用内离心方式生产纤维的方法与设备及在拉制某些玻璃纤维方面的应用技术

本发明专利技术涉及和内离心法对诸如玄武岩之类的高熔点玻璃拉制纤维的技术。按照本发明专利技术，在保护离心机周边带的内壁与外壁之间温度梯度时进行拉制纤维。本发明专利技术还有一个内容是拉制纤维的设备，其周边带是以在１０００℃热导率低于２０Ｗｍ＋［－１］Ｃ＋［－１］的材料制作的。应用于玻璃拉制纤维，其加工范围宽度低于１００℃。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for producing fibers by centrifugal method and application in drawing certain glass fibers

The present invention relates to the technique of internal centrifugal process for a high melting point glass drawn fiber such as basalt. In accordance with the present invention, a drawing fiber is obtained when the temperature gradient between the inner wall and the outer wall of the centrifuge belt is protected. The invention also has an apparatus for drawing fibers, which is made of a material having a thermal conductivity of less than 20Wm + [1] C + [1] at a temperature of 1000 DEG C. Applied to glass drawn fiber, its processing range is less than 100 degrees.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及例如由玻璃或玄武岩之类的高熔点热塑性材料生产纤维的工艺方法，更具体地说，本专利技术涉及对所谓内离心拉制纤维法的改进，在这些方法中都是将熔融态物料注入到周围有很多孔又高速旋转的离心机中，物料穿过这些孔成丝状流出，然后利用沿平行于离心机旋转轴方向喷出的聚集气流把丝吹断也可能使丝受到了拉伸。本专利技术还涉及把所述方法应用到拉制相当硬玻璃的纤维，对这些玻璃来说对应适合拉制粒度的温度更接近其反玻璃化的温度。除了几种利用单纯空气动力学拉制纤维技术的生产设备外，生产矿棉主要使用离心法。在本世纪初研制的首批技术是将熔融的物料注入到高速旋转的构件上，此熔融物料从旋转的构件上被甩出，并且部分转化成纤维。乃称之为外离心法的这些拉制纤维技术可以使用各种类型的物料，尤其可以使用诸如玄武岩玻璃之类的特别高熔点的物料，因为旋转构件可用内循环水冷却，或者用不钻孔的耐热材料作成。另外，拉制几乎是瞬时的，这就能够使用在接近拉制温度时具有很高反玻璃化速度的物料。此外，熔融玻璃的调剂可以不必特别进行，换句话说，这种方法容许未经精炼的熔融甚至在必要时还带有几种不熔物。然而应该很好地考虑到这种任意性是以损害纤维质量为代价的，并且不能按所希望的那样大量使用它。另外，落到其离心机上的多余熔料影响拉制条件，以致两根相邻的细丝受到的处理可能变化很大，这当然从各种各样纤维成品的外观方面就可发现。另外一个缺点是外离心法总是导致非纤维产率很高，这降低了产品的绝热与隔声质量，并且迫使(对于一定的绝热与隔声来说)生产更致密的产品，因为这些产品有很大一部分对绝热及隔声无益的微粒。其次，这些非纤维还造成纤维手感粗糙、干巴巴的。由此可见，今天除对于熔点很高，称之为硬玻璃的玻璃组合物外，这种外离心技术不再应用，所述硬玻璃的纤维拉制范围是特别窄的。对于比较“贵重”与比较软的玻璃，人们一贯地应用上面提到的内离心法纤维拉制技术，这种技术能较好地导致几乎没有非纤维化的较长纤维，由于其纤维较絮，以及所生产的纤维直径较准确，所以最后的产品有较大的弹性。然而，要实施该内离心法，其玻璃具有适当的流体性能是非常必要的。首先，其玻璃应能处于如可拉伸的状态，离心机孔的直径是毫米量级或更细小的为十分之几毫米，而得到的纤维直径应是几微米量级。从离心机流出的丝应该至少变细一百倍。如果玻璃的温度太高，或者说如果玻璃的流动性太强，那么就不能拉伸，并且最终因表面张力而形成小滴不是纤维(形成滴的温度)。在成形阶段的最初定形中就出现了反玻璃化问题，考虑到玻璃在离心机中仃留时间，这个时间还没有把玻璃与外离心拉制旋转构件相接触的时间一起计算，玻璃不应处于它以足够快的速度结晶的条件之下。