JP2007508232A - ガラス形成管、ガラスケーク及びこれらを形成する方法 - Google Patents

Abstract

被覆されているガラス繊維のための形成管（３２）は、繊維の硬化／乾燥工程中に発生した蒸気に対して透過性を有している。形成管は、限定はされないが、穿孔を有している成形プラスチック、金属（例えば、ワイヤスクリーン又はかご構造）、液体に対しては不透過性であるが蒸気に対しては透過性になるようなサイズ剤化合物で処理されている巻き板紙、合成繊維から形成されている巻き合成紙もしくは不織材料、或いは巻き穿孔板紙を含め、種々の材料から形成することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、概してガラス繊維に関し、特に、ガラス繊維の製造の際に使用されているガラス形成管に関するものである。

対象となる種々の用途のガラス繊維を製造する場合、ダイ又はブッシュに形成されている穴を通って流れている溶融ガラス流からガラスストランドが製造されるようになっている。前記ストランドは、連続フィラメントの形で引き出され、そしてこれらのフィラメントが集められて基本ストランドとなり、次いで前記基本ストランドが巻き取られてロール、すなわち“ケーク”になるのが典型的である。

フィラメントは、それらが集められてストランドの形になる前に、バインダ又はサイズ剤化合物の被覆材で被覆されている。バインダ又はサイズ剤は、潤滑剤として機能すると共に、繊維製造工程の間、ストランドを保護するようになっている。バインダ又はサイズ剤は、フィラメントをストランド内で互いに結合する機能も備えることができる。ストランドが強い機械的応力を受ける織物用途の場合、良好な結着性が特に重要である。バインダ又はサイズ剤はまた、ガラスストランドと、繊維マトリックス複合材料におけるマトリックス材料との間の結合を向上させる機能も有することができる。

バインダ又はサイズ剤化合物（以下、概して“被覆材(ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ)”と称する）は、一般的には水が主成分である。水は、通常、被覆材重量の９０％であり、従って、被覆材を被覆した後に蒸発させなければならない。そのため、ある種の乾燥装置を使用して、被覆されているガラスストランドを加熱する必要がある。一般的に、被覆されているガラスストランドもしくは繊維は、形成管の周りに巻き付けられてロールすなわちケークを形成し、次いで該ケークは、被覆材を乾燥／硬化するようにオーブン等の中で加熱されるようになっている。

液状の被覆材が被覆されている繊維が管に巻き付けられるときに、管が化合物にさらされているので、大抵の形成管は、管を液体である被覆材に対して不透過性にするためにシリコン等で被覆されている板紙から形成されている。被覆材はまた、管を蒸気に対して不透過性にするようになっている。硬化／乾燥工程の間、蒸気は、被覆材の揮発性成分の蒸発により発生される。ケーク内で増大する蒸気圧力は、形成管を内破できるようなレベルにまで上昇しうることがわかっている。更に、硬化／乾燥工程は、かなりの時間（例えば、４８時間以上）を要し、従ってかなりの量のエネルギーが消費される。

本発明は、硬化／乾燥工程中に発生した蒸気に対して透過性を有する形成管を提供することにより上述の必要性に対応すると共に他の利点を達成している。その結果、形成管が内破する傾向が減少もしくは排除される。更に、発生した蒸気がケークの外表面を経て出るのはもちろんのこと形成管を経て出ることができるので、ケークの硬化／乾燥が加速され、結果として、必要とされるエネルギー量が少なくなる。

本発明による形成管は、限定はされないが、穿孔を有している成形プラスチック、金属（例えば、ワイヤスクリーン又はかご構造）、液体に対しては不透過性であるが蒸気に対しては透過性になるようなサイズ剤化合物で処理されている巻き板紙、合成繊維から形成されている巻き合成紙もしくは不織材料、或いは巻き穿孔板紙を含め、種々の材料から形成することができる。本発明の特定実施形態において、直径もしくは開口を横断する最大距離が約０.１ｉｎ未満である、形成管の壁を貫通している開口もしくは穿孔を有している。開口の存在は別として、管の外表面は円筒形である。

概括的な用語で本発明について説明してきたが、次に、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照して本発明を説明する。

次に、本発明の全てではなく一部が示されている添付図面を参照して、本発明についてより十分に説明されるであろう。実際には、本発明は、種々の形態で実施可能であり、ここに記載した実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が関係している法的必要条件を満たすように提供されている。同様の数字は初めから終わりまで同じの要素を示している。

