Установка для получения минеральной ваты и устройство распыления адгезивной композиции, предусмотренное в такой установке
Группа изобретений относится к области производства минеральной ваты. Кольцевое распылительное устройство адгезивной композиции на минеральные волокна содержит по меньшей мере один контур распределения указанной адгезивной композиции и по меньшей мере одну распылительную форсунку, сообщающуюся по текучей среде с контуром распределения и размещенную на периметре кольцевого распылительного устройства, для распыления адгезивной композиции на волокна. Распылительная форсунка содержит распылительную головку, имеющую щель прямоугольного сечения для образования плоской струи связующего. Причем устройство содержит множество распылительных форсунок, распределенных по периметру кольцевого распылительного устройства, причем щель с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки расположена так, чтобы большая сторона прямоугольника, образующего указанную щель, проходила параллельно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства. Также раскрыты установка для получения минеральной ваты и способ получения минеральной ваты. Техническим результатом является обеспечение распределения связующего по волокнам. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области производства минеральной ваты, например, типа стекловаты, более конкретно оно относится к процессам и соответствующим системам для распыления связующего между волокнами и/или на волокна.
Установки по производству минеральной ваты традиционно содержат несколько последовательных секций, в том числе секцию волокнообразования, в которой создается стекловолокно, секцию адгезии, в которой волокна связывают друг с другом посредством добавления адгезивной композиции, и секцию сшивки, в которой полученный ранее слой склееных волокон, соединенных друг с другом, преобразуют путем нагрева с образованием минеральной ваты.
Более подробно, расплавленное стекло осаждается на вращающийся диск, который образует в секции волокнообразования устройство центрифугирования, наружу которого выходят стекловолокна, опускающиеся в направлении конвейера под действием нисходящего потока воздуха. На пути волокон, опускающихся на конвейер, распыляют адгезивную композицию, участвующую в образовании связующего на пути волокон. Чтобы предотвратить испарение адгезивной композиции, можно осуществить операцию охлаждения волокон, подлежащих адгезии, путем распыления охлаждающей жидкости, в частности воды, после операции адгезии. Один раз охлажденные склеенные волокна падают на конвейер, и образованный таким образом слой направляют затем в сушильную печь, образующую секцию сшивки, в которой слой одновременно сушится и подвергается особой термической обработке, которая вызывает полимеризацию (или отверждение) связующей смолы, присутствующей на поверхности волокон.
Затем предусматривается резка непрерывного слоя минеральной ваты с получением, например, тепло- и/или звукоизолирующих панелей или рулонов.
Распыление связующего контролируется в момент прохождения волокон, подлежащих адгезии. Из уровня техники, в частности, из документа EP1807259, известно устройство распыления связующего, содержащее две кольцевые рамы, несущие распылительные форсунки, причем внутри рамы последовательно проходят стекловолокна. Одна рама соединена с резервуаром связующего, и каждая распылительная форсунка, соответствующая этой первой раме, предназначена для приема, с одной стороны, некоторого количества этого связующего, а с другой стороны, некоторого количества сжатого воздуха по независимой линии подачи, чтобы распылять связующее при прохождении стекловолокон, а другая рама соединена с резервуаром охлаждающей жидкости, и каждая распылительная форсунка, соответствующая этой второй раме, предназначена для распыления этой охлаждающей жидкости на пути стекловолокон.
Известно об использовании связующих на основе фенольных соединений, при этом производители легко справляются с распылением связующего, смешением связующего с волокнами, а также проведением этих склеенных волокон через сушильную печь. Правда, эти традиционно используемые связующие могут вызывать проблемы с возможным выделением токсичных веществ в виде летучих органических соединений.
Настоящее изобретение вписывается в этот контекст и предлагает кольцевое устройство распыления адгезивной композиции на минеральные волокна, например, стекловолокна, содержащее по меньшей мере один контур распределения указанной адгезивной композиции и по меньшей мере одну распылительную форсунку, сообщающуюся по текучей среде с контуром распределения и размещенную на периметре кольцевого распылительного устройства, чтобы распылять адгезивную композицию на волокна, проходящие внутри кольцевого распылительного устройства, задаваемого осью вращения. Согласно изобретению, адгезивная композиция является связующим на основе продуктов биологического происхождения, а по меньшей мере одна распылительная форсунка содержит распылительную головку, имеющую щель, через которую связующее на основе продуктов биологического происхождения выходит из кольцевого распылительного устройства, причем щель имеет прямоугольное сечение для образования плоской струи связующего на основе продуктов биологического происхождения.
Такое решение позволяет использовать в качестве композиции для адгезии минеральных волокон связующее, не содержащее фенольных компонентов, то есть более экологичное, на основе продуктов биологического происхождения, чтобы получить "зеленое связующее", известное также под названием "Green Binder".
Хотя с точки зрения экологии использование зеленого связующего является менее проблематичным, чем использование связующего фенольного типа, авторы изобретения установили, что распыление становится более сложным, так как компоненты этого зеленого связующего образуют более вязкое связующее, чем связующее фенольного типа. Поэтому в зеленое связующее перед его распылением на тор волокон необходимо добавлять воду. Это дополнительное внесение воды может вызвать проблему испарения в секциях, следующих за секцией адгезии, и согласно изобретению, в дополнение к использованию зеленого связующего, использование распылительной форсунки, позволяющей образовать плоскую струю, обеспечивает хорошее распределение связующего по всему периметру тора волокон, проходящих через секцию адгезии и, таким образом, предотвращает концентрацию воды в некоторых зонах этого тора волокон, облегчая испарение воды, подаваемой в избытке при использовании "зеленого связующего".
Кроме того, такое решение позволяет сконцентрировать струю адгезивной композиции, чтобы контролировать ее ориентацию и предотвратить пересечение струй, распыляемых форсунками. Действительно, авторы изобретения обнаружили, что выгодно не допускать пересечения струй, распыляемых этими форсунками, так как такое наложение могло бы вызвать изменение калибра образованных капель в результате коалесценции.
