FI75556B - Anordning foer framstaellning av mineralfibrer utgaoende fraon ett termoplastiskt material. - Google Patents

Description

1 75556

Laite mineraalikuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta aineesta Tämä keksintö koskee laitetta mineraalikuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta aineesta, jossa laitteessa on linko, joka pyörii olennaisesti pystysuoran akselin ympäri, laitteet lingon pyörittämiseksi, laitteet vedettävässä tilassa olevan sulan ainevirran ohjaamiseksi linkoon ja sen kuljettamiseksi lingon kehäseinämän sisäpinnalle, suuri määrä reikiä kehäsei-nämässä, joiden reikien läpi sula aine kulkeutuu muodostaen säikeitä, ja laitteet säikeiden vetämiseksi kuiduiksi, joihin laitteisiin kuuluu poltin, joka puhaltaa renkaanmuotoisen, kehäseinämän ulkopinnan viereen ja alaspäin suuntautuvan kaasusuihkun, jolla on korkea lämpötila ja joka myötävaikuttaa säikeiden pysymiseen vedettävässä tilassa niiden vetämiseen tarvittavan ajan.

Tämäntapaisia kuitujen valmistuslaitteita on käytetty teollisuudessa jo monia vuosia mineraalikuiduista valmistettujen eristystuotteiden valmistamiseen ja merkittävä osa nykyään vakmistetuista tämäntyyppisistä eristystuotteista tuotetaan juuri tätä tekniikkaa käyttäen. Tämän menetelmän eri suoritusmuotojen yksityiskohtia on kuvattu esimerkiksi US-patent-tijulkaisuissa RE 24 708, 2 984 864, 2 991 507, 3 007 196, 3 017 663, 3 020 586, 3 084 381, 3 084 525, 3 254 977, 3 304 164, 3 819 345 ja 4 203 745, sekä SE-patentissa 412 378 ja FI-patenteissa 47 658, 54 097 ja 69 447.

Näissä laitteissa tarvitaan suuri määrä lämpöenergiaa, ensinnäkin lasin sulattamiseen ja toiseksi vetämiskaasusuihkun aikaansaamiseen. Energiansaannin epävarmuus ja korkea hinta ovat synnyttäneet lasikuitua olevien eristystuotteiden kasvavaa kysyntää, samalla kuin samat tekijät ovat aiheuttaneet näiden tuotteiden tuotantokustannusten voimakasta nousua.

75556

Sen vuoksi onkin kaikin tavoin pyritty parantamaan edellä selitetyn kuitujen valmistusmenetelmän tuottoa tai käyttämään muita, korvaavia menetelmiä. Viime vuosina on esimerkiksi kehitetty mineraalikuitujen valmistusmenetelmä, jossa käytetään kuidun vetämistä vain keskipakovaikutuksen avulla, pääasiassa kaasusuihkulla vetämiseen tarvittavan enegianku-lutuksen välttämiseksi.

Kuitujen valmistamista edellä yleisesti selitetyllä tavalla linkoamalla ja sen lisäksi kaasusuihkulla vetämällä pidetään kuitenkin ensisijaisena menetelmänä sekä siitä syystä, että tällä tavoin valmistetun kuitumaton laatu on erinomainen, että siitä syystä, että suurella osalla eristysaine-teollisuutta on tällä hetkellä laitteet, joilla tätä menetelmää voidaan käyttää. Siitä syystä jokainen parannus tähän menetelmään on erittäin tärkeä teollisuudelle. Seuraa-vasta selityksestä käy selville, että tämä keksintö merkitsee selviä parannuksia kuitujen valmistusmenetelmiin, joissa käytetään linkoamista ja kuitujen vetämistä kaasusuihkulla, sekä tuotteen laadun että tuotantomäärän ja -kustannusten osalta.

Koska kuitujen valmistaminen on käytännössä erittäin monimutkainen menetelmä, jolle on tunnusomaista, että siihen sisältyy hyvin paljon muuttuvia parametrejä, ei tässä ole tarpeen käsitellä näiden tunnettujen menetelmien monia yksityiskohtia, viitattakoon vain aikaisemmin tunnettuihin patenttijulkaisuihin. Tarkasteltakoon tässä kuitenkin muutamia aikaisemmin tunnettujen menetelmien aspekteja, erityisesti niitä tekijöitä, joiden osalta tämä keksintö eroaa selvästi aikaisemmin tunnetusta käytännöstä.

Monista tarkastelun ansaitsevista muuttujista lingon rakenne on erityisen tärkeä, jotta linkoamalla tapahtuva kuitujen valmistaminen voitaisiin suorittaa tyydyttävästi.

Kaasusuihkun lämpötila ja nopeus samoin kuin kaasusuihkun puhaltavien suuttimien järjestely ja suihkun suunta lingon 3 75556 seinämiin nähden ovat nekin tärkeitä tekijöitä, jotta kuitujen vetäminen tapahtuisi parhaalla mahdollisella tavalla. Lingon käyttöikä on tärkeä tekijä erityisesti kun ajatellaan tämäntyyppisten linkojen suhteellisen lyhyttä käyttöikää ja lingon vaihtamisen erittäin korkeita kustannuksia. Muita tunnusmerkkejä, jotka koskevat tuotteiden laatua, esitetään edempänä keksinnön suoritusesimerkkejä selitettäessä.

