製造纖維的設備和方法
2023-05-17 07:16:36
專利名稱：製造纖維的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用熱塑材料製造纖維的改進的設備和方法。
背景技術：
用諸如玻璃、聚酯或聚丙烯的熱塑材料生產直徑非常小的纖維的方法通常稱之為旋轉纖維化。用於通過旋轉纖維化生產纖維的設備在美國專利4,046,539和4,627,868中描述。這些設備通常稱作「成纖器」。
旋轉式成纖器包括用於將諸如玻璃的熔融熱塑材料引向快速旋轉成纖器旋轉器(sipnner)的機構。該旋轉器具有多個形成在其周邊壁上的小孔。由該旋轉的旋轉器產生的離心力迫使熔融的玻璃流出該多個小孔。
該成纖器還包括環形噴嘴，其圍繞該旋轉的旋轉器並做成適當的形狀以將加熱的氣體對著從該旋轉器的孔裡流出的熔融玻璃流向下引導。來自噴嘴的氣體使熔融的玻璃流變細成細纖維並將其向下引導。該纖維以稱之為幔(veil)的大致管柱形形狀從旋轉器共同下落。該纖維幔下落到在成纖器下面移動的傳送器表面上。該纖維在該傳送器上收集成墊(mat)。
旋轉式成纖器的正常運行在該成纖器旋轉器的正下方產生高溫低壓(即低於大氣壓力)區。在該低壓區中的空氣流使得部分該纖維幔從該幔上分開並被拉進該區。這些分開的部分隨後對著該幔向外流動。從該低壓區向外流動的該分開的纖維粘在該幔上成為大塊，稱之為「再熔」。再熔的過分聚集對於纖維墊的質量具有不利的作用。
不管用於形成熱塑材料纖維的機構是哪種類型，該纖維經常用來製造紙產品，並希望該纖維以大薄片的形式提供較高的拉伸強度、伸長率和能量吸收能力。
發明內容
本發明涉及用於用諸如玻璃的熱塑材料製造纖維的改進的設備和方法。根據一方面，提供一種設備，有助於防止在旋轉式成纖器的旋轉器組件下面形成低壓區。
在具體實施例中，在成纖器旋轉器組件下面設置導管組件。該導管組件的開口端設置成靠近該成纖器旋轉器組件，並且該導管組件從該開口端向下延伸，與該旋轉器組件的豎直旋轉軸線同心。該導管組件向上朝向該旋轉器組件的下側傳送氣柱，使得該氣體對著從成纖器下降的纖維幔的內側偏移。向上流動的氣柱有助於防止在旋轉器組件下面形成高溫低壓區，從而大大地減少由成纖器產生的再熔的量。
導管組件的下部延伸通過該纖維幔的路徑。在具體實施例中，該導管組件的下部的截面輪廓在沿著纖維柱的路徑方向上是細長的，其中，纖維幔下落在導管組件上，以便於纖維幔在導管組件上流動並且使在該導管組件的外表面形成的再熔最少。在具體實施例中，例如，該導管組件的下部具有這樣的截面輪廓，該截面輪廓具有限定長度的兩個彎曲的端邊緣，和在相應的端邊緣端部之間延伸並限定寬度的直線側邊緣。該截面輪廓的長度大於該寬度，並且長度沿著纖維幔的方向延伸，其中纖維幔下落在該導管組件的下部。在一些實施例中，該導管組件下部的截面輪廓可以是沿著向下的方向逐漸變細或變窄，其中纖維幔在該導管組件的下部上流動。在另一些實施例中，該導管組件的截面輪廓可以是沿著向上的方向逐漸變細，其中纖維幔在該導管上流動。
可選地，該導管組件可以包括用於相對該旋轉器精確地調整該導管組件的開口端位置的機構。利用該調整機構並改變在該導管組件中氣體的壓力，能夠控制對著該纖維幔的裡面流動的氣體的速度和體積，以便控制該幔的溫度和形狀。
在具體實施例中，可以在旋轉組件的下面設置防護件或阻擋件，以將流出該導管組件的開口端的氣體引導離開該旋轉器組件，並且對著該纖維柱的裡面。有利的是，這將旋轉器組件的旋轉滾筒與來自導管組件的較冷的氣體隔離，以防止在該滾筒中的熔融材料的固化。該防護件可以用從該防護件向下延伸到該導管組件的開口端中的支柱支撐，並安裝成支撐該導管組件裡面的支杆。
替代該防護件或除該防護件之外，該旋轉器組件可以具有安裝在該旋轉滾筒下面的隔熱的熱防護裝置。該熱防護裝置可以包括任何合適的隔熱裝置，該隔熱裝置使該滾筒的熱損失最小，並將該滾筒與來自該導管組件的中心氣流隔離。例如，該熱防護裝置可以包括隔熱材料層，如陶瓷纖維、碳纖維和其他合適的隔熱材料。
在某些實施例中，旋轉器組件可以包括安裝在該滾筒下面的具有多個防護件的防護組件。該防護組件包括第一防護件和安裝在該第一防護件下面的第二防護件。該第二防護件可以沿著其外周邊形成有升高的凸出部分，以間隔該第二防護件和第一防護件，以便在它們之間形成空氣隙。
