DE3634001A1

DE3634001A1 - NON-CIRCULAR MINERAL FIBERS AND METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING THE SAME

Info

Publication number: DE3634001A1
Application number: DE19863634001
Authority: DE
Inventors: Larry Joe Huey; Paul Douglas Beuther
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-10-06
Publication date: 1987-08-20
Also published as: FR2594432A1; JPH0617244B2; JPS62191436A; FR2594432B1; CA1274394A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mineralfasern und die Herstellung von Mineralfasern für Textilien, Bewehrungen, Baumaterialien und Isolationsmaterialien. In bezug auf diese Erfindung soll der Begriff Mineralfasern Fasern aus Glas, Gestein, Schlacke oder Basalt umfassen. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf nicht-kreisförmige Mineralfasern, insbesondere nicht- kreisförmige Glasfasern.The present invention relates to mineral fibers and the production of mineral fibers for textiles, reinforcements, Building materials and insulation materials. In relation to this invention, the term mineral fibers is intended Fibers made of glass, stone, slag or basalt include. More specifically, the invention relates to non-circular mineral fibers, especially non- circular glass fibers.

Die Herstellung von Glaswollfasern mit Hilfe des Rotationsverfahrens ist bekannt. Hierbei wird geschmolzenes Glas in eine Spinnmaschine eingeführt, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Die Spinnmaschine besitzt eine Umfangswand, die eine Vielzahl von Öffnungen enthält. Geschmolzenes Glas, das aufgrund der Zentrifugalkräfte durch die Öffnungen der Umfangswand dringt, bildet Ströme aus geschmolzenem Glas mit kleinem Durchmesser. In Umfangsrichtung um die Spinnmaschine herum ist ein ringförmiges Gebläse angeordnet, um die Fasern nach unten zu richten und in einigen Fällen um die ursprünglichen oder Primärfasern weiter oder nochmals zu schwächen, um Fasern mit kleinerem Durchmesser herzustellen. The production of glass wool fibers using the rotation process is known. Here is melted Glass inserted into a spinning machine that deals with high speed spins. The spinning machine owns a peripheral wall containing a plurality of openings. Melted glass due to the centrifugal forces penetrates through the openings of the peripheral wall, forms Small diameter streams of molten glass. In the circumferential direction around the spinning machine an annular blower arranged to follow the fibers to judge below and in some cases to the original or weaken primary fibers further or again, to make smaller diameter fibers.

Wenn die Ströme aus geschmolzenem Glas aus den Öffnungen austreten, sind sie noch ausreichend flüssig, so daß die Oberflächenspannungskräfte jeden der Ströme des geschmolzenen Glases mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen bzw. in eine solche Form ziehen, und zwar unabhängig von der Querschnittsform der Ströme, wenn sie die Öffnungen verlassen. Desweiteren sind derartige Rotationsfaserherstellmaschinen üblicherweise mit Ringbrennern oder anderen Heißgasquellen für eine zweite Schwächung der Primärfasern ausgerüstet. Diese heißen Gase halten das Glas ausreichend flüssig, so daß Fasern mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt resultieren.When the molten glass flows out of the openings emerge, they are still sufficiently fluid, so that the surface tension forces each of the currents of the melted glass with a circular cross section provided or pull into such a form, independently on the cross-sectional shape of the streams when they are the Leave openings. Furthermore, such are rotational fiber manufacturing machines usually with ring burners or other hot gas sources for a second weakening of the primary fibers. These hot gases keep the glass sufficiently liquid so that fibers with result in a substantially circular cross section.

Die Herstellung von Textilglasfasern oder kontinuierlichen Glasfasern durch mechanisches Ziehen von Schmelzströmen aus Glas aus Öffnungen in der Bodenwand einer Düse oder eine Speiseeinrichtung ist ebenfalls bekannt. Hierbei werden Uneinheitlichkeiten in bezug auf den Rundungsgrad der Schmelzströme durch Oberflächenspannungskräfte vor dem Abkühlen und Härten der Schmelzströme zu Glasfasern korrigiert. Somit ist es wie bei der Herstellung von Glaswollfasern nicht möglich, nicht-kreisförmige kontinuierliche Fasern unter Verwendung von geformten Öffnungen in einer Düse zu erzeugen.The production of textile glass fibers or continuous Glass fibers by mechanical drawing of melt streams made of glass from openings in the bottom wall of a Nozzle or a feed device is also known. Here there are inconsistencies in the degree of rounding of the melt currents due to surface tension forces before cooling and hardening the melt streams Corrected glass fibers. So it's like manufacturing of glass wool fibers not possible, non-circular continuous fibers using shaped To create openings in a nozzle.

Es besteht jedoch seit langem ein Bedarf in bezug auf die Herstellung von Fasern sowohl im Rotationsverfahren als auch im kontinuierlichen Faserverfahren, die in signifikanter Weise nichtkreisförmige Querschnitte aufweisen. In bezug auf die Bewehrung von Harzmatrizes sind solche nicht-kreisförmigen Fasern von Nutzen, da sie solchen Matrizes eine stark erhöhte Querfestigkeit und eine verbesserte Scherfestigkeit verleihen. Nicht-kreisförmige Fasern sind auch als Isolationsmaterialien von Vorteil, da durch die erhöhte Oberfläche pro Volumeneinheit des Glases die thermische Leitfähigkeit des aus solchen Fasern hergestellten Isolationsmateriales herabgesetzt wird.However, there has long been a need for the production of fibers both in the rotation process as well as in the continuous fiber process, which in significant non-circular cross-sections. Regarding the reinforcement of resin matrices such non-circular fibers useful as they such matrices have a greatly increased transverse strength and give improved shear strength. Non-circular Fibers are also used as insulation materials Advantage because of the increased surface area per unit volume the thermal conductivity of the glass insulation material produced such fibers reduced becomes.

Ein Maß für die Nicht-Kreisförmigkeit bzw. Unrundheit von Mineralfasern ist das sogenannte "Mod-Verhältnis", das als Verhältnis zwischen dem Durchmesser des kleinsten Kreises, in den der Faserquerschnitt paßt, und dem Durchmesser des größten Kreises, der in den Faserquerschnitt paßt, definiert ist. Im vorliegenden Text werden Fasern miteinem Mod-Verhältnis von weniger als 1,2 als kreisförmige Fasern bezeichnet. Fasern mit einem Mod-Verhältnis, das größer als oder gleich 1,2 ist, werden als nicht-kreisförmige Fasern bezeichnet.A measure of non-circularity or out-of-roundness of mineral fibers is the so-called "mod ratio", that as the ratio between the diameter of the smallest Circle in which the fiber cross section fits, and the Diameter of the largest circle in the fiber cross section fits, is defined. In the present text Fibers with a mod ratio less than 1.2 as called circular fibers. Fibers with a mod ratio, that is greater than or equal to 1.2 are considered as called non-circular fibers.

