SE438671B - Ihalig centrifugalspinnare for fibrering av termoplastiskt material, speciellt glas - Google Patents

Description

w, 25 30 35 40 ?91ÛÛ77-2 IN' Typiska halter av oxider av barium, bor och fluor in- gående i för närvarande utnyttjade glassorter är ungefär 3%, 6% respektive 1,S%, men de bor- och fluorföreningar som allmänt ut- nyttjas är flyktiga vid de smälttemperaturer som används vid tillverkning av glas (vad gäller fluorföreningarna till och med vid de glastemperaturer som används under fibreringen), varför man för uppnående av nämnda halter måste inledningsvis in- föra större mängder av ingredienserna under iordningställande av kompositionen. Användningen av avsevärda mängder av dessa föreningar stöter på hinder i det att de senare ökar kostnaden för de producerade fibrernaj_ty föreningarna betingar ett högt pris, i synnerhet bariumföreningarna.

Vidare gäller att utnyttjandet av föreningar innehållande avsevärda mängder av bor eller fluor eller till och med barium innebär att vissa försiktighetsåtgärder-måste vidtagas. Speciellt måste man i fallet med bor eller fluor, vars besvärliga flyktiga beståndsdelar avgår från glasframställningsinstallatíonen vid smältning, och för att förhindra förorening av atmosfären, behand- la de evakuerade gaserna särskilt i syfte att avskilja och elimi- nera på lämpligt sätt nämnda beståndsdelar.

Slutligen gäller~att-de¿relativt mjuka glassorter som er- hålles ger fibrer, som icke har önskvärd motståndskraft vid höga temperaturer.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbättrad ihålig centrifugalspinnare, varigenom nackdelar av ovannämnt slag kan undanröjas. Ännu ett syfte med uppfinningen är att möjliggöra ökad produktionskapacitet hos en given installation för centrifu- galutdragning av beskrivet slag under samtidigt möjliggörande av praktiskt taget fullständig eliminering av vissa förore- níngskällor samt möjliggörande av utnyttjande av glaskom- positioner som betingar låg kostnad för produktion av fibrer som har förbättrade egenskaper vad beträffar termisk mot- ståndskraft.

"Hårda" glaskompositioner, som har högre avglasnings- temperaturer och som får en för fibrering lämplig viskositet endast vid högre temperaturer, nödvändiggör speciell hante- ring och speciell fibreringsutrustning, och uppfinningen hän- för sig till betydelsefulla förbättringar avseende centrifu- 20 25 40 s 7910077-2 galspinnarens konstruktion, som underlättar framställningen av fibrer utgående fran sådana "hårda" glassorter.

Det torde även noteras, att vissa av dessa strukturella och driftsmässíga förbättringar, trots att de ger en sär- skild fördel och är av särskild betydelse i samband med fibrering av "hårda" glassorter, är lika fördelaktiga, då de appliceras på andra glassorter som kan fibreras medelst den centrifugeringsteknik som här kommer ifrága.

De för centrifugalspinnaren enligt uppfinningen särskilt utmärkande särdragen framgår av bifogade patentkrav.

Andra fördelar med och särdrag hos uppfinningen kommer att framgå av efterföljande närmare beskrivning av fördelak- tiga ehuru icke begränsande exempel under hänvisning till bifogade ritning.

Pig. 1 är en vertikal sektíonsvy, som visar en installa- tion eller anordning för framställning av fibrer innefattande en centrifugalspinnare och försedd med ett blåsaggregat som alstrar en ringformig utdragningsgasström eller -stråle rik- tad nedåt utefter centrifugalspinnarens periferiska vägg.

Fig. 1a är en förstorad delvy av ett annat utmärkande parti som kan införlivas i spinnaren enligt fig. 1. Pig. 2, 3, 4, 5 och 6 är sektionsvyer liknande den enligt fig. 1 och visar var och en en centrifugalspinnare och organen för att mata glas till det inre av centrifugalspinnaren. Pig. 7 är en de- taljsektionsvy i förstorad skala, som visar ett arrangemang för montering av ett organ för matning av glas till det inre av en centrifugalspinnare, såsom den i fig. 6 visade. Fig. 8 är en detaljvy som i större skala visar anordnandet av ett pa annat sätt utformat glasmatníngsorgan motsvarande versionen enligt fig. 4 och 5. Pig. 9 är en partiell ett förstärkningselcment för centrifugalspinnare såsom de i perspektivvy av fig. 4 och 5 visade. Pig. 10 och 11 visar sektioner av olika utföranden av den perforerade banddelen av centrifugalspin- narens periferiska vägg.

ALLMÄN UPPBYGGNAD Den i fig. 1 visade centrifugalspinnaren har en ver- tikal axel 10 för uppbärande av centrifugalspinnaren. Axeln uppbär vid sin undre ände ett organ 11 avsett för montering av centrifugalspinnaren. Den egentliga spinnaren är i sin helhet ut- 10 15 20 25 30 35 40 7910077-2 4 märkt medelst hänvisningsbeteckningen 12. Spinnaren består av en periferisk vägg eller ett band 13 som har ett flertal rader av fibreringsöppningar och vars övre kant är förbunden med organet 1! genom ett centralt, lampskärmsliknande parti 14. De i centri- fugalspínnarens vägg anordnade öppningarna är visade endast i de genomskurna partierna av väggen ifråga, men det torde in- ses att det finns ett stort antal öppningar eller hål fördela- de i ett flertal rader som är vertikalt åtskilda från varandra.

Vid sin undre kant är spinnaren försedd med en inåt utskjutan- de fläns eller krage 15, till vilken den övre kanten på ett cy- lindriskt element 16 är anslutet. Det cylindriska elementet har förstärkande eller stödjande funktion,_såsom kommer att preciseras närmare senare.

Inuti centrifugalspinnaren är en fördelningskorg 17 anord- nad, vilken roterar tillsammans med spinnaren och har en enda rad fördelningsöppningar eller -hål 18, vilka är placerade väsent- ligen i planet för den översta raden av öppningar i centrifugal- spinnarens periferiska vägg. Korgen 17 är såsom visas monterad vid organet ll med hjälp av nedåtriktade fästen l7a. En ström av glas införs nedåt och centralt genom den konstruktion som uppbär centrifugalspinnaren, såsom antyds vid S. Glasströmmen tillförs på ett sådant sätt att den når det inre av korgen l7 och sprider' sig i sidled på korgens botten ända till korgens periferiska, perforerade vägg, varvid glaset på denna väggs insida bildar ett lager från vilket med 19 betecknade trådar avges genom öppning- arna, mot utsidan och radiellt i riktning mot den inre ytan på centrifugalspinnarens periferiska vägg i en zon intill den översta raden av öppningar däri. Utgående från denna zon utbreder sig gla- set nedåt på den inre ytan nav spinnarens vägg. Detta nedåtrikta- de flöde äger rum utan hinder på grund av att det icke finns nå- gon begränsande väggyta'eller_kammarstruktur på insidan av den periferiska väggen, och flödet har laminära egenskaper med till- hörande likformiga vågor, då det observeras under stroboskopisk belysning. Det är från detta laminära flöde, som varken är till- bakahållet eller inneslutet, som glas penetrerar genom de i centrifugalspinnarens periferiska vägg upptagna öppningarna och kastas ut från samtliga dessa öppningar i form av ett stort antal primära trådar eller primärfibrer, som utsetts för utdragning av den ringformiga gasstråle, vilken alstras av utrustning som kom- 10 15 20 25 30 35 40 s 7910077-2 mer att beskrivas senare.

Fig. la visar en alternativ_fördelningskorg l7b, vilken är försedd med två rader av öppningar l8a, vilka är anordnade 1 sicksack. Samtliga öppningar befinner sig dock i närheten av ett gemensamt plan för matning av glaset mot området för den översta raden av öppningar i centrifugalspinnarens vägg.

Vad gäller arrangemanget av fördelningskorgen (17 1 fig. l och l7b i fig. la) torde noteras, att största delen av de korg- fördelare som används i de kända förfarandena är försedda med ett flertal rader av öppningar, som är vertikalt åtskilda från var- andra 1 syfte att säkerställa fördelning av glaset i riktning mot centrifugalspinnarens periferiska vägg och över huvuddelen av dennas vertikala dimensioner eller utsträckning. Vi har emeller- tid funnit att anordnande av ett stort antal öppningar i enlighet med den kända tekniken för åstadkommande av den vertikala för- delningen av glaset innebär att man får vissa olägenheter och svårigheter, speciellt vid utnyttjande av centrifugalspinnare med relativt stora dimensioner, såväl vad beträffar diametern som den vertikala höjden på En av de mest betydelsefulla svårigheterna består i att värme går förlorat från glastrådarna under loppet av dessas bana eller passage mellan fördelningskorgen'och den inre ytan på oen- trifugalspinnarens periferiska vägg. Denna värmeförlust är direkt' propcrtionell mot den totala ytan på de avgivna trådarna. Med ett stort antal små trådar, såsom i de tidigare kända systemen, blir den totala ytan mycket större än den motsvarande ytan vid ett arrangemang av här visat slag, enligt vilket fördelnings- korgen är försedd endast med en rad öppningar av större dimen- sioner, vilket tillåter avgivande av samma mängd glas för en dylik total yta som är mycket mindre. I ett speciellt fall tillåter sålunda systemet enligt föreliggande uppfinning avgi- vande eller utmatning av en given mängd glas i form av trådar, vars yta endast motsvarar 1/7 av ytan hos de tidigare kända systemen.

Genom vårt arrangemang eliminerar man följaktligen den alltför stora värmeförlust, som uppkommer hos glaset som överförs från fördelningskorgen till centrífugalspínnarens peri- feríska yta, vilket utgör en stor nackdel hos de tidigare kända utrustningarna. Dessutom gäller att man med de små dimensioner på 10 15 20 25 30 35 40 79?0Û77-2 6 glastrådarna, som alstras i de tidigare kända utförandena, får en under loppet av passagen från fördelningskorgen till spin- narens periferíska vägg uppstående vårmeförlust som är mycket mindre likformig mellan de enskilda trådarna än vad som är fallet, då man alstrar ett mycket mindre antal av större ström- mar eller trådar. _ Även om ovannämnda svårigheter eller problem vad beträf- far värmeförlusterna icke har ansetts vara hindrande vid ut- nyttjande av mjuka glassorter-i enlighet med de kända förfaran- dena, är dessa vårmeförluster icke tolerabla vid utnyttjande av de hårda glassorter som beaktas i föreliggande fall.

En annan betydelsefull faktor är möjligheten till ökning av centrifugalspinnarens diameter. Med de tidigare kända syste- mens fördelningskorg, som alstrar glastrådar eller -strömmar med liten diameter,har en ökning av centrifugalspinnarens dia- meter en tendens att åstadkomma svajníng av eller svängningar hos trådarna och följaktligen att ändra likformigheten för drifts- förhållandena¿ Genom att utnyttja ett mindre antal gröve trådar undviker man dylik svängning eller svajning hos trådarna.

Andra organ som möjliggör minskning av svajnings- eller sväng- ningstendensen är dock ävenledes beskrivna i det följande under hänvisning till de utföranden som visas i fig. 2-6.

Vidare gäller att när man riktar ett stort antal små glas- trådar mot den inre ytan på centrifugalspinnarens perforerade periferiska vägg över huvuddelen av utsträckningen av denna väggs perforerade zon vissa av trådarna anländer till den perforerade väggen i linje med öppningar i väggen eller nästan så, under det att andra trådar anländer mot eller träffar väggen i mellanlig- gande områden, vilket ger upphov till olikformiga utbredninge- eller utströmningsförhållanden som har en tendens att störa lik- rormigneten nos de framställda fibrerna.

I betraktande härav innebär det en klar fördel att man i stället för att utnyttja ett stort antal trådar eller strömmar som är fördelade vertikalt över centrifugalspinnarens periferiska vägg upprättar och bibehåller ett skikt av smält glas som utbreder sig eller strömmar nedåt såväl ohindrat som obegränsat över den inre ytan på den perforerade periferiska väggen, varvid matningen av glaset sker mot den övre kanten av skiktet ifråga och varvid detta senare utbreder sig nedåt på laminärt sätt under passage av 10 15 20 25 30 35 40 7 7910977-2 samtliga pæübreringar eller hål i centrifugalspinnarens vägg, så att förhållandena för utkastning av glastrådar genom och ut från mynningen av varje öppning eller hal i den periferiska väggen är praktiskt taget desamma, vilket eliminerar en orsak till olikfor- migheter hos de framställda fibrerna.

Detta upprättande eller åstadkommande av skiktet eller lag- ret som strömmar eller utbreder sig nedåt ohindrat säkerställs ge- nom den fördelningskorg som beskrivits tidigare under hänvisning till fig. l och la, dvs. under utnyttjande av en fördelningskorg i vilken allt det glas som skall överföras till fibrer avges mot oentrifugalspinnarens vägg via endast en enda serie öppningar belägna i närheten av eller i ett plan placerat i nivå med eller i närheten av den översta serien av öppningar eller hål i centri- fugalspinnarens vägg. Denna enda rad av öppningar innefattar med fördel från 75 till 200 öppningar totalt sett, vilket motsvarar mellan l/10 och l/3 av det antal som vanligen utnyttjas i fördel- ningskorgar med ett flertal hålrader.

Upprättandet av de önskade likformiga förhållandena för glasets passage genom öppningarna i centrifugalspinnarens vägg förbättras ytterligare av vissa andra föredragna driftsförhål~ landen, vilka kommer att definieras i fortsättningen, 1 synnerhet upprätthållande av temperaturförhållanden som skapar väsentligen likformig viskositet hos glaset i det övre och det undre området av centrifugalspinnarens vägg.

För säkerställande av utdragning av glastrådarna innefattar den i fig. l visade anordningen en ringformig kammare 20 försedd med ett ringformigt munstyoke 21, vilken kammare 20 matas från en eller flera förbränningskammare, såsom visat vid 22, vilka är försedda med lämpliga bränsleförbränningsorgan i syfte att alstra de heta utdragningsgaserna. Dessa alstrar en ringformig ström el- ler stråle av utdragningsgas, vilken är riktad nedåt och visar sig i form av en ridâ som omsluter centrifugalspinnaren. Detaljer avseende konstruktionen som uppbär centrifugalspinnaren och blås- eller strålalstraren redovisas icke i föreliggande beskrivning, enär de är väl kända för fackmannen inom ifrågavarande område.

Såsom framgår av fig. 1 innefattar anordningen även organ för upphettning av centrifugalspinnarens undre kant. Dessa organ kan föreligga i ett flertal olika former och innefattar företrä- desvis organ för högfrekvensupphettning i ringform, såsom visas 10 15 20 25 30 35 40 7910077-2 8 vid hänvisningsbeteckningen 23; Denna upphettningsring har före- trädesvis en diameter som är större än centrifugalspinnarens diameter och den är företrädesvis belägen en liten sträcka under spinnarens_botten. _» DRIFTSDATA Villkoren och parametrarna för anordningens funktion kommer nu att beskrivas.

Vad gäller funktionen av den centrifugalspinnare som är visad i fig. l kan i första hand noteras, att även om man kan utnyttja olika särdrag av uppfinningen i centrifugalspinnare av godtycklig storlek det liggerinom uppfinningens ram att ge centrifugalspinnaren en diameter som är större än den hos konven- tionella centrifugalspinnare. Exempelvis kan man för centrifugal- spinnaren ha en diameter av storleken 400 mm, vilket skall jämfö- ras med ett värde av 300 mm som är brukligt i samband med ett stort antal tidigare kända anordningar. Detta tillåter anord-. nande av ett väsentligt större antal öppningar för avgivande av :glas i centrifugalspinnarens periferiska vägg, så att det är möjligt att på ett fördelaktigt sätt öka antalet glastrådar eller primärfibrer som utkastas av centrifugalspinnaren i den omgivande, ringformiga och för fiberutdragning avsedda strålen. På grund av den relativt sett högre rotationshastigheten hos oentrifugalspin- nare av denna tyD« är anordningen utsatt för en mycket stor cen- 'trifugalkraft, och eftersom den arbetar vid förhöjd temperatur kommer den periferiska väggens mittområde ständigt att ha en ten-' dens att kröka sig utåt. Denna tendens motverkas genom utnyttjande av förstärknings- eller stödorgan, varav ett flertal utföranden kommer att beskrivas i samband med de olika utföranden som visas på ritningen. I utförandet enligt fig. 1 förstärkningsorgan i form av ett ringformigt element 16, som är fastsatt med hjälp av den inátkrökta flänsen 15 vid den periferiska väggens undre kant. Den förstärkande verkan av det ringformiga elementet 16 torde lätt inses vid beaktande av det faktum, att det centrala området pá den periferiska väggen 15 har en tendens att kröka sig utåt under inverkan av centrifugalkraften den även:irä- var efter att böja kragen eller flänsen 15 uppåt och inåt kring flänsens förbindningslinje med väggens l5 undre kant. Om det ring- formiga elementet 16 icke var anordnat (såsom är fallet 1 kända föreligger centrifugalspinnare), skulle en del av denna böjning av flänsen 10 15 20' 25 30 35 40 7910077-2 15 uppåt och inåt övergå i bildande av en lätt vågbildning i dess relativt tunna inre kant. Förekomsten av det ringformiga elemen- tet 16 vid kragens eller flänsens inre kant förhindrar däremot dy- lik vàgbildning, vilket sålunda säkerställer en förstärkning av centrifugalspinnarens vägg. Vinkelsammanbindningen av elementet l6 och flänsen 15 bidrager likaledes till att skapa önskad förstärk- ning. För det ovan beskrivna syftet har det ringformiga elementet 16 i centrifugalspinnarens axiella riktning förträdesvis en dimen- sion eller ett mått som är större än medeltjockleken av centrifu- galspinnarens periferiska vägg. För att effektivt motverka den periferiska väggens böjning utåt monterar man dessutom företrädes- vis det ringformiga elementet 16 i ett läge, så att det skjuter ned som ett utsprång från flänsens 15 inre kant. Man ger det med fördel en vertikal dimension som är större än väggens 13 maximala- tjocklek. Det har befunnits, att en på detta sätt åstadkommen förstärkning av centrifugalspinnaren gör det möjligt att fördröja bomberingen av centrifugalspinnarens vägg och följaktligen att förlänga anordningens livslängd. I I andra figurer, som kommer att beskrivas senare, har vi- sats andra arrangemang som gör det möjligt att åstadkomma ovan- nämnda förstärkningsverkan.

Före beskrivning av funktionen av det centrifugalspinnar- utförande som är visat i fig. 1 skall det framhållas, att i en känd process som utnyttjar en centrifugalspinnare med ett relativt mjukt glas man vanligen inför glaset i en fördelnings- korg, som är monterad i centrífugalspinnarens centrala del och innefattar en periferisk vägg försedd med ett flertal vertikalt åtskilda rader av glasfördelningsöppningar, så att det av korgen utmatade glaset träffar centrifugalspinnarens periferiska vägg åtminstone över huvuddelen av dennas vertikala dimension. Det uppstår härvid en väsentlig temperaturskillnad mellan den periferiska väggens övre kant och dess undre kant.

Som en följd härav befinner sig den övre kanten vid temperaturer som är högre än vad som gäller för den undre kanten, huvudsakli- gen på grund av att den övre kanten är belägen i närheten av ut- dragnrgsstràlens begynnelsezon. Den periferiska väggen har dess- utom vanligen samma tjocklek över hela sin höjd. I vissa fall kan den till och med vara tjockare vid den övre kanten än vid den undre kanten. I den kända tekniken kan det vidare förekomma vissa 10 15 20 25 30 35 40 7910077-2 'Ü skillnader i dimensioner (diameter) mellan öppningarna i centri- fugalspinnarens övre rader och öppnngarna i de undre raderna. Man har tidigare i de kända utförandena beaktat dessa olika faktorer för âstadkommande av att glastrådarna från de övre öppningarna ut- kastas med högre kapacitet än trådarna från de undre öppningarna för erhållande av vad man kallar Üparaplyfibrering", såsom be- skrivs exempelvis i FR PS 1 382 917 (fig. 3). Härigenom förhind- ras att fibrerna korsar varandra eller hopblandas eller förbinds med varandra i fibreringszonen, såsom är fallet när glastrådarna utkastas samma sträcka från såväl de övre radernas öppningar som de undre radernas öppningar. _ Även om man i vissa kända system utsätter centrifugalspin- narens undre kant för viss upphettning, som adderas till den upp- hettning som är ett resultat av verkan av den ringformiga utdrag- ningsstrålen och införandet av smält glas, kräver åstadkommandet av "parablyfibrering" för det mesta i de kända utförandena att man etablerar en skillnad mellan glastemperaturerna vid centrifu- galspinnarens övre kant och spinnarens undre kant. Centrifugal- spinnarens övre kant utsätts för en högre temperatur på grund av de ovan nämnda faktorerna, under det att centrifugalspinnarens undre kant vanligen befinner sig vid en lägre temperatur, även om man åstadkommer en ytterligare upphettning. På grund av att denna skillnad mellan temperaturerna, exempelvis från omkring lO50°C ivid oentrifugalspinnarens övre del till 950°C vid dess undre de1,_ blir den resulterande viskositeten hos glaset lägre vid den övre dflen än vid den undre delen, vilket resulterar i lättare ström- ning genom de övre öppningarna så att glastrådarna utkastas längre vid centrifugalspinnarens övre del än vid dess uflre del, vilket möjliggör erhållande av önskad "paraplyfibrering".

I de kända tekniker som utnyttjar mjukt glas kunde man upprätta en dylik temperaturskillnad mellan oentrifugalrotorns övre och undre kanter för uppnående av de ovan angivna syftena, på grund av att med dessa mjuka glassorter temperaturen, till och med då denna väsentligt överstiger avglasningstemperaturen (för glaset som är beläget i zonen intill de övre öppnings- raderna), likväl icke är så hög att den åstadkommer allvarliga negativa effekter på metallen i centrifugalspinnaren.

Med ett hårt glas däremot är det i praktiken icke möjligt att arbeta med en kraftig temperaturskillnad mellan centrifugal- 10 15 20 25 30 35 40 '“ 7910077-2 spinnarens övre och undre kanter. Skälet härför är att om tem- peraturen på den undre kanten hålls på en nivå som är tillräck- ligt över avglasningstemperaturen för att hindra glaset från att - kristallisera, och följaktligen från att sätta igen de undre öpp- ningarna, det för åstadkommande av den temperaturskillnad som vanligen utnyttjas i de kända systemen för erhållande av para- plyfibrering skulle vara_nödvändigt att höja glastemperaturen i zonen intill centrifugalspinnarens övre kant till ett så högt värde att spinnaren skulle utsättas för alltför kraftig korro- erosion och/eller deformation.

Med beaktande av dessa faktorer och med utnyttjande av hårda glaskompositioner innebär föreliggande uppfinning att man kan uppnå den önskade paraplyfibreringen på ett förbättrat sätt. I stället för att utnyttja en skillnad i temperatur mellan centri- fugalspinnarens övre och undre kanter upprättar man approximativt samma temperatur på spinnarens övre och undre kanter, och denna temperatur hålls på en nivå (t.ex. lO50°C) som är högre än avglas- ningstemperaturen men dock relativt nära densamma. Glasets sion, viskositet är följaktligen väsentligen densamma i såväl om- -rådet för centrifugalspinnarens övre rader som spinnarens undre rader, t.ex. omkring 5000 pois. Härigenom etablerar man sålunda på ett annorlunda sätt den önskade ökningen av motståndet mot utkastning av glastrådar genom öppningarna i de undre raderna.

I motsats till vad som gäller vid den tidigare kända tekniken utnyttjar man sålunda i centrifugalspínnaren en periferisk vägg som har större tjocklek i riktning mot den undre kanten än i riktning mot den övre kanten. Detta resulterar i att man i riktning mot den undre kanten erhåller öppningar eller hål, som har större längd, vilka för en given viskositet hos glaset uppvisar större motstånd mot trådutströmningen under inverkan av centrifugalkraften. På grund av denna avvikelse eller skillnad i utströmningsmotstånd utkastas glastrådarna eller primär- fibrerna längre från centrífugalspinnarens övre kant än från dess undre kant, vilket sålunda ger den önskade paraplyfibre- ringen. I händelse av behov kan man ytterligare öka utström- níngsmotståndet för glastrådarna genom öppningarna eller hålen i de under raderna genom att minska öppningarnas diametrar.

För upprättande av den önskade temperaturen utefter centri- fugalspinnarens undre kant åstadkommer man lämpligen en 10 15 zo 25 30 _35 40 7910077-2 1z intensivare~upphettning av oentrifugalspillarens undre kant än vad som är fallet i kända utföranden. Den i fig. 1 visade upphett- ningsanordningen 23 har sålunda en effekt som är åtminstone två eller tre gånger den hos de anordningar som tidigare utnyttjats.

Det är lämpligt att utnyttja en anordning för uppvärmning, vilken har en effekt av 60 kw vid 10 000 Hz.

Vid det föredragna sättet att utöva föreliggande uppfin- ning upprätthåller man av förhållanden som etableras i de övre och undre områdena på centrifugalspinnarens periferiska vägg en glastemperatur som är omkring 10 till 20q3högre än avglasnings- temperaturen. 7 I flertalet tillämpningar ger man dessutom den undre zonen på centrifugalspinnarens periferiska vägg en tjocklek som är åt- minstone ungefär l,5 gånger den hos den övre zonen. I vissa fall kan det vara önskvärt att ge den undre zonen en tjocklek av stor- Iden 2,5 gånger den hos den övre zonen. En tjocklek hos den undre zonen på centrifugalspinnarens vägg som är dubbelt så stor som tjockleken på den övre zonen utgör ett_typiskt värde vid prak- tiskt utövande av uppfinningen. Exempelvis kan i en särskilt anordning tjockleken på den övre zonen vara 3 mm och tjockleken på den undre zonen 6 mm.

Utmärkande för spinnaren enligt uppfinningen är att man utnyttjar den tjockleksfördelning som är visad i fig. 10, vilken i förstorad skala visar en tvärsektion av en centrifu- 7 galspinnares periferiska vägg, likaledes med en större tjocklek i den undre zonen än i den övre zonen. I detta fall har väggen största tjocklek i den undre zonen, minsta tjocklek i míttzonen och en mellanliggande tjocklek i den övre zonen. Denna fördel- ning av väggens tjocklek tillåter på ett fördelaktigt sätt att man på ett mycket exakt sätt åstadkommer den önskade effekten av paraplyfibrering. I detta avseende torde noteras, att de båda huvudkällorna för upphettning av den periferiska väggen utgörs av den ringformiga utdragningsgasstrålen upptill och av induktionsupphettningsanordningen 23 nedtill. Detta resulterar i att míttzonen på den periferiska väggen intar en temperatur som är något lägre än den hos den övre och den undre kanten och att viskositeten hos glaset i míttzonen ökas i motsvarande grad.

En variation av väggtjockleken såsom den i fig. 10 angivna un- derlättar följaktlígen åstadkommandet av önskad grad av ut- 10 15 20 25 30 35 40 13 7910077-2 strömning och utkastníng av glaset dvs. i maximal grad i den övre zonen, i en mellanliggande grad i mittzonen och i minimal grad i den undre zonen. Även om väggens yttre yta i fig. 1 och 10 har visats så- som varande konisk, dvs. med en diameter som är något större vid botten än vid toppen, inses att denna yttre yta kan ha cy- lindrisk form, såsom visas i fig. 11.

ANDRA PARAMETRAR Före beskrivning av andra spinnarsärdrag som illustreras i fig. 2 till 9, är det önskvärt att fastställa vissa komplet- terande parametrar, speciellt området för konstruktiva och operativa särdrag enligt uppfinningen. Även om man kan utnyttja olika särdrag hos föreliggande uppfinning i samband med centrifugalspinnare, som har en perfore- ringskoefficient (förhållande mellan den totala perforerings- ytan och hela ytan) för den períferiska väggen av den storleks- ordning som används i de kända utförandena, kan särdrag hos uppfinningen med fördel utnyttjas i samband med en centrifugal- spinnare som har ett större antal öppningar eller hål per ytenhet av den periferiska väggen. Genom en dylik ökning av perforerings- koefficienten är det möjligt att-öka centrifugalspinnarens kapaci- tet, dvs. den totala mängd glas som av centrifugalspinnaren om- vandlas till fibrer.

Vid analys härav måste man beakta, att hastigheten för av- givandet av glas genom öppningarna eller hålen i centrifugalspin- narens vägg är kraftigt påverkad av viskositeten hos glaset, var- med öppningarna matas. En ökning av viskositeten dämpar utström- ningen genom varje öppning, men genom ökning av perforerings- koefficienten kan man upprätthålla en given total kapacitet hos en centrifugalspinnare, till och med vid användning av glas med högre viskositet. En ökning av perforeringskoefficienten till- låter följaktligen utnyttjande av glas som har högre viskositet än de som för närvarande utnyttjas för centrifugalspinnare, utan att detta resulterar i en minskning av den totala fibreringskapa- citeten.

Fibreringskapaciteten beror sålunda pà öppningarnas diameter, men man kan upprätthålla en given fibreringskapacitet, även med öppningar med reducerad diameter, om man tillräckligt ökar perfo- . reringskoefficienten. 10 15 20 25 30 35 40 7910077-2 14 Det är till och med möjligt att öka den totala produktionskapaciteten hos en given centrifugalspinnare, och detta även vid samtidig minskning av den hastighet, varmed glaset passerar genom de enskilda öppningarna i den periferiska väggen. Detta resultat kan erhållas delvis genom ökning av perfo- reringskoefficienten (såsom angivits ovan), men även genom vissa andra faktorer som kommer att preciseras i det följande. Man re- ducerar sålunda erosionen och förvittringen av centrifugalspinna- ren trots ökningen av den totala fibreringskapaciteten. Erosionen är naturligtvis koncentrerad.till de enskilda öppningarna, men man kan med förvåning konstatera att trots ökningen av perfore- ringskoefficienten (som borde ge en försvagning av centrifugal- spinnaren) kapaciteten hos och livslängden av centrifugalspinna- ren icke minskas utan till och med kan ökas något jämfört med de kända utförandena.

Med minskad utströmningshastighet för glaset genom öppning- _arna är det dessutom icke nödvändigt att ge utdragningsstrålen, som frambringas utefter den yttre ytan på eentrifugalspinnarens periferiska vägg, en lika hög hastighet som om det förekom en högre grad av genomströmning genom varje öppning. Detta ger en dubbel fördel. För det första är det möjligt att åstadkomma fib- rer som har större längd, på grund av att längden på fibrer som framställs medelst en centrifugalspinnare av ovan nämnd typ, så- som är väl känt, i allmänhet är omvänt proportionell mot hastig- heten hos.utdragningsgasen. För det andra tillåter minskningen av hastigheten hos utdragningsgasen åstadkommande av energibesparing.

En ökning av perforeringskoefficienten tillåter ävenledes utdragng av ett större antal primärfibrer i en given volym av ut- dragningsgas, vilket även kan översättas i en energibesparing. Det har befunnits, att de vid praktiskt utövande av uppfinningen fram- ställda fibrerna, oaktat ökningen av antalet primärfiber per vo- lymsenhet av utdragningsgasen, icke bildar fickor eller zoner av agglomererade fibrer, utan fibrerna förblir isolerade den ena från den andra under hela utdragningsfasen, vilket tillåter fram- ställning av fiberprodukter med hög kvalitet, t.ex. isolerande produkter.

Vid praktiskt utövande av uppfinningen är det i de flesta fall lämpligt.att ha en perforeringskoefficient motsvarande åt- minstone l5 öppningar per cm2 av den periferiska väggens perfo- ..-._.._..._~,-w,--f-~..- - }O 55 40 25 30 35 40 15 7910077-2 rerade parti, t.ex. mellan 15 och 45 eller 50 öppningar per cmz.

Ett föredraget värde är av storleken 35 öppningar per cmz. Diame- tern på de utnyttjade öppningarna ligger företrädesvis mellan ungefär 0,8 och 1,2 mm. Även om särdrag hos uppfinningen kan appliceras på cen- trifugalspinnare med godtycklig diameter, förutses i ett otal tillämpningar av uppfinningen en ökning av centrifugalspinnarens diameter i förhållande till vad som gäller vid kända anordningar.

Under det att man vid kända centrifugalspinnare har en diameter av ca 300 mm, kan man sålunda ge centrifugalspinnare som är ut- formade i enlighet med föreliggande uppfinning en diameter av åtminstone 400 mm, och diametern kan uppgå till 500 mm. Ökningen av centrifugalspinnarens diameter ger ävenledes vissa fördelar. För en given perforeringskoefficient och för samma glasfibreringskapacitet hos anordningen kan sålunda en ök- ning av diametern överföras i en minskning av den hastighet, var- med glaset strömmar genom varje öppning. Såsom tidigare angivits i samband med ökningen av perforeringskoefficienten kan minsk- ningen av strömningshastigheten i öppningarna till och med till- låta en viss ökning av viskositeten hos glaset som fibreras. Vid samma kapacitet hos centrifugalspinnaren ger sålunda en högre_ viskositet hos glaset icke någon överdriven nötning eller för- slitning, på grund av minskningen av strömningshastigheten i öppningarna. Även om särdrag hos uppfinningen kan utnyttjas i centri- fugalspinnare, vars periferiska vägg har godtycklig önskad ver- tikal dimension, kan man likaledes tänka sig att i vissa app- likationer öka höjden på den periferiska väggen ända upp till det dubbla i förhållande till kända utföranden. Exempelvis kan man öka höjden på centrifugalspinnarens band från ungefär 40 mm till ungefär 80 mm. Denna ökning av höjden tillåter ökning av det totala antalet öppningar, vilket ger ett ytterst fördelaktigt resultat, eftersom ett ökat antal glastrådar utkastas i utdrag- ningsgasstrålen, vilken kan överföras i en ny energibesparing.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FIG. 2-9 För det i fig. 2 visade utförandet gäller att en central axel 10 även här uppbär centrifugalspinnaren och att organ 24 är monterade vid axelns undre ände, vilka organ har till funktion att uppbära centrifugalspinnaren som i sin helhet 10 l5 20 25 30 35 40 7910077-2 16 utmärks av hänvisningsbeteckningen 25. Liksom i den första ut- föringsformen är det anordnat en ringformig kammare 20 med ett ríngformigt munstycke 21, som tillåter utsändning av utdragnings- strålen utefter centrifugalspinnarens periferiska vägg. I fig. 2 är diametern på centrifugalspinnaren något större'än i fig. l och den periferiska väggen 26 har likaledes större tjocklek i den övre zonen än i den undre zonen. På den periferiska väggens undre kant är en inåtböjd krage eller fläns 27 anordnad, vars tjocklek progressivt ökar radiellt inåt. Flänsens undre kant har i centrifugalspinnarens axiella riktning en dimension som är åt- 4 minstone lika med väggens 26 medeltjocklek och som företrädesvis är större än väggens maximala tjocklek. Detta skapar en förstärk- ning, vilken såsom beskrivits tidigare är avsedd att motverka att den periferiska väggen 26 böjs utåt i sin centrala zon eller del.

I utförandet enligt fig. Z är en fördelningskorg 28 mon- terad i centrífugalspinnarens mitt, vilken korg är försedd med en rad periferiska öppningar 29. Glasströmmen S strömmar in i korgen ovanifrån, såsom.i fig. 1, och korgens 28 rotation ut- slungar glastrådar 30 radíellt utåt.

I stället för matning av trådarna 30 direkt mot den inre ytan på centrifugalspinnarens periferiska vägg är vid utförandet enligt fig. 2 en överföringsanordning anordnad mellan korgen och centrifugalspinnarens periferiska vägg. Denna överförings- anordning föreligger i form av en inåt öppen ringformig tratt 31 och har i botten en.rad överföringsöppningar åtskilda för avgivande.av glastrådar 52 mot centrifugalspinnarens perife- riska vägg. Såsom i det första beskrivna utförandet bör ut- loppsöppningarna för trådarna 32 vara placerade på ett sådant sätt, att allt glas som skall fibreras riktas mot den övre zonen på centrifugalspinnarens perforerade vägg, därigenom åstadkommande den fria laminära strömningen i riktning nedåt såsom tidigare beskrivits.

I utförandet enligt fig. 2 ger man fördelningskorgens 28 diameter ett värde, som är mindre än det för korgen 17 i fig. l, oaktat de faktum att diametern på centrifugalspinnaren i fig. 2 är större än diametern på den tidigare nämnda. Denna pro- portionering av delarna i fråga är fördelaktig på grund därav, att även med en korg med en diameter motsvarande den för korgen 17 i fig. l sträckan som åtskiljer fördelningskorgen från centri- 10 15 20 25 30 35 40 11 7910077-2 fugalspinnarens perforerade vägg skulle ändra likformigheten hos de avgivna trådarna och åstadkomma en svajning, resulterande 1 att en del av glaset träffar en zon av väggen belägen under den övre kanten. Detta är icke önskvärt på grund av att vid utövande av föreliggande uppfinning allt glas bör avges eller matas väsent- ligen i planet för de översta raderna av öppningar i spinnarens vägg i syfte att åstadkomma den fria nedåtriktade strömning i la- minära, överlagrade skikt från toppen av centrifugalspinnarens periferiska vägg till dennas botten, vilken man eftersträvar.' Genom att utnyttja en fördelningskorg 28 med en diameter, som är något mindre än den enligt_fig. l, och genom att dessutom använda en överföringsanordning, såsom den ringformiga tratten 31 i fig. 2, kan man säkerställa en mycket exakt matning eller överföring av glas till området för den översta raden av fibre- ringsöppningar. Man kan montera tratten 31 på en del av organet 24 med hjälp av en bärande konstruktion 3la, vilken är termiskt isolerad såsom antyds vid 46 i fig. 7 och 8.

Liksom i arrangemanget enligt fig. l kan man i arrange- manget enligt fig. 2 utnyttja en anordning 23 för upphettning medelst högfrekvensinduktion i syfte att utjämna temperaturerna i de övre och undre områdena av centrifugalspinnarens perfore- rade vägg.

Pig. 3 visar ett utförande liknande det enligt fig. 2 och för hänvisningsbeteckníngarna gäller att motsvarande såda- na utmärker identiska eller mycket lika element eller organ. I själva verket är centrifugalspinnaren 25 och även fördelnings- korgen 28 av en konstruktion som är identisk med den enligt fig. 2, men i stället för en inåt öppen, ringformig tratt 31 utnyttjas här en överföringsanordning 33 av annorlunda konstruktion. Denna anord- ning 33 innefattar ett ringformigt listelement, som är monterat vid organet 24 med hjälp av termiskt isolerade fästen 33a och som aär försett med en inåt öppen kanal eller ett spår för mottagning ' av glastrådarna 30, vilka utgår från korgen 28. Kanalensundre kant utgörs av en dammbarriär eller ett breddavlopp.34 på ett sådant sätt att glaset som samlas i kanalen 33 strömmar över och genom centrifugalkraftspåverkan avges till den inre ytan på centrifugal- spinnarens periferiska vägg. Överföringselementet 33 är med för- del anordnad på ett sådant sätt, att breddavloppet 34 säkerställer överföring eller matning av glaset i planet för den översta raden 10 15 20 ZS 30 du 40 7910077-2 8 18 av öppningar i den periferiska väggen.

Funktionen hos utförandet enligt fig. 3 är likartat den hos utförandet enligt fig. 2, frånsett att í fallet med tratten enligt fig. 2 öppningarna som är anordnade i trattens eller fickans botten avger separata glastrådar 32, under det att i fig. 3 glaset avges av överföringsanordningen i form av en duk, såsom antyds vid 35.

När det gäller utförandet enligt fig. 4, kan man kon- statera att den visade centrifugalspinnaren 36 har en vertikal di- mension som är väsentligt ökad i förhållande till den hos centri- fugalspinnarna enligt fig. l, 2 och 3. Enligt fig. 4 utnyttjar man en fördelningskorg 28 liknande den i fig. 3, varvid korgen avger glastrådar 30 mot det ring- och listformiga överföringsele- mentet 33, vilket har en konstruktion liknande den som beskrivits ,i samband med fig. 3. I fig. 4 avleder emellertid överföringsan- ordningen 33 icke glaset direkt mot den inre ytan på centrifugal- spinnarens vägg. Glaset leds i stället till det inre av en ring- formig tratt eller ficka 37, vilken är öppen inåt och vilken är pmonterad på ett bärande infattat element 38, vilket är beläget inuti centrifugalspinnaren och förbundet med den senare vid den- nas övre kant. _ Elementet 38 har cylindrisk form och dess övre kant är fastsatt vid apparatens hals, under det att elementets undre kant är försedd med ett spår 38a avsett att mottaga en kant 36a, vil- ken är riktad nedåt och anordnad på centrifugalspinnarens inre fläns eller krage. Elementet 38 är ävenledes förbundet med en bas- platta 38b. Såsom visas är såväl elementet 38 som basplattan före- trädesvis försedda med åtskilda hål. Förankringsorgan eller kon- soler 39, vilka är fördelade utefter periferin (jämför även fig. 9), utskjuter inåt från det centrala partiet av centrifugalspinnarens periferiska vägg och tjänar till att fixera en ring 39a, som är i ingrepp med en spårförsedd ansats 38c utförd i ett stycke med elementet 38. Anordnandet av.konsolerna 39 med mellanrum i peri- feriled förhindrar varje nämnvärd återhållnings- eller störeffekt på den laminära strömningen av glas på den inre ytan av centrifu- galspinnarens periferiska vägg. Sammanfogningen av organen 36a-38a och 39a-380 är gjord på ett sådant sätt att elementet 38 och centrifugalspinnarens periferiska vägg kan fritt expandera och dra sig samman relativt varandra. Elementet 38 säkerställer, 10 15 20 25 35 40 19 7910077-2 speciellt tack vare organen 39, 39a och 38c, en effektiv förstärk- ning av centrifugalspinnarens periferiska vägg, vilken sålunda motverkar utåtriktad bombering av spinnarens vägg under inverkan av centrifugalkraften.

En fördel med denna konstruktion består i att förstärk- ningselementen hålls vid en ganska låg temperatur. Som exempel kan nämnas att under drift temperaturen pà den periferiska väggen är omkring 105000, medan temperaturen på elementet 38 kan vara ungefär 60000, varför elementet förblir styvare.

I den sektionsvy i förstorad skala som visas i fig. 8 illustreras vissa konstruktionsdetaljer avseende överförings- -tratten 57 och elementet 38. Det framgår sålunda att matñngsöpp- ningarna 40, som är upptagna i trattens botten, är anordnade på ett sådant sätt att glastràdarna bringas att passera genom i elementet 38 upptagna öppningar 41, vilka ligger radiellt i linje med öppningarna 40.

Fördelningen av konsolerna eller fästena 59 med vissa in- tervall på den inre ytan av centrifugalspinnarens vägg tillåter upprättande av den önskade laminära strömningen av glas från centrifugalspinnarens övre zon ända till spinnarens undre zon med ett minimum av avbrott. Övriga delar av utrustningen, t.ex. organen för lagringen av centriíugalspinnaren, den ringformiga kammaren och den ring- formiga öppningen för passage av utdragningsgas och upphettnings- elementet 23, kan samtliga vara liknande dem som beskrivits tidigare.

I utförandet enligt fig. 5 är centrífugalspinnaren 42 av en konstruktion liknande den för centrifugalspinnaren 36 í fig. 4. Spinnaren har dock mindre diameter och innefattar för glasmatningen en central fördelningskorg 43 med en diameter, som är något större än den hos korgen 28 i fig. 4. De perife- riska öppningarna i denna korg avger glastrådar 44 direkt i en överföringstratt 37 och icke med hjälp av ett avledande list- element 33. Detta utförande innefattar ett element 38, en bas- platta 38b, som är uttagen i centrum, samt förbindníngar med centrifugalspinnarens periferiska vägg, såsom beskrivits tidi- gare i samband med fig. 4.

I fig. 6 visas en anordning liknande den enligt fig. 3 och vars centrifugalspinnare 25 och fördelningskorg 28 är desamma. 10 15 20 25 35 40 7910077-2 20 Dock utnyttjar man såsom överföringsring ett avledande listele- ment 45 (se även fig. 7) som är monterat direkt på ett parti av själva den periferiska väggen och icke på navet 24 såsom i fig. 3.

Av detaljvyerna i fig. 7 och 8 framgår att i de två fallen med direkt fastsättning av överföringsanordningen som visas i fig. 4-6 (37 i fig. 8 och 45 i fig. 7) ett mellanliggande skikt 46 av isolerande material har till funktion att minska trans- missionen av värme från överföringsanordningen till centrifugal- spinnaren och vid utföringsformerna enligt fig. 4, 5 och 8 även till den bärande konstruktionen 38. ' GLAS En betydelsefull fördel med föreliggande uppfinning är att de strukturella och funktionella särdragen gör det möjligt att för fibreringen utnyttja glassorter inom ett stort område.

Man kan sålunda utnyttja talrika kända uttagbara glaskompo- sitioner, i synnerhet mjuka glassorter. Dessutom kan man utnyttja olika konstruktiva och operativa särdrag hos föreliggande uppfin- ning enskilt eller i kombination med vissa typer av glaskomposi- tioner, som vanligen icke har utnyttjats i samband med kända fib- reringsprocesser, vari utnyttjas en centrifugalspinnare för utkastning av glastrådar eller -strömmar i en utdragningsstråle.

Tekniken och centrifugalspinnaren enligt föreliggande uppfin- ning tillåter i själva verket bekvämt utnyttjande av glaskomposi- tioner, vilka i praktiken icke har utnyttjats tillsammans med centrifugalfibreringsutrustning av känt slag på grund av olika orsaker, i synnerhet på grund av en relativt hög avglasningstem- peratur som nödvändiggör användning av en relativt hög fibrerings- temperatur. Denna höga fibreringstemperatur orsakar då den används i centrifugalspinnare av kända typer en alltför snabb förslitning eller försämring (genom erosion och/eller utåtriktad bombering av' den periferiska väggen) för att centrifugalspinnaren i praktiken skulle kunna utnyttjas industriellt. Man kan sålunda säga, att det skulle vara så gott som omöjligt att med centrifugalspinnare av de kända typerna åstadkomma fibrering av vissa av de glaskom- positioner som förutses komma till praktisk användning inom ramen för föreliggande uppfinning. 10 15 Z0 30 35 40 LEGERINGAR 21 7910077-2 Alldeles särskilt för fibrering av de hårdaste glasen, som har viskositeter av storleksordningen 1000 pois vid tem- peraturer överstigande omkring ll50°C och som har en avglas- ningstemperatur av storleken 105000, kan man ävenledes enligt uppfinningen tillverka centrifugalspinnaren av en legering med speciell sammansättning med förmåga att motstå de nödvändiga tcmporaturerna. Dä glasen är mjukare, innebär användning av denna legering att centrifugalspinnarens livslängd ävenledes förlängs. Legeringen kan ha följande formel, i vilken delarna är angivna i viktprocent: Element C Cr W Fe Si Mn , Co _? _ P S Ni (komplement) Område 0,65 ~ 0,85 27,5 - 31 6 - 7,8 7 - 10 0;7 - 1,2 0,6 - 0,9 o - 0,2 0 - 0,03 o - 0,02 59 - 50 Det är särskilt lämpligt att använda en legering av denna typ för centrifugalspinnare med stor diameter, t.ex. en diameter av åtminstone 400 mm.

Claims (7)

7910077-2 22 PATENTKRAV

1. Ihålig centrifugalspinnare för fibrering av termo- plastiskt material, speciellt glas, vilken spinnare har en períferisk vägg (13), som är försedd med öppningar och som har en tjocklek som tilltar i riktning mot den undre kanten, k ä n n e t e c k n a d av att den periferiska väggen (13) är tjockare vid sin undre del och tunnare vid sin mittdel och har en mellanliggande tjocklek vid sin övre del.

2. Spinnare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att väggens (13) inre generatris har krökt form.

3. Spinnare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att den yttre ytan på den periferiska väggen (13) har i huvudsak cylindrisk form.

4. Spinnare enligt något av kraven 1-3, t e c k n a d av att ett förstärkningselement (16) är för- bundet med den periferíska väggens (13) undre del, vilket element (16) har en sektion i spinnarens (12) axiella riktning, som är större än den periferiska väggens (13) tjocklek.

5. Spinnare enligt något av kraven 1-4, k ä n n e - av att den är roterbar kring en vertikal k ä n n e - t e c k n a d axel. _

6. Spinnare enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att öppningarna i de undre raderna på den periferiska väggen (13) är dimensionerade för att ge ett större motstånd mot glasströmning än öppningarna i de övre raderna för en och samma glasviskositet.

7. Spinnare enligt krav 7, av k ä n n e t e c k n a d att öppningarna i de undre raderna har-en diamater som är mindre än den hos öppningarna ídde övre raderna.