DE2128170A1 - Method and apparatus for the manufacture of glass fibers - Google Patents
Method and apparatus for the manufacture of glass fibersInfo
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Description
201-211 Martins Building, Water Street,201-211 Martins Building, Water Street,
Liverpool.L2, 3 SR, Lancashire, EnglandLiverpool. L2, 3 SR, Lancashire, England
Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen Designation: Process and device for manufacturing
von Glasfasernof fiber optics
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen fortlaufender Glasfasern.The present invention relates to a method and an apparatus for producing continuous glass fibers.
Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen fortlaufender Glasfasern, bei dem geschmolzenes Glas in einem rinnenartigen Tiegel aus einer Platinlegierung enthalten ist, wobei zur Erhitzung elektrischer Strom durch die Legierung geleitet wird. Durch mehrere Bohrungen in der Unterseite, die mit nach unten ragenden, hohlen Vorsprüngen, sog. "Zwiebeln", versehen sind, tritt das Glas aus. Die kritische Stelle bei der Faserbildung ist die Zone, in der die Fasern von den Zwiebelspitzen weggezogen werden. Das geschmolzene Glas bildet einen auf dem Kopf stehenden Kegel, wenn es unter Schwerkraft an den Zwiebelspitzen fließt und es bildet sich an jeder Kegelspitze eine Faser.A method for producing continuous glass fibers is known, in which molten glass is contained in a trough-like crucible made of a platinum alloy, an electric current being passed through the alloy for heating. The glass emerges through several bores in the underside, which are provided with downwardly protruding, hollow projections, so-called "onions". The critical point in fiber formation is the zone where the fibers are pulled away from the onion tips. The molten glass forms an upside-down cone as it flows under gravity at the onion tips and a fiber forms at each cone tip.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, Glasfasern aus einer Glasschmelze gemäß herkömmlicher VerfahrenstechnikIt has now been found that it is possible to produce glass fibers from a glass melt in accordance with conventional process technology
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herzustellen. Es wurde ferner gefunden, daß es nicht nötig ist, sich beim Ziehen der Fasern nach unten auf die auf das flüssige Glas wirkende Schwerkraft als Hauptteil der Form- oder Antriebskraft zu stützen. Bei einem Verfahren, bei dem die Schwerkraft 90 % der Ziehkraft liefert, wie es bei dem bekannten Verfahren der Fall ist, kann man nur geringfügig von den verfahrensbedingten opitmalen Bedingungen abweichen, ohne daß der Betrieb entweder infolge "Überflutung" oder infolge von "Kaltbrüchen11 zusammenbricht, die durch übermäßige Viskositätsverringerung an den Zwiebelspitzen verursacht sind. Es wurde nun gefunden, daß man mehrere Fasern kontinuierlich aus einer Glasoberfläche im wesentlichen durch auf die Fasern wirkende Zugkräfte ziehen kann. Wenn man gegen die Schwerkraft arbeitet, wird das Ziehen der Fasern ganz von den auf die Faser ausgeübten Zugkräften bewirkt.to manufacture. It has also been found that it is not necessary to rely on gravity acting on the liquid glass as the major part of the shaping or driving force in pulling the fibers downward. In a process in which gravity supplies 90% of the pulling force, as is the case with the known process, one can deviate only slightly from the process-related optimal conditions without the operation either as a result of "flooding" or as a result of "cold fractures 11 It has now been found that a plurality of fibers can be continuously drawn from a glass surface by essentially pulling the fibers against gravity, and when working against gravity the pulling of the fibers becomes entirely causes the tensile forces exerted on the fiber.
Die vorliegende Erfindung schafft daher ein Verfahren zum Herstellen von Glasfasern, bei dem man die Glasfasern aus geschmolzenem und eine Viskosität von wenigstens 1000 Poise aufweisenden Glas mit einem Satz Dorne zieht, die mit dem geschmolzenen Glas in Berührung gebracht werden, wobei man zuläßt oder bewirkt, daß das Glas an jedem einzelnen Dorn haftet; die Dorne werden dann von der Glasoberfläche wegbewegt, so daß das Glas in Form von Fasern ausgezogen wird; die so gebildeten Fasern werden auf eine entsprechende Wickelvorrichtung gebracht; man sieht ferne nahe oder an der Glasoberfläche Meniskusbegrenzungsvorrichtungen zur Vermeidung der Vereinigung der beim Zieher der einzelnen Fasern gebildeten Menisken vor. Die Meniskusbegrenzungsvorrichtungen sind vorzugsweise eine Reihe von Öffnungen, die zu den Dornen derart angeordnet sind,The present invention therefore provides a method for producing glass fibers in which the glass fibers are made molten glass having a viscosity of at least 1000 poise with a set of mandrels that pulls brought into contact with the molten glass, allowing or causing the glass to adhere to each individual mandrel; the spines are then removed from the glass surface moved away so that the glass is drawn out in the form of fibers; the fibers thus formed are on a brought appropriate winding device; meniscus limiting devices can be seen in the distance near or on the surface of the glass to avoid the unification of the pullers of the individual fibers formed menisci. The meniscus restrictors are preferably a series of openings which are arranged to the thorns in such a way
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daß jeder Dorn durch eine Offnunghindurchtritt, wenn der Satz Dorne mit dem Glas in Berührung gebracht wird.that every thorn passes through an opening when the Set of mandrels is brought into contact with the glass.
Vorzugsweise wird eine Viskosität im Bereich von 5000 bis 6000 Poise zum Ziehen der Glasfasern angewandt.A viscosity in the range of 5000 is preferred up to 6000 poise used to draw the glass fibers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform benutzt man als Dorne hohle Metallrohre j die oben und unten offen sind un mit dem unteren Ende in die Glasschmelze getaucht werden, um anschließend wieder herausgezogen zu werden, so daß jedes Rohr eine Glasfaser aus der Glasschmelze zieht. Es M ist natürlich wichtig, daß sichergestellt wird, daß die Faser beim Herausziehen des Dorns aus der Glasschmelze mit einem Glasklümpchen fest am Dorn haftet, wobei dieses Glasklümpchen anschließend nicht abfällt; der Vorteil der Benutzung hohler Dorne besteht darin, daß eine gewiss Menge des geschmolzenen Glases in das hohle Rohr eintritt und folglich die Haftung zwischen dem Glas und dem Dorn verbessert wird.According to a preferred embodiment, hollow metal tubes are used as mandrels, which are open at the top and bottom and the lower end is immersed in the molten glass and then pulled out again, so that each tube pulls a glass fiber from the molten glass. There M is of course important that it is ensured that the fiber upon withdrawal of the mandrel from the glass melt with a Glasklümpchen firmly adheres on the mandrel, said Glasklümpchen then does not drop; the advantage of using hollow mandrels is that some of the molten glass enters the hollow tube and consequently the adhesion between the glass and the mandrel is improved.
Erfindungsgemäß kann man die Glasfasern im wesentlichen senkrecht nach oben oder auch unter irgendeinem belie- M bigen Winkel zur Horizontalebene schräg nach oben ziehen. Gemäß einer Variante kann man die Glasfasern aber auch im wesentlichen senkrecht abwärts oder im wesentlichen waagerecht oder unter irgendeinem Winkel zur Horizontalebene schräg nach unten ziehen. According to the invention the glass fibers may be substantially perpendicular to the top or underneath any belie- M desired angle to the horizontal plane obliquely upwards. According to a variant, however, the glass fibers can also be drawn essentially vertically downwards or essentially horizontally or obliquely downwards at any angle to the horizontal plane.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Meniskusbegrenzungsvorrichtung kann beim Ziehen der Fasern nach oben beispielsweise eine feuerfeste Platte mit einei Reihe von Öffnungen sein, wobei diese Platte gelagert istThe invention also relates to a device for Implementation of the method according to the invention. The meniscus restriction device For example, when pulling the fibers upwards, a refractory plate with a single layer can be used Series of openings, this plate being supported
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oder auf der Glasoberfläche schwimmt; ferner kann es sich aber auch um ein Metalldrahtgitter handeln, das am oder nahe der Glasoberflache gelagert ist; diese Vorrichtung kann auch eine Metallplatte mit gebohrten oder ausgestanzten Löchern sein. Das verwendete Metall soll resistent sein gegen die unter den gegebenen Arbeitsbedingungen auftretende Korrosion. Wenn eine feuerfeste Platte verwendet wird, die aus Kohlenstoff hergestellt ist, oxydiert diese, wobei die Oxydationsgeschwindigkeit von den Arbeitsbedingungen abhängt. Bei gewissen Gläsern kann es erforderlich sein, diese Platte häufiger auszuwechseln. Die Meniskusbegrenzungsvorrichtung kann nach Wunsch elektrisch beheizt sein.or floats on the glass surface; but it can also be a metal wire grid that is on or is stored near the glass surface; this device can also be a metal plate with drilled or punched holes. The metal used should be resistant be against the corrosion occurring under the given working conditions. If a refractory plate is used, which is made of carbon, it oxidizes, whereby the rate of oxidation of the Working conditions depends. With certain glasses it can it may be necessary to replace this plate more frequently. The meniscus restriction device can be electrical, if desired be heated.
Wenn die Glasfasern nach unten gezogen werden, muß sich die Meniskusbegrenzungsvorrichtung notwendigerweise mit dem Glas in Berührung befinden und dieses tragen, so daß das Glas nur durch die Öffnungen austreten kann; in diesem Falle ist beispielsweise die Verwendung eines Drahtgitters nicht möglich.If the fibers are pulled down, it must be the meniscus limiter necessarily are in contact with and support the glass so that the glass can only exit through the openings; in this Case, for example, the use of a wire mesh is not possible.
Die verwendeten Dorne sind vorzugsweise zusammen in einem Halter montiert, so daß jeder einzelne Dorn mit einer Öffnung in der Meniskusbegrenzungsvorrichtung fluchtet, wobei dieser Halter mit den Dornen auf die Meniskusbegrenzungsvorrichtung hin und von dieser weg bewegt werden kann. Der Dorn kann aus einem Material hergestellt sein, das bei Berührung mit dem Glas von diesem benetzt wird, beispielsweise Glasstäbe. So können die Dorne aus einer Reihe von Glasstäben bestehen, die in einem Träger oder Halter montiert sind. Gemäß einer anderen, oben bereitsThe mandrels used are preferably together in one Holder mounted so that each individual mandrel is aligned with an opening in the meniscus restrictor, this holder with the spikes on the meniscus limitation device can be moved here and there. The mandrel can be made of a material which is wetted by the glass when it comes into contact with it, for example glass rods. So the thorns from a Series of glass rods that are mounted in a carrier or holder. According to another, already above
erwähnten Ausführungsform können die Dorne aus einer Reihe 10 9 8 5 1/12 3 2 mentioned embodiment, the mandrels can be from a row 10 9 8 5 1/12 3 2
hohler Metallrohre bestehen. Zusätzlich zu dem oben bereits erwähnten Vorteil besteht bei Metallrohren die Möglichkeit, an das innere der Rohre einen leichten Unterdruck anzuschließen, wenn die Rohre mit dem Glas in Berührung sind, so daß die Haftung zwischen dem geschmolzenen Glas und den Dornen verbessert wird. Nach Bedarf kann man, wenn die Fasern auf die Wickelvorrichtung übergeben worden sind, die Rohre erhitzen und ihr Inneres unter Überdruck setzen, um die Rohre vom Glas im inneren derselben zu befreien. ^consist of hollow metal tubes. In addition to the advantage already mentioned above, with metal pipes there is the possibility of to apply a slight negative pressure to the interior of the tubes when the tubes come into contact with the glass so that the adhesion between the molten glass and the mandrels is improved. Upon need when the fibers have been transferred to the winding device, the tubes and their interior can be heated pressurize to rid the tubes of the glass inside them. ^
Andererseits kann man die Dorne auch energisch zum Stillstand bringen, etwa durch Aufprall auf einen Anschlag, so daß die Glasklümpchen, mit denen die Fasern an den Rohren befestigt sind, wegbrechen.On the other hand, you can also forcefully bring the mandrels to a standstill, for example by hitting a stop, like this that the lumps of glass with which the fibers are attached to the tubes break away.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein Verfahren beschränkt, bei dem alle Dorne gleichzeitig mit der Glasoberfläche in Berührung gebracht werden. Man kann die Dorne unterteilen, so daß das Ziehen der Glasfasern aus einer Oberfläche mit nur einem Teil der Gesamtzahl der Fasern beginnt, während die übrigen Fasern nach und nach - ™ hinzutreten. Es wurde ferner festgestellt, daß die waagerechte Ausrichtung der Dorne auf die Glasoberflache nicht kritisch ist, solange die Dorne und die Glasoberfläche derart zueinander liegen, daß jeder Dorn mit der Glasoberfläche in Berührung kommt. Ein Dorn kann tiefer unter die Oberfläche treten als der andere Dorn, ohne daß der einwandfreie Ablauf des Verfahrens beeinträchtigt würde. Es wurde gefunden, daß als hohle Metalldorne Injektionsnadelr aus Edelstahl geeignet sind.The present invention is not limited to a method in which all the mandrels simultaneously with the glass surface be brought into contact. One can subdivide the mandrels so that the fiberglass can be pulled out a surface with only part of the total number of fibers begins, while the remaining fibers gradually - ™ join. It was also found that the horizontal alignment of the mandrels on the glass surface is not is critical as long as the mandrels and the glass surface are such that each mandrel comes into contact with the glass surface. A thorn can go deeper under the Surface than the other mandrel, without the proper functioning of the process would be impaired. It it has been found that, as a hollow metal spike, injection needles made of stainless steel are suitable.