Ein Versuch zur Herstellung von nicht-kreisförmigen Glasfasern ist in der US-PS 30 63 094 beschrieben. Bei dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird der Glasstrom mechanisch gestört, während er sich noch in einem plastischen verformbaren Zustand befindet. Diese Veröffentlichung lehrt, daß man zu Herstellung einer nicht- kreisförmigen Faser den Glasstrom anfangs in einer konischen Form mit einem kreisförmigen Querschnitt in einem Bereich verdrehen soll, wo die Viskosität des Stromes ausreichend hoch ist, so daß eine rasche Abkühlung oder Verfestigung während der Schwächung der Ströme zur Herstellung einer kontinuierlichen Faser auftritt und eine entsprechende Verdrehung im Querschnitt der geschwächten verformten Fasern aufrechterhalten wird. Die Veröffentlichung lehrt ferner, daß ein Wärmeverbraucher in direkten Kontakt mit dem Glasstrom gebracht werden soll. Hierdurch wird die Viskosität des geschmolzenen Glases erhöht, um auf diese Weise den nicht-kreisförmigen Querschnitt des mechanisch gestörten Stromes geschmolzenen Glases besser aufrechterhalten und auf Dauer beibehalten zu können.An attempt to manufacture non-circular glass fibers is described in US-PS 30 63 094. At the in The procedure described in this publication is the Glass flow mechanically disturbed while still in one plastic deformable state. This release teaches that to make a non- circular fiber initially flows in a conical glass flow Shape with a circular cross section in one Area should twist where the viscosity of the stream is sufficiently high that rapid cooling or Solidification during the weakening of the currents for manufacture a continuous fiber occurs and a corresponding twist in the cross section of the weakened deformed fibers is maintained. The publication also teaches that a heat consumer in to be brought into direct contact with the glass stream. This will change the viscosity of the molten glass increased in this way to the non-circular cross section of the mechanically disturbed current Maintain glass better and keep it for long to be able to.

Bei der Herstellung von organischen Fasern ist es üblich, Abschreckverfahren anzuwenden, um Schmelzströme aus organischem Material in solche mit nicht-kreisförmigem Querschnitt erstarren zu lassen, die den Formen der nicht-kreisförmigen Öffnungen entsprechen. Diese Verfahren laufen jedoch in der Praxis unter Bedingungen ab, die sich von den Bedingungen bei der Formung von Mineralfasern sehr stark unterscheiden. Die Herstellung von organischen nicht-kreisförmigen Fasern kann erleichtert werden, indem man die entsprechenden Düsen unter Druck setzt. Das Unterdrucksetzen von Düsen, die geschmolzenes Glas enthalten, wirft jedoch ernsthafte Funktionsprobleme auf. Die Schmelzpunkte von Glas und organischen Materialien unterscheiden sich um 815°C oder mehr. Da Mineralmaterial dieser Erfindung besitzt eine Liquidus-Temperatur, die größer als etwa 649°C ist, während organische Materialien bei viel niedrigeren Temperaturen erweichen und/oder sich zersetzen.In the production of organic fibers, it is common Quenching process to apply melt flows from organic material to those with non-circular To freeze cross-section that solidify the shapes of the non-circular openings. These In practice, however, procedures run under conditions depending on the conditions in the formation of Very differentiate between mineral fibers. The production of organic non-circular fibers can be relieved by placing the appropriate nozzles under Puts pressure. Pressurizing nozzles that melted Contain glass, but raises serious Functional problems. The melting points of glass and organic materials differ by 815 ° C or more. Because mineral material possesses this invention a liquidus temperature greater than about 649 ° C is, while organic materials are much lower Soften and / or decompose temperatures.

Die Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften werden besonders deutlich, wenn man das Verhältnis zwischen der Viskosität und der Oberflächenspannung für Glas mit dem des Formmaterials für organische Fasern vergleicht. Das Viskositäts-Oberflächenspannungs-Verhältnis (poises/(dyn/cm)) von Polymerisaten liegt in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 5 000. Das gleiche Verhältnis liegt für Glas in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 25, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,25 bis etwa 15, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 10. Die Viskosität von geschmolzenem Glas bei Faserformtemperaturen liegt typischerweise bei etwa 300 poises, während die Viskosität des geschmolzenen organischen Materials typischerweise im Bereich von etwa 1000 bis etwa 3 000 poises liegt. Auch die Oberflächenspannungskräfte von Glas (im Bereich von etwa 250 bis etwa 300 dyn/cm) liegen um eine Größenordnung höher als die des organischen Materiales (etwa 300 dyn/ cm). Die niedrigere Viskosität und die höhere Oberflächenspannung von Glas machen es etwa 100mal schwieriger, ein Zurückverformen der geformten Glasfasern in Glasfasern mit kreisförmigem Querschnitt zu verhindern.The differences in physical properties become particularly clear when you look at the relationship between the viscosity and the surface tension for Glass with that of the molding material for organic fibers compares. The viscosity-surface tension ratio (poises / (dyn / cm)) of polymers lies in range from about 25 to about 5,000. The same Ratio for glass is in the range of approximately 0.1 to about 25, preferably in a range of about 0.25 to about 15, especially in a range of about 0.4 to about 10. The viscosity of melted Glass at fiber molding temperatures is typically included about 300 poises, while the viscosity of the melted organic material typically in the range from about 1000 to about 3,000 poises. Also the surface tension forces of glass (in the range of about 250 to about 300 dynes / cm) are an order of magnitude higher than that of the organic material (about 300 dynes / cm). The lower viscosity and the higher surface tension of glass make it about 100 times more difficult reshaping the shaped glass fibers into glass fibers with circular cross section to prevent.

Trotz dieser Versuche zur Herstellung von nicht-kreisförmigen Mineralfasern in der Vergangenheit konnten noch kein industriell erfolgreiches Verfahren oder eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von nicht-kreisförmigen Fasern aus nicht-kreisförmigen Öffnungen geschaffen werden.Despite these attempts to manufacture non-circular Mineral fibers in the past could still not an industrially successful process or equivalent Device for the production of non-circular Fibers created from non-circular openings will.

Es wurde nunmehr festgestellt, daß Mineralfasern, beispielsweise Glasfasern, mit nicht-kreisförmigen Querschnitten hergestellt werden können, indem man Ströme aus geschmolzenem mineralischen Material aus nicht-kreisförmigen Öffnungen abgibt und diese Ströme ausreichend schnell zwangsabschreckt, um sie zu nicht-kreisförmigen Mineralfasern auszuhärten. Durch diese Zwangskühlung der Ströme härten diese zu Fasern mit nicht-kreisförmigen Querschnitten aus, bevor Oberflächenspannungskräfte bewirken können, daß die Ströme wieder ihren kreisförmigen Querschnitt annehmen. Der schnelle, erfindungsgemäß durchgeführte Kühlvorgang ermöglicht die Herstellung von Mineralfasern, die höhere Mod-Verhältnisse besitzen als diejenigen, die mit den Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden. Die Erfindung kann sowohl beim Rotationsverfahren als bei einem kontinuierlichen Faserherstellverfahren Anwendung finden.It has now been found that mineral fibers, for example Glass fibers, with non-circular cross sections can be made by streams made of molten mineral material made of non-circular Releases openings and these currents are sufficient quickly deterred them to non-circular Harden mineral fibers. Through this forced cooling the currents harden them into fibers with non-circular ones Cross-sections before surface tension forces can cause the currents to return to their circular Accept cross section. The quick, according to the invention performed cooling process enables the production of mineral fibers that have higher mod ratios than those with the state of the art of technology. The invention can both in the rotary process and in a continuous one Find fiber manufacturing processes.

