JP2021031312A - ストランドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ストランドに含まれるガラス繊維の形状不良を低減する。【解決手段】ストランドＧｓの製造方法において、ブッシング６の長手方向ＬＤから及び短手方向ＳＤから見た場合、溶融ガラスＧを吐出する複数のノズル７のうち、最も外側に位置するノズル７ａ，７ｂによって成形されるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度θａ，θｂを、７０°以上８９°以下とする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のガラス繊維を集束させてなるストランドを製造する方法に関する。

ＦＲＰやＦＲＴＰなどのガラス繊維強化プラスチック成型品の補強材として、多数のガラス繊維を集束させてなるストランドが利用されている。ストランドを構成するガラス繊維としては、高い補強効果とガラス繊維強化プラスチック成型品の高い寸法安定性を期待できることから、長円形や楕円形などの非円形断面（扁平断面）を有する異形断面ガラス繊維が採用されている。

特許文献１には、扁平断面を有するガラス繊維を集束してなるストランドを製造する装置が開示されている。この製造装置は、溶融ガラス溜まり部と、ガラス繊維に集束剤を塗布するアプリケータと、複数のガラス繊維を集束させるギャザリングシューとを備える。

溶融ガラス溜まり部の下面には多数のノズル孔を有するブッシングが取り付けられている。溶融ガラスが各ノズル孔から流出した後に冷却されて固化することで、多数本のガラス繊維が形成される。なお、ガラス繊維を長円形、楕円形等の非真円形の異形断面とするために、ブッシングのノズル孔は楕円形、長円形、長方形などの非円形の孔形状とされている。

上記の製造装置によってストランドを製造するには、溶融ガラス溜まり部の溶融ガラスを多数のノズル孔から吐出させ、冷却することでガラス繊維を形成した後、各ガラス繊維にアプリケータによって集束剤を塗布する。その後、ガラス繊維は、ギャザリングシューによって集束されることでストランドとなる。

特許第４４６２１１５号公報

ストランドの製造方法において、ノズル孔によって成形された多数のガラス繊維をギャザリングシューよって集束させる場合、各ガラス繊維は、各ノズル孔とギャザリングシューとの位置関係に応じて傾斜した状態で搬送される。

この場合において、溶融ガラスがノズル孔から引き出される際に、当該ノズル孔の内壁面に押し付けられ、所望の異形断面に成形されず、ガラス繊維の形状不良を発生させるおそれがあった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ストランドに含まれるガラス繊維の形状不良を減らすことを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、長方形状のブッシングに設けられる複数のノズルから溶融ガラスを吐出させて異形断面のガラス繊維を成形し、前記ガラス繊維をギャザリングシューによって集束させることでストランドを製造する方法において、前記ブッシングの長手方向から及び短手方向から見た場合、前記溶融ガラスを吐出する前記複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維と水平線の為す角度を、７０°以上８９°以下とすることを特徴とする。

かかる構成によれば、複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維と水平線の為す角度を７０°以上と設定することで、当該ノズルのノズル孔から溶融ガラスが引き出される際に、当該溶融ガラスが当該ノズル孔の内壁面に押し付けられることを抑制し、溶融ガラスの成形不良を防止できる。これにより、ストランドに含まれるガラス繊維の形状不良を低減できる。また、複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維と水平線の為す角度を８９°以下とすることで、ギャザリングシューとノズルのとの間隔が長くなりすぎるのを抑制できる。これにより、設備が大きくなるのを抑制し、かつ糸切れ（ガラス繊維の破断）が発生する確率を低減できる。

前記ノズルの数は、１５５個以上であってもよい。ノズルの数が多くなる程、ストランドを構成するガラス繊維の数が多くなり、各ガラス繊維の形状不良が発生し易くなる。本発明を適用することにより、ガラス繊維を１５５本以上含むストランドであっても、ガラス繊維の形状不良を可及的に低減できる。

本発明に係るストランドの製造方法は、前記ノズルから吐出される前記溶融ガラスを冷却部によって冷却する工程を備え、前記冷却部は、前記ブッシングの前記長手方向に沿って冷媒を流通させる流路を備えてもよい。冷媒の流路をブッシングの長手方向に沿って配設することで、各ノズルから吐出される溶融ガラスを好適に冷却できる。