図１には従来のガラス繊維プロセスが示されている。ガラスのバッチ材料は、混合機１０において互いに混合され、そして溶融ガラスを製造するため、加熱炉１２において溶融されている。溶融ガラスは、貫通状態で形成されている複数の非常に小さな穴を有しているダイ又はブッシュ（代表的にはプラチナ製）１４に送られ、そこを通るようになっている。溶融ガラスは、重力の作用を受けてこれらの穴から外に流れ、複数の溶融ガラスの流れを生成し、そしてこの溶融ガラスの流れが下方に落ちるときに冷却されて硬化し、ガラスフィラメント１６になる。多数のフィラメント１６が集められてストランド１８を形成するのが一般的である。それらがストランドの形でひとまとめにされる前に、フィラメントは、バインダ付着工程２０においてバインダ又はサイズ剤化合物の被覆材でコーティングされるようになっている。次に、コーティングされているフィラメントのストランド１８がワインダー２２に送られ、そこでストランドが形成管（図１に示していない）に巻き取られてケーク２４を形成するようになっている。一般的には、その後、複数のケーク２４が例えばカート２６又はその他の手段により、被覆されている被覆材を乾燥又は硬化する場所に搬送されるようになっている。ある種の被覆材の場合、被覆材を硬化するためにケークを加熱する必要がある。従って、ケークは、乾燥／硬化オーブン２８等の中に搬入される。オーブンは、ケークを約２００°Ｆ〜４００？Ｆの温度まで加熱するのが典型的であり、この温度は被覆されている特定の被覆材にある程度依存している。乾燥／硬化の後、ケークをオーブンから取り出し、結果として得られるガラス繊維は、整経、かさ高加工、糸形成等を含んでいる更なる処理工程３０を受けるように構成されている。

本発明の一実施形態に基づくガラス繊維ケーク２４は図１〜図４に示されている。本発明の基本概念は、乾燥／硬化工程中に発生した蒸気が、図３に示しているように、ガラス繊維が巻き付けられている形成管を貫く方向を含め、あらゆる方向にケークから抜けるのを可能にすることである。従って、ガラス繊維は、発生した蒸気に対して透過性を有する形成管３２に巻き付けられるように構成されている。

形成管３２の一実施形態は図４に詳細に示されている。この形成管は、該形成管の軸線を中心として螺旋状に巻き付けられると共に互いに接着されている管状の本体壁を形成する複数の（例示した実施形態では２つ）の繊維材料のプライ３４，３６を備えている。前記繊維材料は種々のタイプの繊維から形成することができ、そして前記プライは種々の工程により形成することができる。例えば、前記プライは、製紙形式の工程（いわゆる合成紙を製造するための工程）により板状に形成されている合成繊維から構成することができる。代案として、前記プライは、種々の形式の不織繊維製造工程により板状に形成されている合成繊維から構成することができる。更に別の代案として、前記プライは、紙又は板紙（ここでは、まとめて“紙”と称する）から構成することができる。この紙は、非常に隙間の多いもしくは多孔の紙とすることができ、或いは比較的に大きな穴が機械的に穿孔されていてよい。穿孔のない紙プライ３４，３６の場合、少なくとも最も外側のプライ３６は、紙を乾燥／硬化する工程中に発生した蒸気に対しては透過性であるが、被覆材において用いられている液体に対しては不透過性にするサイズ剤を含むことができる。板紙が巻き付けられている形成管は約３〜５プライから構成されるのが一般的であり、これらには、比較的に厚い１〜２の主構造層と、比較的に厚くかつ伸展性のあるクラフト紙から構成されうる内側プライ及び外側プライとが含まれている。管を構成しているこれらプライの全ては、希望に応じてサイズ剤を含むことが可能である。

サイズ剤は板紙にある大きな孔を基本的に埋めるので、液体は通過することを実質的に阻止されるが、蒸気は板紙構造にあるより小さな通路を通過することができる。

本発明に従った形成管４０の代替実施形態は図５に示されている。形成管４０は、プラスチックから形成されていると共に、管の壁を貫通している複数の開口４２を有している。開口４２は、例えば直径（又は非円形開口の場合、開口を横断する最大距離）が約０.１ｉｎ未満であるように比較的に小さいことが有利である。管の外表面４４は、開口の存在を除いて、円筒形である。開口は、例えば形成管４０の成形工程中に、或いは管の成形後の機械工程により、種々の方法で形成することができる。開口を備えているプラスチック製の管が示されているが、金属又は板紙のような、プラスチック以外の他の材料を使用することができる。

本発明の一部の実施形態に基づく形成管は、使用後に廃棄してよい使い捨て用に設計することができるようになっている。このような使い捨ての形成管は、板紙（図５と同じように穿孔とされるか又は図４のように不穿孔とされる）、不織シート材料（図示せず）等のような安価な材料から形成されている点で有利である。

使用の際、本発明による形成管はワインダーに装填され、そしてガラス繊維は、一種以上の被覆材で被覆された後、この管の周りに巻き付けられてガラスケークを形成している。前記ケークはワインダーから取り外され、乾燥又は硬化のために別の場所に搬送されるようになっている。特定の場合には、熱を加えることなくケークを乾燥させることが十分であるかもしれない。他の場合には、被覆材を硬化させるために及び／又は被覆材の乾燥を速めるために熱が必要であるかもしれない。いずれの状況においても、本発明による形成管は、管を通る蒸気の通過を可能とし、それにより乾燥及び／又は硬化を容易にしている。壁を介する熱伝達もまた、先行技術の不透過性形成管と比較して向上されるようになっている。この形成管により提供されている蒸気及び熱の輸送の改善の結果として、被覆されているガラス繊維の特性がケーク全体にわたりより一様になることが期待されている。

