專利名稱:纖維層構(gòu)件的制作方法
本發(fā)明涉及到纖維層構(gòu)件。具體說，本發(fā)明的纖維層構(gòu)件是用纖維細(xì)絲纏繞成環(huán)形圓筒做成的，其用途是用來消除氣流中的懸浮微粒，本發(fā)明也涉及到纖維層構(gòu)件的制造和使用，整個構(gòu)件的填料密度均勻且使用纖維最少。
多年來，纖維層煙霧消除器都是靠把不規(guī)則排列的纖維填充在由兩層同軸屏壁組成的環(huán)形圓筒中制成的。這樣，想獲得均勻的填充密度是很困難的。因此，為改善這種不均勻填充密度，必須把這種構(gòu)件做得相當(dāng)粗，以避免產(chǎn)生氣體溝道作用和低效率。由于有較高的壓力差跨在附加纖維上，故向纖維層附加纖維導(dǎo)致制造費和操作費上升。
為提高填充密度的均勻性，制造了人造纖維粗絲。玻璃纖維粗絲的重量一般是每米100克左右。粗絲填充在由兩層同軸屏壁組成的環(huán)形套筒內(nèi)，這種情況在美國4244100號專利中示出。換句話說，粗絲纏繞在一個屏壁的外表面，然后繞著這個纏繞了粗絲的外表面再固定一個同軸屏壁。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使這種構(gòu)造也不能產(chǎn)生完全均勻的填充密度。由于通常粗絲是圓形的，所以纖維不規(guī)則的排列使得在兩層粗絲之間形成溝道。雖然兩根圓形粗絲可以貼近，但他們只能沿其外部表面的一小部分一個纖維挨著一個纖維地排列。在整個纖維層中這些溝道的分布是不均勻的，因此，纖維層不可能有完全均勻的填充密度。盡管粗絲可代替無規(guī)則填充的纖維，但它使用的纖維層要比為了補償相鄰粗絲的溝道所用的纖維層厚。
本發(fā)明的一個目的是提供有更均勻填充密度的纖維層構(gòu)件。
進一步說，本發(fā)明的目的是提供一個由許多基本平行放置的人造纖維細(xì)絲組成的環(huán)形圓筒纖維層構(gòu)件。
本發(fā)明的另一個目的是提供制造纖維層構(gòu)件的方法，該方法把許多基本平行的人造纖維細(xì)絲繞成層狀。
圖1和圖2所示為采用已有技術(shù)粗絲繞成的纖維層構(gòu)件的剖面圖。
圖3所示為細(xì)絲的剖面圖。
圖4所示為采用本發(fā)明的許多平行細(xì)絲繞成的纖維層構(gòu)件的一部分。
現(xiàn)在參看圖1，圖1所示為纖維層構(gòu)件10的剖面圖。該纖維層是用已有技術(shù)的粗絲12繞制成的，圖中的粗絲12的斷片可比作多層平行圓柱體，每一層與其前一層有個相對角度。因此，不難看出在相鄰的粗絲12的斷片之間和各層粗絲12中間會形成溝道14。雖然可以纏繞足夠多層的粗絲來提供一個有效纖維層構(gòu)件10，但是溝道14仍然在纖維層的無纖維處出現(xiàn)。溝道14在整個纖維層中不是隨機分布的，因此，纖維層不具有完全均勻的填充密度。當(dāng)該纖維層用玻璃纖維繞時，粗絲的重量通常是每米將近100克。
再看圖2，圖中示出了已有技術(shù)纖維層構(gòu)件10。圖中粗絲12的兩個相鄰層16和18是纏繞在一個圓柱狀芯棒或屏壁20上的情況。
圖3是細(xì)絲30的截面圖。圖中細(xì)絲30在一個平面內(nèi)彼此鄰接放置，構(gòu)成帶狀物32，用于繞制纖維層構(gòu)件。細(xì)絲30彼此鄰接且基本平行。制造時是用細(xì)絲30纏繞，且可彼此交叉。然而，細(xì)絲基本平行和貼近，避免在制成的帶狀物32上形成隙縫或孔洞。
再看圖4，這是本發(fā)明的纖維層構(gòu)件40，其中突出地表示出細(xì)絲30構(gòu)成的帶狀物。纖維層是由一批基本平行的細(xì)絲構(gòu)成，這種細(xì)絲的直徑比圖1表示的已有技術(shù)中粗絲的直徑小得多。采用普通的圓形細(xì)絲30并不能消除由粗絲12鄰層部分所產(chǎn)生的那種溝道14，然而，溝道的大小決定于纖維層的密度和填料。細(xì)絲30的直徑比粗絲12小得多，使得原來一根粗絲所占的容積要用許多細(xì)絲才能填滿。這就把原來粗絲間的一個溝道分成相鄰細(xì)絲間的許多小溝道。這種方式的溝道分割使得纖維層內(nèi)任何部位的無纖維空隙減小，提高了這種無纖維空隙在整個纖維層中隨機分布的程度，使纖維填充密度更均勻。此點很重要，因為該纖維層構(gòu)件使用時是用來吸收懸浮微粒的。細(xì)絲用人造纖維做成，當(dāng)使用玻璃纖維時，重量為每米0.1克到50.0克，而已有技術(shù)的粗絲重量為每米約100克，其直徑比本發(fā)明采用的細(xì)絲也大得多。
這種細(xì)絲可用各種材料的纖維制作，例如，聚合物材料中的尼龍和聚酯，金屬中的不銹鋼和鈦，陶瓷材料和玻璃等。唯一的要求是組成細(xì)絲的這種纖維不要太硬和太脆，要能夠做成細(xì)絲。細(xì)絲必須是自支撐的，能保持其形狀并足夠柔軟，以便繞成圓環(huán)形，構(gòu)成纖維層。如果用玻璃制造這種纖維，其平均直徑應(yīng)為5至30微米左右，建議使用的平均直徑為5至15微米左右。運用這種建議的平均直徑的玻璃纖維，其細(xì)絲重量將為每米約0.1至50.0克。
細(xì)絲30由人造纖維組成。這些長發(fā)型纖維能夠纏在一起。在制做時每個細(xì)絲都單個地扭曲，因此，在某根細(xì)絲中的各個纖維均是方向不同的。
本發(fā)明纖維層構(gòu)件40通常有一個由屏壁42形成的芯。一個纖維層圍繞該圓柱形屏壁形成一個環(huán)形圓筒。該纖維層由多個纖維層構(gòu)成。每個纖維層都由基本平行的一批普通纖維的細(xì)絲30組成。線狀細(xì)絲30聚集在一起，彼此基本上平行，形成帶狀物32，32圍繞圓柱形屏壁芯42構(gòu)成螺旋形的細(xì)絲層。每一細(xì)絲層與徑向的相鄰層都不平行;但是，把徑向的相鄰層做成彼此平行，也不違反本發(fā)明的宗旨。若使用玻璃纖維，纖維的平均直徑約5至30微米，建議采用的平均直徑約5至15微米，而細(xì)紗重量約每米0.1至50.0克。纖維層厚度約0.6至8厘米。第二個圓柱形屏壁(圖上未畫出)可以套在該纖維層外面，以容納該纖維層，并在加工該纖維層時起保護作用。第二個圓柱形屏壁與構(gòu)成纖維層構(gòu)件芯的圓柱形屏壁同軸。
纖維層構(gòu)件的另一種結(jié)構(gòu)可提供上述的纖維層，但沒有屏壁芯，或沒有套在該纖維層外表面的第二個屏壁。這種纖維層構(gòu)件有一個圓柱形芯，圍繞著這個圓柱形芯組成一個環(huán)形圓筒纖維層。繞完環(huán)形圓筒纖維層后，把圓柱形芯從纖維層中抽掉。如果纖維用對密度和緊度加以適當(dāng)選擇的細(xì)絲纏繞，則纖維層構(gòu)件即可自支撐成形，圓柱形芯即可抽除。同樣，套在纖維層外表面的圓柱形屏壁也可去掉。
本發(fā)明的纖維層構(gòu)件的制造方法是用一個圓柱形芯并在圓柱形芯外面纏繞一批人造纖維細(xì)絲，形成具有環(huán)形圓筒的纖維層。圓柱形芯必須鉆孔，使氣流能夠通過。然而，構(gòu)件的實際構(gòu)造不太重要。雖然制造本發(fā)明纖維層構(gòu)件所用的芯通常定為圓柱形，但這種形狀即不被要求，也不必要。術(shù)語圓柱形芯或圓柱形屏壁，其意思也包括了其他形狀，如三棱柱形、四棱柱形等。這些形狀的芯也要形成纖維層構(gòu)件所需的中空形。圓柱形芯可做成一個圓柱形屏壁，一個穿孔的金屬板或上述情況中的任何東西。用多條細(xì)絲聚集成帶狀物，并以螺旋形纏繞在圓柱形芯的外面就形成繞著該圓柱形芯的各個層。在纏繞時細(xì)絲基本上平行，因此它們形成一個平整的帶，后者繞著圓柱形芯繞成螺旋形。在纏繞時，細(xì)絲的帶狀物形成螺旋形，其中每沿軸芯繞一周都與鄰接的帶狀物的下一部分拉開距離。在制造過程中每個細(xì)絲都單個地扭曲，而在它的散開期間再次被扭曲，因此，細(xì)絲中的纖維和細(xì)絲本身彼此定向均不相同。在沿圓柱形芯外面纏繞時，細(xì)絲可以彼此交叉，但仍然足夠張緊以保持細(xì)絲與細(xì)絲的充分接觸。因為在制造纖維層時只有少數(shù)細(xì)絲可彼此交叉，所以可認(rèn)為細(xì)絲基本平行，而不是完全平行。一批基本平行的細(xì)絲大約包含4至60根細(xì)絲，它們被同時使用。細(xì)絲圍繞中心圓柱屏壁或圓柱芯以帶狀纏繞，形成多層細(xì)絲以構(gòu)成一個纖維層。每一細(xì)絲層與相鄰層最好不平行。然而，如果相鄰層細(xì)絲彼此平行，纖維層將可同樣有效地使用。第二個圓柱形屏壁可放在纖維層的外表面上。
纖維層構(gòu)件是按照本發(fā)明構(gòu)思做出的。一個圓柱形屏壁用做內(nèi)芯。該屏壁的絲彼此間隔約3.8厘米，而從大約0.5至10.0厘米范圍內(nèi)的其他間隔也可隨意選用。如果要保持必要的氣流量，應(yīng)當(dāng)做一穿孔金屬片。做一個24根細(xì)絲的帶狀物并按螺旋式繞在圓柱體屏壁上。細(xì)絲由人造纖維做成，細(xì)絲直徑約在7至11微米之間，細(xì)絲重量約為每米0.77克。細(xì)絲層加到纖維層上直到層的厚度達(dá)到約2.8至3.8厘米為止。纖維層的密度為0.15～0.25克/厘米3，而層的空隙度為85～99%。另一種纖維層構(gòu)件不用24根細(xì)絲，而用36根細(xì)絲組成的帶狀物制造出來，也是在圓柱屏壁上繞成螺旋形。對每個纖維層構(gòu)件來說，都在外面再放置一個環(huán)形圓筒屏壁。對若干纖維構(gòu)件進行了試驗，當(dāng)適當(dāng)氣流通過纖維層構(gòu)件時，從其進口噴射彩色顯示劑，在每種狀況下，纖維層構(gòu)件都有效地從氣流中消除了彩色顯示劑，使彩色顯示劑未能通過構(gòu)件，不在出口出現(xiàn)。由氣流攜帶的彩色劑通過纖維層構(gòu)件的中心，是沿垂直向下方向排泄掉的，而不是沿水平方向通過纖維層構(gòu)件。
可以相信，把各個細(xì)絲看成是排泄通路、排泄管或吸繩，就可以解釋本發(fā)明纖維層構(gòu)件的效能。就已有技術(shù)的粗絲來說，被收集的懸浮微粒的排泄似乎是在粗絲的中心。這樣，這種粗絲占有相當(dāng)大的空間而只為被收集的懸浮微粒提供一條排泄通路，這條通路沿著粗絲中的中心纖維的表面展開?？梢源_信，比粗絲直徑小得多的細(xì)絲作為單個的排氣通路增強了構(gòu)件的功能。每個比粗絲細(xì)得多的細(xì)絲都起到一條獨立排泄通路的作用，它能增強纖維層內(nèi)的排泄作用。每條細(xì)絲為被收集的懸浮微粒提供一個通路。因此，比粗絲多得多的細(xì)絲比以前用的粗絲增加了纖維層在垂直方向的排泄作用。纖維層構(gòu)件在垂直方向增加了排泄懸浮微粒的能力、減少了通過纖維層懸浮微粒通路，也減小了從纖維層構(gòu)件出口平面把懸浮微粒以霧沫狀重新夾帶走的情況。
