PL203427B1 - Urządzenie do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego oraz sposób wytwarzania wyrobu z wiązanego sztucznego włókna szklistego - Google Patents

Abstract

Urządzenie i sposób odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego (40) obejmuje co najmniej jeden rotor rozwłókniający (5, 6, 7) i zasadniczo pierścieniowe środki (8, 9, 10) doprowadzania powietrza do kierowania dmuchu powietrza obejmującego strumień przyścienny nad powierzchnią rozwłókniającą (30) rotora (5, 6, 7). Co najmniej jeden kanał (35) doprowadzający środek wiążący prowadzi do wylotu (37) usytuowanego tak, aby wyrzucać środek wiążący w dmuch powietrza. Dmuch powietrza rozpyla środek wiążący.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego oraz sposób wytwarzania wyrobu z wiązanego sztucznego włókna szklistego, a w szczególnoś ci wynalazek dotyczy urzą dzenia rozwł ókniają cego, które jest modyfikowane w celu uzyskania lepszego rozkładu spoiwa w wyrobie końcowym.

Wiązane wyroby z MMVF zwykle wytwarza się przez odśrodkowe rozwłóknianie roztopionego materiału mineralnego za pomocą odśrodkowego rotora rozwłókniającego zamontowanego obrotowo na osi wyprowadzonej poza obudowę, odśrodkowe formowanie włókien wyrzucanych z tego rotora, przenoszenie ich w kierunku kolektora w strumieniu powietrza przepływającego wokół rotora w kierunku kolektora i zbieranie ich na kolektorze oraz nakładanie spoiwa na włókna, zanim zostaną one zebrane na kolektorze.

Powietrze nośne, przenoszące włókna z obszaru wokół rotora w kierunku kolektora, jest dostarczane kanałami doprowadzającymi powietrze usytuowanymi wokół i za rotorem, w pewnej odległości od powierzchni rozwłókniającej. Kolektorem jest zazwyczaj przenośnik z otworami przechodzący przez komorę zbierającą. Zasysanie przez kolektor powoduje zbieranie się na nim włókien w postaci siatki, którą transportuje się na przenośniku poza komorę.

Dobrze znane jest zastosowanie dodatkowo dmuchu powietrza płynącego w kierunku kolektora, lecz w postaci strumienia przyściennego nad powierzchnią rozwłókniającą. Aby powstał strumień przyścienny wymagane jest, aby dmuch powietrza znajdował się bardzo blisko i często przy powierzchni rozwłókniającej. Zastosowanie tego dmuchu powietrza jako strumienia przyściennego poprawia rozwłóknianie przy powierzchni rozwłókniającej. Znane jest więc dostarczanie tego „głównego” dmuchu powietrza przy powierzchni rozwłókniającej oraz nośnego lub „wspomagającego” nawiewu powietrza oddalonego promieniowo od powierzchni rozwłókniającej. Główne powietrze dodaje się do łącznej ilości przemieszczającego się powietrza, w którym chmura włókien jest przenoszona do kolektora.

Ze względu na opłacalność i ze względów technicznych konieczne jest uzyskanie maksymalnego efektu wiązania przy użyciu minimalnej ilości spoiwa. Na przykład, wyroby końcowe są często wykorzystywane jako izolacja wysokotemperaturowa i można je klasyfikować w zależności od ilości pozostałości organicznych (których głównym składnikiem jest zazwyczaj spoiwo) w wyrobie. W związku z tym, konieczne jest uzyskanie bardzo równomiernego rozkładu spoiwa w zebranym wyrobie.

Prostym sposobem doprowadzenia spoiwa jest rozpylenie go w chmurze włókien, gdy te są transportowane w powietrzu przemieszczającym się między rotorem rozwłókniającym a kolektorem. W celu poprawienia rozkł adu spoiwa jest on rozpylany w chmurze wł ókien w postaci drobno zatomizowanej. Atomizacja spoiwa narzuca konieczność doprowadzania spoiwa pod wysokim ciśnieniem, co powoduje konieczność zastosowania specjalnych urządzeń i zużycie dodatkowej energii.

W celu poprawienia rozkł adu spoiwa, znane jest rozpylanie zatomizowanego spoiwa na wł ókna w różnych miejscach, stosunkowo blisko miejsca powstawania włókien.

W szczególnoś ci, dobrze znane jest rozpylanie zatomizowanego spoiwa promieniowo w kierunku na zewnątrz, współosiowo i tuż przed powierzchnią rozwłókniającą, dzięki czemu włókna uformowane na powierzchni są natychmiast wdmuchiwane w skierowaną na zewnątrz rozpyloną mgiełkę spoiwa. Przykłady przedstawiono w publikacji międzynarodowej W087/07887 i brytyjskim opisie patentowym GB-A-1169034.

Znane jest również rozpylanie zatomizowanego spoiwa do powietrza wspomagającego lub nośnego poza powierzchnią rozwłókniającą, tak że powietrze niesie kropelki spoiwa, gdy porywa ono po raz pierwszy włókna. Ujawniono to w szwedzkim opisie patentowym SE-B-452150. W praktyce, propozycja ta nie wydaje się dawać żadnych znaczących korzyści w porównaniu z rozpylaniem zatomizowanego spoiwa w jakimkolwiek innym punkcie zazwyczaj stosowanym uprzednio.

W publikacji mię dzynarodowej nr WO 97/17305 opisano również wprowadzanie spoiwa za pomocą strumienia powietrza wspomagającego w pewnej odległości od powierzchni rozwłókniającej. W szczególno ś ci, opisano tam wprowadzanie spoiwa przez kanał doprowadzają cy spoiwo, rozcią gający się zasadniczo współosiowo w kanale doprowadzającym powietrze wspomagające, odległym od powierzchni rozwłókniającej, który wydaje się otwierać współosiowo do kanału. Opis, w jaki sposób spoiwo jest wyrzucane, nie jest jasny, lecz spoiwo musi być albo atomizowane w znany sposób, albo, jeżeli spoiwo jest jedynie wyrzucane, wówczas współosiowe wyrzucanie cieczy spowoduje zły rozkład spoiwa w strumieniu powietrza wspomagającego, i tym samym w końcowym, zebranym wyrobie. Efektywna atomizacja spoiwa zazwyczaj wymaga znacznego spadku ciśnienia na otworach rozpylających

PL 203 427 B1 użytych do atomizacji. Wymaga to energii, a każda próba zmniejszenia doprowadzanej energii prowadzi do rozpylania większych kropelek spoiwa, co jest niepożądane.

Europejski opis patentowy EP 367194 ujawnia kontaktowanie włókien z silanem przed spoiwem, przy czym silan jest dodawany do strumienia powietrza przepływającego wzdłuż rotora. Silan jest stosunkowo łatwy do zatomizowania. Spoiwo jest wprowadzane do strumienia powietrza wspomagającego w znany sposób.

Pożądane byłoby dostarczenie takiego sposobu wprowadzania spoiwa, który zapewniłby jego lepszy rozkład w zebranym wyrobie. Pożądane byłoby również, aby można było to uzyskać w sposób pozwalający uniknąć konieczności stosowania dodatkowych urządzeń i dodatkowej energii w celu zatomizowania spoiwa.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, obejmujące obudowę mającą ścianę przednią, co najmniej jeden odśrodkowy rotor rozwłókniający, zamontowany obrotowo na osi wyprowadzonej ze ściany przedniej obudowy i mający walcową powierzchnię rozwłókniającą ze strefą rozwłókniania, z której włókna mogą się formować odśrodkowo, otwory pierścieniowe doprowadzające powietrze, które otwierają się ze ściany przedniej wokół i w sąsiedztwie powierzchni rozwłókniającej i kierują dmuch powietrza zawierającego strumień przyścienny nad powierzchnię rozwłókniającą i w kierunku od ściany przedniej obudowy oraz aplikator spoiwa dostarczanego na włókna formowane odśrodkowo z powierzchni rozwłókniającej, charakteryzuje się tym, że aplikator spoiwa stanowi co najmniej jeden kanał doprowadzający spoiwo w lub na obudowie, który prowadzi do wylotu do wytłaczania spoiwa ustawionego tak, aby wytłaczać spoiwo w dmuch powietrza przed, patrzą c w kierunku przepł ywu, strefą rozwł ókniania, poprzecznie lub przeciwnie względem kierunku dmuchu powietrza, z atomizowaniem spoiwa przez dmuch powietrza.

Korzystnie, wylot do wytłaczania spoiwa otwiera się w lub bezpośrednio za, patrząc w kierunku przepływu, otworami pierścieniowymi doprowadzającymi powietrze, a kanał doprowadzający spoiwo prowadzi przez obudowę ze zbiornika spoiwa.

Tak więc, w wynalazku spoiwo jest wyrzucane w dmuch powietrza i w szczególności w strumień przyścienny lub na strumień przyścienny, zanim strumień przyścienny zacznie oddziaływać na materiał roztopiony na powierzchni, co ma na celu ułatwienie formowania się włókien w strefie rozwłókniania. Tak więc, spoiwo znajduje się w strumieniu powietrza, co ułatwia formowanie się włókien z powierzchni rozwłókniającej. W związku z tym, wynalazek prowadzi do rozprowadzenia spoiwa na i wokół włókien, gdy włókna są pierwotnie wyrzucane z powierzchni rozwłókniającej, i w wyniku tego wynalazek daje bardziej równomierny rozkład spoiwa w chmurze włókien przemieszczającej się z rotora rozwłókniającego do kolektora. W związku z tym, wynalazek daje bardziej równomierny rozkład spoiwa w zebranym wyrobie końcowym.

Spoiwo niesione przez strumień powietrza w kierunku strefy rozwłókniania ma postać zatomizowaną. Znane wyloty doprowadzające spoiwo są tak zbudowane, że atomizacja następuje głównie dzięki spadkowi ciśnienia w otworze wylotu. Wymaga to jednak wysokiego nadciśnienia w kanale doprowadzającym spoiwo. W wynalazku wylot jest tak skonstruowany, że atomizacja następuje głównie na skutek działania sił ścinających między wyrzucanym spoiwem a dmuchem powietrza. W szczególności, spoiwo jest wytłaczane w dmuch powietrza zasadniczo w kierunku poprzecznym lub przeciwnym do kierunku dmuchu powietrza, dzięki czemu dmuch powietrza atomizuje spoiwo. Dlatego też korzystnie wylot spoiwa jest ukształtowany i umieszczony tak, że spoiwo jest wytłaczane zasadniczo w kierunku przeciwnym lub poprzecznym do kierunku dmuchu powietrza w taki sposób, aby w chwili wydostawania się z wylotu spoiwo było poddawane wystarczająco dużemu ścinaniu, aby nastąpiła skuteczna atomizacja. W związku z tym, zastosowanie wysokiego ciśnienia celem atomizacji spoiwa nie jest już konieczne, a zamiast tego należy zapewnić jedynie wystarczające, lecz niewielkie nadciśnienie w kanale spoiwa, powodujące wytłaczanie spoiwa w dmuch powietrza, po czym energia dmuchu powietrza spowoduje atomizację.

