JPH08502562A - 複合グラスファイバ絶縁製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 グラスファイバ絶縁製品は、異なる熱膨張係数を有する２つの異なるガラスの不規則形グラスファイバを備え、不規則形複合グラスファイバは、ほぼ均一な容積充填特性を有し、また、結合材材料がなくても、改良された回復、及び、熱伝導能力を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 複合グラスファイバ絶縁製品 産業上の利用分野 本発明は、鉱物繊維のウール材料に関し、より詳細には、グラスファイバの絶 縁製品に関する。本発明はまた、グラスファイバの絶縁製品の製造に関する。 従来技術 小径グラスファイバは、音響、又は、熱絶縁材を含む種々の応用に有用である 。これらの小径グラスファイバは、一般的にウールパックと呼ばれ、格子、又は ウエブに適切に組み立てられるとき、個々には強度又は剛性に欠けるグラスファ イバを、かなり強い製品に形成することができる。製造されたグラスファイバ絶 縁体は軽量で、大きく圧縮可能であり、また、弾力性を有する。この特許明細書 の目的において、「グラスファイバ」及び「グラス組成物」の用語を使用すると きは、「ガラス」は、いかなる光沢のある鉱物材料、例えば、石、スラグ及び玄 武岩、また、伝統的なガラスを含むことを意図する。従来の一般的なグラスファ イバ絶縁製品の製造方法は、グラスファイバを回転工程（rotary process）から 製造する。単一溶融ガラス組成物を、遠心分離機、又はスピナの外壁のオリフィ スに強制的に通し、主として真っ直ぐなグラスファイバを製造する。ファイバは 、ブロアによって下方に延伸される。ファイバをウール製品に結合するために必 要な結合剤は、ファイバが下方に伸延されるとき、ファイバに噴霧される。ファ イバは、次いで、収集され、更に、ウールパックに形成される。 グラスファイバの絶縁製品を形成するとき、理想的な絶縁体は、ファイバの間 に均一な空間を有する。絶縁体は、基本的には、ファイバの間に空気を綴じ込め るための格子であり、かくして、空気の移動を阻止する。格子は、また、放射を 拡散させることによって、熱伝達を阻止する。ファイバのより均一な空間が、拡 散を最大にし、従って、より大きな絶縁能力を有する。 グラスファイバのウール絶縁材料の製造において、比較的短いファイバを使用 することが必要になる。長いファイバは、互いに絡み合う傾向にあり、ロープ又 は紐を形成する。これらのロープは、理想的な均一な格子からのずれを生じさせ 、ガラスウールの絶縁能力を低下させる。しかし、真っ直ぐな短いファイバは、 で たらめな格子のみを形成し、ファイバの一部は、束ねられて横たわる。在来のガ ラスウール絶縁材は、製品内のファイバの分布が著しく不均一である。かくして 、理想的な均一な格子構造を達成することができない。 更に、真っ直ぐなファイバを使用するときは、ファイバに有機結合剤材料を添 加する必要がある。結合剤は、ファイバとファイバの交点で結合させることによ って、製品を一体に維持するのに必要とされる。結合剤自体が高価であるだけで なく、また、多くの有機化合物の環境に対する悪影響のために、製造工程からの 廃物を処理する大きな苦痛を伴う。更に、結合剤は、追加のエネルギーを使用し てオーブンで硬化しなければならず、また、更に、環境を浄化する追加の費用が 生じる。 在来の絶縁製品についての他の問題は、特に、ファイバの直径が大き過ぎると 、グラスファイバの一部は、接触するときに人間の皮膚に剌激を与える。また、 グラスファイバが脆弱であると、ファイバの損傷で、絶縁製品の埃が生じる。 絶縁製品の運送及び梱包において、高圧縮性であることが好ましい。運送のた めにウールを圧縮し、次いで、所望の寸法に急速に、かつ、信頼性をもって回復 させるのが望ましい。現在の絶縁製品は、圧縮し、なおかつ、適当な回復を得る ことができる量に限度がある。製品が圧縮されるとき、結合剤が確りと保持する 一方、ファイバ自体は可撓性である。過度な圧縮のために、ファイバに与えられ る応力が増すので、ファイバは破損する。 従来から、真っ直ぐでないファイバを製造する試みが成されてきた。機械的捩 じり工程では、グラスファイバは、織物ブッシュ（textile bushing）から伸延 される。まだ高温である間に、ファイバは、一連の対向する歯車又はクリンプ加 工装置を介して機械的手段によって伸延され、繊細化され、かつ、波形にされる 。最終結果物は、捩じれたグラスファイバの束である。 機械的に捩じることの主たる欠点は、ファイバが、満足いくガラスウールの製 品として資するものではないことである。このような方法で製造された各ファイ バは均一な形を有し、製造されたグラスウールは均一な分布を有しないので、捩 れの目的を覆す。更に、工程は、回転式でないので、満足しない低い処理量を有 し、また、製造されたファイバは、ウール絶縁材としては粗すぎる。 米国特許第２，９９８，６２０号のスタレゴ（Stalego）は、２成分ガラス組 成物のカールしたグラスファイバを開示する。スタレゴは、異なる熱膨張率の２ つガラス組成物を、スピナのオリフィスを通すことによるステープル状カーリー ファイバ（staple curly fibers）の製造を教示する。