Lingot, joita käytettiin ensimmäisinä kuitujen vetämislait-teina linkoamalla ja kaasusuihkulla, olivat läpimitaltaan noin 200 mm. Myöhemmin todettiin, että tiettyä valmistus-tyyppiä olevassa ja määrätyn läpimitan omaavassa lingossa ei tuotosta eli sitä määrää minkä se vetää, ja joka normaalisti ilmaistaan tonneina valmiita kuituja päivässä, voitu lisätä ilman että kuidun laatu olisi vastaavasti heikentynyt. Edelleen todettiin, että myös käytäntö asetti rajat virtausmäärälle reikää kohti jotta kuidun laatu olisi pysynyt hyvänä. Kuitenkin taloudellinen välttämättömyys lisätä annetun linjan tuotantoa on tavallisesti aiheuttanut sen, että virtausmäärää on lisätty huolimatta tuotteen laadun heikkenemisestä. "Laatu" tässä yhteydessä tarkoittaa tuotteen painoa pinta-alayksikköä kohti, kun tuotteen lämpöre-sistanssi ja ominaispaksuus ovat määrätyt. Heikompilaatui-nen tuote on näin ollen raskaampaa - vaikka sen eristyskyky on sama - kuin paremmanlaatuinen tuote. Heikompilaatuinen tuote on siis laadultaan heikompi, koska se edellyttää erityisesti suurempaa määrää lasia annettua pinta-alaa kohti ja näin ollen tietysti tämä tuote on kalliimpi valmistaa.

Yritykset virtausmäärän lisäämiseksi ovat suuntautuneet erityisesti lingon läpimitan suurentamiseen ensiksi 300 mm:iin ja aivan vasta 400 mm:iin.

Parannuksia onkin saatu aikaan, mutta läpimitan suurentaminen merkitsee samalla keskipakokiihdytyksen suurentamista. Vaikka suuret keskipakovoimat ovatkin tarpeen sulan aineen virtauksen aikaansaamiseksi lingon rei'istä ja siis esi- 4 75556 säikeiden muodostamiseksi, suuret keskipakovoimat lyhentävät lingon käyttöikää.

Koska lingon kestoikä muuttuu itse asiassa käänteisesti keskipakokiihdytysvoimiin nähden, joille linko joutuu alttiiksi, on tähän asti katsottu aiheelliseksi olla liiaksi suurentamatta lingon läpimittaa, jotta sen kestoikä saataisiin pidentymään.

Toinen tärkeä tekijä näiden menetelmien kannalta on valmiiden kuitujen hienous (keskiläpimitta). On tunnettua että mitä ohuempia kuidut ovat määrätyllä kuitutiheydellä kuitu-maton pinta-alayksikköä kohti, sitä parempi on maton lämpö-resistanssi. Eristystuote, joka on tehty ohuemmista kuiduista voi näin ollen olla ohuempi - sen eristyskyvyn pysyessä samana kuin paksumman paksummista kuiduista valmistetun tuotteen. Tai yhtä hyvin ohuemmista kuiduista valmistetun tuotteen tiheys pinta-alayksikköä kohti voi olla pienempi kuin samanpaksuisen paksummista kuiduista valmistetun tuotteen ja sen eristyskyky on silti sama.

Koska eristystuotteita myydään tavallisesti niin että niiden lämmöneristyskyky (arvo R) minimipaksuisena on taattu, kuitujen ohuus on tärkeä tekijä määritettäessä tuotteen tiheyttä pinta-alayksikköä kohti, joka tunnetaan neliömetripainona. Ohuemmista kuiduista valmistetun eristeen neliömetripaino on pienempi ja tästä syystä sen valmistukseen tarvitaan vähemmän lasia, mikä puolestaan merkitsee säästöä tuotantokustannuksissa .

Talouden kannalta katsottuna kuitujen hienous, kuten muutkin tekijät, on kuitenkin tavallisesti kompromissi. Tiedetään nimittäin, että hienompia kuituja saadaan suuremmilla suihkunopeuksilla ja/tai käyttämällä kovempia lasiyhdistei-tä toisin sanoen sellaisia, jotka saadaan sopivan juokseviksi matalammissa lämpötiloissa. Kaasusuihkun puhallusno-peuden lisääminen aiheuttaa välittömästi energiaskustannus-ten nousua ja kovemmille laseille on ominaista, että ne 5 75556 sisältävät aineksia, jotka ovat kalliita ja lisäksi tavallisesti ympäristöä saastuttavia.

Kuitujen hienous, joka voidaan ilmaista kuitujen läpimittana mikroneina ja joka edustaa mitattujen kuitujen läpimittojen aritmeettista keskiarvoa, ilmaistaan kätevästi myös kuidun hienousindeksillä, jota sanotaan "micronaireksi". Micronaire mitataan seuraavasti. Etukäteen määrätty määrä mitattavaa näytettä, esimerkiksi 5 g kuituja, pannaan tietyn tilavuuden omaavaan kammioon niin että se muodostaa esteen, jonka läpi ilma virtaa tämän kammion kautta määrätyllä paineella. Tutkittavan näytteen läpi virtaavan ilman virtausmäärä riippuu kuidun hienoudesta. Juuri tämä virtaus-mittarilla saatu mittausarvo on kuidun micronaire (ohuus mikroneissa) .

Yleensä mitä hienompia kuidut ovat, sitä suuremman esteen ne asettavat ilman virtaukselle tutkittavassa näytteessä. Tällä tavoin saadaan selville tutkittavan näytteen kuitujen keskimääräinen hienous. Esimerkiksi kuitujen, joiden keski-läpimitta on 4 mikrometriä» micronaire on noin 2,9 5 g:ssa kuituja ja kuitujen, joiden keskiläpimitta on 12 mikrometriä, micronaire on noin 6,6 5 g:ssa kuituja.

