DE69108708T2

DE69108708T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von migrationsfreien glasfaserbündeln.

Info

Publication number: DE69108708T2
Application number: DE69108708T
Authority: DE
Inventors: Leonard Adzima; Martin Flautt
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2011-08-27
Also published as: WO1992005122A1; DE69108708D1; CN1059890A; MX9101050A; AU8754791A; AU634946B2; ZA916740B; BR9106071A; KR920702331A; EP0500923A1; US5055119A; ES2070516T3; CN1026685C; EP0500923B1; CA2049800A1; JPH05502658A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Glasfaserherstellung. Mehr im einzelnen betrifft sie die Trocknung mit Schlichte bedeckter Fasern und sogar noch mehr im einzelnen die Herstellung verbesserter Glasfaserbündel, die migrationsfrei sind.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Glasfaserbündel werden üblicherweise hergestellt durch Abgeben einer Vielzahl geschmolzener Glasströme aus einer erwärmten Düse, Ausziehen der Vielzahl von Glasströmen zu einer Vielzahl von Fasern und Hindurchführen der Fasern durch eine Auftragseinrichtung, um eine Schlichte auf wäßriger Basis auf die Fasern aufzubringen. Danach werden die Fasern an einem Zusammenfaßschuh zu einem Strang zusammengefaßt und dann auf eine Hülse aufgewickelt, um ein Glasfaserbündel zu erzeugen. Dieses Bündel wird dann getrocknet, um das Wasser aus der Schlichte auf wäßriger Basis verdampfen zu lassen.
Sowohl Hersteller solcher Glasfaserbündel als auch die Benutzer solcher Bündel sind sich wohl dessen bewußt, daß ein Problem vorliegt, das in der Technik allgemein als "Migration" bezeichnet wird. Migration ist optisch als eine Verfärbung der Fasern im Bündel zu beobachten. Es ergibt sich während des Trocknungsvorganges, wenn Wasser im Bündel nach außen wandert, einen Anteil der Schlichte mit sich nimmt und hierbei mehr Schlichte als normal zum äußeren Umfang des Bündels hin und an verschiedenartigen, zufällig verteilten Stellen längs des Weges ablagert. Eine Weise, auf die man sich mit dem Migrationsproblem befaßt hat, ist es, die äußeren Lagen vom Bündel einfach abzuschälen, um die verfärbte Faser zu entfernen. Dies vergeudet natürlich einen großen Anteil des Materials und ist unwirtschaftlich. Ferner können auch die Kanten der Bündel, wenn man etwa ein Bündel mit quadratischen Kanten des Typs 30 bildet, dieses Migrationsproblem aufweisen, und sie können natürlich nicht immer abgeschält werden. Es gäbe sonst kein verbleibendes Bündel. Dies bedeutet, daß es periodisch "Risse" aus verfärbtem Material gibt, die sich aus dem Auftreten dieser Kantenmigration ergeben. Benutzer solcher Bündel finden dieses sichtbare Auftreten von "Rissen" jedoch als unbefriedigend. Es wird somit ersichtlich, daß hier ein Problem in der Technik vorliegt, das gelöst werden muß.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem auf eine kosteneffektive Weise, indem es die Migration unterbindet. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung gibt es nicht länger das Erfordernis des Abschälens, um verfärbte Glasfaserstränge zu entfernen, weil der Grund der Verfärbung ausgeräumt wurde. Zusätzlich erübrigt die vorliegende Erfindung die üblichen Trockungsöfen und sorgt hierdurch für eine wirtschaftlicher Vorgehensweise, weil sie Arbeitsaufwand erübrigt und die Anwendung zusätzlicher Energie erübrigt. Es wurde sogar beobachtet, daß Zunahmen in den Faser-Zugfestigkeiten durch Nutzung des vorliegenden Verfahrens erreicht wurden, im Gegensatz zu der handelsüblichen Verfahrenstechnik aus dem Stand der Technik. Außerdem kann die vorliegende Erfindung ohne irgendwelche "Ausfaserungs"-Probleme angewandet werden. Schließlich wird der Auftragswirkungsgrad der Schlichte und die Bildung einer gleichförmigen getrockneten Schlichtebeschichtung an den Fasern ebenfalls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung realisiert.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht eine Verbesserung der Glasherstellungsverfahren aus dem Stand der Technik jener Art vor, die das Abgeben einer Vielzahl geschmolzener Glasströme aus einer erwärmten Düse aufweisen, das Ausziehen der genannten Vielzahl von Glas strömen zu einer Vielzahl von Fasern, das Hindurchleiten der genannten Fasern durch eine Auftragseinrichtung, um eine Schlichte auf wäßriger Basis auf die Fasern aufzubringen, das Zusammenfassen der genannten getrockneten Fasern zu einem Strang an einem Zusammenfaßschuh und das Aufwickeln des genannten Stranges auf einer Hülse. Die Verbesserung umfaßt das im wesentlichen vollständig adiabatische Verdampfen des Wassers aus der Schlichte.
