形成有机纤维和无机纤维的物料坯的方法

专利名称：形成有机纤维和无机纤维的物料坯的方法
技术领域：
本发明领域及工业应用性本发明涉及可用作绝热，隔声，和结构模制介质的纤维产品的制造。特别是本发明涉及具有无机纤维和有机纤维，如聚合物纤维的纤维产品的制造方法，不同的纤维相互结合在一起，使产品具有有利的特性。
背景技术：
无机纤维产品，特别是由玻璃纤维制造的产品，通常制造成或者连续的纤维或者不连续的纤维。将各种有机涂层施加到这些纤维上，用于保护纤维免受损伤，使无机纤维互相连接形成结构产品，以及提供无机纤维与其它材料的相容性，如加强纤维与一塑料基体的相容性。如果是绝热产品，无机纤维通常由有机材料，如苯酚／甲醛粘结剂结合在一起，以形成弹簧样的基体，在包装期间被压缩后可以回复。一网垫产品具有玻璃纤维和有机材料的纤维，并且由纺织品的非织造方法制造，其在Chenoweth等人的美国专利US4，751，134中公开。
将有机材料施加到无机纤维的方法可以采用几种形式。将连续的无机纤维通过一个液槽或者涂覆设备，将一涂层施加到纤维上，如在连续的纤维的定型过程中。另外，有机材料可以喷射到无机纤维上。这种方法通常用在隔离产品的制造中，采用一旋转工艺，其中一个圆柱形的无机纤维的幕被苯酚／甲醛粘结剂喷射。
现有技术中的将含水有机粘结剂施加到圆柱形的无机纤维的幕的问题在于一部分粘结剂试图在液体粘结剂的液滴与无机纤维的幕接触之前蒸发。由于需要离纤化器比较近地施加粘结剂，因此此问题加重，即热的环境特别容易使得一些液体粘结剂的液滴在接触玻璃纤维之前蒸发。蒸发的粘结剂材料变成此过程中排出的空气气流中的污染并且必须消除，以避免污染问题。而且，无机纤维上的粘结剂材料会变粘稠，需要仔细清扫纤维收集装置，防止玻璃纤维隔离材料结团，其会落入产品中，造成产品疵点。而且，粘结剂材料必须在一个炉中固化，需要大量的能量，不仅对于粘结剂自身的固化，而且用于驱走粘结剂中结合的水，还用于加热和固化过程中的气态副产品的环境清洁。
过去已经努力在一旋转工艺中使有机粘结剂材料与无机纤维结合在一起，而不仅仅是用粘结剂材料的水溶液喷射无机纤维的幕。例如，Thiessen的美国专利US5，123，949公开了一种旋转纤化工艺，其中加添的颗粒通过旋转器的空心轴或者套管轴施加。颗粒从幕中的空间位置直接向着无机纤维的幕施加。添加的颗粒可以是纤维状的，如纤维素纤维，还可以是颗粒形式的树脂材料。
Bakhshi等人的美国专利US5，614，132公开了另一种使有机粘结剂材料与旋转的无机纤维结合在一起的方法。一个玻璃旋转纤化器产生一个向下移动的玻璃纤维中空幕，一聚合物纤化器在幕中操作，产生聚合物纤维，其径向向外指向玻璃纤维。聚合物纤维与玻璃纤维混合，产生一具有玻璃纤维和聚合物纤维的加强纤维产品。当实施此专利的方法制造一加强塑料材料的玻璃网垫时，聚合物纤维经受热纤维成形环境中大量的热，其结果是，大多数聚合物纤维熔化，并且以非纤维颗粒出现在玻璃纤维或者聚合物纤维上。例如见第4栏第66行至第5栏第2行。这对于将玻璃纤维与聚合物材料结合成为一模制材料(一玻璃网垫热塑性材料)是令人满意的，适于模制成一致密的加强的塑性产品。由于在模制过程中产品被压缩，不需要提供给纤维形式的聚合物与玻璃纤维的更牢固的结合。但是，具有大量的或者更有利的实质性数量的纤维形式的聚合物纤维，对隔离产品的热阻更有利。
作为同轴旋转混合方法的替代，Loftus等人的美国专利US5，595，584公开了另一种混合方法，其中玻璃旋转纤化器使玻璃纤维离心，并且聚合物旋转纤化器使聚合物纤维离心，两个纤化器沿收集表面被布置成相互位置相间地布置。聚合物纤化器被定位为与垂直方向成一角度，使得聚合物纤维流以一定角度与玻璃纤维的幕接触。相间混合方法的目的是将聚合物纤维成形环境从玻璃纤维成形环境分离，应当理解，将旋转形成的聚合物纤维与玻璃纤维幕的均匀结合是很困难的。旋转聚合物工艺的不均匀性及玻璃纤维形成区域的涡流和混乱的环境造成有些产品具有比预期的特性少的不可预见的叠层产品。
如果开发一种改进的方法是很有利的，其使得聚合物或者其它有机纤维与流动的玻璃纤维流结合，产生一种玻璃纤维与聚合物纤维的均匀的混合物，最好是纤维分布均匀，重量均匀。这样的方法将提供给纤维形式的聚合物材料保护，使得聚合物纤维不承受热的环境，该热环境会使得聚合物材料蒸发或者降解，或者使聚合物纤维软化或者熔化成非纤维颗粒。
发明概述通过提供一种形成整体的有机纤维和无机纤维的物料坯的一种方法可以达到本发明的目的及其它目的，其包括采用无机纤维的旋转器，使热熔融的矿物材料／无机材料在离心力的作用下形成无机纤维／矿物纤维；直接使无机纤维形成向下移动的幕；采用模具形成成排对齐的有机纤维的阵列，直接使有机纤维与无机纤维相接触，从而使有机纤维与无机纤维形成整体；收集形成整体的无机纤维和有机纤维，形成纤维物料坯。
在本发明的一个实施例中，提供一种形成有机纤维和无机纤维的整体物料坯的方法，其包括采用无机纤维的旋转器，使熔融的矿物材料在离心力的作用下形成无机纤维；借助环形吹风机，直接使无机纤维形成向下移动的幕，所述无机纤维幕具有在吹风机所在高度的、在初始位置的初始直径，在初始位置的下方，具有汇聚位置，在所述汇聚位置的直径小于初始位置的直径；通过具有排出孔的模具，分散熔融的有机材料，产生对齐的有机纤维的阵列，使有机纤维与无机纤维相接触，从而使有机纤维与无机纤维形成整体，由来自模具的向外移动的气流使有机材料纤维变细，使有机纤维直接进入幕中，从而使相当大一部分有机纤维在汇聚位置，或者该汇聚位置的50厘米距离以内与幕相交；收集形成整体的无机纤维和有机纤维，形成纤维物料坯。
附图的简要描述

图1是示意性的侧视图，其表示按照本发明的方法，将聚合物纤维与玻璃纤维结合成一体的设备。
图2是图1所示设备的平面图，其表示多个纤化器。
图3是示意性放大的更详细的侧视图，其中表示图1中所示的聚合物纤维与玻璃纤维形成一体。
图4是沿着图3中剖面线4－4所示，聚合物纤维模具的仰视图。
图5是曲线图，其表示来自旋转纤化器的聚合物纤维的重量分布和来自熔喷模具的聚合物纤维的重量分布情况的对比。
图6是类似于图2所示的平面图，其表示四个聚合物纤维模具围绕着一个旋转器。
图7是调整装置的侧视图，这种装置可以调节聚合物纤维模具的位置和方位。
图8是执行本发明方法的直接成型设备的示意图，其表示产品成型炉和压缩封装设备。
图9是放大的侧视图，其表示按照本发明的另一个实施例，将聚合物纤维与玻璃纤维结合为一体的设备。
图10是沿着图9中剖面线10－10所示，处于固定状态的聚合物模具的平面图。
对本发明的详细描述采用玻璃纤维作为本发明的无机纤维／矿物纤维的例子对本发明进行描述。应当明白，本发明可以采用其它可热软化的矿物材料，如岩石，矿渣和玄武岩的无机纤维。而且，虽然用聚合物纤维作为与玻璃纤维接触的纤维对本发明进行描述，但是应当明白，任何有机材料的纤维，如沥青纤维都能够用在本发明，只要是长的或者基本上是连续的适合于加强产品性能的纤维。
如图1所示，纤化装置／纤化器由标号10表示，其中包括旋转器12，环形燃烧器14和环形吹风机16。旋转器在转轴或空心轴18上转动。从玻璃熔化炉(未图示)输出的熔融玻璃流20，使熔融的玻璃流20落入旋转器12的内部。旋转器转动的离心作用力迫使熔融的玻璃从旋转器以纤细的玻璃流射出，射出的玻璃流在吹风机16和其产生的气体的作用下，作为玻璃纤维22向下移动。由吹风机气体和引入的空气引导玻璃纤维形成最终纤细的直径，一般直径范围大约在3～8微米。燃烧器14一般燃烧气体，其向旋转器和纤维成型环境提供热量。
玻璃纤维以幕24的形式向下移动，其通常形成圆柱形形状，其中不仅包括玻璃纤维，而且还有迅速移动的空气和来自燃烧器14的燃烧气体。幕24最初的直径大于旋转器的直径。幕的尺寸或直径，以及在幕中气体和纤维的转动速度随着幕向下移动而变化。这种变化由于在幕14中气体原始能量消散，以及作用在幕上的外力的影响所造成的。
喷嘴30可以选择定位，以便直接将液体射流喷入幕中。这种射流可以包括水或其他挥发性液体，以便冷却幕中的纤维和相关的气体。喷嘴还可以在纤维上喷射润滑剂，以降低最终产品中的纤维与纤维之间的摩擦力，从而能够防止纤维损坏。如果需要，尽管，本发明的方法能够导致一种整体性和回复特性足够好的产品，而不需要粘结剂，还能够使用喷嘴30在玻璃纤维上添加可选择的树脂粘结剂。树脂粘结剂，如脲／苯酚甲醛(UREA PHENOL FORMALDEHYDE)，在本领域是公知的。喷嘴由未示出的装置提供所需的液体。
用于影响幕24的另一种装置是一组可选用的气流成网机(airlapper)32，其定位于幕24的每一侧。气流成网机32排放空气，以便从侧面吹风，或者直接将幕从成形罩34的一侧引导至另一侧，以便物料坯36被收集在移动的表面或成形链板38上，物料坯36横跨成形链板的宽度从成形罩的一个壁板40至另一个壁板40均匀分布。成形链板38被安装成一传送机，并且是有孔的，使得一置于成形链板38下面的抽气箱42，能够从成形罩34和物料坯36中抽出气体。
在幕24的至少一侧定位设置聚合物纤维产生装置，最好设置聚合物`纤维模具50。聚合物纤维模具50产生一聚合物纤维55的阵列52，导引它们与玻璃纤维22直接接触，以便玻璃纤维与聚合物纤维55相结合为一体。在离开模具的方向，在离开模具下游20厘米距离的位置，纤维阵列中的聚合物纤维的速度至少是50米／秒，最好至少为100米／秒。混合后的聚合物纤维55和玻璃纤维22汇聚在一起，形成隔离物料坯36。聚合物纤维模具50可以是任何适于形成聚合物材料或者其它能够形成纤维的有机材料的纤维的装置。一适合的聚合物模具50是一熔喷模具，其能够产生通常是连续的聚合物纤维，具有平均直径大于约4微米，并且最好在约4～25微米之间，最好是约6微米。适合的聚合物模具可以从J＆M实验室有限公司，Dawsonville，GA，和Biax FiberFilm公司，Neenah，WI．获得。聚合物模具50最好被选取能够提供聚合物的重量在所希望的玻璃纤维和聚合物纤维的总产量的约1～10％。例如，如果玻璃纤维产量是每小时1000镑(454千克／小时)，所需要的聚合物的灼烧损失(LOI)是2．5％，则聚合物模具将被构造为具有约每小时25．6镑(11．7千克／小时)的产量。该灼烧损失(LOI)是受热燃烧掉的总的有机材料的百分比。
聚合物纤维55可以由任何能够形成适合的长度，强度，耐久性和绝缘特性的聚合材料纤维制造。如熔喷工业所公知，从熔喷聚合物模具得到的纤维，被制造成基本上连续的长度。用于制造聚合物纤维的适合的聚合物材料是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚丙烯。其它聚合物材料可用于制造纤维的包括聚苯硫醚(PPS)，尼龙，聚碳酸酯，聚苯乙烯和聚酰胺。即使本发明采用聚合物纤维55作为例子进行描述，应当明白，其它材料包括树脂，沥青和其它热塑性和热固性材料都可以在本发明中采用。聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是形成聚合物纤维的优选材料。
与聚合物纤维模具50相联系的是挤压机60，所述挤压机60通过聚合物输送管线62，向聚合物纤维模具50供给聚合物材料。这种挤压机可以是任何合适的设备，以便加热和挤压有机材料，并且以可成型为纤维的形式提供。合适的挤压机可以从上面所述聚合物模具的提供商处购买。
一个聚合物吹风机64也与聚合物纤维模具50相连，其向聚合物纤维模具供给热的压缩空气，使聚合物纤维55变细。所需的空气量是所需纤维的直径和被纤维化的聚合物材料的量的函数，也是其它因素的函数。空气由加热器66加热，其最好是一个电加热器，并且被加热的空气经过热空气管线68被供给聚合物纤维模具50。热空气排出聚合物纤维模具50帮助聚合物纤维变细，并且使它们保持在柔软的可变细的状态，直到直径降低到满意的程度。如同聚合物纤维模具50一样，可以在商业中购买聚合物挤压机60、吹风机64和加热器66。由于聚合物纤维模具50被置于热环境条件下，即，一般其工作温度低于纤化装置10，最好聚合物纤维模具上设有隔离材料70，以便防止聚合物材料出现热损失，如图3所示。
如图2所示，优选的用于执行发明方法的设备构造包括多个纤化器／成纤装置，所述纤化器具有多个旋转器12，它们沿着成型链板38的长度方向设置。每个旋转器12具有一对相关的聚合物纤维模具50。通过聚合物管线62向每个模具50供给熔融的聚合物材料，聚合物管线62由聚合物总管72供给聚合物。聚合物管线连接到聚合物挤压机(在图2中未图示)。
