专利名称：制造纤维的旋转器和纤化机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用热塑性材料制造纤维的装置。确切地说，本发明涉及一种带有一个用于将熔融热塑性材料如玻璃或其它矿物质或聚合物离心制成单组分或多组分纤维的旋转器的纤化机，更确切地说，本发明涉及一种不易于热应力开裂且径向得到平衡的旋转器。
玻璃纤维或其它热塑性材料纤维在包括隔音材料或绝热材料在内的许多应用场合中是有用的。现有技术中用于制造玻璃纤维绝缘产品的普通方法涉及由旋转过程制造玻璃纤维。使单种玻璃成分或多种玻璃成分熔化并迫使熔融物穿过离心件(称其为离心旋转器)的外周壁上的孔而产生纤维。一种常用的旋转器通常成带有一个有一中心孔的底壁、一个上开口和一个外周壁的杯形，所述外周壁从底壁起向上弯曲，从而构成了上开口。一个用于驱动旋转器转动的驱动轴的下端向下穿过上开口并通过衬套固定在底壁中心。底壁的中心孔被简单地压配合在衬套的外径上，而衬套安装在驱动轴的下端上。
旋转器在制造纤维的过程中变得非常热。由于达到高温，旋转器壁必须由耐高温材料制成且它典型地由高温金属合金构成。即使如此，旋转器在这样的高温下显示出了蠕变的趋势并因旋转器旋转而下垂。这样的变形可能会明显缩短旋转器的蠕变寿命并可能引入有害地影响纤维制造的过程变量。当旋转器的尺寸增大时，蠕变问题会变得越发显著。
另外，由于旋转器被简单地压配合到衬套上，所以旋转器因衬套和旋转器受到的热膨胀、转动应力和蠕变而具有环绕衬套在规定时间之外松动的趋势。当配合松动时，旋转器偏心移动，这导致旋转器过度振动和挠曲这样的严重问题。当旋转器的尺寸增大且进而中心孔的直径增大时，上述问题变得越发显著。
另外，旋转器在工作中通常受到温度梯度的影响。对于某种旋转器来说，温度梯度可能产生足以在旋转器中产生裂纹的热应力水平。
因此，需要一种不易于显示出由热应力引发的开裂且不易于显示出温度引发的缩短旋转器的蠕变寿命和在纤维制造过程中引起不希望有的过程变量的变形的改进型旋转器。
通过这样一种本发明的纤维制造装置满足了上述要求，这种装置通常被称为纤化机，它包括一个通常被称为旋转器的且可转动地安装在一个轴上的离心件、一个将至少一种熔融热塑性材料供给旋转器的供应源。旋转器包括一个径向延伸部、一个径向壁和一个外周壁。径向延伸部可沿径向伸离轴地安装在轴上。径向壁安装在径向延伸部上且它沿径向伸离该径向延伸部并且它具有一个外周边。外周壁环绕该径向壁的外周边设置且它具有许多个用于将熔融热塑性材料离心成纤维的孔。径向延伸部具有至少一个通过操作使其适于允许熔融热塑性材料在旋转器转动时流经该径向延伸部并流向外周壁的孔的流孔。本发明的旋转器不易于遭受热应力开裂。
按照本发明的一种纤维制造装置包括一个轴、一个可转动地安装在该轴上的旋转器，以及一个用于将熔融热塑性材料供给旋转器的供应源。所述旋转器包括一个安装在所述轴上且沿径向伸离该轴的径向延伸部，一个安装在该径向延伸部上且沿径向伸离该径向延伸部的径向壁，一个环绕该径向壁的外周边布置的外周壁。径向延伸部具有一个上表面和至少一个流孔。径向壁具有一个上表面和一个外周边。外周壁具有许多个用于离心喷出熔融热塑性材料纤维的孔。供应源将熔融热塑性材料供到径向延伸部的上表面和径向壁的上表面上。供至径向延伸部的上表面上的熔融热塑性材料流经至少一个流孔并流向外周壁的孔。当旋转器旋转时，供至径向壁的上表面上的熔融热塑性材料流向外周壁的孔。
当考虑了以下描述和附属权利要求书及附图时，本发明的目的、特征和优点将变得一清二楚。图中
图1是带有根据本发明原理的旋转器的纤化机的局部横截面示意图；图2是图1所示旋转器的一个替换实施例的横截面图，所述旋转器安装在主轴的端部上；图2A是表示半个图1所示旋转器的另一个替换实施例的横截面图，所示旋转器安装在主轴端部上；图2B是表示半个图2A所示旋转器实施例的变型结构的横截面图；图2C是表示半个图1所示旋转器的另一个替换实施例的横截面图，该旋转器安装在主轴端部上；图2D是表示半个图2C所示旋转器实施例的变型结构的横截面图，图中示出了沿穿过径向延伸部边缘形成的热气循环开口之一得到的截面；图3是沿线3-3的图2所示旋转器局部的平面图；以及图4是沿线4-4的图3所示旋转器的横截面图。
