JPH09506394A - ガラスファイバー絶縁製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガラスファイバー絶縁製品は、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状ガラスファイバーを含有し、該不規則形状デュアルガラスファイバーは、実質的に均一な体積充填特性を示し、かつバインダー材料がなくとも改良した回復能力及び熱伝導率能力をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラスファイバー絶縁製品の製造方法技術分野 本発明は、鉱物ファイバーのウール材料、特にガラスファイバーの絶縁製品（ insulation product）に関する。また、本発明は、ガラスファイバーの絶縁製品 の製造に関する。背景技術 小径ガラスファイバーは、防音材料又は断熱材料を含むさまざまな適用に有用 である。これらの小径ガラスファイバーは、一般にウールパックと呼ばれる、格 子即ちウェブに適切に結集させると、各々では強度又は剛性がないガラスファイ バーが、極めて強度の高い製品に形成することができる。製造されるガラスファ イバー絶縁製品は、軽量、高圧縮性及び高弾性を有する。本特許明細書の目的に おいて、『ガラスファイバー』及び『ガラス組成物』という語を用いるとき、『 ガラス』は、ロック、スラグ及び玄武岩などのいかなるガラス質鉱物材料、並び に従来のガラスを含めることを意図している。ガラスファイバー絶縁製品を製造 する一般的な従来技術の方法は、回転法からガラスファイバーを製造することを 含んでいる。遠心機即ち紡糸機(spinner)の外壁にあるオリフィスから単一溶融 ガラス組成物が押し出され、１次ストレートガラスファイバーを製造する。ブロ ワー（blower）でファイバーを下方に延伸する。ファイバーが下方に延伸されて いるとき、ファイバーをウール製品に結合するのに必要なバインダーをファイバ ーに噴霧する。その後、ファイバーを収集しウールパックを形成する。 ガラスファイバーの絶縁製品を形成するとき、理想的な絶縁製品は、ファイバ ー間に均一な空間を有するのであろう。絶縁製品は基本的にはファイバー間に空 気を捕捉した格子であり、よって空気の移動を妨害する。また、格子は散乱放射 による熱伝達も阻止する。ファイバーのより均一な空間占有により、散乱が最大 となり、ゆえにより大きな絶縁能力を有することになるであろう。 ガラスファイバーのウール絶縁材料の製造において、比較的短いファイバーを 用いることが必須になっている。長いファイバーは、お互いが絡み合い、ロープ 又はひもを形成する傾向にある。これらのロープは、理想的な均一格子からのず れを生じ、ガラスウールの絶縁能力を減少させる。しかし、ストレートの短いフ ァイバーは、偶然の(haphazard)格子のみを形成し、ファイバーのいくつかは共 に集団となり存在する。現存するガラスウール絶縁材料は、製品内のファイバー の分布について均一性が著しく存在しないということは明らかである。したがっ て、理想的な均一格子構造を得ることができない。 また、ストレートファイバーを用いるとき、ファイバーに有機バインダー材料 を添加するのは必須である。バインダーは、ファイバーとファイバーとの交点を 結合することにより製品を結合させるのに必要である。バインダーそのものが高 価であるだけでなく、ほとんどの有機化合物が環境によくない影響を与えるため 製造工程からの廃棄物を処理するのに非常に骨を折らなければならない。さらに 、エネルギーをさらに使用し、かつ環境浄化コストをさらに生じる炉でバインダ ーを硬化しなければならない。 現存の絶縁製品に有する他の課題として、特にファイバーの径が大きすぎると 、ガラスファイバーが、ヒトの肌に接触すると肌を刺激する点が挙げられる。ま た、ガラスファイバーが脆いと、ファイバーの破断により絶縁製品を塵まみれに することがあり得る。 絶縁製品の運搬及び包装の際、高圧縮性であるのが好ましい。運搬の際にウー ルを圧縮し、その後素早くかつ確実に所望の大きさに回復するのが望ましい。現 在の絶縁製品は、適当な回復をなお達成していながら、可能である圧縮量が限ら れている。製品が圧縮されると、ファイバーはそれ自身可撓性を有するが、バイ ンダーは固定される。過度な圧縮によりファイバーの応力が増大すると、ファイ バーは破断する。 ノンストレートファイバーを製造する試みが従来技術においてなされている。 メカニカルキンク法(mechanical kink process)において、紡織繊維ブッシュか らガラスファイバーを引く。高温の間に、一連の対向するギア又はクリンプ加工 装置を通して機械的手段でファイバーを引いて、繊細化及びクリンプさせる。最 終的には、曲がったガラスファイバーの束とする。 メカニカルキンク法の大きな欠点は、これらのファイバーが満足なガラスウー ル製造に資さない点である。製造したガラスウール各々が均一分布を有しないの で、この方法で製造した各ファイバーは、キンクの目的を損なわずに、均一形状 を有する。さらに、方法が非回転方法であるので、不満足な低処理量であり、製 造したファイバーは、ウール絶縁材料にとってあまりにも粗い。 スタレゴ(Stalego)の米国特許第2,998,620号は、２成分ガラス組成物のカール 状ガラスファイバーを開示している。スタレゴは、異なる熱膨張係数の２つのガ ラス組成物を紡糸機のオリフィスの中に通すことによってステープルカール状フ ァイバーを製造することを教示する。異なる熱膨張係数により冷却の際にファイ バーが自然にカールするような調整された一体関係により、デュアル（dual）ガ ラス流としてガラスが押し出される。しかし、スタレゴは、カールしたファイバ ーをファブリックに織り上げるか、又は焼成陶磁器に強化剤として含めるような 糸の処理に使用することを開示している。