在另一個實施例中，旋轉型成纖器具有向下延伸通過該旋轉器組件的氣體管道，以將氣體引導到該纖維幔內的該旋轉器組件的下面。該氣體有助於防止在該旋轉器組件下面形成高溫低壓區。在具體實施例中，該氣體的溫度保持在低於該纖維的融化溫度，從而快速冷卻該幔，以提高該纖維的拉伸強度和伸長特性。
從下面參考附圖對幾個實施例的詳細描述，本發明的前述和其他特徵和優點將變得更加清楚。
圖1是根據一個實施例製造玻璃纖維的設備的豎直剖視圖。
圖2是根據另一個實施例製造玻璃纖維的設備的豎直剖視圖，其具有用於相對於成纖器調節導管位置的調節機構。
圖3是圖2設備的導管組件和殼體的透視圖。
圖4是沿圖3的4-4線的圖3設備的剖視圖。
圖5-7是類似於圖4的水平剖視圖，示出該導管組件下部的可選形狀。
圖8是設備的另一個實施例的豎直剖視圖，示出用於對著纖維柱的裡面偏轉來自導管組件的氣體的阻擋件。
圖9A是根據一個實施例與成纖器旋轉器組件一起使用的隔熱防護件的俯視平面圖。
圖9B是沿9B-9B線截取的圖9A的防護件的剖視圖。
圖10A是根據一個實施例安裝在成纖器旋轉器組件上的、具有多個防護件的防護組件的仰視平面圖。
圖10B是沿10B-10B線截取的圖10A旋轉器組件和防護組件的剖視圖。
圖11是用於製造玻璃纖維的設備另一個實施例的豎直剖視圖，包括延伸穿過成纖器旋轉器組件的氣體管道。
圖12A-12B示出用圖2-4示出的升管(riser tube)生產的玻璃纖維相對於常規的圓柱形升管的尺寸和拉伸強度(圖12A)、伸長率(圖12B)和渣球(圖12C)。
具體實施例方式
圖1示出根據一個實施例製造玻璃纖維的設備10。該設備包括常規的成纖器12，該成纖器12包括安裝在可旋轉的主軸16上的旋轉器組件14。該主軸16通過電機(未示出)以很高的速度繞縱軸線18旋轉，該電機能夠連接於安裝在該主軸上端的皮帶輪20。
該旋轉器組件14與主軸16一起旋轉並包括內滾筒(bowl)22。該內滾筒22具有環形的周邊壁24，該環形的周邊壁24包括多個小直徑的孔(未示出)。該旋轉器組件14包括在其底面上的一體的熱防護裝置28。所示的熱防護裝置28的截面形狀是一個顛倒的截頭圓錐。該防護裝置28減少該旋轉器組件14的滾筒22的熱損失。
當旋轉器組件14旋轉時，熔融的玻璃30被引導通過成纖器12中的滴管32並降落在該滾筒22中。該熔融的玻璃30被離心力驅動通過該滾筒孔(未示出)。從該滾筒孔流出的熔融玻璃流在環繞該旋轉的旋轉器組件14的環形噴嘴34下面通過。被加熱的氣體連續噴射(稱作「外吹風」)被迫向下通過噴嘴34。該加熱的氣體由襯有耐火材料38的環形室36內的燃料氣體的燃燒提供。預先混合的燃料優選通過隔板40供給，該隔板防止火焰回竄進該燃料供給歧管42中。
來自噴嘴34的氣體使熔融的玻璃流變細成微細的纖維44並向下引導它們。該纖維以稱為纖維幔46的大致管柱形形狀從該旋轉器組件14下落。該纖維幔46落到在該成纖器下面移動的傳送器表面48上。該纖維幔46在傳送器表面48上聚集成墊。可以利用其他類型的收集裝置代替所示的傳送器表面。例如，將旋轉鼓設置在殼體下面以收集纖維幔46。
在另一個實施例中，氣體、空氣和纖維可以由管道傳送到遠處，以收集成墊。
在常規成纖器12運行時，循環的熱的低壓(即，低於大氣壓)空氣區形成在該旋轉器防護裝置28的正下方。在該低壓區內的空氣流形成以該旋轉器組件14的豎直軸線18為中心的大致喇叭口形的路徑。如前面所述，這種低壓區和通過該區域的喇叭口形空氣流的存在導致一些纖維44與該幔46分開並隨後返回到在該噴嘴34下面的熱幔，在那裡它們再熔化，從而在該幔中形成「再熔」。再熔的產生降低被收集的纖維墊的質量。
為了消除通常形成在該旋轉器組件14下面的低壓區，設置導管組件50(在這裡也稱作氣體管道)，以朝著旋轉器組件14的中心引導連續的氣體流，例如空氣。為了方便起見，通過該導管組件50的空氣流下文將被稱作中心空氣流，如箭頭52所示。為了增強該幔46的均勻流動(即沒有由該幔外面的空氣流引起的波動)，圓柱形殼體53在該導管組件50上端的下面安裝成基本上圍繞該纖維幔46。因此，幔46在該殼體53和導管組件50之間下落，該殼體53用作保護該幔46整體性的防護裝置。在該殼體53的下端施加真空，以便於被加熱的氣體從該噴嘴34向下流動通過該殼體53，這有效地減少再熔的形成。
