专利名称：用于制造双组分纤维的喷头的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于由热塑性材料制造双组分纤维的装置，更进一步地说涉及用于由两股熔融热塑性材料如玻璃或其它矿物纤维或聚合物纤维料流制造双组分纤维的喷头装置。
玻璃或其它热塑性材料纤维可以用于多种应用中，包括隔音或隔热材料。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一种离心器(一般以喷头为人们所知)外壁中的孔，产生主要是短、直的玻璃纤维。
在旋转成纤工艺中所用的熔融玻璃的温度超过2000°F(1093℃)。由于所用的高温和该喷头的高速旋转，就对这种装置的制造材料产生多种要求，要求这种材料能够承受这些条件。还要求有耐腐蚀性，这样在该喷头中的孔才能保持其预定的尺寸和形状。
常规玻璃纤维(通常是直的纤维)的一个改进是采用卷曲(螺旋形)的纤维，这些纤维可以通过将两种不同的玻璃料流(通常称为A玻璃和B玻璃料流)结合并将该玻璃料流离心成卷曲(螺旋形)的纤维而制得。
背景技术：
Stalego在USP2998620中公开了双组分玻璃组合物的卷曲(螺旋形)玻璃纤维。Stalego指出通过将具有不同热膨胀性的两种玻璃组合物通过旋转喷头的孔而生产定长卷曲纤维。将这些玻璃作为两个玻璃流以对准的整体关系挤出，从而在冷却时由于不同的热膨胀性而使这些纤维自然卷曲。Stalego在一个实施方案中公开了一种喷头，该喷头具有沿该喷头的周边被垂直挡板分开的垂直对准腔，交替的腔含有不同的玻璃。专利权人指出挖一个比该挡板宽的孔，在这儿该挡板将喷头周壁分开。由于该孔宽于挡板，因此该孔在挡板的两侧与垂直腔相通，A玻璃和B玻璃由该孔排出喷头，形成双玻璃料流。
但是，在该领域内仍需要对熔融玻璃双料流的输送进行改进，以形成双玻璃或其它热塑性纤维。
发明内容
这一需要通过本发明可以满足，其中在喷头周壁上有一系列孔，孔中通过来自相邻腔室的通道供以不同的熔融热塑性材料以形成双组分纤维。本发明还提供了用于将不同的热塑性材料由喷头的顶部和底部供料从而在该喷头中提供改进的温度控制(即更加均匀的温度分布)。该喷头中通道和孔的分布及尺寸使得熔融热塑性材料堆积在相邻的腔室中并且防止空气进入这些腔中。出于本专利说明书的目的，在使用术语“玻璃纤维”和“玻璃组合物”时，“玻璃”将包括任何一种玻璃状材料，如岩石、矿渣和玄武岩以及传统玻璃。热塑性材料和热塑性纤维除了玻璃和其它矿物纤维以外还包括来自聚合物材料的纤维，如聚酯纤维和聚丙烯纤维。
根据本发明的一个方面，它提供了一种用于制备双组分纤维的装置，它包括具有周壁和底壁的喷头，该喷头包括位于其周壁上的用于将双组分纤维离心的孔，该喷头由挡板分成一系列垂直对准的腔室，这些挡板沿着周壁的内部分布在四周。
第一和第二种热塑性材料可以通过任何一种合适的设备而提供。例如，如果该材料是玻璃，则该设备可以包括熔化炉和工作区以提供两种熔融玻璃。在该喷头中提供一种用于将第一种热塑性材料对着该喷头的周壁导入交替的腔室中的一个的第一分隔器和用于将第二种热塑性材料对着该喷头的周壁导入余下的腔室中从而使相邻的腔室含有不同性能的热塑性材料的第二分隔器，通道位于每一个腔室中，各种熔融热塑性材料通过该通道流入在该喷头周壁上的孔中。
在本发明的一个优选形式中，相邻腔室中的通道相互连通并且与孔相连，从而将第一种和第二种熔融热塑性材料结合成双组分纤维。优选地这些孔与挡板对准。
为了提供具有基本上等比例的第一和第二种热塑性材料的双组分纤维，相邻腔室中的通道基本上具有相同的直径和长度。此外，这些通道的大小可以使熔融热塑性材料堆积在覆盖这些通道的腔室中。
