DE69519585T2

DE69519585T2 - Verfahren und produkte für unregelmässig geformte bikomponentglasfasern

Info

Publication number: DE69519585T2
Application number: DE69519585T
Authority: DE
Inventors: Lee Alkire; E. Brandon; J. Grant; D. Green; Thomas Henry; A. Householder; Scott Miller
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: ZA957982B; US5885390A; TR199501162A2; ATE197971T1; AU3594595A; EP0782638B1; DE69519585D1; EP0782638A1; WO1996009427A1; US5688301A; CO4440598A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Verarbeiten von Glasfaserwolle und Produkte aus dieser, und sie betrifft insbesondere Verfahren zum Verarbeiten unregelmäßig geformter Glasfasern und aus unregelmäßig geformten Glasfasern hergestellte Produkte.
Herkömmliche Glasfasern sind bei einer Vielfalt von Anwendungen unter Einschluß von Verstärkungen, Textilien sowie Schall- und Wärmeisoliermaterialien nützlich. Für die Zwecke dieser Patentbeschreibung soll "Glas" bei der Verwendung der Begriffe "Glasfasern" und "Glasmischungen" jedes beliebige der glasartigen Mineralmaterialien, wie Stein, Schlacke und Basalt sowie herkömmliche Gläser, einschließen.
Zusammenhängende Glasfasern werden typischerweise durch Düsen für Verstärkungs- und Textilanwendungen erzeugt. Diese Fasern bestehen typischerweise aus vielen durch Schlichten zusammengehaltenen Glasfäden. Die Glasfasern werden häufig weiterverarbeitet, indem sie zu zusammenhängenden Strängen, Garnen und Rovings kombiniert werden oder in vom Endverbraucher festgelegte vorbestimmte Längen zerhackt werden. Nach dem Zerhacken können die sich ergebenden kurzen, geraden Fasersegmente mit anderen Materialien vermischt werden, durch Naßverarbeitung zu Matten in der Art der für Schindeln verwendeten verarbeitet werden oder auf andere Weise zur Verwendung behandelt werden. Wenngleich Düsen erhebliche Gebrauchsdauern haben, ist ihr Durchsatz gegenüber Rotations-Faserbildungstechniken zum Erzeugen von Glasfasern begrenzt.
Typischerweise aus Schall- und Wärmeisoliermaterialien bestehende kurze, gerade Fasern werden durch Rotations-Faserbildungstechniken hergestellt und durch Bindemittel verbunden. Bei diesen Techniken wird geschmolzenes Glas von einem Ofen einer gelöcherten Zentrifuge, die gewöhnlich als eine Spinnmaschine bezeichnet wird, zugeführt. Von der Spinnmaschine erzeugte Fasern werden durch ein Gebläse nach unten gezogen. Ein Bindemittel, das zum Verbinden der Fasern zu einem Wollprodukt erforderlich ist, wird auf die Fasern gesprüht, wenn diese nach unten gezogen werden. Die Fasern werden danach angesammelt und zu einem Wollbündel geformt. Die sich ergebenden Materialien haben die Nachteile einer ungleichmäßigen Materialverteilung, der hohen Kosten des Bindemittels und der Kosten für das Behandeln des Abwassers und der Abluft, um die Umwelt vor der Einwirkung im Bindemittel enthaltener organischer Verbindungen zu schützen.
In WO-A-9 512 553 ist ein Glasfaser-Isolierprodukt offenbart, das unregelmäßig geformte Glasfasern aus zwei verschiedenen Gläsern mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthält, wobei die unregelmäßig geformten Doppelglasfasern eine im wesentlichen gleichmäßige Volumenfüllung aufweisen und selbst beim Fehlen eines Bindematerials ein verbessertes Rückverformungs- und Wärmeleitvermögen bereitstellen.
Zusätzlich zu Isoliermaterialien werden aus dem Wollbündel durch weiteres Verdichten und Wärmeaushärten der Wolle zu Platten oder Tafeln andere Wollprodukte erzeugt.
Alternativ kann die Wolle mit anderen natürlichen und synthetischen Fasern vermischt werden, um Vlies zu bilden, und sie kann danach kardiert oder gekämmt werden, um das Faserbündel für die weitere Verarbeitung, wie das Vernadeln, zu öffnen. Durch das Kardieren und Kämmen werden die Fasern gewöhnlich ausgerichtet. Die vermischten Fasern dienen dem Öffnen der Glasfasermatrix und machen die Glasfasern durch "Schmieren" der Vernadelungswirkung für das Vernadeln zugänglich.
Herkömmliche Glasfasern haben unabhängig davon, ob sie zusammenhängend, zerhackt oder in Wollbündeln enthalten sind, Anwendungen bei einer großen Vielfalt von Produkten gefunden. Es ist erwünscht, die Charakteristiken von Glasfasern aufweisenden Produkten weiter zu verbessern und neue Anwendungen für Glasfasern zu finden, bei denen Glasfasereigenschaften ausgenutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine unregelmäßig geformte Glasfaser vorgesehen, die eine verbesserte Elastizität und Offenheit in Bündelstrukturen aufweist. Bündel, Lagen oder andere Anordnungen, die hier allgemein als Teile bezeichnet werden, weisen unregelmäßig geformte Fasern auf, die verwickelt sind und kein Bindemittel benötigen. Wie gemäß der vorliegenden Erfindung dargelegt ist, können Teile des unregelmäßig geformte Fasern enthaltenden Wollbündels direkt ohne Zwischenschritte, die bei herkömmlichen Glasfaser-Verarbeitungsvorgängen erforderlich sind, verarbeitet werden. Dies bedeutet, daß ein Wollbündel aus den unregelmäßig geformten Glasfasern ohne die Vorstufenschritte des Kardierens, des Vermischens mit anderen Fasern oder des Schmierens vernadelt werden kann, die andernfalls bei herkömmlichen geraden Glaswollen erforderlich wären. Die Offenheit und Elastizität der unregelmäßig geformten Glasfasern erlauben es weiterhin, daß die Wollfasern einer Beschädigung durch Abrieb und Vernadeln widerstehen, indem sie statt zu zerbrechen ausweichen, wodurch während der Verarbeitung weniger Staub erzeugt wird. Dennoch lassen sich durch die offene Struktur der unregelmäßig geformten Glasfasern der Kardierungs- und der Vermischungsvorgang leichter ausführen, wenn diese erwünscht sind. Weiterhin weisen gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte unregelmäßig geformte Glasfasern eine gleichmäßigere Gewichtsverteilung auf, so daß durch Vernadeln erzeugtes Vlies gleichmäßigere Eigenschaften aufweist. Dadurch kann eine Reihe von Gegenständen mit unregelmäßig geformten Fasern bei geringeren Kosten er zeugt oder mit geringerem Arbeitsaufwand verarbeitet werden, wobei sie eine variable und verbesserte Funktionsweise aufweisen.
Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Vlieses aus unregelmäßig geformten Glasfasern nach Anspruch 1 vor. Vorzugsweise wird das Verfahren mit durch Rotationsfaserbildung erzeugten, unregelmäßig geformten, zweikomponentigen Glasfasern ausgeführt, und es ist dabei keine Vorverarbeitung, wie ein Kardieren oder Vermischen, erforderlich.
Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß ein Vlies vor, das aus einer vernadelten Glasfaserwolle mit unregelmäßig geformten Glasfasern nach Anspruch 20, vorzugsweise zweikomponentigen, mit anderen Fasern nicht vermischten Glasfasern, besteht. Vernadelte, unregelmäßig geformte Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltende Materialien weisen nicht nur die Hochtemperatur-, Rauch- und Chemikalienbeständigkeit von Glas sowie eine Abmessungsstabilität, sondern auch Elastizität, eine hohe Bauschigkeit, Reißfestigkeit und ein weiches filzartiges Anfühlen (d. h. ein weiches "Anfassen") auf. Durch die Auswahl von Nadeln, der wiederholten Vernadelung, der Vernadelung von einer oder beiden Seiten und des Ortes der Vernadelung können diese Charakteristiken geändert werden, wodurch zahlreiche Anwendungen möglich werden.
Beispielhaft und nicht einschränkend sei bemerkt, daß Produktanwendungen der sich ergebenden gewebten und nicht gewebten Materialien die Verwendung von Materialien aus unregelmäßig geformten Glasfasern bei Filtrationselementen, Sorptionsmitteln, Dichtungen, Füllungen, Schindeln, zusammengesetzten Bauelementen, Beschlägen, Textilien, Garnen und eingeblasenen Isolationssystemen einschließen.
Schließlich ist bei einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ein Vlies vorgesehen, das unregelmäßig geformte Fasern in einem im wesentlichen zusammenhängenden Wollband enthält. Das im wesentlichen zusammenhängende Band wird durch "Abwickeln" eines durch ein direktes Formgebungsverfahren angesammelten Faserglas-Wollbündels erzeugt. Beim direkten Formgebungsverfahren werden unregelmäßig geformte Glasfasern so angesammelt, daß eine im wesentlichen spiralförmige Faserbeziehung im Faserschleier erfaßt und dann im wesentlichen im Wollbündel aufrechterhalten wird. Dieses im wesentlichen zusammenhängende Wollband kann auf zahlreiche Arten weiterverarbeitet werden, um Garne, Textilien, Füllungen, Verstärkungen und eine eingeblasene Isolation zu bilden.
Ein weiteres Merkmal des im wesentlichen zusammenhängenden Bands besteht darin, daß es durch Röhren zwischen Betriebsstationen befördert werden kann, wobei es durch eine von Gebläsen oder Vakuum hervorgerufene Luftbewegung geblasen oder gezogen wird.
Das Erzeugen eines im wesentlichen zusammenhängenden Bands durch "Abwickeln" eines durch ein direktes Formgebungsverfahren angesammelten Faserglas- Wollbündels kann weiterhin bei einem tragbaren Wollblassystem verwendet werden, das ein Wollbündel aus durch direkte Formgebungsverfahren angesammelten, unregelmäßig geformten Glasfasern aufweist, das vor Ort abgewickelt, in Würfel zerlegt und in zu isolierende Räume geblasen werden kann.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines direkten Formgebungsverfahrens zum Ansammeln unregelmäßig geformter Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des direkten Formgebungsvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1B ist eine schematische perspektivische Ansicht des Schleiers aus Luft und langen Fasern bezüglich der ersten Förderflächen.
Fig. 1C ist eine schematische perspektivische Ansicht der Förderflächen und Kantenführungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer unregelmäßig geformten Glasfaser gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht verschiedener Verarbeitungsschritte, die an einem Wollbündel aus unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Filtrationselements mit vernadelten, unregelmäßig geformten Glasfasern, das in einer beispielhaft angegebenen Tafelkonfiguration verwirklicht ist.
Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Filtrationselements mit vernadelten, unregelmäßig geformten Glasfasern, das in einer beispielhaft angegebenen Filterbeutelkonfiguration verwirklicht ist.
Fig. 6a ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaft angegebenen Dichtung mit einer elastischen Matrix vernadelter, unregelmäßig geformter Glasfasern.
Fig. 6b ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaft angegebenen Schindel mit einer Matrix unregelmäßig geformter Glasfasern, die zum Bereitstellen unterschiedlicher Dicken vernadelt sind.
Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines beispielhaft angegebenen Bauelements mit einem Innenkern aus unregelmäßig geformten Glasfasern.
Fig. 8a ist eine schematische perspektivische Ansicht eines beispielhaft angegebenen Texturiervorgangs, der auf eine Matte aus unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Fig. 8b ist eine schematische Schnittansicht einer texturierten Matte aus unregelmäßig geformten Glasfasern.
Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines im wesentlichen zusammenhängenden Bands aus unregelmäßig geformten Wollfasern, das aus einem durch direkte Formgebungsverfahren angesammelten Wollbündel erzeugt wird.
Fig. 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Verfahrens zum Herstellen eines Garns aus einem im wesentlichen zusammenhängenden fortlaufenden Band aus unregelmäßig geformten Wollfasern.
Fig. 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines im wesentlichen zusammenhängenden Bands und eines dafür vorgesehenen Verteilungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines tragbaren eingeblasenen Isolationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist eine schematische Vorderansicht eines Wärmeaushärtvorgangs, durch den die Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann.
Fig. 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines direkten Formgebungsvorgangs, durch den die Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann.
Fig. 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Isolierprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Vorder-Schnittansicht einer Faserbildungseinrichtung, durch die die Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können.
Fig. 17 ist eine Draufsicht eines Teils der Spinnmaschine aus Fig. 16 bei Betrachtung entlang der Linie 17-17.
Fig. 18 ist eine schematische Vorderansicht der Spinnmaschine aus Fig. 17 bei Betrachtung entlang der Linie 18-18.
Fig. 19 ist eine schematische Schnittansicht einer unregelmäßigen Glasfaser gemäß der Erfindung mit einem A-Glas/B-Glas-Verhältnis von 50 : 50.
Fig. 20 ist eine schematische Ansicht einer unregelmäßigen Glasfaser mit einem A-Glas/B-Glas-Verhältnis von weniger als 50 : 50.
Fig. 21 ist eine schematische Vorderansicht der vorliegenden Erfindung.
Fig. 22 ist eine schematische perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Verarbeiten von Wollbündeln aus unregelmäßig geformten langen Glasfasern zu weiteren Produkten und Materialien verwendet werden, wie in den Fig. 1 bis 22 beispielhaft dargestellt ist.
Mit Bezug auf Fig. 1 sei bemerkt, daß unregelmäßig geformte Glasfasern 116 vorgesehen sind, die eine verbesserte Elastizität und Offenheit in Bündelstrukturen 48 aufweisen. Bündel, Lagen oder andere Anordnungen, die hier allgemein als Teile 148 bezeichnet werden, enthalten unregelmäßig geformte Glasfasern 116, die verwickelt sind und keine Bindemittel erfordern. Die Faserstruktur und Verfahren zum Herstellen von Wollbündeln 48 sind weiter unten in näheren Einzelheiten dargelegt.
In Fig. 1 ist der bevorzugte Vorgang zum Erzeugen eines Wollbündels 48 (oder eines Teils 148) dargestellt, in dem lange, unregelmäßig geformte Glasfasern 116 auf entgegengesetzten ersten Förderflächen 22 angesammelt werden. Der auch als ein direktes Formgeben bezeichnete bevorzugte Vorgang wird am besten weiter unten in näheren Einzelheiten dargelegt. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß die unregelmäßig geformten Fasern 116 angesammelt werden, wobei im Wollbündel 48 eine im wesentlichen spiralförmige Orientierung vorhanden ist. Die unregelmäßig geformte lange Glasfaser 116 ist in Fig. 2 zusammen mit ihrem zweidimensionalen Projektionsschatten 118 beispielhaft dargestellt, der die unregelmäßige Form oder Drehung entlang ihrer Länge veranschaulicht.
Das bevorzugte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Erzeugen von Wollbündeln aus langen Glasfasern verwendet werden, wie in den Fig. 1 bis 1C beispielhaft dargestellt ist.
In den Fig. 1 und 1A ist ersichtlich, daß das direkte Formgebungsverfahren zum Ansammeln langer Glasfasern mit dem Bereitstellen einer Rotations-Faserbildungseinrichtung 211 und dem mit dieser erfolgenden Erzeugen eines Schleiers 212 aus sich bewegenden Gasen 214 und langen Glasfasern 116 beginnt. Der Schleier 212 kann hier auch als eine Säule bezeichnet werden. Der Schleier 212 läuft in einer im wesentlichen abwärts weisenden Richtung, wobei die darin vorhandenen langen Fasern 116 eine im wesentlichen spiralförmige Bahn aufweisen, wie allgemein angegeben ist. Die langen Fasern 116 werden auf mindestens zwei entgegengesetzten ersten Förderflächen 22 angesammelt, wobei die langen Fasern 116 in einer im wesentlichen spiralförmigen Beziehung allgemein auf diesen orientiert sind. Daraufhin wird ein Wollbündel 48 aus langen Fasern gebildet, während ihre Orientierung im wesentlichen aufrechterhalten wird.
Das Ansammeln der Fasern umfaßt das Aufnehmen der langen Glasfasern 116 auf den ersten Förderflächen 22 und das Abtrennen der im Schleier 212 vorhandenen Gase 214 aus diesen durch Absaugen der Gase 214 durch die ersten Förderflächen 22. Die ersten Förderflächen 22, die vorzugsweise planare gelöcherte Flächen sind, werden weiterhin in abwärts zusammenlaufenden Richtungen betrieben, um die so angesammelten langen Glasfasern 116 zum Bilden eines Wollbündels 48 zu fördern. An ihren am weitesten unten gelegenen Punkten sind die ersten Förderflächen durch einen am besten in Fig. 1B dargestellten Spalt 228 getrennt, der zu einem von zweiten Förderflächen 232 gebildeten Durchlaß 230 führt.
In den Fig. 1 bis 1B umfaßt das Bilden eines Wollbündels 48 das Bilden eines Durchlasses 230, der mindestens zwei in einer entgegengesetzten, räumlich getrennten Beziehung angeordnete zweite Förderflächen 232 aufweist. Die langen Fasern 116 werden von den ersten Förderflächen 22 in den Durchlaß 230 befördert, und das Wollbündel 48 wird beim Durchgang durch den Durchlaß 230 geformt.
Während des Bildungsschritts wird die allgemeine Faserorientierung, d. h. die im wesentlichen spiralförmige Beziehung zwischen den langen Fasern 116 auf den ersten und zweiten Förderflächen 22, 232 vorzugsweise im wesentlichen durch Saugen durch diese Flächen aufrechterhalten. Das Saugen dient weiterhin dem Abkühlen des Wollbündels, wodurch die Temperatur typischerweise um zusätzliche 100 bis 200 Grad Fahrenheit (ºF) (38 bis 93ºC) verringert wird, was wesentlich ist, wenn das Packen unmittelbar dem direkten Formgebungsvorgang folgt, wie in Fig. 1A dargestellt ist. Wie jedoch in Fig. 1 dargestellt ist, kann das Verfahren auch ohne Anwenden des Saugens auf die zweiten Förderflächen 232 praktisch verwendet werden. Die Temperatur des Wollbündels liegt typischerweise im Bereich von 204ºC bis 260ºC (400 bis 500ºF), sie kann jedoch auch davon abweichen.
Mit Bezug auf Fig. 1C sei bemerkt, daß der Schritt des Bildens eines Durchlasses 230 vorzugsweise das Bilden eines im wesentlichen rechteckigen Durchlasses umfaßt, wie dargestellt ist, indem mindestens zwei entgegengesetzte Kantenführungen 240 in einem Abstand angeordnet werden, um die Seiten des Durchlasses 230 allgemein festzulegen.
Verschiedene zusätzliche Schritte können gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, um gewünschte Ergebnisse beim damit direkt ausgebildeten Wollbündel zu erzielen, weshalb diese Schritte von Produkt zu Produkt variieren. In dieser Hinsicht kann der in Fig. 1 dargestellte Schritt des Bildens durch Betreiben der ersten Förderflächen 22 bei einer ersten Geschwindigkeit und durch Betreiben der zweiten Förderflächen 232 bei einer zweiten Geschwindigkeit ausgeführt werden. Geschwindigkeitsunterschiede bewirken einen Grad an Oberflächenverwicklung zwischen den langen Glasfasern 116 und unterbrechen somit in gewissem Maße die orientierte Beziehung der langen Fasern nahe der Oberfläche des gebildeten Wollbündels. Ein aus größeren Geschwindigkeitsunterschieden resultierendes stärkeres Verwickeln verleiht dem Wollbündel eine zusätzliche Defini tion, es kann jedoch einen gewissen Verlust an Rückverformung bewirken. Es wurde herausgefunden, daß in etwa gleiche Geschwindigkeiten gewöhnlich die maximale Rückverformung erzeugen, wobei also die Geschwindigkeit der ersten Förderfläche 22 etwa im Verhältnis ³/&sub4; bis 1¹/&sub2; zur Geschwindigkeit der zweiten Förderfläche 232 steht.
Überdies können später weitere Schritte ausgeführt werden, um dem Wollbündel 48 eine zusätzliche Form oder andere Eigenschaften oder Merkmale zu verleihen. In dieser Hinsicht enthält Fig. 1A die dritte Förderfläche 242 (s. Fig. 1) nicht, sie zeigt jedoch veranschaulichend einen weiteren Schritt des Formens des Wollbündels zum Bilden eines Produkts. Das Wollbündel 48 kann wie dargestellt in irgendeinen geeigneten Typ eines Films, wie einen Film 252, eingekapselt werden. Das Wollbündel kann weiterhin vor dem Packen in einzelne Einheiten in der Art von Isolierlagen geschnitten werden. Das Produkt kann mit einer geeigneten Einrichtung, wie einer Aufrolleinrichtung 254, gepackt werden. In Fig. 1A ist eine Isolierlage oder -rolle aus langen Glasfasern dargestellt, die gemäß dem vorliegenden Verfahren direkt ausgebildet ist. Es ist zu verstehen, daß die Lage oder Rolle mit einem Film 252 oder einem anderen Außenbelag bedeckt werden kann, von denen viele auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Wieder auf Fig. 1C Bezug nehmend sei bemerkt, daß dort ersichtlich ist, daß das Ansammelen der langen Glasfasern das Ansammeln eines Faserstapels einschließen kann, der hier als ein dynamischer Stapel 218, eine Säule oder ein Klumpen bezeichnet wird, wobei die Fasern 116 von den ersten Förderflächen 22 abgefangen werden. Es ist ein ziemlich sanftes Ansammeln der Fasern bevorzugt, um das Verdichten des Stapels 218 zu verhindern. Der dynamische Stapel 218 weist eine Stapeldicke t auf, die durch den Abstand von der Oberseite des Stapels 218 zu den in etwa senkrecht darunter liegenden ersten Förderflächen 22 festgelegt ist. Wenn der dynamische Stapel 218 zu hoch ist, wird es schwierig, ihn zu lenken und zu steuern. Eine kritische Abmessung beim Bilden des Stapels ist daher seine Dicke t. Eine zweite interessierende Abmessung ist der Abstand d von der Unterseite der Rotations-Faserbildungseinrichtung 211 bis zur Oberseite des Stapels. Es ist für das Entfernen von Gasen wünschenswert, daß der Abstand d so gering wie möglich ist, um das Ausmaß des Gasentfernens zu verringern. Der Abstand d wird vorzugsweise so gewählt, daß die störende Wechselwirkung mit dem Faserbildungsvorgang minimiert wird, weshalb er nicht zu klein sein kann. Wenn der Abstand d zu klein ist, ergibt sich auch ein Stapel 218 mit einer höheren Dichte. Wenn d zunimmt, nimmt die Geschwindigkeit des Schleiers 212 ab, so daß der Abstand d so hergestellt werden kann, daß die langen Fasern ohne ein die Offenheit der Fasern zerstörendes übermäßiges Verdichten angesammelt werden können.
