KR920000642B1 - 유리섬유의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

유리섬유의 제조방법 및 장치

[도면의 간단한 설명]

제1도 및 제2도는 선행기술의 원추체 모양의 개략도이다.

제3도는 본 발명의 부슁과 압력과의 관계를 나타내는 개략도이다.

제4도는 본 발명의 오리피스 및 오리피스에서 형성된 원추체의 확대개략도이다.

제5도는 제4도와 유사하며, 섬유 세장화가 중단되었을 경우의 오리피스를 나타내는 도면이다.

제6도는 부슁내의 압력관계를 나타내는 제2도와 유사한 개략도이다.

제7도는 상이한 위치에서 형성된 원추체를 나타내는 제4도와 유사한 도면이다.

제8도는 다른 위치에서의 원추체를 나타내는 제7도와 유사한 도면이다.

제9도는 또 다른 위치에서 원추체의 형성을 나타내는 제7도 및 제8도와 유사한 도면이다.

제10도는 본 발명에 따라 전면에 제공된 유리 용융로 및 부슁의 측면 전개도이다.

제11도는 제10도의 11-11로 절단한 부분 확대도이다.

제12도는 부분과단부를 갖는, 제11도에 도시한 부슁의 확대평면도이다.

제13도는 부분과단부를 갖는, 제12도에 따르는 부슁의 측면 전개도이다.

제14도는 제12도에 도시한 부슁의 저면도이다.

제15도는 제12도에 도시한 부슁의 단면도(端面圖)이다.

제16도는 제14도의 면 16-16으로 절단한 단면도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 용융물질로부터, 특히 용융유리로부터 필라멘트를 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다; 본 발명은 과잉류(flooding)와 비이드 낙하(bead drop)로 인한 공정의 중단을 최소화한다.

[배경기술]

연속 유리 필라멘트의 제조에 있어서는, 통상적으로 전기적으로 가열된 백금 또는 백금합금 부슁(bushing)의 하부벽에 치밀하게 이격된 오리피스로부터 개개의 용융유리류(Stream)를 유출시킨다. 부슁이 결합된 장치는 개개의 류를 연속 또는 불연속 필라멘트로 연신시키거나 세장화 한다.

통상적으로 사용되는 연속 필라멘트 부슁장치에는 두 가지 형태가 있다. 통상적으로 널리 사용되는 제1형으로는 이의 저면으로부터 돌출된 관상 선당(tubular tip)이 제공되는 용융로 토출 오리피스를 갖는 하부벽 도는 오리피스판을 사용하고, 최근 개발된 제2형은 평면의 외부표면을 갖는 평면 하부벽을 사용한다. 제1형은 “선단”부슁으로서 공지되어 있으며, 이 예는 러셀의 미합중국 재발급특허 제 24,060호 및 글래서 등의 미합중국 특허 제4,222,757호 및 제4,321,074호에 기술되어 있다. 제2형의 부슁은 “무선단(tipless)”부슁으로서 공지되어 있으며, 이러한 부슁의 예는 스트릭랜드의 미합중국 특허 제3,905,790호에 기술되어 있다.

이러한 두 종류의 성형장치에서 유리섬유는 성형 오리피스의 토출 말단부에서의 성형 “원추체”(forming cone)로부터 세장화된다. “원추체”는 실질적으로 오리피스의 직경인 상부 기부로부터 세장화 섬유에 이르기까지 완만한 접근 형태를 이룬다. 부슁에서 용융유리의 선단부 압력은 오리피스 전체에 걸친 압력강하에 의해, “선단”부슁의 경우에는 선단에 걸친 압력강하에 의해 원추제에서 목적하는 유리압력으로 감소된다.

소정의 오리피스에서 섬유 세장화 공정이 중단되면, 용융유리는 부슁 선단부 압력하에서 오리피스로부터 유출되어 다른 오리피스로부터 세장화되는 필라멘트의 “베일(Veil)”에 낙하하는 “비이드(bead)”를 형성한다. 이 비이드는 필라멘트의 제조를 중단시키고, 전체 부슁을 다시 가동시켜야 한다. 이러한 공정의 단속작업 결과 전체 공정의 작업효율은 실질적으로 감소한다.

섬유 절단시에 비이드의 형성과 낙하를 방지하고, 비이드의 형성과 낙하시에 부슁을 손으로 조작하여 가동시키는 것을 피하는 것이 바람직하다.