スタレゴは、絶縁製品にカール状ファ イバーを使用することを開示していない。 ティエド(Tiede)の米国特許第3,073,005号は、２成分カール状ガラスファイバ ーを製造する非回転法を開示している。２つのガラスを繊細化させて単一のファ イバーとするように異なるガラス組成物を隣合わせで接触させてオリフィスに供 給し、ファイバーを製造する。ティエドは、ファブリック材料並びに緩衝材料及 び浮力材料にこのガラスを用いることを開示している。ティエドは、カール状ガ ラスファイバーで製造した絶縁製品を開示していない。 スレーター(Slayter)らの米国特許第2,927,621号も、またカール状ファイバー の製造を開示している。スレーターでは、ファイバーをホットガスで軟化させた 後に、単一ガラス組成物のガラスファイバーを対向する輪郭形状スカート(skirt )に通過させる。その後、ファイバーをスカートの輪郭の形状にする。しかし、 厚く、長いファイバーは、絶縁材料に不適である。むしろ、製造したファイバー は、濾過媒体に使用され、さらに塗布されるバインダーを有する。 したがって、ウール絶縁材料が改良した回復及び減少した熱伝導率を有し、か つバインダー材料を用いずに使用することができるような、均一体積充填特性を 有する改良ウール絶縁材料が必要とされる。また、現存のガラスファイバー絶縁 製品の刺激及び塵の課題を解決することに利益を有する。発明の開示 この必要性は、形状が不規則な鉱物ファイバーから絶縁製品を製造する本発明 と合致するものである。ストレートというよりむしろ不規則、曲がっている、即 ちカール状であるファイバーを使用することにより、より均一な格子構造を得る ことができる。これを均一体積充填とよぶ。均一性増大により、より大きな回復 比とすることができる。均一体積充填により、著しく低い熱伝導率となることは 、より重要なことである。また、不規則形状ファイバーが大いに絡まることによ り、有機バインダーを用いずに十分なウールパック集結度を得ることができる。 十分な集結度というのは、ウールバット（wool batt）2.4ｍ（８ft）を自重下で その長さ又はその幅で吊るしたとき、ウールバットのファイバーが絡まったまま であり、分離しないことを意味している。これらはそれぞれ、縦方向及び横方向 に関する。しかし、所望であれば、バインダー材料を添加してウール絶縁材料に さらに強度をもたらすことができる。また、本発明のファイバーの不規則形状は 、製品による刺激が受けにくくなり、かつ製品を塵まみれにしない。 本発明の好ましい態様により、不規則形状ガラスファイバー、及び不規則形状 ガラスファイバーを含有する絶縁製品が提供される。不規則形状ガラスファイバ ーの絶縁製品は、実質的に均一な体積充填特性を有する。さらに、不規則形状ガ ラスファイバーは、バインダーなしであるのが好ましい。この『バインダーなし 』という語は、バインダー材料が製品の１重量％以下で含有することを意味する 。さらに、『バインダー』という語は、塵抑制又は潤滑性のために添加する材料 を含めることを意味する。各不規則形状ガラスファイバーは、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含有する。２つのガラス組成物間の熱膨張 係数の差は、約2.0ppm／℃（ppm:百万分の１）より大きいのが好ましく、より好 ましくは約4.0ppm／℃、最も好ましくは約5.0ppm／℃より大きいのがよい。 本発明のさらなる面により、不規則形状ガラスファイバーの実質的に均一な体 積充填特性を有する絶縁製品が提供される。その絶縁製品は、約96〜約288kg／m³ (６〜18pcf(ポンド/ft³))の圧縮密度に圧縮された後、約4.8〜約9.6kg／m³(0.3 〜0.6pcf)の範囲内の回復密度を有する。 本発明の他の面により、実質的に均一な体積充填特性を有する不規則形状ガラ スファイバーを含有するウール絶縁材料が提供される。各不規則形状ガラスファ イバーは、少なくとも第１ガラス組成物及び第２ガラス組成物から成る。第１ガ ラス組成物は一般的に、各ファイバーの全ガラス含量の約15〜約85％の範囲内で 変化する。第２ガラス組成物は、各ファイバーのガラス含量のバランスである。 ファイバーのある小部分は、単一組成の場合がある。図面の簡単な説明 図１は、本発明の絶縁体を製造することができる加熱設定工程の概略正面図で ある。 図２は、本発明の絶縁体を製造することができる直接成形工程(direct formed process)の概略斜視図である。 図３は、本発明の絶縁製品の一態様の概略斜視図である。 図４は、本発明のファイバーを製造することができるファイバー化機(fiberiz er)の概略断面図である。 図５は、図４の線５−５における紡糸機の一部平面図である。 図６は、図５の線６−６における紡糸機の概略正面図である。 図７は、Ａ／Ｂガラス比が50：50である本発明の不規則ガラスファイバーの概 略断面図である。 図８は、Ａ／Ｂガラス比が50：50未満である不規則ガラスファイバーの概略断 面図である。 図９は、従来技術のらせん状ガラスファイバーの概略斜視図である。 図10は、自然状態であって、拘束をうけていない状態の本発明の不規則形状ガ ラスファイバーの概略斜視図である。 図11は、図10のファイバーの延伸状態の概略斜視図である。 図12は、図10の不規則形状ガラスファイバーの美的処理した概略斜視図である 。 図13は、ｘ軸にファイバー長（ｍｍ）を、ｙ軸にらせん状ファイバー(112)及 び不規則形状ファイバー(122)の双方の回転度Rを示したグラフである。発明を実施するための態様 本発明の不規則形状ガラスファイバーの絶縁製品は、図１に示す回転ファイバ ー形成工程及びパック加熱設定工程から製造することができる。 