NO142168B - Apparatur for omdanning av et smeltet trekkbart materiale til fibre - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en apparatur for omdanning av et smeltet trekkbart materiale, fortrinnsvis glass, til fibre.

Foreliggende søknad representerer en videreutvikling av den apparatur som er beskrevet i det norske utlegningsskrift nr. 139954.

Søkeren har funnet at det er en fordel å opprettholde et visst mellomrom mellom matemunningene og avgrensningen eller yttergrensen av hovedstrømmen (gasstrømmen). Således vil en slik bestemt avstand forenkle reguleringen av atmosfæren som omgir innløpsdigelen eller innløpstrakten som det smeltede materiale befinner seg i og strømmer fra. Videre vil en slik avstand eller separasjon gjøre det mulig å benytte visse opp-varmingsmidler i trakten som ikke på enkel måte kan brukes i forbindelse med systemer hvor matemunningene for glasset befinner seg nøyaktig i yttergrensen av hovedstrømmen.

Ved hjelp av nevnte separasjon kan man mellom det myknede materiale og hovedstrømmen operere med et fritt rom som er av stor betydning.

I henhold til et viktig trekk ved oppfinnelsen

rettes det smeltede materiale mot samvirkesonen gjennom et mellomrom mellom matemunningen og hovedstrømmen i det man på grunn av dette mellomrom kan fjerne fiberbanen fra alle kon-struksjonsdeler som er plassert nedstrøms samvirkesonen og for å redusere den innbyrdes varmepåvirkning mellom material-smelteorganet og tilførselsorganet for hovedstrømmen.

Ifølge et annet særlig gunstig trekk ved oppfinnelsen rettes sekundærstrålen - for tilveiebringelse av nevte samvirkesone - fra et punkt som befinner seg i nevnte mellomrom over avgrensingen for hovedstrømmen samt i avstand fra glassets matemunning for å redusere den innbyrdes varmepåvirkning mellom tilførselsorganene for glassmasse, hovedgasstrøm og sekundærstråle.

Oppfinnelsen foreslår spesielt å rette sekundærstrålen skrått inn mot hovedstrømmen i forhold til glassets tilmatningsretning.

I henhold til ovenfor anført angår foreliggende oppfinnelse en apparatur for omdanning av et smeltet trekkbart materiale, fortrinnsvis glass, til fibre omfattende innretninger for å danne en primær gasstrøm omfattende en utløps-munning, en eller flere organer for dannelse av sekundærgassstråler med en kinetisk energi pr. volumenhet som er større enn den for den førstnevnte strøm for å muliggjøre at sekundærstrålen(e) trenger inn i strømmen for å opprette en sone for gjensidig påvirkning, samt en eller flere matemunninger for tilmatning av trekkbart materiale til sonen der sekundærstrålen trenger inn i primærstrømmen, og denne apparatur karakteriseres ved at matemunningen(e) er anordnet i en avstand fra 10-100 mm over grenseflaten for hovedstrømmen, at munningen for sekundærstrålen befinner seg i en avstand av fra 5-10 mm over den øvre grenseflate av hovedstrømmen, at aksen for innretningen for opprettelse av sekundærstrålen er rettet i en vinkel, av 45-85° i forhold til hovedstrømmens bevegelsesretning, og at akseavstanden mellom munningen for sekundærstrålen 6g matemunningen for termoplastisk materiale er 4-10 mm i hovedstrømmens bevegelsesretning.

I det følgende beskrives eksempler på utførelser

av apparaturer ifølge oppfinnelsen under henvisning til de vedlagte tegninger hvor:

Fig. 1 viser et snitt gjennom en blåsepost som omfatter organer for tilveiebringelse av en hovedgasstrøm, organer for tilveiebringelse av en sekundærstråle og organer for fremføring av en glassmelte, sistnevnte består av en matemunning for glassmasse anordnet over (høyere enn) og i en viss avstand fra hovedgasstrømmens- øvre avgrensning. Fig. 2 viser et analogt snitt som fig. 1, men en annen utførelse hvor matemunningen for glassmassen har en annen utforming. Fig. 3 er et skjema som viser formen på en rekke munninger for innføring av glassmasse av typen vist på fig. 2, samt deres anordning i forhold til sekundærstrålemunningene. Fig. 4 er et vertikalt snitt gjennom en apparatur som omfatter flere fiberblåseposter, snittet er tatt gjennom planet 4-4 på fig. 6. Fig. 5 er et analogt snitt som fig. 4, men foretatt gjennom planet 5-5 på fig. 6.

