NO813824L - Fremgangsmaate for fremstilling av glassfiber - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av glassfibre ved anvendelse av en kompakt spissdyse, innbefattende et antall åpningsforsynte spisser som er anordnet ekstremt tettliggende.

Det har hittil vært foreslått forskjellige fremgangsmåter

for fremstilling av glassfibre ved anvendelse av spissdyser eller plane, gjennomhullete plater. Ifølge en typisk, konvensjonell metode benyttes en plan åpningsplate som helt enkelt består av en plan plate av platinarodiumlegering med åpninger av diameter ca. 1,5-3:. mm. Denne konvensjonelle fremgangsmåte er imidlertid forbundet med en ulempe som er omtalt i det etterfølgende og som

opptrer når åpningstettheten økes for å forbedre ydelsen. Hvis en av glassfilamentene brytes under spinning fra dysen, vil den

smeltede glassmasse som utløper fra den åpning hvorigjennom det avslitte filament er blitt spunnet, avsettes på dysens underside rundt, denne åpning, med derav følgende, uønskede brudd på de

filamenter som utløper fra tilgrensende åpninger. Dette fenomen kan lett forplantes, likt en kjedereaksjon, slik at filamentene fra samtlige åpninger avslites, hvorved det oppstår en tilstand av s.k. "flyting", idet glass-smeiten spres over hele undersiden av dysen. Etter at slik "flyting" har funnet sted, er det ytterst vanskelig å omdanne glass-smeltemassen som gjennomstrømmer plate-åpningene, til filamenter, dvs. å gjenopprette den ordinære, fiberfrémbringende tilstand hvori det smeltede glass, som utløper fra åpningene, atskilles i separate strømmer som danner filamenter uten å forbindes med hverandre.

For å unngå denne vanskelighet.er det foreslått å anvende

en spissdyse med gjennomhullete spisser. Den smeltede glass-; masse som utstrømmer fra hver spiss vil i så fall bare kunne væte

spissens endeflate, og vil tvangsformés til en separat strøm som

ikke forenes med smeltet glass som utløper fra andre spisser.

Tilstedeværelsen av spissene vil således medvirke positivt til dannelsen av innbyrdes atskilte glasskjegler. Denne tendens .er tydelig, også når åpningene er anordnet tett ved hverandre, som følge av at spissene utstråler varme slik at det smeltede glass i spissen avkjøles effektivt, hvorved de smeltede glasskjeglers viskositet øker og filamentfraskillingen lettes. Av den grunn kan åpningene plasseres tettere i spissdysen enn i den plane dyseplate, hvorved ydelsen forbedres betydelig. Denne spissdyse er imidlertid også beheftet med en ulempe. Hvis åpningene plasseres over-drevent tett eller hvis spinningshastigheten pr. åpning økes alt for mye, vil varmeutstrålingen fra spissen være utilstrekkelig for avkjøling av det smeltede glass som derved på uønsket måte kan føres inn i rommet som omsluttes av tilgrensende spisser, som følge av kapillarvirkning, og forenes med strømmer av smeltet glass fra nærliggende åpninger. For å overvinne denne.vanskelig-het er det truffet motforholdsregler som innebærer tvangskjøling av det smeltede glass, f.eks. ved innføring av en vannkjølt kjøle-' ribbe eller et kjølevannrør mellom innbyrdes tilgrensende rekker av spisser, slik at to rekker av spisser er plassert mellom tilgrensende finner eller rør. Innføringen av kjølefinner eller kjølevannsrør vil imidlertid medføre en uønsket begrensning av spissenes stigning. I den praktisk anvendelige spissdyse er spissenes stigning i realiteten utfjøre 3,5-5,0 mm i sonen uten kjølefinner og 5,5-10,0 mm i den sone hvor kjøleribber er inn-ført. Antallet åpninger som i praksis kan anordnes.i én spissdyse vil av denne grunn vanligvis.ligge på 400-800, og vil ikke overstige 2000 selv ved spissdysen med de tettest plasserte åpninger.

Generelt blir den smeltede glassmasse som er homogenisert i bøssingen, utstøtt i den omgivende luft gjennom en spissdyse 1 med nedadrettede spisser, som vist i. fig. 1, hvorved det dannes en smeltet glasskjegle av omvendt kjegleform og med innad konkav frembringer. Nærmere bestemt blir det i denne glasskjegle. opp-rettholdt en likevektstilstand mellom en nedadrettet kraft som utvikles av en vindeanordning som fremtrekker glasskjeglen med høy hastighet, og en oppadrettet kraft som ér lik summen av over-flatespenningen som påvirker det smeltede glass rundt åpningen og den indre friksjon mellom molekylene i den smeltede glassmasse.

Ifølge et vesentlig trekk er det i glasskjeglen opprettet

en temperaturgradient såvel i aksialretning som i radialretning.. Den aksiale temperaturgradient har et forløp hvor^temperaturen

er høyest ved spissmunningeh2 hvorfra den avtar gradvis mot et punkt 3 i avstand nedenfor spissmunningen, hvor glassmåssen størkner. Den smeltede glassmasses viskositet er derimot lav ved spissmunningen 2 og høy ved punktet 3. Videre har den radiale

temperaturgradient et forløp hvor den høyeste temperatur opptrer i midten 4 av kjeglen, hvorfra temperaturen gradvis synker mot kjegleytterflaten 5. Denne jevne og stabile temperaturgradient i glasskjeglen er en kritisk betingelse for spinning av glassfibre..

Témperaturfordelingen i glasskjeglen oppstår ved varmeut-stråling fra ytterflaten av spissen og glasskjeglen, og ved varm-overføring til luften fra disse flater. Den største varmeav-givelse fra glasskjeglen skyldes derfor stråling og overføring (konveksjon og leding), hvilket innebærer at glasskjeglen av-kjøles i størst grad når spissdysen bare har én gjennomhullet spiss. I det virkelige produksjonsutstyr hvor en økonomisk for-delaktig driftsprosess er en viktig betingelse, vil spissdysen vanligvis innbefatte spisser som er anordnet i et stort antall, mellom flere hundre og flere tusen.

I en spissdyse som er utstyrt med et stort antall tettligg-..' . ende spisser, som vist i fig. 2, er den enkelte spiss 6 omgitt i alle retninger av spisser åv samme dimensjon og form. Derved vil glasskjeglen som dannes under spissen 6, være omgitt av glasskjegler av samme form, dimensjon og temperatur. Glasskjeglen som dannes under spissen 6, er følgelig omgitt av glasskjegler av samme form, dimensjon og temperatur. Av den grunn vil de innbyrdes tilgrensende glasskjegler utstråle og absorbere samme varme-mengde til og fra hvérandre, som vist ved heltrukne piler 7, hvorved effektiviteten av varmeutstrålingen fra glasskjeglene i sin helhet forringes med derav følgende nedsetting av kjølevirkningen. En mindre grad av varmeutveksling mellom innbyrdes- mer fjernt-liggende spisser er markert med brutte linjer 8.

Brudd på glassfibre under trekking skyldes som regel tilstedeværelsen av fremmedlegemer, f.eks. luftbobler (eller kimer), usmeltede fragmenter, tungtsmeltelige partikler o.l. i glass-smeltemassen. Det samme gjelder i de tilfeller hvor spissdyser er i anvendelse. Ved tekking av glassfibre av samme diameter fra samme glass-smeltemasse, vil fiberbrudd inntreffe hyppigere i forbindelse med den plane plate med tettliggende åpninger enn ved anvendelse av spissdysen. Dette skyldes i første rekke at åpningen i den plane plate, på grunn av forskjellene i den smeltede glassmasses temperaturtilstand, og åpningens lengde, vanligvis er dimensjonert med mindre diameter enn spissåpningen når de trukne glassfibres diametre er den samme i begge tilfeller, slik at dimensjonen av den smeltede glasskjegle som dannes under åpningen i planplaten, er mindre enn dimensjonen av den smeltede glass-/kjegle som dannes under spissdysen. Forholdet mellom den smeltede glasskjegles overflate og volum er følgelig større i det første tilfelle enn i det andre. Dette medfører at sannsynligheten for at fremmedlegemer i den smeltede glasskjegle skal komme ut på ytterflaten av kjeglen, er større i det første tilfelle. Da filamentbrudd hovedsakelig fremkalles av fremmedlegemer som føres ut til ytterflaten av den smeltede, glasskjegle, og i mindre grad skyldes fremmedlegemer inne i kjeglen, vil filamentbrudd fore-komme oftere i forbindelse med den plane, gjennomhullete plate enn ved anvendelse av spissdysen. En annen årsak er at den gas-strøm som blåses mot undersiden av den plane, gjennomhullete plate, kan gi større kjølevirkning enn kjølefinnene som er anordnet på spissdysen. I det første tilfelle vil følgelig ytterflaten av den minste kjegle avkjøles sterkt grunnet, trykkgas-strømmens konveksjonseffekt, hvorved glassmassen får en ekstremt høy viskositet som kan forårsake sprekkdannelse i den trukkede fiber selv om bare en liten luftboble er tilstede, med derav følgende, økende tendens til avsliting av den trukkede fiber.

Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte for fremstilling av glassfibre ved anvendelse av en spissdyse med gjennomhullete spisser som er anordnet mer tettliggende enn i konvensjonelle spissdyser..

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av glassfibre, kjennetegnes ved prosesstrinn som omfatter fremføring av separate strømmer av smeltet glass gjennom en spissdyre med en dyseplate og et stort antall gjennomhullete, sylindriske spisser som rager nedad fra dyseplatén og som er plassert med en avstand av 0,3 til 2,0 mm mellom ytterflåtene av innbyrdes nærmestliggende spisser, hvorved det dannes en kjegle av smeltet glass ved munningen av hver av de gjennomhullete spisser, trekking av glassfibre fra gjeglene, og ledning av én gasstrøm, stort sett parallelt med glassfibrene som tekkes fra spissdysen, mot spissdysen på: slik måte at stillestående gass i sonen mellom spissene fjernes for avkjøling av spissdysen og de smeltede glasskjegler.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et snitt av en spissdyse med en kjegle av

smeltet glassmasse som er dannet under dysen,

Fig. 2 viser et riss hvorav det fremgår hvordan spissene er plassert i spissdysen, og hvordan varmen utveksles mellom et antall spisser og glasskjegler, samt Fig. 3 viser et skjematisk riss av en apparatur som er egnet for anvendelse ved utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av glassfibre.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er beskrevet

i det etterfølgende under spesiell henvisning til fig.. 3 som skjematisk viser en apparatur ifølge oppfinnelsen, som er egnet for u utøvelse av fremgangsmåten for fremstilling av glassfibre.

Det smeltede glass 11 av høy temperatur, som på forhånd er tilbedredt i en forherd, fremføres til en bøssing 13 gjennom en åpning i en ildfast del 12, og videre gjennom en sil 14. Ved overføring av en lavspent, elektrisk strøm til bø-singen 13, utvikles varme. Strømspenningen reguleres under styring av et til-bakekoplingssignal som er angivende for temperaturen i bøssingen 13, slik at den ønskede temperatur av den smeltede glassmasse i bøssingen 13 kan opprettholdes. Smelteglass-massen utstøtes til

atmosfæren gjennom et antall gjennomhullete spisser 16 som er anordnet i en spissdyse 15 som er.fastgjørt til undersiden av

. bøssingen 13.