ガラスは、整列された一 体関係の複合ガラス流として押し出され、ファイバは、異なる熱膨張率により、 冷却されるとき自然にカールする。しかし、スタレゴは、布に織る、又は、陶磁 器及び粘土の強化材として含有させる糸の処理工程で、カールしたファイバを利 用することを開示している。スタレゴは、絶縁製品におけるカールしたファイバ の使用を開示していない。 米国特許第３，０７３，００５号のタイド（Tiede）は、２成分からなるカー ルしたグラスファイバを製造するための非回転工程（non-rotary process）を開 示する。ファイバは、異なるガラス組成物をオリフィスに並設して接触させて供 給し、２つのガラスを単一のファイバに繊細化することにより製造される。タイ ドはガラスを、布の製造、並びに、クッション及び浮揚材料に用いることを開示 している。タイドは、カールしたグラスファイバからなる絶縁製品を開示してい ない。 米国特許第２，９２７，６２１号のスレイター（Slayter）は、また、カール したファイバの製造について開示する。スレイターでは、単一ガラス組成物のグ ラスファイバが、ファイバが高温ガスで柔らかくされた後、対向する輪郭スカー ト部（contoured skirts）に通される。次いで、ファイバは、スカート部の輪郭 の形状になる。しかし、厚くて長いファイバは、断熱材には不適当である。むし ろ、製造されたファイバは、濾過手段に利用され、更に、結合剤が塗布されてい る。 従って、ウール絶縁材が改良された回復及び低下された熱伝導性を有し、更に 、結合剤材料の使用をすることなく利用できるように、均一な容積充填特性を有 する改良されたウール絶縁材が必要とされている。また、在来のグラスファイバ 断熱製品の皮膚の剌激及び埃の問題を解決することも有益である。 発明の構成 この要望は、絶縁製品を不規則な形状の鉱物ファイバから製造することによっ て、本発明によって満たされる。真っ直ぐではない不規則な、捩じれた、又は、 カールしたファイバを利用することにより、より均一な格子構造を達成すること ができる。これを、均一な容積充填と呼ぶ。均一性を増すと、回復率が高められ る。より重要なことには、均一な容積充填は、熱伝導性を著しく低下させる結果 となる。また、不規則形ファイバのより大きな絡みは、有機結合剤を使用しない で、ウールパックを十分に一体的にさせる。十分な一体性は、８ft.(2.4m)のウ ールバット（wool batt）が、その長さ、又はその幅のいずれかに沿って、自重 で垂下されるとき、ウールバットのファイバが絡んだままであり、分離しないこ とを意味する。これらをそれぞれ、機械方向、及び、横方向と呼ぶ。しかし、も し望むなら、結合剤材料を添加し、ウール絶縁材に追加の強度を提供してもよい 。また、本発明のファイバの不規則形で、製品は、皮膚への剌激の原因となりに くく、また、埃っぽさを低下させる。 本発明の好ましい実施例によれば、不規則形グラスファイバと、不規則形グラ スファイバを備える断熱製品とを提供する。不規則形グラスファイバの絶縁製品 は、著しく均一な容積充填特性を有する。更に、不規則形グラスファイバは、好 ましくは、結合剤を使用しない。「結合を使用しない」の用語は、結合剤材料が 、製品の重量の１％以下である意味することを意図する。更に、「結合剤」の用 語は、埃の抑制、又は、潤滑のために添加した材料を含まないことを意味する。 各不規則形グラスファイバは、異なる熱膨張係数を有する、２つの異なるガラス 組成物を備える。２つのガラス組成物間の熱膨張係数の差は、好ましくは、約2. 0ppm/℃（１００万分の１）より大きく、より好ましくは、約4.0ppm/℃より大き く、更に、最も好ましくは、約5.0ppm/℃より大きい。 本発明の更なる観点によれば、不規則形グラスファイバの絶縁製品を提供し、 絶縁製品は、ほぼ均一な容積充填特性を有し、製品は、約６から約１８pcf（ポ ンド／ft³）（９６から２８８Kg/m³）の圧縮密度に圧縮された後、約0.3から約0 .6pcf（4.8から9.6Kg/m³）の範囲内の回復密度を有する。 本発明の他の観点によれば、ウール絶縁材は、ほぼ均一な容積充填特性を有す る不規則形グラスファイバを備え、各不規則形グラスファイバは、少なくとも第 １ガラス組成物と、第２ガラス組成物とからなる。第１ガラス組成物は、一般的 には、各ファイバの総ガラス含有量の約１５から約８５％の範囲内で変化する。 第２ガラス組成物は、各ファイバのガラス含有量の残差を有する。ファイバの僅 かな割合が、単一組成物である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の絶縁材が製造される熱硬化工程の概略側面図である。 図２は、本発明の絶縁材が製造される直接形成工程の概略斜視図である。 図３は、本発明の絶縁製品の実施例の概略斜視図である。 図４は、本発明のファイバが製造されるファイバライザ（fiberizer）の側面 断面図である。 図５は、図４の線５−５に沿った、部分平面図である。 図６は、図５の線６−６に沿った、スピナの概略側面図である。 図７は、５０：５０のＡ／Ｂガラス比率を有する、本発明の不規則グラスファ イバの概略断面図である。 図８は、５０：５０より小さなＡ／Ｂガラス比率を有する、不規則グラスファ イバの概略図である。 図９は、従来の螺旋状グラスファイバの概略斜視図である。 