離心玻璃棉纖維成型的三個階段

為了進一步認識和提高這項工藝，試驗期間進行了現場測定和記錄，其中包括在不同成形條件下成形氣流的溫度、速度分布，工藝參數變化對成纖狀態及棉質量的影響，通過以下工作，進一步幫助我們認識了熔體在變形過程中外界條件的配合與離心玻璃棉質量的關係。

由試驗觀察及測得數據對棉成形作以下分析:離心噴吹法製造玻璃棉時，熔體細流由離心器壁甩出以後，立即進入燃氣流中，高溫高速的燃氣流，將能量傳遞給熔體流股，增大了表面能的熔體流股以毫秒一米的速度迅速牽伸為4～8微米的纖維。根據試驗玻璃的粘度特性及其所在的溫度範圍，可以把熔體在這種條件下的牽伸變形過程分成三個階段進行分析:

第一階段:熔體離開離心器小孔，水平運動，這一段也可以稱為絲根區。

第二階段:熔體流改變方向以後，受到氣流的牽伸，直至其粘度達到107泊以後，拉伸過程終止，這也可稱為高速變形區。

第三階段:固體化的纖維，向下運動，粘度繼續增大，直至達到脆性固體狀纖維。

在第一階段，由於離心器運轉給予熔體質點動能，使離開離心器孔的熔體，繼續維持水平運動，直至與噴吹燃氣流相遇，在燃氣流動壓作用下，改變運動方向。

在測定條件下，這段距離在2-7.4毫米範圍內。數據表明，在離心器下沿，燃氣流速度已經衰減，所以熔體流水平移動距離加長。

比較不同條件下拍攝的照片，可以知道玻璃液流覺相同，燃氣流溫度、速度不同時這個距離的數值不同。

在第二階段，是纖維成形的關鍵階段。在這個階段的區間內，攜帶較高能量的燃氣流與熔體流相遇以後，進行能量交換，熔體溫度升高，粘度降低到103~104泊範圍，在與氣流的相對運動中，得到牽伸。

由於燃氣流對熔體流股的加熱作用，會造成流股徑向的內外溫差，並由此產生粘度差，又由於作用於流股表面的牽伸力的作用，使這種牽伸在很大程度上變成各層間平行滑移，我們知道，使玻璃流動的活化能、高溫數值小千低溫數值，所以這個溫度差也導致層間滑移的速度差，而且，外層速度較大。

由此也可以看出，具有不同粘度特性的玻璃，即使給以同樣的牽伸外力，也不會得到同樣的牽伸效果。

沿纖維軸向的牽伸，則由於位移後溫度的下降而粘度加大，使牽伸加速度成為負值，這樣的牽伸過程，直至達到熔體軟化溫度107泊為止，試驗玻璃這個溫度為687℃。

在這個區域內，由於火焰對流股加熱的不均勻性，造成了纖維長度上的密度差和速度差以及纖維表面結構上的差異，這就造成了纖維固化後的彎曲和隱藏下來的缺陷，並導致以後纖維強度的降低。

棉纖維的牽伸過程與機械拉絲不同，是有自由端的牽伸，由於牽伸的速度取決於外力作用，而在棉牽伸過程中，由於斷裂和方向的改變，使作用的外力不是恆定的。在成形過程中，熔體細流的脈動和牽伸力的變化是造成吹制纖維長度方向上直徑不均勻的主要因素。

根據以上分析及氣體動力學原理，我們提出了提高局部溫度和增加輔助氣流等強化纖維化過程、提高纖維質量的辦法。

在纖維成形的第三階段，玻璃熔體粘度達到107泊以上，直至達到脆性固體。在這個區域內的前一段，彎曲了的纖維還未達到脆性固化狀態，所以，在這個區域內收集到的棉纖維，還可以隨接收物的形狀而定形。隨著位置的下移，在誘導氣流影響下，氣流的溫度、速度繼續下降，直至纖維完全固化定形。在沉降室的上口，中心部位最高溫度為345℃，外側為75℃，在這個溫度下，離心玻璃棉纖維完全固化定形了。

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