尽管在这里根据特定实施例描述了本发明，但是对那些本领域中的技术人员来说，显然可以在不超出本发明精神的前提下作出各种修改、重新布置和等同方案。因此，本发明的范围仅由后续权利要求书限定。
参见图1、2，纤维制造装置或纤化机10包括一个固定在可转动的空心轴或主轴14的下端上的离心体或旋转器12。如本领域中众所周知的那样，旋转器12通过转动主轴14而被转动。旋转器12包括一个径向壁16，它沿径向从主轴14向外伸出并具有一个外周壁18。外周壁18环绕径向壁16的外周边设置并且具有许多个用于离心地形成熔融热塑性材料纤维22如玻璃纤维的孔20。图1、图2和图2A～图2D示出了旋转器12的替换实施例。由于这些旋转器12包括许多个基本相同或至少相似的部件，所以这样的部件由相同的标记表示并且在此不作重复描述。
旋转器12的转动(由图1中的环形箭头所示)通过旋转器外周壁18上的孔20离心出熔融玻璃，从而形成了初级纤维22。通过环形燃烧器26的加热使初级纤维22保持在一个柔软的、可拉细的状态。许多内燃烧器26分布在主轴14的四周且它们被用于加热旋转器的内部以防止熔融热塑性材料在被形成纤维之前凝固或失透。设置利用引入空气通道30的环形鼓风机28以便拉曳初级纤维22并将其进一步拉细成适用于产品的如适用于羊毛绝缘材料中的次级纤维32。接着，在一个运输机(未示出)上收集次级纤维32，以便制造成产品如玻璃棉束。
图1、2所示的旋转器12分别具有一个一体制成的环形挡板34，它从径向壁16的上表面35起向上延伸且向后斜指向主轴14的转动轴线。许多沿周向间隔开的流孔36穿过径向壁16，它们连通了上表面35和下表面37。各流孔36刚好在挡板34的内侧上以相对壁16的锐角穿过径向壁16形成。挡板34以一个相对径向壁16的相似锐角形成。许多个通气孔38穿透径向壁16地形成，从而给来自内燃烧器26的热废气提供了流经径向壁16的通道。这些热气从燃烧器26流出并经过由上环形唇43形成的上开口39而流入了在径向壁16上方形成的旋转器12的上腔40(见图2)。热气接着流过通气孔38并流入在径向壁16下方形成的下腔42并经过由下环形唇45构成的下开口41。旋转器12的上、下部分至少部分开口，从而在离心地形成纤维的过程中径向平衡了旋转器。通气孔38可以致使一些热气回流出上开口39并从外周壁18的外表面上方流过。如以下所述的那样，热废气的这种溢流可能是理想的。
对于旋转器12的上、下腔40、42来说，保持在一个允许熔融热塑性材料易于流动的温度是很重要的。因此，使紧换着旋转器12上方的纤化机10的一部分44(一般是轴承罩)可操作地适于基本上覆盖住旋转器12的上开口39。用环形板或防辐射罩46基本上盖住旋转器12的下开口41。这样一来，可以在旋转器12内保持理想的高温。最好，沿防辐射罩46的外周边形成许多个沿周向间隔开的间柱48。这些间柱保持罩46离开旋转器12一段最小距离。
环绕罩46的外周边形成了许多个缝隙50，一个缝隙50位于任意两个相邻间柱48之间。这些缝隙50给来自燃烧器26的废气提供了流经并排出下腔42的通道，由此改善了气体在旋转器中的流动和循环。现有技术中某些旋转器外周壁的下角遇到了冷却的麻烦，这造成热塑性材料过早凝固。这种不理想的冷却据信是由热气在旋转器下腔42中的不充分循环造成的。允许热气例如经缝隙50流出下腔42可解决这一问题。
由燃烧器26进入上腔40的废气也能够通过一个在旋转器12和罩部44之间形成的空隙52(图1)流经并流出上腔40。这样一来，来自燃烧器26的热废气能够在外周壁18的上部和下部附近循环，由此控制了在整个旋转器壁18上的温度断面。
