HU212585B

HU212585B - Method and apparatus for the production of fibers from glass or another thermoplastic materials

Info

Publication number: HU212585B
Application number: HU9202059A
Authority: HU
Inventors: Yannick Blandin; Francis Mosnier; Daniel Sainte-Foi
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1996-08-29
Also published as: SK280750B6; NO305747B1; AU1826592A; IE921954A1; NO922391L; BR9202334A; JPH05213625A; DE69205732T2; KR930000401A; US5277706A; EP0519797A1; CA2071561A1; IE74161B1; KR100238743B1; ES2081585T3; FI922854A0; HUT64286A; AU655285B2; AR245960A1; CZ190592A3

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés üvegből vagy más hőre lágyuló anyagból belső centrifugálással történő szálképzésre. Ezt az eljárást és berendezést különösen üveggyapot ipari előállításánál alkalmazzák, amelyet azután hő- és/vagy hangszigetelő termékeknél használnak fel.

A szálképzésre vonatkozó eljárás, amelyre a találmány vonatkozik, abból áll, hogy az olvadt üvegszálat bevezetik egy centrifugáló berendezésbe, amelyet szálképző tányérnak is neveznek, és ez nagy sebességgel forog és kerületén nyílásokkal van átfúrva, amely nyílásokon keresztül az üveg a centrifugális erő hatására filamentek alakjában kidobődik. A Alámentek ezután gyűrű alakú húzó levegőáram hatásának vannak kitéve, amelynek nagy hőmérséklete és sebessége van és a centrifuga falai mentén áramlik. Ez a levegőáram elvékonyítja a filamenteket és szálakká alakítja. Nagy hőmérséklet és sebesség alatt a találmány értelmében olyan hőmérsékletet értünk, amely legalább 500 *C-nál nagyobb és olyan sebességet, amely 50 m/s-nál nagyobb vagy azzal egyenlő. A képzett szálakat ez a nyújtó gázáram egy fogadóberendezés felé viszi, amelyet általában egy gázt áteresztő sáv képez. Ezt az eljárást számos módon tökéletesítették már és ezeket a módszereket az US 2 991 507, az FR 2 147 765, az FR 2 459 783 és FR 2 443 436, az EP 91 381 és EP 91 866 sz. szabadalmak ismertetik.

Bár a nyújtó gázáram sebessége nagyon nagy és rendszeresen nagyobb a filamentek kibocsátási sebességénél, a szálak kinetikai energiája elegendő ahhoz, hogy azok közül sok behatoljon a nyújtó gázáramba, amely a centrifugát körülveszi, néhány milliméter vastagságban. Ez a nyújtó gázáram ezt követően közvetlenül a centrifuga alatt szétterjed, ami azt jelenti, hogy ezek a szálak nagy felületen szétszóródnak. Végül a szálak pályája elhajlik, hogy a néhány méterrel alább elhelyezett fogadószőnyegre essenek. A fogadószőnyeg ily módon a szétszórt szálakat felfogja egy hengeres tartályba, amelynek kis átmérője van a szőnyeg szélességéhez viszonyítva, ami rendkívül nehézzé teszi a szálak egyenletes elosztását a szőnyegen.

Ezenfelül a centrifuga termikus egyensúlyát a leggyakrabban indukciós fűtés biztosítja, gyűrű alakú induktor segítségével, amelyet villamos áram táplál. A maximális hatékonyságot akkor lehet elérni, ha a gyűrű alakú induktor közel van a centrifugához. Mivel az alkalmazott centrifugák célszerűen fenék nélküli centrifugák, az induktor felszerelése nem történhet másképpen, mint hogy azt közvetlenül a centrifuga külsejére szerelik, azzal koncentrikusan. Ennek következtében a szálak számára csak egy viszonylag keskeny tér marad szabadon, amelyet azonban mindenképpen meg kell tartani annak érdekében, hogy megakadályozzuk azt, hogy az induktor ne okozzon olyan akadályt, ami károsan hat a végtermék minőségére és amely nem tudna hosszú ideig üzemelni, mert eltömítenék azok a szálak, amelyek nekiütköznek és rátapadnak.

Ennek a problémának a kiküszöbölésére ismeretes, hogy a nyújtó gázáramot egy hideg, gáznemű paplannal vesszük körül, amely megfelelő módon vezeti. Ezt a gáznemű paplant a gyűrű alakú égőt körülvevő fúvókoszorú hozza létre. Annak következtében, hogy a paplan hideg, hozzájárul a szálak lehűtéséhez, amelyeknek mechanikai szilárdsága javul a hőre-keményedés hatására.

A gáznemű paplant például egy fúvókoszorú segítségével lehet létrehozni, mint amilyet az US 2 991 507 sz. szabadalmi leírás ismertet és amelynél ez gyűrű alakú csőből áll, amelyen egy kerületi rés vagy egy sorozat nyílás van, és a sugarak széttartása biztosítja a folyadék gát folyamatosságát, amely gát legkésőbb a centrifuga első nyílássorának magasságában képződik. A sorokat a szakmában jártas körökben szisztematikusan felülről lefelé számolják. Ily módon egy tömített, a szálak által át nem hatolható gát képződik, ami azt jelenti, hogy a szálak ily módon vezetve vannak.

Mindezek ellenére a szálpaplan beburkolása nem oldja meg a szálak eloszlásának problémáját, sem pedig azokat a problémákat, amelyek a csomók képződéséből származnak a szálak összekuszálódása által. Mielőtt a csomók képzésének mechanizmusára rátérnénk, hangsúlyozni kívánjuk, hogy ez az oka a legtöbb hibának, amelyet a végterméken lehet megfigyelni.