Kuitumaton eristysarvo ei riipu yksinomaan kuitujen hienoudesta. Tavalla, jolla kuidut kerrostuvat vastaanottokuljet-timelle, ennen kaikkea niiden jakautumisen tasaisuudella, sekä kuitujen suunnalla eristystuotteessa on myös tärkeä merkitys.

Kuitupatjan lämpöresistanssi vaihtelee sen mukaan, missä suunnassa kuidut ovat mitattuun lämpövirtaukseen nähden, resistanssin ollessa suurempi silloin, kun kuitujen suunta on kohtisuora lämpövirtauksen suuntaan nähden* Niinpä jotta eristepatjan lämmönvastus saataisiin mahdollisimman suureksi, kuitujen suunnan pitäisi mahdollisimman hyvin olla samansuuntainen vastaanottokuljettimen ja muodostuvan kuitupatjan tason kanssa. Koska vastaanottokuljettimen yläpuolella 6 75556 syntyy voimakasta pyörteilyä, kuitujen suunnan valvonta on vaikeaa. Tällä vyöhykkeellä pyritäänkin pääasiassa saamaan kuidut jakautumaan suhteellisen tasaisesti kuljettimen leveys-suunnassa. Jotta kuidut laskeutuisivat samansuuntaisesti kuljettimen kanssa, on kuitenkin edullista, että kuidut ovat pitkiä.

Esimerkiksi edellä mainitussa patentissa FI-69 447 selostetaan sellaisten linkojen käyttöä, joiden halkaisija on 400 mm (tai voi maininnan mukaan olla jopa 500 mm, joskaan tarkempia esimerkkejä tästä ei ole esitetty), jolloin tarkoituksena on nimenomaan tuotannon lisääminen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä selostetuista vaikeuksista huolimatta parantaa kuitujen ominaisuuksia, erikoisesti kuitumaton lämmöneristystä, sellaisissa oloissa, jotka eivät ole valmistuslaitteiden kestoiän kannalta epäedullisia.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että lingon läpimitta on välillä 550 ja 1500 mm ja että laitteessa on käyttövälineet, jotka käyttävät linkoa sellaisella nopeudella, että lingon kehä tulee keskipakokiihtyvyyden 2 alaiseksi, joka on välillä 4000 ja 20000 m/s , edullisesti 2 6 000-16 000 m/s .

Kun siirrytään 400 mm:n läpimittaisesta lingosta 600 mmm linkoon, pyörintänopeutta vähennetään niin, että lasiin ja lingon seinämään kohdistuvat keskipakokiihdytysvoimat ovat tavanomaisissa rajoissa, jollin kuidutettavan aineen syöttö reikiin ja seinämän rakenteeseen kohdistuvat rasitukset eivät paljonkaan eroa tunnetusta tekniikasta.

Keksinnön mukaan lingon läpimitta on edullisesti 600-1000 mm. Lisäksi on edullista, jos polttimen suutin on sen muotoinen ja -kokoinen, että se puhaltaa kaasusuihkua, jonka lähtöpaine on välillä 100-900 vesipatsasmillimetriä, edullisesti 200-600 vesipatsasmillimetriä.

Seuraavassa on yksityiskohtainen selitys laitteista, joita käytetään suoritusarvojen parantamiseksi sekä selitys eräistä valmiin tuotteen ominaisuuksista.

7 75556

Vaikka kaikin tavoin on yritetty eritellä pääasialliset tekijät, jotka vaikuttavat suurempiläpimittaisen lingon suoritusarvojen paranemiseen, tähän mennessä ei ole pystytty tekemään täydellisiä ja täsmällisiä johtopäätöksiä.

Tässä selityksessä esitetyt teoreettiset selitykset on katsottava yhdeksi vielä mitä laajimmin kokeellisesti varmistettavaksi yritykseksi selvittää tätä asiaa eivätkä ne rajoita keksintöä.

Kuvio 1 on osittainen pystyleikkauskuva keksinnön mukaisesta lingon ja polttimen muodostamasta kokonaisuudesta.

Kuvio 2 on kaavamainen pystysuora leikkauskuva, joka esittää tavallisen pieniläpimittaisen lingon ja kuidun vastaanotto-kuljettimen toimintaa; tämä kuva on pituussuunnasta kuljet-timeen nähden ja se osoittaa kuitujen jakautuvan epätasaisesti ja niiden laskeutuvan sattumanvaraisessa suunnassa kuljettimelle, kun kuitujen jakautumista säätelevää järjestelmää ei ole.

Kuvio 3 on samantapainen kuva kuin kuvio 2, mutta se esittää keksinnön mukaisesti toimivaa suurempiläpimittaista linkoa ja osoittaa, että kuidut jakautuvat suhteellisen tasaisesti kuljettimelle.

Kuvio 4 on kaavamainen tasokuva, joka esittää useita linkoja ja niiden sijoittelua kuljettimeen nähden.

Kuvio 5 on kaavamainen sivukuva kuvion 4 mukaisesta laitteesta.

Kuvio 6 on graafinen kaavio, joka osoittaa miten valmiin kuituhuovan tiheys pinta-alayksikköä kohti muuttuu käänteisesti lingon läpimittaan nähden eri hienouksilla.

Kuvio 7 on graafinen kaavio, joka osoittaa energiankulutuksen suhteessa lingon läpimittaan, kun kuidut on valmistettu vakiokeskipakokiihdytyksellä.

