专利名称:纤维层构件的制作方法
本发明涉及到纤维层构件。具体说，本发明的纤维层构件是用纤维细丝缠绕成环形圆筒做成的，其用途是用来消除气流中的悬浮微粒，本发明也涉及到纤维层构件的制造和使用，整个构件的填料密度均匀且使用纤维最少。
多年来，纤维层烟雾消除器都是靠把不规则排列的纤维填充在由两层同轴屏壁组成的环形圆筒中制成的。这样，想获得均匀的填充密度是很困难的。因此，为改善这种不均匀填充密度，必须把这种构件做得相当粗，以避免产生气体沟道作用和低效率。由于有较高的压力差跨在附加纤维上，故向纤维层附加纤维导致制造费和操作费上升。
为提高填充密度的均匀性，制造了人造纤维粗丝。玻璃纤维粗丝的重量一般是每米100克左右。粗丝填充在由两层同轴屏壁组成的环形套筒内，这种情况在美国4244100号专利中示出。换句话说，粗丝缠绕在一个屏壁的外表面，然后绕着这个缠绕了粗丝的外表面再固定一个同轴屏壁。
人们已经发现，即使这种构造也不能产生完全均匀的填充密度。由于通常粗丝是圆形的，所以纤维不规则的排列使得在两层粗丝之间形成沟道。虽然两根圆形粗丝可以贴近，但他们只能沿其外部表面的一小部分一个纤维挨着一个纤维地排列。在整个纤维层中这些沟道的分布是不均匀的，因此，纤维层不可能有完全均匀的填充密度。尽管粗丝可代替无规则填充的纤维，但它使用的纤维层要比为了补偿相邻粗丝的沟道所用的纤维层厚。
本发明的一个目的是提供有更均匀填充密度的纤维层构件。
进一步说，本发明的目的是提供一个由许多基本平行放置的人造纤维细丝组成的环形圆筒纤维层构件。
本发明的另一个目的是提供制造纤维层构件的方法，该方法把许多基本平行的人造纤维细丝绕成层状。
图1和图2所示为采用已有技术粗丝绕成的纤维层构件的剖面图。
图3所示为细丝的剖面图。
图4所示为采用本发明的许多平行细丝绕成的纤维层构件的一部分。
现在参看图1，图1所示为纤维层构件10的剖面图。该纤维层是用已有技术的粗丝12绕制成的，图中的粗丝12的断片可比作多层平行圆柱体，每一层与其前一层有个相对角度。因此，不难看出在相邻的粗丝12的断片之间和各层粗丝12中间会形成沟道14。虽然可以缠绕足够多层的粗丝来提供一个有效纤维层构件10，但是沟道14仍然在纤维层的无纤维处出现。沟道14在整个纤维层中不是随机分布的，因此，纤维层不具有完全均匀的填充密度。当该纤维层用玻璃纤维绕时，粗丝的重量通常是每米将近100克。
再看图2，图中示出了已有技术纤维层构件10。图中粗丝12的两个相邻层16和18是缠绕在一个圆柱状芯棒或屏壁20上的情况。
图3是细丝30的截面图。图中细丝30在一个平面内彼此邻接放置，构成带状物32，用于绕制纤维层构件。细丝30彼此邻接且基本平行。制造时是用细丝30缠绕，且可彼此交叉。然而，细丝基本平行和贴近，避免在制成的带状物32上形成隙缝或孔洞。
再看图4，这是本发明的纤维层构件40，其中突出地表示出细丝30构成的带状物。纤维层是由一批基本平行的细丝构成，这种细丝的直径比图1表示的已有技术中粗丝的直径小得多。采用普通的圆形细丝30并不能消除由粗丝12邻层部分所产生的那种沟道14，然而，沟道的大小决定于纤维层的密度和填料。细丝30的直径比粗丝12小得多，使得原来一根粗丝所占的容积要用许多细丝才能填满。这就把原来粗丝间的一个沟道分成相邻细丝间的许多小沟道。这种方式的沟道分割使得纤维层内任何部位的无纤维空隙减小，提高了这种无纤维空隙在整个纤维层中随机分布的程度，使纤维填充密度更均匀。此点很重要，因为该纤维层构件使用时是用来吸收悬浮微粒的。细丝用人造纤维做成，当使用玻璃纤维时，重量为每米0.1克到50.0克，而已有技术的粗丝重量为每米约100克，其直径比本发明采用的细丝也大得多。
这种细丝可用各种材料的纤维制作，例如，聚合物材料中的尼龙和聚酯，金属中的不锈钢和钛，陶瓷材料和玻璃等。唯一的要求是组成细丝的这种纤维不要太硬和太脆，要能够做成细丝。细丝必须是自支撑的，能保持其形状并足够柔软，以便绕成圆环形，构成纤维层。如果用玻璃制造这种纤维，其平均直径应为5至30微米左右，建议使用的平均直径为5至15微米左右。运用这种建议的平均直径的玻璃纤维，其细丝重量将为每米约0.1至50.0克。
细丝30由人造纤维组成。这些长发型纤维能够缠在一起。在制做时每个细丝都单个地扭曲，因此，在某根细丝中的各个纤维均是方向不同的。
本发明纤维层构件40通常有一个由屏壁42形成的芯。一个纤维层围绕该圆柱形屏壁形成一个环形圆筒。该纤维层由多个纤维层构成。每个纤维层都由基本平行的一批普通纤维的细丝30组成。线状细丝30聚集在一起，彼此基本上平行，形成带状物32，32围绕圆柱形屏壁芯42构成螺旋形的细丝层。每一细丝层与径向的相邻层都不平行;但是，把径向的相邻层做成彼此平行，也不违反本发明的宗旨。若使用玻璃纤维，纤维的平均直径约5至30微米，建议采用的平均直径约5至15微米，而细纱重量约每米0.1至50.0克。纤维层厚度约0.6至8厘米。第二个圆柱形屏壁(图上未画出)可以套在该纤维层外面，以容纳该纤维层，并在加工该纤维层时起保护作用。第二个圆柱形屏壁与构成纤维层构件芯的圆柱形屏壁同轴。
纤维层构件的另一种结构可提供上述的纤维层，但没有屏壁芯，或没有套在该纤维层外表面的第二个屏壁。这种纤维层构件有一个圆柱形芯，围绕着这个圆柱形芯组成一个环形圆筒纤维层。绕完环形圆筒纤维层后，把圆柱形芯从纤维层中抽掉。如果纤维用对密度和紧度加以适当选择的细丝缠绕，则纤维层构件即可自支撑成形，圆柱形芯即可抽除。同样，套在纤维层外表面的圆柱形屏壁也可去掉。
本发明的纤维层构件的制造方法是用一个圆柱形芯并在圆柱形芯外面缠绕一批人造纤维细丝，形成具有环形圆筒的纤维层。圆柱形芯必须钻孔，使气流能够通过。然而，构件的实际构造不太重要。虽然制造本发明纤维层构件所用的芯通常定为圆柱形，但这种形状即不被要求，也不必要。术语圆柱形芯或圆柱形屏壁，其意思也包括了其他形状，如三棱柱形、四棱柱形等。这些形状的芯也要形成纤维层构件所需的中空形。圆柱形芯可做成一个圆柱形屏壁，一个穿孔的金属板或上述情况中的任何东西。用多条细丝聚集成带状物，并以螺旋形缠绕在圆柱形芯的外面就形成绕着该圆柱形芯的各个层。在缠绕时细丝基本上平行，因此它们形成一个平整的带，后者绕着圆柱形芯绕成螺旋形。在缠绕时，细丝的带状物形成螺旋形，其中每沿轴芯绕一周都与邻接的带状物的下一部分拉开距离。在制造过程中每个细丝都单个地扭曲，而在它的散开期间再次被扭曲，因此，细丝中的纤维和细丝本身彼此定向均不相同。在沿圆柱形芯外面缠绕时，细丝可以彼此交叉，但仍然足够张紧以保持细丝与细丝的充分接触。因为在制造纤维层时只有少数细丝可彼此交叉，所以可认为细丝基本平行，而不是完全平行。一批基本平行的细丝大约包含4至60根细丝，它们被同时使用。细丝围绕中心圆柱屏壁或圆柱芯以带状缠绕，形成多层细丝以构成一个纤维层。每一细丝层与相邻层最好不平行。然而，如果相邻层细丝彼此平行，纤维层将可同样有效地使用。第二个圆柱形屏壁可放在纤维层的外表面上。
