FI71118C - Foerfarande och anordning foer tillverkning av en matta av mineralfibrer med centrifugeringshjul. - Google Patents

Description

71118

Menetelmä ja laitteisto mineraalikuituina ton valmistamiseksi keskipakopyörillä

Keksintö koskee parannuksia niihin keskipako-kuidutusmenetelmiin, joissa kuidutettava aines johdetaan sulassa tilassa ulkopuolelta kuidutuspyörien kehälle, jossa nämä pyörät kuljettavat sen mukanaan, ja jossa se erottuu kuitujen muodossa keskipakovoiman vaikutuksesta. Nämä menetelmät kuuluvat osana niihin menetelmiin, joista käytetään nimitystä "vapaa" sentrifugointi, vastakohtana niille menetelmille, joissa keskipakoiselin lisäksi toimii hoikkina.

Tarkemmin määriteltynä tämä keksintö koskee menetelmää mineraali-kuitumaton valmistamiseksi jossa kuidutettava aine ohjataan venytettävässä tilassa keskipakolaitteen yli, jossa on useita, nopeasti pyöriviä pyöriä, aineen virratessa mittavana virtana ensimmäisen pyörän kehäpintaa kohti, jossa se kiihtyy huomattavasti ja sinkoutuu toiselle pyörälle, joka pyörii ensimmäiseen pyörään nähden vastakkaiseen suuntaan, jolloin ainakin osa aineesta tarttuu toiseen pyörän pintaan ja keskipakovoiman vaikutuksesta sinkoutuu siitä pois muodostaen kuituja, jolloin aineen mahdollinen ylijäämä joka ei ole tarttunut pyörimään sinkoutuu kolmannelle pyörälle, joka pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin toinen pyörä, ja niin edelleen, jolloin kaasuvirta, joka kulkee pyörien pintoja pitkin ja poikkisuuntainen kuitujen rataan nähden, vie nämä kuidut vastaan-ottolaitetta kohti ja nestemäistä sideaineseosta lisätään kuituihin niiden kulkiessa rataansa pitkin ennenkuin ne kootaan vastaan-ottolaitteelle, joka sideaineseos mahdollisesti on peräisin pyörivästä laitteesta.

Tämä keksintö koskee myös laitteistoa mineraalikuitujen valmistamiseksi ja kaasuvirtaan suspendoitujen kuitujen päällystämiseksi nestemäisellä käsittelyseoksella, käsittäen rivin pyöriä, jotka ovat siten sovitettuja että niiden pinnat ovat lähellä toisiaan ja jotka pyörivät suurella nopeudella, joista pyöristä kaksi 2 71118 peräkkäistä pyörää kuidutettavan aineen radalla pyörivät vastakkaisiin suuntiin, jossa laitteistossa on aineen syöttölaite, joka on sovitettuna siten, että kuidutettava aine voi virrata pyörärivin ensimmäisen pyörän ulkopinnan yli, ainakin yksi paineen alaisena syötettävä puhalluslaite, joka synnyttää kaasuvirtaa, jonka nopeus on 50^80 m/s pyörien ympäri, joista pyöristä kuidut erottuvat, ja joka kulkee kohtisuoraan kuitujen rataan nähden kuidunmuodostus-pyörien ulkopuolella.

Tällaisissa menetelmissä käytetään yleisesti useita, lähelle toisiaan sijoitettuja kuidutuspyöriä. Aines siirtyy yhdeltä pyörältä toiselle, jolloin kukin pyörä muuntaa osan vastaanottamastaan aineksesta kuiduiksi ja luovuttaa loput seuraavalle pyörälle.

Kuitujen valmistus keskipakovoimalla ei rajoitu näihin menetelmiin. Vanhastaan tunnettua on myös johtaa kuidutettava aines kiekon tai pyörivän kehräimen etupinnalle, tai jopa käyttää rumpua, jonka vaippa on rei'itetty lukuisilla reisillä, jotka muodostavat hoikin, josta aines poistuu keskipakovoiman vaikutuksesta.

Nämä kaksi viimeksimainittua menetelmätyyppiä ovat erotettavissa niistä, joihin keksintö kohdistuu, sekä niissä käytettyjen laitteiden puolesta että niillä saavutettavien tulosten puolesta.

Niinpä sentrifugointi kiekon avulla ei käytännössä johda lukuisiin sovellutuksiin riittävän hienoihin kuituihin; lisäksi eräiden, tällaisessa valmistuksessa perinteellisten ainesten käyttö on mahdotonta hoikin muodostavassa rummussa, mikä johtuu esimerkiksi liian korkea-asteisesta lämpötilakäsittelystä tai puutteiden esiintymisestä aineksen tasalaatuisuudessa.

Mitä tulee näihin muihin menetelmiin, siis niihin, joissa kuidutus suoritetaan johtamalla aines ulkopuolelta kehäpinnalle edellä-mainitulla tavalla, niillä on eräitä etuja. Eräiden muiden ominaisuuksien puolesta tämäntyyppinen kuidutus ei kuitenkaan anna täyttä tyydytystä huolimatta niistä lukuisista parannuksista, joita tähän mennessä on ehdotettu.

Keksinnön tarkoituksena on mahdollistaa tämäntyyppisen kuidutuksen toimeenpano tyydyttävämmissä olosuhteissa. Erityisesti keksinnön 3 71118 tarkoituksena on antaa käyttäjälle keinot suorittaa paremmin kuitujen muodostaminen ja käsittely. Toisen keksinnön tarkoituksena on parantaa kuitusaalista, s.o. sitä prosentuaalista osaa aineksesta, joka saadaan talteen kuituina, suhteessa käytetyn aineksen kokonaismäärään. Itse asiassa tiedetään, että yhtenä tämäntyyppisen menetelmän pysyvistä vaikeuksista on verraten huomattavan määrän kuituuntumattomia tuotteita esiintyminen. Edelleen keksinnön tarkoituksena on valmistettujen tuotteiden laadun, varsinkin niiden lujuus- ja eristysominaisuuksien parantaminen. Edelleen keksinnön tarkoituksena on laitosten jatkuvan toiminnan helpottaminen pienentämällä jaksottaisten kunnostusten aiheuttamien seisokkien taajuutta ja kestoa.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston pääasiallisimmat tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista 1 ja 6.

Niiden lukuisten tekijöiden johdosta, jotka vaikuttavat niihin mekanismeihin, jotka johtavat kuidun muodostukseen ja sitten lopullisen tuotteen saamiseen, näitä menetelmiä on vaikeata järjestelmällisesti analysoida. Tämä osaltaan selittää niiden ratkaisujen monenlaisuuden, joita aikaisemmin on kehitetty tämän-tyyppisten parannusten saavuttamiseksi.

Näiden järjestelmien ensimmäisissä tutkimuksissa yritettiin määrittää parhaat olosuhteet sentrifugaatiota varten: kuidutetta-van aineksen syöttömenetelmä, pyörien pinnan muoto, pyörintänopeus, pyörien mitat, keskinäinen asema ja lukumäärä jne.

Sen jälkeen päähuomio kiinnitettiin niihin olosuhteisiin, joissa kuidutuspyöristä irtaantuneet kuidut käsitellään ja 4 71118 kuljetetaan siihen paikkaan, jossa ne kerätään.

Niinpä harkittiin kuitujen saattamista niiden muodostumisen aikana alttiiksi kaasuvirralle, joka kuljettaa ne edelleen ja erottaa ne kuituuntumattomista osasista.

Näiden menetelmien parantamiseksi tehtiin myös erilaisia ehdotuksia kuitujen käsittelyyn nähden niiden käyttöä varten eristysmattona. Yleisesti näitä käyttötarkoituksia varten kuidut päällystetään sumuttamalla niille nestemäistä sideaineseosta, joka on tarkoitettu kuivauksen ja/tai lämpökäsittelyn jälkeen antamaan lopputuotteelle sen koossapysy-vyys ja lujuusominaisuudet.

Ollakseen tyydyttävä tämä käsittely tietenkään ei saa häiritä ns. kuidutus-työvaihetta. Sen on myös johdettava mahdollisimman yhdenmukaiseen kuitujen päällysteeseen.

Eräässä perinnäisessä sovellutusmuodossa sumutus suoritetaan kuituja keräyspinnalle kuljettavan kaasuvirran kulkutiellä, matkan päässä kuidutuspyöristä. Tällä menettelytavalla ei saavuteta hyvää päällysteen homogenisuutta. Tarkkaa syytä tähän ei tiedetä, mutta voidaan todeta, että kaasun virtaus vie kuidut epäsäännöllisesti sumutuselimen eteen. Lisäksi on sitä vaikeampaa päällystää kaikkia kuituja oikein, koska niillä on taipumus kerääntyä nipuiksi eli rooveiksi niiden edetessä keräyselintä kohti.

Pyrittäessä parantamaan tätä päällystystä ehdotettiin suututetun seoksen sinkoamista kuitujen kulkutielle kuidutuspyö-rien toiselta puolelta samalla nopeudella ja samaan suuntaan kuin kuituja kannattava kaasuvirta. Ei näytä siltä, että näillä toimilla olisi pystytty parantamaan tuloksia täysin tyydyttävästi.

Edellämainittujen vaikeuksien välttämiseksi ehdotettiin, ja tämä myös muodostaa perinnäisen tavan, käsittelyseoksen su-

II

5 71118 muttamista kuidutuspyörien läheisyydessä, mahdollisesti siihen kaasuvirtaan, joka on tarkoitettu kuljettamaan kuidut edelleen ja erottamaan ne kuituuntumattomista osasista.

Tässä viimeksimainitussa tapauksessa sumutus suoritetaan näihin kaasuihin ennenkuin ne tulevat kosketukseen kuitujen kanssa.

Toimimalla tällä tavoin kuidut saatetaan kosketukseen käsit-telyseoksen kanssa heti kun ne ovat muodostuneet paremmin hallituissa olosuhteissa. Tähän päällystystapaan liittyy kuitenkin eräitä varjopuolia.

Eräs näistä varjopuolista johtuu siitä, että sumutuselimet sijaitsevat lähellä pyörän pintaa. Tässä asemassa nämä elimet ovat alttiina lämmölle, joka säteilee pinnasta, joka kosketuksen johdosta sulan aineksen kanssa on lämmennyt korkeaan lämpötilaan. Ne ovat myös alttiina sattumanvaraiselle sulan aineksen sinkoilulle. Mutta erityisesti näillä sumu-tuselimillä on taipumus pidättää irronneita kuituja siitä virrasta, joka vie niitä vastaanottopintaa kohti. Näille seoksella päällystetyille kuiduille, kun seos tavallisesti on kuumuudelle herkkää, tapahtuu sitten "kovetus". Sumutus-elimelle muodostuu näin ollen kerrostumia, jotka nopeasti johtavat tämän elimen tukkeutumiseen.

Näiden vaikeuksien minimoimiseksi voidaan käyttää suulakkeita, joissa reiät ovat verraten isoja, mikä samalla virtaamalla johtaa suulakkeiden lukumäärän pienenemiseen. Kun näitä suulakkeita näin on pienempi lukumäärä, ne tietenkin joutuvat olemaan pitemmän matkan päässä toisistaan, ja tuloksena on vähemmän homogeeninen käsittely, mikä vaikuttaa haitallisesti lopputuotteen laatuun.

Lisäksi, huolimatta suoritetuista varotoimenpiteistä, vähitellen tapahtuvaa kerrostumista ei saada täysin estetyksi mikä johtaa sumutussuulakkeiden tukkeutumiseen, jolloin kunnostustoimet aiheuttavat verraten laajasti tuotanto-seisokkeja.

6 71118

Laitteistossa, joka käsittää useita kuidutuspyöriä, näyttää aineksen pyörältä toiselle kiertämisen näkökannalta sopivalta välttää puhallusta ja/tai sumutusta pyörien välissä, varsinkin jotta vielä kuiduttamatta oleva aines ei jäähtyisi. Yleisesti pyritään muodostamaan kuidut näiden pyörien välisten vyöhykkeiden ulkopuolella. Tietty määrä kuituja, joko muodostuen tai mukana kulkien, kuitenkin joutuu näihin vyöhykkeisiin joutumatta suoraan kosketukseen sumutetun seoksen kanssa, mikä suurentaa homogeenisuusvirheen vaaraa.

Kuitujen päällysteen parantaminen, olkoonpa rooveja läsnä tai ei, ja siitä johtuva lopputuotteen ominaisuuksien paraneminen ovat niiden etujen joukossa, jotka saa aikaan tämä keksintö, joka koskee kuitumaton valmistusmenetelmää. Tässä menetelmässä kuidut muodostamaan tarkoitettu aines johdetaan ohennettavassa tilassa keskipakoispyörän kehäpinnalle. Ainakin osa tästä aineksesta sinkoutuu kuitujen muodossa säteen suuntaan pyörään nähden. Muodostuneet kuidut kuljettaa kerroksena edelleen kaasuvirta, joka on poikittainen kuitujen sinkoamissuuntaan nähden, pyörän ulkopuolella. Kaasu-virta, joka kuljettaa alkuperäiseltä lentoradaltaan poikkeutettuja kuituja, tulee kosketukseen nestemäisen käsittely-seoksen kanssa, joka on hienojakoisessa tilassa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä nestemäinen seos singotaan pienten pisaroiden muodossa kuituja kuljettavaan kaasuvir-taan poikittaissuunnassa virtaan nähden keskipakovoiman vaikutuksesta kuitukerroksen sisäpuolella ja kuidutuspyörän välittömässä läheisyydessä olevasta vyöhykkeestä, jolloin kaasuvirta jakaa sen sisään tulleet pisarat hienojakoisiksi.

Keksinnön mukaan se voima, joka on saatettava vaikuttamaan nestemäiseen seokseen, johtuu olennaisesti mekaanisen elimen, jonka päälle tai sisään sitä johdetaan, pyörinnästä, ja joka kuljettaa sitä edelleen, ja josta se irtoaa keskipakovoiman vaikutuksesta. Juuri tässä mielessä on kyseessä sinkoaminen keskipakovoiman vaikutuksesta. Pisaroiden voi-

II

7 71118 man on oltava tarpeeksi suuri, jotta ne pystyvät saavuttamaan tämän virran ja tunkeutumaan sen sisään.

Kuitukerroksen sisäpuolella sijaitseva vyöhyke on se vyöhyke, joka sijaitsee alavirtaan kuidutuspyörästä (kuituja kuljettavan virran suunnassa), ja on ainakin osaksi kuitukerroksen verhoamana. On huomattava, että keksinnön mukaan, kun sinkoaminen ei ole rajoitettu mihinkään erityiseen pyörän sektoriin, kaikki kuidut joutuvat alttiiksi käsittelylle, jopa nekin, jotka esiintyvät pyörien välissä.

Kuitukerros ja sitä kannattava kaasuvirta suunnataan tavallisesti suuntaan, joka ei paljoakaan poikkea pyörän pyörintä-keskiviivasta, varsinkin jotta kuidut saataisiin kätevästi poistetuksi. Kaasuvirran suunta on mieluimmin yhdensuuntainen pyörän keskiviivan kanssa.

Toteutuksen yksinkertaisuussyistä nesteseoksen sentrifugointi on edullista suorittaa pyörän kanssa samanakselisesta elimestä. Pienet seospisarat singotaan näin ollen suuntaan, joka on olennaisesti kohtisuorassa pyörintäkeskiviivan ja kuituja kuljettavan kaasuvirran suuntaan nähden.

Käsittelyseoksen sinkoaminen on edullista suorittaa niin läheltä kuidutuspyörää kuin mahdollista.

Käytännössä käsittelyseoksen sinkoaminen suoritetaan niin läheltä kuidutuspyörää, että pisarat kohtaavat kuituja kuljettavan kaasuvirran kohdassa, jossa mukaanimeytynyt ilma ei vielä ole häirinnyt sen virtausta. Tietenkin ilman sekoittumisen aiheuttaman virtauksen häiriö vähitellen suurenee virran kulkiessa kauemmaksi pyörästä. Ei ole olemassa mitään ns. tarkkaa rajaa, mutta mitä lähempänä pyörää seoksen lisääminen tapahtuu, sitä voimakkaampi yhtäältä on kaasuvirran vaikutus seospisaroihin ja sitä enemmän toisaalta paranee seoshiukkasten jakaantumisen yhdenmukaisuus kuituja kuljettavan kaasuvirran sydämessä (varsinkin koska 8 71118 virran käyttökelpoiset ulottuvuudet ovat verraten rajoitetut sen etenemisen tässä vaiheessa).

Edullisissa sovellutusmuodoissa keskipakoispyörän alavirran puolisen reunan siitä tasosta, jossa käsittelyseoksen sin-koaminen suoritetaan, erottava välimatka ei ylitä 150 mm, ja on mieluimmin pienempi kuin 60 mm.

Ottaen huomioon kalusto ja/tai toimintaolosuhteet voidaan, jos se näyttää välttämättömältä, ylläpitää minimivälimatkaa pyörän alavirran puolisen reunan ja sinkoamiselimen välillä, esimerkiksi lämmönsiirtojen estämiseksi häiritsemästä elimen toimintaa käsittelyseoksen sinkoamiseksi.

Keskipakoiselin vapauttaa käsittelyseoksen sellaisen matkan päässä pyörintäkeskiviivasta, että irronneet pisarat saavat riittävästi voimaa saavuttaakseen kuituja kuljettavan kaa-suvirran. Mitä pienempi on se välimatka, joka erottaa kaasu-virrasta sen kohdan, jossa pisarat irtautuvat sinkoamiseli-mestä, sitä suurempi on pisaroiden saama voima. Lisäksi pisaran kohtaamispisteen kaasuvirran kanssa sijoitus on paljon varmempaa silloin kun pisaroiden ilman tämän sinkoamiselimen tukea kulkema matka on lyhyempi.Näin ollen, joskin näyttää edulliselta lyhentää tätä välimatkaa, on kuitenkin käytettävä tiettyä tilaa kaasuvirran ja sinkoamiselimen pään välillä kuitujen lentoradan häiritsemisen tai tämän elimen alttiiksi saattamisen sulan aineksen hiukkasille välttämiseksi, jotka virratessaan yli pyörän pinnalta saattaisivat sattumoisin osua elimeen.

