DE807131C

DE807131C - Verfahren zum Ausziehen von hocherhitzten thermoplastischen Stoffen, wie Glas, zu Fasern

Info

Publication number: DE807131C
Application number: DEP31563D
Authority: DE
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1946-05-31
Filing date: 1949-01-13
Publication date: 1951-06-25
Also published as: BE463006A; GB648909A; NL80102C; FR994865A; CA483080A; FR56213E; DE812452C; BE473607A; CH269389A; CH251841A; NL88040C; GB637420A; FR56216E; GB610845A; BE473652A; CH267036A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Ausziehen eines thermoplastischen Stoffes, wie z. B. Glas, zu Fasern, indem dieser Stoff auf hohe Temperatur gebracht und der Wirkung von Gasströmen hoher Geschwindigkeit unterworfen wird, die die auszuziehende Masse mitreißen.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Mitnahme der auszuziehenden Masse durch Entspannung eines hocherhitzten ίο Fluidums in einer Expansionsöffnung erfolgt, wobei das hocherhitzte Fluidum sich aus einer vorhergehenden Verbrennung in einer mit der Expansionsöffnung in Verbindung stehenden Kammer ergibt. Unter diesen Bedingungen erzielt man in besonders einfacher und wirksamer Weise eine sehr hohe Temperatur des ausziehenden Fluidums. Das ausziehende Flujdum ist daher vor allem geeignet, das Glas in einem für seine Umwandlung zu Fasern besonders geeigneten Zustand zu erhalten oder in diesen Zustand zu bringen. Ferner bewirkt die hohe Temperatur eine starke Ausdehnung des Fluidums, so daß das durch die Expansionsöffnung strömende Gasvolumen groß ist im Verhältnis zum Volumen der in den Raum eingeführten sauerstoffhaltig«! Mittel und/oder Brenngase. Außerdem erhält man infolge der geringen Dichte des Fluidums, die ebenfalls eine Folge seiner hohen Temperatur ist, für einen oberhalb der Ausströmöffnung gegebenen und erhaltenen Druck eine beträchtliche Ausströmgeschwindigkeit. Endlich wird die Wirksamkeit des Fluidums auf das Glas durch die Tatsache besonders verstärkt, daß die Viskosität der Gase und damit ihre Fähigkeit, den Stoff durch Reibung mitzureißen, mit ihrer steigenden Temperatur erheblich

zunimmt. Diese Ausführungen machen die bemerkenswerten Ergebnisse, die diese Erfindung insbesondere hinsichtlich der Feinheit der Fasern und der zum Ausziehen benötigten Gasmenge bringt, verständlich.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß man den auszuziehenden dünnen Glasstrahl durch die Expansionsöftnung der Gase hoher Temperatur gehen läßt. Unter diesen

ίο Bedingungen unterliegt der Glasstrahl der Ausziehwirkung des Fluidums an eben der Stelle, wo es die größte Geschwindigkeit besitzt und sich noch nicht merklich abgekühlt hat. Außerdem kann das Glas schon vor dem Ausziehen mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommen, was unter anderem auch den Vorteil hat, daß das Glas auf einen zum Ausziehen besonders geeigneten Flüssigkeitsgrad gebracht wird. Diese Einführung des Glasstroms in die Expansionsöffnung kann man insbesondere dadurch erhalten, daß man das Glas selber in den Raum einführt, in dem die Verbrennung stattfindet. Dies gewährt den Vorteil, daß Verbrennungsgase und Glas länger in Berührung bleiben. Alan kann das Glas auch in festem Zustand in den abgeschlossenen Raum einführen und die Verbrennungswärme zum Schmelzen dieses Glases ausnutzen. Selbstverständlich muß die Einführung des Glases in den abgeschlossenen Raum, sei es· in flüssiger oder fester Form, so erfolgen, daß der Druck in dem abgeschlossenen Raum nicht geändert wird.

Die Erfindung läßt sich aber auch ausführen, ohne daß der Glasstrahl durch die Entspannungsöffnung geht. Es genügt, daß der Glasstrahl in der Xähe dieser öffnung vorbeigeführt und dabei der Wirkung der aus dieser öffnung mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gase hoher Temperatur unterworfen wird.

Die Verbrennungsgase können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Man kann z. B. in den abgeschlossenen Raum sauerstofthaltige Mittel und ein Brenngas einführen und die Mischung im Innern des Raumes entzünden. Man kann auch in sauerstofthaltige Mittel vor, während oder nach ihrer Einführung in den geschlossenen Raum einen flüssigen oder festen Brennstoff in zerstäubter Form einspritzen und die Verbrennung herbeiführen. Durch Regeln des Druckes der in den Raum eingeführten Gase und durch Änderung des Verhältnisses der sauerstoffhaltigen Mittel und Brennstoffe kann man die Temperatur und Geschwindigkeit der Verbrennungsgase bei ihrem Austritt aus der Expansionsöftnung ändern. Auch kann man die Ziehbedingungen durch die Anordnung und Lage, die man den Zuleitungen der verschiedenen Gase in die Kammer, Ικ-sonders mit Bezug auf die Expansionsöffnung gibt, beeinflussen.

Außerdem kann die Verbrennung so geführt werden, daß der in dem abgeschlossenen Raum, insbesondere üt>er der Expansionsöffnung, herrschende

60- Druck konstant oder pulsierend verläuft.

Die Arbeitsweise mit pulsierendem Druck ergibt unter anderem den Vorteil, daß die sauerstoffhaltigen Mittel und/oder Brenngase in die Brennkammer mit verhältnismäßig niedrigem Druck eingeführt werden können, d. h. mit geringen Kosten, wobei oberhalb der Expansionsöffnung zwar kein konstanter, aber doch ein hoher Druck erzeugt wird. Diese Arbeitsweise kann erzielt werden, indem man in die Verbrennungskammer die Gase mit einem geringen Druck einführt, daß nach Entzündung der brennbaren Mischung innerhalb des geschlossenen Raumes der durch die Verbrennung entstehende überdruck rasch den Druck in dem abgeschlossenen Raum über den Eintrittsdruck der sauerstoffhaltigen Mittel und/oder Brenngase erhöht. Von diesem Augenblick an tritt kein weiteres Gas mehr ein, was ein schnelles Erlöschen der Verbrennung des Gemisches zur Folge hat. Nachdem aber die Brenngase durch die Expansionsöffnung entwichen sind, sinkt der Druck innerhalb des Raumes erneut unter den Einlaßdruck dieser Gase. Die Gase können dann von neuem in die Brennkammer eintreten, und nach ihrer Entzündung, sei es Selbstzündung an den heißen Wänden der Kammer, sei es durch irgendein anderes geeignetes Mittel, steigt der Druck in der Kammer von neuem an, und der vorhergehende Kreislauf wiederholt sich, so daß sich ein pulsierender Verlauf von Verbrennung und Druck ergibt.

Die Entzündung des Gemisches erfolgt entweder nur einmal zu Arbeitsbeginn oder durch dauernde Unterhaltung der Verbrennung durch irgendein geeignetes Mittel, wie z. B. durch elektrische Zündung.

Endlich kann man der Kammer einen größeren oder geringeren Rauminhalt geben und hierdurch gs ebenfalls Druck und Temperatur in ihm beeinflussen.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand einiger in den Abb. 1, 2 und 3 der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen zur Ausübung des neuen Verfahrens erläutert.

In der Abb. 1 bezeichnen 1 die Wandung des Gehäuses oder der Kammer und 2 bzw. 3 die Zuleitungen der sauerstoffhaltigen Mittel und des Brenngases. Diese Leitungen 2 und 3 können für je eines der Gase bestimmt sein oder für die Zuführung eines Gemisches beider. Die Expansionsöffnung ist mit 4 bezeichnet und hat die Form einer Venturidüse.

Durch eine öffnung 6 in der der Expansionsdüse gegenüberliegenden Wand der Kammer wird ein no Glasstab 7 eingeführt, dessen Ende 8 in die Nähe und in die Achse der Öffnung 4 zu liegen kommt. Ein nicht gezeichneter Mechanismus, z. B. Mitnehmerrollen, die durch einen Elektromotor bewegt werden, bewirken einen regelmäßigen und regelbaren Vorschub des Stabes in das Innere der Kammer durch die Öffnung 6. Beim Durchgang durch die öffnung 6 bewirkt der Glasstab selber eine genügende Dichtung.

Die Kammer 1 besitzt eine Öffnung 9 mit Klappe 10, durch die die Kammer bei geöffneter Klappe zugänglich ist. Sie ist gleichzeitig als Sicherheitsventil für etwa in der Kammer auftretenden Überdruck ausgebildet.

Der Apparat arbeitet auf folgende Weise: Die sauerstoffhaltigen Mittel und Brenn-gas werden

einzeln oder gemischt in den Raum eingelassen und nach öffnung der Klappe io entzündet. Alan schließt die Klappe, worauf die Verbrennungsgase nur durch die öffnung 4 entweichen. Die Temperatur steigt in wenigen Augenblicken so hoch, daß der Glasstab auf seiner Oberfläche zu schmelzen beginnt.