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Das Maß der Öffnungen ist wesentlich größer, als bei den "Zwiebeln" der herkömmlichen Vorrichtungen. Bei den herkömmlichen Vorrichtungen hat die Spitze einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 mm, während der Durchmesser der Öffnungen, die bei den Meniskusbegrenzungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet v/erden, vorzugsweise größer als 2,5 mm ist und vorzugsweise 7,5 mm nicht überschreiten soll. Die Auswahl der Größe der öffnung bestimmt sich nach der Dicke der herzustellenden Faser und dem Durchsatz, wobei die Faser umso dicker und der Durchsatz umso größer wird, je größer die Öffnung ist. Die Öffnungen müssen nicht unbedingt kreisförmig sein und die Form bestimmt sich in manchen Fällen aus der Notwendigkeit, möglichst viel Öffnungen in einer gegebenen Fläche anzuordnen, während die mechanische Festigkeit der Meniskusbegrenzungsvorrichtung erhalten bleibt. Wenn zahlreiche engabgesetzte Fasern gezogen werden, wird der Glasdurchsatz je Faser von der angewendeten Absetzung (Pitching) beeinflußt. So haben 5 mm Öffnungen mit 7 mm Absetzung etwa 30 % geringere Glasflußgeschwindigkeit als 5 mm Öffnungen mit 13 mm Absetzung.The size of the openings is much larger than that of the "Onions" of conventional devices. With the conventional Devices, the tip has a diameter on the order of 2 mm, while the diameter the openings used in the meniscus limitation devices according to the present invention, is preferably greater than 2.5 mm and should preferably not exceed 7.5 mm. Choosing the size of the opening is determined by the thickness of the fiber to be produced and the throughput, the thicker the fiber and the the larger the opening, the greater the throughput. The openings do not necessarily have to be circular and the shape is determined in some cases by the need to have as many openings as possible in a given area to be arranged while the mechanical strength of the meniscus restriction device preserved. When numerous closely spaced fibers are drawn, the throughput of glass decreases influenced per fiber by the pitching applied. So 5 mm have openings with 7 mm offset glass flow rate about 30% lower than 5 mm Openings with a 13 mm offset.
Die Temperatur, bei der Fasern gezogen werden können, ist unterschiedlich in Abhängigkeit von der Eigenart der Glaszusammensetzung und davon, ob nach oben oder nach unten gezogen wird. Jeder Fachmann kann die "besten Bedingungen" zum Ziehen ohne weiteres bestimmen.The temperature at which fibers can be drawn differs depending on the nature of the glass composition and whether it is pulled up or down. Every professional can find the "best conditions" determine for pulling without further ado.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt:Further objects, features and advantages of the invention result from the following description, reference being made to the accompanying drawings. In the Drawings shows:
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Fig. 1 die Faserbildungscharakteristik des Glases nach dem folgenden Beispiel I,1 shows the fiber formation characteristics of the glass according to the following example I,
Fig. 2 die Faserbildungscharakteristik des Glases nach dem Beispiel 2,2 shows the fiber formation characteristics of the glass according to example 2,
Fig. 3 die Faserbildungscharakteristik des Glases nach Beispiel 3,3 shows the fiber formation characteristics of the glass according to Example 3,
Fig. 4 in einer Draufsicht die mit der Glasoberfläche in Berührung befindliche Meniskusbegrenzungsvorrichtung, Fig. 4 in a plan view that with the glass surface meniscus limitation device in contact,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 4,Fig. 5 is a section along the line A-A in Fig. 4,
Fig. 6a, 6b und 6c in perspektivischen Darstellungen verschiedene Ausführungsformen der Meniskusbegrenzungsvorrichtungen ,6a, 6b and 6c show different embodiments of the meniscus limiting devices in perspective representations ,
Fig. 7 in einem der Fig. 5 entsprechenden Schnitt die Aufwickeleinrichtung undFig. 7 in a section corresponding to FIG. 5, the winding device and
Fig. 8 in einem weiteren Schnitt die Dornanordnung.8 shows the mandrel arrangement in a further section.
Im Rahmen der weiteren Erörterung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird zunächst auf die Figuren 1, 2 und 3 Bezug genommen. Es wurde gefunden und in diesen Figuren dargestellt, daß für jedes 'beliebige Glas die Temperatur, bei der die Fasern gezogen werden können, bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sei es daß nach oben oder nach unten gezogen wird, wesentlich niedriger ist als bei dem bekannten Verfahren. In den Diagrammen der Figuren 1 bis 3 ist für die einzelnen Glasarten die Faserbildungstemperatur in Celsiusgraden in Abhängigkeit von der Einzelfaserglasfließgeschwindigkeit in pounds je Faser-Stunde und der herkömmliche FaserbildungsbereichIn the context of the further discussion of the fundamentals of the present invention, reference is first made to FIGS. 1, 2 and 3 are referred to. It has been found and shown in these figures that for any 'any glass the temperature, in which the fibers can be drawn when using the method according to the invention, be it that is pulled up or down, is much lower than in the known method. In the diagrams In FIGS. 1 to 3, the fiber formation temperature in degrees Celsius is a function of the individual types of glass of the single fiber glass flow rate in pounds per fiber-hour and the conventional fiber formation area
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- 8 mit dem gestrichelten Rechteck A dargestellt.- 8 with the dashed rectangle A shown.
