CN1171768A - 矿物纤维和有机纤维的交错缠结 - Google Patents

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Abstract

一种生产矿物纤维(16)的方法包括从一个或多个旋转的矿物纤维喷丝头(10)借助离心作用制成矿物纤维(16),形成一个或多个在收集表面(12)上方的向下移动的矿物纤维帐幔(22),使用一个或多个旋转有机纤维喷丝头(24)借助离心作用从熔融有机材料(32)制成有机纤维(34),形成一个或多个在收集表面上方的向下移动的有机纤维帐幔(38),矿物纤维帐幔(22)与有机纤维帐幔(38)基本共线,有机纤维帐幔(38)与矿物纤维帐幔(22)交错以结合有机材料和矿物纤维,在收集表面收集结合的有机材料和矿物纤维(44)。

Description

矿物纤维和有机纤维的交错缠结
本发明涉及矿物纤维产品，特别是向其施加有机物或聚合物的矿物纤维产品的生产。更具体来说，本发明涉及使用一种向矿物纤维施加聚合材料新方法制造矿物纤维产品。
矿物纤维产品，特别是玻璃纤维制成的产品一般是作为连续纤维或断续纤维生产的。为了防止纤维腐蚀，为了使矿物纤维相互连接以形成结构产品，以及为了矿物纤维与其它材料的相容性如加强纤维与塑料基体之间的相容性，向上述纤维施加各种有机涂层。在绝缘产品的情形中，矿物纤维是通过有机材料如苯酚/甲醛粘合剂粘合在一起以形成在包装过程中受压之后可复原的弹簧状基体。
有机材料向矿物纤维的施加可以采取若干种形式。例如在向连续纤维上胶的过程中，连续纤维可以运行经过一浴槽或横过一涂料器。也可以将有机材料喷在矿物纤维上。这种方法一般应用在绝缘产品的制造中，向下运行的矿物纤维圆筒形帐幔遇到苯酚/甲醛粘合剂的喷雾。苯酚/甲醛粘合剂一般含有尿素，在施加于玻璃纤维的水溶液中的未硬化状态具有约600的分子量。
现有技术中将含水有机粘合剂施在矿物纤维的圆筒形帐幔上的存在问题之一是，一部分粘合剂在粘合剂液滴和帐幔中的矿物纤维接触之前易于蒸发。蒸发的粘合剂材料变成工艺过程排出气流中的污染物。矿物纤维上的粘合剂材料也往往变粘，纤维收集装置需要广泛的清洗以防止可能落入产品并引起产品缺陷的玻璃纤维绝缘材料团的蓄积。
与向绝缘产品施加粘合剂相关联的另一个问题是，低分子量的苯酚/甲醛粘合剂材料并不具备其它较高分子量的聚合材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯或聚亚苯基硫醚(PPS)的某些合乎需要的特性。低分子量粘合材料的主要问题是需要硬化过程，这通常存在操作难题如硬化炉的资金和操作成本、处理污染成本问题、硬化程度问题及产品整体性问题。如果可将较高分子量的聚合物施加在矿物纤维上以生产绝缘产品，那么就可获得一些改进的特征和经济性。
最近研究出的将较高分子量的粘合剂施加在矿物纤维上以生产绝缘产品的方法包括使用两个共轴的旋转喷丝头，一个上部的喷丝头用于用熔融的玻璃制成玻璃纤维，一个下部共轴喷丝头用于制造有机材料纤维。玻璃纤维被导向形成一向下移动的圆筒形帐幔，有机纤维的喷丝头位于该帐幔之中。有机纤维被径向引导与玻璃纤维接触，有些有机纤维熔化而形成在玻璃纤维上的涂层或粘合剂。有些有机纤维保持其纤维形式。所得到的产品表现出用于绝缘和结构玻璃纤维产品的极好的造型性质。上述共制纤技术是1993年6月21日提交的美国专利申请第08/079,413号和1993年6月21提交的美国专利申请第08/078,909号的主题，这两个专利申请都被转让给本发明的受让人，这两个专利在本申请中都被引作参考文献。
上述共制纤工艺的问题是，共轴喷丝头的使用使玻璃制纤过程和有机制纤过程都只有窄小的操作窗口。包围玻璃纤维喷丝头的环境温度必须控制得适应有机材料的温度限制。在有机材料百分比较高时要比所用有机材料只有低的百分比时有机纤维质量变劣更为显著。更为有利的是采用一种工艺，使得在将纤维形式的或非纤维形式的有机材料与矿物纤维流或帐幔会聚时不要求使用共轴喷丝头。
现在已研究出一种制造矿物纤维产品的方法，它包括向矿物纤维流引导有机材料纤维而与矿物纤维缠结。矿物纤维从第一喷丝头如玻璃纤维喷丝头离心地喷出，而有机纤维是由第二喷丝头生产的，第二喷丝头是有机纤维喷丝头，其邻近于玻璃喷丝头，但不与其共轴。矿物纤维喷丝头和有机纤维喷丝头是共线放置的，放在机器方向上或放在与机器垂直的方向上。工艺效能是通过混合来自交替转动制纤机的矿物纤维和有机纤维实现的。上述效能之一是可以使用现有的矿物纤维和有机纤维制纤机。另一个优点是当喷丝头达到其使用寿命时其更换性能得到改善。另外，由于分开了矿物制纤和有机制纤，矿物制纤过制和有机制纤过程的操作窗口都可以被展开。本发明的另一个优点是来自交替式制丝机的不同材料的固有的分层性能可以制成不同分层的产品。
按照本发明，提供一种生产矿物纤维的方法，它包括从一个或多个旋转的矿物纤维喷丝头离心式喷出矿物纤维，形成一个或多个高于收集表面的向下移动的矿物纤维帐幔，从一个或多个旋转的有机纤维喷丝头离心式喷出有机纤维，形成一个或多个高于收集表面的向下移动的有机纤维帐幔，有机纤维帐幔沿收集表面的长度与矿物纤维帐幔交错，使有机纤维和矿物纤维相结合，在收集表面上收集结合的有机纤维和矿物纤维。有机纤维的帐幔和矿物纤维的帐幔沿收集表面的长度是基本对准的。
在本发明的一个具体实施例中，矿物纤维是玻璃纤维。
在本发明的一个实施例中，矿物纤维受离心作用导致在矿物纤维的帐幔中存在热气体，有机纤维被引导与矿物纤维接触，因而使一些有机纤维软化到丧失其纤维形式的程度并作为有机的、非纤维的颗粒连在矿物纤维上，而一些有机纤维保持其纤维的形式。
在本发明的一个推荐实施例中，有机材料是聚合物，最好是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯或聚亚苯基硫醚(PPS)。
在本发明的一个具体实施例中，使用三个喷丝头，即，一个有机纤维喷丝头和两个矿物纤维喷丝头，所有这三个喷丝头沿收集表面的长度是共线的。
在本发明的另一个实施例中，沿收集表面的长度，至少一个有机纤维喷丝头设置在所有矿物纤维喷丝头的下游。这可保证产品的顶层含有高百分比的有机材料。在进一步的制造步骤中，产品可以与一个加热表面如一个加热砑光辊接触，以便熔化或软化富含有机材料的表面，从而形成光滑的表面或表皮。
在本发明的另一个实施例中，至少一个有机喷丝头在一个与矿物纤维喷丝头的轴线不同的倾斜轴线上转动，倾斜轴线朝向矿物纤维帐幔，引导有机纤维与矿物纤维接触。
附图简要说明如下：
图1是用于按照本发明的方式生产矿物纤维的交错的玻璃纤维喷丝头和有机纤维喷丝头的示意侧视图；
图2是图1所示的两个喷丝头的示意剖视图；
图3是沿收集表面长度布置的聚合物纤维喷丝头和玻璃纤维喷丝头的示意平面图；
图4是本发明的垂直于收集表面长度布置的两个聚合物纤维喷丝头和一个玻璃纤维喷丝头的示意平面图；
图5是本发明的两个聚合物纤维喷丝头和一个玻璃纤维喷丝头的示意侧视图，两个聚合物纤维喷丝头具有朝向矿物纤维帐幔的倾斜轴线以便引导聚合物纤维与矿物纤维接触。
本发明是针对玻璃纤维成形操作进行描述的，但是本发明显然可适用于其它热软化的矿物材料如岩石、矿渣和玄武岩。
能够制纤的任何有机材料显然都可以供送至本发明使用的设备。优选的有机材料是聚合物。聚合物的特别有用的实例包括较高分子量的聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯或聚亚苯基硫醚(PPS)。其它适于制纤的有机材料包括尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、酰胺、树脂、各种聚烯烃、沥青和其它热塑性和热固性材料。
如图1和2所示，多个旋转的矿物纤维喷丝头如玻璃纤维喷丝头10在收集表面如输送器12上方布置。玻璃纤维喷丝头可以是任何用熔融玻璃离心形成玻璃纤维的装置。旋转式制纤机的实例在本专业中是公知的。熔融玻璃流14落向玻璃纤维喷丝头底部，熔融玻璃通过多孔的喷丝壁离心而形成玻璃纤维16。玻璃纤维喷丝头可由镍/钴/铬合金铸成，这是本专业公知的。玻璃纤维喷丝头可设有环形燃烧器18以利于制纤过程，不过，在某些玻璃纤维操作中，并不需要外部燃烧器。玻形鼓风机20也可用于使玻璃纤维向下而形成玻璃纤维和热气体的向下移动的柱，如玻璃纤维帐幔22。
多个旋转的有机纤维喷丝头如聚合物纤维喷丝头24也布置在输送器上方。这些喷丝头可类似于普通用来制造玻璃纤维的喷丝头，也可以由多个转动的聚合物分配装置如喷嘴26构成。喷嘴可设置在多条输送管道如管28的端部上。聚合物纤维喷丝头由主轴30转动，熔融有机材料如聚合物流32被送至聚合物纤维喷丝头。熔融聚合物材料通过管子送至喷嘴，借助离心作用形成聚合物纤维34。环形鼓风机可绕聚合物纤维喷丝头设置，使聚合物纤维形成聚合物纤维的向下移动的帐幔38。