通过热空气管线68，还向聚合物模具50供给热空气，所有的热空气管线68都由热空气总管74供给热空气。由一个或多个热空气加热器66和聚合物吹风机64(未图示)向热空气总管74供给热空气。在聚合物纤维变细加工过程中，热空气通过保持聚合物纤维处于软化状态，有助于聚合物纤维变细。如果聚合物纤维离开模具50后，聚合物纤维冷却得过快，聚合物纤维将太粗。空气体积和压力足够大，以便以接近声速的空气速度，向模具供给空气。
在图2中可以看到，从多个旋转器12的两侧供给的聚合物纤维55与玻璃纤维22相接触，由此基本上由两种不同类型的纤维结合成一个整体。而且，聚合物纤维55一般均匀地与玻璃纤维相互混合。
围绕着每个玻璃纤维旋转器12可以定位设置两个以上的聚合物模具50。如图6所示，围绕着旋转器12的周边定位设置四个聚合物纤维模具50。可以以多种其他形式构成聚合物模具50的形状，以便将聚合物纤维55输送到玻璃纤维的幕24，从而与玻璃纤维22相互缠绕。其他可能采用的形状是，围绕着旋转器设置环形或圆形聚合物纤维模具(未图示)。
如图4所示，聚合物旋转器模具50的出口端或底部80设有多个聚合物的排出孔82，以便使熔融的聚合物材料排出。在成排的聚合物排出孔的相邻处设有两条空气槽84。随着空气射流移动离开模具50，空气槽中喷射出压力空气，这种气化的流体或喷射空气使聚合物纤维55变细。聚合物排出孔82可以具有任何尺寸或横截面形状，以便与喷射出的聚合物材料相适应，从而形成聚合物纤维55。
空气槽84可以具有任何合适的尺寸，以便使喷射出的气体能够使拉出的聚合物纤维变细。从模具50中发出的纤维55以纤维阵列52的方式移动，在初始位置，成阵列的纤维52沿着与模具50的底部80基本正交的方向移动，在此处，排出的是对准的纤维阵列。当纤维55进一步远离模具50，随着纤维阵列的破坏，纤维的路径开始分散。这种纤维阵列破坏的速率取决于多种因素，其包括聚合物纤维的初始速度，与纤维阵列一起流动的空气体积，聚合物材料从模具排出时的质量流动速率，空气流量，或者模具周围的湍流。在一般的熔喷模具50中，通常平行的纤维阵列在离开模具大约30～40厘米距离的位置开始衰减。在实践中，随着聚合物纤维55到达玻璃纤维的幕24，聚合物纤维路径的随机性增加。但是，为了成功的插入玻璃纤维或者使聚合物纤维进入玻璃纤维成为一体，以相对准直的状态，使聚合物纤维到达玻璃纤维幕处具有好处。通常，因为聚合物纤维中的大多数基本上与模具50的底部80正交，聚合物纤维在离开模具大约20厘米的位置依然对齐成阵列。
引导来自具有线性阵列排出孔85的聚合物模具的对齐聚合物纤维阵列的方向的结果之一是聚合物纤维阵列具有一般均匀分布的重量。如图5所示，当采用随意的方式收集纤维，使其通过由旋转纤化器产生的纤维幕时，由旋转纤化器产生的重量分布，是双钟形的曲线86，其中具有两个峰87。在另一方面，当通过随意的方式通过排成阵列的排出孔85收集纤维时，对于排成线性阵列的排出孔82，来自聚合物模具50的对齐的纤维阵列85的重量分布，基本上具有平缓的曲线88。一般来说，曲线88没有峰值，而且重量分布基本均匀。
在玻璃纤维幕的外侧定位设置聚合物模具的特征之一是，相当长的聚合物纤维与无机纤维形成整体，以便形成整体的物料坯。一般，在热固化之前，聚合物纤维的平均长度至少为一米，可能的纤维平均长度达到三米或更长。引导相当长和强度高的聚合物纤维进入主要由玻璃纤维构成的物料坯具有多个重要的优点。首先，在进一步加工步骤中，例如针刺加工，长的聚合物纤维有助于将物料坯握持成一体。能够不使用传统的粘结剂生产隔离产品。第二，具有长聚合物纤维的产品优点是大大增加机械和拉伸强度，因此使得隔离产品具有经过改善的可处理性能。例如，对于采用本发明的方法制造的无粘结剂墙体腔的隔离产品，可以从一端抓取。最后，聚合物纤维的重量比玻璃轻，在一定重量的基础上，具有比玻璃纤维增加的表面区域，由此改善了隔离材料的热和声学性能。而且，如果使用热固化步骤，长聚合物纤维潜在的优点是加热生成聚合材料的网状物，其能够有效地将玻璃纤维粘结在隔离产品中。这种产品具有需要的性能，例如足够的抗拉伸强度，和产品的整体性，其能够经受包装、输送和在工地安装等严酷环境。
