專利名稱：用于制造雙玻璃纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造具有不同組成的兩種玻璃的雙玻璃纖維，更進(jìn)一步地說涉及在其中一種玻璃與形成纖維環(huán)境的反應(yīng)與另一種與之反應(yīng)不同的條件下制造熔融雙玻璃料流。
背景技術(shù)：
在玻璃纖維制造領(lǐng)域內(nèi)的最近發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致了新的制造不規(guī)則形狀玻璃纖維的方法，這種玻璃纖維由兩種熱膨脹系數(shù)不同的玻璃組合物組成。兩種玻璃的熱膨脹系數(shù)不同使得所得到的玻璃纖維具有不規(guī)則的形狀，從而為該玻璃纖維提供了多種提高由這些纖維制成的產(chǎn)品的性能的途徑。這些產(chǎn)品提高中有一些包括提高了纖維中的纏繞，增加了由這些纖維制成的保溫產(chǎn)品的恢復(fù)性，降低了K值，降低了處理時(shí)的不舒服性以及體積填充性能更加均勻。
至今，在現(xiàn)有技術(shù)中公開的雙玻璃纖維均是由粘度和軟化點(diǎn)基本上相同的玻璃組成的。例如在Stalego的USP2998620中，公開的四種玻璃組合物的粘度和軟化點(diǎn)的差異相當(dāng)小。由于現(xiàn)有技術(shù)中的雙玻璃纖維的兩種玻璃的粘度和軟化點(diǎn)相當(dāng)接近，因此這兩種玻璃將相似地與兩玻璃料流在形成雙玻璃纖維時(shí)所遇到的形成纖維條件起反應(yīng)。為了使這兩種玻璃具有不同的與形成纖維條件的反應(yīng)，有利的是由兩種玻璃的粘度和軟化點(diǎn)不同的熔融雙玻璃料流制造雙玻璃纖維。
發(fā)明的公開現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了一種制備雙玻璃纖維的方法，其中這兩種玻璃纖維中的第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，從而使這兩種玻璃可以與形成纖維環(huán)境起不同的反應(yīng)，由此影響該雙玻璃纖維的形狀、該雙玻璃纖維的內(nèi)部構(gòu)成和/或該雙玻璃纖維的性能。
根據(jù)本發(fā)明，它提供了一種用于制備雙玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流離心通過這些孔，保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，以及將該雙玻璃料流冷卻以制造雙玻璃纖維。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，第一種玻璃在噴頭壁的溫度下的粘度是第二種玻璃的約50-1000倍。更優(yōu)選地粘度的差值為約50-500倍。舉例來說，第二種玻璃(玻璃B)在噴頭壁溫度(1037℃)下的粘度為100泊，而第一種玻璃(玻璃A)在相同的溫度下的粘度為100000泊。應(yīng)該明白在本說明書中所用的粘度測(cè)量值是在噴頭周壁的溫度下獲得的。
在本發(fā)明的特定實(shí)施方案中，低粘度的第二種玻璃圍繞著第一種玻璃流動(dòng)，從而使第二種玻璃包圍第一種玻璃形成一種包層。
在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，第二種玻璃的軟化點(diǎn)比第一種玻璃的軟化點(diǎn)至少低50℃。優(yōu)選地軟化點(diǎn)的差至少為100℃。
由具有不同軟化點(diǎn)的玻璃制成的雙玻璃纖維可以作為棉塊而收集，并受到高于第二種玻璃的軟化點(diǎn)但低于第一種玻璃的軟化點(diǎn)的溫度處理。這可以使第二種玻璃軟化從而使該雙玻璃纖維在冷卻時(shí)相互之間結(jié)合在一起。結(jié)果將是在棉塊中第二種玻璃作為第一種玻璃纖維的粘結(jié)材料。
通過由具有不同軟化點(diǎn)的玻璃的雙玻璃纖維制造玻璃纖維保溫產(chǎn)品并且將該產(chǎn)品通過一種窯爐以加熱低軟化點(diǎn)玻璃使之作為一種粘結(jié)劑，可以無需采用有機(jī)粘結(jié)劑而制得保溫材料。這種方法可以在避開與有機(jī)粘結(jié)劑有關(guān)的環(huán)境問題的同時(shí)制造玻璃纖維保溫材料。這一點(diǎn)在希望具有高比重并且具有使低溫玻璃將纖維塊形成一種直角并排的形狀的優(yōu)點(diǎn)時(shí)特別有用。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，它提供了一種制備雙玻璃纖維的方法，它包括將第一和第二種熔融玻璃供入一種織物套管中，其中第一種玻璃的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-500倍，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流從該套管中拉伸，保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，并且將雙玻璃料流冷卻以形成雙玻璃纖維。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，通過使第二種玻璃的表面張力高于第一種玻璃而使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)。然后當(dāng)該溫度保持足夠高和足夠長(zhǎng)時(shí)，第二種玻璃將圍繞第一種玻璃流動(dòng)。具有不同表面張力的兩種玻璃的應(yīng)用可以單獨(dú)使用也可以與采用具有不同粘度的兩種玻璃結(jié)合使用。
附圖的簡(jiǎn)單描述

圖1是用于通過旋轉(zhuǎn)法實(shí)施制造雙玻璃纖維方法的裝置的正視圖。
圖2是制造本發(fā)明的雙玻璃纖維的旋轉(zhuǎn)成纖器正視圖的橫截面圖。
圖3是圖2中的旋轉(zhuǎn)噴頭部分的透視圖。
圖4是沿4-4線獲得的圖2中的旋轉(zhuǎn)噴頭的正視圖。
圖5是由具有通常相似的粘度和軟化點(diǎn)的兩種玻璃組成的雙玻璃纖維的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的雙玻璃纖維的剖視圖，其中兩種玻璃的不同粘度使得第二種玻璃部分圍繞第一種玻璃而流動(dòng)。
圖7是本發(fā)明的雙玻璃纖維的剖視圖，其中兩種玻璃的不同粘度使得低粘度的第二種玻璃幾乎包圍高粘度玻璃。
圖8是本發(fā)明的雙玻璃纖維的剖視圖，其中低粘度的玻璃圍繞高粘度玻璃流動(dòng)從而包圍高粘度玻璃并形成一種包層。
圖9是在制造連續(xù)的本發(fā)明的雙玻璃纖維的方法中所用的織物套管的正視圖。
實(shí)施本發(fā)明的方式用于本發(fā)明時(shí)，術(shù)語“玻璃”包括玻璃形式的其它礦物材料，如巖石，礦渣和玄武巖。
參見圖1，可以看出兩種不同的熔融玻璃組合物通過前爐室12由窯爐10送入成纖器14。由成纖器形成的不規(guī)則形狀的玻璃纖維簾18通過位于傳送機(jī)下面的部分真空作為棉塊20收集在傳送機(jī)16上。當(dāng)纖維通過在成纖器中的吹風(fēng)機(jī)22利用空氣或氣體向下吹落在傳送機(jī)上時(shí)，它們會(huì)變細(xì)并且形成不規(guī)則的形狀。
當(dāng)該方法采用具有比第一種玻璃的軟化點(diǎn)低的第二種玻璃從而第二種玻璃可以起粘結(jié)劑或接合材料作用時(shí)，棉塊可以通過一種窯爐或其它加熱裝置，如窯爐24，以使低溫度玻璃軟化并且將高溫玻璃粘接。在爐中通過的同時(shí)，利用上輸送機(jī)26和下輸送機(jī)28以及導(dǎo)邊器(未示出)形成棉塊。在爐中時(shí)，可以將熱氣流加到玻璃纖維上以促進(jìn)均勻加熱。該棉塊作為保溫產(chǎn)品30而離開爐子。
如圖2中所示，旋轉(zhuǎn)噴頭32由旋轉(zhuǎn)噴頭底壁34和旋轉(zhuǎn)噴頭周壁36組成。旋轉(zhuǎn)噴頭的旋轉(zhuǎn)使熔融玻璃離心通過旋轉(zhuǎn)噴頭周壁而形成初級(jí)纖維40。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該初級(jí)纖維通過環(huán)狀燃燒器42的熱量而保持在柔軟易變細(xì)的狀態(tài)下。在本發(fā)明的另一種方案中，可以采用一種內(nèi)部燃燒器(未示出)向旋轉(zhuǎn)噴頭的內(nèi)部提供熱量。環(huán)狀吹風(fēng)機(jī)將初級(jí)纖維拉絲并進(jìn)一步使之變細(xì)成為二級(jí)纖維48，該纖維適用于棉保溫材料。任選地，可以向纖維上施加粘結(jié)劑。將二級(jí)纖維或雙玻璃不規(guī)則形狀的玻璃纖維收集起來用于形成棉塊。
該旋轉(zhuǎn)噴頭的內(nèi)部供以兩股熔融玻璃液流，第一種液流50含有玻璃A而第二種液流52含有玻璃B。在液流50中的玻璃直接落在旋轉(zhuǎn)噴頭底壁上，并且由于離心力而朝著旋轉(zhuǎn)噴頭周壁向外流動(dòng)形成玻璃A頭。在熔融玻璃液流52中比液流50更靠近旋轉(zhuǎn)噴頭周壁，液流52中的玻璃在到達(dá)旋轉(zhuǎn)噴頭底壁之前被水平側(cè)板54攔截。因此，在水平側(cè)板的上面形成了玻璃壁堆積體或頭。
如圖3中所示，旋轉(zhuǎn)噴頭上有垂直內(nèi)壁56，它通常是圓形的并且位于旋轉(zhuǎn)噴頭周壁徑向里面。一系列位于旋轉(zhuǎn)噴頭周壁和垂直內(nèi)壁之間的垂直擋板58將空間分成多個(gè)腔60。交替的腔含有玻璃A或玻璃B。
該旋轉(zhuǎn)噴頭周壁配有孔62，它們位于垂直擋板的徑向外端附近。這些孔的寬度大于垂直擋板的寬度，以使玻璃A和玻璃B作為單個(gè)雙玻璃熔融玻璃料流從孔中排出。
正象在圖4中所看到的那樣，每個(gè)腔60占有旋轉(zhuǎn)噴頭周壁36的整個(gè)高度，孔沿著分開該腔室的整個(gè)垂直擋板分布。也可以采用其它的旋轉(zhuǎn)噴頭結(jié)構(gòu)來向旋轉(zhuǎn)噴頭孔提供雙股玻璃。如圖4中所示，孔62的形狀為長(zhǎng)條形，盡管也可以采用其它的形狀。
當(dāng)玻璃A和玻璃B在噴頭周壁的溫度下具有不同的粘度時(shí)，與垂直擋板58準(zhǔn)確同心的孔所排出的低粘度玻璃的量將超過高粘度玻璃的。為了抵消這種趨向以及平衡兩種玻璃的輸出量，長(zhǎng)條孔應(yīng)與垂直擋板的中心錯(cuò)開。在這種情況下，該孔具有較小的端部，如端部64，它限制了低粘度材料的流動(dòng)，該孔還具有較大的端部66，它可以使高粘度的材料具有相當(dāng)?shù)牧髁炕蜉敵隽?。另一種使低粘度的玻璃與高粘度的玻璃的流量平衡的方法是限制進(jìn)入含有低粘度玻璃的交替的腔室中的玻璃的流量，從而使該孔部分缺料，從而使玻璃A和B的輸出量大致相等。
本發(fā)明的不規(guī)則形狀的纖維是雙玻璃纖維，即每一根纖維是由兩種不同的玻璃組合物，玻璃A和玻璃B組成。如果用本發(fā)明的理想的不規(guī)則形狀的玻璃纖維作一個(gè)橫截面圖，該纖維的一半是玻璃A而另一半是玻璃B，纖維的橫截面圖可以通過將一束纖維放在環(huán)氧化物中，纖維的方向盡可能地平行而獲得。然后將該還氧化物柱橫切然后拋光。將拋光過的樣品表面涂以薄碳層，從而產(chǎn)生一種導(dǎo)電的樣品用于通過掃描電子顯微鏡(SEM)來分析。將該試樣采用后散射電子檢測(cè)儀在SEM上進(jìn)行檢查，它顯示了平均原子數(shù)量的變化(作為其灰度的變化)。這種分析通過在該纖維的橫截面上的黑區(qū)和亮區(qū)而揭示了兩種玻璃的存在，并且顯示了兩種玻璃的介面。
如果A/B比率為50∶50，兩種玻璃，玻璃A70和玻璃B72之間的介面68經(jīng)過纖維介面的中心74，如圖5中所示。如圖6中所示，當(dāng)玻璃B具有較低的粘度時(shí)，玻璃B會(huì)圍繞著高粘度的玻璃A而彎曲或纏繞，從而使介面68變成曲線。這就要求從噴頭中排出的雙玻璃料流保持在足以使低粘度的玻璃B圍繞著高粘度的玻璃A而流動(dòng)的溫度下。成纖器操作參數(shù)，如燃燒器氣體壓力、吹風(fēng)機(jī)壓力和噴頭溫度的調(diào)節(jié)是使低粘度的玻璃實(shí)現(xiàn)所需的纏繞所必需的。
如圖7中所示，低粘度的玻璃B幾乎圍繞著高粘度的玻璃A而流動(dòng)。評(píng)價(jià)低粘度的玻璃圍繞著高粘度的玻璃而流動(dòng)的程度的一種方法是測(cè)量纏繞角度，即圖7中所示的α角。在某些情況下，低粘度的玻璃圍繞著高粘度的玻璃流動(dòng)，形成至少270度的α角，即低粘度的玻璃圍繞著高粘度的玻璃流動(dòng)至該雙玻璃纖維的周表面76由第二種玻璃形成至少270度角的程度。
如圖8中所示，在某些情況下，第二種玻璃可以全部圍繞著第一種玻璃而流動(dòng)，從而使第二種玻璃包圍第一種玻璃，形成一種包層。在這種情況下，該雙玻璃的整個(gè)圓周表面(360度)均是第二種玻璃或低粘度的玻璃。
如圖9中所示，該雙玻璃纖維可以根據(jù)本發(fā)明采用織物套管，如套管80和一種機(jī)械或液壓拉力而制成。將第一種和第二種熔融玻璃供入織物套管中，其中第一種玻璃的粘度是第二種玻璃的粘度約5-1000倍，優(yōu)選地約50-500倍。將第一種玻璃和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流從套管中拉伸，該料流保持在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下。將該雙玻璃料流冷卻從而制成雙玻璃纖維82。將纖維在一種尺寸確定器84上通過并匯集成股86然后捆扎作為在收集器90上的包裝88。這些纖維可以用于任何一種增強(qiáng)或填料目的。
本發(fā)明的方法不必要僅限于采用僅僅兩種不同粘度的玻璃。舉例來說，可以向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中供入第一種、第二種和第三種熔融玻璃。第一、第二和第三種玻璃可以作為熔融三玻璃料流而從孔中離心通過，將該三玻璃料流保持在足以使低粘度玻璃中的一種圍繞其它玻璃中的至少一種而流動(dòng)的溫度下。在將該三玻璃料流冷卻時(shí)，該三玻璃纖維將以與雙玻璃纖維類似的方式形成。
采用具有不同表面張力的兩種玻璃還可以用來使第二種玻璃圍繞著第一種玻璃流動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)力是兩種玻璃的表面張力之間的差。如果玻璃具有相同的粘度并且在可以使一種玻璃圍繞著另一種玻璃流動(dòng)的充分的熱量和充分的時(shí)間的條件下進(jìn)行該過程時(shí)，超過20達(dá)因/厘米的差對(duì)于使一種玻璃圍繞著另一種流動(dòng)是有效的。纖維形成條件可以使流動(dòng)在甚至更小的表面張力差值下進(jìn)行，也可能需要更大的差值。表面張力可以通過浸筒法，根據(jù)將已知直徑和壁厚的小型鉑筒從熔融玻璃的表面拉出所需要的力的計(jì)算值來測(cè)定，如在“Modification of the Dipping Cylinder Method ofMeasuring Surface Tension”，Ralph L.Tiede，The American CeramicSociety Bulletin，Vol.51，No.6，June，1972中所述。
由上述內(nèi)容可明顯地看出，本發(fā)明可以做出多種變化，但是這些變化應(yīng)該被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可以用于制造保溫產(chǎn)品中所用的玻璃纖維。
權(quán)利要求
1.一種用于制備雙玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流離心通過這些孔，將保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，以及將該雙玻璃料流冷卻以制造雙玻璃纖維。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中第一種玻璃在噴頭壁的溫度下的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-1000倍。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中第一種玻璃的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-500倍。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中第二種玻璃圍繞著第一種玻璃流動(dòng)至該雙玻璃纖維的周圍至少270度角是第二種玻璃的程度。
5.權(quán)利要求4的方法，其中第二種玻璃完全圍繞著第一種玻璃流動(dòng)，從而使第二種玻璃包圍第一種玻璃形成一種包層。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中第一種玻璃在噴頭壁的溫度下的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-1000倍。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中第一種玻璃的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-500倍。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中第二種玻璃的軟化點(diǎn)比第一種玻璃的軟化點(diǎn)至少低50℃。
9.權(quán)利要求8的方法，它包括作為棉塊收集該雙玻璃纖維并且將該棉塊置于高于第二種玻璃的軟化點(diǎn)但低于第一種玻璃的軟化點(diǎn)的溫度下。
10.權(quán)利要求8的方法，其中第二種玻璃的軟化點(diǎn)比第一種玻璃的軟化點(diǎn)低至少100℃。
11.權(quán)利要求1的方法，其中用于第一種玻璃的孔開口大于第二種玻璃的孔開口以平衡這兩種玻璃的輸出量。
12.一種用于制備三玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一、第二和第三種玻璃，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，將第一、第二和第三種玻璃作為熔融三玻璃料流離心通過這些孔，將該三玻璃料流維持在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，以及將該三玻璃料流冷卻以制造三玻璃纖維。
13.一種用于制備雙玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高出至少50℃的軟化點(diǎn)，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流離心通過這些孔，在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下保持該雙玻璃料流，以及將該雙玻璃料流冷卻以制造雙玻璃纖維。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中第一種玻璃的粘度是第二種玻璃的粘度的約50-500倍。
15.權(quán)利要求14的方法，其中第二種玻璃完全圍繞著第一種玻璃流動(dòng)，從而使第二種玻璃包圍第一種玻璃形成一種包層。
16.權(quán)利要求13的方法，它包括作為棉塊收集該雙玻璃纖維并且使該棉塊置于高于第二種玻璃的軟化點(diǎn)但低于第一種玻璃的軟化點(diǎn)的溫度下。
17.一種制備雙玻璃纖維的方法，它包括將第一和第二種熔融玻璃供入一種織物套管中，其中第一種玻璃具有是第二種玻璃的粘度的約50-500倍的粘度，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流從該套管中拉伸，保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，并且將雙玻璃料流冷卻以形成雙玻璃纖維。
18.權(quán)利要求17的方法，它包括作為棉塊收集該雙玻璃纖維并且使該棉塊置于高于第二種玻璃的軟化點(diǎn)但低于第一種玻璃的軟化點(diǎn)的溫度下。
19.權(quán)利要求17所述的方法，其中第二種玻璃的軟化點(diǎn)比第一種玻璃的軟化點(diǎn)至少低50℃。
20.權(quán)利要求17的方法，其中第二種玻璃至少圍繞第一種玻璃周圍270度而流動(dòng)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中第二種玻璃完全圍繞著第一種玻璃流動(dòng)，從而使第二種玻璃包圍第一種玻璃形成一種包層。
22.一種用于制備雙玻璃纖維的方法，它包括向旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，該旋轉(zhuǎn)噴頭具有周壁和多個(gè)在周壁上限定一系列腔室的擋板，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，將第一和第二種玻璃導(dǎo)入交替的腔室中從而使相鄰的腔室含有不同的玻璃，在該周壁上開有孔，孔的寬度大于擋板的寬度從而使第一和第二種玻璃流過該孔，孔的位置與擋板的中心線錯(cuò)開，孔的較小端與含有低粘度的第二種玻璃的腔室接觸，并且將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流離心通過該孔。
23.用于制造雙玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，其中第二種玻璃的表面張力高于第一種玻璃，.將第一和第二種玻璃作為熔融玻璃料流離心流過這些孔，保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，以及將該雙玻璃料流冷卻以制造雙玻璃纖維。
全文摘要
一種用于制備雙玻璃纖維的方法，它包括向具有帶孔周壁的旋轉(zhuǎn)噴頭中提供第一和第二種玻璃，其中第一種玻璃具有比第二種玻璃高的粘度，將第一和第二種玻璃作為熔融雙玻璃料流離心通過這些孔，保持該雙玻璃料流在足以使第二種玻璃圍繞第一種玻璃流動(dòng)的溫度下，以及將該雙玻璃料流冷卻以制造雙玻璃纖維。
文檔編號(hào)C03C13/00GK1147240SQ95192897
公開日1997年4月9日 申請(qǐng)日期1995年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月2日
發(fā)明者J·E·洛夫特斯, C·R·斯特勞斯, R·L·修斯頓 申請(qǐng)人:歐文斯·科爾寧格公司