前記冷却部は、前記ブッシングに設けられるとともに、前記ノズルの下端部よりも下方に突出してもよい。この場合においても、ノズルとギャザリングシューとを結ぶ直線を上記の角度範囲内に設定することで、各ノズルから吐出された溶融ガラスは冷却部に接触することなくギャザリングシューに向かって搬送される。

前記ノズルは、前記ブッシングの長手方向に沿って長尺状に構成されるノズル孔を有してもよい。このノズル孔によって、扁平断面を有するガラス繊維を好適に成形できる。

本発明によれば、ストランドに含まれるガラス繊維の形状不良を低減できる。

ストランドの製造装置を示す概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視線断面図である。 ブッシングの底面図である。 実施例に係るストランドの断面を示す画像である。 比較例に係るストランドの断面を示す画像である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図３は、本発明に係るストランドの製造方法の一実施形態を示す。

図１及び図２に示すように、ストランドの製造装置は、ガラス溶融炉１と、ガラス溶融炉１に接続されたフォアハース２と、フォアハース２に接続されたフィーダ３と、集束剤をガラス繊維Ｇｍに塗布するアプリケータ４と、ガラス繊維Ｇｍを集束してストランドＧｓを構成するギャザリングシュー５とを備える。ここで、図１に示すＸＹＺからなる直交座標系において、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である（以下、図２及び図３において同じ）。

溶融ガラスＧは、ガラス溶融炉１からフォアハース２を通じてフィーダ３に供給されると共に、フィーダ３内に貯留される。図１では一個のフィーダ３を図示しているが、ガラス溶融炉１には複数のフィーダ３が接続されていてもよい。

フィーダ３の底部は、長方形状のブッシング６により構成されている。ブッシング６の底部には複数のノズル７が設けられている。複数のノズル７は、ブッシング６の長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに沿って規則的に配列されている。ノズル７の数は、１５５個以上が好ましく、２００個以上３０００個以下がより好ましいが、この範囲に限定されない。

図１において、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って配列される複数のノズル７のうち、ブッシング６の長手方向ＬＤにおいて最も外側に位置するノズル７ａ，７ｂによって成形されるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θａ，θｂは、長手方向ＬＤから見た場合において、７０°以上８９°以下とされる。長手方向ＬＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θａ，θｂは、７３°以上が好ましく、７５°以上がより好ましい。また、長手方向ＬＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θａ，θｂは、８５°以下が好ましく、８２°以下がより好ましい。

なお、本実施形態において、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って配列される複数のノズル７のうち、当該長手方向ＬＤにおいて最も外側に位置するノズル７ａ，７ｂの下端部の中心Ｃと、ギャザリングシュー５がガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと接触する点Ｏとを結ぶ直線（一点鎖線）と水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θａ，θｂは、ガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂが水平線ＨＬと為す角度（鋭角）θａ，θｂと一致する。

ここで、「長手方向から見た場合」とは、図１に示すように、長方形状のブッシング６の長辺部分を側面視した場合をいう。「最も外側に位置するノズル」とは、ストランドＧｓを製造する場合に実際に溶融ガラスＧを吐出するノズル７のうち、最も外側に位置するものをいう。したがって、ストランドＧｓを製造する場合において、溶融ガラスＧを吐出しないノズルは、最も外側に位置するノズルに含まれない（以下、同様）。

図２において、ブッシング６の短手方向ＳＤに沿って配列される複数のノズル７のうち、当該短手方向ＳＤにおいて最も外側に位置するノズル７ｃ，７ｄによって成形されるガラス繊維Ｇｍｃ，Ｇｍｄと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θｃ，θｄは、短手方向ＳＤから見た場合、７０°以上８９°以下である。ここで、「短手方向から見た場合」とは、長方形状のブッシング６の短辺部分を側面視した場合をいう（図２参照）。短手方向ＳＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θｃ，θｄは、７３°以上が好ましく、７５°以上がより好ましい。また、短手方向ＳＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θｃ，θｄは、８５°以下が好ましく、８２°以下がより好ましい。

なお、図２に示すように、アプリケータ４がガラス繊維Ｇｍｃ，Ｇｍｄと接触することでガラス繊維Ｇｍｃ，Ｇｍｄと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）は、θｃ，θｄからθｅに変化する。この角度θｅは設備のレイアウト等に応じて任意に設定できる。

図３に示すように、ブッシング６の底部において、複数のノズル７の配列により、複数のノズル列Ｌがブッシング６の短手方向ＳＤに間隔を置いて、かつ長手方向ＬＤに平行に配置されている。

図３に示すように、各ノズル７は、一対の長壁部８ａと、一対の短壁部８ｂと、溶融ガラスＧを吐出するノズル孔８ｃと、を有する。

一対の長壁部８ａは、ブッシング６の短手方向ＳＤにおいて対向している。各長壁部８ａは、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って形成されている。一対の短壁部８ｂは、ブッシング６の長手方向ＬＤにおいて対向している。各短壁部８ｂは、ブッシング６の短手方向ＳＤに沿って形成されている。短手方向ＳＤにおける短壁部８ｂの寸法は、長手方向ＬＤにおける長壁部８ａの寸法よりも短い。各々の短壁部８ｂの底面には切欠き部８ｄが設けられている。

ノズル孔８ｃは、長壁部８ａと短壁部８ｂとによって区画されている。ノズル孔８ｃは、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って長尺状（長円、楕円等）に構成される開口である。ブッシング６の長手方向ＬＤにおけるノズル孔８ｃの両端部は、各切欠き部８ｄを通じてノズル７の外部空間に連通している。ノズル孔８ｃの長径方向はブッシング６の長手方向ＬＤと一致しており、ノズル孔８ｃの短径方向はブッシング６の短手方向ＳＤと一致している。

ノズル孔８ｃの内壁面のうち、長壁部８ａに対応する部分と、短壁部８ｂに対応する部分とを比較すると、長壁部８ａに対応する部分の面積は、短壁部８ｂに対応する部分の面積よりも大きい。このため、長壁部８ａに対応するノズル孔８ｃの内壁面の部分に溶融ガラスＧが押し付けられる場合に、ガラス繊維Ｇｍの形状不良が発生し易くなる。したがって、ノズル孔８ｃが図３に示すように配置される場合には、長壁部８ａに対応するノズル孔８ｃの内壁面の部分に溶融ガラスＧが過度に押し付けられることのないように、短手方向ＳＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍｃ，Ｇｍｄと水平線ＨＬの為す角度（鋭角）θｃ，θｄは、長手方向ＬＤから見た場合におけるガラス繊維Ｇｍａ，Ｇｍｂと水平線ＨＬの為す角度θａ，θｂよりも大きく設定されることが望ましい。

図１乃至図３に示すように、各ノズル７の近傍には冷却部９が設けられている。冷却部９は、ブッシング６と一体のフィン状又は板状に構成されるが、この形態に限らず、ブッシング６とは別に構成される冷却管であってもよい。冷却部９の下端部９ｂは、ノズル７の下端部（ノズル孔８ｃ）よりも下方に突出している。また、冷却部９は、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って直線状に構成される長尺状の部分である。冷却部９は、ブッシング６の長手方向ＬＤに沿って冷媒を流通させる流路９ａを備える。冷媒としては、特に限定されず、液体であってもよいし、気体であってもよい。冷媒としては、例えば水が好適に用いられる。

冷却部９は、ブッシング６の短手方向ＳＤにおいて隣接するノズル列Ｌの間に、各ノズル列Ｌと平行に配置されている。これにより、冷却部９がノズル７の長壁部８ａに対向し、当該長壁部８ａを隔ててノズル７内を流通する溶融ガラスＧが冷却されるようになっている。ノズル７内を流通する溶融ガラスＧは、冷却部９によって冷却された長壁部８ａを介して間接的に冷却される。なお、冷却部９には、ブッシング６やノズル７を冷却し、これらの熱劣化を抑えて耐久性を高める機能もある。

ブッシング６、ノズル７及び冷却部９は、少なくとも一部が白金又は白金合金（例えば、白金ロジウム合金）により形成されている。

アプリケータ４は、ノズル７から下降する複数のガラス繊維Ｇｍに集束剤を塗布するローラとして構成される。集束剤には、カップリング剤の他、結束剤、潤滑剤、帯電防止剤、消泡剤等が含まれる。例えば、カップリング剤としてアミノシラン等、結束剤として酸変性樹脂等が挙げられる。潤滑剤としては、脂肪酸アミド、第４級アンモニウム塩等、帯電防止剤としては、ポリエーテル化合物、スルホン酸化合物類、ベタイン化合物、導電ポリマー等が挙げられる。

アプリケータ４は、昇降装置に支持されており、鉛直方向Ｚにおける位置を変更できる。すなわち、アプリケータ４は、鉛直方向Ｚにおける位置を変更することで、上記の角度θｃ，θｄを調整できる。

ギャザリングシュー５は、１５５本以上、好ましくは２００本以上３０００本以下のガラス繊維Ｇｍを集束することで、一本のストランドＧｓを形成する。ギャザリングシュー５は、トラバースによって往復移動可能に構成される。また、ギャザリングシュー５は昇降装置に支持されており、鉛直方向Ｚにおける位置を変更できる。すなわち、ギャザリングシュー５は、鉛直方向Ｚの位置を変更することで、上記の角度θａ，θｂを調整できる。

以下、上記構成の製造装置を使用して、ストランドＧｓを製造する方法について説明する。

本方法では、まず、ブッシング６に設けられた複数のノズル７からフィーダ３内に貯留された溶融ガラスＧが下方に引き出される。この場合において、ノズル７から吐出される溶融ガラスＧは、ノズル孔８ｃの形状に応じて扁平状に形成される。溶融ガラスＧは、冷却部９によって冷却されることで、ガラス繊維Ｇｍとなる。また、ブッシング６の下方に噴霧器を配置し、この噴霧器から噴射した冷却水によって溶融ガラスＧを冷却してもよい。

なお、溶融ガラスＧの粘度は、１０^２．０〜１０^３．５ｄＰａ・ｓの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは１０^２．５〜１０^３．３ｄＰａ・ｓである。

その後、ガラス繊維Ｇｍは、さらに下降し、アプリケータ４を通過する。アプリケータ４のローラは、成形された全てのガラス繊維Ｇｍに接触し、各ガラス繊維Ｇｍに集束剤を塗布する。

集束剤が塗布されたガラス繊維Ｇｍは、ギャザリングシュー５を通過する。これにより、ガラス繊維Ｇｍは紡糸され、一本のストランドＧｓとして構成される。ストランドＧｓは、ギャザリングシュー５の下方に設けられるコレットに巻き取られることで、ケーキとなる。ストランドＧｓは、ケーキの状態で保管され、必要に応じてケーキから引き出される。ストランドＧｓは、所定の長さに切断されることで、チョップドストランドとして利用される。

以上説明した本実施形態に係るストランドＧｓの製造方法によれば、以下の理由により、ガラス繊維Ｇｍの形状不良を低減できる。すなわち、最も外側に位置するノズル７ａ〜７ｄによって成形されるガラス繊維Ｇｍａ〜Ｇｍｄと水平線ＨＬとの為す角度θａ〜θｄが７０°未満の場合、溶融ガラスＧがノズル７ａ〜７ｄから引き出される際に、当該ノズル７ａ〜７ｄの内壁面に押し付けられ、所望の扁平形状に成形されず、ガラス繊維Ｇｍａ〜Ｇｍｄの形状不良の原因となる。本実施形態では、上記の角度θａ〜θｄを７０°以上とすることで、溶融ガラスＧがノズル７の内壁面に押し付けられることを抑制できる。したがって、本実施形態に係る製造方法では、ストランドＧｓに含まれるガラス繊維Ｇｍの形状不良を低減できる。

また、最も外側に位置するノズル７ａ〜７ｄによって成形されるガラス繊維Ｇｍａ〜Ｇｍｄと水平線ＨＬの為す角度θａ〜θｄが８９°以下の場合、ブッシング６とギャザリングシュー５との距離の長大化を抑制できる。これにより、設備の大型化を抑制できるとともに、糸切れ（ガラス繊維Ｇｍａ〜Ｇｍｄの破断）の発生確率を可及的に低減できる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、一個のギャザリングシュー５を使用して複数のガラス繊維Ｇｍを集束させる例を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明では、複数のガラス繊維を複数のギャザリングシューによって集束させてもよい。また、複数のギャザリングシューと、一個のギャザリングシューとを二段構成とし、一段目（上段）の複数のギャザリングシューによって集束させた複数のストランドを、二段目（下段）の一個のギャザリングシューによって一本のストランドとして紡糸してもよい。

上記の実施形態では、アプリケータ４及びギャザリングシュー５の鉛直方向Ｚにおける位置を変更可能な製造装置を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、例えばブッシング６の鉛直方向の位置を変更することにより、ガラス繊維Ｇｍａ〜Ｇｍｄの角度θａ〜θｄを変更してもよい。

上記の実施形態では、アプリケータ４の長手方向がブッシング６の長手方向ＬＤと一致していたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、アプリケータ４の長手方向がブッシング６の短手方向ＳＤと一致してもよい。この場合、アプリケータ４の鉛直方向Ｚにおける位置を変更することで、上記の角度θａ，θｂを調整できる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

本発明者は、本発明の効果を確認するための試験を行った。この試験では、上記構成の製造装置において、ギャザリングシューの鉛直方向の位置を変更することにより、当該ギャザリングシューとノズルとの距離を変更し、実施例及び比較例に係るストランドを製造した。

実施例に係るストランドは、ブッシングの長手方向において最も外側に位置するノズルによって成形されたガラス繊維が水平線と為す角度（図１におけるθａ，θｂ）を７８°とした後、２００個のノズルによって成形した２００本のガラス繊維をギャザリングシューにより集束させることで製造されたものである。

比較例に係るストランドは、上記の角度（θａ，θｂ）を６４°に設定した後、２００個のノズルによって成形した２００本のガラス繊維をギャザリングシューにより集束させることで製造されたものである。

実施例及び比較例に係るストランドを切断し、各々の断面を顕微鏡により撮像した。実施例のストランドに係る断面の画像を図４に示し、比較例のストランドに係る断面の画像を図５に示す。

実施例と比較例とを比較した結果、実施例においては、全てのガラス繊維の断面が所望の扁平比の範囲内であったが、比較例においては、その一部のガラス繊維の断面に形状不良が生じたことが確認された。

５ ギャザリングシュー
６ ブッシング
７ ノズル
７ａ ブッシングの長手方向において最も外側に位置するノズル
７ｂ ブッシングの長手方向において最も外側に位置するノズル
７ｃ ブッシングの短手方向において最も外側に位置するノズル
７ｄ ブッシングの短手方向において最も外側に位置するノズル
８ｃ ノズル孔
９ 冷却部
９ａ 流路
９ｂ 冷却部の下端部
Ｇ 溶融ガラス
Ｇｍ ガラス繊維
Ｇｍａ 最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維
Ｇｍｂ 最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維
Ｇｍｃ 最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維
Ｇｍｄ 最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維
Ｇｓ ストランド
ＨＬ 水平線
ＬＤ ブッシングの長手方向
ＳＤ ブッシングの短手方向
θａ 最も外側のノズルによって成形されるガラス繊維と水平線との角度
θｂ 最も外側のノズルによって成形されるガラス繊維と水平線との角度
θｃ 最も外側のノズルによって成形されるガラス繊維と水平線との角度
θｄ 最も外側のノズルによって成形されるガラス繊維と水平線との角度

Claims (5)

1. 長方形状のブッシングに設けられる複数のノズルから溶融ガラスを吐出させて異形断面のガラス繊維を成形し、前記ガラス繊維をギャザリングシューによって集束させることでストランドを製造する方法において、
   前記ブッシングの長手方向から及び短手方向から見た場合、前記溶融ガラスを吐出する前記複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルによって成形されるガラス繊維と水平線の為す角度を、７０°以上８９°以下とすることを特徴とするストランドの製造方法。
2. 前記ノズルの数は、１５５個以上である請求項１に記載のストランドの製造方法。
3. 前記ノズルから吐出される前記溶融ガラスを冷却部によって冷却する工程を備え、
   前記冷却部は、前記ブッシングの前記長手方向に沿って冷媒を流通させる流路を備える請求項１又は２に記載のストランドの製造方法。
4. 前記冷却部は、前記ブッシングに設けられるとともに、前記ノズルの下端部よりも下方に突出する請求項３に記載のストランドの製造方法。
5. 前記ノズルは、前記ブッシングの前記長手方向に沿って長尺状に構成されるノズル孔を有する請求項１から４のいずれか一項に記載のストランドの製造方法。