DE2346963A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung eines glasfaserstranges - Google Patents

Description

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DIPL-INQ. H-. J. HÜBNER

D-896 Kempten, iindauer Str. 32, Ruf 23291 23^6963

17. September 1973 X 703

FERRO CORPORATION, 1 Erieview Plaza, Cleveland, Ohio, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung

eines Glasfaserstranges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung bei der kontinuierlichen Herstellung von Glasfasersträngen.

Verschiedene Verfahren sind zur Behandlung von Glas bekannt, um verdünnte Fäden oder Fasern herzustellen, die zur Verstärkung verschiedener duroplastischer Harze bei der Bildung nützlicher Gegenstände dienen.

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Postsdiei München 151919-802, Deutsdie Bank Kempten 1Q/4Q104

Nach einem dieser Verfahren ist es bekannt, ein Glasgemenge in einem ziemlich großen Glasschmelzofen zu schmelzen, das Glas in einer Läuterkammer zu läutern, welche mit dem Glasschmelzofen verbunden ist und dann das Glas in kugelförmige Körper oder sogenannte Marbels zu verformen,, die dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden.

Diese Glaskugeln wurden dann später einem Strahlzuführer .übergeben, der elektrisch beheizt wurde, um die Glaskugeln auf eine Viskosität wieder aufzuschmelzen, bei welcher Glasstrahlen durch Öffnungen im Strahlzuführer ausgegeben werden konnten, wonach die Strahlen in Fadenform überführt wurden, die dann auf einer schnell rotierenden Ziehrolle zusammengeführt und gesammelt wurden.

Dieses "Kugelverfahren" war natürlich kostspielig wegen der Spazielapparaturen zur Behandlung und dem Zuführen der Glaskugeln und wegen des notwendigerweise hohen Verbrauches an elektrischer Energie zum Wiederaufschmelzen der Kugeln, nachdem sie auf Raumtemperatur abgekühlt waren.

Neuerdings ist das sogenannte "Direkt-Schmelz-Verfahren" entwickelt worden, nach welchem das Glasgemenge in einen geschmolzenen Zustand umgewandelt und in einem geeigneten Ofen geläutert wird, wonach das geschmolzene Glas direkt

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aus dem Glasschmelzofen durch einen Vorschmelzkanal fließt, dessen Boden mit einer Reihe Strahlzuführer versehen ist, die das geschmolzene Glas direkt aus dem Vorschmelzraum erhielten, um das Glas in Fäden zu verwandeln und dann zu einem Strang zusammenzufassen, wobei die meisten Verfahrensschritte, wie beim^MKugelsystem^M verwendet werden.

Dieses Direkt-Schmelz-Verfahren war schon eine wesentliche Verbesserung, da die Kugelbildung und das Wiederaufschmelzen vermieden werden konnten, was eine große Ersparnis bedeutete.

Trotzdem sind die Kosten des ersten Schmelzvorganges der Materialien des Rohglasgemenges und der Umwandlung in die Schmelze insofern noch sehr hoch, weil zusätzlich zu der erforderlichen Wärme für das'Schmelzen des Glases und die Aufrechterhaltung des geschmolzenen Zustandes auch noch die gewaltige Wärmezufuhr benötigt wurde, um gerade die Temperatur des üblichen gewölbeartigen Glasschmelzofens mit seinem massiven, feuerfesten Oberbau und seiner höhlenartigen Umgebungsatmosphäre oberhalb des relativ flachen Glasschmelzbades aufrecht zu erhalten. Der schlechte Wirkungsgrad ergab sich durch enorme Wärmeverluste längs des Feuerzuges als Folge der Turbulenz, die von Reihen Hochdruckbrennern hervorgerufen wurde, welche direkt in die Ofenatmosphäre arbeiteten.

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Es bestand daher seit langer Zeit ein Bedürfnis nach einer Einrichtung zum Schmelzen der Rohglasmengenmaterialien, um diesen Schmelzvorgang schnell und mit gutem Wirkungsgrad in einer vergleichsweise» kleinen begrenzten Schmelzzone durchzuführen, unter Vermeidung des bisher beim Direkt-Schmelzvorgang verwendeten, mit geringem Wirkungsgrad arbeitenden massigen Glasschmelzofens.

Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht daher im Elektroschmelzen der Glasfaser-Rohgemengematerialien zur Direkt-Umwandlung in den Verstärkungsstrang.

