專利名稱：使無機材料和有機材料一起纖維化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機纖維制品的生產(chǎn)，具體地，涉及向所說的無機纖維上涂敷有機或聚合物材料的無機纖維制品的生產(chǎn)。更具體地，本發(fā)明涉及從熔融的無機材料和熔融的有機材料同時離心出纖維的方法。
無機纖維，如玻璃纖維，用于隔熱材料和結(jié)構(gòu)制品。用于這樣的制品的玻璃纖維一般通過把熔融的玻璃喂入紡絲器，通過使紡絲器旋轉(zhuǎn)離心出纖維形成向下移動的圓筒形玻璃纖維簾。涂敷到纖維上的是各種有機涂層，特別是使所說的無機纖維相互結(jié)合形成隔熱或結(jié)構(gòu)制品的粘合劑。玻璃纖維隔熱材料一般用脲酚/甲醛粘合劑結(jié)合在一起形成類似于彈簧的基體，這種基體在所說的制品的包裝過程中在壓縮后可以恢復(fù)。典型的脲酚/甲醛粘合劑的分子量在未固化狀態(tài)時約為600，這些粘合劑通常在含水介質(zhì)中通過在形成纖維之后立即噴涂到所說的玻璃纖維上來涂敷。
向圓筒形無機纖維簾涂敷含水的有機粘合劑的以前技術(shù)的問題之一是一部分粘合劑在液體粘合劑料滴與簾中的無機纖維接觸之前蒸發(fā)。蒸發(fā)的粘合劑物料在該方法的廢氣流中成為污染物，為了避免污染問題必須清除。同時，在無機纖維上的粘合劑物料趨于是粘性的，需要徹底清洗纖維收集設(shè)備以防止玻璃纖維塊的形成，這種塊可能滴落到制品上引起制品的缺陷。
最近開發(fā)的一種向玻璃纖維涂敷高分子量粘合劑的方法使用第一個紡絲器產(chǎn)生向下移動的玻璃纖維簾，第二個紡絲器，位于所說的簾內(nèi)，形成聚合物纖維，并使其分散與所說的簾中的玻璃纖維接觸。這種方法產(chǎn)生有聚合物纖維和一些有聚合物涂層的玻璃纖維的混合隔熱部件。在U.S.專利申請No.08/079,413中提出了這種共同纖維化方法，這里作為參考，該專利是在1993年6月23日申請的，Bakhshi，等人作為發(fā)明者，并被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
把聚合物或有機材料與玻璃纖維混合的這種共同纖維化方法的問題之一是聚合物暴露在惡劣的環(huán)境中。為了使所說的聚合物在足夠高的水平與玻璃纖維簾相交以保證有效的混合，所說的聚合物紡絲器必須直接位于所說的玻璃紡絲器之下。所說的玻璃紡絲器在接近2000°F(1093℃)的溫度下操作，大量的熱輻射到聚合物紡絲器和在紡絲器內(nèi)的聚合物上。聚合物材料的過熱導(dǎo)致聚合物的性能劣化。更麻煩的是著火的問題。如果聚合物暴露在空氣和較高的溫度下，一部分聚合物會揮發(fā)并開始燃燒。聚合物的燃燒是該方法不可接受的副作用。共同纖維化方法能夠以使聚合物的熱劣化最小的方式向所說的紡絲器送入聚合物是有利的，這可以減少熔融的聚合物暴露在空氣中以防止燃燒。
現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了改進共同纖維化法的一種方法和設(shè)備，即通過屏蔽在所說的聚合物紡絲器中的熔融聚合物，使其不會暴露在玻璃紡絲器的一些熱量中，并使其不與空氣接觸以防止燃燒。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造無機纖維制品的方法，包括用第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器從熔融的無機材料離心出無機纖維，改變所說的無機纖維的方向形成向下移動的無機纖維簾，建立流向位于所說的簾中的第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器的熔融有機材料的液流，把熔融有機材料的液流分成多個液流，通過導(dǎo)管使多個液流的每一個流向第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器的周邊，所說的導(dǎo)管把熔融的有機材料與來自第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器的熱量屏蔽起來，從所說的熔融有機材料中離心出有機纖維。通過使所說的有機材料與熱量屏蔽，所說的有機材料可以經(jīng)受較少的熱劣化，所說的熔融的有機材料維持在較低的溫度直至最后的時刻，即恰好到通過噴嘴的周邊之前。通過屏蔽有機材料使其不接觸空氣，可以有較少的著火機會。
