في عملية سحب الألياف الزجاجية في فرن الخزان، لماذا يعتبر جذر الألياف هو المفتاح الأساسي لتشكيل الألياف الزجاجية؟

المبادئ الأساسية لتشكيل الألياف

 

في عملية سحب الألياف بفرن الخزان، يتدفق الزجاج المنصهر، تحت الضغط الهيدروستاتيكي، في قطرات من فوهة دقيقة في الجزء السفلي من حاجز سبائك البلاتين. تدور آلة سحب عالية السرعة-تقع مباشرة أسفل الفوهة بسرعة عالية ثابتة، مما يؤدي إلى تطبيق قوة شد قوية على قطرة الزجاج المتساقطة. يكمن مفتاح هذه العملية في منطقة التوازن الديناميكي المتكونة عند مخرج القطرة -جذر الألياف:

 

1. تكوين جذر الألياف :

أسفل مخرج الفوهة، يصل التوتر السطحي للزجاج المنصهر (محاولة الحفاظ على الشكل الكروي للقطرة) وقوة التمدد لآلة السحب (محاولة تمديد القطرة) إلى توازن ديناميكي. يؤدي هذا إلى تشكيل الزجاج المنصهر لمنطقة فريدة على شكل هلال-عند مخرج الفوهة. قطر هذه المنطقة يتناقص تدريجيًا من مخرج الفوهة.

 

2. خط تشكيل الألياف:

المسافة من مخرج الفوهة حتى يتم تمدد الزجاج المنصهر وتصلبه، ويصل قطر الألياف إلى نقطة التغير النهائية التي لم تعد -}-، تسمى خط تشكيل الألياف. المساحة التي تشمل هذا الخط هي منطقة تشكيل الألياف. داخل هذه المنطقة، يخضع الزجاج المنصهر لتغيير جذري في اللزوجة، حيث يتصلب من سائل لزج إلى ألياف صلبة.

 

3. خط سحب الألياف:

يشير هذا إلى المسافة الإجمالية من مخرج الفوهة إلى نقطة لف الألياف على آلة الرسم. يمكن تعديل هذه المسافة يدويًا وفقًا لمتطلبات العملية (مثل احتياجات التبريد ومساحة التشغيل)، وعادة ما تكون أطول بكثير من طول خط تشكيل الألياف الفعلي.

يعد استقرار جذر الألياف وخط تشكيل الألياف عاملاً حاسمًا في إنتاج ألياف زجاجية عالية الجودة-، مما يؤثر بشكل مباشر على:

 

◉ توحيد قطر الألياف

◉ معدل الكسر

◉ كفاءة الإنتاج والتكلفة

 

معلمات العملية الرئيسية التي تؤثر على استقرار التشكيل:

* مستوى السائل: يحدد الضغط الهيدروستاتيكي للزجاج المنصهر عند الفوهة، مما يؤثر على معدل التدفق الخارجي والتشكل الأولي لجذر الألياف.

* درجة حرارة الغالق: يعد التحكم الدقيق في لزوجة الزجاج المنصهر أمرًا أساسيًا للحصول على خصائص الشد المناسبة.

* سرعة السحب: تحدد بشكل مباشر حجم قوة السحب وقطر الألياف النهائي.

* خصائص الزجاج المنصهر: يحدد التركيب الكيميائي لزوجته-وخصائص درجة الحرارة، والتوتر السطحي، وميل التبلور، وما إلى ذلك.

* ظروف التبريد: تؤثر على تدرج درجة الحرارة ومعدل التصلب في منطقة جذر الألياف، وهو أمر ضروري لاستقرار وأداء الألياف.

* نسبة السحب: نسبة قطر فتحة الفوهة إلى قطر الألياف النهائي، مما يعكس درجة السحب.

 

التحكم في تدفق الهواء: يؤثر على توزيع مجال درجة الحرارة وكفاءة التبريد في منطقة جذر الألياف.

 

معدات عملية سحب الألياف لفرن حمام السباحة وتخطيطها

 

يعتمد تحقيق تشكيل مستقر وفعال للألياف على سلسلة من أجهزة المعالجة المرتبة بدقة عموديًا (من الأعلى إلى الأسفل):

 

1. المغزل:

يحتوي على وينظم درجة حرارة الزجاج المنصهر، ويتحكم في تدفق الزجاج المنصهر من خلال الصنبور.