Obwohl die bevorzugte Einrichtung zum schnellen Abschrecken der Ströme ein relativ kalter (d. h. auf Raumtemperatur) gasförmiger Strom, wie beispielsweise Luft, ist, der in Kontakt mit den Materialströmen gerichtet wird, kann irgendeine beliebige Einrichtung zum raschen Abkühlen der Ströme, beispielsweise ein Strömungsmittelstrom, Sprühwasser, ein Flüssigkeitsbad, Ultraschall oder Rippenbleche, Verwendung finden. Ströme mit größeren Mod- Verhältnissen besitzen normalerweise größere Oberflächen (d. h. einen größeren Umfang des Stromquerschnittes) und somit bessere Wärmeübertragungseigenschaften (und Abschreckwerte) als solche Ströme, die geringere Mod-Verhältnisse aufweisen. Wenn ein Kühlgas verwendet wird, beeinflussen auch die Temperatur und die Geschwindigkeit des Kühlgasstromes den Abschreckgrad, wie dies auch bei der Geschwindigkeit der Materialströme und der zum Durchtritt der Ströme durch den Abschreckgasstrom erforderlichen Zeit sowie der vor der Härtung der Ströme zu Fasern von diesen durchlaufenen Distanz der Fall ist.Although the preferred facility for quick quenching the currents are relatively cold (i.e. at room temperature) is gaseous stream, such as air, which is directed into contact with the material flows, can be any rapid cooling device the currents, for example a fluid flow, Water spray, a liquid bath, ultrasound or fin plates, Find use. Streams with larger mod Ratios usually have larger surfaces (i.e. a larger size of the current cross section) and thus better heat transfer properties (and quenching values) as such currents, the lower mod ratios exhibit. If cooling gas is used, also affect temperature and speed of the cooling gas flow, the degree of quenching, as is also the case with the speed of the material flows and that of the passage the flows required by the quench gas flow Time as well as before the streams hardened into fibers of this distance covered is the case.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Mineralfaserformverfahren kann durch diverse variable Größen beeinflußt werden, beispielsweise Trägheitskräfte (hydrostatischer Druck oder Durckaufbringung in einem Textilverfahren, hydrostatische Druckkräfte in einem Rotationsverfahren), Körperkräfte in einem Rotationsverfahren, Anfangstemperatur und Viskosität des mineralischen Materiales, Dicke oder Tiefe der nicht-kreisförmigen Öffnungen, Oberflächenspannungseigenschaften des geschmolzenen mineralischen Materiales, Geschwindigkeit, mit der sich die Ströme bewegen, und Abschreckgrad der Ströme. The mineral fiber molding process designed according to the invention can be influenced by various variable sizes, For example inertial forces (hydrostatic Printing or printing in a textile process, hydrostatic pressure forces in a rotation process), Physical forces in a rotation process, starting temperature and viscosity of the mineral material, Thickness or depth of the non-circular openings, surface tension properties of the molten mineral Material, speed at which the Moving currents, and degree of quenching of the currents.

Das Unterdrucksetzen des Korpus aus geschmolzenem Glas, die auf das von der Spinnmaschine kommende Glas einwirkenden Trägheitskräfte oder die mechanischen Zugkräfte bei einem kontinuierlichen Faserverfahren können das endgültige Mod-Verhältnis der Mineralfasern beeinflusen. Da Oberflächenspannungskräfte beginnen, die Materialströme wieder in solche mit kreisförmigem Querschnitt zurückzuformen, bevor die Ströme den Kühlgasstrom erreicht habe, dessen Quellen eine gewisse Strecke unter den nicht- kreisförmigen Öffnungen angeordnet sein kann, kann die Zeitdauer der Materialströme bis zum Erreichen des Bereiches des Kühlgasstromes kritisch sein.Pressurizing the body from molten glass, those acting on the glass coming from the spinning machine Inertia or the mechanical tensile forces in a continuous fiber process, this can affect final mod ratio of mineral fibers. As surface tension forces begin, the material flows to reshape them into circular cross-sections, before the flows reach the cooling gas flow whose sources are a certain distance among the non- circular openings can be arranged, the Duration of the material flows until the area is reached of the cooling gas flow can be critical.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von nicht-kreisförmigen Mineralfasern zur Verfügung gestellt, bei dem geschmolzenes mineralisches Material aus nicht- kreisförmigen Öffnungen abgegeben wird, um Ströme mit nicht-kreisförmigem Querschnitt zu erzeugen, und bei dem die Ströme abgekühlt werden, um sie zu Fasern auszuhärten, die einen nicht-kreisförmigen Querschnitt entsprechend der Form der Öffnungen besitzen, bevor die Ströme einen kreisförmigen Querschnitt annehmen können. Eine Vielzahl von derartige Öffnungen kann in einer Wand eines Behälters für einen Korpus aus geschmolzenem mineralischen Material angeordnet sein. Bei dem Behälter kann es sich beispielsweise um eine Spinneinrichtung oder eine Speiseeinrichtung handeln.According to the invention, a method for producing provided non-circular mineral fibers, with the molten mineral material made of non- circular openings are dispensed to flow with generate non-circular cross-section, and at which the streams are cooled to harden into fibers corresponding to a non-circular cross section the shape of the openings before the Currents can assume a circular cross section. A variety of such openings can be in a wall a container for a body made of molten mineral Material be arranged. With the container can be, for example, a spinning device or trade a dining facility.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Abschreckvorgang des mineralischen Materials durchgeführt, indem man ein Kühlmittel in einer solchen Menge und an einer solchen Stelle in Kontakt mit dem Glasstrom bringt, daß das Material daran gehindert wird, einen kreisförmigen Querschnitt anzunehmen. According to one aspect of the invention, the quenching process of the mineral material is carried out by one in such an amount and at one such place in contact with the glass stream that the material is prevented from being circular Cross section.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von nicht-kreisförmigen Mineralfasern zur Verfügung gestellt, die eine mit Öffnungen versehene Düse zur Abgabe von einem oder mehreren Strömen geschmolzenen mineralischen Materials aufweist. Die Öffnungen haben ein Mod- Verhältnis, das größer ist als etwa 1,2. Die Vorrichtung besitzt ferner eine Einrichtung zum Abschrecken der Ströme, um auf diese Weise Mineralfasern mit nicht-kreisförmigem Querschnitt entsprechend der Form der Öffnungen zu erzeugen. Die Öffnungen besitzen vorzugsweise ein Mod- Verhältnis in einem Bereich von etwa 1,2 bis etwa 50, bevorzugter in einem Bereich von etwa 1,3 bis etwa 25 und am bevorzugtesten in einem Bereich von etwa 1,7 bis etwa 10. Die Öffnungen können dreischencklig (trilobal) ausgebildet sein, wobei die drei Schenkel normalerweise gerade augebildet und winklig voneinander beabstandet sind.According to the invention there is also a device for production of non-circular mineral fibers are available provided an orifice nozzle for dispensing from one or more streams of molten mineral Material has. The openings have a mod Ratio that is greater than about 1.2. The device also has a device for quenching the currents, to make mineral fibers with non-circular Cross section according to the shape of the openings produce. The openings preferably have a mod Ratio in a range from about 1.2 to about 50, more preferably in a range from about 1.3 to about 25 and most preferably in a range from about 1.7 to about 10. The openings can be triangular (trilobal) be formed, the three legs normally just formed and angularly spaced apart are.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is described below using exemplary embodiments explained in detail in connection with the drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zum Formen von kontinuierlichen nicht-kreisförmigen Glasfasern aus einer Düse; Figure 1 is a schematic side view of an inventive device for forming continuous non-circular glass fibers from a nozzle.

Fig. 2 eine Unteransicht einer Düsenbodenplatte, die eine Reihe von nicht-kreisförmigen Öffnungen enthält; Figure 2 is a bottom view of a nozzle bottom plate containing a series of non-circular openings;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer nicht- kreisförmigen Öffnung der Fig. 2 und einer geformten nicht-kreisförmigen Glasfaser; Fig. 3 is a perspective view of a non-circular aperture of Figure 2 and a shaped non-circular optical fiber.

Fig. 4 ein Diagramm von Fasereigenschaften als Funktion der Entfernung von der Düse; Figure 4 is a graph of fiber properties as a function of distance from the nozzle;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten nicht-kreisförmigen Öffnung;
die Fig. 6-9 nicht-kreisförmige Querschnitte von Glasfasern, die unter verschiedenen Abschreckbedingungen hergestellt worden sind; Fig. 5 is a schematic side view of an inventive non-circular aperture;
Figures 6-9 are non-circular cross sections of glass fibers made under various quenching conditions;

Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht der dreischenkligen Glasfaser der Fig. 9; Fig. 10 is an enlarged cross-sectional view of the three-leg glass fiber of Fig. 9;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Mod-Verhältnis und der Abschreckgeschwindigkeit verdeutlicht; FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the ratio and the quenching rate Mod;

Fi.g 12 eine isometrische Ansicht einer Harzmatrix, die mit nicht-kreisförmigen Fasern bewehrt ist; Fig. 12 is an isometric view of a resin matrix reinforced with non-circular fibers;

Fig. 13 eine vergrößerte isometrische Ansicht von drei der dreischenkligen Fasern der Fig. 12; Figure 13 is an enlarged isometric view of three of the three-leg fibers of Figure 12;

Fig. 14 eine Unteransicht einer Düsenbodenwand, die sowohl kreisförmige als auch nicht-kreisförmige Öffnungen enthält; Fig. 14 and non-circular openings includes a bottom view of a nozzle bottom wall, the circular both;

Fig. 15 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Rotationsverfahren; Figure 15 is a schematic side view of the device according to the invention in a rotary process.

Fig. 16 eine schematische Seitenansicht einer Spinneinrichtung der Fig. 15; Fig. 16 is a schematic side view of a spinning apparatus of FIG. 15;

Fig. 17 eine vergrößerte Schnittansicht einer sichelförmigen Faser, die auf der Vorrichtung der Fig. 15 und 16 hergestellt worden ist; und Figure 17 is an enlarged sectional view of a crescent-shaped fiber made on the device of Figures 15 and 16; and

Fig. 18 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer mit einer Spitze versehenen nicht-kreisförmigen Öffnung. Fig. 18 is a plan view of an embodiment of a tip provided with a non-circular opening.

Die Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit einem Glasfaserformverfahren und einer entsprechenden Vorrichtung sowie damit hergestellten Produkten beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß das Verfahren auch für Fasern aus anderen mineralischen Materialien, beispielsweise solchen mineralischen Materialien, wie Gestein, Schlacke und Basalt, geeignet ist.The invention will now be used in conjunction with a glass fiber molding process and a corresponding device as well as products manufactured with it. It understands however, that the process is also made for fibers other mineral materials, such as those mineral materials such as rock, slag and basalt, suitable is.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, werden Ströme 10 geschmolzenen Glases aus einer mit Öffnungen versehenen Düsenbodenwand 12 einer Speiseeinrichtung oder Düse 14 abgegeben und über geeignete Einrichtungen, beispielsweise die mechanische Wirkung einer Wickelvorrichtung 18, zu Fasern 16 gezogen. Ein Sammelschuh 20 und eine Größeneinstelleinrichtung 22 können in bekannter Weise Verwendung finden. Die Düse enthält einen Korpus aus geschmolzenem Glas 24, von dem aus die Ströme geschmolzenen Glases gezogen werden. Wie gezeigt, sind Luftdüsen 26, bei denen es sich um Abschreckeinrichtungen für die Ströme aus geschmolzenem Glas handelt, so angeordnet, daß sie Luft mit den Schmelzströmen in Kontakt bringen, wenn diese aus der Düsenbodenwand austreten. Der Luftstrom kühlt die Schmelzströme ausreichend schnell zu Glasfasern ab, so daß diese die nicht-kreisförmige Gestalt der Schmelzströme beibehalten. Es können auch andere geeignete Kühlmittel, beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff, Dampf oder Wasser, zur Zwangskühlung der Ströme verwendet werden.As can be seen from FIG. 1, streams 10 of molten glass are emitted from an orifice bottom wall 12 of a feed device or nozzle 14 and drawn into fibers 16 via suitable devices, for example the mechanical action of a winding device 18 . A collecting shoe 20 and a size adjustment device 22 can be used in a known manner. The nozzle includes a body of molten glass 24 from which the streams of molten glass are drawn. As shown, air nozzles 26 , which are quenchers for the molten glass streams, are arranged to contact air with the melt streams as they exit the nozzle bottom wall. The air stream cools the melt streams sufficiently quickly to glass fibers so that they maintain the non-circular shape of the melt streams. Other suitable coolants, for example carbon dioxide, nitrogen, steam or water, can also be used for the forced cooling of the streams.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, enthält die Düsenbodenwand dreischenklige Öffnungen 28, wobei die Schenkel gleichmäßig um den Umfang der Öffnungen herum angeordnet sind. Diese Öffnungen und die resultierenden Fasern können verschiedenartige Formen besitzen, beispielsweise kreuzförmig, sternförmig, fünfschenklig, achtschenklig oder rechteckförmig ausgebildet sein.As shown in FIGS . 2 and 3, the nozzle bottom wall includes three-leg openings 28 , the legs being evenly arranged around the circumference of the openings. These openings and the resulting fibers can have various shapes, for example cross-shaped, star-shaped, five-legged, eight-legged or rectangular.

Zur quantitativen Beschreibung der Erzeugung von nicht- kreisförmigen Glasfasern ist es von Vorteil, eine Zeitkonstante τ für die Rückentwicklung der Form von einem nicht-kreisförmigen Querschnitt in einen kreisförmigen Querschnitt zu untersuchen. Sobald ein Strom aus geschmolzenem Glas mit nicht-kreisförmigem Querschnitt aus einer nicht-kreisförmigen Öffnungen herausfließt, wirken Oberflächenspannungskräfte auf den Strom ein und versuchen, diesem einen kreisförmigen Querschnitt zu verleihen. Diesen Kräften wirken Viskositätskräfte entgegen, die sich Änderungen in der Form des Stromes widersetzen. die Viskositätskräfte steigen aufgrund der Kühlung extem schnell an, wenn sich die Glasschmelze im Strom von der Öffnung weg bewegt. Um in erfolgreicher Weise nicht-kreisförmige Fasern herstellen zu können, müssen somit die Viskositätskräfte (d. h. die Viskosität) in ausreichender Weise schnell genug erhöht werden, um die Auswirkungen der Oberflächenspannungskräfte zu verzögern.For the quantitative description of the production of non-circular glass fibers, it is advantageous to examine a time constant τ for the re-development of the shape from a non-circular cross section to a circular cross section. As soon as a stream of molten glass with a non-circular cross-section flows out of a non-circular opening, surface tension forces act on the stream and attempt to give it a circular cross-section. These forces are counteracted by viscosity forces that resist changes in the shape of the current. Due to the cooling, the viscosity forces increase extremely rapidly when the glass melt moves away from the opening in the stream. In order to successfully produce non-circular fibers, the viscosity forces (ie, the viscosity) must be increased sufficiently quickly enough to delay the effects of the surface tension forces.

Die vorstehend erwähnte Zeitkonstante dürfte eine Funktion der Viskosität des Glases, des äquivalenten Radius des Glasstromes und der Oberflächenspannung nach der Gleichung τ = μ _r/σ darstellen. Diese Gleichung kann mit einem Geschwindigkeitsfaktor transformiert werden, um eine Integration über die Strecke entlang der Faser, d. h. Vertikalstrecke von der Öffnung nach unten, relativ zur Zeit zu ermöglichen. Wenn im Betrieb der Vorrichtung nur wenige Zeitkonstanten vor der Härtung oder stark erhöhten Viskosität des Glases ablaufen, hält die Faser noch ihre nicht-kreisförmige Gestalt bei. Wenn jedoch viele Zeitkonstanten ablaufen, bevor eine hohe Viskosität erreicht worden ist, kehrt der Glasstrom zum kreisförmigen Querschnitt zurück und erzeugt eine kreisförmige Faser. Wenn der Reziprokwert der Zeitkonstanten über die Strecke bis zu einer 100%igen Schwächung integriert wird, wird ein Verhältniswert zwischen der Zeit bis zum Viskoswerden und der Zeit bis zur Rückkehr zu einem kreisförmigen Querschnitt erhalten. Dieser Verhältniswert, dessen genaue Messung schwierig ist, kann über das Verhältnis Z gemäß der folgenden Gleichung geschätzt werden:The above-mentioned time constant should be a function of the viscosity of the glass, the equivalent radius of the glass flow and the surface tension according to the equation τ = μ _r / σ . This equation can be transformed with a speed factor to enable integration over the distance along the fiber, ie vertical distance from the opening downwards, relative to time. If only a few time constants expire during the operation of the device before the hardening or greatly increased viscosity of the glass, the fiber still maintains its non-circular shape. However, if many time constants expire before a high viscosity has been reached, the glass flow returns to the circular cross section and creates a circular fiber. If the reciprocal of the time constant is integrated over the distance up to a 100% weakening, a ratio value is obtained between the time until the viscosification and the time until the return to a circular cross section. This ratio value, whose exact measurement is difficult, can be estimated from the ratio Z according to the following equation:

Z = (x ₇₅ s ₀/μ ₀ r _eO) × (1v ₀) ×1/ / MR ₀-1) Z = ( x ₇₅ s ₀ / μ ₀ r _eO ) × (1 v ₀ ) × 1 / / MR ₀ -1)

wobei bedeuten:
x ₇₅ der Abstand von der Düse bei einer Schwächung (cm) um 75%;
μ ₀ die Anfangsviskosität (poise);
r _eo der anfängliche äquivalente Faserradius (cm);
σ ₀ die anfängliche Oberflächenspannung des mineralischen Materials (dyn/cm);
v ₀ die Anfangsgeschwindigkeit (cm/sec) durch die Öffnung; und
MR ₀ das anfängliche Mod-Verhältnis der Ströme.where mean:
x ₇₅ the distance from the nozzle with a weakening (cm) of 75%;
μ ₀ the initial viscosity (poise);
r _{eo is} the initial equivalent fiber radius (cm);
σ _{0 is} the initial surface tension of the mineral material (dynes / cm);
v ₀ the initial speed (cm / sec) through the opening; and
MR _{0 is} the initial mod ratio of the currents.

Der Faktor 1/(MR ₀-1) gibt das Mod-Verhältnis des entsprechenden Loches und somit das anfängliche Mod-Verhältnis des Glasstromes wieder. Es wurde festgestellt, daß diese Gleichung eine sehr gute Korelation zu den in Fig. 4 dargestellten theoretischen Erwägungen besitzt, gemäß den die dargestellte Kurve den Reziprokwert der Zeitkonstanten als Funktion des Abstandes von der Düse zeigt. Das entsprechende Integral umfaßt den Bereich unter der Kurve. Je kleiner der Bereich unter der Kurve ist, desto geringer ist die Zahl der Zeitkonstanten, die der Strom vor dem Härten erfährt, und desto größer ist das Mod- Verhältnis. Es wurde festgestellt, daß Z kleiner oder gleich 2, vorzugsweise kleiner oder gleich 1, sein sollte, damit die endgültige Faser nicht-kreisförmig ist.The factor 1 / ( MR ₀ -1) reflects the mod ratio of the corresponding hole and thus the initial mod ratio of the glass flow. It has been found that this equation has a very good correlation with the theoretical considerations shown in Fig. 4, according to which the curve shown shows the reciprocal of the time constant as a function of the distance from the nozzle. The corresponding integral covers the area under the curve. The smaller the area under the curve, the smaller the number of time constants the current experiences before hardening, and the larger the Mod ratio. It has been found that Z should be less than or equal to 2, preferably less than or equal to 1, so that the final fiber is non-circular.

Die Trägheitskräfte oder der Glasdruck an den Öffnungen können das Ausmaß beeinflussen, in dem nicht-kreisförmige Fasern geformt werden können. Dieser Druck kann durch irgendeine Einrichtung, beispielsweise den hydrostatischen Druck der Glasschmelze, eine Druckbeaufschlagung der Speiseeinrichtung mit Gas oder eine Kombination von beiden, erzeugt werrden. Für die Herstellung von kontinuierlichen Glasfasern liegt der hydrostatische Druck vorzugsweise in einem Bereich von etwa 2 800 Pa bis etwa 690 000 Pa. Es wird besonders bevorzugt, das geschmolzene mineralische Material einem hydrostatischen Druck im Bereich von etwa 4 800 Pa bis etwa 34 000 Pa auszusetzen.The inertial forces or the glass pressure at the openings can affect the extent to which non-circular Fibers can be molded. This pressure can by any device, such as the hydrostatic Pressure of the glass melt, a pressurization the feeding device with gas or a combination from both. For the production of continuous The hydrostatic pressure lies on glass fibers preferably in a range from about 2,800 Pa to about 690,000 Pa. It is particularly preferred to use the melted one mineral material a hydrostatic pressure in the area from about 4,800 Pa to about 34,000 Pa.

Obwohl die in den Fig. 1-3 dargestellten Düsen spitzenlose Öffnungen enthalten, kann die Erfindung auch mit mit Spitzen versehenen Öffnungen durchgeführt werden. Die in Fig. 5 dargestellte Öffnung besitzt eine Tiefe t. Es wurde festgestellt, daß flachere oder weniger tiefe Öffnungen eine Verbesserung des Mod-Verhältnisses der nicht-kreisförmigen Fasern bewirken. Vorzugsweise sollte die Tiefe der Öffnungen in einem Bereich von etwa 0,025 mm bis etwa 6,4 mm liegen.Although the nozzles shown in Figs. 1-3 contain tipless openings, the invention can also be practiced with tip openings. The opening shown in Fig. 5 has a depth t . It has been found that shallower or shallower openings improve the mod ratio of the non-circular fibers. Preferably, the depth of the openings should range from about 0.025 mm to about 6.4 mm.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Mineralfasern besitzen normalerweise äquivalente Durchmesser in einem Bereich von etwa 0,05 µm bis etwa 76 µm, obwohl auch nicht-kreisförmige Fasern außerhalb dieses Bereiches möglich sind. Vorzugsweise liegen die Mineralfasern im Bereich der B bis Y-Fasern, d. h. in einem Bereich von etwa 2,5 µm bis etwa 30 µm. Am bevorzugtesten sind die Mineralfasern der Erfindung G bis T-Fasern in einem Bereich von etwa 8,9 µm bis etwa 34 µm.Have the mineral fibers produced according to the invention usually equivalent diameters in one Range from about 0.05 µm to about 76 µm, though too non-circular fibers outside of this range possible are. The mineral fibers are preferably in the Range of B to Y fibers, d. H. in a range of about 2.5 µm to about 30 µm. The most preferred are Mineral fibers of the invention G to T fibers in one range from about 8.9 µm to about 34 µm.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen Querschnitte von vier nicht- kreisförmigen Fasern, die mit einer Vorrichtung ähnlich der der Fig. 1 bis 3 hergestellt worden sind. Diee Faserquerschnitte entsprechen alle in ihrer Form der dreischenkligen Öffnung. Die Vorrichtung wurde so gesteuert, daß sie im wesentlichen konstante Betriebsbedingungen aufwies, mit Ausnahme der Geschwindigkeit des Abschreckmittels. Diese Geschwindigkeiten waren für jede Faser verschieden. Der Grad, unter dem die Glasschmelzströme abkühlen, dürfte eine Funktion der Geschwindigkeit des Abschreckmediums sein, wenn sämtliche anderen Bedingungen gleich sind. Die Faser 16 a der Fig. 6 wurde mit einer Abschreckluftgeschwindigkeit an der Düsenöffnung von etwa 10 m/sec erzeugt und besaß ein Mod-Verhältnis von etwa 1,35. Die nicht-kreisförmige Faser 16 b der Fig. 7 wurde mit einer Abschreckgeschwindigkeit von etwa 15 cm/sec hergestellt und besaß ein Mod-Verhältnis von etwa 1,45. Die Faser 16 c der Fig. 8 besaß ein Mod-Verhältnis von etwa 1,75 und wurde mit einer Abschreckgeschwindigkeit von etwa 20 m/sec erzeugt. Die in Fig. 9 gezeigte nicht-kreisförmige Faser 16 d besaß ein Mod-Verhältnis von etwa 2,70 und wurde mit einer Abschreckgeschwindigkeit von etwa 30 m/sec hergestellt. Obwohl Abschreckgeschwindigkeiten bis zu 60 m/sec oder mehr möglicherweise bei der Erfindung Verwendung finden können, wurde festgestellt, daß die bevorzugte Abschreckgeschwindigkeit mit Luft auf Raumtemperatur (etwa 27°C) bei etwa 40 m/sec liegt. Eine Abschreckgeschwindigkeit in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 30 m/sec wird am meisten bevorzugt. Diese Abschreckgeschwindigkeiten stehen im völligen Gegensatz zu denen, die bei normal betriebenen Luftabschreckdüsen Verwendung finden, um ein Fließen zu verhindern. Hierbei finden Abschreckgeschwindigkeiten an den Düsenspitzen im Bereich von etwa 2 bis 4 m/sec Anwendung. FIGS. 6 to 9 show cross-sections of four non-circular fibers that are similar with a device of FIG. Have been prepared from 1 to 3. The fiber cross-sections all correspond in shape to the three-leg opening. The device was controlled to have substantially constant operating conditions, except for the quench speed. These speeds were different for each fiber. The degree to which the glass melt streams cool is believed to be a function of the quench media speed when all other conditions are the same. The fiber 16 a of FIG. 6 was generated with a quenching air velocity at the nozzle opening of approximately 10 m / sec and had a mod ratio of approximately 1.35. The non-circular fiber 16 b of Fig. 7 was produced with a quenching rate of about 15 cm / sec and had a mod ratio of about 1.45. The fiber 16 c of FIG. 8 had a mod ratio of approximately 1.75 and was produced at a quenching speed of approximately 20 m / sec. The non-circular fiber 16 shown in Fig. 9 d had a mod ratio of about 2.70 and was produced with a quenching rate of about 30 m / sec. Although quenching speeds up to 60 m / sec or more may find use in the invention, it has been found that the preferred quenching speed with air to room temperature (about 27 ° C) is about 40 m / sec. A quench rate in the range of about 5 to about 30 m / sec is most preferred. These quenching speeds are in complete contrast to those used in normally operated air quenching nozzles to prevent flow. Quenching speeds at the nozzle tips in the range of approximately 2 to 4 m / sec are used here.

Wie in Fig. 10 gezeigt, können die Abmessungen der nicht- kreisförmigen Faser 16 d durch das Mod-Verhältnis charakterisiert werden, bei dem es sich um das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D ₀ und dem Innendurchmesser D _i handelt. Der Außendurchmesser gehört dem kleinsten Kreis an, in den der gesamte Querschnitt eingebracht werden kann. Der Innendurchmesser gehört zu dem größten Kreis, der innerhalb des Faserquerschnittes untergebracht werden kann.As shown in Fig. 10, the dimensions of the non-circular fiber 16 d can be characterized by the Mod ratio, which is the ratio between the outer diameter D ₀ and the inner diameter D _i . The outside diameter belongs to the smallest circle in which the entire cross-section can be made. The inside diameter belongs to the largest circle that can be accommodated within the fiber cross section.

Wie in Fig. 11 gezeigt, steigt das Mod-Verhältnis bei einem Anwachsen der Abschreckgeschwindigkeit an. Es ist ferner gezeigt, daß das Mod-Verhältnis, wenn die Düse unter Druck gesetzt wird, ansteigt.As shown in Fig. 11, the Mod ratio increases as the quenching rate increases. It is also shown that the Mod ratio increases as the nozzle is pressurized.

Wie die Fig. 12 und 13 zeigen, können kontinuierliche dreischenklige Fasern 16 d hergestellt und in einer Matrix, beispielsweise einem Kunstharz 32, als Bewehrung angeordnet werden. Die mineralischen Fasern der Erfindung können in Verbindung mit irgendwelchen anderen Bewehrungsarten zum Bewehren beliebiger organischer oder anorganischer Matrizes eingesetzt werden. Beispielsweise können thermoplastische oder duroplastische Harze, beispielsweise Polyester oder Epoxyharze, verwendet werden. Zemente, Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und Silikatmatrizes könen ebenfalls bewehrt werden. Matrizes, die mit nicht-kreisförmigen mineralischen Fasern der Erfindung bewehrt sind, können gleichzeitig in anderere geeigneter Weise bewehrt sein, beispielsweise durch kreisförmige mineralische Fasern oder organische Fasern.As FIGS. 12 and 13 show, continuous three-leg fibers 16 d can be produced and arranged in a matrix, for example a synthetic resin 32 , as reinforcement. The mineral fibers of the invention can be used in conjunction with any other type of reinforcement to reinforce any organic or inorganic matrix. For example, thermoplastic or thermosetting resins, for example polyesters or epoxy resins, can be used. Cements, metals with a low melting point and silicate matrices can also be reinforced. Matrices that are reinforced with non-circular mineral fibers of the invention may at the same time be reinforced in other suitable ways, for example circular mineral fibers or organic fibers.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, kann die Düsenbodenwand 12 sowohl nicht-kreisförmige Öffnungen 28 a als auch kreisförmige Öffnungen 34 zur Erzeugung von Fasersträngen enthalten, so daß einige dieser Stränge kreisförmige Querschnitte und andere nicht-kreisförmige Querschnitte besitzen.As shown in Fig. 14, the nozzle bottom wall 12 can contain both non-circular openings 28 a and circular openings 34 for producing fiber strands, so that some of these strands have circular cross sections and other non-circular cross sections.

Wie in Fig. 18 gezeigt, kann auch eine mit einer Spitze versehene Düse zur Herstellung der erfindungsgemäßen nicht-kreisförmigen Fasern eingesetzt werden. Die drei Schenkel 54 der Öffnung besitzen vergrößerte Schenkelenden 56. Die Öffnung ist im Bodenende einer Rohrspitze 58 mit geschlossenem Ende ausgebildet.As shown in Figure 18, a tipped nozzle can also be used to make the non-circular fibers of the invention. The three legs 54 of the opening have enlarged leg ends 56 . The opening is formed in the bottom end of a tube tip 58 with a closed end.

Wenn die Erfindung bei dem Rotationsverfahren durchgeführt wird, wird als "Behälter" eine Spinneinrichtung anstelle einer Speiseeinrichtung oder Düse eingesetzt, und die nicht-kreisförmigen Öffnungen sind in der Umfangswand der Spinneinrichtung anstelle der Bodenwand der Düse angeordnet.When the invention is carried out in the rotation process a "spinning device" becomes a "container" used instead of a feeding device or nozzle, and the non-circular openings are in the peripheral wall the spinning device instead of the bottom wall arranged the nozzle.

Wie Fig. 15 zeigt, kann geschmolzenes Glas 40 einer rotierenden Spinneinrichtung 42 zugeführt werden. Das geschmolzene Glas trifft auf die Bodenwand 44 der Spinneinrichtung auf und strömt durch Zentrifugalwirkung nach außen gegen die Umfangswand 46 der Spinneinrichtung. Diese Umfangswand enthält nicht-kreisförmige Öffnungen 48, durch die Schmelzströme 50 des Glases austreten. Durch die Relativbewegung zwischen den aus der Spinnmaschine tretenden Glasströme und der die Spinnmaschine umgebende Luft werden die Schmelzströme zu Glasfasern 52 abgeschreckt. Die Abschreckgeschwindigkeit kann in einem gewissen Maße durch die Rotationsgeschwindigkeit der Spinnmaschine gesteuert werden. Ein ringförmiges Gebläse, beispielsweise das Gebläse 54, kann konzentrisch um die Spinnmaschine herum angeordnet werden, um die Fasern zum Sammeln nach unten zu richten, wobei es sich hierbei um eine herkömmliche Einrichtung handeln kann.As shown in FIG. 15, molten glass 40 can be fed to a rotating spinner 42 . The molten glass strikes the bottom wall 44 of the spinner and flows outward against the peripheral wall 46 of the spinner by centrifugal action. This peripheral wall contains non-circular openings 48 through which melt flows 50 of the glass emerge. The melt flows to glass fibers 52 are quenched by the relative movement between the glass streams emerging from the spinning machine and the air surrounding the spinning machine. The quenching speed can be controlled to some extent by the speed of rotation of the spinning machine. An annular blower, such as blower 54 , may be placed concentrically around the spinning machine to direct the fibers downward for collection, which may be conventional.

Die Spinnmaschine kann mit nicht-kreisförmigen Öffnungen verschiedenartiger Formen, beispielsweise Schlitzen oder Kreuzen, mit verschiedenartigem Aufbau versehen sein. Wie Fig. 16 zeigt, kann die Spinnmaschine sichelförmige Öffnungen zur Herstellung von Glasfasern 52 mit der in Fig. 17 gezeigten Querschnittsform aufweisen.The spinning machine can be provided with non-circular openings of various shapes, for example slits or crosses, of various types. As shown in FIG. 16, the spinning machine can have crescent-shaped openings for producing glass fibers 52 with the cross-sectional shape shown in FIG. 17.

Example I

Es wurden kontinuierliche dreischenklige Glasfasern E mit einem durchschnittlichen Mod-Verhältnis von etwa 2,3 mit Hilfe einer spitzenlosen Düse, die zwanzig dreischenklige Öffnungen aufwies, unter den folgenden Bedingungen hergestellt:Continuous three-leg glass fibers E with an average mod ratio of about 2,3 using a centerless nozzle, the twenty three-legged Had openings under the following conditions produced:

Öffnungsgröße:
Tiefe: 0,38 mm
Breite eines jeden Schenkels: 0,32 m
Länge eines jeden Schenkels bis zum Mittelpunkt der Öffnung: 0,69 mm
Glastemperatur 1200°C
Glasart 200 E
Düsendruck (gesamt) 60 KPa
Glasströmungsgeschwindigkeit 0,26 g/min/Loch
Zahl der Filamente 20
Lochmuster 2 Reihen, 10 Löcher pro Reihe, Abstand zwischen den Reihen 3,18 mm, Lochabstand in der Reihe 3,05 mm
Abschreckmedium Luft bei 27°C
Abschreckdüsengröße 38,1 mm horizontal × 6,35 mm vertikal
Abschreckdüsenposition 25 mm von der Mittellinie der Düse (Mittellinie zwischen zwei Reihen), 15° von der Horizontalen
Abschreckdüsenströmungsgeschwindigkeit 10,2 kg/h
Abschreckgeschwindigkeit 9,8 m/sec an der Abschreckdüse, 8,8-9,8 m/sec an der Düsenmittellinie (sehr niedrige Geschwindigkeitsabnahme, wenn überhaupt)
Aufwickelgeschwindigkeit 7,87 m/sec
Durchschnittlicher Faserdurchmesser M Filament 65 HT (16,5 µm) basierend auf dem QuerschnittsbereichOpening size:
Depth: 0.38mm
Width of each leg: 0.32 m
Length of each leg to the center of the opening: 0.69 mm
Glass temperature 1200 ° C
Glass type 200 E.
Nozzle pressure (total) 60 KPa
Glass flow rate 0.26 g / min / hole
Number of filaments 20
Hole pattern 2 rows, 10 holes per row, distance between the rows 3.18 mm, hole spacing in the row 3.05 mm
Quenching medium air at 27 ° C
Quench nozzle size 38.1 mm horizontally × 6.35 mm vertically
Quench nozzle position 25 mm from the center line of the nozzle (center line between two rows), 15 ° from the horizontal
Quench nozzle flow rate 10.2 kg / h
Quenching speed 9.8 m / sec at the quenching nozzle, 8.8-9.8 m / sec at the nozzle center line (very low speed decrease, if any)
Winding speed 7.87 m / sec
Average fiber diameter M Filament 65 HT (16.5 µm) based on the cross-sectional area

Example II and III

Mit einer mit einer Spitze versehenen Düse, die vierzehn Löcher aufwies, wurden durch Abschreckung mittels Rippenabschirmung kontinuierliche dreischenklige Glasfasern E hergestellt. Bei den Spitzen handelte es sich um die Spitzen von Rohren mit geschlossenen Enden, die Öffnungen der in Fig. 18 dargestellten Form aufwiesen, welche in den Spitzenboden eingearbeitet waren. Die speziellen Abmessungen bei dieser Ausführungsform legten die endgültigen Mod-Verhältnisse der Faser fest. Die folgenden Bedingungen trafen für alle Spitzen zu:With a tipped nozzle having fourteen holes, continuous three-leg glass fibers E were produced by quenching by rib shielding. The tips were the tips of tubes with closed ends, which had openings of the shape shown in Fig. 18, which were incorporated in the bottom of the tip. The particular dimensions in this embodiment determined the final mod ratios of the fiber. The following conditions applied to all tips:

Spitzenrohrdurchmesser 3,3 mm
Spitzenrohrlänge 6,1 mm
Spitzenenddicke (Tiefe der Öffnung) 0,28 mm
Spitzenmuster 2 Reihen, 7 Spitzen/Reihe, gerades Muster, Abstand zwischen den Reihen 7,6 mm, Spitzenabstand in der Reihe 5,8 mm
Geometrie der Rippenabschirmung: Rippendicke 1,4 mm, Rippenhöhe 15,9 mm, Rippenlänge 42,7 mm, Rippenabstand 5,8 mm
Glasart 200 E
Glastemperatur 1230°C
Düsendruck (gesamt) 7,6 KPa
Wickelgeschwindigkeit etwa 3,81 m/sec. Diese Geschwindigkeit variierte etwas während der Versuche.Tip tube diameter 3.3 mm
Tip tube length 6.1 mm
Tip end thickness (depth of the opening) 0.28 mm
Lace pattern 2 rows, 7 tips / row, straight pattern, distance between rows 7.6 mm, tip distance in row 5.8 mm
Rib shielding geometry: rib thickness 1.4 mm, rib height 15.9 mm, rib length 42.7 mm, rib spacing 5.8 mm
Glass type 200 E.
Glass temperature 1230 ° C
Nozzle pressure (total) 7.6 KPa
Winding speed about 3.81 m / sec. This speed varied somewhat during the trials.

Example II

Lochabmessungen D = 0,64 mm P = 0,51 mm W = 0,25 mm Glasströmungsgeschwindigkeit 0,14 gm/min/Loch
durchschnittlicher Faserdurchmesser N-Filament, 70 HT (17,8 µm)
Durchschnittliches Mod-Verhältnis 2,2Hole dimensions D = 0.64 mm P = 0.51 mm W = 0.25 mm glass flow velocity 0.14 gm / min / hole
average fiber diameter N filament, 70 HT (17.8 µm)
Average mod ratio 2.2

Example III

LochabmessungenD = 0,64 mm P = 0,51 mm W = 0,13 mm Glasströmungsgeschwindigkeit 0,106 gm/min/Loch
Durchschnittlicher Faserdurchmesser L-Filament, 59 HT (14,9 µm)
Durchschnittliches Mod-Verhältnis 5,4Hole dimensions D = 0.64 mm P = 0.51 mm W = 0.13 mm glass flow rate 0.106 gm / min / hole
Average fiber diameter L-filament, 59 HT (14.9 µm)
Average mod ratio 5.4

Die vorstehend beschriebene Erfindung ist für die Herstellung von Glasfasern für thermische und akustische Isolationsprodukte und als Bewehrungselemente von Harzmatrizes geeignet.The invention described above is for manufacture of glass fibers for thermal and acoustic Insulation products and as reinforcement elements of resin matrices suitable.

Es werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von nicht-kreisförmigen mineralischen Fasern beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein von einer Masse aus geschmolzenem mineralischen Material ausgehender Strom durch eine nichtkreisförmige Öffnung geleitet, und das mineralische Material des Stromes wird zur Herstellung eienr mineralischen Faser mit nicht- kreisförmigem Querschnitt abgeschreckt. Die Vorrichtung dient zur Durchführung dieses Verfahrens.There are thus a method and an apparatus for Manufacture of non-circular mineral fibers described. In the process, one by one Mass outgoing from molten mineral material Current passed through a non-circular opening, and the mineral material of the stream becomes for the production of a mineral fiber with non- circular cross section quenched. The device is used to carry out this procedure.

Claims

1. A method of making non-circular mineral fibers having a Mod ratio greater than about 1, 2, characterized by the following steps: dispensing molten mineral material with a liquidus temperature greater than about 649 ° C, from non-circular openings for producing melt streams with a non-circular cross-section, the non-circular openings being arranged in a wall of a container for holding a mass of molten mineral material and the mineral material of the streams having a sufficiently low initial viscosity so that the streams would have circular cross sections without quenching, and quenching the streams to cure them into mineral fibers having a non-circular cross section corresponding to the shape of the openings before the streams can assume a circular cross section.

2. The method according to claim 1, characterized in that that with a ratio between the viscosity (poises) and the surface tension (dyn / cm) worked that ranges from about 0.1 to about 25 lies.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that worked with non-circular openings is in a nozzle wall a feeding device for Production of continuous glass fibers arranged are.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that worked with non-circular openings is used to manufacture in the peripheral wall of a spinning machine of mineral fibers arranged by centrifugal action are.

5. The method according to claim 3, characterized in that the molten mineral material in the nozzle to the Openings under a pressure in the range of approximately 2,800 Pa until about 690,000 Pa is set.

6. The method according to claim 3, characterized in that the currents are quenched by a coolant is brought into contact with the currents.

7. The method according to claim 6, characterized in that that the currents with fin shields be deterred.

8. The method according to claim 3, characterized in that quenching is carried out in such a way that the equation Z ≦ 2 is satisfied, where:
Z = ( x ₇₅ σ ₀ / μ ₀ r _eo ) × (1 / v ₀ ) × 1 / ( MR ₀ -1)
x ₇₅ the distance from the nozzle with a weakening (cm) of 75%
μ ₀ the initial viscosity (poise)
r _eo the initial equivalent fiber radius (cm)
σ ₀ the initial surface tension of the mineral material (dyn / cm)
v ₀ the initial viscosity (cm / sec) through the openings and
MR _{0 is} the initial mod ratio of the currents.

9. Device for producing non-circular mineral fibers with a mod ratio greater than about 1.2, characterized by an orifice provided with a nozzle wall ( 12 ) for dispensing one or more streams ( 10 ) of molten mineral material with a liquidus temperature greater than about 649 ° C, the nozzle wall ( 12 ) being placed in a container for holding a mass of molten mineral material and the mineral material of the streams having an initial viscosity low enough for the streams to assume circular cross sections without quenching, and wherein the openings ( 28 ) have a mod ratio in the range of about 1.3 to about 25 and means for quenching the streams to produce mineral fibers of non-circular cross-section according to the shape of the openings ( 28 ).

10. The device according to claim 9, characterized in that the nozzle wall ( 12 ) is arranged in a feed device for the production of continuous glass fibers.

11. The device according to claim 9, characterized in that the apertured nozzle wall ( 12 ) is the peripheral wall of a spinning machine ( 42 ) for the production of mineral fibers by means of centrifugal action.

12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the means for quenching rib shields include.