专利名称：用于制造双玻璃纤维的方法
技术领域：
本发明涉及制造具有不同组成的两种玻璃的双玻璃纤维，更进一步地说涉及在其中一种玻璃与形成纤维环境的反应与另一种与之反应不同的条件下制造熔融双玻璃料流。
背景技术：
在玻璃纤维制造领域内的最近发展已经导致了新的制造不规则形状玻璃纤维的方法，这种玻璃纤维由两种热膨胀系数不同的玻璃组合物组成。两种玻璃的热膨胀系数不同使得所得到的玻璃纤维具有不规则的形状，从而为该玻璃纤维提供了多种提高由这些纤维制成的产品的性能的途径。这些产品提高中有一些包括提高了纤维中的缠绕，增加了由这些纤维制成的保温产品的恢复性，降低了K值，降低了处理时的不舒服性以及体积填充性能更加均匀。
至今，在现有技术中公开的双玻璃纤维均是由粘度和软化点基本上相同的玻璃组成的。例如在Stalego的USP2998620中，公开的四种玻璃组合物的粘度和软化点的差异相当小。由于现有技术中的双玻璃纤维的两种玻璃的粘度和软化点相当接近，因此这两种玻璃将相似地与两玻璃料流在形成双玻璃纤维时所遇到的形成纤维条件起反应。为了使这两种玻璃具有不同的与形成纤维条件的反应，有利的是由两种玻璃的粘度和软化点不同的熔融双玻璃料流制造双玻璃纤维。
发明的公开现在已经开发出了一种制备双玻璃纤维的方法，其中这两种玻璃纤维中的第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，从而使这两种玻璃可以与形成纤维环境起不同的反应，由此影响该双玻璃纤维的形状、该双玻璃纤维的内部构成和/或该双玻璃纤维的性能。
根据本发明，它提供了一种用于制备双玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流离心通过这些孔，保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，以及将该双玻璃料流冷却以制造双玻璃纤维。
在本发明的一个具体实施方案中，第一种玻璃在喷头壁的温度下的粘度是第二种玻璃的约50-1000倍。更优选地粘度的差值为约50-500倍。举例来说，第二种玻璃(玻璃B)在喷头壁温度(1037℃)下的粘度为100泊，而第一种玻璃(玻璃A)在相同的温度下的粘度为100000泊。应该明白在本说明书中所用的粘度测量值是在喷头周壁的温度下获得的。
在本发明的特定实施方案中，低粘度的第二种玻璃围绕着第一种玻璃流动，从而使第二种玻璃包围第一种玻璃形成一种包层。
在本发明另一种实施方案中，第二种玻璃的软化点比第一种玻璃的软化点至少低50℃。优选地软化点的差至少为100℃。
由具有不同软化点的玻璃制成的双玻璃纤维可以作为棉块而收集，并受到高于第二种玻璃的软化点但低于第一种玻璃的软化点的温度处理。这可以使第二种玻璃软化从而使该双玻璃纤维在冷却时相互之间结合在一起。结果将是在棉块中第二种玻璃作为第一种玻璃纤维的粘结材料。
通过由具有不同软化点的玻璃的双玻璃纤维制造玻璃纤维保温产品并且将该产品通过一种窑炉以加热低软化点玻璃使之作为一种粘结剂，可以无需采用有机粘结剂而制得保温材料。这种方法可以在避开与有机粘结剂有关的环境问题的同时制造玻璃纤维保温材料。这一点在希望具有高比重并且具有使低温玻璃将纤维块形成一种直角并排的形状的优点时特别有用。
在本发明的另一种实施方案中，它提供了一种制备双玻璃纤维的方法，它包括将第一和第二种熔融玻璃供入一种织物套管中，其中第一种玻璃的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-500倍，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流从该套管中拉伸，保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，并且将双玻璃料流冷却以形成双玻璃纤维。
在本发明的另一个实施方案中，通过使第二种玻璃的表面张力高于第一种玻璃而使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动。然后当该温度保持足够高和足够长时，第二种玻璃将围绕第一种玻璃流动。具有不同表面张力的两种玻璃的应用可以单独使用也可以与采用具有不同粘度的两种玻璃结合使用。
附图的简单描述
图1是用于通过旋转法实施制造双玻璃纤维方法的装置的正视图。
图2是制造本发明的双玻璃纤维的旋转成纤器正视图的横截面图。
图3是图2中的旋转喷头部分的透视图。
图4是沿4-4线获得的图2中的旋转喷头的正视图。
图5是由具有通常相似的粘度和软化点的两种玻璃组成的双玻璃纤维的剖视图。
图6是本发明的双玻璃纤维的剖视图，其中两种玻璃的不同粘度使得第二种玻璃部分围绕第一种玻璃而流动。
图7是本发明的双玻璃纤维的剖视图，其中两种玻璃的不同粘度使得低粘度的第二种玻璃几乎包围高粘度玻璃。
图8是本发明的双玻璃纤维的剖视图，其中低粘度的玻璃围绕高粘度玻璃流动从而包围高粘度玻璃并形成一种包层。
图9是在制造连续的本发明的双玻璃纤维的方法中所用的织物套管的正视图。
实施本发明的方式用于本发明时，术语“玻璃”包括玻璃形式的其它矿物材料，如岩石，矿渣和玄武岩。
参见图1，可以看出两种不同的熔融玻璃组合物通过前炉室12由窑炉10送入成纤器14。由成纤器形成的不规则形状的玻璃纤维帘18通过位于传送机下面的部分真空作为棉块20收集在传送机16上。当纤维通过在成纤器中的吹风机22利用空气或气体向下吹落在传送机上时，它们会变细并且形成不规则的形状。
当该方法采用具有比第一种玻璃的软化点低的第二种玻璃从而第二种玻璃可以起粘结剂或接合材料作用时，棉块可以通过一种窑炉或其它加热装置，如窑炉24，以使低温度玻璃软化并且将高温玻璃粘接。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。在炉中时，可以将热气流加到玻璃纤维上以促进均匀加热。该棉块作为保温产品30而离开炉子。
如图2中所示，旋转喷头32由旋转喷头底壁34和旋转喷头周壁36组成。旋转喷头的旋转使熔融玻璃离心通过旋转喷头周壁而形成初级纤维40。在本发明的一个实施方案中，该初级纤维通过环状燃烧器42的热量而保持在柔软易变细的状态下。在本发明的另一种方案中，可以采用一种内部燃烧器(未示出)向旋转喷头的内部提供热量。环状吹风机将初级纤维拉丝并进一步使之变细成为二级纤维48，该纤维适用于棉保温材料。任选地，可以向纤维上施加粘结剂。将二级纤维或双玻璃不规则形状的玻璃纤维收集起来用于形成棉块。
该旋转喷头的内部供以两股熔融玻璃液流，第一种液流50含有玻璃A而第二种液流52含有玻璃B。在液流50中的玻璃直接落在旋转喷头底壁上，并且由于离心力而朝着旋转喷头周壁向外流动形成玻璃A头。在熔融玻璃液流52中比液流50更靠近旋转喷头周壁，液流52中的玻璃在到达旋转喷头底壁之前被水平侧板54拦截。因此，在水平侧板的上面形成了玻璃壁堆积体或头。
如图3中所示，旋转喷头上有垂直内壁56，它通常是圆形的并且位于旋转喷头周壁径向里面。一系列位于旋转喷头周壁和垂直内壁之间的垂直挡板58将空间分成多个腔60。交替的腔含有玻璃A或玻璃B。
该旋转喷头周壁配有孔62，它们位于垂直挡板的径向外端附近。这些孔的宽度大于垂直挡板的宽度，以使玻璃A和玻璃B作为单个双玻璃熔融玻璃料流从孔中排出。
正象在图4中所看到的那样，每个腔60占有旋转喷头周壁36的整个高度，孔沿着分开该腔室的整个垂直挡板分布。也可以采用其它的旋转喷头结构来向旋转喷头孔提供双股玻璃。如图4中所示，孔62的形状为长条形，尽管也可以采用其它的形状。
当玻璃A和玻璃B在喷头周壁的温度下具有不同的粘度时，与垂直挡板58准确同心的孔所排出的低粘度玻璃的量将超过高粘度玻璃的。为了抵消这种趋向以及平衡两种玻璃的输出量，长条孔应与垂直挡板的中心错开。在这种情况下，该孔具有较小的端部，如端部64，它限制了低粘度材料的流动，该孔还具有较大的端部66，它可以使高粘度的材料具有相当的流量或输出量。另一种使低粘度的玻璃与高粘度的玻璃的流量平衡的方法是限制进入含有低粘度玻璃的交替的腔室中的玻璃的流量，从而使该孔部分缺料，从而使玻璃A和B的输出量大致相等。
本发明的不规则形状的纤维是双玻璃纤维，即每一根纤维是由两种不同的玻璃组合物，玻璃A和玻璃B组成。如果用本发明的理想的不规则形状的玻璃纤维作一个横截面图，该纤维的一半是玻璃A而另一半是玻璃B，纤维的横截面图可以通过将一束纤维放在环氧化物中，纤维的方向尽可能地平行而获得。然后将该还氧化物柱横切然后抛光。将抛光过的样品表面涂以薄碳层，从而产生一种导电的样品用于通过扫描电子显微镜(SEM)来分析。将该试样采用后散射电子检测仪在SEM上进行检查，它显示了平均原子数量的变化(作为其灰度的变化)。这种分析通过在该纤维的横截面上的黑区和亮区而揭示了两种玻璃的存在，并且显示了两种玻璃的介面。
如果A/B比率为50∶50，两种玻璃，玻璃A70和玻璃B72之间的介面68经过纤维介面的中心74，如图5中所示。如图6中所示，当玻璃B具有较低的粘度时，玻璃B会围绕着高粘度的玻璃A而弯曲或缠绕，从而使介面68变成曲线。这就要求从喷头中排出的双玻璃料流保持在足以使低粘度的玻璃B围绕着高粘度的玻璃A而流动的温度下。成纤器操作参数，如燃烧器气体压力、吹风机压力和喷头温度的调节是使低粘度的玻璃实现所需的缠绕所必需的。
