CZ288260B6 - Process for producing products from glass fibers - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výrobních postupů, kterými mohou být zhotovovány výrobky z umělých skelných vláken (označení „MMVF“ podle anglického výrazu „Man-Made Vitreous Fibre“). Mezi takové výrobky patří desky, listy, trubky a další tvarované výrobky, které se používají jako teplotní nebo protipožární izolace či ochrany, omezovače hluku či protihluková opatření, popřípadě jako vláknové zpevňovače cementových, plastových a dalších materiálů nebo jako plnivo či jako zahradnické pěstitelské médium.

Dosavadní stav techniky

Je dobře známo zhotovování MMVF výrobků z minerální taveniny, která je nalévána na nejvýše umístěný rotor kaskády otáčejících se rotorů, otočně upevněných na rozdílných, v podstatě vodorovných osách a které jsou uspořádány tak, aby tavenina byla odhazována z nejvyššího rotoru na rotor následující nebo na každý následující rotor v kaskádové posloupnosti, po čemž jsou skleněná vlákna z druhého nebo každého následujícího rotoru odhazována a shromažďována v podobě plsti ze skelných vláken (všeobecně za přítomnosti pojivá), jež je nakonec zpracována do podoby požadovaného MMVF výrobku. Zařízení pracující na tomto principu je popsáno ve WO 92/05047.

V obvyklých výrobních postupech využívajících běžné taveniny, je zrychlení zrychlovacího pole na nejvyšším rotoru typicky velmi nízké a to například od 10.10³ do 15.10³ m/s², protože prvotním záměrem je odhodit taveninu na následující druhý rotor, kde je zrychlovací pole podstatně rychlejší.

V tomto smyslu je výrobní postup řízen tak, že na nejvyšším rotoru účinkuje zrychlovací pole se zrychlením kolem 15.10³ m/s² a na následujících rotorech se zrychlení stupňuje od 30 do 100 km/s“, přičemž nej vyšší hodnotu zrychlení má nejníže umístěný rotor.

Je žádoucí, aby množství odhozů (materiál mající průměr více než 63 pm) bylo minimalizováno, neboť v MMVF výrobku existuje potřeba dosažení poměrně jednotného průměru vláken. Proto je v doposud používaném výrobním způsobu používáno takové řešení, že nejvýše umístěný rotor má účinek síly zrychlení podstatně menší, než je tomu u následujících rotorů. V tomto smyslu bylo tedy akceptováno, že by bylo obtížné zhotovovat přijatelná vlákna již na nejvyšším rotoru a že tento horní rotor by měl být pravděpodobně doprovázen důležitou odhozovou formací, což předurčuje nejvyšší rotor k tomu, aby prvotně sloužil ke zrychlování taveniny, která je vrhána na první následující rotor, přičemž prvotní zhotovování konečné podoby vláken je postoupeno na druhý, následující rotor a další rotory.

Takové výrobní postupy jsou vhodné při zpracovávání tavenin takového typu, který je tradičně používán pro zhotovování MMVF výrobků, a to zejména z hornin, minerálů nebo strusky. Další výrobní postupy, které jsou určeny pro použití v souvislosti s běžnými taveninami, jsou popsány ve WO 92/12939 a WO 92/12941. Například ve WO 92/12939 je uvedeno, že první rotor je vybaven hnacími prostředky a má takový rozměr, aby při otáčení vyvinul zrychlovací pole přinejmenším 50 km/s², a druhý a třetí rotor mají takové rozměiy a mohou se otáčet tak, aby vyvinuly rychlejší zrychlovací pole než první rotor, přičemž osy prvního rotoru a druhého rotoru jsou uspořádány tak, aby přímka propojující střed osy prvního rotoru se středem osy druhého rotoru byla vedena v úhlu od 0 do 20°, výhodně od 5 do 10°, pod vodorovnou přímkou procházející středem osy prvního rotoru. V tomto zařízení může být zrychlení zrychlovacího pole na prvním rotoru až přibližně 150 km/s² nebo za určitých okolností dokonce vyšší, ale obecně bývá nižší než 100 km/s². Poměr zrychlovacího pole druhého rotoru k prvnímu rotoru je obecně

-1 CZ 288260 B6 od 1,1:1 až 2:1, výhodněji 1,2-1,7:1, a poměr zrychlovacího pole každého dalšího následujícího rotoru k předchozímu rotoru je obecně 1,2 : 1 až 1,6 : 1. Zrychlovací pole vyvinuté posledním rotorem má typicky zrychlení od 150 km/s² do 300 km/s² nebo v některých případech dokonce vyšší.