在本發(fā)明的一個特定實施方案中，所說的導(dǎo)管以與第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器相同的速度或旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，所說的導(dǎo)管有限制通過所說的導(dǎo)管的熔融物料的液流使得沒有空氣進入所說的導(dǎo)管的導(dǎo)管出口，從而防止或減少了聚合物的揮發(fā)量。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，通常為環(huán)形的屏蔽物位于所說的第二個紡絲器的底壁的上方，所說的屏蔽物從主軸上向外沿徑向伸展到所說的第二個紡絲器的周邊上，所說的屏蔽物和所說的紡絲器的底壁構(gòu)成了一個環(huán)形空腔，所說的環(huán)形空腔至少有一個位于所說的屏蔽物的徑向向外的邊緣上的空腔出口，限制通過所說的空腔出口的熔融有機材料流使得沒有空氣進入所說的空腔。
根據(jù)本發(fā)明，還提供使無機材料與有機材料共同纖維化的設(shè)備，包括繞一個軸旋轉(zhuǎn)的用于形成無機纖維的第一個紡絲器，改變無機纖維的方向形成向下移動的無機纖維簾的裝置，位于于所說的簾中的可以旋轉(zhuǎn)的第二個紡絲器，建立流向所說的第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器的熔融有機材料流的裝置，，把熔融的有機材料流分成多個液流的裝置，使所說的多個液流的每一個流向所說的第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器的周邊的導(dǎo)管，所說的導(dǎo)管把熔融的有機材料與來自第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器的熱量屏蔽起來，使所說的第二個紡絲器旋轉(zhuǎn)從所說的熔融有機材料離心出有機纖維并所說的有機纖維與無機纖維簾接觸的設(shè)備。


圖1是根據(jù)本發(fā)明使玻璃纖維和聚合物材料纖維共同纖維化的設(shè)備的縱剖面的示意剖面圖。
圖2是圖1的聚合物紡絲器的縱剖面的示意剖面圖，沒有熔融的聚合物。
圖3是圖1的聚合物紡絲器沿圖2的3-3線的示意圖，表示了所說的聚合物紡絲器中的熔融聚合物。
圖4是帶有圓形屏蔽的聚合物紡絲器的實施方案的縱剖面的示意剖面圖。
圖5是帶有圓形屏蔽和垂直內(nèi)壁的聚合物紡絲器的實施方案的縱剖面的示意剖面圖。
圖6是帶有紡絲器蓋的聚合物紡絲器的實施方案的縱剖面的示意剖面圖。
本發(fā)明將以玻璃纖維形成操作的形式描述，雖然可以理解的是本發(fā)明可以用其它可加熱軟化的無機材料進行，如巖石、熔渣和玄武巖等。
如圖1所示，玻璃紡絲器10繞旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)，由主軸14的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。如在該技術(shù)中已知的那樣，所說的玻璃紡絲器可以用鎳/鈷/鉻合金鑄成。所說的紡絲器的周邊有許多噴口16用于玻璃纖維的離心，優(yōu)選的是有約2,000-50,000個噴口。
為所說的玻璃紡絲器提供熔融玻璃液流18，以玻璃纖維20的形式通過所說的紡絲器壁離心出來。通過環(huán)形燃燒器22的加熱使剛出紡絲器的玻璃纖維保持在軟的、可以細化的狀態(tài)，雖然在某些玻璃纖維操作中，不需要外部的燃燒器。通過環(huán)形鼓風(fēng)機24把徑向向外移動的玻璃纖維轉(zhuǎn)向，形成圓筒形的纖維簾26，所說的纖維簾向下移動，即沿紡絲器的軸的方向向下移動。產(chǎn)生向下移動的圓筒形玻璃纖維簾的方法在該技術(shù)中是眾所周知的。
位于所說的玻璃紡絲器之下的是分配熔融的有機材料從處于所說的簾中與所說的簾接觸的第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器。在圖1所示的實施方案中，第二個紡絲器是聚合物紡絲器28，用于分配聚合物與所說的簾接觸。與玻璃纖維的生產(chǎn)所用的一樣，所說的聚合物紡絲器可以用鎳/鈷/鉻合金鑄成，或者是任何其它合適的紡絲器，用焊接不銹鋼制成的紡絲器。所說的聚合物紡絲器的周邊有許多用于離心瀝青纖維的噴口，優(yōu)選的是在約500～25,000個噴口之間。成功地用于玻璃纖維/PET共同纖維化波長中的聚合物紡絲器約有3,500個噴口。
可以理解的是任何能夠纖維化的有機材料都可以供給到第二個或聚合物紡絲器中。特別有用的聚合物實例包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫(PPS)。其它適合于制造纖維的有機材料包括尼龍、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、樹脂、各種聚烯烴、瀝青和其它熱塑性和熱固性材料。
