Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
РАЗДЕЛ I
ТЕХНОЛОГИЯ СТЕКЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА 25
Глава 1. Стекло и его физико-химические свойства 25
Стеклообразное состояние и структура стекла 25
Химический состав стекол для стеклянного волокна 27
Свойства стекол в жидком состоянии 28
Свойства стекол в твердом состоянии 32
Глава 2. Приготовление шихты 36
Сырьевые материалы 36
Основные материалы 36
Вспомогательные материалы 38
Хранение сырьевых материалов 40
Обработка сырьевых материалов 40
Контроль сырьевых материалов 45
Расчет шихты 45
Взвешивание сырьевых материалов . 49
Смешение, контроль и хранение шихты 50
Глава 3. Технология варки стекла 51
Физико-химические процессы при варке стекла 51
Варка стекла 54
Конструкции стекловаренных печей, материалы для их кладки и топливо для обогрева、 57
Конструкции стекловаренных печей 57
Материалы для кладки стекловаренных печей 62
Топливо для обогрева стекловаренных печей 64
Ремонт и обслуживание стекловаренных печей 65
Контрольно-измерительная аппаратура и средства автоматизации
Для регулирования параметров процесса варки стекла 69
Глава 4. Производство стеклянных шариков 72
Выработка стеклянных шариков 72
Прессование стеклянных шариков 72
Механизированная выработка стеклянных шариков 73
Сортировка и калибровка стеклянных шариков 77
Основные виды пороков стеклянных шариков 79
Методы определения качества стеклянных шариков 80
Основные технико-экономические показатели производства стеклянных шариков 83
РАЗДЕЛ 11
ПРОИЗВОДСТВО НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА . •84
Глава 5. Механизм процесса формования непрерывного стеклянного волокна 84
Течение стекломассы через фильеру 84
Утонение стекломассы в зоне формования 92
Стабильность процесса формования волокна 100
Глава 6. Влияние процесса формования на некоторые свойства стеклянного волокна и нити 102
Глава 7. Влияние физико-химических свойств стекла на процесс формования непрерывного стеклянного волокна 112
Глава 8. Технологический процесс получения непрерывного стеклянного волокна 118
Плавление стекла и подготовка его к формованию в стеклоплавильном сосуде 118
Охлаждение стекломассы в подфильернойзоне 128
Производительность установок для выработки волокна и влияние на нее технологических параметров 135
Влияние колебаний технологических параметров на процесс формования волокна и качество нити 141
Контроль производства стеклянной нити 148
Глава 9. Оборудование для производства непрерывного стеклянного волокна 149
Электропечь . . . 152
Система загрузки стеклянных шариков 155
Система подачи и нанесения замасливателя 156
Электрооборудование СПА и цеха электропечей 160
Наматывающий аппарат для вытягивания волокна и получения паковки 166
Техника безопасности в цехах электропечей 175
Глава 10. Замасливатели для стеклянного волокна 177
Текстильные замасливатели 179
Характеристика компонентов текстильных замасливателей . .179
Приготовление замасливателя «парафиновая эмульсия» . . . .180
Прямые замасливатели 180
Характеристика компонентов прямых замасливателей . . . .184
Приготовление прямых замасливателей 187
Оборудование для приготовления замасливателей 192
Гигиена труда и техника безопасности при работе с прямыми замасл ивателями
РАЗДЕЛ III
ТЕКСТИЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ...
Глава 11. Технологические свойства стеклянного волокна
Глава 12. Размотка, кручение и трощение стеклянных нитей ...
Общие сведения о кручении и намотке стеклянной нити
Размотка и первое кручение стеклянных нитей
Размоточно-крутильная машина РКС-83
Технологический расчет размоточно-крутильных машин РКС・
•83 и РКС-83-1
Трощение и второе кручение
Тростильно-крутильные машины ТКС-88, УТКС-76 и ТКС-132 ....
Технологический расчет тростильно-крутильных машин ТКС-88,
УТК&76, ТКС-132
Качество продукции и основные виды брака крученой стеклянной нити
Глава 13. Перематывание стеклянных нитей
Бобинажно-перемоточная машина для перематывания стеклянных нитей Характеристика, схемы и детали машины Расчет производительности бобинажно-перемоточной машины
Пороки и отходы при перематывании стеклянных нитей
Глава 14. Подготовка уточной нити к ткачеству на уточно-мотальном автомате
Уточно-мотальный автомат УА-300-С1
Пороки и отходы при перематывании уточных стеклянных нитей .
Глава 15. Снование основных стеклянных нитей
Расчет технологических параметров снования
Сновальная машина СЛ-140-Х со шпулярником Ш-400-С
Сновальный барабан и его тормоз
Механизм пуска и останова машины
Механизм автоматического перемещения машины
Сновальная машина СЛ-140-ШЛ2
Производительность ленточных сновальных машин
Пороки и отходы при сновании
Глава 16. Пробирание основных стеклянных нитей
Глава 17* Ткачество стеклянной нити
Стеклянная ткань и ее образование на ткацком станке Челночные ткацкие станки для выработки стеклянной ткани ...
Привод
Основный тормоз
Товарный регулятор
Зевообразовательный механизм
Боевой механизм
Батанный механизмБатанный механизмПредохранительные механизмы
Батанный механизм
Батанный механизм
Механизм автоматической смены шпуль
9 о 32 3 32 2 29 о 32 3 32 2 2432432671133443344444422222222671133443344444422222222Рапирный ткацкий станок «Уанмак» типа SB Производительность ткацкого станка .... Отходы при ткачестве Контроль качества стеклянной ткани ...
9 о 3
2 3 3
2 2 2
9 о 3
2 3 3
2 2 2
4
3
2
4
3
2
67113344
33444444
22222222
67113344
33444444
22222222
Г лГ лГ лГ ла в а 18.а в а 19.Нетканые ческимиа в а 18.а в а 19.Нетканые ческимиТканая стеклянная лента и технология ее изготовления , Нетканые материалы из стеклянного волокна стекловолокнистые материалы, получаемые физико-хими- способами Тканая стеклянная лента и технология ее изготовления , Нетканые материалы из стеклянного волокна стекловолокнистые материалы, получаемые физико-хими- способами Нс；"ХСтеКЛ0ВМ°КНИСТЫе матерналм, п°Лу；ем1； механн^кнмНс；"ХСтеКЛ0ВМ°КНИСТЫе матерналм, п°Лу；ем1； механн^кнм269273274269273274Глава 20. Методы физико-механических испытаний текстильных изде-лий из стеклянного волокна
Г л
Г л
Г л
Г л
а в а 18.
а в а 19.
Нетканые ческими
а в а 18.
а в а 19.
Нетканые ческими
Тканая стеклянная лента и технология ее изготовления , Нетканые материалы из стеклянного волокна стекловолокнистые материалы, получаемые физико-хими- способами
Тканая стеклянная лента и технология ее изготовления , Нетканые материалы из стеклянного волокна стекловолокнистые материалы, получаемые физико-хими- способами
Нс；"ХСтеКЛ0ВМ°КНИСТЫе матерналм, п°Лу；ем1； механн^кнм
Нс；"ХСтеКЛ0ВМ°КНИСТЫе матерналм, п°Лу；ем1； механн^кнм
269
273
274
269
273
274
293293Определение Определение Определение Определение Определение Определение Определение удаляемых
293
293
Определение ■..
Определение разрывной нагрузки
Определение изгибоустойчивости нитей и тканей .. с старения текстильных материалов
диаметра стеклянного волокна толщины нити, пряжи и жгута круткн нити и пряжи массы тканей, лент и нетканых материалов плотности тканых материалов толщины тканых и нетканых материалов содержания веществ (замасливателя, шлихты, аппрета), при прокаливании содержания влаги ..,диаметра стеклянного волокна толщины нити, пряжи и жгута круткн нити и пряжи массы тканей, лент и нетканых материалов плотности тканых материалов толщины тканых и нетканых материалов содержания веществ (замасливателя, шлихты, аппрета), при прокаливании содержания влаги ..,Оценка Притожение Приложение ЛитератураОценка Притожение Приложение Литература29629829930030030030130130]30230530630830931029629829930030030030130130]3023053063083093102 ..・一
диаметра стеклянного волокна толщины нити, пряжи и жгута круткн нити и пряжи массы тканей, лент и нетканых материалов плотности тканых материалов толщины тканых и нетканых материалов содержания веществ (замасливателя, шлихты, аппрета), при прокаливании содержания влаги ..,
диаметра стеклянного волокна толщины нити, пряжи и жгута круткн нити и пряжи массы тканей, лент и нетканых материалов плотности тканых материалов толщины тканых и нетканых материалов содержания веществ (замасливателя, шлихты, аппрета), при прокаливании содержания влаги ..,
Оценка Притожение Приложение Литература
Оценка Притожение Приложение Литература
296
298
299
300
300
300
301
301
30]
302
305
306
308
309
310
296
298
299
300
300
300
301
301
30]
302
305
306
308
309
310
ПРЕДИСЛОВИЕ
Способность стекломассы растягиваться в тонкие длинные волокна известна людям очень давно. Украшения из стеклянного волокна обнаружены при археологических раскопках древних захоронений (до нашей эры) в различных частях земного шара, в том числе и на территории нашей страны.
В IX веке н. э. цветные стеклянные нити научились применять для декорирования сортовой стеклянной посуды (Италия). В России в середине XIX века из стек- ЛЯ1ННОП0 волокна 1изготавл：йвались различные украшения, но мода на них из-за ворсистости волокон была недолгой.
В Советском Союзе основы технологии непрерывного стеклянного волокна созданы в конце тридцатых годов работами лаборатории стеклянного волокна Государственного института стекла. Впоследствии (в 1946 г.) эта лаборатория была преобразована во Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна (ВНИИСВ). В 1963 г. он стал именоваться Всесоюзным научно-исследовательским институтом стеклопластиков и стеклянного волокна (ВНИИСПВ); в лабораториях и опытных производствах этого института продолжается совершенствование технологии стеклянного волокна.
Промышленное производство непрерывного стеклянного волокна впервые организовано в Советском Союзе в 1942 г. на Гусевском заводе стеклянного волокна. Этот завод стал кузницей кадров новой, быстро развивающей- ■ся отрасли промышленности. Изделия на основе стек-
лянного волокна занимают важное место в обеспечении технического прогресса нашей страны.
После выхода в свет первой в СССР книги по технологии стеклянного волокна ■—《Непрерывное стеклянное волокно*》——прошло 10 лет. За этот период существенно' усовершенствована технология получения стеклянного волокна и расширились представления о процессах, протекающих при его производстве. Все это нашло отражение в предлагаемой читателю книге.
Предисловие, введение, главы 5—9 написаны М. Д. Ходаковским, главы 1, 3 — 3. В. Житкевичем, 2, 4 — Ю. И. Колесовым, 10 — Н. Я- Войцехович, 11, 12 — С. В. Кондратенковой и В. П. Бардушкиной, 13——18—— Н. И. Горелкиной, 19 ——Э. И. Бадаловой, 20 ——Л. С. Островской.
«Хими5>ет?965.1В320 с.ТеКЛЯИНОе В0Л0КН0' Под Ре足 Черняка М. Г. М..
ВВЕДЕНИЕ
КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН ПО ВИДАМ ИЗДЕЛИЙ
Стеклянным называют химическое неорганическое волокно, изготовленное различными способами из расплавленного стекла.
Стеклянное волокно обладает редким сочетанием свойств —— высокой прочностью на изгиб, растяжение 履 сжатие, негорючестью, температуроустойчивостью, нижой гигроскопичностью, стойкостью к химическому и биологическому воздействию, сравнительно низкой плотностью. Из него изготавливают материалы с отличными электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Стеклянное волокно способно пропускать свет, обладает полупроводниковыми свойствами, прозрачно для радиоволн и поглощйет рентгеновские и более коротковолновые лучи.
На основе стекловолокнистых материалов изготавливают тысячи pa3vTH4Hbix видов изделий, которые не только заменяют с высокой эффективностью традиционные материалы (натуральные и искусственные волокна, лучшие марки стали и цветные металлы, строительные материалы и т. д.), но и имеют самостоятельное значение и области применения.
Изделия из стеклянного волокна
Различают два вида стеклянных волокон: непрерывное, состоящее из упорядоченно расположенных одиночных волокон большой длины (сотни и тысячи метров), ^и штапельное, состоящее из коротких отрезков (до 50 см) одиночных волокон (штапелек). По внешнему виду непрерывное стеклянное волокно напоминает натуральный шелк или нити из искусственных волокон, а штапельное —— хлопок или шерсть. Из непрерывного волокна получают однонаправленные волокна, тканые материалы, нетканые материалы и волоконные световоды.
Однонаправленное стеклянное волокно представляет собой короткие пряди волокон или нитей, срезанных с бобин. Длина однонаправленного волокна зависит от периметра бобины или барабана, на который оно наматывается. Однонаправленное волокно с бобин имеет диаметр 6—10 мкм и длину до 0,8 м; волокна, сре-
9
занные с барабана,— диаметр 12——25 мкм и длину до 2,5 м. Из более тонких волокон получают теплоизоляционные материалы, фильтры, а также наполнители для стеклопластиков, из утолщенных однонаправленных волокон ——вату, маты, шрошивные и не- прошивные полосы, маты, покрытые стеклотканью, сепараторные пластины.
Области применения однонаправленных волокон, как, впрочем, и других изделий из стеклянного волокна, в значительной степени зависят от их химического состава. '
Тканые материалы получают в результате текстильной переработки стеклянного волокна: размотки нити с бобин с первичной круткой, трощения нитей и вторичной их крутки и ткачества. Таким способом получают ткапп, сетки, ленты, колпаки и другие текстильные изделия. На ткацких станках можно перерабатывать пекрученые нити в комбинации с кручеными и без них (жгутовые ткани). Для обмотки проводов, прошивки холстов применяют крученые нити.
Стеклянное волокно для текстильной переработки должно иметь диаметр 3——14 мкм. Волокна большего диаметра характеризуются пониженной прочностью на изгиб и чаще ломаются при текстиль- ной переработке, что затрудняет обслуживание оборудования и .снижает качество текстильных материалов.
.^етканые материалы из непрерывного стеклянного волокна. К -Шм относят жгуты, холсты из рубленых и непрерывных нитей, ленты из склеенных нитей, стекловолокнистые анизотропные материалы.
Жгут представляет собой прядь, состоящую из большого числа ст&клянных нитей.
Холсты ——рулонные нетканые материалы. В жестких холстах хаотически расположенные нити или обрезки нитей скреплены смолами, в мягкнк холстах ——механической прошивкой.
При упорядоченной намотке или протяжке нитей или жгутов с одновременным нанесением связующего получают анизотропные материалы, свойства которых различны в разных направлениях. Эти материалы могут быть как рулонными ——при непрерывном способе производства, так и листовыми ——при периодическом. Стеклянные волокна, используемые для нетканых материалов, имеют диаметр до 20 мкм.
Волоконные световоды, изготовленные из оптических волокон, обладают свойством передавать световую энергию. Светопроводящие непрерывные волокна имеют наружную оболочку с низким коэффициентом преломления и световедущую жилу с более высоким показателем преломления. Прохождение света по стеклянному волокну происходит при полном внутреннем отражении, что обеспечивает прохождение света по жиле с небольшими потерями. Пучок оптических волокон называется световодом для передачи изображения, если торцы плотно уложенных волокон на обоих концах световода строго идентичны. Если же световоды предназначе- 10
Hbi только для передачи света, достаточно плотно уложить волокна на торцах, и нет необходимости в регулярной и одинаковой их укладке на торцах световода.
Изделия из штапельного стеклянного волокна
Из штапельного стеклянного волокна вырабатывают изделия, в которых используются волокна различного диаметра п длины (длинноволокнистые и коротковолокнистые).
В зависимости от диаметра различают следующие виды шта
пельного волокна:
Диаметр
Наименование штапельного волокнаволокна,
мкм.
Микроволокно <0,5
Ультратонкое 0,5—1,0
Супертонкое 1—3
Тонкое 3—11
Утолщенное 11—20
Грубое >20
Изделия из коротковолокнистых штапельных волокон. К ним относят вату, рулонные материалы, маты, плиты н скорлупы. Все эти изделия состоят из хаотически перепутанных стеклянных волокон. Волокно, осажденное вместе с синтетическими материалами на .конвейерной ленте, после обработки принимает вид непрерывного ковра толщиной 20——100 мм, а на конвейере с фасонной лентой получаются различного вида скорлупы с профильной выемкой по оси.
Рулонный материал представляет собой длинный кусок ковра, свернутый в рулон, маты и плиты ——уплотненный ковер, разрезанный на прямоугольные пластины, гибкие маты ——это неуплотненный ковер. Маты в ряде случаев простэгивают нитями из непрерывного -стеклянного волокна, при этом толщина их может быть уменьшена до 5 мм； плиты покрывают с одной или обеих сторон стеклянной тканью.
Изделия из длинноволокнистых штапельных волокон. К ним относят холсты, сепараторные пластины, бумагу. Эти материалы отличаются малой толщиной (0,5——1,5 мм), они могут быть свернуты в рулоны или нарезаны на пластины. Для повышения механической прочности эти изделия могут быть армированы нитями из непрерывного стеклянного волокна.
Из длинноволокнистых штапельных волокон получают (так же как и из шерсти) штапельную крученую пряжу, ровницу, а при последующей текстильной переработке ——штапельные ткани, сетки, ленты.
Свойства изделий из штапельного стеклянного волокна в значительной степени зависят от диаметра волокна, состава срекла и вида связующего материала.
КЛАССИФИКАЦИЯ стеклянных волоконПО СПОСОБАМ ПРОИЗВОДСТВА
Способы выработки стеклянного волокна классифицируют, исходя из двух основных пр|Инципов его формования: 1) утонения струйки стекломассы и превращения ее в непрерывное волокно и 2) разделения и расчленения струи расплавленного стекла при одновременном вытягивании коротких волокон.
Волокно из струйки стекломассы вытягивается механическим путем или с помощью воздуха или пара. Каждый из этих способов может быть одностадийным или двухстадийным. При двухстадийном процессе стеклянное волокно вырабатывается из стеклоплавильных сосудов или печей, питаемых стеклянными шариками, штабиками или эрклезом; при одностадийном процессе — из стекловаренных печей, питаемых шихтой.
Для механического вытягивания волокна используют барабаны, съемные бобины, вытяжные валки, колеса или прядильные голов-ки, для вытягивания воздухом или паром ——дутьевые головки.
Способы разделения струи расплавленного стекла условно делят на три группы: способы раздува, центробежные и комбинированные. К первой группе относятся способы вертикального и горизонтального раздува паром, воздухом или горячими газами (ВРП, ВРВ, ГРП); ко второй ——центробежный горизонтальный (дисковый) и центробежный вертикальный (многовалковый); к третьей ——способ получения ультра- и супертонкого волокна (РПВ), способ центрифугально-дутьевой (ЦФД) и центробежнодутьевой (ЦД). Ниже приводятся схемы установок для получения непрерывного и штапельного стеклянных волокон.
Схема агрегата СПА-Зс для получения непрерывного стеклянного волокна двухстадийным способом показана на рис. 1. Стеклянные шарики из бункера / автоматически подаются в стеклоплавильный сосуд 3 н расплавляются в нем. Стекломасса, вытекающая из фильер, растягивается в волокна при помощи наматывающего механизма 7. Стеклянные волокна формируются в нить в замасливающем устройстве 4 и наматываются с большой скоростью на съемную бобину 6. Этим способом получают волокна текстильного назначения диаметром 3——14 мкм.
Двухстадийный способ применяется также для получения шта- пелированной пряжи (рис. 2). При этом волокна 2, получаемые из стеклоплавильного сосуда /, не соединяются в комплексную нить, а вытягиваются параллельно, смачиваются замасливателем и наматываются на вращающуюся конусную головку прядильной машины 4. С торца конусной головки вюлокна сходят в виде штапе- лированной пряжи, повторно замасливаются и наматываются на бумажные гильзы крестовой намоткой. Штапелированная пряжа
Рис. 1. Схема агрегата СПА-Зс для ^получения непрерывного стеклянного волокна двухстадийным способом.
1 - бункер; 2 —дозирующее устройство： 3 一 стеклоул^艺J^＞：£ ,о^У±； ：Q凿: масливающее устройство; 5 — механизм раскладки, 6 ——бобин ‘‘
нающий механизм； 8 — электродвигатель.
диаметром 8——12 мкм толщиной 200■диаметром 8——12 мкм толщиной 200■вырабатывается из волокон
диаметром 8——12 мкм толщиной 200■
диаметром 8——12 мкм толщиной 200■
660 текс.
Схема установки для получения волокна одностадийным способом показана на рис. 3. В ванную стекловаренную печь / загружают шихту в смеси со стеклянным боем. Сваренная стекломасса поступает в фидер 2, в дне которого размещены заборные
Рис. 2, Схема установки для получения штапелированной пряжи:
/ — стеклоплавильный сосуд; 2 ——волокно； 3 ——замасливающее устройство; 4 — прядильная машина; 5 — емкость с замаслнвателем; 6 — устройство для вторичного замасливания пряжн； 7 — гйльза для пряжи.
Рис. 3. Схема установки для получения волокна одностадийным способом:
/ — стекловаренная печь; 2 — фидер; 3 — струйная трубка； 4 — фильерный питатель； 5 — ни- тесбориик； 6 — ннть; 7 — валковое устройство； 3 — раскладчик； 9 — конвейер； 10 — слои нитей; Н ——сушильная камера; 12 — стеклянный холст.
устройства ——струйные трубки 3, подводящие стекломассу к фильерным питателям 4. Стекломасса вытекает из фильер, растягивается в волокна, которые собираются в нитесборнике 5, образуя 14
нить 6. Нити вытягиваются валковым устройством 7, валки которого вращаются навстречу друг другу. Далее с помощью раскладчика 8 (эжекторного типа) нить раскладывается на движущейся сетке конвейера 9. Слои нитей 10, толщина которых определяется производительностью сосуда и скоростью движения ленты конвейера, пропитываются клеящим составом и поступают на другой конвейер с сушильной камерой. После сушки получают стеклянный холст 12, который используется в качестве армирующего материала для стеклопластиков.
Рис. 5. Схема установки для получения штапельного стеклянного волокна способами вертикального вытягивания и раздува:/ — ванная печь; 2 — фидер; 3 — фильерный питатель; 4 — дутьевые головки; 5 —камера осаждения; 6 — форсунки для подачи связующего； 7 — отсосная камера； 8 — приемио-фор- мирующий конвейер.Рис. 5. Схема установки для получения штапельного стеклянного волокна способами вертикального вытягивания и раздува:/ — ванная печь; 2 — фидер; 3 — фильерный питатель; 4 — дутьевые головки; 5 —камера осаждения; 6 — форсунки для подачи связующего； 7 — отсосная камера； 8 — приемио-фор- мирующий конвейер.п с
Рис. 5. Схема установки для получения штапельного стеклянного волокна способами вертикального вытягивания и раздува:
/ — ванная печь; 2 — фидер; 3 — фильерный питатель; 4 — дутьевые головки; 5 —камера осаждения; 6 — форсунки для подачи связующего； 7 — отсосная камера； 8 — приемио-фор- мирующий конвейер.
Рис. 5. Схема установки для получения штапельного стеклянного волокна способами вертикального вытягивания и раздува:
/ — ванная печь; 2 — фидер; 3 — фильерный питатель; 4 — дутьевые головки; 5 —камера осаждения; 6 — форсунки для подачи связующего； 7 — отсосная камера； 8 — приемио-фор- мирующий конвейер.
Рис. 4. Схема штабикового способа получения непрерывного стеклянного волокна:
1 — стеклянный штабик； 2 ——газовая горелка； 3 — замасливающее устройство; 4 — волокно; 5 — наматывающий барабан; 6 — направляющийметалличе
ский лист; 7 — капля стекла.
Одностадийным способом получают волокна диаметром 9—— 20 мкм. При замене вытяжных валков наматывающими аппаратами на этой же установке можно получать стеклянное волокно текстильного назначения.
Штабиковый способ получения непрерывного стеклянного волокна (рис. 4). Стеклянные штабики / закреплены по 100 и более штук в кассеты, вместе с которыми они автоматически подаются к нагревателям. Концы штабиков расплавляются в пламени газовой горелки 2 или в электрическом нагревателе. Расплавленная стекломасса, как и при фильерном способе, растягивается в волокно. В зависимости от расположения штаби,ков различают горизонтальное или вертикальное вытягивание. Волокна формируются в нить на замасливающем устройстве, наматываются на бобину или барабан, снимаются с него и используются для дальнейшей переработки. Этим способом изготавливаются волокна диаметром
8—25 мкм. Недостатком штабикового способа по сравнению с фильерными (одно- и двухстадийным) является более низкая производительность труда и оборудования.
Получение стеклянного шпона из непрерывного стеклянного волокна. Электропечь со стеклоплавильным сосудом монтируется на передвижной каретке, которая перемещается параллельно оси наматывающего аппарата. Аппарат имеет барабан диаметром 1 и длиной 3 м. При одновременном вращении барабана и перемещении печи происходит вытягивание и послойно-крестовая намотка волокна на барабан. Перед намоткой волокна покрывают через пульверизатор полимерным связующим. После намотки на барабан требуемого числа слоев волокна получается цилиндрическая заготовка, которую разрезают по образующей и снимают с барабана в виде плоского листа (шпона).
Для производства штапельного стеклянного волокна применяют главным образом способы вертикального вытягивания, вертикального раздува перегретым паром или воздухом, центрифугально-фильерно-дутьевой способ, а также способы раздува грубых волокон горячими газами.
Схема установки для получения штапельного стеклянного во- покна способами вертикального вытягивания и раздува (рис. 5). Сваренная в ванной печи / стекломасса поступает в фидер 2, в дне которого установлены фильерные питатели 3. Вытекающие из фильер струи стекломассы диаметром 2——3 мм раздуваются паром или воздухом, поступающим из дутьевых головок 4. Полученные волокна попадают в камеру осаждения 5, в которой на них наносится с помощью форсунок 6 связующее, и оседают на ленте при- емно-формующего конвейера 8. Дальнейшая обработка волокна может включать сушку, отверждение связующего, подклейку стеклянной ткани, уплотнение и резку слоя стеклянного волокна.
Конструкция фильер, технологические параметры работы фильерного питателя и энергоносителя при обоих способах существенно различны.
Схема получения штапельного волокна центрифугально-фильерно-дутьевым способом (рис. 6). Стекломасса из стекловаренной печи поступает в питатели, установленные в дне фидера. Струя стекломассы из питателя попадает в центрифугальную чашу. Под действием центробежных сил стекломасса продавливается через фильеры в боковых стенках чаши и вытягивается в тонкие вязкие струйки. Поток раскаленных газов омывает чашу снаружи, обогревая ее, и дополнительно растягивает стеклянные волокна. Осаждение волокон на конвейере, сушка, резка и другие стадии получения штапельного стеклянного волокна такие же, как для способа вытягивания и раздува.
Схема получения ультра- и супертонкого штапельного волокна. Процесс получения УТВ и СТВ — двухстадийный (рис. 7); он основан на раздуве первичных непрерывных стеклянных волокон потоком раскаленных газов. Из электропечи /, питаемой стеклян- 16
НЫМИ шариками, вращающимися валиками 5 вытягиваются волокна диаметром 100—200 мкм и подаются в поток раскаленных газов 6, выходящих из сопел камеры сгорания 7 с большой скоростью. Под действием высокой температуры и кинетической энергии газового потока происходит расплавление и расчленение волокон на отдельные элементы, которые вытягивается в тончайшие волокна. Эти волокна уносятся газами в диффузор и оседают на движущейся сетке приемного конвейера. Получающийся холстик сматывается в рулон. При изготовлении
Рис. 7. Схема получения ультра- и супертонкого штапельного волокна:Рис. 7. Схема получения ультра- и супертонкого штапельного волокна:рис. 6. Схема получения штапельно-го волокна центрифугально-фильерно-дутьевым способом:/ ——фидер; 2 — питатель; 3 — струя стекломассы; 4 — шпиндель; 5 — камеры сгорания; 6 — центрифугальная чаша; 7 — во- ' локна.рис. 6. Схема получения штапельно-го волокна центрифугально-фильерно-дутьевым способом:/ ——фидер; 2 — питатель; 3 — струя стекломассы; 4 — шпиндель; 5 — камеры сгорания; 6 — центрифугальная чаша; 7 — во- ' локна./ — электропечь; 2 — стекломасса; 3 —фильера; 4 — грубое волокно; 5 一 вращаю-щиеся валики; 6 — поток газов； 7 — камерасгорания./ — электропечь; 2 — стекломасса; 3 —фильера; 4 — грубое волокно; 5 一 вращаю-щиеся валики; 6 — поток газов； 7 — камерасгорания.
Рис. 7. Схема получения ультра- и супертонкого штапельного волокна:
Рис. 7. Схема получения ультра- и супертонкого штапельного волокна:
рис. 6. Схема получения штапельно-го волокна центрифугально-фильерно-дутьевым способом:
/ ——фидер; 2 — питатель; 3 — струя стекломассы; 4 — шпиндель; 5 — камеры сгорания; 6 — центрифугальная чаша; 7 — во- ' локна.
рис. 6. Схема получения штапельно-го волокна центрифугально-фильерно-дутьевым способом:
/ ——фидер; 2 — питатель; 3 — струя стекломассы; 4 — шпиндель; 5 — камеры сгорания; 6 — центрифугальная чаша; 7 — во- ' локна.
/ — электропечь; 2 — стекломасса; 3 —фильера; 4 — грубое волокно; 5 一 вращаю-щиеся валики; 6 — поток газов； 7 — камерасгорания.
/ — электропечь; 2 — стекломасса; 3 —фильера; 4 — грубое волокно; 5 一 вращаю-щиеся валики; 6 — поток газов； 7 — камерасгорания.
матов ультра- и супертонкое волокно, покрытое связующим, подвергают термической обработке в камере сушки и отверждения, а затем маты оклеивают алюминиевой фольгой или синтетической пленкой.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Изделия, вырабатываемые заводами стеклянного волокна, находят самостоятельное применение: фильтровальные и декоративные ткани, световоды, звуке- и теплоизоляционные мате- риалы. Но чаще всего эта продукция является полуфабрикатом (который используется или перерабатывается другими предприятиями для получения готовых изделий): нити для обмотки проводов, наполнители стеклопластиков различного назначения, ткани с полупроводниковыми свойствами, температуроустойчивые изделия и т. д.
Электроизоляционные материалы из стеклянного волокна. В качестве электроизоляционных материалов из стеклянного волокна применяются нити, штапелированная пряжа, ленты, ткани и сетки. По электроизоляционным и механическим свойствам они превосходят все материалы из органических волокон и могут применяться в условиях повышенной влажности и при высокой температуре.
Для обмотки проводников различной толщины применяются волокна диаметром от 3 до 10 мкм из алюмоборосиликатного стекла с содержанием щелочей менее 0,5%. Стеклянные крученые нити из волокна диаметром 3,0 мкм используют для получения надежной изоляции проводников диаметром 0,1 мм при толщине изоляции не более 0,05 мм.
Штапелированная стеклянная пряжа успешно конкурирует с асбестовым шнуром. Электроизоляционные стеклянные сетки и ткани предназначаются главным образом для изготовления текстолитов, лакотканей, микаленты.
Использование стекловолокнистой изоляции в электромашиностроении дает возможность повысить сро.к службы двигателей в 5—6 раз, уменьшить габариты машин на 25—40% и сократить расход цветных металлов. Особенно эффективным оказалось применение монтажных проводов и машин с обмотками, изолированными стекловолокнистыми материалами, в угольных шахтах, на химических заводах, в доменных и мартеновских цехах, в двигателях врубовых машин, тепловозах, электровозах, гидро- и тепло- турбинах.
В качестве высокотемпературоустойчивой изоляции (до 1200℃ в условиях длительной эксплуатации и до 2000 ℃ при кратковременном воздействии высокой температуры) применяются крученые нити и ленты из кварцевого стекла.
Фильтровальные стекловолокнистые материалы. Фильтроваль- ные материалы из стеклянного волокна выпускаются в виде фильтровальных тканей и сеток, ваты, однонаправленного волок- на, холстов и матов. Они отличаются стойкостью к действию агрессивных жидкостей и газов в широком интервале температур.
Химическая стойкость фильтровальных тканей зависит от состава стекла, а также от химического состава замасливателя и аппретов.
Д^я фильтрации нейтралышх агрессивных газов и жидко- стей, а также расплавов легкоплавких металлов и сплавов при температурах от —200 до 300—350℃ и кратковременно до 700 ℃ применяются материалы из алюмоборосиликатного стекла. Для фильтрации горячих кислых растворов и газов применяют материалы из кварцевого волокна. Продолжительность службы фильтровальных материалов зависит от характера и величины механических воздействий при их эксплуатации.
Фильтровальные стеклянные ткани широко применяют для фильтрации промышленных и топочных газов при температуре до 350 ℃ и более высокой, а также других газообразных сред, для 18
улавливания ценных продуктов из газов и очистки воздуха и паров от пыли, золы и сажи, для фильтрации расплавов легкоплавких мэталлов (олова, цижа, алюминия) и их сплавов от шлаковых включений, для изготовления анодных и катодных мешков и диафрагм, употребляемых в гальванических ваннах, в фильтрах для гидрогеологических скважин, в дисковых фильтр-прессах для очистки нефтяных масел при температуре 140——170 ℃.
Однонаправленное стеклянное волокно из алюмоборосиликат- ного стекла диаметром 5—10 мкм применяют для фильтрации воздуха, который при производстве антибиотиков и некоторых других фармацевтических препаратов должен быть стерильным; это волокно используют также в приборах для определения задымленности воздуха.
При применении стеклянного волокна для фильтрации различных сред резко повышается срок службы фильтров, качественные показатели их работы.
Стеклянные ткани бытового назначения. Изделия из стеклянного волокна бытового назначения должны удовлетворять целому ряду дополнительных гигиенических, технических и эстетических требований; не вызывать раздражений кожного покрова; обладать воздухопроницаемостью, повышенной прочностью на изгиб, иметь товарный вид, не уступающий традиционным текстильным материалам. Необходимые гигиенические и технические свойства стеклянного волокна обеспечиваются при использовании волокон малого диаметра или волокон, подвергнутых термохимической обработке. Красивый внешний вид и разнообразие тканей достигается в результате окраски и применения различных текстильных структур, а также использования текстурированных нитей с фасонной круткой и объемной пряжи.
Цветные стеклянные ткани получают крашением стекла в массе и последующей выработкой из него цветного стеклянного волокна либо крашением поверхности стеклянных волокон или изделий из него.
Для окраски стекла в массе применяют только неорганические красители, для поверхностного крашения используют органические и неорганические красители и пигменты. Цветные нити и декоративные ткани из стеклянного волокна вытесняют декоративные ткани из синтетических волокон там, где требуется негорючесть, биостойкость, повышенная прочность при растяжении, стабильность физико-технических свойств в различных атмосферных условиях.
Декоративные стеклянные ткани применяются в виде занавесей, панно, портьер, дорожек, светотехнической арматуры, деталей оформления радиоаппаратуры. Ткани из тонких стеклянных воло- кон используют для обивки мебели, отделки интерьеров помещений, вагонов, самолетов, судов.
Из стеклянного .волокна 「можно делать костюмы для пожарников, летчиков. Применяют также комбинированные ткани из стеклянных и натуральных или синтетических волокон. Производ-
ство декоративных тканей технического и бытового назначения и других видов изделий из стеклянного волокна увеличивается быстрыми темпами.
Световоды из стеклянного волокна. Световоды за короткий срок нашли широкое применение в различных областях науки и техники. По форме, механическим свойствам и назначению они делятся на три основные группы.
Гибкие длинные световоды для передачи световой энергии или изображения по криволинейному пути (торцы этих световодов имеют одинаковые геометрическую форму и размеры).
Гибкие длинные световоды для передачи световой энергии или изображения по криволинейному пути, одновременно преобразующие форму изображения и распределение световой энергии. В этих световодах волокна уложены так, что образуют разные геометрические формы и размеры входного и выходного торцов световода. При этом волокна, как и в первой группе, скрепляются между собой только на торцах, а в средней части остаются свободными.
Жесткие короткие световоды для передачи световой энергии или изображения, а также преобразования изображения на прямолинейном участке пути.
Гибкие длинные световоды для передачи изображения успешно заменяют многолинзовые системы в перископах различного назначения. Они позволяют осуществлять суммирование потоков световой энергии, поступающих от многочисленных изолированных источников, или разделение потока световой энергии от одного источника ко многим приемникам. В медицине с помощью гибких длинных световодов можно диагностировать заболевание внутренних, недоступных глазу, полостей человеческого тела, в технике — рассматривать и контролировать труднодоступные участки различных механизмов и устройств. В этих световодах изображение передается по центральной группе волокон, а наружное кольцо используется для освещения рассматриваемого участка холодным светом.
Жесткие короткие световоды используются в оптических и электронно-оптических приборах и устройствах, например для исправления кривизны поля изображения, для создания высокоскоростной киносъемочной аппаратуры, для телевизионных систем с высокой разрешающей способностью, а также в различных приборах для спектрального анализа звезд и других научных исследований.
Изоляционные изделия из штапельного стеклянного волокна. Изделия из штапельного стеклянного волокна вследствие высокой пористости обладают повышенными теплоизоляционными свойствами. Теплоизоляционные характеристики этих изделий выше, чем минеральной ваты в 1,4 раза, асбеста — в 3 и пробки — в 10 раз. Слой стеклянного волокна толщиной 5 см оказывает такое же термическое сопротивление, как кирпичная стена толщиной 1 м.
Изделия из штапельного волокна вследствие сильно развитой; поверхности обладают хорошими акустическими свойствами. Перегородки, покрытые стекловолокнистыми матами, поглощают звук в 9 раз лучше, чем деревянные. Эти изделия устойчивы к вибрации,, не слеживаются и не дают усадки при транспортировке и в процессе эксплуатации. Они удобны в монтаже, так как легко режутся, п хорошо заполняют полости различной формы.
Теплозвукоизоляционные материалы из стеклянного волокна широко применяются:
в жилищном и промышленном строительстве ——для изоляции стен, внутренних перегородок, межэтажных перекрытий, кровли;
в энергетике, химической, металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности ——для теплоизоляции различных установок, теплообменников, трубопроводов, для звукоизоляции компрессоров, дизельных установок и т. п.;
в холодильной технике ——для изоляции рефрижераторов, холодильных камер и т. д.;
в судостроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте.
В результате применения теплозвукоизоляции из штапельного волокна снижаются вес и габаритные размеры конструкций, повышается грузоподъемность и скорость движения.
Для теплозвукоизоляции при высоких температурах (до 800℃) применяется штапельное керамическое волокно каолинового состава. Оно имеет вид ваты и состоит из тонких, беспорядочно расположенных коротких волокон. Волокно стойко к действию воды, пара, щелочей и кислот (кроме плавиковой и фосфорной), а также- сред, нагретых до высокой температуры, обладает ничтожно малой гигроскопичностью, высокими электроизоляционными свойствами.
Штапельное керамическое волокно применяется для поглощения шума в форсунках и двигателях внутреннего сгорания, для тепловой изоляции газовых турбин, печей, паровых котлов, топок и т. д.
Стеклопластики. Это материалы, в состав которых в различных сочетаниях входят стекловолокнистые наполнители (волокна, нити,, жгуты, ткани, маты и т. д.) и полимерные связующие (полиэфирные, фенольные, эпоксидные, кремнийорганические и др.). Наполнители воспринимают основные нагрузки при работе стеклопласти- ikob. Связующее обеспечивает склеивание отдельных волокон в общую систему и способствует равномерному распределению нагрузки. В зависимости от типа наполнителя и технологии формования стеклопластики разделяются на следующие основные группы материалов.
Стеклотекстолиты ——слоистые листовые материалы,, получаемые горячим прессованием предварительно пропитанных полотнищ стеклянной ткани. Они обладают высокими механическими и электротехническими свойствами, высокой термостойкостью. Несмотря на более высокую стоимость стеклянных тканей
по сравнению со стоимостью других стекловолокнистых наполнителей, они иаходят широкое применениэ для изготовления не только слоистых материалов, но и крупногабаритных изделий цилиндрической и сложной формы.
Ориентированные стеклопл астики получаются при параллельной намотке, протяжке или укладке и одновременной пропитке смолами стеклянных волокон, нитей и жгутов. Наматывая нити на барабаны, получают цилиндрические заготовки, разрезав заготовку по образующей, получают листовой материал. Свойства таких листов в разных направлениях резко различаются. При склеивании листов с регулярной укладкой волокон во взаимно перпендикулярных направлениях получают равнопрочный материал (стеклофанеру, стеклошпон). Методом намотки получают также стеклопластиковые трубы и цилиндры различного диаметра и длины. Разнообразные по форме изделия — трубки, швеллера, полосы, ленты и другие изготавливают методом протяжки; они устойчиво работают под нагрузками, действующими вдоль оси волокон.
Стекловолокниты — композиции из смол и стеклянных волокон,, нитей, жгутов в виде отрезков различной длины получают главным образом непрерывной пропиткой и последующим измельчением нитей или жгутов. Стекловолокниты на основе фенольных смол (пресс-матерналы) перерабатываются в изделия небольших размеров литьем или прессованием при высоких давлениях и температурах. Стекловолокниты на основе полиэфирных смол (премиксы и препреги) применяются для получения крупногабаритных изделий прессованием при низких давлениях; они отверждаются при комнатной или более высокой температуре.
Стеклопластики н а основе холстов и матов (в том числе предварительно пропитанных) получают методом прессования при низком давлении. Механическая прочность таких стеклопластиков уступает стеклотекстолитам и ориентированным ■стеклопластикам. Преимущество их заключается в простоте изготовления н более низкой стоимости. Применяются они при изготовлении крупногабаритных изделий.
Мягкие рулонные стеклопластики получают непрерывной пропиткой и термообработкой различных рулонных стекловолокнистых материалов при нормальном давлении. К мягким рулонным материалам относятся стеклолакоткани, стеклоре- зш-юткани, стеклорубероид, стеклоленолеум, а также тепло- и звукоизоляционные стеклопластики.
В готовых изделиях нередко сочетаются различные типы стеклопластиков. Некоторые виды труб делают намоткой чередующихся слоев жгута и тканей; корпус катера, изготовленный из стеклянных матов, имеет облицовку из стеклянной ткани и т. д.
Стеклопластики используются в качестве электроизоляционных к конструкционных материалов в промышленности, на транспорте и в строительстве, быстро расширяется их использование в сель-
ском хозяйстве. На их основе создаются новые виды материалов^ оборудования, аппаратов.
Стеклопластики применяют для межфазовой изоляции обмоток электрических двигателей, генераторов и трансформаторов.. Из них изготавливают корпуса и различные детали машин и аппаратов, электроарматуру (изоляторы, щитки, коллекторы и т. п.)^ трубы для скрытой электропроводки.
В топливной и химической промышленности их используют в виде труб, контейнеров, баков, сосудов; эти изделия отличаются высокой коррозионной стойкостью, малой массой и высокой прочностью.
В результате применения стеклопластиков обеспечивается чистота жидкостей и газов, исключается биологическое изменение воды. Баллоны из стеклопластиков выдерживают высокие давления.
Стеклопластики широко применяются в строительстве в качестве кровельных, облицовочных и гидро- и звукоизоляционных материалов, а также материалов для изготовления различных навесов, панелей, отдельных элементов несущих строительных конструкций, архитектурно-строительных и санитарно-технических деталей и изделий. Особый интерес представляют трехслойные панели сотовой конструкции, светопрозрачные кровли и стеклопластиковая арматура для стеклобетонных конструкций, работающих в агрессивной среде. При использовании стеклопластИ|Ков значительно снижается вес стеновых и потолочных панелей, что позволяет облегчать фундамент и несущий каркас зданий. Стеклопластики резко увеличивают звуконепроницаемость перегородок,, делают возможным крупноблочное строительство зданий.
Из стеклопластиков изготовляют кабины, 'кузова, двери и ступеньки автомобилей, автобусов и троллейбусов, крыши, оконные и дверные рамы, сиденья, двери и многие элементы вагонов и электровозов.
Детали из стеклопластиков благодаря клеевым соединениям производят меньше шума, обладают большей ударной вязкостью. Вследствие низкой теплопроводности этих материалов салоны и кузова из стеклопластиков хорошо сохраняют тепло зимой и меньше нагреваются летом, они пригодны для эксплуатации в арктических и тропических условиях.
Стеклопластики применяют для изготовления корпусов небольших гребных, парусных и моторных морских и речных судов. Для крупных судов корпус конструируется с каркасом из металла или древесины. Корпуса судов из стеклопластиков лишены недостат- ков, присущих корпусам из древесины или металлов: они не гниют, не корродируют, мало поглощают влагу и хорошо противостоят действию морской воды.
На судах широко используются стеклопластиковые воздуховоды и трубопроводы для морской воды, крышки люков, двери, перегородки и т. д.
Для научно-исследовательских судов большое значение приобретают немагнитные свойства стеклопластиков.
Стеклопластики применяются и в других отраслях промышленности и народного хозяйства для изготовления технологической ■оснастки, шаблонов и кондукторов сложной формы. Из них делают макеты и формы для литья цветных металлов и сплавов и т. д.
Из стеклопластиков изготавливают лыжи, лыжные палки, шлемы, удочки и другой спортивный инвентарь, географические глобусы, упаковочные контейнеры, госпитальное оборудование.
В сельском хозяйстве стеклопластики используются при строительстве легких навесов,, животноводческих и подсобных помещений различного типа, а также теплиц и парников.
РАЗДЕЛ I
ТЕХНОЛОГИЯ СТЕКЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВАНЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
ГЛАВА 1
СТЕКЛО И ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ И СТРУКТУРА СТЕКЛА
По определению, данному комиссией по терминологии Академии наук СССР,《стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым».
Характерной особенностью любого стеклообразного расплава является отсутствие определенной температуры плавления, т. е. отсутствие точки перехода из жидкого состояния в твердое и обратно. При понижении температуры расплава постепенно увеличивается его вязкость, он приобретает способность сохранять приданную ему форму, а затем превращается в твердое тело. Температурная область превращения стеклообразного расплава в твердое тело (затвердевания) растягивается на десятки и сотни гра- дусов, в то время как кристаллические вещества переходят из- жидкого состояния в твердое и обратно при строго определенной для каждого вещества температуре.
Процесс плавления и затвердевания для стекол обратим. Если стекло расплавить, а затем охладить по заданному для этого стекла режиму, оно вновь приобретет первоначальные свойства.
Стекла, как и все аморфные тела, изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Изотропность стекол объясняется тем,, что они имеют в среднем однородную структуру.
До второй половины XIX в. считали, что стекло — это химическое соединение, которое можно выразить химической формулой.
Впервые представление о стекле как о сложной системе выдвинул Д. И. Менделеев, который считал стекло сплавом окислов,. подобным металлическим сплавам переменного состава. Впоследствии представления о стекле как о переохлажденной жидкости были развиты в работах Таммана. Гипотеза Таммана справедлива и в настоящее время, и изучение строения стекла ведется с позиций современных представлений о строении жидкостей.
Ранее предполагалось, что жидкость по многим свойствам близка к газам. Изучение ряда свойств жидкостей, особенно вблизи температур кристаллизации, показало, что соответствие жидкого .и твердого состояния вещества больше, чем жидкого и газообразного состояния.
Наиболее убедительным подтверждением структурного подобия
жидкого и твердого ■ исследования веществжидкого и твердого ■ исследования веществсостояния являются рентгеноструктурные
жидкого и твердого ■ исследования веществ
жидкого и твердого ■ исследования веществ
в обоихв обоих也一в соответствии с кристаллитной гипотезой; б — в соответствии с гипотезой непрерывной сетки; / — кристаллит; 2 — SiO? в кристаллическом состоянии； 3 — SiOa в ■стеклообразном состоянии; 4 — система SiC>2—NazO в стеклообразном состоянии.也一в соответствии с кристаллитной гипотезой; б — в соответствии с гипотезой непрерывной сетки; / — кристаллит; 2 — SiO? в кристаллическом состоянии； 3 — SiOa в ■стеклообразном состоянии; 4 — система SiC>2—NazO в стеклообразном состоянии.Рис. 1.L Структура стекла:Рис. 1.L Структура стекла:этих состояниях. Для объяснения результатов исследований предложено две теории. Одна рассматривает структуру жидкости как скопление большого числа чрезвычайно малых сильно деформированных кристалликов (микрокристаллическая структура) .Согласно второй теории частицы жидкости образуют непре- рывиую трехмерную сетку, в которой структурный порядок огра^ ничивается только соседними частицами, а по мере увеличения расстояния между частицами этот порядок нарушается. Обе теории приводят к результатам, одинаково хорошо согласующимися с данными опытов.
в обоих
в обоих
也一в соответствии с кристаллитной гипотезой; б — в соответствии с гипотезой непрерывной сетки; / — кристаллит; 2 — SiO? в кристаллическом состоянии； 3 — SiOa в ■стеклообразном состоянии; 4 — система SiC>2—NazO в стеклообразном состоянии.
也一в соответствии с кристаллитной гипотезой; б — в соответствии с гипотезой непрерывной сетки; / — кристаллит; 2 — SiO? в кристаллическом состоянии； 3 — SiOa в ■стеклообразном состоянии; 4 — система SiC>2—NazO в стеклообразном состоянии.
Рис. 1.L Структура стекла:
Рис. 1.L Структура стекла:
Как и для жидкостей, для стекла существуют две основные гипотезы строения. Это кристал- литная гипотеза А. А. Лебедева (микрокристаллики в стекле называются кристаллитами) и гипотеза непрерывной сетки Захариа- сена (рис. 1Л). Следует отметить, что кристаллиты в стекле — это
не обломки правильной кристаллической решетки, а чрезвычайно мелкие структурные образования, которые только в центре имеют структуру, близкую к нормальной кристаллической. По мере удаления от центра кристаллита эта структура все более и более искажается, и на границе соприкосновения двух кристаллитов она совершенно беспорядочна.
Гипотеза непрерывной сетки не допускает наличия в стекле каких-либо кристаллитов. В соответствии с этой гипотезой структура стекла представляет собой непрерывную трехмерную сетку, подобную кристаллической, в узлах которой расположены ионы, атомы или группы атомов. Однако здесь расположение структурных элементов в отличие от кристаллической решетки не упорядочено, уже во взаимной ориентации ближайших соседей наблю- 26
даются некоторые искажения, а далеко отстоящие структурные элементы оказываются расположенными произвольно. “
Структура стекла изучается электронно-микроскопическими н другими тонкими методами. Электронно-микроскопическими методами удалось обнаружить в стекле структурные образования размером 2—20 А (10~7 мм), которые отличаются от остальной однородной массы. Эти неоднородные включения могут быть -как кристаллитами, так и упорядоченными участками, наличие которых допускает теория непрерывной сетки.
Таким образом, пока еще нет достаточных данных, чтобы отдать предпочтение одной из гипотез.
Вероятность существования в стекле чрезвычайно мелких, различных по структуре областей (микрогетерогенная структура) подтверждается результатами исследований ряда свойств — электропроводности, вязкости и др. Микрогетерогенность структуры некоторых стекол используется в промышленности для получения высококремнеземистых стекол 口 волокон. Так, в натрийборо- силпкатных стеклах можно растворить боронатрпевую составляющую и получить стекло, содержащее 95—96% SiO2 (стек- ла типа《викор》). При этом форма, размеры и внешний вид исходного образца не изменяются. Изучение структуры такого стекла показывает, что оно пронизано мельчайшими порами (диамётром 2——4 нм), в которых и располагается боронатриевая составляющая. Так же получается [и кремнеземное волокно. После удаления из стеклянного волокна растворимой составляющей волокна нагрева- ют до высок ой температуры, поры закрываются и получаются однородные волокна с большим содержанием SiO2.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТЕКОЛ ДЛЯ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Состав стекла нельзя выразить химической формулой. Стекло представляет собой сплав различных окислов, взятых в различных соотношениях. Поэтому химический состав стекла выражают обычно процентным содержанием входящих в него окислов.
химическому составу стекла делятся на две большие груп- Пь1 — бесщелочные и щелочные стекла. Бесщелочные стекла содер- Жат не больше 1—2% окислов щелочных металлов, а в щелочных стеклах их содержится 10—15% и более. Такое деление связано с электрическими свойствами стекол: бесщелочные стекла характеризуются очень высоким электрическим сопротивлением и при- Меняются в качестве изоляционных материалов; сопротивление щелочных стекол в несколько сот раз меньше и с повышением температуры снижается еще больше. Так как значительные количества стеклянных волокон используются для производства электроизоляционных материалов, основным видом стекла для про- изводства стеклянного волокна является бесщелочное стекло типа :匕》.Щелочные стекла применяют для изготовления фильтроваль- ннх тканей, в качестве химически стойких материалов, для произ-
■водства стеклопластиков и других целей. Химические составы стекол, применяемых в производстве стеклянного волокна, представлены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Химический состав стекол для производствастеклянных волокон
Кристаллизация расплавов начинается с образования центров («зародышей^) кристаллизации, которые затем вырастают в кристаллы. Кристаллизационная способность вещества зависит от скорости образования центров кристаллизации (СОЦК) и от скорости роста зародышей в кристаллы (СРК)・ Скоростью образования
Стекло
AI2O3
В2О3
СаО
MgO
ZnO
ZrO2
МП3О4
К2О + +Na2O
BaO
Содержание, вес. %
центров кристаллизации называется количество кристаллических зародышей, образующихся в единицу времени в единице объема. Скоростью роста кристаллов называется линейное увеличение раз-
лкет
а п и
Бесщелочное алюмо-боросиликатное10% В2О38% В2О3
^54
4 4
5 5
о 8
6 8
о о
олещ
ен
■Нейтральное № 65-М № 7-А
.Допустимое отклонение в содержании компонентов, %
п ^ш ^
5
3 5 ，
6
5
3
2 3 2
5
о
5
-62,
о
5 210
±0,7 ±0,5 士 0,5 ±0,5 ±0,5 ±0,7
±0,2 ±0,3 ±0,5* ±0,3
* Для щелочных стекол
Кроме указанных в табл. 1.1 окислов почти все стекла содержат 0,2——1,0% фтора, так как в шихту добавляют плавиковый шпат.
Выдержать точно заданный состав стекла очень трудно. Химический состав сырья для варки стекла непостоянен. Некоторые компоненты стекла уносятся с пылью и улетучиваются при варке； потери колеблются в зависимости от условий варки. Поэтому для каждого состава стекла в определенных пределах, допускаются отклонения от заданного (см. табл. 1.1).
СВОЙСТВА стекол в жидком состоянии
Кристаллизационная способность. Склонность стекла к кристаллизации называется кристаллизационной способностью. Стекломасса при охлаждении в определенных условиях может закри- сталлизовываться. Появление кристаллов в стекломассе нарушает процесс выработки изделий, а попадание их в изделия приводит к появлению брака. Для каждого стекла существует определенный температурный интервал, в пределах которого стекло нельзя долго выдерживать, если хотят избежать его кристаллизации. Поэтому при выработке изделий нужно, чтобы стекломасса в процессе формования быстро охлаждалась до температуры ниже опасной зоны кристаллизации.
28
меров кристаллов в единицу времени; она выражается в микрометрах в минуту (мкм/мин),
Для стекол скорости образо
вания зародышей и роста кристаллов изменяются с температурой (рис. 1.2). Каждая из этих скоростей достигает своего наибольшего значения при определенной температуре. Наибольшие значения СОЦК и СРК и соот
ветствующие им температуры зависят от химического состава стекол и для разных стекол различны.
Для одного и того же стекла СОЦК и СРК достигают наибольших значений при различных температурах. Максимум СОЦК
Рис. 1.2. Зависимость скорости роста кристаллов и скорости образования центров кристаллизации от температуры:
/ — изменение скорости роста кристаллов;
2 — изменение скорости образования цент-ров кристаллизации： 3 — область кристал-лизации.
всегда наблюдается при более низкой температуре, чем максимум
СРК, так как более холодный расплав пересыщается отдельными компонентами, а это облегчает образование центров кристаллизации. Однако с понижением температуры сильно увеличивается вязкость стекла. Высокая вязкость при низких температурах препятствует- как росту кристаллов, так и образованию кристаллических зародышей.
О кристаллизационной способности стекол можно судить по характеру изменения кривых СОЦК и СРК в зависимости от температуры (см. рис. 1,2). Чем ближе расположены максимумы обеих кривых, т. е. чем большая площадь охватывается одновременно кривыми СОЦК и СРК, тем легче кристаллизуется стекло, так как в этом случае образуется достаточное количество кристалличеоких зародышей, которые вырастают в кристаллы.
Кристаллизационная способность стекол характеризуется дву- мя температурами. Это так называемые температуры верхнего н нижнего предела кристаллизации. Температура верхнего преде- ла кристаллизации ■—это температура, при которой появляются в стекле первые видимые под микроскопом кристаллы при охлаж- Пенни стекломассы. Температура нижнего предела кристаллизации —это температура, при .которой появляются первые видимые под микроскопом кристаллы при нагревании холодного образца
29
стекла. Между ними находится опасный интервал кристаллизации стекла, который при выработке изделий необходимо «проходить» как можно быстрее. Выше температуры верхнего предела кристаллизации стекло не кристаллизуется, сколько бы времени оно при этой температуре ни находилось. Температура нижнего предела кристаллизации более условна, так как зависит от времени пребывания стекла при этой температуре.
Кристаллизационная способность стекол сильно зависит от их химического состава. Одни и те же окислы могут и повышать
склонность к кристаллизации и снижать ее в зависимости от основного состава стекла. Как правило,
Рис. 1.3. Зависимость вязкости стекла от темпера-Рис. 1.3. Зависимость вязкости стекла от темпера-туры.туры.кристаллизационная способность уменьшается с увеличением числа компонентов в составе стекол.
Рис. 1.3. Зависимость вязкости стекла от темпера-
Рис. 1.3. Зависимость вязкости стекла от темпера-
туры.
туры.
Для определения кристаллизационной способности стекол и линейной скорости роста кристаллов образцы выдерживают при заданной температуре, затем быстро охлаждают и рассматривают под микроскопом; при этом фиксируют наличие кристаллов, измеряют длину нескольких самых крупных кристаллов, подсчитывают их среднюю длину; частное от деления средней длины кристалла на продолжительность выдержки составляет сред-
нюю скорость роста кристаллов при тем
пературе опыта.
Вязкость. При движении жидкости соседние слои ее перемещаются относительно друг друга. Сопротивление перемещению>
которое они испытывают при этом, по аналогии с сопротивлением перемещению одного твердого тела по поверхности другого называется внутренним трением или вязкостью.
Иными словами, вязкость численно равна силе, которую нужно приложить к слою жидкости площадью 1 см2, чтобы переместить его относительно другого слоя такой же площади на расстояние 1 см со средней скоростью 1 см/сек. Единица вязкости называется пуазом (пз).
Вязкость стекол играет исключительно важную роль в процессе получения стеклообразных веществ и изделий из них. То обстоятельство, что определенные расплавы могут при застывании давать стекла, объясняется высокой вязкостью этих расплавов, которая препятствует образованию и росту кристаллов. Вязкость расплавов веществ, образующих стекла, очень велика. При температуре варки она в 10 000 раз больше вязкости воды и в 40 000 раз больше вязкости расплавленной стали.
Вязкость стекла сильно зависит от температуры. При пониже
нии температуры вязкость растет сначала медленно, а затем все более и более быстро и достигает при комнатной температуре
1017 пз. Это значение вязкости постоянно для всех стекол, независимо от их химического состава. Температура, при которой стекломасса переходит из жидкотекучего в пластическое состояние, обозначается Т力 ей соответствует вязкость 109 пз. Температура, при которой стекломасса переходит из пластического в хрупкое состояние, называется температурой стеклования Tg, ей соответствует вязкость 1013 пз. Область Tf——Tg является характерной для стекла переходной (аномальной) областью, в которой оно существует в пластическом состоянии.
На рис. 1.3 показано изменение вязкости стекла, применяемого в производстве, от температуры. Удобнее эту зависимость изображать, откладывая по оси ординат вместо значений вязкости величины логарифмов значений вяз<костей.
Непрерывное нарастание вязкости при понижении температуры позволяет применять такие методы формования стеклянных изделий, которые неприменимы для других расплавов: выдувание, прессовыдувание, вытягивание, обкатку. В начале выработки стекло пластично и может принять любую форму. К концу выработки вязкость стекла увеличивается, и изделия затвердевают настолько, что способны сохранять приданную им форму.
Ниже приводятся значения вязкости стекломассы на различных стадиях технологического процесса получения стекла:
Стадия технологического процесса
Провар и осветление стекломассы
Начало выработки
Деформация стекломассы под собственной тяжестью
Спекание стекла
Отжиг стекла
Вязкость, ПЗ ...
1-Ю2
1-Ю3
1-107,6
1-Ю9
1.1013—ЮИ,5
Вязкость стекол зависит от их химического состава, но в меньшей степени, чем от температуры. Окислы, входящие в состав стекол, о>казывают различное влияние на вязкость расплава. Наиболее вязким является кварцевое стекло. Окислы циркония (ZrO2), кремния (Si。？)，алюмишя (AI2O3) повышают вязкость, окислы лития (Li2O), натрия (Na?。)，калия (К2。)，бария (ВаО) и фтор ™Ш1жают вязкость стекла. По-раз；ному влияют окислы бора (В2О3), кальция (СаО) и цинка (ZnO). Окись бора при высокой температуре понижает вязкость стекла, при низкой температуре и содержании ее до 15% —повышает вязкость, а при большем содержании —снижает. Окись кальция в области высоких температур 口ри содержании до 10—13% снижает вязкость, а при более высо- ком с°Держании СаО повышает ее. Окись цинка понижает вяз- кость при высоких температурах и повышает ее в области низ-ких температур.
黑зк℃ть измеряется различными методами. Вязкость от 102 “ и пз измеряется методом вращения в расплаве цилиндра или шарика, вязкость от 106 до 108 пз ——по удлинению стеклянной нити, растягивающейся под нагрузкой, вязкость от 108 до 1014 пз — ме- тодом растягивания толстых стеклянных нитей.
. Известны формулы для расчета вязкости стекол в зависимости от их химического состава. Однако эти формулы применимы только для стекол определенного состава и при ограниченном изменении содержания отдельных компонентов (методы М. В. Охоти- на, В. Т. Славянского, Гельгофа — Томаса и др.).
Поверхностное натяжение. Жидкость (или расплав) стремятся принять такую форму, которой соответствует минимальная поверхность.
Наименьшую поверхность при заданном объеме имеет шар, поэтому жидкость стремится принять шарообразную форму.
Поверхностное натяжение измеряется в динах на сантиметр (дин/см). Поверхностное натяжение расплавленных стекол в 3— 4 раза выше, чем воды, и сравнимо с поверхностным натяжением металлов. Оно играет большую роль в технологии стекла. Под влиянием поверхностного натяжения выдуваемый стеклянный пузырь принимает шарообразную форму, ребра и грани сформованных изделий при- нагревании закругляются, поверхность стеклянных изделий после формования остается гладкой и блестящей, заготовки стекла в пластическом состоянии при обкатке превращаются в стеклянные шарики, волокна приобретают цилиндрическую форму и т. д.
При варке стекла поверхностное натяжение оказывает большое влияние на процессы осветления и гомогенизации и на взаимодействие расплавленной стекломассы с огнеупором печи. Высокое поверхностное натяжение препятствует удалению из стекломассы пузырьков газа, образующихся при проваре шихты, а также растворению свилей при ее гомогенизации.
Поверхностное натяжение стекол, используемых в производстве стеклянных волокон, находится в пределах 220—380 дин/см и зависит от химического состава стекла. Ряд окислов (алюминия, магния и др.) повышает поверхностное натяжение, другие окислы (калия, натрия, бора и др.) всегда понижают его, так же заметно снижают поверхностное натяжение фтор и трехокись серы и мышьяка. Поверхностное натяжение указанных стекол мало зависит от температуры. При повышении температуры на каждые 100℃ оно уменьшается на 2—4%. *
СВОЙСТВА СТЕКОЛ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ
Плотность. Этот показатель изменяется в широких пределах — от 2,2 до 8,0 е/с№ в зависимости от химического состава стекла. Для обычных стекол, используемых в производстве, плотность колеблется в пределах 2,5——2,8 г/см3. Минимальную плотность имеет кварцевое стекло (2,2 г/см3). Окислы свинца, висмута, тантала, вольфрама резко повышают плотность силикатных стекол.
Плотность всех стекол- понижается с повышением температуры. Так, в диапазоне температур 20—1300℃ плотность большинства стекол уменьшается на 6—12%.
Прочность. Предел прочности определяется величиной нагруз- ки, разрушающей образец, отнесенной 区 площади поперечного сечения образца. Предел прочности стекла при сжатии в зависи- мости от его химического состава колеблется в пределах 50—— 200 кгс/мм2 и близок к пределу прочности .металлов (прочность чугуна 60—120 кгс/жж2, стали — 200 кгс/мм2).
Предел прочности при растяжении или изгибе различают для стеклянного волокна и массивного стекла. Для стеклянного волокна он очень высок и составляет 200—400 кгс/мл^, для массивного стекла — в 15—20 раз меньше предела прочности при сжатии и составляет всего 3,5—10 кгс/мм^.
На прочность стекла, особенно при растяжении, кроме химического состава большое влияние оказывают состояние поверхности, дефекты, степень отжига и т. д.
Наличие царапин на поверхности стекла может снизить его прочность в 5 раз. В зависимости от режима отжига прочность при изгибе уменьшается на 9——12%. В присутствии свилей она снижается на 10—30%.
Электрические свойства. Из электрических свойств для стеклянного волокна наиболее важным является электропроводность — способность пропускать электрический tqk. При обычных температурах стекло не проводит ток, г е. является диэлектриком, и поэтому применяется в качестве электроизоляционного материала. Выше температуры размягчения стекло начинает проводить электрический ток и, следовательно, может быть расплавлено с помощью электрической энергии.
Удельное объемное электрическое сопротивление стекол (величина, обратная удельной электропроводности) при комнатной температуре составляет 1010—1018 ом • см, расплавленных стекол — до 102 ом- см (удельное электрическое сопротивление металлов составляет 10-5—IO』ом-см). Высокое электрическое сопротивление стекол объясняется тем, что электрический ток переносится в стеклах не электронами, как в металлах, а ионами, поскольку в стеклах свободные электроны отсутствуют. Если учесть, что масса иона в сотни тысяч раз больше массы электрона, то становится понятным, что на передвижение тяжелых ионов затрачивается значительно больше энергии, чем на передвижение электронов.
Большое влияние на проводимость электрического тока в стеклах оказывают подвижные и небольшие ионы щелочных металлов. Чем больше их содержится в стекле/ тем выше его электропроводность. Поэтому стекла, применяемые для электроизоляции, должны содержать минимальное количество окислов щелочных металлов. Такие окислы, как SiO2, В2О3, ZrO2, А^Оз, способствуют прохождению электрического тока только при очень высоких температурах.
Окислы щелочноземельных металлов при замене ими окислов щелочных металлов понижают электропроводность стекла, а при замене кислотных окислов — повышают ее.
32
3—1277
33
СтеклоПотери массы (в мг) при кипячении стеклянного волокна в течение 3 чвода1 и. Н2sО42 н. NaOHЕе^^^иное алюмоборосили-2,951064326Нейтральнее № 65 М № 7・А55,218,5160913,816,523,819,2390501СтеклоПотери массы (в мг) при кипячении стеклянного волокна в течение 3 чвода1 и. Н2sО42 н. NaOHЕе^^^иное алюмоборосили-2,951064326Нейтральнее № 65 М № 7・А55,218,5160913,816,523,819,2390501Т аблица 1.3. Химическая стойкость стеклянного волокна, полученного из различных стеколТ аблица 1.3. Химическая стойкость стеклянного волокна, полученного из различных стекол
Стекло
Потери массы (в мг) при кипячении стеклянного волокна в течение 3 ч
вода
1 и. Н2sО4
2 н. NaOH
Ее^^^иное алюмоборосили-
2,95
1064
326
Нейтральнее № 65 М № 7・А
55,2
18,5
1609
13,8
16,5
23,8
19,2
390
501
Стекло
Потери массы (в мг) при кипячении стеклянного волокна в течение 3 ч
вода
1 и. Н2sО4
2 н. NaOH
Ее^^^иное алюмоборосили-
2,95
1064
326
Нейтральнее № 65 М № 7・А
55,2
18,5
1609
13,8
16,5
23,8
19,2
390
501
Т аблица 1.3. Химическая стойкость стеклянного волокна, полученного из различных стекол
Т аблица 1.3. Химическая стойкость стеклянного волокна, полученного из различных стекол
В табл. 1.2 приведены некоторые свойства стекол, применяемых для производства стеклянного волокна.
Химическая стойкость. Способность стекла противостоять разрушающему действию газов, паров и жидкостей называется хими-
Таблица 1.2. Свойства стекол, применяемых для производства стеклянного волокна
Стекло
讒
Температура (в ℃), соответствующая вязкости
й
髓W
§ Ь g С не
Удельное объемное электрическое сопротивление при 200 ℃, ом-см
Ю3»2 лз
103(6 пз
Ю13 пз
Бесщелочное алю- моборосиликатное 10% В2О3 8% В2О3
1135
1210
1160
660
2,54
301
I
1012,4
1140
1200
1150
675
2,56
319
I
1013,4
Нейтральное
1020
1190
1120
540
2,49
329
III
—
№ 65 М
1050
1120
1065
570
2,66
—
I
•—
№ 7-А
1140
1200
1150
600
2,61
340
I
—
ческой стойкостью. Стойкость стекла зависит от его химического состава и от агрессивности среды. Так, стекло, стойкое к действию воды или растворов кислот, может быть нестойким по отношению к щелочным растворам или растворам других веществ.
Химическая стойкость силикатных стекол была детально изучена И. В. Гребенщиковым. Он установил, что под действием воды или влаги воздуха силикаты, находящиеся на поверхности стекла, постепенно разлагаются. Силикаты щелочных металлов при этом образуют едкую щелочь и кремнезем. Щелочь в зависимости от условий разрушения может свободно вымываться или оставаться на поверхности. Кремнезем всегда остается на поверхности, образуя защитную кремнеземную пленку, которая препятствует свободному проникновению воды к стеклу и таким образом замедляет процесс дальнейшего разрушения.
Растворы кислот действуют на стекло, подобно воде.
Итак, скорость разрушения стекла определяется двумя факторами: скоростью разложения силикатов и скоростью проникновения воды и продуктов разрушения стекла через защитную пленку. Наибольшая скорость разложения наблюдается для силикатов щелочных металлов, меньшая ——для силикатов щелочноземельных металлов. Из последних наиболее стойки силикаты цинка, бериллия и (кальция, менее стойки силикаты магния и стронция, довольно легко разлагаются силикаты бария и свинца.
Химически стойки алюмосиликаты и боросиликаты, содержащие не более 12% В2О3. Силикаты циркония наиболее химически стойки во всех средах.
34
Следовательно, к действию кислот и воды стойки стекла с низким содержанием щелочных и умеренным содержанием щелочноземельных окислов. Особенно повышают химическую стойкость ZnO, А12О3, TQ и ZrO2.
Следует иметь в виду, что щелочи способны растворять кремнезем содержащийся в самом стекле. Поэтому при действии щело- 4egJ на стекло поверхностная защитная пленка не образуется и разрушение стекла происходит с постоянной скоростью вследствие растворения. Щелочные о кислы, а также BaO, MgO, PbO, TiO2 снижают щелочестойкость, а А12О3, и особенно ZrG?, повышают ще- лочестойкость стекол.
Химическая стойкость стекла резко понижается с увеличением поверхности изделий. Стеклянное волокно или порошок разрушаются во много раз быстрее, чем массивное стекло того же химического состава. Поэтому для производства стеклянного волокна требуются химически стойкие стекла.
Химическую стойкость стекол определяют порошковым методом. Для этого известное количество порошка исследуемого стекла обрабатывают в течение заданного времени (1—5 ч) соответствующим раствором (обычно при температуре' 80—120 ℃). О степени разрушения судят или по потере массы порошка, или по количеству компонентов стекла, перешедших в раствор. Так определяется гидролитический класс стекла.
Метод испытания массивных образцов стекол более точен, чем порошковый метод. Образцы стекол обрабатывают кипящими растворами в течение 3——5 ч и определяют потери массы с 1 дм2 поверхности.
Близок к описанному метод определения химической стойкости стеклянного волокна, по которому навеску стеклянного волокна, соответствующую 5000 см2 поверхности, кипятят в течение 3 ч в дистиллированной воде или в растворах 2 н. едкой щелочи или 1 н. серной 1кислоты, после чего определяют потери массы в миллиграммах. В табл. 1.3 приведены данные о химической стойкости стеклянного волокна из стекла различного химического состава в различных средах.
ГЛАВА 2
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сырьевые материалы, применяемые для производства стеклянного волокна, делятся на основные и вспомогательные. К основным относятся материалы, посредством которых в стекло вводятся окис- лы, образующие стекло, а к вспомогательным — материалы, способствующие улучшению процесса варки стекла и его качества.
Основные материалы
Кварцевый песок. Этот материал служит для введения в стекло двуокиси .кремния SiO2. В природе кварцевые пески распространены очень широко, однако не все они могут быть применены для производства стеклянного волокна. В большинстве случаев кварце- вые пески сильно загрязнены окислами железа Fe2O3 и непригодны для варки стекла, так как интенсивно окрашивают стекло в желто-зеленый цвет и ухудшают его однородность. Кроме того, окислы железа отрицательно влияют на устойчивость платинородиевого сплава фильерных питателей при выработке волокна.
Чистый кварцевый песок (98——99,5% SiO2) постоянного состава с небольшими примесями железа встречается в природе достаточно редко. Примесями кварцевого песка наряду с железом обычно являются тяжелые минералы (кианит, циркон, силлиманит, рутил и др.).
Важным показателем качества кварцевых песков является их гранулометрический состав. Зерна кварцевых песков неоднородны, диаметр mf колеблется от 0,1 до 2 мм и более.
Г ранулометрический состав песков даже одного карьера никогда не бывает постоянным. Крупнозернистые пески (остаток на сите № 045 составляет 8——15%) применять для производства стеклянного волокна нежелательно, потому что крупные зерна кварца трудно растворяются в стекломассе, а это может привести「к ухудшению однородности стекломассы и повышенной обрывности при вытягивании волокна. Оптимальными являются зерна размером 0,2——0,3 мм (остаток на сите №02 составляет 65——75%, а на сите №045 — не более 2—3%).
Для варки тугоплавких стекол и повышения качества стекла в некоторых случаях применяют молотый песок с размером зерен 0,06 мм.
Борная кислота ——исходный материал для введения в стекло борного ангидрида В2О3. По внешнему виду борная кнслота представляет собой бесцветные мелкие кристаллы. Содержание борного
ангидрида в химически чистой борной кислоте, применяемой для варки стекла, 56,45%, а 43,55% составляет вода; содержание при- месей в ней, как правило, ничтожно.
Борат кальция СаО-В2Оз-2Н2О служит для введения в стекло борного ангидрида В2О3 и окиси кальция СаО.
Борат кальция — это порошок белого цвета, содержащий 38—— 45% В2О3, 32—37% СаО и 20—30% воды. Содержание примесей (MgO, SiO2, А120з, Na2O+K2O) в этом продукте обычно не превышает 1 ——1,5%. Преимущества использования бората кальция вместо борной кислоты заключается в том, что с этим продуктом вводится в шихту сразу два компонента — борный ангидрид В20з и схкись кальция СаО, соотношение которых в борате кальция и в алюмоборосиликатном стекле одинаково и равно 1,2. Недостатком бората кальция является его малая кажущаяся плотность (0,5—— 0,6 г/см5), обусловливающая сильное пыление, и переменное содержание связанной воды.
Глинозем является материалом, посредством которого в стекло вводится окись алюминия AI2O3. Он представляет собой мелкий белый порошок, содержащий 98,5——99,5% основного вещества; примеси составляют от 0,5 до 1,5%. К недостаткам глинозема следует отнести медленное растворение его при варке стекла.
Каолин служит для введения в стекло окиси алюминия А&Оз и двуокиси кремния SiO2- Он состоит преимущественно из минерала каолинита Al2O3*2SiO2-2Н2О, содержащего 39,5% AI2O3, 46,60% SiO2 и 13,9% Н2О. Каолин вводят в состав шихты для варки тугоплавких стекол, применяемых при производстве некоторых видов стеклянного волокна; он должен содержать минимальное количество окислов железа и иметь постоянный химический состав.
Доломит используется для введения в стекло окиси магния MgO и окиси ,кальция СаО. Доломит — широко распространенная горная порода. По химическому составу он представляет собой двойной карбонат кальция и магния CaCO3-MgCO3, содержащий 30,5% СаО и 21,9% MgO; примесями являются двуокись кремния, окислы железа, алюминия. Поступающий на завод доломит (в виде кусков сероватого цвета) подвергается дроблению и размолу. Для производства стеклянного волокна используют доломит, содержащий не более 0,2% Fe2O3.
Известняк или мел служит для введения в стекло окиси кальция СаО. Эти материалы представляют собой осадочную горную породу, в состав которой входит главным образом карбонат каль- 口玄只 СаСО3 (СаО—56%, СО2—44%). Основные примеси в извест- няке： (Карбонат магния, алюмосиликаты, свободный .кремнезем в виде кварца и окислы железа. В зависимости от наличия примесей известняк может быть окрашен в различные цвета от серовато-бе- лого Д° бурого. Мел содержит значительно меньше примесей, чем известняк, но отличается высокой влажностью — до 10—12%.
Карбонат натрия (сода) служит для введения в стекло окиси натрия Na2O. По внешнему виду — это белый порошок с кажущей-
ся плотностью 0,5 г/см3. Различают соду природную, добываемую из озер, и искусственную, получаемую на химических заводах из хлорида натрия (поваренной соли) NaCl. Природная сода содержит до 15% примесей преимущественно в виде сульфата натрия NasSOi, хлорида натрия NaCl и нерастворимого остатка. Сода, полученная искусственно, содержит только NaCl (до 0,5%), поэтому ее в основном и применяют в производстве стекла для получения стеклянных волокон щелочного состава. На воздухе сода поглощает водяные пары, вследствие чего ее влажность обычно составляет 2——5%.
Нефелиновый концентрат используется для введения в стекло окислов щелочных металлов Na2O и К2О. Одновременно с нефелином в стекло попадает двуокись кремния S1O2 и окись алюминия AI2O3. Этот материал применяется для производства стеклянных волокон щелочного состава, в которых допускается присутствие окислов железа.
Цирконовый концентрат используется для введения в стекло двуокиси циркония ZrO2. Он представляет собой цирконовый силикат ZrO2-SiO2> содержащий 60——65% ZrO? и 35——40 7о SiOs- Этот материал применяется при производстве стеклянных волокон с повышенной химической стойкостью.
Карбонат бария ВаСО3 служит для введения в стекло окиси бария ВаО, В стекло из него переходит 77,7% ВаО и одновременно улетучивается 22,3% СО2.
Окись цинка применяется для введения в стекло ZnO. Используется при получении щелочных химически стойких стеклянных волокон.
Марганцевая руда (концентрат марганцевой руды) служит для введения в стекло окиси марганца. Содержание окислов марганца в концентрате руды составляет в пересчете на МП3О4 60—70%. Используется при получении стеклянного волокна щелочного состава.
Вспомогательные материалы
Осветлители. Эти материалы добавляют к шихте для улучшения условий выделения из стекломассы газовых пузырей, а также для уменьшения количества растворимых в стекле газов. В качестве осветлителей используются трехокись мышьяка, нитраты натрия, кальция,, калия и сульфат натрия.
Трехокись мышьяка As2O3 представляет собой порошок белого или темно-серого цвета； содержание примесей в трехокиси мышьяка невелико. Ее добавляют в шихту одновременно с окислителями (обычно — нитратами металлов), которые при нагревании выделяют кислород. Как правило, в шихту добавляют 0,3——0,35% трехокиси мышьяка от массы сваренной стекломассы.
Нитрат кальция (кальциевая селитра) Са (NO3)2-4H2O. Для производства бесщелочного стеклянного волокна применяется технический нитрат кальция, предназначенный для удобрений и 38'
содержащий не менее 26% СаО. Материал представляет собой чешуйки светло-коричневого цвета, легко поглощающие водяные парЬ1 и3 воздуха (при этом нитрат кальция приобретает вид жид- ко卤 кашицы). При температуре выше 42℃ кальциевая селитра лепко плавится и становится непригодной для помола и просева, При обычной температуре она легко растворяется в воде. Шихту увлажняют водным раствором нитрата кальция.
Нитрат калия (калиевая селитра) KNO3 представляет собой белЫй (Кристаллический порошок, склонный 貳 комкованию. При нагревании калиевая селитра разлагается на окись калия, кислород и окись азота. Нитрат калия вводят в шихту при производстве щелочного стеклянного волокна в количестве, соответствующем содержанию в стекле 0,4—0,6% К2°・
Нитрат натрия (натриевая селитра) NaNO3. Так же как и нитрат калия, при нагревании выделяет кислород； используется в .качестве осветлителя стекломассы при производстве стеклянного волокна щелочного состава. Количество натриевой селитры, добавляемой в шихту, соответствует содержанию в стекле 0,5——0,8% окиси натрия.
Сульфат натрия (обезвоженная глауберова соль) Na2SO4 представляет собой белый порошок, склонный к комкованию. Обычно сульфат натрия содержит 98—99% основного вещества и примеси: 0,03—0,5% NaCl и 0,02—1,6% MgSO4. В шихту вводится сульфат натрия в количестве, соответствующем содержанию в стекле 0,4—0,5% Na?。.
В связи с тем что эффект осветления при использовании сульфата натрия ниже, чем при использовании нитратов щелочных и щелочноземельных металлов, он сравнительно редко применяется для осветления стекломассы.
Ускорители варки一вещества, которые интенсифицируют процессы при варке стекла, сокращают продолжительность варки стекла и улучшают его качество.
Плавиковый шпат (флюорит) CaF2 представляют собой белый или темно-серый порошок (природный или искусственный). Материал содержит в зависимости от марки от 70 до 97% CaF2. В производстве стеклянного волокна применяется плави1ковый шпат или флюорит марки не ниже Ф-92, содержащий не менее 92% CaF2. Обычно для ускорения варки, улучшения осветления и качества стекла в шихту добавляют CaF? в количестве, соответствую- тем содержанию в стекле от 0,7 до 2% СаО. Из-за летучести фтора в стекле остается незначительное его количество (0,2—0,5%).
Аммоний'ныв соли (сульфат аммония (NH4)2SO4, хлорид аммония NH4cL нитрат аммония NH4NO3). Эти солн иногда приме- няют для ускорения варки и дополнительного осветления стекло- массьт- Соли вводят в шихту в количестве 0,5——1 % от массы ших- ТЬ1- 0х используют только для специальных видов стекол, в которых не допускается присутствие окиси кальция и окислов ще- лочных металлов.
ХРАНЕНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сырьевые материалы на заводских складах должны храниться в условиях, исключающих попадание в них посторонних примесей, а также предотвращающих смешение различных материалов.
Кварцевый песок, доломит, известняк, плавиковый шпат хранят навалом в отсеках закрытого оклада, разделенных высокими плотными перегородками.
Борную кислоту, борат кальция, глинозем, цирконовый и нефелиновый концентраты, карбонат бария, окись цинка хранят в закрытых неотапливаемых складах в мешках или другой таре (барабаны) .
Гигроскопичные материалы (соду, сульфат натрия, нитраты калия, натрия и кальция), способные поглощать влагу, комковать- ся или даже оплавляться, должны храниться в сухом отапливаемом ,помещении, причем, например, кальциевую селитру необходимо помещать во влагонепроницаемые мешки.
Ядовитые материалы (мышьяк) хранят в специально оборудованных закрытых помещениях в металлических барабанах или бочках. В такие склады допускаются только работники, имеющие на это разрешение.
ОБРАБОТКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Основная часть поступающих на завод сырьевых материалов подвергается в составном цехе предварительной обработке, которая включает сушку, измельчение и просев. Для каждого из сырьевых материалов требуются свои условия обработки.
Кварцевый песок. На заводах, производящих стекло для стеклянного волокна, применяют песок, содержащий до 0,2% окислов железа. В таком количестве окислы железа не оказывают отрицательного влияния на качество стекла и волокна. Обычно кварцевый песок сушат и просеивают через сито № 063. Чаще всего песок сушат в сушильных барабанах (рис. 2.1), пр едст а в л яющих собой вращающиеся металлические цилиндры диаметром до 1 м и длиной 5——7 м п установленных под углом 3——5 0 к горизонту. Влажный песок загружается через бункер 3 в барабан 1. Продукты горения, образующиеся в топке 4 при сжигании в форсунках жидкого или газообразного топлива, просасываются через барабан вентилятором 6 и удаляются через циклон 7 в вытяжную трубу 2; в барабане развивается температура 600—800℃. При вращении барабана песок постепенно пересыпается, передвигается к опущенному концу барабана и высыпается в приемник 5. Влажность песка после сушки составляет не более 0.2%. Производительность барабана при сушке песка ——до 10 т/ч, а при сушке мела и доломита —— до 3—4 т/ч.
Песок можно также сушить в сушильной установке с кипящим слоем (рис. 2.2). В этом случае из бункера / через автоматический 40
до 300 ℃ дымовыеподнимаются вверхдо 300 ℃ дымовыеподнимаются вверхгазы, которые через отверстиягазы, которые через отверстияРис. 2.1. Сушильный барабан: /-барабан; 2 - вытяжная труба; 3—бункер; 4 —топка; 5 - приемник; . 6 - вентилятор; 7 — циклон.Рис. 2.1. Сушильный барабан: /-барабан; 2 - вытяжная труба; 3—бункер; 4 —топка; 5 - приемник; . 6 - вентилятор; 7 — циклон.
до 300 ℃ дымовыеподнимаются вверх
до 300 ℃ дымовыеподнимаются вверх
газы, которые через отверстия
газы, которые через отверстия
Рис. 2.1. Сушильный барабан: /-барабан; 2 - вытяжная труба; 3—бункер; 4 —топка; 5 - приемник; . 6 - вентилятор; 7 — циклон.
Рис. 2.1. Сушильный барабан: /-барабан; 2 - вытяжная труба; 3—бункер; 4 —топка; 5 - приемник; . 6 - вентилятор; 7 — циклон.
питатель 4 и клапан 5 в камеру 6 поступает влажный песок; в бун- кере имеются два указателя уровня: нижний 3 ——для включения питания бункера и верхний 2 ——для выключения.
В нижнюю часть печи поступают нагретые в поде (камеры
и создают 1КИПЯЩИЙ слой. Высушенный в кипящем слое песок удаляется через сливное отверстие в разгрузочный бункер 7, имеющий регулируемое отверстие, это дает возможность создать в бункере столб песка, достаточный для герметизации печи. Из разгрузочного бункера песок подается транспортером 8 или по течке поступает на просеивание. Для улавливания пыли служит циклон 10.
Основным преимуществом такой сушилки является ее компактность, возможность полной автоматизации и механизации процесса сушки. Производительность установки при начальной влажности сырья 6,5 и конечной 0,1 % составляет 5 т/ч; расход газов при
^? , равен 3,1 мЗ]сек； габаритные размеры установки 3,9><2 2Х
А 4,力 М.，/、，/、
остается на сите и является отсе-остается на сите и является отсе-BOM.BOM.Рис. 2.2. Сушильная установка с кипящим слоем:Рис. 2.2. Сушильная установка с кипящим слоем:/ — бункер； 2 — верхний указатель уровня; 3 — нижний указатель уровня; 4 — питатель; 5 — клапан： 6 — камера； 7 — разгрузочный бункер; 8 — транспортер; 9 — вентилятор; I。一циклон./ — бункер； 2 — верхний указатель уровня; 3 — нижний указатель уровня; 4 — питатель; 5 — клапан： 6 — камера； 7 — разгрузочный бункер; 8 — транспортер; 9 — вентилятор; I。一циклон.Высушенный песок просеивается через сито № 063 на сите-трясучке или на сите-бурате, а затем попадает в расходный бункер для песка. Сито-трясучка представляет собой раму, обтянутую сеткой и вмонтированную в герметичный корпус. Сито приводится в движение от коленчатого вала, связанного через тягу с ситом. Сит о-бур ат представляет собой шестигранный барабан, обтянутый сеткой. Барабан вращается от электрического привода. Просеиваемый материал пересыпается внутри сетчатого барабана, в результате чего мелкая фракция проходит через отверстия в сетке в расходный бункер, а крупная 一
остается на сите и является отсе-
остается на сите и является отсе-
BOM.
BOM.
Рис. 2.2. Сушильная установка с кипящим слоем:
Рис. 2.2. Сушильная установка с кипящим слоем:
/ — бункер； 2 — верхний указатель уровня; 3 — нижний указатель уровня; 4 — питатель; 5 — клапан： 6 — камера； 7 — разгрузочный бункер; 8 — транспортер; 9 — вентилятор; I。一циклон.
/ — бункер； 2 — верхний указатель уровня; 3 — нижний указатель уровня; 4 — питатель; 5 — клапан： 6 — камера； 7 — разгрузочный бункер; 8 — транспортер; 9 — вентилятор; I。一циклон.
При варке тугоплавких стекол, используемых для получения некоторых видов непрерывного стеклянного волокна, кварцевый песок измельчается в вибро- и струйных мельницах. В этих мельницах помол песка совмещен с рассевом молотого песка на частицы необходимых размеров. На рис. 2.3 показана вибрационная мельница непрерывного действия. Песок из приемного бункера 2 поступает через дозатор 丿 в вибрационную мельницу 6. Вентилятором 4 молотый песок затягивается в классификатор 3, где разделяется на мелкую и крупную фракции. Крупные частицы попадают снова в мельницу, мелкие ——в циклон 5, а из него в расходный бункер. Основной недостаток вибрационных мельниц ——их низкая производительность.
Вместо вибрационных мельниц для помола песка уже широко применяют струйные мельницы, в которых частицы песка сжатым (избыточное давление 5—8 кгс/см2) или перегретым па- ■ ― другу навстречу, измельчаются показана схема противоточной
воздухом 、ром разгоняются и, двигаясь друг 曲口 столкновениях. На рис.воздухом 、ром разгоняются и, двигаясь друг 曲口 столкновениях. На рис.2.42.4Рис. 2.4. Схема противоточной струйной мельницы：I — бункер; 2 — классификатор; 3 — циклон;4 — приемник; 5 — разгонная трубка; 6 — питатель.Рис. 2.4. Схема противоточной струйной мельницы：I — бункер; 2 — классификатор; 3 — циклон;4 — приемник; 5 — разгонная трубка; 6 — питатель.Рис. 2.3. Вибрационная мельни-ца непрерывного действия:
воздухом 、
ром разгоняются и, двигаясь друг 曲口 столкновениях. На рис.
воздухом 、
ром разгоняются и, двигаясь друг 曲口 столкновениях. На рис.
2.4
2.4
Рис. 2.4. Схема противоточной струйной мельницы：
I — бункер; 2 — классификатор; 3 — циклон;
4 — приемник; 5 — разгонная трубка; 6 — питатель.
Рис. 2.4. Схема противоточной струйной мельницы：
I — бункер; 2 — классификатор; 3 — циклон;
4 — приемник; 5 — разгонная трубка; 6 — питатель.
I — Дозатор; 2 — бункер； 3 — классификатор： 4 — вентилятор; 5 — циклон； 6—вибрационная мельница.
струйной мельницы. Кварцевый песок из бункера / через питатель 6 подается в разгонную трубку (камеру) 5. Сюда же подводится с двух сторон сжатый воздух. Измельченный песок по центральной трубе попадает в классификатор 2, из которого крупные частицы песка попадают по боковым трубам снова в разгонную трубку, а мелкие подаются в циклоны 3. В циклонах мелкая фракция песка- отделяется от пыли н затем поступает в приемник 4, откуда периодически .высыпается в бункер. Изменением режима работы классификатора можно широко варьировать степень измельчения песка (от 20 до 200 мкм), при этом, естественно, будет
изменяться и производительность мельницы.
Струйные мельницы удобны в эксплуатации; недостатком их является быстрый износ футеровки разгонной камеры.
Производительность струйных мельииц 300——1000 кг!ч; минимальный размер частиц измельченного песка 50——60 мкм.
Кусковые материалы (доломит, известняк)- Обработка этих материалов в составном цехе включает дробление, сушку, помол и просев.
Дробление производится в щ&ковых дробилках. Одна щека такой дробилки жестко прикреплена к корпусу, а другая эксцентриковым механизмом приводится в колебательное движение, в результате чего ^крупные куски материала раздавливаются на более мелкие, которые просыпаются через отверстие в приемный бункер. Производительность щековых дробилок 2——15 м3/ч.
После дробления доломит и известняк поступают в сушильный ■ барабан, где сушатся до влажности 0,1—0,2% при температуре не выше 500℃ во избежание термического разложения. Высушенный дробленный материал измельчается в шаровой или кулачковой мельнице. Шаровая мельница представляет собой металлический барабан, расположенный с уклоном к горизонту для выхода молотого продукта. Внутри мельницы размещаются стальные шары, которые при вращении барабана пересыпаются, разбивая и растирая куски материала. Иногда тонкое измельчение доломита и известняка возможно на бегунах. После тонкого измельчения доломит и известняк просеиваются через сито № 07.
Сыпучие материалы (глинозем, сода, селитры, карбонат бария, борная кислота, мел и т. д.) в большинстве случаев не требуется предварительно измельчать; их сразу просеивают через сито № 07. Однако из-за склонности некоторых материалов к слеживанию при хранении, а также необходимости более полного использования .сь^рья (отсевов) сыпучие материалы (соду, селитру, борную кнс- *лоту) иногда измельчают, чаще всего в валковых дробилках или дезинтеграторах.
Дезинтегратор состоит из двух роторов, представляющих собой стальные диски, на которых по концентрическим окружностям закреплены в два или несколько рядов стальные пальцы-била. Противоположные концы пальцев для жесткости соединены между собой кольцами из листовой стали. Роторы при работе дезинтегратора вращаются навстречу друг другу. Материал подается на била из бункера и под действием центробежной силы, а также вследствие удара пальцев передвигается от центра к периферии через все ряды пальцев.
Благодаря ударам пальцев материал измельчается, собирается внизу под дезинтегратором, откуда поступает на просев. Производительность дезинтеграторов 1750一6000 кг/ч.
Трехокись мышьяка. Трехокись мышьяка поступает на заводы в обработанном виде； не требуется даже ее просеивания.
Нитрат кальция (кальциевая селитра) является очень гигроскопичным материалом и поэтому очень трудно поддается помолу и просеиванию. В отличие от всех сырьевых материалов кальциевая селитра добавляется в шихту в виде водного раствора в момент увлажнения шихты или кварцевого пеока. Обработка ее сводится к растворению в воде. Обычно кальциевую селитру растворяют в эмалированном реакторе емкостью 100—150 л при перемешивании. Концентрация раствора кальциевой селитры, как правило, 0,4—— 0,5 кг/л.
КОНТРОЛЬ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Все материалы, поступающие на завод, за исключением трех- окиси мышьяка, контролируются заводской лабораторией. При несоответствии материалов установленным техническим требованиям (ГОСТ, техническим условиям) использование их в производстве не допускается и забракованные материалы возвращаются заводу или предприятию-поставщику.
Посла обработки готовые сырьевые материалы вторично контролируются на содержание в них основного вещества. Это связано с тем, что некоторые материалы могут изменять влажность при хранении, а также иметь переменную влажность после обработки.
Кроме того, все обработанные сырьевые материалы проверяют на максимальный размер зерен. Это необходимо для того, чтобы исключать попадание в шихту зерен крупных фракций материала в случае разрыва сеток сита. В табл. 2Л перечислены основные требования к составу сырьевых материалов, используемых в производстве стеклянного волокна, виды химического анализа и периодичность контроля сырьевых материалов.
РАСЧЕТ ШИХТЫ
Состав стекла выражается в процентном содержании входящих в него окислов. Для варки стекла очень редко используют в качестве сырьевых материалов чистые окислы. Как правило, применяемые для приготовления шихты сырьевые материалы представляют собой сложные соединения, часть из которых при варке стекла переходит в него, а другая улетучивается в виде газов. Так, в процессе варки стекла из шихты удаляется гигроскопическая и кристаллизационная влага, двуокись углерода, двуокись серы, кислород. Кроме того, при варке стекла некоторые компоненты шихтьг, например, борная кислота, плавиковый шпат, сода, частично улетучиваются. Поэтому при расчете шихты вводится соответствующая поправка.
Все составные части материалов шихтьц которые выделяются при варке стекла и не переходят в стекло, образуют так называемый угар шихты; количество угара зависит от вида применяемых материалов и их влажности.
Рассмотрим в качестве примера расчет шихты для алюмоборо- силикатного бесщелочного стекла следующего состава: SiO2—54%; А1?Оз—14,5%; В2О3—8%; СаО—18%; MgO—4,5%; Na?。—не более 0,5%; F2—не более 0,5%.
Химический состав сырьевых материалов приведен в табл. 2.2 Расчет состава шихты на 100 кг стекломассы проводится по упрощенной 「схеме применительно к заводским условиям. В соответствии с этой схемой принимаем, что двуокись кремния вводится в стекло главным образом с кварцевым песком, плавиковым шпатом и доломитом： юки^сь алюминия —— с гл-иноземом, а ——в малых
45
4 6
Таблица
………in nun Iроль сырьевых
материалов
Материал
Содержание компонентов, %
Обязательные определения сырьевых материалов поступающих на склад*
_Коетроль обработанных сырьевых материалов
периодичность
обязательные определения
Кварцевый песок
&。2，не менее 98 国203, не более 0,2 ^йО**, не более 0,2
L Полный химический анали у?я новых видов песка; SiO2 А‘2°з, Fe2O3—для песка из
3 Ежесменно
Влажность
Мел, известняк
СаО, не менее 52
устного месторождения * Потери при прокаливании
Нерастворимые, не более 3
】• Нерастворимый в кислоте ос таток； СаО, MgO
Нерастворимый в кислоте
Доломит
MgO, не менее 19 5
^ уотерн прк прокаливании J. Влажность
остаток; СаО, MgO Влажность
Глинозем
Борная кислота
Нерастворимые, не более 3 5
А%Оз, не менее 98,3'
То же
』* т°тер"叩н прокаливании
幺.Ь ^случае необходимости—пол-
»
为В。?，не менее 98,5 B2U3, не менее 38 沁尸。1,18—1,25
гг^™ химический анализ
Борат кальция
У3ВО3, влажность
В?。?，СаО
Ежедневно
H3BO3
Нефелиновый концентрат
Цирконовый концентрат
Na2CO3 не менее 96
А120з, не менее 29 ^203，не более 0,4 2гО2, не менее 63
№283
Fe2O3, SiO2
№2。，к2о
ZrO2, SiO2
Ежесменно
Na2coз； влажность
Карбонат бария Марганцевая руда
Плавиковый шпат
ЗаСОз, не менее 90
°к"с喟堂?1^!» (в пересчете
г на Мп3О4), не менее 62
у%, не менее 92
NO, не менее 26(
ВаСО3
Окислы марганца; SiO2
Кальциевая селитра
-aF?; влажность
力。L
Ежедневно Е
влажность
Калиевая селитра I
《2。，не менее 45j
Q。，влажность
• поступающих на склад.
каждая заготов- С ка раствора
:аО, MgO
** К™№™л.'ЮДЛеЖЭТ Каждая партна сЫрьевь.х матерная
Ежедневно Е
лажность
Таблица 22 ^жгяяйжж» 0003W (в ^^ сырьевых материалов
Сырьевые матерналЕ
Песок борная кнетюта Елшюзем Мел
Доломит плавнковь® пшат Кальневз2 сеавтра
колниествах ——с
1 5 3 — О
* 4 2 4 4 О 7
9 .8
1 О
5
1
5
6
9
‘ 3 5 ‘ 8 О 7
卜°
2 4 2 5
7 8 7 3 0
二 4 О 9 2
65
1?
О
2
1 2
М
爲
ООО 丨1 -3入一0 35
О
二
3
F
I 1尸尸?
* i 2 2 3
唸"…
74 4
2 0 7 4 1
9 — 002 0 0 2 3 0
玄0
доломитом
пшюмн， пшатом
а песком; 0KHeь магння ——с
том) окнсь каиьиня ——с aoJIOMsTOM9 мелом〉плавиковом
II ^s^§^§^ селнтро*; ^O^KS^ анзхрип ——с борной WKn^oHO^- етор — с гтпавнковым пшатом. На основаннн практических Ааннх прнннмаему ито угар 60PHого ангшхрипа прн варке составляет 1%・ Ко力HqecTBO#06aваяемого в гпнхту плавикового шпата Опре— пеляется нз расчета ввепення с ним в стекло 1% Cao》a KONHqecT— во кальиневоселнтрн ——из расчета введення4% сао・ Конни? ство побаваяемой трехокисн -MblmbJrKa -ттрнннмаем равнымз 步 (сверх 100% от масссваренного CTeKN§s рз KQ AS2O3 на 100 ка сваренного стекла)，
Для того qTO6b【ввести в стекзо 0〉4済 Cao》необходимо поба， вмть в Енхту селитр-
-•100
JQ74
где 27yl 丨 процентное соаер 淡 анне СаО в селитре (°м・ табл，2・2)・
Дия введення в стекло I / СаО необходимо в Енхту добавить плавикового пшат蜕 -
го-50 >
|&^|1 н'07 ка
чпе 4-4 — процентное содержание СаО в гълавнковом шпате.
Вместе с плавиковым пшатом в стекло войдет (см・ Та6л・
2.2)：
А-оз = : ls- D 0 у 006 ке
1-9^6^rcoH F 95 к™(с учетом 60 乐 угара — 0,75KBy
Для ввемення в стекло 4.5# MgO необходимо добавить в ту WIOMHTa-
Енх,
455о 2
1-62; и 23 ке
23-3,2IQQ~ = 0,735 ке;23-3,2IQQ~ = 0,735 ке;厂 с 23・27,06СаО = —iQQ— = 6,35 кг;厂 с 23・27,06СаО = —iQQ— = 6,35 кг;23-0,33我2。3 = IQQ = 0,076 К223-0,33我2。3 = IQQ = 0,076 К2
23-3,2
IQQ~ = 0,735 ке;
23-3,2
IQQ~ = 0,735 ке;
厂 с 23・27,06
СаО = —iQQ— = 6,35 кг;
厂 с 23・27,06
СаО = —iQQ— = 6,35 кг;
23-0,33
我2。3 = IQQ = 0,076 К2
23-0,33
我2。3 = IQQ = 0,076 К2
Вместе с доломитом в стекло войдет (см. табл. 2.2):
2 с 23-2,57
А 2°з =而—= 0,59 кг
н с 23-0,2
NaQ — 〔о。= 0,046 кг
С учетом того, что SiO2 введено в стекло с доломитом и плавиковым шпатом, остается ввести SiOs；
54,0—(0,735+ 0,11) =53,155 кг
Для этого в шихту необходимо ввести кварцевого песка:
53,15-100
-98,65 = 53,9 кг
Вместе с песком в стекло войдет (см. табл. 2.2):
Л1 с 53,9-0,64АЬ°з = 両=0,345 кг;„ с 53,9-0,2Mg° =―而—=°，108 кг;Л1 с 53,9-0,64АЬ°з = 両=0,345 кг;„ с 53,9-0,2Mg° =―而—=°，108 кг;厂 с 53,9.0,58С'。=100— = 0,313 ка厂 с 53,9.0,58С'。=100— = 0,313 ка口 с 53,9-0,13^егОз =[qq— = 0,07 кг口 с 53,9-0,13^егОз =[qq— = 0,07 кг
Л1 с 53,9-0,64
АЬ°з = 両=0,345 кг;
„ с 53,9-0,2
Mg° =―而—=°，108 кг;
Л1 с 53,9-0,64
АЬ°з = 両=0,345 кг;
„ с 53,9-0,2
Mg° =―而—=°，108 кг;
厂 с 53,9.0,58
С'。=100— = 0,313 ка
厂 с 53,9.0,58
С'。=100— = 0,313 ка
口 с 53,9-0,13
^егОз =[qq— = 0,07 кг
口 с 53,9-0,13
^егОз =[qq— = 0,07 кг
Na2ONa2O53,9-0,1Глл = 0,054 кг53,9-0,1Глл = 0,054 кг
Na2O
Na2O
53,9-0,1
Глл = 0,054 кг
53,9-0,1
Глл = 0,054 кг
С учетом того, что А12О3 введен в стекло с другими компонентами шихты, необходимо ввести А12О3：
14,5—(0,006 + 0,59 + 0,345) = 13,56 кг
Для этого нужно в шихту ввести глинозема:
'13,56-100
97 8— 13,88 кз
Вместе с глиноземом в стекло13,88-0,4SiO2 =j^— = 0,056 кг;Вместе с глиноземом в стекло13,88-0,4SiO2 =j^— = 0,056 кг;войдет (см. табл. 2.2):厂 13,88-0,25СаО = jog= 0,035 кзвойдет (см. табл. 2.2):厂 13,88-0,25СаО = jog= 0,035 кз
Вместе с глиноземом в стекло
13,88-0,4
SiO2 =j^— = 0,056 кг;
Вместе с глиноземом в стекло
13,88-0,4
SiO2 =j^— = 0,056 кг;
войдет (см. табл. 2.2):
厂 13,88-0,25
СаО = jog= 0,035 кз
войдет (см. табл. 2.2):
厂 13,88-0,25
СаО = jog= 0,035 кз
口 с 13,88-0,05FeQs = [qq= 0,007 ^;口 с 13,88-0,05FeQs = [qq= 0,007 ^;z с 13,88・0,3Na^O = [qq= 0,042 кеz с 13,88・0,3Na^O = [qq= 0,042 ке
口 с 13,88-0,05
FeQs = [qq= 0,007 ^;
口 с 13,88-0,05
FeQs = [qq= 0,007 ^;
z с 13,88・0,3
Na^O = [qq= 0,042 ке
z с 13,88・0,3
Na^O = [qq= 0,042 ке
С учетом того, что СаО введенС учетом того, что СаО введен. в стекло с другими компонента- мн шихты, с мелом необходимо ввести СаО:. в стекло с другими компонента- мн шихты, с мелом необходимо ввести СаО:СаО= 18,0 —(0,4 + 1,0 + 6,35 十 0,313 + 0,035) = 9,902 кгДля этого необходимо в шихту добавить мела:、9,902-100_ .СаО= 18,0 —(0,4 + 1,0 + 6,35 十 0,313 + 0,035) = 9,902 кгДля этого необходимо в шихту добавить мела:、9,902-100_ .53,953,918,4 кг18,4 кг
С учетом того, что СаО введен
С учетом того, что СаО введен
. в стекло с другими компонента- мн шихты, с мелом необходимо ввести СаО:
. в стекло с другими компонента- мн шихты, с мелом необходимо ввести СаО:
СаО= 18,0 —(0,4 + 1,0 + 6,35 十 0,313 + 0,035) = 9,902 кг
Для этого необходимо в шихту добавить мела:
、9,902-100_ .
СаО= 18,0 —(0,4 + 1,0 + 6,35 十 0,313 + 0,035) = 9,902 кг
Для этого необходимо в шихту добавить мела:
、9,902-100_ .
53,9
53,9
18,4 кг
18,4 кг
Вместе с мелом в стекло войдет:
с 18,4・1,47 сс 18,4-0,4
SiO2 =iqq— = 0,27 /<2；Fe2O3 ==j^= 0,074 心
Na2O =Na2O =18,4-0,2—100-18,4-0,2—100-=0,037 кг=0,037 кг
Na2O =
Na2O =
18,4-0,2
—100-
18,4-0,2
—100-
=0,037 кг
=0,037 кг
Для введения в стекло борного ангидрида необходимо добавить борной кислоты (с учетом 10% угара в процессе варки стекла):
18-100「
0,9-55,6 = 15,7 кг
Таблица 2.3. Расчетный состав (в %) стекла из сырьевых материалов известного состава
Сырьевые материалы
SiO2
ВоОз
AI2O3
СаО
MgO
Ре^Оз
Na2O
F2
Песок
53,150
0,345
0,313
0 108
0,070
0,054
Борная кислота
8,00
—■
—
—
Глинозем
0,056
—
13,560
0,035
0,007
0,042
—
Мел
0,270
9,902
0,074
0,037
—
Доломит
0,735
0,590
6,350
4,500
0,076
0,046
—
Плавиковый шпат
0,11
0,006
1,000
0,375
Кальциевая селитра
0,400
Нго го*
54,32
8,00
14,50
18,10
4,61
0,23
0,18
0,38
* Полученный расчетный состав стекла при отклонении в пределах 1% приводится к 100%,
В результате расчета получаем теоретический состав стекла, который приведен в табл. 2.3.
ВЗВЕШИВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Подготовленные сырьевые материалы после повторного контроля на содержание в них основного вещества хранят в бункерах готовых материалов; небольшие количества хранят в ларях. Для составления шихты материалы отвешивают в соответствии с рецептурой; используют весы следующих типов:
подвижные весы, на (которых все материалы отвешиваются поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе);
стационарные полуавтоматические весы, на -которых все материалы также отвешиваются поочередно;
автоматические весы, устанавливаемые под каждым бункером готового материала.
При взвешивании на автоматических весах получают самые точные результаты. Установка для автоматического взвешивания состоит из весов, расположенных под каждым бункером, реле для
49491277
49
49
управления их работой и приемной транспортерной ленты. К раме, укрепленной под бункером с помощью рычажной системы, подвешен ковш. Разгрузочное отверстие перекрывается качающимся затвором. При заполнении ковша определенным количеством материала затвор открывается и материал высыпается на транспортерную ленту. Весы снабжены аварийной сигнализацией и счетчиком числа отвесов. Известно несколько моделей автоматических весов производительностью от 400 до 10 000 кг/ч.
Взвешивание ——очень ответственная операция, от нее во многой зависит качество стекломассы и постоянство химического состава стекла. Поэтому необходимо весы любого типа очень тщательно и регулярно проверять. ”
Сырьевые материалы должны отвешиваться в определенной последовательности: песок, глинозем, борная кислота (сода и нефелиновый концентрат ——для щелочного стекла), доломит, мил п др. Взвешенные материалы подают на транспортерной ленте или скиповым подъемником в смеситель.
Матгриалы, вводимые в шихту в небольших количествах,——трех- окпсь мышьяка, плавиковый шпат (калиевая и натриевая селитра——для щелочных стекол) отвешивают на более точных весах п после предварительного перемешивания высыпают в смеситель- основного сырья.
СМЕШЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И ХРАНЕНИЕ ШИХТЫ
Шихту смешивают в смесителях различных типов. На заводах применяют тарельчатый смеситель Эйриха, барабанный смеситель фирмы «Дрей-Смисх>, роторный смеситель; чаще всего используют тарельчатый смеситель, состоящий из вращающейся тарелки, на которую подаются сырьевые материалы, и вращающихся лопастей с катками. В результате независимых вращательных движений чаши и лопастей частицы материалов совершают сложный спиралеобразный путь, при этом обеспечивается их интенсивное и полное перемешивание. Производительность смесителей различных типов составляет от 1 до 25 т/ч.
Для уменьшения расслаивания, пыления и уноса частиц шихты дымовыми газами ее увлажняют до 2—3%. При этом либо увлаж* няют песок (предварительно), либо всю смесь (во время перемешивания в смесителе). На некоторых заводах при составлении шихты для алюмоборосиликатного бесщелочного стекла ее увлажняют водным раствором нитрата кальция. Таким образом, процесс увлажнения совмещают с вводом в шихту осветлителя.
Приготовленную в смесителе шихту высыпают в кюбеля или транспортируют в бункер для хранения. При транспортировке нельзя допускать пересыпания шихты с большой высоты, подвергать вибрации емкости с шихтой. Несоблюдение этих правил может привести ：к расслаиванию шихты и нарушению ее однородности.
Запас шихты на каждом заводе в зависимости от условий 50
работы должен быть не менее сменной и не более суточной потребности. Большой запас шихты не нужен из-за возможного расслаивания, слеживания и пыления, слишком малый запас шихты нельзя допускать, чтобы не нарушить загрузку ванной печи в случае неполадок при составлении шихты.
Контроль качества приготовленной шихты предусматривает проверку соответствия состава шихты ее рецептуре, однородности смешения и гранулометрического состава. Для проверки правильности состава из 3——5 мест отбирается средняя проба и анализируется на содержание борной кислоты, мела, доломита, песка. Однородность смешения определяется путем сравнения анализов 2——3 проб шихты, взятых из разных мест. Г ранулометрический состав шихты проверяют просевом через контрольное сито № 1.
Ниже приведены допустимые отклонения (в %) в содержании отдельных компонентов шихты от заданного значения:
Песок土 1,Глинозем±1,Мел±0,Песок土 1,Глинозем±1,Мел±0,Доломит±0,5Борная кислота . . . . 土 1,0Доломит±0,5Борная кислота . . . . 土 1,0
Песок土 1,
Глинозем±1,
Мел±0,
Песок土 1,
Глинозем±1,
Мел±0,
Доломит±0,5
Борная кислота . . . . 土 1,0
Доломит±0,5
Борная кислота . . . . 土 1,0
ГЛАВА 3
ТЕХНОЛОГИЯ ВАРКИ СТЕКЛА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВАРКЕ СТЕКЛА
Процесс стекловарения условно включает пять стадий: сили- катообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку.
Первая стадия охватывает период нагрева шихты до плавления отдельных ее компонентов. При этом происходят сложные физико- химические процессы. Борная кислота, мел, известняк, доломит начинают разлагаться с выделением воды и двуокиси углерода. Оставшиеся окислы В2О3, СаО, MgO взаимодействуют друг с другом, а также с глиноземом и песком и образуют сложные силикаты, алюмосиликаты и бораты кальция и магния. Все эти процессы заканчиваются в основном при 1200 ℃, и к ,концу стадии силикато- образования уже не остается отдельных компонентов шихты (борной кисл1оты, мела, доломита и т. д.).
Вторая стадия начинается еще до завершения первой стадии с момента появления расплава и заканчивается при 1150——1250 ℃. Образовавшиеся в шихте на первой стадии легкоплавкие соединения начинают плавиться и растворять еще не вступившие во взаи- модействие частицы глинозема и песка. При дальнейшем повышении температуры начинают плавиться и растворяться образовавшиеся в шихте сложные бораты, силикаты, алюмосиликаты и Другие соединения, происходит выравнивание концентраций компонентов стекла по всему объему. К концу стеклообразования в 4* 51
шихте не остается твердых (непроваренных) частиц, но стекломасса пронизана большим количеством пузырей и свили.
Значительную роль в процессе силикато- и стеклообразования играет размер частиц компонентов шихты. Взаимодействие между частицами начинается в точках их соприкосновения, а растворение частиц происходит с поверхности. Чем мельче частицы, тем больше их общая поверхность и тем больше точек соприкосновения. Поэтому применение тон'комолотого сырья с размером частиц менее 0,05——0,1 мм (сырье, измельченное на струйных и аэробильных мельницах) значительно ускоряет процессы силикато- и стеклооб- разования.
Третья стадия заключается в выделении химически связанных газов при нагревании и взаимодействии компонентов шихты. Это в основном двуокись углерода из мела и доломита, пары воды из борной кислоты и сернистый газ, образующийся при добавлении в шихту сульфата. В 1 т шихты содержится 180——200 кг химически связанных газов, не считая воздуха, который заполняет поры между ее частицами. Кроме того, в шихту и стекломассу проникают газы из печного пространства. При нагревании часть газов удаляется, а часть остается в стекломассе в виде пузырей или в растворенном состоянии. Растворенные газы при повторном нагревании образуют 《мошку» (мелкие пузырьки) и видимые газовые включения, которые необходимо удалить из стекломассы.
В производстве стеклянного волокна на стадии осветления стремятся не столько удалить видимые газовые пузыри, сколько уменьшить общее количество газов в стекле. Это необходимо, потому что растворенные в стеклянных шариках газы при плавлении шариков в сосудах могут вновь выделяться и вспенивать стекломассу.
Наибольшую опасность с этой точки зрения представляют пары воды и SO?. Пары во^ы трудно удалить из стекломассы, так как окись алюминия и борный ангидрид способны удерживать воду до температуры 4 000——1400 ℃. Сернистый газ попадает в стекломассу из печного пространства, где он образуется при сгорании топлива, содержащего серу или ее соединения. При повторном нагревании остывшей стекломассы, особенно при отсутствии SO? в газовом пространстве над нею, он начинает выделяться, образуя《мош- ку》или вспенивая стекломассу.
Существует ряд приемов для ускорения процесса осветления стекломассья: 1) увеличение продолжительности варки； 2) повышение температуры при осветлении; 3) проведение бурления стекломассы; 4) добавление в шихту осветлителей.
Стекломассу осветляют при температуре 1450—1600℃, при которой ее вязкость составляет 〜100 пз. Образовавшиеся в этих условиях газовые пузыри легко поднимаются вверх и на поверхности стекломассы лопаются. Важно, чтобы в стекломассе образовались крупные пузыри, так как мелкие увлекаются направленными вниз потоками стекломассы и не могут подняться к поверх-
ности; крупные пузыри, которые движутся вверх со значительно большей скоростью, не могут быть увлечены потоками стекломассы в глубину. Растворенные в стекломассе газы поглощаются крупными (пузырями на -всем пути их подъема и, таким образом, количество газов, остающееся в ст&кле, уменьшается.
Для создания крупных пузырей в стекломассе через нее пропускают под давлением воздух и вводят осветлители. В качестве осветлителей применяют сульфат натрия (0,3——0,5%), сульфат аммония (0,5——1%), нитрат натрия или калия (1 % в пересчете на Na2O или К2О), нитрат аммония (0,25%), нитрат кальция (0,4—0,5% в пересчете на СаО). Нитраты обычно применяют вместе с As2O3 (0,3%) • Сульфаты используют в качестве осветлителей, если стеклянные изделия не подвергаются повторному нагреванию. В производстве стеклянного волокна применяют в основном нитраты и As2O3, так как вместе эти компоненты более эффективны. Например, при варке бесщелочного алюмоборосиликатного стекла с сульфатом натрия в 1 м3 стеклянных шариков содержится 6——7 м3 газов, а при варке с нитратом 'кальция и мышьяковистым ангидридом 3,5—4 川，° е. в 1,5—2 раза меньше.
Это объясняется тем, что нитраты вместе с As2O3 выделяют кислород при температурах выше 1200 ℃； в этих условиях осветление стекломассы происходит более полно и быстро. Нитраты разлагаются и насыщают стекломассу кислородом при 800——900 ℃. Мышьяковистый ангидрид AS2O3 при этих температурах присоединяет кислород, образуя мьгшьаковьгй ангидрид AS2O5, сохраняющий устойчивость до 1200 ℃, При более высоких температурах он разлагается на AS2O3 и кислород, который способствует удалению газов из стекломассы.
Четвертая стадия стекловарения——гомогенизация——протекает одновременно с процессом осветления. После завершения процесса стеклообразования в стекломассе имеются участки, обогащенные отдельными компонентами шихты,——борным ангидридом, кремнеземом, глиноземом, и так называемые свили. Эти участки имеют разную вязкость, кристаллизационную способность, плотность, показатель преломления света и другие свойства. Выработка изделий из такой стекломассы затруднена, так как невозможно подобрать единый технологический режим, и сформованные изделия могут иметь неправильную форму или растрескиваться. Процесс гомогенизации необходим для усреднения состава стекломассы. Длительная выдержка стекломассы при высоких температурах, а также процесс осветления улучшают однородность стекла. При малой вязкости стекломассы свили быстрее растворяются, этому же спо-- собствуют поднимающиеся пузыри, которые растягивают свили.
Пятая стадия ——студка ——предусматривает постепенное непрерывное охлаждение стекломассы на 200——300 ℃, необходимое для достижения вязкости, при которой возможно формование изделия. Повторное нагревание стекломассы на этой стадии может привести к появлению《мошки》.
ВАРКА СТЕКЛА
Бесщелочное алюмоборосиликатное стекло. Это стекло является тугоплавким. Для варки этого стекла предназначены ванные лроточные печи, обеспечивающие хороший провар и однородность 'стекломассы.
При варке стекла в печь загружаются шихта, стеклянный бой и отходы стеклянного волокна в следующем соотношении: шихта—— 75—85 %, бой 10—5%, отходы волокна 15—10%.
В ванные печи непрерывного действия с одного конца печи загружается шихта, а с противоположного конца готовая стекломасса поступает на выработку изделий. В таких печах все стадии
Рис. 3.1. Тонкослойный загрузчик мельницы:
/ — бункер; 2 — подвижной стол； 3 — ши- 、бер.
процесса стекловарения на разных участках печи протекают одновременно.
Шихта загружается в печь через (карманы в боковых ст&нках около горелок. Для загрузки шихты и боя применяют тонкослойные загрузчики (рис. 3.1). Загрузчик имеет лриэмный бункер /, дном которого служит подвижный стол 2, совершающий возвратно- поступательное движение. При движении вперед стол специальным выступом увлекает слой шихты. Толщина слоя шихты соответствует зазору между бункером и столом, который регулируется ши- бером 3 При движении стола назад шихта ссыпается в карман. Загрузчик сблокирован с уровнемером, который включает пли выключает загрузчик в зависимости от уровня стекломассы в печи. Такая система обеспечивает колебание уровня не более чем на 2 мм. Толщину слоя шихты устанавливают минимальной для более равномерной загрузки. Отходы стеклянного волокна загружают вручную через другой карман.
Ниже приводится техническая характеристика загрузчика шихты ЗШ-1:
Производительность, т/4 2,7
Ширина стола, мм 600
Продольный ход стола, мм 180—280
Число рабочих ходов,1/лшн 1,2—3
Вес, тс '1,7
При нормальной работе печи загружаемая шихта не должна продвигаться далее !/з длины варочной части, считая от кармана. За варкой наблюдают через смотровые окна печи. При нормальном процессе варки стекла шихта должна 《кипеть》,т. е. из нее должны интенсивно выделяться газы в виде крупных лопающихся пузырей. Отсутствие кипения (《мертвая варка》) является признаком плохой варки, вызванной низкой температурой или нарушением состава шихты. Примерно от середины варочной части и до протока происходят осветление и гомогенизация стекломассы. О степени осветления и провара судят по пробам стекломассы, отбираемым металлической ложкой или так называемой «железкой^ у протока.
Пробы не должны содержать непроваренных включений и пузырей; допускаются отдельные крупные пузыри.
Осветленная и однородная стекломасса через проток поступает в выработочную часть печи, где охлаждается до заданной температуры.
Наибольшее влияние на варку и осветление стекла оказывают температурный и газовый режимы печи, которые в рекуперативных печах более устойчивы, чем в регенеративных. В последних через каждые 30 мин меняется направление пламени, что приводит к цикличным изменениям температурного и газового режимов.
Температура варки алюмоборосиликатного стекла колеблется на разных заводах от 1520 до 1560 ℃. Максимальную температуру устанавливают в середине печи (считая по длине). В выработочной части печи температуру поддерживают в пределах 1320— 1380℃ в зависимости от места установки измерительного прибора. При варке стекла следует строго выдерживать заданный для данной печи температурный режим; допустимые отклонения не должны превышать ±10 °C. Температура стекломассы ниже температуры пламенного пространства. В зоне максимальных температур поверхность стекломассы имеет температуру 1520—1540℃, вблизи стен бассейна температура на 20—30 ℃ ниже, чем в середине печи. Так как стекломасса нагревается только с поверхности, ее температура по мере удаления в глубину бассейна печи уменьшается. Среднее падение температуры на каждые 100 мм составляет 30 ℃.
Распределение температур по длине печи регулируется измене- ннем соотношения подачи топлива и воздуха, увеличением илн уменьшением тяги и изменением высоты разделяющего экрана.
Так, в,печах с подковообразным направлением пламени смещение температурного максимума в сторону горелок достигается увеличением подачи воздуха в печь и усилением тяги. Для смещения температурного максимума к протоку, наоборот, уменьшают подачу воздуха и тягу. Для повышения температуры в рабочей части печи уменьшают тягу, увеличивают подачу топлива, снижают высоту экрана и т. д.
Газовый режим оказывает влияние как на распределение температур по длине печи, так и на процесс осветления стекломассы. Нормальным давлением над стекломассой в ванных печах счита- ■ется атмосферное или слабо повышенное (во избежание подсосов холодного воздуха и для уменьшения улетучивания компонентов из стекломассы). На ряде заводов в последнее время осуществлено автоматическое регулирование температурного режима и дав- .ления в печи.
Щелочное стекло № 7-А, так же как алюмоборосиликатное, варится в регенеративных ванных печах непрерывного действия с подковообразным направлением пламени при температуре 1520—— 1540℃. Бассейн печи выкладывают из бакора и разделяют поротом на две части — собственно варочную и зону осветления. Порог ,не доходит до зеркала стекломассы на 100——150 мм. Так как теплопрозрачность стекла № 7-А невелика, бассейн делают глубиной 600 мм} а в зоне освещения для подогрева глубинных слоев устанавливают три молибденовых электрода.
Экспериментальные стекла, объем производства которых невелик, варят в ванных печах периодического действия, в которых основные стадии процесса стекловарения разделяются во времени.
Шихту и бой в такие печи засыпают ковшом вручную. Так как при выработке стеклянных шариков на ручных прессах получается очень много отходов, соотношение шихты и боя составляет 70—— 60% и 30——40% соответственно. Печь загружают отдельными порциями шихты через 3——4 ч в зависимости от химического состава стекла. Каждую очередную порцию загружают после того, как полностью осядет предыдущая порция шихты. После наварки ванны температуру повышают на 20—40℃, и стекломасса осветляется от пузырей в течение 4——8 ч.
Охлаждение стекломассы перед выработкой достигается снижением температуры печи. Для этого сокращают подачу топлива в печь, открывают все рабочие окна и постепенно увеличивают тягу, поднимая шибер в дымоходе. Охлаждение стекла продолжается 2,5—3,5 ч. После того как температура в печи снижена до заданной, ее поддерживают постоянной в течение всего времени выработки стеклянных шариков. После окончания выработки все рабочие окна закрывают《кухами》(шамотными заслонками), печь разогревают и снова наваривают стеклом. 。
При изменении химического состава стекла перед следующей варкой остатки стекломассы тщательно вычерпывают металличе- скими ложками. Затем печь «промывают», т. е. наваривают не- 56
большое количество стекломассы нового состава, которое снова тщательно вычерпывают. Только после этого приступают ;к полной наварке ванны новым составом.
Производительность стекловаренных печей характеризуется удельным съемом и коэффициентом использования стекломассы..
Удельный съем — количество стекломассы, снятое с 1 九2 ва_ рочной части печи за сутки,——для ванных печей при варке бесще- лочного алюмоборосил；икатного ©текла составляет 0,320——0,400 (т/九2)/ сутки. Коэффициент использования стекломассы (КИС), характеризующий отношение полезно использованной стекломассы (^стекломассы в изделиях) -ко всей сваргнной стекломассе, изменяется в пределах 0,91——0,98.
КОНСТРУКЦИИ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ, МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ИХ КЛАДКИ И ТОПЛИВО ДЛЯ ОБОГРЕВА
Конструкции стекловаренных печей
В производстве стеклянного волокна для варки стекла применяются ванные стекловаренные печи непрерывного действия, обслуживающие 3—4 автомата АСШ производительностью до 16 т/сутки, и периодического действия, применяемые при варке экспериментальных стекол.
Рабочая камера ванных печей как непрерывного, так и периодического действия состоит из бассейна для стекломассы и пламенного пространства. Бассейн печей непрерывного действия разделяется охлаждаемыми снаружи стенами на варочную и вырабо- точную части, которые сообщаются между собой заглубленным каналом — протоком. В пламенном пространстве выработочная часть отделяется от варочной экраном в виде решетки, выложенной из динасового кирпича.
Стены и свод пламенного пространства, своды и влеты горелок выкладывают динасом. Для кладки бассейна используют шамот, муллит, бакор, каолин, плавленый кварц и другие огнеупоры в зависимости от химического состава стекла. Для уменьшения количества швов бассейн выкладывают крупными огнеупорными брусьями.
На рис. 3,2 и 3.3 представлены рекуперативная и регенеративная ванные печи непрерывного действия.
Ниже приводятся ориентировочные размеры варочного бассейна печей:
Длина,兩兩Ширина, ммГлубина, ммПлощадь, л/2Длина,兩兩Ширина, ммГлубина, ммПлощадь, л/2На 3 автоматаАСШ71004300100030На 3 автоматаАСШ71004300100030На 4 автомата АСШ72005600100040.На 4 автомата АСШ72005600100040.
Длина,兩兩
Ширина, мм
Глубина, мм
Площадь, л/2
Длина,兩兩
Ширина, мм
Глубина, мм
Площадь, л/2
На 3 автомата
АСШ
7100
4300
1000
30
На 3 автомата
АСШ
7100
4300
1000
30
На 4 автомата АСШ
7200
5600
1000
40.
На 4 автомата АСШ
7200
5600
1000
40.
Дно бассейна выкладывают шамотными брусьями толщиной 300 мм, стены бассейна ——брусьями плавленого кварца, которые ставят вертикально (толщина стен 250 мм). Выработочную часть бассейна выкладывают плавленым кварцем или каолиновыми брусьями. Размеры протока составляют (в мм): длина——1000, ширина — 500 и высота ——400. Для продления срока службы .печи
:И:ИРис. 3.2. Рекуперативная ванная стекловаренная печь: / — рекуператор; 2 — горелка; 3 — варочная часть печи; 4 ■— выработочная часть печи; 5 — двойной свод.Рис. 3.2. Рекуперативная ванная стекловаренная печь: / — рекуператор; 2 — горелка; 3 — варочная часть печи; 4 ■— выработочная часть печи; 5 — двойной свод.亚亚
:И
:И
Рис. 3.2. Рекуперативная ванная стекловаренная печь: / — рекуператор; 2 — горелка; 3 — варочная часть печи; 4 ■— выработочная часть печи; 5 — двойной свод.
Рис. 3.2. Рекуперативная ванная стекловаренная печь: / — рекуператор; 2 — горелка; 3 — варочная часть печи; 4 ■— выработочная часть печи; 5 — двойной свод.
亚
亚
стены бассейна обдуваются вентилятором, расход воздуха составляет 4-103-—6-103 м3/ч на 1 м варочной части бассейна. Для интенсификации охлаждения верхнюю часть брусьев варочной части бассейна и проток обкладывают металлическими холодильниками (ватержакетами), по которым циркулирует холодная вода. В этом случае воздух, подаваемый вентилятором, поступает в зазор между брусьями и ватержакетом. При нормальной работе печи и хорошем охлаждении бассейна печь может работать без ремонта в течение 18 месяцев.
Печи отапливаются природным газом или мазутом. Для сжигания топлива служат две горел.ки, расположенные в торцевой .58
стене печи. В горелках топливо перемащивается с нагретым в регенераторе или рекуператоре воздухом, и пламя чергз -взлеты поступает в пламенное пространство печи.
В рекуперативной печи обе горелки работают одновременно, пламя из горелок движется вдоль печи 区 экрану. Дымовые газы
Рис. 3.3. Регенеративная ванная стекловаренная печь:
/ — регенератор; 2 — горелка; 3 — варочная часть печи； 4 — выработочная часть печн.
отводятся вблизи экрана через зазор между двумя сводами в рекуператор, откуда через дымовой боров поступают в дымовую трубу.
В регенеративной печи горелки работают поочередно. Пламя из горелки движется вдоль продольной стены печи, вблизи экрана меняет направление и движется обратно. Дымовые газы отводятся через вторую горелку во второй регенератор. Через 30 мин направление пламени меняется, т. е. пламя поступает через вторую горелку, а дымовые газы отводятся через первую и т. д.
Рекуператоры и регенераторы служат для использования тепла отходящих газов, имеющих температуру 1200—1400 ℃. В рекупе-
раторах и регенераторах подогревается воздух, необходимый для сжигания топлива, и утилизируется 45——60% тепла отходящих газов.
В результате того, что в печь поступает подогретый воздух, сокращается расход топлива.
В рекуператоре (рис. 3.4) имеются вертикальные каналы, по которым сверху вниз движутся горячие дымовые газы. Каналы сложены из огнеупорных керамических трубчатых элементов. Воздух, подаваемый в рекуператор вентилятором, совершает сложное движение, омывая трубчатые элементы дымовых каналов. Тепло воздуху от дымовых газов передается через стенки каналов. В реку- операторе воздух подогревается до 900—1000 ℃.
Регенераторы представляют собой камеру, внутри которой имеется насадка из шамотного кирпича. Они работают периодически. Сначала в регенератор поступают горячие дымовые газы, которые нагревают кирпичи насадки； через 30 мин подача дымовых газов обычно прекращается и в регенератор в обратном направлении подается воздух, предназначенный для сжигания топлива. Таким образом, для по- два регенератора; воздух в
пп
Е
工
工
£
возЗух
газы
夕
Рис. 3.4. Рекуператор:
/ — отверстия для осмотра и чистки труб; 2 — горелка; 3 — ванная печь; 4 — воздушный канал;
5 — газовый канал.
工
догрева воздуха печь должна иметь них пологпевается до 1000—1200 ℃.
Для изменения направления дымовых газов и воздуха в регенераторах служат шиберные клапаны (рис. 3.5). К』апан имеет два шибера 3 и 5, связанные между собой системой тяг, так что при опускании одного второй поднимается в верхнее положение. Когда поднят левый шибер 5, правый 3 опущен. В этом положении шиберов воздух из воздуховода 2 поступает в правый регенератор 7, а дымовые газы из левого регенератора 6 направляются в дымовую трубу. Левый воздуховод / перекрыт поднятым левым шибером 5. При опускании левого шибера воздух поступает в левый регенератор, в то время как дымоход правого регенератора открывается и дымовые газы направляются в дымовую трубу.
При рекуперативном обогреве воздуха устанавливают только один шибер в борове (горизонтальном участке дымохода между рекуператором или регенераторами и дымовой трубой), который служит для регулирования тяги дымовой трубы.
Дымовые газы удаляются из пламенного пространства печи благодаря тяге, создаваемой в дымовой трубе, которая возникает вследствие разности плотностей газов в трубе и воздуха. Тяга в дымовой трубе создает разрежение в дымоходах печи, измеряемое в миллиметрах водяного столба. Обычно в борове устанавливают разрежение 9—12 мм вод. ст.
Рис. 35 Шиберные клапаны для изменения направления дымовых газов и воздуха:/, 2 — воздуховоды; 3, 5 — шиберы； 4 — шибер перед дымовой трубой; 6, 7 — регенераторы.Рис. 35 Шиберные клапаны для изменения направления дымовых газов и воздуха:/, 2 — воздуховоды; 3, 5 — шиберы； 4 — шибер перед дымовой трубой; 6, 7 — регенераторы.Рис. 3.6. Схема металлической обвязки ванной стекловаренной печи:/ — связи; 2 — вертикальные колонны; 3,5 — кронштейны;4 — полка; 6 — болт; 7 — металлическая полоса; 8—двутавровая балка; 9—швеллерная балка.Рис. 3.6. Схема металлической обвязки ванной стекловаренной печи:/ — связи; 2 — вертикальные колонны; 3,5 — кронштейны;4 — полка; 6 — болт; 7 — металлическая полоса; 8—двутавровая балка; 9—швеллерная балка.
Рис. 35 Шиберные клапаны для изменения направления дымовых газов и воздуха:
/, 2 — воздуховоды; 3, 5 — шиберы； 4 — шибер перед дымовой трубой; 6, 7 — регенераторы.
Рис. 35 Шиберные клапаны для изменения направления дымовых газов и воздуха:
/, 2 — воздуховоды; 3, 5 — шиберы； 4 — шибер перед дымовой трубой; 6, 7 — регенераторы.
Рис. 3.6. Схема металлической обвязки ванной стекловаренной печи:
/ — связи; 2 — вертикальные колонны; 3,5 — кронштейны;
4 — полка; 6 — болт; 7 — металлическая полоса; 8—двутавровая балка; 9—швеллерная балка.
Рис. 3.6. Схема металлической обвязки ванной стекловаренной печи:
/ — связи; 2 — вертикальные колонны; 3,5 — кронштейны;
4 — полка; 6 — болт; 7 — металлическая полоса; 8—двутавровая балка; 9—швеллерная балка.
Неотъемлемой частью печи является ее обвязка, представляющая собой сложную систему металлических конструкций (рис. 3.6). Эти конструкции воспринимают распор свода и давление стекломассы на стены бассейна； они служат для подвески стен пламенного пространства и свода печи, а тажже предупреждают разрушение кладки при ее расширении или усадке.
Основным элементом обвязки являются вертикальные колонны 2, обычно изготовляемые из спаренных стальных швеллеров. Колонны крепятся на швеллерной балке 9, наглухо прикрепленной к поперечным двутавровым балкам 8, на которые уложено дно бассейна. Каждый брус ложится на две металлические полосы 7. Дав- ление стекломассы в бассейне воспринимается болтами 6, имею-
щими развилку для упора в уголки, прижатые непосредственно к брусьям бассейна.
Болты вставляются в зазоры между швеллерами вертикальных колонн.
Для подвески стен пламенного пространства на колоннах устанавливают кронштейны 5, на которые укладывают чугунные полки 4 (лафеты), непосредственно несущие кладку стен.
Свод подвешивают аналогично на кронштейнах 3.
Вверху противоположные колонны связаны между собой связями 1 из стали круглого сечения, которые затягиваются гайками, что позволяет по мере надобности регулировать степень затяжки.
Материалы для кладки стекловаренных печей
Стекловаренные печи кладут из огнеупорного материала. Эксплуатация печи происходит при высоких температурах, значительных механических нагрузках, в условиях разъедающего действия стекломассы. Поэтому к огнеупорам предъявляются следующие требования:
механическая прочность, позволяющая выдерживать давление стекломассы, вес кладки, распор свода;■
жаростойкость, т. е. способность выдерживать длительные механические нагрузки при высоких температурах;
высокая стеклоустойчивость；
достаточная термостойкость, т. е. способность не разрушаться при резкой смене температуры；
правильность формы и точность размеров брусьев или кирпичей, обеспечивающая возможность кладки печи без их обтесывания.
Существуют, кроме того, специальные требования 丿к хранению и перевозке огнеупоров (FtDCT 8179—56), предусматривающие защиту их от механических повреждений (во избежание сколов углов и граней) и от попадания влаги, особенно если после увлажнения возможно промерзание огнеупора.
Для кладки печей используют следующие виды огнеупорного припаса.
Динас (ГОСТ 3910—47) содержит не меиее 93% кремнезема; изготовляется из горной породы ——кварцитов (95—97% SiO2). Кварциты дробят, смешивают с известковым молоком и из полученной массы трамбуют изделия, которые затем сушат и обжигают.
Динас выдерживает температуру до 1650 ℃ и применяется для кладки сводов печи, стен пламенного пространства, горелок, экрана. При нагревании динас сильно расширяется (линейные размеры могут увеличиваться на 1—2%), поэтому он разрушается при резких изменениях температуры.
По ГОСТ динасовые изделия выпускают 37 марок, каждая из которых имеет свое назначение.
Плавленый кварц состоит из двуокиси кремния (99%); он изготовляется из особо чистого кварцевого песка. Песок плавят в электропечах при температуре 2000 ℃; при 1600—1800 ℃, когда ои приобретает тестообраз-
ную консистенцию, прессуют брусья. Брусья из плавленого кварца применяют при варке бесщелочного алюмоборосиликатного стекла для кладки бассейна лечи, протока, а иногда и окружки выработочиой части. В начальный период кампании печи плавленый кварц довольно быстро разъедается стекломассой, однако образующаяся кремнеземная свиль легко растворяется и не загрязняет стекломассу. Когда толщина брусьев бассейна уменьшается до 100——150 мм, большое влияние иа их дальнейшую устойчивость оказывает охлаждение (обдувание). При обдувании брусьев холодным воздухом стекломасса в пристенном слое охлаждается и ее разъедающее действие уменьшается, начинается так называемая варка стекла в стекле —— остывший слой стекломассы сам защищает огнеупор от дальнейшего разъедания.
Брусья плавленого кварца выпускают толщиной 95—100 九九,шириио/i 250 мм и различной длины, но не более 1000 мм. При кладке окружки из плавленного кварца брусья сошлифовывают на конус иа специальных станках простой конструкции.
При нагревании плавленый кварц может дать усадку до 1,5% .
Шамотные брусья (ГОСТ 7151——54) изготовляют из огнеупорной глины, содержащей 30——43% А12О3 и 51——66% SiO2.
Огнеупорные пластичные глины дают при обжиге большую усадку, поэтому часть глины предварительно обжигают на шамот. После обжига при 1300 ℃ глина теряет пластичность при замешивании с водой. Обожженную глииу дробят в порошок, просеивают и определенные фракции в заданном соотношении замешивают с сырой пластичной глиной. Из такой массы готовят изделия. Донные и стеновые брусья формуют трамбованием, нормальные кирпичи ——прессованием. Сформованные изделия сушат и обжигают.
Шамотный припас применяют для кладки дна печи. При нагревании шамот может дать усадку до 2% .
Каолиновые брусья, содержащие ие меиее 39% А12О3 + TiO2 (ТУ ЧМТУ 2973——51), высокоглииоземистые брусья, содержащие ие меиее 63% А12О3 十 TiO2 (ТУ ЧМТУ 2974—51 и ТУОЩ 125—54), формуются из порошков особо чистой каолиновой глины и другого высокоглиноземистого сырья в холодном состоянии, а затем обжигаются. Готовые брусья имеют размеры 250 X 400 X 500 мм\ проточные брусья — 300 X 400 X 1 100 мм. Перечисленные брусья применяют для кладки бассейна печей при варке экспериментальных стекол, а также окружки вьфаботочной части при варке алюмоборосиликатного стекла. При нагревании каолиновые и высокоглииоземистые брусья могут дать усадку до 1% .
Электроплавлеиые огнеупоры получают путем плавления вы- сокоглииоземистого сырья с различными добавками в электропечах с графитовыми электродами. Расплав отливают в разборные графитовые формы. Для этого печь наклоняют, и расплав при температуре *> 1900 ℃ стекает в формы, имеющие теплоизоляцию, в которых брусья медленно остывают; одновременно происходит их отжиг.
Муллитовые брусья содержат 88—98% муллита (3Al2O3-2SiO2), изготовляются путем плавления боксита в электропечах.
Б а к о р - 20 (бадделеито-корундовый огнеупор) содержит 16——20% ZO；, 13—16% SiO2 и 60—65% А12О3; 6 а кор-33 содержит 33% ZrO2, 13%SiO2 и 50% А12О3; эти огнеупоры изготовляются путем плавки технического глинозема и циркона в электропечах.
Кор уидовые брусья содержат 80——99% А12О3; получаются при плавке технического глинозема в электропечах.
Огнеупоры, полученные в электропечах, не меняют своих размеров при нагревании. Ихв применяют для кладки бассейнов печей (при варке щелочных и экспериментальных стекол), а также влетов горелок.
Кроме перечисленных огнеупоров применяют корхарт «стандарт» (американо-французский муллитовый огнеупор, содержащий 20—25% SiO2 и 72—75% А12О3), корхарт «ЗАК» (американо-французский бадделеито-корундовый огнеупор, содержащий 11 —13% SiO2, 50% А12О3 и 33—34% ZrO2) и корвишит (венгерский корундовый огнеупор, содержащий 99,2% А12О3).
Топливо для обогрева стекловаренных печей
Для обогрева стекловаренных печей применяют только жидкое или газообразное топливо.
Природный газ наиболее широко применяется для отопления стекловаренных печей. Он отличается высоткой теплотворной способностью (8 000—15000 ккал/м3), не требует специальных хранилищ, подается в печь без каких-либо распылительных устройств. Приспособления для сжигания природного газа представляют собой обычные трубы диаметром 51——76 мм, перекрываемые газовыми вентилями.
Природный газ в смеси с воздухом взрывоопасен, поэтому к работе с ним допускаются только лица, прошедшие обучение.
Мазут представляет собой продукт перегонки нефти (вязкий, маслянистый), отличается высокой теплотворной способностью (9 000—9 500 ккал/кг). Мазут содержит 0,15—3,5% серы и подразделяется на малосернистый (не более 0,5% серы), сернистый (до 1 7о серы) и многосернистый (до 3,5% серы).
В стекловарении применяется малосернистый мазут или в крайнем случае сернистый мазут. Применять многосернистый мазут нельзя, так как сера при сгорании образует SO2, которая, находясь в атмосфере печи, препятствует удалению сернистого газа из стекломассы и таким образом ухудшает ее осветление.
В соответствии с ГОСТ 1501——52 мазут подразделяется на шесть марок: 20, 40, 60, 80, 100 и 200. Чем выше марка, тем гуще мазут и тем быстрее он застывает, т. е. тем ниже его качество. Так, мазут марки 20 застывает при 5℃, а марки 200—при 36℃. Для предотвращения застывания мазута в мазутопроводах и для хорошего распыления в форсунках его подогревают в мазутохранилищах. Мазутопроводы обычно прокладывают вместе с паропроводами и покрывают теплоизоляцией. Чем выше марка мазута, тем до более высокой температуры его следует подогревать. Необходимую температуру подогрева мазута определяют по номограмме. Мазут марки 200 для отопления стекловаренных печей не применяется, так как застывает в мазутопроводах. Мазут марок 80 и 100 также может застывать в трубопроводах, особенно в холодное время года. Для отопления стекловаренных печей наиболее пригоден мазут марок 40 и 60, который достаточно подогревать до 80—100℃.
Мазут сжигают в форсунках, распыляющих топливо паром (или сжатым воздухом). На рис. 3.7 представлена форсунка Шухова. Во внутреннюю трубку 5 через патрубок 3 подается мазут, а в полость между внутренней и внешней трубкой 2 через патрубок 6— пар. Подачу мазута в форсунку регулируют вентилем 4, а подачу пара—поворотом внешней трубки 2. При работе форсунки пар,
вылетая с большой скоростью из сопла 厶 увлекает за собой мазут и распыляет его.
пар
Рис. 3.7. Форсунка Шухова для сжигания мазута:
7 — сопло; 2 — внешняя трубка; 3, 6 — патрубки; 4 — вентиль;
5 — внутренняя трубка.
Пар для распыления мазута подают в форсунку под давлением 4,5—5,5 кгс/см2. На 1 кг мазута расходуется 0,7——0,8 кг пара. Форсунку закрепляют в горелке.
РЕМОНТ И ОБСЛУЖИВАНИЕ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ
Ремонты стекловаренных печей подразделяются на текущие, горячие и холодные. На заводах стеклянного волокна проводят только текущие и холодные ремонты. Горячие ремонты, во время которых требуется прекратить выработку на некоторое время, обычно экономически невыгодны. Горячий ремонт производится через 8—10 месяцев после начала кампании печи； в процессе такого ремонта предусматривается смена насадок, регенераторов.
Текущий ремонт включает профилактический уход за печью и проводится без нарушения нормальной работы печи. При текущем ремонте выполняют следующие работы: замену заклинков, прогоревших в процессе эксплуатации, заделку смотровых окон, ремонт горелок на ходу с частичной заменой влетов и зубьев, очистку регенераторов (или газовых каналов рекуператоров) от оплавившейся шихты и шихтной пыли продувкой сжатым воздухом или паром, установку холодильников как на стенах бассейна, так и в стекломассе в местах разрушения брусьев бассейна, установку дополнительной вентиляции в местах прогара огнеупора.
Холодный ремонт сопряжен с полной остановкой и студкой печи через 11——18 месяцев ее работы. При холодном ремонте может быть полностью заменена вся кладка рабочей камеры при сохранении только старого фундамента и обвязки. Но очень часто на но- вм身 срок кампании сохраняют и под печи. Перед студкой печи из
нее выпускают стекломассу. За 2—3 ч до выпуска стекломассы прекращают загрузку шихты, а температуру в печи поднимают на 20—30 ℃ выше обычной, чтобы прогреть нижние слои стекломассы. Стекломассу выпускают через пробитую внизу в стене бассейна летку по заранее выложенному лотку. Лоток сделан из металлического 1каркаса, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом. Для того чтобы стекломасса стекала по лотку, угол наклона его должен быть не менее 15°. Стекломассу выпускают в яму, которая может быть заполнена водой на 200—250 мм. Во время выпуска стекломассу обильно поливают водой из шлангов. Так)как удаленная из печи стекломасса используется затем для наварки печи и варки стекла, яма должна быть предварительно очищена от му- сора и шромыта |водой.
Особенно тщательно должно быть выложено дно ванной печи. Брусья дна и стеновые брусья бассейна кладут без применения какого-либо строительного раствора (насухо). Плотность швов контролируют ножовочным полотном или просвечиванием переносной лампой. При кладке смежные брусья укладывают так, чтобы отбитые углы и грани оказались снизу. Брусья, имеющие сколы свыше 15 мм, бракуют. Горизонтальность кладки дна проверяют по уровню. При кладке бассейна одновременно производят обвязку брусьев.
Лафеты и кронштейны для подвесных стен пламенного пространства и сводовых плит устанавливают строго по уровню. Подвесные стены должны быть параллельны продольной оси печи; нх кладут на глинисто-динасовом растворе (6 вес. ч. молотого динаса, просеянного через сито № 1, и 1 вес. ч. огнеупорной глины, замешанные на воде до сметанообразной 1консистенции). Чтобы слой раствора между динасовыми кирпичами был возможно более тонким, его выжимают из швов постукиванием по кирпичам деревянной киянкой. Толщина стен должна составлять 500 мм. Стены пламенного пространства и бассейна кладут по отвесу.
Свод печи кладут на опалубку, которую после окончания кладки разбирают и удаляют из печи. Опалубку устанавливают строго по уровню, и она должна иметь правильное сочетание с главными пятами свода. Чтобы опалубка не деформировалась под весом кладки, кружала устанавливают на расстоянии не более 75 см друг от друга. Для кладки свода применяют жидкий глинисто-динасовый раствор.
Особое внимание уделяют качеству кирпичей: на стороне, обращенной внутрь печи, не должно быть отбитых углов. Толщину свода делают равной 300 мм; для перевязки поперечных швов свода нельзя применять половинки кирпичей, для этой цели служат полуторные кирпичи.
ОдновременА) ремонтируют горелки и регенераторы (или рекуператоры) .Своды горелок кладут так же, 【как и свод печи. Для стен регенераторов (или рекуператоров) используют шамотные кирпичи класса А (сорт 1), (которые -кладут на глинисто-шамот- 66
ном растворе (4 вес. ч. молотого шамота и 1 вес. ч. огнеупорной глины, замешанные на воде до сметанообразной консистенции). Керамические элементы рекуператоров уплотняют газонепроницаемыми обмазками.
В кладке из динасового огнеупора оставляют температурные швы — зазоры (из расчета 1 см зазора на 100 см длины кладки).
После окончания строительных работ снимают все опалубки и печь очищают от мусора. Пыль и мелкий мусор удаляют из печи сжатым воздухом.
Перед пуском печи в бассейн засыпают стеклянный бой или эрклез (стекломасса из сливной ямы). Количество боя должно составлять 25——30% общей емкости бассейна.
Выводку печи, т. е. сушку и разогрев ее до температуры варки стекла, ведут по графику, обеспечивающему безопасную для огнеупора скорость нагрева. При слишком быстром нагреве огнеупорная кладка, особенно динасовая, может растрескаться, а свод печи — даже обрушиться. Наибольшее расширение динаса происходит при температурах 200—350 ℃ и 550—600 ℃. Резкое увеличение объема при этих температурах связано с изменением структуры (кремнезема, из которого состоит динас.
Для контроля подъема свода при разогреве печи устанавливают маяки: три на своде варочной части, два на своде рекуператора и один на своде выработочной части. Температуру контролируют термопарами, которые размещают в варочной и рабочей части печи и в рекуператоре (регенераторах), Температуру до 450℃ контролируют ртутным термометром, который помещают в заклинок.
Выводку печи начинают с разогрева рекуператоров (регенераторов) .Для этого под ними устраивают топку для дров или керосина или подводят под рекуператоры (регенераторы) горючий газ. Печь разогревают через рекуператор (или регенератор) до 650— 700 ℃, а затем продолжают разогревать основными горелками. В это время необходимо тщательно следить за давлением газов в пламенном пространстве. При разогреве печи через рекуператоры (или регенераторы) дымовые газы удаляются через температурные швы и смотровые окна, вследствие чего печь разогревается более или менее равномерно. После перехода на разогрев основными горелками резко меняется газовый режим печи, так как дымовые газы удаляются через рекуператор (или регенераторы) и дымовую трубу. Тяга, создаваемая в дымовой трубе, может, в свою очередь, создать большое разрежение в печп и вызвать подсос холодного воздуха, сопровождающийся растрескиванием брусьев бассейна вследствие быстрого охлаждения. Поэтому до наварки бассейна стекломассой необходимо поддерживать в печи положительное давненне.
Иногда при работе печи на горючем газе для разогрева ее используют дополнительные газовые горелки, размещенные по периметру варочной части печи.
Выводка рекуперативной печи с площадью варочного бассейна 30 м2 продолжается 8 суток; при переходе на ускоренную выводку — до 5 суток (рис. 3 8). При ускоренной выводке печь сушат и разогревают до 200 ℃ горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через за- сыпочный карман. Дальнейший разогрев ведут основ-Выводка рекуперативной печи с площадью варочного бассейна 30 м2 продолжается 8 суток; при переходе на ускоренную выводку — до 5 суток (рис. 3 8). При ускоренной выводке печь сушат и разогревают до 200 ℃ горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через за- сыпочный карман. Дальнейший разогрев ведут основ-Во время выводки печи необходимо внимательно наблюдать за ее состоянием, особенно за сводом. При увеличении размеров свода следует постепенно ослаблять связи. Регулировку натяжения связей 'начинают три 120 и заканчивают при 1200 ℃； в интервале температур 120——700 ℃ ее проводят через каждый час, а при температурах от 700 до 1200℃ — два раза в смену. Слишком затянутые связи вызывают деформацию кладки, образование трещин, прогиб колонн 'И даже разрыв связей; ослабленные свази——неравномерную осадку свода и образование широких зазоров между кирпичами, что может привести к проваливанию свода.
Выводка рекуперативной печи с площадью варочного бассейна 30 м2 продолжается 8 суток; при переходе на ускоренную выводку — до 5 суток (рис. 3 8). При ускоренной выводке печь сушат и разогревают до 200 ℃ горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через за- сыпочный карман. Дальнейший разогрев ведут основ-
Выводка рекуперативной печи с площадью варочного бассейна 30 м2 продолжается 8 суток; при переходе на ускоренную выводку — до 5 суток (рис. 3 8). При ускоренной выводке печь сушат и разогревают до 200 ℃ горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через за- сыпочный карман. Дальнейший разогрев ведут основ-
с г 一ными горелками, сначала
Рис. 3.8. График разогрева ванной печи:,
/-обычный; 2-ускоренный.5° 600—650 С) С ПОМСЩЬЮ
керосина, а затем горючего газа или мазута.
При ускоренной выводке главный свод покрывают асбестовой или стеклянной тканью в два слоя, изоляцию свода снимают при 500 ℃. При температуре около 1350 ℃ начинают наварку печи, сначала загружают только бой, а затем бой с шихтой. Следующую порцию шихты и боя засыпают только после окончательного расплавления предыдущей порции. •
Стекловаренная печь является сложным агрегатом и требует внимательного обслуживания. Стекловару строго воспрещается оставлять без надзора работающую печь, он обязан постоянно следить за устойчивым горением топлива в горелке, за давлением газа или мазута и пара, положением воздушных шиберов (при регенеративном отоплении), за подачей воздуха и воды для охлаждения печи и приборов. Запрещается регулировать форсунки и газовые горелки во время горения или изменения направления пламени. Наблюдать за печью через смотровые окна можно только в синих защитных очках, а взятые из печи пробы стекла следует рассматривать в простых защитных очках, так как проба может внезапно растрескаться и поранить глаза.
В случае прекращения додачи топлива в печь необходимо немедленно перекрыть газопровод (или мазутопровод) для предупреждения взрывов и вспышек при неожиданном возобновлении подачи топлива. Для предотвращения быстрого остывания печи
следует прекратить выработку стекла, закрыть все окна печи и опустить дымовой шибер. При прекращении подачи воды необходимо перейти на аварийный запас, а в случае его отсутствия —— извлечь уровнемер и все приборы, имеющие водяное охлаждение, и отсоединить отходящие патрубки холодильников от магистрали для выпуска пара.
Особое внимание необходимо уделять газовому хозяйству печи, так как смесь 5—15% природного газа с воздухом взрывоопасна. При снижении или повышении давления в газоходах выше допустимого надо немедленно прекратить подачу газа, затем перекрыть все задвижки и, открыв краны, соединить газоходы со свечами безопасности. После восстановления нормальной подачи газа, прежде чем подавать газ в горелку, в течение 2—3 мин следует продуть газопровод через продувочные свечи.
Перевод направления пламени ——опасная операция; во избежа' ние взрывов при ручном переводе поступают следующим образом： сначала закрывают переводную задвижку газа, а убедившись в полном прекращении поступления газа в ванную печь, переключают шиберы, после чего открывают переводную задвижку газа противоположной горелки. Для предотвращения случайного открывания или закрывания газовых (кранов с них следует снимать ручки, но они всегда должны быть в наличии.
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И СРЕДСТВААВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВПРОЦЕССА ВАРКИ СТЕКЛА
Режим варки стекла контролируется и регулируется с помощью различных приборов и автоматических регуляторов, описываемых ниже.
Уровень стекломассы в ванных печах измеряется и регулируется уровнемером, который устанавливают в выработочной части печи. На рис. 3.9 показан поплавковый уровнемер-регулятор. Колебания уровня стекломассы 6 воспринимаются шамотным поплавком 5 и передаются охлаждаемой водой штангой 4 рычагам 3. Выходной рычаг этой системы при достижении заданного максимального уровня стекломассы в печи размыкает, а при падении уровня до установленного минимального значения замыкает контакты 7, которые соответственно останавливают или включают электродвигатель загрузчика шихты.
Кроме того, уровнемер при помощи системы, состоящей из индукционных катушек 9 к /0 с сердечниками S и 2 и рычагов 1, связан с пером 11 самопишущего устройства, записывающего колебания уровня.
Температура измеряется термопарами и пирометрами. Термопары применяют наиболее часто.
Для измерения температур не выше 1000 ℃ служат хромель- алюмелевые термопары； для измерения более высоких темпера-
ТУР — платино-платинородиевые. В них один термоэлектрод выполнен ^из чистой платины, а другой из сплава платины (90%) и родия
В качестве измерительных приборов для термопар применяют гальванометры, милливольтметры и потенциометры, которые гра- дуируют непосредственно в градусах. Следует иметь в виду, что для разных типов термопар применяются измерительные приборы с различной градуировкой. Прибор, предназначенный для хромель- алюмелевой терм опары, 'нельзя использовать для платино-плати- нородиевой, так >как показания в этом случае окажутся неверными.
Рис. 3.9. Схема поплавкового уровнемера стекломассы:
'3 ~ Рычаги; 2, 8 — сердечники； 4 — штаига; 5 — поплавок; 6 — стекломасса； / — контакты; 9, /0 — индукционные катушки； 11 — перо самописца.
Термопарами измеряют температуру в рекуператорах, регенераторах, борове. В последнее время их начинают использовать для измерения температуры стекломассы в печах.
Радиационные пирометры (ардометры) служат для определения температуры по яркости излучения. Эти приборы применяют только для измерения высоких температур (не ниже 900 ℃).
Схема ардометра типа РПС представлена на рис. 3,10. Ардометр визируют на раскаленное тело с помощью окуляра 6 и светофильтра 5； лучи концентрируются объективом / с диафрагмой 2 на термобатарею 4 с экраном 3. Лучи нагревают термобатарею, в результате в ней возникает электродвижущая сила, измеряемая милливольтметром, шкала которого проградуирована в градусах.
Ардометрами измеряют температуру в печах, для этого прибор устанавливают стационарно в охлаждаемых водой кожухах. Для измерения температуры в варочной части печи через окно в стене пламенного пространства вставляют кварцевую трубку так, чтобы 口но ее совпадало с внутренней плоскостью стены. Ардометр направляют на раскаленное дно трубки.
Оптические пирометры также служат для измерения температуры по яркости излучения нагретого тела.
При измерении температуры нагретого тела наблюдатель наводит на него прибор и, вращая кольцо, добивается одинакового по яркости свечения нити лампочки и тела: в этом случае нить сливается с фоном и становится невидимой, а стрелка амперметра указывает температуру того участка печи, на который направлен пирометр.
Оптический пирометр применяют для периодических замеров температуры с целью контроля показаний стационарных приборов или замеров в тех местах печи, в которых приборы отсутствуют.
Для измерения давления и разрежения используют манометры и тягомеры.
Давление в пламенном пространстве печей измеряют микродифманометрами типа ДМР, шкала которых градуирована в долях мм вод. ст.
Для измерения разрежения в дымовом борове применяют обычно мембранные тягомеры типа ТМП, шкала которых также градуирована в мм еоО. ст.
Для получения стекломассы высокого качества и продления срока службы стекловаренных печей необходимо поддерживать постоянство режима варки стекла—это может быть обеспечено только средствами автоматизации.
Рис. 3.10. Схема ардометра РПС:
/ — объектив; 2 — диафрагма; 3 — экран; 4—тер- мобатарея; 5 — светофильтр; 6 — окуляр.
На стекловаренных печах, применяемых в производстве стеклянного волокна, автоматизированы загрузка шихты в ванные печи, перевод направления пламени в регенеративных пгчах с газовым отоплением, сжигание топлива и другие процессы, обеспечивающие постоянство режима варки стекла.
Автоматизация процесса сжигания топлива позволяет уменьшить его расход. Стабилизация режима горения достигается автоматическим регулированием подачи воздуха в зависимости от расхода топлива.
Автоматическое регулирование разрежения перед шибером дымовой трубы позволяет частично устранить зависимость давления в пламенном пространстве печи от ат-
мосферных условий и температуры отходящих газов. Регулятор в случае отклонения разрежения от заданного значения с помощью исполнительного механизма открывает или прикрывает шибер в дымовой трубе.
Автоматическое поддержание постоянного давления в пламенном пространстве печи способствует стабилизации температурного режима и температурного поля печи. Система регулирования имеет две ступени: первая ступень предусматривает стабилизацию разрежения перед шибером дымовой трубы, вторая ——автоматическую корректировку задания на регуляторе разрежения, если при постоянном разрежении давление в печи отклоняется от заданного значения.
Автоматическое регулирование температуры в печи достигается, если тщательно отрегулирована работа самой печи. Датчиком является пирометр, установленный в зоне температурного максимума. В зависимости от температуры в печи с помощью датчика изменяется подача топлива, при этом не должно нарушаться распределение температур по всей печи.
ГЛАВА 4
ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ
ВЫРАБОТКА СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ
Стеклянные шарики для производства волокна формуются двумя способами： прессованием и обкаткой на барабанах. Прессование стеклянных шариков применяется только для выработки небольшой партии, например при опробывании новых видов стекол, которые варят в небольших печах периодического действия (ванной или горшковой). Обкатывание стеклянных шариков производится на барабанах в автоматах АСШ.
Прессование стеклянных шариков
Этот процесс осуществляется на ручных или полуавтоматических прессах марок ЭПР и ПП-9 в многоместных разъемных формах. Наборщик стекла специальной металлической ложкой или «железкой» набирает стекломассу в горшке или в бассейне стекловаренной печи и выливает ее в форму. Отпрессованные шарики отбиваются от лепешки стекла и охлаждаются (отжигаются) а ящике, покрытом теплоизоляцией. После охлаждения шарики обкатываются в барабане для удаления заусенцев и отливов, а затем сортируются по шаблону.
Этот процесс малопроизводителен (700——800 кг/утки)、сопряжен с использованием тяжелого физического труда. Выход годных шариков, как правило, не превышает 40—50% в связи с большими отходами стекла. Качество стеклянных шариков низкое вследствие несферичности и шероховатости их поверхности.
72
Механизированная выработка стеклянных шариков
Установка для формования стеклянных шариков состоит из фидера ПС и автомата АСШ с ножницами.
Фидер ПС, струйный, предназначен для питания стекломассой автомата АСШ. Он имеет выложенный огнеупорным материалом канал, по которому стекломасса из ванной печи поступает к чаше; в дне чаши находится сменное очко для выпуска стекломассы. Над очком подвешен шамотный плунжер, перемещением которого вверх или вниз можно регулировать скорость вытекания стекломассы через очко. Фидерный огнеупорный припас обычно делают из шамота, хотя на некоторых заводах применяют и кварцевый брус.
Фидер обогревается горячими газами из ванной печи, .которые просасываются через 1канал в носовую часть фидера и в боковые газоходы трубой, расположенной почти над центром очка. Обогревание канала должно обеспечивать постоянство заданной температуры стекломассы по всему объему, так как только в этом случае можно избежать ее кристаллизации. Температуру стекломассы в фидере можно регулировать в достаточно широком диапазоне шибером вытяжной трубы. При формовании стеклянных шариков из легко кристаллизующихся стекол применяют фидер с дополнительным обогревом или с измененной конструкцией чаши. Дополнительный подогрев стекломассы в фидере позволяет более точно выдерживать постоянство температуры по всему ее объему; применение чаш специальной конструкции обеспечивает постоянный, непрерывный обмен стекломассы в носовой части фидера, где чаще всего возможен застой стекломассы, ее переохлаждение и кристаллизация. Весь корпус фидера хорошо изолирован.
До 4,01875174020016031; 33; 34,560—65120。土 101600x800x21001485До 4,01875174020016031; 33; 34,560—65120。土 101600x800x21001485Техническая характеристика фидера:
До 4,0
1875
1740
200
160
31; 33; 34,5
60—65
120。土 10
1600x800x2100
1485
До 4,0
1875
1740
200
160
31; 33; 34,5
60—65
120。土 10
1600x800x2100
1485
Производительность, т/сутки
Высота от уровня пола площадки автомата АСШ до уровня стекломассы, мм
Высота от уровня пола площадки АСШ до очка, мм
Ширина канала для прохода стекломассы, мм вблизи входа
возле чашн
Диаметр выпускного отверстия очка, мм
Глубина слоя стекломассы в чаше, мм ......
Температура стекломассы, °C
Габаритные размеры, мм
Вес, кгс
В табл. 4.1 приведены основные виды неполадок при работе фидера и меры их устранения.
Автомат АСШ предназначен для деления струи стекломассы на заготовки, для обкатки заготовок до сферической формы и предварительной калибровки стеклянных шариков по форме и размеру. Струя стекломассы 7 (рис. 4.1) с температурой 〜1160 °C
73
Таблица 4.1. Неполадки при работе фидера, их причиныи меры устранения
Виды неполадокВиды неполадокПричиныПричиныМеры устраненияМеры устранения
Виды неполадок
Виды неполадок
Причины
Причины
Меры устранения
Меры устранения
Изменилась масса и форма капли одновременно с изменением температуры струиИзменилась масса и форма капли одновременно с изменением температуры струи1. Нарушен заданный тепловой режим ванной печи1. Нарушен заданный тепловой режим ванной печиИзменилась ； масса и форма капли без изменения температуры струиИзменилась ； масса и форма капли без изменения температуры струиПоявились инородные включения в струе стекломассыПоявились инородные включения в струе стекломассыНедостаточно и неравномерно прогрето стекло вследствие подсоса воздуха в каналы покрывных брусьев фидера, засорения газоотводных каналов в покрывных брусьях и трубы питателя1. Ослабло крепление плунжера в патронеНедостаточно и неравномерно прогрето стекло вследствие подсоса воздуха в каналы покрывных брусьев фидера, засорения газоотводных каналов в покрывных брусьях и трубы питателя1. Ослабло крепление плунжера в патронеВосстановить заданный тепловой режим ванной печи; отрегулировать струю стекломассы положением плунжера (прн перегреве стекломассы плунжер опустить, при охлаждении ес плунжер поднять)Устранить подсосы воздуха (промазать швы глиной и очистить газоотводные каналы и трубы)Восстановить заданный тепловой режим ванной печи; отрегулировать струю стекломассы положением плунжера (прн перегреве стекломассы плунжер опустить, при охлаждении ес плунжер поднять)Устранить подсосы воздуха (промазать швы глиной и очистить газоотводные каналы и трубы)Плунжер смещен относительно центра выпускного очка вследствие неправильной посадки на шток патрона или неправильной центровки плунжера при сборке с патрономНожницы смещены относительно центра выпускного очкаРазрушен ы плунжер или очко фидера； стекло кристаллизуется в чаше фидера из-за понижения температуры фидераПлунжер смещен относительно центра выпускного очка вследствие неправильной посадки на шток патрона или неправильной центровки плунжера при сборке с патрономНожницы смещены относительно центра выпускного очкаРазрушен ы плунжер или очко фидера； стекло кристаллизуется в чаше фидера из-за понижения температуры фидераВременно прекратить работу фидера и подтянуть плунжер; в случае необходимости заменить плунжер вместе с патрономПравильно посадить патрон на шток плунжера и отцентрировать ось плунжера по отношению к оси выпускного очкаВременно прекратить работу фидера и подтянуть плунжер; в случае необходимости заменить плунжер вместе с патрономПравильно посадить патрон на шток плунжера и отцентрировать ось плунжера по отношению к оси выпускного очкаУстановить ножницы по центру струи стекломассы и отрегулировать положение отражателя*Сменить очко и плунжер; произвести «хальмование» стекломассы в чаше фидера и установить в фидере заданный тепловой режимУстановить ножницы по центру струи стекломассы и отрегулировать положение отражателя*Сменить очко и плунжер; произвести «хальмование» стекломассы в чаше фидера и установить в фидере заданный тепловой режим
Изменилась масса и форма капли одновременно с изменением температуры струи
Изменилась масса и форма капли одновременно с изменением температуры струи
1. Нарушен заданный тепловой режим ванной печи
1. Нарушен заданный тепловой режим ванной печи
Изменилась ； масса и форма капли без изменения температуры струи
Изменилась ； масса и форма капли без изменения температуры струи
Появились инородные включения в струе стекломассы
Появились инородные включения в струе стекломассы
Недостаточно и неравномерно прогрето стекло вследствие подсоса воздуха в каналы покрывных брусьев фидера, засорения газоотводных каналов в покрывных брусьях и трубы питателя
1. Ослабло крепление плунжера в патроне
Недостаточно и неравномерно прогрето стекло вследствие подсоса воздуха в каналы покрывных брусьев фидера, засорения газоотводных каналов в покрывных брусьях и трубы питателя
1. Ослабло крепление плунжера в патроне
Восстановить заданный тепловой режим ванной печи; отрегулировать струю стекломассы положением плунжера (прн перегреве стекломассы плунжер опустить, при охлаждении ес плунжер поднять)
Устранить подсосы воздуха (промазать швы глиной и очистить газоотводные каналы и трубы)
Восстановить заданный тепловой режим ванной печи; отрегулировать струю стекломассы положением плунжера (прн перегреве стекломассы плунжер опустить, при охлаждении ес плунжер поднять)
Устранить подсосы воздуха (промазать швы глиной и очистить газоотводные каналы и трубы)
Плунжер смещен относительно центра выпускного очка вследствие неправильной посадки на шток патрона или неправильной центровки плунжера при сборке с патроном
Ножницы смещены относительно центра выпускного очка
Разрушен ы плунжер или очко фидера； стекло кристаллизуется в чаше фидера из-за понижения температуры фидера
Плунжер смещен относительно центра выпускного очка вследствие неправильной посадки на шток патрона или неправильной центровки плунжера при сборке с патроном
Ножницы смещены относительно центра выпускного очка
Разрушен ы плунжер или очко фидера； стекло кристаллизуется в чаше фидера из-за понижения температуры фидера
Временно прекратить работу фидера и подтянуть плунжер; в случае необходимости заменить плунжер вместе с патроном
Правильно посадить патрон на шток плунжера и отцентрировать ось плунжера по отношению к оси выпускного очка
Временно прекратить работу фидера и подтянуть плунжер; в случае необходимости заменить плунжер вместе с патроном
Правильно посадить патрон на шток плунжера и отцентрировать ось плунжера по отношению к оси выпускного очка
Установить ножницы по центру струи стекломассы и отрегулировать положение отражателя*
Сменить очко и плунжер; произвести «хальмование» стекломассы в чаше фидера и установить в фидере заданный тепловой режим
Установить ножницы по центру струи стекломассы и отрегулировать положение отражателя*
Сменить очко и плунжер; произвести «хальмование» стекломассы в чаше фидера и установить в фидере заданный тепловой режим
(бесщелочное алюмоборосиликатное стекло) поступает в неподвижную приемно-режущую воронку 2 отрезного устройства 3. Воронка 2 внизу имеет форму усеченного конуса с режущей кромкой из жаропрочной стали. В ползуне 12 отрезного устройства укреплена воронка 11, над которой помещается нижний стальной нож 4 с тремя отверстиями.
Нижняя плоскость приемно-режущей воронки 2 прижимается пластинчатыми пружинами 13 к верхней плоскости нижнего ножа 4. Ползун ножниц получает возвратно-поступательное движение от привода (механического или пневматического). На половине своего хода как при движении влево, так и при движении вправо ползун останавливается. Такие остановки необходимы для приема 74
струн стекломассы приемио-режущей воронкой перед отрезкой заготовки массой 9——10 г. За один цикл движения ползуна 12 через равные промежутки времени (0,2——0,3 сек) отрезаются четыре заготовки: две — крайними отверстиями ножа 4 и две ——его средним отверстием.
Сбоку от воронок 11 у двух крайних отверстий укреплены сбрасывающие лотки 10. Под средним отверстием расположена
Рис. 4.1. Схема работы автомата АСШ:/ — струя стекломассы： 2 — приемно-режущая воронка; 3 — отрезное устройство; 4 — иижний нож; 5, 7 — лотки； 6 — обкатывающие барабаны; 8 ——направляющая пластина ншека： 9, //— воронкн； 10 — сбрасывающие лотки; /2 — ползун; 13 — пластинчатые пружлны.Рис. 4.1. Схема работы автомата АСШ:/ — струя стекломассы： 2 — приемно-режущая воронка; 3 — отрезное устройство; 4 — иижний нож; 5, 7 — лотки； 6 — обкатывающие барабаны; 8 ——направляющая пластина ншека： 9, //— воронкн； 10 — сбрасывающие лотки; /2 — ползун; 13 — пластинчатые пружлны.
Рис. 4.1. Схема работы автомата АСШ:
/ — струя стекломассы： 2 — приемно-режущая воронка; 3 — отрезное устройство; 4 — иижний нож; 5, 7 — лотки； 6 — обкатывающие барабаны; 8 ——направляющая пластина ншека： 9, //— воронкн； 10 — сбрасывающие лотки; /2 — пол
зун; 13 — пластинчатые пружлны.
Рис. 4.1. Схема работы автомата АСШ:
/ — струя стекломассы： 2 — приемно-режущая воронка; 3 — отрезное устройство; 4 — иижний нож; 5, 7 — лотки； 6 — обкатывающие барабаны; 8 ——направляющая пластина ншека： 9, //— воронкн； 10 — сбрасывающие лотки; /2 — пол
зун; 13 — пластинчатые пружлны.
лопатка, направляющая заготовки стекломассы поочередно в лотки 5. Оттуда через воронки 9 отрезанные заготовки также поочередно попадают в четыре пары обкатывающих барабанов 6. Каждая пара барабанов, вращаясь с одинаковой скоростью, обкатывает заготовку в шарик. На образующей поверлности барабанов нанесена спиральная нарезка, профиль которой соответствует радиусу стеклянного шарика, равному 10 мм. Направление спирали каждой пары обеспечивает продвижение заготовки от центра барабанов к их торцам. Во время движения по спиральной нарезке заготовка обкатывается в шарик, который, дойдя до края
Виды неполадок
Причины
Меры устранения
Неправильно отрезают- ся и распределяются заготовки стекломассы
L Утечка воздуха в воздухопроводе
?. Сработался ролик клапана
Сработался эксцентрик на главном валу
Ненормально работают клапаны вследствие попа- пання в них загрязненного масла
L Проверить состояние воздухопровода
Сменить ролик клапана
Поставить новый эксцентрик
Промыть золотниковую ко робку керосином и заменить масло
5. Утечка воздуха через трамбуксу
6* Неправильно отрезаются капли вследствие заклинивания ползуна в направляющих пазах
7. К^пли не попадают в приемную воронку при отре- зеш团н заготовки стекломассы
Проверить трамбуксу, сменить сальники, проверить кольца порши jf, отрегулировать шток ползуна, сма- затъ маслом направляющие пазы
Отрегулировать ход пол- зуна прижимной планкой
Отрегулировать положение верхнего ножа винтами
Таблица 4.2. Неполадки при работе автомата АСШ, их причины и меры устранения
Неполная закатка стеклянных шариков, неправильная форма стеклянных шариков
Стекломасса прилипает к nptseMHOH воронке во время работы АСШ
Капли стекломассы отрезаются неравномерно вследствие затупления режущих кромок ножей и воронки
1. Для работы отрезного устройства подается недо-;
Периодически смазывать воронку маслом в местах прилипания стекломассы
Заменить ножи, предварительно затоинв их, или все отрезное устройство
статочно
2. В
воздуха
приемно-режущую
во-
1. Отрегулировать подачу воздуха
Заготовки проскальзывают между спиральными канавками барабанов
ронку поступает недостаточно стекломассы
Стекломасса поверхности
барабанов
перегрета; на формующих
ная пленка
появилась окис
Диаметр стекляЕЕных шариков не соответствует заданному
Не отрегулирована подача
стекломассы,
температура
Масляные включения на стеклянных шариках
струн и стекломассы не соответствует заданной, нарушена работа отрезного устройства
Избыток смазки на отрезном устройстве и барабанах
барабанах
Стеклянные шарики неправильной формы
Обкатывающиесмещены по
ДРУГ к другу
барабаны отношению
2. Отрегулировать положение плунжера и температуру струи стекломассы
Снизить температуру стекломассы до заданной, протереть поверхность барабанов маслом, затем асбестовым листом
Отрегулировать подачу струп стекломассы плунжером, изменить температуру стекломассы в фидере, нала-
дить работу устройства
Протереть воронку ное устройство
отрезного
и отрез-
ветошью，
а формующие барабан bi- асбестом
Отрегулироватьбарабанов
положение
барабана, скатывается по лотку 7 на направляющую пластину шнека 8. При движении по шнеку шарики охлаждаются, при этом фиксируется их сферическая форма. Кроме того, проходя через шнек, они предварительно калибруются по диаметру и форме. Из шнека стеклянные шарики падают на направляющие лотки и по ним скатываются в приемные емкости.
Ниже приводятся основные технические характеристики автомата АСШ:
Производительность, кг/сутки До 3500
Диаметр стеклянных шариков, мм 20土 1
Масса стеклянных шариков, г 9—10
Количество стеклянных шариков, вырабатываемых в 1 мин До 240
Продолжительность обкатки стеклянных шариков, сек 18—22
Число пар обкатных барабанов 4
Скорость вращения барабанов, об/мин 50； 55; 60
Шаг спиральных канавок барабанов, мм . . . .28
Рабочее избыточное давление воздуха, ат . . .0,8—1,5
Расход воздуха,л^/мин 0,3
Расход воды наохлаждение,л/мин 2
Габаритные размеры, мм 1398x1805x1728
Вес, кгс 2250
Привод ножниц Механический или
пневматический
В табл. 4.2 приводятся основные виды неполадок при работе автомата АСШ и меры их устранения.
Сортировка и калибровка стеклянных шариков
Охлажденные в металлических емкостях стеклянные шарики транспортируются в отделение окончательной калибровки и сортировки. В процессе калибровки отбраковываются шарики неправильной формы, осколки и шарики, диаметр которых не соответствует размерам 20土 1 мм. Кроме того, откалиброванные шарики сортируются визуально, при этом отбираются шарики, содержащие инородные включения (рух, камень, видимую свиль, большое количество газовых включений) или имеющие в поверхностном слое вкрапления масла. После сортировки стеклянные шарики должны удовлетворять требованиям ТУ 6-11-76——72.
Стеклянные шарики калибруются по диаметру и форме в два приема: предварительно на автомате АСШ, а окончательно ——на калибровочных машинах, установленных vTh6o в стекловаренном цехе, либо в отделении сортировки шариков.
Для предварительной 1калибровки на (каждом автомате АСШ устанавливаете兄 по два дисковых или шнековых калибратора. Такие калибраторы имеют небольшую производительность, часто выходят из строя, пропускают относительно много бракованных шариков, а главное, наблюдение за ннмн отвлекает внимание операторов от их основной работы — обслуживания автоматов АСШ.
пластинчатыйпластинчатыйконвейер; 7конвейер; 7дпя калибровки стеклянных шариков：дпя калибровки стеклянных шариков：Ло™; ?-пластинчатый копвс/гер; 4~ вачковыйзагрузочное устройство.＜八小働＞旧Ло™; ?-пластинчатый копвс/гер; 4~ вачковыйзагрузочное устройство.＜八小働＞旧Рис. 4.2. Машина /, 3, 5, 6 ——разгрузочныеРис. 4.2. Машина /, 3, 5, 6 ——разгрузочные
пластинчатый
пластинчатый
конвейер; 7
конвейер; 7
дпя калибровки стеклянных шариков：
дпя калибровки стеклянных шариков：
Ло™; ?-пластинчатый копвс/гер; 4~ вачковый
загрузочное устройство.＜八小働＞旧
Ло™; ?-пластинчатый копвс/гер; 4~ вачковый
загрузочное устройство.＜八小働＞旧
Рис. 4.2. Машина /, 3, 5, 6 ——разгрузочные
Рис. 4.2. Машина /, 3, 5, 6 ——разгрузочные
В связи с этим такие калибраторы находят ограниченное применение.
Для окончательной калибровки используют машины двух видов: барабанные и конвейерные. Калибровочная машина барабанного типа представляет собой один пли два последовательно соединенных вращающихся металлических барабана, на поверхности которых имеются отверстия различного диаметра и формы. Первый 78
барабан (или передняя часть поверхности барабана) имеет отверстия диаметром 19 мм, второй барабан — отверстия диаметром более 21 мм. Стеклянные шарики, загружаемые через бункер во вращающийся барабан, имеющий небольшой уклон, перекатываются по барабану и продвигаются вдоль его образующей. Во время передвижения вдоль первого барабана мелкие стеклянные шарики просыпаются через отверстия диаметром 19 мм в бункер бракованных шариков. Во втором барабане через отверстия 21 мм просыпаются шарики диаметром не более 21 мм, затем их направляют в бункер годных шариков. Шарики, не проскочившие в отверстия при движении через барабан, ссыпаются в бункер, откуда их направляют на повторную переплавку в ванную печь.
Такие машины ые обеспечивают необходимого качества шариков вследствие попадания в годную продукцию шариков эллипсоидной формы. Наиболее надежно сортирует стеклянные шарики калибровочная установка конвейерного типа (рис. 4,2). Она состоит из загрузочного устройства 7, пластинчатого конвейера 2, валкового конвейера 4 и разгрузочных лотков 1, 3, 5 и 6. Пластины конвейера имеют .круглые отверстия диаметром 21 мм. Расстояние между валками конвейера равно 19 мм. Стеклянные шарики, загруженные через устройство 7 на пластинчатый конвейер 2, пересыпаются по нему и продвигаются к разгрузочному лотку 1. Во время их движения все шарики размером менее 21 мм просыпаются через отверстия конвейера в разгрузочный лоток 3 и подаются на валковый конвейер 4. Более крупные шарики высыпаются через лоток / в бункер для бракованных шариков. На валковом транспортере шарики неправильной формы п малого диаметра через лоток 6 также поступают в ящики для бракованных шариков. Годные калиброванные шарики направляют в разгрузочный лоток 5* С помощью валкового транспортера удается достаточно полно отделить стеклянные шарики эллипсоидной формы.
Сортировка стеклянных шариков заключается в визуальном осмотре всех шариков на сортировочном столе. Сортировочный стол покрыт прозрачным стеклом, которое снизу подсвечивается. Шарики высыпают на стол и отбирают те из них, которые не соответствуют требованиям ТУ 6-11-76——72. Бракованные стеклянные шарики имеют различные пороки.
Основные виды пороков стеклянных шариков
Ниже перечислены основные пороки стеклянных шариков.
Инородные включения (крупные и мелкие шамотные кам- ни), которые легко обнаружить невооруженным глазом. Причиной их появления является разрушение огнеупорной (кладки рабочей части ванной печп и фидера или разрушение плунжера п очка.
«Рух», или закристаллизованные частицы стекла; они довольно часто встречаются в стеклянных шариках, вырабатываемых из легко кристаллизующейся стекломассы, например из щелочно- 79
го стекла марки 7~А. Включения 《руха》представляют собой мелкие частицы белого цвета, округленной формы, распределенные по всему объему стеклянного шарика. Иногда размеры таких включений настолько малы, что их можно спутать с участками глушеного стекла. Выявление 《руха》в стеклянных шариках требует от сортировщиц определенного опыта. Появление 《руха» в стекломассе и стеклянных шариках обусловлено нарушением теплового режима ванной пени, особенно на фидере. Для предотвращения кристаллизации стекла в фидере его дополнительно нагревают и применяют чашп, обеспечивающие постоянный пол- ный обмен стекломассы во всем объеме фидера.
Газовые пузыри, или «мошка»; количество их в отдельных стеклянных шариках колеблется от 1——2 до нескольких десятков. Наличие пузырьков газа в стеклянных шариках можно объяснить плохой дегазацией стекломассы в ванной печи, а также вторичный! появлением их в стекломассе вследствие перегрева стекла в рабочей части ванной печи или контакта стекломассы с металлическими включениями в фидере. Газовые включения в стеклянных шариках легко просматриваются, поэтому отбраковка их не представляет особых затруднений.
Заусенцы и следы отреза ножниц на стеклянных шариках являются следствием нарушения режима работы автомата АСШ (низкая температура стекломассы). Эти пороки стеклянных шариков легко обнаруживаются при сортировке.
Масляные включения на поверхности стеклянных шариков появляются при неправильной эксплуатации автомата АСШ. Этот порок легко устраняется после удаления нагара с внутренней поверхности приемной воронки отрезного устройства и масла с поверхности обкатывающих барабанов.
В соответствии с техническими требованиями при наличии любого из перечисленных пороков, кроме газовых включений, стеклянные шарики бракуются; допускается редао расположенная 《мошка》и 2—3 газовых пузыря размером не более 1 мм.
Методы определения качества стеклянных шариков
Соответствие стеклянных шариков требованиям технических условий не всегда обеспечивает стабильность технологического процесса получения из них непрерывного стеклянного волокна. Часто при переработке в волокно стеклянных шариков, в которых отсутствуют видимые пороки, наблюдается высокая обрывность нити и «вспенивание» стекломассы в стеклоплавильных сосудах.
Для полной характеристики качества стеклянных шариков (определения их технологических свойств) на заводах дополнительно периодически определяют однородность стекла, температуру вспенивания, плотность стекла. Для исследования причин низкого качества стеклянных шариков может быть также использован метод качественного и количественного определения газов, содержащихся в стекле; химический анализ газов проводится в лаборатории. 80
Определение однородности стекла. Метод основан на способности химически неоднородного стеклянного порошка расслаиваться в зависимости от плотности в смеси органических жидкостей, плотность которых сильно изменяется с изменением температуры.
Полученный из стеклянных шариков порошок с величиной зерен 0,07——0,08 мм неоднороден по химическому составу. Отдельные зерна могут состоять из основного стекла, свили или стекла промежуточного состава. Плотность таких частиц неодинакова, поэтому разные частицы с изменением плотности жидкости при различных температурах опускаются или всплывают в ней. Изменяя температуру жидкости, можно установить температурный интервал, в пределах которого плотность жидкости изменяется так, что все самые тяжелые и самые легкие частицы оседают на дно. При последующем изменении температуры жидкости она приобретает в определенный момент такую плотность, при которой частицы стеклянного порошка начинают подниматься кверху. Сначала это будут легкие частицы, затем все более тяжелые, и наконец наступит момент, когда все частицы поднимутся кверху. Интервал изменения температур жидкости, который соответствует началу и концу подъема частиц, принимается за критерий неоднородности стекла. Естественно, что чем больше разброс плотностей частиц стеклянного порошка (неоднородное стекло), тем больше этот интервал. Для однородного стекла этот интервал температур минимален.
Для ускорения процесса разделения порошка его центрифугируют в органической жидкости; этим методом можно определить степень неоднородности стекла с точностью до ±0,0002 г!см3/град.
Для определения однородности стеклянных шариков отбирают из разных мест партии 20 шариков и растирают их в порошок с размером зерен 0,07——0,08 мм； порошок делят на три части. Исследуют две пробы стекла, для которых берется средний критерий неоднородности. Для стеклянных шариков высокого качества критерий неоднородности составляет обычно 1,5——2,0° С. Неоднородность стеклянных шариков выше 4——5 ℃ указывает на низкое качество стекла ——его не следует использовать для производства непрерывного стеклянного волокна. При высокой неоднородности стекла необходимо принимать срочные меры для улучшения технологического процесса приготовления шихты н варки стекломассы.
Определение температуры вспенивания. В основу метода положена способность всех стекол выделять газы при повторном нагревании в вакууме. При одинаковом разрежении газы из образцов стекла одного и того же состава могут выделяться при различной температуре. В этом случае температура, при которой выделяются газы, зависит только от количества и вида растворенных в стекле газов, т. е. от качества дегазации стекломассы.
Таким образом, при постоянном разрежении температура начала выделения газов из стекла одного и того же состава указывает на качество дегазации стекла; эта температура принимается как критерий оценки способностп стекла к вспениванию. Установка для определения температуры вспенивания (рис. 4.3) состоит из станины 5, вакуумной нагревательной печи с вариатором напряжения PHO-250-1U 6, съемного шлифа 2 с отверстием для наблюдения за образцом, системы откачивания с вакуумным насосом 4, ртутного манометра 3, переносного потенциометра /.
Рис. 4.3. Установка для определения температуры вспенивания:Рис. 4.3. Установка для определения температуры вспенивания:/ — потенциометр; 2 — съемный шлиф; 3 — ртутный манометр; 4 — вакуумный насос; 5 —станнна; 6 — вариатор напряжение,/ — потенциометр; 2 — съемный шлиф; 3 — ртутный манометр; 4 — вакуумный насос; 5 —станнна; 6 — вариатор напряжение,
Рис. 4.3. Установка для определения температуры вспенивания:
Рис. 4.3. Установка для определения температуры вспенивания:
/ — потенциометр; 2 — съемный шлиф; 3 — ртутный манометр; 4 — вакуумный насос; 5 —станнна; 6 — вариатор напряжение,
/ — потенциометр; 2 — съемный шлиф; 3 — ртутный манометр; 4 — вакуумный насос; 5 —станнна; 6 — вариатор напряжение,
Образцы стекла (два стеклянных шарика) помещают в плз- типовые тигли и опускают на подвеске в вакуумную печь, в которой они нагреваются до определенной температуры. Затем включается система откачивания и над образцом создается давление 75 мм рт. сг. Через съемный шлиф ведется наблюдение за состоя- иием образца (выделением пузырьков газа). Если пузырьки газа выделяются, то температура образца принимается за температуру вспенивания стеклянных шариков. При отсутствии выделения пузырьков газа температуру в печи поднимают на 20 ℃ и операцию повторяют. Для правильного определения температуры вспеннва- ния образцов стеклянных шариков достаточно трех замеров.
Ниже приводятся минимальные допустимые температуры вспенивания (в ℃) для различпых стекол:
Бесщелочное алюмоборосиликатное 1200
Щелочное № 11 1140
Щелочное № 7-А 1180
Как правило, стеклянные шарики, вырабатываемые на заводах, имеют температуру вспенивания значительно (до 80 ℃) выше минимально допустимой; это позволяет полностью предотвратить вспенивание в стеклоплавильном сосуде.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ
Доля затрат на производство стеклянных шариков в себестоимости стекловолокнистых материалов значительна и составляет от 10 до 30% для различных материалов. Совершенствование технологии вытягивания стеклянного волокна, снижение удельного расхода драгоценных металлов, увеличение выпуска нетканых стек- ловолокннстнх материалов могут в ближайшие годы привести к тому, что затраты на производство стеклянных шариков будут еще более резко влиять на стоимость изделий из стеклянного волокна 日 стеклопластиков. Стоимость стеклянных шариков определяется главным образом затратами на сырье, особенно на борную кислоту. В себестоимости шариков из алюмоборосиликатного стекла затраты на сырье составляют 55%, а из щелочного стекла—— только 25%. Даже небольшое снижение расхода борной кислоты при использовании для производ'ства шариков стекла с 8% В2О3 приводит к значительному снижению стоимости стеклянных шариков.
При производстве стеклянных шариков относительно большая доля затрат приходится на топливо и эксплуатацию оборудования. Эти затраты могут быть резко снижены при увеличении мощности стекловаренных ванных печей и их производительности. Так, например, увеличение мощностей ванных стекловаренных печей с 10 до 40——50 т!сутки, даже без увеличения их производительности, даст возможность уменьшить эксплуатационные расходы и повысить в 2——3 раза производительность труда. Большое значение для повышения качества стеклянных шариков, увеьчичения производительности стекловаренных печей, снижения себестоимости шариков имеет качество сырья и шихты. Тонкий помол сырья, гранулирование шихты, применение комплексного сырья (нефелиновый концентрат, каолин, борат кальция) способствуют удешевлению производства стеклянных шариков и одновременно улучшению их качества.
РАЗДЕЛ II
ПРОИЗВОДСТВО
НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
При производстве непрерывного стеклянного волокна в единый комплекс входят различные процессы и операции: подготовка и подача стеклянных шариков в стеклоплавильный сосуд, плавление шариков и подготовка стекломассы к формованию, формование стеклянных во厶окон, охлаждение волокон, нанесение на них за- масливателя и соединение их в нить, раскладка и намотка нити на бобину.
Каждая операция не только определяет последующую, но и зависит от нее. Основной и нанбо/ее сложной операцией технологического процесса является*формовапие волокна.
~ ГЛАВА 5
МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОГОСТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Процесс формования непрерывного стеклянного волокна включает две стадии: течение стекломассы через фильеру и утонение стекломассы в зоне формования. Первая стадия определяет количество стекломассы, вытекающей из фильеры в единицу времени, н теоретическую производительность установки, вторая—устойчивость процесса и качество волокна.
ТЕЧЕНИЕ СТЕКЛОМАССЫ ЧЕРЕЗ ФИЛЬЕРУ
Фильеры представляют собой короткие (3—6 мм) тонкостенные (толщина 0,4——1 мм) трубочки с внутренним диаметром 0,8——3 初力厶 вваренные с одного конца в фильерную пластину стеклоплавильного сосуда. '
Стекломасса, находящаяся в сосуде, вытекает из фильер под действием собственного веса. Давление 尸(в Зин]с吟,создаваемое 84
стекломассой в сосуде, измеряется силой, действующей на единицу площади фильерной пластины вдоль оси фильер:
Р = pgh(5J)
где р ——плотность стекломассы в сосуде, г/сл(3; g ——ускорение свободного падения, см/сек2; А ——высота уровня стекломассы в сосуде, см.
В стекломассе, как и в других жидкостях, при движении одних ее слоев относительно других возникают силы трения. Известно, что при движении жидкости в трубе пристеночный слой обычно
неподвижен, остальные слои скользят относительно друг друга. Наибольшая скорость наблюдается по оси трубы. Объем жидкости, Q (в см3/сек), вытекающей в единицу времени из трубы диаметром D и длиной 厶 при поддержании на ее концах разности давлений АР, равен
(5.2).(5.2).JtQ4△尸
(5.2).
(5.2).
Q= ]28単
где т| — коэффициент вязкости (в пз), характеризующий меру сопротивления жидких тел течению.
Уравнение (5.2) называется уравнением Пуазейля. Оно спра^ ведливо при определенных условиях:
жидкость подчиняется уравнению Ньютона
s —
F = r\S (n.3>
где F — сила, необходимая для поддержания постоянного градиента (разности) скорости (di ——а2) между двумя движущимися параллельными слоями с общей поверхностью площадью S, находящимися на неизменном расстоянии х, и пропорциональная вязкости Г)；
температура и, следовательно, вязкость жидкости в трубе постоянны;
скорость движения жидкости в пристеночном слое трубы равна нулю.
Уравнение Пуазейля достаточно точно описывает поведение маловязких жидкостей и очень важно для понимания процесса формования стеклянного волокна и управления им. Действительно, это уравнение, отнесенное к фильерам сте1клоплавильного сосуда, непосредственно или косвенно устанавливает связь между основными технологическими параметрами процесса (диаметром и длиной фильер, уровнем стекломассы в сосуде, температурой фильерной пластины), а объемный расход стекломассы определяет теоретическую производительность одной фильеры. В соответствии с уравнением увеличение диаметра фильер и напора при- водит к росту теоретической производительности, а увеличение длины фильер и вязкости стекломассы (уменьшение температуры фильерной пластины)——к ее снижению. Определяющим парамет-
ром является диаметр фильер, входящий в уравнение с показателем степени, равным четырем. Влияние остальных параметров, входящих в уравнение с показателем степени, равным единице, на производительность одинаково и определяется величиной измене
ния этих параметров.
Первоначально уравнение Пуазейля без каких-либо оговорок было использовано для описания и расчета течения стекломассы через фильеры стеклоплавильного сосуда. Однако со временем было обнаружено расхождение полученных на практике данных с теми, которые можно было ожидать, исходя из уравнения Пуазейля. Ввиду большой практической важности, остановимся на этом вопросе подробнее.
Влияние напора стекломассы в сосуде на ее расход. Рассмотрим связь уровня стекломассы в сосуде с разностью давлений па входе п выходе из фильеры н влияние изменения уровня на объемный расход стекломассы. Напор, создаваемый стекломассой в сосуде, Р затрачивается на преодоление местных гидравлических сопротивлений внутри сосуда Р「 (фильтрующие сетки, отверстия в перегородках и т. п.), сопротивлений на входе в фильеру Рв, сил поверхностного натяжения стекломассы на выходе из фильеры Р v и, главным образом, на продавливание стекломассы через фильеру АР：
Р = А+Рв$Ру+М (5.4)
Гидравлические сопротивления внутри сосуда определяются суммарной площадью отверстий и прорезей в перегородках и плотностью сеток, перекрывающих эти отверстия. Площади отверстии и сечение сетки подбираются таким образом, чтобы потери напора на их преодоление не превышали 5% общего напора.
Скорость стекломассы, поступающей из сосуда в фильеру, максимальна по оси входного отверстия и снижается по мере приближения к его кромке. Различия в скорости между смежными струями потока вызывают затрату напора на преодоление вязкого сопротивления стекломассы на входе в фильеру.
Потери напора на входе в фильеру составляют
(5.5)
где А ——константа; т]в ——вязкость стекломассы на входе в фильеру; R ——радиус фильеры.
Из уравнения (5.5) видно, что потери напора на входе в фильеру зависят от объемного расхода стекломассы, радиуса фильер и вязкости стекломассы на входе в фильеру. По абсолютному значению Рв составляют 25—30% полного напора стекломассы в сосуде. _
Силы поверхностного натяжения стекломассы, вытекающей из фильер, стремятся уменьшить свободную поверхность капли или луковицы и противодействуют напору стекломассы в сосуде. В промышленных стеклоплавильных сосудах потери напора на преодо- 86
ление этих сил достигают 5—10% от общего напора стекломассы в начальный момент образования капли, когда ее радиус равен радиусу фильеры； они резко уменьшаются по мере роста капли и составляют доли процента от общего напора при вытягивании
волокна.
Силы, затрачиваемые на продавливание стекломассы через
фильеру, АР равны разности давлений на входе и выходе из филье
ры; эти силы обусловливают движение стекломассы по фильере и составляют 60—70% общего напора стекломассы в сосуде.
Зависимость расхода стекломассы от ее напора в сосуде для фильер различного диаметра при температуре фильерной пластины 1220℃ представлена на рис. 5.1, из .которого видно, что в области напоров стекломассы 2一13 см зависимость эта может быть принята линейной; при увеличении напора в 2—3 раза расход стекломассы растет быстрее, чем напор, причем этот эффект тем заметнее, чем больше диаметр фильер. Зависимость расхода стекломассы от напора в стеклоплавильном сосуде во всем рабочем интервале температур выработки волокна имеет аналогичный характер.
Влияние длины фильер на расход стекломассы. В соответ-
Нипср стекломассаf смНипср стекломассаf смРис. 5.1. Зависимость расхода стекломассы от ес напора в сосуде при температуре фильерной пластины '1220 ℃:кривые 7—4 соответственно для фильер диамегром I. i.3, 1,6 н 1,9 мм.Рис. 5.1. Зависимость расхода стекломассы от ес напора в сосуде при температуре фильерной пластины '1220 ℃:кривые 7—4 соответственно для фильер диамегром I. i.3, 1,6 н 1,9 мм.ствии с уравнением Пуазейля。
Нипср стекломассаf см
Нипср стекломассаf см
Рис. 5.1. Зависимость расхода стекломассы от ес напора в сосуде при температуре фильерной пластины '1220 ℃:
кривые 7—4 соответственно для фильер диамегром I. i.3, 1,6 н 1,9 мм.
Рис. 5.1. Зависимость расхода стекломассы от ес напора в сосуде при температуре фильерной пластины '1220 ℃:
кривые 7—4 соответственно для фильер диамегром I. i.3, 1,6 н 1,9 мм.
зависидюсть расхода стекломассы Q от обратной длины фильер l/厶 имеет вид
(5.6)，(5.6)，Q = /<
(5.6)，
(5.6)，
где К к гР4ДР/128 Т] — константа для серии опытов с переменной L.
Уравнение выражает прямую, проходящую через начало координат. Экспериментальные значения расхода стекломассы для двух типов фильер (рис. 5.2) в зависимости от их дгшны представлены на рис. 5.3. Длина внешнего участка стандартных фильер изменялась от 2 до 8 мм. В утопленных фильерах (рис. 5.2, 6) при одпна-
Рис. 5.2. Типы фильер стеклоплавильного сосуда:Рис. 5.2. Типы фильер стеклоплавильного сосуда:23736Qzg Оитьер Z"，。加'23736Qzg Оитьер Z"，。加'Рис. 5.3. Зависимость расхода стекломассы от длины п типа фильер:кривые /——4 соответственно для температур фильерной пл/о гины 1180. 1200. 1220 н 1240 ℃; сплошные линии — для стандартных фильер, пунктирные—для утопленных.Рис. 5.3. Зависимость расхода стекломассы от длины п типа фильер:кривые /——4 соответственно для температур фильерной пл/о гины 1180. 1200. 1220 н 1240 ℃; сплошные линии — для стандартных фильер, пунктирные—для утопленных.4 心沁^芬 msdwou-NaEg ^онёа4 心沁^芬 msdwou-NaEg ^онёа
Рис. 5.2. Типы фильер стеклоплавильного сосуда:
Рис. 5.2. Типы фильер стеклоплавильного сосуда:
2373
6Qzg Оитьер Z"，。加'
2373
6Qzg Оитьер Z"，。加'
Рис. 5.3. Зависимость расхода стекломассы от длины п типа фильер:
кривые /——4 соответственно для температур фильерной пл/о гины 1180. 1200. 1220 н 1240 ℃; сплошные линии — для стандартных фильер, пунктирные—для утопленных.
Рис. 5.3. Зависимость расхода стекломассы от длины п типа фильер:
кривые /——4 соответственно для температур фильерной пл/о гины 1180. 1200. 1220 н 1240 ℃; сплошные линии — для стандартных фильер, пунктирные—для утопленных.
4 心沁^芬 msdwou-NaEg ^онёа
4 心沁^芬 msdwou-NaEg ^онёа
ковои длине внешнего участка длина внутреннего участка, заглубленного внутрь сосуда, изменялась также от 2 до 8 мм.
Из рис. 5.3 видно, что для утопленных фильер экспериментальные точки достаточно хорошо ложатся на прямые, проходящие через начало координат. Для стандартных фильер зависимость расхода стекломассы от обратной длины фильер не носит линейный характер, причем степень отклонения (угол наклона кривых) возрастает по мере увеличения длины фильер.
.а — стандартная фильера ; б — фильера, утопленная внутрь сосуда.
Таким образом, если при изменении длины фильер температура стекломассы сохраняется неизменной или меняется незначительно (утопленные фильеры) вследствие сравнительно малнх изменений температуры стекломассы по высоте сосуда, расход стекломассы прямо пропорционален обратной длине фильер. Уменьшение расхода стекломассы при увеличении длины стандартных фильер вызвано возрастанием вязкости стекломассы при ее движении в фильере из^за интенсивного охлаждения стенок фильер окружающей воздушной средой. Средняя температура стекломассы в поперечном сечении фильеры снижается по мере удаления ее от входного сечения и достигает наименьшего значения на выходе из фильеры.
Из сказанного следуют два важных вывода： 1) стекломасса охлаждается фильерной пластиной и стенками фильер； 2) понятие «вязкость стекломассы в фильере» имеет смысл только как усред- 88
ненное значение вязкости по всему объему стемомассы внутри фильеры.
На основании данных о расходе стекломассы были рассин- таны изменения температуры стекломассы после прохождения через фильеры различной длины. Эти данные представлены на рис, 5,4, из которого видно, что стекломасса после прохождения
Филь ер пая Долина фильер, ““ пластана.
Рис. 5.4. Изменение температуры стекломассы после прохождения через фильеры различной длины:
кривые 1—4 соответственно для температур фильерной пластины 1180, 1200, 1220 и 1240 ℃.
через фильеры стандартной длины (3,6 мм) охлаждается примерно на 20 ℃.
Влияние диаметра фильер на расход стекломассы. Зависимость расхода стекломассы Q от диаметра фильер D может быть выражена уравнением
Q = 4^(5.7)
где Лил константы для серии опытов, в которых переменным является только диаметр фильер.
При обработке экспериментальных данных установлено, что во всех опытах показатель степени п в уравнении (5.7) для различ-
iibix температур фильерной пластины и напоров стекломассы в сосуде оказался >4. Величина его возрастает с увеличением напора и температуры стекломассы в сосуде, достигая при их максимальных значениях 5,5. Следовательно, влияние диаметра фильер на расход стекломассы более значительное, чем можно было ожидать из уравнения Пуазейля. То обстоятельство, что м〉4 и зависит от параметров, входящих в уравнение Пуазейля, может быть объяснено наличием градиента температур между стенкой фильеры н стекломассой и повышением температуры стекломассы от периферии к центру в поперечных сечениях фильер； при этом фильеры меньшего диаметра имеют большую удельную поверхность стенок н стекломасса в них охлаждается сильнее, чем в фильерах большего диаметра. Кроме того, существование градиента температур в стекломассе может вызвать проскальзывание слоев стекломассы в фильере относительно друг друга, а это будет влиять на расход стекломассы н проявится в пульсирующем характере истечения стекломассы из фильеры.
Влияние температуры фильерной пластины на расход стекло- масс*. Точные измерения температуры стекломассы в фильере до настоящего времени не проводились. Известно, что температура стенок фильер отличается от температуры стекломассы в фильерах. При введении термопары внутрь фильеры изменяется скорость движения стекломассы, а за ^чет отвода тепла по термопаре — и ее температура； в результате эти термопары не могут показать истинную температуру сте1кломассы. Поэтому температура стекломассы в фильере, -как правило, характеризуется температурой фильерной пластины, измеренной либо термопарой, либо оптическим пирометром. Температура фильерной пластины всегда ниже температуры стекломассы в фильерах. Для промышленных стеклоплавильных сосудов установлено, что в рабочем интервале температур расход стекломассы прямо пропорционален температуре фильерной пластины. Это значит, что при изменении температуры фильерной пластины средняя температура стекломассы в фильере изменяется приблизительно на такую же величину; кроме того, в небольшом диапазоне рабочего интервала выработки волокна изменение вязкости можно принять пропорциональным изменению температуры. '
Таким образом, точный расчет расхода стекломассы по уравнению Пуазейля невозможен из-за отсутствия сведений о вязкости стекломассы в фильере, а также, что принципиально важно, вследствие значительных расхождений условий течения, заложенных в вывод уравнения, и реальных условий течения стекломассы в фильере (отсутствие изотермичности, пульсирующий характер истечения стекломассы).
Однако уравнение Пуазейля оказывается полезным для ориентировочных расчетов технологических параметров выработки непрерывного стеклянного волокна, и прежде всего диаметра фильер. При расчете за основу принимается фактический расход стекло
массы, полученный при фиксированных технологических параметрах работы стеклоплавильного сосуда. Если подставить в уравнение Пуазейля значения расхода стекломассы, диаметра, высоты фильер и полного напора стекломассы в сосуде, получим значение вязкости, которое называется «эффективной вязкостью» и обозначается T)： Зная величину , можно рассчитать требуемый диаметр, фильер с точностью до 0,05 мм для получения заданного расхода стекломассы илн теоретической производительности сосуда. Осталь- ные параметры н условия охлаждения стекломассы в подфильерной зоне принимаются неизменными. Эффективная вязкость всегда отличается от истинной вязкости стекломассы в фильере всчедст- вне расхождения между значениями параметров в уравнении Пуазейля и их истинными значениями (например, между значениями полного напора стекломассы в сосуде н давления капли в фильере). Расчет по этому уравнению cпpaвeдv^ив, когда разница между эффективной вязкостью и ее истинным значением изменяется незначительно. т. е. когда конструкция сосуда (за исключением диаметра фильер), состав стекла и условия охлаждения сохраняются одинаковыми.
Влияние скорости вытягивания волокна на расход стекломассы. Определение расхода стекломассы при вытягивании волокна с разными скоростями показало, что при увеличении скорости вытягивания от 1 до 70 м/сек расход стекломассы сохраняется практически неизменным (наблюдается возрастание его на несколько процентов — в пределах ошибки опыта).
Таким образом, при формовании волокна не происходит вытягивания стекломассы из фИv^bepы. Стекломасса вытекает только под действием гидростатического напора. Увеличение расхода стекломассы на несколько процентов связано с некоторым ростом скорости воздушных потоков и, следовательно, скорости охлаждения стекломассы при увеличении скорости вращения бобины.
Влияние режима истечения на расход стекломассы. При работе стеклоплавильных сосудов наблюдаются два режима истечения: свободное и принудительное. При свободном истечении периодически происходит образование и отрыв капель стекломассы от фильеры. При принудительном истечении стекломасса формуется в волокно под действием веса падающей капли вручную или с помощью вытяжного устройства. Расход стекломассы при свободном режиме истечения всегда несколько ниже, чем при принудительном. Это объясняется тем, что при принудительном истечении силы поверхностного натяжения стекла, противодействующие гидростатическому напору стекломассы в сосуде, почти полностью уравновешиваются усилиями, создаваемыми вытяжным устройством.
Разница в расходе стекломассы при описанных режимах течения пропорциональна доле сил поверхностного натяжения в уравнении (5.4), причем эта доля уменьшается с увеличением ^напора и
с ростом температуры стекломассы.
Уменьшение расхода стекломассы при свободном истечении происходит также вследствие снижения температуры фильерной пластины и стекломассы, наблюдаемой три массовом образовании капель в подфильерной зоне.
УТОНЕНИЕ СТЕКЛОМАССЫ В ЗОНЕ ФОРМОВАНИЯ
Вытекающая из фильер струя стекломассы утоняется под влиянием усилий, создаваемых наматывающим аппаратом. Участок струи от нижнего среза фильеры до сечения, где прекращается утонение стекломассы и скорость ее движения становится равной
Рис. 5.5. Луковица.Рис. 5.5. Луковица.скорости вытягивания волокна, называется зоной формования непрерывного стеклянного волокна или луковицей. Верхнюю часть луковицы вплоть до сечений диаметром 150——200 мкм легко сфотографировать (рис. 5.5). По форме видимый участок луковицы напоминает параболоид вращения. Образующая луковицы на этом участке удовлетворительно описывается уравнением
Рис. 5.5. Луковица.
Рис. 5.5. Луковица.
R = (Q + 4「вх)|/_^_ (5.8)
где R — радиус луковицы; Ri — радиус луковицы в конечной точке; р0 —— плот- ность стекломассы в начальном сечении;
р% ——плотность стекломассы в текущем сечении луковицы; А и В — константы, зависящие от технологических параметров.
Объем луковицы в зависимости от технологических параметров составляет 0,05——4 мм3 соответственно для волокна диаметром 2,5——3 мкм и 16—20 мкм при одинаковых скоростях вытягивания. Длина луковицы изменяется в пределах 2,5——25 мм.
Экспериментально установлено, что объем видимой части луковицы при различных значениях технологических параметров не зависит от скорости вытягивания волокна, пропорционален диаметру фильер примерно в четвертой степени и уровню стекломассы в первой степени и обратно пропорционален длине фильер и вязкости стекломассы также в первой степени. Характер влияния всех технологических параметров на средний объем луковицы и на расход стекломассы аналогичен.
Зависимость между средним объемом луковицы Vcp и объемный! расходом стекломассы Q может 'быть выражена ураннзннзу
q = К% (5.9)
Коэффициент К выражает кратность обмена стекломассы в луковице в единицу времени и, в свою очередь, зависит от скорости твердения стекла.
Постоянство формы, объема и длины луковицы изучалось с помощью скоростной киносъемки (100 кадров；сек). Изменение объема луковиц в процессе формования волокна представлено на рис. 5.6. На рисунке показаны периодические изменения объема луковиц во времени. Величина отклонений достигает 20——40% от среднего объема луковиц, причем можно выделить колебания
Рис. 5.6. Изменение объема луковиц в процессе формования волокна для двух фильер (а и б) при различных скоростях вытягивания волокна:
кривые /а, За, 6а — для фильеры а； кривые /и, Зб, 6б — для фильеры б.
с частотой 0,5——1 гц и менее четкие колебания с частотой 0,15—— 0,2 гц. Следовательно, процесс формования непрерывного стеклянного волокна имеет пульсирующий характер. Периодические изменения объема луковиц вызывают аналогичные изменения диаметра волокон и толщины нити по их длине. Изменение объема сопровождается изменением энтальпии стекломассы в луковице, что вызывает колебания температуры О'кружающей среды, а это, в свою очередь, сказывается на величине и стабильности прочностных характеристик стеклянного волокна.
Вытягивающее усилие, или натяжение FHj которое необходимо приложить к волокну в процессе формования, составляет 0,1 —— 0,5 гс. Это усилие затрачивается на преодоление сил внутреннего трения 尸巾 силы поверхностного натяжения FY, на придание стеклу ускорения Fw, на преодоление сопротивления воздуха (движению волокна) Fa. В направлении (шоложительном) вытягивающих сил в зоне формования действует сила тяжести стекломассы Fg.
Баланс действующих в зоне формования сил имеет вид
& + / = % + % + % + %(5.10)
Натяжение в любом сечении луковицы можно считать постоян
ным, в то время как соотношение остальных сил изменяется по ее высоте: Fq 尸g, Fw и Fa возрастают, a Fy уменьшается по мере удаления от среза фильеры. Схематично изменение сил, действую
щих в зоне формования, по длине луковицы и их соотношение пред
ставлены на рис. 5.7. На срезе
-H:lH-owdQ& аноед ни
4QC
300
гоо
юо
о
-юо
~2%
70。
7Q0
Рис. 5.7. Характер изменения н соотношения сил, действующих в зоне формования, по длине луковицы:
фильеры формующее усилие затрачивается главным образом на преодоление сн〃 внутреннего трения и поверхностного натяжения стекла, затем силы поверхностно-
го натяжения стекла резко уменьшаются и далее формующее усилие затрачивается на преодоление вязких сил. На заключитель-
2,。
Fh — вытягивающее внутреннего трения; стного натяжения; % — сила ускорения;
УСНЛИС： Fyy — силы Fy— сила поверхно- Fq — сила тяжести; F^ — сила сопротив
ления воздуха.
ной стадии формования (на расстоянии > 0,2—0,3 мм от среза фильеры для волокна диаметром 5—7 мкм) на преодоление вязких сил затрачивается 95% всех усилий. Остальными силами на этен стадии формования можно пренебречь.
Натяжение, которое необходимо приложить при формовании волокна, в значительной степени зависит от условий его формования. Наибольшее влияние на натяжение оказывает вязкость стекломассы. В интервале температур 1150—1230℃ с повышением вязкости стекломассы натяжение во
локна возрастает от 0,17 до 0,55 гс, причем в области низких температур эта зависимость проявляется сильнее, чем в области высоких температур. Натяжение прямо 1пропорциональ-но квадрату диаметра фильер, неоколько возрастает с увеличением напора стекломассы и 'скорости вытягивания волокна.
Среднее напряжение в поперечном сечении луковицы, испытываемое стекломассой при формовании, определяется по урав
нению
Оср
ng
(5.Н)
где R ——радиус поперечного сечения луковицы.
Максимальное напряжение стекломасса испытывает и а завершающей стадии формован'ия, а минимальное―в начальном сечении 94
луковицы. Для начального и -конечного участков луковицы при формовании волокна диаметром 6 мкм напряжение составляет соответственно 0,0002 и 14,0 кгс/мм?-. В зависимости от условий формования и диаметра волокна величина максимального напряжения изменяется от 2 до 20 кгс/мм^. При увеличении вязкости стекломассы, диаметра фильер и уровня стекломассы напряжение возрастает, а в случае изменения скорости вытягивания напряжение не изменяется (на начально-м участке луко1вицы).
7’ £ 5- %"с лJq?6lrTWHghgD『飞33之号2S 63 工3d£02 烹 8d口7’ £ 5- %"с лJq?6lrTWHghgD『飞33之号2S 63 工3d£02 烹 8d口050647 4夕050647 4夕cpopMQ8y %、секcpopMQ8y %、секРис- 5.8. Изменение средней скорости движения стекломассы (кри- вме Л 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формования волокна диаметром 3 мкм (кривые /, 3) и диаметром 7 мкм (кривые 2, 4).Рис- 5.8. Изменение средней скорости движения стекломассы (кри- вме Л 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формования волокна диаметром 3 мкм (кривые /, 3) и диаметром 7 мкм (кривые 2, 4).4- 办 2 7;£一乡0工6个 $QJ 弋 NQOCWQU-xaE。 Тиша?"嘖F4- 办 2 7;£一乡0工6个 $QJ 弋 NQOCWQU-xaE。 Тиша?"嘖F
7’ £ 5- %"с л
Jq?6lr
TWHghgD『飞33之号2S 63 工3d£02 烹 8d口
7’ £ 5- %"с л
Jq?6lr
TWHghgD『飞33之号2S 63 工3d£02 烹 8d口
050647 4夕
050647 4夕
cpopMQ8y %、сек
cpopMQ8y %、сек
Рис- 5.8. Изменение средней скорости движения стекломассы (кри- вме Л 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формования волокна диаметром 3 мкм (кривые /, 3) и диаметром 7 мкм (кривые 2, 4).
Рис- 5.8. Изменение средней скорости движения стекломассы (кри- вме Л 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формования волокна диаметром 3 мкм (кривые /, 3) и диаметром 7 мкм (кривые 2, 4).
4- 办 2 7;
£一乡0工6个 $QJ 弋 NQOCWQU-xaE。 Тиша?"嘖F
4- 办 2 7;
£一乡0工6个 $QJ 弋 NQOCWQU-xaE。 Тиша?"嘖F
Расход стекломассы, средний объем и конфигурация луковицы являются объективными характеристиками процесса формования. Они позволяют с достаточной степенью точности рассчитать сред- нюю скорость движения стекломассы и среднее ускорение в различ- ных сечениях по высоте луковицы. На рис. 5.8 приведены зависи-
мости логарифмов средней скорости движения стекломассы (кривые 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формования трехадкронного (кривые /, 3) и 'Семимикронного (^кривые 2, 4) волокна от продолжительности формования. На основании анализа полученных зависимостей следует отметить особенности процесса формования.
Продолжительность формования в зависимости от объема луковицы составляет 0,2—1 сек.
За это время исходная скорость движения стекломассы возрастает в 104—103 раз, а ускорение 'примерно в 1010 раз.
Рис. 59 Изменение ско-Рис. 59 Изменение ско-рости движения слоев стекломассы по длине луковицы:?—— центральный слой; 2 —— промежуточный слой; 3 — внешний слой.рости движения слоев стекломассы по длине луковицы:?—— центральный слой; 2 —— промежуточный слой; 3 — внешний слой.Средняя скорость и ускорение стекломассы довольно плавно изменяются в верхней части луковицы; основное приращение скорости (в 102—103 раз) и ускорения (в 105——106 раз) происходит на конечном участке луковицы за очень малый промежуток времени (10~3—10^4 сек).
Рис. 59 Изменение ско-
Рис. 59 Изменение ско-
рости движения слоев стекломассы по длине луковицы:
?—— центральный слой; 2 —— промежуточный слой; 3 — внешний слой.
рости движения слоев стекломассы по длине луковицы:
?—— центральный слой; 2 —— промежуточный слой; 3 — внешний слой.
Вследствие малого объема луковицы (0,05——4 мм3), больших скоростей изменения температуры и скорости движения стекломассы расчетное и тем более экспериментальное исследование температурных н скоростных полей (распределение температуры и скорости стекломассы по сечению и длине луковицы) представляет значительную трудность, однако оно необходимо для объяснения высокой прочности волокон, обрывности волокон
в зоне формования и управления этими
момент съемки, главныммомент съемки, главнымявлениями.
момент съемки, главным
момент съемки, главным
Экспериментальное исследование поля скоростей стекломассы в зоне формования проводилось методом скоростной киносъемки. Наблюдение за включениями, проходившими зону формования в образом за воздушными пузырями, позво
лило определить продолжительность и скорость их движения на отдельных участках луковицы. Сечение луковицы было разбито на три слоя: центральный, средний и поверхностный. Изменение скорости слоев стекломассы по длине луковицы представлено на рис. 5.9. Из расположения кривых следует, что на всей видимой части луковицы в ее поперечном сечении имеется градиент скоростей, причем скорость уменьшается от центра к периферии и достигает минимального значения на поверхности луковицы. Наибольший относительный градиент скоростей |Наблюдается в выходном сечении фильеры; при дальнейшем движении стекломассы по ДЛ'И- не луковицы он постепенно уменьшается и достигает -наименьшего значения на заключительной стадии процесса формования.
Наблюдения за движением включений показали, что отдельные- слои стекломассы движутся в луковице параллельно друг другу.
Охлаждение стекломассы в луковице, как и любого нагретого сплошного тела, происходит с поверхности за счет излучения и конвекции. Интенсивность теплоотдачи определяется геометрией к объемом луковицы, градиентом температуры стекломассы и окружающей воздушной среды, скоростью движения воздуха вдоль
2〃〃“〃 叫коВи&м)мм
Рнс. 5.10. Кривые охлаждения стекломассы вдоль оси луковицы (г = 0) н по поверхности (广= /\) при различных температурах окружающей среды:
^g — температура стеклования； пунктирные линии — при температуре окру- жаю1цей среды //—/〃 сплошные линии — при температуре /—/.
зоны формования. Регулируя эти факторы, можно управлять в oir- peдev^eннoй степени скоростью охлаждения стекломассы в зоне формования.
Температурное поле луковицы было определено расчетным путем, причем разные методы расчета даюг существенно различные результаты. Методы измерения распределения температур малых, тел с помощью лазеров в ближайшем будущем дадут возможность экспериментально измерить температурное поле луковицы.
Расчет температурного поля луковицы в зависимости от температуры окружающей среды по методу Эйгенсона показал: (рис. 5.10), что разность температур между центром луковицы и ее поверхностью достигает 27—76℃ в верхней части луковицы., а затем постепенно убывает. Температуры, при которых пронсхо- ннт резкое охлаждение и наблюдается значительная разница температур стекломассы между центром и поверхностью луковицы, 7—1277 97
близки к температуре стеклования. При этом допускается образование хрупкого слоя на поверхности при вязком внутреннем слое, что должно приводить к значительным градиентам скорости движения стекломассы в луковице. Согласно представлениям, положенным в основу расчета температурного поля, и по результатам этого расчета температурному полю луковицы свойственны следующие особенности.
Температурное поле в начальном сечении луковицы можно считать изотермичным.
Стекломасса, вытекающая из фильер, имеет температуру 〜1200 °C (для стандартного бесщелочного стекла). В луковице происходит быстрое нарастание вязкости стекломассы от 103-5 до 1013 пз и соответствующее понижение температуры стекломассы на 300—400 ℃ до температуры стеклования Тё (при этой температуре стекломасса перестает изменять форму).
Линия температурных максимумов совпадает с осью луковицы, вследствие чего в любом горизонтальном сечении зоны формования температура понижается от центра луковицы к поверхности.
При удалении от начального сечения луковицы градиент температур в горизонтальных сечениях сначала возрастает, а затем уменьшается и становится весьма малым в сечении, где заканчивается зона формования.
В соответствии с другими представлениями о характере охлаждения стекломассы в зоне формования при прохождении зоны формования стекломасса охлаждается незначительно, всего на 50— 100 ℃. В нижней части луковицы, где фиксируется огюнчательный диаметр волокна, она имеет температуру ~ 1100 °C. Температурное поле стекломассы в луковице принимается значительно более однородным, без больших градиентов температур в поперечных сечениях луковицы.
Изменение средней вязкости стекломассы в сечении луковицы по ее длине может быть рассчитано по уравнению баланса напряжений в луковице:
= 3恤 + 0 * (5.12)
где 尸н — натяжение, создаваемое вытягивающим усилием, 0〃〃； R — радиус луковицы, с儿；Г| ——средняя вязкость, /гз; од ——скорость деформации стекломассы по длине луковицы, сект】；Кр ——коэффициент, учитывающий изменение кривизны луковицы; т ——поверхностное натяжение стекломассы, дин/см, в поперечном сечении луковицы с радиусом R.
Изменения вязкости и температуры стекломассы по длине луковицы, полученные при решении уравнения (5.12), показаны на рис, 5.11. Из рисунка видно, что вязкость стекломассы на заключительной стадии формования составляет 106 пз, а температура 〜900°С.
Низкие значения вязкости стекломассы в зоне формования (менее 106 拉з) подтверждаются способностью стекломассы уто- 98
няться при увеличении скорости вытягивания. Действительно, если в конечной точке зоны формования стекломасса значительно ох лаждается и имеет вязкость 1013 пз, т. е. больше не способна деформироваться, то при любом дополнительном увеличении скорости вытягивания волокна диаметр волокна не должен уменьшаться, чего на практике не наблюдается.
Регулировать вязкость стекломассы по высоте луковицы можно, изменяя термический режим воздушной среды в подфильерной зоне либо подбирая соотношение технолопшескнх параметров. При этом следует иметь в виду, что вязкость стекломассы на выходе из фильеры должна находиться в пределах рабочего интервала вязкости и приближаться к нижнему его значению.
Только что сформованное стеклянное волокно охлаждается с очень большой скоростью и настолько равномерно, что закалочные (механические) напряжения в нем прак- тически отсутствуют. Скорость 0Xv^aждeния обратно пропорциональна квадрату радиуса волокна.
Температура стеклования зависит от скорости охлаждения. При изменении скорости охлаждения или нагревания в 10 раз температура стеклэпа- ния смещается на 25——30 ℃.
Рис. 5.11. Изменение вязкости (кривые /, 2) и температуры стекломассы (кривые 3, 4) при формовании волокна диаметром 70 мкм (кривые /, 3) и 7 мкм (кривые 2, 4) по длине лу ковицы.Рис. 5.11. Изменение вязкости (кривые /, 2) и температуры стекломассы (кривые 3, 4) при формовании волокна диаметром 70 мкм (кривые /, 3) и 7 мкм (кривые 2, 4) по длине лу ковицы.Скорость охлаждения стеклянного волокна в 20——40 раз больше
Рис. 5.11. Изменение вязкости (кривые /, 2) и температуры стекломассы (кривые 3, 4) при формовании волокна диаметром 70 мкм (кривые /, 3) и 7 мкм (кривые 2, 4) по длине лу ковицы.
Рис. 5.11. Изменение вязкости (кривые /, 2) и температуры стекломассы (кривые 3, 4) при формовании волокна диаметром 70 мкм (кривые /, 3) и 7 мкм (кривые 2, 4) по длине лу ковицы.
скорости охлаждения массивного стекла, соответственно температура стеклования (7g) на 50——100℃ выше, чем для массивного стекла, и достигает 850—900 ℃.
Продолжительность охлаждения тонких стеклянных волокон от температуры стеклования до температуры в цехе составляет приблизительно 10-3 сек. Для утолщенных стеклянных волоком продолжительность охлаждения немного увеличивается. Скорость охлаждения волокон, собранных в пучок, значительно снижается, причем тем больше, чем больше волокон в пучке. Параметры воздушной среды, окружающей волокна (скорость движения воздуха, температура, влажность), влияют на скорость охлаждения волокон и могут быть использованы для ее регулирования. Так как рас-
7*7*99
7*
7*
■стояние от зоны формования до лотка волокно проходит в течение 〜10-2 сек, в случае формования утолщенных волокон или нита с 400 и более волокнами охлаждение волокна будет завершаться в сборном лотке, и это неизбежно будет влиять на стабильность процесса формования. При наличии валкового замасливающего устройства охлаждение волокна происходит главным образом 沿 месте касания валика.
СТАБИЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНА
Стабильность процесса формования характеризуется обрывностью волокон в зоне формования, в узле замасливания, а также равномерностью диаметра волокна по его длине. Процесс формования стеклянных волокон в некоторых случаях самопроизвольно прекращается. В конце пятидесятых годов обрывность составляла до 50 обрывов на килограмм вырабатываемого волокна и являлась основным тормозом на пути повышения производительности установок. В настоящее время она составляет 0,5—3 обрыва на килограмм волокна и влияет не столько на производительность оборудования, сколько на производительность труда операторов, .препятствуя увеличению зоны обслуживания.
Струйка стекломассы, вытекающая из фильеры, непрерывно и -постепенно утоняясь и охлаждаясь, превращается в хрупкое волокно. Напряжения, развивающиеся в стекломассе при формова- нии, значительно ниже предела прочности при растяжении как для вязких участков луковицы, так и для волокна. При стабильных условиях формования процесс вытягивания может продолжаться неограниченно долго. Обрыв наступает в момент, когда напряжения в силу каких-либо обстоятельств возрастают и превышают предел прочности при растяжении вязкой струи или волокна в одном из сечений. В зависимости от места, где он происходит, обрыв носит либо деформационный (вязкий), либо хрупкий характер.
При деформационном разрушении струи (обгорании волокна) происходит постепенное уменьшение ее сечения вплоть до разрыва. Деформационное разрушение может начаться также с образования пережима в зоне максимальных температур луковицы н последующего утонения сечения верхнего участка шейки. Первый внд обгорания волокна происходит в начальный момент намотки :волокна, второй ——при заправке волокон. В обоих случаях вязкость стекломассы во время утонения и разрыва остается ниже значения вязкости в начале области стеклования (Г/), деформирующие же силы могут быть как угодно малы. Условия деформационного разрушения, 'исходя из уравнения (5.12), (Можно записать в виде
Кр*〉"^ — 3пид (5.13)
где & —— радиус луковицы, при котором начинается образование пережима; остальные обозначения соответствуют принятым в уравнении (5.12).
Возможность обгорания снижается при уменьшении вязкости, поверхностного натяжения, скорости деформации стекломассы, кри- |визны и диаметра сечения луковицы с максимальной температурой стекломассы, а также при возрастании формующего усилия.
Изменение перечисленных параметров в нужном направлении обычно достигается снижением температуры окружающей среды и радиуса фильер и увеличением расхода стекломассы.
Хрупкое разрушение происходит в сформованном волокне при вязкостях выше 107 пз в момент, когда напряжения, развивающиеся в волокне, превышают предел прочности при растяжении Окр. Разрушение происходит в две стадии: образование трещины и рост ее до полного разрушения волокна. Условия хрупкого разрушения в соответствии с уравнением (5.12) имеют вид
%р< Зп% + /%+(5.14)
Величину напряжений определяет первый член правой части неравенства (5,14). Если высокие скорости деформации относятся к сечениям, в которых вязкость стекломассы мала (< 105 пз), процесс формования протекает без обрывов, если же они прмхо- дятся на участки с большой вязкостью, может произойти обрыв. Основным фактором, способствующим созданию условий хрупкого разрушения, является резкое повышение скорости охлаждения стекломассы либо в результате снижения температуры или повышения скорости движения воздушной среды, либо при прохождении через зону формования объема стекломассы, отличающегося высокой скоростью твердения (химически неоднородная стекломасса). При прохождении через зону формования инородных включений (камня, крупных газовых пузырей, свили) луковица на короткий период времени удлиняется, так как утоненне струи ограничено размерами включения. Утонение стекломассы происходит в этом случае при более ннзкнх температурах окружающей среды, Диаметр волокна на короткий период резко возрастает (при сохранении высоких скоростей вытягивания). Структурные дефекты, которые более или менее равномерно распределены по стекломассе, скапливаются около включений, создавая высокие местные напряжения, которые могут оказаться достаточными для образования зародыша трещины. Появление зародыша трещины снижает <укр, и в случае, если реализуются условия уравнения (5,14), приводит к обрыву волокна. Этим объясняется хорошо известный факт повышенной обрывности при использовании стекломассы с инородными включениями. После подобных обрывов образуются кап- лн с хвостиком, !на конце которого имеется утолщение. Для предотвращения таких обрывов требуется более высокая степень химической однородности стекломассы.
Расчеты показали значительное влияние температуры среды, окружающей луковицу, на температурное поле луковицы и, следовательно, на скорость деформации волокна и его обрывность.
При измерении температуры воздушной среды в подфильерной зоне было установлено, что термический режим в ней весьма нестабилен. Температура среды, окружающей луковицу, меняется с изменением скорости вытягивания, при перезаправке бобин, при включении вентиляции и т. д. Поэтому одним из условий устранения обрывности является создание стабильных температурных условий в зоне формования непрерывного стеклянного волокна, т. е. на расстоянии 10—25 мм от фильерной пластины.
Обрыву волокна предшествует резкое уменьшение или увеличение расхода стекломассы. Скоростной киносъемкой процесса формования волокна было показано, что изменение расхода стекломассы в 1,5—2 раза, происходящее в результате пульсирующего характера истечения стекломассы из фильер, не приводит к обрыву волокон. Одна.ко вполне вероятно, что колебания объема луковиц и расхода стекломассы в отдельных случаях могут быть более значительными. При максимальных отклонениях возможно создание условий, приводящих к обрыву волокна по одной из двух рассмотренных выше схем. Поэтому снижение степени пульсации потока стекломассы в фильере и, следовательно, объема луковицы в зоне формования является эффективным средством снижения обрывности волокон.“
ГЛАВА 6
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ НА НЕКОТОРЫЕСВОЙСТВА СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА И НИТИ
Волокно, получаемое из стекломассы, отличается от массивного стекла гибкостью и высокой механической прочностью. Изменяются также плотность, показатель преломления, модуль упругости и другие свойства волокон.
Степень различия в свойствах массивного стекла и волокна зависит от состава стекла, способа формования и диаметра волокна.
Прочность стеклянного волокна. В соответствии с существующими представлениями прочность стеклянного волокна определяется степенью дефектности его поверхностного слоя. Дефекты в виде трещин образуются на поверхности волокна в результате концентрации дефектов структуры стекла — «трещин Гриффита».. Основным фактором, определяющим прочность волокна, является частота и распределение трещин, а не их относительная «серьезность». Главную роль в образовании и распределении трещин играет «термическая история» стеклянного волокна, которая охватывает условия варки стекла и изготовления стеклянных шариков и формования волокна. Режимы варки стекла и выработки стеклянных шариков определяют степень его микронеоднородности, наличие структурных образований кристаллического типа, инород- 102
ных включений, которые могут явиться причиной возникновения трещин.
Высокая степень химической однородности стекломассы— необходимое требование для получения высокопрочно!о стеклянного волокна.
Прочность стеклянного волокна в значительной степени зависит от способа его производства. Наибольшая прочность получена для волокон, вытянутых из расплавленного стекла фильерным способом и охлажденных с большой скоростью. Волокна, вытянутые при помощи сжатого воздуха, менее прочны, чем вытянутые механическим путем. Более низкая прочность характерна для волокон, вытянутых из стеклянных штабиков (так же как и из кварцг- внх), что можно объяснить особенностями нагрева штабиков, при котором происходит кристаллизация стекла. '
Быстрое охлаждение способствует получению волокна со свободной^ от напряжений однородной структурой и, следовательно, ВЫС01К0Й прочностью.
Рад исследователей допускают, что при формовании волокна в первую очередь охлаждается поверхностный слой луковицы, поз- тому он прежде, чем остальная масса луковицы, может достигнуть хрупкого состояния. Напряжения, которые испытывает стекломасса при формовании, концентрируются преимущественно в этом поверхностном слое. Во внутренней части луковицы стекломасса бо- пее пластична, и напряжения в ней рассасываются быстрее. Возникающие при вытягивании волокна напряжения достаточны для разрушения тончайшего поверхностного слоя в ослабленных мес- тах. Таким образом, поверхностные дефекты возникают в процес- се формования волокна в результате воздействия вытягивающих усилий.
Факторы, способствующие повышению скорости охлаждения волокна и получению однородной структуры,— уменьшение диа- метра волокна, увеличение скорости твердения стекла, разность температур стекломассы и окружающей среды и другие — приво- дхт к повышению механической прочности волокна.
За последнее десятилетие наши представления о влиянии раз- 炉 иных факторов на прочность волокна заметно изменились. 1еперь установлено, что прочность волокна существенно зависит от е『。состава. Известны стекла, волокна из которых в 2—3 раза превосходят по прочности волокна из стандартного бесщелочного стекла. Ранее полагали, что решающим фактором является диа- метр волокна (масштабный фактор) и что наиболее резкое сни- женне прочности (от 300 до 150—100 кгс/мм2) происходит при увеличении диаметра волокна от 3 до 10—20 мкм, а далее прочность плавно уменьшается (до 60—70 кгс/мм2} для волокон ниа- метром 100—120 мкм.
Волокна диаметром от 5 до 30 мкм могут быть получены с при- мер】'。 Минаковой прочностью (для стандартного бесщелочного стекла 250—300 кгс/мм2). При увеличении диаметра волокон до
100—120 мкм прочность снижается до 150 кгс[м储、Следует отметить, что максимальная для каждого диаметра волокна прочность может быть достигнута только при оптимальных технологических параметрах. Например, для волокон большего диаметра необходимо обеспечить больший расход стекломассы. При увеличении диаметра волокна только за счет снижения скорости его вытягивания получаются волокна пониженной прочности.
Интересные данные 6ы」н получены при определении прочности волокон, отобранных между фильерами и замасливающим устройством и испытанных через несколько минут после выработки. Волокна из алюмоборосиликатного стекла диаметром до 50 мкм имели предел прочности при растяжения 350 кгс/лш2, причем прочность их практически не зависела от технологических параметров выработки, диаметра волокна и длины образцов. Объясняется это отсутствием повреждений на поверхности отобранных таким образов волокон; при наличии дефектов структуры трещины образуются только при последующем абразивном воздействии вскюкоп друг на друга во время намотки их на бобины или при воздействии других сходных причин.
Еще более высокие значения прочности волокна (до 700 к,гс/мм2) были получены при испытании «нетронутых» волокон в атмосфере инертных газов (например, азота), так как в этих условиях уменьшаются напряжения в поверхностных дефектах.
Плотность стеклянного волокна. Для волокна диаметром 5—10 мкм из алюмоборосиликатного стекла плотность равна 2,52 г/см3, а для массивного стекла того же состава 2,58 г/см3, т. е. на 2,35% меньше. Термическая обработка волокон, проведенная при температуре ниже температуры отжига стекла, способствует увеличению плотности стеклянного волокна до плотности массивного стекла. Этот процесс сопровождается сокращением объема волокна в одинаковом соотношении как по длине, так и по диаметру.
Коэффициент преломления стеклянных волокон. При изменении диаметра волокна от 36 до 4 мкм коэффициент преломления снижается для волокон из алюмоборосиликатного стекла на 0,3%= а для волокон из известково-натриевого стекла на 0,1 %.
Модуль упругости стеклянного волокна. Этот показатель для волокна всегда ниже, чем для массивного стекла. При уменьшении диаметра волокна он снижается незначительно (до 10%), причем для волокон из алюмоборосиликатного стекла больше, чем для волокон из известково-натриевого стекла. Термообработкой во- локна можно увеличить модуль упругости волокна до значений, характерных для массивного стекла.
Приведенные данные о плотности, коэффициенте преломление и модуле упругости стеклянного волокна и о зависимости этих характеристик от диаметра волокна, сопоставленные с характеристиками массивного стекла, указывают на то, что структура стек- лянного волокна отличается от структуры массивного стекла. Это 104
объясняется особенностями процесса формования стеклянного волокна, способствующими фиксацир! в волокне высокотемпературной структуры расплава стекла.
Диаметр волокна устанавливается в зоне его формования; на всех дальнейших стадиях переработки стеклянного волокна он сохраняется постоянным.
Средний диаметр стеклянного волокна dcp определяется скоростью его вытягивания и расходом стекломассы. Поскольку объемный расход стекломассы Q не зависит от скорости вытягивания волокна и (с точностью до 2—3%), связь между этими величинами имеет вид
Q = 〃％ (6.1)
Это уравнение позволяет легко связать рассмотренный выше характер влияния технологических параметров на расход стекломассы с влиянием их на диаметр волокна.
Измерениями толщины стеклянных волокон было установлено, что диаметр волокна, вытянутого из одной фильеры, не остается постоянным. Разнотолщинность стеклянного волокна наблюдалась во всех без исключения опытах и изменялась от 4 до 25%. Количественно разнотолщинность волокна оценивалась величиной коэффициента вариации С показателей, полученных при измерении диаметра волокон (см. главу 20).
Особенно интересными оказались результаты измерений диаметра волокна по его длине, представленные на рис. 6.1, а и 6.1, 6. Точки па рис. 6.1, а получены при измерении диаметра волокна через каждые 7,5 см. На рис. 6.1, 6 каждая точка — среднее из пяти значений диаметра, измеренного через 7,5 см. Полученные данные позволяют проследить за измерением диаметра волокна на большой длине; разнотолщинность волокна, по этим данным, составила 15%.
Из рис. 6,1 о и 6,1, 6 видно, что диаметр волокна, вытянутого из одной фильеры, изменяется в значительных пределах (от 6 до 11.2 лгк九)，причем изменения носят периодический характер.
Сопоставление данных, полученных при последовательном измерении диаметра волокна по его длине, с результатами исследования характера движения стекломассы в зоне формования волокна методом скоростной киносъемки дало возможность установить： оба метода подтверждают пульсирующий характер процесса формования волокна, частота и амплитуда колебаний объема луковн- иы в процессе формованр!я совпадают с частотой (0,5—1 гц) мак- симальных по амплитуде колебаний диаметра волокна по его длине, т. е. колебания объема луковицы являются причиной колебаний диаметра волокон.
Чтобы определить, как влияют колебания диаметра волокон на толщину нити, изучалась структура нити.
Структура стеклянной нити. Стеклянная нить представляет собой пучок волокон, состоящий из отдельных непрерывных волокон.
Толщину нити выражают в тексах. Толщина в системе текс характеризуется величиной массы m (в г), приходящейся на единицу длины Z，i (в км).
о0/64%е,450,60QJ5о0/64%е,450,60QJ5ОZ 夕15*22,530,037,5、•07^42 boJIOHHQ /иОZ 夕15*22,530,037,5、•07^42 boJIOHHQ /и
о0/64%е,450,60QJ5
о0/64%е,450,60QJ5
ОZ 夕15*22,530,037,5
、•07^42 boJIOHHQ /и
ОZ 夕15*22,530,037,5
、•07^42 boJIOHHQ /и
% 9 s 7芝工s4 ?хои-dEWEdnu% 9 s 7芝工s4 ?хои-dEWEdnuРис. 6.1. Изменение диаметра по дли-не волокна;а — диаметр волокна через 7.5 см； б — диа ■метр волокна через каждые 37,5 см.Рис. 6.1. Изменение диаметра по дли-не волокна;а — диаметр волокна через 7.5 см； б — диа ■метр волокна через каждые 37,5 см.
% 9 s 7
芝工s4 ?хои-dEWEdnu
% 9 s 7
芝工s4 ?хои-dEWEdnu
Рис. 6.1. Изменение диаметра по дли-не волокна;
а — диаметр волокна через 7.5 см； б — диа ■метр волокна через каждые 37,5 см.
Рис. 6.1. Изменение диаметра по дли-не волокна;
а — диаметр волокна через 7.5 см； б — диа ■метр волокна через каждые 37,5 см.
204/6。
ПраМтжитепьность, сен
7515。225
一 Длина волокна, м
Толщина Т определяется по формуле
Т = —^— = 1000 текс (г/км) где L — длина, м.
Толщина нити зависит от среднего диаметра и количества непрерывных волокон в нити, от плотности стекла и содержания влаги и замасливателя.
Эта зависимость выражается уравнением
Т = ЛГ2Pzl 阮 105 (6.2)
где Т ——толщина нити, текс; г — средний радиус волокна, см; р ——плотность волокна, з/с/户；п — число волокон; k —— коэффициент, учитывающий содержание замасливателя и влаги. ，
Из уравнения следует, что одинаковые по толщине нити могут состоять из волокон разного диаметра, если число волокон различно.
Толщина нити изучалась по изменению массы отрезков длиной 100, 0,5 и 0,1 м. Типичные кривые изменения массы отрезков нитей по их длине представлены на рис. 6.2, а, 6, 6, из которых видно, что масса отрезков по длине нити не остается постоянной. На кривых изменения массы 100-метровых отрезков нитей в ряде случаев были обнаружены плавные колебания массы с частотой менее 0,03 гц и амплитудой, достигающей 20% от средней массы. Такие колебания встречаются сравнительно редко (в 5—10% бобин) и носят случайный характер.
Обработка кривых изменения массы 0,5- и 0,1-метровых отрезков нитей позволила выделить три типа периодических составляющих колебаний массы отрезков с частотами 0,6—1,4, 3—6,5, 25—33 гц и соответственно амплитудами 13—20, 6—12 и 3—4%. В ряда случаев составляющие колебаний с частотой 25——33 гц отсутствовали.
Сравнение спектра частот периодических колебании массы отрезков нитей и диаметра волокна показало их практически полное совпадение. Причина подобного совпадения была выявлена при изучении характера распределения волокна по диаметру в различных сечениях одной и той же нити. Установлено, что форма кривых распределения диаметра волокна значительно различается для различных сечений этой нити. На рис. 6.3 приведены кривые распределения волокна по диаметру для трех из одиннадцати промеренных сечений нити (кривые с минимальной, средней и максимальной ординатой). Разность наибольшего и наименьшего диаметров волокна в отдельных сечениях изменялась от 3,4 до 9,7 мкм при среднем диаметре волокна 6 мкм, а коэффициент вариации изменялся от 12 до 24%. Интересно то, что лорядок величин ；коэфф；и- циентов вариации диаметра одного волокна по его длине и разных волокон в сечении нити один и тот же, и, следовательно, разброс величин диаметров волокон в сечении нити, а также изменение массы отрезков нитей по их длине объясняется главным образом периодическими колебаниями диаметра каждого волокна в процессе формования.
Это позволило сделать вывод о том, что в стеклянной нити, представляющей собой пучок волокон, диаметр каждого волокна периодически колеблется по его длине, независимо от других волокон, при этом колебания диаметра отдельных групп волокон сдвинуты по фазе.
Неровнота нити по массе в зависимости от условий формования изменяется в два-три раза, она оценивается, так же как и разно- толщинность волокон, коэффициентом вариации массы отрезков. Неровнота нитей, полученных при одинаковых условиях формования, зависит от длины взвешиваемых отрезков и от числа волокон в нити. Определение неровноты по массе при различных длинах взвешиваемых отрезков было проведено на двух паковках, от каждой из которых былрг последовательно отмотаны и взвешены 2000 отрезков длиной 0,1 м, 1000 отрезков длиной 0,5 м, а остаток размотан на отрезки длиной 100 м.
Ниже приводятся результаты измерений:
Длина взвешиваемогоотрезка, м100,00,50,1Длина взвешиваемогоотрезка, м100,00,50,1Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 1, %1,5*4,155,83Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 1, %1,5*4,155,83Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 2, %3,6,515,6Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 2, %3,6,515,6
Длина взвешиваемогоотрезка, м
100,0
0,50,1
Длина взвешиваемогоотрезка, м
100,0
0,50,1
Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 1, %
1,5
*4,15
5,83
Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 1, %
1,5
*4,15
5,83
Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 2, %
3,
6,5
15,6
Неровнота по массе отрезковнити на бобине № 2, %
3,
6,5
15,6
При уменьшении длины взвешиваемого отрезка нити от 100 до 0,1 м показатель неровноты той же нити увеличивается примерно в 3—4 раза.
Исследовалось влияние числа волокон нити на ее неровноту. Для этого использовались нити, выработанные из одного стеклоплавильного сосуда при одинаковых технологических параметрах, но при разном числе волокон (рис. 6.4). Из рисунка видно, что с увеличением числа волокон неровнота нити снижается. По характеру кривой видно, что снижение неровноты за счет увеличения числа волокон в нити возможно только до определенного предела. Ниже сопоставляется неровнота нитей, полученных на 400-, 200- и 100-фильерных сосудах； С4оо=О,8С2оо==О,5Сюо, где С— неровнота нити (в %) с числом волокон 400, 200 и 100.
Неровнота нитей, выработанных на различных заводах стеклянного волокна из сосудов одинаковой конструкции, примерно одинакова и изменяется в следующих пределах (для отрезков длиной 100 ж):
Толщина нити,,,,,
тексНеровнота. %
100-фнльерный сосуд 6,61,
200-фильерный сосуд 131,
400-фильерный сосуд . . 260,
Необходимо различать внутреннюю (в пределах одной паковки) и внешнюю неровноту нитей (с различных паковок). Все приведенные выше показатели относятся к внутренней неровноте нитей. Внешняя неровнота, как правило, несколько выше внутренней.
Прочность стеклянной нити. Прочность нити составляет 60—8О°/о от прочности образующих ее волокон. Коэффициент использования прочности волокон в нити зависит от условий испытания нити на разрыв. Он понижается при повышении влажности окружающей среды и значительном повышении температуры (выше 108
>
_J
^bs^・
w
_T叁
—
展
电 汾 z、 4 0 S 2 忘
4cС4
◎Q44
汾&WH
2川'ПШПН
до^сзашо 27力Z?W
C 4 c 4 2弘 <71 山 гш QO^CadlbO PQ3PW
.w 90 MOHHUHHXeudlo— ex8【我OHMLfir HM8CU。— X ESH OHUIfC on MO^S&0 XSWO^H^S«00- syo^s OKK^KO^S9 3 1 §
о0d,
•а「0 Нонну4HHmudlo I в•а「0 Нонну4HHmudlo I в-ивнн енииП ОС- noxcadjo IqQJBW ① ИН&Н① wmsz・9°nd-ивнн енииП ОС- noxcadjo IqQJBW ① ИН&Н① wmsz・9°nd&&мУитнgsgadwG тззммУитнgsgadwG тззм
•а「0 Нонну4HHmudlo I в
•а「0 Нонну4HHmudlo I в
-ивнн енииП ОС- noxcadjo IqQJBW ① ИН&Н① wmsz・9°nd
-ивнн енииП ОС- noxcadjo IqQJBW ① ИН&Н① wmsz・9°nd
&
&
мУитнgsgadwG тззм
мУитнgsgadwG тззм
250 С), а также при увеличении длины испытываемого отрезка нити. Например, показано, что при увеличении длины отрезка нити от 5 до 560 мм ее прочность снижается вдвое. Особенно сильное влияние на прочность нити оказывает количество содержащегося в ней замаслива- теля и его состав. Для незамаслен- ной нити коэффициент использования прочности волокон составляет всего 20%.
Малый коэффициент использования прочности отдельных волокон -обусловлен свойствами самой нити как системы, состоящей из большого числа неоднородных по диаметру волокон, характерной особенностью которых является разброс значений прочности даже при одинаковом диаметре. При приложении растягивающих усилий происходит неодновременный разрыв волокон в нити и соответственно снижение коэффициента использования суммарной прочности волокон. Механизм разрушения нити можно представить так. Вследствие малой зависимости модуля упругости стеклянных волокон от диаметра при одинаковой нагрузке волокна большего диаметра будут удлиняться меньше и разрушаться в первую очередь. После разрушения этой группы волокон всю нагрузку воспримут остальные волокна, которые будут удлиняться до разрушения следующей группы волокон большего диаметра, и т. д. Разрыв всей нити произойдет в момент, когда суммарная прочность оставшихся в нити волокон станет ниже приложенной нагрузки.
Пропитка нити замасливателями или другими клеящими веществами эффективно повышает ее прочность. Стандартный замасливатель типа «парафиновая эмульсия» увеличивает коэффициент использования
no
прочности волокон до 70%. Полная проклейка нити эпоксифеноль- нымн и некоторыми другими смолами позволяет довести коэффициент использования до 100%, Характер разрушения проклеенной нити существенно отличается от рассмотренного выше. До тех пор* пока силы сцепления между волокнами превышают приложенную
5050^ ^ ^SRNA dEQQdaH^ ^ ^SRNA dEQQdaH况7 Ю0 乃Z7200Число 8олокон ? нити况7 Ю0 乃Z7200Число 8олокон ? нити
50
50
^ ^ ^SRNA dEQQdaH
^ ^ ^SRNA dEQQdaH
况7 Ю0 乃Z7200
Число 8олокон ? нити
况7 Ю0 乃Z7200
Число 8олокон ? нити
Рис. 6.3. Кривые распределения диа- Рис. 6.4. Зависимость неровноты нита' метра волокна в различных сечениях от числа волокон в ней.
нити.
нагрузку, все волокна работают одновременно, и нить представляет собой монолит. При этом часть приложенной нагрузки затрачивается на удлинение волокна, а другая — на преодоление сил сцепления между волокнами. Если силы сцепления малы, то происходит разрыхление нити, и дальнейшее ее разрушение протекает аналогично рассмотренной выше схеме для несклеенной нити.
При определении величины прочности одной н той же нити наблюдается большой разброс разрывных усилий. Такой разброс сохраняется и для полностью проклеенной нити, т. е. разброс прочностных характеристик связан не только с одновременностью работы отдельных волокон в нити. Основной причиной колебания прочности нити при испытании на разрыв является разнотолщин- ность нити по длине. Прочность нити определяют на отрезках длиной 0,5 %, для которых отклонения по толщине могут достигать 30%. В этих же пределах изменяется прочность нити. Было установлено, что не только разброс значений разрывной нагрузки по Длине нити, но и разрывная длина зависят от неровноты нити; разрывная длина тем больше, чем меньше неровнота нити.
ГЛАВА 7
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТЕКЛАНА ПРОЦЕСС ФОРМОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОГОСТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Физико-химические свойства стекла (характер изменения вязнет。， поверхностное натяжение, кристаллизационная способность, однородность и др.) определяют принципиальную возможность формования стеклянного волокна, аппаратурное оформление про
цесса и показатели его производства.
Свободная струя любой жидкости, в том числе и стекломассы, сохраняет свою форму при определенных соотношениях вязкости и поверхностного натяжения. Под действием сил поверхностного натяжения свободная струя маловязкой жидкости распадается на отдельные утолщения, связанные перемычками. А затем, если вяз- кость жидкости остается малой, утолщения превращаются в отдельные шарообразные капли. С увеличением вязкости распад жидкой струи затрудняется, и она приобретает способность растягиваться в тонкие нита. Показателем способности жидкости к вытягиванию в волокно может служить отношение ее вязкости “ к поверхностному натяжению у.
Ниже сопоставляются значения вязкости, поверхностного натя- жения и способность некоторых веществ к вытягиванию в нить:
Поверхностное _ 代
ВеществоВязкость, пз натяжение, Спосооность
дин/см к вытягиванию
ВодаМаслоВодаМаслоООО°,cООО°,cо о о о оо о о о о4 3 2 10о о о о оо о о о о4 3 2 10при температуре, Спри температуре, СОООООО0,000140,030,150,000140,030,15о о о о о о о о о о 0 5 0 0 012 6 0 02 8о о о о о о о о о о 0 5 0 0 012 6 0 02 8о о о о оо 1 9^5 8о о о о о3 3 3 3 3о о о о оо 1 9^5 8о о о о о3 3 3 3 333 8 0 5 00 0 2 6 1233 8 0 5 00 0 2 6 12
Вода
Масло
Вода
Масло
ООО
°,c
ООО
°,c
о о о о оо о о о о4 3 2 10
о о о о оо о о о о4 3 2 10
при температуре, С
при температуре, С
ООО
ООО
0,00014
0,03
0,15
0,00014
0,03
0,15
о о о о о о о о о о 0 5 0 0 0
12 6 0 0
2 8
о о о о о о о о о о 0 5 0 0 0
12 6 0 0
2 8
о о о о оо 1 9^5 8о о о о о3 3 3 3 3
о о о о оо 1 9^5 8о о о о о3 3 3 3 3
3
3 8 0 5 0
0 0 2 6 1
2
3
3 8 0 5 0
0 0 2 6 1
2
Поверхностное натяжение стекломассы в интервалах температур 1100—1400 ℃ изменяется незначительно, поэтому способность к волокнообразованию зависит от вязкости 'стекломассы. При малой вязкости стекломассы (высокой температуре фильерной пластины) наблюдается только капельное истечение стекломассы и процесс формования осуществить не представляется возможным. При повышении вязкости наступает момент, когда вытягивание волокна становится осуществимым, но при этом наблюдаются «проскоки» стекла (заметные на глаз утолщения волокна). Вязкость и температура стекломассы на выходе из фильеры, соответствующие этим явлениям, рассматриваются как нижний предел рабочего интервала вязкости и верхний предел рабочего интервала температур. При дальнейшем увеличении вязкости вместе с ростом отношения r)/v повышается и способность стекломассы к волокнообразованию.
Однако возрастание вязкости сопровождается увеличением напряжений, которые развиваются в стекломассе в процессе ее формования и при достижении определенной величины препятствуют продолжению процесса вытягивания. Вязкость и температура, соответствующие этим явлениям, рассматриваются как верхний предел рабочего интервала вязкости и нижний предел рабочего интервала температур. Значения вязкостр! и температуры, характеризующие рабочие интервалы выработки волокна, определяются для стекломассы на выходе из фильеры； их величина зависит от условий охлаждения стекломассы в подфильерной зоне.
В отсутствие охлаждающих устройств рабочий интервал вязкости составляет примерно 103)2——103；8 пз. Такая вязкость должна быть достигнута при сравнительно низкой температуре (менее 1250 °C) для увеличения срока службы платинородиевого сплава, используемого в качестве материала для стеклоплавильных сосудов. “
Рабочий интервал температур, соответствующий рабочему интервалу вязкостей, должен быть сравнительно широким (50—100 ℃), так как это позволяет более тонко регулировать расход стекломассы.
Температура, при которой в стекле начинают появляться видимые под микроскопом кристаллы, должна быть ниже рабочего интервала температур, по крайней мере той температуры, при которой происходит формование волокна. В противном случае в стеклоплавильном сосуде могут образоваться кристаллы, вызывающие обрыв волокон и снижение их прочности. Желательна также малая скорость кристаллизации стекла, так как это дает возможность изменять температуру в стеклоплавильном сосуде в более широких пределах.
Существенное влияние на процесс формования непрерывного стеклянного волокна оказывает скорость твердения стекла. Для массивного стекла установлено следующее: 1) чем круче кривая зависимости вязкости стекла от температуры, тем выше скорость твердения стекла; 2) скорость твердения стекол, не содержащих красящих окислов (за исключением Мп2О3), мало зависит от их химического состава и определяется главным образом их теплопроводностью и теплоемкостью; 3) добавка красителей, вызывающих поглощение инфракрасных лучей, значительно увеличивает скорость твердения внешних слоев стекла при одновременном снижении скорости твердения внутренних слоев; 4) скорость твердения стекла зависит от его массы, величины отношения поверхности стекла к его массе, а также от температуры и скорости движения окружающей среды.
Скорость твердения стекломассы в процессе формования волоку на определяется характером изменения вязкости с температурой (рис. 7.1) и продолжительностью охлаждения стекломассы (продолжительностью формования волокна). Для стандартных промышленных сосудов продолжительность формования волокна опре- 8—1277 113
деляется главным образом диаметром фильер и расходом стекломассы. При постоянном расходе стекломассы и одинаковых условиях ее охлаждения в подфильерной зоне сравнительная скорость твердения стекломассы может характеризоваться только кривой вязкости стекла, тангенс угла наклона которой в координатах 1gli一〃т может служить количественной оценкой скорости твердения. Чем круче кривая, тем больше скорость твердения и расход стекломассы для данного стекла, и для получения одинаковой по толщине нити потребуется меньший диаметр фильер.
При введгнии в составы стекол красящих о,кислов, например 1—3% СоО, достигнуто увеличение скорости твердения и расхода стекломассы.
Данные о неровноте нитей, выработанных в сопоставимых условиях на одном и том же сосуде из стандартного бесщелочного и нейтрального стекла, представлены-на рис. 7.2 (кривые / и 3). Из рисунка видно, что неровнота нити, выработанной из бесщелочного стекла, значительно ниже, чем для нити из нейтрального стекла. Обрывность также ниже в 1,5 раза. Таким образом, при повышении скорости твердения стекла расход стекломассы увеличивается, а разнотолщинность м обрывность волокон уменьшаются, т. е. устойчивость процесса формования возрастает.
Рис. 7.1. Зависимость вязкости стекломассы от температуры:У — бесщелочное стекло； 2 — нейтральное стекло; 3 ——нейтральное с добавками V2O5.Рис. 7.1. Зависимость вязкости стекломассы от температуры:У — бесщелочное стекло； 2 — нейтральное стекло; 3 ——нейтральное с добавками V2O5./2345678Расход стекломассы • /03 〃绥л*/2345678Расход стекломассы • /03 〃绥л*Рис. 7.2. Неровнота нити для стекол с разным поверхностным натяжением: / — нейтральное стекло (у = 320 дин'см)； 2 — нейтральное стекло с добавками \‘2。5 (у —280 днищем) ； 3 — бесщелочное стекло (у=320 дин；см)^Рис. 7.2. Неровнота нити для стекол с разным поверхностным натяжением: / — нейтральное стекло (у = 320 дин'см)； 2 — нейтральное стекло с добавками \‘2。5 (у —280 днищем) ； 3 — бесщелочное стекло (у=320 дин；см)^
Рис. 7.1. Зависимость вязкости стекломассы от температуры:
У — бесщелочное стекло； 2 — нейтральное стекло; 3 ——нейтральное с добавками V2O5.
Рис. 7.1. Зависимость вязкости стекломассы от температуры:
У — бесщелочное стекло； 2 — нейтральное стекло; 3 ——нейтральное с добавками V2O5.
/2345678
Расход стекломассы • /03 〃绥л*
/2345678
Расход стекломассы • /03 〃绥л*
Рис. 7.2. Неровнота нити для стекол с разным поверхностным натяжением: / — нейтральное стекло (у = 320 дин'см)； 2 — нейтральное стекло с добавками \‘2。5 (у —280 днищем) ； 3 — бесщелочное стекло (у=320 дин；см)^
Рис. 7.2. Неровнота нити для стекол с разным поверхностным натяжением: / — нейтральное стекло (у = 320 дин'см)； 2 — нейтральное стекло с добавками \‘2。5 (у —280 днищем) ； 3 — бесщелочное стекло (у=320 дин；см)^
Заметное влияние на процесс формования непрерывного стеклянного волокна оказывает поверхностное натяжение стекла» величина которого определяет работу, затрачиваемую на образование новой поверхности при истечении стекломассы через фильеры и при вытягивании волокна. Так как на образование новой поверхности при истечении стекломассы через фильеры частично затрачивается работа, совершаемая статическим давлением расплава в сосуде, то и расход стекломассы в некоторой степени зависит от 114
поверхностного натяжения стекла ——он увеличивается с уменьшением поверхностного натяжения.
Поверхностное натяжение стандартного бесщелочного стекла в интервале температур 1235——1310 ℃ составляет 〜300 дин/см. При понижении температуры поверхностное натяжение медленно возрастает, а затем резко увеличивается в аномальном интервале температур, достигая при комнатной температуре 〜1200 дин/см. Поверхностное натяжение различных по составу стекол при температуре 1250 ℃ изменяется в пределах 270—360 дин/см.
Рис, 7.3. Краевой угол смачивания 0 жидкостью твердой подложки.
Влияние поверхностного натяжения стекла на процесс формования волокна изучалось для двух нейтральных стекол, близких по составу и вязкостным характеристикам и различающихся на 11% по величине поверхностного натяжения (в одно из стекол добавлялось поверхностно-активное вещество V2O5). Данные о нероа- ноте нитей, выработанных в одинаковых условиях из этих стекол (см. рис. 7.2, кривые / н 2), свидетельствуют о том, что снижение поверхностного натяжения стекла уменьшает разнотолщинность волокна. Обрывность волокон, вырабатываемых из стекла с меньшим поверхностным натяжением, также оказалась почти вдвое ниже.
С понижением поверхностного натяжения стекла существенно усиливается смачиваемость стекломассой металлических подложек. Согласно теории смачивания жидкость растекается, если взаимодействие между частицами жидкости на поверхности капли меньше сил взаимодействия частиц жидкости и твердого тела, на котором смачивание происходит, и наоборот. Степень смачивания может быть описана величиной угла смачивания, образующегося между твердой поверхностью и касательной к поверхности жидкости в точке пересечения (рис. 7.3).
Смачивание платины бесщелочным и нейтральным стеклами при нагреве их плавно увеличивается. При температуре 850 ℃ для бесщелочного стекла и 900 ℃ —— для нейтрального степень смачивания резко возрастает (cos 0 меняет знак плюс на минус); при дальнейшем нагреве стекол до 1200 ℃ смачиваемость снова медленно увеличивается. Для бесщелочного стекла угол смачивания уменьшается от 40 градусов при температуре 950 ℃ до 18 градусов при температуре 1200 ℃. Для нейтрального стекла уюл смачива- 8* 115
ния соответственно снижается от 56 градусов до 31 градуса. Смачивающая способность стекла в значительной степени зависит от среды, в которой происходит смачивание, и материала подложки. В атмосфере азота, водорода, двуокиси углерода и водяных паров силикатные и борные стекла вообще не смачивают поверхности платины. В присутствии следов кислорода расплавленное стекло немедленно растекается по всей поверхности металла. Полагают, что на платине в атмосфере кислорода образуется пленка, способствующая растеканию стекла. Влияние металлической подложки и состава стекла на смачиваемость фильерной пластины расплавленной стертомассой учитывается при разработке новых составов стекол для стеклянного волокна и новых материалов для стеклоплавильных сосудов.
При сильном смачивании на нижнем срезе фильер не образуют- ся капли, стекломасса ползет вверх по фильерам и растекается между ними по пластине, происходит затекание фильерной пластины стекломассой, в результате чего возрастает время, затрачиваемое оператором на заправку волокон, и усложняется обслуживание установки. Фильерная пластина, затекшая однажды, значительно легче затекает повторно. Кроме того, фильера, покрытая пленкой стекла, теряет больше тепла в окружающую среду и становится холоднее чистых фильер； при этом расход стекломассы через фильеры уменьшается. Для снижения смачиваемости в процессе формования волокон необходимо снижать температуру стекломассы и фильерной пластины и регулировать температуру воздушной среды, окружающей фильеру и луковицу. Это достигается удалением керамической изоляции сосуда на расстояние 5——10 мм от фильерной пластины, а также применением дополнительных охлаждающих устройств.
Качество стекломассы — постоянство химического состава, степень осветления, однородность, наличие или отсутствие включений (свиль, кристаллы, воздушные и газовые пузыри) —во многом определяет характер процесса формования и свойства стеклянного волокна.
От технологических режимов варки стекла в стекловаренной печи и выработки стеклянных шариков зависит количество газов, растворенных в шариках, и та температура, при которой растворенные газы начинают выделяться из стекла. Так как максимальная температура в стеклоплавильном сосуда близка к температуре выработки шариков, в случае выработки волокна при повышенной температуре или из плохо осветленной стекломассы наблюдается вспенивание ее в сосуде. При этом сразу же выключается система загрузки стеклянных шариков и уменьшается напор стекломассы.
Газовые включения в виде 《мошки》, содержащиеся в стеклянных шариках, почти не увеличивают обрывности волокна. Они вытягиваются вдоль оси волокна, образуя микрокапилляры.
экон и неровноте нити для этих рис. 7.4. Из рисунка видно, чтоэкон и неровноте нити для этих рис. 7.4. Из рисунка видно, чтоРис. 7.4. Зависимость неровноты нити и обрывности волокон от степени однородности стекла:а — стекло отожженное, без свили； б — стекло отожженное, неперебранное;6 ——стекло отожженное, со свилью.Рис. 7.4. Зависимость неровноты нити и обрывности волокон от степени однородности стекла:а — стекло отожженное, без свили； б — стекло отожженное, неперебранное;6 ——стекло отожженное, со свилью.При вытягивании волокна из шариков, содержащих грубую (видимую) свиль, процесс формования нарушается частыми обрывами волокон. Повышенная обрывность объясняется тем, что свиль способствует образованию участков стекломассы с различной вязкостью, и эти участки распределяются по всему объему сосуда. Установлено, что при наличии в стекломассе грубой, редко расположенной свили наблюдается меньше обрывов, чем при наличии тонкой, ио часто расположенной свили.
экон и неровноте нити для этих рис. 7.4. Из рисунка видно, что
экон и неровноте нити для этих рис. 7.4. Из рисунка видно, что
Рис. 7.4. Зависимость неровноты нити и обрывности волокон от степени однородности стекла:
а — стекло отожженное, без свили； б — стекло отожженное, неперебранное;
6 ——стекло отожженное, со свилью.
Рис. 7.4. Зависимость неровноты нити и обрывности волокон от степени однородности стекла:
а — стекло отожженное, без свили； б — стекло отожженное, неперебранное;
6 ——стекло отожженное, со свилью.
Стеклянные шарики, изготовляемые в промышленном масштабе, не содержат грубой свили; тонкую свиль можно обнаружить только при просмотре хорошо отожженных шариков под полярископом. Сортировкой отожженных шариков под полярископом были получены три партии шариков, различающиеся по степени свиль- ности. Данные об обрывности i партий шариков представлены увеличение степени химической неоднородности стекла приводит к повышению обрывности и разнотолщинности волокна, т. е. к снижению устойчивости процесса формования непрерывного стеклянного волокна.
Следует отметить, что волокна, полученные из одинаковых по однородности стекол, сваренных в различных ванных печах, могут резко различаться по обрывности. Это означает, что химическая однородность стекла является только одной из характеристик, влияющих на обрывность волокон. К другим характеристикам могут
быть отнесены, например, степень микронеоднородности структуры стекла, количество и состав растворенных газов и т. д.
Такнм образом, на процесс формования непрерывного стеклянного волокна влияют физико-химические свойства стекла, и это сужает границы составов стекол, применимых для выработки стеклянного волокна. Для получения волокна целесообразно использовать стекла с пониженным поверхностным натяжением и высокой скоростью твердения. Технологический процесс варки стекла должен обеспечивать отсутствие свили, видимой в отожженном стекле под полярископом. Повышенные требования предъявляются к ста* бильности режима варки стекла и к постоянству химического состава стекол.
ГЛАВА 8
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯНЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
ПЛАВЛЕНИЕ СТЕКЛА И ПОДГОТОВКА ЕГО К ФОРМОВАНИЮВ СТЕКЛОПЛАВИЛЬНОМ СОСУДЕ
Плавление стекла 卜и подготов-ка его ik формованию происходят в стеклоплавильных сосудах. Стандартный промышленный стеклоплавильный сосуд (рис. 8.1) представляет собой малогабаритную
Рис. 8.1. Стеклоплавильный сосуд:
/ — боковая стенка; 2 — крышка; 3 — загрузочная трубка； 4 — уровнемерная трубка; 5 — зк- ран； 6 — токоподвод； 7 — фильерная пластина； S — фильера; 9 — фильтрующая сетка;
10 — торцевая стенка.
(емкостью 2—5 л) электрическую печь сопротивления, изготовленную из сплава драгоценных металлов, главным образом из платины и родия. Корпус сосуда состоит из боковых 丿 и торцевых стенок, крышки 2 с загрузочными трубками 3 и уровнемерной трубкой 4. Снизу сосуд ограничен фильерной пластиной 7 с фильерами 8. Внутри сосуда имеются экраны 5 и фильтрующая сетка 9. Промышленные стеклоплавильные сосуды могут иметь 100, 200, 400 или 800 фильер. Конструкция стеклоплавильного сосуда должна обеспечивать: 1) достаточную механическую прочность элементов, особенно фильерной пластины, в течение предусмотренного срока службы сосуда (до одного года); 2) равномерность разогрева фильерной пластины； 3) необходимое распределение температур стекломассы по высоте сосуда; 4) устранение влияния загрузки холодных стеклянных шариков на производительность установки; 5) высокое качество нити.
Стеклоплавильный сосуд разогревается электрическим током силой 1500—5500 а при напряжении 2—5 в. Наиболее высокую температуру имеет крышка сосуда— 1300—1450 ℃, а наименьшую фильерная пластина — 1150—1250 ℃.
В рабочем состоянии сосуд почти полностью заполнен стекломассой (расстояние до верхней крышки 10——20 мм). Максимальная температура стекломассы наблюдается в верхней части сосуда, кроме тех мест, где происходит плавление стеклянных шариков. В зоне плавления шариков температура стекломассы составляет 1100——1250 ℃, затем она быстро повышается, достигая 1300— 1350 ℃, и плавно снижается по мере прохождения стекломассы через нижнюю часть сосуда. В верхней части сосуда температура стенок выше температуры стекломассы, в нижней, прилегающей к фильерной пластине, — наоборот.
В результате исследования температурного поля стеклоплавильного сосуда с помощью термопар установлено, что отсутствует симметрия распределения температур в поперечных сечениях сосуда и наблюдается значительная неустойчивость температур для каждой точки сосуда во времени. Колебания температуры стекломассы внутри сосуда вызываются главным образом движением холодных участков стекломассы из зоны загрузки стеклянных шариков. Колебания температуры максимальны в зоне загрузки и затухают по высоте сосуда. Кроме основного выработочного потока стекломассы, направленного сверху вниз, существуют конвекционные потоки, вызываемые перепадами температуры как внутри стекломассы, так п между стекломассой и корпусом сосуда. При этом более горячие и, следовательно, более легкие объемы стекломассы поднимаются вверх, в то время как холодная стекломасса из зоны плавления движется вниз со скоростями, выше средней скорости выработочного потока. Исследование потоков стекломассы в стеклоплавильном сосуде проводилось с применением интенсивно окрашенных окисью кобальта стеклянных шариков и с использованием в качестве индикаторов шариков из стекла, меченного радиоактивными изотопами окиси урана и кальция. Первые следы радиоактивности появились в волокне через 30 мин после опускания в сосуд радиоактивных шариков, которые по плотности не отличались от остальных. Средняя вертикальная составляющая скорости движения холодных слоев стекломассы составила примерно 0,05 мм/сек. Максимум радиоактивности был зафиксирован через 40 мин после загрузки стеклянных шариков. В последующем наблюдалась определенная цикличность появления максимумов радиоактивности (примерно через 30—40 мин), что дало основание предполагать наличие циркуляционных потоков стекломассы в стеклоплавильном сосуде между сеткой и фильерной пластиной. Схематичное изображение потоков представлено на рис. 8.2. Общее время нахождения стеклянных шариков с радиоактивны ми изотопами в сосуде после однократной загрузки составило примерно 3 ч.
Периодическая загрузка холодных стеклянных шариков, неоднородность температурного поля сосуда и сложная картина потоков стекломассы в сосуде вызывают термическую неоднородность стекломассы, поступающей в фильеры, и это способствует возникновению обрывов волокон в зоне формования.
В сосудах, работающих при малом уровне (V50 мм), температура стекломассы, поступающей из зоны плавления, не успевает усредниться с температурой основной массы стекла, в результате чего наблюдается повышенная обрывность волокон. Работы, связанные с устранением обрывности волокон, привели к созданию современной конструкции стеклоплавильного сосуда с увеличенной до 150 мм высотой корпуса, экранами под загрузочными трубками,
Рис. 8.2. Схема распределения потоков стекломассы в стеклоплавильном сосуде.
Рис. 8.3. Стеклоплавильный сосуд с V-образным экраном:
/ — боковая стенка； 2 — крышка; 3 — загрузочная трубка; 4— уровнемерная трубка； 5 —V-образнмй экран; 6 — токоподвод; 7 — торцевая стенка; S — фильерная пластина； 9 — фильера; 10 — фильтрующая сетка.
на которых задерживаются попадающие в сосуд холодные стеклянные шарики, и фильтрующей сеткой, которая «расчесывает» движущиеся вниз струйки стекла, усредняя тем самым температуру и увеличивая однородность стекломассы в сосуде.
Дальнейшим шагом в этом направлении явилось создание сосудов, в которых зона плавления стеклянных шариков отделена от остального объема стекломассы в сосуде (рис. 8,3). В этих сосудах V-образный экран, приваренный к торцевым стенкам, проходит по всей длине сосуда, В верхней части экран имеет отверстия для выхода воздуха из сосуда при заполнении его стекломассой, в нижней ——для прохода стекломассы из зоны плавления в зону подготовки к формованию. Высота экрана, его форма, расположение и площадь отверстий определяют направление движения стекломассы к выработочной зоне и термическое поле сосуда. В сосу- 120
дах с отделенной зоной плавления стеклянных шариков получают- термически более однородную стекломассу при значительно меньших размерах сосуда. На работу стеклоплавильных сосудов положительно влияет переход на непрерывную подачу стеклянных шариков. Достигаемый при этом рост уровня стекломассы в сосуде дает возможность повысить его производительность на 5—10%.
Еще более высокая степень термической и химической однородности стекломассы достигается при подаче в сосуд вместо стеклянных шариков расплавленной стекломассы, полученной по одностадийному способу непосредственно из шихты или в устройствах для предварительного плавления стекла.
Плавление стеклянных шариков в стеклоплавильном сосуде происходит в интервале температур, ограниченном температурой верхнего предела кристаллизации стекла и температурой вспенивания стекломассы. Чем выше температура стекломассы, в которую попадают стеклянные шарики, тем быстрее они плавятся; кроме того, при высокой температуре изменение уровня стекломассы в сосуде происходит более резко, и четкость работы системы загрузки повышается. Поэтому температура стекломассы в зоне плавления шариков в сосудах с дозированной загрузкой должна быть^ 1300—1350 ℃, но всегда ниже температуры ее вспенивания.
Необходимая температура стекломассы в верхней части сосуда достигается при правильном соотношении его плавильной способности и съема стекломассы. Рассмотрим это положение на примере работы 200-фильерного сосуда с высоким уровнем. Нагрев стекломассы в нем происходит главным образом за счет тепла, выделяемого крышкой, боковыми и торцевыми стенками сосуда. Максимальный съем стекломассы составляет около 130 кг/сутки при выработке волокна диаметром 9——11 мкм. Предположим, что мы дополнительно увеличили съем стекломассы, сохранив неизменной температуру верхней части сосуда. Этого можно достигнуть, увеличив диаметр или количество фильер; одновременно возрастет частота поступления стеклянных шариков и температура стекломассы начнет снижаться. Последующие порции стеклянных шариков, попадая в холодную стекломассу, не будут успевать плавиться; они будут накапливаться и забивать загрузочные трубки. Уровень- стекломассы снизится. Поддерживать нормальный процесс формования в таком сосуде уже невозможно. С описанным режимом иногда приходится сталкиваться при испытании новых типов сосудов,
В производственных условиях съем стекломассы можно увеличить повышением температуры фильерной пластины, но только до определенных пределов; при слишком высоких температурах происходит обгорание волокон в подфильерной зоне или вспенивание стекломассы в верхней части сосуда.
Следует иметь в виду, что съем стекломассы с сосуда определяет степень термической однородности стекломассы. С уменьшением диаметра волокна требования к термической однородности
стекломассы повышаются. Если 200-фильерный сосуд при выработке волокна диаметром 10 мкм работает нормально со съемом 130 кг/сутки, то при таком же съеме и выработке волокна диаметром 6 мкм наблюдается повышенная обрывность. И только при уменьшении съема примерно в 2 раза процесс формования протекает устойчиво. При уменьшении диаметра вырабатываемого во- хЮкна следует либо уменьшить пропорционально съем стекломассы, либо, при сохранении съема, вносить изменения в конструкцию сосуда, обеспечивающею повышение степени термической однородности стекломассы.
Количество тепла, необходимое для плавления стеклянных ша-. риков, может регулироваться изменением температуры корпуса сосуда, а также введением внутрь сосуда дополнительных нагревательных элементов. Таким элементом является, в частности, V-образный экран, вваренный в торцевые стенки сосуда. Количе- ство тепла, выделяемого нагревательными элементами, пропорционально площади их поперечного сечения. Изменяя сечение нагревателей пропорционально съему стекломассы, достигают температуры стекломассы, необходимой для устойчивого процесса формования стеклянного волокна.
Отличительной особенностью сосудов с плавильной камерой является отсутствие непосредственной зависимости между съемом стекломассы с сосуда и интенсивностью загрузки стеклянных шарн- ‘ ков. Система загрузки обеспечивает постоянство уровня только в плавильной камере. Если через отверстия в экране проходит больше стекла, чем через фильеры, то объем сосуда под плавильной камерой будет заполнен стекломассой. Если пропускная способность камеры ниже съема с сосуда, то даже при нормально работающей системе загрузки стеклянных шариков уровень стекломассы в выработочной части сосуда будет находиться ниже камеры. Снижение уровня и, следовательно, расхода стекломассы происходит до тех пор, пока съем стекломассы ые окажется равным количеству ее, поступающему из плавильной камеры. Для предупреждения подобных явлений пропускная способность плавильной камеры должна на 10——20% превышать съем стекломассы с сосуда.
При дозированной загрузке темп плавления стеклянных шариков задается частотой их подачи в стеклоплавильный сосуд и уровень стекломассы при исправном оборудовании определяется положением уровнемерной иглы. При непрерывной подаче стеклянных шариков плавильная способность сосуда определяется главным образом его конструкцией и должна соответствовать съему стекломассы (допустимое отклонение ± 1О°/о). Когда плавильная способность сосуда существенно превышает съем, возможен перелив стекломассы через загрузочные трубки или щели, что через небольшой промежуток времени (3——15 дней) приводит к затеканию фильерной пластины стекломассой. В случае опасности перелива стекломассы уменьшают толщину изоляции в верхней части сосуда или подачу стеклянных шариков в зону плавления.
Создание небольших по размерам сосудов и экономия платино- родиевого сплава возможны при уплотненном расположении фильер. Однако при уменьшении расстояния между фильерами наблюдаются следующие отрицательные явления: 1) образующиеся на фильерах капли, диаметр которых больше диаметра фильер, сливаются, и это затрудняет заправку волокон; 2) повышается температура стенок фильер и одновременно опасность затекания фильер стекломассой； 3) становится неравномерным разогрев фильер — температура их увеличивается от краев к центру, что влечет за собой существенную разницу в расходе стекломассы； 4) возрастает обрывность волокон вследствие их обгорания.
При уплотненном расположении фильер, так же как в случае увеличения расхода стекломассы через фильеры, возрастает количество тепла, вносимое фильерами и стекломассой в единицу объема зоны формования. Если способ охлаждения стекломассы сохраняется неизменным, то интенсивность охлаждения каждой отдельной луковицы снижается и проявляются отмеченные выше отрицательные явления. Чтобы избежать их, необходимо либо снизить температуру стекломассы, либо предусмотреть отбор избытка тепла. Нормальная заправка волокон достигается при снижение температуры стекломассы на 30——40°С, расход стекломассы при этом значительно уменьшается и эффект повышения съема стекломассы с единицы площади фильерной пластины от уплотненного расположения фильер становится менее существенным. Кроме того, снижение верхнего предела рабочей температуры выработки сужает весь рабочий интервал температур и усложняет стабилизацию процесса. Таким образом, уплотнение фильер без дополнительного отбора тепла рационально только до тех пор, пока экономический эффект от уменьшения площади сосуда и сокращения расхода платинородиевого сплава не подавляется снижением производительности электропечи.
Фильеры на фильерной пластине группируются в продольные и поперечные ряды. Поскольку сосуды имеют удлиненную форму, без дополнительных охлаждающих устройств наиболее рационально размещать их в продольные ряды. Исходя из симметрии и интенсивности охлаждения, наилучшим следует считать расположение фильер в один ряд. Если при двух продольных рядах фильер они одинаково несимметрично разогреваются, то уже при трех рядах центральный ряд фильер разогревается несколько больше.
Рассмотрим влияние условий охлаждения стекломассы в подфильерной зоне на производительность установок, коэффициент полезного времени Кц. в их работы и обрывность волокон для 400-фильерпых стеклоплавильных сосудов различных конструкций м 200-фильерного стандартного сосуда с трехрядным расположением фильер.
Интенсивность охлаждения стекломассы в зоне формования оценивалась по расходу стекломассы через одну фильеру при тех- 11Олоп1ческнх режимах работы установки, обеспечивающих ее мак-
симальную производительность.
Сосуд
Относительная интенсивность охлаждения
Относнтельная производительность
Ки^ффИциСН! полезного времени
Обрывность
200-фильерный 3-рядный .,
1,0
1,0
0,86
1,62
400-фильерный 4-рядный .,
0,77
1,53
0,87
0,42
400-фильерный 8-рядный ..
400-фильерный 5-рядный с
0,68
0:92
0,58
6,0
фильерами разной длины .
400-фильерный 8-рядный с пластинчатым охлаждаю-
0,85
1,69
0,85
1,0
щим устройством ,...
0,96
1,84
0,83
0,41
При увеличении числа фильер в поперечном направлении с трех до четырех (рис. 8.4) интенсивность охлаждения снижается на 23%, а при увеличении до восьми — на 32°/о- Без дополнительного охлаждения стекломассы экономически оправдана максимально 4~рядиая планировка фильер. Уже при 5-рядном расположении фильер становится замгтной'(по скорости образования капель) разница температур стекломассы в центральных и крайних фильерах.
Температура стекломассы на выходе из фильер может быть выравнена при уменьшении длины фильер в поперечных рядах от центра к краям, при этом интенсивность охлаждения стекломассы и производительность установки возрастают.
Рис. 8.4. Стеклоплавильный сосуд с 4-рядным расположением фильер: / — фильерная пластина; 2 — фильера.
В некоторой степени выравнивает разогрев стекломассы уве』н~ чение расстояния между поперечными рядами.
Если фильеры располагают в шесть и более рядов, то наиболее рациональной оказывается группировка их в поперечные одиночные или сдвоенные ряды с размещением между ними охлаждающих ребер-экранов (рис. 8.5). В этом случае интенсивность охлаждения стекломассы становится равной интенсивности ее охлаждения на 3-рядных сосудах, а производительность 400-фильерного сосуда возрастает в 1,7——1,9 раза по сравнению с производительностью 200-фильерных сосудов без дополнительного охлаждения.
Существуют другие способы отвода избытка тепла из подфильерной зоны, которые по возрастанию эффективности можно 124
расположить в следующей последовательности: размещение пластинчаты?; ребер-экранов между фильерами, размещение полых водопроточных элементов между фильерами, отсос воздуха из подфильерной зоны, подача воздуха в подфильерную зону.
-€>-6--€>-6-呻T》Е)--0-呻T》Е)--0-е—* de •ф-心е—* de •ф-心Рис. 8.5. Фильерная пластина сосуда с 8-рядным расположением фильер и охлаждающим устройством: / — фильерная пластина; 2 — охлаждающее устройство.Рис. 8.5. Фильерная пластина сосуда с 8-рядным расположением фильер и охлаждающим устройством: / — фильерная пластина; 2 — охлаждающее устройство.4- е4- е千*Ае中$ТА ф- <)-, <》~€А千*Ае中$ТА ф- <)-, <》~€А
-€>-6-
-€>-6-
呻T》
Е)--0-
呻T》
Е)--0-
е—* de •ф-心
е—* de •ф-心
Рис. 8.5. Фильерная пластина сосуда с 8-рядным расположением фильер и охлаждающим устройством: / — фильерная пластина; 2 — охлаждающее устройство.
Рис. 8.5. Фильерная пластина сосуда с 8-рядным расположением фильер и охлаждающим устройством: / — фильерная пластина; 2 — охлаждающее устройство.
4- е
4- е
千*А
е中
$ТА ф- <)-
, <》~€А
千*А
е中
$ТА ф- <)-
, <》~€А
Влияние интенсификации охлаждения стекломассы на производительность установок для выработки непрерывного стеклянного волокна проявляется в нескольких направлениях. Повышенная скорость отбора тепла от луковицы приводит к снижению температуры ее поверхностного слоя, три этом соответственно повышается вязкость слоя и жесткость луковицы. В результате «проскоки» стекла наблюдаются уже при более высоких температурах стекломассы (фильерной пластины). Рабочий интервал выработки сдвигается в сторону более высоких температур, которым соответствуют большие значения расхода стекломассы и, главное, уменьшение напряжений, развивающихся в стекломассе под действием вытягивающих усилий. А это приводит к значительному снижению обрывности волокон в зоне формования. Кроме того, интенсификация охлаждения стекломассы в зоне формования приводит к снижению температуры отдельных волокон и нити в целом. В результате уменьшается трение волокон в замасливающем устройстве. При одновременном уменьшении натяжения волокон в зоне формования и нити в замасливающем устройстве повышается допустимая скорость вытягивания волокна. Таким образом, интенсификация охлаждения стекломассы в зоне формования приводит к увеличению расхода стекломассы, повышению устойчивости процесса формования и соответствующему росту производительности установки.
Стеклоплавильные сосуды потребляют большое количество электроэнергии (в зависимости от размеров сосуда 7—25 кет). Выделяемое при нагреве тепло (〜2О°/о) используется на плавле-
ние и нагрев стекла. Остальное количество тепла расходуется для поддержания необходимого распределения температур стекломассы в сосуде, на компенсацию потерь тепла в окружающую среду и в силовом оборудовании.
Для производства стеклянного волокна полезными являются затраты тепла на плавление и нагрев стекла до температуры формования стекломассы. Остальные статьи расхода тепла вызваны несовершенством процесса формования волокна. Доля их должна снижаться по мере создания более производительных сосудов и установок для получения непрерывного стеклянного волокна.
Количество тепла Q (в ккал/ч), выделяемого 卩 различных элементах сосуда, можно в первом приближении рассчитать по формуле
Q = 0,24/2R (8.1) где / — сила тока, a; R — сопротивление элемента сосуда, ом.
Электрическое сопротивление элемента сосуда определяется по уравнению
r = pw 歹 (8.2)
где р$ — удельное объемное сопротивление (в ом• см) сплава при температуре его работы; / ——длина элемента, сж; S ——средняя площадь поперечного сечения элемента, сМ.
Распределение тока по элементам рассчитывается по закону Ома с учетом особенности их соединения в электрической схеме сосуда (рис. 8.6).
При сравнении расхода и количества выделяемого тепла отдельными элементами сосуда обнаружено, что наибольшая неувязка баланса тепла наблюдается для фильерной пластины, для которой потери тепла в окружающую среду значительно превышают егс поступление при нагреве. Недостающее тепло вносится стекломассой, которая должна быть нагрета в большей степени, чем это* необходимо для собственно процесса формования волокна. Некоторый перегрев стекломассы положительно влияет на ее термическую однородность.
Электрическая схема, используемая в расчетах стеклоплавиль- пых сосудов, только грубо отражает действительное взаимодействие элементов сосуда, связанных в единое целое. Фактическое распределение токов заметно отличается от расчетных данных.
Платинородиевые стеклоплавильные сосуды обладают сопротивлением порядка 10-3——10~4 ож, которое увеличивается с возрастанием температуры. Столь низкое сопротивление приводит к необходимости работать при высокой силе тока, причем плотность тока приближается к предельно допустимым значениям для платиноро- диевого сплава при температуре более 1000 ℃ (20—25 а/мм2).
При конструировании сосудов в основу должно быть пол” жепо достижение заданных технологических параметров работы сосуда при минимальном расходе платинородиевого сплава, стои- 126
мость которого составляет значительную часть себестоимости стеклянного волокна. Поэтому в расчетах сечение элементов принимается минимально возможным с точки зрения механической и электрической прочности конструкции (электрической——при определении толщины токоподводов и торцевых стенок, механической——при расчете продольных элементов сосуда).
Количество тепла, выделяемого отдельными элементами сосуда, расположенными параллельно, — фильерной пластиной, боковыми стенками, экраном, крышкой (см. рис. 8.6), определяется не абсолютной величиной их площади сечения, а соотношением площадей.
7也/豊.7色 1-— - I 7色 07也/豊.7色 1-— - I 7色 0Рис. 8.6. Электрическая схема стеклоплавильного сосуда:Ri — сопротивление токоподвода； /?2 — сопротивление торцевой стенки; Вз — сопротивление крышки; R4 — сопротивление экрана; R5 — сопротивление боковой стеики; R& — сопротивление фильерной пластины.Рис. 8.6. Электрическая схема стеклоплавильного сосуда:Ri — сопротивление токоподвода； /?2 — сопротивление торцевой стенки; Вз — сопротивление крышки; R4 — сопротивление экрана; R5 — сопротивление боковой стеики; R& — сопротивление фильерной пластины.
7也/
豊.7色 1-— - I 7色 0
7也/
豊.7色 1-— - I 7色 0
Рис. 8.6. Электрическая схема стеклоплавильного сосуда:
Ri — сопротивление токоподвода； /?2 — сопротивление торцевой стенки; Вз — сопротивление крышки; R4 — сопротивление экрана; R5 — сопротивление боковой стеики; R& — сопротивление фильерной пластины.
Рис. 8.6. Электрическая схема стеклоплавильного сосуда:
Ri — сопротивление токоподвода； /?2 — сопротивление торцевой стенки; Вз — сопротивление крышки; R4 — сопротивление экрана; R5 — сопротивление боковой стеики; R& — сопротивление фильерной пластины.
Изменяя эти соотношения, достигают желаемой кривой распределения температур по высоте сосуда и соответствия плавильной и пропускной способности сосуда.
При конструировании отдельных элементов сосуда учитывают специфршу их работы. Так, минимальный диаметр загрузочных трубок определяется необходимостью одновременного прохождения двух стеклянных шариков, высота трубок ——возможностью вспенивания стекломассы и схемой монтажа электропечи. Основания загрузочных трубок вместе с прилегающими участками крышки выдерживают многочисленные температурные толчки при загрузке холодных стеклянных шариков, а также механические удары мелких кусочков стекла, отлетающих от поверхности шариков. Для увеличения срока службы сосудов эти участки трубок и крышек изготовляют большей толщины, чем требуется для обеспечения плавильной способности сосуда.
Соотношения площадей сечения элементов изменяют при разработке новых конструкций сосудов. В производственных условиях для регулирования соотношения количества тепла (и, следовательно, разогрева), выделяемого в различных частях стеклоплавильного сосуда, применяют различные схемы его монтажа. Например, увеличивают отбор тепла от фильерной пластины, изменяя выпуск ее из керамической изоляции, внося охлаждающие элементы в подфильерную зону или обдувая ее холодным воздухом； при этом фильерная пластина будет иметь более низкую тем-
пературу при незначительном снижении температуры верхней части сосуда. Затем температуру фильерной пластины доводят до прежнего уровня, увеличивая рабочий ток сосуда, в результате чего температура в верхней части сосуда повышается. Таким образом достигается изменение соотношения разогрева верхней и нижней части сосуда. Аналогичный эффект может быть получен при усилении изоляции верхней части сосуда. Если требуется снизить температуру верхней части сосуда, не меняя температуру фильерной пластины, то, наоборот, усиливают изоляцию (снижают потери теп- ла) фильерной пластины или отбор тепла от верхней части сосуда. Рабочий ток сосуда при этом уменьшается.
Разогрев фильерной пластины по длине сосуда，口о некоторой степени регулируется изменением расстояния от торцов охлаждаемых водой зажимов токоподводов до торцевых стенок сосуда. При уменьшении этого расстояния температура на краях сосуда снижается, а в центральной части сосуда сохраняется неизменной; с увеличением расстояния температура на краях сосуда возрастает. Этот эффект вызван двумя причинами. При приближении холодных токоподводов увеличивается отдача тепла торцевыми стенками сосуда, в том числе и фильерной пластиной. Сопротивление элементов сосуда снижается, что при постоянной силе тока обусловливает уменьшение отдачи тепла торцевой стенкой и краями пластины и дополнительное снижение их температуры при одновременном повышении температуры средней части сосуда.
Таким образом, при изменении съема стекломассы со стеклоплавильного сосуда, состава стекла, схемы монтажа, параметров работы сосуда требуется корректировка не только диаметра фильер, но и параметров других элементов сосуда. Поскольку на практике изменяется только диаметр фильер, максимальная эффективность работы унифицированных стеклоплавильных сосудов достигается при выработке нити только определенной толщины.
При наладке режима работы сосуда с целью снижения обрывности волокон и повышения производительности электропечи следует учитывать не только влияние изменения технологических параметров или состава стекла на расход стекломассы, по и соотношение расхода стекломассы и степени разогрева плавильной и выработочной зон стеклоплавильного сосуда.
ОХЛАЖДЕНИЕ СТЕКЛОМАССЫ В ПОДФИЛЬЕРНОЙ ЗОНЕ
Интенсивность охлаждения стекломассы в подфильерной зоне определяется состоянием воздушной среды в ней, конструкцией фильер и охлаждающих устройств. Распределение температуры и характер движения воздушной среды в подфильерной зоне в значительной степени влияют на степень охлаждения стекломассы, диаметр и обрывность волокна в зоне формования. Наблюдения за движением задымленных потоков и тонких ниточек из стеклянного волокна, закрепленных с одного конца, позволили определить 128
направление и интенсивность движения воздушных потоков в подфильерной зоне стандартной промышленной установки. В условиях, когда вытягивания волокна не происходит (рис. 8,7, а), имеются три воздушных потока: восходящий, направленный перпендикулярно к пластине поток холодного воздуха, и два отходящих горизонтальных потока нагретого воздуха по обеим сторонам фильерной пластины (левый ——от установки и правый ——к установке). Левый поток, направленный в зону более низких температур, мощнее правого. В процессе вытягивания (рис. 8.7, б) движущиеся волокна увлекают за собой находящиеся между их рядами соседние слои воздуха, что приводит к образованию интенсивного потока воздуха в направлении движения волокон. Питание воздушного потока происходит в основном за счет воздуха, движущегося перпендикулярно волокнам со стороны каркаса установки. С другой стороны пучка волокон прилегающие к нему слои воздуха отбрасываются выработочным воздушным потоком, и только небольшое количество воздуха увлекается этим потоком около самой фильерной пластины.
Движущийся с волокнами воздушный поток разбивается замасливающим устройством и частично изменяет направление, двигаясь кверху; между каркасом установки и пучком волокон образуется циркулирующий поток, в который вовлекаются окружающие слои воздуха. Отходящие горизонтальные потоки нагретого воздуха при этом сохраняются. Основная часть выработочного потока движется по инерции вниз или увлекается нитью к бобине.
Таким образом, в подфильерной зоне имеются постоянные пс направлению воздушные потоки. Наблюдения за задымленными струйками воздуха свидетельствуют об их турбулентности* Фильеры и луковицы находятся на границе движущихся в различных направлениях выработочного и тепловых воздушных потоков, т. е. в области наибольших завихрений, приводящих к неустойчивости состояния и температуры воздушной среды. Внешние воздушные потоки, которые возникают в цехе выработки вследствие сквозняков и других причин, усиливают эти явления.
Для установления влияния воздушных потоков на процесс формования, обрывность волокон и колебание их диаметра искусственно усиливали воздушные потоки в зоне формования или ослабляли их в этой зоне. В качестве источника воздушных потоков применялся настольный вентилятор с регулируемой скоростью вращения. Было обнаружено, что воздействие слабых потоков приводит к заметной вибрации волокон, а после достижения потоками критической скорости начинаются обрывы отдельных волокон. Скорость воздушных потоков предварительно тарировалась при помощи высокочувствительного крыльчатого анемометра. Критическая скорость воздушных потоков, при которой наступают обрывы волокон, для стеклоплавильных сосудов с числом фильер 100, 140 и 200 представлена на рис. 8.8. Из рисунка видно, что допустимая скорость воздушных потоков, направленных к фильерной пластине, 9—1277 129
Мd:、岁：極善|!;上di體善買詳欝dBB龍居U- * ・HXGOHBW DHO;OHdoqIrH3on га ISE о^нтАвеон N.8 dHd
г*
2
в подфильерной зоне установки для выработки непрерывного стек- лянного волокна при коэффициенте надежности 2 не должна превышать 0,5 м/сек. Снижение предельной допустимой скорости воздушных потоков с увеличением числа фильер свидетельствует о вероятностном характере обрывности стеклянных волокон. Однакс можно полагать, что воздушные потоки не являются первопричиной обрывов волокон, поскольку при обычных условиях эксплуатации установок столь интенсивные и направленные воздушные потоки наблюдаются редко.
100 zoo %。We?。фильер “а пластине100 zoo %。We?。фильер “а пластинеРис. 8.8. Зависимость предельной допустимой скорости воздушных потоков, окружающих луковицы, от числа фильер стеклоплавильного сосуда.Рис. 8.8. Зависимость предельной допустимой скорости воздушных потоков, окружающих луковицы, от числа фильер стеклоплавильного сосуда.Изучение разнотолщинностп волокон и неровноты нити, выработанных с вентилятором при скоростях воздушных потоков ниже критической и без него, показало, что усиление воздушных потоков приводит к увеличению раз- нотолщинности волокон, в то время как неровнота нити по толщине или массе в ряде случаев снижалась. Интересно отметить, что средняя масса отрезков, а следовательно, и средний диаметр волокна увеличился при обдуве только на 1,5%.
100 zoo %。
We?。фильер “а пластине
100 zoo %。
We?。фильер “а пластине
Рис. 8.8. Зависимость предельной допустимой скорости воздушных потоков, окружающих луковицы, от числа фильер стеклоплавильного сосуда.
Рис. 8.8. Зависимость предельной допустимой скорости воздушных потоков, окружающих луковицы, от числа фильер стеклоплавильного сосуда.
Для ограничения воздействия внешних воздушных потоков на зону формования волокна была использована защитная камера,
выполненная в виде короба с передней стенкой из закаленного стекла (рис. 8.7,е). Предполагалось, что герметизированная на стьь ке с электропечью камера устранит восходящие тепловые потоки или измэнит их направлениэ в сторону движения выработочного воздушного потока и оградит зону формования от внешних потоков. Наблюдением за воздушными потоками в камере было установлено, что при низких скоростях вытягивания волокна холодный воздух поднимается вверх вдоль стенок камеры и, не доходя 20—— 30 мм до фильерной пластины, поворачивает в сторону выработочного потока. Выработочный воздушный поток, создаваемый движущимися волокнами, направлен вниз параллельно пучку волокон. В верхней части камеры на уровне зоны формования волокна образуется застойный участок нагретого воздуха, в котором тонкие стеклянные ниточки, так же как и оборвавшиеся волокна, почти не колеблются. При увеличении скорости вытягивания волокна толщина застойного участка уменьшается. Разнотолщинность волокна и неровнота по толщине нитей, выработанных при низких скоростях вытягивания на установке с камерой, вдвое меньше этих показателей для нити, выработанной без камеры. По мере возрастания скорости вытягивания разнотолщинность волокна и неровнота нити, выработанной на установке с камерой, возрастают. При скоростях выше 40 м/сек разнотолщинность и неровнота до-
9*9*131
9*
9*
стигают значения показателей для нити, выработанной на установке без камеры.
Таким образом, основным источником возмущений воздушной среды в подфильерной зоне является движение самих волокон. Воздействие циркуляционных потоков, существующих в цехе, если они не превышают предельной скорости, имеет второстепенное значение. Стабилизация воздушных потоков в подфильерной зоне повышает устойчивость процесса формования волокон и производительность установок, снижает разнотолщинность волокна и неров- ноту массы отрезков по длине нити. «
При охлаждении фильер и стекломассы в зоне формования тепло отдается ими лучеиспусканием и конвекцией. Скорость охлаждения лучеиспусканием при определенных размерах нагретого тела пропорциональна разности температур тела и экранирующих его предметов. Скорость отдачи тепла конвекцией зависит от скорости движения окружающего тело пограничного слоя воздушной среды и от разности их температур.
Наиболее распространенным методом усиления отвода тепла из подфильерной зоны является экранирование луковиц металлическими элементами, которые присоединяются к водоохлаждаемому корпусу устройства (см. рис. 8.5) или непосредственно охлаждаются водой. Соседние луковицы, особенно при плотном расположении фильер, частично экранируют друг друга. Температура взаимно экранированных участков поверхности луковиц выше температуры остальных участков. При введении между ними охлаждающих элементов отдача тепла лучеиспусканием существенно возрастает. Охлаждающие элементы имеют, как правило, пластинчатую форму и располагаются между поперечными рядами фильер. Они должны быть расположены параллельно движущимся волокнам и иметь максимальную боковую поверхность, но не препятствовать движению капель, образующихся на фильерах при обрыве волокон.
Конвективное охлаждение стекломассы возрастает с увеличением скорости движения и снижением температуры окружающего луковицу пограничного воздушного слоя, толщина которого составляет доли миллиметра. Температура пограничного слоя заметно снижается с приближением охлаждающих пластин к луковицам. Однако охлаждающие пластины, разбивая подфилъерную зону на отдельные участки, уменьшают в ней скорость воздушных потоков и конвективный теплообмен воздушной среды. При монтаже охлаждающих устройств оставляют зазоры между ними и электропечью для выхода нагретого воздуха из подфильерной зоны и снижения в ней температуры воздушной среды.
Количество тепла, поглощаемого пластинами в зоне формования и отводимого к корпусу охлаждающего устройства, возрастает с увеличением площади поперечного сечения пластин, коэффициента теплопроводности материала и разности температур рабочей части пластины и корпуса. Пластины уст а н а в л ив аются на уровне сре- 132
за фильер (±0,5 мм). Материалом для пластин служит химически чистая электролитическая медь, обладающая высоким коэффициентом теплопроводности и достаточной стойкостью к коррозии в этих условиях. Охлаждающим агентом является вода. Использовать более низкотемпературные жидкости не рационально, так как стоимость систем резко возрастает, а скорость отвода тепла повышается незначительно.
При однорядном расположении фильер наиболее эффективно, исходя из интенсивности охлаждения стекломассы, размещать охлаждающие пластины на минимально допустимом расстоянии от фильер. Следует отметить, что такое расположение фильер приводит к увеличению габаритных размеров и веса сосуда.
Достаточная степень и симметричность охлаждения луковиц достигается и при группировке фильер в сдвоенные поперечные ряды. При использовании водоведущих охлаждающих элементов становится рациональной группировка фильер в продольные ряды (одинарные или сдвоенные). Площадь фильерной пластины при этом уменьшается. Однако применение водоведущих охлаждающих элементов имеет смысл только при повышенных съем ах стекломассы. Чтобы достичь наибольшей устойчивости и производительности процесса формования волокна заданного диаметра, необходимо регулировать интенсивность отвода тепла из подфильерной зоны, повышая ее пропорционально росту расхода стекломассы.
Назначение охлаждающих устройств интенсификация отвода тепла от луковицы, однако одновременно они охлаждают фильеры и фильерную пластину. При введении в подфильерную зону охлаждающих устройств больше всего снижается температура стекломассы в луковице, в меньшей степени — температура стенок фильеры и стекломассы в ней и еще меньше ——фильерной пластины. Если напряжение греющего тока, подводимого к сосуду, при этом не изменится, то температура стекломассы в луковице, фильере и над фильерной пластиной и соответственно расход стекломассы снижаются. Если температура фильерной пластины автоматически поддерживается постоянной (датчиком регулятора служит термопара, вваренная в фильерную пластину), это происходит вследствие увеличения напряжения тока, подводимого ко всему сосуду. В результате при неизменной температуре фильерной пластины температура стекломассы в сосуде (над фильерной пластиной) становится выше, чем до введения охлаждающих устройств. А так как температура фильер и стекломассы в ней всегда ниже, чем была до установки охлаждающих устройств, то расход стекломассы может измениться: 1) возрасти, если перегрев стекломассы в сосуде больше, чем дополнительное охлаждение ее в фильере； 2) остаться неизменным, если перегрев стекломассы соответствует дополнительному охлаждению； 3) снизиться, если охлаждение стекломассы в фильере больше, чем перегрев ее в сосуде. На рис. 8.9 представлена зависимость расхода стекломассы от ее давления в сосуде, полученная при постоянной температуре фильерной пластины
” работе сосуда без охлаждающих элементов и с охлаждающими пластинами разной толщины (1, 2 и 2,5 мм). Из рисунка видно, что "РН установке пластин толщиной 1 мм расход стекломассы увеличился на 20%. По мере увеличения толщины охлаждающих
Рис. 8.9. Расход стекломассы для различных фильер в зависимости от напора и наличия охлаждающих устройств:/ — фильеры диаметром 1,9 мм； 〃一 фильеры диаметром 1,3 мм； / — без охлаж- дающих устройств; 2 — с охлаждающей пластиной толщиной 1,0 用м: 3 —с охлаждающей пластиной толщиной 2,0 用用；4—с охлаждающей пластиной толщиной 2,5 мм.Рис. 8.9. Расход стекломассы для различных фильер в зависимости от напора и наличия охлаждающих устройств:/ — фильеры диаметром 1,9 мм； 〃一 фильеры диаметром 1,3 мм； / — без охлаж- дающих устройств; 2 — с охлаждающей пластиной толщиной 1,0 用м: 3 —с охлаждающей пластиной толщиной 2,0 用用；4—с охлаждающей пластиной толщиной 2,5 мм.-L 二 qQadw号2Е0 疋 ossdd-L 二 qQadw号2Е0 疋 ossddпластин уменьшается прирост расхода стекломассы, а при толщине пластин 2,5 мм он становится меньше, чем при отсутствии охлаждающих элементов. Такой же характер влияния толщины охлаждающих пластин наблюдается во всем диапазоне рабочего интервала температур.
Рис. 8.9. Расход стекломассы для различных фильер в зависимости от напора и наличия охлаждающих устройств:
/ — фильеры диаметром 1,9 мм； 〃一 фильеры диаметром 1,3 мм； / — без охлаж- дающих устройств; 2 — с охлаждающей пластиной толщиной 1,0 用м: 3 —с охлаждающей пластиной толщиной 2,0 用用；4—с охлаждающей пластиной толщиной 2,5 мм.
Рис. 8.9. Расход стекломассы для различных фильер в зависимости от напора и наличия охлаждающих устройств:
/ — фильеры диаметром 1,9 мм； 〃一 фильеры диаметром 1,3 мм； / — без охлаж- дающих устройств; 2 — с охлаждающей пластиной толщиной 1,0 用м: 3 —с охлаждающей пластиной толщиной 2,0 用用；4—с охлаждающей пластиной толщиной 2,5 мм.
-L 二 qQadw号2Е0 疋 ossdd
-L 二 qQadw号2Е0 疋 ossdd
Если сохраняется постоянной или повышается температура стекломассы в луковице, а именно к этому стремится технолог при наладке работы электропечи с охлаждающим устройством, то температура фильер и фильерной пластины и соответственно расход стекломассы возрастают.
Увеличение расхода стекло- м ассы и производительности установки, достигаемое с помощью охлаждающих устройств, сопровождается и отрицательными явлениями. Кроме упомянутого ослабления конвективного охлаждения луковицы увеличивается перепад температуры стекломассы в фильере и в стеклоплавильном сосуде. Это снижает верхний предел выработочного интервала температур и содействует затеканию стекломассой фильерной пластины. Увеличение градиента температур стекло
массы в сосуде затрудняет по- лучение термически однородной стекломассы и может привести к увеличению неровноты нити по толщине.
,Общи? требованием к системам охлаждения стекломассы в под- фильерной зоне является сочетание наибольшего воздействия на стекломассу в зоне формования с минимальным воздействием на фильеРы н Фильерную пластину. Режим в подфильерной зоне ока-
134
зывает решающее влияние на устойчивость процесса формования, на расход стекломассы и, следовательно, на производительность установок для получения волокна и должен строго контролироваться и регулироваться в процессе работы установки.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УСТАНОВОК ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ВОЛОКНА
И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ •
Производительность установки для выработки непрерывного стеклянного волокна определяется диаметром волокна, коэффициентом полезного времени работы установки, количеством фильер стеклоплавильного сосуда и скоростью вытягивания волокна.
Производительность установок возрастает с увеличением диаметра волокна; например, при изменении диаметра от 6 до 10 мкм она увеличивается в 1,7 раза. С этой точки зрения рационально использовать в каждом конкретном случае максимальный диаметр волокна. Однако целый ряд материалов, например электроизоляционные ткани толщиной менее 0,08 мм, декоративные ткани и ткани бытового назначения, крученые нити для обмотки тонких проводников и другие, могут быть выработаны только на основе волокон малого диаметра (7 мкм и менее).
Коэффициент полезного врем эн и (Кп. в) работы установок составляет 0,80——0,95, и резервы роста производительности при его увеличении не превышают 15%. Однако работы по улучшению этого показателя необходимо проводить для создания возможности повысить производительность труда операторов.
Наиболее перспективным направлением повышения производительности установки является увеличение числа фильер и скорости вытягивания волокна. В настоящее время реально увеличение числа фильер промышленных сосудов до 800 и скоростей вытягивания волокна до 4000——5000 初/初〃м, что позволит повысить производительность промышленных установок в 2——3 раза. Высокопроизводительные процессы должны обеспечить работу установок без снижения Кп.в, и в этом случае они не потребуют для обслуживания больше времени, чем затрачивается при обслуживании существующих промышленных установок.
Теоретическая производительность установки определяется величиной съема стекломассы с сосуда в единицу времени, т. е. произведением числа фильер на расход стекломассы, проходящей через одну фильеру. Влияние технологических параметров на расход стекломассы и, следовательно, на теоретическую производительность установки рассматривалось выше.
Производительность установки Рф связана с теоретической производительностью Рт соотношением
' Рф = АКп. в—。6 (8.3)
гДе Кц.в — коэффициент полезного времени работы установки; Dg 一 количество бракованной нити в рассматриваемый промежуток времени.
Рост теоретической производительности не всегда приводит к увеличению количества годного волокна, если при этом снижается коэффициент Кп.в нлн возрастает D& Величины Об и Кп.в в значительной степени определяются технологическим режимом выработки волокна ——сочетанием технологических параметров выработки (температура фильерной пластины, скорость вытягивания волокна, уровень стекломассы в сосуде, диаметр фильер). #
Рассмотрим влияние отдельных технологических параметров на производительность установок и устойчивость формования волокна.
Влияние температуры фильерной пластины. Температура фильерной пластины определяется оптическим пирометром или
Температур а. фильерной, пластины °CТемператур а. фильерной, пластины °CРис. 8.10. Зависимость неровноты нити (кривая /) и обрывности волокон (кривая 2) от температуры фильерной пластины,Рис. 8.10. Зависимость неровноты нити (кривая /) и обрывности волокон (кривая 2) от температуры фильерной пластины,термопарой. В обоих случаях погрешности измерения могут достигать 50 ℃, однако их относительные измене- ния довольно точно соответствуют действительным изменениям температуры и принимаемым расчетным измен ениям эффективней вязкости стекломассы в фильере. Зависимость обрывности волокон и неровноты нити от гемпературы фильерной пла
Температур а. фильерной, пластины °C
Температур а. фильерной, пластины °C
Рис. 8.10. Зависимость неровноты нити (кривая /) и обрывности волокон (кривая 2) от температуры фильерной пластины,
Рис. 8.10. Зависимость неровноты нити (кривая /) и обрывности волокон (кривая 2) от температуры фильерной пластины,
стины для трехрядного 200-фильерного сосуда и бесщелочного стекла в рабочем интервале температур представлена на рис. 8.10. Из рисунка видно, что при температурах фильерной пластины 1150——1170 ℃ наблюдается наименьшая обрывность и неровнота нити по толщине. При температуре пластины ниже этих значений обрывность волокон в зоне формования и нити в замасливающем устройстве возрастают вследствие роста формующих усилий, напряжений в стекломассе и отрицательного влияния кристаллизации стекла. При более высоких температурах обрывность и неровнота нити также увеличиваются, затрудняется заправка волокон, а при температуре выше 1210 ℃ резко усиливается обгорание волокон при заправке.
Увеличение неровноты с повышением температуры фильерной пластины вызывается увеличением расхода стекломассы. Снижение неровноты при температуре выше 1200 ℃ вызвано, по-видимому, повышением степени химической и термической однородности стекломассы в сосуде и большей равномерностью температурного поля фильеры. Таким образом, существуют значения температуры фильерной пластины, при которых процесс волокнообразовапия для конкретных условий охлаждения протекает наиболее устойчиво. Для двух- и трехрядных сосудов эта температура на 15——20 ℃ выше верхнего предела кристаллизации алюмоборосиликатного стекла. Для многорядных сосудов, работающих в комплекте с ох- лаждающими устройствами, она несколько ниже, но все же сред- 136
няя температура стекломассы на выходе из фильеры для этих сосудов на 10——20 ℃ выше, чем для трехрядных сосудов. При увеличении интеисивости охлаждения стекломассы в зоне формования снижается оптимальная температура фильерной пластины и повышается температура стекломассы.
При обслуживании многорядных сосудов операторы не снимают с фильер капли, образующиеся после обрыва отдельных волокон; обрыв хотя бы одного волокна приводит к необходимости прекращения процесса и перезаправки всех волокон. Поэтому обрывность волокон непосредственно связана с коэффициентом полезного времени работы установки и ее производительностью. Такая же картина наблюдается и на трехрядных сосудах при расширении зоны обслуживания, когда у оператора нет возможности снимать капли с фильер через короткие промежутки времени. Если зона обслуживания невелика, Кп.в и производительность установок могут оставаться высокими и при наличии обрывов волокон за счет интенсификации труда операторов.
Влияние скорости вытягивания волокна. Обрывность волокон в зоне формования и в замасливающем устройстве, производительность установок, неровнота стеклянных нитей существенно зависят от скорости вытягивания волокна. Обрывность волокна, как и неровнота нити, увеличивается с ростом скорости вытягивания во-
WOO20003000^oooСкорость Зь^^гиЗания волокна , м/мин ,WOO20003000^oooСкорость Зь^^гиЗания волокна , м/мин ,Рис. 8.11. Зависимость производительности электропечи от скорости вытягивания волокна.Рис. 8.11. Зависимость производительности электропечи от скорости вытягивания волокна.W W ^ ^ 3hewh3UQdw*3veW W ^ ^ 3hewh3UQdw*3ve
WOO20003000^ooo
Скорость Зь^^гиЗания волокна , м/мин ,
WOO20003000^ooo
Скорость Зь^^гиЗания волокна , м/мин ,
Рис. 8.11. Зависимость производительности электропечи от скорости вытягивания волокна.
Рис. 8.11. Зависимость производительности электропечи от скорости вытягивания волокна.
W W ^ ^ 3hewh3UQdw*3ve
W W ^ ^ 3hewh3UQdw*3ve
локна. Более сложной является зависимость производительности установки от скорости вытягивания волокна, представленная на рис. 8.11 на примере работы трехрядного 200-фильерного сосуда при выработке волокна диаметром 9——I1 мкм. Из рисунка видно, что производительность с ростом скорости вытягивания увеличивается и достигает максимума при скоростях 〜2200 м/мин. При дальнейшем увеличении скорости вытягивания наблюдается заметное снижение производительности установки вследствие роста обрывности волокон в зоне формования и в замасливающем устройстве; Кц.в работы установки снижается. При этом резко возрастает загрузка оператора, обслуживающего печь. Практика показала, что наиболее рациональна скорость вытягивания волокна, которая на
10——15% ниже скорости, соответствующей максимальной произвс- дительности при обслуживании печи одним оператором. В этом случае при небольшом снижении производительности значительно улучшаются условия обслуживания печи, что дает возможность увеличить количество печей, обслуживаемых оператором.
Другим фактором, ограничивающим возможность повышения скоростей вытягивания волокон, является надежность работы Аа- матывающих аппаратов и качество намотки нити на бобину. На существующем промышленном оборудовании вытягивание волокна можно производить при скоростях, не превышающих 3500 м/мин. При более высоких скоростях увеличивается брак нити из-за низкого качества намотки (появляются ребро, спуск нити) и частых ремонтов наматывающих аппаратов. Предельные скорости вытягивания волокна зависят от конструкции и качества наматывающих аппаратов. Повышение скоростей связано с созданием новых типов наматывающих аппаратов.
Третьим фактором, сдерживающим увеличение скорости вытягивания волокна, является конструкция замасливающего устройства. В роликовых замасливающих устройствах качество нанесения замасливателя ухудшается с увеличением числа волокон, а также угла, под которым волокна собираются в пучок, и скорости их движения. Плохая пропитка волокон приводит к абразивному трению волокон, прорезанию подкладочного материала и в конечном счете к обрыву отдельных волокон и всей нити в целом. Частые обрывы нити в замасливающем устройстве снижают Кн.в. и производительность установки и увеличивают загрузку операторов. В этих случаях также выгодно работать на более низких скоростях вытягивания волокна.
Влияние уровня стекломассы в сосуде. Пределы изменения уровня стекломассы в сосуде определяются высотой его корпуса и положением экранов. Высота слоя стекломассы над экранами не должна быть менее 10 初初，иначе невозможна четкая работа уровнемерной иглы и системы загрузки стеклянных шариков. Расстояние от экранов до фильерной пластины выбирается таким образом, чтобы температурные толчки от загрузки холодных стеклянных шариков ощутимо не влияли на обрывность волокон и ра- зогрев фильерной пластины. Оптимальная высота корпуса сосуда была установлена в результате исследования влияния уровня стекломассы в сосуде на производительность установки (рис. 8.12). Из рисунка видно, что с увеличением уровня до 12——15 см производительность установки быстро возрастает; при дальнейшем увеличении уровня прирост производительности становится значительно ниже. На основании этих данных высота корпуса сосуда была принята равной 15 см. Уровень стекломассы в сосудах такой высоты устанавливается, как правило, в пределах 13,5±0,5 см. При большем уровне стекломассы ухудшаются условия плавления стеклянных шариков. Для сосудов со съемом стекломассы 300 ке[сутки и более повышенная плавильная способность дости- 138
гается переходом на непрерывную подачу стеклянных шариков и увеличением объема зоны плавления за счет высоты корпуса сосуда.
Зависимость неровноты нитей по толщине от уровня стекломассы в сосуде для фильер различного диаметра имеет вид кривых с минимумом (рис. 8.13). Увеличение неровноты при небольших уровнях связано с ростом термической неоднородности стекломассы. Общей же тенденцией является возрастание неровноты с увеличением расхода стекломассы вследствие роста уровня стекломассы. Так же как и неровнота нитей, изменяется и разнотолщинность
qo-maJuoduJxaLK -ПЕ。。"炉岩--3й Fgd3duqo-maJuoduJxaLK -ПЕ。。"炉岩--3й Fgd3du制制Рис. 8.12. Зависимость прироста производительности электропечи от уровня стекломассы в сосуде (100% при уровне 9 см).Рис. 8.12. Зависимость прироста производительности электропечи от уровня стекломассы в сосуде (100% при уровне 9 см).л стеклом ссы °"л стеклом ссы °"£0 - ПЕПН aEOHqos-H£0 - ПЕПН aEOHqos-HРис. 8.13. Зависимость неровноты нити от расхода стекломассы при разных диаметрах фильер: / — диаметр фильер 1,4 .нм; 2 — диаметр фильер 1,6 儿*.Рис. 8.13. Зависимость неровноты нити от расхода стекломассы при разных диаметрах фильер: / — диаметр фильер 1,4 .нм; 2 — диаметр фильер 1,6 儿*.81 I ! I I81 I ! I I
qo-maJuoduJxaLK -ПЕ。。"炉岩--3й Fgd3du
qo-maJuoduJxaLK -ПЕ。。"炉岩--3й Fgd3du
制
制
Рис. 8.12. Зависимость прироста производительности электропечи от уровня стекломассы в сосуде (100% при уровне 9 см).
Рис. 8.12. Зависимость прироста производительности электропечи от уровня стекломассы в сосуде (100% при уровне 9 см).
л стеклом ссы °"
л стеклом ссы °"
£0 - ПЕПН aEOHqos-H
£0 - ПЕПН aEOHqos-H
Рис. 8.13. Зависимость неровноты нити от расхода стекломассы при разных диаметрах фильер: / — диаметр фильер 1,4 .нм; 2 — диаметр фильер 1,6 儿*.
Рис. 8.13. Зависимость неровноты нити от расхода стекломассы при разных диаметрах фильер: / — диаметр фильер 1,4 .нм; 2 — диаметр фильер 1,6 儿*.
81 I ! I I
81 I ! I I
волокон. Вероятной причиной подобного влияния увеличения расхода стекломассы можно считать изменение условий течения стекломассы в фильерах ——усиление пульсирующего характера истечения стекломассы, которое наблюдается при уровнях 10——16 см. Этими же явлениями объясняется, по-видимому, замедление роста производительности при уровнях выше 15 см. Интересно отметить, что после того, как степень пульсации снизится (при уровнях более 50 с初)，снова наблюдается уменьшение неровноты нити по толщине.
Выбор диаметра фильер и технологического режима выработки волокна. Диаметр фильер влияет на производительность больше, чем остальные технологические параметры, поэтому производительность установок зависит от выбранного типа сосуда и диаметра фильер. Диаметр фильер подбирают, исходя из требуемого диаметра волокна и возможных скоростей его вытягивания. Для 139
200-фильерных промышленных стеклоплавильных сосудов с высотой корпуса 15 см рекомендуемые соотношения между диаметрами волокна и фильер, а также возможной производительностью установок представлены ниже:
Средний диаметр волокна, мкм 345678910
Диаметр фильер, мм0,91,21,4 1,51,61,71,81,9
Возможная производительность
установки, mjcymKU122240 587590105120
Зависимость неровнотынитипотолщинеот диаметра фильер
можно проследить нарис.8.13,изкотороговидно,чтопределы
изменения неровноты нитей, выработанных на сосудах с различным диаметром фильер, примерно одинаковы. В то же время одинаковая неровнота нитей для разных диаметров фильер соответствует различному расходу стекломассы — большему при большем диаметре фильер. Таким образом, одинаковые по неровноте нити можно получить при более высокой производительности на фильерах большего диаметра.
Условия работы цехов электропечей отдельных заводов стеклянного волокна существенно различаются. Эти различия могут зависеть от качества стекла и вспомогательных материалов, от параметров воды в системе оборотного водоснабжения цеха, состояния оборудования и резервов мощностей по производству волокна, от квалификации обслуживающего персонала, подготовки кадров и т. д. В результате при типовых одинаковых технологических режимах выработки волокна показатели работы цехов элек* тропечей на разных заводах различны. Следовательно, каждому заводу должны быть заданы приемлемые показатели производи- тельности электропечей и определены соответствующие им оптимальные технологические режимы выработки волокна. При этом будет обеспечена работа электропечей с наименьшими затратами труда и материалов при заданных производительности оборудования и объеме производства волокна.
По степени интенсивности технологические режимы можно раз* делить на средний и заниженный. Средний технологический режим рекомендуется для предприятий с благоприятными условиями работы при достаточном количестве рабочих высокой квалификации. Для средних режимов диаметр фильер стеклоплавильных сосудов подбирается, как указано выше. При обслуживании 2——3 установок производительность электропечей может достигать приведенных выше показателей; если обслуживается 3——4 установки, производительность каждой электропечи снижается на 10—15%.
При отсутствии необходимого числа операторов, низкой их квалификации или других неблагоприятных условиях работы задается заниженный технологический режим выработки волокна. Диаметр фильер принимается соответственно меньше на 0,1 мм. Волокно вырабатывается при скорости вытягивания на 15——20% ниже, чем при средних режимах, а производительность каждой из установок НО
снижается на 20——25% по сравнению с приведенной выше. Зона обслуживания составляет 3——5 печей.
При наладке технологических режимов работы электропечей необходимо помнить, что стеклоплавильные сосуды, изготовленные по одному и тому же чертежу, отличаются (в пределах допуска) по диаметру, длине фильер, толщине их стенок и толщине отдельных элементов. Поэтому параметры выработки волокна на однотипных сосудах могут быть различными.
На одних и тех же стеклоплавильных сосудах могут вырабатываться нити из волокон различного диаметра. Достигается это изменением скорости вытягивания волокна на работающей электропечи. Скорость вытягивания подбирается из следующих соотношений:
或红1=磯红2 hЛИ Tik •= T2红2(8.4)
где di л 壮2 — диаметры волокон,龙к儿；^ и Т2 — толщины нитей, текс; «а —— скорость вытягивания до изменения режима работы электропечи, м]сек; 〃2 一 скорость вытягивания ( в м/се^, необходимая для получения нити толщиной 北 и волокон диаметром 厶・
В процессе длительной эксплуатации стеклоплавильных сосудов ■ следует корректировать технологические параметры для сохранения, а в ряде случаев ——для повышения производительности установок.；
ВЛИЯНИЕ КОЛЕБАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НА ПРОЦЕСС ФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНА И КАЧЕСТВО НИТИ ；
Технологические параметры в процессе работы установок для выработки волокна колеблются относительно заданных значений. Эти колебания могут быть постоянными и разовыми. Синхронно с колебаниями, пропорционально их величине изменяется диаметр каждого волокна и толщина нити. Изменение диаметра волокна и толщины нити, частота и амплитуда основных составляющих колебаний описаны ранее. Ниже рассматривается связь между основными составляющими колебаний и отклонениями технологических параметров (температуры фильерной пластины, уровня стекломассы в сосуде и скорости вытягивания волокна).
Влияние изменений температуры фильерной пластины (вязкости стекломассы). На промышленной установке температура стекломассы в стеклоплавильном сосуде поддерживается постоянной при заданных значениях автоматическими регуляторами. Небольшие отклонения температуры фильерной пластины в процессе эксплуатации сосудов наблюдаются постоянно и могут быть вызваны следующими причинами: колебаниями напряжения тока питающей сети, которые влияют в пределах, обусловленных точностью автоматических регуляторов температуры； регулярной загрузкой холодных стеклянных шариков; неравномерностью загрузки стеклянных шариков； изменением температуры воздуха в цехе.
Влияние колебания н апряжения тока, питающего печь. Электропечь, как и любой тепловой агрегат, обладает тепловой инерцией. Изменение количества тепла, поступающего к печи, сказывается на ее температуре не сразу ——тепловое равновесие на новом уровне устанавливается только через некоторое время.*
пределахпределахИзмерение температуры фильерной пластины приборами высокого класса точности показало, что при постоянстве всех технологических параметров температура пластины колеблется в 一 1——2 ℃ с периодом 1——3 мин. Расход стекломассы в этих же условиях колеблется в значительно более широких пределах.
пределах
пределах
Изменение напряжения тока, питающего сосуд, на 6% (что примерно в 10 раз больше колебаний напряжения тока, наблюдаемых при нормальной работе печи) в зависимости от длительности этого изменения дает следующую картину. Кратковременные толчки напряжения (1——7 сек) практически не меняют амплитуду и частоту колебаний температуры фильерный пластины и расход стекломассы. При продолжительности импульса 15 сек изменение температуры достигает 5——6℃ и длится 1,5 мин, а изменение расхода составляет около 8°/0 от среднего. Отклонение температуры фильерной пластины при длительных выдержках (15 мин и более) достигает 60—80℃ (4—5%) от исходной (рис. 8.14, а), а расход стекломассы изменяется почти вдвое.
При длительном отклонении напряжения на 1% происходит плавное изменение расхода стекломассы на 10—15% и температуры на 13—23 ℃ в течение 14—18 мин (рис. 8.14, б).
Таким образом, изменение напряжения тока не сразу сказывается на расходе стекломассы. Требуется по крайней мере 15 се% чтобы изменение расхода вышло за пределы его постоянных колебаний. Окончательно изменение напряжения проявляется через 14——25 мин. При понижении напряжения изменение расхода стекломассы происходит несколько быстрее, чем при повышении. Изменение температуры фильерной пластины при колебании напряжения тока происходит практически мгновенно.
Влияние загрузки холодных стеклянных ша- р и ко в. Каждая очередная порция холодных стеклянных шариков создает температурный удар в стеклоплавильном сосуде. Изменение массы отрезков нити длиной 100 м и зафиксированные при ее намотке моменты загруэки шариков -приведены на рис. 8.15, а. Загрузка происходила через 60—65 сек.
При устойчивой работе загрузочного устройства и уровне стекломассы более 100 мм температурные толчки от загрузки холодных стеклянных шариков не вызывают ощутимых (с амплитудой более 2%) колебаний массы отрезков нити по ее длине.
Влияние неравномерности загрузки стеклянных шариков. При эксплуатации установок возможны перебои в загрузке шариков. На рис. 8.15, б представлено изменение массы отрезков нита длиной 100 м, во время намотки которой две 142
загрузки были произведены нормально, а затем загрузка была прекращена. Из рисунка видно, что первые 4—5 мин после отключения загрузки масса отрезков нити незначительно снижалась (в пределах 2%), т. е. уменьшение уровня в этот период влияло на расход стекломассы сильнее, чем ее разогрев в зоне плавления шариков. Затем масса отрезков нити начинала увеличиваться. Очевид-
-Хзмех-232ТЗ£О'Х2Е。PQSOCdL ， 一_ 一 二 一 _，e一 /J。-ddAEddauwAl-Хзмех-232ТЗ£О'Х2Е。PQSOCdL ， 一_ 一 二 一 _，e一 /J。-ddAEddauwAl268 W 12Продолжигпельность, мин268 W 12Продолжигпельность, минтемпературтемпературРис. 8.14.Рис. 8.14.Изменеиие расхода стекломассы (кривая /) и ры фильерной пластины (кривая 2):увеличении напряжения тока электропечи на 6%; б — при увеличении напряжения тока электропечи на 1%.Изменеиие расхода стекломассы (кривая /) и ры фильерной пластины (кривая 2):увеличении напряжения тока электропечи на 6%; б — при увеличении напряжения тока электропечи на 1%.Продолжительность; мин 6Продолжительность; мин 67。7。а — приа — при
-Хзмех-232ТЗ£О'Х2Е。PQSOCdL ， 一_ 一 二 一 _，e一 /
J。-ddAEddauwAl
-Хзмех-232ТЗ£О'Х2Е。PQSOCdL ， 一_ 一 二 一 _，e一 /
J。-ddAEddauwAl
268 W 12
Продолжигпельность, мин
268 W 12
Продолжигпельность, мин
температур
температур
Рис. 8.14.
Рис. 8.14.
Изменеиие расхода стекломассы (кривая /) и ры фильерной пластины (кривая 2):
увеличении напряжения тока электропечи на 6%; б — при увеличении напряжения тока электропечи на 1%.
Изменеиие расхода стекломассы (кривая /) и ры фильерной пластины (кривая 2):
увеличении напряжения тока электропечи на 6%; б — при увеличении напряжения тока электропечи на 1%.
Продолжительность; мин 6
Продолжительность; мин 6
7。
7。
а — при
а — при
расход начало преобла-расход начало преобла-6 мин.6 мин.на первой бобинена первой бобине
расход начало преобла-
расход начало преобла-
6 мин.
6 мин.
на первой бобине
на первой бобине
изменениеизменениено, влияние разогрева стекломассы на ее 工 дать над снижением уровня, В целом для одной бобины массы отрезков нити имеет вид одиночной волны с периодом Колебания массы отрезков нити длиной 100 м 】
изменение
изменение
после выхода из строя загрузочного устройства находятся в пределах допуска, на второй бобине после прекращения загрузки (рис. 8.15, в) масса отрезков с самого начала плавно увеличивается и только через 6——7 мин (14-—16 мин после прекращения загрузки) становится постоянной. Это подтверждает приведенные ранее данные о том, что тепловое равновесие в стеклоплавильном сосуде устанавливается чзрез 15——25 мин после изменения количества поступающего или отводимого тепла. Увеличение массы отрезков
160Q\
продолжатель ность; ми.н
1250125012001200Продолжительность, “"Продолжительность, “"Рис. 8.15. Изменение массы отрезков нити длиной 100 м при различных режимах загрузки стеклянных шариков:Рис. 8.15. Изменение массы отрезков нити длиной 100 м при различных режимах загрузки стеклянных шариков:
1250
1250
1200
1200
Продолжительность, “"
Продолжительность, “"
Рис. 8.15. Изменение массы отрезков нити длиной 100 м при различных режимах загрузки стеклянных шариков:
Рис. 8.15. Изменение массы отрезков нити длиной 100 м при различных режимах загрузки стеклянных шариков:
а — ритмичная загрузка; б — внезапное прекращение загрузки; в — на второй бобине после прекращения загрузки； г — отсутствие загрузки в течение Намотки одной паковки компенсируется при намотке следующей паковки; / — кратковременная загрузка шариков; * — длительная загрузка шариков.
нита при отключении загрузки шариков достигает 12——15%. Уже на второй бобине толщина нити выходит за пределы допуска.
Случай, когда отсутствие загрузки в течение намотки одной бобины компенсируется на последующей, представлен на рис. 8.15, а Из рисунка видно, что первые 1—2 мин масса отрезков нити резко увеличивается (на 10——12%). Здесь влияние быстрого увеличения уровня стекломассы в сосуде в результате непрерывной загрузки стеклянных шариков влияет сильнее, чем постепенное понижение температуры. Последующие 5—6 мин масса отрезков нити плавно, но значительно понижается (на 25——30%), а затем, когда действие теплового толчка кончается, снова начинает увеличиваться. Колебания массы отрезков нити превышают допустимые, так же как и отклонения массы нитей на двух-трех последующих бобинах При выходе из строя загрузочного устройства более чем на 3—4 мин вырабатываются нита, в которых колебания массы отрезков длиной 100 м составляют 0,03 гц.
Следовательно, колебания температуры фильерной пластины, вызванные неисправностью загрузочного устройства, могут быть причиной возникновения составляющих колебаний массы нити по ее длине с частотой <0,03 гц.
Влияние изменения температуры воздух а в цехе. Температура воздуха в цехе выработки в течение суток может меняться в пределах 10——15 ℃. Изменение температуры окружающей среды (без корректировки задатчика регулятора температуры) может привести к изменению средней толщины нити. Однако эти изменения происходят плавно и чрезвычайно медленно, и влияние их не может проявиться во время намотки нити на одну бобину. Следовательно, подобные изменения температуры окружающей среды не могут быть источником ни одного из основных составляющих колебаний нити.
Влияние колебаний линейной скорости вытягивания стеклянного волокна на колебания диаметра волокна и толщины нити. Линейная скорость вытягивания стеклянного волокна колеблется в результате изменения диаметра паковки, биения бобин, биения шпинделя бобинодержателя и проскальзывания текстропного ремня.
При использовании промышленных щелевых раскладчиков нита наматываются на паковки по крестовой послойно-конической схеме. Максимальное изменение линейной скорости вытягивания нити (в %) составляет при этом
Dn — Dx
A@max = - 口瓦(8.5) где Dn — диаметр паковкн; De — диаметр рабочей части бобины.
Продолжительность одного цикла раскладки равна 1/о)р, где о)р ——угловая скорость вращения раскладчика. Величина ее постоянна (1460——1490 об/мин) и не зависит от скорости вращения бобины.
Отсюда продолжительность одного цикла раскладки равна 0,04 сек. Отрезок нити, вытягиваемой за этот период, имеет длину
l^nD6~- (8.6)
где сои —— угловая скорость вращения наматывающего аппарата.
Зная скорость вытягивания волокна, можно рассчитать по этим формулам период колебания, длину волны в метрах и амплитуду колебаний, которые вызываются изменением диаметра паковки. Обработка графиков изменения массы отрезков нитей по их длине позволяет определить среднюю фактическую длину волны и амплитуду колебаний. Сравнение расчетных и фактических данных для нитей различных толщин, выработанных при разных скоростях вытягивания, показало их полное совпадение.
Изменение диаметра паковки и вызванное им колебание линейной скорости вытягивания волокна является основной причиной появления в нитях составляющих колебаний с частотой 20——30 гц и амплитудой 7——15% (для 0,1-метровых отрезков) от средней толщины нити.
Изменения линейной скорости вытягивания волокна от биения бобин, биения шпинделя бобинодержателя и проскальзывания тексотропного ремня имеют период, равный времени одного оборота, т. е. 1/(оп. Амплитуда этих колебаний не превышает 2%. Поскольку изменения линейной скорости вытягивания, вызванные ими, близки по частоте к колебаниям линейной скорости вытягивания в результате изменения диаметра паковки, они накладываются друг на друга и входят, таким образом, в составляющие колебаний с частотой 〜30 гц.
Влияние изменений уровня стекломассы в сосуде на колебания основных составляющих. Заданный уровень стекломассы в стеклоплавильном сосуде поддерживается автоматически. Максимальное колебание количества стекломассы в сосуде по массе и по объему (с небольшой погрешностью) равно массе и объему одной загрузки стеклянных шариков (при данном постоянном уровне). Изменение уровня при автоматической регулировке составляет 1 мм, что соответствует 1% от общего уровня стекломассы в стек； лоплавильном сосуде. Интервал между двумя загрузками колеблется от 20 до 90 сек (в зависимости от съема стекломассы). Составляющие колебаний всех частот, наблюдаемые в нити, значительно больше по амплитуде (в 7——30 раз), чем колебания, которые могут быть вызваны подобными изменениями уровня, и отличаются по периоду. Таким образом, ни одно из составляющих колебаний массы отрезка нита по ее длине не может быть вызвано колебанием уровня стекломассы в стеклоплавильном сосуде.
Колебания технологических параметров по частоте и амплитуде значительно отличаются от составляющих колебаний с частотой 〜1 и 〜5 3a (см. главу 7) и не имеют с ними непосредственной связи. Следовательно, даже при абсолютном постоянстве темпера- ю* 147
туры фильерной пластины невозможно получить нить, которая не колебалась бы по толщине, если не подобраны условия (термические и конструктивные), обеспечивающие устойчивый характер течения стекломассы в фильере и луковице.
Отсюда следует важный практический вывод о том, что точность систем автоматического регулирования температуры фильерной пластины следует повышать до ± 0,5 ℃. Для предупреждения появления составляющих колебаний с частотой < 0,03 гц достаточно, чтобы отклонение температуры фильерной пластины не превышало ± 0,5 °C и загрузочное устройство работало безотказно.
Поскольку появление составляющих колебаний с частотой 〜30 己我 в нити определяется в основном конструкцией наматывающего аппарата и характером намотки нити на бобину, для устранения этих составляющих необходимо разработать новые методы намотки нити (например, послойную с плавной вариацией скоро- стк) или новые методы вытягивания волокна (с постоянной линейной скоростью).
КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛЯННОЙ нити
Технологический режим выработки непрерывного стеклянного волокна устанавливается при пуске нового стеклоплавильного сосуда или при переналадке печи для получения нити другой толщины. При последующей эксплуатации установок периодически контролируют технологические параметры.
Контроль температурного режима стеклоплавильного сосуда. Температура и равномерность разогрева фильерной пластины проверяются 1 раз в 10 суток. Температура фильерной пластины измеряется оптическим пирометром в трех точках ——по краям и в цент- ре пластины. Максимальная разность температур в этих точках не должна превышать ±5℃. Нить оптического пирометра необходимо визировать на участки пластины, не покрытые стекломассой.
Контроль уровня стекломассы. Правильность показаний регулятора уровня установки проверяют периодически (через 10 суток) с помощью платинового стержня длиной 400 и диаметром 3 мм. Стержень, предварительно очищенный от стекла, погружают вертикально через загрузочную трубку сосуда в стекломассу до упора на экран, затем осторожно удаляют его из трубки, не допуская стекания стекломассы на стенки трубки. Отсчет уровня ведут, пользуясь миллиметровой линейкой, или по делениям, нанесенным на стержень; к полученному значению уровня прибавляют расстояние от фильерной пластины до экрана.
Контроль скорости вытягивания волокна. Этот параметр контролируют каждую смену. Число оборотов каждого бобиыодержате- ля наматывающего аппарата определяется контрольным переносным тахометром. Измерения производятся только после установления постоянной скорости вращения бобинодержателя.
Контроль работы установки. Непрерывное наблюдение за процессом осуществляется оператором. Оператор непрерывно следит 148
за постоянством технологических параметров процесса. Он контролирует поступление стеклянных шариков из бункера в ручьи, непрерывность работы загрузочного устройства, обрывность волокон в процессе работы установки. Допустимая обрывность на одну бобину не должна превышать 2% от числа фильер. Оператор следит за равномерностью и непрерывностью нанесения замасливателя, за состоянием и чистотой рабочих поверхностей раскладчика нити, за качеством намотки нити на паковку. Обнаружив брак нити (спуск, ребристость нити, плохую склейку, отклонение от заданной толщины, повышенную ворсистость и т. д.), оператор должен немедленно устранить его причину, а если это невозможно—прекратить работу и поставить в известность бригадира-наладчика.
Контроль качества нити. Толщину нити проверяют после намотки 5——10 бобин, отматывая моток нити длиной 25——100 м и взвешивая его на весовом квадранте. При отклонении толщины за пределы допуска отматывают еще два или четыре мотка и, если средняя масса мотка (по результатам трех или пяти взвешиваний) также отклоняется от нормы, немедленно сообщают об этом оператору.
Содержание замасливателя в нити и качество склейки волокон контролируется каждую смену в заводской лаборатории.
ГЛАВА 9
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОГОСТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Для выработки непрерывного стеклянного волокна в промышленности используются стеклопрядильные агрегаты СПА-бс и СПА-Зс. Каждый агрегат объединяет в едином каркасе соответственно 6 и 12 секций, каждая из которых представляет собой самостоятельную установку и включает： электропечь, систему загрузки и дозировки стеклянных шариков в электропечь, устройство для замасливания волокон и склейки их в нить, силовое электрооборудование и приборы для автоматического регулирования технологического режима печи, механизм для вытягивания волокна и намотки нити на бобину.
До создания стеклопрядильных агрегатов стеклянные волокна получали на индивидуальных установках. Агрегаты, в которых объединены отдельные установки, имеют ряд преимуществ: компактное расположение отдельных узлов установки, более экономное использование производственных площадей, централизованную подачу стеклянных шариков, электроэнергии, воды, замасливателя и удаление отработанной воды и замасливателя； механизированную подачу бобин и транспортирование готовой продукции； расширенный фронт обслуживания печей и улучшенные условия труда.
Переход от индивидуальных установок к агрегатам сопровождался улучшением конструкций отдельных узлов и как следствие
149
повышением производительности труда и оборудования на 20—30%.
В основу конструкции стеклопрядильных агрегатов заложена укороченная технологическая линия, предусматривающая обслуживание оператором одновременно стеклоплавильного сосуда н наматывающего аппарата. Агрегаты СПА-Зс (рис. 9.1) и СПА-бс — двухсторонние： в первом на каждой стороне находится по шесть секций, во втором — по три секции,
Рнс. 9.1. Общий вид стеклопрядильного агрегата СПА-Зс.Рнс. 9.1. Общий вид стеклопрядильного агрегата СПА-Зс.
Рнс. 9.1. Общий вид стеклопрядильного агрегата СПА-Зс.
Рнс. 9.1. Общий вид стеклопрядильного агрегата СПА-Зс.
В верхней части агрегата имеется окруженная ограждением площадка, на которой размещаются электропечи, печные трансформаторы, бункера со стеклянными шариками, системы загрузки и дозировки шариков и в ряде случаев ——баки для замасливателя с мешалками. С верхней площадки осуществляется засыпка стеклянных шариков в бункера, обслуживание электропечей и другого оборудования.
Наматывающие механизмы установлены внутри каркаса агрегата. Внутри агрегата имеются системы для автономной разводки воды, замасливателя и электроэнергии (силовой и слаботочной) по секциям и размещаются дроссели насыщения или управляемые вентили для печных трансформаторов. Возле рабочего места оператора расположено выступающее замасливающее устройство, поворотный стол с бобинодержателями, нитеводитель, рукоятка ручного привода горизонтального перемещения нитеводителя и ножные педали для включения и останова вращения бобинодержателя. Все вращающиеся части механизма намотки ограждены защитным
кожухом. Для защиты операторов от прямого воздействия тепла нагретой фильерной пластины на каждой секции имеются стеклянные экраны, охлаждаемые водой.
Оператор, обслуживающий установку, стеклянной палочкой собирает все волокна в один пучок и укладывает его в нитесборник, в котором волокна замасливаются и склеиваются, образуя нить. Сформированную нить оператор наматывает на край бобины и одновременно включает механизм намотки стеклянной нити. Через 2——3 сек после установления заданной скорости бобинодер- жателя оператор заводит быстро движущуюся нить в щель ните- водителя. С этого момента начинается цикл намотки стеклянной нити заданной толщины на бобину. После намотки полной паковки (в течение определенного промежутка времени) происходит автоматическая перезаправка нити с одной бобины на другую без прекращения вытягивания, оператор только снимает с запасного бобинодержателя бобнну с нитью и устанавливает новую бобину. Цикл намотки можно вести непрерывно, его длительность обусловлена допустимой обрывностью в зоне формования.
По техническим возможностям секции агрегатов СПА-бс и СПА-Зс одинаковы. Различия в конструктивном решении узлов не носят принципиального характера. Шаг между секциями на СПА-бс равен !500, а на СПА-Зс— 1300 мм, что позволило снизить относительный вес агрегата на одну секцию и увеличить свободную площадь цеха. Управление электрооборудованием СПА-бс сосредоточено в двух силовых шкафах, расположенных в торцах агрегата, а электрооборудование СПА-Зс частично вынесено в шкафы, установленные около каждой секции внутри каркаса.
в комплектев комплектеАгрегаты поставляются заводом-изготовителем со вспомогательным оборудованием. При монтажеАгрегаты поставляются заводом-изготовителем со вспомогательным оборудованием. При монтажеони могут бло-они могут бло-Агрегаты имеют следующие размеры и вес:
в комплекте
в комплекте
Агрегаты поставляются заводом-изготовителем со вспомогательным оборудованием. При монтаже
Агрегаты поставляются заводом-изготовителем со вспомогательным оборудованием. При монтаже
они могут бло-
они могут бло-
Габаритные размеры, мм
СПА-6с
СПА-Зс
5380
9300
Ширина по верхней площадке по основанию
3550
1910
3380
1785
Высота от пола до фильерной пластины ..
Общая высота
Вес,
1950
3800
7500
1940
3860
13000
кироваться в линию по две машины и более. Практически установлено, что, исходя из освещенности и вентиляции цеха, рационально размещать агрегаты перпендикулярно окнам на расстоянии 5 м
Друг от друга.
В цехе выработки стеклянного волокна температура воздуха должна поддерживаться в пределах 23—27 ℃, а относительная влажность в пределах 60——7О°/о.
Ниже рассматриваются конструкция и работа отдельных узлов стеклопрядильных агрегатов.
ЭЛЕКТРОПЕЧЬ
Электропечь (рис. 9.2) состоит из каркаса /, стеклоплавильного сосуда 2, зажимов токоподводов 4, 1керамичеаких трубок 6 ^ теплоизоляции 5. Каркас электропечи ——прямоугольная рама с габаритными размерами 550X450X300 мм, изготовленная из стальных уголков. На дне каркаса по обе стороны от продольной оси на расстоянии 50 мм приварены параллельно ей два уголка для крепления нижнего слоя футеровки сосуда. С боковых сторон каркаса расположены металлические опорные площадки 3 для зажимов токоподводов.
Перед монтажом стеклоплавильного сосуда в электропечи он должен быть проверен на соответствие размерам, указанным на
/ — каркас; 2 — стеклоплавильный сосуд； 3 — площадка для зажимов токоподвода: 4 — зажим токоподвода； 5 — теплоизоляция; 6 — керамическая трубка.
чертеже с учетом допусков. Особое внимание следует обратить на толщину и качество обработки токоподводов и на внутренний диаметр фильер (проверить калибрами). Сварные швы сосудов должны быть герметичными, не допускаются трещины, газовые пузыри, повреждения фильер. Рекомендуется проводить стендовые испытания сосудов, в процессе которых проверять отсутствие в сосудах местных перекалов при нагреве, а также герметичность. При обнаружении дефектов, исправление которых на месте затруднительно, сосуд возвращают заводу-изготовителю.
Сборку электропечи проводят на стенде, имеющем площадку (для установки каркаса электропечи), перемещающуюся в вертикальном направлении, и силовое электрооборудование с измерительной аппаратурой. Монтаж электропечи начинается с крепления к сосуду зажимов токоподводов. В пластине каждого зажима (рис. 9.3) с трех сторон проходит цилиндрический канал / диаметром 10 мм, по которому при работе электропечи протекает вода. Пластины зажимов для повышения скорости отбора тепла сделаны из меди. Количество воды регулируют так, чтобы температура ее на выходе не превышала 50 ℃. Вода подводится к зажимам через штуцера 3 резиновыми шлангами.
Для крепления токоподводов и гибких шин в зажимах предусмотрено два отверстия 2. Перед монтажем проверяют герметичность зажимов при избыточном давлении не менее 3 ат, чистоту и параллельность контактных поверхностей. Перед затяжкой эти 152
поверхности очищают от окисной пленки. В зазор между двумя пластинами зажимов на участке, где отсутствует токоподвод, устанавливается свинцовая прокладка, равная по толщине токоподводу. Расстояние от концов зажимов до торцевой стенки корпуса сосуда в зависимости от типа сосудов изменяется от 15 до 35 мм. Последовательность операций при креплении зажимов токоподводов должна строго соответствовать инструкции.
Рис. 93 Пластина зажима токоподвода:/ — канал для воды; 2—отверстия под крепежные болты； 3 ■— штуцера.Рис. 93 Пластина зажима токоподвода:/ — канал для воды; 2—отверстия под крепежные болты； 3 ■— штуцера.Для футеровки электропечи ис-Для футеровки электропечи ис-Стеклоплавильный сосуд с зажимами токоподводов помещают в каркас электропечи, установленный на монтажном стенде. Ось сосуда совмещают с осью прорези в стенде. Фильерная пластина должна быть параллельна дну каркаса и находиться, как правило., в одной плоскости с его нижней поверхностью. Когда волокно вырабатывается из стекла, склонного к повышенному смачиванию фильерной пластины, пластина выпускается из каркаса вниз на 5—15 мм. Трубки сосуда закрывают пробками и наносят на сосуд слой огнеупорной обмазки толщиной 10 мм. Затем на трубки сосуда надевают керамические трубки, которые увеличивают слой изоляции над сосудом и предупреждают попадание кусочков изоляции внутрь сосуда.
Рис. 93 Пластина зажима токоподвода:
/ — канал для воды; 2—отверстия под крепежные болты； 3 ■— штуцера.
Рис. 93 Пластина зажима токоподвода:
/ — канал для воды; 2—отверстия под крепежные болты； 3 ■— штуцера.
Для футеровки электропечи ис-
Для футеровки электропечи ис-
пользуют огнеупорную обмазку (глинозем ——90%, каолин, не содержащий металлического железа,——10%, асбестовая крошка —— 30 объемн.% сверх 100%), пеношамотный кирпич, пеностекло (со- велит), шамотную крошку, огнеупорную глину, листовой асбест. Внутренний слей изоляции печи выполняют из шамотного кирпича, наружный ——из пеностекла (совелита). Пространство между обмазкой сосуда и кирпичом заливают шликерной массой, состоящей из 75% глинозема и 25% каолина, затворенной минимальным количеством воды. Свободное пространство над сосудом заполняется битым кирпичом. Верхнюю часть каркаса заделывают пеностеклом или совелнтом. Все трещины и швы замазывают огнеупорной глиной с добавкой асбеста в соотношении 4 : 1 (по объему) .Затем электропечь поднимают, обмазывают и затирают фильерную шахту. Электропечь устанавливают на СПА, подсоединяют к системам электропитания и водоохлаждения, после чего сушат. Во время сушки печь плавно (в течение 2 必)разогревают До 700—800℃ и затирают трещины, появляющиеся в обмазке. После просушки изоляции стеклоплавильный сосуд разогревают до рабочей температуры, наплавляют стекломассу вручную до заданного уровня, а после этого включают автоматическую загрузку стеклянных .шариков и приступают к выработке стеклянного волокна.
0ОО
g©哈
О
g
1
0 寸
zОО со"
9
CO
о° ° ° g g gg § g
о
CO
O-。 о
О
g
co
^оОо ооОООО
§SS5gS§ Й §
о
CN
о.ОО
。
g
I
о.д —
9
О
i §§§§§§§ § 1
О
GO
я § Sо
G^ >Й § Й§
в=о_>в О03
存 Be 。5 оJ 匸 Э*
^ н§ g
О
о
M
W0R 9 so&sis^- ^хжо§и OJOHHKKXUS OUOS«3&^5B°XJ.O9Bd3°xdu «о»§вадно^ 电『5』uHHu『2me"6 ^ д 3 ^ ^ та ь
В процессе производства непрерывного стеклянного волокна вся подводимая к установке электрическая энергия превращается в тепло, выделяется в цех или уносится с водой. Расход тепла установками с 200-, 400- и 800-фильерными сосудами приведен в табл. 9.1.
Из таблицы вкддю, что выделения тепла в цех составляют примерно 55% всего расхода тепла, причем основная часть приходится на выделение тепла от электропечи и довольно значительная часть от электрооборудования. Это свидетельствует о несовершенстве применяемого оборудования.
Рис. 9.4. Схема автоматической загрузки стеклянных шариков:
/ — расходный бункер； 2—-стеклянные 【иарикн； 3 — питаюи!,ие ручьи; 4 — защелка дозатора； 5 — дозатор; 6 ——отсекатель； 7 — стеклоплавильный сосуд； 8 — датчик уровня; 9 — держатель игль;; Ю — регулятор уровня; 11 — электромагнит.
Следует отметить, что увеличение габаритных размеров фильерных пластин, связанное с ростом количества фильер, не приводит к пропорциональному росту выделения тепла в цех, поскольку возрастает отбор тепла подфильерными холодильниками.
СИСТЕМА ЗАГРУЗКИ СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ
В систему автоматической загрузки стеклянных шариков (рис. 9.4) входят: расходный бункер /, дозатор 5, питающие ручьи 3 и датчик уровня стекломассы 8. Бункер периодически заполняется стеклянными шариками. На СПА-бс один бункер емкостью 10 ке стеклянных шариков обслуживает одну электропечь, на СПА-Зс —две печи. В связи с этим емкость бункера на СПА-Зс доведена до 70 кг. Через отверстие в дне бункера шарики поступают в питающие ручьи. Для предупреждения образования сводиков на входе в отверстия ручьев бункер, обслуживающий СПА-бс, имеет качающееся дно, а н-а бункере к СПА-Зс предусмотрен поворотный
поддон. Качание дна бункера осуществляется двумя приводами, по одному на каждую сторону агрегата. Поддоны бункера к СПА-Зс приводятся в движение индивидуальными двигателями. Мощность их должна обеспечивать возвратный поворот поддона0 На СПА-бс каждая установка снабжена двумя питающими ручьями, на СПА-Зс — тремя. На каждом ручье имеется дозатор с отсекателем 6 и защелкой 4. Отсекатель и защелка приводятся в движение электромагнитом // или двигателем. Изменяя расстояние между отсекателем и защелкой, регулируют количество шариков (один, два или три), поступающих через каждый ручей в сосуд. При снижении уровня стекломассы в сосуде датчик уровня 8 пода- ет сигнал через регулятор уровня 10 приводу дозатора. Отсека、 тель 6 приподнимается, защелка 4 одновременно опускается. Шарики, находящиеся между ними, проходят ио ручьям в сосуд. После небольшой выдержки, достаточной для прохождения шариков, отсекатель возвращается приводом дозатора в исходное положение, а защелка выходит из ручья, при этом столб шариков опускается До отсекателя. Уровень стекломассы в сосуде после попадания в него шариков возрастает, и регулятор отключает дозатор до следующего снижения уровня. Если датчик уровня продолжает подавать сигнал, то происходит повторная загрузка шариков. Частые повторные загрузки свидетельствуют о плохой наладке регулятора уровня либо о недостаточной плавильной способности сосуда.
Требуемый уровень стекломассы в сосуде устанавливается с помощью держателя иглы 9, позволяющего поднимать или опускать иглу на необходимую высоту и закреплять ее в этом положении. Разогрев фильерной пластины в ряде случаев изменяют соотношением количества шариков, поступающих при одной загрузке в разные трубки. Следует помнить, что несимметричное питание сосуда стеклянными шариками дает эффект только при непрерывной работе установки. Подобная загрузка при повышенных простоях из-за обрывности или вследствие других обстоятельств является причиной нестабильности температурного режима и других параметров работы печи.
В связи с созданием малогабаритных высокопроизводительных сосудов резко повысились требования к надежности загрузочных устройств, поскольку даже небольшие перебои с загрузкой шариков приводят к быстрому снижению уровня стекломассы и длительным нарушениям теплового режима сосудов. Конструкция узлов загрузки и дозировки шариков на СПА-бс и СПА-Зс (особенно бункеров) не удовлетворяет высоким требованиям, и при последующей модернизации оборудования система загрузки должна быть усовершенствована. ,
СИСТЕМА ПОДАЧИ И НАНЕСЕНИЯ ЗАМАСЛИВАТЕЛЯ
Замасливатель по трубопроводам из отделения его приготовления перекачивается в бак с мешалкой для хранения замасливателя, находящийся на верхней площадке стеклопрядильных агрегатов.
На СПА-бс один бак устанавливается на несколько агрегатов. На СПА-Зс имеется по два бака на каждом агрегате. Из баков по системе трубопроводов замасливатель подводится к каждой секции отдельным патрубком, соединенным резиновым шлангом с замасливающим устройством. На СПА-Зс оба бака снабжены самостоятельными параллельными системами подачи замасливателя, что дает возможность централизованно подавать два вида замасливателя на один агрегат.
В промышленности применяются два типа замасливающих устройств —роликовые и валковые. Роликовые замасливающие
Рис. 9.5. Роликовое замасливающее устройство:
/ — ролик； 2— лоток; 3 — трубка; 4 — игольчатый клапан;
5 — шарнир; о — держатель.
устройства (нитесборники) состоят из металлического ролика 2 с V-образной канавкой (рис. 9.5), лотка 2, по которому через трубку 3 подается замасливатель, игольчатого клапана 4 для регулировки количества подаваемого замасливателя, держателя 6 и шарнира 5 для крепления и установки положения ролика в подфильерной зоне. Ролик нитесборника обтягивают двумя слоями ткани. Первоначально крепится хлопчатобумажная тесьма или байка, поверх нее укладываются полоски сатина или трикотажа (для нитей толщиной 18 текс и более), вырезанные из ткани в диагональном направлении. При укладке материала складки и морщины не допускаются. Замасливатель каплями подается на лоток, стекает вниз и пропитывает ткань. Расход его составляет 0,3—0,8 л/кг волокна.
Для нанесения замасливателя и сбора волокон в нить в промышленности начали применять графитовые ролики. Замасливатель на них подается изнутри. Графитовые ролики работают без подкладочных материалов. Качество склейки волокна в значительной степени зависит от формы и состояния канавки и в меньшей степени—— от структуры графита. Срок службы графитового ролика 20——40 дней. При возрастании обрывности в лотке ролик заменяют новым.
Стеклянные волокна покрываются замасливателем и формируются в нить при прохождении через слой замасливателя на роликовом нитесборнике. Равномерность распределения и количество 157
замасливателя, увлекаемого волокнами, определяются степеньк> смачивания волокна замасливателем, глубиной погружения волокон, продолжительностью контакта, а также величиной капиллярных сил, возникающих в нити. Толщина слоя замасливателя может* достигать 2——3 мм. Продолжительность контакта волокон с рабочей поверхностью нитесборника в зависимости от скорости вытягивания волокна и длины контактной поверхности составляет 10~2― 10一4 сок. Величина капиллярных сил 尸 рассчитывается по урав^ нению
где у — поверхностное натяжение замасливателя； 0 — краевой угол смачивания; г — радиус капилляра.
Волокнистую систему нельзя рассматривать как простую сумму линейных капилляров с одинаковым поперечным сечением. Сечение каналов между волокнами не круглое, причем площадь сечения по длине одного и того же канала может изменяться в широких пределах. Большинство каналов не закрыто с боков и имеет от- ветвления.
Скорость пропитки подсчитывается, исходя из разности капиллярного и гидростатического напоров, по уравнению Пуазейля. Если пренебречь силой тяжести, скорость пропитки 〃口р можно рассчитать по формуле
cos 0辽叩=一
где rj —— вязкость замасливателя и h — высота подъема замасливателя в капилляре радиуса г.
При разработке состава замасливателей следует учитывать, что скорость пропитки возрастает с увеличением поверхностного натяжения, краевого угла смачивания системы волокно ——замасли- ватель и уменьшается с ростом вязкости замасливателя.
При подборе диаметра ролика нитесборника и угла его охвата следует иметь в виду, что с уменьшением диаметра волокна становятся меньше радиус капилляров в нити и скорость ее пропитки.
Суммарное содержание замасливателя и влаги в свеженамо- танной нити достигает 10%. При этом замасливатель покрывает волокна пленкой переменной толщины, а в ряде случаев распределяется отдельными каплями. Содержание замасливателя на 0,5-метровых отрезках нити колеблется от 0,5 до 7%. Среднее содержание замасливателя на 100-метровых отрезках нити находится в пределах от 1,5 до 3%.
При скольжении нити по поверхности подкладочного материала или графита, смоченной замасливателем, возникает сила трения скольжения, которая зависит от ряда факторов. Коэффициент трения стеклянной нити по различным материалам зависит от состава замасливателя. Минимальное значение коэффициента трения было зафиксировано, когда в качестве замасливателя применялась 158
вода, а максимальное ——в случае неразбавленного замасливателя типа «парафиновая эмульсия». Сила трения (она пропорциональна нормальному давлению нити на замасливающий ролик) понижается с уменьшением диаметра ролика нитесборника и угла охвата его нитью. При возникновении в непосредственной близости от зоны формования воздушных потоков сила трения на ролике резко возрастает.
Изучение влияния технологических параметров на силу и коэффициент трения на ролике замасливающего устройства показало, что сила трения зависит главным образом от скорости вытягивания волокна, состояния трущихся поверхностей и от величины формующей силы (натяжения волокна) и не зависит от условий выработки волокна и что при всех значениях температуры, уровня стекломассы и диаметра фильер она остается постоянной.
Сила трения на ролике нитесборника периодически изменяется； это объясняется колебаниями толщины нити и несовершенством капельного способа подачи замасливателя.
Обрывность на ролике замасливающего устройства является основным препятствием на пути повышения скоростей вытягивания волокна и производительности установок. Обрывность волокна в роликовом замасливающем устройстве вызывают следующие причины： неправильное расположение ролика относительно наматывающего аппарата и фильерной пластины; некомпактная укладка пучка волокон в канавке ролика; ведение процесса при заниженных температурах фильерной пластины или завышенных скоростях вытягивания волокна; завышенный угол охвата, низкое качество и нерегулярная смена подкладочного материала или неправильная укладка его на ролик; плохое качество, высокая вязкость или нерегулярная подача замасливателя; попадание на нитесбор- ник частиц волокна и др.
Замасливатель подается на лотковый нитесборник в большом избытке, только 5% его остается на волокнах, часть захватывается нитью и затем теряется, загрязняя наматывающий аппарат. Основная часть замасливателя стекает с ролика по направляющим в систему сбора замасливателя или в ванночку, установленную под роликом, из которой попадает также в систему сбора замасливателя. Отработанный замасливатель собирают с отдельных агрегатов в общий приемник, откуда его перекачивают в бак, установленный в помещении для приготовления замасливателя. Отходы замасливателя фильтруются и используются повторно, как правило, при получении толстых нитей.
Существенное улучшение качества нанесения замасливателя и снижение его расхода достигается применением валкового замасливающего устройства (рис. 9.6); оно состоит из ванночки 5 с валиком 4, который приводится во вращение электродвигателем 3 через редуктор. Замасливатель подается в ванночку через штуцер 9. Постоянство уровня замасливателя обеспечивается сливным патрубком 8. Крепление валкового устройства позволяет
менять его положение относительно наматывающего аппарата и сосуда. Под ванночкой устанавливается сборный ролик 7 с V-образной канавкой. Валик расположен параллельно продольной оси фильерной пластины так, чтобы волокна касались его выступающего из ванночки участка. Валик при вращении захватывает в ванночке слой замасливателя и подает его к движущимся волокнам. Поскольку пучок волокон распределен по поверхности валика, каждое волокно смачивается отдельно, и степень и равномерность покрытия поверхности волокна замасливателем повышаются. Количество наносимого замасливателя регулируется как
Рис. 9.6. Валковое замасливающее устройство:
/ — держатель; 2 — крышка; 3 — электродвигатель; 4 — валнк； 5 — ванночка; 6 — установочный винт； 7 — ролнк; 8 ——сливной патрубок： 9——штуцер; /0——во- локна; 〃 一 нить.
его концентрацией, так и скоростью вращения валика. При использовании валковых замасливающих устройств значительно снижается расход замасливателя, улучшаются санитарные условия работы операторов и снижается загрязненность наматывающего аппарата; это особенно важно при использовании дорогостоящих прямых замасливателей.
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СПА И ЦЕХА ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ
Аппаратура для нагрева и автоматического регулирования температуры стеклоплавильного сосуда^ В промышленности стеклянного волокна наибольшее распространение имеет схема электропитания, в которой использованы печной трансформатор ОСУ 20/6 ■и дроссель насыщения типа ДОС 3,5/0,38 (рис. 9.7). Стеклоплавильный сосуд 5 через зажимы токоподводов и гибкие шины со- 160
единен со вторичной обмоткой 4 однофазного печного трансформатора. Последовательно с первичной обмоткой печного трансформатора 3 подключен дроссель насыщения Л Напряжение питающей сети распределяется между трансформатором и дросселем. При
уменьшении падения напряжения в дросселе напряжение на трансформаторе растет, и наоборот. Дроссель насыщения имеет три
обмотки: две силовые на крайних кернах и одну обмотку управления 2 на среднем керне. Обмотка 々 управления разделена на две части, которые, как правило, соединяются последовательно. К обмотке управления дросселя 'подводит- g ся постоянный ток от регулятора температуры. При отсутствии тока в обмотке управления дросселя падение напряжения в его си- ловых обмотках максимально.
С увеличением тока в обмотке управления падение напряжения в силовых обмотках уменьшается
Рис. 9.7. Принципиальная схема электропитания стеклоплавильного сосуда с использованием дросселя насыщения:I — дроссель насыщения; 2 — обмотка управления Дросселя насыщения; 3 — первичная обмотка печного трансформатора; 4 — вторичная обмотка трансформатора; 5 — стеклоплавильный сосуд; Н】， 日2,^2 — отпайки.Рис. 9.7. Принципиальная схема электропитания стеклоплавильного сосуда с использованием дросселя насыщения:I — дроссель насыщения; 2 — обмотка управления Дросселя насыщения; 3 — первичная обмотка печного трансформатора; 4 — вторичная обмотка трансформатора; 5 — стеклоплавильный сосуд; Н】， 日2,^2 — отпайки.Рис. 9.8. Схемы соединения силовых обмоток дросселя насыщения: а, в, 0 — последовательное соединение； б, а, е — параллельное соединение; / — стеклоплавильный сосуд; 2 — вторичная обмотка трансформатора; 3 — первичная обмотка трансформа-Рис. 9.8. Схемы соединения силовых обмоток дросселя насыщения: а, в, 0 — последовательное соединение； б, а, е — параллельное соединение; / — стеклоплавильный сосуд; 2 — вторичная обмотка трансформатора; 3 — первичная обмотка трансформа-н， следовательно, при том же напряжении сети напряжение на печном трансформаторе возрастает.
Рис. 9.7. Принципиальная схема электропитания стеклоплавильного сосуда с использованием дросселя насыщения:
I — дроссель насыщения; 2 — обмотка управления Дросселя насыщения; 3 — первичная обмотка печного трансформатора; 4 — вторичная обмотка трансформатора; 5 — стеклоплавильный сосуд; Н】， 日2,^2 — отпайки.
Рис. 9.7. Принципиальная схема электропитания стеклоплавильного сосуда с использованием дросселя насыщения:
I — дроссель насыщения; 2 — обмотка управления Дросселя насыщения; 3 — первичная обмотка печного трансформатора; 4 — вторичная обмотка трансформатора; 5 — стеклоплавильный сосуд; Н】， 日2,^2 — отпайки.
Рис. 9.8. Схемы соединения силовых обмоток дросселя насыщения: а, в, 0 — последовательное соединение； б, а, е — параллельное соединение; / — стеклоплавильный сосуд; 2 — вторичная обмотка трансформатора; 3 — первичная обмотка трансформа-
Рис. 9.8. Схемы соединения силовых обмоток дросселя насыщения: а, в, 0 — последовательное соединение； б, а, е — параллельное соединение; / — стеклоплавильный сосуд; 2 — вторичная обмотка трансформатора; 3 — первичная обмотка трансформа-
В процессе работы сосуда его температура непрерывно контролируется, при отклонении от заданной величины регулятор температуры изменяет ток в обмотке управления дросселя насыщения, отчего изменяется напряжение в первичной и вторичной обмотках
печного трансформатора и разогрев сосуда, а температура его приводится к заданному значению.
Наиболее эффективно происходит регулирование температуры при изменении силы тока в обмотке управления в интервале 0,3—0,6 а. Увеличивать силу тока более 0,8 а не рекомендуется, так как при этом происходит насыщение стали и выходной ток дросселя больше не возрастает.
Силовые обмотки дросселя имеют несколько отпаек ("i, "2, °1， °2, Ki, «2)・ Соединение их по различным схемам позволяет значительно изменять пределы регулирования тока в дросселе. Схемы переключения показаны на рис. 9.8. Схемы а, в и д представляют собой последовательное соединение обмоток дросселя, а схемы б, г и е ——параллельное. По степени возрастания холостого тока и тока нагрузки эти схемы можно расположить в последовательности: а, % г, б, 0, е. При увеличении потребляемой мощности сосудом (при старении, увеличении съема стекломассы, а также при монтаже сосудов) для получения больших греющих токов необходимо увеличить нагрузочный ток, переключив дроссель со схемы а на схему б, н т. д.
Однофазный печной трансформатор обладает эквивалентной мощностью 12 ква и напряжением 380/6. Его вторичная обмотка выполнена на каждом керне в виде трех витков из медной шины сечением не менее 800 мм2. Обмотку соединяют с зажимами токоподводов гибкими медными шинами сечением 1000…1500 мм2. От качества контактных поверхностей этих элементов, охлаждения зажимов, длины шин и степени затяжки болтов зависит величина падения напряжения на участке от трансформатора до токоподводов. Первичная обмотка трансформатора имеет отводы на 360, 370 и 380 6. Когда необходимо увеличить ток в сосуде, а другие способы, например переключение отводов на дросселе насыщения, не дают положительных результатов, дополнительное увеличение силы тока достигается подсоединением дросселя к отводу на 370 или на 360 в вместо отвода 380 в.
В промышленности применяются стеклоплавильные сосуды, греющий ток которых превышает 2500 а. Для нагрева и регулирования температурного режима таких сосудов применяется схема, в которой использован печной трансформатор ТК-12.06 и магнитный усилитель УСО-20.
Принцип работы сосуда по такой схеме подобен только что рассмотренному, но оборудование п выходные электрические параметры различаются.
Трансформатор ТК-12.06 имеет следующие характеристики: эквивалентная мощность 23 кеа, первичный ток 60 о, вторичный ток 3500 а. Вторичное напряжение регулируется в широких пределах ступенчатым переключением первичной обмотки. Вторичная обмотка трансформатора имеет водяное охлаждение, благодаря чему габаритные размеры его меньше, чем трансформатора ОСУ 20/6, несмотря на большую мощность.
Магнитный усилитель УСО-20 работает в комплекте с полупроводниковыми вентилями (например, типа ВКД-200), которые значительно повышают его коэффициент усиления. УСО-20 имеет три обмотки управления: собственно обмотку управления, обмотку смещения и обмотку обратной связи. Изменением тока в обмотке смещения получают требуемый холостой ток печи и необходимый диапазон токов управления, т. е. наивыгоднейшее положение регулировочной характеристики магнитного усилрпеля. Несмотря на ряд положительных качеств (малый холостой ток, высокий коэффициент усиления, малые токи управления и др.), магнитные усн-
.тители не нашли широкого применения в промышленности стеклянного волокна из-за сравнительно больших габаритных размеров и высокой стоимости.
Отечественной промышленностью освоено производство управляемых вентилей (тиристоров), рассчитанных на большие токи и напря
Рис. 9.9. Схема нагрева стеклоплавильного сосуда с управляемыми вентилями (тиристорами) :1, 2, — управляемые вентили; 3—блок управ- ры; 5 — печной трансформатор; 6 — стеклопла- ления тиристорами; 4 — регулятор температу- вильный сосуд.Рис. 9.9. Схема нагрева стеклоплавильного сосуда с управляемыми вентилями (тиристорами) :1, 2, — управляемые вентили; 3—блок управ- ры; 5 — печной трансформатор; 6 — стеклопла- ления тиристорами; 4 — регулятор температу- вильный сосуд.жения (до 200 а, 900 6). Преимущество тиристоров перед магнитными усилителями заключается в более высоких быстродействии п к. п. д.,
Рис. 9.9. Схема нагрева стеклоплавильного сосуда с управляемыми вентилями (тиристорами) :
1, 2, — управляемые вентили; 3—блок управ- ры; 5 — печной трансформатор; 6 — стеклопла- ления тиристорами; 4 — регулятор температу- вильный сосуд.
Рис. 9.9. Схема нагрева стеклоплавильного сосуда с управляемыми вентилями (тиристорами) :
1, 2, — управляемые вентили; 3—блок управ- ры; 5 — печной трансформатор; 6 — стеклопла- ления тиристорами; 4 — регулятор температу- вильный сосуд.
меньших габаритныхразмерах, в более низкой стоимости. Наибольшее распространениеменьших габаритныхразмерах, в более низкой стоимости. Наибольшее распространениедля управления нагревом стеклоплавильных сосудов получила схема -со встрзчно-параллельным включением тиристоров (рис. 9.9). В качестве блоков управления тиристорами используется серийный блок типа У-252, на вход которого подается сигнал от регулятора температуры. При отсутствии магнитного усилителя 'и тиристоров в комплекте с трансформатором ТК-12.06 может быть использован дроссель насыщения ДОС 3,5/0,38 (если потребляемая мощность сосуда менее 15 ква).
меньших габаритных
размерах, в более низкой стоимости. Наибольшее распространение
меньших габаритных
размерах, в более низкой стоимости. Наибольшее распространение
Регуляторы температуры. Изменения среднего диа- метра волокна или толщины нити, вызываемые различными причинами, могут быть компенсированы соответствующими изменениями любого технологического параметра. Для промышленного получения волокна наиболее удобным способом является регулирование расхода стекломассы посредством изменения температуры фильерной пластины.
Из описанных выше колебаний толщины внтн только манбо 打ее медленные 归 плавные могут быть компенсированы измененигм
разогрева сосуда. Остальные составляющие 'Колебаний, вследствие того что они совершаются в очень малые промежутки времени (менее секунды), не могут быть компенсированы из-за инерционности приборов для их определения и предупреждения. Единственным способом их уменьшения остается воздействие на источники* возникновения колебаний, т. е. стабилизация течения стекломассы в фильере и на выходе из нее и вытягивание волокна с постоянной линейной скоростью. Регулирование температуры фильерной пластины уменьшает влияние на толщину нити таких факторов, как колебание напряжения тока в сети, изменение состава и свойств стеклянных шариков при переходе от одной партии шариков к другой, старение стеклоплавильного сосуда и изоляции печп, изменение температуры и влажности воздуха в цехе и т. п.
Для управления дросселем насыщения или равнозначным ему элементом схемы, включенным последовательно с печным трансформатором, требуется поступление в обмотку управления электрического сигнала. Величина его должна быть строго пропор-, циональна изменению напряжения, необходимого для компенсации отклонения заданного среднего диаметра, или толщины нити. Такой сигнал выдается автоматическим регулятором температуры стекломассы.
В промышленности стеклянного волокна применяются регуляторы температуры двух типов: КРСТП-3, в котором входными параметрами являются греющий ток и напряжение на стеклоплавильном сосуде, и ВРТ-2, в котором входным параметром служит температура стенки сосуда (она определяется по показаниям термопары, находящейся в контакте со стенкой). КРСТП-3 обеспечивает стабильность температуры фильерной пластины в пределах ±7,5 °C, а ВРТ-2— в пределах ±1,5 °C.
Электрические параметры сосуда (сопротивление сосуда, сила и напряжение греющего тока), а также температура его фильерной пластины или стенок, являющиеся входными параметрами регуляторов, лишь косвенно связаны с расходом стекломассы. Их стабилизация не может предупредить изменения толщины нити при изменении состава стекла, старении сосуда и изоляции и нестабильности других факторов, поэтому требуется ручная подстройка регуляторов и постоянный внутрицеховой контроль за толщиной нити.
Регуляторы температуры находятся в отдельном помещении цеха электропечей —— диспетчерской. На лицевой стороне каждого агрегата размещены приборы и ручки управления для включения регулятора, вывода его на требуемый ток и корректировки температурного режима сосуда. Регулятор подстраивается дежурным диспетчером по заданию наладчиков режимов или операторов электропечей.
Регуляторы уровня стекломассы в стеклоплавильном со суде. Вторым параметром, стабилизируемым при выработке волокна, является уровень стекломассы в стекло- 164
плавильном сосуде. В промышленности стеклянного волокна в качестве датчика уровня чаще всего применяются уровнемеры с платиновой иглой, принцип действия которых состоит в следующем. При отклонении уровня стекломассы от заданного изменяется сопротивление системы стекломасса ——игла, что приводит к изменению входного сигнала схемы уровнемера. В результате срабатывает реле уровнемера, контакты которого замыкают цепь электромагнита дозатора, и происходит загрузка стеклянных шариков в сосуд.
При неисправности системы загрузки работа уровнемера нарушается и загрузка либо полностью прекращается, либо происходит непрерывно. Для обнаружения этого в схеме регулятора уровня предусмотрено электронное реле времени, которое определяет продолжительность нормальной работы уровнемера. Если уровнемер не срабатывает через 2——3 九〃н (максимальное время между двумя загрузками), то реле времени посылает сигнал «высокий» или «низкий» уровень стекломассы.
На большинстве заводов стеклянного волокна для регулирования уровня стекломассы применяется уровнемер, являющийся составной частью регулятора КРСТП-3. Этот уровнемер обладает достаточно высокой чувствительностью и обеспечивает поддержание уровня с точностью ± 1 мм. В КРСТП-3 также имеются показатели «высокого» или «низкого» уровня стекломассы, свидетельствующие о нарушении нормальной работы системы загрузки. В по- следнее время разработан новый регулятор уровня с платиновой иглой, погруженной в стекломассу на большую глубину; это устраняет подгорание иглы и повышает надежность работы системы загрузки даже при некотором вспенивании стекломассы в сосуде.
Электроснабжение цеха выработки непрерывного стеклянного волокна. В цехах выработки непрерывного стеклянного волокна устанавливаются электропечи мощностью от 10 до 25 ква каждая. Суточный график потребления электроэнергии относительно стабилен. Коэффициент продолжительности загрузки электропечей более 0,9. Силовыэ трансформаторы питаются напряжением 6, 10 или 35 Кб от районной подстанции линией электропередачи /, 2 (рис. 9.10). От силовых трансформаторов 3——5 электроэнергия напряжением 0,4—0,5 Кб поступает на шины 6, 7 заводского распределительного устройства и по кабелям 8—12 подводится к распределительным пунктам 13——17, расположенным в цехе электропечей, откуда направляется к электрошкафам стеклопрядильных агрегатов 24, 25.
Для каждой электропечи в шкафу имеется свой фидер, состоящий из рубильника 18 и предохранителей 19. На каждом фидере могут быть установлены магнитные пускатели 20 (на рисунке показаны пунктиром) для дистанционного включения и выключения электропечи. К каждому фидеру электропечи подсоединены дроссель насыщения 2/, печной трансформатор 22, стеклоплавильный сосуд 23, а также двигатели наматывающих механизмов 26—29,
двигатели замасливающих устройств и дозаторов 30 31 и трансформаторы собственных нужд 32, 33, обслуживающие агрегаты. В связи с тем, что дроссели насыщения представляют значительную индуктивную нагрузку, общий коэффициент мощности цеха
гг6Т"35К66Т"35К6ks^b力— i亠 Aуй—OА/ойф<хнта 一ks^b力— i亠 Aуй—OА/ойф<хнта 一^—-40010^^—-40010^
г
г
6Т"35К6
6Т"35К6
ks^b力— i亠 Aуй—O
А/ойф<хнта 一
ks^b力— i亠 Aуй—O
А/ойф<хнта 一
^—-40010^
^—-40010^
Рис. 9.10. Схема электроснабжения цеха выработки непрерывного стеклянного волокна:
/, 2 — линия электропередачи от подстанции; 3—5 — силовые трансформаторы; 6, 7 — шины; 8—12 — кабели; 13—17 — распределительные пункты； 18 — рубильник; 19 — предохранители; 20 — магнитные пускатели; 21 — дроссель иасып^ения; 22 — печной трансформатор； 23 — стек- лоплавильнь|й сосуд; 24, 25 — СПА-бс; 26—29 — электродвигатели наматывающих механизмов; 30, 31 — двигатели замасливающих устройств и дозаторов； 32, 33 — трансформаторы собственных кужд； 34—35 — кондепсатсры.
выработки волокна равен 0,65——0,75. Для его повышения до 0,80——0,90 к шинам 6 и 7 распределительного устройства подключают конденсаторы 34, 35 большой мощности.
НАМАТЫВАЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ ВОЛОКНАИ ПОЛУЧЕНИЯ ПАКОВКИ
При намотке нити на бобину производится ее упорядоченная укладка, необходимая для получения прочной паковки с равновесной намоткой. Упорядоченная укладка нити позволяет легко отыскивать конец нити в паковке после съема ее с наматывающего аппарата или при обрывах нити в процессе размотки и обеспечить
таким образом полный сход нити с бобины. Такая укладка нити осуществляется в результате вращения и перемещения раскладчика. При выработке стеклянного волокна применяются щелевые и спиральные раскладчики (рпс. 9.11, а, б). Образующая рабочей поверхности раскладчиков выполняется в виде спирали. Боковая поверхность щели одной половины щелевого раскладчика, или витка спирали, ведет нить в одном направлении, а поверхность второй половины раскладчика, или второго витка спирали,— в противоположном. За один оборот раскладчика нить укладывается на бобине по спирали, причем спираль идет вдоль оси бобины то в одном, то в другом направлении. Схема намотки с перекрещивающимися витками нити называется крестовой. В зависимости от характера
,Рис. 9.11. Раскладчики нити:
а ——щелевой; б — спиральный; / — вал; 2 ——дисковый нитеводитель; 3 — стопорная гайка; 4 — спиральные нитеводители; 5 —ось.
продольного перемещения раскладчика могут быть получены послойно-крестовая и послойно-коническая крестовая схема намотки.
При неподвижном раскладчике и строго определенном шаге раскладки получается паковка с цилиндрическими торцами и послойно-крестовой схемой намотки нити. Однако на щелевых и спиральных раскладчиках при высоких скоростях вытягивания шаг раскладки нити на бобине все время в небольших пределах изменяется, витки нити легко сползают вниз, в результате чего нахождение конца нити затруднено.
Для упорядочения укладки нити на концах паковки, увеличения ее длины и облегчения нахождения конца нити раскладчику сообщается возвратно-поступательное движение. Нить перемещается от одного края паковки к другому за один ход раскладчика. Паковка приобретает треугольную форму при равенстве шага раскладки перемещению раскладчика или трапециевидную, если шаг раскладки больше перемещения раскладчика.
Возможность легко найти конец нити зависит от угла перекрещивания витков нити рпр (угол между касательными к перекрещи-
вающимся виткам в точке скрещивания), который определяется<по формуле
(9.3)(9.3)tg零
(9.3)
(9.3)
где Н — шаг раскладки, мм\ €0р и о)н — число оборотов раскладчика и бобины соответственно； D口 一- наружный диаметр паковки, мм.
Рис. 9.12. Послойно-коническая крестовая схема намотки нити:Рис. 9.12. Послойно-коническая крестовая схема намотки нити:Нахождение конца нити облегчается с увеличением шага раскладки и возрастанием отношения скорости раскладчика к скорости бобинодержателя. При послойно-крестовой схеме намотки диаметр паковки увеличивается в течение всего цикла намотки нити. Если скорость вращения бобинодержателя в процессе намотки нити постоянна, то толщина нити плавно уменьшается пропорционально увеличению высоты паковкп.
Рис. 9.12. Послойно-коническая крестовая схема намотки нити:
Рис. 9.12. Послойно-коническая крестовая схема намотки нити:
/ — начальный участок намотки нити; 2 — элементарный прослоек; I — ход ннте- водителя; //р — шаг раскладки； h — высота слоя намотки； Вб — диаметр бобины; а — угол наклона торца паковки./ — начальный участок намотки нити; 2 — элементарный прослоек; I — ход ннте- водителя; //р — шаг раскладки； h — высота слоя намотки； Вб — диаметр бобины; а — угол наклона торца паковки.ся на коническую поверхносться на коническую поверхностьПри послойно-конической крестовой намотке (рис. 9.12) раскладчик в течение всего цикла намотки нити медленно перемещается от одного конца бобины к другому, образуя, трапециевидную паковку с коническими торцами. Нить за каждый оборот раскладчика укладывает- акивкн, переходя от внутреннего
/ — начальный участок намотки нити; 2 — элементарный прослоек; I — ход ннте- водителя; //р — шаг раскладки； h — высота слоя намотки； Вб — диаметр бобины; а — угол наклона торца паковки.
/ — начальный участок намотки нити; 2 — элементарный прослоек; I — ход ннте- водителя; //р — шаг раскладки； h — высота слоя намотки； Вб — диаметр бобины; а — угол наклона торца паковки.
ся на коническую поверхность
ся на коническую поверхность
диаметра 区 внешнему и обратно 瓜 внутреннему диаметру паков- ки. При этом лииейпая скорость вытягивания волокна изменяется пропорционально положению нити по высоте паковкп с периодом 1/sp. При послойно-конической крестовой намотке жлебания толщины нити составляют до 15% от ее средней толщины в пределах каждых 0,5——2 初；при послойно-крестовой намотке происходит такое же уменьшение толщины по всей дичине нпти в паковке, если скорость вращения бобинодержателя не регулируется.
Масса паковки определяется ее объемом и плотностью. Внутренний диаметр н длина паковки задаются соответственно наружным диаметром бобины и суммарной длиной хода раскладчика и шага раскладки.
Максимальная толщина паковки ограничена значениями угла наклона нити на ее конических участках, при котором наблюдается сползание витков нити под действием их веса. Угол наклона увеличивается с повышением коэффициента трения стеклянной нита о стеклянную нить. Для сухой нити коэффициент взаимного трения витков нити равен 0,3. Замасливатель, нанесенный на нить, увеличивает коэффициент трения. Экспериментально установлено, 168
что оптимальный угол наклона составляет 14——17°, а максимальная толщина паковки в зависимости от толщины пити равна 10——20 мм.
Плотность паковок зависит от угла перекрещивания, от натяжения нити и возрастает с увеличением скорости вытягивания волокна и повышением вязкости стекломассы. Плотность паковок с уменьшением диаметра волокна от 10 до 3 мкм возрастает от 1,8 до 2,2 г/см3. При малой плотности паковка получается рыхлой, масса ее занижена, появляется «спуск» нити. При повышенной плотности паковки снижается коэффициент размотки волокна. Давление, оказываемое нитью на бобину, возрастает по мере увеличения массы паковки, и бобина при недостаточной прочности сминается.
От массы паковки зависят затраты времени на смену бобин, нахождение концов нити, маркировку и транспортировку бобин, т. е. затраты времени и производительность труда операторов цеха электропечей. От массы паковок зависит число съсмов бобин па размоточно-крутильном оборудовании и, следовательно, производительность труда и оборудования в крутильном цехе. Число бобин, находящихся в обращении, и их общая потребность, затраты времени на подготовку бобин снижаются с увеличением массы паковок.
Исходным фактором, определяющим массу паковки, является длительность безобрывного процесса формования и количество формуемых волокон. На первых промышленных установках со 100-фильерными сосудами из-за повышенной обрывности количество наматываемого волокна на бобину не превышало 100 г. Такой процесс полностью обеспечивался наматывающими аппаратами с одним бобинодержателем и бобинами диаметром 115 мм. С внедрением 200-фильерных стеклоплавильных сосудов и снижением обрывности появилась возможность увеличить массу паковки до 300——500 г. Это было достигнуто в результате увеличения диаметра бобины до 170 мм и длины паковки до 80 мм. Наматывающий аппарат имел два бобинодержателя, и предусматривалась автоматическая перезаправка нити. Характерно, что в период освоения 200-фильерных сосудов автоматическая перезаправка нити редко использовалась вследствие повышенной обрывности волокон в зоне формования. Впоследствии длительность безобрывного процесса формования волокна существенно возросла, стали широко внедряться 400~фильерньге сосуды; при этом промышленные наматывающие аппараты (даже при автоматической перезаправке нити) уже сдерживают повышение производительности труда и оборудования установок для выработки волокна из-за необходимости частой смены бобин. Новые конструкции наматывающих аппаратов обеспечат получение паковок массой 2 и 5 K之
Для паковок малой массы (до 100 г), толщина которых не превышает 7——8 мм, применяется только крестовая послойно-коническая намотка. Колебания толщины нити на отрезках длиной 1——2,5 м составляют менее 1О°/о от средней толщины. На паковках
' 169
Рис. 9.13. Кирюматпческая схема наматывающего механизма СПА-бс:Рис. 9.13. Кирюматпческая схема наматывающего механизма СПА-бс:/ — электродвигатель привода бобино- держателей; 2 ——сменный шкив； 3, 18 —— клиноременная передача; 4—бобино- держатели; 5 — раскладчик нити; 6 — обгонные м>'фты; 7 — рукоятка;8 — цепная передача； 9. /0, /5 — шестерни； // — скошенный кулак； /2 — фрикцион； 13 — стол; 14 — вал; 16 — вертикальный червячный вал; /7 — электродвигатель привода стола./ — электродвигатель привода бобино- держателей; 2 ——сменный шкив； 3, 18 —— клиноременная передача; 4—бобино- держатели; 5 — раскладчик нити; 6 — обгонные м>'фты; 7 — рукоятка;8 — цепная передача； 9. /0, /5 — шестерни； // — скошенный кулак； /2 — фрикцион； 13 — стол; 14 — вал; 16 — вертикальный червячный вал; /7 — электродвигатель привода стола.
Рис. 9.13. Кирюматпческая схема наматывающего механизма СПА-бс:
Рис. 9.13. Кирюматпческая схема наматывающего механизма СПА-бс:
/ — электродвигатель привода бобино- держателей; 2 ——сменный шкив； 3, 18 —— клиноременная передача; 4—бобино- держатели; 5 — раскладчик нити; 6 — обгонные м>'фты; 7 — рукоятка;
8 — цепная передача； 9. /0, /5 — шестерни； // — скошенный кулак； /2 — фрикцион； 13 — стол; 14 — вал; 16 — вертикальный червячный вал; /7 — электродвигатель привода стола.
/ — электродвигатель привода бобино- держателей; 2 ——сменный шкив； 3, 18 —— клиноременная передача; 4—бобино- держатели; 5 — раскладчик нити; 6 — обгонные м>'фты; 7 — рукоятка;
8 — цепная передача； 9. /0, /5 — шестерни； // — скошенный кулак； /2 — фрикцион； 13 — стол; 14 — вал; 16 — вертикальный червячный вал; /7 — электродвигатель привода стола.
большей массы и толщины может применяться послойно-крестовая намотка. Постоянство толщины нити достигается в этом случае уменьшением числа оборотов бобинодержателя, пропорциональным возрастанию толщины паковки. В каждом цикле намотки максимальное число оборотов бобинодержателя поддерживается в начале намотки, а минимальное ——в конце. Линейная скорость вытягивания волокна сохраняется постоянной.
Колебания толщины на коротких отрезках при обеих схемах намотки примерно одинаковы. На наматывающих аппаратах СПА-бс н СПА-Зс намотка нити производится по послойно-конической схеме с помощью щелевых раскладчиков.
Наматывающий аппарат СПА-бс снабжен поворотным столом с двумя бобинодержателями. Оси боби- нодержателеп и стола расположены в одной плоскости. Один боби- нодержатель при работе аппарата находится в рабочем положении и производит вытягивание волокон и намотку нити, второй в это время подготавливается к работе. С него снимается бобина с нитью, на наго устанавливается чистая бобина. После окончания каждого цикла намотки нити стол поворачивается на 180°, при этом запасная бобина переходит в рабочее положение. Перезаправка нити с бобины на бобину производится автоматически. Вращение бобинодержателей, поворот стола, вращение и перемеще- нитеводителя осуществляются
двумя асинхронными электродвигателями мощностью 0,6 кет, вращающимися со скоростью 2850 об/мин. Синхронизация ；их движения—механическая. Станина наматывающего аппарата снабжена колесами. При осмотре, чистке и ремонте его откатывают с рабочего места.
Кинематическая схема аппарата представлена на рис. 9,13. Электродвигатель 1 при помощи сменных шкивов 2 через клиноременную передачу 3 передает вращение бобиподержателю 4. Скорость вращения бобинодержателя регулируют сменными шкивами в пределах от 2000 до 7000 об/мин. Электродвигатель привода стола 17 через клиноременную передачу 18 вращает вертикальный червячный вал 16 и шестерню 15. Вращение шестер-
ни 15 периодически передается на вал /4, производя поворот сто- ла 13. Вертикальный червячный вал 16 в своей верхней части имеет фрикцион /2, который передает вращение раскладчику нити 5. Вместе с шестерней 15 на одном валу 14 находятся эксцентрики, которые шатунной передачей связаны с обгонньши муфтами 6 и приводят их во вращение. Поступательное движение нитеводите- ля производится скошенным кулаком 7/, который приводится во вращение обгонными муфтами 6 через шестерни 9 п 10. Для ручной регулировки положения нитеводителя вдоль бобины (за счет
Рис. 9.14. Механизм поворотного стола СПА-бс с бобинодержатслем: / — вал стола： 2 — эксцентрики с шатунами; 3 — вращающаяся муфта； 4 —па- лец; 5 ——горка; 6 кулачковая муфта; 7 — фиксирующий диск； 8, /3, 14 — пружины; 9 — червячная шестерня; 10 — поворотный стол с бобинодержателями; П — скошенный кулак； /2, /6' — рычаги； /5 — палец рычага; /7 — стержень;
18 — кулак.
.поворота скошенного кулака 11) предусмотрена рукоятка 7 с цепной передачей 8.
Более детально работу механизма поворотного стола и синхронизацию поворота с движением раскладчика можно проследить на рис. 9.14.
Вращение обгонных муфт передается одновременно со скошенным кулаком 11 кулаку 18, который при вращении опускает вниз стержень 17 и рычаг 16 и сжимает пружину 14 до тех пор, пока стержень 17 не соскочит с выступа кулака 18. Во время движения стержня 17 и рычага 16 вниз скос зуба рычага 16 свободно скользит по скосу рычага 12. При сходе стержня 17 с кулака 18 и движении рычага 16 вверх этот рычаг своим зубом поднимает рычаг 12 с пальцем 4; палец высвобождает кулачковую муфту 6, перемещающуюся под действием пружины & вдоль своей оси. В результате кулачки муфты 6 сцепляются с кулачками муфты 3, вращающейся вместе с червячной шестерней 9 (см. 15 на рис. 9.13). Кула"- новая муфта 6 насажэна на вал 1 поворотного стола 10, который при ее вращении приходит в движение. В это время одна из двух горок 5, укрепленных на фиксирующем диске 7, набегает на па-
лец 15 рычага 16 и отклоняет этот рычаг на некоторый угол, внсво+ бождая рычаг /2； рычаг под действием пружины 13 опускается вниз вместе с пальцем 4. Попадая в один из выступов кулачковой муфты 6, палец 4 выключает ее. Стол перестает поворачиваться,
Рис. 9.15. Кир|ематическая схема наматывающего механизма СПА-Зс:Рис. 9.15. Кир|ематическая схема наматывающего механизма СПА-Зс:/ — электродвигатель привода бобн- нодержателя; 2 — сменной шкив; 3 — шкив бобинодержателя; 4 — кли- иоременная передача; 5 — бобино- держатель; 6 — пружина： 7 — электродвигатель вращения раскладчика; 8 — раскладчик; 9 — рычаг； 10 ——скошенный кулак; // — рукоятка; 12 — электродвигатель продольного перемещения раскладчика; 13 — зубчатая пара; 14 — эксцентрики; 15 — рычаги； 16 — обгонные муфты; /7 — вал: /8 — поворотный стол; /9 — червячное колесо: 20 — червячный вал； 21 — электродвигатель поворота стола./ — электродвигатель привода бобн- нодержателя; 2 — сменной шкив; 3 — шкив бобинодержателя; 4 — кли- иоременная передача; 5 — бобино- держатель; 6 — пружина： 7 — электродвигатель вращения раскладчика; 8 — раскладчик; 9 — рычаг； 10 ——скошенный кулак; // — рукоятка; 12 — электродвигатель продольного перемещения раскладчика; 13 — зубчатая пара; 14 — эксцентрики; 15 — рычаги； 16 — обгонные муфты; /7 — вал: /8 — поворотный стол; /9 — червячное колесо: 20 — червячный вал； 21 — электродвигатель поворота стола.а положение его фиксируется роликом, западающим в вырез фиксирующего диска 7. После этого начинается новый цикл намотки нити. Профили скошенного кулака 11 и кулака 18 ориентированы так, чтобы поворот стола был согласован с окончанием цикла намотки нити. Инструкциями по обслуживанию СПА-бс регламентируется эксплуатация и ремонт наматывающих механизмов, в них описаны неполадки, наблюдаемые в процессе работы аппаратов, перечислены меры для их устранения, причины и способы устранения брака комплексной нити.
Рис. 9.15. Кир|ематическая схема наматывающего механизма СПА-Зс:
Рис. 9.15. Кир|ематическая схема наматывающего механизма СПА-Зс:
/ — электродвигатель привода бобн- нодержателя; 2 — сменной шкив; 3 — шкив бобинодержателя; 4 — кли- иоременная передача; 5 — бобино- держатель; 6 — пружина： 7 — электродвигатель вращения раскладчика; 8 — раскладчик; 9 — рычаг； 10 ——скошенный кулак; // — рукоятка; 12 — электродвигатель продольного перемещения раскладчика; 13 — зубчатая пара; 14 — эксцентрики; 15 — рычаги； 16 — обгонные муфты; /7 — вал: /8 — поворотный стол; /9 — червячное колесо: 20 — червячный вал； 21 — электродвигатель поворота стола.
/ — электродвигатель привода бобн- нодержателя; 2 — сменной шкив; 3 — шкив бобинодержателя; 4 — кли- иоременная передача; 5 — бобино- держатель; 6 — пружина： 7 — электродвигатель вращения раскладчика; 8 — раскладчик; 9 — рычаг； 10 ——скошенный кулак; // — рукоятка; 12 — электродвигатель продольного перемещения раскладчика; 13 — зубчатая пара; 14 — эксцентрики; 15 — рычаги； 16 — обгонные муфты; /7 — вал: /8 — поворотный стол; /9 — червячное колесо: 20 — червячный вал； 21 — электродвигатель поворота стола.
Наматывающий аппарат СПА-Зс не имеет принципиальных отличий от аппарата СПА-бс по технологической схеме вытягивания и приема нити/ способу намотки нити на паковку, параметрам паковки. По-новому решена конструкция наматывающего механизма. Все четыре вида движения — вращение бобинодержателя, поворот стола, вращение п продольное перемещение нитеводителя ——осуществляются отдельными двигателями. Синхронизация работы двигателей——электрическая; применяются кулачковые механизмы с микропереключателями. Конструкция наматывающего механизма СПА-Зс отличается большей
простотой, чем конструкция наматывающего механизма СПА-бс, поэтому возможна быстрая замена
и ремонт его основных узлов в процессе эксплуатации.
Кинематическая схема аппарата представлена на рис. 9.15. Электродвигатель 7 мощностью 0,75 нет (2850 об/мин) или 0,5 кет (1410 об/мин) при помощи сменного шкива 2 и шкива бобино- держателя 3 через клиноременную передачу 4 вращает бобинодер- жатель 5, Скорость вращения бобинодержателей может изменяться при замене шкивов 2 на валу электродвигателя от 2000 до 7500 об/мин. Раскладчик 8, вращается от электродвигателя 7 мощностью 0,08 кет (1390 об/мин). Медленное перемещение ните-
водителя обеспечивается движением рычага 9, жестко связанного с электродвигателем 7, по скошенному кулаку 10. Обратное движение нитеводитель совершает под действием пружин 6. Вращение скошенного кулака 10 обеспечивается электродвигателем продольного перемещения раскладчика 12 мощностью 0,01 кет (1200 об/мин) с редуктором 1/137. Электродвигатель 12 через зубчатую пару 13 вращает эксцентрики /4, которые рычагами 15 придают вращение трем обгонным муфтам /6, насаженным на один конец вала 17 со скошенным кулаком. Второй конец вала 17 выведен на лицевую сторону агрегата, и на него надета рукоятка //, которая дает возможность вручную регулировать положение ните- водителя вдоль бобины путем поворота скошенного кулака. Поворотный стол 18 поворачивается электродвигателем 21 мощностью 0,12 кет (1400 об/мин) через червячный вал 20 и червячное колесо 19. Электродвигатели /, 7 н /2 включаются и выключаются ножны ми педалями. Электродвигатель поворота стола 21 включается при воздействии кулачка, укрепленного на скошенном кулаке 10, на микропереключатель. Положение кулачка относительно профиля кулака 10 выбирается так, чтобы поворот стола и начало намотки нити на пустую бобину произошли при крайнем положении нитево- дителя, но чтобы продолжительность намотки в этом положении раскладчика была минимальной. Выключение электродвигателя 12 производится кулачками, укрепленными на поворотном столе 18, также через микропереключатель, но после поворота стола. Рабочее положение поворотного стола фиксируется роликом. Виды брака нити одинаковы на наматывающих механизмах обоих типов.
Схемы расположения основных узлов агрегатов представлены на рис, 9.16. Взаимное расположение стеклоплавильного сосуда, нитесборника, раскладчика и бобинодержателя определяет угол охвата нитесборника нитью, натяжение, испытываемое ею, а следовательно, форму паковки и качество намотки нити. Для возможности перезаправки нити в момент перевода бобин раскладчик, ните- сборник и сосуд должны находиться в одной плоскости. Расположение узлов установки не должно значительно отличаться от приведенного на схеме. Положение узлов устанавливается и выверяется при пуске установки. Расстояние между боковыми поверхностями раскладчика и паковки не должно превышать 10——15 мм, так как это обеспечивает надежный захват нити свободной бобиной и дает возможность легко находить конец нити.
Приставки для получения мягких паковок. Для получения рассыпающихся жгутов используются мягкие паковки с послойнокрестовой намоткой нити. Мягкие паковки получаются на промышленных наматывающих аппаратах с приставками, обеспечивающими возвратно-поступательное движение нитеводителя. Приставка крепится к станине наматывающего аппарата. Она имеет электродвигатель, на валу которого насажен кулачок. При вращении кулачка держатель, жестко связанный с двигателем раскладчика,
совершает возвратно-поступательное движение и, следовательно так же движется нитеводитель.'
Устройство для разделения пучка волокон на две нити В про
мышленности стеклянного волокна широкое применение находят
Рнс. 9.16. Схемы расположения основных узлов СПА-бс и СПА-Зс:
а〔々рн намотке одной нити； б — при намотке двух нитей, / — стеклоплавильный сосуд； 2 — нитесборник； 3 — нитеводитель; 4 — бобина; 5 — нити.
:吗器 СТ瀉怨ннс нити текстильного назначения, получаемые на iuu・ и 200-фильерных стеклоплавильных сосудах. Оборудование и технология разделения пряди волокон на две и более ннтн дает возможность соответственно увеличить число фильер стеклопла- вильньгх сосудов и повысить производительность установок пои выработке тонких стеклянных нитей. Разделение пучка волокон на несколько нитей резко улучшает качество нетканых холстовых ма- 174
териалов на основе рассыпающихся жгутов, придавая им более равномерную и тонкую структуру.
Для волокна текстильного назначения наиболее простым и рациональным, исходя из последующей размотки нити, является разделение волокон на две группы и намотка их на отдельные бобины. Бобины могут находиться как на разных, так и на одном бобино- держателе, каждая нить проходит через свой нитесборник и нитево- дитель. Наматывающие механизмы СПА-бс и СПА-Зс, конструкции которых не предусматривают намотку двух нитей, могут быть использованы для этой цели при наличии устройства для одновременной параллельной намотки и раскладки двух нитей на одну- бобину (рис. 9.16, 6). Для этого в щелевом раскладчике между его половинками устанавливается разделительная перегородка, так что вместо одной щели образуются две изолированные друг от друга раскладывающие щели. Волокна разделяются на нитесборникс с двумя рабочими канавками. Паковки с двумя нитями разматываются также на существующем оборудовании; с одной бобины нити разматываются либо на два соседних веретена, либо, если ширина перегородки больше шага раскладки, на одно веретено.
Для нетканых материалов более тонкие нити получают разделением пучка волокон в нитесборниках, смещенных в пространстве по высоте и по горизонтали. Конструкция остальных узлов сохраняется неизменной. Разделение нитей достигается тем, что они входят в раскладчик под разными углами и касаются винтовой поверхности в разных точках. При этом положение нитей на бобине оказывается смещенным относительно друг друга. Расстояние между точками касания при вращении нитеводителя и соответственно между нитями на бобине постоянно изменяется от нуля до максимума, При рубке жгутов перекрещенные участки нити не распадаются на составные части. Рассыпаемость отрезков нити составляет 65—70%.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ЦЕХАХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ
Цех электропечей должен размещаться в помещении, изолированном от других цехов и отделений капитальными несгораемыми перегородками. В соответствии с правилами устройства электротехнических установок цех относится к категории невзрывоопасных производств. По пожароопасности цех выработки относится к группе 《「》. Высота помещения должна быть не менее 7 力厶 свободное расстояние от выступающих участков и оборудования — не менее 3 м.
Вспомогательные операции (транспортировка стеклянных шариков, бобин свободных и с нитью) должны быть механизированы, желательна также механизация загрузки стеклянных шариков в бункера электропечей.
Для уменьшения количества тепла, выделяемого в помещение, температура теплоизоляции печей не должна превышать 50 ℃, тем-
пература шин ——80 ℃. Экраны следует охлаждать водой. Каждое рабочее место необходимо обеспечить душирующим устройством.
Все люки, каналы, траншеи в цехе должны плотно закрываться на уровне пола, площадки электропечей—— ограждаться на высоте 1 м перилами, а снизу обшиваться бортиком высотой 15 см для предупреждения падения с них шариков и других предметов. Балки транспортирующих систем необходимо располагать на расстоянии не менее 1,8 м от пола.
Все эксплуатируемое оборудование должно находиться в полной исправности, наматывающие аппараты заземлены. Работа на неисправном оборудовании запрещается. Чистку и смазку оборудования разрешается производить, только если оно полностью отключено от источников тока. Перед ремонтом прекращается работа на оборудовании и механизмах, обесточиваются пусковые приспособления и рубильники, подводящие ток, и на них вывешиваются плакаты, указывающие, что механизм ремонтируется и пуск его запрещен.
Двигатели транспортеров и другое электрооборудование в случае загорания обязательно тушить песком； прикасаться к ним, а также применять воду для тушения воюпрещаэгся.
Для профилактики дерматита и других заболеваний нить при вытягивании на всем пути следует оградить кожухом, не допускающим распыления замасливателя на рабочее место. Для снижения концентрации паров замасливателя и пыли в воздухе цеха ограждения наматывающих аппаратов должны быть закрытыми. От каждого рабочего места необходимо предусмотреть отсос воздуха, загрязненного парами замасливателя. Не допускается скопление замасливателя на полу цеха, так как это может вызвать замыкание проводов, проложенных под полом, или скольжение и падение операторов.
Операторы должны работать в спецодежде, соблюдать правила личной гигиены, в течение смены и после работы тщательно мыть руки, следить за состоянием токоподводов, не допускать их перегрева и осторожно обращаться с отходами грубого волокна, чтобы не допустить укола рук. В соответствии с инструкциями, утвержденными главным инженером, на всех стадиях технологического процесса должны выполняться правила безопасной работы.
При нарушении правил техники безопасности и производственной санитарии возможны： ожоги тела разогретой стекломассой и паром (из системы охлаждения токоподводов); захваты рук (ушибы) при неправильных приемах работы в момент пуска и останова наматывающих аппаратов； наколы рук грубым волокном; повышенное выделение пыли, тепла, вызванные перебоями в работе оборудования и вентиляции; пожары при скоплении пыли (пуха) и наличии огня.
Все рабочие должны пройти курс обучения работе на установках; они могут допускаться к самостоятельной работе только после проверки знаний.
ГЛАВА 10
ЗАМАСЛИВАТЕЛИ ДЛЯ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
' Поверхность стеклянных волокон в процессе вытягивания по- ? крывается замасливателем для предупреждения взаимного трения волокон, склейки их в нНть, а также для покрытия поверхности нити пленкой, предохраняющей от разрушения во время перера- ： ботки на текстильном оборудовании.
При размотке нитей, намотанных на бобину, в случае плохой склейки происходит отщепление и разрыв волокон, нить становится пушистой и теряет первоначальную прочность. Такая нить при крутке, подвергаясь трепню о детали крутильной п сновальной машин, и на ткацком станке, разрыхляется, обрывается и становится : непригодной для дальнейшей текстильной переработки.
Обрывность стеклянной нити в процессе текстильной переработ- 卜 кн зависит от ее прочности, а также от качества замасливателя, который должен не только склеить и защитить нить от истирания, но и придать ей достаточную эластичность.
Необходимо, чтобы замасливатель удовлетворял следующим требованиям:
склеивал волокна, но препятствовал склеиванию нитей на бобине;
создавал на нити прочную, эластичную и устойчивую к истиранию пленку;
был однородным;
препятствовал, образованию и накоплению статического электричества;
не вызывал коррозии текстильного оборудования;
сохранял стабильность в течение технологического цикла.
Замасливатели представляют собой многокомпонентную водноэмульсионную систему, в состав которой входит 〜10% различных веществ п 〜90%)воды.
Концентрация замасливателя К (отношение массы содержащихся в нем веществ к общему объему замасливателя) определяется по формуле
где 恤，g ■■■■ тп — масса компонентов, г; V — объем замасливателя, л.
С увеличением концентрации замасливателя соответственно увеличивается его вязкость. Количество замасливателя на стеклянном волокне является одним из важных факторов, влияющих на обрывность нити при ее размотке, крутке и ткачестве. От количества замасливателя зависят толщина и свойства образующейся на нити защитной пленки.
Значительное увеличение вязкости замасливателя приводит к частым обрывам стеклянной нити в лотке в процессе ее вытяги- 12—1277 , 177
вания, т. е. замасливатель становится нетехнологичным. Таким образом, очень важно определить концентрацию и вязкость замасливателя, необходимые для безобрывного процесса вытягивания ннтм и создания на ней прочной и гибкой пленки. Количество замасливателя па нити Ki выражают в процентах н определяют по формуле
Кт= gi — g、]。。(10.2)
где g] — масса замасливателя после высушивания, г;心一масса замасливателя после прокаливания, г.
Вещества, входящие в состав замасливателей, можно разделить на следующие группы: клеящие вещества, пластификаторы, эмульгаторы и вода.
Клеящие вещества обеспечивают склеивание волокон в нить. К ним относятся: поливиниловый спирт, поливинил ацет атная эмульсия, различные смолы, латексы, крахмал, декстрин, желатин и др.
Пластификатор придает стеклянной нити гибкость, предупреждает ломкость пленки замасливателя и сс осыпание. Наиболее распространенными пластификаторами являются: растительные и минеральные масла, дибутил себацинат, дибутилфталат, полптер- пены, олеиновая кислота, глицерин, ди- или триэтиленгликоль, триэтаноламин и др. В связи с тем что почти все пластификаторы нерастворимы в воде, для их эмульгирования применяются эмульгаторы. В качестве эмульгаторов используются (катионо- или анио- но-поверхностно-актавныг вещества. Наиболее распространенный эмульгатор — препарат ОС-20.
Качество замасливателя существенно зависит от воды, применяемой для его приготовления. Вода должна иметь небольшую жесткость и быть свободной от механических примесей.
Рекомендуется использовать дистиллированную воду или конденсат с жесткостью не более 1 мг~экв/л.
Наличие в воде солей Са и солей Mg обусловливает жесткость воды, которую выражают в милv^игpaмм-эквивaлeнтax на литр. В зависимости от жесткости различают воду мягкую, средней жесткости, жесткую и очень жесткую.
Ниже приводится классификация воды по жесткости:
ОченьжесткаяОченьжесткаяСредней
Оченьжесткая
Оченьжесткая
ВодаМягкаяжесткости/Кесткая
Жесткость, мг-экв/л <44—88—12
Процесс замасливания стеклянной нити включает приготовление замасливателя, подачу его к стеклопрядильным агрегатам и нанесение на стеклянное волокно в процессе выработки.
Различают два типа замасливателей:
«текстильные» замасливатели; они предохраняют волокна от разрушения в процессе текстильной переработки, но плохо сма- 178
чиваются полимерными связующими, поэтому перед пропиткой стеклянного волокна полимерными связующими должны быть удалены;
«прямые» замасливатели; предохраняют волокна от разрушения при трении и хорошо совмещаются с полимерными связующими..
ТЕКСТИЛЬНЫЕ ЗАМАСЛИВАТЕЛИ
При производстве стеклянного волокна широко применяется за- масливатель «парафиновая эмульсия», в состав которого входя г следующие вещества (в °/0):
Парафин 1,6 + 0,1
Стеарин или синтетические жирные кислоты
фракции Ci6—С18 0,6—1,0
Вазелин 2,0±0,1
Трансформаторное масло . 2,0±0,1
Закрепитель ДЦУ 2,0—2,5
. Препарат ОС-20 1,25±0,05
Вода 冗。100%
В зависимости от толщины вырабатываемой нити и от количества волокон, образующих нить, состав замасливателя может изменяться.
Характеристика компонентов текстильныхзамасливателей
Парафин ——нефтепродукт, получающийся из дистиллятов парафиновых и высокопарафиновых нефтей.
Для приготовления замасливателя рекомендуются технические очищенные парафины марок Г п Д. Можно использовать медицинский парафин и технические высокоочищенные парафины марок А и Б, но при этом возрастает стоимость замасливателя. Применение неочищенного (спичечного) парафина не допускается. Нефтяные парафин ы должны соответствовать требованиям ГОСТ 784—53.
Вазелин — смесь жидких и твердых углеводородов, получаемая сплавлением церезина, парафина, очищенного петролатума или их смесей с очищенным нефтяным маслом. В состав замасливателя можно вводить вазелин медицинский или ветеринарный (ГОСТ 3582—52 и ГОСТ 13037—67).
Стеарин ——техническая дистиллированная стеариновая кислота; получается из гидрогенизированных масел, животных жиров II синтетических жирных кислот с преимущественным содержанием фракции Об—С®
Для приготовления замасливателя разрешается применять стеарин любого сорта, который должен соответствовать требованиям ГОСТ 6484—64.
Трансформаторное масло ——продукт, вырабатываемый из ма- лосернпстых нефтей. Трансформаторное масло должно соответст-
вовать требованиям ГОСТ 982—68, ГОСТ 10121—62 или ТУ 38-1- 239—69.
Препарат ОС-20 — смесь полиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов. В замасливателях рекомендуется применять препарат ОС-20 марки В, но разрешены и марки А и Б. По физико-химическим показателям препарат ОС-20 должен соответствовать требованиям ГОСТ 10730—64.
Закрепитель ДЦУ ——продукт взаимодействия дициандиамида с формалином в присутствии уксусной кислоты. По физико-химическим показателям закрепитель ДЦУ должен соответствовать требованиям ТУ 6-14-187—67.
Приготовление замасливателя «парафиновая эмульсия»
Компоненты замасливателя: парафин, стеарин, вазелин и препарат 0c-20 загружают в отдельные емкости с водяным обогревом, в которых их расплавляют на водяной бане при 75——85℃.
Расплавленные компоненты замасливателя дозируются в смеситель с водяным обогревом, туда же добавляют трансформаторное масло. Затем включают мешалку (скорость вращения 60—— 150 об/мин) и смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы. В полученную массу в два приема тонкой струей при непрерывном перемешивании вливают пятую часть необходимого объема воды, нагретой до 70 ℃; половину этого количества воды вливают медленно тонкой струей при тщательном перемешивании, вторую половину можно добавлять большой струей. После тщательного перемешивания получается однородная эмульсия белого цвета, в которую тонкой струей добавляют ДЦУ и остальное количество воды (при температуре 30——35 ℃), необходимой для приготовления определенного объема замасливателя. Готовый замас- ливатель фильтруют через бязевый фильтр в расходный бак. Во время хранения замасливатель непрерывно перемешивают (скорость вращения мешалки 30—40 об/мин). Используют замасливатель при температуре 35—40 ℃.
ПРЯМЫЕ ЗАМАСЛИВАТЕЛИ
Для прочной связи на границе раздела стеклянное волокно —— связующее волокна обрабатываются кремнийорганическими соединениями ——аппретами.
Аппрет характеризуется органическими функциональными группами, способными образовывать химические связи с полимерными связующими, и силановыми группами, которые гидролизуются до силанольных п взаимодействуют с гидроксильными группами на поверхности стеклянного волокна.
Волокна обрабатывают аппретами в процессе выработки волокна, добавляя их в состав замасливателя или пропитывая стеклянное волокно водными растворами аппретов после удаления с поверхности стеклянной ткани «текстильного» замасливателя. Этот метод называется термохимической обработкой стеклянных тканей. 180
Способ модифицирования поверхности стеклянного волокна введением аппретов в замасливатель является более перспективным, чем термохимическая обработка, при которой необратимо снижается прочность стекловолокнистых материалов. Для большинства стеклопластиков, работающих при статических нагрузках на разрыв, это недопустимо. Кроме того, для термохимической обработки волокна необходимо специальное оборудование и дополнительные площади, а для нитей и жгутов такая обработка технологически неприемлема.
При введении аппретов в состав замасливателей волокна обрабатываются на существующем оборудовании, прочностные характеристики их не снижаются и обеспечивается хорошая смачивав- мость волокна связующим.
Замасливатели с добавкой аппретов получили условное название «прямых».
В качестве аппретов первоначально применяли хлорсиланы. Обработанное волокно использовалось главным образом для получения стеклопластиков на основе полиэфирных связующих. Однако хлорсиланы обладали рядом недостатков, которые следовало устранить. Поэтому были синтезированы новые аппреты ——волан и ряд этокспснланов, которые хорошо растворяются в воде, малотокспч- ны и не вызывают коррозии аппаратуры и оборудования. Так. например, в Советском Союзе синтезированы винилтриэтоксиэтоксисилан ГВС-9, впнплтриэтоксисплан ВТЭС, полидиметилполиме- тплвпнилциклосилоксан А-41. Применяются также продукты, выпускаемые зарубежными фирмами： винилтриметоксиэтоксисилан Л-172 (США) и Rhodorsil 3172 W (Франция).
Позднее бььч синтезирован наиболее эффективный для полиэфирных связующих продукт у-метакрилоксипропилтриметоксиси- лаш Z-6030, или А-174 (США).
При использовании эпоксидных, фенольных, эпоксифенольных и других связующих для обработки стеклянного волокна рекомендуется применять кремнийорганические амины общей формулы (NH)v[CH2CH2Si(OR)3]з—Особенно эффективны ми и наиболее распространенными представителями таких аминосиланов являются отечественный препарат АГМ-9, у-аминопропил триэтоксисил ан, А-1100 (США), Rhodorsil 3100 W (Франция).
Указанные амины обеспечивают высокие прочностные свойства стеклопластиков, однако они способствуют ускоренному отверждению эпоксидных связующих, поэтому применение их затруднительно при изготовлении стеклопластиков из предварительно пропитанных стекловолокнистых материалов (при сухом методе).
Кроме перечисленных аминосиланов при использовании эпоксидных связующих применяют и другие отечественные аминосиланы, например аминогексаметиленаминометилтриэтоксисилан АГМ-3 и диэтиламинометилтриэтоксисилан АДЭ-3, а также эпоксисиланы: эпоксипропоксипропилтриэтоксисилан ЭС-1 и у-глицидоксипропил- 邛кметокснсклан А-186 и А-187 (США).
Обработка стеклянного волокна аппретами, или прямыми замас- ливателями, только в некоторой степени уменьшает адсорбцию воды. Вследствие наличия в пленке замасливателя или аппрета большого числа параллельных спиралеподобных капилляров пленка все же остается проницаемой для отдельных молекул воды. При обычных температурах (в зависимости от относительной влажности) адсорбционная вода может покрывать поверхность чистого стекла пленкой толщиной от 1 до 20 и более молекул воды. Нижний предел адсорбции достигается при относительной влажности воздуха 30——5О°；о и температуре 20 ℃, верхний предел ——при относительной влажности 90—950；0.
Некоторые исследователи считают, что в результате аппретирования стеклянного волокна изменяется адсорбционная способность поверхности, а это может влиять на характеристики тонкого слоя полимерного связующего, непосредственно прилегающего к аппретированной поверхности стеклянного волокна, что, в свою очередь, приводит к изменению напряжений на границе раздела стекло——связующее. Однако большинство исследователей считает, что силановые аппреты более эффективны тогда, когда при прочной связи с пленкообразующим они сохраняют некоторую подвижность на поверхности стеклянного волокна и могут поэтому противостоять напряжениям, возникающим на границе раздела стекло——связующее в процессе полимеризации связующего.
Многочисленные экспериментальные данные, полученные при исследовании взаимодействия различных аппретов с поверхностью стеклянного волокна, позволяют сделать вывод о том, что роль аппретов не ограничивается только созданием эластичного полимерного слоя на границе раздела; происходит химическое взаимодействие между функциональными группами аппрета и полярными гидроксильными группами на поверхности стеклянного волокна.
На примере у-аминопропилтриэтоксисилана, который применяется для улучшения физико-механических свойств эпоксидных стеклопластиков и электрических свойств стеклотекстолитов марок СТ и СТЭФ, можно показать, как протекает реакция взаимодействия аппрета с поверхностью стеклянного волокна:
°、
в • —О—Si —ОН
/C2H5U\
О+ С2Н5О—Si—(CH2)3-NH2 一一
О—Si —OH
O~Si—О ОС2H5
—>o''3i—(CH2)3—N% + 2c2H50H
• ■ —О—Si—о
0/
Взаимодействие винилтриэтоксиэтоксисилана, который применяется для улучшения шрочностных свойств полиэфирных стеклопластиков, протекает по следующей схеме:
O^Si-OH с^ОС^О^
О+ С2Н5ОС2Н4О—Si—СН=СН2
O、Si—ОН С2H50c2Hq/
0—Si-0 OC2H4OC2H5
/ \, оSi—сн=сн2 + 2(c2H5)q
\ . /
• • —О— Si—О
Свободная аминогруппа в у-аминопропилтриэтоксисилане может вступать во взаимодействие с эпоксидными или эпоксифенольны ми связующими, а наличие винильной группы в винилтриэтоксиэтоксисилане или метакрильной группы в волане приводит к взаимодействию этих соединений с полиэфирной смолой.
За рубежом все армирующие материалы (стеклянные жгуты,, стеклянные холсты, жгутовые стеклянные ткани и др.) вырабатываются только с применением прямых замасливателей. В ЧССР на заводах стеклянного волокна при выработке стеклянных жгутов и жгутовых тканей одновременно используют несколько прямых замасливателей.
Все стеклянные ткани из крученых нитей в ЧССР вырабатываются с применением замасливателя типа 《парафиновая эмульсия» и затем подвергаются термохимической обработке.
На заводах стеклянного волокна в ГДР используются замасли- ватели 10 различных составов, в том числе два текстильных (ткани, обработанные текстильными замасливателями, затем подвергаются термохимической обработке) и восемь прямых силановых замасливателей (они применяются при выработке всех видов жгутовых стекловолокнистых материалов).
Во всех замасливателях, применяемых в ГДР и ЧССР, в качестве клеящего вещества используется поливинил ацетатная эмульсия. Эти замасливатели отличаются составом аппретов, вводимых в рецептуру замасливателей, и соотношением компонентов.
Составы прямых замасливателей приведены в приложении 1.
Наименование прямых замасливателей, ассортимент и назначение армирующих материалов, вырабатываемых отечественной промышленностью (с применением прямых замасливателей), приведены в приложении 2.
. 183
Характеристика компонентов прямых замасливателей
АГМ-9 /(у-аминопропилтриэтоксисилан) Y-NH2(CH,)3Si(OC2H5)3 — жидкость с температурой кипения 119—122 ℃ (при 29 мм рт. ст) или 79—80 ℃ (при 3 мм рт. ст.) и температурой вспышки 72 ℃; легко растворяется во всех органических растворителях, гидролизуется водой.
АГЛ1-9 должен удовлетворять следующим требованиям:
Внешний видБесцветнаяпрозрачная
жидкость
Плотность, г/сл3 0,9360—0,9470
Показатель преломления 1,4192——1,4220
Содержание аминогрупп,% 6,80—7,55
АГМ-3 (аминогексаметиленамииометилтриэтоксисилан) NH.,(CH2)6NHCH2 Si(OC9H5)з — прозрачная темно-коричневая жидкость со специфическим запахом аминов, гидролизуется водой.
АГМ-3 должен удовлетворять следующим требованиям：
Плотность, г/сл(3 0,945—0,965
Содержание, % двуокиси кремния 19,0—22,0
азота Неболее 10,0
общего хлора Неболее 0,5
АДЭ-3 (диэтиламинометилтриэтоксисилан) (C2H5)2NCH2Si(OC2H6)3 — бесцветная жидкость со специфическим запахом аминов, гидролизуется водой.
АДЭ-3 должен удовлетворять следующим требованиям：
Плотность, г/сл^ 0,900—0,918
Показатель преломления 1,4155——1,4180
Содержание, % двуокиси кремния 23,0—25,0
азота 4,5—5,7
общего хлора Ноболее 0,5
ЭС-1 (эпокси пропоксипропил триэтоксисилан)СН2—СН2—СН2——О'—СН2——
“CH? — CH2Si(OC2H5)3 ——бесцветная прозрачная жидкость, хорошо растворяется во всех органических растворителях и в слегка подкисленной дистиллированной воде.
ЭС-1 должен удовлетворять следующим требованиям：
Плотность, г/см3 1,0058—1,0070
Показатель преломления 1,4275—1,4280
Содержание, %'
двуокиси кремния-10,00—10,10
этоксильных групп 47,0—48,0
ДБС (дибутилсебацинат) C8H1G(COOC4H9)2 и ДБФ (дибутилфталат) СбН^СООС4H9)?. ДБС ~ сложный эфир нормального бутилового спирта и се- бациновой кислоты и ДБФ — сложный эфир нормального бутилового спирта и ортофталевой кислоты; прозрачные, однородные, маслянистые жидкости, не содержащие механических примесей, со слабым специфическим запахом.
ДБС и ДБФ применяются в качестве пластификаторов и должныДБС и ДБФ применяются в качестве пластификаторов и должнырять следующим требованиям:рять следующим требованиям:Плотность, г/сл13Кислотное число, мг КОНЧисло омыления, мг КОНСодержание пластификаторов, %, соответственно числу омыления ...Температура вспышки, ℃Плотность, г/сл13Кислотное число, мг КОНЧисло омыления, мг КОНСодержание пластификаторов, %, соответственно числу омыления ...Температура вспышки, ℃ДБСДБФ-сорт Iсорт IIНе менее 0,9330,9331,045Не более 0,100,150,15353—360353—360399—407Не менее 999999Не ниже 183183168ДБСДБФ-сорт Iсорт IIНе менее 0,9330,9331,045Не более 0,100,150,15353—360353—360399—407Не менее 999999Не ниже 183183168удовлетв о-удовлетв о-
ДБС и ДБФ применяются в качестве пластификаторов и должны
ДБС и ДБФ применяются в качестве пластификаторов и должны
рять следующим требованиям:
рять следующим требованиям:
Плотность, г/сл13
Кислотное число, мг КОН
Число омыления, мг КОН
Содержание пластификаторов, %, соответственно числу омыления ...
Температура вспышки, ℃
Плотность, г/сл13
Кислотное число, мг КОН
Число омыления, мг КОН
Содержание пластификаторов, %, соответственно числу омыления ...
Температура вспышки, ℃
ДБС
ДБФ-
сорт I
сорт II
Не менее 0,933
0,933
1,045
Не более 0,10
0,15
0,15
353—360
353—360
399—407
Не менее 99
99
99
Не ниже 183
183
168
ДБС
ДБФ-
сорт I
сорт II
Не менее 0,933
0,933
1,045
Не более 0,10
0,15
0,15
353—360
353—360
399—407
Не менее 99
99
99
Не ниже 183
183
168
удовлетв о-
удовлетв о-
ТЭГ-1 — водорастворимая эпоксидная смола, получается конденсацией триэтиленгликоля и эпихлоргидрина в присутствии сухой щелочи. Смола ТЭГ-1 должна удовлетворять следующим требованиям:
Вязкость при 25 ℃, сст Неболее 100
Содержание, %
эпоксидных групп Неменее19
органического хлора Неболее2,5
летучих Неболее2,5
Спирт поливиниловый (ПВС)——порошок белого или слегка желтоватого цвета. В зависимости от физико-химических свойств поливиниловый спирт выпускается следующих марок: ПВС-1, ПВС-2, ПВС-3, ПВС-4, ПВС-5.
Поливиниловый спирт перечисленных марок должен удовлетворять еле-
дующим требованиям：
ПВС-1ПВС-2ПВС-ЗПВС-4ПВС-5
Вязкость 4%-него раствора, спз ....
Растворимость в горячей воде, %.
pH
Содержание, % (не
6—99,1 — 1212,1 — 17 17,1—25 17,1—25,1
Не менее 9999999999
5—85—85—85—85—8
более)
ацетатных групп в сухом продукте
летучих веществ
33333
44444
Для замасливателей лучше всего применять поливиниловый спирт марки ПВС-4 или ПВС-5.
Волан-702 ——спиртовый раствор основной смешанной хромовой соли метакриловой и соляной кислот; жидкость темно-зеленого цвета с запахом спирта.
Волан-702 должен удовлетворять следующим требованиям:
Плотность,次炉 1,025—1,035
Растворимость в воде Полная
Содержание хрома, % 8,05—8,35
Г ВС-9 (винилтриэтоксиэтоксисилан) CH2=CHSi(OC2H4)3(OC2H5)3 — крем- нийорганический водорастворимый эфир, полученный этерификацией винил-- трихлорсилана и эпихлоргидрина; жидкость светло-желтого цвета.
ГВС-9 должен удовлетворять следующим требованиям：
ПолнаяНе менее 12Не ниже 38Не менее 7Не более 0,1ПолнаяНе менее 12Не ниже 38Не менее 7Не более 0,1Растворимость в воде (при разбавлении
Полная
Не менее 12
Не ниже 38
Не менее 7
Не более 0,1
Полная
Не менее 12
Не ниже 38
Не менее 7
Не более 0,1
Стабильность 5%-ного водного раствора, ч
Бромное число
Содержание, % кремния
хлора
ВТЭС (винилтриэтоксисилан) CH2=CHSi(OC2H5)3 — продукт взаимодействия винилтри хлор силана с этиловым спиртом (абсолюты ым); бесцветная жидкость со своеобразным запахом.
ВТЭС должна удовлетворять следующим требованиям:
Внешний вид 噥當鵰
ЖИДКОСТЬ
Плотность при 25°С, г/с^ 0,905—0,918
Показатель преломления 1,3960—1,3975
Молекулярная рефракция 49,5—51,5'
ПВАЭ (поливинилацетатная эмульсия)——продукт полимеризации винил- ацетата в водной среде в присутствии эмульгатора и инициатора; выпускается пластифицированная и непластифициров энная (поли винил ацетатную эмульсию пластифицируют дибутилфталатом). Пластифицированная поли вини л ацетатная эмульсия выпускается трех марок (в зависимости от вязкости): низковязкая (марка НВ), средневязкая (марка СВ), высоковязкая (марка ВВ).
Поливинилацетатная эмульсия должна удовлетворять следующим требованиям:Марка
НВСВВВ
Вязкая жидкость белого цвета. Внешний вид однородная,без комков
10—15
15—40
Не менее 40
5—9
10—20
Не менее 21
5—15-
5—15
5—15
4,5—6
4,5—6
4,5—6
0,8500,850Вязкость эмульсии, сек (по ВЗ-4) пластифицированной непластифицированной
0,8
50
0,8
50
Содержание пластификатора, % pH Содержание, % мономера сухого остатка
Триамон (метил-три-(оксиэтил)-аммонийметасульфат)
■(HOCH2CH2)3N 丁 CH3OSO7 — продукт взаимодействия триэтаноламина с
.СН3.
диметил сульфатом.
Прозрачная вязкая жидкостьбесцветная или бледно-желтогоцветаПолнаяНе более 0,014--6Прозрачная вязкая жидкостьбесцветная или бледно-желтогоцветаПолнаяНе более 0,014--6Триамон должен удовлетворять следующим требованиям:
Прозрачная вязкая жидкостьбесцветная или бледно-желтогоцвета
ПолнаяНе более 0,01
4--6
Прозрачная вязкая жидкостьбесцветная или бледно-желтогоцвета
ПолнаяНе более 0,01
4--6
Внешний вид
Растворимость в воде
Зольность, %
Содержание свободного триэтаноламина, %
Триамон обладает антистатическими свойствами. А-41 (полидиметилполиметилвинилциклосилоксан)
-СНз -Si—О_СНз-СНз -Si—О_СНз-СНз -—Si—О-СНз -—Si—Оmmгде 九=4;где 九=4;m =m =1.1.
-СНз -
Si—О_СНз
-СНз -
Si—О_СНз
-СНз -
—Si—О
-СНз -
—Si—О
m
m
где 九=4;
где 九=4;
m =
m =
1.
1.
А-41 ——прозрачная жидкость, бесцветная или светло-желтого цвета, должна соответствовать ТУ П-99—67 и удовлетворять следующим требованиям:
Плотность, з/с胞з 0,960—0,980
pH водной вытяжки Неменее 6
Бромное число Неменее 37
Содержание кремния, % Неменее 35
Приготовление прямых замасливателей
Приготовление замасливателя № 3 включает три стадии： приготовление продукта № 3 (100°/о-ной концентрации)； разбавление продукта № 3 (до 25°/0-ной концентрации); приготовление самого замасливателя.
Приготовление продукта № 3. В состав продукта № 3 входит 75°；о олеиновой кислоты и 25% триэтаноламина. Оба компонента тщательно перемешивают вручную в металлической посуде до появления пузырьков газа и образования густой массы желтоватого цвета. Массу нагревают до 170 СС и выдерживают при этой температуре 1 % не перемешивая, после чего охлаждают до комнатной температуры.
Готовый продукт № 3 должен иметь темный цвет и удовлетворять следующим требованиям:
Содержание, % олеиновой кислоты 4——6
азота2,67—2,70
Разбавление продукта № 3. Для получения продукта № 3 25%-ной концентрации необходимо к продукту № 3 100°/о-ной концентрации, взятому в количестве 25%, прилить ледяную уксусную кислоту (3,25%) и тщательно перемешать, затем приливать постепенно горячую воду (71,75%) и перемешивать до образования однородной густой массы желтого цвета.
Продукт № 3 25%-ной концентрации должен соответствовать, следующим требованиям:
Содержание, % азота 0,67—0,68
уксусной кислоты 30—3,2
Приготовление замасливатели. В 50%-ную поливинилацетатную эмульсию, которая является основным клеящим компонентом замасливателя, добавляют дибутилфталат и тщательно перемешивают, а затем растворяют в '/2 объема холодной воды.
Отдельно продукт № 3 (25°/о-ный) растворяют в четырехкратном объеме горячей воды (при 70——80 ℃) и полученный раствор добавляют в раствор поливинилацетатной эмульсии.
Винилтриэтоксисилан (ВТЭС) растворяют в холодной воде, подкисленной муравьиной кислотой (1:1), при интенсивном перемешивании и добавляют его в смесь разбавленной поливинилацетатной эмульсии с продуктом № 3. Туда же добавляют волан, предварительно растворив его в десятикратном объеме холодной воды. Смесь тщательно перемешивают, добавляют холодную воду (до заданного объема). Готовый замасливатель представляет собой однородную эмульсию слегка зеленоватого цвета； кислотное число его должно составлять 1,05—1,2.
Замасливатель можно применять и хранить в течение 2—3 суток только при непрерывном перемешивании^ К свежеприготовлен-
ному замасливателю разрешается добавлять 20% отработанного замасливателя (он должен быть предварительно профильтрован через бязевый фильтр).
Приготовление замасливателей № 28. Процесс включает три стадии: расплавление и эмульгирование смолы ПН-бп; растворение поливннилового спирта; смешение всех компонентов замасливателя.
Полиэфирную смолу ПН-бп, препараты ОС-20 и ДБС при непрерывном перемешиван'И'И .мешалкой (60 об/мин) нагревают в реакторе при 110——130 ℃ до полного расплавления смолы.
Расплавленную массу при температуре 80—90 ℃ подают в эмульгатор, в который предварительно заливают горячую воду (1:2) при 70 ℃. Смесь эмульгируют в течение 3—5 мин в эмульсаторе при перемешивании со скоростью 10 000 o6Imufl до получения однородной эмульсии кремового цвета. Эмульсию сливают в смеситель, оборудованный механической мешалкой (60 об/мин).
Отдельно в воде растворяют поливиниловый спирт (предварительно его заливают холодной водой в соотношении 1:9). Полное растворение поливинилового спирта производят в отдельном реакторе при температуре 70—80℃ и скорости вращения мешалки 〜60 об/мин.
В полученную эмульсию при перемешивании добавляют необходимый объем водного раствора поливинилового спирта (профильтрованного через марлевый фильтр), триамон и водный раствор ГВС-9. Содержимое смесителя доводят до требуемого объема холодной водой и перемешивают 5—10 мин.
Для приготовления водного раствора продукта ГВС-9 в него добавляют холодную воду (1 : 1) и интенсивно перемешивают или встряхивают смесь 15 мин.
Замасливатели № 28 можно хранить в течение 24 ч при непрерывном перемешивании или периодически включая мешалку через каждые 2 ч (после 2-часового стояния в замасливателе может появиться небольшой осадок, устраняемый перемешиванием).
Хранить и использовать замасливатель рекомендуется при комнатной температуре.
Приготовление замасливателя № 289. Приготовление замасливателя сводится к приготовлению эмульсии ДБС с ОС-20 и добавлению к ней водных раствооов полиэфирной смолы ПН-М, ДЦУ и ГВС-9. 1
ДБС с ОС-20 загружают в реактор с механической мешалкой и нагревают до 85—95 ℃, перемешивают (150—200 об/мин) до растворения ОС-20 в ДБС. Затем, не прекращая перемешивания, добавляют в реактор горячую воду (при температуре 75——85 ℃) в два раза больше суммарного объема ДБС и ОС-20. Перемешивание продолжают до получения однородной эмульсии белого цвета (〜15 мин).
В отдельных смесителях готовят водные растворы ДЦУ и смолы ПН-М, добавляя их в соотношении 1 : 2 в холодную воду при 188
перемешивании (60 об/мин). ГВС-9 растворяют так же, как и для замасливателя № 28. Затем из реактора в смеситель вливают полученную эмульсию и водные растворы ПН-М, ДЦУ, ГВС-9. Хо- % лодной водой доводят объем замасливателя до нужного объема, 3 снова перемешивают (〜 60 об/мин) в течение 10 мин.
Й Хранить замасливатель рекомендуется при комнатной темпера- туре не более 24 ч.
Приготовление замасливателя № 30. Приготовление замасли- вателя № 30 сводится к приготовлению эмульсии ДБС с препаратом ОС-20 и смешению полученной эмульсии с остальными водорастворимыми компонентами замасливателя.
Приготовление эмульсии. В реактср, оборудованный механической мешалкой, загружают расчетное количество ДБС и расплавленный препарат ОС-20 и при нагревании (70—80℃) смесь перемешивают до образования однородной массы (10——15 мин). Затем (также при перемешивании) в реактор добавляют горячую воду (70—80 ℃). Первые порции воды приливают очень медленно н хорошо смешивают с полученной однородной массой. Горячая вода добавляется до получения приблизительно 50%-ной эмульсии белого цвета, хорошо смешивающейся с водой (проба на разбавление) .Затем эмульсия охлаждается до комнатной температуры н может быть использована для приготовления замасливателя.
Если эмульгатор ОС-20 предварительно не расплавки, его загружают в реактор, помещенный в водяную баню при 70—80 ℃, расплавляют, а затем в него добавляют ДБС. Далее эмульсию готовят так же, как и с расплавленным препаратом ОС-20.
П р и г о т о в vi е н и е замасливателя. В смеситель заливают приблизительно половину объема воды, необходимой для приготовления заданного объема замасливателя, и добавляют ТЗГ-1 и ДЦУ. Содержимое смесителя перемешивается мешалкой до ^полного растворения компонентов. Затем в смесь вливают вод- нь苗 раствор ГВС-9 и тщательно перемешивают (ГВС-9 растворяют в воде так же, как для замасливателя № 289), добавляют эмуль- сн? ДБС и ОС-20. Полученный замасливатель разбавляют холодной водой до нужного объема и перемешивают.
Готовый замасливатель можно хранить в течение двух суток, постоянно перемешивая его тихоходной мешалкой (до 30 об/мин). Замасливатель необходимо перемешивать и использовать при температуре, не превышающей 35 ℃. При перегреве замасливателя возможно его расслоение. К свежеприготовленному замасливателю разрешается добавлять 20% отработанного замасливателя, предварительно профильтрованного.，
В замасливателе № 30 вместо водорастворимой смолы марки ТЗГ-1 допускается применять полиэфирную бесстирольную смолу марки ПН-6п, но приготовление замасливателя в этом случае изменяется. Смола ПН-бп расплавляется и эмульгируется так же, как п при приготовлении замасливателя № 28, но затем в смесп- тель, в котором находится водный раствор ДЦУ и ГВС-9, добав-
ляют эмульсию смолы ПН-бп. Замасливатель разбавляют водой до нужного объема и тщательно перемешивают.
Приготовление замасливателя А-41. Для приготовления замас- лпвателя А-41 расплавленный препарат ОС-20, А-41 и ДБС загружают в эмульсатор, вращающийся со скоростью 3000 об/мин или 1000 об/мин. Затем при включенном эмульсаторе туда же медленно заливают горячую воду. Перемешивание продолжают до образования однородной эмульсии белого цвета, хорошо смешивающейся с водой (проба на разбавление).
В полученную эмульсию при перемешивании добавляют ДЦУ, предварительно растворенный в холодной воде в соотношении 1 : 1. Замасливатель разбавляют холодной водой до нужного объема и тщательно перемешивают.
Условия использования и хранения замасливателя А-41 те же, что и замасливателя № 30.
Приготовление замасливателя № 78. Приготовление замасливателя № 78 сводится к приготовлению эмульсии ДБС с препаратом ОС-20 и смешению ее с водными растворами остальных компонентов замасливателя.
Эмульсия ДБС с препаратом ОС-20 приготавливается так же, как для замасливателей № 30 и А-41.
Водные растворы всех остальных компонентов замасливателя готовят следующим образом.
В отдельных смесителях растворяют в холодной воде в соотношении 1 ： 10 ТЭГ-1, ДЦУ, волан. АГМ-9 растворяют в таком же объеме холодной воды, подкисленной уксусной кислотой. В смеситель при перемешивания (〜60 об1мин) вливают полученную эмульсию ДБС с ОС-20, а затем последовательно водные растворы ТЭГ-1, ДЦУ, волан и АГМ-9.
Замасливатель разбавляют холодной водой до нужного объема и перемешивают. Условия применения и хранения замасливателя № 78 те же, что и замасливателей № 30 и А-41.
В замасливатель № 78 вместо АГМ-9 разрешается вводить другие аминосодержащие силаны.
Приготовление замасливателя № 80. Процесс приготовления замасливателя сводится к приготовлению эмульсии ДБС и смешению ее с водным раствором остальных компонентов замасливателя.
Эмульсия ДБС с препаратом ОС-20 (0,9%) приготавливается так же, как и для описанных выше замасливателей. Отдельно растворяют в четырехкратном объеме горячей воды расплавленный ОС-20 (0,2%) для стабилизации латекса, охлаждают раствор, давая ему постоять или добавляя холодную воду, и при непрерывном перемешивании вводят необходимое количество латекса.
В 1/4 объема холодной воды, необходимой для приготовления замасливателя, растворяют ДЦУ и ТЭГ-1, туда же добавляют половину требуемого количества уксусной кислоту. В другой 1/4 объема холодной воды растворяют АГМ-9, вливают этот раствор в воду небольшой струей при постоянном перемешивании, после чего
в полученный раствор добавляют остальное количество уксусной кислоты.
После тщательного перемешивания полученный раствор небольшой струей (при перемешивании) добавляют к водному раствору ДЦУ и ТЭГ-1, а затем водный раствор всех компонентов небольшой струен при тщательном перемешивании добавляют к ранее приготовленной смеси латекса с эмульсией ДБС; холодной водой замасливатель доводится до нужного объема и снова тщательно перемешивается.
Замасливатель № 80 используют и хранят в тех же условиях, что и ранее описанные замасливатели.
Приготовление замасливателя № 652. Приготовление замасливателя № 652 сводится к приготовлению эмульсии ДБС с препаратом ОС-20 и к смешению полученной эмульсии с водным раствором АГМ-3. Эмульсия ДБС с ОС-20 готовится по методике, описанной для замасливателя № 30.
В связи со способностью продукта АГ?Л-3 быстро гидролизоваться в присутствии небольшого количест1за влаги отмерять его необходимо сухим мерником и медленной струйкой при постоянном тщательном перемешивании добавлять в половинный объем холодной воды, необходимой для приготовления определенного объема замасливателя. Затем в полученный водный раствор АГМ-3 добавляют необходимое количество эмульсии ДБС с препаратом ОС-20, смесь разбавляют водой до нужного объема и тщательно перемешивают. Замасливатель № 652 применяют и хранят в тех же условиях, что и предыдущие прямые замасливатели.
Приготовление замасливателя № 752. Замасливатель № 752 готовится по той же технологической схеме и в той же последовательности, что и замасливатель № 78, если в его состав входит продукт АГМ-9.
Приготовление замасливателя № 270. Приготовление замасливателя № 270, как и других прямых замасливателей, сводится к приготовлению эмульсии ДБС с препаратом ОС-20 и к смешению полученной эмульсии с другими водорастворимыми компонентами замасливателя. Эмульсия ДБС с ОС-20 готовится, как описано выше.
Растворение продукта ЭС-1. В смеситель заливают 2/з объема холодной воды, необходимой для приготовления заданного объема замасливателя, затем туда же медленно ；при перемешивании (60 об/мин) добавляют ДЦУ, волан и продукт ЭС-1. ЭС-1 предварительно растворяют в этиловом спирте (1 : 1) и водном растворе (0,1 %) ОС-20, перемешивают в эмульсаторе (3000— 10 000 об/мин) и полученный раствор добавляют в смеситель. Перемешивание продолжается 15——20 мин, после чего добавляют эмульсию ДБС с ОС-20, водой доводят до необходимого объема и перемешивают полученный замасливатель.
Условия применения и хранения замасливателя № 270 те же, что и предыдущих прямых замасливателей. '
Оборудование для приготовления замасливателеи
Прямые замасливатели приготавливают на типовом оборудовании (смесители без обогрева с якорными мешалками), выпускаемом по каталогам НИИХИММАШ или Ленхимпищекомбината. В связи с тем что все прямые замасливатели имеют кислую или слабокислую реакцию, оборудование для их приготовления и коммуникации для подачи замасливателеи к электропечам выполняются из нержавеющей стали. Компоненты замасливателеи дозируют с помощью весовых или объемных мерников.
Для получения эмульсий применяют реакторы с обогревом, оборудованные механическими якорными или пропеллерными мешалками, вращающимися со скоростью 60—300 об/мин. При получении эмульсии продукта А-41 используют эмульсатор, вращающийся со скоростью 3000 об/мин.
Гигиена труда и техника безопасностипри работе с прямыми замасливателями
Прямые замасливатели, как правило, содержат кремнийорга- нпческпе соединения, более токсичные, чем другие компоненты за- масливателей.
Все прямые замасливатели, кроме замасливателя № 652, мало- токсичны и разрешены для применения в производстве стеклянного волокна. Для использования замасливателя № 652 требуется оборудовать специальный участок.
Однако повышенная температура, при которой вырабатывается стеклянное волокно, в сочетании со стеклянной пылью может вызвать раздражающее действие прямых замасливателеи на кожу и слизистые оболочки. Поэтому при работе с прямыми замасливателями необходимо соблюдать все требования техники безопасности и гигиены труда, рекомендованные Институтом гигиены труда п профзаболеваний АМН СССР.
Токсико-гигиенические характеристики замасливателей. Все замасливатели, кроме замасливателя № 652, можно отнести к малотоксичным веществам. Многократное введение замасливателей в желудок подопытных животных не вызывало их гибели.
При длительном ежедневном действии замасливателей на кожу наблюдается незначительная сухость кожи и раздражение; при действии на глаза ——быстро проходящее легкое раздражение.
Требования к производственным помещениям. Помещения, в которых применяются замасливатели, должны соответствовать действующим санитарным нормам проектирования промышленных предприятий СН-245——71.
Помещения должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей воздушное душирование рабочего места оператора. Эффективность работы вытяжной вентиляции систематически проверяется анализом воздуха на содержание паров отдельных компонентов замасливателей или продуктов их разложения.
В летнее время производится естественное проветривание, поэтому оконные проемы производственных помещений должны легко открываться.
В производственных помещениях должны быть установлены умывальники для мытья рук, а также фонтанчики типа питьевых для промывания глаз в случае попадания в них капель замасли- вателя; там же должны находиться мыло и полотенца или бумажные салфетки. В рабочих помещениях, где применяются прямые замасливатели, прием и хранение пищи запрещены. Рабочие помещения следует ежесменно убирать влажным способом.
Техника безопасности при приготовлении замасливателей. Приготовление прямых замасливателей необходимо производить в отдельном от электропечей помещении, оборудованном зффектнв~ ной приточно-вытяжной вентиляцией, в специальных эмалированных емкостях или емкостях из нержавеющей стали, снабженных механическими мешалками.
Все компоненты замасливателей должны поступать в таре, соответствующей ГОСТ или ТУ. Для хранения компонентов замасливателей необходимо иметь отдельный склад. Суточный расход компонентов можно хранить в отделении приготовления замасливателей.
Для дозирования кремыийорганических соединений необходимы закрытые дозирующие устройства； дозирование разрешается вручную в резиновых перчатках и под тягой.
Подача замасливателей в расходные бачки электропечей долж- на производиться ценгр а л и зов а ни о и по закрытым трубопроводам. Если применяются небольшие количества, разрешается подача замасливателей в расходные бачки в переносных закрытых емкостях.
Подачу замасливателей на лоток нитесборника необходимо отрегулировать так, чтобы он поступал непрерывной топкой струйкой. Подкладочный материал на замасливающем ролике должен быть подогнан по ширине ролика для того, чтобы избыток замасливателей не разбрызгивался. Излишки замасливателей обязательно собирать в каплесборники для централизованного отвода их по закрытым коммуникациям. На дне кожуха наматывающего аппарата должен быть предусмотрен лоток для сбора отходов замасливателей, образующихся при вибрации стеклянной нити в процессе ее намотки на бобины.
Оборудование, загрязненное замасливателями, следует периодически чистить и не допускать налипания большого количества замасливателей.
Меры личной гигиены. Всем работающим с замасливателями необходимо тщательно соблюдать правила техники безопасности и личной гигиены, особенно операторам, обслуживающим СПА, так как их работа связана с большим числом ручных операций и непосредственным контактом с замасливателями при вытягивании волокна. В течение рабочего дня рекомендуется периодически мыть лицо и руки водой и обтирать их чистым полотенцем, лучше одноразового пользования. Перед едой необходимо тщательно вымыть руки с мылом. После окончания работы следует принять душ, тщательно вымыть руки, обтереть их полотенцем, а затем смазать мягкой жирной мазью на основе ланолина, вазелина или касторового масла. При попадании замасливателя в глаза их следует немедленно промыть водой из фонтанчика, а затем обратиться в здравпункт.
Работающие с замасливателями должны быть обеспечены спецодеждой в соответствии с действующими нормами. Менять спец- одежду нужно не реже одного раза в неделю, предприятие должно организовать стирку ее механическим способом.
Медицинское обслуживание. К работе с прямыми замасливателями допускаются лица, прошедшие предварительный медицинский осмотр и получившие разрешение врача. Противопоказаниями для допуска к работе с прямыми замасливателями являются: кожные и аллергические заболевания (дерматит, экзема, крапивница, сенная лихорадка, бронхиальная астма и др.), хронические заболевания верхних дыхательных путей и слизистых оболочек глаз и болезни крови.
Все работающие с прямыми замасливателями должны проходить не менее одного раза в год периодический медицинский осмотр. Лица, у которых при работе с замасливателями возникают стойкие кожные заболевания, подлежат немедленному переводу на другую работу.
Инструктаж. Администрация предприятия, на котором производятся работы с прямыми замасливателями, обязана разработать инструкции по технике безопасности и промсанитарии примени- тельно к данным производственным условиям и проводить инструктаж всех работающих в соответствии с положением о порядке подготовки персонала к самостоятельной работе. Не реже одного раза в год должны проверяться знания по технике безопасности и промсанитарии; обязательна соответствующая запись в специальном журнале или в личной карточке инструктажа.
РАЗДЕЛ III
ТЕКСТИЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА СТЕКЛЯННЫХВОЛОКОН И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙНА ИХ ОСНОВЕ
Среди искусственных и синтетических волокон, вырабатываемых в нашей стране, стеклянное волокно занимает особое место. Стеклянному волокну ——материалу неорганического происхождения —— присущи такие свойства, которыми не обладают никакие волокна органического происхождения. Эти свойства стеклянного волокна определяются прежде всего свойствами стекла, из которого оно вырабатывается. Кроме того, стеклянное волокно обладает специфическими свойствами, обусловленными его весьма малым диаметром.
Технологический процесс текстильной переработки стеклянного волокна включает кручение основных и уточных нитей, перематывание крученых нитей (в случае необходимости), получение бобин крестовой намотки массой 2——2,5 кг, снование основ и пробирание основных нитей, выработку тканей и лент и их разбраковку.
Из цеха электропечей нить на бобинах, пройдя промежуточный склад, поступает на размоточно-крутильные машины, где она разматывается, скручивается и наматывается на бумажные патроны； после первой крутки нить поступает на тростильно-крутильные машины, где отращивается и скручивается в напр явлении, обратном направлению первой крутки, и наматывается на бумажные патроны (нить для основы и товарная нить) или на деревянные шпули (нить для утка).
Скрученные основные нити с крутильных машин непосредственно на початках поступают на сновальные машины, на которых они устанавливаются в шпулярнике (сновальной рамке). Со шпуляр- ника нити, находящиеся под определенным натяжением, наматываются последовательно лентами на сновальный барабан, а затем все одновременно перевиваются на ткацкий навой. Основа на на- воях поступает в проборпый отдел для продирания нитей в ламели, ремиз и бердо ткацкого станка; эта трудоемкая операция выполняется ручным способом.
Пробранные основы устанавливаются на ткацкие станки, и из них вырабатываются ткани или ленты. Если применяется некру- 13* 195
ченый уток, он при выработке тканей наматывается на уточные шпули на уточно-перемоточном автомате, а при выработке лент прокладывается рапирами непосредственно с бобин. Наработанная ткань и лента поступают в мерильно-браковочный отдел для контроля качества, чистки и закатки в рулон, после чего ткань и лента отправляются потребителям.
ГЛАВА 11
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛЯННОГОВОЛОКНА
машинах и стан-машинах и стан-Технологические характеристики стеклянной нити, к которым относятся: диаметр стеклянного волокна, толщина, прочность и удлинение при растяжении, жесткость при изгибе и кручении, коэффициенты трения при взаимном скольжении по различным конструкционным материалам, хрупкость при изгибе ——определяют способность нити к текстильной переработке на
машинах и стан-
машинах и стан-
ках, их конструкцию и режим работы.
Для TeKCTHvibHOH переработки пригодны стеклянные волокна диаметром 3—14 мкм, т. е. очень тонкие волокна по сравнению с природными волокнами (шерсть ——25——65 мкм; шелк——t5—— 25 мкм, хлопок ——15——30 мкм).
Прочность (предел прочности при растяжении) стеклянных нитей значительно выше, чем прочность ннтеН органического происхождения. Например, нить из искусственного волокна толщиной 18 текс имеет прочность 230——250 ес, а стеклянная нить такой же толщины——1000 гс. В связи с тем что стеклянная нить достаточно прочна, ее можно без кручения применять для изготовления изделий.
Удлинение стеклянной нити максимально в момент ее разрыва и составляет I——3,5% в зависимости от толщины и крутки нити. Удлинение для других видов волокон составляет 5—-40%. Удлинение нити определяет ее работоспособность.
Малое удлинение стеклянной нити следует учитывать при текстильной переработке. Если синтетическая нить, проходя по рабочим поверхностям, на которых имеются заусенцы, может натянуться, удлиниться и соскочить с заусенцев, то стеклянная нить е этих условиях обрывается. Поэтому необходимо тщательно обрабатывать рабочие поверхности машин, с которыми соприкасается стеклянная нить.
волокнсволокнсГибкость ——способность волокна деформироваться под влиянием приложенного изгибающего усилия. Стеклянное имеет сравнительно малую гибкость, что является его с^^ществен- ным недостатком. Гибкость волокна обратно пропорциональна его диаметру.
волокнс
волокнс
Жесткость волокна ——это способность сопротивляться изгибу; она пропорциональна дкамбтру волокна.
Стеклянное волокно обладает большой жесткостью. В силу этого стеклянные нити после первого кручения стремятся раскрутиться, образовывают петли; степень крутки стеклянных нитей должна быть небольшой, чтобы предотвратить их разрушение; кроме того, стеклянные нити нельзя связывать узлом.
Коэффициент трения 卩 стеклянной крученой нити значительно ниже коэффиционтов трения нитей из других текстильных материалов.
Коэффициент трения 卩 некоторых волокон: Хлопчатобумажная пряжа 0,4——0,5
Шерсть 0,4—0,9
Стеклянная нить на замасливателе 《парафи-
новая эмульсия» 0,151
С увеличением степени крутки от 100 до 200 кручений1м коэффициент трения стеклянной нити увеличивается на 20%, а при увеличении степени жрутки до 300 кручений/м—'на 50——60%. При разном направлении крутки двух нитей коэффициент трения снижается.
ГЛАВА 12 .
РАЗМОТКА, КРУЧЕНИЕ И ТРОЩЕНИЕСТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КРУЧЕНИИ И НАМОТКЕСТЕКЛЯННОЙ НИТИ
Под кручением любого волокнистого материала понимают сообщение ему деформации, в результате которой каждое поперечное сечение волокнистого материала поворачивается относительно соседних сечений на некоторый угол, причем направление поворота одинаково по всей длине.
За единицу крутки в метрической системе принимают число кручений на метр или на сантиметр длины волокнистого материала. При кручении на машине один конец нити прижимается в выпускном приборе или в точке схода с бобины (на машине РКС-83), другой вместе с бегунком вращается вокруг веретена, по кольцу.
Таким образом, за один оборот бегунка нити сообщается одно кручение. Движение бегунка по кольцу осуществляется за счет натяжения нити при вращении веретена. Бегунок вращается с боль-
°ВЬ1П〃ВЫП°ВЬ1П〃ВЫП(12.1)(12.1)шой скоростью /紀，которая равна
°ВЬ1П〃ВЫП
°ВЬ1П〃ВЫП
(12.1)
(12.1)
几6 =мb
где /гв ——скорость вращения веретена, об/мин-, £)ВЬ1П——диаметр выпускного прибора, мм; /?ВЬ]П — скорость вращения выпускного прибора, o6jмин\ dH —— диаметр намотки (в начале намотки ——диаметр патрона), мм.
Размотка и кручение производятся для получения стеклянной нити необходимой толщины на наиболее удобной по форме и массе паковке, и для улучшения технологических свойств нити.
При первом кручении стеклянной нити, состоящей из параллельно ориентированных волокон, крутку воспринимает не только скручиваемая ннть, но и каждое волокно в отдельности. После первого кручения стеклянные волокна располагаются по винтовым линиям переменного радиуса с постоянным шагом, т. е. волокна в нити переходят из наружных слоев нити во внутренние и наоборот.
В результате второго кручения стеклянной нити (одновременно со сложением) в обратном направлении по отношению к первому нить в целом приобретает крутку, а нити первого кручения и во~ локна, составляющие их, соответственно теряют такое число кручений, какое получает нить. В стеклянной нити, компенсированной по крутке, волокна располагаются то винтовым линиям, шаг ко- Topbix постоянен п равен шагу кручения. При расположении волокон и нитей по винтовой лзшип они скрепляются н уплотняются, причем с увеличением степени крутки п диаметра волокна плотность стеклянной нити возрастает. Это объясняется увеличением радиальных усилий между волокнами нити при крутке, а также повышенной жесткостью волокна большого диаметра.
Площадь поперечного сечения, диаметр нити, диаметр крученой стеклянной нити зависят от ее толщины и плотности. Зависимость этих величин может быть выражена следующими формулами:
S = Тообр- (12.2)
厶/爲F(12・3)
где S — площадь поперечного сечения стеклянной нити, мм2; Т — толщина нити, текс-, р — плотность нити, г^с^\ d^ — диаметр нити, мм\ </кр>н — диаметр крученой нити, мм. '
Влияние процесса кручения на прочность стеклянной нити. При кручении одиночной стеклянной нити до 150 кручений/м ее прочность не изменяется, а при дальнейшем кручении прочность нити уменьшается. После второго кручения (со сложением) прочность стеклянной нити повышается до определенного предела, затем снижается.
Критическое значение крутки, при котором прочность стеклянной нити максимальна, находится в интервале 200——350 кручений/м и зависит от толщины нити и диаметра волокна, образующего нить. Прочность крученой стЭ|Клямной нити зависит от прочности исходных нитей, но не равна суммарной их прочности.
198
Факторы, влияющие на прочность крученой нити:
Разнопрочность нитей, составляющих крученую нить. Когда растягивающая нагрузка воспринимается нитями равномерно, пер- ВЬ1Ми рвутся более слабые нити, и вся нагрузка воспринимается меньшим числом нитей; следовательно, разрывная нагрузка крученой нити должна быть меньше суммарной прочности нитей, под- вергающихся кручению.
Коэффициент использования прочности нитей, входящих в крученую нить, обусловлен разной прочностью каждой нити, он тем ниже, чем больше число сложений нити при кручении и чем выше неровнота (коэффициент вариации) этих нитей по прочности. Для ннтн в восемь сложений (из волокна диаметром 5—7 мкм) коэффициент использования прочности стеклянных нитей достигает 0,85.
Разная длина нитей. В процессе сложения нитей при кручении каждая из них имеет свое натяжение, поэтому в зону кручения поступают нити разной длины. Чем больше нити отличаются по длине, тем меньше коэффициент использования прочности этих нитей. При воздействии на крученую стеклянную нить растягивающей нагрузки первыми порвутся более короткие нити, после чего нагрузка будет восприниматься меньшим числом нитей.
Повреждаемость нитей. В процессе прохождения стеклянных нитей по нитенаправляющим крутильной машины отдельные волокна обрываются, и прочность нитей снижается. Коэффициент использования прочности нитей в крученой стеклянной нити, обусловленный повреждаемостью нитей, составляет 0,88——0,99.
Отрицательное влияние каждого из перечисленных факторов можно уменьшить и, таким образом, увеличить коэффициент прочности нитей, входящих в крученую нить, совершенствуя технологический процесс кручения.
Направление крутки. Различают крутку правого и левого направления. При правой крутке стеклянной нити витки идут снизу вверх слева наира归о； она условно обозначается буквой Z.
При левой крутке витки идут снизу вверх справа налево; такая крутка условно обозначается буквой S. Крутка правого направления получается при вращении веретена по часовой стрелке (если смотреть на него сверху), левого направления — при вращении веретена против часовой стрелки. В промышленности стеклянного волокна первая крутка принята левого направления, вторая——правого.
Намотка крученой стеклянной нити. Одновременно с кручением стеклянная нить наматывается на бумажный патрон или деревянную шпулю. Веретено, вращаясь, тянет за собой нить, которая, в свою очередь, тянет за собой бегунок. Под действием веса бегун- ка возникает центробежная сила, которая прижимает бегупок к кольцу. Возникающее трение вызывает торможение движения бе- гунка, и число его оборотов уменьшается, ь результате пить наматывается на патрон, надетый на веретено. Натяжение нити на вы- х(до из выпускного прибора при намотке находится в непосредст- 199
венной зависимости от веса бегунка, а также от квадрата числа оборотов веретена в 1 мин. Натяжение нити за один оборот бегунка подвержено значительным колебаниям. Эти изменения натяжения происходят периодически в течение съема и даже в течение одного хода кольцевой планки. Кроме того, наблюдаются периодические
0秋，以
кратковременные максимумы натяжения (напрнмер, при заклннн- вании бегунка на кольце).
Причиной повышения или понижения натяжения нити является трение бегунка о кольцо даже при хорошо очищенных кольцах. 200
Амплитуда колебания натяжения нити за один оборот бегунка составляет 20——40% от среднего натяжения. При нормальной работе наибольшее натяжение нити наблюдается при намотке на верхний конус початка.
веретен:
/ — шпиндель веретена; 2 — втулка; 3 — гнездо.
В непосредственной зависимости от веса бегунка находится плотность намотки стеклянной нити на початок, которая выражается отношением массы стеклянной нити к объему намотки и зависит от плотности самой нити и плотности ее намотки на по-
201
Веретено. ВВеретено. Вверетено.веретено.Рис 12.2. Патроны н шпули, применяемые на крутильных машинах:Рис 12.2. Патроны н шпули, применяемые на крутильных машинах:о — бумажный патрон дд% веретена ВН-50-2с； б — бумажный армированный патрон для ве- ретсна ВН-42-2с: s — бумажный патрон для веретен ВНТ-32-2 н ВН-36-2с; г — деревянная шпуля для веретена ВУ-32-14&о — бумажный патрон дд% веретена ВН-50-2с； б — бумажный армированный патрон для ве- ретсна ВН-42-2с: s — бумажный патрон для веретен ВНТ-32-2 н ВН-36-2с; г — деревянная шпуля для веретена ВУ-32-14&
Веретено. В
Веретено. В
веретено.
веретено.
Рис 12.2. Патроны н шпули, применяемые на крутильных машинах:
Рис 12.2. Патроны н шпули, применяемые на крутильных машинах:
о — бумажный патрон дд% веретена ВН-50-2с； б — бумажный армированный патрон для ве- ретсна ВН-42-2с: s — бумажный патрон для веретен ВНТ-32-2 н ВН-36-2с; г — деревянная шпуля для веретена ВУ-32-14&
о — бумажный патрон дд% веретена ВН-50-2с； б — бумажный армированный патрон для ве- ретсна ВН-42-2с: s — бумажный патрон для веретен ВНТ-32-2 н ВН-36-2с; г — деревянная шпуля для веретена ВУ-32-14&
чатке. Плотность намотки (в г/см3) может быть подсчитана по формуле
т
Р = ~(12.5)
где т ——масса стеклянной нити на початке; V — объем намотки стеклянной нити на початке.
Плотность намотки имеет большое значение при дальнейшей переработке, упаковке, хранении и транспортировке. Чем толще нить, тем менее плотна намотка ее на початок. Плотность намотки стеклянных нитей толщиной 6,8 и 13 текс составляет 1,4——1,5 г/сж3 (что соответствует 60—70 условным единицам показания денсиметра системы ЦНИИЛВ), нитей толщиной 108 и 200 текс — от 1 до 1,2 г/см3. На уточную шпулю стеклянная нить наматывается с плотностью до 2 г/см3.
Крутильно-мотальный механизм. Для кручения стеклянной нити и намотки ее на паковку, удобную для транспортировки и дальнейшей переработки, служит крутильно-мотальный механизм, который состоит из веретена, кольцевой планки с кольцами и бегунками, нитепроводника с клапанами, нитеразделителей и механизма подъема кольцевой планки.
промышленности стеклянного волокна применяются веретена следующих марок: ВНТ-28-4, ВНТ-32-2, ВНТ-45-2, ВН-36-2с, ВН-42-2& ВН-50-2с, ВУ-32-14с.‘
Марка веретена расшифровывается следующим образом:
В — веретено； Н — с насадкой; Т — наличие тормозка; У — под уточную шпулю； 28, 32, 45 н т. д.—— диаметр блочка веретена,初川；2, 4 и т. д.—— сферическая втулка (печстные цифры ——цилиндрическая втулка); с ——специальное
Веретено состоит из трех частей (рис. 12.1): собственно веретена, или шпинделя с блочком, втулки и гнезда. Шпиндель вере- 202
тена изготавливается из специальной стали и состоит из верхней и нижней (ЖОСТ01В0Й) части. В отверстие веретенного бруса вставляется гнездо и закрепляется гайкой. Гнездо является резервуаром для веретенного масла. В гнездо вставляется втулка, а во втулку шпинде^пь. Гнездо имеет косеннм询 тормоз, который состоит из упора и выступа.
Рис. 12.3. Типы колец, применяемых на крутильных машинах, н их поперечные разрезы:
а. в — кольцо фланцевое типа КУ; б, г — крутильное кольцо типа КВ； / — кольцо; 2 — бегунок.
Для останова веретен ВНТ-28-4, ВЫТ-32-2, ВНТ-45-2 работница коленом нажимает на упор, тогда выступ тормоза прижимается к нижнему бортику веретена и оно останавливается. Для останова специальных веретен ВН-36-2с, ВН-42-2с, ВН 50-2& ВУ-32-14с имеется холостой блочек. При переводе тесьмы с рабочего блока на холостой веретено останавливается.
На размоточно-крутиьг1ьных и тростильно-крутильных машинах привод веретена осуществляется с помощью тесемочной передачи на четыре или на одно веретено от стального барабана или диска. Для веретен ВНТ-28-4, ВНТ-32-2, ВНТ-45-2, ВН-36-2с, ВН-50-2с применяют бумажные патроны (рис. 12.2, а,в)у для веретена ВН-42- 2с — бумажные армированные патроны с металлическими кольцами в верхней и нижней части (рис. 12.2,6), для веретена ВУ-32- 14c — деревянные шпули (рис. 12.2,г).
Кольца (рис. 12.3,о,6) изготавливают из углеродистой стали, кольца цементируют н закаливают, а затем полируют, добиваясь гладкой, зеркальной поверхности. Шероховатости и загрязнения на поверхности кольца затрудняют движение бегунка, и это приводит к увеличению обрывности.
Бегунок 2, вращаясь по кольцу /, под влиянием центробежной силы прижимается к внутренней стороне кольца, в результате поверхность кольца изнашивается, поэтому через определенные промежутки времени изношенные кольца заменяют новыми.
Рис. 12.4. Виды прядильных бегунков: а —■ стальные; б — анидные.
На размоточно-крутильных и тростильно-крутильных машинах для стзклянного волокна применяют прядильные ^кольца типа К и КУ и кротильные типа КВ. Кольцо типа К имеет горизонтальный бортик шириной 4±0,15 мм, а кольцо типа КУ ——шириной 3,25± 0,15 мм. Диаметр этих колец 32, 38, 51 и 57 мм. Кольцо типа КВ изготавливают высотой [6,5 мм и диаметром 75 и 96 мм.
Кольца смазывают вручную в соответствии с утвержденными правилами эксплуатации размоточно-крутильных и тростильнокрутильных машин. На крутильном оборудовании начали применять металлокерамические (порошковые) кольца; конструкция их аналогична конструкции колец К, КУ и КВ. Металлокерамические кольца изготавливают из прессованного ме^алляиескиг'и порошка. Поверхность такого кольца имеет микропоры, через которые при вращении бегунка происходит подсос смазки, вследствие этого на кольце имеется постоянная масляная пленка.
При использовании порошковых колец уменьшается обрывность и загрязненность стеклянной нити.
Бегунки. Для прядильных колец (стальных и порошковых) применяют прядильные стальные или анидные бегунки круглого сечения (рис, 12.4), для крутильных колец (стальных и порошковых) —крутильные стальные или анидные бегунки (рис. 12,5).
Прядильные стальные бегунки изготавливают из проволоки круглого 'сечения в виде малой и особо малой дужки.
В зависимости от массы стальные бегунки имеют разные номера. Номер прядильного бегунка численно равен массе 1000 бе- гунков, -выраженной в граммах.
Бегунки круглого сечен-ия особо малой дужки (о/д) выпускаются от № 8 до № 55. Бегунки круглого сечения малой дужки (м/д) выпускаются от № 24 до № 400.
Номер крутильного бегунка численно равен массе 100 бегунков, выраженной в граммах. Крутильные стальные бегунки круглого сечения для колец с высотой бортика 16,5 мм выпускаются от № 4 до № 75.
Стальные бегунки, применяемые при размотке и кручении стеклянных нитей, имеют небольшой срок службы (50——60 北)；после этого срока наблюдается повышенная обрывность и загрязненность нити продуктами износа кольца и бегунка. В связи с этим в промышленности стеклянного волокна начали применять бегунки из анида, выпускаемого в виде гранул. Масса анидных бегунков несколько отличается от массы соответствующих металлических бегунков.
Анидные бегунки имеют преимущества по сравнению со стальными: при их применении отсутствует ворсистость и загрязнение нити, понижается обрывность нитей, увеличивается срок службы бегунков (в 2——3 раза), достигается плотная намотка нити на початок.
^^^尸号^^ <
3
Рис. 12.5. Виды крутильных бегунков:а — стальные; б — анидные,
Анидные прядильные бегунки для колец КУ обозначаются условно А-№-3,25ПС и А-№-4,0ПС.
Марка анидного бегунка расшифровывается следующим образом:
А ——анидный; № ——номер бегунка; 3,25 ——ширина бортика кольца КУ, мм: 4 ——ширина бортика кольца К,朿胸；П ——прядильные (для колец с горизонтальным бортиком); С ——стеклянное волокно.
Прядильные анидные бегунки для колец КУ выпускаются от № 40 до № 320 (А-40-3,25ПС до А-320-3,25Г1С).
Крутильные анидные бегунки для колец КВ условно обозначаются А-№-16,5КС.
Ниже приводится расшифровка марки крутильного анидного бегунка для колец КВ:
А — анидный; № — номер бегунка; 16,5 — высота кольца КВ, мм; К ——крутильный (для колец с вертикальным бортиком); С ——стеклянное волокно.
Правильный выбор номера бегунка для определенной заданной заправки машины является довольно трудной задачей, требующей кроме теоретической подготовки большого опыта и хорошего знания размоточно-крутильных машин. При выборе бегунка соответствующего номера необходимо учитывать:
толщину нити, определяющую ее прочность (чем больше прочность, тем больше может быть натяжение нити);
свойства стекла и замасливателя;
диаметр кольца и диаметр патрона (чем больше диаметр кольца по сравнению с диаметром патрона, тем бегунок должен быть легче);
скорость веретен (при увеличении скорости следует применять более легкие бегунки);
высоту подъема кольцевой планки;
состояние поверхности колец；
атмосферные условия.
Бегунки для работы подбирают, исходя из практического опыта, потому что нельзя дать исчерпывающих указаний для их выбора. Следует также иметь в виду, что при применении слишком легких бегунков получается слабая намотка, а при применении слишком тяжелых бегунков наблюдается повышенная обрывность, которая влечет за собой снижение производительности машины.
РАЗМОТКА И ПЕРВОЕ КРУЧЕНИЕ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
Размотка стеклянной нити с бобин и первое ее кручение осуществляются в промышленности стеклянного волокна на кольце- крутильных машинах марки РКС-83 и РКС-83-1.
Машина РКС-83-1 является модернизированным образцом машины РКС-83. Обе машины предназначены для размотки нити толщиной 25——1,6 текс (А'м-40——600); бобины с нитью имеют принудительное вращение.
На некоторых заводах для размотки стеклянных нитей с одновременным сложением от 2 до 4 нитей применяются размоточно- тростильно-крутильные машины марки РТКС-198. На этих машинах стеклянные нити разматываются с неподвижных бобин.
По мере перехода промышленности стеклянного волокна на выработку стеклянных нитей на 400- и 800-фильерных сосудах с массой нити на каждой бобине 2——5 ^г будут применяться новые размоточно-крутильные машины.
Технические характеристики машин марок РКС-83, РКС-83-1, РТКС-198 приведены ниже:
РКС-83 и
РКС-83-1РТКС-198
Расстояние между центрами веретен, мм 83198
Число веретен на машине 72—36064—136
в звене 4824
Тип веретена ВНТ-32-2ВН-42-2С
ВНТ-28-4
Тип кольца Вид намотки Тип кольца Вид намотки Высота намотки, ммРазмах кольцевой планки, мм .... Скорость вращения веретен, об/мин . Толщина исходных нитей, текс ... Число сложенийТолщина вырабатываемых нитей, текс Степень крутки, кручений/м Направление крутки Привод веретенТип питающего прибораВысота намотки, ммРазмах кольцевой планки, мм .... Скорость вращения веретен, об/мин . Толщина исходных нитей, текс ... Число сложенийТолщина вырабатываемых нитей, текс Степень крутки, кручений/м Направление крутки Привод веретенТип питающего прибораКУ-57, КУ-51Коническая прослойка я или бес- прослойная180 (для ВНТ-28-4) 200 (для ВНТ-32-2)65—808 000—12 00025—1,661 25—1,66 50—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы начетыре веретенаБобинная рамка с бобинами, наса- женнымн на индивидуальные бо- бинодержатели, вращающиеся с постоянной угловой скоростьюКУ-57, КУ-51Коническая прослойка я или бес- прослойная180 (для ВНТ-28-4) 200 (для ВНТ-32-2)65—808 000—12 00025—1,661 25—1,66 50—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы начетыре веретенаБобинная рамка с бобинами, наса- женнымн на индивидуальные бо- бинодержатели, вращающиеся с постоянной угловой скоростьюКВ-75Коническая беспрослойная23060—855 000—6 00025—6,22—4100—2550—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы наодно веретеноБобинная рамка с бобинами, насаженными на неподвижные боби- нодержателиКВ-75Коническая беспрослойная23060—855 000—6 00025—6,22—4100—2550—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы наодно веретеноБобинная рамка с бобинами, насаженными на неподвижные боби- нодержатели
Тип кольца
Вид намотки
Тип кольца
Вид намотки
Высота намотки, мм
Размах кольцевой планки, мм .... Скорость вращения веретен, об/мин . Толщина исходных нитей, текс ... Число сложений
Толщина вырабатываемых нитей, текс Степень крутки, кручений/м Направление крутки Привод веретен
Тип питающего прибора
Высота намотки, мм
Размах кольцевой планки, мм .... Скорость вращения веретен, об/мин . Толщина исходных нитей, текс ... Число сложений
Толщина вырабатываемых нитей, текс Степень крутки, кручений/м Направление крутки Привод веретен
Тип питающего прибора
КУ-57, КУ-51
Коническая прослойка я или бес- прослойная
180 (для ВНТ-28-4) 200 (для ВНТ-32-2)
65—80
8 000—12 00025—1,66
1 25—1,66 50—300
Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы начетыре веретена
Бобинная рамка с бобинами, наса- женнымн на индивидуальные бо- бинодержатели, вращающиеся с постоянной угловой скоростью
КУ-57, КУ-51
Коническая прослойка я или бес- прослойная
180 (для ВНТ-28-4) 200 (для ВНТ-32-2)
65—80
8 000—12 00025—1,66
1 25—1,66 50—300
Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы начетыре веретена
Бобинная рамка с бобинами, наса- женнымн на индивидуальные бо- бинодержатели, вращающиеся с постоянной угловой скоростью
КВ-75Коническая беспрослойная
230
60—85
5 000—6 00025—6,2
2—4
100—25
50—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы наодно веретено
Бобинная рамка с бобинами, насаженными на неподвижные боби- нодержатели
КВ-75Коническая беспрослойная
230
60—85
5 000—6 00025—6,2
2—4
100—25
50—300Левое или правоеОт барабана с по-мощью тесьмы наодно веретено
Бобинная рамка с бобинами, насаженными на неподвижные боби- нодержатели
Размоточно-крутильная машина РКС-83
Стеклянная нить на машине РКС-83 разматывается в одно сложение с принудительно вращающихся бобин 9 (рис. 12.6), помещенных на бобинодержателе & Нить, проходя направляющий пруток 7 и нитепроводник 5, заправляется через бегунок 3, надетый на кольцо 2； на веретено / насаживается бумажный патрон 4, на который наматывается стеклянная нить первой крутки. Крученая нить наматывается на патрон вследствие отставания скорости вращения бегунка 3 от скорости вращения веретена.
Основными узлами размоточно-крутильной машины РКС-83 являются остов, привод, механизм передачи движения, бобинная рамка, крутильно-мотальный механизм.
Остов машины является основанием, на котором монтируются все части машины. Остов состоит из головной и хвостовой станин и промежуточных стоек. Станины и стойки скреплены цилиндровыми п веретенными брусьями с помощью болтов и штифтов.
Привод и механизм передачи движения. Машина приводится в движение от индивидуального мотора типа АОТ, от которого нерез клиноременную передачу движение передается главному валу машины. На главном валу размещены барабаны, от которых капроновой или хлопчатобумажной тесьмой шириной 12 мм (рис. 12.7) передается вращение веретенам, а через шестеренный механизм — на вал бобинной рамки.
Бобинная рамка является питающим аппаратом размоточнокрутильной машины РКС-83 и служит для установки бобин с нитью. Бобинная рамка состоит из стоек, на которых крепятся 207
Pik. 12,6. Поперечный разрез размоточно-крутильной машины марки РКС83: 7 — направляющийКОЛпруток；— б^ин од ер ж а т^т ь 5 ~рН Н ?боИ ^ °ДН И ^t'n $ 一 бобнннан рамка;
丿2 -Разделись: «лоЛьиевая*炉再配N鬻爲&武贅6 4盡窑 /7 — подшипник барабана,udpdudH,
брусья. В брусья устанавливаются подшипники валиков фрикционных механизмов и бобинодержателей. На валики ведущих фрикционных дисков устанавливаются блоки, на которые надевается лента привода бобинодержателей.
Принудительное вращение осуществляется следующим образом. Вдоль всей машины проходит вал привода бобинодержателей (рис. 12.8), получающий вращение через шестеренную передачу от мотора. Вал привода бобинодержателей (посредством винтовой пары шестерен Z22 и Z23 приводит в движение валик, на котором жестко посажен ведущий блок
(Оз = 140 мм), приводящий в движе- ниг тзсьму. Тесьма, огибая четыре ведомых блока (£\ = 80 мм) левой стороны машины .и четыре ведомых блока (，= 80 мм) правой стороны машины, жестко закрепленных на одном валике с фрикционом (D5^88 мм), сообщает вращение через фри1кцион- ную пару (办5, °б = 88 мм) бобинодер- жателю, на который надета бобина ； с нитью.
При обрыве нити и смене бобины возникает необходимость остановить
бобинодержатель на ходу машины.
Для останова бобинодержателя его
поворачивают за рукоятку против чаТис. 127 Передача движения ве
совой стрелки, нарушая контакт парыретенам：
фрикционных дисков D5 и D6; при этом / — веретено： 2 — тесьма ； 3 — барабан； -* *— натяжной ролик для тесьмы.
вращение бобинодержателя прекра-
щается.
На машинах РКС-83 первых серий в процессе эксплуатации был выявлен ряд конструктивных недостагков.
I, Металлокерамические подшипники скольжения ведомых блочков (。4 = 80 мм) бобинной рамки имзлн относительно вы сок ий коэффициент трения, быстро забивались стеклянным пухом, при этом резко возрастала нагрузка на тесьму, увеличивалась нагрузка на конические шестерни, что вызывало их повышенный износ.
Канифоль, которую применяют для устранения проскальзывания тесьмы, попадала в подшипники и на шестерни, и это также вызывало дополнительную нагрузку на тесьму.
При пуске и в процессе работы машины наблюдалась высокая обрывность нити из-за проскальзывания тесьмы.
Стеклянная нить была загрязнена вследствие применения
ручной смазки колец.
Хвостовик эксцентричной оси бобинодержателя при вращении в подшипниках скольжения мме」 высокий коэффициент трения и плохо входил в зацепление, что вызывало повышенную обрыв
ность нити.
Перечисленные конструктивные недостатки, отсутствуют в машине РКС-83-1. Дополнительно на машине был установлен механизм автоматического подъема и опускания кольцевой планки. В бобинных рамках машин РКС-83 установили подшипники качения, что позволило снизить пусковую обрывность и обеспечить более равномерное вращение бобин.
Мотальный механизм. Намотка нити на размоточно-крутильных машинах осуществляется посредством мотального механизма (рис. 12.9).
Блоки 少4%& стороны машиныБлоки 少4%& стороны машины少&%〃少&%〃马马медой стороны машины'медой стороны машины'<<簽簽三%3 вал при ^рЗа 6о6и.нодержа -лей.三%3 вал при ^рЗа 6о6и.нодержа -лей.Рис. 12.8. Передача движения бобинодержателям:Рис. 12.8. Передача движения бобинодержателям:шкивы на валу мотора и главном валу машины соответственно ('на рис, не пока- ведущий блок; Di и Г*\ — ведомые блоки; В5 ——ведущий фрикционный блочек;D6 — ведомый 力рпкцноннь宙 блочск.шкивы на валу мотора и главном валу машины соответственно ('на рис, не пока- ведущий блок; Di и Г*\ — ведомые блоки; В5 ——ведущий фрикционный блочек;D6 — ведомый 力рпкцноннь宙 блочск.4二附4二附4=,纽4=,纽考丝＜考丝＜D1H 02 - заны)： D：iD1H 02 - заны)： D：i
Блоки 少4%& стороны машины
Блоки 少4%& стороны машины
少&%〃
少&%〃
马
马
медой стороны машины'
медой стороны машины'
<
<
簽
簽
三%3 вал при ^рЗа 6о6и.нодержа -лей.
三%3 вал при ^рЗа 6о6и.нодержа -лей.
Рис. 12.8. Передача движения бобинодержателям:
Рис. 12.8. Передача движения бобинодержателям:
шкивы на валу мотора и главном валу машины соответственно ('на рис, не пока- ведущий блок; Di и Г*\ — ведомые блоки; В5 ——ведущий фрикционный блочек;
D6 — ведомый 力рпкцноннь宙 блочск.
шкивы на валу мотора и главном валу машины соответственно ('на рис, не пока- ведущий блок; Di и Г*\ — ведомые блоки; В5 ——ведущий фрикционный блочек;
D6 — ведомый 力рпкцноннь宙 блочск.
4二附
4二附
4=,纽
4=,纽
考丝＜
考丝＜
D1H 02 - заны)： D：i
D1H 02 - заны)： D：i
Эксцентрик / получает движение от главного вала машины через промеясуточные шестерни и, вращаясь, нажимает на каточек 2 мотального рычага 3, шарнирно закрепленного в точке его качения 4. Когда эксцентрик подходит к каточку 2 большим радиусов, правый конец рычага 3, опускаясь, тянет за собой цепь 10, один конец которой закреплен на мотальном барабанчике 5, свободно сидящем на шпинделе рычага 3, а друга" конец ——на блоке 11. Блок 11 жестко соединен с блоком /2, на которое, в свою очередь, закреплен один конец цепи /3, огибающий ролик; другой конец закреплен на блоке (£) = 150 мм). Когда правый конец рычага 3 опускается, двойной блок // движением цепи 10 поворачивается против часовой стрелки и поворачивает в этом же направлении блок 12. Благодаря этому цепь J3, наматываясь на блок /2, перемещает ролик влево. При этом рычаг 14 поворачивается относительно своей оси против часовой стрелки. На этой же оси жестко закреплены рычаги 25 и сегмент 77. Рычаг " поднимает каточек 16, сегмент /7, колонку 18 с кольцевой планкой /9. Кольцевая планка имеет длину, равную длине машины но количеству веретен. ПО' этому для равномерного подъема ее по всей длине машины от рычага 14 отходит тяга, которая через систему рычагов, располо- 210
BhlqdHqye 土 Hide丨寸~-J-s^ I ^^ fMHhHGgedag ^з^^^чьог IЮ ©phIa
三工 H2roM 丨 wiJHOWJDU 「ННО1Г9 ^s^^os i ^^ 、
OJOHqlfBlo2KMHBhBE в 工 hoi}寸
Zf 丿 MMHHiru ^orao-3§w XBhoJeM ——9~'二二二 qd-qHq 弓 PJHOmMdoJ——й 一亠匚当一MhBgo。！ 6 (HMaouBdx— g -XKSdoh —z -^s&^bo^-s сга^за «^S^R-^bos ! 二二 ~qd QJOHqye-LOH MohojexN
KBHOOhHIBWQHHM .6.-°sd
E'u乂 d ^л^яайз- «3-Й0
wdfudg
迂足-
-ndu 4«^
KBHhKgdQh —
женных по всей длине машины, поднимает колонки кольцевой планки и колонки угольников с нитепроводниками с обеих сторон машины.
Мотальный рычаг 3 все время прижимается каточком 2 к эксцентрику / благодаря давлению, оказываемомз^ кольцевыми планками и колонками, имеющими значительный вес. Для уменьшения давления к валам подъемных рычагов 15 подвешены противовесы. За один оборот эксцентрика кольцевая планка совершает два движения: подъем н опускание. Образование початка происходит вследствие последовательного наложения друг на друга слоев намотки стеклянной нити. Каждый слои намотки состоит из двух
Рис. 12.10. Слои и прослоек:Рис. 12.11. Мотальные эксцентрики:
а—слой; 0 — прослоек.“ ——дл я иеспрослойной на мотки: б ——для
прослойкой намотки,
взаимно перекрещивающихся нитей, слоя п прослойка (прослой- ная намотка) или двух слоев (намотка беспрослойная), образуемых за один полный ход кольцевой планки и сдвинутых относительно предыдущих слоев намотки вдоль оси початка на некоторое расстояние. Таким образом, с каждым новым слоем кольцевая планка начинает движение, сместившись на это расстояние.
При прослойкой намотке каждый слой состоит из собственно слоя (рис. 12.10) и прослойка. Слой ——это частые, рядом расположенные витки, которые образуются при медленном движении кольцевой планки. Прослоек—это редкие спиралеобразные витки, получаемые при быстром движении кольцевой планки. Такая намотка достигается при установке асимметричного эксцентрика.
Беспрослойная намотка образуется тогда, когда кольцевая планка движется вверх и вниз с одинаковой скоростью. Это достигается с помощью установленного на машине симметричного эксцентрика. Беспрослойная намотка позволяет получать большую длину нити на початке и более плотную намотку. На рис. 12.11 показаны мотальные эксцентрики для прослойкой и беспрослойнои намотки. Смещение слоев осуществляется следующим образом (см. рис. 12.9). С каждым опусканием мотального рычага 3 цепь 10 постепенно наматывается на барабанчик 5, наматывая цепь 13 на блок 12, благодаря чему с каждым новым слоем цепь укорачивается, изменяя место начала намотки слоя на початок. Наматывание цепи 10 на мотальный барабанчик 5 происходит в результате
поворота храповика 8, который, опускаясь и поднимаясь вместе с мотальным рычагом 3, поворачивается при каждом его опускании на несколько зубьев под действием собачки 9. Собачка 9 отлита вместе с угловым рычагом, один конец которого свободно падает на зубья храповика; к другому концу прикреплена короткая цепь, которая верхним концом закреплена на веретенном брусе. Когда мотальный рычаг 3 опускается, цепь натягивается и тянет вверх собачку 9, которая, упираясь в зубья храповика, поворачивает его на один, два, три зуба и т. д. (в зависимости от установки) по часовой стрелке. При движении мотального рычага 3 вверх цепь, ослабевая, опускает угловой рычаг с собачкой; опускаясь, она скользит по зубьям храповика до тех пор, пока рычаг не ляжет на установочный винт. Установочный винт позволяет регулировать смещение слоев на початке, так как при вывертывании винта храповик поворачивается на большее число зубьев и при этом меньше нити наматывается на початок. При ввертывании винта подача храповика будет ограничена, а следовательно, сдвиг слоев окажется меньше и больше ifiitii намотается на початок.
При вращении храповика 8 поворачивается червяк 7, который жестко сидит на одной оси с храповиком и через червячную шестерню 6 поворачивает мотальный барабанчик 5, наматывая на него цепь 10. В конце съема цепь 10 настолько укорачивается, что кольцевая планка оказывается в крайнем верхнем положении. Чтобы вернуть кольцевую планку в исходное положение, надо смотать цепь с барабанчика 5. Для этого на ось шпинделя надевают специальную ручку и вращением сматывают цепь с барабанчика. Планка опускается и занимает исходное положение.
Технологический расчет размоточно-крутильныхмашин РКС-83 и РКС-83-1
Технологический расчет размоточно-крутильного оборудования включает определение числа оборотов или скорости вращения главного вала, веретена, бобинодержателя, числа зубьев храповика, величины размаха кольцевой планки, числа кручений, приходящихся на один метр, производительности машины.
Все расчеты производят в соответствии с приведенной кинематической схемой (см. рис. 12.8, 12.9).
Число оборотов главного вала определяют по уравнению
, ^гл. в ^эл П1 (12.6) где 几「л.в 一 число оборотов главного вала, об/мин; лэл ——число оборотов установленного электродвигателя, об/мин; Q]——диаметр шкива на валу мотора,儿眾； D?——диаметр сменного шкива на главном валу машины, мл1\ i^ — коэффициент скольжения клиноременной передачи, равный 0,98.
Требуемое число оборотов веретен может быть получено путем установки шкивов определенных диаметров па главном валу ма
шины.
уравне-уравне-D6 + 3D6 + 3(12.7)(12.7)где пв ——число оборотов веретена, об/мин; Рб 一 диаметр барабана, ‘200 л｛九；6 — толщина тесьмы, равная 1 мм; 小 一 коэффициент скольжения те- семоино* передачи (0,98); 也口 —— диаметр блочка веретена, мм.Подставляя значение «гл.в из уравнения (12.6), дующее уравнение для определения числа оборотовгде пв ——число оборотов веретена, об/мин; Рб 一 диаметр барабана, ‘200 л｛九；6 — толщина тесьмы, равная 1 мм; 小 一 коэффициент скольжения те- семоино* передачи (0,98); 也口 —— диаметр блочка веретена, мм.Подставляя значение «гл.в из уравнения (12.6), дующее уравнение для определения числа оборотовравныйравныйполучаем сле- веретена:получаем сле- веретена:「 D1 (06 + 6)LM% (厶“+ 6)「 D1 (06 + 6)LM% (厶“+ 6)(12.8)(12.8)
уравне-
уравне-
D6 + 3
D6 + 3
(12.7)
(12.7)
где пв ——число оборотов веретена, об/мин; Рб 一 диаметр барабана, ‘200 л｛九；6 — толщина тесьмы, равная 1 мм; 小 一 коэффициент скольжения те- семоино* передачи (0,98); 也口 —— диаметр блочка веретена, мм.
Подставляя значение «гл.в из уравнения (12.6), дующее уравнение для определения числа оборотов
где пв ——число оборотов веретена, об/мин; Рб 一 диаметр барабана, ‘200 л｛九；6 — толщина тесьмы, равная 1 мм; 小 一 коэффициент скольжения те- семоино* передачи (0,98); 也口 —— диаметр блочка веретена, мм.
Подставляя значение «гл.в из уравнения (12.6), дующее уравнение для определения числа оборотов
равный
равный
получаем сле- веретена:
получаем сле- веретена:
「 D1 (06 + 6)LM% (厶“+ 6)
「 D1 (06 + 6)LM% (厶“+ 6)
(12.8)
(12.8)
ни!о^ И СЛ ° оборотов веретена определяется по
являются получаем:являются получаем:Как видно из уравнения, все величины, кроме постоянными. Решая уравнение (12.8) относительно
являются получаем:
являются получаем:
4 — const 几в
Ниже скоростей 28 мм：
приводятся
диаметры О2
сменных
шкивов для
пазличнмх
вращения
веретен при
диаметре
блочка веретена 32 и
Скорость вращения веретена, об/мин
°2 при %1 =
—32 мм
П 11PH %L =28 мм
Скорость вращения веретеиа, об/мин
а2 при %门= =32 мм
% при %产 =28 мм
12 000 ... И 810 ... 11 350 .. 11 270 ... 10 800 ... 10 400 ...
114
116
122
127
132
132
138
145
150
9 950 ..
9 800 ..
9 100
8 550 ..
8 400 .
8 000 .
.138
.140
.150
•160
:170
160
183
186
Число о б о р о ло уравнению
ТОВ боб
И Н
одержателя рассчитывают
Z.Z^Z^D,
^боб — ^гл. в
ZzZ'mZsZ^A%
(12.9)
для блочка
:个：介二°：：‘ — ДЛЯ бл0Чпа веретена диаметром 28 мм = 15 650 000 а веретена диаметром 32 мм = 13 750 ООО.'
где «боб — число оборотов бобины, об/мин; Z】；Z?; Zcm； Zcm； Z3; 25; Z22; /2з — ■число зубьев шестерен передачи от главного вала к бобинодержателям;力？—— диаметр ведущего блока,初期；D^ ——диаметр ведомого блока, мм; D5 ——диаметр ведущего фрикционкого блочка, мм \ 0^ —— диаметр ведомого фрикционного блочка, мм.
Число к р у ч е н и й определяют по уравнению
У ^^боб^бобУ ^^боб^боб(12.10)(12.10)
У ^^боб^боб
У ^^боб^боб
(12.10)
(12.10)
где К — число кручений, кручений/м; пв — число оборотов веретена, об/мин; У линейная скорость выпуска нити, м/мин\ D^ ——диаметр боби[[ы, л<; п^об число оборотов бобины, об/мин.
.3"・9』—WMW 4
Подставив в уравнение значения пв и пбоб, получим:
(12.11)；(12.11)；(D6 + 6 ) ^2^2^^^5^23^4^6
(12.11)；
(12.11)；
(^бл + 6) Л^боб^гл. BZ1ZCMZ3Z22D3D5
В уравнении (12.11) все величины, за исключением Z；m и Z；\ постоянны, поэтому уравнение для определения числа кручений можно записать так:
7"
^ — const —(12.12)
4ем
Вычислив по уравнению величину const, зная число зубьев Z；m и задаваясь значением К, можно легко определить число зубьев крутильной шестерни Z^.
Ниже приводятся значения const для dgn, равного 28 и 32 мм при Z；m = 100 и 142.
Для &6口<28 мм Для б/бп=32 мм
Число зубьев сменной крутиль
142100142142100142940058108260940058108260ной шестерни Z^M100
142100142
142100142
940058108260
940058108260
Значения const крутки . . . .6610
Размах кольцевой планки Н изменяется за счет смены мотальных блочков и изменения вертикального рычага головного балансира; он определяется по следующему уравнению：
(12.13)(12.13)（&】+ 10,5）ез&/】
(12.13)
(12.13)
。з彳诃局网匠
где Dn — диаметр блочка намотки (165 九加)；10,5 — толщина цепи, мм; е》一 эксцентриситет (60 мм); R? 一 радиус горизонтального рычага (307 九九)；/i — расстояние от оси рычага мотки до оси блочка мотки (510,5 мм); Р12сги —— диаметр сменного мотального блочка, мм; Rb 一 радиус вертикального рычага (280—318 мм}\ /2 — расстояние от оси рычага мотки до оси эксцентрика.
Размах кольцевой планки, мм
£>11，мм
0】？，ММ
60.
165
НО
65.
165
100
70.
165
100
75,
165
90
Размах кольцевой планки, ммQ11，ммQ1?. мм RB，м80.1658031585.1658029790.16580280Размах кольцевой планки, ммQ11，ммQ1?. мм RB，м80.1658031585.1658029790.16580280При описанииПри описанииСи lO Си 11- 9 о3 3 2 3Си lO Си 11- 9 о3 3 2 3Ниже приводятся размеры мотальных блочков и вертикального рычага балансира при различных значениях размаха коьг1ьцевой планки:
Размах кольцевой планки, мм
Q11，мм
Q1?. мм RB，м
80.
165
80
315
85.
165
80
297
90.
165
80
280
Размах кольцевой планки, мм
Q11，мм
Q1?. мм RB，м
80.
165
80
315
85.
165
80
297
90.
165
80
280
При описании
При описании
Си lO Си 11
- 9 о
3 3 2 3
Си lO Си 11
- 9 о
3 3 2 3
работы мотального механизма указывалось, что
для получения определенной массы нити на початке с определенной плотностью намотки кольцевая планка за каждый оборот экс-
центрика должна смещаться на некоторую определенную величину. Это смещение достигается путем установки сменного храповика, число зубьев которого подсчитывается по следующим уравнениям.
При беспрослойной намотке, диаметре кольца 57 мм и размахе кольцевой планки 〃 = 75 мм
(12.14)(12.14),1,222К-1000
(12.14)
(12.14)
•Хр —77
'1доп
При прослойкой намотке, диаметре кольца 57 мм и Н = 75 мм
(12.15)(12.15)1,833^-1000
(12.15)
(12.15)
Zxp=
где К — число зубьев, на которое поворачивается храповик; Т — толщина ни - ти, текс; /доп —— передаточное отношение дополнительных двух пар шестерен от храповика к кольцевой планке.
Производительность машины. При определении производительности машины различают теоретическую и фактическую производительность.
Теоретической называется производительность машины при условии ее непрерывной работы. Теоретическая производительность машины Рт определяется по уравнению
(12.16)(12.16)с〃в・60Т
(12.16)
(12.16)
°т = Х・1ооо」ооё
где 〃в ——скорость вращения веретена, об/мин; Т ——толщина нити, текс; К —— число кручений, кручений/м.
При подсчете фактической производительности учитывается время простоев машины, для чего вводится коэффициент полезного времени работы машины /<п.в.
Фактическая IIpoизвoдитev^ьнocть определяется по уравнению
(1217)(1217)Р —冷В .60ТК* в% =不画01000
(1217)
(1217)
где Рф ——фактическая производительность машины при расчете на одно веретено в 1 ч, ке; ^п.в — коэффициент полезного времени работы машины.
ТРОЩЕНИЕ И ВТОРОЕ КРУЧЕНИЕ
Стеклянная нить, как правило, подвергается двойному кручению (в два перехода). Жесткость стеклянного волокна обусловливает неустойчивость стеклянной нити. Нить стремится раскрутиться после первого кручения, в результате чего на ней образуются петли. Для получения компенсированной (равновесной) нити применяется второе кручение в направлении, обратном первому, с одновременным сложением.
Для второго кручения стеклянных нитеп с одновременным сложением применяются машины ТКС-88, ТКС-132 и УТКС-76, схема заправки которых показана на рис. 12.12.
Рис. 12.12. Схема заправки и кинематическая схема машин ТКС-88, ТКС-132, УТКС-76:Рис. 12.12. Схема заправки и кинематическая схема машин ТКС-88, ТКС-132, УТКС-76:початкипочатки/ — веретенная тесьма; 2 — тормоз; 3 — холостой блочеи веретена; 4 — рабочий блочек веретена; 5 — патрон； 6 — рычаг; 7 винт; S — соленоид； 9 —ннтепро- водник； 10 — ролик； 11 — фрикционный вал; /2 — фрикцион; /3 — коромысло； /4 — барабанчик питающего прибора; /5 — ролик питающего прибора; 16 — рукоятка; /7—рычаг； 18 — нитепроводник; /9 — винт; 20 — валик; 2/ — со стеклянной нитью； 22 ~ контакты； 23 — пластинка； 24 — щупло； 25 — эбонитовая труба-натяжитель; 26 — направляющий стержень; 27 — коромысло； 28, 32 — ролики; 29 — пластина; 30 — коромысло； 31 — тяга; 33 — противовес； 34 — рычаг； 35 — натяжной ролик； 36 ~ барабан.
Рис. 12.12. Схема заправки и кинематическая схема машин ТКС-88, ТКС-132, УТКС-76:
Рис. 12.12. Схема заправки и кинематическая схема машин ТКС-88, ТКС-132, УТКС-76:
початки
початки
Ниже приводится техническая характеристика тростильно-крутильных машин ТКС-88, УТКС-76, ТКС-132:
ТкС-88
УТкС-76
ТкС-132
Толщина вырабатываемой нити, текс ,
3,0—25
12,5—200
50—660
"Число веретен на машине
128-320
136—328
96—204
Скорость вращения веретена, об/мин .
До 10 000
До 10 000
До 6 000
Тип веретен (специальные с холостыми
блочками)
ВН-36-2с-1
ВУ-32-14с-А
ВН-50-2с
Высота намотки (подъем кольцевой
планки), мм
200
120—130
250
Размах кольцевой планки, мм ....
60—90
45—55
80—120
Число кручений, кручением ....
50—300
Тип намотки
Коническая прослойная
и
беспрослойная
Тип кольца
К или КУ
К или КУ
кв
.Диаметр кольца, мм
51 или 57
32 или 38
96
Тип патрона, шпули
54-2
Шпуля
Длина
УА-172
280 мм
УА-160
Привод машины
Самостоятельный на каждую сторонку
Тростильно-крутильные машины ТКС-88, УТКС-76 и ТКС-132
Машины состоят из общего остова и следующих узлов, раздельных для каждой сторонки машины: механизмов главной передачи; приводов веретен; питающих приборов и механических исполнительных связей; катушечных рамок; мотальных механизмов; приводов с электропусковой аппаратурой и электрооборудованием.
Остов включает головную и хвостовую рамы, промежуточные -стойки, соединенные между собой цилиндровыми и веретепными брусьями.
Хвостовая рама устанавливается жестко на подмоторной плите, головная рама и промежуточные стойки ——на регулируемых по высоте опорах.
Механизм головной передачи состоит нз шестеренных передач к питающим приборам и механизмам мотки. Он смонтирован в головной раме, закрытой дверцами; дверцы сблокированы с электродепью управления так, что при открывании дверец машина иста- навливается.
Привод веретен. Веретена имеют индивидуальный на каждую сторонку машины привод: от жестяных барабанов 36 (см. рис. 12.12) веретенной тесьмой 1 движение передается отдельно каждому веретену. Постоянное натяжение ленты поддерживается индивидуальным на каждое веретено натяжным роликом 35.
Питающий прибор состоит из барабанчика 14 и ролика 15, укрепленных на рычаге 17. Рычаг имеет возможность свободно поворачиваться вокруг оси, на которой он закреплен, т. е. он может подниматься и опускаться. В верхнем положении рычага питающий прибор отключен. В нижнем (рабочем) положении рычага барабанчик боковыми клиновыми поверхностями под действием собственного веса входит в зацепление с клиновыми поверхностями фрик- 218
miOHii-ioro диска /2, от которого и получает вращение. Фрикционные диски расположены на приводном (фрикционном) валу. Ролик вращается нитью. Устройство барабанчика приведено на рис. 12.13. Барабанчик состоит из корпуса /, внутри которого вмонтированы шарикоподшипники 2, тормозные клиновые шайбы 3 и клиновые кольца 5, а также пружина 4, через которую на клиновые фрикционные поверхности барабанчика и фрикционные диски передается вес деталей, расположенных на рычаге питающего прибора (дня увеличения сил сцепления).
Исполнительная механическая связь
(см. рис. 12.12) состоит из системы рычагов 6, /3, 27 и 30 и тяги 3/, управл兄id- щих положением и натяжением веретенной тесьмы, тормозом веретена, включением и выключением питающего прибора.
Питающая рамка имеет на каждой стороне машины четыре ряда планок с закрепленными на них коническими шпильками для установки паковок с перерабатываемыми нитями. Конструкция рамки допускает трощение в 2, 3 и 4 сло
Рис. 12.13. Питающий барабанчик:/ — корпус барабанчика; 2 — шарикоподшипник; 3 — тормозные клиновые шайбы; 4 — пружина;5—клнновмекольца.Рис. 12.13. Питающий барабанчик:/ — корпус барабанчика; 2 — шарикоподшипник; 3 — тормозные клиновые шайбы; 4 — пружина;5—клнновмекольца.жения.
Рис. 12.13. Питающий барабанчик:
/ — корпус барабанчика; 2 — шарикоподшипник; 3 — тормозные клиновые шайбы; 4 — пружина;5—клнновме
кольца.
Рис. 12.13. Питающий барабанчик:
/ — корпус барабанчика; 2 — шарикоподшипник; 3 — тормозные клиновые шайбы; 4 — пружина;5—клнновме
кольца.
В верхней части рамки установлены трубы-натяжители, нитеразделители и электрические датчики с щуплами для контроля наличия каждой отращиваемой нити. В нижней части рамки под шпиль-
ками установлены жестяные настилы на каждое веретено, окрашенные в разный цвет.
Корпуса датчиков окрашены соответственно настилам, т. е._ если настил рамки для данного веретена окрашен в желтый цвет, то и датчики для него также окрашены в желтый цвет; это облег
чает заправку нити.
Мотальный механизм включает веретена, кольцевые планки с кольцами и бегунками, нитепроводники, нитеразделители и механизм подъема кольцевых планок, который, в свою очередь, состоит из рычага мотки с эксцентриком, цепной передачи и системы рычагов и тяг.
Мотальный механизм осуществляет кручение стеклянной нити и намотку ее на патрон.
Привод машин состоит из электродвигателей (по одному на каждую сторонку машины) и клиновых ремней, с помощью которых движение от мотора передается главному валу (валу барабанов) машины.
Работа машин. Початки 21 со стеклянной нитью (см. рис. 12.12), предназначенной для стращивания и кручения, устанавливают неподвижно на конические шпильки питающей рамки.
Сматывая стеклянные нити с концов початков (на сход), заправляют их последовательно через разделители-гребенки, эбонитовые трубы-нитенатяжители 25, контрольные щупла 24, направляющий стержень 26, собирают в нитепроводнике 1Ь и далее заправляют в питающий прибор, обвивая 3——4 раза ролик 15 и барабанчик 14. Для заправки нити в питающий прибор рычаг 17 за рукоятку /6 поднимают вверх вокруг валика 2。； веретено при этом должно быть выключено. После питающего прибора нить, пройдя через нитепроводник 9, поступает под бегунок и далее на патрон 5, надетый на веретено. После заправки нити на веретено нажимают на рукоятку 16 питающего прибора. При этом клиновые поверхности барабанчика 14 входят в зацепление с клиповыми поверхностями фрикциона 12 и питающий прибор начинает подавать нить в зону кручения.
Одновременно создаваемое на рычаге 17 усилие передается через винт 19 ролику 28 коромысла 27. Коромысло, поворачиваясь тягой 31, поворачивает рычаг 6 против часовой стрелки и роликом 32 переводит веретенную тесьму 7 с холостого блочка 3 веретена на рабочий 4\ тормоз 2 отводится от рабочего блочка 4 веретена, и оно начинает вращаться.
На рис. 12.12 показано рабочее положение всех рычагов механической исполнительной связи.
При обрыве одной из отращиваемых нитей на участке от питающей рамки до питающего прибора щупло 24 падает вниз (против часовой стрелки) и пластинкой 23 замыкает контакты 22, в результате чего на соленоид 8 подается электрический импульс. Сердечник соленоида выталкивается и воздействует на коромысло 3力，поворачивая его против часовой стрелки, при этом ролик 10 выводится из-под пластинки 29 коромысла 27. Под действием веса деталей ролик 32, опускаясь вниз, переводит веретенную тесьму с рабочего блочка 4 веретена на холостой 3; натяжной ролик 35, опускаясь, выбирает высвободившуюся при этом часть веретенной тесьмы.
Рычаг 6, поворачиваясь, подводит тормоз 2 к рабочему блочку веретена, и веретено останавливается.
Опускаясь вниз, ролик 32 тянет за собой тягу 3/, которая поворачивает коромысло 27 вниз; в свою очередь, коромысло поворачивает рычаг /7 питающего прибора. Происходит расцепление клиновых поверхностей барабанчика 14 и фрикциона /2, барабанчик и ролик питающего прибора останавливаются, и подача нити в зону кручения прекращается. После того как будут подклеены концы оборвавшихся нитей, необходимо вновь нажать на рукоятку 16 питающего прибора и этим привести всю систему рычагов в рабочее положение.
Нить наматывается на початок так же, как на машине РКС-83, описанной выше.
Технологический расчет тростильно-крутильныхмашин ТКС-88, УТКС-76 и ТКС-132
Технологичбский расчет перечисленных машин аналогичен расчету размоточно-крутильных машин, приведенному выше.
Число оборотов веретен пв рассчитывают по уравне
нию
(12.18)(12.18)一 %(% + A"в="ма“.в®6“ 十 6)
(12.18)
(12.18)
где 〃м — число оборотов мотора, об/兩〃凡；Q^ — диаметр блока на моторе, мм; £)6 — диаметр барабана, мм \ В — толщина тесьмы, мм\ % — коэффициент скольжения клиноременной передачи (0,98); % — коэффициент скольжения тесемочной передачи (0,98);。「门田—диаметр блока на главном валу, мм\ &бл — диаметр блока веретена, мм.
Число кручений определяют по уравнению
rDfSap 几 барКукр
где nQ — число оборотов веретена, об/мин-, Рбар 一 диаметр питающего барабанчика, мм; «бар — число оборотов питающего барабанчика, об/мин; Кукр —— коэффициент укрутки (им можно пренебречь вследствие малых величин крутки, применяемых в промышленности стеклянного волокна).
Подставив в уравнение (12.19) значения % и Пбар при передаче движения от мотора и обозначив все постоянные величины const, получаем:
К = const(12.20)
/еm
где Z%m — число зубьев кулачковой шестерни (обычно 130, 118 и 90 зубьев)； Z；m — число зубьев крутильной шестерни.
Подставив значение Z；m в
уравнение
(12.20), получаем упро-
щенные уравнения для определения числа кручении, приведенные
ниже для различных
машин:
Z；M = 130
Z；m = U8
Z；m=9。
6841,12
6209,63
4736,16
ТКС-132
Z，
Z，
см
ТКС-88 1
7074,6
6421,6
4897,8
УТКС-76/
7， аеm
7，
см
Число зубьев храповика Zxp рассчитывают по уравне
нию
Др/гэ^чл (^м + 0 0,245 (Dn —仆)“呼"小 1°°°/12 211
где А ——коэффициент заполнения початка волокном, равный ^ 1; р — плотность стеклянной нити (2,5- 106 г/ж3); пэ — число оборотов эксцентрика,。6/九江兄; Zq ——число заходов червяка; DM ——средний расчетный диаметр блочка мотки, для машин ТКС-88, УТКС-76 равный 0,1205 м, а дл я машин ТКС-132 —0,1167 м;
(12.22)(12.22)Вид бракаПричиныМеры устраненияНедокрученнаянитьСлабо натянута тесьмаПлохо насажен (прыгает) патрон на веретенеПлохо смазано веретено (смазка густая или отсутствует)Нить неправильно заправлена на ролик и барабанчик питающего прибораТесьма сдвинута на бортик блочкаЗаменить тесьмуПравильно насадить патрон или сменить егоСмазать веретеноЗаправить нить так, чтобы она 3 раза обвивала ролик и барабанчик питающего прибораНадеть тесьму на блочек; при повторении наладить ролик, перешить тесьмуПерекрученнаянитьТесьма надета не на блочек, а на шпиндель веретенаБарабанчик или ролик питающего прибора туго вращаетсяНадеть тесьму на блочекСмазать подшипники барабанчика и роликаЗахлестки илиза-1. Конец, нити на вращающемся1. Отключить питающий при-работанный пухТонкая нитьпатроне ударяется о нити соседних веретен (обрыв нити у бегунка или в питающем приборе)2. Нить разрушается, образуется пух, который зарабатывается в нити соседних веретеиТонкие нити (пропуски), т. е. скручивание меньшего, чем следует, числа нитейбор и веретено, на которых произошел обрыв2. Отмотать брак стеклянной нити с початков соседних веретенПроверить работу датчиков и механической системы связи; отмотать тонкую нить (пропуск)Вид бракаПричиныМеры устраненияНедокрученнаянитьСлабо натянута тесьмаПлохо насажен (прыгает) патрон на веретенеПлохо смазано веретено (смазка густая или отсутствует)Нить неправильно заправлена на ролик и барабанчик питающего прибораТесьма сдвинута на бортик блочкаЗаменить тесьмуПравильно насадить патрон или сменить егоСмазать веретеноЗаправить нить так, чтобы она 3 раза обвивала ролик и барабанчик питающего прибораНадеть тесьму на блочек; при повторении наладить ролик, перешить тесьмуПерекрученнаянитьТесьма надета не на блочек, а на шпиндель веретенаБарабанчик или ролик питающего прибора туго вращаетсяНадеть тесьму на блочекСмазать подшипники барабанчика и роликаЗахлестки илиза-1. Конец, нити на вращающемся1. Отключить питающий при-работанный пухТонкая нитьпатроне ударяется о нити соседних веретен (обрыв нити у бегунка или в питающем приборе)2. Нить разрушается, образуется пух, который зарабатывается в нити соседних веретеиТонкие нити (пропуски), т. е. скручивание меньшего, чем следует, числа нитейбор и веретено, на которых произошел обрыв2. Отмотать брак стеклянной нити с початков соседних веретенПроверить работу датчиков и механической системы связи; отмотать тонкую нить (пропуск)Таблица 12.1. Виды брака, их причины и меры устраненияТаблица 12.1. Виды брака, их причины и меры устранения«Штопорная нить»«Штопорная нить»Неправильная намотка; высокая заработка съемаНизкая заработка съемаПереработанный съемНеправильная намотка; высокая заработка съемаНизкая заработка съемаПереработанный съемОтсталые початкиОтсталые початкиМягкая намоткаМягкая намоткаУтолщенная намотка (бугристость) на всех початках Утолщенная намотка на отдельных початках по звеньям кольцевой планкиМасляная и грязная стеклянная нитьУтолщенная намотка (бугристость) на всех початках Утолщенная намотка на отдельных початках по звеньям кольцевой планкиМасляная и грязная стеклянная нитьПравильно направить нить на участкеразделители—натяжныевтулки—шупладатчиковПравильно направить нить на участкеразделители—натяжныевтулки—шупладатчиковУстановить в питающей рамке початки с одинаковой высотой намотки на патронеУстановить кольцевую планку в начале заработки съема на высоте 10 мм от нижнего конца патронаТо жеУстановить в питающей рамке початки с одинаковой высотой намотки на патронеУстановить кольцевую планку в начале заработки съема на высоте 10 мм от нижнего конца патронаТо жеОстановить машину, не доработав початок от верхнего конца патрона на 15 мм по высотеУсилить наблюдение за приемами работыВыяснить причины обрывности и устранить ихСменить бегункиПерешить тесьмуСменить патронСменить каточекОстановить машину, не доработав початок от верхнего конца патрона на 15 мм по высотеУсилить наблюдение за приемами работыВыяснить причины обрывности и устранить ихСменить бегункиПерешить тесьмуСменить патронСменить каточекВычистить и смазать колонки кольцевой планкиВычистить и смазать колонки кольцевой планкиКольца смазаны небрежноКольца смазаны небрежноСъем снят небрежноСъем снят небрежноСеченая нить (разрушенная структура нити)Сеченая нить (разрушенная структура нити)Бегунок изношенНитепроводиик прорезанКольцо изношеноБегунок изношенНитепроводиик прорезанКольцо изношено
(12.22)
(12.22)
Вид брака
Причины
Меры устранения
Недокрученная
нить
Слабо натянута тесьма
Плохо насажен (прыгает) патрон на веретене
Плохо смазано веретено (смазка густая или отсутствует)
Нить неправильно заправлена на ролик и барабанчик питающего прибора
Тесьма сдвинута на бортик блочка
Заменить тесьму
Правильно насадить патрон или сменить его
Смазать веретено
Заправить нить так, чтобы она 3 раза обвивала ролик и барабанчик питающего прибора
Надеть тесьму на блочек; при повторении наладить ролик, перешить тесьму
Перекрученная
нить
Тесьма надета не на блочек, а на шпиндель веретена
Барабанчик или ролик питающего прибора туго вращается
Надеть тесьму на блочек
Смазать подшипники барабанчика и ролика
Захлестки или
за-
1. Конец, нити на вращающемся
1. Отключить питающий при-
работанный пух
Тонкая нить
патроне ударяется о нити соседних веретен (обрыв нити у бегунка или в питающем приборе)
2. Нить разрушается, образуется пух, который зарабатывается в нити соседних веретеи
Тонкие нити (пропуски), т. е. скручивание меньшего, чем следует, числа нитей
бор и веретено, на которых произошел обрыв
2. Отмотать брак стеклянной нити с початков соседних веретен
Проверить работу датчиков и механической системы связи; отмотать тонкую нить (пропуск)
Вид брака
Причины
Меры устранения
Недокрученная
нить
Слабо натянута тесьма
Плохо насажен (прыгает) патрон на веретене
Плохо смазано веретено (смазка густая или отсутствует)
Нить неправильно заправлена на ролик и барабанчик питающего прибора
Тесьма сдвинута на бортик блочка
Заменить тесьму
Правильно насадить патрон или сменить его
Смазать веретено
Заправить нить так, чтобы она 3 раза обвивала ролик и барабанчик питающего прибора
Надеть тесьму на блочек; при повторении наладить ролик, перешить тесьму
Перекрученная
нить
Тесьма надета не на блочек, а на шпиндель веретена
Барабанчик или ролик питающего прибора туго вращается
Надеть тесьму на блочек
Смазать подшипники барабанчика и ролика
Захлестки или
за-
1. Конец, нити на вращающемся
1. Отключить питающий при-
работанный пух
Тонкая нить
патроне ударяется о нити соседних веретен (обрыв нити у бегунка или в питающем приборе)
2. Нить разрушается, образуется пух, который зарабатывается в нити соседних веретеи
Тонкие нити (пропуски), т. е. скручивание меньшего, чем следует, числа нитей
бор и веретено, на которых произошел обрыв
2. Отмотать брак стеклянной нити с початков соседних веретен
Проверить работу датчиков и механической системы связи; отмотать тонкую нить (пропуск)
Таблица 12.1. Виды брака, их причины и меры устранения
Таблица 12.1. Виды брака, их причины и меры устранения
«Штопорная нить»
«Штопорная нить»
Неправильная намотка; высокая заработка съема
Низкая заработка съема
Переработанный съем
Неправильная намотка; высокая заработка съема
Низкая заработка съема
Переработанный съем
Отсталые початки
Отсталые початки
Мягкая намотка
Мягкая намотка
Утолщенная намотка (бугристость) на всех початках Утолщенная намотка на отдельных початках по звеньям кольцевой планки
Масляная и грязная стеклянная нить
Утолщенная намотка (бугристость) на всех початках Утолщенная намотка на отдельных початках по звеньям кольцевой планки
Масляная и грязная стеклянная нить
Правильно направить нить на участкеразделители—
натяжныевтулки—шупла
датчиков
Правильно направить нить на участкеразделители—
натяжныевтулки—шупла
датчиков
Установить в питающей рамке початки с одинаковой высотой намотки на патроне
Установить кольцевую планку в начале заработки съема на высоте 10 мм от нижнего конца патрона
То же
Установить в питающей рамке початки с одинаковой высотой намотки на патроне
Установить кольцевую планку в начале заработки съема на высоте 10 мм от нижнего конца патрона
То же
Остановить машину, не доработав початок от верхнего конца патрона на 15 мм по высоте
Усилить наблюдение за приемами работы
Выяснить причины обрывности и устранить их
Сменить бегунки
Перешить тесьму
Сменить патрон
Сменить каточек
Остановить машину, не доработав початок от верхнего конца патрона на 15 мм по высоте
Усилить наблюдение за приемами работы
Выяснить причины обрывности и устранить их
Сменить бегунки
Перешить тесьму
Сменить патрон
Сменить каточек
Вычистить и смазать колонки кольцевой планки
Вычистить и смазать колонки кольцевой планки
Кольца смазаны небрежно
Кольца смазаны небрежно
Съем снят небрежно
Съем снят небрежно
Сеченая нить (разрушенная структура нити)
Сеченая нить (разрушенная структура нити)
Бегунок изношен
Нитепроводиик прорезан
Кольцо изношено
Бегунок изношен
Нитепроводиик прорезан
Кольцо изношено
/ — толщина цепи (0,0105 拊)；Dn ——диаметр полного початка (для кольца 0 38 мм — 0,033 他 для кольца 0 57 мм — 0,052 м, для кольца 0 96 мм — 0,084 田)；Zcp — средний диаметр патрона или шпули (для патрона группы 54- 2—0,02177 м для конуса к машине ТКС-132—0,0448 м, для шпули УА-172— 0,014 м)\ ^н.ср ——средний диаметр намотки (для патрона 54-2—0,0368 м, для конуса ТКС-132—0,0644 兄，для шпули УА-172—0,0235 水)；Н — размах кольцевой пленки,初；4 и 厶 —— длины рычагов； р, — коэффициент трения (для беспро- слойной намотки — 2, для прослойкой намотки ——1,33); % ——число оборотов барабанчика питающего прибора, об/лшн;也一диаметр барабанчика питающего прибора (0,0736 ж); еэ — эксцентриситет эксцентрика (для машин ТКС-132, ТКС-88—0,05 现,для машины УТКС-76—0,03 丸)；Z4 Hl —число зубьев червячной шестерни; Т ——толщина нити, текс.
Фактическая производительность машины определяется по уравнению
«в-60Ткп.в^Ф" К-1 000 обо
где Рф ——фактическая производительность машины, рассчитанная на одно веретено в 1 и, кг; Мв — число оборотов веретена, об/мин; Т —— толщина нити, текс, Кп в — коэффициент полезного времени работы машины; К — число кручений, кручений! м.
Продолжение
Вид брака
Причины
Меры устранения
Отдельные нити при трощении натянуты неравномерно вследствие неправильной заправки нити через разделители, группу датчиков и направляющие эбонитовые втулки
В питающую рамку машины установлены початки с разной высотой намотки па патроне
Слишком высоко поднята кольцевая планка в начале заработки съема
Слишком низко опущена кольцевая планка в начале заработки съема
Машина для снятия съема остановлена с опозданием
Несвоевременно устранен обрыв
Повысилась обрывность на отдельных веретенах
Поставлен более легкий бегунок, чем требуется
Веретено ошнуровано более длинной тесьмой, поэтому не работает натяжной ролик
Патрон провертывается на веретене
Сработан каточек мотального механизма
Кольцевая планка задерживается из-за загрязнения колонок
Проинструктировать крутильщицу о приемах смазки колец и периодически контролировать ее работу
Проинструктировать крутильщицу о правилах снятия сьема и периодически контролировать ее работу
Регулярно сменять бегунки
Сменить нитепроводиик
Сменить кольцо
КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКАКРУЧЕНОЙ СТЕКЛЯННОЙ НИТИ
Качество крученой стеклянной нити на початках определяют по данным механических испытаний (прочность, толщина, степень крутки), а также при непосредственной разбраковке початков со стеклянной нитью по внешним признакам.
Крученая стеклянная нить испытывается в лаборатории на спе- циальных приборах в соответствии с ТУ и ГОСТ (физико-механть ческие испытания) и разбраковывается работницами, когда они снимают наработанные початки, и контролерами ОТК по внешним признакам. Основные виды брака крученой стеклянной нити, причины его появления и меры устранения представл&ны в табл. 12.1.
ГЛАВ А 13
ПЕРЕМАТЫВАНИЕ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
Перематывание стеклянных нитей необходимо для получения транспортабельных паковок (бобин) массой до 2,5 кг\ такие паковки дают возможность потребителям товарной стеклянной нити перерабатывать нити с наибольше!! производительностью.
Наматывание стеклянной нити на бобину происходит по винтовой линии с шагом h (рис. 13.1) за счет движения нити вследствие вращения бобины и перемещения нити вдоль оси бобины. Шаг винтовой линии
九=爷(13.1)
где £ — длина раскладки нити, или размах нитеводителя в заданной точке наматывания, мм\ t — передаточное отношение между веретеном и эксцентр и ком бобинажно-перемоточной машины (для стеклянных нитей i = 6,22).
Шаг винтовой линии в начале намотки бобины равен
=6 22 = 48 ‘2
Для прочного сцепления слоев нитей между собой и предотвращения сползания с бобины стеклянных нигей, имеющих гладкую поверхность, такие нити наматывают крестовым способом. Угол подъема винтовой линии, или угол наклона витков, сможет быть получен из следующего равенства:
(13.2)
где г ——радиус наматываемой бобины в заданной точке наматывания, мм.
Угол скрещивания витков последующего слоя с витками предыдущего слоя § = 2а.
Так как скорость нитеводителя при перематывании стеклянных нитеи с увеличением диаметра намотки на бобину уменьшается, 224
изменяются углы наклона и углы скрещивания витков. По мере
увеличения диаметра намотки углы наклона и скрещивания умень
шаются.
Угол наклона витков и угол скрещивания в начале намотки нити на патрон могут быть вычислены на основании уравнения (13.2):
,150
也 * = 3J4-6,22-28,25*
a= 15。43‘; 6 = 30。26‘
Так же вычисляют угол наклона и угол скрещивания в конце намотки нити на патрон:
75
tg а = з,14-6(22-60,5 ；
a й 3。36'; 6 = 7。12'
При наматывании бобины последующий виток стеклянной нити
относительно предыдущего сме
щается, вследствие чего не происходит наложения витков и искажения формы бобины.
От угла скрещивания витков и натяжения нити в процессе наматывания зависит плотность намотки стеклянной нити на патрон. С уменьшением угла скрещивания витков и увеличением натяжения плотность крестовой намотки увеличивается. Плотности паковок, необходимые для их транспортировки и нормального сматывания с них нити на последующих технологических операциях, составляют 1,2——1,6 г/см3 для стеклянных нитей толщиной 108—— 20,4 текс. Натяжение нитей указанных толщин в процессе перематывания, обеспечивающее получение достаточно плотных паковок с намоткой правильной формы и неповреждаемость нити, составляет 100——40 гс. .
БОБИНАЖНО-ПЕРЕМОТОЧНАЯ МАШИНАДЛЯ ПЕРЕМАТЫВАНИЯ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
Характеристика, схемы и детали машины
Стеклянные нити перематываются на бобинажно-перемоточных машинах БП-240-С. Машина БП-240-С является модернизированной моделью машины БП-240-Э. В ней использован принцип привода бобины в движение за счет вращения бобинодержателя, на котором она установлена, а не за счет сил трения бобины о мотальный валик или барабанчик, которые отрицательно влияют на качество стеклянной нити (вызывают ворсистость). В отличие от бобинажно-перемоточной машины БП-240-Э машина БП-240-С
имеет верхнюю технологическую линию заправки нити вместо нижней, что исключает резкие изгибы нити, трубчатый нитенатя- житель вместо тарельчатого, механизм рассеивания нити по торцам бобины, постоянную линейную скорость в течение всего времени наматывания бобины и трехконусную форму намотки нити.
Техническая характеристика бобинажно-перемоточной машины БП-240-С:
Число сторонок
Число веретен на машине
Расстояние между намоточными виретена- мн, мм
Вид намотки
Форма выходящей паковкн
Размеры паковки, мм диаметр высота
Размеры волокнитового патрона, мм максимальный внутренний диаметр . высота конусность
Линейная скорость перематывания нити, м/мин
Привод машины
Габаритные размеры, мм длина •..
ширина высота
16240Крестовая .Трехконусная бобина150150611757°До 300 м/мину постоянная в течение всего периода наматывания на бобинуОбщий электродвигатель мощностью 1 квт\ напряжение 220/380 £4350770130016240Крестовая .Трехконусная бобина150150611757°До 300 м/мину постоянная в течение всего периода наматывания на бобинуОбщий электродвигатель мощностью 1 квт\ напряжение 220/380 £43507701300Технологическая схема машины 6П-240С Схема заправки нити на машине БП-240-С представлена на рис. 13.2. С початка /, полученного на крутильной машине и установленного на неподвижном шпуледержателе, нить 2 проходит баллоногаситель 3, направляющий ролик 4 и поступает на натяжное устройство 5. Сходя с натяжного устройства, нить огибает ролик 6, проходит над крючком 7 механизма самоостанова, огибает направляющий пруток 8, проходит через нитеводитель 9, следящий валик J。 и поступает на бобину //.
16
240
Крестовая .
Трехконусная бобина
150
150
61
1757°
До 300 м/мину постоянная в течение всего периода наматывания на бобину
Общий электродвигатель мощностью 1 квт\ напряжение 220/380 £
4350770
1300
16
240
Крестовая .
Трехконусная бобина
150
150
61
1757°
До 300 м/мину постоянная в течение всего периода наматывания на бобину
Общий электродвигатель мощностью 1 квт\ напряжение 220/380 £
4350770
1300
Кинематическая схема машины БП-240-С (рис. 13.3). Наиболее важной частью машины является мотальная головка. В ней размещены основные узлы и механизмы, осуществляющие намотку нити на бобину.
Мотальная головка машины состоит из коробки /0, в которой находится эксцентрик 9. На передний торец коробки выведены: бо- бинодержатель, на который надевается патрон 73, коробка нитерас- кладчика // с нитеводителем /2. Передача движения мотальным головкам осуществляется от электродвигателя 6 через клиноременную передачу, состоящую из клинового ремня 5, шкивов и глав- 226 *
ног。 вала 4 машины. На главном валу против каждой моталь-. ной головки закреплены фрикционные ведущие диски 3. С каждым ведущим диском находится в контакте ведомый фрикционный
с ° валика 一
диск 2, укрепленный на конце и сообщающий ему вращательное движение. Такимдиск 2, укрепленный на конце и сообщающий ему вращательное движение. Такимобразом, при вращении валика / бобина получает вращательное движение и на нее наматывается нить. С помощью зубчатых шестерен движение от валика / передается валику 7, на котором установлен эксцентрик 9. Эксцентрик имеет паз? в который входит ролик 8, связанный соответствующей передачей с нитеводителем 12. При вра- щении эксцентрика нитево- дитель получает возвратно-
диск 2, укрепленный на конце и сообщающий ему вращательное движение. Таким
диск 2, укрепленный на конце и сообщающий ему вращательное движение. Таким
поступательное и раскладывает соте бобины.
движениедвижениеНитенатяжительНитенатяжительпитьпитьпо выпо вымаши-маши-ны БП-240-С (рис. 13.4). Машина БП-240-С оснащена нитенатяжителем, который состоит из трех стальных цилиндров J (верхнего, нижнего и центрального), воронки баллоногасителя 2, направляющего пальца 3.
движение
движение
Нитенатяжитель
Нитенатяжитель
пить
пить
по вы
по вы
маши-
маши-
丿，несущего бобинодержатель丿，несущего бобинодержательРис. 13.2. Схема заправки нити на машине БП-240-С:/ — початок; 2 — нить; 3 — баллоногаситель; 4 — на правляютций рол ик; 5 — натяжное устройство;6 — ролнк; 7 — крючок; 5 — направляющий пруток;9 — нитеводитель; /0 ——следящий валик； // — бо-Рис. 13.2. Схема заправки нити на машине БП-240-С:/ — початок; 2 — нить; 3 — баллоногаситель; 4 — на правляютций рол ик; 5 — натяжное устройство;6 — ролнк; 7 — крючок; 5 — направляющий пруток;9 — нитеводитель; /0 ——следящий валик； // — бо-Нижний цилиндр связан с рукояткой 4, на которой закреплен направляющий ролик 5; при прохождении нити он свободно вращается в шарикоподшипниках. Натяжение нити создается в результате трепня, возникающего при движении нитиНижний цилиндр связан с рукояткой 4, на которой закреплен направляющий ролик 5; при прохождении нити он свободно вращается в шарикоподшипниках. Натяжение нити создается в результате трепня, возникающего при движении нити亠 по поверхности цилиндров. Натялсе- нне нити регулируется поворотом центрального цилиндра. Тщательная обработка поверхности цилиндров и отсутствие в приборе мест резких перегибов нити предупреждают ее повреждения.
丿，несущего бобинодержатель
丿，несущего бобинодержатель
Рис. 13.2. Схема заправки нити на машине БП-240-С:
/ — початок; 2 — нить; 3 — баллоногаситель; 4 — на правляютций рол ик; 5 — натяжное устройство;
6 — ролнк; 7 — крючок; 5 — направляющий пруток;
9 — нитеводитель; /0 ——следящий валик； // — бо-
Рис. 13.2. Схема заправки нити на машине БП-240-С:
/ — початок; 2 — нить; 3 — баллоногаситель; 4 — на правляютций рол ик; 5 — натяжное устройство;
6 — ролнк; 7 — крючок; 5 — направляющий пруток;
9 — нитеводитель; /0 ——следящий валик； // — бо-
Нижний цилиндр связан с рукояткой 4, на которой закреплен направляющий ролик 5; при прохождении нити он свободно вращается в шарикоподшипниках. Натяжение нити создается в результате трепня, возникающего при движении нити
Нижний цилиндр связан с рукояткой 4, на которой закреплен направляющий ролик 5; при прохождении нити он свободно вращается в шарикоподшипниках. Натяжение нити создается в результате трепня, возникающего при движении нити
Механизм рассеивания нити по торцам бобины исключает седлообразную форму намотки нити, которая получается вследствие наматывания у торцов бобины в 1,5—2 раза больше нити, чем на
среднем участке бобины, в резкого изменения скорости движения нитеводителя от максимальной до нулевой и от нулевой до максимальной у торцов бобины. Для рассеивания витков нитей в торцах бобины нитеводитель за каждый оборот эксцентрика получает дополнительное перемещение на ±2,4 мм.
Рнс. 13.3. Кинематическая схема машины Б11-240^С:Рнс. 13.3. Кинематическая схема машины Б11-240^С:—валик; 2 — ведомый фрикционный днсх： 3 — веду окне фрикционные диски; 4 — главный ~ клиновой ремень; 6 — электродвигатель； Z — валик； 8 — ролик; 9 — эксцентрик;"э ннтераскладчика； 12 — нитеводитель; 13 — патрон.—валик; 2 — ведомый фрикционный днсх： 3 — веду окне фрикционные диски; 4 — главный ~ клиновой ремень; 6 — электродвигатель； Z — валик； 8 — ролик; 9 — эксцентрик;"э ннтераскладчика； 12 — нитеводитель; 13 — патрон.—коробка; "——коробка; "—коробкакоробкавал； 5 — /Овал； 5 — /ОРис. 13.4. Нитеяатяжитель машины ВП-240-С:/ — стальные цилиндры; 2— воронка баллоногасителя； 8 — направляющий далец; 4 — рукоятка; 5 — направляющий ролик.Рис. 13.4. Нитеяатяжитель машины ВП-240-С:/ — стальные цилиндры; 2— воронка баллоногасителя； 8 — направляющий далец; 4 — рукоятка; 5 — направляющий ролик.Расчет производительностибобинажно-перемоточной машины
Рнс. 13.3. Кинематическая схема машины Б11-240^С:
Рнс. 13.3. Кинематическая схема машины Б11-240^С:
—валик; 2 — ведомый фрикционный днсх： 3 — веду окне фрикционные диски; 4 — главный ~ клиновой ремень; 6 — электродвигатель； Z — валик； 8 — ролик; 9 — эксцентрик;
"э ннтераскладчика； 12 — нитеводитель; 13 — патрон.
—валик; 2 — ведомый фрикционный днсх： 3 — веду окне фрикционные диски; 4 — главный ~ клиновой ремень; 6 — электродвигатель； Z — валик； 8 — ролик; 9 — эксцентрик;
"э ннтераскладчика； 12 — нитеводитель; 13 — патрон.
—коробка; "—
—коробка; "—
коробка
коробка
вал； 5 — /О
вал； 5 — /О
Рис. 13.4. Нитеяатяжитель машины ВП-240-С:
/ — стальные цилиндры; 2— воронка баллоногасителя； 8 — направляющий далец; 4 — рукоятка; 5 — направляющий ролик.
Рис. 13.4. Нитеяатяжитель машины ВП-240-С:
/ — стальные цилиндры; 2— воронка баллоногасителя； 8 — направляющий далец; 4 — рукоятка; 5 — направляющий ролик.
Для расчета производительности бобинажно-перемоточной машины необходимо знать скорость наматывания нити в м/сек, которую можно вычислить по формуле
G = у' с；十凋 = J(nOcp〃产 + (2/г/户
(13.3) где % — поступательная скорость наматывания, MjceK； и?——переносная скорость на- матывания, м/сек; Dcp ——средний диаметр наматывания бобины, ж;几一число оборотов веретена, об/сек； h ——размах нитеводителя, м; /г?—число оборотов эксцентрика, об)сек. Стеклянные нити перематывают со скоростью до 4 м/сек, или 240 м/мин.
Теоретическая производительность бобипажно-перемоточной машины (в 汇а) рассчитывается по формуле
vtKT
°т = Тбоо-1000 必伙・ 1尸 (13.4)
илиили
или
или
где у — скорость наматывания нити,闾мин; / — расчетное время, м〃儿；К — число веретен на машине; Т толщина нити, текс; ^м ——номер нити.
Фактическая производительность бобинажно-перемоточной машины равна
% = %Кп.в(L3.5)
где Лп в 一 коэффициент полезного времени работы машины (0,8—0,9).
ПОРОКИ И ОТХОДЫ ПРИ ПЕРЕМАТЫВАНИИ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
В результате нарушения технологического процесса перематывания стеклянных нитей возможны пороки нити и неправильное формирование паковки: ворсистость, загрязненность, намотка нити на паковку жгутом, недостаточная или излишняя плотность иамоткн, смешивание нитей различной толщины на одной паковке и т. д.。
Отходы в процессе перематывания стеклянных нитей составляют не более 1% и получаются главным образом при устранении обрывов нитей и замене сработанных паковок на новые.
ГЛАВА 14
ПОДГОТОВКА УТОЧНОЙ НИТИ к ТКАЧЕСТВУНА УТОЧНО-МОТАЛЬНОМ АВТОМАТЕ
Подготовка утка к ткачеству заключается в создании паковки, которая дает возможность перерабатывать >точную нить в ткань на ткацком станке.
Так как стеклянные тканн, за исключением жгутовых и самой тонкой электроизоляционной ткани, имеющей толщину 0,025 мм, вырабатываются на автоматических челночных станках, такой паковкой является шпуля с резервными витками нити у ее основания. Как уже ранее указывалось, крученую уточную нить для изготовления стеклянных тканей получают непосредственно на уточно-крутильных машинах, однако ее можно получать и на уточномотальном автомате, перематывая нити на уточные шпули. Эго особенно целесообразно при приготовлении утка толщиной 108 текс и более. Если в качестве утка применяется некрученая стеклянная нить, то уток может быть получен только на уточно-мотальном автомате.
Уточную стеклянную нить перематывают на шпули на уточномотальном автомате УА-300-С1, который является модернизированной моделью уточно-мотального автомата УА-300-3.
УТОЧНО-МОТАЛЬНЫЙ АВТОМАТ УА-300-С1
Автомат УА-300-С1 в отличие от УА-300'3 снабжен двухцилиндровым нитенатяжителем и механизмом для установки и съе^ ма бобины с нитью; нитепроводники выполнены из износостойкого материала, облегчен сигнальный крючок механизма самоостанова, намотанные шпули принимаются в ящики с эластичным по~ крытием, сокращен путь падения наработанных уточных шпуль п т. д.
Кинематическая схема уточно-мотального автомата УА-300-С1 (рис. 14.2). Движение от электродвигателя 14 через ступенчатый П1КНВ 〃i клиновидным ремнем передается ступенчатому шкиву с^， жестко сидящему на главном валу I. На главном валу против шкив «з, который через рерабочему шкиву 点 или хо-
Ниже приводится техническая УА-300-С1:
характеристика
автомата
Число сторонок
Число веретен в секции
Число секций в машине
Расстояние между веретенами, мм ...
Число оборотов веретена：
за один ход нитеводителя в 1 мин
Линейная скорость наматывания нити на шпулю,加/財〃泡
Ход нитеводителя, мм
Диаметр намотки нити на шпулю, мм ..
Длина шпули, мм
Длина резервной намотки, м
Привод машины
Габаритные размеры машины, мм длина (одной секции) ширина высота
3 4 300
15,9
2 000^-6000
90—500
3718—35155—2102—6Индивидуальный, мощ-ность электродвигателя1,7 квт、 напряжение220, 380, 550 6
20008001500
каждой мотальной головки закреплен менную передачу передает вращение лостому шкиву ?5 мотальной головки. Перевод ремня с рабочего шкива на холостой производится вилкой 2, автоматически выключающей из работы шпиндель и нитеводитель
при обрыве, сходе
нити или при не-
обходнмостп съема
наработанной
шпули. Шкив 以 закреплен на приводном валу 3 головки. Вращение
от приводного вала через винтовую пару Zi и Z2, промежуточный вал 9 2з и 之4 передается
и шестерни
шпинделю 4, имеющему на конце
головки шпули 5. Ко-
гнездо 6 для
нец шпули вставляется в гнездо 6 со спиральной пружиной 7 для прижима гнезда к шпуле. Вращаясь,
шпиндель 4 приводит во вращение
Рис. 14.1. Технологическая схема уточно-мотального автомата ”УА-300-С1:
/ — паковка; 2 — цилиндрь( натяж-
Технологическая схема уточно-мотального автомата УА'300-Cl (рис. 14.1). Нить сматывается с неподвижно установленной паков- ■ки /, огибает цилиндры натяжного прибора 2, проходит через глазок сигнального крючка 3, являющегося одновременно и компенсатором натяжения, через водок 7 нитеводителя 8 и раскладывается на шпуле 5, зажатой между ведущим 4 и поддер жив а ющим 6 шпинделями. Шпуле сообщается вращательное движение, а водку нитеводителя ——поступательное и возвратно-поступательное основное и дополнительное (±2,5 мм). Дополнительное вращательное движение необходимо для рассеивания витков нити.
При окончании наматывания нити на шпулю, обрыве нити или схоае ее с входящей паковки вращение [дпаннбл丸 а следовательно^ шпули прекращается. Шпиндели освобождают шпулю, и она падает в ящик. В это время нить, идущая от упавшей полной шпули,, зажимается в гнезде ведущего шпинделя автоматически подаваемой пустой шпулей и обрезается ножницами; одновременно ните- водитель перемещается к головке шпули, ведущий шпиндель начинает вращаться и производится намотка резерва. После намотки резерва заданной длины в работу включается нитеводитель и про- [езводится намотка шпули.
шпулю, благодаря чему на нее наматывается нить. Раскладывание нити осуществляется следующим образом. Движение от промежуточного вала 9 через шестерни Z5 и
Z$ передается эксцентриковому валу /2, на котором расположен эксцентрик //, связанный с водком
него прибора; 3 —глазок сигнального крючка； 4 — ведущий шпиндель; ■ 6 — поддерживаюц1.ий
5 — шпуля； шпиндель;
7 — водок; 8 — нитсво- дитель.
Ю нитеводителя. Эксцентрик, вращаясь, приводит в колебательное движение нитеводитель, раскладывающий нить вдоль шпули. Движение от эксцентрикового вала через шестерню Z? передается шестерне Z8 с эксцентриковым пазом, в который входит палец 16. Наличие пальца дает возможность шестерне Z8 совершать осевое возвратно-поступательное движение. Кроме того, шестерня Z& имеет кольцевой паз. В этот паз входит шестерня Z$ жестко закрепленная на випте 19 водка. С винтом водка полугайкой связана державка 18 нитеводителя. Таким образом, шестерня Z% винт и державка, а следовательно, нитеводитель, совершают дополнительное возвратно-поступательное движение, рассеивая витки ннтн. Рассеивание витков способствует заполнению промежутков между ними, увеличивает плотность намотки и предупреждает тем самым сползание витков со шпули в процессе ткачества. Для смещения слоев при наматывании водку сообщается поступательное движение. Это происходит следующим образом. Пален
шестерни Zs приводит в колебательное движение через тягу /5 рычаг 22 с собачками 23, которые поворачивают храповик Zxp и шестерню Zio； последняя вращает шестерню Zg, а следовательно, винт J9. Нитеводитель через полугайку державки /8 поступательно перемещается по винту. Изменением скорости поступательного движения нитеводителя регулируется диаметр намотки шпули.
匈4匈4%%%石%石wo■А^мгwo■А^мг北北55
匈4
匈4
%
%
%石
%石
wo
■А^мг
wo
■А^мг
北
北
5
5
Рис, 14.2. Кинематическая схема у точно-мотального автомата УА-300-С1:
I — главный вал; 2 — вилка： 3 ~ приводной вал; 4 — шпиндель； 5 — шпуля; 6 — гнездо шпули； 7 — пружина; 8 — ваз автомата; 9 — промежуточный вал; 2。一 во纹gk; / f — эксцентрик; /2 — эксцентриковый вал; /3 — муфта включения; 14 — электродвигатель； /5, 24 — тя「н; 16 — палец； /7 — вали；＜; 18 — державка; 19 — винт водка; 20 —вал; 2/ — палец; 22 — рычаг； 23 — собачки; l^VIH — эксцентрики.
Для изменения диаметра намотки шпули на передней стороне головки имеется небольшой диск, снабженный лимбом с делениями. Поворот диска в направлении движения часовой стрелки соответст- вует увеличению диаметра намотки шпули. При обрыве или сходе нити ведущий шпиндель -выключается через рычаг 22, палец 2/, вхо- дящий в палец втулки, которая 'приводится в .колебательное движение. Через шестерни Z» Z^, тягу 24 и валик 17 колебательное движение втулки передается механизму выключения шпинделя. Вал автомата 8 приводится в движение от электродвигателя 14 через шкивы 厶 и 办 и шестерни Z13, Z【4, Z15, Zi6, 2% Z^.
На валу в каждой передней коробке мотальной головки закреплена шестерня Z^\ она приводит во вращение шестерню Z2q, установленную свободно на валу 20 и соединяющуюся с ним автоматически с помощью муфты включения /3.
На валу 20 укреплены шпонками восемь эксцентри：ко(в, которые передают движение механизмам автоматической смены при окончании наматывания шпули.
Ниже приводится назначение каждого эксцентрика:
Эксцентрик /Эксцентрик /Передает движение механизму, выключающему ведущий шпиндель при смене шпули
Эксцентрик /
Эксцентрик /
Эксцентрик II ним на немЭксцентрик II ним на немс закреплен- сектором ..с закреплен- сектором ..Эксцентрик /〃 Эксцентрик /VЭксцентрик V:Эксцентрик /〃 Эксцентрик /VЭксцентрик V:Эксцентрик VIЭксцентрик VIЭксцентрик VIIЭксцентрик VIII Эксцентрик VIIЭксцентрик VIII Изменяет положение сектора относительно эксцентриков / и 〃 и таким образом регу* лирует момент включения ведущего шпинделя, а следовательно, длину резервной намоткиУчаствует в автоматическом выбрасывании намотанной шпули из шпинделейПередает движение ножницамС помощью рычагов перемещает нитеводитель в положение, соответствующее началу наматывания шпули, т. е. к гнезду заднего шпинделяУчаствует в работе механизма отключения нитеводителя, после чего нитеводитель механизмом перемещения отводится в исходное положение с помощью эксцентрика 7Подает с помощью специального механизма пустые шпули к гнездам шпинделейФиксирует все эксцентрики автомата в одном положенииИзменяет положение сектора относительно эксцентриков / и 〃 и таким образом регу* лирует момент включения ведущего шпинделя, а следовательно, длину резервной намоткиУчаствует в автоматическом выбрасывании намотанной шпули из шпинделейПередает движение ножницамС помощью рычагов перемещает нитеводитель в положение, соответствующее началу наматывания шпули, т. е. к гнезду заднего шпинделяУчаствует в работе механизма отключения нитеводителя, после чего нитеводитель механизмом перемещения отводится в исходное положение с помощью эксцентрика 7Подает с помощью специального механизма пустые шпули к гнездам шпинделейФиксирует все эксцентрики автомата в одном положении
Эксцентрик II ним на нем
Эксцентрик II ним на нем
с закреплен- сектором ..
с закреплен- сектором ..
Эксцентрик /〃
Эксцентрик /V
Эксцентрик V:
Эксцентрик /〃
Эксцентрик /V
Эксцентрик V:
Эксцентрик VI
Эксцентрик VI
Эксцентрик VII
Эксцентрик VIII
Эксцентрик VII
Эксцентрик VIII
Изменяет положение сектора относительно эксцентриков / и 〃 и таким образом регу* лирует момент включения ведущего шпинделя, а следовательно, длину резервной намотки
Участвует в автоматическом выбрасывании намотанной шпули из шпинделей
Передает движение ножницам
С помощью рычагов перемещает нитеводитель в положение, соответствующее началу наматывания шпули, т. е. к гнезду заднего шпинделя
Участвует в работе механизма отключения нитеводителя, после чего нитеводитель механизмом перемещения отводится в исходное положение с помощью эксцентрика 7
Подает с помощью специального механизма пустые шпули к гнездам шпинделей
Фиксирует все эксцентрики автомата в одном положении
Изменяет положение сектора относительно эксцентриков / и 〃 и таким образом регу* лирует момент включения ведущего шпинделя, а следовательно, длину резервной намотки
Участвует в автоматическом выбрасывании намотанной шпули из шпинделей
Передает движение ножницам
С помощью рычагов перемещает нитеводитель в положение, соответствующее началу наматывания шпули, т. е. к гнезду заднего шпинделя
Участвует в работе механизма отключения нитеводителя, после чего нитеводитель механизмом перемещения отводится в исходное положение с помощью эксцентрика 7
Подает с помощью специального механизма пустые шпули к гнездам шпинделей
Фиксирует все эксцентрики автомата в одном положении
Крученые стеклянные нити перематывают со скоростью 170 м/мин (3100 об/мин шпинделя), некрученые стеклянные нити——со скоростью 90 м/мин (2000 об/мин шпинделя). Минимальная повреждаемость нити в процессе наматывания шпули и нормальное сматывание утка на ткацком станке достигаются при плотности намотки стеклянных нитей на уточные шпулях 1,8——1,6 г/сж3. При изготовлении стеклянных тканей из стеклянных нитей толщиной 3,6——108 текс применяются уточные шпули длиной 160 — 195 мм и слегка конусообразной формы. Максимальные диаметры намотки нитей на шпули составляют соответственно 26——32 мм. Учитывая, что стеклянные ткани пока еще вырабатываются на ткацких станках, оснащенных уточными щуплами контактного действия, необходимо, чтобы диаметр намотки ннтн на шпули был одинаковым для стеклянных нитей равной толщины. Это способствует уменьшению повреждения нити щуплом и снижению ворсистости ткани.
Производительность уточно-мотального автомата может быть рассчитана по формуле, приведенной в главе 13, если коэффициент полезного времени Лп.в принят равным 0,8——0,9.
ПОРОКИ И ОТХОДЫ ПРИ ПЕРЕМАТЫВАНИИУТОЧНЫХ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
Основными видами пороков в перематываемых уточных стеклянных нитях являются: ворс на нити, мягкая намотка, неправильная форма намотки, несоответствие размеров уточной паковки внутренним размерам челнока, смешение нитей разной толщины, загрязненность паковки, небрежное соединение концов нитей. Ука- 233
занные пороки вызываются разладками ‘механизмов уточно-мотального автомата и невнимательным отношением мотальщиц к работе.
Отходы при перематывании стеклянных уточных нитей образуются в результате устранения обрывов нитей, при отмотке нити с перематываемой паковки, имеющей пороки, образовавшиеся на предыдущих технологических операциях, при заправке новой уточной паковки, а также в результате неполного сматывания нити. При перематывании уточных стеклянных нитей в соответствии с нормами технологического режима отходы составляют не более 1°/о.
Для снижения отходов в процессах текстильной переработки стеклянного волокна необходимо бережно обращаться с пустыми шпулями. Для удаления со шпуль недоработанных остатков нити не рекомендуется применять острые предметы.
ГЛАВА 15
СНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
Технологический процесс снования заключается в навивке на ткацкий навой параллельно друг другу расчетного количества основных нитей определенной длины.
Снование основных стеклянных нитей производится в большинстве случаев с неподвижных паковок массой 0,3——1 冗а, в зависимости от толщины перерабатываемых нитей, полученных на крутильных машинах. Такой способ снования исключает процесс перематывания стеклянных нитей на бобинажно-перемоточных машинах. Однако малая длина нити на паковке предопределяет низкий Квв сновальных машин и отрицательно влияет на качество основ. В настоящее время ведутся исследования, цель которых значительно увеличить массу паковок. Применяющийся в промышленности стеклянного волокна процесс снования тонких основных нитей с вращающихся паковок устарел, технологически нерационален, экономически невыгоден, поэтому ин не рассматривается в книге. Снование стеклянных нитей производится ленточным способом. На барабан сновальной машины последовательно укладываются и наматываются ленты одинаковой длины и ширины с одинаковой плотаостъю намотки нитей (количество нитей, приходящихся на единицу ширины основы).
Навитые последовательно на барабан сновальной машины ленты перевиваются все одновременно на ткацкий навой.
При ленточном способе снования основные нити наматываются на барабан по винтовым линиям за счет вращения барабана и равномерного смещения направляющего берда суппорта в сторону конуса барабана, который удерживает от сползания витки первой ленты. Торец намотки имеет коническую форму и служит основа- 234
нием для укладки последующей ленты. Сечение ленты, намотанной на барабан, имеет форму параллелограмма, стороны которого параллельны оси барабана и конусу. Такая форма сечения получается при правильном выборе скорости перемещения суппорта и угла наклона конуса (исходя из толщины перерабатываемой стеклянной нити и плотности снования).По данным В. А. Гордеева и П. В. Волкова, перемещение сум- порта 力 за время одного оборота барабана прямо пропорционально一 " сбпатне ппОпОппиО-нием для укладки последующей ленты. Сечение ленты, намотанной на барабан, имеет форму параллелограмма, стороны которого параллельны оси барабана и конусу. Такая форма сечения получается при правильном выборе скорости перемещения суппорта и угла наклона конуса (исходя из толщины перерабатываемой стеклянной нити и плотности снования).По данным В. А. Гордеева и П. В. Волкова, перемещение сум- порта 力 за время одного оборота барабана прямо пропорционально一 " сбпатне ппОпОппиО-(в тексах}(в тексах}плотности ленты и толщине нити нально тангенсу угла конуса барабаналенты:плотности ленты и толщине нити нально тангенсу угла конуса барабаналенты:и обратно пропорцио-и обратно пропорцио-и плотности навивкии плотности навивки, РТ"Ytga・1006, РТ"Ytga・1006Р или h = VNMtgaР или h = VNMtga（15」）（15」）
нием для укладки последующей ленты. Сечение ленты, намотанной на барабан, имеет форму параллелограмма, стороны которого параллельны оси барабана и конусу. Такая форма сечения получается при правильном выборе скорости перемещения суппорта и угла наклона конуса (исходя из толщины перерабатываемой стеклянной нити и плотности снования).
По данным В. А. Гордеева и П. В. Волкова, перемещение сум- порта 力 за время одного оборота барабана прямо пропорционально
一 " сбпатне ппОпОппиО-
нием для укладки последующей ленты. Сечение ленты, намотанной на барабан, имеет форму параллелограмма, стороны которого параллельны оси барабана и конусу. Такая форма сечения получается при правильном выборе скорости перемещения суппорта и угла наклона конуса (исходя из толщины перерабатываемой стеклянной нити и плотности снования).
По данным В. А. Гордеева и П. В. Волкова, перемещение сум- порта 力 за время одного оборота барабана прямо пропорционально
一 " сбпатне ппОпОппиО-
(в тексах}
(в тексах}
плотности ленты и толщине нити нально тангенсу угла конуса барабана
ленты:
плотности ленты и толщине нити нально тангенсу угла конуса барабана
ленты:
и обратно пропорцио-
и обратно пропорцио-
и плотности навивки
и плотности навивки
, РТ
"Ytga・1006
, РТ
"Ytga・1006
Р или h = VNMtga
Р или h = VNMtga
（15」）
（15」）
где 尸一плотность ленты (число нитей на единицу ширины ленты); Т ——толщи■ на нити, текс, у — плотность навивки ленты; а — угол конуса; ^м — номер нити.
Если угол конуса барабана постоянный, то перемещение суп-
порта h определяется по формуле
(15.2)
где “ = 1/Ytga.
В промышленности стеклянного волокна применяются сновальные машины с переменным или постоянным углом конуса.
При сновании стеклянных нитей не допускается разнонатяну- тость одиночных нитей и лент, приводящая к провисанию отдельных участков ткани. Одинаковое натяжение нитей достигается, когда шпулярник содержится в хорошем техническом состоянии и натяжные приборы регулярно очищаются. Основные паковки, установленные в щпулярнике, должны по возможности иметь одинаковую массу и равное натяжение нитей внутри паковки. Проборку нитей в ценовое бердо необходимо вести по вертикальным рядам. Учитывая низкую сопротивляемость стеклянных нитеп истиранию и изгибу, не допускается скрещивание основных нитей. Детали, направляющие нити, должны быть изготовлены из керамических материалов. Шпулярник должен бьпь установлен на таком расстоянии от барабана, чтобы угол изгиба крайних нитей ленты в бердах машины был минимальным. При электризации нитей основы необходимо применять приспособления для снятия электрических зарядов.
Форма намотки нитей на барабан должна быть строго цилиндрической. Чтобы сохранить такую форму намотки основы на ткацком навое, ствол должен быть цилиндрическим, шипы не погнуты, а фланцы расположены под прямым углом по отношению к оси навоя. На поверхности фланцев не допускаются заусенцы. Фланцы необходимо устанавливать на расстоянии друг от друга, равном ширине основы. Точно замерить ширину основы можно с помощью темной нити, проложенной через основные нити на послеч- 235
нем обороте барабана при сновке каждой ленты. Концы основы следует равномерно приклеивать к стволу навоя липкой лентой, а не привязывать узлами.
РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СНОВАНИЯ
Расчет производится, исходя из числа нитей в основе, ее ширины и емкости шпулярника. Предварительно число нитей в основе подсчитывается, исходя из плотности, ширины ткани и усадки уточных нитей. Первые два показателя указаны в технической документации на ткани. Усадка уточных нитей составляет 1——1,5% при выработке электроизоляционных тканей и 1,5——2，'о при выработке стеклянных тканей конструкционного назначения. Ширина основы при ткачестве стеклянной нити принимается равной ширине заправки основы по берду*
Емкость шпулярников, применяемых в промышленности стеклянного волокна, составляет 200——400 паковок. Расчет производится применительно к конкретному шпулярнику. Количество лент в основе:
т == ~~（15.3）
где М ——число нитей в основе； п ——максимальная емкость шпулярника.
Если т ——дробное число, то для снования принимается количество лент /л】， равное ближайшему целому числу, и уточняется число нитей в ленте, или ставка шпулярника:
Например, если в основе 1830 нитей, то при емкости шпулярника 400 паковок число лент в основе m составит 1830/400 = 4,5, т. е. четыре ленты по 400 нитей и одна лента 230 нитей. Это неудобно, так как при сновке последней ленты с 230 нитями придется сни- мать со шпулярника 170 паковок, а при работе следующей основы опять их устанавливать. Неизбежно возникнут простои машины, а следовательно, снизится ее производительность. Поэтому принимаем число лент в основе равным пяти, а ставку шпулярника
1830几 1 = —— = 365 паковкам
Чтобы рассчитать необходимое количество нити для снования основы, следует определить объем нитей （в с初？） на навое:
y=y（喝一吟（15.5）
где Н ■— расстояние между фланцами навоя （в с儿），равное ширине основы； Dh — диаметр навивки нитей, см； d —— диаметр ствола навоя, см.
Для предохранения легкооазрушаемых стеклянных нитей от повреждений диаметр навивки нитей на навой должен быть на 236
3 см меньше диаметра фланцев ткацкого навоя. Масса на ткацком навое (в кг)
6 = 4W
нитей(15.6)нитей(15.6)где р ——плотность намоткн нитей на навой (для промышленного ассортимента стеклянных тканей из нитей 108——3,6 текс составляет 1,5——1,6 ?/с%С).
нитей
(15.6)
нитей
(15.6)
Длина основы на навое
(15.7)(15.7)G-1000-1000 r GMf ・100°
(15.7)
(15.7)
L = Жили L ="M
где Т — толщина основных нитей, тепе, А% —— номер основных нитей.
Длина основ принимается 2000 м при выработке электроизоля- пионных тканей и 800——1000 坦 при выработке тканей конструкционного назначения.
При выборе ценового берда для прокладки цен следует исходить из необходимости минимального изгиба и истирания хрупких стеклянных нитей о плоские стальные зубья ценового берда. Суп- портное бердо должно быть того же номера, что и ткацкое бердо. В зубья суппортного и ткацкого берд необходимо пробирать одно и то же число нитей. Для получения нужной плотности намотки нитей на ткацкий навой снование следует проводить при натяжениях 20—100 гс для стеклянных иитей толщиной 3,6——108 текс.. 一
Для снования основ из стеклянных нитей предназначены ленточные сновальные машины СЛ-140-ШЛ2 н СЛ-140-Х со шпупяр- никами Ш-400-С.
В работах по модернизации машины СЛ-140-Х предусматривается: оснащение шпулярника баллоноограничителями, исключающими захлестывание нитей смежных паковок при высокой скорости снования, плавный пуск навоя при перевивке основы, улучшение конструкции механизма привода машины, регулирование скорости перевивки на рабочем месте и т. д.
СНОВАЛЬНАЯ МАШИНА СЛ-140-Х СО ШПУЛЯРНИКОМ Ш-400-С
Технологическая схема ленточной сновальной машины СЛ-140-Х представлена на рис. 15.1. Машина оснащена шпулярником 7 для прерывного снования, на котором размещено 400 паковок, получен- ных на тростальпо-крутильных машинах. Основные нити, сматываясь с неподвижных паковок шпулярника, проходят через натяжные приборы (на рисунке не показаны), проволочные петли 6 тнратронн。力 станции, ценовое бердо 5, ленточног бердо 4 и наматываются на сновальный барабан 3. Сматываясь со сновального барабана, основа огибает направляющий валик 2 и навивается на ткацкий навоп 1. На данной машине осуществляется рассредоточенная и прямолинейная проводка нитей от шпулярника до барабана, что очень важно при переработке стеклянных нитей. Тиратронная станция автоматически останавливает барабан при обрыве одной из навиваемых на него нитей. Ценовое бердо, закре- 237
пленное в рамке с направляющими прутками на сновальном столе, предназначено для прокладывания цен. Ленточное бердо равномерно распределяет нити по ширине ленты, определяет плотность нитей в ленте и ширину ленты.
Рис. 15丄 Технологическая схема ленточной сновальной машиныРис. 15丄 Технологическая схема ленточной сновальной машины-нааой; 2 — направляющий валнк； 3 — барабан; 4 — ленточное бердо; 5 — -6 — проволо-тые петли; 7 — шпулярли!<.-нааой; 2 — направляющий валнк； 3 — барабан; 4 — ленточное бердо; 5 — -6 — проволо-тые петли; 7 — шпулярли!<.СЛ-140-Х:ценовое бердо；СЛ-140-Х:ценовое бердо；
Рис. 15丄 Технологическая схема ленточной сновальной машины
Рис. 15丄 Технологическая схема ленточной сновальной машины
-нааой; 2 — направляющий валнк； 3 — барабан; 4 — ленточное бердо; 5 — -6 — проволо-тые петли; 7 — шпулярли!<.
-нааой; 2 — направляющий валнк； 3 — барабан; 4 — ленточное бердо; 5 — -6 — проволо-тые петли; 7 — шпулярли!<.
СЛ-140-Х:
ценовое бердо；
СЛ-140-Х:
ценовое бердо；
Ниже приведены технические характеристики сновальной ма шины СЛ-140-Х и шпулярника Ш-400-С.Сновальная машина СЛ-140-Х:Ниже приведены технические характеристики сновальной ма шины СЛ-140-Х и шпулярника Ш-400-С.Сновальная машина СЛ-140-Х:Размеры барабана, ммрабочая ширинапериметр Длина конуса по образующей, ммУ гад конуса (постоянный)Скорость сновки, м/минСкорость перевивки, м/лшнСдвиг суппорта за один оборот барабана, ммВозможное число подачШирина ленты, ммГабаритные размеры машины, ммРазмеры барабана, ммрабочая ширинапериметр Длина конуса по образующей, ммУ гад конуса (постоянный)Скорость сновки, м/минСкорость перевивки, м/лшнСдвиг суппорта за один оборот барабана, ммВозможное число подачШирина ленты, ммГабаритные размеры машины, мм140030008806°100—50020—350,071—2,3154 или 266100—400140030008806°100—50020—350,071—2,3154 или 266100—400длина•рабочая ширинаширина при съеме навоя высота Вес, кгсПлощадь, занимаемая машиной, ж2длина•рабочая ширинаширина при съеме навоя высота Вес, кгсПлощадь, занимаемая машиной, ж2518533584198—42732000560017,37518533584198—42732000560017,37Шпулярник Ш-400-С стационарный, прерывной сновки, двухсторонний с устройством для автоматического останова машины и световой сигнализацией при обрыве нити:Шпулярник Ш-400-С стационарный, прерывной сновки, двухсторонний с устройством для автоматического останова машины и световой сигнализацией при обрыве нити:Число паковок . . . . 400Шаг между паковкодержателями, ш по горизонтали . ‘ . 180по вертикали170Число рядов паковкодержателей по вертикали 10по горизонтали 20Число паковок . . . . 400Шаг между паковкодержателями, ш по горизонтали . ‘ . 180по вертикали170Число рядов паковкодержателей по вертикали 10по горизонтали 20
Ниже приведены технические характеристики сновальной ма шины СЛ-140-Х и шпулярника Ш-400-С.
Сновальная машина СЛ-140-Х:
Ниже приведены технические характеристики сновальной ма шины СЛ-140-Х и шпулярника Ш-400-С.
Сновальная машина СЛ-140-Х:
Размеры барабана, мм
рабочая ширина
периметр
Длина конуса по образующей, мм
У гад конуса (постоянный)
Скорость сновки, м/мин
Скорость перевивки, м/лшн
Сдвиг суппорта за один оборот барабана, мм
Возможное число подач
Ширина ленты, мм
Габаритные размеры машины, мм
Размеры барабана, мм
рабочая ширина
периметр
Длина конуса по образующей, мм
У гад конуса (постоянный)
Скорость сновки, м/мин
Скорость перевивки, м/лшн
Сдвиг суппорта за один оборот барабана, мм
Возможное число подач
Ширина ленты, мм
Габаритные размеры машины, мм
1400
3000
880
6°
100—500
20—35
0,071—2,31
54 или 266100—400
1400
3000
880
6°
100—500
20—35
0,071—2,31
54 или 266100—400
длина•
рабочая ширина
ширина при съеме навоя
высота
Вес, кгс
Площадь, занимаемая машиной, ж2
длина•
рабочая ширина
ширина при съеме навоя
высота
Вес, кгс
Площадь, занимаемая машиной, ж2
5185
33584198—4273
2000
5600
17,37
5185
33584198—4273
2000
5600
17,37
Шпулярник Ш-400-С стационарный, прерывной сновки, двухсторонний с устройством для автоматического останова машины и световой сигнализацией при обрыве нити:
Шпулярник Ш-400-С стационарный, прерывной сновки, двухсторонний с устройством для автоматического останова машины и световой сигнализацией при обрыве нити:
Число паковок . . . . 400
Шаг между паковкодержателями, ш по горизонтали . ‘ . 180
по вертикали170
Число рядов паковкодержателей по вертикали 10
по горизонтали 20
Число паковок . . . . 400
Шаг между паковкодержателями, ш по горизонтали . ‘ . 180
по вертикали170
Число рядов паковкодержателей по вертикали 10
по горизонтали 20
НитеватяжительГабаритные размеры, ммдлинаширина.высота Вес, кгс□лошадь, занимаемая шпулярннксАт,掖？НитеватяжительГабаритные размеры, ммдлинаширина.высота Вес, кгс□лошадь, занимаемая шпулярннксАт,掖？ТарельчатыйТарельчатый399031802245110012,72машины СЛ-140-Х399031802245110012,72машины СЛ-140-ХКинематическая схема ленточной сновальной (рис. 15.2). От электродвигателя J9 через шкив ремень 20 движение передается шкиву d?, закрепленномуКинематическая схема ленточной сновальной (рис. 15.2). От электродвигателя J9 через шкив ремень 20 движение передается шкиву d?, закрепленномуdi, клиновидныйdi, клиновидныйна валуна валуи?и?r可r可ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:Рис. 15.2. Кинемаическая схемаРис. 15.2. Кинемаическая схема厶 19 — электродвигатели; 2 — рычаги； 3,23, 24, 29, 30, 36 — цепи； 10 ~ вариатор; /4,…一 . валик； /7, 34 — тахометры; 2。一ремень； 22 — маховик； 25 — < 28 — ходовой винт; 32 —муфта； 57 — фрикционный диск；39 — планка: 如一ползутка.厶 19 — электродвигатели; 2 — рычаги； 3,23, 24, 29, 30, 36 — цепи； 10 ~ вариатор; /4,…一 . валик； /7, 34 — тахометры; 2。一ремень； 22 — маховик； 25 — < 28 — ходовой винт; 32 —муфта； 57 — фрикционный диск；39 — планка: 如一ползутка.5, 7, 8, 9, //, /2, 3/ — валы； 4 — иавой; 6. J3, 1& 21, 35, 4/ — счетчики; /5, 33 — впиты； 16 — мерильный ось; 26 — барабан： 27 — суппорт;38 — фрикционный барабанм*;5, 7, 8, 9, //, /2, 3/ — валы； 4 — иавой; 6. J3, 1& 21, 35, 4/ — счетчики; /5, 33 — впиты； 16 — мерильный ось; 26 — барабан： 27 — суппорт;38 — фрикционный барабанм*;SiSi
Нитеватяжитель
Габаритные размеры, мм
длина
ширина.
высота
Вес, кгс
□лошадь, занимаемая шпулярннксАт,掖？
Нитеватяжитель
Габаритные размеры, мм
длина
ширина.
высота
Вес, кгс
□лошадь, занимаемая шпулярннксАт,掖？
Тарельчатый
Тарельчатый
3990
3180
2245
1100
12,72
машины СЛ-140-Х
3990
3180
2245
1100
12,72
машины СЛ-140-Х
Кинематическая схема ленточной сновальной (рис. 15.2). От электродвигателя J9 через шкив ремень 20 движение передается шкиву d?, закрепленному
Кинематическая схема ленточной сновальной (рис. 15.2). От электродвигателя J9 через шкив ремень 20 движение передается шкиву d?, закрепленному
di, клиновидный
di, клиновидный
на валу
на валу
и?
и?
r可
r可
ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:
ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:
Рис. 15.2. Кинемаическая схема
Рис. 15.2. Кинемаическая схема
厶 19 — электродвигатели; 2 — рычаги； 3,
23, 24, 29, 30, 36 — цепи； 10 ~ вариатор; /4,…一 . валик； /7, 34 — тахометры; 2。一ремень； 22 — маховик； 25 — < 28 — ходовой винт; 32 —муфта； 57 — фрикционный диск；
39 — планка: 如一ползутка.
厶 19 — электродвигатели; 2 — рычаги； 3,
23, 24, 29, 30, 36 — цепи； 10 ~ вариатор; /4,…一 . валик； /7, 34 — тахометры; 2。一ремень； 22 — маховик； 25 — < 28 — ходовой винт; 32 —муфта； 57 — фрикционный диск；
39 — планка: 如一ползутка.
5, 7, 8, 9, //, /2, 3/ — валы； 4 — иавой; 6. J3, 1& 21, 35, 4/ — счетчики; /5, 33 — впиты； 16 — мерильный ось; 26 — барабан： 27 — суппорт;
38 — фрикционный барабанм*;
5, 7, 8, 9, //, /2, 3/ — валы； 4 — иавой; 6. J3, 1& 21, 35, 4/ — счетчики; /5, 33 — впиты； 16 — мерильный ось; 26 — барабан： 27 — суппорт;
38 — фрикционный барабанм*;
Si
Si
丿/. От вала 11 через вариатор 10 движение сообщается валу 9. На валу 9 жестко закреплена шестерня Zb передающая движение. шестерне Z?, а шестерня Z2 ——валу 8 редуктора. От вала 8 с помощью шестерен Z3 и Z4 движение передается валу 12, на котором ： закреплена звездочка Z5. От звездочки Z5 через цепь 18 и звездочку Zg, сидящую на оси 25, движение сообщается сновальному бат
239;
рабану 26. При перевивке основы движениг от шестерни Z3 редуктора через шестерню Z7, вал 7，звездочку Z& цепь 6, звездочку Z9 и вал 5 передается ткацкому навою 4. Изменение скорости производится маховиком 22, связанным с вариатором через цепну;э передачу; передача состоит из цепи 21 и звездочек 7ю и 2ц.
Суппорт 27 перемещается на заданную величину за каждый оборот барабана, получая движение от сновального барабана через цепную передачу 23 (звездочки Zi2 и Z^, коробку подач (2И——Z2i). коническую Z22 и Z23 и червячную Z24 и Z25 передачи и ходовой вннт 28. Ходовой винт находится в зацеплении с зубчатым коле- сом суппорта Z2g- На суппорте машины установлены ценовое бердо с увеличенным махом и направляющими прутками для разделения нитей на пять горизонтальных рядов, зевообразовательный механизм для прокладки цен, устройство для укладки лент на барабан, микрометрический винт для ручной регулировки положения в вертикальной плоскости суппортного берда при увеличении толщины намотки нитей на барабан. Сновальные машины СЛ-140-Х первых серий имели коробки подач, обеспечивавшие 54 различные подачи суппорта за один оборот барабана (от 0,071 до 2,31 мм). Затем количество возможных вариантов подач суппорта в прежнем диапазоне регулировки было увеличено до 266. Коробки взаимозаменяемы. От вала 3/ коробки подач получает движение механизм, обеспечивающий постоянные линейные скорости сновки ленты и перевивки основы. Механизм состоит из кулачковой муфты 32 и зубчатых шестерен Z27—Z34.
Поступательное движение навоя при перевивке основы передается от коробки подач через цепные передачи, состоящие из цепей 29, 30, 24, 13 и звездочек Z35 ——Z39, шестерн-и Z40 и винта 15.
Ткацкий навой движется в сторону, обратную движению суппорта. Так как поступательные скорости навоя и суппорта равны, навивание основы происходит точно между фланцами навоя. Счетный механизм останавливает машину, если необходимо проложить цены 1и наработана лента заданной длины. Останов машины в обоих случаях сопровождается световой сигнализацией.
Счетный механизм включает два счетчика: счетчик числа оборотов 41 барабана и счетчик метража 35. Тахометр 34 показывает скорость снования. Счетчик числа оборотов получает движение от оси 25 барабана 26 через звездочки 2打 и Z42 п цепь 36, зубчатые шестерни Z43——Z46, коническую Z47, z48 и червячную Z49 и Z50 передачи. Счетчик числа оборотов рассчитан на 2190 оборотов сновального барабана. На поверхности барабанчика счетчика по спирали расположены отверстия, расстояния между которыми соответствуют одному обороту барабана. В эти отверстия вставляются металлические колышки. На планке квадратного сечения 39, параллельной образующей барабана, перемещается ползуш- ка 40. При подходе колышка под зону действия ползушки она отклоняется, поворачивая планку 39, которая передает сигнал на механизм останова машины.
240 '
Счетчик метража 35 показывает фактическую длину основы. Движение счетчику метража и счетчику числа оборотов барабана передается от оси барабана 26 через цепную передачу (цепь 36 и звездочки Z4] и Z42, зубчатую передачу Z51, Z52, 253, фрикционный барабанчик 38, фрикционный диск 37 и зубчатую передачу Z54 и Z55). Фрикционный диск перемещается вдоль конусного барабанчик ка винтом 33 и шестерней Z56. Винт получает вращение от вала 31 коробки подач через шестерни Z57 и Z58. Конусный барабанчик и фрикционный диск служат для корректировки показаний счетчика длины в соответствии с фактической длиной ленты, намотанной на барабан.
Тахометр 34 приводится в движение той же передачей, что и счетчик длины и зубчатых шестерен Z59, Z“, Z^. Длина перевиваемой основы фиксируется счетчиком 14, скорость перевивки —— тахометром 17. Данный счетчик и тахометр приводятся в движение от мерильного валика 16 через зубчатые шестерни 2б2—264 и Z35. Снятие и установка навоев производится при помощи электродвигателя /, от которого через две червячные передачи Z66, Z67 и Z68, Z69 приводится во вращение вал 3. На валу закреплены рычаги 2, в которые вставляются захваты навоев. Вращение вала в раЗ'Ных направлениях позволяет производить подъем и опускание навоя 4.
Сновальный барабан и его тормоз
Сновальный барабан, изготовленный из листового алюминия, имеет угол наклона постоянного конуса 6°. Торцы барабана закрыты. Барабан смонтирован на выдвигающейся тележке. Мгновенный останов барабана после получения сигнала осуществляется тормозной системой, показанной на рис. 15.3.
На торцах сновального барабана 5 имеются тормозные шкивы, на которые действуют тормозные ленты 4. Верхний конец тормозной ленты, представляющий собой тягу 3, жестко закреплен на тележке барабана, а нижний конец 11 связан с верхним выступом тоехплечего рычага 2. При нажатии на пусковую педаль / трехплечий рычаг поворачивается вокруг своей оси, тормозные ленты отходят от поверхности барабана, т. е. барабан растормаживается, а пружина /〃， связанная с нижним выступом рычага 2, растягивается. При останове машины пружина сжимается, и тормозные ленты прижимаются к шкивам барабана; так происходит торможение барабана. Маховичок 6, червяк 0, сектор 8, пальцы 7 и серьга тяги 3 служат дня регулировки тормоза барабана.
Механизм пуска и останова машины
Механизм пуска и останова машины (рис. 15.4) имеет два рычага 12, соединенных продольной педалью 17. Рычаги 18 свободно сидят на пусковом валу 16, на котором жестко закреплены два пусковых рычага 12 (на рисунке показан только один рычаг).
н он растормажи-н он растормажи-Одновременно рычаг Собачка 6, связанная сОдновременно рычаг Собачка 6, связанная сНа рычаге 18 укреплен кронштейн 10 с регулировочным винтом 8. При нажатии на педаль 17 рычаги 18 опускаются вниз. Винт 8 кронштейна 10 нажимает через шарнирный рычаг JJ на пусковой рычаг /2, заставляя поворачиваться пусковой вал. На пусковом валу жестко закреплены рычаги /5, воздействующие на трехплечие рычаги /4, связанные с тормозными лентами 13. Тормозные ленты отходят от поверхности барабана, вается.
н он растормажи-
н он растормажи-
Одновременно рычаг Собачка 6, связанная с
Одновременно рычаг Собачка 6, связанная с
12 через тягу 2 поворачивает рычаг 5. рычагом 5, своим отростком заскакивает
Рис. 15.3. Тормозная система ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:7 — пусковая педаль; 2 — рычаг； 3 — тяга ;4'—тормозные ленты； 5 — барабан; 6 — маховичок; 7 — пальцы; 8 — сектор； 9--червяк； /0 — пружина; 11 — нижний конец тормозной ленты.Рис. 15.3. Тормозная система ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:7 — пусковая педаль; 2 — рычаг； 3 — тяга ;4'—тормозные ленты； 5 — барабан; 6 — маховичок; 7 — пальцы; 8 — сектор； 9--червяк； /0 — пружина; 11 — нижний конец тормозной ленты.Рис. 15.4. Механизм пуска и останова ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х: /, 3, 5, /4, 15, 18 — рычаги; 2 — тяга; 4 — концевой выключатель； 6, 7 — собачки; 8 — винт; 9 ——пружины； 10 ——кронштейн; // ——шарнирный рычаг; 12 — пусковой рычаг; 13 — тормозные ленты; 16 ——пусковой вал； /7—-педаль.Рис. 15.4. Механизм пуска и останова ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х: /, 3, 5, /4, 15, 18 — рычаги; 2 — тяга; 4 — концевой выключатель； 6, 7 — собачки; 8 — винт; 9 ——пружины； 10 ——кронштейн; // ——шарнирный рычаг; 12 — пусковой рычаг; 13 — тормозные ленты; 16 ——пусковой вал； /7—-педаль.
Рис. 15.3. Тормозная система ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:
7 — пусковая педаль; 2 — рычаг； 3 — тяга ;4'—тормозные ленты； 5 — барабан; 6 — маховичок; 7 — пальцы; 8 — сектор； 9--червяк； /0 — пружина; 11 — нижний конец тормозной ленты.
Рис. 15.3. Тормозная система ленточной сновальной машины СЛ-140-Х:
7 — пусковая педаль; 2 — рычаг； 3 — тяга ;4'—тормозные ленты； 5 — барабан; 6 — маховичок; 7 — пальцы; 8 — сектор； 9--червяк； /0 — пружина; 11 — нижний конец тормозной ленты.
Рис. 15.4. Механизм пуска и останова ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х: /, 3, 5, /4, 15, 18 — рычаги; 2 — тяга; 4 — концевой выключатель； 6, 7 — собачки; 8 — винт; 9 ——пружины； 10 ——кронштейн; // ——шарнирный рычаг; 12 — пусковой рычаг; 13 — тормозные ленты; 16 ——пусковой вал； /7—-педаль.
Рис. 15.4. Механизм пуска и останова ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х: /, 3, 5, /4, 15, 18 — рычаги; 2 — тяга; 4 — концевой выключатель； 6, 7 — собачки; 8 — винт; 9 ——пружины； 10 ——кронштейн; // ——шарнирный рычаг; 12 — пусковой рычаг; 13 — тормозные ленты; 16 ——пусковой вал； /7—-педаль.
на зуб рычага 1. Рычаг 3 плечом нажимает на шток концевого'' выключателя 4, и происходит замыкание контактов выключателя и включение электромуфты привода. Таким образом машина приводится в рабочее состояние. Педаль возвращается в исходное положение пружинами 9 после того, как с нее снимают ногу. При повторном движении педали вниз регулировочный винт 8 проходит мимо рычага JJ, а собачка 7 своим отростком воздействует на рычаг I, отцепляя его от собачки 6. Электримуфта обесточивается. Барабан в это время затормаживается. Машина приводится в первоначальное нерабочее состояние. Следовательно, пуск барабана производится педалью. Останов барабана производится пэдалью, от -кнопок《стоп》или автоматически ——от сигнальных рядков шпу- лярника при обрыве нити и от счетного механизма при прокладке цен и наработке ленты заданной длины.
Механизм автоматического перемещения машины
Рис. 155. Механизм автоматиче-Рис. 155. Механизм автоматиче-/ — катки; 2 — электродвигатель; 3, 5— валы; 4 — шарикоподшипники./ — катки; 2 — электродвигатель; 3, 5— валы; 4 — шарикоподшипники.ского перемещения ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х:ского перемещения ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х:Для поддержания минимально возможного и постоянного угла изгиба нитей на участке шпулярник ——сновальный барабан конструкцией предусмотрено автоматическое центрирование машины со сновальным столом по центру шпулярника. Достигается это в результате периодического смещения машины относительно шпулярника посредством специального устройства, действующего автоматически; оно состоит из концевых выключателей и ролика со штырем. Концевые выключатели установлены на суппорте в нижней части стойки ценового берда. Штырь укреплен на полу на графической оси шпулярника. При сновке -
Рис. 155. Механизм автоматиче-
Рис. 155. Механизм автоматиче-
/ — катки; 2 — электродвигатель; 3, 5— валы; 4 — шарикоподшипники.
/ — катки; 2 — электродвигатель; 3, 5— валы; 4 — шарикоподшипники.
ского перемещения ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х:
ского перемещения ленточной сновальной машины СЛ- 140-Х:
ленты концевые выключатели перемещаются вместе с ценовым бердом и одна из кнопок подходит под ролик штыря, включая таким образом механизм перемещения машины, изображенный на рис. 15.5.
Машина перемещается по рельсам на катках. Ведущие катки 7 жестко закреплены на валу 5, который вращается в шарикоподшипниках 4, расположенных на раме машины. Вал 5 получает вращение
от электродвигателя 2 через шестерни Zi и Z2, вал 3 и червячную передачу Z3 и Z% Машина перемещается до тех пор, пока кнопка другого концевого выключате-
ля не подойдет под ролик штыря и не остановит машину.
СНОВАЛЬНАЯ МАШИНА СЛ-140-ШЛ2
Ленточные сновальные машины СЛ-140-ШЛ2, используемые в промышленности стеклянного волокна, вследствие несовершенства конструкции постепенно будут заменяться машинами СЛ440-Х. Поэтому целесообразно рассмотреть только некоторые технолО' гические особенности данной машины, не останавливаясь подробно на ее конструкции. Технологическая схема ленточной сновальной машины СЛ-140-ШЛ2 принципиально не отличается от технологической схемы машины СЛ-140-Х. Однако в ней в меньшей степени учтены требования, предъявляемые к технологическому процессу снования стеклянных нитей, а механизмы машины, выполняющие одинаковые технологические операции, в конструктивном отношении менее совершенны.
Машина СЛ-140-ШЛ2 состоит из барабана с индивидуальным приводом >и тормозом, механизма обратного хода барабана, механизма пуска и останова машины, суппорта, счетчиков сновки и перевивки, привода суппорта и ткацкого навоя, шпулярника. 16*243
Барабан состоит из четырех ободов со спицами. К ободам снаружи прикреплено 16 деревянных брусьев. Конус барабана состоит из 16 клиньев. Максимальный угол подъем а клиньев 20°.
Коробка скоростей суппорта обеспечивает четыре различные подачи суппорта и ткацкого навоя за один оборот барабана: 0,35, 0.545, 0,71 и 0,875 мм. Привод барабана позволяет сновать нита с линейной скоростью 37——360 м/мин.
и пластинчатыми натяжными ппибо- 200—400 паковок.и пластинчатыми натяжными ппибо- 200—400 паковок.Шпулярники к данным машинам изготовлены главным образом предприятиями стеклянного волокна; они рассчитаны на неподвижные или вращающиеся паковки с крутильных машин и прерывный способ снования. Шпулярники оснащены тарельчатыми, шайбовыми, гребенчатыми »
и пластинчатыми натяжными ппибо- 200—400 паковок.
и пластинчатыми натяжными ппибо- 200—400 паковок.
рами. Емкость шпулярнпка
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛЕНТОЧНЫХ СНОВАЛЬНЫХ МАШИН
Фактическая производительность ленточных сновальных машин может быть определена по формуле
М4Т 1000-1000 ^п- вМ4Т 1000-1000 ^п- в(15.8)(15.8)
М4Т 1000-1000 ^п- в
М4Т 1000-1000 ^п- в
(15.8)
(15.8)
AV1000 К*AV1000 К*
AV1000 К*
AV1000 К*
где 口с — скорость снования, м/мин\ 办口 —— скорость перевивания, м/мин', £ —— продолжительность работы машины, л«к; М — число нитей в основе; Т ——толщина нити, текс; Кп.в — коэффициент полезного времени работы машины; m —— число лент в основе; ^м —— номер основной нити.
Снование стеклянных нитей толщиной 108——13,6 текс производится со скоростями 100——250 м/мин. При увеличении массы па- ковок до 4 ке процесс может быть интенсифицирован в результате повышения скорости снования до 300——350 м/мин п сокращения простоев машины для замены доработанных паковок. Перевивка основы с барабана на ткацкий навой происходит со скоростью 25—30 м/мин. Кнв сновальных ленточных машин при сновании стеклянных нитей составляет 0,15——0,35 и уменьшается с увеличением толщины нити.
ПОРОКИ И ОТХОДЫ ПРИ СНОВАНИИ
Наиболее час^о встречающиеся пороки основ из стеклянных нитей: неравномерное натяжение нитей, возникающее при неправильной установке натяжных приборов и сновании с паковок разного диаметра; ворсистость нитей вследствие чрезмерного их натяжения и износа поверхностей, направляющих нити； перекрещивание нитей в результате неправильного нахождения конца оборвавшейся нити на ткацком навое или барабане; нахлестка оборванных нитей вследствие нечеткой работы механизма останова машины при обрыве нити или заматывание вместо склеивания 244
концов оборванных нитей; неправильная форма намотки нитей на сновальный барабан или на ткацкий навой из-за неправильно установленного угла конуса барабана, 'Нарушений при подаче суппорта, неравномерной укладки лент на барабан, деформации деревянных брусьев барабана машины СЛ-140-ШЛ2； неодинаковая длина лент основы, вызванная неправильной работой счетчика или его небрежной установкой, плохой работой тормозной системы; грязные и масляные пятна на нитях основы.
Отходы в процессе снования получаются при устранении обрывов нитей, при замене сработанных паковок на новые и при перезаправках машины. Для уменьшения обрывности стеклянных нитей во время снования необходимо правильно устанавливать па- ковко держатели шпулярника относительно нитепроводников и систематически контролировать их положение; непрерывно следить за состоянием поверхностей, направляющих нити, и натяжных приборов; не употреблять поврежденные патроны, с которых сматывается нить, и не допускать чрезмерного натяжения нитей. Остаток нити на сменяемой паковке должен быть минимальным. На- чинки, неизбежно получаемые при прерывном способе снования, должны перематываться на уточно-перемоточных автоматах и использоваться в качестве утка. Отходы при сновании на предприятиях текстильной переработки стеклянного волокна составляют от 1,5 до 3%. Необходимо стремиться к снижению отходов в процессе снования; это может быть достигнуто при увеличении массы паковок и внедрении организационных и технических мероприятий.
ГЛ АВ А 16
ПРОБИРАНИЕ ОСНОВНЫХ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ
На этой стадии технологического процесса нити основы пробирают в ламели, ремиз и бердо, которые являются съемными приспособлениями ткацкого станка.
Ламели представляют собой тонкие стальные пластины； они служат для автоматического останова ткацкого станка при обрывах основных нитеи. Учитывая малую сопротивляемость стеклянных нитей многократному воздействию изгибающих усилий и истиранию, при переработке стеклянных нитей применяют самые легкие, серийно изготавливаемые ламели Л-115 при основном наблюдателе механического действия и ламели ЛЭ-75 при электрическом основном наблюдателе. Однако даже при применении таких ламелей возможно образование ворсистости стеклянных тканей; это указывает на необходимость уменьшения веса ламелей и полировки их поверхностей, соприкасающихся с нитью.
С помощью ремиза на ткацком станке образуется зев, в который прокладывается уточная нить. Ремиз состоит из нескольких ремизок. Количество ремизок зависит от рисунка переплетения ткани, плотности нитей основы и может быть от двух до двенац-
245
цати. Каждая ремизка состоит из галев, расположенных в специальных рамках. При переработке стеклянных нитей применяют галева из стальной луженой проволоки с витым глазком.
ных стеклянных тканейных стеклянных тканейБердо служит для равномерного распределения нитей основы с заданной плотностью по ширине ткани, для прибоя уточной нити к опушке ткани и является направляющей челнок плоскостью. При выработке стеклянных тканей применяются как сварные, так и паяные берда, в зависимости от станка, на котором вырабатывается ткань. Плотность берда определяется его номером. Номер берда выражается количеством пластин (зубьев) на 10 см и выбирается в зависимости от плотности основы и числа нитей, пробираемых в один зуб. Обычно в зуб берда при. выработке электроизоляцион-
ных стеклянных тканей
ных стеклянных тканей
ПГ77ЛТ77Т777777777777Т7777777ГГГГГ/ШПГ77ЛТ77Т777777777777Т7777777ГГГГГ/Шполотняного переплетения пробирают по две нити, при выработке конструкционных стеклянных тканей сатинового переплете- у ння ——по три нити и т. д.
ПГ77ЛТ77Т777777777777Т7777777ГГГГГ/Ш
ПГ77ЛТ77Т777777777777Т7777777ГГГГГ/Ш
/ Стеклянные ткани выраоаты- /例整二s вают с неуплотненными кром-
ками, т. е. в зуб берда по фону и в кромках пробирается одно и то же число нитей.
66Рнс. 16.1. Схема проборного станка:а — станок； б — пассет; / — остов; 2 — подвес-кн； 3 —ламелн; 4 — ремизки； 5 — бердо- ^―те-лежкн; 7 — основа； 8 —пластннка； 9 — стер-исень; 10 一 крючок.Рнс. 16.1. Схема проборного станка:а — станок； б — пассет; / — остов; 2 — подвес-кн； 3 —ламелн; 4 — ремизки； 5 — бердо- ^―те-лежкн; 7 — основа； 8 —пластннка； 9 — стер-исень; 10 一 крючок.нок состоит из остова 7, подвески 2 для ламелей 3 и ремизок 4, тележки 6 для осно-нок состоит из остова 7, подвески 2 для ламелей 3 и ремизок 4, тележки 6 для осно-Процесс пробиранпя стеклянных нитей в ламели, ремиз и бердо производится на про- борных станках ПС-120 (рис. 16.1,〃). Проборный ста-
6
6
Рнс. 16.1. Схема проборного станка:
а — станок； б — пассет; / — остов; 2 — подвес-кн； 3 —ламелн; 4 — ремизки； 5 — бердо- ^―те-лежкн; 7 — основа； 8 —пластннка； 9 — стер-исень; 10 一 крючок.
Рнс. 16.1. Схема проборного станка:
а — станок； б — пассет; / — остов; 2 — подвес-кн； 3 —ламелн; 4 — ремизки； 5 — бердо- ^―те-лежкн; 7 — основа； 8 —пластннка； 9 — стер-исень; 10 一 крючок.
нок состоит из остова 7, подвески 2 для ламелей 3 и ремизок 4, тележки 6 для осно-
нок состоит из остова 7, подвески 2 для ламелей 3 и ремизок 4, тележки 6 для осно-
вы 7 и пассета (рнс. 16.1,6). Проборщица вводит крючок в очередной глазок ремизки м в отверстие ламели. Подавальщица набрасывает на крючок определенную нить основы, а проборщица обратным движением на себя протаскивает ее через отверстие ламели н глазок галева ремизки.
Нити в бердо 5 пробирают с помощью пассета, приводимого в движение ногой работницы. Он состоит из двух пластинок 8 с крючками 10, которые сдвинуты относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, на толщину зуба берда и насажены на стержень 9. При повороте стержня пластнн- ка, вращаясь, последовательно переходит из одного зуба берда в другой, захватывает крючком нить и протаскивает ее через зуб берда. Пассет регулируется на величину шага берда винтом. Плас- тины пассета толщиной 0,5 мм дают возможность пробирать нити в бердо № 120.
При ручном пробирании основных нитей возможны пороки, которые получаются главным образом в результате небрежности или невнимательности проборщицы или подавальщицы.
246
Основными видами пороков являются: перекрещивание нитей, которое может сопровождаться обрывами нитей или «мшением» их на ткацком станке; пропуски галев ремиза и зубьев берда или продевание в них лишних нитей, что приводит к пороку ткани 《помеха》； нарушение раппорта проборки нитей в ремяз, вызывающее нарушение переплетения нитей в ткани или порок ткани — сбитый рисунок.
ГЛАВА 17
ТКАЧЕСТВО СТЕКЛЯННОЙ НИТИ
СТЕКЛЯННАЯ ТКАНЬ И ЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ НА ТКАЦКОМ СТАНКЕ
Формирование стеклянной ткани, как и всякой другой ткани, происходит в результате взаимного переплетения двух систем нитей (основы и утка).
Основные нити располагаются вдоль ткани, уточные нити —— в поперечном направлении ткани.
Переплетением называется определенный порядок чередования перекрытий нитей одной системы с нитями другой. Переплетение нитей в ткани определяет ее строение, а следовательно, свойства. Стеклянные ткани в зависимости от их назначения вырабатывают главными, сложными, мелкоузорчатыми и крупноузорчатыми переплетениями.
Главными переплетениями вырабатывают ткани следующего назначения: электроизоляционные (полотняное переплетение), конструкционные (сатиновое и полотняное переплетения), фильтровальные (саржевое, сатиновое и полотняное переплетения). Сложным (многослойным) переплетением вырабатываются стеклянные ткани специального конструкционного назначения. Мелкоузорчатым и крупноузорчатым переплетениями вырабатывают стеклянные тканн декоративного назначения.
Технологическая схема ткацкого станка для получения стеклянных тканей представлена на рис. 17.1. В процессе выработки ткз- пи основные ппти сматываются с ткацкого навоя / с определенным натяжением, создаваемым основным тормозом. Обогнув скало 2, основные нити проходят через отверстия ламелей 3, глазки галев ргмизок 4 и между зубьями берда 5, переплетаются с утком, образуя ткань. Заправка основных нитей в глазки галев ремизок позволяет с помощью зевообразовательного механизма разделять основные нити на две группы. За счет подъема одной группы нитей и опускания другой образуется зев, в который прокладывается уточная нить. Далее зев закрывается, проложенная уточина прибивается к опушке ткани (к последней уточной нити ткани). Все это происходит в течение одного оборота главного вала ткацкого станка. В течение следующего оборота главного вала станка также открывается зев, прокладывается и прибивае]'ся уточная нить. Однако те основные нити, которые поднимались в предыдущем ра-
бочем периоде станка, в этом периоде опускаются, и соответственно другая группа нитей поднимается. В результате основные нита переплетаются с уточной нитью, образуя тем самым элемент ткани. Сформированная ткань огибает вальян 6 или вращающуюся грудницу (в конструкции ткацких станков марок AT-100-5AI-C, Т-100- СВ, АТТ-120-С), огибает направляющий валик 7 и навивается на товарный валик 8.
Стеклянные ткани малой и средней толщины изготавливаются на одночелночных автоматических и механических ткацких станках
Рис. 17.1. Технологическая схема челночного ткацкого станка для изготовления стеклянных нитей:
/ — навой； 2 — скало; 3 —ламелн； 4 — ремизки； 5 — бердо； 6 — вальян； 7 — направляющий валик; 8 ——товарный валик.
с периодическим и однозонным процессом формирования тканн. На этих станках уточная нить прокладывается в зев с помощью челнока, а смена уточных шпуль производится автоматически или вручную. Следует отметить, что периодичность данного процесса ткачества и челночный способ прокладывания утка ограничивают его скоростные режимы. Поэтому для интенсификации процесса ткачества стеклянных тканей средней толщины разрабатывается бесчелночный ткацкий станок.
Однослойные стеклянные ткани большой толщины, так называемые жгутовые ткани, изготавливаются в промышленности стеклянного волокна на рапирных ткацких станках. Многослойные стеклянные ткани вырабатываются на челночных станках АТТ-120-С с модернизированными кареткой, товарным регулятором, механизмом навивки ткани, батаном. С учетом всех специфических особенностей изготовления многослойных стеклянных тка- 248
ней создается специальный ткацкий станок, предназначенный для изготовления м(ногослойных тканей толщиной до 6 мм.
Техническая характеристика ткацких станков для выработки различных стеклянных тканей представлена ниже.
ЧЕЛНОЧНЫЕ ТКАЦКИЕ СТАНКИДЛЯ ВЫРАБОТКИ СТЕКЛЯННОЙ ТКАНИ
В промышленности стеклянного волокна основная масса стеклянных тканей изготавливается на челночных автоматических ткацких станках АТ-60-С, АТ-ЮО-С, АТ-100-5М-С, AT-I00-6M-C, ATT-I20-C и механическом станке Т-ЮО-СВ (ткань из стеклянных
нитей малых толщин), созданных в результате модернизации станка АТ-100-5М, применяемого для выработки хлопчатобумажных тканей. Различие в конструкциях ипределяется особенностями технологии ткачества стеклянных тканей, обусловленными физикомеханическими свойствами стеклянных нитей и требованиями, предъявляемыми к стеклянным тканям. Низкая устойчивость стеклянных нитей к истиранию, многократным изгибам, большая сми- наемость стеклянных тканей и недостаточная эластичность, условия последующей переработки тканей потребителями определили особенности конструкции этих станков. Конструктивно заправочная линия выполнена без резких -перегибов ннте汾 н ткани (для уменьшения их повреждаем оста). Увеличен угол охвата вальяна тканью за счет увеличения диаметра вальяна (для устранения проскальзыва'ния ткани); стеклянная ткань наматывается на товарный валик прн его независимом движении, а не за счет трения о вальян (для уменьшения перекосов уточных нитей в ткани); вальян, прижимные и направляющие валики гуммируются специальной смесью КР-246 (для уменьшения сминаемости ткани и перекоса уточных нитей); станки оснащаются специальными кром- кообразователями, позволяющими изготавливать стеклянные ткани с неуплотненными кромками, ато важно для последующих операций пропитки; неподвижная грудница заменяется )вращающейся или ткань из зоны формирования поступает непосредственно на ■вальян (для исключения раздвижгк нитей в краях ткани) и т. д.
Челночные стеклоткацкие станкн имеют сггедующпе узлы: привод ткацкого станка, основный тормоз, товарный регулятор, зевообразовательный механизм, боевой механизм, батанный механизм, предохранительные механизмы (уточная вилочка, осново- наблюдатель, замочньгй механизм), механизмы автоматической
смены уточных шпуль.
Привод
Назначение этого механизма — сообщать движение рабочим органам ткацкого станка и затормаживать его движение при останове, Ткацкие станки для выработки стеклянных тканей оснащены 249
Заправочная ширина станиа, см.
АТ-60-С
60
ЛТ-100-С
100
AT-100-5M-C 二
100
\T-IOO-6M-C
100
T-100-CB
100
ATT-120-C
120
«Уанмак»
86—124
Скорость вращения главного вала, об/мин
160—200
140-200
140—200
140—200
140—200
125—180
200 макс
Длина, мм
челнока
385
410
385
385
365
435
шпули
172
160
172
172
160
195
Питание утком
Ширина челнока, мм
44
41
44
44
35
48
с бухт (270x210)
Диаметр, мм
намотки шпули
28
26
28
28
22
32
ствола навоя
180
150
180
146
150
150
162
фланцев навоя
450
450
450
450
450
550
914
Мощность электродвигателя, кет ,.
0,8
0,55
0,8
0,8
0,8
1,1
2,8
Скорость ротора, об/мин
915
950
915
916
915
900
1420
Габаритные размеры, мм
ширина с эксцентриковым механизмом
2300
2250
2229
5632
ширина с ремизоподъемной кареткой
2023
2210
2330
2423
2700
глубина
1985
1378
1378
1455
1360
1460
2020
Вес станка, кге
с эксцентриковым механизмом ..
1350
1375
1025
1079
с ремизоподъемной кареткой ...
1450
1100
1500
1500
(с навойной стойкой)
У関索
приводами ^§ко^ csCTe£E・ Привод состоит из 3y6qaTOs=nepeaaLS” сообщающее авин《ение от ①зектроавнгателн главному валу стан; к产 механизма вклюненнн и вь-клюиенин главного вала станка》 нвухколо,доино「о тормозпоглоцхаюЕего инериионне С0Лдвн— 筏 VExcacc у^^ останове станк
Схема переда工0 двгження глав-ному валупредставлена на pc・ 17.2・движение главному (коленчатому)валу тпереиаетсн от злектродвнга—геля 2 нерез сменную ЕестершоZ? закрепленную на валу двига-теля》 фрикционную шестерню Z&1)0 ходовую шестерню* МестерннzdE свободно сндит на втулке Ее，стерни Z丁 закрепленное на зав—ном валу кт0Hoвошпонкой 14. ро—тор ① лектроавитателсменная廿 pKU0OHHaH шестерни вращаютсянепрерывно с целью нспользованнянх кннет二иеской: знерггш для 6ЫСТ，рого пуска станка на необходимуюскорость* Двгженне колениатонувалу от шестерни: Z2P перенаетсичерез ^^s^§offiKE^ диск 4 с двухсторон упорн広М ни—оком 3 иаж0мнм 5- меи<ду КОТО-РЕМИ находятся разделяющее ^а'скн пружннкиУпорньМ Д0СКприкреплен к тумбе ходовое Ее—стернн60sтамнx^^s^ffio^днск расположен на тумбе упорно—го диска S прнлнвамн входит в егопазы” ито npeaoTBPaEaeT гюворогнгикнмного ннска относительноупорного* НажнмноП диск толькоHe3HauTemb0 может перемещать—ся вдоль ОСглавного
Вклюиенне Bp 0KH0ОНа следо—вательно- пуск станка пронзвоант—сСПОМОЕЬЮМУФТН 72” ммеющеПканавку 11“ в которую BxogT пальи73 вмлкн 1пр0Kpeпленноек ПОЛЗУЕКе 16. В канавку 10 муфты входит нижнее плеио COQaq，К0 9 (всего их ТР0)・ Давление нажимного диска на упорньМ perлнруется болтом 7、вставленном в верхнее нлесо каж—aoСо6акПрн wss^^ffiss BPHKUHOHa с помощью Оан。卞 нз трехпусковых рукояток муета 12 пере尸внгается к конгу коленчатоговал产 собанка 9 оказваетсн на горке муфтнажнмно^ болт 7давнт на диск 5」сжнман пружннкн。К0СК 3 HaqHaeT вращаться
5 一
PH172 Схема перепаян пвнже—=нглавному валу-—главньвал； 2злектродвнгатель;3 — упорньпнск" 4丨^так^ЕНОК5Е&диск； 5 丨 наиснмной дне6 — пруисннь71Hаиенмной 0O-UH- 8 丨 болт" 9со,бачка 一—канавки;— муфта 一73 — пальць丨 Епонка"-- вилка-гюлзушк戶
с диском 4, станок включается в работу. При повороте рукоятки в обратном направлении фрикцион выключается, станок останавливается. Останов станка происходит от действия замочного механизма, уточной вилочки и основонаблюдателя.
Для быстрого останова станка служит двухсторонний колодочный тормоз (рис. 17.3). Он состоит из двух тормозных колодок / с кожаными прокладками 2, находящимися внутри шкива 3; шкив
Рис. 17.3. Колодочный тормоз главного вала станка:Рис. 17.3. Колодочный тормоз главного вала станка:/ — тормозные колодки; 2 — прокладки; 3 — шкив； 4, 14 — шпиндели; 5 -~ кронштейн; 6, 12, 18 — пружины； 7 — кулачок； 8 — ось; 9, 16, /9, 21 — рычаги： /0, /7, 20 — тяги； // — опорная муфта； /3 — пусковая рукоятка; /5 — валик./ — тормозные колодки; 2 — прокладки; 3 — шкив； 4, 14 — шпиндели; 5 -~ кронштейн; 6, 12, 18 — пружины； 7 — кулачок； 8 — ось; 9, 16, /9, 21 — рычаги： /0, /7, 20 — тяги； // — опорная муфта； /3 — пусковая рукоятка; /5 — валик.
Рис. 17.3. Колодочный тормоз главного вала станка:
Рис. 17.3. Колодочный тормоз главного вала станка:
/ — тормозные колодки; 2 — прокладки; 3 — шкив； 4, 14 — шпиндели; 5 -~ кронштейн; 6, 12, 18 — пружины； 7 — кулачок； 8 — ось; 9, 16, /9, 21 — рычаги： /0, /7, 20 — тяги； // — опорная муфта； /3 — пусковая рукоятка; /5 — валик.
/ — тормозные колодки; 2 — прокладки; 3 — шкив； 4, 14 — шпиндели; 5 -~ кронштейн; 6, 12, 18 — пружины； 7 — кулачок； 8 — ось; 9, 16, /9, 21 — рычаги： /0, /7, 20 — тяги； // — опорная муфта； /3 — пусковая рукоятка; /5 — валик.
ДУ собой пружинами 6.ДУ собой пружинами 6.вращающийся на оси 8;вращающийся на оси 8;крепится шпонкой на левом конце главного вала станка. Колодки поворачиваются на шипе шпинделя 4, укрепленного в кронштейне 5, который прикреплен к раме станка. Колодки соединены меж- '"「 На концы колодок действует кулачок 7,
ДУ собой пружинами 6.
ДУ собой пружинами 6.
вращающийся на оси 8;
вращающийся на оси 8;
плечоплечоось прикреплена к раме станка. Кулачок соединен с рычагом 9, к которому присоединена тяга 10 с опорной муфтой 11. Муфта через рычаг 21 и тягу 20 взаимодействует с левой пусковой рукояткой 13, представляющей собой двуплечий рычаг, свободно вращающийся на шпинделе 14. Нижнее плечо рукоятки соединено тягой 17 с рычагом /6, закрепленным винтом на валике 15; валик проходит по всей ширине станка. Валик 75 находится в трубе. С правой стороны валика 15 укреплена вторая пусковая рукоятка станка.
плечо
плечо
При выключении станка пусковую рукоятку отклоняют к груднице (на рисунке рукоятка в нерабочем состоянии станка показана пунктиром). Рычаг 21 давит на муфту 11. Пружина 12 сжимается рычагом 19 под действием пружины 18. Рычаг 9 перемещается вправо, кулачок 7 поворачивается так, что между колодками находится его большой радиус. Колодки раздвигаются, прижимаются к внутренней поверхности шкива, главный вал затормаживается и останавливается.
Торможение главного вала происходит в течение половины оборота. При пуске станка рукоятку отклоняют на себя, при этом включается фрикционная муфта, рычаг 21 отходит от опорной муфты И, а кулачок 7 поворачивается к колодкам малым радиусом. Колодки под действием пружин 6 оттягиваются от поверхности шкива, главный вал станка растормаживается.
Основный тормоз
Основный тормоз создает натяжение основы, препятствуя свободному вращению навоя под действием товарного регулятора. Отпуск основы происходит при неравенстве между натяжением основы и силой торможения навоя.
Ткацкие станки марок АТ-ЮО-С, АТ-100-5М-С, АТ-100-6М-С, Т-ЮО-СВ оснащены двухсторонними ленточными тормозами без опорного трения с приспособлениями для автоматического регулирования натяжения основы в процессе ее срабатывания. Станок АТТ-120-С снабжен двухсторонним ленточным тормозом опорного трения с приспособлением для автоматического регулирования натяжения основы.
В тормозах без опорного трения сопротивление вращению создается трением гибкой связи на шайбе навоя. При этом вес основы не влияет на ее натяжение. В тормозах с опорным трением сопротивление вращению создается трением гибкой связи на шайбе навоя и трением шайбы об опору. В этом случае вес основы существенно влияет на натяжение основы.
Схема автоматического основного тормоза без опорного трения представлена на рис. 17.4. Основа навита на ствол 14 между дисками 13. На концах ствола закреплены шипы 12, на которых находятся храповики Zxp. На шипы навоя свободно надеты шайбы //, которые служат для торможения навоя. К внутренним приливам тормозных шайб прикреплены собачки 10. Храповики входя г внутрь шайб, собачки упираются в зубья храповиков под действием пружинок 9. При такой взаимосвязи тормозной шайбы с навоем можно поворачивать его против часовой стрелки (натягивать основу), не выключая основного тормоза. Ткацкий навой (вследствие увеличения натяжения основы, вызываемого зевообразованием, прибоем утка и навиванием ткани) вращается в гнездах специальных кронштейнов. Тормозную шайбу 11 охватывает стальная лента 8, с внутренней стороны обитая кожей. Один конец ленты за- 253
креплен на раме станка. Другой конец прикреплен к проушине тяги /, которая закреплена на коротком плече двуплечего диффе^ ренциального рычага 2. На это плечо рычага 2 на/кимает ролик 6, вращающийся на втулке 7; втулка 7 закреплена на конце тяги 5, шарнирно соединенной с вертикальным плечом 17 грузового рычага 4. На горизонтальное плечо грузового рычага надет груз 3, под тяжестью которого ролик нажимает на дифференциальный рычаг 2, лента натягивается и прижимается к тормозной шайбе.
Рис. 17.4. Схема автоматического основного тормоза без опорного трения:
/, 5, 21 — тяги; 2, 4, 18, 20 — рычаги； 3 — груз; 6, 15 — ролики; 7 —втулка; 8 — лента; 9 — пружинки; 10 — собачки; П — шайбы; /2 — шипы; /5 — диски; /4 — ствол; 16 — противовес： /7 — вертикальное плечо грузового рычага;
/9 — валик.
Для постоянства заправочного натяжения основы необходимо, чтобы усилие, действующее на тормозную ленту, снижалось пропорционально уменьшению диаметра намотки основы. Достигается это за счет уменьшения длины плеча дифференциального рычага следующим образом. Тяга 5 соединена через тягу 21 с рычагом 20. который закреплен на валике /9. На этом же валике закреплен рычаг 18. В вилку верхней части рычага 18 вставлен ролик 15, который прижимается к основе. Тяга 5 под действием противовеса /6 стремится опуститься. Однако этому препятствует ролик J5. По мере срабатывания основы и уменьшения диаметра намотки рычаг 18 под действием противовеса 16 поворачивается по часовой стрелке, рычаг 20 опускается и опускает тягу 5. Ролик 6 перемещается вниз по рычагу 2. Уменьшение вертикального плеча дифференциального рычага приводит к уменьшению натяжения тор- 254
мозной ленты, а следовательно, к уменьшению силы торможения навоя.
Автоматический дифференциальный тормоз навоя с опорным трением позволяет создавать большее натяжение основы, чем тормоз без опорного трения, а следовательно, вырабатывать тяжелые ткани с большой плотностью по утку. Отличительной особенностью данного тормоза является то, что навой опирается тормозными шайбами на специальные опорные колодки.
Навой тормозится за счет опорного трения, возникающего между тормозной шайбой и опорной колодкой, и трения между тормозной лептой и шайбой.
Товарный регулятор
Товарный регулятор ткацкого станка предназначен для отвода ткани из зоны ее формирования и навивания на товарный валик. Скорость ,навивания ткани опредэляет ее плотность по утку. Ткацкие станки для выработки стеклянной ткани оснащены позитивными товарными регуляторами периодического и непрерывного действия с независимым движением товарного валика. Сами регуляторы получают принудительное движение от среднего вала станка. За каждый оборот станка они навивают на товарный валик ткань одной и той же длины, создают ткань с постоянной плотностью по утку и равномерным распределением утка в ткани. На станках с товарным регулятором периодического действия ткань навивается на товарный валик в течение всего оборота главного вала станка. Товарным регулятором периодического действия оснащен станок АТ-100-С. Все остальные ткацкие станки (АТТ-120-С, АТ-100-5М-С, АТ-100-6М-С, Т-ЮО-СВ и АТ-60-С) оснащены червячными товарными регуляторами непрерывного действия, имеющими небольшие конструктивные различия.
На рис. 17.5 приведена кинематическая схема червячного товарного регулятора станка АТ-100-6М-С. Движение от среднего вала / станка передается вальяну 7 через конические шестерни Zf и Z2, червячную передачу Z3 и Z% шестерни Z5 и Z^m, Z$ и Z7, Z& и Z9. От вальяна движение передается товарному валику. Муфта сцепления 3 служит для отключения приводного вала 2 от вала 4 регулятора; это позволяет с минимальной затратой времени и с большой точностью устанавливать опушку ткани при розыске «раза》и разработке брака. Муфта сцепления работает от механизма пуска и останова станка. Пальчиковая муфта сцепления 5 связана с маховиком 6, который служит для установки опушки ткани. Во время работы станка пальчиковая муфта отключена и маховик не вращается. Ткань, обогнув вальян / (рис. 17.6) и направляющий валик 7, навивается на товарный валик 6. Плотная намотка ткани на товарный валик обеспечивается фрикционной муфтой 5. Плотность намотки регулируется пружиной сжатия 4. Сила прижима прижимного валика регулируется пружиной 2 и болтом 3.
Для данного товарного регулятора плотность ткани по утку рассчитывается по формуле
р — Z2Z3ZCMZ7Z9 2
где 尸丫 一 плотность ткани по утку, нитей/см; ZCM — число зубьев сменной тестер ни； D 一 диаметр вальяна;，］ — поправочный коэффициент на уработку тка- н” (0,98); 2/1 — передаточное отношение чисел оборотов коленчатого и спеднего валов станка.
Рис. 17.6, Товарный регулятор автоматического станка:/ — вальян； 2. 4 — пружины; 3 — болт; 5 — фрикционная муфта; 6 — товарный валик; 7 — направляющий валик.Рис. 17.6, Товарный регулятор автоматического станка:/ — вальян； 2. 4 — пружины; 3 — болт; 5 — фрикционная муфта; 6 — товарный валик; 7 — направляющий валик.Рис. 17.5. Кинематическая схема товарного регулятора автоматического станка АТТ00-6М-С:Рис. 17.5. Кинематическая схема товарного регулятора автоматического станка АТТ00-6М-С:/ — средний вал; 2 — приводной вал； 3，5 — муфты сцепления; 4 — вал;
Рис. 17.6, Товарный регулятор автоматического станка:
/ — вальян； 2. 4 — пружины; 3 — болт; 5 — фрикционная муфта; 6 — товарный валик; 7 — направляющий валик.
Рис. 17.6, Товарный регулятор автоматического станка:
/ — вальян； 2. 4 — пружины; 3 — болт; 5 — фрикционная муфта; 6 — товарный валик; 7 — направляющий валик.
Рис. 17.5. Кинематическая схема товарного регулятора автоматического станка АТТ00-6М-С:
Рис. 17.5. Кинематическая схема товарного регулятора автоматического станка АТТ00-6М-С:
6 — маховик; 7 — вальян, '
утку можно пользоватьсяутку можно пользоватьсягде К =где К =Ру = KZcm Z2Z3Z7Z9Ру = KZcm Z2Z3Z7Z9(7.2)(7.2)22При определении плотности ткани по упрощенной формулой
утку можно пользоваться
утку можно пользоваться
где К =
где К =
Ру = KZcm Z2Z3Z7Z9
Ру = KZcm Z2Z3Z7Z9
(7.2)
(7.2)
2
2
При Z5= 15 К=1 и Py = ZcM, т. e. плотность ткани по утку равна числу зубьев сменной шестерни. При 工5 = 30 К=0,5 и Ру=2см/2. Такая простая зависимость между числом зубьев ZCM и плотностью ткани по утку справедлива для товарных регуляторов всех рассмотренных ткацких станков, за исключением АТТ-120-С. На станке АТТ-120-С Ру = 2см/6 при количестве зубьев шестерни, зацепляющейся с Z(，z, равном 30, и Ру = 2См/3 при количестве зубьев шестерни, зацепляющейся с ZCM, равном 15.
Товарные регуляторы ткацких станков АТ-60-С, АТ-ЮО-С, АТ-100-5М-С, АТ-100-6М-С и Т-ЮО-СВ обеспечивают выработку стеклянных тканей с плотностью по утку от 8 до 50 нитей/см, а товарный регулятор станка АТТ-120-С — с плотностью от 3 до 20 ни- тей/см； все товарные регуляторы дают возможность производить съем наработанной ткани во время работы станков. Товарный регулятор—один из механизмов, техническое состояние которого резко влияет на внешний вид и качество стеклянной ткани. Поэтому валы товарного регулятора необходимо покрывать износостойкой резиной КР-246.
Зевообразовательный механизм
Этот механизм ткацкого станка предназначен для образования зева путем подъема и опускания части основных нитей и создания переплетения нитей основы и утка в ткани в соответствии с за- данным рисунком переплетения. Станки могут быть оснащены эксцентриковым зевообразовательным механизмом или ремизоподъемной кареткой. При изготовлении стеклянных тканей полотняного переплетения в основном применяются эксцентриковые зе- вообразовательные механизмы с зависимым движением ремизок и внутренним расположением эксцентриков; движение одной группы ремизок при образовании зева вызывает движение другой группы ремизок в противоположном направлении. При изготовлении стеклянных тканей сатинового, саржевого и других, более сложных, чем полотняное, переплетений применяются ремизоподъемные каретки полуоткрытого зева PK-12-I (на станках АТ-100-5М-С), РКН-12 (на станках АТ-100-6М-С, АТ-60-С) и каретка открытого зева РК.О-12С (на станках АТТ-120-С). Наибольшее практическое применение в будущем найдут эксцентриковые зевообразовательные механизмы с жесткой передачей движения ремизкам и двухподъемные каретки полуоткрытого зева с нижней жесткой передачей движения ремизкам.
На рис. 17.7 показано устройство эксцентрикового зевообразо- вательного механизма станка АТ-100-6М-С. Ремизные ролики получают движение от эксцентриков, установленных внутри станка у левой и правой рам на среднем валу 6. Эксцентрик 4 при вращении воздействует на один из двух роликов 5, закрепленных на рычаге 2. Рычаг 2 поворачивает двуплечий рычаг 10 и через тягу 3 опускает или поднимает ремизную рамку. Обратное движение
ремизная рамка получает вследствие давления на противоположный ролик 5, закрепленный на этом же рычаге 2. Передача движения следующей ремизной рамке, участвующей в образовании зева, происходит так же, как и предыдущей, с той лишь разницей, что эксцентрик 3 повернут относительно эксцентрика 4 на угол 180°. Эксцентрики 3 н 4 изготовлены в виде одной детали, поэтому ремизные рамки получают зависимое движение, т. е. когда первая
Рис. 17.7. Эксцентриковый зевообразовательный механизм станка АТ-100-6М-С:/ палец; 2, 10 — рычаги; 3, 4 — эксцентрики； 5 — ролик;行一вас; 7 — болты; 8 —тяга： 9 — гайки,Рис. 17.7. Эксцентриковый зевообразовательный механизм станка АТ-100-6М-С:/ палец; 2, 10 — рычаги; 3, 4 — эксцентрики； 5 — ролик;行一вас; 7 — болты; 8 —тяга： 9 — гайки,
Рис. 17.7. Эксцентриковый зевообразовательный механизм станка АТ-100-6М-С:
/ палец; 2, 10 — рычаги; 3, 4 — эксцентрики； 5 — ролик;行一вас; 7 — болты; 8 —тяга： 9 — гайки,
Рис. 17.7. Эксцентриковый зевообразовательный механизм станка АТ-100-6М-С:
/ палец; 2, 10 — рычаги; 3, 4 — эксцентрики； 5 — ролик;行一вас; 7 — болты; 8 —тяга： 9 — гайки,
ремизная рамка поднимается, вторая ремизная рамка опускается Ремизные рамки перемещаются в специальных направляющих. Для удобства обслуживания эксцентрики разъемные； их половинки стянуты болтами 7. Эксцентрики закреплены на среднем валу шпонками, позволяющими изменять их положение относительно среднего вала станка для установки требуемого заступа, т. е. момента скрещивания нитей на среднем уровне. Величину заступа определяют в градусах поворота кривошипа главного вала станка (угол заступа может устанавливаться от 0 до 90°) или в миллиметрах—расстоянием от опушки ткани до берда в момент заступа.
Стеклянные ткани, как правило, вырабатывают с небольшой величиной заступа (10—40 мм).
Высота зева, или расстояние, на которое перемещаются основные нити в вертикальном направлении до крайнего верхнего и крайнего нижнего положения, регулируется изменением соотношения плеч двуплечего рычага 2 путем перемещения пальца / в
Рис. 17.8. Схема каретки полуоткрытого зева РКН-12:
/ ~ рама; 2 — штатив； 5 — кривошипно-шатуниый механизм; 4 — восьмигранная призма; 5 — ось； 6 — противовесы： 7, // — ножи; 8, /0 —крючкн； 9 — крестовина; /2 —вал； 13 — баланс; /4. /7, 20, 24 — рычаги; /5 — цепь; 16, 22 — тяги; 18 — ролики; 19 — пружина; 21. 23 — связи.
пазу. Положение зева по высоте регулируется гайками 9 на тягах 8.
На рис. 17.8 показана схема двухподъемной каретки полуоткрытого зева РКН-12. Каретка называется двухподъемной, так как цикл движения ножей в ней происходит за два оборота главного вала станка. При полуоткрытом зеве на каждый оборот главного вала станка в фазу заступа приходят только те нити основы, которые согласно рисунку переплетения перемещаются из нижнего положения в верхнее и из верхнего в нижнее. Нити основы, которые по рисунку переплетения должны в течение нескольких оборотов главного вала станка находиться в нижнем положении, выстаивают в фазе полного раскрытия зева (т. е. находятся в крайнем нижнем положении от среднего уровня). Нити основы, которые по рисунку переплетения в течение нескольких оборотов главного 17* 259
вала станка должны находиться в верхнем положении при опускании нитей, меняющих свое положение, будут немного опускаться и выстаивать в этом положении. При смене зева приспущенные нити вместе с поднимающимися поднимутся до крайнего верхнего положения.
Положительным свойством полуоткрытого зева, определившим его применение при изготовлении стеклянных тканей, является некоторое снижение натяжения нитей основы в фазе заступа. А так как стеклянные ткани вырабатываются с очень небольшой величиной заступа, т. е. момент скрещивания нитей почти совпадает с прибоем уточной нити к опушке ткани, то, следовательно, при полуоткрытом зеве достигается некоторое снижение натяжения части основных нитей в момент прибоя.
В отличие от каретки РК-12 каретка РКН-12 имеет жесткие подвязи ремизок и нижнюю передачу движения ремизкам. Верхняя каретка установлена на штативе 2, закрепленном на левой раме / станка. Механизм нижнего ремизного движения смонтирован на двух поперечных связях 23 и 2/. Каретка приводится в дви^ жение от среднего вала станка кривошипно-шатунным механизмом 3, соединенным шарнирно с крестовиной 9, укрепленной на валу 12. С этой же крестовиной специальными поводками (на рисунке не показаны) соединены ножи И и 7. При вращении среднего вала ножи // и 7 совершают возвратно-поступательное движение в противоположные стороны. Цикл движения ножей происходит за время одного оборота среднего вала или за два оборота главного вала ткацкого станка. Каждая ремизка имеет по два крючка 10 и 8, которые шарнирно соединены с балансом /3. Баланс, в свою очередь, соединен с преступным рычагом (журавликом) 14. Журавлик связан с ремизкой через цепь 15, тягу /6, рычаг 24, тягу 22, рычаги 20 и /7. Рычаги 16 и /7 движутся по направляющим роликам 18. Пружина 19 служит для опускания под- пятой ремизки. Число журавликов равно числу ремизок на станке. На оси 5 помещены противовесы 6, у которых левые плечи тяжелее правых. Поэтому правые плечи противовесов не дают возможности крючкам опускаться на линию действия ножей. Противовес своим приливом действует на нижний крючок 8. Верхние крючки 10 лежат на стальных иглах, расположенных в направляющих решетках. Иглы опираются на противовесы, не имеющие отростков. Противовесы собирают через один: противовес с отростком, противовес без отростка. Крючки 10 и 8 опускаются на линию действия ножей с помощью прибора рисунка, состоящего из восьмигранной призмы 4, на которую надет картон.
Картон состоит из планок (карт), имеющих два ряда отверстий и расположенных в шахматном порядке. Один ряд отверстий карты соответствует противовесам для верхних крючков, а другой —— противовесам для нижних крючков. Каждый ряд отверстий соответствует одной уточной црокидке. В отверстия карт вставляются колышки по рисунку переплетения. Призма получает вращение
через храповик и собачку от крестовины 9. Если под противовесом оказалась карта, в отверстие которой вставлены колышки, они будут поднимать левые концы соответствующих противовесов. Правые концы этих противовесов опустятся, с ними вместе опустятся крючки и встанут на линию действия ножа, что вызовет подъем ремизок. Отсутствие колышков вызывает опускание ремизок.
Боевой механизм
Механизм сообщает движение с определенной скоростью и в необходимом направлении челноку с уточной паковкой в виде шпули. При движении челнока нить сматывается с уточной паковки и прокладывается в зев. Все челночные станки, предназначенные для выработки стеклянных тканей, имеют эксцентриковые боевые механизмы среднего боя. Очередность боя с каждой стороны ткацкого станка ——последовательная.
Движение челноку / (рис. 17.9) сообщается гонком 2, который находится на верхнем конце погонялки 5. Движение погонялке, а следовательно, гонку сообщается от среднего вала 17. На среднем валу с каждой стороны станка закреплены боевые эксцентрики. Каждый эксцентрик состоит из разъемной муфты 18 и копыта 19 с профилированным мыском. В результате вращения среднего вала эксцентрик через боевой каточек 20 поворачивает на некоторый угол веретено 22 с укрепленным на нем рычагом (стременем) 23. Рычаг 23 через короткий хомутик 16, деревянный брусок 15, длинный хомутик 14 отклоняет погонялку 5, которая, как указывалось выше, через гоно；к 2 сообщает движение челноку.
Для правильного полета челнока необходимо, чтобы верхний конец погонялки с гонком двигался строго прямолинейно. Достигается это следующим образом. Нижний конец погонялки вставлен в прорезь башмака 13. Профиль нижней части башмака представляет собой дугу, благодаря чему башмак во время работы станка катится по кронштейну 12, укрепленному на нижнем (подбатан- ном) валу И. Между погонялкой и внутренней выемкой башмака находится язычок 8, который во время боя скользит по ролику, находящемуся на оси 7 внутри кронштейна. Язычок и погонялка прижимаются к ролику ремнем 9. Верхний конец ремня соединен с погонялкой болтом 6. Нижний конец ремня соединен с оттяжным блочком 10, на который действует спиральная пружина, возвращая погонялку в исходное положение.
Челнок тормозится силами трения, возникающими между челноком и клапаном челночной коробки, на преодоление которых затрачивается часть кинетической энергии челнока. Остальная кинетическая энергия челнока амортизируется буферным подбатан- ным ремнем 3, помещенным в направляющих 4. Удар погонялки смягчается кожаным амортизатором 21.
Меобходимая скорость движения челнока через зев определяется началом и силой боя, которые должны быть такими, чтобы
челнок успевал пролетать через.зев до момента соприкосновения его с нитями основы при закрытии зева. Начало боя регулируется
изменением положения боевого эксцентрика на среднем валу, силу
боя регулируют перемещением рычага 23 (для увеличения силы
Рис. 17.9. Схема механизма среднего боя:Рис. 17.9. Схема механизма среднего боя:I — челнок; 2 — гонок; 3 — подбатанный ремень； 4 — направляющие; 5 — погонялка; 6 — болт； 7 — ось; 8 — язычок； 9 — ремень； /0 — блочок； 11 — вал; 12 — кронштейн; 13 — башмак; 14 — длинный хомутик; 15 — деревянный брусок; 16 — короткий хомутик; 17 — средний вал; 18 — разъемная муфта; 19 — копыто； 20 — каточек; 21 — амортизатор; 22 — веретено; 23 — рычаг.I — челнок; 2 — гонок; 3 — подбатанный ремень； 4 — направляющие; 5 — погонялка; 6 — болт； 7 — ось; 8 — язычок； 9 — ремень； /0 — блочок； 11 — вал; 12 — кронштейн; 13 — башмак; 14 — длинный хомутик; 15 — деревянный брусок; 16 — короткий хомутик; 17 — средний вал; 18 — разъемная муфта; 19 — копыто； 20 — каточек; 21 — амортизатор; 22 — веретено; 23 — рычаг.боя ——опускают, для уменьшения силы боя — поднимают) и (изменением зазора между хомутом и погонялкой. Стеклянные ткани вырабатывают при начале боя 70——75° (если прибой соответствует 0°) и силе боя, выраженной через путь гонка, 150—160 мм.
Рис. 17.9. Схема механизма среднего боя:
Рис. 17.9. Схема механизма среднего боя:
I — челнок; 2 — гонок; 3 — подбатанный ремень； 4 — направляющие; 5 — погонялка; 6 — болт； 7 — ось; 8 — язычок； 9 — ремень； /0 — блочок； 11 — вал; 12 — кронштейн; 13 — башмак; 14 — длинный хомутик; 15 — деревянный брусок; 16 — короткий хомутик; 17 — средний вал; 18 — разъемная муфта; 19 — копыто； 20 — каточек; 21 — амортизатор; 22 — веретено; 23 — рычаг.
I — челнок; 2 — гонок; 3 — подбатанный ремень； 4 — направляющие; 5 — погонялка; 6 — болт； 7 — ось; 8 — язычок； 9 — ремень； /0 — блочок； 11 — вал; 12 — кронштейн; 13 — башмак; 14 — длинный хомутик; 15 — деревянный брусок; 16 — короткий хомутик; 17 — средний вал; 18 — разъемная муфта; 19 — копыто； 20 — каточек; 21 — амортизатор; 22 — веретено; 23 — рычаг.
Для выработки стеклянных тканей применяют челноки, предназначенные для автоматического ткачества (№ 1 на станках АТ-100- 5М-С, АТ-100-6М-С, АТ-60- С и № 4 на станках АТТ- 120-С) с верхним выводом уточной нити и с самоза- водной подтормаживающей машинкой МТ-3 или МСТ-3. Машинки дают возможность автоматически заводить уточную нить с новой шпули в прорезь машинки. При выработке стеклянных тканей на станке
АТ-100-С применяют нестандартный челнок для автоматического ткачества, основные размеры которого: длина 410 мм, наружная ширина 48 мм. Тонкие стек- № 2, предназначенным
лянные ткани изготавливают с челнокомлянные ткани изготавливают с челнокомдля механического ткачества шелка.
лянные ткани изготавливают с челноком
лянные ткани изготавливают с челноком
Батанный механизм
Назначение этого механизма — перемещать и прибивать уточную нить к опушке ткани, определять с помощью берда ширину заправки ткани и ее плотность по основе, предотвращать вылет челнока из зева, гасить кинетическую энергию челнока при входе его в челночную коробку; бердо и склиз батана являются направляющими плоскостями при движении челнока через зев.
Все челночные станки, предназначенные для выработки стеклянных тканей, имеют четырехзвенные кривошипно-шатунные ба- танные механизмы замочного типа с пружинными разгружателями челночных коробок и поводками с регулируемыми стержнями. Лопасти батана делаются из легкого сплава. Брус батана ——металлический со склизом из древеснослоистого пластика, оклеен вельветом, что создает мягкое основание, предохраняющее легкоповреж- даемые стеклянные нити основы от перебивания челноком. Конструкции батанных механизмов станков для стеклянных тканей аналогичны конструкции батанного механизма станка АТ-100-5М.
Предохранительные механизмы
Эти механизмы предупреждают образование пороков ткани и поломки деталей станка при нарушении нормального технологического процесса. К предохранительным механизмам относятся: уточная вилочка, предупреждающая образование пороков в ткани (прометки, недосеки) при обрыве или сходе уточной нити; осново- наблюдатель, предупреждающий образование пороков в ткани (блпзны, подплетены) при обрыве одиночных основных нитей; механизм, препятствующий групповому обрыву основных нитей и поломке деталей станка (челнока, берда и т. д.) при застревании челнока в зеве или при недолете челнока до челночной коробки； опушкоискатель, с помощью которого перед пуском устанавливают опушку ткани, не . допуская, таким образом, появления в ткани недосек и забоин; предохранитель, исключающий вылет челнока из зева и обеспечивающий безопасность работы обслуживающего персонала. Следует отметить, что в конструкцию перечисленных механизмов станка АТ-100-5М не были внесены какие-либо изменения, вызванные специфическими особенностями свойств стеклянных нитей.
Все ткацкие станки для выработки стеклянных тканей оснащены боковыми уточными вилочками, связанными с недосечньши механизмами товарных регуляторов, ламельными основонаблюда- телями механического или электрического действия (в соответствии с условиями заказа).
На станках АТ-100-5М-С, АТ-100-6М-С, ТЛОО-СВ и АТТ-120-С отрыв основных нитей при замине челнока предупреждается замочным механизмом, а на станке АТ-100-С — комбинированным приспособлением, в котором использованы принципы работы откидного берда и замочного механизма.
Механизмы автоматической смены шпуль
Непрерывное питание станка утком осуществляется автоматически на всех ткацких станках, за исключением станка Т-ЮО-СВ, предназначенного для изготовления тонких стеклянных тканей, при
выработке которых продолжительность срабатывания шпули составляет 20——30 мин.
При автоматической смене шпуль используются следующие приспособления и механизмы: контролирующее и сигнализирующее приспособление, механизм смены утка, приспособление для запаса уточных шпуль.
В качестве контролирующего и сигнализирующего механизма применяется уточное щупло. Оно контролирует наличие утка на шпуле, находящейся в челноке. Когда на шпуле остается несколько витков уточной нити (резервные витки), щупло сигнализирует о смене уточной шпули. В работу включается механизм смены утка. При ткачестве стеклянных тканей применяются механические уточные щупла скользящего действия, принцип действия которых основан на различии коэффициентов трения контрольного органа щупла (лапки) о витки уточных нитей и о поверхность деревянной шпули. Когда на шпуле остаются только резервные витки нити, намотанные у головки шпули, т. е. в стороне от места действия лапки щупла, лапка скользит по поверхности шпули и, отклоняясь, включает через рычажную передачу механизм смены. Главной деталью механизма автоматической смены шпуль является вшиба- тель, который вкладывает в челнок новую шпулю и вышибает старую. Вшибатель приводится в движение от батана. Смена шпули в челноке происходит только при его правильной посадке, контролируемой предупредителем.
В механизме запаса находится определенна" запас уточных шпуль, из которого шпули подаются в зону действия механизма смены. Механизм запаса шпуль барабанного типа рассчитан на 28 гнезд.
Для предотвращения в момент смены шпули порока ткани 《за- таска》на станках с автоматической сменой шпуль имеются ножницы предупредителя, нитеуловитель и шпаруточные ножницы. Ножницы предупредителя обрезают конец уточной нити у доработанной шпули в челноке, а нитеуловитель удерживает в натянутом состоянии конец нити, идущей к кромке ткани. У кромки ткани этот конец обрезается шпаруточными ножницами. Кроме того, шпаруточные ножницы после смены шпули обрезают конец уточной нити, идущей от пробки батареи к кромке ткани.
РАПИРНЫЙ ТКАЦКИЙ СТАНОК «УАНМАК» ТИПА SB
Станок 《Уануак》， выпускаемый английской фирмой Джеймс Мекки, применяется в промышленности стеклянного волокна для выработки тканей из некрученых стеклянных жгутов толщиной от 0,5 до 2,5 ктекс как с ткацкого навоя, так и со шпулярника. На этом станке уток вводится в зев и перемещается к опушке тканн двумя полыми рапирами со стеллитовыми -насадками.
Уточные нити сматываются с паковок-бухт, проходят через на- тяжные и контролирующие приборы, глазки направляющих подвижных рычагов и попадают в полые трубки рапир.
Кинематическая схема станка представлена на рис. 17.10. Движение от электродвигателя / через клиноременную передачу, состоящую из клинового ремня 2 и шкивов dCM и di, передается промежуточному валу 3. От промежуточного вала через зубчатую передачу (шестерни Z】и Z?) движение получает вал 4 кривошипа станка. Через кривошип /5, шатун /6, нижние 14 (звездочки Z3, Z% Z5, 2б) и верхние 12 (звездочки Z7, Z&, Zg, Z10, Z”) цепи от вала кривошипа получают движение рапиры 10. Наружными концами рапиры соединены тягой //, вследствие чего они совершают синхронное возвратно-поступательное движение, т. е. перемещение
Рис. 17.10. Кинематическая схема станка《Уанмак》типа SB:
/ — электродвигатель; 2 — клиновой ремень; 3 — промежуточный вал; 4 — вал кривошипа； 5 — вал кромочного зевообразовательного механизма; 6, 7, 9 — эксцентрики; 8 — эксцентриковый вал; 10 — рапиры； 11 — тяга； 12 ——верхняя цепь; 13 — цепь кромочного зевообразователь- ного механизма； 14 — нижняя цепь； 15 — кривошип; 16 — шатун; ^7 — эксцентрики кромочных игл; 18 — вал; /9, 20 — цепи регулятора; 21 — направляющий валик; 22—— вальян;
23 — товарный валик; 24—26 — тормозные валы; 27 — тормозные шкивы.
правой рапиры влечет за собой перемещение левой рапиры на то же расстояние. Рапиры движутся по направляющим, установленным по обеим сторонам станка.
От вала кривошипа через коническую передачу (шестерни Z】？ и Z】3) получает движение фоновый зевообразовательный механизм. Подъем и опускание ремизок через двуплечие рычаги происходит с помощью эксцентриков 7, находящихся на эксцентриковом валу 8. Данный зевообразовательный механизм образует волнообразный зев, обусловливающий одновременное перемещение рапир в одном и том же направлении, причем каждая рапира движется в собственном зеве.
Для образования кромок на станке имеется специальный кромочный зевообразовательный механизм с независимым движением
ремизок и игольчатый кромочный механизм. Вал 5 кромочного зевообразовательного механизма получает движение от вала 8 фонового зевообразовательного механизма через шестерни Z^ и 2]5. На валу 5 закреплены эксцентрики 6, осуществляющие подъем и опускание кромочных ремизок. Кромочные ремизки в единицу времени делают в два раза меньше подъемов, чем фоновые ремизки. Благодаря этому производится соединение двух уточных нитей, проложенных рапирой с одной и той же стороны.
Игольчатый кромочный механизм удерживает петли утка и регулирует ширину ткани и плотность кромки. Эксцентрики кромочных игл 17, сидящие на валу 18, получают движение от вала 5 кромочного зевообразовательного механизма через цепную передачу (цепь /3, звездочки Z]6, и Zi8).
Товарный регулятор станка ——позитивный, непрерывного действия, с принудительным движением товарного валика. Регулятор приводится в движение от вала кривошипа через эксцентрик 9. Регулятор состоит из системы зубчатых шестерен Zxp, ZCM, Z19, Z20, Z21, передающих движение через цепные передачи (цепь 19, звездочки Z22, Z23 и цепь 20, звездочки Z24 и Z25), соответственно вальяну 22 и товарному валику 23.
Для увеличения угла охвата вальяна тканью на станке имеется направляющий валик 21.
Натяжение основы достигается с помощью тормозных валов 24——26. Средний вал покрыт резиной; он тормозится грузами, действующими на тормозные шкивы 27.
Станок оснащен натяжителем уточной нити, который контролирует наличие утка в зеве и создает требуемое натяжение уточной нити и таким образом обеспечивает нормальную длину кромочной петли. Когда рапира выводит уточину на линию опушки ткани, механизм натяжения утка сначала Тормозит движение уточины для затягивания петли, а затем отпускает для дальнейшего свободного ввода уточины в зев. При этом натяжитель открывается, давая уточине свободно сходить с паковки-бухты. Когда рапира входит с уточиной в зев, натяжитель плотно закрыт и препятствует ослаблению уточины.
Наличие утка в месте подачи его в рапиру контролируется детектором. В случае прекращения подачи утка с уточных паковок станок останавливается и появляется световой сигнал.
На станке могут вырабатываться ткани шириной 86—124 см при плотности по утку 2——7 нитей/см. Скоростные режимы станка составляют 150——200 двойных уточин в 1 мин. При выработке стеклянных тканей К п.в станка равен 0,9.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТКАЦКОГО СТАНКА
Производительность ткацкого станка может быть выражена в метрах, в тысячах уточин (у), в тысячах метров уточин (м.у) и в квадратных метрах.
Теоретическая производительность ткацкого станка (в 初)：
nt
Ру・100(17・3)
где п ——скорость вращения главного вала станка, об/мин; / ——расчетное время, Ру ——плотность ткани по утку, нитей/см.
Фактическая производительность ткацкого станка (в м):
Рф «= Рт^п. в(17.4)
где Кп.в 一 коэффициент полезного времени работы станка.
Фактическая производительность станка (в тысячах у):
2。。。y =端^(17.5)
(в тысячах м.у):(17.6)(в тысячах м.у):(17.6)Фактическая производительность станка с时Кп. В^З
(в тысячах м.у):
(17.6)
(в тысячах м.у):
(17.6)
Аооом. у = ~'юоо
где Вз — ширина заправки ткани по берду, м.
Производительность в тысячах уточин и в тысячах метров уточин удобно выражать при сравнении производительностей станков, вырабатывающих ткани с различной плотностью по утку.
Фактическая производительность станка (в 加)：
(17.7)(17.7)卩 时Кт вВ% = Ру • 100 —
(17.7)
(17.7)
где В — ширина ткани, я.
Производительность в квадратных метрах удобно выражать при сравнении производительностей станков, вырабатывающих ткани одних и тех же марок, но различной ширины.
Стеклянные 【канн на челночных станках вырабатывают при скорости вращения главного вала 170——180 о6]лшн; в этом случае Кц.в приблизительно равен 0,85.
ОТХОДЫ.ПРИ ТКАЧЕСТВЕ
При ткачестве получаются отходы по основе и утку. Отходы основных нитей состоят из оказавшихся на навое лишних нитей, из концов нитей, получаемых при заправке, доработке основы и устранении обрывности основных нитей. Необходимо стремиться, чтобы длина концов основы при заправке станка не превышала 0,5——0,7 м, а концы доработанной основы не были больше 1,5—— 2 м. Кроме того, для снижения отходов по основе необходимо сновать на ткацкие навои основы максимально возможной длины.
Отходы уточных нитей состоят из концов утка, сматываемых ткачом при зарядке механизма запаса уточных шпуль и остающихся на шпуле в качестве резерва, нз концов утка, получаемых при разработке ткани в случае наличия пороков и при устранении обрывов утка. Для снижения отходов по утку необходимо наматывать на уточные шпули нить максимально возможной длины (дли- 267
на резервной нити на шпуле не должна превышать 5 м). К ткацким отходам относятся также отрезки ткани, получаемые при заправке основы и обработке станка. Отходы в процессе ткачества стеклянных нитей еще велики, и необходимо стремиться к их снижению.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТЕКЛЯННОЙ ТКАНИ
Контроль качества стеклянной ткани, учет выработки ее каждым ткачом и закатка ткани в рулон с необходимой потребителю плотностью производятся в 'Мерильно-браковочном отделе на машинах марки МБС-4, куда ткань поступает на товарных валиках, снятых с ткацких станков. Одновременно с разбраковкой ткани производится чистка ее поверхности и кромок от пуха и кончиков нитей, оставшихся после устранения обрывности нитей на ткацком станке.
Качество ткани определяют по совокупности пороков внешнего вида и по соответствию физико-механических свойств ткани стандарту или техническим условиям. В зависимости от количества пороков стеклянная ткань оценивается годной или браком. Стеклянной ткани присущи все пороки, возникающие при ткачестве любой ткани и обусловленные низким качеством нити, разладкой механизмов и поломкой детален ткацкого станка, невнимательным отношением к обязанностям п недостаточной квалификацией ткачей и помощников мастера.
Наиболее распространенными пороками являются: полосатость (забоины, нипосекн, натяжки основы, неразысканный раз), неров- нота нитей (слеты, затаски утка), отсутствие нитей (близны), загрязненные нити основы и утка, пятна и помарки, провисание отдельных участков фона ткани, ворсистость, нарушение рисунка и т. д.
На рис. 17.11 приведена технологическая схема мерильно-браковочной машины А1БС-4. С рулона / ткань 2 (хорошо расправленная) проходит через натяжные валы 3 и 4, компенсатор натяжения ткани 5, направляющий валик 6 и попадает на смотровой стол 7, на котором контролер осматривает ее изнаночную сторону. Для удобства обслуживания стол 7 установлен наклонно. Угол наклона стола к вертикальной плоскости составляет 8°. После смотрового стола ткань огибает легко вращающиеся направляющие валики 8, /〃， 11, 12, 13. На верхних связях машины между валиками 8 и 10 установлено фотореле марки ФРС-16 для контроля провисания фона ткани. Обогнув направляющий валик /3, ткань поступает для осмотра ее лицевой стороны и устранения по возможности некоторых дефектов на смотровой стол 14, угол наклона которого к горизонтальной плоскости также составляет 8 °.
На данном столе имеются две металлические линейки, одна из которых служит для выравнивания ткани по кромке, а другая для определения величины перекоса уточных нитей в ткани. После смотрового стола 14 ткань огибает мерильный валик /5, направ- 268
Рис. 17.11- Технологическая схема мерильно-браковочной машины МБС-4: 1 — рулон; 2 — ткань; 3, 4 — натяжные валы； 5 — компенсатор натяжения ткани; 6, 8, 10, 11г 12. 13, /6 — направляющие валики; 7,14 — смотровые столз: 9 — фоторете;/5 — мерильный валик; /7 — рулон.Рис. 17.11- Технологическая схема мерильно-браковочной машины МБС-4: 1 — рулон; 2 — ткань; 3, 4 — натяжные валы； 5 — компенсатор натяжения ткани; 6, 8, 10, 11г 12. 13, /6 — направляющие валики; 7,14 — смотровые столз: 9 — фоторете;/5 — мерильный валик; /7 — рулон.ляющий валик 16 и навивается в рулон 17. От мерильного валика приводится в движение счетчик длины куска ткани.
Рис. 17.11- Технологическая схема мерильно-браковочной машины МБС-4: 1 — рулон; 2 — ткань; 3, 4 — натяжные валы； 5 — компенсатор натяжения ткани; 6, 8, 10, 11г 12. 13, /6 — направляющие валики; 7,14 — смотровые столз: 9 — фоторете;
/5 — мерильный валик; /7 — рулон.
Рис. 17.11- Технологическая схема мерильно-браковочной машины МБС-4: 1 — рулон; 2 — ткань; 3, 4 — натяжные валы； 5 — компенсатор натяжения ткани; 6, 8, 10, 11г 12. 13, /6 — направляющие валики; 7,14 — смотровые столз: 9 — фоторете;
/5 — мерильный валик; /7 — рулон.
Наматывающее устройство машины приводится в движение от электродвигателя постоянного тока через червячный редуктор н цепную передачу. Электродвигатель имеет регулятор скорости. Требуемая скорость движения ткани устанавливается при помощи ручки потенциометра, помещенного на правой раме машины.
Предварительное натяжение ткани при сматывании его с товарного валика создается колодочным тормозом. Натяжение ткани в рабочих зонах машины создается натяжным механизмом, состоящим из двух гуммированных валов, один из которых можно тормозить колодочным тормозом. Изменение натяжения ткани во время пуска и останова машины компенсируется валиком со стрелкой ——указателем натяжения. Компенсирующий валик опирается на масляные демпферы. Для повторного осмотра отдельных уча'стков ткани предусмотрен сз обратный ход. На машине мож1но браковать ткань шириной до 1360 жж при скорости движения до 7 м/мин. Габаритные размеры машины： ширина 2000 Л!Л1, глубина 1700 мм, высота 1900 мм.
После разбраковки стеклянная ткань, не подвергаемая термохимической обработке, упаковывается, маркируется и отправляется потребителям.
ГЛАВА 18
ТКАНАЯ СТЕКЛЯННАЯ ЛЕНТАИ ТЕХНОЛОГИЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Промышленностью стеклянного волокна и стеклопластиков, а также текстильно-галантерейной промышленностью выпускаются тканые стеклянные ленты электротехнического назначения толщиной от 0,08 до 0,25 мм и шириной от 8 до 50 мм. Стеклянные ленты
269
изготовляются на челночных станках ТЛ-80-ШЛ и бесчелночных станках ТЛ-50-С, характеристики которых приведены ниже:
ТЛ-80-ШЛ
ТЛ-50-С
Технические характеристики
Прокладка уточной нити ....
..Челноком
Рапирой
Зевообразовательный механизм ..
..Каретка
Эксцентриковый
Скорость главного вала, об/мин .
на 24 ремизки
на 6 ремизок
..125—144
280—320
Мощность электродвигателя, кет.
..0,8
0,6
Скорость ротора, об/мин Габаритные размеры, мм
• •960
930
ширина
..3285
1710
глубина
..2000
1265
высота
..3007 (с шатром)
1640
Вес станка, кгс
..2800
,1300
Технологические
Число лент, одновременно вырабатываемых станком
Ширина лент, мм
Плотность ленты по утку, нитей/см .
42, 31, 23, 201012—588—3513—1357—4042, 31, 23, 201012—588—3513—1357—40характеристикихарактеристикиТехнология изготовления лент на челночных станках идентична технологии изготовления стеклянных тканей на челночных стан-
42, 31, 23, 20
10
12—58
8—35
13—135
7—40
42, 31, 23, 20
10
12—58
8—35
13—135
7—40
характеристики
характеристики
Рис. 18.1. Технологическая схема рапирного ткацкого станка ТЛ-50-С:Рис. 18.1. Технологическая схема рапирного ткацкого станка ТЛ-50-С:1 — ткацкий навой; 2 — направляющие бердо; 3 —скало： 4 — электрический 0cновона- блюдатель； 5 — ремиз; 6 — бердо; 7 — грудница； 8, 9 — вальяны; 10 — направляющий валик; П — катушка.1 — ткацкий навой; 2 — направляющие бердо; 3 —скало： 4 — электрический 0cновона- блюдатель； 5 — ремиз; 6 — бердо; 7 — грудница； 8, 9 — вальяны; 10 — направляющий валик; П — катушка.ках с той лишь разницей, что ткань вырабатывается одним полотном, а лент на станке одновременно может вырабатываться от 20 до 42. Уток вводится в зев с помощью челноков, движение которым сообщается ст ползуна через рейки и шестеренки, укрепленные на батане. Основы готовятся на ленточных или секционных 'сновальных машинах, уток —— на уточномотальных головках для лентоткацких станков.
Рис. 18.1. Технологическая схема рапирного ткацкого станка ТЛ-50-С:
Рис. 18.1. Технологическая схема рапирного ткацкого станка ТЛ-50-С:
1 — ткацкий навой; 2 — направляющие бердо; 3 —скало： 4 — электрический 0cновона- блюдатель； 5 — ремиз; 6 — бердо; 7 — грудница； 8, 9 — вальяны; 10 — направляющий валик; П — катушка.
1 — ткацкий навой; 2 — направляющие бердо; 3 —скало： 4 — электрический 0cновона- блюдатель； 5 — ремиз; 6 — бердо; 7 — грудница； 8, 9 — вальяны; 10 — направляющий валик; П — катушка.
Наиболее производительным и перспективным способом изготовления стеклянных лент является бесчелночный способ. Отличительная особенность этого способа заключается в прокладывании за один оборот главного вала
станка двух уточных нитей в один зев с помощью дугообразной рапиры. Уток сматывается с паковки, расположенной в задней части станка. С противополож-
ной стороны от рапиры установлен механизм прокидки закраечной нити. Закраечная нить, сматываясь со шпули, входит в петлю уточной нити, закрепляет ее в кромке ленты, становясь крайней основной нитью.
Технологическая схема бесчелночного ткацкого станка для изготовления стеклянной ленты. На рис. 18.1 представлена техноло-
Рис. 18.2. Кинематическая схема станка ТЛ-50-С:
/ — электродвигатель; 2 — клиновидный ремень; 3 — кривошипы; 4, 5 — поводки; 6 — батан; 7 — горка; 8 — пластинчатая тяга; 9 —сектор; 10 — шестеренки; И — рапиры; /2 — вытяжной вальян; 13 — приемный вальян; 14 — вал самона- каткн; /5 — эксцентрикн; 16 — валы эксцентриков： /7——вал： 18 — главный вал.
гическая схема бесчелночного ткацкого станка ТЛ-50-С. Основные нити, свиваемые с ткацкого навоя /, проходят в направляющее бердо 2, огибают качающееся скало 3, проходят через ламели электрического основонаблюдателя 4, через галева ремиза 5, образующего зев для прокладывания утка. Уточная нить прибивается к опушке ленты бердом 6. Лента огибает грудницу 7, вальяны 8 и 9, направляющий валнк 10 и навивается на катушку 11.
Кинематическая схема станка для изготовления стеклянной ленты. На рис. 18.2 представлена кинематическая схема станка ТЛ-50-С. Движение от электродвигателя / клиновидным ремнем 2 через шкивы 必 и d2 передается главному ва」у 18 станка. От главного вала станка получают движение батанный и зевообразо- вательный механизмы и товарный регулятор. Движение батану о, в котором закреплены инднви工уазьнне для каждой ленты берда, передается от кривошипов 3 главного вала с помощью поводков 4 и 5. Батан, в свою очередь, через горку 7, пластинчатую тягу 8, сектора 9, шестеренки 10 передает движение рапирам И.
Ремизки получают движение от главного вала станка через цилиндрические шестерни Z^, Z2, Z3, Z、，ZCm2 и конические шестерни Z* жестко сидящие на валу 17, н Z5, расположенные на валах 16 вместе с эксцентриками 15. Эксцентрики действуют на правую гг левую сторону ремизок через рычажную систему. Смена раппорта переплетения достигается сменой эксцентриков и шестерен ZCMj и Ze#。. Вытяжной вальян 12 и приемный 13 товарного регулятора непрерывного действия получают вращение от главного вала через цилиндрические шестерни %, Z2,々3, Z$, червячный редуктор, состоящий из червячной пары Z7 и Z& и сменных шестерен ZCM3,2ОЦ, ZCm5> н червячные пары соответственно Z9, ZI0 н 2口, Zj2. Вытяжной вальян покрыт белой резиной, приемный ——авиационным войлоком. С вальянов ленты поступают на катушки, расположенные на валу 14 самонакатки; вал получает движение от приемного вальяна через цепную передачу со звездочками Z]3 и Z14. Навои тормозится ленточным тормозом посредством пружины сжатия. Регулировка натяжения основы ——ручная. Натяжение уточных нитей создается с помощью тарельчатыл нитенатяжителей с одной парой тарелочек и пружинами-компенсаторами. Тормоз главного вала станка ——колодочный. Станок имеет счетчик числа двойных уточин.
Стеклянные ленты изготавливаются при следующих скоростных режимах: на челночных станках при скорости вращения главного вала станка 125——132 об/мин, на бесчелночных при 280—— 300 об/мин; Кп.в при этом соответственно равен 0,9 и 0,85.
Закраечная нить наматывается на шпулю на специальной головке. Нить по шпуле раскладывается водилкой, получающей движение от эксцентрика. Эксцентрику передается вращение от электродвигателя через фрикционную передачу, червяк и червячную шестерню. Натяжение нити создается натяжным прибором. Скорость вращения валика намоточной головки 2800 об/мин. Намоточная головка поставляется заводом-изготовителем вместе со станком из расчета одна головка на десять станков.
ГЛАВА 19
НЕТКАНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
В последние годы наряду с ткаными стекловолокнистыми материалами в промышленности стеклянного волокна начали вырабатывать нетканые армирующие материалы; они находят широкое применение в производстве стеклопластиков.
В девятой пятилетке производство нетканых материалов значительно возрастет.
Техно-экономические расчеты, зарубежные информации и опыт применения показывают, что использование нетканых материалов для производства стеклопластиков вместо тканых может резко снизить себестоимость армирующих материалов, а следовательно, о себестоимость самих стеклопластиков. Замена тканых материалов I неткаными в большинстве случаев способствует повышению произ- I водительности труда при изготовлении стеклопластиков, улучше- I нпю их качества, облегчению изготовления крупногабаритны?; I изделий. Снижение себестоимости нетканых армирующих материа- I лов обусловлено возможностью применения для их изготовления I более грубых волокон (от 10 до 16 мкм вместо 5—11 мкм в тка- в нях), сокращением числа технологических переходов и высокой I производительностью установок (250—1000 т/год вместо 100 т/е°° ■ для наиболее производительных ткацких станков). При переработ- I не стеклянной нити в нетканые армирующие материалы обычно I исключаются такие трудоемкие процессы, как кручение, сновка и I ткачество. Рулонные нетканые материалы вырабатывают на кон- I вейерных установках, это удобно с точки зрения возможности пол- I ной механизации и автоматизации процесса. Виды нетканых ма” I териалов из стеклянного волокна, применяемых для армированы я I стеклопластиков, более разнообразны, чем тканых материалов. I В эту группу нетканых материалов входят срезы однонаправлен- j ного волокна, жгуты различного назначения, холсты из рубленых I н непрерывных стеклянных нитей, вязально-прошивные материалы, I нетканые перекрестные материалы и др.
I Многие исследователи (Г. И. Пиковский, М. И. Морозова, I В. Б. Тихомиров —СССР, Р. Крчма —ЧССР, Р. Мейер —ГДР, I X. Эрдер — ФРГ, В. Едржеевский 一 ПНР, Ф. Буреш — США) ра- I ботали над классификацией нетканых текстильных материалов. I Однако все предложенные классификации не являются исчерпы- I вающими, так как по мере развития производства нетканых ма- I териалов появляются новые изделия, новые технологические про- В цессы, новые виды сырья, используемые для их изготовления. До- I статочно сказать, что нетканые материалы из стеклянного волокна, I способы их производства не нашли отражения ни в одно!! из упо- I мянутых классификаций. Наиболее приемлемой, на наш взгляд, 上 является классификация нетканых материалов по способу их про- ■ изводства, которую мы положили в основу классификации нетка- ■ ных материалов из стеклянного волокна. Ниже приводится клас-
сификация нетканых материалов по способу их производства:
Физико-химические способыМеханические способы
Пропитка жидким связующим (окунанием, Игольно-набивной распылом, плюсованием и др.)
Горячее прессование (порошковые связую- Вязально-прошивной щие, термопластичное волокно и др.)
Трикотажный (разновидность вязальнопрошивного способа)
Предлагаемая классификация не является исчерпывающей, однако она позволит достаточно четко изложить материал по данному вопросу.
НЕТКАНЫЕ СТЕКЛОВОЛОКНИСТЫЕ материалы,ПОЛУЧАЕМЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ
В соответствии с терминологией, принятой в текстильной промышленности, нетканые стекловолокнистые материалы, волокна или нити которых склеены физико-химическими способами, назы- ванэт клееными неткаными материалами. Волокнистой основой клееных нетканых материалов может служить холст из непрерывных или штапельных стеклянных волокон, холст из отрезков стеклянных нитей, жгуты или стеклянные нити. В большинстве случаев волокна, нити или жгуты склеиваются жидким связующим, в качестве которого применяются эмульсии, дисперсии или растворы термопластичных полимеров. Жидкое связующее обычно наносится на сформированный волокнистый холст распылом из форсунок или окунанием холста в ванну. Если для склеивания применяются термопластичные порошки или легкоплавкие термопластичные во* локна, сформированный холст пропускают через горячие подпрес^ совочные валки, и внесенный порошок или волокно склеивает стеклянные волокна. Такие нетканые материалы более рыхлые, хорошо пропитываются связующим и легко укладываются в форму.
К группе клееных нетканых материалов относятся следующие.
Стеклянная нить ——простейший армирующий материал, в котором волокна при изготовлении склеены различными замасливате- лями в нить. Стеклянная нить не выпускается в качестве товарной продукции вследствие нетранспортабельности бобин и малой устойчивости их к механическим воздействиям. До последнего времени стеклянную нить применяли в качестве утка при производстве некоторых видов стеклянных тканей, а основная масса нитей подвергалась размотке и кручению и затем поступала к потребителям или перерабатывалась в стеклянные ткани. Экспериментально установлено, что стеклопластики, в состав которых входят некрученые нити, характеризуются более высокими прочностными показателями, чем стеклопластики на основе армирующих материалов из крученых нитей, поэтому стеклянная некрученая нить становится основным полуфабрикатом для производства нетканых армирующих материалов. Кроме того, стеклянная нить может 274
применяться непосредственно для изготовления стеклопластиковых. изделий методом намотки (трубы, цилиндры и т. д.) или для изготовления различных пресс-материалов, таких, как ДСВ, ЛОС и другие.
Обычно для изготовления нетканых материалов используются стеклянные нити толщиной 42 или 84 текс из волокна диаметром 9—И мкм.
При выработке стеклянной ннт% предназначенной для переработки в нетканые материалы, применяют различные прямые замаслив атгл и: № 3, 28, 289, 9 и А-41 (для стеклопластиков на основе
Рис. 19.1. Технологическая схема жгутовой машины:
/ — паковка; 2 — размоточная рамка; 3 — индивидуальное натяжное устройство； 4 _ сборное кольцо; 5 — общее натяжное устройство; 6 — водилка; 7 — бухта.
полиэфирных смол) и № 78, 80, 752 и др. (для стеклопластиков на основе эпоксидных и эпоксифенольных смол).
Однонаправленное волокно в качестве армирующего материала предназначается для изготовления пресс-композиций типа АГ-4В, В настоящее время выпускают срезы шести марок (ГОСТ 10727—— 64).
Проводятся исследовательские работы с целью выяснения возможности ртспользовать для изготовления стеклопластиков электроизоляционного назначения срезов однонаправленного, предварительно растянутого волокна вместо ранее применявшихся тканей толщиной 0,06—0,10 мм.
Стеклянный жгут ——армирующий материал, представляющий собой прядь ориентированных, равномерно натянутых стеклянных нитгй, намотанных крестовой намоткой в бухты массой 10——15 ка* На рис. 19.1 изображена технологическая схема машины для получения стеклянного жгута. Нити, сматываемые с бобин или «мягких» паковок /, расположенных на размоточной рамке 2, проходят индивидуальные натяжные устройства 3, выравнивающие
натяжение нити, сборное кольцо 4 и общее натяжное устройство 5 (система натяжных роликов или прутков) и наматываются в виде жгута в бухту 7. Жгут раскладывается вдоль оси бухты водил- кой 6, получающей движение от кулачкового барабана.
Известно несколько конструкций жгутовых машин для намотки жгута с постоянной или переменной скоростью. Применяемая в промышленности жгутовая машина с электроприводом постоянного тока конструкции Ступинского завода стеклопластиков предназначена для крестовой намотки стеклянного жгута р цилиндрические бухты с переменной, переменно-постоянной и постоянной скоростями. В машине предусмотрено ручное регулирование скорости от 100 до 3000 об/мин и автоматическое, обеспечивающее намотку с переменно-постоянной или постоянной скоростями. Для получения высококачественной намотки жгутов различных марок угол подъема витка может изменяться. Жгут наматывается на грехсек- ционнып неразборный вал, удобный в эксплуатации.
Ниже приводится техническая характеристика жгутовой машины：
26860200До 15100—30006600, 450, 350, 250, 2008—9°; 12—13°； 17—18°Электропривод с плавным регулированием скорости серии ПМУ6М11410x850x122040026860200До 15100—30006600, 450, 350, 250, 2008—9°; 12—13°； 17—18°Электропривод с плавным регулированием скорости серии ПМУ6М11410x850x1220400Размеры наматываемых бухт жгута, мм высота внутренний диаметр наибольший наружный диаметр ...
268
60
200
До 15
100—30006
600, 450, 350, 250, 200
8—9°; 12—13°； 17—18°
Электропривод с плавным регулированием скорости серии ПМУ6М1
1410x850x1220
400
268
60
200
До 15
100—30006
600, 450, 350, 250, 200
8—9°; 12—13°； 17—18°
Электропривод с плавным регулированием скорости серии ПМУ6М1
1410x850x1220
400
Вес бухты жгута, кгс
Скорость вращения бобины (при ручном управлении), об/мин
Число автоматических задатчиков скорости
Скорости намотки (при автоматическом управлении), м/мин
Угол подъема витка
Тип привода
Габаритные размер ы жгутовой машины (без размоточной рамки), мм .....
Вес машины, хас
Машина характеризуется высокой производительностью: за 6- ■часовую смену при выработке жгута в 60 сложений ее производительность при У=450 м/мин равна 350 ке, при У=200 м/мин — 160 кг.
Коэффициент полезного времени машины составляет 0,85—0,9.
Различают, в зависимости от назначения, три вида стеклянных жгутов： рассыпающийся жгут, намоточный к жгут для ткачества жгутовых тканей.
Рассыпающийся жгут применяется для изготовления заготовок крупногабаритных изделий, изделий сложной формы, премиксов, волнистых стеклопластиков на формующих машинах, а также для изготовления жесткого и мягкого холста из рубленых стеклянных нитей на конвейерных установках. Рассыпающийся жгут при рубке на отрезки должен хорошо рассыпаться па отрезки нити и не рассыпаться на волокна. Рассыпающийся жгут изготав- 276
••SMW"HHOIfoa ЭОЕгакч)0^soeHmo4BEq°0Bdld
■ГС5НЙКЗЯЗ««4S8——I 寸，v'6 .87 -w -eJAJiK «SK^SOK-О OIfouh—09 c^^s *SHSS eHMmlroJIz 寸 曽工£。яетниоо/<лйILsOHhoIfom89) elfxsl。eoooiw ХЛ1Ж—关"QH^U^ xodew EHmod eHmoBd *
统患li 善
з|§Л:H ， Sg：
Рй講曼If!-
Ц g& 2 § ^自事 =6汀
自d言。。旷МаН
蒙萨勺
ОООО
Я S к ш 需蹤
CM0cMe^
雜聲 11^
起g8°
譲 汽
III
S8SS
岔患胃
co6q
若艺艺w
心目^щщш
аннзнвнЕвн хм к Hodrw ^зятвк-йа но"* BJXHmoIellNaBd юшиш^швавх T6I «asp- ^ га H
ливается нескольких марок; марки различаются главным образом видом замасливателя и назначением жгута. В табл. 19.1 приведены характеристики рассыпающихся жгутов.
Стеклянная нить для рассыпающегося жгута наматывается на бумажный манжет в так называемые «мягкие» паковки (послойнокрестовой намоткой) массой 600—800 г. На новых наматывающих аппаратах масса паковок будет увеличена до 2—5 кг. Намотанная нить на《мугкнх》паковках устанавливается на подвижные двухъярусные рамки-вешала или на стационарные рамки-вешала. Двухъярусные рамки-вешала загружаются в вакуумную сушилку для
Рис. 19.2. Вакуумная сушильная установка А-33.
сушки и термообработки паковок стеклянной нити. Вакуумная су- ишльная установка состоит из следующих основных узлов (рис. 19.2):
цилиндрической металлической камеры сварной конструкции;
откатной тележки с крышкой (для герметизации сушильной камеры);
съемной двухъярусной рамки-вешала (для н^вескн паковок стеклянной нити);
системы электрического нагрева и терморегулирования；
водокольцевого вакуумного насоса, создающего необходимый вакуум в сушильной камере.
Ниже приведена техническая характеристика вакуумной сушильной установки А-33:
Средняя суточная производительность установки, кг 1000
Число одновременно загружаемых в сушильную камеру паковок со стеклянной нитью (при средней массе паковок 0,6 кг) 247
80—140±100,5—1,0150±1010_Не более 0,138Ручное и автоматическое6400X2100X2005366380—140±100,5—1,0150±1010_Не более 0,138Ручное и автоматическое6400X2100X20053663Температурный режим сушки, ℃ ....
80—140±10
0,5—1,0
150±10
10_
Не более 0,1
38
Ручное и автоматическое
6400X2100X2005
3663
80—140±10
0,5—1,0
150±10
10_
Не более 0,1
38
Ручное и автоматическое
6400X2100X2005
3663
Масса одной паковки, ка
Остаточное давление в камере при рабочем режиме, мм рт, ст
Влажность стеклянной нити, % до сушки после сушки
Мощность электронагревателей, кет ... Регулирование температуры внутри камеры Габаритные размеры установки (с насосом
ВВН-3), мм
Вес установки, кгс
Вакуум в сушильной камере создается водокольцевым насосом
ввн-з.
Характеристика вакуум-насоса ВВН-З:
Вакуум, % 90
Производительность, ^)мин
привакууме 30% 3,9
привакууме 70% 2,8
Тип электродвигателя АО2-51
Мощность электродвигателя, кет . . . ,7,5
Скорость вращения электродвигателя, об/мин1450
Габаритные размеры насоса, мм . . . .740x420x406
Вес насоса, кгс 418
После включения электронагревателей сушилка нагревается до рабочей температуры.
С помощью храпового механизма откатная тележка, на которой расположена рамка-вешало с паковками стеклянной нити, вручную вкатывается в 'Сушильную камеру установки. Камера герметично закрывается дверкой. Затем включают водокольцевой вакуумный насос. Заданный температурный режим при сушке поддерживается автоматически. В зависимости от применяемого замасливателя сушка к термообработка нити в камере продолжаются 3——5 ч. При сушке и термообработке содержание влаги уменьшается до 0,1% и аппрет закрепляется на поверхности стеклянного волокна.
Куличи высушенной нити подаются к размоточным рамкам жгутовых машин, на которых осуществляется размотка нитей в жгут (обычно в 60 сложений). При изготовлении рассыпающегося жгута применяются горизонтальные размоточные рамки и нить разматывается изнутри кулича вниз. Обычная скорость размотки 200—250 м/мин. Намотанные бухты жгута массой 10——15 ка снимаются с машины, упаковываются в полиэтиленовые мешки, а затем в картонные или деревянные ящики.
Намоточный жгут применяется для получения стеклопластиковых изделий методом намотки (трубы, цилиндры, емкости и т. д.) и протяжки (стержни, лыжные палки и т. д.). Для изготовления намоточного жгута применяют следующие прямые замасли- ватели: № 289 (для стеклопластиков на основе полиэфирных смол) и № 78, 80, 752, 652 (для стеклопластиков на основе эпоксидных смол).
В табл. 19.2 приведены характеристики жгутов для намотки и протяжки изделий. Так как к намоточным жгутам не предъявляется требование, чтобы они хорошо рассыпались на отдельные нити,\ нить на паковках не всегда подвергается термообработке (это зависит от применяемого замасливателя). Поэтому нить для намоточных жгутов может изготавливаться как на 《мягких》， так и на《жестких》паковках. Сушка и размотка нити в жгут производится на тех же установках и при тех же режимах, что и для рассыпающегося жгута.
Особые требования при размотке нити в намоточный жгут предъявляются к натяжению каждой нити, которая в этом случае должна проходить через индивидуальное натяжное приспособле- Н'иг, где на каждую нить устанавливается натяжение 60——80 гс. При этом уменьшается «разнодлинность» отдельных нитей в жгуте, устраняется провисание нитей при размотке и повышается коэффициент использования прочности нитей в жгуте.
Жгут для ткачества жгутовых тканей. Жгутовые ткани в основном изготавливаются на технологичных замаслива- телях и подвергаются термохимической обработке или расшлихтовке, поэтому при получении жгута для жгутовых тканей используется замасливатель «парафиновая эмульсия». Нить наматывается на бобину и сразу поступает на жгутовые машины, где разматывается с требуемым числом сложений при скорости до 350 м/мин： Если применяется жгут на прямом замасливателе, то он изготавливается так же, как намоточный жгут.
Производительность жгутовой машины 尸 (в ке/“) определяется по уравнениям
Р = 0,00006%рПТКп. в (19,1)
Vcnn尸= 0,06 -”№；— Кб В
где сср ——средняя скорость намотки жгута, м/мин} п ——число нитей; Т ——толщина нити, /пеке; Кц.в — коэффициент полезного времени работы жгутовой машины (0,85—0,90); Мм — метрический номер нити.
Жесткий холст из рубленых стеклянных нитей ——это клееный рулонный материал, равномерный по толщине и состоящий из хаотически расположенных в горизонтальной плоскости отрезков стеклянной нити длиной 30 или 60 мм, скрепленных между собой клеящим составом. Жесткий холст из рубленых стеклянных нитей изготавливается на холстовой конвейерной установке, технологическая схема которой показана на рис. 19.3. Рассыпающийся жгут из бухт / или стеклянная нить с размоточных рамок подаются в резальное устройство 2, где разрезаются на отрезки длиной 50 мм. Эти отрезки попадают в камеру формования 3 и подсасываются благодаря разрежению в отсосной камере 4 к движущейся сетке приемного конвейера 7, образуя равномерный по толщине и ширине материал. На сформированный слой холста подается раствор жидкого связующего из форсунок 6, совершающих возвратно-поступа-
Нк
9 工 Н X9 0
堯鼻Fi
=§1= § 5 g
§自录萦 胃白台 оес
i|i^j 萨^ s
о
0gl寸о
二I
о
義
о0ggg
Is-
ос2
1
00寸寸寸
ооооо
6о s яД
GMqK …：SqF・・9
匚 d匚 d
㈢九шRЙ
277
281
онноненеен хн=tfo^z «SKTSSS"OJAJJK XZHhoJOWBH sasss&5«&^ .7 61 та й я ^ о та H
тельное движение в направлении, перпендикулярном движению сетки приемного конвейера. Иногда для лучшей пропитки холста устанавливается пропиточная ванна 5.
После отсосного устройства 8, уменьшающего содержание влаги в материале, холст поступает в сушильную камеру 9 для окончательного удаления влаги. Готовый холст навивается в рулоны /U массой до 50 кг.
В табл. 19.3 представлена характеристика холстов, выпускаемых промышленностью.
Рис. 19.3. Технологическая схема холстовой конвейерной установки: / — бухта жгута; 2 — резалыюе устройство; 3 —камера формования； 4—от сосна я камера; 5 — пропиточная ванна; 6 — форсунка； 7 — приемный конвейер;S — отсосное устройство; 9 — сушильная камера; 10 — рулон.Рис. 19.3. Технологическая схема холстовой конвейерной установки: / — бухта жгута; 2 — резалыюе устройство; 3 —камера формования； 4—от сосна я камера; 5 — пропиточная ванна; 6 — форсунка； 7 — приемный конвейер;S — отсосное устройство; 9 — сушильная камера; 10 — рулон.
Рис. 19.3. Технологическая схема холстовой конвейерной установки: / — бухта жгута; 2 — резалыюе устройство; 3 —камера формования； 4—от сосна я камера; 5 — пропиточная ванна; 6 — форсунка； 7 — приемный конвейер;
S — отсосное устройство; 9 — сушильная камера; 10 — рулон.
Рис. 19.3. Технологическая схема холстовой конвейерной установки: / — бухта жгута; 2 — резалыюе устройство; 3 —камера формования； 4—от сосна я камера; 5 — пропиточная ванна; 6 — форсунка； 7 — приемный конвейер;
S — отсосное устройство; 9 — сушильная камера; 10 — рулон.
Холст марки ХЖК-Г-С изготавливается на английской холстовой машине, техническая характеристика которой приведена ниже：
Ширина холста, мм 1600±50; 1250土50;
950±50
Число заправляемых жгутов в режущий механизм 10(по 2 жгута в каждое
режущее устройство)
Скорость движения конвейерной ленты, м/мин 1,0—1,1
Температура в сушильной камере, ℃
I зона 120—110
II зона 95—90
Коэффициент полезноговремени 0,7—0,8
Масса 1 л2 холста,г 400±50
Производительностьмашины,长2件 ....25
Если масса I 初2 холста равна 600 е, производительность установки возрастает до 35—'40 кз/£
В качестве связующего при производстве холста на аншийской холстовой машине используется дисперсия марки С-230 (ТУ № П 158——67) сополимера винилацетата с дабутилмалеинатом. Дисперсия С-230 ——это вязкая жидкость белого цвета, однородная, без комков, сухой остаток которой составляет не менее 50%. Для
g с
X
1ЁНШ1I
s шч
^^ogca^^g^法J
匕 ^nWucQFUuо，
ilflt 售強窮
』6自
駿
н
SSS 'ass爵且
儘统縊
?6
6
pit РЙ抵
决笑X三三蠢
1
鸵
9*
11g 2 Q
-工leg
^翌. 諺
*283
применения в качестве связующего на машине дисперсию разво- дят водой в отношении 1 : 30 или 1 : 35 (дисперсия : вода).
При изготовлении холстов из рубленых стеклянных нитей могут применяться порошковые легкоплавкие связующие и связующие в виде термопластичных волокон. Технологическая схема получения таких холстов представлена на рис. 19.4. Готовые бухты жгута / поступают к резальному устройству 2 холстовой установки,
Рн& 194 Технологическая схема получения холстов на порошковых и волокнистыхРн& 194 Технологическая схема получения холстов на порошковых и волокнистыхсвязующих:связующих::工吗"‘а жгута; 2-Резальное устройство； механизм раскладки； 4— камера (Ьоимсв】ИЯ： 5-"РИеМНь，Й…"咏6就；配跟。3需工高…。…-DU置哑符:工吗"‘а жгута; 2-Резальное устройство； механизм раскладки； 4— камера (Ьоимсв】ИЯ： 5-"РИеМНь，Й…"咏6就；配跟。3需工高…。…-DU置哑符
Рн& 194 Технологическая схема получения холстов на порошковых и волокнистых
Рн& 194 Технологическая схема получения холстов на порошковых и волокнистых
связующих:
связующих:
:工吗"‘а жгута; 2-Резальное устройство； механизм раскладки； 4— камера (Ьоимсв】
ИЯ： 5-"РИеМНь，Й…"咏6就；配跟。3需工高…。…-DU置哑符
:工吗"‘а жгута; 2-Резальное устройство； механизм раскладки； 4— камера (Ьоимсв】
ИЯ： 5-"РИеМНь，Й…"咏6就；配跟。3需工高…。…-DU置哑符
в которой жгут разрезается на отрезки длиной 50 мм; проходя камеру формования 4, жгут рассыпается на отрезки нити и подсасывается благодаря вакууму к движущейся сетке приемного конвейера 5. Сформированный слой из отрезков стеклянных нитей передается конвейером на целлофановую ленту 6, предварительно уложенную на формовочный стол 10. При движении целлофанова51 лента с уложенным на ней слоем отрезков стеклянных нитей проходит под механизмом раскладки полимерного волокна 3, который “по всей ширине материала укладывает волокно в виде своеобраз- ных восьмерок, или под дозатором, который равномерно наносит на холст слой порошкового связующего. Далее на сформированный слой холста и связующего напыляется дополнительно слой из отрезков стеклянных нитей. Узлы /, 2 и 4 полностью сдублированы, что позволяет устранить прилипание термопластичного волокна к целлофану и получить холст, более равномерный по толщине.
На сформированный трехслойный холст сверху укладывается вторая целлофановая лента 6, и весь материал поступает в горячие прессовочные вальцы 7, в которых термопластичное волокно или порошок размягчаются и связывают отрезки стеклянных нитей в холст. Выходя из прессовочных вальцов, ленты целлофана и стеклянный холст наматываются в отдельные рулоны 8, 9. Установка
описанного типа осваивается в пролаышленности. В результате использования связующего в виде термопластичного порошка или волокна упрощается производство жесткого холста, улучшаются условия труда, значительно повышается производительность труда, а также коэффициент использования оборудования и получается холст, каждый квадратный метр которого имеет большую массу. Нити в нем связаны, как при точечной электросварке; холст мягкий, эластичный, хорошо пропитывается и легко укладывается в форму.
Жесткие холсты из рубленых стеклянных нм?eh применяются для изготовления крупногабаритных стеклопластиковых изделий по методу контактного и вакуумного формования с использованием* полиэфирных смол (корпуса лодок и катеров, контейнеры, детали корпуса автомобиля, панели для домов из стеклопластика и т. д.). Предел прочности при растяжении стеклопластика, в состав которого входят жесткие холсты, 800—1400 кгс/см2, прочность на изгиб 1000—1500 кгс/см2.
Производительность холстовой машины ( в кг/ч) для изготовления жесткого холста определяется по уравнению
Р = Q^QQWnmTKn. в (19.2)
P = Q，Q6~^TP = Q，Q6~^TКп. в = 0，°6Кп.в。％Кп. в = 0，°6Кп.в。％
P = Q，Q6~^T
P = Q，Q6~^T
Кп. в = 0，°6Кп.в。％
Кп. в = 0，°6Кп.в。％
где 卩‘ 一скорость резального механизма, м]мик; п — число концов жгута, заправленных в одно режущее устройство; Т ——толщина жгута,爪е&с; m ——число режущих устройств в работе; а ——коэффициент, учитывающий содержание связующего в холсте; К^.в ——коэффициент полезного времени холстовой машины; ^м —— метрический номер жгута; и —— скорость конвейера,初/丸〃н;加1 — масса одного метра холста, а.
Холст из непрерывных стеклянных нитей. Этот холст получается одностадийным методом; он представляет собой равномерный слой стеклянных нитей, уложенных своеобразными восьмерками в горизонтальной плоскости и связанных клеящим составом. На рис. 19.5 представлена технологическая схема получения стеклянного холста одностадийным методом. Стеклянные нити, получаемые непосредственно из стекломассы в ванной печи /, вытягиваются из фильерных питателей 3, установленных в фидере 2, тянущими валками 4 и пневмомеханическим раскладчиком 5. Проходя нитесборник, они укладываются на движущуюся сетку приемного конвейера 6. Холст 7 до поступления на сушильный конвейер 9 пропитывается жидким связующим в пропиточной ванне 8, высушивается в сушильной камере 10, разрезается механизмами резки /2 и 13 вдоль и поперек, если необходимо, и навивается в рулоны наматывающий! устройством /4 Если вырабатывается полуфабрикат, установка оснащается дозатором 11 для нанесения порошковой смолы, второй сушильной камерой 10 и приемником листов полуфабриката /5.
Ниже приводится характеристика и назначение холста из непрерывных стеклянных волокон-
Марка холста* (МРТУ) ........Ширина холста, ммМасса 1 л/2 холста, гРазрывная прочность полоски размером 250x50 мм в продольном направлении» кесСодержание связующего, %Влажность холста, %Диаметр стеклянного волокна, мкм ...Назначение холстаМарка холста* (МРТУ) ........Ширина холста, ммМасса 1 л/2 холста, гРазрывная прочность полоски размером 250x50 мм в продольном направлении» кесСодержание связующего, %Влажность холста, %Диаметр стеклянного волокна, мкм ...Назначение холстаХЖКН-300; ХЖКН-350； ХЖКН-400;ХЖКН-500 (6-11-113—69)1100—1400от 300±50 до 500±50ХЖКН-300; ХЖКН-350； ХЖКН-400;ХЖКН-500 (6-11-113—69)1100—1400от 300±50 до 500±50Не менее 53±1,5Не более 0,510—16Для стеклопластиков (на основе фенольных смол), изготовляемых мето- дом прессованияНе менее 53±1,5Не более 0,510—16Для стеклопластиков (на основе фенольных смол), изготовляемых мето- дом прессования
Марка холста* (МРТУ) ........
Ширина холста, мм
Масса 1 л/2 холста, г
Разрывная прочность полоски размером 250x50 мм в продольном направлении» кес
Содержание связующего, %
Влажность холста, %
Диаметр стеклянного волокна, мкм ...
Назначение холста
Марка холста* (МРТУ) ........
Ширина холста, мм
Масса 1 л/2 холста, г
Разрывная прочность полоски размером 250x50 мм в продольном направлении» кес
Содержание связующего, %
Влажность холста, %
Диаметр стеклянного волокна, мкм ...
Назначение холста
ХЖКН-300; ХЖКН-350； ХЖКН-400;ХЖКН-500 (6-11-113—69)1100—1400от 300±50 до 500±50
ХЖКН-300; ХЖКН-350； ХЖКН-400;ХЖКН-500 (6-11-113—69)1100—1400от 300±50 до 500±50
Не менее 53±1,5Не более 0,510—16
Для стеклопластиков (на основе фенольных смол), изготовляемых мето- дом прессования
Не менее 53±1,5Не более 0,510—16
Для стеклопластиков (на основе фенольных смол), изготовляемых мето- дом прессования
…* Расшифровка марок х°лста- X—холст； Ж—жесткий; К—конструкционный- Н—из неппепыв- д0]д 端篇нм ИИтеЙ： 300'記°，4℃- 500-средняя масса 1 м2 холста, е (соответственно для каж-
Плотность холстов марки ХЖКН (300—350 кг/м3), как правило, меньше плотности холстов марки ХЖК (400—800 &е/龙з), поэтому первые холсты обычно применяются только для изготовления стеклопластиков (на основе фенольных смол) методом прессования. Предел прочности при растяжении получаемых стеклопластиков 〜1500 кгс/см2, при изгибе 〜2000 кгс/см2. Одностадийный метод изготовления стеклянного холста дает возможность выпускать самый дешевый армирующий материал на высокопроизводительных конвейерных установках.
Рис. 19.5. Технологическая схема выработки стеклянного холста одностадийным методом：Рис. 19.5. Технологическая схема выработки стеклянного холста одностадийным методом：/ — ванная печь; 2 — фидер; 5 — фильерный питатель; 4 — валки； 5 — раскладчик; 6 — приемный конвейер： 7 — холст； 8 — пропиточная ванна; 9 — сушильный конвейер； Ю — сушильная камера： //——лозатср; /2, 13 — механизмы продольной и поперечной резки холста: /4 — на- матываюихее устройство： ?5 ■ - приемник листов./ — ванная печь; 2 — фидер; 5 — фильерный питатель; 4 — валки； 5 — раскладчик; 6 — приемный конвейер： 7 — холст； 8 — пропиточная ванна; 9 — сушильный конвейер； Ю — сушильная камера： //——лозатср; /2, 13 — механизмы продольной и поперечной резки холста: /4 — на- матываюихее устройство： ?5 ■ - приемник листов.
Рис. 19.5. Технологическая схема выработки стеклянного холста одностадийным методом：
Рис. 19.5. Технологическая схема выработки стеклянного холста одностадийным методом：
/ — ванная печь; 2 — фидер; 5 — фильерный питатель; 4 — валки； 5 — раскладчик; 6 — приемный конвейер： 7 — холст； 8 — пропиточная ванна; 9 — сушильный конвейер； Ю — сушильная камера： //——лозатср; /2, 13 — механизмы продольной и поперечной резки холста: /4 — на- матываюихее устройство： ?5 ■ - приемник листов.
/ — ванная печь; 2 — фидер; 5 — фильерный питатель; 4 — валки； 5 — раскладчик; 6 — приемный конвейер： 7 — холст； 8 — пропиточная ванна; 9 — сушильный конвейер； Ю — сушильная камера： //——лозатср; /2, 13 — механизмы продольной и поперечной резки холста: /4 — на- матываюихее устройство： ?5 ■ - приемник листов.
Нетканый клееный перекрестный материал из жгутов. Этот материал в отличие от холстов (образованных из отрезков или непрерывных нитей, уложенных хаотически и создающих изотропную структуру материала) характеризуется тем, что, так же как и ткань, он состоит из двух взаимно перпендикулярных систем ни- тей. Но в нетканом материале нити основы и утка не переплетают-
ся между собрй, а налагаются друг на друга и склеиваются в местах пересечений жидким связующим, термопластичным волокном пли пленкой. Нетканые перекрестные материалы изготавливаются различной структуры ——от плотных, застилистых до редких сеток с величиной ячейки 20 мм (рис. 19.6). Плотные, застилистые нетканые материалы применяются для армирования конструкционных стеклопластиков средней и высокой прочности (4000—— 6000 кгс1см2 в каждом из взаимно перпендикулярных направлений), получаемых методом намотки, контактного формования и прессования.
Нетканые перекрестные сетки предназначены для армирования бумаги и пленок； они дают возможность получать прочные материалы с небольшими удлинениями.
В результате исключения операции ткачества при получении нетканого материала увеличивается производительность оборудования (примерно в 10——15 раз в зависимости от плотности укладки поперечной нити ——утка) и улучшаются прочностные характеристики материала, так как устраняются изгибы нитей в местах пересечения.
Технологическая схема получения нетканого застилистого материала для армирования стеклопластиков представлена на рис. 19.7.
Стеклянные жгуты основы 3 поступают с установленных на рамке / паковок 2, проходят через расположенные по периферии диска 18 глазки и равномерно распределяются по окружности кольца.
287
Пройдя через нитесборное кольцо 19, жгуты направляются вдоль поверхности горизонтального цилиндрического дорпа — полотно- образователя 16. Для сохранения постоянного промежутка между жгутами основы дорп снабжен распределительной гильзой 17 с продольными пазами. Уточные поперечные жгуты 6 поступают с паковок 5, установленных на роторе 4. Вследствие вращения ро~ тора вокруг дорна уточные жгуты укладываются по винтовым линиям на перемещающуюся но нему основу. Угол наклона винтовых линий очень мал, поэтому жгуты утка и основы пересекаются практически под прямым углом.
Сформированный материал опрыскивается связующим из форсунок, расположенных на внутренней стороне полого кольца 15. На установке предусмотрено устройство для нанесения связующего посредством обкатки валками 14 и нагреватель 13 для подплавления термопластичного связующего (оба устройства предназначены, для проведения экспериментальных работ и в обычном технологическом процессе не используются). Смоченный связующим материал при дальнейшем движении по дорну проходит через объемную- трубчатую сушилку 12, обогреваемую воздухом, подаваемым из калорифера 7. В процессе высыхания связующего жгуты основы и утка скрепляются между собой. Получающийся в виде трубы готовый материал разрезается по образующей ножом 11 и расправляется с помощью серии направляющих дужек 8 в плоское полотно. Готовое полотно проходит между тянущими валиками 9 и наматывается в рулон 10.
При получении нетканого перекрестного материала на роторно- дорновой установке требуются большие энергетические затраты 288
и повышенный расход (10——12°/0 от массы материала) связующего; от количества связующего в большой мере зависит качество готового материала (связующим покрывается вся поверхность жгута). Применение термопластичного волокна в качестве связующего позволяет упростить установку, повысить ее производительность и улучшить технологические свойства нетканого перекрестного материала; расход термопластичного волокна составляет 3——5%; скрепление нитей происходит в отдельных точках. Схема технологического процесса получения нетканого перекрестного материала, связанного термопластичными нитями, представлена на рис. 19.8. Продольные стеклянные жгуты 3 разматываются
Рис. 19.8. Техготогическая схема получения нетканого перекрестного материала,
связанного термопластичными нитями:
(—рамка; 2, 8, // — гильзы； 3 — продольные стеклянные жгуты； 4 — диск; 5—глазки； "' — сборное кольцо； 7, /0 — роторы; 9 — термопластичные нити; /2 — поперечные жгутьц 13 — ролихи； /4 — поддерживающий диск; /5 — расправляющие дужки； /5 — тянущие ва- лики； /7 — рулон； 18 — нож； /9 — обогреваемый участок； 20 — дорн; 2/ — втулка.
£ гильз 2, установленных на рамке /, и поступают в глазки 5 распределительного диска 4, равномерно распределяющего их по окружности кольца.
Пройдя сборное кольцо 6, сформированные продольные жгуты перемещаются по поверхности горизонтального цилиндрического дорна 20, в начале которого для более равномерной раскладки жгутов устанавливается втулка 21 со скругленной кромкой или гильза с продольными пазами. Движущиеся по лорну продольные жгуты обматываются с помощью ротора 7 термопластичными нитями 9, разматывающимися с установленных на данном роторе гильз 8. Поверх образованной таким образом сР1Стемы термопластичных нитей вторым ротором /〃，вращающимся в противоположную сторону, наматываются поперечные стеклянные жгуты /2, поступающие с гильз
Перемещаясь далее по дорну, полностью сформированный материал проходит по его обогреваемом}^ участку 19, на котором происходит подплавление термопластичных нитей и обкатка их фторопластовыми роликами 13 (для лучшего проникновения свя- 289
,< 1к 出d©5 оn百：占口I—ggо揖^co80!!名(g9S -РсоЙ处 ЧОоООоМ^^,< 1к 出d©5 оn百：占口I—ggо揖^co80!!名(g9S -РсоЙ处 ЧОоООоМ^^
,< 1к 出
d
©5 оn
百：占口I
—ggо
揖^co80
!!名
(g9S -
РсоЙ处 Ч
ОоОО
оМ^^
,< 1к 出
d
©5 оn
百：占口I
—ggо
揖^co80
!!名
(g9S -
РсоЙ处 Ч
ОоОО
оМ^^
зующего между стеклянными волокнами). При последующем движении материала вне контакта с дорном термопластичное вещество затвердевает, склеивая стеклянные жгуты и фиксируя структуру материала. После полного застывания термопластичного связующего получаемый в виде рукава материал разрезается на поддерживающем диске 14 ножом 18 и разворачивается далее в плоское полотно с помощью расправляющих дужек 15. Готовый материал проходит через систему тянущих валиков 16, которые перемещают его на всех этапах изготовления, и наматывается на съемный товарный валик в рулон 17.
На установке подобного типа можно изготавливать застилистые равнопрочные материалы, состоящие из двух систем нитей, или кордные материалы, применяемые в основном в качестве намоточного материала. Обычно для изготовления нетканого перекрестного материала, применяемого для армирования стеклопластиков, используются жгуты в 10——12 сложений на прямых замасливателях. а в качестве связующего ——капроновые нити. В табл. 19.4 приведена характеристика иетканых перекрестных материалов, склеенных жидким связующим С-230 и термопластичными волокнами.
Для армирования бумаги и пленок необходимы материалы с крупными ячейками стабильных размеров, так как адгезия между стекловолокнистым материалом, пленкой и бумагой отсутствует и скрепление материала обычно происходит за счет сварки слоев армируемых материалов в просветах ячеек.
На ранее рассмотренной роторно-дорновой установке целесообразно изготавливать плотный материал, так как прн изготовлении сеток связующее обволакивает дорн и препятствует формированию структуры материала. Для изготовления нетканых клееных сеток с ячейками создана барабанная установка, принципиальная технологическая схема которой представлена на рис. 19.9
С двух шпулярников / на установку поступают стеклянные жгуты 2, которые, пройдя нитеводители 3, образуют две основы. Каждая основа направляется валиком 4 между парой замкнутых тросов 5, вместе с которыми перемещается к сушильному барабану 6. Каркас, образованный всеми четырьмя тросами, между валиками 4 и барабанами 6 обматывается посредством ротора 7 уточными жгутами 8, поступающими с установленных на роторе паковок 9. Стягивание тросов утком предотвращается распорной рамкой 10. В результате обмотки образуется два сетчатых полотна, связанных по краям уточными жгутами; они разрезаются ножами 11 в момент контакта полотен с барабанами, после чего полотна разделяются.
Сохранение сформированной структуры в момент разрезания п после него обеспечивается зажимом уточных нитей между тросами и барабанами. С помощью поджимаемых к барабанам 6 гуммированных валиков 12 на каждое полотно наносится связующее, захватываемое из ванночки /3. При дальнейшем движении полотен на барабанах 6 связующее высыхает, скрепляя основу и уток. Полотна готового материала /5, пройдя между тянущими валиками 14, 290
наматываются в рулоны /6, а тросы 5, обогнув 17, возвращаются к направляющим валикам 4.
Кроме рассмотренной схемы заправки возможен другой ее вэ-
натяжные ролики
риант. Нити
на две равные части (левая сторона
4 7 8 ° 3 2 L
основы делятся
\ %
15
Рнс. 19.9. Технологическая схема получения нетканого
материала на барабанной установке:
/ — шпулярник； 2 — стеклянные жгуты； 3 — нитеводитель； 4 —
6 — сушильный барабан； 7 — ротор;' S — уточные жгуты； 9
парная рамка； // — нож； /2―
пшй палик； /5 — готовый
перекрестного
гуммированный валик；
материал； ；5 рулон；
13 —
/7 —
ванчочка; 14 — тяну- натинной ролик,
валик; 5 — трос； ~ паковка; /0 — рас-
ДППЕЦтгтт-тг
8
Рис. 19.10. Структура нетканого перекрестного материала:
,б — материал с двумя основами со сдвигом s — материал с двумя наложенными основами.
а — материал с одной основой- нитей； с -，
рисунка)； верхняя валик 4, а
нижняя
быть получены три
часть нитей заправляется через направляющий непосредственно на барабан 6. При этом могут структуры материала (рис. 19.10). Наибольший
интерес представляет структура 6, так как в этом случае устранены сдвиги и /прекосы поперечных уточных нитей.
На описанной установке можно получать сетки практически с любой величиной ячейки из различных волокон (хлопчатобумажных, искусственных, синтетических). На установке для производства клееных сеток, имеющей четыре барабана, одновременно вырабатывается четыре полотна шириной 1250 мм со скоростью 2—— 4 м/ман. Производительность установки барабанного типа огтреде- ляется по уравнениям
Р = 6QvnKn. в (19.3)
Рг 0,^п^гКп^ (19.4)
где РР — производительность установки, */匂 или кг/ч соответственно; у — скорость формирования материала, м/лшн;咒一число барабанов; тх — масса 1 м сеткн, в； Кп в — коэффициент полезного времени рабэты установки (0,8— 0,85). '
НЕТКАНЫЕ СТЕКЛОВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ,ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Известно несколько разновидностей механического способа получения нетканых стекловолокнистых материалов: игольно-набивной, вязально-прошивной, трикотажный.
Л1ягкий холст из рубленых стеклянных нитей. Этот холст получают игольно-набпвным способом. Материал представляет собой равномерный слой хаотически расположенных отрезков стеклянных нитей, скрепленный специальными !иглами с подложечным -мате- риалом, причем для прошивания используют стеклянные нита слоя. "Установка для получения мягкого холста отличается от установки для получения жесткого холста из рубленых нитей тем, что в ней отсутствует пропиточное и сушильное устройства, но имеется приспособление для подачи подложечного материала и иглопробивная машина (рис. 19.11).
Рассыпающийся жгут с бухты / поступает к резальному механизму 2, в котором жгут разрезается на отрезки длиной 50 мм; проходя камеру формования 3, отрезки нити рассыпаются и подсасываются вакуумом, создаваемым в отсосной камере 4, к подкладочному материалу 8f уложенному на приемном конвейере 7.
Сформированный равномерный с』о访 материала проходит через иглопробивную машину 5, где слой отрезков скрепляется с подложкой вертикальными петлями и отрезками стеклянных нитей. Готовый мягкий холст навивается в рулон 6. В качестве материала для подложки может быть использован стеклянный холст из штапельного волокна ВВ, стеклянная сетка, техническая марля и т. д. Толщина мягкого холста колеблется от 1,5 до 3 мм, масса 1 м2 ■ от 1 до 2,5 ке. Холсты изготавливаются ；в виде рулонов шириной от 1000 до 1600 мм и упаковываются в мешки из водонепроницаемой пленки. Они отличаются от жестких холстов большой ворсистостью (наличие петель и концов нитей прошивки) и малой
плотностью (300——350 кг!л^). Мягкие холсты применяются для изготовления стеклопластиков (в основном на фенольных и полиэфирных смолах) методом прессования. Их предел прочности при растяжении 800 кг/см2, при изгибе 〜1000 кгс/см2.
Рис. f9.fL Технологическая схема получения мягкого холста из рубленых стеклянных нитей:
/ — бухта жгута; 2 — резальный механизм： 3 —камера формования; 4 — отсосная камера; 5 — иглопробивная машина; 6——рулон; 7 — приемный конвейер; 8 ——подкладочный материал-
Мягкий холст из рубленых стеклянных нитей выпускают на отечественных холстовых машинах ЭМ-34 и на английских марки 《Disaid》，имеющих следующие технические一
Ширина холста, мм
Скорость подачи жгута в резальный механизм, mJmuh
Максимальное число концов жгута, одновременно заправляемое в резальный механизм
характеристики:
1600±50; 1250+50;
950±50
80—125
Скорость конвейера, м/мин
Продолжительность одного цикла работы иглопробивной машины при скорости конвейера 3 м/шн, сек
Глубина выхода игл из подкладочного материала, мм
Высота петли на противоположной стороне подкладочного материала, лм<
Производительность,切可
25 (по 5 жгутов вкаждый резак)0,5-4
1,33
3—10
3—5
120
Производительность установки для изготовления ста (в кг/ч) определяется по уравнениям
мягкого хол-
Р = 0,00006((/шт1Т + 喈)Кп. в р = 0,06 (~ + ug)Kn.B
(19.5)
Р = °，°6 叽 Кп.в
где г/ ——скорость резального механизма, м/мин; л ——число концов жгута, заправляемых в один резальный механизм; /и ——число работающих резальных механизмов; Т ——толщина жгута, текс; 7VM ——метрический номер жгута; и —— скорость конвейера, м/мин; g ——масса 1 м подкладочного материала, г; т1 —— масса 1 м холста, г; ЛПфВ —— коэффициент полезного времени работы у станов ки.
Вязально-прошивные нетканые материалы изготовляются на машинах марки 《Малимо》. Материалы представляют собой свободно наложенные друг на друга стеклянные жгуты в 10 или 20 сложений (основа и уток), прошитые кручеными стеклянными, капроновыми или хлопчатобумажными нитями. Наложенные друг
на друга ;вают
системы нитей проши-
тамбурным
стежком,
$ который получается вследствие
взаимодействия системы
образующих игл. производительный чения материала Так как жгуты и
Это
петле- высоко-
способ полу- (до 300 м/ч). нити не пере-
плетаются и не имеют изгибов, стеклопластики характеризуются высокой прочностью.
Разработаны и осваиваются промышленностью несколько структур вязально-прошивных материалов, предназначенных для производства стеклопластиков методом прессования, намотки и контактного формования. Эти
Рис.
19.12. Схема уточного трикотажа из стеклянных жгутов:
/ — жгут； 2 — уточная нить.
стеклопластики найдут приме*
нение в электротехнической и судостроительной промышленности.
Уточный трикотаж представляет собой полотно, в которое кроме нитей, образующих петли грунта, постоянно или периодически ввязываются дополнительные нити, не образующие петель. Армирующий материал, полученный способом уточного трикотажа, представляет собой две системы нитей (стеклянных жгутов), наложенные друг на друга под углом 90° и скрепленные между собой трикотажем 《кулирная гладь» из капроновой или стеклянной крученой нити без прошивки (рис. 19.12). Для производства уточного
трикотажа используется модернизированная круглочулочная машина класса 14, на которой изготавливается уточный трикотаж в виде рукава диаметром 95 мм.
Разработано оборудование для изготовления трикотажа диаметром ПО мм. Так как армирующий материал имеет цилиндрическую форму, он может служить арматурой для выработки стеклопластиковых труб, шпангоутов и других изделий.
ГЛАВА 20
МЕТОДЫ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙТЕКСТИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
В данной главе кратко описаны основные методы контроля качества стекло волокнистых текстильных изделий.
Оценка изделий в партии производится по пробам, порядок отбора и размеры которых устанавливаются стандартами. Способ отбора образцов изделий для контроля (проб) должен соответствовать основному требованию: образец (проба) должен быть показательным для всей партии изделий.
В стандартах на продукцию или в стандартах на методы испытаний указывается количество образцов, отбираемых из партии для испытаний в условиях существующего технологического процесса. В случае изменения технологического режима выработки, при наладке оборудования, освоении нового вида сырья и других изменениях следует определять неравномерность измеряемых показателей и точность выполняемых определений.
Неравномерность удобно оценивать коэффициентом вариации, а точность определений — среднеквадратичным отклонением (с.к.о.) относительно среднего арифметического о.
ариф-ариф-Для определения коэффициента вариации необходимо предварительно вычислить значение с. к. о. относительно среднего метич^ского по формуле
ариф-
ариф-
(20.1)
—ЧИС-—ЧИС-薰 испытаний11^3 квадратов отклонений ст среднего арифметического；几
—ЧИС-
—ЧИС-
乎"2?А?，то в уравнение (20.1) вместо п—1 ставят п. Коэффициент вариации С (в %) вычисляют по формуле
с 5 100
C =(20.2)
где М ——среднее арифметическое.
Абсолютную ошибку определения среднего арифметического А вычисляют по формуле
(20.3)
Здесь а ——коэффициент нормального закона распределения, связанный с вероятностью р того, что абсолютная величина отклонения вычисленного (М) значгния М от фактического значения этой величины будет меньше, чем аВ、п. Значения а в зависимости от р сводятся в специальные таблицы*.
В енцель Е. С. Теория вероятностей. М., «Наука», 1969, 572 с.
Например, при р = 0,68 а = 1; это означает, что примерно в 680 случаях из 1000
М —^ Л1 ^ Л4 + —(20.4)
у пу п
При р = 0,955 а = 2； эго означает, что примерно в 955 случаях из 1000
М —(20.5)
Относительную ошибку среднего арифметичеокого Ра (в %) определяют по формуле
Для текстильных материалов принято считать, что материал, для которого Р не превышает 5%, является равномерньш； если Ра больше 5%, но не превышает 10%, материал считается не* равномерным. При значении Ра >10% материал считается браком.
На физико-механические свойства стекловолокнистых материя- лов существенно влияют атмосферная влажность и температура.
При взаимодействии материалов с влагой окружающего воздуха наблюдаются явления десорбции (высыхания) или сорбции (увлажнения). Для стеклянного волокна имеет значение адсорбция, т. е. поглощение водяных паров поверхностью стеклянного волокна.
Адсорбция на стеклянных волокнах протекает очень быстро; продолжительность установления сорбционного равновесия составляет несколько секунд, а для материалов с узкими труднодоступными порами ~ несколько больше.
Присутствие влаги ускоряет образование микротрещин на по- верхности волокна при деформации стекловолокнистых материалов, приводя тем самым к адсорбционному понижению прочности.
Активность процесса поглощения водяных паров стеклянным волокном при прочих равных условиях (температура, давление) зависит от абсолютного содержания влаги в атмосфере. При кратко- времзнном воздействии внешних мехдаических сил влияние атмосферных условий практически не сказывается. При длительном воздействии разрушающих нагрузок на стеклянное волокно влияние влаги и температуры окружающего воздуха весьма значительно. Поэтому для стекловолокнистых текстильных материалов, которые перед испытанием подсушиваются и испытываются в условиях кратковременного воздействия разрушающих нагрузок, нецелесообразно кондиционировать воздух. Материалы, которые перед испытаниями не подсушиваются или подвергаются длительному воздействию разрушающих нагрузок, должны находиться и испытываться в помещениях с кондиционированным воздухом (относительная влажность 65 土 2% и температура 20 ± 2СС).
Определение диаметра стеклянного волокна
Диаметр стеклянного волокна является важной характеристикой стекловолокнистых материалов, связанной с гибкостью стекло- волокнистых материалов и их стойкостью к циклическим нагружениям.
Известно много методов определения диаметра волокна, но ни один из них не свободен от недостатков.
Метод среза. Для определения диаметра стеклянного волокна этим методом используется микроскоп с увеличением 500—600, снабженный окуляр-микрометром, и столик микроскопа, оборудованный металлической пластинкой толщиной 0,9 мм с круглым отверстием диаметром 1,2 мм.
Стеклянную нить смешивают с темными, непрозрачными нитями вискозного волокна, заправляют в отверстие пластины и срезают острым лезвием с обеих сторон заподлицо с поверхностями пластины. Под микроскопом срезы стеклянных волокон имеют вид блестящих дисков, размер которых определяют, отрегулировав освещение так, чтобы уменьшить до минимума рассеяние света вокруг (Каждого диска.
Точность метода невелика и составляет 〜1 мкм.
Гравиметрический метод. Отрезок волокна определенной длины взвешивают. Зная плотность стекла, определяют искомый диаметр волокна.
Точность этого метода зависит от точности, с которой определена длина I отрезка, плотность стекла р и масса волокна т\
d=2 联壶 (20'6)
Массу отрезка волокна можно определить с точностью 〜10 ' (при массе 0,1 г), плотность стекла ■—с точностью 〜10-2, длину / — с точностью 2—3%.
Ошибка при измерении диаметра волокна таким методом составляет 1——2%.
Достаточная точность метода достигается при большой длине отрезка волокна. Для промышленного контроля продукции метод не используется.
Интерференционный метод. Для измерений этим методом необходимо иметь две оптические пластины и источник монохроматического света.
Исследуемое волокно зажимают между оптическими пластинами, которые помещают под пучок монохроматического света известной длины волны. Вокруг волокна появляются интерференционные бахромки. Подсчитывают число бахромок, находящихся между линиями соприкосновения -пластинок с волокном. Умножив число бахромок на половину длины волны света, получают диаметр стеклянного волокна.
Точность этого метода очень высокая — 0,025 мкм. Метоп может быть упрощен, и о при 9ToM точность его значительно снижается 'И не превышает 0,1 мкм.
Для серийного контроля диаметра стеклянного волокна интерференционный метод неудобен.
Микроскопический метод. Отобранный для испытаний небольшой отрезок нити помещают на темное стекло и разъединяют иглой на отдельные волокна. Диаметр волокна измеряют при увеличении 600 и освещении искусственным светом (осветитель ОИ-19 и др.). В осветитель или в оправу конденсора необходимо помещать матовые или серо-голубые светофильтры. Изображение волокна должно быть резким, с тонкими темными линиями по краям. Для измерения используют обычно окуляр-микрометры с ценой деления 0,2—0,3 мкм.
Линейку окуляр-микрометра устанавливают перпендикулярно волокну и определяют, скольким делениям линейки соответствует диаметр волокна. Зная цену деления линейки, подсчитывают диаметр волокна в микрометрах с точностью 0,1 мкм.
Диаметр стеклянного волокна, определенный этим методом, несколько выше, чем диаметр, измеренный с помощью электронного микроскопа. Микроскопический метод наиболее широко используется для определения диаметра стеклянных волокон.
Определение толщины нити, пряжи, жгута
Толщину образцов определяют в системе текс. Толщина образца в тексах равна
Т =不—г/км = 1000 ― з/川(20.7)
где m —— масса образца, г; L ——Длина образца, км; м;
Раньше толщину образца определяли в метрической системе и обозначили N
Между этими системами существует связь, которая выражается формулой
TN 1000(20.8)
Для определения толщины нити, пряжи, жгута образцы заданной длины отбирают с помощью пробного мотовила, периметр которого имеет строго определенную длину, или метровой металлической линейкой (если толщина больше 300 текс).
Отрезки взвешивают на технических весах или на весовом квадранте с точностью не менее 0,05 г. По полученным данным рассчитывают толщину образца.
20*20*299
20*
20*
Определение крутки нити и пряжи
Определение проводят на круткомере со скользящим или качающимся левым зажимом методом непосредственного раскручивания нити до полной параллельности составляющих нитей или волокон. Расстояние между зажимами 250 или 500 мм. Паковка с нитью устанавливается так, чтобы нить располагалась вдоль зажимов круткомера со сходом нити с торца паковки, а сама паковка не вращалась (что соответствует условиям размотки нити в производстве) .При таких условиях схода нити величину крутки определяют в разматываемой нити, а не в нити, находящейся на паковке.
Груз предварительного натяжения для всех нитей, независимо от их толщины, составляет 10 г. Крученая нить должна быть равновесной, иначе неуравновешенный крутящий момент в нити при сматывании ее с паковки приведет к появлению сукрутии. Поэтому крученая нить должна проверяться на равновесность крутки; с торца паковки отбирают образец длиной 1 м, перегибают его пополам и, соединяя концы образца вместе, образуют петлю. Придав петле отвесное положение, подсчитывают число получившихся закручиваний (витков); допустимое число витков указано в стандартах на данный материал.
Определение массы тканей, ленти нетканых материалов
Масса одного квадратного метра образца 6 (в г/м^ вычисляет- ся по формуле
/?-10000
В = —Щ—(20.9)
；де b - масса отобранного для испытаний образца, г; / и /, - соответственно длина и ширина этого образца, см.
Масса одного метра образца Вп вычисляется по формуле
当=丁j00(20.10)
ГДе 坛—масс® отобранного для испытания образца, г; / — длина образца, см
Определение плотности тканых материалов
Плотность тканых материалов подсчитывается по числу нитей по основе и отдельно по утку на единицу длины. Подсчет производится с помощью ткацкой лупы или на плотномере с проектированием измеряемого участка материала на экран.
При плотности 7 нитей!см и более определяют число нитей, укладывающихся на участке AvIhhoh 1 с丸，а при плотности менее 7 нитей/см ——на участке длиной 10 см (длину отсчитывают металлической линейкой).
Определение толщины тканых и нетканых материалов
Толщину тканых и нетканых материалов определяют на оптическом толщиномере марок БВ-7011м и БВ-7214.
Размер контактных площадок составляет 1——5 см2, давление на материал во время замера ——от 100 до 3000 2cle庐
Шкала отсчета в толщиномере марки БВ-7214 проектируется на экран. Точность отсчета по шкале составляет 0,001 мм, четвертый знак после запятой определяется приближенно. Прибор имеет устройство для автоматического и ручного подъема и опускания контактной площадки и ее прижима к испытываемому образцу материала.
Определение содержания веществ (замасливателя,шлихты, аппрета), удаляемых при прокаливании
Навеаку испытуемого стекловолокнистого материала 〜2 d помещают в заранее взвешенный прокаленный тигель и выдерживают в термостате при температуре 105±5 ℃ в iечение 40 мин, чтобы удалить поглощенную B：iary, охлаждают в экенкаторе с осушающим агентом и взвешивают с точностью не менее 0,001 г (масса т).
Затем тигли вместе с навесками ставят в муфельную печь и выдерживают при температуре 650——700 ℃ в течение 15 мин (или при температуре 400—450 ℃ в течение 30 мин). После этого тигли опять охлаждают в эксикаторе и вновь взвешивают с той -же точностью (масса т2).
(20.11)(20.11)Количество веществ, удаленных при прокаливании, К (в %) вычисляют по формуле
(20.11)
(20.11)
Так как величина К зависит от разности масс, а изменения массы очень небольшие, необходимо принимать меры для предотвращения доступа влаги к образцу перед каждым взвешиванием. В особо ответственных испытаниях более тщательно контролируется температура, в муфельную печь подается просушенный воздух и Т. д.
Если замасливатель, шлихта или аппрет содержат компоненты, полностью не удаляемые при прокаливании, используются химические методы испытаний.
Определение содержания влаги
Образец материала высушивают в бюксах, крышки с которых снимают только в сушильном шкафу. Те^шература сушки 105± ±5°С, продолжительность——40 мин, точность взвешивания 0,0001 г.
Влажность W и влагосодержание Wc в образце материала «в %) вычисляют по формулам
Г = ' - — -100(20Л2)
吃=—^一100(20.13)
где 加［—масса образца до высушивания; т2 — масса образца после высушивания.
Так как на поверхности волокна, как правило, находится за- масливатель, или шлихта, или аппрет, при высушивании стекловолокнистый материал теряет не только влагу, но и часть веществ, находящихся на его поверхности. Применяют и другие методы определения влаги в стекловолокнистых материалах (обезвоживание химическими веществами, высушивание до постоянной массы, измерение диэлектрической постоянной), но для стандартных испытаний наиболее удобным и достаточно точным считается метод, описанный выше. К преимуществам этого метода следует отнести сравнительно небольшой объем нагреваемого в сушильном шкафу воздуха, что снижает потери легколетучих веществ с поверхности стеклянных волокон.
Определение разрывной нагрузки
Стеклянное волокно. Известно, что прочность стеклопластиков определяет не столько прочность армирующего материала (нити, ткани, жгута), как такового, сколько непосредственно прочность волокна, которое воспринимает основную долю нагрузки извне.
В зависимости от вида армирующего материала (ткань, нетканый материал, путанка, однонаправленный материал) условия работы волокна в композиционном материале различны. Например, в ткани полотняного переплетения волокно при нагружении находится в менее благоприятных условиях, чем в ткани сатинового переплетения, где оно менее изогнуто и при нагружении композиционного материала воспринимает нагрузку при более благоприятных условиях.
Для определения прочности волокна при растяжении его заклеивают в бумажную рамку, которая имеет внутри отверстие размером 10X5 мм. Длина рабочей части волокна составляет 10 мм. Волокно приклеивается к рамке любым быстро сохнущим клеем, не взаимодействующим с поверхностью волокна (например, ДЦУ ——дициандиамидом уксусной кислоты).
После высыхания клея определяют диаметр волокна под микроскопом и переносят рамку с волокном на разрывную микромашину, изготовленную на основе стандартных аналитических весов марки АДВ-200 м,
На правом коромысле весов находится верхний зажим. Второй, неподвижный зажим установлен на станине микромашины. Рамка с волокном закрепляется между верхним и нижним зажимами, после чего рамка разрезается. Растяжение волокна производится при плавном нагружении на левое плечо коромысла калиброванной цепочки из неокисляющегося металла. При обрыве волокна нагружающее устройство останавливается 修 по шкале, отградуированной в единицах силы (в ес), определяется величина разрывной нагрузки. Прочностные свойства волокна характеризуются пределом прочности при растяжении, который определяется в кгс/мм2.
При испытании волокна в обычных атмосферных условиях вла* га, содержащаяся в окружающем воздухе, отрицательно влияет на механические свойства волокна и показатели прочности получаются заниженными.
В композиционном материале стеклянное волокно в значитель' ной степени изолировано от влаги окружающего воздуха связующим, и механические свойства волокна оказываются выше, чем при нагружении волокна на воздухе. В связи с этим целесообразно прочность стеклянного волокна определять в вакууме или испытывать волокна, покрытые связующим.
Для испытания стеклянных волокон в вакууме создана отечественная микромашина марки АВД-3, в которой создается вакуум до 10-5 мм рт. ст. Конструкция машины предусматривает получение электрических сигналов, регистрируемых самописцем. Для испытания в вакууме волокна наклеиваются на рамку из латунной фольги с помощью шеллака. Показатели прочности волокна, полученные при испытании в вакууме, на 25—40% выше, чем показатели, полученные при испытании на воздухе.
Метод ориентированных микропластиков рассчитан на определение прочности стеклянного волокна в условиях, близких к условиям работы волокна в композиционном материале. На металлическую рамку, представляющую собой прямоугольный параллелепипед, без натяжения наматывается с определенным шагом испы- туемая нить, которая непосредственно перед намоткой на рамку пропускается через ванночку со связующим. По окончании намотки рамку укрепляют в зажимах разрывной машины и одну грань рамки (подвижную, перпендикулярную направлению намотки ни- тей) оттягивают, фиксируя усилие оттягивания на шкале разрывной машины.
Усилие оттягивания складывается из натяжения намотанных нитей, находящихся по обе стороны рамки, и заранее известного собственного сопротивления рамки. Усилие оттягивания задается испытателем и должно соответствовать усилию, испытываемому нитью в композиционном материале.
Положение оттянутой грани рамки фиксируют стопором и рамку с образцами переносят в полимеризационный шкаф, где она находится до окончания полимеризации связующего. Затем отрез- ки иитей, прочитанные связующим и заполлмеризованнью под 303
.натяжением, срезают с рамки. Эти образцы называются ориентированными М1икропла'стиками и могут использоваться для различных исследований и для определения прочности волокна. Предел прочности при растяжении волокна (в кгс/мм2) определяется по формула
Рр-1000
где Р — нагрузка, при которой образец ориентированного микропластика разрывается при растяжении, кгс\ р —— плотность стекла, из которого вьфаботано волокно, з/с川з； Т — толщина отрезка нити в ориентированном микропластике, текс.
Для определения значения о (в кгс/мм2) испытывают не менее 50 образцов ориентированных микропластржов. Получаемое значение о надо рассматривать как усредненное, но достаточно точное.
Показатели прочности волокна, полученные методом ориентированных микропластиков, как правило, на 15—30% выше показателей, полученных при испытании на воздухе волокна, не покрытого смолой.
Нити некрученые и крученые* Прочность нитей определяется на разрывных машинах с зажимами типа «улитка» или с плоскими зажимами. При испытании в «улитках» нс требуется специального приготовления образцов. Рабочая длина образца составляет 500 мм. При испытаниях в плоских зажимах образец заранее подготавливают к испытанию: отрезки испытуемой нити накладывают на лист бумаги параллельно друг другу, концы отрезков приклеивают клеем БФ (с пластификатором) ik бумаге так, чтобы непро- клеенная, т. е. рабочая часть образца, была равна 80 мм. Образцы готовы к испытаниям /после полимеризации клея и охлаждения в эксикаторе. Показатели прочности нити при испытании в плоских зажимах выше, чгм при испытании в зажимах типа 《улитка» (чем тоньше нить, тем эта разница больше).
Испытания нити в плоских зажимах имеют следующие достоинства: определяется не только прочность, но и удлинение при растяжении нити (при испытаниях в зажимах типа «улитка» этот показатель определять нельзя, так как невозможно точно зафиксировать рабочую длину образца); достигается сопоставимость показателей прочности нити с показателями прочности ткани вследствие равенства рабочей длины образцов; не наблюдается разрывов образцов в зажимах или на расстоянии менее 5 мм от зажимов, что характерно для испытания нитей в зажимах типа «улитка»; устраняется необходимость контролировать постоянство формы «улиток»; достигается сопоставимость результатов испытаний на различных машинах или на одной и той же машине в процессе эксплуатации (при испытаниях в зажимах типа 《улитка» непостоянство их формы приводит к несопоставимости результатов).
Ткани. При испытании стеклянной ткани на прочность необходимо концы образцов, т. е. полосок, проклеить клеем, так как стеклянные ткани не выдерживают больших сжимающих усилии; 304
их пропитывают полимерным связующим, после чего устойчивость к сжатию резко возрастает. Кроме того, пропитка концов образцов связующим повышает коэффициент одновременности работы всех элементов ткани, сопротивляющихся растяжению.
Полоску ткани шириной 25 мм, прочность которой не превышает 400 кг с, пропитывают клеем БФ любой модификации (с плас- тификатором), а полоску ткани с прочностью свыше 400 кгс пропитывают полиэфирной или эпоксидной смолой.
Кордные ткани также пропитывают полиэфирной или эпоксидной смолой, но пропитанные концы образцов складывают вдвое и помещают под груз на период полимеризации связующего. Режим полимеризации зависит от вида связующего.
Проклейка полосок (образцов) всех видов тканей, за исключением многослойных, производится на бумаге. Вначале промазывают клеем или связующим края листа бумаги (по шаблону), затем на эту бумагу укладывают испытуемые полоски ткани, на них кладется тот же шаблон и производится проклейка концов полосок ткани. Ширина шаблона соответствует рабочей длине образца ткани, уменьшенной на 20 мм.
Перед испытаниями на разрывной машине каждую полоску ткани отрезают вместе с бумагой от остальных полосок. Бумагу разрывают на разрывной машине непосредственно перед растяжением образца, но после того, как образец выравнен и закреплен в зажимах.
Проклейка полосок ткани на бумаге облегчает работу испытателя п практически устраняет возможность перекоса полосок в процессе их приготовления.
Определение изгибоустойчивости нитей и тканей
Изгибоустойчивость нитей характеризует их способность выдерживать многократные изгибающие знакопеременные нагрузки в процессе текстильной переработки.
Изгибоустойчивость тканей определяется обычно для фильтровальных тканей, для которых этот показатель особенно важен, так как при очистке фильтров рукавного типа ткань периодически испытывает знакоперемеппые изгибающие нагрузки.
Приборы различном конструкции, на которых определяется изгибоустойчивость нитей и тканей, работают по одному принципу: образец располагают вертикально; к его нижней части прикладывается растягивающая нагрузка (с помощью нижнего зажима), а верхняя часть заправляется в изгибающую головку. Изгибающая головка совершает в вертикальной плоскости с постоянной скоростью качания в правую и в левую сторону относительно неподвижной оси, проходящей через нижнюю границу головки. Зажатая в изгибающей головке верхняя часть образца в зоне нижней границы изгибающей головки также совершает вслед за ней знакопеременные циклические изгибы. Таким образом, весь обра-
зец находится под нагрузкой, а одно из сечений его подвергается знакопеременному изгибу.
Нагрузка, растягивающая образец, может быть различной: постоянной для всех испытываемых образцов или равной постоянной доле от разрывной нагрузки для всех испытываемых образцов. Чем больше нагрузка, тем меньше изгибоустойчивость образца при прочих равных условиях. Изгибоустойчивость материала может быть оценена по времени или по числу двойных изгибов (циклов) до разрушения образца. При испытании нитей применяется специальная методика приготовления образцов, которая позволяет испытывать в одной изгибающей головке одновременно пять нитей. Такой образец состоит из пяти отрезков испытуемой нити, имею-. щих одинаковое натяжение и заклеенных в одну бумажную рамку; образец готовят на специальном приспособлении. При испытании материалов на изгибоустойчивость наибольшие затруднения вызывает разделение зоны зажима образца и его изгибаемого сечения в изгибающей головке приборов.
Испытания на изгибоустойчивость связаны со сравнительно медленным деформированием материала, причем на результаты оказывает большое влияние абсолютная влажность окружающего воздуха и его температура. В связи с этим приборы для определения изгибоустойчивости снабжаются ограждающими кожухами. При особо точных определениях рекомендуется в зону деформирования образца подавать воздух с заданными влажностью и температурой. Необходимо также следить за постоянством радиуса губок в изгибающих головках, так как даже незначительное изменение радиуса влияет на изгибоустойчивость образца.
Оценка старения текстильных материалов
Как правило, текстильные материалы из стеклянного волокна являются либо полуфабрикатами, либо комплектующими материалами. Для них должны быть установлены гарантийные сроки хранения, по истечении которых материал не может быть использован по назначению. Гарантийный срок хранения определяется по степени изменения свойств (старению материала) в зависимости от условий и продолжительности хранения и от вида упаковки. Испытание на старение материалов производится в естественных условиях — в отапливаемых и неотапливаемых складах или на открытом воздухе в различных климатических зонах. Испытания в естественных условиях должны проводиться длительное время, и в этом заключается существенный недостаток метода. Для ускоренного старения материалов необходимо иметь эталонный материал с известным сроком гарантийного хранения в естественных условиях. Сравнение изменения свойств испытуемого и эталонного материалов в процессе ускоренного старения позволяет приближенно определить гарантийный срок хранения испытуемого материала. Факторами, ускоряющими естественное старение стекло- 306
волокнистых материалов, являются повышенная температура, высокая относительная влажность окружающего воздуха, усиленное инфракрасное и ультрафиолетовое облучение.
При оценке старения материалов в естественных условиях учитывается их биологическая устойчивость, т. е. степень поражаемо- сти молью, грибками, термитами и т. д., которая определяется по разработанным для этих целей методикам.
ПРИЛОЖЕНИЕ /ПРИЛОЖЕНИЕ /
ПРИЛОЖЕНИЕ /
ПРИЛОЖЕНИЕ /
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Состав прямых замасливателей (в %)
岩
暂^ X
o 3
О § й
5 3 р
и со
I 0
с,6
28
——
—
0,5
0,5
二4
289
1,0
2,0
0,9
5,0 口 H-M
0,6
9
—
—
-—
1,0
30
1,5
2,0
0}9
2,0
1,0
A-4I
——
2,5
1,5
2,0
—
78
55
—
-—
2,0
1,2
2,0
80
1,5
2,0
1,1
2,0
652
5,0
—
2,0
0,9
752
2,0
1,5
2,0
0,9
2,0
270
0,5
2,0
2,0
0,9
1,0
一
言
1
3
0,6
0,3
7
0,2
0,01
91,29
28
0,2
1,8
95,6
289
一
90,5
9
0,6
0,3
6,5
0 4
91 2
30
92:6
А-41
——
1,8
92,2
78
0,5
0,C5
91,75
80
0,3
0,5
91,6
652
92,1
752
0,5
91,1
270
0,5
—
93,1
Ассортимент и назначение стекловолокнистых материалов, вырабатываемых с применением прямых замасли в ат елей
1№
[замаслива-
Связующее
Стекловслокнистый материал и его назначение
13
28
289
г9
；30
jА-41
;78
80
652
752
H270
卜
Полиэфирное
Диалилфталатное
Полиэфирное
Фенольное и эпок- сифенольное
То же
Эпоксидное
Полиамидное
Эпоксидное, эпоксифенольное Фен олофор мальде- гидное, аннлннофе- нолоформальдегид- ное
То же
Эпоксидное
Фенольное и эпок- сифепольное
Эпоксидное и др.
Жгут рассыпающийся для жесткого холста
Жгут рассыпающийся для стеклошифера
Жгут намоточный для различных намоточных изделий
Жгут рассыпающийся для наполнения пресс-материалов
Сетка стеклянная марки ССП-30 для армирования светопрозрачного рулонного материала
Ткани сатинового переплетения марки СТС-41 и жгутовые для армирования конструкционных стеклопластиков
Ткани электроизоляционные толщиной 0,1 мм и более для стеклотекстолитов марок СТ, СТЭФ и фольги
Ткани из стекла ВМ-1 для армирования конструкционных стеклопластиков
Вязально-прошивной материал для стеклотекстолитов марок СТ и СТЭФ
Жгут намоточный для армирования электроизоляционных стеклопластиков, получаемых намоткой
Нити крученые для получения стеклянных лент, применяемых в электротехнической промышленности
Ткани типа Т (ТУ 16/13), сатин 8/3 и жгутовые для армирования конструкционных стеклопластиков
Жгут для рубки и наполнения пресс-материалов
Ткани типа ТС 8/3-950 для армирования конструкционных стеклопластиков
Нити крученые, прил5еняемые в кабельной промышленности
Жгут намоточный из стекла ВМ-1 для армирования конструкционных стеклопластиков
Ткани многослойные, ткани из крученых нитей любых марок из бесщслочного стекла и из стекла марки ВМ-1 для армирования конструкционных стеклопластиков
Ткани из крученых нитей для армирования конструкционных стеклопластиков
Нити крученые для армирования конструкционных стеклопластиков, получаемых методом «сухой» намотки
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13-
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22,
23.
с л а н о в а М. С.
1945. 91 с.
с л с л с л с л
а а а а
н о н о н о н о
в в в в
а а а а
М.
М.
м.
Андриевскаястики. М., «Наука»,
Волокно, нити и ткани из стекла. M.t «Гизлегпром»?
.Стекло и керамика, № 11, 10 (I960). Стекло и керамика, № 9, 15 (I960).
.Стекло и керамика, № 4, 1 (1967). Пласт, массы, № 8, 31 (I960).
Г. Д. Высокопрочные ориентированные 1966. 370 с.
стеклопла-
Адгезия полимеров. Сборник. М., изд-во АН СССР, 1963. 144 с.
Дилер Р. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. М., «Госстройиз- дат》，1959. 228 с.
Басков Б. И., Кутуков С. С., Ч е р н я к М. Г. Стекло и керамика, № 7, 14 (1965).
Ботвинкин О. К，, Авраменко Е. И. и др. Кинетика Твердения стекла. М., «Гизлегпром^, 1941. 84 с.
Влияние химического состава на некоторые физико-химические свойства стекла. Сборник. М., «Гизлегпром», 1934. 160 с.
Гордеев В. А., Волков П. В. Ткачество. М., «Гизлегпром», 1958.
551 с.
Зак А. Ф. Физико-химические свойства стеклянного волокна. _М., «Рос-
техиздат», 1962. 223 с.
Изделия из стеклянного волокна и стеклопластиков. Ч. I. М., изд-во Комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1967. 347 с.
Корицкий К. И., Грилихес Е. А., Косцов А. А. Крутильное и ниточное производство. М., «Гизлегпром», 1957. 310 с.
К у к и н Г. Н., Соловьев А. Н. и др. Учение о волокнистых материалах. М., '«Гизлегпром», 1960. 433 с.
Киселев Б. А. Стеклопластики. М., «Химия», 1961, 240 с.
Любутин О. С. Автоматизация производства стеклопластиков. М., «Химия», 1969. 256 с.
Методы исследования и контроля стекловолокнистых материалов. Сборник.
М., ^Госхпмиздат», 1963. 94 с.
Научно-исследовательские труды ВНИИСПВ. № 3'—6. М., «Гизлегпром», 1952 — 1959; № 3, 1952. 86 с; № 4, 1953. 80 с.; № 5, 1957. 132 с.; № 6, 1959. 152 с.
Оптические волокна и волоконные элементы. Под ред. Блох К，М,, «Химия», 1972, 260 с.
Пана сюк В. И., Ашратова Ш. К-, Кожухова Н. В. Хим, пром., № 3, 169 (1954).
Розанов Ф. М. и др., Технология ткачества. Часть I, II. М., «Легкая индустрия», 1966, 1967. Ч. I, 1966. 231 с. Ч. Н, 1967. 340 с.
24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
Розанов 1953. 471 с.Розанов 1953. 471 с.①.М. Строение и проектирование тканей. М., «Гизлегпром»,
Розанов 1953. 471 с.
Розанов 1953. 471 с.
Сборник научно-исследовательских работ ВНИИСПВ. Вып. 2. М., «Гизлег- прим», 1952. 138 с.'
Стеклянное волокно и стеклопластики. Сборник. M.t изд. ВНИИСПВ 1970
209 с.'■
Составы стекол для производства стеклянного волокна. Под ред, Ивановой А. И. М,, ЦИНТИлегпром, 1959. 27 с.
Справочник по производству стекла. Под ред. Китайгородского И. И. и Сильвестровича С. И. Т. I. М., «Госстройиздат», 1963. 1026 с.
Сурнина Н.①,，Мартынова А. А. Технология и оборудование ткацкого производства. М., «Легкая индустрия», 1967. 258 с.
Структура, состав, свойства и формование стеклянных волокон. Сборник Часть I, П. М., изд. ВНИИСПВ. 4J. 1968. 177 с.; Ч. II. 1969. 170 с/ Технология стекла. Под ред. Китайгородского И. И. М., «Госстройиздат», 1967. 623 с.
Физико-технические свойства и применение стекловолокнистых материалов. Сборник. М., «Гизлегпром», 1949. 164 с.
Ходаковский М. Д,, Кутуков С. С. Стекло и керамика, № 4, 15 (1969); № 2, 3 (1964).
Черняк М. Г., П а н а с ю к В. И., Балашова Т. Д. Цветные стекловолокнистые материалы, их свойства и применение. М., «Химия», 1969, 109 с..
LI е р н я к М. Г. Стекло и керамика, № 8, 4 (I960).:'
Черняк М. Г., Н а й д у с Г. Г. ЖТ①，27, 2268 (1957).
Школьников Я- A.t По л и к Б. М., Кочаров Э. П., Ни - г и н Э. Р. Стеклянное штапельное волокно. М., «Химия», 1969. 269 с.
9 9 9U121725252527283236^^^ww«tt«OT ^ мм ет^юм^9 9 9U121725252527283236^^^ww«tt«OT ^ мм ет^юм^
9 9 9U121725252527283236^^^ww«tt«OT ^ мм ет^юм^
9 9 9U121725252527283236^^^ww«tt«OT ^ мм ет^юм^
ПРОИЗВОДСТВОСТЕКЛЯННЫХволокон
И ТКАНЕЙ
Под редакцией М. Д. ХОДАКОВСКОГО
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «X И М И Я»1973
УД
Производство стеклянных волокон и тканей. Под ред. Ходаковского М. Д. М., «Химия», 1973.
312 с.; 16 табл.; 143 рис.; список литературы 37 ссылок.
В книге изложены основы производства непрерывного стеклянного волокна. Описаны свойства стекла и технология изготовления стеклянных шариков, свойства стеклянного волокна, технология и оборудование для его выработки и переработки в изделия, контроль производства, виды брака изделий и способы его устранения； рассмотрены области применения непрерывного стеклянного волокна.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для рабочих заводов стеклянного волокна и стеклопластиков. Она может быть полезна инженерно-техническим работникам этих заводов.
Авторы: Бадалова Э. И., Бардушкииа В. П., Войцехович Н. Я-, Горелкина Н. И., Житкевич 3. В., Колесов Ю. И., Коидратенкова С. В., Островская Л. См Ходаковский М. Д.
131
П 050(01)-73
© Издательство《X и м н я», 1973 г.
содержание
Предисловие •■ ■7
Введение二 9
Классификация стеклянных волокон по видам изделий 9
Изделия из стеклянного волокна 9
Изделия из штапельного стеклянного волокна 11
Классификация стеклянных волокон по способам производства . .12
Области применения стеклянного волокна 17