Elsősorban ezek a csomók a szálak helyileg heterogén eloszlásához vezetnek, és minél hosszabb a csomó, annál zavaróbb a hiba, úgyhogy a csomónak az a tendenciája lesz, hogy saját magán gördüljön és így felhalmozódva bizonyos szakaszokban nem lesz szál.

Ezekben a szakaszokban a tennék felületi tömege kisebb lesz, ami a termék bizonyos tulajdonságait helyileg megváltoztatja. Ahhoz, hogy egy minimális megjelenési szintet biztosítsunk, ezeket a helyi hibás szakaszokat egy száltöbblettel ki kell egyenlíteni, ami a termék árát növeli.

Másrészt a csomókban a szálak orientációja más, mint a különálló szálak általános orientációja, amely maga eltérhet attól az orientációtól, ami kívánatos a végtermékben. A csomók tehát bonyolítják ennek a végső orientációnak a létrehozását, amely orientáció a szigetelő tulajdonságokat, a rétegelési készséget és a törési ellenállást befolyásolja.

Azonkívül ezek a csomók nagyon gyakran igen magasan képződnek a szálképző és a szálakat befogadó kürtőben, mielőtt a szálakra egy kötőanyagot porlasztanánk. Ha a szálak nincsenek jól elszigetelve a kötőanyag felvitelekor, akkor a kötőanyag eloszlása nem teljesen homogén és a fel nem ragadt szálak a végtermékben fehér foltok alakjában jelennek meg, szemben a kötőanyag által színezett szálakkal. A tennék megjelenését ez nem túlzottan befolyásolja, de annak mechanikai tulajdonságait, mint például húzással szembeni szilárdságát, a szálak szakítási szilárdságát, a merevséget, a megduzzadást és a vágási készséget már jelentősen befolyásolja.

Mindezek a paraméterek többé-kevésbé fontos módon szerepet játszanak a termék típusa szerint, ami általában vagy könnyű termék, amelynek sűrűsége általában 25 vagy 15 kg/m³-nél kisebb és általában henger alakban áll rendelkezésre, vagy nehéz tennék, amelynek sűrűsége nagyobb mint 30 kg/m³ és amely

HU 212 585 Β olyan felhasználási körülményeknek van kitéve, ahol jó mechanikai szilárdságra van szükség. Hangsúlyoznunk kell azonkívül, hogy ha a nehéz vagy könnyű termékeknél a megkívánt tulajdonságok kissé eltérőek is, kívánatos, hogy többértékű gyártási sorok álljanak rendelkezésre, azaz ezek olyan eszközökkel legyenek felszerelve, amelyek a felmerülő problémákat megoldani készek, különösen azon problémákat, amelyek a csomók képződésével kapcsolatosak, mégpedig a lehető legnagyobb mértékben és nem olyan tüneti eszközökkel, amelyek a nehéz vagy könnyű termékeknek csak bizonyos, speciális hibáit küszöbölik ki.

Ebben a gondolati sorrendben a megoldást nem csupán az elosztóberendezések adják, amelyek lehetnek mechanikusak vagy pneumatikusak, mint amilyeneket a 69 321 és 125 963 sz. európai szabadalom közzétételi irata ismertet, ahol a szálkötegeket lengő mozgásba hozzák, mert valójában ezek a berendezések csak a felületi tömeg végső elosztásának szempontjából hatásosak, nem pedig a csomóképződéssel szemben és teljes mértékben hatástalanok, ami a hosszú csomók problémáját illeti.

Azonkívül meg kell jegyezni, hogy ezek a berendezések hosszú és bonyolult szabályozást igényelnek, amelyet csak nagyon gyakorlott kezelőszemély tud elvégezni és amelyet változtatás esetén mindenkor meg kell ismételni. Hangsúlyoznunk kell, hogy ennek a szabályozásnak a nehézsége abban áll, hogy gyakorlatilag lehetetlen a különböző mechanizmusokat befolyásoló tényezőket elszigetelni, a fúvókoszorú bizonyos szerepet játszik a szálak képzésének folyamatában és a csomók képzésében, de ez a szerep nem választható el a szálpaplan kialakításától.

A találmány tárgyát képező szálképző eljárásban a 91 866 sz. EP szabadalomban részletesen felsorolt meggondolások feltételezni engedik, hogy még akkor is, ha a szálképzés egy komplex jelenség következménye, ahol a centrifuga mozgásai és a meleg nyújtó gázáram játszanak szerepet, a legelfogadhatóbb hipotézis az, hogy a szál lényegében egy mechanikus hatás következtében jön létre, mert a szál egyrészt ,já van akasztva” a centrifugára, másrészt a gázáram által kifejtett súrlódás húzza. A gázáram nagy hőmérséklete a Alámentet a fluiditás állapotában tartja, ami előnyös a nyújtáshoz. Ennek a mechanikai hipotézisnek azonban korlátja is van, mert a levékonyított Alámentek törékenyek a gázárammal való ütközésnél és önmaguk között is, mert a centrifuga fúrt lyukainak sűrűsége általában

15-50 nyílás négyzetcentiméterenként, így tehát számos ütközés jön létre. Azonkívül a fuvókoszorú által létrehozott folyékony gát lehűlve hirtelen lassítani fogja a szálak nyújtását. Azonkívül úgy tűnik, hogy a szálak a fúvókoszorúra visszapattannak és a Alámentek felé haladnak a szálképzés során, ami a szálak összekeveredését elősegíti.

Annak érdekében, hogy jobban megértsük a fúvókoszorú szerepét, más szálképző eljárásokra hivatkozunk, amelyek sok hasonlóságot mutatnak az itt ismertetett eljárással, de egyszerűbb azokat megmagyarázni, mert nem tartalmaznak égőt, úgy hogy a fúvókoszorú a

Alámentekre és nem a szálakra vagy a szálak és filamentek keverékére hat.

