环形拉丝装置、石英玻璃棒拉丝方法与流程

1.本公开的实施例一般涉及石英玻璃纤维原丝制作领域，并且更具体地，涉及环形拉丝装置、石英玻璃棒拉丝方法。


背景技术：

2.连续生产石英玻璃纤维的生产方法目前有三种：棒拉丝法、熔融拉丝法和溶胶－凝胶法。基于实用性和经济成本的考虑，工业上以棒拉丝法生产石英玻璃纤维。棒拉丝法是将φ1.8～4mm左右的石英玻璃棒加热熔融，并从熔融处引丝，集成一束，经过集束轮涂浸润剂，由高速旋转的拉丝机牵引，连续地由排线轮绕在绕丝筒上，成为连续石英玻璃纤维原丝。
3.拉丝工艺中α角为定位机构最外侧单丝与铅锤角的夹角，亦称扇形半角，它决定了定位机构的长度以及定位机构与集束槽之间的距离，α角一般不希望大于7
°
，α角愈大则定位机构边部单根纤维的张力愈大。当张力过大时，就会导致断头和飞丝。因此，α角尽量小，减小α角最有效的措施是提高拉丝作业线的总长度，即提高定位机构与集束轮的间距。
4.石英玻璃纤维原丝后续需要通过捻线将其加工为石英玻璃纤维纱线，原丝孔数越少，所需原丝丝束的数量越多，丝束数量越多，原丝一致性就越差，石英玻璃纤维纱线的断裂强力就会降低。
5.目前，棒拉法一般采用单排孔拉丝的方式进行，当我们需要增加单次拉丝孔数时，插棒数量随之向两侧增加，这导致两侧的石英玻璃纤维原丝夹角过大，不利于拉丝作业。受制于α角一般不超过7
°
的工艺原理，在现有的单排孔拉丝的基础上很难提高拉丝孔数和拉丝产量。


技术实现要素：

6.根据本公开的实施例，提供了一种环形拉丝装置，能够通过设置环形孔组提高单次拉丝孔数，减少丝束数量，增强原丝一致性和石英玻璃纤维纱线的强度。
7.第一方面，在本公开提供了一种环形拉丝装置。该环形拉丝装置包括下棒机构、夹棒机构、定位机构、熔棒器、集束机构、排线机构和绕丝机构。下棒机构包括升降结构；夹棒机构与升降结构连接，以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒；定位机构位于夹棒机构下方，具有与夹棒机构所保持的石英玻璃棒相应地呈环形布置的多个通孔，以使各石英玻璃棒从相应的通孔穿过；熔棒器位于定位机构下方，熔融穿过定位机构的石英玻璃棒生成石英玻璃纤维原丝；集束机构位于熔棒器下方，对石英玻璃纤维原丝进行集束；排线机构位于集束机构下方，用于排布集束后的石英玻璃纤维原丝；绕丝机构位于排线机构的下方，用于卷绕排布后的石英玻璃纤维原丝。
8.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，集束机构构成为将全部的石英玻璃纤维原丝分为多组分别集束，再集束成一束的多级集束方式，而具有上下设置的多级的集束器，各级的集束器的集束位置以多个石英玻璃棒的中心轴为中心，在
水平方向上呈中心对称方式设置，对所要集束的成组的石英玻璃纤维原丝在周向上呈对称方式进行集束。
9.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，集束机构包括第一集束器，其构成为具有以中心轴为中心呈旋转对称方式设置的多个集束面，在各集束面上设置有一个或多个集束槽。
10.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，第一集束器构成为，在相反的两侧设置集束面，石英玻璃纤维原丝被分为两组分别经第一集束器两侧的集束面上的集束槽而被集束成两组。
11.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，集束机构包括第二集束器，其构成为在一侧表面设置多个集束槽，石英玻璃纤维原丝经由集束槽而被集束成一组。
12.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，集束机构构成为，以第一集束器为第一级，以第二集束器为第二级，第一集束器的中心设置于中心轴，第二集束器的集束槽的中心设置于中心轴。
