JP2000511976A - 回転法によって作られた２成分ガラスポリマー繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２成分ガラスポリマー繊維を作るための方法において、溶融ガラス（Ａ，９０，９９）及び溶融ポリマー（Ｂ，９２，９７，９８）を、オリフィス付き周囲壁（３２，６６，７４）を有する回転紡糸機（１０，７２）に供給する。溶融ガラス及び溶融ポリマーを、溶融２成分ガラスポリマー流れとしてオリフィス（５６，７０，８４）から遠心紡糸する。流れを冷却して、２成分ガラスポリマー繊維を作る。

Description

【発明の詳細な説明】 回転法によって作られた２成分ガラスポリマー繊維 技術分野 本発明は、一般的には、繊維の製造に関し、更に詳細には、２成分ガラスポリ マー繊維を、修正した回転法によって製造するための方法に関する。 背景 ２成分ポリマー繊維は、以前は、布及び靴下のような製品に使用するためにテ クスタイル法によって作られていた。この方法では、２種の溶融ポリマーが穴を 有する定置の紡糸口金に供給され、繊維がこの穴から引かれる。ポリマーは、通 常、結合されて、一方のポリマーのコアと他方のポリマーの周囲鞘とを有するポ リマーを形成する。 テクスタイル法は、通常、比較的大きな直径の２成分繊維を作る。一定の適用 例に対しては、より小さい直径の繊維を使用することが有利である。又、テクス タイル法は、同様の融点を有する成分の使用に制限され、その結果、低溶融成分 は、高溶融成分にさらされたとき、熱的に質が低下しない。 ２成分ガラス繊維は、以前は、修正した回転法によって作られていた。異なる ２種類の溶融ガラスを、オリフィス付き周囲壁を有する回転紡糸機に供給する。 ２種類の溶融ガラスをオリフィスから遠心紡糸し、２成分ガラス繊維を形成する 。繊維は絶縁製品に特に有用である。 ガラス繊維の製造はポリマー繊維の製造と異なる分野である。この２つの材料 は、異なる粘度のような異なる物理特性を有し、ガラスの軟化点は、通常、ポリ マーの融点と異なる。繊維を作る技術も異なる。 ２成分繊維を、ガラスとポリマーとを結合させることによって作ることは、以 前、知られていなかった。そのような繊維は２成分ガラス繊維と２成分ポリマー 繊維の両方に関する長所を得て、いずれかの繊維によって与えられない特性及び 用途を有する。よって、２成分ガラスポリマー繊維を作るための方法を提供する ことが望ましい。 発明の開示 本発明は、多成分繊維、特に、２成分繊維を作る方法に関する。２成分繊維を ガラスと熱可塑性材料、好ましくは、ポリマーとで形成する。本方法では、溶融 ガラス及び溶融熱可塑性材料を、オリフィス付き周囲壁を有する回転紡糸機に供 給する。好ましくは、ガラスの粘度が１０００ポアズである温度は約２００℃乃 至約４９５℃であり、熱可塑性材料の融点は約２００℃乃至約３４５℃である。 熱可塑性材料の熱膨張率は、好ましくは、ガラスの熱膨張率よりも１０ｐｐｍ／ ℃より大きい量だけ大きい。溶融ガラス及び溶融熱可塑性材料を、ガラス及び熱 可塑性材料の２成分流れとしてオリフィスから遠心紡糸する。次いで、流れを冷 却して、ガラス及び熱可塑性材料の２成分繊維を作る。 本方法によって作られるガラス及び熱可塑性材料の２成分繊維は新規であり、 ２成分ガラス繊維と２成分ポリマー繊維の両方に関連する長所を得る。それらは 又、以前から既知の繊維のいずれかによって与えられない特性及び用途を有する 。 図面の簡単な説明 図１は、ガラス及びポリマーの２成分繊維を作るための本発明の回転法を実施 するための装置の図式的な立面図である。 図２は、ガラス及びポリマーの２成分繊維を本発明によって作ることができる 紡糸機の立面断面図である。 図３は、図２の紡糸機の部分の図式的な斜視図である。 図４は、図２の線４−４における、図２の紡糸機の図式的な立面図を示す。 図５は、ガラス及びポリマーの２成分繊維を作るための紡糸機の第２の実施形 態の部分の平面図である。 図６は、ガラス及びポリマーの２成分繊維を作るための紡糸機の第３の実施形 態の立面断面図である。 図７は、図６の紡糸機のオリフィスの立面断面図である。 図８は、本発明によって作られたガラス及びポリマーの２成分繊維の図式的な 断面図である。 図９は、ガラスとポリマーとの異なる粘度により、低粘度のポリマーを高粘度 のガラスの周りに部分的に流すことができる、ガラス及びポリマーの２成分繊維 の図式的な断面図である。 図１０は、異なる粘度により、低粘度のポリマーが高粘度のガラスをほとんど 囲むようにした、ガラス及びポリマーの２成分繊維の図式的な断面図である。 図１１は、低粘度のポリマーが高粘度のガラスの周り全体に流れて、高粘度の ガラスを囲んで、クラッドを形成した、ガラス及びポリマーの２成分繊維の図式 的な断面図を示す。 図１２は、ガラス及び異なる２種のポリマーで形成された３成分繊維の図式的 な断面図を示す。 発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明によるガラス及びポリマーの２成分繊維から断熱製品を作るた めの回転式繊維形成法を示す。しかしながら、いくつかの二次加工法を繊維に使 用して、織物、濾過製品、及びその他の製品を作ることができることが理解され る。そのような方法は、スティッチング、ニードリング、ハイドロ絡み合わせ及 び封入成形を含む。２成分繊維以外の多成分繊維が本発明に含まれること、及び ポリマーに加えてアスファルトのような他の熱可塑性材料で、繊維を形成するこ とができることも理解される。 図示した方法では、溶融ガラス及び溶融ポリマーを紡糸機１０に供給する。溶 融ガラスを、炉１１及びフォアハース１３のような任意適当な供給源から供給す る。例えば、ポリマーグラニュールを収容するホッパー１２が押出機１４に連結 され、押出機１４で、ポリマーが溶融され、次いで紡糸機に供給される。以下に 説明するように、紡糸機は、ガラス及びポリマーの２成分繊維のベール１６を作 る。繊維を、環状送風機１８のような任意の手段によって下方に差し向ける。繊 維は、下方に吹き飛ばされるとき、細くされ、そして冷却される。繊維を、コン ベヤ２２のような任意適当な表面にウールパック２０として集める。繊維の収集 を容易にするために、示していない部分真空装置をコンベヤの下に位置決めして も良い。 次いで、ガラス及びポリマーの２成分繊維のウールパックを、選択的には、オ ーブン２４のような更なる加工のためのステーションに通す。オーブンを通る間 、 ウールパックは、好ましくは、上コンベヤ２６、下コンベヤ２８及び縁ガイド（ 図示せず）によって成形される。ウールパックは断熱製晶３０としてオーブンを 出る。 図２に示すように、各紡糸機１０は、周囲壁３２及び底壁３４を含む。紡糸機 を、従来技術で知られているように、軸３６のような任意適当な手段で回転させ る。紡糸機の回転は、溶融ガラス及び溶融ポリマーを周囲壁のオリフィスから遠 心紡糸して、ガラス及びポリマーの２成分繊維３８を、以下にもっと詳細に説明 する仕方で形成する。紡糸機は、好ましくは、約１２００ｒｐｍ乃至約３０００ ｒｐｍの速度で回転する。種々の直径の紡糸機を使用して、周囲壁の内面に所望 の半径方向加速度を与えるように、回転速度を調節することができる。紡糸機の 直径は、好ましくは、約２０ｃｍ乃至約１００ｃｍである。周囲壁の内面の半径 方向加速度（速度²／半径）は、好ましくは、約４，５００ｍ／ｓｅｃ²乃至約１ ４，０００ｍ／ｓｅｃ²であり、更に好ましくは、約６，０００ｍ／ｓｅｃ²乃至 約９，０００ｍ／ｓｅｃ²である。 環状送風機１８が、図１に示すようにコンベヤ上での収集のために、繊維を下 方に差し向けるように位置決めされる。選択的には、環状送風機は誘導空気４０ を使用して、繊維を更に細くすることができる。 好ましくは、紡糸機の内部を、任意の加熱手段（図示せず）によって、例えば 高温空気又はその他のガスで吹きこむことによって加熱する。紡糸機の温度は、 好ましくは、約１５０℃乃至約４５０℃であるが、ガラス及びポリマーの種類に 応じて変えることができる。 環状高温空気供給機４２のような加熱手段が、選択的には、紡糸機又は繊維の いずれかを加熱するために紡糸機の外側に位置決めされて、繊維の細繊化を容易 にし、且つ紡糸機の温度をガラス及びポリマーの最適な遠心紡糸のためのレベル に維持する。 紡糸機の内部に、溶融ガラス及び溶融ポリマーの別々の流れが供給され、第１ 流れはガラスを含み、第２流れはポリマーを含む。所望ならば、溶融ガラス及び 溶融ポリマーの流れは圧力による注入によって供給される。第１流れの溶融ガラ スは第１送出管４４から直接底壁に落ち、周囲壁の方に向う遠心力により外方に 流れて、図２に“Ａ”として示したようにガラスのヘッドを形成する。第２送出 管４６を経て送出された溶融ポリマーは第１流れよりも周囲壁に接近して位置決 めされ、溶融ポリマーが底壁に達する前に、環状水平フランジ４８によって遮ら れる。かくして、図２に“Ｂ”として指示した溶融ポリマーの盛上り又はヘッド が、図示したように、水平フランジの上に形成される。溶融ガラス及び溶融ポリ マーを、溶融ガラスが環状水平フランジ４８によって遮られ、且つ溶融ポリマー が底壁に落ちるように供給することもできることが理解される。 図３に示すように、紡糸機は、概ね円周であり且つ周囲壁３２から半径方向内 方に位置決めされた垂直内部壁５０を備える。周囲壁と垂直内部壁との間に位置 決めされた一連の垂直バッフル５２が、その空間を一連の概ね垂直に整合された 区画５４に分割し、該区画５４は実質的に周囲壁の高さ全体に延びる。水平フラ ンジ、垂直内部壁及び垂直バッフルは、溶融ガラス“Ａ”及び溶融ポリマー“Ｂ ”を１つおきの隣接した区画に差し向けるための仕切りを互いに構成し、その結 果、１つおきの区画は溶融ガラス“Ａ”を収容し、残りの区画は溶融ポリマー“ Ｂ”を収容することがわかる。 周囲壁は、垂直バッフルの半径方向外方の端に隣接して位置決めされたオリフ ィス５６を備える。各オリフィスは、垂直バッフルの幅よりも大きい幅を有し、 これにより、溶融ガラス“Ａ”と溶融ポリマー“Ｂ”の両方の流れが、ガラス及 びポリマーの単一２成分繊維としてオリフィスから出てくるようにする。図３で わかるように、各区画５４は周囲壁３２の高さ全体に延び、該周囲壁３２は、区 画を分離する全垂直バッフルに沿ったオリフィスを有する。好ましくは、周囲壁 は紡糸機の直径及びその他の方法パラメータに応じて約２００ヶ乃至約５０００ ヶのオリフィスを有する。 図４に示すように、オリフィス５６はスロットの形状をなしているが、オリフ ィスの他の形状を使用することができる。溶融ガラス“Ａ”は、通常、周囲壁の 温度で溶融ポリマー“Ｂ”よりも大きい粘度を有する。その結果、垂直バッフル を中心として完全に芯出しされたオリフィスは、高粘度のガラスの流量よりも低 粘度のポリマーの高い流量を放出するものと期待される。この傾向に逆らい、且 つ溶融ガラス及び溶融ポリマーの流量をつり合わせる１つの方法は、溶融ポリマ ー“Ｂ”のヘッド高さに対する溶融ガラス“Ａ”のヘッド高さを増大させること である。溶融ガラス及び溶融ポリマーの流量をつり合わせる他の方法は、スロッ トオリフィスを、それが垂直バッフル５２の中心線からずれるように位置決めす ることである。図４に示すように、オリフィスは、低粘度のポリマー“Ｂ”の流 れを制限する小さい方の端５８と、高粘度のガラス“Ａ”の匹敵する流れ又は流 量を可能にする大きい方の端６０とを有する。溶融ガラス及び溶融ポリマーの流 量をつり合わせる他の方法は、低粘度ポリマーを収容する１つおきの区画へのポ リマーの流れを制限することであり、これにより、穴を、溶融ガラス及び溶融ポ リマーの流量が概ね同量であるように部分的にふさぐ。溶融ガラス及び溶融ポリ マーが同様な粘度を有するとき、又は異なる流量が望まれるときには、オリフィ スを垂直バッフルを中心として芯出ししても良い。 図５は、紡糸機の第２の実施形態の部分を示す。図４に示した第１の実施形態 と同様に、紡糸機は、垂直バッフル６２が垂直内部壁６４と周囲壁６６との間に 延び、区画６８を形成するようになっている。周囲壁は、垂直バッフルの半径方 向外方の端に隣接して位置決めされたオリフィス７０の列を備える。オリフィス は“Ｖ”の形状であり、一端即ち一方の脚は溶融ガラス“Ａ”を収容する区画に 通じ、他方の脚は溶融ポリマー“Ｂ”を収容する区画に通じる。溶融ガラス“Ａ ”と溶融ポリマー“Ｂ”の両方の流れは合流し、ガラス及びポリマーの単一２成 分繊維としてオリフィスから出てくる。 図６は、紡糸機の第３の実施形態を示す。紡糸機７２は周囲壁７４と底壁７６ とを含む。底壁は、それが周囲壁に近づくにつれて上方に傾斜する。紡糸機の内 部に、溶融ガラス及び溶融ポリマーの別々の流れが供給される。第１流れの溶融 ガラスは、第１送出管７８から直接底壁に落ち、周囲壁に向う遠心力により外方 に且つ上方に流れて、図６において“Ａ”で指示する溶融ガラスのヘッドを形成 する。第２送出管８０を経て送出される溶融ポリマーは、第１流れよりも周囲壁 の近くに位置決めされ、溶融ポリマーは、底壁に達する前に、環状水平フランジ ８２によって遮られる。かくして、図６において“Ｂ”で指示する溶融ポリマー の盛上り又はヘッドが、図示するように、水平フランジより上に形成される。 周囲壁は、水平フランジの半径方向外方の端に隣接して位置決めされたオリフ ィス８４の列を周囲壁の円周を取り巻いて備える。図７でわかるように、オリフ ィスは“Ｙ”の形状であり、一方の腕は溶融ガラス“Ａ”に通じ、他方の腕は溶 融ポリマー“Ｂ”に通じ、ベースは周囲壁の外部に通じる。溶融ガラスと溶融ポ リマーの両方の流れは合流して、ガラス及びポリマーの単一２成分繊維８６とし てオリフィスから出てくる。 他の紡糸機の形態を、溶融ガラスと溶融ポリマーの流れを紡糸機のオリフィス に供給するのに使用しても良い。 本発明の２成分繊維を、多くの異なる種類のガラス及び熱可塑性材料で形成す ることができる。通常、ガラスの軟化点は、熱可塑性材料の融点よりも著しく高 い。通常の環境では、溶融熱可塑性材料が溶融ガラスの高温度にさらされると、 熱可塑性材料の熱的な質低下の問題がある。本発明の回転法によって形成された ２成分繊維は、熱可塑性材料の熱的な質低下を実質的に回避することが考えられ る。溶融２成分流れを非常に迅速に形成し、遠心紡糸し、冷却するので、溶融熱 可塑性材料は、一秒の何分の一だけの間、溶融ガラスの高温にさらされる。紡糸 機は、著しい熱的な質低下を更に回避するために、溶融ガラスと溶融熱可塑性材 料との間に不活性雰囲気又は断熱材料を備えることができる。 しかしながら、一般的には、本発明の２成分繊維は低軟化ガラス及び高溶融熱 可塑性材料で形成され、その結果、２つの成分は同様の繊維形成温度を有する。 本発明の目的のために、ガラスを、ＡＳＴＭ Ｃ９６５によって測定されるよう な、その粘度が１０００ポアズである温度によって特徴づける。熱可塑性材料を 、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を使用して決定されるような熱可塑性材料の融点に よって特徴づける。用語「融点」の使用は、熱可塑性材料、特に非晶質材料のい くつかの種類に対して厳密に適用しないことが理解される。そのような場合には 、用語「融点」は、当業者に知られているように、材料を繊維化することができ るように、材料が軟化して容易に流れる温度を意味する。 好ましくは、ガラスの粘度が１０００ポアズである温度は熱可塑性材料の融点 から約２００℃以内であり、更に好ましくは、約１５０℃以内であり、最も好ま しくは、約１００℃以内である。ガラスの粘度が１０００ポアズである温度は約 ６００℃より低く、好ましくは、約５５０℃より低く、もっと好ましくは、 ５００℃より低く、更に好ましくは、約２００℃乃至約４９５℃であり、最も好 ましくは、約２６０℃乃至約４４５℃である。熱可塑性材料の融点は約１４０℃ より高く、好ましくは、約２００℃乃至約３４５℃であり、更に好ましくは、約 ２６０℃乃至約３４５℃である。 好ましい低軟化ガラスは、高硼酸ガラス及び高リン酸ガラスである。用語「高 硼酸ガラス」は、ガラス組成が全ガラス組成の約８重量％より多いＢ₂Ｏ₃含有率 を有することを意味する。特に好ましい高硼酸ガラスは、約０重量％乃至約１０ 重量％のＳｉＯ₂、約０重量％乃至約８重量％のＡｌ₂Ｏ₃、約７０重量％乃至約 ９２重量％のＰｂＯ、及び約８重量％乃至約２５重量％のＢ₂Ｏ₃の組成を有する 。高硼酸ガラスの粘度が１０００ポアズである温度は、通常、約３００℃乃至約 ５００℃である。適当な高硼酸ガラスの組成重量％、及びそれらの粘度が１００ ０ポアズである温度のいくつかの例を、以下の表Ｉに示す。 表Ｉ Ｂ₂Ｏ₃ 9.7 19.6 9.6 18.6 10 9.9 ＳｉＯ₂ 0.8 0.6 10.4 5 5 ＰｂＯ 89.5 79.8 80 74.6 82 80.2 Ａｌ₂Ｏ₃ 6.8 3 ＡｌＦ₃ 4.9 Ｔ(℃) 427 494 538 497 431 399 用語「高リン酸ガラス」は、ガラス組成が全ガラス組成の約２０重量％より多 いＰ₂Ｏ₅含有率を有することを意味する。特に好ましい高リン酸ガラスは、約５ ０重量％乃至約８０重量％のＰ₂Ｏ、約１０重量％乃至約３０重量％のＮａ₂Ｏ及 びＫ₂、約０重量％乃至約３０重量％のＰｂＯ、約０重量％乃至約７重量％のＡ ｌ₂Ｏ₃、及び約０重量％乃至約１５重量％のＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｎＯ及 びＢａＯのようなその他の酸化物の組成を有する。高リン酸ガラスの粘度が１０ ００ポアズである温度は、通常、約２００℃乃至約５００℃である。適当な高リ ン酸ガラスの組成重量％、及びそれらの粘度が１０００ポアズである温度のいく つかの例を、以下の表IIに示す。表II Ｐ₂Ｏ₅ 61.2 71.8 59.2 27.4 26 19 Ｎａ₂Ｏ 6.5 Ｋ₂Ｏ 9.8 19.6 19 ＺｎＯ 4.3 2.1 4.1 ＰｂＯ 11.6 11.3 10.7 7.2 9.3 ＡｌＦ₃ 6.6 6.5 6.4 ＳｎＯ 37.8 30.8 25.8 ＳｎＦ₂ 24 35.9 45.9 Ｔ(℃) 530 499 492 289 247 179 所望又は必要ならば、ガラスの粘度が１０００ポアズである温度を低くするた めに、弗化物又はその他のハロゲン化物、タリウム酸、又はアルカリ酸のような 添加物をガラスに添加しても良い。弗化物を含む好ましい低軟化ガラスは、フィ ック（Fick）による米国特許第４，３７９，０７０号、及び１９８８年発行のフ ィジカル・アンド・ケミカル・ガラス（Phys．＆ Chem．Glasses）、第７０巻 、４９ページ乃至５５ページに説明されている。その他の低軟化ガラス、及びガ ラスの混合物を使用しても良い。 多成分繊維を形成するために使用する熱可塑性材料を、繊維を作る用途として 知られている広範な種類の適当な熱可塑性材料から選択することができる。好ま しい高溶融熱可塑性材料を、以下のポリマー、即ちポリ（フェニレンスルフィド ）（“ＰＰＳ”）、ポリ（エチレンテレフタレート）（“ＰＥＴ”）、ポリ（ブ チレンテレフタレート）（“ＰＢＴ”）、ポリカーボネート、ポリアミド、及び それらの混合物から選択する。ポリオレフィン及びアスファルトも適しているけ れども、それらは幾分低溶融又は低軟化であるので好ましくない。その他の高溶 融熱可塑性材料、アモルファス熱可塑性材料、及び熱可塑性材料の混合物を使用 しても良い。 本発明の回転法の利点は、溶融ガラス及び溶融熱可塑性材料の粘度が、互いに 接近していることを必要としないことである。２つの粘度は著しく異なっても良 く、方法は多成分繊維を依然として形成する。通常、溶融ガラスの粘度は、溶融 熱可塑性材料の粘度よりも大きい。本発明の詳細な実施形態では、紡糸機の周囲 壁の温度で、ガラスの粘度は約５倍乃至約１０００倍、通常、約５０倍乃至５０ ０倍の範囲で熱可塑性材料の粘度よりも大きい。 本発明の２成分繊維は、ガラスと熱可塑性材料との熱膨張率の差のため非常に 不規則な曲線の性質を有する。そのような曲線の性質は、繊維を断熱材料又は断 熱織物に使用するとき、繊維に優秀な断熱特性を与えるのに特に有利である。繊 維が冷えるとき、熱可塑性材料はガラスよりも速い速度で収縮する。この結果が 繊維の応力であり、この応力を除去するために、繊維は曲線に曲がらなければな らない。好ましくは、熱可塑性材料の熱膨張率はガラスの熱膨張率よりも、約１ ０ｐｐｍ／℃より大きい量、もっと好ましくは、約３０ｐｐｍ／℃より大きい量 、更に好ましくは、約５０ｐｐｍ／℃より大きい量、最も好ましくは、約７０ｐ ｐｍ／℃より大きい量だけ大きい。通常、ガラスは約５ｐｐｍ／℃乃至約３０ｐ ｐｍ／℃の熱膨張率を有し、熱可塑性材料は約８０ｐｐｍ／℃乃至約１２０ｐｐ ｍ／℃の熱膨張率を有するポリマーである。 本発明の回転法によって作られる２成分繊維を、テクスタイル法によって作ら れる２成分繊維と同様の直径を有するように形成することができる。この利点を 得るのは、回転法が、テクスタイル法の機械的細繊化に頼る代わりに遠心力を使 用して繊維を細くするからである。好ましくは、２成分繊維は、約２μｍ乃至約 ５０μｍ、更に好ましくは、約５μｍ乃至約４０μｍの平均外径を有する。 本発明の２成分繊維の各々は、ガラスと熱可塑性材料とからなる。もし理想的 な２成分繊維の断面を作るならば、繊維の一方の半部はガラスであり、他方の半 部は熱可塑性材料である。実際には、ガラス量と熱可塑性材料量との広範囲の割 合が繊維に存在し、即ち、それがおそらく個々の繊維長にわたってさえも存在す る。ガラスのパーセントは、全繊維の約５容積％乃至約９５容積％の範囲内で変 わることがあり、残りは熱可塑性材料である。一般には、ウールパックのような 繊維の固まりは、ガラスと熱可塑性材料とのパーセントの多くの異なる組み合わ せを有し、且つ単一成分の繊維の小部分を含む。２成分繊維の好ましい組成は、 適用例に応じて異なる。いくつかの適用例では、好ましくは、２成分繊維は、約 ４０容積％乃至約６０容積％のガラスと約４０容積％乃至約６０容積％の熱可塑 性材料とからなる。 繊維をできるだけ平行に配向するように繊維の束をエポキシに固定することに よって、繊維の断面写真を得ることができる。次いで、エポキシの小片を二分し て、研磨する。次いで、研磨したサンプル表面をカーボン層で被覆して、走査電 子顕微鏡（ＳＥＭ）による分析のための伝導性サンプルを作る。次いで、サンプ ルを後方散乱電子検出器を使用するＳＥＭで検査し、平均原子番号の変化をグレ ースケールの変化として表示する。例えば、この分析は、繊維の断面の暗領域と 明領域によってガラスとポリマーの存在を明らかにし、ガラスとポリマーの境界 面を示す。 図８に示すように、もしガラス／ポリマー比が５０：５０ならば、ガラス９０ とポリマー９２との境界面８８は、繊維断面の中心９４を通る。図９に示すよう に、溶融ポリマーが溶融ガラスより低い粘度を有する場合には、ポリマー９２は ガラス９０の周囲に幾分曲がり、即ち包み、その結果、境界面８８は湾曲する。 これは、紡糸機から出てくる２成分ガラスポリマー繊維の流れを、低粘度溶融ポ リマーを高粘度溶融ガラスの周りに流すことができるに十分な温度に維持するこ とを必要とする。高温ガス流量、送風圧力及びポリマー温度又はガラス温度のよ うなパラメータを操作する紡糸機の調整が、低粘度ポリマーの所望の包みを達成 するのに必要である。 図１０に示すように、低粘度のポリマー９２は、高粘度のガラス９０の周囲の ほとんど全体に流れている。低粘度のポリマーが高粘度のガラスの周囲に流れる 程度を定量化する１つの仕方は、図１０に示すような包み角度αを測定すること である。ある場合には、低粘度のポリマーは高粘度のガラスの周囲に流れて、少 なくとも２７０°の角度αを形成し、即ち、低粘度のポリマーは高粘度のガラス の周囲を、２成分ガラスポリマー繊維の円周表面９６の少なくとも２７０°がポ リマーで構成される程度に流れる。 図１１に示すように、ある条件では、ポリマー９２は、ガラス９０の周囲全体 に流れることができるので、ポリマーはガラスを囲んで、クラッドを形成する。 この場合には、２成分ガラスポリマー繊維の円周表面全体９６（３６０°）はポ リマーである。 本発明の方法は、２成分繊維に限られず、むしろ図１２に示す３成分繊維のよ うなその他の多成分繊維を含む。この３成分繊維を形成するために、第１及び第 ２溶融ポリマー９７，９８，及び溶融ガラス９９の別々の流れを、オリフィス付 き周囲壁を有する回転紡糸機に供給する。第１及び第２溶融ポリマー，及び溶融 ガラスを、オリフィスで結合するまで、別々に維持する。１つの方法は、図６と 同様にオリフィスの単一の列を有する紡糸機を使用することであるが、紡糸機で は、環状水平フランジ８２より上の領域が図５と同様の１つおきの区画に分離さ れている。かくして、２つの流れをフランジより上から各オリフィスに送り込み 、第３流れをフランジより下から各オリフィスに送り込む。その他の紡糸機の構 造を使用しても良い。第１及び第２溶融ポリマー，及び溶融ガラスを、溶融３成 分流れとしてオリフィスから遠心紡糸し、３成分流れを、低粘度のポリマーの１ つ９７が少なくとも溶融ガラスの周りを流れることを可能にするに十分な温度に 維持する。３成分流れの冷却の際、３成分繊維が形成される。３成分繊維を形成 する他の方法は、ガラスと、２種のポリマーの混合物との溶融２成分流れを形成 することであり、ここで、ポリマーは異なる物理特性を有するので、冷却の際、 互いに分離して、繊維を形成する。多成分繊維は、３種より多くの成分を含んで も良い。熱可塑性材料の物理特性の以上の説明及び比較は、多成分繊維の材料の 各々に適用される。 本発明による２成分繊維は、ガラスと熱可塑性材料とが互いに並んだ関係に配 置される繊維を含む。上述した回転装置は、通常、そのような並んだ２成分繊維 を形成する。本発明の２成分繊維は、ガラス及び熱可塑性材料の一方がコアを形 成し、他方がコアを囲む鞘を形成する繊維も含む。鞘とコアの２成分繊維を形成 する当該技術で知られた方法によって、回転装置を特別に作ることができる。一 般的には、そのような装置は、一方の溶融成分を、鞘を形成するオリフィスから 送り、他方の溶融成分を、コアを形成する鞘の内部に送り込む。異なる種類の繊 維の組合わせを形成しても良い。本発明の多成分繊維は、オリフィスを成形する ことによって作った成形繊維でも良く、その結果、非円形断面を有する繊維を形 成する。成形繊維を作る方法は、ヒューイ（Huey）等による米国特許第４，６３ ６，２３４号及び同第４，６６６，４８５号に開示されている。 本発明のガラス及びポリマーの２成分繊維を、以下の実施例により形成するこ とができた。繊維を作るのに使用したガラスは高硼酸ガラスである。ガラスが１ ０００ポアズの粘度を有する温度は約３９９℃である。ガラスは約１０ｐｐｍ／ ℃の熱膨張率を有する。繊維を作るのに使用するポリマーはポリ（フェニレンス ルフィド）である。ポリマーは約２８５℃の融点を有し、約１００ｐｐｍ／℃の 熱膨張率を有する。溶融ガラス及び溶融ポリマーの別々の流れを、周囲壁で約３ ６０℃の温度を有する図２及び図３に示した紡糸機に供給する。その温度で、ガ ラスの粘度は約５，６００ポアズであり、ポリマーの粘度は約３，０００ポアズ である。紡糸機は、約３８ｃｍの直径を有し、回転させて、約７，６００ｍ／ｓ ｅｃ²の半径方向加速度を与える。紡糸機の周囲壁は３５０ヶのオリフィスを備 える。溶融ガラス及び溶融ポリマーの２成分流れをオリフィスから遠心紡糸する 。流れを冷却して、ウールパックとして収集されたガラス及びポリマーの２成分 繊維を作る。繊維の平均外形は約２５μｍである。 本発明の動作の原理及び形態を説明し、その好ましい実施形態を図示した。し かしながら、本発明は、その精神又は範囲から逸脱することなく、詳細に説明し 且つ図示した以外に実施されることがあることを理解しなければならない。 産業上の利用性 本発明の多成分繊維は、アパレル製品、熱及び音響絶縁製品、濾過製品、を含 む多くの適用例に、そして複合材料のバインダーとして有益である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペラグリン マイケル ティー アメリカ合衆国 オハイオ州 43055 ニ ューアーク マリオン マナー ウッズ 505 (72)発明者 ロフタス ジェームズ イー アメリカ合衆国 オハイオ州 43055 ニ ューアーク ノーマンディー ドライヴ 1239 (72)発明者 オーバーグ パトリック エフ アメリカ合衆国 オハイオ州 43023 グ ランヴィル ウェスト カレッジ ストリ ート 526

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融ガラス及び溶融熱可塑性材料をオリフィス付き周囲壁（３２，６６， ７４）を有する回転紡糸機（１０，７２）に供給し、 溶融ガラス（Ａ，９０，９９）及び溶融熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７， ９８）を、ガラス及び熱可塑性材料の溶融多成分ポリマー流れとしてオリフィ ス（５６，７０，８４）から遠心紡糸し、 流れを冷却して、ガラス及び熱可塑性材料の多成分ポリマー繊維をつくるこ とからなる、 ガラス及び熱可塑性材料の多成分繊維を作るための方法。 ２．前記多成分繊維は２成分繊維（３８，８６）であり、前記熱可塑性材料の融 点は、前記ガラスの粘度が１０００ポアズである温度から約２００℃以内であ る、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．ガラス（Ａ，９０，９９）の粘度が１０００ポアズである温度は、約６００ ℃よりも低い、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．ガラス（Ａ，９０，９９）の粘度が１０００ポアズである温度は、約２００ ℃乃至約４９５℃である、請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．ガラス(Ａ，９０，９９)は、全ガラス組成の約８重量％より大きいＢ₂Ｏ₃ の含有量を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。 ６．ガラス(Ａ，９０，９９)は、全ガラス組成の約２０重量％より大きいＰ₂Ｏ₅ の含有量を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。 ７．熱可塑性材料(Ｂ，９２，９７，９８)は約１４０℃より高い融点を有する、 請求の範囲第１項に記載の方法。 ８．熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７，９８）は約２６０℃乃至約３４５℃の融点 を有する、請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７，９８）は、ポリ(フェニレンスルフィド)、 ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリカ ーボネート、ポリアミド、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請 求の範囲第１項に記載の方法。 10．熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７，９８）は、ポリ(フェニレンスルフィド)、 ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリカ ーボネート、ポリアミド、及びそれらの混合物からなる群から選択されたポリ マーである、請求の範囲第９項に記載の方法。 11．前記多成分繊維は２成分繊維（３８，８６）であり、熱可塑性材料（Ｂ， ９２，９７，９８）の熱膨張率は、約１０ｐｐｍ／℃より大きい量だけガラス （Ａ，９０，９９）の熱膨張率よりも大きい、請求の範囲第１項に記載の方法 。 12．前記多成分繊維は２成分繊維（３８，８６）であり、周囲壁の温度で、ガラ ス（Ａ，９０，９９）の粘度は約５倍乃至約１０００倍の範囲だけ熱可塑性材 料（Ｂ，９２，９７，９８）の粘度よりも大きい、請求の範囲第１項に記載の 方法。 13．溶融ガラス（Ａ，９０，９９）との接触による熱可塑性材料（Ｂ，９２， ９７，９８）の熱的な質低下を回避するために、溶融多成分流れを形成し、遠 心紡糸し、冷却する、請求の範囲第１項に記載の方法。 14．約５容積％乃至約９５容積％のガラス（Ａ，９０，９９）と約５容積％乃至 約９５容積％の熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７，９８）とからなる、ガラス及 び熱可塑性材料の多成分繊維。 15．熱可塑性材料（Ｂ，９２，９７，９８）の融点は、ガラス(Ａ，９０，９９) の粘度が１０００ポアズである温度から約１５０℃以内である、請求の範囲第 １４項に記載の繊維。 16．ガラス（Ａ，９０，９９）の粘度が１０００ポアズである温度は、約５００ ℃より低い、請求の範囲第１４項に記載の繊維。 17．ポリマー（Ｂ，９２，９７，９８）の融点は約１４０℃より高い、請求の範 囲第１４項に記載の繊維。 18．前記繊維は、約５μｍ乃至約５０μｍの平均外径を有する２成分繊維(３８, ８６)である、請求の範囲第１４項に記載の繊維。 19．前記繊維は並行した２成分繊維である、請求の範囲第１４項に記載の繊維。 20．前記繊維は３成分繊維である、請求の範囲第１４項に記載の繊維。