DE1192374B

DE1192374B - Verfahren zur Herstellung von Glasfasern

Info

Publication number: DE1192374B
Application number: DE1957P0035020
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Joachim Poegel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-11-27
Filing date: 1957-11-27
Publication date: 1965-05-06

Description

Verfahren zur Herstellung von Glasfasern Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung sehr feiner endloser Glasfasern mit sehr hohen, maimal möglichen spezifischen Festigkeiten.
Die Erfindung geht aus von den bereits bekannten Verfahren zur Herstellung von Glasfasern, bei welchen die Glasfasern in der Weise gebildet werden, daß eine Glasmasse in zähflüssigem Zustand aus Öffnungen an der Unterseite eines ruhenden Schmelzbehälters austritt und mittels einer schnell rotierenden Aufspultrommel oder auch durch Dampfstrahl ausgezogen wird oder aber durch Schleuderkraft aus am Umfang eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden drehbaren Schmelzbehälters vorgesehenen Öffnungen nach außen geschleudert wird und in der umgebenden ruhenden Luft zu feinen Glasfasern ausgezogen wird.
Zur Herstellung von sehr feinen Glasfasern sind Verfahren bekannt, bei welchen die Glasmasse in zähflüssigem Zustand nach Verlassen der Öffnungen am Umfang eines umlaufenden Schmelzbehälters zusätzlich einer Wärmeeinwirkung, vorzugsweise durch heiße Flammengase, ausgesetzt wird. Die Verkleine= rang des Durchmessers der Glasmasse zur Bildung der Fasern wird dabei vornehmlich unter der Einwirkung heißer Flammengase bewirkt. Die Flammengase sind in der Mehrzahl der bekannten Verfahren in Richtung der austretenden Glasmasse gerichtet. Dabei sind die Flammengase mindestens bis zur vollendeten Bildung der Glasfasern wirksam, und die Wärmewirkung kann nicht von der gebildeten Glasfaser abgehalten werden.
Es ist auch bekannt, daß die Erwärmung der aus Öffnungen Eines umlaufenden Schmelzbehälters austretenden zähflüssigen Glasmasse durch senkrecht dazu wirkende Flammengase erfolgen kann, die von entsprechend angeordneten Brennern ausgehen. In diesem Fall muß die nachträgliche Erwärmung niedrig gehalten werden, um das Durchschmelzen der feinen Glasfasern zu vermeiden. Die zusätzliche Längung ist daher bei dieser Anordnung wegen der hohen Glaszähigkeit bei diesen Temperaturen sehr gering.
Bei a11 diesen bekannten Verfahren, die mit einer nachträglichen Erhitzung einer aus den Öffnungen eines Schmelzbehälters austretenden zähflüssigen Glasmasse arbeiten, ist eine starke Abnahme der spezifischen Festigkeit der gebildeten Glasfasern festzustellen. Diese Abnahme der spezifischen Festigkeit soll durch die vorliegende Erfindung vermieden werden. Es soll ferner vermieden werden, daß auch bei sehr starker Nacherhitzung ein Durchschmelzen der Glasfasern erfolgt. Nach der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch ,erreicht, daß die aus Öffnungen eines ruhenden oder auch schnell umlaufenden drehbaren Schmelzbehälters in zähflüssigem Zustand austretende Glasmasse unmittelbar nach dem Verlassen der öffnungen mittels eines senkrecht zur austretenden Glasmasse wirksamen Strahlungskörpers beheizt wird, und zwar derart, daß die Heizwirkung des Strahlungskörpers aufhört, bevor die Faser gebildet ist, so daß nach dem Durchgang durch .den Wirkungsbereich des Strahlungskörpers unter plötzlicher Abkühlung weiter ausgezogen wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann auch so verfahren werden, daß die aus einem sich drehenden Schmelzbehälter austretende Glasmasse mittels eines senkrecht zur Schleuderrichtung geführten Dampf- oder Gasstrahles beschleunigt wird.
Die Verwirklichung des Erfindungszieles, nämlich die Herstellung von Glasfasern mit maximalen spezifischen Festigkeiten durch die Beheizung nach dem vorliegenden Verfahren läßt sich aus den physikalischchemischen Vorgängen bei der Bildung der Glasfasern erklären. Glasfasern mit maximalen spezifischen Festigkeiten, wie sie z. B. beim Trommel ziehverfahren hergestellt werden, müssen aus einer Glasmasse gezogen werden, die im Schmelzbehälter auf derart hohe Temperaturen erhitzt wird, daß sie Zähigkeiten annimmt, die über der oberen Grenze des Verarbeitungsbereiches des Glases liegen; dieser liegt bekanntlich zwischen 4,5 - 107 und 104 Poise. Die Bildung der Glasfasern ist an der oberen Grenze des Verarbeitungsbereiches bereits beendet, da der Widerstand gegen weiteres Ausziehen bei den höheren Zähigkeiten so stark wird, daß keine merkliche Abnahme des Faserdurchmessers bei der äußerst schnellen Abkühlung der gebildeten Glasfasern von sehr kleinem Faserdurchmesser mehr erfolgen kann. Die maximalen spezifischen Festigkeiten der Glasfasern entstehen nun, wenn zwei Bedingungen bei der Herstellung beachtet werden. Die eine Bedingung ist die, daß die bei hohen Temperaturen aus den Öffnungen des Schmelzbehälters austretende Glasmasse plötzlich abgeschreckt wird, und die andere Bedingung ist die, daß die Glasmasse gleichzeitig unter starken Verzug gesetzt wird. Wenn die beiden Bedingungen erfüllt werden, tritt der gewünschte Erfolg ein.