13.如上的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，集束机构以2n个第二集束器为第一级，以第一集束器为第二级，多个第二集束器在中心轴周向上均匀分布，第一集束器的中心设置于中心轴，且利用两侧面的集束槽分别对来自两侧的n个第二集束器的石英玻璃纤维原丝进行集束，其中，n为大于或等于2的自然数。
14.第二方面，本公开提供了一种石英玻璃棒拉丝方法，包括：夹棒机构以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，利用升降结构，将多个环形布置的石英玻璃棒设置于初始高度，使多个石英玻璃棒分别穿过定位机构的多个通孔；熔棒器位于定位机构下方，熔融穿过定位机构的石英玻璃棒生成石英玻璃纤维原丝；利用集束机构对石英玻璃纤维原丝进行集束；并由排线机构对集束后的石英玻璃纤维原丝进行排布；最后由绕丝机构卷绕排布后的石英玻璃纤维原丝。
15.本公开实施例提供的环形拉丝装置、石英玻璃棒拉丝方法，可以实现以下技术效果：
16.本公开的夹棒机构以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，并在定位机构上设置与夹棒机构配合的呈环形布置的多个通孔，相比于单排孔拉丝的方式，夹棒机构通过将石英玻璃棒环形排列，当需要增加单次拉丝孔数时，可以直接沿着环形布置的通孔增加石英玻璃棒，该种方式生成的石英玻璃纤维原丝与铅垂线之间的夹角较小，且不同石英玻璃纤维原丝与铅垂线的夹角的角度相差不大，能够使各石英玻璃纤维原丝的张力处于合理范围内，不会因张力过大导致断头和飞丝，从而提高石英玻璃纤维原丝的生产质量以及生产效率。
17.当后续需要通过捻线将石英玻璃纤维原丝加工成石英玻璃纤维纱线时，可以方便地增加原丝孔数，从而减少丝束数量，以增强原丝的一致性，使石英玻璃纤维纱线的断裂强力得到提高。
18.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
19.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
20.图1是本发明的实施例1的环形拉丝装置的结构图；
21.图2是本发明的实施例2的环形拉丝装置的结构图。
22.其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
23.1、下棒机构；2、夹棒机构；3、定位机构；4、熔棒器；41、降温结构；5、集束机构；51、第一集束器；52、第二集束器；6、排线机构；7、绕丝机构；8、双头浸润剂喷嘴；9、单头浸润剂喷嘴。
具体实施方式
24.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
26.在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
27.本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.本公开的夹棒机构2以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，并在定位机构3上设置与夹棒机构2配合的呈环形布置的多个通孔，相比于单排孔拉丝的方式，夹棒机构2通过将石英玻璃棒环形排列，当需要增加单次拉丝孔数时，可以直接沿着环形布置的通孔增加石英玻璃棒，该种方式生成的石英玻璃纤维原丝与铅垂线之间的夹角较小，且不同石英玻璃纤维原丝与铅垂线的夹角的角度相差不大。
30.下面参照图1至图2来描述本发明的实施例提供的环形拉丝装置。
31.【实施例1】
32.图1是本发明实施例1的环形拉丝装置的结构图。
33.如图1所示，本发明的实施例1的环形拉丝装置，包括下棒机构1、夹棒机构2、定位机构3、熔棒器4、集束机构5、排线机构6和绕丝机构7。其中，下棒机构1具有升降结构，能够在竖直方向上移动夹棒结构2。夹棒机构2与升降结构连接，并以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒。
34.定位机构3位于夹棒机构2下方，具有与夹棒机构2所保持的石英玻璃棒相应地呈环形布置的多个通孔，以使各石英玻璃棒从相应的通孔穿过。多个石英玻璃棒在被夹棒机构2呈环形布置方式保持的状态下穿过下方定位机构3上对应的通孔，使各石英玻璃棒保持
竖直状态。熔棒器4位于定位机构3下方，熔融穿过定位机构3的石英玻璃棒生成石英玻璃纤维原丝。集束机构5位于熔棒器4下方，对石英玻璃纤维原丝进行集束。从而使多个石英玻璃棒以呈环形排布的方式被拉丝，并使多个石英纤维原丝大致朝向环形排布的中心侧被汇聚而被集束。
35.排线机构6位于集束机构5下方，用于排布集束后的石英玻璃纤维原丝。绕丝机构7位于排线机构6的下方，用于卷绕排布后的石英玻璃纤维原丝。
36.具体地，在本实施例中，夹棒机构2作为主要的石英玻璃棒夹持机构，与下棒机构1的升降结构连接，能够夹持石英玻璃棒进行上下移动，此外，夹棒机构2以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，通过与定位机构3上设置的通孔配合，可以石英玻璃棒在保持环形布置的状态下，以预定的速度下降，稳定地被熔棒器4熔融，形成均匀尺寸的石英玻璃纤维原丝。
37.在使用本实施例的环形拉丝装置时，可以先利用下棒机构使夹棒机构2下降至距离定位机构3规定距离的位置，在该位置进行石英玻璃棒的装载。
38.将多个石英玻璃棒分别穿过定位机构3的各通孔，并固定于夹棒机构2对应位置，然后开启驱动下棒机构1的升降结构，使夹棒机构2上升至初始设定位置，而完成石英玻璃棒的装载工序。
39.在完成石英玻璃棒的装载后，即可开始拉丝工序，打开熔棒器4的点火开关，对从固定机构3下方露出的石英玻璃棒的端部进行加热。在最初加热的过程中，可以使下棒机构1驱动夹棒机构2在小范围内上下往复移动，以使拉丝开始时，石英玻璃棒的末端均匀受热。
40.接着，待石英玻璃棒末端开始熔融并拉丝后，收集石英玻璃纤维原丝，使各石英玻璃棒的石英玻璃原丝依次经过集束机构5、排线机构6和绕丝机构7后，即可完成拉丝初始设置。
41.在该过程中，绕丝机构7以规定的速度收集石英玻璃纤维原丝的同时，使下棒机构1以与收集相匹配的规定的速度驱动夹棒机构2下降，从而以规定的速度向熔棒器4供给石英玻璃棒，随着石英玻璃棒缓慢供给的同时，被加热至熔融的石英玻璃棒的末端不断拉出石英玻璃纤维原丝，被拉出的石英玻璃原丝经由设定好的集束机构5、排线机构6和绕丝机构7，不间断地被收集，直到下棒机构1驱动夹棒机构2下降至最低，完成整个石英玻璃棒的拉丝工序。此时，拆除剩余的石英玻璃棒残料后，可重新装载新的石英玻璃棒。
42.在本实施例中，作为一种示例，升降结构与plc控制器连接，根据预设的控制程序，对升降结构的动作进行控制，可容易地实现在拉丝过程中稳定进行石英玻璃棒的供给，以及在卸料、装载时对夹棒机构2的高度的控制。
43.图1仅仅是一个示意图，实际上，夹棒机构2和定位机构3可装载的作为原料的石英玻璃棒的数量并没有一定限制，可以是几十个乃至几百个。
44.由于夹棒机构2和定位机构3所装载的石英玻璃棒的数量很大，为了提高集束的稳定性，因此优选使集束机构5构成为将全部的石英玻璃纤维原丝分为多组分别集束，再集束成一束的多级集束方式，在本实施例中，采用两级集束的方式。下面，对本实施例的集束机构5的结构进行详细说明。
45.在本实施例中，集束机构5具有上下设置的两级的集束器51、52，各级的集束器51、52的集束位置以多个石英玻璃棒的中心轴为中心，在水平方向上呈中心对称方式设置，对
所要集束的成组的石英玻璃纤维原丝在周向上呈对称方式进行集束。
46.第一集束器51构成为，在相反的两侧设置集束面，石英玻璃纤维原丝被分为两组分别经第一集束器52两侧的集束面上的集束槽而被集束成两组。
