NO832353L - Fremgangsmaate for aa opprette filamentstroemning fra en dyseplate - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en apparatur og en fremgangsmåte for fremstilling av kontinuerlige glassfilamenter ved trekking av smeltet glass gjennom aperturer eller munninger, anbragt i bunnplaten av en bøssing eller mater, inneholdende et legeme av smeltet glass. Glasset som strømmer gjennom munningene danner en kon under hver munning og et filament trekkes fra hver kon ved hjelp av en oppvikler anordnet under bøssingen. Varmevekslingsmidler, f.eks. en strøm av kjøleluft, eller et finneskjold arrangement, benyttes for å stabilisere konene og å forhindre flømming av smeltet glass gjennom bunnen av munningsplaten.

Senere utviklinger i denne bøssingsteknologi har muliggjort

å tilveiebringe meget stort antall munninger i bøssing-bunnplaten, f.eks. i størrelsesorden 7,64 til 31,0 munninger pr. kvadratcentimeter. Likeledes har nyere utvikling gjort det mulig å fremstille ekstremt fine filamenter, nemlig filamenter med diametre på 0,000254 til 0,000508 centimeter. Ved oppstart av en slik bunnplate eller ved nystart av denne etterat flømming har opptrått, strømmer smeltet glass vanligvis ved hjelp av tyngdekraften gjennom munningene som strømmer som trekkes ved hjelp av sekundære midler, slik som trekkvalser og samles som en streng. Når ekstremt fine filamenter fremstilles strømmer vanligvis smeltet glass meget langsomt på grunn av tyngdekraften, gjennom de små munninger og det går med et betydelig tidsrom før en tilstrekkelig streng kan samles for å initiere oppviklings-operasjonen. Denne innsamlingstid som er nødvendig for at oppviklingsinitiering kan skje, kjennes i denne teknikk som "kulefalltiden".

Det er et behov i denne teknikk for en praktisk og énkel metode for å initiere filamentoppvikling når man starter opp en smelte eller når man klargjør en overflømmet bunnplate. Dette behov er spesielt preserende ved fremstilling av fine filamenter der kulefallstiden er lang.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer er ny og ukjent tilnærming til problemet med initiering av en kontinuerlig glassfilamentfremstilling fra et stort antall munninger tildannet i en dyse-bunnplate.

Mere spesielt benytter foreliggende oppfinnelse et antall "spisser" eller fremragende elementer på undersiden av bunnplaten hvor hver av disse spisser er utstyrt med. et antall munninger som er så nær hverandre at det vanligvis vil skje "flømming" under oppstarting av filamentfremstil-lingsprosessen. Hver spiss tilveiebringer et antall munninger, fortrinnsvis fra ca. 2 til ca. 7, som er isolert fra munningene tilveiebragt ved siden av liggende spisser,

og munningene i hver enkelt spiss er gruppert slik at de er i flømmingsforhold til hverandre.

Ved flømming av platen dannes det så en relativt stor kule

av smeltet glass på den nedre overflate av hver spiss, men kulene på ved siden av hverandre stående spisser smelter ikke sammen eller agglomererer. Denne relativt store kule av smeltet glass på hver spiss dannes av smeltet glass som strømmer gjennom hver av antallet munninger i hver individuell spiss og massen av denne kule er slik at den vil falle hurtig på grunn av tyngdekraften og danne et enkelt filament. Dette filament trekkes fra en relativt stor enkeltstrøm av smeltet glass fra alle munningene i spissen.

Arbeideren deler den relativt store enkle strøm ved hver spiss for å danne enkelte filamentkomponenter, dvs. et filament pr. munning, ved å rette et kjølefluid slik som vann, mot den enkelte glasstrøm ved spissflaten, dvs. der smeltet glass strømmer i sammensmeltet forhold fra flere munninger som en relativt stor strøm. Væsken som sprøytes på det smeltede glass virker som varmevekslings- eller bråkjølings-medium som avkjøler det smeltede glass drastisk og momentant. Væsken, fortrinnsvis ved omgivelsestemperatur, sprøytes direkte på legemet av smeltet glass og kan øyeblikkelig

omdannes til vann når glasset bråkjøles.

