製造纖維的旋轉器和纖化機的製作方法
2023-07-25 17:06:31 2
專利名稱：製造纖維的旋轉器和纖化機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用熱塑性材料製造纖維的裝置。確切地說，本發明涉及一種帶有一個用於將熔融熱塑性材料如玻璃或其它礦物質或聚合物離心製成單組分或多組分纖維的旋轉器的纖化機，更確切地說，本發明涉及一種不易於熱應力開裂且徑向得到平衡的旋轉器。
玻璃纖維或其它熱塑性材料纖維在包括隔音材料或絕熱材料在內的許多應用場合中是有用的。現有技術中用於製造玻璃纖維絕緣產品的普通方法涉及由旋轉過程製造玻璃纖維。使單種玻璃成分或多種玻璃成分熔化並迫使熔融物穿過離心件(稱其為離心旋轉器)的外周壁上的孔而產生纖維。一種常用的旋轉器通常成帶有一個有一中心孔的底壁、一個上開口和一個外周壁的杯形，所述外周壁從底壁起向上彎曲，從而構成了上開口。一個用於驅動旋轉器轉動的驅動軸的下端向下穿過上開口並通過襯套固定在底壁中心。底壁的中心孔被簡單地壓配合在襯套的外徑上，而襯套安裝在驅動軸的下端上。
旋轉器在製造纖維的過程中變得非常熱。由於達到高溫，旋轉器壁必須由耐高溫材料製成且它典型地由高溫金屬合金構成。即使如此，旋轉器在這樣的高溫下顯示出了蠕變的趨勢並因旋轉器旋轉而下垂。這樣的變形可能會明顯縮短旋轉器的蠕變壽命並可能引入有害地影響纖維製造的過程變量。當旋轉器的尺寸增大時，蠕變問題會變得越發顯著。
另外，由於旋轉器被簡單地壓配合到襯套上，所以旋轉器因襯套和旋轉器受到的熱膨脹、轉動應力和蠕變而具有環繞襯套在規定時間之外鬆動的趨勢。當配合鬆動時，旋轉器偏心移動，這導致旋轉器過度振動和撓曲這樣的嚴重問題。當旋轉器的尺寸增大且進而中心孔的直徑增大時，上述問題變得越發顯著。
另外，旋轉器在工作中通常受到溫度梯度的影響。對於某種旋轉器來說，溫度梯度可能產生足以在旋轉器中產生裂紋的熱應力水平。
因此，需要一種不易於顯示出由熱應力引發的開裂且不易於顯示出溫度引發的縮短旋轉器的蠕變壽命和在纖維製造過程中引起不希望有的過程變量的變形的改進型旋轉器。
通過這樣一種本發明的纖維製造裝置滿足了上述要求，這種裝置通常被稱為纖化機，它包括一個通常被稱為旋轉器的且可轉動地安裝在一個軸上的離心件、一個將至少一種熔融熱塑性材料供給旋轉器的供應源。旋轉器包括一個徑向延伸部、一個徑向壁和一個外周壁。徑向延伸部可沿徑向伸離軸地安裝在軸上。徑向壁安裝在徑向延伸部上且它沿徑向伸離該徑向延伸部並且它具有一個外周邊。外周壁環繞該徑向壁的外周邊設置且它具有許多個用於將熔融熱塑性材料離心成纖維的孔。徑向延伸部具有至少一個通過操作使其適於允許熔融熱塑性材料在旋轉器轉動時流經該徑向延伸部並流向外周壁的孔的流孔。本發明的旋轉器不易於遭受熱應力開裂。
按照本發明的一種纖維製造裝置包括一個軸、一個可轉動地安裝在該軸上的旋轉器，以及一個用於將熔融熱塑性材料供給旋轉器的供應源。所述旋轉器包括一個安裝在所述軸上且沿徑向伸離該軸的徑向延伸部，一個安裝在該徑向延伸部上且沿徑向伸離該徑向延伸部的徑向壁，一個環繞該徑向壁的外周邊布置的外周壁。徑向延伸部具有一個上表面和至少一個流孔。徑向壁具有一個上表面和一個外周邊。外周壁具有許多個用於離心噴出熔融熱塑性材料纖維的孔。供應源將熔融熱塑性材料供到徑向延伸部的上表面和徑向壁的上表面上。供至徑向延伸部的上表面上的熔融熱塑性材料流經至少一個流孔並流向外周壁的孔。當旋轉器旋轉時，供至徑向壁的上表面上的熔融熱塑性材料流向外周壁的孔。
當考慮了以下描述和附屬權利要求書及附圖時，本發明的目的、特徵和優點將變得一清二楚。圖中
圖1是帶有根據本發明原理的旋轉器的纖化機的局部橫截面示意圖；圖2是圖1所示旋轉器的一個替換實施例的橫截面圖，所述旋轉器安裝在主軸的端部上；圖2A是表示半個圖1所示旋轉器的另一個替換實施例的橫截面圖，所示旋轉器安裝在主軸端部上；圖2B是表示半個圖2A所示旋轉器實施例的變型結構的橫截面圖；圖2C是表示半個圖1所示旋轉器的另一個替換實施例的橫截面圖，該旋轉器安裝在主軸端部上；圖2D是表示半個圖2C所示旋轉器實施例的變型結構的橫截面圖，圖中示出了沿穿過徑向延伸部邊緣形成的熱氣循環開口之一得到的截面；圖3是沿線3-3的圖2所示旋轉器局部的平面圖；以及圖4是沿線4-4的圖3所示旋轉器的橫截面圖。