Käsittelyseokselle sen sinkoamiselimen kehällä annettava säteensuuntäinen nopeus voi vaihdella funktiona lukuisista tekijöistä: pisaroiden koosta, etäisyydestä kaasuvirtaan, kaasuvirran nopeudesta jne. Kun otetaan huomioon tätä selitystä seuraavissa esimerkeissä esitetyt kaluston mitta-parametrit sekä kaasuvirran ominaisuudet, edulliset nopeudet ovat 50 ja 120 m/s ja mieluimmin 70 ja 100 m/s välillä.

ti 71118

Eräs etu, joka liittyy siihen, että käsittelyseos singotaan sentrifugoimalla, on se, että vältetään kuituja kuljettavan kaasuvirran normaalin virtauksen häiriintyminen kuidutus-pyörästä alavirtaan päin olevan kaasusuihkun johdosta, niin kuin käy silloin kun sumutus suoritetaan kuljetusväliaineen avulla. Seospisaroiden törmäysvaikutus kaasuvirran virtaukseen on huomattavasti pienempi kuin sumutussuihkun törmäys-vaikutus. Pyörrevirtojen ja mainittujen haittojen, erityisesti kuituroovien päällystykseen nähden, esiintymisen vaara saadaan täten pienenemään.

Edellä mainittiin, että sinkoaminen suoritetaan sentrifugoimalla. Sanomattakin on selvää, että joskin sentrifugointi on pääasiallinen keino, siihen voi liittyä muitakin keinoja. Niinpä käsittelyseos normaalisti siirretään sinkoamiselimeen paineessa, joka ei ylitä sitä painetta, joka mahdollistaa sen kulun tähän elimeen. On kuitenkin mahdollista siirtää seos suuremmassakin paineessa. Olosuhteista riippuen sentri-fugointielimen käyttö voi olla yhdistetty myös kuljetusväliaineen käyttöön, sikäli kuin viimeksimainittu ei häiritse kuitujen muodostumista ja kuljetusta, tai jopa lopputuotteen muodostamista.

On huomionarvoista todeta, että keksinnön mukaan, päinvastoin kuin aikaisemmin on luultu, on tarpeetonta suorittaa kovin hienoa käsittelyseoksen dispergointia sinkoamiselimen tasolla kuitujen hyvän päällystyksen saavuttamiseksi. Pisaroiden sinkoamisen ja kaasuvirtaan tunkeutumisen helpottamiseksi saattaa jopa olla parempi, että nämä pisarat ovat mitoiltaan verraten suuria. Tämän tekee mahdolliseksi se, että näiden pisaroiden hajaantuminen päättyy kaasuvirran sisässä ja sen vaikutuksen alaisena.

Itse asiassa seoksen johtaminen kaasuvirran sisään kuidutus-vyöhykkeen läheisyydessä, s.o. kohdassa, jossa kaasuvirran nopeus ja voima ovat suurimmillaan, suosii pisaroiden suih-kuuntumista (hajoamista), ja sitäkin enemmän kun niiden tilavuus suurenee.

10 71118

Seospisaroiden hajoaminen kuituja kuljettavassa kaasuvir-rassa on keksinnön erityisen edullinen tunnusmerkki. Tällä tavoin saadaan seos, joka on yhtä hienojakoinen kuin sumutuksen avulla saavutettu, kokematta edellämainittuja haittoja, nimittäin vaikeutta saattaa aerosoli tunkeutumaan kaasu-virran sisään suurella nopeudella, tai sumutussuulakkeiden läsnäoloa kohdassa, joka on niiden hyvää toimintaa haittaava. Itse asiassa yhtäältä keskipakoispisarat tunkeutuvat kaasu-virran sisään helpommin kuin aerosoli, ja toisaalta juuri toimintatapansa johdosta keskipakoiselimillä on ominaisuus, jota voidaan nimittää "itse-puhdistavaksi" (tämä erityisesti siinä tapauksessa, että singottu seos aiheuttaa sinkoamis-elimen jäähtymisen ja siten estää kuitujen siihen takertumisen) .

Toinen pisaroiden muuttumisesta kaasuvirrassa aiheutuva etu liittyy siihen tapaan, jolla tämä muuntuminen saadaan aikaan. Voimakkaaseen kaasuvirtaan singotun pisaran käyttäytymisen tutkimus osoittaa, että lukuisien hiukkasten hajaantuminen on tuloksena sarjasta muodonmuutoksia, joiden aikana "muotoaan muuttaneen" pisaran mitat huomattavasti suurenevat.

Nämä muodonmuutokset voivat esiintyä monenlaisina ja erityisesti suurikokoisen kuplan muodossa. Tämä muodonmuutospro-sessi ei ainoastaan valmistele hajaantumista vaan lisäksi suurentaa kuitujen kohtaamisen todennäköisyyttä, kun otetaan huomioon mittojen suureneminen.

Yleisesti, riippumatta niistä ilmiöistä, joille pisarat joutuvat alttiiksi, tuloksena on niiden kaasuvirtaan hajaantumisen hyvä homogenisuus ja sen johdosta seoksen hyvä jakaantuminen keräyspinnalta talteenotettuun tuotteeseen.

Käytännössä monet niistä parametreistä, jotka määräävät ne olosuhteet, joissa pisarat singotaan, menevät kaasuvirran sisään ja hajoavat, valitaan funktioina kuidutusolosuhteista. Erityisesti tämä koskee pyörän pyörintänopeutta silloin kun sinkoamiselin on riippuvainen pyörästä. Tietyssä määrin tämä 11 71118 koskee myös kaasuvirran ominaisuuksia. Siitä huolimatta kokeilijalla on käytettävissä eräitä keinoja nimenomaisesti puuttua seospisaroiden ominaisuuksien määräämiseen. Olennaisesti tämä koskee sinkoamiselimen asemaa, sen geometrista muotoa ja varsinkin pyörintäkeskiviivan ja sen kohdan välimatkaa, jossa pisarat irtoavat. On myös mahdollista modifioida sinkoamiselimen reikiä tai seoksen kulkua tähän elimeen.

Niissä ensisijaisissa pyörinnän ja puhalluksen nopeusolo-suhteissa, jotka annetaan esimerkkeinä patenttiselityksessä, voidaan singota pisaroita, joiden keskimääräiset mitat ovat 10 kertaa niin suuret kuin perinnäisesti käytetyillä aerosoleilla, joiden tiedetään mahdollistavan hyvä jakaantuminen. Esimerkiksi eräässä vetisessä sideaineseoksessa, jota perinnäisesti sumutetaan mineraalikuiduille, 90 %:lla pisaroista keskimääräinen koko on suuruusluokkaa 30 x 10~^ m.

Kun seos keksinnön mukaisesti singotaan sentrifugoimalla, tyypillisesti muodostuneiden pisaroiden mitat ovat 50 ja 500ψη välillä, ja keskimääräinen mitta on suuruusluokkaa 250 x 10"6 m.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan näytti edulliselta toimia niin, että kaasuvirran nopeus on suuri siinä vyöhykkeessä, jossa se kohtaa singotun sideaineseoksen.

Kuten edellä on mainittu, nopean kaasuvirran käyttö on edullista käsittelyseoksen jakaantumiselle sikäli, että se helpottaa pisaroiden hajaantumista.

Lisäksi sillä, että valitaan kaasuvirta, jonka nopeus on suuri, saattaa olla edullinen vaikutus kuituuntumisnopeu-teen ja jopa lopputuotteen laatuun.

Näiden parannusten nimenomaiset syyt eivät ole täysin selvillä. Mitä kuituuntumisnopeuden paranemiseen tulee, voidaan ajatella, että tietty määrä kuituuntuneita tai riittämättömästi kuituuntuneita hiukkasia tulee täydentävästi venytetyksi kuiduiksi kaasuvirran sisään tunkeutumisen johdosta, i. 1 t* , ' 12 71118 ja sitä enemmän, kun virran nopeus on suurempi. Mitä lopputuotteen laatuun tulee, voidaan esittää seuraava hypoteesi:

Muodostamalla nopea kaasuvirta kuidutus- ja päällystysvyö-hykkeeseen saadaan synnytetyksi tähän vyöhykkeeseen virtaus, joka kuljettaa edelleen kuidut, samalla pysyttäen ne jakaantuneina. Pyörreliikkeet, jotka aiheutuvat mukaan imeytyneen ympäristöilman sekoittumisesta kaasuvirtaan ja joiden oletetaan edistävän roovien kehittymistä, tulevat karkoitetuik-si matkan päähän kuidutuspyörästä. Pisaroiden jakaantuminen ja hajaantuminen kehittyvät ajankohtana, jona kuidut ovat hyvin erillään toisistaan. Kaasuvirrassa käsittelyseos-osasten ja kuitujen seos on tämän johdosta varsin homogeeninen, joskin rooveja muodostuu tämän jälkeen tapahtuvan vastaanottopintaa kohti etenemisen aikana. Lisäksi, siirtämällä rooveja kehittävät ilmiöt vastaanottopintaa kohti saadaan lyhennetyksi se aika, jona tämä kehittyminen voi tapahtua, ja siten pienennetyksi roovien lukumäärää ja kokoa.

