DE1913592C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern oder anderen Fasern aus thermoplastischen Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fasern aus thermoplastischen Materialien, insbesondere von Mineralfasern, Glasfasern, Steinfasern, Schlackenfasern, bei dem aus dem geschmolzenen Material Fasern gezogen werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekannt ist das Ausschleudern des geschmolzenen Materials mittels Zentrifugalkraft zu Fäden und das Ausziehen der Fäden mittels Gasströmen zu Fasern.

Gemäß der DT-AS 11 99 431 wird das geschmolzene Material einem rotierenden Körper zugeführt und über dessen Rand ausgeschleudert und durch ein strömendes, gasförmiges Medium zu Fasern ausgezogen. Es hat sich gezeigt, daß die hierbei entstehenden Fasern hinsichtlich Dicke und Länge ungleichmäßig sind und nicht die vielfach gewünschte Feinheit aufweisen. Auch ist das Ausbringen gering, da über den Rand aes rotierenden Körpers nur eine begrenzte Menge an schmelzflüssigem Material übertreten und in das strömende, gasförmige Medium eintreten kann.

Gemäß der USA.-Patentschrift 29 49 632 ist bekanntgeworden, einen sich mit großer Geschwindigkeit drehenden Hohlkörper zu verwenden, der öffnungen in seiner peripherischen Mantelfläche hat. Durch diese

öffnungen wird das geschmolzene Material mittels Zentrifugalkraft in Form von dünnen Fäden ausgeschleudert, und die Fäden werden anschließend durch die Einwirkung von mit großer Geschwindigkeit strömenden heißen Gasen zu feinen Fasern ausgezogen.

Hierbei kt ein großes Ausbringen möglich, und man erhält feine Fasern von gleichmäßiger Qualität. Diese Art hat jedoch den Nachteil, daß die Schleuderöffnungen a.i der Peripherie des drehenden Hohlkörpers durch die innige Berührung mit dem schmelzflüssigen Glas rasch verschleißen. Man ist daher genötigt, bei dieser bekannten Art für den peripherischen Mantel, der die Schleuderöffnungen trägt, spezielle, relativ teure Legierungen zu verwenden. Außerdem kann man nur relativ teure Gläser von geringer Aggressivität und auch in sonstiger Hinsicht ganz bestimmten Eigenschafien benutzen.

Ferner ist bekannt, das geschmolzene Material lediglich durch Ausschleudern zu Fäden auszuziehen.
Gemäß der deutschen Patentschrift 7 63 131 werden Tropfen aus einem Bad geschmolzenen Glases mittels eines Schaufelrades ausgeschleudert. Die ausgeschleuderten Tropfen ziehen Fäden hinter sich her, die im Bad selbst verankert bleiben, wodurch das Ausziehen der Fäden ermöglicht wird. Bei diesem Verfahren entstehen sehr viele Glasperlen. Diese sollen zwar an und für sich gesondert aufgefangen werden. Es hat sich herausgestellt, daß dennoch viele Glasperlen im Enderzeugnis enthalten sind und dessen Qualität verschlechtern. Auch hat sich herausgestellt, daß nur ein Ausziehen von verhältnismäßig dicken Fasern und von unregelmäßigem Durchmesser möglich ist. Ferner ist nach diesem Verfahren nur ein geringes Ausbringen möglich. Das Verfahren kann somit nicht als Grundlage für eine Herstellung in industriellem Maß dienen.

Gemäß der deutschen Patentschrift 8 57 133 wird wiederum ein drehender Hohlkörper benutzt, an dessen Umfangswandung öffnungen für das Ausschleudern von Strahlen des geschmolzenen Materials vorgesehen sind. Das Wesentliche ist dabei, diese Strahlen, die sogenannte Primärfäden bilden, vom Hohlkörper abzutrennen und gleichzeitig die Möglichkeit ihrer Aufwicklung auf einem Dorn vorzusehen, um Kokillen herzustellen. Dabei kann zusätzlich ein Blasstrom eine Ziehwirkung ausüben. Wegen des Ausschleuderns aus den öffnungen im peripherischen Mantel des Hohlkörpers sind hier dieselben Schwierigkeiten, wie sie vorstehend in bezug auf die USA.-Patentschrift 29 49 632 beschrieben sind.

