JPH08506391A - 鉱物繊維製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉱物繊維（１８）の流れを確立する工程と、ポリマ物質を混合するため、ポリマ繊維を鉱物繊維（１８）の流れに向かって指向させる工程と、幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失って非繊維状のポリマ粒子として鉱物繊維（１８）に付着されるようになり且つ幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を保有する程度まで、幾分かのポリマ繊維を軟化すべくポリマ繊維（３０）に熱を加える工程とを有する鉱物繊維製品（３６）の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】 鉱物繊維製品の製造方法 技術分野 本発明は、鉱物繊維製品、特に有機物質すなわちポリマが付着された鉱物繊維 製品の製造技術に関する。より詳しくは、本発明は、鉱物繊維にポリマ物質を付 着するという新規な方法で鉱物繊維製品を製造する技術に関する。 背景技術 鉱物繊維製品、特にガラス繊維で作られた製品は、一般に、連続繊維又は不連 続繊維として製造される。これらの繊維には、繊維を摩耗から保護するため、鉱 物繊維を互いに結合して構造製品を形成するため、及び補強繊維とプラスチック マトリックスとの相容性のような鉱物繊維と他の材料との相容性を付与するため 、種々の有機コーティングが付着される。断熱製品の場合には、鉱物繊維はフェ ノール／ホルムアルデヒドバインダのような有機物質により一体に結合され、包 装による圧縮後に復元できるばね状マトリックスを形成する。 鉱物繊維への有機物質の付着は幾つかの形態をとることができる。連続鉱物繊 維は、連続繊維にサイジング剤を付着する場合のように、繊維にコーティングを 付着するため、浴を通して又はコータを横切って走行される。また、有機物質は 鉱物繊維に噴霧することもできる。この方法は、鉱物繊維の円筒状ベールにフェ ノール／ホルムアルデヒドバインダのスプレーを噴霧する断熱製品の製造に普通 に使用されている。一般に、フェノール／ホルムアルデヒドバインダは、尿素を 含有しており且つガラス繊維に付着される約６００の分子量をもつ未硬化状態の 水性溶液である。 鉱物繊維の円筒状ベールに従来技術の水性有機バインダを付着する場合の１つ の問題は、液体バインダの小滴とベールの鉱物繊維とが接触する前に、バインダ の一部が蒸発し易いことである。蒸発したバインダ材料は、当該プロセスの排出 空気流中の汚染物質となり、汚染問題を回避するには浄化しなければならない。 また、鉱物繊維に付着したバインダ物質はくっ付き易いため、製品中に落下して 製品に欠陥を引き起こす虞のあるガラス繊維断熱材の凝集を防止するには繊維収 束装置の大規模な浄化を要する。 断熱製品にバインダを付着することに付随する他の問題は、低分子量フェノー ル／ホルムアルデヒドバインダ物質が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ） 、ポリプロピレン又はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の他の高分子量ポ リマ物質の所望の幾つかの特性をもたないことである。低分子量バインダ物質に 付随する主要問題は硬化工程を要することであり、これは、通常、硬化オーブン の資本及び運転コスト、汚染問題の処理コスト、硬化問題の度合い及び製品の一 体性の問題等の作業上の不利益を有する。断熱製品を製造するのに、より高い分 子量のポリマ物質を鉱物繊維に付着できるならば、幾つかの優れた特徴を実現で きるであろう。 鉱物繊維に高分子量のバインダを付着して断熱製品を製造する従来の試みは、 大きな成功を収めていない。ガラス繊維のベールに高分子量ポリマ並びに低分子 量フェノール／ホルムアルデヒドバインダを付着する試みに付随する１つの問題 は、物質の付着が非常に不均一になり、このため、断熱製品の種々の部分に付着 されるバインダ物質の量に差が生じることである。これらのバインダ物質をより 均一に付着して、より均一にバインダを分散させた製品を製造できるならば有効 であろう。 発明の開示 鉱物繊維と混合するため、ポリマ物質の繊維を鉱物繊維の流れに向かって指向 させる工程と、幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失って非繊維状の 粒子として鉱物繊維に付着されるようになる程度まで、幾分かのポリマ繊維を軟 化すべくポリマ繊維に熱を加える工程とからなる鉱物繊維製品の製造方法がここ に開発された。一部の鉱物繊維はこれらの繊維状形態を保有する。本発明の方法 は、1,000、好ましくは10,000、最も好ましくは100,000を超える分子量をもつバ インダ物質の付着を可能にする。 本発明によれば、鉱物繊維の流れを確立する工程と、ポリマ物質と鉱物繊維と を混合させるため、ポリマ物質の繊維を鉱物繊維の流れに向かって指向させる工 程と、幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失って非繊維状のポリマ粒 子として鉱物繊維に付着されるようになり且つ幾分かのポリマ繊維がこれらの繊 維状の形態を保有する程度まで、幾分かのポリマ繊維を軟化すべくポリマ繊維に 熱を加える工程と、鉱物繊維製品を形成するため、非繊維状のポリマ粒子が付着 し且つ混合された鉱物繊維及びポリマ繊維を収束する工程とを有する鉱物繊維製 品の製造方法が提供される。本発明の方法により製造される製品は、一般的な断 熱製品よりも優れたフレキシビリティ及び取扱い可能性を有することが判明して いる。また、本発明により製造される製品は、標準形の断熱製品より優れた復元 性を呈する。 本発明の１つの長所は、高分子量の熱可塑性バインダを付着できることである 。これまで、温度的制約のため、これらのバインダをベールの外側から首尾よく 付着することはできなかった。 本発明の特定実施例では、鉱物繊維の流れは、一部のポリマ繊維がこれらの繊 維状の形態を失って非繊維状のポリマ粒子として鉱物繊維に付着するようになる までポリマ繊維の一部を軟化するホットガスを含んでいる。本発明のより特殊な 実施例では、ポリマ物質と鉱物繊維とを混合させるため、鉱物繊維の円筒状ベー ル内の位置から鉱物繊維の流れに向かってポリマ繊維が指向される。 本発明の他の実施例では、鉱物繊維はスピンナから遠心放出され、繊維化の後 に、繊維は加熱され且つ下方に旋回されて、鉱物繊維及びホットガスの下方に移 動するベールを形成する。ホットガスの熱は、幾分かのポリマ繊維をベールと接 触させ、幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失い且つ鉱物繊維に付着 されるようになる程度まで軟化させる。 また、本発明によれば、本発明の方法により製造される鉱物繊維製品も提供さ れる。この鉱物繊維製品は、非繊維状のポリマ粒子が付着された鉱物繊維と混合 されたポリマ繊維を備えている。 本発明の更に別の特定実施例では、鉱物繊維製品は、約５〜４０重量％のポリ マ物質を備えている。 図面の簡単な説明 第１図は、ガラス繊維の遠心繊維化に適用される本発明の方法を実施する装置 の概略側面図である。 第２図は、本発明の方法により製造される鉱物繊維製品である。 発明を実施するための最良の形態 本発明は、ガラス繊維形成作業に関連して説明するけれども、ロック、スラグ 及び玄武岩等の他の熱軟化性鉱物物質を用いて実施できることも理解すべきであ る。 第１図に示すように、ガラススピンナ１０は、回転軸線１２の回りで回転し且 つ軸１４により駆動される。スピンナにはガラス１６の溶融流が供給され、該ガ ラス１６はスピンナの壁を通して遠心放出されてガラス繊維１８が形成される。 ガラス繊維は、環状バーナ２０からの熱により、スピンナの直ぐ外側で、柔らか い細繊化可能状態に維持される。半径方向に移動するガラス繊維は、ブロワ２１ により下向きに旋回され、下方（すなわち、スピンナの軸線方向）に移動する円 筒状の繊維ベール２２になる。下方に移動するガラス繊維の円筒状ベールの製造 方法は従来技術において良く知られている。 鉱物繊維は、スピンテックス（spintex process）すなわちホイールスローイ ング法又は空気吹きつけ法等の他の手段により確立できる。いずれの方法も、ポ リマ繊維が鉱物繊維の流れに向かって指向され、混合を生じさせる。 ガラススピンナ１０の下には、ベール内の位置からベールと接触するようにポ リマ物質を分散させる回転装置が配置されている。第１図に示す実施例は、ポリ マ物質をベールと接触するように分散させる第２スピンナ、すなわちポリマスピ ンナ２４を使用している。ポリマスピンナ２４は、回転できるように任意の形態 で取り付けられる。図示のように、ポリマスピンナ２４を支持体２６を介してガ ラススピンナ１０に直接連結して、回転できるように取り付けることができる。 ポリマスピンナ２４には、溶融ポリマ物質の流れ２８が供給される。図示のよ うに、この流れ２８は、ガラススピンナ１０の軸の中空部分を通して供給される 。溶融ポリマは、ＰＥＴのようなポリマ物質の当業者に一般に知られている押出 し 装置を用いて製造又は供給できる。 ポリマ物質の粘度、表面張力及び他のパラメータ、及びポリマスピンナ２４の 回転速度及びオリフィスサイズに基づいて、ポリマ繊維３０がポリマスピンナ２ ４から製造される。ポリマ繊維３０は半径方向外方に移動し、ここで、鉱物繊維 と出合い且つ混合される。 ガラス繊維１８及びガラススピンナ１０は約９２７℃（1,700°F）の温度で作 動するので、ポリマ繊維３０は迅速に高温領域に押し出されて軟化される。幾分 かのポリマ繊維３０は溶融されて小滴又は他の粒子を形成し、これらの粒子が幾 分かの鉱物繊維に付着することが判明している。他のポリマ繊維３０はこれらの 繊維状の形状を保持し、鉱物繊維のパック３２中にポリマ繊維３０の存在をもた らす。ポリマ物質の幾分かが繊維状の形状を保持する一方で、ポリマ物質の他の 部分が鉱物繊維に付着するポリマ粒子を形成する理由は知られていない。幾分か のポリマ繊維は、これらの繊維状の形状が壊れて球状の形状になるのに必要な程 度までは軟化されないことがその理由かもしれない。或いは、全てのポリマ繊維 が軟化されるけれども、これらの一部のみが、軟化状態のままで鉱物繊維と接触 することがその理由かもしれない。 ポリマ物質がその劣化限度すなわち酸化限度を超える温度を受けないようにす るため、水分散器３４のような冷却手段を用いて、ポリマ繊維又はポリマ物質が 受ける温度状態（temperature regime）を制御することができる。水分散器３４ は、最終的に分割された水分を、移動するポリマ物質の近傍に供給するのに適し た任意の手段で構成できる。冷却手段の他の例として、ポリマ粒子又はポリマ繊 維に空気を指向させて、ポリマ物質と鉱物繊維とが出合う箇所の温度を制御する 空気流装置（図示せず）がある。 混合されたポリマ物質及び鉱物繊維が収束されてパック３２を形成した後、任 意ではあるが、該パック３２をオーブン３４に通して鉱物繊維パックの形状を整 形し、鉱物繊維製品３６を製造することができる。 第２図に示すように、ガラス繊維製品は、鉱物繊維１８及びポリマ繊維３０か らなる。幾分かの鉱物繊維は該繊維に付着した粒状ポリマ物質を有し、幾分かの 鉱物繊維はポリマ物質で完全被覆することができる。 第１図に示す本発明はＰＥＴポリマ物質を使用したが、本発明では他の高分子 量ポリマ物質を使用できることも理解すべきである。これらの高分子量ポリマ物 質の例として、ポリカーボネート物質、ポリプロピレン、ポリスチレン及びポリ スルフィドがある。 最終的鉱物繊維製品に種々の量のポリマ物質及び鉱物繊維物質を付与できるこ とも理解すべきである。例えば、一般的な建築用断熱材は約５重量％のフェノー ル／ホルムアルデヒドを含有し、本発明により製造される断熱製品も、鉱物繊維 製品の重量に対する同様なポリマ物質の重量比にすることができる。断熱材モー ルディング媒体製品（Insulation molding media products）にも、鉱物繊維製 品の約５〜４０重量％、好ましくは約１０〜３０重量％の範囲内のポリマ物質を 含有させることができる。他の鉱物繊維製品として、鉱物繊維製品の５０重量％ を超える量のポリマ物質を含有させることができ、７０重量％を超える量のポリ マ物質を含有させることもできる。 例 本発明の方法を、ＰＥＴ／ガラス繊維製品の製造に使用した。ガラス繊維スピ ンナは、50,000個のオリフィスを有し且つ約４９５kg／時間（1,100 lb／時間） のスループット（処理量）で作動する。ガラススピンナの下で回転できるように 取り付けられたポリマスピンナに、ＰＥＴ物質を供給した。ポリマスピンナは約 7,000個のオリフィス及び約22.5kg／時間（５０lb／時間）のスループットを有 する。ＰＥＴ物質は200,000を超える分子量を有する。スピンナは、それぞれガ ラス及びポリマ物質を首尾よく処理するため、異なる温度に維持した。 得られた製品はガラス繊維とポリマ繊維との均一ブレンドであり、幾分かのポ リマ物質がガラス繊維に付着し且つ幾分かのポリマ物質が混合ポリマ繊維として 保有されている。この試みから得られる製品は、伝統的なガラス繊維ウールモー ルディング媒体よりも、フレキシブルであり且つ撓みによる破壊に対する抵抗（ 撓み破壊抵抗）が大きいことが判明した。一般的なガラス繊維ウールモールディ ング媒体装置で成形したとき、本発明の製品は、主として撓み破壊抵抗に関し優 れた結果を与えた。この利益は、製造時に両者が成形されるとき、及びフェノ ール／ホルムアルデヒドのような樹脂で後処理されるときに明らかであった。モ ールディングの前に、この製品はまた、標準形フェノール／ホルムアルデヒド製 品の復元特性よりも大きな復元特性を呈した。また、製品に紫外線を照射すると 、ＰＥＴ／ガラス繊維製品のバインダ分布の均一性を、一般的なフェノール／ホ ルムアルデヒド製品に見られるバインダ分布の均一性よりも高めることができる ことは明白である。 以上から、本発明に種々の変更を施すことができることは明白であろう。しか しながら、これらの変更は本発明の範囲内のものと考えられる。 産業上の適用可能性 本発明は、断熱製品及びガラス繊維構造製品として使用されるガラス繊維製品 のような鉱物繊維製品の製造に有効である。鉱物繊維に変えてＰＰＳのような高 性能ポリマ繊維を使用して、全ポリマ製品を製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｄ０４Ｈ 1/58 Ｚ 7199−3Ｂ Ｄ０６Ｍ 15/00 7199−3Ｂ (72)発明者 スコット ジェームズ ダブリュー アメリカ合衆国 オハイオ州 43055 ニ ューアーク ストーンウォール 1738 (72)発明者 ヘインズ ランダル エム アメリカ合衆国 オハイオ州 43822 フ レイジーズバーグ チャーチ ロード 9001 (72)発明者 マックグレース ラルフ ディー アメリカ合衆国 オハイオ州 43023 グ ランヴィル デンビグ ドライヴ 11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ．鉱物繊維の流れを確立する工程と、 ｂ．ポリマ物質と鉱物繊維とを混合させるため、ポリマ物質の繊維を鉱物繊 維の流れに向かって指向させる工程と、 ｃ．幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失って非繊維状のポリマ 粒子として鉱物繊維に付着されるようになり且つ幾分かのポリマ繊維がこれらの 繊維状の形態を保有する程度まで、幾分かのポリマ繊維を軟化すべくポリマ繊維 に熱を加える工程と、 ｄ．鉱物繊維製品を形成するため、非繊維状のポリマ粒子が付着し且つ混合 された鉱物繊維及びポリマ繊維を収束する工程とを有することを特徴とする鉱物 繊維製品の製造方法。 ２．前記鉱物繊維の流れは、一部のポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を失って 非繊維状のポリマ粒子として鉱物繊維に付着するようになるまでポリマ繊維の一 部を軟化するホットガスを含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の方法。 ３．前記ポリマ物質と鉱物繊維とを混合させるため、鉱物繊維の円筒状ベール内 の位置から鉱物繊維の流れに向かってポリマ物質の繊維を指向させる工程を有す ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記ポリマ物質の分子量が1,000より大きいことを特徴とする請求の範囲第 ３項に記載の方法。 ５．前記ポリマ物質の分子量が1,000より大きいことを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の方法。 ６．ａ．スピンナで鉱物繊維を遠心放出する工程と、 ｂ．鉱物繊維を加熱し且つ鉱物繊維の方向を変えて、鉱物繊維及びホットガ スの下方に移動するベールを形成する工程と、 ｃ．ポリマ物質と鉱物繊維とを混合させるため、ポリマ物質の繊維をベール に向かって指向させる工程とを有し、ここで、ホットガスの熱は、幾分かのポリ マ繊維がこれらの繊維状の形態を失って非繊維状のポリマ粒子として鉱物繊 維に付着されるようになり且つ幾分かのポリマ繊維がこれらの繊維状の形態を保 有する程度まで、幾分かのポリマ繊維を軟化し、 ｄ．鉱物繊維製品を形成するため、非繊維状のポリマ粒子が付着し且つ混合 された鉱物繊維及びポリマ繊維を収束する工程を更に有することを特徴とする鉱 物繊維製品の製造方法。 ７．前記ポリマ物質と鉱物繊維とを混合させるため、ベール内の位置からベール に向かってポリマ物質の繊維を指向させる工程を有することを特徴とする請求の 範囲第６項に記載の方法。 ８．前記ポリマ物質の分子量が1,000より大きいことを特徴とする請求の範囲第 ７項に記載の方法。 ９．前記ポリマ物質の分子量が10,000より大きいことを特徴とする請求の範囲第 ７項に記載の方法。 10．非繊維状のポリマ粒子が付着された鉱物繊維と混合されたポリマ繊維からな る、請求の範囲第１項に記載の方法により製造されたことを特徴とする鉱物繊維 製品。 11．約５〜４０重量％のポリマ物質を備えたことを特徴とする請求の範囲第１０ 項に記載の鉱物繊維製品。 12．非繊維状のポリマ粒子が付着された鉱物繊維と混合されたポリマ繊維からな る、請求の範囲第２項に記載の方法により製造されたことを特徴とする鉱物繊維 製品。 13．約５〜４０重量％のポリマ物質を備えたことを特徴とする請求の範囲第１２ 項に記載の鉱物繊維製品。 14．非繊維状のポリマ粒子が付着された鉱物繊維と混合されたポリマ繊維からな る、請求の範囲第４項に記載の方法により製造されたことを特徴とする鉱物繊維 製品。 15．約５〜４０重量％のポリマ物質を備えたことを特徴とする請求の範囲第１４ 項に記載の鉱物繊維製品。 16．非繊維状のポリマ粒子が付着された鉱物繊維と混合されたポリマ繊維からな る、請求の範囲第８項に記載の方法により製造されたことを特徴とする鉱物繊 維製品。 17．約５〜４０重量％のポリマ物質を備えたことを特徴とする請求の範囲第１６ 項に記載の鉱物繊維製品。