生產礦棉的方法與設備的製作方法
2023-05-27 17:47:26
專利名稱：生產礦棉的方法與設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及採用與以高溫氣流拉伸結合地內離心法(Centrifugation interne)生產礦物纖維或其它熱塑性材料的技術。本發明特別應用於工業生產玻璃棉，這種玻璃棉例如用於摻入隔熱和/或隔聲產品的組合物中。本發明涉及的纖維生產方法在於將熔融玻璃束加入高速旋轉的離心機中，該離心機也稱為纖維化轉子(assiette de fibrage)，該離心機在其周邊開有大量的孔，玻璃在離心力的作用下通過這些孔噴射成長絲。然後，這些長絲沿著離心機壁受到高溫高速的環形拉伸氣流的作用。氣流使絲變細，並轉變成纖維。形成的纖維通過這種拉伸氣流牽引到一個接受設備上，該接受設備一般由透氣帶構成。這種方法稱之「內離心」法。這種方法進行了許多改進，特別對纖維化轉子作了一些改進，對產生環形拉伸氣流的設備也作了另外的改進，例如使用特殊類型的燃燒器。這後一點可具體參見EP-B-0 189 354、EP-B-0 519 797、WO97/15532。關於纖維化轉子，專利FR 1 382 917(1963年2月27日申請)描述了一個其原理人們還在廣泛地運用的纖維化構件熔融物料送到一個轉筒中，其垂直壁上有許多孔，物料通過這些孔噴射在與轉筒相連的旋轉物體的壁上。這個壁稱為纖維化轉子的「帶」。為了達到高質量纖維化，這些孔以環形的行分布，這些孔的直徑隨它們所屬的行而改變，直徑從帶的頂部到底部一直降低。本發明中，離心機的「頂部」是根據處於離心位置的離心機而定義的，即根據基本垂直(旋轉)軸線而定義的。對這種基本原理作了許多改進，特別是如專利FR 2 443 436中所說明的，其中這些部件能夠使得熔融物料從轉子帶頂部處到底部層狀流動。因此，本發明的目的是改進採用內離心作用使礦物纖維纖維化的設備與方法，其改進目標主要在於提高所得纖維的質量與增加該方法的產率。首先，本發明的目的是礦物纖維的內離心設備，該設備包括一個離心機，離心機備有一個開了許多孔的周邊帶，這些孔以多個環形區域分布，離心機處於離心位置時，這些區域一個置於另一個之上，它包括至少兩個環形區域，其每單位表面積孔數(NS)是不同的，其差值高於或等於5％，特別地高於或等於10％，甚至高於或等於20％。
在一個本發明優選實施方式中，離心機處於纖維化位置時，每單位表面積最大平均孔數的環形區域位於每單位表面積平均孔數小的另一個環形區域之下。
「環形區域」是指離心機帶在兩個與離心機(旋轉)軸線垂直的平面之間的區域。在本發明中，這樣的環形區域定義為在所述環形區域內整個帶的四周部分每單位表面積孔數基本不變的區域。
每單位表面積孔數(NS)定義為在環形區域表面的一部分(él ément)(特別是約平方釐米級)中孔數與表面的該部分表面積的比。如果NS在一個環形區域的表面各部分上的變化率小於0.5％，則可以認為每單位表面積孔數基本上不變。一個環形區域可以在每個垂直段中僅包括一個孔，但通常包括多個孔，特別是4-15個孔。「垂直段」是指環形區域中在垂直軸線上被上述平面的每一個所限定的部分，例如離心機處於纖維化位置時，觀察到垂直段在水平軸線上平均僅一個孔。
通常，使用其中沿整個離心機帶的高度每單位表面積孔數不變的離心機製造礦物纖維。事實上，通常的離心機採用電腐蝕開孔，使用的梳(peigne)由成行分布的電極組成，其電極間距不變。垂直孔列的孔同時開完後，該梳沿著該帶移動後再開下一列的孔，其移動距離相應於相鄰孔中心之間的水平間距。
這種技術非常精確地開孔，每單位表面積孔數變化極小，特別是小於千分之一。
離心機一般有2000-40000個孔，特別是當離心機的平均直徑在200-800毫米之間。
