由試驗(yàn)觀察及測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)棉成形作以下分析:離心噴吹法制造玻璃棉時(shí),熔體細(xì)流由離心器壁甩出以后,立即進(jìn)入燃?xì)饬髦?,高溫高速的燃?xì)饬鳎瑢⒛芰總鬟f給熔體流股,增大了表面能的熔體流股以毫秒一米的速度迅速牽伸為4~8微米的纖維。根據(jù)試驗(yàn)玻璃的粘度特性及其所在的溫度范圍,可以把熔體在這種條件下的牽伸變形過(guò)程分成三個(gè)階段進(jìn)行分析:
階段:熔體離開(kāi)離心器小孔,水平運(yùn)動(dòng),這一段也可以稱為絲根區(qū)。
第二階段:熔體流改變方向以后,受到氣流的牽伸,直至其粘度達(dá)到107泊以后,拉伸過(guò)程終止,這也可稱為高速變形區(qū)。
第三階段:固體化的纖維,向下運(yùn)動(dòng),粘度繼續(xù)增大,直至達(dá)到脆性固體狀纖維。
在階段,由于離心器運(yùn)轉(zhuǎn)給予熔體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能,使離開(kāi)離心器孔的熔體,繼續(xù)維持水平運(yùn)動(dòng),直至與噴吹燃?xì)饬飨嘤?,在燃?xì)饬鲃?dòng)壓作用下,改變運(yùn)動(dòng)方向。
在測(cè)定條件下,這段距離在2-7.4毫米范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)表明,在離心器下沿,燃?xì)饬魉俣纫呀?jīng)衰減,所以熔體流水平移動(dòng)距離加長(zhǎng)。
比較不同條件下拍攝的照片,可以知道玻璃液流覺(jué)相同,燃?xì)饬鳒囟?、速度不同時(shí)這個(gè)距離的數(shù)值不同。
在第二階段,是纖維成形的關(guān)鍵階段。在這個(gè)階段的區(qū)間內(nèi),攜帶較高能量的燃?xì)饬髋c熔體流相遇以后,進(jìn)行能量交換,熔體溫度升高,粘度降低到103~104泊范圍,在與氣流的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,得到牽伸。
由于燃?xì)饬鲗?duì)熔體流股的加熱作用,會(huì)造成流股徑向的內(nèi)外溫差,并由此產(chǎn)生粘度差,又由于作用于流股表面的牽伸力的作用,使這種牽伸在很大程度上變成各層間平行滑移,我們知道,使玻璃流動(dòng)的活化能、高溫?cái)?shù)值小千低溫?cái)?shù)值,所以這個(gè)溫度差也導(dǎo)致層間滑移的速度差,而且,外層速度較大。
由此也可以看出,具有不同粘度特性的玻璃,即使給以同樣的牽伸外力,也不會(huì)得到同樣的牽伸效果。
沿纖維軸向的牽伸,則由于位移后溫度的下降而粘度加大,使?fàn)可旒铀俣瘸蔀樨?fù)值,這樣的牽伸過(guò)程,直至達(dá)到熔體軟化溫度107泊為止,試驗(yàn)玻璃這個(gè)溫度為687℃。
在這個(gè)區(qū)域內(nèi),由于火焰對(duì)流股加熱的不均勻性,造成了纖維長(zhǎng)度上的密度差和速度差以及纖維表面結(jié)構(gòu)上的差異,這就造成了纖維固化后的彎曲和隱藏下來(lái)的缺陷,并導(dǎo)致以后纖維強(qiáng)度的降低。
棉纖維的牽伸過(guò)程與機(jī)械拉絲不同,是有自由端的牽伸,由于牽伸的速度取決于外力作用,而在棉牽伸過(guò)程中,由于斷裂和方向的改變,使作用的外力不是恒定的。在成形過(guò)程中,熔體細(xì)流的脈動(dòng)和牽伸力的變化是造成吹制纖維長(zhǎng)度方向上直徑不均勻的主要因素。
根據(jù)以上分析及氣體動(dòng)力學(xué)原理,我們提出了提高局部溫度和增加輔助氣流等強(qiáng)化纖維化過(guò)程、提高纖維質(zhì)量的辦法。
在纖維成形的第三階段,玻璃熔體粘度達(dá)到107泊以上,直至達(dá)到脆性固體。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的前一段,彎曲了的纖維還未達(dá)到脆性固化狀態(tài),所以,在這個(gè)區(qū)域內(nèi)收集到的棉纖維,還可以隨接收物的形狀而定形。隨著位置的下移,在誘導(dǎo)氣流影響下,氣流的溫度、速度繼續(xù)下降,直至纖維*固化定形。在沉降室的上口,中心部位高溫度為345℃,外側(cè)為75℃,在這個(gè)溫度下,離心玻璃棉纖維*固化定形了。
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