所說的聚合物紡絲器可以安裝在所說的玻璃紡絲器上，或者連接在所說的玻璃紡絲器上。優(yōu)選的是，所說的聚合物紡絲器通過聚合物主軸30，以使與所說的玻璃紡絲器的物理接觸最小的方式安裝，從而減少通過傳導(dǎo)向所說的聚合物和聚合物紡絲器的熱傳導(dǎo)。為此，如圖2所示，優(yōu)選的是把所說的聚合物紡絲器安裝帶有有空腔的小塊34的托架32，以減小來自玻璃紡絲器的熱傳導(dǎo)。所說的主軸的長度足以使聚合物纖維的引入在所說的簾中要求的高度上。如果所說的聚合物紡絲器太高，所說的聚合物纖維的性能降低，可能滲透并流出所說的簾。
所說的聚合物以熔融的聚合物的液流的形式供給到所說的聚合物紡絲器。如圖所示，該液流可以通過所說的軸的空心部分喂入。所說的熔融聚合物可以用在聚合物(如PET)技術(shù)中常見的擠出設(shè)備產(chǎn)生或供給。供給的熔融聚合物的溫度取決于聚合物的性質(zhì)，聚丙烯從所說的擠出機出來的溫度一般約為500°F(260℃)。瀝青的溫度較低，約為400°F(204℃)，而PPS的溫度較高，約為600°F(316℃)。
取決于聚合物的粘度、表面張力和其它參數(shù)，以及所說的聚合物紡絲器的轉(zhuǎn)速和噴口尺寸，可以從所說的聚合物紡絲器生產(chǎn)出聚合物纖維38。所說的聚合物纖維沿徑向向外移動，與所說的無機纖維相遇并混合?？梢栽谌魏魏线m的設(shè)備上，如傳送帶40，收集所說的混合的玻璃纖維和聚合物纖維，形成混合的制品或氈42。
由于所說的玻璃纖維和玻璃紡絲器在接近2000°F(1093℃)的溫度下操作，所說的聚合物纖維快速進入高溫區(qū)，使所說的聚合物纖維軟化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些聚合物纖維熔化，形成粘附在一些無機纖維上的液滴或其它顆粒。其它的聚合物纖維保持其纖維形狀，導(dǎo)致在最終的無機纖維制品中存在聚合物纖維。一些聚合物保持其纖維形狀，而其它部分材料形成粘附在無機纖維上的聚合物顆粒的原因還不清楚?？赡苁且恍┚酆衔锢w維沒有軟化到使其失去纖維形狀變成更圓一些的形狀的程度。另外，可能是，雖然所有的聚合物纖維軟化，但只有一部分在軟化狀態(tài)下與無機纖維接觸。
通過使所說的聚合物在導(dǎo)管中，如管子44中流動可以促進在所說的聚合物紡絲器中的聚合物的分配。如圖2和3所示，所說的管子從所說的聚合物主軸沿徑向伸展到聚合物紡絲器的周邊46。在操作中，所說的聚合物在所說的聚合物主軸中向下流動，沿徑向通過所說的管子。所說的熔融聚合物在紡絲器周邊上形成一個層或頭，通過聚合物噴口48離心出來形成聚合物纖維。
所說的管子有出口50，出口50可以僅僅是所說的管子的開口端，或者是用于限制或測量流過所說的管子的聚合物流的裝置。優(yōu)選的是，使所說的管子的開口和管子直徑大致接近操作條件，以保證沒有空氣進入所說的管子。通過防止空氣到達所說的管子中的聚合物，所說的聚合物的性能劣化可以延遲到聚合物從所說的管子出來之后。任選的是，所說的管子出口可以采用噴嘴。
所說的管子可以是任何適用于所說的有機材料供料的導(dǎo)管。成功地用于與PET混合的管子是1/4英寸(6.35mm)內(nèi)徑的不銹鋼管。優(yōu)選的是至少有4個管子，最優(yōu)選的是8個管子，雖然可以使用更多的或更少的管子。可以以與所說的玻璃紡絲器相同的轉(zhuǎn)速或不同的轉(zhuǎn)速安裝所說的管子。任選的是，所說的管子可以是隔熱的，用陶瓷材料或其它任何合適的材料，進一步使輻射熱和通過所說的紡絲器頂部開口52進入所說的聚合物紡絲器的熱氣體的影響最小。
如圖4所示，所說的聚合物紡絲器可以采用一般為板狀的部件來蓋住所說的熔融聚合物使其對熱的暴露最小。這種部件可以是適合于防護所說的聚合物的任何部件，如屏蔽物54，屏蔽物54可以用不銹鋼或任何其它合適的材料制成。所說的屏蔽物一般是環(huán)形的，從所說的聚合物主軸朝向所說的聚合物紡絲器的周邊沿徑向向外。所說的屏蔽物和聚合物紡絲器底壁56在所說的紡絲器的底部構(gòu)成了一個一般為環(huán)形的空間或空腔58。在操作過程中，所說的聚合物流過主軸的開口60充滿所說的空腔。設(shè)計所說的屏蔽物，在徑向向外的屏蔽物的邊緣64處提供狹小的開口，即空腔的出口62。所說的空腔出口可以一類似于管子開口的功能的方式限制朝向所說的聚合物紡絲器周邊的聚合物流。所說的空腔開口可以是環(huán)形的，或者是沿所說的屏蔽物周向間隔布置的一系列槽。所說的空腔開口的基本功能是防止空氣到達所說的空腔，從而使聚合物的劣化最小。劣化可以導(dǎo)致蒸發(fā)和可能的著火問題。
本發(fā)明的另一個實施方案，表示于圖5，在所說的屏蔽物的末端，提供了一個伸出的部分，用于進一步屏蔽所說的聚合物對來自所說的聚合物紡絲器外部的空氣和熱量的暴露。垂直的內(nèi)壁66可以從所說的聚合物紡絲器的周邊沿徑向向內(nèi)，構(gòu)成一個環(huán)形的垂直空腔68，聚合物體或頭可以聚集在這里而不會暴露于空氣中。
如圖6所示，通過在所說的聚合物紡絲器的頂部安裝一個封閉裝置，如紡絲器蓋70，可以完成所說的聚合物的屏蔽。如圖所示，所說的熔融聚合物通過所說的聚合物主軸向下滴落，流過所說的主軸的開口進入所說的紡絲器，在所說的聚合物紡絲器的底壁上沿徑向向外流出，并流到所說的周邊上，通過噴口形成所說的聚合物纖維。
從上述描述可以明顯看出，可以對本發(fā)明進行各種改進。但是，這樣的改進應(yīng)該看作在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明可以用于混合的玻璃和聚合物纖維的纖維狀制品的生產(chǎn)，這種制品用作結(jié)構(gòu)的或隔熱的制品。
權(quán)利要求
1.使無機材料(18)與有機材料(36)一起纖維化的方法，包括a、用第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(10)從熔融的無機材料(18)離心出無機纖維(20)；b、改變無機纖維(20)的方向形成向下移動的無機纖維(20)的簾(26)；c、建立朝著位于所說的簾(26)中的第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器(28)移動的熔融有機材料(36)的液流；d、把熔融有機材料(36)的液流分成多個液流；e、通過導(dǎo)管(44)，使多個液流的每一個朝著第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(28)的周邊(46)移動，所說的導(dǎo)管(44)使熔融的有機材料(36)與來自第一個旋轉(zhuǎn)紡絲器(10)的熱量屏蔽；f、從所說的熔融有機材料(36)中離心出有機材料纖維(38)；g、使所說的的有機材料纖維(38)與無機纖維(20)的簾(26)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)以與第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器(28)相同的速度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)是隔熱的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)有導(dǎo)管出口(50)，并包括限制所說的熔融有機材料(36)的液流通過所說的導(dǎo)管出口(50)的步驟使得沒有空氣進入所說的導(dǎo)管(44)。
5.使無機材料(18)與有機材料(36)一起纖維化的方法，包括a、用第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(10)從熔融的無機材料(18)離心出無機纖維(20)；b、改變無機纖維(20)的方向形成向下移動的無機纖維(20)的簾(26)；c、建立朝著位于所說的簾(26)中的第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器(28)移動的熔融有機材料(36)的液流；d、把熔融有機材料(36)的液流分成多個液流；e、通過導(dǎo)管(44)使多個液流的每一個朝著第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(28)的周邊(46)移動，所說的導(dǎo)管(44)有導(dǎo)管出口(50)；f、限制所說的熔融物質(zhì)(36)的液流通過所說的導(dǎo)管出口，使得沒有空氣進入所說的導(dǎo)管；g、從所說的熔融有機材料(36)中離心出有機材料纖維(38)；h、使所說的有機材料纖維(38)與無機纖維(20)的簾(26)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)以與第二個旋轉(zhuǎn)紡絲器(28)相同的速度旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)使所說的熔融有機材料與來自第一個旋轉(zhuǎn)紡絲器(10)的熱量屏蔽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所說的導(dǎo)管(44)是隔熱的。
9.使無機材料(18)與有機材料(36)一起纖維化的方法，包括a、用第一個旋轉(zhuǎn)紡絲器(10)從熔融的無機材料(18)離心出無機纖維(20)；b、改變無機纖維(20)的方向形成向下移動的無機纖維(20)的簾(26)；c、旋轉(zhuǎn)位于所說的簾(26)中并且安裝在空心的主軸(30)上可以旋轉(zhuǎn)的第二個紡絲器(28)，所說的第二個紡絲器有一個周邊(46)、一個底壁(56)、和一個一般為圓形位于所說的底壁(56)之上的屏蔽(54)，所說的屏蔽(54)從所說的主軸(30)沿徑向朝著所說的第二個紡絲器(28)的周邊(46)向外伸展，所說的屏蔽(54)和所說的紡絲器底壁(56)構(gòu)成了一個環(huán)形空腔(58)，所說的空腔(58)在位于所說的屏蔽的徑向向外的邊緣處至少有一個空腔出口(62)；d、建立通過所說的主軸向下移動的熔融有機材料(36)的液流；e、使所說的熔融有機材料(36)從所說的主軸(30)進入所說的空腔(58)，通過所說的空腔出口(62)朝著所說的紡絲器的周邊(46)移動；f、限制通過所說的空腔出口(62)的有機材料(36)的液流使得沒有空氣進入所說的空腔(58)；g、從所說的熔融有機材料(36)中離心出有機材料纖維(38)；h、使所說的的有機材料纖維(38)與無機纖維(20)的簾(26)接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所說的屏蔽(54)使所說的熔融有機材料與來自所說的第一個紡絲器(10)的熱量屏蔽。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所說的空腔出口是一個環(huán)形的槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所說的屏蔽(54)有一個垂直向上伸展的環(huán)形邊緣(66)，構(gòu)成了一個環(huán)形的垂直空腔(68)使位于所說的紡絲器周邊(46)上的熔融有機材料(36)與來自所說的第一個旋轉(zhuǎn)紡絲器(10)的熱量屏蔽。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所說的屏蔽(54)是隔熱的。
14.使無機材料(18)與有機材料(36)一起纖維化的方法，包括a、用第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(10)從熔融的無機材料(18)離心出無機纖維(20)；b、改變無機纖維(20)的方向形成向下移動的無機纖維(20)的簾(26)；c、旋轉(zhuǎn)位于所說的簾(26)中并且安裝在空心的主軸(30)上可以旋轉(zhuǎn)的第二個紡絲器(28)，所說的第二個紡絲器有一個周邊(46)、一個底壁(56)、和一個一般為圓形的平行于所說的底壁(56)的屏蔽(54)，所說的屏蔽(54)從所說的主軸(30)沿徑向朝著所說的第二個紡絲器(28)的周邊(46)的頂部向外伸展，所說的屏蔽(54)有效地阻礙了進入所說的第二個紡絲器(28)的熱氣體和輻射熱；d、建立通過所說的主軸(30)向下移動的熔融有機材料(36)的液流；e、使所說的熔融有機材料(36)從所說的主軸(30)朝著所說的紡絲器周邊(46)移動；f、從所說的熔融有機材料(36)中離心出有機材料纖維(38)；g、使所說的的有機材料纖維(38)與無機纖維(20)的簾(26)接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，所說的屏蔽(54)是隔熱的。
全文摘要
一種使無機材料(18)與有機材料(36)一起纖維化的方法,包括用第一個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(10)從熔融的無機材料離心出無機纖維(20),改變所說的無機纖維(20)的方向形成向下移動的無機纖維(20)的簾(26),建立朝著位于所說的簾(26)中的第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(28)流動的熔融有機材料(36)的液流,把熔融有機材料(36)的液流分成多個液流,通過導(dǎo)管(44)使多個液流的每一個朝著所說的第二個旋轉(zhuǎn)的紡絲器(28)的周邊(46)流動,所說的導(dǎo)管(44)使熔融的有機材料(36)與來自所說的第一個旋轉(zhuǎn)紡絲器(10)的熱量屏蔽,從所說的熔融有機材料(36)離心出有機纖維(38)。
文檔編號C03C25/14GK1174542SQ95197462
公開日1998年2月25日 申請日期1995年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者P·L·奧爾特, M·T普萊格倫, J·E·勞福圖斯 申請人:歐文斯科爾寧格公司