Способ получения штапельных волокон и устройство для его осуществления

(7 Способ включаплава: формование дув расплаваэнергоносителем, и стью 3000-5000 м/ ния нижнего тор воздействие на ниж дикулярно ее оси к е относит ных волок легкой, других о ные штаи ретения окон. ласти положет быть ской про, произвоволокна, я улучшеИзобретени учения штапель использовайо мышленности и дящих минералЦелью изоб ние качества во ся коб он им химич раслях ельные являет ет: приго из расплвысокоеремещае с, с возмож ца струиний торец огерентны товление расава струи; разскоростным мым со скороностью огибапо радиусу; струи перпенм лучом, одноОСУДЯРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Научно-исследовательская лабораториябазальтовых волокон Института проблемматериаловедения АН УССР2) В.И.Трефилов, В.П,Сергеев, Н.С.Гаврилюк, О.В.Тутаков, Ю.Р,Чувашов, В.И,Божко,О,А.Волынец, Э.А.Шусть, В,Н,Евгеньев иМ.Н.Калин(73) Научно-исследовательская лабораториябазальтовых волокон Института проблемматериаловедения АН Украины. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТАПЕЛЬНЫХВОЛОКОН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 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 воздействуютоднонаправленным с потоком энергоносителя когерентным лучом мощностью 5 10 - 9 10 Вт/см 2. Устройстводля 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 Я зоне горловины со стороны ее вогнутой части. Наружная стенка конфузора выполнена ЬЧ 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. фвюй лы, 1 ил., 1 табл,Дбднаправленным с потоком знерг 2 оносителя мощностью 5 105 - 9 105 Вт/см .В процессе проведения экспериментов по реализации способа изготовления штапельных волокон использовалось промыш ленная лазерная установка типа ЛНТсо следующими параметрами; длина волны А,06 мкм, режим излучения - непрерывный, выходная мощность Р 10-80) Вт, В результате использования лазерного 10 излучения для образования штапельных волокон иэ струи расплава было установлено заметное улучшение качества волокон, начиная с плотности мощности Р = 5 10 Вт/см, процент неволокнистых включений, 15 заметно уменьшался, длина волокон увеличивалась, диаметр уменьшался, разброс волокон по диаметру сокращался, При этом наблюдалось увеличение прочностных характеристик волокон на 15-20%. Кроме того, за счет увеличения скорости движения энергоносителя, процесс волокнообразования интенсифицировался, что позволило увеличить производительность процесса волокнообразования. Однако, основной 25 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 30 расплава диаметром 3 мм и выше, в то время : как традиционно вытягивают первичные волокна диаметром 120-200 мкм.Результаты приведенных исследований волокнообразования с использованием ла зерной установки ЛНТприведены в таблице.Иэ приведенных в таблице результатов видно, что используя лазерный луч в процессеволокнообразования для получения 40 штапельных волокон, достигнут равномерный подогрев торца расплава струи. Однако, при мощности излучения 4 105 Вт/см и давлении сжатого воздуха 2 кг/см диаметр образованных волокон превышал зна чения, определенные стандартом (3-6 мкм), Увеличение же плотности мощности иэлучениядо 10 10 Вт/см идавления воздухадо 7 кг/см не позволило уменьшить диаметр волокон и процент неволокнистых включе ний, Поэтому, оптимальной плотностью мощности излучения принимает Р = 5 10 -59 10 Вт/см 2, а давление сжатого воздуха -4-6 атм.Получаемые согласно способу штапель ные волокна могут быть использованы как высокоэффективный тепло- и звукоизоляционный материал, Кроме того, он может быть использовав как наполнитель пластмасс. Поскольку температура в месте нагрева материала лазерным лучом может быть повышена вплоть до 10000 С, этим способомможно получать штапельные волокна сверхвысокотемпературных материалов, например, каолиновые волокна и др,Устройство для осуществления способапоказано на чертеже. Оно включает полыйкорпус 1 переменного сечения, изогнутыйпо радиусу. состоящий иэ конфузора 2, переходящий к торцу в сопло для подачи энергоносителя 3. К конфузору в его зауженнойчасти примыкает горловина 4, снабженнаяворонкой приема струи расплава 5, К горловине примыкаетдиффузор 6, торец которогоявляется соплом для отвода продуктов раздува 7. Наружная стенка конфузора снабже-,на сквозным отверстием, расположеннымпараллельно 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 сопла для подачи энергойасителя 3, Поскольку конфузор 2 суживается кгорловине 4, скорость энергоносителя резко возрастает к горловине 4.Так как полость горловины 4 выполненаизогнутой по радиусу, то области с меньшими радиусом закругления испытываютменьшие значения центробежной силы,вследствие чего. энергоноситель создает повышенные давление и скорость на поверхности с большим радиусом закругления, Врезультате, в местах расположения воронкидля приема струи расплава 5 в горловинесоздается разрежение. Это позволяет подаваемой струе расплава свободно проницатьв 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" иобеспечивает образование штапельных волокон, Они вытягиваются потоками энергоносителя в направлении действиякогерентного 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 уголд= 180 - а, гдеа 15-30 и включает расширенную часть (конфузор), зауженнуючасть (горловину) и расширяемую часть(диффузор), плавно переходящие одна вдругую, поступающий в приемное сопло дляподачи энергоносителя сжатый воздух огибает закругленную поверхность горловины.Длина получаемых волокон,мм Выходная мощность установки,Диаметр пятна лаПлотностьМОЩНОСТИ,Вт/см Давлениеэнергоносителя,кг/см Диаметр полученных воло- включенийкон,мкм зерного из 2 3 4 5 6 7 Вт л чения,мм 1,0-2 1,5-3 2,5-6 40 40 50 80 100 100 0,1 4,2 410 4 10 5 105 9 10 10 10 10 10 7-12 0,1 3,7 0,1 1,7 3-8 3-6 0,1 1,4 1,81,85 4-12 0,1 2,5-6 2,0-5 4-16 0,1 За счет возникающей центробежной силы потоки энергоносителя отбрасываются к периферии, что позволяет расплаву, проходящему через воронку внутрь полости корпуса, образовать "луковицу", В горлови не полости корпуса за счет сужения сечения прохода скорость энергоносителя резко возрастает, достигая 3000-500 м/с, что способствует повышению эффективности волокнообразования. Снабжение наружной 10 стенки конфузора сквозным отверстием, через которое подается когерентнцй луч, падающий на "луковицу" расплава, вызывает его дополнительный обогрев, в результатечего образуется штапельные волокна 15уменьшенного диаметра, достигающие значения менее 1 мкм.Поскольку когерентный луч, направленный на "луковицу" уходит через диффузор 20 наружу, он обеспечивает обогрев вытягиваемых энергоносителем волокон на сравнительно большом участке. что способствует получению длинноволокнистых штапельных волокон. Учитывая то, что энергия коге рентного луча постоянно подаваемая, то процесс волокнообразования является стабильным (т.е. отсутствует пульсация), получаемые волокна отличаются малым разбросом по диаметру, что также улучшает 30 качество волокна,формула изобретения 1, Способ получения штапельных волокон путем приготовления расплава, формования из расплава струи, раздува ее высокоскоростным энергоносителем, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества волокон, скорость подачи высокоскоростного энергоносителя составляет 3000-5000 м/с, а на нижний торец струи расплава перпендикулярно ее оси воздействуют однонаправленным с потоком энергоносителя ког 5 ерентным лучом мощностью 510 - 9 10 Вт/см.2.Устройстводля получения, штапельных юлокон, 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 е с я тем, что, с целью улучшения качества волокон, полый корпус выполнен ввиде трубы переменного сечения, состоящий из конфузора. горловины и диффузора и изогнутый в зоне горловинц по радиусу на угол ф= 180 -а, гдеа = 15 - 30, 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 касательной к выходу отверстия воронки приема расплава, и ось его расположена ниже места расположения отверстия воронки на величину радиуса сквозного отверстия.1813073 актор вринц орр Т. СС зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аказ 1589 ВНИИПИ Го Составитель Н.ИльиныТехред М.Моргентал Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5