PL200569B1

PL200569B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych

Info

Publication number: PL200569B1
Application number: PL363505A
Authority: PL
Inventors: Mark Trabbold; Alain Yang; Sebastien Beaufils; Christophe Wagner
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2009-01-30
Also published as: CN1535251A; CN1906134B; HUP0303131A3; CN1906134A; HRP20030637A2; NO340364B1; EA200300886A1; ATE331695T1; JP4455812B2; KR100848292B1; NO341438B1; ATE305908T1; KR20030075190A; WO2002070417A1; HRP20030637B1; HU227417B1; JP2004531439A; WO2002064520A1; HUP0303222A2; FR2820736A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania wyrobu izolacyjnego z w lókien szkla- nych, polegaj acy na tym, ze dostarcza si e co najmniej jeden mate- ria l szklany, który topi si e, a nast epnie wprowadza si e do wiruj acej prz edzarki maj acej wiele otworów, po czym stopiony materia l szkla- ny poddaje si e wirowaniu i przepuszcza si e przez otwory tworz ac wiele strumieni szk la, przy czym snuje si e te strumienie szk la stru- mieniem gazowym prowadzonym po zewn etrznej stronie prz edzarki tworz ac w lókna szklane o sredniej srednicy nie wi ekszej ni z oko lo 3,5 mikronów, przy czym strumie n gazowy wprowadza si e pod ci snieniem 10-25 cali wody (250-635 mm s lupa wody), korzystnie mniej ni z 23 cale wody (580 mm CE) za pomoc a palnika maj acego par e kraw edzi umieszczonych od siebie w odleg losci co najmniej 8 mm, korzystnie mi edzy 8,1 i 8,5 mm; po czym laczy si e w lókna (10) razem spoiwem zywicznym tworz ac wyrób izolacyjny maj acy wy- trzyma losc na rozcinanie (wg ASTM C 686) co najmniej oko lo 100 gf/g i wykazuj acy zasadniczy powrót do jego nominalnej grubo sci po sciskaniu, znamienny tym, ze do przepuszczania materia lu . . . . . . 12. Urz adzenie do wytwarzania wyrobu izolacyjnego z w lókien szklanych zawieraj ace palnik i wiruj ac a prz edzark e maj ac a wiele otworów, znamienne tym, ze otwory (14) prz edzarki (1) s a rozpro- wadzone w wielu strefach pier scieniowych (ZA) rozmieszczonych jedna nad drug a w wirówce w po lo zeniu odwirowania i wirówka zawiera co najmniej dwie strefy pier scieniowe (ZA 1 , ZA 2 ), których liczba otworów na jednostk e pola powierzchni (NS 1 , IMS 2 ) ró zni si e o wartosc wi eksz a ni z lub równ a 5%, w szczególno sci równ a lub wi eksz a ni z 10%, a nawet 20% i tym, ze strefa pier scieniowa zawie- raj aca najwi eksz a liczb e otworów na jednostk e pola powierzchni jest umiejscowiona poni zej innej strefy pier scieniowej, zak ladaj ac, ze wirówka jest w po lo zeniu odwirowania. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych. Wynalazek dotyczy technik wytwarzania włókien mineralnych lub innych materiałów termoplastycznych przez proces wewnętrznego odwirowania połączony ze snuciem przez strumień gazowy w wysokiej temperaturze. Stosuje się on w szczególności do produkcji przemysłowej wełny szklanej przeznaczonej do stosowania np. w kompozycji produktów izolacji cieplnej i/lub akustycznej.

Włókna o małej średnicy ze szkła i innych materiałów termoplastycznych stosuje się w szeregu zastosowań włączając materiały do izolacji akustycznej i cieplnej. Gdy włókna o małej średnicy są zestawiane w tkaninę (określaną zamiennie w niniejszym zgłoszeniu jako „koc”, „mata” lub „pakiet wełny”), włókna szklane, którym indywidualnie brakuje wytrzymałości lub sztywności, mogą być spajane żywicą i formowane w matę, która jest całkiem wytrzymała, lekka, wysoce ściśliwa i sprężynująca.

Maty izolacyjne można licować papierem lub tworzywem sztucznym lub też nie licować.

Sposób wytwarzania włókien, z którym jest związany wynalazek, składa się z podawania cienkiego strumienia stopionego szkła do wirówki, zwanej także przędzarką do fibryzacji, o dużej prędkości obrotowej i umieszczoną na swoim obwodzie bardzo dużą liczbą otworów, przez które szkło jest rozpylane w postaci włókien ciągłych pod działaniem siły odśrodkowej. Te włókna ciągłe są następnie poddawane działaniu wysokiej temperatury i pierścieniowego strumienia snucia o dużej szybkości wzdłuż ściany wirówki. Strumień ten rozciąga je w dół i przekształca we włókna. Utworzone włókna są przenoszone wzdłuż przez ten ciągnący strumień gazowy w kierunku mechanizmu odbiorczego zazwyczaj składającego się z pasma przepuszczalnego dla gazu. Spoiwo wymagane do wiązania włókien w produkt typu wełny jest rozpylane na włókna w miarę jak są one ciągnione w dół. Włókna są następnie zbierane i formowane w matę. Sposób ten jest znany jako „wewnętrzne odwirowanie”.

Od wielu lat stosuje się w skali przemysłowej dmuch wirówkowy, technikę fibryzacji szkła przez snucie, ogólnie opisaną powyżej w produkcji z włókna szklanego mat i „koców” jako izolacji do celów budowlanych i znaczny procent izolacji z włókna szklanego wytwarzanych obecnie jest produkowany wykorzystując tę technikę. Szczegóły różnych form tego procesu ujawniono np. w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr RE 24 708; 2 984 864; 2 991 507; 3 007 196; 3 017 663; 3 020 586; 3 084 381; 3 084 525; 3 254 977; 3 304 164; 3 819 345; 4 203 774; 4 759 974; i 5 743 932, które niniejszym włączono jako odsyłacz.

Sposób ten ulegał szeregu ulepszeń, z których niektóre dotyczyły w szczególności przędzarki do fibryzacji, zaś inne - środków do tworzenia pierścieniowego strumienia ciągnącego, stosując np. szczególny typ palnika, w szczególności EP-B-0 189 354; nr EP-B-0 519,797; WO 97/15532. Fibryzacja szkła jest bardzo złożona i wymaga dobrania dużej liczby zmiennych parametrów.

W procesie wirówkowego snucia za pomocą dmuchu, ciśnienie palnika, jak również szybkość gazu snującego płynącego blisko ściany przędzarki są ważne dla optymalizacji snucia włókien. Projekt i działanie przędzarki są także ważnymi czynnikami, zwłaszcza ze względu na stosunkowo krótką żywotność bieżących projektów przędzarki i skrajnie wysokie koszty wymiany przędzarki.

Co się tyczy przędzarki do fibryzacji, to opis patentowy nr FR 1 382 917, zgłoszenia z dnia 27 lutego 1963, opisuje urządzenie do fibryzacji, którego zasada jest wciąż szeroko stosowana. Stopiony materiał jest wprowadzany do kosza, którego pionowa ściana zawiera otwory, przez które materiał jest rozpylany na ścianę obracającego się korpusu przyłączonego do kosza ściana ma dużą liczbę otworów. Ściana ta jest zwana „pasmem” przędzarki do fibryzacji. Aby otrzymać dobrej jakości otwory do fibryzacji, otwory te są rozmieszczone w pierścieniowych rzędach, zaś średnice otworów zmieniają się zgodnie z rzędem, do którego one należą, przy czym ta średnica obniża się od góry pasma do dołu.

W kontekś cie niniejszego wynalazku, „góra” wirówki jest okreś lona w odniesieniu do wirówki w poł o ż eniu odwirowania, tj. zgodnie z zasadniczo pionową osią obrotu.

Przędzarki stosowane we wczesnych wirówkowych urządzeniach do snucia przy użyciu dmuchu miały w typowym przypadku średnicę około 200 mm i ścianę obwodową, która w typowym przypadku obejmowała 4000-6000 otworów, przez które stopione szkło przechodziło tworząc pierwotne strumienie szkła poddawane snuciu przez dmuch pierścieniowy. Uświadomiono sobie, że istniały praktyczne ograniczenia szybkości snucia na jeden otwór przędzarki dla utrzymania dopuszczalnej jakości włókien, przy czym maksymalna szybkość na jeden otwór sięgała między około 0,9 i 1,4 kg/dzień. Niemniej, wymagania ekonomiczne dotyczące zwiększenia produkcji danej linii zwykle prowadziły do wzrostu szybkości snucia pomimo pogorszenia jakości produktu.

PL 200 569 B1

W ramach dążenia do wzrostu wydajnoś ci przę dzarki o danej średnicy, zwię kszono liczbę otworów w ścianie obwodowej przędzarki do około 23000, zaś średnicę przędzarki zwiększono do około 400-600 mm, jak ujawniono w US nr 4 759 974.

Chociaż osiągnięto pewien wzrost szybkości snucia, to istnieje w przemyśle dawno ugruntowane przekonanie, że są praktyczne ograniczenia wzrostu gęstości otworów kontrolowane przez czynniki, takie jak konieczność utrzymania nieciągłych strumieni szkła wychodzących z obrzeża przędzarki i inne potencjalne problemy z wytwarzaniem.

Wykonano ulepszenia tej podstawowej zasady, jak podano w szczególności we francuskim opisie patentowym nr FR 2 443 436, gdzie mechanizmy umożliwiają otrzymanie przepływu laminarnego stopionego materiału od góry do dołu pasma przędzarki.

Następnym ważnym czynnikiem jest stopień rozdrobnienia (średnia średnica) włókien. Dobrze ugruntowany jest pogląd, że dla danej gęstości „koca”, im drobniejsze włókna, tym większy opór cieplny warstwy. Wyrób obejmujący drobniejsze warstwy włókien może być zgodnie z tym cieńszy przy tej samej wartości izolacyjnej jak grubszy wyrób mający zgrubne włókna. Lub też, podobnie, wyrób mający drobniejsze włókna może być mniej gęsty niż wyrób mający zgrubne włókna o tej samej grubości i może mieć tę samą wartość izolacyjną.

Przy wysyłce oraz pakowaniu wyrobów izolacyjnych typu maty i „koca”, korzystna jest jego wysoka ściśliwość. Pożądane jest, by matę ściskać do celów wysyłki i następnie móc szybko oraz pewnie doprowadzać do pożądanej wielkości. Ograniczona jest ilość bieżących wyrobów izolacyjnych typu maty osiągających możliwe ściskanie przy równoczesnym osiąganiu odpowiedniego powrotu do poprzedniej wielkości. Gdy wyrób jest ściśnięty, to spoiwo trzyma mocno, podczas gdy same włókna gną się. W miarę jak naprężenie na włókna wzrasta wskutek nadmiernego ściskania, to włókna pękają. Gdy włókna pękają, to w typowym przypadku pęknięcia zaczynają się w miejscach „defektów zwiększających naprężenie”, takich jak pęknięcia, skazy lub inne słabe punkty w materiale włóknistym. Im mniejsza jest średnica włókien, tym szybciej pęknięcie może się rozprzestrzenić od „defektu zwiększającego naprężenie” poprzez przekrój poprzeczny włókna i doprowadzić do jego zerwania.

