CZ284308B6

CZ284308B6 - Způsob výroby vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů a zařízení k provádění způsobu

Info

Publication number: CZ284308B6
Application number: CS921905A
Authority: CZ
Inventors: Yannick Blandin; Daniel Ing. Sainte-Foi; Francis Ing. Mosnier
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1998-10-14
Also published as: HU212585B; FI922854A0; AU1826592A; KR930000401A; FI922854L; SK280750B6; TR27170A; ZA924348B; KR100238743B1; SK190592A3; FI95124C; ATE129692T1; JPH05213625A; CZ190592A3; FR2677973B1; FR2677973A1; HUT64286A; NO922391D0; JP3285610B2; IE74161B1

Abstract

Způsob výroby vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů se provádí vnitřním odstřeďováním spojeným s tažením plynem. Roztavený materiál se vpouští do vnitřku odstředivky (1), jejíž obvodová plocha je opatřena otvory, ze kterých je roztavený materiál vypuzován odstředivou silou ve formě vláken, která jsou protahována a unášena proudem plynu o teplotě vyšší než 500 .sup.o .n.C a rychlostí rovnou nebo vyšší než 50 m.s.sup.-1.n., směrována podél obvodu odstředivky (1) napříč ke směru vypuzování a odváděna je obklopujícím studeným proudem plynu, vypouštěným dmychacím prstencem (15) soustředným s odstředivkou (1) po celé výšce obvodové plochy jednotlivých rozbíhavých paprsků vláken (8), které se spojují za nejnižší řadou otvorů obvodové plochy odstředivky (1). Zařízení k provádění způsobu sestává ze svislé odstředivky (1) beze dna, opatřené v obvodové ploše otvory pro odstřeďování vláken (8) a připevněné k náboji (2) nasazeném na svislém hřídeli (3), poháněŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výroby vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů vnitřním odstřeďováním, spojeným s vytahováním plynem při vysoké teplotě. Vztahuje se zejména na průmyslovou výrobu skleněné vlny, určené například pro použití ve výrobcích pro tepelnou a zvukovou izolaci.

Dosavadní stav techniky

Způsob, kterého se vynález týká, spočívá v tom, že se proud roztaveného zvlákňovaného materiálu lije do odstředivky, označované také jako zvlákňovací talíř, otáčející se velkou ry chlostí a perforované na obvodě velkým počtem otvorů, jimiž se sklo vrhá ve formě primárních vláken účinkem odstředivé síly. Tato primární vlákna jsou vystavována působení prstencového vytahovacího proudu o vysoké teplotě a rychlosti, který je veden podél stěny odstředivky a který' je ztenčuje a přeměňuje na vlákna. Vysokou teplotou a vysokou rychlostí ve smyslu vynálezu se rozumí teplota nad 500 °C a rychlost prstencovitého proudu rovná nebo vyšší než 50m.s^_1. Vytvářená vlákna jsou unášena vytahovacím proudem plynu do přijímacího zařízení, které obecně sestává z pásu propustného pro plyny. Tento způsob byl podroben řadě zlepšení, která jsou zejména popsána v patentovém spisu Spojených států amerických číslo US-A-2 991 507, ve francouzských patentových spisech FR-A-2 147 765, FR-A2 459 783. FR-A-2 443 436 a v evropských patentových spisech EP-A-91 381 a EP-A-91 866.

Ačkoliv rychlost vytahovacího proudu plynuje velmi vysoká a systematicky vyšší než rychlost, kterou jsou vrhána vlákna, je kinetická energie vláken dostatečná ktomu, aby mnohá z vláken pronikla vytahovacím proudem plynu, který obklopuje odstředivku v tloušťce pouze několika milimetrů. Tento vytahovací proud plynu se potom rozptyluje bezprostředně pod odstředivkou, což působí rozptýlení vláken do velké plochy. Nakonec tato vlákna změní sklon dráhy na sběrací pás, umístěný o několik metrů níže. Přijímací pás zachycuje vlákna rozptýlená ve válcovém prstenci malého průměru vzhledem k šířce přijímacího pásu, což znesnadňuje dosažení rovnoměrného rozdělení vláken na přijímacím pásu.

Tepelná rovnováha v odstředivce se nejčastěji vytváří indukčním ohřevem, používajícím prstencovitý induktor, kterým prochází elektrický proud. Maximálního účinku se dosahuje, když je tento prstencovitý induktor velmi blízko u odstředivky. Přednostně se používají odstředivky bez dna a induktor potom může být umístěn bezprostředně vně odstředivky a soustředně s ní. Pro průchod vláken je tedy ponechán velmi úzký prostor, který však nutně musí být zachován, aby induktor netvořil překážku, která by zhoršovala jakost výsledného výrobku, přičemž zařízení by nemohlo dobře pracovat po delší dobu, protože by se ucpalo vrhanými vlákny, která by se zde přilepovala.

K vyřešení tohoto problému je známé obklopit vytahovací proud plynu chladnou plynovou vrstvou, která ho vhodně směruje. Tato chladná plynová vrstva plynu se vytváří foukacím věncem, obklopujícím prstencovitý hořák. Tato chladná plynová vrstva pomáhá dále ochlazovat vlákna, jejichž mechanická pevnost je zvýšena účinkem tepelného vytvrzení.