Az első ilyen eljárás a 4 302 234 és 4 303 430 sz. USA szabadalmakból ismerhető meg és egy szálképző eljárásból áll belső centrifugálással és hideg gázárammal történő nyújtással. Ebben az esetben a centrifuga által kidobott Alámenteket egy széles szájú égő tartja megfelelő hőmérsékleten, amely kis sebességű meleg gázáramot hoz létre. Ez a gázáram a centrifugált Alámenteket képlékeny állapotban tartja anélkül, hogy azok nyújtásában közvetlenül résztvenne. A nyújtást különálló, turbulens gázáramok hozzák létre, amelyeket fúvókoszorú bocsát ki, amelyen a sugarakat képező szervek 50 mm-es osztásban vannak elhelyezve.

A második eljárást a 4 058 386 sz. USA szabadalom ismerteti. Ez egy kizárólag centrifugáláson alapuló szálképző eljárás. Ebben az esetben a Alámenteket egy centrifiiga állítja elő, amely 3-10-szer kisebb nyílásokkal van átfúrva, mint az előzőleg ismertetett szálképző eljárásnál úgy, hogy centrifugális erő elegendő a végső átmérő közvetlen elnyeréséhez, anélkül, hogy kiegészítő nyújtásra lenne szükség. Ezeket a Alámenteket csupán a fogadóeszköz felé kell irányítani és vágni kell. Ezt a műveletet egy fúvókoszorúval valósítják meg, amely a kerület mentén egymástól távolságban elhelyezett fúvókákat tartalmaz. A Alámentek két sugár közötti nyugodt szakaszokon haladnak keresztül, majd a centrifuga forgása következtében egy sugárba ütköznek és elszakadnak.

Az első esetben, viszonylag durva Alámenteknél, a fúvókoszorúnak lényegében nyújtó hatása van a súrlódás révén, amelyet a sugarak turbulens jellege még növel. A másik esetben ezzel szemben a már elvékonyított Alámenteknél a fúvókoszorúnak lényegében az a szerepe, hogy ezeket a Alámenteket feldarabolja. Világos tehát, hogy a fúvókoszorú szerepe a szálképzésnek és a szálak nyújtási eljárásának a függvénye.

A találmány feltalálói vizsgálták a megszakított sugaras fúvókoszorút, olyan szálképző eljárásnál, amely centrifugálással és meleg gázokkal történő nyújtással dolgozik, annak érdekében, hogy megállapítsák, hogy az előnyök közül egyik vagy másik, amelyet az ismert eljárásoknál a fúvókoszorúnak tudnak be, valóban annak eredménye-e.

Elsősorban meg kell jegyezni, hogy egy ilyen kísérlet csak elméleti lehetett, ipari alkalmazás nélkül. Valójában a két előbb említett esetben a fúvókoszorú olyan Alámentekre hat, amelyeket egyik végüknél még a centrifuga tart, így tehát azokat egy végtelenített hosszúságú szálhoz lehet hasonlítani. A fúvókoszorú sugarainak hatása tehát közvetlenül függ a centrifuga forgásától. A belső centrifugálással és meleg gázokkal történő nyújtással végzett szálképző eljárásnál a fúvókoszorú ezzel ellentétben olyan szálakra hat, amelyeknek legnagyobb része nem kapcsolódik a centrifugához. Elegendő tehát a fuvókoszorút néhány pillanatra megállítani annak megállapítására, hogy a nyújtó gázáram kielégítő a szálak képzéséhez és a fogadó eszköz felé való szállításhoz még akkor is, ha minden bizonnyal gyorsan szembetalálkozunk az elosztás és a gyűrű alakú induktoron keresztül való hala3

HU 212 585 Β dás problémáival. Ilyen körülmények között megállapítható, hogy egy sugaras fúvókoszorú, amely a centrifüga magasságában nem tömített, nagyszámú szálat fog átengedni és teljesen hatástalan a szálpaplan vezetésének szerepében.

A találmány feltalálói meglepetéssel állapították meg, hogy nagyon jó eredményt értek el, ha olyan fúvókoszorút alkalmaztak, amelynek sugarai különállóan a centrifuga kerületi sávjának teljes átfúrt magasságában és egy szomszédos, de a kerületi sáv utolsó nyílássorának magasságánál alacsonyabb magasságon egyesülnek.

Általánosságban a találmány olyan szálképző eljárást javasol üvegszálak vagy más hőre lágyuló anyagból lévő szálak képzésére belső centrifugálással, amely az ismert 2 443 436 sz. francia vagy 91 866 sz. EP szabadalomból származik, és amelynél a belső centrifugáláshoz nagy hőmérsékletű gázárammal történő nyújtás van társítva és amely szerint a szálképzésre szánt anyagot nyújtható állapotban centrifuga belsejébe öntjük, amely centrifuga lényegében függőleges tengely körül forog, és amelynek kerületi sávja nyílásokkal át van fúrva, ahonnan az anyagot Alámentek alakjában lövelljük ki, amelyeket szálakká nyújtunk és amelyeket nagy hőmérsékletű és nagy sebességű gázáram visz magával, amely a centrifuga kerülete mentén áramlik, a szálak útjára keresztirányban, és amelyet egy burkoló, hideg, gáznemű paplan vezet, amely gáznemű paplant a kerületi sáv átfúrt részének teljes magasságában különálló, széttartó sugarakból képezzük, amelyeket a kerületi sáv legalsó nyílássora alatt egyesítünk.

Ilyen körülmények között a hideg gáznemű paplan meghatározott irányba vezeti a nyújtó gázáramot és ily módon megakadályozza, hogy a szálpaplan túlságosan szétterjedjen közvetlenül a centrifuga alatt. Ebből a szempontból a működés nagyon hasonlít ahhoz, mintha egy tömített, folyamatos paplant alkalmaznánk. Ezt a meglepő működést azonban csak akkor lehet észlelni, ha a gáznemű paplan csak a centrifuga átfúrt sávjának magasságában válik megszakítottá és folyamatos lesz közvetlenül az utolsó nyílássor után, például a kerületi sáv aljánál.

Két sugarat összetartozó sugárnak tekintünk attól a helytől számítva, ahol a homlokoldali felületük érinti egymást. A homlokoldali felületek a folyadékok mechanikájának elmélete szerint azok a felületek, amelyek a mozgásban lévő gáz által elfoglalt teret határolják, vagy másképpen mondva mindazon pontoknak a helye, ahol a sugár áramlási tengelyébe eső sebességkomponens zérus vagy legalábbis elhanyagolható a sugár közepének sebességéhez képest. A sugarakat a fő szakaszaikban, egy olyan pillanatban vesszük figyelembe, amikor úgy tekinthetők, mint egy végtelenül kis, pontszerű forrásból jövő sugarak.

Jó eredményeket kaptunk a gyakorlatban, amikor a sugarak körülbelül 20 mm-re az utolsó nyílássor alatt egyesültek, ami nagyjából az elektromágneses induktor szintjének felel meg, ha ilyet alkalmazunk. Mindenesetre ez utóbbi jó működésének biztosításához a sugarak egyesülésének szintje előnyösen nem lesz lejjebb az induktor alsó szintjénél.

A találmány szerint a különálló sugarakat előnyösen nagy sebességgel bocsátjuk ki, amely sebesség előnyösen nem kisebb, mint 250 m/s, a sugarakat kibocsátó szerv magasságában. Két sugár között a gáz sebessége általában zérus, de megengedettek negatív sebességértékek is, amelyek visszatérő áramok jelenlétére utalnak.

A találmány szerinti különálló sugarakból képzett fúvókoszorú egyik igen figyelemreméltó hatása, hogy a centrifuga szintjén kisebb csomóképződéshez vezet, amit szemmel meg lehet figyelni és a végtermék mért jelenségein lehet észlelni. Több feltevés van ennek a jelenségnek a magyarázatára, bár ezek a magyarázatok nem veszik figyelembe az összes jelenséget és a végterméket befolyásoló számos paraméter egymástól való függése még bonyolultabbá teszi ezt a magyarázatot.

Az első feltevés az, hogy a szálak megrövidülnek. Valójában a szálképzés folyamata alatt a fílamentek elvékonyodnak a húzó gázáram hatására és általában elszakadnak. Mindamellett elképzelhető, hogy rendkívül hosszú fílamentek képződnek, mielőtt elszakadnának és ezek a hosszú szálak - például 10 cm-es vagy ennél hosszabb szálak - igyekeznek csomókká gombolyodni, amely csomók, miután kialakultak, más különálló szálakat is magukhoz ragadnak. A találmány szerinti fúvókoszorúval valószínű, hogy például a 4 058 386 sz. USA szabadalomban ismertetett mechanizmushoz hasonló jöhet létre és hogy a néhány hosszú filament át fog hatolni a hideg gáznemű paplanon a sugarak közötti szakaszban, mielőtt azokat a sugár kíméletlenül összetörné. Másrészt a már kialakult szálakat túlnyomó módon a nyújtó gázáram magával viszi és ez magyarázza meg a megszakított paplan „tömített” jellegét. Ez a jelenség teszi lehetővé, hogy kevésbé erőszakos nyújtási körülmények jöjjenek létre azáltal, hogy a nyújtógázok hőmérsékletét és az égők nyomását kizárólag a szálak finomságának függvényében határozzuk meg, azok hosszától függetlenül, amelyet lényegében a fúvókoszorú szabályoz.

A második feltevés, amely az elsőhöz kapcsolódik az, hogy ez a széttörés nem jön létre anélkül, hogy azt meg ne előzné egy kiegészítő nyújtás, amely a Alámentek által kifejtett húzás következménye a gyorsulás során, úgy, hogy egy adott finomságú szálat az égő kisebb nyomásával lehet nyerni. Ily módon korlátozni lehet az égő által létrehozott turbulencia jelenségeket és ennek következtében a csomóképződést.

A találmány tárgya továbbá berendezés üvegszálak vagy hőre lágyuló anyagból lévő szálak képzésére, amely függőleges tengely körül forgó centrifugából áll és ennek kerületi sávja nyílásokkal van átfúrva, továbbá gyűrű alakú nyújtó égőből és ezzel koncentrikus fúvókoszorúból áll. A fúvókoszorú különálló, széttartó gázsugarakat kibocsátó elemeket tartalmaz, amelyek egymástól e' = 2 · h · tga távolságban vannak, ahol a a sugarak széttartási szöge és h olyan távolság, amely egyszerese vagy legfeljebb kétszerese, előnyösen legfeljebb másfélszerese a gáznemű sugarakat kibocsátó

HU 212 585 Β elemek alja és a kerületi sáv utolsó nyílássora közötti magasságnak. A h magasság kb. 20 mm-rel nagyobb ennél a magasságnál.

Ha egyszer meghatároztuk a sugarak egymástól való távolságát, a fúvókoszorú különböző módon kialakítható. Egy első változatnál, amelynek előnye az egyszerűségében van, a fúvókoszorút egyszerű, cső alakú gyűrű képezi, amely nyílásokkal át van fúrva és ezek átmérője például 2 és 3 mm. Ennél a megoldásnál a fúvókoszorú nem különbözik a 2 991 507 sz. USA szabadalomban ismertetett koszorútól, csupán a nyílások közötti távolságban és azok átmérőjében, amennyiben azoknál 50-100%-kal nagyobb.

Egy másik változatban a fúvókoszorút egy sorozat fúvóka képezik, amelyeket a centrifugától távol lévő forrás táplál, annak érdekében, hogy a külső levegő indukcióját a fúvókoszorú által elősegítsük.

Egy további előnyös kivitelnél a fúvókoszorút cső alakú gyűrű alkotja, amelynek nyílásai csőkivezetéssel vannak ellátva, és ezek például hegesztéssel vannak rögzítve és nem mágnesezhető anyagból készülnek, hogy minden interferencia elkerülhető legyen az elektromágneses indukcióval. Azáltal, hogy a sugarakat hosszabb távon vezetjük, a fúvókák a különálló sugarak kibocsátásának körülményeit stabilizálják és ebből a szempontból a fúvókoszorú szabályosabban működik.

A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyek a találmány szerinti eljárás és annak foganatosításához alkalmas berendezés példakénti kiviteli alakját tüntetik fel. Az

1. ábra a berendezés vázlatos hosszmetszete. A 2a ábrán egy ismert fúvókoszorú működési elve látható. A

2b ábrán a találmány szerinti fúvókoszorú működési elve látható. A

3. ábra gázsugár diagramját ábrázolja. A

4. ábrán gyűrű alakú, átfúrt cső típusú fúvókoszorú metszete látható. Az

5. ábrán fúvókákkal ellátott fúvókoszorú egy részlete látható. Az

5a ábrán az 5. ábra szerinti fúvókoszorú 5A-5A vonala mentén vett metszete látható. A

6. ábrán csőkivezetéssel ellátott fúvókoszorú látható metszetben. A

7. ábra metszet, amely a tennék harántirányú eloszlását mutatja.

Az 1. ábrán, nagyon vázlatosan, szálképző berendezés látható, a találmány szerinti eljárás foganatosításához, kivéve a fúvókoszorút, amely például a 91 866 sz. EP szabadalmi leírásban ismertetettnek felel meg. A berendezés lényegében egy fenék nélküli 1 centrifugából áll, amelynek kerületi sávja sok nyílással van átfúrva és amely a 2 agyra van szerelve és ez a függőleges 3 forgástengellyel kapcsolódik, amelyet a 4 motor hajt. Az olvadt 5 üvegszál táplálja az 1 centrifugát, áthaladva az üreges 3 forgástengelyen, és a teli fenekű 6 kosárba jut, amelynek hengeres fala van és ez át van fúrva kevesebb, viszonylag nagy nyílással, amelyeknek átmérője kb. 3 mm nagyságrendű és amely az olvadt üveget 7 primer szál alakjában szétosztja és a kerületi sáv belseje felé irányítja, ahol a centrifugális erő hatására 8 filament alakjában kidobódik.

Az 1 centrifugát gyűrű alakú 9 égő veszi körül, jelen kivitelnél, vízzel hűtött fém karter, amely a 10 égőkamrát határolja, ez pedig a 11 csővel közlekedik, és ez képezi a nyújtó gázáramot. A 11 csövet belső 12 ajkak és külső 13 ajkak képezik, amelyek ugyancsak hűtöttek és amelyek közvetlenül az 1 centrifuga kerületi fala fölött indulnak ki.

Közvetlenül az 1 centrifuga alatt, azzal koncentrikusan gyűrű alakú 14 induktor van elhelyezve, amely a 9 égő termikus egyensúlyának fenntartását segíti elő és kiegyenlíti a kerületi sáv nyújtógázok által kevésbé fűtött aljának viszonylagos lehűlését, mivel az meszszebb van a 9 égő 12 és 13 ajkaitól. A 14 induktor további részletei a 3 077 092 sz. US szabadalomban szerepelnek.

A 9 égővel koncentrikus 15 fúvókoszorú hideg levegőáramot bocsát ki, amelynek hőmérséklete közel azonos a környezeti hőmérséklettel.

A 2a ábrán a sugarak geometriája látható egy ismert fúvókoszorú, például a 2 991 507 sz. US szabadalomban ismertetett fúvókoszorú esetében. A 16 sugarak itt egymáshoz rendkívül közel álló nyílásokból vannak kibocsátva, amelyeknél az e tengelytávolság például

7,4 mm, ha a nyílások átmérője 1,5 mm, és elég nagy távolságban az első nyílássortól, amelyet itt a pontvonallal jelzett 17 vonal jelképez, hogy ily módon a 16 sugarak ennek a 17 vonalnak a magasságában keveredjenek és attól kezdve egy folyamatos paplant képezzenek.

A találmány esetében, amelyet a 2b ábrán ábrázoltunk, igyekszünk maximálisan megtartani a 16 sugarak különálló jellegét a centrifuga átfúrt sávjának magasságában, ezért a fúvókoszorú nyílásai kissé lesüllyeszthetők és a sugarakat nagyon közel lehet kibocsátani az első sorhoz, ami sokkal energikusabb sugarakat eredményez, mert a maximális sebességet a kibocsátásnál érjük el. Azonkívül a nyílások egymástól sokkal távolabb vannak, az é tengelytávolság 25 mm, ha a nyílások átmérője 1,5 mm, úgy hogy a sugarak nem egyesülnek, csak miután kb. 60 mm távolságot futottak be és a centrifuga átfúrt sávjának utolsó nyílássora magasságában is még különálló sugarakat képeznek, amely nyílássort a 2b ábrán a pontvonallal jelzett 18 vonal jelképez. Ezek a különálló sugarak csak a 14 induktor szomszédságában szűnnek meg és innen kezdve a paplan folyamatos.

A 2a és 2b ábrákon a sugarakat vázlatosan ábrázoltuk, amint egy végtelenül kicsi, pontszerű forrásból származnak, míg valójában egy olyan forrásból származnak, amelynek néhány mm² nagyságú keresztmetszete van. Mindazonáltal a találmány lényege szempontjából, nevezetesen a két sugár találkozási szakasza szempontjából, és hogy ez a sugár kibocsátásának szakaszától távol van, ez a megközelítés nem zavaró, mint ahogyan a 3. ábrán látható, ahol egy sugár diagramját ábrázoltuk, amelyet az S forrásból kapunk, és ez olyan sugarat bocsát ki, amely tengelyirányban az A tengely5

HU 212 585 Β re szimmetrikus. Amint azt a folyadékok mechanikája tanítja, ennek a sugárnak három szakasza van: egy kezdeti 20 szakasza, amelynek alakja kúp, egy közbenső 21 szakasza és egy 22 főszakasza, amelyet a sugár határa határol, azaz azoknak a pontoknak a helye, ahol a sebesség zérus. A 22 főszakaszban ezt a határt aszimptotikus 23 görbe határolja úgy, hogy a sugarat úgy lehet tekinteni ebben a szakaszban, mint egy olyan kúpot, amelynek A tengelye és α kúpszöge van és csúcsa az A tengely olyan pontjában van, amely az S forrás egy pontjával azonos. A találmány értelmében α a sugár széttartást szöge, és a sugár maximális sebessége az a sebesség, amelyet az A tengelyben mérünk az S forrás magasságában, két szomszédos sugarat pedig akkor tekintünk egyesült sugárnak, ha határaik keresztezik egymást.

A találmány szerinti fúvókoszorút különböző esetekben vizsgáltuk, amelyeket vázlatosan a 4-6. ábrákon ábrázoltunk. A 4. ábra egy olyan koszorúnak felel meg, amely átfúrt, gyűrű alakú csövekből áll és egy egyszerű, négyszögletes keresztmetszetű 24 csonkból van kialakítva, amelynek alsó fala egy sorozat különálló 25 nyílással át van fúrva. A Cl és C2 fúvókoszorúk ennek az első típusnak felelnek meg. Az 5. ábra olyan fúvókás fuvókoszorút, vagy pontosabban kettős fúvókás fúvókoszorút mutat, mint amilyen metszetben az 5a ábrán látható. Minden sugarat egy 26 fúvóka hoz létre, amelyet a 27 cső táplál. Az előző esettől eltérően mindegyik csoport fúvókéinak a táplálása egyenként történik. A C4 és C5 fúvókoszorúk ennek a típusnak felelnek meg.

Végül a 6. ábrán egy olyan változatot ábrázoltunk, amely a 4. ábra szerinti megoldásból származik, ahol a 28 csőkivezetés egy-egy nyílással vagy furattal szemben helyezkedik el. A C3 fúvókoszorút ezzel a megoldással hoztuk létre. A vizsgált fúvókoszorúk jellemzőit az I. táblázat mutatja.

1. táblázat

Típus	Furatok száma	Tengelytá- volság (mm)	Furat (mm)	Fúvóko- szorú (mm)
Cl	290	7,43	1.5	686
C2	86	25	2,5	686
C3	86	25	2,5	686
C4	86	25	2,5	686
C5	43	50,1	3	686

A Cl fúvókoszorú szabvány koszorú és a 2 991 507 sz. US szabadalomnak felel meg. A C2 fúvókoszorú ettől a Cl fúvókoszorútól kizárólag abban tér el, hogy a furatok között nagyobb távolság van, amit részben a nyílások átmérőjének növelése egyenlít ki. A C3 fúvókoszorú a C2 fúvókoszorún alapul, csupán a nyílásokat csőkivezetések helyettesítik, amelyek rozsdamentes acélból készülnek vagy bármilyen más nem ferromágneses anyagból és a gyűrűhöz vannak hegesztve, amely előnyösen a sugarat vezeti 10 mm-es vagy kisebb magasságban, míg egy gyűrű alakú, kifúrt cső esetében ez a vezetés megvalósulhat egy olyan magasságban, amely megfelel a csőfal vastagságának. Csőkivezetések esetében könnyen lehet a sugaraknak egy kis dőlést adni úgy, hogy a centrifuga tengelyétől eltérő irányt adjunk a sugaraknak. Végül a C4 és C5 fúvókoszorúkat egy sorozat, egymástól egyenlő távolságban lévő fúvóka képezi.

A következőkben, és ha nincs külön megjelölés, minden kísérlet 600 mm átmérőjű centrifugával készült és a furatok elosztása az 1 182 917 sz. francia szabadalom szerint történt, az üzemelési körülményeket a 91 866 sz. EP szabadalomból vettük, nevezetesen ami az alkalmazott üveg összetételét illeti. A gyűrű alakú égő olyan gáznemű sugarat hoz létre, amelynek hőmérséklete az égő ajkainál 1430-1450 ’C, a szálak finomságát a mikron értékük (F) határozza meg, amely 5 g alatt van. A mikronálás mértéke, amelyet „finomsági indexnek” is neveznek, figyelembe veszi a fajlagos felületet, az aerodinamikus terhelés veszteség mérése következtében, amikor egy paplanból kivont szál meghatározott mennyiségét egy adott gáz, általában levegő vagy nitrogén gáz nyomásának vetjük alá. Ez a mérés szokásos az ásványi szálak előállításához alkalmazott egységeknél és szabványosítva van (DIN 53 941 vagy ASTM D 1448) és egy berendezést alkalmaznak hozzá, amelyet „mikronáló berendezésnek” neveznek. A találmány szerinti kísérleteket Sheffield FÁM 60 P típusú gépen végeztük. Ez a gép nyomás alatti levegőt vagy nitrogént bebocsátó csövet, a nyomást szabályzó szelepet, mennyiségmérőt és függőleges tengelyű, hengeres kamrát tartalmaz, amelynek alsó részébe a gázok érkeznek. A mért szálakat, leggyakrabban 5 g-0,01 g-ig, a kamra aljára nyomjuk kalibrált dugó segítségével, amely a gázok megszökését lehetővé teszi. Egy előzetes kísérlet lehetővé teszi, hogy a levegőmennyiséget egy adott értékre beállítsuk, mindig ugyanarra, mielőtt megkezdenénk a szálak tömörítési kísérletét. A mikronálási mérték vagy a „finomsági index” mérése abból áll, hogy a szabványosított mennyiségmérő jelzését leolvassuk, amikor a szál a helyén van. Annak érdekében, hogy ugyanazon terhelésveszteség tartományban dolgozzunk, szükség van arra, hogy a vizsgált szálak mennyiségét adaptáljuk úgy, hogy a tömegét csökkentjük, amikor az átmérő csökken. Ezért tehát szükség van arra, hogy ezt megemlítsük ugyanakkor, amikor a hozam eredményét. Meg kell említeni, hogy minél finomabbak a szálak, annál nagyobb a készségük arra, hogy szembeszegüljenek a gázárammal és ezáltal szigetelő képességük is annál nagyobb, minél kisebb a mikronálási szám.

Az első esetben ezeket a kísérleteket a nehéz termékek előállításánál végeztük, amelyeknél a mechanikai szilárdsággal szembeni követelmények legalább olyan fontosak, mint a szigetelő kapacitással szembeni követelmények. A kísérleteket dinamikus nyomással végeztük az égő szintjén 32 500 Pa-lal, amikor is a centrifuga sebessége 1450 fordulat/perc volt és ez 4 vagy 5 g alatti mikronszámú szálakhoz vezetett. A termék sűrűsége 84 kg/m³, kötőanyag-tartalma 6,8%.

HU 212 585 Β

II. táblázat

Koszorú típus	Légmennyiség (m³/h)	Behajlás (mm)	Elszakadás (N/dm²)
Cl	932	105	28
Cl	630	101	55
C2	823	107	40
C2	560	115	42
C3	750	105	67
C3	550	85	56
C4	750	105	55
C4	540	102	62
C5	520	120	50
C5	653	106	25

II. táblázat (folytatás)

Koszorutí- pus	Összenyo- más (RPA) 25%	Vágási készség	Lambda 24 ’C-on	Eloszlás %
Cl	32	rossz	32,5	75
Cl	29	jó	32,5	84
C2	32	jó	32,8	88
C2	33	jó	32,7	97
C3	36	jó	32,8	84
C3	37	jó	32,5	97
C4	30	jó	32,8	88
C4	29	rossz	32,7	97
C5	50	átlagos	32,9	65
C5	41	átlagos	32,8	59

Ilyen körülmények között a behajlás az 1,20 m-es lapnak a belógását mutatja, amely kizárólag a két hosszanti végén nyugszik. Minél kisebb ez az érték, a termék annál inkább úgy viselkedik, mint egy merev lap, ami a beépítését megkönnyíti. Szakítás alatt (Newton/dm²) azt az erőt értjük, amelyet ki kell fejteni ahhoz, hogy a termék 1 dm²-nyi csíkját elszakítsuk. Az összenyomás értéke kilo Pascal-ban annak a nyomásnak felel meg, amelyet ki kell fejteni ahhoz, hogy a termék vastagságát egy negyeddel csökkentsük. A hővezetést, lambdában mérve, 24 °C-on W/m C-ban adjuk meg. Végül az eloszlás kifejezi a mérések százalékos arányát, amelyeknél a mért felületi tömeg az átlagos felületi tömeg 10%-ával egyenlő. Jelen esetben 2270 g/m², 27 mm-es vastagságot számítva. Minden mérést a termék egy hosszanti csíkján végeztük. Nyolc csíkra volt szükség, hogy a termék kezdeti szélességét rekonstruáljuk.

A 7. ábrán világosabban látható a kapott előny az eloszlást illetően. A terméket itt is nyolc hosszanti csíkra vágtuk fel és mindegyiknél mértük a felületi tömeget. A szaggatottan ábrázolt görbék olyan termékeknek felelnek meg, amelyeket Cl típusú fúvókoszorúval kaptunk, a folyamatos vonallal jelzett görbéket pedig C3 típusú fúvókoszorúval. Az egyik csíknak a szabálytalansága a másikhoz képest sokkal kevésbé észrevehető a találmány szerint fúvókoszorúnál.

Az előző táblázatból kitűnik, hogy valamennyi esetben a találmány szerinti fúvókoszorúk (C2-C4) olyan értékekhez vezetnek, amelyek legalább egyenlőek a szabványos fúvókoszorúval nyert értékekkel, míg sokkal jobb értékeket kaptunk a csőkivezetéses fúvókoszorúval (C3), különösen ami a szakítószilárdságot és a behajlást jelenti.

Ezzel szemben a C5 fúvókoszorúval kapott eredmények, amelynél a sugarak különállóak, jóval azután, hogy elhaladtak a centrifuga alatt, rosszak.

A találmány szerinti terméknél egy másik fontos szempont az, hogy a fehér foltok száma jelentősen csökkent, ezzel jelezve a sokkal homogénebb eloszlást. Nyilvánvaló tehát, hogy a találmány szerinti módszerrel a szálak elvágásával olyan hatást lehet elérni, mint a viszonylag rövid csomókkal.

A kísérleteket a második esetben könnyű termékre végeztük, amelyet dinamikus nyomással nyerünk, az égők szintjén, 45 500 Pa-lal, a centrifuga sebessége 1900 fordulat/perc esetén. A felületi tömeg 880 g/m², a sűrűség 11 kg/m³, a mikron érték F/5 g 3,0 és a fenol-formaldehid kötőanyag-tartalom 4,5%. Ezt a típusú terméket általában henger alakban hozzuk forgalomba és tetők vagy függőleges falak szigetelésére használjuk.

III. táblázat

Fúvó koszorú	Q (M³/h)	RT (gf/g)	REíT/6)	Lambda	Eloszlás
Cl	480	250	139	45,8	94%
C2	602	265	139	45,3	88%
C2	334	266	138	45,1	81%
C3	557	246	138	45,8	94%
C3	317	260	138	45,2	91%
C4		232	140	45,8	88%
C5		228	131

Ebben a táblázatban RT a húzással szembeni ellenállást jelenti, amelyet gramm-erő/gramm-ban fejezünk ki, azaz arról az erőről van szó, amely szükséges ahhoz, hogy egy mintadarabot, amely a két végénél két pofába be van fogva, elszakítsunk. RE olyan tennék vastagság növekedésnek felel meg, százalékban kifejezve, amely hatos tényezővel van összenyomva; a 100-as érték a tennék nominális vastagságának felel meg, nem pedig valóságos vastagságának, ami magyarázza, hogy 100-nál nagyobb értékeket is el lehet érni. A hővezetést és az eloszlást ugyanolyan egységben fejeztük ki, mint az előző példában.

A fent megadott értékeket, úgy tűnik, nagyon kevéssé befolyásolják a fúvókoszorúk. De fontos megjegyezni, hogy ezek az értékek mind kielégítőek, kivéve azt a fúvókoszorút, amelynek sugarai távolabb vannak

HU 212 585 Β az eredettől, mint 50 mm és csak jóval az induktor alatt egyesülnek.

Másrészt a találmány szerint terméknél a fehér foltok száma észrevehetően csökken. Még ha a könnyű termékek esetében az eredmények nem is javultak jelentősen, mégis egy előnyös hatás jött létre. Azonkívül igen előnyös módon a termékek úgy jöttek létre, hogy csak néhány lépésnek a paraméterét kellett változtatni az előző példához képest, de ugyanazon gyártási vonalat lehetett alkalmazni. A gyártási vonal többértékűsége nagymértékben nőtt annálfogva, hogy a nehéztermékeknél nagymértékű javulást tapasztaltunk.

Meg kell végül említeni, hogy a találmány szerinti fúvókoszorúkat nagyon jó körülmények között alkalmazhatjuk kissé eltérő gáznemű nyújtás esetén is, ha például a nyújtógáz hőmérséklete 800 °C és a nyújtási gázáram sebessége 50 m/s. Ebben az esetben a centrifuga kissé kisebb nyílásokkal látható el, mint az előző esetben, hogy ily módon egyenlítse ki a gázáram által létrehozott nyújtás következtében létrejövő szálcsökkenést.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás üvegszálak vagy más hőre lágyuló anyagból lévő szálak képzésére belső centrifugálással, amelyhez nagy hőmérsékletű gázárammal történő nyújtás van társítva és amely szerint a szálképzése szánt anyagot nyújtható állapotban centrifuga belsejébe öntjük, amely centrifuga lényegében függőleges tengely körül forog, és amelynek kerületi sávja nyílásokkal át van fúrva, ahonnan az anyagot filamentek alakjában lövelljük ki, amelyeket szálakká nyújtunk és amelyeket nagy hőmérsékletű és nagy sebességű gázáram visz magával, amely a centrifuga kerülete mentén áramlik, a szálak útjára keresztirányban, és amelyet egy burkoló, hideg, gáznemű paplan vezet, azzal jellemezve, hogy a gáznemű paplant a kerületi sáv átfúrt részének teljes magasságában különálló, széttartó sugarakból képezzük, amelyeket a kerületi sáv legalsó nyílássora (18) alatt egyesítünk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sugarakat a legalsó nyílássor (18) alatt kb. 20 mm-re egyesítjük.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sugarakat 250 m/s-nál nagyobb sebességgel bocsátjuk ki.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a centrifugát elektromágneses indukcióval fűtjük és a sugarakat a gyűrű alakú induktor magasságában egyesítjük.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sugarakat olyan sebességgel bocsátjuk ki, amelynek vízszintes összetevője zérustól eltérő.
6. Berendezés üvegszálak vagy hőre lágyuló anyagból lévő szálak képzésére, amely függőleges tengely körül forgó centrifugából áll és ennek kerületi sávja nyílásokkal van átfúrva, továbbá gyűrű alakú nyújtó égőből és ezzel koncentrikus fúvókoszorúból áll, azzal jellemezve, hogy a fúvókoszorú különálló, széttartó gázsugarakat kibocsátó elemeket (13) tartalmaz, amelyek egymástól e' = 2 · h tga távolságban vannak, ahol α a sugarak széttartási szöge és h olyan távolság, amely egyszerese vagy legfeljebb kétszerese, előnyösen legfeljebb másfélszerese a gáznemű sugarakat kibocsátó elemek (13) alja és a kerületi sáv utolsó nyílássora (18) közötti magasságnak.
7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a h magasság kb. 20 mm-rel nagyobb, mint a gáznemű sugarakat kibocsátó elemek (13) alja és a kerületi sáv utolsó nyílássora (18) közötti magasság.
8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókoszorút átfúrt, cső alakú gyűrű képezi.
9. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókoszorút cső alakú gyűrű képezi, amelyre csőkivezetések vannak erősítve.
10. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókoszorút egy sorozat fúvóka képezi.