Фильера для вытягивания стекловолокна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(50 С ОЗВ 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ . ОПИСНИК ГЗАТЕНТУ(72) Хироаки Соно, Тосно Нодзии Синзо Исикава (Япония)(54)(57) . 1, ФИЛЬЕРА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА р выполненная ввиде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверстиями, о т л и ч а ю щ а я с я . тем,что, с целью повышения производительности, на нижней поверхностипластины выполнены по крайней мередве .группы параллельных канавок,причем канавки одной группы пересекаются с канавками другой группыс образованием участков, в каждомиз которых выполнено одно отверстие.1062. Фильера по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что группы канавок пересекаются друг с другом под пряьам углом.3. Фильера по и. 1, о т л и-. ч а ю щ а я с я тем, что на нижней поверхности выполнены три группы канавок, пересекающиеся друг с другом под углом 60 ф, причем участки- треугольной формы.4,. Фильера по пп. 1-3, о т л ич а ющ а я с я тем, что канавки 1696выполнены с прямоугольным поперечным сечением.5. Фильера по пп. 1-3, о т -л и ч а ю щ а я с я тем, что канавки выполнены с треугольным попереч ным сечением. 6, фильера по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я.с я тем, что канавки выполнены с перевернутым 0-образным поперечным сечением.40 Изобретение относится к производству стеклянного волокна, а болееконкретно к усовершенствованию фильеры такого типа, которая имеет плоскую нижнюю поверхность.фильеры для втулок, предНазначенных для вытягивания стекловолокна,могут быть классифицированы в основном на два типа. 1 ерный тип - этофильеры с множеством отверстий, выходящих на плоскую нижнюю поверхность фильеры. Другой тип - этофильеры, имеющие отверстия с насадкой, т.е. каждое отверстие заканчивается направленным вниз насадком,выступающим от нижней поверхностифильеры,Первый тип фильеры выгоден тем,что он очень прост в изготовлении,но при его использовании ныработкастекловолокна на одну фильеру не может быть повышена сверх определенного предела, так как при увеличении плотности расположения обыкновенных отверстий выше определенного предела конусы расплавленногостекла, образованные у соседних отверстий на нижней поверхности филь-еры, стремятся слиться, затрудняявытягивание стекловолокна.Достоинством фильеры второго типа является то, что плотность .расположения отверстий может бытьувеличена, поскольку отверстия с .насадком предотнращают слияние расплавленного стекла, ныходящего из соседних отверстий, благодаря чемуможно избежать заливки нижней поверхности фильеры расплавленным стеклом. Однако и здесь существуетпредел увеличения плотности расположения отверстий,так как при увеличении плотности расположения отверстий выходящее из отверстия расплавленное стекло поднимается понаружной стенке насадка и соединяется с расплавленным стеклом, вытекающим иэ соседних отверстий.Для предотвращения этого явлениямежду рядами насадков размещаютохлаждаемые водой ребра или трубкидля циркуляции охлаждающей воды,чтобы охлаждать выходящее иэ отверстий расплавленное стекло, В результате шаг отверстий с насадком, т,е.межцентровое расстояние между со седними отверстиями, также ограничи вается, Например, шаг отверстий3,5-5 мм на участках без охлаждающих ребер и 5,5-10,0 мм на участках с охлаждающими ребрами, Следоватерно, известные фильеры с насадками имеют среднее число отверстий 400-800 и максимальное 2000..насадками янляется сложным, чтообусловливает их высокую стоимость.20 Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является фильерадля вытягивания стекловолокна, выполненная в виде пластины с плоскойнижней поверхностью со сквознымиотверстиями. Используемая при этомфильера обычно имеет толщину 1,010,0 мм и 2000-6000 отверстий сшагом 1,50-4,00 мм Г 17.