Riippumatta tähän parannukseen johtavasta ilmiöstä on varmaa, että tämän kaasuvirran puhallusolosuhteet ovat erilaiset kuin ne, joita aikaisemmin on käytetty näissä pyörän kehäpinnalta sentrifugoimalla kuiduttamismenetelmissä.

Näissä aikaisemmissa menetelmissä puhalluksen tarkoituksena, niin kuin mainittiin, on olennaisesti kuitujen kuljettaminen vastaanottopintaa kohti ja kuituuntumattomien osasten erottumisen mahdollinen saavuttaminen, jotka kumpikin voidaan saavuttaa verraten alhaisilla nopeuksilla. Keksinnön mukaisesti puhallustoimi sensijaan näyttää vaikuttavan niihin olosuhteisiin, joissa kuidut muodostuvat. Päinvastoin kuin aikaisemmin on uskottu, puhalluskaasun nopeuden suurentaminen jäljempänä mainittavissa rajoissa ei häiritse kuidunmuodostusta ja parantaa lopputuotteen laatua.

Käytännössä kaasuvirta muodostetaan pyörän pinnan läheisyyteen, mutta ei kuitenkaan välittömään kosketukseen sen

II

13 71118 kanssa. Ensinnäkin järjestelmän hyvän toiminnan kannalta on välttämätöntä, että kuidut muodostuvat ja kehittyvät keskipakovoiman vaikutuksesta. Pintaa myöten kulkeva virta, varsinkin jos se on nopea, saattaa hienontaa pyörän pinnalla sijaitsevan aineksen sallimatta kuitujen muodostumista. Vastakkaisessa suunnassa kaasuvirta, voidakseen täyttää tehtävänsä, ei saa olla liian kaukana pyörän pinnasta.

Itse asiassa, riippumatta kuidut muodostavan aineksen alkuperäisestä sinkoamisnopeudesta, nämä kuidut hidastavat ohuutensa johdosta pian nopeuttaan.

Jotta kuidut sinkoutuisivat kaasuvirtaan, sen välimatkan joka erottaa kaasuvirran pinnasta, on niin ollen välttämättä oltava rajoitettu.

Edullisesti tämän välimatkan on oltava suuruusluokkaan 10-200 mm ja mieluimmin 25-100 mm.

Kaasuvirta muodostetaan keskipakoispyörän ympärille, ainakin sen siihen sektoriin, josta kuidut lähtevät. Kun käyte~ tään yksikköä, joka käsittää useita kuidutuspyöriä, niinkuin tavallisesti tehdään, kaasuvirta muodostetaan edullisesti pyörien kehälle niihin sektoreihin, joissa pyörät eivät ole toisiaan vastapäätä. Näissä olosuhteissa kaasuvirta muodostaa eräänlaisen vaipan pyöräryhmälle.

Vasta esitetyllä tavalla sovitetun kaasuvirran nopeuden, siinä vyöhykkeessä, jossa se kohtaa kuidut, on oltava myös riittävän suuri, jotta edellämainitut edulliset vaikutukset saavutettaisiin. Tietenkään tämä nopeus ei saa olla sellainen, että se aiheuttaa kuitujen hajoamisen. Tietyssä määrin, joskaan lyhyemmät kuidut eivät ole haitaksi ja jopa myötävaikuttavat roovien lukumäärän ja/tai pienenemiseen,näiden kuitujen pituuden on kuitenkin oltava riittävän suuri, jotta ne pystyvät muodostamaan eristysmaton rakenteen. Sopivat kaasun nopeudet ko. vyöhykkeessä ovat 50 ja 180 m/s välillä ja mieluimmin 100 ja 150 m/s välillä.

Νβί'1 'f " 14 71118

Kaasuvirran nopeus voi muodostaa vertailukohteen sille nopeudelle, jonka keskipakopyörät antavat ainekselle. Sopivat pyörien nopeudet riippuvat lukuisista tekijöistä, varsinkin käsiteltävän aineksen luonteesta, sen viskositeetista, pyörän pinnasta jne. Käsiteltäessä sentyyppisiä aineksi kuin kuonaa, basalttia, diabaasia, lasia tai sen tapaisia mineraalikuitujen valmistukseen käytettyjä aineksia kuidutuspyö-rien ensisijaiset kehänopeudet ovat suuruusluokkaa 60-150 m/s. Näissä olosuhteissa kaasuvirran nopeuden suhde pyörin-nän kehänopeuteen on edullisesti 1,8 ja 0,8 välillä ja varsinkin 1,5 ja 1,0 välillä.

Kaasuvirran nopeus liittyy kuidutuspyörän nopeuteen, koska näyttää siltä, että tietyssä määrin nämä kaksi tekijää ovat toisistaan riippuvia toiminnallisten olosuhteiden aikaansaamisessa. Ylipäänsä nähdään, että kaasun nopeuden suureneminen voi johtaa kuituuntumattomuussuhteen pienenemiseen ja täydentävään kuitujen venytykseen. Toisin sanoen kaasun nopeuden suureneminen johtaa ohuempien kuitujen valmistukseen .

Eräitä käyttötarkoituksia varten saattaa olla ei-toivotta-vaa, että kuidut ovat kovin ohuita, esimerkiksi tukevuus-tai lämpötilakestosyistä. Nopean puhalluksen etujen säilyttämiseksi pienentämättä kovin paljon kuitujen läpimittaa voidaan pienentää kuidutuspyörän nopeutta.

Tällä tavoin käyttäjä käyttää hyväkseen lisäkeinoa kuidutus-olosuhteiden säätämiseksi, asettelemalla kaasun nopeuden ja pyörän nopeuden yhdistelmää arvoihin, jotka johtavat parhaisiin tuloksiin. Tämä lisämahdollisuus on varsin arvokas, esimerkiksi pyörän sen vyöhykkeen, josta kuidut erkanevat, paikottamisen kannalta.

Puhalletun kaasun määrän on oltava tarpeeksi suuri käytännöllisesti katsoen yhdenmukaisen nopeuden varmistamiseksi pitkin pyörän koko pintaa. Tämän määrän on oltava myös 15 71118 riittävä muuttamaan kuidut muodostavan aineksen suunta ja viemään aines sekä käsittelyseos mukanaan. Edullisesti, vesihöyryn tapauksessa, puhallettu määrä on 0,5:n ja 2 kg:n välillä kuidutetun aineksen kg kohti. Mitä yksikön geometriseen muotoon tulee, niin voidaan todistaa, että pyörät ympäröivän kaasuvirran paksuus saa olla verraten rajoitettu. Tilavuudeltaan suurempaakin virtaa voitaisiin käyttää, mutta tuloksena olisi kaasun kulutuksen suureneminen ilman huomattavaa saatujen tuotteiden laadun lisäparannusta.

Jos kaasu puhalletaan pyörien kehälle niissä vyöhykkeissä, joissa kuidut irtoavat, puhalletun kaasun määrää voidaan edullisesti säätää funktiona niiden kuitujen määrästä, jotka irtoavat kyseessä olevasta vyöhykkeestä. Sanomattakin on selvää, että tietyssä vyöhykkeessä voima ja niin ollen tarpeellinen kaasumäärä ovat merkittävämmät sikäli kun kuituja on runsaammin.

Pienimittaiset kaasusuihkut menettävät nopeasti nopeuttaan tultuaan kosketukseen ympäristön ilman kanssa. Kun tällaisia suihkuja käytetään muodostamaan keksinnön mukainen kaasuvirta, on myös parasta sijoittaa lähtösuutin(-suuttimet) pyörän läheisyyteen. Toisin sanoen välimatka lähtöaukosta (-aukoista) kuidutuspyörän pinnan ylävirran puoliseen reunaan on edullisesti niin pieni kuin rakenteelliset näkökohdat vain sallivat. Tuomalla nämä aukot lähemmäksi pyörän pintaa varmistetaan se, että virran nopeus pyörän tasossa tuskin poikkeaa siitä, mikä se on lähtökohdassaan. Tällä tavoin, kuidutuspyörän läheisyydessä voidaan myös käyttää virtaa, jonka geometrinen muoto on verraten tarkkaan määrätty.

Välimatka lähtöaukosta (-aukoista) pyörän pinnan ylävirran puoliseen reunaan on edullisesti pienempi kuin 50 mm.

