FR2594432A1 - Noncircular inorganic fibres and process and apparatus for their manufacture - Google Patents

Noncircular inorganic fibres and process and apparatus for their manufacture Download PDF

Info

Publication number
FR2594432A1
FR2594432A1 FR8613878A FR8613878A FR2594432A1 FR 2594432 A1 FR2594432 A1 FR 2594432A1 FR 8613878 A FR8613878 A FR 8613878A FR 8613878 A FR8613878 A FR 8613878A FR 2594432 A1 FR2594432 A1 FR 2594432A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
circular
jets
fibers
cooling
orifices
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8613878A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2594432B1 (en
Inventor
Larry Joe Huey
Paul Douglas Beuther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Owens Corning
Original Assignee
Owens Corning Fiberglas Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/829,673 external-priority patent/US4622054A/en
Priority claimed from US06/830,382 external-priority patent/US4636234A/en
Application filed by Owens Corning Fiberglas Corp filed Critical Owens Corning Fiberglas Corp
Publication of FR2594432A1 publication Critical patent/FR2594432A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2594432B1 publication Critical patent/FR2594432B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C03B37/045Construction of the spinner cups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/022Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/075Manufacture of non-optical fibres or filaments consisting of different sorts of glass or characterised by shape, e.g. undulated fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
    • C03B37/083Nozzles; Bushing nozzle plates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/02External structure or shape details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/02External structure or shape details
    • C03B2203/04Polygonal outer cross-section, e.g. triangular, square

Abstract

Process and apparatus for manufacturing noncircular inorganic fibres 16 and fibres produced by this process and this apparatus. This process consists in passing a jet 10 through a noncircular orifice 28 starting with a mass of molten inorganic substance 12 and in cooling the inorganic substance of the jet to form an inorganic fibre 16 which has a noncircular section.

Description

FIBRES MINERALES NON CIRCULAIRES
ET PROCEDE ET APPAREIL POUR LEUR FABRICATION
La présente invention concerne des fibres minérales et la fabrication de fibres minérales destinées à être utilisées comme textiles, renforcements, matériaux de construction, et matériaux isolants.
NON-CIRCULAR MINERAL FIBERS
METHOD AND APPARATUS FOR THEIR MANUFACTURE
The present invention relates to mineral fibers and the manufacture of mineral fibers for use as textiles, reinforcements, building materials, and insulating materials.

Dans le cadre de la présente invention, ltexpression fibres minérales signifie des fibres de verre, de roche, de laitier ou de basalte. Dans un de ses aspects les plus spécifiques, cette invention concerne des fibres minérales non circulaires et, en particulier, des fibres de verre non circulaires.In the context of the present invention, the expression mineral fibers means glass, rock, slag or basalt fibers. In one of its more specific aspects, this invention relates to non-circular mineral fibers and, in particular, non-circular glass fibers.

La production de fibres de laine de verre au moyen du procédé rotatif est bien connue. En général, du verre fondu est chargé dans une machine à filer rotative qui tourne à des vitesses élevées. La machine à filer rotative possède une paroi périphérique pourvue d'une multitude d'orifices. Le verre fondu qu'une force centrifuge oblige à passer dans les orifices de la paroi périphérique forme des jets de verre fondu de faible diamètre. Une machine soufflante annulaire est positionnée circonférentiellement autour de la machine à filer rotative pour rabattre les fibres vers le bas et, dans certains cas, pour procéder à un affinement supplé- mentaire ou secondaire des fibres initiales ou primaires afin de produire des fibres de diamètre plus faible.Au moment où ils sortent des orifices, les jets de verre fondu sont encore suffisamment non visqueux pour que des forces de tension superficielle tirent ou modèlent chacun
d'eux pour leur donner des sections sensiblement circulaires, quel que soit la configuration de section des jets au moment où ils sortent des orifices. De plus, des machines rotatives à fabriquer des fibres sont de manière caractéristique équipées de brûleurs annulaires ou d'autres sources de gaz chauds en vue d'un affinement secondaire des fibres primaires; ces gaz chauds conservent le verre suffisamment fluide ou non visqueux pour. qu'il en résulte des fibres de section sensiblement circulaire.
The production of glass wool fibers by means of the rotary process is well known. In general, molten glass is loaded into a rotating spinning machine which rotates at high speeds. The rotary spinning machine has a peripheral wall provided with a multitude of orifices. The molten glass that a centrifugal force requires to pass through the orifices of the peripheral wall forms streams of molten glass of small diameter. An annular blower is circumferentially positioned around the rotary spinning machine to fold the fibers down and, in some cases, to perform additional or secondary refinement of the initial or primary fibers to produce fibers of greater diameter. When they come out of the orifices, the jets of molten glass are still sufficiently non-viscous for superficial tension forces to pull or shape each.
from them to give them substantially circular sections, regardless of the section configuration of the jets at the moment they leave the orifices. In addition, rotary fiber machines are typically equipped with ring burners or other hot gas sources for secondary refinement of the primary fibers; these hot gases keep the glass sufficiently fluid or non-viscous for. that results in fibers of substantially circular section.

La production de fibres de verre textiles ou continues par étirage mécanique de jets fondus de verre sortant d'orifices ménagés dans la paroi inférieure d'une filière ou d'un appareil d'alimentation est également bien connue. Des inégalités de rondeur des jets fondus ont tendance à être corrigées par des forces de tension superficielle préalablement au refroidissement et au durcissement des jets fondus sous la forme de fibres de verre. Ainsi, comme dans le cas de la production de fibres de laine de verre, il n'a pas été possible de produire des fibres continues sensiblement non circulaires en utilisant des orifices profilés ménagés dans une filière. The production of textile or continuous glass fibers by mechanical drawing of molten jets of glass emerging from orifices in the lower wall of a die or feed apparatus is also well known. Molten jet roundness inequalities tend to be corrected by surface tension forces prior to cooling and hardening of the molten jets in the form of glass fibers. Thus, as in the case of the production of glass wool fibers, it has not been possible to produce substantially non-circular continuous fibers using shaped orifices provided in a die.

I1 existe depuis longtemps un besoin de produire des fibres, aussi bien dans le procédé rotatif que dans le procédé à fibre continue, qui présentent des sections sensiblement non circulaires. En ce qui concerne le renforcement de matrices en résine, ces fibres non circulaires seraient très utiles pour conférer une résistance transversale considérablement plus importante et de meilleures qualités de résistance au cisaillement. Une utilisation de fibres non circulaires comme matériaux isolants serait avantageuse en ceci qu'une augmentation de l'aire de surface par unité de volume de verre diminuerait la conductivité thermique de l'isolant fabriqué à partir de ces fibres. There has long been a need to produce fibers, both in the rotary process and in the continuous fiber process, which have substantially non-circular sections. With respect to the reinforcement of resin matrices, these non-circular fibers would be very useful for imparting considerably greater transverse strength and better shear strength. Use of non-circular fibers as insulators would be advantageous in that an increase in surface area per unit volume of glass would decrease the thermal conductivity of the insulation made from these fibers.

Une mesure de la non-circularité de fibres minérales est le "rapport modulaire", qui se définit comme le rapport du diamètre du plus petit cercle dans lequel s'adapte la section de fibre sur le diamètre du plus grand cercle pouvant s'adapter à l'intérieur de la section de fibre. Dans ce contexte, des fibres ayant un rapport modulaire inférieur à 1,2 sont appelées fibres circulaires; des fibres ayant un rapport modulaire supérieur ou égal à 1,2-sont appelées fibres non circulaires. A measure of the non-circularity of mineral fibers is the "modular ratio", which is defined as the ratio of the diameter of the smallest circle in which the fiber section fits over the diameter of the largest circle that can accommodate inside the fiber section. In this context, fibers having a modular ratio of less than 1.2 are called circular fibers; fibers having a modular ratio greater than or equal to 1.2 are called non-circular fibers.

