KR810000767B1 - 유리섬유의 방사법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

유리섬유의 방사법

제1도 내지 제4도는 노즐판으로부터 용융 유리의 유출상태를 설명하는 모식(模式) 확대 단면도.

제1a도는 유리섬유 방사 개시때의 상태를, 동 b는 a의 상태로부터 시간이 경과했을때의 상태를 나타냄.

제2a도는 각 필라멘트가 안정된 상태에서 방출되고 있는 상태를 나타내며, 동 b는 필라멘트가 절단될때의 용융유리 비이드의 생성을 나타내며, 동 c는 그 비이드가 생장하여가는 상태를 나타냄.

제3도는 노즐판으로부터 나온 용융유리가 합류 합체한때의 상태를 나타냄.

제4도는 본 발명에 있어서 용융유리의 합체물을 하방 화살표 방향으로 뽑아서 각 필라멘트로 분리시키는 상태를 나타냄.

본 발명은 유리섬유의 방사방법. 특히 방사 온도하에서 용융유리에 의한 수화가 거의 없으며, 또한 단위면적당 노즐 구멍수가 대단히 많은 평판상 부싱 노즐을 사용하여 유리섬유을 방사하는 방법에 관한 것이다.

종래의 유리섬유 제조장치로서는 먼저 백금-로듐합금제의 평노즐방사로를 들수 있다. 이 노즐은 백금로듐 합금의 평판에 직경 1.5~3mm 정도의 노즐 구멍을 뚫는 것 뿐인 간단한 것인데 이와 같은 백금로듐 합금은 1.100℃~1,300℃의 방사 온도하에서 용융유리와의 접촉각이 작으며, 즉 용융유리에 의한 수화가 크며, 또 그 후 개발된 백금-금-로듐합금은 이보다 접촉각이 크며, 용융유리에 의한 수화는 적으나 그 어느 경우도 노즐구멍이 피치를 좁힘에 따라 방출 필라멘트중의 1본이 절단된때 그 노즐구멍으로부터 유출하여 형성되는 용융유리 비이드는 노즐표면에서 널서 퍼져서 인접 노즐구멍으로부터 방출되고 있는 필라멘트를 절단하며, 더우기 이 현상은 연쇄적으로 퍼져서 나중에는 전필라멘트가 절단되어 노즐표면은 각 노즐 구멍으로부터 유출된 용융유리의 합체물에 덮여버린다. 즉, 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리가 노즐판 표면에서 합류합체하는 현상은 용융유리와 노즐판 사이의 수화성질에 기인하며, 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리가 노즐구멍의 주연으로부터 바깥쪽으로 더욱 퍼지기 때문이다.

그리고, 일단 이와 같은 현상이 일어나 버리면 필라멘트의 분리, 즉 하나의 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리가 다른 노즐로부터 유출된 용융유리와 합류하지 않고 각기 독립된 유출로서 필라멘트를 형성하는 것 같은 상태로 회복하기란 대단히 힘들며, 특히 노즐구멍의 피치가 5mm 이하로 된 때에는 아무리 숙련된 작업자라도 각 노즐구멍에 대하여 하나씩 차례로 유출을 행하는 종래의 방법에 의하여 독립된 유출로서 각 필라멘트로 분리하기는 전연 불가능 하였다.

칩노즐은 위와 같은 결점을 개량하기 위하여 개발된 것으로 하나의 노즐 구멍으로부터 유출되는 용융유리가 수화할 수 있는 면적은 칩의 저면에 한정되므로 다른 노즐로부터 유출하는 용유유리와 합류하지 않고 독립한 유출로 되도록 강제된다. 따라서 노즐을 근접시킨 경우에도 필라멘트의 분리는 극히 용이하게 행해지며 개량전의 평노즐에 비하여 다공화가 가능하게 되어 생산성도 현저하게 개선되었다.