Lähtöaukot voivat sijaita pyörän pinnan tasossa tai jopa hiukan sen etupuolella häiritsemättä kuitujen kulkutietä. Itse asiassa mukaan imeytyneet virrat muuttavat kuitujen suuntaa jo ennen kuin puhalluselimestä lähtevät kaasuvirrat kuljettavat niitä mukanaan.

Γη f r V , ; 16 71118

Kun käytetään pienimittaisia kaasuvirtoja, s.o. suihkuja, jotka on muodostettu aukoista, joiden leveys ei ylitä 6 mm ja mieluimmin on 0,5 ja 5 mm välillä, ja edellämainituissa olosuhteissa aukkojen ja pyörän pintaan nähden, paine, joka on tarpeen antamaan kaasuvirralle riittäviä nopeuksia on tavallisesti 1 ja 10 x 10^ Pa välillä.

Keksinnön mukaan on myös mahdollista suorittaa useita kuitujen käsittelytoimia nestemäisillä seoksilla, joista toimista ainakin yksi suoritetaan edellä selitettyjen yksityiskohtien mukaisesti.

Nämä käsittelytoimet voivat olla perättäisiä tai yhtäaikaisia ja niissä voidaan käyttää samoja tai eri seoksia. Näin ollen muodostettaessa mineraaliaineksista koostuvaa eristys-mattoa kuidut voidaan käsitellä esimerkiksi kahdella seoksella, jotka reaktion kautta muodostavat sideaineen, tai jopa sinkoamalla erikseen sideaineseosta ja pinta-aktiivista seosta, jne.

Keksinnön kohteena on myös kuitujen valmistuslaitteisto tyyppiä, joka käsittää vähintään yhden sentrifugointipyörän, jonka ulkopuolelle ja kehälle ohennettava aines suunnataan. Keksinnön mukaiselle laitteistolle tunnusmerkillistä on se, että se käsittää elimen kuitujen käsittelyä nesteseoksen sinkoamiseksi sentrifugoimalla, joka elin on siten sijoitettu pyörään nähden, että seos tulee singotuksi tasossa, joka on lähellä kuidutuspyörän kehäpinnan alavirran puolista reunaa. Sille on tunnusmerkillistä myös se, että sinkoamiselimen muoto ja mitat ovat sellaiset, että käsit-telyseos irtoaa sinkoamiselimestä pyörän pyörintäkeskivii-vasta matkan päässä, joka on enintään yhtä suuri kuin tämän pyörän säde.

Toteutuksen mukavuussyistä sinkoamiselin mieluimmin on yhdistetty pyörään ja sitä pyörittää pyörä.

Il 17 71118

Sinkoamiselin on edullisesti muodoltaan symmetrinen pyörähdyskappale, jonka pyörähdyskeskiviiva on sama kuin kuidutus-pyörän keskiviiva. Viimeksimainittu elin on mieluimmin yleisesti kiekon muotoa.

Eräässä erityisen edullisessa sovellutusmuodossa sinkoamiselin, joka on yleisesti kiekon muotoa, koostuu kahdesta toisiinsa kytketystä kannattimesta, jotka rajoittavat väliinsä tilan, johon singottavaksi tarkoitettu seos johdetaan. Tämä tila on yhtäältä yhteydessä seoksen syöttöjohtoon, ja toisaalta yhteen tai moniin aukkoihin, jotka sijaitsevat kiekon kehällä tai lähellä kiekon kehää. Erityisesti aukkona voi olla ympyränmuotoinen rako. Kun seos poistuu useiden erillisten aukkojen läpi, aukkojen jakauma ja lukumäärä ovat sellaiset, että sinkoaminen tapahtuu käytännöllisesti homogeenisesti kiekon kehän kaikissa kohdissa. Tässä nimenomaisessa tapauksessa aukot voi olla sijoitettu ympyrään, riittävän lähelle toisiaan. Olosuhteista riippuen nämä aukot voi olla sijoitettu useihin samankeskisiin riveihin.

Keksinnön mukaan aukot on edullisesti sijoitettu toiselle puolelle sinkoamiselintä, olennaisesti kohtisuoraan suuntaan pyörintäkeskiviivaan nähden ja tietyn välimatkan päähän kehältä, - ei kehälle säteen suunnassa. Tällä tavoin tapaturmaiset aineksen sinkoamat eivät voi osua näihin aukkoihin.

Kun aukot eivät ole kehällä, niin keskipakoisvoiman vaikutuksesta poistuva seos yleensä kulkee sinkoamiseiimen vastaavaa sivua myöten kehälle. Seoksen kulkeutumisen parantamiseksi tällä verraten lyhyellä kulkutiellä on mahdollista antaa kyseessä olevalle sivun osalle erikoisprofiili. Tätä varten voi olla edullista käyttää uurteita tai säteensuuntaisia ripoja.

Lämmönsiirtojen ehkäisemiseksi kuidutuspyörän ja sinkoamis-elimen välillä kun ne on tehty yhtenä kappaleena, kiinnitys on mieluimmin suoritettava läheltä napaa, s.o. alueelta, joka on alttiina lämmölle vain vähän, ja niin että tietty välys jää 18 71118 pyörän kannattimen ja sinkoamiselimen väliin. Koska kyseessä on lämmönsiirtyrnien kosketuksen kautta estäminen, tämä välys voi olla ulottuvuudeltaan pieni; tämä estää ristiriidan niiden välimatkaehtojen kanssa, joiden mukaan pisarat on singot-tava suhteessa pyörän kehäpinnan reunaan nähden. Käytännössä muutaman millimetrin välys voi olla riittävä. Tämä välys on vähemmän hankala koska pyörän kannattimet muotonsa ansiosta voivat olla sisäänvedettyinä pyörä toimintapintaan nähden. Toisin sanoen pyörän toimintapinta voi ulottua ulokepalkin tapaan kannatinten yläpuolelle ja mahdollisesti jopa osalle sinkoamiselintä.

Muitakin sinkoamiselimen suojelukeinoja voidaan käyttää. Erityisesti, ympyränmuotoinen, suojaava laippa, joka peittää osan tämän sinkoamiselimen kehästä, voidaan sovittaa pyörän kannattimen päälle. ErHiistäkin,kannattimeen kiinnitettyä elintä voidaan käyttää.

Kaikissa tapauksissa, niin kuin edellä on mainittu, sinkoamiselimen säteensuuntaiset mitat ovat mieluimmin sellaiset, että käsittelyseoksen irtoaminen tapahtuu pyörintäkeskivii-vasta matkan päässä, joka vastaa vähintään 70 % kuidutus-pyörän säteestä.

Käsittelyseoksen syöttö sinkoamiselimeen suoritetaan edullisesti pyörän akseliin, mieluimmin samankeskiseksi sijoitettua kanavaa myöten.

Laitteistot, jotka on tarkoitettu ainesten kuiduttamiseen korkeissa lämpötiloissa, on yleensä varustettu laitteilla, jotka estävät ankarimmille rasituksille alttiina olevien kappaleiden muodonmuutoksen ja nopean kulumisen. Niinpä on tunnettua jäähdyttää pyörien kuidutuspinta johtamalla vettä kuidutus-pinnan sisäsivulle. Keksinnön mukaan, kun tällaista sovitusta käytetään, on edullista johtaa jäähdytysvesi kanavaa myöten, joka sekin sijaitsee pyörän akselissa, ja ympäröidä kanava käsittelyseoksella. Seos on siten suojattu haitalliselta lämpötilan nousulta.

II

JS,.· >f 19 71118

Kuten aikaisemmin on mainittu, sinkoamiselimet, jotka käsittävät osaston, johon singottava seos on suljettuna sillä kulkutiensä osalla, joka vastaa sen kiihdytystä sentrifugoinnin vaikutuksesta, muodostavat ensisijaisesti sovellutusmuodot.

On muitakin mahdollisia sinkoamiselimen sovellutusmuotoja. Eräässä näistä sovellutusmuodoista sinkoamiselin saattaa tarkemmin sanottuna käsittää pyörivän pinnan, jolle seosta syötetään. On tietenkin välttämätöntä^ että tälle pinnalle syötetty seos saatetaan liikkeeseen, niin että sen nopeus sen johdosta kiihtyy. Tämä voidaan saada aikaan eri tavoin. Esimerkiksi jos käytetään kiekkoa, jonka pinta on kohtisuorassa pyörintäakseliin nähden, tällä pinnalla voi olla uurteita tai säteensuuntaisia ripoja seoksen liukumisen estämiseksi. Seos voidaan myös syöttää sellaisen elimen pinnoilla, jossa on koveruutta, niin että keskipakovoima pysyttää seoksen tätä pintaa vasten. Tällainen pinta voi olla esimerkiksi kartion tai sen tapaisen muotoinen.

Edellä käsitelty sinkoamiselin on erillinen kuidutuspyörästä. Eräässä toisessa keksinnön mukaisessa sovellutusmuodossa sinkoamiselin, ainakin tiettyjen sen muodostavien osien osalta, on kuidutuspyörän osa. Tarkemmin sanottuna pyörän kannatin voi muodostaa osan sinkoamiselimestä. Tähän pyörän kannattimeen voidaan esimerkiksi yhdistää lisäkannatin, joka on analoginen edelläselitetyn kiekon kanssa.

