Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

новой длине внешнего участка длина внутреннего участка, заглуб­ ленного внутрь сосуда, изменялась также от 2 до 8 мм.

Из рис. 5.3 видно, что для утопленных фильер эксперименталь­ ные точки достаточно хорошо ложатся на прямые, проходящие через начало координат. Для стандартных фильер зависимость расхода стекломассы от обратной длины фильер не носит линей­ ный характер, причем степень отклонения (угол наклона кривых) возрастает по мере увеличения длины фильер.

Таким образом, если при изменении длины фильер температу­ ра стекломассы сохраняется неизменной или меняется незначитель­ но (утопленные фильеры) вследствие сравнительно малых измене­ ний температуры стекломассы по высоте сосуда, расход стекло­ массы 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 окружаю­ щей воздушной средой. Средняя температура стекломассы в попе­ речном сечении фильеры снижается по мере удаления ее от вход­ ного 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 стекломассы внутри фильеры.

На основании данных о расходе стекломассы были рассчи­ таны изменения температуры стекломассы после прохождения че­

89

БЫХ температур фильерной пластины и напоров стекломассы в со­ суде оказался > 4 . 'Величина его возрастает с увеличением напора и температуры стекломассы в сосуде, достигая при их максималь­ ных значениях 5,5. Следовательно, влияние диаметра фильер на расход стекломассы более значительное, чем можно было ожидать из уравнения Пуазейля. То обстоятельство, что п > 4 и зависит от параметров, входящих в уравнение Пуазейля, может быть объясне­ но наличием градиента температур между стенкой фильеры и стекломассой и повышением температуры стекломассы от перифе­ рии к центру в поперечных сечениях фильер; при этом фильеры меньшего диаметра имеют большую удельную поверхность стенок и стекломасса в них охлаждается сильнее, чем в фильерах боль­

стекломассы и проявится в пульсирующем характере истечения стекломассы из фильеры.

Влияние температуры фильерной пластины на расход стекло­ массы. Точные измерения температуры стекломассы в фильере до настоящего времени не проводились. Известно, что температура стенок фильер отличается от температуры стекломассы в филье­ рах. При введении термопары внутрь фильеры изменяется ско­

показать истинную температуру стекломассы. Поэтому температу­ ра стекломассы в фильере, как правило, характеризуется тем­ пературой 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 темпера­ туре фильерной пластины. Это значит, что при изменении темпера­ туры фильерной пластины средняя температура стекломассы в фильере изменяется приблизительно на такую же величину; кро­ ме того, в небольшом диапазоне рабочего интервала выработки волокна изменение вязкости можно принять пропорциональным изменению температуры.

Таким образом, точный расчет расхода стекломассы по урав­ нению Пуазейля невозможен из-за отсутствия сведений о вязкости стекломассы в фильере, а также, что принципиально важно, вслед­

тировочных расчетов технологических параметров выработки не­ прерывного стеклянного волокна, и прежде всего диаметра фильер. При расчете за основу принимается фактический расход стекло-

•90

массы, полученный при фиксированных технологических парамет­ рах работы стеклоплавильного сосуда. Если подставить в уравне­ ние Пуазейля значения расхода стекломассы, диаметра, высоты фильер и полного напора стекломассы в сосуде, получим значение вязкости, которое называется «эффективной вязкостью» и обозна­ чается т)'. Зная величину ц', можно рассчитать требуемый диаметр, фильер с точностью до 0,05 мм для получения заданного расхода стекломассы или теоретической производительности сосуда. Осталь­ ные параметры и условия охлаждения стекломассы в подфильерной зоне принимаются неизменными. Эффективная вязкость всегда отличается от истинной вязкости стекломассы в фильере вследст­ вие расхождения между значениями параметров в уравнении Пуа­ зейля и их истинными значениями (например, между значениями полного напора стекломассы в сосуде и давления капли в фильере). Расчет по этому уравнению справедлив, «когда разница между эф­ фективной вязкостью и ее истинным значением изменяется незна­ чительно, т. е. когда конструкция сосуда (за исключением диаметра фильер), состав стекла и условия охлаждения сохраняются одина­ ковыми.

Влияние скорости вытягивания волокна на расход стекломас­ сы. Определение расхода стекломассы при вытягивании волокна- с разными скоростями показало, что при увеличении скорости вы­ тягивания от 1 до 70 м/сек расход стекломассы сохраняется прак­ тически неизменным (наблюдается возрастание его на несколько, процентов — в пределах ошибки опыта).

Таким образом, при формовании волокна не происходит вытя­

скорости воздушных потоков и, следовательно, скорости охлажде­ ния 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 периоди­ чески происходит образование и отрыв капель стекломассы от фильеры. При принудительном истечении стекломасса формуется в волокно под действием веса падающей капли вручную или с по­ мощью вытяжного устройства. Расход стекломассы при свободном режиме истечения всегда несколько ниже, чем при принудитель­ ном. Это объясняется тем, что при принудительном истечении силы поверхностного натяжения стекла, противодействующие гид­ ростатическому напору стекломассы в сосуде, почти полностью уравновешиваются усилиями, создаваемыми вытяжным устройст­ вом.

Разница в расходе стекломассы при описанных режимах тече­ ния пропорциональна доле сил поверхностного натяжения в урав­ нении (5.4), причем эта доля уменьшается с увеличением напора и с ростом температуры стекломассы.

91

Коэффициент К выражает кратность обмена стекломассы в луко­ вице в единицу времени и, в свою очередь, зависит от скорости

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

0,2 гц. Следовательно, процесс формования непрерывного стеклян­ ного волокна имеет пульсирующий характер. Периодические изме­ нения объема луковиц вызывают аналогичные изменения диаметра волокон и толщины нити по их длине. Изменение объема сопро­ вождается изменением энтальпии стекломассы в луковице, что вызывает колебания температуры окружающей среды, а это, в свою очередь, сказывается на величине и стабильности прочностных характеристик стеклянного волокна.

Вытягивающее усилие, или натяжение FH, которое необходимо приложить к волокну в процессе формования, составляет 0,1 — 0,5 гс. Это усилие затрачивается на преодоление сил внутреннего

93