Fig. 6 er et riss av visse deler vist på fig. 4 og

5, men sett i retning oppover, figuren viser i detalj den innbyrdes plassering av utstrømningsmunningene for glass og sekundærstråle i henhold til utførelsen på fig. 4 og 5.

Fig. 7 viser ennå en utførelse i analogi med fig 2, men dessuten omfattende et organ for innføring av en tilleggs-gass på motsatt side av hovedstrømmen i forhold til utstrøm-ningsåpningene for glass og sekundærstråle.

På tegningene er hovedgasstrømmen angitt ved 12A

og munningene for sekundærgass og glassmasse har henvisningstallene 36 og 37 respektivt, i likhet med henvisningstallene i de forskjellige tegninger i det ovenfor nevnte norske utlegningsskrift.

Det vises først til fig. 1 hvor man ved 200 ser

en utløpstrakt eller -digel som er kombinert med et egnet til-førselssystem for glass som f.eks. en fylletrakt eller -renne 201. Hovedgasstrømmen kommer ut av delen 202 i en høyde som ligger vesentlig lavere (under) utløpsåpningen 200. Utstrøm-ningsmunningen for sekundærgassen, 36, utgjør den åpne ende av et rør 203 med tilførsel fra det større rør 204, i forbindelse med en brenner eller annen kilde for sekundærgass tilført gjennom ledningen 205. Det skal bemerkes at strålerøret 203

er anbragt i en viss vinkel i forhold til aksen gjennom hovedstrømmen 12A og videre at dyseåpningen 36 står i en viss avstand over avgrensingen av hovedstrømmen som kommer fra røret 202.

Sekundærstrømmen og hovedgassen har slik virkning

at de sammen danner en samvirkesone som det er beskrevet detalj-jert i det nevnte utlegningsskrift, hvilken sone befinner seg

temmelig nøyaktig vertikalt under matemunningen for glasset 37. Glasset kommer inn i form av en streng betegnet S, som faller ved tyngdekraften fra åpningen 37 og går inn i samvirkesonen mellom sekundærstrålen og hovedgasstrømmen og senere inn i strekkesonen som beskrevet i det tidligere nevnte utlegningsskrift.

I de viste utførelser, deriblant fig. 1, er den loddrette avstand mellom innløpsåpningen for glasset 3 7 og yttergrensen for hovedstrømmen 12A av størrelsesorden 10-100 mm. Dessuten er avstanden mellom utstrømningsmunningen for bæregasstrålen 36 og avgrensningen av hovedgasstrømmen i området 5-10 mm.

Ved disse utførelser er avstanden mellom aksene for åpningene 36 og 37 målt i retningen oppstrøms-nedstrøms for hovedstrømmen 12A 4-10 mm. På grunn av plassering og mellomrom mellom forskjellige deler som danner fiberblåseporten, danner strålerøret 203 og følgelig strålen som kommer ut av røret ifølge oppfinnelsen en vinkel i forhold til aksen gjennom hovedstrømmen 12A på mellom 45 og 85°, fortrinnsvis benyttes vinkler på 75-85°. Forholdet mellom de anvendte vinkler og de innbyrdes mellomrom bør være slik at man skaper en samvirkesone mellom sekundærstrålen og hovedgasstrømmen på et punkt som ligger temmelig nøyaktig loddrett under matemunningen for glasset 37. Det er også gunstig å anbringe strålerøret 203

og følgelig utløpsmunningen for sekundærstrålen slik at åpningen for denne befinner seg oppstrøms glasstrengen S regnet i hoved-strømmens retning. Skråstillingen for strålerøret 203 vil sende ut en sekundærstråle i en retning som generelt går på tvers av hovedstrømmen, men som har en komponent i retning medstrøms i forhold til hovedstrømmen, hvilket letter fiber-strekkingen og fremføringen av den utblåste fiber med hoved-strømmen.

Hver fiberblåsepost som er oppbygget på denne måten og som vist på fig. 1 virker generelt på den måten som er beskrevet detaljert i det tidligere nevnte utlegningsskrift.