如图1所示，熔融玻璃可通过熔融玻璃平炉40送至玻璃纤维喷丝头。熔融聚合物也可以通过任何适当的装置如熔融聚合物管道42送至聚合物纤维喷丝头。
玻璃纤维帐幔22和聚合物纤维帐幔38重叠，从而使玻璃纤维和聚合物纤维混合或结合。聚合物纤维可以是任何尺寸的，但最好直径在大约5.1μm至38.1μm之间。结合的玻璃纤维和聚合物纤维在输送器上收集成聚合物和玻璃纤维的结合物44。在其后的步骤中，玻璃纤维和聚合物的结合物44可用加热装置如加热砑光辊46处理以形成强固的产品，如模压板48，模压板可用作模制操作，如生产汽车顶棚衬层的玻璃纤维模制操作的输入原料。
如图1所示，玻璃纤维喷丝头10沿输送器的长度与聚合物纤维喷丝头共线。玻璃纤维帐幔22和聚合物纤维帐幔38交错以形成玻璃纤维和聚合物纤维之间的最大缠结。显然，术语“交错”也包括玻璃纤维喷丝头和聚合物纤维喷丝头的下述结构，即，两个玻璃纤维喷丝头之后跟随两个聚合物纤维喷丝头，这样玻璃纤维和聚合物纤维仍可以进行缠结。
热气体的加热可使一些聚合物纤维与帐幔接触而变软到它们失去纤维形状的程度并附着在矿物纤维上。由于玻璃纤维喷丝头在大约1700°F(927℃)的温度下工作，因而迅速使聚合物纤维被推至高温区，使聚合物纤维软化。在一定条件下，一些聚合物纤维熔化形成粘附在矿物纤维上的液滴或其它颗粒。其它聚合物纤维仍保持其纤维形状，结果在输送器上仍有聚合物纤维。所有聚合物纤维也可以熔化或变形，使其不再具有纤维形状。因此，在输送器上可收集的可以不是玻璃纤维和聚合物纤维，而是玻璃纤维和聚合物材料。
一些聚合物保持其纤维形状而其余部分聚合物则粘附在矿物纤维上的原因尚不得知。也许是由于一些聚合物纤维并未软化至使其失去纤维形状而变成更接近球形的形状的程度。或者也许是由于虽然所有聚合物都变软，但是只是其一部分在变软状态中与矿物纤维接触的缘故。
如图3所示，在本发明的一个具体实施例中，玻璃纤维喷丝头10设在两个聚合物喷丝头24之间，它们基本沿输送器的长度共线地对准。
如图4所示，在另一个实施例中，玻璃纤维喷丝头和两个聚合物喷丝头共线地对准，但是在与机器方向垂直即与收集表面长度垂直的方向上共线地对准。
如图5所示，有机纤维喷丝头可以倾斜地安装以增大玻璃纤维和聚合物纤维的缠结量。聚合物纤维喷丝头24a和24b分别在轴线50和52上转动，这两根轴线中的每根都与玻璃纤维喷丝头的轴线54不同且成一角度。由于轴线50和52倾斜而指向玻璃纤维帐幔22，因而促进了玻璃纤维和聚合物纤维的结合。
显然，在类似于图3至5所示的实施例中可以使用任意数目的聚合物喷丝头和玻璃纤维喷丝头。
显然可对本发明作各种修改变化而并不超出本发明的范围。
本发明可以用于制造玻璃纤维模制介质，其用于模制的纤维结构产品如汽车顶棚衬层和管的绝热层。

Claims (20)

1.一种用于生产矿物纤维的方法，包括：
a.从一个或多个旋转的矿物纤维喷丝头中借助离心作用制成矿物纤维，形成一个或多个在一收集表面上方的向下移动的矿物纤维帐幔；
b.使用一个或多个旋转的有机纤维喷丝头借助离心作用制成有机纤维，形成一个或多个在上述收集表面上方的向下移动的有机纤维帐幔，矿物纤维帐幔与有机纤维帐幔基本共线，有机纤维帐幔与矿物纤维帐幔交错以便结合有机材料和矿物纤维；以及
c.在收集表面上收集结合的有机材料和矿物纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：矿物纤维帐幔和有机纤维帐幔基本沿收集表面的长度对准。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：矿物纤维的离心作用在矿物纤维帐幔中形成热气体，该方法还包括引导有机纤维与矿物纤维接触，因而使一些有机纤维软化到失去其纤维形状并作为非纤维颗粒粘附在矿物纤维上的程度，而一些有机纤维保持其纤维形状。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机材料是聚合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在有机纤维帐幔中的有机纤维的直径在大约5.1μm至大约38.1μm的范围内。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括将至少一个有机纤维喷丝头沿收集表面的和度设置在所述矿物纤维喷丝头的下游。