該導管組件50包括下部54(稱作「升管」)和上部56(稱作「端管」)，以及在該下部54和上部56之間延伸的中間導管部分60。下部54、中間部分60和上部56可以以任何合適的方式組裝，例如將部件焊接在一起，或利用機械連接件將部件相互固定。
該下部，或升管54如圖所示可以做成90度的彎管，並且在其下端流體地連接於殼體53外面的供給管(未示出)。該供給管流體連接於空氣源(例如風扇)或其他氣體源(未示出)，其能夠被調整以改變該導管組件50內的空氣或氣體的氣壓、化學成分、水分含量和/或氣溫。升管54從供給管(未示出)延伸通過該殼體53上的相應尺寸的孔，通過該管形的纖維幔46，並在該幔內向上彎曲。該中間導管部分60和該端管56位於旋轉器組件14下面。該中間導管部分60、端管56和升管54在其上端66限定中心線64，該中心線優選與該成纖器旋轉器組件14的旋轉軸線18共線。
在所示實施例中的端管56具有下端部分68和上端部分70。該端管56除了下端部分68和上端部分70之間的中間擴口部分72之外是大致的圓形截面。從滾筒22周邊壁24上直徑相對的兩點之間測量，上端部分70的內徑D優選稍小於滾筒22的外徑。雖然可以變化，但是該上端部分70的內徑D優選比滾筒22的外徑小大約5％到30％。
該擴口部分72使該端管56的下端部分68的內徑增大到稍大於該中間導管部分60的內徑。因此該端管56的下端部分68將圍繞該中間導管部分60的上端部分配合。端管的下端部分68和中間導管部分60優選具有大於該端管上端部分70的直徑，使能夠被引導到該旋轉器組件14的中心空氣52的體積最大。
利用擴口(也就是，沿向下方向增加直徑)端管56也是有利的，因為當中心空氣52沿著該端管56的外部移動時，它迫使這些空氣徑向地向外。空氣向外移動的效果是擴散纖維幔46，以增加其直徑和表面面積，用於增加冷卻該幔的效果。
在所示的實施例中，該升管54具有大致圓柱形的上端部分57，該圓柱形上端部分57的直徑稍小於該中間導管部分60的直徑。因此，該中間導管部分60將圍繞該升管上部57安裝。所示的升管54也形成有從該殼體53的內表面延伸到該圓柱形上端部分57的中間部分58。該升管54的中間部分58優選具有縮小的截面面積(如圖3和4清楚地所示)，以便於該纖維幔46在該中間部分58上流動並且如下面進一步所描述的，減小在其上表面的「再熔」的形成。該升管54的下端部分59向殼體53的外面延伸，用於連接於供給管(未示出)。該升管下端部分59可以具有大致圓形的截面。
該導管組件的其他結構也是可能的。在一種裝置中，例如，端管56和中間導管部分60可以用單件導管代替。在另一種裝置中，該升管上部57、中間導管部分60和端管下部58可以具有同樣直徑，並且能夠用任何合適的技術和結構相互連接。在另一種裝置中，該整個導管組件50可以是單件或整體件結構。
在使用中，空氣噴射62可以在該升管54下部58的正上方被迫通過延伸穿過該殼體53的小噴嘴63。空氣噴射62有助於減少在該殼體53和該升管中間部分58的上表面結合處纖維的聚集。
圖2示出根據另一個實施例用於製造玻璃纖維的設備100。這個實施例具有許多與圖1實施例的類似之處。因此，在圖2中與圖1相同的零部件給予同樣的附圖標記。圖1的設備10和圖2的設備100的主要區別在於後者包括調節機構，其能夠相對於該旋轉器組件14調節該端管上端的位置，以改變該中心空氣流52的特性。
所示用於調節該端管位置的調節機構包括剛性的、彎曲的調節臂102，該調節臂102以這樣的方式安裝於升管54，使得該臂102的外端104能夠彎成曲柄狀，以便該臂的內端106能在該升管54內向上移動或向下移動。
該調節臂102的內端106經由常規的鏈式連杆108連接於調節杆110的扁平的下端。該調節杆110的中心縱軸線與該升管54的中心線64共線。在這方面，該杆110安裝成滑動通過引導支承件112，該支承件112安裝在該升管上端66附近，與中心線64同心。該支承件112可以由在該引導支承件112和該升管54內壁之間延伸的支杆114固定。
調節杆110的上端包括固定於該杆110和該端管56的內壁並徑向延伸的支杆116。因此，當該調節臂102的內端106向上或向下移動時，端管56被迫沿著該升管54的上部60向上或向下伸縮地滑動。
臂102的調節可以由任何合適的裝置或技術實現。例如，在所示的實施例中，該臂102的外端104連接於板118，該板118延伸通過形成在該升管54下端部分59中的窄槽120。齒輪機構122安裝在該升管54的外面並且可操作地連接於該板118，以便該齒輪機構122的手柄124的旋轉使得該調節臂102繞穿過(即，垂直於圖2的平面)該板118的曲軸126的軸線旋轉。該臂102的曲率使得該臂繞該曲軸126軸線的旋轉產生該臂內端106如上所述的向上或向下運動。
導管組件50對著該旋轉器組件14的底面向上引導足夠體積的中心空氣52，以便該中心空氣52被該旋轉器組件14對著該管狀纖維幔46的內部偏轉。可以理解，導管組件50和向上的中心空氣流52的存在防止在旋轉器組件14下面形成任何低壓區(具有伴隨的喇叭口形空氣循環)。結果，相對於沒有中心空氣流52時發生的再熔量，發生在纖維幔內的再熔量顯著減少。
優選中心空氣流52源以環境溫度或低於環境溫度供給空氣。比較冷(即，相對於纖維幔46的溫度)的中心空氣流52迅速將該纖維幔46的溫度降低到低於該纖維44的熔融溫度。剛剛所述的冷空氣的應用增加由該纖維44製造的紙張(或其他產品)的拉伸強度和伸長率。
可以調節中心空氣流52的壓力，和端管56的上端70相對於旋轉器組件14的位置，以便撞擊該幔46內部的中心空氣52的速度足以防止鄰近該旋轉器組件14形成低壓區並可增加幔直徑，並引導該幔46離開該端管56和該升管54的上部60的外表面。例如，對於具有23cm的直徑、每分鐘驅動4000轉(雖然該成纖器的旋轉速度能夠從約3000到約5000轉/分鐘)的旋轉器的常規成纖器12，通過該導管組件50的中心空氣流52應當在每秒約0.7立方米到每秒約1.2立方米。該端管56的上端70與該旋轉器組件滾筒22間隔開約2釐米到8釐米。
如上所述，該升管54的中間部分58可以形成有減小的截面面積。參考圖3和圖4，例如，在所示結構中的中間部分58具有大致橢圓形的截面輪廓並且形成有弧形的或彎曲的端表面80、82和在相應的端表面80、82之間延伸的平側表面84、86。在該升管中間部分58的上端，水平板61(圖4)在側表面84、86和該升管的上部57的底邊緣之間延伸。如圖4所示，該中間部分58的截面輪廓具有在該端表面80、82之間測量的長度L和在側表面84、86之間測量的小於該長度L的寬度W。該長度L可以等於該升管上端部分57的直徑。
正如可以理解的，在纖維幔在該升管上流動的位置，該升管54的截面輪廓在沿著向下流動的纖維幔46(圖1和圖2)的方向上是豎直細長的。有利的是，這使纖維幔46能夠更加容易在該升管上流動到該傳送器48(圖1和圖2)上，以減少纖維在該升管上表面上的聚集。具有減小的該升管截面輪廓的某些實施例的另一個優點在於，對殼體53和該導管組件50之間的氣流的幹擾較小。這樣，可以減小在殼體53下面的收集器處的真空度，而不會在該升管下部引起再熔的形成。
此外，如圖2所示，可以設置壓縮氣體管道或管線88以對著該纖維幔46引導壓縮氣體(例如，壓縮空氣)。如圖所示，所示的壓縮空氣管線88具有在殼體53外面的入口94，其可以連接於壓力調節器(未示出)，壓縮空氣管線88從該入口94通過該升管54延伸到出口92。可選地，該壓縮氣體管線可以設置成沿著該升管54的上表面延伸。在任何情況下，該壓縮氣體管線的出口92設置成向上對著該纖維幔的底邊引導壓縮氣體，使纖維幔向外流動並離開該升管，因而減少纖維在該升管上表面的聚集。可選地，該壓縮氣體管線可以具有出口96(圖2中虛線所示)，其設置成沿著大致水平的方向對著該纖維幔46的內側引導壓縮氣體，以便於該纖維幔在該升管上流動。