W związku z tym, w przypadku zwykłej budowy urządzenia, stosuje się kanał doprowadzający spoiwo z otworem ciągnącym się na jego długości, a wówczas wylot do wytłaczania po prostu może być zasadniczą kontynuacją otworu. Stąd, dysza rozpylająca nie jest konieczna i, zamiast tego, wylot do wytłaczania może być stosunkowo zwykłym otworem. Może on mieć zasadniczo taki sam kształt i średnicę jak otwór kanału lub, jeżeli jest to pożądane, może mieć średnicę mniejszą lub większą niż otwór. Otwór może być na wylocie podzielony na szereg małych otworów, które same w sobie nie wystarczają, aby powodować atomizację, lecz ułatwiają późniejszą atomizację po wtłoczeniu spoiwa w dmuch powietrza. Alternatywnie, otwór może prowadzić do wylotu będącego szczeliną, która jest

PL 203 427 B1 zazwyczaj dłuższa i węższa niż otwór i która jest zwykle zasadniczo skierowana poprzecznie lub przeciwnie do kierunku strumienia powietrza. Niezależnie od dokładnego kształtu i budowy zasadniczej kontynuacji otworu, stanowiącej wylot, wylot ten ma znacznie prostszą budowę niż jest to wymagane w znanych wylotach atomizują cych. Jeż eli wylot jest mniejszy niż otwór, to przed wylotem, patrzą c w kierunku przepł ywu, należ y umieścić filtr w celu zapobiegania blokowaniu wylotu.

Korzystnie, wylot do wytłaczania jest ustawiony tak, aby spoiwo było wytłaczane na strumień przyścienny.

Korzystnie, kanał doprowadzający spoiwo ma otwór wzdłuż swojej długości, a wylot do wytłaczania stanowi kontynuację otworu.

Ponadto korzystnie, wylot do wytłaczania jest ustawiony tak, aby spoiwo było wytłaczane pod kątem +10° do -100° do kierunku prostopadłego do płaszczyzny powierzchni rozwłókniającej.

Wylot do wytłaczania powinien być tak usytuowany, aby wystawić spoiwo na działanie wystarczających sił ścinających dmuchu powietrza, aby nastąpiła atomizacja (tj. przekształcenie spoiwa w drobne kropelki). Wytł aczanie, które jest zasadniczo współ bież ne z dmuchem powietrza, minimalizuje ścinanie i nie powoduje atomizacji. Dlatego też zazwyczaj wylot jest ustawiony tak, aby wytłaczać w kierunku zasadniczo poprzecznym wzglę dem kierunku strumienia powietrza lub w kierunku zasadniczo przeciwnym względem kierunku strumienia powietrza (a zatem w praktyce, względem płaszczyzny powierzchni rozwłókniającej). Często kierunek wylotu jest poprzeczny (prostopadły) do powierzchni rozwłókniającej i strumienia powietrza, lecz może być lekko nachylony współbieżnie do kierunku strumienia powietrza, aczkolwiek musi być przy tym zachowany mały kąt do kierunku prostopadłego (np. poniżej 20°), gdyż im kąt ten będzie większy, tym mniejsze będzie ścinanie. Często wynosi on od +20° (tzn. ustawienie lekko współbieżnie) do -120°, a zazwyczaj wynosi od +10° do -100°. Często kąt ten wynosi od +10° do -10° lub od -80° do -100°. Proste układy mają wylot wytłaczający pod kątem 0° lub -90°, tzn. poprzecznie lub przeciwnie względem kierunku strumienia powietrza.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, otwór pierś cieniowy doprowadzający powietrze jest wyznaczany od zewnątrz przez ścianę zewnętrzną znajdującą się w odstępie promieniowym na zewnątrz od powierzchni rozwłókniającej i jest zazwyczaj wyznaczony od wewnątrz przez powierzchnię leżącą w płaszczyźnie powierzchni rozwłókniającej lub przez powierzchnię znajdującą się w promieniowej odległości nieco do wewnątrz lub na zewnątrz płaszczyzny powierzchni rozwłókniającej, a wylot jest oddalony promieniowo od powierzchni rozwłókniającej i promieniowo do wewnątrz od ściany zewnętrznej. Wymagane jest, aby promieniowa odległość ściany wewnętrznej otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze od powierzchni rozwłókniającej nie była tak duża, że strumień powietrza stanowiłby jedynie strumień powietrza wspomagającego lub nośnego, nie tworząc strumienia przyściennego wzdłuż powierzchni rozwłókniającej. Zazwyczaj odległość ta wynosi nie więcej niż 10 - 15 mm, przy czym właściwą odległość można wyznaczyć eksperymentalnie, gdyż strumień przyścienny nie powstanie, jeżeli odległość ta będzie zbyt duża.

Odpowiednie układy otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze są znane i niektóre zostały opisane w np. międzynarodowej publikacji patentowej WO92/06047. Otwór pierścieniowy doprowadzający powietrze może mieć postać rzędu otworów w układzie pierścieniowym (w takim przypadku ściana zewnętrzna każdego poszczególnego otworu będzie uważana za ścianę zewnętrzną otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze). Alternatywnie, otwór pierścieniowy doprowadzający powietrze może mieć postać otwartego kanału pierścieniowego, ewentualnie zawierającego łopatki kierunkowe, jak opisano w międzynarodowej publikacji patentowej WO92/06047.

Kanał pierścieniowy może rozciągać się całkowicie wokół obwodu rotora lub częściej tylko częściowo wokół obwodu rotora, na przykład jak opisano w międzynarodowej publikacji patentowej WO92/06047.

Wylot do wytłaczania spoiwa otwiera się zazwyczaj do otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze lub bezpośrednio za otworem pierścieniowym doprowadzającym powietrze, patrząc w kierunku przepł ywu (tj. w miejscu, gdzie otwierają się one z przedniej ś ciany obudowy). W celu optymalizacji sił ścinających działających na spoiwo, a w szczególności optymalizacji atomizacji spoiwa przy zminimalizowaniu ryzyka rozmazania spoiwa na ścianach kanału doprowadzającego powietrze, pożądane jest, aby wylot do wytłaczania był usytuowany promieniowo do wewnątrz od części ściany zewnętrznej (lub promieniowo na zewnątrz od części ściany wewnętrznej), znajdującej się wewnątrz lub bezpośrednio za, patrząc w kierunku przepływu, otworem pierścieniowym doprowadzającym powietrze. W związku z tym, pożądane jest, aby kanał doprowadzający spoiwo był wyprowadzony przez ścianę wewnętrzną lub zewnętrzną, wyznaczając wraz ze ścianą wewnętrzną lub zewnętrzną promiePL 203 427 B1 niowy stopień bezpośrednio za kanałem, patrząc w kierunku przepływu. Powoduje to, że spoiwo wytłaczane w dmuch powietrza podlega ścinaniu przez strumień przyścienny, co jest korzystniejsze niż rozmazywanie spoiwa na ścianie wewnętrznej lub zewnętrznej.

Korzystnie, kanał doprowadzający spoiwo jest wyprowadzony promieniowo przez ścianę zewnętrzną i wokół całego obwodu wylotu do wewnątrz. Tak więc wokół całego obwodu wylotu znajduje się promieniowy uskok. Ogólnie, pożądane jest, aby ten uskok nie był na tyle duży, że spoiwo byłoby wyrzucane tak blisko promieniowo powierzchni rozwłókniającej, że pomimo strumienia przyściennego, spoiwo kontaktowałoby się z powierzchnią rozwłókniającą i pokrywałoby ją. W związku z tym, korzystnie wylot jest usytuowany na tyle daleko promieniowo od powierzchni rozwłókniającej, że strumień przyścienny zapobiega zanieczyszczeniu powierzchni rozwłókniającej przez spoiwo. Zazwyczaj oznacza to, że wylot otwiera się w miejscu, które jest promieniowo bliższe ściany zewnętrznej niż powierzchni rozwłókniającej oraz że wylot zazwyczaj znajduje się w najdalszej jednej trzeciej lub jednej czwartej promieniowej odległości między ścianą zewnętrzną otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze a powierzchnią rozwłókniającą.

Alternatywnie, kanał doprowadzający spoiwo jest wyprowadzony zasadniczo promieniowo przez ścianę wewnętrzną i na zewnątrz i wówczas te same uwarunkowania mają zastosowanie do projektu stopnia promieniowo skierowanego do wewnątrz bezpośrednio za kanałem, patrząc w kierunku przepływu.

Ze względów ściśle aerodynamicznych, rzeczywisty strumień przyścienny może występować nad powierzchnią rozwłókniającą tylko na stosunkowo niewielkiej promieniowej wysokości, stąd nie jest wymagane, aby spoiwo było wyrzucane w sam strumień przyścienny. Wystarcza, jeżeli spoiwo jest wyrzucane w dmuch powietrza w takim miejscu, że ścinanie tworzone przez dmuch powietrza, obejmujący strumień przyścienny, da wyżej omówione i pożądane skutki. Dlatego też, spoiwo może być wyrzucane albo w sam strumień przyścienny, albo na strumień przyścienny w taki sposób, że znajdzie się przed, patrząc w kierunku przepływu, strefą rozwłókniania i będzie wyrzucany zasadniczo promieniowo do wewnątrz i w pobliżu strumienia przyściennego. Rutynowe doświadczenia z łatwością pozwolą wyznaczyć właściwe promieniowe położenie wylotu. Liczbę i odstępy wylotów spoiwa można dobrać w celu zapewnienia wystarczająco równomiernego rozkładu spoiwa i dla dowolnej konfiguracji przepływów powietrza można je z łatwością określić za pomocą rutynowych doświadczeń.