喷头中的第一分隔器包括基本上水平的管状板，该板优选地位于基本上垂直对准的挡板的顶端并且靠近喷头周壁的内侧。该板包括一系列沿其圆周隔开的孔并且为第一种熔融热塑性材料提供了进入腔室中的进口。
优选地，该喷头还包括从喷头的周壁的顶端基本上向上和向内延伸的凸缘。在离心力的作用下，第一种熔融热塑性材料将沿着该板的表面向外流动进入喷头周壁的内表面，并且对着该内表面且在该凸缘的下面堆积。然后第一种熔融热塑性材料流过该板中的孔，进入一个腔室。优选地，这些孔的尺寸和位置可以使得它们完全被熔融热塑性材料的堆积体覆盖。这样可以防止空气进入这些腔室中。
喷头中的第二分隔器包括基本上水平的管状板，该板优选地位于基本上垂直对准的挡板的底边并且靠近喷头周壁的内侧。该板包括一系列沿该板的圆周隔开的孔并且为第二种熔融热塑性材料提供了进入腔室中的进口。在离心力的作用下，第二种熔融热塑性材料将沿着该板的底面向外流动进入喷头周壁的内表面，并且对着该内表面且在该板的下面堆积。然后第二种熔融热塑性材料流过该板中的孔，进入余下的一个腔室。优选地，这些孔的尺寸和位置可以使得它们完全被熔融热塑性材料的堆积体覆盖。这样可以防止空气进入这些腔室中。
在本发明的一个优选的方案中，该热塑性材料是玻璃，该喷头适于接收两种分开的熔融玻璃料流以形成双玻璃纤维。
因此，本发明的另一个特征在于提供一系列位于喷头周壁中的孔，这些孔中通过来自相邻腔室的通道供入了不同的熔融热塑性材料以形成双组分纤维。本发明的另一个特征在于由喷头的顶部和底部提供不同的熔融热塑性材料从而在该喷头中提供改进的温度控制。本发明的另一个特征在于喷头中的通道的位置和尺寸可以使得熔融热塑性材料堆积在相邻的腔室中，防止空气进入这些腔室。本发明的这些特点和其它特点及优点从下面的详细描述和附图以及所附的权利要求书中将变得显而易见。
图1是制造本发明的玻璃纤维的装置的正视图。
图2是实施本发明使用的成纤器/喷头的正视图的横截面图。
图3是沿图2中3-3线获得的喷头部分的平面图。
图4是沿图3中4-4线获得的喷头的正视图。
图5是从喷头内部获得的透视图，它表示了用于A和B组分的分隔器和腔室。
根据用于制造不规则形状的双玻璃纤维(即纤维在轴向方向上不是直的) 的装置来描述本发明，尽管应该明白本发明不仅包括用于制造其它类型的双玻璃纤维，如卷曲(螺旋)纤维的装置，还包括用于制造其它热塑性材料，如聚酯或聚丙烯的双组分纤维的装置。
利用如图1中所示的旋转纤维成型和块热定型工艺可以制备不规则形状的玻璃纤维的保温产品。两种不同的熔融玻璃组合物(玻璃A和玻璃B)通过任何一种合适的玻璃输送装置，如窑炉10和工作区12送入旋转成纤器14。优选地，该玻璃具有不同的热膨胀系数，从而在冷却时它们可以呈现不规则(与直的相对)结构。由成纤器14形成的双玻璃纤维帘18(如不规则形状的玻璃纤维)通过位于输送机(未示出)下面的真空作为棉块20收集在输送机16上。当纤维通过在成纤器附近的吹头22利用空气或气体向下吹落在输送机上时，它们会变细、冷却并且形成不规则的形状。
然后任选地在加热定型温度700-1100°F(371-593℃)下将棉块20通过炉24。通过将在纤维形成之后的冷却工艺延迟从而从纤维形成工艺中获得部分热量，或者通过在热定型炉中重新加热该纤维可以获得热定型温度。在炉中通过的同时，利用上输送机26和下输送机28以及导边器(未示出)形成棉块20。在炉中时，可以将热气流加到玻璃纤维上以促进均匀加热。当纤维通过输送机26和28来输送时，纤维以加压弹簧的形式受压。当遇到热定型温度时，纤维会松弛、压力降低，从而使棉块保持其所需的形状，在经过不到10分钟的时间以后，棉块作为保温产品30从炉24中离开。
应当明白热定型是本发明的一个任选的一个方面。另外，也可以如Schelhorn等人在US5277955中所说的那样用外塑料层包裹该棉块，该专利的内容作为参考而引入本文。此外，还可以对棉块进行其它的制造处理，包括缝制、针织或氢化缠绕。
如图2中所示，喷头60包括喷头底壁62和喷头周壁64。虽然底壁62在图中是封闭的，但是应该明白底壁62可以是敞开的，只要它具有足够的表面来容纳和引导所示出的玻璃A流。该喷头在心轴66上旋转，正如在现有技术中已知的那样。喷头的旋转使熔融玻璃离心通过喷头周壁64中的孔而形成初级纤维68。该初级纤维68通过管状燃烧器70的热量而保持在柔软易变细的状态下。可以采用一种内部燃烧器(未示出)向喷头60的内部提供热量。管状吹头72采用通过通道74的引导空气，用来将初级纤维68拉丝并进一步使之变细成为二级双玻璃纤维76，该纤维适用于棉保温材料。然后将双玻璃不规则形状的玻璃纤维收集在输送机(图1中未示出)用于形成棉块。
该喷头60的内部供以分开的两股熔融玻璃液流，第一种液流78含有玻璃A而第二种液流80含有玻璃B。在液流78中的玻璃直接落在喷头底壁62上，并且由于离心力而朝着喷头周壁向外流动从而如图所示在水平侧板81的下面形成玻璃A头。在熔融玻璃液流80中的玻璃B比液流78更靠近喷头周壁64，液流80中的玻璃B在到达喷头底壁之前被水平侧板82拦截。因此，如图所示在水平侧板82的上面形成了玻璃壁堆积体或头。
如图3和5中所示，喷头60上有一系列垂直挡板86，它们沿着喷头周壁64而分布，将该空间分隔成一系列垂直对准的腔室88，这些腔室位于水平板81和82之间，板82位于挡板86的顶端，板81与这些挡板的底边相对设置。
通过在水平板81和82上的一系列孔89和91可以提供向腔室88的通道。如图中所示，板82中的孔89在板的周围隔开从而提供进入腔室88中的一个的通道。类似地，孔91在板81的周围隔开，从而提供进入余下的腔室的通道，从而使玻璃A和玻璃B位于这些交替的腔室当中。尽管喷头如图所示每个腔室具有一个孔89或91，但是应该明白在板81和82上每个腔室可以具有更多的孔。举例来说，可以沿着板81和82径向向外设置多个孔与腔室88对准。
在操作过程中来自液流80的熔融玻璃B滴落到水平板82上并且对着喷头周壁64和凸缘65向外离心，凸缘65从喷头壁64向上向内延伸(图5)。然后熔融玻璃经过孔89并填入腔室88中的一个。来自液流78的熔融玻璃A直接滴落在喷头底壁62上并且对着喷头周壁64和在水平板81的下方向外离心。熔融玻璃的堆积物强迫玻璃通过孔91进入余下的腔室88中。由于熔融玻璃的对流(玻璃B向下流入腔室，玻璃A向上流动)，喷头中和沿着喷头周壁的温度控制和分布得到了改进。也就是说由于玻璃的对流，沿着喷头壁64的温度分布更加均匀。
在所示出的实施方案中，喷头周壁64上具有孔90。孔90靠近垂直挡板86并且基本上与该挡板的径向外边相对准。如在图4和5中所看到的那样，在腔室88中均有一系列通道92和93，熔融热塑性材料从这些通道中流过。优选地，这些通道在其两侧靠近挡板86并且成一定角度在外表面或周壁64相互连通并与孔90连通。
此外，孔90可以是一种细长的与板86对准的开口。通过使开口的宽度超过这些挡板的宽度，玻璃A和玻璃B可以从这些开口中离心出去，就象在共同转让的未决系列申请08/147762(1993年11月5日提出，名称为用于制造双玻璃纤维的设备)中所说的那样，该申请的内容作为参考而引入本文。
如图3和4中所示，通道92和93通常是垂直对准的，优选地，其尺寸可以在相邻的腔室88中提供相同的玻璃组分A和B的液流长度。这就可以保证组分A和B从紧靠关系的孔90中排出时，每一根纤维差不多有相等量的玻璃A和B。应当明白，如果需要不等量的玻璃A和B，可以改变通道92和93的尺寸，从而提供不等量的液流，由此导致在双组分纤维中的不等比例。在某些情况下，这种结果是人们所需要的。另外，在每一个腔室中的通道可以改变尺寸从而在形成的双组分纤维中改变玻璃A和B的比例。