Všechny tyto výrobní postupy jsou určeny pro použití při zpracovávání konvenčních tavenin majících obvyklé taveninové vlastnosti. Takové taveniny například obsahují významné množství oxidu hlinitého a jsou zhotovovány z materiálů jako čedič nebo diabas. Technická literatura obecně popisuje takové taveniny jako taveniny, které přicházejí do styku s nejvyšším rotorem při teplotě v rozsahu od 1350 nebo 1400 °C do 1600 °C, ale v praxi je obvyklé přivádět taveninu mající teplotu přibližně od 1420 do 1480 °C. Použití vyšších teplot na nejvyšším rotoru má za následek to, že viskozita taveniny je natolik nízká, že nevyhovuje kvalitativním požadavkům výroby.

Při odhazování z jednoho rotoru na další se tavenina ochlazuje a řečená viskozita se významně zvyšuje s klesající teplotou. Viskozita (vPa.s) běžně používané taveniny se může například zdvojnásobit, když teplota klesne z 1450 na 1400 °C. Proto je normálně nezbytné vytvořit takové podmínky, aby pokles teploty taveniny od jejího styku s nejvyšším rotorem až po opuštění posledního rotoru v kaskádové posloupnosti nebyl větší než přibližně 200 °C. Obzvláště teplota na posledním rotoru musí být dostatečně vysoká, aby stále existovala schopnost vytvářet z taveniny vlákna. Viskozita taveniny při styku s nejvyšším rotorem má typicky hodnotu přinejmenším 1,5 Pa.s a často přinejmenším 3 Pa.s, avšak při opuštění posledního rotoru by neměla být například vyšší než přibližně 20 Pa.s. Obzvláště je důležité, aby teplota taveniny byla při opouštění posledního rotoru vyšší, než bod kiystalizace taveniny.

Je obvyklé provádět stanovení charakteristiky taveniny v pojmech její viskozity při teplotě 1400 °C a na tomto základě mají běžné taveniny používané v právě popisovaném výrobním postupu normálně viskozitu přinejmenším 2, typicky 2,5 až 4 Pa.s při 1400 °C.

Mělo by být vzato v úvahu, že je nutné taveninu opatrně odvozovat od různých minerálů, z nichž je utvořena, aby byla získána taková tavenina, která bude splňovat požadavek vztahu viskozity a teploty.

Je známo, že různé složky taveniny mohou mít proměnlivé fyzikální vlastnosti, jako je odolnost proti hoření nebo schopnost tepelné izolace MMVF výrobků zhotovovaných tímto výrobním postupem, ale složení taveniny je obvykle diktováno prvotní potřebou dosáhnout požadovaný vztah viskozity a teploty.

V současnosti existuje v průmyslu potřeba vytvořit takové složení taveniny, které bude mít zvláštní chemické a rozpustnostní vlastnosti, například rozpustnost v Gamblesově roztoku při pH 7,5. Některá vlákna jsou například vyráběna na základě analýzy, která zajišťuje malé množství hliníku a která připouští určité množství fosforu. Mnoho tavenin, které jsou v současnosti komerčně zajímavé například kvůli jejich rozpustnostním vlastnostem, mají při 1400 °C nižší viskozitu než tradiční taveniny. Lze očekávat, že takové snížení viskozity taveniny může usnadnit vytváření výrobků, ale zjistili jsme, že činnost kaskádového rozmetače v takových podmínkách, které jsou podobné výše popisovaným podmínkám, v praxi vede k vytvoření výrobku, jenž má nepřijatelně vysokou míru odhozu a/nebo nepřijatelně malou průměrnou hodnotu průměru vlákna. Proto je naším cílem poskytnout výrobní způsob, který je výhodný pro zhotovování MMVF výrobků s použitím kaskády rotorů a který může poskytnout dobré výrobky i tehdy, když má tavenina neobvykle nízkou viskozitu při 1400 °C.

Jestliže by se prováděly nějaké změny konvenčních a známých výrobních postupů zaměřené na jejich přizpůsobení pro taveniny s nízkou viskozitou, mohlo by se očekávat, že jednou z těchto změn by mohlo být snížení teploty taveniny na prvním rotoru natolik, aby viskozita taveniny na řečeném prvním rotoru stoupla zpět na hodnoty, které jsou typické pro takové konvenční použití.

-2CZ 288260 B6

Další možnou změnou by mohlo být zmenšení zrychlovacího pole natolik, aby byl dosažen obdobný stupeň rozvlákňování navzdory nižší viskozitě. Avšak žádná z těchto změn nepřináší uspokojující výsledky, a proto se postupuje v tomto vynálezu přesně opačně.