Die plötzliche Abschreckung erfolgt durch Abstrahlung von Wärmeenergie von der großen Oberfläche der gebildeten Glasfaser sowie durch Ableitung von Wärmeenergie von der Oberfläche der Glasfaser an die umgebende kalte Luft.
Bei dem starken Verzug der aus den Öffnungen des Schmelzbehälters austretenden Glasmasse wird eine Glasfaser mit großer Oberfläche gebildet. Mit dem Aufwande an mechanischer Arbeit bei der Neubildung der Oberfläche ist eine Abnahme der Oberflächenwärme verbunden, deren energetische Größenordnung der Arbeitsleistung entspricht. Diese Abkühlung der Oberfläche bei der Neubildung wirkt in demselben Sinn wie die Abstrahlung von Wärmeenergie. Wirkt man der Abkühlung bei der Neubildung der Oberfläche entgegen, wie es praktisch z. B. beim Verstrecken der Glasfasern analog den organischen Polyamidfasern geschieht, so läßt die spezifische Festigkeit der Glasfasern stark nach. Dies geschieht auch praktisch bei allen bisher bekannten Verfahren, die ein nachträgliches Erhitzen der Glasfasern nach dem Verlassen des Schmelzbehälters zum Gegenstand haben. Bei dem vorliegenden Verfahren wird nun zwar die austretende Glasmasse unmittelbar nach ihrem Austritt aus den Öffnungen des Schmelzbehälters noch beheizt, aber nur auf einer kurzen Strecke unmittelbar nach Verlassen der öffnungen eines Schmelzbehälters, auf welcher der Durchmesser der austretenden Glasmasse im Vergleich zur gebildeten Glasfaser noch groß ist. Nach dem Durchgang durch den Wirkungsbereich des Strahlungskörpers, durch den die Beheizung erfolgt, wird völlig frei von äußerer Wärmeeinwirkung weiter ausgezogen.
Das neue Verfahren eignet sich besonders für Schmelzen, deren Zähigkeiten sich sehr stark mit der Temperatur ändern, wie z. B. Gesteinsschmelzen oder flüssige Schlacken, oder auch sehr hoch schmelzende Zusammensetzungen.
In den Zeichnungen ist die Durchführung der Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Schmelzbehälter 1. Hierin befindet sich die zähflüssige Glasmasse 3, welche durch die Öffnung 2 hindurchgehend zu der Glasfaser 4 ausgezogen wird. Der Schmelzbehälter 1 wie auch der Strahlungskörper 5 sind in einem keramischen Isolierkörper 6 eingebettet. Unter der Wirkung des bandförmigen Strahlungskörpers 5 steht nur der Teil der Glasmasse, der sich kurz nach Verlassen der Öffnungen 2 im oberen Teil des Schmelzkegels 7 befindet, während sich der untere Teil des Schmelzkegels und die gebildete Glasfaser 4 nicht mehr im Wirkungsbereich des Strahlungskörpers befinden.
In F i g. 2 ist ein mit hoher Geschwindigkeit drehbarer Schmelzbehälter 11 dargestellt. Die schmelzflüssige Glasmasse 13 tritt durch die Öffnungen 12 am Umfang des Schmelzbehälters 11 aus. Der Schmelzbehälter 11 wie auch der Strahlungskörper 15 sind in einem keramischen Isolierkörper 16 eingebettet. Unter der Wirkung des bandförmigen Strahlungskörpers 15 steht nur der Teil der Glasmasse, der sich kurz nach Verlassen der Öffnungen 12 im oberen Teil des Schmelzkegels 17 befindet, während sich der äußere Teil des Schmelzkegels 17 und die gebildete Glasfaser 14 nicht mehr im Wirkungsbereich des Strahlungskörpers 15 befinden. In Richtung des Pfeiles 18 kann zusätzlich eine Beschleunigung der Glasfasern durch Gasstrahl erfolgen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von sehr feinen endlosen Glasfasern, bei welchen die Glasmasse in zähflüssigem Zustand durch Öffnungen eines ruhenden Schmelzbehälters austritt oder durch Schleuderkraft aus am Umfang eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden drehbaren Schmelzbehälters vorgesehenen Öffnungen nach außen geschleudert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung maximaler spezifischer Festigkeiten mittels eines senkrecht zur austretenden Glasmasse wirksamen Strahlungskörpers die austretende Glasmasse unmittelbar nach ihrem Austritt aus den Öffnungen des Schmelzbehälters beheizt wird, und zwar derart, daß die Heizwirkung des Strahlungskörpers, bevor die Faser gebildet ist, aufhört, so daß nach dem Durchgang durch den Wirkungsbereich des Strahlungskörpers unter plötzlicher Abkühlung weiter ausgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem sich drehenden Schmelzbehälter austretende Glasmasse mittels eines senkrecht zur Schleuderrichtung geführten Dampf- oder Gasstrahles beschleunigt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 865 641, 804112, 1081195; französische Zusatzpatentschrift Nr. 68155 (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 1124 487).