儘管在這裡根據特定實施例描述了本發明，但是對那些本領域中的技術人員來說，顯然可以在不超出本發明精神的前提下作出各種修改、重新布置和等同方案。因此，本發明的範圍僅由後續權利要求書限定。
參見圖1、2，纖維製造裝置或纖化機10包括一個固定在可轉動的空心軸或主軸14的下端上的離心體或旋轉器12。如本領域中眾所周知的那樣，旋轉器12通過轉動主軸14而被轉動。旋轉器12包括一個徑向壁16，它沿徑向從主軸14向外伸出並具有一個外周壁18。外周壁18環繞徑向壁16的外周邊設置並且具有許多個用於離心地形成熔融熱塑性材料纖維22如玻璃纖維的孔20。圖1、圖2和圖2A～圖2D示出了旋轉器12的替換實施例。由於這些旋轉器12包括許多個基本相同或至少相似的部件，所以這樣的部件由相同的標記表示並且在此不作重複描述。
旋轉器12的轉動(由圖1中的環形箭頭所示)通過旋轉器外周壁18上的孔20離心出熔融玻璃，從而形成了初級纖維22。通過環形燃燒器26的加熱使初級纖維22保持在一個柔軟的、可拉細的狀態。許多內燃燒器26分布在主軸14的四周且它們被用於加熱旋轉器的內部以防止熔融熱塑性材料在被形成纖維之前凝固或失透。設置利用引入空氣通道30的環形鼓風機28以便拉曳初級纖維22並將其進一步拉細成適用於產品的如適用於羊毛絕緣材料中的次級纖維32。接著，在一個運輸機(未示出)上收集次級纖維32，以便製造成產品如玻璃棉束。
圖1、2所示的旋轉器12分別具有一個一體製成的環形擋板34，它從徑向壁16的上表面35起向上延伸且向後斜指向主軸14的轉動軸線。許多沿周向間隔開的流孔36穿過徑向壁16，它們連通了上表面35和下表面37。各流孔36剛好在擋板34的內側上以相對壁16的銳角穿過徑向壁16形成。擋板34以一個相對徑向壁16的相似銳角形成。許多個通氣孔38穿透徑向壁16地形成，從而給來自內燃燒器26的熱廢氣提供了流經徑向壁16的通道。這些熱氣從燃燒器26流出並經過由上環形唇43形成的上開口39而流入了在徑向壁16上方形成的旋轉器12的上腔40(見圖2)。熱氣接著流過通氣孔38並流入在徑向壁16下方形成的下腔42並經過由下環形唇45構成的下開口41。旋轉器12的上、下部分至少部分開口，從而在離心地形成纖維的過程中徑向平衡了旋轉器。通氣孔38可以致使一些熱氣回流出上開口39並從外周壁18的外表面上方流過。如以下所述的那樣，熱廢氣的這種溢流可能是理想的。
對於旋轉器12的上、下腔40、42來說，保持在一個允許熔融熱塑性材料易於流動的溫度是很重要的。因此，使緊換著旋轉器12上方的纖化機10的一部分44(一般是軸承罩)可操作地適於基本上覆蓋住旋轉器12的上開口39。用環形板或防輻射罩46基本上蓋住旋轉器12的下開口41。這樣一來，可以在旋轉器12內保持理想的高溫。最好，沿防輻射罩46的外周邊形成許多個沿周向間隔開的間柱48。這些間柱保持罩46離開旋轉器12一段最小距離。
環繞罩46的外周邊形成了許多個縫隙50，一個縫隙50位於任意兩個相鄰間柱48之間。這些縫隙50給來自燃燒器26的廢氣提供了流經並排出下腔42的通道，由此改善了氣體在旋轉器中的流動和循環。現有技術中某些旋轉器外周壁的下角遇到了冷卻的麻煩，這造成熱塑性材料過早凝固。這種不理想的冷卻據信是由熱氣在旋轉器下腔42中的不充分循環造成的。允許熱氣例如經縫隙50流出下腔42可解決這一問題。
由燃燒器26進入上腔40的廢氣也能夠通過一個在旋轉器12和罩部44之間形成的空隙52(圖1)流經並流出上腔40。這樣一來，來自燃燒器26的熱廢氣能夠在外周壁18的上部和下部附近循環，由此控制了在整個旋轉器壁18上的溫度斷面。
