JPH0432775B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は異形断面のガラス繊維に関する。

従来の技術 一般に、ガラス繊維は溶融ガラスを円形断面の
多数のノズル孔を形成したブツシングから紡出し
て多数のフイラメントに形成し、これらのフイラ
メントをストランドに集束して巻取ることにより
製造されており、製造されたガラス繊維の各単糸
は円形の断面形状を有している。ガラス繊維の主
たる用途は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などに
混入する補強材である。ガラス繊維の表面には一
般に処理剤を付着させ、ガラス−樹脂界面の接着
力を与えている。

発明が解決しようとする問題点 近年、樹脂とガラス繊維とを含む複合材の強度
向上がますます望まれている。

従つて、本発明の目的は複合材の補強材として
使用した時、該複合材の強度を一層向上すること
のできるガラス繊維を提供するにある。

問題点を解決するための手段 本発明者は上記問題点を解消すべく鋭意検討の
結果、ガラス繊維補強複合材の強度向上には、ガ
ラス繊維と樹脂との間の接着力を強めること及び
ガラス繊維同志の接着力を強めることが重要であ
り、ガラス繊維と樹脂との間の接着力は、従来の
ような円形断面に代えて、比表面積の大きい異形
断面とすることにより向上すること、ガラス繊維
同志の接着力は、ガラス繊維外周に凹部を形成
し、該凹部に他のガラス繊維がはまり込むように
することにより向上することを見出した。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもの
で、本発明のガラス繊維は、断面が、外周に凹部
を有する形状であることを特徴とする。第１Ａ
図、第１Ｂ図は本発明のガラス繊維の好適な実施
例を示すもので、第１Ａ図のガラス繊維１は中央
の凹部２と両端のふくらみ部３とを有するまゆ形
状の断面のものであり、第１Ｂ図のガラス繊維１
は各頂点にふくらみ部３を有し且つ頂点間に凹部
２を有するほぼ三角形の断面のものである。な
お、本発明のガラス繊維は第１Ａ図、第１Ｂ図の
断面形状に限定されず、頂点間に凹部を形成した
ほぼ四角形、五角形等の多角形であつてもよい。

作 用 このように、外周に凹部２を有する断面形状の
ガラス繊維は従来の円形断面に比べ比表面積が大
きいので、ガラス繊維と樹脂との間の全接着力が
大きく補強効果が向上する。また、このような断
面のガラス繊維フイラメントを多数集束して得ら
れるストランドは、製造工程において、テンシヨ
ンをかけた状態で、集束剤塗布ローラーやガイド
上を走行する為、これらのローラーやガイド上で
全フイラメントが密集し、一つのフイラメントの
凹部２に他のフイラメントのふくらみ部３がはま
り込み、従来よりもフイラメント同志が良く付い
たストランドとなる。この為、ストランドの取扱
いが容易となり、またこのストランドを補強材と
して樹脂中に混入させると、ガラス繊維の軸線に
対して直角な方向でのガラス繊維同志の接着力が
大きく、複合材の引き裂き強度が向上する。例え
ば、第１Ａ図に示すまゆ形状のガラス繊維のスト
ランドは第２図に示すように、全体が偏平に重な
り中央の凹部２と両端のふくらみ部３とがはまり
合い、符号４で示す部分でかみ合うので、Ａ−
A′方向でのガラス繊維同志の接着力が大きく、
複合材の引き裂き強度が向上する。この引き裂き
強度向上には、凹部２が大きければ大きい程（凹
み量が大きい程）好ましい。

プルトルージヨンでは軸に直角方向に割れに対
する強度が要求されるので、本発明のガラス繊維
からなるストランドはこの用途に極めて好適であ
る。なお、第１Ａ図に示す細長いまゆ形状のガラ
ス繊維は、ストランド形成時に全フイラメントが
同方向に並ぶので、従来の円形断面のガラス繊維
に比べて極めて偏平な且つ薄いストランドとな
り、フイラメントワインデイング、プルトルージ
ヨン、ロービングクロス、電絶クロス等の長繊維
用途に極めて好適である。

製造方法 次に本発明になる異形断面のガラス繊維の製造
方法を説明する。

第３図は第１Ａ図に示す断面がまゆ形状のガラ
ス繊維を製造する装置の１例を示す概略側面図、
第４図はその要部の正面図である。参照符号１１
は多数のノズル孔を備えたノズル板１２を底部に
持つブツシング、１３は集束剤塗布ローラー、１
４は集束ローラー、１５は巻取装置、１６は冷却
用気体（以下冷風と言う）を吹き出す冷風吹出装
置である。ノズル板１２には、第５図に示すよう
に、互いに近接して配置されたノズル孔１８Ａ，
１８Ｂが多数形成されており、且つノズル板１２
の下面には第６図から良くわかるように、各対の
ノズル孔１８Ａ，１８Ｂの中央を中心とした円錐
形或いは球形の凹部１９が形成されている。