Som et resultat, separerer denne bråkjøling de relativt store glasstrømmer til individuelle koner av smeltet glass ved hver munning i spissen. Når de individuelle koner er dannet ved de individuelle munninger, vil fortsatt drift av oppvikleren trekke individuelle filamenter fra hver kon og filamentsepareringen er gjennomført. Under den første flømming av individuelle flermunningsspisser, dannelsen av den første større enkeltstrøm ved hver flermunnings spiss og den første trekking av det grove filament fra den større strøm7rettes vanlige varmevekslingskomponenter for bunnplate funksjonen på normal konvensjonell måte, f.eks. et kjølefluid, slik som luft,oppover til.bunnplatebunnen eller det benyttes konvensjonelle finneskjold for den primære varmeveksling. Anvendelsen av væskebråkjøling er momentan, og bruken er kun ment. som innretning for å separere hver av de mange filamenter til individuelle filamenter ved hver munning. Med en gang separeringen er gjennomført blir væskebråkjølingen avbrutt og vanlig drift opprettet.

Oppfinnelsen har således to anvendelser som begge har for-bindelse med opprettelse av fiberingsstrøm fra en dyseplate. For det første oppstartingsprosedyren der et gassformig fluid kontinuerlig rettes mot munningsspissen. En kjøle-væske blir samtidig bragt mot munningsspissene og munningsplaten, men kun i et tidsrom tilstrekkelig til å separere komposittfilamentet fra hver spiss til individuelle filamenter fra hver av antallet munninger i spissen. Med en gang separeringen er gjennomført avbrytes kjølefluidet mot munningsspissene og platen, mens det gassformige fluid fortsatt bringes mot den.

I den andre anvendelse, gjenoppretting av filamentfrem-stillingsbetingelser etter et avbrudd som forårsaker at strømmen fra de individuelle munninger smelter sammen og strømmer som et enkelfilament fra en flermunningsspiss, er prosedyrene sammenlignbar. Gassformig fluid bringes kontinuerlig mot spissene under avbruddet. Ved avbrudd blir kjølevæske samtidig bragt mot munningsspissene og munningsplaten som beskrevet tidligere, og strømmen av kjølevæske avbrytes etterat individuell strømning fra hver munning er gjenopprettet.

Ethvert egnet materiale kan benyttes som kontinuerlig gassfluid. Slike gassfluider inkluderer luft, karbondioksyd, nitrogen og lignende.

Et hvilket som helst egnet materiale kan benyttes som brå-kjølingsvæske. Egnede kjølevæsker er vann, vandig dietylen-glykol, glycerin og ikke-brennbare væsker generelt. Det er også hensiktsmessig å benytte avkjølte fluider, slik som avkjølt karbondioksyd, nitrogenluft og lignende i gassformig tilstand, idet fluidet har en tilstrekkelig høy spesifikk varme eller befinner seg ved tilstrekkelig lav temperatur til å forårsake at de kombinerte fibre fra antallet munninger i en enkel spiss å trekke seg sammen og danne individuelle filamenter fra hver individuelle munning på

den enkelte spiss.

Den vesentlige reduksjonen i kulefalsetiden oppnås fordi

den første smeltede glasskule er relativt massiv og hurtig faller på grunn av tyngdekraften og trekker kompositt-filamentet bak seg. Videre øker anvendelsen av flermunningsspisser antallet munninger som kan benyttes, mens overgangs-eller ikke-oDpstartingsflømming lokaliseres på grunn av geometrien og avstanden mellom spissene. Enhver lokalisert flømming kan"bøtes på på samme måte, dvs. ved' å rette en strøm av væske mot den spesielle flømmede spiss for umiddelbart å bevirke separering av komponentfilamentene til individuelle komponentfilamenter.

Figur 1 viser skjematisk en glassfilamentplate og trekkings-arrangementet som benyttes ifølge oppfinnelsen; Figur 2 er et skjematisk riss av arrangementet i figur 1 sett fra siden; Figur 3 er et sterkt forstørret riss langs planet 3-3 i figur 1;

Figur 4 er et ytterligere forstørret riss langs planet 4-4

i figur 3; Figur 5 er et noe skjematisk riss av arrangementet i figurene 1 og 2 sett nedenifra mot dysebunnplaten; og Figurene 6 og 7 er skjematiske riss tilsvarende figur 5 som viser etterhverandre følgende faser ved gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Slik det best vises ifølge figurene 1 og 2, angir henvis-ningstallet 10 generelt bunnen av en glassbeholder av kjent type for å inneholde et legeme av smeltet glass,

idet glasset i denne holdes i smeltet tilstand ved hjelp av en oppvarmingsstrøm som tilføres gjennom konvensjonelle labber eller elektriske kontakter 11. Smeltet glass i beholderen ligger over bunnplaten 12 som er gjennomhullet for å tilveiebringe munninger gjennom hvilke kontinuerlige glassfilamenter 15 trekkes nedover, idet filamentene passerer over en limpåføringsvalse 16 og gjennom en samle-sko 17 for deretter å vikles på valsen 18 i en konvensjo-nelT oppviklingsmaskin. Oppviklingen forlenger filamentene ved å trekke, dem fra smeltet glasskoner som dannes'ved munningene av bunnplaten.

Den spesifikke bunnplate som benytter en utførelsesform ifølge oppfinnelsen er gitt i figurene 3 og 4. Bunnplaten 12 er utstyrt med et antall polygonale preginger eller "spisser" 20, idet hver spiss fortrinnsvis har form av et likesidet triangel og der hver spiss er utstyrt med et antall adskilte munninger 21, fortrinnsvis tre. Munningene er anbragt sentralt i hver av triangelspissene.

Arrangementet mellom spisser og de relative dimensjoner for slike er vist i figurene 3 og 4. Fortrinnsvis er underflaten av munningsplaten 12 maskinbehandlet for å danne spalter 22, idet disse oppdeler underplaten og tilveiebringer de isolerte spisser 20.

I den utførelsesform som er vist i tegningene er den laterale og den transversale avstand mellom ved siden av hverandre stående spisser, antydet med henvisningen A,

i størrelsesorden 0,15875 centimeter og senter-til-senter avstanden mellom ved siden av hverandre liggende spalter i vertikalretning i figur 3 er 0,55626 centimeter, mens den laterale avstand, senter-til-senter, er i størrelsesorden 0,64262 centimeter. Ved å gjennomføre diagonale kutt A i to retninger ved å benytte en 0,15875 centimeter bred kutter med en maksimal tillatelig bredde på 1,778 centimeter og ved å holde en horisontal kuttavstand på

0,555625 centimeter, slik som antydet ved B, og en 60° kuttavstand pa ca. 0,64262 centimeter, slik som antydet ved dimensjonen C, oppnås det nominelt 9,765 spisser pr. kvadratcentimeter selv om den nødvendige marginalavstand for understøttelse av platen 12 vanligvis reduserer det virkelige antall spisser pr. kvadratcentimeter til størrelsesorden 7,75.

Som best vist i figur 4 i tegningene er den totale tykkelse for platen 12, angitt ved dimensjonen D i den foretrukne utførelsesform, ca. 0,3302 centimeter, dybden av sporene 22 og høyden av spissene er i størrelsesorden 1,524 centimeter antydet ved dimensjonen E, og dimensjonen F er i størrelsesorden 0,1778 centimeter. De tre munninger 21 som er tildannet i hver spiss er boret til en nominell dimmensjon G på 0,09 39 8 centimeter i senter, antydet ved dimmensjonen H på fra ca. 0,10922 centimeter til 0,1143 centimeter.

I den foretrukne utførelsesform og ved bruk av de oven-

for angitte dimensjoner, er hver spiss i form av et likesidet triangel med en lengde på 0,482 6 centimeter for hver side, og hver spiss har en høydedimensjon E, på 1,524 centimeter, med de tre munninger anordnet sentralt over hver spiss i et triangulært mønster.

Mens den foretrukne triangulære konfigurasjon for spissene og de foretrukne dimensjonsforhold for mønstre på spissene er gitt i detalj ovenfor skal det være klart at oppfinnelsen ikke er begrenset hverken til konfigurasjonen eller dimensjonene for den foretrukne utførelsesform. Spissene kan være av kvadratisk, rektangulær, heksagonal, sirkulær eller en hvilken som helst annen form som ønskes. Antallet munninger pr. spiss kan variere fra 2 til 7 eller flere,

og spissene kan være arrangert i et hvilket som helst geometrisk forhold og på en hvilken som helst ønsket måte. Antall spisser pr. kvadratcentimeter og antall munninger kan varieres for å tilveiebringe et variabelt antall munninger, fortrinnsvis fra ca. 7,75 til ca. 31,0 pr. kvadratcentimeter. Høydedimensjonen E for hver spiss kan også varieres, slik at spissene kan danne enten en mindre andel av den totale tykkelses dimensjon D for platen,

eller spissene kan utgjøre hovedandelen av den vertikale dimensjonen D. Videre er det heller ikke nødvendig at spissene er anordnet enhetlig over undersiden av platene, og spissene kan være gruppert i undergrupper for å til-passe anordning av finneskjold eller andre kjøleapparaturer.

For oppfinnelsens formål er det kun nødvendig at spissene har følgende karakteristika: 1. Et antall isolerte spisser er tilveiebragt over undersiden av raunningsplaten slik at spissene oppdeler bunn-overflaten av bunnplaten i separate og distinkte munnings-områder; 2. Hver spiss er utstyrt med et antall munninger som er så nær hverandre at de står i flømmingsforhold med hverandre, dog er munningene i hver spiss isolert fysisk fra munningene i enhver annen spiss ved sporene.

Slik det best fremgår av figurene 1, 2 og 5-7, er en luftmanifold 25 anordnet under platen på et punkt som er lateralt forskjøvet fra filamentveien som trekkes av fra platen. Denne manifold er utstyrt med et antall luftutløpsåpninger 26 gjennom hvilke luft som er tilført til manifolden fra en egnet kilde, slik som gjennom til-førselslinjen 27, rettes oppover mot undersiden av platen. Lengen av manifold og arrangementet av luftutløpsåpningene er slik at manifolden retter en strøm av kjøleluft oppover mot platen for kontrollert avkjøling av glasskonene i fiberdanningsområdet. Hvis ønskelig,kan man benytte mere enn en manifold, eller denne kan gis en frem og tilbake-gående bevegelse for å feie over undersiden av platen.

Mens den ovenfor nevnte manifold er konstruert for å bringe luft til strømning oppover mot undersiden av platen for å kontrollere fiberdanningsomgivelsene, kan andre gassformige kjølemedia benyttes som beskrevet ovenfor. I praksis er det funnet at luft under trykk er et egnet varmevekslingsmedium, og selvfølgelig er luft foretrukket på grunn av omkostningsbetraktninger, lett behandling, ikke-brennbarhet c5g lignende.

Luften, eller et annet gassformig varmevekslingsmedium, føres til platen i et volum, med en hastighet og en temperatur tilstrekkelig til å avkjøle filamentene som trekkes fra de enkelte munninger og tilstrekkelig til å holde en formende kon hvorfra filamentene trekkes ved hver munning. Under vanlige driftsbetingelser,og med en gang trekking av gassfilamentene er initiert og i fravær av flømming på noen del av munningsplaten, er luftstrømmen tilstrekkelig til å holde kontinuerlig separering av filamentene og å holde stabile formende koner ved de individuelle munninger.

Ved oppstarting eller ved flømming av en del av platen

vil forhold sammenlignbart med det som er vist i fig. 5 inntre. Under flømmingsforhold dannes det ikke individuelle koner ved hver av munningene innen en spesiell spiss.- I stedet vil smeltet glass tre ut fra hver av de tre munninger i hver spiss og smelte sammen og dannne én massiv,enkelt sammensmeltet strøm 30. Denne er i virkeligheten sammensatt av smeltet glass som strømmer gjennom hver av de individuelle munninger i hver spiss og strekker seg over flaten av hver spiss. Et enkelt grovt komposittfilament 31 kan trekkes av fra hver strøm.

For å separere komposittfilamentene i individuelle glassfilamenter 15 trukket som individuelle strømmer fra koner 32, sprøytes en væske, slik som vann 35, fra en dyse 36 som mottar vann fra en kilde gjennom en slange 37, manuelt mot det massive konglomerat strøm 30 fra hver spiss 20. Fortrinnsvis holder vannet omgivelsestemperatur og vannet som sprøytes på konglomeratstrømmen virker som varmeveksler eller bråkjølingsmedium og avkjøler massen kraftig, slik at massen skiller seg og det kan trekkes individuelle filamenter 15 fra hver individuell smeltet glassdannende kon 32 (figur 7) fra hver individuell munning i hver spiss. Initiering av denne separering for å danne en individuell kon ved hver munning er antydet i figur 6, og den endelige separate filamentdannelse er vist i figur 7. Når separering er oppnådd avsluttes vannpåsprøytingen og trekking av fibrene skjer ved å benytte vanlig luftstrøm fra manifolden som eneste kjølemedium.

I tilfelle lokalisert flømming blir en strøm av vann bragt kun mot de spisser som er flømmet for å bevirke separering av den sammensmeltede massive glasstrøm til individuelle filamenter som vist i figur 7.

Det skal være klart at tyngdekraftsstrømning av smeltet glass gjennom ekstremt fine munninger er heller langsom og at det må regnes med en betydelig kulefallstid der ekstremt fine filamenter fremstilles. Ved sammensmelting av strømmene fra de individuelle munninger til de massive strømmer 30 i figur 5 og å tillate disse massive strømmer å falle fra de individuelle spisser eller å trekke kompo-sittf ilamenter derfra, som vist i figur 5, medfører at man kan oppnå en betydelig reduksjon i kulefallstiden. Således vil vesentlige tidsfordeler oppnås så lenge det

er mulig å separere den massive komposittfiber til komponentfilamentene. Denne separering kan gjennomføres lett og hurtig ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Eksempel

En bunnplate med tilsammen 1.500 munninger og dimensjonert

i henhold til dimensjonene fra og med A til og med H ovenfor og med den konfigurasjon som er vist i figurene 3 og 4

ble benyttet. Ved vanlig driftstemperatur på 1260°C

("plate set punktet") og med bruk av en dobbeltrekke av luftdyser som blåste oppover mot platen, kunne en flømmet plate ikke bringes i drift igjen, og det kunne ikke dannes individuelle filamenter, selv med full luftstrøm fra manifolden og ved bruk av en konvensjonell luftlanse.

Vannet ble rettet fra en konvensjonell 100°C vannsprøyte-dyse ved omgivelsestemperatur og i en mengde av ca; 12 liter pr. time rettet direkte mot den massive smeltede kompositt-glasstrøm som vist i figur 5. Denne vannsprøyting avkjølte hurtig glasset og ga full fiberseparering som vist i figur 7. Med en gang denne fulle fiberseparering var oppnådd, ble det ikke benyttet mere vannsprøyting. Vannstrålen fra dysen ble manuelt ført frem og tilbake over hele bunnplaten for hurtig å oppnå fiberseparering ved hver individuell spiss.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes ved fremgangsmåter for fremstilling av lange glassfilamenter der smeltet glass avgis som strømmer gjennom hull i bunnplaten i en smeltebeholder for glass.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å opprette filamentstrømming fra en dyseplate med spisser med et antall munninger,karakterisert vedat den omfatter: (a) å bringe glass til strømming fra et antall munninger i en dysespiss som en enkel fiber; (b) å rette et gassformig fluid til kontakt med dyseplaten; (c) samtidig å rette en kjølevæske i kontakt med spissene av dyseplaten for å bringe enkeltfilamentet til separering til individuelle filamenter fra hver av munningene; (d) å avbryte besprøytning av kjølevæske i kontakt med spissene i dyseplaten mens man fortsetter å rette nevnte gassfluid til kontakt med denne.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at kjølevæsken er valgt blant vann, vandig dietylen-glykol og glycerin og at nevnte gassformige fluid er valgt blant luft, karbondioksyd og nitrogen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at kjølevæsken er valgt blant avkjølt karbondioksyd, avkjølt nitrogen og avkjølt luft.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at spissene inneholder fra ca. to til ca. syv munninger.