З 0 Однако несмотря на то, что устройство обеспечивает высокую проиэводительность при получении стекловолокна диаметром более 1 мкм, при вытягивании часто случается разрыв 35 элементарных волокон, что обусловливает снижение производительности.Обычно разрын происходит вследствие наличия инородных веществ в расплавленном стекле (воздушные пузырьки, полоски или струи, нерасплавленные вещества, частицы огнеупорного материала и .т.п.). Это относится и к случаю, когдаиспользуют фильеры с отверстиями,снабженными насадками. При нытягнвании стекловолокна одного и тогоже диаметра из одинакового расплавастекла частота разрывоввыше прииспользовании фильер с тесно расположенными отверстиями, чем прииспользовании фильер с насадками.Первая причина состоит в том, чтовследствие разницы в температурныхусловиях расплавленного стекла и .вдлине отверстий даже при вытягива-,нии стекловолокна одного и того жедиаметра из одного и того же расплава .диаметр отверстий фильер с,тесно расположенными отверстиями,должен быть сделан, меньшим, чем уфильер с насадками (обычно первыйсоставляет 0,9-1,8 мм, что эквива-,лентно 1/2 - 7/10 последнего), Врезультате конусы расплавленногостекла при использовании фильерыс. тесно расположенными отверстиями меньше по размеру, чем при использовании фильеры с насадками,так что отношение площади поверхности к объему конуса расплавленногостекла больше при использованиифильеры с тесно расположенными отверстиями,.чем при использованиифильеры с насадками. Следовательно,вероятность выходящих на поверх".ность инородных веществ в конусахрасПлавленного стекла выше при использовании фильеры с тесно расположенными отверстиями, чем с насадками, Поскольку разрыв элементарных волокон приписывают влияниюинородных веществ, выходящих на поверхность конуса расплавленногостекла, а не тех, что находятсявнутри конуса, частота. разрывовэлементарных волокон выше при использовании фильеры с тесно расположенными отверстиями, чем при .использовании фильеры с насадками.Вторая причина состоит в том,что струи воздуха, направленные нанижнюю поверхность фильеры, могутобеспечить более эффективное охлаждение, чем охлаждающие ребрапредусмотренные на фильере с отверстиями, снабженными насадкомТоесть, когда струи охлаждающего воздуха обдувают конусы расплавленно=го стекла, ойи не только охлаждают.указанные конусы, но и удаляют газы, обволакивающие их, в результате чего может быть повышена эффективность охлаждения, В результате,поверхность конуса расплавленногостекла .может быть покрыта слоемстекла очень высокой вязкости, .так.что при вытягивании конуса расплавленного. стекла в волокно немногиевоздушные пузырьки, находящиеся вповерхностном слое, могут статьдефектами и волокно может легкорваться,Цель .изобретения - повышение производительности.Поставленная. цель достигаетсятем в фильере для вытягивания стекловолокна, выполненной в виде плас 5. тины с гладкой нижней .поверхностьюсо сквозными отверстиями, на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канав 0ки .одной группы пересекаются сканавками другой Группы с образо-ванием участков, в каждом из которых выполнЕно одно отверстие.Группы канавок пересекаются друг15 с другом под прямком угломНа нижней поверхности выполненытри группы канавок, пересекающиеся друг с другом под углом 60 , при-.чем участки треугольной формы.Канавки выполнены с прямоугольным поперечным сечением,КанавКи выполнены с треугольнымсечением.Канавки выполнены с перевернутымУ-образным поперечным сечением.На фиг. 1.показано устройство,содержащее фильеру для вытягиваниястекловолокна, продольный разрезФиг. 2 - Фильера, вид снизу;фиг. 3 - то же, в увеличенном масштабе фиг. 4 - разрез А-А на фиг.3,фиг. 5-7 - виды аналогичные фиг. 4,варианты изобретения.