[발명의 개시]

본 발명은 어떠한 이유로 특정 오리피스에서의 섬유화가 중단될 때 비이드가 부슁의 다른 오리피스에서 형성되는 섬유의 베일에 낙하하지 않을 정도로 섬유 세장화 장치의 오리피스에 걸친 유리 선단부 압력을 감소시킨다. 이러한 압력 감소는 오리피스를 형성하는 부슁에 있는 용융유리체의 압력을 강하시킴으로써 달성된다. 이러한 압력강하는 오리피스판상의 유리압력을 감소시키기에 충분한 양, 예를 들면, 선단에서의 토출시에 대기압보다 작은 값이다. 여기에서 사용되는“대기압”이라는 용어는“주위 압력”, 즉 성형 오리피스의 외부에서 발휘되는 주위 대기의 압력이다.

또한, 본 발명은 유리섬유화 부슁에서 통상적으로 사용하는 오리피스보다 더 큰 오리피스를 사용할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에 따르는 오리피스의 직경은 적어도 0.178㎝(0.070″)이다. 이러한 오리피스는 통상적인 섬유화 방법으로 섬유를 형성하기에 불충분한 압력강하를 나타낸다. 본 발명에 있어서, 오리피스를 통과하는 압력이 상기한 바와 같이 대기압보다 작으므로 이러한 대구경 오리피스를 사용할 수 있다. 따라서, 오리피스 또는 선단에서의 압력을 적절하게 강하시킬 필요가 없으며, 직경이 0.635㎝(0.250″) 또는 0.762㎝(0.300″)정도인 오리피스와 선단을 사용할 수 있다.

이러한 대구경 오리피스를 사용하여 오리피스에서의 용융유리의 압력을 감소시킴으로써 본 발명은 독특한 모양의 원추체로부터 유리섬유를 형성한다. 본 발명의 원추체는 오리피스보다 직경이 작으며, 원추체는 오리피스내에서 형성되고, 원추체는 비교적 작은 원추체와 더 큰 주위 오리피스 사이의 공간을 연결하는 방사(radial) 결합부에 의해 오리피스내에서 안정화된다. 이와 같이 독특한 원추체의 형성에 대한 이론이 현재에는 완전히 설명되지 않으나, 각 오리피스는 대기압 미만의 압력으로 용융유리의 풀(pool)을 함유하며, 각 풀은 오리피스 토출시에 대기압 이상의 압력이 오리피스에서 유지되도록 한다. 사실상 독특한 원추체 용융유리의 풀로부터 연신되고, 독특한 원추체의 모양은 각 오리피스에서 풀보다 작은 원추체로부터 섬유를 연신시킴으로써 얻어진다.

본 발명의 각 오리피스에서 용융유리는 당해 유리가 풀의 하부면에서 발휘되는 더 큰 대기압에 의하여 선단에 유지되기 때문에 풀에서 섬유의 세장화가 중단되는 경우에 비이드 낙하가 발생하지 않는다. 부슁에서 용융유리체의 내부 압력 강하가 유지되는 한 이러한 낙하가 발생하지 않는 상태가 유지될 것이다.

[발명을 수행하기에 가장 좋은 양태]

본 발명을 규정하고 상업적으로 사용되는 선행방법과의 차이를 이해하기 위해서는, 먼저 통상적인 연속유리섬유 성형방법을 이해하여야 할 필요가 있다.

종래의 방법은 성형 오리피스 상부에 위치하는 용융 유리체를 사용한다. 오리피스는 오리피스판에서의 원통형 선단의 배출구이거나 단지 무선단 오리피스일 수 있다. 용융 유리는 대기압과 용융체의 선단부 압력을 합한 압력[통상, 유리의 인치(inches of glass)라고 함]하에서 용융체로부터 오리피스에 공급된다. 섬유는 핀 쉬일드(fin shield), 공기 냉각장치 또는 다른 장치에 의해 유리로부터 열을 제거하면서 하부 권취기의 회전가능한 맨드렐 주위에 유리를 권취함으로써 오리피스(실질적으로 다수의 오리피스)로부터 세장화된다.

유리가 권취기에 의해 견인됨으로써, 스트랜드에서의 장력은 오리피스를 통과하는 유리를 세장화하며, 유리의 크기는 오리피스의 직경에서 최종 필라멘트 직경으로 신속하게 감소한다. 오리피스의 크기는 최종 필라멘트 크기의 약 50 내지 500배이다. 이러한 크기의 감소는 주로 오리피스의 직경인 상부 말단 또는 “베이스”와 필라멘트의 직경인 하부 말단을 갖는, 오리피스의 바로 밑에 위치하는 “성형 원추체”에서 발생한다. 이와 같이 크기와 형상이 균일하고 적절한 다수의 성형 원추체를 생성하고 유지시키는 것이 섬유형성법의 필수요건이다.