В соответствии с различными характеристиками изобретения, рассматриваемыми по отдельности или в комбинации, можно предусмотреть, что:
- по меньшей мере одна распылительная форсунка ориентирована внутрь кольцевого распылительного устройства с углом наклона, определяемым относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства, причем указанный угол наклона составляет от 0° до 80°, предпочтительно, этот угол наклона составляет от 5° до 80°; минимальный наклон в 5° выгоден тем, что предотвращается отскок капель связующего на торе волокон, проходящих через кольцевое распылительное устройство, этот отскок мог бы отрицательно повлиять на последующее распыление связующего; более конкретно, угол наклона может составлять от 5° до 70°, максимальный наклон в 70° выгоден тем, что при этом предотвращается распыление связующего вдоль тора волокон в направлении конвейера, находящегося под кольцевым распылительным устройством, и тем, что это позволяет связующему проникать в тор волокон, когда эти волокна проходят с большой скоростью перед кольцевым распылительным устройством; предпочтительно, угол наклона составляет от 5° до 60°;
- по меньшей мере две распылительные форсунки, последовательно располагающиеся по периметру кольцевого распылительного устройства, имеют одинаковую форму, отличаясь друг от друга только наклоном их выпускного канала; таким образом, следует понимать, что в соответствии с изобретением последовательные распылительные форсунки существенно отличаются их разной ориентацией относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства, имея одинаковую или разную форму, а также их внешним корпусом и, например, типом струи, которую они создают, причем это является вторичным отличительным признаком;
- при том, что каждая распылительная форсунка ориентирована внутрь кольцевого распылительного устройства с углом наклона, определяемым относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства, по меньшей мере две распылительные форсунки, последовательно размещенные по периметру кольцевого распылительного устройства, расположены так, чтобы иметь ориентацию относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства с разными углами наклона;
- каждая форсунка имеет фиксирующий корпус, жестко соединенный с кольцевой трубой, ограничивающей по меньшей мере один контур распределения, причем корпуса по меньшей мере двух распылительных форсунок, расположенных последовательно по периметру кольцевого распылительного устройства, находятся на одинаковом осевом уровне относительно оси вращения кольцевого распылительного устройства;
- кольцевое распылительное устройство содержит множество распылительных форсунок, распределенных по периметру кольцевого распылительного устройства, причем каждая распылительная форсунка имеет распылительную головку с щелью прямоугольного сечения;
- щель с прямоугольным сечением простирается в основном в направлении, параллельном плоскости вращения устройства; другими словами, щель с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки расположена так, чтобы большая сторона прямоугольника, образующего указанную щель прямоугольного сечения, проходила параллельно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства;
- щель с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки имеет такие размеры, чтобы соответствующая плоская струя связующего на основе продуктов биологического происхождения имела первый угол раскрытия от 40° до 120° в первом направлении, соответствующем большой стороне указанной щели; предпочтительно, первый угол раскрытия составляет от 50° до 70°;
- щель с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки имеет такие размеры, чтобы соответствующая плоская струя связующего на основе продуктов биологического происхождения имела второй угол раскрытия от 5° до 40° во втором направлении, соответствующем малой стороне указанной щели; предпочтительно, второй угол раскрытия составляет от 10° до 30° и предпочтительно может составлять от 15° до 25°;
- щель с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки имеет такие размеры, чтобы первый угол раскрытия был по меньшей мере вдвое больше второго угла раскрытия; предпочтительно, величина первого угла раскрытия по существу равна утроенному значению второго угла раскрытия; например, второй угол раскрытия может составлять от 16° до 17°, а первый угол раскрытия может составлять от 50° до 60°;
- кольцевое распылительное устройство содержит множество распылительных форсунок, и каждая форсунка находится по соседству с форсунками, ориентация которых относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства отличается от ее собственной;
- форсунки распределены по меньшей мере по двум совокупностям, причем в первой совокупности каждая форсунка сформирована так, чтобы ее ориентация относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства составляла первый угол наклона, а во второй совокупности ориентация каждой форсунки относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства составляет второй угол наклона, отличающийся от первого угла, причем распылительные форсунки размещены по периметру кольцевого распылительного устройства с чередованием форсунок первой совокупности и форсунок второй совокупности; действительно, такое расположение позволяет предотвратить пересечение струй, распыляемых форсунками, и избежать изменения калибра образованных капель в результате коалесценции; таким образом, согласно изобретению можно располагать форсунки близко друг от друга, чтобы обеспечить покрытие тора волокон более чем на 100%, и гарантировать, что тор волокон будет надлежащим образом склеен даже в случае неисправности одной форсунки, при этом избегая риска, что при одновременной работе всех форсунок струи, распыляемые этими форсунками, не будут иметь желаемой формы; таким образом, цель состоит в том, чтобы достичь однородности распределения адгезивной композиции на торе стекловолокон, благодаря тому, что можно распылять эту адгезивную композицию по всему периметру тора при контролируемой форме капель, которая не меняется в зависимости от зоны распыления;
- форсунки первой совокупности выполнены так, что они ориентированы относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства под первым углом наклона, составляющим от 0° до 45°; предпочтительно, первый угол наклона может составлять от 5° до 40°;
- форсунки второй совокупности выполнены так, что они ориентированы относительно плоскости вращения кольцевого распылительного устройства со вторым углом наклона, составляющим от 25° до 80°; предпочтительно, второй угол наклона может составлять от 25° до 60°;
- контур распределения связующего на основе продуктов биологического происхождения содержит единственный источник питания и множество отверстий, сообщающихся соответственно с одной распылительной форсункой;
- кольцевое распылительное устройство содержит два отдельных контура распределения, смещенных вдоль оси вращения кольцевого распылительного устройства, причем распылительные форсунки размещены между этими двумя контурами распределения так, чтобы сообщаться по текучей среде с каждым из указанных контуров распределения;
- первый контур распределения предназначен для приема связующего на основе продуктов биологического происхождения, а второй контур распределения предназначен для приема сжатого воздуха;
- первый контур распределения имеет среднее сечение с диаметром меньше, чем диаметр среднего сечения второго контура распределения;
- кольцевое распылительное устройство содержит средства контроля расхода сжатого воздуха в зависимости от количества адгезивной композиции, распыляемой на волокна.
Изобретение относится также к установке для получения минеральной ваты, содержащей устройство волокнообразования, выполненное так, чтобы доставлять стекловолокна внутрь секции адгезии, в частности, адгезии указанных волокон, отличающейся тем, что секция адгезии содержит всего одно кольцевое устройство распыления адгезивной композиции, описанное выше, причем кольцевое устройство установлено так, чтобы его плоскость вращения была по существу перпендикулярна направлению прохождения тора волокон, подлежащих адгезии.
Следует отметить, что установка этого типа особенно выгодна тем, что она позволяет обойтись в секции адгезии, то есть в секции, находящейся по траектории движения волокон за устройством волокнообразования, без одной ступени охлаждения. Авторы изобретения заметили, что волокна, проходящие через такую секцию адгезии, содержащую на одну ступень охлаждения меньше, находятся на выходе из секции адгезии, то есть у секции сшивки, в идеальном состоянии для этого процесса сшивки.
В такой установке кольцевое распылительное устройство может быть размещено так, чтобы первый контур распределения, предназначенный для распыления связующего на основе продуктов биологического происхождения, находился по траектории движения волокон за вторым контуром распределения, предназначенным для сжатого воздуха.
Изобретение относится также к способу получения минеральной ваты, в ходе которого реализуются по меньшей мере следующие стадии:
- подача расплавленного стекла в секцию волокнообразования,
- создание стекловолокон в указанной секции волокнообразования, так чтобы стекловолокна принимали форму пучка волокон, направляемого к секции адгезии,
- соединение в секции адгезии волокон пучка друг с другом в результате добавления адгезивной композиции, причем волокна пучка соединяются непосредственно при их входе в секцию адгезии без размещения охлаждающей рамы в секции адгезии,
- и преобразование полученного выше слоя склеенных друг с другом волокон, путем нагрева с образованием минеральной ваты.
Более конкретно, способ получения минеральной ваты может включать стадию создания стекловолокон под действием центрифугирования, применяемого к расплавленному стеклу, при этом стеклянные филаменты, образованные в результате центрифугирования, вытягиваются, чтобы образовать тор волокон под действием потока газа, выбрасываемого с высокой скоростью и имеющего достаточно высокую температуру.
Можно отметить, что в способе получения согласно изобретению адгезивная композиция выбрасывается на пучок волокон путем распыления адгезивной композиции, причем это не влечет какого-либо особого этапа охлаждения перед или после распыления связующего в секции адгезии. Следует отметить, что в способе получения минеральной ваты согласно изобретению, с одной стороны, пучок волокон, образованный в результате дутья высокотемпературного газового потока получает распыленную адгезивную композицию без необходимости создания какой-либо предварительной ступени охлаждения, а с другой стороны, пучок волокон, подлежащих адгезии, достигает секции сшивки без необходимости в создании особой ступени охлаждения между секцией адгезии и секцией сшивки.
Другие характеристики, детали и преимущества настоящего изобретения более четко выявятся при прочтении подробного описания, приведенного ниже для информации, в сочетании с различными примерами осуществления изобретения, проиллюстрированными на следующих фигурах:
- фигура 1 является схемой части установки по производству минеральной ваты, иллюстрирующей, в частности, секцию адгезии, в которой адгезивная композиция распыляется на тор волокон;
- фигура 2 является видом спереди адгезивного устройства, схематически показанного на фигуре 1, вблизи вытяжки установки волокнообразования, в которой получают волокна, подлежащие адгезии;
- фигура 3 является видом спереди половины адгезивного устройства с фигуры 2;
- фигура 4 является подробным видом адгезивного устройства согласно одному частному варианту осуществления, в котором соседние распылительные форсунки имеют разный наклон относительно друг друга; фигура 4 более детально иллюстрирует две распылительные форсунки адгезивного устройства, чтобы лучше показать их разную ориентацию и плоскую форму струи связующего, распыляемого этими форсунками;
- фигура 4b представляет собой схематический вид спереди одной из распылительных форсунок с фигуры 4, показывающий, в частности, форму щели прямоугольного сечения, через которую связующее выходит из адгезивного устройства;
- фигуры 5 и 6 представляет собой виды в разрезе распылительной форсунки в плоскостях разреза V-V и VI-VI, показанных на фигуре 4; и
- фигура 7 представляет собой частичный вид в разрезе одного примера осуществления распылительной форсунки и контуров распределения, на которых она установлена.
