玻璃纖維的製備方法和裝置的製作方法

2023-04-23 01:38:16

專利名稱：：玻璃纖維的製備方法和裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及通過利用離心力製備玻璃纖維的方法和裝置。利用離心力製備玻璃纖維的傳統方法和裝置將參照圖5進行描述。更準確地說，由玻璃熔化爐I的供料通路J的噴嘴K流出的熔融態玻璃B被連續地輸送到空心的園筒形旋轉裝置A中，該旋轉裝置A是通過驅動裝置H以高速旋轉的。輸送到裝置A中的熔融態玻璃，在離心力的作用下，從旋轉裝置A的周邊壁C中的小孔D中以小的園錐形噴出。將園錐狀熔融玻璃的末端部形成的一次纖維送入到一個火焰束G中，這個火焰束是由纖維成型室E的火焰噴口F噴出的，以便將一次纖維拉細成二次纖維。為了使用這種傳統方法形成的玻璃纖維的直徑小並具有高的熱絕緣特性，在現有技術中已提出了各種裝置。為了提高火焰束G的流速，第一種裝置採用了同類玻璃使用的那些裝置。但是，使用這種裝置，由於成纖燃燒器E的燃燒量必須增加，在火焰噴口F處的火焰溫度過分地升高，使形成的一次纖維變成球狀或環狀的非纖維型材料的比例增大，因而對絮凝特性造成不利的影響。為了避免這種現象，現有技術中(正如美國專利US3，785，791描述的)採用了一種裝置來增加用於燃燒的空氣量，但是，當空氣-燃料比超過某一值時，燃燒變得不穩定，產生了未燃燒的燃料，振蕩燃燒等等，這樣火焰溫度變得很不穩定，其結果造成了不能得到直徑均勻的二次纖維。第二種裝置是要減小周邊壁C中的小孔D直徑，以減小一次纖維的直徑，從而減小所獲得的二次纖維的直徑。但是，當小孔D的直徑被減小時，該熔融態玻璃不容易流出，因此需要附加以下裝置(a)降低熔融態玻璃供給量的裝置;(b)增加旋轉裝置A旋轉次數的裝置;(c)升高旋轉裝置A中熔融態玻璃溫度以降低玻璃液粘度的裝置。裝置(a)降低了產品的產量，而裝置(b)和(c)大大地縮短了旋轉裝置A的使用壽命。因此，這些裝置都是不合乎要求的。作為第三種裝置，可以考慮降低每單位時間(從每個小孔流出的熔融態玻璃的流量有時被定義為一個傳輸錐的流量)從每個小孔D(該小孔是在旋轉裝置A的周邊壁C上形成的)流出的熔融玻璃的流量;但是，這就降低了將要得到的二次纖維的產量。為了避免這種產品的降低，可以考慮增加周邊壁C的高度，以增加小孔D的數目;但是，如果增加了周邊壁C的高度，那麼周邊壁C的較低端部分遠離成纖燃燒器的火焰噴口F，通過火焰束G的二次拉絲變的不充分，這樣在較低端部分附近處難以形成二次纖維。因此，周邊壁C的高度受到了限制。如果降低以上描述的一個傳輸錐的流量，那麼該一次纖維對火焰束G的溫度變的靈敏，如果溫度高，二次纖維易於變成球狀或環狀的非纖維材料，二次纖維彼此間易於粘結，削弱了絮凝特性。因此，該火焰束溫度需要比通常的低，可是，正如以上所描述的，火焰溫度的降低受到了限制，如果降低一個傳輸錐的流量，這就必須通過降低成纖燃燒器E的燃料的燃燒量，以便降低熱能，這樣火焰束G達到的距離變短。結果，從這一方面考慮，周邊壁C的高度也受到了限制，帶來了值得注意的產量減少問題。有許多種玻璃纖維，和許多不同直徑的玻璃纖維(其直徑範圍從小到大)需要生產。但是，用傳統的方法和裝置，採用一個普通裝置製造許多種玻璃纖維是不令人滿意的。這是因為這使得產量降低，熱能增加，產品質量下降等等。當然，分別提供形成不同種類玻璃纖維的專用生產線是不合乎需要的，因為這增加了生產成本。根據以上傳統技術的現狀，本發明的一個目的是提供一種形成玻璃纖維的方法和裝置，其中通過成纖燃燒器形成的火焰束的溫度低於一個不產生未燃燒的燃料和不穩定的燃燒的預定的溫度，而可以提高火焰束的流速，因此可以增加旋轉裝置的周邊壁高度，既使從周邊壁的每個小孔(即，一個傳輸錐的流量)流出的熔融玻璃的流量減少，但在旋轉裝置周邊壁的整個高度上，可以將熔融玻璃的一次纖維令人滿意地形成二次纖維，而不會造成一次纖維的熱損失，並且可以在增加流量的條件下生產高質量的細玻璃纖維，在不增加成纖燃燒器中燃料的燃燒量的情況下，能節省制纖中的能量。為了實現以上提到的目的和其它目的，按照本發明(正如權利要求1中要求的)，提供了一個利用離心力製造玻璃纖維的方法，其中將壓縮氣體從靠近成纖燃燒器的火焰噴口機架的內側位置朝著該燃燒器噴料出口的頸部，以與噴料出口的火焰束噴出方向成一銳角的方向噴出，以便該壓縮氣體在頸部的入口處與燃燒排出氣體混合，該混合的氣體從燃燒器的噴料出口處噴出，其方向基本上與周邊壁的外周邊表面的基線平行，從而將形成的一次纖維轉變成細的二次纖維。按照本發明(正如權利要求2中要求的)，提供了一個用於形成玻璃纖維的裝置，其中許多用於噴入壓縮氣體的孔被設置在成纖燃燒器內火焰噴口機架的上部，該孔是朝著噴料出口頸部的入口處打開的，該孔與所提供的壓縮氣源連通。進一步說，在一個特殊的結構中，從該孔中噴入壓縮氣體的方向與從成纖燃燒器的噴料出口噴出燃燒排出氣體的方向成一銳角。更進一步地說，在一個特殊的結構中，許多用於噴入壓縮氣體的孔是設置在成纖燃燒器的火焰噴口的機架上。再進一步說，在一個特殊的結構中，許多用於噴入壓縮氣體的孔是設置在成纖燃燒器內火焰噴口機架上的壓縮氣體室中。本發明的方法和裝置具有以上結構。所需量的燃料通過成纖燃燒器燃燒，當燃燒噴出的氣體從該燃燒器的噴料口噴入時，壓縮氣體從許多靠近火焰噴口機架的內側的孔中朝著噴料口的頸部噴入。噴入壓縮氣體的方向與從排料出口噴入燃燒噴出氣體的方向成一銳角。由於該壓縮氣體是直接朝向噴料口頸部的，因此，在頸部的入口部分，燃燒噴出的氣體與噴入的壓縮氣體在頸部的進口處混合。由於這種混合是在噴料口頸部的進口部分進行的，因而將不影響成纖燃燒器內燃料的燃燒，也不改變燃燒條件。通過將燃燒排出氣體與不帶熱量的壓縮氣體混合，降低了燃燒排出氣體的溫度，由於噴入壓縮氣體的方向與噴入燃燒排出氣體的方向成一銳角，所以在噴入方向上增加了壓縮氣體的動能。其結果，所產生的火焰束在與周邊壁的外周邊表面基本平行的方向噴入，其溫度比燃燒排出氣體(由成纖燃燒器產生並已達到排料出口)的溫度低，噴射壓力變大。因此，既使旋轉部件的周邊壁的高度比傳統的技術有所增高，既使各個小孔所具有的熔融玻璃錐的流量變小，該火焰束具有足夠的熱量和速度到達周邊壁的最低端。而且，通過加入壓縮氣體，火焰束的溫度被降低，因此，既使由於熔融玻璃的一個園錐的流量降低而使一次纖維的直徑比傳統技術的小，也將使一次纖維不遭到損壞。由於考慮到周邊壁高度增加而增加小孔的數目，所生產的二次纖維的總量並沒有減少，由於通過加入壓縮氣體增加了火焰束的噴射壓力，將不增加燃料的消費。進一步的，通過選擇和調節壓縮氣體的噴入量和噴入壓力，壓縮氣體的熱量等等，可以用單個的裝置生產各種玻璃纖維。圖1是(如權利要求2，3和4中要求的)本發明的一個具體方案的縱向橫截面示意圖;圖2是構成圖1的一個重要部分放大的橫截面示意圖;圖3是(如權利要求5中要求的)另一具體方案的一個重要部分放大的示意圖;圖4是溫度和形成玻璃纖維的玻璃粘度之間的關係曲線;和圖5是一個傳統裝置的縱向橫截面示意圖。圖1和圖2示出了如權利要求2、3和4中要求的本發明裝置的一個實施例。圖3示出了如權利要求5中要求的本發明的一個實施例。我們首先描述這些裝置的結構，然後再描述權利要求1中要求的方法。參照圖1和2，設置在玻璃熔爐1供料通路2的熔融玻璃排料噴嘴3的正下方的是一個與驅動裝置5連接的空心園柱形旋轉裝置4。驅動裝置5支承在機架(未示出)上，並且包含有由皮帶6帶動的旋轉軸7。旋轉裝置4被固定地連接到旋轉軸7的最低端。旋轉裝置4上有許多小孔9，它們在周邊壁8的整個周邊上穿過周邊壁8。從熔融玻璃排料噴嘴3排出的熔融玻璃10向下流動，由旋轉裝置4的底部壁11接受。熔融玻璃12通過由驅動裝置5帶動以高速旋轉的旋轉裝置8的作用，沿著周邊壁8的周邊表面上升，在離心力的作用下從小孔9中以小園錐形噴出，從而連續地送入該熔融玻璃，並在離心力的作用下徑向地向外拉絲，以提供一次纖維。成纖燃燒器13被安裝在旋轉裝置4上方，圍繞在旋轉裝置4的外壁周圍。這個成纖燃燒器的排料出口14在與周邊壁8的外周邊表面15的基線平行的方向打開，由成纖燃燒器13的燃燒室16產生的燃燒噴出的氣體作為火焰束17沿著周邊壁8的外周邊表面15噴出。該火焰束17將從小孔9排出並在離心力作用下形成的一次纖維玻璃製成為的二次纖維。噴料口14由一個外火焰出口機架18和一個內火焰出口機架19來確定，在外火焰出口機架18的上部靠近成纖燃燒器13燃燒室16處有許多用於噴射壓縮氣體的小孔20。每個小孔20是朝著噴料口14的頸部21的進口打開的，該小孔的噴射方向X-X與噴料口處14的火焰束17(即噴射燃燒氣的方向y-y)之間的夾角α為銳角。小孔20是與外火焰出口機架18的內空腔22相連接。內腔22通過提供壓縮氣體的通路23與提供壓縮氣體的氣源連通，該壓縮氣體例如為空氣和惰性氣體(如氮氣和二氧化碳氣體)。在圖1和2所示的實施例中，提供壓縮氣體的小孔20以及內空腔22被設置在外火焰出口機架18處，而在圖3所示的第二個實施例中，用於噴射壓縮氣體的小孔24是在氣體室26中的，氣體26被設置在外火焰出口機架25的上方，氣體室26通過壓縮氣體傳輸通路27與所提供的壓縮氣源(未示出)接通。除了這些特點以外，第二個實施例在結構上與第一個實施例是相同的。既在圖1和圖2的第一實施例又在圖3的實施例中，雖然小孔20、24隻被設置在外火焰出口機架18、25中，但同樣的小孔也可以設置在內火焰出口機架19、28中，以便該壓縮氣體可以從內外兩側噴到噴料出口頸部的進口處。以下將描述用以上所述的玻璃纖維製造裝置製備玻璃纖維(如權利要求1中所要求的)的方法。燃料在成纖燃燒器13的燃燒室16中完全燃燒，高溫燃燒的噴出氣體從噴料口14噴出，由壓縮空氣或惰性氣體得到的壓縮氣體也朝著噴料口14的頸部21的進口處噴出，其噴射方向與從噴料口噴出的燃燒噴出氣體的方向成一銳角，以便壓縮氣體在進口部分與燃燒噴出氣體混合。通過這種混合，從噴料口14噴出的燃燒噴出氣體的溫度比預定溫度低，同時也增加了噴射的壓力。燃燒噴出氣體(由此而溫度降低和速度加快)作為火焰束17從噴料口14噴出，其方向基本上與旋轉裝置4的周邊壁8的基線方向平行。同時，將熔融玻璃10從熔融玻璃排料噴嘴3連續地輸送到高速旋轉的旋轉裝置4中。由此輸送的熔融玻璃10從旋轉裝置4的周邊壁8上的小孔9中以小園錐形排出，在離心力的作用下，不斷地拉製成一次纖維，該一次纖維則徑向地朝旋轉裝置4的外部分別從上述的小園錐形熔融玻璃的頂部送入到火焰束17中，通過火焰束17製成細的二次纖細。該二次纖維被向下拋出，並由收集裝置(未示出)收集。正如以上所描述的，由於噴射壓縮氣體，火焰束17的溫度被降低到比燃燒室16中產生的燃燒噴出氣體的溫度低。因此，與旋轉裝置4的周邊壁8的上邊緣部分接觸的火焰束17的溫度可以被降至預定的較低的溫度，既使從各個小孔9(即一個園錐的流量)排出的熔融玻璃的量小，也可以將溫度保持在這樣一個程度，以防止形成一次纖維的熱損失。同樣的，由於上述壓縮氣體的噴射，可以增加火焰束17的噴射壓力，該火焰束17可以進一步達到火焰束17的熱能沒有損失，因此，可以增加周邊壁8的高度，以便增加小孔9的數目。因而，通過增加小孔的數目來補償在一個園錐中流量的減少。如權利要求1要求的本發明的玻璃纖維製備方法包括以上所述的步驟。本發明和傳統技術之間的比較將通過參照具體的實施例作如下描述。成纖燃燒器噴料口最低端和旋轉裝置周邊壁最低端之間的溫度差(℃)(L代表兩個最低端之間的距離)。從這個表中可以清楚的看出，按照本發明在旋轉裝置周邊壁的最低端，火焰束的溫度降低的較少。如圖4所示特性的用於製備玻璃纖維的硬質玻璃和標準玻璃的成纖實例。(1)硬質玻璃表1表2(2)標準玻璃表3從表1的數值可以清楚地看到，在燃料消耗相同的情況下，用本發明所生產的玻璃纖維的產量比用傳統技術生產的大，而且用本發明獲得的絮凝性非常好。因此，根據本發明可以清楚地看出，本發明可以大幅度地降低能量參數，增加玻璃纖維的產量。從表2和表3我們可以清楚地看到，當我們分別用本發明的方法和傳統技術的方法生產相同產量的普通玻璃纖維時，本發明所消耗的燃料比傳統技術的少，而本發明玻璃纖維的絮凝性非常好。我們也可以看出，與傳統技術比較，既使不大量地增加燃料消耗，也可以生產熱絕緣性高的高質量玻璃纖維。正如表2和表3所示，可以得到高質量玻璃纖維的原因之一是，正如以上所述在本發明的方法和裝置中，一次纖維都已纖維化(即沒有出現一次纖維的損壞)。另一方面，在傳統技術中，周邊壁中間區域的溫度比周邊壁的上下部分高，因此，從周邊壁的上部區域排出的一次纖維形成二次纖維，而當該二次纖維穿過一次纖維的末端時(該一次纖維是處在二次纖維形成區域內從周邊壁的中間部分排出的)，該一次纖維與其二次纖維交叉。故此，就降低了質量。本發明的方法和裝置特徵是壓縮氣體的噴射及噴射位置，而壓縮氣體的噴射方向與火焰束噴射方向之間的角度、噴射速度分布、氣體流量和氣體壓力是重要的因素。關於壓縮氣體的噴射位置，該氣體不是二次燃燒氣，因此，該位置必須處於在成纖燃燒器內燃料已完全燃燒的位置，該位置還應該靠近該燃燒器的噴料口，該位置也應該處在燃燒噴出的氣體與壓縮氣體混合，然後形成一個平穩流作為火焰束從噴料口噴出的位置。這個位置是設在該噴料口頸部的進口處。為實現上述的平穩流，上述的位置應該設在噴料口的頸部處，且該噴料口與內園周表面平行。關於噴射角度，從有效地使用噴射的壓縮氣體能量和使燃燒噴出氣體平穩噴出的觀點出發，壓縮氣體噴射束的中心線相對於從噴料口噴出的火焰束的中心線30～60°的角度傾斜。這個角度越小越好。如果這個角度是鈍角，則將會阻礙燃燒氣體的排出。燃燒變得不穩定。在以上的實施例中，這個角度為45°。在旋轉裝置周圍的方向上，壓縮氣體的速度分布應該是平穩的。如果這個分布不平穩，則從成纖燃燒器的噴料口噴出的火焰束的溫度和速度變得不穩定，這就降低了所生成的二次纖維的質量。基於這個原因，孔的直徑最好小一些，且在園周方向上以相等的距離間隔排列。該孔的直徑最好為1-3mm，距離間隔最好為5-10mm。在以上的實施例中，直徑為2mm，間隔為6.5mm。壓縮氣體噴射量的確定取決於旋轉裝置的直徑，旋轉裝置周邊壁的高度，所需形成的玻璃纖維的直徑，和成纖燃燒器燃燒噴出氣體的流量。旋轉裝置的直徑越大，周邊壁的高度越高，所生產的玻璃纖維越細，成纖燃燒器的燃燒噴氣量越大，則壓縮氣體的噴射量就越大。壓縮氣體的壓力只需要達到高於成纖燃燒器的內部壓力即可。在以上的實施例中，所提供的壓縮氣體的壓力為5Kg/cm2。本發明的方法和裝置具有以上提到的結構和操作步驟，按照權利要求1中要求的本發明，可以將從成纖燃燒器噴料口處噴出的火焰束的溫度降低到不影響燃燒器內的燃燒，同時也可以增加火焰束的速度。因此，具有這樣的一個優點，即不增加燃料的消耗而生產出大量的質量高的細玻璃纖維。根據權利要求2至5所要求的本發明，使壓縮氣體在噴料口的頸部與燃燒噴出氣體混合，以降低燃燒排出氣體的溫度，並使之形成一個平穩流，當其通過噴料出口時，速度也增加。因此，具有這樣的一個優點，既使增加了周邊壁的高度，有效的火焰束可以到達周邊壁的最低端。與傳統的技術比較，即使其周邊壁的高度更大既使各個小孔的直徑變小，從而降低了一個傳輸園錐的流量，細的一次纖維將不受到破壞，因而具有這樣的一個優點，即可以生產高質量的玻璃纖維而不降低其產量。通過噴射壓縮氣體降低了成纖燃燒器燃燒噴出氣體的溫度，並且通過壓縮氣體的噴射能量也增加了火焰束的噴射壓力。因此具有不增加燃料消耗的優點。按照本發明的方法和裝置，通過選擇和調整壓縮氣體的噴射量，噴射壓力，氣體的熱量等等，可以有利地用單一的方法及裝置生產各種玻璃纖維。權利要求1.製備玻璃纖維的方法，包括步驟(a)將熔融玻璃輸送到一個空心園柱形旋轉裝置中，在所述的旋轉裝置的周邊壁上有許多小孔穿過；(b)在通過所述的旋轉裝置高速旋轉所產生的離心力作用下，該熔融玻璃從所述的周邊壁上的小孔中以小的園錐形噴出；(c)在圍繞所述周邊壁的一個外周邊區域，從成纖燃燒器的噴料口處噴出火焰束，其方向基本上平行於所述周邊壁的一個外周邊表面的基線；(d)將壓縮氣體從靠近排料出口的位置和所述的成纖燃燒器內，朝著所述噴料口的頸部，以與從所述噴料口噴出的所述火焰束的方向成一銳角的方向噴射；(e)將所述的壓縮氣體在所述頸部的進口處與所述的火焰束混合；(f)從所述燃燒器的噴料口處以與所述周邊壁的外周邊表面的基線基本上平行的方向噴射所述的混合氣體；和(g)將在園錐形熔融玻璃末端形成的一次纖維，在離心力的作用下輸送到所述的混合氣體中，以便所述的一次纖維拉製成細的二次纖維。2.製備玻璃纖維的裝置，包括一個空心園柱形旋轉裝置，在所述的旋轉裝置的周邊壁上穿過許多小孔;用於熔融玻璃原料和將熔融玻璃輸送到所述空心園柱形部件中的裝置，安置以上所述的空心園柱形旋轉裝置的裝置;用於旋轉所述的旋轉部件的裝置，該裝置連接到所述空心園柱形旋轉裝置上;一個成纖燃燒器被設置在圍繞所述旋轉裝置所述周邊壁的一個外周邊的區域上，所述的燃燒器有一個噴料口，該噴口是在與所述周邊壁的一個外周邊表面的基線平行的方向上打開的;通過許多小孔用於噴射壓縮氣體的裝置，該裝置靠近所述的噴料口，並在所述的成纖燃燒器內，所述的孔是朝著所述噴料口頸部的進口處打開的，並且與壓縮氣源連通。3.根據權利要求2的裝置，其中從所述孔中噴出的壓縮氣體的方向與從所述成纖燃燒器的所述噴料口噴出的燃燒排出氣體的方向成一銳角。4.根據權利要求2的裝置，其中所述的成纖燃燒器包括用於固定所述噴料口的火焰出口的機架，和所述的孔設置在所述成纖燃燒器的所述火焰出口的機架上。5.根據權利要求2的裝置，其中所述的成纖燃燒器包括用於固定所述噴料口的火焰出口的機架，所述的孔設置在所述成纖燃燒器內的所述火焰出口機架提供的壓縮氣體室內。全文摘要通過利用離心力製備玻璃纖維的方法，其中壓縮氣體是從靠近成纖燃燒器的火焰出口機架的內部，朝著該燃燒器的噴料口的頸部，以與從噴料口噴出的火焰束的方向成一銳角處噴射，以便該壓縮氣體在該頸部的進口處與燃燒排出氣體混合，將混合的氣體從該燃燒器的噴料口處與周邊壁的外周邊表面的基線基本平行的方向噴出，從而將一次纖維拉製成為二次纖維。文檔編號C03B37/04GK1060641SQ91109569公開日1992年4月29日申請日期1991年9月4日優先權日1990年9月4日發明者大熊研,大瀧慶二,依田光司,筱生幸義申請人:日東紡織株式會社