47.在设置第一集束器51下方设置第二集束器52，第二集束器52使用在一侧表面设置多个集束槽，将多组石英玻璃纤维原丝集束成一组的结构。从而将由第一集束器51集束的两组石英玻璃原丝集束成的一组石英玻璃纤维原丝，且集束状态均匀。
48.然后，在第二级集束器52下方设置排线机构6，在本实施例中，排线机构6可以是排线轮。在排线机构6的下方设置绕丝筒作为绕丝机构7，将均匀集束的石英玻璃纤维原丝收集成卷。在完成所装载的石英玻璃棒的拉丝收卷后，重新装载石英玻璃棒，并更换绕丝筒，以开始对新装载的石英玻璃棒的拉丝、收卷作业。
49.对于第一、第二级集束器51、52，各集束面上形成一个或多个集束槽，利用集束槽限制石英玻璃原丝的集束状态，以使由集束面汇集的石英玻璃原丝彼此之间的集束状态均匀。集束机构5采用先分组集束再合股的多级集束方式，各级的集束器呈上下结构布置，用于将石英玻璃纤维原丝集束成组的集束器在周向上呈对称方式进行集束，并以多个石英玻璃棒的中心轴为中心，在水平方向上呈中心对称方式设置。
50.在本实施例中，第一集束器51将石英玻璃纤维原丝分成两组并分别集束在其两侧的集束槽上。由于石英玻璃棒呈环形布置，两部分的石英玻璃纤维原丝到第一集束器51的集束槽的距离基本相同，通过设置较为合适的第一集束器51与定位机构3之间的距离，即可有效控制拉丝时的α角的角度，以便于提高各石英玻璃纤维的断裂强度。
51.在本实施例中，集束器51具有两个集束面，但对于集束器51来说，也可以构成为具有n个旋转对称的集束面，其中n为2以上的自然数，以将石英玻璃纤维原丝分组成n组，以使每组石英玻璃纤维原丝的集束状态均匀。所谓旋转对称，是指集束器以几何中心轴旋转将圆周平均分成n份的角度后，与旋转前的形状重合。通过设置3个以上的集束面，能够更好地控制石英玻璃纤维丝被在拉制时的α角度，且单一集束器结构，使整个装置配置更容易。
52.在本实施例中，对环形拉丝装置设置浸润剂喷嘴组，其用于在由集束机构5集束时对石英玻璃纤维原丝涂覆浸润剂。浸润剂喷嘴与各集束器51、52的集束面相应地配置，通过对要集束的石英玻璃纤维原丝涂敷浸润剂使其能够顺利地通过集束槽，避免拉丝应力发生变化和对石英玻璃纤维原丝表面造成损伤。相应地在各集束器下方设置用于回收浸润剂的回收槽组。
53.在本实施例中，浸润剂喷嘴组包括双头浸润剂喷嘴8和单头浸润剂喷嘴9，回收槽组包括第一回收槽和第二回收槽；双头浸润剂喷嘴8位于第一集束器51的上方，第一回收槽位于第一集束器51下方，单头浸润剂喷嘴9位于第二集束器52的上方，第二回收槽位于第二集束器52下方。由于石英玻璃纤维原丝在第一集束器51两侧进行集束，采用双头浸润剂喷嘴8，可以使其两个喷嘴分别为在第一集束器51两侧进行集束的石英玻璃纤维原丝涂覆浸润剂，由于集束后的石英玻璃纤维原丝在第二集束器52的一侧进行合股，可以采用单头浸润剂喷嘴9对第二集束器52处进行合股的石英玻璃纤维原丝进行浸润剂涂覆，第一回收槽、第二回收槽用于回收集束或合股过程中多余的浸润剂。
54.在本实施例中，熔棒器4的数量与所装载的石英玻璃棒的数量相应。，可以使每个熔棒器4对应一根石英玻璃棒，以使各石英玻璃棒能够同步形成熔融态，以便于后续的拉丝
和集束作业。
55.作为优选，相邻的熔棒器4之间的直线距离为1～10mm，熔棒器4与石英玻璃棒的直线距离为1～10mm，这样能够提高熔融石英玻璃棒的工作效率。熔棒器4的喷射方向与石英玻璃棒的安装方向垂直；可将熔棒器4设置于环形配置的石英玻璃棒内侧。由于每个熔棒器4对应一个石英玻璃棒，熔棒器4的喷射方向与石英玻璃棒的安装方向垂直，能够减少相邻的熔棒器4工作时发生干涉的现象，且熔棒器4位于石英玻璃棒内侧，能够减少环形拉丝装置占用的空间，并降低环形拉丝装置的温度，减少施工时的安全隐患。
56.可对于熔棒器4设置降温结构41。降温结构41可以是冷却液循环管路，将冷却液循环管路安装于熔棒器4处，用以给熔棒器4降温，从而起到防止熔棒器4产生变形堵塞熔棒器4孔的效果。
57.使用本实施例的环形拉丝装置的石英玻璃棒拉丝方法，包括夹棒机构2以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，利用升降结构，将多个环形布置的石英玻璃棒设置于初始高度，使多个石英玻璃棒分别穿过定位机构3的多个通孔；熔棒器4位于定位机构3下方，熔融穿过定位机构3的石英玻璃棒生成石英玻璃纤维原丝；利用集束机构5对石英玻璃纤维原丝进行集束；并由排线机构6对集束后的石英玻璃纤维原丝进行排布；最后由绕丝机构7卷绕排布后的石英玻璃纤维原丝。
58.具体地，在使用该装置时，可以先将石英玻璃棒穿过定位机构3的通孔，之后再装载到夹棒机构2对应的第一通孔上，然后开启升降结构，使夹棒机构2上升至第一设定位置，然后开始下棒，夹棒机构2向下移动并带动石英玻璃棒下移，打开熔棒器4开关，并点火使石英玻璃棒熔融，在石英玻璃棒熔融处抽丝生成石英玻璃纤维原丝，石英玻璃纤维原丝先通过集束机构5进行集束，后经排线机构6进行排线，最后卷绕在绕丝机构7上。拉丝完成后，升降结构带动夹棒机构2再次上升至第二设定位置，等待装载石英玻璃棒进行下次拉丝作业。其中，第二设定位置为夹棒机构2装载石英玻璃棒的高度，第一设定位置高于第二设定位置。
59.【实施例2】
60.以上对本发明作为优选的实施例1进行了说明，在对本发明进行实施时，能够进行各种改变，下面对本发明的实施例2进行说明。为了说明简洁，对于与实施例1构成相同的部分不再赘述。
61.在本实施例中，与实施例1不同之处在于集束机构。在实施例1中使用二级集束的方式，在本实施例中使用三级集束方式。
62.在本实施例中，第一级集束机构包括多个集束器52，各集束器52构成为，与实施例1中的第二集束器52类似，即在一侧表面设置多个集束槽，石英玻璃纤维原丝经由集束槽而被集束成一组。多个集束器52在周向上均匀分布，从而能够将从呈环形排列的石英玻璃棒拉出的石英玻璃纤维原丝集束成相应的多组。
63.第二级集束机构包括与实施例1类似的集束器51，即在相反的两侧设置集束面，多组石英玻璃纤维原丝被进一步分为两部分分别经集束器51两侧的集束面上的集束槽而被集束成两组。
64.第三级集束机构包括一个集束器52，即在一侧表面设置多个集束槽，石英玻璃纤维原丝经由集束槽而被集束成一组。
65.在本实施例中，通过设置三级的集束机构，能够使被集束的石英玻璃纤维原丝彼此之间的挤压力更为均匀，使最终的石英玻璃纤维束整体上获得更好的机械性能。根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
66.与现有技术相比，本公开的夹棒机构2以竖直状态呈环形布置方式保持多个石英玻璃棒，并在定位机构3上设置与夹棒机构2配合的呈环形布置的多个通孔，相比于单排孔拉丝的方式，夹棒机构2通过将石英玻璃棒环形排列，当需要增加单次拉丝孔数时，可以直接沿着环形布置的通孔增加石英玻璃棒能够使各石英玻璃纤维原丝的张力处于合理范围内，不会因张力过大导致断头和飞丝，从而提高石英玻璃纤维原丝的生产质量以及生产效率。
67.本公开通过设置浸润剂喷嘴对石英玻璃纤维原丝进行二次涂覆浸润剂，大大降低了里层纤维原丝涂覆效果差的问题；同时，本公开在集束器下方设置回收槽，实现了对浸润剂的重复利用，有利于节约生产成本。
68.在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
69.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
71.本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
72.除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
73.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。