JP6525147B2 - ガラス繊維巻回体の乾燥方法及び乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成される例えばロービング、ケーキ等のガラス繊維巻回体を乾燥させる乾燥方法及び乾燥装置に関する。

一般に、ガラス繊維は、その製造工程で、水分を含んだガラス繊維集束剤が塗布され、湿った状態でコレット、ボビン等に巻き取られ、ガラス繊維巻回体となる。そして、その後、電磁波加熱（誘電加熱）器等によって、ガラス繊維巻回体のガラス繊維は乾燥される（例えば特許文献１参照）。

欧州特許出願公開第１９９５５３８号明細書

ところで、電磁波は、ガラス繊維中に含まれる水分子にエネルギーを付与し、ガラス繊維巻回体を均一に加熱できるため、多量の水分を含んだガラス繊維を短時間に乾燥させることには適している。しかし、水分子が蒸発してしまうとそれ以上加熱する能力はないため、集束剤を被膜化（キュア）させる能力は十分ではない。そのため、集束剤を十分に被膜化するためには誘電加熱以降の工程でガラス繊維巻回体を加熱する必要がある。一方で、ガラス繊維巻回体を過度に加熱すると、過度に集束剤が被膜化され、これに起因して過度の着色等の弊害が生じる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑み、短時間でガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させ、集束剤を適度に被膜化することが可能なガラス繊維巻回体の乾燥方法及び乾燥装置を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維巻回体の乾燥方法は、水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成されるガラス繊維巻回体を乾燥させる乾燥方法であって、前記ガラス繊維巻回体を誘電加熱で乾燥させる第１乾燥工程と、前記第１乾燥工程で乾燥された前記ガラス繊維巻回体を雰囲気加熱で乾燥させる第２乾燥工程とを備えたことに特徴づけられる。ここで、雰囲気加熱とは、加熱対象に対して、外部から、伝導、放射、対流等によって熱を付与する加熱のことを意味し、例えば熱風加熱や赤外線加熱等が挙げられる（以下、同様）。

この構成では、第１乾燥工程の誘電加熱によって短時間でガラス繊維巻回体のガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させることができる。また、第１乾燥工程で乾燥されたガラス繊維巻回体に対し、第２乾燥工程の雰囲気加熱によって、集束剤を適度に被膜化することができる。すなわち、本発明のガラス繊維巻回体の乾燥方法によれば、短時間でガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させ、集束剤を適度に被膜化することが可能である。

上記の構成において、前記第２乾燥工程の加熱温度が１２０℃〜１４０℃であることが好ましい。

この構成であれば、着色を防止しつつ、集束剤を十分に被膜化することができる。

上記の構成において、前記第２乾燥工程の加熱時間が１時間〜５時間であることが好ましい。

この構成であれば、更に確実に、着色を防止しつつ、集束剤を十分に被膜化することができる。

上記の構成において、前記第１乾燥工程の誘電加熱に、周波数が４〜８０ＭＨｚである高周波を使用することが好ましい。

この構成であれば、第１乾燥工程でガラス繊維巻回体を適度に乾燥させることが可能である。

上記の構成において、前記ガラス繊維のガラス組成が、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ₂ ５２〜６２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜１６％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜８％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ １６〜２５％及びＲ₂Ｏ（但し、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫのうちの少なくとも１つ） ０〜２％であり、前記集束剤として、ウレタン系、エポキシ系、酢酸ビニル系の何れか１つを使用することが好ましい。

この構成であれば、ほとんど導電性が無いガラス繊維巻回体の製品を製造することができる。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維巻回体の乾燥装置は、水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成されるガラス繊維巻回体を乾燥させる乾燥装置であって、前記ガラス繊維巻回体を誘電加熱で乾燥させる第１乾燥手段と、前記第１乾燥手段で乾燥された前記ガラス繊維巻回体を雰囲気加熱で乾燥させる第２乾燥手段とを備えたことに特徴づけられる。

