Procédé de production de filaments de matière vitreuse, et appareil pour sa mise en aeuvre. Cette invention comprend un procédé de production de filaments de matière vitreuse, telle que le verre ou une matière ayant des caractéristiques similaires à celles du verre. Elle comprend aussi un appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Un procédé utilisé sur une grande échelle dans la fabrication de fibres de verre con siste â former des billes ou du calcin avec du verre fondu d'une eor,iposition désirée, et à. faire fondre ensuite ces billes dans une filière munie de plusieurs orifices d'évacuation à tra vers lesquels le verre s'écoule sous la forme de filets. Au fitr et. à mesure que les filets de verre fondu sortent. des orifices, ils sont étirés par des dispositifs appropriés sous la forme de fibres.
La présente invention présente l'avantage de supprimer certaines des opérations que né cessitent la production et l'emploi de ces billes de verre. Quelques-unes de ces opérations con sistent à faire fondre la matière dans un four, à mouler le verre pour l'obtention de billes ou de calcin de forme et de dimensions déni , rées, à rassembler les billes, à les introduire dans un appareil de fusion, à faire écouler le verre fondu ainsi obtenu et à exécuter toutes les opérations concernant la formation des fibres en partant des billes. La présente in vention vise à. produire des filaments avec une installation moins importante et 'une main-d'oeuvre plus réduite.
De plus, elle per- met de produire des filaments d'une qualité supérieure en réduisant le risque d'une intro- duetion d'impuretés et d'irrégularités, par exemple de pierres et de bulles gazeuses, dans le verre pendant la fusion et le moulage.
La présence de pierres, de bulles et d'au tres impuretés dans la bille ou le calcin est particulièrement nuisible lorsqu'il s'agit d'ob tenir des fibres fines par l'étirage de filets minces eoulant du four de fusion et. de la filière usuels. Ces impuretés contrarient l'écou- lement convenable du verre fondu à. travers les orifices étroits et, par conséquent, l'étirage des fibres, et il en résulte fréquemment. une rupture d'un ou de plusieurs filets- de verre fondu ou des fibres.
Ceci conduit non seule ment à. une diminution de la qualité du fil composé de ces fibres, mais exige également l'interruption de la production pendant un laps de temps suffisant polir réamorcer l'écou lement du verre dans un orifice bouché par une bulle ou une pierre.
L'invention permet la production de fila ments de verre de grande finesse et d'une longueur sensiblement continue avec le mini mum de risques d'interruption de l'opération par rupture des filaments pendant l'étirage de ces derniers. Grâce au fait que les fila ments sont formés sans fondre les matières premières dans un four, ces matières peuvent être ainsi mises à l'abri du contact avec des revêtements réfractaires usuels, et on peut. éviter ainsi les perturbations occasionnées par les briques réfractaires qui sont une des prin cipales causes de rupture des filets de verre fondu.
Le procédé que comprend la présente in vention est caractérisé en ce qu'on met une composition vitrifiable, par exemple par extrudage, sous forme d'une baguette que l'on fait cheminer à travers -une zone dans laquelle règne une température suffisamment élevée pour fondre cette composition et la transfor mer en matière vitreuse, et en ce que l'on étire cette matière fondue ait fur et à mesure de sa formation en vue de l'obtention d'air moins un filament.
On peut faire couler la matière vitreuse fondue suivant un chemin étroit formé par un guide en forme d'ange qui se rétrécit à l'extrémité de sortie pour former une pointe agencée de manière à permettre à cette ma tière de s'écouler sous la forme d'im mince filet. En sortant de l'auge, le filet peut être étiré par un dispositif d'étirage approprié jusqu'à la gmosseur désirée du filament.
Le procédé peut être exécuté de manière à former plusieurs filaments à partir d'une même baguette.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'ap pareil que comprend l'invention.
Fig. 1 est une vue en perspective schéma tique, avec parties en coupe d'une première forme d'exécution.
Fig. 2 en est une vue en élévation latérale, de même avec parties en coupe.
Fig. 3 est une vue en coupt transversale suivant la ligne 3-3 de la fig. 1.