在整個旋轉器12的內部保持更均勻的溫度斷面有助於確保熱塑性材料處於充分熔融的狀態，從而熔融物在外周壁18的上部及下部正確地流動並流過孔20。在整個外周壁18高度上的溫度平衡可以通過改變上、下縫隙52、50的相對尺寸來調節。已經發現，相對上縫隙52增大下縫隙50的尺寸將提高旋轉器壁18下部的溫度，並且反之亦然。這樣一來，可以獲得在外周壁18上的最佳溫度分布。這可能導致改善的纖維形成條件、旋轉器更加耐磨以及消除了玻璃在外周壁18底部的失透。
隔熱罩46最好是一個獨立於徑向壁16和外周壁18的部件，從而隔熱罩46的質量對旋轉器12的徑向平衡幾乎沒有什麼影響。旋轉器12的徑向壁16和隔熱罩46如以下所述地安裝在固定套筒54上。通過將隔熱罩46單獨安裝在固定套筒54上，可以與隔熱罩46在離心噴絲過程中如何變形無關地使旋轉器12的徑向壁16和外周壁18保持徑向平衡。旋轉器12或至少徑向壁16、固定套筒54和在圖2A～圖2D所示的下述實施例中的徑向延伸部100是由具有相似膨脹係數的材料製成的。
和主軸14的下端一起轉動地安裝固定套筒54。固定套筒54包括一個其上安放隔熱罩46的下環形肩部56，該罩最好是用許多個沿周向間隔開的螺栓和螺母固定的。徑向壁16包括一個在徑向壁16中形成一個中心孔的環形凸緣58。環形凸緣58位於成型於固定套筒54上部中的配合環形槽60中。一個環形夾板或環62被螺栓連接到固定套筒54的上部和徑向壁16上，以便將凸緣58固定在槽60中。
由於在使用中受到高溫的影響，徑向壁16的中心孔會因熱膨脹、轉動應力和蠕變而相對固定套筒54在規定時間之外直徑增大。如果允許中心孔如此擴大，則旋轉器12可以偏心地離開轉動軸14，這導致過度振動和撓曲。當旋轉器12的尺寸和中心孔的直徑變大時，此問題變得越發顯著。當徑向壁16如上所述地被安裝在固定套筒54上時，可以防止徑向壁16的中心孔離開固定套筒54地擴大一個可觀的量。
將一個空心襯套64壓配合在一個鑽孔中，所述鑽孔穿過固定套筒54的中心形成並通過如三個沿周向間隔的鎖定銷66被鎖定到位。襯套64的上端被擰入一個空心拉杆68的下端。拉杆68在主軸14的上端受到彈簧力，從而將板62和襯套64、固定套筒54一起向上拉到主軸14的下端。襯套64通過從一個穿過拉杆68形成的階梯孔到另一個穿過襯套64形成的階梯孔地使冷空氣循環的方式受到局部冷卻。襯套64優選地由通過一個環形冷卻水套70循環的水進一步地冷卻，所述水套環繞主軸14和襯套64設置且它位於固定套筒54的上方。為了儘可能縮小其間的熱膨脹差異，襯套64和固定套筒54都是由低熱膨脹合金製成的。
保持主軸14和旋轉器12之間的同心關係是很重要的。在離心噴絲時允許旋轉器12偏心移動可能造成旋轉器12的過度振動和撓曲。這給現有的纖化機帶來了一個嚴重的問題。因此，本發明優選地包括用於使旋轉器12與固定套筒54和襯套64相對中的結構。例如，一種保持旋轉器12位於中心的方法包括改變旋轉器凸緣58的外徑以使其與固定套筒槽60的內表面緊密配合。當固定套筒54和襯套64是由低熱膨脹材料製成的且它們如上所述地受到冷卻時，旋轉器凸緣58相對槽60的內表面形成了更緊密的配合，這是因為凸緣58因熱膨脹、轉動應力和/或蠕變擴張了。
在纖化機10的工作過程中，徑向壁16可能變得易於在通氣孔38處熱脹裂。為了防止徑向壁16過早開裂，在環繞各通氣孔38的區域內可以使徑向壁的厚度(見圖2)凸起或通過其它方式增大。作為另一種選擇方案，可以改變各通氣孔38的形狀以減少應力集中點。例如，可以將各通氣孔38做成橢圓形而不是做成圓形，並且每個橢圓形孔的長軸是環繞旋轉器凸緣58沿圓周彎曲的軸。或者如果需要，各通氣孔38可以既改變成橢圓形形狀，又可以使環繞各孔38的區域凸起。作為另一個避免或至少限制熱應力開裂的方案，可以採用一個兩件組合式旋轉器12，其中徑向壁16通過一個徑向延伸部100安裝在固定套筒54上，如圖2A～圖2D所示和以下所述的那樣。為提高抵抗熱應力的能力，徑向延伸部100的壁應該比較厚以獲得附加強度。
參見圖1、圖2和圖2A～圖2D所示的旋轉器12，向旋轉器12的內部供給兩股獨立的熔融熱塑性材料流，例如第一股含玻璃A的材料流78和第二股含玻璃B的材料流。可以使用傳統的供應設備來輸入熔融玻璃流78、80。這樣的熔融玻璃供應設備在工業領域中是眾所周知的，因此在此不作具體描述。可以將材料流78、80布置成在主軸14的同一側彼此靠近，但是如圖1所示，最好是在旋轉器12的相反側上滴落玻璃A、B地設置這兩股材料流。作為僅含有一種熔融熱塑性材料的替換方案，每股材料流78、80可能最好包含至少兩種熔融熱塑性材料的混合物(如至少兩種玻璃)。另外，各股材料流78、80可以包含相同的熔融熱塑性材料。
參見圖1、2的旋轉器12，在材料流78、80中的玻璃直接滴落到旋轉器徑向壁16的上表面35上並因離心力的作用而向外流向旋轉器的外周壁18。熔融玻璃流78中的玻璃A在徑向上靠近主軸14並分布在上表面35的內部81上，即在徑向上位於擋板34的內側。在擋板34上首先形成了玻璃A的頭部或堆積部。隨後，玻璃A流過流孔36，即從上側流向徑向壁16的底側。流孔36的尺寸和數目足以確保玻璃A不會溢過擋板34。玻璃A繼續沿徑向壁16的底側流動並如圖所示地流向外周壁18。熔融玻璃流80中的玻璃B在徑向上遠離主軸14且它分布在上表面35的外部83上，即在徑向上位於擋板34的外側。玻璃B接著直接流向外周壁18，如圖1所示。
如圖3所示，圖1、圖2和圖2A～圖2D所示的旋轉器12分別配有一個垂直內壁84，它一般沿圓周分布且在徑向上位於旋轉器外周壁18的內側。當玻璃流向外周壁18時，玻璃A、B分別靠著內壁84地在徑向壁16的上、下方堆積。上、下環形唇43、45有助於確保熔融材料不環繞內壁84流動並超過外周壁18(見圖1)。繼續參見圖3，一系列的位於旋轉器外周壁18和垂直內壁84之間的垂直擋板86將空間分成一系列的一般垂直對準的隔室88，這些隔室基本上分布在旋轉器外周壁18的整個高度上。相間的隔室中分別盛裝有經成型於內壁84上的長縫89、90(見圖1)流入隔室88的玻璃A、B。
旋轉器外周壁18上的孔20分別靠近且基本上對準垂直擋板86的徑向外邊緣。如從圖4中清楚地看到的那樣，一系列的通道92、93位於各隔室88中，熔融熱塑性材料將流過這些通道。這些通道最好設在擋板86的任一側上並且與在外周壁18的外表面上的孔20連通。
如圖所示，通道92、93一般垂直地對準且最好具有能夠為在相鄰隔室88中的玻璃組分A、B提供相同的流動長度的尺寸。這保證了當A、B組分並排流出孔20時，將存在用於各纖維的大約同等數量的玻璃A、B。但是如果需要不等量的玻璃A、B，可以將通道92、93的尺寸定成可提供不等量的流體，這在所形成的雙組分纖維中造成不等比例。這樣的結果可能在某種情況下是理想的。另外，在各隔室中的通道可以經過改動而適於在所形成的雙組分纖維中產生不同的玻璃A、B的形狀及比例。所形成的通道數目取決於旋轉器外周壁18的高度。選擇通道的數目和大小以及熔融玻璃流入隔室88的速度以便堆積成遮住各隔室中通道的熔融材料的「頭」。
圖2A～圖2D所示旋轉器12的各替換實施例包括一個徑向延伸部100、一個截頭徑向壁16和一個外周壁18。徑向延伸部100可以徑向向外伸出軸地安裝在軸14上。將徑向壁16裝在徑向延伸部100上且它沿徑向伸離徑向延伸部100並且具有一個外周邊。外周壁18環繞徑向壁16的外周邊設置並具有許多個離心噴出熔融熱塑性材料纖維的孔20。已經發現，圖2A～圖2D的旋轉器12和其徑向延伸部100比上述其它旋轉器12更不易受由熱應力引發開裂的影響。
當旋轉器12旋轉時，離心力造成堆積在旋轉器12上的熔融熱塑性材料徑向外流。徑向壁16具有一個引導堆積到上表面35上的流動熔融材料流向外周壁18的孔20的上表面35。徑向延伸部100包括一個引導堆積在上表面103上的流動熔融材料流入許多個流孔102並流經徑向延伸部100的上表面103。一旦流過徑向延伸部100，則熔融材料流向徑向壁16的下表面並流向外周壁18的同一孔或其它孔20。如以下所述的那樣，當製造單組分纖維時，可以通過操作調節流孔102以使熔融熱塑性材料比流向徑向壁16下方的孔20更多地流向徑向壁16上方的孔20。