如图7中所示，低粘度的玻璃B几乎围绕着高粘度的玻璃A而流动。评价低粘度的玻璃围绕着高粘度的玻璃而流动的程度的一种方法是测量缠绕角度，即图7中所示的α角。在某些情况下，低粘度的玻璃围绕着高粘度的玻璃流动，形成至少270度的α角，即低粘度的玻璃围绕着高粘度的玻璃流动至该双玻璃纤维的周表面76由第二种玻璃形成至少270度角的程度。
如图8中所示，在某些情况下，第二种玻璃可以全部围绕着第一种玻璃而流动，从而使第二种玻璃包围第一种玻璃，形成一种包层。在这种情况下，该双玻璃的整个圆周表面(360度)均是第二种玻璃或低粘度的玻璃。
如图9中所示，该双玻璃纤维可以根据本发明采用织物套管，如套管80和一种机械或液压拉力而制成。将第一种和第二种熔融玻璃供入织物套管中，其中第一种玻璃的粘度是第二种玻璃的粘度约5-1000倍，优选地约50-500倍。将第一种玻璃和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流从套管中拉伸，该料流保持在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下。将该双玻璃料流冷却从而制成双玻璃纤维82。将纤维在一种尺寸确定器84上通过并汇集成股86然后捆扎作为在收集器90上的包装88。这些纤维可以用于任何一种增强或填料目的。
本发明的方法不必要仅限于采用仅仅两种不同粘度的玻璃。举例来说，可以向具有带孔周壁的旋转喷头中供入第一种、第二种和第三种熔融玻璃。第一、第二和第三种玻璃可以作为熔融三玻璃料流而从孔中离心通过，将该三玻璃料流保持在足以使低粘度玻璃中的一种围绕其它玻璃中的至少一种而流动的温度下。在将该三玻璃料流冷却时，该三玻璃纤维将以与双玻璃纤维类似的方式形成。
采用具有不同表面张力的两种玻璃还可以用来使第二种玻璃围绕着第一种玻璃流动。其驱动力是两种玻璃的表面张力之间的差。如果玻璃具有相同的粘度并且在可以使一种玻璃围绕着另一种玻璃流动的充分的热量和充分的时间的条件下进行该过程时，超过20达因/厘米的差对于使一种玻璃围绕着另一种流动是有效的。纤维形成条件可以使流动在甚至更小的表面张力差值下进行，也可能需要更大的差值。表面张力可以通过浸筒法，根据将已知直径和壁厚的小型铂筒从熔融玻璃的表面拉出所需要的力的计算值来测定，如在“Modification of the Dipping Cylinder Method ofMeasuring Surface Tension”，Ralph L.Tiede，The American CeramicSociety Bulletin，Vol.51，No.6，June，1972中所述。
由上述内容可明显地看出，本发明可以做出多种变化，但是这些变化应该被认为是在本发明的范围内。
工业实用性本发明可以用于制造保温产品中所用的玻璃纤维。
权利要求
1.一种用于制备双玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流离心通过这些孔，将保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，以及将该双玻璃料流冷却以制造双玻璃纤维。
2.权利要求1所述的方法，其中第一种玻璃在喷头壁的温度下的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-1000倍。
3.权利要求2所述的方法，其中第一种玻璃的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-500倍。
4.权利要求1所述的方法，其中第二种玻璃围绕着第一种玻璃流动至该双玻璃纤维的周围至少270度角是第二种玻璃的程度。
5.权利要求4的方法，其中第二种玻璃完全围绕着第一种玻璃流动，从而使第二种玻璃包围第一种玻璃形成一种包层。
6.权利要求5所述的方法，其中第一种玻璃在喷头壁的温度下的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-1000倍。
7.权利要求6所述的方法，其中第一种玻璃的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-500倍。
8.权利要求1所述的方法，其中第二种玻璃的软化点比第一种玻璃的软化点至少低50℃。
9.权利要求8的方法，它包括作为棉块收集该双玻璃纤维并且将该棉块置于高于第二种玻璃的软化点但低于第一种玻璃的软化点的温度下。
10.权利要求8的方法，其中第二种玻璃的软化点比第一种玻璃的软化点低至少100℃。
11.权利要求1的方法，其中用于第一种玻璃的孔开口大于第二种玻璃的孔开口以平衡这两种玻璃的输出量。
12.一种用于制备三玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一、第二和第三种玻璃，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，将第一、第二和第三种玻璃作为熔融三玻璃料流离心通过这些孔，将该三玻璃料流维持在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，以及将该三玻璃料流冷却以制造三玻璃纤维。
13.一种用于制备双玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高出至少50℃的软化点，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流离心通过这些孔，在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下保持该双玻璃料流，以及将该双玻璃料流冷却以制造双玻璃纤维。
14.权利要求13所述的方法，其中第一种玻璃的粘度是第二种玻璃的粘度的约50-500倍。
15.权利要求14的方法，其中第二种玻璃完全围绕着第一种玻璃流动，从而使第二种玻璃包围第一种玻璃形成一种包层。
16.权利要求13的方法，它包括作为棉块收集该双玻璃纤维并且使该棉块置于高于第二种玻璃的软化点但低于第一种玻璃的软化点的温度下。
17.一种制备双玻璃纤维的方法，它包括将第一和第二种熔融玻璃供入一种织物套管中，其中第一种玻璃具有是第二种玻璃的粘度的约50-500倍的粘度，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流从该套管中拉伸，保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，并且将双玻璃料流冷却以形成双玻璃纤维。
18.权利要求17的方法，它包括作为棉块收集该双玻璃纤维并且使该棉块置于高于第二种玻璃的软化点但低于第一种玻璃的软化点的温度下。
19.权利要求17所述的方法，其中第二种玻璃的软化点比第一种玻璃的软化点至少低50℃。
20.权利要求17的方法，其中第二种玻璃至少围绕第一种玻璃周围270度而流动。
21.权利要求20的方法，其中第二种玻璃完全围绕着第一种玻璃流动，从而使第二种玻璃包围第一种玻璃形成一种包层。
22.一种用于制备双玻璃纤维的方法，它包括向旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，该旋转喷头具有周壁和多个在周壁上限定一系列腔室的挡板，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，将第一和第二种玻璃导入交替的腔室中从而使相邻的腔室含有不同的玻璃，在该周壁上开有孔，孔的宽度大于挡板的宽度从而使第一和第二种玻璃流过该孔，孔的位置与挡板的中心线错开，孔的较小端与含有低粘度的第二种玻璃的腔室接触，并且将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流离心通过该孔。
23.用于制造双玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，其中第二种玻璃的表面张力高于第一种玻璃，.将第一和第二种玻璃作为熔融玻璃料流离心流过这些孔，保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，以及将该双玻璃料流冷却以制造双玻璃纤维。
全文摘要
一种用于制备双玻璃纤维的方法，它包括向具有带孔周壁的旋转喷头中提供第一和第二种玻璃，其中第一种玻璃具有比第二种玻璃高的粘度，将第一和第二种玻璃作为熔融双玻璃料流离心通过这些孔，保持该双玻璃料流在足以使第二种玻璃围绕第一种玻璃流动的温度下，以及将该双玻璃料流冷却以制造双玻璃纤维。
文档编号C03C13/00GK1147240SQ95192897
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J·E·洛夫特斯, C·R·斯特劳斯, R·L·修斯顿 申请人:欧文斯·科尔宁格公司