JP5543140B2 - ガラスチョップドストランドの乾燥装置及びガラスチョップドストランドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスチョップドストランドを高い製造効率と製品収率で製造することのできるガラスチョップドストランドの乾燥装置と、この装置を用いたガラスチョップドストランドの製造方法に関する。

ガラスチョップドストランドは、主に熱可塑性樹脂などを強化する目的で用いられ、ガラスチョップドストランドによって強化されたＦＲＴＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＴｈｅｒｍｏＰｌａｓｔｉｃｓ）は、機械的強度などで優れた性能を有するため多くの用途で用いられている。ガラス長繊維から製造されるガラスチョップドストランドは、一般に次のような工程で製造されている。まず、所定のガラス組成となるように調合されたガラス原料を均質に熔解し、得られた熔融ガラスをガラス熔融炉の成形域に配設されたブッシングから引き出してガラスフィラメントを得る。このガラスフィラメントに予め調整された集束剤を塗布した後、複数のガラスフィラメントを集束させてガラスストランドとし、巻き取り装置に巻き取ってケーキをとする。その後、製造されたケーキから複数のガラスストランドを解舒し、切断装置にて所定長のチョップに切断する。切断されたチョップは湿潤状態にあるために乾燥装置によって乾燥を行い、乾燥後のガラスチョップドストランドは袋詰めされて梱包体となる。

以上のようにガラスチョップドストランドは、製造の最終段階で乾燥工程を行うことによって製造されており、乾燥効率が悪いとガラスチョップドストランドの製造効率の低下に繋がる。このため、これまでにもガラスチョップドストランド及びその製造に関して様々な発明が行われてきた。例えば、特許文献１は、ガラス繊維のストランド又はストランド製品を湿潤下で切断して得られる扁平な形状を有するチョップドストランドに関するものである。同文献には、ガラスチョップドストランドを振動作用に付して造粒、緊密化し、次いで、前記振動作用によって層状に形成、移送されつつある湿潤チョップドストランド群に対し、その下方から多数の細い加熱空気流を噴出、導通して、乾燥する高密度チョップドストランドの製造方法が開示されている。

特許文献２には、ガラスチョップドストランドを振動トラフ上で振動により移送しつつ乾燥させる振動乾燥機と、振動乾燥機の下流側に配設されたグリズリバーと、グリズリバーの下流側の上方に鉄粉分離装置を配設させた振動フィーダーとを備えた振動乾燥装置が記載されている。振動乾燥機から排出されるガラス繊維中の風綿をグリズリバーによって篩い分けて外方に導くと共に、ふるい下中の鉄粉を鉄粉分離装置で除去するようにしている。

特許文献３には、ガラスチョップドストランドの乾燥工程で用いられる振動乾燥装置に関し、ガラスチョップドストランドを移送するために用いられる整流板の表面にポリテトラフルオロエチレンの被覆層を形成することが記載されている。このような構成とすることによって、ガラスチョップドストランド表面に塗布された集束剤の樹脂成分が、乾燥中に少しずつ整流板の表面に固着して、整流板の表面全体が樹脂成分で覆われたり、整流板に形成された多数の小孔が樹脂成分によって塞がれたりすることが防止される。また、集束剤の樹脂成分が整流板に固着したとしても、ハケやヘラを用いて簡単に取り除くことができる。

特公昭６２−４１１８５号公報 特公平４−７７６９２号公報 特開平６−１３５７３４号公報

ガラスチョップドストランドを振動乾燥装置で乾燥する際、ガラスチョップドストランドが熱風の噴出のために設けられた整流板の小孔（スルーホール）から下方へ落下してしまうことがある。この落下したガラスチョップドストランドは、整流板の下方側から供給される熱風に長時間曝されることになるため、その表面に塗布された集束剤が熱によって炭化して、再使用できない状態になる。そして、このような不良品発生のために、ガラスチョップドストランドの製品収率が低下するという問題があった。一方、ガラスチョップドストランドの落下を防止するために、整流板の小孔をより小径にすると、小孔が詰まり易くなる。小孔がガラスチョップドストランド等で詰まると、熱風の噴出しに支障が生じ、乾燥効率が低下するという問題が生じる。また、小孔に詰まった閉塞物を取り除く作業も必要となり、製造効率を低下させる原因となる。

