JP7129098B2 - 複合繊維および繊維を生成する方法 - Google Patents
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Description
引抜成形は、一定の断面積を伴う複合材料を製造するための連続プロセスであり、複合繊維の生産において一般的に使用される方法である。ステップが水平に実践される典型的な引抜成形プロセスフロー図が、図2によって表されている。標準的な引抜成形プロセスでは、繊維または編組ストランドのような補強材料が、(1)クリールガイドおよび引張ローラを通して水平に引動され、(2)次いで、繊維ストランドが、樹脂に含浸され、(3)可能性として、別個のプリフォームシステムが続き、加熱された固定ダイを通して引動され、(4)樹脂が、重合される。含浸は、補強材を槽を通して引動することによって、または樹脂を、典型的には、ダイに接続される注入チャンバの中に注入することによってのいずれか一方で行われる。次いで、含浸された繊維は、表面成形ステーションを通して引動され(5)、事前に加熱された硬化チャンバの内側で硬化される(6)。引抜成形された部材の直線状水平移動が、引動機構によって提供される(7)。最終段階では、引抜成形された部材は、切断ステーションにおいて要求される長さに切断される(8)。
本開示は、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、アスファルト等の種々の建築または産業材料の構造的補強のための複合繊維の分野に関する。現在、鉱物またはガラス繊維(特に、繊維ガラスおよび玄武岩繊維)ならびに熱硬化性樹脂から作製される複合繊維は、建築市場においてますます多くの人気を博している。これらの繊維は、比較的に安価であり、良好な機械的特性を有し、非腐食性であり、鋼より軽量であり、より長寿命を有し得、より容易に切断かつ適用される。そのような複合繊維が、一般的に使用されるポリプロピレン繊維に疑いもなく匹敵するという事実にもかかわらず、それらは、依然として、それらのより脆弱な構造的性質に起因して、鋼繊維に完全に取って代わることはできない。問題は、同一の処理バッチからの繊維であっても、複合繊維が、補強コンクリートまたはそれらの繊維を含有する他の材料の構造的特性に負の影響を及ぼす、非常に変動し得る機械的性質を呈することである。本発明者らによって試験された複合繊維の形状、サイズ、テクスチャ、および相分布の走査型電子顕微鏡検査が、図1Aに示されるような固化された樹脂の内側のフィラメントの間の多数の非均一に分散されたガス微小気泡を明らかにした。さらに、微小気泡は、複合繊維内に応力点を引き起こし、微小気泡の最大蓄積の場所においてそれらを破断させる。そのうえ、フィラメントの剥脱およびそれらの樹脂への不十分な接着が、破断の場所で明確に視認可能である。本開示は、複合構造補強繊維を製造のプロセスの間、ガス気泡がない状態に保つ方法および装置を提供することによって、本問題に対処する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
複合繊維を生産する方法であって、
複数の纖維ストランドをテクスチャライザを通して垂直に下方に給送し、テクスチャ加工された繊維を取得するステップであって、前記テクスチャ加工された繊維には歪みがない、ステップと、
前記テクスチャ加工された繊維を注入デバイスを通して下方に垂直に給送するステップと、
樹脂を5mPa * Sまたはそれ未満の粘度で前記注入デバイスの中に注入するステップと、
前記繊維を捻転点が前記注入デバイス内の樹脂のレベルを下回る束に捻転させるに効果的であるように、前記複数の繊維を前記注入デバイスの中で回転させながら、任意の捕捉されたガスの少なくとも一部が前記樹脂の表面まで上昇することを可能にするステップと、
任意の捕捉されたガスを前記樹脂の表面まで上昇させるようにさらに放出させるために効果的であるように、前記捻転された束を前記注入デバイスの内側の圧搾ローラを用いて圧搾するステップと、
前記束を引動することによって、前記デバイスの底部から前記束を除去するステップと、
前記束を第1の硬化ステーションの中に引動するステップと、
成形グリップを通して、前記束を引動するステップであって、前記成形グリップは、
(i)前記第1の硬化ステーションから前記束を引動し、
(ii)前記束に形状を付与し、
(iii)張力を伴わず、前記成形グリップから外に前記束を押動する、
ように適合される、ステップと、
前記束を引っ張ることなく、第2の硬化ステーションを通して、前記成形グリップから前記束を押動するステップと、
を含む、方法。
(項目2)
前記複数の繊維は、2つまたはそれを上回る粗糸糸巻から2つまたはそれを上回るテクスチャライザの中に給送される、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記第2の硬化ステーションから切断器に前記束を押動し、前記束を規定された長さの断片に切断するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記束は、1インチあたり約5~約25プライの構成を達成するに効果的であるように、前記デバイス内で回転される、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記樹脂は、前記樹脂を樹脂計量混合デバイスに直接接続される粘度安定器を通過させることによって、要求される粘度で前記デバイスに供給される、項目1に記載の方法。
(項目6)
前記束は、前記第1の硬化ステーション内で部分的に硬化され、約10 6 Pa * Sの粘度を達成する、項目1に記載の方法。
(項目7)
前記成形グリップは、前記束に波構造を付与する、項目1に記載の方法。
(項目8)
前記成形グリップは、前記束に矩形波構造を付与する、項目1に記載の方法。
(項目9)
前記断片は、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、アスファルト、またはそれらの組み合わせを補強することにおける使用のための長さに切断される、項目3に記載の方法。
(項目10)
前記繊維は、火成岩繊維、炭素繊維、アラミド、パラアラミドまたはメタアラミド繊維、もしくはガラス繊維を含む、項目1に記載の方法。
(項目11)
前記繊維は、長石、石英、準長石、橄欖石、輝石、角閃石、雲母、およびそれらの組み合わせから選択される、火成岩繊維を含む、項目1に記載の方法。
(項目12)
前記繊維は、玄武岩繊維を含む、項目1に記載の方法。
(項目13)
前記繊維は、中央値から5%を超えないの変動を伴うバッチ内引っ張り強度を呈する、項目1に記載の方法。
(項目13)
項目1に記載の方法によって作製される、複合繊維。
(項目14)
項目3に記載の方法によって作製される、複合繊維。
(項目15)
項目9に記載の方法によって作製される、複合繊維。
(項目16)
項目16に記載の複合繊維を含有する、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、またはアスファルト。
(項目17)
繊維であって、
複数の歪のないテクスチャ加工された繊維をデバイスを通して下方に垂直に給送するステップと、
樹脂を1~5mPa * Sの粘度で前記デバイスの中に注入するステップと、
全ての前記繊維を前記捻転点が前記注入デバイス内の樹脂のレベルを下回る束に捻転させるに効果的であるように、前記複数の繊維を回転させながら、任意の捕捉されたガスの少なくとも一部が前記樹脂の表面まで上昇することを可能にするステップと、
任意の捕捉されたガスを前記樹脂の表面まで上昇させるようにさらに放出させるために効果的であるように、前記束を前記デバイスの内側の圧搾ローラを用いて圧搾するステップと、
張力ローラを通して前記束を引動することによって、前記デバイスの底部から前記束を除去するステップと
前記束を第1の硬化ステーションの中に引動するステップと、
前記第1の硬化ステーションから前記束を引動し、前記束に形状を付与し、張力を伴わず、前記成形グリップから外に前記束を押動する成形グリップを通して、前記束を引動するステップと、
前記束を引っ張ることなく、第2の硬化ステーションを通して、前記成形グリップから前記束を押動するステップと、
を含む、プロセスによって生産される、繊維。
(項目18)
前記方法はさらに、前記第2の硬化ステーションから切断器に前記束を押動し、前記束を規定された長さの断片に切断するステップを含む、項目17に記載の繊維。
(項目19)
前記方法はさらに、前記1インチあたり約5~約25プライの構成を達成するに効果的であるように、前記束を前記デバイス内で回転させるステップを含む、項目17に記載の繊維。
(項目20)
前記樹脂は、樹脂計量混合デバイスに直接接続される粘度安定器を通過されることによって、要求される粘度で前記デバイスに供給される、項目17に記載の繊維。
(項目21)
前記束は、前記第1の硬化ステーション内で部分的に硬化され、約10 6 Pa * Sの粘度を達成する、項目17に記載の繊維。
(項目22)
前記成形グリップは、前記束に波構造を付与する、項目17に記載の繊維。
(項目23)
前記成形グリップは、前記束に矩形波構造を付与する、項目17に記載の繊維。
(項目24)
前記断片は、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、アスファルト、またはそれらの組み合わせを補強することにおける使用のための長さに切断される、項目17に記載の繊維。
(項目25)
前記繊維は、火成岩繊維、炭素繊維、アラミド、パラアラミドまたはメタアラミド繊維、もしくはガラス繊維を含む、項目17に記載の繊維。
(項目26)
前記繊維は、長石、石英、準長石、橄欖石、輝石、角閃石、雲母、およびそれらの組み合わせから選択される、火成岩繊維を含む、項目17に記載の繊維。
(項目27)
前記繊維は、玄武岩繊維を含む、項目17に記載の繊維。
(項目28)
前記繊維は、5%を超えないの変動を伴うバッチ内引っ張り強度を呈する、項目17に記載の繊維。
(項目29)
連続プロセスにおいて繊維を処理するための装置であって、
玄武岩繊維の粗糸糸巻を保持するための、1つまたはそれを上回るデバイスと、
玄武岩の粗糸糸巻を保持するための前記1つまたはそれを上回るデバイスの下方に配置される、回転テーブルと、
前記回転テーブルの下方に配置される、1つまたはそれを上回るエアフローテクスチャライザと、
前記テクスチャライザの下方に配置される、樹脂注入デバイスと、
前記樹脂注入デバイスと流体連通する、樹脂安定器と、
前記樹脂安定器と流体連通する、樹脂混合計量デバイスと、
前記樹脂注入デバイスの下方に配置される、張力ローラと、
前記張力ローラの下流にある、第1の硬化トンネルと、
前記第1の硬化トンネルの下流にある、第2の硬化トンネルと、
前記第1の硬化ステーションから繊維の束を引動し、前記束に形状を付与し、前記束を引っ張ることなく、前記束を前記第2の硬化ステーションの中に押動するように適合される、前記第1の硬化トンネルと前記第2の硬化トンネルとの間に配置される、成形グリップと、
前記第2の硬化トンネルの下流にある、切断ステーションと、
を備える、装置。
本開示の実施形態の実践のためのプロセスフロー図が、図3Aおよび3Bに示される。本プロセスは、これが、一定の断面積を伴う複合物を製造するための連続プロセスである点において従来の引抜成形に類似するが、本プロセスは、改良され、従来の方法で生産された繊維と比較して、増加された構造的強度および一貫性を伴う繊維を生産するために効果的である。開示される方法および装置における少なくとも1つの差異は、従来の引抜成形プロセスならびに機械が、完全に水平である一方、開示される改良は、少なくとも部分的に、本プロセスの少なくとも一部を垂直に配向するステップを含む、ガス気泡問題への解決策を含むことである。本開示の別の側面は、樹脂粘度および繊維張力が、精密に制御され得ることである。
(装置)
(結果)
Claims (26)
- 複合繊維を生産する方法であって、前記方法は、
複数の纖維ストランドをテクスチャライザを通して垂直に下方に給送することにより、テクスチャ加工された繊維を取得することであって、前記テクスチャ加工された繊維は、前記テクスチャライザによって歪力が印加されていない、ことと、
前記テクスチャ加工された繊維を注入デバイスを通して下方に垂直に給送することと、
5mPa*s(ミリパスカル*秒)またはそれ未満の粘度で樹脂を前記注入デバイスの中に注入することと、
前記繊維が前記注入デバイス内の融解した樹脂の中で束に捻転されるように、捻転点において前記複数の繊維を前記注入デバイスの中で回転させる一方で、前記繊維と前記融解した樹脂との間の任意の捕捉されたガスの少なくとも一部が前記融解した樹脂の表面まで上昇することが可能にされることと、
前記束を引動することによって、前記注入デバイスの底部から前記束を除去することと、
前記束を第1の硬化ステーションの中に引動することであって、成形グリップを通して、前記束を引動することをさらに含み、前記成形グリップは、
(i)前記第1の硬化ステーションから前記束を引動することと、
(ii)前記束に形状を付与することと、
(iii)前記束を引っ張ることなく、前記成形グリップから外に前記束を押動することと
を行うように適合されている、ことと、
前記束を引っ張ることなく、第2の硬化ステーションを通して、前記成形グリップから前記束を押動することと
を含む、方法。 - 前記複数の纖維ストランドを前記テクスチャライザを通して垂直に下方に給送することは、前記複数の繊維を2つ以上の粗糸糸巻から2つ以上のテクスチャライザの中に給送することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法は、前記第2の硬化ステーションから切断器に前記束を押動し、前記束を規定された長さの断片に切断するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の繊維を前記注入デバイスの中で回転させることは、1インチあたり約5巻き~約25巻きの構成を達成するために効果的であるように、前記束を前記デバイスの中で回転させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 樹脂を前記注入デバイスの中に注入することは、前記樹脂を樹脂計量混合デバイスに直接接続される粘度安定器を通過させることによって、前記粘度で前記樹脂を前記注入デバイスに供給することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記束は、約106Pa*s(パスカル*秒)の粘度を達成するように、前記第1の硬化ステーション内で部分的に硬化される、請求項1に記載の方法。
- 前記成形グリップは、前記束に波構造を付与する、請求項1に記載の方法。
- 前記成形グリップは、前記束に矩形波構造を付与する、請求項1に記載の方法。
- 前記断片は、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、アスファルト、または、これらの組み合わせを補強する際に使用される長さに切断される、請求項3に記載の方法。
- 前記繊維は、火成岩繊維、炭素繊維、アラミド、パラアラミドまたはメタアラミド繊維、または、ガラス繊維のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記繊維は、火成岩繊維を含み、前記火成岩繊維は、長石、石英、準長石、橄欖石、輝石、角閃石、雲母、および、これらの組み合わせから選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記繊維は、玄武岩繊維を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記繊維は、中央値から5%を超えない変動を伴うバッチ内引っ張り強度を呈する、請求項1に記載の方法。
- 繊維を生産する方法であって、前記方法は、
複数の繊維をデバイスを通して下方に垂直に給送することであって、前記複数の繊維は、歪がなく、かつ、テクスチャ加工されている、ことと、
1~5mPa*s(ミリパスカル*秒)の粘度で樹脂を前記デバイスの中に注入することと、
前記複数の繊維のすべてが前記デバイス内の融解した樹脂の中で束に捻転されるように、前記複数の繊維を回転させる一方で、前記繊維と前記融解した樹脂との間の任意の捕捉されたガスの少なくとも一部が前記融解した樹脂の表面まで上昇することが可能にされることと、
張力ローラを通して前記束を引動することによって、前記デバイスの底部から前記束を除去することと
前記束を第1の硬化ステーションの中に引動することと、
成形グリップを通して、前記束を引動することであって、前記成形グリップは、前記第1の硬化ステーションから前記束を引動し、前記束に形状を付与し、前記束を引っ張ることなく、前記成形グリップから外に前記束を押動する、ことと、
前記束を引っ張ることなく、第2の硬化ステーションを通して、前記成形グリップから前記束を押動することと
を含む、方法。 - 前記方法は、前記第2の硬化ステーションから切断器に前記束を押動し、前記束を規定された長さの断片に切断するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記複数の繊維を回転させることは、前記1インチあたり約5巻き~約25巻きの構成を達成するために効果的であるように、前記束を前記デバイス内で回転させることをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 樹脂を前記デバイスの中に注入することは、樹脂計量混合デバイスに直接接続される粘度安定器を通過させることによって、前記粘度で前記樹脂を前記デバイスに供給することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 約106Pa*s(パスカル*秒)の粘度を達成するように、前記束は、前記第1の硬化ステーション内で部分的に硬化される、請求項14に記載の方法。
- 前記成形グリップは、前記束に波構造を付与する、請求項14に記載の方法。
- 前記成形グリップは、前記束に矩形波構造を付与する、請求項14に記載の方法。
- 前記断片は、コンクリート、モルタル、土壌安定化ポリマー、ジオポリマー、アスファルト、または、これらの組み合わせを補強する際に使用される長さに切断される、請求項14に記載の方法。
- 前記繊維は、火成岩繊維、炭素繊維、アラミド、パラアラミドまたはメタアラミド繊維、または、ガラス繊維のうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記繊維は、火成岩繊維を含み、前記火成岩繊維は、長石、石英、準長石、橄欖石、輝石、角閃石、雲母、および、これらの組み合わせから選択される、請求項14に記載の方法。
- 前記繊維は、玄武岩繊維を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記繊維は、中央値から5%を超えない変動を伴うバッチ内引っ張り強度を呈する、請求項14に記載の方法。
- 連続プロセスにおいて繊維を処理するための装置であって、前記装置は、
1つ以上のデバイスであって、前記1つ以上のデバイスのそれぞれは、玄武岩繊維の粗糸糸巻をそれぞれ保持するためである、1つ以上のデバイスと、
前記1つ以上のデバイスの下方に配置されている回転テーブルと、
前記回転テーブルの下方に配置されている1つ以上のエアフローテクスチャライザと、
前記テクスチャライザの下方に配置されている樹脂注入デバイスと、
前記樹脂注入デバイスと流体連通している樹脂安定器と、
前記樹脂安定器と流体連通している樹脂混合計量デバイスと、
前記樹脂注入デバイスの下方に配置されている張力ローラと、
前記張力ローラの後の第1の硬化トンネルと、
前記第1の硬化トンネルの後の第2の硬化トンネルと、
前記第1の硬化トンネルと前記第2の硬化トンネルとの間に配置されている成形グリップであって、前記成形グリップは、前記第1の硬化トンネルから繊維の束を引動し、前記束に形状を付与し、前記束を引っ張ることなく、前記束を前記第2の硬化トンネルの中に押動するように適合されている、成形グリップと、
前記第2の硬化トンネルの後の切断ステーションと
を備え、
前記1つ以上のエアフローテクスチャライザおよび前記樹脂注入デバイスは、前記繊維が前記1つ以上のエアフローテクスチャライザおよび前記樹脂注入デバイスを通して垂直に下方に給送されるように構成されている、装置。
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