Une tentative de fabrication de fibres de verre non circulaires a été faite par Warthen, comme il est décrit dans le brevet britannique No 3,063,094. La méthode de Warthen utilise une perturbation mécanique du jet de verre alors que celui-ci est encore dans un état plastique, déformable. Warthen enseigne que pour créer une fibre non circulaire, le
Jet de verre, qui se présente initialement sous une forme conique de section circulaire, -doit être déformé au niveau d'une zone dans laquelle la viscosité du jet est suffisamment élevée pour se refroidir ou se solidifier rapidement pendant un affinement des jets sous la forme d'une fibre continue, pour qu'ainsiune déformation similaire de la configuration de section soit conservée à la fibre affinée solidifiée. Warthen enseigne également qu'un puits thermique doit être appliqué au jet de verre par contact direct.Ceci augmente la viscosité du verre fondu pour permettre de mieux conserver et perpétuer le caractère de section non circulaire du jet de verre fondu perturbé mécaniquement.
An attempt to manufacture non-circular glass fibers has been made by Warthen, as described in British Patent No. 3,063,094. Warthen's method uses a mechanical disturbance of the glass jet while it is still in a plastic, deformable state. Warthen teaches that to create a non-circular fiber, the
Glass jet, which is initially in a conical shape of circular section, must be deformed at a zone in which the viscosity of the jet is sufficiently high to cool or solidify rapidly during a refinement of the jets in the form of a continuous fiber, so that a similar deformation of the sectional configuration is maintained at the solidified refined fiber. Warthen also teaches that a heat sink must be applied to the glass jet by direct contact. This increases the viscosity of the molten glass to better preserve and perpetuate the non-circular section character of the mechanically disturbed molten glass jet.

Dans l'art de la production de fibres organiques, il est d'usage courant d'utiliser des méthodes de refroidissement pour solidifier des jets fondus de substance organique sous la forme de sections non circulaires semblables aux formes des orifices non circulaires. Cependant, ces méthodes sont praticables dans des conditions qui diffèrent considérablement des conditions associées au formage de fibres minérales. In the art of organic fiber production, it is common practice to use cooling methods to solidify molten streams of organic material in the form of non-circular sections similar to non-circular orifice shapes. However, these methods are practicable under conditions that differ considerably from the conditions associated with forming mineral fibers.

La production de fibres organiques non circulaires peut être facilitée par une pressurisation des filières, alors qu'une pressurisation de filières contenant du verre fondu pose de sérieux problèmes opératoires.The production of non-circular organic fibers can be facilitated by a pressurization of dies, while a pressurization of dies containing molten glass poses serious operational problems.

Les points de fusion du verre et de compositions organiques diffèrent de 15000F (8150C) ou plus. La substance minérale de la présente invention a une température de liquidus supérieure à environ 1aO0F (6490C), alors que des compositions organiques se rabollissent etiow se décomposent à des températures bien inférieures.The melting points of glass and organic compositions differ by 15000F (8150C) or more. The inorganic substance of the present invention has a liquidus temperature of greater than about 1000 ° F (64 ° C), while organic compositions are flatting and decomposing at much lower temperatures.

On peut se faire une idée claire des différences de caractéristiques physiques en comparant le rapport de viscositéftension superfi- ciel le du verre avec le marne rapport relatif à une substance organique de fromage - cr . Le rapport viscosité/tension superficielle (poises/ynes/cm))de polymères se situe dans la plage allant approximativement de 25 à 5000. Le rapport pour le verre est compris dans la plage allant approximativement de 0,1 à 25, de préférence dans la plage allant approximativement de 0,25 à 15, et mieux encore dans la plage allant approximativement de 0,4 à 10.La viscosité du verre fondu à des températures de formage de fibres est de manière caractéristique d'environ 300 poises, alors que la viscosité de la substance organique fondue est de manière caractéristique de l'ordre d'environ 1000 à 3000 poises. De même, les forces de tension superficielle du verre (de l'ordre d'environ 250 à 300 dynes/cm) sont d'un ordre de grandeur supérieur à celles de la substance organique (environ 30 dyneslcm). La viscosité plus faible et LE tension superTictente p3.us éRsevée du verre font au'il est n pou près 10Q

Figure img00030001
A clear picture of the differences in physical characteristics can be obtained by comparing the surface viscosity ratio of the glass with the marl ratio relative to an organic cheese-cr substance. The viscosity / surface tension (poise / ynes / cm) ratio of polymers is in the range of approximately 25 to 5000. The ratio for glass is in the range of approximately 0.1 to 25, preferably the range from approximately 0.25 to 15, and more preferably in the range of approximately 0.4 to 10. The viscosity of the molten glass at fiber forming temperatures is typically about 300 poises, whereas the viscosity of the organic melt is typically in the range of about 1000 to 3000 poises. Similarly, the surface tension forces of the glass (of the order of about 250 to 300 dynes / cm) are of an order of magnitude greater than those of the organic substance (about 30 dyneslcm). The lower viscosity and the higher tension of the glass make it less than 10Q
Figure img00030001

<SEP> < <SEP> cvuer <SEP> les <SEP> robres <SEP> de <SEP> verre <SEP> profilées <SEP> de <SEP> se
<tb> reformer <SEP> en <SEP> fibres <SEP> de <SEP> verre <SEP> ayant <SEP> des <SEP> sections <SEP> circulaires.
<tb>
<SEP><<SEP> find <SEP> the <SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP> s <SEP>
<tb> reformer <SEP> into <SEP> fibers <SEP> of <SEP> glass <SEP> having <SEP> circular <SEP> sections <SEP>.
<Tb>

<SEP> En <SEP> dépit <SEP> de <SEP> tentatives <SEP> entreprises <SEP> par <SEP> le <SEP> passé <SEP> pour <SEP> fabriquer
<tb> fibresminirales noncirculaires, il n'a jamais existé de procédé ou d'appareil commercialement réussi pour atteindre le but que constitue la fabrication de fibres non circulaires à partir d'orifices non circulaires.
<SEP> In <SEP> times <SEP> of <SEP> attempts <SEP> enterprises <SEP> by <SEP><SEP> passed <SEP> for <SEP> fabricate
In the past, there has never been a commercially successful process or apparatus for achieving the goal of making non-circular fibers from non-circular orifices.

On a maintenant découvert qu'il est possible de produire des fibres minérales, telles que des fibres de verre, ayant des sections non circulaires, en expulsant des Jets d'une substance minérale fondue d'orifices non circulaires et en refroidissant de manière forcée les jets suffisamment rapidement pour les durcir sous la forme de fibres minérales non circulaires. Ce refroidissement forcé des jets durcit ceux-ci sous la forme de fibres de sections non circulaires avant que des forces de tension superficielle ne puissent les obliger à prendre des sections circulaires. L'aspect du refroidissement rapide de la présente invention permet de produire des fibres minérales ayant des rapports modulaires supérieurs à ceux réalisables en pratique avec les procédés de l'art antérieur. La présente invention peut être utilisée aussi bien dans le procédé rotatif que dans un procédé à fibre continue. It has now been discovered that it is possible to produce inorganic fibers, such as glass fibers, having non-circular sections, by expelling jets of a molten mineral substance from non-circular orifices and by forcing cooling them. jets quickly enough to cure them as non-circular mineral fibers. This forced cooling of the jets hardens them in the form of fibers of non-circular sections before surface tension forces can force them to take circular sections. The aspect of the rapid cooling of the present invention makes it possible to produce mineral fibers having modular ratios higher than those practically achievable with the methods of the prior art. The present invention can be used both in the rotary process and in a continuous fiber process.

Bien que le moyen préférable pour refroidir rapidement les jets soit un courant gazeux relativement froid (par exemple, à température ambiante), tel que de l'air, dirigé pour venir en contact avec les jets, n'importe quel moyen approprié pour refroidir rapidement les Jets, tel que courant de fluide, pulvérisation d'eau, bain liquide, écrans ultrasoniques ou à ailettes, peut être utilisé.Des jets possédant des rapports modulaires supérieurs auront, en général, des aires de surface plus importantes (c'est-à-dire un plus grand périmètre de la section de jet) et, par conséquent, des caractéristiques de transfert de chaleur (et des vitesses de refroidissement) supérieures à celles des jets ayant des rapport modulaire moindres Lorsqu'un gaz de refroidissement est utilisé, la température et la vitesse du courant de gaz de refroidissement influent également sur la vitesse de refroidissement, tout comme la vitesse des Jets et le temps nécessaire à leur passage dans le courant de gaz de refroidissement ainsi que la distance parcourue avant que les jets se soient durcis sous la forme de fibres. Although the preferred means for rapidly cooling the jets is a relatively cold gas stream (eg, at room temperature), such as air, directed to come into contact with the jets, any suitable means for rapidly cooling Jets, such as fluid stream, water spray, liquid bath, ultrasonic or fin screens, can be used. Jets with higher modular ratios will generally have larger surface areas (ie ie greater perimeter of the jet section) and, therefore, higher heat transfer characteristics (and cooling rates) than those with smaller modular ratios When a cooling gas is used, the temperature and speed of the cooling gas flow also affect the cooling rate, as well as the speed of the jets and the time required for their passage through the flow of cooling gas as well as the distance traveled before the jets hardened in the form of fibers.