纤维层构件是按照本发明构思做出的。一个圆柱形屏壁用做内芯。该屏壁的丝彼此间隔约3.8厘米，而从大约0.5至10.0厘米范围内的其他间隔也可随意选用。如果要保持必要的气流量，应当做一穿孔金属片。做一个24根细丝的带状物并按螺旋式绕在圆柱体屏壁上。细丝由人造纤维做成，细丝直径约在7至11微米之间，细丝重量约为每米0.77克。细丝层加到纤维层上直到层的厚度达到约2.8至3.8厘米为止。纤维层的密度为0.15～0.25克/厘米3，而层的空隙度为85～99%。另一种纤维层构件不用24根细丝，而用36根细丝组成的带状物制造出来，也是在圆柱屏壁上绕成螺旋形。对每个纤维层构件来说，都在外面再放置一个环形圆筒屏壁。对若干纤维构件进行了试验，当适当气流通过纤维层构件时，从其进口喷射彩色显示剂，在每种状况下，纤维层构件都有效地从气流中消除了彩色显示剂，使彩色显示剂未能通过构件，不在出口出现。由气流携带的彩色剂通过纤维层构件的中心，是沿垂直向下方向排泄掉的，而不是沿水平方向通过纤维层构件。
可以相信，把各个细丝看成是排泄通路、排泄管或吸绳，就可以解释本发明纤维层构件的效能。就已有技术的粗丝来说，被收集的悬浮微粒的排泄似乎是在粗丝的中心。这样，这种粗丝占有相当大的空间而只为被收集的悬浮微粒提供一条排泄通路，这条通路沿着粗丝中的中心纤维的表面展开。可以确信，比粗丝直径小得多的细丝作为单个的排气通路增强了构件的功能。每个比粗丝细得多的细丝都起到一条独立排泄通路的作用，它能增强纤维层内的排泄作用。每条细丝为被收集的悬浮微粒提供一个通路。因此，比粗丝多得多的细丝比以前用的粗丝增加了纤维层在垂直方向的排泄作用。纤维层构件在垂直方向增加了排泄悬浮微粒的能力、减少了通过纤维层悬浮微粒通路，也减小了从纤维层构件出口平面把悬浮微粒以雾沫状重新夹带走的情况。
权利要求
1.一种纤维层构件，其组成是一个组成环形圆筒的纤维层，上述纤维层由基本上平行的一批人造纤维细丝组成，细丝重量每米约0.1至50.0克，上述基本平行的细丝在上述纤维层中组成若干层。
2.按照权利要求
1规定的纤维层构件中，是在上述纤维层中间还有一个圆柱形屏壁，该纤维层构件是由在上述圆柱形屏壁上缠绕一批上述基本平行的细丝构成的。
3.按照权利要求
2规定的纤维层构件中，上述一批基本平行的细丝包含约4至60根细丝，它们同时缠绕在上述圆柱形屏壁上。
4.按照利利要求1规定的纤维层构件中，上述细丝的直径约为7至11微米。
5.按照权利要求
1规定的纤维层构件中，每个上述的细丝层与相邻的上述各细丝层都是不平行的。
6.一种从气流中消除悬浮微粒的方法包括以下步骤提供一个环形同筒纤维层构件，该构件包含有一批基本平行的人造纤维细丝。细丝的重量约为每米0.1至50.0克，而其直径约为7至11微米，上述的一批基本平行的细丝组成了上述纤维层内的各层;并且，使上述气体通过纤维层构件，从而在上述纤维层构件内收集上述的悬浮微粒。
7.一种纤维层构件的组成为一个圆柱形屏壁，一批人造纤维细丝组成一个环形圆筒纤维层，上述细丝的直径约为7至11微米，重量约为每米0.1至50.0克。上述细丝组成上述纤维层内的各层;此处还有围绕上述纤维层套上的第二个圆柱形屏壁。
8.按照权利要求
7规定的纤维层构件中，上述每个细丝层都不平行于相邻的各个细丝层。
9.一种制造纤维层构件的方法所包含的步骤是提供一个圆柱形内芯;在上述圆柱形内芯上缠绕一批人造纤维细丝，从而组成一个环形圆筒纤维层，上述细丝的重量约为每米0.1至50.0克，上述细丝组成上述纤维层内的各层;并且，从上述环形圆筒纤维层中抽掉上述圆柱形内芯，从而提供一个自支撑的纤维层构件。
专利摘要
本发明是由环形圆筒纤维层制成的纤维层构件。纤维层是由基本平行的人造纤维细丝绕制成，细丝的重量约为每米0.1至50.0克。
文档编号B01D46/02GK85105668SQ85105668
公开日1987年1月28日 申请日期1985年7月26日
发明者B·M·科卡达斯, W·R·托恩 申请人:孟山都公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan