DE1941717A1

DE1941717A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Materialien,wie insbesondere von Glasfasern

Info

Publication number: DE1941717A1
Application number: DE19691941717
Authority: DE
Inventors: Daniel Brossard
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1968-09-06
Filing date: 1969-08-16
Publication date: 1970-03-12
Also published as: DK132072C; CA955056A; ES371112A1; DE1941717C3; DK132072B; US3650716A; FR1588880A; FI52569C; NL159941B; SE359081B; NL159941C; AT311581B; CH529076A; GB1266580A; CH502279A; BE738500A; FI52569B; NL6913400A; DE1941717B2; NO126266B

Description

· » ι » t» • · t

Lt * *

Patentenwalt

Dr.-!ng. Heinrich Scheller 51 Aachen, Wilhelmstr. 33

Aachen, den 15. August 1969 Hein Zeichen: PaGa 11 781

Coaipagnie de Saint=Gobain, Neuilly-sur-Seine

(Frankreich)

Priorität aus der französischen Patentanmeldung 165 517 vom 6. September 1968

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Materialien, wie insbesondere von Glasfasern

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Fasern aus mineralischen oder organischen Materialien in viskosem Zustand und insbesondere von Glasfasern,

0098 1 1 / U83

J * $ » it

• · J ·

Sie umfaßt Verfahren zur Herstellung dieser Fasern und Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren.

Ein grundsätzliches Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich eine Schicht des Materials auf eine Oberfläche fließen läßt, die Öffnungen oder Schlitze hat, und daß man auf diese Schicht einen Gasstrom wirken läßt, der das Material durch die Öffnungen oder Schlitze treibt und sein Ausziehen zu Fasern bewirkt.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man das Material auf die obere Oberfläche eines Körpers und in der Nähe von dessen Zentrum zuführt, wobei der Körper insbesondere die Form einer ebenen oder gekrümmten Scheibe hat, die um eine vertikale Achse rotiert und die in einer Zone zwischen ihrem zentralen Teil und ihrer Peripherie Öffnungen oder Schlitze hat, wobei das Material unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zu diesen Öffnungen oder diesen Schlitzen hin bewegt wird und sich in dünne Ströme aufteilt, indem es durch diese Schlitze oder öffnungen oder Löcher hindurchtritt, und daß man diese dünnen Ströme der Wirkung von Gasströmen unterwirft, um ihr Ausziehen zu Fasern zu bewirken.

00981 1 /U83

Γ · t tC ti f #

• * f r <

* t · t I c <

• · · f r

r ι · · * C « κ

Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Ausziehen dienenden Gasströme durch die Schlitze oder Löcher in der rotierenden Scheibe hindurchtreten läßt.

Gemäß einen weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Ausziehen dienenden Gasströme auf das Material bei seinem Austritt aus den öffnungen oder Schlitzen des rotierenden Körpers wirken läßt.

Gegenstand der Erfindung sind auch Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahr*mg bzw. der Verfahrensschritte bzw. der Verfahren gemäß der Erfindung. In der nachstehenden Beschreibung werder Ausführungsbeispiele der erfindungsgeoäßen Vorrichtung gegeben. Dabei wird Bezug genommen auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt von einer ereten Ausführungsform;

Fig. 2 einen vertikalen Axialschnitt von einer Variante;

Fig. 3 einen vertikalen Axialschnitt von einer zweiten Ausführungsforij;

Fig. 4 einen vertikalen Axialschnitt von einer anderen

BAD ORIGINAL

« f

• ■
ι a -j

4 -

Fig. 5 und 6 Detaildarstellungen von der Anordnung der Öffnungen in Form von Schlitzen;

Fig. 7 und 8 Schnitt und Draufsicht von einem Schlitz;

Fig. 9 und 10 Detaildarstellungen von der Anordnung von öffnungen in Kreisform;

Fig.11 und 12 Schnitt und Draufsicht von einer öffnung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine Scheibe 1, der eine Rotationsbewegung um ihre Achse erteilt wird mittels einer hohlen Welle 2, die sich unter Zwischenschaltung von Lagern 3 in einem Schaft 4 dreht, welcher eine Kammer 5 umfaßt, in der ein Kühlfluidum zirkuliert. Konzentrisch zur Achse der Scheibe 1 ist eine kreisförmige Rinne 6 vorgesehen. Andererseits hat die Scheibe in der Nähe ihrer Peripherie Öffnungen 7 oder Schlitze, über deren Ausbildung und Verteilung auf der Scheibe weiter unten Ausführungen im einzelnen gemacht werden.

