Grenzen des Glasfaserziehvorganges — Die Einschnür - und Oszillationsgrenze

Abstract

Es wurden zwei Ziehgrenzen gefunden, die den Glasfaserziehprozeß (Düsenziehverfahren) auf ein von der Viskosität abhängiges Düsenvordruckgebiet beschränken. Die Grenzen werden ihren Ursachen entsprechend mit Einschnür- und Oszillationsgrenze bezeichnet. Das Ziehen ist nur zwischen einem oberen und unteren Grenzdruck, die beide stark temperaturabhängig sind, möglich. Innerhalb dieser Grenzen kann der Ziehprozeß nur durch den Heißbruchmechanismus unterbrochen werden, sofern die Ziehgeschwindigkeit hoch genug ist und wenn man von zufälligen Störungen (z. B. Gasblasen, Einschlüssen und sonstigen Inhomogenitäten und Temperaturstörungen) absieht. Von besonderem Einfluß auf die Einschnürgrenze erweist sich der Benetzungswinkel zwischen der Glasschmelze und dem Düsenwerkstoflf. Außer dem unteren Grenzdruck existiert ein von der Viskosität und Oberflächenspannung abhängiger oberer Grenzdruck (Oszillationsgrenze), bei dessen Überschreitung der Ziehprozeß durch heftige Schwingungen der Ziehzwiebel unterbrochen wird. Nach den Experimenten gibt es eine unterste Viskositätsgrenze, bei der die obere und die untere Zieh-Grenzdruckkurve einander tangieren und das Faserziehen gerade noch möglich ist (etwa 50 dPa s bei der E-Glasschmelze, 1460 °C). Diese Grenzviskosität hängt allerdings noch vom Benetzungswinkel, vom Düsenradius, aber auch von zusätzlichen Kühlmaßnahmen ab. Limits of the glass flbre drawing process — contraction and oscillation limits Two limits have been established for the drawing of glass fibres from a nozzle which are related to a viscosity dependent pressure field of the bushing. These limits are designated as contraction and oscillation limits, respectively, with regard to their origins. Drawing is only possible between an upper and a lower pressure limit which are both strongly temperature dependent. Within these limits the fibre drawing process can be disrupted only by the hot fracture mechanism provided that the drawing speed is sufficiently high and that defects (such as bubbles, inclusions or other inhomogeneities and temperature instabilities) are avoided. The wetting angle of the glass on the material of the bushing is important for the contraction limit. The upper limit is strongly dependent on viscosity and surface tension and occurs when oscillations grow and disrupt the fibre. According to experiments there is a minimum viscosity level at which the upper and lower drawing pressure limits come together and fibre drawing remains still possible; this is about 50 dPa s (1460 °C for Ε glass). The limiting viscosity depends on wetting angle, bushing radius and cooling parameters. Limites du processus d'étirage des fibres de verre — limite de contraction et limite d'oscillation On a déterminé deux limites d'étirage qui rétrécissent le processus d'étirage des fibres de verre (procédé à filière) à un domaine de pression d'alimentation des filières, qui est fonction de la viscosité. D'après leur origine, on a nommé ces deux paramètres limite de contraction et limite d'oscillation. L'étirage n'est possible qu'entre une limite de pression supérieure et une limite de pression inférieure, toutes les deux fortement dépendantes de la température. A l'intérieur de ces limites, l'étirage est susceptible d'être interrompu uniquement par un processus de rupture à chaud si la vitesse est suffisamment élevée, abstraction faite d'autres facteurs plus aléatoires (par exemple bulles de gaz, inclusions, défauts d'homogénéité, variations de température). L'angle de contact entre la fonte et le matériau de la filière exerce une forte influence sur la limite de contraction. A côté de la limite de pression inférieure, il existe une pression limite supérieure qui est fonction de la viscosité et de la tension superficielle (limite d'oscillation) dont le dépassement provoque l'interruption du processus d'étirage suite à des oscillations violentes du bulbe. Les essais montrent qu'il existe une limite inférieure de viscosité qui correspond au point de rencontre des courbes des limites de pression inférieure et supérieure d'étirage et où l'étirage des fibres est encore possible (environ 50 dPa s pour le verre E, à 1460 °C). Cette viscosité critique est fonction de l'angle de contact, du diamètre de la filière et d'un éventuel refroidissement supplémentaire.