Изобретение относится к применению особых распылительных форсунок для распыления адгезивной композиции, или связующего, в частности, на тор стекловолокон, более конкретно, оно относится к применению "зеленого" связующего, или связующего на основе продуктов биологического происхождения, и к распылению этого связующего с помощью форсунок, отличающихся тем, что они позволяют получить плоскую струю этого зеленого связующего. Как будет описано ниже, зеленое связующее, для которого требуется дополнительное внесение воды, распыляется таким образом, что предотвращается агломерация этого связующего в определенных зонах тора волокон и, таким образом, предотвращаются возможные проблемы с испарением воды, содержащейся в связующем, в операциях, следующих за этим распылением.
На фигуре 1 показана часть установки 100 по изготовлению минеральной ваты, в частности, стекловаты, и более конкретно, разные последовательные секции, участвующие в создании изоляционного слоя, состоящего из склеенных стекловолокон, который является компонентом изоляционного материала типа минеральной ваты, например, стекловаты. Целью первой секции, называемой секцией волокнообразования 1, является получение волокон посредством центрифуги, за этой секцией находится вторая секция, называемая секцией адгезии 2, в которой в основном проводится склеивание ранее полученных волокон 3 связующим, в данном случае "зеленым связующим", чтобы соединить их друг с другом.
Склеенные волокна опускаются в секцию формования на ленточный конвейер 4, который доставляет их в сушильную печь, образующую секцию сшивки 5, внутри которой волокна нагреваются для сшивки зеленого связующего.
Ленточный конвейер 4 проницаем для газов и воды, он проходит над всасывающими камерами 6 для всасывания газов, таких как воздух, дымовые газы и избыточные водные составы, образованные в описанном выше процессе волокнообразования. Таким образом, на ленточном конвейере 4 образуется слой 7 волокон стекловаты, тщательно смешанных с адгезивной композицией. Слой 7 проводится на конвейере 4 до сушильной печи, образующей секцию сшивки 5 зеленого связующего.
Понятно, что такая производственная линия адаптирована для производства продуктов на основе волокон стекловаты, как это будет описываться далее, но очевидно, что она подходит также для производства продуктов на основе минеральных волокон.
В данном примере секция волокнообразования 1 предназначена для осуществления процесса волокнообразования путем внутреннего центрифугирования. Следует понимать, что в соответствии с описываемыми далее идеями изобретения можно применять любой тип центрифугирования и соответствующую центрифугу при условии, что на выходе центрифуги получаются волокна, направляемые в секцию адгезии.
В примере, показанном на фигуре 1, расплавленное стекло может подводиться в виде нити 14 из плавильной печи и сначала собираться в центрифуге 12, чтобы затем выходить из нее в виде множества филаментов, увлеченных во вращение. Кроме того, центрифуга 12 окружена кольцевой горелкой 15, которая создает на периферии стенки центрифуги поток газа, имеющий высокую скорость и достаточно высокую температуру, чтобы вытягивать стеклянные филаменты в волокна в виде тора 16.
Понятно, что приведенный выше пример секции волокнообразования является иллюстративным и не ограничивает изобретение, и что можно также предусмотреть способ волокнообразования путем внутреннего центрифугирования с использованием корзины с перфорированным дном или прядильного диска со сплошным дном, если только расплавленное стекло вытягивается путем центрифугирования, чтобы позднее дойти в виде тора волокон 16 в секцию адгезии.
Кроме того, можно предусмотреть другие неограничивающие варианты изобретения для этой секции волокнообразования, в частности, альтернативные или дополнительные средства по отношению к кольцевой горелке, например, нагревательные средства 18, например, индукционного типа, служащие для поддержания стекла и центрифуги при надлежащей температуре.
Образованный таким способом тор волокон 16 окружен кольцевым устройством распыления адгезивной композиции, состоящей из "зеленого связующего", это кольцевое распылительное устройство будет ниже называться адгезивным устройством 20, представленным на фигуре 1 всего двумя распылительными форсунками 22.
Далее, в частности, с обращением к фигурам 2-7, будет более подробно описано кольцевое распылительное устройство, или адгезивное устройство 20, установленное в секции адгезии 2.
Адгезивное устройство 20 содержит кольцевую раму 21, имеющую в целом форму вращения вокруг оси вращения X-X. Рама 21 содержит два отдельных контура распределения, смещенных на расстояние d по оси вращения X-X, и множество распылительных форсунок 22, размещенных между этими двумя контурами распределения и выполненных так, чтобы обеспечивать соединение по текучей среде с контурами распределения. Ниже будут описаны варианты в отношении числа контуров распределения рамы и/или циркуляции потоков в этих контурах распределения.
В показанном примере кольцевая рама содержит, в частности, первую кольцевую трубу 23, внутри которой устроен первый контур распределения 24 (виден, в частности, на фигурах 5-7), чтобы позволить циркуляцию адгезивной композиции, а также вторую кольцевую трубу 25, которая простирается в плоскости вращения, перпендикулярной оси вращения X-X кольцевой рамы 21 и параллельной плоскости вращения первой кольцевой трубы 23. Определим для дальнейшего плоскость вращения P кольцевого распылительного устройства как ту или иную из описанных выше плоскостей вращения, или как по меньшей мере плоскость, параллельную им.
Внутри этой второй кольцевой трубы 25 устроен второй контур распределения 26 (который также можно видеть на фигурах 5-7), чтобы позволить циркуляцию сжатого воздуха, способного выбрасывать адгезивную композицию на волокна, проходящие через адгезивное устройство 20.
Первая кольцевая труба 23 имеет трубчатую форму, ее внутренняя стенка, ограничивающая первый контур распределения 24, имеет постоянное или по существу постоянное сечение на всей окружности трубы. Под по существу постоянным сечением понимается сечение, отклонение которого от среднего значения составляет менее 5%. В качестве показательного примера, среднее сечение первой кольцевой трубы может иметь диаметр D1 в интервале от 10 мм до 30 мм.
Первая кольцевая труба 23 содержит единственную зону подачи 27, к которой подсоединен патрубок 28 для подачи адгезивной композиции, соединенный другим своим концом с резервуаром с указанной адгезивной композиции (не показан), в котором проводится перемешивание воды и клея.
Адгезивная композиция в данном примере состоит из связующего с низким содержанием формальдегида, предпочтительно совсем без формальдегида, которое ниже будет называться связующим на основе продуктов биологического происхождения или "зеленым связующим". Этот тип связующего по меньшей мере частично получен из возобновляемого сырья, в частности, растительного, в частности, на основе гидрированных или негидрированных сахаров. В конце настоящего описания приводятся дополнительные сведения, относящиеся к реализации этого "зеленого связующего", причем отмечается, что вязкость этих продуктов биологического происхождения требует использования большого количества воды для разбавления системы и образования связующего, которое может распыляться форсунками.
Патрубок 28, по которому зеленое связующее или же связующее на основе продуктов биологического происхождения подается в кольцевое распылительное устройство, расположен параллельно оси вращения кольцевой распределительной рамы, но понятно, что эту подачу можно организовать иным способом, не выходя за рамки изобретения. Однако следует отметить, что согласно одной характеристике изобретения, "зеленое связующее" вводится в первый контур распределения первой кольцевой трубы через единственную зону подачи, при этом "зеленое связующее" должно, кроме того, циркулировать по всей окружности первого контура распределения.
Первая кольцевая труба 23, ограничивающая первый контур распределения 24, содержит также множество выпускных отверстий 29 (их можно видеть, в частности, на фигурах 5-7), распределенных через равные промежутки по окружности первой кольцевой трубы. Как будет более подробно описано ниже, каждое из этих выпускных отверстий выходит в распылительную форсунку 22, устроенную так, чтобы сообщаться по текучей среде с первым контуром распределения 24 через соответствующее выпускное отверстие.
Из сказанного выше следует, что первая кольцевая труба 23 предназначена для распределения "зеленого связующего" в направлении распылительных форсунок 22.