Sobald das Ende des Stabes sich in unmittelbarer

Nähe der öffnung 4 befindet, sind die an dieser Stelle sehr heftigen und sehr heißen Gasströme bestrebt, von diesem Ende eine gewisse Menge geschmolzenen Glases abzuziehen, die um so größer ist, je näher das Ende des Stabes sich an der öffnung befindet. Man kann so das Ausbringen des Apparates regeln, indem man den Vorschub des Stabes ändert.

Durch Betrachten der Abb. 1 kann man die Vorteile der Erfindung erkennen, besonders für die Erzeugung sehr feiner Fäden. Die Verbrennung des Gasgemisches läßt die Temperatur in der Kammer leicht auf etwa 1200⁰ C ansteigen. Durch diese Temperatursteigerung werden die Gase auf das Fünffache ausgedehnt. Dieser Raumzunahme kann sich gegebenenfalls eine weitere als Folge der chemischen Umsetzung bei der Verbrennung hinzufügen.

aj Auf alle Fälle ist das Volumen der Gase, die durch die öffnung 4 austreten, erheblich größer als das ' Volumen der zugeführten.

In Abb. 2 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Abb. 1. Die Kammer 1 wird durch einezylindrischeTrennwand 11 abgeteilt, die vor dem Unterteil der Kammer endet. Durch Rohre 12 und 13 läßt man Luft sowohl in den Zylinder 11 wie in den ihn umgebenden Raum der Kammer 1 eintreten. Das Verbrennungsgas (gegebenenfalls vorher mit Luft vermischt) tritt in den Unterteil der Kammer durch die Rohre 14 ein. Der absteigende, durch die Rohre 12 und 13 verursachte ;' Luftstrom beschränkt die Verbrennung auf den unteren Teil der Kammer, d. h. auf die Zone Z ober- ^!

halb der Expansionsöffnung 4. Die Kammer wird ; genügend groß gewählt, damit sie Druckschwankungen infolge irgendwelcher Zufälle bei der Verbrennung ausgleichen kann.

Diese Beschränkung der Verbrennungszone auf die Nähe der Düse 4 bietet verschiedene Vorteile. Man vermeidet hierdurch eine zu große Erhitzung des oberen Teils der Verbrennungskammer und erleichtert damit die Einführung des Stabes. Man vermeidet auch die Schwierigkeiten, die aus einem zufälligen vorzeitigen Schmelzen des Stabes in dem oberen Teil der Verbrennungskammer hervorgehen könnten. Endlich erreicht man eine allmählichere Temperaturzunahme des Stabes von seinem Eintritt an bis zur Verbrennungszone, da der Stab sich zuerst durch eine Lufthülle bewegt, die einzig durch die Strahlung der Verbrennung in der Unterzone geheizt wird, und dann in ein Gasgemenge eintritt, das nach und nach weniger Luft enthält und dessen Temperatur bis zur unteren Zone zunimmt, wo die Mischungsverhältnisse für die Verbrennung günstig sind und die Temperatur höher ist.

Die Ausführung nach Abb. 3 weist einen Behäl- j ter 15 auf, der im Innern der Kammer angeordnet ist und die auszuziehende Masse enthält. Sie tritt durch eine öffnung an der Unterseite des Behälters 15 in Form eines mehr oder weniger flüssigen Strahls aus, der in der Achsenrichtung der öffnung 4 fließt, und auf den die Gase ihre ausziehende Wirkung ausüben. Die Masse, die ziemlich flüssig aus dem Unterteil des Behälters 15 austreten muß, wird in diesen entweder flüssig oder fest eingefüllt. So kann man z. B., wenn man Glasfasern herstellen will, das Glas in Form von Kugeln in den Behälter 15 einführen, wobei diese Zuführung beispielsweise durch einen Kanal 16 mittels irgendeiner geeigneten Schleusvorrichtung erfolgen kann, die ein gasdichtes Einführen gestattet.

Bei allen als Beispiel beschriebenen Ausführungsarten bietet sich die auszuziehende Masse im Augenblick ihres Eintritts in die Expansionsöffnung in der Gestalt eines dünnen Strahls geschmolzener Masse oder als ein Glasstab dar, der auf seiner ganzen Außenfläche von den Verbrennungsgasen umgeben ist. Diese Anordnung ist deshalb günstig, weil die auszuziehende Masse während der ganzen Dauer der Einwirkung des Gasstromes in dessen Mittelzone, d. h. in der Zone höchster Temperatur und Geschwindigkeit, gehalten wird und bleibt, ohne daß der Strahl die Neigung hat, aus dieser Zone abzuweichen. Außerdem wird die ganze Wärmemenge, die dem Stab oder dem Strahl aus flüssigem Glas aus dem ihn umgebenden Verbrennungsgasen während seines Durchganges durch die Verbrennungskammer und in der Expansionsdüse zugeführt wird, vollständig dazu benutzt, seine Temperatur zu erhöhen, da diese Masse während dieses Teiles ihres Durchganges keinerlei Berührung mit irgendeinem Gegenstand hat. Der einzige Wärmeverlust, den die Masse erleiden könnte, würde nur aus der Strahlung zwischen ihr und den kälteren Teilen der Verbrennungskammer herrühren können, aber die Gase, die sie umgeben, bilden praktisch einen Schirm, der diese Übertragung verhindert.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt, ebensowenig auf die beschriebenen Arten der Einführung der auszuziehenden Masse in den Verbrennungsraum. Die Erfindung umfaßt vielmehr in allgemeiner Weise alle Verfahren, bei denen Gasströme die Mitnahme der Faser bewirken, die durch Entspannung von vorher durch Verbrennung auf hohe Temperatur gebrachten Gasen erzeugt werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens kann man auch die auszuziehende Masse und die Verbrennungsprodukte durch geeignete Vorrichtungen oder Düsen führen, die in solcher Lage zueinander angebracht sind, daß die Masse der Einwirkung des heißen Stromes der Verbrennungsgase unterworfen und durch diesen Strom zu Fasern ausgezogen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausziehen von hocherhitzten thermoplastischen Stoffen, wie Glas, zu

Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit- ' nähme der auszuziehenden Masse durch Entspannung eines hocherhitzten Fluidums in einer Expansionsöffnung erfolgt, wobei das hocherhitzte Fluidum das Ergebnis einer vorhergehenden Verbrennung in einer mit der Expansionsöffnung in Verbindung stehenden Kammer ist.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase aus einem sauerstoffhaltigen Mittel, z. B. in Form eines Gases, und einem in gasförmiger, flüssiger oder fester Form eingeführten Brennstoff erzeugt werden, die entweder gesondert oder nach vorherigem Mischen in die Kammer ein- j geführt werden. i

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in der Kammer durch eine Zündung bei Beginn der Arbeit eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung durch elektrische Zündung, durch Selbstentzündung an heißen Teilen oder durch andere bekannte Zündmittel eingeleitet und/oder unterhalten wird. ι

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung so geführt wird, daß man in der Kammer konstanten Druck und Temperatur erhält, indem man fortlaufend Brennstoff und sauerstoffhaltige Mittel bei ge- j eigneten Drücken in die Kammer einführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung so geführt ! wird, daß man in der Kammer einen pulsierenden Verlauf von Verbrennung und Druck erhält, vorzugsweise durch Einführen mindestens eines j der Verbrennungsbestandteile unter verhältnismäßig niedrigem Druck, der unter dem durch die Verbrennung erzeugten Druck liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen für Brennstoff und sauerstoffhaltiges Mittel so erfolgen, daß die Verbrennung auf den unteren Teil der Kammer in der Nähe der Expansionsöffnung beschränkt wird, indem vorzugsweise Brennstoff und sauerstoffhaltiges Mittel in verschiedener Höhe eingeführt werden, insbesondere indem ein Strom von in größerer Höhenlage eingeführter Verbrennungsluft wenigstens über einen Teil der Kammer zwangsläufig abwärts geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ausziehende Fluidum auf die auszuziehende Masse während des Durchströmens des Fluidums durch die Expansionsöffnung einwirkt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auszuziehende Masse in die Verbrennungskammer eingebracht wird und aus diesem Raum durch die Expansionsöffnung selber austritt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Verbrennungskammer eingeführte auszuziehende Masse der Expansionsöffnung in Form eines oder mehrerer Strahlen geschmolzener Masse oder in Form eines oder mehrerer Stäbe zugeführt wird, wobei die Masse beim Durchgang durch die Expansionsöffnung auf ihrer ganzen Oberfläche von den Verbrennungsgasen umgeben ist, die aus der Kammer in einem Strom großer Geschwindigkeit entweichen und dabei das Ausziehen der Masse bewirken.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der auszuziehende Stoff in den abgeschlossenen Raum in Form von Stäben eingeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auszuziehende Masse beispielsweise in festem Zustand in einen Behälter im Innern der Brennkammer eingeführt wird, der eine oder mehrere in das Innere der Kammer mündende öffnungen auf- \veist, aus -denen die Masse in einem oder mehreren Strahlen der Expansionsöffnung zufließt, wo sie der Wirkung des durch diese öffnung aufweisenden Gasstromes unterliegt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung der auszuziehenden Masse mit dem ausziehenden Fluidum stattfindet, nachdem das Fluidum aus der Expansionsöffnung ausgetreten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen