旋转成纤器帘的低频声波分布的制作方法

专利名称：旋转成纤器帘的低频声波分布的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿物纤维棉材料，更进一步地说涉及长玻璃纤维保温产品。本发明还涉及由长玻璃纤维制得的保温产品的制造。
小径玻璃纤维可以用于多种应用中，包括隔音或隔热材料。当将这些小径玻璃纤维适当组合成网格或棉毡(通常称为棉块)时，单个缺乏强度或刚度的玻璃纤维可以形成十分强有力的产品。所制得的玻璃纤维保温材料重量轻、耐高压且具有弹性。就本专利说明书来说，术语“玻璃纤维”和“玻璃组合物”中的“玻璃”将包括任何玻璃类矿物材料，如岩石，矿渣和玄武岩，以及传统的玻璃。
用于生产玻璃纤维保温产品的普通现有技术方法包括由旋转法生产玻璃纤维。将单一熔融玻璃组合物强迫通过离心或旋转喷头外壁中的孔，产生主要是直的玻璃纤维。通过吹气机向下拉伸纤维，通常采用常规空气刀和重叠技术来分散帘。当将纤维向下拉伸时，将用来将这些纤维粘结成棉产品的粘结剂喷射到这些纤维上。然后将这些纤维收集起来并形成棉块。然后将该棉块通过在炉中加热而进一步处理成保温产品，并机械成型以及将棉块切割。
当形成玻璃纤维保温产品时，理想的保温材料是在这些纤维之间具有均匀的间隙。玻璃纤维保温材料主要是网格，用于将空气限制在纤维之间并由此防止空气循环以阻止热传递。该网格还可以通过发散热辐射而阻止热传递。具有更加均匀间隙的纤维将使发散达到最大，因而具有更大的保温能力。
在生产玻璃纤维棉保温材料过程中，必需采用相对短的纤维以达到合适的网格性能。已知的用于将短纤维分散在帘中的重叠技术已经证明是可行的，尽管是不理想的纤维分布。与其相反，长纤维相互之间会缠绕，形成绳或线。出于本发明的目的，在使用术语“长纤维”和“短纤维”时，术语“短纤维”包括大约2.54厘米(约1英寸)或更短的纤维，而术语“长纤维”包括长于约5.08厘米(约2英寸)的纤维。
除了成纤器产量和几何形状以外，由于不同的空气动力学性能，长纤维比短纤维更容易缠绕。此外，纤维越长，则越易缠绕。常规的重叠技术不能消除、甚至还会增强在长或半连续纤维帘中形成绳和线。即使在未打乱时，长纤维在纤维帘向下缓慢降落在收集表面上时也会形成绳和线。除了收集表面的运动以外，长纤维(就象未混乱的短纤维帘一样)将会堆积成不均匀的纤维块，无序的纤维堆积物。这些不均匀的纤维块其部分特征是绳和线的形成，它们长久以来已经阻止了长纤维的大量商业运用。长纤维的绳产生了商业上不需要的外观，而且更重要的是产生了与理想的均匀网格的偏离并且降低了玻璃棉的保温性能。
但是，即使是短的直纤维也仅形成不好的网格，并且某些纤维结成一团。结果，现有的玻璃棉保温材料产品中的纤维分布具有明显的不均匀性。因此，不能达到理想均匀的网格分布。
采用短直纤维的另一个问题是必需向纤维中加入有机粘结剂材料。该粘结剂通过在纤维与纤维的界面处粘结而使产品保持在一起。但粘结剂昂贵且存在几个环境问题，其原因在于大多数粘结剂均含有有机化合物，必须花费很大的精力来处理由该生产工艺排放的废料，以减轻对环境的不利影响。另外，该粘结剂必需要用炉子来固化，需要采用额外的能量并且产生其它的环境清除成本。尽管长纤维即使不用粘结剂也会发生纤维与纤维之间的缠绕，但是所得到的棉块的不均匀性使得它们长久在商业上不适用。
最后，除了不均匀性和整体性以外，棉块还需具有从加压下恢复的性能。在运输和包装保温材料中，高可压性是优选的。合适的是将棉压制以供运输，然后能很快地将它恢复并且稳定在所需要的尺寸上。当将该产品压制时，粘结剂使纤维在纤维与纤维界面处保持固定，同时玻璃纤维本身屈服。当纤维上的压力由于过分加压而增加时，纤维会断裂。因此，现有的保温产品在保持合适恢复性的同时其可能的加压量是有限的。
不管怎么说，由于长纤维几乎在所有方面均存在问题，商业玻璃纤维棉保温产品长久以来只有短直纤维，除了短纤维在网格不均匀性、需要粘结剂和有关的环境问题以及有限的压制性以外。因此，人们需要对棉保温产品进一步改进以改进棉块性能、降低成本和消除环境问题。
本发明满足了对用于移动玻璃纤维帘的方法和装置的需要，它提供了在收集表面上更均匀地分布的长纤维重叠。