Demgemäß kann der Schritt des Ansammelns das Steuern der Dicke des dynamischen Stapels 218 einschließen. Es wurde herausgefunden, daß dies zusätzlich zum Ändern des Abstands d durch mehrere Methoden oder eine Kombination von Methoden vorgenommen werden kann. Beispielsweise kann die Dicke t durch Ändern der Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der die ersten Förderflächen 22 die langen Fasern 116 in einer im wesentlichen zusammenlaufenden, abwärts weisenden Richtung befördern. Das Steuern der "Fertigungsstraßengeschwindigkeit" ist eine primäre Art des Steuerns der Dicke t. Eine andere Methode besteht im Ändern des durch die ersten Förderflächen 22 ausgeübten Sogs. Das Ändern des Sogs kann jedoch die Faserverdichtung, die Rückverformung des Produkts, die Gewichtsgleichmäßigkeit und die Rechtwinkligkeit des Querschnitts des Wollbündels beeinträchtigen. Eine dritte Methode zum Steuern der Dicke t besteht im Ändern des Winkels mindestens einer der ersten Förderflächen 22 bezüglich der im wesentlichen abwärts weisenden Richtung des Schleiers 212. Im allgemeinen besteht ein Zweck des Anordnens der ersten Förderer 22 unter einem Winkel darin, den Stapel 218 zu lenken und zu steuern. Wenn jedoch nur der Winkel einer einzigen Fläche geändert wird, kann sich ein ungleichmäßiger Stapel ergeben. Der Spalt 228 zwischen den ersten Förderflächen 22 wirkt beim Steuern des Stapelbildens und der Dicke t auch mit diesen Faktoren zusammen. Schließlich kann die Dicke t durch Ändern der Geschwindigkeit der dritten Förderfläche 242 beeinflußt werden.
Es wurde auch herausgefunden, daß der Schleier 212 dazu neigen kann, bei seiner Abwärtsbewegung zu den ersten Förderflächen leicht zu wandern, weshalb das Lenken des Schleiers 212 wünschenswert ist. In dieser Hinsicht kann der Schritt des Ansammelns der Fasern weiterhin das auf andere Weisen erfolgende Anpassen der ersten Förderflächen 22 einschließen. Demgemäß kann der Schritt des Ansammelns weiterhin das seitliche Anpassen der Position der ersten Förderflächen 22 einschließen, an denen der dynamische Stapel 218 angesammelt wird. Das seitliche Richtungsanpassen kann in der x- und der z-Richtung, die in Fig. 1 C dargestellt sind, vorgenommen werden, wobei x die Links-Rechts- Bewegung ist, z die horizontale Bewegung auf den Betrachter zu und von diesem weg ist und y die vertikale Bewegung ist. Das Anpassen in der x-Richtung beeinflußt auch die Höhe, auf der die erste Förderfläche 22 den Schleier 212 abfängt, und es kann die Ungleichmäßigkeit beim Bilden des Stapels 218 korrigieren oder diese hervorrufen.
Wie in Fig. 1B weiterhin dargestellt ist, kann eine feinere Wirkung auf die Bewegung des Schleiers 212 ausgeübt werden, indem das durch die ersten Förderflächen angewendete Saugen oder der Winkel mindestens einer ersten Förderfläche 22 geändert wird, wodurch der Saugdruck näher gebracht wird, um die allgemeine Abwärtsbewegung des Schleiers 212 zu beeinflussen. Dies bedeutet, daß das Saugen einen umso größeren Einfluß auf den Schleier 212 ausübt, je steiler die ersten Förderer sind.
In dieser Hinsicht wurde herausgefunden, daß die Breite frei drehbarer, als Kantenführungen 240 verwendeter Räder einen großen Einfluß auf die sich ergebende Bündelform hat. Hierbei scheint eine Radbreite von etwa 127 mm (5 Zoll) optimal für einen in etwa 178 mm (7 Zoll) bis 330 mm (13 Zoll) messenden Spalt 228 zu sein. Es wurden im wesentlichen rechteckige Wollbündel gebildet, wobei kein vor dem weiteren Packen erfolgendes weiteres Formen oder Bilden erforderlich waren, wie in Fig. 1A veranschaulichend dargestellt ist.
Die Isolierprodukte aus unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung können durch einen Rotations-Faserbildungs-Bündel-Wärmeaushärtvorgang zum Ansammeln von Wollbündeln erzeugt werden, wie in Fig. 13 dargestellt ist. Während Fig. 1 einen bevorzugten Vorgang des Ansammelns zeigt, zeigt Fig. 13 einen alternativen Vorgang des Ansammelns von Wollbündeln.
In Fig. 13 ist ersichtlich, daß Faserbildungseinrichtungen 14 über Vorherde 12 zwei verschiedene Mischungen geschmolzenen Glases zugeführt werden. Durch die Faserbildungseinrichtungen erzeugte Schleier aus unregelmäßig geformten Glasfasern 116 werden mittels eines unter dem Förderer vorhandenen Vakuums auf dem Förderer 242 als ein Wollbündel 20 angesammelt. Wenn die Fasern durch Luft oder Gase mittels in den Faserbildungseinrichtungen angeordneter Gebläse 222 zum Förderer hin abwärts geblasen werden, werden sie verdünnt und nehmen ihre unregelmäßige Form an.
Das Wollbündel wird dann bei Wärmeaushärttemperaturen von 371ºC bis 593ºC (700 bis 1100ºF) durch einen Ofen 24 geführt. Die Wärmeaushärttemperatur kann durch Verzögern des nach dem Faserbilden erfolgenden Kühlungsvorgangs, um einen Teil der Wärme vom Faserbildungsvorgang zu halten, oder durch Wiedererhitzen der Fasern im Wärmeaushärtofen erreicht werden. Beim Passieren des Ofens wird das Wollbündel durch einen oberen Förderer 26 und einen unteren Förderer 28 sowie durch nicht dargestellte Kantenführungen geformt. Während sie sich im Ofen befinden, können die Glasfasern Strömungen heißer Gase ausgesetzt werden, um das gleichmäßige Erhitzen zu erleichtern. Nach einem Zeitraum von bis zu 10 Minuten verläßt das Wollbündel den Ofen dann als ein Isolierprodukt 30.
Wenn Glasfasern durch die Förderer 26 und 28 in die Form des Isolierprodukts gezwungen werden, werden die Fasern in der Art einer zusammengedrückten Feder beansprucht. Wenn die beanspruchten Fasern Wärmeaushärttemperaturen ausgesetzt werden, wird die Glasstruktur möglicherweise durch einen Kriechmechanismus entspannt, wodurch die Beanspruchung im wesentlichen fortgenommen wird. Sobald die Zwänge beseitigt sind, dehnt sich das Wollbündel nicht aus, sondern hält die gewünschte Form. Weil sich die Fasern beim Abkühlen biegen, werden sie stärker verwickelt und verbessern die strukturelle Unversehrtheit des Isolierprodukts.
Es sei bemerkt, daß das Wärmeaushärten eine wahlweise vorgesehene Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ist. Andere wahlweise vorgesehene Fertigungstechniken für das Isolierprodukt sind Nähen, Verwickeln unter Einwirkung von Wasser und Einkapseln.
Mit Bezug auf Fig. 14 wird ein neuartiger direkter Formgebungsvorgang beschrieben, durch den Isolierprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können. Unregelmäßig geformte Glasfasern werden in einer Faserbildungseinrichtung 40 erzeugt. Schleier 42 von Glasfasern werden mittels in der Faserbildungseinrichtung angeordneter Gebläse in Abwärtsrichtung geblasen und bei Temperaturen von bis zu 593ºC (1100ºF) auf den entgegengesetzten, abwärts zusammenlaufenden Förderern 22 angesammelt. Die angesammelten Fasern werden beispielsweise durch einen Bündelbildungs- und Wärmeaushärtförderer 46 durch einen Wärmeaushärtofen geführt, in dem die Fasern bei im Bereich von etwa 371ºC bis etwa 593ºC (700 bis 1100ºF) liegenden Temperaturen zu einem Isolierprodukt geformt werden. Der Wärmeaushärtofen oder Wärmeaushärtförderer legen vorzugsweise eine vorbestimmte Querschnittsform fest. Die Wärme zum Wärmeaushärten der Fasern im Ofen kann durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise durch mit einer nicht dargestellten Heißgaszufuhr verbundene Heißluftleitungen 47 zugeführt werden, die so ausgelegt sind, daß sie erhitzte Gase quer durch das Wollbündel 48 führen.
Bei einer speziellen Erscheinungsform der Erfindung sind die abfangenden Förderer perforiert oder gelöchert, und mit dem Faserschleier strömende Gase werden durch die abfangenden Förderer abgesogen, um die Gase von den Fasern zu trennen. Diese Gase enthalten eine beträchtliche Wärmemenge, und ein wesentlicher Teil der abgesogenen Gase wird vorzugsweise von den abfangenden Förderern über Leitungen 49 zum oberen Rand der abfangenden Förderer geführt, um die Wärme zu erhalten. Im Idealfall würde diese Rückführung abgesogener Gase die den abfangenden Förderer verlassenden Glasfasern bei einer Temperatur im Bereich von etwa 204ºC bis etwa 482ºC (400 bis 900ºF) halten. Heiße Abgase aus dem Ofen könnten auch zum oberen Rand der abfangenden Förderer geführt werden.
Von der Bildungs- und der Wärmeaushärtzone der Wärmeaushärtförderer wird das Isolierprodukt einem Einkapselungsmodul 50 zugeführt, an dem es in irgendeinen geeigneten Typ eines Films, wie einen Film 52, eingekapselt werden kann. Weiterhin kann das sich bewegende Produkt vor dem Packen in einzelne Einheiten in der Art von Isolierlagen geschnitten werden. Das Produkt kann durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie eine Aufrolleinrichtung 54, gepackt werden.
Mit Bezug auf Fig. 15 sei bemerkt, daß das Isolierprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Wollage 56 aus unregelmäßig geformten Glasfasern vorliegen kann. Die Lage kann mit einem Außenbelag 58 bedeckt sein, wovon viele Typen im Stand der Technik bekannt sind.
Wie in Fig. 16 dargestellt ist, besteht eine Spinnmaschine 60 aus einer Spinnmaschinen-Bodenwand 62 und einer Spinnmaschinen-Umfangswand 64. Die Spinnmaschine wird an einer Spindel 66 gedreht, wie im Stand der Technik bekannt ist. Durch die Drehung der Spinnmaschine wird geschmolzenes Glas durch die Spinnmaschinen-Umfangswand zu primären Fasern 68 zentrifugiert. Die primären Fasern werden durch die Wärme eines ringförmigen Brenners 70 in einem weichen, verdünnbaren Zustand gehalten. Bei einer Ausführungsform der Erfindung liefert ein nicht dargestellter innerer Brenner Wärme in das Innere der Spinnmaschine. Ein eingeleitete Luft 74 verwendendes ringförmiges Gebläse 72 wird so angeordnet, daß die primären Fasern gezogen und weiter zu sekundären Fasern 76 verdünnt werden, die für die Verwendung bei Wollisoliermaterialien geeignet sind. Die sekundären Fasern oder die unregelmäßig geformten Doppelglasfasern werden danach zum Bilden zu einem Wollbündel angesammelt.
In das Inneren der Spinnmaschine werden zwei getrennte Strömungen geschmolzenen Glases, nämlich eine erste Strömung 78, die ein Glas A enthält, und eine zweite Strömung 80, die ein Glas B enthält, eingeführt. Das in der Strömung 78 enthaltene Glas fällt direkt auf die Spinnmaschinen-Bodenwand und strömt nach außen, wobei eine Zentrifugalkraft auf die Spinnmaschinen-Umfangswand ausgeübt wird, wobei ein Kopf aus Glas A gebildet wird. Das in der Strömung 80 geschmolzenen Glases enthaltene Glas B ist der Spinnmaschinen-Umfangswand näher als die Strömung 78, und das in der Strömung 80 enthaltene Glas wird von einem horizontalen Flansch 82 abgefangen, bevor es die Spinnmaschinen-Bodenwand erreichen kann. Demgemäß wird über dem horizontalen Flansch eine Ansammlung oder ein Kopf des Glases B gebildet.
