本發(fā)明涉及一種將玻璃碎塊和顆粒加熱軟化且拉伸形成玻璃絲的裝置，玻璃絲直徑范圍0.30-4.00mm，其截面形態(tài)可為圓形，可滿足玻璃性能檢測和玻璃工藝制品加工所的各類玻璃纖維，例如測量玻璃軟化點、退火點、應(yīng)變點溫度所需的標(biāo)準玻璃絲。
背景技術(shù)：
目前，玻璃三點(軟化點、退火點、應(yīng)變點)黏度對應(yīng)溫度測量所用標(biāo)準玻璃絲通常采用人工拉絲工藝法，要求玻璃絲直徑滿足0.65±0.10mm，并且在長度范圍內(nèi)絲徑偏差小于0.02mm。人工拉絲工藝法是操作人雙手各手持一把金屬鑷子等夾持工具，將玻璃塊或玻璃顆粒(體積一般為1-4cm3左右)置于酒精噴燈或其他加熱火槍的火焰上進行加熱而呈紅熱狀態(tài)，使玻璃逐步軟化，操作者雙手將金屬鑷子向身體兩側(cè)緩慢均勻移動，將軟化的玻璃逐步拉成絲狀，這種方法所拉出的玻璃絲的圓度不好，多數(shù)截面為橢圓或扁形，粗細不均勻，直線度不好。要達到玻璃三點黏度測試要求的玻璃絲要求，人工拉絲工藝法必須由10年以上拉絲經(jīng)驗的實驗人員進行操作，并且每次拉絲操作將要持續(xù)2小時以上，操作人員飽受火焰熱量灼烤和明亮火焰對視力影響，盡管可在2小時時間內(nèi)制備100余根玻璃絲，通過后期對玻璃絲進行測量與評估，最終能夠達到測試使用要求的玻璃絲數(shù)量小于10根，玻璃絲的成品率極低，制作玻璃絲存在尺寸不規(guī)則情況。另外，普通鈉鈣玻璃、硼硅玻璃(高硼硅玻璃、中硼硅玻璃、低硼硅玻璃)、電子基板玻璃(無堿鋁硼硅玻璃)、蓋板玻璃(高堿鋁硅酸鹽玻璃)、磷酸鹽玻璃、含氟玻璃品種在經(jīng)受1400-1800℃高溫火焰(天然氣+氧氣助燃，氫氣+氧氣助燃)和長時間(大于10min)，玻璃化學(xué)成份中的b2o3、na2o、p2o5、f產(chǎn)生顯著的揮發(fā)，最終導(dǎo)致玻璃絲化學(xué)成份明顯偏離玻璃塊和玻璃顆粒的化學(xué)組成，最終玻璃三點黏度對應(yīng)溫度測量結(jié)果發(fā)生很大偏離，有時偏離程度達20-30℃，嚴重制約玻璃質(zhì)量監(jiān)督，生產(chǎn)工藝指導(dǎo)、新品種開發(fā)等工作，上述情況在科研、生產(chǎn)、質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)至今未能得到很好解決。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決目前玻璃三點黏度測量用玻璃絲采用人動拉絲工藝法制備玻璃絲在尺寸規(guī)格(圓度、均勻性、直線度)和化學(xué)成份等方面存在的不足，本發(fā)明提出一種適用于實驗室制備高質(zhì)量玻璃絲裝置，所制備的玻璃絲既可滿足玻璃三點黏度測量使用，可以制備玻璃絲直徑范圍達0.3-4.0mm，并且可以根據(jù)需要制備規(guī)則橢圓、多邊形等形態(tài)的玻璃絲。該裝置所制備的滿足玻璃三點黏度測量用玻璃絲，其圓柱度好，粗細均勻，對于操作人員的基本技能要求不高，一般工作人員通過簡單培訓(xùn)即可上崗操作，并且在一次玻璃絲加工中(大約2小時)，可根據(jù)需求制備不同規(guī)格的玻璃絲，制備數(shù)量在160-300根左右，玻璃絲總體合格率高于85％。
1.制備玻璃絲的自動拉絲的裝置，其特征在于：坩堝底部開有8～12mm的圓孔，坩堝放在爐底剛玉管上，由爐底升降機構(gòu)將坩堝送入加熱爐內(nèi)，電氣控制箱控制加熱爐溫度，還包括坩堝下面的牽引機構(gòu)，玻璃絲夾在牽引機構(gòu)的主動輪與被動輪之間。
2.應(yīng)用所述裝置的方法，其特征在于
玻璃樣品盛放在坩堝內(nèi)，坩堝底部開有8～12mm的圓孔，坩堝放在爐底剛玉管上，由爐底升降機構(gòu)將坩堝送入加熱爐內(nèi)，電氣控制箱控制加熱爐升溫到超過玻璃樣品軟化點溫度，玻璃樣品軟化并從坩堝底部的孔中流出，此時停止升溫，將坩堝底部流出玻璃樣品拉伸成絲，玻璃絲夾在牽引機構(gòu)的主動輪與被動輪之間，由牽引機構(gòu)牽引玻璃絲繼續(xù)拉絲。
3.進一步，測量拉出的玻璃絲的直徑，通過調(diào)節(jié)牽引機構(gòu)的速度，調(diào)整玻璃絲的直徑達到要求。
4.進一步，玻璃拉絲的速度為1～2m/min，每種玻璃適宜的拉絲溫度所對應(yīng)粘度范圍為104.2～104.5dpa.s。
5.進一步，拉絲溫度調(diào)節(jié)精度達到1℃，拉絲速度調(diào)節(jié)精度0.01m/min。
本發(fā)明針對發(fā)明背景中的問題所采用的技術(shù)原理為玻璃試樣(玻璃塊或玻璃顆粒)再熱垂直拉伸工藝，自動拉絲裝置沿垂直方向布置，所采取的技術(shù)方案為：將玻璃碎塊盛放在底部開孔的坩堝，坩堝材質(zhì)包括化學(xué)瓷、剛玉、石墨、粘土、莫來石、鉑金、鉑銠合金等，耐溫大于1000℃以上，坩堝底部居中設(shè)置孔洞，孔洞形態(tài)為圓形、橢圓、矩形、多邊形等，尺寸按最大外經(jīng)計算，孔洞合理尺寸范圍4-28mm為宜；升降機構(gòu)將已經(jīng)盛放玻璃塊或玻璃顆粒的坩堝抬升送入加熱爐內(nèi)部，加熱爐垂直放置的管式爐，加熱爐采用輻射加熱方式，加熱元件包括電阻絲類型、硅碳棒、硅鉬棒等，加熱溫度范圍800-1600℃，爐膛內(nèi)徑依據(jù)坩堝外經(jīng)而定，基于受熱均勻性要求，加熱爐內(nèi)徑60-120mm為佳。加熱爐有智能控溫儀表控制升溫和降溫，加熱爐升溫到超過玻璃試樣的軟化點以上時，坩堝內(nèi)的玻璃試樣開始軟化，隨著溫度的升高，玻璃試樣轉(zhuǎn)化成熔體，受重力作用，玻璃熔體從坩堝底部的孔洞流出，將流出的玻璃液使用玻璃棒或耐熱金屬棒向下引伸拉成絲，并置于牽引機構(gòu)的兩個耐熱牽引輪之間，由牽引機構(gòu)驅(qū)動玻璃絲實現(xiàn)自動拉絲，根據(jù)測量牽引出的玻璃絲的直徑或規(guī)格尺寸，適時調(diào)整牽引機構(gòu)的驅(qū)動速度，玻璃絲的直徑或尺寸規(guī)格及時產(chǎn)生響應(yīng)，發(fā)生規(guī)格尺寸變化。
玻璃自動拉絲過程，關(guān)鍵影響要素包括玻璃絲牽引速度、加熱爐溫度(俗稱拉絲溫度)以及坩堝底部開孔直徑尺寸。本方法需要配合人工來截取合適長度的玻璃絲，并輔助進行玻璃絲直徑、圓度測量，因此玻璃拉絲的速度不能過快，以1～2m/min為宜。在適宜的拉絲速度下，不同的拉絲溫度會對玻璃絲產(chǎn)生一定影響，拉絲溫度過高會造成拉制的玻璃絲直徑變細，拉絲溫度過低會造成拉制的玻璃絲直徑變粗，而且玻璃絲會變彎，這些都會影響拉制的玻璃絲質(zhì)量。造成玻璃絲質(zhì)量影響主要原因在于玻璃粘度變化，因為玻璃粘度與拉絲溫度之間為非線性變化規(guī)律，在玻璃溫度-粘度曲線上，隨著溫度升高，玻璃的粘度逐漸減小。經(jīng)過對不同種類玻璃的多次試驗，發(fā)現(xiàn)每種玻璃適宜的拉絲溫度所對應(yīng)粘度范圍為104.2～104.5dpa.s。在同樣的拉絲速度、拉絲溫度下，坩堝底部開孔直徑?jīng)Q定了漏料量的多少，也直接影響了拉出的玻璃絲的直徑范圍。滿足玻璃三點(軟化點、退火點、應(yīng)變點)粘度測量所需的玻璃絲，要求玻璃絲直徑滿足0.65±0.10mm，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)坩堝底部開孔適宜的直徑范圍為8～12mm。
玻璃拉絲的關(guān)鍵要素應(yīng)在適宜的范圍內(nèi)進行，需在小范圍調(diào)節(jié)拉絲速度和拉絲溫度，才能得到符合要求的玻璃絲。這就要求拉絲裝置能夠精確地調(diào)整拉絲速度和拉絲溫度，并且兩者的控制裝置對該要素的控制要穩(wěn)定，不能出現(xiàn)較大的波動，拉絲溫度調(diào)節(jié)精度達到1℃，拉絲速度調(diào)節(jié)精度0.01m/min，否則就會出現(xiàn)玻璃絲的直徑忽大忽小且圓度不好，長度方向上的直徑偏差增大，出現(xiàn)圓柱型玻璃絲。
發(fā)明的有益效果是，如果制備圓形玻璃絲，其圓柱度好，粗細均勻的玻璃絲，直徑偏差小于0.02mm，不彎曲，支線度好，拉絲效率高，2小時內(nèi)可制備200-360根合格玻璃絲，成品率大于85％；其它規(guī)格和形態(tài)的玻璃絲綜合效率和成品率也十分好。該套使用新型玻璃拉絲裝置操作簡單，對操作人員的技能水平要求不高。
附圖說明
圖1裝置系統(tǒng)圖
1.架體；2.牽引機構(gòu)；3.升降機構(gòu)；4.爐底剛玉管；5.坩堝；6.加熱爐；7.電氣控制箱；8.玻璃絲；
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明專利進一步說明。
一種制備玻璃絲的自動拉絲的裝置，其特征在于：
坩堝5底部開有8～12mm的圓孔，坩堝5放在爐底剛玉管4上，由爐底升降機構(gòu)將坩堝送入加熱爐6，電氣控制箱控制加熱爐溫度，還包括坩堝下面的牽引機構(gòu)，玻璃絲夾在牽引機構(gòu)的主動輪與被動輪之間。
玻璃樣品盛放在坩堝5內(nèi)，坩堝5底部開有8～12mm的圓孔，坩堝5放在爐底剛玉管4上，由爐底升降機構(gòu)3將坩堝5送入加熱爐6內(nèi)，電氣控制箱7控制加熱爐6升溫到超過玻璃樣品軟化點溫度，玻璃樣品軟化并從坩堝5底部的孔中流出，此時停止升溫，將坩堝5底部流出玻璃樣品拉伸成絲，玻璃絲8夾在牽引機構(gòu)2的主動輪與被動輪之間，由牽引機構(gòu)2牽引玻璃絲8繼續(xù)拉絲，測量拉出的玻璃絲8的直徑，調(diào)節(jié)牽引機構(gòu)的速度，直至玻璃絲8的直徑達到要求，人工截取符合要求長度的玻璃絲8。
測量拉出的玻璃絲的直徑，通過調(diào)節(jié)牽引機構(gòu)的速度，調(diào)整玻璃絲的直徑達到要求。
玻璃拉絲的速度為1～2m/min為宜。每種玻璃適宜的拉絲溫度所對應(yīng)粘度范圍為104.2～104.5dpa.s。
拉絲溫度調(diào)節(jié)精度達到1℃，拉絲速度調(diào)節(jié)精度0.01m/min。
在拉絲過程中，為可調(diào)整玻璃絲的直徑符合要求，牽引機構(gòu)速度需可調(diào)，本裝置中采用的電機為調(diào)速電機，在電氣控制箱上安裝有手動調(diào)速器，對電機進行調(diào)速操作。
為方便玻璃絲夾在牽引機構(gòu)的主動輪與被動輪之間，在被動輪上安裝有漲緊機構(gòu)，被動輪與主動輪脫開，放入玻璃絲，靠拉簧的拉力將被動輪壓在主動輪上，牽引玻璃絲。
玻璃絲被牽引時的溫度較高，牽引裝置的主動輪與張緊輪的材質(zhì)需要采用能夠耐受一定溫度的材料，本裝置設(shè)計使用的主動輪和張緊輪的材質(zhì)為石墨，不僅耐溫高，還能防止玻璃絲粘連。