專利名稱：用旋轉(zhuǎn)法制備空心無(wú)機(jī)纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于隔熱材料、增強(qiáng)體和建筑材料的無(wú)機(jī)纖維的制造。對(duì)于本發(fā)明，無(wú)機(jī)纖維意味著玻璃、巖石、熔渣和玄武巖的纖維。更具體地，本發(fā)明涉及一種用改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)法制造中空玻璃纖維的方法。
用旋轉(zhuǎn)法生產(chǎn)玻璃纖維是眾所周知的，一般來(lái)說(shuō)，把熔融的玻璃喂入高速旋轉(zhuǎn)的離心頭。該離心頭的周邊有許多噴口。熔融的玻璃在離心力的作用下通過(guò)周邊的噴口形成小直徑的玻璃纖維流。一個(gè)環(huán)形鼓風(fēng)機(jī)位于該離心頭的周圍，用于把纖維轉(zhuǎn)向向下到收集表面上。
在坩堝或喂料機(jī)的底部的噴口通過(guò)機(jī)械方法拉制熔融的玻璃液流來(lái)生產(chǎn)紡織的或連續(xù)的玻璃纖維也是眾所周知的。用這種紡織的方法制造空心玻璃纖維也是已知的。Huey的美國(guó)專利No．4，846，864提出了一種用于坩堝中的噴絲頭組件，用于通過(guò)紡織法生產(chǎn)空心玻璃纖維。對(duì)于相同量的玻璃來(lái)說(shuō)，空心玻璃纖維具有更大的表面積，因此，它們可用提供更有效的隔熱產(chǎn)品?？招牟ＡЮw維還比同樣長(zhǎng)度和直徑的實(shí)心玻璃纖維重量輕。因?yàn)樗鼈兺ǔ？梢砸暂^輕的重量提供相同的性能，空心玻璃纖維在某些工業(yè)應(yīng)用中是更有用的，例如作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。
遺憾的是制造空心玻璃纖維的紡織方法總的說(shuō)來(lái)產(chǎn)量是有局限性的，因?yàn)樵摲椒ㄒ蕾囉跈C(jī)械細(xì)化把熔融的玻璃成形為纖維。紡織法在制造具有高空隙比例和小直徑玻璃纖維的能力方面也具有一定的局限性。
所以，希望提供一種克服紡織法的局限性制造空心玻璃纖維的方法。本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)玻璃纖維等空心無(wú)機(jī)纖維的方法。在這種方法中，向旋轉(zhuǎn)的具有周邊壁的玻璃離心頭提供熔融的玻璃。所說(shuō)的離心頭旋轉(zhuǎn)使得熔融的玻璃離心通過(guò)離心頭的周邊壁伸出的第一個(gè)管形成纖維。把氣體引入到熔融玻璃的內(nèi)部形成空心玻璃纖維。位于第一個(gè)管內(nèi)部的第二個(gè)管包括一個(gè)在第一個(gè)管的管壁上的進(jìn)口，通過(guò)該進(jìn)口從周邊壁的外面引入氣體。然后收集空心玻璃纖維作為產(chǎn)品，如纖維氈。
有利的是，這種制造空心玻璃纖維的旋轉(zhuǎn)法用離心力通過(guò)離心頭的周邊壁形成玻璃纖維可以得到高的產(chǎn)量。用這種旋轉(zhuǎn)法制造具有更高空隙比例的空心玻璃纖維和制造小直徑玻璃纖維更容易。與實(shí)心玻璃纖維相比，空心玻璃纖維的重量減少在約10％～80％之間，優(yōu)選的是在約25％～50％之間。減少了重量的纖維可以更便宜地輸送并且更容易處理。這種纖維在許多用途中提供了優(yōu)良的性能。
與實(shí)心玻璃纖維制成的同樣重量的隔熱產(chǎn)品比較，用本發(fā)明的空心玻璃纖維制成的隔熱產(chǎn)品具有更大的纖維含量，可達(dá)兩倍，甚至更高，因而具有更大的纖維表面積。增大纖維表面積降低了隔熱材料的熱導(dǎo)率或k值。較低k值意味著產(chǎn)品傳導(dǎo)更少的熱量，因此是更好的隔熱材料。建筑隔熱材料通過(guò)其阻礙熱流的能力來(lái)評(píng)價(jià)，一般測(cè)量為對(duì)熱流的阻力或R值。因?yàn)镽值與k值成反比，較低的k值導(dǎo)致較高的R值。因此，可以預(yù)期本發(fā)明能使所生產(chǎn)的隔熱產(chǎn)品與用實(shí)心玻璃纖維制成的隔熱產(chǎn)品相比，在相同的成本時(shí)有更大的隔熱能力，并且在性能相同時(shí)，可以得到更便宜的隔熱產(chǎn)品。
在本發(fā)明以前，可以用旋轉(zhuǎn)法制造空心玻璃纖維是不清楚的。雖然用旋轉(zhuǎn)法制造實(shí)心玻璃纖維是已知的，但是空心玻璃纖維的制造與實(shí)心玻璃纖維的制造是明顯不同的。而且，雖然用紡織法制造空心玻璃纖維是已知的，但是用紡織法制造玻璃纖維與用旋轉(zhuǎn)法制造也是明顯不同的。
從下面的優(yōu)選的實(shí)施方案的詳細(xì)描述，并參見(jiàn)附圖，對(duì)于熟悉該技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點(diǎn)將是清楚的。


圖1是用于根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)法離心玻璃纖維的設(shè)備的縱向的示意截面圖。
圖2是位于根據(jù)本發(fā)明的玻璃離心頭的周邊壁內(nèi)的噴絲頭組件的放大的橫截面圖。
圖3是表示其尺寸的圖2的噴絲頭組件的放大的橫截面圖。
圖4表示從離心頭的周邊壁外面看到的圖2的噴絲頭組件。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第二個(gè)實(shí)施方案的放大的橫截面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第三個(gè)實(shí)施方案的放大的橫截面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第四個(gè)實(shí)施方案的放大的橫截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第五個(gè)實(shí)施方案的放大的橫截面圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第六個(gè)實(shí)施方案的放大的橫截面圖。
如圖1所示，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)法生產(chǎn)空心玻璃纖維的設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)安裝的玻璃離心頭10，一般由底部12和周邊壁14構(gòu)成。該離心頭可以用鎳／鈷／鉻合金鑄造而成，也可以是任何其它合適的離心頭，如焊接的不銹鋼離心頭。周邊壁14有約200到25，000個(gè)噴口16用于離心玻璃纖維，優(yōu)選的是有約200到5，000個(gè)噴口。更優(yōu)選的是有1，000到3，000個(gè)噴口。噴口的數(shù)量取決于離心頭直徑?？梢杂萌魏畏椒ㄔ谥苓叡谏铣尚螄娍?，例如激光鉆孔，放電研磨或電子束鉆孔等。如下面參照?qǐng)D2的討論，但在圖1中沒(méi)有表示，噴絲頭組件22位于噴口16內(nèi)。
熔融的玻璃以喂料液流18落入旋轉(zhuǎn)離心頭10。另一種方法是，可以通過(guò)管子或其它送料導(dǎo)管喂入熔融的玻璃。可以通過(guò)熟悉該技術(shù)的人們熟知的任何方法生產(chǎn)或供應(yīng)熔融的玻璃，例如使用熔窯和供料道。優(yōu)選的是，所說(shuō)的玻璃組成中包括約50wt％～61wt％的二氧化硅或SiO2，約0wt％～7wt％的氧化鋁或Al2O3，約9wt％～13wt％的石灰或CaO，約0wt％～5wt％的氧化鎂或MgO，約14wt％～24wt％的硼酸鹽或B2O3，約0wt％～10wt％的蘇打或Na2O，約0wt％～2wt％的氧化鉀或K2O。溫度條件變化時(shí)，離心頭內(nèi)的熔融玻璃的溫度一般約為1500°F(816℃)～2400°F(1316℃)，典型的是約為1900°F(1038℃)。
在到達(dá)離心頭底部12時(shí)，熔融的玻璃被驅(qū)動(dòng)沿徑向向外，到達(dá)周邊壁14上，在離心力的作用下，使玻璃通過(guò)位于噴口16內(nèi)的噴絲頭組件22形成許多空心玻璃纖維20。離心頭10一般以約1200rpm～3000rpm旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選的是約1500rpm～2000rpm。可以使用各種直徑的離心頭，并且可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度以在離心頭的周邊壁的內(nèi)表面得到要求的徑向加速度。離心頭直徑一般約為8英寸(20．3cm)～40英寸(101．6cm)，優(yōu)選的是約為10英寸(25．4cm)～25英寸(63．5cm)，最優(yōu)選的是約為15英寸(38．1cm)。離心頭的周邊壁的內(nèi)表面的徑向加速度(速度2／半徑)約為15，000英尺／秒2(4，572米／秒2)～45，000英尺／秒2(13，716米／秒2)，優(yōu)選的是約為20，000英尺／秒2(6，096米／秒2)～30，000英尺／秒2(9，144米／秒2)。
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件22的優(yōu)選的實(shí)施方案。噴絲頭組件22位于離心頭的周邊壁14內(nèi)的噴口16內(nèi)，優(yōu)選的是至少大部分安裝在周邊壁內(nèi)部，即在周邊壁的厚度方向上。圖2的噴絲頭組件22完全安裝在周邊壁內(nèi)。在運(yùn)行中，噴絲頭組件22位于離心頭的每個(gè)噴口16內(nèi)，雖然空心纖維可以與用傳統(tǒng)噴口制造的實(shí)心纖維結(jié)合制造。每個(gè)噴絲頭組件包括一個(gè)一般為圓筒形的第一個(gè)管24。第一個(gè)管24有一個(gè)瓶頸設(shè)計(jì)，包括寬闊部分26，頸部收縮部分28，狹窄的部分30和錐形部分32。第一個(gè)管24的寬闊部分26有一個(gè)基本與噴口16的直徑相同的外徑。寬闊部分26可以通過(guò)任何合適的方法固定到噴口16上，例如焊接或釬焊。第一個(gè)管24還包括一個(gè)進(jìn)口34，一個(gè)腔36，一個(gè)出口38。熔融玻璃通過(guò)第一個(gè)管24離心形成纖維20。熔融玻璃從離心頭內(nèi)部流進(jìn)進(jìn)口34，然后通過(guò)腔36，然后通過(guò)出口38排出。優(yōu)選的是排出第一個(gè)管24的熔融玻璃在纖維形成錐40中直徑減小形成纖維20。熔融玻璃從第一個(gè)管24的出口38的直徑頸部收縮到較小的直徑形成錐40。
每個(gè)噴絲頭組件22適合于驅(qū)動(dòng)或把剛好包圍每個(gè)噴絲頭組件的氣體抽入，并把該氣體引入到熔融玻璃的內(nèi)部。優(yōu)選的是所說(shuō)的氣體是大氣。但是，所說(shuō)的氣體也可以是氮?dú)?、氬氣、燃燒氣體或其它合適的氣體。通過(guò)向熔融玻璃內(nèi)部引入氣體，在玻璃纖維內(nèi)部產(chǎn)生連續(xù)空隙42形成空隙玻璃纖維20。優(yōu)選的是向錐40內(nèi)引入所說(shuō)的氣體。
在圖2所示的優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)第二個(gè)管44把氣體引入到熔融玻璃內(nèi)部。優(yōu)選的是，如圖2所示，第二個(gè)管44位于離心頭周邊壁14內(nèi)的第一個(gè)管24內(nèi)部。圖示的第二個(gè)管44一般是“L”型，但是可以是適用于引入足夠形成纖維內(nèi)的空隙42的氣流的任何形狀。具體地，第一個(gè)管24包括一個(gè)套管46，套管46上帶有位于凸出部分50和末端52之間的孔口48。第二個(gè)管44的第一個(gè)端部54在孔口48處與套管46相連。孔口48位于第一個(gè)管24的狹窄部分30內(nèi)。因此，第二個(gè)管44的通道58的進(jìn)口56與剛好靠近第一個(gè)管外部的區(qū)域相連。優(yōu)選的是第一個(gè)管24的狹窄部分30的外徑至少比噴口16的直徑小約0．010英寸(0．025cm)。第二個(gè)管44的末端52以及通道58的出口62位于靠近第一個(gè)管24的末端52處。在圖示的實(shí)施方案中，出口62稍微位于末端52的外面，但是出口62也可以與末端52平齊或稍微位于末端52的內(nèi)部。
由于上述的結(jié)構(gòu)，第二個(gè)管44的進(jìn)口56是暴露于在所說(shuō)的離心頭的周邊壁外的包圍噴絲頭組件22周圍的大氣壓下。第一個(gè)管24的瓶頸設(shè)計(jì)為氣體到達(dá)進(jìn)口56提供了一個(gè)通道。第二個(gè)管44的出口62位于第一個(gè)管24的出口38附近。當(dāng)熔融的玻璃流過(guò)在第一個(gè)管24和第二個(gè)管44直徑形成的環(huán)形空間時(shí)，在形成的區(qū)域中的氣體被吸入，通過(guò)第二個(gè)管44的通道58進(jìn)入錐40中，并進(jìn)入纖維20中，從而形成空心的玻璃纖維20。所說(shuō)的纖維在徑向截面上一般為環(huán)形的，因?yàn)榈谝粋€(gè)管24的腔36有一個(gè)環(huán)形的徑向截面。
在圖2中，第二個(gè)管44的出口62一般與第一個(gè)管24的出口38是同心的。這產(chǎn)生了具有位于中心的連續(xù)空隙的空心玻璃纖維。但是將會(huì)清楚的是，其它的定位也是可以接受的。一個(gè)變化包括在出口51和30之間具有不同心的排列。除了具有不同心的排列以外，第一個(gè)管24的腔36可以有一個(gè)非環(huán)形的徑向截面，從而能夠形成非環(huán)形的空隙。所說(shuō)的管可以具有任何數(shù)量的形狀和定位。此外，所說(shuō)的管可以是任何適合于氣體和熔融玻璃流動(dòng)的導(dǎo)管。
在圖2所示的系統(tǒng)中，氣體被吸入錐40的內(nèi)部，原因是在該位置的熔融玻璃內(nèi)部壓力是低于大氣壓的，這又是因?yàn)殄F40拉細(xì)成纖維20引起的。也就是說(shuō)，不需要外部加壓的氣體源以產(chǎn)生空心的離心過(guò)程。但是將會(huì)清楚的是，正如在1989年7月11日授權(quán)予Huey的美國(guó)專利No．4，846，864中提出的那樣，可以調(diào)整本發(fā)明使其應(yīng)用于與加壓系統(tǒng)相連(本文引作參考)。
空心玻璃纖維的中空性質(zhì)可以用其空隙分?jǐn)?shù)來(lái)表征，空隙分?jǐn)?shù)定義為(Di／D0)2，這里，Di是纖維的內(nèi)徑，D0是纖維的外徑?？招牟ＡЮw維的空隙分?jǐn)?shù)取決于氣體的壓力和噴絲頭組件設(shè)計(jì)，尤其是出口62處的第二個(gè)管44的內(nèi)徑?？招牟ＡЮw維的平均空隙分?jǐn)?shù)可以從非常小(約10％)到非常大(約80％)。優(yōu)選的是平均空隙分?jǐn)?shù)為約40％～60％。最優(yōu)選的是約40％～45％。平均空隙分?jǐn)?shù)通常高于用上述的美國(guó)專利No．4，846，864中提出的紡織法得到的空隙分?jǐn)?shù)。這種希望的較高空隙分?jǐn)?shù)被認(rèn)為是由于旋轉(zhuǎn)法中的體積力大。雖然根據(jù)本發(fā)明的玻璃纖維稱為“空心的”，但是也可以包括在長(zhǎng)度方向上某些部分為實(shí)心的玻璃纖維，這樣的玻璃纖維仍然稱為空心的。
空心玻璃纖維的空隙分?jǐn)?shù)也受第一個(gè)管24的末端52與周邊壁14的外表面64的相對(duì)位置影響，并受第二個(gè)管44的末端60與第一個(gè)管24的末端52的相對(duì)位置影響。一般說(shuō)來(lái)，末端52相對(duì)于外表面64的突出增大了空隙分?jǐn)?shù)，而末端52相對(duì)于外表面64的縮進(jìn)減小了空隙分?jǐn)?shù)。末端52優(yōu)選的是位于從外表面64之內(nèi)約等于末端52處的第一個(gè)管24的外徑的二倍的距離到外表面64之外約等于末端52處的第一個(gè)管24的外徑的二倍的距離范圍內(nèi)的某個(gè)位置上。
類似地，第二個(gè)管44的末端60相對(duì)于第一個(gè)管24的末端52的突出增大了空隙分?jǐn)?shù)，而末端60相對(duì)于末端52的縮進(jìn)減小了空隙分?jǐn)?shù)。末端60優(yōu)選的是位于從末端52之內(nèi)約等于末端60處的第二個(gè)管44的外徑的二倍的距離到末端52之外約等于末端60處的第二個(gè)管44的外徑的二倍的距離范圍內(nèi)的某個(gè)位置上。
圖3和4表示了圖2的噴絲頭組件22。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)法制造空心玻璃纖維的噴絲頭組件22必須明顯小于用1989年7月11日公布的Huey的美國(guó)專利No．4，846，864提出的紡織法制造空心玻璃纖維的噴絲頭組件。所說(shuō)的噴絲頭組件22包括第一個(gè)管24和第二個(gè)管44。第一個(gè)管24的總長(zhǎng)度L優(yōu)選的是從約0．050英寸(0．127cm)到約0．300英寸(0．762cm)。第一個(gè)管24包括一個(gè)寬闊的部分26、一個(gè)頸部收縮部分28、一個(gè)狹窄的部分30和一個(gè)錐形的部分32。在末端52處的錐形部分32的內(nèi)徑Dt優(yōu)選的是從約0．040英寸(0．102cm)到約0．150英寸(0．381cm)。優(yōu)選的是第二個(gè)管44在其末端60處的外徑D0為從約0．020英寸(0．051cm)到約0．140英寸(0．356cm)，在其末端60處的內(nèi)徑Di為從約0．015英寸(0．038cm)到約0．120英寸(0．305cm)。
第二個(gè)管44的末端60優(yōu)選的是位于從第一個(gè)管24的末端52之內(nèi)約等于第二個(gè)管44的外徑D0的二倍的距離到第一個(gè)管24的末端52之外約等于第二個(gè)管44的外徑D0的二倍的距離范圍內(nèi)的某一位置上。更優(yōu)選的是，第二個(gè)管44的末端60約與第一個(gè)管24的末端52平齊，或者從中伸出最大等于并包括約等于第二個(gè)管44的外徑D0的距離。
優(yōu)選的是第二個(gè)管44的進(jìn)口56位于遠(yuǎn)離第一個(gè)管24的末端52的地方，距離D至少等于在出口處的第二個(gè)管44的內(nèi)徑Di。這種定位保證了氣體向空心纖維中的最佳流動(dòng)。
圖4表示了從離心頭的周邊壁外面看到的噴絲頭組件22。可以看出，噴絲頭組件22包括第一個(gè)管24和位于第一個(gè)管之內(nèi)的第二個(gè)管44。第一個(gè)管24包括一個(gè)用于熔融玻璃流動(dòng)的腔36。第二個(gè)管44包括一個(gè)用于氣體流動(dòng)的通道58。
圖5表示了根據(jù)本發(fā)明的噴絲頭組件的第二個(gè)實(shí)施方案。噴絲頭組件66包括第一個(gè)管68和第二個(gè)管70，結(jié)構(gòu)上類似于第一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)。但是與第一個(gè)實(shí)施方案不同，第一個(gè)管68不包括一個(gè)頸部收縮部分，形成了通往第二個(gè)管70的進(jìn)口72的氣體通道。噴口74包括一個(gè)較大直徑的部分74’，從周邊壁76的外表面向內(nèi)延伸，進(jìn)口72位于較大直徑部分的內(nèi)部。這形成了通往進(jìn)口72的氣體通道。優(yōu)選的是，較大直徑部分74’的直徑至少比第一個(gè)管68的外徑D0大約0．010英寸(0．025cm)。
圖2所示的噴絲頭組件22從離心頭的周邊壁14外面吸入氣體。但是，本發(fā)明并不局限于此。圖6表示了一個(gè)噴絲頭組件78，從離心頭的周邊壁80內(nèi)部吸入氣體。第二個(gè)管82伸入到周邊壁80內(nèi)部足夠的距離，使其在通過(guò)周邊壁離心的熔融玻璃內(nèi)部。以這種方式，把氣體從離心頭內(nèi)部引入到第二個(gè)管82的進(jìn)口84中。安裝在第二個(gè)管82上的套管86中心位于第一個(gè)管88內(nèi)，并與其相連。使套管86貫穿，從而使熔融玻璃流進(jìn)第一個(gè)管88中。套管86可以是一個(gè)連續(xù)體，也可以由分開(kāi)的環(huán)段組成，熔融的玻璃在環(huán)段之間通過(guò)。
在圖2所示的噴絲頭組件22中，以獨(dú)立的結(jié)構(gòu)說(shuō)明了第一個(gè)管24。但是，圖7表示了噴絲頭組件90，其中在離心頭的周邊壁94上的噴口92構(gòu)成了第一個(gè)管。第一個(gè)管并不是與噴口92分開(kāi)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)。用“十字架”96或其它的支撐結(jié)構(gòu)把第二個(gè)管98聯(lián)接到周邊壁94上。本實(shí)施方案還表示了通過(guò)第二個(gè)管98的進(jìn)口100從所說(shuō)的離心頭的內(nèi)部引入氣體。圖8表示一個(gè)類似的噴絲頭組件102，這里用套管104找準(zhǔn)噴口108內(nèi)的第二個(gè)管106的中心并與第二個(gè)管相連。
圖9表示了一個(gè)噴絲頭組件110，大部分延伸到離心頭的周邊壁外部，而不是大部分位于所說(shuō)的周邊壁內(nèi)部。第一個(gè)管114從周邊壁112伸出。第二個(gè)管116位于第一個(gè)管114之內(nèi)。第二個(gè)管116的進(jìn)口118位于周邊壁112外部，從而使得當(dāng)所說(shuō)的離心頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體可以自由地流入所說(shuō)的進(jìn)口。在圖9的噴絲頭組件110中，第二個(gè)管116的進(jìn)口118一般定向?yàn)橄蛏系姆较?。但是，在噴絲頭組件110大部分延伸到離心頭的周邊壁112之外時(shí)，旋轉(zhuǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)改變進(jìn)口的位置調(diào)節(jié)流入進(jìn)口118的氣體的壓力。如果進(jìn)口118一般定向?yàn)橄蚯暗姆较?離心頭的旋轉(zhuǎn)方向)，氣體被強(qiáng)制通過(guò)進(jìn)口以增大氣體壓力。通過(guò)增大引入其內(nèi)部的氣體的壓力，可以增大空心玻璃纖維中的空隙量。
在上面引用的Huey的美國(guó)專利No．4，846，864提出了第一個(gè)管和第二個(gè)管的其它合適的構(gòu)型。這個(gè)Huey的專利還提出了“無(wú)噴絲頭”的設(shè)計(jì)，如上所述，這是形成空心玻璃纖維的另一種實(shí)施方案。將會(huì)理解的是，如果需要，本發(fā)明的離心頭／噴絲頭組件可以用來(lái)成型不連續(xù)的纖維以及連續(xù)的纖維。
再參見(jiàn)圖1，從離心頭10的噴絲頭組件22排出后，通過(guò)環(huán)形鼓風(fēng)機(jī)120使空心玻璃纖維20的方向向下形成向下移動(dòng)的空心玻璃纖維流或幕122?？梢允褂萌魏卧O(shè)備使所說(shuō)的纖維從一般為徑向向外的路徑轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛑占砻孢\(yùn)動(dòng)的路徑。在任何合適的收集表面上，如傳送帶，把空心玻璃纖維20收集為空心玻璃纖維織品。
通過(guò)所說(shuō)的離心頭旋轉(zhuǎn)的離心細(xì)化足以產(chǎn)生要求纖維直徑的空心玻璃纖維。優(yōu)選的是，所說(shuō)的空心玻璃纖維的平均外徑約為10×1／100，000英寸(2．5微米)～約500×1／100000英寸(125微米)，更優(yōu)選的是約15×1／100，000英寸(3．75微米)～約250×1／100000英寸(62．5微米)，最優(yōu)選的是約15×1／100，000英寸(3．75微米)～約150×1／100000英寸(37．5微米)。如果需要，環(huán)形鼓風(fēng)機(jī)120可以提供足夠的氣體壓力來(lái)推動(dòng)所說(shuō)的空心纖維并使其進(jìn)一步細(xì)化到要求的最終的空心玻璃纖維直徑。
在空心玻璃纖維成型步驟之后，空心玻璃纖維織品124可以通過(guò)任何進(jìn)一步的加工過(guò)程進(jìn)行輸送，如烘爐128，以形成最終的空心玻璃纖維制品。如氈130。進(jìn)一步的加工過(guò)程也可以包括把所說(shuō)的空心玻璃纖維氈或?qū)优c增強(qiáng)層(如玻璃纖維氈)進(jìn)行層疊。
本發(fā)明的一個(gè)任選的特征是使用加熱裝置，如感應(yīng)加熱器132或電阻加熱器，加熱離心頭10或空心玻璃纖維20，或者二者一起加熱，以促進(jìn)所說(shuō)的空心玻璃纖維的細(xì)化，或保持所說(shuō)的離心頭的溫度在使玻璃離心成空心纖維的最佳溫度。
實(shí)施例把熔融的玻璃在1700°F(927℃)下供給到一個(gè)15英寸(38．1cm)的玻璃離心頭。使所說(shuō)的玻璃離心頭旋轉(zhuǎn)以提供36，000英尺／秒2(10，973米／秒2)的徑向加速度。離心頭的周邊壁上安裝4個(gè)噴口(約1，000～3000個(gè)噴口是優(yōu)選的)。圖2所示的噴絲頭組件位于所說(shuō)的噴口中。所說(shuō)的噴絲頭組件的第一個(gè)管24的長(zhǎng)度為0．240英寸(0．610cm)，在其出口38處的內(nèi)徑為0．116英寸(0．295cm)。第二個(gè)管44在其出口62處的外徑為0．080英寸(0．203cm)。(一般來(lái)說(shuō)，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)法制造空心玻璃纖維的噴絲頭組件大于通過(guò)相同的方法制備空心聚合物纖維的噴絲頭組件)。在所說(shuō)的離心頭內(nèi)的玻璃深度約為1／4英寸(0．635cm)。沒(méi)有來(lái)自感應(yīng)加熱器的外部加熱，也沒(méi)有來(lái)自環(huán)形鼓風(fēng)機(jī)的二次細(xì)化。把所說(shuō)的空心纖維收集成一個(gè)氈。所說(shuō)的纖維90％以上是空心的。所說(shuō)的空心玻璃纖維的平均空隙分?jǐn)?shù)為60％。所說(shuō)的纖維的平均外徑為400×1／100，000英寸(100微米)。
根據(jù)專利法的規(guī)定，已經(jīng)在其優(yōu)選的實(shí)施方案中解釋并說(shuō)明了本發(fā)明的原理和操作模式。但是，必須清楚的是可以在所解釋和說(shuō)明的范圍之外進(jìn)行實(shí)踐而不離開(kāi)本發(fā)明的原則或范圍。
本發(fā)明可以用于玻璃或其它用于增強(qiáng)體制品或隔熱制品的無(wú)機(jī)纖維的制造。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)空心無(wú)機(jī)纖維(20)的方法，包括向帶有周邊壁(14)的旋轉(zhuǎn)離心頭(10)提供熔融的無(wú)機(jī)物；通過(guò)從所說(shuō)的離心頭的周邊壁伸出的第一個(gè)管(24)把所說(shuō)的熔融無(wú)機(jī)物離心形成纖維；向所說(shuō)的熔融無(wú)機(jī)物內(nèi)部引入氣體形成空心無(wú)機(jī)纖維，其中，位于所說(shuō)的第一個(gè)管之內(nèi)的第二個(gè)管(44)包括一個(gè)位于所說(shuō)的第一個(gè)管的管壁上的進(jìn)口(34)，通過(guò)所說(shuō)的進(jìn)口把氣體從所說(shuō)的離心頭的周邊壁之外引入；收集所說(shuō)的空心無(wú)機(jī)纖維。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的第一個(gè)管(24)至少大部分位于所說(shuō)的離心頭(10)在噴口(16)內(nèi)的周邊壁(14)之內(nèi)，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于所說(shuō)的離心頭的周邊壁之內(nèi)，其中，所說(shuō)的噴口和所說(shuō)的第一個(gè)管一起配合使得氣流到達(dá)所說(shuō)的進(jìn)口。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所說(shuō)的第一個(gè)管(24)包括一個(gè)出口(38)，所說(shuō)的第一個(gè)管有一個(gè)從所說(shuō)的出口向內(nèi)延伸的較小直徑的部分(30)，其中，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于所說(shuō)的第一個(gè)管的較小直徑的部分內(nèi)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，第一個(gè)管(24)的較小直徑部分(30)的外徑至少比噴口(16)的直徑約小0．010英寸(0．025cm)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，噴口(16)包括一個(gè)從周邊壁(14)的外表面向內(nèi)延伸的較大直徑的部分，其中，所說(shuō)的較大直徑部分的直徑大于第一個(gè)管(24)的外徑，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于所說(shuō)的較大直徑部分內(nèi)。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，噴口(16)的較大直徑部分的直徑至少比第一個(gè)管(24)的外徑大約0．010英寸(0．025cm)。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于離心頭(10)的周邊壁(14)的外表面之外，并且所說(shuō)的進(jìn)口一般定向于向前的方向。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第二個(gè)管(44)包括一個(gè)出口(62)，所說(shuō)的第二個(gè)管在所說(shuō)的出口處的內(nèi)徑約為0．015英寸(0．038cm)～約0．120英寸(0．305cm)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一個(gè)管(24)包括一個(gè)出口(38)，所說(shuō)的第一個(gè)管在所說(shuō)的出口處的內(nèi)徑約為0．040英寸(0．102cm)～約0．150英寸(0．381cm)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，有約200～約5，000個(gè)第一個(gè)管(24)通過(guò)離心頭(10)的周邊壁(14)。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，離心頭(10)的周邊壁(14)的內(nèi)表面的徑向加速度在約15，000英尺／秒2(4，572米／秒2)～約45，000英尺／秒2(13，716米／秒2)之間。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，離心頭(10)的旋轉(zhuǎn)速度在約1200rpm～約3000rpm之間。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一個(gè)管(24)和第二個(gè)管(44)中的每個(gè)管包括一個(gè)出口(38，62)，所說(shuō)的第二個(gè)管的出口(62)基本與所說(shuō)的第一個(gè)管的出口(38)同心。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的空心無(wú)機(jī)纖維(20)的平均外徑(D0)約為15×1／100，000英寸(3．75微米)～約250×1／100，000英寸(62．5微米)。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的空心無(wú)機(jī)纖維(20)的平均空隙分?jǐn)?shù)在約40％～60％之間。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說(shuō)的無(wú)機(jī)纖維是玻璃纖維。
17.一種生產(chǎn)空心玻璃纖維(20)的方法，包括向帶有周邊壁(14)的旋轉(zhuǎn)玻璃離心頭(10)提供熔融的玻璃，其中，所說(shuō)的離心頭的周邊壁的內(nèi)表面的徑向加速度在約20，000英尺／秒2(6，096米／秒2)～約30，000英尺／秒2(9，144米／秒2)之間，通過(guò)從所說(shuō)的離心頭的周邊壁伸出的第一個(gè)管(24)把所說(shuō)的熔融玻璃物離心形成纖維，其中，所說(shuō)的第一個(gè)管大部分位于所說(shuō)的離心頭在噴口(16)內(nèi)的周邊壁內(nèi)部；向所說(shuō)的熔融玻璃內(nèi)部引入氣體形成空心玻璃纖維(20)，其中，位于所說(shuō)的第一個(gè)管之內(nèi)的第二個(gè)管(44)包括一個(gè)位于在所說(shuō)的離心頭的周邊壁之內(nèi)的所說(shuō)的第一個(gè)管壁上的進(jìn)口(56)，通過(guò)所說(shuō)的進(jìn)口把氣體從所說(shuō)的離心頭的周邊壁之外引入，所說(shuō)的噴口和所說(shuō)的第一個(gè)管一起配合使得氣流到達(dá)所說(shuō)的進(jìn)口；收集所說(shuō)的空心玻璃纖維。
18.一種用于從熔融材料制造空心纖維(20)的設(shè)備，所說(shuō)的設(shè)備包括一個(gè)有約200～25，000個(gè)噴口(16)的帶有周邊壁(14)的離心頭(10)，其中，第一個(gè)管(24)位于通過(guò)所說(shuō)的周邊壁伸出的噴口內(nèi)，其中，所說(shuō)的第二個(gè)管(44)位于所說(shuō)的第一個(gè)管之內(nèi)，每個(gè)管包括一個(gè)用于引入氣體的位于所說(shuō)的第一個(gè)管壁上的進(jìn)口(56)，并且所說(shuō)的第一個(gè)管大部分位于所說(shuō)的周邊壁內(nèi)部，所說(shuō)的第二個(gè)管的進(jìn)口位于所說(shuō)的周邊壁之內(nèi)，其中，所說(shuō)的噴口和所說(shuō)的第一個(gè)管一起配合使得氣流到達(dá)所說(shuō)的進(jìn)口。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，第一個(gè)管(24)包括一個(gè)出口(38)，所說(shuō)的第一個(gè)管有一個(gè)從外向內(nèi)延伸的較小直徑的部分(30)，其中，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于所說(shuō)的第一個(gè)管的較小之間部分之內(nèi)。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，噴口(16)包括一個(gè)從周邊壁(14)的外表面向內(nèi)延伸的較大直徑的部分，其中，所說(shuō)的較大直徑部分的直徑大于第一個(gè)管(24)的外徑，第二個(gè)管(44)的進(jìn)口(56)位于所說(shuō)的較大直徑部分之內(nèi)。
全文摘要
在一種生產(chǎn)空心無(wú)機(jī)纖維如玻璃纖維的方法中,把熔融的玻璃供給到一個(gè)帶有周邊壁(14)的旋轉(zhuǎn)玻璃離心頭(10)中。使所說(shuō)的離心頭旋轉(zhuǎn)使得熔融的玻璃通過(guò)第一個(gè)管(24)離心形成纖維,其中,第一個(gè)管(24)是通過(guò)所說(shuō)的離心頭的周邊壁伸出的。向熔融的玻璃內(nèi)部引入氣體形成空心的玻璃纖維。位于所說(shuō)的第一個(gè)管內(nèi)部的第二個(gè)管(44)包括一個(gè)在第一個(gè)管(24)的管壁上的進(jìn)口(56),通過(guò)該進(jìn)口從所說(shuō)的周邊壁之外引入氣體。然后收集所說(shuō)的空心玻璃纖維形成氈(130)等制品。
文檔編號(hào)C03B37/075GK1204305SQ96199012
公開(kāi)日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月12日
發(fā)明者L·J·胡伊, D·C·K·林 申請(qǐng)人:歐文斯科爾寧格公司