그러나, 칩노즐에는 노즐을 형성하기 위한 두께와 칩과 칩 사이의 요부가 있으므로 칩을 너무 근접시키면 그 요부에 용융유리가 침입하여 칩노즐의 효과에 악영향을 미치며, 또 생산성의 향상을 위하여 칩과 칩사이에 냉각 장치틀 형성하여야 할 필요등의 이유에 의하여 노즐구멍의 밀도를 크게함에는 자연히 제한이 따른다.

또, 이 칩노즐에 의하여 다공화를 추진한 경우, 노즐판의 형상은 대형화 하지 않을 수 없으며, 노즐판의 변형등을 위하여 2,000구멍 정도가 실제상의 한계라 생각된다. 또한, 상기와 같이 노즐판에는 고가의 백금-로듐 합금 또는 백금-로듐-금 합금이 사용되므로 노즐구멍이 수의 증가에 비례하여 귀금속의 사용량이 증대하며, 설비투자가 커지므로 제품의 원가가 높아지는 결점이 있다.

본 발명은 방사온도하의 용융유리에 의하여 수화되지 않는 또는 수화하기 어려운 성질을 갖는 노즐재료를 선정하여 노즐구멍의 밀도를 증가시킴을 목표로하여 여러가지 검토한 결과 용융유리와의 접촉각이 60˚이상인 재료에 의하여 제조된 노즐을 사용함으로써 노즐구멍의 피치를 5mm이하, 특히 6mm이하로 하여 각 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리에 의하여 생성되는 유리비이드가 노즐표면에서 합체하여 버릴 정도로 노즐구멍의 피치를 조밀하게 구성한 경우라도 용이하게 유출을 행하여 안정된 방사를 실시하는 방법을 발견하여 그 목적을 달성한 것이다.

그리하여 본 발명에 있어서는 용융유리와 노즐판과의 접촉각이 90˚이상의 노즐을 수화하지 않는 성질을 갖는 노즐 60˚이상 90˚미만의 노즐을 수화하기 어려운 성질을 갖는 노즐이라 하고 그 접촉각은 유리섬유의 통상의 방사온도, 즉 1,100~1,300℃에 있어서 용융유리와 노즐판과의 접촉각을 뜻하는 것으로 다음에 상세히 설명한다.

먼저, 용융유리와 노즐판과의 접촉각이 90˚이상인 용융유리에 의하여 수화하지 않는 성질을 갖는 재료로서는 흑연이나 질화 붕소를 들수 있는데 여기에서 이들 재료를 사용하고 또 각 노즐구멍의 피치를 5mm 이하, 이를테면 0.3~2.0mm의 노즐구멍을 0.5~2.5mm의 간격으로 천설한 노즐을 제작하고 그 노즐을 사용하여 유리섬유를 방사하는 경우의 유출 방법에 대하여 검토한 결과 각 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리 비이드가 노즐판 표면에서 생장하여 서로 합체하여 노즐표면 전체를 덮는다고 하여도 그 노즐판 자체가 용융유리에 의한 수화의 성질이 없으므로 노즐표면을 덮어서 점도가 증가된 용융유리의 합체물을 노즐표면으로부터 유출되는 용융유리의 유출속도보다도 빠른 속도로써 하방으로 뽑음으로써 노즐판 전면에 퍼져있던 용유유리는 노즐구멍의 주연까지 다시 도로 뽑혀서 각 필라멘트로 용이하게 분리됨을 발견하였다.

더우기 이 현상은 노즐판 표면을 덮은 유리합체물의 정도가 높을수록 노즐로부터 유출되어 하방으로 뽑히는 유리량도 많아지며, 장력의 영향도 가해저 필라멘트에의 분리가 극히 용이하게 됨을 알았다.

또한, 접촉각이 60˚~90˚의 노즐, 즉, 수화하기 어려운 노즐에 대하여 여러가지 검토한 결과 종래 공지의 백금-금-로듐 합금, 금-팔라듐 합금으로 된 노즐을 사용하고 또한 노즐구멍의 밀도를 흑연이나 질화붕소와 같은 수화되지 않은 재료를 사용한 경우와 거의 비슷하게 하고 기타의 방사조건도 거의 같게 함과 동시에 노즐구멍으로부터 유출된 용융유리 비이드의 합체물에 의하여 생긴 노즐표면을 덮고 있는 점도가 높은 유리를 노즐로부터 유출하는 용유유리의 유출 속도로 하방으로 뽑음으로써 각 필라멘트로 용이하게 분리할 수 있음을 발견하였으며, 이것만으로서는 필라멘트가 분리하지 않을 경우에는 필요에 따라 그 노즐표면을 덮고 있는 용융유리의 합체물에 대하여 공기류를 내뿜어 냉각, 용융유리의 점도를 높임으로써 그 합체물의 노즐표면으로부터의 박리를 용이하게 함으로써 각 필라멘트로 용이하게 분리, 유출될 수 있음을 발견하였다. 또한 이 공기류의 내붐음은 용융유리가 각 필라멘트로 분리하여 안정된 방사권취가 개시됨과 동시에 중지된다.

다음에 도면에 의하여 본 발명 방법을 상세히 설명한다.

제1도는 유리섬유의 방사를 개시할때의 상태를 나타낸 것으로 제1a도는 각 노즐구멍 a,b,c로부터 방사로 중의 용융유리의 출구압력에 의하여 자연 유출된 용융유리가 노즐판(1)의 표면에서 유리 비이드(2)를 생성하고 있는 상태를 나타내며, 그 유리 비이드(2)는 시간의 경과에 따라서 제1b도에 나타내는 바와 같이 생장하여 커지며, 또한 인접한 노즐구멍의 간격이 좁은점과 노즐판(1)과 방사 온도하에 있어서 용융유리의수화의 정도에 따라서 역으로 제3도에 나타내는 바와같이 합류 합체하여 합체물(3)을 생성하며, 노즐판(1)의 전표면을 덮어 버린다. 또 제2a도에 나타내는 바와같이 각 필라멘트(4)가 안정된 상태로 방출되고 있는 동안에 제2b도에 나타내는 바와같이 노즐(a)구멍으로부터 방출되고 있던 필라멘트가 어떤 원인에 의하여 절단되면 노즐구멍(a)에 생성한 용융유리 비이드(2')는 점차로 생장하여 커지며, 나중에는 인접하는 노즐구멍(b)으로부터 유출하고 있는 용융유리와 합체하여 제2c도에 나타내는 바와 같은 용융유리의 합체물(2＂)을 생성하며 그리하여 차례차례로 퍼져서 나중에는 제3도에 나타내는 바와 같은 상태로 되고 만다.

그리고, 이와 같은 상태의 생성은 노즐판 표면에 있어서 용융유리 비이드의 표면끼리의 접촉에 의하여서뿐 아니라, 노즐판과 방사 온도하에 있어서 용융유리와의 수화의 정도에 영향을 받으므로 노즐판이 수화하기 쉬운 재료일수록 노즐판 표면에 생성된 용융유리의 비이드를 노즐판 표면에 생성된 용융유리의 비이드는 노즐판 표면에 따라서 재빨리 유동하여 퍼져서 합체물을 생성한다.

본 발명은 이와 같은 샹태의 노즐판 표면으로부터 제4도에 나타나는 바와같이 용융유리의 합체물(3)을 각 노즐구멍으로부터 자연히 유출되는 용융유리의 속도보다 빠른 속도로 하방 화살표 방향으로 뽑음으로써 노즐판 전면을 덮고 있던 용융유리를 각 노즐구멍의 주연까지 도로 뽑아서 각 필라멘트(4)로 용이하게 분리하는 것이다.

흑연, 질화 붕소노즐은 종래의 노즐과 비교하여 수화의 점에서 대단히 우수하며, 또 용이하게 방사되어 극히 우수한 제품이 얻어지며, 또 상기 합금노즐은 강도, 내구성, 내산화성 등의 점에서 대단히 우수하며, 장기에 걸쳐 안정된 방사를 행할 수 있다 흑연, 질화 붕소노즐은 그 합금 노즐과 비교하면 상기의 내구성 등의 점에서 떨어지지만 수화되지 않는다는 특성에 의하여 극히 조작이 용이하며, 또한 가격면에서도 사용하기 알맞다.

[실시예 1]

흑연노즐로서 공경 1.0mm 구멍의 밀도 29개/cm²구멍수 87개의 노즐을 공지의 방사로의 부싱 저부에 장착하고 유리로서는 E 유리를 사용하여 방사하였다.

각 노즐구멍으로부터 유출되는 용융유리의 량은 0.3g/분이며, 각 노즐구멍으로부터 자연 유출되어 생성된 유리 비이드는 서로 접촉 합체하여 점도를 증가하면서 노즐판 표면을 덮어버린다. 이어서 이 노즐판 표면을 덮은 유리를 노즐표면으로부터 상기 용융유리의 유출 속도보다 빠른 인장속도로써 아래로 뽑음으로서 각 필라멘트로 분리, 유출시킬 수가 있으며, 1,000m/분의 방사 권취속도로써 13μ의 유리 필라멘트를 방사할 수가 있었다. 방사온도는 1,120℃ 용융유리와 흑연과의 접촉각은 1,100℃에서 150˚이었다.

또, 노즐 구멍의 밀도를 36개/cm², 구멍수를 400개로 한 흑연 노즐을 사용하여 상기와 같은 방법으로 유출하여 동일 섬도의 유리 필라멘트를 500m/분의 방사권취속도로써 얻을 수가 있었다.

[실시예 2]

질화붕소를 노즐판으로 사용하여 실시예와 같이 방사를 행한 결과는 흑연 노즐판을 사용한 경우와 큰 차이는 없었다. 이 방사에 있어 용융유리에 대한 접촉각은 1,100℃에서 130˚이었다.

이상의 실시예에 의하여 명백한 바와같이 접촉각이 90℃ 이상인 흑연, 질화붕소와 같은 용융유리에 대하여 수화하지 않는 재료를 노즐재료로서 사용함으로써 노즐구멍의 피치를 5mm 이하로 하여 노즐판 표면에 생성되는 유리 비이드가 상호 합체하여 버릴정도로 극히 밀접한 노즐을 사용하여도 용융유리의 유출을 용이하게 각 필라멘트로 분리, 유출할 수가 있게 되었다.

[실시예 3]

백금 85.5%, 로뮴 9.5%, 금 5%로써된 합금을 노즐재료로 사용하고 노즐구멍 직경 1.3mm로 하고, 그 노즐 구멍수 및 밀도를 다음 표에 나타낸 바와 같이 여러가지로 변화시킨 노즐을 사용하여 이를 공지의 방사로의 부싱 저부에 장착하고 유리로서는 E 유리를 사용하여 방사 하였다.

각 노즐구멍을 유출하는 용융유리의 유출량은 약 0.6g/분이며, 각 노즐구멍으로부터 자연 유출된 용융유리는 상호 합류하여 표면을 덮어 버리지만 이 노즐 표면을 덮은 유리를 노즐 표면으로부터 상기 용융유리의 유출속도보다 빠른 인장속도로 하방으로 뽑음으로써 용융유리를 각 필라멘트로 분리, 유출할 수가 있으며, 윗표에 나타낸 바와 같이 1,000~3,000m/분의 방사권취 속도로써 6~10μ의 유리 필라멘트를 방사할 수가 있었다.

용융 유리와 백금-로듐-금합금과의 접촉각은 1,200℃에서 76˚이었다. 또한, 유출시에 그 노즐표면을 덮고 있는 용융유리 합체물에 대하여 공기류를 내뿜어 냉각을 시도한 결과 공기를 내뿜지 않은 때에 비하여 용이하게 용융유리를 각 필라멘트로 분리 유출할 수가 있었다. 이때의 노즐표면의 유리를 아래로 뽑을때에 보낸 공기는 10~50m/분 정도의 량으로서 그 방향은 노즐 구멍을 향하여 노즐구멍으로부터 유출하여 생성된 용융유리의 합체물이 냉각하기에 적합한 방향을 선정하였다. 그리하여 이 공기류의 내뿜음은 안정된 방사 권취가 개시된 후는 중지하였다.

[실시예 4]

금 80%, 팔라듐 20%로써된 금-팔라듐합금을 노즐판으로 사용하여 방사하여 실시예 3과 거의 같은 결과를 얻었다.

그러나, 재료의 내열성이 백금-로듐-금 합금의 경우에 비하여 작기 때문에 내용수명(耐用壽命)이 짧은 결점이 인정되었다.

금-팔라듐 합금의 용융유리에 대한 접촉간은 1200℃에 있어 82˚이었다.

참고예

종래로부터 노즐 재료로서 널리 사용되고 있는 백금-로듐 합금이 용융유리에 대한 접촉각은 1,200℃에 있어 32˚인데 이 재료를 사용하여 본 발명과 같은 노즐구멍의 밀도를 갖는 노즐을 제작하여 본 발명과 같은 유출 방법에 의하여 방사를 행하였다.

그러나, 용융 유리에 대하여 수화하기 쉬운 성질로 인하여 각 필라메트로의 분리가 곤란하며, 안정된 방사를 기재할 수 없었다.

이상의 결과로부터 가장 일반적인 제품을 얻기 위하여는 노즐구멍의 직경은 0.3~2.0mm. 노즐구멍의 피치는 0.5~2.5mm가 적당하며, 이때의 노즐구멍이 밀도는 25~200개/cm²가 적당하며, 종래의 백금-로듐 합금을 사용한 평노즐의 경우가 24개/cm²전후인데 대하여 약 10~80배의 노즐구멍 밀도를 가질 수가 있으며, 또한 본 발명에 의하여 유출이 용이하게 되었으므로 안정된 방사가 가능하게 되었을 뿐 아니라, 가는 섬유의 생산을 용이하게 하며, 또한 동일 면적의 노즐판을 사용한다고 하면 노즐구멍 밀도의 증가에 의하여 유리섬유의 생산량을 10~80배로 증가할 수가 있으므로 종래와 같은 되감기 합사등의 공정을 거치지 않고 직접 스트랜드(strand)를 생산할 수 있으므로 경제성, 생산성의 향상에 기여하는 영향은 대단히 크다.

Claims (1)

1. 용융로(爐) 저면에 부착된 평판상 노즐에 존재하는 다수의 구멍을 노즐판으로부터 각 구멍에서 각각의 필라멘트를 뽑아 하향으로 유리섬유를 연속적으로 방사를 개시하는 방법에 있어서, 용융 유리와의 접촉각이 60˚이상이며 각 노즐구멍으로부터 용융유리가 자연 유출하여 생가는 유리비이드가 노즐판 평면에서 서로 합체하여 버릴 정도로 cm²당 25~200개의 노즐구멍을 갖는 평판상 노즐을 사용하고, 그 노즐판 표면에 용융유리 비이드의 합체물을 일단 생성시킨 후, 그 용융유리비이드의 합체물을 용융유리가 노즐로부터 자연유출되는 속도보다 빠른 속도로 서서히 아래로 뽑아 각각의 노즐구멍으로 각 필라멘트로 분리하면서 유출함을 특징으로 하는 유리의 방사방법.

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