Кроме того, вторая кольцевая труба 25 имеет трубчатую форму, ее внутренняя стенка, ограничивающая второй контур распределения 26, имеет постоянное или по существу постоянное сечение на всей окружности трубы. Под по существу постоянным сечением понимается сечение, отклонение которого от среднего значения составляет менее 5%. В качестве показательного примера, среднее сечение второй кольцевой трубы может иметь диаметр D2 в интервале от 30 мм до 50 мм.
Как и первая кольцевая труба, вторая кольцевая труба 25 имеет единственную зону подачи 31, к которой присоединен питающий патрубок 31’ для подачи сжатого воздуха.
Патрубок 31’ для подачи сжатого воздуха расположен параллельно оси вращения кольцевой распределительной рамы и параллельно патрубку 28 для подачи "зеленого связующего", но понятно, что эту подачу сжатого воздуха можно организовать иным способом, не выходя за рамки изобретения. Однако следует отметить, что согласно одному отличительному признаку изобретения, сжатый воздух вводится во второй контур распределения второй кольцевой трубы через единственную зону подачи, при этом сжатый воздух должен, кроме того, циркулировать по всей окружности второго контура распределения.
Вторая кольцевая труба 25, ограничивающая второй контур распределения 26, содержит также множество выпускных отверстий 30 (их можно видеть, в частности, на фигурах 5-7), распределенных через равные промежутки по периметру второй кольцевой трубы. В соответствии с тем, что было описано для первой кольцевой трубы 23, каждое из этих выпускных отверстий выходит в распылительную форсунку 22, устроенную так, чтобы сообщаться по текучей среде со вторым контуром распределения 26 через соответствующее выпускное отверстие, причем каждая распылительная форсунка 22 адгезивного устройства 20 сообщается по текучей среде, с одной стороны, с первым контуром распределения 24, а с другой стороны, со вторым контуром распределения 26.
Из сказанного выше следует, что вторая кольцевая труба 25 предназначена для распределения сжатого воздуха в направлении распылительных форсунок 22.
Как можно видеть, в частности, на фигурах 2 и 3, вторая кольцевая труба 25, ограничивающая второй контур распределения 26, предназначенный для циркуляции сжатого воздуха, находится выше первой кольцевой трубы 23, ограничивающей первый контур распределения 24, предназначенный для циркуляции адгезивной композиции. Для правильного понимания приведенных выше терминов обратимся к расположению адгезивного устройства в установке. Вторая кольцевая труба 25, расположенная над первой кольцевой трубой 23, находится ближе к центрифуге, из которой падают волокна, так что эти волокна, образующие тор 16, проходят сначала через кольцевую трубу, ограничивающую контур, предназначенный для сжатого воздуха.
Диаметр кольца, который образует первая труба вокруг оси вращения кольцевой рамы, больше соответствующего диаметра второй трубы, так что эти две кольцевые трубы расположены одна над другой с радиальным смещением r, на которое вторая кольцевая труба находится ближе к центру, чем первая кольцевая труба. Это приводит к наклонной ориентации, относительно оси вращения кольцевой рамы, распылительных форсунок 22, которые жестко соединены с каждой из двух кольцевых труб. Как будет описано ниже, можно предусмотреть разные варианты осуществления, в которых распылительные форсунки закреплены на кольцевых трубах так, чтобы их угол наклона относительно оси вращения был постоянен на всем периметре кольцевого распылительного устройства (как можно видеть, в частности, на фигурах 2, 3 и 7), или же чтобы этот угол наклона менялся от форсунки к форсунке (что можно видеть, в частности, на фигурах 4-6). Понятно, что эти варианты вписываются в контекст изобретения, если только форсунки позволяют распылять зеленое связующее посредством особых форсунок с плоской струей.
Первая и вторая кольцевые трубы выполнены так, чтобы их внутренние стенки, задающие соответственно первый и второй контур распределения, имели разное среднее сечение. В частности, внутренняя стенка второй трубы задает среднее сечение диаметром D2, который больше диаметра D1 среднего сечения внутренней стенки первой кольцевой трубы. Таким образом, проходное сечение для "зеленого связующего" меньше, чем проходное сечение для сжатого воздуха. Такая характеристика позволяет обеспечить, что более узкий первый контур распределения всегда будет заполнен связующим, и что не будет отсутствия подачи в распылительные форсунки. Кроме того, меньший размер первого контура распределения позволяет повысить скорость перемещения "зеленого связующего" в этом первом контуре и, следовательно, предотвратить возможное засорение первой кольцевой трубы.
В этом же контексте следует отметить различие между первой кольцевой трубой и второй кольцевой трубой. Как уже уточнялось выше, эти две кольцевые трубы имеют постоянное среднее сечение. По меньшей мере первая кольцевая трубка 23 подвергалась операции химического удаления заусенцев, чтобы удалить выступы на уровне соединения выпускных отверстий 29 и питающего патрубка на этой первой кольцевой трубе 23. Таким образом, стремятся также предотвратить осаждение продуктов биологического происхождения, образующих часть связующего, внутри первой кольцевой трубы. Очевидно, что вязкие свойства этих компонентов представляет риск того, что они останутся прикрепленными к любой чрезмерно выраженной шероховатости внутри кольцевой трубы, и что контекст применения этих зеленых связующих в кольцевом распылительном устройстве согласно изобретению подразумевает учет этой шероховатости поверхности и размеров кольцевой трубы, в которой циркулирует зеленое связующее.
Из разницы внутренних диаметров кольцевых труб следует также разница наружных диаметров этих труб, так что для подачи воздуха предусмотрена труба большего размера, чем для подачи адгезивной композиции. В показанном примере самая большая труба находится выше самой малой трубы, и крепежные скобы, здесь не показанные, для фиксации рамы в секции адгезии могут быть прикреплены, в частности, к большей трубе. Конечно, трубы можно расположить и иным способом относительно друг друга, не выходя за рамки изобретения, в частности, труба для подачи воздуха могла бы находиться под меньшей трубой, предусмотренной для адгезивной композиции.
Как показано, в частности, на фигурах 2-7, кольцевые трубы 23, 25, образующие кольцевой контур 21, расположены одна над другой так, чтобы первые выпускные отверстия первого контура распределения и вторые выпускные отверстия второго контура распределения накладывались друг на друга в осевом направлении, то есть чтобы они имели одинаковое угловое распределение вокруг соответствующей оси вращения контура.
Таким образом, распылительная форсунка 22, которая соединяет по текучей среде первое выпускное отверстие первого контура распределения со вторым выпускным отверстием второго контура распределения, проходит в осевом направлении, то есть в плоскости, содержащей ось вращения X-X кольцевой рамы.
Как показано, в частности, на фигурах 5-7, распылительная форсунка 22 содержит корпус 32, проходящий между двумя кольцевыми трубами, жидкостную форсунку 34, которая проходит поперек этого корпуса 32 вдоль оси ориентации A-A и на свободной конце которой находится распылительная, или воздушная, головка, 36, способная распылять связующее на основе продуктов биологического происхождения, или "зеленое связующее", в виде плоской струи.
Корпус 32 имеет цилиндрическую форму, в данном примере с прямоугольным сечением, и содержит два внутренних канала, так что корпус может принимать, с одной стороны, зеленое связующее, поступающее из первого контура распределения 24 через первое выпускное отверстие 29, а с другой стороны, сжатый воздух, поступающий из второго контура распределения 26 через второе выпускное отверстие 30. Таким образом, корпус 32 задается продольной осью Y-Y, которая проходит от одной кольцевой трубы до другой. В конфигурации, показанной на фигуре 7, распылительная форсунка 22 выполнена так, что продольная ось Y-Y совпадает с прямой, проходящей через центр каждой из кольцевых труб, это приводит к углу α между осью ориентации A-A жидкостной форсунки 34 и плоскостью вращения P кольцевого распылительного устройства, равному в данном случае 40°. Как показано на фигурах 2 и 3, все распылительные форсунки 22 размещены так, чтобы иметь такой угол наклона, равный 40°. Вообще говоря, распылительные форсунки могут иметь одинаковый угол наклона, составляющий от 0° до 80°.
Корпус 32 каждой распылительной форсунки 22 приваривают к кольцевым трубам после того, как их края будут помещены напротив выпускных отверстий, предусмотренных в каждой трубе.