Elektroofen zur Herstellung verschiedener Glas- und Keramikmaterialien sind seit Jahren bekannt. Aufgrund der Eigenart des Elektroschmelzens arbeiten diese Öfen jedoch bei extrem hohen Temperaturen, und zwar weit über den Temperaturen, die normalerweise zum Schmelzen von handelsüblichem Glas verwendet werden. Nach dem früheren Direkt-Schmelzsystem, bei dem Glas in einem Glasschmelzofen geschmolzen und dann direkt Büchsen zugeführt wurde, wurden die öfen normalerweise bei einer Maximal-Temperatur von 1.430⁰C mit einer Temperaturerniedrigung von etwa 150⁰C, also etwa 1.280⁰C bis zur Fadenbildungsstelle betrieben.

Für den Fachmann ergibt sich eindeutig, daß das Elektroschmelzen für ein Direkt-Schmelzprogramm aus dem Grund

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absolut ungeeignet sein mußte, als die unterhalb eines elektrischen Hafenofens abgegebene Glasschmelze, aufgrund des relativ schnellen, sogar heftigen Schmelzens und des "Kurzzeit-Erweichens" ganz gasförmig, turbulent und relativ ungeläutert und somit praktisch ungeeignet zur Fadenbildung hätte sein müssen, weil das Vorhandensein von nicht reagiertem Rohgemenge, Blasen usw. eine kontinuierliche leistungsfähige Fadenbildung unmöglich machen würde.

Bekanntermaßen sind die Erfordernisse für das in Fasern umzuwandelnde Glas absolute Homogenität und hohe chemische und physikalische Gleichförmigkeit und Konsistenz. Im allgemeinen wird Glas derjenigen Art, die bei der Herstellung von Glasfasersträngen verwendet wird, als erheblich "anspruchsvoller" angesehen, als die gröberen Formen von fasrigem Glas oder fasrigen keramischen Materialien, wie sie zu Isolierzwecken verwendet werden, für welche sich das Elektroschmelzen eher eignen könnte. In diesem Hinblick ist das Elektroschmelzen gewisser feuerfester Materialien zur Herstellung von Steinwolle schon angewendet worden, aber die Gleichförmigkeit und die Homogenität des Endproduktes sind nicht annähernd so kritisch wie bei Glas, das zur Faserbildung für die Verstärkung duroplastischer Harze bestimmt ist.

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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß Glas zur direkten Faserbildung erfolgreich geschmolzen werden kann unter Verwendung eines Elektrodenwiderstandsofens, trotz der Tatsache, daß ein derartiger Ofen Glas ziemlich heftig, turbulent und in einem örtlich extrem begrenzten Bereich bei extremen Temperaturen bis nahezu 2.200 ⁰C schmilzt, ohne praktisch die Gelegenheit zum Läutern oder "Erweichen" zu haben, verglichen mit dem eher gemächlichen Schmelzen und Läutern, das die bisher verwendeten langen und raumaufwendigen Glasschmelzofen erlaubten.

Die Erfindung besteht somit in einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Verstärkungs-Glasfasersträngen auf direktem Weg aus einem pulverförmigen Rohglasmaterial-Gemenge, das geschmolzen, geläutert, dann Strahlzuführern zugeleitet und das geschmolzene Glas in Strängen abgezogen wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Rohglasmaterial-Gemenge in einem Temperaturbereich von 1.93O°C bis 2.200⁰C unter Verwendung des Rohglasmaterial-Gemenges und von geschmolzenem Glas als direktem Leiter in einem Elektrodenwiderstandsschmelzofen elektrisch geschmolzen und ein kontinuierlicher geschmolzener Glasstrom erzeugt wird, der getrennt stabilisiert und dessen Temperatur in einem Bereich von 1.26O°C und 1.430°C eingestellt wird und daß die Fäden anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1.260^bIs 1,340⁰C abgezogen werden»

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Gemäß einer Weiterbildung weist der kontinuierlich erzeugte geschmolzene Glasstrom eine Temperatur im Bereich von 1.480°C Ms 1.710⁰C auf.

Wesentlich ist also, daß die Stabilisierungstemperatur immer oberhalb, vorzugsweise etwa 50⁰C oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher die Glasfaserfäden aus dem Vorherd abgezogen werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Verstärkungs-Glasfasersträngen auf direkte Weise aus einem pulvrigen Rohglasmaterialgemenge, und zwar mit einem Ofen, in dem das Rohglasmaterialgemenge geschmolzen wird, einem Kanal, der geschmolzenes Glas einem (forehearth) Vorherd zuführt, welcher eine Vielzahl von daran angeschlossenen Strahlzuführern aufweist, und mit einer Einrichtung, um Glasfaden aus den Strahlzuführern abzuziehen und sie in Form eines Verstärkungs-Glasfaserstranges zu sammeln. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschmelzofen als' Elektrodenwiderstandsofen ausgebildet ist, bei dem das Glasgemenge und Glasschmelze durch den Durchgang von elektrischem Strom beheizt wird, daß der Glasschmelzofen auf eine Schmelztemperatur des Rohglasmaterialg'emenges im Bereich von 1.93O⁰C bis 2.200 C eingestellt ist, daß die Auslaßtemperatur des aus

