專利名稱：用于制造雙組分纖維的噴頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于由熱塑性材料制造雙組分纖維的裝置，更進一步地說涉及用于由兩股熔融熱塑性材料如玻璃或其它礦物纖維或聚合物纖維料流制造雙組分纖維的噴頭裝置。
玻璃或其它熱塑性材料纖維可以用于多種應用中，包括隔音或隔熱材料。用于生產玻璃纖維保溫產品的普通現(xiàn)有技術方法包括由旋轉法生產玻璃纖維。將單一熔融玻璃組合物強迫通過一種離心器(一般以噴頭為人們所知)外壁中的孔，產生主要是短、直的玻璃纖維。
在旋轉成纖工藝中所用的熔融玻璃的溫度超過2000°F(1093℃)。由于所用的高溫和該噴頭的高速旋轉，就對這種裝置的制造材料產生多種要求，要求這種材料能夠承受這些條件。還要求有耐腐蝕性，這樣在該噴頭中的孔才能保持其預定的尺寸和形狀。
常規(guī)玻璃纖維(通常是直的纖維)的一個改進是采用卷曲(螺旋形)的纖維，這些纖維可以通過將兩種不同的玻璃料流(通常稱為A玻璃和B玻璃料流)結合并將該玻璃料流離心成卷曲(螺旋形)的纖維而制得。
背景技術：
Stalego在USP2998620中公開了雙組分玻璃組合物的卷曲(螺旋形)玻璃纖維。Stalego指出通過將具有不同熱膨脹性的兩種玻璃組合物通過旋轉噴頭的孔而生產定長卷曲纖維。將這些玻璃作為兩個玻璃流以對準的整體關系擠出，從而在冷卻時由于不同的熱膨脹性而使這些纖維自然卷曲。Stalego在一個實施方案中公開了一種噴頭，該噴頭具有沿該噴頭的周邊被垂直擋板分開的垂直對準腔，交替的腔含有不同的玻璃。專利權人指出挖一個比該擋板寬的孔，在這兒該擋板將噴頭周壁分開。由于該孔寬于擋板，因此該孔在擋板的兩側與垂直腔相通，A玻璃和B玻璃由該孔排出噴頭，形成雙玻璃料流。
但是，在該領域內仍需要對熔融玻璃雙料流的輸送進行改進，以形成雙玻璃或其它熱塑性纖維。

發(fā)明內容
這一需要通過本發(fā)明可以滿足，其中在噴頭周壁上有一系列孔，孔中通過來自相鄰腔室的通道供以不同的熔融熱塑性材料以形成雙組分纖維。本發(fā)明還提供了用于將不同的熱塑性材料由噴頭的頂部和底部供料從而在該噴頭中提供改進的溫度控制(即更加均勻的溫度分布)。該噴頭中通道和孔的分布及尺寸使得熔融熱塑性材料堆積在相鄰的腔室中并且防止空氣進入這些腔中。出于本專利說明書的目的，在使用術語“玻璃纖維”和“玻璃組合物”時，“玻璃”將包括任何一種玻璃狀材料，如巖石、礦渣和玄武巖以及傳統(tǒng)玻璃。熱塑性材料和熱塑性纖維除了玻璃和其它礦物纖維以外還包括來自聚合物材料的纖維，如聚酯纖維和聚丙烯纖維。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，它提供了一種用于制備雙組分纖維的裝置，它包括具有周壁和底壁的噴頭，該噴頭包括位于其周壁上的用于將雙組分纖維離心的孔，該噴頭由擋板分成一系列垂直對準的腔室，這些擋板沿著周壁的內部分布在四周。
第一和第二種熱塑性材料可以通過任何一種合適的設備而提供。例如，如果該材料是玻璃，則該設備可以包括熔化爐和工作區(qū)以提供兩種熔融玻璃。在該噴頭中提供一種用于將第一種熱塑性材料對著該噴頭的周壁導入交替的腔室中的一個的第一分隔器和用于將第二種熱塑性材料對著該噴頭的周壁導入余下的腔室中從而使相鄰的腔室含有不同性能的熱塑性材料的第二分隔器，通道位于每一個腔室中，各種熔融熱塑性材料通過該通道流入在該噴頭周壁上的孔中。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選形式中，相鄰腔室中的通道相互連通并且與孔相連，從而將第一種和第二種熔融熱塑性材料結合成雙組分纖維。優(yōu)選地這些孔與擋板對準。
為了提供具有基本上等比例的第一和第二種熱塑性材料的雙組分纖維，相鄰腔室中的通道基本上具有相同的直徑和長度。此外，這些通道的大小可以使熔融熱塑性材料堆積在覆蓋這些通道的腔室中。
噴頭中的第一分隔器包括基本上水平的管狀板，該板優(yōu)選地位于基本上垂直對準的擋板的頂端并且靠近噴頭周壁的內側。該板包括一系列沿其圓周隔開的孔并且為第一種熔融熱塑性材料提供了進入腔室中的進口。
優(yōu)選地，該噴頭還包括從噴頭的周壁的頂端基本上向上和向內延伸的凸緣。在離心力的作用下，第一種熔融熱塑性材料將沿著該板的表面向外流動進入噴頭周壁的內表面，并且對著該內表面且在該凸緣的下面堆積。然后第一種熔融熱塑性材料流過該板中的孔，進入一個腔室。優(yōu)選地，這些孔的尺寸和位置可以使得它們完全被熔融熱塑性材料的堆積體覆蓋。這樣可以防止空氣進入這些腔室中。
噴頭中的第二分隔器包括基本上水平的管狀板，該板優(yōu)選地位于基本上垂直對準的擋板的底邊并且靠近噴頭周壁的內側。該板包括一系列沿該板的圓周隔開的孔并且為第二種熔融熱塑性材料提供了進入腔室中的進口。在離心力的作用下，第二種熔融熱塑性材料將沿著該板的底面向外流動進入噴頭周壁的內表面，并且對著該內表面且在該板的下面堆積。然后第二種熔融熱塑性材料流過該板中的孔，進入余下的一個腔室。優(yōu)選地，這些孔的尺寸和位置可以使得它們完全被熔融熱塑性材料的堆積體覆蓋。這樣可以防止空氣進入這些腔室中。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案中，該熱塑性材料是玻璃，該噴頭適于接收兩種分開的熔融玻璃料流以形成雙玻璃纖維。
因此，本發(fā)明的另一個特征在于提供一系列位于噴頭周壁中的孔，這些孔中通過來自相鄰腔室的通道供入了不同的熔融熱塑性材料以形成雙組分纖維。本發(fā)明的另一個特征在于由噴頭的頂部和底部提供不同的熔融熱塑性材料從而在該噴頭中提供改進的溫度控制。本發(fā)明的另一個特征在于噴頭中的通道的位置和尺寸可以使得熔融熱塑性材料堆積在相鄰的腔室中，防止空氣進入這些腔室。本發(fā)明的這些特點和其它特點及優(yōu)點從下面的詳細描述和附圖以及所附的權利要求書中將變得顯而易見。


圖1是制造本發(fā)明的玻璃纖維的裝置的正視圖。
圖2是實施本發(fā)明使用的成纖器/噴頭的正視圖的橫截面圖。
圖3是沿圖2中3-3線獲得的噴頭部分的平面圖。
圖4是沿圖3中4-4線獲得的噴頭的正視圖。
圖5是從噴頭內部獲得的透視圖，它表示了用于A和B組分的分隔器和腔室。
根據(jù)用于制造不規(guī)則形狀的雙玻璃纖維(即纖維在軸向方向上不是直的) 的裝置來描述本發(fā)明，盡管應該明白本發(fā)明不僅包括用于制造其它類型的雙玻璃纖維，如卷曲(螺旋)纖維的裝置，還包括用于制造其它熱塑性材料，如聚酯或聚丙烯的雙組分纖維的裝置。
利用如圖1中所示的旋轉纖維成型和塊熱定型工藝可以制備不規(guī)則形狀的玻璃纖維的保溫產品。兩種不同的熔融玻璃組合物(玻璃A和玻璃B)通過任何一種合適的玻璃輸送裝置，如窯爐10和工作區(qū)12送入旋轉成纖器14。優(yōu)選地，該玻璃具有不同的熱膨脹系數(shù)，從而在冷卻時它們可以呈現(xiàn)不規(guī)則(與直的相對)結構。由成纖器14形成的雙玻璃纖維簾18(如不規(guī)則形狀的玻璃纖維)通過位于輸送機(未示出)下面的真空作為棉塊20收集在輸送機16上。當纖維通過在成纖器附近的吹頭22利用空氣或氣體向下吹落在輸送機上時，它們會變細、冷卻并且形成不規(guī)則的形狀。
然后任選地在加熱定型溫度700-1100°F(371-593℃)下將棉塊20通過爐24。通過將在纖維形成之后的冷卻工藝延遲從而從纖維形成工藝中獲得部分熱量，或者通過在熱定型爐中重新加熱該纖維可以獲得熱定型溫度。在爐中通過的同時，利用上輸送機26和下輸送機28以及導邊器(未示出)形成棉塊20。在爐中時，可以將熱氣流加到玻璃纖維上以促進均勻加熱。當纖維通過輸送機26和28來輸送時，纖維以加壓彈簧的形式受壓。當遇到熱定型溫度時，纖維會松弛、壓力降低，從而使棉塊保持其所需的形狀，在經過不到10分鐘的時間以后，棉塊作為保溫產品30從爐24中離開。
應當明白熱定型是本發(fā)明的一個任選的一個方面。另外，也可以如Schelhorn等人在US5277955中所說的那樣用外塑料層包裹該棉塊，該專利的內容作為參考而引入本文。此外，還可以對棉塊進行其它的制造處理，包括縫制、針織或氫化纏繞。
如圖2中所示，噴頭60包括噴頭底壁62和噴頭周壁64。雖然底壁62在圖中是封閉的，但是應該明白底壁62可以是敞開的，只要它具有足夠的表面來容納和引導所示出的玻璃A流。該噴頭在心軸66上旋轉，正如在現(xiàn)有技術中已知的那樣。噴頭的旋轉使熔融玻璃離心通過噴頭周壁64中的孔而形成初級纖維68。該初級纖維68通過管狀燃燒器70的熱量而保持在柔軟易變細的狀態(tài)下?？梢圆捎靡环N內部燃燒器(未示出)向噴頭60的內部提供熱量。管狀吹頭72采用通過通道74的引導空氣，用來將初級纖維68拉絲并進一步使之變細成為二級雙玻璃纖維76，該纖維適用于棉保溫材料。然后將雙玻璃不規(guī)則形狀的玻璃纖維收集在輸送機(圖1中未示出)用于形成棉塊。
該噴頭60的內部供以分開的兩股熔融玻璃液流，第一種液流78含有玻璃A而第二種液流80含有玻璃B。在液流78中的玻璃直接落在噴頭底壁62上，并且由于離心力而朝著噴頭周壁向外流動從而如圖所示在水平側板81的下面形成玻璃A頭。在熔融玻璃液流80中的玻璃B比液流78更靠近噴頭周壁64，液流80中的玻璃B在到達噴頭底壁之前被水平側板82攔截。因此，如圖所示在水平側板82的上面形成了玻璃壁堆積體或頭。
如圖3和5中所示，噴頭60上有一系列垂直擋板86，它們沿著噴頭周壁64而分布，將該空間分隔成一系列垂直對準的腔室88，這些腔室位于水平板81和82之間，板82位于擋板86的頂端，板81與這些擋板的底邊相對設置。
通過在水平板81和82上的一系列孔89和91可以提供向腔室88的通道。如圖中所示，板82中的孔89在板的周圍隔開從而提供進入腔室88中的一個的通道。類似地，孔91在板81的周圍隔開，從而提供進入余下的腔室的通道，從而使玻璃A和玻璃B位于這些交替的腔室當中。盡管噴頭如圖所示每個腔室具有一個孔89或91，但是應該明白在板81和82上每個腔室可以具有更多的孔。舉例來說，可以沿著板81和82徑向向外設置多個孔與腔室88對準。
在操作過程中來自液流80的熔融玻璃B滴落到水平板82上并且對著噴頭周壁64和凸緣65向外離心，凸緣65從噴頭壁64向上向內延伸(圖5)。然后熔融玻璃經過孔89并填入腔室88中的一個。來自液流78的熔融玻璃A直接滴落在噴頭底壁62上并且對著噴頭周壁64和在水平板81的下方向外離心。熔融玻璃的堆積物強迫玻璃通過孔91進入余下的腔室88中。由于熔融玻璃的對流(玻璃B向下流入腔室，玻璃A向上流動)，噴頭中和沿著噴頭周壁的溫度控制和分布得到了改進。也就是說由于玻璃的對流，沿著噴頭壁64的溫度分布更加均勻。
在所示出的實施方案中，噴頭周壁64上具有孔90?？?0靠近垂直擋板86并且基本上與該擋板的徑向外邊相對準。如在圖4和5中所看到的那樣，在腔室88中均有一系列通道92和93，熔融熱塑性材料從這些通道中流過。優(yōu)選地，這些通道在其兩側靠近擋板86并且成一定角度在外表面或周壁64相互連通并與孔90連通。
此外，孔90可以是一種細長的與板86對準的開口。通過使開口的寬度超過這些擋板的寬度，玻璃A和玻璃B可以從這些開口中離心出去，就象在共同轉讓的未決系列申請08/147762(1993年11月5日提出，名稱為用于制造雙玻璃纖維的設備)中所說的那樣，該申請的內容作為參考而引入本文。
如圖3和4中所示，通道92和93通常是垂直對準的，優(yōu)選地，其尺寸可以在相鄰的腔室88中提供相同的玻璃組分A和B的液流長度。這就可以保證組分A和B從緊靠關系的孔90中排出時，每一根纖維差不多有相等量的玻璃A和B。應當明白，如果需要不等量的玻璃A和B，可以改變通道92和93的尺寸，從而提供不等量的液流，由此導致在雙組分纖維中的不等比例。在某些情況下，這種結果是人們所需要的。另外，在每一個腔室中的通道可以改變尺寸從而在形成的雙組分纖維中改變玻璃A和B的比例。