Gjennom luftdyser 17 som er anbrakt nedenfor spissdysen 15, kan det blåses luft mot denne dyse. Luftstrømmen vil effektivt *•••.': avkjøle det smeltede glass som utløper fra undersiden av spissdysen 15, hvorved glassmassen omdannes til individuelle, smeltede glasskjegler som strekker seg nedad fra de respektive, gjennom-hulltete spisser 16. Disse smeltede glasskjegler fremtrekkes av en vindeanordning 18 og formes derved til separate filamenter 19. Glassfilamentene samles deretter i en streng 22 idet de passerer mellom en bindemiddel-påførervalse 20 og en samlerulle 21, og påspoles vind.eanordningen under samtidig fordeling over spolebredd-en ved hjelp av en tverrførerinnretning 23.

Spissene 16 er anordnet såvidt tettliggende i spissdysen 15, at spinningen vil være praktisk talt ugjennomførlig grunnet glassmasse som utgår fra spissene 16 på undersiden av spissdysen 15, med mindre det tilføres trykkluft fra luftdysehe. Det er i fig.

3 vist et stativ 24 som fastholder luftdysene 17 på slik måte, at luftdysénes 17 monteringsvinkel og stilling kan justeres med henblikk på optimale kjølingsbetingelser.

Ifølge oppfinnelsen anvendes en spissdyse hvor spissene er tettplassert i slik grad, at avstanden mellom ytterveggene av innbyrdes nærmestliggende spisser går helt ned til_ 9,3-2,0 mm. Mini-mumsavstanden mellom tilgrensende spissers yttervegger bestemmes av hensyn i forbindelse med fremstillingen av spissdysen, og be-grenses av viklåret for anvendelse i praksis. Hvis spissene anordnet såvidt tettliggende at avstanden mellom innbyrdes nærmestliggende spissers yttervegger understiger 0,3 mm, vil fremstillingen av spissdysen vise seg ytterst vanskelig, og dessuten vil den smeltede glassmasse som utløper fra spissdysen, danne vulster som forenes og derved medfører alvorlig forringelse av produk-tiviteten. Hvis derimot avstanden mellom tilgrensende spissers yttervegger overstiger 2,0 mm, vil varmetapet som følge av ut-stråling og konveksjon anta en uønsket størrelse, hvorved spissene og dyseplaten utsettes for en overdreven avkjøling som resulterer i at den smeltede glassmasses viskositet tiltar i slik grad at fibertrekkingen praktisk talt umuliggjøres.

Den ovennevnte avstand vil fortrinnsvis ligge mellom 0,3 og 1,5 mm og helst mellom 0,4 og. 1,2 mm.. Hastigheten og mengden av gasstrømmen som overføres til spissdysen, varierer i avhengighet av ulike faktorer såsom spissenes tettplassering og diameter, temperaturen av den smeltede glassmasse i spissdysen, osv. Det er imidlertid nødvendig at strømningshastigheten og -mengden er avpasset tilstrekkelig rikelig til å avkjøle spissdysen og utstøte den stillestående gass rundt spissene som opphetes.av varmen som utstråles fra spissdysen og fra de smeltede glasskjegler som strekker seg nedad fra spis sendene, for derved å opprettholde den optimale trekkingstemperatur hvorved ugunstig forening av innbyrdes tilgrensende, smeltede glasskjegler forebygges, og samtidig er-statte den gassmengde som avledes nedad sammen med de trukkede filamenter.

Hvis gasstrømmen ledes mot spissdysen i retning parallelt med spissdysens underside, eller i skråretning mot undersiden, vil strømmen hindres av det store antall meget tettliggende fibrer som strekkes, og spissdysen kan derfor ikke avkjøles jevnt over hele ytterflaten. Det er følgelig nødvendig at gasstrømmen ledes stort sett i retning parallelt med fremføringsretningen for filamentene •'. som uttrekkes, dvs. i en retning mest mulig perpendikulært mot spissdyseflaten, slik at den.stillestående gass i'sonen rundt spissene blir.bortstøtt på meget effektiv måte. •

Tilføringen av en gasstrøm på den måte som er beskrevet i det ovenstående, muliggjør utforming av meget ensartede kjegler og filamenter ved anvendelse av en spissdyse med spisser som er i. : . :. anordnet med liten stigning som er redusert til det praktisk mulige, fordi gasstrømmen fremføres kontinuerlig til rommet rundt hver spiss og bortledes jevnt utad, uten å bringes i stillstand i sonen uner dyseplaten, slik at varmeutstrålingen fra spissytter-flaten, eller.avkjølingen av spissen, foregår meget ensartet i samtlige spisser, jevnført med den konvensjonelle kjølemetode hvorved kjølefinner er anordnet med mellomrom av to spissrader.

De nedenstående tabeller viser resultatet av forsøk som er gjennomført i overensstemmelse med■fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, under anvendelse av en spissdyse med 2000 spisser. Avstanden mellom innbyrdes nærmestliggende spissy.tterf later' var 0,3 til 2 mm, og spissenes diameter og lengde var henh. 1,6-2,8

mm og 0,7-4,5 mm. Den smeltede glassmasse i bøssingen hadde en temparatur av 1200-1300°C. Forsøkene bekreftet at det, ved frem-føring av en gassmengde av 7 til 70 l/minutt til spissdysen, er mulig å avkjøle den smeltede glassmasse til den optimale spinne-temperatur av 1000-1100°C umiddelbart etter utstøtingen fra spissene.

Eksempler

Spissdyse-spesifikasjon

Forsøkene ble gjennomført under anvendelse av spissdyser som angitt i det ovenstående, i kombinasjon med luftdyser som angitt "i det nedenstående:

Lufttilførselen er angitt i det nedenstående.

mengde pr. luftdyse 6-10 l/min. 20-40 l/min. 40-70 l/min. samlet luftmengde o, 35 m 3 /min. 0,80 m 3 /min. 2,8 m 3/min.

Med spissdyser, luftdyser og lufttilførselsmengder som angitt i det ovenstående ble det. produsert glassfibre i mengder av henh. 800 g/min., 600 g/min., og 1700 g/min., uten overdreven avkjøling av spissdysen og sammensmelting av de trukkede filamenter, og med overføring av moderate kjøleeffekter til glasskjeglene og spissene.

Ifølge den foreliggende, oppfinnelse er, som detaljert ber-skrevét i det foregående, tettplasseringen av spissene i spissdysen øket nesten.til grensen for det mulige, og ved jevn frem-føring, av en gasstrøm mot spissdysen oppnås en effektiv avkjøling av spissdysen og de smeltede glasskjegler som dannes ved spissen-dene, under unngåelse av den ugunstige innvirkning av varme som utstråles fra spissene og fra de smeltede glasskjegler, slik at. totalstørrelsen av spissdysen kan reduseres i vesentlig grad.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av glassfibre, karakterisert ved prosesstrinn som omfatter frem- føring av separate strømmer av smeltet glass gjennom en spissdyse med en dyseplate og et stort antall gjennomhullete, sylindriske spisser som rager nedad fra dyseplaten.og er plassert med en avstand av 0,3-2,0 mm mellom yttersidene av innbyrdes nærmestliggende spisser, og frembringelse av en kjegle av smeltet glass ved utløpet av hver gjennomhullet spiss, uttrekking av kjeglene til glassfibre, og leding mot spissdysen av en gasstrøm som beveges stort sett parallelt med glassfibrene som er trukket fra spissdys-. en, og som møter spissdysen på slik måte at den stillestående gass i sonen mellom spissene fjernes, hvorved spissdysen og kjeglene av smeltet glass avkjøles.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at avstanden er 0,2-2 mm, diameter-en av hver spiss er 1,6-2,8 mm, lengden av hver spiss 0,7-4,5 mm, antallet spisser 2000 og den tilførte gassmengde 7-70 l/min.