Durch die schweizerische Patentschrift 2 45 322 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem aus einem Vorrat des geschmolzenen Materials kontinuierlich mittels Spitzen an diesen anhaftende Tropfen entnommen und Gasströmen zugeführt werden, durch die die

Tropfen zu Fasern ausgezogen werdea Die durch diese schweizerische Patentschrift bekanntgewordene Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist eine um eine waagerechte Achse rotierende Trommel auf. die an ihrem Umfang die Spitzen ragt zur Entnahme von an diesen Spitzen· anhaftenden Tropfen aus dem Vorrat des geschmolzenen Materials und die mit einem der Entnahmestelle nachgeschalteten, die Spitzen bestreichenden Gebläse zum Ausziehen der anhaftenden Tropfen zu Fasen» ausgerüstet ist.

Im einzelnen sind gemäß der schweizerischen Patentschrift die folgenden Maßnahmen vorgesehen. Das geschmolzene Material wird aus dem Abstich eines Schmelzofens auf so kurzem Wege den Spitzen zugeleitet, daß sich das Material im Zustand höchster Schmelzflüssigkeit befindet, wenn es an die Spitzen gelangt. Sodann rotiert die Trommel mit den Spitzen so rasch, daß das Ausziehen zu Fasern nicht allein durch das Gebläse, sondern unter gleichzeitiger Einwirkung der Schleuderkraft erfolgt. Bei einer Ausführungsart gemäß der schweizerischen Patentschrift ist außerdem vorgesehen, daß. die Entnahme des schmelzflüssigen Materials durch die Spitzen und die Einwirkung des Gebläses an derselben Stelle erfolgen. Bei anderen Ausführungsarten gemäß der schweizerischen Patentschrift ist vorgesehen, daß zwischen der Entnahmestelle und der Einwirkung des Gebläses von der Trommel ein gewisser Weg zurückgelegt wird.

Diese Maßnahmen haben folgende Nachteile. Im Zustand höchster Schmelzflüssigkeit ist die Viskosität des geschmolzenen Materials am kleinsten, und die anhaftenden Tropfen haben daher nur eine geringe Größe. Dies bedingt ein geringeres Ausbringen, als es mit größeren Tropfen möglich wäre. Die Ausführungsarten, bei denen zwischen der Entnahmestelle und der Einwirkung des Gebläses ein gewisser Trommelweg zurückgelegt wird, haben zudem den Nachteil, daß auf diesem Weg eine gewisse Abkühlung des geschmolzenen Materials stattfindet und daß daher dort, wo das Gebläse einwirkt, die Viskosität des Materials wieder größer geworden ist, wodurch das Ausziehen zu Fasern ungünstig beeinflußt wird. Die Fasern werden gröber und ungleichmäßiger, und es ist unter Umständen sogar die Gefahr einer Entglasung gegeben. Bei der Ausführungsart, bei der sich das Gebläse an der Entnahmestel-Ie befindet, wird das Entnehmen von Tropfen durch das Gebläse gestört. Zum Teil wirkt das Gebläse nicht nur auf die Tropfen, sondern auch auf den noch unzerteilten Schmelzfluß unmittelbar, so daß sich völlig ungleichmäßige Fasern und viele Schmelzperlen ergeben. Die rasche Rotation der Trommel hat durch das Zusammenwirken von Gebläse und Schleuderkraft bei allen Ausführungsarten gemäß der schweizerischen Patentschrift ganz allgemein den Nachteil, daß die zunächst an den Spitzen haftenden Tropfen ganz unregelmäßig beeinflußt werden. Zum Teil werden sie vom Gebläse ausgezogen, zum Teil werden sie durch die Fliehkraft einfach abgeschleudert und zum Teil wirkt eine kombinierte Beeinflussung auf die Tropfen. Hierdurch ergeben sich im Gegensatz zu der Aussage in der < >o schweizerischen Patentschrift (S. 2, rechte Spalte, Zeilen 61 bis 63) nur kurze Fasern von unregelmäßige! Beschaffenheit und viele Schmelzperlen.

Außerdem ist bei den Maßnahmen gemäß der schweizerischen Patentschrift noch der Nachteil gege- ^(l5 ben, daß der Schmelzfluß eine von Zufälligkeiten abhängige Temperatur haben kann und daß man daher nur Gläser mit einem sogenannten langen Verarbeitungsbereich benutzen kann, die bekanntlich teuer sind. Sogenannte kurze Gläser, deren Verwendung wegen ihrer Preisgünstigkeit angestrebt wird, lassen sich nicht verarbeiten.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik gemäß der schweizerischen Patentschrift 2 45 322 ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der gleichmäßige, feine, lange Fasern hergestellt werden können, wobei ein Ausbringen in industriellem Ausmaß möglich ist, wobei der rotierende Körper nur einem geringen Verschleiß unterworfen ist und daher für ihn spezielle, relativ teure Legierungen entbehrt werden können und wobei preisgünstige »kurze« Gläser verwendet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das am Anfang der Betrachtung der schweizerischen Patentschrift beschriebene Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Tropfen, ehe diese zu Fasern ausgezogen werden, gesteigert wird.

Durch die Temperatursteuerung ist es möglich, den Tropfen die für das. Ausziehen mit den Gasströmen günstigste Temperatur zu geben unabhängig von der Temperatur beim Entnehmen der Tropfen. Man erhält somit gleichmäßige Ausziehverhälinisse. Durch ein Ausz'ehen allein mit Gasströmen erzielt man sehr gleichmäßige, feine, lange Fasern ohne Schmelzperlen. Dabei kann man ohne Schwierigkeiten die preisgünstigen »kurzen« Gläser verwenden. Eine Entglasung beim Ausziehen kann dennoch vermieden werden. Ein Ausbringen in industriellem Umfange ist gegeben.

Hierdurch ist es außerdem möglich, dem Glas an der Entnahmestelle der Tropfen eine solche Viskosität zu geben, daß man verhältnismäßig große Tropfen entnehmen kann, die ein großes Ausbringen gestatten. Durch die anschließende Beheizung erniedrigt sich die Viskosität der Tropfen, so daß sie beim Ausziehen die für das Ausziehen günstigsten Werte aufweist. Es ergibt sich somit der Vorteil, daß sowohl das Entnehmen der Tropfen als auch das Ausziehen der Tropfen unter besonders günstigen Bedingungen erfolgt. Es lassen sich somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren alle in bezug auf die schweizerische Patentschrift beschriebenen Nachteile vermeiden und alle in bezug auf das erfinderische Verfahren beschriebenen Vorteile erzielen.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird wiederum ausgegangen von den Maßnahmen, die am Anfang der Ausführungen für die schweizerische Patentschrift 2 45 322 beschrieben sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine zwischen die Entnahmestelle und die Auiziehzone zwischengeschaltete Heizzone zum Beheizen der Tropfen.

Die hiermit erzielbaren Vorteile sind die gleichen, wie sie in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits beschrieben sind.

Bei einer Art der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Heizorgane vorgesehen sein zur Beeinflussung der Temperatur der Spitzen an der Entnahmestelle. Je nach den Verhältnissen können aber auch Kühlorgane vorgesehen sein zur Beeinflussung der Temperatur der Spitzen an der Entnahmestelle.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, und zwar insbesondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sind in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben. Diese Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Ansicht von einer Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht von der Trommel und vom Brenner, den diese Ausführungsform aufweist.

Die F i g. I und 2 zeigen eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Diese Vorrichtung umfaßt eine Walze 11, die in das Materialbad 4 eintaucht Diese Walze nimmt durch Rotation eine Materialschicht 12 mit. die die Spitzen 3 der Trommel 1 überzieht Jede Spitze nimmt einen Tropfen 7 des Materials mit und setzt ihn dem Gasstrahl hohen Druckes eines Tangentialbrenners 19 aus. Um die Menge des durch jede Spitze mitgenommenen Materials einzuregeln, kann man einwirken auf die Temperatur des Vorrats 12 bzw. des Materialbades, auf die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel und auf die Temperatur der Spitzen. Die Trommel kann beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von einem Meter und eine Rotationsgeschwindigkeit von ungefähr 100 Umdrehungen/Minute haben. Die Temperatur der Spitzen kann geregelt werden mittels einer Heizeinrichtung 20. Die Heizung kann erzielt werden durch Induktion, eine Gruppe von Strahlungsbrennern mit Oberflächenverbrennung, Brenner mit weichen Flammen oder Infrarotstrahleinrichtung.

Die Feinheit der erhaltenen Fasern hängt ab von der Menge des an jeder Spitze sitzenden Materials, von der Temperatur des Tropfens im Augenblick, wo er in die Ausziehzone gelangt, von der Zeit des Verweilens des Tropfens in dem Ausziehgasstrahl und von der Geschwindigkeit dieses Strahls. Man kann die Ausdehnung der Ausziehzone vergrößern, indem man der Austrittsöffnung 22 des Tangentialbrenners 19 eine geeignete Form gibt, die die Trommel umhüllt.

