(57)【要約】      （修正有）【課題】  紡糸炉から引き出され延伸されたガラスフィラメントにサイジング剤を均一に塗布する方法および装置の提供。【解決手段】  コータ式サイジング剤塗布装置のサイジング剤塗布面部に近接してサイジング剤たまり材２４を設けることにより、サイジング剤塗布面部とサイジング剤たまり材との間隙に液溜まりを形成し、ガラスフィラメントに液溜まりを貫通させる。液溜まりは、コータ式サイジング剤装置のサイジング剤塗布面部に近接してサイジング剤たまり材を設けることにより、サイジング剤塗布面部とサイジング剤たまり材との間に形成する。【選択図】図３
2006124211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸炉から連続的に多数のガラスフィラメントを引き出し、これにサイジング剤を塗布する方法において、一対の支持部材間に橋渡し状に形成したサイジング剤の液溜まりを通して前記ガラスフィラメントを進行させることを特徴とするガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する方法。
【請求項２】
前記一対の支持部材が、
周回するサイジング剤塗布面部の底部をサイジング剤に浸漬し、該サイジング剤塗布面部と前記ガラスフィラメントとを接触させてサイジング剤を塗布するようになっているサイジング剤塗布装置のサイジング剤塗布面部と、
前記サイジング剤塗布面部に近接して設けたサイジング剤たまり材とであることを特徴とする請求項１に記載されたガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する方法。
【請求項３】
前記サイジング剤塗布面部が、回転ローラのローラ表面であることを特徴とする請求項２に記載されたガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する方法。
【請求項４】
前記サイジング剤塗布面部が、輪転ベルトのベルト表面であることを特徴とする請求項２に記載されたガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する方法。
【請求項５】
前記サイジング剤たまり材が、前記サイジング剤塗布面部から所定間隔をおいて設けた棒材であることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載されたガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する方法。
【請求項６】
周回するサイジング剤塗布面部の底部がサイジング剤に浸漬され、該サイジング剤塗布面部とガラスフィラメントとが接触してサイジング剤を塗布するようになっているサイジング剤塗布装置において、前記サイジング剤塗布面部に近接してサイジング剤たまり材が設けられており、それにより前記サイジング剤塗布面部と前記サイジング剤たまり材との間にサイジング剤の液溜まりが橋渡し状に形成されるようになっていることを特徴とするサイジング剤塗布装置。
【請求項７】
前記サイジング剤塗布面部が、回転ローラのローラ表面であることを特徴とする請求項６に記載されたサイジング剤塗布装置。
【請求項８】
前記サイジング剤塗布面部が、輪転ベルトのベルト表面であることを特徴とする請求項６に記載されたサイジング剤塗布装置。
【請求項９】
前記サイジング剤たまり材が、前記サイジング剤塗布面部から所定間隔をおいて設けられた棒材であることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載されたサイジング剤塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂強化用ガラス繊維を構成するガラスフィラメントの表面にサイジング剤を均一に塗布する方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂強化用ガラス繊維の製造は、溶融ガラスを紡糸炉の下部に設けられたブッシングに供給し、ブッシング底部の多数のオリフィスから流出した溶融ガラスを巻取コレットによる張力で引き伸ばして多数のガラスフィラメントを形成し、その多数のガラスフィラメントにサイジング剤塗布装置によってサイジング剤（集束液）を塗布し、その後、１個又は複数個の集束ローラによって集束してガラスフィラメントの束（以下、ガラスストランドという）とすることにより行なう。