Расплавленноестекло 1 с высокой температурой, переплавленное иочищенное в форкамере,течет черезотверстие в огнеупоре 2 и,через сетку 3 во втулку 4. Через втулку 4 свысокой скоростью протекает ток низкого напряжения, нагревая втулку,40 благодаря чему поддерживается заданная температура расплавленногостекла. Температуру втулки 4 постоян-,но контролируют посредством подходящего датчика температуры (не по 45 казан) для обеспечения регулирования с обратной связью электричества, подводимого к втулке 4.Расплавлейное стекло течет черезмножество сквозных отверстий 5 в50 фильере б с плоской нижней поверхностью, которая установлена в нижней части втулки 4, в атмосферуи формируется в конусы у отверстийна нижней поверхности фильеры б.55 Вращающаяся бобина 7 обеспечиваетприложение к образованным конусамсил натяжения, в результате чегопроисходит вытягивание стеклянныхволокон, которые, пройдя по ролику8 для нанесения связующего вещества и по.собирающей колодке 9, образуют пучок 10, наматываемыйче-,рез нитераскладчик 11 на бобину 7,На фиг. 2 показан вид снизу (А-Ана фиг. 1) одного из вариантов30 40 60 фильеры б по изобретению. Фильераб сделана из платинового сплава такого, как платинородиевый сплавили платинозолотопалладиевый сплав,На нижней поверхности фильеры бвыполнено много продольных и поперечных параллельных канавок 12, окружающих отверстия 5, причем выход13 каждого отверстия 5 расположенв центре нижнего торца четырехгранной призмы (фиг. 3 и 4). На фиг, 4показаны канавки 12 прямоугольногосечения. В соответствии с другим,вариантом канавки могут иметь перевернутое И- или Ч-образное сечение(фиг, 5 или б),Фильера выгодна тем, что,дажегри очень малом шаге отверстий,который невозможен в традиционныхфильерах с плоской нижней поверхностью из-за того,что полученныйна выходе каждого отверстия конусрасплавленного стекла соединялсябы с соседним конусом и поэтому немог бы быть сформирован в стекловолокна, каждый конус не может распространяться через канавку 12, благодаря чему предотвращается соединение его с соседним конусом, В соответствии с настоящим изобретением,следовательно, плотность располо- .жения отверстий может быть увеличена до такай степени, как у известной фильеры с насадками, даже в случае отсутствия дутья охлаждающеговоздуха на фильеру. Кроме тога,фильера может быть получена оченьпростым способом: достаточнопрорезать канавки на плоской нижней поверхности фильеры. Это преимущество по сравнению с известными фильерами с насадками.Однако при наличии фильеры с тес-.но расположенными отверстиями, нельзя избежать того, что расплавленное стекло, выходящее из выхода 13каждого отверстия 5, перетекает поверх окружающей кромки 14 (см.фиг. 4) нижнего торца призмы в канавку 12, пройдя канавку 12, течетк соседним призмам и в результатезаливает нижнюю поверхность фильеры.Следовательно, для того чтобы удержать отдельные конусы расплавленного стекла, выходящего иэ всех отверстий, нужно также направлятьструи воэдуха на нижнюю поверхностьфильеры как и в известном устройстве.Ряд воздушных сопел 15 для выдувки струй воздуха на нижнюю поверхность фильеры б установлен на стойке 16, котораяслужит для регулировки их оптимального положения и угла установки. Объем воздушных струй,ударяющих в фильеру, может бытьзначительно уменьшен по сравнению с известной фильерой с густа расположенными отверстиями, не имеющей канавок на нижней поверхности.