용융유리는 본질적으로 용융유리체의 선단압력에 대기압을 더한 값에서 오리피스 선단을 가로지르는 압력강하를 뺀 압력하에서 통상의 부슁의 각 오리피스로부터 토출된다. 원추체의 내부압력은 연신장치에 의한 섬유장력의 축적효과와 상대적으로 한정된 선단을 통과하는 압력강하로 인하여 부(negative)의 값(유리 약 1inch 정도)을 갖는다. 이러한 압력조건하에서 오리피스를 통해 안출된 유리는 인출장력에 의해 세장화되기 전에 플레이트 하부면 또는 오리피스 선단을 구성하는 금속을 습윤시킬 것이다. 따라서, 통상의 성형 원추체는 오리피스에 인접한 오리피스 선단 또는 오리피스판의 편평한 수평 하부면을 따라 위치하는 상부 주면을 갖고 있으므로, 상부 원추체의 직경은 오리피스의 직경보다 약간 크다. 실제적인 목적에 있어서, 통상적으로 원추체 직경은 선단의 내경과 동일한 것으로 기술하고 있다.

소정의 유리온도에서 소정의 금속 표면을 가진 소정의 조성의 용융유리의 설정된 접촉각이 규정되는 것을 알았다. 예를 들면, 정상적인 섬유화 온도에서 “J”합금과 “E”유리 조성물의 접촉각은 약 40°이다. 이 각은 유리의 온도가 변화하지 않는 한, 섬유화 공정 전반에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지된다. 통상적인 섬유화 방법에 있어서, 성형 원추체는 필수적인 접촉각(예 : 40°정도)으로 오리피스부재의 수평하부면과 접촉하고, 원추체는 세장화됨으로써 유연한 접근 형태를 이루며 하방으로 집중한다.

통상적인 섬유화 원추체에 대한 이러한 상태는 제1도에 도시하였으며, 상기한 바와 같이 각 A는 40°의 각으로 접촉한다. 제1도에 도시한 바와 같이, 통상적인 선행기술의 성형원추체(B)는 오리피스 출구 말단부(C)에 고정된 베이스를 갖고 있으므로 원추체의 베이스 직경은 오리피스 직경에 의해 결정된다. 이는 오리피스 출구 말단이 통상적인 중공선단의 하부말단이든지 무선단 플레이트의 하부면이든지 간에 사실이다.

통상적인 원추체는 세장화된 섬유에 대하여 단일 오목형태로 접근하며 집중된다. 원추체의 길이는 (a)원추체내의 유리의 점도, 즉 유리의 냉각도, 원추체의 장단 : (b) 군취기 속도, 즉 필라멘트의 세장화 속도, 원추체의 장단 ; 및 (c) 선단 압력(즉, 오리피스에서 유리에 대한 선단 압력이 클수록 원추체가 길어진다)에 따라 변화한다. 필라멘트의 장력은 (a) 유리의 점도(예를 들면, 유리가 냉각될수록 장력이 커진다)와 (b) 권취속도(예를 들면, 필라멘트의 세장화 속도가 빠를수록 장력이 커진다)에 따라 변화한다. 단위토출량(예를 들면, 오리피스에서 방출되는 유리의 양)은 오리피스 직경에 대하여 약 4배 정도로 오리피스가 커지면 토출량도 증가한다. 소정 규격의 오리피스에 있어서, 토출량은 (a) 유리의 점도(예를 들면, 유리가 뜨거울수록 토출량이 증가한다); (b) 연산속도 또는 세장화 속도(예를 들면, 연신속도가 증가할수록 토출량이 증가한다 ; 및 (c) 오리피스를 통과하는 유리에 가해지는 압력(예를 들면, 압력이 증가할수록 토출량이 많아진다)에 따라 변화할 것이다.

통상적인 방법에 있어서 특정 오리피스에서 섬유의 형성이 중단될 때, 섬유는 그 오리피스에서 더 이상 세장화되지 않는다. 오리피스에 부하되는 유리의 선단부의 압력은 오리피스를 통과하는 유리를 세장화되지 않은 유리류로서 가압하고, 섬유화 원추체는 더 이상 형성되지 않는다. 그 결과, 용융유리는 먼저 오리피스 밑에서 “비이드”, 즉 소구체(globule) D를 형성하고, 이어서, 이 소구체는 확대되어 제2도에 도시한 바와 같이(소구체 D′,D″, D′″로 도시), 오리피스로부터 연장된 일련의 소구체로서 낙하한다. 이 비이드는 다른 오리피스로부터 세장화된 섬유의 베일로 낙하하여 베일을 파괴하고 전체 부슁으로부터의 섬유의 제조를 중단시키는 원인이 된다. 이 부슁은 전체적으로 다시 시동시켜야 한다.

본 발명은 섬유화 도중에, 그리고 특정 오리피스에서 섬유화가 중단될 때, 선행기술과 상이한 형태의 원추체 형성, 섬유화 오리피스내의 상이한 압력관계 및 상이한 공정을 제공한다.