図１０は、自然で規制されていない状態の本発明の不規則形グラスファイバの 概略斜視図である。 図１１は、図１０のファイバの伸ばした状態の概略斜視図である。 図１２は、図１０の不規則形グラスファイバの芸術的に強調した概略斜視図で ある。 図１３は、螺旋状ファイバ（１１２）及び不規則形ファイバ（１２２）の両方 の回転Ｒの大きさをＹ軸に沿って、ファイバの長さ（mm）をＸ軸に沿って示した グラフである。 実施例 本発明の不規則形グラスファイバの絶縁製品は、図１に示すように、回転ファ イバ形成工程（rotary fiber forming process）、及び、充填熱硬化工程で製造 することができる。 図１を参照すると、２つの異なる溶融ガラス組成物が、炉から前床１２を介し てファイバライザ（fiberizers）１４に供給される。ファイバライザによって製 造された不規則形グラスファイバ１８のベールが、コンベヤ１６の上にコンベヤ の 下の真空位置決め手段によってウールパック２０として収集される。ファイバは 、ファイバライザのブロア２２によって、空気又はガスによってコンベヤに対し て下方に吹き付けられ、繊細化され、不規則な形状になる。 ウールパックは、次いで、７００から１１００゜F（３７１から５９３℃）の 熱硬化温度のオーブン２４を通る。熱硬化温度は、ファイバ形成後の冷却工程を 遅くしてファイバ形成工程からの熱の一部を保持するか、あるいは、ファイバを 熱硬化オーブン内で再加熱することによって達成してもよい。オーブンを通る間 、ウールパックは、上方コンベヤ２６及び下方コンベヤ２８、更には、図示して いない縁部案内によって形成される。オーブン内にある間、グラスファイバは、 均一な加熱を容易にするために高温ガス流にさらされる。最長１０分の時間経過 後、ウールパックは、絶縁製品３０としてオーブンを出る。 グラスファイバは、コンベヤ２６及び２８によって、絶縁製品の形状に押さえ つけられ、ファイバには、圧縮ばねのように応力が与えられる。応力が与えられ たファイバは熱硬化温度にさらされ、ガラス構造は弛緩され、それは、クリープ メカニズムによってもよく、その結果、応力はほぼ解除される。一旦、応力が取 り除かれると、ウールパックは拡張せず、所望の形状を維持する。冷却されるに つれてファイバは曲がるので、それらは更に絡み合って、絶縁製品の構造的一体 性が高まる。 熱硬化は、本発明の一選択肢であると理解されたい。絶縁製品の他の製造技術 は、ストレッチイング、ニードリング（needling）、ハイドロ絡み合い（hydro- entanglement）、及び、封入形成を含む。 図２を参照すると、本発明の絶縁製品を製造する新規の直接形成工程が、示さ れている。不規則形グラスファイバが、ファイバライザ４０で製造される。グラ スファイバのベール４２は、ファイバライザのブロアによって下方に吹きつけら れ、対向し、下方に集束する収集コンベヤ４４の上に、１１００゜F（５９３℃ ）以下の温度で収集される。収集されたファイバは、パック形成オーブンや、熱 硬化コンベヤ４６等の熱硬化オーブンを通り、ファイバは、約７００゜Fから約 １１００゜F（３７１から５９３℃）の範囲内の温度で、絶縁製品に形成される 。熱硬化オーブン、又は、熱硬化コンベヤは、所定の断面形状を構成しているの が 好ましい。ファイバをオーブン内で熱硬化するための熱は、加熱されたガスをウ ールパック４８を通って横方向に流すようになった、図示していない高温ガスの 供給源に接続された高温空気用ダクト４７等の適当な手段によって供給される。 本発明の特有な観点は、遮断コンベヤが多孔性、又は、孔を有し、ファイバの ベールと共に流れる気体が、遮断コンベヤを通って排気され、気体をファイバか ら分離する。これらの気体はかなりの熱を含み、また、好ましくは、排気された 気体のかなりの部分が、遮断コンベヤから導管４９を介して遮断コンベヤの上縁 に流れて、熱を保存する。理想的には、この排気されたガスの再循環で、遮断コ ンベヤを出るグラスファイバを、約４００゜Fから９００゜F（２０４℃から４８ ２℃）の範囲内の温度に維持する。オーブンからの無駄な高温ガスは、また、遮 断コンベヤの上縁に流される。 熱硬化コンベヤの形成、及び、熱硬化帯域から、絶縁製品は封入モジュール５ ０に引き渡され、絶縁製品は、フィルム５２等の適当な型式のフィルムで封入さ れる。更に、移動する製品は、梱包される前に、絶縁バット（insulationbatts ）等の個々のユニットに切断されてもよい。製品は、巻取り装置５４等の適当な 手段によって梱包される。 図３を参照すると、本発明の絶縁製品は、不規則形グラスファイバからなるウ ールバット５６の形態であってもよい。バットは外面仕上げ材５８によって覆わ れていてもよく、外面仕上げ材５８は多種、従来から知られている。 図４に示すように、スピナ６０は、スピナ底壁６２と、スピナ周壁６４とを有 する。スピナは、従来から知られているように、スピンドル６６で回転される。 スピナの回転で、溶融ガラスが、スピナ周壁を通って一次ファイバ６８に遠心分 離する。一次ファイバは、環状バーナー７０の熱によって、柔らかい繊細化する ことができる状態に維持される。本発明のある実施例では、図示されていない内 方バーナーが、熱をスピナの内部に提供する。環状ブロア７２は、誘発空気７４ を使用して、一次ファイバを引っ張り、更に、ウール絶縁材に使用するのに適当 な二次ファイバ７６に繊細化するように位置決めされている。二次ファイバ、又 は、複合ガラス不規則形グラスファイバは、次いで、ウールパックを形成するた めに収集される。 スピナの内部には、２つの別々の溶融ガラスの流れが供給され、第１流７８は ガラスＡを、また、第２流８０はガラスＢを含む。流７８のガラスは、スピナ底 壁に直接落ち、更に、遠心力で外方にスピナ周壁に向かって流れ、ガラスＡのヘ ッドを形成する。溶融ガラス流８０のガラスＢは、第１流７８よりもスピナ周壁 により近く位置決めされ、また、流８０のガラスは、それがスピナ底壁に到達す る前に、水平方向フランジ８２によって遮断される。かくして、ガラスＢの蓄積 、又は、ヘッドが、水平方向フランジの上に形成される。 図５に示すように、スピナには、ほぼ円周方向に、またスピナ周壁から半径方 向内方に位置決めされた垂直方向内壁８４が設けられている。スピナ周壁と垂直 方向内壁との間に位置決めされた一連の垂直方向覆い８６は、その空間を、一連 の小部屋８８に分割する。小部屋、交互に、ガラスＡ又はガラスＢのいずれかを 含む。 スピナ周壁にはオリフィス９０が設けられ、オリフィス９０は、垂直方向覆い の半径方向外端に隣接して位置決めされている。オリフィスは垂直方向覆いの幅 より大きな幅を有し、それにより、ガラスＡ及びガラスＢの両方の流れを許容し 、単一の複合ガラス一次ファイバとして、オリフィスから出る。図６から分かる ように、各小部屋８８はスピナ周壁６４の高さ全体にわたって延び、周壁６４は 、小部屋を分割する垂直方向の覆い全体に沿ってオリフィスを有する。複合ガラ ス流をスピナオリフィスに供給するのに、他のスピナの形態を使用してもよい。 本発明の不規則形ファイバは、複合グラスファイバ、すなわち、各ファイバが 、ガラスＡ及びガラスＢの２つの異なるガラス組成物で構成されている。もし、 本発明の理想的な不規則形グラスファイバの断面を作りたいとしたら、ファイバ の半分がガラスＡであり、残りの半分をガラスＢにすればよい。現実には、広範 囲にわたるガラスＡ及びガラスＢの量の割合が、ウール絶縁材の種々の不規則形 グラスファイバに（又は、おそらく、個々のファイバの長さにわたっても）存在 しているかもしれない。ガラスＡの割合は、各不規則形グラスファイバについて 、ガラス総量の約１５から約８５％の範囲内で変化してもよく、残差が、ガラス Ｂである。一般的に、不規則形ファイバの絶縁製品は、すべて、ガラスＡ及びガ ラスＢの割合の異なる組合せのファイバからなり、単一成分のファイバは僅かな 割 合だけ含む。 ガラスＡのガラスＢに対する割合を測定する方法は、多数のファイバの断面の 検査を伴う。もし、Ａ／Ｂ比率が、５０：５０なら、図７に示すように、２つの ガラス、ガラスＡ９４とガラスＢ９６との間の界面９２は、ファイバの断面の中 心９８を通る。通常、２つのガラスの間の界面は、ファイバ断面の中心を通らな い線である。図８に示すように、ガラスＡ１０４とガラスＢ１０６との間の界面 １０２は、ファイバの中心１０８を通らない。 ファイバの断面写真は、ファイバの束をエポキシにファイバをできるだけ平行 に向けて設けることにより得られる。エポキシプラグは、次いで、ダイヤモンド 鋸刃を使用して断面方向に分割され、新たな面の１つが種々の研磨手段を使用し て磨かれる。磨かれたサンプル面は、次いで、薄いカーボン層で被覆され、走査 顕微鏡（SEM）によって分析するための導電サンプルを提供する。サンプルは、 次いで、後方散乱電子検知器を使用してＳＥＭで検査され、後方散乱電子検知器 は、グレイスケールにおける変化として平均原子数の変化を表示する。この分析 は、２つのガラスの存在をファイバの断面のより暗い、また、明るい領域によっ て明らかにし、２つのガラスの界面を示す。 「偏向率」は、ｒ又はＲの比率（パーセントで表示）であり、ここで、Ｒは、 ファイバ断面の半径であり、また、ｒは、ファイバ中心から２つのガラスの界面 までの最短距離である。ファイバ断面が丸くないときは、半径は界面と垂直に測 定される。界面が湾曲しているときは、直線を想定する。 偏向率は、Ａ／Ｂのガラス比率が５０：５０から、どの位かけ離れているかの 度合いである。５０：５０からの変化が大きいほど、Ｒの割合としてのｒはより 大きい。本刃の不規則形グラスファイバの平均偏向率は、典型的には、約５％よ り大きく、一般的には、約１５％より大きく、更に、多くの場合は、約３０％よ り大きい。 複合グラスファイバは、２つのガラスの熱膨張係数の差により曲線特性を有す る。複合グラスファイバが冷却されるとき、一方のガラス組成物は、他方のガラ ス組成物よりも早く収縮する。その結果、ファイバに応力を与える。この応力を 緩めるのに、ファイバは曲がらなければならない。ファイバの回転が引き起こさ れなければ、ほぼ一定の曲率半径を有する平らなコイルが製造され、コイルは時 計ばねのように１つの平面にある。複合グラスファイバの回転は、２つのガラス 材料組成物の間のファイバに沿った界面に対して測定することができる。平面の 外に出るためには、いくらか回転されなければならない。ファイバの一定の回転 は、一定のピッチを有する螺旋を作る。螺旋をつくるファイバは、時計回り又は 反時計回りのいずれかの一定の回転方向を有する。螺旋は、また、ほぼ一定の曲 率半径を有する。図９は、従来の螺旋状ファイバ１１２の３次元概略投影図であ る。視覚化を助けるのに、頭上の光によって平面に投じたファイバの影１１４を 加えた。 本発明の不規則形ファイバは、ファイバの回転が一定でない点で、螺旋状ファ イバとは異なるが、むしろ、それらは、回転の方向（時計回り及び反時計回り） 、及び、大きさの両方が不規則に変化する。ファイバの回転の大きさは、ファイ バがファイバの単位長さ当たり、どの位速く回転するかである。曲率は、熱膨張 係数の差とＡ／Ｂ比率とによって決まり、ほぼ一定である。図１０は、本発明の 不規則ファイバ１２２の３次元投影図である。視覚化を助けるのに、頭上の光に よって平面に投じたファイバの影１２４を加えた。ファイバ１２２が引張り状態 にあるとき、引張りファイバ１２２Ａと影１２４Ａは、図１１に示すように、フ ァイバの不規則性は維持されていることを示す。 図１２に示す不規則ファイバ１２２Ｂは、図１０のファイバ１２２であり、よ りよい斜視図を示すため、太さを誇張し、分割線を加えることにより芸術的に強 調している。 継続的に変化する繊細化環境によって、各不規則形ファイバは、特有な方法で 捩じられている。全く同様の２本のファイバは存在しない。ファイバの最終形状 は、複合ガラスの性質による基線曲率（baseline curvature）を有するものであ り、それは、継続的に変化する、又は、確率的な繊細化環境（stochastic atten uationenvironment）によって引き起こされる、曲率平面の捩じれた不規則な回 転によって変化する。ファイバは、３次元に捩じれた基線曲率を有する。それは 、通常、螺旋状ではない。ファイバの不規則な特性は、不規則形グラスファイバ を互いに離れた状態にさせ、均一に容積を充填する性質を達成させる。更に、不 規則形グ ラスファイバで作られたウール絶縁材は、主としてまっすぐなファイバでつくら れたウール絶縁材のように、皮膚への剌激が少なく（それほど、かゆくなく）、 また、埃っぽくないかもしれない。 不規則形ファイバの性質を、方向ベクトル分析を用いて分析した。３次元の不 規則形ファイバの通路を示す１組の座標を、９０゜離れた２つの異なる角度から 撮った写真を用いて作った。座標は、ファイバの長さに沿ったデータポイントの 間を等しい３次元の距離に調整し、その結果、調節された座標データポイント（ ＡＣＤ）を得た。３つのベクトルは、各ＡＣＤについて下記のように演算された 。 与えられた、いずれものＡＣＤの回転Ｒ_iの大きさは、下記の通りである。 Ｒ_i＝Ｓ_i・Ｕ_i（ベクトル点乗積）ここで、 回転Ｒ（ｙ軸）の大きさは、図１３に示すように、ファイバの長さ（ｘ軸）に 沿った距離の関数としてプロットすることができる。グラフは、図１０に示す不 規則ファイバ（ファイバＡ）と、図９に示す螺旋状ファイバ（ファイバＢ）の回 転の大きさを示す。図１３のデータは、微分化工程（derivatizing process）に よって目立ったノイズを少なくするように、５ポイント荷重移動平均で滑らかに されている。グラフから分かるように、本発明の制限のない不規則形ファイバ（ ファイバＡ）の回転は、ファイバの長さに沿って、その大きさ及び符号（sign） が不規則に変化する。交点（すなわち、回転の符号が変わる箇所）は、５ミクロ ンの直径のファイバＡについては、約１センチメートル毎に１回の頻度で起こる 。そ れに対し、螺旋状ファイバ（ファイバＢ）は、同じ長さ間で、０の交点を有する 。５ミクロンの直径のファイバＡについては、本発明の不規則ファイバの１セン チメートル毎の交点数は、少なくとも0.3であり、また、約0.5から5.0の範囲内 である可能性が最も高いことが期待される。ファイバの不規則性を定量化する他 の方法はファイバの長さに沿って、回転の大きさの平均と、回転の大きさの標準 偏差を計算することである。図１３を参照すると、螺旋状ファイバ（ファイバＢ ）についての回転Ｒの大きさの平均値は、０よりかなり上（又は、反対方向の回 転では、０よりかなり下）である。螺旋についての回転Ｒの大きさの標準偏差は 、回転Ｒの大きさの平均値より小さい。図１３において、標準偏差の、回転の大 きさの平均に対する比率は、螺旋状ファイバ（ファイバＢ）については0.25であ る。 それに対して、本発明の不規則形ファイバ（ファイバＡ）については、回転Ｒ の大きさの平均は、大変小さく、ほぼ０に近い。回転の大きさの標準偏差は、少 なくとも、回転Ｒの平均の大きさに少なくとも匹敵し、そうでないとしても、回 転Ｒの大きさの平均よりも著しく大きい。好ましくは、比率は、約0.75より大き い。より好ましくは、1.0より大きく、更に、最も好ましくは、5.0より大きい。 ファイバＡについての、標準偏差の、回転の大きさの平均に対する比率は、8.3 である。 ファイバの不規則形で、ウール絶縁材には、より均一な容積充填特性が与えら れる。従来の主として真っ直ぐなファイバは、ウールパック内で、でたらめに配 置されている。それらは、均一に容積を充填しない。均一に容積を充填すること によって、ファイバは、均一な方法で、与えられた容積全体に広がり、また充填 することを意味する。より均一な容積充填特性は、熱流に抵抗するように、グラ スファイバをより効率的に使用させる。 Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＡＴ走査）検査は、本発明の不規則形ファイバ は、離れた状態になる性質のために、従来の標準的なグラスファイバよりも、は るかに均一な容積充填特性を提供することを示した。ウールパックの密度のＣＡ Ｔ走査検査において、従来の標準的なグラスファイバのウールパックは、不規則 形ファイバのパックより、おおよそ２倍の標準偏差を示す。従って、不規則形フ ァイバで作られたパックの密度の変化は著しく低く、ほぼ均一な容積充填特性を 示す。 ウール絶縁材の均一な容積充填特性は、更に、熱伝導性を計測することによて も示される。ビル用絶縁製品は、熱流を阻止する能力によって定量化される。熱 流に対する抵抗、又は、Ｒ値は、構造からの熱流を阻止する、絶縁製品の能力の 最も一般的な測定値である。Ｒ値は、Ｒ値＝ｔ／ｋの式によって定義され、ここ で、Ｒ値は、hrft²゜F／Btu（m²℃／watt）で表された熱流に対する抵抗であり 、ｔは、インチ（mm）で表された回復された厚さであり、更に、ｋは、Btuin/hr ft²゜F（watt／m℃）で表された熱伝導率である。 熱伝導率、又は、ｋ値は、熱を伝導する材料の能力の測定値である。従って、 材料のｋ値が低ければ低いほど、材料は断熱材としてより優れている。また、材 料の格子がより均一であるほど、材料の断熱能力がより大きい。従って、熱伝導 率は、断熱材料の均一な容積充填特性の測定値となりえる。 本発明の絶縁製品は、その結果、同じ製品密度、及び、ファイバの直径の従来 のものから、ｋ値が著しく減少される。0.3から0.6pcf（4.8から9.6Kg/m³）の一 定の製品密度、及び、一定のファイバの直径のウール絶縁材について、本発明の ウールバットは、従来の最も良い標準的な製品のそれらよりも、１０から１７ｋ ポイント低いｋ値を示す。この密度で、１ｋポイント、又は、数千ｋは、同等の 熱能力に必要な約１／２％グラスファイバ密度に書換えられる。従って、本発明 のウール絶縁材は、同じｋ値を反映させ、また同等のＲ値を生じさせるためには 、従来の材料より、約５から８¹/₂％少ないガラスが必要である。同等の重量節 減が、中位の及び高い密度の絶縁材にみられる。本発明の絶縁材は、好ましくは 、0.5pcf（8.0Kg/m³）、及び５ミクロンの有効ファイバ径で、約0.300Btu in/hr ft²゜F（0.0432watt／m℃）より小さい、改善されたｋ値を示す。最も好ましく は、改善されたｋ値は、0.5pcf（8.0Kg/m³）、及び５ミクロンの有効ファイバ径 で、約0.295Btu in/hrft²゜F（0.0425watt／m℃）より小さい、改善されたｋ値 を示す。 絶縁製品は、トラック等の限られた容積内で、より多くの絶縁材を運送するた めに、高い圧縮で梱包される。設置の時点で、絶縁材は梱包が解かれ、製品は拡 張し、又は、回復する。絶縁製品が回復する厚さを回復厚さと呼ぶ。絶縁材の特 定の厚さは、特定のＲ値を達成するために必要とされる。 絶縁製品の回復能力は、圧縮されていない製品密度と、製品が圧縮される密度 との両方に依存する。ウール絶縁材は、低、中、及び、高密度の３つの広いカテ ゴリーにほぼ分類される。低密度絶縁製品は、0.3から0.6pcf（4.8から9.6Kg/m³ ）の範囲内の製品密度を有するものである。中密度絶縁製品は、0.6から0.9pcf （9.6から14.4Kg/m³）の製品密度を有するものである。高密度ウール絶縁製品は 、1.0pcf（１６Kg/m³）以上のものである。 圧縮密度は、ウールバットが運送のために圧縮され、それでもなお、満足いく 回復を維持することができる密度である。もし製品が、高すぎる密度まで圧縮さ れたら、グラスファイバのかなりの部分が破損するかもしれない。その結果、製 品は、満足いく厚さに回復しない。従来の真っ直ぐなファイバの低密度絶縁製品 では、最大の現実的な圧縮密度は、製品の密度に依存し、約３から約６pcf（４ ８Kg/m³から９６Kg/m³）である。 本発明の低密度ウール絶縁材は、大きく改良された回復特性が生じる。この回 復能力が増すのは、不規則形ファイバの特有の形、及び、特性による。本発明の 不規則形グラスファイバの非結合性質により、従来の結合しない真っ直ぐなファ イバのように、圧縮されるとき摺動することが期待されるであろう。しかし、不 規則形ファイバは、大変遠くに摺動することはできない。なぜなら、不規則な形 状は、近隣のファイバとからまり、それにより、著しい移動が阻止されるからで ある。更に、交点近くのファイバに、結合剤を置くことによる応力は加えられな い。むしろ、本発明の不規則形ファイバは、応力を緩和するため、捩れ、また曲 がる。従って、ファイバの位置は維持され、また、回復のためのエネルギーはフ ァイバに蓄積される。この蓄積されたエネルギーは、圧縮が取り除かれ、ファイ バが回復位置に戻るとき放出される。 本発明の回復率の用語は、ＡＳＴＭ Ｃ１６７−９０に従って、絶縁製品が圧 縮密度に圧縮され、梱包が解かれ、更に、回復密度に回復された後の回復密度の 圧縮密度に対する比率と定義する。例えば、６pcf（９６Kg/m³）の密度に圧縮さ れ、0.5pcf（８Kg/m³）に回復する絶縁製品は、１２：１の回復率を有する。 本発明の軽密度のウールバットは、約６から約１８pcf（９６から２８８Kg/m³） の範囲内の圧縮密度に圧縮され、更に、約0.3から約0.6pcf （4.8から9.6Kg/m³ ）の範囲内の回復密度に回復する。これは、１２：１から約５０：１の範囲内の 回復割合である。好ましくは、本発明の絶縁製品は、約９から約１８pcf（１４ ４から２８８Kg/m³）の範囲内の圧縮密度に圧縮され、また、約0.3から約0.6pcf （4.8から9.6Kg/m³）の範囲内の回復密度に回復する。最も好ましくは、低密度 絶縁製品は、約９から約１５pcf（１４４から２４０Kg/m³）の範囲内の圧縮密度 に圧縮され、また、約0.3から約0.5pcf（4.8から８Kg/m³）の範囲内の回復密度 に回復する。 満足いく回復密度を維持しつつ、本発明の低密度絶縁製品に与えることができ る圧縮量を大きく増加する効果は著しい。標準的なＲ１９絶縁製品では、圧縮密 度は、本発明の不規則形グラスファイバを利用することにより、約４pcf（６４K g/m³）から約１２pcf（１９２Kg/m³）に増加することができる。これは、トラッ ク又は貨物列車等の同じ容積の出荷容器で出荷することができる絶縁材の３倍に 書換えられる。運送費用の潜在的な節減は大きい。また、更に大きく圧縮された 絶縁製品は、収納、更に、製品を倉庫に入れ、販売し、及び製品を取り付けるの に、利益をもたらす。 本発明の特有の不規則形グラスファイバを達成するのに、数々の制約を満足さ せる特定の組成物が必要とされる。第１の制約は、熱膨張係数に関する。ガラス Ａ又はガラスＢのいずれの熱膨張係数の値についての直接的な制約はない。しか し、ガラスＡ又はガラスＢの熱膨張係数は、標準的な棒材技術(rod techniques) によって個々のガラスを測定したとき、少なくとも2.0ppm/℃だけ異なるのが好 ましい。 不規則形グラスファイバの満足いく市販製品についての他の制約は、粘度温度 であり、粘度温度は、標準的な回転円筒体技術(rotating cylinder technique) によって測定されるとき、ガラス粘度が１０００ポアズである温度である。通常 、log3粘度温度と呼ばれる。log3粘度温度は、好ましくは、約１８５０゜F（１ ０１０℃）から約２０５０゜F（１１２１℃）の範囲内であり、より好ましくは 、約１９００゜F（１０３７℃）から約２０００゜F（１０９３℃）の範囲 内であり、更に、最も好ましくは、約１９５０゜F（１０６５℃）である。 ガラスの更なる制約は、その液相線温度である。ガラスの液相線は、結晶相が 溶融ガラス内で安定している最高温度である。十分な時間で、その液相線以下の 温度のガラスは、結晶化する。炉内で結晶されると、固体粒子が形成される可能 性があり、一旦、ファイバライザに流れると、スピナのオリフィスに入り、それ らを閉塞する。本発明の複合ガラス組成物の各ガラスＡ及びガラスＢのlog3粘度 温度と液相線の差は、好ましくは、最低５０゜F（２８℃）であり、更に、より 好ましくは、約２００゜F（１１１℃）以上、log3粘度温度以下である。もしこ の制約が満たされていないと、結晶化がスピナの下の（すなわち、より冷たい） 部分で起こることがあり、スピナのオリフィスを塞ぐ。 本発明のガラス組成物の更なる制約は、ガラスの耐久性である。耐久性は、２ つのガラスウールパック特性に関連する。第１は、取り付けるために開けたとき の、ガラスウールパックの回復する能力である。第２は、ガラスウールパックの 長期的な物理的一体性である。ガラスの化学的耐久性が低すぎると、ガラスウー ルパックの取り付けの際、設計された厚さに回復しないことがある。ウールパッ クが完全に回復しないか、又は、速く解体しすぎると、ウールパックは、適切に 絶縁しない結果となる。 絶縁に応用するグラスファイバの化学的耐久性の有用な測定は、２０５゜F（ ９６℃）の0.1リットルの蒸留水に２時間浸けた後、１０マイクロメーターの直 径のファイバの、１グラムの重量パーセント損失を測定することによって得られ る。そのようにして測定された耐久性は、グラスファイバの組成に強く依存し、 ファイバの熱履歴(thermal history)に、多少依存する。ウールパックの適当な 性能を確保するため、複合ガラス組成物のそれぞれのファイバは、この実験で、 重量損失が約４％以下、更に、好ましくは、約2.5％以下でなければならない。 ガラス組成に強く依存するのに加えて、グラスファイバの化学的な耐久性は、熱 履歴に多少依存する。従って、例えば、グラスファイバを７分間、１０００°F （５３８℃）で加熱することは、その化学的耐久性をいくらか改善する。ここで 開示する化学的耐久性の限界は、それらの当初の繊細化に利用した以外に熱処理 をしていないグラスファイバの測定に関すると理解されたい。ガラスウール絶縁 は、典型的には、呼吸するのに十分に細いファイバを幾らか含み、もしそれらが 、短い長さに破断したら、ファイバの一部は風で運ばれ、更に、吸引されるかも しれない。体内で、それは生理流体にさらされる。ファイバの体内での溶解率は 、吸引されたファイバの生態学的活動の役割を果たす程度に、そのような流体で 比較的高い溶解率を有するグラスファイバを製造することが好ましい。グラスフ ァイバの溶解率は、９８゜F（３７℃）で模擬肺液内のファイバを測定した溶解 率定数として表わされる。それは強くグラスファイバの組成に依存し、その熱履 歴に多少依存する。すべての絶縁ファイバについて、少なくとも１００ng/cm²hr の溶解率定数を有するガラス組成物を使用するのが好ましい。従って、複合ガラ ス組成物のそれぞれのファイバについての溶解率定数は、少なくとも１００ng/c m²hrであるのが好ましい。化学的耐久性についてのように、引続くファイバの熱 処理は、溶解率を低下させる。１００ng/cm²hrの限界は、最終製品の形態でウー ル絶縁パックに形成されるファイバに関すると理解されたい。 ガラスＡとして、ある種の高硼酸塩、低ソーダ石灰アルミノシリケート組成物 、及び、ガラスＢとして、ある種の高ソーダ、低硼酸塩石灰アルミノシリケート 組成物を備える本発明の複合ガラス組成物は、好結果の不規則形ファイバに必要 なすべての制約を満足する。高硝酸塩、低ソーダ石灰アルミノシリケート組成物 によって、ガラス組成物が成分全体のうち、重さで約１４％から約２４％の範囲 内の硝酸塩含有率を有することを意図している。高ソーダ、低硝酸塩石灰アルミ ノシリケート組成物によって、ガラス組成物が、成分全体のうち、重さで約１４ ％から約２５％の範囲内のソーダ含有率を有することを意図している。 第１ガラス組成物は、重量パーセントで、約５０から約６１％のシリカ又はＳ ｉＯ₂と、約０から約７％のアルミナ又はＡｌ₂Ｏ₃と、約９から約１３％の石灰 又はＣａＯと、約０から約５％のマグネシア又はＭｇＯと、約１４から２４％の 硝酸塩又はＢ₂Ｏ₃と、約０から約１０％のソーダ又はＮａ₂Ｏと、約０から約２ ％のカリウム酸化物又はＫ₂Ｏとを備える。 第２ガラス組成物は、好ましくは、重量パーセントで、約５２から約６０％の シリカ又はＳｉＯ₂と、約０から約８％のアルミナ又はＡｌ₂Ｏ₃と、約６から約 １０％の石灰又はＣａＯと、約０から約７％のマグネシア又はＭｇＯと、約０ から６％の硝酸塩又はＢ₂Ｏ₃と、約１４から約２５％のソーダ又はＮａ₂Ｏと、 約０から約２％のカリウム酸化物又はＫ₂Ｏとを備える。各組成物について、典 型的には、意図的にガラスに添加したのではなく、バッチ形成(batch formulati on)で使用する原材料から生じる、例えば、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、及び、ＳｒＯ等 の合計約１％の様々な他の含有物が存在する。 より好ましくは、本発明の複合ガラス組成物は、約５２から５７％のシリカと 、４から６％のアルミナと、１０から１１％の石灰と、１から３％のマグネシア と、１９から２２％の硝酸塩と、４から６％のソーダと、０から２％のカリウム 酸化物とを含有する第１ガラス組成物と、約５７から６５％のシリカと、２から ６％のアルミナと、８から９％の石灰と、４から６％のマグネシアと、０から６ ％の硝酸塩と、１５から２１％のソーダと、０から２％のカリウム酸化物とを含 有する第２ガラス組成物とを備える。 例１ 本発明の不規則形グラスファイバは、本発明の方法に従って、バッチモード(b atch-mode)低処理量実験用スピナで製造された。ウールバットの実験用正方形が 、次いで、８×８インチ（２０３mm×２０３mm）サンプルの、５０グラムのファ イバから製造された。これらの実験用正方形の回復が、回復された厚さと圧縮さ れた厚さを比較して測定された。圧縮は、１週間にわたり、１２pcf（１９２Kg/ m³）であった。 従来の標準的な結合された絶縁製品は、１８：１の回復率を示した。従来の標 準的な結合されていないウール絶縁材は、14.4：１の回復率を示した。本発明の 結合されていない不規則形ウール絶縁材は、実験した３つのサンプルでは、３２ ：１から３４：１の回復率を示した。 例２ 0.5pcf（8.2Kg/m³）のウール絶縁材の熱伝導率及び５ミクロンの直径は、アメ リカ試験材料学会（ＡＳＴＭ）実験Ｃ５１８を使用して測定された。実験された ２０のサンプルについて、標準的な結合されたウールバットの平均は、 0.308ｋ値であった。本発明の不規則形ウール絶縁材の実験された２０のサンプ ルについて、平均は、0.291ｋ値であり、１７ｋポイントの差を示した。１ｋポ イントは、おおよそ1/2％のガラスに相当するので、本発明のウール絶縁材は、 同じＲ値を達成するのに、従来の材料より８1/2％少ないガラスを必要とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，Ｅ Ｅ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 アッシェンベック ディヴィッド ピー アメリカ合衆国 オハイオ州 43055 ニ ューアーク グランヴィル ストリート 476

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１及び第２ガラス組成物の複合グラスファイバを備え、平均偏向率が約５ ％以上であるグラスファイバ絶縁製品。 ２．平均偏向率が約１５％以上であること、を特徴とする請求項１に記載の絶縁 製品。 ３．平均偏向率が３０％以上であること、を特徴とする請求項２に記載の絶縁製 品 ４．第１及び第２ガラス組成物の不規則形複合グラスファイバを備え、平均偏向 率が約５％以上であるグラスファイバ絶縁製品。 ５．平均偏向率が約１５％以上であること、を特徴とする請求項４に記載の絶縁 製品。 ６．平均偏向率が３０％以上であること、を特徴とする請求項５に記載の絶縁製 品