 

2. مبرد جذر الألياف:

تقع مباشرة أسفل المغزل، بالقرب من منطقة جذر الألياف. يستخدم عادةً تبريد الهواء (ستارة هواء عالية الضغط-) أو تبريد الماء (بشكل غير مباشر) لإجبار -تبريد جذور الألياف اللزجة ذات درجة الحرارة العالية-بسرعة وبشكل يمكن التحكم فيه، مما يؤدي إلى تسريع تصلب وتشكيل الزجاج المنصهر. إنها قطعة أساسية من المعدات لتثبيت جذور الألياف.

 

3. بخاخ الألياف الخام:

بعد أن تتصلب الألياف في البداية، يتم رش رذاذ الماء أو الهواء عليها للتبريد الإضافي.

 

4. مزيتة حيدة:

قبل تجميع الخيوط الأحادية في خيوط خام، يتم تطبيق عامل ترطيب (عامل تجميع، مادة تشحيم، عامل اقتران، وما إلى ذلك) بشكل موحد على سطح كل خيوط أحادية. يلعب عامل التحجيم دورًا حاسمًا في حماية الألياف، وتجميعها في خيوط، وربطها بالمواد المركبة اللاحقة.

 

5. المجمع:

التأكد من أن الشعيرات الأحادية المتدفقة من الفوهات المختلفة منفصلة مكانيًا، مما يمنعها من الالتصاق ببعضها البعض أو الاصطدام.

 

6. المجمع:

تجميع عدة خيوط أحادية مزيتة ومجمعة بلطف (عادةً عشرات إلى آلاف) في خيوط مستمرة.

 

7. بكرة السحب البطيئة-:

يقع أسفل المجمع، ويطبق شدًا طفيفًا على الفتيل المجمع، مما يسمح له بالانتقال بسلاسة إلى منطقة آلة الرسم عالية السرعة-.

 

8. ناشر تدفق الهواء:

يقع فوق مدخل ماكينة السحب، فهو يشتت أو يوجه تدفق الهواء، مما يمنع الاضطراب الناتج عن رأس ماكينة السحب الدوارة عالية السرعة- من التدخل في التشغيل المستقر للألياف أعلاه.

 

9. آلة الرسم:

جوهر الطاقة لنظام التشكيل. ويولد رأسه الدوار- ذو السرعة العالية (رأس اللف) قوة سحب قوية، مما يؤدي إلى تمدد الزجاج المنصهر إلى ألياف ولف الخيوط المتصلبة في بكرة (غزل). يشير خط موضع عملية التشكيل إلى التخطيط الرأسي والأفقي النسبي للأجهزة الرئيسية المذكورة أعلاه (أساسًا الاستنسل، والمزيتة، والمجمع، وعجلة لف آلة السحب، والرأس). يؤثر تصميم التخطيط هذا بشكل مباشر على مسار تشغيل الألياف، وتوزيع التوتر، وتأثير التبريد.

 

تخطيط طبقة -مفردة: يتم إكمال جميع عمليات التشكيل (من الاستنسل إلى اللف) بشكل أساسي على نفس مستوى التشغيل. الهيكل بسيط نسبيًا، لكن مساحة التشغيل قد تكون محدودة.

 

تخطيط الطبقة المزدوجة-: يتم تقسيم العملية إلى مناطق تشغيل علوية وسفلية (شائعة في خطوط رسم أفران الخزانات الكبيرة). المنطقة العلوية: تشتمل عادةً على الاستنسل، ومبرد الألياف، والبخاخ، والمزيت، والمجمع، والمجمع، من أجل -تشكيل درجات الحرارة العالية والمعالجة الأولية.

 

المنطقة السفلية: تشتمل بشكل أساسي على أسطوانة السحب البطيئة-، وموزع تدفق الهواء، وآلة سحب لف الألياف. يعمل هذا التخطيط على تحسين استخدام المساحة، وتحسين بيئة التشغيل (خاصة عزل منطقة درجات الحرارة المرتفعة-)، وتسهيل التشغيل الآلي.

 

ملخص

تشكيل الألياف الزجاجية هو فن يوازن بدقة التوتر السطحي وقوة الشد الميكانيكية في درجات الحرارة العالية. إن فهم آلية تكوين "جذور الألياف" وتثبيتها هو جوهر إتقان العملية. من خلال التحكم الدقيق في المعلمات الرئيسية مثل مستوى السائل، ودرجة الحرارة، والسرعة، والتبريد، واستخدام نظام جهاز دقيق يتكون من لوحة حاجزة، ومبرد، ومزيت، ومجمع لآلية السحب، جنبًا إلى جنب مع تصميم "خط موضع عملية التشكيل" المعقول، يمكن تحويل الزجاج المنصهر اللزج بكفاءة وثبات إلى ألياف زجاجية متواصلة عالية الأداء -.