Keksinnön mukainen sovitus käsittää myös elimen, joka kehittää kaasuvirran.Tämän elimen aukko on tai aukot sijaitsevat lähellä pyörän kehäpintaa. Säteen suunnassa aukot ovat niin pitkän matkan päässä, että kaasuvirta, joka on olennaisesti pyörän keskiviivan suuntainen, ei puhalla kehäpintaan, kuten edellä on mainittu. Säteen suuntainen välimatka, joka erottaa pyörän pinnan aukkojen keskiviivasta, on mieluimmin suuruusluokkaa 25 - 100 mm. Keskiviivan suunnassa aukot ovat niin lähellä kuin mahdollista pyörän reunaa, ja mieluimmin vähemmän kuin 10 mm päässä siitä.

<*4:, ‘ ' ·>' 20 71118

Aukko kehittää (tai aukot kehittävät) kaasuvirran, joka ympäröi kaikki niitä vyöhykkeitä pyörän kehästä, joista kuituja irtoaa, ja edullisesti kaikkia niitä kuidutuspyörän vyöhykkeitä, jotka eivät ole toiseen pyörään päin, paitsi, olosuhteista riippuen, kahden, samaan suuntaan pyörivän pyörän välisessä tilassa.

Kun samassa laitteistossa käytetään useita kuidutuspyöriä yhdessä, yksi ainoa elin pystyy kehittämään kutakin niistä vastaavan kaasuvirran. Kääntäen, useita erillisiä elimiä voidaan käyttää eri kuidutuspyöriä varten tai jopa yhtäkin pyörää varten, jolloin kukin niistä kehittää osansa kaasu-virrasta .

Laitteistoissa, jotka käsittävät useita kuidutuspyöriä, on yleensä myös ensimmäinen pyörä, jonka tehtävänä on kiihdyttää aineksen nopeutta ja jakaa aines seuraavalle kuidutus-pyörälle. Tämä jakelupyörä ei tuota käytännöllisesti katsoen lainkaan kuituja, eikä normaalisti ole tarpeellista liittää sitä puhalluselimeen. Tietenkin, jos tämän laitteiston ensimmäinen pyörä saa aikaan jonkinverran kuidutusta, siihen on mieluimmin liitettävä puhalluselin.

Koostukoonpa aukko yhtenäisestä raosta tai rivistä erillisiä aukkoja, kaasuvirran on oltava olennaisesti jatkuvana kerroksena silloin kun se kohtaa kuidut. Jos aukkoja on lukuisia, niiden on oltava niin lähellä toisiaan, että vierekkäiset suihkut kohtaavat toisensa.

Tavallisesti käytetään yhtä ainoaa aukkoriviä, mutta jos näyttää tarpeelliselta joko suurentaa kaasuvirtaa tai varmistaa paremmin vakiona pysyvä nopeus pitkin kuidutuspyörän pintaa, on myös mahdollista käyttää useita aukkorivejä, joilla on keskenään samanlaiset tai erilaiset ominaisuudet. Tarkemmin sanottuna useita rivejä käytettäessä seuraavat ominaisuudet voivat vaihdella: aukkojen mitat, niiden kaltevuus pyörän keskiviivaan nähden tai niiden asema pyörään nähden.

?6Vr't li:

II

21 71118

Niinkuin edellä on sanottu, kaasuvirran suuruus voi vaihdella riippuen vastaavasta pyörän kehän vyöhykkeestä. Edullisesti kaasun määrä on funktio kuitujen runsaudesta.

Aukkojen lukumäärä tai koko voidaan edullisesti valita funktiona siitä vyöhykkeestä, jota nämä aukot vastaavat. Vyöhykkeissä, joista irtoaa suuri määrä kuituja on mieluimmin käytettävä suurempia tai lukuisampia aukkoja.

Aukkoja syötetään kammiosta. Tämä kammio on edullisesti renkaan muotoinen. Perinteisesti se vastaanottaa seuraavia käyt-tökaasuja: ilmaa, vesihöyryä, palokaasua tms.

Muut kuidutuslaitteiston muodostavat laitteet ovat tunnetussa tekniikassa selitettyjen laitteiden kanssa analogisia, tänä koskee myös itse kuidutuspyöriin tai mukaanottoelimiin liittyviä laitteita. Analogisia tunnetussa tekniikassa esiintyvien kanssa ovat myös laitteet, joilla kuidutettava aines syötetään ja muodostuneiden kuitujen vastaanottoelimet.

Samalla tavoin, paitsi milloin tämän selityksen jatkuessa erikseen mainitaan, keksinnön mukaisten menetelmien toteutukselle ominaiset lukuarvot, etenkin ainesten lämpötilat ja virtaamat ovat analogisia näitä menetelmiä koskevassa ennestään tunnetussa tekniikassa esiintyvien vastaavien lukuarvojen kanssa.

Seuraava oheisen piirustuksen kuvioiden selitys, samoin kuin keksinnön eräiden erityisten sovellutusmuotojen toteutus-esimerkit, havainnollistavat yksityiskohtaisemmin keksinnön kohteena olevaa menetelmää ja laitteistoa.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti, perspektiivissä, keksinnön mukaista tyyppiä olevaa kuidutuslaitteistoa,

Kuvio 2 on kaaviollinen sivukuvanto, osaksi leikattuna, keksinnön mukaisesta kuidutiispyörästä,

Kuvio 3 on suurempimittakaavainen osakuvanto kuvion 2 mukaisesta laitteistosta, 8(,f 22 71118

Kuvio 4 on sekin suurempiinittakaavainen osakuvanto kuvion 2 mukaisesta laitteistosta,

Kuvio 5 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen laitteiston pää-elimiä mittamerkintöineen, jotka osoittavat näiden elinten aseman toisiinsa nähden,

Kuvio 6 on leikkauskuvanto eräästä jäähdytysveden johtamis-piirin yksityiskohdasta,

Kuvio 7 on leikkauskuvanto, joka esittää yksityiskohtaisesti käsittelyseoksen johtamispiiriä ja tämän seoksen sinkoamis-elintä, ja

Kuvio 8 on osa-leikkauskuvanto eräästä toisentyyppisestä käsittelyseoksen sinkoamiselimestä.

Kuviossa 1 esitetyn tyyppinen laitteisto käsittää 3 pyörää. Pyörät 2 ja 3 ovat kuidutuspyöriä. Pyörä 1 on jakelupyörä. Tässä laitteistossa kuidutettava aines valutetaan kourusta 4 jakelupyörälle 1. Kun aines tulee kosketukseen tämän pyörän kanssa, sen nopeus kiihtyy ja se sinkoutuu pyörälle 2, joka pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin jakelupyörä. Pyörältä 2 aines, joka ei ole riittävästi kiinni tarttunut, sinkoutuu pyörälle 3. Pyörään tarttunut aines saa yhä lisää nopeutta, kunnes se keskipakovoiman vaikutuksesta irtoaa pyörästä ja muodostaa filamenttejä, jotka sinkoutuvat pyörää ympäröivään kaasuvirtaan, joka kuljettaa ne mukanaan esittämätöntä vastaanottoelintä kohti. Kaasuvirta kehitetään aukoista, jotka sijaitsevat puhallusrenkaassa 5. Tämä rengas kehittää kaasuvirran vain niihin vyöhykkeisiin, joissa kuidut irtoavat kuidutuspyöristä.

Joskin kuvion 1 mukainen laitteisto käsittää kolme pyörää, neljällä tai kahdellakin pyörällä varustettuja laitteistoja, jotka toimivat samalla periaatteella, esiintyy usein.

Tässä kuviossa käsittelyseoksen sinkoamiselin, joka on laipan 32 ympäröimä, on esitetty kaaviollisesti kohdassa 10. Käsittelyseos tulee ulos tämän elimen päädyssä olevasta raosta 22.

II

23 71118

Kuviossa 2 on esitetty ne laitteiston elimet, jotka välittömästi vaikuttavat kuidutusprosessiin: itse pyörä, jonka muodostaa kahden kannattimen 8 ja 9 kannattamana akselille 6 asennettu kehä 7; kuitujen käsittelyseoksen sinkoamis-elin 10, joka myös koostuu kahdesta kannattimesta 11 ja 12. Liikkumaton puhalluselin 13, joka yleensä on samaa kappaletta kehyksen kanssa, on lisättävä näihin liikkuviin elimiin.