この構成であれば、冒頭で説明した構成と実質的に同様の作用及び効果を得ることができる。

以上のように本発明によれば、短時間でガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させ、集束剤を適度に被膜化することが可能なガラス繊維巻回体の乾燥方法及び乾燥装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るガラス繊維巻回体の乾燥装置を示す概略斜視図である。 ガラス繊維巻回体を示す概略斜視図である。 ガラス繊維巻回体の開繊幅及び走行毛羽量を評価する方法を説明するための概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るガラス繊維巻回体の乾燥装置を示す概略斜視図である。このガラス繊維巻回体の乾燥装置１は、ガラス繊維巻回体２を乾燥させる乾燥装置である。乾燥装置１は、ガラス繊維巻回体２を誘電加熱で乾燥させる第１乾燥手段３と、第１乾燥手段３で乾燥されたガラス繊維巻回体２を雰囲気加熱で乾燥させる第２乾燥手段４と、ガラス繊維巻回体２を搬送する搬送手段５とを備える。なお、第１乾燥手段３による乾燥工程と第２乾燥手段４による乾燥工程は、それぞれ、本発明のガラス繊維巻回体の乾燥方法の第１乾燥工程と第２乾燥工程に対応する。

図２に拡大して示すガラス繊維巻回体２は、水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成されるものである。ガラス繊維巻回体２は、直接巻き取り法によって製造されるガラスロービング（ＤＷＲ）の製品となるものである。つまり、ガラス繊維巻回体２を、乾燥装置１によって、集束剤に含まれる水分を蒸発させると、集束剤の被膜が形成された状態となり、ＤＷＲの製品となる。

乾燥させる前のガラス繊維巻回体２は、以下のような工程によって形成される。まず、各種の無機ガラス原料を高温状態に加熱されたガラス溶融槽に投入し、この内部で溶融した後に、白金製ブッシングより引き出された溶融ガラスを複数のガラスフィラメントに引き伸ばし、それぞれのガラスフィラメントの表面に集束剤を塗布する。次いで、これらの複数のガラスフィラメントを引き揃えて、ガラスストランド２ａとし、回転するコレットに綾を掛けながら巻き取る。これによって、乾燥させる前のガラス繊維巻回体２が形成される。

ガラスストランド２ａの直径は、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。ガラスストランド２ａは、例えば１００本〜１００００本のガラスフィラメントで構成される。ガラスストランド２ａとなるガラスフィラメントの直径は、例えば１μｍ〜１００μｍである。

無機ガラス原料は、Ｅガラスのガラス組成（無アルカリガラス組成）となるように調合される。Ｅガラスのガラス組成は、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ₂ ５２〜６２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜１６％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜８％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ １６〜２５％及びＲ₂Ｏ（但し、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫのうちの少なくとも１つ） ０〜２％である。

ガラスフィラメントに塗布される集束剤としては、ウレタン系、エポキシ系、酢酸ビニル系の何れもが適用可能である。これらの集束剤には、樹脂の他に、潤滑剤やシランカップリング剤を添加することができる。

第１乾燥手段３は、その内側の両側方に誘電加熱のための電極が配設されている。第１乾燥手段３による誘電加熱は、ガラス繊維巻回体２内の水分子を回転又は振動させるための条件であれば特に制限は無く、誘電加熱に高周波を使用する場合は、周波数が例えば４〜８０ＭＨｚのものを使用できる。また、誘電加熱にマイクロ波を使用してもよい。

第１乾燥手段３による加熱時間は、水分が十分に乾燥できる時間以上であれば特に制限はなく、水分が乾燥した後は温度が上昇しないので、過剰に時間を延ばしても製品の品質に問題は無い。

第２乾燥手段４による雰囲気加熱としては、例えば熱風加熱や赤外線加熱等が挙げられる。雰囲気加熱として熱風加熱を採用している場合には、第２乾燥手段４は、その内側の両側方に、熱風を生じるための熱源と、熱風を送風するためのファンが配設されている。雰囲気加熱として赤外線加熱を採用している場合には、第２乾燥手段４は、その内側の両側方に、赤外線ヒータが配設されている。

第２乾燥手段４による加熱温度は、１２０℃〜１４０℃が好ましい。加熱温度が１２０℃未満の場合には、集束剤の被膜化をすすめることが難しく、加熱温度が１４０℃を超える場合には、着色し過ぎる可能性がある。この観点から、加熱温度は、１２２℃〜１３８℃がより好ましく、１２５℃〜１３５℃が最も好ましい。

第２乾燥手段４による加熱時間は、１時間〜５時間が好ましい。加熱時間が１時間未満の場合には、集束剤の被膜化が十分にできず、加熱時間が５時間を超える場合には、着色しすぎる可能性がある。この観点から、加熱時間は、１．５時間〜４．５時間がより好ましく、２時間〜４時間が最も好ましい。

なお、第２乾燥手段４による雰囲気加熱として、熱風加熱を採用した場合、ガラス繊維巻回体２の外層はすぐに温度が上昇するが、内部の水が蒸発するために長い加熱時間が必要となる。そのため、ガラス繊維巻回体２の外層は長時間高温にさらされることになり、着色しすぎる可能性がある。

本実施形態では、搬送手段５は、コンベアで構成され、白矢印で示すように、ガラス繊維巻回体２を、連続的に、第１乾燥手段３に搬入及び搬出し、その後、第２乾燥手段４に搬入及び搬出する。しかし、搬送手段５は、これに限定されず、例えば台車等の別の手段で構成されてもよい。また、搬送手段５は、例えば、第１乾燥手段３にガラス繊維巻回体２を搬入及び搬出するコンベアと、第２乾燥手段４にガラス繊維巻回体２を搬入及び搬出するコンベアと、これらのコンベアの間でガラス繊維巻回体２を搬送する台車とで構成されてもよい。

また、本実施形態では、第１乾燥手段３と第２乾燥手段４のそれぞれにおいて、ガラス繊維巻回体２を１個ずつ乾燥しているが、バッチ式で、ガラス繊維巻回体２を複数個ずつ乾燥してもよい。また、第１乾燥手段３と第２乾燥手段４のそれぞれの内部に、ガラス繊維巻回体２が配置された時に、搬送手段５によるガラス繊維巻回体２の移動を停止してもよいし、搬送手段５によるガラス繊維巻回体２の移動を継続したままでもよい。

また、第１乾燥手段３及び第２乾燥手段４の搬入口及び搬出口には、シャッターがあってもよいし、なくてもよい。

以上のように構成された本実施形態のガラス繊維巻回体２の乾燥装置１では、以下の効果を享受できる。

第１乾燥手段３の誘電加熱によって短時間でガラス繊維巻回体２のガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させることができる。また、第１乾燥手段３で乾燥されたガラス繊維巻回体２に対し、第２乾燥手段４の雰囲気加熱によって、集束剤を適度に被膜化することできる。すなわち、本実施形態のガラス繊維巻回体２の乾燥装置１によれば、短時間でガラス繊維に含まれる水分を十分に乾燥させ、集束剤を適度に被膜化することが可能である。

本願の発明者らは、本発明に係るガラス繊維巻回体２の乾燥装置１に関連して、乾燥方法が異なるガラス繊維巻回体２を作製し、その開繊幅と走行毛羽量を評価した。

図３を参照しつつ、開繊幅と走行毛羽量を説明する。図３は、ガラス繊維巻回体２から長繊維ペレット６を製造する工程を示す。ガラス繊維巻回体２から引き出されたガラスストランド２ａを３本のテンションバー７に通す。ガラスストランド２ａは、テンションバー７上でテンションをかけられて広がる。そして、３本のテンションバー７に通されて広がったガラスストランド２ａは、含浸装置８内で溶解された熱可塑性樹脂８ａに通され、熱可塑性樹脂８ａを含浸させられる。熱可塑性樹脂８ａを含浸させられたガラスストランド２ａは、冷却され、切断ロール９で連続的に切断され、長繊維ペレット６が形成される。

開繊幅とは、テンションバー７上でテンションをかけられて広がったガラスストランド２ａの幅である。走行毛羽量とは、１本のガラスストランド２ａを３００ｍ／分の速度でテンションバー７上を５分間連続走行させた後における３本のテンションバー７に付着及びテンションバー７下に堆積しているガラスストランド２ａから脱落したガラスフィラメントの合計質量である。

開繊幅が大きく、走行毛羽量が少ない程、作業性に優れていることを示す。開繊幅が大きい程、含浸装置８で熱可塑性樹脂を含浸し易くなる。また、走行毛羽量が少ない程、無駄が少ないことになる。集束剤の被膜化の程度が、強ければ強い程、走行毛羽量が少なくなる一方、開繊幅が小さくなる傾向がある。

評価対象のガラス繊維巻回体２は、次のように作製した。まずＥガラスのガラス組成となるように調合した各種ガラス原料をガラス熔融炉中で熔解し、均質な状態にした。次いで、この熔融ガラスをガラス熔融炉の成形域に備えられたブッシングへと導いて、耐熱性ノズルから引き出し、ガラスフィラメントの直径が１７μｍとなるように冷却条件、巻き取り条件等を調整した状態で成形した。引き出されたガラスフィラメントを、このように直径を整えた状態で冷却し、次いで予め準備した各種のガラス繊維集束剤を集束剤塗布装置であるアプリケータローラによって均等に塗布した。

このようにガラスフィラメント表面にガラス繊維用集束剤が塗布されたガラスフィラメントを集束器（ギャザリングシューとも呼ぶ）によって４０００本を束ねて１本のガラスストランド２ａとし、さらに紙管に巻き取ってガラス繊維巻回体２とした。このガラスストランド２ａの直径は、約５ｍｍであった。

ガラス繊維巻回体２に塗布されたガラス繊維集束剤の成分は、アミノシラン０．５ｗｔ％、エーテル系ウレタン１０ｗｔ％、潤滑剤０．５ｗｔ％であった。

このように作製したガラス繊維巻回体２を、次に挙げる乾燥条件で乾燥させた。なお、乾燥後のガラス繊維巻回体２全体の重量に対する乾燥後のガラス繊維集束剤の量（ガラス繊維巻回体へのガラス繊維集束剤の付着量）は、０．５ｗｔ％であった。

実施例：誘電加熱器で８時間乾燥させて水分率を０．１％以下にさせたのち、熱風加熱により１２０℃で２時間保持した。
比較例１：誘電加熱器で８時間乾燥させて水分率を０．１％以下にさせた。
比較例２：熱風加熱により１２０℃で１２時間保持した。

乾燥後のガラス繊維巻回体２について、走行毛羽量と開繊幅を計測した。この結果を表１に示す。

表１から、実施例が、比較例１と比較例２との間の開繊幅及び走行毛羽量であることが分かる。つまり、本発明の実施例では、開繊幅及び走行毛羽量の両方について、バランス良く得ることができる。すなわち、本発明の実施例では、集束剤が適度に被膜化されたと言える。

本発明は、上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内で、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ガラス繊維巻回体２は、直接巻き取り法によって製造されるものであったが、溶融ガラスを一旦ケーキに巻き取り、乾燥後に複数のケーキを引き揃え、再度円筒状に巻き取る場合のケーキであってもよい。

１ ガラス繊維巻回体の乾燥装置
２ ガラス繊維巻回体
３ 第１乾燥手段
４ 第２乾燥手段

Claims (5)

1. 水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成されるガラス繊維巻回体を乾燥させる乾燥方法であって、
   前記ガラス繊維巻回体を誘電加熱で乾燥させる第１乾燥工程と、前記第１乾燥工程で乾燥された前記ガラス繊維巻回体を雰囲気加熱で乾燥させる第２乾燥工程とを備え、
   前記第２乾燥工程の加熱時間が１時間〜５時間であり、
   前記第１乾燥工程の加熱時間よりも前記第２乾燥工程の加熱時間の方が短いことを特徴とするガラス繊維巻回体の乾燥方法。
2. 前記第２乾燥工程の加熱温度が１２０℃〜１４０℃であることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維巻回体の乾燥方法。
3. 前記第１乾燥工程の誘電加熱に、周波数が４〜８０ＭＨｚである高周波を使用することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス繊維巻回体の乾燥方法。
4. 前記ガラス繊維のガラス組成が、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ₂ ５２〜６２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜１６％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜８％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ １６〜２５％及びＲ₂Ｏ（但し、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫのうちの少なくとも１つ） ０〜２％であり、
   前記集束剤として、ウレタン系、エポキシ系、酢酸ビニル系の何れか１つを使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガラス繊維巻回体の乾燥方法。
5. 水分を含んだ集束剤が塗布されたガラス繊維を巻き取ることによって形成されるガラス繊維巻回体を乾燥させる乾燥装置であって、
   前記ガラス繊維巻回体を誘電加熱で乾燥させる第１乾燥手段と、前記第１乾燥手段で乾燥された前記ガラス繊維巻回体を雰囲気加熱で乾燥させる第２乾燥手段とを備え、
   前記第２乾燥手段による加熱時間が１時間〜５時間であり、
   前記第１乾燥手段による加熱時間よりも前記第２乾燥手段による加熱時間の方が短いことを特徴とするガラス繊維巻回体の乾燥装置。

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