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：包括一个矿物纤维喷丝头和两个有机纤维喷丝头，所有三个喷丝头沿收集表面的长度是共线的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：至少一个有机纤维喷头是在一条不同于矿物纤维喷丝头旋转轴线的倾斜轴线上转动的，所述倾斜轴线指向矿物纤维帐幔以引导有机纤维与矿物纤维接触。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：至少一个有机纤维喷丝头在与矿物纤维喷丝头转动轴线不同的倾斜轴线上转动，该倾斜轴线指向矿物纤维帐幔，引导有机纤维与矿物纤维接触。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括用加热砑光辊压缩所述结合的有机材料和矿物纤维。
11.一种用于生产玻璃纤维的方法，包括：
a.从一个或多个旋转的玻璃纤维喷丝头借助离心作用制成玻璃纤维，形成一个或多个在一收集表面上方的向下移动的玻璃纤维帐幔；
b.从一个或多个旋转的有机纤维喷丝头借助离心作用制成有机纤维，形成一个或多个在上述收集表面上方的向下移动的有机纤维帐幔，所述有机纤维帐幔与玻璃纤维帐幔交错以结合有机材料和玻璃纤维；以及
c.在上述收集表面上收集结合的有机材料和玻璃纤维。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：玻璃纤维帐幔和有机纤维帐幔基本沿收集表面对准。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：玻璃纤维的离心作用导致在玻璃纤维帐幔内存在热气体，所述方法还包括引导有机纤维与玻璃纤维帐幔接触，因而一些有机纤维软化至失去其纤维形状并作为有机的非纤维颗粒粘附在玻璃纤维上，而一些有机纤维保持其纤维形状。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述有机材料是聚合物。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在有机纤维帐幔中的有机纤维的直径在大约5.1μm至38.1μm的范围内。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：其特征在于：包括将至少一个有机纤维喷丝头沿收集表面的长度布置在所有玻璃纤维喷丝头的下游。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：包括一个矿物纤维喷丝头和两个有机纤维喷丝头，所有这三个喷丝头沿收集表面的长度共线对准。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：两个有机纤维喷丝头中的至少一个是在一个与玻璃纤维喷丝头的转动轴线不同的倾斜轴线上转动，该倾斜轴线指向玻璃纤维帐幔，引导有机纤维与玻璃纤维接触。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：至少一个有机纤维喷丝头是在一个与玻璃纤维喷丝头之一的转动轴线不同的倾斜轴线上转动，该倾斜轴线指向玻璃纤维帐幔，引导有机纤维与玻璃纤维接触。
20.一种用于生产玻璃纤维的方法，包括：
a.从一个或多个旋转的玻璃纤维喷丝头借助离心作用制成玻璃纤维，形成一个或多个在收集表面上方的向下移动的玻璃纤维帐幔，玻璃纤维帐幔基本沿收集表面的长度对准，玻璃纤维的离心作用导致在玻璃纤维帐幔中存在热气体；
b.从一个或多个旋转的有机纤维喷丝头借助离心作用制成有机纤维，形成一个或多个在收集表面上方的向下移动的有机纤维帐幔，有机纤维帐幔基本沿收集表面的长度对准，有机纤维帐幔沿收集表面的长度与玻璃纤维帐幔交错以结合有机纤维和玻璃纤维；
c.引导有机纤维与玻璃纤维帐幔接触，使一些有机纤维变软至失去其纤维形状并作为有机非纤维颗粒粘附在玻璃纤维上的程度，而一些有机纤维保持其纤维形状；以及
d.在收集表面上收集结合的有机材料和玻璃纤维。
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