已證實，使用本發明的設備時，可以大大提高纖維墊層(matelasfibreux)的質量，尤其是機械性能，同時非常顯著地降低了能量消耗，因此非常顯著地提高了纖維化方法的產率。
這種效果是特別顯著的，因為人們知道，在衡定拉伸速度時，當對於同樣帶高的孔數增加時，能量消耗降低，因為熔融物料分得越細，材料拉伸需要的能量就越小。但是，使用通常的離心機對於同樣帶高增加孔數時，生產的纖維墊層的質量不會有提高，甚至有降低的趨勢，而使用本發明的設備，可以既改善產品性能又提高方法的產率。
應提到，在本說明書中，參照的是處在離心位置的離心機，即包括孔的帶圍繞軸線，呈基本垂直布置，纖維化時熔融物料沿軸線輸送。在離心機處於離心位置時，熔融物料由「頂部」輸送。離心機的底是基本水平的，環形區域與底平行，並且在這種觀察方式中彼此重疊。
本發明的離心機包括至少兩個迭放的的環形區域，最低區域的每單位表面積孔數比位於這個最低區域之上的區域多。在一種優選實施方式中，該離心機包括至少三個迭放的環形區域，其中這些區域中的每個區域包括的每個單位表面積孔數，高於位於該環形區域之上的最接近的環形區域的孔數。
根據一種優選實施方式，每個環形區域的孔集合成行，在每個環形區域中的孔直徑(d)基本不變，而從處於離心位置的離心機周邊帶高處到低處，孔直徑(d)從一個環形區域到另一個環形區域是減小的。
在本發明中，有利的是至少兩個相鄰行的孔直徑不同，更確切的是從周邊帶高處到低處的行的孔直徑逐漸減小(一般同一行所有孔直徑相同)。於是可以預料，由高往低，n行為一定直徑的孔，然後p行為更小直徑的孔，再t行為更小直徑的孔，其中n、p和t≥1。
例如，可以有第一個環形區域ZA1，它由n行構成，第二個環形區域ZA2，它由p行構成，第三個環形區域ZA3，它由t行構成。
於是，確定一套由高到低而孔尺寸減小的「梯度」時，觀察到纖維化質量的改善。因此能夠以這種方式降低來自最高行纖維化長絲與來自最低行纖維化長絲的差別這種「梯度」使得原長絲從孔產生，同時拉伸過程限制由不同行的孔拉伸的纖維間的軌跡交叉，因此也限制纖維之間碰撞，於是觀察到質量改善。
這種結構特別適合於生產不太密實的礦棉。
在某些情況下，相反地，希望利於纖維彼此間碰撞，以便降低其長度。這些情況相應於生產密實礦棉，特別適合用於屋頂材料的板。在這些情況下，例如可從一個區域到另一個區域變化孔尺寸，因此可以規定由高至低，n行為一定直徑的孔，然後p行為大直徑的孔，t行為其孔直徑小於上一行孔直徑的孔等。
有利的是，這些行彼此間隔距離為1-2毫米，特別為1.2-1.8毫米，優選一行與另一行的間距是1-2毫米，例如1.2-1.6毫米。
優選，該離心機至少一部分孔的直徑是至多1.5毫米或1.2毫米，特別是1.1-0.5毫米，例如0.9-0.7毫米。
根據本發明設備的另一種實施方式，同一環形區域最接近的相鄰孔的中心間距D在整個同一環形區域內是基本不變的，而這個距離D從一個區域到另一個區域的變化至少3％，甚至至少5％，甚至10％或更大，若離心機處於纖維化位置時，這個距離由高至低是減小的。
優選這個距離D是0.8-3毫米，例如1-2毫米，甚至1.4-1.8毫米。
有利的是選擇本發明離心機的平均直徑(記為DM)小於或等於800毫米，特別是至少200毫米。
優選該離心機在其下部(與如上述定義的離心機「高處」相對部分)無底。
根據這樣的實施方式，該離心機特別是通過機械組件與流出熔融玻璃的轉筒相連，以與離心機同一速度旋轉該轉筒。
根據一種優選實施方式，本發明的設備包括至少一種呈環形燃燒器狀的部件，該部件產生高溫氣體拉伸噴射流(jetd』etirage gazeux)，特別是根據本申請人的專利EP0 189 354和EP0 519 797說明書公開的部件。
有利的是，環形燃燒器是切線燃燒器(br
leur tangentiel)，它包括一些為氣體拉伸噴射流提供相對於離心機外部水平邊的切線分量的部件，特別地根據本申請人的專利EP0 189 354說明書公開的部件。
因此，可得到相對於燃燒器軸線的氣體拉伸噴射流傾斜角。
在離心機內還可以使用內燃燒器類的「內」加熱部件。這個部件可以起到不同的作用，特別是完成在離心機「轉筒」(下面藉助圖解釋該術語)中熔融玻璃的熱調節，將存在離心機中的玻璃保持在適當溫度下，以便最後連續再熔化會粘在離心機外壁上的纖維。
結合環形感應類的「外」加熱部件與這種內加熱部件可能是有利的，它還能更好地控制玻璃的保存溫度，再熔化粘合的纖維。事實上觀察到，一般對於低速拉制，只是用內燃燒器就足夠了，而對於高速拉制，環形感應器應是必需的，任選加入內燃燒器是有利的。
本發明目的是一種採用內離心與高溫氣體拉制相結合生產礦物纖維的方法，特別地使用上述設備的方法。待纖維化材料倒入離心機中，若離心機處於離心位置時，該離心機的周邊帶開有以多個環形區域分布的孔，這些區域一個置於另一個之上，包括至少兩個環形區域，ZA1和ZA2，其中每單位表面積孔數NS1，NS2是不同的，其差值高於或等於5％，特別地高於或等於10％，甚至高於或等於20％，若離心機處於離心位置時，包括每單位表面積最大平均孔數的環形區域位於另一個環形區域之下。
該離心機有利的是具有上面所描述特徵的離心機。
用環形燃燒器操作熱氣體拉制是有利的，其燃燒器的運行參數可以根據下述方式選擇
-可以優選將燃燒器出口的氣體溫度調節到至少1350℃，特別地至少1400℃，例如1400-1500℃，特別是1430-1470℃。然後根據纖維無機組合物類型，特別是根據其粘度測定性能進行修改，
-有利的是，還可以將燃燒器放出氣體的速度調節到至少200米/秒，該速度就是在燃燒器噴嘴出口處測量的，特別調節到200-295米/秒之間，
-最後，優選將燃燒器出口處的氣體環形寬度調節為5-9毫米。
本發明的方法藉助一種部件將熱的拉制氣體和/或在離心力的作用下從離心機孔排出的物料集中起來時，有利地該設備為一種至多在室溫與進料氣體壓力0.5-2.5×105帕，特別地0.7-2×105帕下的吹氣套環(couronne de soufflage)。
還可以藉助一種感應器以加熱離心機最下面的區域，並且避免或制約沿離心機高度產生溫度梯度。
本發明還有一個目的是採用前面描述的設備和/或方法所得到的礦物纖維的應用，用於生產隔熱和/或隔音產品。
下面藉助用下述
的非限制性實施例更詳細說明本發明
◎圖1本發明離心設備部分視圖，
◎圖2本發明離心機部分視圖。
圖1表示用熱氣體拉制的內離心機系統部分視圖，該內離心機系統基於現有技術中已知的系統，具體在專利EP-91 866、EP 189-354和PE 519-797中描述的系統經改進得到的，其中涉及到這種纖維化方式一般性的更詳細情況。
該系統包括連接到軸2上的離心機1。該軸和離心機用未繪出的馬達帶動快速旋轉。軸2是空心的，熔融態玻璃從未繪出的加料部件流入軸2中，直到「轉筒」3，熔融玻璃在其中展開。也旋轉轉筒3，以便熔化玻璃噴射在開了許多孔的周邊壁4上，從此處，以體積大的束6形式噴射到周邊壁7上，該周邊壁通常稱之離心機1的帶，它們在這個壁上形成常備的熔融玻璃儲備，以供給在上述壁上開的圓孔14。這個壁7與垂直方向相比傾斜約5-10°。從許多排成行的圓孔14中出來流動圓錐體8，延伸成前體纖維15，噴射到由燃燒器9發出的環形氣流中。在這種氣流作用下，拉伸這些前體纖維，它們的終端部分產生間斷纖維10然後收集在離心機下。該系統還包括吹氣套管11，它造成一種圍繞由燃燒器9產生環形氣流的「氣體幕(nappe gazeuse)」。還任選地使用置於離心機1和/或未繪出的內燃燒器之下的感應流12。