典型地，通道92和93的直径为约0.010-0.040英尺(0.25-1.0毫米)，优选地为约0.015-0.025英尺(0.38-0.63毫米)。所形成的通道的数量取决于喷头周壁的高度。通道的数量和大小以及熔融玻璃通过孔89和91流入腔室88中的速度应选择成能够堆积可以覆盖孔89和91以及在每一个腔室中的通道的熔融材料“头”。通过使在腔室88上方和下方的熔融热塑型材料的堆积体或“头”的体积保持在稍大于在腔室88中和对着周壁64的体积，就可以有足够的压力差来迫使熔融材料流过孔89和91并进入腔室中。孔90和通道92与93可以通过任何一种已知的钻孔技术，如激光钻孔、电子放电研磨(EDM)或，或电子束钻孔而钻入喷头壁中。
如图5中所示，喷头底壁62、喷头周壁64和凸缘65可以分开制造然后组合在一起。这样可以在装配之前在喷头周壁中钻成孔90和通道92、93，并且可以使整个钻头的制造不太复杂。另外，喷头底、周壁和凸缘可以由不同的最适用于它们的特定用途的材料制成。因此，喷头底壁62和凸缘可以具有较高结构强度和抗蠕变性能的金属或合金，如用氧化物分散体增强的合金(ODS)来制造，从而提供强有力的、稳定的旋转装置。喷头周壁64可以由具有高耐腐蚀性的不同的金属或合金，如钴/铬/镍高温合金来制造，从而可以承受来自通过喷头壁中的通道的熔融热塑性材料液流的腐蚀作用并且保持合适的孔尺寸。
尽管为了描述本发明已经公开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在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的范围的基础上还可以就本文所述的方法和设备作出多种变化。
权利要求
1.一种用于制备双组分纤维的装置，它包括a.用于将双组分纤维离心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上还含有孔的喷头，该喷头由挡板分成一系列垂直对准的腔室，这些腔室沿着周壁的内部分布在四周；b.用于向该喷头中提供第一种熔融热塑性材料和第二种熔融热塑性材料的装置；c.用于将第一种熔融热塑性材料对着周壁导入交替的腔室中的第一分隔器和用于将第二种熔融热塑性材料对着周壁导入余下的腔室中从而使相邻的腔室含有不同的热塑性材料的第二分隔器；以及d.在所述的每一个腔室中的通道，所述的熔融热塑性材料通过该通道流向在所述的喷头周壁上的孔。
2.权利要求1的装置，其中在所述的相邻腔室中的所述的通道彼此相通并与所述的孔相通。
3.权利要求1的装置，其中所述的孔与所述的挡板对准。
4.权利要求1的装置，其中所述的通道其尺寸使得可以在所述的腔室中堆积熔融热塑性材料。
5.权利要求1的装置，其中在相邻腔室中的所述的通道基本上具有相同的直径和长度。
6.权利要求1的装置，其中包括从所述的喷头的周壁向上向内延伸的凸缘。
7.权利要求1的装置，其中所述的第一分隔器包括位于所述挡板的顶部并靠近所述喷头的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔开的孔，从而为所述的第一种熔融热塑性材料提供流动进入交替的所述腔室的口。
8.权利要求7的装置，它包括从所述的喷头的周壁基本上向上向内延伸的凸缘，并且所述的孔的尺寸可以使熔融热塑性材料对着所述的周壁和所述的凸缘堆积。
9.权利要求1的装置，其中所述的第二分隔器包括位于所述挡板的底部并靠近所述喷头的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔开的孔，从而为所述的第二种熔融热塑性材料提供流动进入余下的所述腔室的口。
10.权利要求9的装置，其中所述的孔的尺寸使所述的熔融热塑性材料对着所述的周侧壁和所述的喷头底壁堆积。