Первая сторона 38 корпуса 32 ориентирована внутрь кольцевой рамы, а его ось вращения X-X и вторая сторона 39 ориентированы противоположно. В центре корпуса поперек продольной оси Y-Y корпуса имеется гильза для приема жидкостной форсунки 34, доходящая до каждого конца на одной из первой и второй сторонах корпуса 32. Гильза простирается по существу до центра корпуса, то есть находится на равном расстоянии от первой кольцевой трубы 23 и второй кольцевой трубы 25. Гильза является перфорированной, чтобы сообщаться с первым внутренним каналом 42, сообщающимся с первым выпускным отверстием 29, и проходит параллельно продольной оси Y-Y корпуса 32. Эти внутренние каналы предназначены для раздельной подачи сжатого воздуха и адгезивной композиции вблизи распылительной головки 36.
Распылительная головка 36 имеет выпуклую форму, задающую на выходе жидкостной форсунки 34 смесительную камеру, в которой смешиваются сжатый воздух и адгезивная композиция, образуя капли, выбрасываемые через распылительную щель 50, образованную в распылительной головке.
Понятно, что распылительная форсунка 22 выполнена с возможностью сообщения по текучей среде между первым контуром распределения 24 кольцевой трубы 23 и/или вторым контуром распределения 26 кольцевой трубы 25, и что распылительная щель 50, через которую связующее на основе продуктов биологического происхождения выходит из кольцевого распылительного устройства, выполнена так, чтобы выброс аэрозоля адгезива на тор волокон и рассеяние этого аэрозоля происходили в заданном угловом диапазоне.
Центр распылительной щели 50 находится на оси ориентации A-A распылительной форсунки, то есть на оси полого стержня 46, задающего контур циркуляции адгезивной композиции внутри корпуса распылительного устройства, и понятно, что ось ориентации A-A распылительной форсунки задает основное направление выброса, в котором адгезивная композиция будет распыляться на выходе распылительной форсунки.
В частности, как видно на фигуре 5, распылительная щель имеет прямоугольное сечение, образуя форсунку с плоской струей, так что в основном направлении выброса зеленое связующее распыляется под углом раскрытия, определяемым длиной прямоугольного сечения.
Распылительная головка 36 ориентирована так, чтобы длина прямоугольной щели 50, то есть большая сторона Gc прямоугольника, образующего эту щель, как видно, в частности, на фигуре 4b, была перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вращения X-X кольцевой рамы и ось ориентации A-A распылительной форсунки, и параллельна плоскости вращения кольцевого распылительного устройства и, таким образом, каждой кольцевой трубе этого устройства.
Согласно изобретению, распыление связующего на основе продуктов биологического происхождения определяется формой распылительной щели по меньшей мере одной из распылительных форсунок, а именно щели прямоугольного сечения, размер которой рассчитан так, чтобы соответствующая струя связующего на основе продуктов биологического происхождения имела первый угол раскрытия β1 в интервале от 40° до 120° в первом направлении, соответствующем большой стороне Gc указанной щели 50, и второй угол раскрытия β2 в интервале от 5° до 40° во втором направлении, соответствующем меньшей стороне Pc указанной щели 50. Это приводит к плоской струе, то есть струе, которая проходит в основном направлении, в данном случае в первом направлении. Понятно, что значения, выбранные для углов раскрытия, должны соответствовать этой форме плоской струи, и что если второй угол раскрытия равен или близок к 40°, первый угол раскрытия будет больше или равен 80°. Другими словами, значение первого угла раскрытия β1 больше или равно удвоенному значению второго угла раскрытия β2 и предпочтительно чуть превышает утроенное значение этого второго угла раскрытия. В качестве численного примера можно предусмотреть значение второго угла раскрытия β2 около 16° или 17° и первого угла раскрытия примерно от 51° до 60°.
Предпочтительно, чтобы первое направление было параллельным плоскости вращения P кольцевого распылительного устройства, то есть плоскости, в которую вписана каждая кольцевая труба устройства, таким образом, это первое направление будет перпендикулярно направлению перемещения волокон через кольцевое распылительное устройство 20. Таким образом, обеспечивается распыление на значительной угловой части тора волокон, и покрытие связующим всех волокон, проходящих через кольцевое распылительное устройство, достигается при уменьшенном числе распылительных форсунок.
Работа адгезивного устройства, снабженного по меньшей мере одной распылительной форсункой, описанной выше, заключается в следующем. Подходящие средства контроля позволяют регулировать поступление "зеленого связующего" внутрь первого контура распределения по подающему патрубку 28. Зеленое связующее вынуждено циркулировать по всей окружности кольцевой трубы, ограничивающей этот первый контур распределения, и двигаться к каждому из первых отверстий 29, сообщающихся с распылительной форсункой 22. Зеленое связующее, поступившее в распылительную форсунку 22, проходит внутри жидкостной форсунки 34 через гильзу 40 и продавливается к распылительной головке 36 и смесительной камере.
Одновременно, подходящие средства контроля позволяют регулировать поступление сжатого воздуха с желаемым расходом и давлением внутрь второго контура распределения через подводящий патрубок 31’. Расход и давление воздуха определяются, в частности, в зависимости от дозировки адгезивной композиции. Сжатый воздух вынужден циркулировать по всей окружности кольцевой трубы, ограничивающей этот второй контур распределения, и двигаться к каждому из вторых отверстий, сообщающихся с распылительной форсункой 22. Сжатый воздух, поступающий в распылительную форсунку 22, нагнетается в контуры циркуляции 48 на периферии жидкостной форсунки 34 к распылительной головке 36 и камере смешения, в которой смесь сжатого воздуха и зеленого связующего участвует в распылении связующего, при этом контроль расхода воздуха в зависимости от количества распыляемого связующего позволяет, в частности, влиять на размер капель.
В частности, как показано на фигурах 2-6, адгезивное устройство согласно изобретению содержит множество распылительных форсунок, размещенных по периметру кольцевой рамы. Эти форсунки распределены через равные углы по всему периметру рамы. Понятно, что согласно вариантам осуществления, число форсунок и, следовательно, угловое расстояние между двумя соседними форсунками может меняться в зависимости от адгезивного устройства. На фигуре 2 адгезивное устройство содержит ряд из шестнадцати распылительных форсунок, так что угловое расстояние между двумя последовательными форсунками ряда составляет 22,5°.
Эти форсунки расположены на одном осевом уровне, то есть каждая находится между первой кольцевой трубой и второй кольцевой трубой, чтобы центры корпусов всех форсунок находились в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения кольцевой рамы. Другими словами, можно говорить, что распылительные форсунки выполнены так, что их корпуса, то есть их соединения с каждой из кольцевых труб, находятся на одной высоте.
Далее будет описан вариант расположения распылительных форсунок согласно изобретению, отличающийся, в частности, от того, что было описано в связи с фигурами 2 и 3, разным наклоном по меньшей мере двух из этих форсунок по периметру кольцевой рамы.
На фигурах 4, 5 и 6 показан пример осуществления, в котором все распылительные форсунки имеют идентичную конструкцию, так что форсунки отличаются только наклоном их оси ориентации A-A. Понятно, что не выходя за рамки изобретения, распылительные форсунки могут отличаться и их конструкцией, при условии, что по меньшей мере две распылительные форсунки, находящиеся на одной высоте, имеют разные наклоны.
Согласно изобретению, по меньшей мере две распылительные форсунки, последовательно размещенные по периметру рамы, то есть две соседние распылительные форсунки, какие показаны на фигуре 4, установлены так, чтобы ось ориентации A-A и, тем самым, выпускной канал, одной из этих двух форсунок находились под другим углом к плоскости вращения рамы, чем у другой из этих двух форсунок.
В показанном примере можно различить по меньшей мере две совокупности распылительных форсунок, которые отличаются своим наклоном относительно плоскости вращения рамы. Распылительные форсунки первой совокупности 221, какую можно видеть на фигуре 6, наклонены так, что ось ориентации A-A образует с плоскостью вращения кольцевой рамы первый угол α1, здесь равный 30°. А распылительные форсунки второй совокупности 222, какая показана на фигуре 6, наклонены так, что ось ориентации A-A образует с плоскостью вращения кольцевой рамы второй угол α2, в данном случае равный 45°.
Понятно, что из-за отличительной особенности изобретения, согласно которой две соседние форсунки имеют разные наклоны, форсунки каждой из этих двух совокупностей чередуются по всему периметру кольцевой рамы, так что форсунка первой заданной совокупности 221 распылительных форсунок не является смежной с форсункой, принадлежащей той же совокупности, то есть не соседствует с форсункой, имеющей такой же наклон относительно плоскости вращения кольцевой рамы. После распылительной форсунки 22 первой совокупности 221 форсунок по периметру следует распылительная форсунка 22 второй совокупности 222 форсунок, затем снова распылительная форсунка 22 первой совокупности 221 форсунок и т.д.
На фигурах 5 и 6 проиллюстрирован соответствующий изобретению пример реализации разных наклонов при переходе от одной распылительной форсунки к другой.
В каждом из двух показанных случаев центр C гильзы (как можно видеть, в частности, на фигуре 7), предусмотренной в корпусе, и центр каждой кольцевой трубы совмещены. И корпус поворачиваются вокруг этой центральной точки, задаваемой центром C гильзы, чтобы опираться на соответствующую кольцевую трубу в зоне контакта 52, более или менее удаленной от вертикальной оси, то есть оси, параллельной оси вращения кольцевой рамы и проходящей через центр этой трубы. Отсюда следует, что центр C гильзы каждого корпуса во всех случаях находится по существу в одинаковом положении относительно кольцевых труб, без осевого смещения относительно оси вращения X-X. Другими словами, корпуса распылительных форсунок, имеющих разные наклоны, находятся на одном уровне по оси относительно оси вращения кольцевого распылительного устройства.
В первой плоскости радиального сечения, показанного на фигуре 5 и соответствующего плоскости сечения V-V с фигуры 4, показана распылительная форсунка первой совокупности 221 форсунок. Первое выпускное отверстие первой трубы и второе выпускное отверстие удалены от вертикальной оси, соответствующей каждой кольцевой трубе, и это приводит к первому наклону корпуса форсунки, при котором ее концы перекрывают оба выпускных отверстия. Этот первый наклон равен углу наклона α1 оси ориентации A-A распылительной форсунки первой совокупности 221 к плоскости вращения, то есть в данном случае равен 30°.
Во второй плоскости радиального сечения, показанного на фигуре 6 и соответствующего плоскости сечения VI-VI с фигуры 4, показана распылительная форсунка второй совокупности 222 форсунок. Первое выпускное отверстие первой трубы и второе выпускное отверстие находятся ближе к вертикальной оси, соответствующей каждой кольцевой трубе, чем в первой плоскости сечения, и это приводит ко второму наклону корпуса форсунки, при котором ее концы перекрывают выпускные отверстия. Этот второй наклон равен углу наклона α2 оси ориентации A-A распылительной форсунки второй совокупности 222 к плоскости вращения, то есть в данном случае равен 45°.
Следует отметить, что распылительная форсунка первой совокупности и распылительная форсунка второй совокупности и, в частности, две форсунки, последовательно размещенные по периметру кольцевого распылительного устройства, имеют идентичную форму, как показано на фигурах, и что эти форсунки отличаются друг от друга только наклоном корпусов, соединяющих два контура распределения и, следовательно, наклоном их выпускного канала.
Как показано на фигуре 1, из этой разницы ориентации форсунок первой совокупности 221 и форсунок второй совокупности 222 следует разница высот выброса струй связующего на тор волокон 16. Таким образом, связующее, выбрасываемое форсунками первой совокупности 221, воздействует на волокна раньше, чем связующее, выбрасываемое форсунками второй совокупности 222. Таким образом, первый аэрозоль 201, выбрасываемый форсункой первой совокупности 221, распространяется на плоскости, смешенной по оси относительно плоскости, в которой распространяется второй аэрозоль 202, выбрасываемый форсункой второй совокупности 222, и капли, образованные в аэрозоле, не встречаются, или по меньшей мере встречаются в допустимых пределах с каплями, образованными в соседнем аэрозоле, тем самым предотвращая или ограничивая проблему коалесценции капель, которая могло бы возникнуть из-за встречи аэрозолей. В качестве примера на фигуре 4 показана зона осевого перекрывания ZR, в которой капли, образованные на ортогональных краях 201’ первого аэрозоля 201, проходят выше капель, образованных на ортогональном краю 202’ второго аэрозоля 202. В этой зоне перекрывания осевое смещение вдоль оси вращения X-X гарантирует, что капли не встретятся, и отсутствует риск их деформации. Таким образом, две соседние распылительные форсунки можно разместить ближе друг к другу, поскольку они являются частью разных совокупностей форсунок и, следовательно, имеют разные ориентации, чтобы образовать зоны перекрывания без риска изменения капель, и чтобы иметь возможность обеспечить функцию избыточности, необходимую для адгезии всего периметра тора волокон в случае неисправности одной из распылительных форсунок. Легко понять, в частности, исходя из иллюстрации на фиг. 4, что когда распылительная форсунка первой совокупности 221 перестает работать, адгезив может продолжать распыляться в зону ZR соседней форсункой второй совокупности 222, на высоте, отличной от той, на которой указанная зона ZR была бы адгезирована посредством форсунки первой совокупности 221. Именно эта разница в высоте распыления, возникающая вследствие различия наклона соседних форсунок, предотвращает изменение формата капель, подаваемых этими двумя соседними форсунками, когда обе они находятся в рабочем состоянии.
Конфигурация согласно изобретению может применяться в описанном и проиллюстрированном выше устройстве и может применяться также, не выходя за рамки изобретения, в других вариантах осуществления устройств. В качестве примера можно предусмотреть, чтобы устройство содержало распылительные форсунки, размещенные непосредственно на кольцевой трубе, внутри которой циркулирует зеленое связующее, причем воздух подается в каждую форсунку независимо, без необходимости обеспечить общий контур распределения воздуха для всех форсунок и, следовательно, распылительных форсунок, расположенных между двумя контурами, как было описано выше. Следовательно, такое устройство соответствует изобретению в том, что оно содержит контур распределения зеленого связующего и множество распылительных форсунок, сообщающихся по текучей среде с контуром распределения и размещенных по периметру кольцевого распылительного устройства, чтобы распылять зеленое связующее на стекловолокна, которые будут проходить внутри кольцевого распылительного устройства, задаваемого осью вращения, причем каждая распылительная форсунка выполнена так, чтобы распылять зеленое связующее в виде плоской струи.
В соответствии с другим примером, можно предусмотреть, что распылительные форсунки будут представлять собой так называемые "безвоздушные" форсунки, то есть форсунки, работающие без подвода сжатого воздуха для осуществления выброса связующего. В этом случае можно предусмотреть первый вариант, в которой сохраняется конструкция кольцевого распылительного устройства с двумя кольцевыми трубами, размещенными одна над другой по оси вращения, и распылительными форсунками, расположенными соответственно между этими двумя кольцевыми трубами, причем вторая кольцевая труба несет исключительно структурную функцию, не неся функции контура распределения. Только связующее на основе продуктов биологического происхождения циркулирует в первом контуре распределения, образованном первой кольцевой трубой, а воздух не вводится во вторую кольцевую трубу. Можно также предусмотреть второй вариант, в которой кольцевое распылительное устройство содержит только одну кольцевую трубу, на которой размещены распылительные форсунки, при этом следует понимать, что согласно изобретению распылительные форсунки, закрепленные на этой единственной кольцевой трубе, имеют распылительную головку, способную выбрасывать плоскую струю.
Согласно другому примеру, можно предусмотреть, чтобы форсунки были разделены более чем на две совокупности, каждая из которых, как и выше, характеризуется форсунками, имеющими особый угол наклона. Можно предусмотреть первую совокупность, задаваемую форсунками, имеющими наклон под углом α, равным 15°, вторую совокупность, задаваемую форсунками, имеющими наклон под углом α, равным 30°, и третью совокупность, задаваемую форсунками, имеющими наклон под углом α, равным 45°. Как и прежде, это позволяет избежать того, что рядом будут находиться форсунки, имеющие одинаковый наклон, струи которых могут быть искажены соседней струей.
Далее на разных неограничивающих примерах осуществления будет более подробно описано связующее на основе продуктов биологического происхождения, какое можно вводить в кольцевое распылительное устройство по изобретению в целях его распыления на тор волокон в установке по производству минеральной ваты, при этом следует напомнить, что такое использование связующего на основе продуктов биологического происхождения стало возможным, в частности, благодаря использованию распылительных форсунок с плоской струей, обеспечивающих надлежащее распределение этого связующего на поверхности волокна.
