JP2005529047A - ガラス繊維ロービング - Google Patents

Abstract

本発明は、比τ／μ^２が９より大きいガラス繊維ロービング１に関する、但し、τはロービングのテックス数であり、μはμｍで表したロービングを構成するフィラメントの直径である。

Description

本発明は、ガラス繊維をベースとする複数のフィラメントから構成されたストランドに関する。このストランドは、ロービングとして知られる包装の形をしている。

ロービングは多くの用途を対象としている。複合材料に関する限り、ロービングはプラスチックに使用される強化材を構成する。ガラス繊維ロービングを使用する方法は非常に多様である。これらの方法としては、以下のものが挙げられる。

Ａ−繊維機械を使用して平織り強化材または不織布強化材とする、製織やその他の方法。

ロービングをベースとする織物や他の重補強材（約１０００ｇ／ｍ^２以上）は、とりわけ、非常に高い機械的応力を受ける可能性のある複合材部品の製造に使用される。これらは、冷凍トラックの恒温ボックスボディ用パネルなどの静的用途に使用される部品、あるいは、高い振動を経験する風車のブレードなどの動的用途に使用される部品に利用されている。

Ｂ−連続ヤーンの補強材に樹脂を含浸させ、加熱された金型（ダイ）を通してこれを引き取り、こうして作られた異形の構造体を硬化させることによってこれを成形する引抜成形。 この方法により、グレーティング製造用のストリップまたはエレメントなどの細長い補強製品の製造が可能になる。

Ｃ−いわゆる長繊維を含む熱可塑性プラスチックの顆粒を製造する熱可塑性プラスチックの押出。ここでは、連続繊維が押出機に導入され、押出機を出る際はこのプラスチックが塗布されて顆粒に切断される。この方法で、自動車製造用の補強部品を得ることができる。

Ｄ−樹脂含浸連続繊維補強材を、一定の張力で適当な形状の回転マンドレル上に巻き取り、硬化させて、パイプなどの中空回転体を形成するフィラメントワインディング。

より具体的には、本発明は、ロービングから補強材を製造することを目的としたストランドに関する。現在そのヤード数は、フィラメント直径が１２μｍ以上で、１２００テックス以上もの大きさである。ヤーンまたはストランドのヤード数は、その線密度（１テックス＝１ｇ／ｋｍ）に対応することを思い出そう。ヤード数は、フィラメントの直径の二乗、およびストランドを構成しているフィラメントの数に比例して変化する。

ヤード数は、その機械強度を支配する因子である。一方、フィラメントの直径は、ヤーンまたはストランドの曲がる能力、したがって得られる織物の柔軟性に影響を与える。ヤード数が大きくなればなるほどヤーンは強くなり、フィラメントの直径が大きくなればなるほど曲がりにくくなる。

ロービングは、ブッシングからのフィラメントをブッシングの下で集めて単一の巻ストランドにする（ダイレクトロービングとして知られている）直接的方法、あるいはケーキとして知られている一次包装からのヤーンを集めて、所望のヤード数を有する最終ストランドを形成する（アッセンブルロービングとして知られている）間接的方法によって得られる。

ダイレクトロービングストランドを構成するフィラメント数の最高値は、ブッシングの孔の数によって制約を受けている。この孔からのガラス流が機械的に線引きされて前記フィラメントを形成する。フィラメント数は、ブッシングの孔数と完全に一致する。現在、この孔数は、約４０００または４５００を超えることはなく、これによって、例えば、１２００テックス／１２μｍ、２４００テックス／１７μｍ、または４８００テックス／２４μｍ、またはさらに９６００テックス／３３μｍのダイレクトロービングが可能である。

フィラメントの直径およびフィラメント数は整数で表すのが慣習である。単純化するために、ブッシングの孔数とストランドのフィラメント数は、百の位に四捨五入して表す（例えば、４０２４本のフィラメントからなるストランドは４０００フィラメントストランドであるという）。四捨五入した数字は、正確な数字と２０〜３０は異なる可能性がある。

フィラメントの直径については、これは呼称であり、通常、ミクロンの整数で表される。一般に、この値は、ストランドを構成する全フィラメントの直径の平均値とは０．５μｍ未満の違いがある。

したがって、本明細書では、整数は四捨五入された値とみなすべきである。

特定の用途、例えば、風が引き起こすほぼ一定の応力による疲労現象を長期間にわたって経験する風車のブレードでは、一方ではブレードの製造方法を単純化するために、他方では非常に大型（寸法４０メートル以上）のブレードの製造を可能にするために、現在２４００テックスのヤード数をさらに大きくすることが望ましいと思われる。この大型ブレードは、現在非常に多くの補強材の層が必要なものである。