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dem Ofen austretenden ständigen Schmelzglasstromes in einem Bereich von 1.480°C bis 1.71O⁰C liegt und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das aus dem Glasschmelzofen austretende geschmolzene Glas direkt einem Stabilisierungskanal zuzuführen, der vom Glasschmelzofen vollständig unabhängig ausgebildet, jedoch benachbart des Vorherdes angeordnet ist.

Vorzugsweise ist der Vorherd unmittelbar an den Stabilisierungskanal angrenzend ausgebildet, und es wird zwischen dem Glasschmelzofen und dem Stabilisierungskahal ein Fallkanal vorgesehen, durch welchen das geschmolzene Glas durch Schwerkraft transportiert wird.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, sei die Erfindung näher beschrieeben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaubild mit den Teilen der

neuen Vorrichtung und
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Figur 1 mit Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Abziehen von Fasern oder Fäden, um daraus einen Strang zu bilden.

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Um die Verfahrensschritte gemäß der Erfindung auszuführen, ist gemäß Fig. 1 eine Rutsche 1 vorgesehen, die mit einer herkömmlichen Vorratsquelle eines pulvrigen Rohglasmaterialgemenges verbunden ist und kontinuierlich Rohglasmaterial einem elektrischen Widerstandsofen 3 zuführt.

Auf Wunsch kann unter Verwendung von verschiedenen biegsamen Führungseinrichtungen die Rutsche 1 um den inneren Umfang des Ofens 3 gedreht werden, um damit sogar das Rohmaterialgemenge kontinuierlich um den inneren Umfang des Ofens 3 herum mit vorgegebenem Mengendurchsatz pro Zeiteinheit zu verteilen.

Alternativ können auch rotierende Abstreicheinrichtungen verwendet werden, um den geeigneten Oberflächen-spiegel des Rohgemenges im Oberteil des Ofens 3 kontinuierlich aufrecht zu erhalten, wobei dieses Rohgemenge gleichzeitig als Wärmeisolierung zur Herabsetzung des Wärmeverlustes aus dem Schmelzofen dient.

Die Einrichtungen zur Verteilung von Rohglasmaterialgemenge in den Ofen 3 sind jedoch von der jeweiligen Wahl abhängig und bilden somit keinen wesentlichen Teil der Erfindung.

Rohmengenmaterialien werden kontinuierlich im Ofen 3 bei einer Temperatur zwischen etwa 1.93O⁰C und 2.200⁰C geschmol-

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zen. Ein sich daraus ergebender ständiger Strom 4 von geschmolzenem Glas wird kontinuierlich vom Boden des Ofens 3 ausgegeben» und zwar hat dieses Glas an der Austrittsstelle eine Temperatur von etwa 1.600⁰C bis 1.710⁰C.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das geschmolzene Glas 4 kontinuierlich auf einer geneigten, wärmebeständigen Führungseinrichtung 5, vorzugsweise aus Platin abgegeben, von welcher das Glas durch Schwerkraft direkt in einen Stabilisierungskanal 6 fließt.

Der Stabilisierungskanal 6 ist vorzugsweise von rechteckförmiger Konstruktion und besteht aus feuerfestem Material und seine Temperatur wird auf einem Wert von etwa 1.260°C bis 1.430⁰C gehalten und auf dem jeweiligen Temperaturwert durch herkömmliche Brennstoffbrenner 7 stabilisiert, die entweder in der Kanalkrone oder, wie in der Zeichnung dargestellt, längs der Kanalseiten angeordnet sind.

Vom Stabilisie4rungskanal 6 läuft das geschmolzene Glas kontinuierlich unterhalb einer Abstreichwand 8 hindurch, in einen Vorherd (forehearth) 9, durch herkömmliche Brennstoff-Brenner 10, die entweder in der Krone oder an den

wo

Seiten angeordnet sind,/Temperaturen aufrecht erhalten werden, die der Temperatur der Faserbildung bzw. Fadenbildung von Glas entsprechen oder etwa 1.260⁰C bis etwa 1.340⁰C betragen.