図１について、炉10から前炉（forehearth）12経由でファイバー化機14に２つ の異なる溶融ガラス組成物が供給される。ファイバー化機14で製造した不規則形 状のベールは、コンベヤーの下に位置決めされた真空手段によりウールパック20 としてコンベヤー16上に収集される。ファイバーが、ファイバー化機内のブロワ ー22により空気又はガスによりコンベヤーまで下方にブローされるとき、ファイ バーは繊細化されて、不規則形状になると考えられる。 その後、ウールパックは、加熱設定温度371〜593℃（700〜1100°Ｆ）の炉24 を通過する。加熱設定温度は、ファイバー形成後の冷却工程を遅らせて、ファイ バー形成工程の熱を保持するか、又は加熱設定炉でファイバーを再加熱すること によって達成できる。炉を通過させる間、上部コンベヤー26及び下部コンベヤー 28、並びに図示しないエッジガイドによりウールパックを形成する。炉の中にい る間、均一な加熱を促進するようにガラスファイバーはホットガス流にさらされ るのがよい。10分後、ウールパックは絶縁製品30として炉を出ていく。 ガラスファイバーをコンベヤー26及び28により圧迫し、絶縁製品形状にすると き、圧縮されたバネのようにファイバーを加圧する。加圧ファイバーを加熱設定 温度にして、ガラス構造を多分クリープ機構により緩和し、加圧を実質的に解放 させる。圧迫が除去されると、ウールパックは拡張せず、所望の形状を保持する 。冷却したとき、ファイバーは曲がるので、ファイバーはより絡み合い、絶縁製 品の構造集結度が増加する。 加熱設定は本発明の任意の面であると考えられている。絶縁製品の他の製造技 術として、縫合(stitching)、針縫い（needling）、水性絡み合い（hydro-entan glement）、封入(encapsulation)が挙げられる。 図２は、本発明の絶縁製品を製造することができる新規な直接形成法を記載し ている。不規則形状ガラスファイバーをファイバー化機40内で製造する。ガラス ファイバーのベールをファイバー化機内のブロワーで下方にブローし、対向する 、下方に収束する収集コンベヤ-44上に593℃（1100°Ｆ）までの温度で収集する 。収集したファイバーは、パック形成及び加熱設定コンベヤー46のような加熱設 定炉を通過する。ここで、ファイバーを約371〜約593℃（約700〜約1100°Ｆ） の温度範囲内で絶縁製品に成形する。加熱設定炉又は加熱設定コンベヤーが、所 定の断面形状を決定するのが好ましい。好適な手段、例えば、図示しないホット ガスの供給源に結合し、ウールパック48全体に加熱ガスを通過させることができ るホットエアダクト47などにより、炉内のファイバーの加熱設定する熱を供給す ることができる。 本発明のある特定面において、挟扶（intercepting）コンベヤーは孔開きであ るか、又は多孔性であり、ファイバーのベールで流動するガスを挟扶コンベヤー を通して排出し、ファイバーからガスを分離する。これらのガスはかなりの熱を 含み、熱を節約するために、排気ガスの実質的な部分がダクト49を通り挟扶コン ベヤーから挟扶コンベヤーの上端部へと流路を配置するのが好ましい。理想的に は、排気ガスの再循環によって、挟扶コンベヤーに存在するガラスファイバーを 約204〜約482℃（約400〜約900°Ｆ）の温度範囲に維持するであろう。炉の浪費 ホットガスもまた、挟扶コンベヤーの上端部へと流路をつけることができる。 加熱設定コンベヤーの成形及び加熱設定ゾーンから、絶縁製品がフィルム52の ような好適なタイプのフィルムで封入することができる封入モジュール50へと、 絶縁製品を通過させる。さらに、包装前に、移動体を個々の単位、例えば絶縁バ ットなどで切断することができる。この製品を、例えばロールアップ装置54のよ うな好適な手段で包装することができる。 図３で、本発明の絶縁製品は、不規則形状ガラスファイバーからなるウールバ ット56の形態とすることもできる。バットは外側表面58により覆われており、こ れらの多くのタイプは従来技術で知られている。 図４に示されるように、紡糸機60は、紡糸機底部壁62及び紡糸機周囲壁64を有 する。紡糸機は、従来技術でよく知られているようにスピンドル66の回りを回転 する。紡糸機の回転により溶融ガラスを遠心させて、紡糸機周囲壁から１次ファ イバー68を形成する。環状バーナー70の加熱によって、１次ファイバーを軟化、 繊細化条件に維持する。本発明のある態様として、図示しない内部バーナーが紡 糸機の内側に熱を提供する。誘導空気74を用いる環状ブロワー72を配置して、１ 次ファイバーを引き、さらに、ウール絶縁材料に用いるのに好適な２次ファイバ ー76に繊細化する。２次ファイバー又はデュアル不規則形状ガラスファイバーを その後収集してウールパックに形成する。 紡糸機の内部には、溶融ガラスの２つの分離した流れが供給されており、第１ の流れ78はガラスＡを含み、第２の流れ80はガラスＢを含む。流れ78のガラスは 、紡糸機底部壁に直接たれて、遠心力によって外側に流動し紡糸機周囲壁に向か い、ガラスＡのヘッドを形成する。溶融ガラス流れ80のガラスＢは、流れ78より も紡糸機周囲壁に近接して位置決めされており、流れ80のガラスＢが紡糸機底部 壁に到達する前に、流れ80のガラスＢは水平フランジ82で妨害される。よって、 ガラスＢの発生即ちヘッドは、水平フランジ上で形成される。 図５に示されるように、紡糸機は、略円周形状であり、かつ紡糸機周囲壁から 径方向内側に配置される垂直内部壁84を備えている。紡糸機周囲壁と垂直内側壁 との間に配置されている一連の垂直隔壁（baffle）86は、その空間を一連の区画 88に分割する。交互にある区画は、ガラスＡ又はガラスＢのどちらかを収容する 。 紡糸機周囲壁は、垂直隔壁の径方向外側端に隣接したオリフィス90を備えてい る。オリフィスの幅は、垂直隔壁の幅より広く、これによりガラスＡ及びガラス Ｂの双方の流動を可能にしてオリフィスから単一のデュアルガラス１次ファイバ ーとして射出する。図６に示されるように、各区画88は、各区画を隔てる垂直隔 壁全体に沿ってオリフィスを有する紡糸機周囲壁64の高さ全体に及ぶ。他の紡糸 機の形態を用いて、紡糸機オリフィスにガラスのデュアル流を供給することがで きる。 本発明の不規則形状ファイバーは、デュアルガラスファイバーである。即ち、 各ファイバーが２つの異なるガラス組成物、ガラスＡ及びガラスＢを有するもの である。本発明の理想的な不規則形状ガラスファイバーの断面を製造すると、フ ァイバーの半分はガラスＡであり、他の半分はガラスＢであろう。実際には、ガ ラスＡ及びガラスＢの量の広範囲な比率により、ウール絶縁材料中にさまざまな 不規則形状ガラスファイバー（又は、個々のファイバーの長さにわたってもおそ らくさまざまなファイバー）を存在させることができる。ガラスＡのパーセンテ ージは、各不規則形状ガラスファイバーの全ガラスの約15〜85％の範囲内で変化 させることができ、全ガラスのバランスはガラスＢである。一般に、不規則形状 ファイバーの絶縁製品は、単一成分であるファイバーの少部分を含む、ガラスＡ とガラスＢのパーセンテージの組合せがすべて異なるファイバーから成るであろ う。 ガラスＡ：ガラスＢの比率の測定方法は、ファイバーの複合性の断面を調査す ることを含む。Ａ／Ｂの比率が50：50のとき、２つのガラス、即ちガラスＡ94及 びガラスＢ96の界面92は、図７に示されるように、ファイバー断面の中心98を通 過するであろう。通常、２つのガラスの界面は、ファイバー断面の中心を通過し ない線である。図８に示されるように、ガラスＡ104及びガラスＢ106の界面102 は、ファイバーの中心を通過しない。 可能な限りファイバーを平行に配向させたファイバー束をエポキシ樹脂内に埋 め込み、ファイバーの断面写真を得る。その後、ダイヤモンドソーブレードを用 いてエポキシ樹脂プラグを断面にし、さまざまな粉砕媒体を用いて新しい表面を 研磨する。その後、研磨サンプル表面をカーボン薄膜でコーティングし、走査型 電子顕微鏡（ＳＥＭ）で分析するための導電性サンプルとする。その後、平均原 子数の変化をグレースケールの変化として示す後方散乱電子検知器を用いてサン プルをＳＥＭ上で調べる。この分析により、ファイバーの断面上の暗い領域及び 明るい領域により２つのガラスの存在を明らかにし、２つのガラスの界面が示さ れる。 『偏差比』は、ｒ：Ｒの比率（パーセントで表す）である。ここで、Ｒは、フ ァイバー断面の半径であり、ｒはファイバー中心から２つのガラスの界面までの 最短距離である。ファイバー断面が円形でない場合、半径を界面との垂線で測定 する。界面が曲がっているとき、直線状の界面を概算する。 偏差比は、Ａ／Ｂのガラス比率が50：50からどれだけ離れているかを測定する ものである。50：50からの偏差が大きければ、ｒはＲのパーセントとして大きく なるであろう。本発明の不規則形状ガラスファイバーの平均偏差比は典型的には 、約５％を越え、一般的には約15％を越え、多くの場合約30％を越えることが見 出された。 デュアルガラスファイバーは、２つのガラスの熱膨張係数の差により、曲線的 性質を有する。デュアルガラスファイバーが冷却すると、あるガラス組成物が他 のガラス組成物よりも速い速度で収縮する。その結果、ファイバーに応力が生じ る。この応力を解放するために、ファイバーは曲がらなければならない。ファイ バーの回転が誘導されなかったら、曲率が略一定の半径を有するフラットコイル (flat coil)が製造され、コイルが時計バネのような一平面上にある。デュアル ガラスファイバーの回転は、２つのガラス成分間のファイバーに沿った界面を参 照して測定することができる。平面から出るために、ある回転が誘導されるべき である。ファイバーの一定回転により、一定のピッチを有するらせんが製造され る。らせんをなすファイバーは、一定方向の回転、即ち時計回り又は逆時計回り を有する。らせんは、また略一定の曲率半径を有する。図９は、従来技術のらせ ん状ファイバー112の３次元概略投影図を示す。視覚化するのを援助するものと して、オーバーヘッドライトにより平面に映し出したファイバーの影を加えた。 本発明の不規則形状ファイバーは、らせん状ファイバーとは異なり、ファイバ ーの回転が一定ではなく、回転方向（時計回り及び逆時計回り）及び回転度の双 方において不規則に変化する。ファイバーの回転度は、ファイバーの単位長さ毎 にファイバーがいかに多く回転するかである。曲率は、熱膨張係数の差及びＡ／ Ｂ比率により決められるように略一定である。図10は、本発明の不規則ファイバ ー122の３次元投影図を示す。視覚化するのを援助するものとして、オーバーヘ ッドライトにより平面に映し出したファイバーの影を加えた。ファイバー122を 張力下に置くと、張力化したファイバー122Ａ及び影124Ａは、図11に示されるよ うに、ファイバーの不規則性は維持されることがわかる。 不規則ファイバー122Ｂは、図12に示されるように、厚みを誇張し、かつ分割 線を加えてさらに外観を見やすくすることにより、美的処理した図10のファイバ ー122である。 繊細化環境が連続的に変化するため、各不規則形状ファイバーは独特な方法で 捩じれている。全く同じファイバーは２つとない。ファイバーの最終形状は、デ ュアルガラス特性によりベースライン曲率を有するものであり、該デュアルガラ ス特性は、ねじれ、連続変化により生じる曲率の平面の不規則な回転又は確率的 な繊細化環境により変形する。ファイバーは、３次元で捩じれるベースライン曲 率を有する。それは、一般にらせんではない。ファイバーの不規則な特性は、不 規則形状ガラスファイバーをお互いに離れさせて、均一な体積充填特性を達成す る。さらに、不規則形状ガラスファイバーからなるウール絶縁材料は、１次スト レートファイバーで製造したウール絶縁材料よりも肌を刺激せず（かゆくなく） 、塵まみれにしない。 不規則形状ファイバーの特性は、方向ベクトル分析を用いて分析される。３次 元空間の不規則形状ファイバーの径路を記述する一連の座標を、２つの異なる角 度即ち90°離れたところから撮影した写真を用いて生成する。この座標を調整し てファイバーの長さに沿ったデータポイント間の同等な３次元距離にして、調整 座標データポイント（ＡＣＤ）を得た。各ＡＣＤに対して以下の３つのベクトル を計算した： Ｖ_i＝ファイバー方向ベクトル （あるＡＣＤから次のＡＣＤへの方向の単位ベクトル） Ｆ_i＝ＡＣＤ間の距離間隔についてのＶ_iの１次微分ベクトル Ｓ_i＝ＡＣＤ間の距離間隔についてのＶ_iの２次微分ベクトル あるＡＣＤについての回転Ｒ_iの大きさは、以下のようになる： Ｒ_i＝Ｓ_i・Ｕ_i（ベクトル内積）、ここで Ｕ_iは、Ｖ_i及びＶ_i-1を含む平面と垂直な単位ベクトルである。 回転度Ｒ（ｙ軸）は、図13に示されるように、ファイバー長（ｘ軸）の距離の 関数としてプロットすることができる。グラフは、図10（ファイバーＡ）に示す 不規則ファイバー及び図９（ファイバーＢ）に示すらせん状ファイバーの回転度 を示している。図13のデータは、微分法により強調されたノイズを減少させるた めに、５点荷重移動平均で平滑化したものである。グラフからわかるように、本 発明（ファイバーＡ）の圧迫されていない不規則形状ファイバーの回転は、ファ イバー長の大きさ及び正負の符号において不規則に変化する。クロスオーバー点 （即ち、回転の符号が変化するところ）が、直径５ミクロンのファイバーＡに対 して約１回／センチメートルの周期で生じる。これに対して、らせん状ファイバ ー（ファイバーＢ）は、同じ長さの間にクロスオーバー点はゼロである。直径５ ミクロンのファイバーについての本発明の不規則ファイバーの１センチメートル 当たりのクロスオーバー点の数は、少なくとも0.3であり、約0.5〜約5.0の範 囲内にあるのが最も好ましいことが予想される。ファイバーの不規則性を定量化 する他の方法として、平均回転度及びファイバー長に沿った回転度の標準偏差を 計算するものがある。図13について、らせん状ファイバー（ファイバーＢ）の回 転度Ｒの平均値は、ゼロより十分に大きい（又は逆方向の回転はゼロより十分に 小さい）。らせん状ファイバーについての回転度Ｒの標準偏差は、回転度Ｒの平 均値より小さい。図13において、標準偏差：平均回転度は、らせん状ファイバー （ファイバーＢ）で0.25である。 一方、本発明の不規則形状ファイバー（ファイバーＡ）についての回転度Ｒの 平均値は非常に小さく、一般にゼロに近い。回転度の標準偏差は、回転度Ｒの平 均値より著しく大きくないが、回転度Ｒの平均値と少なくとも匹敵する。その比 率が約0.75より大きいのが好ましい。より好ましくは、1.0より大きく、5.0より 大きいのが最も好ましい。ファイバーＡの標準偏差：平均回転度は、8.3である 。 ファイバーの不規則形状は、ウール絶縁材料により均一な体積充填特性を与え る。従来技術の１次ストレートファイバーはウールパック中で偶然に(haphazard ly)配列されている。これらは、体積充填において均一ではない。均一体積充填 により、ファイバーは均一な方法でそれらが利用できる全体積に広がり、充填す る所望なものを有することを意味する。より均一な体積充填特性により、ガラス ファイバーをより有効に用いて熱流を抵抗させる。 Ｘ線コンピューター断層撮影（ＣＡＴ走査）試験から、本発明に使用する不規 則形状ファイバーが離れて存在する所望の特性であるため、従来技術の標準ガラ スファイバーより一層均一な体積充填特性を生じることがわかる。ウールパック の密度のＣＡＴ走査試験において、従来技術の標準ガラスファイバーのウールパ ックは、不規則形状ファイバーのパックの密度よりおよそ２倍の標準偏差を示し ている。よって、実質的に均一な体積充填特性を示す不規則形状ファイバーから なるパックでは、密度の変化が著しく少ない。 ウール絶縁材料の均一な体積充填特性を、熱伝導率を測定することによってさ らに示すことができる。絶縁製品を製造することは、熱流を阻止する能力により 定量化される。熱流の抵抗即ちＲ値は、構造からの熱流を阻止する絶縁製品の能 力を測定する最も一般的なものである。Ｒ値は次式から定められる：Ｒ値＝ｔ／ ｋ、ここでＲ値は『時間・ft²・°Ｆ／Btu』（m²・℃／ワット）で表される熱流 の抵抗値であり：ｔは『インチ』（ｍｍ）での回復厚さであり：ｋは『Btu／（ 時間・ft²・°Ｆ）』（ワット／（ｍ・℃））で表される熱伝導率である。 熱伝導率ｋ値は、熱を伝導する材料の能力の測定値である。よって、材料のｋ 値が低ければ低いほど、絶縁体としての材料は良いものとなる。また、材料の格 子がより均一であればあるほど、材料の絶縁能力は向上する。よって、熱伝導率 は、絶縁材料の均一な体積充填特性を測定するものとすることができる。 本発明の絶縁製品は、同じ絶縁製品密度及びファイバー径での従来技術のもの よりｋ値において実質的に減少している。絶縁製品密度を4.8〜9.6kg／m³(0.3〜 0.6pcf)に固定し、かつファイバー径を固定したたウール絶縁材料について、本 発明のウールバットは、最も良い従来技術の標準体より10〜17ｋポイント低いｋ 値を示す。この密度において、１ｋポイント、即ち1000ｋは、等価の熱性能を示 すのに必要な約１／２％ガラスファイバー密度に換算される。よって、本発明の ウール絶縁材料は、同じｋ値を反映し、等価のＲ値を得るために、従来技術の材 料より、約５〜８- １／２％少ないガラスで十分である。対応する重量節約が、 媒体及び高密度絶縁材料において見られるであろう。本発明の絶縁製品は、好ま しくは、8.0kg／m³(0.5pcf)及び有効ファイバー径５ミクロンで、約0.0432ワッ ト／（ｍ・℃）（0.300Btu／（時間・ft²・°Ｆ））未満の改良したｋ値を示す 。最も好ましくは、改良したｋ値は、8.0kg／m³（0.5pcf）及び有効ファイバー 径５ミクロンで、約0.0425ワット／(ｍ・℃)(0.295Btu／（時間・ft² ・°Ｆ） )未満であるのがよい。 ある所定の体積、例えばトラックなどにより絶縁製品を運搬するために、絶縁 製品を高い圧縮力で包装する。設置の際に、絶縁製品を包装せずに、拡張又は回 復させる。絶縁製品が回復する厚さを、回復厚さという。ある特定のＲ値を達成 するのに、絶縁製品にある特定の厚さが必要である。 絶縁製品の回復能力は、未圧縮体密度と圧縮されたときの密度との双方に依存 する。ウール絶縁材料は一般的に、３つの大きなカテゴリー：軽密度、中密度、 重密度に分類することができる。軽密度絶縁製品は、4.8〜9.6kg／m³(0.3〜 0.6pcf)の範囲内の密度を有するものである。中密度絶縁材料は、9.6〜14.4kg／ m³（0.6〜0.9pcf)の範囲内の密度を有するものである。重密度絶縁材料は、１６ kg／m³(1.0pcf)を越えた大きな密度を有するものである。 圧縮密度は、満足する回復性を維持しつつ運搬のためにウールバットを圧縮す ることができる密度である。あまりに高い密度にまで絶縁製品を圧縮すると、ガ ラスファイバーの実質的な部分が破断するかもしれない。結果として、その製品 に満足な厚さにまで回復しないであろう。従来技術のストレートファイバーの軽 密度絶縁製品について、製品密度に依存するが、最大の実際の圧縮密度は、約４ ８〜９６kg／m³(３〜６pcf)である。 本発明の軽密度ウール絶縁材料により、劇的に改良された回復特性がもたらさ れる。回復能力のこの増大は、不規則形状ファイバーの独特な形状及び特性によ るものである。本発明の不規則形状ガラスファイバーのバインダーなしの特性に より、従来技術のバインダーなしのストレートファイバーを圧縮したときと同じ ように、圧縮の際にファイバーをスライドすると予想していた。しかし、不規則 形状が隣接するファイバーを捕獲して、それにより著しく移動を妨害するため、 不規則形状ファイバーはまったくスライドできない。さらに、交点に近接するフ ァイバーに、バインダー配置応力がない。むしろ、本発明の不規則形状ファイバ ーは、応力を解放するために捩じれかつ曲がる。よって、ファイバーの位置が維 持され、回復への有効なエネルギーがファイバー内に貯蔵される。圧縮が除去さ れると、この貯蔵エネルギーが解放され、ファイバーは回復した位置に戻る。 本発明の回復比の語は、絶縁製品が圧縮密度まで圧縮され、包装され、回復密 度に回復した後、ＡＳＴＭ Ｃ１６７−９０により、回復密度：圧縮密度の比と して定められる。例えば、密度９６kg／m³(６pcf)まで圧縮され、８kg／m³(0.5p cf)まで回復する絶縁製品は、回復比率12：１を有する。本発明の軽密度ウール バットを圧縮して、約96〜約288kg／m³(６〜18pcf)の範囲内の圧縮密度にし、約 4.8〜約9.6kg／m³（0.3〜0.6pcf）の範囲内の回復密度に回復させることができ る。これは、12：１〜約50：１の範囲内の回復比である。好ましくは、本発明の 絶縁製品を圧縮して、約144〜約288kg／m³(９〜18pcf)の範囲内の圧縮密度にし 、約4.8〜約9.6kg／m³（0.3〜0.6pcf）の範囲内の回復密度に回 復させるのがよい。最も好ましくは、軽量密度絶縁製品を圧縮して、約144〜約2 40kg／m³(９〜15pcf)の範囲内の密度にし、約4.8〜約８kg／m³(0.3〜0.5pcf)の 範囲内の回復密度に回復させるのがよい。 満足する回復密度を維持しつつ、本発明の軽密度絶縁製品に適用することがで きる圧縮量のこの劇的な増加の効果が、重要である。標準Ｒ19絶縁製品について 、本発明の不規則形状ガラスファイバーを用いて、圧縮密度を約64kg／m³(４pcf )から約192kg／m³(12pcf)まで増加させることができる。これは、トラック又は 列車のような同体積の運搬コンテナーに載せることができる絶縁材料の量を約３ 倍にすることに相当する。運搬コストの潜在的な節約は、計り知れない。さらに 、より高圧縮の絶縁製品により、絶縁製品の倉庫搬入、保持及び設置における貯 蔵及び取扱いに利益をもたらす。 本発明の独特な不規則形状ガラスファイバーを得るためには、多くの制約を満 足する特定の組成が必要である。第１の制約として熱膨張係数が挙げられる。ガ ラスＡ又はガラスＢの各々の熱膨張係数の値に対しては直接制約はない。しかし 、個々のガラスを標準ロッド法で測定したとき、ガラスＡ及びガラスＢの熱膨張 係数が、少なくとも2.0ppm／℃違っているのが好ましい。 不規則形状ガラスファイバーの満足する工業製品についての他の制約として、 粘度温度が挙げられる。この粘度温度とは、標準回転シリンダー法で測定したと き、ガラス粘度が1000ポワズであるときの温度である。一般にはlog3粘度温度と 言われている。log3粘度温度は、約1010℃（1850°Ｆ）〜約1121℃（2050°Ｆ） の範囲内であるのが好ましく、より好ましくは約1037℃（1900°Ｆ）〜約1093℃ （2000°Ｆ）の範囲内、最も好ましくは約1065℃（1950°Ｆ）であるのがよい。 ガラスについてのさらなる制約として液相線温度が挙げられる。ガラスの液相 線は、結晶が溶融ガラスで安定である最も高い温度である。その液相線以下の温 度で、ガラスは十分な時間で結晶化する。炉内の結晶化により、一旦ファイバー 化機を通過すると、紡糸機のオリフィスに留まり、詰まらせる固体粒子の形成を 導くことになる。本発明のデュアルガラス組成物のガラスＡ及びガラスＢの各々 のlog3粘度温度と液相線との差は、少なくとも28℃（50°Ｆ）であるのが好まし く、より好ましくはlog3粘度温度より低く約111℃(200°F)より低いのがよい。 この制約が合致していなければ、紡糸機のオリフィスをブロックする紡糸機の底 部（即ち、低温部）で結晶化が生じ得る。 本発明のガラス組成物についてのさらなる制約として、ガラス耐性が挙げられ る。耐性は、ガラスウールパックの２特性に関連する。第１の特性は、設置のた めに開放するときのガラスウールパックの回復能力である。第２の特性は、ガラ スウールパックの長期物理的集結度である。ガラス化学耐性があまりに低いと、 設置の際にガラスウールパックがその設計厚さまで回復できないであろう。ウー ルパックが完全に回復できなかったり、素早く分解できなかったりすると、その 結果、ウールパックが適度に絶縁しなくなる。 絶縁に適用するためのガラスファイバーの化学的耐性の有用な測定は、直径10 マイクロメーターのファイバー１グラムを、96℃（205°Ｆ）の蒸留水0.1リット ルに２時間浸漬した後の重量％ロスを測定することによって得られる。このよう に測定した耐性は、ガラスファイバーの組成に大きく依存し、より小さな程度で あるが、ファイバーの熱履歴にも依存する。ウールパックの適度な性能を確実に するために、各デュアルガラス組成物のファイバーは、この試験で約４％未満の 重量ロスを示し、好ましくは約2.5％未満の重量ロスを示すべきである。ガラス 組成物に大きく依存する他、ガラスファイバーの化学的耐性は、小さな程度であ るが、その熱履歴に依存する。よって、例えば、538℃（1000°Ｆ）で数分間ガ ラスファイバーを加熱することにより、化学的耐性をいくぶん向上させることが できる。本明細書に開示する化学的耐性に関する限定は、元来の繊細化に用いた 熱処理以外を用いないガラスファイバーの測定に関する。ガラスウール絶縁製品 は典型的には、短い長さに破断すると、呼吸するのに十分な薄さとなるファイバ ーを含んでいるので、いくらかのファイバーは空気で運ばれ、吸入されてもよい 。体内において、それらは生理液体に暴露されるであろう。体内におけるファイ バーの溶解速度が吸入したファイバーの生理活性に役立つ程度にまで、そのよう な液体に比較的高い溶解速度を有するガラスファイバーを製造するのが好ましい 。ガラスファイバーの溶解速度は、37℃（98°Ｆ）での模造肺液（simulated lu ng fluid）におけるファイバーについて測定した溶解速度定数として表される。 これはガラスファイバー組成に大きく依存し、ほんの少しその熱履歴に依存する 。 すべての絶縁ファイバーに対して少なくとも100ng／(cm²時間)の溶解速度定数を 有するガラス組成を用いるのが好ましい。したがって、デュアルガラス組成の各 々のファイバーの溶解速度定数は、少なくとも100ng／(cm²時間）であるのが好 ましい。化学的耐性については、ファイバーをさらに熱処理すると、その溶解速 度が減少するであろう。100ng／(cm²時間)という限定は、最終製品形態のウール 絶縁パックに形成したファイバーに関するものであることが理解されている。 ガラスＡとして高ボレートかつ低ソーダライムアルミノシリケート組成、ガラ スＢとして高ソーダかつ低ボレートライムアルミノシリケート組成を含有する本 発明のデュアルガラス組成物は、成功を治める不規則形状ファイバーに必要な制 約をすべて満たしている。高ボレートかつ低ソーダライムアルミノシリケート組 成とは、ボレート含量を全成分の約14重量％〜約24重量％の範囲内で有するガラ ス組成を意図している。高ソーダかつ低ボレートライムアルミノシリケート組成 とは、ソーダ含量を全成分の約14重量％〜約25重量％の範囲内で有するガラス組 成を意図している。 第１ガラス組成は、シリカ即ちＳｉＯ₂約50〜61重量％、アルミナＡｌ₂Ｏ₃約 ０〜７重量％、ライム即ちＣａＯ約９〜13重量％、マグネシアＭｇＯ約０〜５重 量％、ボレート即ちＢ₂Ｏ₃約14〜24重量％、ソーダ即ちＮａ₂Ｏ約０〜10重量％ 、及び酸化カリウム即ちＫ₂Ｏ約０〜約２重量％を含有するのが好ましい。 第２ガラス組成は、シリカ即ちＳｉＯ₂約52〜60重量％、アルミナＡｌ₂Ｏ₃約 ０〜８重量％、ライム即ちＣａＯ約６〜10重量％、マグネシアＭｇＯ約０〜７重 量％、ボレート即ちＢ₂Ｏ₃約０〜６重量％、ソーダ即ちＮａ₂Ｏ約14〜25重量％ 、及び酸化カリウム即ちＫ₂Ｏ約０〜約２重量％を含有するのが好ましい。各組 成において、典型的には他のさまざまな成分、例えばＦｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＳ ｒＯなどが合計約１％未満で存在し、これらは、意図的にガラスに添加したもの ではないものが、バッチ配合で用いられる原材料から得られると理解されている 。 本発明のデュアルガラス組成物は、シリカ52〜57％、アルミナ４〜６％、ライ ム10〜11％、マグネシア１〜３％、ボレート19〜22％、ソーダ４〜６％、及び酸 化カリウム０〜２％をおよそ含む第１のガラス組成、並びにシリカ57〜65％、ア ルミナ２〜６％、ライム８〜９％、マグネシア４〜６％、ボレート０〜６％、ソ ーダ15〜21％、及び酸化カリウム０〜２％をおよそ含む第２のガラス組成を含有 するのがより好ましい。実施例１ 本発明の方法にしたがって、バッチモードの低生産量実験室用紡糸機で本発明 の不規則形状ガラスファイバーを製造した。その後、ファイバー50グラムからウ ールバットの試験用正方形203mm×203mm(８×８インチ）のサンプルを製造した 。回復厚さを圧縮厚さと比較することにより、これらの試験用正方形の回復を測 定した。圧縮は192kg/m³(12pcf)で１週間であった。 従来技術の標準結合絶縁製品は、回復比18：１を示した。従来技術の標準バイ ンダーなし絶縁材料は、回復比14.4：１を示した。本発明のバインダーなし不規 則形状ウール絶縁材料は、試験した３つのサンプルについて回復比32：１〜34： １を示した。実施例２ ＡＳＴＭ試験Ｃ５１８を用いて、8.0kg/m³(0.5pcf)で直径５ミクロンのウール 絶縁材料の熱伝導率を測定した。試験した20個のサンプルについて、標準結合ウ ールバットの平均は、0.308ｋ値であった。本発明の不規則形状ウール絶縁材料 の20個の試験サンプルについて、平均は0.291ｋ値であり、17ｋポイントの違い を示した。１ｋポイントは、おおよそ1/2％ガラスを表すので、本発明のウール 絶縁材料は、同じＲ値を達成するのに従来技術の材料より８-1/2％少ないガラス で十分である。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．異なる熱膨張係数を有する２つの異なるガラス流を紡糸機に供給し、２つの ガラス流からガラスを組合わせて１つのデュアルガラス流を形成し、デュアルガ ラス流を遠心して不規則形状デュアルガラスファイバーにし、ガラスファイバー をウールパックとして収集し、ウールパックを加熱設定炉に通過させてファイバ ーを軟化させ、ウールパックを炉の断面形状と実質的に同じ形状にするのに十分 な温度でガラスファイバーを処理する工程を有するガラスファイバー絶縁製品の 製造方法。 ２．加熱設定炉にパックを通過させる工程で、ガラスファイバーを約３７１℃〜 約５９３℃（７００〜１１００°Ｆ）の温度範囲に加熱する請求項１記載の方法 。 ３．ガラスファイバーがバインダーなしである請求項１記載の方法。 ４．遠心したガラスファイバーが下方に向きを変えた後に、略下方に向かいなが ら加熱設定炉を通過する請求項１記載の方法。 ５．収集工程が、下方に向かって収束する対向コンベヤーでガラスファイバーを 挟む工程を有する請求項４記載の方法。 ６．収集工程が、下方に向かって収束し、対向かつ挟扶コンベヤーでガラスファ イバーを挟む工程を有する請求項１記載の方法。 ７．対向かつ挟扶コンベヤーが多孔性であり、ガラスファイバーからガスを分離 するために挟扶コンベヤーを通してガスを排出させ、挟扶コンベヤーの上端部に 排気ガスの実質的な部分を再循環させる工程をさらに有する請求項６記載の方法 。 ８．挟扶コンベヤーに存在するガラスファイバーの温度が約204℃〜約482℃（約 400°Ｆ〜約900°Ｆ）の範囲内である請求項７記載の方法。 ９．加熱設定炉が対向する多孔性コンベヤーを有し、炉を通過するとき、ウール パックにわたって加熱ガスを通過させる工程をさらに有する請求項７記載の方法 。 10．対向かつ挟扶コンベヤーが多孔性であり、ガラスファイバーからガスを分離 するために挟扶コンベヤーを通してガスを排出させ、挟扶コンベヤーの上端部 に排気ガスの実質的な部分を再循環させる工程をさらに有する請求項１記載の方 法。 11．加熱設定炉が対向する多孔性コンベヤーを有し、炉を通過するとき、ウール パックにわたって加熱ガスを通過させる工程をさらに有する請求項10記載の方法 。 12．加熱設定工程が、クリープ法によりガラスファイバーを緩和させるのに十分 な加熱設定工程である請求項１記載の方法。 13．加熱設定工程が、ウールパック中のガラスファイバーの形状の不規則性を増 大させる請求項１記載の方法。 14．異なる熱膨張係数を有する２つの異なるガラス流を紡糸機に供給し、２つの ガラス流の各々からガラスを組み合わせてデュアルガラス流を形成し、デュアル ガラス流を不規則形状デュアルガラスファイバーに遠心して、ガラスファイバー を下方に向きを変えて、下方に収束する対向コンベヤーでガラスファイバーを挟 むことによりウールパックとしてガラスファイバーを収集し、所定の断面形状を 有する加熱設定炉にウールパックを通過させ、ガラスファイバーを約371℃〜約5 93℃（約700°Ｆ〜約1100°Ｆ）の範囲内の温度としてファイバーを軟化させ、 ウールパックを炉の断面形状に実質的に形成する工程を有するガラスファイバー 絶縁製品の製造方法。 15．加熱設定炉が対向する多孔性コンベヤーを有し、炉を通過するとき、ウール パックを横断する加熱ガスを通過させる工程をさらに有する請求項14記載の方法 。 16．対向かつ挟扶コンベヤーが多孔性であり、ガラスファイバーからガスを分離 するために挟扶コンベヤーを通してガスを排出させ、挟扶コンベヤーの上端部に 排気ガスの実質的な部分を再循環させる工程をさらに有する請求項14記載の方法 。 17．挟扶コンベヤーに存在するガラスファイバーの温度が約204℃〜約482℃（約 400°Ｆ〜約900°Ｆ）の範囲内である請求項14記載の方法。 18．異なる熱膨張係数を有する２つの異なるガラス流を紡糸機に供給し、２つの ガラス流の各々からガラスを組み合わせてデュアルガラス流を形成し、デュア ルガラス流を不規則形状デュアルガラスファイバーに遠心して、ガラスファイバ ーを下方に向きを変えて、下方に収束する対向コンベヤーでガラスファイバーを 挟むことによりウールパックとしてガラスファイバーを収集し、所定の断面形状 を有する加熱設定炉にウールパックを下方に向けて通過させ、炉を通過するとき 、ウールパックを横断する加熱ガスを通過させて、ガラスファイバーを約371℃ 〜約593℃（約700°Ｆ〜約1100°Ｆ）の範囲内の温度に加熱してファイバーを軟 化させ、ウールパックを炉の断面形状に実質的に形成する工程を有するガラスフ ァイバー絶縁製品の製造方法。 19．対向かつ挟扶コンベヤーが多孔性であり、ガラスファイバーからガスを分離 するために挟扶コンベヤーを通してガスを排出させ、挟扶コンベヤーの上端部に 排気ガスの実質的な部分を再循環させる工程をさらに有する請求項18記載の方法 。 20．ガラスファイバーがバインダーなしである請求項18記載の方法。