В качестве неограничивающего примера, связующее на основе продуктов биологического происхождения может содержать:
(a) по меньшей мере один углевод, выбранный из восстанавливающих сахаров, невосстанавливающих сахаров, гидрированных сахаров и их смеси, и
(b) по меньшей мере один агент сшивки углеводов.
Здесь под "агентом сшивки углеводов" понимается соединение, способное реагировать, возможно в присутствии катализатора, с углеводами и образовывать с ними трехмерную сетку, по меньшей мере частично нерастворимую.
Кроме того, термин "углеводы" имеет здесь более широкий смысл, чем обычно, он охватывает не только углеводы в строгом смысле, то есть восстанавливающие сахара или углеводы формулы Cn(H2O)p, содержащие по меньшей мере одну альдегидную или кетоновую группу (восстанавливающая группа), но также продукты гидрирования этих углеводов, в которых альдегидная или кетоновая группа была восстановлена до спирта. Этот термин охватывает также невосстанавливающие сахара, состоящие из нескольких углеводных звеньев, в которых атомы углерода, несущие полуацетальный гидроксил, участвуют в озидных связях, соединяющих звенья друг с другом.
Вышеописанное связующее на основе продуктов биологического происхождения, а именно, адгезивная композиция на основе углеводов и сшивающего агента, предпочтительно многоосновных карбоновых кислот, описана, например, в документах US 8197587, WO2010/029266, WO2013/014399, WO2015/181458, WO2012/168619, WO2012/168621, WO2012/072938.
Углеводный компонент может иметь в основе восстанавливающие сахара, невосстанавливающие сахара, гидрированные сахара, не включающие восстанавливающие или невосстанавливающие сахара, или их смеси.
Восстанавливающие сахара охватывают монозы (моносахариды) и гликозиды (дисахариды, олигосахариды и полисахариды). В качестве примеров моносахаридов можно назвать моносахариды, содержащие от 3 до 8 атомов углерода, предпочтительно альдозы и, предпочтительно, альдозы, содержащие от 5 до 7 атомов углерода. Особенно предпочтительными альдозами являются натуральные альзоды (относящиеся к серии D), в частности, гексозы, такие как глюкоза, манноза и галактоза. Примерами дисахаридов, подходящих для использования в качестве восстанавливающего сахара, являются лактоза и мальтоза. Полисахариды, подходящие для применения в настоящем изобретении, предпочтительно имеют средневесовую молекулярную массу ниже 100000, предпочтительно ниже 50000, предпочтительно ниже 10000. Предпочтительно, полисахарид содержит по меньшей мере одно звено, выбранное из вышеназванных альдоз, предпочтительно глюкозу. Особенно предпочтительными являются восстанавливающие полисахариды, которые состоят преимущественно (более чем на 50 вес.%) из звеньев глюкозы.
Восстанавливающий сахар может представлять собой, в частности, смесь моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, в частности, декстрин. Декстрины представляют собой соединения, отвечающие общей формуле (C6H10O5)n. Их получают частичным гидролизом крахмала. Их декстрозный эквивалент (DE) предпочтительно составляет от 5 до 99, предпочтительно от 10 до 80.
Невосстанавливающий сахар предпочтительно представляет собой невосстанавливающий олигосахарид, содержащий не более десяти углеводных звеньев. В качестве примеров таких невосстанавливающих сахаров можно упомянуть дисахариды, такие как трегалоза, изотрегалозы, сахароза и изосахарозы (isosucroses по-английски), трисахариды, такие как мелецитоза, гентианоза, рафиноза, эрлоза и умбеллифероза, тетрасахариды, такие как стахиоза, и пентасахариды, такие как вербаскоза. Предпочтительными являются сахароза и трегалоза, более предпочтительна сахароза.
Под "гидрированным сахаром" в настоящем изобретении понимаются все продукты, полученные при восстановлении сахарида, выбранного из моносахаридов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, и смеси этих продуктов. Гидрированный сахар предпочтительно представляет собой продукт гидрирования гидролизата крахмала (степень гидролиза обычно характеризуется декстрозным эквивалентом (DE), составляющим от 5 до 99, предпочтительно от 10 до 80). Гидрирование превращает сахар или смесь сахаров (гидролизат крахмала) в полиолы или сахарные спирты.
В качестве примеров гидрированных сахаров можно назвать эритрит, арабит, ксилит, сорбит, маннит, идит, мальтит, изомальтит, лактит, целлобит, палатинит, мальтотрит и продукты гидрирования гидролизатов крахмала. Предпочтительно, гидрированный сахар или смесь гидрированных сахаров состоит преимущественно (т.е. более чем на 50 вес.%) из мальтита (продукт гидрирования мальтозы, димер глюкозы, полученный в результате ферментативного гидролиза крахмала).
Компонент (a), а именно, углевод, состоящий из гидрированных сахаров, и/или восстанавливающих и/или невосстанавливающих сахаров, предпочтительно составляет от 30 до 70 вес.%, предпочтительно от 40 до 60 вес.% сух.в. адгезивной композиции. Эти значения соответствуют содержанию до добавления возможных добавок.
Сшивающий агент, то есть, компонент (b), использующийся в настоящем изобретении, предпочтительно выбран из поликарбоновых кислот, солей и ангидридов поликарбоновых кислот, аминов, солей металлов и неорганических кислот и аминовых и аммониевых солей неорганических кислот, а также из смесей вышеуказанных соединений.
Неорганическими кислотами являются, например, серная кислота, фосфорная кислота, азотная кислота и соляная кислота. Соли металлов могут быть солями щелочных, щелочноземельных и переходных металлов.
Неорганические кислоты и их соли, подходящие для применения в качестве сшивающего агента в настоящем изобретении, описаны, например, в заявках WO2012/168619, WO2012/168621 и WO2012/072938.
В одном предпочтительном варианте осуществления сшивающий агент содержит поликарбоновую кислоту или является поликарбоновой кислотой. Поликарбоновая кислота может быть полимерной кислотой (то есть полученной в результате полимеризации карбоксилированных мономеров) или мономерной кислотой.
Для ограничения вязкости адгезивной композиции эта поликарбоновая кислота предпочтительно имеет среднечисленную молекулярную массу меньше или равную 50000, предпочтительно меньше или равную 10000 и предпочтительно меньше или равную 5000.
В качестве примеров полимерных поликарбоновых кислот можно назвать гомополимеры и сополимеры, полученные из мономеров, содержащих по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты, такие как (мет)акриловая кислота, кротоновая кислота, изокротоновая кислота, малеиновая кислота, коричная кислота, 2-метилмалеиновая кислота, фумаровая кислота, итаконовая кислота, 2-метилитаконовая кислота, a, b-метиленглутаровая кислота, и ненасыщенные сложные моноэфиры дикарбоновых кислот, такие как малеаты и фумараты алкилов C1-C10. Кроме того, сополимеры могут содержать один или несколько виниловых или акриловых мономеров, таких как винилацетат, стирол, незамещенный или замещенный алкильными, гидроксильными или сульфонильными группами или атомом галогена, (мет)акрилонитрил, (мет)акриламид, C1-C10-алкил(мет)акрилаты, в частности, метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, н-бутил(мет)акрилат и изобутил(мет)акрилат.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления компонент (b) представляет собой или содержит мономерную поликарбоновую кислоту. Под мономерной поликарбоновой кислотой понимается поликарбоновая кислота, которая не является результатом полимеризации карбоксильных мономеров. Таким образом, мономерная поликарбоновая кислота не имеет цепи из последовательных повторяющихся звеньев.
Речь может идти о дикарбоновой, трикарбоновой или тетракарбоновой кислоте.
Дикарбоновые кислоты включают, например, щавелевую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пимелиновую кислоту, суберировую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, яблочную кислоту, винную кислоту, тартроновую кислоту, аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, малеиновую кислоту, травматиновую кислоту, камфорную кислоту, фталевую кислоту и их производные, в частности, содержащие по меньшей мере один атом бора или хлора, тетрагидрофталевую кислоту и ее производные, в частности, содержащие по меньшей мере один атом хлора, такие как хлорэндиковая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, мезаконовая кислота и цитраконовая кислота.
Трикарбоновые кислоты охватывают, например, лимонную кислоту, трикарбаллиловую кислоту, 1,2,4-бутантрикарбоновую кислоту, аконитовую кислоту, гемимеллитовую кислоту, тримеллитовую кислоту и тримезиновую кислоту. В качестве тетракарбоновой кислоты можно указать, например, 1,2,3,4-бутантетракарбоновую кислоту и пиромеллитовую кислоту.
Предпочтительно использовать лимонную кислоту.
Компонент (b) предпочтительно составляет от 30 до 70 вес.%, предпочтительно от 40 до 60 вес.% сухих веществ адгезивной композиции по настоящему изобретению. Эти значения относятся к содержанию до добавления возможных добавок.
Весовое отношение компонента (a) к компоненту (b) предпочтительно составляет от 70/30 до 30/70, в частности, от 60/40 до 40/60.
Кроме того, адгезивная композиция может содержать катализатор, который может быть выбран, например, из оснований и кислот Льюиса, таких глины, коллоидный или неколлоидный оксид кремния, оксиды металлов, сульфаты мочевины, хлориды мочевины, и из катализаторов на основе силикатов. Предпочтительным является катализатор этерификации.
Катализатор может также представлять собой соединение, содержащее фосфор, например, гипофосфит щелочного металла, фосфит щелочного металла, полифосфат щелочного металла, гидрофосфат щелочного металла, фосфорную кислоту или алкилфосфоновую кислоту. Щелочной металл предпочтительно является натрием или калием.
Катализатор может быть также соединением, содержащим фтор и бор, например, тетрафторборной кислотой или солью этой кислоты, в частности, тетрафторборатом щелочного металла, такого как натрий или калий, тетрафторборатом щелочноземельного металла, такого как кальций или магний, тетрафторборатом цинка и тетрафторборатом аммония.
Предпочтительно, катализатор представляет собой гипофосфит натрия, фосфит натрия или смесь этих соединений.
Количество катализатора, вводимого в адгезивную композицию, обычно составляет не более 20 вес.%, предпочтительно от 1 до 10 вес.%, от полного веса компонентов (a) и (b).
Вообще говоря, описанные выше варианты осуществления ни в коей степени не являются ограничивающими: в частности, можно представить себе варианты изобретения, включающие выбор только характеристик, описываемых ниже, отдельно от других характеристик, упомянутых в настоящем документе, если этот выбор характеристик достаточен, чтобы обеспечить техническое преимущество или чтобы дифференцировать изобретение от предшествующего уровня техники.
1. Кольцевое распылительное устройство (20) адгезивной композиции на минеральные волокна (3), содержащее по меньшей мере один контур распределения (24, 26) указанной адгезивной композиции и по меньшей мере одну распылительную форсунку (22), сообщающуюся по текучей среде с контуром распределения и размещенную на периметре кольцевого распылительного устройства, для распыления адгезивной композиции на волокна, предназначенные для прохождения внутри кольцевого распылительного устройства, определяемого осью вращения (X-X), отличающееся тем, что адгезивная композиция представляет собой связующее на основе продуктов биологического происхождения, и причем по меньшей мере одна распылительная форсунка содержит распылительную головку (36), имеющую щель (50), через которую связующее на основе продуктов биологического происхождения выходит из кольцевого распылительного устройства, имеющую прямоугольное сечение, чтобы образовать плоскую струю связующего на основе продуктов биологического происхождения, причем устройство содержит множество распылительных форсунок (22, 221, 222), распределенных по периметру кольцевого распылительного устройства (20), причем каждая распылительная форсунка содержит распылительную головку (36) с щелью (50) прямоугольного сечения, причем щель (50) с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки (22) расположена так, чтобы большая сторона прямоугольника, образующего указанную щель, проходила параллельно плоскости вращения (P) кольцевого распылительного устройства.
2. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распылительная форсунка (22, 221, 222) ориентирована внутрь кольцевого распылительного устройства с углом наклона (α), определяемым относительно плоскости вращения (P) кольцевого распылительного устройства, причем указанный угол наклона (α) составляет от 0 до 80°.
3. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что каждая распылительная форсунка (22) ориентирована внутрь кольцевого распылительного устройства с углом наклона (α), определяемым относительно плоскости вращения (P) кольцевого распылительного устройства, причем по меньшей мере две распылительные форсунки (22, 221, 222), последовательно размещенные по периметру кольцевого распылительного устройства, расположены так, чтобы иметь ориентацию относительно плоскости вращения (P) кольцевого распылительного устройства с разными углами наклона (α).
4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что каждая распылительная форсунка (22, 221, 222) находится по соседству с форсунками, ориентация которых относительно плоскости вращения (P) кольцевого распылительного устройства (20) отличается от ее собственной.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что щель (50) с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки (22) имеет такие размеры, чтобы соответствующая плоская струя связующего на основе продуктов биологического происхождения имела первый угол раскрытия (β1) в интервале от 40 до 120° в первом направлении, соответствующем большой стороне указанной щели (50).
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что щель (50) с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки (22) имеет такие размеры, чтобы соответствующая плоская струя связующего на основе продуктов биологического происхождения имела второй угол раскрытия (β2) в интервале от 5 до 40° во втором направлении, соответствующем малой стороне указанной щели (50).
7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что щель (50) с прямоугольным сечением по меньшей мере одной распылительной форсунки (22) имеет такие размеры, чтобы первый угол раскрытия (β1) был по меньшей мере равен удвоенному второму углу раскрытия (β2).
8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что контур распределения (24, 26) связующего на основе продуктов биологического происхождения содержит единственную подачу (27, 31) и множество отверстий (29, 30), сообщающихся соответственно с одной распылительной форсункой (22).
9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит два отдельных контура распределения (24, 26), смещенных вдоль оси вращения (X-X) кольцевого распылительного устройства (20), причем между этими двумя контурами распределения распылительные форсунки (22) установлены таким образом, чтобы сообщаться по текучей среде с каждым из указанных контуров распределения.
10. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что первый контур распределения (24) предназначен для приема связующего на основе продуктов биологического происхождения, а второй контур распределения (26) предназначен для приема сжатого воздуха.
11. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что первый контур распределения (24) имеет среднее сечение с диаметром меньше, чем диаметр среднего сечения второго контура распределения (26).
12. Установка (100) для получения минеральной ваты, содержащая устройство волокнообразования, выполненное так, чтобы подавать стекловолокна внутрь секции (2) адгезии этих волокон, отличающаяся тем, что секция адгезии содержит всего одно адгезивное устройство, образованное кольцевым распылительным устройством (20) адгезивной композиции по любому из предыдущих пунктов, причем кольцевое устройство размещено так, чтобы плоскость вращения (P) была по существу перпендикулярна направлению прохождения тора волокон, подлежащих адгезии.
13. Установка для получения минеральной ваты по предыдущему пункту, в которой кольцевое распылительное устройство (20) соответствует п. 10, отличающаяся тем, что кольцевое распылительное устройство размещено так, чтобы первый контур распределения (24), предназначенный для распыления связующего на основе продуктов биологического происхождения находился ниже по траектории движения волокон, чем второй контур распределения (26), предназначенный для сжатого воздуха.
14. Способ получения минеральной ваты, применяемый установкой (100) для получения минеральной ваты по п. 12 или 13, в ходе которого проводятся, по меньшей мере, следующие стадии, на которых:
- подают расплавленное стекло в секцию волокнообразования,
- создают стекловолокна в указанной секции волокнообразования, так чтобы стекловолокна принимали форму пучка волокон, направляемого к секции адгезии,
- соединяют в секции адгезии волокна пучка друг с другом за счет добавления адгезивной композиции, причем волокна пучка соединяются непосредственно при их входе в секцию адгезии без размещения охлаждающей рамы в секции адгезии,
- и преобразуют полученный выше слой адгезированных друг с другом волокон путем нагрева с образованием минеральной ваты.
15. Способ получения минеральной ваты по предыдущему пункту, в котором волокна соединяют друг с другом без необходимости создания особой ступени охлаждения выше по потоку или ниже по потоку от секции адгезии.