Piirustuksissa ja erityisesti kuviossa 1 esitetään keksinnön mukainen kuidutusvyöhyke, joka käsittää lingon 10, jossa on 8 75556 kehäseinämä 12 ja niskaosa 18. Linko 10 on sovitettu kappaleella 20 pystysuoraan akseliin 22. Pyöritettävää akselia 22 kannattavat sinänsä tunnetulla tavalla sopivat runkoon kiinnitetyt laakerit ja akselin pyörintä määrätyllä nopeudella aikaansaadaan sähkömoottorin ja hihnavedon avulla. Akselin kiinnitys ja käyttölaitteet ovat sinänsä tunnetut eikä niitä sen vuoksi ole esitetty tässä.

Akseli 22 on ontto, joten sula ainevirta 24 pääsee virtaamaan sen läpi koriin 26, joka on kiinnitetty varren alapään alle mutterein 32.

Kori 26 käsittää sylinterimäisen seinämän 34, joka on varustettu lukuisilla rei'illä 36, joiden läpi sula lasi tunkeutuu keskipakovoiman vaikutuksesta säikeinä, jotka suuntautuvat lingon kehäseinämän 12 sisäpintaa vasten. Suuri määrä lingon kehäseinämässä 12 olevia reikiä 40 muuttaa sulan lasin lukuisiksi säikeiksi 41 sitä mukaa kun sula aine tunkeutuu reikien läpi keskipakovoiman vaikutuksesta.

Lingon seinämän yläpuolelle on sovitettu poltin 42, jossa palaminen tapahtuu polttimen sisässä, ja se käsittää suutti-men 44, joka muodostaa renkaanmuotoisen suihkun lingon kehäseinämän 12 yläpuolelle. Seinämän 12 vieressä oleva ren-kaanmuotoinen kaasusuihku tempaa rei'istä 40 tulevat lasi-säikeet 41 mukaansa ja venyttää niitä. Poltin 42 käsittää metallirungon 46, jonka sisällä on tulenkestävä vaippa 48, joka rajaa sisäänsä renkaanmuotoisen polttokammion 50, johon johdetaan ilman ja polttoaineen seosta. Suutin 44 on yhteydessä polttokammioon 50 ja se muodostuu putken 54 sisä- ja ulkoreunasta 54 ja 56. Nämä reunat 54 ja 56 käsittävät sisä- ja vastaavasti uikojäähdytyskierrot 54a ja 56a, joihin syötetään jäähdytysnestettä, kuten esimerkiksi vettä.

Jotta lingon ja kuitujen lämpötila saadaan pysymään tasaisena vetämisen aikana, aivan lingon alapuolelle ja samankeskisestä sen kanssa on sovitettu suurtaajuusinduktioläm- 9 75556 mitin 62. Sen sisäläpimitta on hieman suurempi kuin lingon, jottei se pääse koskettamaan renkaanmuotoisen kaasusuihkun mukanaan kuljettamaa alaspäin tulevaa kuituvirtaa.

Apusuihku saadaan aikaan renkaanmuotoisella puhalluskehäl-lä 64, joka on sovitettu polttimen reunojen ulkopuolelle ja liitetty painekaasulähteeseen kuten ilma-, höyry- tai polttoainelähteeseen.

Ontossa akselissa 22 on useita samankeskisisä kiinteitä putkia. Sisin näistä putkiparista rajaa renkaanmuotoista jäähdytyskanavaa 66, jossa virtaa jäähdytysnestettä, kun taas uloin pari rajaa renkaanmuotoista kanavaa 68, jossa polttoaineseos pääsee kulkemaan ja syttymään korin 26 esi-lämmittämiseksi ennen lingon käynnistämistä.

Lingon ja kaasusuihkun muodostamat kuidut menevät vastaanottotilaan tai vastaanottokaappiin 70 ja sieltä ne laskeutuvat patjana 71 rei'itetylle kuljettimelle 72, kuten kuvioissa 2, 3 ja 5 on kaavamaisesti osoitettu. Kuljettimen alla oleva imulaatikko 74 ilmee tavanomaiseen tapaan suuren kaasumäärän, joka kulkee kuljettimen läpi.

Kuten kuvioissa 4 ja 5 on esitetty, käytetään useita kuidu-tuskoneita, joissa kussakin on linko 10, tavanomaiseen tapaan kuitupatjan 71 muodostamiseen ja keksinnön mukaisen edullisen järjestelyn mukaan nämä laitteet on sovitettu riviin pitkin kuljettimen 72 pituusakselia. Teollisuudessa käytetyssä laitteistossa linkoja, jotka ohjaavat kuidut kuljettimelle, on tavallisesti kuusi tai enemmän.

Mitä tulee mainitun laitteiston toimintaan, korin 26 käsittävä linko 10 esilämmitetään tavanomaiseen tapaan käyttämällä hyväksi palamiskaasuja, jotka tulevat kanavan 68 kautta, polttimen 50 lämpöä, lämmityskehää 62 ja samantapaisia mahdollisesti tarvittavia lisälähteitä.

10 75556

Kun linko pyörii ennalta määrätyllä nopeudella ja poltin on säädetty niin, että se aikaansaa kammioon paineen, joka antaa kaasusuihkulle riittävän nopeuden, jotta se aikaansaa kuitujen halutun venytysasteen ja hienousasteen, sula aine-virta 24 tulee lingon onttoon akseliin 22 esikuumennusah-josta tai mistä tahansa muusta sulan lasin lähteestä, joka on sijoitettu lingon yläpuolelle. Sulan lasivirran tullessa koriin 26 se virtaa korin pohjalle keskipakovoiman vaikutuksesta ja tunkeutuu korin rei'istä 36 lasivirtoina 38, jotka suuntautuvat kohti lingon kehäseinämää 12.