在標準條件下，通過兩排平行孔中心的線之間的間隙(稱之節距(pas de décalage))在整個帶高是不變的。在這些條件下，同一排相鄰孔中心之間的距離也是不變的。
因此，在標準離心機中，每單位表面積孔數在整個帶的表面是不變的。
在標準運行條件下，這樣一種設備能夠得到平均直徑至少2微米，特別是約3微米至12微米的纖維。
因此，本發明通過改進孔在離心機帶7上的分布優化了纖維化方法。
在本發明範圍內所作的最顯著改進體現在圖2上。
圖2表示了離心機1帶7面的部分視圖，其中以陰影方式表示在所述帶中開的孔14。
在這個圖上，表示了兩個迭放的環形區域ZA1和ZA2，當設備處於纖維化位置時，ZA2在ZA1下面。在所表示的情況下，這些環形區域中的每個區域包括三行圓孔14。在環形區域ZA1中，這些排有節距P1，孔直徑d1，最接近的孔14中心間距D1，相鄰孔最接近的邊緣間的距離是DB1，以及在區域ZA1中每單位表面積孔數為NS1。在環形區域ZA2中，這些參數分別是P2、d2、D2、DB2和NS2。
ZA1與ZA2之間的節距記為P1/2。
應指出，d2小於d1，P2和D2分別小於P1和D1。結果，NS2大大高於NS1。
這種表示決不是限制性的，離心機1的帶7可以包括兩個以上的環形區域，所述的每個區域包括至少一系列孔14。
為了說明本發明離心機，用標準離心機與用本發明的離心機進行了對比試驗。選擇具有相同平均直徑、DM和同樣帶表面，及相同開孔帶高的兩種離心機特徵列於表1中。這些離心機中的每種離心機包括三個環形區域，每個區域由多行孔構成，在一行中其孔的直徑與間隔不變。
每行孔數記為NO，每單位表面積孔數記為NS，可根據NS＝NO/(π.D.P)計算。這裡它可用每平方毫米孔數表示。
標準離心機的每單位表面積孔數是不變的。在本發明的離心機中，孔數隨環形區域改變的，最高環形區域ZA1的單位表面積孔數，NS，低於標準離心機的，然後其它環形區域ZA2和ZA3的單位表面積孔數高於標準離心機的。本發明離心機的每單位表面積孔數隨從離心機高處到低處的區域而增加，從一個區域到另一個區域增加約25-30％。
這兩種離心機是採用已知標號SG30的同樣合金生產的，具體地該合金是由SEVA公司生產的。標準離心機是採用上述的電腐蝕技術打孔的，而本發明的離心機是採用電子轟擊打孔的。採用雷射打孔也是合乎要求的。
在相當的拉伸條件下使用每種離心機生產產品。
生產產品類型、纖維化條件和測定所得產品的機械性能列於表2中。
用5克條件下的馬克隆尼值(F)確定纖維的細度。馬克隆尼測量值也稱為「細度指數」，其測定考慮比表面，即測定從免漿墊(matelasnon enisimé)提取的一定量的纖維在受到一定的氣體-一般為空氣或氮氣-壓力時，氣動負荷的損失。這種測量在礦物纖維生產設備中是很一般的，測量棉纖維時，這種測量標準化(DIN53941或ASTM D1448)，這種測量使用所謂的「馬克隆尼氣流式纖維細度測試儀」裝置。在本發明的實施例中，確保這些產品具有同樣的細度指數，這裡應為同樣的流量(以升/分表示)。
所得到這些產品類型相同，即同樣的標稱厚度，同樣密度。為了得到這些產品，使用同樣的燃燒器，在這種情況下，使用正切燃燒器，並且氣體噴射傾斜約10°。使用的轉筒具有相同的幾何形狀。燃燒器的壓力以毫米水柱(mmCE)表示。
這些產品都浸漬了同樣的酚醛樹脂粘合劑，相對於纖維重量粘合劑重量為4.7％。
比較了得到同樣類型產品所需要的能量，即燃燒時加入的空氣和氣體的量。空氣或氣體流量以每小時標準立方米(Nm3/h)表示。
對使用每種離心機製得的同樣類型產品的測定性能進行了比較。
厚度還原(reprise d』épaisseur)定義為壓縮試驗後的厚度與標稱厚度之比(以％表示)。應該指出，壓縮試驗前生產產品的厚度高於標稱厚度。在所述試驗情況下，生產產品的厚度是144毫米，而標稱厚度為80毫米。