De aktive størrelser, deriblant hovedstrømmens og sekundærstrålens kinetiske energi i operasjonssonen samt temperatur, hastighet for hovedgass og sekundærstråle samt glassets temperatur og forholdet mellom munningenes dimensjoner med hensyn på glassmasse og sekundærgass, kan være som angitt i utlegningsskriftet selvom det kan være gunstig om enkelte parametre vari-erer utenfor de grenser som er nevnt der. Som allerede nevnt forutsetter f.eks. foreliggende oppfinnelse en stor avstand mellom matemunningen for glasset over nærmeste avgrensning for hovedstrømmen. Man kan benytte andre varianter hvorav enkelte beskrives senere.

Med den apparatur som er foreslått ifølge oppfinnelsen kan man benytte mindre nedre grenser for forholdene mellom sekundærstrålens og hovedstrømmens kinetiske energi i operasjonssonen sammenlignet med apparaturen som beskrives i utlegningsskriftet. Således kan man oppnå effektive resultater ved å holde det nevnte forhold mellom de kinetiske energier for bære-gassen og hovedstrømmen mellom 4:1 og 35:1.

Ved apparaturen i henhold til oppfinnelsen kan di-mensjonene for sekundærstrålens munning være betraktelig mindre enn foreslått i utlegningsskriftet. F.eks. kan i henhold til foreliggende oppfinnelse sekundærstrålens munning være mindre enn glassmatemunningen, dvs. fra omtrent 1/6 av glassmatemunn-ingens dimensjon og opptil omtrent den samme dimensjon som denne. Sekundærstrålemunningens dimensjon kan variere fra 0,3 til 2,5 mm i diameter. Anvendelse av en sekundærstråle-munning med små dimensjoner krever ofte høyt gasstrykk under forøvrig samme forhold. Man kan benytte sekundærstråletrykk på eksempelvis 2-25 atmosfærer.

Ved utførelser som omfatter sekundærstråler med

liten diameter kan avstanden mellom aksene gjennom sekundær-strålemunningen og glassmatemunningen, målt i hovedstrømmens retning oppstrøms-nedstrøms, være omkring 3-4 ganger diameteren for sekundærstrålens utstrømningsmunning eller mellom ca. 1

og 10 mm.

I forbindelse med en utførelse som vist på fig. 1

vil det dannes luftstrømninger ved innvirkning av sekundærstrålen fra åpningen 36, antydet ved pilené 206 og disse indu-serte strømmer vil innvirke på posisjonen for glasstrengen S.

idet strømmene har tendens til å trekke glasstrengen mot sekundærstrålen i stadig større grad jo nærmere den kommer avgrensningen av hovedstrømmen. Denne virkning er stabiliserende fordi man dermed lettere oppnår en konstant og stabil tilstrømning av glassmasse i samvirkesonen mellom sekundærstrålen og hovedstrømmen.

Fig. 1 viser at det finnes et vesentlig fritt rom mellom og omkring hovedorganene ved blåseposten, dvs. utstrøm-ningstrakten, rørledningen for tilførsel av gass til sekundær-gassrøret og apparaturen for tilveiebringelse av hovedgass-strømmen. På grunn av dette økede mellomrom mellom fiberblåse-postens organer vil varmeoverføringen mellom utstrømningstrakten for glass og blåseorganene for hovedstrøm og sekundærstråle re-duseres . vesentlig. Man får derved en mulighet til å regulere glassets temperatur. Denne oppbygning gjør det også mulig å benytte glassmelter med høyere smeltetemperatur eller større utstrømingsmengder fra matemunningen.

Man kan benytte en serie fibertrekkeposter anordnet

på tvers av hovedstrømmens retning.

Glassmatemunningen 37 som vist på fig. 1 danner en enkel åpning eller kan være oppbygd som beskrevet detaljert i forbindelse med fig. 2 og 3. Det henvises nå til fig. 2 og 3 hvor hovedorganene virker på samme måte som ovenfor selvom den loddrette avstand mellom matemunningen for glasset, 37,

og den øvre avgrensning av hovedstrømmen 12A ikke er så stor som på fig. 1.

Ved utførelsen på fig. 2 og 3 er de to sider av innløpstrakten 200 kledt med et isolasjonsmateriale som alumin-iumoksydfibre (f.eks. 60% A^O-j) som vist ved 207, noe som re-duserer varmetapet fra utløpsdigelen og som beskytter stråle-røret 20 3 mot utløpstraktens høye temperatur. For at utløps-trakten skal kunne tåle den høye temperatur i glassmelten er den normalt laget av platinalegering og isolasjonen som beskrives gjør det mulig å lage de andre organer som f.eks. blåserøret 203 av mindre kostbart metall som rustfritt stål..