本発明は係る状況に鑑み、ガラスチョップドストランドの製造効率と製品収率を高めることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数のスルーホールを有する整流板上に湿潤状態のガラスチョップドストランドを堆積させ、整流板の下方側に供給される熱風をスルーホールを通して噴出させつつ、整流板に振動を付与することにより、ガラスチョップドストランドを整流板上で移送しながら乾燥するガラスチョップドストランドの乾燥装置であって、整流板には、ガラスチョップドストランドがスルーホールを通って下方に落下するのを防止する落下防止部が設けられており、落下防止部は、スルーホールの下方側に設けられ、かつ、熱風を、ガラスチョップドストランドの移送方向に対して、前方側からスルーホールに流入させる開口と、後方側からスルーホールに流入させる開口とを有する構成を提供する。

ガラスチョップドストランドは、集束剤が表面に塗布された多数本のガラスフィラメントを集束することによって作製されたガラスストランドを所定長に切断することによって作製される。そのため、ガラスチョップドストランドには集束剤が付着しており、乾燥前のガラスチョップドストランドは集束剤中の水分を含んだ湿潤状態である。通常、乾燥工程に入る前のガラスチョップドストランドは質量百分率表示で１０％程度の水分を含んでいる。本発明の乾燥装置は、このような湿潤状態のガラスチョップドストランドを整流板上に堆積させ、整流板の振動により移送しながら、整流板のスルーホールを通って噴出する熱風によって、例えば水分含有量が質量百分率表示で１％未満になるまで乾燥させるものである。その際、整流板上のガラスチョップドストランドの一部はスルーホールを通って下方に落下しようとするが、その落下が落下防止部によって防止されるので、再使用できない不良品の発生が低減して製品収率が向上する。また、ガラスチョップドストランドの落下を防止するために、スルーホールの孔径を過剰に小さくする必要がないので、スルーホールの詰まりが少なくなり、製造効率が向上する。

整流板は、ガラスチョップドストランドを堆積させた状態で熱風によって加熱され続けても大きく変形することのない材質で形成されていればよく、例えば、ステンレス鋼等の鋼鉄や耐熱合金製で形成することができる。

スルーホール（貫通孔）の数、形状、大きさ、配列態様は、整流板上に堆積したガラスチョップドストランドを均等に乾燥できるものであれば、特に制限はない。例えば、スルーホールの形状は、楕円形、矩形、多角形、あるいはこれらを複合させた形状にすることができる。また、スルーホールの大きさは、堆積したガラスチョップドストランドを乾燥させるのに十分な風速の熱風を供給するために、例えば、円に換算したときの円直径を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上９ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることができる。

落下防止部は、スルーホールの下方側に設けられ、整流板の下方側に供給される熱風をスルーホールに円滑に流入させ、またスルーホールから勢いよく噴出させるために、熱風を、ガラスチョップドストランドの移送方向に対して、前方側からスルーホールに流入させる開口と、後方側からスルーホールに流入させる開口とを有している。

上記の落下防止部を設けることにより、ガラスチョップドストランドは整流板上で振動を受けて移送されつつ、スルーホールを通って噴出する熱風によって効率的に乾燥され、しかも移送中にスルーホールを通って下方に落下することが防止される。これにより、製造効率を高めることができると共に、下方への落下に伴う過熱により再生不能となる不良品の発生を低減することができる。

上記の落下防止部は、各スルーホールの下方側にそれぞれ個別的に設けられていても良い。この場合、各落下防止部を整流板に一体形成することにより、部品点数と製造コストを低減することができる。この構成の落下防止部は、例えば、整流板の素材となる金属板にプレス加工を施して、スルーホールの相対向する２つの開口縁の打ち抜きと、スルーホールに対応する板部分の下方への屈曲成形を行うことによって形成することができる。

本発明において、落下防止部は、例えば、スルーホールの相対向する２つの開口縁から下方に延びた２つの側壁部と、該側壁部の下端に連続した底壁部とを備えている。

上記構成において、スルーホールの開口率は２％以上３０％以下であるが好ましい。ここで、スルーホールの開口率は、整流板の総面積（スルーホールの総面積を含む）に対するスルーホールの総面積の比率である。スルーホールの開口率を上記範囲内にすることにより、整流板は高温で長期使用に耐える耐久性を備えたものとなり、しかも十分な乾燥効率を実現することができる。

また、上記課題を解決するため、本発明は、湿潤状態のガラスストランドを切断装置によって所定長に切断する切断工程と、該切断工程によって得られた湿潤状態のガラスチョップドストランドを上記の乾燥装置の整流板上に落下堆積させる投入工程と、乾燥装置によりガラスチョップドストランドの乾燥を行う乾燥工程とを有する構成を提供する。さらに、乾燥工程後のガラスチョップドストランドを袋状物内に収納する梱包工程を有していても良い。

本発明において、ガラスチョップドストランドを構成するガラス繊維のガラス組成や、集束剤については、必要に応じて様々なものを適宜選択することができる。また、ガラスチョップドストランドの寸法は特に限定されるものではなく、例えば、その長さは３ｍｍ、６ｍｍ、または９ｍｍであり、その直径は概ね１〜５ｍｍ程度である。

本発明によれば、ガラスチョップドストランドの製造効率と製品収率を高めることができる。

実施例に係る乾燥装置の概念図である。 整流板のスルーホールの周辺部を示す図であり、（Ａ）は部分断面図、（Ｂ）は（Ａ）図のＺ方向からの斜視図、（Ｃ）は部分平面図である。 参考例に係る整流板のスルーホールの周辺部を示す部分断面図である。 参考例に係る整流板のスルーホールの周辺部を示す部分断面図である。

以下に本発明のガラスチョップドストランド乾燥装置と、ガラスチョップドストランドの製造方法について、実施例に基づいて具体的に説明する。

図１は、実施例に係るガラスチョップドストランドの製造装置を概念的に示している。この製造装置は、ＦＲＴＰ用途で用いられるガラスストランドＳを所定長、例えば長さ３ｍｍに切断してＥガラス組成のガラスチョップドストランドＣを形成する切断装置５０と、切断装置５０で切断された湿潤状態のガラスチョップドストランドＣを乾燥させる乾燥装置１０とを備えている。

水溶性の集束剤が塗布されたガラスフィラメントの多数本を集束することによって作製したガラスストランドＳの回巻体（ケーキ）ＬからガラスストランドＳが解舒され、切断装置５０に供給される。切断装置５０は、切断刃５１が放射状に配設され、モーター駆動で回転する切断ロール５２と、ゴムロール５３とを備えており、ケーキＬから解舒されたガラスストランドＳは切断ロール５２とゴムロール５３との間に連続的に送り込まれ、所定長に切断されてガラスチョップドストランドＣになる。切断された直後のガラスチョップドストランドＣには集束剤が付着しており、ガラスチョップドストランドＣは湿潤状態である。

こうして得られたガラスチョップドストランドＣは、切断装置５０の直下に配設された投入口から乾燥装置１０内に自由落下し、乾燥装置１０内に配設された整流板２０上に不規則な向きで堆積する。この状態の詳細を図２（Ａ）に示している。

整流板２０は、例えば板厚２ｍｍのステンレス鋼板で形成され、その板厚方向に貫通した多数の矩形状のスルーホール２１を備えている。整流板２０は、熱風供給室２５の上部に配設されており、その上方はケーシング１１で全体的に覆われて上部空間になっている。熱風発生装置３０で発生した１００℃〜３００℃の熱風は、熱風供給室２５に供給され、熱風供給室２５から整流板２０のスルーホール２１を通って上部空間に噴出する。この整流板２０のスルーホール２１通って上部空間に噴出する熱風により、整流板２０上のガラスチョップドストランドＣが加熱され、付着した集束剤中の水分が蒸発して乾燥される。上部空間内の熱風は、排気管６１を介して熱風排気装置６０に入り、熱風排気装置６０内のフィルタを通過して外部に排気される。尚、ここでは、熱風を排気する設備を例示しているが、省エネルギーの観点から熱風を排気せずに循環させるシステムを構成してもよい。

乾燥装置１０の熱風供給室２５には、整流板２０を振動駆動させる振動発生装置４０が配設されている。この振動発生装置４０は、例えば、電磁石によってスプリングに平行往復運動を生じさせて振動を発生させる、いわゆる電磁石振動発生装置、あるいは不平行回転錐等による円運動を振動動作へと転換する機械的振動発生装置である。

整流板２０は振動発生装置４０によって振動されるが、この振動を吸収するため、乾燥装置１０の底部には振動吸収装置４１と、振動吸収装置４１を下方から支持する支柱４２とが設けられている。

整流板２０上に堆積したガラスチョップドストランドＣは、熱風によって乾燥されながら、整流板２０の振動を受けて乾燥装置１０の排出側へと移送されていく。こうして、十分に乾燥されたガラスチョップドストランドＤは、ベルトコンベヤ７０に移送され、さらにその下流側に配設された選別装置（篩選別装置）８０にて、解繊できない凝集物や、切断長の長いミスカット品等を選別除去された後、フレキシブルコンテナ９０に収納され、使用時まで貯蔵される。

図２に示すように、整流板２０には、ガラスチョップドストランドＣが振動を受けて移送される際にスルーホール２１から下方の熱風供給室２５に落下するのを防止するための落下防止部２２が設けられている。この実施例において、落下防止部２２は、各スルーホール２１の下方にそれぞれ整流板２０と一体に設けられており、スルーホール２１の相対向する２つの開口縁から下方に（傾斜下方に）連続して延びた２つの側壁部２２ａ、２２ｂと、側壁部２２ａ、２２ｂの下端縁に連続した底壁部２２ｃとで構成されている。落下防止部２２の両側はそれぞれ開口２１ｂ（高さは例えば１ｍｍ）になっており、熱風供給室２５内の熱風は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に矢印Ｈで示すように、落下防止部２２の両側の開口２１ｂからスルーホール２１を通り抜けて、整流板２０の上方側に噴出する。

落下防止部２２は、例えば、整流板２０の素材となる矩形状のステンレス鋼板にプレス加工（スルーホール２１の相対向する２つの開口縁の打ち抜きと、側壁部２２ａ、２２ｂ及び底壁部２２ｃの屈曲成形）を施すことによって形成することができる。整流板２０の構造はこれに限らず、例えば、整流板２０の素材となるステンレス鋼板にスルーホール２１を形成した後、この鋼板素材に、側壁部２２ａ、２２ｂ及び底壁部２２ｃからなる落下防止部２２を溶接、蝋付け、嵌合などの適宜の方法で固定するようにしても良い。

この実施例において、整流板２０におけるスルーホール２１の開口率｛整流板２０の総面積（スルーホール２１の総面積を含む）に対するスルーホール２１の総面積の比率｝は、例えば５．３％である。また、各スルーホール２１を円に換算したときの円直径は、例えば１．５ｍｍである。ガラスチョップドストランドＣの長手方向の寸法は３ｍｍであり、スルーホール２１よりも大きいため、横向き姿勢で整流板２０上に落下したガラスチョップドストランドＣはスルーホール２１を通り抜けることはできない。また、縦向き姿勢や傾斜姿勢で整流板２０上に落下したガラスチョップドストランドＣの一部はスルーホール２１を通り抜けるが、スルーホール２１の下方に位置する落下防止部２２によって下方への落下が防止される。いずれの場合でも、整流板２０上に落下したガラスチョップドストランドＣは下方の熱風供給室２５には落下しない。

この実施例の乾燥装置１０で乾燥されたガラスチョップドストランドＤの水分含有率を抜き取り検査でサンプリングしてカールフィッシャー水分計で計測したところ、いずれも１％未満にまでなっており（乾燥前のガラスチョップドストランドＣの水分含有率は１０％程度）、十分かつ均等な乾燥が行われていた。

以上のように、この実施例の乾燥装置１０は、ガラスチョップドストランドＣを十分かつ均等に乾燥することができると共に、乾燥時にガラスチョップドストランドＣが整流板２０のスルーホール２１から下方の熱風供給室２５に落下して再使用不能となってしまう事態を防止し、不良品の発生を抑制して、製品収率を大幅に向上させることができる。
〔参考例１〕

図３は、参考例１に係る整流板２０を示している。この参考例の整流板２０では、メッシュ状の落下防止部２２がその下面に蝋付けで固定されている。各スルーホール２１は、１ｍｍ×２ｍｍの矩形状を呈している。整流板２０におけるスルーホール２１の開口率｛整流板２０の総面積（スルーホール２１の総面積を含む）に対するスルーホール２１の総面積の比率｝は、例えば５．９％であり、また、各スルーホール２１を円に換算したときの円直径は、例えば０．８ｍｍである。

メッシュ状の落下防止部２２は、整流板２０の下面に蝋付けされた支持部２３で支持され、熱風供給室２５内の熱風は、同図に矢印Ｈで示すように、落下防止部２２の網目の空隙２１ｂを通ってスルーホール２１に入り、スルーホール２１から整流板２０の上方側に噴出して、湿潤状態のガラスチョップドストランドＣを乾燥させる。
〔参考例２〕

図４は、参考例２に係る整流板２０を示している。この参考例の整流板２０では、金属繊維を組み紐状に編みこんだ落下防止部２２がその下面に蝋付けで固定されている。各スルーホール２１は、０．７ｍｍ×２．６ｍｍの矩形状を呈している。整流板２０におけるスルーホール２１の開口率｛整流板２０の総面積（スルーホール２１の総面積を含む）に対するスルーホール２１の総面積の比率｝は、例えば３．１％であり、また、各スルーホール２１を円に換算したときの円直径は、例えば０．７６ｍｍである。

金属繊維を編みこんだ組み紐状の落下防止部２２は、整流板２０の下面に蝋付けされた支持部２３で支持され、熱風供給室２５内の熱風は、同図に矢印Ｈで示すように、落下防止部２２の網目の空隙２１ｂを通ってスルーホール２１に入り、スルーホール２１から整流板２０の上方側に噴出して、湿潤状態のガラスチョップドストランドＣを乾燥させる。

上記参考例１及び２の整流板２０を用いた乾燥装置１０で乾燥されたガラスチョップドストランドＤの水分含有率を抜き取り検査でサンプリングしてカールフィッシャー水分計で計測したところ、いずれも１％未満にまでなっており（乾燥前のガラスチョップドストランドＣの水分含有率は１０％程度）、十分かつ均等な乾燥が行われていた。

１０ 乾燥装置
１１ ケーシング
２０ 整流板
２１ スルーホール
２２ 落下防止部
２５ 熱風供給室
３０ 熱風発生装置
４０ 振動発生装置
５０ 切断装置
６０ 熱風排気装置
７０ ベルトコンベヤ
８０ 篩選別装置
９０ フレキシブルコンテナ
Ｃ 湿潤状態のガラスチョップドストランド
Ｄ 乾燥状態のガラスチョップドストランド

Claims (8)

1. 複数のスルーホールを有する整流板上に湿潤状態のガラスチョップドストランドを堆積させ、該整流板の下方側に供給される熱風を前記スルーホールを通して噴出させつつ、該整流板に振動を付与することにより、前記ガラスチョップドストランドを前記整流板上で移送しながら乾燥するガラスチョップドストランドの乾燥装置であって、
   前記整流板には、前記ガラスチョップドストランドが前記スルーホールを通って下方に落下するのを防止する落下防止部が設けられており、
   前記落下防止部は、前記スルーホールの下方側に設けられ、かつ、前記熱風を、前記ガラスチョップドストランドの移送方向に対して、前方側から前記スルーホールに流入させる開口と、後方側から前記スルーホールに流入させる開口とを有することを特徴とするガラスチョップドストランドの乾燥装置。
2. 前記落下防止部は、前記スルーホールの相対向する２つの開口縁から下方に延びた２つの側壁部と、該側壁部の下端に連続した底壁部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置。
3. 前記落下防止部は、前記各スルーホールの下方側にそれぞれ個別的に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置。
4. 前記落下防止部は、前記整流板に一体形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置。
5. 前記落下防止部は、前記整流板に固定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置。
6. 前記スルーホールの開口率が２％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置。
7. 湿潤状態のガラスストランドを切断装置によって所定長に切断する切断工程と、該切断工程によって得られた湿潤状態のガラスチョップドストランドを請求項１から６の何れか１項に記載のガラスチョップドストランドの乾燥装置の前記整流板上に落下堆積させる投入工程と、前記乾燥装置により前記ガラスチョップドストランドの乾燥を行う乾燥工程とを有することを特徴とするガラスチョップドストランドの製造方法。
8. 前記乾燥工程後のガラスチョップドストランドを袋状物内に収納する梱包工程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載のガラスチョップドストランドの製造方法。

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