Seinämään 12 kohdistuvan voimakkaamman keskipakovoiman vaikutuksesta lasi tunkeutuu kehäseinämän monista pienistä rei'istä 40 seinämän ulkopuolelle monen monina säikeinä 41, jotka joutuvat välittämästi seinämän ulkopuolelle suunnatun polttimesta, jossa palaminen tapahtuu polttimen sisällä, tulevan kaasusuihkun aikaansaaman venytysvaikutuksen alaiseksi. Lasisäikeet 41 pysyvät venytettävässä tilassa kaasu-suihkun korkean lämpötilan ansiosta riittävän kauan, jotta ne saadaan vedetyiksi kuiduiksi. Vedettyjen kuitujen hienous säädetään erityisesti säätämällä kaasusuihkun nopeutta, joka puolestaan riippuu polttimen paineesta. Lisäämällä polttimen painetta ja kaasupuhalluksen nopeutta saadaan aikaan voimakkaampi venytys ja siten hienompia kuituja.

On kuitenkin huomattava, että venytysvoimakkuuden lisääminen ei välttämättä merkitse sitä, että kuiduista valmistettujen tuotteiden laatu paranisi kokonaisvaltaisesti. Kun kaasujen aikaansaama venytys on liian voimakas, kuitujen laatu on tavallisesti heikompi.

Vedettyjen kuitujen virran lisäksi vastaanottotilaan tai -kaappiin 70 ohjataan suuret määrät ilmaa, kuten vastaan-ottokammion yläosaan merkityt nuolet osoittavat. Ilman johtaminen tähän tilaan ja kuitujen nopeuden nopea hidastuminen vastaanottotilan sisässä aikaansaavat sen, että kuitu-verho laajenee voimakkaasti ja edempänä yksityiskohtaisen!- 11 75556 min selitetyistä syistä ne aikaansaavat kuitujen paremman jakautumisen valmistuvan tuotteen sisässä ja kuljettimen leveydelle. Lisäksi todetaan pyörteilyn vähenevän kulje-tinvyöhykkeessä, minkä ansiosta kuitujen suunta pysyy parempana kuitumaton muodostusvaiheessa, jolloin kuitumaton lämmöneristysominaisuudet ovat paremmat. Sideainetta suihkutetaan vedetyille kuiduille vastaanottotilan yläosasta tavanomaiseen tapaan. Kuvioiden 2-5 yksinkertaistamiseksi niistä on jätetty pois sideaineen levittämiseen tarvittavat laitteet.

Lingon läpimitta on tärkeä tekijä tässä menetelmässä.

Suurimpien linkojen, joita käytetään teollisuudessa menetelmissä, joissa kuidut vedetään lingon ja kaasusuihkun avulla, läpimitat ovat tähän asti olleet 400 mm:n luokkaa. Lingon läpimitan suurentamista ei ole pidettu edullisena erityisesti niiden vaikeuksien vuoksi, joita se saattaisi aiheuttaa ennen kaikkea lingon kestoiän kannalta.

Nyt on todettu, että suurentamalla huomattavasti lingon läpimittaa voidaan valmistaa paremmanlaatuisia eristehuopia ilman että lingon kestoikä siitä merkittävästi alenisi.

Erinomaisiin tuloksiin on päästy käyttäen 600 mmm linkoa ja läpimitaltaan suurempiakin linkoja voidaan hyvin käyttää. Keksinnön mukaiset edut saadaan lingoilla, joiden läpimitta on yli 500 mm ja noin 550 - 1500 mm. Kaikkein edullisin alue on 600 - 1000 mm.

Kun valitaan lingon pyörimisnopeudeksi sellainen nopeus, joka aikaansaa keskipakokiihtyvyysvoimia, jotka eivät liiaksi eroa pienempien linkojen yhteydessä tavallisesti käyte- 2 tyistä nopeuksista (esimerkiksi 8000 - 14 000 m/s ) ei lingon käyttöikä juurikaan muutu.

Tässä keksinnössä tarkastellaan lingon pyörimisnopeutta, joka edellä kuvatun parhaan läpimitta-alueen huomioiden ai- 12 75556 kaansaa kehäseinämään keskipakokiihtyvyyden, joka sijoittuu 2 alueelle noin 4000 - 20 000 m/s . Keskipakokiihtyvyys si- 2 joittuu mieluiten alueelle noin 6000 - 16 000 m/s .

Kuviossa 6 on esitetty tulokset, jotka saatiin eriläpimit-taisilla lingoilla vakiokiihtyvyydellä, joka oli noin 1000 m/s . Huovan laatu, joka tässä ilmaistaan kuitutihey-den käänteisarvona pinta-alayksikköä kohti, micronairen ollessa 2,5, 3,0, 3,5 ja 4,0 (5 g:n näytteessä) paranee selvästi, kun lingon läpimitta on yli 500 mm, kuten graafisessa kaaviossa käyrän jyrkkyyden selvä muutos osoittaa.

Neliömetripainon ero eristyskyvyn pysyessä samana on sitä suurempi suuriläpimittaisilla lingoilla valmistetuissa tuotteissa, mitä hienompia kuidut ovat, toisin sanoen mitä pienempi on micronaire F. Näin siis läpimitaltaan yli 500 mm:n linkojen käyttö on sitä edullisempaa, mitä hienompia kuidut ovat.