Podstata vynálezu

Podle přihlašovaného vynálezu byl vyvinut způsob pro zhotovování MMVF výrobků z minerální taveniny s použitím kaskády otáčejících se rotorů, kdy tato kaskáda rotorů obsahuje nej vyšší, první rotor a následující rotory, přičemž tyto rotory jsou otočně upevněny na různých vodorovných osách a jsou uspořádány tak, aby tavenina, která je nalévána na nejvýše umístěný rotor, byla z něj odhazována na následující, druhý rotor a z něj na zbývající rotor nebo rotory a z těchto následujících rotorů byla odhazována v podobě vláken, kde tavenina je nalévána na nejvyšší rotor a vlákna odhozená z rotorů jsou zachycována sběrným zařízením, jehož podstatou je, že viskozita minerální taveniny při teplotě 1400 °C je nejvýše rovná 1,8 Pa.s, na nejvýše položeném prvním rotoru je nejvýše rovná 1 Pa.s, odstředivé zrychlení na prvním rotoru je alespoň 30 km.s’², na druhém rotoru je 50 % až 150 % odstředivého zrychlení prvního rotoru a na následujícím třetím a kterémkoliv následujícím dalším rotoru je o 100% až 250% větší než odstředivé zrychlení na prvním rotoru a osy prvního rotoru a druhého rotoru jsou uspořádány tak, že spojnice středů rotorů svírá s vodorovnou rovinou procházející středem prvního rotoru úhel v rozmezí 0 až 20 stupňů.

Podle výhodného provedení odstředivé zrychlení druhého rotoru je od 30 do 48 km.s'².

Odstředivé zrychlení druhého rotoru může dále být výhodně 70% až 110% odstředivého zrychlení prvního rotoru.

Podle ještě dalšího výhodného provedení je odstředivé zrychlení každého z rotorů v kaskádě nejvýše rovné 100 km.s'² a každého z následujících rotorů je 70% až 200% odstředivého zrychlení prvního rotoru.

Odstředivé zrychlení prvního rotoru je podle ještě dalšího výhodného provedení způsobu 30 až 70 km.s'², druhého rotoru 20 až 70 km.s'² a následujících rotorů 50 až 80 km.s'².

Minerální tavenina má výhodně hodnotu K o velikosti alespoň 40, zjištěnou z procentuálního hmotnostního zastoupení určitých oxidů v tavenině podle vzorce

K = CaO + MgO + Na₂O + K₂O + BaO + B₂O₃ - 2 x (A1₂O₃), v němž značí CaO oxid vápenatý, MgO oxid hořečnatý, Na₂O oxid sodný, K₂O oxid draselný, BaO oxid bamatý, B₂O₃ oxid boritý a A1₂O₃ pak oxid hlinitý.

Konečně může být výhodné, když má minerální tavenina při teplotě 1400 °C viskozitu od 0,3 do 1,5 Pa.s, zejména od 0,3 do 1,3 Pa.s.

Podle tohoto vynálezu je možné snadno zhotovovat MMVF výrobky, v nichž je podíl odhozu, který má průměr nad 63 pm, nižší než 35 % celkové hmotnosti anorganického materiálu. Navíc je jednoduše možné provádět tento způsob tak, že průměr vláken je většinou v rozsahu od 2 do 5 pm, a tím zajistit zhotovování výrobků, které mají velmi uspokojivé izolační hodnoty (pro danou hustotu) a velmi uspokojivé hodnoty hustoty při standardní odolnosti proti průchodu vzduchu.

Ačkoli ve WO 92/12939 a WO 92/12941 je popisováno použití prvního (nejvyššího) rotoru majícího zrychlovací pole nejméně 50 km/s², neexistuje v těchto dokumentech žádný návrh, který

-3CZ 288260 B6 by byl použitelný pro zvláštní taveniny určené pro tento vynález a který by řešil konkrétní vztah zrychlovacích polí a vlastnosti taveniny tak, jak je tomu v tomto vynálezu.

Viskozita tavenin, které jsou použitelné v přihlašovaném vynálezu, není obecně při 1400 °C vyšší než 1,5 Pa.s a výhodně ne více než 1,3 Pa.s. Obecně to je přinejmenším 0,3 Pa.s, často přinejmenším 0,5 Pa.s a velmi často přinejmenším 0,9 Pa.s. V této patentové přihlášce je viskozita taveniny určována podle vědeckotechnické publikace ,,Američan Joumal Science“, vydání 272, 1972, strana 438 až strana 475.

Nej vyšší, první rotor pracuje při teplotě taveniny, která je vyšší než 1400 °C, výsledkem čehož je, že viskozita taveniny na nejvyšším rotoru je nižší než viskozita při 1400 °C. To je příčinou stavu, že viskozita na nejvyšším rotoru je podstatně nižší, než je obvyklé. Pokud konvenční výrobní způsoby pracují například při viskozitě přinejmenším 2 Pa.s na nejvyšším rotoru, pak v tomto vynálezu je tato hodnota nižší než 1 Pa.s a často nižší než 0,8 Pa.s a nejčastěji nižší než 0,6 Pa.s. Může být dokonce nižší než 0,1 Pa.s, ale obvykle je to více než 0,3 Pa.s.

Teplota nejvyššího rotoru je volena tak, aby tavenina měla požadovanou nízkou viskozitu na tomto nejvyšším rotoru, a v praxi to obecně znamená, že nejvyšší rotor a tavenina na něm by měla mít teplotu od 1480 do 1600 °C. Obvyklá úroveň teploty je přinejmenším 1490 °C a nejvýhodněji přinejmenším 1500 °C. Obvykle to nebývá více než 1550 °C.

Uvádíme-li v této patentové specifikaci údaje o teplotě nebo viskozitě na rotoru, máme na mysli průměrnou teplotu nebo viskozitu taveniny, která je měřena v oblasti nacházející se od 0 do 10 cm od rotoru.

Zrychlovací pole na nejvyšším rotoru musí být rychlejší než obvykle, a proto musí být přinejmenším 30 km/s². Obvykle to je přinejmenším 35 km/s². Výhodně je to méně než 48 km/s², ačkoli při provádění některých výrobních postupů může být rychlost vyšší, například db 70 km/s², někdy dokonce až do 100 km/s². Avšak hodnoty nad 48 km/s² jsou obvykle nežádoucí.

V obvykle uplatňovaných výrobních způsobech a ve způsobu podle WO 92/12939 a WO 92/12941 má zrychlovací pole na druhém rotoru podstatně vyšší zrychlení, než jakou má akcelerační pole na prvním, nejvyšším rotoru. Znakem přihlašovaného vynálezu je však skutečnost, že zrychlovací pole na druhém rotoru může být často výhodně pomalejší než zrychlovací pole na prvním rotoru a pokud je rychlejší, nemělo by být jeho zrychlení o mnoho větší než zrychlení zrychlovacího pole na prvním rotoru. Tento znak poskytuje zlepšené výsledky, protože umožňuje dobré formování vláken na tomto i následujících rotorech navzdory poměrně vysoké rychlosti nejvyššího rotoru a nízké viskozitě taveniny. Zrychlení zrychlovacího pole na druhém rotoru je obvykle přinejmenším 50 %, výhodněji přinejmenším 70 % nebo 80 % zrychlení zrychlovacího pole prvního rotoru. Může být více než 150 %, ale obvykle ne více než 130 % nebo výhodně 110 % zrychlení zrychlovacího pole na prvním rotoru.

Zrychlovací pole na třetím rotoru a kterémkoli následujícím rotoru má obvykle 100 % až 250 % zrychlení zrychlovacího pole na prvním rotoru. Jiný způsob definování zrychlovacího pole na třetím a jakémkoli dalším následujícím rotoru je odvozen od zrychlovacího pole na druhém rotoru. Na tomto základě obvykle dosahuje zrychlovací pole třetího a kteréhokoli následujícího rotoru přinejmenším 130% a výhodně přinejmenším 170% zrychlení zrychlovacího pole na druhém rotoru, ale obvykle nebývá vyšší než 300 %, popřípadě častěji než 230 % zrychlení zrychlovacího pole na druhém rotoru.

Konkrétní zrychlení zrychlovacího pole na druhém rotoru je obvykle přinejmenším 20 nebo 25 km/s² a výhodně přinejmenším 30 km/s². Může být až 100 km/s², ale je obvykle nižší než 70 km/s² a výhodně nižší než 50 km/s². Zrychlení zrychlovacího pole na třetím a kterémkoli dalším rotoru je obvykle přinejmenším 40 km/s² a výhodně přinejmenším 50 km/s². Může být až 100 km/s², ale výhodně není vyšší než 80 km/s².

-4CZ 288260 B6

Průměr nejvyššího rotoru je výhodně v rozsahu od 130 mm do 230 mm, nejvýhodněji v rozsahu od 160 mm do 200 mm. Průměr druhého rotoru je obecně v rozsahu od 160 mm do 200 mm. Průměr druhého rotoru je obecně v rozsahu od 150 mm do 300 mm, výhodně od přibližně 200 mm do 250 mm. Průměr třetího a kteréhokoli následujícího rotoru je obecně od 250 mm do 400 mm, výhodně pak přibližně 300 mm až 350 mm.

Obvykle bývají použity čtyři rotory.

Zrychlovacím polem nebo dostředivým zrychlením rotoru je pole G, kde G = γΩ², kde r je poloměr rotoru a

Ω je úhlová rychlost rotoru, přičemž Ω = kde n je počet otáček za minutu.

Osa prvního následujícího rotoru je umístěna tak, aby přímka vedená do středu osy horního rotoru ke středu osy tohoto prvního následujícího rotoru tvořila úhel od přibližně 0 do 20° pod vodorovnou rovinou. Tento úhel je výhodně od 5 do 10 nebo 15°. To je obzvláště výhodné tehdy, když tavenina zasáhne první či nejvyšší rotor v poloze, která vytváří úhel od 40 do 60°, nad vodorovnou rovinou. Takto se tavenina pohybuje po úhlové vzdálenosti celkově od 45 do 80°, výhodně od 50 do 70°, od bodu, v němž zasáhla nejvyšší rotor k přímce spojující osy nejvyššího rotoru a druhého rotoru.

Každý následující rotor a často i první rotor je výhodně vybaven vzduchovými štěrbinami tam, kde vnitřní průměr štěrbiny je v podstatě stejný jako vnější průměr rotoru a vzduch prudce proniká skrze štěrbinu v axiálním směru nebo může tryskat z drážky pod vlivem tangenciální složky a složky rychlosti. Každá vzduchová štěrbina se může skládat z vnitřních a vnějších štěrbin. Lopatky v drážce nebo jiné směrovací prostředky mohou být umístěny tak, aby vedly proud vzduchu v axiálním směru, který se mění po délce štěrbiny. V souvislosti s tím je možné vést vzduch podle potřeby jakýmkoli zvoleným axiálním, radiálním nebo tangenciálním směrem. V tomto případě může být proveden odkaz na dokumenty WO 92/06047 a WO 92/12939, v nichž jsou uvedeny informace o výhodných vzduchových proudových prostředcích.

Vlákna mohou být zpracována do MMVF výrobků obvykle používaným způsobem. V této souvislosti může být do vláken přimícháno pojivo už v průběhu jejich vytváření nebo po jejich vytvoření a vlákna mohou být shromažďována v podobě plsti na propustném sítu a takto vytvořená plst může být zpracována do podoby požadovaného výrobku s použitím konvenčních technických postupů, jako je laminování, kalandrování, příčné stlačování a podélné stlačování a vytvrzování.

Výrobky mají zvláštní hodnotu jako termální, ohnivzdorné nebo zvukové izolace nebo ochrany či regulace.

Celkové výrobní podmínky použité v tomto výrobním způsobu včetně výběru složek taveniny jsou výhodně takové, aby množství odhozu majícího průměr vlákna více než 63 pm byl nižší než 35 % a nejvýhodněji méně než 30 % celkové hmotnosti anorganického materiálu. Obvykle to je nad 20 % této celkové hmotnosti. Výsledkem provádění výrobního způsobu podle takto definovaných podmínek je možnost získání takového výrobku, který má výhodný průměr vláken, bez rizika vyprodukování vláken s natolik malým průměrem, jenž by způsoboval předčasné lámání a způsobil vytvoření vadného výrobku. Obecně je průměr vláken hlavně v rozsahu od 2 do 5 pm. Obvykle to je nejméně 2,5 pm, ale ne více než 4 pm. Upřednostňované výrobky podle tohoto

-5CZ 288260 B6 vynálezu mají průměr vláken v rozsahu od 2,5 do 3,5 pm. V této patentové specifikaci je průměr vláken pojímán jako průměrná hodnota průměru vláken měřená přístrojovým zařízením SEM podle měřicího způsobu na bázi délky tak, jak je to předepsáno publikací organizace ΤΙΜΑ „Analytical Chimica Acta“, vydanou v roce 1993, strana 280 až strana 288, s názvem „Měření průměru vláken objemových chemicky vyrobených skelných vláken“. Výhodný stupeň geometrického roztahování je přibližně 2.

Výsledná účinnost realizace výrobního způsobu podle tohoto vynálezu umožňuje vytváření MMVF výrobků a zajišťuje více než 85% využití prvotně zpracovaného materiálu. Proto méně než 15 % původní taveniny je považováno za odpadní a následně recyklovatelný materiál.

Je dobře známo, že nevýhodou MMVF výrobků zhotovených z horninových, struskových a podobných materiálů je tendence k izolační hodnotě na jednotku hustoty méně uspokojivé než v případě izolační hodnoty na jednotku hustoty, jde-li o MMVF výrobky vyrobené ze skla. Výhoda přihlašovaného vynálezu spočívá vtom, že umožňuje dosáhnout velmi dobrých a uspokojivých izolačních hodnot. Konkrétně je možné při uplatňování výrobního způsobu podle tohoto vynálezu snadno získat MMVF výrobek zhotovený z neskelné taveniny, v níž je hodnota hustoty ve vztahu k jakékoli zvláštní hodnotě termální vodivosti lambda velmi uspokojivá. Proto je podle tohoto vynálezu možno vyrábět MMVF výrobky, v nichž je vztah mezi určitou hodnotou lambda a rozsahem hodnoty hustot definován v následující tabulce. Lambda je měřena v MW/m°K a hustota v kg/m³.

Lambda	Maximální hustota	Minimální hustota
40	22	20
38	25	23
36	30	38
34	40	37
33	55	47

Střední hodnoty jsou vypočítány interpolací.

Prvotní hodnota vynálezu je dosahována tehdy, když je použita tavenina takového typu, jenž se obecně týká horninové, minerální nebo struskové taveniny na rozdíl od skelné taveniny. Proto je celkový obsah alkalického kovu (vyjádřeného jako Na₂O + K₂O) obecně nižší než 15 % a obvykle nižší než 10 % a celkové množství CaO + MgO je přinejmenším 15 % a obvykle přinejmenším 20 %.

Vynález je obzvláště hodnotný, když tavenina je složena tak, aby vykazovala zvýšenou rozpustnost v roztoku podle Gamblese při pH 7,5. Bylo zjištěno, že taveniny vykazující dobrou rozpustnost v takových roztocích by měly mít hodnotu K přinejmenším 30 a výhodněji přinejmenším 40, kdy hodnota Kje vypočítána z procentuálního hmotnostního zastoupení určitých oxidů následně:

K = CaO + MgO + Na₂O + K₂O + BaO + B₂O₃ - 2 x (A1₂O₃).

Následující tabulka představuje analýzu rozsahu procentuálního hmotnostního zastoupení hlavních složek obsažených v typických výrobcích, přičemž výrobky 6 a 7 jsou konvenčními výrobky vyrobenými smícháním čediče a diabasu.

-6CZ 288260 B6

Tavenina	SiO2	ALOj	TiO2	FeO	CaO	MgO
1	54,2	1,5	0	0,5	29,5	8,7
2	50,8	2,0	0	0,5	30,5	9,9
3	49,1	0,8	0,1	0,6	29,9	16,4
4	53,2	2,1	0,2	4,5	22,5	12,5
5	53,5	2,0	0,1	6,0	23,2	11,0
6	47,6	12,2	1,8	6,9	14,3	11,7
7	48,5	12,8	1,9	6,6	13,1	11,3

Tavenina	Na2O	K2O	hodnota K	Viskozita dPa.s
1400 °C	1500°C
1	4,8	0,8	40,8	13	4,3
2	4,6	0,7	41,7	11	4,6
3	1,0	0,2	44,7	9	3
4	3,5	0,8	33,6	10,7	5,4
5	2,0	0,8	33,0	12,3	6,0
6	2,4	1,1	<30	28	13
Ί	2,4	1,1	<30	35	18

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude nyní popsán s odkazem na připojený výkres, kterým je čelní nárys kaskády rotorů sestavených pro použití v přihlašovaném vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení obsahuje kaskádu 1 rotorů, které jsou otočně upevněny na předním čele 2 bloku 3. Kaskáda 1 je umístěna na jednom konci konvenční komory pro shromažďování vláken, přičemž nejvyšší rotor 4 je umístěn tak, aby mohl přijímat taveninu z taviči pece. Každý rotor je konvenčním způsobem namontován na hnaném hřídeli, který umožňuje otáčení při vysoké obvodové rychlosti. Kaskádová sestava obsahuje čtyři rotory, a to nejvyšší rotor 4, jenž se otáčí proti směru hodinových ručiček, a tři následující vláknotvomé rotory, jmenovitě druhý rotor 5, který se otáčí ve směru pohybu hodinových ručiček, třetí rotor 6, který se otáčí proti směru pohybu hodinových ručiček a čtvrtý rotor 7, který se otáčí ve směru pohybu hodinových ručiček. Ložiska a hnací mechanismy nejsou předvedeny.