Fig. 4 est une vue schématique montrant ime partie d'une seconde forme d'exécution. Le procédé que comprend l'invention peut être mis en oeuvre avec des appareils de types différents, mais on obtient des résultats par ticulièrement satisfaisants en utilisant un appareil du genre représenté, qui est décrit ci-après en même temps que la façon dont le procédé peut être mis en on Ivre.
L'appareil représenté comprend une presse 10 pour l'extrudage de la composition vitri- fiable. Cette presse est constituée par un<B>cy-</B> lindre 11 dans lequel coulisse, suivant un mouvement de va-et-vient, un piston 12. Le cylindre 11 est maintenu par un dispositif convenable quelconque avec son axe incliné par rapport à la verticale et son extrémité inférieure est percée d'un orifice de sortie de section réduite. Le piston 12 est accouplé à une vis 13, vissée dans un couvercle fermant l'extré mité supérieure du cylindre et reliée à un mo teur d'entraînement (non représenté), par exemple im moteur électrique. Cet agencement.
ou un agencement équivalent est préférable parce qu'il produit un avancement du piston 12 à une vitesse constante dans le cylindre 11.
La chambre du cylindre 11 qui se trouve au-dessous du piston 12 est remplie d'une charge de composition vitrifiable destinée à la formation de fins filaments de verre lors du traitement thermique et du procédé de fu sion qui seront décrits ci-après. La composi tion vitrifiable est cohérente et elle a une consis tance permettant son extrudage à travers l'ori fice de section réduite pratiqué dans l'extré mité inférieure du cylindre 11, en vae de l'obtention d'une baguette. Lorsqu'on emploie une composition contenant les éléments né cessaires à la formation du verre, il est géné ralement indiqué d'y incorporer un liant.
Ce liant peut être une matière inorganique, par exemple l'argile, le silicate de sodium, etc., 0ü une matière organique telle que la gomme ara bique, la gélose, les mélasses, la sucrose, la pa raffine ou similaires. Ce liant est mélangé avec la composition vitrifiable en quantité néces saire pour permettre aux particules de com position d'adhérer les unes aux autres lorsque cette composition est extrudée hors du cylin dre sous la forme d'une baguette plastique 14.
La quantité de liant nécessaire peut être modifiée suivant le liant particulier choisi et suivant la nature de la composition vitrifia- ble. Cette quantité est généralement d'environ 5-40 ô en poids de la composition vitri- fiable.
Les compositions vitrifiables convenant à la production des filaments de verre sont gé néralement constituées par un mélange en proportions variables de silice, de soude, de chaux, d'oxyde borique, d'alumine, etc., avec ou sans autres matières appropriées, par exemple des agents colorants. Les différents éléments de la composition sont traités ou choisis de façon qu'ils se présentent. sous la. forme de petites particules passant, par exem ple, à travers un tamis à<B>325</B> mailles par pouce environ, tandis que les matières les plus difficilement fusibles, par exemple la silice, sont autant que possible composées de particules plus fines.
Les éléments de la com position sont alors soigneusement mélangés avec les proportions désirées pour former une masse sensiblement homogène, et on ajoute de l'eau et un liant, si ce dernier est jugé né cessaire, en quantités telles que l'on obtienne une charge d'une consistance convenant à la formation par eatrudage d'une baguette ayant le diamètre nécessaire. Pour l'obtention d'une composition ayant la. consistance nécessaire, il est préférable d'ajouter à cette composition une quantité d'eau suffisante pour régler sa teneur en eau à 10-60 J dans la plupart des cas, suivant la finesse des matières vitrifiables et suivant sa teneur en carbonate ou en hy drate.
La consistance la plus favorable d'une composition particulière en vue de son mou lage par eatrudage est déterminée le plus faci lement par un simple essai, le but étant d'em ployer le minimum d'eau nécessaire pour fournir une charge facile à mouler par eatru- dage, sous la forme d'une baguette capable de résister suffisamment aux opérations ulté rieures du procédé.
La composition vitrifiable mélangée, de consistance convenable, est introduite dans le cylindre 11 et extrudée ensuite sous la forme d'une baguette 14. Le diamètre de cette ba guette 14 peut varier, mais, en général, il sera aussi réduit que le permettent les conditions de mise en oeuvre, de manière que le chauf fage, à la température de fusion, jusqu'à l'axe de la baguette, soit obtenu en un temps aussi court que possible. De préférence, le diamètre de la baguette est de 1,6 à 6 mm environ.