徑向延伸部100的上表面103的一部分位於徑向壁16的下表面37下方並且限定了一個環形流阱(如環形槽)。流阱104使堆積在上表面103上的熔融熱塑性材料形成了一個頭，從而確保了在旋轉器102轉動時覆蓋住各流孔102的入口105(見圖2B)。
徑向壁16具有一個內環形邊緣106，它在徑向壁16被裝到徑向延伸部100上時壓在環繞徑向延伸部100形成的外環形凸緣107上。例如通過某種形式的夾具109確保了內環形邊緣106不會抬離凸緣107。如圖所示，夾具109成環形且它可以超過凸緣107地螺接到徑向延伸部100上。這樣一來，徑向壁16的內邊緣106被夾在凸緣107和環形夾具109之間。夾具109可包括一個環形上表面110，它被弄斜，以便在旋轉器12轉動時將堆積於其上的熔融熱塑性材料徑向向外地引到徑向壁16的上表面35上。
圖2A～圖2D的各旋轉器12分別具有在徑向壁16和徑向延伸部100的上方和下方的一個上腔40和一個下腔42。如圖2C、圖2D的實施例所示，徑向延伸部100可以具有至少一個連通上、下腔40、42的開口108，從而上腔40中的熱氣(如空氣、燃燒氣，等等)可以經開口108環流入下腔42中，這種流動由圖2D中所示的箭頭表示。至於有關信息，參見以上對開口38的描述。
熱氣、廢氣或某些其它氣體通常被用於幫助熔化熱塑性材料並使其保持熔融狀態，直到形成纖維為止。熱氣在外周壁18的上部和下部的流動可被用來控制外周壁18上的溫度分布。成型於罩46和旋轉器12的外周壁18之間的縫隙50允許熱氣流經外周壁18的下表面並有助於確保所有在外周壁18的區域內的熱塑性材料保持熔融狀態。
作為替換方案或者除了通過循環熱氣來加熱之外，可以在旋轉器12的外側周圍設置環形感應加熱器113，如圖2A、圖2B所示。這樣的感應加熱器113可以從製造感應加熱器的俄亥俄州哥侖布市的Alpha1公司購得。感應加熱器113在旋轉器12中感應產生電流以便提高至少外周壁18的溫度並且可以提高徑向壁16局部的溫度。使用這樣的感應加熱器113對圖2A、圖2B的旋轉器12來說是特別理想的，這樣的旋轉器不包括任何形式的熱氣循環開口108。
帶有圖2A～圖2D所示旋轉器12中的一個旋轉器的纖化機10優選地具有一個可拆除的或固定的用於基本上遮住下開口41的隔熱罩46。當使用這樣的隔熱罩46時，圖2A、圖2B所示旋轉器12的徑向延伸部100優選地具有一個支承間柱112，它用於在隔熱罩46上方支承徑向延伸部100。這種間柱112看起來不必用於圖2C、圖2D所示旋轉器12的徑向延伸部100。
圖2A～圖2D的旋轉器12可以通過許多方式安裝在軸14上。例如，旋轉器12可以通過與上述圖1、圖2所示纖化機10中的固定套筒相同的固定套筒54被安裝在軸14上。對於圖2A、圖2B的旋轉器12來說，徑向延伸部100包括一個與上述圖1、圖2所示旋轉器12中的環形凸緣相同的環形凸緣58，它被環形夾具62固定到一個成型於固定套筒54頂部上的環形槽60中。或者，徑向延伸部100可被安裝到固定套筒54的肩部56上。
對於圖2C～圖2D的旋轉器12來說，徑向延伸部100具有一個環形邊緣111而不是有一個環形凸緣58。邊緣111如通過用與那些用於固定隔熱罩46的螺栓相同的沿周向間隔的螺栓螺接到肩部56上的方式被裝在肩部56上。對於圖2C、圖2D的旋轉器12來說，穿過邊緣111形成許多個開口108(見圖2D)。開口108提供了許多使熱氣從上腔40經徑向延伸部100流向下腔42的通道。開口108沿周向間隔分布在邊緣111的四周並且位於將隔熱罩46和邊緣11固定在肩部56上的螺栓之間。開口108例如可以是扇貝形的切口。
兩股由不同或相同的熔融熱塑性材料構成的流體78、80被供給圖2A～圖2D的旋轉器12。一股熔融材料流78被堆積在徑向延伸部100的上表面103上(如圖2B中的虛線所示)，另一股熔融材料流80以與圖1所示相同的方式堆積在徑向壁16的上表面35上。
當圖2A～圖2D所示的各旋轉器12旋轉時，料流78中的熔融熱塑性材料徑向向外地流過徑向延伸部100的上表面103並流經流孔102。一旦流過流孔102，熔融材料徑向向外地流過徑向壁16的下表面37並流到內壁84的在徑向壁16下方延伸的部分，再流經開口89並流出外周壁18上的纖維形成孔20。與此同時，來自流體80的熔融熱塑性材料徑向向外地流經徑向壁16的上表面35並流至內壁84的在徑向壁16上方延伸的部分，再流經開口90(見圖3)並流出在外周壁18上的纖維形成孔20。
儘管來自兩股不同料流78、80的熔融材料可被引到一起，從而流入相同的孔20，於是形成了雙組分纖維(例如見圖3、圖4)，但是圖2A～圖2D的纖化機10可以適於離心地形成單組分纖維以及多組分纖維。例如，材料流78、80可以分別是用於單組分纖維的相同的熔融熱塑性材料或者是用於多組分纖維的不同熔融材料。
單組分纖維也可以是通過使用兩股相同的熔融材料流製成的，這取消了內壁84和擋板86並使徑向壁16外伸從而將外周壁18分成分別位於徑向壁16上、下方的兩段。使用徑向壁16來分隔外周壁18造成上段外周壁18中的孔被供給來自材料流80的熔融材料，而下段外周壁18中的孔被供給來自材料流78的熔融材料。
如果在至少兩種如在此所用的熔融熱塑性材料之間存在著可能影響成型纖維32的性能的差異(如成分、溫度等)，則它們被認為是不同的材料。單種熔融熱塑性材料(如在此所用的)可以是單種材料或是多種材料的混合物。
由於熔融熱塑性材料流到在徑向壁16上、下方的壁18、84，所以圖2A～圖2D的旋轉器12應該也包括一個上唇43和一個下唇45或其它有助於確保熔融材料不環繞外周壁18流動的結構。流孔102的尺寸和數目也可以控制熔融熱塑性材料的流速並幫助確保熔融材料不流過下唇45。通過允許熔融熱塑性材料沿徑向流過徑向壁16的上、下表面35、37，由熔融材料加給旋轉器12的整個物質得到了更均勻的分配並且在離心噴絲過程中對旋轉器12的徑向平衡作用更小。
當如上所述地使用兩股材料流78、80且在取消了內壁84和擋板86的情況下製造單組分纖維時，應該有效地修改流孔102的數目和大小，從而熔融熱塑性材料以非50/50的比例流向在徑向壁16上、下方的孔20。最好如此調節流孔，即允許比在徑向壁16下方更多的熔融熱塑性材料流向在徑向壁16上方的孔20。當熔融熱塑性材料以大約60/40～80/20的比例流向在徑向壁16上、下方的孔20時，獲得了令人滿意的結果。
另外我們發現，將更多的來自材料流78的熔融材料供給徑向壁16上方的孔20會造成所形成的上纖維22具有更遠的軌跡(即比由徑向壁16下方的孔20形成的下纖維22更遠地延伸)。我們發現，這種軌跡上的差異有助於減少纖維32間的接觸，由此減少了表面缺陷和因這樣的接觸而可能導致的纖維碎裂。此外，旋轉器12的上腔40通常比下腔42熱。這種溫差可能造成在徑向壁16上方的孔20磨損並擴大(即比徑向壁16下方的孔20更快地變大)。當徑向壁16上方的孔20變大時，通過流孔94供應更多的熔融材料78有助於防止在上孔20處短缺熔融材料。這樣一來，旋轉器12的產量和耐磨壽命可以得到最佳化。
通過設計使圖2A～圖2D的旋轉器12適於在離心噴絲過程中基本上保持徑向平衡。即，徑向壁16和外周壁18在離心過程中的變形實質上大致沿徑向而不是不對稱的。
可以通過許多方式來改變旋轉器12以便在離心噴絲過程中基本上保持徑向平衡。例如，外周壁18可以與徑向壁16的外周邊相連地環繞其布置，並且外周壁18的一部分位於徑向壁16的上、下方，從而徑向壁16和外周壁18在離心噴絲過程中的變形在本質上大致是沿徑向的而不是非對稱的。另外，可以調節外周壁18，從而在徑向壁16上、下方的質量基本上相等。可以以多種方式實現外周壁18的質量在徑向壁16上、下方的均勻分布。例如，可以將外周壁18做成在徑向壁16上、下方是對稱的。為了保持對稱性，上下唇43、45應該在結構和質量方面相似，以便相互均衡。與此相似的，上、下開口39、41的結構和尺寸應該是相似的。
對於現有技術中的旋轉器來說且尤其是對於其外徑至少約等於12英寸(約合30.5cm)的旋轉器來說，由於旋轉器的外徑增大，所以預計由溫度引發的非對稱(即非徑向)的問題將變得更加顯著。也預計這樣的變形會在旋轉器外周壁區的質量增大時增大，就象在外周壁適於製造多組分纖維時的情況那樣。在這兩種情況下，非對稱變形的增大很大程度上是由於在旋轉器外周邊處向下作用的瞬時力的增大而引起的。如果不消除的話，本發明能明顯地限制這種有害變形，即使在大直徑旋轉器和那些設計用於製造多組分纖維的旋轉器中，情況也是如此。
根據以上對本發明的描述和先前的具體說明，那些本領域中的技術人員將輕鬆地領悟到各種易想到的針對本發明的改進。例如，儘管以上具體描述的實施例適於製造多組分纖維，本發明也可以用適於製造上述單組分纖維的實施例來實施本發明。因此，本發明的範圍應該僅由後續權利要求書及其等同替換方案來限定。
權利要求
1.一種可在一根纖化機的軸上旋轉地安裝的旋轉器，該旋轉器包括一根可以沿徑向伸出軸地安裝在軸上並具有至少一個通過設計而適於允許熔融熱塑性材料在該旋轉器工作時流經其的流孔的徑向延伸部；一個徑向伸離該徑向延伸部且具有一個外周邊的徑向壁；以及一個環繞所述徑向壁的外周邊設置且具有許多個用於離心地形成熔融熱塑性材料的纖維的孔的外周壁；其中熔融熱塑性材料在旋轉器旋轉時流經所述的至少一個流孔並流向所述外周壁的孔。
2.如權利要求1所述的旋轉器，其特徵在於，所述徑向壁具有一個通過設計而適於在所述旋轉器轉動時將堆積於其上的熔融熱塑性材料引向所述外周壁的孔的上表面。
3.如權利要求1所述的旋轉器，其特徵在於，所述徑向壁包括一個下表面，所述徑向延伸部包括一個上表面，通過設計使所述徑向延伸部適於在所述旋轉器旋轉時經所述的至少一個流孔將堆積於其上的熔融熱塑性材料引至所述下表面並引向所述外周壁的孔。
4.如權利要求3所述的旋轉器，其特徵在於，所述徑向延伸部上表面的一部分位於所述徑向壁的所述下表面的下方。
5.如權利要求3所述的旋轉器，其特徵在於，所述至少一個流孔具有一個入口，所述上表面的一部分構成了一個通過設計而適於在所述旋轉器轉動時在上述的那個流孔的入口處形成堆積在所述上表面上的熔融熱塑性材料的頭的環形流阱。
6.如權利要求5所述的旋轉器，其特徵在於，所述環形流阱位於所述徑向壁的所述下表面的下方。
7.如權利要求1所述的旋轉器，其特徵在於，所述徑向壁具有一個內環形邊緣，所述徑向延伸部具有一個外環形凸緣，所述內環形邊緣在所述徑向壁被裝在所述徑向延伸部上時壓在所述外環形凸緣上。
8.如權利要求7所述的旋轉器，其特徵在於，所述旋轉器包括一個用於在所述徑向壁被安裝到所述徑向延伸部上時將所述內環形邊緣固定在所述外環形凸緣上的夾具。
9.如權利要求8所述的旋轉器，其特徵在於，所述夾具包括一個被弄斜以便在所述旋轉器旋轉時將堆積於其上的熔融熱塑性材料引到所述徑向壁的所述上表面上的環形上表面。
10.如權利要求1所述的旋轉器，其特徵在於，所述旋轉器包括一個位於所述徑向壁和所述徑向延伸部上方的上腔和一個在所述徑向壁和所述徑向延伸部下方的下腔，所述徑向延伸部具有至少一個連通所述上腔和所述下腔的開口，從而所述上腔中的熱氣可以通過該開口環流入所述下腔中。
11.如權利要求1所述的旋轉器，其特徵在於，通過設計使所述旋轉器適於受到徑向平衡，從而所述徑向壁和外周壁在離心過程中的變形實質上大致成徑向而不是非對稱的。
12.一種用於製造纖維的裝置，它包括一個軸；一個轉動地安裝在該軸上的旋轉器，它包括一個徑向延伸部，它安裝在所述軸上，徑向伸離所述軸並具有一個上表面和至少一個流孔；一個徑向壁，它安裝在所述徑向延伸部上且徑向伸離該徑向延伸部並具有一個上表面和一個外周邊；一個環繞所述徑向壁的外周邊設置且具有許多個用於離心製造熔融熱塑性材料的纖維的孔的外周壁；以及用於將熔融熱塑性材料供給所述徑向延伸部的上表面和所述徑向壁的上表面的供應源，其中當所述旋轉器旋轉時，供至所述徑向延伸部的上表面上的熔融熱塑性材料流經所述的至少一個流孔並流向所述外周壁的孔，而供至所述徑向壁的上表面上的熔融熱塑性材料流向所述外周壁的孔。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述徑向壁包括一個下表面，通過設計使所述徑向延伸部適於在所述旋轉器旋轉時引導供給所述徑向延伸部上表面的熔融熱塑性材料穿過上述的至少一個流孔並流經所述下表面，流向所述外周壁的孔。
14.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉器具有一個下開口，所述裝置還包括一個通過設計並布置成適於基本上蓋住所述旋轉器的下開口的隔熱罩。
15.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述徑向延伸部具有一個用於在所述隔熱罩上方支承所述徑向延伸部的支承間柱。
16.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括一個安裝在所述軸上的固定套筒，該固定套筒具有一個肩部並且所述徑向延伸部安裝在所述肩部上。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述徑向延伸部包括一個安裝在所述肩部上的環形邊緣，該環形邊緣具有至少一個構成一條用於使氣體流經所述徑向延伸部的通道的開口。
18.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括一個安裝在所述軸上的固定套筒，所述徑向延伸部包括至少一個環形凸緣，並且所述固定套筒包括至少一個使所述的至少一個環形凸緣固定於其中的環形槽。
19.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述的至少一個流孔是許多流孔中的一個，通過設計而使所述流孔適於使比流向在所述徑向壁下方的孔的熔融熱塑性材料更多的熔融熱塑性材料流向在所述徑向壁上方的孔。
20.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括一個用於在至少所述徑向壁中感應產生電流以提高所述徑向壁的溫度的感應加熱器。
21.一種用於製造多組分纖維的裝置，它包括一個可轉動的軸；一個可隨軸轉動地安裝在所述可轉動的軸的一端上的旋轉器，該旋轉器包括一個上開口和一個下開口，一個位於所述上開口和所述下開口之間的徑向延伸部，所述軸的一端向下穿過所述上開口，所述徑向延伸部具有一個上表面和許多個沿周向間隔的流孔，此徑向延伸部安裝在所述軸上並沿徑向伸離該軸，一個位於所述上開口和所述下開口之間的徑向壁，它具有一個上表面和一個環形外周邊並被安裝到所述徑向延伸部上且沿徑向伸離該徑向延伸部，一個環繞所述徑向壁的外周邊設置且具有許多個用於將至少兩種熔融熱塑性材料離心製造成多組分纖維的外周壁；一個用於將一種熔融熱塑性材料供應到所述徑向延伸部的上表面上且將另一種熔融熱塑性材料供應到所述徑向壁的上表面上的供應源；其中在所述旋轉器轉動時，一種被供應到所述徑向延伸部的上表面上的熔融熱塑性材料流經所述的許多個流孔並流向所述外周壁的孔，另一種被供應到所述徑向壁的上表面上的熔融熱塑性材料流向所述外周壁的所述孔，從而形成了雙組分纖維。
全文摘要
一種纖維製造裝置(10)包括安裝在轉軸(14)一端上的旋轉器(12)和一個將兩股含至少一種熔融熱塑性材料的料流(78,80)供給旋轉器的供應源。旋轉器包括一個徑向延伸部(100)、一個徑向壁(16)和一個外周壁(18)。徑向延伸部安裝在軸上且沿徑向伸離軸。徑向壁安裝在徑向延伸部上且沿徑向伸離該徑向延伸部。徑向壁包括一個上表面(35)、一個下表面(37)和一個外周邊。外周壁環繞徑向壁的外周邊設置且具有許多個用於將至少一種熔融熱塑性材料離心製成纖維的孔(20)。在旋轉器的工作過程中,徑向延伸部引導一股熔融熱塑性材料流(78)穿過至少一個流孔(36)而流向徑向壁的下表面並流向外周壁的孔。當旋轉器轉動時,另一股熔融熱塑性材料流(80)直接堆積到徑向壁的上表面上並沿上表面移向外周壁的孔。旋轉器在離心噴線過程中受到徑向平衡且它不易於由熱應力引發開裂。
文檔編號C03B37/04GK1256682SQ97180141
公開日2000年6月14日 申請日期1997年11月5日 優先權日1996年11月27日
發明者詹姆斯·G·斯奈德 申請人:歐文斯科爾寧格公司