因而工作温度范围同样受液体温度限制(对应于热平衡玻璃结晶速度为零的温度)，或更恰当地说工作温度范围根据这种技术的应用由非玻璃化上限温度(对应于在30分钟内完全解晶的温度，是由预先经非玻璃化处理的玻璃测出的)来限定的。因此，我们利用“工作范围”表达方式来定义可能拉伸成纤维的温度范围。使用内离心法经常使用的玻璃，有一个非玻璃化的上限温度，它低于对应于拉制适宜的最高粘度的温度，因而，工作温度范围因非玻璃化问题没有降低或很少降低。相反，采用诸如玄武岩玻璃或其他特别高熔点玻璃情况就完全不同。对于这些玻璃，其非玻璃化温度超过最高粘度所对应的这个温度，使得其工作范围受到非玻璃化温度与形成滴状温度的限制。另外，这两个温度之差经常低于一百度，甚至低于50℃，而软玻璃的工作范围在200-250℃以上。还由于玻璃在超过工作温度的温度下熔融，玻璃越硬超过的温差越大，在更广泛的意义上来说，这会使其问题复杂化，那么玻璃应该在操作期间进行冷却，操作时玻璃从炉子到离心机的四周壁。因此，实际上不可能对玻璃在离心机中整个仃留时间里非常准确地按一指定温度操作，对这类玻璃来说直到现在也没有用内离心技术取代外离心技术，可是，其外离心技术的上述缺陷长久以来也都是知道的。此外，也给流体性能方面的这一主要问题增加了工艺范畴的其它问题。事实上，这些玻璃是腐蚀性很强的，并且几乎没有找到一种生产离心机的材料，这种材料要耐比温度与流量特别高时还要快的化学腐蚀;而且离心机的大小一般是200-1000毫米直径，由于离心机长期使用时旋转与蠕变产生很强的机械应力，根据抗其应力而设计的许多出口孔与形状都不考虑使用难熔金属如平板制造离心机。由本
的文献知道有各种耐高温钢，但从机械的观点来看，这些钢都是适用的，它们最高的使用温度(按长期使用)为约1000℃，而所要求的温度为约1100-1200℃。为了能在满意的工业条件下从出口拉制出的玻璃范围扩宽，本专利技术在于改善由内离心法生产无机纤维的工艺，本专利技术还有一个内容是用于本专利技术方法的一种新离心机。根据权利要求1，本专利技术的方法在于将熔融态的物料倒入离心机内，其离心机周边有大量的出口孔，周边内壁的温度比外壁高得多。那么本专利技术的方法是以从内到外有很大的温度梯度方式进行的。根据所使用的玻璃，其温度范围选择50-300℃较有利，最好是100-200℃，壁厚为几个毫米，一般为5毫米左右。较有利地，这种温度梯度是诸如内部温度超过制造纤维的物料开始非玻璃化的那个温度而外部温度足够低，以便其玻璃的粘度在拉制时足够高。使用玄武岩玻璃或所有其他加工强度范围特别窄的玻璃，这样可使用在离心机内部其温度一般超过形成液滴的温度的玻璃进行加工，然而，在离心机出口孔出现玻璃丝时，它的温度正好是这个加工范围，此时的粘度适于拉制。例如用环形燃烧器提供适当的内部与外部热量而使离心机得到非常精确的热调节，有这种热调节本专利技术也能解决玄武岩玻璃热调节的这个问题。使用本专利技术的方法，正好在离心机周边得到合适粘度时拉制丝。因此，可以拉制各种玻璃，甚至可以说它们的工作范围都不存在了，并且不用害怕在离心机内因非玻璃化而使玻璃成块也不生成堵塞物，并且在丝出现后其玻璃粘度剧烈增加也没有关系。因此，本专利技术方法的一个优点或许在于在穿过孔的大部分路径上，其玻璃还是很好的流体，并且因此在其整个路径上具有很大的流出速度并养护很好。那么，不仅排除了在离心机内的非玻璃化的危险，而且玻璃在其孔中的仃留时间无论如何都是很短的，从非玻璃化的观点来看这也是很有利的。本专利技术可以使用例如天然岩石，特别是用玄武岩加工，其玄武岩不需要添加熔剂，因此其成本低于碱玻璃的成本，此外更有利地，它是耐高温的，并得到一种高温下稳定性得到改善的玻璃纤维，这种玻璃纤维可用于高温绝热或作为防火产品。拉制可以是单纯离心拉制，在这种情况下，在离心机周围是速度不太高的气流，其气流用作外周边带和丝的热调节，由环形部件喷出的气流从较远的地方加入到热调节气流中，这种气流将纤维吹断并把纤维吹到拉制时用的筐罩中。还可以利用气体拉伸进行操作，这是由于高速流动气体作用增加了离心力，这种气流除起热调节作用外，还起到流体拉伸的作用。要注意的是，如果热梯度必须是径向的，相反地这只意味着尽可能保持内外壁之每一壁尽可能一样等温是没有好处的，由周边带下部孔流出的丝(得到的纤维)与由周边带上得到的纤维应具有尽可能相近的“历程”。本专利技术还在于研制一种供本专利技术使用的离心机，也就是说，一种沿周边带壁厚方向具有温度梯度时进行加工的离心机。一种顺离心机半径方向测出的热导率至本文档来自技高网...

【技术保护点】
由内离心法制备无机纤维的方法，根据该方法将熔融态的拉制纤维物料倒入离心机内，其离心机的周边带钻有大量出口孔，其特征在于在所述的周边带的内壁与外壁之间保持温度梯度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JL贝尔纳，G贝尔捷，H富尔塔克，M奥波茨达，
申请(专利权)人：伊索福圣戈班公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]