SU1423512A1 - Способ получени штапельных волокон и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области производства стекл нных волокон, конкретно к технологии и оборудованию но нолуче- нию Н1тапельных волокон из алюмосиликат- ных расплавов. Изобретение нанравлено на у.1учн1енне качества готовой продукции. Устройство Д.1Я но, 1учсни  Н1тане.1ьных волокон содержит сферическую иоверх- иость 1, иере.од н1ую в новерхность 2 усеченного конуса с углом раекрь/ти  150 160°С, торы 3, состыкованные с трубопроводами 4 нодвода энергоноснте, 1  в у.че;1 раздува и с КОЛЬЦСЕЗЫМН н.частинами 5, причем на наружной поверхности торов вынолнены н1.е, 1И с направл ющими лонат- ками 6, кроме этого новерхности 1 и 2 охлалч- даютс  х.чадагентом через систему охлаждени  7 и привод тс  в движение центробежным раснылнте.пем с номощью привода. Из нлавильной нечи расплав под действием сил т жести в виде струи 10 иодают на вран1ающуюс  ох.чаждаемую сферическую новерхность 1. Пленку расплава формуют при скорости охлаждени  50-100 К/с. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (О (Л

Description

N

ГС

00 ел

ю

Изобретение относитс  к производству стекл нных волокон, конкретно к технологии и оборудованию но получению Н1та- пельных во.чокои из а. помосиликатных рас- ii.iaBOis.

Це;1ыо изобретени   вл егс  улучшение качества готовой иродукции.

На фиг. 1 иоказано устройство дл  осунхествлени  снособа, общий вид; на фиг. 2 -- узел распы.лени  и узел раздува, продольный разрез.

Устройство дл  нолучени  нп анельных волокон содержит сферическую иоверхность 1, переход щую в поверхность 2 усеченного конуса, торы 3, состыкованные с трубо- фоводами 4 подвода энергоносител  в узел раздува и с кольцевыми иластинами 5, причем на наружной поверхности торов и.меютс  щели, содержан1ие нанравл юпше лопатки 6, кроме того, поверхпости 1 и 2 охлаждаютс  х-ладаг енто.м через систе.му 7 охлаждени  и привод тс  в движение центро- бежным распылителем 8 с помощью при- 5()да 9. .

Устройство работает следующим образом .

Вк;почают привод 9 центробежпогч) распылител  8, иодают в систему 7 охлаж- депи  воздух, в трубопроводы энергоноситель под высоки.м давлением (перегретый нар 6-8 ати, сжатый воздух 8-10 ати). Через 5-8 мин устройство готово к эксплуатации .

Из клавильной печи раснлав под действием сил т жести в виде струи К) иодают на 1 ра1ца1оп.уюс  ох.лаждаемую сферическую поверхность 1. Под действием центробежных сил расплав равномерно покрывает поверхность 1 в зоне перехода ее в поверхность 2 усеченпого конуса и ноступает на поверхность 2 в виде пленки. Выт гивание расплава в топкую гкленку па поверхпости 2 происходит за счет ускоренного движени  расплава па ней за счет поперечного рас- т гивани  силами сцеплени  с охлаждаемой поверхностью, возникающими во врем  смачивани  расплаво.м последней. Продвига сь от мепыпего основании поверхности 2 к большему, пленки раснлава уменьшают свою толщину до критического значени , при котором происходит наруп1ение сгипошпости и далее но конической поверхности расплав движетс  в виде множества струек-, Н1ирина которых минимальна  у боль |1его основани  поверхности 2. Под действием центробежных сил раснлав покидает поверхность 2 и находитс  во взве1иенном состо нип, причем масса расплава, наход щегос  за нре- де.чами поверхности 2, )ывно возрастает и принимает форму кайли. Как только масса капли дости1-ает такой величины, что центробежные силы, действующие не нее, станов тс  больше сил поверхностного нат жени , она отрываетс  и поступает в зону действи  эжектируемого окружаю

5

5

-

0

0

0 5

0

5

5

0

щего воздуха, который вводит ее в зону действи  высокоскоростного потока энергоносител , где завершаетс  процесс формовани  из нее волокна. При этом направл ющие лопатки закручивают поток энергоносител  таким образом, что вектор скорости вход щей в этот ноток капли расплава практически совпадает с направлением потока энергоносител .

Комбинирование центробежного распылени  с высокоскоростным раздувом при переработке раснлава в волокно нозвол ет резко улуч1нить качество получаемого волокнистого .материала. При этом достигаютс  заданные геометрические параметры волокон - их длина и диаметр. Центробежное распыление позвол ет обеспечить высоко- эффективпый процесс раснылени  раснлава на капли, имеющие практически одипаковые об ьемы. Получаемые таки.м образо.м равновеликие кайли поступают в зону высокоскоростного раздува энергоносителем, где заверн1аетс  процесс формовани  из них волокон. Таким образо.м, достигаетс  единый режим формовани  дл  всех волокон, т.е. все волокна формуютс  при одном и том же температурном режиме (заданном) и при оптимальной скорости дефор.мации. Это позвол ет получать супертонкие д.линные алюмо- силнкатные волокна заданньгх параметров, так как выбираютс  температурные режимы и скорости деформации дл  одного конкретного объема расплава, а не дл  какого-то усредненного объема расплава. Например , при поступлении расп.лава малой в зкости в высокоскоростной поток энергоносител  формуютс  волокна малого диаметра и длины, а содержание неволокннс- тых включений составл ет значительную долю в обн.1ей массе волокнистого материала . Д.п  улучшени  нроцесса формовани  волокоц начальна  в зкость раснлава при поступ.ении в высокоскоростной поток энергоносител  должна быть пор дка 1000 П. С этой целью предварительно охлаждают расплав со скоростью 50-100 К/с при его распылении. Это позвол ет организовать по.чучение капель расплава с в зкостью, близкой к оптимальной, кроме того процесс распылени  струи раснлава становитс  устойчивым , так как возмущени , которые возникают на наружной поверхности расплава оси взаимодействи  его с окружающей средой при центробежном распылении, затухают во много раз быстрей но сравнению с такими же возмун.ени .ми в расплавах с малой в зкостью .

Уменьшение скорости охлаждени  расплава на стадии его раснылени  менее 50 К/с приводит к нарушению стабильности образовани  равновеликих капель расплава, а при высокоэффективном процессе переработки расплава в волокно по вл ютс  капельки расплава, из которых образуютс  неволокнистые включени  диаметро.м больше 0,5 мм.

Увеличение скорости охлаждени  расплава на стадии распылени  свьипе 100 К/с приводит к формованию толстых коротких волокон, а также к образованию нево. юк- нистых включений каплевидной формы.

Выполнение охлаждаемой поверхности сферической, переход щей в поверхность усеченного конуса с углом раскрыти  - 160°, вызвано условием оптимального охлаждени  при распылении вертикально истекающей струи расплава на равновеликие объемы. В этом случае стру  расплава поступает в цептр ее сферической поверхности, под действием центробежных сил растекаетс  по ней и перемещаетс  к границе перехода сферической . поверхности в коническую поверхность. Пленка расплава сходит с границы по всей ее окружности и поступает на коническую поверхность, где происходит образование поверхностных струй расплава , которые двигаютс  к большему основанию поверхности 2, где выполн етс  сло- вие равновеси  поверхностпых и массовых сил, которое соответствует началу отрыва капли от основной поверхности струи. В начальный момент отрыва капли ее скорость меныпе средней скорости движени  струи на большем основании поверхности 2. В это врем  происходит втекание части расплава в каплю. В дальнейшем капл  возрастает и отрываетс  от охлаждаемой но- верхности. На указанной о.хлаждаемой поверхности при образовании струи дости- гаетс  более высока  однородность дисперсного состава капель, чем если бы охлаждаема  поверхность была выполнена или только конической или только сферической. Кроме того, охлаждаема  поверхность позвол ет увеличить расход расплава в струе и монодисперсность капель.

Уменьн ение угла раскрыти  конической поверхности менее 150° приводит к нарушению устойчивости образовани  на этой поверхности из пленки расплава поверхностных струй, обеспечивающих образование капель однородного дисперсного состава. Этого можно избежать с помощью увеличени  энергозатрат, обеспечивающих нормальную работу охлаждаемой поверхности с увеличенной частотой вращени . Но в этом случае нарушаетс  сплошность пленки расплава на границе сферической и конической поверхностей, что ведет к хаотическому образованию капель из расплава на границе сферической поверхности. А это способствует образованию неволокпистых включений. Увеличение угла более 160° не позвол ет увеличить расход расплава в струе при обеспечении монодисперсности формирующихс  капель, так как капли расплава срываютс  не с большего основани  поверхности 2, а на всем пути движени  расплава по поверхности 2 от ее меньшего основани  до большего. Получаемые при этом капли имеют разные объемы, разную темпе

5

0 o

0 5

5

5

0

ратуру. В потоке эпер1ч)|юсител  из них формуютс  различные по диаметру и длине волокна, а также и разной форм1)1 нево.юк- нистыс вк. иочепп .

Выполнение узла раздува в виде двух торов, имеющих на наружно)) новерхности 1це;1ь, в виде сопла с направл юни1мп лопаг- ками и расположение торов симметрично плоскости бо:1ьп1его основанп  конической ох,чаждаемой поверхности нозво.1 ет организовать стопроцентный захват капель расплава эжектируемым нотоком окружающего воздуха и подачу их в высокоскоростной поток энергоносите. 1н, исключив при этом налипаие капель расплава на внутренней поверхности торов. Варьиру  рассто нием расположени  торов относительно илоскости симметрии определ ют оптимальный режим переработкп капель расплава в волокно в зависимости от фракции каие.И). полч- чепных при расньк 1ении.

Вынолнение шс,1И в виде сои.ма с на- нрав. 1 юп1ими . юнатками позво.п ет сформировать ноток энергоносител , напраи.лепш- которого совпадает с вектором скоростп кап. 1и, вход щей в этот ноток. Это позво.ч ет иск. 1ючить коагу, 1 цию капель расплава во врем  нача. 1а формовани  из них волокон и тем самым исключить неволокнистые включени , которые образуютс  нри этом  влении.

Введение камеры волокнообразовапл , образованной двум  кольцевыми пластинками , позвол ет использовать эисрг ию эпергоносител  при формовапии длинных и тонких волокон и исключить возможность возникновени  локальных возмушещи потока, которые отрицательно вли ют на процесс формовани  Д.1ИННЫХ волокон.

Пример. Получение алюмосилпкатных волокон (АЬО,) 50% и SiO,, 50%).

Поверхности 1 п 2 изготавливают из силицированного графита. Диаметр меньшего основани  конической поверхности равен 60 мм, а диаметр большего основани  - 90 мм. Радиус кривизны сферической новерхности 75 мм. Угол раскрыти  конической поверхности . Диаметр внутренней поверхности торов 1 10 мм. В качестве эперго- носптел  использовалс  перегретый пар с давлением 8 ати на входе в трубопроводы 4. Кольцевые сопла с направл ющими лопатками обеспечивали скорость потока на выходе из сопла 850 м/с. Стру  расплава с расходом 540 кг/ч поступа.ча на поверхность 1 при 2000--1980°С.

Полученные таким образом волокна имеют длину 150-160 мм при диаметре волокон 1 -1,2 мкм. Неволокнистые включени  в получаемом волокпистом материале составили 0,6%.

Таким образом, и.ри использовании изобретени  можно высокоэффективно перерабатывать 540 кг/ч алюмосиликатпого расплава в волокна длиною 150-160 мм и днаметром 1 -1,2 мкм при практическом отсутствии неволокнистых включений, тогда как при таком же расходе алюмосиликат- ного расплава по прототипу получают волокна длиной 100-150 мм и диаметром 1 - 1,2 мкм, но при этом содержание неволокнистых включений составл ет около 18%.

Claims (2)

1. Формула изобретени 
2. 2. Устройство дл  получени  штапельных волокон, включаюш.ее охлаждаемую вращающуюс  поверхность, узел раздува, привод вращени , систему охлаждени  и систему подачи энергоносител  в рабочую зону, отличающеес  тем, что, с целью улучще- ни  качества готовой продукции, охлаждаема  вращающа с  поверхность выполнена сферической, переход щей в поверхность

   усеченного конуса с углом раскрыти  150-

   1. Способ получени  штапельных воло- 10160°, узел раздува - в виде двух располокон путем плавлени  шихты, подачи рас-женных симметрично плоскости большего

   плава в виде струи на вращающуюс  охлаж-основани  конуса торов и содержит камеру

   лаемую поверхность, формовани  тонкойформовани  волокон, при этом каждый тор

   пленки расплава и раздува его высоко-выполнен с щелью в виде сопла на наружскоростным потоком энергоносител , отли-ной поверхности и с направл ющими лопатчающийс  тем, что, с целью улучшени  5ками, а камера формовани  волокон обра2 . Устройство дл  получени  штапельных волокон, включаюш.ее охлаждаемую вращающуюс  поверхность, узел раздува, привод вращени , систему охлаждени  и систему подачи энергоносител  в рабочую зону, отличающеес  тем, что, с целью улучще- ни  качества готовой продукции, охлаждаема  вращающа с  поверхность выполнена сферической, переход щей в поверхность

   качества готовой продукции, пленку рас- нлава формуют при скорости охлаждени  50-100 К/с.

   зована двум  кольцевыми пластинами, которые состыкованы с наружными по отношению к плоскости симметрии стенками сопл.

   4

   О

   /

   Vj