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Elektrisch beheizte Strahlzuführer 11, die mit elektrischen Klemmen 12 versehen sind, erhalten kontinuierlich geschmolzenes Glas aus dem Vorherd.

In Figur 2 ist das Glasschmelzbad 4 im Vorherd 9 dargestellt, wobei die Strahlzuführer 11 darunter angeordnet sind.

Fasern bzw. Fäden 13 werden aus einer Vielzahl öffnungen 14 im Boden der Strahlzuführer 11 abgezogen, über eine die Größe bestimmende Walzeneinrichtung 15 geführt, am Punkt 16 zu einem Strang 17 zusammengefaßt und auf einer Spannpatrone 18 gesammelt, die als Hülse auf einer schnell rotierenden Aufwickeltrommel 19 gehaltert ist. Der Strang 17 wird gleichmäßig während des AufwickelVorganges durch eine Traversiereinrichtung 2Q hin- und herbewegt»

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des vorbeschriebenen Verfahrens wird die Temperatur des Glases im Stabilisierungskanal 6 immer auf.eine Temperatur stabilisiert, die dann aufrecht erhalten wird und die etwa 55°C höher als die Abzugstemperatur liegt, welche im Vorherd 9 herrscht.

Die, optimale Tiefe des Glases im Stabilisierungskanal 6 liegt in einem Bereich zwischen 15 cm und 25 cm, wobei

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die Tiefe des Glases im Vorherd bei etwa 7,0 cm bis 8,0 cm aufrecht erhalten wird. Die Tiefe des Glases im Stabilisierungskanal soll also etwa doppelt so groß wie die des Glases im Vorherd sein.

Durch leichte Verstellungen der Temperatur an verschiedenen Verfahrensstufen und/oder Verstellung des Spaltes zwischen dem Boden der Abstreichwand 8 und dem Boden von Stabilisierungskanal und Vorherd können die relativen · Oberflächenspiegel des Glases im Stabilisierungskanal und im Vorherd auf der gewünschten Größe gehalten werden.

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Claims (5)

7346963 Patentansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Verstärkungs-Glasfasersträngen auf direktem Weg aus einem pulverförmigen Rohglasmaterial-Gemenge, das geschmolzen, geläutert,dann Strahlzuführern zugeleitet und das geschmolzene Glas in Strängen abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohglasmaterial-Gemenge in einem Temperaturbereich von 1.93O⁰C bis 2.200⁰C unter Verwendung des Rohglasmaterialgemenges und von geschmolzenem Glas als direktem Leiter in einem Elektrodenwiderstandsschmelzofen elektrisch geschmolzen und ein kontinuierlicher geschmolzener Glasstrom erzeugt wird, der getrennt stabilisiert und dessen Temperatur in einem Bereich von 1.26Q⁰C und 1.430⁰C eingestellt wird und daß die Fäden anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1.260⁰C bis 1.340⁰C abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich erzeugte geschmolzene Glasstrom eine Temperatur im Bereich von 1.480⁰C bis 1.710⁰C aufweist.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, mit einem Ofen, in dem das Rohglasmaterialgemenge geschmolzen wird, einem Kanal, der das geschmolzene Glas einem Vorherd zuführt, welcher eine Vielzahl von daran angeschlossenen Strahlzuführern aufweist, und mit einer Einrichtung, um Glasfäden aus den Strahlzuführern abzuziehen und sie in Form eines Verstärkungs-Glasfaserstranges zu sammeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschmelzofen (3) als Elektrodenwiderstandsofen ausgebildet ist, bei dem das Glasgemenge und Glasschmelze durch den Durchgang von elektrischem Strom beheizt wird, daß der Glasschmelzofen (3) auf eine Schmelztemperatur des Rohglasmaterialgemenges im Bereich von 1.93O⁰C bis 2.200⁰C eingestellt ist, daß die Auslaßtemperatur des, aus dem Ofen austretenden ständigen Schmelzglasstromes (4) in einem Bereich von 1.480⁰C bis 1.710⁰C liegt und daß eine Einrichtung (5) vorgesehen ist, um das aus dem Glasschmelzofen (3) austretende geschmolzene Glas direkt einem Stabilisierungskanal (6) zuzuführen, der vom Glasschmelzofen (3) vollständig unabhängig ausgebildet, jedoch benachbart des Vorherdes (9) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorherd (9) unmittelbar an den Stabilisierungskanal (6) angrenzt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die, das geschmolzene Glas aus dem Glasschmelzofen (3) dem Stabilisierungskanal (6) zuführende Einrichtung (5) ein Fallkanal ist, in dem das geschmolzene Glas durch
Schwerkraft bewegt wird.

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