Plynová vrstva je vyvíjena například foukacím věncem podobným tomu, jaký je popsán v patentovém spisu Spojených států amerických US-A-2 991 507, to znamená tvořeným prstencovitou trubkou, opatřenou obvodovou štěrbinou nebo řadou otvorů, umístěných blízko od sebe, přičemž rozbíhání jednotlivých proudů zajišťuje spojitost bariérové vrstvy’ tekutiny, která se vytváří nejpozději ve výšce první řady otvorů odstředivky, kdy se řady počítají shora dolů. Je

- 1 CZ 284308 B6 tedy vytvořena těsná bariérová vrstva, kterou nemohou vlákna projít, takže jsou vytvářená vlákna směrově vedena uvnitř této bariérové vrstvy.

Toto obklopení vrstvy vláken neřeší problém rozdělování vláken a zvláště problémy tvoření 5 chomáčů proplétáním vláken. Dříve, než bude rozebírán mechanismus tvoření chomáčů, je třeba zdůraznit, že tyto chomáče jsou zdrojem četných vad, zjišťovaných u výsledného výrobku.

Tyto chomáče především způsobují místní nerovnoměrné rozdělení vláken a čím větší je délka chomáčů, tím větší bude sklon chomáčů svinovat se, přičemž při následném ukládání vláken 10 vznikají oblasti s nedostatkem vláken. V těchto oblastech má výrobek menší měrnou hmotnost na jednotku plochy, což místně změní vlastnosti výrobku. Pro zajištění minimální úrovně vlastností je tedy nutné tyto oblasti s místním nedostatkem vláken kompenzovat zajištěním přebytku vláken, což zvyšuje cenu výrobku.

Orientace vláken v chomáčích je kromě toho odlišná od obecné orientace jednotlivých vláken, která sama může být odlišná od orientace, žádané ve výsledném výrobku. Chomáče tedy znesnadňují řízení této výsledné orientace, což ovlivňuje izolační vlastnosti, vyvolává sklon k rozlupování a ovlivňuje odolnost proti smáčknutí.

Tyto chomáče se dále tvoří často ve značném množství ve zvlákňovacím zařízení a při sbírání vláken předtím, než vlákna byla postříkána pojivém. Nejsou-li vlákna vhodně od sebe oddělena, když se nanáší pojivo, není rozdělení pojivá úplně stejnoměrné a vlákna, která nejsou takto zpracována, se projevují ve výsledném výrobku ve formě bílých skvrn, které kontrastují s vlákny obarvenými pojivém. Je poněkud oviivněn vzhled výrobku, ale především jsou ovlivněny některé mechanické vlastnosti, jako například pevnost v tahu, odolnost proti trhání vláken, tuhost, tvarová paměť a způsobilost ke střihání.

Všechny tyto parametry mají větší nebo menší význam v závislosti na typu výrobků, které se obecně dělí na lehké výrobky, jejichž měrná hmotnost je menší než 25 či dokonce 15 kg.nT³, 30 obecně dostupné ve formě svitků, nebo těžké výrobky, jejichž měrná hmotnost je vyšší než kg.nT³ a které jsou často vystaveny podmínkám použití, které předpokládají dobrou mechanickou pevnost. Dále je třeba uvést, že ačkoliv vlastnosti žádané pro těžké nebo lehké výrobky se mohou lišit jen málo, je žádoucí mít mnohaúčelové výrobní linky, to znamená linky, mající možnost řešení daných problémů co nejvíce u začátku linky a nikoliv jen zmírňující, 35 s odstraňováním pouze některých závad, které jsou specifické pro těžké nebo lehké výrobky.

V tomto smyslu tedy řešení nespočívá pouze v mechanických nebo pneumatických rozdělovačích prostředcích, jaké jsou popsány v evropských patentových spisech EP-A69 321 a EP-A 125 963, které navrhují vyvolat vyvažovači pohyb ve vlákenném prstenci. Takové 40 prostředky jsou účinné pouze z hlediska konečného rozdělení povrchových hmot, avšak nikoliv z hlediska vlastních chomáčů a jsou zvláště neúčinné, pokud jde o problémy s chomáči velké délky.

Dále je třeba uvést, že takové prostředky často vyžadují zdlouhavé a jemné seřizování, které 45 může být prováděno pouze školenými pracovníky a které musí být opakováno vždy při změně typu výrobku. Je třeba poznamenat, že nesnadnost takových seřizovačích procesů činí téměř nemožné od sebe oddělit vlivy, uplatňující se v soustavě mechanismů jako celku, přičemž zejména foukací věnec hraje zvláštní a neoddělitelnou roli v procesu vytváření vláken a chomáčů spolu s plněním jeho úlohy při vymezování vrstvy vláken.

Při způsobu vytahování vláken, kterého se vynález týká, umožňují různé úvahy, podrobně rozvedené v evropském patentovém spisu EP-B-91 866, předpokládat jako nejpravděpodobnější zjednodušenou hypotézu podstaty vytahování, i když vytahování vláken je složitý'jev, pokud jde o pohyby odstředivky a o chování horkého vytahovacího proudu plynu, že spočívá ve v podstatě mechanickém jevu, kdy je vlákno jednak „připojeno“ k odstředivce a jednak je vytahováno třením, vyvíjeným proudem plynu. Zvýšená teplota tohoto proudu plynu dále umožňuje udržovat vlákno v tekutém stavu, vhodném pro jeho vytahování. Tato mechanická hypotéza má samozřejmě svá omezení, protože ztenčená vlákna se stanou náchylnými k lámání v důsledku jejich srážek s proudem plynu i navzájem, neboť hustota zvlákňovacích trysek u odstředivky je asi 15 až 50 trysek na čtvereční centimetr a je tedy zřejmé, že srážky jsou četné. Kromě toho plynová bariéra, vyvíjená foukacím věncem, prudce vyvolá v důsledku prudkého ochlazení vláken zpomalení vytahování. Navíc se zdá, že se vlákna od ní odrážejí a jsou vracena zpět k primárním vláknům v průběhu jejich vytahování, což podpoří promísení vláken.

Pro lepší pochopení role, kterou hraje foukací věnec, může byt zajímavé zmínit se o jiných způsobech vytahování vláken, které mají řadu analogických znaků se zde popisovaným způsobem, ale které se však dají lépe vysvětlit, neboť neobsahují vytahovací hořák, takže prstenec působí na primární vlákna a ne na vlákna nebo na směs vláken a primárních vláken.

První z těchto způsobů je popsán v patentových spisech Spojených států amerických US-A—4 302 234 a US-A-4 303 430 a spočívá ve způsobu zvlákňování vnitřním odstřeďováním a vytahování chladným plynem. V tomto případě jsou vlákna vrhaná odstředivkou patrně udržována teplá hořákem se širokými chlopněmi, který vyvíjí proud horkého plynu, který však nemá příliš velkou rychlost. Proud plynu udržuje odstřeďování vlákna v plastickém stavu, aniž by se přímo podílel na jejich vytahování. Toto vytahování se provádí prostřednictvím zvláštních proudů turbulentního plynu vypouštěných foukacím věncem, ve kterém jsou prostředky pro vyvíjení proudů rozmístěny s roztečemi asi 50 mm.

Druhý způsob, který je možné zde uvést, je popsán v patentovém spisu Spojených států amerických US-A-^l 058 386 a představuje zvlákňování čistým odstřeďováním. V tomto případě jsou vlákna připravována odstředivkou, ve které jsou otvory 3 až 1 Okřát menší než ve výše uvedených způsobech zvlákňování, takže odstředivá síla stačí pro přímé získání konečného průměru bez nutnosti přídavného vytahování. Tato vlákna musí být naproti tomu přesměrovávána k přijímacímu ústrojí a stříhána. Tato operace se provádí foukacím věncem, obsahujícím obvodově uspořádané trysky. Vlákna procházejí pásmy klidu mezi dvéma proudy a potom jsou vlivem otáčení odstředivky zasažena proudem a přetržena.

V prvním případě má při poměrně tlustých primárních vláknech foukací věnec v podstatě účinek v podobě vytahování třením, které je zesilováno turbulentním charakterem proudů. Ve druhém případě má naopak při vláknech, která byla již ztenčena, foukací věnec v podstatě účinek střihače vláken. Je tedy jasné, že role foukacího věnce závisí na procesu zvlákňování a vytahování vláken.

Autoři vynálezu si položili za úkol studovat foukací věnce s nespojitými proudy pro způsob zvlákňování odstředěním a vytahováním horkým plynem pro zajištění, zda jednu nebo druhou z výhod, přisuzovaných prstencům podle stavu techniky, je možné ověřit při použití v jiných zvlákňovacích postupech.

Předně je třeba uvést, že taková studie může byt pouze ryze teoretická a nemusí mít průmyslové použití. Ve dvou výše uvedených způsobech totiž působí foukací věnec na vlákna nebo primární vlákna, která jsou jedním koncem držena v odstředivce, což mohou být vlákna podobná nitím neomezené délky. Působení proudů foukacího vénce je tedy přímo závislé na otáčení odstředivky. Při zvlákňování vnitřním odstředěním a vytahováním ohřátým plynem naopak působí foukací věnec na vlákna, která většinou nejsou spojena s odstředivkou. Stačí kromě toho foukací věnec na krátkou chvíli vyřadit, aby se konstatovalo, že vytahovací proud plynuje dostatečný pro vytváření vláken a pro jejich unášení k přijímacímu prostředku, i když se zde rychle projevuje problém rozdělování a průchodu prstencovitým induktorem. Za těchto podmínek by bylo možno

- j CZ 284308 B6 očekávat, že foukací věnec s netěsnou plynovou vrstvou ve výšce odstředivky dovolí velkému počtu vláken projít a že bude zcela neúčinný ve své funkci směrového vedení vrstvy vláken.

Autoři vynálezu však s překvapením konstatovali, že se získají velmi dobré výsledky, když se použije foukací věnec, u něhož jsou jím vytvářené proudy jednotlivě od sebe oddělené po celé výšce perforované obvodové odstřeďovací plochy, ale spojují se těsně pod výškou poslední řady otvorů obvodové odstřeďovací plochy.

Podstata vynálezu

Vynález přináší způsob výroby vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů, odvozený ze způsobů, známého z francouzského patentového spisu FR-A-2 443 436 nebo z evropského patentového spisu EP-A-91 866, t.j. zvlákňováním vnitřním odstřeďováním a vytahováním 15 plynem při vysoké teplotě, při kterém se zvlákňovaný materiál lije ve vytahovatelném stavu do odstředivky, otáčející se kolem v podstatě svislé osy a jejíž obvodová odstřeďovací plocha je perforována množinou otvorů, ze kterých je materiál vrhán ve formě primárních vláken, která se vytahují do ztenčených vláken a unáší se proudem plynu o vysoké teplotě a vysoké rychlosti, směrovaným podél obvodové odstřeďovací plochy napříč ke směru odstředivého vrhání vláken a 20 obklopovaným a obvodově vymezovaným chladnou plynovou vrstvou, jehož podstatou je, že chladná plynová vrstva je vytvořena po celé perforované výšce obvodové odstřeďovací plochy rozbíhavými jednotlivými proudy, které se spojují těsně pod nejnižší úrovní výstupu primárních vláken z obvodové odstřed'ovací plochy (t.j. v malé vzdálenosti pod touto úrovní).

Za těchto podmínek chladná plynová vrstva plynů dostatečně obklopuje vytahovací proud plynu k zabránění tomu, aby se vrstva vláken příliš rozpínala těsně pod odstředivkou a z tohoto hlediska je způsob činnosti velmi blízký způsobu, jaký by se získal se souvislou těsnou plynovou vrstvou. Tento překvapující způsob činnosti je ověřen pouze když vrstva plynu je nespojitá pouze ve výšce děrované odstředivé plochy a stává se spojitou bezprostředně pod poslední řadou otvorů, například na úrovni spodního okraje obvodové plochy.

Dva proudy jsou uvažovány jako spojené od místa, kde se jejich hraniční povrchy dotýkají, přičemž tyto hraniční povrchy jsou podle teorií mechaniky tekutin definovány jako povrchy, které vymezují prostor, zaujímaný pohybujícím se plynem, nebo jinými slovy místem, v němž 35 všechny body mají složku rychlosti ve směru osy proudu nulovou nebo alespoň zanedbatelnou ve srovnání s rychlostí prostředí proudu, přičemž proudy zde jsou uvažovány v jejich základní oblasti, v čase kdy mohou být uvažovány jakoby vycházely z nekonečně malého bodového zdroje.

V praxi se získají dobré výsledky, když se proudy spojují 20 mm pod nejnižší úrovní výstupu primárních vláken z obvodové odstřeďovací plochy.

Jednotlivé proudy jsou podle vynálezu s výhodou vypouštěny s výstupní rychlostí vyšší než 250 mys. Mezi dvěma proudy je rychlost plynů normálně v podstatě nulová, avšak záporné 45 hodnoty rychlosti jsou také přípustné, což odpovídá přítomnosti vratných proudů.

Podle dalšího znaku vynálezu se proudy spojují ve výšce uložení prstencového indukčního prostředku pro indukční elektromagnetický ohřev, kterým je vyhřívána odstředivka.

S výhodou se proudy vypouštějí s vodorovnou rychlostní složkou různou od nuly.

Mimořádně pozoruhodný účinek způsobu podle vynálezu je ten, že způsobuje snížení vzniku chomáčů na úrovni odstředivky, což může být pozorováno vizuálně a je možné ověřit měřenými vlastnostmi výsledných výrobků. Je možné formulovat řadu hypotéz pro vysvětlení tohoto jevu, i

-4CZ 284308 B6 když je pravděpodobné, že tato vysvětlení nemohou postihnout všechny vznikající jevy, přičemž vzájemná závislost mnoha parametrů, ovlivňujících výsledné výrobky, komplikuje jakékoli vysvětlení.

První hypotéza spočívá vtom, že dochází ke zkracování vláken. Při popsaném způsobu zvlákňování jsou skutečně vlákna ztenčována vytahovacím proudem plynu a přetrhují se. Může se však stát, že se vytvoří výjimečně dlouhá vlákna před přetržením a že tato dlouhá vlákna, o délce kolem 10 cm nebo více, budou jevit přirozený sklon ke svíjení do chomáčů. Když potom tyto chomáče vznikají, zachycují jiná jednotlivá vlákna. Při použití způsobu podle vynálezu je pravděpodobné, že může vzniknout mechanismus podobný tomu, jaký je popsán v patentovém spisu Spojených států amerických US-A-4 058 386 a že těchto několik dlouhých vláken může proniknout chladnou plynovou vrstvou v oblastech mezi proudy dříve, než jsou náhle přetržena paprskem. Na druhé straně vlákna již vytvořená budou z největší části odnesena vytahovacím proudem plynu, což by vysvětlovalo „utěsněný“ charakter nespojité vrstvy. Kromě toho dovoluje tento účinek pracovat v podmínkách méně intenzivního vytahování, když se teplota vytahovacího proudu plynu a tlak ve vytahovacím proudu plynu zvolí pouze v závislosti na požadavku dosažení jemnosti vláken nezávisle na jejich délkách, které jsou v podstatě řízeny foukacími proudy.

Druhá hypotéza navazující na první spočívá v tom, že toto přetržení vláken by nenastalo bez předchozího dalšího vytahování následkem tahu, vyvíjeného těmito vlákny při zrychlování, takže vlákna dané jemnosti by mohla byt získána s poměrně nižším tlakem ve vytahovacím hořáku. Takto by mohly byt omezeny jevy turbulence, způsobené vytahovacím hořákem, a následně omezena tvorba chomáčů vláken.

Vynález dále přináší zařízení pro výrobu vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů pro provádění výše uvedeného způsobu, obsahující odstředivku otočnou okolo v podstatě svislé osy, jejíž obvodová plocha je perforována množinou otvorů, prstencový vytahovací hořák a soustředný foukací věnec, jehož podstatou je, že foukací věnec obsahuje vyfukovací prostředky jednotlivých rozbíhavých plynných proudů se vzájemnou vzdáleností d = 2h.tga, kde a značí úhel rozbíhavosti proudů a h vzdálenost od jednonásobku do nanejvýše dvojnásobku a s výhodou nanejvýše jedenapůlnásobku výšky mezi úrovní výstupu vyfukovacích prostředků plynných proudů a úrovní nejnižší řady otvorů obvodové plochy pro výstup primárních vláken.

S výhodou je h větší o 20 mm než výšková vzdálenost mezi úrovní výstupu vyfukovacích prostředků plynných proudů a úrovní nejnižší řady otvorů obvodové plochy pro výstup primárních vláken.

Jakmile je jednou určena vzájemná vzdálenost proudů, může být foukací věnec vytvořen různými způsoby. V prvním alternativním provedení, jehož jednoduchost je jeho hlavní výhodou, je foukací věnec tvořen trubicovým prstencem (24), opatřeným vyfukovacími prostředky plynných proudů ve formě výstupních otvorů, jejichž průměr je například rovný 2 až 3 mm. V tomto alternativním provedení se tedy foukací věnec podle vynálezu neliší od foukacího věnce podle dosavadního stavu techniky, popsaného v patentovém spisu Spojených států amerických US-A-2 991 507, kromě roztečí mezi otvory a jejich průměru, které jsou o 50 až 100 % větší.

Ve zvlášť výhodném provedení je foukací věnec tvořen trubicovým prstencem, na kterém jsou upevněny vyfukovací prostředky plynných proudů ve formě nátrubkových vyústění. Nátrubková vyústění mohou být upevněna přivařením a vyrobena z nemagnetického materiálu pro zamezení jakéhokoli rušení elektromagnetickou indukcí. Umožněním prodlouženého vedení proudů nátrubková vyústění přispívají ke zvýšení stability podmínek, za kterých jsou jednotlivé proudy vypuštěny a je tedy příznivě ovlivněna pravidelnost působení foukacího věnce.

-5CZ 284308 B6

V dalším alternativním provedení může být foukací věnec tvořen řadou vyfúkovacích prostředků plynných proudů ve formě trysek, například napájených ze zásobní nádrže, umístěné odlehle od odstředivky, pro podporu nasávání vnějšího vzduchu foukacím věncem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, na kterých znázorňuje obr. 1 schematický řez, ukazující sestavu hlavních prvků, uplatňujících se při zvlákňování vnitřním odstřeďováním a vytahování proudem plynu při vysoké teplotě a vysoké rychlosti, obr. 2 dvě schémata, ukazující princip foukacího věnce, a to podle patentového spisu Spojených států amerických US-A-2 991 507 na obr. 2a, a podle předloženého vynálezu na obr. 2b, obr. 3 schéma plynného proudu, obr. 4 příčný řez foukacím věncem typu prstencovité trubky s otvory, obr. 5 příčný řez foukacím věncem s tryskami, obr. 5a svislý řez tímto foukacím věncem, obr. 6 příčný řez foukacím věncem s nátrubkovými vyústěními a obr. 7 diagram, znázorňující příčné rozdělování výrobku.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje schematicky zvlákňovací zařízení pro provádění vynálezu a odpovídající zařízení podle evropského patentového spisu EP-A-91 866, s výjimkou provedení foukacího věnce. Toto zařízení sestává z odstředivky 1 bez dna, jejíž obvodová plocha je opatřena množinou otvorů a je připevněna k náboji 2, nasazenému na svislém hřídeli 3, poháněném motorem 4. Proud 5 skloviny napájí odstředivku tak, že proudí dutinou svislého hřídele 3 a do koše 6 s pevným dnem, opatřeného válcovou stěnou, ve které je malý počet poměrně velkých otvorů o průměru například 3 mm, kterými je sklovina rozdělována ve formě primárních proudů 7, směrovaných k vnitřní straně obvodové plochy, ze které jsou působením odstředivé síly proudy vypuzovány ve formě primárních vláken 8.

Odstředivka je obklopena prstencovým vytahovacím hořákem 9, který je v tomto případě opatřen vodou chlazeným kovovým pouzdrem, vymezujícím spalovací komoru 10. která je spojena s tryskou 11. tvořící vytahovací proud. Tryska 11 je tvořena vnitřní chlopní 12 a vnější chlopní 13, které jsou podobně chlazeny a jsou vyústěny bezprostředně nad obvodovou stěnou odstředivky.

Bezprostředně pod odstředivkou a soustředně s ní je uložen prstencovitý indukční ohřevový prostředek (dále induktor) 14, který pomáhá udržovat tepelnou rovnováhu hořáku, zejména vy rovnávat poměrně chladný stav spodní oblasti obvodové plochy, která je méně ohřívána vytahovacími proudy plynu, protože je více vzdálená od chlopní 12 a 13 prstencového vytahovacího hořáku. Další podrobnosti, týkající se prstencovitého induktoru 14, je možné nalézt zejména v patentovém spisu Spojených států amerických US-A-3 077 092.

Soustředně s prstencovým vytahovacím hořákem 9 je uložen foukací věnec 15, který- vypouští chladný vzduch o teplotě v podstatě blízké teplotě místnosti. Obr. 2a znázorňuje geometrii proudů, vypouštěných foukacím věncem podle dosavadního stavu techniky-, například podle patentového spisu Spojených států amerických US-A-2 991 507. Proudy 16 jsou vypouštěny z otvorů, které jsou od sebe navzájem velmi málo vzdáleny, například s roztečí 7,4 mm při průměru otvorů 1,5 mm. a v dostatečně velké vzdálenosti od první řady otvorů obvodové plochy odstředivky, zde znázorněné schematicky čerchovanou čarou 17, takže proudy jsou směšovány na její výšce a potom tvoří spojitou vrstvu. V uspořádání podle vynálezu, znázorněném na obr. 2b, je snaha o maximální zachování oddělených proudů po výšce perforované obvodové plochy odstředivky, takže otvory foukacího věnce mohou být poněkud níže a proudy mohou být vypouštěny velmi blízko k první řadě. Toto uspořádání vytváří mnohem účinnější proudy,

-6CZ 284308 B6 přičemž maximální rychlosti se dosahuje v místě vypouštění proudů. Otvory jsou dále značně více od sebe vzdálené a jsou například rozmístěny s roztečí e mezi středy rovnou 25 mm při průměru otvorů 2,5 mm, takže proudy se spojují teprve po projití dráhy asi 60 mm a jsou tedy od sebe odděleny ve výšce poslední řady otvorů v obvodové ploše odstředivky, což je schematicky znázorněno úrovní 18. Toto oddělení naopak mizí v těsné blízkosti induktoru 19 a od tohoto místa je vrstva spojitá.

Na obr. 2a a 2b jsou proudy znázorněny schematicky, jakoby vycházely z nekonečně malého bodového zdroje, zatímco ve skutečnosti jsou vyvíjeny zdrojem, který má průřez několik čtverečních milimetrů. Jelikož se však klíčový znak vynálezu týká spojení dvou proudů a protože toto se odehrává ve značné vzdálenosti od oblasti vypouštění, nepředstavuje toto zjednodušení žádný problém, jak je patrné z obr. 3, který znázorňuje schéma proudu, získaného ze zdroje S. vytvářejícího proud, mající osovou souměrnost podle osy A. Jak plyne z mechaniky tekutin, obsahuje tento proud 3 kuželovitou oblast 20, prostřední oblast 21 a hlavní oblast 22, vymezenou hranicí proudu, to je místem bodů nulové rychlosti. V základní oblasti je tato hranice omezována asymptotickou křivkou 23, takže proud v této oblasti může být uvažován jako shodný s kuželem s osou A a s úhlem a, majícím vrchol v bodě na ose A, ležícím u zdroje S. V rámci vynálezu je úhel α definován jako úhel rozbíhání proudu a maximální rychlost paprsku je rychlost, měřená na ose A ve výšce zdroje S a dva sousední proudy jsou uvažovány jako spojené, když se jejich vzájemné hranice protnou.

Foukací prstenec 15 podle vynálezu byl zkoušen v několika alternativních provedeních, znázorněných schematicky na obr. 4 až 6. Obr. 4 odpovídá foukacímu věnci 15 typu děrované prstencovité trubky, tvořené jednoduchým trubicovým prstencem 24 obdélníkového příčného průřezu, jehož spodní strana je opatřena řadou různých otvorů 25. Tyto otvory 25 tvoří vyfukovací prostředky 40 proudů. V dále uváděné tabulce odpovídají věnce Cl a C2 tomuto prvnímu typu. Obr. 5 a 5a znázorňují foukací věnec, mající trysky nebo přesněji dvojité trysky, jak je patrné z řezu na obr. 5a. Proud je zde tedy vyvíjen vyfukovacím prostředkem 40 ve formě trysky 26, napájené trubkou 27. Na rozdíl od výše uvedeného případu je přívod do každé skupiny dvou trysek oddělený. Věnce, označené jako C4 a C5 v následující tabulce, odpovídají tomuto typu.

Obr. 6 znázorňuje alternativní tvar provedení, odvozeného z obr. 4, kde proti každému otvoru je osazeno nátrubkové vyústění 28, tvořící vyfukovací prostředek 40 v daném provedení. Věnec, označený jako C3 v následující tabulce, odpovídá tomuto provedení. Charakteristické geometrické údaje zkoušených foukacích věnců jsou uvedeny v tabulce I.

Tabulka I

Typ	Počet otvorů (mm)	Rozteč otvorů (mm)	Průměr otvorů (mm)	Průměr věnce
Cl	280	7,43	1,5	686
C2	86	25	2,5	686
C3	86	25	2,5	686
C4	86	25	2,5	686
C5	43	50,1	3	686

Věnec Cl je standardní foukací věnec podle patentového spisu Spojených států amerických US-A-2 991 507. Věnec C2 se liší od věnce Cl pouze větší roztečí otvorů, částečně kompenzovanou zvětšením průměru otvorů. Věnec C3 je tvořen na základě věnce Cl až na to, že otvory jsou nahrazeny nátrubkovými vyústěními z nerezavějící oceli nebo jiného nemagnetického materiálu, přivařenými k foukacímu věnci a výhodně vedoucími proud alespoň po výšce kolem 10 mm, zatímco v případě prstencovité trubky opatřené otvory může být takové vedení vytvořeno nanejvýše po výšce odpovídající tloušťce stěny trubky. Dále je možné snadno vytvořit pomocí nátrubkových vyústění mírný sklon proudů, aby se jim dodal směr, který není rovnoběžný s osou odstředivky. Konečně jsou věnce C4 a C5 foukací věnce, které sestávají ze řady trysek se stejnými roztečemi.

Pokud nebude uvedeno jinak, všechny zkoušky byly prováděny s odstředivkou o průměru 600 mm s rozmístěním otvorů podle francouzského patentového spisu FR-A-1 182 917 a při provozních podmínkách, popsaných v evropském patentovém spisu EP-A-91 866, zejména pokud jde o použité skelné kompozice. Prstencový vytahovací hořák 9 vyvíjí proud plynu, jehož teplota u chlopní hořáku je přibližně 1430 °C až 1450 °C. Jemnost vláken je určena hodnotou jejich micronaire (indexu jemnosti vláken, F) na vzorku 5 g. Měření micronaire také uváděné jako „index jemnosti“ bere v úvahu měrný povrch na základě měření ztrát aerodynamického tlaku, když dané množství vláken, odebraných z rohože bez úpravy, se podrobí působení danému tlaku plynu, obecně vzduchu nebo dusíku. Toto měření je obvyklé v zařízeních na výrobu minerálních vláken a je normalizováno v normě DIN 53941 nebo ASTM D 1448 a používá tak zvaný „micronaire přístroj“.

Zkoušky podle vynálezu byly prováděny se strojem SHEFFIELD typu FAM 60 P. Tento stroj obsahuje vstup pro vzduch nebo dusík pod tlakem, ventil pro regulaci tohoto tlaku, průtokoměr a válcovou komoru se svislou osou se vstupem plynu u dna. Zvážená vlákna (nejčastěji 5 gramů ± 0,01 g) se zalisují do dna komoru kalibrovanou zátkou, která dovoluje únik plynů. Předběžná zkouška umožňuje nastavit rychlost vzduchu na danou hodnotu vždy stejnou před začátkem zkoušky vlákenné vycpávky. Měření micronaire nebo indexu jemnosti spočívá v záznamu čtení standardního průtokoměru, když jsou vlákna vložena do zařízení. Aby se pracovalo se stejným rozsahem ztrát tlaku, je nutné přizpůsobit množství zkoušených vláken tak, že se zmenší hmotnost, když se zmenšuje průměr. Je tedy nutné zmínit se o tom současně s vý sledkem měření průtoku. Čím jemnější jsou vlákna, tím větší je jejich schopnost vzdorovat proudu plynu (a ve vztahu s tím i izolační schopnost), a je tím větší, čím menší je micronaire.

Nejprve byly tyto zkoušky prováděny při výrobě těžkých výrobků, pro které je požadavek mechanické pevnosti alespoň stejně významný jako izolační schopnost. Byly provedeny zkoušky s dynamickým tlakem 32500 Pa v úrovni hořáku, pro rychlost odstředivky 1450 ot.min’¹, vyrábějící vlákna, mající micronaire 4 při vzorku 5 g. Objemová hmotnost výrobku je 84 kg.m^-3ajeho obsah pojívaje 6,8 %.

Tabulka II

Typ věnce	Průtok vzduchu (nT.h ’)	Průhyb (mm)	Síla ve vytržení (N.dm ²)
Cl	932	105	28
Cl	630	101	55
C2	823	107	40
C2	560	115	42
C3	750	105	67
C3	550	85	56
C4	750	105	55
C4	540	102	62
C5	520	120	50
C5	653	106	25

-8CZ 284308 B6

Tabulka II (pokračování)

Typ věnce	Stlačení (RPa) 25%	Způsobilost pro střih	Lambda při 24 °C	Rozložení (%)
Cl	32	špatná	32,5	75
Cl	29	dobrá	32,5	84
C2	32	dobrá	32,8	88
C2	33	dobrá	32,7	97
C3	36	dobrá	32,8	84
C3	37	dobrá	32,5	97
C4	30	dobrá	32,8	88
C4	29	špatná	32.7	97
C5	50	střední	32,9	65
C5	41	střední	32,8	59

V tabulce II značí „Průhyb“ průhyb 1,2 m dlouhé desky, podepřené pouze na koncových okrajích. Čím je hodnota menší, tím lépe se výrobek chová jako tuhá deska a jeho instalace je jednodušší. „Síla ve vytržení“ je síla, potřebná k vytržení kusu o ploše 1 dm² z desky. „Stlačení“ značí tlak, potřebný ke zmenšení tloušťky výrobku o 25 %. „Lambda značí tepelnou vodivost výrobku, měřenou ve W/m °C. „Rozložení“ značí procento měření, pro které měřená povrchová hmotnost byla rovná ± 10% střední povrchové hmotnosti, vdaném případě 2270 g.m² pro tloušťku 27 mm, přičemž každé měření bylo prováděno na podélném pásu výrobku, přičemž pro rekonstruování výrobku v jeho původní šířce bylo zapotřebí osm pásů.

Obr. 7 umožňuje jasněji znázornit tento zisk s ohledem na rozložení. Zde byl výrobek také rozřezán na osm podlouhlých pásů a byla měřena povrchová hmotnost každého pásu. Grafy kreslené čárkovanými čarami odpovídají výrobkům, získaným svěncem Cl. Grafy kreslené plnými čarami byly získány s věnci typu C3. Nepravidelnosti mezi jednotlivými pásy jsou menší s věncem podle vynálezu.

Z tabulky II plyne, že se ve všech případech použití věnců podle vynálezu, typu C2 až C4, dosahuje hodnot, které jsou přinejmenším rovné hodnotám, získaným se standardním věncem, značně lepší výsledky byly získány s věncem, který má nátrubková vyústění, typu C3, zejména s ohledem na „sílu ve vytržení“ a „průhyb“. Naopak, výsledky získané s věncem typu C5, kde proudy jsou oddělené dlouho po průchodu pod odstředivku, jsou špatné. Další významná vlastnost výrobků podle předloženého vynálezu je podstatné snížení počtu bílých skvrn, což ukazuje mnohem stejnoměrnější charakter zpracování. Ukazuje se tedy, že způsobem podle vynálezu se získá účinek vystřihování vlákenného prstence podél relativně krátkých chomáčů.

Ve druhé fázi byly tyto zkoušky provedeny pro lehký výrobek, získaný s dynamickým tlakem na úrovni hořáku rovným 45 500 Pa pro odstředivku, mající rychlost 1900 ot.min¹. Povrchová hmotnost je 880 g.m², hustota 11 kg.m“^J, micronaire F/5g je 3,0 a obsah fenolformaldehydového pojívaje 4,5 %. Tento typ výrobku se obecně vyskytuje na trhu ve svitcích a používá se pro tepelnou izolaci v krovech nebo svislých stěnách. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce III.

-9CZ 284308 B6

Tabulka III

Typ věnce	Průtok vzduchu (m³.h^l)	Pevnost v tahu (gs/g)	Obnova tloušťky (T/6)	Lambda	Rozložení (%)
Cl	480	250	139	45,8	94
C2	602	265	139	45,3	88
C2	334	266	138	45,1	81
C3	557	246	138	45,8	94
C3	317	260	138	45,2	91
C4		232	140	45,8	88
C5		228	131

V tabulce III značí „Pevnost v tahu“ pevnost v tahu zde vyjádřenou v jednotkách gramů síly na gram, to znamená sílu, potřebnou pro přetržení zkušebního pásku, sevřeného na jeho dvou koncích v čelistech. „Obnova tloušťky“ značí obnovení tloušťky výrobku, stlačeného činitelem 6, vyjádřené v procentech, kde hodnota 100 odpovídá jmenovité tloušťce výrobku, najeho efektivní tloušťce, což vysvětluje, že byly získány hodnoty větší než 100. Tepelná vodivost „Lambda“ a „Rozložení“ jsou vyjádřeny ve stejných jednotkách, jako v předešlém příkladu.

Hodnoty zde uvedené ukazují na velmi malý vliv foukacího věnce. Je však třeba uvést, že všechny tyto hodnoty jsou uspokojivé kromě případu foukacího věnce, kde proudy jsou při svém vzniku vzdáleny o 50 mm a tedy se spojují dále pod induktorem.

Výrobky podle vynálezu ukazují podstatné snížení počtu bílých skvrn. I když nejsou v případě lehkých výrobků výsledky jasně zlepšeny, ukazuje se příznivý jev. Je velmi výhodné, že výrobky byly získány změnou pouze malého počtu provozních parametrů ve srovnání s předchozím příkladem, avšak se zcela shodnou výrobní linkou. Všestrannost linky je tedy podstatně zvýšena v důsledku zlepšení, nalezeného v případě těžkých výrobků.

Nakonec je třeba znovu uvést, že foukací věnce podle vynálezu mohou byt podobně použity při velmi dobrých podmínkách, například při teplotě vytahovacího proudu plynu kolem 800 °C a při rychlosti vytahovacího proudu plynu kolem 50 m.s“', přičemž odstředivka je v tomto případě opatřena spíše menšími otvory než v předchozím příkladu za účelem kompenzování relativního snížení vytahování proudem plynu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů vnitřním odstřeďováním, spojeným s vytahováním plynem při vysoké teplotě, při kterém se zvlákňovaný materiál lije ve vytahovatelném stavu do odstředivky, otáčející se kolem v podstatě svislé osy a jejíž obvodová odstřeďovací plocha je perforována množinou otvorů, ze kterých je materiál vrhán ve formě primárních vláken, která se vytahují do ztenčených vláken a unáší se proudem plynů o vysoké teplotě a vysoké rychlosti, směrovaným podél obvodové odstřeďovací plochy napříč ke směru odstředivého vrhání vláken a obklopovaným a obvodově vymezovaným chladnou plynovou vrstvou, vyznačený tím, že chladná plynová vrstva je vytvořena po celé perforované výšce obvodové odstřeďovací plochy rozbíhavými jednotlivými proudy (16), které se spojují těsně pod nejnižší úrovní (18) výstupu primárních vláken z obvodové odstřeďovací plochy.

- 10CZ 284308 B6

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se proudy (16) spojují 20 mm pod nejnižší úrovní (18) výstupu primárních vláken z obvodové odstřeďovací plochy.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že výstupní rychlost proudů (16) je vyšší než 250 m/s.

4. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že proudy (16) se spojují ve výšce uložení prstencového indukčního prostředku pro indukční elektromagnetický ohřev, kterým je vyhřívána odstředivka.

5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že proudy (16) se vypouštějí s vodorovnou rychlostní složkou různou od nuly.

6. Zařízení pro výrobu vláken ze skla nebo jiných termoplastických materiálů pro provádění způsobu podle nejméně jednoho z nároků 1 až 5, obsahující odstředivku otočnou okolo v podstatě svislé osy, jejíž obvodová plocha je perforována množinou otvorů, prstencový vytahovací hořák a soustředný foukací věnec, vyznačené tím, že foukací věnec (15) obsahuje vyfukovací prostředky (40) jednotlivých rozbíhavých plynných proudů (16) se vzájemnou vzdáleností d = 2h.tga, kde (a) značí úhel rozbíhavosti proudů a (h) vzdálenost od jednonásobku do nanejvýše dvojnásobku a s výhodou nanejvýše jedenapůlnásobku výšky mezi úrovní výstupu vyfukovacích prostředků (40) plynných proudů a úrovní (18) nejnižší řady otvorů obvodové plochy pro výstup primárních vláken.

7. Zařízení podle nároku 6, v y z n a č e n é tím, že (h) je větší o 20 mm než výšková vzdálenost mezi úrovní výstupu vyfukovacích prostředků (40) plynných proudů (16) a úrovní (18) nejnižší řady otvorů obvodové plochy pro výstup primárních vláken.

8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačené tím, že foukací věnec (15) je tvořen trubicovým prstencem (24). opatřeným vyfukovacími prostředky (40) plynných proudů (16) ve formě výstupních otvorů (25).

9. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačené tím, že foukací věnec (15) je tvořen trubicovým prstencem, na kterém jsou upevněny vyfukovací prostředky (40) plynných proudů (16) ve formě nátrubkových vyústění (28).

10. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačené tím, že foukací věnec (15) je tvořen řadou vyfukovacích prostředků (40) plynných proudů (16) ve formě trysek (26).