實例1在一個實施例中，該升管54的上部57的直徑為約10英寸(其形成的截面面積為約78.5平方英寸)。該升管的中間部分58具有圖3和圖4所示形狀的截面輪廓。該截面輪廓的長度L(圖4)為約10英寸，而該截面輪廓的寬度W為約6英寸，以將該中間部分的截面面積減小到小於78.5平方英寸。該殼體53的直徑為約24英寸。該設備能夠用於生產直徑為約0.5微米到約7微米範圍內的纖維。當然，給出這些具體的尺寸(以及本說明書提供的其他尺寸)用來說明本發明，而不是限制本發明。這裡提供的尺寸在不同的應用或場所可以根據需要修改。
實例2升管做成圖3和圖4所示的形狀。該升管的上部57的直徑為約10英寸，而該升管中間部分58的截面輪廓的長度為約10英寸，而寬度為約6英寸。殼體53的直徑為約24英寸。該升管和旋轉型成纖器用於製造3.0微米的玻璃纖維。與用於生產同樣尺寸的纖維、直徑為10英寸的常規的圓柱形升管(沒有減小的截面輪廓)相比，其結果示於圖12A-12B。
在圖12A-12B中，用實線示出的曲線表示使用圖3和圖4的升管的結果，用虛線示出的曲線表示使用常規升管的結果。很明顯，利用圖3和圖4的升管制造的玻璃纖維，其空氣阻力的平均值較小而拉伸強度(圖12A)和伸長率(圖12B)較大，結果得到更強更韌的產品，同時保持較小的空氣阻力。圖3和圖4的升管的另一個好處是渣球(shot)(在得到的纖維墊中的沒有纖維化的玻璃的量)的重量百分比的平均值(圖12C)對於利用這種升管制造的玻璃纖維來說較小。此外，當利用圖3和圖4的升管時，在該殼體的收集鼓處0.2in-H2O真空能夠收集纖維而沒有再熔，而對於常規的升管，需要0.5in-H2O真空收集纖維而沒有再熔。有利的是，圖3和圖4的系統能夠以較小的真空度工作，能夠做到節省大量能量。
圖5-圖7示出另一種升管結構，在該纖維幔在該升管上流動的位置，其在纖維幔路徑方向上是細長的。在圖5、圖6A和圖7所示的實施例中，在纖維幔在該升管上流動的位置，該升管的截面輪廓沿著向下的方向逐漸變細。圖6B示出升管的實施例，其沿向上的方向逐漸變細。
例如圖5示出升管中間部分130，其截面輪廓具有彎曲的端邊緣136、138和在該端邊緣之間延伸並在沿離開該端邊緣138的方向上會聚或逐漸變細的側邊緣132、134。該截面輪廓的長度在端邊緣136、138之間測量為L，在側邊緣132、134之間垂直於該長度測量的最大寬度為W。在圖5所示實施例的特定裝置中，該長度L為約10英寸，而寬度W為約6英寸。
圖67A示出升管中間部分140，其截面輪廓具有彎曲的端邊緣142和從該端邊緣142的相應兩端延伸並會聚在與該端邊緣142相對的一個公共點的兩側邊緣146。圖6B示出升管中間部分140，其設置成使窄邊緣在頂部，而端邊緣142在底部，其中，導管在該導管部分57和殼體53之間延伸。因此，在圖6B的實施例中，在纖維幔在該升管上流過的位置，該升管沿向上的方向逐漸變細。
圖7示出升管中間部分150，其截面輪廓具有彎曲的端邊緣152、154和在該端邊緣之間延伸並在沿離開該端邊緣152的方向上會聚的兩個側邊緣156。除了端邊緣152(圖7)具有的曲率半徑基本上與該升管上部57的曲率半徑一致，並且端邊緣154(圖7)的曲率半徑稍小於端邊緣136(圖5)的曲率半徑之外，圖7所示的升管的截面輪廓類似於圖5所示的截面輪廓。
在可選實施例中，該升管的中間部分可以具有各種截面輪廓。例如，該升管的中間部可以具有大致矩形、三角形、梯形、卵形、橢圓形，或前述形狀的兩種或更多種的組合，或其他形狀。
圖8示出根據另一個實施例用於製造纖維的設備200。該實施例與圖2的實施例具有許多類似之處。因此，圖8中與圖2相應零部件相同的零部件給予相同的附圖標記。圖2的設備100和圖8的設備200的主要區別在於後者包括設置在該端管56的上端和該旋轉組件14之間的阻擋件，或防護裝置202(在這裡也稱作防護件或氣體偏移器)。
如圖8所示，在所示結構中的該防護裝置202是倒圓錐形的形狀並且安裝在支撐杆204上。該支撐杆204的底端安裝於該端管56中的支杆116。該防護裝置202將向上流動的中心空氣流52向外偏移並離開該旋轉器組件14。如上所述，該中心空氣流可以是室溫或低於室溫，以便於冷卻該纖維幔。在一些情況下，該中心空氣流能夠使在該旋轉器組件14的滾筒22內的熔融材料固化，這需要過早地拆下該組件以便維修，因此導致損失生產時間。有利的是，用防護裝置202保護該旋轉器組件14不受較冷的中心空氣流52的影響，可有效減小在該滾筒22內的熔融材料的固化。