ガラスストランドは、通常、巻取コレットに巻き取り、乾燥してサイジング剤の水分を蒸発させる。このようにして製造された樹脂用強化用ガラス繊維は、使用目的に応じて、ガラスロービング、ガラスロービングクロス、ガラスチョップドストランド、ガラスチョップドストランドマット、ガラスミルドファイバー、ガラスヤーン、ガラスヤーンクロス等の形態に加工される。
【０００３】
サイジング剤は、澱粉系サイジング剤、合成樹脂エマルジョン系サイジング剤等の種類があり、固化することによりガラスフィラメント同士を接着させるものである。
【０００４】
サイジング剤の塗布方法としては、コータ式サイジング剤塗布装置による方法およびスプレー式サイジング剤塗布装置による方法が知られている。コータ式サイジング剤塗布装置は、回転ローラ表面のような周回するサイジング剤塗布面部の底部をサイジング剤液槽に浸漬させてその表面にサイジング剤を付着させ、ノズルから引き出したガラスフィラメントをサイジング剤塗布面部に接触させることにより、ガラスフィラメントにサイジング剤を塗布する装置である。コータ式サイジング剤塗布装置にはローラ式サイジング剤塗布装置とベルト式サイジング剤塗布装置とが知られており、ローラ式サイジング剤塗布装置は回転ローラ表面をサイジング剤塗布面部として使用するものであり、ベルト式サイジング剤塗布装置は、回転ローラおよび給油ローラの２つのロールにより駆動される輪転ベルトの表面をサイジング剤塗布面部とするものである。他方、スプレー式サイジング剤塗布装置は、スプレーガンでサイジング剤を噴霧して、ガラスフィラメントにサイジング剤を付着させるものである。特許文献１にスプレー式サイジング剤塗布装置の一例を示す。この装置は、噴霧したサイジング剤を漏斗で受け、サイジング剤の再利用を図ったものである。
【０００５】
コータ式サイジング剤塗布装置とスプレー式サイジング剤塗布装置とを組み合わせたサイジング剤塗布方法として、特許文献２又は特許文献３に記載されたサイジング剤塗布方法のように、スプレー式サイジング剤塗布装置により集束される前のガラスフィラメントにサイジング剤を塗布し、ガラスフィラメントを集束した後のガラストランドに対して、回転ローラ又は輪転ベルトのようなサイジング剤塗布面部を接触させる方法がある。また、特許文献４のように、ローラ式サイジング剤塗布装置により集束前のガラスフィラメントにサイジング剤を塗布したものを集束し、その後ストランドに対してもローラ式サイジング剤塗布装置による塗布を行なう方法もある。
【０００６】
【特許文献１】特公昭３１−８９２１号公報
【特許文献２】実公昭４９−１８４８９号公報
【特許文献３】特公昭４２−１７７４号公報
【特許文献４】特開平１−２１９０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サイジング剤の塗布は、ガラスフィラメントを集束させる他に、樹脂強化用ガラス繊維の保護や潤滑性の向上を目的として行なわれる。さらに、サイジング剤には、繊維強化プラスチック製品を製作する際のガラス繊維と樹脂との接着性を向上させる作用もある。
【０００８】
サイジング剤がガラスフィラメント表面に均一に塗布されないと、集束の不十分なガラスストランドが生じる原因となることがある。また、巻取コレットに巻き取る際にガラスストランド同士の摩擦によりガラスストランドの切断が生じる場合もある。さらに、サイジング剤が均一に塗布されていない樹脂強化用ガラス繊維を繊維強化プラスチックに適応すると、樹脂の硬化時に樹脂と樹脂強化用ガラス繊維との接着が十分ではなくなる。また、ガラスフィラメント間に気泡が在留し白い筋が発生する白化現象が起こることもある。いずれの場合でも、繊維強化プラスチックの強度が低下する問題が発生する。
【０００９】
