(57)【要約】【課題】細断されたガラス繊維ストランド・セグメントの凝集物を作るための新しいシステムと方法を提供する。【解決手段】凝集物は、湿潤細断繊維ストランド・セグメントを、セグメントと凝集物に波状の流れパターンを発生させる振動湾曲表面を有するウェーブ・チャンバの中に給送することによって作られ、得られた凝集物は、従来の細断ストランド強化材よりも実質的に高いかさ密度と著しく向上した流れ特性を有する。通常、湿潤凝集物はどのような従来型乾燥機によっても乾燥される。【選択図】図２
2004285550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融材料を複数の繊維に変換するための１つまたはそれ以上の繊維化装置と、水性の化学糊剤を繊維に塗布するための１つまたはそれ以上の塗布器と、複数の繊維を集めて１つまたはそれ以上のストランドにするための１つまたはそれ以上のガイドと、湿潤ストランドをセグメントに分離するための細断機と、２つまたはそれ以上の前記セグメントを結合して凝集物にするための凝集装置と、前記凝集物を乾燥するための乾燥機とからなる、凝集繊維ストランド・セグメント強化製品を製造するためのシステムにおいて、凝集装置が、細断された湿潤ストランド・セグメントと接触させるための細長く湾曲した振動する作業表面を有する、概して水平の非回転ウェーブ・チャンバを含み、作業表面がウェーブ・チャンバの長さに垂直な平面における断面において凹状を呈することを特徴とするシステム。
【請求項２】
湾曲した作業表面が、少なくとも約６０度を含む円弧であり、少なくとも約６０度の少なくとも大部分は作業表面の最下点を通って延在する仮想垂直線の一方の側にある請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも約４５度のすべてが前記垂直線の一方の側にある請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ウェーブ・チャンバが全体としてばねによって支持されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ウェーブ・チャンバが全体としてばねによって支持されている請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
作業表面の振動が１つまたはそれ以上の振動機によってもたらされ、振動機はばねによって前記ウェーブ・チャンバから分離され、これによって振動がばねを通じて伝達される請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
作業表面の振動が１つまたはそれ以上の振動機によってもたらされ、振動機はばねによって前記ウェーブ・チャンバから分離され、これによって振動がばねを通じて伝達される請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
作業表面の振動が１つまたはそれ以上の振動機によってもたらされ、振動機はばねによって前記ウェーブ・チャンバから分離され、これによって振動がばねを通じて伝達される請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
振動機が、前記ウェーブ・チャンバを前記振動機から分離する前記ばねを支持する部材の上に取り付けられ、前記部材もまた基台の上に取り付けられたばねの上に支持されている請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
振動機が、前記ウェーブ・チャンバを前記振動機から分離する前記ばねを支持する部材の上に取り付けられ、前記部材もまた基台の上に取り付けられたばねの上に支持されている請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
振動機が、前記ウェーブ・チャンバを前記振動機から分離する前記ばねを支持する部材の上に取り付けられ、前記部材もまた基台の上に取り付けられたばねの上に支持されている請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
溶融材料を複数の繊維に変換するための１つまたはそれ以上の繊維化装置と、水性の化学糊剤を繊維に塗布するための１つまたはそれ以上の塗布器と、複数の繊維を集めて１つまたはそれ以上のストランドにするための１つまたはそれ以上のガイドと、湿潤ストランドをセグメントに分離するための細断機と、２つまたはそれ以上の前記セグメントを結合して凝集物にするための凝集装置と、前記凝集物を乾燥するための乾燥機とからなる凝集繊維ストランド・セグメント強化製品を製造するためのシステムにおいて、凝集装置が、細断された湿潤ストランド・セグメントと接触させるための細長く湾曲した振動する作業表面を有する、概して水平の非回転ウェーブ・チャンバを含み、作業表面がウェーブ・チャンバの長さに垂直な平面における断面で凹状を呈し、前記作業表面が１つまたはそれ以上の振動機によって振動し、振動機は複数のばねによって前記作業表面から分離され、前記振動機は１つまたはそれ以上のばねによって基台から、すなわち前記作業表面から分離されていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記作業表面に模様が付けられている（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記作業表面が１つまたはそれ以上の半径を含み、作業表面の最下部分を通って延在する仮想垂直線の一方の側に少なくとも約６０度を含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記作業表面に模様が付けられている請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
凝集装置において湿潤細断繊維ストランド・セグメントを凝集する方法において、凝集装置として、１つまたはそれ以上の半径を有する長く延びた振動湾曲作業表面を含む概して水平の非回転ウェーブ・チャンバを使用し、前記作業表面は、この作業表面の最下点を通って延在する仮想垂直線の一方の側に少なくとも約４５度を有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記セグメントが、このセグメントの乾燥重量に基づいて少なくとも約１０重量パーセントで約１５重量パーセント以下の含水率を有し、前記ウェーブ・チャンバはばねによって支持されている請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
湿潤細断ストランドが、細断されて凝集装置に給送されるときに約１２．５重量パーセントから約１３．５重量パーセントまでの含水率を有し、前記凝集物を乾燥してプラスチックを強化するための凝集細断繊維ストランド強化材を製造する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記セグメントの含水率が、このセグメントの乾燥重量に基づいて約１０重量パーセントから約１５重量パーセントまでの範囲内にあり、前記ウェーブ・チャンバはばねによって支持されている請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記凝集物を乾燥して、プラスチックを強化するための凝集細断繊維ストランド強化材を製造する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記セグメントが約１／８インチから約１／４インチまでの長さを有し、前記含水率が約１２重量パーセントから約１３．５重量パーセントまでの範囲内にあり、前記強化材の大部分の直径が約１／１６インチから約３／１６インチまでの範囲内にある請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記作業表面の振動が、複数のばねによって前記ウェーブ・チャンバから分離されている１つまたはそれ以上の振動機によって供給される請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
１つまたはそれ以上の振動機が複数のばねによって基台から分離されている請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記作業表面が、約１度から約５度までの範囲内にある角度で給送端部から出口端部まで下向きに傾斜している請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記作業表面に模様が付けられている請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記作業表面に模様が付けられている請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記作業表面に模様が付けられている請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記作業表面に模様が付けられている請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記作業表面に模様が付けられている請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
繊維の表面上に水性糊剤を含む湿潤細断繊維ストランド・セグメントから、このセグメントを凝集装置に通過させて凝集物を形成し、次いで前記凝集物を乾燥してプラスチックを含むさまざまな材料を強化するための凝集物を形成することによって、乾燥凝集物を製造する方法において、凝集装置として、１つまたはそれ以上の半径を有する、振動する細長い湾曲作業表面を含む概して水平の非回転ウェーブ・チャンバを使用し、前記作業表面は、この作業表面の最下点を通って延在する仮想垂直線の一方の側に少なくとも約６０度を有し、前記ウェーブ・チャンバは複数のばねによって支持され、作業表面が、この作業表面の長さに垂直な平面における断面で凹状を呈し、細断されたばかりのセグメントと凝集装置に入る前記セグメントの含水率は約１２重量パーセントから約１５重量パーセントまでの範囲内にあることを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記作業表面が１つの半径を有し、前記作業表面の長さに垂直な断面において円または円の一部分である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記作業表面に模様が付けられている請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記作業表面に模様が付けられている請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１６に記載の方法によって製造された繊維ストランド・セグメントの凝集物。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法によって製造された繊維ストランド・セグメントの凝集物。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法によって製造された繊維ストランド・セグメントの凝集物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿潤な細断されたガラス、ポリマーなどの繊維ストランド・セグメントを、通常の細断ストランドよりも密で自由に流動する断片に凝集するための方法とシステムに関する。得られる製品は、繊維強化プラスチックの製造方法、およびその他の繊維含有製品の製造方法において有用である。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性プラスチック用の細断ストランドなどのような細断ストランド強化製品は、一般的に、材料が溶融状態にあるときに複数の繊維化装置（ｆｉｂｅｒｉｚｅｒ）から繊維を引き出し、繊維を冷却し、繊維に水と化学サイズ剤をコーティングし、繊維を集めてストランドにし、ストランドを所望の長さのセグメントに細断して、次に湿潤な細断ストランドを振動平床炉の中で乾燥させ、こうして得られた乾燥細断ストランドを仕分けて、望ましくない塊や毛羽を除去することによって作られる。典型的な一方法を米国特許第３，９９６，０３２号に見ることができる。これらの形式の方法は、幅広い直径を有し、広範な数の繊維、たとえばセグメント当り数本の繊維から４０００本以上の繊維を含む細断ストランド・セグメントを製造する。
【０００３】
上述のプロセスによって数億ポンドの細断ストランド製品が製造されており、これらの製品は多種多様の繊維強化製品の製造に活用されてきた。しかしながらこの数年間、密度がより高く、円すい形状の集積貯蔵容器と供給機の中の小さな開口をより良好に流通し、顧客のシステムにおいて毛玉（ｆｕｚｚ  ｂａｌｌｓ）を発生する傾向のある小径のセグメントが少ない製品が望まれている。
【０００４】
細断ストランドをペレット化または凝集するためのプロセスがいくつか開示されている。これらには、米国特許第３，９８４，６０３号、同第４，１０７，２５０号、同第４，１６４，５３４号、同第４，８４０，７５５号、同第５，００２，８２７号、同第５，１８５，２０４号、同第５，２６９，９９３号、同第５，５７８，５３５号、同第５，５８５，１８０号、同第５，６３９，８０７号、同第５，６９３，３７８号、同第５，８６８９８２号、同第５，９４５，１３４号、およびＷＯ０１／０５７２２が含まれる。これらのプロセスの少なくとも１つは、所望の改善の大部分またはすべてを満たす細断ストランド強化セグメントを生産するが、より低いコスト、より簡単でより低い運転コストのシステムとプロセスなどのような、システムと工程の改善と効率がなお望まれている。
【特許文献１】米国特許第３９８４６０３号
【特許文献２】米国特許第４１０７２５０号
【特許文献３】米国特許第４１６４５３４号
【特許文献４】米国特許第４８４０７５５号
【特許文献５】米国特許第５００２８２７号
【特許文献６】米国特許第５１８５２０４号
【特許文献７】米国特許第５２６９９９３号
【特許文献８】米国特許第５５７８５３５号
【特許文献９】米国特許第５５８５１８０号
【特許文献１０】米国特許第５６３９８０７号
【特許文献１１】米国特許第５６９３３７８号
【特許文献１２】米国特許第５８６８９８２号
【特許文献１３】米国特許第５９４５１３４号
【特許文献１４】ＷＯ０１／０５７２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、プラスチックを強化するための凝集した細断ストランドなどの、凝集した強化繊維ストランド・セグメントを作るためのシステムと方法、およびこの方法によって製造した製品を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このシステムは、繊維の円周表面上に化学糊剤を有する１つまたは複数の湿潤繊維ストランドを細断してセグメントにするための細断機と、凝集機と、細断された湿潤ストランド・セグメントの凝集物を乾燥させるための乾燥機とを含み、その改善点は、細断された湿潤ストランド・セグメントを接触させるために、概して水平で、非回転の、長く延びた、振動湾曲表面、すなわち作業表面を有する非回転ウェーブ・チャンバを含む凝集機にあり、作業表面はこの作業表面の長さに垂直な平面がおける断面が一般に凹状を呈することである。「ウェーブ・チャンバ」という用語は、作業表面が細断されたストランド・セグメントおよび凝集物の中で起こす作用の形式を意味し、材料を作業表面の上で海洋の波浪のように上向きに動かし、頂上で渦巻き状に曲げてチャンバ内部で下向きに滑らせて作業表面に戻し、こうして波の作用は、凝集物がウェーブ・チャンバから出るまで何回も繰り返される。
【０００７】
概して水平とは、水平プラスまたはマイナス最大約１０度を意味する。作業表面は、上流端部から下流端部まで最大約６度の変化量だけ傾斜していることが好ましい。非回転とは、ウェーブ・チャンバが完全な一回転だけ回転せず、好ましくは１８０度以上回転せず、最も好ましくは約１０度以上回転しないことを意味する。ここに開示された好ましい実施形態は、あったとしても振動とばね作用の振幅によってのみ回転し、反復すなわち往復する回転は全くない。概して凹状の表面とは、断面における作業表面が、一定の半径または２つ以上の半径からなる変化する半径を有することができることを意味する。波動作用とは、砕ける波に似た種類の作用を意味する。
【０００８】
好ましくは、ただし必ずしも必要ではないが、接触または作業表面は、湿潤細断ストランド・セグメントが前記表面にくっつく傾向を減らし、細断ストランド・セグメントと凝集物における波動作用の達成を助けるために、表面模様付きまたは非接着表面を有する。振動の振動数および／または振幅は、湿潤細断ストランド・セグメントと凝集物の波動状の動きを生成し最適化するために変化させることが好ましい。
【０００９】
乾燥機は、湿潤細断ストランド・セグメントを乾燥させるために知られた振動平床乾燥機であることが好ましい。本システムは、乾燥機の下流端部または乾燥機の下流に、凝集細断ストランド・セグメントを分類して過大および過小の切片を除去するために、追加の設備を有することができる。本システムはさらに、細断機から湿潤細断ストランド・セグメントを収集してこれを振動ウェーブ・チャンバへ給送するための搬送手段を有することもできる。
【００１０】
本発明による方法は、１つまたは複数の湿潤繊維のストランドを、繊維の円周表面上に化学サイジングを含有する細断ストランド・セグメントに細断し、湿潤セグメントを凝集物に形成し、凝集物を乾燥させて細断ストランド・セグメントの凝集物を形成することを含み、改善点は、湿潤細断ストランド・セグメントの層を、長く延びた湾曲表面の概して凹状の作業表面に対する振動に当てることによって凝集物を形成し、作業表面は少なくとも約６０度の円弧を含み、少なくとも約４５〜６０度の円弧は作業表面の最下点を通って延在する仮想垂直線の一方の側にあり、残りの部分はもしあれば垂直線の反対側に存在することである。バイブレータの振動数および／または振幅は、細断ストランド・セグメントのさまざまな送り速度および／またはさまざまな寸法もしくは形式で波動作用と凝集物の質を最適化するために変えることができる。振動湾曲表面の出口前部は、セグメントと凝集物がウェーブ・チャンバおよびウェーブ・チャンバの空洞の中にある保持時間に作用するように、傾斜させることができる。
【００１１】
凝集物の形状と寸法における全体的な外形は、マコモ（イネ科の多年草）または麦の穀粒の外形に似ている。凝集物は長さが約１／８〜約１／２インチで、一般的には約１／８〜約１／４インチである。凝集物の直径は、さまざまな適用分野の必要性に対処するために変えることができるが、一般的には直径は約３／１６〜１／４インチである。本発明によるシステムと方法で作られた細断繊維ストランド・セグメントでは、毛羽の含有量が実質的に減少し、セグメントはわずかに数本の繊維からなる。凝集物は、従来の非凝集乾燥細断ストランド製品と比較して、実質的に改善された密度と流れ特性を有し、さまざまなプラスチックおよびその他の母材として同等または改善された性能特性を有する。凝集物は、毛羽の凝塊、微細物、または塊を除去するために従来型の分類装置を通過するが、凝集は微細物または塊を解除しようとし、上述の方法とシステムは過大の塊をほとんど発生させないので、微細物または塊についてはさらに改善されて少量になる。
【００１２】
ここで「約」という語が使用されるときは、これが変更する数量または条件が、本発明の利点が実現される限りそれを多少超えて変わることができることを意味する。
【００１３】
実際には、本発明のあらゆるパラメータの限界をきわめて正確に決定するために利用可能な時間または資源はほとんどない。これを行うためには、本発明が商業上の現実に対して開発されるときに正当化されるものより遥かに大きな努力が必要とされるからである。当業者はこのことを理解し、本発明の開示された結果が少なくともある程度、開示された１つまたは複数の限界を超えて延びることを期待する。後で、本発明者達の利益を開示し、本発明の概念および本発明者には知られている最良の様式を含む開示された実施形態を理解して、本発明者およびその他は、本発明が開示された限界を超えて実現できるか、およびさらに意外な特徴を持たない実施形態がある場合には、これらの実施形態の限界がここで使用されるように用語「約」の意味内にあるかを判定するために、開示された限界を超えて、発明努力をすることなく探求することができる。このような実施形態が予期された通りであるか、または結果の連続性の中断または発明者によって報告されたものよりはるかに優れた１つまたはそれ以上の特性のために意外なものであって、したがって本技術分野において更なる進展につながる非自明性の教示であるかを判定することは、当業者およびその他にとっては困難なことではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで標識を付けたさまざまな工程部分を有する、凝集細断ストランド製品を製造するために使用される従来の技術によるシステムを示す。部分Ａはシステムの繊維形成部分である。部分Ｂはシステムの細断部分である。部分Ｃはシステムの凝集部分であり、Ｄはシステムの乾燥、分類、および包装部分である。
【００１５】
ガラス繊維またはポリマー繊維などの繊維１を、周知の方式で、ブッシュ４すなわち繊維化装置の底部におけるノズル２に溶融状の材料を通過させることによって形成し、繊維２を急速に引っ張って繊維を望みの直径に細くして、繊維を空気によってその軟化点以下にまで急速に冷却する。微細な水霧を繊維に噴霧して繊維の冷却を助け、繊維２を急速に引っ張って化学糊剤塗布器６のローラに接触させ、ここで繊維の表面は多数の化学糊のうちのいずれか１つによって被覆される。糊は通常水をベースとしており、一般的に樹脂系皮膜形成剤、シラン、および１つまたはそれ以上の界面活性剤または湿潤剤、架橋剤などを含有する。使用される糊の種類は、周知のように強化のために繊維が使用されるポリマーまたは他の母材の種類によって決定される。本発明は、広範囲の糊組成物に適用可能である。糊組成物は本発明の部分ではないが、むしろ本発明は多くの周知の糊に適用可能である。
【００１６】
次に、化学的に被覆された湿潤繊維を溝付きプーリ８の周りに引っ張り、プーリ８は繊維１のすべてをブッシュ４から集めて単一ストランド９にする。繊維ストランド９は数１００本から４０００本以上までのどの本数の繊維でも含むことができる。繊維１と繊維ストランド９は通常望みの速度で、システムの部分Ｂにおける細断機、この場合は細断機１０によって引っ張られる。ストランド９は、ストランド案内ロール１１を上に引っ張ることもでき、ロール１１は個別のストランド９を分離したまま保持する。細断機１０は、バックアップ・ロール１２と、ブレード・ロール１３と、刻み付きアイドラ・ロール１４と、ストランド移動フィンガ１５と、ストランド始動ロール１６と、ロール始動スイッチ１７と、新たなストランド溝付きロール１８とを含む周知の繊維ストランド細断機である。細断機１０とその動作は米国特許第６，１４８，６４０号に詳細に開示されており、この開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【００１７】
細断機１０は、繊維ストランド９を所望の長さのセグメント１９に分離する。繊維ストランド・セグメント１９はベルト・コンベヤ２２の上に集められ、細断ストランド・セグメントのための凝集装置である従来技術のシステムの部分Ｃに搬送される。ここに図示されている凝集装置２４は米国特許第５，９４５，１３４号に詳細に開示されており、したがってここではこれ以上言及しない。細断ストランド・セグメントを凝集またはペレット化するための別の装置が、別の米国特許、たとえば米国特許第３，９８４，６０３号、同第４，１０７，２５０号、同第４，１６４，５３４号、同第４，８４０，７５５号、同第５，００２，８２７号、同第５，１８５，２０４号、同第５，２６９，９９３号、同第５，５７８，５３５号、同第５，６３９，８０７号、同第５，６９３，３７８号、同第５，５８５，１８０号、同第５，８６８，９８２号に開示されているが、これら追加の特許に開示されている装置と方法の多くは、凝集細断ストランド・セグメントに関する顧客の現在の要求を必ずしも満たすものではなく、ガラスおよび／またはポリマー繊維セグメントを作るのに作動するには費用が高い。
【００１８】
凝集化に続いて、凝集された細断ストランド凝集物２６（凝集物）はまだ湿潤で、乾燥させなければならない。これは、凝集物を部分Ｄすなわち乾燥機２６の中に送り込むことによって達成される。多くの形式の乾燥機が使用されており、しばしば使用される乾燥機の１つは振動流動床乾燥機２８である。細断された繊維ストランド・セグメント２０を乾燥して従来の細断ストランド強化製品を形成するためにも使用される、この形式の乾燥機２８は、凝集物２６を孔あき平床３０の上または上方を搬送する。搬送力は、ばね３２の上に取り付けられた乾燥機２８に作用する偏心モータ３０によって得られる。乾燥機２８の中における凝集物２６の乾燥と浮遊は、ポート３４を通ってチャンバ３３の中に、さらに孔あき平床３０の貫通孔と凝集物２６の層の上に強制される熱風によって達成され、熱風は最終的に乾燥機２８のフード３６にある１つまたはそれ以上の排気筒３５を通る。凝集物における化学サイズ剤は、取り扱う場合に互いに分離するのを防止する、凝集物２６に弱い接着をもたらすが、繊維がばらばらになって凝集物が後で加えられるプラスチックの中に分散することを可能にする。
【００１９】
乾燥した凝集物３７を、凝集物が乾燥機２８を出るときに直ちに包装することができ、または任意の部分Ｅを通過させることもできる。部分Ｅはさまざまな周知の形式のいずれか１つの分類スクリーンであり、たとえば、凝集物の中に存在することのある毛羽の塊または凝集塊を除去するための上部スクリーン４０と、乾燥凝集物３７におけるあらゆる微細物が下部チャネルと漏斗を通ってスクラップ・ビン（図示せず）へ移ることを可能にする下部スクリーン４２とを具備する、傾斜多層分類スクリーンである。分類された凝集物３７は分類スクリーンを出て、段ボール箱４５などの包装箱の中に入れられる。知られた自動包装設備を部分Ｅに含めることができるが、必要なものではない。
【００２０】
上述の知られたシステムは凝集またはペレット化された細断ストランド強化製品を製造するが、システムの凝集部分を簡素化することが望ましい。本発明者は、湿潤細断繊維ストランドが長く延びた振動湾曲作業表面によって波状作用で振動を受けると、大きな回転部分がなくて摩耗表面が少なく、エネルギー使用量が少ない非常に簡単な装置において、所望の凝集が生ずることを意外にも見出した。本発明者はまた、固い鉱物や石を微粉に微粉砕するためのよく知られた装置が、意外にも、通常の湿潤細断繊維ストランド・セグメントから所望の凝集物を製造するために必要な上述の波状作用をもたらすことも見出した。
【００２１】
図２は本発明によるシステムを示す。部分Ａ、Ｂ、Ｄ、およびオプション部分Ｅは図１に示す従来の技術によるシステムと全く同じであるが、部分Ｃのウェーブ・チャンバ凝集装置４６は、上述の波状作用を引き起こす長く延びた振動湾曲表面をもたらす装置であって、この作用によって、湿潤細断繊維ストランド・セグメント１９の凝集化が生じ所望のサイズの湿潤したわずかに平らな形状の凝集物３７として、所望の凝集された製品４８を形成する。一般的に、凝集物３７は長さが約１／８インチ〜約１／４インチで、凝集物の大部分は約０．０６インチ〜約０．２インチの直径を有するが、約１／２インチまでの長い凝集物もある応用には適している。凝集製品の少なくとも７５重量％がこの直径の凝集物の中にあることが好ましく、少なくとも８５重量％であればさらに好ましく、少なくとも９０重量％であれば最も好ましい。
【００２２】
図２に示す本発明のシステムにおける湿潤細断ストランド・セグメント１９の凝集方法は、図１に示す従来の技術によるシステムにおいて使用される方法と同じであるが、凝集が一連の回転湾曲振動表面の上またはその近くではなく、非回転湾曲振動表面の上またはその近くで生ずることが異なる。本発明では、凝集の前に追加の水分または水和液を細断ストランド・セグメントに加える必要はなく、また凝集の前にバインダまたは第２の糊付け配合物を湿潤細断ストランドに加える必要もない。細断機から出てくる湿潤細断繊維ストランドの含水率は約１０重量パーセントから約１６重量パーセントまでの間で変化する。概して、含水率が高いほど、細断セグメントはより速く凝集し、同じ滞留時間と振動数で凝集物はより大きくなる。含水率は１２〜１５パーセントの範囲内にあることが好ましく、内径３６インチの振動ドラムまたはそれ以上の大きさの生産ユニットにおいて、含水率は約１５重量パーセントを超過してはならない。直径３６インチのユニットを使用する場合、最も好ましい含水率は、細断機から出てウェーブ・チャンバ凝集機に入る細断繊維ストランドの、約１２〜１３．５重量パーセントの範囲内である。
【００２３】
湿潤細断ストランド・セグメント１９を凝集するためには、振動する長く延びた凹状の湾曲表面であればどれでも適当である。非回転湾曲表面は円筒の片側、または円、円の部分、半円、または半円以下の断面を有する円筒のセグメントまたは弧であることが好ましい。しかし、２つまたはそれ以上の半径を有する湾曲表面もまた適当である。
【００２４】
円滑な内部湾曲表面は条件に合っているが、作業表面は、小さな離隔したくぼみ、隆起、Ｘ形状またはその他の離隔した突出形を有するなど、模様付けされて、湿潤細断ストランド・セグメントの固着または部分凝集物の湾曲表面への固着を防止するために接触部分を減らし、さらに湾曲表面におけるセグメントおよび凝集物の上昇を強化して波状作用を最適化するために、より良い掴み表面を提供することが好ましい。凹状表面上の隆起模様を有する凹状表面の中に一定の大きさに作られ形成されたさまざまな「つまさき金具」が適当である。好ましい材料はステンレス鋼であるが、無腐食性の塗膜またはさまざまなプラスチックで被覆された、強化されたまたは強化されていない他の材料も、耐摩耗の適用に使用するために知られたさまざまな形式のゴムがあるように、適当である。作用表面用の好ましいくぼみ付きの材料として、ニューヨーク州ＢｕｆｆａｌｏのＲｉｇｉｄｉｚｅｄ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐ．から市販されている３０４ステンレス（＃４）５．ＷＬ製品が挙げられる。
【００２５】
湾曲部分は３６０度にすることができるが、そうでなくてもよい。約２１０度を含む湾曲部分はより小さな部分としては適当であるが、容量はいくらか小さくなる。
【００２６】
意外にも、本発明者が本発明の凝集装置４６として特に適していることを見出したある形式の装置を、図３、図４に示す。この形式の装置は、Ｖｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）の商品名でイリノイ州ＢａｒｒｉｎｇｔｏｎのＧｅｎｅｒａｌ  Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．から市販されており、石及び鉱物を微粉砕または摩砕する貯めの装置として通常使用されているものである。
【００２７】
Ｖｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）を図３に正面図で示し、図４には前パネルを外して出口端部から見た端面図で示す。装置５０は、一般に水平の円筒状ウェーブ・チャンバ５２（チャンバ）から構成され、チャンバは、入口端部キャップ端部において給送ポート５４を、下流端キャップ５１においては底部または６時の位置に出口ポート５６を有する。ウェーブ・チャンバ５２は、ウェーブ・チャンバの望みの容量および長さに応じて、さまざまな直径のものにすることができる。一般に水平とは、円筒状ウェーブ・チャンバ５２を水平にすることができることを意味するが、水平から１０度未満などの水平から数度傾いていることが好ましい。約２〜３フィートの直径が十分であることが知られており、また４２インチまたはそれ以上などの別の直径も十分であると考えられている。
【００２８】
通常は、円筒状ウェーブ・チャンバ５２は、入口端部から出口端部まで下り傾斜することになる。下り傾斜の角度は、湿潤細断ストランド・セグメント１９と円筒５２における湿潤凝集物２６の滞留時間に影響し、これは調節可能であることが好ましい。チャンバ５２はその内部に作業表面５３を有する。
【００２９】
チャンバ５２は、チャンバ５２の一方の側に取り付けられたフレーム部片５７Ａの上、およびチャンバ５２の反対側に取り付けられた第２フレーム部片５７Ｂの上に取り付けられている。フレーム部片５７Ａはコイルばねの配列５８によって支持されている。コイルばねの配列５８は、２つの離隔した平行な列として配置されていることが好ましい複数のコイルばね５９を含む。コイルばね５９の各々は、その頂端部６０においてフレーム部片５７Ａの下側に取り付けられている。コイルばね５９の底端部６１は、少なくともコイルばねの配列５８の長さを有する長く延びたボックス状のフレーム構造６２の頂部に取り付けられている。
【００３０】
前記構造６２の対向する両側には２つの偏心振動機６４が取り付けられて、前記構造６２の端間垂直仮想中心線を全体的にまたがっている。この構造６２と一対の振動機６４は下側で２対のコイルばね６５によって支持されている。各対のコイルばね６５は、図３に示すようにボックス・チャネル部材６２の各端部に接している。２対のコイルばね６５はこれらの下端部６７においてフレーム６８に取り付けられている。フレーム６８は、底部材または底板７０から構成され、底部材７０の下側各隅には足部７１があり、底部材７０の頂部には２つの離隔した直立脚７３が取り付けられている。直立脚７３は、ほぼ２対のコイルばね６５の分だけ離隔することができ、各脚７３は一対のコイルばね６５における各コイルばねと整列しているが、直立脚７３は、各脚７３がこれに整列する一対のコイルばね６５から見て底部材７０の反対側にあるように、離隔している。
【００３１】
第２フレーム部片５７Ｂは、その底側上で少なくとも２つの離隔したコイルばね７５によって支持され、各コイルばね７５の頂部７６はフレーム部片５７Ｂの下側に取り付けられ、各コイルばね７５の底部７７は１つの直立脚７３の頂部７８に取り付けられている。図４に示すように、直立脚７３をさらにアーム突っ張り（ａｒｍ  ｂｒａｃｅ）７９によって支持することができ、このアーム突っ張り７９は、一端部では各脚７３の上端部近くに、また他の端部では、直立脚７３から離隔した底部材７０の上側における一点に取り付けられている。
【００３２】
したがって、概して水平のウェーブ・チャンバ５２は、全体としてコイルばねによって支持され、コイルばねは、給送ポート５４を通じて送られる湿潤細断ストランド・セグメント１９に対し、また湿潤凝集物２６に対し、これらが出口ポート５６に近づくときに波状作用を起こさせる。先に示したＶｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）装置の特定の利点は、振動機６４と前記ウェーブ・チャンバ５２との間に位置するコイルばねの配列５８によって、振動機が前記ウェーブ・チャンバ５２に堅固に取り付けられた場合よりも振動機が小さくなり、必要とされる電気エネルギー使用量も少ないことである。Ｖｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）装置上のウェーブ・チャンバ５２は、通常は細断ストランド・セグメントをウェーブ・チャンバ５２へ送り込む装置の配列方向によって指図される送り端部から見て、振動機６４の右側にも左側にもなるように配置することができる。図３〜４に示すユニットは右側のユニットである。振動ウェーブ・チャンバ機器は、操作と維持がより容易であるから、過去に使用されたタンブリング装置よりも有利である。
【００３３】
図４は、作動中のＶｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）における湿潤凝集物２６と湿潤細断ストランド・セグメント１９の代表的な位置を示し、配列は湾曲作業表面５３上の約５時から約９時まで延びている。したがって、ウェーブ・チャンバ５２内部の湾曲表面の約１２０度は「作業」表面であり、湾曲表面の残り部分はこの送り速度では、必ずしも湿潤細断ストランド・セグメント１９または湿潤凝集物２６に接触する必要はなく、したがってこれを多くの方式で変更することができる。送り速度は概して水平のウェーブ・チャンバのサイズおよび長さに応じて変わる。また、湾曲表面のもっと少ない角度でも、送り速度が低い場合またはより長いウェーブ・チャンバがより大きな傾斜で使用される場合には「作業」表面となる。たとえば、約４５〜７０度という小さな作業表面との接触も、約４５〜約１２０度も適しているが、約９０〜約１００度または約９０〜約１１０度であることが好ましい。ウェーブ・チャンバを通過する垂直中心線の作業側に少なくとも約４５度がある少なくとも約６０度の作業表面も適している。
【００３４】
重要なことは、作業表面５３を有するウェーブ・チャンバの一部分の上またはその近くにおいて、図８に示すようにウェーブ・チャンバ内部に波状の運動を得ることである。湿潤細断ストランド・セグメント１９は、矢印で示すように波状パターンで移動しており、送り速度と振動数に基づいて最大高さに達するまで湾曲作業表面５３を昇り、それから上方に渦巻いて作業表面５３に再度接触するまで、上向きに移動するセグメント１９を越えて内部に流れ落ち、それからこのパターンを繰り返す。これはウェーブ・チャンバ５２の長さに沿って、現存の凝集物２６が出口に達するまで多数回発生する。振動管が作動中に前後左右に揺れ動く傾向がある場合には、コイルばねの１つまたは複数の隣接コイル間に、メーカーによって供給される１つまたは複数の制振器が使用可能であることが好ましい。
【００３５】
どの所与の送り速度においても、ウェーブ・チャンバの下向き傾斜角度は上記の凝集物を形成するために必要な滞留時間をもたらすように調節される。一般的に、約１２０秒までの、好ましくは約４０〜６０秒の滞留時間が好ましいが、これは処理されるセグメントの種類、別の機械的変数、および完成された凝集物の望みのサイズおよび／または形状に応じて変えることができる。１０度までの下向き傾斜が可能であるが、約５度または６度の小さな下向き傾斜がより一般的である。直径３６インチのＶｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）では、好ましい下向き傾斜角は約４．５度である。振動数は、一般的に可変速モータである振動機モータのＲＰＭを変えることによって波状動作を発生させるように、変化することができる。通常は、約５００〜約１２００ＲＰＭの範囲の振動数が波状動作を達成するために適している。直径３６インチのユニットにおける代表的な振動数は、約８７５〜９２５ＲＰＭの範囲、約８８５〜９０５ＲＰＭの範囲、さらに約８９０〜８９５ＲＰＭの範囲にある。８９３ＲＰＭの振動数は、含水率が１２．５〜１３．５重量パーセント、３６インチ直径で下向き傾斜角が約４．５度、Ｖｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）ユニットの長さが１０フィートの場合に特に効果的であることが証明された。
【００３６】
１つの可能な変更例を、長く延びた湾曲ウェーブ・チャンバ８０の長さに沿った部分断面図である図５に示す。凹状作業表面８３が振動して湿潤細断ストランド・セグメントに作用し、これを凝集する。チャンバ８０はカバー８２を有し、このカバー８２は直平板にすることができ、または図５に示すように僅かに湾曲した凸状板にすることができ、もしくは僅かに湾曲した凹状板にすることもできる。ウェーブ・チャンバ８０はまた、片側の頂部に取り付けられたフレーム部片８４Ａと、他の側の頂部に取り付けられた第２フレーム部片８４Ｂとを有する。ウェーブ・チャンバ８０とフレーム部片８４Ａ、８４Ｂは、図３、４に示す円筒状ウェーブ・チャンバ５２と同じまたは類似の方法で支持され、振動される。
【００３７】
別の１つの変更例を図６に示すが、これは長く延びた湾曲ウェーブ・チャンバ８６の長さに沿った部分断面図である。凹状作業表面８７が振動して湿潤細断ストランド・セグメントに作用し、これを凝集する。チャンバ８６はカバー８８を有し、このカバー８８は、図６に示すようにある角度９１で交差して接合された少なくとも２つの直部片８９、９０を有する。ウェーブ・チャンバ８６はまた、片側の頂部に取り付けられたフレーム部片９２Ａと、他の側の頂部に取り付けられた第２フレーム部片９２Ｂとを有する。ウェーブ・チャンバ８６とフレーム部片９２Ａ、９２Ｂは、図３、４に示す円筒状ウェーブ・チャンバ５２と同じまたは類似の方法で支持され、振動される。
【００３８】
さらに別の変更例を図７に示すが、これは長く延びた湾曲ウェーブ・チャンバ９４の長さに沿った部分断面図である。凹状作業表面９５が振動して湿潤細断ストランド・セグメントに作用し、これを凝集する。ウェーブ・チャンバ９４にはカバーはなく、代りに大気に開いている。所望により、オプションのフード（図示せず）をウェーブ・チャンバ９４の開放頂部を覆って取り付けて、ウェーブ・チャンバ９４の開放頂部から逸出するあらゆる繊維または湿分を捕捉し除去することができよう。ウェーブ・チャンバ９４はまた、片側の頂部に取り付けられたフレーム部片９６Ａと、他の側の頂部に取り付けられた第２フレーム部片９６Ｂとを有する。ウェーブ・チャンバ９４とフレーム部片９６Ａ、９６Ｂは、図３、４に示す円筒状ウェーブ・チャンバ５２と同じまたは類似の方法で支持され、振動される。
【００３９】
湾曲作業表面の半径は、図９、１０に示すように一定である必要はない。図９における作業表面９７は２つの半径を有し、図１０における作業表面は３つ以上の半径を有する。
【００４０】
上に開示された多くのウェーブ・チャンバ装置のすべてについて、振動機の位置および振動機とウェーブ・チャンバとの間のコイルばねの配列を変えることができる。たとえば、長く延びた湾曲表面ウェーブ・チャンバを、支持フレームの上に取り付けられたコイルばねによって各側の上に支持することができ、コイルばねの配列、ボックス・チャネル、および対向する振動機を、ウェーブ・チャンバにその頂部の近くで取り付けることができる。ただ１つの決定的な要件は、長く延びた湾曲作業凹状表面が作用を受けることによって、凹状表面に接触する細断ストランド・セグメントおよび凝集物に波状の動きを発生させることである。
【００４１】
図２〜４の開示内容を含めて、上に開示したように本発明のシステムを使用して本発明を実施するために、プラスチック材料のための従来の糊とドライ・ベースで約１０〜約１６重量パーセントの水分を含み、図１の部分Ａ、Ｂに示すような従来の細断機によってセグメントに細断された、従来の湿潤細断繊維ストランド・セグメントを、図３、４に示すＶｉｂｒａ−Ｄｒｕｍ（登録商標）装置などの、長く延びた湾曲表面ウェーブ・チャンバを含む凝集装置の入口ポートの中に給送する。下り傾斜角と送り速度を調節して、約１〜３分の間にある凝集装置内の滞留時間を作る。実際の送り速度、下り傾斜角度、および振動数は、ウェーブ・チャンバのサイズおよび凝集される湿潤細断ストランド・セグメントの種類、および所望の凝集物のサイズに応じて変わることになる。