第３図、第４図において、ブツシグ１１に供給
された溶融ガラス１７はノズル板１２の各対のノ
ズル孔１８Ａ，１８Ｂから紡出され、次いで互い
に接合し且つ冷風吹出装置１６からの冷風で急
冷、固化され、断面がまゆの形状をしたフイラメ
ント２０となる。多数のフイラメント２０は集束
剤を塗布された後、集束ローラー１４でストラン
ド２１に集束され、巻取装置１５の巻取管２２上
に巻取られる。この途中において、ストランド２
１が集束剤塗布ローラーやガイド上を走行する
際、各フイラメントが偏平に倒れて重なり合い、
従来よりも偏平な（全フイラメントが同方向を向
いて並んだ）ストランドとなる。以上の方法で、
断面がまゆの形状をしたガラス繊維を集合した偏
平なストランドが製造される。

上記方法の実施に当たつて、次の注意が必要で
ある。ノズル孔から紡出される溶融ガラスは一般
に粘度が低く、表面張力が大きいため、直ちに断
面が円形になる傾向が強い。この為、一対のノズ
ル孔１８Ａ，１８Ｂから紡出した溶融ガラスを接
合し、断面をまゆの形状としても、その溶融ガラ
スが固化するまでに、表面張力により断面が円形
になることがある。この傾向はノズル孔の間隔が
短い程強く、従つてノズル孔の間隔が近接し過ぎ
ると、フイラメントの断面形状は楕円形或いは円
形となつてしまう。逆に離し過ぎると各ノズル孔
からの溶融ガラスが接合せず、２本のフイラメン
トとなつてしまう。従つて各対におけるノズル孔
の間隔は紡糸条件を基に、楕円形や円形断面とな
らぬように又、２本の繊維に分かれないように設
定することが必要である。ノズル板１２の下面は
平坦面であつてもよいが、第６図に示すように凹
部１９を形成すると、二つのノズル孔１８Ａ，１
８Ｂの接点部分がノズル板下面よりも上になつ
て、外気による冷却が弱まり、二つのノズル孔か
らの溶融ガラスが接合し易い。換言すれば、凹部
１９を設けることにより、ノズル孔１８Ａ，１８
Ｂの間隔を広くすることが可能となる。凹部１９
の形状は各対のノズル孔にそれぞれ形成した円錐
状或いは球形状に限定されず、第７図イ，ロ，ハ
に示すような溝状としてもよく、又これらの凹部
１９はノズル板１２を変形させて形成する代わり
に第８図に示すようにノズル板１２の下面を削つ
て形成してもよい。ノズル孔１８Ａ，１８Ｂの断
面形状は第５図図示の長方形に限らず、長円形、
楕円形、円形等任意であるが、長手方向に並んだ
長方形或いは長円形とすると比表面積の大きい細
長いまゆの形状を作ることができるので好まし
い。

冷風吹出装置１６からの冷風はノズル板から紡
出されたフイラメントを急冷し、固化を早める。
これは、二つのノズル孔から紡出され、互いに接
合して凹凸の大きいまゆの形状の断面となつた溶
融ガラスが、自身の表面張力により円形断面に変
形するのを制限するので、まゆ状の断面をしたガ
ラス繊維の作るのに有効な手段である。冷却に用
いる気体としては通常空気或いは窒素が用いられ
るが、コスト次第では他の気体、例えば不活性ガ
ス等を用いてもよい。冷風吹出装置１６として
は、図面では各対のノズル孔に対応して設けた多
数の冷風吹出パイプ２５を備えたものを示した
が、この例に限定されず、単一或いは小数の大き
い吹出口を備えたものであつてもよい。冷風の吹
き付け方向は、ノズル面に対して並行から直角ま
で可能であるが、最も望ましいのはノズル面に対
して75度〜85度の角度でノズル面に向つて吹き付
けるのが良い。これ以下の角度で吹き付ける場合
には、１方向からの吹き付けのみではガラス繊維
の流れに乱れを起こすことがあるので、相対する
方向からバランスを取りながら吹き付けるのが好
ましい。冷風の風量は10ml／min対から２／
min対に選定することが好ましい。風量10ml／
min対以下では冷却効果において不足を生じ断面
が円形に近くなることがある。一方２／min対
以上では気流によりガラス繊維の流れに乱れを生
じ繊維が絡まるとか円形断面のフイラメントに分
離してしまう等のトラブルを生じることがある。

ノズル板から紡出された溶融ガラスが円形断面
に変形する傾向を阻止する手段としてノズル板か
ら押し出される溶融ガラスの温度を下げ、粘度を
高めることも有効である。しかし、単に粘度を高
めると吐出量が低下し製造されるガラス繊維が細
くなる。そこで、ブツシング内の溶融ガラスを適
当な方法で加圧し、加圧下で溶融ガラスを押し出
すことが好ましい。このように溶融ガラスを加圧
下で押し出すことにより、溶融ガラスを粘度の高
い状態で押し出すことが可能となり、吐出された
溶融ガラスが円形に変形する傾向を一層制限で
き、より凹凸の大きいまゆ形状のガラス繊維が得
られる。溶融ガラスに加える圧力は高い程、高粘
度の溶融ガラスを吐出することが可能となり、異
形性維持の点からは好ましいが、ブツシングの強
度上の制限があるため、通常は８Kg／cm²以下が好
ましい。

第１Ｂ図に示す断面がほぼ三角形のガラス繊維
製造には、第９図、第１０図に示すように、３個
のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを互いに近接
して配置し、且つ下面の各ノズル孔を含む領域に
凹部１９を形成したノズル板１２を用いる。この
ノズル板１２を用いて上記と同様の方法により、
第１Ｂ図に示すような頂点間に凹部２を持つた断
面形状のガラス繊維が製造される。なお、この場
合にもノズル孔は円形に限らず、長円形、楕円
形、長方形等任意である。また、互いに接近して
配置するノズル孔の個数を４個、５個と増やすこ
とにより、ほぼ四角形、五角形等の多角形断面の
ガラス繊維の製造が可能である。

実施例 第１表並びに第５図、第６図に示す形状、寸法
のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ並びに凹部１９を有す
るノズル板を用いてガラス繊維製造を行つたとこ
ろ、第１表に示す寸法を有し、且つ第１１図に示
すまゆ状断面のガラス繊維が得られた。このガラ
ス繊維からなるストランドをプルトルージヨンと
して棒を作つた場合には、曲げ強度が従来の円形
断面のガラス繊維に比べ10〜15％向上した。

第１表 ノズル孔形状 長方形 ノズル長辺 2.5mm ノズル短辺 1.1mm 溶融ガラス温度 1240℃ 紡出圧力 常圧（ガラスヘツド圧） 冷風量 0.5／min対 吹き付け角度 75度 冷風吹出パイプ径 ２mm フイラメント長径(a) 30μ フイラメント短径(b) 10μ フイラメント中央径(c) 0.9〜0.8×ｂ 実施例 第２表並びに第９図、第１０図に示す形状、寸
法のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ並びに凹部
１９を有するノズル板を用いてガラス繊維製造を
行つたところ、第２表に示す寸法を有し、且つ第
１２図に示すほぼ三角形断面のガラス繊維が得ら
れた。このガラス繊維からなるストランドを用い
てFRTPで曲げ強度を測定したところ、曲げ強度
が従来の円形断面のガラス繊維に比べ10〜15％向
上した。

第２表 ノズル孔形状 円形 ノズル位置 正三角形の頂点 ノズル径 1.6mm 溶融ガラス温度 1200℃ 紡出圧力 常圧（ガラスヘツド圧） 冷風量 0.5／min凹部 吹き付け角度 75度 冷風吹出パイプ径 ２mm 凹部１９径 ４mm フイラメント径（Ｒ） 10μ 発明の効果 以上に説明した如く、本発明のガラス繊維は、
外周に凹部を有する断面形状のものであるので、
従来の円形断面のガラス繊維に比べ比表面積が増
加しており、複合材の補強材として使用した時樹
脂に対する接着力が大きく、また、フイラメント
同志のはまり合い効果により、複合材の強度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図はそれぞれ本発明のガラス
繊維の断面図、第２図は第１Ａ図のガラス繊維を
集合した状態を示す断面図、第３図は第１Ａ図に
示すガラス繊維の製造に用いる装置を示す概略側
面図、第４図はその要部の正面図、第５図は第３
図の装置に用いるノズル板１２の底面の一部を示
す図、第６図は第５図の−断面図、第７図は
ノズル板の変形例を示す斜視図、第８図はノズル
板の更に他の変形例を示す断面図、第９図は第１
Ｂ図に示すガラス繊維の製造に用いるノズル板の
一部の断面図、第１０図はその下面図、第１１図
は実施例で作つたガラス繊維の断面顕微鏡写真
を基に作成した断面図、第１２図は実施例で作
つたガラス繊維の断面顕微鏡写真を基に作成した
断面図である。 １……ガラス繊維、２……凹部、３……ふくら
み部、１２……ノズル板、１３……集束剤塗布ロ
ーラー、１４……集束ローラー、１５……巻取装
置、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ……ノズル孔、１９
……凹部、２０……フイラメント、２１……スト
ランド、２５……冷風吹出パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面が、外周に凹部を有する形状であること
   を特徴とするガラス繊維。 ２ 前記断面の形状が、中央の凹部と両端のふく
   らみ部を持つたまゆ形状であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のガラス繊維。 ３ 前記断面の形状が、頂点にふくらみ部を、頂
   点間に凹部を有するほぼ多角形の形状であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガラス
   繊維。