Die Tropfen werden auf ihrem Wege zur Ausziehzo

ne auf die geeignete Temperatur gebracht durch eine Heizeinrichtung, wie z. B. durch einen Strahlungsbrenner 23 mit Oberflächenverbrennung, einen Brenner mit weichen Flammen oder ein Heizsystem mittels Infra rotstrahlen.

Die Trommel 1, die die Form eines länglichen hohlen Zylinders hat (F i g. 2), kann an ihrer inneren Wandung gekühlt werden durch Zerstäubung von Wasser oder von irgendeinem anderen kühlenden Fluidum. Auf die se Weise kann die Temperatur der Spitzen 3 im umge kehrten Sinn geregelt werden wie durch die Heizeinrichtung 20.

Die Erstreckung der zwischen die Entnahmestelle 4, 11 und die Ausziehzone 22 zwischengeschalteten Heiz zone 23 ist derart, daß es möglich ist, an den Tropfen 7 eine verhältnismäßig langsame, aber doch ausreichende Erwärmung vorzunehmen, ehe diese Tropfen in die Ausziehzone gelangen. Eine langsame Erwärmung führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung, was für die

Erzielung gleichmäßiger Fasern von Vorteil ist.

Die Entnahmestelle 4, 11 für das geschmolzene Material ist zur Führung einer aus dem Material gebildeten Schicht 12 konstanter Dicke ausgebildet, die aus einem Abstich fließt, und die Höhe der Trommel 1 mit den Spitzen 3 ist zum Eindringen der Spitzen in diese Schicht vorgesehen.

Mit Vorteil arbeitet das Gebläse 19, 22 (Tangentialbrenner) entgegen der Drehrichtung der Trommel 1. Hierdurch wird erreicht, daß die Relativgeschwindig keit zwischen den Gebläsestrahlen und den Spitzen der Trommel um die Trommelgeschwindigkeit vergrößert wird, was der Ausziehgeschwindigkeit der Gebläsestrahlen zugute kommt. Auch ist die Ablage der Fasern erleichtert, da die Gefahr geringer ist, daß Fasern an der Trommel haften bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen vcn Fasern aus thermoplastischen Materialien, insbesondere von Mineralfasern, Glasfasern, Steinfasern, Schlackenfasern, bei dem aus einem Vorrat des geschmolzenen Materials kontinuierlich mittels Spitzen an diesen anhaftenden Tropfen entnommen und Gasströmen zugeführt werden, durch die die Tropfen zu Fasern ausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Tropfen, ehe diese zu Fasern ausgezogen werden, gesteigert wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Materialien, insbesondere von Mineralfasern, Glasfasern, Steinfasern, Schlackenfasern, mit einer um eine waagerechte Achse rotierenden Trommel, die an ihrem Umfang Spitzen trägt zur Entnahme von an diesen Spitzen anhaftenden Tropfen aus einem Vorrat des geschmoteenen Materials und mit einem der Entnahniestelle nachgeschalteten, die Spitzen bestreichenden Gebläse zum Ausziehen der anhaftenden Tropfen zu Fasern, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen die Entnahmestelle (4, 11) und die Aus.ziehzone (22) zwischengeschaltete Heizzone (23) ,turn Beheizen der Tropfen (7)-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Heizorgane (20) zur Beeinflussung der Temperatur der Spitzen (3) an der Entnahmestelle (4, 11).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Kühlorgane zur Beeinllussung der Temperatur der Spitzen (3) an der Entnahmestelle (4,11).

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Bestückung der Heizzone (23) mit Strahlungsbrennern mit Oberfliichenverbrpnnnng, Brennern mit weichen Flammen oder einer Infrarotstrahleinrichtung zum Beheizen der Spitzen (3) und Tropfen (7).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Heizorgane (20) als Strahlungsbrenner mit Oberflächenverbrennung, Brenner mit weichen Flammen oder Infrarotstrahleinrichtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Kühlorgane mit Zuführung eines kühlenden Mediums ins Innere der Trommel (1).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein tangential zur Trommel (1) und entgegen der Drehrichtung der Trommel wirkendes Gebläse (19,22).