JPH0465020B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、長円形、楕円形、まゆ形状、多角形
等の異形断面を有するガラス繊維の製造方法に関
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。また、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は薄いスト
ランドが要求されるようになつてきた。これらの
要望を満たす一つの手段として、ガラス繊維断面
を従来のような円形断面に代えて、長円形、楕円
形、まゆ形状、多角形等の異形断面とすることが
考えられる。即ち、異形断面がガラス繊維は円形
断面に比べ、比表面積が大きく、この為ガラス繊
維と樹脂との間の全接着力が大きく、補強効果が
大きくなり、また、長円形、楕円形、まゆ形状等
の偏平な断面とすると、ガラス繊維が平坦に重な
り合い、薄いストランドを形成することができ
る。ところが、このような異形断面のガラス繊維
は極めて製造が困難である。即ち、前記したよう
にガラス繊維製造には、溶融ガラスをノズル孔か
ら紡出して繊維化するが、この際、溶融ガラスは
高温度では粘度が低く表面張力が大きい為に、例
えノズル孔断面を繊維に必要な異形断面として
も、ノズル孔から紡出された溶融ガラスは直ちに
円形断面となつてしまい、所望の異形断面のガラ
ス繊維が得られない。 本出願人はこのような異形断面のガラス繊維の
製造方法を鋭意検討した結果、溶融ガラスを、近
接して配置された複数のノズル孔から紡出し、紡
出された溶融ガラスを互いに接合して単一のフイ
ラメントとするという異形断面ガラス繊維の製造
方法を開発し、先に特許出願した（特願昭60−
57536号）。 ところで、上記特許出願ではその製造方法を実
施するための装置として、平坦な板に多数のノズ
ル孔を穿孔してなるノズル板を備えた紡糸装置を
用いたが、この装置には改良すべき問題点の有る
ことが判明した。即ち、この装置ではガラスフイ
ラメントが異物等により切断されると、ノズル孔
から吐出する溶融ガラスが、ガラスとノズル板と
の界面張力によりノズル板外面に沿つて横に流
れ、他のフイラメントを切断してしまうし、また
それらの切断されたフイラメントを引きそろえる
ために、１本１本をピンセツトのようなもので、
つまみ出さなければならず、引きそろえにかなり
の時間と労力を必要とする。また、異形断面糸を
作るには、溶融ガラスをかなり高粘度の状態、即
ち低い温度でノズル孔から流出させることが望ま
しいが、その為には紡糸炉の温度を比較的低温に
しなければならず、炉内のガラスの液相温度が紡
出温度に近くなり、炉内の隅部などに失透の危険
を伴う。 本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、
紡糸開始時域いは切断時の引きそろえ動作を容易
にし、かつ炉内ガラスに失透の生じにくい、異形
断面ガラス繊維の製造方法を提供することを目的
とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上述の問題点を解決するため、溶融
ガラスを紡出するノズル板として、その下面に複
数のチツプを備え各チツプに複数のノズル孔を有
するものを使用し、各チツプの複数のノズル孔か
ら紡出された溶融ガラスを互いに接合して単一の
フイラメントとすることを特徴とするものであ
る。 〔作用〕 上述したように、本発明では溶融ガラスを各チ
ツプの複数のノズル孔から紡出し、その後接合し
て一つのフイラメントとすることにより、接合時
点での溶融ガラスは或る程度温度が低下して粘度
が高くなつており、この為単に長円形、楕円形等
の異形断面とした１個のノズル孔から紡出する場
合に比べ、溶融ガラスが円形に変形する傾向が弱
く、最終的に、長円形、楕円形、まゆ形状、多角
形等の異形断面を持つたガラス繊維を得ることが
できる。しかも、１本の異形断面のフイラメント
を形成する複数のノズル孔を、ノズル板下面に突
出する１本のチツプに形成しているので、フイラ
メント切断時に、ガラス自身が横に流れずに自重
で落下し、他のフイラメントを切断することが無
く、また引きそろえの時間と手間を短縮すること
ができる。更に、チツプを設けたことにより、チ
ツプ先端における紡出温度を所望の粘度になるよ
うに選定した場合、炉内のガラス温度は、この紡
出温度よりもかなり高く（例えば50〜60℃）する
ことができ、炉内での失透に対してもより安全と
なる。 〔実施例〕 以下、図面に示す本発明の実施例を参照して本
発明を更に詳細に説明する。。 第１図は本発明方法により、断面が長円形、楕
円形、まゆ形状等の偏平な異形断面のガラス繊維
を製造する装置の１例を示す概略側面図、第２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、１４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３図、第４図に示すよ
うに、下面に突出した多数のチツプ１７が設けら
れ、各チツプ１７には互いに近接して一対のノズ
ル孔１８Ａ，１８Ｂが形成され、且つその下端面
には、一対のノズル孔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。 次に上記装置を用いた異形断面ガラス繊維の製
造方法を説明する。第１図、第２図において、ブ
ツシング１１に供給された溶融ガラス２３はノズ
ル板１２の各チツプ１７の一対のノズル孔１８
Ａ，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から吹付けられる冷風で急
冷、固化され、断面が長円形、楕円形（第８図参
照）、まゆ形状（第９図参照）等の比較的偏平な
異形断面のフイラメント２０となる。多数のフイ
ラメント２０は集束材塗布ローラー１３で集束剤