在整个旋转器12的内部保持更均匀的温度断面有助于确保热塑性材料处于充分熔融的状态，从而熔融物在外周壁18的上部及下部正确地流动并流过孔20。在整个外周壁18高度上的温度平衡可以通过改变上、下缝隙52、50的相对尺寸来调节。已经发现，相对上缝隙52增大下缝隙50的尺寸将提高旋转器壁18下部的温度，并且反之亦然。这样一来，可以获得在外周壁18上的最佳温度分布。这可能导致改善的纤维形成条件、旋转器更加耐磨以及消除了玻璃在外周壁18底部的失透。
隔热罩46最好是一个独立于径向壁16和外周壁18的部件，从而隔热罩46的质量对旋转器12的径向平衡几乎没有什么影响。旋转器12的径向壁16和隔热罩46如以下所述地安装在固定套筒54上。通过将隔热罩46单独安装在固定套筒54上，可以与隔热罩46在离心喷丝过程中如何变形无关地使旋转器12的径向壁16和外周壁18保持径向平衡。旋转器12或至少径向壁16、固定套筒54和在图2A～图2D所示的下述实施例中的径向延伸部100是由具有相似膨胀系数的材料制成的。
和主轴14的下端一起转动地安装固定套筒54。固定套筒54包括一个其上安放隔热罩46的下环形肩部56，该罩最好是用许多个沿周向间隔开的螺栓和螺母固定的。径向壁16包括一个在径向壁16中形成一个中心孔的环形凸缘58。环形凸缘58位于成型于固定套筒54上部中的配合环形槽60中。一个环形夹板或环62被螺栓连接到固定套筒54的上部和径向壁16上，以便将凸缘58固定在槽60中。
由于在使用中受到高温的影响，径向壁16的中心孔会因热膨胀、转动应力和蠕变而相对固定套筒54在规定时间之外直径增大。如果允许中心孔如此扩大，则旋转器12可以偏心地离开转动轴14，这导致过度振动和挠曲。当旋转器12的尺寸和中心孔的直径变大时，此问题变得越发显著。当径向壁16如上所述地被安装在固定套筒54上时，可以防止径向壁16的中心孔离开固定套筒54地扩大一个可观的量。
将一个空心衬套64压配合在一个钻孔中，所述钻孔穿过固定套筒54的中心形成并通过如三个沿周向间隔的锁定销66被锁定到位。衬套64的上端被拧入一个空心拉杆68的下端。拉杆68在主轴14的上端受到弹簧力，从而将板62和衬套64、固定套筒54一起向上拉到主轴14的下端。衬套64通过从一个穿过拉杆68形成的阶梯孔到另一个穿过衬套64形成的阶梯孔地使冷空气循环的方式受到局部冷却。衬套64优选地由通过一个环形冷却水套70循环的水进一步地冷却，所述水套环绕主轴14和衬套64设置且它位于固定套筒54的上方。为了尽可能缩小其间的热膨胀差异，衬套64和固定套筒54都是由低热膨胀合金制成的。
保持主轴14和旋转器12之间的同心关系是很重要的。在离心喷丝时允许旋转器12偏心移动可能造成旋转器12的过度振动和挠曲。这给现有的纤化机带来了一个严重的问题。因此，本发明优选地包括用于使旋转器12与固定套筒54和衬套64相对中的结构。例如，一种保持旋转器12位于中心的方法包括改变旋转器凸缘58的外径以使其与固定套筒槽60的内表面紧密配合。当固定套筒54和衬套64是由低热膨胀材料制成的且它们如上所述地受到冷却时，旋转器凸缘58相对槽60的内表面形成了更紧密的配合，这是因为凸缘58因热膨胀、转动应力和/或蠕变扩张了。
在纤化机10的工作过程中，径向壁16可能变得易于在通气孔38处热胀裂。为了防止径向壁16过早开裂，在环绕各通气孔38的区域内可以使径向壁的厚度(见图2)凸起或通过其它方式增大。作为另一种选择方案，可以改变各通气孔38的形状以减少应力集中点。例如，可以将各通气孔38做成椭圆形而不是做成圆形，并且每个椭圆形孔的长轴是环绕旋转器凸缘58沿圆周弯曲的轴。或者如果需要，各通气孔38可以既改变成椭圆形形状，又可以使环绕各孔38的区域凸起。作为另一个避免或至少限制热应力开裂的方案，可以采用一个两件组合式旋转器12，其中径向壁16通过一个径向延伸部100安装在固定套筒54上，如图2A～图2D所示和以下所述的那样。为提高抵抗热应力的能力，径向延伸部100的壁应该比较厚以获得附加强度。