Wie in Fig. 17 dargestellt ist, ist die Spinnmaschine mit einer vertikalen Innenwand 84 versehen, die im wesentlichen am Rande angeordnet ist und von der Spinnmaschinen-Umfangswand radial nach innen verläuft. Eine Reihe zwischen der Spinnmaschinen-Umfangswand und der vertikalen Innenwand angeordneter vertikaler Prallflächen 86 teilt diesen Raum in eine Reihe von Fächern 88. Alternative Fächer enthalten entweder das Glas A oder das Glas B.
Die Spinnmaschinen-Umfangswand ist mit Öffnungen 90 versehen, die nahe dem radial nach außen gelegenen Ende der vertikalen Prallfläche angeordnet sind. Die Öffnun gen haben eine größere Breite als die vertikale Prallfläche, wodurch ermöglicht wird, daß eine Strömung des Glases A und des Glases B als eine einzige primäre Doppelglasfaser aus der Öffnung austritt. Wie in Fig. 18 ersichtlich ist, verläuft jedes Fach 88 über die gesamte Höhe der Spinnmaschinen-Umfangswand 64, wobei entlang der gesamten vertikalen Prallfläche angeordnete Öffnungen die Fächer trennen. Andere Spinnmaschinenkonfigurationen können verwendet werden, um den Spinnmaschinenöffnungen Doppelströmungen von Glas zuzuführen.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten unregelmäßig geformten Fasern sind Doppelglasfasern, d. h. jede Faser besteht aus zwei verschiedenen Glasmischungen, nämlich dem Glas A und dem Glas B. Beim Bilden eines Querschnitts einer idealen unregelmäßig geformten Glasfaser gemäß der vorliegenden Erfindung, würde eine Hälfte der Faser aus dem Glas A und die andere Hälfte aus dem Glas B bestehen. In Wirklichkeit kann bei den verschiedenen unregelmäßig geformten Glasfasern im Wollisoliermaterial (oder möglicherweise sogar über die Länge einer einzigen Faser) ein breiter Bereich von Mengenverhältnissen zwischen dem Glas A und dem Glas B existieren. Der Prozentsatz des Glases A kann in jeder der unregelmäßig geformten Glasfasern im Bereich von etwa 15 bis etwa 85% des gesamten Glases variieren, wobei der Rest des gesamten Glases das Glas B ist. Im allgemeinen bestehen aus den unregelmäßig geformten Fasern gebildete Isolierprodukte aus Fasern aller möglichen Kombinationen der Prozentsätze des Glases A und des Glases B unter Einschluß eines geringen Anteils einkomponentiger Fasern.
Ein Verfahren zum Messen des Verhältnisses zwischen dem Glas A und dem Glas B umfaßt das Untersuchen des Querschnitts einer Vielzahl von Fasern. Wenn das AB- Verhältnis 50 : 50 beträgt, durchquert die zwischen den beiden Gläsern, also dem Glas A 94 und dem Glas B 96, verlaufende Grenzfläche 92 die Mitte 98 des Faserquerschnitts, wie in Fig. 19 dargestellt ist. Gewöhnlich ist die zwischen den beiden Gläsern verlaufende Grenzfläche eine Linie, die die Mitte des Faserquerschnitts nicht durchquert. Wie in Fig. 20 dargestellt ist, durchquert die zwischen einem Glas A 104 und einem Glas B 106 verlaufende Grenzfläche 102 nicht die Mitte 108 der Faser.
Das "Abweichungsverhältnis" ist das (in Prozent ausgedrückte) Verhältnis von r zu R, wobei R der Radius eines Faserquerschnitts ist und r der geringste Abstand von der Fasermitte bis zur Grenzfläche der beiden Gläser ist. Wenn der Faserquerschnitt nicht rund ist, werden die Radien senkrecht zur Grenzfläche gemessen. Wenn die Grenzfläche gekrümmt ist, wird eine geradlinige Grenzfläche angenähert.
Das Abweichungsverhältnis ist ein Maß, das angibt, wie weit das A-Glas/B-Glas- Verhältnis von 50 : 50 abweicht. Je größer die Abweichung von 50 : 50 ist, umso größer ist r im prozentualen Verhältnis zu R. Es wurde herausgefunden, daß das durchschnittliche Abweichungsverhältnis der unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der Erfindung typischerweise größer als etwa 5%, im allgemeinen größer als etwa 15% und in vielen Fällen größer als etwa 30% ist.
Eine bei der Erfindung verwendete unregelmäßig geformte Faser unterscheidet sich von einer schraubenförmigen Faser dadurch, daß die Drehung der Faser nicht konstant ist, sondern in Richtung (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) und Ausmaß unregelmäßig variiert. Das Ausmaß der Drehung einer Faser ist dadurch bestimmt, wie schnell sich die Faser je Längeneinheit dreht. Die Krümmung ist im wesentlichen konstant, wie durch den Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten und das A/B-Verhältnis vorgeschrieben wird.
Infolge einer sich fortlaufend ändernden Verdünnungsumgebung wird jede unregelmäßig geformte Faser in einer einzigartigen Weise verdrillt. Keine zwei Fasern sind genau gleich. Die endgültige Faserform weist infolge der Doppelglasnatur eine Krümmung der Grundlinie auf, die durch das sich verdrillende, unregelmäßige Drehen der Krümmungsebene modifiziert wird, das durch die sich fortlaufend ändernde oder stochastische Verdünnungsumgebung bewirkt wird. Die Faser hat eine Grundlinienkrümmung, die in drei Dimensionen verdrillt ist. Sie ist im allgemeinen nicht schraubenförmig. Die unregelmäßige Natur der Faser ermöglicht, daß die unregelmäßig geformten Fasern in einem Abstand zueinander stehen und daß sich eine gleichmäßige Volumenfüllung erzielen läßt. Überdies ist ein aus unregelmäßig geformten Glasfasern hergestelltes Wollisoliermaterial weniger reizend (nicht so juckend) für die Haut als aus hauptsächlich geraden Fasern hergestellte Wollisoliermaterialien, und es ist möglicherweise auch nicht so staubig.
Die unregelmäßige Form der Fasern vermittelt dem Wollisoliermaterial eine gleichmäßigere Volumenfüllung. Die hauptsächlich geraden Fasern aus dem Stand der Technik sind im Wollbündel zufällig angeordnet. Sie sind bei der Volumenfüllung nicht gleichmäßig. Mit einer gleichmäßigen Volumenfüllung ist gemeint, daß die Fasern dazu neigen, sich auszubreiten und das gesamte für sie verfügbare Volumen gleichmäßig zu füllen. Eine gleichmäßigere Volumenfüllung ermöglicht eine wirksamere Verwendung von Glasfasern, um der Strömung von Wärme zu widerstehen.
Eine geringe Dichte aufweisende Wollmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung bieten drastisch verbesserte Rückverformungseigenschaften. Diese Erhöhung der Rückverformungsfähigkeit ist auf die einzigartige Form und die einzigartigen Eigenschaften der unregelmäßig geformten Fasern zurückzuführen. Wegen der Bindemittelfreiheit der unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung könnte erwartet werden, daß sie beim Verdichten gleiten, wie es bei den bindemittelfreien geraden Fasern aus dem Stand der Technik der Fall ist. Die unregelmäßig geformten Fasern können jedoch nicht sehr weit gleiten, weil sich die unregelmäßige Form an benachbarten Fasern verfängt, wodurch eine erhebliche Bewegung verhindert wird. Weiterhin gibt es kein Bindemittel, das die Fasern nahe den Kreuzungsstellen beansprucht. Vielmehr verdrillen sich die unregelmäßig geformten Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung und biegen sich, um die Beanspruchung zu verringern. Somit werden die Positionen der Fasern aufrechterhalten, und jegliche für die Rückverformung verfügbare Energie wird in der Faser gespeichert. Diese gespeicherte Energie wird dann freigegeben, wenn die Verdichtung beseitigt wird, und die Fasern kehren dann zu ihrer wiederhergestellten Position zurück.
Zum Erzielen der einzigartigen unregelmäßig geformten Glasfasern sind bestimmte Mischungen erforderlich, die einer Anzahl von Bedingungen genügen. Die erste Bedingung betrifft den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es gibt keine direkte Bedingung für die Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases A oder des Glases B. Vorzugsweise unterscheiden sich die durch standardmäßige Meßlattentechniken an den einzelnen Gläsern gemessenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases A und des Glases B jedoch um wenigstens 2,0 ppm/ºC.
Eine weitere Bedingung für das gewerbliche Herstellen unregelmäßig geformter Glasfasern ist durch die Viskositätstemperatur gegeben, die die Temperatur ist, bei der die durch eine standardmäßige Drehzylindertechnik gemessene Glasviskosität 100 Pa · s (1000 Poise) beträgt. Sie wird gewöhnlich als die log3-Viskositätstemperatur bezeichnet. Die log3-Viskositätstemperatur liegt vorteilhafterweise im Bereich von etwa 1010ºC (1850ºF) bis etwa 1121ºC (2050ºF) und vorzugsweise im Bereich von etwa 1037ºC (1900ºF) bis etwa 1093ºC (2000ºF), und sie beträgt bevorzugt etwa 1065ºC (1950ºF).
Eine zusätzliche Bedingung für das Glas ist durch die Liquidustemperatur gegeben. Die Liquidustemperatur eines Glases ist die höchste Temperatur, bei der Kristalle im geschmolzenen Glas stabil sind. Bei ausreichender Zeit kristallisiert ein Glas bei einer unter seiner Liquidustemperatur liegenden Temperatur. Das im Ofen erfolgende Kristallisieren kann zum Bilden fester Partikel führen, die sich, sobald sie der Faserbildungseinrichtung zugeführt werden, in die Öffnungen der Spinnmaschine setzen und diese verstopfen. Die Differenz zwischen der log3-Viskositätstemperatur und der Liquidustemperatur für das Glas A und das Glas B der Doppelglasmischung beträgt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mindestens 28ºC (50ºF), und sie ist bevorzugt um mehr als etwa 111ºC (200ºF) geringer als die log3-Viskositätstemperatur. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, kann im unteren (d. h. kälteren) Teil der Spinnmaschine eine die Spinnmaschinenöffnungen blockierende Kristallisation auftreten.
Eine weitere Bedingung für die Glasmischung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Glasbeständigkeit gegeben. Die Beständigkeit bezieht sich auf zwei Eigen schaften eines Glaswollbündels. Die erste ist die Fähigkeit des Glaswollbündels, seine Form wiederherzustellen, wenn es zur Installation geöffnet wird. Die zweite ist die dauerhafte physikalische Unversehrtheit des Glaswollbündels. Wenn die chemische Glasbeständigkeit zu gering ist, könnte das Glaswollbündel nach der Installation nicht in der Lage sein, sich bis zu seiner Auslegungsdicke zurückzuverformen. Unabhängig davon, ob sich das Wollbündel nicht völlig zurückverformt oder es sich zu schnell auflöst, ergibt sich, daß es nicht ausreichend isoliert.
Ein nützliches Maß für die chemische Beständigkeit einer Glasfaser für eine Isolieranwendung wird erzielt, indem der prozentuale Gewichtsverlust von 1 Gramm einen Durchmesser von 10 Mikrometer aufweisender Fasern nach 2 Stunden in 0,1 Liter destillierten Wassers bei 96ºC (205ºF) gemessen wird. Die so gemessene Beständigkeit hängt stark von der Zusammensetzung der Glasfasern und weniger von der thermischen Vorgeschichte der Faser ab. Zum Gewähren einer ausreichenden Funktionsfähigkeit des Wollbündels sollten Faser jeder der Doppelglasmischungen in diesem Test einen Gewichtsverlust von weniger als etwa 4% und vorzugsweise von weniger als etwa 2,5% aufweisen. Zusätzlich zu ihrer starken Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung hängt die chemische Beständigkeit einer Glasfaser in geringerem Maße von ihrer thermischen Vorgeschichte ab. Daher verbessert beispielsweise das Erhitzen einer Glasfaser für einige Minuten bei 538ºC (1000ºF) in gewissem Maße ihre chemische Beständigkeit. Es sei bemerkt, daß sich die hier offenbarten Grenzen der chemischen Beständigkeit auf Messungen an Glasfasern beziehen, die keine andere als die bei ihrem ursprünglichen Verdünnen verwendete Wärmebehandlung aufweisen.
Weil die Glaswollisolation typischerweise einige Fasern enthält, die so dünn sind, daß sie eingeatmet werden können, wenn sie zu geringen Längen zerbrechen, ist es möglich, daß einige Fasern in die Luft gelangen und eingeatmet werden. Im Körper werden sie physiologischen Flüssigkeiten ausgesetzt. In dem Maße, daß die Auflösungsrate der Fasern im Körper eine Rolle bei der biologischen Aktivität eingeatmeter Fasern spielt, kann es bevorzugt sein, Glasfasern zu erzeugen, die eine relativ hohe Auflösungsrate in diesen Flüssigkeiten aufweisen. Die Auflösungsrate von Glasfasern wird als die für Fasern in einer simulierten Lungenflüssigkeit bei 34ºC (98ºF) gemessene Auflösungsratenkonstante ausgedrückt. Sie hängt stark von der Zusammensetzung der Glasfasern und in geringerem Maße von ihrer thermischen Vorgeschichte ab. Vorzugsweise werden für alle Isolationsfasern Glasmischungen mit einer Auflösungsratenkonstante von mindestens 100 ng/cm²hr verwendet. Demgemäß beträgt die Auflösungsratenkonstante für Fasern jeder der Doppelglasmischungen vorzugsweise mindestens 100 ng/cm²hr. Wie bei der chemischen Beständigkeit verringert eine anschließende Wärmebehandlung der Faser ihre Auflösungsrate. Es sei bemerkt, daß sich die Grenze von 100 ng/cm²hr auf Fasern bezieht, die beim Bilden eines Endprodukts zu einem Wollisolierbündel geformt werden.
Die bei dieser Erfindung verwendeten Doppelglasmischungen, die eine als Glas A bezeichnete Kalk-Alumosilicat-Mischung mit hohem Boratgehalt und niedrigem Natrongehalt und eine als Glas B bezeichnete Kalk-Alumosilicat-Mischung mit hohem Natrongehalt und niedrigem Boratgehalt einschließen, genügen allen für eine erfolgreiche unregelmäßig geformte Faser erforderlichen Randbedingungen. Bei der Kalk-Alumosilicat-Mischung mit hohem Boratgehalt und niedrigem Natrongehalt ist beabsichtigt, daß die Glasmischung einen Boratgehalt im Bereich von etwa 14 Gew.-% bis etwa 24 Gew.-% der Gesamtbestandteile aufweist. Bei der Kalk-Alumosilicat-Mischung mit hohem Natrongehalt und niedrigem Boratgehalt ist beabsichtigt, daß die Glasmischung einen Natrongehalt im Bereich von etwa 14 Gew.-% bis etwa 24 Gew.-% der Gesamtbestandteile aufweist. Vorzugsweise enthält die erste Glasmischung etwa 50 bis etwa 61 Gew.-% Siliciumoxid oder SiO&sub2;, etwa 0 bis etwa 7 Gew.-% Aluminiumoxid oder Al&sub2;O&sub3;, etwa 9 bis etwa 13 Gew.-% Kalk oder CaO, etwa 0 bis etwa 5 Gew.-% Magnesiumoxid oder MgO, etwa 14 bis 24 Gew.-% Borat oder B&sub2;O&sub3;, etwa 0 bis etwa 10 Gew.-% Natron oder Na&sub2;O und etwa 0 bis etwa 2 Gew.-% Kaliumoxid oder K&sub2;O.
Die zweite Glasmischung enthält vorzugsweise etwa 52 bis etwa 60 Gew.-% Siliciumoxid oder SiO&sub2;, etwa 0 bis etwa 8 Gew.-% Aluminiumoxid oder Al&sub2;O&sub3;, etwa 6 bis etwa 10 Gew.-% Kalk oder CaO, etwa 0 bis etwa 7 Gew.-% Magnesiumoxid oder MgO, etwa 0 bis etwa 6 Gew.-% Borat oder B&sub2;O&sub3;, etwa 14 bis etwa 25 Gew.-% Natron oder Na&sub2;O und etwa 0 bis etwa 2 Gew.-% Kaliumoxid oder K&sub2;O. Es sei bemerkt, daß es in jeder Mischung typischerweise insgesamt weniger als 1% verschiedener anderer Bestandteile, beispielsweise Fe&sub2;O&sub3;, TiO&sub2; und SrO, gibt, die dem Glas nicht absichtlich hinzugefügt wurden, sondern sich aus den in der Chargenformulierung verwendeten Rohmaterialien ergeben. Bevorzugt beinhaltet die Doppelglasmischung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Glasmischung, die etwa 52-57% Siliciumoxid, 4-6% Aluminiumoxid, 10-11% Kalk, 1-3% Magnesiumoxid, 19-22% Borat, 4-6% Natron und 0-2% Kaliumoxid enthält, und eine zweite Glasmischung, die etwa 57-65% Siliciumoxid, 2-6% Aluminiumoxid, 8-9% Kalk, 4-6% Magnesiumoxid, 0-6% Borat, 15-21% Natron und 0- 2% Kaliumoxid enthält.
Ein weiteres Verfahren und eine weitere Einrichtung 210 können zum Erzeugen von Wollbündeln 48 aus langen Glasfasern 116 verwendet werden, wie in Fig. 21 beispielhaft dargestellt ist.
Mit Bezug auf Fig. 21 sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Bilden eines Wollbündels 48 aus von einer Faserbildungseinrichtung 211 erzeugten Fasern 116 vorsieht. Die Einrichtung 210 kann in mehreren Konfigurationen bereitgestellt werden. Die Einrichtung 210 weist dessenungeachtet mindestens zwei in einem Abstand angeordnete gelöcherte Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 auf, wobei zwischen ihnen ein Spalt 228 zum Aufnehmen eines Schleiers 212 von einer Faserbildungseinrichtung ausgebildet ist. Eine Saugeinrichtung 226 ist angeordnet, um Gase 214 aus dem Schleier 212 durch mindestens eine der gelöcherten Förderflächen 322 abzusaugen, und der an den Flächen 322 aufgenommene Schleier 212 wird durch den Spalt 228 befördert, um ein Gewebe 246 aus lose miteinander verbundenen Glasfasern 116 zu bilden, die sich in einer im wesentlichen abwärts weisenden, einen anfänglichen Bewegungsweg festlegenden Richtung bewegen. Die Saugeinrichtung 226 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut, wobei ein Saugdruckraum das Saugen auf etwa ein Viertel der Förderfläche 322 etwa von der 12- Uhr-Position bis zur 3-Uhr-Position für die linke Förderfläche 322 (oder von der 9-Uhr- Position bis zur 12-Uhr-Position für die rechte Förderfläche 322) verteilt, wie in Fig. 21 dargestellt ist. Der Saugdruckraum ist mit einer Vakuumquelle (nicht dargestellt) verbunden.
Die soeben beschriebene Einrichtung 210 weist gelöcherte Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 auf, die sich im wesentlichen in Abwärtsrichtungen bewegen und so angeordnet sind, daß sie einen Schleiers 212 aufnehmen. Diese Konfiguration ist beim Ansammeln der von einer Rotations-Faserbildungseinrichtung 211 erzeugten langen Fasern 116 besonders nützlich. Diese Ausführungsform der Einrichtung 210 weist ferner vorzugsweise eine Überlappungsvorrichtung zum seitlichen Bewegen eines Gewebes 246 auf, oder sie kann hinter den Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 die unten beschriebene Überlappungsvorrichtung 260 gemäß der vorliegenden Erfindung oder alternativ andere herkömmliche Überlappungsvorrichtungen und -techniken aufweisen. Die Einrichtung kann weiterhin eine Ansammelfläche 219 zum Ansammeln des Gewebes 246 aufweisen, wenn Teile davon bei ihrer Bewegung abweichen.
Die Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 der Einrichtung 210 können vorzugsweise bei Geschwindigkeiten arbeiten, die in etwa der Rate gleichen, bei der sich der darauf aufgenommene Schleier 212 in einer an den Förderflächen gemessenen, im wesentlichen abwärts weisenden Richtung bewegt. Die Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 können jedoch bei etwa 25% bis etwa 200% oder genauer ausgedrückt bei 50% bis 175% der Schleierrate betrieben werden. Die Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 werden vorzugsweise etwa 20 Zentimeter bis etwa 1,5 Meter von der Spinnmaschine einer Rotations- Faserbildungseinrichtung angeordnet.
Es wurde herausgefunden, daß die Förderflächen 322, die bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden und so konfiguriert sind wie gemäß der vorliegenden Erfindung dargelegt wurde, das Ansammeln langer Fasern 116 ermöglichen, was bisher im Stand der Technik nicht erreicht wurde. Während eine erhebliche Verwicklung mit langen Fasern auftritt, sind die Fasern im Gewebe 246 im wesentlichen zufällig orientiert und lose miteinander verbunden. Wenn kurze Fasern verwendet werden, ist die Verwicklung erheblich geringer und die Beziehung zwischen den Fasern sogar noch schwächer.
Wie in Fig. 21 dargestellt ist, ist es weiterhin bevorzugt, daß in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Schilde 272 enthalten sind, die einen Durchlaß festlegen, durch den das Gewebe 246 frei, d. h. ohne eine erhebliche Oberflächenberührung, hindurchtritt. Die Schilde 272 sind vorzugsweise in einer entgegengesetzten, räumlich getrennten Beziehung so angeordnet, daß ihre Flächen den Durchlaß festlegen. Sie können an den Enden des in Fig. 21 dargestellten Resonatorrohrs 264 oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise befestigt sein. Die Schilde 272 dienen dem Stabilisieren der Bewegung des Gewebes 246, indem sie es gegen Luftströmungen, die von den Förderflächen 322, beispielsweise schneller Drehtrommeln 225, hervorgerufen werden, und gegen die umgebende Luftturbulenz abschirmen. Die Stabilität bei der Abwärtsbewegung des Gewebes wird dadurch verbessert, und das Wandern des Gewebes wird im wesentlichen beseitigt.
Wahlweise kann die vorliegende Erfindung weiterhin stromabwärts der schnellen Förderflächen 322 eine Bindersprühvorrichtung aufweisen, die entweder zwischen den Schilden 272 und dem in einem Abstand unterhalb der Schilde (nicht dargestellt) angeordneten Resonatorrohr 264 oder unter dem Resonatorrohr 264 angeordnet sind. Die schnellen Förderflächen 322 erzeugen vorteilhafterweise ein Gewebe aus lose miteinander verbundenen Fasern mit einer offenen Struktur. Die offene Struktur erlaubt das Eindringen des auf mindestens eine Fläche des Gewebes 246, insbesondere eines Gewebes aus kurzen Fasern, aufgebrachten Binders, nachdem er aus den Flächen 322 ausgetreten ist. Das Aufbringen eines Binders auf ein Gewebe vermindert einige der Nachteile für die Umwelt, die mit dem Verwenden des Binders bei der Herstellung von Wolle verbunden sind. Durch die niedrigere Temperatur des Gewebes werden flüchtige organische Verbindungen reduziert, die andernfalls durch Sprühen des Binders auf heiße Schleier 212 gebildet werden würden. Das gesamte Luftvolumen einschließlich der bei Ansammelförderern auftretenden Bindermischungen ist weiterhin geringer als das Volumen der durch herkömmliche Techniken, bei denen ein Binder auf in Schleiern vorhandene kurze Fasern aufgebracht wird, erzeugten Luft.
Die Einrichtung 210 kann weiterhin eine Überlappungsvorrichtung 260 aufweisen, um das Gewebe 246 über eine Ansammelfläche 219 zu verteilen. Herkömmliche mechanische Vorrichtungen oder Luftmesser können mit der Einrichtung 210 verwendet werden. Wegen der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Gewebes 246 werden die Hochge schwindigkeits-Förderflächen 322 jedoch vorzugsweise mit der Überlappungsvorrichtung 260 gekoppelt, wodurch bewirkt wird, daß Teile des Gewebes 246 seitlich ausweichen, indem darauf intermittierend ein Niederfrequenzschall angewendet wird, wie weiter unten vollständiger beschrieben wird. Die Überlappungsvorrichtung 260 ist bevorzugt, weil sie bei einer höheren Frequenz als herkömmliche Vorrichtungen überlappen kann. Demgemäß ist eine Kombination der Hochgeschwindigkeits-Förderflächen 322 und der Überlappungsvorrichtung 260 gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, um ein Gewebe 246 aus lose miteinander verbundenen Fasern, insbesondere langen Fasern 116, auf einer Ansammelfläche 219 zu verteilen, wodurch ein Wollbündel 48 aus für gewerbliche Produkte geeigneten langen Fasern 116 erzeugt wird.
Die Ansammelfläche 219 kann ein Kasten, ein Förderer (s. 242 in Fig. 1), ein Schacht oder eine andere Vorrichtung sein. Dennoch können weiterhin die Ansammelführungen 274 bereitgestellt werden, um das Erzeugen eines Wollbündels 48 aus dem Gewebe 246 zu unterstützen, wie in Fig. 21 dargestellt ist.
Niederfrequenzschall kann unabhängig davon, ob das Gewebe 246 im wesentlichen aus langen oder kurzen Fasern besteht, auf jedes beliebige hier offenbarte Gewebe 246 angewendet werden. Dementsprechend schließt die vorliegende Erfindung weiterhin eine Überlappungsvorrichtung 260 ein, die in einem im wesentlichen zusammenhängenden Gewebe 246 eine seitliche Bewegung oder eine überlappende Bewegung hervorruft. Mit Bezug auf Fig. 21 sei weiterhin bemerkt, daß die Überlappungsvorrichtung 260 gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrer einfachsten Ausführungsform einen Niederfrequenzschall-Generator 261 beinhaltet, der ein Resonatorrohr 264 mit einem offenen Ende 266, von dem Schall emittiert werden kann, und einen Speiser 262 aufweist. Das Rohr 264 weist eine Länge von 1/4 auf, wobei 1 die Wellenlänge des Niederfrequenzschalls ist. Durch die 1/4-Länge wird im Rohr 264 eine stehende Welle erzeugt, woraus sich am Speiserende des Rohrs 264 ein Knoten mit hohem Druck und niedriger Luftgeschwindigkeit und am offenen Ende 266 ein Knoten mit niedrigem Druck und hoher Luftgeschwindigkeit ergibt. Das Resonatorrohr 264 ist auch für die Emission von Niederfrequenzschall zum einem Teil eines Gewebes 246 geformt, wobei am offenen Ende 266, das für eine vorteilhaftere Schallverteilung sorgt, die Rohrform allmählich und übergangslos in eine rechteckige Form übergeht.
Durch den Speiser 262 wird die Frequenz des erzeugten Schalls hergestellt. Die Speiser 262 verwenden typischerweise Druckluft und/oder mechanische Bestandteile, um einen Niederfrequenzschall zu erzeugen, wie in dem am 21. Mai 1985 Olsson u. a. erteilten US-Patent 4 517 915, in dem am 9. April 1991 Olsson u. a. erteilten US-Patent 5 005 511 und in dem am 5. Mai 1992 Sandstrom erteilten US-Patent dargelegt ist. Niederfre quenzschall-Generatoren sind im Handel bei Infrasonik AB, Stockholm, Schweden, dem Erwerber der erwähnten Patente, erhältlich, und sie können zum Erzeugen eines Niederfrequenzschalls in einem oder zwei Resonatorrohren 264 verwendet werden. Ein Anschluß an Strom- und Druckluftleitungen ist bei Bedarf auch vorgesehen, wie in Fig. 21 dargestellt ist.
Bei einer weiteren Einrichtung und einem weiteren Verfahren zum Herstellen von Wollbündeln 48 kann eine Vorrichtung 360 verwendet werden, um einen Schleier 212 zu bewegen und dadurch eine gleichmäßigere Verteilung von diesem auf einer Ansammelfläche 219 zu erzeugen.
Die Fig. 21 und 22 zeigen verschiedene alternative Ausführungsformen. Wie in Fig. 22 ersichtlich ist, wird ein Gase 214 und durch eine Rotations-Faserbildungseinrichtung 211 erzeugte Glasfasern 116 aufweisender Schleier 212 verteilt, indem Niederfrequenzschall auf mindestens einen Teil des Schleiers 212 angewendet wird und indem bewirkt wird, daß der Schleier 212 in seiner im wesentlichen abwärts weisenden Bewegungsrichtung ausweicht. Die nützlichen Bereiche des Niederfrequenzschalls können sich (unter der Annahme, daß dieser bei der Resonanzfrequenz einer Vorrichtung 360 erzeugt wurde) abhängig von den Charakteristiken des erzeugten Schleiers 212 etwas unterscheiden, so daß einige Frequenzen eine Bewegung des Schleiers 212 erzeugen, während andere eine ziemlich geringere Bewegung erzeugen. Dennoch liegen nützliche Frequenzen allgemein im Bereich von 30 oder weniger Zyklen je Sekunde. Die bevorzugte Frequenz zum Überlappen eines Schleiers aus Glasfasern beträgt etwa 15 Zyklen je Sekunde.
Das Ausmaß der auf den Schleier 212 ausgeübten Kraft kann ebenfalls durch Ändern der Amplitude des Speisers 262 variiert werden, um die Energie im Niederfrequenzschall zu variieren. In der Praxis ist das durch den Niederfrequenzschall über den Schleier 212 erzeugte Luftgeschwindigkeitsfeld infolge des Impulses und der allgemeinen Abwärtsbewegung des Schleiers sowie infolge der Tatsache, daß der Schall nicht in einen geschlossenen Raum eingeschlossen ist, in dem das Koppeln zwischen entgegengesetzten Rohren 264 möglich ist, ungleichmäßig. Die Bewegung des Schleiers 212 weicht vom idealen gleichmäßigen Luftgeschwindigkeitsfeld zwischen den Rohren ab. Demgemäß wird in der Praxis durch den Niederfrequenzschall eine gewisse Druckkraft auf den Schleier 212 ausgeübt. Die Kraft kann jedoch auf ein nicht verdichtendes Niveau verringert werden, oder sie kann erhöht werden, um ein teilweises Zusammenfallen des Schleiers 212 zu bewirken.
Bei der einfachsten Ausführungsform weist die Überlappungsvorrichtung 360 einen Niederfrequenzschall-Generator 261 auf, der ein Resonatorrohr 264 mit einem offenen Ende 266, von dem Schall emittiert werden kann, aufweist. Das Rohr 264 weist eine Länge von 1/4 auf, wobei 1 die Wellenlänge des Niederfrequenzschalls ist. Durch die 1/4-Länge wird im Rohr 264 eine stehende Welle erzeugt, woraus sich am Speiserende des Rohrs 264 ein Knoten mit hohem Druck und niedriger Luftgeschwindigkeit und am offenen Ende 266 ein Knoten mit niedrigem Druck und hoher Luftgeschwindigkeit ergibt. Das Resonatorrohr 264 ist auch für das Emittieren des Niederfrequenzschalls zu einem Teil eines Gewebes 212 geformt, und es kann eine weitere Schallverteilungsvorrichtung, wie ein im wesentlichen rechteckiges Übergangstück 267 (in Fig. 21 dargestellt), aufweisen.
Wie auf dem Gebiet des Unterschalls verständlich ist, ist das Resonatorrohr 264 in seinem Durchmesser im wesentlichen gleichmäßig, weist eine glatte Oberfläche auf, und Biegungen sind sorgfältig ausgebildet, um den Schall unter minimaler Störung zu befördern. Der Niederfrequenzschall-Generator 261 weist auch einen Speiser 262 auf, der die Frequenz des erzeugten Schalls herstellt.
In Fig. 22 weist die Überlappungsvorrichtung 360 zwei Resonatorrohre 264 auf, wobei ihre offenen Enden 266 in einer entgegengesetzten, räumlich getrennten Beziehung angeordnet sind. Demgemäß wird beim bevorzugten Verfahren Niederfrequenzschall wechselweise an im wesentlichen entgegengesetzten Orten nahe dem Schleier 212 angewendet, wodurch bewirkt wird, daß Teile des Schleiers 212 in seiner Bewegungsrichtung in im wesentlichen abwechselnden Richtungen ausweichen. Wenngleich dies nicht bevorzugt ist, können die entgegengesetzten Resonatorrohre 264 vertikal versetzt sein, und die Emission von Niederfrequenzschall kann elektronisch oder mechanisch synchronisiert werden, um die gewünschte Wirkung hervorzurufen. In dieser Hinsicht kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Schleiers 212 ein gewisses Ausprobieren zum Finden eines bestimmten vertikalen Versatzes erforderlich sein. Wenngleich dies nicht bevorzugt ist, können zwei Speiser 262 vorgesehen sein, wobei jeweils einer für jedes Resonatorrohr 264 in einer versetzten oder anderen Beziehung angeordnet, elektronisch synchronisiert und zeitlich gesteuert wird, um die gewünschte Emission von Niederfrequenzschall bereitzustellen.
Weiterhin kann bei einer alternativen Ausführungsform mindestens ein Niederfrequenzschall-Generator 261 verwendet werden, der mehr als zwei Resonatorrohre 264 mit offenen Enden 266 aufweist, von denen ein Niederfrequenzschall emittiert werden kann. Die offenen Enden sind vorzugsweise im wesentlichen gleichermaßen in einem Abstand um einen Schleier 212 herum angeordnet. Die mehreren bei einer solchen Ausführungsform vorgesehenen Resonatorrohre 264 können zwischen ihren offenen Enden einen im wesentlichen kreisförmigen Raum festlegen, durch den ein Schleier 212 hindurchtreten kann. Es sind jedoch auch andere den Weg des Schleiers 212 umgebende Muster möglich.
Eine solche Anordnung kann, wie beschrieben, zum Ändern der Bewegung des Schleiers 212 in abwechselnden Richtungen oder in mehr als lediglich abwechselnden Richtungen vorgesehen sein, um beispielsweise eine kreisförmige Bewegung hervorzurufen oder die Bewegung abhängig von der Beschaffenheit der für einen Herstellungsablauf gewünschten Ansammelfläche 219 zu ändern. Die Ansammelflächen 219 können im wesentlichen horizontale, vertikale oder gewinkelte Förderer, die allein oder in Paaren angeordnet sind, oder zum Aufnehmen des Schleiers 212 angeordnete Behälter oder Platten aufweisen. Die Ansammelflächen 219 sind vorzugsweise gelöchert, und eine Vakuumsaugeinrichtung ist zum Entfernen von Gasen aus dem Schleier 212 vorgesehen.
Wenngleich der Abstand von der Faserbildungseinrichtung variieren kann, können die Mittellinien der Resonatorrohre 264 an ihren offenen Enden 266 in einem geringen Abstand von etwa 0,3 Meter (12 Zoll) von der Spinnmaschine einer Rotations-Faserbildungseinrichtung 211 oder sogar näher zu dieser angeordnet werden, wenn die gewünschte Wirkung erzielt wird. Typischerweise würden die Resonatorrohre in ihrer Position von etwa 0,3 Meter (12 Zoll) bis etwa 1,22 Meter (4 Fuß) variieren, sie könnten jedoch in einem größeren Abstand von der Spinnmaschine angeordnet werden, wenn die gewünschte Wirkung erzielt wird.
Mit Bezug auf Fig. 22 sei weiterhin bemerkt, daß die Einrichtung vorzugsweise ein Übergangsstück 267 (in Fig. 21 dargestellt) zum Verteilen des von mindestens einem offenen Ende eines Resonatorrohrs 264 emittierten Niederfrequenzschalls aufweist. Dieses Stück dient dem Verteilen des Schalls über einen breiteren Teil des Schleiers 212 und nicht über einen kreisförmigen Teil, wie es der Fall wäre, wenn er direkt vom Resonatorrohr ausgesendet werden würde. Das Übergangsstück ermöglicht es, daß der Niederfrequenzschall eine gleichmäßigere Bewegung des Schleiers 212 hervorruft. Wenn beispielhaft und nicht einschränkend ein Resonatorrohr 264 mit einem Durchmesser von etwa 0,15 Metern (6 Zoll) angenommen wird, könnte ein Übergangsstück stufenweise und glatt vom kreisförmigen Querschnitt eine Strecke von etwa 0,33 Meter (13 Zoll) bis zum rechteckigen offenen Ende 266 mit einer Breite von etwa 0,28 Meter (11 Zoll) und einer Höhe von 0,07 Meter (2,75 Zoll) verlaufen.
Mit Bezug auf Fig. 3 sei nun bemerkt, daß die die unregelmäßig geformten Glasfasern 116 enthaltenden Wollteile 148 direkt ohne Zwischenschritte, die die herkömmlichen Glasfaser-Verarbeitungsvorgänge begleiten, verarbeitet werden können. Dies bedeutet, daß ein Wollteil 148 aus den unregelmäßig geformten Glasfasern 116 vernadelt wird, wie allgemein bei 130 angegeben ist, ohne daß die Vorstufenschritte des Kardierens, des Vermischens mit anderen Fasern oder des Schmierens ausgeführt werden, die andernfalls bei herkömmlichen geraden Glaswollen erforderlich wären. Die Offenheit und Elastizität der Fasern 116 erlauben es weiterhin, daß sie der Beschädigung durch Abrieb und Vernadeln widerstehen, indem sie nicht zerbrechen, sondern ausweichen, wodurch während der Verarbeitung weniger Staub erzeugt wird. Dennoch lassen sich durch die offene Struktur der unregelmäßig geformten Glasfasern 116 der allgemein bei 132 bzw. 134 angegebene Kardierungs- und/oder Vermischungsvorgang leichter ausführen, wenn diese erwünscht sind. Diese Vorgänge werden vorzugsweise vor dem Vernadeln ausgeführt, sie können jedoch auch dem Vernadeln 130 folgen.
Weiterhin weisen die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten, unregelmäßig geformten Glasfasern 116 eine gleichmäßigere Gewichtsverteilung auf, so daß durch Vernadeln hergestelltes Vlies gleichmäßigere Eigenschaften hat. Als Ergebnis ist hier in den Fig. 3 bis 12 eine Reihe von Gegenständen einschließlich der unregelmäßig geformten Glasfasern 116 beispielhaft dargestellt, die unter geringeren Kosten hergestellt werden oder mit geringerem Aufwand verarbeitet werden können, wobei sie geänderte und verbesserte Produkt-Funktionseigenschaften aufweisen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Vlieses 150 aus unregelmäßig geformten Glasfasern 116 bereit, das die Schritte des Bereitstellens eines Teils 148 aus Wolle aus unregelmäßig geformten Glasfasern und des Vernadelns der Wolle aus unregelmäßig geformten Glasfasern einschließt, wodurch ein im wesentlichen aus unregelmäßig geformten Glasfasern 116 bestehendes Vlies 150 hergestellt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren mit durch Rotationsfaserbildung erzeugten, unregelmäßig geformten zweikomponentigen Glasfasern ausgeführt, und es ist hierbei keine Vorverarbeitung in der Art des Kardierens oder des Vermischens erforderlich.
Die vorliegende Erfindung sieht also ein Vlies 150 vor, das aus einer vorzugsweise nicht kardierten, vernadelten Glasfaserwolle mit unregelmäßig geformten Glasfasern 116, vorzugsweise mit anderen Fasern vermischten zweikomponentigen Glasfasern, besteht. Vliese 150 einschließlich vernadelter, unregelmäßig geformter Glasfasern gemäß der vorliegenden Erfindung weisen nicht nur die Widerstandsfähigkeit von Glas gegenüber hohen Temperaturen und Chemikalien, sondern auch Elastizität, eine hohe Bauschigkeit, Reißfestigkeit und ein weiches filzartiges Anfühlen (d. h. ein weiches "Anfassen") auf. Durch die bei 130 in Umrissen angegebene Auswahl von Nadeln, Durchdringungen je Quadratmillimeter eines Materials, der Fertigungsstraßengeschwindigkeit, des vertikalen Versatzes der Nadeln, der wiederholten Vernadelung und der Vernadelung von einer oder beiden Seiten können diese Charakteristiken geändert werden, wodurch zahlreiche Anwendungen möglich werden.
Es ist verständlich, daß das Fortlassen des Kardierungsschritts 132 und/oder des Vermischungsschritts 134 ein kostengünstigeres Herstellen des Vlieses ermöglicht, das weiterhin vorteilhafte Charakteristiken der unregelmäßig geformten Glasfasern 116 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem elastischen, filzartigen Material aufweist. Wegen der Natur der oben erwähnten Faserbildungs- und Ansammeltechnik kann das Vernadeln 130 direkt am Wollbündel 48 erfolgen, nachdem dieses hergestellt wurde. Einfach ausgedrückt kann ein Textilvlies 150 durch einen bei 136 beispielhaft angegebenen Schneid- oder Preßvorgang in Platten 152 hergestellt werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Eine weitere Verarbeitung durch Aufbringen einer Beschichtung, eines Sättigungsmittels oder eines Füllstoffs ist bei 138 beispielhaft angegeben und kann mehrere Schritte, wie ein Erhitzen, ein Trocknen oder ein Abspülen, umfassen, sofern sie für eine bestimmte Beschichtung, ein bestimmtes Sättigungsmittel oder einen bestimmten Füllstoff oder eine andere Oberflächenbehandlung erforderlich sind.
In den Fig. 4 bis 7 sind der Veranschaulichung dienende Produktanwendungen dargestellt. Die Fig. 4 und 5 zeigen alternative Filtrationselemente 160, 162, bei denen das filzartige Vlies 150 aus vernadelten, unregelmäßig geformten Glasfasern 116 verwendet wird. Das Filtrationselement ist zur Veranschaulichung als eine Tafel 160 oder ein Beutel 162 konfiguriert. Wegen der Fasercharakteristiken weisen die Filtrationselemente 160, 162 im wesentlichen überall gleichmäßige Filtrationscharakteristiken auf und können in Hochtemperaturumgebungen angewendet werden. Zusätzlich können Oberflächenbehandlungen (beispielsweise bei 138) zum Bereitstellen eines vergrößerten Oberflächenbereichs oder Reaktionsorte für anwendungsspezifische chemische Stoffe aufgenommen werden. Überdies können die Platten 152 des Vlieses 150 ohne eine weitere Verarbeitung auch als ein Sorptionsmaterial dienen oder eine Oberflächenbehandlung einschließen, um die Sorptionseigenschaften des Wollteils zu verbessern, oder sie können einen Teil eines zusammengesetzten Sorptionsmaterials bilden. Eine bestimmte in dieser Hinsicht interessierende Anwendung ist seine Verwendung als ein Sorptionsmittel für auf Wasser treibendes ausgelaufenes Öl.
Die unregelmäßig geformten Glasfasern 116 gemäß der vorliegenden Erfindung können mit einem Sorptionsmittel (wie bei 138 allgemein angegeben) behandelt werden oder mit einem Füllstoff kombiniert werden, der zum Erzeugen zusätzlicher zusammengesetzter Produkte in die Fasermatrix eindringt. Mit Bezug auf Fig. 6a sei nun bemerkt, daß eine beispielhaft angegebene Dichtung 166 aus einem vernadelten Vlies 150 (wie dargestellt) oder alternativ aus einem nicht vernadelten Wollteil 148 in Kombination mit einem Sättigungsmittel 164 in der Art eines Schaums mit geschlossenen Zellen besteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung bietet die Elastizität und Offenheit der im vernadelten Wollmaterial 150 vorhandenen unregelmäßig geformten Fasern 116 die erforderliche Rückverformung, die im Schaumsättigungsmittel nicht vorhanden ist, während das Schaumsätti gungsmittel 164 eine Versiegelungsfähigkeit bietet, die in der offeneren Faserstruktur des vernadelten Materials 150 fehlt. In ähnlicher Weise können bei einer Verstärkungsanwendung vernadelte Filze oder nicht vernadelte Wollteile zum Verstärken eines Füllmaterials verwendet werden. Ein vernadeltes Vlies 150 mit den unregelmäßig geformten Fasern 116 gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise mit einem Asphaltfüllstoff 151 für ein eine hohe Bauschigkeit aufweisendes Dachbelagprodukt verwendet werden. In dieser Hinsicht kann das Vernadeln über die Breite des Materials so geändert werden, daß die Bereiche dann, wenn sie zum Bilden einzelner Schindeln 168 geschnitten werden, unterschiedliche Breiten aufweisen, wie in Fig. 6b dargestellt ist. Alternativ können vernadelte oder nicht vernadelte Wollteile 148 beispielsweise mit einem Polyesterfüllstoff oder anderen Polymerfüllstoffen verwendet werden, um ein im wesentlichen starres zusammengesetztes Bauelement zu verstärken. Wie in Fig. 7 beispielhaft dargestellt ist, können vernadelte Wollmaterialien 150 mit den unregelmäßig geformten Fasern 116 den Kern eines extrudierten oder pultrudierten Bauelements 153 bilden.
Zusätzlich zum Vernadelungsvorgang 130, zum Kardierungsvorgang 132 und zum Vermischungsvorgang 134 kann die unregelmäßig geformte Faser 116 gemäß der vorliegenden Erfindung durch Zerhacken in zur Verwendung vorgesehene Fasersegmente verarbeitet werden, wie in Fig. 3 bei 140 dargestellt ist. Dieses Zerhacken folgt dem Rotationsfaserbilden, oder es kann sogar dem Vernadeln folgen, um die unregelmäßig geformten Fasern 116 für die Verwendung als eine Verstärkung herzustellen. Bei einigen Anwendungen können die Fasern 116 alternativ kardiert oder gekämmt werden, um die Bündelstruktur aufzubrechen. Dessenungeachtet können die unregelmäßig geformten Fasern 116 danach wie bei für gerade Fasern bekannten Naßlagentechniken befeuchtet, abgesetzt und getrocknet werden, um eine Matte 154 aus den unregelmäßig geformten Fasern 116 zu bilden, wie in Fig. 8a beispielhaft dargestellt ist. Eine solche Matte 154 könnte als eine Vorstufe für Schindeln 168 sowie als eine darunterliegende Matrix für feuer-, rauch- und chemikalienfeste Beschläge, wie Wandverkleidungen, Fußbodenbeläge und Deckenplatten, verwendet werden. Wie in den Fig. 8a und 8b dargestellt ist, ermöglichen die Elastizität und Offenheit der unregelmäßig geformten Glasfaser 116 das Texturieren der Mattenstruktur, um eine Vielzahl von Aussehen bereitzustellen, die bisher mit herkömmlichen Fasersubstraten nicht verfügbar waren.
Wie in Fig. 8a dargestellt ist, kann ein Förderer 144 in der Art eines gelöcherten oder geteilten Förderers dazu verwendet werden, die Matte über eine Texturierstation zu tragen, in der Luftstrahlen 146a, Bürsten 146b, ein Vakuum 146c oder andere Texturiermittel bewirken, daß die in der Mattenoberfläche vorhandenen unregelmäßigen Fasern 116 gelöst werden und eine texturierte Linie 158 erzeugen. Durch das anschließend erfolgende Aufbringen einer Beschichtung, eines Sättigungsmittels oder eines Füllstoffs (in Fig. 3 beispielhaft dargestellt) in der Art des für Deckenplatten, Wandverkleidungen, Fußbodenbeläge, Schindeln oder Dichtungen verwendeten wird ein texturiertes Produkt erzeugt. Ein beispielhaft angegebener Querschnitt der texturierten Matte 156 ist in Fig. 8b dargestellt.
Schließlich wird bei einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ein Vlies 150 mit unregelmäßig geformten Fasern 116 in einem in Fig. 9 dargestellten, im wesentlichen zusammenhängenden Wollband 170 bereitgestellt. Das im wesentlichen fortlaufende Band 170 wird durch "Abwickeln" eines Glasfaser-Wollbündels 48 hergestellt, das durch ein direktes Formgebungsverfahren in der Art des hier als bevorzugt beschriebenen angesammelt wurde. Beim direkten Formgebungsverfahren werden unregelmäßig geformte Glasfasern 116 so angesammelt, daß eine im wesentlichen spiralförmige Faserbeziehung im Faserschleier festgehalten wird und ihre spiralförmige Orientierung im Wollbündel 48 im wesentlichen aufrechterhalten wird. Weil das direkte Formgebungsverfahren auch zum Ansammeln langer gerader Fasern von einer Rotations-Faserbildungseinrichtung verwendet werden kann, wird das hier erörterte "Abwickeln" so aufgefaßt, daß es auf Lagen aus einem solchen Material angewendet werden kann, wenngleich es wegen der reduzierten Faserverwicklung schwieriger wird, das zusammenhängende Band aufrechtzuerhalten. Dennoch kann das im wesentlichen zusammenhängende Wollband 170 auf zahlreiche Arten weiterverarbeitet und auf einen Kern 176 gerollt werden.
Das Band 170 kann ohne eine weitere Verarbeitung vernadelt werden, um einen Vliesstreifen zu erzeugen, oder es kann durch Kardieren oder Vermischen, durch Schneiden, Zerhacken oder Pressen oder durch Hinzufügen einer Beschichtung, eines Sättigungsmittels oder eines Füllstoffs in einer in Fig. 3 dargestellten und oben erörterten Weise weiterverarbeitet werden.
Überdies kann das im wesentlichen zusammenhängende Wollband 170 aus unregelmäßig geformten Fasern 116 einmal oder mehrmals durch ein in Fig. 10 dargestelltes, durch Luft getriebenes Venturi-Rohr 180 geführt werden. Ein solches Venturi-Rohr 180 weist Luftstrahlen 182 auf, die eine axial ausgerichtete Luftströmung erzeugen, und es wirkt als ein Luftverstärker. Venturi-Rohre 180 sind im Handel als ein Vortex-Rohr vom Modell Nr. 218 bei ITW Vortec Corp., Cincinnati, Ohio, erhältlich. Das Venturi-Rohr 180 kann einfach dazu verwendet werden, das Abwickeln des Bands von einem Wollbündel 48 zu unterstützen. Das Venturi-Rohr weist jedoch dann, wenn es gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert ist, weiterhin mehrere tangential gerichtete Luftstrahlen 184 auf, die einen sich spiralförmig bewegenden Luftwirbel hervorrufen. Unter der Bedingung der axialen Luftströmungskomponente und des sich spiralförmig bewegenden Wirbels ruft das Venturi-Rohr 180 in dem durch dieses getriebenen Band 170 ein Längsverdrillen hervor, woraus sich ein Garn 172 ergibt. Garne mit unterschiedlicher Offenheit können abhängig vom Grad der dem Band 170 verliehenen Verdrillung aus geraden oder vorzugsweise unregelmäßig geformten Wollfasern bestehen. Alternativ kann das Garn 172 durch eine mechanische Einrichtung geformt werden. Lufteinrichtungen sind jedoch wegen einer reduzierten Einwirkung auf die Verwicklung unregelmäßig geformter Fasern und die Unversehrtheit des Bands 170 bevorzugt.
Weiterhin auf Fig. 10 Bezug nehmend sei bemerkt, daß das so gebildete Garn 172 durch eine mechanische Verdrillungseinrichtung oder durch nachfolgendes Hindurchführen durch das Venturi-Rohr 180 zusätzlich mit anderen Garnen aus ähnlichen oder unterschiedlichen Fasern (allgemein bei 186 angegeben) kombiniert werden kann, um kombinierte Garneigenschaften für bestimmte Anwendungen zu erzielen. Die Garne aus unregelmäßig geformten Glasfasern können dann für sich oder in Kombination mit anderen Fasern als Träger oder Verstärkungen oder bei zusätzlichen Textilvorgängen einschließlich der Herstellung gewebter Textilien verwendet werden.
Mit Bezug auf Fig. 11 sei bemerkt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein weiteres Merkmal des zusammenhängenden Bands 170 darin besteht, daß das im wesentlichen zusammenhängende Band 170 durch Beförderungsrohre 188 zwischen in einer Produktionsanlage vorhandenen Betriebsstationen befördert werden kann. Das Band kann durch eine durch Ventilatoren, Vakuum oder Venturi-Rohre hervorgerufene Luftbewegung geblasen oder gezogen werden. Demgemäß können Wollbündel 48 aus unregelmäßig geformten Fasern 116, die durch hier offenbarte direkte Formgebungsverfahren angesammelt wurden, von der Faserbildungsstation zu einem Band 170 "abgewickelt" werden und ohne einen manuellen Eingriff, herkömmliche Förderer oder andere mechanische Beförderungsmittel zur an fernen Stationen erfolgenden weiteren Verarbeitung befördert werden. Vorzugsweise sind die Beförderungsrohre 188 als Überkopfsysteme aufgebaut, die einen minimalen Anlagenbodenraum benötigen.
Das Erzeugen eines im wesentlichen zusammenhängenden Bands 170 durch "Abwickeln" eines durch ein direktes Formgebungsverfahren angesammelten Glasfaser- Wollbündels 48 kann weiterhin dazu verwendet werden, eine in Fig. 12 dargestellte tragbare Wollblaseinrichtung 190 bereitzustellen, die ein Wollbündel 48 aus durch direkte Formgebungsverfahren angesammelten, unregelmäßig geformten Glasfasern 116 aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein hoch verdichtetes Wollbündel 48 vor Ort ausgepackt, und das Band 170 wird mittels eines standardmäßigen Venturi-Rohrs 192 aus diesem herausgezogen. Das Band 170 wird danach durch ein Kubierungselement 194 geführt, das es in Würfel oder Stücke schneidet, die dann vorzugsweise durch Druckluft in zu isolierende Räume geblasen werden. Das Würfelbildungselement 194 enthält vorzugsweise zwei hohle Schneidzylinder 196. Die Würfel messen in der Breiten-, Längen- und Höhenrichtung vorzugsweise 12 bis 25 mm. Sobald die Würfel geschnitten sind, fallen sie in die Mitte der Zylinder 196, woraus sie durch Druckluft von einem Luftkompressor (nicht dargestellt) oder alternativ durch einen Lüfter oder ein Gebläse durch die Leitung 198 geblasen werden. Dieses tragbare System erlaubt es einem Montierer, den Vorteil der hohen Verdichtbarkeit der unregelmäßig geformten Faser 116 auszunutzen, die hohen Kosten für Wagen und Schläuche zu reduzieren und einen vor Ort erfolgenden Reinigungsvorgang auszuführen.
Nachdem die Erfindung in Einzelheiten und mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es offensichtlich geworden sein, daß Modifikationen und Abweichungen möglich sind, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Vlies (150) aus durch zufallsverteilte Rotationsänderungen entlang ihrer Länge verdrillten Glasfasern (116), wobei:

ein Teil (148) Glasfaserwolle hergestellt wird; und

die Glasfaserwolle (148) vernadelt wird (130).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wolleteil (148) durch Rotationsfaserbildung hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Teil (148) in einem direkten Formgebungsverfahren hergestellt wird, in dem die durch Rotationsfaserbildung hergestellten Fasern (116) in einer im allgemeinen spiralförmigen Beziehung gehalten werden und diese Orientierung während dem Sammeln der Fasern (116) aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Wolleteil (148) hergestellt wird, indem die spiralförmig orientierte Ansammlung von Fasern in ein Seil (I70) gezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Glasfasern (116) wenigstens zwei separate Glaskomponenten aufweisen.

6. Verfahren nach Ansprüche 5, wobei die Glasfasern (116) unvermischt und zweikomponentig sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Glasfaserwolle erhitzt, und den Glasfasern (116) dann vor der Vernadlung (130) eine Relaxation gewährt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vernadlung (130) wenigstens auf der Oberfläche des Wolleteils (148) ausgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Wolleteil vor der Vernadlung (130) weder kardiert, noch mit anderen Fasern vermischt, noch mit Gleitmittel versetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das außerdem eine Behandlung des Wolleteils (148) mit einem Imprägniermittel (164) nach der Vernadlung (130) einschließt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, das außerdem ein Verbinden des vernadelten Materials mit einem flexiblen Träger vor der Behandlung mit dem Imprägniermittel (164) einschließt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das außerdem ein Behandeln der Fasern mit einem Sorbtionsmittel nach der Vernadlung (130) einschließt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das außerdem die Kombination der Fasern mit einem Füllstoff nach der Vernadlung (130) einschließt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Wolleteil in einem Klumpen von Glasfasern (116) besteht, die durch zufallsverteilte Rotationsänderungen entlang ihrer Länge verdrillt sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das außerdem das Schneiden oder Pressen (136) des vernadelten Materials zur Herstellung von Platten (152) einschließt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das außerdem das Zerhacken (140) des Wolleteils (148) zur Bildung von separaten Gruppen von Glasfasern (116) einschließt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, in dem die Fasergruppen befeuchtet, abgesetzt und getrocknet werden, um eine Matte (154) aus Fasern (116) herzustellen, die durch zufallsverteilte Rotationsänderungen entlang ihrer Länge verdrillt sind.

18. Verfahren nach Anspruch 16, das außerdem das Texturieren wenigstens einer Oberfläche der Matte (154) einschließt.

19. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das außerdem eine Oberflächenbehandlung zur Oberflächenvergrößerung der Fasern (116) einschließt.

20. Vlies (150) mit vernadelter Wolle, die Glasfasern (116) enthält, die durch zufallsverteilte Rotationsänderungen entlang ihrer Länge verdrillt und nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt sind.