Zakaj je v procesu vlečenja steklenih vlaken v rezervoarski peči koren vlakna ključno za nastanek steklenih vlaken?

Osnovni principi oblikovanja vlaken

 

V procesu vlečenja vlaken v rezervoarski peči staljeno steklo pod hidrostatičnim tlakom teče v kapljicah iz natančne šobe na dnu pregrade iz platinske zlitine. Visokohitrostni-stroj za vlečenje, ki je nameščen neposredno pod šobo, se vrti s konstantno visoko hitrostjo in na padajočo stekleno kapljico deluje z močno raztezno silo. Ključ do tega procesa je v območju dinamičnega ravnovesja, ki nastane na izstopu iz kapljic-koren vlakna:

 

1. Oblikovanje korenin vlaken:

Pod izstopom iz šobe dosežeta površinska napetost staljenega stekla (ki poskuša ohraniti sferično obliko kapljice) in raztezna sila vlečenega stroja (ki poskuša raztegniti kapljico) dinamično ravnovesje. To povzroči, da staljeno steklo na izhodu iz šobe oblikuje edinstveno območje-v obliki polmeseca. Premer tega območja se postopoma zožuje od izhoda šobe.

 

2. Linija za oblikovanje vlaken:

Razdalja od izhoda šobe do trenutka, ko se staljeno steklo raztegne in strdi ter premer vlakna doseže svojo končno točko-več-spreminjanja, se imenuje linija oblikovanja vlaken. Prostor, ki zajema to linijo, je cona tvorbe vlaken. Znotraj tega območja se staljeno steklo dramatično spremeni v viskoznost in se iz viskozne tekočine strdi v trdna vlakna.

 

3. Črta za risanje vlaken:

To se nanaša na skupno razdaljo od izstopne odprtine šobe do točke navijanja vlaken na vlečenem stroju. To razdaljo je mogoče ročno nastaviti glede na zahteve procesa (kot so potrebe po hlajenju in delovni prostor) in je običajno veliko daljša od dejanske dolžine linije za oblikovanje vlaken.

Stabilnost korena vlakna in linije za oblikovanje vlaken je odločilen dejavnik pri proizvodnji visoko{0}}kakovostnih steklenih vlaken, ki neposredno vpliva na:

 

◉ Enakomernost premera vlaken

◉ Stopnja lomljenja

◉ Proizvodna učinkovitost in stroški

 

Ključni procesni parametri, ki vplivajo na stabilnost oblikovanja:

* Raven tekočine: določa hidrostatični tlak staljenega stekla na šobi, ki vpliva na hitrost iztoka in začetno morfologijo korenine vlaken.

* Temperatura zaklopa: Natančen nadzor viskoznosti staljenega stekla je temeljnega pomena za doseganje ustreznih nateznih lastnosti.

* Hitrost vlečenja: neposredno določa velikost vlečne sile in končni premer vlakna.

* Lastnosti staljenega stekla: Kemična sestava določa njegove viskoznost-temperaturne značilnosti, površinsko napetost, nagnjenost k kristalizaciji itd.

* Pogoji hlajenja: Vplivajo na temperaturni gradient in hitrost strjevanja v območju korenine vlaken, kar je ključno za stabilnost in učinkovitost vlaken.

* Razmerje vlečenja: razmerje med premerom odprtine šobe in končnim premerom vlaken, ki odraža stopnjo vlečenja.

 

Nadzor pretoka zraka: Vpliva na porazdelitev temperaturnega polja in učinkovitost hlajenja v območju korenine vlakna.

 

Oprema in postavitev postopka vlečenja vlaken v bazenski peči

 

Doseganje stabilnega in učinkovitega oblikovanja vlaken je odvisno od niza procesnih naprav, ki so natančno razporejene navpično (od zgoraj navzdol):

 

1. Vreteno:

Vsebuje in uravnava temperaturo staljenega stekla ter nadzoruje pretok staljenega stekla skozi dulec.

 

2. Hladilnik korenin vlaken:

Nahaja se neposredno pod vretenom, blizu predela korena vlakna. Običajno uporablja zračno hlajenje (viso-zračna zavesa) ali vodno hlajenje (posredno) za hitro in nadzorovano prisilno-ohlajanje visoko-temperaturnih korenin viskoznih vlaken, kar pospešuje strjevanje in oblikovanje staljenega stekla. Je ključni del opreme za stabilizacijo korenin vlaken.

 

3. Razpršilec surovih vlaken:

Ko se vlakno najprej strdi, nanj razprši vodno meglico ali zrak za dodatno hlajenje.

 

4. Olje za monofilamente:

Preden so monofilamenti povezani v neobdelane filamente, se na površino vsakega monofilamenta enakomerno nanese vlažilno sredstvo (sredstvo za povezovanje, mazivo, sredstvo za spajanje itd.). Sredstvo za lepljenje ima ključno vlogo pri zaščiti vlaken, njihovem povezovanju v pramene in njihovem povezovanju z naslednjimi kompozitnimi materiali.

 

5. Združevalec:

Zagotavljanje, da so monofilamenti, ki tečejo iz različnih šob, prostorsko ločeni, kar preprečuje, da bi se zlepili ali trčili.

 

6. Sestavljalec:

Nežno povezovanje več naoljenih in povezanih monofilamentov (običajno na desetine do tisoče) v neprekinjen filament.

 

7. Počasen-vlečni valj:

Nahaja se pod veznikom in rahlo napne filament v snop, kar mu omogoča nemoten prehod v območje visoko-hitrostnega risalnega stroja.

 

8. Difuzor pretoka zraka:

Nahaja se nad vstopno odprtino risalnega stroja in razpršuje ali usmerja zračni tok ter preprečuje, da bi turbulenca, ki jo ustvarja-hitro vrteča se glava risalnega stroja, motila stabilno delovanje vlaken zgoraj.

 

9. Risalni stroj:

Močno jedro oblikovalnega sistema. Njegova -vrtljiva glava z visoko hitrostjo (navijalna glava) ustvarja močno vlečno silo, razteza staljeno steklo v vlakna in navija strjeno filament v bobin (prejo). Črta položaja procesa oblikovanja se nanaša na relativno navpično in vodoravno razporeditev zgoraj omenjenih ključnih naprav (predvsem šablone, oljnika, povezovalca, navijalnega kolesa risalnega stroja in glave). Ta zasnova postavitve neposredno vpliva na pot vlakna, porazdelitev napetosti in učinek hlajenja.

 

Eno-plastna postavitev: vse operacije oblikovanja (od šablone do navijanja) so v bistvu dokončane na isti delovni ravnini. Struktura je razmeroma preprosta, vendar je delovni prostor lahko omejen.

 

Dvo-slojna postavitev: proces je razdeljen na zgornje in spodnje delovno območje (običajno pri vlečnih linijah velikih rezervoarskih peči). Zgornje območje: običajno vključuje šablono, hladilnik vlaken, razpršilec, olje za združevanje in povezovalnik za visoko-temperaturno oblikovanje in predhodno obdelavo.

 

Spodnja cona: vključuje predvsem počasni-vlečni valj, difuzor zračnega toka in vlečeni stroj za navijanje vlaken. Ta postavitev optimizira izrabo prostora, izboljša delovno okolje (zlasti izolacijo visoko-temperaturnega območja) in olajša avtomatizacijo.

 

Povzetek

Oblikovanje steklenih vlaken je umetnost natančnega uravnoteženja površinske napetosti in mehanske natezne sile pri visokih temperaturah. Razumevanje mehanizma tvorbe in stabilizacije "korenin vlaken" je jedro obvladovanja procesa. Z natančnim nadzorom ključnih parametrov, kot so nivo tekočine, temperatura, hitrost in hlajenje, ter z uporabo natančnega sistema naprav, ki ga sestavljajo odbojna plošča, hladilnik, olje, povezovalnik in vlečni mehanizem, skupaj z razumno zasnovo "linije položaja procesa oblikovanja", je mogoče viskozno staljeno steklo učinkovito in stabilno pretvoriti v visoko-zmogljiva neprekinjena steklena vlakna.