根据本发明，公开了一种用于将包括气体和通过旋转成纤器设备而制得的玻璃纤维的帘分散的方法，它包括将低频声波施加到至少一部分所述的帘上，并且使所述的帘偏离其总的向下的运送方向。该低频声波在本文中还可以称为亚声波，因为低频声波的有用范围通常落在亚声波范围中和靠近亚声波范围。
在本发明的最广的一个方面中，该低频声波用来分散纤维流，该纤维可以是任何一种纤维，或矿物纤维、聚合物纤维、或其它种类的纤维。本发明还可以用来在两种或更多的纤维，如玻璃纤维和聚合物纤维的结合物流上。
在其最简单的实施方案中，本发明的重叠装置包括一种低频发声器，该发声器包括一个具有声波从中发出的开口的振荡管。该振荡管做成可以向部分帘发出低频声波的形状。优选地，该重叠装置具有两个开口相对隔开的振荡管。因此，在优选的方法中，低频声波交替地在靠近帘并且相对的位置施加，使部分帘以通常交替的方向偏移其输送方向。
与现有的使帘踏陷并推动帘的叠放技术不同，本发明将引导帘在一个范围内发生移动。也就是说，通过移动通过纤维的低频声波来引起气体的移动。结果，帘和其中的纤维在帘移动时保持不乱，此外，通过用低频声波而不是用常规的空气叠放器来移动场可以进行高频叠放。帘的这种移动可以改进长纤维的分布以用于各种收集。
另外，如果需要，长纤维发生的缠绕可以避免使用粘结剂以及相应的环境花费。此外，本发明还可以用作短纤维帘的叠放装置。


图1是本发明的方法和叠放装置的透视图。
图2是本发明的优选实施方案的透视图。
图3是本发明另一个优选实施方案的透视图。
图4是在振荡管的开口处用于声波分布的过渡部件的透视图。
图5是表示本发明的频率控制装置的方框图。
实施本发明的方式本发明的方法和装置60可以用来移动帘12并且由此而在收集表面19上产生更加均匀的分布。
图1-3表示在各种不同的实施方案中的本发明。如图1中所示，包括气体1 4和通过旋转成纤设备11而制得的玻璃纤维16的帘12通过向至少一部分帘12施加低频声波而分散并且使所说的帘12偏离其常规的向下的传送方向。低频声波(假设是由设备60的共振频率而产生的)的适用范围可以根据所产生的帘12的特点而有所变化，因此，某些频率可以使帘12移动，而其它的则移动很小。不管怎么说，适用的频率一般是在30赫芝或更小。优选的用于叠放玻璃纤维帘的频率为约15赫芝。
另外，通过改变输入器62的振幅而改变低频声波的能量可以改变施加到帘12上的力。在实际操作中，由穿过帘12的低频声波产生的空气速度场由于帘的动量和基本向下的运动是非均匀的，以及声波不在所包含的空间(指相对的管64之间的偶合区)中是可能的。帘12的移动偏移了管之间的理想的均匀空气速度场。因此，在实际操作中，通过低频声波将一些压力施加到帘12上。但是，该力可以减小到非加压水平，或者可以将它增加从而在帘12中产生部分塌落。
在图1所示的最简单的实施方案中，本发明的叠放装置60包括低频声波发生器61，它具有一种共振管64，该管具有发出声波的开口66。管64的长度为λ/4，其中λ是低频声波的波长。λ/4长度在管64中产生了驻波，就在管64的输入端产生了高压低空气速度交叉点以及在开口66的低压高空气速度义叉点。共振管64还可以制成向帘12的一部分发出低频声波的形状，并且可以包括声波分布装置67(如图4中所示)。
正如在亚声波领域中所理解的那样，共振管64在直径上基本上是均匀的，具有光滑的表面，并且小心地形成弯曲以在最小扰动的基础上传送声波。低频声波发生器61还可以包括输入器62，该输入器建立了所产生的声波的频率。输入器62一般使用加压空气和/或机械部件来产生低频声波，正如在美国专利4517915(1992年5月5日颁布，Olsson et al)；5005511(1991年4月4日颁布，Olsson et al)，和50109948(1992年5月5日颁布，Sandstrom)中所说的那样。低频声波发生器可以从InfrasonikAB，Stockholm，Sweden(所说专利的受让人)处买到，它们可以用来在一个或两个共振管64中产生低频声波。如图1和2中所示，如果需要还可以提供与电源及加压空气管线的连接。
现在参考图2，图中表示了本发明的优选实施方案，其中叠放装置60具有两个共振管64，其开口66隔开并且处于相对关系。因此，在这个优选的方法中，低频声波交替地在靠近帘12且基本相对的位置施加上去，使帘12的一部分以通常交替的方向偏离其输送方向。尽管不是优选的，但是相对的共振管64可以在垂直方向上错开，低频声波的发出在电子学或机械学上同步作用以产生所需的效果。在这方面，对于特定的垂直错开可能要根据帘12的特点进行一些试验并产生一些错误。尽管不是优选的，可以提供两个输入器62，各用于任何错开的或其它关系的每一个共振管64，它们在电子学上同步作用并且设定时间，从而产生所需的低频声波。