Le procédé de formage de fibres minérales de la présente invention peut être influencé par de nombreuses variables, comprenant des forces d'inertie (pression hydrostatique ou pressurisation dans un procédé textile; forces de pression hydrostatique dans un procédé rotatif), des forces de masse dans un procédé rotfltif, la température et la viscosité initiales de la substance minérale, ltépaisseur ou la profondeur de l'orifice non circulaire, des caractéristiques de tension superficielle de la substance minérale fondue, la vitesse de déplacement des jets, et la vitesse de refroidissement des jets. The mineral fiber forming process of the present invention can be influenced by many variables, including inertial forces (hydrostatic pressure or pressurization in a textile process, hydrostatic pressure forces in a rotary process), mass forces in a rotary process, the initial temperature and viscosity of the mineral substance, the thickness or depth of the non-circular orifice, the surface tension characteristics of the molten mineral substance, the speed of jet movement, and the cooling rate of the jets.

Une pressurisation de la masse de verre fondu, ou la force inertielle qui s'exerce sur le verre sortant de la machine à filer rotative, ou la force de traction mécanique dans un procédé à fibre continue, peuvent influer sur le rapport modulaire final des fibres minérales. Dans la mesure où des forces de tension superficielle commencent à agir pour redonner aux jets des sections circulaires avant que ceux-ci n'atteignent le courant de gaz de refroidissement, dont la source peut être positionnée à une certaine distance au-dessous des orifices non circulaires, le temps nécessaire aux jets pour atteindre la zone de courant de gaz de refroidissement peut être critique. Pressurization of the molten glass mass, or the inertial force exerted on the glass coming out of the rotary spinning machine, or the mechanical tensile force in a continuous fiber process, can influence the final modular fiber ratio mineral. Insofar as surface tension forces begin to act to return the jets of circular sections before they reach the cooling gas stream, whose source may be positioned at a distance below the non-cooling orifices. circular, the time required for jets to reach the cooling gas flow zone may be critical.

Selon la présente invention, il est proposé un procédé pour fabriquer des fibres minérales non circulaires, consistant à expulser d'orifices non circulaires une substance minérale fondue pour produire des jets de section non circulaire, et à refroidir les jets pour les durcir sous la forme de fibres ayant une configuration de section non circulaire semblable à la configuration des orifices, avant qu'ils ne puissent prendre une section circulaire. Plusieurs de ces orifices peuvent être positionnés dans une paroi d'un récipient destiné à contenir une masse de substance minérale fondue. Le récipient peut être, par exemple, une machine à filer rotative ou un appareil d'alimentation. According to the present invention, there is provided a method for making non-circular mineral fibers comprising expelling non-circular orifices a molten mineral substance to produce jets of non-circular section, and cooling the jets to harden them in the form of fibers having a configuration of non-circular section similar to the configuration of the orifices, before they can take a circular section. Several of these orifices may be positioned in a wall of a container for containing a mass of molten mineral substance. The container may be, for example, a rotary spinning machine or a feeding apparatus.

Selon un aspect de l'invention, le refroidissement de la substance minérale est effectué en dirigeant un fluide de refroidissement pour l'amener en contact avec le jet de verre dans une proportion et en un lieu suffisants pour empêcher la substance de prendre une section circulaire. According to one aspect of the invention, the cooling of the mineral substance is effected by directing a cooling fluid to bring it into contact with the glass jet in a proportion and at a location sufficient to prevent the substance from taking a circular section. .

Selon la présente invention, il est également proposé un appareil pour fabriquer des fibres minérales non circulaires, comportant une filière à orifices destinée à expulser un ou plusieurs jets de substance minérale fondue, les orifices ayant un rapport modulaire supérieur à environ 1,2, et des moyens pour refroidir les jets afin de former des fibres minérales ayant une configuration de section non circulaire semblable à la configuration des orifices. De préférence, les orifices ont un rapport modulaire compris dans la plage allant approximativement de 1,2 à 50, de manière davantage préférée dans la plage allant approximativement de 1,3 à 25, et de manière encore davantage préférée dans la plage allant approximativement de 1,7 à 10. Les orifices peuvent être trilobés, les trois lobes étant, de manière générale, espacés angulairement les uns des autres, de manière uniforme. According to the present invention, there is also provided an apparatus for making non-circular mineral fibers, having an orifice die for expelling one or more streams of molten mineral substance, the orifices having a modular ratio greater than about 1.2, and means for cooling the jets to form mineral fibers having a non-circular section configuration similar to the configuration of the orifices. Preferably, the orifices have a modular ratio in the range of approximately 1.2 to 50, more preferably in the range of approximately 1.3 to 25, and even more preferably in the range of approximately 1.7 to 10. The orifices may be trilobed, the three lobes being, in general, angularly spaced from one another, in a uniform manner.

La présente invention va maintenant être décrite à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lequels:
la Figure 1 est une vue schématique en élévation d'un appareil pour former des fibres de verre non circulaires continues à partir d'une filière selon les principes de la présente invention;
la Figure 2 est une vue en plan ascendante d'une plaque inférieure de filière présentant un réseau d'orifices non circulaires;
la Figure 3 est une vue en perspective d'un orifice non circulaire de la Figure 2, et d'une fibre de verre non circulaire en cours de formage;
la Figure 4 est un graphique de caractéristiques de fibre en fonction d'une distance par rapport à la filière;
la Figure 5 est une vue schématique en élévation d'un orifice non circulaire selon les principes de la présente invention; ;
les Figures 6 à 9 illustrent des sections non circulaires de fibres de verre fabriquées dans différentes conditions de refroidissement;
la figure 10 est une vue en coupe,à échelle agrandie, de la fibre de verre trilobée de la Figure 9;
la Figure 11 est un graphique indiquant la relation entre le rapport modulaire et la vitesse de refroidissement;
la Figure 12 est une vue isométrique en perspective d'une matrice en résine renforcée par des fibres non circulaires;
la Figure 13 est une vue isométrique en perspective et à échelle agrandie de trois des fibres trilobées de la Figure 12;
la Figure 14 est une vue en plan ascendante d'une paroi inférieure de filière comportant à la fois des orifices circulaires et des orifices non circulaires;
la Figure 15 est une vue schématique en coupe et en élévation de l'invention appliquée à un procédé rotatif;;
la Figure 16 est une vue schématique en élévation de la machine à filer rotative de la Figure 15;
la Figure 17 est une vue en coupe,à échelle agrandie d'une fibre en forme de croissant produite dans l'appareil des Figures 15 et 16;
la Figure 18 est une vue en plan d'un mode de réalisation d'un orifice non circulaire à buse.
The present invention will now be described by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a schematic elevational view of an apparatus for forming continuous non-circular glass fibers from a die in accordance with the principles of the present invention;
Figure 2 is an upward plan view of a die bottom plate having an array of non-circular orifices;
Figure 3 is a perspective view of a non-circular orifice of Figure 2, and a non-circular glass fiber being formed;
Figure 4 is a graph of fiber characteristics as a function of distance from the die;
Figure 5 is a schematic elevational view of a non-circular orifice according to the principles of the present invention; ;
Figures 6 to 9 illustrate non-circular sections of glass fibers made under different cooling conditions;
Figure 10 is a sectional view, on an enlarged scale, of the trilobal fiberglass of Figure 9;
Fig. 11 is a graph showing the relationship between the modular ratio and the cooling rate;
Figure 12 is an isometric perspective view of a resin matrix reinforced with non-circular fibers;
Fig. 13 is an isometric view in perspective and on an enlarged scale of three of the trilobal fibers of Fig. 12;
Figure 14 is an upward plan view of a lower die wall having both circular and non-circular orifices;
Figure 15 is a schematic sectional and elevational view of the invention applied to a rotary process;
Figure 16 is a schematic elevational view of the rotary spinning machine of Figure 15;
Figure 17 is an enlarged sectional view of a crescent-shaped fiber produced in the apparatus of Figures 15 and 16;
Figure 18 is a plan view of an embodiment of a non-circular nozzle orifice.