Fig. 1 zeigt die Faserbildungscharakteristik bei nach oben gezogenen Fasern für das Glas gemäß Beispiel 1, wobei die nominal besten Bedingungen von der senkrechten Linie 1 dargestellt werden und die Temperatur, bei der die Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen v/erden können, mit der geneigten Linie 2 dargestellt ist. Fig. 2 zeigt die Faserbildungscharakteristik bei nach oben gezogenen Fasern für das Glas gemäß Beispiel 2, wobei die nominal .besten Bedingungen wiederum mit der senkrechten Linie 1 dargestellt ist und die Temperatur, bei der die Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen werden können, von der geneigten Linie 2 dargestellt wird. Fig. 3 zeigt die Faserbildungscharakteristik bei nach oben und nach unten gezogenen Fasern des Glases gemäß Beispiel 3. Die senkrechte Linie 1 gibt die nominal besten Bedingungen bei nach oben gezogenen Fasern an und die geneigte Linie 2 zeigt die Temperatur, bei der Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen werden können. Die senkrechte Linie 3 gibt die nominal besten Bedingungen beim Ziehen der Fasern nach unten an und die geneigte Linie 4 zeigt die Ergebnisse gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows the fiber formation characteristics at after fibers drawn above for the glass according to Example 1, the nominally best conditions being different from the vertical Line 1 and the temperature at which the fibers are drawn in accordance with the present invention can, is shown with the inclined line 2. Fig. 2 shows the fiber formation characteristics at after fibers drawn above for the glass according to Example 2, the nominal best conditions again with the vertical Line 1 is shown and the temperature at which the fibers are drawn in accordance with the present invention can be represented by the inclined line 2. Fig. 3 shows the fiber formation characteristics at after fibers of the glass drawn up and down according to example 3. The vertical line 1 gives the nominally best Conditions when fibers are drawn up, and the inclined line 2 shows the temperature at which fibers can be drawn according to the present invention. the vertical line 3 gives the nominally best conditions when pulling the fibers down and the inclined Line 4 shows the results according to the present invention.
Man erkennt, daß in allen Fällen die nominal "besten Bedingungen" bei niedrigeren Temperaturen gegeben sind, als bei dem bekannten Verfahren. Dank der Möglichkeit, die Temperatur herabzusetzen und die Viskosität zu vermindern, bei denen das Glas gezogen wird, kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fasern aus Glas mit hohem Schmelzpunkt herstellen, die mit den herkömmlichen VorrichtungenIt can be seen that in all cases the nominally "best conditions" are given at lower temperatures than in the known method. Thanks to the possibility that Lowering the temperature and reducing the viscosity at which the glass is drawn can be achieved with the inventive Method of producing fibers from high melting point glass using conventional devices
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nicht wirtschaftlich gezogen werden konnten. Die Grenze für das Ziehen solcher Gläser bei niedriger Temperatur ist der Entglasungspunkt (devitrification point), d.h., daß einige hochschmelzende Gläser, wenn man sie mit dem vorliegenden Verfahren zieht, entglasen, während jedoch die Gläser mit den nachfolgend angegebenen Zusammensetzungen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung zu Fasern gezogen werden können.could not be drawn economically. The border for drawing such glasses at low temperature is the devitrification point, i.e. that some refractory glasses, when drawn with the present process, devitrify, while however the glasses with the compositions given below by the method according to the invention into fibers can be drawn.
Die Temperatur des Glases an oder nahe den Meniskusbegrenzungsvorrichtungen ist bestimmend für die Faserbildungsviskosität, wobei die Massetemperatur des Glases derart sein muß, daß das Glas zur Meniskusbegrenzungsvorrichtung fließt. Man kann daher die Viskosität unabhängig von der Massetemperatur des Glases dadurch steuern, daß man die Meniskusbegrenzungsvorrichtungen heizt oder kühlt.The temperature of the glass at or near the meniscus restrictors is decisive for the fiber formation viscosity, whereby the mass temperature of the glass must be such that the glass flows to the meniscus limiter. One can therefore choose the viscosity independently control of the bulk temperature of the glass by heating the meniscus limit devices or cools.
Die Ziehgeschwindigkeit kann man selbstverständlich mit Rücksicht auf den erforderlichen Durchsatz verändern, es wurde jedoch gefunden, daß man mit Geschwindigkeiten im Bereich von etwa 5 m/Sek. bis 75 m/Sek. arbeiten kann.The pulling speed can of course be changed with regard to the required throughput, however, it has been found that speeds in the range of about 5 m / sec. up to 75 m / sec. can work.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist wegen der niedrigeren Faserbildungstemperatur die Gefahr einer "Überflutung" wesentlich geringer und man erreicht eine höhere Lebensdauer des verwendeten Materials. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch weniger empfindlich gegen Einschlüsse, so daß man erwünschtenfalles auch Glas geringerer Qualität benutzen kann. Ferner zeigte es sich, daß der Bruch einer einzelnen Faser insbesondere beim Ziehen nach oben nicht zu nahezu sofortigen weiteren BrüchenIn the method according to the invention, because of the lower fiber formation temperature, there is a risk of "flooding" significantly lower and you achieve a longer service life for the material used. The procedure according to the invention is also less sensitive to inclusions, so that if desired, glass can also be lesser Quality can use. Furthermore, it has been found that the breakage of a single fiber, especially when drawn upwards not to almost immediate further breaks
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führt, so daß die Menge an anfallendem Abfall verringert wird und längere, fortlaufende Fasern hergestellt werden können.thus reducing the amount of waste generated and producing longer, continuous fibers can.
In der obigen Beschreibung wurde ausgeführt, daß die Fasern nach oben und nach unten gezogen werden können. Bei sorgfältiger Steuerung der Bedingungen kann man selbstverständlich das Verfahren mit den Meniskusbegrenzungsvorrichtungen und der Glasoberfläche in einer senkrechten Ebene rechtwinklig zur horizontalen Ebene und unter irgendeinem Winkel zwischen dieser Stellung und der horizontalen Ebene durchführen. In diesem Falle kann es erforderlich sein, zum Beispiel die öffnungen in den Meniskusbegrenzungsvorrichtungen derart anzuordnen, daß das Glas aus jeder Öffnung unter gleichen Bedingungen gezogen werden kann.In the above description it was stated that the fibers can be pulled up and down. With careful control of the conditions one can of course the procedure with the meniscus limiters and the glass surface in a vertical position Plane perpendicular to the horizontal plane and at any angle between this position and the horizontal plane Perform level. In this case it may be necessary, for example the openings in the meniscus limitation devices to be arranged in such a way that the glass is drawn from each opening under the same conditions can be.
Die Erfindung wird nun weiter mit Bezug auf die FigurenThe invention will now be further with reference to the figures
4 bis 8 erläutert.4 to 8 explained.
Bei der dargestellten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Glas in einem Bad oder Behälter 1 enthalten, der elektrisch erhitzt wird und mit Kontakten 2 und 3 an eine Stromquelle angeschlossen ist. Mit 4 ist eine Meniskusbegrenzungsvorrichtung bezeichnet, die aus einer Metallplatte besteht, in die eine Anzahl ÖffnungenIn the illustrated embodiment of the invention Device is contained glass in a bath or container 1, which is electrically heated and with contacts 2 and 3 is connected to a power source. With 4 a meniscus limiting device is referred to, which from consists of a metal plate in which a number of openings
5 eingebohrt oder eingestanzt ist. Fig. 8 zeigt eine Dornanordnung, die aus zwei an einem Rahmen 12 gelagerten Haltern 6 und 7 besteht, die gleichzeitig oder unabhängig voneinander zur Glasoberfläche abgesenkt werden können.5 is drilled or punched. 8 shows a mandrel arrangement, which consists of two supported on a frame 12 Holders 6 and 7, which can be lowered to the glass surface simultaneously or independently.
Die einzelnen Dorne 8 fluchten mit den Öffnungen 5 in der Meniskusbegrenzungsvorrichtung 4. Durch diese VorrichtungThe individual mandrels 8 are aligned with the openings 5 in the Meniscus Limiting Device 4. By this device
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4 kann man bei Bedarf einen Heizstrom leiten.4 you can conduct a heating current if necessary.
Im Betrieb werden bei der dargestellten Vorrichtung die zwei Dornhalterungen 6 und 7 zur Glasoberfläche abgesenkt (das Glas hat vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von 5000 bis 6000 Poise), bis die Dorne die Glasoberfläche berühren. Dann werden die Dorne angehoben, wobei Glasfasern aus dem Glas gezogen werden, wenn die Dorne die Glasoberflache verlassen. Nachdem sich die Dorne in einer solchen Höhe befinden, daß die Fasern auf eine Wickelvorrichtung 11 übergeben werden können, wird das weitere Ziehen der Fasern von der Wickelvorrichtung übernommen, während die Dorne vom anhaftenden Glas dadurch befreit werden, daß ihre Halter energisch gegen Anschläge 12 am Ende des Bewegungsweges der Halter prallen. In operation, in the device shown, the two mandrel holders 6 and 7 are lowered to the glass surface (the glass preferably has a viscosity in the range of 5000 to 6000 poise) until the spikes hit the glass surface touch. Then the mandrels are raised, pulling glass fibers out of the glass when the Thorns leave the glass surface. After the mandrels are at such a height that the fibers on a winding device 11 can be passed, the further pulling of the fibers from the winding device taken over, while the mandrels are freed from the adhering glass, that their holder vigorously against Strikes 12 collide at the end of the path of movement of the holder.