コータ式サイジング剤塗布装置によるサイジング剤の塗布においては、ガラスフィラメントが回転ベルトまたは輪転ベルトのサイジング剤塗布面部に接触する側の面は塗布されるが、反対側面は塗布されないという問題がある。スプレー式サイジング剤塗布装置による塗布においても、スプレーガンによるサイジング剤の噴霧が均一ではないうえ、一方向から噴霧されるので、噴霧の反対側の面には塗布され難い。とりわけ、特許文献１に記載されたようにガラスフィラメントの集束されたガラスストランドに対してサイジング剤を噴霧する方法では、噴霧の反対側の面だけでなくガラスストランドの束内部のガラスフィラメントに対してもサイジング剤が塗布されない。
【００１０】
特許文献２および特許文献４に記載された方法でも、ガラスストランドに対してコータ式サイジング剤塗布が行なわれるため、ガラスストランドの束内部および接触部の反対側にはサイジング剤塗布面部が接触せず、均一な塗布ができない。
特許文献３に記載された方法でも、ガラスストランドに対してコータ式サイジング剤塗布が行なわれるため、前記の理由により均一な塗布はできない。そのうえ、特許文献３に記載された装置は、ガラスフィラメントを挟んで、コータ式サイジング剤塗布装置とスプレー式サイジング剤塗布装置とが対面する配置で設けられている。しかし、紡糸が行なわれている空間は非常に狭く、隣接するブッシングとの間隔が小さいため、ガラスフィラメントの両側にコータ式サイジング剤塗布装置およびスプレー式サイジング剤塗布装置を配置することは難しく、また設置したとしてもガラスフィラメント又はガラスストランドが切断した場合の修復作業などが行ない難くなる。
【００１１】
このように従来のサイジング剤塗布方法では、サイジング剤を均一に塗布することが難しかった。しかし、均一に塗布されなくても、サイジング剤が塗布されてから乾燥するまで十分な時間があれば、ガラスフィラメント間の毛細現象により、塗布の十分でないガラスフィラメント表面にもサイジング剤が浸透してある程度行き渡ることができる。そのため、従来は巻取コレットに巻き取ってから乾燥まで十分な時間を置いていた。
【００１２】
従来、チョップドストランドは、ガラスストランドを巻取コレットに巻き取ってから十分に乾燥し、その後所定の長さに切断して製造していた。
ところが、最近は、ガラスストランドを巻取コレットに巻き取ることなく、所定長さに切断する、いわゆる「ダイレクトチョップドストランド」が製造されている。このような「ダイレクトチョップドストランド」では、集束されたガラスストランドが製造ライン内で直接切断されるため、サイジング剤が塗布されてから乾燥されるまで十分な時間をとることができない。そのため、毛細管現象によりサイジング剤が十分に塗布されていない所まで行き渡ることはできず、したがって、「ダイレクトチョップドストランド」の製造においては、ガラスフィラメントに対する均一なサイジング剤の塗布が不可欠なものとなる。
本発明は、前記の問題を解決して、集束される前のガラスフィラメントの表面への均一なサイジング剤の塗布方法およびその装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のサイジング剤を塗布する方法は、紡糸炉から連続的に引き出したガラスフィラメントに対して、一対の支持部材間に橋渡し状に形成したサイジング剤の液溜まりを通してこのガラスフィラメントを進行させることを特徴とする。一対の支持部材間の間隙を適当な大きさに設定すると、サイジング剤は、その表面張力によって支持部材間を橋渡した状態で宙に浮遊した液塊すなわち液溜まりを形成する。この液溜まりを通してガラスフィラメントを進行させることにより、ガラスフィラメント表面に均一にサイジング剤を塗布することができる。
【００１４】
好ましくは、この一対の支持部材は、周回するサイジング剤塗布面部の底部をサイジング剤に浸漬し、該サイジング剤塗布面部と前記ガラスフィラメントとを接触させてサイジング剤を塗布するようになっているサイジング剤塗布装置のサイジング剤塗布面部と、前記サイジング剤塗布面部に近接して設けたサイジング剤たまり材とである。液溜まりは、サイジング剤塗布面部とサイジング剤たまり材との間に形成され、浸漬された塗布面部に付着したサイジング剤が常に液溜まりに補充されるので、塗布面部が周回している間は液溜まりが保持される。
サイジング剤塗布面部は、回転ローラのローラ表面でも、輪転ベルトのベルト表面であってもよい。サイジング剤たまり材は、好ましくは、サイジング剤塗布面部から所定間隔をおいて設けられた棒材である。その間隔は、サイシング剤の表面張力、サイジング剤と支持部剤との濡れ性等の条件を考慮して、安定した液溜まりが形成されるように設定される。
【００１５】
また、別の観点によれば、本発明は、周回するサイジング剤塗布面部の底部がサイジング剤に浸漬され、該サイジング剤塗布面部とガラスフィラメントとが接触してサイジング剤を塗布するようになっているサイジング剤塗布装置において、サイジング剤塗布面部に近接してサイジング剤たまり材が設けられており、それによりサイジング剤塗布面部とサイジング剤たまり材との間にサイジング剤の液溜まりが橋渡し状に形成されるようになっているサイジング剤塗布装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のサイジング剤塗布方法により得られた樹脂強化用ガラス繊維は、ガラスフィラメント表面にサイジング剤が均一に塗布されるため、フィラメントの損傷のない良好なガラス繊維が得られる。とりわけ、「ダイレクトチョップドストランド」においては、繊維強化プラスチック製品に使用した場合にサイジング剤の不均一塗布による白化現象が起こらず、大きい強度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るサイジング剤塗布方法およびその装置の好適実施例について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
本発明のサイジング剤塗布方法を用いた樹脂強化用ガラス繊維の製造方法を図１を参照して説明する。溶融ガラスがブッシング１０に供給されると、ブッシング１０の底部に設けられた１００〜４０００個のオリフィス１１から流出した溶融ガラスが、巻取装置により連続的に引き出され、巻取コレットからの巻取張力を受けて延伸させられ、径が小さくなってガラスフィラメントとなる。ブッシング１０の下方にはコータ式サイジング剤塗布装置２０が設けられている。サイジング剤塗布面部２３とガラスフィラメントとの接触している部分から所定の間隙をおいて、サイジング剤たまり材２４が設けられている。
【００１８】
サイジング剤の粘度は、好ましくは１０〜１０００センチポイズ、より好ましくは３０〜５００センチポイズ、最適には約５０〜１００センチポイズである。
コータ式サイジング剤塗布装置２０によりサイジング剤を塗布されたガラスフィラメント３は、集束ロ−ラ７によって集束されて、ガラスストランド４となり、巻取コレット８に巻き取られる。
【００１９】
図３にローラ式サイジング剤塗布装置を示す。回転ローラ２１は、直径５０ｍｍ以上で、表面の材質が硬質ゴム、セラミックス、カーボン等である。サイジング剤液槽２２には、液面が一定の高さを保持するようにサイジング剤が供給される。回転ローラ２１は液槽内のサイジング剤に３ｍｍ以上浸漬させて表面にサイジング剤を付着させ、サイジング剤を液溜まりへ供給する。回転ローラの回転速度は、表面速度が好ましくは５〜５０ｍ／分、より好ましくは１５〜４５ｍ／分、最適には約３０〜４０ｍ／分である。
【００２０】
サイジング剤たまり材２４はカーボン製の丸棒が好ましく、サイジング剤塗布面部２３のガラスフィラメント３との接触部分から、好ましくは０．１〜３．０ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．５ｍｍ、最適には０．６〜０．８ｍｍの間隙をおいて設置される。この間隔に設定すると、回転ローラに付着したサイジング剤の表面張力、並びにサイジング剤と回転ローラおよびたまり剤との濡れ性により、回転ローラとサイジング剤たまり材との間を橋渡して浮遊したサイジング剤の液溜まりが形成される。
【００２１】
サイジング剤たまり材としてカーボン製の丸棒を使用する理由は、カーボンがサイジング剤との濡れ性が良いため、容易に液溜まりが形成されるからである。しかし、サイジング剤たまり材の材質はカーボンに限定される必要は無く、硬質ゴム、又はセラミックス等が可能である。また、サイジング剤たまり材の形状は、棒状でも板形状でもよい。棒材は丸棒に限定される必要はなく、その断面形状が半円形、三角形等でもよい。板材を使用する場合には、板材の一端面と回転ローラの表面とが、棒材の場合と同様に所定の間隙をあけて配置される。回転ローラに向かい合う板材の端面部の断面形状も、方形、半円形、三角形等どのような形状をなしていてもよい。
以上、コータ式サイジング剤塗布装置として、ローラ式サイジング剤塗布装置を用いて説明したが、図４に示すベルト式サイジング剤塗布装置を用いてもよい。さらに、種々の変形が可能である。
【実施例】
【００２２】
本発明方法により、樹脂強化用ガラス繊維として「ダイレクトチョップドストランド」の製造を行なった。サイジング剤の塗布は、ローラ式サイジング剤塗布装置を用い、回転ローラの径は５０ｍｍ、幅が３００ｍｍ、サイジング剤塗布面部にはカーボンを用いた。サイジング剤はウレタン系サイジング剤を使用し、その粘度は約５０センチポイズとした。回転ロールは、サイジング剤液槽に約５ｍｍ浸漬させ、表面速度３０ｍ／分で回転させた。回転サイジング剤たまり材は、カーボン製の直径２０ｍｍの丸棒を使用し、たまり材と回転ローラのサイジング剤塗布面部との間隙を塗布面全幅に亘って０．８ｍｍに設定した。この間隙で、たまり材とサイジング剤塗布面部との間で液溜まり２５が形成されていることを確認した。ブッシングは４０８個のオリフィスを有するものを使用し、溶融ガラスを供給した。ガラスはＥガラスを用いた。ガラスフィラメントにサイジング剤を塗布した後、集束ローラにより集束させた。ガラスストランドは、巻取コレットに巻き取らずにライン内で乾燥させて、３ｍｍの長さに切断した。切断されたガラス繊維（ダイレクトチョップドストランド）の径は０．５ｍｍであり、ガラスフィラメントの径は１３μｍであった。
【００２３】
前記方法により得られた「ダイレクトチョップドストランド」を使用して、樹脂強化用ガラス繊維含有率３０重量％の繊維強化プラスチックを作製した。樹脂は６６ナイロンを使用し、樹脂強化用ガラス繊維を二軸ルーダで樹脂と混練し、ペレットを作製した。前記ペレットを使用して射出成形機で成形を行った。この繊維強化プラスチックについて、サイジング剤のガラスフィラメントへの付着率、引張強度、アイゾット衝撃強度（ノッチあり）、およびアイゾット衝撃強度（ノッチなし）を測定した。比較材として、前記と同条件でたまり材を用いないで作製したガラス繊維についても同じ測定を行なった。サイジング剤の付着率とは、ガラス繊維に付着したサイジング剤のガラス繊維に対する割合（重量％）であり、ガラスストランドを強熱減量することにより測定した。引張強度は、試料を断面が３ｍｍ×１２ｍｍの棒片試料に切削加工し、これをオートグラフ試験機で引張って破断強度を測定した。アイゾット衝撃強度はＪＩＳＫ６９１１に規定された方法により測定した。その結果を表１に示す。たまり材を用いた本発明による樹脂強化用ガラス繊維では、サイジング剤の付着率は０．６５％と、たまり材を使用しない比較材の０．４９％に比べて大きい値が得られた。繊維強化プラスチックの引張強度、アイゾット衝撃強度（ノッチありおよびなし）はいずれも、本発明品が大きな強度を有しており、引張および衝撃強度の優れた繊維強化プラスチックが得られることが分かる。
【００２４】
【表１】
2006124211.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を用いた樹脂強化用ガラス繊維製造装置の正面図。
【図２】本発明を用いた樹脂強化用ガラス繊維製造装置の側面図。
【図３】本発明によるローラ式サイジング剤塗布装置。
【図４】本発明によるベルト式サイジング剤塗布装置。
【符号の説明】
【００２６】
１  樹脂強化用ガラス繊維製造装置
３  ガラスフィラメント
４  ガラスストランド
７  集束ローラ
８  巻取コレット
１０  ブッシング
１１  オリフィス
２０  サイジング剤塗布装置
２１  回転ローラ
２２  サイジング剤液槽
２３  サイジング剤塗布面部
２４  サイジング剤たまり材
２５  サイジング剤液溜まり
２６  回転ローラ
２７  給油ローラ
２８  輪転ベルト
【図１】
2006124211.tif 000004
【図２】
2006124211.tif 000005
【図３】
2006124211.tif 000006
【図４】
2006124211.tif 000007