此外，優選將防護裝置202在下面與該旋轉器組件14的旋轉器防護裝置28間隔開，以便在該防護裝置和旋轉器組件之間形成空氣隙，以將該旋轉器組件與中心空氣流間隔開。雖然圖中沒有示出，但是該防護裝置202可以包括陶瓷纖維隔熱層或任何其他隔熱材料，以進一步將該旋轉組件與該中心空氣流隔開。
圖9A和圖9B示出用250標示的熱防護裝置(在這裡也稱作防護件)的另一種實施例，其能夠安裝在該旋轉組件14的底部，代替圖1、圖2和圖8所示的防護裝置28。所示的防護裝置250包括第一、支撐層252、第二層254和設置在該第一和第二層252、254之間的隔熱256。該隔熱層256可以由任何合適的隔熱材料製造，例如陶瓷纖維或碳纖維。該第一和第二層252、254可以由任何合適的材料，例如金屬或合金製造。該防護裝置250具有中心開口258，其尺寸做成能夠接納該主軸16(圖1)的端部，用於將該防護裝置安裝於該旋轉組件。該防護裝置250將滾筒22與比較冷的中心空氣流52隔開並能夠用於代替或添加於圖8所示的防護裝置202。
圖10A-圖10B示出根據一個實施例的旋轉器防護裝置組件300，該組件可以安裝於主軸16，用於將該旋轉器組件與中心空氣流隔離開。所示的組件300包括一個大的上防護件302、設置在該上防護件302下面的中等的中間防護件304，以及設置在該中間防護件304下面的小的下防護件306。
在所示結構中的這些防護件是大致的截頭圓錐的形狀，並形成有各自的中心孔，其尺寸做成接納在該滾筒22下面的主軸16的端部。螺母314可以擰緊在該主軸的端部，以將這些防護件保持在該主軸上。如圖所示，沿著下防護件306的上周邊邊緣，形成多個角度間隔開的升高的凸起，或突起308。該凸起308用來隔開該下防護件306與中間防護件304，以便在其之間形成空氣隙。同樣地，該中間防護件304可以形成有多個角度間隔開地升高的凸起或突起310，以該開該中間防護件304和上防護件302，並在其之間形成空氣隙。該凸起308、310可以由合適的技術形成，例如通過在該防護件306、304中衝壓形成凸起。
雖然所示的防護裝置組件被示做具有三個豎直重疊的防護件，這不是必須的。因此在可選的實施例中，該防護裝置組件可以具有兩個防護件或多於三個的防護件。
圖11示出已經改修改的成纖器12，以包括延伸通過該旋轉器組件14的主軸16並與該主軸基本同心的氣體管道400。該氣體管道400的上端與比較冷的氣體源(例如，壓縮空氣)流體地連通，該氣體源可以被調節，以改變在該管道內的氣體壓力。該氣體管道400的下端稍稍延伸到該旋轉器組件14的熱防護裝置28的下面。雖然在圖11中沒有示出，但是殼體53(圖1-圖3)可以設置成在該纖器12的下面，以增強該幔46的均勻流動並保護該幔的整體性。
如圖11所示，該氣體管道400將由箭頭所示的連續的氣體流402引進該旋轉器組件下面的區域。該管道400的下端可以具有噴嘴(未示出)，其構造成對著該管狀的纖維幔46的裡面向外引導氣體。可以理解，氣體流402有助於防止在該旋轉組件14的下面形成低壓區(具有伴隨的喇叭口形的空氣循環)。結果，相對於沒有該氣體402時發生的再熔量，在該纖維幔46內發生的再熔量大大減少。正如能夠理解的，如果採用該氣體管道400來防止在該旋轉器組件的下面形成低壓區，就不需要使用導管組件50(圖1-圖3)。
如以上結合導管組件50的使用所述的，供給管道400的氣體可以以室溫或低於室溫的溫度擴散，以將該纖維幔46的溫度降低到該纖維44的融化溫度之下。這種冷空氣的應用增加由該纖維製造的紙張(或其他產品)的拉伸強度和伸長率。
為了說明的目的，在所描述的實施例中已經示出本發明。在不脫離本發明精神實質和基本特徵的情況下，本發明可以進行許多修改和變化。因此我們主張，作為我們的發明所有這種修改屬於權利要求的精神和範圍內。
權利要求
1.一種與旋轉式成纖器一起使用的設備，其用於生產從該成纖器旋轉器組件沿著向下的路徑流動的纖維管柱，該設備包括設置在該成纖器旋轉器組件下面的導管，其取向成用於將該導管中的氣體朝著該成纖器旋轉器組件向上引導，其中，離開該導管的氣體對著該纖維管柱的裡面偏移；並且其中，該導管具有設置在纖維柱內的上部和延伸通過纖維柱路徑的下部，該下部限定的截面輪廓在基本上該纖維柱路徑的方向上是細長的，以便於該纖維柱在該導管的下部上流動。
2.如權利要求1的設備，還包括至少圍繞該導管一部分的殼體，其中，其中該纖維柱在該殼體和該導管之間流動。
3.如權利要求1的設備，其中，該導管下部的截面輪廓具有弧形的端邊緣和在該端邊緣的相應端之間延伸的基本直的側邊緣，其中該截面輪廓具有形成在該端邊緣之間限定的長度和在該側邊緣之間限定的寬度，該長度大於該寬度。
4.如權利要求1的設備，其中，該導管下部的截面輪廓的兩側邊緣朝著彼此會聚。
5.如權利要求2的設備，其中，該導管下部從該殼體的內表面延伸到該導管上部。
6.如權利要求2的設備，其中，該導管下部的所述截面輪廓限定的截面面積小於約78平方英寸。
7.如權利要求6的設備，其中，該殼體的內徑為約24英寸。
8.如權利要求1的設備，其中，該導管下部的所述截面輪廓具有大致沿該纖維柱路徑的方向延伸的長度和垂直於該長度的寬度，其中該長度大於大寬度，該導管上部具有大致圓形的截面輪廓，該圓形截面輪廓的直徑近似地等於或稍大於該導管下部的截面輪廓的長度。
9.一種用於用熔融材料生產纖維的設備，包括旋轉式成纖器，其能夠運行以用熔融材料生產纖維柱，該纖維柱從該成纖器沿著向下的路徑流動；細長導管，設置成向著該成纖器引導氣體流；並且其中，該導管具有豎立的上部和下部，該上部的形狀適於安裝到從該成纖器流出的纖維柱的裡面，該下部通過該纖維柱，其中該上部具有第一截面面積，而在該纖維柱在該下部上流動的位置，該下部具有小於該第一截面面積的減小的第二截面面積。
10.如權利要求9的設備，其中，在該纖維柱在該下部上流動的位置，該第二截面區域是豎直細長的。
11.如權利要求10的設備，其中，該第二截面區域具有彎曲的端邊緣，和從該端邊緣的相應兩端延伸並在與該端邊緣相對的公共邊會聚的側邊緣。
12.如權利要求9的設備，還包括至少圍繞該導管一部分的殼體，使得該纖維柱在該殼體和該導管上部之間流動，其中，該導管下部從該殼體的內表面延伸到該導管的上部。
13.如權利要求9的設備，還包括壓縮氣體管道，該管道具有設置成對著該纖維柱的底邊緣向上引導壓縮氣體的出口，以便使該纖維柱朝外流動並離開該導管下部。
14.如權利要求9的設備，其中，該成纖器包括可旋轉的旋轉器組件，該旋轉器組件包括容納熔融材料的滾筒和安裝在該滾筒下面、用於減少該滾筒熱損失的旋轉器防護裝置，其中，該防護裝置包括支撐層和支撐在該支撐層上的隔熱層。
15.如權利要求9的設備，其中，該成纖器包括可旋轉的旋轉器組件，該旋轉器組件包括容納熔融材料的滾筒和安裝在該滾筒下面的旋轉器防護裝置組件，該旋轉器防護裝置組件包括至少第一防護件和安裝在該第一防護件下面的第二防護件，其中，該第二防護件在其周邊緣上形成有凸起，以將該第二防護件與該第一防護件隔開，並在它們之間形成空氣隙。
16.如權利要求15的設備，其中，該旋轉器防護裝置組件還包括安裝在該第二防護件下面的第三防護件，其中，該第三防護件在其周邊緣上形成有凸起，以將該第三防護件與該第二防護件隔開，並在它們之間形成空氣隙。
17.如權利要求15的設備，其中該防護件為大致截頭圓錐的形狀。
18.一種處理從旋轉式成纖器的旋轉的旋轉器組件沿著向下路徑流動的纖維幔的方法，該方法包括通過氣體管道向上引導氣體流，並對著該纖維幔的裡面偏移離開該管道的氣體；其中該氣體管道的一部分與該纖維幔交叉，所述部分具有在該纖維幔路徑的方向上為細長的截面輪廓。
19.如權利要求18的方法，其中，所述截面輪廓沿著該纖維幔路徑的方向上逐漸變細。
20.如權利要求18的方法，還包括在該氣體管道與該纖維幔交叉的位置，對著該纖維幔的底部使壓縮氣體向上流動，以便使該纖維幔向外流動並離開該氣體管道。