In Übereinstimmung mit einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung bei einem Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserbündels jener Art erreicht, das folgende Schritte umfaßt: A) Formen von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, das von einer erwärmten Düse abgegeben wird; B) Bewegen der genannten Fasern nach unten und während dieser Bewegung (i) Auftragen einer Schlichtes auf wäßriger Basis auf die genannten Glasfasern mit einer Schlichte-Auftragseinrichtung und (ii) Zusammenfassen der genannten Fasern mit einer Zusammenfaßvorrichtung zu einem Strang; und C) Aufwickeln des genannten Stranges zu einem Bündel mit einer Wickeleinrichtung. Die Verbesserung, die vorgesehen ist, umfaßt die Bildung eines migrationsfreien Bündels durch das Ansaugen von Luft in den Bereich nahe unterhalb der genannten, erwärmten Düse, um die genannte Luft zu erwärmen, und das Hindurchleiten der erwärmten Luft nach unten durch eine begrenzte, vorbestimmte Zone, die die genannten Fasern umschreibt, um in wärmeübertragender Berührung mit den genannten Fasern zu stehen, wobei die Zone von einem Punkt unterhalb der genannten Düse aus oberhalb der genannten Auftragseinrichtung bis zu einem Punkt unterhalb der genannten Auftragseinrichtung angeordnet ist, und Entfernen der genannten Luft aus der genannten Zone an einer Stelle oberhalb der genannten Aufwickeleinrichtung und im allgemeinen oberhalb des Zusammenfaßschuhes. Die Luftmenge, die erwärmt wird, bewirkt die Trocknung der genannten Fasern mit der genannten, aufgetragenen, wäßrigen Schlichte in ausreichendem Ausmaß, um ein migrationsfreies Bündel zu bilden.
Auch noch in Übereinstimmung mit einem spezielleren Merkmal dieser Erfindung wird ein migrationsfreies Bündel dadurch vorgesehen, daß man Umgebungsluft aus dem Bereich rund um die Düse in das offene, oberste Ende der Wärmeübertragungskammer ansaugt, worin das offene Ende unterhalb einer beheizten Düse und hinlänglich dicht an dieser angeordnet ist, so daß die in das offene Ende eingesaugte Luft von der erwärmten Düse erwärmt wird, und daß man die erwärmte Luft durch die Kammer in wärmeübertragender Berührung mit den Fasern bewegt, gefolgt vom Entfernen der Luft aus der Kammer nahe der Unterseite. Die Kammer erstreckt sich bis unter die Auftragseinrichtung Schlichte und ist im wesentlichen im Umfang rund um die Fasern so angeordnet, daß die erwärmte Luft jegliches Strömungsmittel aus der Schlichte verdampfen kann, d.h. Wasser oder Lösungsmittel. Während kleinere Ausmaße einer ergänzenden Beheizung in der Kammer vorgesehen sein können, wie etwa beispielsweise Infrarot-Heizeinrichtungen, ist es doch bevorzugt, daß die Luft von der Düse so ausreichend erwärmt wird, daß die Düsenwärme im wesentlichen die einzige Energiequelle zum Beheizen der Luft ist, die benutzt wird, um das flüchtige Strömungsmittel zu verdampfen, das Teil der Schlichte ist.
In Übereinstimmung mit einem noch anderen Merkmal dieser Erfindung kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um abgehackte Bündel oder Stränge herzustellen. Somit wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Glasfaserbündels aus einer Vielzahl von Fasern, mit den Schritten der Bildung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, das von einer erwärmten Düse abgegeben wird, der Bewegung der genannten Fasern nach unten, und während der genannten Bewegung dem Auftrag einer Schlichte auf Wasser- oder Lösungsmittelbasis auf die Fasern mit einer Schlichte-Auftragseinrichtung und dem Zusammenfassen der genannten Fasern mit einer Zusammenfaßvorrichtung zu einem Bündel vor dem Abschneiden eine Verbesserung vorgesehen, die das Trocknen der genannten Glasfasern vor dem genannten Zusammenfassen dadurch umfaßt, daß man (i) Umgebungsluft aus dem Bereich rund um die genannte Düse in das offene oberste Ende einer Wärmeübertragungskammer einsaugt, wobei das offene Ende der genannten Kammer unter der genannten erwärmten Düse und hinlänglich dicht an dieser angeordnet ist, so daß die Luft, die in das offene Ende eingesaugt wird, von der erwärmten Düse erwärmt wird, und die Kammer sich von oberhalb der Schlichte-Auftragseinrichtung ausgehend erstreckt und in Umfangsrichtung rund um die genannten Fasern bis zu einem Punkt unter der genannten Auftragseinrichtung angeordnet ist, daß man (ii) die genannte erwärmte Luft durch die Kammer in wärmeübertragender Berührung mit den genannten Fasern bewegt, und daß man (iii) die genannte erwärmte Luft aus der Kammer nahe deren Unterseite entfernt, wobei die genannte Luft hierdurch das genannte Wasser oder Lösungsmittel verdampft.
Verglichen mit den US-Patenten Nrn. 4 478 625 und 3 718 448, die jeweils Fasern an der Aufwickeleinrichtung und vor dem Aufwickeln erwärmen, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung viel wirtschaftlicher ist, weil die beträchtlichen zusätzlichen Energiemengen, die für die Nutzung jener Erfindungen erforderlich sind, bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. Zusätzlich werden Fachleute ohne weiteres feststellen, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise in irgendeinem der US-Patente Nr. 4 853 017, 4 676 813 oder 4 146 377 wiederzufinden ist. Die ersten beiden Patente haben beispielsweise Kammern, deren oberste Enden oberhalb der Düsen-Unterplatte angeordnet sind. Das letztgenannte Patent hat eine Kammer, die oberhalb der Schlichte-Auftragseinrichtung angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen;
Fig. 1 ist eine teilweise abgebrochene Schrägbilddarstellung, die eine Vorrichtung beispielsweise darstellt, die zur Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird; und