첫째, 압력 감소장치(바람직하게는, 다공판)가 오리피스판의 상부에 배치되어 오리피스판 상부의 용융유리의 압력을 대기압 미만으로 감소시킨다. 이러한 판은 제3도에 도시되어 있으며, 여기에서 부슁(10)은 원통형 선단(13)을 갖는 오리피스(12) 상부의 용융유리체(11)를 함유한다. 다공판(14)은 유리체(11)내에서 오리피스판(12)의 상부에 평행하게 이격되어 배치한다. 이 판의 구멍은, 부슁이 섬유화 공정중인 경우, 오리피스판 상부와 선단 구멍 입구에서의 유리의 정미 선단압력이 대기압 미만이 되도록 하는 크기와 수를 갖는다.

둘째, 오리피스 크기 또는 선단의 내경은 통상의 선단 직경보다 큰, 적어도 0.178㎝(0.070″)이다. 이는 동일한 공칭 크기의 섬유를 제조하는데 있어서, 0.127㎝(0.050″) 또는 그 미만인 종래의 선단을 통한 압력강하와 비교하여, 선단을 통과하는 압력이 실질적으로 감소하게 되는 것이다.

섬유화 상태 및 섬유화 공정시에, 통상적인 선단을 통한 압력강하는 세장화 장력[통상 유리 약 2.5㎝(1″) 내지 5㎝(2″)]으로 인하여 원추체의 내부에서 생성되는 감소된 압력보다 낮은 일반적으로 오리피스판 바로 위의 용융유리의 총선단압력[통상 유리 20㎝(8″) 내지 30.5㎝(12″)]과 동일하다. 그 결과, 통상의 선단은 선단의 출구에서 약간의 네가티브한 압력(negative pressure), 즉 대기압보다 낮은 압력을 생성하기에 충분한 압력강하를 부여한다.

섬유화 상태 및 섬유화 공정시에, 본 발명의 선단을 통한 압력강하는 종래의 선단을 통한 압력강하에 비교하면 매우 적다. 이는 선단의 내경을 확장하여 달성되며, 선단 출구에서 용융유리의 압력이 네가티브한 압력, 즉 대기압 미만이므로 효과적이다. 원추체 형성에 있어서, 통상적인 선단의 외측 저면에서 형성되는 원추체와 본 발명의 선단에서 형성되는 원추체는 거의 동일한 정도의 네가티브한 내부압력을 가지며, 본 발명의 원추체의 내부압력은 통상의 선단에서 형성되는 원추체의 압력보다 약 10% 내지 및 약 20% 낮다.

셋째, 본 발명의 섬유와 원추체는 통상적인 방법에서와 같이 선단 또는 오리피스의 하부 수평면에서 형성되지 않고 선단 또는 오리피스의 내부에서 형성된다. 본 발명의 섬유와 원추체는 오리피스 직경보다 작으며, 이하에 자세히 설명하는 바와 같이 형태를 변화시킬 수 있는 부분 또는 웹(web)을 방사형 결합부에 의해 오리피스 또는 선단의 내면에 고정시키거나 고착시킨다. 제3도와 4도에서 섬유화 원추체(30)는 결합부(32)에 의해 선단의 내면에 고정된다. 상술한 바와 같이, 정상 섬유화 온도에서 “E”유리와 “J”합금에 대한 유리-금속 접촉각은 약 40°이다. 제4도에서 40°의 접촉각은 (29)로 나타냈으며, 접합부(32)는 소정의 접촉각을 유지하면서 선단(13)의 내부벽(28)에 원추체(30)를 결합시키기 위하여 상하로 오목-볼록형태를 이룬다.

마지막으로, 선단(13)중의 어느 하나에서 섬유화가 중단되는 경우, 그 선단의 용융유리는 선단에 잔류한다. 그 선단내의 용융유리의 압력이 대기압보다 크지 않기 때문에, 통상적인 방법에서와 같이 비이드를 형성하거나 낙하하지 않는다. 본 발명의 부슁의 각 선단은 대기압 또는 대기압보다 낮은 압력에서 용융유리의 풀(pool)로 충진되어 있다.

저항판을 갖는 용융유리체내의 압력과 선단 및 원추체내의 압력과의 관계를 제3도를 참조하여 설명한다.

제3도에서, 수직선(20)은 대기압을 나타내고, 선(20)의 우측은 포지티브한 압력을, 선(20)의 좌측은 네가티브한 압력을 나타낸다. 선(21)의 압력판(14) 상부의 용융유리체(1)의 선단압력을 나타내고, 선(22)은 부슁에 시동중인 경우와 같이 섬유화 공정이 아닌 상태의 오리피스판(12) 상부의 선단 압력을 나타낸다. 선(22)은 압력판을 가로지르는 최소의 압력강하로 인하여 선(21)의 좌측으로 약간 이동시킨 것이다. 이러한 압력상태의 결과, 유리체(11)로부터 용융유리는 선단(13)을 통하여 유출될 것이며, 제2도에서와 같이 비이드를 형성할 것이다. 따라서, 부슁(10)은 통상의 부슁에서와 마찬가지로, 예를 들면, 낙하하는 비이드를 손끝으로 잡고 권취장치의 맨드릴에 권취시켜 섬유화 공정을 다시 시작하여야 한다.