【００４２】
ウェーブ・チャンバの振動の振幅もまた、所望の波状作用と凝集物のサイズを作るために変えることができる。一般的に、約０．６２５インチの振幅が使用されるが、これは所望に応じて上下に変えることができる。
【００４３】
約１２０秒より長い滞留時間、さらに一般的には約４０〜６０秒より長い滞留時間を使用することができるが、望ましい凝集物サイズを達成するための最短滞留時間が、特に凝集物の外側層において繊維に対する可能な損傷を回避するために最良である。チャンバの長さも、滞留時間とウェーブ・チャンバの容量に影響する。通常、ウェーブ・チャンバの長さは、ユニットが設置されると固定される。長さ約４フィートと長さ約８フィートのウェーブ・チャンバが十分なものとして知られ、なぜ他の長さが適していないかという理由は知られていない。
【００４４】
凝集物が所望のものより長い場合には、上に検討したように凝集物のサイズを小さくするために実施することがいくつかある。凝集物のサイズを小さくするために実施することができる他のことは、細断ストランド・セグメントをウェーブ・チャンバの中に給送する前に細断ストランド・セグメントの含水率を減らすことである。このために、本工程では細断の後にセグメントにさらに水および／または糊を加えることは必要ではないので、細断機とウェーブ・チャンバとの間でセグメントをいくらか乾燥させることが必要となる。
【００４５】
図１、２の部分Ｄに示す従来の振動流動床乾燥機などの乾燥機の中に湿潤凝集物２６を給送し、好ましくは図１、２の部分Ｅとして示す従来のスクリーン分類機によって処理し、完成凝集細断繊維ストランド強化製品を製造する。細断機から出てくる湿潤細断繊維ストランド・セグメントの代表的な含水率は、ドライ・ベースで、すなわち乾燥したセグメントの重量に基づいて約１０〜約１５重量パーセントの範囲内にある。
【００４６】
本システムにおいて本方法によって製造される凝集細断繊維ストランド強化製品は、従来の非凝集細断繊維ストランド強化製品と比較して、実質的に改善されたかさ密度と流れ特性を有し、さらに明らかに、競合する凝集細断繊維ストランド強化製品と同様の特性を有している。
【００４７】
たとえば、ドライ・ベースで１２〜１３．５重量パーセントの含水率を有する従来の湿潤細断繊維ストランド・セグメントを、７００〜９００ＲＰＭの振動数で、図３、４に示す内径約２４インチのウェーブ・チャンバ装置に通し、次いで図２に示す工程の部分Ｄ、Ｅを通過させて、乾燥凝集細断繊維ストランド強化製品を形成した。ウェーブ・チャンバ装置における滞留時間は約２分プラス・マイナス１分であり、下向き傾斜角は約２度であった。２つの従来の凝集製品を上に説明したように、１つは第１の従来の糊を含む長さ１／８インチの細断ストランドから、他の１つは第２の従来の糊を含む長さ３／１６インチの細断ストランドから製造した。結果として得られた凝集製品にはそれぞれ製品ＸＡおよび製品ＸＢの標識を付けた。これらの凝集製品の鍵となるいくつかの特性を測定し、図２に示すシステムの部分Ｄ、Ｅに同じ従来の湿潤細断繊維ストランド・セグメントを通過させて作り、それぞれＣＳＡ、ＣＳＢの標識を付けた製品についての試験から得られた結果と比較した。
試験の結果は下記の通りである。
【００４８】
【表１】
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＊５００グラム試料当りの容積（立方センチメートル）
＊＊流れは、２０００グラムの試料を、１・１／２インチ（３．８ｃｍ）直径×６インチ（１５．２ｃｍ）の直線出口を有するＦＭＣＦＭ−Ｔ０１−Ａ−１振動ホッパーを通して流すのに要する時間を計時することによって決定した。
【００４９】
凝集製品のより高いかさ密度は、結果的に標準サイズのボックスまたは他の包装内により多くの重量を入れることができるようになり、またより小さな包装を使用して従来の細断繊維ストランド製品のために使用されるものと同じ重量を出荷することも可能になり、さらにメーカーのプラントおよび顧客のプラントにおける利用可能な空間により多くの製品を格納することが可能になる。凝集製品のより速い流れは、結果的に顧客のホッパーおよび送り管の閉塞が少なくなり、既存の顧客の機器を通過する流速が増加し、こうして、生産速度増加にとって妨げとなる場合にはこの機器を除去することができる。
【００５０】
単に好ましい実施形態のみを上に詳細に説明したが、多くの追加の実施形態が可能であり、上記の開示を与えられる当業者には明らかであり、特許請求の範囲はこれらの実施形態およびこれらの明らかな等価物を含むことを意図するものである。凝集のパラメータはいくつかの糊組成物によって変更されるべき場合もあるが、上に開示された本発明を使用して繊維の表面にあらゆる種類の糊組成物を有する湿潤細断ストランドを凝集することは、上の開示が与えられる通常の当業者の技術範囲内にあろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】湿潤細断・ストランドの凝集物を作るための従来の技術によるシステムの正面図である。
【図２】本発明による湿潤細断ストランドの凝集物を作るためのシステムの正面図である。
【図３】本発明による細断ストランド・セグメントを凝集するためのある装置の正面図である。
【図４】凝集物が見えるように出口部分を除去した、図３に示す装置の出口の端面図である。
【図５】本発明のために適当な別の凝集装置におけるウェーブ・チャンバの断面図である。
【図６】本発明のために適当なさらに別の凝集装置におけるウェーブ・チャンバの断面図である。
【図７】本発明のために適当なさらに別の凝集装置におけるウェーブ・チャンバの断面図である。
【図８】本発明において細断ストランド・セグメントを凝集する波浪状の作用を発生させる作業表面を示す、図３、４に示すウェーブ・チャンバの部分断面図である。
【図９】２つ以上の半径を有する任意の作業表面を示す図である。
【図１０】２つ以上の半径を有する任意の作業表面を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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