Фильера для вытягивания стекловолокна Советский патент 1983 года по МПК C03B37/09 

2.Фильера по п. 1, Ь т л ичаюшаяся тем, что группы канавок пересекаются друг с другом под прямым углом.

3.Фильера по п. 1, о т л и-, чающаяся тем, что на нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекаюишеся друг с другом под углом 6.0, причем участки треугольной формы.

4.Фильера по пп. 1-3, отличающаяся тем, что канавки

выполнены с прямоугольным поперечным сечением.

5.Фильера по пп. 1-3, отличающаяся тем, что канавки выполнены с треугольным поперечным сечением.

6.Фильера по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я.с я тем, что канаЬки выполнены с перевернутым и-обоаэным поперечным сечением.

1. ФИЛЬЕРА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА, выполненная в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверстиями, отличающаяся, тем, что, с целью повышения производительности, на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канавки одной группы пересекаются с канавками другой группы с образованием участков, в каждом из которых выполнено одно отверстие. О) со о

Изобретение относится к производству стеклянного волокна,а более конкретно к усовершенствованию фильеры такого типа, которая имеет плоскую нижнюю поверхность.

Фильеры для втулок, предйазначенных для вытягивания стекловолокна, могут быть классифицированы в основном на два типа. Первый тип - это фильеры с множеством отверстий, выходящих на плоскую нижнюю поверхность фильеры. Другой тип - это фильеры, имеющие отверстия с насадкой, т.е. каждое отверстие заканчивается направленным вниз насадком, выступающим от нижней поверхности фильеры.

Первый тип фильеры выгоден тем, что он очень прост в изготовленииj но при его использовании выработка стекловолокна на одну фильеру не может быть повыиена сверх определенного предела, так как при увеличении плотности расположения обыкновенных отверстий выше определенного предела конусьа расплавленного стекла, образованные у соседних отверстий на нижней поверхности фильеры, стремятся слиться, затрудняя вытягивание стекловЬлокна.

Достоинством фильеры второго типаявляется то, что плотность расположения отверстий° может быть увеличена, поскольку отверстия с насадком предотвращают слияние расплавленного стекла, выходящего из соседних отверстий, благодаря чему .можно избежать заливки нижней поверхности фильеры расплавленным стеклом. Однако и здесь существует предел увеличения плотности расположения отверстий,так как при увеличении плотности расположения отверстий выходящее из отверстия расплавленное стекло поднимается по наружной стенке насадка и соединяется с расплавленным стеклом, вытекающим из соседни-х отверстий. Для предотвращения этого явления между рядами насадков размещают охлаждаемые водой ребра или трубки для циркуляции охлаждающей воды, чтобы охлаждать выходящее из отверстий расплавленное стекло. В результате шаг отверстий с насадком, т.е. межцентровое pacctoяниe между соQ седними отверстиями, также ограничивается. Например, шаг отверстий 3,5-5 мм на участках без охлаждающих ребер и 5,5-10,0 мм на участках с охлаждающими ребрами. Следова- теяьно, известные фильер1з1 с на садками имеют среднее число отверс: тий 400-800 и максимальное 2000. Кроме того, изготовление фильер с. насадками является сложным, что обусловливает их высокую стоимость.

0 Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фильера для вытягивания стекловолокна, выполненная в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверстиями. Используемая при этом , фильера обычно имеет толщину 1, мм и 2000-6000 отверстий с шагом 1,50-4,00 мм С13.

0 Однако несмотря на то, что устройство обеспечивает высокую производительность при получении стекловолокна диаметром более 1 мкм, при вытягивании часто случается разрыв

5элементарных волокон, что обусловливает снижение производительности.

