Способ получения штапельных волокон и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C03B37/06 

Изобретение относится к области получения штапельных волокон и может быть использовано в лёгкой, химической промышленности и других отраслях, производящих минеральные штапельные волокна.

Целью изобретения является улучшение качества волокон.

Способ включает: приготовление расплава; формование из расплава струи; раздув расплава высокоскоростным энергоносителем, перемещаемым со скоростью 3000-5000 м/с. с возможностью огибания нижнего торца струи по радиусу; воздействие на нижний торец струи перпендикулярно ее оси когерентным лучом, одноы

направленным с потоком энергоносителя мощностью 5- 10-9- 10 Вт/см .

В процессе проведения экспериментов по реализации способа изготовления штапельных волокон использовалась промыш- ленная лазерная-установка типа ЛНТ-101 со следующими параметрами; длина волны А 1,06 мкм, режим излучения - непрерывный, выходная мощность Р(10-80) Вт. В ре- зультате использования лазерного излучения для образования штапельных волокон из струи расплава было установлено заметное улучшение качества волокон, начиная с плотности мощности Р 5 105 Вт/см2, процент неволокнистых включений, заметно уменьшался, длина волокон увеличивалась, диаметр уменьшался, разброс волокон по диаметру сокращался. При этом наблюдалось увеличение прочностных характеристик волокон на 15-20%. Кроме то- го, за счет увеличения скорости движения энергоносителя, процесс волокнообразования интенсифицировался, что позволило увеличить производительность процесса волокнообразования. Однако, основной прирост производительности был достигнут за счет того, что с помощью лазерного луча была оплавлена струя расплава диаметром 3 мм. Применение лазерного устройства диаметром 3 мм позволяет оплавлять струю расплава диаметром 3 мм и выше, в то время как традиционно вытягивают первичные во- локна диаметром 120-200 мкм.

Результаты приведенных исследований волокнообразования с использованием ла- зерной установки ЛНТ-101 приведены в таблице.

Из приведенных в таблице результатов видно, что используя лазерный луч в процессе волокнообразования для получения штапельных волокон, достигнут равномерный подогрев торца расплава струи. Однако, при мощности излучения 4 105 Вт/см2 и давлении сжатого воздуха 2 кг/см2 диаметр образованных волокон превышал зна- чения, определенные стандартом (3-6 мкм). Увеличение же плотности мощности излуче- ниядо 10 105 Вт/см2 и давления воздуха до 7 кг/см2 не позволило уменьшить диаметр волокон и процент неволокнистых включе- ний. Поэтому, оптимальной плотностью мощности излучения принимает Р 5 105 - 9- 105 Вт/см2, а давление сжатого воздуха

- 4-6атм.

Получаемые согласно способу штапель- ные волокна могут быть использованы как высокоэффективный тепло- и звукоизоляционный материал. Кроме того, он может быть

использован как наполнитель пластмасс.

Поскольку температура в месте, нагрева материала лазерным лучом может быть повышена вплоть до 10000°С, этим способом можно получать штапельные волокна сверхвысокотемпературных материалов, например, каолиновые волокна и др.

Устройство для осуществления способа показано на чертеже. Оно включает полый корпус 1 переменного сечения, изогнутый по радиусу, состоящий из конфузора 2. переходящий к торцу в сопло для подачи энергоносителя 3. К конфузору в его зауженной части примыкает горловина 4, снабженная воронкой приема струи расплава 5. К горловине примыкает диффузор б, торец которого является соплом для отвода продуктов раздува 7, Наружная стенка конфузора снабжена сквозным отверстием, расположенным параллельно оси диффузора и по касательной к выходу отверстия воронки приема расплава 8,

Работает устройство для осуществления способа получения штапельных волокон следующим образом.

Энергоноситель в полость корпуса 1 попадает через сопло для подачи энергоноси; теля 3. Поскольку конфузор 2 суживается к горловине 4, скорость энергоносителя резко возрастает к горловине 4.

Так как полость горловины 4 выполнена изогнутой по радиусу, то Области с меньшими радиусом закругления испытывают меньшие значения центробежной силы, вследствие чего энергоноситель создает повышенные давление и скорость на поверхности с большим радиусом закругления. В результате, в местах расположения воронки для приема струи расплава 5 в горловине создается разрежение. Это позволяет подаваемой струе расплава свободно:проницать в полость горловины 4, образуя в этом месте луковицу. Через сквозное отверстие 8 на луковицу попадает когерентный луч, постоянно подаваемый. Он оплавляет наружную поверхность остуженной луковицы и обеспечивает образование штапельных волокон. Они вытягиваются потоками энергоносителя в направлении действия когерентного луча и попадают в диффузор, из которого через сопло для отводов продуктов раздува 7 направляются наружу.

Благодаря тому, что полый корпус переменного сечения изогнут по радиусу на угол р 180° - а, гдеа 15-30° и включает расширенную часть (конфузор), зауженную часть (горловину) и расширяемую часть (диффузор), плавно переходящие одна в другую, поступающий в приемное сопло для подачи энергоносителя сжатый воздух огибает закругленную поверхность горловины.

За счет возникающей центробежной силы потоки энергоносителя отбрасываются к периферии, что позволяет расплаву, проходящему через ворон.ку внутрь полости корпуса, образовать луковицу. В горловине полости корпуса за счёт сужения сечения прохода скорость энергоносителя резко возрастает, достигая 3000-500 м/с, что способствует повышению эффективности во- локнообразования. Снабжение наружной стенки конфузора сквозным отверстием, через которое подается когерентный луч, падающий на луковицу расплава, вызывает его дополнительный обогрев, в результате чего образуется штапельные волокна уменьшенного диаметра, достигающие значения менее 1 мкм.

Поскольку когерентный луч, направленный на луковицу уходит через диффузор наружу, он обеспечивает обогрев вытягиваемых энергоносителем волокон на сравнительно большом участке, что способствует получению длинноволокнистых штапельных волокон. Учитывая то, что энергия когерентного луча постоянно подаваемая, то процесс волокнообразования является стабильным (т.е. отсутствует пульсация), получаемые волокна отличаются малым разбросом по диаметру, что также улучшает качество волокна.

Формула и зобретени я 1, Способ получения штапельных волокон путем приготовления расплава, формования из расплава струи, раздува ее 5 высокоскоростным энергоносителем, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества волокон, скорость подачи высокоскоростного энергоносителя составляет 3000-5000 м/с, а на нижний торец струи

0 расплава перпендикулярно ее оси воздействуют однонаправленным с потоком энергоносителя когерентным лучом мощностью 5- 105- 9- 105 Вт/см2.

2. Устройство для получения, штапельных

5 волокон, включающее полый корпус, сопло для подачи энергоносителя, воронку приема струи расплава, камеру волокнообразования, сопло для отвода продуктов раздува, о т л и ч а ю щ е ее я тем/что, с целью

0 улучшения качества волокон, полый корпус выполнен е виде трубы переменного сечения, состоящий из конфузора. горловины и диффузора и изогнутый в зоне горловины по радиусу на угол ф 180° -а , гдеа 15-30°,

5 воронка приема расплава расположена в зоне горловины со стороны ее вогнутой части, а наружная стенка конфузора выполнена с отверстием, расположенным параллельно оси диффузора, и по касатель0 ной к выходу отверстия воронки приема расплава, и ось его расположена ниже места расположения отверстия воронки на величину радиуса сквозного отверстия.

Сущность изобретения: способ получения штапельных волокон. Содержит следующие технологические операции: приготовление расплава, формование из расплава струи, раздува ее высокоскоростным энергоносителем. Скорость подачи последнего составляет 3000-5000 м/с. Одновременно на нижний торец струи расплава перпендикулярно ее оси воздействуют однонаправленным с потоком энергоносителя когерентным лучом мощностью 5 105 - 9 105 Вт/см2. Устройство для получения штапельных волокон состоит из полого корпуса, сопла для подачи энергоносителя, воронки приема струи расплава, камеры волокнообразования и сопла для отвода продуктов раздува. Полый корпус выполнен в виде трубы переменного сечения, состоящий из конфузора. горловины и диффузора и изогнутый в зоне горловины по радиусу на угол р 180°-а . гдеа 15-30°. Воронка приема расплава расположена в зоне горловины со стороны ее вогнутой части. Наружная стенка конфузора выполнена со сквозным отверстием, расположенным параллельно оси диффузора и по касательной к выходу отверстия воронки приема расплава, и ось его расположена ниже места расположения отверстия воронки на величину радиуса сквозного отверстия. 2 с.п. ф- лы, 1 ил., 1 табл. у Сл)