Vzduchové štěrbiny 8,9,10 a 11 jsou utvořeny na příslušných rotorech 4,5,6 a 7, přičemž každá z těchto štěrbin 8, 9, 10, 11 je vedena pouze na části příslušného rotoru 4, 5, 6, 7. Každá štěrbina 8, 9, 10, 11 je obecně vedena přinejmenším na 1/3 obvodu příslušného rotoru 4, 5, 6, 7, a to obecně kolem vnější části kaskády 1 rotorů. Obecně je vedena na více než 2/3 nebo 3/4 obvodu. Každá štěrbina 8, 9, 10, 11 je propojena se vzduchovou zásobní komorou, nacházející se v bloku

3.

Roztavená minerální tavenina je nalévána na nejvyšší rotor 4 podle znázorněné dráhy a dopadá na nejvyšší rotor 4 v bodě A, který se nachází v takové poloze, aby úhel B (tzn. úhel, který tvoří spojnice bodu A se středem osy nejvyššího rotoru 4 a vodorovnou přímkou procházející středem nej vyššího rotoru 4 a vodorovnou přímkou, procházející středem nejvyššího rotoru 4 směrem ke druhému rotoru 5) měl hodnotu od 40 do 60° ve vztahu k vodorovné přímce, nejčastěji pak od 45 do 60°. Druhý rotor 5 by měl být umístěn jen o něco málo níže než první rotor 4, a proto je typicky rozměr úhlu C od 0 do 20°, nejčastěji pak od 5 do 10°.

Uplatněním uvedených prostředkuje možné zjistit to, že tavenina, která je odhazována z prvního rotoru 4 na druhý rotor 5, dopadá na obvodový povrch druhého rotoru 5 v podstatě v pravém úhlu (například od 75 do 105° ke kolmici). Obdobně by měl být součet úhlů D, E a F výhodně co nejmenší, jak je to jen možné. F je úhel vytvořený vodorovnou přímkou, která prochází středem osy čtvrtého rotoru 7 a přímkou, propojující střed osy třetího rotoru 6 se středem osy čtvrtého rotoru 7, úhel E je úhel vytvořený přímkou, propojující středy os třetího a čtvrtého rotoru 6 a 7 a přímkou, propojující středy os druhého a třetího rotoru 5 a 6, zatímco úhel D je vytvořen přímkou, propojující středy os prvního a druhého rotoru 4 a 5 a přímkou, propojující středy os druhého a třetího rotoru 5 a 6. Součet C + D + E + F úhlů je výhodně menší než 150°, ale měl by být obecně větší než 120° a nej výhodněji v rozsahu od 125 do 142°, přičemž nej lepší výsledky byly dosaženy v rozmezí od 135 do 140°.

Část taveniny dopadající na nejvyšší rotor 4 v bodě A je odhazována z tohoto rotoru 4 v podobě vláken, ale další část je odhazována na následující rotor 5. Nějaká tavenina je rozvlákňována tímto rotorem 5, zatímco zbytek je odhazován po dráze 13 na následující rotor 6. Podstatné množství taveniny je rozvlákňováno rotorem 6, a to zejména v oblasti, kde se nachází štěrbina 9, avšak dostatečná část je odhazována po dráze 14 na následující rotor 7. Největší množství vláken je produkováno v obecném směru 15, ale tavenina je rovněž rozvlákňována kolem většiny zbytku povrchu rotoru 7 v oblasti, kde se nachází štěrbina 10. Tavenina na rotoru 7 je rozvlákňována v oblasti, kde se nachází vzduchová štěrbina Π..

Protože štěrbiny 8, 9, 10 a 11 nejsou vedeny po celém obvodu příslušných rotorů 4, 5, 6, 7, může být proudění vzduchu v úsecích drah 12, 13 a 14 řízeno a samozřejmě může být nulové. Lopatky ve štěrbinách 8, 9, 10, 11 mohou být nastavovány v úhlech ve vztahu k axiálnímu směru typicky v rozsahu od nuly do 42°, jak je to například uváděno ve WO 92/06047.

Vlákna, která jsou utvářena na rotorech 4, 5, 6, 7, se vzdalují od rotorů 4, 5, 6, 7 v podstatě v axiálním směru, a to částečně jako výsledek účinku vzduchu tryskajícího skrze štěrbiny 8, 9, 10, H a částečně jako výsledek účinku dalšího vzduchového proudění, které je vedeno v podstatě stejným směrem a které je přiváděno například prostřednictvím soustavy otvorů 23. Na oblak vláken, jenž se v komoře vytváří, může být známým způsobem rozprašováno pojivo. Oblak vláken může být shromažďován a ukládán na vhodné shromažďovací podložce, kterou obvykle bývá propustné síto, běžně používaným způsobem v základové oblasti nebo na konci komory, a následně je přemisťován mimo komoru.

Jako příklad provádění vynálezu lze uvést následující. Tavenina 2, jejíž složení, hodnota K a viskozita, mají vlastnosti definované v předcházejícím textu, byla nalévána v poměru 5 tun za hodinu na kaskádu rotorů 4, 5, 6, 7, které jsou ukázány na výkrese. Nejvyšší, první rotor 4 měl průměr 185 mm a byl roztáčen tak, aby zrychlení jeho zrychlovacího pole dosahovalo 38 km/s². Druhý rotor, rotor 5, měl průměr 225 mm a byl roztáčen tak, aby jeho zrychlovací pole dosahovalo zrychlení 32 km/s². Třetí rotor 6, stejně jako čtvrtý rotor 7, měl stejný průměr 330 mm a příslušná zrychlovací pole těchto rotorů 6 a 7 dosahovala zrychlení 65 km/s², respektive 69 km/s². Teplota taveniny na nejvyšším rotoru 4 byla 1490 °C, tudíž tavenina měla viskozitu přibližně 0,5 Pa.s na nejvyšším rotoru 4.

Tento výrobní způsob poskytl výrobek mající průměrnou hodnotu průměru vláken od 2,5 do 3,5 pm, odhoz s průměrem větším než 63 pm menší než 35 % celkové hmotnosti anorganického materiálu a účinnost využití taveniny 85 %.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby výrobků z umělých skelných vláken zpracováním minerální taveniny v zařízení, obsahujícím kaskádu (1) rotorů (4, 5, 6, 7), otočně upevněných na rozdílných vodorovných osách, kterážto kaskáda (1) obsahuje nejvýše položený první rotor (4) a postupně pod ním uložené následující rotory (5, 6, 7), přičemž po sobě následující rotory (4, 5, 6, 7) mají rovnoběžné osy a jsou vzájemně uspořádány tak, že tavenina se nalévá na nejvýše položený první rotor (4) a z něj je odhazována na následující druhý rotor (5) a z tohoto druhého rotoru (5) na postupně následující rotory (6, 7) a to vždy v podobě vláken, která se po odhození z rotorů (4, 5, 6, 7) sběrně zachycují, vyznačující se tím, že viskozita minerální taveniny při teplotě 1400 °C je nejvýše rovná 1,8 Pa.s, na nejvýše položeném prvním rotoru (4) je nejvýše rovná 1 Pa.s, odstředivé zrychlení na prvním rotoru (4) je alespoň 30 km.s'², na druhém rotoru (5) je 50 % až 150 % odstředivého zrychlení na prvním rotoru (4) a na následujícím třetím a kterémkoliv následujícím dalším rotoru (6, 7) je o 100 % až 250 % větší než odstředivé zrychlení na prvním rotoru (4) a osy prvního rotoru (4) a druhého rotoru (5) jsou uspořádány tak, že spojnice středů rotorů (4, 5) svírá s vodorovnou rovinou procházející středem prvního rotoru (4) úhel (C) v rozmezí 0 až 20 stupňů.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odstředivé zrychlení druhého rotoru (5) je od 30 do 48 km.s'².
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že odstředivé zrychlení druhého rotoru (5) je 70 % až 110 % odstředivého zrychlení prvního rotoru (1).
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků laž3, vyznačující se tím, že odstředivé zrychlení každého z rotorů (4, 5, 6, 7) je nejvýše rovné 100 km.s'² a každého z následujících rotorů je 70 % až 200 % odstředivého zrychlení prvního rotoru (4).
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků laž4, vyznačující se tím, že odstředivé zrychlení prvního rotoru (4) je 30 až 70 km.s'², druhého rotoru (5) 20 až 70 km.s'² a následujících rotorů (6, 7) pak 50 až 80 km.s'².
6. 6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že minerální tavenina má hodnotu (K), zjištěnou z procentuálního hmotnostního zastoupení určitých oxidů v tavenině podle vzorce

   K = CaO + MgO + Na₂O + K₂O + BaO + B₂O₃ - 2 x (A1₂O₃) o velikosti alespoň 40, přičemž ve vzorci značí CaO oxid vápenatý, MgO oxid hořečnatý, Na₂O oxid sodný, K₂O oxid draselný, BaO oxid bamatý, B₂O₃ oxid boritý a A1₂O₃ pak oxid hlinitý.
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že minerální tavenina má při teplotě 1400 °C viskozitu od 0,3 do 1,5 Pa.s, zejména od 0,3 do 1,3 Pa.s.