu rovnou nebo větší než součet ploch průřezů trysek 10 pro plyn 12 vedoucí k průchodům 302 pro' přívod plynu, takže je možno vést plyn stejnoměrného tlaku ke každé z trysek 10 pro plyn 12. Termoplastický materiál 4 je taven v neznázorněné tavící nádrži a neteče do kelímku 2, kde je udržován na tepplotě cca 1150 °C. Okolí trysky 8 pro výstup taveniny 4 je regulováno co do teploty průchodem proudu vedením 306 a svorkami 307 spojenými se zdrojem elektřiny a je udržováno např. na 'teplotě cca 1200 °C.

V zařízení znázorněném na obr. 14a, 14b je spodní stěna platinového kelímku uzpůsobena k vytápění průchodem elektrickéhoproudu. Např. tavenina udržovaná na teplotě např. 1250 °C, je nastavena na teplotu např. 1300 °C při průchodu dvaceti čtyřmi tryskami 8 pro výstup taveniny 4 majícími tvar komolého kužele v horní části a procházejícími spodní stěnou 403 kelímku. Jako' vysokotlakého plynu je použito páry zahřáté na teplotu 600 ac při tlaku 1500 kPa. Pára, 'která vstoupila vstupem 411, . je vypouštěna z trysky 10 přes průchod 407 na přívod plynu 12. Pět průchodů 407 na přívod plynu 12 je uspořádáno vzájemně rovnoběžně a směřuje do směru pravoúhlého k středové osové

199836 čáře trysky 8' pro výstup taveniny 4. Mezi vedle sebe uspořádanými průchody 407 Je uspořádána tryska pro výstup taveniny 4 v podélném směru průchodu 407. Pro každou trysku 8 pro výstup taveniny 4 jsou určeny tři .trysky 10 pro plyn 12. Tyto trysky 10 příslušející každé trysce 8 svírají úhel 120 ¹⁰ . navzájem, když jsou určeny jejich promítnutými obrazy na horizontální plochu, a každý má úhel sklonu ke kolmému směru o hodnotě 50°. Na . druhé straně teče z neznázorněného zdroje elektrického proudu elektrický proud spodní stěnou 403 přes vedení 409 a svorky 408, a spodní stěna 403 je udržována na teplotě .asi 1300 °C. V tomto zařízení je možno zvlákňovat termoplastický materiál 4 .o. poměrně vysoké teplotě tání, mající viskozltu 50 poise a teplotu 1300 stupňů Celsia. Z tohoto důvodu lze použít méně nákladného materiálu, a životnost kelímku může být prodloužena.

U zařízení znázorněného na obr. 13a, 13b a 14a, 14b je někdy třeba vést dostatečně velký proud spodní stěnou 303 nebo 403 kelímku 2 za účelem jejího zahřátí pro nastavení viskozity taveniny 4, vystupující z trysky 8, na požadovanou hodnotu. Je obtížné, . ne-li nemožné, . vést elektrický proud soustředěně jen tou částí, která zahřátí vyžaduje a v níž je vyvořena tryska 8 pro vý-

Claims (21)

1. Způsob výroby vláken z termoplastického materiálu, spočívající v jeho zahřátí v tavném kelímku a . kontinuálním výtoku výtokovými tryskami provedenými v tomto kelímku, jakož i v přívodu tří v podstatě. přímočarých proudů . plynu o vysoké rychlosti, rozmístěných v intervalech po obvodě taveniny, z nichž každý sestává jednak z tangenciální složky, která proudí okolo průřezu taveniny a jednak ze . složky postupně se přibližující ' středové osové čáře taveniny a poté se od ní postupně vzdalující směrem k vyteklé tavenině, která je tímto uváděna v otočný pohyb okolo své středové osy a uvedena do v podstatě kuželového tvaru v prvním úseku sahajícím od počátku výtoku taveniny až k místu největšího přibližování proudu plynu středové ose taveniny ' .a která vystupuje ve druhém úseku, který následuje za prvním úsekem, z vrcholu kužele ve tvaru vlákenného . víru ve směru výtoku taveniny a dále ven v radiálním směru, vyznačující se tím, že proudy plynu se udržují na teplotě nutné pro dloužení taveniny a jejich rychlost proudění se ' pohybuje v rozmezí od 200 do 1000 m/s, přičemž vzdálenost mezí výstupem trysky pro výtok taveniny a ohniskovým bodem, v němž se proudy plynu co nejvíce přiblíží středové ose taveniny, je 0,2 až lOnásobkem průměru (dg) proudu taveniny, přičemž sklon přímočarých proudů plynu o vysoké rychlosti se vzhledem k středové ose taveniny pohybuje v rozmezí od 20 do 70 °. stup taveniny 4 a tryska 10 pro plyn . 12.' Proto je teplo vytvářeno v jiné části spodní ' stěny 303 a 403 (obvykle obě koncové hrany vedoucí k svorce). Proto tato část má nadměrně vysokou teplotu, . a je žde sklon k tomu, že vodivý žáruvzdorný materiál .tvořící spodní stěnu nemůže odolat . takto nadměrně vysoké teplotě. Za účelem zabránění tomuto jevu je možná metoda, kde ' plocha průřezu jiné . části než té, . v níž jsou umístěny tryska 8 pro výstup taveniny 4, a .tryska 10 pro plyn 12 je zvýšena za účelem snížení hustoty elektrického proudu v .této části. Tato metoda však . by zvýšila. množství vodivého žáruvzdorného materiálu (jako slitiny platiny) a drasticky zvýšila . náklady. Nejedná se tedy vůbec o vhodné opatření. Za účelem účinného zabránění části spodní stěny v přílišném zahřátí, je dána přednost vytvoření průchodu pro' zavedení plynu 12 do trysky . 10 pro plyn podél té · části spodní stěny, která podléhá přílišnému zahřátí, tj. té části kde není uspořádána tryska 8 pro výstup taveniny 4 a tryska 10 ' pro plyn 12 a tato část je chlazena plynem procházejícím tímto průchodem. Toto.účinně zabraňuje příslušné části spodní stěny 303 nebo 403 kelímku 2 v přehřátí, . a současně je s výhodou ohříván plyn vedený do trysky 10 pro plyn

12.

VYNALEZU

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že zpracovávaný termoplastický materiál je sklo . a že proudy plynu se udržují na teplotě v .. rozmezí od 500 do 1500 °C.

3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že proudy. plynu jsou tvořeny třemi přímočarými . proudy plynu, rozmístěnými ve stejných . vzdálenostech . okolo kontinuálně vytékajícící taveniny.

4. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že proudy plynu jsou tvořeny alespoň čtyřmi přímočarými proudy plynu, uspořádanými symetricky vzhledem k středové ose kontinuálně . vytékající taveniny jako rotační ose souměrnosti, přičemž alespoň . dva úhly sevřené mezi středovými osami přilehlých proudů plynu mají hodnotu od 95 do 135

5. Způsob podle .kteréhokoliv z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že na vlákennou taveninu, vytékající z vrcholu kužele taveniny je směrován za účelem dloužení další proud plynu.

6. Způsob podle kteréhokoliv z bodů 1 až 5, vyznačující se tím, . že viskozita taveniny před uvedením. do rotačního pohybu v prvním .úseku po výstupu taveniny z výtokové trysky je v rozmezí od 10 do 200 poise.

7. Způsob podle kteréhokoliv z bodů 1 až 6, vyznačující se tím. že průměr (di) proudu plynu a dloužící průměr (D2) taveniny vymezený přímočarými proudy plynu, vypouštěnými ze soustavy trysek mají rozměr, zvolený uvnitř plochy vymezené spojením bodů (0.;0); (3,0;5,3); (3,0;7,0); (0;2,0) v grafu,

199836 kde hodnoty průměru (di) proudu plynu v mm jsou vyneseny na úsečku a hodnoty dloužícího průměru (Dž) taveniny v mm pořadnici.

8. Způsob podle kteréhokoliv z bodů 1 až 7, vyznačující se tím, že proud plynu se za účelem dloužení taveniny směruje na tu její část, která vytéká z jejího vrcholu kužele ve tvaru vlákna.