Обычно разрыв происходит вследствие наличия инородных веществ в

0 расплавленном стекле (воздушные пузырьки, полоски или струи, нерасплавленные вещества, частищл огнеупорного материала и т.п.). Это относится и к случаю когда используют фильеры с отверстиями, снабженными насадками. При вытягнрании стекловолокна одного и т.ого же диаметра из одинакового расплав стекла частота разрывов выше рри использовании фильер с тесно расположенными отверстиями, чем при использовании фильер с насадками. Первая причина состоит в том, что вследствие разницы в температурных условиях расплавленного стекла и .в длине отверстий даже при вытягиваНИИ стекловолокна одного и того же диаметра из одного и того же расплава .диаметр отверстий фильер с, тесно расположенными отверстиями-. должен быть сделан .меньшим, чем у фильер с насадками {обычно первый

составляет 0,9-1,8 мм, что эквивалентно 1/2 - 7/10 последнего). В результате конусы расплавленного стекла при использовании фильеры с тесно расположенными отверстиями меньше по размеру, чем при использовании фильеры с насадками, так что отношение площади поверхноти к объему конуса расплавленного стекла больше при использовании фильеры с тесно расположенными отверстиями, .чем при использовании фильеры с насадками. Следовательно вероятность выходящих на поверхность инородных веществ в конусах расплавленного стекла выше при использовании фильеры с тесно расположенными отверстиями, чем с насадками. Поскольку разрыв элементарных волокон приписывают влиянию инородных веществ, выходящих на поверхность конуса расплавленного стекла, а не тех, что находятся внутри конуса, частота разрывов элементарных волокон выше при использовании фильеры с тесно распол.оженными отверстиями, чем при использовании фильеры с насадками.

Вторая причина состоит в том, что струи воздуха, направленные на нижнюю поверхность фильеры, могут обеспечить более эффективное охлаждение, чем охлаждающие ребра, .предусмотренные на фильере с отверстиями, снабжёнными насадком..То есть, когда струи охлаждающего воздуха обдувают конусы расплавленного стекла, ойи не только охлаждают указанные конусы, но и удаляют газы, обволакивающие их, в результате чего может быть повышена эффективность охлаждения. В результате, поверхность конуса- расплавленного стекла .может быть покрыта слоем стекла очень высокой вязкости, так

.что при вытягивании конуса расплавленного, стекла в волокно немногие воздушные пузырьки, находящиеся в поверхностном слое, могут стать дефектами и волокно может легко рваться. .

Цель -изобретения - повышение производитель ости. .

Поставленная.цель достигается тем в фильере для вытягивания стекловолокна, выполненной в виде пластины с гладкой нижней поверхностью

Группы канавок пересекаются друг

5 с другом под прямым углом.

На нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекающиеся друг с другом под углом 60, при-. чем участки треугольной формы.

Канавки выполнены с прямоуголь0ным поперечным сечением.

Канавки выполнены с треугольным . сучением.

Канавки выполнены с перевернутым и-образным поперечным сечением.

5

На фиг. 1 показано устройство, содержащее фильеру для вытягивания стекловолокна, продольный разрез фиг. 2 - фильера, вид снизу; фиг. 3 - то же, в увеличенном масш0табе/ фиг. 4 - разрез А-А на фиг.З фиг. 5-7 - виды аналогичные фиг. 4 , варианты изобретения.

Расплавленное стекло 1 с высокой температурой, переплавленное и

5 очищенное в форкамере,течет через отверстие в огнеупоре 2 и,через сетку 3 во втулку 4. Через втулку 4 с высокой скоростью протекает ток низкого напряжения, нагревая втулку,

0 благодаря чему поддерживается заданная температура расплавленного стекла. Температуру втулки 4 постоянно контролируют посредством подходящего датчика температуры (не по5казан) для обеспечения регулирования с обратной связью электричества, подводимого к втулке 4.

Расплавленное стекло течет через множество сквозных отверстий 5 в фильере.б с плоской нижней поверх0ностью, которая установлена в нижней части втулки 4, в атмосферу и формируется в конусыу отверстий на нижней поверхности фильеры 6. Вращающаяся бобина 7 обеспечивает

5 приложение к образованным конусам сил натяжения, в результате чего происходит вытягивание стеклянных волокон, которые, пройдя по ролику 8 для нанесения связующего вещест0ва и по собиранвдей колодке 9, образуют пучок 10, наматывае1«ый чег рез нитераскладчик 11 на бобину 7.

На фиг. 2 показан вид снизу (А-Л на фиг. 1) одного из .вариантов

5

фильеры 6 по изобретению. Фильера 6 сделана из платинового сплава такого, как платинородиевыйсплав или платинозолотопалладиевый сплав На нижней поверхности фильеры 6 выполнено много продольных и поперечных параллельных канавок 12, окружающих отверстия 5, причем выход 13 каждого отверстия 5 расположен в центре нижнего-торца четырехгранной призмы (фиг. 3 и 4). На фиг, 4 показаны канавки 12 прямоугольного сечения. В соответствии, с другим, вариантом канавки могут иметь перевернутое и- или V-образное сечение (фиг. 5 или 6).

Фильера выгодна тем, что ;1;аже при очень малом шаге отверстий, Который невозможен в традиционных фильерах с плоской нижней поверхкостью из-за того,что полученный на выходе каждого отверстия конус расплавленного стекла соединялся бы с соседним конусом и поэтому не мог бы быть сформирован в стекловолокно, каждый конус не может распространяться через канавку 12, благодаря чему предотвращается соединение его с соседним конусом. В соответствии с настоящим изобретением следовательно, плотность располо-. жения отверстий может быть увеличена до такой степени, как у известной фильеры с насадками, даже в случае отсутствия дутья охлаждающего

. воздуха на фильеру. Кроме того, фильера может быть получена очень простым способом: достаточно прорезать канавки на плоской нижней поверхности фильеры.. Это преимущество по сравнению с известными фильерами с насадками.

Однако при наличии фильеры с тесно расположенными отверстиями, нельзя избежать того, что расплавленное стекло, выходящее из выхода 13 каждого отверстия 5, перетекает поверх окружающей кромки 14 (см. фиг. 4) нижнего торца призмы в канавку 12, пройдя канавку 12, течет к соседним призмам и в результате

заливает нижнюю поверхность фильеры Следовательно, для того чтобы удержать отдельные конусы расплавленного стекла, выходящего из всех .отверстий, нужно также направлять струи воздуха на нижнюю поверхность фильеры как и в известном устройстве.

Рядвоздушных сопел 15 для выдувки струй воздуха на нижнюю поверхность фильеры 6 установлен на стойке 16, котораяслужит для регулировки их оптимального положения и угла установки. Объем воздушных С1;руй ударягацих в фильеру, может быть значительно уменьшен по сравнению

с известной фильерой с густо расположенными отверстиями , не имеющей канавок на нижней поверхности.

Для получения фильеры с тесно расположенными отверстиями, имеющей указанный шаг отверстий, требуемый результат получают от канавок 12, имеющих ширину 0,3-3,0 мм и глубину 0,4-4,0 мм. При ширине канавок менее 0,3 мм поверхностное натяжение расплавленного свекла пре0одолевает влияние, оказываемое канавками 12 для разделения отдельных конусов- расплавленного стекла. Например, при разрыве одного из стеклянных волокон, вытягиваемых из5отверстий, расплавленное стекло, выходящее из отверстия, соответствующего разорванному, волокну, немедленно разливается к окружающей кромке 14i обращаясь в капельку,

0 которая сразу же входит в контакт и соединяется с соседним конусом расплавленного стекла. Когда ширина канавки превышает 3,0 мм, конусы расплавленного стекла могут

5 удерживаться отдельно друг от друга даже без обдувки нижней поверхности фильеры струями воздуха.

При глубине канавок менее 0,4 мм удовлетворительное разделение кону0сов расплавленного стекла может быть обеспечено, когда фильера относительно нова. Однако после длительного периода работы канавки 12 деформируются вследствие исп-арения сплава, составляющего фильеру, в результате чего требуемые результаты не могут быть получены. Когда глубина канавок превышает 4,О мм, обработка таких глубоких канавок затруднена.

При использовании известной фильеры с тесно расположенными от верстиями,. не имеющей канавок, с обдувкой нижней поверхности струями воздуха установлено, что.следует поддерживать динамическое давление воздушных струй в пределах 12-25 мм HjO при измерении на нижней поверхности фильеры и общий расход воздуха, .например, 1,22,5 м-/мин для фильеры с 2000 отверстий. При этом устойчивое разделение конусов расплавленного стекла может быть сохранено благодаря сильному охлаждению воздухом, а также направленной вниз силе вытягивания, прилагаемой к каждому конусу расплавленного стекла. При отсутствии -СИЛЫ вытягивания или уменьшении охлаждения может увеличиться смачивание фильеры из платинового сплава, расплавленным стеклом, в результате конус расплавленного стекла может осесть и распространиться к соседнему конусу, сливаясь с ним.

причем такое слияние может, распрост раниться дальше по фильере, Gnefloвательно, известную фильеру необходимо сильно охлаждать, чтобы температура поверхности конусов расплавленного стекла была относительно низкой, а их вязкость весьма высокой. Кроме того, в результате сильного охлаждения конусы расплааленного стекла имеют небольшой раймер При этих условиях, когда внутри конуса расплава вблизи его поверхности, которая имеет высокую вязкость, появятся мелкие пузырьки воздуха и/или струи они, не имея выхода наружу, вызовут поверхностные дефекты, в результате конус ; расплавленного стекла имеет тенденцию к легкому оседанию. Чем меньше диаметр получаемого стекловолокна, тем больше увеличивается указанная тенденция .и тем чаще происхрдит разрыв элементарных волокон. По этим причинам невозмо.жно вытягивать тонкие стеклянные волокна диаметром менее 13 мкм через известную фильеру..

В фильере по изобретению, в которой выход 13 каждого отверстия окружен канавками 12, тенденция консов расплавленного стекла к слиянию может быть уменьшена. Когда смачивание фильеры расплавленным стеклом увеличивается и расплавленное стекло распространяется по всей нижней торцовой поверхности каждой призмы, онб не имеет достаточной поверхностной энергии для подъема по вертикальной стенке канавки и слияния с расплавленным стеклом, разливающимся по нижней торцовой поверхности соседней призмы. По, этой причине объем охлаждающего воздуха, необходимый для предотвращения слияния/ может быть значительно уменьшен по сравнению с известной .фильерой без канавок. Более того, дагже когда пропадает сила вытягивания/ приложенная к каждому конусу, конусы расплавленного стекла можно удерживать отделенными друг от друга с меньшим количеством охлаждающего воздуха.

С целью сравнения проводят, эксперименты с фильерой по изобретению имеющей 2000 отверстий, разделенных канавками, при давлении воз- душных струй в диапазоне 5-15 мм HjO. Расход в пределах .0,6-. 1,4 достаточен для удовлетворительного проведения вытягивания .стекловолокна. При использовании известной фильеры расход должен составлять 1,2-2,5 с тем,чтобы создать динамическое давление 12-25 мм Н2О и у нижней поверхности фильеры. Таким образом, в соответствии с изобретением объем воздуха, необходимого для озшаждения фильеры, может быть уменьшен , температура поверхности конусов расплавленного стекла будет

.В результате воздушные пузырьки и/или струи могут быть как следует удалены с поверхности, конус рас0плавленного, стекла -будет иметь.гладкую поверхность и частота разрывов элементарных волокон может быть заметно уменьшен. Например, при выг тягивании элементарных стеклянных волокон диаметром 13-10 мкм через

5 известную фильеру разрывы элементарных волокон происходили часто и, следовательно, производительность была очень низкой. При использовании фильеры по изобретению частота

0 разрывов элементарных волокон упала до минимума..Кроме того, элементарные стеклянные волокна могут быть вытянуты до диаметра 7-5 мкм в отличие от известной фильеры.

5

Фильеры по изобретению выгодны тем, что в начале операции вытягивания стекловолокна или-в случае разрыва всех вытягиваемых волокон операция разделения расплавленного

0 стекла на отдельные конусы может быть значительно облегчена. Разделение расплавленного стекла, выходящего из отдельных отверстий, осуществляют в несколько этапов.

5

Регулируют температуру расплавленного стекла во втулке так, чтобы она стала на 20-60 0 ниже темпе- ратуры расплавленного стекла, поддерживаемой во время нормальной опе0рации вытягивания. Цель этого этапа - уменьшение степени смачивания между расплавленным стеклом и фильерой .

Вязкую массу расплывшегося по

5 йижней поверхности фильеры расплавленного стекла захватывают клещами и тянут вниз при одновременной обдувке нижней поверхности фильеры струями воздуха. При этом в локаль0ной зоне фильеры, где сосредоточены воздушные струи, начинается разделение расплавленного стекла на отдельные волокна. ,

Когда произойдет разделение,

5 расплавленного стекла, объем струй воздуха постепенно увеличивают с одновременным увеличением температуры расплавленного стекла, внутри втулки.

Направляют сильную воздушную струю, выходящую из воздушной пики,

0 на ту часть расплавленного стекла, которая все еще остается слившейся в локальной зоне нижней поверхности фильеры, в результате чего разделение заканчивается.