典型地，通道92和93的直徑為約0.010-0.040英尺(0.25-1.0毫米)，優(yōu)選地為約0.015-0.025英尺(0.38-0.63毫米)。所形成的通道的數(shù)量取決于噴頭周壁的高度。通道的數(shù)量和大小以及熔融玻璃通過孔89和91流入腔室88中的速度應選擇成能夠堆積可以覆蓋孔89和91以及在每一個腔室中的通道的熔融材料“頭”。通過使在腔室88上方和下方的熔融熱塑型材料的堆積體或“頭”的體積保持在稍大于在腔室88中和對著周壁64的體積，就可以有足夠的壓力差來迫使熔融材料流過孔89和91并進入腔室中?？?0和通道92與93可以通過任何一種已知的鉆孔技術，如激光鉆孔、電子放電研磨(EDM)或，或電子束鉆孔而鉆入噴頭壁中。
如圖5中所示，噴頭底壁62、噴頭周壁64和凸緣65可以分開制造然后組合在一起。這樣可以在裝配之前在噴頭周壁中鉆成孔90和通道92、93，并且可以使整個鉆頭的制造不太復雜。另外，噴頭底、周壁和凸緣可以由不同的最適用于它們的特定用途的材料制成。因此，噴頭底壁62和凸緣可以具有較高結構強度和抗蠕變性能的金屬或合金，如用氧化物分散體增強的合金(ODS)來制造，從而提供強有力的、穩(wěn)定的旋轉裝置。噴頭周壁64可以由具有高耐腐蝕性的不同的金屬或合金，如鈷/鉻/鎳高溫合金來制造，從而可以承受來自通過噴頭壁中的通道的熔融熱塑性材料液流的腐蝕作用并且保持合適的孔尺寸。
盡管為了描述本發(fā)明已經公開了一些有代表性的實施方案和細節(jié)，但是對于熟悉本領域的人員來說很顯然在不脫離由所附的權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的基礎上還可以就本文所述的方法和設備作出多種變化。
權利要求
1.一種用于制備雙組分纖維的裝置，它包括a.用于將雙組分纖維離心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上還含有孔的噴頭，該噴頭由擋板分成一系列垂直對準的腔室，這些腔室沿著周壁的內部分布在四周；b.用于向該噴頭中提供第一種熔融熱塑性材料和第二種熔融熱塑性材料的裝置；c.用于將第一種熔融熱塑性材料對著周壁導入交替的腔室中的第一分隔器和用于將第二種熔融熱塑性材料對著周壁導入余下的腔室中從而使相鄰的腔室含有不同的熱塑性材料的第二分隔器；以及d.在所述的每一個腔室中的通道，所述的熔融熱塑性材料通過該通道流向在所述的噴頭周壁上的孔。
2.權利要求1的裝置，其中在所述的相鄰腔室中的所述的通道彼此相通并與所述的孔相通。
3.權利要求1的裝置，其中所述的孔與所述的擋板對準。
4.權利要求1的裝置，其中所述的通道其尺寸使得可以在所述的腔室中堆積熔融熱塑性材料。
5.權利要求1的裝置，其中在相鄰腔室中的所述的通道基本上具有相同的直徑和長度。
6.權利要求1的裝置，其中包括從所述的噴頭的周壁向上向內延伸的凸緣。
7.權利要求1的裝置，其中所述的第一分隔器包括位于所述擋板的頂部并靠近所述噴頭的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔開的孔，從而為所述的第一種熔融熱塑性材料提供流動進入交替的所述腔室的口。
8.權利要求7的裝置，它包括從所述的噴頭的周壁基本上向上向內延伸的凸緣，并且所述的孔的尺寸可以使熔融熱塑性材料對著所述的周壁和所述的凸緣堆積。
9.權利要求1的裝置，其中所述的第二分隔器包括位于所述擋板的底部并靠近所述噴頭的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔開的孔，從而為所述的第二種熔融熱塑性材料提供流動進入余下的所述腔室的口。
10.權利要求9的裝置，其中所述的孔的尺寸使所述的熔融熱塑性材料對著所述的周側壁和所述的噴頭底壁堆積。
11.一種用于制備雙組分纖維的裝置，它包括a.用于將雙組分纖維離心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上還含有孔的噴頭，該噴頭由擋板分成一系列垂直對準的腔室，這些腔室沿著周壁的內部分布在四周；b.用于向該噴頭中提供第一種熔融玻璃和第二種熔融玻璃的裝置；c.用于將第一種熔融玻璃對著周壁導入交替的腔室中的第一分隔器和用于將第二種熔融玻璃導入余下的腔室中從而使相鄰的腔室含有不同玻璃的第二分隔器；以及d.在所述的每一個腔室中的通道，所述的熔融玻璃通過該通道流向在所述的噴頭周壁上的孔。
12.權利要求11的裝置，其中在所述的相鄰腔室中的所述的通道彼此相通并與所述的孔相通。
13.權利要求11的裝置，其中所述的孔與所述的擋板對準。
14.權利要求11的裝置，其中所述的通道其尺寸使得可以在所述的腔室中堆積熔融玻璃。
15.權利要求11的裝置，其中在相鄰腔室中的所述的通道基本上具有相同的直徑和長度。
16.權利要求11的裝置，其中包括從所述的噴頭的周壁向上向內延伸的凸緣。
17.權利要求11的裝置，其中所述的第一分隔器包括位于所述擋板的頂部并靠近所述噴頭的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔開的孔，從而為所述的第一種熔融玻璃提供流動進入交替的所述腔室的口。
18.權利要求17的裝置，它包括從所述的噴頭的周壁基本上向上向內延伸的凸緣，并且所述的孔的尺寸可以使熔融玻璃對著所述的周壁和所述的凸緣堆積。
19.權利要求11的裝置，其中所述的第二分隔器包括位于所述擋板的底部并靠近所述噴頭的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔開的孔，從而為所述的第二種熔融玻璃提供流動進入余下的所述腔室的口。
20.權利要求19的裝置，其中所述的孔的尺寸使所述的熔融熱塑性材料對著所述的周側壁和所述的噴頭底壁堆積。
21.一種用于制備雙組分玻璃纖維的裝置，它包括a.用于將雙組分纖維離心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上還含有孔的噴頭，該噴頭由擋板分成一系列垂直對準的腔室，這些腔室沿著周壁的內部分布在四周；b.用于向該噴頭中提供第一種熔融玻璃和第二種熔融玻璃的裝置；c.用于將第一種熔融玻璃導入交替的腔室中的第一分隔器，所述的第一分隔器包括基本上水平的板，該板沿著所述擋板的頂部布置并且靠近所述噴頭周壁的內側，該板包括一系列隔開的孔從而為所述的第一熔融玻璃提供了流入所述腔室中交替腔室的進口；和第二分隔器用于將所述的第二種熔融玻璃導入余下的所述腔室中，從而使相鄰的腔室含有不同的玻璃，所述的第二 分隔器包括基本上水平的板，該板位于所述擋板的底邊并且靠近噴頭周壁的內側，該板包括一系列隔開的孔從而為第二種熔融玻璃提供了流入所述腔室中的一個的進口；以及d.在所述的每一個腔室中的通道，所述的熔融玻璃通過該通道流向在所述的噴頭周壁上的孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制備雙組分纖維的裝置，它包括用于將雙組分纖維離心的在所述的周壁上含有孔的噴頭，該噴頭由擋板分成一系列垂直對準的腔室，這些腔室沿著周壁的內部分布和四周；用于將第一種熔融熱塑性材料導入交替的腔室中的第一分隔器，和用于將所述的第二種熔融熱塑性材料導入余下的所述腔室中的第二分隔器，從而使相鄰的腔室含有不同的熱塑性材料。在所述的每一個腔室中有通道，所述的熔融熱塑性材料通過該通道流向在所述的噴頭周壁上的孔。
文檔編號C03B37/075GK1147239SQ95192896
公開日1997年4月9日 申請日期1995年4月3日 優(yōu)先權日1994年5月2日
發(fā)明者P·M·加文 申請人:歐文斯·科爾寧格公司