섬유화 공정이 시작되면 압력관계는 변화한다. 미량의 용융유리가 압력판을 통과하면, 압력판(14)을 가로지르는 압력강하는 실질적으로 증가하고, 압력판 하부의 압력은 대기압보다 약간 낮다. 이러한 커다란 압력강하는 점선(25)으로 나타냈다. 판(14)과 오리피스판(12)의 중간에서는 네가티브한 유리압력이 선(26)으로 나타낸 바와 같이 판(12)와 판(14) 사이에서 유리의 선단압력에 의하여 증가할 것이다. 용융유리가 각 선단(13)에 유출되면, 선단 자체에 의하여 선(27)으로 나타낸 압력강하가 발생할 것이다.

섬유화 도중에, 성형 원추체(30)는 각 선단(13)에 존재하며, 제3도에는 단 하나만 명확히 도시하였다. 제4도에는 동일한 원추체를 확대 도시하였다. 원추체 상부의 네가티브한 압력 및 권취장치에 의해 발휘되는 세장화력에 의하여 각 성형 원추체(30)는 점(31)에서 대기압보다 낮은 내부압력을 갖는다. 각 원추체(30)는 선단 내측벽(33)이 접촉하는 환상 결합부(32)에 의해 선단(13)의 내부주연에 고정된다.

선단의 길이에 따른, 원추체 내부의 점(31)의 위치는 점(33)에 작용하는 표면장력과의 균형(예를 들면, 유리-금속 내부 표면장력과 유리-공기 내부 표면장력), 섬유의 세장화에 의해 생성되는 내부 원추체 압력 및 압력판(14)을 가로지르는 압력강하에 의한 오리피스판(12) 상부의 유리의 네가티브한 압력에 의하여 결정된다. 점(33)의 위치는 상기한 요소에 정상 유리-금속 접촉각(20)인 40°를 더하여 결정된다. 유리-공기 접촉면에서 발휘되는 더 큰 대기압은 상부로 오목하게 된 결합부(32)에 의한 것이다.

특정한 선단에서 세장화가 중단되면, 원추체(30)는 더 이상 형성되지 않으며, 선단에서 용융유리에 작용하는 표면장력과 네가티브한 유리압력이 대기압 미만으로 선단에서 용융유리를 유지할 것이다. 선단을 충진하는 용융유리의 하부 표면에 작용하는 외부 대기압은 하부표면을 오목면(34)에서 상부로 휘게 하는 원인이 되며, 표면장력은 제5도에 도시한 바와 같이 용융유리를 선단에서 유지하게 된다.

이러한 상태는 섬유화가 중단되지 않은 섬유의 연속적인 세장화로 인하여 미량의 유리가 압력판(14)을 통과할 때까지 유지된다. 그러나, 압력판을 통과하는 유리류가 감소되어 판을 가로지르는 압력강하가 현저하게 감소된 오리피스에서 다수의 섬유가 절단되는 경우, 압력판 하부의 압력은 대기압 이상으로 증가한다. 이와 동시에, 용융유리는 제2도에 도시한 시동상태와 마찬가지로 총 선단압력으로 연속류로서 유출된다.

상기와 바와 같이, 약 40°의 유리-금속 접촉각(29)은 선단 내측부(28)의 길이를 따라 어느 위치에서도 원추체에 유지될 것이다. 또한, 선단 내측부에 있는 원추체의 위치는 다음 3가지 요소, 예를 들면, (a) 용융유리와 대기 및 금속성 선단벽(28)의 계면에 작용하는 표면장력 ; (b) 세장화력으로 인한 네가티브한 원추체 내부 압력 ; 및 (c) 오리피스판 상부의 네가티브한 유리압력과의 균형에 의하여 결정된다.

제6도는 오리피스판 상부의 네가티브한 유리압력의 변화를 나타낸 것이다. 압력판(14)과 오리피스판(12)은 제6도에 나타나 있다. 상기한 요소(a)와 (b)를 일정하게 유지하고 판(14)내의 구멍의 크기와 수를 변화시켜 상기 요소(c)를 변화시키면, 점(33)에서의 동일한 네가티브 압력을 위해, 원추체의 위치는 상응하게 변화할 것이다.

예를 들면, 제6도에서 선 40-41로 나타낸 판(14)을 가로지르는 압력강하는 점(42)에서의 압력을 목적하는 대기압 미만으로 만들 것이다. 점(42)은 제7도의 원추체(42)의 원추체 내부압력과 상응하는 원추체 내부압력을 나타낸 것이며 ; 선 40-44로 나타낸 압력강하는 제8도의 원추체(46)의 점(45)에서의 압력을 내부압력과 동일하게 할 것이고 ; 선 40-46으로 나타낸 압력강하는 제9도의 원추체(49)의 점(48)에서의 압력을 내부압력과 동일하게 할 것이다. 제7도, 제8도 및 제9도를 비교하면, 원추체(43), (46) 및 (49)는 실질적으로 상이한 형태이며, 원추체(43), (46) 및 (49)는 선단(13)에서 상이한 높이에 위치한다. 각 원추체(43), (46) 및 (49)는 방사부분(32)에 상응하는 방사부분으로 선단의 내측벽(28)에 상기한 바와 같이 40°의 금속-대-유리 접촉각을 이루면서 부착되며, 여기에서 유리는 “E”유리이고, 금속은 “J”합금이며, 유리의 온도는 섬유화에 적합한 온도이다.

제7도에 있어서, 선 40-41로 나타낸 압력강하는 상기한 세가지 경우 중의 적어도 한가지 경우이고, 점(24)는 오리피스판(12)과 선단(13)에서 더 아래에 위치하며, 유리-대-금속 접촉점(33a)은 내부벽(28)의 하단부의 블록면에 위치한다. 접촉각(29)은 선단 변경에 접선으로 접촉한 유리로부터 측정하며, 각도(29)는 40°이다.

제8도에서, 압력강하(40-44)는 상기한 세가지 경우의 중간 정도의 압력강하를 나타내며, 점(45)은 선단(13)의 가운데에 위치하고, 점촉점(33b)은 선단의 수직내경(28)을 따라 위치한다. 접촉각(29)은 40°이다.

제9도의 태양은 세가지 경우중에서 가장 큰 압력강하(40-46)를 나타낸다. 점(48)은 선단(13)의 내벽(28)의 최상부에 위치하고, 접촉점(33c)은 오리피스판(12)의 상부면에 위치한다. 본 태양에서 유리-대-금속 접촉각(29)은 40°이어야 하기 때문에 각도(29)는 다른 태양에 비해 역전되어야 한다.

제3도 내지 제9도의 원추체 형태는 수학적인 이론에 기초한 것이며, 다른 가정들은 그들이 선단(13)의 범위 내에 국한되는 경우 실제적인 원추체 형태를 직접 관찰하는 것이 불가능하기 때문에 당업계에 공지된 섬유세장화에 대한 역학과 관련된 것이다. 육안으로 직접 관찰하는 것은 선단 밑의 부분에 한정되며, (a) 원추체가 본 발명의 각 태양에서 선단의 범위 내에 있는 경우, (b) 원추체가 선단의 내경보다 작은 경우 및 (c) 섬유세장화의 중단이 세장화의 중단시에 선단에서 용융유리를 방출하지 않은 경우에만 확인할 수 있다.

원추체 형성의 메카니즘 및 섬유화 공정 전반에 걸쳐 그러한 원추체를 유지시켜야만 용융유리로부터 섬유의 세장화가 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, “E”유리와 “J”합금과의 약 40°의 접촉각이 섬유화 공정에서 유지되어야 한다. 오리피스란 상부의 네가티브한 압력의 변화는 원추체의 위치를 변화시킨다는 것을 관찰할 수 있다.

결과적으로, 상기한 본 발명의 공정에 대한(성형 원추체의 형태, 크기, 위치 및 형성 역학을 포함하는) 설명은 공지된 작동형태 중에서 가장 우수한 것으로 설명된다. 이러한 설명은 부정확하고 불완전할 수도 있으나(또는, 우리에게 알려지지 않은 전혀 다른 방법으로 작동할 수도 있다), 이에 대한 것들이 종래의 다른 문헌에는 전혀 언급되지 않았다.

본 발명의 바람직한 태양은 제10도 내지 제15도에 도시하였다.

제10도에 도시한 바와 같이, 용융유리체를 함유하는 유리 용융로를 (100)으로 나타내고, 용융로내의 유리수준을 (101)로 나타냈다. 용융로(100)로부터 용융유리는 종방향으로 연장된, 용융유리(105)의 풀을 함유하는 내화물질로 형성된 장방형 폐쇄용기(104)인 하나 이상의 전부로(fore-hearth)로 스키머블록(102)의 아래로 유동하고 풀(105)에서 유리의 수준은 로(100)에 의해 유지되는 유리(101)의 수준과 실질적으로 동일하다. 전부로(103)의 길이를 따라 (106)으로 나타낸 다수의 부슁이 위치한다. 이러한 부슁(106)중의 하나를 제12도 내지 제15도에 상세히 나타냈으며, 이는 귀금속 합금, 바람직하게는 백금 또는 백금이 약 75%이고 로듐이 25%인 “J”합금으로 형성된다.

제11도의 단면은 각 부슁(106)이 용융유리를 수용하는 전부로(103)의 밑에 위치하며, 용융유리는 내화물질로 형성된 하부 부슁 블록(110)의 구멍(109)을 통하여 내화전부로 저부 블록(108)에서 수직구멍(017)을 통하여 유동한다. 부슁은 부슁블록(110)의 하부면에 접하여 위치하고, 마운팅 볼트(112)로 고착되는 상부 L-형 전부로 프레임 부재(111), 볼트(112)를 수용하기 위해 장치된 연장된 마운팅 챤넬(113)에 의해 유지되고, 그 위를 너트(114)와 같은 적당한 장치로 고정시킨다. 지지챤넬(113)은 마운팅 플레이트(115)에 형성된 쇼율더의 하부면에 위치한다. 부슁(106)은 내화성 마운팅 블록(116)내에 주조된다. 전부로(103)의 하부면에서 부슁(106)을 장착하기 위한 상기한 장치는 통상적으로 사용되는 것이며, 본 발명의 일부를 구성하지 않는다.

제12도 내지 제15도에 도시한 바와 같이, 부슁은 나란히 배열된 한 쌍의 하부 장방형 오리피스판(120)을 포함하며, 두 개의 판(120)은 종방향으로 함께 연장되어 있다. 각 판은 위로 향한 플랜지(121)가 이의 내부말단에 제공되며, 서로 고정되어 완전한 종방향으로 신장된 리브(rib)를 형성한다. 판(120)의 외측 종말단은 상부로 돌출한 측판(122), 하부 수직부(123)를 포함하는 측판(122), 내측으로 연장된 중간부(124) 및 상부 수직부(125)에 적합된다. 장방형의 측면 외측으로 연장되는 외주장착 플랜지(126)는 측벽부(125)의 상부 말단에 접합된다. 오리피스판(120)의 말단은 용접되거나, 상단부를 갖는 수직 말단판(127)에 고정되고, 장착 플랜지(126)의 말단부의 하부면에 고정된다. 장착 플랜지는 유동하는 용융유리가 통과하는 조절개구부(128)를 갖는다.

두 개의 오리피스판(120)으로 이루어진 오리피스판 부품상부에 압력판(130)이 위치한다. 이 압력판(130)은 (131)에서와 같이 부슁의 종방향 중심선을 따라 함께 접착된 두 개의 부분으로 이루어진다. 압력판(130)은 4개의 측면을 따라 위로 향한 마지널 플랜지(132)를 가지며, 압력판(130)은 제16도에 도시한 바와 같이 두 개의 오리피스판(120)의 상향 플랜지(121)와 다수의 장방향 거시트(133, gusset)에 의해 오리피스판부에 관련된 공간에서 지지되며, 각 거시트는 오리피스판(120)의 상부면과 접촉하며, 압력판(130)의 하부면에 접착된 측방향 상부 플랜지(134)를 갖는다.

비교적 단면이 큰 전기접촉자(135, 제15도)는 말단 벽(127)에 고정되며, 각 접촉자는 통상 사다리꼴의 장착 요오크(1366)에 접촉되고, 요오크의 측말단은 한 쌍의 요오크 스페이서(137)에 의해 말단벽(127)에 고정된다. 물론, 접촉자(135)의 목적은 부슁을 전기적으로 가열시키는 것이며, 열은 접촉자(135)와 말단벽(127) 사이에 위치한 요오크(136) 및 요오크 스페이서(137)에 의해 말단벽(127)에 목적하는 가열 패턴으로서 분배된다.

전부로 하부에 위치하는 부슁의 장착을 용이하게 하기 위해서, 측벽(122)의 하부 측벽부(123)는 내화성 케스팅(116)에 주조된 장착 플랜지(139)가 제공된다.

제12도에 도시한 바와 같이, 압력판(13)에는 다수의 구멍이 제공된다. 전형적으로, 이들의 구경은 0.076㎝(0.030″)이며, 중심 사이의 거리는 0.318㎝(0.125″)이다. 압력판의 두께는 0.050㎝(0.020″)이다.

제14도에 도시한 바와 같이, 오리피스판(120)은 부슁의 내부로부터 용융유리를 수용하기 위해 판에 고정되거나 접착된 다수의 선단(150)이 제공된다. 바람직한 태양에서, 각 선단은 0.218㎝(0.086″)정도, 최소 0.178㎝(0.070″) 정도의 비교적 큰 내경을 가지며, 이 선단은 횡방향으로 배열된다(제14도). 오리피스판의 두께는 0.152㎝(0.060″)이며, 선단의 길이는 각각 0.305㎝(0.120″)이다. 선단은 판에 삽입되며, 총 구멍의 길이는 0.457㎝(0.180″)이다.