参见图1、图2和图2A～图2D所示的旋转器12，向旋转器12的内部供给两股独立的熔融热塑性材料流，例如第一股含玻璃A的材料流78和第二股含玻璃B的材料流。可以使用传统的供应设备来输入熔融玻璃流78、80。这样的熔融玻璃供应设备在工业领域中是众所周知的，因此在此不作具体描述。可以将材料流78、80布置成在主轴14的同一侧彼此靠近，但是如图1所示，最好是在旋转器12的相反侧上滴落玻璃A、B地设置这两股材料流。作为仅含有一种熔融热塑性材料的替换方案，每股材料流78、80可能最好包含至少两种熔融热塑性材料的混合物(如至少两种玻璃)。另外，各股材料流78、80可以包含相同的熔融热塑性材料。
参见图1、2的旋转器12，在材料流78、80中的玻璃直接滴落到旋转器径向壁16的上表面35上并因离心力的作用而向外流向旋转器的外周壁18。熔融玻璃流78中的玻璃A在径向上靠近主轴14并分布在上表面35的内部81上，即在径向上位于挡板34的内侧。在挡板34上首先形成了玻璃A的头部或堆积部。随后，玻璃A流过流孔36，即从上侧流向径向壁16的底侧。流孔36的尺寸和数目足以确保玻璃A不会溢过挡板34。玻璃A继续沿径向壁16的底侧流动并如图所示地流向外周壁18。熔融玻璃流80中的玻璃B在径向上远离主轴14且它分布在上表面35的外部83上，即在径向上位于挡板34的外侧。玻璃B接着直接流向外周壁18，如图1所示。
如图3所示，图1、图2和图2A～图2D所示的旋转器12分别配有一个垂直内壁84，它一般沿圆周分布且在径向上位于旋转器外周壁18的内侧。当玻璃流向外周壁18时，玻璃A、B分别靠着内壁84地在径向壁16的上、下方堆积。上、下环形唇43、45有助于确保熔融材料不环绕内壁84流动并超过外周壁18(见图1)。继续参见图3，一系列的位于旋转器外周壁18和垂直内壁84之间的垂直挡板86将空间分成一系列的一般垂直对准的隔室88，这些隔室基本上分布在旋转器外周壁18的整个高度上。相间的隔室中分别盛装有经成型于内壁84上的长缝89、90(见图1)流入隔室88的玻璃A、B。
旋转器外周壁18上的孔20分别靠近且基本上对准垂直挡板86的径向外边缘。如从图4中清楚地看到的那样，一系列的通道92、93位于各隔室88中，熔融热塑性材料将流过这些通道。这些通道最好设在挡板86的任一侧上并且与在外周壁18的外表面上的孔20连通。
如图所示，通道92、93一般垂直地对准且最好具有能够为在相邻隔室88中的玻璃组分A、B提供相同的流动长度的尺寸。这保证了当A、B组分并排流出孔20时，将存在用于各纤维的大约同等数量的玻璃A、B。但是如果需要不等量的玻璃A、B，可以将通道92、93的尺寸定成可提供不等量的流体，这在所形成的双组分纤维中造成不等比例。这样的结果可能在某种情况下是理想的。另外，在各隔室中的通道可以经过改动而适于在所形成的双组分纤维中产生不同的玻璃A、B的形状及比例。所形成的通道数目取决于旋转器外周壁18的高度。选择通道的数目和大小以及熔融玻璃流入隔室88的速度以便堆积成遮住各隔室中通道的熔融材料的“头”。
图2A～图2D所示旋转器12的各替换实施例包括一个径向延伸部100、一个截头径向壁16和一个外周壁18。径向延伸部100可以径向向外伸出轴地安装在轴14上。将径向壁16装在径向延伸部100上且它沿径向伸离径向延伸部100并且具有一个外周边。外周壁18环绕径向壁16的外周边设置并具有许多个离心喷出熔融热塑性材料纤维的孔20。已经发现，图2A～图2D的旋转器12和其径向延伸部100比上述其它旋转器12更不易受由热应力引发开裂的影响。
当旋转器12旋转时，离心力造成堆积在旋转器12上的熔融热塑性材料径向外流。径向壁16具有一个引导堆积到上表面35上的流动熔融材料流向外周壁18的孔20的上表面35。径向延伸部100包括一个引导堆积在上表面103上的流动熔融材料流入许多个流孔102并流经径向延伸部100的上表面103。一旦流过径向延伸部100，则熔融材料流向径向壁16的下表面并流向外周壁18的同一孔或其它孔20。如以下所述的那样，当制造单组分纤维时，可以通过操作调节流孔102以使熔融热塑性材料比流向径向壁16下方的孔20更多地流向径向壁16上方的孔20。
径向延伸部100的上表面103的一部分位于径向壁16的下表面37下方并且限定了一个环形流阱(如环形槽)。流阱104使堆积在上表面103上的熔融热塑性材料形成了一个头，从而确保了在旋转器102转动时覆盖住各流孔102的入口105(见图2B)。
径向壁16具有一个内环形边缘106，它在径向壁16被装到径向延伸部100上时压在环绕径向延伸部100形成的外环形凸缘107上。例如通过某种形式的夹具109确保了内环形边缘106不会抬离凸缘107。如图所示，夹具109成环形且它可以超过凸缘107地螺接到径向延伸部100上。这样一来，径向壁16的内边缘106被夹在凸缘107和环形夹具109之间。夹具109可包括一个环形上表面110，它被弄斜，以便在旋转器12转动时将堆积于其上的熔融热塑性材料径向向外地引到径向壁16的上表面35上。
图2A～图2D的各旋转器12分别具有在径向壁16和径向延伸部100的上方和下方的一个上腔40和一个下腔42。如图2C、图2D的实施例所示，径向延伸部100可以具有至少一个连通上、下腔40、42的开口108，从而上腔40中的热气(如空气、燃烧气，等等)可以经开口108环流入下腔42中，这种流动由图2D中所示的箭头表示。至于有关信息，参见以上对开口38的描述。
热气、废气或某些其它气体通常被用于帮助熔化热塑性材料并使其保持熔融状态，直到形成纤维为止。热气在外周壁18的上部和下部的流动可被用来控制外周壁18上的温度分布。成型于罩46和旋转器12的外周壁18之间的缝隙50允许热气流经外周壁18的下表面并有助于确保所有在外周壁18的区域内的热塑性材料保持熔融状态。
作为替换方案或者除了通过循环热气来加热之外，可以在旋转器12的外侧周围设置环形感应加热器113，如图2A、图2B所示。这样的感应加热器113可以从制造感应加热器的俄亥俄州哥仑布市的Alpha1公司购得。感应加热器113在旋转器12中感应产生电流以便提高至少外周壁18的温度并且可以提高径向壁16局部的温度。使用这样的感应加热器113对图2A、图2B的旋转器12来说是特别理想的，这样的旋转器不包括任何形式的热气循环开口108。
带有图2A～图2D所示旋转器12中的一个旋转器的纤化机10优选地具有一个可拆除的或固定的用于基本上遮住下开口41的隔热罩46。当使用这样的隔热罩46时，图2A、图2B所示旋转器12的径向延伸部100优选地具有一个支承间柱112，它用于在隔热罩46上方支承径向延伸部100。这种间柱112看起来不必用于图2C、图2D所示旋转器12的径向延伸部100。
图2A～图2D的旋转器12可以通过许多方式安装在轴14上。例如，旋转器12可以通过与上述图1、图2所示纤化机10中的固定套筒相同的固定套筒54被安装在轴14上。对于图2A、图2B的旋转器12来说，径向延伸部100包括一个与上述图1、图2所示旋转器12中的环形凸缘相同的环形凸缘58，它被环形夹具62固定到一个成型于固定套筒54顶部上的环形槽60中。或者，径向延伸部100可被安装到固定套筒54的肩部56上。
对于图2C～图2D的旋转器12来说，径向延伸部100具有一个环形边缘111而不是有一个环形凸缘58。边缘111如通过用与那些用于固定隔热罩46的螺栓相同的沿周向间隔的螺栓螺接到肩部56上的方式被装在肩部56上。对于图2C、图2D的旋转器12来说，穿过边缘111形成许多个开口108(见图2D)。开口108提供了许多使热气从上腔40经径向延伸部100流向下腔42的通道。开口108沿周向间隔分布在边缘111的四周并且位于将隔热罩46和边缘11固定在肩部56上的螺栓之间。开口108例如可以是扇贝形的切口。
两股由不同或相同的熔融热塑性材料构成的流体78、80被供给图2A～图2D的旋转器12。一股熔融材料流78被堆积在径向延伸部100的上表面103上(如图2B中的虚线所示)，另一股熔融材料流80以与图1所示相同的方式堆积在径向壁16的上表面35上。
当图2A～图2D所示的各旋转器12旋转时，料流78中的熔融热塑性材料径向向外地流过径向延伸部100的上表面103并流经流孔102。一旦流过流孔102，熔融材料径向向外地流过径向壁16的下表面37并流到内壁84的在径向壁16下方延伸的部分，再流经开口89并流出外周壁18上的纤维形成孔20。与此同时，来自流体80的熔融热塑性材料径向向外地流经径向壁16的上表面35并流至内壁84的在径向壁16上方延伸的部分，再流经开口90(见图3)并流出在外周壁18上的纤维形成孔20。
尽管来自两股不同料流78、80的熔融材料可被引到一起，从而流入相同的孔20，于是形成了双组分纤维(例如见图3、图4)，但是图2A～图2D的纤化机10可以适于离心地形成单组分纤维以及多组分纤维。例如，材料流78、80可以分别是用于单组分纤维的相同的熔融热塑性材料或者是用于多组分纤维的不同熔融材料。
单组分纤维也可以是通过使用两股相同的熔融材料流制成的，这取消了内壁84和挡板86并使径向壁16外伸从而将外周壁18分成分别位于径向壁16上、下方的两段。使用径向壁16来分隔外周壁18造成上段外周壁18中的孔被供给来自材料流80的熔融材料，而下段外周壁18中的孔被供给来自材料流78的熔融材料。
如果在至少两种如在此所用的熔融热塑性材料之间存在着可能影响成型纤维32的性能的差异(如成分、温度等)，则它们被认为是不同的材料。单种熔融热塑性材料(如在此所用的)可以是单种材料或是多种材料的混合物。
由于熔融热塑性材料流到在径向壁16上、下方的壁18、84，所以图2A～图2D的旋转器12应该也包括一个上唇43和一个下唇45或其它有助于确保熔融材料不环绕外周壁18流动的结构。流孔102的尺寸和数目也可以控制熔融热塑性材料的流速并帮助确保熔融材料不流过下唇45。通过允许熔融热塑性材料沿径向流过径向壁16的上、下表面35、37，由熔融材料加给旋转器12的整个物质得到了更均匀的分配并且在离心喷丝过程中对旋转器12的径向平衡作用更小。
当如上所述地使用两股材料流78、80且在取消了内壁84和挡板86的情况下制造单组分纤维时，应该有效地修改流孔102的数目和大小，从而熔融热塑性材料以非50/50的比例流向在径向壁16上、下方的孔20。最好如此调节流孔，即允许比在径向壁16下方更多的熔融热塑性材料流向在径向壁16上方的孔20。当熔融热塑性材料以大约60/40～80/20的比例流向在径向壁16上、下方的孔20时，获得了令人满意的结果。
另外我们发现，将更多的来自材料流78的熔融材料供给径向壁16上方的孔20会造成所形成的上纤维22具有更远的轨迹(即比由径向壁16下方的孔20形成的下纤维22更远地延伸)。我们发现，这种轨迹上的差异有助于减少纤维32间的接触，由此减少了表面缺陷和因这样的接触而可能导致的纤维碎裂。此外，旋转器12的上腔40通常比下腔42热。这种温差可能造成在径向壁16上方的孔20磨损并扩大(即比径向壁16下方的孔20更快地变大)。当径向壁16上方的孔20变大时，通过流孔94供应更多的熔融材料78有助于防止在上孔20处短缺熔融材料。这样一来，旋转器12的产量和耐磨寿命可以得到最佳化。
通过设计使图2A～图2D的旋转器12适于在离心喷丝过程中基本上保持径向平衡。即，径向壁16和外周壁18在离心过程中的变形实质上大致沿径向而不是不对称的。
可以通过许多方式来改变旋转器12以便在离心喷丝过程中基本上保持径向平衡。例如，外周壁18可以与径向壁16的外周边相连地环绕其布置，并且外周壁18的一部分位于径向壁16的上、下方，从而径向壁16和外周壁18在离心喷丝过程中的变形在本质上大致是沿径向的而不是非对称的。另外，可以调节外周壁18，从而在径向壁16上、下方的质量基本上相等。可以以多种方式实现外周壁18的质量在径向壁16上、下方的均匀分布。例如，可以将外周壁18做成在径向壁16上、下方是对称的。为了保持对称性，上下唇43、45应该在结构和质量方面相似，以便相互均衡。与此相似的，上、下开口39、41的结构和尺寸应该是相似的。
对于现有技术中的旋转器来说且尤其是对于其外径至少约等于12英寸(约合30.5cm)的旋转器来说，由于旋转器的外径增大，所以预计由温度引发的非对称(即非径向)的问题将变得更加显著。也预计这样的变形会在旋转器外周壁区的质量增大时增大，就象在外周壁适于制造多组分纤维时的情况那样。在这两种情况下，非对称变形的增大很大程度上是由于在旋转器外周边处向下作用的瞬时力的增大而引起的。如果不消除的话，本发明能明显地限制这种有害变形，即使在大直径旋转器和那些设计用于制造多组分纤维的旋转器中，情况也是如此。
根据以上对本发明的描述和先前的具体说明，那些本领域中的技术人员将轻松地领悟到各种易想到的针对本发明的改进。例如，尽管以上具体描述的实施例适于制造多组分纤维，本发明也可以用适于制造上述单组分纤维的实施例来实施本发明。因此，本发明的范围应该仅由后续权利要求书及其等同替换方案来限定。
权利要求
1.一种可在一根纤化机的轴上旋转地安装的旋转器，该旋转器包括一根可以沿径向伸出轴地安装在轴上并具有至少一个通过设计而适于允许熔融热塑性材料在该旋转器工作时流经其的流孔的径向延伸部；一个径向伸离该径向延伸部且具有一个外周边的径向壁；以及一个环绕所述径向壁的外周边设置且具有许多个用于离心地形成熔融热塑性材料的纤维的孔的外周壁；其中熔融热塑性材料在旋转器旋转时流经所述的至少一个流孔并流向所述外周壁的孔。
2.如权利要求1所述的旋转器，其特征在于，所述径向壁具有一个通过设计而适于在所述旋转器转动时将堆积于其上的熔融热塑性材料引向所述外周壁的孔的上表面。
3.如权利要求1所述的旋转器，其特征在于，所述径向壁包括一个下表面，所述径向延伸部包括一个上表面，通过设计使所述径向延伸部适于在所述旋转器旋转时经所述的至少一个流孔将堆积于其上的熔融热塑性材料引至所述下表面并引向所述外周壁的孔。
4.如权利要求3所述的旋转器，其特征在于，所述径向延伸部上表面的一部分位于所述径向壁的所述下表面的下方。
5.如权利要求3所述的旋转器，其特征在于，所述至少一个流孔具有一个入口，所述上表面的一部分构成了一个通过设计而适于在所述旋转器转动时在上述的那个流孔的入口处形成堆积在所述上表面上的熔融热塑性材料的头的环形流阱。
6.如权利要求5所述的旋转器，其特征在于，所述环形流阱位于所述径向壁的所述下表面的下方。
7.如权利要求1所述的旋转器，其特征在于，所述径向壁具有一个内环形边缘，所述径向延伸部具有一个外环形凸缘，所述内环形边缘在所述径向壁被装在所述径向延伸部上时压在所述外环形凸缘上。
8.如权利要求7所述的旋转器，其特征在于，所述旋转器包括一个用于在所述径向壁被安装到所述径向延伸部上时将所述内环形边缘固定在所述外环形凸缘上的夹具。
9.如权利要求8所述的旋转器，其特征在于，所述夹具包括一个被弄斜以便在所述旋转器旋转时将堆积于其上的熔融热塑性材料引到所述径向壁的所述上表面上的环形上表面。
10.如权利要求1所述的旋转器，其特征在于，所述旋转器包括一个位于所述径向壁和所述径向延伸部上方的上腔和一个在所述径向壁和所述径向延伸部下方的下腔，所述径向延伸部具有至少一个连通所述上腔和所述下腔的开口，从而所述上腔中的热气可以通过该开口环流入所述下腔中。
11.如权利要求1所述的旋转器，其特征在于，通过设计使所述旋转器适于受到径向平衡，从而所述径向壁和外周壁在离心过程中的变形实质上大致成径向而不是非对称的。
12.一种用于制造纤维的装置，它包括一个轴；一个转动地安装在该轴上的旋转器，它包括一个径向延伸部，它安装在所述轴上，径向伸离所述轴并具有一个上表面和至少一个流孔；一个径向壁，它安装在所述径向延伸部上且径向伸离该径向延伸部并具有一个上表面和一个外周边；一个环绕所述径向壁的外周边设置且具有许多个用于离心制造熔融热塑性材料的纤维的孔的外周壁；以及用于将熔融热塑性材料供给所述径向延伸部的上表面和所述径向壁的上表面的供应源，其中当所述旋转器旋转时，供至所述径向延伸部的上表面上的熔融热塑性材料流经所述的至少一个流孔并流向所述外周壁的孔，而供至所述径向壁的上表面上的熔融热塑性材料流向所述外周壁的孔。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述径向壁包括一个下表面，通过设计使所述径向延伸部适于在所述旋转器旋转时引导供给所述径向延伸部上表面的熔融热塑性材料穿过上述的至少一个流孔并流经所述下表面，流向所述外周壁的孔。