La présente invention sera décrite en relation avec un procédé et un appareil de formage de fibres de verre, et des produits fabriqués à partir de ceux-ci, bien qu'il soit entendu que le procédé convient à des fibres faites d'autres substances minérales, en particulier de substances minérales telles que roche, laitier et basalte. The present invention will be described in connection with a method and apparatus for forming glass fibers, and products made therefrom, although it is understood that the process is suitable for fibers made from other mineral substances , in particular mineral substances such as rock, slag and basalt.

Comme le montre la Figure 1, des jets de verre fondu 10 sont expulsés d'une paroi inférieure de filière à orifices 12 d'un appareil d'alimentation ou d'une filière 14, et sont étirés sous la forme de fibres 16 par n'importe quel moyen approprié, tel que l'action mécanique d'une bobineuse 18. Un patin collecteur 20 et un applicateur d'ensimage 22 peuvent être utilisés selon la manière connue dans l'art. La filière contient une masse de verre fondu 24 à partir de laquelle les jets de verre fondu sont étirés. Comme illustré, des injecteurs d'air 26, qui constituent des moyens pour refroidir les jets de verre fondu, sont positionnés pour diriger de l'air de manière à ce qu'il vienne en contact avec les jets fondus au moment où ces derniers sont expulsés de la paroi inférieure de filière.Le courant d'air refroidit les jets fondus suffisamment rapidement sous la forme de fibres de verre de telle sorte que celles-ci conservent la configuration générale non circulaire des jets fondus. D'autres fluides de refroidissement appropriés, tels que du dioxyde de carbone, de l'azote, de la vapeur ou de l'eau, peuvent être utilisés pour refroidir les jets de manière forcée. As shown in FIG. 1, jets of molten glass 10 are expelled from a bottom wall of orifice dies 12 of a feed apparatus or a die 14, and are drawn in the form of fibers 16 by n Any suitable means, such as the mechanical action of a coiler 18. A collector pad 20 and a sizing applicator 22 may be used in the manner known in the art. The die contains a mass of molten glass 24 from which the molten glass jets are drawn. As illustrated, air injectors 26, which constitute means for cooling the molten glass jets, are positioned to direct air so that it comes into contact with the melted jets at the moment when they are The stream of air cools the molten streams sufficiently rapidly in the form of glass fibers so that they retain the generally non-circular configuration of the molten streams. Other suitable cooling fluids, such as carbon dioxide, nitrogen, steam or water, may be used to forcibly cool the jets.

Comme le montrent les Figures 2 et 3, la paroi inférieure de filière comporte des orifices trilobés 28, pourvus de lobes positionnés de manière uniforme autour de leur périphérie. Les orifices et les fibres qui en résultent peuvent être de formes diverses, telles que, par exemple, cruciformes, en étoile, à cinq lobes, à huit lobes, ou rectangulaires. As shown in Figures 2 and 3, the lower die wall has trilobal orifices 28 provided with lobes positioned uniformly about their periphery. The orifices and the resulting fibers may be of various shapes, such as, for example, cruciform, star-shaped, five-lobed, eight-lobed, or rectangular.

Pour décrire quantitativement la formation de fibres de verre non circulaires, il est utile de considérer une constante de temps r pour la détérioration de la configuration d'une section non circulaire en une section circulaire. Dès qu'un jet de verre fondu de section non circulaire sort d'un orifice non circulaire, des forces de tension superficielle agissent sur lui pour transformer sa section en section circulaire. En opposition à ces forces, des forces visqueuses tendent à résister aux modifications de forme du jet. Les forces visqueuses augmentent extrêmement rapidement en raison d'un refroidissement qui intervient au moment où le verre fondu du jet s'éloigne del'orifice .Pour réussir à fabriquer des fibres non circulaires, il faut accroitre suffisamment rapidement les forces visqueuses (c'est-à-dire, la viscosité) pour retarder l'effet des forces de tension superficielle. To describe quantitatively the formation of non-circular glass fibers, it is useful to consider a time constant r for the deterioration of the configuration of a non-circular section into a circular section. As soon as a stream of molten glass of non-circular section emerges from a non-circular orifice, surface tension forces act on it to transform its section into a circular section. In opposition to these forces, viscous forces tend to resist changes in jet shape. The viscous forces increase extremely rapidly due to cooling occurring as the molten glass of the jet moves away from the orifice. To succeed in making noncircular fibers, the viscous forces must be increased sufficiently rapidly ( that is, viscosity) to retard the effect of surface tension forces.

On pense que la constante de temps est fonction de la viscosité du verre, du rayon équivalent du jet de verre, et de la tension superficielle, suivant ltéquation:q7=J;Lrl6. Cette équation peut être transformée à l'aide d'un facteur de vitesse pour permettre une intégration sur une distance le long de la fibre, c'est-à-dire, une distance verticale descendante à partir de l'orifice, et non par rapport au temps. It is thought that the time constant is a function of the viscosity of the glass, the equivalent radius of the glass jet, and the surface tension, according to the equation: q7 = J; Lrl6. This equation can be transformed using a velocity factor to allow integration over a distance along the fiber, i.e., a vertical distance down from the orifice, and not by compared to time.

En fonctionnement, lorsqu'il ne s'écoule que quelques constantes de temps avant le durcissement ou l'augmentation importante de de la viscosité du verre, la fibre conserve encore sa forme non circulaire. Mais, lorsque de nombreuses constantes de temps s'écoulent, avant que soit atteinte une viscosité élevée, le Jet de verre retrouve une section circulaire et produit une fibre circulaire. Lorsque l'on intègre l'inverse de la constante de temps sur la distance jusqu'à une atténuation à 100%, on obtient le rapport du temps-pour-devenir-visqueux sur le temps-pour-retrouver-une-section-circulaire.Ce rapport, difficile à mesurer exactement, peut être évalué grâce au rapport Z donné par l'équation suivante: Z U 0/ (x75 oo reo) * (1/vu) * 1/ (MRo-1) dans laquelle:
X75 est la distance à partir de la filière avec une atténuation de 75 pourcents (cm);
est la viscosité initiale (poise);
r est le rayon de fibre équivalent initial (cm);
eo
est est la tension superficielle initiale de la substance
minérale (dynes/cm);
vO est la vitesse initiale (cm/sec) de passage dans les ori
fices; et
MR est le rapport modulaire initial desdits jets.
In operation, when only a few time constants pass before the viscosity of the glass is hardened or substantially increased, the fiber still retains its non-circular shape. But, when many time constants flow, before reaching a high viscosity, the Glass Spray finds a circular section and produces a circular fiber. When we integrate the inverse of the time constant over the distance up to a 100% attenuation, we get the ratio of time-to-become-viscous over time-to-find-a-circular-section This ratio, difficult to measure exactly, can be evaluated thanks to the Z ratio given by the following equation: ZU 0 / (x 75 oo reo) * (1 / seen) * 1 / (MRo-1) in which:
X75 is the distance from the die with attenuation of 75 percent (cm);
is the initial viscosity (poise);
r is the initial equivalent fiber radius (cm);
eo
is is the initial surface tension of the substance
mineral (dynes / cm);
vO is the initial velocity (cm / sec) of passage in the ori
profits; and
MR is the initial modular ratio of said jets.

o
Le facteur 1/(MR -1) est un facteur indicatif du rapport
o modulaire de l'orifice, et,par conséquent, du rapport modulaire initial du jet de verre. On a constaté que cette équation est en corrélation parfaite avec des considérations théoriques illustrées sur la Figure 4, dans laquelle la courbe représente la réciproque de la constante de temps en fonction d'une distance à partir de la filière. L'intégrale est la zone située sous la courbe, et plus la zone située sous la courbe est petite, plus le nombre de constantes de temps écoulées avant durcissement du Jet est faible, et plus, par conséquent, le rapport modulaire est important. On a observé que pour que la fibre finale soit. non circulaire, Z doit être inférieur ou égal à 2, et de préférence inférieur ou égal à 1.
o
Factor 1 / (MR -1) is a factor indicative of the ratio
o Modular orifice, and, therefore, the initial modular ratio of the glass jet. It has been found that this equation is in perfect correlation with theoretical considerations illustrated in Figure 4, in which the curve represents the reciprocal of the time constant as a function of a distance from the die. The integral is the area under the curve, and the smaller the area under the curve, the smaller the number of time constants elapsed before curing the jet, and therefore the modular ratio is important. It has been observed that for the final fiber to be. non-circular, Z must be less than or equal to 2, and preferably less than or equal to 1.

Les forces d'inertie ou la pression du verre au niveau des orifices peuvent influer sur la limite jusqu'à laquelle il est possible de former des fibres non circulaires. La pression peut être générée par n'importe quel moyen, tel que la pression hydrostatique du verre fondu, une pressurisation au gaz de l'appareil d'alimentation, ou une combinaison des deux moyens. Pour la production de fibres de verre continues, la pression hydrostatique se situe de préférence dans une plage allant approximativement de 0,4 psig (2 800 Pascals) à 100 psig (690 000
Pascals). De manière davantage préférée, la substance minérale fondue sera soumise à une pression hydrostatique commprise dans la plage allant approximativement de 0,7 psig (4 800 Pascals) à 5 psig (34 000
Pascals).
Inertial forces or glass pressure at the ports can affect the limit to which non-circular fibers can be formed. The pressure may be generated by any means, such as the hydrostatic pressure of the molten glass, a gas pressurization of the feed apparatus, or a combination of both means. For the production of continuous glass fibers, the hydrostatic pressure is preferably in a range of from about 800 psig (2,800 Pascals) to about 100 psig (690,000 psig).
Pascals). More preferably, the molten mineral will be subjected to a hydrostatic pressure within the range of about 0.7 psig (4,800 Pascals) to about 5 psig (34,000).
Pascals).

Bien que la filière représentée sur les Figures 1 à 3 comporte des orifices sans buses, l'invention peut aussi bien être réalisée avec des orifices à buses. L'orifice de la Figure 5 a une profondeur "t". Although the die shown in FIGS. 1 to 3 has orifices without nozzles, the invention may be realized with nozzle orifices as well. The orifice of Figure 5 has a depth "t".

On a constaté que des orifices moins hauts ou moins profonds permettent d'améliorer ou d'augmenter le rapport modulaire des fibres non circulaires. La profondeur des orifices est, de préférence, comprise dans la plage allant approximativement de 0,001 in. (0,025mm) à 0,250 in. (6,4mm).It has been found that lower or lower apertures make it possible to improve or increase the modular ratio of the non-circular fibers. The depth of the orifices is preferably in the range of approximately 0.001 inches. (0.025mm) to 0.250 in. (6.4mm).

Les fibres minérales produites selon la présente invention auront, en général, des diamètres équivalents compris dans la plage allant approximativement de 0,2x105 in. (0,05 microns) à 300x105 in. The mineral fibers produced according to the present invention will, in general, have equivalent diameters in the range of approximately 0.2x105 in. (0.05 microns) at 300x105 in.

(76 microns) bien que des fibres non circulaires dépassant les limites de cette plage soient réalisables. De préférence, les fibres minérales se situent dans la plage de filments B à Y, c'est-à-dire, dans la plage allant approximativement de 10x10-5 in. (2,5 microns) à 120x10-5 in. (30 microns). De manière davantage préférée, les fibres minérales de la présente invention sont des filaments G à T, compris dans la plage allant approximativement de 35x165in. (8,9 microns) à 95x10-5in. (24 microns).(76 microns) although non-circular fibers exceeding the limits of this range are achievable. Preferably, the mineral fibers are in the range of filaments B to Y, i.e., in the range of approximately 10x10-5 in. (2.5 microns) at 120x10-5 in. (30 microns). More preferably, the mineral fibers of the present invention are G to T filaments in the range of approximately 35x165in. (8.9 microns) at 95x10-5in. (24 microns).

Les Figures 6 à 9 illustrent des sections de quatre fibres non circulaires produites à partir d'un appareil semblable à celui représenté sur les Figures 1 à 3. Ces sections de fibres sont toutes d'une forme semblable à celle de l'orifice trilobé. L'appareil a été contrôlé dans des conditions opératoires sensiblement constantes, excepté pour les vitesses du fluide de refroidissement. Les vitesses ont été différentes pour chacune des fibres. On pense que la vitesse à laquelle le jet de verre fondu est refroidi est fonction de la vitesse de l'agent de refroidissement, lorsque toutes les autres conditions sont identiques. Une fibre 16a de la Figure 6 a été produite avec une vitesse d'air de refroidissement au niveau de l'orifice de filière d'environ 10 mètres par seconde, et possède un rapport modulaire d'environ 1,35.Une fibre non circulaire 16b représentée sur la Figure 7 a été produite avec une vitesse de refroidissement d'environ 15 mètres par seconde, et possède un rapport modulaire d'environ 1,45. Une fibre 16c représentée sur la Figure 8, possèdant un rapport modulaire d'environ 1,75, a été produite avec une vitesse de refroidissement d'environ 20 mètres par seconde. Une fibre non circulaire 16d représentée sur la Figure 9, ayant un rapport modulaire d'environ 2,70, a été produite avec une vitesse de refroidissement d'environ 30 mètres par seconde. Bien que des vitesses de refroidissement allant jusqu'à 60 mètres par seconde, ou plus, peuvent être utilisées en association avec l'invention, il a été constaté que la vitesse de refroidissement préférée de l'air à température ambiante (approximativement 800F, 270C) est inférieure à environ 40 mètres par seconde.De manière davantage préférée, la vitesse de refroidissement est comprise dans la plage allant approximativement de 5 à 30 mètres par seconde. Ces vitesses de refroidissement contrastent avec celles utilisées dans des filières refroidies par air à fonctionnement normal employées pour empêcher un noyage, pour lesquelles des vitesses de refroidissement au niveau des buses de filières sont de l'ordre d'environ 2 à 4 mètres par seconde. Figures 6 to 9 illustrate sections of four non-circular fibers produced from an apparatus similar to that shown in Figures 1 to 3. These fiber sections are all of a shape similar to that of the trilobal orifice. The apparatus was monitored under substantially constant operating conditions, except for coolant velocities. Speeds were different for each fiber. It is believed that the rate at which the molten glass jet is cooled is a function of the coolant speed, when all other conditions are the same. A fiber 16a of Figure 6 has been produced with a cooling air velocity at the die orifice of about 10 meters per second, and has a modular ratio of about 1.35. A non-circular fiber 16b shown in Figure 7 has been produced with a cooling rate of about 15 meters per second, and has a modular ratio of about 1.45. A fiber 16c shown in Figure 8, having a modular ratio of about 1.75, was produced with a cooling rate of about 20 meters per second. A non-circular fiber 16d shown in Figure 9, having a modular ratio of about 2.70, was produced with a cooling rate of about 30 meters per second. Although cooling rates of up to 60 meters per second, or more, can be used in conjunction with the invention, it has been found that the preferred cooling rate of air at ambient temperature (approximately 800F, 270C ) is less than about 40 meters per second. More preferably, the cooling rate is in the range of approximately 5 to 30 meters per second. These cooling rates contrast with those used in normal air-cooled dies used to prevent flooding, for which cooling rates at the die nozzles are in the range of about 2 to 4 meters per second.

Comme le montre la Figure 10, les dimensions de la fibre non circulaire 16d peuvent être caractérisées à l'aide du rapport modulaire, qui correspond au diamètre externe Do divisé par le diamètre interne Di
Le diamètre externe correspond au cercle le plus petit dans lequel on peut placer la section entière. Le diamètre interne correspond au cercle le plus grand que l'on peut placer à l'intérieur de la section-de fibre.
As shown in FIG. 10, the dimensions of the non-circular fiber 16d can be characterized using the modular ratio, which corresponds to the external diameter Do divided by the internal diameter Di
The outer diameter is the smallest circle in which the entire section can be placed. The inner diameter is the largest circle that can be placed inside the fiber section.

Comme illustré sur la Figure 11, le rapport modulaire augmente avec la vitesse de refroidissement. On peut également voir que lorsque la filère est pressurisée, le rapport modulaire augmente. As shown in Figure 11, the modular ratio increases with the cooling rate. It can also be seen that when the die is pressurized, the modular ratio increases.

Sur les Figures 12 et 13, il est montré que des fibres trilobées continues 16d peuvent être fabriquées et positionnées dans une matrice, telle qu'une résine plastique 32, en vue d'un renforcement. Les fibres minérales de la présente invention sont utilisables pour renforcer n'importe quelle matrice organique ou minérale appropriée pour être utilisée en association avec d'autres types de renforcement. Par exemple, des résines thermoplastiques ou thermodurcies, telles que des polyesters ou des résines époxydes, peuvent être utilisées. Des ciments, des métaux à faible point de fusion, et des matrices en silicate peuvent également être renforcés.Des matrices renforcées à l'aide de fibresminéralesnoncirculai- res de la présente invention.peuvent en même temps être également renforcées par n'importe quel autre renforcement approprié, tel que des fibres minérales ou des fibres organiques circulaires. In Figures 12 and 13, it is shown that continuous trilobal fibers 16d can be fabricated and positioned in a matrix, such as a plastic resin 32, for reinforcement. The mineral fibers of the present invention are useful for reinforcing any organic or mineral matrix suitable for use in combination with other types of reinforcement. For example, thermoplastic or thermoset resins, such as polyesters or epoxy resins, may be used. Cements, low-melting metals, and silicate matrices may also be reinforced. Dies reinforced with the non-core sidewires of the present invention may at the same time be reinforced by any other suitable reinforcement, such as mineral fibers or circular organic fibers.

Comme le montre la Figure 14, la paroi inférieure de filière 12 peut comporter à la fois des orifices non circulaires 28 et des orifices circulaires 34 pour produire de jets de fibres, dont certains ont des sections circulaires et d'autres des sections non circulaires. As shown in Figure 14, the lower die wall 12 may have both non-circular orifices 28 and circular orifices 34 to produce fiber jets, some of which have circular sections and others non-circular sections.

Comme illustré sur la Figure 18, une filière à buse peut être utilisée pour produire des fibres non circulaires de l'invention. Les trois branches 54 de l'orifice présentent des extrémités de branches évasées 56. L'orifice est formé dans l'extrémité inférieure d'une buse tubulaire à extrémité fermée 58. As illustrated in Figure 18, a nozzle die can be used to produce non-circular fibers of the invention. The three branches 54 of the orifice have ends of flared limbs 56. The orifice is formed in the lower end of a tubular nozzle with closed end 58.

Lorsque l'invention est mise en oeuvre en utilisant le procédé rotatif, le "récipient" est une machine à filer rotative et non un appareil d'alimentation ou une filière, et les orifices non circulaires sont positionnés dans la paroi périphérique de la machine à filer rotative au lieu d'être positionnés dans la paroi inférieure de filière. When the invention is implemented using the rotary method, the "container" is a rotary spinning machine and not a feed apparatus or a die, and the non-circular orifices are positioned in the peripheral wall of the machine. rotating spinning instead of being positioned in the lower die wall.

Sur la Figure 15, on voit que la machine à filer rotative 42 peut être alimenté en verre fondu 40. Le verre fondu se heurte contre une paroi inférieure 44 de la machine à filer rotative et s'écoule vers l'extérieur sous l'effet d'une force centrifuge en direction de la paroi périphérique 46 de la machine. La paroi périphérique de la machine à filer rotative comporte des orifices non circulaires 48 par lesquels se dégagent des jets fondus de verre 50. Le déplacement relatif des jets de verre qui se dégagent de la machine et l'air environnant celle-ci entraînent un refroidissement des jets fondus sous la forme de fibres de verre 52. Dans une certaine mesure, la vitesse de refroidissement peut être contrôlée par la vitesse de rotation de la machine à filer. Une machine soufflante annulaire, telle que la machine soufflante 54, peut être positionnée concentriquement autour de la machine à filer rotative pour rabattre les fibres vers le bas en vue de les collecter, ce qui peut être réalisé par des moyens classiques. In FIG. 15, it can be seen that the rotary spinning machine 42 can be fed with molten glass 40. The molten glass collides with a lower wall 44 of the rotary spinning machine and flows outwards under the effect centrifugal force towards the peripheral wall 46 of the machine. The peripheral wall of the rotary spinning machine has non-circular orifices 48 through which molten glass jets 50 emerge. The relative displacement of the jets of glass that emanate from the machine and the air surrounding it cause cooling. Molten jets in the form of glass fibers 52. To a certain extent, the cooling rate can be controlled by the speed of rotation of the spinning machine. An annular blower, such as the blower 54, can be positioned concentrically around the spinning machine to fold the fibers downward for collection, which can be accomplished by conventional means.

Il est possible d'équiper la machine à filer rotative d'orifices non circulaires de formes diverses, telles que des fentes ou des croix, et de configurations différentes. Comme illustré sur la Figure 16, la machine à filer rotative peut être équipée d'orifices en forme de croissants pour produire des fibres de verre 52 ayant la configuration de section représentée sur la Figure 17. It is possible to equip the rotary spinning machine with non-circular orifices of various shapes, such as slots or crosses, and of different configurations. As illustrated in FIG. 16, the spinning spinning machine may be provided with crescent-shaped orifices to produce glass fibers 52 having the sectional configuration shown in FIG. 17.

EXEMPLE I
Des fibres de verre E tri lobées continues ayant un rapport modulaire
moyen d'environ 2,3 ont été fabriquées à partir d'une filière sans buse pourvue de 20 orifices trilobés dans les conditions suivantes.
EXAMPLE I
Continuous tri-lobed E-glass fibers having a modular relationship
The average of about 2.3 was made from a nozzleless die with 20 trilobal holes under the following conditions.

Dimensions d'orifice trilobé:
profondeur: 0,015in. (0,38 mm)
largeur de chaque branche: 0,009 in. (0,23 mm)
longueur de chaque branche
jusqu'au centre de l'orifice: 0,027 in. (0,69 mm)
Température du verre: 21900F (12000C)
Type de verre: 200E
Pression dans la filière (totale): 8,7 psig (60 KPa)
Débit de verre: 0,034lb/hr/hole (0,26 g/min/orifice)
Nombre de filaments: 20
Disposition d'orifices: 2 rangées, 10 orifices/rangée, disposition
en quinconce,
espace entre rangées: 0,125 in. (3,18 mm)
espacement des orifices sur une rangée:
0,120 in. (3,05 mm)
Agent de refroidissement: air à 800F (270C)
Dimensions d'inJecteur de refroidissement:hcrizcntal.1,5 in. (38,1 mm) x
vertical. 0,25 in. (6,35 mm)
Position d'injecteur de refroidissement: 1 in. (25 mm) de l'axe médian de
la buse (axe médian entre deux rangées)
angle de 15 degrés par rapport à l'horizontale
Débit d'injecteur de refroidissement: 300 scfh (10,2 kg/hr)
Vitesse de refroidissement: 32 ft/s (9,8 m/s) au niveau de
l'injecteur
29-32 ft/s (8,8-9,8 m/s) au niveau de l'axe
médian de la filière
(très légère détérioration de la vitesse, le
cas échéant)
Vitesse de bobineuse: 1550 ft/min (7,87 m/s)
Diamètre de fibre moyen: filament M,65 HT (16,5microns)sur la base
de l'aire de section
EXEMPLES II & III
Des fibres de verre E trilobées continues ont été fabriquées à l'aide d'une filière à buse pourvue de 14 orifices en utilisant le refroidissement par écran à ailettes. Les buses étaient des buses tubulaires à extrémités fermées, pourvues d'orifices présentant le motif représenté sur la Figure 18, usiné dans la partie inférieure de buse. Les dimensions particulières du motif utilisé ont déterminé les rapports modulaires de fibres finals. Les conditions suivantes ont été appliquées à toutes les buses.
Trilobal orifice dimensions:
depth: 0.015in. (0.38 mm)
width of each branch: 0.009 in. (0.23 mm)
length of each branch
to the center of the orifice: 0.027 in. (0.69 mm)
Glass temperature: 21900F (12000C)
Glass type: 200E
Filtration pressure (total): 8.7 psig (60 KPa)
Glass flow rate: 0.034lb / hr / hole (0.26 g / min / orifice)
Number of filaments: 20
Orifice arrangement: 2 rows, 10 holes / row, arrangement
in a staggered arrangement,
space between rows: 0.125 in. (3.18 mm)
spacing of holes in a row:
0.120 in. (3.05 mm)
Coolant: air at 800F (270C)
Injector dimensions of cooling: hcrizcntal.1,5 in. (38.1 mm) x
vertical. 0.25 in. (6.35 mm)
Cooling injector position: 1 in. (25 mm) from the median axis of
the nozzle (median axis between two rows)
15 degree angle to the horizontal
Cooling injector flow: 300 scfh (10.2 kg / hr)
Cooling rate: 32 ft / s (9.8 m / s) at the level of
injector
29-32 ft / s (8.8-9.8 m / s) at the axis
median of the sector
(very slight deterioration in speed, the
optionally)
Winder speed: 1550 ft / min (7.87 m / s)
Medium fiber diameter: M filament, 65 HT (16.5microns) based
section area
EXAMPLES II & III
Continuous trilobal glass fibers E were made using a nozzle die with 14 holes using finned screen cooling. The nozzles were closed-ended tubular nozzles having orifices having the pattern shown in Figure 18, machined in the lower nozzle portion. The particular dimensions of the pattern used determined the modular ratios of final fibers. The following conditions were applied to all nozzles.

Diamètre de tube de buse: 0;130 in. (3,3 mm)
Longueur de tube de buse: 0,240 in. (6,1 mm)
Epaisseur terminale de buse (profondeur d'orifice): 0,011 in. (0,28mm)
Modèle de buse: 2 rangées, 7 buses/rangée, modèle rectiligne
espace entre rangées- 0,030 in. (7,6 mm)
espacement des buses sur une rangée- 0,23 in.(5,8 mm)
Géométrie d'écran à ailettes: épaisseur d'ailette- 0,055 in.
Nozzle tube diameter: 0; 130 in. (3.3 mm)
Nozzle tube length: 0.240 in. (6.1 mm)
Terminal Thickness (orifice depth): 0.011 in. (0,28mm)
Nozzle model: 2 rows, 7 nozzles / row, rectilinear model
space between rows - 0.030 in. (7.6 mm)
nozzle spacing on a row - 0.23 in. (5.8 mm)
Finned screen geometry: fin thickness - 0.055 in.

(1,4mm)
hauteur d'ailette- 0,625 in. (15,9 mm)
longueur d'ailette- 1,68 in. (42,7 mm)
espacement des pales formant ailettes
0,23 in. (5,8 mm)
Type de verre: 200E
Température de verre: 22500F (12300C)
Pression dans la filière (totale): 1,1 psig (7,6 KPa)
Vitesse de bobineuse: approximativement 750 ft/min (3,81 m/s)
Cette valeur à quelque peu varié au cours des expériences.
(1.4mm)
fin height - 0.625 in. (15.9 mm)
fin length - 1.68 in. (42.7 mm)
spacing of blades forming fins
0.23 in. (5.8 mm)
Glass type: 200E
Glass temperature: 22500F (12300C)
Die pressure (total): 1.1 psig (7.6 KPa)
Winder speed: approximately 750 ft / min (3.81 m / s)
This value varies somewhat during the experiments.

EXEMPLE II
Dimensions d'orifices: P - 0,025 in. (0,64 mm)
R- 0,020 in. (0,51 mm)
L - 0,010 in. (0,25 mm)
Débit de verre: 0,018 lb/hr/hole (0,14 gm/min/ orifice)
Diamètre de fibre moyen: filament N, 70 HT (17,8 microns)
Rapport modulaire moyen: 2,2
EXEMPLE III
Dimensions d'orifices: P - 0,025 in. (0,64 mm)
R- 0,020 in. (0,51 mm)
L - 0,005 in. (0,13 mm)
Débit de verre: 0,014 lb/hr/hole (0,106 gm/min/ orifice)
Diamètre de fibre moyen: filament L, 59 HT (14,9 microns)
Rapport modulaire moyen: 5,3
Il apparaît de manière évidente à partir de la description précédente que différentes modifications peuvent être apportées à la présente invention sans toutefois sortir du cadre de l'invention.
EXAMPLE II
Orifice dimensions: P - 0.025 in. (0.64 mm)
R-0.020 in. (0.51 mm)
L - 0.010 in. (0.25 mm)
Glass flow rate: 0.018 lb / hr / hole (0.14 gm / min / orifice)
Medium fiber diameter: N filament, 70 HT (17.8 microns)
Average Modular Report: 2.2
EXAMPLE III
Orifice dimensions: P - 0.025 in. (0.64 mm)
R-0.020 in. (0.51 mm)
L - 0.005 in. (0.13 mm)
Glass flow rate: 0.014 lb / hr / hole (0.106 gm / min / orifice)
Medium fiber diameter: filament L, 59 HT (14.9 microns)
Average modular ratio: 5.3
It is evident from the foregoing description that various modifications can be made to the present invention without departing from the scope of the invention.

On constatera que cette invention est utile pour la production de fibres de verre destinées à être utilisées comme produits d'isolation thermique et acoustique, et comme renforcements pour des matrices en résines.  It will be seen that this invention is useful for the production of glass fibers for use as thermal and acoustic insulation products, and as reinforcements for resin matrices.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des fibres minérales non circulaires (16, 52) ayant un rapport modulaire supérieur à environ 1,2, caractérisé en ce qu'il consiste à expulser d'orifices non circulaires (28, 48) une substance minérale fondue (24, 40) dont le liquidus est supérieur à environ 12000F (6490 C) pour produire des jets fondus de section non circulaire (10, 50), lesdits orifices non circulaires étant positionnés dans une paroi (12, 46) d'un récipient (14, 42) destiné à contenir une masse de substance minérale fondue et la substance minérale desdits jets ayant une viscosité initiale faible au point que lesdits jets prendraient des sections circulaires en l'absence d'un refroidissement, et à refroidir lesdits jets pour les durcir sous la forme de fibres minérales (16, 52) ayant une configuration de section non circulaire semblable à la configuration desdits orifices avant que les jets (10, 50) ne puissent prendre des sections circulaires. Process for producing non-circular mineral fibers (16, 52) having a modular ratio greater than about 1.2, characterized in that it expels non-circular orifices (28, 48) a molten mineral substance ( 24, 40) whose liquidus is greater than about 12000F (6490 C) to produce molten jets of non-circular section (10, 50), said non-circular orifices being positioned in a wall (12, 46) of a container ( 14, 42) for containing a mass of molten mineral substance and the mineral substance of said jets having a low initial viscosity so that said jets would take circular sections in the absence of cooling, and to cool said jets to harden them. in the form of mineral fibers (16, 52) having a configuration of non-circular section similar to the configuration of said orifices before the jets (10, 50) can take circular sections. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la viscosité (poises) sur la tension superficielle (dynes/cm) est compris dans la plage allant approximativement de 0,1 à 25. 2. Method according to claim 1, characterized in that the ratio of the viscosity (poise) to the surface tension (dynes / cm) is in the range of approximately 0.1 to 25. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits orifices non circulaires (28) sont positionnés dans une paroi de filière (12) d'un appareil d'alimentation (14) pour former des fibres de verre continues (16). The method of claim 1, characterized in that said non-circular orifices (28) are positioned in a die wall (12) of a feed apparatus (14) to form continuous glass fibers (16). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits orifices non circulaires (48) sont positionnés dans la paroi périphérique (46) d'une machine à filer rotative (42) pour centrifuger des fibres minérales. 4. Method according to claim 1, characterized in that said non-circular orifices (48) are positioned in the peripheral wall (46) of a rotary spinning machine (42) for centrifuging mineral fibers. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la substance minérale fondue (24) contenue dans ladite filière (14) a, au niveau des orifices (28), une pression comprise dans la plage allant approximativement de 0,4 psig (2 800 Pascals) à 100 psig (690 000 Process according to claim 3, characterized in that the molten mineral substance (24) contained in said die (14) has a pressure in the range of approximately 0.4 psig at the ports (28) ( 2,800 Pascals) at 100 psig (690,000 Pascals).Pascals). 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir lesdits jets (10) en dirigeant un fluide de refroidissement pour l'amener en contact avec ceux-ci. 6. Method according to claim 3, characterized in that it consists in cooling said jets (10) by directing a cooling fluid to bring it into contact therewith. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir lesdits jets (10) à l'aide d'écrans à ailettes.  7. Method according to claim 6, characterized in that it consists in cooling said jets (10) using finned screens. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de refroidissement est suffisante pour satisfaire à l'équation: Z 4 2 dans laquelle:  8. Process according to claim 3, characterized in that said cooling step is sufficient to satisfy the equation: Z 4 2 in which: et dans O reO) o et dans laquelle:  and in OreO) o and in which: X75 est la distance à partir de la filière avec une atténua X75 is the distance from the die with an attenu tion (cm) de 75 pourcents; (cm) 75 percent; est la viscosité initiale (poise); is the initial viscosity (poise); r est le rayon de fibre équivalent initial (cm); est est la tension superficielle initiale de la substance  r is the initial equivalent fiber radius (cm); is is the initial surface tension of the substance minérale (dynes/cm); mineral (dynes / cm); vO est la vitesse initiale (cm/sec) de passage dans lesdits vO is the initial velocity (cm / sec) of passage in said orifices; et ports; and MRo est le rapport modulaire initial desdits jets. MRo is the initial modular ratio of said jets. 9. Appareil pour fabriquer des fibres minérales non circulaires (16) ayant un rapport modulaire supérieur à environ 1,2, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi de filière à orifices (12) pour expulser un ou plusieurs jets (10) d'une substance minérale fondue (24) dont le liquidus est supérieur à environ 12000F (6490C), ladite paroi de filière à orifices étant positionnée dans un récipient (14) destiné à contenir une masse de substance minérale fondue et la substance minérale desdits jets ayant une viscosité initiale faible au point que lesdits jets prendraient des sections circulaires en l'absence d'un refroidissement, les orifices (28) ayant un rapport modulaire compris dans la plage allant approximativement de 1,3 à 25, et des moyens (26) pour refroidir lesdits jets afin de former des fibres minérales ayant une configuration de section non circulaire semblable à la configuration desdits orifices. Apparatus for producing non-circular mineral fibers (16) having a modular ratio greater than about 1.2, characterized in that it comprises an orifice die wall (12) for expelling one or more jets (10) from a molten mineral substance (24) whose liquidus is greater than about 12000F (6490C), said orifice die wall being positioned in a container (14) for containing a mass of molten mineral substance and the mineral substance of said jets having a low initial viscosity such that said jets would take circular sections in the absence of cooling, the orifices (28) having a modular ratio in the range of approximately 1.3 to 25, and means (26) for cooling said jets to form mineral fibers having a non-circular section configuration similar to the configuration of said orifices. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite paroi de filière (12) est positionnée dans un appareil d'alimentation (14) pour former des fibres de verre continues (16). Apparatus according to claim 9, characterized in that said die wall (12) is positioned in a feed apparatus (14) to form continuous glass fibers (16). 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite paroi de filière à orifices (12) correspond à la paroi périphérique (46) d'une machine à filer rotative (42) pour centrifuger des fibres minérales (52).  Apparatus according to claim 9, characterized in that said orifice die wall (12) corresponds to the peripheral wall (46) of a spinning spinning machine (42) for centrifuging mineral fibers (52). 12. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (54) comportent des écrans à ailettes.  12. Apparatus according to claim 10, characterized in that said cooling means (54) comprise finned screens.
FR8613878A 1986-02-14 1986-10-06 NON-CIRCULAR MINERAL FIBERS AND METHOD AND APPARATUS FOR THEIR MANUFACTURE Expired - Lifetime FR2594432B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/829,673 US4622054A (en) 1984-12-03 1986-02-14 Method and apparatus for making non-circular mineral fibers
US06/830,382 US4636234A (en) 1984-12-03 1986-02-14 Method and apparatus for making non-circular mineral fibers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2594432A1 true FR2594432A1 (en) 1987-08-21
FR2594432B1 FR2594432B1 (en) 1992-10-23