Kun microcaire on 2,5 5 g:n näytteessä, parannus on erittäin tuntuva. Todetaankin esimerkiksi, että siirryttäessä 400 mm:n lingosta 600 mm:n linkoon saadaan jo 5 %:n pienentymä neliö-metripainoon.

Kuvio 6 osoittaa lisäksi, että nämä parannukset eivät olleet ennaltanähtävissä aikaisemmin tunnetuilla lingoilla saatujen tulosten perusteella. Käyrät nimittäin nousevat olennaisesti vasta 400 mm:n jälkeen. Pienempien arvojen kohdalla läpimitan suurenemisesta ei seuraa muutoksia, jotka voitaisiin havaita tai jotka olisivat merkittäviä ottaen huomioon mittausten tarkkuuden.

Ottaen huomioon edellä mainitut edullisimmat läpimitat ja keskipakokiihtyvyysarvot lingon kehänopeus on mieluiten noin 50-90 m/s. Edullisesti kehänopeus on 55-75 m/s.

Toinen tekijä, jolla on suuri merkitys kuitujen valmistuk- 13 75556 sessa, on polttimen paine, jonka säätäminen vaikuttaa suoraan kuidun hienouteen ja josta riippuu myös menetelmän vaatiman energian kulutus.

Kun käytetään kuvion 1 mukaista poltinta, polttimen paine on edullisesti alueella noin 100-900 vesjbatsasmillimetriä ja mieluiten 200-600 vesipatsasmillimetriä. Nyt on todettu, että syistä, joita ei ole toistaiseksi pystytty täysin selvittämään, polttimen paine, joka tarvitaan määrätyn hienouden omaavan kuidun aikaansaamiseen, pienenee sitä mukaa kuin lingon läpimitta suurenee, vaikka keskipakokiihtyvyys ei kasvaisikaan. Tämä seikka saattaa olla eräs syistä, jotka aikaansaavat kuidun laadun todetun paranemisen suurem-piläpimittaisia linkoja käytettäessä. Polttimen pienempi paine itse asiassa pienentää vaaraa, että kuitu katkeaisi vetämiskaasuvirtauksen vaikutuksesta.

Voidaan myös ajatella, että heikommassa kaasuvirtauksessa kuitujen toisiinsatörmäämistä tai liimautumisvaara olisi pienempi. Keksinnön mukaan tällöin saataisiin pitempiä ja säännölläsempiä kuituja.

Kuitujen laadun paraneminen saattaisi siis, kuten edellä mainittiin, johtua siitä, että annetun eristysominaisuuden ja hienouden aikaansaamiseksi tarvitaan pienempi neliömetri-paino.

Polttimen paineen alenemisen seurauksena on lisäksi se, että samaa kuitumäärää kohti kuluu vähemmän energiaa.

Tätä asiaa koskevien tutkimusten tulokset, jotka on esitetty kuviossa 7, osoittavat energiankulutuksen supistuvan voimakkaasti, kun lingon läpimitta suurenee. Tässä graafisessa kaaviossa esiintyvä käyrä on saatu olosuhteissa, joissa vakiokiihtyvyys on 10 000 m/s . Näissä kokeissa reikien tiheys linkojen seinämässä, reikien läpimitat, virtaama reikää kohti ja valmiiden kuitujen hienous ovat samat.

14 75556

Kuvion 7 graafinen kaavio vastaa erittäin hienojen kuitujen (micronaire 3 5 g:n näytteessä) valmistusta. Todetaan erityisesti, että keksinnön mukaisissa olosuhteissa, toisin sanoen käytettäessä linkoja, joiden läpimitta on yli 500 mm, lämmönkulutus on alle 1500 kcal/kg, kun se on esimerkiksi 1750 kcal/kg kuituja, jotka on valmistettu 300 mm:n lingolla.

Huomattakoon, että lämmönkulutus, joka on tarpeen vetämis-kaasusuihkun aikaansaamiseksi, edustaa kuitujen valmistuksessa merkittävintä osaa energiankulutuksesta. Sen osuus on lähes neljä viidesosaa energian kokonaiskulutuksesta. Tämän kulutuksen supistuminen on siis erittäin merkittävä tuotantokustannusten kannalta.

Korostettakoon vielä kerran, että jos samoilla lämmönkulu-tusarvoilla saadaankin samanlaatuista kuitua, tuotantomäärät eivät kuitenkaan ole samat. Niinpä olosuhteissa, joissa saadaan laadultaan samanarvoisia kuituja, 300 mm:n, 400 mm:n ja 600 mm:n läpimittaiset lingot tuottavat vastaavasti 10, 13,5 ja 20 tonnia kuituja päivässä. Energiankulutuksessa tapahtuva säästö tulee siis vielä sen säästö lisäksi, joka saadaan tuotannon lisääntymisestä.

Polttimen suutinaukon 44 leveys on edullisesti noin 5-20 mm ja mieluiten noin 8 mm. Polttimen lämpötila on mieluiten noin 1300-1700°C ja edullisimmin noin 1500°C.

Keksinnön tarkoittamia linkoja käytettäessä on todettu, että niillä voidaan kuidut saada jakautumaan tasaisemmin kuljettimelle ja samoin kuitujen suunta kuitumatossa on parempi näillä lingoilla.

Erilaisia mittauksia suoritettiin tuotteista, jotka on valmistettu aikaisemmin tunnettujen menetelmien mukaan, ja toisaalta tuotteista, jotka on valmistettu tämän keksinnön mukaisella menetelmällä.

15 75556

Kuitujen jakautumista valmiin tuotteen sisässä voidaan mitata usealla eri tavalla. Eräs yksinkertaisimmista mittaustavoista on se, jossa tuote leikataan pieniksi suuntaissär-miöiksi tai "kuutioiksi" (mitoiltaan esimerkiksi 25 x 25 x 45 mm), jotka punnitaan erikseen. Eri painot, jotka voidaan ilmaista paikallisina massatiheyksinä suhteessa kunkin "kuution" painopisteeseen, antavat kolmiulotteisen kuvan kuitujen jakautumisesta. Jotta vertailu kävisi mukavammin, lasketaan jakauman muuttumiskerroin Cv neliöllisen poikkeaman (neliöjuuri poikkeamien neliöiden keskiarvosta) suhteesta "kuutioiden" painojen keskiarvoon.

Niinpä esimerkiksi havaittiin erittäin merkittävä poikkeama aikaisemmin tunnetuilla menetelmillä valmistettujen tuotteiden (Cv = 6,1 %) ja keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettujen tuotteiden välillä (Cv = 2,6 %). Kuitujen jakautuminen tutkituissa näytteissä on siis aivan olennaisesti parempi keksinnön mukaisissa olosuhteissa valmistetuissa tuotteissa.

Mitä tulee kuviossa 3 esitettyyn keksinnön mukaiseen esimerkkiin, lingon suhteellisen suuri lämpimitta aikaansaa kuitu-kerroksen, joka levittäytyy hyvin ennen joutumistaan kuljet-timelle. Kun kuvion esittämässä suoritusmuodossa kuljetin ei ole kovin leveä, kuitukerros peittää kuljettimen koko leveyden. Kerroksen reunalla olevat kuidut törmäävät vas-taanottokaapin 70 sivuseinämiin ja ohjautuvat uudelleen sisäänpäin, jolloin saadaan paksuudeltaan suhteellisen tasainen matto 71. Kuidut laskeutuvat vain hyvin pienen pyörtei-lyn saattamina ja sen seurauksena niiden suunta on suureksi osaksi sama kuin kuljettimen suunta.

Vastakohtana edelliselle kuviossa 2 on esitetty esimerkki aikaisemmin tunnetuista menetelmistä. Muiden olosuhteiden paitsi lingon läpimitan ollessa samat kuitukerros on liian kapea ulottuakseen kaapin seinämiin. Kuidut laskeutuvat suureksi osaksi keskelle kuljetinta. Syntyy matto, joka ei 16 75556 ole tasainen, vaan paksu keskeltä ja ohut reunoilta. Toisaalta päinvastoin kuin silloin, kun käytetään läpimitaltaan suurta linkoa, kuten kuviossa 3, tässä syntyy voimakasta pyörteilyä kuitukerroksen reunaosissa lähellä kulje-tinta; tämän pyörteilyn vaikutuksesta kuidut laskeutuvat kul-jettimelle täysin sattumanvaraisesti ja kuitujen suunta on selvästi vähemmän sama kuin kuljettimen, kuin mitä se oli käytettäessä keksinnön mukaista laitetta ja menetelmää.

Edellä mainitut kuitujen jakautumiseen liittyvät vaikeudet ovat tavallisia ja erilaisia menetelmiä onkin aikaisemmin ehdotettu jakautumisen parantamiseksi.

Jos käytetään leveitä kuljettimia, voidaan poikkisuuntaan sovittaa kaksi, kolme ja useampiakin kuidutuslaitteita poikkisuunnassa kuljettimeen nähden, mutta vaikka tämä järjestely teoriassa mahdollistaisikin tasaisen jakautumisen, sen merkittävänä haittapuolena on, että kun yksi yksikkö joudutaan pysäyttämään esimerkiksi lingon vaihtamisen ajaksi, tämän pysäyttämisen synnyttämä epätasaisuus jakautumisessa aiheuttaa sen, että kaikkien muiden yksikköjen tämän toimenpiteen pysäyttämisen aikana valmistama tuote joudutaan kokonaisuudessaan hylkäämään. Sen vuoksi kuidutusyksi-köt järjestetään mieluummin yhteen, kuljettimen liikesuunnan kanssa samansuuntaiseen riviin, sillä tällöin yhden yksikön pysähtyminen ei aiheuta merkittäviä muutoksia kuitujen jakautumiseen ja valmistusta voidaan jatkaa keskeytymättä, tuotannon vähentyessä vain yhden pysähtyneen yksikön osalta.

