Способ получения штапельных волокон и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (1 РЕТЕНИЯ САН У ЕП АВТОРСКО нныи инс гнт птаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ 14 ОТНРЫТИ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТАПНЪХ ВОЛОКОН И УСТРОЙСТВОЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к областиизводства стеклянных волокон, конкк технологии и оборудованию по понию штапельных волокон из алюмосилных расплавов. Изобретение напра 23512 А 1 па улуцшение кзцествз готовой продукции. Устройство для получения штапельных волокон содержит сферическую поверхность 1, переходящую в поверхность 2 усеченного конуса с углом раскрытия 150 160"С, торы 3, состыкованные с трубопроводзчи 4 подвода энергоносителя в узел рззд) вз и с ко,1 ьцевыми плзстипамп 5, прицем нз наружной поверхности торов выполнены щели с направляюгцими лопат- качи 6, кроме этого поверхности 1 и 2 охлаждаются хладагеи через систему охлаждения 7 и приводятся в движение цептробекным распылителем с помощью привода. Из плавильной печи расплав под действием сил тяжести в виде струи 1 О подают на вращающуюся охлаждаемую сферическмю поверхность 1. Пленку расплава формуют нри скорости охлаждения 50- - 100 К/с.2 с.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к производству стеклянных волокон, конкрето к техноло.ии и ооорудованию по получению штапс, ьн ьВО.ОКОИ из дг 10)10 с из и кати ы х расплд нов.Целью изобретения являсся улучшение качества гоговой продукции.Нд фиг.показано устройство;л 51 осуществления способа, обпий Вид; на фиг. 2узел распыления и узел раздува, продольный разрез.Устройство лля получения ппапельных волокон содержит сферическук) юверхнссть 1, переходящую в поверхность 2 усеченного конуса, торы 3, состыкованные с трубопрс)водами 4 подвода энергоносителя в узел рВлхв и с кольцевыми пластинами 5, прицсм на наружной поверхности торов имеются щели, содсрждп;ие направляюпие лопатки 6, кроме того, поверхностии 2 охлаждактя хлалагснтом через систему охлаждения и приводятся в двикение пентробсжным рдспыгРтеле) 8 с помощью привода 9. Уссрйс) во работает следуюпим обрд- ЗОМ.Вкгпс) Р 0) привод 9 ентробсжноО рдспыитсля 8. ИО ают В систсх 7дения возду.х, в трубопроводы - энергоноситель под высоким давлением (перегретый пдр 6-8 ати, скаый воздух 8-10 ати). 1 срсз 5-8 мин устройство готово к эксплуд. тдпии.Из плавильной псци расплав пол действием сил 15 жести В Видс стру 10 полдк)т пд ранающуюся охлаждаемую сферическмО повсрх ность 1. ПОд дсйсВисм цетробсжных сил расплав равномерно покрывает поверхность 1 в зоне перехода ее в поверхность 2 усеценного конуса и поступаст на поверхность 2 в виде пленки. ВытягивеИие расплава в тонкую пленку на поверхноси 2 происходит за счет ускоренкго данкения расплава на ней за счет поперечного рдс- ТЯГИ В 1 НИ Я СИДЫИ ССПЗЕНИ 51 С ОХЛДЖЛДЕ- мой поверхностьк, возникак)шими во время смдчивания расплавом последней. Гролвиаясь от мсньпего основания поверхности 2 к большему, пленки расплава уменьшают свою толпину ло критического значения, при котором происходит нарушение сплошности и далее по конической поверхности расплав движется в виде множества струек; ширина которых минимальная у больпего основания поверхности 2. 11 ол действием центробежных сил расплав покидает поверхность 2 и находится во взвешенном состоянии, причем масса расплава, находяпсгося за пределами поверхности 2, непрерывно возрастает и принимает форму капли. Как только масса капли достигает такой величины, цто центробежные сиы, действу 0 пие не нес, становятся больше сил поверхностного натяжения, она отрывается и поступает в зону действия эжектируемого окружаю 50 55 же возмущениями в расплавах с малои вязкостью.Уменьшение скорости охлаждения расплава на стадии его распыления менее 50 К/с приводит к нарушению стабильности образования равновеликих капель расплава, а при высокоэффективном процессе переработки расплава в волокно появляются капельки расплава, из которых образуются неволокнистыс включения диаметром больпе 0,5 мм. щего воздуха, который вволит ее в зону действия высокоскоростного потока энергоносителя, где завершается процесс формования из нее волокна. При этом направляющие лопатки закручивают поток энергоносителя таким образом, что вектор скорости входящей в этот поток капли расплава практически совпадает с направлением потока энергоносителя.Комбинирование центробежного распы лепия с высокоскоростным раздувом припереработке расплава в волокно позволяет резко улучшить качество получаемого волокнистого материала. При этом достигаются заданные геометрические параметры волоконих ллина и лиаметр. Центробежное распыление юзволяет обеспечить высокоэффективный процесс распыления расплава на капли, имеющие практически одинаковые обьемы. Получаемые таким образом равновеликие капли поступают в зону высокоскоростного раздува энергоносителем, где завершается процесс формования из них волокон. Гаким образом, достигается единый режим формования лля всех волокон, т.е.все волокна формуются при одном и том же температурном режиме (заданном) и при оптимальной скорости деформации. Это позволяет получать супертонкие длинные алюмосиликатные волокна заданных параметров, так как выбираются температурные режимы и скорости деформации для одного конкретного объема расплава, а не лля какого-то усредненного обьсма расплава. Например, при поступлении расплава малой вязкости в высокоскоростной поток энергои)ситсля формуются волокна малого лиаметра и длины, а содержание неволокнис.тых включений составляет значительную долю в общей массе волокнистого материала. Для улучшения процесса формования волокон начальная вязкость расплава при поступлении в высокоскоростной поток энергоносителя должна быть порядка 1000 П.40 С этой целью предварительно охлажлаютрасплав со скоростью 50 - 100 К/с при его распылении. Это позволяет организовать получение капель расплава с вязкостью, близкой к оптимальной, кроме того процесс распыления струи расплава становится устойчивым, так как возмущения, которые возникают на наружной поверхности расплава оси взаимодействия его с окружающей средой при центробежном распылении, затухают во много раз быстрей по сравнению с такими3Увеличение скорости охлаждения расплава на стадии распыления свыше00 Кс приводит к формованию толстых коротких волокон, з также к образованию цеволокнистых включений каплевидцой формы.Выполнение охлаждаемой поверхности сферической, переходящей в поверхность усеченного конуса с углом раскрытия я=150 - 160, вызвано условием оптимального охлаждения при распылении вертикально истекающей струи расплава на равновеликие объемы. В этом случае струя расплава поступает в центр ее сферической поверхности, под действием центробежных сил растекается по ней и перемешается к границе )ереходз сферической . поверхности в коническую поверхность. Г 1 лецка расплава сходит с границы по всей ее окружности и поступает на коническую поверхность; где происходит образование поверхностных струй расплава, которые двигаются к большему основанию поверхности 2, где выполняется условие равновесия поверхностных и массовых сил, которое соответствует началу отрыва капли от основной поверхности струи. В начальный момент отрыва капли ее скорость мень)це средней скорости движения струи на большем основании поверхности 2. В это время происходит втекание части расплава в каплю. В дальнейшем капля возрастает и отрывается от охлаждаемой поверхности. На указанной охлаждаемой поверхности при образовании струи достигается более высокая однородность дисперсного состава капель, чем если бы охг)аждаемая поверхность была выполнена или только конической или только сферической. Кроме того, охлаждаемая поверхность позволяет увеличить расход расплава в струе и монодисперсность капель.Уменьшение угла раскрытия конической поверхности менее 150 приводит к нарушению устойчивости образования на этой поверхности из пленки расплава поверхностных струй, обеспечивающих образование капель однородного дисперсного состава. Этого можно избежать с помощью увеличения энергозатрат, обеспечивающих нормальную работу охлаждаемой поверхности с увеличенной частотой вращения. Но в этом случае нарушается сплошность пленки расплава на границе сферической и конической поверхностей, что ведет к хаотическому образованию капель из расплава на границе сферической поверхности. А это способствует образованию неволокнистых включений. Увеличение угла более 160 це позволяет увеличить расход расплава в струе при обеспечении монодисперсности формирующихся капель, так как капли расплава срываются не с большего основания поверхности 2, а ца всем пути движения расплава по поверхности 2 от ее меньшего основания до большего, Получаемые при этом капли имеют разные объемы, разную темпе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рзтурч. В цОТОке эерОвосте;5 з них формхк)тся рззлцчцыс цо дцзчтру и длине волокна, и также ц рзз)цн формы цеволокцистые вкг)0 )ец)5.Выполнение маг рззду)гз в цц.)е,ц х торов, имеющих )з наружной ц)верхи)с)ц 0, Ь, В В ДЕ 00,)с С3)З В,5 К)ИМ Ло 1 . кзмирзспо,0 жец)0 то)Оц 0 мметрцц)о плоскости оольшсго основания конической охлаждземой поверхности )юзволяет Организовать стопроцентный захват капель раси;)авз эжектирх ем ым потоком Окру жз ющсго воздуха ц подачу цх в высокоскоростной поток энергоносителя, исключив при этом нзлипаце капель р;)с,)зва на внутренней )овсрхцост) торов. Варьируя расстоянием расположения торов относительно плоскости симчетриц определяют оптимальный режим пе 1 тераб)Тк) капель расплава в волоки в зависимости от фракции капель, ц,ученцых при распылении.Выполнение щели в виде сопла с цзцравляюц)цми лоцзткзчц позволяет офорт)ирое)с)ть поток э)ергоцосйте,)я, и 11)ц,00 которого совпадает с вектором скорл ц капли, входящей в этот юток. Это позволяет искл)очить козгуляпи)о капель расплава во время начала форт)овация из ц)х волокон и тем самым исклк)чцть цеволокццл ые вкг)кися, которые образуются при эОх явлении.Введение камеры вог)окнообр)зоц)п)5, образованцой двумя кольпевычи )лзл инками, позволяет использовать эцергцк) энергоносителя прц формоваццц длинных и тонких волокон ц исключить возможность возник)ювения локальных возму)пений потока, которые отрицательно влияют цз процесс формования д.)цццых волокон.При.ер. Получение алюмоснлцкатцых волокон А 10 50 о,) и 80 50 о 1Поверхности 1 ц 2 изготавливают цз силипированного графита. Диаметр меньшего основания конической поверхности равен 60 мм, а диаметр большего основания 90 мч. Радиус кривизны сферической поверхности 75 мм. Угол раскрытия конической поверхности сс=156". Диаметр внутренней поверхности торов 110 мм. В качестве энергоносителя использовался перегретый пар с давлением 8 ати на входе в трубопроводы 4. Кольцевые сопла с направляющими лопатками обеспечивали скорость потока на выходе из сопла 850 х)/с. Струя расплава с расходом 540 кгч поступала нз поверхность 1 при 2000- в 19 С.Г 1 олученные таким образом волокна имеют длину 150160 мм при диаметре волокон 1 - 1,2 мкм. Неволокнистые включения в получаемом волокнистом материале составили 0,6 о 4.Таким образом, цри использовании изобретения можно высокоэффективцо перерабатывать 540 кг/ алюмосиликатного расплава в волокна длиною 150 - 60 мм ц дца1423512 Формула изобретения Составитель Н. ИльиныхРеда кто р Т. Л а зоре нк о Техред И. Верес Корректор О. КравцоваЗаказ 460026 Тираж 425 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4(5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 метром 1 - 1,2 мкм при практическом отсутствии неволокнистых включений, тогда как при таком же расходе алюмосиликатного расплава по прототипу получают волокна длиной 100 - 150 мм и диаметром в 1,2 мкм, но при этом содержание неволокнистых включений составляет около 18 о. 1. Способ получения штапельных воло коп путем плавления шихты, подачи расплава в виде струи на вращающуюся охлаждаемую поверхность, формования тонкой пленки расплава и раздува его высоко. скоростным потоком энергоносителя, отла. чающийся тем, что, с целью улучшения качества готовой продукции, пленку расплава формуют при скорости охлаждения 50 -00 К/с. 2. Устройство для получения штапельных волокон, включающее охлаждаемую вращакгшуюся поверхность, узел раздува, привод вращения, систему охлаждения и систему подачи энергоносителя в рабочую зону, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества готовой продукции, охлаждаемая вращающаяся поверхность выполнена сферической, переходящей в поверхность усеченного конуса с углом раскрытия 150 - 160, узел раздува - в виде двух расположенных симметрично плоскости большего основания конуса торов и содержит камеру формования волокон, при этом каждый тор выполнен с щелью в виде сопла на наружной поверхности и с направляющими лопатками, а камера формования волокон образована двумя кольцевыми пластинами, которые состыкованы с наружными по отношению к плоскости симметрии стенками сопл.