Gdy spoiwo jest szczególnie wrażliwe na ciepło lub łatwopalny, korzystne może być wyrzucanie na strumień przyścienny zamiast w strumień przyścienny. Może to zapobiec nadmiernemu spaleniu spoiwa, co jest bardziej prawdopodobnie w wysokich temperaturach występujących w pobliżu powierzchni rozwłókniającej (tj. w strumieniu przyściennym) niż w chłodniejszej części dmuchu powietrza. W takim przypadku i gdy spoiwo jest wyrzucane z wylotu do wytłaczania ustawionego promieniowo przez ścianę zewnętrzną i do wewnątrz niej, pożądane może być zastosowanie przegrody zasadniczo zapobiegającej przedostawaniu się spoiwa do strumienia przyściennego w takim stopniu, że spoiwo byłoby przegrzewane przez powierzchnię rozwłókniającą. Korzystnie, urządzenie według wynalazku obejmuje przegrodę położoną promieniowo do wewnątrz wylotu do wytłaczania, mającą na celu zapobieganie przedostawaniu się spoiwa do strumienia przyściennego.

Do doprowadzania spoiwa na strumień przyścienny lub w strumień przyścienny na rotorze można zastosować więcej niż jeden kanał doprowadzający spoiwo. Na przykład, może to być szereg kanałów doprowadzających spoiwo położonych wokół otworu pierścieniowego doprowadzającego powietrze. Mogą one być zasadniczo równoodległe od siebie i/lub odstępy między nimi mogą być różne. Wielkość każdego kanału doprowadzającego spoiwo i ich odstępy można dobrać tak, aby w każ dym punkcie wokół rotora ilość doprowadzonego spoiwa odpowiadała ilości włókien wytwarzanych w danym punkcie. Wyrzucone spoiwo będzie się rozprzestrzeniało w dmuchu powietrza w kształcie wachlarza i korzystnie wachlarz zatomizowanego spoiwa z jednego wylotu łączy się z wachlarzami zatomizowanego spoiwa z sąsiednich wylotów, co ma na celu optymalizację jednorodności rozkładu spoiwa.

Urządzenie według wynalazku może być takiego typu, że rotor jest zamontowany w celu obracania się wokół zasadniczo pionowej osi. Na przykład, rotor może mieć w takim przypadku kształt czaszy lub krążka i roztopiony materiał może być wylewany do czaszy lub na krążek i wyrzucany poza zewnętrzną krawędź czaszy lub krążka. Ta krawędź zewnętrzna stanowi wówczas strefę rozwłókniania i powierzchnię rozwłókniającą.

Alternatywnie, rotor może być zamontowany w celu obracania się wokół zasadniczo pionowej osi i może mieć kształt czaszy, w której powierzchnią rozwłókniającą jest ściana boczna czaszy, przy

PL 203 427 B1 czym ta ściana boczna ma otwory. Obszar, w którym znajdują się otwory, stanowi wówczas strefę rozwłókniania. W takim urządzeniu materiał roztopiony jest wlewany do czaszy i jest wytłaczany odśrodkowo przez otwory i jest tłumiony odśrodkowo, częściowo za pomocą strumienia przyściennego.

Korzystnie, powierzchnia rozwłókniająca jest powierzchnią ciągłą zamontowaną obrotowo wokół poziomej osi, na którą może być dostarczony roztopiony materiał mineralny i z której są formowane włókna. Strefę rozwłókniania stanowi obszar powierzchni walcowej, do którego jest dostarczany roztopiony materiał. Zasadniczo walcowa powierzchnia rozwłókniająca obraca się wokół zasadniczo poziomej osi. Korzystnie, urządzenie obejmuje silnik zamontowany w obudowie do napędzania osi, na której jest zamontowany rotor.

Całe urządzenie przędzarki może mieć tylko jeden taki rotor rozwłókniający, lecz korzystnym urządzeniem jest przędzarka kaskadowa obejmująca górny rotor i szereg rotorów rozwłókniających odśrodkowo, każdy zamontowany wokół innej poziomej osi i tak usytuowany, że gdy rotory obracają się, roztopiony materiał mineralny wylewany na obwód górnego rotora jest narzucany na obwód każdego rotora rozwłókniającego, kolejnego w sekwencji rotorów i włókna są wyrzucane z każdego rotora rozwłókniającego, przy czym co najmniej jeden z rotorów rozwłókniających ma otwory pierścieniowe doprowadzające powietrze, a co najmniej jeden kanał doprowadzający spoiwo jest ustawiony tak, aby spoiwo było wyrzucane w dmuch powietrza. Jeżeli jest to pożądane, górny rotor również może być rotorem wyposażonym w otwór pierścieniowy doprowadzający powietrze i kanał doprowadzający spoiwo, jak omówiono wyżej, lecz zazwyczaj jest to niepotrzebne.

W wynalazku wystarcza, aby tylko jeden rotor rozwłókniający, mający związany z nim otwór pierścieniowy doprowadzający powietrze, miał wyżej opisany kanał lub kanały doprowadzające spoiwo, lecz korzystnie jest, gdy niektóre lub wszystkie rotory rozwłókniające są wyposażone w kanał lub kanały doprowadzające spoiwo.

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania wyrobu z wiązanego sztucznego włókna szklistego, obejmujący rozwłóknianie roztopionego materiału mineralnego za pomocą urządzenia do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, charakteryzuje się tym, że nad powierzchnią rozwłókniającą doprowadza się dmuch powietrza obejmujący strumień przyścienny, i doprowadza się spoiwo w ten dmuch powietrza przez kanał doprowadzający spoiwo i wylot do wytłaczania przed, patrząc w kierunku przepływu, strefą rozwłókniania, zbiera się włókna niosące spoiwo w postaci siatki i utwardza się spoiwo.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przędzarkę kaskadową według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 - urządzenia według wynalazku, zawierające kolektor włókien, w przekroju wzdłużnym, a fig. 3 - 6 przedstawiają powiększone przekroje części z fig. 1 w przekroju III-III.

Urządzenie składa się z zestawu 1 rotorów obracających się w przeciwnych kierunkach, zamontowanych na ścianie przedniej 2 jednej obudowy 3. Jeżeli jest to pożądane, każdy rotor może być zamiast tego zamontowany we własnej pojedynczej obudowie, i wówczas obudowy są zazwyczaj połączone.

Każdy rotor jest zamontowany w znany sposób na napędzanej osi, która umożliwia obracanie się rotora z dużą prędkością obwodową. Przedstawiony zestaw składa się z czterech rotorów: stosunkowo małego górnego rotora 4, obracającego się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, pierwszego kolejnego rotora rozwłókniającego 5, obracającego się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, drugiego kolejnego rotora rozwłókniającego 6, obracającego się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, i trzeciego kolejnego rotora rozwłókniającego 7, obracającego się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Naturalnie, układ rotorów można alternatywnie zmienić w taki sposób, że będzie stanowił lustrzane odbicie przedstawionego układu. Łożyska i mechanizmy napędowe nie zostały pokazane. Z rotorami rozwłókniającymi 5, 6 i 7 są związane odpowiednio otwory pierścieniowe 8, 9 i 10 doprowadzające powietrze, przy czym każdy z tych otworów rozciąga się tylko wokół część rotora. Zazwyczaj każdy otwór pierścieniowy rozciąga się wokół co najmniej 1/3 obwodu związanego z nim rotora, zazwyczaj po zewnętrznej stronie zestawu rotorów. Otwór pierścieniowy rozciąga się najczęściej przy nie więcej niż 2/3 lub 3/4 obwodu.

Każdy otwór pierścieniowy prowadzi z komory doprowadzającej powietrze znajdującej się w obudowie.

Roztopiony materiał mineralny jest wylewany na górny rotor 4 wzdłuż drogi 11 i jego większość jest narzucana (wzdłuż drogi 12 dyfuzji) na kolejny rotor rozwłókniający 5. Część roztopionego materiału jest rozwłókniana na tym rotorze, podczas gdy pozostała część jest narzucana na kolejny rotor

PL 203 427 B1 rozwłókniający 6. Znacząca ilość materiału roztopionego jest rozwłókniana na rotorze rozwłókniającym 6, głównie w obszarze, gdzie znajduje się otwór pierścieniowy 9, lecz pewna jego ilość jest narzucana na kolejny rotor rozwłókniający 7, gdzie jest głównie rozwłókniana.

Otwory pierścieniowe 8, 9 i 10 są położone na obwodzie każdego rotora, w miejscu, gdzie następuje największa część rozwłókniania.

W każdym otworze pierścieniowym są zamontowane łopatki (niepokazane), poprzecznie do tego otworu tak, aby podzielić go na pierścieniowy rząd otworów.

Ściana wewnętrzna każdego otworu pierścieniowego jest korzystnie współosiowa ze związanym z nią rotorem i korzystnie ma średnicę zasadniczo taką samą jak związany z nią rotor. Korzystnie średnice te są identyczne, jednakże wewnętrzna krawędź otworu pierścieniowego może mieć nieco większą średnicę, ale jest pożądane, aby każde takie zwiększenie średnicy było na tyle małe, aby nadal pozwalało osiągnąć efekt strumienia przyściennego, gdy powietrze z otworu pierścieniowego wypływa nad powierzchnią rotora. W związku z tym, jeżeli wewnętrzna średnica otworu pierścieniowego jest o więcej niż kilka milimetrów większa niż zewnętrzna średnica rotora, zazwyczaj jest pożądane, aby otwór pierścieniowy kierował strumień powietrza nieco do wewnątrz i zbieżnie, tak aby strumień powietrza był skierowany na powierzchnię pod małym kątem i tworzył na niej strumień przyścienny; przykład takiego układu ujawniono w międzynarodowej publikacji patentowej WO88/07980.

Pod warunkiem, że ściana wewnętrzna każdego otworu pierścieniowego będzie się znajdować promieniowo blisko powierzchni rozwłókniającej, nad powierzchnią rozwłókniającą utworzy się strumień przyścienny, jeżeli prędkość przepływu powietrza przez otwór pierścieniowy będzie wystarczająco duża. Obecność strumienia przyściennego można z łatwością zidentyfikować monitorując rozkład prędkości w sąsiedztwie powierzchni. Jeżeli istnieje strumień przyścienny, to największa prędkość występuje w pobliżu powierzchni (tj. do 10 mm), zarówno na tylnej krawędzi 16 rotora, jak i na jego przedniej krawędzi 17.

Znane rozpylacze 18 spoiwa mogą być zamontowane jako centralna dysza na ścianie przedniej każdego rotora i wyrzucać spoiwo we włókna zdmuchiwane z rotora. Zamiast tego lub dodatkowo można zastosować oddzielne rozpylacze spoiwa, na przykład poniżej lub powyżej zestawu rotorów, skierowane zasadniczo do wewnątrz, często do wewnątrz i do przodu. Przykładowo, rozpylacze 18 poniżej zestawu rotorów będą skierowane głównie do góry i do przodu.

Powietrze wspomagające lub nośne jest nadmuchiwane wokół obudowy, przykładowo przez pierścień doprowadzający powietrze (niepokazany) otaczający obudowę 3 przedstawioną na fig. 1 i/lub przez otwory takie jak otwory 23 przedstawione na fig. 2. W korzystnych układach powietrze wspomagające jest doprowadzane przez kanał zawierający urządzenie rozwłókniające, który prowadzi do komory zbierającej, na przykład jak opisano w międzynarodowej publikacji patentowej WO96/38391. W miarę formowania się włókien z rotorów rozwłókniających 5, 6 i 7, włókna są wprowadzane do tego strumienia powietrza wspomagającego (i również przez nadmuch powietrza z otworów pierścieniowych 8, 9 i 10) i są niesione przez znaną komorę zbierającą do kolektora 22. Odpady i inny materiał spadają do zbiornika 20, z którego są usuwane przez przenośnik dwuślimakowy 21 do ponownego wykorzystania do pieca, z którego jest dostarczany materiał roztopiony. Poprzez kolektor 22 jest zasysane powietrze, dzięki czemu zbiera się tam siatka włókien transportowana poza komorę zbierającą.

Siatkę tę, zawierającą spoiwo, następnie poddaje się znanym procesom, włącznie z utwardzaniem. Przykładowo, siatka jest często poddawana składaniu w warstwy, zagęszczaniu i następnie utwardzaniu spoiwa na gorąco.

W wynalazku występuje jeden lub większa liczba dodatkowych wylotów spoiwa, rozmieszczonych w wielu miejscach wokół co najmniej jednego, a korzystnie wszystkich otworów pierścieniowych 8, 9 i 10. Na fig. 3 - 6 przedstawiono cztery różne układy.

Na fig. 3 rotor rozwłókniający 7 ma zewnętrzną walcową powierzchnię rozwłókniającą 30. Roztopiony materiał 40 jest doprowadzany do strefy rozwłókniania 31 w znany sposób i jest wyrzucany w postaci włókien 41. W praktyce rozkład roztopionego materiału 40 na powierzchni rozwłókniającej 30 będzie znacznie bardziej skomplikowany niż przedstawiono na rysunku, na przykład zazwyczaj z dolną warstwą materiału zestalonego i cienką górną warstwą materiału roztopionego.

Otwór pierścieniowy 10 doprowadzający powietrze stanowi kanał między ścianą wewnętrzną 32 a ścianą zewnętrzną 33. W znany sposób wymusza to dmuch powietrza w kierunku wskazanym strzałką. Jak wspomniano wyżej, w kanale mogą znajdować się łopatki. Ściana zewnętrzna 33 jest

PL 203 427 B1 wyprowadzona nad skrajny wewnętrzny koniec 34 rotora rozwłókniającego 7 do jego krawędzi 42, lecz nie jest to istotne.

Kanał 35 doprowadzający spoiwo prowadzi poprzez obudowę ze zbiornika 44 spoiwa. Kanał 35 ma otwór 36 o zasadniczo równomiernej średnicy, przy czym otwór ten kończy się wylotem 37 do wytłaczania, który w tym konkretnym przykładzie składa się jedynie z otwartego końca otworu 36. Kanał 35 jest wyprowadzony poza ścianę zewnętrzną 33 na odległość x, tworząc tym samym wokół wylotu 37 do wytłaczania promieniowy uskok 38 o głębokości x. Szczególnie pożądane jest, aby taki uskok znajdował się po stronie za, patrząc w kierunku przepływu (tj. w kierunku roztopionego materiału 40), co najmniej wylotem 37 do wytłaczania, aby zmniejszyć ryzyko rozmazania spoiwa na części 39 ściany zewnętrznej między wylotem spoiwa a skrajną zewnętrzną krawędzią 42 ściany zewnętrznej. W razie potrzeby, promieniowy uskok 38 można otrzymać kończąc wylot 37 do wytłaczania w płaszczyźnie ściany zewnętrznej 33 i formując zagłębienie w ścianie zewnętrznej.

Łączna głębokość kanału pierścieniowego x+y jest dobierana zgodnie ze znaną praktyką i, zależnie od prędkości dmuchu powietrza przez otwór pierścieniowy, wynosi zazwyczaj 10 - 30 mm. Strumień przyścienny może rozciągać się na całej głębokości y, lecz wystarcza jedynie, gdy strumień przyścienny występuje nad powierzchnią rozwłókniającą 30 w strefie rozwłókniania 31, gdzie dostarczono roztopiony materiał 40. Ewentualnie można wprowadzić przegrodę 43 zapobiegającą przed wnikaniem spoiwa zbyt daleko w strumień przyścienny.

Na fig. 4 przedstawiono kanał doprowadzający spoiwo, wyprowadzony przez ścianę wewnętrzną 32 i wyznaczający uskok 38.

Na fig. 5 przedstawiono wylot 37 do wytłaczania wyprowadzony przeciwnie względem strumienia powietrza, tzn. pod kątem -90° do kierunku prostopadłego do strumienia powietrza i powierzchni rozwłókniającej 30.

Na fig. 6 przedstawiono otwór zwężający się do wylotu 37 do wytłaczania, wyprowadzony poprzecznie względem strumienia powietrza i mający ujście bliżej powierzchni rozwłókniającej 30, skierowany przeciwnie względem strumienia powietrza.

Claims (12)

1. Urządzenie do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, obejmujące obudowę (3) mającą ścianę przednią (2), co najmniej jeden odśrodkowy rotor rozwłókniający (5, 6, 7), zamontowany obrotowo na osi wyprowadzonej ze ściany przedniej (2) obudowy (3) i mający walcową powierzchnię rozwłókniającą (30) ze strefą rozwłókniania (31), z której włókna (41) mogą się formować odśrodkowo, otwory pierścieniowe (8, 9, 10) doprowadzające powietrze, które otwierają się ze ściany przedniej (2) wokół i w sąsiedztwie powierzchni rozwłókniającej (30) i kierują dmuch powietrza zawierającego strumień przyścienny nad powierzchnię rozwłókniającą (30) i w kierunku od ściany przedniej (2) obudowy (3) oraz aplikator spoiwa dostarczanego na włókna (41) formowane odśrodkowo z powierzchni rozwłókniającej (30), znamienne tym, że aplikator spoiwa stanowi co najmniej jeden kanał (35) doprowadzający spoiwo w lub na obudowie (3), który prowadzi do wylotu (37) do wytłaczania spoiwa ustawionego tak, aby wytłaczać spoiwo w dmuch powietrza przed, patrząc w kierunku przepływu, strefą rozwłókniania (31), poprzecznie lub przeciwnie względem kierunku dmuchu powietrza, z atomizowaniem spoiwa przez dmuch powietrza.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wylot (37) do wytłaczania spoiwa otwiera się w lub bezpośrednio za, patrząc w kierunku przepływu, otworami pierścieniowymi (8, 9, 10) doprowadzającymi powietrze, a kanał (35) doprowadzający spoiwo prowadzi przez obudowę (3) ze zbiornika (44) spoiwa.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że wylot (37) do wytłaczania jest ustawiony tak, aby spoiwo było wytłaczane na strumień przyścienny.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że kanał (35) doprowadzający spoiwo ma otwór (36) wzdłuż swojej długości, a wylot (37) do wytłaczania stanowi kontynuację otworu.

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że wylot do wytłaczania jest ustawiony tak, aby spoiwo było wytłaczane pod kątem +10° do -100° do kierunku prostopadłego do płaszczyzny powierzchni rozwłókniającej (30).

6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że otwór pierścieniowy doprowadzający powietrze jest wyznaczany od zewnątrz przez ścianę zewnętrzną (33)

PL 203 427 B1 znajdującą się w odstępie promieniowym na zewnątrz od powierzchni rozwłókniającej (30), a wylot (37) jest oddalony promieniowo od powierzchni rozwłókniającej (30) i promieniowo do wewnątrz od ściany zewnętrznej.

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że kanał (35) doprowadzający spoiwo jest wyprowadzony promieniowo przez ścianę zewnętrzną (33) i wokół całego obwodu wylotu (37) do wewnątrz.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że obejmuje przegrodę (43) położoną promieniowo do wewnątrz wylotu (37) do wytłaczania, mającą na celu zapobieganie przedostawaniu się spoiwa do strumienia przyściennego.

9. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienne tym, że powierzchnia rozwłókniająca (30) jest powierzchnią ciągłą zamontowaną obrotowo wokół poziomej osi, na którą może być dostarczony roztopiony materiał mineralny i z której są formowane włókna (41).

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że obejmuje silnik zamontowany w obudowie do napędzania osi, na której jest zamontowany rotor.

11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że obejmuje górny rotor (4) i szereg rotorów rozwłókniających (5, 6, 7) odśrodkowo, każdy zamontowany wokół innej poziomej osi i tak usytuowany, że gdy rotory obracają się, roztopiony materiał mineralny wylewany na obwód górnego rotora (4) jest narzucany na obwód każdego rotora rozwłókniającego (5, 6, 7), kolejnego w sekwencji rotorów i włókna (41) są wyrzucane z każdego rotora rozwłókniającego, przy czym co najmniej jeden z rotorów rozwłókniających ma otwory pierścieniowe (8, 9, 10) doprowadzające powietrze, a co najmniej jeden kanał (35) doprowadzający spoiwo jest ustawiony tak, aby spoiwo było wyrzucane w dmuch powietrza, jak zdefiniowano w zastrzeżeniach 1 - 6.

12. Sposób wytwarzania wyrobu z wiązanego sztucznego włókna szklistego, obejmujący rozwłóknianie roztopionego materiału mineralnego za pomocą urządzenia do odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, znamienny tym, że nad powierzchnią rozwłókniającą (30) doprowadza się dmuch powietrza obejmujący strumień przyścienny, i doprowadza się spoiwo w ten dmuch powietrza przez kanał (35) doprowadzający spoiwo i wylot (37) do wytłaczania przed, patrząc w kierunku przepływu, strefą rozwłókniania (31), zbiera się włókna niosące spoiwo w postaci siatki i utwardza się spoiwo.