Family

ID=27125288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8613878A Expired - Lifetime FR2594432B1 (en) 1986-02-14 1986-10-06 NON-CIRCULAR MINERAL FIBERS AND METHOD AND APPARATUS FOR THEIR MANUFACTURE

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPH0617244B2 (en)
CA (1) CA1274394A (en)
DE (1) DE3634001A1 (en)
FR (1) FR2594432B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011100710A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Conversion element for light-emitting diodes and manufacturing method
JP7225889B2 (en) * 2018-11-15 2023-02-21 日本電気硝子株式会社 BUSHING, GLASS STRAND MANUFACTURING APPARATUS, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND GLASS STRAND

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1341710A (en) * 1962-09-24 1963-11-02 Owens Corning Fiberglass Corp Method and apparatus for producing filaments of heat-softenable materials
FR2505811A1 (en) * 1981-05-14 1982-11-19 Saint Gobain Vetrotex IMPROVEMENTS IN THE MANUFACTURE OF GLASS FIBERS
EP0196194A1 (en) * 1985-03-23 1986-10-01 Nitto Boseki Co., Ltd. Glass fiber strand and method of producing the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3063094A (en) * 1959-07-29 1962-11-13 Owens Corning Fiberglass Corp Method and apparatus for producing filaments of heat-softenable materials
DE1191928B (en) * 1961-07-20 1965-04-29 Owens Corning Fiberglass Corp Method and apparatus for the production of continuous threads with a flat cross-section from materials that can be softened in the heat, preferably minerals such as glass
JPS5331821A (en) * 1976-08-31 1978-03-25 Nitto Boseki Co Ltd Production of glass fibers
US4437869A (en) * 1979-11-20 1984-03-20 Societe Vetrotex Saint-Gobain Method and apparatus for multifilament glass strand
JPS58104214A (en) * 1981-12-16 1983-06-21 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Spinneret for spinning modified cross section fiber
JPS61219731A (en) * 1985-03-23 1986-09-30 Nitto Boseki Co Ltd Production of glass fiber

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1341710A (en) * 1962-09-24 1963-11-02 Owens Corning Fiberglass Corp Method and apparatus for producing filaments of heat-softenable materials
FR2505811A1 (en) * 1981-05-14 1982-11-19 Saint Gobain Vetrotex IMPROVEMENTS IN THE MANUFACTURE OF GLASS FIBERS
EP0196194A1 (en) * 1985-03-23 1986-10-01 Nitto Boseki Co., Ltd. Glass fiber strand and method of producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
FR2594432B1 (en) 1992-10-23
DE3634001A1 (en) 1987-08-20
JPH0617244B2 (en) 1994-03-09
JPS62191436A (en) 1987-08-21
CA1274394A (en) 1990-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BE905560A (en) Quenching streams of molten mineral material - to form mineral fibres of non-circular cross=section and high mod ratio
CA2107671C (en) Process for the manufacture of a composite thread and composite products obtained from said thread
CH633763A5 (en) Fiberising glass using orificed centrifugal spinner
US20120056342A1 (en) Apparatus, systems and methods for producing particles using rotating capillaries
FR2560086A1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR ATOMIZING UNSTABLE CURRENTS OF A FUSED MASS
KR102019787B1 (en) Hot-dipped facility and hot-dipped method thereof
JP2004533317A (en) Method and apparatus for atomizing liquid material
EP0325116A2 (en) Process for the preparation of ultra-fine polymer fibres
EP3884088A1 (en) Spinneret block with readily exchangable nozzles for use in the manufacturing of spun-blown fibers
FR2499902A1 (en) HOLLOW FIBER MODULE, AND METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING THE SAME
CA2392338C (en) Method and device for forming mineral wool by internal centrifuging
FR2594432A1 (en) Noncircular inorganic fibres and process and apparatus for their manufacture
FR2470098A1 (en) METHOD AND APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OF GLASS FIBERS
EP2516339B1 (en) Fiber structure centrifuge, and device and method for forming mineral fibers
EP0069601A1 (en) Apparatus and method for the mechanical drawing of continuous fibres of differing sections, and fibres thus produced
WO2010105329A1 (en) Apparatus, systems and methods for producing particles using rotating capillaries
DE10112089B4 (en) Device for the production of synthetic fibers
FR2459783A1 (en) Fiberising glass using orificed centrifugal spinner - feeding glass to spinner via rotating basket with single row of apertures
JPH0333206A (en) Disk for centrifugal spinning
US3725517A (en) Powder production by gas atomization of liquid metal
US5139551A (en) Method of producing spherical products
EP0795388A1 (en) Method and apparatus for internal cooling of plastic pipes
BE410058A (en)
FR2488241A1 (en) Mfr. of fibres of thermoplastic materials - from a flow of melt moving into a rotating disc having a peripheral strip comprising a large number of small orifices
JPS5854099B2 (en) Equipment for manufacturing fibers made from thermosoftening substances

Legal Events

Date Code Title Description
TP Transmission of property
CA Change of address
CD Change of name or company name
ST Notification of lapse