如图7所示，模具50安装成能够调整。通过调整螺栓92可以将模具50固定到具有沟槽的支架90，由此可以使模具沿竖直方向，即Y轴方向移动，由箭头94表示。并且可以按箭头96表示进行节距调节。而且，开槽支架90通过移动螺栓98，能够沿由箭头102表示的水平方向移动，所述螺栓98被定位设置在沿水平方向，即X轴方向设置的支架100中。还有，根据需要，使用长螺栓92和间隔元件，能够使模具沿Z轴方向移动，以便模具50相对于开槽支架90沿着Z轴方向，能够改变位置，即，向图7中的纸面内外移动。这样能够容易地沿着X、Y、Z三个轴线方向和转动方向W改变模具50的位置。也可以采用其他调整装置。将聚合物纤维引入幕24中的高度和角度在某种程度上取决于使用的聚合物材料的熔融特征。来自比较高的熔融聚合物材料纤维可比较低的熔融聚合物材料的纤维进入幕的位置更高。
如图3所示，随着幕向下移动离开旋转器12，玻璃纤维的幕24向下汇聚或颈缩到比较小的直径。特别是，大致在吹风机所在水平区域，在初始位置106，玻璃纤维幕24具有初始直径Di，在初始位置106下方，幕汇聚到直径Dc，所述汇聚直径Dc小于初始幕直径Di。最好，聚合物纤维55直接进入幕，如果聚合物纤维不是全部进入幕，应该是大部分聚合物纤维，至少75％，在汇聚位置108，或者在稍微低于汇聚位置108的位置，即，汇聚位置下方50厘米内，进入幕与之相交。
与前面所述Bakhshi等人的专利中公开的同轴纤维成型方法相比较，聚合物纤维的成型与玻璃纤维成型分开进行，因此，聚合物纤维能够避开玻璃纤维成型加工时的热量。通过采用本发明的生产聚合物和玻璃纤维的方法，可以保证绝大部分的聚合物纤维，在聚合物和玻璃纤维的整体物料坯中保持其纤维特性。最好，至少大部分聚合物材料，即，大于50％，保持其纤维形式。最好，大部分聚合物材料，即至少75％，保持其纤维形式。
应当理解，在玻璃纤维汇聚在一起之前，为了成功地与玻璃纤维22相互混合，聚合物纤维55沿水平方向必须有足够的动量。否则聚合物纤维与玻璃纤维不能形成整体，或者所有的或绝大部分聚合物材料附着在汇聚的纤维产品的外侧或上侧。必须保持一种平衡，保证聚合物纤维对准得足够高，以良好穿透力进入玻璃纤维幕24，而且又不能过高，以致使聚合物纤维遇到足够的热量，这将导致大部分纤维熔化。保持大部分有机材料具有纤维形式是非常重要的。在理想条件下，基本上所有的聚合物材料将保持纤维形式。因此，需要进行成功的加工操作，在相当短暂的时间，和受控制的温度和动量条件下，加工聚合物纤维。
如图8所示，采用直接成型纤维收集系统，能够执行本发明的方法。如图所示，由旋转器12产生玻璃纤维的幕24。聚合物纤维模具50产生聚合物纤维的阵列，直接使聚合物纤维与玻璃纤维相接触，以便聚合物纤维与玻璃纤维形成整体。直接成型输送机118，其内容在国际专利申请中公开，其PCT申请号为＿＿，上述专利文件在本文中作为参考。所述直接成型输送机118具有孔，并且设有抽空气设备，以便从形成整体的玻璃和聚合物纤维中除去空气。通过汇聚直接成型输送机118，获得形成整体的玻璃纤维和聚合物纤维，并且作为直接成型的物料坯122，被汇聚在输送机120上。
直接成型的物料坯可以被输送通过产品成型炉124，在成型炉124中加热气体的温度范围是175～250℃，最好温度大约为204℃，吹送加热气体通过物料坯，使聚合物纤维55稍微软化，以便聚合物纤维与玻璃纤维粘结，从而形成具有良好的物料坯整体性能的隔离产品。最好，在产品成型过程中，物料坯122受垂直方向的压力作用，以便产品的厚度受到限制。应当注意，不能使聚合物纤维加热到这种程度，即，不能使大部分聚合物纤维熔化，否则聚合物将丧失纤维形式。保持大部分有机材料在纤维形式是非常重要的。紧跟着加热炉124设置的是冷却部分125，在所述冷却部分纤维产品被冷却，同时产品受垂直方向的压力作用。
可以得知，按照本发明的方法，对于产品成型需要的能量和环境条件基本上不同于常规的用于制造包括有机粘结剂的无机纤维隔离产品所需要的温度和环境条件。采用常规的粘结剂，由于它是含水的溶液，需要经常进行清洁加工设备。通过输送物料坯通过气体对流加热炉，必须使粘结剂固化，通常这种加热炉的长度是100英尺或更长。通过物料坯的加热空气温度大约为232℃，在某些时候，输送速度足以使最终的隔离产品性能降级。在粘结剂被加热到温度足以使粘合机固化之前，引入加热炉中的大部分能量被用来从含有水分的粘结剂中干燥水分。部分粘结剂材料不能保存在隔离物料坯中，其变为不需要的流出材料，这种流出材料必须在分解炉中焚化。相反，在本发明的加工方法中不向玻璃纤维加入含水的粘结剂。热固化加热炉仅仅需要热量，足以使聚合物纤维软化，并且使聚合物纤维与玻璃纤维粘结。不需要清除流出物。加热炉的长度比常规加热炉的长度短得多。应当考虑到，采用直接成型加工方法，执行本发明的热固化步骤，在热固化加工过程中需要的大部份热量是纤维成型加工过程中消耗的热量。还有，应当知道，采用加热板和产品模具，而不使用对流空气也可以进行热固化操作的。
在物料坯通过产品成型炉124和冷却部分125之后，优先选择纤维产品通过压缩封装设备126，其中采用了封装材料，例如聚乙烯材料的薄膜，其来自料卷128，并且将薄膜附着在物料坯122上。接着，采用切割装置130将物料坯122切割成为一定的长度，从而形成经过封装的网垫132。
实例一使得用于玻璃纤维的纤化器运转，采用标准的玻璃棉，供给量为750英镑／小时(341公斤／小时)。旋转器的直径为15英寸(38厘米)，具有15000个排出孔，以便制成的纤维具有直径大约7微米。旋转器的转动速度大约为2500转／分钟。聚合物模具被确定安装位置，使来自热熔融流动聚丙烯的5微米聚丙烯纤维进入玻璃纤维幕的汇聚位置。模具具有成排的聚合物排出孔，孔的密度为30个／英寸，大约12个／厘米，模具的总长度大约12英寸(30．5厘米)。模具的产量大约为每小时25磅(11．4kg／hr)。在成排聚合物排出孔的两侧为空气槽。聚合物排出孔的直径大约为20密耳(0．51／mm)。模具定位为相对于水平面的倾斜角度为25度，离开玻璃纤维的幕大约20厘米远，并且在旋转器下方50厘米位置处。计算聚合物纤维在离开模具20厘米远的位置处的速度是150米／秒。不添加有机粘结剂，但是要向玻璃纤维的幕喷射有机润滑剂，使得在最终产品重量中润滑剂含量大约为0．1％。几乎所有的聚合物纤维被收集在一起。
在直接成型加工过程，混合的玻璃纤维和聚合物纤维作为纤维物料坯被收集在一起。压缩封装加工步骤作为辅助加工工序。对于纤维物料坯的外观检查表示聚合物纤维一般完全分布在物料坯中，尽管没有全部均匀分布。大约聚合物材料的80％为纤维形式，有大约20％的聚合物材料被熔化。这种结果来自光学显微镜。可以相信，通过进一步改善上述加工条件，可以获得均匀分布的聚合物纤维，和纤维形式的聚合物纤维材料的数量。
实例二对于实例一中由玻璃纤维和聚合物纤维混合的纤维物料坯，除去封装材料，切割成为15．5英寸×4英尺(39．4厘米×122厘米)型，将其放入加热炉中，在压力条件下，使其厚度达到1英寸(2．54厘米)，加热温度204℃，时间45分钟，使聚合物纤维粘结玻璃纤维，由此使纤维隔离材料产品成型。在冷却加工期间，再使网垫受压力作用，经过45分钟。应当理解，压力加工的总时间，其1～1．5小时，这个时间比商业上生产线的时间要长，但这仅仅是为了做试验。隔离产品的结果是灼热损失大约2．5％，其中接近于0．1是润滑剂。在大部分长度上网垫具有良好的整体性能，在搬运期间，物料坯的整体性是纤维结合在一起的能力。这种隔离产品能够成功地安装墙体的腔中，其中没有任何粘结剂或封装材料的优点。
实例三对于实例一中由玻璃纤维和聚合物纤维混合的纤维物料坯，被切割成为试验样品12×12英寸，具有3．5英寸厚(30．5厘米×30．5厘米×8．9厘米)。样品的密度为0．7英磅／英尺3(11．2千克／米3)。平均玻璃纤维的直径是7微米。平均聚合物纤维直径是5微米。采用ASTM实验方法C－518测试样品，并且采用控制烘干箱确定样品的热传导性能。测试结果表示样品K值得到改善(减少)，与具有相同密度和纤维直径的全部玻璃纤维产品相比较，减少接近20K点的K值(从密度大约为0．6pcf(9．6千克／米3)时的0．32BTU－In(Hr．Ft2－°F)至大约0．303)。接着，燃尽聚合物纤维表明聚合物纤维构成样品重量的2．5％。
实例四重复实例一的加工过程，没有喷洒润滑剂的优点。不使用润滑剂，不可能使聚合物纤维成功的穿透玻璃纤维幕，收集的纤维状材料由玻璃棉物料坯和在物料坯上的一层聚合物纤维形成的网状物构成。由聚合物纤维构成的网状物粘结在玻璃棉纤维物料坯上。
在本发明的另一个实施例中，由定位于无机纤维幕中固定的聚合物纤维模具产生成排对齐的有机材料纤维阵列，有机材料纤维阵列直接与无机纤维相接触，以便使有机材料纤维与无机纤维形成一体。如图9所示，玻璃纤维的旋转器12由空心轴18转动，玻璃纤维22从旋转器中发散出，形成幕138。由环状吹风机140使玻璃纤维变细。在旋转器12向下方，在幕138中，定位设置固定的聚合物纤维模具142。最好，如上所述，采用熔喷加工方法，由聚合物纤维模具产生一排或多排对齐的聚合物纤维阵列144。如图10中清楚所示，由四个模具表面146构成聚合物纤维模具142的形状，以便形成聚合物纤维144组成的四个纤维阵列148。从挤压机或类似的设备(未图示)，通过固定的聚合物供给管线150，向模具142供给熔融的聚合物材料。同样，从合适的能量源(未图示)中，通过固定的热空气供给管线152，提供使聚合物纤维变细的热空气。固定的聚合物供气管线152和固定的热空气供给管线150被固定在转动的空心轴18中。最好，聚合物模具142被定位于旋转器12下方，以便聚合物材料保持纤维形式，而不产生降级或汽化。
为了保证玻璃纤维幕138不向内塌陷，并且由此冲击或接触聚合物模具142，采用非平面的吹风机确定吹风机140的形状具有好处。吹风机140不产生具有沿径向向内的喷射气流，其不同于大部分无机纤维纤化器中的吹风机，由此产生更扩张的幕138，其大于其他发生装置产生的幕。因为具有沿径向内比较短的面对边缘154，采用的吹风机是非平面的吹风机140。而且，还采用了位置比较低的第二吹风机，例如内部吹风机156来扩张幕138，由此防止幕塌陷或收缩。这种吹风机结构允许模具142的位置大大低于旋转器12的位置，例如其低于授予Bakhshi等人的美国专利中所述的聚合物纤维旋转器，其能够在物料坯中保持大部分聚合物材料的纤维形式。
在另一个实施例中，在纤维产品上形成聚合物纤维的表层，对其进行热处理，以便将聚合物纤维层转变为具有粘合聚合物网状物，以便提高产品的性能。这种表层将使得隔离产品的强度提高，并且提高其搬运性能，而不产生损坏。还有，可以对纤维物料坯进行成型加工，其中，在加热加压条件下，对于全部纤维物料坯或者物料坯的表面进行模制加工，以便形成各种隔离或结构产品。
通过上面对本发明的讨论可以看到，按照本发明的方法，将相当长和强度高的聚合物纤维引入相对短的玻璃纤维中，能够制成不同类型的隔离产品。本发明方法具有的能力和适用性，因此能够生产出经过改善的产品，这种产品具有比较好的重量分布和纤维分布，而不需要对聚合物纤维使用辅助分布和成网设备。而且，由于聚合物纤维的成型加工与玻璃纤维的成型加工相互分开，在聚合物纤维和玻璃纤维相互接触的表面，获得经过改善的控制特性，其中包括在聚合物纤维和玻璃纤维之间具有一定的缠结度，并且改善了纤维形式聚合物的含有量。在任何热固化加工步骤前，获得的物料坯具有经过改善的搬运和加工性能，因此在针刺加工过程中，其适合于制造生产。而且，如果对纤维状物料坯进行热固化加工，热固化炉可以使聚合物纤维软化，其软化程度足以使聚合物纤维与玻璃纤维相互粘结，而不引起聚合物纤维丧失其纤维性能。与现有技术中采用粘结剂生产隔离产品的方法相比较，这种热固化加工步骤获得的隔离产品大大降低了对能源和环境的清洁，降低了成本。
在上述优选实施例中描述了本发明操作方法的原理。但是，应当理解，在不脱离本发明范围的条件下，还可以提出许多与上述特殊实施例不相同的形式。
权利要求
1．一种形成有机纤维和无机纤维的整体物料坯的方法，其包括采用无机纤维的旋转器，使熔融的无机材料在离心力的作用下形成无机纤维；引导无机纤维形成向下移动的幕；采用模具产生一成排对齐的有机纤维阵列，使有机纤维与无机纤维相接触，从而使有机纤维与无机纤维形成整体；收集形成整体的无机纤维和有机纤维，形成纤维物料坯。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征是所述使纤维产生和引导步骤包括通过具有排出孔的模具，使熔融的有机材料分散，由来自模具的向外移动的气流使有机材料变细。
3．按照权利要求2所述的方法，其特征是在模具下游20厘米的位置，有机体纤维阵列的速度至少为50米／秒。
4．按照权利要求2所述的方法，其特征是在模具下游20厘米的位置，有机体纤维阵列的速度至少为100米／秒。
5．按照权利要求1所述的方法，其特征是所述产生和引导步骤包括，由模具产生多排对齐的有机纤维阵列，直接使各纤维阵列与无机纤维相接触，通过具有排出孔的模具，使熔融的有机材料分散，产生各成排对齐的有机纤维，由来自模具的向外移动的气流使有机材料变细。
6．按照权利要求1所述的方法，其特征是引导无机纤维的步骤包括，从围绕无机纤维的环形吹风机吹出空气，以便形成无机纤维的幕，所述无机纤维幕在吹风机所在的高度、在初始位置具有初始直径，在初始位置的下方，具有在汇聚位置，在所述汇聚位置的直径小于初始位置的直径，有机纤维直接进入幕中，从而使相当大的一部分有机纤维与幕在汇聚位置，或者在所述汇聚位置下方50厘米距离以内相交。
7．按照权利要求1所述的方法，其特征是所述产生和引导步骤包括，产生的有机纤维具有平均直径大约为4～25微米。
8．按照权利要求1所述的方法，其特征是加热纤维物料坯，使有机纤维软化到这种程度，即足以使有机纤维与无机纤维纤维粘结，与此同时，使大部分有机材料保持纤维形式。
9．按照权利要求8所述的方法，其特征是以这种方法执行加热步骤，足以保持绝大部分数量的有机材料具有纤维形式。
10．按照权利要求8所述的方法，其特征是在执行加热步骤的同时，使纤维物料坯受压力作用，这种方法还包括冷却物料坯，与此同时保持纤维物料坯受压力作用。
11．按照权利要求1所述的方法，其特征是所述产生和引导步骤包括，位于无机纤维幕中，从位置固定的有机纤维模具中，形成至少一个齐的有机纤维阵列，这种方法还包括在上述位置固定的有机纤维模具上方，在幕中的一个位置吹送气体，以便使幕膨胀。
12．一种形成有机纤维和无机纤维的整体物料坯的方法，其包括采用无机纤维的旋转器，使熔融的矿物材料在离心力的作用下形成无机纤维；借助环形吹风机，使无机纤维形成向下移动的幕，所述无机纤维的幕具有在吹风机所在高度的、在初始位置的初始直径，在初始位置的下方，具有汇聚位置，在所述汇聚位置的直径小于初始位置的直径；通过具有排出孔的模具，分散熔融的有机材料，产生一成排对齐的有机纤维阵列，使有机纤维与无机纤维相接触，从而使有机纤维与无机纤维形成整体，由来自模具的向外移动的气流使有机材料变细，使有机纤维直接进入所述幕，从而使相当大一部分有机纤维在汇聚位置，或者该汇聚位置下50厘米距离以内与幕相交；收集形成整体的无机纤维和有机纤维，形成纤维物料坯。
13．按照权利要求12所述的方法，其特征是在模具下游20厘米的位置，成排的有机体纤维阵列的速度至少为100米／秒。
14．按照权利要求13所述的方法，其特征是还包括加热纤维物料坯的步骤，与此同时，使纤维物料坯受压力作用，使有机纤维软化到这种程度，即足以使有机纤维与无机纤维粘结，与此同时，使大部分有机材料保持纤维形式，然后冷却物料坯，与此同时保持纤维物料坯受压力作用。
15．按照权利要求14所述的方法，其特征是以这种方法执行加热步骤，足以保持大部分数量的有机材料具有纤维形式。
全文摘要
一种将有机体纤维和无机纤维成型为一个整体的方法,其包括采用无机纤维的旋转器(12),使热熔融的矿物材料在离心力的作用下形成无机纤维(22),直接使无机纤维形成向下移动的幕(24),形成成排对齐的有机纤维阵列,直接使有机纤维(55)与无机纤维相接触,从而使有机纤维与无机纤维形成整体,收集形成整体的无机纤维和有机纤维,形成纤维物料坯(36)。
文档编号C03C25/12GK1279657SQ98811487
公开日2001年1月10日 申请日期1998年11月23日 优先权日1997年11月24日
发明者拉里·J·格兰特, 迈克尔·T·佩尔格兰, 杰伊·W·欣策, 曾青瑜 申请人:欧文斯科尔宁格公司