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述旋转器具有一个下开口，所述装置还包括一个通过设计并布置成适于基本上盖住所述旋转器的下开口的隔热罩。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述径向延伸部具有一个用于在所述隔热罩上方支承所述径向延伸部的支承间柱。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个安装在所述轴上的固定套筒，该固定套筒具有一个肩部并且所述径向延伸部安装在所述肩部上。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述径向延伸部包括一个安装在所述肩部上的环形边缘，该环形边缘具有至少一个构成一条用于使气体流经所述径向延伸部的通道的开口。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个安装在所述轴上的固定套筒，所述径向延伸部包括至少一个环形凸缘，并且所述固定套筒包括至少一个使所述的至少一个环形凸缘固定于其中的环形槽。
19.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的至少一个流孔是许多流孔中的一个，通过设计而使所述流孔适于使比流向在所述径向壁下方的孔的熔融热塑性材料更多的熔融热塑性材料流向在所述径向壁上方的孔。
20.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个用于在至少所述径向壁中感应产生电流以提高所述径向壁的温度的感应加热器。
21.一种用于制造多组分纤维的装置，它包括一个可转动的轴；一个可随轴转动地安装在所述可转动的轴的一端上的旋转器，该旋转器包括一个上开口和一个下开口，一个位于所述上开口和所述下开口之间的径向延伸部，所述轴的一端向下穿过所述上开口，所述径向延伸部具有一个上表面和许多个沿周向间隔的流孔，此径向延伸部安装在所述轴上并沿径向伸离该轴，一个位于所述上开口和所述下开口之间的径向壁，它具有一个上表面和一个环形外周边并被安装到所述径向延伸部上且沿径向伸离该径向延伸部，一个环绕所述径向壁的外周边设置且具有许多个用于将至少两种熔融热塑性材料离心制造成多组分纤维的外周壁；一个用于将一种熔融热塑性材料供应到所述径向延伸部的上表面上且将另一种熔融热塑性材料供应到所述径向壁的上表面上的供应源；其中在所述旋转器转动时，一种被供应到所述径向延伸部的上表面上的熔融热塑性材料流经所述的许多个流孔并流向所述外周壁的孔，另一种被供应到所述径向壁的上表面上的熔融热塑性材料流向所述外周壁的所述孔，从而形成了双组分纤维。
全文摘要
一种纤维制造装置(10)包括安装在转轴(14)一端上的旋转器(12)和一个将两股含至少一种熔融热塑性材料的料流(78,80)供给旋转器的供应源。旋转器包括一个径向延伸部(100)、一个径向壁(16)和一个外周壁(18)。径向延伸部安装在轴上且沿径向伸离轴。径向壁安装在径向延伸部上且沿径向伸离该径向延伸部。径向壁包括一个上表面(35)、一个下表面(37)和一个外周边。外周壁环绕径向壁的外周边设置且具有许多个用于将至少一种熔融热塑性材料离心制成纤维的孔(20)。在旋转器的工作过程中,径向延伸部引导一股熔融热塑性材料流(78)穿过至少一个流孔(36)而流向径向壁的下表面并流向外周壁的孔。当旋转器转动时,另一股熔融热塑性材料流(80)直接堆积到径向壁的上表面上并沿上表面移向外周壁的孔。旋转器在离心喷线过程中受到径向平衡且它不易于由热应力引发开裂。
文档编号C03B37/04GK1256682SQ97180141
公开日2000年6月14日 申请日期1997年11月5日 优先权日1996年11月27日
发明者詹姆斯·G·斯奈德 申请人:欧文斯科尔宁格公司