SI9200116A

SI9200116A - Method and apparatus for making fibres

Info

Publication number: SI9200116A
Application number: SI19929200116A
Authority: SI
Inventors: Yannick Blandin; Daniel Sainte-Foi; Francis Mosnier
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1992-12-31
Also published as: AU1826592A; ES2081585T3; TR27170A; JPH05213625A; FI95124B; DK0519797T3; FR2677973B1; NO922391L; ZA924348B; CZ284308B6; EP0519797B1; IE74161B1; EP0519797A1; HU212585B; SK280750B6; CA2071561A1; IE921954A1; AR245960A1; NO305747B1; SK190592A3

Description

Postopek in priprava za izdelovanje vlaken

Izum obravnava postopke izdelovanja steklenih vlaken ali vlaken iz drugih termoplastičnih materialov s pomočjo postopka notranjega centrifugiranja, ki je povezan z vlečenjem s pomočjo toka plinov, ki so na visoki temperaturi. Uporablja se predvsem za industrijsko izdelovanje steklene volne, ki je namenjena, da se jo npr. vstavi v sestavo izdelkov za toplotno in/ali akustično izolacijo.

Postopek izdelovanja vlaken, na katerega se nanaša izum, obstoji v tem, da se vnaša curek raztaljenega stekla v centrifugator, ki se ga imenuje tudi krožnik za vlečenje vlaken in ki se vrti z veliko hitrostjo ter je na svojem obodu preluknjan z velikim številom ustij, skozi katera se steklo izbrizgava v obliki curkov in sicer pod vplivom centrifugalne sile. Ti curki so nato podvržene delovanju obročastega toka za vlečenje pri povišani temperaturi in hitrosti vzdolž stene centrifugirnika, pri čemer jih ta tok tanjša in jih pretvaija v vlakna. Pod povišanima temperaturo in hitrostjo se razume v smislu izuma temperatura, ki presega vsaj 500°C, in hitrost obročastega toka, ki presega ali pa je enaka 50 m/s. Vlakna, ki so se izoblikovala, ta vlečni plinski tok poganja proti pripravi za sprejem, ki je na splošno sestavljena iz traku, ki je prepusten za plin. Ta postopek je bil predmet številnih izboljšav in med njimi predvsem teh, ki so obrazložene v spisih US-A-2 991 507, FR-A-2 147 765, FR-A-2 459 783, FR-A-2 443 436, EP-A-91 381 in EP-A-91 866.

Čeprav naj bo hitrost plinskega toka za vlečenje zelo velika in sistematično večja od hitrosti izbrizgavanja curkov, je kinetična energija curkov zadostna, da določeno število le-teh prodre v plinski tok za vlečenje, ki obdaja centrifugimik v debelini le nekaj mm. Ta tok za vlečenje se nato razširi prav pod centrifugimikom, kar povzroči razpršitev niti po veliki površini. Te niti končno nagnejo svojo pot, da padajo na sprejemno blazino, ki je nameščena nekoliko metrov niže. Sprejemna blazina tako prestreže vlakna, ki so razpršena v valjastem svežnju majhnega premera glede na razsežnost blazine, zaradi česar je vlakna težko porazdeliti precej enakomerno po tej blazini.

Toplotno ravnovesje centrifugimika se sicer najpogosteje zagotovi z ogrevanjem s pomočjo indukcije z obročastim indukcijskim grelnikom, po katerem teče električni tok. Največjo učinkovitost se doseže, ko je ta obročasti indukcijski grelnik zelo blizu centrifugimika. Ker se uporablja centrifugimike, ki so prednostno brez dna, se namestitev tega indukcijskega ogrevalnika lahko izvede le tako, da se ga namesti tik ob zunanjosti centrifugimika in sicer koncentrično. Za prehod vlaken torej ostane le prostor, ki je sorazmerno ozek, ki pa ga je treba nujno upoštevati, da se prepreči, da indukcijski grelnik ne bi predstavljal oviro, ki bi bila očitno škodljiva za kakovost končnega izdelka, in ki kakorkoli ne bi mogel delovati prav dolgo, saj bi se zamašil z vlakni, ki ga zadevajo in bi se obenj prilepila.

Za razrešitev tega problema je znano, da se omeji plinski tok za vlečenje s pomočjo obdajajoče hladne plinske ploskve, ki ga usmerja na primeren način. Ta plinska ploskev se izvede s pihalnim vencem, ki obdaja obročasti gorilnik. Ker je hladna, poleg tega pomaga pri ohlajanju vlaken, katerih mehanska odpornost se tako izboljša zaradi učinka termičnega kaljenja.

To plinsko ploskev se npr. stvori s pomočjo pihalnega venca, ki je podoben vencu, ki je opisan v spisu US-A-2 991 507 in je sestavljen iz obročaste cevi, ki je opremljena z obodno špranjo ali z vrsto bližnjih ustij, pri čemer divergenca curkov zagotavlja neprekinjenost tekočinske bariere, ki se stvori najpozneje na višini prve vrste ustij centrifugimika, pri čemer te vrste strokovnjaki s področja sistematično štejejo od zgoraj navzdol. Tako se stvori tesno bariero, ki je neprehodna za vlakna, ki se jih tako usmerja.

Vendarle pa ta omejitev vlaken s pomočjo ploskve ne razrešuje problemov porazdelitve vlaken, predvsem pa ne problemov zaradi tvorjenja zank, kar je povzročeno z mešanjem vlaken. Preden se posvetimo mehanizmu tvorjenja zank, je potrebno poudariti, da so zanke razlog za številne napake, ki se jih opazi pri končnih izdelkih.

Na prvem mestu te zanke vodijo do porazdelitve vlaken, ki je lokalno heterogena in toliko bolj moti, kolikor je dolžina zank večja, tako da zanka teži, da se zaplete sama vase in pusti področja, v katerih primanjkuje vlaken, s tem da se naloži na kup. Na teh področjih je površinska masa izdelka manjša, kar lokalno spreminja določene lastnosti izdelka. Da bi se zagotovilo najnižji nivo performans, je torej potrebno izravnati ta področja, ki so lokalno deficitarna, z viškom vlaken, kar dodatno podraži izdelek.

Po drugi strani je orientacija vlaken v zankah različna od splošne orientacije posameznih vlaken, ki pa se lahko sama razlikuje od orientacije, ki je zaželjena v končnem izdelku. Zanke torej lahko otežijo obvladovanje te končne orientacije,kar predvsem vpliva na izolacijske lastnosti, na nagnjenost k delaminiranju in na odpornost na drobljenje.

Sicer se te zanke tvorijo pogosto zelo visoko v jašku za vlečenje vlaken in za sprejem vlaken, dokler vlakna niso oblepljena z razprševanjem veziva. Če vlakna niso dobro medsebojno ločena ob oblepljanju, porazdelitev veziva ni v celoti homogena, in vlakna, ki niso oblepljena, se razpoznavajo v končnem izdelku po belih lisah, ki se ločujejo od vlaken, ki so obarvana z vezivom. Pogled na izdelek je nekoliko popačen, vendar so predvsem prizadete določene izmed teh mehanskih lastnosti, kot so npr. natezna trdnost, odpornost na iztrganje vlaken, togost, ponovno napihovanje in primernost za obrezovanje.

Vsi ti parametri so bolj ali manj pomembni glede na tip izdelkov, ki so na splošno razporejeni kot lahki izdelki, katerih gostota je na splošno pod 25 ali celo 15 kg/m³ in so na splošno na razpolago v obliki svitkov, ali kot težki izdelki, katerih gostota je značilno nad 30 kg/m³ in ki so pogosto podvrženi pogojem za uporabo, ki obsega dobro mehansko odpornost. Razen tega je treba poudariti, daje zaželjeno, da se razpostavi polivalentne izdelovalne linije, torej opremljene s sredstvi, ki težijo k temu, da se razreši postavljene probleme, predvsem le-te, ki so povezani z oblikovanjem zank, kar se da bolj navzgomje in ne z zasilnimi sredstvi, ki odpravljajo le določene napake, ki so značilne za težke ali lahke izdelke, če so raziskovane lastnosti za težke ali lahke izdelke nekoliko različne.

V tem miselnem zaporedju rešitev torej ni zgolj v porazdeljevalnih pripravah, mehanskih ali pnevmatskih, kot so le-te opisane v patentnih prijavah EP-A-69 321 in EP-A-125 963 in ki težijo k temu, da se povzroči gibanje za izravnavnaje svežnja vlaken. Dejansko so takšne priprave učinkovite le s stališča končnega porazdeljevanja površinskih mas ne pa v pogledu v ožjem pomenu na tvorjenje zank in so prav posebno neučinkovite, kar zadeva težave z dolgimi zankami.

Razen tega je treba omeniti, da takšne priprave pogosto potrebujejo dolga in delikatna uravnavanja, ki jih lahko izvede le izkušeno osebje in ki jih je razen tega potrebno ponoviti ob vsaki spremembi pri izdelovanju. Sicer je treba poudariti, da se težava pri teh uravnavanjih nanaša na navidezno nezmožnost, da bi se ločilo vzroke, ki nastopajo v sklopu mehanizmov, pri čemer predvsem venec za pihanje igra določeno vlogo v postopku oblikovanja vlaken in dodatno zank, vendar na način, ki se ga ne da ločiti od njegove vloge pri omejevanju vlaken s ploskvijo.

V postopku za vlečenje vlaken, ki predstavlja predmet izuma, omogočajo različna razmišljanja, ki so podrobno zabeležena v spisu EP-B-91866, da se predpostavi, da je celo, če je vlečenje očitno kompleksen pojav, kjer nastopa gibanje centrifugirnika in vročega plinskega toka za vlečenje vlaken, najverjetnejša poenostavljajoča predpostavka, ki sledi v bistvu mehanski efekt, pri čemer je vlakno po eni strani povezano s centrifugimikom in po drugi strani vlečeno s pomočjo trenja, ki ga izvaja plinski tok. Povišana temperatura le-tega omogoča po drugi strani, da se vzdržuje vlakno v stanju tekočnosti, ki je primemo za njegovo vlečenje. Vendar ima seveda ta mehanska predpostavka svojo mejo, saj se stanjšana vlakna razdrobijo zaradi njihovih trkov s plinski tokom in medseboj, pri čemer je gostota ustij na centrifugimiku značilno reda velikosti 15 do 50 ustij na cm² in je zanesljivo, da so ti udarci številni. Razen tega pa tekočinska bariera, ki jo stvori venec za pihanje, upočasnuje vlečenje, pri čemer na grob način ohlaja vlakna. Vendar se razen tega zdi, da se vlakna na njej odbijajo in so med vlečenjem vrnjena proti curkom, kar pospešuje mešanje vlaken.

Da bi se bolje razumelo, katere so vloge, ki jih lahko igra venec za pihanje, je lahko zanimivo ozreti se na druge postopke za vlečenje vlaken, ki nudijo številne analogije s postopkom, ki je omenjen tukaj, vendar se jih lahko preprosto razloži, saj ne obsegajo gorilnika za vlečenje take vrste, da venec deluje na curke in ne na vlakna ali na mešanico vlaken in curkov.

Prvi izmed teh postopkov je opisan v spisih US-A-4 302 234 in US-A-4 303 430 in obstoji v postopku vlečenja vlaken z notranjim centrifugiranjem in s plinskim vlečenjem na hladno. V tem primeru so curki, ki jih izbrizga centrifugimik, eventualno vzdrževani pri visoki temperaturi s pomočjo gorilnika z razsežnimi robovi, ki tvori vroč plinski tok toda pri nizki hitrosti. Ta plinski tok vzdržuje centrifugirane curke v plastičnem stanju, ne da bi zato neposredno sodeloval pri njihovem vlečenju. To vlečenje je nasprotno izvedeno s pomočjo različnih turbulentnih plinskih curkov, ki jih izpihava pihalni venec, katerega organi za proizvajanje curkov so razmaknjeni za okoli 50 mm.

Drugi postopek, ki se ga lahko omeni, je opisan v spisu US-A-4 058 386 in je podan kot postopek za vlečenje vlaken s čistim centrifugiranjem. V tem primeru so curki pripravljeni izhajajoč iz centrifugirnika, ki je preluknjan z ustji, ki so 3 do 10 x manjša od ustij pri postopkih, ki so bili predhodno omenjeni, tako da centrifugalna sila dopušča, da se neposredno dobi končen premer, ne da bi bilo potrebno dodatno vlečenje. Zato pa je potrebno te curke ponovno usmeijati proti sprejemnemu organu in jih rezati. To operacijo se izvaja s pomočjo venca za pihanje, ki obsega šobe, ki so razmeščene po obodu; curki prehajajo skozi brezvetrna področja med dvemi curki in se nato zaradi sukanja centrifugirnika znajdejo v položaju, da jih zadane curek, in so pretrgani.

V prvem primeru s curki, ki so sorazmerno debeli, ima venec za pihanje tako v bistvu učinek vlečenja s pomočjo trenja, pri čemer je to ojačeno s turbulentnim značajem plinskih curkov. Nasprotno pa v drugem primeru, ki se nanaša na curke, ki so že stanjšani, venec za pihanje deluje v bistvu tako, da razkosa te curke. Torej je jasno, da je vloga venca za pihanje v funkciji postopka za izdelovanje in vlečenje vlaken.

Tvorci predloženega izuma so si zadali nalogo, da študirajo venec za pihanje z diskontinuimimi curki za postopek vlečenja vlaken s pomočjo centrifugiranja in z vročim plinskim vlečenjem, da bi se ugotovilo, ali se potrdi ena ali druga izmed prednosti, ki se jih pripisuje vencem s področja, če se jih uporabi v drugih postopkih vlečenja vlaken.

Najprej je treba omeniti, da takšna študija a priori ne bi mogla biti samo teoretična in brez industrijske uporabi. Dejansko v dveh prej navedenih postopkih venec za pihanje deluje na curke, ki se še držijo z enim.koncem centrifugimika in ki bi se jih torej lahko imelo za niti z neskončno dolžino. Delovanje curkov, izhajajočih iz venca za pihanje, je torej neposredno odvisno od vrtenja centrifugirnika. V postopku vlečenja vlaken s pomočjo notranjega centrifugiranja in vročega plinskega vlečenja deluje venec za pihanje nasprotno na vlakna, ki večinoma niso povezana s centrifugimikom. Sicer pa zadošča, da se zaustavi venec za pihanje za nekaj trenutkov, da se ugotovi, da plinski tok za vlečenje zadošča, da se stvorijo vlakna in da se jih vleče proti organu za sprejem, celo če se Seveda nato hitro soočimo s problemi porazdelitve in prehoda skozi obročasti indukcijski grelnik. V teh pogojih bi lahko računali na to, da venec za pihanje v curkih, ki ni neposredno na višini centrifugirnika, prepušča veliko število vlaken in je popolnoma neučinkovit v svoji vlogi usmerjanja vlaken s pomočjo ploskve.

Tvorce predloženega izuma je vendarle presenetilo, da so ugotovili, da se zelo dobre rezultate dobi, če se postopa z vencem za pihanje, katerega curki so izvedeni posamič po vsej preluknjani višini obodnega traku centrifugirnika in se združijo na višini, kije bližnja, vendar nižja od višine zadnje vrste ustij obodnega traku.

Izum predlaga na splošen način postopek za izdelovanje steklenih vlaken ali vlaken iz drugega termoplastičnega materiala, pri čemer ta postopek izhaja iz znanega postopka po patentni prijavi FR-A-2 443 436 in še po patentnem spisu EP-A-91 866, z drugimi besedami, postopek za vlečenje vlaken s pomočjo notranjega centrifugiranja in za plinsko vlečenje pri visoki temperaturi, po katerem se material, ki ga je treba potegniti v vlakna, v stanju, v katerem se ga lahko vleče, razlije po notranjosti centrifugirnika, ki se vrti okrog osi, ki je v bistvu navpična in katerega obodni trak je preluknjan z zelo velikim številom ustij, od koder je material izbrizgan v obliki curkov, ki se jih neposredno vleče v vlakna in se jih poganja proti sprejemnemu or6 ganu s plinskim tokom pri povišani temperaturi in hitrosti, pri čemer je ta tok usmerjen vzdolž oboda centrifugirnika pravokotno na smer izbrizgavanja vlaken, pri čemer se ta plinski tok za vlečenje in poganjanje vlaken usmerja s pomočjo obdajajoče hladne plinske ploskve, ki je izoblikovana po vsej svoji višini obodnega traku iz divergentnih posamičnih plinskih curkov, pri čemer se omenjeni curki združijo nekoliko za zadnjo vrsto ustij obodnega traku, pri čemer se te vrste šteje od zgoraj navzdol.

Pod temi pogoji je očitno, da hladna plinska ploskev zadostno usmerja plinski tok za vlečenje, da bi se preprečilo, da se ploskev vlaken ne bi razširila preveč tik pod centrifugimikom in da je s tega stališča delovanje očitno zelo sorodno delovanju, do katerega se pride z gosto kontinuirno ploskvijo. Zato se to presenetljivo delovanje potrdi le, če je plinska ploskev prekinjena na višini preluknjanega traku centrifugirnika in je kontinuima nekoliko za zadnjo vrsto ustij, npr. na nivoju dna obodnega traku.

Oba curka se obravnava kot združena izhajajoč z mesta, kjer sta njuni mejni ploskvi tangentni, pri čemer sta ti mejni ploskvi definirani v skladu z mehanskimi teorijami tekočin kot ploskvi, ki omejujeta ves prostor, ki ga zaseda plin v gibanju ali drugače povedano, z mestom vseh točk, kjer komponenta hitrosti vzdolž osi pretakanja izgine ali pa je vsaj zanemarljiva glede na hitrost sredstva, kjer se pretaka curek, pri čemer sta curka tukaj obravnavana v njunem glavnem področju v trenutku, ko se jih lahko torej obravnava, kot da izhajata iz neskončno majhnega točkastega izvora.

V praksi se dobi dobre rezultate, ko se curka združita v razdalji okoli 20 mm pod zadnjo vrsto ustij, kar ustreza bližini nivoja elektromagnetnega indukcijskega grelnika, kadar se le-ta uporablja. Da se zagotovi dobro delovanje le-tega, ne bo nivo združitve curkov v nobenem primeru prednostno nižji od spodnjega nivoja indukcijskega grelnika.

Posamični curki v skladu z izumom so izpihavani prednostno z veliko hitrostjo, ki prednostno ni pod 250 m/s na višini organa, ki generira curke. Med dvema curkoma je hitrost plina normalno v bistvu enaka nič, vendar so negativne hitrosti prav tako dopustne, kar ustreza prisotnosti tokov v nasprotni smeri.

Učinek, ki je popolnoma značilen za venec za pihanje s posamičnimi curki po izumu, je v tem, da vodi do manjšega tvorjenja zank na nivoju centrifugimika, kar se opazi na oko in se predvsem odrazi v performansah, ki se jih meri na končnih izdelkih. Ponudi se lahko več predpostavk, da se razloži ta pojav, čeprav je verjetno, da te razlage ne upoštevajo v celoti nastopajočih pojavov in da medsebojna odvisnost mnogih parametrov, ki vplivajo na končni izdelek, zapleta vsakršno razlago.

Prva predpostavka bi bila le-ta o skrajšanju vlaken. Dejansko se v postopku vlečenja vlaken, ki je tukaj opisan, curki tanjšajo s pomočjo obročastega plinskega toka za vlečenje in se normalno pretrgajo. Vendarle lahko pride do tega, da se stvorijo izjemno dolga vlakna, preden so prekinjena, in ta dolga vlakna - npr. nekako 10 cm ali več - bodo povsem razumljivo težila k temu, da se zapletejo v zanke, ki bodo ob svoji tvorbi zajele druga posamična vlakna. Z vencem za pihanje po izumu je verjetno, da se bo pojavil mehanizem, ki je soroden temu, ki je opisan v spisu US-A-4 058 386, in da bodo nekatera dolga vlakna prodrla skozi hladno plinsko ploskev v področja, ki ležijo med curki, preden bodo nasilno odtrgana s plinskim curkom. Nasprotno pa bi bila vlakna, ki so že stvoijena na pretežen način, poganjana s plinskim vlečnim tokom, kar bi pojasnilo tesen značaj diskontinuirne ploskve. Sicer ta učinek dopušča, da se postavimo eventualno v pogoje za vlečenje, ki so sorazmerno manj grobi, s tem da si izberemo temperaturo plina za vlečenje in pritisk gorilnika za vlečenje samo v odvisnosti od zadane finosti vlaken neodvisno od njihovih dolžin, ki so v bistvu uravnavane z vencem za pihanje. Druga predpostavka, ki pa je povezana s prvo, je v tem, da bi do omenjenega loma prihajalo le, če bi bilo predhodno izvajano dodatno vlečenje zaradi vleka, ki se izvaja s temi vlakni ob pospeševanju, tako da bi se lahko dobilo vlakna določene finoče s pritiskom gorilnika za vlečenje, ki bi bil sorazmerno nizek. Tako bi se omejilo turbulentne pojave, ki jih povzroči gorilnik za vlečenje, in s tem tvorjenje zank.

Predmet predloženega izuma je prav tako priprava za izdelovanje steklenih vlaken ali vlaken iz drugih termoplastičnih materialov, ki obsega centrifugimik, ki se vrti okrog osi, ki je v bistvu navpična, in katerega obodni trak je preluknjan z zelo velikim številom ustij, in obročast gorilnik za vlečenje ter venec za pihanje, ki obsega elemente za tvorjenje posameznih plinskih curkov, ki so divergentni in razmaknjeni za d=2 h tg a, kjer a predstavlja kot divergence curkov ali bolj natančno, kot med središčno simetrijsko osjo curka in asimptotično krivuljo ob njegovi meji ter h raz8 daljo, ki je med enkratnikom in največ dvakratnikom, prednostno pa največ enaka 1,5-kratniku višine, ki je izmerjena med dnom omenjenih elementov za generiranje plinskih curkov in zadnjo vrstico ustij obodnega traku. Prednostno pa vsaj h presega to višino, ki meri okoli 20 mm.

Ko je razmak med plinskimi curki določen, se lahko venec za pihanje po izumu izvede na različne načine. V prvi varianti, katere prostost predstavlja glavno prednost, je venec za pihanje sestavljen iz preprostega cevastega obroča venca, ki je preluknjan z ustji, katerih premer je npr. med 2 in 3 mm. V tej varianti se venec za pihanje po izumu ne razlikuje torej od venca, ki je poznan iz US-A-2 991 507, razen po razdalji med ustji in premeru le-teh, kije povečan za 50 do 100 %.

N drugi varianti je venec za pihanje lahko sestavljen iz vrste šob, ki se jih napaja iz dodatnega rezervoarja, ki je odmaknjen od centrifugirnika, da bi se bolj poudarilo pojave uvajanje zunanjega zraka s pomočjo venca za pihanje.

Varianti, ki je prav posebno prednostna pri izumu, je venec za pihanje sestavljen iz cevastega obroča, katerega ustja so opremljena z bradavicami, ki so pritrjene npr. z valjenjem in izvede iz neferomagnetnega materiala, da bi se izognili vsakršni motnji zaradi elektromagnetne indukcije. Da se omogoči podaljšano vodenje plinskih curkov, bradavice vodijo do precej večje stabilnosti pogojev za izpihavanje posamičnih plinskih curkov in se s tem ugodno vpliva na pravilnost delovanja venca.

Druge podrobnosti in prednostne značilosti izhajajo iz opisa v nadaljnjem in sklicujoč se na predložene risbe, ki predstavljajo na sliki 1: shematičen pogled v prerezu na sklop glavnih elementov, ki nastopajo v pripravi za vlečenje vlaken s pomočjo notranjega centrifugiranja in za vlečenje s pomočjo plinov na visoki temperaturi in pri visoki hitrosti, sliki 2: dve shemi, ki predstavljata princip venca za pihanje po US-A-2 991

507 (slika 2-A) in po izumu (slika 2-B), sliki 3: prikaz plinskega curka, sliki 4:

sliki 5 sliki 6:

sliki 7;

pogled v prerezu na venec tipa preluknjane obročaste cevi, pogled v prerezu na venec s šobami tako kot navpičen prerez (slika 5a), pogled v prerezu na venec z bradavicami, pogled v prerezu, ki prikazuje prečno porazdelitev izdelka.

Slika 1 na zelo shematičen način predstavlja napravo za vlečenje vlaken, ki je primerna za izvedbo izuma in je z izjemo očitno venca za pihanje v skladu s primerom po nauku patentne prijave EP-A-91866. Ta naprava je v bistvu sestavljena iz centrifugimika 1 brez dna, katerega obodni trak je preluknjan z velikim številom ustij, pri čemer so vsi ti deli pritrjeni na pesto 2, ki je nasajeno na rotacijsko gred 3, ki je nameščena navpično in jo poganja motor 4. Raztaljeno steklo 5 napaja centrifugimik, s tem, da potuje po votli gredi 3 in se razliva v koš 6 s polnim dnom, ki je opremljen z valjasto steno, ki je preluknjana z majhnim številom ustij, ki so sorazmerno široka in so npr. premera reda velikosti 3 mm, zaradi katerih se raztaljeno steklo porazdeli v obliki primarnih curkov 7, ki so usmerjeni proti notranjosti obodnega pasu, od koder je steklo iztisnjeno v obliki curkov 8 pod vplivom centrifugalne sile.

Centrifugimik je obdan z obročastim gorilnikom 9, ki tukaj s kovinskim ogrodjem, ki je ohlajano z vodo, omejuje izgorevalno komoro 10, ki je povezana s šobo 11, ki oblikuje tok za vlečenje. Šoba 11 je izoblikovana z notranjo in zunanjo ustnico 12 in 13, ki sta prav tako ohlajani in ki se odpirata prav nad obodno steno centrifugimika.

Prav pod centrifugirnikom in soosno z njim se nahaja obročasti indukcijski grelnik 14, ki pomaga pri vzdrževanju toplotnega ravnovesja gorilnika, predvsem da se izravna sorazmerno ohlajanje dna obodnega traku, kije manj ogrevano s plinom za vlečenje, saj je bolj oddaljeno od ustnic 12 in 13 obročastega gorilnika. Druge podrobnosti o tem induktivnem grelniku so navedene predvsem v spisu US-A-3 077 092.

Koncentričen venec 15 za pihanje obročastega gorilnika oddaja tok hladnega zraka pri temperaturi, ki je v bistvu blizu okolišnje temperature. Slika 2a prikazuje geometrijo curkov v vencu za pihanje po stanju tehnike, npr. po spisu US-A-2 991 507 : curke 16 tako emitirajo ustja, ki so si zelo blizu, npr. z entrakso (medosno razdajo) okoli 7,4 mm za ustja s premerom okoli 1,5 mm in pri dovolj veliki oddaljenosti od prve vrste ustij, tukaj je shematizirano predstavljena s prekinjeno linijo 17, da bi se curki zmešali na njeni višini in tvorili odtlej neprekinjeno ploskev. V primeru izuma, ki je nasprotno predstavljen na sl. 2b, se skuša karseda ohraniti posamičnost curkov na višini preluknjanega traku centrifugirnika, zaradi česar so lahko ustja venca nekoliko spuščena in curki izpihavani zelo blizu prve vrste - gre za razmestitev, ki vodi do curkov z večjo energijo, pri čemer se največjo hitrost pridobi ob izstopu. Sicer so ustja razločno bolj oddaljena (npr. razmeščena z entrakso okoli 25 mm pri premeru odprtine 2,5 mm), tako da se curki združijo šele, potem ko so prepotovali razdaljo, ki je blizu 60 mm, in so torej še posamični na višini zadnje vrste ustij preluknjanega traku centrifugirnika, ki je tukaj predstavljena z linijo 18. Nasprotno pa ta posamičnost izgine v bližini indukcijskega grelnika 19 in odtlej je ploskev neprekinjena.

Na sl. 2a in 2b so curki shematično predstavljeni, kot izhajajoči iz neskončno majhnega točkastega izvora, medtem ko so dejansko stvoijeni z izvorom, ki ima prerez nekaj kvadratnih milimetrov. Vendarle v kolikor ključna točka izuma obravnava področje združitve dveh curkov in je le ta nameščena daleč od področja izpihavanja, ta približek ne moti, kot se lahko to vidi s sl. 3, kjer je predstavljen diagram curka, ki se ga dobi izhajajoč iz izvora S, ki proizvaja curek, pri čemer se dopušča osna simetrija okrog osi A. Kot izhaja iz mehanike tekočin, ta curek obsega tri področja: začetno področje 20 v obliki stožca, vmesno področje 21 in glavno področje 22, ki je omejeno z mejo curka, to se pravi z mestom točk s hitrostjo 0. V glavnem področju je ta meja omejena z asimptotsko krivuljo 23, ki je takšne vrste, da se curek lahko obravnava v tem področju kot sovpadajoč s stožcem z osjo A in kotom a, ki ima svoj vrh v točki osi A, ki sovpada s točko izvora S. V smislu izuma je a določen kot divergenčni kot curka in največja obravnavana hitrost curka je hitrost, ki je merjena na osi A na višini izvora S, in dva sosednja curka se obravnava kot združena, ko se njuni ustrezni meji križata.

Venec po izumu je bil preizkušen v različnih izvedbenih variantah, ki so shematično predstavljene na sl. 4 do 6. Slika 4 ustreza vencu tipa preluknjane obročaste cevi, ki je sestavljena iz preprostega svežnja 24 pravokotnega prereza, katerega spodnja stena je preluknjana z vrsto različnih ustij 25. Venca Cl in C2 ustrezata temu prvemu tipu. Sliki 5 in 5a prikazujeta venec s šobami ali bolj natančno z dvojnimi šobami, kot se lahko vidi v prerezu 4a. Vsak curek je tako proizveden s šobo 26, ki jo napaja cev 27. Za razliko od predhodnega primera je napajanje vsake skupine po dveh šob torej izvedeno posamično. Venca C4 in C5 ustrezata temu tipu.

Končno prikazuje sl. 6 varianto, ki je izvedena iz sl. 4, kjer je bradavica 28 nameščena z ozirom na vsako ustje ali luknjo. Venec C3 je bil izveden po tem modelu. Značilnosti preizkušenih vencev so naslednje:

TABELA I

Tip	Število lukenj	Entraksa (mm)	Luknja (mm)	Venec (mm)
Cl	290	7,43	1,5	686
C2	86	25	2,5	686
C3	86	25	2,5	686
C4	86	25	2,5	686
C5	43	50,1	3	686

Venec Cl je standarden venec v skladu z naukom spisa US-A-2 991 507. Venec C2 se razlikuje od tega venca Cl le po večjem razmaku med luknjami, kar je delno izravnano s povečanjem premera ustij. Venec C3 temelji na vencu C2, le da so ustja nadomeščena z bradavicami iz nerjavnega jekla ali kateregakoli drugega neferomagnetnega materiala in privaljene na obroč ter prednostno vodijo curek na višini reda 10 mm ali manj, medtem ko v primeru preluknjane obročaste cevi to vodenje lahko poteka kvečjemu na višini, ki ustreza debelini stene cevi. Razen tega je z bradavicami zelo lahko curkom podeliti majhen nagib, tako da jim da usmeritev, ki ni vzporedna z osjo centrifugirnika. Končno sta venca C4 in C5 venca, ki sta sestavljena iz vrste medseboj enako oddaljenih šob.

V nadaljnjem in brez posebnih nasprotnih navedb so bili vsi poizkusi izvedeni s centrifugimikom premera 600 mm s porazdelitvijo lukenj, ki je temeljila na naukih patentne spisa FR-A-1 182 917 in pogojev poteka, ki so opisani v patentni prijavi EP-A-91 866, predvsem kar zadeva uporabljene sestave stekla. Obročasti gorilnik proizvaja plinski tok, katerega temperatura na ustju gorilnika je okoli od 1430°C do 1450°C. Finoča vlaken je določena z vrednostjo njihove mikronaže (F) na 5 g. Meritev mikronaže, ki se tudi pravi indeks finoče, upošteva specifično površino s pomočjo merjenja padca aerodinamičnega pritiska, koje določena količina vlaken, ki so vzeta iz neprepojene blazine, podvržena določenemu tlaku, na splošno zraka ali dušika. Ta meritev je običajna v enotah za proizvodnjo mineralnih vlaken in je normirana (DIN 53941 ali ASTM D 1448) in uporablja aparat, ki se mu pravi mikronažni aparat. Poskusi v povezavi z izumom so bili opravljeni s strojem SHEFFIELD, tipa FAM 60 P. Ta stroj ima dotok zraka (ali dušika) pod pritiskom, loputo za reguliranje tega pritiska, merilnik pretoka, valjasto komoro z navpično osjo in z vstopom plina v spodnjem predelu. Odtehtana vlakna (najpogosteje 5 gramov 0,01 g) so pritisnjena ob dno komore s kalibriranim čepom, ki omogoča, da uhaja plin. Predhoden poizkus omogoča naravnati pretok zraka na dane vrednosti in prav tako vedno preden'se začne poizkus s tamponom iz vlaken. Merjenje mikronaže ali indeksa finoče obstoji v tem, da se odčita normirano vrednost na merilniku pretoka, ko je vlakno nameščeno. Da se dela v istem področju padcev pritiska, je potrebno prilagoditi količino vlaken, ki se jih preizkuša s tem, da se zmanjšaju maso, ko se zmanjšuje premer. Torej je to potrebno omeniti hkrati z rezultatom pretoka. Vedeti je treba, da čimbolj so vlakna fina, tem večja je njihova zmožnost, da ovirajo prehod plinskega toka - in povezano njihova izolacijska zmožnost - torej mikronaža bo majhna.

Prvo so bili ti poizkusi izvajani v primeru izdelovanja težkih izdelkov, za katere so zahteve ob mehanskem obnašanju vsaj tako pomembne, kot le-te, ki se nanašajo na izlacijsko zmogljivost. Poizkusi so bili nato izvajani z dinamičnim pritiskom, ki je na nivoju gorilnika znašal 32500 Pa, pri hitrosti centrifugimika 1450 obr/min, kar je vodilo do vlaken z mikronažo 4 na 5 g. Gostota izdelkov je okoli 84 kg/m³, njihova vsebnost veziva pa 6,8%.

TABELAH

Tip	Pretok zraka	Poveš	Iztržna obremenitev
	(m³/h)	(mm)	(N/dm²)
Cl	932	105	28
Cl	630	101	55
C2	823	107	40
C2	560	115	⁴²
C3	750	105	67
C3	550	85	56
C4	750	105	55
C4	540	102	62
C5	520	120	50
C5	653	106	25

TABELA III (nadaljevanje)

Tip venca	Stisljivost kPa (25%)	Primernost za rezanje	λ pri 24°C	Porazdeljenost %
Cl	32	slaba	32,5	75
Cl	29	dobra	32,5	84
C2	32	dobra	32,8	88
C2	33	dobra	32,7	97
C3	36	dobra	32,8	84
C3	37	dobra	32,5	97
C4	30	dobra	32,8	88

C4	29	slaba	32,7	97
C5	50	srednja	32,9	65
C5	41	srednja	32,8	59

Poveš tukaj pomeni posedanje plošče dimenzije 1,20 m, ki preprosto počiva na dveh vzdolžnih koncih; čim manjša je vrednost, tem bolj se izdelek obnaša kot toga plošča, kar poenostavlja njegovo namestitev. Pod iztržno obremenitvijo (v N/dm²) se razume silo, ki jo je treba izvajati, da se iztrga kos razsežnosti dm² iz izdelka. Vrednost stisljivosti (kPa) ustreza tlaku, ki ga je treba izvajati, da se zmanjša debelino izdelka na četrtino. Toplotna prevodnost λ, ki je merjena pri 24°C, je podana v W/m °C. Porazdeljenost končno izraža odstotek meritev, pri katerih je merjena površinska masa enaka 10 % srednje površinske mase (tukaj 2270 g/m², pri debelini 27 mm), pri čemer se vsako meritev izvaja na podolgovatem traku izdelka, pri čemer je osem trakov potrebnih, da se sestavi izdelek v njegovi začetni širini.

Slika 7 na jasnejši način ponazarja povišanje nivoja porazdeljenosti. Izdelek je bil zopet razrezan na osem vzdolžnih trakov in merjena je bila površinska masa vsakega. Točkaste krivulje ustrezajo izdelkom, ki se jih dobi z vencem vrste Cl, neprekinjene krivulje se dobi z venci tipa C3. Nepravilnosti od traku do traku so jasno manj izražene pri vencu po izumu.

Iz predhodne tabele izhaja, da v vsakem primeru venci po izumu (C2 do C4) vodijo do vrednosti, ki so vsaj enake vrednostim, ki se jih dobi s standardnim vencem, pri čemer se boljše rezultate dobi z vencem z bradavicami (C3), predvsem kar se tiče iztržne obremenitve in vrednosti povesov.

Nasprotno pa so rezultati, ki se jih dobi z vencem C5, kjer so curki še posamični precej za prehodom pod centrifugirnikom, slabi. Drug pomemben vidik izdelkov po izumu je zelo znatno zmanjšanje števila belih lis, kar s tem kaže na bolj homogeno prepojitev. Torej se zdi dobro, da se postopajoč po izumu dobi učinek rezanja snopa vlaken po sorazmerno kratkih zankah.

Ti poizkusi so dalje obravnavali lahek izdelek, ki se ga dobi z dinamičnim pritiskom na nivoju gorilnika, ki znaša okoli 45500 Pa, pri hitrosti centrifugirnika okoli 1900 obr/min. Površinska masa je okoli 880 g/m², gostota okoli 11 kg/m³, mikronaža F/5g okoli 3,0 in vsebnost veziva fenol-formaldehida okoli 4,5%. Ta vrsta izdelka se na splošno prodaja v obliki svitkov in se uporablja za izolacijo podstrešij ali navpičnih sten.

	TABELA III
Tip venca	Q	RT	RE	λ	Porazdeljenost
	m³/h	N/g	%	W/m°C
Cl	480	2,50	139	45,8	94%
C2	602	2,65	139	45,3	88%
C2	334	2,66	138	45,1	81%
C3	557	2,46	138	45,8	94%
C3	317	2,60	138	45,2	91%
C4		2,32	140	45,8	88%
C5		2,28	131

V tej tabeli se RT nanaša na vlečno trdnost, ki je tukaj izražena v N/g, to se pravi na silo, ki je potrebna, da se pretrga vzorec, ki ga na njegovih dveh koncih zgrabita dve čeljusti; RE ustreza ponovni vrednosti gostote (izražene v odstotkih) izdelka, ki je stisnjen za faktor 6, pri čemer vrednost 100 ustreza nominalni gostoti izdelka, ne njegovi efektivni gostoti, kar pojasnjuje, da se dobi vrednosti, ki presegajo 100. Toplotna prevodnost in porazdelitev so izražene v istih enotah kot v predhodnem primeru.

Zdi se, da tukaj navedene vrednosti odražajo zelo šibek vpliv od venca za pihanje do venca za pihanje, vendar je pomembno omeniti, da so vse te vrednosti zadovoljive z izjemo venca, katerega curki so od originala odmaknjeni okoli 50 mm in se ne spojijo, dokler niso precej niže od indukcijskega grelnika.

Po drugi strani izdelki po izumu predstavljajo znatno zmanjšanje števila svetlih lis. Toda celo če v primeru lahkih izdelkov rezultati niso razločno izboljšani, to jasno razkriva ugoden učinek. Razen tega so bili izdelki dobljeni na zelo preprost način, ne da bi se spremenilo katerikoli parameter postopka glede na predhoden primer, vendar z izdelovalno linijo, ki je strogo identična. Polivalenca linije je torej zelo občutno povečana zaradi izboljšanja, kije bilo ugotovljeno za te težke izdelke.

Končno se lahko omeni, da se lahko vence za pihanje po izumu prav tako lahko uporablja pri zelo dobrih pogojih s pogoji za vlečenje s plinom, ki so nekoliko različni, npr. s temperaturo plina za vlečenje okoli 800°C, s hitrostjo plinskega toka za vlečenje okoli 50 m/s, pri čemer je centrifugirnik v tem primeru opremljen z ustji, ki so nekoliko manjša kot v predhodno omenjenih primerih, da bi se izravnala sorazmerno zmanjšanje vlečenja s pomočjo plinskega toka.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Postopek za izdelovanja steklenih vlaken ali vlaken iz drugih termoplastičnih materialov z notranjim centrifugiranjem, ki je povezano s plinskim vlečenjem pri visoki temperaturi, po katerem se material, ki ga je treba pretvoriti v vlakna, v stanju, ko se ga lahko vleče, razlije v notranjosti centrifugimika, ki se vrti okrog osi, ki je v bistvu navpična, in katerega obodni trak je preluknjan z zelo velikim številom ustij, od koder se material izbrizgava v obliki curkov, ki se jih vleče v vlakna in poganja s plinskim tokom pri povišani temperaturi in hitrosti, kije usmerjen vzdolž oboda centrifugimika, prečno na smer izbrizgavanja vlaken, in usmerjan z obdajajočo hladno plinsko ploskvijo, označen s tem, da je omenjena ploskev stvorjena po vsej preluknjani višini obodnega traku s posamičnimi divergentnimi curki, ki se združijo nekaj za najnižjo vrsto ustij obodnega traku.
2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se plinski curki združijo okoli 20 mm niže od najnižje vrste ustij.
3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da je hitrost izpihavanja omenjenih curkov višja od 250 m/s.
4. Postopek po enem izmed predhodnih zahtevkov, po katerem se centrifugirnik ogreva z elektromagnetno indukcijo, označen s tem, da se curki združijo na višini obročastega indukcijskega grelnika.
5. Postopek po enem izmed predhodnih zahtevkov, označen s tem, da so curki izpihavani s hitrostjo, katere vodoravna komponenta je enaka 0.
6. Priprava za izdelovanje vlaken iz stekla ali drugih termoplastičnih materialov, ki obsega centrifugirnik, ki se vrti okrog osi, ki je v bistvu navpična, in je centrifugirnikov oboden trak preluknjan z velikim številom ustij, in obročast gorilnik za vlečenje ter koncentričen venec za pihanje, označena s tem, da omenjeni venec za pihanje obsega elemente za tvorjenje posamičnih divergentnih plinskih curkov, ki so razmaknjeni za d = 2 htg a, kjer a predstavlja kot divergentnosti curkov in h razdaljo, ki je med enkratnikom in dvakratnikom, prednostno pa okoli 1,5-kratnik višine med dnom omenjenih elementov za tvorjenje curkov in zadnjo vrsto ustij obodnega traku.

Ί. Priprava po zahtevku 6, označena s tem, da h presega za okoli 20 mm višino med dnom omenjenih elementov za tvorjenje plinskih curkov in zadnjo vrsto ustij obodnega traku.
8. Priprava po zahtevku 6 ali 7, označena s tem, da je venec za pihanje sestavljen iz preluknjanega cevastega obroča.
9. Priprava po zahtevku 6 ali 7, označena s tem, da je venec za pihanje sestavljen iz cevastega obroča, na katerem so pritrjene bradavice.
10. Priprava po zahtevku 6 ali 7, označena s tem, daje venec za pihanje sestavljen iz vrste šob.