Yksityiskohdat eräästä elinten akselille 6 asentamisesimer-kistä on annettu kuvioissa 3 ja 4. Kannatin 8 on viety akselin 6 kiinteätä kappaletta 17 vasten. Kummankin kannattimen 8 ja 9 kehällä on ulkonema 14, 15, joka on lomistuneena vastaavan kehässä olevaan uurteeseen. Sinkoamiselimen kannattimen 11 navan 16 pää on upotettuna kannattimessa 9 olevaan syvennykseen. Napa 16 on ruuvattu ulkonevaksi akselin 6 kierteitettyyn päähän 18, niin että se sitoo yhteen mainitut kaksi kannatinta 8 ja 9 kehän 7 kanssa. Pyöräyhdistelmän ja sinkoamiselimen lukitus saadaan aikaan ruuveilla 19, joiden päät uppoutuvat akseliin 6. Selvyyden vuoksi vain yksi ruuvi on esitetty.

Eri kannattimissa olevien ruuvien läpimenoreikien mitat ja ruuvien mitat on sovitettu niin, että laitteessa käytetyt eri väliaineet eivät käytännössä voi virrata yhdestä tilasta toiseen. Näiden eri tilojen tiiviyttä ei kuitenkaan ole välttämätöntä varmistaa. Itse asiassa jäähdytysneste ja käsittely-seos, senjälkeen kun ne ovat poistuneet aksiaalisesta kanavasta, noudattavat kulkutietä, jota ohjaa keskipakoisliike.

Sinkoamiselimen muodostavien kappaleiden kokoamistapa ja jäähdytysveden ja käsittelyseoksen syöttökanavat on esitetty kuviossa 7. Tästä kuviosta on selvyyden vuoksi jätetty pois kiinnitysruuvit 19. Kannattimen 12 kiinnitys kannattimeen 11 suoritetaan esimerkiksi ulokkeen 20 tasolle sijoitetuilla ruuveilla. Nämä kaksi kannatinta 11 ja 12 rajoittavat täten tilan 21, jossa käsittelyseos voi kiertää. Tämä tila avautuu ulospäin jatkuvan raon 22 kautta, jota nämä kaksi kannatinta rajoittavat. Käsittelyseos valutetaan tilasta 21 rakoa 22 24 71118 pitkin ulokkeeseen 20 tehtyä säteettäisten uurteiden sarjaa myöten. Tilan 21 rakoon 22 yhdistävien uurteiden mitat ja jakautuma ovat sellaiset, että ne mahdollistavat seoksen yhdenmukaisen jakautumisen sinkoamiselimen koko kehälle.

Kuvio 7 esittää kannatinten 11 ja 12 leikkausta ulkoneman kohdalla. Kuviossa esitetty leikkaus on otettu tähän ulokkeeseen tehdyn uurteen kohdalta.

Akselissa 6 sijaitsee kaksi samankeskistä kanavaa. Kanava 23 johtaa käsittelyseosta tähän tilaan 21. Seosta syötetään kanavan24 sisäpuolelle, joka sisältää pyörän jäähdytysvettä. Nämä kaksi kanavaa on yhdistetty renkaanmuotoisella tulpalla 25, joka sulkee kanavan 24 pään. Tulppa voi olla kiinnitetty paikalleen ruuvaamalla tai millä tahansa muulla analogisella menetelmällä.

Näitä kahta kanavaa pitelee paikoillaan akselin keskiviivalla vierintämekanismi 26, joka nojaa navan 16 sisäsivua vasten. Vierintämekanismi 26 on pituussuuntaisesti paikoi-tettu jousirenkaan 27 avulla. Navan 16 olka 29 pitelee tiivistettä 28 paikallaan vierintämekanismia 26 vasten.

Jäähdytysveden kierto (ks. kuvio 6) tapahtuu perättäin kanavaa 24 myöten ja tähän kanavaan leikattujen aukkojen 34 (vain yksi aukko on esitetty) kautta akselin 6 sisustaan ja tarkemmin sanottuna akselin seinään tehtyyn kurkkuun 30. Kurkun 30 tarkoituksena on ohjata vesi yhteen useista, tai useaan, tämän kurkun pohjalla sijaitsevaan aukkoon 31. Nämä aukot 31 on sovitettu niin,että vesi valuu pyörän kannatinten 8 ja 9 väliin.

Niinkuin kuviosta 3 näkyy, aukot 31 ovat matkan päässä ruuvien 19 rei'istä.

Tultuaan kosketukseen kehän 7 kanssa jäähdytysvesi poistuu (mahdollisesti höyrynä) pyörän sivuihin tehtyjen, esittämättömien aukkojen kautta.

Γ·?

II

25 71118

Vaihtoehtoinen sinkoamiselimen sovellutusmuoto on esitetty kuviossa 8.

Tämä vaihtoehto eroaa huomattavasti edellä esitetyistä sovel-lutusmuodoista siinä mielessä, että akselin keskiviivalla sijaitsevasta kanavasta poistuvaa käsittelyseosta ei pysytetä suljetussa tilassa. Seos syötetään kartionmuotoiselle kiekolle 33, jonka koveruus on kääntyneenä kuidutuspyörään päin ja se etenee kiekon "sisä"-sivua myöten siitä kohdasta, johon se syötetään. Kartionmuotoisuus pysyttää seoksen levitettynä kiekolle sen edetessä viimeksimainitun kehää kohti.

Kuvio 4 esittää erästä sinkoamiskiekon 10 suojaelimen sovel-lutusmuotoa. Tänä elimenä on tässä tapauksessa laippa 32. Laippa on kiinnitetty kuidutuspyörän kannattimeen 9. Se ympäröi kiekkoa 10 osaksi. Tietenkään kiekon se reuna, josta seospisarat irtoavat, ei ole ympäröitynä.

Kuvioissa pyörän kehä on esitetty piirtämisen helpottamiseksi varustettuna tasaisella ulkopinnalla. Käytännössä itse asiassa, kuidutusaineksen "vangitsemisen” helpottamiseksi tämä pinta on normaalisti varustettu pituussuuntaisilla uurteilla.

Keksinnön tunnusmerkkien mukaan käytettävien elinten asemien määrittelemisessä käyttökelpoiset mitat on esitetty kuviossa 5. Ne ovat seuraavat: - pyörän säde R ja vastaavasti sinkoamiselimen säde r, - välimatka kuidutuspyörän alavirran puolisesta reunasta käsittelyseoksen sinkoamistasoon xRQ, - säteensuuntainen etäisyys pyörän pinnasta suihkun keskiviivalle yRJ, - välimatka suihkuaukoista pyörän ylävirran puolisen reunan tasoon Xjy/ - pyörän kuidutuspinnan leveys 1R.

Esimerkki Käytetään kuidutuslaitteistoa, joka käsittää kolme pyörää sovitettuina kuvion 1 esittämään tapaan.

^ .1.

26 71118

Pyörien läpimitat ja niiden kierrosluvut ovat seuraavat: - jakelupyörä: 185 mm 3000 kierr/min - ensimmäinen kuidutuspyörä: 485 mm 4200 kierr/min - toinen kuidutuspyörä: 458 mm 4600 kierr/min

Kuidutuspyörien pinnan leveys (1R) on 85 mm (pinta on pituus suuntaan uurrettu).

Puhalluselin ympäröi pyöriä kuviossa 1 esitettyyn tapaan. Siinä on sarja aukkoja, yhteensä 405, joiden aukkoläpimitta on 2 mm. Kahden perättäisen aukon välimatka on 6 mm. Nämä aukot ovat pyörästä säteensuuntaisen etäisyyden yRJ = 30 mm päässä ja aksiaalisen välimatkan x__ = 10 mm päässä.

5 Käytetyn höyryn paine on noin 3,5 x 10 Pai Koko laitteiston 3 puhaltama höyrymäärä on 2,5 x 10 kg/tunti.

Sideainetta singotaan näille kahdelle kuidutuspyörälle kuviossa 1 esitetynlaisella laitteistolla. Keskipakoiskiekkojen läpimitta on 320 mm.

Singotaan vetistä sideaineseosta, joka on tehty fenoli-form-aldehydi-resolista.

Kuidutettava aines on meliliitti-lasia. Syöttömäärä on noin 3 x 10^ kg/tunti.

Muodostetaan kuitumatto, jonka paksuus on 50 mm ja lämmön-johtokyky 23,9°C:ssa 38,2 mW/m.°C.

Vertailun vuoksi kuidutus suoritetaan analogisissa olosuhteissa, mutta sumuttaen sideaine kuiduille kuidutuspyörän ylävirran puolella.

Tässä kokeessa puhallusramppi käsittää ainoastaan 33 aukkoa, joista 16 käytetään sideaineen sumuttamiseen. Aukkojen läpimitta on 3 mm. Ne on sovitettu säteensuuntaisen etäisyyden y_.T = 120-150 mm päähän.

f hl· 27 71118

Sideaineen syöttöaukkojen läpimitta on 2 mm.

Höyrynpaine rampissa on 3 - 4 x 10^ Pa. Höyryn kulutus on 1,2 tonnia tunnissa.

Muut olosuhteet ovat samat kuin keksinnön mukaisessa esimerkissä .

Saadulla kuitumatolia on samat eristysominaisuudet, mutta sen lujuusominaisuudet eivät ole yhtä hyvät, niin kuin jäljempänä olevasta taulukosta näkyy.

Keksinnön mukainen tuote edustaa merkitsevää parannusta veto-vastuksessa, joka luonnehtii maton "koheesiota", ja pienempää kokoonpuristumissuhdetta paineen alaisena.

Lisäksi pitkäaikaisen kokeen aikana ei havaittu lainkaan sin-koamiselimen tukkeutumista. Näin ollen mikään seisokki ei ollut tarpeen tämän sinkoamiselimen puhdistusta varten 600 tuntia kestäneen jatkuvan toimintajakson aikana.

Keksintö merkitsee näin ollen parannusta kyseessä olevan tyyppisten kuidutusmenetelmien toimintaolosuhteissa, samalla kun saatujen tuotteiden laatu pysyy ennallaan tai jopa paranee.

Ominaisuudet Vertailu- Keksinnön Suhteellinen esimerkki mukaan erotus Lämmön j ohtokyky 23,9 °C:ssa, mW/m.°C 38,2 38,2

Vetovastus kohtisuoraan pintaa kohti, daN/dm^ 13,0 15,5 19 %

Kokoonpur i stumi s suhde paineenalaisena 0,4 x 105 Pa. 4,6 4,2 10 %

Keksinnön mukaiselle käsittelyseoksen sinkoamistavalle ominaista on myös erilaisten käsittelyseosten käytön helppous.

·. * i-> .

28 71118

Esimerkiksi, joskin fenoliformaldehydi-resoli-seoksia tavallisesti käytetään, muillakin tuotteilla voi olla joitakin etuja. Tämä koskee seoksia, jotka sisältävät kuivuvaa öljyä, varsinkin pellavansiemenöljyä, joka on verraten halpaa.

Perinnäiseen tapaa kuituja päällystettäessä pellavansiemen-öljyä sisältävien seosten käyttö on vaikeata. Pellavansiemen-öljyn viskositeetti on paljon korkeampi kuin fenoliformalde-hydi-seosten. Sitäpaitsi pellavansiemenöljyllä sidotuissa tuotteissa sideaineen tarpeellinen määrä on suhteellisesti pienempi. Nämä kaksi näkökohtaa, korkeampi viskositeetti ja pienempi kulutus, tekevät sumutussuulakkeiden tukkeutumisen vaaran paljon suuremmaksi. Tästä syystä tämäntyyppistä sideainetta käytetään harvoin.

Keksinnön mukaisessa sideaineen sinkoamistavassa pellavan-siemenöljyä sisältävien seosten ominaisuudet eivät aiheuttaneet mitään vaikeuksia. Sentrifugointi sujui ilman tukkeutumisia ja kuidut olivat tasaisesti päällystetyt.

Suoritettujen kokeiden aikana laitteen "itsepuhdistus"-ominaisuus osoittautui erityisen edulliseksi. Käytettävän sideaineen tyypin vaihto voidaan suorittaa käytännöllisesti katsoen hetkessä tarvitsematta ensiksi suorittaa tyhjäksi-valuttamista.

r <v

II

Claims (14)

29 71118

1. Menetelmä mineraalikuitumaton valmistamiseksi, jossa kui-dutettava aine ohjataan venytettävässä tilassa keskipakolaitteen yli, jossa on useita, nopeasti pyöriviä pyöriä, aineen virratessa mittavana virtana ensimmäisen pyörän (1) kehäpintaa kohti, jossa se kiihtyy huomattavasti ja sinkoutuu toiselle pyörälle (2), joka pyörii ensimmäiseen pyörään nähden vastakkaiseen suuntaan, jolloin ainakin osa aineesta tarttuu toisen pyörän pintaan ja keskipakovoiman vaikutuksesta sinkoutuu siitä pois muodostaen kuituja, jolloin aineen mahdollinen ylijäämä, joka ei ole tarttunut pyörään, sinkoutuu kolmannelle pyörälle (3), joka pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin toinen pyörä, ja niin edelleen, jolloin kaasuvirta, joka kulkee pyörien pintoja pitkin ja on poikkisuuntainen kuitujen rataan nähden, vie nämä kuidut vastaanottolaitetta kohti ja nestemäistä sideaineseosta lisätään kuituihin niiden kulkiessa rataansa pitkin ennenkuin ne kootaan vastaanottolaitteelle, joka sideaineseos mahdollisesti on peräisin pyörivästä laitteesta, tunnettu siitä, että kaasuvirran nopeus on välillä 50 ja 180 m/s keskipakopyörien tasolla, että nestemäistä seosta singotaan pisaroiden muodossa poikittain kuituja kantavaan kaasuvirtaan nähden, pyörien välittömässä läheisyydessä, tasossa, joka on suorassa kulmassa pyörien akseleihin nähden, ja että nestemäisen seoksen sinkoaminen tapahtuu matkan päässä pyöräakselista, joka on suurempi kuin 70 % pyörän säteestä ja pienempi kuin tämä säde.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasuvirran nopeuden suhde pyörän kehäpinnan tasolla, pyörän kehänopeuteen on 1,8 ja 0,8 välillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kaasuvirran ja vastaavasti pisaroiden sinkoamiseen nopeuksia säädetään siten, että pisaroiden keskimääräinen koko niiden hajoamisen jälkeen on enintään yhtä suuri kuin kymmenesosa sentrifugointielimen sinkoamien pisaroiden koosta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että niiden pyörien kehänopeus, joilla kuitujen muodostus tapahtuu, on 60 ja 150 m/s välillä. 30 71 1 1 8

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että singottujen pisaroiden keskimääräinen mitta on suuruusluokkaa 250 x 10 6m.

6. Laitteisto mineraalikuitujen valmistamiseksi ja kaasu-virtaan suspendoitujen kuitujen päällystämiseksi nestemäisellä käsittelyseoksella, käsittäen rivin pyöriä (1, 2, 3), jotka ovat siten sovitettuja että niiden pinnat ovat lähellä toisiaan ja jotka pyörivät suurella nopeudella, joista pyöristä kaksi peräkkäistä pyörää kuidutettavan aineen radalla pyörivät vastakkaisiin suuntiin, jossa laitteistossa on aineen syöttölaite (4), joka on sovitettuna siten, että kuidutettava aine voi virrata pyörärivin ensimmäisen pyörän (1) ulkopinnan yli, ainakin yksi paineen alaisena syötettävä puhalluslaite (5), joka synnyttää kaasuvirtaa, jonka nopeus on 50 - 180 m/s pyörien (1, 2, 3) ynpäri, joista pyöristä kuidut erottuvat, ja joka kulkee kohtisuoraan kuitujen rataan nähden kuidunmuodostuspyörien ulkopuolella, tunnettu siitä, että se käsittää pyöreän sinkoamislait-teen (10),joka sinkoaa nestemäistä käsittelyliuosta muodostetuille kuiduille kohtisuoraan kuitujen liikkumisrataan nähden ja joka sijaitsee kuidunmuodostuspyörien (2, 3) välittömässä läheisyydessä, sinkoamislaitteen (10) akselin ollessa samansuuntainen kuin kuidunmuodostuspyörän akseli ja sen säteen ollessa ainakin 70 % kuidunmuodostuspyörän säteestä ja enintään yhtä suuri kuin tämä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ensimmäinen pyörä (1) aineen kulkutiellä olennaisesti kiihdyttää aineksen nopeutta seuraavien pyörien (2, 3) suuntaan, jotka viimeksimainitut ovat yhteydessä elimeen, joka sinkoaa nesteseosta kuitujen päällystämiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sinkoamiselin on yleisesti kiekon (10) muotoinen, joka käsittää kaksi sivuelementtiä (11, 12), jotka rajoittavat väliinsä tilan (21), johon syöttö tapahtuu kanavaa (23) myöten, joka sijaitsee kuidutuspyörän akselin keskiviivalla, ja joka tila (21) käsittää yhden tai useampia aukkoja (22), joista seos pääsee ulos. li 31 71118

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että aukko tai aukot (22) on sovitettu kiekon toiselle sivulle, kohtisuoriksi pyörintäkeskiviivaan nähden.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sinkoamiskiekko on suojattu laipalla (32), joka on samaa kappaletta kuidutuspyörän kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että käsittelyseoksen syöttökanava (23) sijaitsee sen kanssa samankeskisen kanavan (24) sisässä, joka johtaa jäähdytysveden pyörään.

12. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sinkoamiselin koostuu kartion-muotoisesta kiekosta, jonka koveruus on suunnattuna kuidutus-pyörää kohti.

13. Minkä tahansa patenttivaatimusten 6-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että puhalluselimen aukot on sovitettu säteensuuntaisen etäisyyden YRJ päähän pyörän pinnasta, etäisyys on välillä 10 ja 200 mm.

14. Minkä tahansa patenttivaatimusten 6-13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että puhalluselimen aukkojen jakauma on funktio vastaavan pyörän vyöhykkeestä, niin että aukkoja on lukuisammin vastapäätä niitä vyöhykkeitä, joista irtoaa suuri määrä kuituja. 71118 32