5. Fremgangsmåte-for fremstilling av glassfilamenter fra et legeme av smeltet glass holdt over en dysebunnplate, idet denne har et antall individuelle spisser og hver spiss har et antall i avstand anordnede munninger ,og idet disse munninger er så nær hverandre at det dannes en enkelt, sammensmeltet strøm av smeltet gass fra alle munningene i hver spiss,karakterisert vedat den omfatter å rette en strøm av væske mot spissene for å støte direkte på den sammensmeltede strøm av glass fra spissen, hvorved væskestrømmen avkjøler den smeltede gasstrøm tilstrekkelig til å forårsake at den separeres i individuelle smeltede glasskoner, hver anordnet ved sin egen munning, og deretter trekke et glassfilament fra hver kon.

6. Fremgangsmåte for oppstarting av en flømmet glassfilament dysebunnplate der bunnplaten har et antall i tverretning og i lengderetning i avstand fra hverandre anordnede spisser, hver av hvilke er utstyrt med et antall individuelle munninger så nær hverandre anbragt at de flømmes med smeltet glass fra de individuelle munninger av hver spiss som smelter sammen til en enkel strøm som i det vesentlige dekker underflaten av spissen,karakterisert vedseparat, men samtidig, å rette en stråle av væske og en strøm av gass mot den enkelte sammensmeltede strøm ved hver spiss i et tidsrom tilstrekkelig til å separere den sammensmeltede strøm til individuelle koner fra hver munning i spissen og deretter stoppe væskepåsprøyt-ing under fortsettelse av gasstrømming mot de individuelle koner, mens det samtidig trekkes et filament fra hver kon.

7. Fremgangsmåte for fremstilling av glassfilamenter om-fattende å trekke filamenter fra et antall spisser, hver utstyrt med et antall munninger, mens man retter luft oppover mot spissene for vanligvis å forhindre flømming fra munning til munning på spissen, og, i tilfelle flømming på en spiss, å rette en strøm av vann mot den flømmede spiss i et tidsrom tilstrekkelig til å separere det fløm-mede glass på spissen til individuelle filamenter 'som kan trekkes fra individuelle munninger, for derved å gjen-opprette trekking av filament fra hver munning i den tidligere flømmede spiss.

8. Fremgangsmåte for oppstarting av driften av en glassfilament dyseplate, utstyrt med et antall spisser hver utstyrt med et antall munninger,karakterisertved at den omfatter å flømme bunnplaten med glass fra hver spiss som en enkelt strøm hvori glasstrømmen fra spiss-munningene smelter sammen til et komposittglassfilament, å rette en vannstråle mot hvert kompositt glassfilament for å avkjøle dette tilstrekkelig til å bevirke separering av kompositt filamentet til separate koner ved hver munning, avslutning av vannsprøytingen når separering er gjennom-ført og deretter trekking av et filament fra hver kon mens kjøleluft rettes oppover mot hver kon slik at konen stabi-liseres og filamenttrekkingen kan fortsettes.

9. Fremgangsmåte for å redusere kulefallstiden i en flømmet glass filament dyseplate,karakterisertved at den omfatter å sammensmelte smeltet glass fra separate grupper av munninger, trekking av kompositt-filamenter fra hver munningsgruppe, sprøyting av vann på komposittfilamentene nær bunnplaten for å separere komposittfilamentene til komponentfilamenter, der hvert filament hører til en munning, og trekking av individuelle filamenter fra munningene.

10. Fremgangsmåte for redusering av kulefallstiden i en glassfilament dyseplate utstyrt med isolerte, individuelle spisser, idet hver spiss har et antall munninger, og idet munningene er så nær hverandre at de vanligvis flømmes,karakterisert vedat den omfatter å flømme bunnplaten for å danne et komposittfilament ved hver spiss ved sammensmelting av smeltet glass fra munningene i spissen^bråkjøling av komposittfilamentet ved hver spiss med væske kun i den tid som er nødvendig for å separere komposittfilamentene til komponentfilamenter, idet hvert filament tilhører en munning, og trekking av individuelle filamenter fra munningene.