现在参考图3，图中表示了一种可以替换的实施方案，该方案具有至少一个低频声波发生器61和多个共振管64，共振管带有从中可以发出低频声波的开口66。这些开口围着帘12等距离地隔开。在这种方案中的多个共振管64在开口之间确定了一个基本上呈圆形的、帘12可以从中通过的空间。但是，其它的围绕帘12的路线的图形也是可以的。
因此，本发明的方法可以包括由多个共振管64发出低频声波，使帘12的一部分在其沿着基本上向下的方向输送的过程中以不同的方向偏离。这种设计可以用来在所说的交替方向上或者不仅仅在交替方向的方向改变帘12的移动，举例来说，可以产生一种环形移动，根据改变生产循环所需的收集表面19的性能来改变移动。收集表面19通常可以包括水平的、垂直的或成一定角度的输送机(单个的或成对的)，或者布置用来接收帘12的容器或板。收集板19优选地是带孔的，其中设有真空抽吸装置以从帘12中除去气体。
尽管离成纤器的距离可以改变，但是，共振管64在其开口66处的中心线可以离开旋转成纤装置11的喷头约0.3米(12英寸)，或者如果要达到所需的效果可以更近些。典型地，该共振管在位置上可以变化，从约0.3米(12英寸)到约1.22米(4英尺)，但是，如果要达到所需的效果可以离喷头更远。
现在参考图4，本发明优选地包括一种过渡部件67，用于分布从共振管64的至少一个开口中发出的低频声波。该部件可以将声波分布在帘12的较宽的一部分上而不是一个圆形部分(当由共振管64直接施加时就是这样)。过渡部件67可以使低频声波在帘12中产生更加均匀的移动。举例来说(非限制性的)，如果共振管64的直径约为0.15米(6英寸)，过渡部件67可以以约0.33米(13英寸)的距离从圆形截面逐渐地、平滑地延伸到形状为长方形，约0.28米(11英寸)宽、0.07米(2.75英寸)高的开口66。
现在参见图5，根据本发明，该低频声波发生器还可以包括频率变化装置68，以改变所产生的声波的频率。这在围绕和影响低频声波发声器61的环境的温度发生变化时是需要的。如在美国专利4517915中所看到的那样，声波频率的波长的关系为f＝c/λ式中f＝声波频率c＝声波的传播速度，以及λ＝波长。
共振管的长度是固定的，其直径也是固定的，管64适合产生低率声波的长度取决于波长。当空气温度改变时，需要对频率进行改变以产生所需的波长。
因此，如图5中所示，作为本发明的另一个特征，该低频率发生器61包括一种频率变化装置68，如电控制器或一种机械调节部件，或者改变输入器62的空气压力进口的部件，以及一种传感器用来向频率变化装置提供反馈。该传感器可以是一种空气温度传感器70或一排位于共振管64中的温度传感器70，或者位于管64的输入端的压力传感器71。当温度在管64的长度上变化时，可以将来自一排温度传感器的信号平均，或给出重量平均值。传感器70和71可以分开使用也可以组合使用，从而向频率变化装置68中提供信号来变化控制由低频声波发生器61所产生的声波频率。频率变化装置68和传感器70、71可以使发生器61调节在操作环境中的温度变化的作用并且将操作过程保持在共振管64的共振频率下。
并非是要将本发明限定在本文所详细描述的优选实施方案上。本发明可以用短的或长的纤维，直的或不直的，通过常规成纤技术而产生的纤维来实施，而不管该纤维是由玻璃还是由其它已知的纤维材料或其组合产生的。此外，本发明还可以用来移动这样一些纤维，而不管它们是否以帘的形式制造或者通过其它的制造技术存在于其它的形成环境中。但是，本发明特别适用于使长纤维帘12产生移动或叠放，这种纤维的移动和叠放在现有技术中一直是个问题。优选地，本发明采用长的不规则形状的纤维，如双组分玻璃纤维和在未决的、共同转让的美国专利申请系列08/148098(1993年11月5日提出，名称为“双玻璃纤维和由其获得的保温产品”，申请人为Houpt等人)中所说的类似的成纤技术来实施，该专利作为参考而引入本文。双组分成纤设备包括用于两种不同的玻璃的熔融玻璃供料部件11a，11b，通常如图2中所示，并且熔融玻璃在成纤装置11中结合，正如在图2中所示。