Si le diamètre de la baguette est très supérieur à cette dimension, sa partie centrale demeure trop longtemps dans un état caractérisé par la présence d'une phase liquide suffisante pour permettre le déplacement des parties plus dif- fieilement fusibles de la composition, et il en résulte une séparation nuisible des éléments. Pour cette raison, il est avantageux d'utiliser une baguette de faible diamètre constituée par une composition vitrifiable de grande finesse, étant donné que les grains se trouvent alors en contact intime grâce à leur finesse, et absorbent et transmettent plus facilement la chaleur à leurs parties intérieures et à l'in térieur de la baguette pour assurer un chauf fage uniforme.
Au fur et à mesure que la baguette de composition vitrifiable est extrudée hors du cylindre 11, elle est recueillie par une pre mière partie 15 d'un guide, cette partie étant, en forme d'auge allongée, convenable ment maintenue avec le même angle d'incli naison par rapport. à la verticale que le cy lindre 11. Cet angle d'inclinaison est prédé terminé de telle manière que la partie 15 en forme d'auge retienne par friction la baguette 14 et ait tendance à retarder l'avancement de cette baguette le long de l'auge. De cette fa çon, la baguette est soumise à des efforts de tension aussi réduits que possible.
Sur l'extrémité libre de la partie 15 se raccorde une deuxième partie 16 du guide, également en forme d'auge allongée. Cette deuxième partie est faite en une matière résis tant à la chaleur, telle que le nickel, le molyb- dène ou le platine. La partie 16 est fixée sur la première partie 15 du guide et sensible ment alignée avec elle. La partie 16 est mon tée à l'intérieur d'un dispositif de fusion cons titué par un corps réfractaire dans lequel est pratiqué un évidement cylindrique. Dans cet évidement est encastré un tube 18 en une ma tière résistant à la chaleur et similaire à la matière de la partie 16.
Ce tube empêche le contact entre la matière réfractaire et la com position vitrifiable ramollie. Le tube 18 est entouré d'un enroulement 19 à induction ou à résistance branché sur un circuit électrique convenable (non représenté) et capable de produire à l'intérieur du tube 18 une tempé- rature -suffisante pour la fusion de la ba guette de composition 14. Bien entendu, la température employée varie en fonction de la nature de la -composition vitrifiable utilisée.
Il a été trouvé qu'une température d'environ 1480 C est suffisante pour transformer la composition en une masse fondue ayant la viscosité la phis favorable pour la formation de fins filaments continus. Il y a lieu de noter que, dans l'agencement que montre la fig. 1 du dessin, l'air chaud peut s'échapper librement par l'extrémité su périeure du tube 18.
Cet air chaud, qui s'échappe par l'extrémité supérieure du tube 18, est dirigé sur la partie 15 en forme d'auge et sur la baguette 14 de composition vitrifia- ble. Il en résulte que la matière formant la baguette 14 est séchée et conditionnée de fa çon que toute humidité. soit pratiquement éva porée et que les gaz soient extraits des élé ments constitutifs susceptibles de dégager ces gaz, avant l'introduction de la baguette dans la zone de chauffage formée par le tube 18.
La chaleur appliquée à la baguette, en vue de son séchage et de son conditionnement, peut être réglée d'une manière convenable quelcon que, par exemple à l'aide d'écrans réglables 20 en matière réfractaire, agencés pour être déplacés vers la position désirée au-dessus de l'extrémité supérieure du tube. Pour la plupart des compositions vitri- fiables, cette calcination préalable est de pré férence effectuée à des températures allant de 650 à 980 C, et pendant plusieurs minutes, suivant la composition du verre et les matières vitrifiables utilisées.
Pour chaque cas, la tem pérature préférable est facilement déterminée par un essai exécuté avec la composition vitri fiable traitée à chaud, en vue de rechercher la température à laquelle tous les gaz sont sen siblement évacués de la composition, mais à laquelle la phase liquide formée est insuffi sante pour permettre un déplacement relatif des particules de composition. L'existence de cette phase liquide non désirée se manifeste par un état adhérent ou collant et ramolli de la composition, Bien entendu, il est souhaitable d'empê cher le séchage de la composition iritrifiable à l'intérieur du cylindre 11 sous l'action de l'air chaud sortant par l'extrémité supérieure du tube 18.
Ceci peut être réalisé par l'agen cement d'in écran 21 à la sortie du cylindre 11. Dans cet écran sont pratiqués des con duits permettant la circulation d'un fluide de refroidissement. En fig. 1, 22 désigne -une tubulure d'entrée par laquelle on introduit de l'eau de refroidissement à l'intérieur de l'écran 21. La tubulure de sortie de l'eau est indiquée en 23.
Dans la mise en ceuvre du procédé qui est illustrée au dessin, il a été trouvé souhaitable de protéger la baguette de composition vitri- fiable du frottement sur l'une ou sur les deux parties du guide aux endroits où les éléments les moins réfractaires de la composition en trent en fusion. Dans cette zone, la composi tion vitrifiable devient adhérente ou collante et peut avoir une tendance à adhérer aux sur faces de guidage. Cette adhérence peut con trarier la progression convenable de la ba guette 14. Dans l'appareil représenté, cette difficulté est résolue par le fait que la partie 16 du guide en forme d'auge est munie d'une cavité 24.
Cette cavité 24 est située en un point tel que la baguette ne soit pas en con tact avec les surfaces de guidage pendant son avancement dans la partie où elle est à l'état collant, ce qui évite toute adhérence de la ba guette aiix surfaces de guidage.
Au fur et à mesure que la baguette de composition vitrifiable progresse dans la zone de chauffage à l'intérieur de l'enroulement 19, la composition est rapidement transformée en un verre exempt de bulles et de pierres, grâce an contact intime entre les particules des constituants de la composition et grâce à l'évacuation préalable des gaz dégagés par les constituants de la composition.
L'extrémité inférieure de la partie 16 se trouve à l'intérieur du tube 18 et elle est fa çonnée pour former un bec ou une pointe de sortie 25. Il en résulte que la matière vitreuse visqueuse s'écoule à partir de la pointe 25 sous la forme d'un filet, indiqué en 26 sur les fig. 1 et 2 du dessin. Au fur et à mesure que ce filet sort à l'air libre, il est étiré sur un tambour 27 en Lin filament de verre 28 de grande finesse, et ce filament est enroulé en bobine par le tambour monté de façon à pouvoir tourner autour de son axe. Un dispo sitif convenable quelconque est prévu pour faire tourner le tambour.
La forme d'exécution de l'appareil que montre la fi-. 4 peut être employée lorsqu'on désire obtenir simultanément plusieurs fila ments sensiblement continus. Cette forme d'exécution se distingue principalement de celle décrite précédemment par le fait qu'une filière en forme de godet 29 est ajustée sur l'extrémité inférieure du tube 18, cette filière étant de préférence faite en une matière sem blable à celle du tube 18. Dans cette forme d'exécution, il n'est pas nécessaire que l'ex trémité inférieure de la partie 16 du guide en forme d'auge soit façonnée pour former un bec de sortie, étant donné que le verre fondu sortant de l'auge est recueilli à l'intérieur de la filière 29. La filière 29 est munie d'un grand nombre de tuyères 30 montées sur la paroi du fond.
Ces tuyères sont, respective ment, percées d'orifices à travers lesquels le verre fondu s'écoule sous la forme de filets 31. Pour maintenir à une viscosité convenable le verre fondu recueilli dans la filière 29, l'en roulement de chauffage 19 peut être prolongé pour entourer également cette filière 29.
Au fur et à mesure que les filets de verre sortent des orifices de la filière 29, ils sont étirés simultanément pour former un nombre correspondant de filaments sous l'action de la rotation du tambour 32 correspondant au tambour 27 de la forme d'exécution précé dente. Ces deux formes d'exécution de l'appareil permettent l'obtention de filaments sensible ment continus en partant directement de la composition vitrifiable. Ils suppriment les opérations intermédiaires de fabrication de billes ou de calcin de verre en partant de la composition et de refusion des billes dans une filière destinée à la formation des filaments ou fibres et les inconvénients correspondant à ces opérations intermédiaires.
Il en résulte aille l'on peut obtenir des filaments de verre de grande finesse avec un appareil économi que et relativement simple.