因此，由表2可以推導出，在壓縮試驗12天後卸載纖維墊的厚度是使用本發明離心機生產纖維墊的起始厚度(生產厚度)的約90％，是用標準離心機生產纖維墊的起始厚度的約80％。
為了進行上述的壓縮試驗，生產後就製備纖維墊板，讓這些板加載而達到壓縮比為8/1，即在提到的情況下，壓縮厚度約18毫米。在指定的壓縮時間後(12天，1個月)，讓這些板卸載(4個板試驗了壓縮時間)，測量了在壓縮試驗後的平均厚度。
使用衝頭在纖維產品墊上切下環狀試樣，測量其試樣的「拉伸強度」。「拉伸強度」表示為拉伸力極限(用兩個半徑12.5毫米的圓形、平行心軸拉開環的斷裂力，加載速度300毫米/分)與試樣質量的比，以gf/g表示。
試驗開始時加載的試樣是基本橢圓的復曲面環(anneautorrique)，大軸和小軸為122×76毫米，復曲面厚度為26毫米。試驗了15個產品試樣。這個試驗參照標準BIFT 5012-76和ASTM C681-76。
測量了生產後產品的拉伸強度，最後估算出高壓釜試驗後產品的老化能力。高壓釜試驗的時間是在溫度107℃、壓力0.8巴與100％溼度下15分鐘。
由表2可以看出，對於同樣類型的產品，用本發明設備達到的機械性能比用標準設備達到的機械性能明顯得到改善，同時生產纖維所需要的能量也明顯降低。
事實上，燃燒器的壓力較低，使用本發明的離心機比使用標準離心機得到的結果低約20％。同時，流體、空氣和氣體流量相對低約10％。因此使用本發明的離心機非常有利地提高了該方法能量產率。
機械性能的改善同時涉及厚度還原，使用本發明的離心機比使用標準離心機得到的產品高約10％，還涉及拉伸強度，其拉伸強度提高約20％。
除了這些顯著的結果外，還能出乎意料地看到，按照本發明說明書進行生產時，離心機孔數的增加對離心機壽命沒有副作用。
在表2確定的纖維化條件下，本發明的離心機壽命約370小時，而標準離心機的壽命約300小時。
同樣地，觀察到產品的質量沒有隨纖維化時轉子使用時間而顯著變化，則不擔心每單位表面積孔數的增加會導致離心機加速老化，同時伴隨在纖維化過程中使用同樣轉子獲得產品的性能快速下降。
應指出，在表1中所描述的本發明離心機的結構從幾何學觀點來看是特別有利的。事實上，增加離心機中的孔數時，本發明人就能確定幾何結構，其中在環形區域ZA1中孔邊緣間的間距DB1比標準離心機的大，其中這些孔直徑D1最大，並且腐蝕和侵蝕也最嚴重。在中部環形區域ZA2中，兩種離心機中的孔邊緣間的間距DB2是相同的，在小直徑D3的環形區域ZA3中，選擇的結構能夠降低孔邊緣之間的距離DB3，這樣是有利的，因為其腐蝕和侵蝕較小。因此，在大大增加孔數的同時，非常有利於保持本發明離心機的機械性能，甚至比標準離心機的壽命還要高。
本發明不限於這些實施類型，應該以非限制性方式加以解釋，它包括了所有礦物纖維的內離心機設備，其中包括安裝周邊帶的離心機，其帶開的孔以多個環形區域方式分布，這些區域以一個在另一個之上的方式配置，若離心機處於離心位置，有至少兩個環形區域，其每單位表面積孔數(NS)值差值高於或等於5％，特別是高於或等於10％，甚至高於或等於20％，以及使用這樣一種內離心機設備的任何方法。
表1
表權利要求
1、礦物纖維的內離心設備，該設備包括一個離心機(1)，離心機備有開了許多孔(14)的周邊帶(7)，這些孔以多個環形區域(ZA)分布，這些區域以一個置於另一個之上形式配置，若同時考慮離心機處於離心位置，其特徵在於它包括至少兩個環形區域(ZA1，ZA2)，其每單位面積孔數(NS1，NS2)是不同的，其差值高於或等於5％，特別是高於或等於10％，甚至高於或等於20％。
2、根據權利要求1所述的設備，其特徵在於若離心機處於纖維化位置，每單位面積最大平均孔數的環形區域位於每單位面積平均孔數小的另一個環形區域之下。
3、根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於每個環形區域的孔(14)集合成行，在每個環形區域中孔的直徑(d)基本不變，而從處於離心位置的離心機(7)的周邊帶高處到低處由一個環形區域到另一個環形區域孔的直徑降低。
4、根據權利要求3所述的設備，其特徵在於這些行彼此間隔距離為1-2毫米，特別是1.2-1.8毫米，優選一行與另一行的節距是1-2毫米，例如1.2-1.6毫米。
5、根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於該離心機(1)至少一部分孔(14)的直徑(d)是至多1.5毫米或1.2毫米，特別是1.1-0.5毫米，例如0.9-0.7毫米。
6、根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於同一環形區域(ZA)最接近的相鄰孔中心之間的距離(D)在整個同一環形區域內是基本不變的，其特徵還在於這個距離(D)從一個區域到另一個區域變化至少3％，甚至至少5％，甚至10％或更大，若離心機(1)處於纖維化位置時，這個距離是由高處至低處減小的，特別是距離D是0.8-3毫米，例如1-2毫米，甚至1.4-1.8毫米。
7、根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於離心機(1)的平均直徑(DM)小於或等於800毫米，特別是至少200毫米。
8、根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於離心機(1)與轉筒(3)連接，轉筒中展開熔融玻璃。
9、根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於它包括至少一種呈環形燃燒器(9)狀的部件，該部件產生高溫氣體拉伸噴射流。
10、根據權利要求9所述的設備，其特徵在於環形燃燒器(9)是切線燃燒器，它包括為氣體拉伸噴射流提供相對於離心機外部水平邊的切線分量的部件。
11、離心機(1)，其特徵是根據權利要求1-7之一所述的特徵。
12、根據權利要求11所述的離心機(1)，其特徵在於它是無底的。
13、一種採用內離心與高溫氣體拉制相結合生產礦物纖維的方法，特別是使用上述權利要求之一所述設備的方法，其中待纖維化材料倒入離心機(1)中，該離心機周邊帶開有以多個環形區域(ZA)分布的孔(14)，這些區域一個置於另一個之上，若離心機處於離心位置，其特徵在於它包括至少兩個環形區域(ZA1，ZA2)，其中每單位表面積孔數(NS1，NS2)是不同的，其差值高於或等於5％，特別地高於或等於10％，甚至高於或等於20％，其特徵還在於若離心機處於纖維化位置，包括每單位表面積最大平均孔數的環形區域位於另一個環形區域之下。
14、採用權利要求1-10之一的設備和/或採用權利要求13的方法所得到的礦物纖維在生產隔熱和/或隔音產品中的應用。
全文摘要
本發明涉及礦物纖維的內離心設備，該設備包括一個離心機，離心機備有開了許多孔的周邊帶，這些孔以多個環形區域(ZA)分布，若離心機處於離心位置，這些區域是一個在另一個之上設置的，根據本發明，該設備包括至少兩個環形區域(ZA1，ZA2)，其每單位面積孔數(NS1，NS2)是不同的，其差值高於或等於5％，特別地高於或等於10％，甚至高於或等於20％。
文檔編號C03B37/00GK1535251SQ0280497
公開日2004年10月6日 申請日期2002年2月13日 優先權日2001年2月14日
發明者C·瓦納, S·比佑費斯, C 瓦納, 臃閹 申請人:聖戈班伊索福公司