尽管为了描述本发明已经显示了一些有代表性的实施方案和细节，但是，对于熟悉本领域的人员来说很显然本文中所说的方法和设备还可以在不脱离本发明由所附的权利要求书所限定的范围的基础上作出各种变化。
权利要求
1.一种用于将通过成纤设备而制得的总的运送方向向下的玻璃纤维帘分散的方法，它包括将低频声波施加到至少一部分所述的纤维上，并且使所述的纤维偏离其运送方向。
2.权利要求1的方法，其中所述的纤维在以总的向下的方向运送的移动气体和玻璃纤维的帘中制备，并且所述的施加低频声波的步骤包括将低频声波施加到至少一部分所述的帘上，并且使所述的帘的部分偏离其运送方向。
3.权利要求2的方法，其中所述的施加步骤包括提供包括至少一个共振管的低频声波发生器，所述的共振管具有一个从中可以发出低频声波的开口；以及将至少一个共振管的开口放在靠近所述帘的位置，使所述的帘偏离其运送方向。
4.权利要求2的方法，其中所述的施加步骤包括将低频声波在靠近帘且通常相对的位置上交替地施加，使所述的帘的部分以通常交替的方向偏移其输送方向。
5.权利要求4的方法，其中所述的施加步骤包括提供至少一个低频声波发生器和至少二个共振管，共振管各自具有从中可以发出低频声波的开口；将所述管的各个开口以隔开的、通常相对的关系放置。
6.权利要求2的方法，其中所述的施加步骤包括在所说帘的相对侧面以错开的关系施加低频声波，将向所说的帘的部分施加声波的过程同步，使所说的帘的部分偏离其运送方向。
7.权利要求1的方法，其所说的施加步骤还包括以一种图案分布所说的低频声波。
8.权利要求1的方法，其中所说的施加步骤还包括调整所说的低频声波的频率。
9.权利要求2的方法，其中所说的帘基本上包括长玻璃纤维。
10.权利要求9的方法，其中所说的长玻璃纤维基本上由不规则形状的玻璃纤维组成。
11.权利要求2的方法，其中所说的帘基本上包括短玻璃纤维。
12.一种将包括通过旋转成纤设备而制得的玻璃纤维的帘分散的方法，它包括提供至少一个包括多个共振管的低频声波发生器，共振管具有从中发出低频声波的开口，所述的开口围绕帘基本等距离隔开；以及调整由所说的共振管发出的低频声波，使所说帘的部分在其基本向下的方向的运送过程中以不同方向偏离。
13.一种用于移动通过旋转成纤设备而产生的帘的叠放装置，所说的移动包括将以基本上向下的方向运送的气体和玻璃纤维移动，所说的装置包括至少一个低频声波发生器，该发生器包括至少一个共振管，该共振管具有从中可以发出声波的开口，其中所说的共振管的形状可以向一部分帘发出低频声波。
14.权利要求13的叠放装置，它包括两个具有可以发出低频声波的形状的共振管，其中所说的开口处于隔开的、相对的关系。
15.权利要求14的叠放装置，其中从所说的开口发出的低频声波处于定时关系。
16.权利要求13的叠放装置，其中至少一个开口包括一个过渡部件用于分散从中发出的低频声波。
17.权利要求13的叠放装置，其中所说的低频声波发声器包括频率变化装置用于改变所产生的声波的频率。
18.权利要求13的叠放装置，其中所说的装置包括多个共振管，共振管具有围绕着由其限定的帘可以从中通过的基本呈环形的空间基本上等距离地隔开的开口；以及所说的至少一个低频声波发生器将从所说的共振管中发出的低频声波同步；由所说的共振管发出的低频声波时所说帘的部分在其基本上向下的运送过程中以不同的方向偏离。
19.权利要求13的叠放装置，其中所说的由旋转成纤装置产生的帘包括以基本上向下的方向运输的长玻璃纤维。
全文摘要
本发明公开了用于通过将低频声波施加到至少一部分纤维帘上并且使帘偏离其基本上向下的运送方向而使帘分散的方法和装置。在其最简单的实施方案中，本发明的叠放装置包括一种具有一个共振管的低频声波发声器，该共振管的形状可以发出低频声波并且具有一个从中向帘的一部分发出声波的开口。优选地，该叠放装置具有两个共振管其开口处于隔开、相对的关系，在优选的方法中，低频声波靠近该帘以基本上相对的位置交替地施加，使该帘的部分在其运送过程中以基本上交替的方向偏离。
文档编号D04H1/74GK1147280SQ9519289
公开日1997年4月9日 申请日期1995年4月3日 优先权日1994年5月2日
发明者D·P·阿申贝克, M·T·佩勒格林 申请人:欧文斯·科尔宁格公司