SU1061696A3 - Фильера дл выт гивани стекловолокна - Google Patents

Abstract

1. ФИЛЬЕРА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА, выполненна  в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверсти ми , отличающа с , тем, что, с целью повышени  производительности , на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канавки одной группы пересекаютс  с канавками другой группы с образованием участков, в каждом из которых выполнено одно отверстие . О) со о

Description

2.Фильера по п. 1, Ь т л ичаюша с  тем, что группы канавок пересекаютс  друг с другом под пр мым углом.

3.Фильера по п. 1, о т л и-, чающа с  тем, что на нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекаюишес  друг с другом под углом 6.0, причем участки треугольной формы.

4.Фильера по пп. 1-3, отличающа с  тем, что канавки

выполнены с пр моугольным поперечным сечением.

5.Фильера по пп. 1-3, отличающа с  тем, что канавки выполнены с треугольным поперечным сечением.

6.Фильера по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а  .с   тем, что канаЬки выполнены с перевернутым и-обоаэным поперечным сечением.

Изобретение относитс  к производству стекл нного волокна,а более конкретно к усовершенствованию фильеры такого типа, котора  имеет плоскую нижнюю поверхность.

Фильеры дл  втулок, предйазначенных дл  выт гивани  стекловолокна, могут быть классифицированы в основном на два типа. Первый тип - это фильеры с множеством отверстий, выход щих на плоскую нижнюю поверхность фильеры. Другой тип - это фильеры, имеющие отверсти  с насадкой , т.е. каждое отверстие заканчиваетс  направленным вниз насадком, выступающим от нижней поверхности фильеры.

Первый тип фильеры выгоден тем, что он очень прост в изготовленииj но при его использовании выработка стекловолокна на одну фильеру не может быть повыиена сверх определенного предела, так как при увеличении плотности расположени  обыкновенных отверстий выше определенного предела конусьа расплавленного стекла, образованные у соседних отверстий на нижней поверхности фильеры , стрем тс  слитьс , затрудн   выт гивание стекловЬлокна.

Достоинством фильеры второго типа вл етс  то, что плотность расположени  отверстий° может быть увеличена, поскольку отверсти  с насадком предотвращают сли ние расплавленного стекла, выход щего из соседних отверстий, благодар  чему .можно избежать заливки нижней поверхности фильеры расплавленным стеклом . Однако и здесь существует предел увеличени  плотности расположени  отверстий,так как при увеличении плотности расположени  отверстий выход щее из отверсти  расплавленное стекло поднимаетс  по наружной стенке насадка и соедин етс  с расплавленным стеклом, вытекающим из соседни-х отверстий. Дл  предотвращени  этого  влени  между р дами насадков размещают охлаждаемые водой ребра или трубки дл  циркул ции охлаждающей воды, чтобы охлаждать выход щее из отверстий расплавленное стекло. В результате шаг отверстий с насадком, т.е. межцентровое paccto ниe между соQ седними отверсти ми, также ограничиваетс . Например, шаг отверстий 3,5-5 мм на участках без охлаждающих ребер и 5,5-10,0 мм на участках с охлаждающими ребрами. Следова- те ьно, известные фильер1з1 с на садками имеют среднее число отверс: тий 400-800 и максимальное 2000. Кроме того, изготовление фильер с. насадками  вл етс  сложным, что обусловливает их высокую стоимость.

0 Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  фильера дл  выт гивани  стекловолокна, выполненна  в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверсти ми. Используема  при этом , фильера обычно имеет толщину 1, мм и 2000-6000 отверстий с шагом 1,50-4,00 мм С13.

0 Однако несмотр  на то, что устройство обеспечивает высокую производительность при получении стекловолокна диаметром более 1 мкм, при выт гивании часто случаетс  разрыв

5элементарных волокон, что обусловливает снижение производительности .

Обычно разрыв происходит вследствие наличи  инородных веществ в

0 расплавленном стекле (воздушные пузырьки, полоски или струи, нерасплавленные вещества, частищл огнеупорного материала и т.п.). Это относитс  и к случаю когда используют фильеры с отверсти ми, снабженными насадками. При выт гнрании стекловолокна одного и т.ого же диаметра из одинакового расплав стекла частота разрывов выше рри использовании фильер с тесно расположенными отверсти ми, чем при использовании фильер с насадками. Перва  причина состоит в том, что вследствие разницы в температурных услови х расплавленного стекла и .в длине отверстий даже при выт гиваНИИ стекловолокна одного и того же диаметра из одного и того же расплава .диаметр отверстий фильер с, тесно расположенными отверсти ми-. должен быть сделан .меньшим, чем у фильер с насадками {обычно первый

составл ет 0,9-1,8 мм, что эквивалентно 1/2 - 7/10 последнего). В результате конусы расплавленного стекла при использовании фильеры с тесно расположенными отверсти ми меньше по размеру, чем при использовании фильеры с насадками, так что отношение площади поверхноти к объему конуса расплавленного стекла больше при использовании фильеры с тесно расположенными отверсти ми , .чем при использовании фильеры с насадками. Следовательно веро тность выход щих на поверхность инородных веществ в конусах расплавленного стекла выше при использовании фильеры с тесно расположенными отверсти ми, чем с насадками . Поскольку разрыв элементарных волокон приписывают вли нию инородных веществ, выход щих на поверхность конуса расплавленного стекла, а не тех, что наход тс  внутри конуса, частота разрывов элементарных волокон выше при использовании фильеры с тесно распол .оженными отверсти ми, чем при использовании фильеры с насадками.

Втора  причина состоит в том, что струи воздуха, направленные на нижнюю поверхность фильеры, могут обеспечить более эффективное охлаждение , чем охлаждающие ребра, .предусмотренные на фильере с отверсти ми , снабжёнными насадком..То есть, когда струи охлаждающего воздуха обдувают конусы расплавленного стекла, ойи не только охлаждают указанные конусы, но и удал ют газы , обволакивающие их, в результате чего может быть повышена эффективность охлаждени . В результате, поверхность конуса- расплавленного стекла .может быть покрыта слоем стекла очень высокой в зкости, так

.что при выт гивании конуса расплавленного , стекла в волокно немногие воздушные пузырьки, наход щиес  в поверхностном слое, могут стать дефектами и волокно может легко рватьс . .

Цель -изобретени  - повышение производитель ости . .

Поставленна .цель достигаетс  тем в фильере дл  выт гивани  стекловолокна , выполненной в виде пластины с гладкой нижней поверхностью

5. со сквозными отверсти ми, на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канав0 ки .одной группы пересекаютс  с канавками другой группы с образованием участков, в каждом из которых выполнено одно отверстие.

Группы канавок пересекаютс  друг

5 с другом под пр мым углом.

На нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекающиес  друг с другом под углом 60, при-. чем участки треугольной формы.

Канавки выполнены с пр моуголь0 ным поперечным сечением.

Канавки выполнены с треугольным . сучением.

Канавки выполнены с перевернутым и-образным поперечным сечением.

5

На фиг. 1 показано устройство, содержащее фильеру дл  выт гивани  стекловолокна, продольный разрез фиг. 2 - фильера, вид снизу; фиг. 3 - то же, в увеличенном масш0 табе/ фиг. 4 - разрез А-А на фиг.З фиг. 5-7 - виды аналогичные фиг. 4 , варианты изобретени .

Расплавленное стекло 1 с высокой температурой, переплавленное и

5 очищенное в форкамере,течет через отверстие в огнеупоре 2 и,через сетку 3 во втулку 4. Через втулку 4 с высокой скоростью протекает ток низкого напр жени , нагрева  втулку,

0 благодар  чему поддерживаетс  заданна  температура расплавленного стекла. Температуру втулки 4 посто нно контролируют посредством подход щего датчика температуры (не по5 казан) дл  обеспечени  регулировани  с обратной св зью электричества , подводимого к втулке 4.

Расплавленное стекло течет через множество сквозных отверстий 5 в фильере.б с плоской нижней поверх0 ностью, котора  установлена в нижней части втулки 4, в атмосферу и формируетс  в конусыу отверстий на нижней поверхности фильеры 6. Вращающа с  бобина 7 обеспечивает

5 приложение к образованным конусам сил нат жени , в результате чего происходит выт гивание стекл нных волокон, которые, пройд  по ролику 8 дл  нанесени  св зующего вещест0 ва и по собиранвдей колодке 9, образуют пучок 10, наматывае1«ый чег рез нитераскладчик 11 на бобину 7.

На фиг. 2 показан вид снизу (А-Л на фиг. 1) одного из .вариантов

5

фильеры 6 по изобретению. Фильера 6 сделана из платинового сплава такого , как платинородиевыйсплав или платинозолотопалладиевый сплав На нижней поверхности фильеры 6 выполнено много продольных и поперечных параллельных канавок 12, окружающих отверсти  5, причем выход 13 каждого отверсти  5 расположен в центре нижнего-торца четырехгранной призмы (фиг. 3 и 4). На фиг, 4 показаны канавки 12 пр моугольного сечени . В соответствии, с другим, вариантом канавки могут иметь перевернутое и- или V-образное сечение (фиг. 5 или 6).

Фильера выгодна тем, что ;1;аже при очень малом шаге отверстий, Который невозможен в традиционных фильерах с плоской нижней поверхкостью из-за того,что полученный на выходе каждого отверсти  конус расплавленного стекла соедин лс  бы с соседним конусом и поэтому не мог бы быть сформирован в стекловолокно , каждый конус не может распростран тьс  через канавку 12, благодар  чему предотвращаетс  соединение его с соседним конусом. В соответствии с насто щим изобретением следовательно, плотность располо-. жени  отверстий может быть увеличена до такой степени, как у известной фильеры с насадками, даже в случае отсутстви  дуть  охлаждающего

. воздуха на фильеру. Кроме того, фильера может быть получена очень простым способом: достаточно прорезать канавки на плоской нижней поверхности фильеры.. Это преимущество по сравнению с известными фильерами с насадками.

Однако при наличии фильеры с тесно расположенными отверсти ми, нельз  избежать того, что расплавленное стекло, выход щее из выхода 13 каждого отверсти  5, перетекает поверх окружающей кромки 14 (см. фиг. 4) нижнего торца призмы в канавку 12, пройд  канавку 12, течет к соседним призмам и в результате

заливает нижнюю поверхность фильеры Следовательно, дл  того чтобы удержать отдельные конусы расплавленного стекла, выход щего из всех .отверстий , нужно также направл ть струи воздуха на нижнюю поверхность фильеры как и в известном устройстве .

Р двоздушных сопел 15 дл  выдувки струй воздуха на нижнюю поверхность фильеры 6 установлен на стойке 16, котора служит дл  регулировки их оптимального положени  и угла установки. Объем воздушных С1;руй удар гацих в фильеру, может быть значительно уменьшен по сравнению

с известной фильерой с густо расположенными отверсти ми , не имеющей канавок на нижней поверхности.

Дл  получени  фильеры с тесно расположенными отверсти ми, имеющей указанный шаг отверстий, требуемый результат получают от канавок 12, имеющих ширину 0,3-3,0 мм и глубину 0,4-4,0 мм. При ширине канавок менее 0,3 мм поверхностное нат жение расплавленного свекла пре0 одолевает вли ние, оказываемое канавками 12 дл  разделени  отдельных конусов- расплавленного стекла. Например, при разрыве одного из стекл нных волокон, выт гиваемых из5 отверстий, расплавленное стекло, выход щее из отверсти , соответствующего разорванному, волокну, немедленно разливаетс  к окружающей кромке 14i обраща сь в капельку,

0 котора  сразу же входит в контакт и соедин етс  с соседним конусом расплавленного стекла. Когда ширина канавки превышает 3,0 мм, конусы расплавленного стекла могут

5 удерживатьс  отдельно друг от друга даже без обдувки нижней поверхности фильеры стру ми воздуха.

При глубине канавок менее 0,4 мм удовлетворительное разделение кону0 сов расплавленного стекла может быть обеспечено, когда фильера относительно нова. Однако после длительного периода работы канавки 12 деформируютс  вследствие исп-арени  сплава, составл ющего фильеру, в результате чего требуемые результаты не могут быть получены. Когда глубина канавок превышает 4,О мм, обработка таких глубоких канавок затруднена.

При использовании известной фильеры с тесно расположенными от версти ми,. не имеющей канавок, с обдувкой нижней поверхности стру ми воздуха установлено, что.следует поддерживать динамическое давление воздушных струй в пределах 12-25 мм HjO при измерении на нижней поверхности фильеры и общий расход воздуха, .например, 1,22 ,5 м-/мин дл  фильеры с 2000 отверстий . При этом устойчивое разделение конусов расплавленного стекла может быть сохранено благодар  сильному охлаждению воздухом, а также направленной вниз силе выт гивани , прилагаемой к каждому конусу расплавленного стекла. При отсутствии -СИЛЫ выт гивани  или уменьшении охлаждени  может увеличитьс  смачивание фильеры из платинового сплава, расплавленным стеклом, в результате конус расплавленного стекла может осесть и распространитьс  к соседнему конусу, слива сь с ним.

причем такое сли ние может, распрост ранитьс  дальше по фильере, Gnefloвательно , известную фильеру необходимо сильно охлаждать, чтобы температура поверхности конусов расплавленного стекла была относительно низкой, а их в зкость весьма высокой . Кроме того, в результате сильного охлаждени  конусы расплааленного стекла имеют небольшой раймер При этих услови х, когда внутри конуса расплава вблизи его поверхности , котора  имеет высокую в зкость , по в тс  мелкие пузырьки воздуха и/или струи они, не име  выхода наружу, вызовут поверхностные дефекты, в результате конус ; расплавленного стекла имеет тенденцию к легкому оседанию. Чем меньше диаметр получаемого стекловолокна, тем больше увеличиваетс  указанна  тенденци  .и тем чаще происхрдит разрыв элементарных волокон. По этим причинам невозмо.жно выт гивать тонкие стекл нные волокна диаметром менее 13 мкм через известную фильеру..

В фильере по изобретению, в которой выход 13 каждого отверсти  окружен канавками 12, тенденци  консов расплавленного стекла к сли нию может быть уменьшена. Когда смачивание фильеры расплавленным стеклом увеличиваетс  и расплавленное стекло распростран етс  по всей нижней торцовой поверхности каждой призмы, онб не имеет достаточной поверхностной энергии дл  подъема по вертикальной стенке канавки и сли ни  с расплавленным стеклом, разливающимс  по нижней торцовой поверхности соседней призмы. По, этой причине объем охлаждающего воздуха, необходимый дл  предотвращени  сли ни / может быть значительно уменьшен по сравнению с известной .фильерой без канавок. Более того, дагже когда пропадает сила выт гивани / приложенна  к каждому конусу , конусы расплавленного стекла можно удерживать отделенными друг от друга с меньшим количеством охлаждающего воздуха.

С целью сравнени  провод т, эксперименты с фильерой по изобретению имеющей 2000 отверстий, разделенных канавками, при давлении воз- душных струй в диапазоне 5-15 мм HjO. Расход в пределах .0,6-. 1,4 достаточен дл  удовлетворительного проведени  выт гивани  .стекловолокна. При использовании известной фильеры расход должен составл ть 1,2-2,5 с тем,чтобы создать динамическое давление 12-25 мм Н2О и у нижней поверхности фильеры. Таким образом, в соответствии с изобретением объем воздуха, необходимого дл  озшаждени  фильеры, может быть уменьшен , температура поверхности конусов расплавленного стекла будет

5. относительно высокой и поверхностна  в зкость относительно низкой.

.В результате воздушные пузырьки и/или струи могут быть как следует удалены с поверхности, конус рас0 плавленного, стекла -будет иметь.гладкую поверхность и частота разрывов элементарных волокон может быть заметно уменьшен. Например, при выг т гивании элементарных стекл нных волокон диаметром 13-10 мкм через

5 известную фильеру разрывы элементарных волокон происходили часто и, следовательно, производительность была очень низкой. При использовании фильеры по изобретению частота

0 разрывов элементарных волокон упала до минимума..Кроме того, элементарные стекл нные волокна могут быть выт нуты до диаметра 7-5 мкм в отличие от известной фильеры.

5

Фильеры по изобретению выгодны тем, что в начале операции выт гивани  стекловолокна или-в случае разрыва всех выт гиваемых волокон операци  разделени  расплавленного

0 стекла на отдельные конусы может быть значительно облегчена. Разделение расплавленного стекла, выход щего из отдельных отверстий, осуществл ют в несколько этапов.

5

Регулируют температуру расплавленного стекла во втулке так, чтобы она стала на 20-60 0 ниже темпе- ратуры расплавленного стекла, поддерживаемой во врем  нормальной опе0 рации выт гивани . Цель этого этапа - уменьшение степени смачивани  между расплавленным стеклом и фильерой .

В зкую массу расплывшегос  по

5 йижней поверхности фильеры расплавленного стекла захватывают клещами и т нут вниз при одновременной обдувке нижней поверхности фильеры стру ми воздуха. При этом в локаль0 ной зоне фильеры, где сосредоточены воздушные струи, начинаетс  разделение расплавленного стекла на отдельные волокна. ,

Когда произойдет разделение,

5 расплавленного стекла, объем струй воздуха постепенно увеличивают с одновременным увеличением температуры расплавленного стекла, внутри втулки.

Направл ют сильную воздушную струю, выход щую из воздушной пики,

0 на ту часть расплавленного стекла, котора  все еще остаетс  слившейс  в локальной зоне нижней поверхности фильеры, в результате чего разделение заканчиваетс .

5

Во врем  этих этапов невозможно поддержание равномерной эпюры распр делени  температур по фильере из-за того, что протекающий через втулку электрический ток мен етс  и пол чаетс  разница в изменении температуры между несколькими локальными зонами фильеры, и температура в той зоне фильеры, где .расплавленное стекло, выход щее из отверстий, разделено на волокна, отличаетс  от температуры в другой зоне, в которо расплавленное стекло, выход щее из отверстий, все еще остаетс  слившимс . Така  неравномерна  эпюра распределени  температур затрудн ет разделение расплавленного стекла, потому что расплавленное стекло, выход щее из отверстий с высокой температурой , стремитс  к сли нию, а расп .лавленное стекло,.выход щее из отверстий , имекидих низкую температуру имеет тенденцию зaтвepдeвaVь, привод  к. закупориванию отверстий. Таким образом, известна  фильера требует много времени и труда на операцию разделени  расплавленного стекла. Поэтому необходимо посто нно контролировать процесс формировани  стекл нных волокон во врем  операции выт гивани  с тем, чтобы быстро обнаружить разрыв одного из стекл нных волокон, прежде чем произойдет разрыв всех волокон, это облегчит операцию разделени . Поэтому число втулок, обслуживаемых одним оператором, ограничивают трем , в .случае, если фильера каждой втулки имеет 2000 отверстий.

Однако при использовании фильеры имеющей отверсти , отделенные друг от друга продольными и поперечными канавками в соответствии с изобретением , нет нужды измен ть температуру втулки и объем воздуха, выдуваемого на нижнюю поверхность фильеры, во врем  операции разделени  расплавленного стекла, и, кроме того, разделение может происходить пО всей ни-жней поверхности одновременно. В результате разделение- может быть осуществлено просто и за очень короткое врем , так что контроль разрыва волокон может быть исключен и число операторов может быть уменьшено .

Пример 1. С использованием фильер, имеющих кажда  по 2000 отверстий , выт гивают стекл нные волокна сравнительно больщих диаметров . . Прототип Изобретение

Диаметр отверсгии , мм1,20 1,20

То.ипина фильеры , мм2,00 2,00

Пример 2. С использование фильер, имеющих кажда  по 2000 отверстий , выт гивают- относительно тоЮкие стекл нные волокна.

Пример 3. С использованием фильер, имеющих кажда  по 1600 отверстий, выт гивают более тонкие Уволокна.

Прототип Изобретение Скорость выт гивани , г/м Число разрыв волокон в де диаметром, м 7 5 Врем  раздел ни  при полн Tbib залитой расплавом фильере, мин Число втулок оператора Расход охлаж ющего воздух При исполь льер без кана

12

s-s

/

illllllilllllllllllll

сриг.2 выт гивани  уменьшают, соответственно уменьшаетс  количество тепла, переносимого на нижнюю сторону фильеры , расплавленным стеклом, выт гиваемым через отверсти  фи,льеры, так что даже когда расход озслаждающего воздуха остаетс  неизменным, фильера переохлаждаетс  до такой степени, что расплавленное стекло затвердевает на фильере, закупорива  ее отверсти . Но при уменьшении расхода не происходит разделени  слившегос  расплавленного стекла на волокна. Таким образом, когда скорость выт гивани  падает ниже определенного предела, разделение становитс  невозможным .. Разделение невозможно, если скорость выт гивани  на одно отверстие меньше 0,2 г/миМ. Но при использовании фильеры с канавкси 1и по изобретению даже при низкой скорости выт гивани  и при низком расходе охлаждающего воздуха расплавленное стекло в канавках может выходить из канавок на участок нижней поверхности, окружак ций выход каждого отверсти , так что разделение расплавленного стекла может быть осуществлено. При использовании изобретени  в плоских фильерах, кажда  из которых имеет большое -количество густо расположенных отверстий и на которую направлены струи охлаждающего воздуха, разделение и выт  гивание становитс  возможными даже при такой низкой скорости выт гивани , при которой разделение и выт гивание с использованием известных фильер невозможны. Кроме того, врем , необходимое дл  разделени  расплавленного стекла, может быть значительно уменьшено. В случае выт гивани  более тонких стекл нных волокон частота рызривоВ- элементарных волокон может быть уменьшена до минимума. Кроме того, достигаетс  экономи  труда и уменьшение расхода охлаждающего воздуха.

Claims (6)

1. ФИЛЬЕРА ДЛЯ ВЫТЯГИВА

НИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА, выполненная в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверстиями, отличающаяся, тем, что, с целью повышения ’ производительности, на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канавки одной группы Пересе каются с канавками другой группы с образованием участков, в каждом из которых выполнено одно отверстие.

2. Фильера по π. 1, Отличающаяся тем, что группы канавок пересекаются друг с другом под прямым углом.

3. Фильера по π. 1, о т л и-, чающаяся тем, что на нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекающиеся друг с другом под углом 6.0°, причем участки треугольной формы.

4. Фильера по пп. 1-3, отличающаяся тем, что канавки выполнены с прямоугольным поперечным сечением.

5. Фильера по пп. 1-3, отличающаяся тем, что канав ки выполнены с треугольным поперечным сечением.

6. Фильера по пп. 1-3, о т лича ю щ а я.с я тем, что канавки выполнены с перевернутым и-образным поперечным сечением.