Fig. 2 ist eine schematische, vereinfachte rechte Seitenansicht der Fig. 1.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen; eine Vorrichtung zum Bilden von Glasfaserbündeln, die migrationsfrei sind, ist insgesamt gezeigt. Die dargestellte Vorrichtung stellt die bevorzugte Technik und Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung durch Nutzung der Düsenwärme als einzige Energiequelle zum Trocknen von mit Schlichte beschichteten Glasfasern dar.
Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen; dort ist allgemein ein Düsenteil 12 gezeigt, aus dessen Bodenplatte 14 geschmolzenes Glas ausgegeben wird, und das Glas wird zu einer Vielzahl von Fasern 16 geformt. Die Bodenplatte 14 der Düse kann "spitzenlos" sein oder kann die herkömmlicheren, faserbildenden Spitzen (nicht gezeigt) umfassen. Zusätzlich ist zu erkennen, daß dann, wenn Spitzen verwendet werden, die Düse 12 nahe ihrem Boden 14 auch herkömmliche Rippenschirme (nicht gezeigt) zum Abkühlen des Glases umfassen wird, das von dem Düsenboden ausgegeben wird. In bezeichnender Weise wird in den Zeichnungen beobachtet werden, daß keine herkömmlichen Fasersprühdüsen dargestellt sind. Wenn man die vorliegende Erfindung verwirklicht, um die Migration einer wäßrigen Schlichte zu unterbinden, werden keine Sprühdüsen verwendet.
In Übereinstimmung mit der herkömmlichen Praxis zieht eine Aufwickeleinrichtung 20 das Glas, das aus dem Düsenboden 14 austritt, aus, um Fasern 16 zu bilden. Die Fasern 16 werden zu einem Bündel oder Strang 18 zusammengefaßt. Dieser Strang wird unter Beihilfe eines Querführungsmechanismus 22 auf einer Hülse 24 aufgewickelt, um ein endgültiges Faserbündel zu erzeugen. Jeder herkömmliche Zusammenfaßschuh 26 kann verwendet werden, um den Fächer aus Fasern 16 zu einem Strang zusammenzufassen. Auch in herkömmlicher Weise werden die Fasern 16 in Berührung mit einer rotierenden, zylindrischen Schlichte-Auftragseinrichtung 28 gebracht, aber die Auftragseinrichtung ist näher an der Düse angeordnet als beim normalen Vorgang. Die Schlichte-Auftragseinrichtung 28 dreht sich natürlich in einem Trog (nicht gezeigt), der die Schlichte enthält. Die Auftragseinrichtung wird durch eine geeignete Antriebseinrichtung 30 in Drehantrieb versetzt, die auf einem geeigneten Träger 32 getragen ist. Die Auftragseinrichtung 28 ist insgesamt in das Innere eines Gehäuses 34 eingeschlossen und von diesem drehbar getragen.
Um die Vorzüge der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine Wärmeübertragungskammer oder Trocknungskammer vorgesehen, die insgesamt mit 36 bezeichnet ist. Die Kammer 36 nimmt Luft an einem Punkt oberhalb der Auftragseinrichtung 28 auf und erhält die eingeschlossene Wärmeübertragungsberührung zwischen der erwärmten Luft und den Fasern in einen Zeitraum aufrecht, der ausreicht, damit die Fasern des aufgewickelten Bündels trocken und migrationsfrei sind. Die Kammer 36 erstreckt sich deshalb bis zu einem Punkt ausreichend unterhalb der Auftragseinrichtung 28, um es zu ermöglichen, daß eine solche Trocknung bewirkt wird. Eine Erstreckung von mehreren Fuß (91,4 cm), d.h. mindestens drei Fuß, unterhalb der Auftragseinrichtungist erforderlich. Die Wärmeübertragungskammer kann durch irgendeine geeignete, bauliche Abstützung in ihrer Lage gehalten werden, die insgesamt mit 38 bezeichnet ist. Die Kammer 36 kann so betrachtet werden, als umfasse sie drei Abschnitte, nämlich einen oberen Abschnitt 40, einen unteren Abschnitt 47 und einen mittleren Abschnitt 44. Der obere Abschnitt 40 umfaßt ein ganz oben offenes, insgesamt rechteckiges Ende 42, das unterhalb der erwärmten Düse 12 angeordnet ist. Es ist insgesamt bevorzugt, daß der zuoberst offene Endabschnitt 42 der Kammer 36 etwa neun bis etwa sechzehn Zoll (22,9-40,6 cm) unterhalb des Düsenbodens 14 angeordnet ist, d.h. der Bodenfläche einer "spitzenlosen" Düsen-Bodenwand oder den Unterseiten der Spitzen, wenn eine solche Düse verwendet wird. Der obere Kammerabschnitt 40 erstreckt sich insgesamt vom Ende 42 aus nach vorne und hinten und umfaßt eine Frontfläche 41 und sich nach hinten erstreckende Seitenwände 46. Der hinterste Abschnitt des oberen Kammerabschnitts 40 wird von einer herkömmlichen Glastropfenabschirmung 48 gebildet. Die Glastropfenabschirmung 48 umfaßt eine flache, geneigte rückwärtige Fläche 50 sowie sich nach vorne und erstreckende Seiten 52. Die rückwärtige Fläche 50 und die Frontfläche 41 laufen geringfügig aufeinander zu. Die Glastropfenabschirmung 48 umfaßt herkömmliche Mittel 54 zum Bewegen der Glastropfenabschirmung nach vorne bzw. hinten. Wie in den Zeichnungen gezeigt, befindet sich die Glastropfenabschirmung 48 in ihrer betrieblichen hinteren Lage. Die Kammer 36 und ihre drei Abschnitte sollten ersichtlicherweise auf eine Weise konstruiert und getragen werden, um das Öffnen und den mühelosen Zugang zu den Fasern 16 und der Auftragseinrichtung 28 zu gestatten.
Der mittlere Abschnitt oder Zwischenabschnitt 44 der Kammer 36 verläuft insgesamt nach hinten und unten vom oberen Abschnitt 42 aus weiter.