9. Způsob podle kteréhokoliv z bodů 1 až 8, vyznačující se tím, že průměr (di) proudu plynu je s dloužícím průměrem (D?) taveniny ve vztahu

Di=10D2

10. Způsob podle bodu 9, vyznačující se tím, že vztah mezi průměrem (di) proudu plynu a dloužícím průměrem (D2) taveniny (4) odpovídá rovnici

1.3 D2=Di = 3 D2

11. Zařízení к provedení způsobu podle bodů 1 až 10, sestávající z tavného kelímku opatřeného tryskami pro výtok taveniny, ze soustavy trysek na vypouštění plynu ve for-. mě alespoň tří v podstatě přímočarých proudů plynu o vysoké rychlosti, rozmístěných v intervalech po obvodu taveniny, vyznačující se tím, že výstup výtokové trysky (8) še nachází od ohniskového bodu (14), v němž je středová osa trysky pro přívod plynu nejblíže středové ose výtokové trysky ve vzdálenosti 0,2 až 10 násobku vnitřního průměru výtokové trysky (8), přičemž úhel sklonu soustavy trysek pro přívod plynu (12) ke středové ose taveniny (4) se pohybuje vzhledem к ní v rozmezí od 20 do 70°.

12. Zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že tavný kelímek (2) má alespoň tři výtokové trysky (8) pro taveninu (4), umístěné blízko sebe, takže při opsání kružnice o poloměru 10 mm okolo středu každé z výtokových trysek (8) se alespoň tři části těchto kružniic překrývají.

13. Zařízení podle bodů 11 nebo 12, vyznačující se tím, že soustava trysek pro přívod proudů plynu (12) je tvořena třemi tryskami (10), rozmístěnými ve stejných vzdálenostech okolo výtokové trysky (8) pro tavenlnu (4).

14. Zařízení podle bodů 11 nebo 12, vyzna čující se tím, že soustava trysek pro přívod proudů plynu (12) je tvořena alespoň čtyřmi tryskami (10), umístěnými souměrně vzhledem ke středové ose taveniny (4) kon-. tinuálně vytékající z výtokové trysky (8) jako rotující osa souměrnosti, přičemž alespoň dva z úhlů svíraných přilehlými tryskami (10) této soustavy mají hodnotu od 95 do 135 °.

15. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 11 až 14, vyznačující se tím, že výtokové tryska (8) pro taveninu (4) má průměr (da) v rozmezí 0,5 až 2,5 mm.

16. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 11 až 15, vyznačující se tím, že délka trysky (10) soustavy trysek pro přívod proudu plynu (12) je alespooň pětkrát větší než průměr (di) proudu plynu (12) v jejím otvoru.

17. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 11 až 16, vyznačující se tím, že část vnitřní stěny trysky (10) soustavy trysek pro přívod proudu plynu (12) v blízkosti výstupu, která je vzdálenější od výtokové trysky (8) pro taveninu (4), je vyříznuta.

18. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 11 až 17, vyznačující se tím, že výtokové tryska (8) pro výstup taveniny (4) vyčnívá ze spodní stěny (203) kelímku (2) v délce nepřesahující 10 mm, zatímco tryska (10) soustavy trysek pro přívod proudu plynu (12) je vytvořena v součásti umístěné okolo výtokové trysky (8).

19. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 11 až 17, vyznačující se tím, že jak výtokové tryska. (8) pro taveninu (4), tak i tryska (10) soustavy trysek pro přívod proudu plynu (12) jsou provedeny ve spodní stěně (203) tavného kelímku (2), zhotovené z jednoho celku. i

20. Zařízení podle bodu 19, vyznačující se tím, že spodní stěna (203) tavného kelímku (2) je opatřena na svém konci svorkami elektrického vyhřívání.

21. Zařízení podle bodu 20, vyznačující se tím, že spodní stěna (203) tavného kelímku (2) je opatřena průchodem (302) pro přívod proudu plynu (12) do trysky (10) soustavy trysek podél části spodní stěny (203) tavného kelímku (2), mimo niž jsou vytvořeny výtokové trysky (8) a trysky (10) soustavy trysek pro přívod proudu plynu (12).