Ved bruk av en isolasjon som vist ved 20 7 mellom utløpstrakten og sekundærstrålen og de tilhørende tilførsels-organer kan man holde en større temperaturforskjell mellom glasset og sekundærstrålen. Selvom således sekundærstrålen har en relativt lav temperatur, vil isolasjonen 207 gjøre det mulig å opprettholde en relativt høy temperatur i glasset uten for store varmetap. Dette system muliggjør således en høy produksjon.

Man ser på fig. 2 og 3 at glasset går gjennom inn-løpstraktens bunn gjennom en kalibrert dyse 37c og at matemunningen utvides både over og under denne kalibrerte dyse. Utvid-elsen over munningen har form som en trakt og letter innstrøm-ningen av glassmassen gjennom dysen og ut i reservelommen hvorfra glasset til slutt strømmer ut. Den nedre utvidelse danner en liten reserve hvorfra glasset som nevnt strømmer ut. Omkretsen for munningen 37 kan være 2-3 ganger omkretsen for kalibreringsdysen 37c og hele veggpartiet av lommen fuktes av glasset, noe som bidrar til en bedre stabilitet for den umiddelbart nedhengende glassmasse fra munningen, særlig ved høy temperatur. På grunn av reservelommen vil glassbulben eller den dannede kon ha større dimensjon og følgelig danne en lengre konus enn uten en slik lomme, noe som også muliggjør større avstand mellom utstrømningspunktet for glasset og det punkt eller område hvor fiberen begynner å trekke i konusen. Økningen av avstanden mellom det punkt for fiberen begynner å dannes og matemunningen vil nedsette fiberens tendens til å oppsamles på de apparaturdeler som befinner seg i nærheten av fiberblåseposten.

Selvom den lommen som avslutter matemunningen for glasset kan være sirkulær, er det en fordel å benytte en oval lomme hvis lengste akse ligger i samme retningen som hoved-strømmens strømningsretning, som det fremgår av fig. 3.

Med en slik anordning for tilstrømning av glass

som vist på fig. 2 og 3 vil åpningen gjennom den kalibrerte dysen 37c danne den egentlige glassmatemunning eller mengde-regulerende åpning.

I utførelsen på fig. 2 og 3 kan sekundærstrålens trykk med fordel være sterkere enn beskrevet i det tidligere nevnte utlegningsskrft på<*> grunn av avstanden mellom åpningen for sekundærstrålen og hovedstrømmen. Følgelig er sekundærstrålens trykk med fordel 2-10 atmosfærer i forbindelse med en åpningsdiametér på ca. 2 mm, og når åpningen har ca. 1 mm diameter kan trykket være 2-25 atmosfærer.

Muligheten for å bruke høye trykk og store kinetiske energier for sekundærstrålen gjør at man kan øke den produserte glassmengden som leveres fra matemunningen og forbedre jevn-heten i tilmatningen samt stabiliteten for den dannede henge-konus Under matemunningen, noe som gir bedre og jevnere fiber-produkter.

Muligheten for å bruke høye trykk for sekundærstrålen og det forhold at utstrømningsmunningene for sekundærstrålen og glasset er i avstand fra hovedstrømmen, er faktorer som er av stor betydning for å kunne opprettholde større interak-sial avstand mellom utstrømningsmunningene for sekundærstråle og glass. Disse faktorer vil også lette anvendelse av større glassmatemunninger enn utstrømningsåpningen for sekundærstrålen, f.eks. 1-2 ganger sekundærstrålens tverrsnittsåpning når man benytter sékundærstråletrykk på opptil 12 atmosfærer og 2-3 ganger i forbindelse méd et stråletrykk på 12-25 atmosfærer.

Ved den utførelsen som er beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 2 og 3 kan bredden av reservelommen i glassmatemunningen målt loddrett på strømningsretningen for hoved-strømmen 12A i et typisk tilfelle være 1,3 ganger diameteren gjennom sekundærstrålens utstrømningsmunning og lengden kan være det dobbelte av bredden.

I forbindelse med fig. 2 og 3, og når man benytter en glassmasse med sammensetning som i eks. II angitt i det nevnte utlegningsskrift, har man kommet fram til driftsforhold og resultater som fremgår av tabellen som følger:

Hvis man nå ser på fig. 4, 5 og 6, ser man igjen

en utførelse hvor utløpsdigelen eller -trakten er kombinert med en overdel eller hovedtrakt 201. Et rørélement 202 fører hovedstrømmen 12A generelt i l/brisontal retning under utløps-trakten.

I dette tilfellet er trakten forsynt med to rekker matemunninger 37A og 37B, som er anordnet i siksakk som vist på fig. 6. Tilførselsrøret for sekundærstrålen 204 er forsynt med forgreninger som har munninger for sekundærstråler 36B knyttet til matemunningene for glasset 37B, og er videre forsynt med tilleggsrør for tilførsel av sekundærgass gjennom munninger 36A kombinert med glassmatemunninger 37A. Alle munningene 36A, 36B, 37A og 37B befinner seg i en viss avstand over øvre avgrensning av hovedstrømmen 12A. Denne utførelsen omfatter ikke bare én rekke fiberblåseposter anordnet i siksakk, men muliggjør også med denne fordeling opprettholdelse av en loddrett avstand mellom munningene og hovedstrømmens øvre avgrensning .

Ved visse ovenfor beskrevne utførelser hvormed man kan oppnå stor fiberproduksjon, har fibrene noen ganger tendens til å passere hovedstrømmen 12A uten å bli fullstendig trukket. Man får da en for tidlig stivning av deler av fibrene og følge-lig en tendens til avsetning av stordiametrede fibre i de dannede fibermatter. Man kan unngå feil av denne type ved å benytte en utførelse som vist på fig. 7. I utførelsen vist på fig. 7 er fiberblåseapparaturen anordnet på samme generelle måte som fig. 2 og 3 viser, men det er dessuten installert en vegg eller plate 208 ved utløpet av hovedstrømmen 202. Platen befinner seg under utløpet for hovedstrømmen og har en krumning slik at platen fjerner seg fra hovedstrømmen i dennes retning. Veggen har en forlengelse 209 anordnet på en slik måte at det dannes en spalte 210 som gir mulighet for utblåsing av en luftduk eller sjikt gjennom rørledningen 211, eventuelt en annen gass.

Ved en slik utførelse med krumme overflater på delene 208 og 209 får man en ledeflateeffekt som gir en av-ledning eller nedbøyning av hovedstrømmen med følgende økning av avstanden mellom glassets matemunning og hovedstrømmen. Denne virkning er av samme type som oppnådd ved utførelsen

på fig. 11 i det tidligere nevnte utlegningsskrift, men veggens virkning er forsterket ved muligheten for innblåsing av luftspalten 210. Følgelig blir hovedstrømmens tykkelse øket i det varme området hvor fiberblåsingen finner sted.

En slik anordning kan brukes for å fjerne tendensen hos fibrene til å falle gjennom hovedstrømmen og til å unngå en for tidlig stivning av fibrene før den ønskede trekking er oppnådd. I

en apparatur som vist på fig. 7 kan blåsetrykket som sender luft gjennom spalten 210 være 3-6 atmosfærer.

Claims (1)

1. Apparatur for omdanning av et smeltet, trekkbart materiale, fortrinnsvis glass, til fibre omfattende innretninger for å danne en primær gasstrøm (12) omfattende en utløpsmunning, en eller flere organer (203) for dannelse av sekundærgassstråler med en kinetisk energi pr. volumenhet som er større enn den for den førstnevnte strøm (12) for å muliggjøre at sekundærstrålen (e) trenger inn i strømmen for å opprette en sone for gjensidig påvirkning, samt en eller flere matemunninger (37) for tilmatning av trekkbart materiale til sonen der sekundærstrålen trenger inn i primærstrømmen, karakterisert ved at matemunningen(el (37) er anordnet i en avstand fra 10-100 mm over grenseflaten for hovedstrømmen, at munningen (36) for sekundærstrålen befinner seg i en avstand av fra 5-10 mm over den øvre grenseflate av hovedstrømmen, at aksen for innretningen (203) for opprettelse av sekundærstrålen er rettet i en vinkel av 45-85° i forhold til hovedstrømmens (12) bevegelsesretning, og at akseavstanden mellom munningen (36) for sekundærstrålen og matemunningen (37) for termoplastisk materiale er 4-10 mm i hovedstrømmens (12) bevegelsesretning.