No processo de trefilação de fibra de vidro em um forno tanque, por que a raiz da fibra é a chave para a formação da fibra de vidro?

Princípios Básicos de Formação de Fibra

 

No processo de trefilação de fibra em forno tanque, o vidro fundido, sob pressão hidrostática, flui em gotículas de um bocal de precisão na parte inferior de um defletor de liga de platina. Uma máquina de trefilação de alta-velocidade, localizada diretamente abaixo do bico, gira em alta velocidade constante, aplicando uma forte força de estiramento à gota de vidro que cai. A chave para esse processo está na zona de equilíbrio dinâmico formada na saída da gota-na raiz da fibra:

 

1. Formação de raiz de fibra:

Abaixo da saída do bocal, a tensão superficial do vidro fundido (tentando manter a forma esférica da gota) e a força de estiramento da trefiladora (tentando esticar a gota) atingem um equilíbrio dinâmico. Isso faz com que o vidro fundido forme uma região única em formato de meia-lua-na saída do bocal. O diâmetro desta região diminui gradualmente a partir da saída do bocal.

 

2. Linha formadora de fibra:

A distância da saída do bocal até que o vidro fundido seja esticado e solidificado, e o diâmetro da fibra atinja seu ponto final e não{0}}mais-de mudança, é chamada de linha de formação de fibra. O espaço que abrange esta linha é a zona de formação de fibras. Dentro desta zona, o vidro fundido sofre uma mudança dramática de viscosidade, solidificando-se de um fluido viscoso em fibras sólidas.

 

3. Linha de desenho de fibra:

Isto se refere à distância total da saída do bico até o ponto de enrolamento da fibra na trefiladora. Essa distância pode ser ajustada manualmente de acordo com os requisitos do processo (como necessidades de resfriamento e espaço operacional) e geralmente é muito maior que o comprimento real da linha de formação da fibra.

A estabilidade da raiz da fibra e da linha formadora de fibra é um fator decisivo na produção de fibras de vidro de alta{0}}qualidade, afetando diretamente:

 

◉ Uniformidade do diâmetro da fibra

◉ Taxa de quebra

◉ Eficiência e custo de produção

 

Parâmetros chave do processo que afetam a estabilidade da conformação:

* Nível de líquido: Determina a pressão hidrostática do vidro fundido no bocal, afetando a vazão e a morfologia inicial da raiz da fibra.

* Temperatura do obturador: O controle preciso da viscosidade do vidro fundido é fundamental para a obtenção de propriedades de tração adequadas.

* Velocidade de estiramento: Determina diretamente a magnitude da força de estiramento e o diâmetro final da fibra.

* Propriedades do vidro fundido: a composição química determina suas características de viscosidade-de temperatura, tensão superficial, tendência de cristalização, etc.

* Condições de resfriamento: Afetam o gradiente de temperatura e a taxa de solidificação na região da raiz da fibra, cruciais para a estabilidade e desempenho da fibra.

* Taxa de estiramento: A relação entre o diâmetro do orifício do bico e o diâmetro final da fibra, refletindo o grau de estiramento.

 

Controle do fluxo de ar: Afeta a distribuição do campo de temperatura e a eficiência de resfriamento na região da raiz da fibra.

 

Equipamento e layout do processo de trefilação de fibra de forno de piscina

 

Alcançar uma formação de fibra estável e eficiente depende de uma série de dispositivos de processo dispostos verticalmente com precisão (de cima para baixo):

 

1. Fuso:

Contém e regula a temperatura do vidro fundido e controla o fluxo do vidro fundido através do bico.

 

2. Resfriador de raiz de fibra:

Localizado diretamente abaixo do fuso, próximo à região da raiz da fibra. Normalmente usa resfriamento a ar (cortina de ar de alta-pressão) ou resfriamento a água (indiretamente) para forçar-resfriar de forma rápida e controlada as raízes de fibras viscosas e de alta-temperatura, acelerando a solidificação e a modelagem do vidro fundido. É um equipamento fundamental para estabilizar as raízes das fibras.

 

3. Pulverizador de fibra bruta:

Após a fibra ter solidificado inicialmente, ela pulveriza névoa de água ou ar para resfriamento auxiliar.

 

4. Lubrificador de monofilamento:

Antes dos monofilamentos serem agrupados em filamentos brutos, um agente umectante (agente agrupador, lubrificante, agente de acoplamento, etc.) é aplicado uniformemente na superfície de cada monofilamento. O agente de colagem desempenha um papel crucial na proteção das fibras, agrupando-as em fios e unindo-as aos materiais compósitos subsequentes.

 

5. Empacotador:

Garantir que os monofilamentos que fluem de diferentes bicos sejam separados espacialmente, evitando que se colem ou colidam.

 

6. Empacotador:

Agrupando suavemente vários monofilamentos oleados e agrupados (normalmente dezenas a milhares) em um filamento contínuo.

 

7. Rolo de tração-lento:

Localizado abaixo do empacotador, ele aplica uma leve tensão ao filamento agrupado, permitindo que ele faça uma transição suave para a área da máquina de trefilação de alta-velocidade.

 

8. Difusor de fluxo de ar:

Localizado acima da entrada da máquina de trefilar, ele dispersa ou guia o fluxo de ar, evitando que a turbulência gerada pela cabeça rotativa da máquina de trefilar em alta-velocidade interfira na operação estável das fibras acima.

 

9. Máquina de desenho:

O núcleo de energia do sistema de formação. Sua cabeça rotativa de alta-velocidade (cabeça de enrolamento) gera forte força de tração, esticando o vidro fundido em fibras e enrolando o filamento solidificado em uma bobina (fio). A linha de posição do processo de formação refere-se ao layout vertical e horizontal relativo dos dispositivos principais acima mencionados (principalmente o estêncil, lubrificador, empacotador, roda de enrolamento da máquina de trefilação e cabeçote). Esse design de layout afeta diretamente o caminho de deslocamento da fibra, a distribuição de tensão e o efeito de resfriamento.

 

Layout de-camada única: todas as operações de conformação (do estêncil ao enrolamento) são basicamente concluídas no mesmo plano operacional. A estrutura é relativamente simples, mas o espaço operacional pode ser limitado.

 

Layout de camada-dupla: o processo é dividido em zonas operacionais superior e inferior (comum em grandes linhas de trefilação de fornos de tanques). Zona superior: normalmente inclui o estêncil, o resfriador de fibra, o pulverizador, o lubrificador, o empacotador e o empacotador, para formação em alta-temperatura e tratamento preliminar.

 

Zona inferior: inclui principalmente o rolo-de trefilação lenta, o difusor de fluxo de ar e a máquina de trefilação para enrolamento de fibra. Esse layout otimiza a utilização do espaço, melhora o ambiente operacional (especialmente o isolamento da zona de alta-temperatura) e facilita a automação.

 

Resumo

A formação de fibra de vidro é uma arte de equilibrar com precisão a tensão superficial e a força mecânica de tração em altas temperaturas. Compreender o mecanismo de formação e estabilização das "raízes de fibra" é a essência do domínio do processo. Ao controlar com precisão os principais parâmetros, como nível de líquido, temperatura, velocidade e resfriamento, e utilizar um sistema de dispositivo de precisão que consiste em uma placa defletora, resfriador, lubrificador, empacotador para mecanismo de trefilação, juntamente com um design razoável de "linha de posição do processo de formação", o vidro fundido viscoso pode ser transformado de forma eficiente e estável em fibras de vidro contínuas de alto-desempenho.