Podczas gdy drobniejsze włókna uważa się za pożądane ze względu na ich skuteczność ekonomiczną i izolującą, to nowoczesne techniki dmuchu wirówkowego nie były w stanie wyprodukować „koca” o średniej średnicy włókna znacznie mniejszej niż 3,9 mikrona bez nie akceptowalnie zmniejszonej zdolności takiego „koca” do powrotu do poprzedniego stanu po ściskaniu. Bez wiązania się z jakąkolwiek teorią, sądzi się, że konstrukcje obecnie stosowanej przędzarki i palnika ograniczają specjalistów w wykonywaniu drobniejszych włókien bez ponoszenia strat w postaci dużej liczby defektów zwiększających naprężenie we włóknach. Te małe pęknięcia i niedoskonałości zazwyczaj uniemożliwiają to, aby „koc” lub mata wykonane przy użyciu małych włókien odzyskiwały dopuszczalną ilość swojej oryginalnej grubości. Zgodnie z tym, nadal pozostaje zapotrzebowanie w przemyśle na włókniste wyroby izolacyjne, takie jak maty i „koce”, zawierające włókna o średniej średnicy mniejszej niż 4 mikrometry, lecz które także zapewniają odpowiedni powrót do stanu po ściskaniu, taki jak w przypadku opakowania w zwój lub folię polimerową . W przemyś le wytwarzają cym izolacje istnieje także zapotrzebowanie na wirówkowy proces snucia z użyciem dmuchu w celu produkcji włókien o wyższej wytrzymałości, drobniejszego szkła oraz włókien polimerowych.

Zatem celem wynalazku jest ulepszenie urządzenia i sposobu fibryzacji przez wewnętrzne odwirowanie włókien mineralnych. To ulepszenie koncentruje się w szczególności na jakości otrzymanych włókien i na wzroście wydajności procesu.

Sposób wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych, polegający na tym, że dostarcza się co najmniej jeden materiał szklany, który topi się, a następnie wprowadza się do wirującej przędzarki mającej wiele otworów, po czym stopiony materiał szklany poddaje się wirowaniu i przepuszcza się przez otwory tworząc wiele strumieni szkła, przy czym snuje się te strumienie szkła strumieniem gazowym prowadzonym po zewnętrznej stronie przędzarki tworząc włókna szklane o średniej średnicy nie większej niż około 3,5 mikronów, przy czym strumień gazowy wprowadza się pod ciśnieniem 10-25 cali wody (250-635 mm słupa wody), korzystnie mniej niż 23 cale wody (580 mm CE) za pomocą palnika mającego parę krawędzi umieszczonych od siebie w odległości co najmniej 8 mm, korzystnie między 8,1 i 8,5 mm, po czym łączy się włókna razem spoiwem żywicznym tworząc wyrób izolacyjny mający wytrzymałość na rozcinanie (wg ASTM C 686) co najmniej około 100 gf/g i wykazujący zasadniczy powrót do jego nominalnej grubości po ściskaniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do przepuszczania materiału szklanego stosuje się wirującą przędzarkę z otworami przędzarki rozprowadzonymi w wielu strefach pierścieniowych rozmieszczonych jedna nad drugą w wirówce

PL 200 569 B1 w położeniu odwirowania i która zawiera co najmniej dwie strefy pierścieniowe, których liczba otworów na jednostkę pola powierzchni różni się o wartość większą niż lub równą 5%, w szczególności równą lub większą niż 10%, a nawet 20% i tym, że strefa pierścieniowa zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej, zakładając, że wirówka jest w położeniu odwirowania.

Korzystnie do snucia strumieni szkła stosuje się strumień gazowy obejmujący przepływ powietrza około 50000-100000 ft³/hr. Korzystnie do snucia strumieni szkła stosuje się natężenie przepływu gazu około 3000-6000 ft³/hr.

Korzystnie stosuje się strefę pierścieniową przędzarki zawierającą największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni umiejscowioną poniżej innej strefy pierścieniowej przędzarki zawierającej mniejszą średnią liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni.

Korzystnie stosuje się otwory każdej strefy pierścieniowej przędzarki pogrupowane w rzędy, o ś rednicy otworu zasadniczo stałej w każdej strefie pierścieniowej i obniż ającej się od jednej strefy pierścieniowej do drugiej, od góry do dołu pasma obwodowego wirówki.

Korzystnie stosuje się poprzedzające rzędy rozstawione od siebie w odległości między 1 i 2 mm, w szczególnoś ci mię dzy 1,2 i 1,8 mm, korzystnie ze skokiem od jednego rzę du do nastę pnego mię dzy 1 i 2 mm, np. mię dzy 1,2 i 1,6 mm.

Korzystnie stosuje się średnicę co najmniej części otworów wirówki przędzarki wynoszącą najwyżej 1,5 lub 1,2 mm, w szczególności między 1,1 i 0,5 mm, korzystnie między 0,9 i 0,7 mm.

Korzystnie stosuje się odległość między środkami najbliższych sąsiadujących otworów tej samej strefy pierścieniowej przędzarki zasadniczo stałą przez całą strefę pierścieniową i tym, że stosuje się odległość zmienną od jednej strefy do innej co najmniej o 3%, lub o co najmniej 5%, a nawet 10% lub więcej i obniżającą się od góry do dołu, w szczególności o odległości między 0,8 i 3 mm, korzystnie między 1 i 2 mm, a nawet między 1,4 i 1,8 mm.

Korzystnie stosuje się wirówkę o wartości średnicy mniej niż lub równą 800 mm, w szczególności co najmniej 200 mm.

Korzystnie wysokotemperaturowy gazowy strumień snucia wytwarza się palnikiem pierścieniowym.

Korzystnie jako palnik pierścieniowy stosuje się palnikiem stycznym, zawierający mechanizm nadawania gazowemu strumieniowi snucia składnika stycznego względem zewnętrznej poziomej krawędzi wirówki.

Urządzenie do wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych zawierające palnik i wirująca przędzarkę mającą wiele otworów według wynalazku charakteryzuje się tym, że otwory przędzarki są rozprowadzone w wielu strefach pierścieniowych rozmieszczonych jedna nad drugą w wirówce w położeniu odwirowania, i wirówka zawiera co najmniej dwie strefy pierścieniowe, których liczba otworów na jednostkę pola powierzchni różni się o wartość większą niż lub równą 5%, w szczególności równą lub większą niż 10%, a nawet 20% i tym, że strefa pierścieniowa zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej, zakładając, że wirówka jest w położeniu odwirowania.

Korzystnie strefa pierścieniowa przędzarki zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej przędzarki zawierającej niższą średnią liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni.

Korzystnie otwory każdej strefy pierścieniowej przędzarki są pogrupowane w rzędy, o średnicy otworu zasadniczo stałej w każdej strefie pierścieniowej i obniżającej się od jednej strefy pierścieniowej do innej, od góry do dołu pasma obwodowego wirówki.

Korzystnie poprzedzające rzędy są rozstawione od siebie w odległości między 1 i 2 mm, w szczególności między 1,2 i 1,8 mm, korzystnie ze skokiem od jednego rzędu do następnego między 1 i 2 mm, np. mię dzy 1,2 i 1,6 mm.

Korzystnie średnica co najmniej części otworów wirówki przędzarki wynosi najwyżej 1,5 lub

1,2 mm, w szczególności wynosi między 1,1 i 0,5 mm, np. między 0,9 i 0,7 mm.

Korzystnie odległość między środkami najbliższych sąsiadujących otworów tej samej strefy pierścieniowej przędzarki jest zasadniczo stała przez całą strefę pierścieniową, przy czym ta odległość zmienia się od jednej strefy do innej co najmniej o 3% lub o co najmniej 5%, a nawet 10% lub więcej i obniża się od góry do dołu, w szczególności o odległości mię dzy 0,8 i 3 mm, np. między 1 i 2 mm, a nawet mię dzy 1,4 i 1,8 mm.

PL 200 569 B1

Korzystnie wirówka ma średnią wartość średnicy mniej niż lub równą 800 mm, w szczególności co najmniej 200 mm.

Korzystnie palnik pierścieniowy jest palnikiem stycznym zawierającym mechanizm nadawania gazowemu strumieniowi snucia składnika stycznego względem zewnętrznej poziomej krawędzi wirówki.

Zgodnie z rozwiązaniem według wynalazku, włókna mogą być wytworzone w mniej agresywnym środowisku snucia włókien tak, by umożliwić stosowanie małej średnicy włókien mniej niż

3,5 mikrona w wyrobach izolacyjnych, bez poświęcania wysokiej jakości lub dopuszczalnego powrotu do stanu poprzedniego po ściskaniu. Zgodnie ze sposobem, według wynalazku dostarcza się materiał szklany, który topi się i umieszcza się w przędzarce. Materiał szklany odwirowywuje się przez wiele jej otworów tworząc krotność strumieni szkła. Strumienie szkła snuje się za pomocą strumienia gazowego sąsiadującego z zewnętrzną stroną przędzarki tworząc włókna szklane o średniej średnicy nie większej niż 3,5 mikrona. Strumień gazowy jest taki, by ciśnienie wewnętrzne palnika było nie większe niż około 10-25 cali wody 250-635 mm H2O (słupa wody) i korzystnie mniejsze niż 23 cale wody (580 mm H2O). Następnie te małe włókna łączy się z żywicą tworząc wyrób izolacyjny o wytrzymałości na rozcinanie wg ASTM C 686 co najmniej około 100 g/g, co wykazuje zasadniczy powrót do jego nominalnej grubości po ściskaniu.

W porównaniu z obecnie stosowanymi wyrobami izolacyjnymi, takimi jak mata izolacyjna wykonana z włókien szklanych o średniej średnicy około 3,9 mikrona lub więcej, obecne wyroby izolacyjne charakteryzują się bawełnopodobnym czuciem przy dotyku, które nie powoduje zauważalnego swędzenia lub podrażnienia w przypadku kontaktu ze skórą człowieka. Tak jak to jest stosowane w niniejszym tekście, „wyroby izolacyjne” obejmują nie licowane jak i licowane maty, „koce” i zwoje. Pożądane jest, aby wyroby izolacyjne zawierały spoiwo żywiczne, lecz nie jest to zawsze wymagane tak długo jak wyrób wykazuje pewną spoistość i nie jest wyrobem izolacyjnym do luźnego wypełniania. Wyroby izolacyjne mogą być stosowane do wzmacniania kompozytów, izolacji akustycznej i mogą być sprężane lub uczynione płytopodobnymi przez dodanie dodatkowych materiałów. Pewne wykonania wyrobów według wynalazku, w porównaniu do wyrobów izolacyjnych typu maty, mogą zapewnić aż o 10% wyższe wyniki izolacji cieplnej przy tej samej gęstości lub co najmniej około 20% obniżenie gęstości przy tej samej zdolności izolowania lub wartości R. Te innowacyjne wyroby zapewniają także nadzwyczajne oszczędności w stosunku do dostępnych handlowo mat o podobnej wartości R wskutek uzyskania niższych kosztów materiału szklanego.

W innym przykł adzie niniejszego wynalazku, wyrób izolacyjny z wł ókna szklanego wytwarza się poprzez topienie materiału szklanego i poddanie go odwirowaniu przez wiele otworów przędzarki tworząc wiele strumieni szkła. Następnie strumienie szkła snuje się za pomocą strumienia gazowego przekształcając je we włókna szklane o średniej średnicy nie większej niż około 3,5 mikrona, po czym włókna łączy się razem w wyrób izolacyjny o następujących cechach charakterystycznych: wytrzymałość na rozcinanie wg ASTM C 686 co najmniej około 100 g/g, gramatura wyrobu około 70-100 g/Ft²(ASTM C 167) i powrót do grubości wg ASTM C 167 około równoważny lub lepszy niż w przypadku wartości dla wyrobu izolacyjnego o zasadniczo podobnych wymiarach zewnętrznych wykonanego z włókien szklanych o średniej średnicy około 3,9 mikrona, przy mniejszej ilości pyłu z cięcia i podłogi niż wyrób o średniej średnicy 3,9 mikrona.

Korzystne sposoby stosowania technik fibryzacji szkła z użyciem wirówki i snucia przez nadmuch, ujawnione w niniejszym opisie stosują takie ulepszenia jak większa liczba otworów przędzarki celem dostarczenia większej liczby mniejszych początkowych strumieni szkła i/lub niższej prędkości gorącego gazu służącego do snucia włókien, korzystnie przy zastosowaniu typowego natężenia przepływu powietrza do spalania i szkła. Sądzi się, że te stosowane techniki czynią snucie włókien bardziej delikatnym i znacznie obniżają udarność włókien szklanych tak, że są one mniej łamliwe nawet gdy wytwarza się bardzo małe średnice włókien formalnie nie stosowane w wytwarzaniu izolacji z włókien szklanych typu maty i zwoju.

Urządzenie do wewnętrznego odwirowania włókien mineralnych według wynalazku zawiera wirówkę wyposażoną w obwodowe pasmo perforowane otworami rozmieszczonymi na wielu strefach pierścieniowych ustawionych jedna nad drugą (zakładając, że wirówka jest w położeniu odwirowania), która zawiera co najmniej dwie strefy pierścieniowe, gdzie liczba otworów na jednostkę pola powierzchni różni się o liczbę większą lub równą 5%, w szczególności większą lub równą 10%, a nawet 20%.

W korzystnym sposobie wykonania wynalazku, strefa pierś cieniowa zawierają ca najwię kszą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej

PL 200 569 B1 zawierającej mniejszą średnią liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni zakładając, że wirówka jest w położeniu fibryzacji.

Stosowany termin „strefa pierścieniowa” określa strefę pasma wirówki zawartą między dwiema prostopadłymi płaszczyznami osi obrotu wirówki.

W kontekście wynalazku, taka strefa pierścieniowa jest określona jako obszar, gdzie liczba otworów na jednostkę lub pole powierzchni jest zasadniczo stała na całej części obrzeża pasma zawartego we wspomnianej strefie pierścieniowej.

Liczba otworów na jednostkę pola powierzchni jest określona jako liczba otworów zawarta w elemencie powierzchni strefy pierścieniowej, w szczególności rzędu centymetra kwadratowego względem pola powierzchni tego elementu powierzchni. Liczba otworów na jednostkę pola powierzchni jest uważana za zasadniczo stałą, jeśli zmienia się o mniej niż 0,5% we wszystkich elementach powierzchni pojedynczej strefy pierścieniowej. Strefa pierścieniowa może obejmować pojedynczy otwór na pionowy segment, lecz zwykle zawiera szereg z nich, w szczególności od 4 do 15. Termin „pionowy segment” odnosi się do części strefy pierścieniowej ograniczonej na osi pionowej przez każdą z płaszczyzn określonych powyżej, tak długo jak jest tam średnio tylko jeden otwór na osi poziomej, zakładając, że wirówka jest w położeniu fibryzacji.

W typowym przypadku włókna mineralne są wytwarzane przy użyciu wirówki, w której liczba otworów na jednostkę pola powierzchni jest stała na całej wysokości pasma wirówki. W istocie, typowa wirówka jest perforowana za pomocą techniki elektroiskrowej, przy użyciu grzebienia złożonego z elektrod umieszczonych w linii, gdzie skok między elektrodami jest stały. Po równoczesnym perforowaniu otworów w kolumnie pionowej, grzebień jest przemieszczany by wykonać perforowanie następnej kolumny, wzdłuż pasma o odległość odpowiadającą odstępowi między środkami kolejnych otworów.

Ta technika umożliwia bardzo dokładne perforowanie i zmiany liczby otworów na jednostkę pola powierzchni są skrajnie niskie, w szczególności mniej niż 1 na tysiąc.

Typowa wirówka zazwyczaj zawiera między 2000 i 40000 otworów, w szczególności w przypadku średnich średnic wirówki, odpowiednio, 200 mm do 800 mm.

Udowodniono, że jest możliwe znaczące zwiększenie jakości maty włóknistej, w szczególności jej właściwości mechanicznych, otrzymując bardzo znaczne obniżenie zużycia energii, a zatem zwiększenie wydajności fibryzacji, stosując urządzenie według wynalazku. Efekt ten jest szczególnie znaczący pod tym względem, że przy stałej szybkości snucia, wiadomo, że zużycie energii obniża się, gdy liczba otworów dla tej samej wysokości pasma wzrasta, ponieważ im bardziej stopiony materiał jest rozdzielony, tym mniej energii jest wymagane do jego snucia. Gdy jednak liczba otworów jest zwiększona dla tej samej wysokości pasma w przypadku typowej wirówki, to jakość wytworzonych mat włóknistych nie wzrasta, a nawet ma tendencję do spadku. Natomiast w przypadku urządzenia według wynalazku jest możliwe, by równocześnie ulepszyć właściwości wyrobów i wydajność procesu. Należy zwrócić uwagę, że w opisie, powołano się na wirówkę ustawioną w położeniu odwirowania, tj. z pasmem włączając w to otwory usytuowanym zasadniczo pionowo, wokół osi, wzdłuż której stopiony materiał jest przenoszony podczas fibryzacji. Stopiony materiał jest niesiony przez „górę” wirówki usytuowaną w tym położeniu. Podstawa wirówki jest zasadniczo pozioma, zaś strefy pierścieniowe są w tym uk ł adzie równoległ e do tej podstawy i są nał o ż one jedna na drugą .

Korzystne rozwiązanie wirówki, według wynalazku, zawiera co najmniej dwie nałożone strefy pierścieniowe, przy czym niższa ma większą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni niż strefa umiejscowiona powyżej niej. W korzystnym sposobie wykonania wirówka zawiera co najmniej trzy nałożone strefy pierścieniowe, zaś każda z tych stref zawiera większą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni niż jest w najbliższej strefie pierścieniowej umiejscowionej powyżej rozpatrywanej strefy pierścieniowej.

Według korzystnego sposobu wykonania otwory każdej strefy są pogrupowane w rzędy, o średnicy otworu (d) zasadniczo stałej w każdej strefie pierścieniowej i obniżającej się od jednej strefy pierścieniowej do innej, od góry do dołu pasma obwodowego wirówki w położeniu odwirowania.

W rozwiązaniu według wynalazku jest także korzystne, ż e co najmniej dwa sąsiednie rzędy mają otwory o różnych średnicach, a w szczególności, że rzędy mają od góry do dołu pasma obwodowego zmniejszające się średnice otworów. Zazwyczaj wszystkie otwory pojedynczego rzędu mają tę samą średnicę. Zatem można przewidzieć, od góry do dołu, n rzędów otworów o danej średnicy, następnie p rzędów otworów o mniejszej średnicy, następnie t rzędów otworów o jeszcze mniejszej średnicy, itd., gdzie n, p i t > 1.

PL 200 569 B1

Na przykład, można by mieć pierwszą strefę pierścieniową ZA1 składającą się z n rzędów, drugą ZA2 składającą się z p rzędów i trzecią ZA3 składającą się z t rzędów.

Ustanawiając w ten sposób rodzaj obniżającego się „gradientu” pod względem wielkości otworów od góry do dołu zaobserwowano poprawę jakości fibryzacji. Zatem jest możliwe, by zmniejszyć różnice w sposobie, za pomocą którego włókna ciągłe wychodzące z najwyższych rzędów byłyby fibryzowane względem tych wychodzących z najniższych: „gradient” ten pozwala na obróbkę pierwotnych włókien ciągłych przy wyjściu z otworów i ciągnięcie ograniczając krzyżowanie trajektorii, a zatem zderzenia między włóknami w trakcie snucia pochodzącymi z rzędów o różnych otworach, a zatem umożliwia obserwowaną poprawę jakości.

Konfiguracja ta jest szczególnie dostosowana do produkcji mniej gęstych wełen mineralnych.

Z drugiej strony, w pewnych przypadkach, chcemy zwię kszyć zderzenia mię dzy wł óknami, aby zmniejszyć ich długość. Przypadki te odpowiadają produkcji gęstych wełen mineralnych, szczególnie odpowiednich do paneli stosowanych w pokryciach dachów. W tych przypadkach można by np. wykonać naprzemienną wielkość otworów od jednej strefy do drugiej i można by zatem przewidzieć, od góry do dołu, n rzędów otworów o danej średnicy, następnie p rzędów otworów o większej średnicy, następnie t rzędów otworów o średnicy mniejszej niż średnice otworów rzędu umiejscowionego powyżej itd.

Byłoby korzystne, by rzędy były rozstawione od siebie o odległość między 1 i 2 mm, w szczególności od 1,2 do 1,8 mm, przy korzystnym skoku od jednego rzędu do innego wynoszącym 1 do 2 mm, np. 1,2 do 1,6.

Korzystnie, średnica (d) co najmniej części otworów wirówki wynosi najwyżej 1,5 do 1,2 mm, w szczególnoś ci od 1,1 do 0,5 mm, np. mię dzy 0,9 i 0,7 mm.

Według innego sposobu wykonania korzystnego urządzenia według wynalazku, odległość D między środkami sąsiadujących otworów najbliższych pojedynczej strefie pierścieniowej jest zasadniczo stała w całej pojedynczej strefie pierścieniowej i ta odległość D zmienia się od jednej strefy do drugiej o co najmniej 3% lub nawet o co najmniej 5%, a nawet 10% lub więcej, i obniża się od góry do dołu zakładając, że wirówka jest w położeniu fibryzacji.

Korzystnie odległość D wynosi między 0,8 i 3 mm, np. między 1 i 2 mm, a nawet między 1,4 i 1,8 mm.

Byłoby korzystne, by była wybrana korzystna wirówka według wynalazku o średniej średnicy DM mniejszej niż lub równej 800 mm, w szczególności co najmniej 200 mm.

W korzystnym rozwiązaniu wirówka jest opróżniana z dołu w swojej najniższej części. Według tego sposobu wykonania, wirówka jest złączona z koszem, w którym rozpościera się stopione szkło się, korzystnie jest złączona za pomocą połączenia mechanicznego.

Według korzystnego sposobu wykonania, korzystne urządzenie według wynalazku zawiera co najmniej jeden mechanizm tworzenia wysokotemperaturowego gazowego strumienia snucia w postaci palnika pierścieniowego, w szczególności, jak opisano w opisach patentowych nr EP 0 189 354 i nr EP 0 519 797 przez zgłaszają cego.

Byłoby korzystne, by palnik pierścieniowy był palnikiem stycznym, który zawiera mechanizm nadawania gazowemu strumieniowi snucia składnika stycznego względem zewnętrznej poziomej krawędzi wirówki, w szczególności jak opisano w opisie patentowym nr EP 0 189 354 przez zgłaszającego. Zatem jest możliwe, by otrzymać kąt nachylenia gazowego strumienia snucia względem osi palnika.

Jest także możliwe, by stosować „wewnętrzny” mechanizm ogrzewania względem wirówki, typu wewnętrznego palnika. Może to odgrywać różne role, w szczególności zakończenia kondycjonowania cieplnego stopionego szkła w „koszu” wirówki (termin objaśniono poniżej w oparciu o rysunek), utrzymywania w odpowiedniej temperaturze zapasu szkła w wirówce i ciągłego topienia włókien podatnych na sklejanie do zewnętrznych ścian wirówki.

Może być korzystne, by łączyć „zewnętrzny” sposób ogrzewania typu wzbudnika pierścieniowego z tym wewnętrznym sposobem ogrzewania. Umożliwia to także lepszą kontrolę temperatury zapasu szkła i powtórne topienie przylegających włókien.

W istocie zaobserwowano, ż e zazwyczaj przy niskich szybkoś ciach snucia wystarczał o uż y ć palnika wewnętrznego, natomiast przy wysokich szybkościach snucia pierścieniowy wzbudnik okazywał się niezbędny i korzystne byłoby dodanie wewnętrznego palnika.

W przypadku stosowania wyż ej wspomnianej korzystnego rozwiązania wirówki korzystne jest, by gorące snucie gazowe było wykonane przez palnik pierścieniowy, którego parametry pracy można wybrać następująco:

PL 200 569 B1

- korzystnie, moż liwe jest, by regulować temperaturę gazów opuszczaj ących palnik do co najmniej 1350°C, w szczególności do co najmniej 1400°C i np. między 1400 i 1500°C, w szczególności między 1430 i 1470°C. Następnie nastawia się temperaturę według typu składu włókien mineralnych, w szczególności według jego właściwości wiskozymetrycznych,

- korzystne jest regulowanie szybkoś ci gazów wychodzą cych z palnika do co najmniej 200 m/s, mierzonej zaraz przy wyjściu z krawędzi palnika, w szczególności do wartości między 200 i 295 m/s.

Można użyć wzbudnika, by ogrzewać najniższą strefę wirówki i unikać lub ograniczać tworzenie się gradientu temperatury na wysokości wirówki.

Uważa się, że włókna o mniejszej liczbie wad zwiększających naprężenie na ich powierzchniach i w przekrojach poprzecznych są bardziej sprężynujące przy ściskaniu, co prowadzi do pomiaru szybszego powrotu do pierwotnej grubości niż można by się spodziewać w matach spajanych żywicą o wł óknach o ś redniej ś rednicy 3,5 mikrona lub mniej. Zgodnie z tym, wyroby wykonane w tych procesach są idealne dla potrzeb składowania i transportu w stanie znacznego ściśnięcia i związanych ze współczesnym opakowaniem wyrobu izolacyjnego.

Przedmiot zgłoszenia jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy widok urządzenia do odwirowania według wynalazku, fig. 2 - schematyczny widok pokazujący wiele przędzarek według wynalazku, rozmieszczonych nad przenośnikiem, fig. 3 - schematyczny boczny widok pionowy ustawienia przędzarki według fig. 2, fig. 4 - częściowy widok korzystnej wirówki według wynalazku, fig. 5 - graficzne przedstawienie średniej średnicy włókna względem procentowego udziału każdej wielkości włókna w wyrobie, przedstawiając korzystne spektrum włókien dla wyrobu izolacyjnego niniejszego wynalazku, który stosuje średnią średnicę włókna 2,1 mikrona, fig. 6 - graficzne przedstawienie zmiany wartości R względem średniej średnicy włókna dla typowego handlowego wyrobu izolacyjnego typu maty i wysokosprawnego wyrobu izolacyjnego typu maty, wytworzonego zgodnie z tym wynalazkiem; i fig. 7 - graficzne przedstawienie zmiany gęstości względem średniej średnicy włókna dla typowego handlowego wyrobu izolacyjnego typu maty i wysokosprawnego wyrobu izolacyjnego typu maty wytworzonego zgodnie z tym wynalazkiem.

Dla celów niniejszego opisu, stosowanie terminu „szkło” w zamierzeniu obejmuje którykolwiek z materiałów mineralnych typu szkła, takich jak skała, żużel i bazalt, jak i tradycyjne szkła, takie jak np., szkło E, szkło S, szkło C, szkło E-CR, szkło A, szkło A.R. (odporne na zasady), szkło L (ołów), szkło D (dielektryk), szkło M (wysokomodułowe), przy czym najbardziej korzystne jest handlowe szkło C. Podczas gdy korzystny jest materiał szklany, to wynalazek znajduje przydatne zastosowanie do „materiałów termoplastycznych”, które oprócz szkła i innych włókien mineralnych obejmują materiały polimerowe, takie jak włókna poliestrowe, polietylenowe i polipropylenowe. Można się spodziewać, że zarówno włókna polimerowe jak i szklane mogłyby być stosowane równocześnie w wyrobach izolacyjnych, według wynalazku. Na koniec, chociaż mogą tu być stosowane jednolite proste włókna, to niniejszy wynalazek rozpatruje także stosowanie „nieregularnych włókien”, takich jak włókna drążone, zapętlone i kręcone, oraz włókna o nieregularnych lub różnych wielkościach i/lub geometriach w przekroju poprzecznym, takich jak np. małe i duże okrągłe, okrągłe i trójkątne, nieregularne i okrągłe, kwadratowe i drążone, zapętlone i okrągłe itd. Wiadomo, że takie nieregularne kształty i geometrie wytwarzają bardziej jednolitą strukturę sieciową i wypełnienie objętości, co pozwala na większą prędkość powrotu do stanu poprzedniego po ściskaniu, niezależnie od liczby defektów w samych włóknach. Nieregularnie ukształtowane włókna także zmniejszają podrażnienia i mogą uczynić wyrób mniej pylistym. „Nieregularność” można także wytworzyć przez zastosowanie więcej niż jednej kompozycji stopionego szkła o różniących się współczynnikach rozszerzania cieplnego, temperaturach topnienia, lepkościach lub wytrzymałościach mechanicznych, stosowanych dla wszystkich włókien równocześnie lub alternatywnie pośród różnych grup włókien.

Ponadto rozumie się, że wyroby izolacyjne według wynalazku mogą być otoczone w obrębie zewnętrznej warstwy plastikowej, jak ujawnili Schelhorn i in., opis patentowy USA nr 5 277 955, który niniejszym włączono jako odsyłacz. Wyroby izolacyjne, według wynalazku, mogą być np. szczelnie zamykane, pakowane lub zwijane.

Na figurze 1 pokazano w częściowym widoku układu wewnętrznego odwirowania przy użyciu snucia za pomocą gorącego gazu przystosowanego w oparciu o rozwiązania znane ze stanu techniki i opisane, w szczególności, w opisach patentowych nr EP 91 866, nr EP 189 354 i nr EP 519 797, na które można się powoływać w kwestiach bardziej szczegółowego opisu ogólnych aspektów tego sposobu fibryzacji.

PL 200 569 B1

Układ zawiera przędzarkę lub wirówkę 1 przyłączone do wału 2. Wał 2 i wirówka 1 są poruszane ruchem szybkoobrotowym przy użyciu maszyny (nie pokazanej). Wał 2 jest wydrążony i szkło w stanie stopionym płynie od mechanizmu zasilania, nie pokazanego umieszczonego, w wale 2 do „kosza” 3, w którym stopione szkło rozpościera się. Kosz 3 jest także podtrzymywany wzdłuż osi obrotu tak, że stopione szkło jest rozpylane na obwodową ścianę 4, która ma wywiercone otwory, a z niej - w postaci strumieni szkła 6 o dużej objętości na obwodową ścianę 7, zwykle zwaną „pasmem” wirówki 1, która będzie tworzyć na ścianie 7 trwały zapas stopionego szkła, by zaopatrywać koliste otwory 14 wywiercone w obwodowej ścianie 7. Obwodowa ściana 1 jest nachylona pod kątem około 5° do 10° względem pionu. Z bardzo wielu kolistych otworów 14 rozmieszczonych w rzędach, wypływają stożki strumieni 8 rozszerzające się do prewłókien 15 i wtryskiwane w pierścieniowy strumień gazowy emitowany z palnika 9. Pod wpływem tego strumienia prewłókna 15 rozciągają się, przy czym ich końcowa część tworzy nieciągłe włókna 10, które są następnie zbierane w wirówce. Układ zawiera także kolumnę wydmuchującą 11, która tworzy „chmurę gazową” otaczającą pierścieniowy strumień gazowy wytworzony przez palnik 9. Jest także możliwość stosowania pierścienia strumienia indukcyjnego 12 pod wirówką 1 i/lub wewnętrznego palnika (nie uwidocznionego).

W warunkach standardowych, odstęp między liniami przechodzącymi przez środek dwóch równoległych rzędów otworów, zwany podziałką, jest stały na całej wysokości pasma. W tych warunkach, odległość między środkami sąsiadujących otworów w tym samym rzędzie jest także stała.

Zatem, w standardowej wirówce, liczba otworów na jednostkę pola powierzchni jest stała na całej powierzchni pasma.

W standardowych warunkach pracy, takie urządzenie pozwala na otrzymanie włókien o ś redniej średnicy co najmniej 2 mikronów, szczególnie około 3 do 12 mikronów.

Jak omówiono poniżej, liczba, wielkość i gęstość otworów 14 przędzarki, jak i parametry gazu snucia są ważne dla fibryzacji małych włókien o dużej wytrzymałości mniejszych niż o średnim wymiarze około 3,5 mikrona i korzystnie mniejszych niż około 3,0 mikronów średniej średnicy. Takie włókna są w sposób pożądany rozprowadzone w wyrobach izolacyjnych tak, że co najmniej około 40%, korzystnie około 50-75% włókien ma poprzeczny przekrój lub średnicę, która jest mniejsza niż docelowa średnia średnica lub wymiar. Typowy rozkład dla średniej średnicy 2,1 mikrona wyrobu izolacyjnego z wł ókien szklanych wykonanego zgodnie z zasadami niniejszego wynalazku opisano poniżej w tabeli 1.

T a b e l a 1

Spektrum włókien (próbka o średniej średnicy 2,1 mikrona)

Średnica (mikronów)	Zawartość (%)
1	2
0,0	23,1
0,5	13,1
1,0	13,1
1,5	11,3
2,0	9,1
2,5	6,8
3,0	5,0
3,5	3,6
4,0	4,1
4,5	1,8
5,0	1,4
5,5	2,3
6,0	1,4
6,5	0,0
7,0	1,4

PL 200 569 B1 cd. tabeli 1

1	2
7,5	0,0
8,0	0,0
8,5	0,0
9,0	1,4
9,5	0,5
10,0	0,0
10,5	0,0
11,0	0,0
11,5	0,5
12,0	0,0
12,5	0,0
13,0	0,0
13,5	0,5
14,0	0,0
14,5	0,0
% < 2 mikrony	70,0

Aby dostarczyć strumień gazowy można stosować „palnik”, taki jak elektryczny grzejnik oporowy, piec lub palnik na poddawany recyklingowi gaz odlotowy, węgiel, gaz lub olej napędowy, powietrze pod ciśnieniem, para lub jakikolwiek gazowy rezultat produktów spalania. Można się jednak spodziewać, że w tym korzystnym wykonaniu powyżej ściany przędzarki będzie umieszczony palnik pierścieniowy 9 o wewnętrznym spalaniu o zasadniczo typowej konstrukcji. Palnik 9 zawiera pierścieniową końcówkę wydechową 64 rozmieszczoną powyżej obwodowej ściany 1 przędzarki tak, by korzystnie ukierunkować pierścieniowy nadmuch w dół w sąsiedztwie obwodowej ściany 7, by przeciąć drogę i snuć krotność prewł ókien szklanych 15 wypł ywają cych z otworów 14. Palnik 9 zawiera korzystną metalową obudowę okalającą ogniotrwałe wyłożenie określające komorę spalania, do której jest wprowadzana mieszanka powietrzno-paliwowa przy wlocie. Końcówka wylotowa jest połączona z komorą spalania i jest ukształtowana przez wewnętrzne i zewnętrzne krawędzie dyszy 54 i 56. Krawędzie dyszy 54, 56 końcówki wylotowej, odpowiednio, obejmują korzystne wewnętrzne kanały chłodzenia, do których jest wprowadzana ciecz chłodząca taka jak woda przez otwór wlotowy dla obiegu do otworu wylotowego.

Zgodnie z głównym ważnym aspektem wynalazku, zewnętrzne krawędzie dyszy 54 i 56 są rozstawione w ustalonej odległości od siebie, jak przedstawiono na fig. 1, by dostarczyć mniej agresywne środowisko w celu snucia włókien, w typowych natężeniach przepływu powietrza i gazu do spalania w palnikach stosowanych w typowym przypadku. Można to osiągnąć przez nieznaczne rozszerzenie szerokości warg palnika od około 7,7 mm do ponad około 8,0 mm, korzystnie około 8,1-8,5 mm, co obniża szybkość snucia poprzez gorący gaz nawet, gdy przepływ powietrza i przepływ gazu do palnika nie są znacznie zmienione względem typowych zakresów. Np. jeśli typowy palnik stosuje szerokość krawędzi palnika około 7,7 mm, natężenie przepływu powietrza 64,938 ft³/hr (1840 m³/h) i natężenie przepływu gazu 4,038 ft³/hr (114 m³/h), jak przedstawiono poniżej w tabeli 2, to palnik według wynalazku mógłby obniżyć natężenie przepływu strumienia gazowego, nawet przy równoważnych natężeniach przepływu powietrza i gazu (67,600 ft³/hr) (1915 m³/h) i 4,000 ft³/hr (113 m³/h), odpowiednio, przez zwiększenie szerokości warg palnika do około 8,2 mm. Można to sprawdzić przez ciśnienie wewnętrzne palnika, które jest znane, przez przeprowadzenie doświadczeń, by obniżyć je od około 21,8 cali wody (555 mm H2O) do około 18,8 (cali wody) (480 mm H2O) dla włókien 2,9 mikronowych i około 21,6 (cali wody) (550 mm H2O) dla włókien 2,1 mikronowych. Jest to nieoczekiwany efekt, ponieważ wcześniej sądzono, że zwiększenie ciśnienia palnika i prędkości nadmuchu, by osiąPL 200 569 B1 gnąć większe snucie było jedynym odpowiednim środkiem do wytworzenia drobniejszych włókien, jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 759 974; kol. 7, wiersz 49-57. Oczywiście, obniżenie natężenia przepływu powietrza, natężenia przepływu gazu, zwiększenie wielkości komory spalanie i/lub obniżenie ilości lub szybkości spalania, będzie także miało wpływ na obniżenie szybkości gazu snucia i powinno być rozpatrywane jako praktyczny równoważnik zwiększania szerokości krawędzi palnika. Wszystkie te techniki dobierania szybkości strumienia gazowego mogą być stosowane razem lub oddzielnie. Przykłady porównawcze podano w tabeli 2 i ilustrują one te nieoczekiwane wyniki.

T a b e l a 2

Przykład A: Warunki fibryzacji

	Wyrób bieżący	Szerokie warunki	Korzystne warunki	A1	A2
Szybkość snucia szkła (M. ton/dzień)	22,0	18-30	22-28	19⁽¹⁾	16,5⁽¹⁾
Szerokość krawędzi palnika (mm)	7,7	Co najmniej 8	8,1-8,5	8,2	8,2
Szybkość przędzarki (ft³/h) (RPM)	1,975	Co najmniej 2000	2100-2300	2250	2,250
Przepływ powietrza (ft³/h)	64,938	50,000-100,000	65,000-85,000	69800	80,100⁽²⁾
Przepływ gazu (ft³/h)	4,038	3,000-6,000	4,000-5,000	4330	4,970⁽²⁾
Ciśnienie wewnętrzne palnika (cali wody)	21,8	10-25	15-22	18,8	21,6⁽²⁾
Oszacowana średnia średnica włókien (mikrony)	3,9	Mniej niż 3,5	Mniej niż 3,0	2,9	2,1
Gramatura wyrobu⁽³⁾ (g/ft²)	104	40-210	50-150	89	81(7)
Powrót do grubości⁽³⁾ po 28 dniach ściskania (In)	3,920	3,5-4,0	3,6-3,7	3,92	3,69⁽⁷⁾
R-13 - przewodnictwo cieplne⁽⁴⁾ (Btu.in./ft.h.F)	0,268	0,200-0,300	0,250-0,275	0,267	0,267⁽⁷⁾
Wytrzymałość na rozcinanie⁽⁵⁾ (g/g):
Próbki z produkcji	237,			256,	166,
- kierunek linii	192,			237,	128,
	189,			302,	180,
	263,			245,	156,
	249			293	184
Próbki z produkcji	161,			276,	142,
- kierunek w poprzek linii	220,			206,	127,
	233,			234,	173,
	201,			256,	128,
	213			245	133
Średnie odchylenie	216	> 100	125-205	255	135
standardowe	31			29
Pył z wytrząsania R13:
Pył z cięcia⁽⁶⁾ (g)	0,0021	< 0,0020	< 0,0010	0,0009	0,0006⁽⁷⁾
Pył z podłogi⁽⁶⁾ (g)	0,0250	< 0,0250	< 0,0200	0,0195	0,0176^{7)
Pył w powietrzu⁽⁶⁾ (g)	0,0001	< 0,0005	< 0,0003	0,0003	0,0000⁽⁷⁾

PL 200 569 B1 (1) Ta szybkość snucia szkła ma utrzymać równoważną zdolność produkcyjną w stopach kwadratowych wraz z obniżeniem gęstości wyrobu.

(2) Dane oszacowane.

(3) Gramatura i powrót do grubości: ASTM C 167 -Standardowe metody badań grubości i gęstości izolacji cieplnych typu „koca” lub maty.

(4) Przewodnictwo cieplne: ASTM C 518 - Standardowa metoda pomiarów stacjonarnego przepływu ciepła i właściwości przenoszenia ciepła za pomocą przepływomierza ciepła i ASTM C 653 - standardowy przewodnik oznaczania oporu cieplnego izolacji z włókien mineralnych typu „koca” o niskiej g ęstoś ci.

(5) Wytrzymałość na rozcinanie: ASTM CSP686 Standardowa metoda badań wytrzymałości na rozcinanie izolacji mineralnej typu maty i „koca (także metoda badania CertainTeed T-502 wytrzymałości na rozcinanie izolacji mineralnej typu maty i „koca”) (6) Pył z cięcia, z podłogi i w powietrzu: procedura wewnętrzna (pomiary pyłu wykonano stosując aparat wstrząsowy do pomiaru pyłu Gullfiber; włókna zliczano stosując mikroskop optyczny z fazą kontrastową lub skaningowy mikroskop elektronowy. Odkurzacz z przepływem powietrza 18m³/h użyto do zebrania pyłu z noża i podłogi. Włókna zbierano na filtrze do włókien szklanych WHATMAN GF/A 70 mm. Filtr 37 mm użyto do pyłu w powietrzu. Wszystkie filtry zważono przed i po zbieraniu. Zastosowano nóż 28 cm, przy maksymalnej grubości próbki 150 mm).

(7) Wyniki te otrzymano przy użyciu przędzarki IS-4 przy szybkości snucia szkła 14 MT/dzień na tej samej linii produkcyjnej.

Aby utrzymać zawartość cieplną przędzarki i włókien podczas snucia, można ewentualnie zastosować pierścień 12 do wytwarzania strumienia indukcyjnego o wysokiej częstotliwości, który umieszcza się zaraz poniżej przędzarki 1 we współosiowej zależności z nią, mający wewnętrzną średnicę nieco większą niż średnica przędzarki 1, by uniknąć zakłóceń strumienia związanych z przepływem w dół włókien porwanych przez nadmuch pierścieniowy. Dodatkowy pomocniczy nadmuch można wytworzyć za pomocą pierścieniowej dyszy 64 umieszczonej po stronie zewnętrznej krawędzi końcówki wylotowej 54, 56 i połączonej ze źródłem gazu pod ciśnieniem, takim jak powietrze, para lub produkty spalania. Wydrążony wał 2 korzystnie zawiera szereg zamocowanych współśrodkowych wewnętrznych rur. Umieszczona najbardziej wewnątrz para tych rur tworzy pierścieniowy kanał chłodzący, przez który woda chłodząca cyrkuluje. Natomiast umieszczona najbardziej na zewnątrz para tworzy pierścieniowy kanał, przez który może przechodzić mieszanka palna i zapalać się, by podgrzewać kosz 3 przed rozruchem przędzarki 1. Włókna 41 utworzone przez przędzarkę 1 i nadmuch gazowy przechodzą w dół do komory odbiorczej lub do kaptura odbiorczego 70 i są osadzane w postaci „koca” 71 na przenośniku 72, jak przedstawiono schematycznie na fig. 2 i 3. Ewentualna skrzynka ssąca 74 umieszczona poniżej przenośnika 72 wyciąga w typowy sposób duże objętości gazów przechodzących przez przenośnik 72.

Jak przedstawiono na fig. 2 i 3, mnogość stanowisk fibryzacji, z których każde ma przędzarkę 20 jest w typowym przypadku stosowana do produkcji „koca” 71 i w korzystnej postaci wynalazku są one rozmieszczone w linii wzdłuż osi wzdłużnej przenośnika 72. Liczba przędzarek 20 kierujących włókna do przenośnika 72 w instalacji przemysłowej może w typowym przypadku wynosić sześć do dziesięciu przędzarek lub więcej.

Dla działania opisanego urządzenia, wirówka 1, łącznie z koszem 3 jest podgrzewana w dobrze znany sposób wykorzystując spalanie gazów przechodzących przez wał 12, ciepło palnika 9 i pierścienia 12 wytwarzającego strumień indukcyjny oraz podobne uzupełniające źródła, gdy mogą być niezbędne. Z przędzarką obracającą się ze wstępnie określoną prędkością i palnikiem 9 dostosowanym, by dostarczyć ciśnienie komory spalania prowadzące do prędkości dmuchu wystarczającej, by dostarczyć żądane snucie i stopień rozdrobnienia włókien. Strumień stopionego szkła jest wprowadzany z zasilacza lub innego źródła stopionego szkła umieszczonego powyżej zespołu przędzarki do wydrążonego wału przędzarki 2 Po osiągnięciu kosza 3 strumień stopionego szkła płynie wzdłuż jego dna pod wpływem działania siły odśrodkowej i wypływa przez otwory kosza 3 w postaci strumieni szkła 6, które są kierowane do górnej części ściany obwodowej 7 przędzarki.

Pod wpływem silniejszego działania siły odśrodkowej wywieranej na obwodową ścianę 7, szkło przechodzi przez krotność małych otworów 14 i wychodzi po zewnętrznej stronie obwodowej ściany 7 w postaci krotnoś ci strumieni lub prewł ókien 15, które są korzystnie bezpoś rednio podawane efektowi snucia poprzez nadmuch z palnika 9 o wewnętrznym spalaniu ukierunkowany w poprzek zewnętrznej strony ściany. Prewłókna 15 są utrzymywane w stanie snucia dzięki podwyższonej temperaturze naPL 200 569 B1 dmuchu przez czas snucia. Stopień rozdrobnienia snutych włókien jest regulowany w pierwszym rzędzie za pomocą sterowania prędkością nadmuchu, co z kolei jest funkcją ciśnienia palnika. Niniejszy wynalazek pokazuje, że równe lub niższe ciśnienie palnika i prędkość nadmuchu prowadzą nie tylko do drobniejszych włókien, lecz do drobniejszych włókien, które mają mniej wad powodujących naprężenie. Techniki te, nieoczekiwanie, zrealizowano w korzystnym wykonaniu bez znacznej zmiany natężenia przepływu gazu i powietrza do spalania doprowadzanych do palnika 9, składu szkła lub całościowego charakteru istniejącego wyposażenia. W rezultacie można stosować, małe włókna, średnio zasadniczo mniejsze niż te obecnie stosowane w matach i „kocach”, bez poświęcania cechy powrotu do grubości, nawet chociaż gęstość lub gramatura jest co najmniej około 15% mniejsza.

Liczba, wielkość i rozkład otworów przędzarki stanowią ważne czynniki korzystnych wykonań sposobów, według wynalazku. Chociaż w przykładach A1 i A2 niniejszego wynalazku prędkość przędzarki (rpm) zwiększono od około 1,975 do około 2,250 nie wykazało to obniżenia żywotności przędzarki, lecz dostarczyło dłuższe włókna. Stwierdzono, że fibryzację małych włókien szklanych, o średniej średnicy mniejszej niż około 3,5 mikrona można znacznie ulepszyć przez zwiększenie ogólnej liczby otworów od około 23000 do co najmniej około 25000 otworów, korzystnie do około 2500040000, najkorzystniej do co najmniej około 30000 otworów, zmniejszając średnią średnicę otworów od około 0,86 mm do mniej niż około 0,8 mm, korzystnie do około 0,78 mm. Ponadto jest pożądane, by wszystkie otwory miały maksymalny wymiar w przekroju poprzecznym mniejszy niż 1 mm. Te parametry przędzarki tworzą dużo więcej stopionych strumieni szkła, które są mniejsze, aby wytworzyć znacznie mniejsze włókna. Przykłady opisów sprawności bieżącej produkcji („dla celów kontrolnych”) maty przy użyciu przędzarki opisano poniżej w tabeli 3.

T a b e l a 3

Dodatkowe opisy przędzarki

Przędzarki	Ogółem rzędów	Ogółem otwo- rów	Ilość otworów na rząd	Średnica	Średnica otworów i odp. rzędy od góry do dołu	Średnia wielkość
1 mm	0,9 mm	0,8 mm	0,7 mm
Bieżąca produkcja (dla celów kontrolnych)	23	23,000	1,000	600 mm	4	6	13		0,86 mm
Przykład A1*	26	31,846	1,047 1,178 1,345	600 mm		5	8	12	0,78 mm
Przykład A2	23	23,000	1,000	600 mm		5	13	5	0,80 mm

* W przykładzie A1 wykorzystano przędzarkę, opisaną bardziej szczegółowo w tabeli 4

Przepływowi snutych włókien do komory odbiorczej lub do kołpaka odbiorczego 70, jak przedstawiono na fig. 2 i 3, towarzyszy zassanie odpowiedniej ilości powietrza. Chociaż zassane powietrze początkowo wykazuje tendencję do ograniczania rozszerzania się „welonu” włókien wypływających z przędzarki, to szybkie spowolnienie włókien w komorze odbiorczej 70 powoduje zasadnicze rozszerzenie „welonu” włókien i zapewnia stosunkowo jednolity rozkład włókien w wyrobie i w poprzek szerokości przenośnika 72. Chociaż zwykle stosuje się, w typowy sposób rozpylanie spoiwa, takiego jak żywica fenolowa, na snute włókna u góry komory odbiorczej 70, to urządzenie do nanoszenia spoiwa pominięto na fig. 2 i 3.

Wykonano przykłady porównawcze A1 i A2 na matach izolacyjnych wytworzonych zgodnie z warunkami fibryzacji przedstawionymi w tabeli 2 i opisami przędzarki przedstawionymi w tabeli 3. Podczas gdy specyfikacje ASTM były dostępne dla pomiarów gramatury i powrotu do pierwotnej grubości, przewodnictwa cieplnego i wytrzymałości na rozcinanie, to podobne specyfikacje nie były dostępne dla pyłu pochodzącego z cięcia, z podłogi i z powietrza, tak że te pomiary wykonano w oparciu o wewnętrzne procedury fabryki stosując aparat wstrząsowy do pomiaru pyłu Gullfiber.

Ponadto stwierdzono, że gramatury identycznie ukształtowanych wyrobów R-13 wykonanych z typowych włókien szklanych o średnicy 3,9 mikrona oraz tych wykonanych z włókien o średniej średnicy 2,9 mikrona (przykład A1) i o średniej średnicy 2,1 mikrona (przykład A2) wykazały zasadnicze

PL 200 569 B1 obniżenie gęstości, mianowicie gramaturę obniżono od około 104 g/ft² do 89 g/ft², np. A1, i do 81g/ft², np. A2. To obniżenie gramatury daje znaczne potencjalne oszczędności materiałowe.

W korzystnym wykonaniu niniejszego wynalazku sposób fibryzacji stosuje zmodyfikowany rozkład otworów w paśmie obwodowej ściany 7 wirówki 1. Znaczną adaptację wykonaną w kontekście przedmiotu wynalazku przedstawiono na fig. 4.

Na figurze 4 pokazano w częściowym widoku z przodu pasma obwodowej ściany 7 wirówki 1, gdzie otwory 14 perforowane w paśmie obwodowej ściany 7 są zacienione.

Na figurze 4 przestawiono dwie nałożone na siebie pierścieniowe strefy ZA1 i ZA2, przy czym ZA2 znajduje się poniżej ZA1, gdy urządzenie jest pokazane w położeniu fibryzacji. W przedstawionym przypadku, każda z tych pierścieniowych stref ZA1, ZA2 zawiera trzy koliste rzędy otworów 14. W pierścieniowej strefie ZA1 rzędy te cechuje skok P1, otwory 14 mają średnicę d1, a odległość D1 oddziela środki najbliższych otworów 14. Odległość między najbliższymi krawędziami sąsiadujących otworów wynosi DB1, a liczba otworów na jednostkę pola powierzchni wynosi NS1 w pierścieniowej strefie ZA1. W pierś cieniowej strefie ZA2, parametry te wynoszą odpowiednio P2 d2, D2, DB2 i NS2.

Podziałka między ZA1 i ZA2 jest zwana P1/2.

Należy zauważyć, że z jednej strony d2 jest mniejsze niż d1 oraz że P2 i D2 są, odpowiednio, mniejsze niż P1 i D1. W wyniku tego, NS2 jest znacznie większe niż NS1.

Ten przykład w żaden sposób nie jest ograniczający. Pasmo obwodowej ściany 7 wirówki 1 może zawierać więcej niż dwie pierścieniowe strefy, przy czym każda ze stref zawiera co najmniej jedną serię otworów 14.

Aby ocenić wartość wirówki według wynalazku, wykonano badanie porównawcze, z jednej strony - ze standardową wirówką, a z drugiej strony - z wirówką według wynalazku. Cechy charakterystyczne dwóch wirówek, które wybrano tak, by miały tę samą średnią średnicę DM i to samo pole powierzchni pasma oraz identyczną wysokość pasma perforowanego, podano w tabeli 4. Każda z tych wirówek zawiera trzy strefy pierścieniowe, z których każda składa się z szeregu rzędu otworów o stałej średnicy i rozstawie w szeregu.

T a b e l a 4

Projekt wirówki z przykładu B

	Wirówka standardowa	Wirówka według wynalazku
1	2	3
Średnica (mm)	600	600
Wysokość pasma perforowanego (mm)	34,25	34,25
Liczba stref pierścieniowych (ZA)	3	3
Pierwsza strefa pierścieniowa ZA1
- liczba rzędów	4,00	6,00
- średnica d1	1,00	0,90
- odległość D1	1,70	1,80
- odległość między krawędziami DB1	0,70	0,90
- podziałka P₁	1,49	1,56
- liczba otworów na rząd NO1	1100	1047
- otwory/powierzchnię NS1	0,39	0,36
- podziałka P1/2	1,49	1,75
Druga strefa pierścieniowa ZA2
- liczba rzędów	7,0	8,0
- średnica d2	0,9	0,8
- odległość D2	1,7	1,6
- odległość między krawędziami DB₂	0,8	0,8

PL 200 569 B1 cd. tabeli 4

1	2	3
- podziałka P2	1,49	1,39
- liczba otworów na rząd NO2	1100	1178
- otwory/powierzchnię NS₂	0,39	0,45
- podziałka P2/3	1,49	1,55
Trzecia strefa pierścieniowa ZA₃ - liczba rzędów	13	12
- średnica d3	0,8	0,7
- odległość D₃	1,7	1,4
-odległość między krawędziami DB3	0,9	0,7
- podziałka P3	1,49	1,22
- liczba otworów na rząd NO3	1100	1345
- otwory/powierzchnię NS₃	0,39	0,58

Liczbę otworów w rzędzie oznaczono przez NO, a liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni, NS, wyrażono tu jako liczbę otworów na mm², gdzie NS = NO/(n · D · P).

Należy zauważyć, że liczba otworów na jednostkę pola powierzchni jest stała dla standardowej wirówki. W przypadku wirówki według wynalazku zmienia się wraz z pierścieniową strefą i ta liczba, NS, jest niższa niż liczba w standardowej wirówce dla najwyższej pierścieniowej strefy ZA1 i następnie jest wyższa niż liczba w standardowej wirówce dla innych stref pierścieniowych, ZA2 i ZA3. Należy zauważyć, że w przypadku wirówki według wynalazku, liczba otworów na jednostkę pola powierzchni wzrasta wraz ze strefą, od góry do dołu wirówki, o około 25% do 30% od jednej strefy do drugiej.

Dwie wirówki wytworzono z tego samego stopu, znanego pod nazwą SG30. Standardową wirówkę perforowano stosując technikę elektroiskrową opisaną powyżej, natomiast otwory wirówki, według wynalazku, wykonano stosując bombardowanie elektronami. Można także rozpatrywać perforowanie laserowe. Wyroby wytwarzano z każdej z wirówek w równoważnych warunkach snucia.

Rodzaje wytwarzanych wyrobów, warunki fibryzacji i właściwości mechaniczne mierzone dla wyrobów otrzymanych w tym przykładzie podano w tabeli 5, poniżej.

T a b e l a 5

Właściwości wyrobów z przykładu B

	Wirówka standardowa	Wirówka według wynalazku
1	2	3
Typ produktu:
Grubość nominalna (mm)	80	80
Gęstość (kg/m³)	9,5	9,5
Rozdrobnienie (1/mm, 5 g)	13,4	13,5
λ (mW/mK	41,6	41,2
Warunki fibryzacji:
Snucie (t/j)	23	23
Palnik	styczny	styczny
Kosz	standardowy	standardowy
Ciśnienie palnika (mm słupa wody)	668	562
Przepływ powietrza (Nm³/h)	1953	1743
Przepływ gazu (Nm³/h)	120	111

PL 200 569 B1 cd. tabeli 5

1	2	3
Właściwości mechaniczne produktu:
Powrót do grubości po 12 dniach	126	131
Powrót do grubości po 1 miesiącu	116	126
Wytrzymałość na rozciąganie po wytworzeniu	180	220
Wytrzymałość na rozciąganie po 15 min w autoklawie (gf/g)	126	150

Właściwości mierzone dla wyrobów tego samego typu w każdej wirówce porównano także w tabeli 5.

Powrót do grubości jest określony jako stosunek (podany w %) między grubością po próbie ściskania i grubością nominalną. Należy zaznaczyć, że grubość wyrobu wytwarzanego przed badaniem ściskania jest większa niż grubość nominalna. W przypadku wspomnianych prób, grubość wytworzonego wyrobu wynosi 144 mm dla grubości nominalnej 80 mm.

Z tabeli 5 moż na wywnioskować , ż e grubość maty wł óknistej wył adowanej po 12 dniach próby ściskania wynosi około 90% początkowej grubości (grubość wytwarzana) maty włóknistej w przypadku wirówki według wynalazku i około 80% początkowej grubości w przypadku wirówki standardowej.

Aby przeprowadzić powyższą próbę ściskania, panele maty włóknistej po wytworzeniu są przygotowane i obciążane, by uzyskać stopień ściskania 8/1, tj. we wspomnianym przypadku grubość po ściśnięciu wynosi około 18 mm. Po podanym czasie ściskania (12 dni, 1 miesiąc), panele są wyładowywane (w jednym czasie ściskania są badane 4 panele) i wyznacza się średnią grubość po próbie ściskania.

Wytrzymałość na rozciąganie określa się w oparciu o próbkę w postaci pierścienia rozciętego przy użyciu wycinaka w macie wykonanej z wyrobu włóknistego. Wytrzymałość na rozciąganie jest wyrażona jako granica siły rozciągającej (siła rozrywająca pierścień ustawiony pomiędzy dwoma kolistymi i równoległymi trzpieniami o promieniu 12,5 mm, z szybkością obciążania 300 mm/min) względem masy próbki i jest ona wyrażona w gf/g.

Próbką, obciążoną na początku próby, jest zasadniczo eliptyczny pierścień torusowy o osiach torusa: długiej i krótkiej 122 x 76 mm i 26 mm grubości. Zbadano 15 próbek na 1 wyrób. Próba ta odnosi się do norm BIFT 5012-76 i ASTM C 681-76.

Wytrzymałość na rozciąganie mierzy się dla wyrobu po wytworzeniu i, aby ocenić zdolność wyrobu do starzenia, po próbie z autoklawem. Czas trwania próby z autoklawem wynosi 15 minut, w temperaturze 107°C, przy ciśnieniu 0,8 bar przy wilgotności 100%.

W tabeli 5 moż na zaobserwować, ż e dla wyrobu tego samego rodzaju, uzyskuje się znacznie poprawione właściwości mechaniczne w przypadku urządzenia według przykładu A w porównaniu ze standardowym urządzeniem, a jednocześnie energia potrzebna do wytwarzania włókien jest znacznie zmniejszona.

W istocie, ciś nienie palnika jest niż sze, to znaczy jest o oko ł o 20% mniejsze w przypadku wirówki według przykładu A w porównaniu z wynikami dla standardowej wirówki. W tym samym czasie, wydatki płynu, powietrza i gazu są stosunkowo mniejsze, o około 10%. Wydajność energetyczna procesu jest zatem bardzo korzystnie zwiększona w przypadku wirówki zgodnie z tym przykładem.

Poprawa właściwości mechanicznych dotyczy powrotu grubości do stanu poprzedniego, który jest około 10% większy w przypadku wirówki według wynalazku, w porównaniu z wyrobami otrzymanymi przy użyciu standardowej wirówki, jak i wytrzymałości na rozciąganie, która jest lepsza o okoł o 20%. Oprócz tych znaczących wyników stwierdzono nieoczekiwanie, że wzrost liczby otworów wirówki nie ma ujemnego wpływu na żywotność wirówki, gdy ta ostatnia jest wykonana zgodnie z tym przykładem. W warunkach fibryzacji określonych w tabeli 5, żywotność wirówki według wynalazku wyniosła 370 godzin, a w przypadku wirówki standardowej - około 300 godzin.

W ten sam sposób, zauważono, ż e jakość wyrobów nie zmienia się znacznie wraz z czasem stosowania przędzarki w fibryzacji, chociaż można by się niepokoić, że wzrost liczby otworów na jednostkę pola powierzchni może prowadzić do przyspieszonego starzenia wirówki, któremu towarzyszy szybkie pogorszenie właściwości wyrobu podczas fibryzacji przy użyciu tej samej przędzarki.

Stwierdzono, że konfiguracja opisana dla wirówki według tego przykładu, w tabeli 4 jest szczególnie korzystna z geometrycznego punktu widzenia. W istocie, zwiększając liczbę otworów w wirówPL 200 569 B1 ce, wynalazcy mogli określić konfigurację geometryczną, gdzie przestrzeń DB1 między krawędziami otworów 14 jest zwiększona względem przestrzeni w standardowej wirówce w pierścieniowej strefie ZA1, gdzie otwory mają największą średnicę D1 i gdzie korozja oraz nadżerki są najbardziej aktywne. W środkowej pierścieniowej strefie ZA2, przestrzeń DB2 między krawędziami otworów 14 jest identyczna w obydwu konfiguracjach, zaś w strefie pierścieniowej, ZA3, o najmniejszej średnicy D3, wybrana konfiguracja pozwala na zmniejszenie odległości DBS między krawędziami otworów, co nie jest szkodliwe, ponieważ korozja i nadżerki nie są tam duże.

Zatem, bardzo korzystnie, właściwości mechaniczne wirówki są zachowane i jej żywotność może być utrzymana lub zwiększona w porównaniu ze standardową wirówką, przy znacząco zwiększonej liczbie otworów.

Ogólne korzyści wynalazku także mogą być zilustrowane przez ocenę sprawności cieplnej (dla ustalonej gęstości) lub gęstości dla ustalonej zmiany wartości R wraz ze średnią średnicą włókna. Można ocenić porównanie gramatury wyrobu - maty typu High Performance („HPB”) i handlowego wyrobu typu Building Isolation („Current BI” lub „Control”), jak następuje, dla pewnych z bardziej popularnych wyrobów z nominalnym R (opór cieplny lub „R” mierzone przez grubość wyrobu) (in)/przewodnictwo cieplne (BTU · in/ft-h · °F)), np., A1 i A2. Wyniki dla obecnie wytwarzanych wyrobów izolacji budowlanych maty („Bieżący BP”) i wysokosprawnych izolacji typu maty („HPB”) podano na fig. 6 i 7. Dla ustalonej gęstości wyrobu, obniżenie średniej średnicy włókien szklanych może dać wzrost wartości R.

Na figurze 6 przedstawiono oszacowaną zmianę sprawności izolacji cieplnej (zmiana wartości R, w%) obliczoną dla tej samej gęstości, jako funkcję średniej średnicy włókien szklanych (w mikrometrach). Zakres „Obecny BI” przedstawia obecną sytuację dla produkcji maty CertainTeed na rynku. Zakres „HPB” przedstawia oszacowane zwiększenie sprawności oporu cieplnego dostarczane przez niniejszy wynalazek.

Zupełnie tak samo jak na fig. 6, fig. 7 przedstawia oszacowaną zmianę gęstości (%) dla ustalonej wartości R, w funkcji średniej średnicy włókien szklanych (w mikrometrach). Dla ustalonej wartości R, gramatura wyrobu lub gęstość mogą być obniżone, gdy średnia średnica włókien szklanych zmniejsza się. W przypadku wyrobów wykonanych zgodnie z niniejszym wynalazkiem, mniejsze włókna szklane prowadzą do obniżonej gramatury przy ulepszonej sprawności izolacji. Krzywe z fig. 6 i 7 zazwyczaj odpowiadają układowi oszacowanych punktów danych podanych w tabeli 6.

T a b e l a 6

Porównanie gramatury maty

Wartość znamionowa wyrobu BI	Gramatura HPB (g/ft³)	Gramatura bieżącego BI (g/ft³)	Obniżenie gramatury
R-11	51	11	28%
R-13	81	107	24%
R-15	139	182	24%
R-19	85	118	28%
R-30	131	179	27%

Parametry procesu dla przykładów A1 i A2 wytworzyły maty, które były bardzo miękkie w dotyku i podobne do kłębka bawełny co do tekstury, przy wirtualnie małym swę dzeniu po kontakcie ze skórą. Wytworzyły one zarówno duże wartości oporu cieplnego, podobne do bieżącej produkcji przemysłowej włókien o średniej średnicy 3,9 mikrona, prowadząc do wyników badań o tej samej wartości R przy obniżeniu gramatury lub gęstości o co najmniej 12%, korzystnie około 15-28%. Wyroby izolacyjne z przykładów A1 i A2 takż e były porównywalne lub lepsze, jeś li chodzi o powrót do grubości wg ASTM C 167 względem bieżącej produkcji izolacji typu maty. Jest to ważne ponieważ produkty typu maty i zwoju o gę stoś ciach niż szych niż 2,5 lbs/ft³ są czę sto bardziej ś ciskane do gruboś ci znacznie niż szej niż ich grubość nominalna, co najmniej około 1/2, korzystnie około 1/7 do 1/12 ich nominalnej grubości, np. w przypadku pakowania, aby zmniejszyć koszty składowania i frachtu. Wymaga się, aby wyroby powracały do swojej nominalnej grubości w miejscu stosowania po otwarciu opakowania. Podczas gdy wcześniej sądzono, że obniżenie średnicy włókna w wyrobach typu maty i zwoju poprawiłoby

PL 200 569 B1 właściwości izolacji cieplnej i akustycznej tych wyrobów, rzadko próbowano tego w praktyce, ponieważ w typowym przypadku izolacja z włókien mających małą średnią średnicę nie powracała do swej nominalnej grubości po ściskaniu. Tak jak znalazło to odbicie w przykładach A1 i A2 niniejszego wynalazku, dla obydwu wyrobów uzyskano powrót do grubości, nawet mimo tego, że gramatura wyrobu uległa drastycznemu zmniejszeniu wraz z obniżeniem średniej średnicy włókna.

Z powyż szej analizy wynika, ż e niniejszy wynalazek dostarcza ulepszone wyroby izolacyjne składające się z drobnych włókien szklanych o mniejszej liczbie defektów. Wyroby te są tańsze w wytwarzaniu i odzyskują swoją pełną grubość po ściskaniu, przy czym dostarczają także tę samą wartość znamionową R, co wyroby izolacyjne z włókien o większej gęstości i większej średniej średnicy. Techniki obróbki, według wynalazku, są zdolne do wytwarzania małych włókien o średniej średnicy mniejszej niż około 3,5 mikrona przy mniejszej liczbie defektów powodujących naprężenie wskutek kombinacji przędzarki z większą liczbą mniejszych otworów i/lub delikatniejszą prędkością nadmuchu. Chociaż zilustrowano różne wykonania sposobu i urządzenia, to nie były celem ograniczanie wynalazku. Np. wysoce wytrzymałe włókna wytworzone według zastrzeganych procesów niniejszego wynalazku mogłyby być przydatne w wytwarzaniu wzmocnienia kompozytowego, izolacji w postaci luźnego wypełnienia, tkanin i włóknin, oraz można je także zastosować do kompozycji żywic z tworzyw sztucznych, by ulepszyć charakterystykę włókien.

Różne inne modyfikacje, które będą widoczne dla biegłego w tej dziedzinie mieszczą się w zakresie niniejszego wynalazku opisanego w załączonych zastrzeżeniach.

Claims

1. Sposób wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych, polegający na tym, że dostarcza się co najmniej jeden materiał szklany, który topi się, a następnie wprowadza się do wirującej przędzarki mającej wiele otworów, po czym stopiony materiał szklany poddaje się wirowaniu i przepuszcza się przez otwory tworząc wiele strumieni szkła, przy czym snuje się te strumienie szkła strumieniem gazowym prowadzonym po zewnętrznej stronie przędzarki tworząc włókna szklane o średniej średnicy nie większej niż około 3,5 mikronów, przy czym strumień gazowy wprowadza się pod ciśnieniem 10-25 cali wody (250-635 mm słupa wody), korzystnie mniej niż 23 cale wody (580 mm CE) za pomocą palnika mającego parę krawędzi umieszczonych od siebie w odległości co najmniej 8 mm, korzystnie między 8,1 i 8,5 mm; po czym łączy się włókna (10) razem spoiwem żywicznym tworząc wyrób izolacyjny mający wytrzymałość na rozcinanie (wg ASTM C 686) co najmniej około 100 gf/g i wykazujący zasadniczy powrót do jego nominalnej grubości po ściskaniu, znamienny tym, ż e do przepuszczania materiału szklanego stosuje się wirującą przędzarkę z otworami (14) przędzarki (1) rozprowadzonymi w wielu strefach pierścieniowych (ZA) rozmieszczonych jedna nad drugą w wirówce w położeniu odwirowania i która zawiera co najmniej dwie strefy pierś cieniowe (ZA1, ZA2), których liczba otworów na jednostkę pola powierzchni (NS1, IMS2) różni się o wartość większą niż lub równą 5%, w szczególności równą lub większą niż 10%, a nawet 20% i tym, że strefa pierścieniowa zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej, zakładając, że wirówka jest w położeniu odwirowania.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do snucia strumieni szkła (15) stosuje się strumień gazowy obejmujący przepływ powietrza około 50000-100000 ft³/hr.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do snucia strumieni szkła (15) stosuje się natężenie przepływu gazu około 3000-6000 ft³/hr.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się strefę pierścieniową przędzarki (1) zawierającą największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni umiejscowioną poniżej innej strefy pierścieniowej przędzarki (1) zawierającej niższą średnią liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni.

5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że stosuje się otwory (14) każdej strefy pierścieniowej przędzarki (1) pogrupowane w rzędy, o średnicy otworu (d) zasadniczo stałej w każdej strefie pierścieniowej i obniżającej się od jednej strefy pierścieniowej do innej, od góry do dołu pasma obwodowego wirówki (7).

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się poprzedzające rzędy rozstawione od siebie w odległości między 1 i 2 mm, w szczególności między 1,2 i 1,8 mm, korzystnie ze skokiem od jednego rzędu do następnego między 1 i 2 mm, np. między 1,2 i 1,6 mm.

PL 200 569 B1

7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, ż e stosuje się średnicę (d) co najmniej części otworów (14) wirówki przędzarki (1) wynoszącą najwyżej 1,5 lub 1,2 mm, w szczególności między 1,1 i 0,5 mm, korzystnie mię dzy 0,9 i 0,7 mm.

8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się odległość (D) między środkami najbliższych sąsiadujących otworów tej samej strefy pierścieniowej (ZA) przędzarki (1) zasadniczo stałą przez całą strefę pierścieniową i tym, że stosuje się odległość (D) zmienną od jednej strefy do innej co najmniej o 3% lub o co najmniej 5%, a nawet 10% lub więcej i obniżającą się od góry do dołu, w szczególności o odległości (E) między 0,8 i 3 mm, korzystnie między 1 i 2 mm, a nawet między 1,4 i 1,8 mm.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się wirówkę (1) o średnicy wartości średnicy (DM) mniej niż lub równą 800 mm, w szczególności co najmniej 200 mm.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokotemperaturowy gazowy strumień snucia wytwarza się palnikiem pierścieniowym (9).

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako palnik pierścieniowy (9) stosuje się palniki styczny, zawierający mechanizm nadawania gazowemu strumieniowi snucia składnika stycznego względem zewnętrznej poziomej krawędzi wirówki.

12. Urządzenie do wytwarzania wyrobu izolacyjnego z włókien szklanych zawierające palnik i wirującą przędzarkę mającą wiele otworów, znamienne tym, że otwory (14) przędzarki (1) są rozprowadzone w wielu strefach pierścieniowych (ZA) rozmieszczonych jedna nad drugą w wirówce w położ eniu odwirowania i wirówka zawiera co najmniej dwie strefy pierścieniowe (ZA1, ZA2), których liczba otworów na jednostkę pola powierzchni (NS1, IMS2) różni się o wartość większą niż lub równą 5%, w szczególności równą lub większą niż 10%, a nawet 20% i tym, że strefa pierścieniowa zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej, zakładając, że wirówka jest w położeniu odwirowania.

13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że strefa pierścieniowa przędzarki (1) zawierająca największą liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni jest umiejscowiona poniżej innej strefy pierścieniowej przędzarki (1) zawierającej niższą średnią liczbę otworów na jednostkę pola powierzchni.

14. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że otwory (14) każdej strefy pierścieniowej przędzarki (1) są pogrupowane w rzędy, o średnicy otworu (d) zasadniczo stałej w każdej strefie pierścieniowej i obniżającej się od jednej strefy pierścieniowej do innej, od góry do dołu pasma obwodowego wirówki (7).

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że poprzedzające rzędy są rozstawione od siebie w odległości między 1 i 2 mm, w szczególności między 1,2 i 1,8 mm, korzystnie ze skokiem od jednego rzędu do następnego między 1 i 2 mm, np. między 1,2 i 1,6 mm.

16. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że średnica (d) co najmniej części otworów (14) wirówki przędzarki (1) wynosi najwyżej 1,5 lub 1,2 mm, w szczególności wynosi między 1,1 i 0,5 mm, np. mię dzy 0,9 i 0,7 mm.

17. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że odległość (D) między środkami najbliższych sąsiadujących otworów tej samej strefy pierścieniowej (ZA) przędzarki (1) jest zasadniczo stała przez całą strefę pierścieniową i tym, że ta odległość (D) zmienia się od jednej strefy do innej co najmniej o 3% lub o co najmniej 5%, a nawet 10% lub więcej i obniża się od góry do dołu, w szczególności o odległości (D) między 0,8 i 3 mm, np. między 1 i 2 mm, a nawet między 1,4 i 1,8 mm.

18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że wirówka (1) ma średnią wartość średnicy (DM) mniej niż lub równą 800 mm, w szczególności co najmniej 200 mm.

19. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że palnik pierścieniowy (9) jest palnikiem stycznym zawierającym mechanizm nadawania gazowemu strumieniowi snucia składnika stycznego względem zewnętrznej poziomej krawędzi wirówki.