CH617645A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la formation par étirage de fibres de verre à des vitesses de production augmentées.
Les fours de fusion connus pour la formation par étirage de fibres de verre utilisent une filière d'étirage plate faite en un alliage platine-rhodium percée d'une pluralité de trous d'un diamètre approximatif de 1,5 à 3 mm. La partie inférieure extérieure d'une telle filière d'étirage plate présente une forte tendance à être mouillée par le verre fondu coulant à travers les trous, et, si l'écartement des trous ou l'espacement entre eux est diminué afin d'augmenter la densité de ces trous et la vitesse de production et si un des filaments sortant est rompu, le cône de verre fondu formé à la sortie d'étirage s'étend sur la surface de la plaque d'étirage.
Le résultat de cela est que les filaments étirés à travers les trous adjacents sont également coupés, et ce phénomène peut facilement se propager d'une manière progressive jusqu'à ce que, finalement, tous les filaments soient coupés et que la surface de la plaque d'étirage soit complètement recouverte par du verre fondu. Si cela se produit, il est alors extrêmement difficile de rétablir des conditions de formation satisfaisantes dans lesquelles les filaments de fibres fondus restent séparés, et une opération coûteuse d'arrêt et de remise en route de la production peut être rendue nécessaire.
Des buses ou embouts coniques d'étirage ont été développés pour surmonter cette difficulté, afin que la surface mouillée par le verre fondu coulant à l'extérieur d'une buse soit limitée à la surface de base de l'embout. Le verre fondu d'un tèi embout ou buse d'étirage ne peut pas couler en remontant, et ne peut pas ainsi entrer en contact avec le verre fondu des autres embouts d'étirage, de telle sorte que les filaments sortant sont contraints de couler séparément, l'espacement des buses pouvant, en outre, être réduit pour augmenter la productivité. Toutefois, des limitations existent encore, étant donné que, si les embouts sont trop près les uns des autres, le verre fondu peut couler, par action capillaire, dans les dépressions qui les séparent, ce qui, à nouveau, détruit les conditions de formation. En outre, il est avantageux de prévoir des ailettes de refroidissement entre les embouts, afin d'augmenter la productivité, cela créant une limitation additionnelle de la densité de ces embouts d'étirage. Dans les conditions actuelles et d'un point de vue pratique, la distance entre les périphéries des buses d'étirage adjacentes est, par exemple, inférieure à 4,0 mm. Le débit du verre fondu à travers un passage est défini comme suit par l'équation de Hagen-Poiseuille:
avec Q : débit par unité de temps
K: constante de proportionalité p: densité du verre AP: différence de pression entre les extrémités du passage d: diamètre du passage T| : viscosité du verre fondu L: longueur du passage
Ainsi qu'il ressort de l'équation ci-dessus, il y a quatre voies pour augmenter le débit du verre fondu. Une première voie consiste à augmenter A P en augmentant la quantité de verre fondu dans le four et/ou en exerçant une pression sur la surface du verre fondu. L'augmentation de la quantité de verre fondu requiert un four de grande dimension et une augmentation concomitante de la dépense de fuel pour maintenir la température de la masse fondue, ce four devant être, de plus, rendu imperméable à l'air avant que la pression soit appliquée à la surface de la masse fondue, ce qui rend la construction de l'appareillage indûment complexe.
Une seconde méthode consiste à réduire la valeur de la viscosité r| de la masse fondue en augmentant sa température. Cela augmente également la dépense de fuel et détruit également la stabilité de l'opération de formation du filament.
Une troisième voie consiste à diminuer la valeur L en raccourcissant la longueur des buses d'étirage, mais cet expédient tend à augmenter la tendance au mouillage de la surface et nécessite une densité de trous inférieure pour remédier à une telle tendance.
Enfin, une quatrième méthode implique l'augmentation du diamètre d des buses ou embouts d'étirage, et est à la base de cette invention, en combinaison avec une technique pour mettre en œuvre ime opération de démarrage régulière et sûre de formation du filament.
Les fig. 1 et 2 montrent un appareillage conventionnel pour la formation par étirage de fibres de verre, dans lequel le verre fondu dans un four de fusion 1 coule à l'extérieur d'embouts d'étirage 2 pour former des cônes de fibres de verre, qui sont ensuite étirés
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sous la forme de fibres ou de filaments de verre 3. Les filaments sont recouverts avec un agent d'assemblage sur un cylindre 4, réunis en un cordon ou toron simple 6 au moyen d'un dispositif à rouleau 5, et uniformément enroulé sur une bobine 9 montée sur un poste d'enroulement 8, au moyen d'un dispositif de guidage 7 animé d'un mouvement de va-et-vient. La référence numérique 10 désigne des ailettes de refroidissement s'étendant entre les rangées adjacentes d'embouts d'étirage 2, une extrémité de chaque ailette étant reliée à une tubulure 11 à travers laquelle un agent de refroidissement, tel que de l'eau, est pompé.
Il y a deux techniques pour l'augmentation des diamètres des buses ou d'embouts d'étirage: l'une selon laquelle les diamètres sont simplement élargis sans modifier le nombre d'embouts par unité de surface, c'est-à-dire la densité de trous, et une autre selon laquelle les diamètres sont augmentés en maintenant le même espacement ou la même distance entre les périphéries des embouts d'étirage adjacents. Dans l'une ou l'autre de ces méthodes, le débit du verre fondu par unité de temps, ainsi qu'il ressort de l'équation mentionnée précédemment, augmente dans la proportion de la puissance quatre du diamètre. Les cônes de verre fondu formés à l'extrémité des buses d'étirage croissent ainsi rapidement en dimension lorsque les diamètres des embouts sont augmentés, cela aboutissant à ce que l'effet de refroidissement sur les cônes, par radiation thermique vis-à-vis de l'atmosphère ambiante, diminue et que leur température augmente, en dépit de l'effet refroidissant fourni par les ailettes. Il devient ainsi impossible de réduire la température du verre de son niveau de fusion de 1300-1400° C dans le four jusqu'à un niveau approprié pour la formation du filament de 1100-1300° C, ce qui empêche ou perturbe la formation du filament, cause la rupture de celui-ci ou la formation de diamètres de filaments non uniformes, etc. Afin d'étudier ce phénomène du point de vue quantitatif, la distance entre les embouts ou buses d'étirage adjacentes a été fixée à 4,2 mm et le diamètre de chacun des trous a été augmenté graduellement. Il a été trouvé que, à des débits de verre fondu inférieurs à 0,5 g/mn/buse, la formation d'un filament stable et une opération continue peuvent être obtenues par les méthodes traditionnelles. Toutefois, lorsque le débit est augmenté jusqu'à 0,5-0,55 g/mn, une instabilité et une non-uniformité commencent à se produire, et au-dessus de 0,55 g/mn, la formation du filament ni une opération continue ne peuvent plus être obtenues.
Par conséquent, le but de cette invention consiste à fournir un procédé et un dispositif pour la production de fibres de verre en modifiant de façon appropriée un procédé et un dispositif traditionnels de formation par étirage de fibres de verre, afin d'atteindre des vitesses de production fortement augmentées. Plus particulièrement, le procédé selon cette invention, selon lequel le verre fondu dans un four passe à travers une pluralité de trous d'écoulement alignés en rangées dans le fond et se terminant chacun par un embout servant de buse s'étendant vers le bas afin de former une pluralité de cônes de verre fondu à la sortie de chaque embout et qui sont tirés vers le bas en des filaments de verre séparés, et selon lequel des ailettes de refroidissement sont disposées individuellement entre les rangées d'embouts adjacents pour refroidir les cônes de verre fondu, est caractérisé par le fait qu'on utilise des diamètres de trous d'écoulement tels que le débit de verre fondu dépasse 0,5 g/mn par embout d'étirage en maintenant un espace suffisant entre les périphéries des embouts adjacents servant de buses pour empêcher que le verre fondu ne coule dans les renfoncements s'étendant entre eux vers le haut, et par le fait qu'on souffle de l'air de refroidissement en travers des embouts servant de buses dans une direction parallèle aux ailettes de refroidissement et pendant au moins la période initiale de démarrage dë l'opération de formation par étirage du filament.
En outre, un dispositif pour la mise en œuvre du procédé ci-dessus comportant un four de fusion ayant une pluralité de trous d'écoulement alignés en rangées dans le fond de celui-ci, chaque trou se terminant en un embout servant de buse s'étendant vers le bas, et des ailettes de refroidissement disposées individuellement entre les rangées d'embouts adjacents, est caractérisé par le fait que le diamètre de chaque trou d'écoulement est tel qu'il permette d'obtenir un débit de verre fondu supérieur à 0,5 g/mn par embout servant de buse, et que l'espace entre les périphéries des embouts adjacents est tel qu'il empêche le verre fondu de couler dans les dépressions s'étendant entre eux vers le haut, et par le fait qu'il comporte des moyens pour souffler de l'air au travers des embouts servant de buses dans une direction parallèle aux ailettes de refroidissement.
Après que les conditions de formation du filament stabilisées ont été atteintes, généralement au bout de 5 à 10 s, le souffle d'air est réduit ou arrêté. L'étirement et l'enroulement du filament en continu peuvent être maintenus ensuite à une vitesse d'écoulement du verre fondu d'au moins 0,75 g/mn par buse, de telle sorte que la productivité des fibres de verre est augmentée d'une façon importante.
Les dessins annexés illustrent schématiquement et à titre d'exemple la présente invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'un appareillage traditionnel pour la formation de fibres de verre utilisant des embouts d'étirage et des ailettes de refroidissement.
La fig. 2 est une vue en perspective de dessous du four de formation selon la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale des embouts d'étirage d'un four de formation du dispositif selon l'invention comprenant une tubulure de soufflage d'air.
La fig. 4 est une vue en plan et partiellement en coupe du four de formation selon la fig. 3.
Différentes études ont été effectuées sur les diverses voies pour augmenter la vitesse et l'efficacité de la formation du filament, et il a été trouvé que des conditions de formation ou d'étirage du filament stables peuvent être réalisées à des vitesses jusqu'à au moins 0,75 g de verre fondu par minute par buse, si un régrigérant supplémentaire approprié, tel que de l'air, est soufflé au travers des buses durant au moins la période initiale de démarrage de l'opération de formation de l'écoulement en vue de l'étirage. De l'air peut être ainsi délivré à travers une conduite ou une tubulure 13, par exemple, comme montré sur les fig. 3 et 4, disposée de façon adjacente et juste en dessous de la surface des embouts d'étirage 12 du four 1.
Plus particulièrement, en soufflant de l'air au travers des buses immédiatement avant et durant le début de l'opération de formation, le refroidissement des ailettes, des buses d'étirage et des cônes de verre est amélioré ou augmenté. Après que les opérations d'étirage et d'enroulage du filament sont devenues régulières ou stabilisées, le flux d'air de refroidissement peut être interrompu, de telle sorte que l'opération régulière continue soit maintenue à la fois par l'effet de refroidissement des ailettes et l'effet de refroidissement par l'écoulement d'air inhérent produit par les filaments en déplacement. Afin d'étirer des filaments ayant le même diamètre final indépendamment d'une augmentation des diamètres des embouts d'étirage, il est nécessaire d'augmenter la vitesse d'enroulement en proportion avec l'augmentation du diamètre de la buse ou l'augmentation de la vitesse d'écoulement de la fibre de verre. En conséquence, étant donné que le diamètre des buses d'étirage est augmenté, la vitesse de l'air produit par les filaments se déplaçant plus rapidement augmente de façon correspondante, ce qui aboutit à fournir un refroidissement continu suffisant.
Ainsi, la quantité de fibres de verre produite par unité de temps peut être augmentée en proportion avec la vitesse d'enroulement du filament.
Selon des résultats expérimentaux, dans un four de formation ayant environ 800 buses d'étirage, des conditions d'étirage du filament régulières peuvent être obtenues en utilisant un débit d'air de refroidissement initial de 0,7 à 1,8 m3/mn et une vitesse de 0,6 à 1,5 m/s pendant une période de 5 à 10 s à partir du début de l'opération de formation. Lorsque la conduite 13 est disposée à
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l'opposé et en face du tuyau de refroidissement d'eau 11 auquel les ailettes 10 sont reliées, comme montré sur les fig. 3 et 4, il peut s'établir une différence de température entre les portions de base des ailettes et leurs extrémités, ce qui peut causer des variations des effets de refroidissement des buses. Dans un tel cas, le flux d'air ne doit pas être complètement arrêté après que l'opération d'enroulement a commencé à se stabiliser, mais il doit être au contraire réduit jusqu'à un niveau relativement bas, de façon que les températures des ailettes de refroidissement soient uniformes sur toute leur longueur. La présente invention sera maintenant illustrée en référence aux exemples suivants, dans lesquels le nombre d'embouts ou de buses d'étirage est de 800, la distance entre les embouts adjacents est de 4,2 mm et le diamètre des fibres de verre obtenues est de 10 |i.
Exemple 1
Le diamètre de chacun des embouts ou buses d'étirage était initialement de 1,8 mm, et le débit total de verre fondu était de 300 g/mn. La vitesse d'enroulement a été fixée à 1900 m/mn, afin * de former des fibres de verre de 10 |i de diamètre. La formation a été effectuée en utilisant un four traditionnel ayant des ailettes de refroidissement, mais sans autre moyen additionnel ou auxiliaire de refroidissement. La formation du filament n'a pas pu être effectuée de façon régulière et continue. Le diamètre de chacun des embouts d'étirage a alors été augmenté jusqu'à 1,95 mm, et le débit de verre fondu a également été augmenté jusqu'à 400 g/mn. Avec un tel débit, la vitesse d'enroulement a été portée à 2500 m/mn, afin d'obtenir des fibres de verre de 10 |x de diamètre. La formation a à nouveau été effectuée en utilisant un four traditionnel avec des ailettes de refroidissement, mais sans aucun moyen auxiliaire de refroidissement, et il s'est avéré difficile d'obtenir des conditions de formation stables. Puis, un flux d'air a été amené en travers de la surface des embouts ou buses d'étirage dans une direction parallèle aux rangées d'ailettes de refroidissement, avec un débit de 0,7 m3/mn et une vitesse de 0,6 m/s,
jusqu'à ce que les opérations de formation et d'enroulement deviennent régulières, ce qui a pris approximativement 5 s. Le flux d'air a alors été interrompu, et les conditions de formation et d'enroulement sont restées régulières et continues.
Exemple 2
s Le diamètre de chaque embout d'étirage a été augmenté jusqu'à 2,00 mm, ce qui a également augmenté le débit du verre fondu jusqu'à 450 g/mn. Avec un tel débit, la vitesse d'enroulement a dû être augmentée jusqu'à 2800 m/mn afin d'obtenir des fibres de verre de 10 (j, de diamètre. Dans ce cas, la formation io initiale du filament n'a pas pu être obtenue sans l'apport d'air de refroidissement, et un débit d'air de 0,9 m3/mn à une vitesse de 0,8 m/s a ainsi été employé pendant environ 5 s après le débit de l'écoulement du verre, puis a été interrompu. La formation du filament est restée stable et continue.
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Exemple 3
Le diamètre de chaque buse ou embout d'étirage a été augmenté jusqu'à 2,05 mm, ce qui a accru le débit du verre fondu jusqu'à 500 g/mn. Ces augmentations ont requis une augmenta-20 tion de la vitesse d'enroulement jusqu'à 3100 m/mn afin d'obtenir des fibres de verre de 10 n de diamètre. De l'air de refroidissement a été initialement amené à un débit de 1,2 m3/mn et une vitesse de 1,0 m/s pendant approximativement 7 s après le début de l'écoulement du verre, puis le flux d'air a été interrompu. La formation 25 stable du filament a pu être ensuite poursuivie.
Exemple 4
Le diamètre de chaque buse ou embout d'étirage a été augmenté jusqu'à 2,15 mm, ce qui augmenté le débit du verre fondu so jusqu'à 600 g/mn. Ces augmentations ont requis une augmentation de la vitesse d'enroulement jusqu'à 3800 m/mn pour obtenir des fibres de verre de 10 p. de diamètre. L'air de refroidissement initial a été fourni à un débit de 1,8 m3/mn et à une vitesse de 1,5 m/s pendant 10 s après que le verre fondu eut commencé de 35 couler, puis a été interrompu. A nouveau, une opération de formation du filament stable et continue a pu être ensuite maintenue.
1 feuille dessins
Claims (6)
1. Procédé pour la formation par étirage de fibres de verre, selon lequel le verre fondu dans un four passe à travers une pluralité de trous d'écoulement alignés en rangées dans le fond du four et se terminant chacun par un embout servant de buse s'éten-dant vers le bas, afin de former une pluralité de cônes de verre fondu à la sortie de chaque embout et qui sont tirés vers le bas en des filaments de verre séparés, et selon lequel des ailettes de refroidissement sont disposées individuellement entre les rangées d'embouts adjacents pour refroidir les cônes de verre fondu, caractérisé par le fait qu'on utilise des diamètres de trous d'écoulement tels que le débit de verre fondu dépasse 0,5 g/mn par embout d'étirage en maintenant un espace suffisant entre les périphéries des embouts adjacents servant de buses pour empêcher que le verre fondu ne coule dans les renfoncements s'éten-dant entre eux vers le haut, et par le fait qu'on souffle de l'air de refroidissement en travers des embouts servant de buses dans une direction parallèle aux ailettes de refroidissement et pendant au moins la période initiale de démarrage de l'opération de formation par étirage du filament.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le refroidissement par soufflage d'air est maintenu pendant 5 à 10 s, puis est interrompu.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le refroidissement par soufflage d'air est maintenu pendant 5 à 10 s, puis est réduit.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les diamètres des trous d'écoulement sont tels que le débit de verre fondu soit compris entre 0,55 et 0,75 g/mn par embout servant de buse.
5. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un four de fusion ayant une pluralité de trous d'écoulement alignés en rangées dans le fond de celui-ci, chaque trou se terminant en un embout servant de buse s'étendant vers le bas, et des ailettes de refroidissement disposées individuellement entre les rangées d'embouts adjacents, caractérisé par le fait que le diamètre de chaque trou d'écoulement est tel qu'il permette d'obtenir un débit de verre fondu supérieur à 0,5 g/mn par embout servant de buse, et que l'espace entre les périphéries des embouts adjacents est tel qu'il empêche le verre fondu de couler dans les dépressions s'étendant entre eux vers le haut, et par le fait qu'il comporte des moyens pour souffler de l'air au travers des embouts servant de buses dans une direction parallèle aux ailettes de refroidissement.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de soufflage d'air comportent une tubulure disposée de façon adjacente à une face du fond du four et ayant des ouvertures de sortie dirigées vers les embouts servant de buses.
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