Anders als herkömmliche, handelsübliche Anlagen, bei denen die Auftragseinrichtung in der Größenordnung von 127 bis 140 cm (50 bis 55 Zoll) vom Düsenboden 14 entfernt gelegen ist, wird, wenn man die vorliegende Erfindung ausführt, die Auftragseinrichtung 28 50,8 bis 76,2 cm (etwa 20 bis etwa 30 Zoll) vom Düsenboden 14 entfernt angeordnet sein. Das Gehäuse 34 der Auftragseinrichtung funktioniert insgesamt als ein Abschnitt der Rückwand für sowohl den Kammerabschnitt 40 als auch den Kammerabschnitt 44 und ist so angeordnet und aufgebaut, daß die Auftragseinrichtung in Berührung mit dem Fächer zusammenlaufender Fasern 16 gebracht wird.
Der untere Kammerabschnitt 47 ist wie der obere Abschnitt 40 und der mittlere Abschnitt 44 rechteckig im Querschnitt und in Umfangsrichtung um die Glasfasern 16 herum angeordnet. Die Rückwand des unteren Abschnitts 47 umfaßt einen Luftauslaßkanal 62 nahe ihrer Unterseite. Es sind Mittel vorgesehen, um die Luft aus der Kammer zu entfernen, und umfassen eine Leitung 64, die an der Negativdruckseite einer geeigneten Luftpumpe oder eines Luftgebläses (nicht gezeigt) angeordnet ist. Die Leitung 64 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Adapterabschnitt 66, der dazu dient, die Strömungsmittelverbindung zwischen der Leitung 64 und den inneren Abschnitten der Kammer 36 herzustellen. Falls gewünscht, kann ein geeignetes Schiebegatter (nicht gezeigt) entweder mit der Leitung oder dem Adapter verwendet werden, um die Luftströmung zu steuern. Der untere Abschnitt des unteren Kammerabschnitts 47 umfaßt ein bewegliches Schiebegatter 68, das die Öffnung 70 steuert, durch welche die Fasern auf ihrem Weg zum Zusammenfaßschuh 26 hindurchlaufen. Dieses Schiebegatter kann auch verwendet werden, um zum Steuern der Luftmenge beizutragen, die in das obere Ende 42 eingesaugt wird. Es wird allgemein empfohlen, daß die Einheit die Befähigung zur Bewegung von 1,42 bis 5,66 Kubikmeter pro Minute (50 bis 200 cfm) an Luft bei einem Glasdurchsatz von 27,2 kg (60 Pfund) und etwa 2,83 bis 14,2 Kubikmeter pro Minute (100 bis 500 cfm) bei 90,7 kg (200 Pfund) pro Stunde Durchsatz aufweist.
Wenn Bezug auf die adiabate Verdampfung oder adiabate Erwärmung oder Trocknung genommen wird, wird aus den Zeichnungen ersichtlich, daß die Adiabate nicht in dem reinsten thermodynamischen Wortsinn benutzt wird. Offensichtlich gibt es einige inhärente Wärmeverluste und einen Wärmeaustausch mit der Umgebung am Rande, aber diese sind nur gering. Adiabat bedeutet deshalb allgemein, daß alle Energie, die zum Trocknen verwendet wird, sich bereits in dem Glas-Schmelz- und -Formgebungssystem befindet und daß keine wesentliche zusätzliche Energie hinzugeführt wird. Wenn irgendein Bezug in der vorliegenden Anmeldung genommen wird, die Düsenwärme zum Erwärmen der Luft zu verwenden oder Luft mit einer erwärmten Düse zu erwärmen, wird es aus den Zeichnungen natürlich ersichtlich, daß die Luft, die in das obere Ende 42 der oberen Kammer 40 eintritt, auch inhärenterweise Wärme oder Energie aus der Restwärme oder Restenergie in den frisch geformten Fasern 16 aufnimmt. Eine solche zusätzliche Wärme für die Luft ist nicht durch irgendeinen Bezug darauf ausgeschlossen, beispielsweise Düsenwärme oder nur Düsenwärme zu benutzen oder eine erwärmte Düse zum Erwärmen der Luft zu benutzen.
Somit wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich, daß die Umgebungsluft in der Anlage rund um die Düse unter die Unterwand 14 in das obere offene Ende 42 der Kammer 36 strömt und nach unten durch die Kammer 36 voranschreitet und nahe der Unterseite der Kammer 36 durch die Leitung 64 entfernt wird. Auf diese Weise wird das Strömungsmittel, sei es nun ein Lösungsmittel oder im bevorzugten Ausführungsbeispiel Wasser, aus einer Schlichte auf wäßriger Basis von den Fasern verdampft und durch die Leitung 64 entfernt. Das Bündel, das durch Aufwickeln des Stranges 18 auf der Hülse 24 gebildet wird, wird vollständig trocken und frei von Migrationsproblemen sein.
Die Fachleute werden ohne weiteres erkennen, daß für irgendeinen speziellen Betrieb Anpassungen sowohl hinsichtlich der Größe der Trocknungskammer als auch der Größe der Fasern, der Geschwindigkeit, mit denen sie ausgezogen werden, und der Menge der angewandten Schlichte erforderlich sein werden.
Um jenen beim Ausführen und Benutzen der vorliegenden Erfindung behilflich zu sein, werden nun weitere Informationen im Hinblick auf Verfahrensparameter vorgesehen. Die speziellen Einzelheiten sind im wesentlichen auf die Benutzung einer Kammer 36 gerichtet, deren unterer Abschnitt 47 eine Höhe von etwa 46 Zoll (116,9 cm) aufweist, mit einem mittleren Abschnitt 44, der eine Höhe von etwa sechseinhalb Zoll (16,5 cm) aufweist, und einem oberen Abschnitt 42, der eine Höhe von etwa fünfzehn Zoll (38,1 cm) hatte. Die Abmessungen der unteren Kammer 47 betrugen 349,25 mm x 120,65 mm (etwa 13 3/4" x 4 3/4"). Dies waren näherungsweise dieselben Querschnittsabmessungen des untersten Teiles des oberen Abschnitts 40 und des mittleren Abschnitts 44. Die rechteckige Ausbildung der Kammer unmittelbar außerhalb nahe der Auftragseinrichtung 28 betrug etwa 349,25 mm x 120,65 mm (13 3/4" x 4 3/4"), gemessen von dem sich zuinnerst erstreckenden Oberflächenabschnitt der zylindrischen Auftragseinrichtung aus. Wenn die Glastropfenabschirmung 48 sich in ihrer hinteren Betriebslage befand, waren ihre Seiten 52 allgemein geringfügig, beispielsweise 6,35 mm (1/4"), außerhalb der Wände 46 des oberen Kammerabschnitts 40. Die hintersten Abschnitte der Wände 46 und die vordersten Abschnitte der Seiten 52 hatten ebenfalls einen geringen Spalt (6,35 mm) (1/4"). Bei dieser Anordnung betrug die Abmessung des oberen offenen Endes 42 etwa 419,1 mm mal 177,8 mm (16 1/2 x 7 Zoll). Die Büchse 12 umfaßte eine Bodenplatte mit Spitzen (nicht gezeigt) und der Abstand zwischen dem obersten Abschnitt 42 der Kammer 36 und der Unterseite der Spitzen betrug etwa 355,6 mm (14 Zoll). Eine herkömmliche Rippenabschirmungskühlung (nicht gezeigt) wurde ebenfalls verwendet. Der Abstand von der Mittellinie der Auftragseinrichtung 28 zur Unterseite der Spitzen betrug etwa 736,6 mm (29 Zoll). Die Unterseite der Kammer 36 war etwa 21 Zoll (53,3 cm) über dem Zusammenfaßschuh angeordnet. Es wird davon ausgegangen, daß die Fasern am Zusammenfaßschuh vollständig trocken sind, aber Messungen wurden lediglich bei den gebildeten Bündeln vorgenommen.
Hervorragende Ergebnisse wurden mit E-Glas erzielt, unter allgemeiner Verwendung großer Fasern und geringer Stranggeschwindigkeiten. Beispielsweise werden hervorragende Ergebnisse unter Verwendung der obigen, speziellen Vorrichtung mit H-Fasern und größeren Fasern erzielt, d.h. Strängen mit Nenn-Monofilament-Durchmessern über etwa 0,0102 mm [40 Hunderttausendstel (HT) (0,00040) Zoll]. Hervorragende Ergebnisse wurden mit H-, K-, M- und T-Fasern erhalten, die entsprechend Monofilamentdurchmesser von etwa 0,0102- 0,012 mm (40-45 HT), 0,0128-0,0140 mm (50-55 HT), 0,0153- 0,0166 mm (60-65 HT) bzw. 0,0230-0,0242 mm (90-95 HT) aufwiesen. Die Stranggeschwindigkeiten lagen allgemein in der Größenordnung von etwa 182,9 Meter pro Minute [600 (T-Fasern) Fuß/Minute] bis etwa 3500 Fuß/Minute (1067 m/min) (H-Fasern).
Das Strömungsmittel der Schlichte kann entweder ein organisches Lösungsmittel oder Wasser sein. Wie erklärt, wird der größte Vorteil der vorliegenden Erfindung dann erhalten, wenn man eine Schlichte auf wäßriger Basis verwendet. Solche Schlichtezusammensetzungen sind in der Technik durchaus bekannt. Schlichten auf wäßriger Basis umfassen in typischer Weise etwa 93 bis 96 oder 97% Wasser, wobei der Rest der Schlichte verschiedenartige Schlichteanteile aufweist, die sich in Abhängigkeit von der Anwendung ändern. Allgemein können die Schlichte-Bestandteile einen oder mehrere Filmbildner umfassen, wie etwa ein Epoxid, Schmiermittel, Oberflächenmittel, beispielsweise monionische, kationische und anionische Oberflächenmittel, Eindicker und Haftvermittler. In typischer Weise wird die Schlichte, die aufgetragen wird, einen Wasseranteil von etwa mindestens 6% bis zu etwa der Größenordnung von etwa 12 oder 13% aufweisen. Beste Ergebnisse wurden durch Verwendung eines Wasseranteils in der Größenordnung von etwa 10% und durch vollständige Trocknung der Fasern erreicht, d.h. durch deren Trocknung bis zu einem Feuchtigkeitsanteil von weniger als 0,02% Wasser. Dies unterbindet die Migration.
In der Zeichnung sind die Anordnungsstellen verschiedenartiger Thermoelemente dargestellt durch die Bezeichnungen T1, T2 ... T7. Die Tabelle I unten faßt allgemein typische Betriebstemperaturen an diesen verschiedenartigen Stellen zusammen. Tabelle I Anordnungsstelle Temperaturbereich
Obwohl in den Zeichnungen nicht beispielsweise ausgeführt, weist die Luft in unmittelbarer Nähe der Auftragseinrichtung in der Kammer in typischer Weise etwa 177ºC bis 249ºC (350ºF bis etwa 480ºF) auf.
Anders als bei der herkömmlichen Verarbeitung, wo das sich bildende Bündel kühl ist wegen der beträchtlichen Anwesenheit von Wasser aus der Schlichte, ist das vorliegende Verfahren gekennzeichnet durch Bündel mit erhöhten Temperaturen, weil das Wasser vollständig verdampft wurde und die Fasern vor dem Aufwickeln erwärmt wurden. Die Temperaturen der Fasern, die an der Hülse aufgewickelt werden, können größer sein als 54ºC (130ºF), bevorzugt mindestens etwa 66ºC (150ºF) für 27,2 bis 31,8 kg (60-70 Pfund) pro Stunde Glasdurchsatz. Um die vollständige Trocknung bei höheren Durchsätzen, beispielsweise 90,7 kg (200 Pfund) pro Stunde sicherzustellen, ist eine Temperatur von mindestens etwa 99ºC (210ºF) erwünscht.
Das folgende soll die vorliegende Erfindung noch weiter darstellen. In den nachfolgenden Beispielen war die verwendete Schlichte eine herkömmliche Schlichte auf wäßriger Basis, die etwa 95% Wasser und etwa 5% Feststoffe enthielt. Die Feststoffe der Schlichte umfaßten Polyvinylpyrrolidon, ein Mineralölschmiermittel, Polyethylenglykol- Monostearat, Gamma-Aminopropyltriethoxysilan, Gamma-Methacryloxy, Propyltriethoxysilan, Essigsäure, ein Ethylen- Oxidpropylenoxid-Oberflächenmittel und ein Bisphenol-A- Epichlorhydrin-Expoxidharz mit einem Epoxid-Äquivalent von etwa 230 bis 250. In allen Fällen wurden E-Glasbündel verwendet.

Beispiel I

M-450-E-Glas-Bündel wurden unter Verwendung einer Düse hergestellt, die etwa 2000 Löcher enthielt. Der Glasdurchsatz betrug etwa 27,2 kg (60 Pfund) pro Stunde und die Stranggeschwindigkeit betrug etwa 411 m (1350 Fuß) pro Minute. Die Schlichte wurde so angewandt, daß sie einen Wassergehalt von etwa 10 Gew.-% enthielt. Während des Betriebes bewegte sich die Temperatur in der mittleren Kammer 44 an einem Punkt etwa 228,6 mm (9 Zoll) unterhalb der Auftragseinrichtung zwischen etwa 177ºC-210ºC (350-410ºF), und die Temperatur im unteren Kammerabschnitt 47, etwa 152,4 mm (6 Zoll) von der Unterseite her, veränderte sich zwischen 93ºC-104ºC (200-220ºF). Die Temperatur der Fasern an den gebildeten Bündeln betrug etwa 54ºC-60ºC (130º- 140ºF) und der Faser-Wassergehalt betrug zwischen 0 und etwa 0,02% an dem Bündel.
Die Bündel wurden durch Betrachtung inspiziert und es wurde beobachtet, daß die trockenen Bündel keine beobachtbare Verfärbung aufwiesen, die charakteristisch ist für das Migrationsproblem. Zusätzlich wurde während des Aufwickelns beobachtet, daß es einen hervorragenden Bündelaufbau gab.
Die Wasser-Verdampfungsgeschwindigkeit während dieser Betriebsart betrug etwa 52 Gramm Wasser pro Minute.

Beispiel II

In ähnlicher Weise wurden K-675-Bündel unter Verwendung einer Stranggeschwindigkeit von etwa 617 m (2025 Fuß) pro Minute erzeugt. Dieselben, hervorragenden Ergebnisse wurden erhalten. Die Wasser-Verdampfungsgeschwindigkeit betrug ebenfalls etwa 52 g/min.

Beispiel III

In ähnlicher Weise wurden T-225-E-Glasbündel unter Verwendung einer Stranggeschwindigkeit von etwa 205,7 m (675 Fuß) pro Minute gebildet. Die Wasser-Verdampfungsgeschwindigkeit betrug 52 g/min. Wiederum wurden dieselben, hervorragenden Ergebnisse erhalten.
Bei der Bildung der Bündel, wie oben, ist man im wesentlichen auf keine Ausfaserungsprobleme getroffen. Mit der Ausnahme eines Versuchslaufs, der eine Zunahme von 1% zeigte, wurde beobachtet, daß die Zugfestigkeit der durch das vorliegende Verfahren gebildeten Stränge um 10% bis 20% größer war, verglichen mit dem Standardvorgang, der nicht die Trocknung der vorliegenden Erfindung während des Verfahrensablaufes verwendete.
In den Beispielen I-III unter Benutzung der 2000-Loch-Düse betrug die maximale Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers für eine M-Faser etwa 69 g/min, für eine K-Faser etwa 62, für eine T-Faser etwa 60 und für eine H-Faser etwa 59 g/min.

Beispiel IV

In einer herkömmlichen Anlage mehr als ein Jahr vor dem Anmeldetag dieser Erfindung wurde ein anderer Versuch vorgenommen, der im wesentlichen dieselbe Vorrichtung benutzte, wie sie in den Zeichnungen ausführt ist. Der Versuchslauf wurde durchgeführt, um M-250-E-Glasbündel unter Verwendung einer 4000-Loch-Düse herzustellen. Stranggeschwindigkeiten von etwa 694,8 m ((2250 Fuß) pro Minute wurden unter Verwendung eines Glasdurchsatzes von etwa 90,7 kg (200 Pfund) pro Stunde angewandt. Während dieses Versuchs wurde beobachtet, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers etwa 173 Gramm pro Minute betrug. Es wird somit beobachtet, daß bei der 4000-Loch-Düse eine Verdampfungsgeschwindigkeit ausgeführt wurde, die mehr als das dreifache jener betrug, die mit einer 2000-Loch-Düse erzielt wurde. Während des Betriebes betrug die Temperatur etwa 228,6 mm (9 Zoll) unter der Auftragseinrichtung etwa 249ºC (480ºF) und die Temperaturen der endgültig formenden, gebildeten Packung betrug etwa 99ºC (210ºF). Es gab kein Ausfaserungsproblem, die Bündel waren migrationsfrei und enthielten etwa 0-0,2% Wasser.
Während das obige die vorliegende Erfindung beschreibt, wird natürlich ersichtlich, daß Abänderungen möglich sind, die entsprechend den Patentbestimmungen und -gesetzen nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.

Claims

1. Glasherstellungsverfahren, mit der Abgabe einer Anzahl von Strömen aus geschmolzenem Glas aus einer erwärmten Düse, dem Ausziehen der genannten Anzahl von Glasströmen zu einer Anzahl von Fasern, dem Weiterleiten der genannten Fasern zu einer Auftragseinrichtung&sub1; die eine Schlichte auf wäßriger Basis auf die genannten Fasern aufbringt, dem Zusammenfassen der genannten, mit Schlichte beschichteten Fasern zu einem Strang bei einem Zusammenfaßschuh und dem Aufwickeln des genannten Stranges auf einer Hülse zur Bildung eines Bündels, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser aus der Schlichte, die auf die genannten Fasern aufgebracht wird, im wesentlichen vollständig adiabatisch verdampft wird, so daß die Fasern des genannten Bündels trocken sind und das genannte Bündel migrationsfrei ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte verdampfen in einer begrenzten Zone vorgenommen wird, die sich um mindestens drei Fuß (91,4 cm) bis unter die genannte Auftragseinrichtung erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Wassergehalt der Fasern am Bündel zwischen 0% bis 0,02 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin die Temperatur der Fasern, die auf der Hülse aufgewickelt werden, größer ist als etwa 54ºC (130ºF), und worin der Wassergehalt der mit Schlichte beschichteten Fasern etwa zum Zeitpunkt des Schlichteauftrags etwa 10% beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserbündels, mit: A) der Bildung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, das aus einer erwärmten Düse abgegeben wird; B) der Bewegung der genannten Fasern nach unten und während dieser Bewegung (i) dem Aufbringen einer Schlichte auf wäßriger Basis auf die genannten Glasfasern mit einer Schlichte- Auftragseinrichtung und (ii) dem Zusammenfassen der genannten Fasern mit einer Zusammenfaßvorrichtung zu einem Strang; und C) dem Aufwickeln des genannten Stranges zum genannten Bündel mit einer Aufwickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen migrationsfreies Bündes dadurch gebildet wird, daß man Luft in den Bereich unmittelbar unterhalb der genannten Düse einsaugt, um die genannte Luft zu erwärmen, und daß man die genannte, erwärmte Luft nach unten durch eine umgrenzte, vorbestimmte Zone hindurchleitet, welche die genannten Fasern umschreibt, um in wärmeübertragender Berührung mit den genannten Fasern zu stehen, wobei die genannte Zone von einem Punkt unterhalb der genannten Düse und oberhalb der genannten Auftragseinrichtung bis zu einem Punkt unterhalb der genannten Auftragseinrichtung angeordnet ist, und daß man die genannte Luft aus der genannten Zone an einer Stelle oberhalb der genannten Aufwickeleinrichtung entfernt, wobei die Menge der genannten Luft und die Länge der genannten Zone die Trocknung der genannten Fasern mit der aufgebrachten, wäßrigen Schlichte in einem ausreichenden Ausmaß bewirken, um das genannte, migrationsfreie Bündel zu bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die genannte, erwärmte Luft die Trocknung der genannten Fasern auf weniger als 0,02% Wasser bewirkt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Menge der Schlichte, die von der genannten Auftragseinrichtung aufgetragen wird, ausreicht, um einen anfänglichen Wassergehalt von mindestens etwa 6% vorzusehen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin der genannte Wassergehalt etwa 10% beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Temperatur des aufgewickelten Bündels mindestens etwa 45ºC (130ºF) beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die genannte Bündeltemperatur mindestens etwa 66ºC (150ºF) beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die genannte Bündeltemperatur mindestens etwa 99ºC (210ºF) beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Temperatur der Luft nahe der genannten Auftragseinrichtung in der genannten Zone zwischen 177ºC (350ºF) und 249ºC (480ºF) liegt.

13. Verfahren zum Herstellen eines Glasfaserbündels, mit: der Abgabe geschmolzenen Glases aus einer erwärmten Düse; der Formung des genannten Glases zu Fasern und dem Auftrag einer Schlichte auf wäßriger Basis auf die genannten Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenwärme benutzt wird, um Luft zu erwärmen, und unter Verwendung der genannten, erwärmten Luft, um die Schlichte auf den genannten Fasern vollständig zu trocknen und hierdurch ein migrationsfreies Bündel zu bilden.

14. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserbündels, mit: A) der Bildung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, das aus einer erwärmten Düse abgegeben wird; B) der Bewegung der genannten Fasern nach unten und während dieser Bewegung (i) dem Aufbringen einer Schlichte auf wäßriger Basis auf die genannten Glasfasern mit einer Schlichte- Auftragseinrichtung, und (ii) dem Zusammenfassen der genannten Fasern mit einer Zusammenfaßvorrichtung zu einem Strang; und C) dem Aufwickeln des genannten Stranges zum genannten Bündel mit einer Aufwickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein migrationsfreies Bündel dadurch gebildet wird, daß man (iii) Umgebungsluft aus dem Bereich rund um die genannte Düse in das offene, oberste Ende einer Wärmeübertragungskammer einsaugt, wobei das genannte offene Ende unterhalb der genannten erwärmten Düse und hinlänglich dicht an dieser angeordnet ist, so daß die in das offene Ende eingesaugte Luft von der genannten erwärmten Düse erwärmt wird, und wobei sich die genannte Kammer von oberhalb der genannten Schlichte-Auftragseinrichtung aus erstreckt und rund um die genannten Fasern angeordnet ist, bis zu einem Punkt unterhalb der genannten Auftragseinrichtung, (iv) Bewegen der genannten erwärmten Luft durch die genannten Kammer in damit einhergehender, unmittelbarer, wärmeübertragender Berührung mit den Fasern, und (v) Entfernen der genannten erwärmten Luft aus der genannten Kammer nahe deren unterem Ende, wobei die genannte Luft das Strömungsmittel aus den mit flüssiger Schlichte benetzten Fasern während der wärmeübertragenden Berührung verdampft.

15. Verfahren nach Anspruch 14, worin sich die genannte Kammer bis mehrere Fuß unterhalb der genannten Auftragseinrichtung erstreckt, und die genannte Schlichte eine Schlichte auf wäßriger Basis ist, und worin die genannte Luft ausreichend so erwärmt wird, daß das Wasser verdampft wird und der Wassergehalt des aufgewickelten Bündels weniger als etwa 0,02% beträgt, und worin die genannte Verdampfung adiabatisch bewirkt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin der Wassergehalt der Fasern infolge des Auftrags der genannten Schlichte etwa 10% beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, worin die genannte Auftragseinrichtung zwischen 508-762 mm (20-30 Zoll) unter der Düse angeordnet ist, und worin das genannte oberste Ende 228,6 bis 406,4 mm (neun bis sechzehn Zoll) unterhalb der genannten Düse angeordnet ist.

18. Verfahren zum Herstellen eines Glasfaserbündels aus einer Vielzahl von Fasern, mit der Bildung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, das aus einer erwärmten Düse abgegeben wird, der Bewegung der genannten Fasern nach unten und während der Bewegung dem Auftrag einer Schlichte auf wäßriger Basis oder Lösungsmittelbasis auf die genannten Fasern mit einer Schlichte-Auftragseinrichtung, und dem Zusammenfassen der genannten Fasern mit einer Zusammenfaßvorrichtung zu einem Bündel, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Fasern vor dem genannten Zusammenfassen getrocknet werden durch (i) das Einsaugen von Umgebungsluft aus dem Umfeld rund um die genannte Düse in das offene, oberste Ende einer Wärmeübertragungskammer, wobei das offene Ende der genannten Kammer unterhalb der genannten, erwärmten Düse und hinlänglich dicht an dieser angeordnet ist, so daß die in das offene Ende eingesaugte Luft von der genannten, erwärmten Düse erwärmt wird, und wobei sich die Kammer von oberhalb der Schlichte-Auftragseinrichtung aus bis zu einem Punkt unterhalb der genannten Auftragseinrichtung erstreckt und in Umfangsrichtung rund um die genannten Fasern angeordnet ist, (ii) die Bewegung der genannten, erwärmten Luft durch die Kammer in wärmeübertragender Berührung mit den Fasern und (iii) das Entfernen der genannten, erwärmten Luft aus der Kammer nahe deren Unterseite, wobei die genannte Luft hierdurch das genannte Wasser oder Lösungsmittel verdampft.

19. Verfahren nach Anspruch 18, worin die genannte Luft ausreichend durch die genannte Düse erwarmt wird, so daß die genannte Luft im wesentlichen vollständig das genannte Wasser oder das genannte Lösungsmittel verdampft, und die Düsenwärme im wesentliche die einzige Energiequelle für die genannte Heizluft ist.

20. Vorrichtung zur Bildung eines Glasfaserbündels, das migrationsfrei ist, mit einer erwärmten Düse zum Zuführen einer Vielzahl von Strömen aus geschmolzenem Glas, die zu Fasern auszuziehen sind; Aufwickelmitteln zum Ausziehen der genannten Ströme zu den genannten Fasern und zum Aufwickeln eines Faserstrangs zu einem Bündel; Mitteln stromaufwärts von den genannten Aufwickelmitteln zum Zusammenfassen der genannten Fasern zu einem Strang zum Aufwickeln; Auftragmitteln zum Aufbringen einer Schlichte-Zusammensetzung auf die genannten Fasern, bevor die genannten Fasern zu dem genannten Strang zusammengefaßt werden; einer Kammer, die die genannten Fasern umhüllt, wobei das oberste Ende der genannten Kammer nahe unterhalb der genannten Düse oberhalb der genannten Auftragmittel angeordnet ist und das untere Ende der genannten Kammer oberhalb der genannten Aufwickelmittel und unterhalb der genannten Auftragmittel angeordnet ist; und Mitteln zum Entfernen der Luft nahe der Unterseite der genannten Kammer, wobei die Vorrichtung so eingerichtet und aufgebaut ist, daß die Umgebungsluft rund um die genannte Düse in das offene Ende von unterhalb der genannten Düse aus einströmt, nachdem sie von der genannten Düse erwärmt wurde, und sich durch die Kammer in wärmeübertragender Berührung mit den genannten Fasern bewegt, um die genannten, mit Schlichte beschichteten Fasern zu trocknen und das genannte Bündel zu bilden, das migrationsfrei ist.