ここに記載した本発明の多くの変形例及びその他の実施形態は、上述の記載及び関連図面に示されている教示事項を利用できる、本発明に関係している当業者には想像できるであろう。従って、本発明は、開示されている特定の実施形態に限定されるものではないこと、また、変形例及びその他の実施形態は、添付している特許請求の範囲内に含まれるものと理解すべきである。ここでは特定の用語が用いられているが、それらは一般的かつ説明的意味でのみ使用されており、限定目的で使用されているのではない。

従来のガラス繊維成形プロセスの概要図である。 本発明の一実施形態によるガラス繊維ケークの斜視図である。 図２の線３−３に沿ったケークの断面図である。 形成管の本体壁の近くにあるケークの拡大部分断面図である。 本発明の別の実施形態による形成管の本体壁の断面図である。

Claims (12)

1. ガラス繊維の製造中に、被覆付のガラス繊維を表面に巻き付けて受けるためのガラス形成管であって、
   前記ガラス繊維に被覆されている被覆材の乾燥又は硬化中に発生する蒸気に対して透過性を有する管状の本体壁を備えている、ガラス形成管。
2. 前記本体壁は板紙から構成されている、請求項１に記載のガラス形成管。
3. 前記板紙は、前記本体壁を液体に対して実質的に不透過性にするためにサイズ剤が被覆されている、請求項２に記載のガラス形成管。
4. 前記ガラス形成管は、複数の板紙製のプライを備えており、前記プライは、該ガラス形成管の軸線を中心として互いに螺旋状に巻かれていると共に互いに接着されて管状の本体壁を形成しており、前記プライのうちの少なくとも最外層の前記プライは、サイズ剤化合物で処理されている板紙から構成されており、該サイズ剤化合物は、前記板紙を、前記ガラス繊維に被覆されている液体の被覆材に対して実質的に不透過性にする一方前記ガラス繊維のケークの硬化及び乾燥中に発生する蒸気に対しては透過性にするようになっている、請求項１に記載のガラス形成管。
5. 前記本体壁は、複数の貫通している開口を形成しており、前記ガラス繊維に被覆されている被覆材の乾燥又は硬化中に発生する蒸気が該開口を通って出られるようになっており、前記開口は０.１ｉｎ未満の直径を有している、請求項１に記載のガラス形成管。
6. 前記形成管はプラスチックである、請求項５に記載のガラス形成管。
7. 前記本体壁は、前記開口の存在を別として円筒形の外表面を有している、請求項５に記載のガラス形成管。
8. 前記形成管は、該形成管の周りに巻きつけている前記ガラス繊維と協働して、ケークを形成し、前記ガラス繊維は、液体の状態で該ガラス繊維に被覆されてから硬化／乾燥されるような材料より構成されている被覆体を有している、請求項２に記載のガラス形成管。
9. 前記ガラス形成管は、複数の板紙製のプライを備えており、前記プライは、該ガラス形成管の軸線を中心として互いに螺旋状に巻かれていると共に互いに接着されて管状の本体壁を形成しており、前記プライのうちの少なくとも最外層の前記プライは、サイズ剤化合物で処理されている板紙から構成されており、該サイズ剤化合物は、前記板紙を、前記ガラス繊維に被覆されている液体の被覆材に対して実質的に不透過性にする一方前記ガラス繊維のケークの硬化及び乾燥中に発生する蒸気に対しては透過性にするようになっている、請求項２に記載のガラス形成管。
10. 前記形成管は、該形成管の周りに巻きつけている前記ガラス繊維と協働して、ケークを形成し、前記ガラス繊維は、液体の状態で該ガラス繊維に被覆されてから硬化／乾燥されるような材料より構成されている被覆材を有している、請求項５に記載のガラス形成管。
11. 前記形成管の前記本体壁は、前記開口の存在を別として円筒形の外表面を有している、請求項１０に記載のガラス形成管。
12. ガラス繊維を製造する方法であって、
    連続したガラス繊維を製造する工程であって、溶融ガラスが成形ブッシュを通過させられて、さらに前記ガラス繊維を冷却するような工程と、
    前記ガラス繊維に液体被覆材を被覆させる工程と、
    ガラスケークを形成するため、形成管に前記被覆材が被覆されている前記ガラス繊維を巻き付ける工程であって、前記形成管は前記ガラス繊維に付着されている前記被覆材の乾燥又は硬化中に発生した蒸気に対して透過性を有する管状の本体壁を備えているような工程と、
    蒸気を生じるように前記被覆材の成分を揮発させることにより前記被覆材を乾燥／硬化させる、前記ガラスケークを加熱する工程と、
    前記蒸気が前記ケークを通って外方に、かつ前記形成管の前記管状の本体壁を通って内方に出るのを許容する工程と、
    を含んでいるガラス繊維の製造方法。

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