フィラメントの直径を大きくすること、および／またはその数を増加することによって、ロービングのヤード数を増大することが可能である。

直径を大きくすることの方が実現しやすいが、いつでも望ましいわけではない。何故なら、これによってストランドが曲げにくくなり、製織がより困難になり、製品の品質が低くなる。製織はフィラメントの切断で中断することが多く、特に動的用途の平坦性および均一性の要件から判断すると、織物は不良になりやすい。さらに、含浸樹脂との接触に用いられるガラスの面積が小さいので、ガラス−樹脂の接着があまりよくなく、複合材料の機械的性能が劣る。これらの理由から、当分野の技術者は、許容しうるフィラメント直径を１７μｍに制限する規格を作っている。

引抜成形の場合は、最近のストランドは、４８００テックスまでの範囲のヤード数を有する。生産性および部品の大きさの理由から、やはりヤード数を大きくすることが望ましいが、フィラメントの直径を大きくすると、フィラメントが折れてある種のとげが形成され、一方では作業者を刺したり傷つけ、他方では補強材を含浸する樹脂を汚すので、こうしたストランドの使用が困難になる。こうした理由から、この場合には加工業者が、フィラメント直径は２４μｍを超えてはならないことを要求しており、中にはこの直径が１９μｍを超えないことさえ要求しているものもいる。

したがって、フィラメント数を増加することによってヤード数を大きくすることが好ましい。

フィラメント数の増加は、複数のケーキからのストランドをいくつか組み合わせることで実現されるが、この方法は製造をシンプルにせず、むしろコストの上昇を招く。あるいは、いくつかのブッシングからのフィラメントのストランドをいくつか組み合わせて同じワインダに集めることでも実現されるが、複数のブッシングに依存しているために、ストランド全体の切断が統計的に上昇するので、効率上の不安についての要因がないことはない。

さらに、本発明者らは、複数のストランドを組み合わせることには、販売される包装、およびこの包装から製造される製品の品質にはあってはならないと思われる欠点があることを実証した。例えば、ケーキからのストランドをいくつか組み合わせた場合は、得られる包装はその端面にループがあり、販売用に展示する点から適当なものではなく、またストランドを繰り出すとき、例えば製織中にこれらのループがストランドを絡ませるおそれがある。複数のブッシングからのフィラメントを組み合わせる場合は、得られる包装に外見上の欠陥がないとしても、フィラメントが繰り出し中に分離する傾向がストランドにあり、そのため、例えば製織中に一本が他の一本（または複数本）より強く引っ張られる。この張力の差により織物の平坦性が落ちカールする傾向が出る。中でも、この織物は樹脂を適切に含浸することができず、そのために複合材料の機械的特性が低下する。

したがって、本発明の目的は、フィラメント直径の増大を伴うことなく、同時に（特に使用時の）品質を少なくとも同等に保持しかつ製造の簡易性を維持しながら、市場に存在するものと同等以上のヤード数を有する、ガラス繊維をベースにしたストランドを提供することである。

本発明によれば、ストランドは、比τ／μ^２が９より大きいことを特徴とする。但し、τはテックスで表したストランドのヤード数であり、μはμｍで表したフィラメントの直径である。

一特徴によれば、ストランドは単一のブッシングから作られる。ストランドは、ブッシングの下で直接巻き取ったロービングとすることができる。

他の特徴によれば、ストランドは、少なくとも６０００本のフィラメントを含み、ヤード数が１２００テックスより大きく、かつフィラメントの直径が１１μｍより大きい。

例えば、ストランドは、それぞれ直径１７μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が４８００テックスである。このタイプのストランドは、特に風車ブレードに使用される一方向または多軸の補強材の製造に特に適している。実際、フィラメントの直径は風車ブレード用に市場にある直径１７μｍと同じにしてあるので、製織は少しも難しくない。さらに、ヤード数は、既存のヤード数、即ち直径１７μｍで２４００テックスより大きく、重補強材に有利である。

他の例では、ストランドは、それぞれ直径２４μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が９６００テックスである。こうしたストランドは、引抜成形法を用いて非常に長い、断面積の小さい異形部品を製造するのに重宝される。

別の例では、ストランドは、それぞれ直径１２μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が２４００テックスであり、微細引抜成形法を用いてストリップを製造するのに使用される。

このように、本発明のストランドは、製織、引抜き、または押出、またはフィラメントワインディングの各方法によって複合材料の製造に使用することができ、具体的な用途は、例えば風車のブレードである。

最後に、ストランドは、完全にガラスフィラメントから構成してもよく、あるいはガラスフィラメントと熱可塑性フィラメントとを混ぜ合わせて構成した複合体とすることもできる。

したがって、こうしたストランドは、ブッシングから線引きするフィラメント数を増加することによって得られるが、従来技術より多い孔数を有するブッシングが必要になる。

従来、例えば本発明明細書のように８０００本に達する可能性があり、しかも単一のブッシングに由来する、こうした大きなフィラメント数を有する包装は市場に存在しなかった。何故なら、既存のガラス繊維線引き工場は、最大でも約４５００のオリフィスを備えた既定サイズのブッシングを利用するように設計されているからである。オリフィス数をさらに増加するには、同一のブッシング面積に、より密にオリフィスを配置する必要があるが、これは、そこから流出するフィラメントをより接近させることになろう。すると、フィラメント同士がくっつき合う危険性はほとんど確実であり、したがってこの繊維線引き方法は妨害を受ける。

さて、オリフィスの孔を開けたブッシングの端部面積を増大し、同時に既存の繊維線引き工場へこれを導入することを可能にすることによって、その端部に既存の数の２倍までの数のオリフィスを有する新しいブッシングを製作する可能性を、これまで誰も考えなかった。したがって、本発明によれば、本発明のストランドを製造する装置は、その端部が４５００個を超えるオリフィス、特に８０００個のオリフィスを設けたプレートからなり、面積が最大４５００個のオリフィスを設けた既存のプレートの面積より大きいブッシングを備えている。

本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照して以下の説明を読むことによって明らかになろう。

本発明のガラス繊維のストランド１は、図１に示す単一ブッシング１０からの４０００本を超えるフィラメントからなる。ストランド１は、巻き取られてダイレクトロービングＲを構成する。

ガラスの組成はＥガラスの組成である。

ブッシングユニット１３の端部には、ノズルなどの複数のオリフィス１５を備えたプレート１４が設けられ、オリフィスから溶融ガラスが流出し、線引きされて複数のフィラメント１６になる。オリフィスの数は、４５００個より多く、好ましくは６０００個より多く、例えば８０００個に達し、さらに８０００個を超えることさえある。

フィラメントは集められて単一のウエブ１７となり、このウエブは、それぞれのフィラメントに水性または無水のサイズ剤を塗布するための塗布装置２０と接触する。装置２０は、サイズ溶液が絶えず供給されるバスと、その低部がこの溶液に絶えず浸漬されている回転ローラーとから構成することができる。このローラーはサイズ剤の膜で絶えず覆われており、フィラメント１６は、滑って通過する際にローラーの表面からサイズ剤を持っていく。

次いで、ウエブ１７は集束装置２１に向かって集中し、様々なフィラメントを寄せ集めてストランド１を形成する。集束装置２１は、単純な溝付プーリーまたはノッチ付プレートとすることができる。

ストランド１は、集束装置２１を出るとヤーンガイド２２に入り、ヤーンガイドにおいてヤーンが垂直に進入するのに対して、水平な軸を有する支持体２３の周りに巻き取られる。したがって、ストランドはブッシングから直接巻き取られてダイレクトロービングＲを構成する。通常、線引き速度は１０〜６０メートル／秒である。

したがって、ブッシング端部プレート１４は、４５００個を超えるオリフィスを有するように設計される。この例では８０００個のオリフィスを有するように設計され、８０００本のフィラメントを形成する。このように供給されるフィラメントの数を、４５００本を超えなかった従来技術の既存の数を超えて増加させることは、実際に利点がある。特定の用途では、一定の所与のヤード数を実現するために、フィラメントの直径を大きくしてその数を減らすのではなく、フィラメントの直径を小さくすること、またはこれを一定に保持することによって、フィラメント数を増加させることが好ましい。このようにして、樹脂を含浸することが必要な織物では、樹脂とガラスフィラメントとの接触面積が大きくなると、動的用途で疲労強度が改良されることが実証されるであろう。ところで、４８００テックスのストランドに同じサイジングを行うと、この接触の密接度は、直径２４μｍのフィラメント４０００本より、直径１７μｍのフィラメント８０００本の構成の方が優れている。フィラメント８０００本と４０００本では、接触の密接度は約１．４倍の違いがある。

このような、ヤード数４８００テックスを有する、直径１７μｍのフィラメント８０００本のストランドは、特に、風車のブレードを補強する単一方向および多軸補強材の製造に利用される。

フィラメント数、ストランドのヤード数およびフィラメントの直径は、下式の関係にあることが思い出される。

ｆ／４９０＝τ／μ^２
式中、ｆはフィラメント数であり、τはヤード数であり、μはμｍで表した直径であり、４９０はガラスの密度を組み込んだ係数である。

したがって、４５００本を超えるフィラメントを含む本発明によるストランドはまた、比τ／μ^２が、整数で、９より大きいことを特徴とする。製品が一旦市場に出てしまうと、ストランド中のフィラメントの数を数えることは容易ではないが、それぞれ標準化されたＩＳＯ１８８９およびＩＳＯ１８８８を用いて、τとμを測定して比τ／μ^２を計算することはより簡単である。

図２は、ストランドのヤード数に従って、フィラメントの直径の関数としてフィラメントの数を表す一連の曲線を示す図である。本発明のストランドが適合する下限を構成する基準の直線τ／μ^２＝９がプロットされている。４５００個の孔（正確には４４１０個の孔）を有するブッシングでは、比τ／μ^２＞９を得ることが可能であり、一方、４０００個以下の孔を有する既存のブッシングはこの特徴を満たしていない。

したがって、フィラメント数の増大によって、フィラメントの直径を変えることなしに、ストランドのヤード数を増大することができた。１７μｍについては、孔が４０００個のブッシングではヤード数は２４００テックスに過ぎないが、孔が８０００個のブッシングでは４８００テックス（上記の２倍）である。

さらに、フィラメント数を増やすことにより、ヤード数を増大することなく、フィラメントの直径を小さくすることができる。４８００テックスでは、ストランドは、直径２４μｍのフィラメント４０００本を有するが、８０００本のフィラメントでは直径は１７μｍに過ぎない。

例えば、ヤード数が６００または８００テックスのストランドを製造することもできる。これらのフィラメントの直径は、それぞれ８または１０μｍを超えることがない。

したがって、τ／μ^２＞９のストランドを供給することで構成される本発明では、既存の製品と比べて新規な、以下の特徴を有する製品を得ることができる。
−同じヤード数では、フィラメントの直径が小さくなっているため、フィラメントがその柔軟性を保持することができ、その切断を防止することができる。そのために、機械の運転を混乱させ、含浸の均一性を損なうワッディング状の切れたフィラメントの蓄積を回避することができる。あるいは、
−一定の直径では、ヤード数が増大しているため、より重い補強材を得ることができる。したがって、より大量の補強材を必要とする、より大型の部品を製造することができる。かつ使用する包装の数を増加することなく、したがって加工を複雑化することなく、新しい工場を必要とすることなしにこれを製造することができる。これにより、繊維製造業者および加工業者の両者とも生産性が向上する。

両方の例とも、品質／価格比を向上させることが課題である。下記の表には、各種の用途について、既存のストランド、および本発明によって得ることができるストランドを加工する際の特徴をまとめて示した。

本発明は、ガラス繊維のストランドについて説明したが、ブッシングから供給されるガラス繊維をベースとし、これと熱可塑性フィラメントとを混ぜ合わせた、ＴＷＩＮＴＥＸ（登録商標）型の複合体ストランドを製造することも可能である。

本発明によるストランド製造装置を示す概略図である。 ストランドのヤード数に従って、フィラメントの直径の関数としてストランドのフィラメント数を表す曲線を示す図である。

Claims (12)

1. 比τ／μ^２が９より大きいガラス繊維をベースとするストランド（１）（但し、τはテックスで表したストランドのヤード数であり、μはμｍで表したフィラメントの直径である）。
2. 単一のブッシング（１０）から作られることを特徴とする請求項１に記載のストランド。
3. 前記ブッシングの下で直接巻き取ったロービング（Ｒ）であることを特徴とする請求項２に記載のストランド。
4. 少なくとも６０００本のフィラメントを含み、ヤード数が１２００テックスより大きく、かつフィラメントの直径が１１μｍより大きいことを特徴とする請求項１から３の一項に記載のストランド。
5. それぞれ直径１２μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が２４００テックスであることを特徴とする請求項１から４の一項に記載のストランド。
6. それぞれ直径１７μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が４８００テックスであることを特徴とする請求項１から５の一項に記載のストランド。
7. それぞれ直径２４μｍのフィラメント８０００本を含み、ヤード数が９６００テックスであることを特徴とする請求項１から６の一項に記載のストランド。
8. 完全にガラスフィラメントから構成されていることを特徴とする請求項１から７の一項に記載のストランド。
9. ガラスフィラメントと熱可塑性フィラメントとを混ぜ合わせて構成した複合体であることを特徴とする請求項１から８の一項に記載のストランド。
10. 複合材料を製造するための請求項１から９の一項に記載の前記ストランドの使用。
11. 製織、引抜成形、押出またはフィラメントワインディングの各方法における請求項１から１０の一項に記載の前記ストランドの使用。
12. 風車ブレードを製造するための請求項１から１１の一項に記載の前記ストランドの使用。

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