21.一種與旋轉式成纖器一起使用的設備，其用於生產從該成纖器旋轉器組件沿著向下的路徑流動的管狀纖維柱，該設備包括導管，其設置在該成纖器旋轉器組件下面，並取向成用於將該導管中的氣體朝著該旋轉器組件向上引導，其中，該導管具有在該纖維柱裡面與該旋轉器組件間隔開的端管，和向下並遠離該端管延伸的升管，使得該纖維柱在該升管上流過；以及壓縮氣體管線，其具有設置在該升管之上具有單一出口，該出口取向成對著該纖維柱的底邊緣大致向上引導該壓縮氣體，以便於該纖維柱在該升管上流過。
22.如權利要求21的設備，其中在該纖維柱在該升管的上面流過的位置，該升管的截面區域是豎直細長的。
23.一種旋轉式成纖器，包括可旋轉的主軸；安裝在該主軸上並具有周邊孔的滾筒，其中該滾筒的旋轉使該滾筒中的熔融材料通過該周邊孔噴射；以及安裝在該滾筒下面並與其一起旋轉的隔熱保護裝置，用於減少該滾筒的熱損失，該保護裝置包括隔熱材料層。
24.如權利要求23的旋轉器組件，其中該隔熱材料包括陶瓷纖維。
25.如權利要求23的旋轉器組件，還包括加熱的氣體源，構造成對著從該滾筒中噴射的熔融材料向下引導該氣體，從而使該熔融材料形成纖維。
26.一種用於使熔融材料纖維化的設備，包括具有可旋轉的旋轉器組件的旋轉式成纖器，運行該成纖器以用該熔融材料產生纖維柱，其中，該纖維柱從該成纖器向下流動；以及管道，它通過該旋轉器組件並具有設置在該纖維柱裡面的該旋轉器組件下面的出口，以便於冷卻該纖維，並且使在該旋轉器組件下面形成的低壓區的面積最小。
27.如權利要求26的設備，其中該管道大致同軸地延伸通過該旋轉器組件。
28.如權利要求27的設備，其中該旋轉器組件包括可旋轉的主軸和連接於該主軸上的滾筒，其中該主軸和該滾筒的旋轉使在該滾筒中的熔融材料由於離心力而通過該滾筒中的孔噴射，並且其中該管道大致同軸地延伸通過該主軸和該滾筒。
29.如權利要求26的設備，還包括至少圍繞該纖維柱一部分的殼體。
30.一種用於控制成纖器旋轉器組件下面的氣體流的設備，該設備包括將冷卻氣體從該旋轉器組件上面的位置通過該旋轉器組件引導到該旋轉器組件下面的位置的裝置，以便於冷卻從該旋轉器組件流出的纖維柱。
31.如權利要求30的設備，其中用於引導冷卻氣體的裝置包括大致同心地延伸通過該旋轉器組的氣體管道。
32.一種處理從旋轉式成纖器的旋轉的旋轉器組件向下流動的纖維柱的方法，該方法包括引導冷卻氣體向下通過延伸穿過該成纖器旋轉器組件的氣體管道，使得離開該管道的氣體被對著該纖維柱的內部被引導。
33.一種用於用熔融材料生產纖維的設備，包括旋轉式成纖器，可運行該成纖器以用該熔融材料產生從該成纖器沿著向下的路徑流動的纖維柱，該成纖器包括可旋轉的主軸，安裝在該主軸上並具有周邊孔的滾筒，其中該滾筒的旋轉使該滾筒中的熔融材料通過該周邊孔噴射以形成纖維柱，以及安裝在該滾筒下面並與其一起旋轉的隔熱保護裝置，用於減少該滾筒的熱損失，該保護裝置包括隔熱材料層；設置成向著該成纖器引導氣體流的細長導管；其中，該導管具有豎立的上部和下部，該上部的形狀適於安裝於從該成纖器流出的纖維柱裡面，該下部穿過該纖維柱，其中該上部具有第一截面面積，而在該纖維柱在該下部上流動的位置，該下部具有小於該第一截面面積的減小的第二截面面積，並且第二截面區域是豎直細長的；至少圍繞該導管一部分的殼體，以便該纖維柱在該殼體和該導管上部之間流動，其中該導管下部從該殼體內側表面延伸到該導管上部；以及壓縮氣體管道，該管道具有設置成對著該纖維柱的底邊緣向上引導壓縮氣體的出口，以便使該纖維柱向外流動並離開該導管下部。
全文摘要
一種用於向旋轉式成纖器的可旋轉的旋轉器組件向上地引導中心空氣流的導管組件，該旋轉式成纖器用於生產向下流動的纖維柱。該中心空氣流消除通常在常規成纖器的旋轉器組件下面產生的低壓區。在該導管通過該纖維柱的位置，該導管下部的截面輪廓是豎直細長的，以便該纖維柱在該導管上面流過。防護件可設置成將中心空氣流偏移離開該旋轉器組件並對著該纖維柱的內部，以將該旋轉器組件與比較冷的空氣流隔開。在另一個實施例中，管道延伸通過成纖器旋轉組件並將冷卻氣體引導到在該纖維柱裡面的旋轉器組件下面。
文檔編號D01D5/18GK1803682SQ200510103230
公開日2006年7月19日 申請日期2005年9月19日 優先權日2004年12月7日
發明者拉裡·K·庫恩, 約翰·溫迪施, 派屈克·斯沃博達, 羅恩·雷厄 申請人:伊萬奈特纖維公司