본 발명의 한 태양에서 선단은 중심 사이의 거리가 0.178㎝(0.070″)로 횡열로 배열되며, 두 인접열은 0.457㎝(0.180″)의 거리를 두고 위치하며, 2열 사이의 거리는 0.737㎝(0.290″)이다. 길이가 44.5㎝(17.5″)이고 폭이 6.1㎝(2.4″)인 장방형 저부를 갖는 오리피스판(120)에서의 선단수는 1008개가 될 것이다. 따라서, 2016개의 섬유를 세장화 할 수 있는 부슁은 접촉자(135)를 포함하는 종방향의 길이가 약 53㎝(21″)이며 폭은 15㎝(6″)를 약간 상회할 것이다. 실제적인 오리피스판의 면적은 약 645㎠(100in²)이며, 선단의 밀도는 ㎠당 약 3개이다(in²당 20개).

제10도 내지 제15도에 도시한 부슁의 조작은 상기한 바와 거의 동일하며, 예를 들면, 제3도와 유사하다. 오리피스판(120)은 제3도의 (12)와 상응하며, 선단(150)은 제3도의 선단(13)과 상응하고, 다공압력판(130)은 제3도의 압력판(14)과 상응한다.

[실시예 1]

통상의 부슁(부슁 A)를 수일간 작동시킨다. 부슁 A는 다음과 같은 특성을 지닌다 :

제10도 내지 제15도에 도시한 바와 같은 본 발명의 부슁(부슁 B)를 수일 간 작동시킨다. 부슁 B는 다음의 특성을 갖는다.

각 부슁의 성능을 비교하면 다음과 같다.

[실시예 2]

부슁 B를 토출량 20.4㎏/H(45lbs/hr), 부슁의 시간당 0.33 또는 부슁 작업시간당 0.37의 절단수로 15일간 작동시키는 추가의 제조공정을 수행한다. 부슁 B는 86%의 부슁작업 효율과 84%의 역전효율로 작동되며, 절단당 휴지시간은 절단당 12분으로 감소했다.

[실시예 3]

부슁 B와 유사한 부슁 C를 장시간에 걸쳐 시험한다. 부슁 C는 본 발명에 따라 작동시켜며, 다음과 같은 특성을 갖는다.

[실시예 4]

부슁 D를 장시간에 걸쳐 시험한다. 또한, 부슁 D도 본 발명에 따라 작동시킨다. 부슁 D는 무선단 오리피스판을 가지며 공기 냉각된다. 부슁 D의 특성은 다음과 같다.

부슁 D는 과잉류나 기타 공정의 중단이 발생하지 않고 9시간 동안 작동했다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 연속 또는 스테이플 유리 필라멘트를 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (7)

1. 용융유리체와 연결된 다수의 선단이 제공된 오리피스판을 갖는 섬유-형성 부슁중에 용융유리체를 형성시키고, 선단으로부터 유출되는 유리로부터 섬유를 세장화하는 단계를 포함하는 유리섬유의 제조방법에 있어서, (a) 선단의 입구에서의 유리 선단압력이 대기압보다 낮고 ; (b) 섬유를 오리피스 주연의 내부에서 생성되는 성형 원추체(각 성형 원추체는 직경이 오리피스의 직경보다 실질적으로 작으며, 원추체를 갖는 주연부에 의해 관련 오리피스에 연결되어 있고, 선단의 내부 표면에 충진되도록 선단으로부터 외측으로 연장되어 있다)로부터 세장화시킴을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 주연부가 방사성으로 연장되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 주연부가 원추체가 연결되기 전에 선단의 내측면으로부터 상부로 연장되는 방법.
4. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 각 오리피스의 직경이 적어도 0.178㎝(0.070inch)인 방법.
5. 오리피스화된 선단이 제공된 하부판을 유리섬유 제조용 부슁에 있어서, (a) 압력 저항장치가 정상 섬유 세장화 조건하에서 선단 상부의 선단압력을 대기압보다 낮은 작업압력으로 감소시키기에 충분히 하도록 용융유리류에 대해 저항성을 갖는 선단의 상부에 위치하고, (b) 각 선단의 내경이 적어도 0.178㎝(0.070inch)임을 특징으로 하는 유리섬유 제조용 부슁.
6. 제5항에 있어서, 저항장치가 하부판 상부의 공간에 위치하는 오리피스화된 판을 포함하는 부슁.
7. 제6항에 있어서, 판을 가열시키는 장치를 포함하는 부슁.

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