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２１
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、長円
形、楕円形、まゆ形状等の異形断面のガラス繊維
を集合した偏平なストランドが製造される。 上記装置において、紡糸開始時には、ブツシン
グ１１からノズル孔を通つて溶融ガラスが流出し
始める。このガラスは各チツプ下端面に溜まつた
後、横方向に流れることなく自重で落下しフイラ
メントを形成する。かくして、紡糸開始時の引き
そろえが極めて容易になる。また、紡糸中におい
て、フイラメントが切断しても、そのチツプから
吐出される溶融ガラスが横方向に隣接のチツプ下
端面にまで流れることはなく、隣接のフイラメン
トを切断することが防止される。 本発明方法によつて、偏平な異形断面のガラス
繊維を得るには、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１８
Ａ，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長円形、楕円
形に変形し、ついには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
の円形断面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、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の下面のチツプ１７下端面は平坦面であ
つてもよいが、第３図、第４図に示すように凹部
１９を形成すると、二つのノズル孔１８Ａ，１８
Ｂの接点部分がチツプ下端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，１８Ｂの
間隔を広くすることが可能となり、より細長い断
面のガラス繊維の製造が可能となる。第３図、第
４図に示すノズル板において、一対のノズル孔１
８Ａ，１８Ｂのすきま（第３図ｄ）は0.1mmから
１mmの間に設定することが好適であつた。このす
きまｄが0.1mmより小さい時はフイラメント断面
が円形になることがあり、１mmより大きい時はフ
イラメントが二つに分かれることがある。 ノズル孔から紡出される溶融ガラス温度は、紡
出に支障のない限り低いことが好ましい。紡出ガ
ラス温度が低いと、ガラス粘度が高く、接合して
異形断面となつたガラス繊維が円形断面に変形す
る傾向を阻止するので、異形度の高い繊維が形成
される。なお、ノズル板１２下面に設けたチツプ
１７は、通過する溶融ガラスを冷却する効果を有
するので、炉内の溶融ガラス温度は、このチツプ
による冷却効果を考慮して、チツプ先端における
所望のガラス温度（紡出温度）に比べ、高く設定
される。このため、炉内の液相ガラスに多少温度
むらがあつても、失透を生じる温度まで低下する
ことは少なく、安定した操業が可能となる。チツ
プ１７の長さは、冷却効果を大きくするには長い
方が良いが、あまり長くすると通過抵抗が増すと
か、構造が複雑になる等の問題が生じる。また、
上記したようにこのチツプ１７は流出する溶融ガ
ラスが横方向に流れるのを防ぐための作用も果た
すものであり、この点からは長い方がよい。これ
らを勘案すると、チツプ１７の長さとしては、１
〜５mm程度が好ましく、更には３mm前後が好適で
ある。 溶融ガラスの紡出は従来と同様にブツシング内
の溶融ガラスのヘツドのみにより紡出しても良い
が、前記したように低温で紡出しようとすると、
粘度が高いため吐出量が減少して製造されるガラ
ス繊維が細くなることがある。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ようにしてもよい。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、紡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紡出す
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。 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
形するのを制御するので、特にまゆ形状の断面を
したガラス繊維を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、図面では各チツプ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、単一の或いは少数の大きい
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、ノズル面に対して平行から直角まで
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かつて吹き付
けるのが良い。これ以下の角度で吹き付ける場合
には、１方向のみからの吹き付けではガラス繊維
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。冷風の風量は各チツプ当り10ml／min
から２／minに選定することが好ましい。風量
10ml／min以下では冷却効果があまりなく、一方
２／min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。なお、冷風吹付けがなくても、フイラ
メント断面の異形性が保たれる場合には冷風吹出
装置１６を省略してもよいことは言うまでもな
い。 第３図、第４図は本発明の実施に使用しうるノ
ズル板の１例を示したが、このノズル板は種々変
更可能である。例えば、チツプ１７の配列は第３
図に示す千鳥配列に限らず縦横に並べてもよく、
また、チツプ形状は第５Ａ図のようにチツプ１７
Ａに大きい導孔２６を設けその下にノズル孔１８
ａ，１８ｂを設けたもの、第５Ｂ図のようにチツ
プ１７Ｂの上端に導入凹所２７を、下端に円筒部
と円錐部とからなる凹部１９ａを設けたもの、第
５Ｃ図のようにチツプ１７Ｃに大きい導孔２８を
設け且つノズル孔１８ｃ，１８ｄを互いに接近す
るように傾斜させ下端面を平坦としたもの等とす
ることができる。更に、ノズル孔の断面は円形に
限らず、長方形、長円形、楕円形等任意である。
第６図はチツプ１７Ｄに長手方向に並んだ長方形
のノズル孔１８ｅ，１８ｆと下端面の凹部１９ｂ
を形成したものであり、この構造とすると、比表
面積の大きい細長い断面形状のガラス繊維を作る
ことが出来る。 上記装置では２個のノズル孔を近接して配置
し、２個のノズル孔から紡出された溶融ガラスを
接合して１本のフイラメントとしたが、この代わ
りに３個以上のノズル孔を近接して配置し、これ
らのノズル孔から紡出された溶融ガラスを接合し
て１本のフイラメントとし、異形断面ガラス繊維
を製造することも可能である。第７図はチツプ１
７Ｅに、円形断面の３個のノズル孔１８ｇを正三
角形の頂点位置に配置し、更に各ノズル孔を含む
領域に円錐状の凹部１９ｃ設けたものである。こ
のチツプ１７Ｅを備えたノズル板を用い、上記と
同様にして、各ノズル孔から紡出された溶融ガラ
スを接合し、１本のフイラメントとすることによ
り、ほぼ三角形断面のガラス繊維を製造すること
ができる。この場合、３個のノズル孔から紡出し
て接合した溶融ガラスが表面張力により円形に変
形する量を適宜調整することにより、第１０図に
示すように、各辺にくぼみを有するような三角形
とすることもできるし、また各辺がほぼ直線状或
いは外に膨らんだ形状とすることもできる。１個
のチツプに形成するノズル孔の個数を４個、５個
と増加させることにより、四角形、五角形等の
種々な異形断面のガラス繊維の製造も可能であ
る。なお、いずれの場合においても、使用するノ
ズル孔の断面形状は円形に限定されず、長方形、
楕円形、長円形等任意である。また、ノズル孔の
配置は正三角形、正四角形等の正多角形の頂点位
置に限らず、種々な位置とすることができ、それ
により種々な断面形状のガラス繊維を得ることが
できる。 実施例 第３図、第４図に示すチツプを備えたノズル板
（実施例，）、第５Ａ図に示すチツプを備えた
ノズル板（実施例）、及びチツプを有しない平
坦なノズル板（比較例）を用い、ガラス繊維製造
を行つた。この時の製造条件及び得られたフイラ
メントの形状寸法等のデータを第１表に示す。な
お、冷風吹付は行つていない。この表から明らか
なように、本発明の実施例では、炉内ガラス温度
を平坦なノズル板を使用した場合に比べて高く設
定し、且つ引きそろえ時間を大幅に短縮すること
が可能であつた。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本発明によれば、複数の
ノズル孔から紡出された溶融ガラスを互いに接合
させて１本のフイラメントとするものであるの
で、接合した後の溶融ガラスが表面張力により円
形に変形する量が少なく、その結果長円形、楕円
形、まゆ形状、多角形等の異形断面のガラス繊維
を製造することができる。更に複数のノズル孔を
ノズル板下面に突出したチツプに形成したので、
チツプ下端面に吐出する溶融ガラスが横のチツプ
に流れることがなく、紡糸開始時或いは切断時の
引きそろえ操作を容易かつ敏速に行うことがで
き、しかもチツプによる冷却効果により炉内ガラ
ス温度を紡出温度より高くできるので、紡出温度
を下げても炉内に失透がほとんど発生せず操業が
安定する等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる装置の１例
を示す概略側面図、第２図はその要部の正面図、
第３図は第１図の装置に用いるノズル板１２の底
面の一部を示す図、第４図は第３図の−断面
図、第５Ａ図、第５Ｂ図、第５Ｃ図はそれぞれノ
ズル板のチツプの変形例を示す断面図、第６図、
第７図はそれぞれノズル板のチツプの変形例を示
す下面図、第８図、第９図、第１０図は本発明方
法により製造しうるガラス繊維の断面図である。 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、１７…チ
ツプ、１８Ａ，１８Ｂ…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 下面に突出した複数のチツプを備え各チツプ
   に複数のノズル孔を有するノズル板を使用し、溶
   融ガラスを前記複数のノズル孔から紡出し、各チ
   ツプのノズル孔から紡出された溶融ガラスを互い
   に接合して単一のフイラメントとすることを特徴
   とするガラス繊維の製造方法。 ２ 前記各チツプが、その下端面に、前記複数の
   ノズル孔の中央を中心とし各ノズル孔にわたる凹
   部を形成して成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の製造方法。 ３ 前記各チツプに形成されたノズル孔が、少な
   くとも下端部において、互いに接近する方向に傾
   斜してい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の製造方法。 ４ 前記各チツプが２個のノズル孔を有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３
   項のいずれか１項に記載のガラス繊維の製造方
   法。 ５ 前記各チツプが、三角形の頂点上に配置され
   た３個のノズル孔を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記
   載のガラス繊維の製造方法。 ６ 前記凹部が円錐状又は球面状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のガラス繊維
   の製造方法。