5

Во время этих этапов невозможно поддержание равномерной эпюры распр деления температур по фильере из-за того, что протекающий через втулку электрический ток меняется и пол чается разница в изменении температуры между несколькими локальными зонами фильеры, и температура в той зоне фильеры, где .расплавленное стекло, выходящее из отверстий, разделено на волокна, отличается от температуры в другой зоне, в которо расплавленное стекло, выходящее из отверстий, все еще остается слившимся. Такая неравномерная эпюра распределения температур затрудняет разделение расплавленного стекла, потому что расплавленное стекло, выходящее из отверстий с высокой температурой , стремится к слиянию, а расп.лавленное стекло,.выходящее из отверстий, имекидих низкую температуру имеет тенденцию зaтвepдeвaVь, приводя к. закупориванию отверстий. Таким образом, известная фильера требует много времени и труда на операцию разделения расплавленного стекла. Поэтому необходимо постоянно контролировать процесс формирования стеклянных волокон во время операции вытягивания с тем, чтобы быстро обнаружить разрыв одного из стеклянных волокон, прежде чем произойдет разрыв всех волокон, это облегчит операцию разделения. Поэтому число втулок, обслуживаемых одним оператором, ограничивают тремя, в .случае, если фильера каждой втулки имеет 2000 отверстий.

Однако при использовании фильеры имеющей отверстия, отделенные друг от друга продольными и поперечными канавками в соответствии с изобретением, нет нужды изменять температуру втулки и объем воздуха, выдуваемого на нижнюю поверхность фильеры, во время операции разделения расплавленного стекла, и, кроме того, разделение может происходить пО всей ни-жней поверхности одновременно. В результате разделение- может быть осуществлено просто и за очень короткое время, так что контроль разрыва волокон может быть исключен и число операторов может быть уменьшено.

Пример 1. С использованием фильер, имеющих каждая по 2000 отверстий, вытягивают стеклянные волокна сравнительно больщих диаметров. . Прототип Изобретение

Диаметр отверсгии, мм1,20 1,20

То.ипина фильеры, мм2,00 2,00

Пример 2. С использование фильер, имеющих каждая по 2000 отверстий, вытягивают- относительно тоЮкие стеклянные волокна.

Пример 3. С использованием фильер, имеющих каждая по 1600 отверстий, вытягивают более тонкие Уволокна.

Прототип ИзобретениеСкорость выт гивания, г/м Число разрыв волокон в де диаметром, м 7 5 Время раздел ния при полн Tbib залитой расплавом фильере, мин Число втулок оператора Расход охлаж ющего воздух При исполь льер без кана

12

s-s

/

illllllilllllllllllll

сриг.2 вытягивания уменьшают, соответственно уменьшается количество тепла, переносимого на нижнюю сторону фильеры, расплавленным стеклом, вытягиваемым через отверстия фи,льеры, так что даже когда расход озслаждающего воздуха остается неизменным, фильера переохлаждается до такой степени, что расплавленное стекло затвердевает на фильере, закупоривая ее отверстия. Но при уменьшении расхода не происходит разделения слившегося расплавленного стекла на волокна. Таким образом, когда скорость вытягивания падает ниже определенного предела, разделение становится невозможным.. Разделение невозможно, если скорость вытягивания на одно отверстие меньше 0,2 г/миМ. Но при использовании фильеры с канавкси 1и по изобретению даже при низкой скорости вытягивания и при низком расходе охлаждающего воздуха расплавленное стекло в канавках может выходить из канавок на участок нижней поверхности, окружакяций выход каждого отверстия, так что разделение расплавленного стекла может быть осуществлено. При использовании изобретения в плоских фильерах, каждая из которых имеет большое -количество густо расположенных отверстий и на которую направлены струи охлаждающего воздуха, разделение и выт ягивание становится возможными даже при такой низкой скорости вытягивания, при которой разделение и вытягивание с использованием известных фильер невозможны. Кроме того, время, необходимое для разделения расплавленного стекла, может быть значительно уменьшено. В случае вытягивания более тонких стеклянных волокон частота рызривоВ- элементарных волокон может быть уменьшена до минимума. Кроме того, достигается экономия труда и уменьшение расхода охлаждающего воздуха.