Grenzen des Glasfaserziehvorganges Theoretische Modellvorstellungen über die Einschnürgrenze

Abstract

Die in [1] nach phänomenologischen Gesichtspunkten festgestellten Ziehgrenzen unterbrechen den Ziehprozeß je nach Kombination der Ziehparameter Druck p, Ziehgeschwindigkeit v_z und Düsentemperatur T_D. Der Ziehprozeß ist in einem begrenzten Bereich des Druck-Viskositätsdiagrammes zwischen dem oberen und unteren Grenzdruck möglich. Für die Einschnürgrenze (untere Grenzdruckkurve) wird in der vorhegenden Arbeit eine mit den Experimenten übereinstimmende formelmäßige Darstellung gegeben. Hiernach schnürt sich die Ziehzwiebel auf Grund der überhandnehmenden Oberflächenspannungskraft ein, wenn der untere Grenzdruck, der außer von der Viskosität und dem axialen Temperaturgradienten noch vom Benetzungswinkel und der Düsengeometrie abhängt, unterschritten wird. Der Übergang von der unbenetzten zur benetzten Düse erweist sich von fundamentalem Einfluß auf die untere Grenzdruckkurve (Einschnürgrenze) sowie auf den mit dem Düsenvordruck gekoppelten Massenstrom. Beide zeigen eine Unstetigkeit bei einer bestimmten Viskosität, deren Ursache im plötzlichen Richtungswechsel der resultierenden Spreitungsspannung vom Zustand der unbenetzten Düse zu dem der benetzten Düse liegt. Dies ist auch die Ursache dafür, warum für die benetzte und unbenetzte Düse zwei verschiedene Massenstromgleichungen gehen. Limits of the glass fibre drawing process - theoretical modelling of the contraction limit The earlier contribution [1] showed that, from a phenomenological point of view, the limits of the drawing process could be expressed by a combination of pressure, drawing speed and nozzle temperature. Drawing is restricted to a limited region of the pressure-viscosity diagram between the upper and lower pressure limits. The present work develops a formal description of the contraction limit (low pressure limit curve) which agrees with experiment. Contraction of the onion occurs according to this due to an excessive surface tension force if the lower limiting pressure which depends on the axial temperature gradient, wetting angle and nozzle geometry as weh as the viscosity decreases. The transition from unwetted to wetted nozzles is shown to be of fundamental importance to the lower pressure limit curve (contraction limit) as well as to the mass flow coupled with the nozzle pressure. Both show an instabihty at a particular viscosity the origin of which lies in a sudden reversal of direction of the resultant spreading stress from the condition of the unwetted to that of the wetted nozzle. This is also the reason why two different mass flow equations apply for wetted and unwetted nozzles. Limites du processus d'étirage des fibres de verre Représentation à l'aide de modèles théoriques de la limite de contraction L'étirage s'interrompt au delà des limites établies dans [1] à partir de points de vue phénoménologiques, et qui sont fonction de la pression, de la vitesse d'étirage et de la température de la filière. L'étirage est possible dans un domaine limité du diagramme pression-viscosité entre les pressions limites supérieure et inférieure. Pour la limite d'étranglement (courbe de pression limite inférieure), des formules sont données. Elles décrivent bien ce que l'on observe. Le bulbe d'étirage s'étrangle en raison de l'accroissement excessif de la tension superficielle lorsque la pression limite inférieure qui dépend en outre de la viscosité, du gradient de température axial, de l'angle de mouillage et de la géométrie de la filière, est dépassée. Le passage de la filière de l'état de non mouillé à celui de mouillé se révèle jouer un rôle fondamental sur la courbe de pression limite inférieure (limite d'étranglement) ainsi que sur les courants de verre qui dépendent de la pression d'admission de la filière. La courbe et les courants présentent une discontinuité pour une certaine viscosité, qui est due au changement brusque de la direction de la tension d'étalement lorsque la filière passe de l'état non mouillé à celui de mouillé. C'est également la raison pour laquelle il existe deux équations différentes des courants de verre suivant que la filière est mouillée ou non.