Для получения фильеры с тесно расположенными отверстиями, имеющей указанный шаг отверстий, требуемый результат получают от канавок 12, имеющих ширину 0,3-3,0 мм и глубину 0,4-4,0 мм. При ширине канавок менее 0,3 мм поверхностное натяжение расплавленного стекла преодолевает влияние, оказываемое канавками 12 для разделения отдельных конусов расплавленного стекла, Например, при разрыве одного из стеклянных волокон, вытягиваемых из отверстий, расплавленное стекло,выходящее из отверстия, соответствующего разорванному, волокну, немедленно разливается к окружающей кромке 14; обращаясь в капельку,которая сразу же входит в контакти соединяется с соседним конусомрасплавленного стекла. Когда ширина канавки превышает 3,0 мм, конусы расплавленного стекла могут удерживаться отдельно друг от друга даже без обдувки нижней поверхности фильеры струями воздуха,При глубине канавок менее 0,4 мм удовлетворительное разделение конусов расплавленного стекла может быть обеспечено, когда фильера относительно нова. Однако после длительного периода работы канавки 12 деформируются вследствие испарения сплава, составляющего фильеру, в результате чего требуемые результаты не могут быть получены, Когда глубина канавок превышает 4,0 мм, обработка таких глубоких канавок затруднена.При использовании известной фильеры с тесно расположенными отверстиями не имеющей канавок, с обдувкой нижней поверхности струями воздуха установлено, что.следует поддерживать динамическое давление воздушных струй в пределах 12-25 мм Н 20 при измерении на нижней поверхности фильеры и общий расход воздуха, например, 1,2- 2,5 м /мин для фильеры с 2000 от 3верстий. При этом устойчивое разделение конусов расплавленного стекла может быть сохранено благодаря сильному охлаждению воздухом, а также направленной вниз силе вытягивания, прилагаемой к каждому конусу расплавленного стекла. При отсутствии,силы вытягивания или уменьшении охлаждения может увеличиться смачивание фильеры из платинового сплава, расплавленным стеклом, в результате конус расплавленного стекла может осесть и распространиться к соседнему конусу, сливаясь с ним,причем такое слияние может. распрост+раняться дальше по фильере Следовательно, известную фильеру необходимо сильно охлаждать, чтобы температура поверхности конусов расплавленного стекла была относительнонизкой, а их вязкость весьма высокой. Кроме того, в результате сильного охлаждения конусы расплавленного стекла имеюг небольшой размер.При этих условиях, когда внутри конуса расплава вблизи его поверхности, которая имеет высокую вяз, кость, появятся мелкие пузырькивоздуха и/или струи они, неимеявыхода наружу, вызовут поверхностные дефекты, в результате конус.расплавленного стекла имеет тенденцию к легкому оседанию. Чем меньшедиаметр получаемого стекловолокна,тем больше увеличивается указаннаятенденция и тем чаще происходитразрыв элементарных волокон. Поэтим причинам невозможно вытягиватьтонкие стеклянные волокна диаметром менее 13 мкм через известнуюфильеру;В фильере по изобретению, вкоторой выход 13 каждого отверстияокружен канавками 12, тенденция конусов расплавленного стекла к слиянию,может быть уменьшена. Когда смачивание фильеры расплавленным стеклом увеличивается и расплавленноестекло распространяется по всейнижней торцовой поверхности каждойпризмы, оно не имеет достаточной поверхностной энергии для подъема повертикальной стенке канавки и слияния с расплавленным стеклом, разливающимся по нижней торцовой поверхности соседней призмы. По. этойпричине объем охлаждающего воздуха,необходимый для предотвращенияЬ.слияния, может быть значительноуменьшен по сравнению с известной.фильерой без канавок. Более того,даже когда пропадает сила вытягивания, приложенная к каждому кону-су конусы расплавленного стекламожно удерживать отделенными другот друга с меньшим количеством охлаждающего воздуха.С целью сравнения проводят. эксперименты с фильерой по изобретению,имеющей 2000 отверстий, разделенных канавками, при давлении воздушных струй в диапазоне 5-15 ммН 20. Расход в пределах 0,6-,1,4 мэ/мин достаточен для удовлетворительного проведения вытягивания .стекловолокна. При использовании известной фильеры расход доЛжен составлять 1,2-2,5 мз/мин стем,чтобы создать динамическоедавление 12-25 мм Н О и у нижней2поверхности фильеры. Таким образомв соответствии с изобретением объем воздуха, необходимого для охлаждения фильеры, может быть уменьшен, температура поверхности конусов расплавленного стекла будет относительно высокой и поверхностная вязкость относительно низкой.В результате воздушные пузырьки и/или струи могут быть .как следует удалены с поверхности, конус расплавленного стекла будет иметь, глад 10 кую поверхность и частота разрывов элементарных волокон может быть заметно уменьшена. Например, при вытягивании элементарных стеклянных волокон диаметром 13-10 мкм через известную фильеру разрывы элементарных волокон происходили часто и, следовательно, производительность была очень низкой. При использовании Фильеры по изобретению частота разрывов элементарных волокон упала до минимумаКроме того, элементарные стеклянные волокна могут быть вытянуты до диаметра 7-5 мкм в отчи от звеной фильеры.фильеры по изобретению выгодны тем, что в начале операции вытягивания стекловолокна или в случае разрыва всех вытягиваемых волоконоперация разделения расплавленностекла на отдельные конусы можетбыть значительно облегчена. Раздление расплавленного стекла, выхдящего из отдельных отверстий,осуществляют в несколько этапов.Регулируют температуру расплавленного стекла во втулке так, чтбы она стала на 20-60 ОС ниже темп струями воздуха. При этом в локальной зоне фильеры, где сосредоточены воздушные струи, начинается раз 50 деление расплавленного стекла на отдельные волокна.Когда произойдет разделение.расплавленного стекла, объем струй воздуха постепенно увеличивают с одновременным увеличением температуры 55 расплавленного стекла внутри втулки.Направляют сильную воздушную струю, выходящую из воздушной пики, на ту часть расплавленного стекла, которая все еще остается слившей ся в локальной зоне нижней поверхности фильеры, в результате чего 60 разделение з аканчива ется. го е- оо ературы расплавленного стекла, поддерживаемой во время нормальной операции вытягивания. Цель этого этапа - уменьшение степени смачивания между расплавленным стеклом и фильеройВязкую массу расплывшегося по 45 нижней поверхности фильеры расплавленного стекла захватывают клещами и тянут вниз при одновременной обдувке нижней поверхности фильерыШаг отверстий,2,30 2,00 Ширина канавок, мм 0,70 Глубина канавок, мм 0,50 Скорость вытягивания, г/мин 900 900 Число разрИвовволокон, раэ/день, диаметром, мкм 4,9 4,5 6,36,524 10 23 17 13 Время разделения при полностью залитой расплавом фильере,мин 1.,5 4,5 Число втулок наоператора 10 Расход охлаждающего воздуха,м 3/мин 2,0 30П р и м е р 2 С использованиемфильер, имеющих каждая по 2000 отверстий, вытягивают относительнотоюкие стеклянные волокна.35 П р и м е р 3. С использованием фильер, имеющих каждая по 1600отверстий, вытягивают более тонкие1 волокна. Прототип Изобре- тение Диаметр отверстий, мм 1,15 1,15 Толщина фильеры,2,00 2,00 Шаг отверстий,2,30 2,30 Ширина канавок,мм 0,80 Глубина канавок,мм О,50 Скорость вытягивания, г/мин 750 750 Число разрывов волокон, раз/день диаметром, мкм13 9,2 25 150 Ф 1,20Диаметр отверс:нй, ммТолщина фильерн, мм 1,20 10 13,1 Время разделения65 при полностью эа 2,00 2,00 Во время этих этапов невозможноподдержание равномерной эпюры распределения температур по фильере из-затого, что протекающий через втулку электрический ток меняется и полу-.чается разница в изменении температуры между несколькими локальнымизонами фильеры, и температура в тойзоне фильеры, где .расплавленноестекло, выходящее из отверстий, разделено на волокна, отличается от 0температуры в другой зоне, в которойрасплавленное стекло, выходящее изотверстий, все еще остается слившимся. Такая неравномерная эпюра распределения температур затрудняет разделение расплавленного стекла, потому что расплавленное стекло, выходящее из отверстий с высокой температурой, стремится к слиянию, а расп,лавленное стекловыходящее из отверстий, имеющих низкую температуру,имеет тенденцию затвердевать, приводя к закупориванию отверстий,Таким образом, известная фильератребует много времени и труда наоперацию разделения расплавленногостекла, Поэтому необходимо постоянно контролировать процесс формирования стеклянных волокон во времяоперации вытягивания с тем, чтобыбыстро обнаружить разрыв одного иэстеклянных волокон, пРежде чем произойдет разрйв всех волокон,это облегчит операцию разделения.Поэтому число втулок, обслуживаемыходним оператором, ограничивают тремя,в случае, если фильера каждой"втулки имеет 2000 отверстий.Однако при использовании фильеры,имеющей отверстия, отделенные другот друга продольными и поперечнымиканавками в соответствии с изобретением, нет нужды изменять температуру втулки и объем воздуха, выдуваемого на нижнюю поверхность фильеры, вовремя операции разделения расплавленного стекла,и, кроме того, разделение может происходить пО всейнижней поверхности одновременно.В результате разделение может бытьосуществлено просто и за очень короткое время, так что контроль разрыва волокон может быть исключен ичисло операторов может быть уменьшено,П р и м е р 1. С использованием 55фильер, имеющих каждая по 2000 отверстий, вытягивают стеклянные во,локна сравнительно больших диаметров. Прототип Изобретение 60литой расплавомффильере, мин Число втулок наоператора 10 Расход охлаждающего воздуха, мф/мин 1,7 1,0 ИзобретениеПрототип Диаметр отверстий, мм 1,10 Толщина фильеры, мм 3,40 Шаг отверстий, мм 2,20 Ширина канавок, мм 0,90 1,50 2,50 1,50 Вытягиваниеневозмож-но 400 .200 10 7,8 Время разделения при полнос- Раэделетью залитой ние не расплавом возможфильере, мии но 4 5 Число втулок на оператора 10 Расход охлаждающего воздуха,м з/мин 0,7 0,5 При использовании известных фи-льер беэ канавок, когда скорость Глубина канавок, мм,Скорость вытягивания, г/мин Число разрывов волокон в день диаметром, мкм7 1,10 1,05 3,40 5,60 2,20 2,90 вытягивания уменьшают, соответственно уменьшается количество тепла,переносимого на нижнюю сторону Фильеры, расплавленным стеклом, вытягиваемым через отверстия фияьеры, так 5 что даже когдарасход охлаждающеговоздуха остается неизменным, фильера переохлаждается до такой:степени,что расплавленное стекло затвердевает на фильере, закупоривая ее от верстия, Но при уменьшении расходане происходит разделения слившегосярасплавленного стекла на волокна,Таким образом, когда скорость вытягивания падает ниже определенного 15 предела, разделение становится невозможным Разделение невозможно,если скорость вытягивания на одноотверстие меньше 0,2 г/мии. Но прииспользовании фильеры с канавками 2 О по изобретению даже при низкой скорости вытягивания и при низком расходе охлаждающего воздуха расплавленное стекло в канавках может вы"".ходить из канавок на участок нижнейповерхности, окружающий выход каждого отверстия, так что разделениерасплавленного стекла может бытьосуществлено. 30 При использовании изобретенияв плоских фильерах, каждая из которых имеет большое количество густорасположенных отверстий и на которую направлены струи охлаждающего 35 воздуха, разделение и вытягиваниестановится возможными даже при такой низкой скорости вытягивания,при которой разделение и вытягивание с йспользованием известных 40 фильер невОзможны. Кроме того, время, необходимое для разделения расплавленного стекла,.может быть значительно уменьшено. В случае вытягивания более тонких стеклянныхволокон частота рызрывов: элементарных волокон может быть уменьшенадо минимума. Кроме того, достигается экономия труда и уменьшение рас"хода охлаждающего воздуха.1061696ВНИИПИ Заказ 11371 Тираж 486 Подписное Фийиал ППП "Патентф, г. ужгород ул.Проектная 4: