Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

Натяжение в любом сечении луковицы можно считать постоян­ ным, в то время как соотношение остальных сил изменяется по ее высоте: F^, F&, 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

локна возрастает от 0,17 до 0,55 гс, причем в области низких тем­ ператур эта зависимость проявляется сильнее, чем в области вы­ соких температур. Натяжение прямо пропорционально квадрату диаметра фильер, несколько возрастает с увеличением напора стекломассы и скорости вытягивания волокна.

Среднее напряжение в поперечном сечении луковицы, испы­ тываемое стекломассой при формовании, определяется по урав­ нению

где R — радиус поперечного сечения луковицы .

Максимальное напряжение стекломасса испытывает на завер­ шающей стадии формования, а минимальное—в начальном сечении

94

луковицы. Для начального и конечного участков луковицы при формовании волокна диаметром б мкм напряжение составляет со­ ответственно 0,0002 и 14,0 кгс/мм2. В зависимости от условий фор­ мования и диаметра волокна величина максимального напряжения изменяется от 2 до 20 кгс/мм2. При увеличении вязкости стекло­ массы, диаметра фильер и уровня стекломассы напряжение воз­ растает, а в случае изменения скорости вытягивания напряжение не изменяется (на начальном участке луковицы).

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-

95

мости логарифмов средней скорости движения стекломассы (кри­ вые /, 2) и среднего ускорения (кривые 3, 4) в процессе формова­ ния трехмикронного (кривые 1, 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 лу­

момент съемки, главным 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 ско­

части луковицы в ее поперечном сечении имеется градиент скоро­ стей, причем скорость уменьшается от центра к периферии и дости­ гает минимального значения на поверхности луковицы. Наиболь­ ший относительный градиент скоростей наблюдается в выходном сечении фильеры; при дальнейшем движении стекломассы по дли­ не луковицы он постепенно уменьшается и достигает наименьшего значения на заключительной стадии процесса формования.

96

Наблюдения за движением включений показали, что отдельныеслои 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 и объемом луковицы, градиентом температуры стекломассы и ок­ ружающей воздушной среды, скоростью движения воздуха вдоль

П00

ОООЧ.

-V 4

зоны формования. Регулируя эти факторы, можно управлять в оп­ ределенной степени скоростью охлаждения стекломассы в зоне формования.

Температурное поле луковицы было определено расчетным пу­ тем, причем разные методы расчета дают существенно различные результаты. Методы измерения распределения температур малых:

а затем постепенно убывает. Температуры, при которых происхо­ дит резкое охлаждение и наблюдается значительная разница тем­ ператур стекломассы между центром и поверхностью луковицы^

близки к температуре стеклования. При этом допускается обра­ зование хрупкого слоя на поверхности при вязком внутреннем слое, что должно приводить к значительным градиентам скорости дви­ жения стекломассы в луковице. Согласно представлениям, поло­ женным в основу расчета температурного поля, и по результатам этого расчета температурному полю луковицы свойственны следую­ щие особенности.

1.Температурное поле в начальном сечении луковицы можно считать изотермичным.

2.Стекломасса, вытекающая из фильер, имеет температуру ~1200°С (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°С до температуры стеклования Tg (при этой температуре стекломасса перестает изменять форму).

3.Линия температурных максимумов совпадает с осью луко­ вицы, вследствие чего в любом горизонтальном сечении зоны фор­ мования температура понижается от центра луковицы к поверх­

ности.

4.При удалении от начального сечения луковицы градиент температур в горизонтальных сечениях сначала возрастает, а затем уменьшается и становится весьма малым в сечении, где заканчи­ вается зона формования.

Всоответствии с другими представлениями о характере охлаж­ дения стекломассы в зоне формования при прохождении зоны формования стекломасса охлаждается незначительно, всего на 50— 100°С. В нижней части луковицы, где фиксируется окончательный диаметр волокна, она имеет температуру ~1100°С . Температур­ ное поле стекломассы в луковице принимается значительно более однородным, без больших градиентов температур в поперечных сечениях луковицы.

рис. 5.11. Из рисунка видно, что вязкость стекломассы на заклю­ чительной стадии формования составляет ~ 106 пз, а температура ~ 9 0 0 ° С .

Низкие значения вязкости стекломассы в зоне формования (менее ІО8 пз) подтверждаются способностью стекломассы уто-

98