權(quán)利要求
1.一種纖維層構(gòu)件，其組成是一個組成環(huán)形圓筒的纖維層，上述纖維層由基本上平行的一批人造纖維細(xì)絲組成，細(xì)絲重量每米約0.1至50.0克，上述基本平行的細(xì)絲在上述纖維層中組成若干層。
2.按照權(quán)利要求
1規(guī)定的纖維層構(gòu)件中，是在上述纖維層中間還有一個圓柱形屏壁，該纖維層構(gòu)件是由在上述圓柱形屏壁上纏繞一批上述基本平行的細(xì)絲構(gòu)成的。
3.按照權(quán)利要求
2規(guī)定的纖維層構(gòu)件中，上述一批基本平行的細(xì)絲包含約4至60根細(xì)絲，它們同時纏繞在上述圓柱形屏壁上。
4.按照利利要求1規(guī)定的纖維層構(gòu)件中，上述細(xì)絲的直徑約為7至11微米。
5.按照權(quán)利要求
1規(guī)定的纖維層構(gòu)件中，每個上述的細(xì)絲層與相鄰的上述各細(xì)絲層都是不平行的。
6.一種從氣流中消除懸浮微粒的方法包括以下步驟提供一個環(huán)形同筒纖維層構(gòu)件，該構(gòu)件包含有一批基本平行的人造纖維細(xì)絲。細(xì)絲的重量約為每米0.1至50.0克，而其直徑約為7至11微米，上述的一批基本平行的細(xì)絲組成了上述纖維層內(nèi)的各層;并且，使上述氣體通過纖維層構(gòu)件，從而在上述纖維層構(gòu)件內(nèi)收集上述的懸浮微粒。
7.一種纖維層構(gòu)件的組成為一個圓柱形屏壁，一批人造纖維細(xì)絲組成一個環(huán)形圓筒纖維層，上述細(xì)絲的直徑約為7至11微米，重量約為每米0.1至50.0克。上述細(xì)絲組成上述纖維層內(nèi)的各層;此處還有圍繞上述纖維層套上的第二個圓柱形屏壁。
8.按照權(quán)利要求
7規(guī)定的纖維層構(gòu)件中，上述每個細(xì)絲層都不平行于相鄰的各個細(xì)絲層。
9.一種制造纖維層構(gòu)件的方法所包含的步驟是提供一個圓柱形內(nèi)芯;在上述圓柱形內(nèi)芯上纏繞一批人造纖維細(xì)絲，從而組成一個環(huán)形圓筒纖維層，上述細(xì)絲的重量約為每米0.1至50.0克，上述細(xì)絲組成上述纖維層內(nèi)的各層;并且，從上述環(huán)形圓筒纖維層中抽掉上述圓柱形內(nèi)芯，從而提供一個自支撐的纖維層構(gòu)件。
專利摘要
本發(fā)明是由環(huán)形圓筒纖維層制成的纖維層構(gòu)件。纖維層是由基本平行的人造纖維細(xì)絲繞制成，細(xì)絲的重量約為每米0.1至50.0克。
文檔編號B01D46/02GK85105668SQ85105668
公開日1987年1月28日 申請日期1985年7月26日
發(fā)明者B·M·科卡達(dá)斯, W·R·托恩 申請人:孟山都公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan