ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

Полезная модель относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использовано при проведении лабораторных работ по получению минеральных, в том числе базальтовых волокон из термопластичных материалов, включая, непрерывные и грубые волокна.
Анализ патентной документации показывает, что имеется ряд патентов на изобретения, которые раскрывают установки для получения минеральных волокон.
В самом общем случае, установка для получения минерального волокна например, базальтового волокна, включает дозатор минерального сырья, плавильную печь, фидер со сливными устройствами, питатели, фильеры, механизмы нанесения замасливателя и намотки волокна на бобины RU 2118300).
Однако в патентной литературе и иных источниках информации отсутствуют сведения о лабораторных установках для получения базальтового волокна, которые могли бы наглядно проиллюстрировать отработку технологических режимов получения волокна из конкретного месторождения сырья, а также процесс исследования расплава.
Задачей полезной модели является создание лабораторной установки, предназначенной для формирования непрерывного и грубого волокна, исследования выработочных свойств расплавов заданного состава при температуре до 1600°С и физико-химических свойств расплавов.
Поставленная задача решается лабораторной установкой для вытягивания минеральных волокон, которая содержит плавильную камеру, с не менее, чем одной фильерой для выпуска расплава в виде элементарных нитей, устройство для намотки волокон и систему автоматизации сбора и обработки измерительной информации, включающую персональный компьютер и узлы измерения температуры расплава в печи и температуры расплава на выходе из фильеры.
В одном из частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается установкой, содержащей в качестве устройства для сбора волокон наматывающее устройство непрерывного волокна с раскладчиком упомянутого волокна.
Установка может дополнительно содержать замасливающее устройство, установленное перед устройством для сбора волокон, а также сборник элементарных нитей.
Полезная модель иллюстрируется фиг.1, на которой позиции означают следующее:
1. Плавильная электрическая печь тигельного типа
2. Нагревательный платиновый элемент
3. Термопара для измерения температуры расплава
4. Расплав минерала
5. Тигель
6. Фильера
7. Луковица расплава
8. Элементарные нити
9. Устройство наматывающее
10. Пульт управления
11. Замасливающий ролик
12. Кювета перелива
13. Сборник элементарных нитей
14. Персональный компьютер
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Плавильная электрическая печь тигельного типа (1) представляет собой цилиндрический теплоизолированный (легковесной керамической изоляцией и каолиновой ватой) корпус с нагревательным элементом (2) из платинородиевой спирали (ПлРд10) с возможностью нагрева расплава минерала, например, базальта, до 1600°С. Узел измерения температуры расплава в печи представляет собой платинородиевую термопару (3), установленную в отдельном отверстии корпуса печи (1). Термопара (3) включена в контур стабилизации температуры. Спай термопары располагается в воздушном пространстве печи, без контакта с расплавом базальта (4) и платинородиевым тиглем (5). Платинородиевый тигель (5) с 1-8 фильерами (6) установлен в днище печи, диаметр отверстия фильеры (6) составляет 2 мм. При работе с одной фильерой (6) в тигель помещают платинородиевую пластину с вырезом (не показана), которая снижает количество расплава, поступающего к закрытым фильерам.
В платинородиевый тигель (5) загружают базальтовую крошку или предварительно подготовленное стекло в виде шариков. В процессе нагрева происходит размягчение стекла. При дальнейшем повышении температуры происходит снижение вязкости расплава и под действием силы тяжести стекломасса начинает течь сквозь фильеры (6). При этом формируется капля расплава ниже среза фильеры. Если сила давления гидростатического столба превосходит силы поверхностного натяжения, происходит рост луковицы (7) до
некоторого значения массы. После этого происходит отрыв капли с образованием элементарной первичной нити (8).
В случае получения непрерывных нитей, нить (8) вытягивается вручную и заправляется на наматывающее устройство (9).
Наматывающее устройство (9) представляет собой бобину, которая устанавливается на валу электродвигателя постоянного тока. Скорость вращения двигателя регулируется с помощью регулятора, установленного на пульте управления (10). На противоположной стороне вала установлен энкодер и кодирующий диск (не показаны). Частотный сигнал, пропорциональный скорости вращения, поступает на вход и включается в цепь отрицательной обратной связи по скорости. Такой способ управления обеспечивает широкий диапазон скоростей и стабилизацию скорости вращения на уровне ±1 м/мин.
При необходимости возможно нанесение как на одну, так и на несколько элементарных нитей (8) замасливателя при помощи валково-замасливающего устройства, представляющего собой графитовый ролик (11), приводящийся в действие электродвигателем с встроенным редуктором. Нижняя часть ролика погружена в переливную ванночку (12) с замасливателем. Направление вращения ролика (11) совпадает с направлением движения нити. Линейная скорость вращения графитового ролика (11) значительно ниже скорости движения элементарной нити. Замасливатель, смачивая поверхность графитового ролика, остается на его поверхности в виде тонкой пленки, при соприкосновении графитового ролика с элементарной нитью замасливатель наносится на поверхность волокна.
После замасливания несколько элементарных нитей (8) собираются в комплексную нить при помощи сборника элементарных нитей (13) и после этого поступают на наматывающее устройство (9).
При изменении температуры в печи требуется выдержка расплава в течение 20-30 минут для стабилизации температуры расплава в тигле. Температура дна тигля измеряется с помощью внешней ТПР платинородиевой термопары (3) и термоконтроллера (не показан), который отображает температуру на поверхности дна тигля (температура измеряется вблизи «работающей» фильеры).
В случае повышения температуры на дне тигля выше температуры верхнего предела формования непрерывного волокна происходит затекание дна многофильерного тигля стекломассой, при этом образование капли на срезе фильеры не наблюдается. В этом случае для заправки элементарной нити на бобину наматывающего аппарата необходимо производить искусственную вытяжку элементарной нити от среза фильеры стеклянной палочкой.
Управление установкой осуществляется с пульта управления (10), позволяющего регулировать температуру расплава, скорость вращения наматывающего устройства (9) и параметры замасливания в валково-замасливающим устройстве.
Все данные передаются на персональный компьютер (14), на котором в режиме реального времени можно наблюдать за изменением зависимости температуры (Т) от времени эксперимента (τ), а также автоматизировать температурный режим работы печи.