Die Vorrichtung umfaßt auch einen ringförmigen Brenner 8, dessen Austrittsöffnung für die Gase die Zone™ der Scheibe umfaßt, die die öffnungen 7 trägt. An iler Peripherie der Scheibe sind Labyrinthdichtun-

0098 1 1 / U83

• *

gen 9 vorgesehen zur Bewirkung der Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen. Das Profil des inneren Randes 10 der Austrittsöffnung des Brenners ist derart ausgebildet, daß den zum Innern der Scheibe hin entweichenden Gasen eine Geschwindigkeit gegeben wird, die genügend niedrig ist, daß das Fließen des Glases zu den öffnungen 7 hin nicht gestört wird. Ferner ist ein Schirm 11 vorgesehen, der den unteren Teil der inneren seitlichen Wandung des Brenners umgibt.

Der Strom 12 aus Glas oder einem anderen thermoplastischen Material fällt in die Binne 6, wo er eine Eeserve bildet» Aus dieser breitet sich das Glas als Schicht 13 über den oberen Teil der Scheibe aus und erreicht die peripherische Zone dieser Scheibe unter der Wirkung der Zentrifugalkraft. In dieser Zone ist das Glas durch die Wirkung der vom Brenner erzeugten Gasströme auf eine hohe Temperatur gebracht und einem beträchtlichen Druck unterworfen. Unter der Wirkung dieses Druckes tritt es gleichzeitig mit den vom Brenner kommenden Gasen durch die öffnungen 7 hindurch, wobei es einer plötzlichen Richtungsänderung unterworfen wird. Die Glasschicht verwandelt sich in eine große Zahl dünner Primärströme durch die Vorzerteilung infolge des Durchtritts durch die öffnungen 7« Diese primären

00 98 11/148 3
BAD ORIGINAL

dünnen Ströme werden beschleunigt und zu Fasern ausgezogen durch die durch den Brenner 8 ausgeschleuderten Gasstrahlen.

Eine Gebläseeinrichtung 14 ist vorgesehen, die an einer Leitung 15 montiert ist, welche im Innern der Welle 2 angeordnet und am Schaft 4 befestigt ist. Die Gebläseeinrichtung wird gespeist mit Luft oder Dampf über eine Rohrleitung 16« Diese Einrichtung begünstigt die Entfernung der Fasern.

Außerdem ist ein Rohr 17 im Innern der Leitung 15 vorgesehen. Dieses speist Zerstäuber 18 mit einem Binder, wobei der Binder auf den Ringstrom 19, der aus den erzeugten Fasern gebildet wird, geschleudert wird*

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die eine Variante gegenüber derjenigen der Fig. 1 ist. Bei dieser Variante hat die Scheibe 1 einen erhöhten Rand 1a, auf dem die Vorzerteilungsöffnungen 7 vorgesehen sind« Der Brenner 8 hat seinerseits eine Öffnung, die entsprechend dem erhöhten Rand der Scheibe geneigt ist.

Die primären dünnen Ströme werden beschleunigt und ausgezogen durch den Gasstrahl, der aus dem Bren- i ner 8 austritt, und sie werden anschließend erfaßt von einem zweiten Brenner oder Dampfgebläse 35.

009811/U83 ■

BAD ORlGiNAi.

^rf «ff ti tv

r · ·« rt«

rftrt f* β · r« at

Bei der Ausführungsfora gemäß Fig. 3 fällt der Stron 20 aus Glas oder einen anderen zu zerfasernden Material in einen Behälter 21, den der Zentrifugalkörper 22 trägt. Im Behälter 21 wird eine Reserve 23 gebildet. Der Zentrifugalkörper hat die Form einer flachen Scheibe und ist mit öffnungen oder Schlitzen 24 versehen entsprechend der vorhergehenden Ausführungsfora·

Ein innerer Brenner 25 ist koaxial zum Zentrifugalkörper und in der Höhe einstellbar vorgesehen. Dieser Brenner ermöglicht die konstante Aufrechterhaltung der Temperatur des Glaset im Behälter 21. Der Behälter 21 hat öffnungen 26 von ^. Bern Durchmesser, durch die das Glas sich als Schicht 27 über die Oberfläche' des Zentrifugalkörpers 22 ausbreitet.

Koaxial zum Zentrifugalkörper 22 ist ein ringförmiger Brenner 28 angeordnet, dessen Gase wie bei der vorhergehenden Ausführungsform einen Druck auf die Glasschicht ausüben, die sich dabei in eine große Zahl von primären dünnen- Strömen umwandelt durch den Durchtritt durch die öffnungen 24. Die primären dünnen Ströme werden beschleunigt und ausgezogen durch die Gasströme, die mit großer Geschwindigkeit vom Brenner 28 ausgeschleudert werden.

In der Kajumer 29 herrscht ein konstanter Druck. Dichtungen 30 und 31, die über die Rohrleitungen 32-33

0 09811/U83
BAD ORIGINAL

* f ·
at»

mit einem Kühlfluidum gespeist werden, bewirken die Dichtheit der Kammer. Stattdessen kann man auch eine große Zahl von Labyrinthdichtungen verwenden, um weitgehend das Ausströmen von Gas zu vermindern. Der Druck des zu zerfasernden Materials bei 26 infolge der Zentrifugalkraft bewirkt die Dichtheit mit der inneren Kammer 34.

Diese Vorrichtung kann vervollständigt werden, wie beim vorhergehenden Beispiel, durch eine Gebläseeinrichtung, die auf die erzeugten Fasern wirkt, und durch Zerstäuber für einen Binder·

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird die Umwandlung der Schicht aus dem zu zerfasernden Material, wie beispielsweise Glas, zu primären dünnen Strömen mittels der Vorzerteilungsöffnungen allein durch die Wirkung der Zentrifugalkraft erreicht. In diesem Falle ist es nötig, daß der Winkel d, den die Achse jeder Öffnung 36 mit der Normalen zur Oberfläche des Zentrifugalkörpers 37 bildet, genügend groß ist. Praktisch kommt in Frage ein Winkel zwischen 50° und 80°. Man begünstigt das Anhaften der (xlasschicht 38 an der Oberfläche des Zentrifugalkörpers , indem man der oberen Oberfläche dieses Körpers eine leichte Krümmung gibt.

Eine Heizeinrichtung 39 in Form eines Strahlungsbrenners oder eines Infrarotstrahlers ermöglicht 009811/1483

BAD ORfGJNAL

ν I C ft

L · fc '

Lt * .

t · *
ti *·

es, die Glasschicht 38 auf einer geeigneten Temperatur zu halten. Die primären dünnen Ströme 40, die von den VorzerteilungsÖffnungen ausgehen, werden erfaßt und ausgezogen von einem Gasstrahl von großer Geschwindigkeit, der durch einen Brenner 41 oder ein Dampfgebläse erzeugt wird. Eine Blasvorrichtung 42, die mit Luft oder Dampf gespeist wird, ermöglicht die Entfernung der Fasern.

5
Die Fig. £2 bis 12 zeigen als Beispiel Formen der

Öffnungen im rotierenden Körper.

In den Fig. 5 und 6 haben die öffnungen 7 eine längliche Form und sind derart angeordnet, daß ihr Bugrand ο ρ einen Abschnitt m η der Glasschicht auffängt und vorzerteilt, der aus der Glasreserve kommt, die bei β gemäß Fig. 1 gebildet ist. Die Zahl der primären dünnen Ströme wird um so größer, wie das Verhältnis m η / ο ρ klein wird, oder mit anderen Worten, wie der Winkel β , den der Bugrand ο ρ mit dem Badius r an der Stelle T bildet, klein wird. In Praxis wird der WinkelN^klein sein und unter 30°. Alle diese öffnungen sind angeordnet in genügend kleinen Abständen, damit die ganze Glasschicht aufgefangen wird.

Die Fig. 7 und 8 zeigen im einzelnen die Form der .vorbeschriebenen öffnungen. Um das Material und die Flammen durchzulassen, haben diese Öffnungen eine

00981 1 /U83

- 10 -

Breite 1 von wenigstens 3 mm. Das Verhältnis der Länge L zur Breite 1 liegt zwischen 1 und 10· Zur Vergrößerung der Oberfläche des von den Brennergasen erfaßten Materials und zur Begünstigung der Stabilität beim ZerfaserungsVorgang sind in den Wandungen der öffnung Kanäle 43 vorgesehen. Diese Kanäle können rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt mit einer Seitenlänge von ungefähr 2 im haben.

Die Fig. 9 bis 12 beziehen.sich auf öffnungen wie 7¹ von Kreisfono. Die Reihen dieser öffnungen sind derart angeordnet, daß die Schicht des zu zerfasernden Materials, die bei m¹ n^f ankommt, bei o¹ p¹ aufgefangen wird» Wie vorstehend beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis m¹ n* / o' p¹ klein ist« Gemäß den Fig. 11 und 12 sieht man auf den Wandungen dieser Öffnungen Kanäle 43*, die beispielsweise Dreiecksquerschnitt haben« Der Durchmesser dieser

öffnungen ist mindestens 3 mm. ....

Alle Merkmale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprtichen nicht enthalten sind.

009811/U83

Claims

Patentansprüche

1)J Verfahren zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Materialien, wie insbesondere von Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich eine Schicht des Materials auf eine Oberfläche fließen läßt, die öffnungen oder Schlitze hat, und daß man auf diese Schicht einen Gasstrom wirken läßt, der das Material durch die Öffnungen oder Schlitze treibt und sein Ausziehen zu Fasern bewirkt.

2) Verfahren nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß man das Material auf die obere Oberfläche eines Körpers und in der Nähe von dessin Zentrum zuführt, wobei der Körper insbesondere dio Form einer ebenen oder gekrümmten Scheibe hat, die um eine vertikale Achse rotiert' und die zwischen ihrem zentralen Teil und ihrer Peripherie öffnungen oder Schlitze hat, wobei das Material unter der Wirkung der Zentrifugalkraft su diesen Öffnungen oder diesen Schlitzen hin bewegt wird und sich in dünne Ströme aufteilt, indem es durch diese Schlitze oder Öffnungen oder löcher hindurchtritt, und daß man diese dünnen Ströie der Wirkung von Gasströmen unterwirft, üb ihr Ausziehen zu Fasern zu bewirken.

009811/U83 BAD ORIGINAL

1341717

5) Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Ausziehen dienenden Gasströme durch die Schlitze oder Löcher in der rotierenden Scheibe hindurchtreten läßt.'

4) Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Ausziehen dienenden Gasströme auf das Material bei seinem Austritt aus den Schlitzen oder Löchern der rotierenden Scheibe wirken läßt.

5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt (Fig. 1) eine Scheibe (1), der eine Rotationsbewegung um ihre Achse erteilt wird, ein Sammelbecken koaxial zur Scheibe (1), in das das Material geleitet wird und von wo es als Schicht (13) zur mit Öffnungen (7) oder Schlitzen versehenen Peripherie der Scheibe fließt, und einen ringförmigen Brenner (8), der koaxial zur Scheibe (1) ist und dessen Ausströmöffnung für die Gase in der peripherisehen Zone der Scheibe (1) mündet, wo sich die Öffnungen (7) oder Schlitze befinden.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennseichnet, daß (Fig. 1) das Sanelbecken, in welches im das Glas (12) geleitet wird, als ringförmige Sinne (6) ■ausgebildet ist.

00 98 1 1 /U83

BAD ORIGINAL

ί i * V

Vt. < f ι

K » · I

7) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche und 6, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig· 3) das Sammelbecken (21) durch einen Zentrifugalkörper (Scheibe 22) gebildet und in Richtung der Achse der Scheibe (22) angeordnet ist und Öffnungen (26) aufweist, durch die das Material ausgeschleudert wird, um die Schicht (27) zu bilden, die auf der Scheibe (22) fließt.

8) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß (Pig. 3) die Austrittsöffnung für die Gase des Brenners (28) in einer Kammer mündet (29), die gegen das Äußere durch dicht schließende Dichtungen (30, 3D isoliert ist und die die Materialschicht (27) in der mit Löchern (24) oder Schlitzen versehenen peripherischen Zone der Scheibe (22) überdeckt.

9) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig· 3) ein koaxial zur Scheibe (22) angeordneter und in der Höhe einstellbarer innerer Brenner (25) die Temperatur des in den als Zentrifugalkörper ausgebildeten Sammelbehälter (21) geführten Materials konstant hält.

10) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche

bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 2) der - peripherische Teil (1a) der Scheibe (1), der die

00981 1 /U83

• . · · j t

• * · »ti * ·· φ

ft * » 1 · ·

Öffnungen (7) oder Schlitze aufweist, in bezug auf den zentralen Teil der Scheibe (1) erhöht ist,

11) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß (Fif>· 2) die aus den Öffnungen (7) oder Sftniitzen^xTJ austretenden Fasern (Ströme) der Wirkung von Gasen unterworfen werden, die aus einem Brenner (8) oder einer mit Luft oder Dampf gespeisten Gebläse» einrichtung austreten.

12) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 1) die . Fasern mit einem Binder imprägniert werden, der aus Zerstäubern (18) ausgeschleudert wird.

13) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 und gegebenenfalls nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 4) sie umfaßt eine Scheibe (37), der eine Rotationsbewegung um ihre Achse erteilt wird, ein Sammelbecken (vgl. 6 in Fig. 1) koaxial zur Scheibe (37), in das das Material geleitet wird und als Schicht (38) zur mit öffnungen (36) oder Schlitzen versehenen Peripherie der Scheibe (37) fließt, und daß die öffnungen (36) oder Schlitze gegen die Achse der Scheibe (37) geneigt sind und daß aus ihnen

0098 11/1483

· · β ■ t · r

< 9 * · IV

dae Material in. Fora ?on primären dünnen Strömen (40) ausfließt unter der alleinigen Wirkung der Zentrifugalkraft.

14) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet_r daß (Fig_o 4) die Scheibe (37) eine konkave Form hat und daß ihre hohle Seite nach oben gerichtet ist.

15) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 4) die Glasschicht (58) auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird durch eine Heizeinrichtung (39), wie beispielsweise durch einen Strahlungsbrenner oder einen Infrarotstrahler.

16) Vorrichtung nach mindestens einen der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 4) die primären dünnen Ströee (40), die von den Öffnungen (36) oder Schlitzen der Scheibe (37) gemäß Anspruch 15 ausgehen, erfaßt und ausgezogen werden durch Gasstrahlen, die von einem Brenner (41) oder einem Gebläse erzeugt werden, der bzw. das unter der Scheibe (37) angeordnet ist»

17) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 4) der Winkel (06), den die Öffnungen (56) oder Schiit se der Scheibe (57) »it der Noraalen sur Oberfläche der Scheibe (37) bei der Vorrichtung geeäB An-

009811/U83

ORIGINAL

spruch 13 bilden, ungefähr zwischen 50° und 80° liegt,,

18) Vorrichtung nach oindestens einem der Ansprüche 5 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 6 und 9) die Schlitze (7) oder die durch die öffnungen (7*) gebildeten Reihen in bezug auf die Richtung des bei ihnen ankommenden Teiles (m, η; η',η¹) der Materialschicht schräg angeordnet sind.

19) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 8 und 12) die Öffnungen (7*) oder Schlitze (7) einen Durchmesser oder eine Breite (1) von wenigstens 3 mn haben.

20) Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche

5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 11, 12; 7, 8) in den Wandungen der Öffnungen (7¹) oder Schlitze (7) Kanäle (43^r; 43) vorgesehen sind.

009811/1483

Leer seife