JPH0359019B2 - - 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、樹脂と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。

本発明者等はかかる要望に鑑み種々検討の結
果、複合材の強度向上には、ガラス繊維と樹脂と
の間の接着力を強めることが重要であり、ガラス
繊維と樹脂との間の接着力は、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
形等の異形断面としたガラス繊維により向上する
ことを見出した。この原因は、異形断面のガラス
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な
り、補強効果が大きいものと考えられる。また、
外周に凹みを有するような断面形状とすると、前
記凹みに隣接の繊維がはまり込み、繊維間が離れ
にくくなる為、一層補強効果が大きくなること及
び長円形、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、薄いストランドと
なること等も見出した。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。

本発明はかかる問題点を解消せんとするもの
で、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 上記目的を達成すべくなされた本発明は、下面
に凹部を備えたノズル板に、前記凹部の中心をは
さむか又は取り囲むように且つ互いに近接して配
置された複数のノズル孔であつて、各ノズル孔の
少なくとも一部が前記凹部内に開孔し且つ各ノズ
ル孔の流出側の開孔位置は凹部の中心に近い側が
遠い側よりも高い位置になるように配置されてい
る前記複数のノズル孔から、溶融ガラスを紡出
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ことを特徴とするものであ
る。

ここで、各ノズル孔の流出側の開孔位置とは、
ノズル孔がノズル板の下面側で開孔している位置
を意味するものである。本発明では各ノズル孔の
流出側の開孔位置が凹部の中心に近い側では遠い
側よりも高い位置になるように定めているが、こ
れは、ノズル孔の流出側開孔位置が、凹部の中心
に遠い側から近い側に近付くにつれて徐々に高く
なる場合（第４図の実施例に示すようにノズル孔
の下端が傾斜している場合）のみに限定するもの
ではなく、第５図ハの実施例に示すように、ノズ
ル孔の下端が段状になつている場合をも含むもの
である。

作 用 上記したように、溶融ガラスを複数のノズル孔
から紡出し、その後接合して一つのフイラメント
とすると、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。

ここで、複数のノズル孔はノズル板下面に形成
された凹部の中心をはさむか取り囲むように、且
つ少なくとも一部がその凹部内に開孔するように
配置されており、しかも各ノズル孔の流出側の開
孔位置は、凹部の中心に近い側が、遠い側よりも
高い位置になつている。このため、各ノズル孔か
ら紡出される溶融ガラスは、凹部の中心に近い側
（他のノズル孔から紡出される溶融ガラスに接合
する側）が外気による冷却が少なく、その温度が
遠い側よりも高くなつており、このため、隣接し
たノズル孔から紡出される溶融ガラスに接合しや
すく、ノズル孔の間隔を大きくしても安定して溶
融ガラスを接合させることができる。また、その
反対側は温度が低くて粘度が高いので変形しにく
い。かくして、異形の程度の高い異形断面のガラ
ス繊維を安定して製造することができる。

実施態様 以下、図面に示す本発明の実施態様を更に詳細
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図に示すように、互
いに近接して配置された一対のノズル孔１８Ａ，
１８Ｂが多数対形成されており、且つノズル板１
２の下面には第４図から良くわかるように、各対
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。換
言すれば、一対のノズル孔１８Ａ，１８Ｂは円錐
形或いは球形の凹部１９の中心をはさんで、且つ
凹部１９に少なくとも一部が開孔するように配置
されており、各ノズル孔１８Ａ，１８Ｂの流出側
の開孔位置（ノズル孔下端）は、凹部の中心に近
い側が遠い側に比べて高くなつている。

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１７はノズル板１２の各対の
ノズル孔１８Ａ，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、まゆ形状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。

上記方法の実施に当たつて、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１
８Ａ，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。本実
施例では、ノズル板１２の下面に、第４図に示す
ように凹部１９を形成し、二つのノズル孔１８
Ａ，１８Ｂがこの凹部１９に開孔し、かつ各ノズ
ル孔１８Ａ，１８Ｂの流出側の開孔位置は、凹部
１９の中心に近い側が、遠い側よりも高い位置と
なるようにしている。この構成により、二つのノ
ズル孔１８Ａ，１８Ｂから紡出される溶融ガラス
の凹部中心側の部分（相互に接合する部分）に対
する外気による冷却が弱まり、従つてその部分の
温度が高く、二つのノズル孔から紡出された溶融
ガラスが接合しやすい。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。凹部１９の形
状は各対のノズル孔にそれぞれ形成した円錐状或
いは球形状に限定されず、第５図イ、ロ、ハに示
すような溝状としてもよく、又これらの凹部１９
はノズル板１２を変形させて形成する代わりに第
６図に示すようにノズル板１２の下面を削つて形
成してもよい。ノズル孔１８Ａ，１８Ｂの断面形
状は第３図に図示の長方形の代わりに、長円形、
楕円形、円形等任意であるが、第３図のように長
手方向に並んだ長方形或いは長円形とすると、比
表面積の大きい細長い断面形状のガラス繊維を作
ることが出来るので好ましい。第３図、第４図に
示すノズル板において、一対のノズル孔１８Ａ，
１８Ｂのすきま（第４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。

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
形するのを制限するので、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、図面では各対のノズル孔に対応して設け
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、ノズル面に対して並行から直
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10ml／min対から
２／min対に選定することが好ましい。風量10
ml／min対以下では冷却効果があまりなく、一方
２／min対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。

ノズル板から紡出された溶融ガラスが円形断面
に変形する傾向を阻止する手段としてノズル板か
ら押し出される溶融ガラスの温度を下げ、粘度を
高めることも有効である。しかし、単に粘度を高
めると紡出量が低下し製造されるガラス繊維が細
くなる。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
すことが好ましい。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。

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、第８図は
円形断面の３個のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ，１８
Ｃを互いに近接させ且つ正三角形の頂点位置に配
置し、更に下面の各ノズル孔を含む領域に円錐状
の凹部１９を設けたノズル板１２を示している。
このノズル板１２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。互いに近接して配置
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 Ｉ 第１表並びに第３図、第４図に示す形状、寸法
のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ並びに凹部１９を有す
るノズル板を用いてガラス繊維製造を行つたとこ
ろ、第１表に示す寸法を有し、且つ第９図に示す
まゆ状断面のガラス繊維が得られた。このガラス
繊維からなるストランドをプルトルージヨンとし
て棒を作つた場合には、曲げ強度が従来の円形断
面のガラス繊維に比べ10〜15％向上した。

第１表 ノズル孔形状 長方形 ノズル長辺 2.5mm ノズル短辺 1.1mm 溶融ガラス温度 1240℃ 紡出圧力 常圧（ガラスヘツド圧） 冷風量 0.5／min対 吹き付け角度 75度 冷風吹出パイプ径 ２mm フイラメント長径(a) 30μ フイラメント短径(b) 10μ フイラメント中央径(c) 0.9〜0.8×ｂ 実施例 第２表並びに第７図、第８図に示す形状、寸法
のノズル孔１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ並びに凹部１
９を有するノズル板を用いてガラス繊維製造を行
つたところ、第２表に示す寸法を有し、且つ第１
０図に示すほぼ三角形断面のガラス繊維が得られ
た。このガラス繊維からなるストランドを用いて
FRTPで曲げ強度を測定したところ、曲げ強度が
従来の円形断面のガラス繊維に比べ10〜15％向上
した。

第２表 ノズル孔形状 円形 ノズル位置 正三角形の頂点 ノズル径 1.6mm 溶融ガラス温度 1200℃ 紡出圧力 常圧（ガラスヘツド圧） 冷風量 0.5／min凹部 吹き付け角度 75度 冷風吹出パイプ径 ２mm 凹部１９径 ４mm フイラメント径（Ｒ） 10μ 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。かくして製造されたガ
ラス繊維は、従来の円形断面のガラス繊維に比べ
比表面積が増加しており、複合材の補強材として
使用した時樹脂に対する接着力が大きく、複合材
の強度を向上させることができる。特に、まゆ形
状の断面を有するガラス繊維では、フイラメント
同志のはめ合い効果によりフイラメント間の接着
力が大きく、複合材に対する補強効果が一層高く
なり、しかも幅広の薄いストランドを得ることが
でき、このストランドを用いて薄い織物を製造で
きる利点をも有している。

【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５図はノズル板の変形例を示す斜視図、第
６図はノズル板の更に他の変形例を示す断面図、
第７図はほぼ三角形断面のガラス繊維製造に用い
るノズル板の一部の断面図、第８図はその下面
図、第９図は実施例Ｉにおいて作つたガラス繊維
の断面顕微鏡写真を基に作成した断面図、第１０
図は実施例において作つたガラス繊維の断面顕
微鏡写真を基に作成した断面図である。 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、
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ……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 下面に凹部を備えたノズル板に、前記凹部の
   中心をはさむか又は取り囲むように且つ互いに近
   接して配置された複数のノズル孔であつて、各ノ
   ズル孔の少なくとも一部が前記凹部内に開孔し且
   つ各ノズル孔の流出側の開孔位置は凹部の中心に
   近い側が遠い側よりも高い位置になるように配置
   されている前記複数のノズル孔から、溶融ガラス
   を紡出し、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ことを特徴とするガ
   ラス繊維の製造方法。 ２ 前記複数のノズル孔が、長手方向に並んだ長
   方形断面の２個のノズル孔であることを特徴とす
   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 前記複数のノズル孔が、長手方向に並んだ長
   円形断面の２個のノズル孔であることを特徴とす
   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 前記複数のノズル孔が、三角形の頂点上に配
   置された３個のノズル孔であ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。 ５ 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１項から第４項のいず
   れか１項に記載のガラス繊維の製造方法。 ６ 前記凹部が溝状であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記
   載のガラス繊維の製造方法。