11.一种用于制备双组分纤维的装置，它包括a.用于将双组分纤维离心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上还含有孔的喷头，该喷头由挡板分成一系列垂直对准的腔室，这些腔室沿着周壁的内部分布在四周；b.用于向该喷头中提供第一种熔融玻璃和第二种熔融玻璃的装置；c.用于将第一种熔融玻璃对着周壁导入交替的腔室中的第一分隔器和用于将第二种熔融玻璃导入余下的腔室中从而使相邻的腔室含有不同玻璃的第二分隔器；以及d.在所述的每一个腔室中的通道，所述的熔融玻璃通过该通道流向在所述的喷头周壁上的孔。
12.权利要求11的装置，其中在所述的相邻腔室中的所述的通道彼此相通并与所述的孔相通。
13.权利要求11的装置，其中所述的孔与所述的挡板对准。
14.权利要求11的装置，其中所述的通道其尺寸使得可以在所述的腔室中堆积熔融玻璃。
15.权利要求11的装置，其中在相邻腔室中的所述的通道基本上具有相同的直径和长度。
16.权利要求11的装置，其中包括从所述的喷头的周壁向上向内延伸的凸缘。
17.权利要求11的装置，其中所述的第一分隔器包括位于所述挡板的顶部并靠近所述喷头的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔开的孔，从而为所述的第一种熔融玻璃提供流动进入交替的所述腔室的口。
18.权利要求17的装置，它包括从所述的喷头的周壁基本上向上向内延伸的凸缘，并且所述的孔的尺寸可以使熔融玻璃对着所述的周壁和所述的凸缘堆积。
19.权利要求11的装置，其中所述的第二分隔器包括位于所述挡板的底部并靠近所述喷头的周壁的基本上水平的板，所述的板包括一系列彼此隔开的孔，从而为所述的第二种熔融玻璃提供流动进入余下的所述腔室的口。
20.权利要求19的装置，其中所述的孔的尺寸使所述的熔融热塑性材料对着所述的周侧壁和所述的喷头底壁堆积。
21.一种用于制备双组分玻璃纤维的装置，它包括a.用于将双组分纤维离心的具有周壁和底壁并且在所述的周壁上还含有孔的喷头，该喷头由挡板分成一系列垂直对准的腔室，这些腔室沿着周壁的内部分布在四周；b.用于向该喷头中提供第一种熔融玻璃和第二种熔融玻璃的装置；c.用于将第一种熔融玻璃导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，该板沿着所述挡板的顶部布置并且靠近所述喷头周壁的内侧，该板包括一系列隔开的孔从而为所述的第一熔融玻璃提供了流入所述腔室中交替腔室的进口；和第二分隔器用于将所述的第二种熔融玻璃导入余下的所述腔室中，从而使相邻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，该板位于所述挡板的底边并且靠近喷头周壁的内侧，该板包括一系列隔开的孔从而为第二种熔融玻璃提供了流入所述腔室中的一个的进口；以及d.在所述的每一个腔室中的通道，所述的熔融玻璃通过该通道流向在所述的喷头周壁上的孔。
全文摘要
本发明提供了一种用于制备双组分纤维的装置，它包括用于将双组分纤维离心的在所述的周壁上含有孔的喷头，该喷头由挡板分成一系列垂直对准的腔室，这些腔室沿着周壁的内部分布和四周；用于将第一种熔融热塑性材料导入交替的腔室中的第一分隔器，和用于将所述的第二种熔融热塑性材料导入余下的所述腔室中的第二分隔器，从而使相邻的腔室含有不同的热塑性材料。在所述的每一个腔室中有通道，所述的熔融热塑性材料通过该通道流向在所述的喷头周壁上的孔。
文档编号C03B37/075GK1147239SQ95192896
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P·M·加文 申请人:欧文斯·科尔宁格公司