Tällä tavalla järjestettyjen kuidutusyksikköjen yhteydessä käytetään erilaisia apulaitteita, joilla kuitujen jakautumista yritetään saada tasaisemmaksi. Näistä keinoista mainittakoon esimerkiksi vastaanottokaapin sivuille sovitetut puhaltimet (US-patenttijulkaisu 3 030 659), heiluri- tai vuoropuhaltimet tai ilman sisääntuloa säätelevät ohjausvent-tiilit (US-patenttijulkaisu 3 255 943), heilurinormit kuitu- 75556 17 harsoa varten (US-patenttijulkaisu 3 830 638) ja kuidutus-laitteen edestakaisin liikerata (US RE 30 192). Vaikka näillä laitteilla saataisiinkin kuidut jakautumaan paremmin, ne synnyttävät tavallisesti suurempaa pyörteilyä vastaanottotilaan, jolloin kuitujen suunta kuitumatossa tulee entistä huonommaksi. Koska kuitujen suunta on äärimmäisen tärkeä kuiduista valmistetussa eristeaineessa, sillä parhaat eristysominaisuudet saadaan, jos kuidut ovat samansuuntaisina kuljettimen liikesuunnan kanssa, on suositeltavaa pidättäytyä mahdollisimman tarkkaan näiden jakautumista parantavien lisälaitteiden käytöstä. Tästä syystä keksinnön mukaan suurempia linkoja käyttämällä saatava laajempi kui-tuharso on tärkeä tekijä mahdollisimman hyvälaatuisen kui-tumaton aikaansaamiseksi. Lisäksi tämän keksinnön avulla voidaan vähentää tai, jos valmistetaan kapeita kuitumatto-ja, poistaa kokonaan kuitujen jakautumista parantavat lisälaitteet ja säästää näin niiden toimintakustannuksia.

Kuituharson laajuus on kuljettimen tasolla huomattavasti suurempi kuin se laajuus, jonka voisi ajatella aiheutuvan yksinomaan sen lähtötason läpimitan, toisin sanoen lingon läpimitan, suurentumisesta.

Voidaan havaita, että kuituharson muoto on heti lingon alla edullisempi kuviossa 3 kuin kuviossa 2, sillä kuvion 3 harso supistuu kasaan suhteellisen vähän lingon alla, kun sen sijaan kuvion 2 harso on olennaisesti kaventunut tässä vyöhykkeessä.

Seuraavaan taulukkoon on koottu esimerkkejä keksinnön eri suoritusmuodoista. Esimerkki I, joka ei vastaa keksinnön mukaisia olosuhteita, on siinä vertailuesimerkkinä.

18 7555 6

Esimerkki n:o

I II III IV

Lingon läpimitta (mm) 400 600 800 1000

Lingon tuotto (t/päivä) 20 20 20 20

Polttimen nokan leveys (mm) 7,7 7,7 7,7 6,5

Polttimen paine (vesi- patsasmillimetriä) 430 350 400 4 20

Polttimen lämpötila (°C) 1500 1500 1500 1500

Hienous (micronaire 5 g:n näytteessä) 4,2 3,5 3,0 2,5 2

Neliömetripaino g/m kun R=2 nr °K/w 297 °K 1180 990 880 720

Ominaispaksuus (mm) 90 90 90 90 Nämä esimerkit osoittavat, että samalla 20 tonnin/päivä tuotoksella keksinnön mukaisesti valmistetut tuotteet ovat olennaisesti parempia.

Vertailtaessa esimerkkejä I ja II todetaan, että kun lämpö-resistanssi on sama, neliömetripaino on pienempi keksinnön mukaisesti valmistetuissa tuotteissa, ja myös, että paine ja siten myös energiankulutus ovat nekin pienemmät.

Esimerkki III vastaa samanlaisia olosuhteita kuin esimerkki II, mutta siinä lingon läpimitta on vielä suurempi. Tässä esimerkissä kuidut ovat vielä hienompia ja samanaikaisesti neliömetripaino on edelleen pienempi.

Esimerkki IV on toinen esimerkki, jossa lingon läpimitta on vielä suurempi. Tämän esimerkin mukaan valmistettujen tuotteiden hienousluku ja neliömetripaino ovat erityisen pienet, toisin sanoen kuidut ovat erittäin hienoja ja kui-tutiheys, joka tarvitaan annetun lämpöresistanssin aikaansaamiseen, on erittäin pieni.

Claims (4)

1. Laite mineraalikuitujen valmistamiseksi lämpöplastisesta aineesta, jossa laitteessa on linko (10), joka pyörii olennaisesti pystysuoran akselin (22) ympäri, laitteet lingon pyörittämiseksi, laitteet vedettävässä tilassa olevan sulan ainevirran (24) ohjaamiseksi linkoon ja sen kuljettamiseksi lingon kehäseinämän sisäpinnalle, suuri määrä reikiä (40) ke-häseinämässä, joiden reikien läpi sula aine kulkeutuu muodostaen säikeitä (41), ja laitteet säikeiden vetämiseksi kuiduiksi, joihin laitteisiin kuuluu poltin, joka puhaltaa ren-kaanmuotoisen, kehäseinämän ulkopinnan viereen ja alaspäin suuntautuvan kaasusuihkun, jolla on korkea lämpötila ja joka myötävaikuttaa säikeiden pysymiseen vedettävässä tilassa niiden vetämiseen tarvittavan ajan, tunnettu siitä, että lingon läpimitta on välillä 550 ja 1500 mm ja että laitteessa on käyttövälineet, jotka käyttävät linkoa sellaisella nopeudella, että lingon kehä tulee keski|akokiihtyvyyden alaiseksi, joka on välillä 4000 ja 20000 m/s , edullisesti 6 000-16 000 ,2 m/s .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu sii- .. . tä, että lingon (10) läpimitta on 600-1000 mm.

5· Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnet tu siitä, että polttimen suutin on senmuotoinen ja -kokoinen, että se puhaltaa kaasusuihkua, jonka lähtöpaine on välillä 100-900 vesipatsasmillimetriä, edullisesti 200-600 vesipatsas-millimetriä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että polttimen lämmönkulutus sellaisia kuituja valmistettaessa, joiden micronaire-arvo on 5/5 g:n näytteessä, on vähemmän kuin 1500 kcal valmistettua kuitukiloa kohti. 20 75556