Man kann nach Wunsch Überwachungsvorrichtungen vorsehen, um sicherzustellen, daß alle oder im wesentlichen alle Dorne mit der Glasoberfläche in Berührung kommen.Monitoring devices can be provided if desired, to ensure that all or substantially all of the mandrels come into contact with the glass surface.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung, nicht aber zur Abgrenzung der Erfindung.The following examples serve to illustrate, not but to delimit the invention.
Ein Quantum Glas, das normalerweise zur Glasfaserherstellung mit einem Rotationsverfahren verwendet wird, wurde in das Schmelzbad eingebracht und soweit erhitzt, daß man grade Fasern aus der Oberfläche ziehen kann. Durch fortschreitende, weitere Erhöhung der Glasmassetemperatür so weit, bis die Faserbildung aufhörte, wurde der anwendbare Temperaturbereich von 1100 bis 1200 G bestimmt. In-10 9 8 5 1/12 3 2A quantum glass that is normally used to make fiberglass with a rotary process introduced into the molten bath and heated to such an extent that can pull fibers out of the surface. By progressively increasing the glass mass temperature so until fiber formation ceased, the applicable temperature range of 1100 to 1200 G was determined. In 10 9 8 5 1/12 3 2
nerhalb dieses Temperaturbereiches konnte man Glasfasern mit Durchmessern zwischen 0,012 mm (0,0005 inch) und
0,060 mm (0,0024 inch) herstellen. Die gradlinige Geschwindigkeit der Fasern während des Ziehvorganges lag
zwischen 5 m/Sek. und 20 m/Sek.Within this temperature range, glass fibers with diameters between 0.012 mm (0.0005 inches) and
Make 0.060 mm (0.0024 inch). The straight line speed of the fibers during the drawing process was
between 5 m / sec. and 20 m / sec.
Die Grenztemperatures wurden folgendermaßen bestimmt:The limit temperatures were determined as follows:
1. Niedrigste Temperatur: 1.Lowest temperature:
Bei der die zum Ziehen der Fasern erforderliche Zugspannung Spannungen erzeugte, die höher sind als die Zugfestigkeit der Fasern.Where the tension required to pull the fibers created tensions that are higher than the tensile strength of the fibers.
2. Höchste Temperatur: 2. Highest temperature:
Bei der das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung und den Viskositätskräften
am Meniskus verlorengeht, was zunächst zu einem unstabilen Meniskus und schließlich zum Zusammenbruch
des Meniskus führt.In which the balance between surface tension and viscosity forces
is lost at the meniscus, which initially leads to an unstable meniscus and ultimately to the collapse of the meniscus.
Versuche gleich denen des Beispiel 1 wurden bei 11E"-Glas
durchgeführt. Es wurde gefunden, daß es möglich ist,
Glasfasern bei einem Glasmassetemperaturbereich von 1220 bis 1380 C mit Ziehgeschwindigkeiten zwischen 5 m/Sek.
und 20 m/Sek· zn ziehen. Die hergestellten Glasfasern
hatten Durchmesser zwischen 0,022 und 0,1 mm (22 und 100 Mikrometer). Für dieses Glas wurde die obere Grenztemperatur
wie im Beispiel 1 bestimmt, die untere Temperatur
l- war jedoch diejenige, bei der im Glaskörper Entglasung
(devitrification) auftrat. Es wurde jedoch weiter gefun-"Experiments similar to those of Example 1 were carried out on 11 E "glass. It has been found that it is possible
Glass fibers at a glass mass temperature range of 1220 to 1380 C with drawing speeds between 5 m / sec.
and 20 m / sec-zn draw. The manufactured glass fibers
had diameters between 0.022 and 0.1 mm (22 and 100 micrometers). For this glass, the upper limit temperature was determined as in Example 1, the lower temperature
l - however, was the one in which vitreous devitrification
(devitrification) occurred. However, it was further found
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den, daß man bei Auftreten der Entglasung Fasern herstellen kann, wobei in den Fasern kristalline Einschlüsse vorhanden waren.the fact that fibers are produced when devitrification occurs can, with crystalline inclusions present in the fibers was.
Eine weitere Versuchsreihe wurde mit einem Glas durchgeführt, daß Zirkon enthielt und einen viel höheren Erweichungspunkt als die beiden anderen, obengenannten Gläser hatte und bei dem folglich die für die Faserbildung angewendeten Glasmassetemperaturen im Bereich von 140(T bis 1500 C lagen. Weitere Messungen zeigten, daß die Temperatur des Meniskusfußes bis zu 200 G niedriger war als die Glasmassetemperatur. Typischerweise konnte man bei einer Glasmassetemperatür von 1450 C die Temperatur am Meniskusfuß unabhängig im Bereich von 1250 C bis 1350 C steuern. Bei der Anwendung von linearen Ziehgeschwindigkeiten zwischen 5 m/Sek. und 60 m/Sek. wurden Fasern mit Durchmessern von 0,01 bis 0,1 mm (10 bis 100 Mikrometer) hergestellt. Die Grenztemperaturen dieses Glases wurden wie im Beispiel 1 bestimmt.Another series of tests was carried out with a glass that contained zircon and had a much higher softening point than the other two glasses mentioned above and in which consequently those used for fiber formation Glass mass temperatures in the range of 140 (T to 1500 C. Further measurements showed that the temperature of the meniscus foot was up to 200 G lower than the glass mass temperature. Typically you could at a glass mass temperature of 1450 C the temperature at Meniscal foot independently in the range of 1250 C to 1350 C steer. When using linear drawing speeds between 5 m / sec. and 60 m / sec. were fibers with Manufactured in diameters from 0.01 to 0.1 mm (10 to 100 micrometers). The limit temperatures of this glass were as determined in example 1.
Versuche mit einem Glas, mit dem im Bereich von 1000 bis 3000 Poise Fasern hergestellt werden konnten, zeigten, daß mit einer Flüssig-Temperatur von etwa 1420 C dieses Glas auf 1430 bis 1500°C erhitzt werden muß. Dieses Glas hatte bei weitem den kleinsten, anwendbaren Temperatur-, bereich und zeigte intensive Entglasung bei den niedrigej ren Temperaturen, bei denen nur vorübergehende Faserbildung möglich war. Fasern wurden erfolgreich bei einerTests with a glass with which fibers in the range from 1000 to 3000 poise could be produced showed that with a liquid temperature of about 1420 C this Glass must be heated to 1430 to 1500 ° C. This glass had by far the smallest applicable temperature, area and showed intensive devitrification at the lower temperatures, at which only temporary fiber formation was possible. Fibers have been successful at one
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Glasmassetemperatur über 1450 C und einer Temperatur am Meniskusfuß von 1450 C gezogen. Die sich ergebenden Fasern hatten Durchmesser im Bereich.von 0,012 bis 0,05 mm (12 bis 50 Mikrometer) bei linearen Ziehgeschwindigkeiten von 25 bis 1,5 m/Sek. Die Grenztemperaturen wurden wie im Beispiel 1 bestimmt.Glass mass temperature drawn above 1450 C and a temperature at the meniscus foot of 1450 C. The resulting fibers had diameters ranging from 0.012 to 0.05 mm (12th up to 50 micrometers) at linear drawing speeds of 25 to 1.5 m / sec. The limit temperatures were as in the example 1 determined.
Es wurde gefunden, daß Alkali- oder Fensterglas, das billig und leicht erhältlich ist, aus der Schmelze leicht zu Fasern gezogen werden kann. Bei Glasmassetemperaturen von 1100 bis 1250 C mit Temperaturen am Meniskusfuß zwischen 1100° und 1200°C konnte man Fasern mit 0,012 bis 0,06 mm (12 bis 60 Mikrometer)-Durchmesser bei Ziehgeschwindigkeiten von 25 bis 1,5 m/Sek. ziehen.It has been found that alkali or window glass, which is cheap and readily available, easily melts can be drawn into fibers. At glass mass temperatures of 1100 to 1250 C with temperatures at the meniscus foot between At 1100 ° and 1200 ° C, fibers 0.012 to 0.06 mm (12 to 60 micrometers) in diameter could be measured at draw speeds from 25 to 1.5 m / sec. draw.
Es wurde gefunden, daß bei den meisten der obenerwähnten Gläser die beste Viskosität des Glases am Fuß des Meniskus 5000 bis 6000 Poise betragt, während man jedoch zum Beispiel·Alkaliglasfasern bei einem Bereich von 1000 bis 10000 Poise herstellen kann.Most of the glasses mentioned above have been found to have the best viscosity of the glass at the base of the meniscus 5000 to 6000 poise, while, for example, alkali glass fibers are in a range of 1000 to Can produce 10,000 poise.
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Claims (13)
gekennzeichnet, daß die Dorne (8) an einem Halter (6,7)
montiert sind, der zum Glasschmelzenbad hin und von diesem weg bewegbar ist.13) Device according to one of claims 8 to 12, characterized
characterized in that the mandrels (8) on a holder (6,7)
are mounted, which is movable towards and away from the molten glass bath.
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