(57)【要約】【課題】【解決手段】ガラス繊維絶縁製品と、比較的細いストレスを生じる欠損を有する直径が小さいガラス繊維を製造する方法とが提供される。絶縁製品は、少なくとも約２０％以上繊維密度が減少される同じ熱抵抗もしくはＲ値を有し、圧縮後の名目上の厚さへの回復を果す。本発明の製造方法は、比較的低い滅衰ガス速度とより多いか少ない孔を有する紡績機の使用とを組合わせることによって比較的欠損の少ない直径が小さいガラス繊維を製造し得る。本発明の好ましい方法は、重ねられた複数の環状区域（ＺＡ）にわたってオリフィスが穿孔された周辺バンドを備えた遠心機を有するミネラル繊維を内部遠心分離するための装置を用いる。遠心機は遠心分離位置にあることを想定する。この装置は、少なくとも２つの環状区域（ＺＡ１、ＺＡ２）有し、これら区域では、単位表面面積（ＮＳ１、ＮＳ２）あたりのオリフィスの数が異なる。
2004532938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも１つのガラス材料を準備し、
（ｂ）前記ガラス材料を溶融させ、
（ｃ）前記溶融されたガラス材料を、複数の紡績オリフィス（１４）を有する紡績機（遠心機）（１）内に入れ、
（ｄ）前記溶融されたガラス材料を複数の紡績オリフィス（１４）によって遠心分離させて、多数のガラスのストリーム（１５）を形成し、
（ｅ）これらガラスのストリーム（１５）を、約３．５ミクロンを超えない平均直径を有するガラス繊維（１０）を形成するように、紡績機（１）の外側近くのガスの流れによって細くし、このガスの流れは、約１０−２５水インチ（２５０−６３５mmCE）、好ましくは２３水インチ（５８０mmCE）未満のバーナー圧力を有するバーナー（９）によって実質的に形成され、このバーナーは、少なくとも８mm、好ましくは８．１乃至８．５mmの幅だけ離間された１対のバーナー縁部（５４、５６）を有し、
（ｆ）前記繊維と樹脂結合剤とを混ぜ合わせ、ASTM C 686の分離強度が少なくとも約１００g/gであり、圧縮後にこれの名目上の厚さにほぼ回復する絶縁製品を形成することによって特徴付けられる、ガラス繊維絶縁製品を製造する方法。
【請求項２】
前記細くする工程（ｅ）は、約５０、０００乃至１００、０００ft3/hrの空気の流れを有する請求項１の方法。
【請求項３】
前記細くする工程（ｅ）は、約３、０００乃至６、０００ft3/hrのガスの流れの流速を有する請求項１もしくは２の方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）と（ｄ）との紡績機（遠心機）（１）は、遠心機が遠心分離位置にある状態で、互いに重ねられた複数の環状区域（ＺＡ）にわたって配置されたオリフィス（１４）が穿孔された周辺バンドを有し、この周辺バンドは、少なくとも２つの環状区域（ＺＡ１、ＺＡ２）を有し、これら区域における、単位表面面積（ＮＳ１、ＮＳ２）あたりのオリフィスの数は、５％より大きいかこれと等しい、特に、１０％、あるいは２０％より大きいかこれと等しい割合だけ異なり、また、単位表面面積あたりに最も多数のオリフィスを有する環状区域は、他の環状区域の下に配置され、遠心機が遠心位置にあることを想定している、請求項１乃至３のいずれか１の方法。
【請求項５】
単位表面面積あたりに最も多数のオリフィスを有する前記紡績機（１）の環状区域は、単位表面面積あたりに比較的少数のオリフィスを有する紡績機（１）の他の環状区域の下に配置されている、請求項４の方法。
【請求項６】
前記紡績機（１）の各環状区域のオリフィス（１４）は、オリフィスの直径（ｄ）が、各環状区域内で実質的に一定であり、遠心機（７）の周辺バンドの上部から底部へと一方の環状区域から他方の環状区域に向かって減少するように、列を形成している、請求項４もしくは５の方法。
【請求項７】
前記複数の列は、１乃至２mmだけ、特に１、２乃至１、８mmだけ、好ましくは一方の列から次の列まで１乃至２mm、例えば１、２乃至１．６mmのピッチを有するように、互いに離間されている、請求項６の方法。
【請求項８】
前記紡績機（１）のオリフィス（１４）の少なくとも一部の直径（ｄ）は、最大で１．５もしくは１．２mmであり、特に、１．１乃至０．５mm、例えば０．９乃至０．７mmである、請求項４乃至７のいずれか１の方法。
【請求項９】
前記紡績機（１）の同じ環状区域（ＺＡ）に隣接した最も密なオリフィスの中心の間の距離（Ｄ）は、この環状区域全体にわたってほぼ一定であり、この距離（Ｄ）は、一方の区域から他方の区域へと少なくとも３％だけ、もしくは、少なくとも５％だけ、もしくは、少なくとも１０％以上が変化し、特に０．８乃至３mm、例えば１乃至２mm、または１．４乃至１．８mmの距離Ｄだけ上部から底部に向けて減少する、請求項４乃至８のいずれか１の方法。
【請求項１０】
前記遠心機（１）は、８００mmより小さいかこれに等しい、特に、少なくとも２００mmだけ小さい平均直径（ＤＭ）を有する、請求項１乃至９のいずれか１の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｅ）の高温ガスによる延伸ジェットは、環状バーナー（９）によって作られる請求項１乃至１０のいずれか１の方法。
【請求項１２】
前記環状バーナー（９）は、ガスによる延伸ジェットに遠心機の外側水平エッジに対して正接の成分を与える機構を有する正接バーナーである請求項１１の方法。
【請求項１３】
溶融された状態のガラス材料が紡績機の周囲に配置されたオリフィス中を通るようにさせ、紡績機を囲むガスの流れによって細くされる事によって作られたガラス材料の繊維で形成された絶縁製品において、
（ａ）前記ガラス材料の繊維は、約３．０ミクロンより小さい平均直径を有し、
（ｂ）前記繊維の少なくとも５０％が、３．０ミクロンより細く、
（ｃ）製品は、
（ｉ）ASTM C 686の分離強度が少なくとも約１００g/gであり、
（ｉｉ）ASTM C 167の製品重量グラムが約４０乃至２１０g/ft２、好ましくは約７０乃至１００g/ftであり、絶縁製品は、圧縮後に、名目上の厚さの実質的な回復を示すという特性を有することによって特徴付けられる絶縁製品。
【請求項１４】
絶縁製品は、約３．９ミクロンの平均直径を有するガラス繊維で形成されたほぼ等しい外側ディメンションを有する絶縁製品とほぼ等しい熱抵抗値を有するが、約３、９ミクロンの平均直径を有する繊維で形成された絶縁製品より少なくとも１２％低い重量グラムを表わす、請求項１３の絶縁製品。
【請求項１５】
絶縁製品は、約３．９ミクロンの平均直径を有するガラス繊維で形成された絶縁製品より大きい熱抵抗値を有し、ほぼ同じ外側ディメンションとほぼ同じ重量グラムとを表わす、請求項１３の絶縁製品。
【請求項１６】
バーナー内部の圧力は、約２３水インチ（５８５mmCE）未満である請求項１乃至１２のいずれか１の方法によって作られる請求項１３乃至１５のいずれか１の絶縁製品。
【請求項１７】
溶融状態のガラス材料が紡績機の周囲に配置されたオリフィス中を通るようにさせ、紡績機を囲むガスの流れによって細くされることによって作られるガラス材料の繊維で形成された絶縁芯もしくはロールにおいて、約３ミクロンを超えない平均直径を有するガラス繊維で構成され、ASTM C 167の厚さの回復と、約３．９ミクロンの平均直径を有するガラス繊維で形成されたほぼ同じ外側ディメンションを有する絶縁製品とほぼ等しいかこれよりも良い熱抵抗Ｒ値とを有することによって特徴付けられる絶縁芯もしくはロール。
【請求項１８】
ASTM C 167の製品の重量グラムが約５０乃至１５０g/ft３である請求項１７の絶縁芯もしくはロール。
【請求項１９】
柔らかい綿のような手触りを有する請求項１７もしくは１８の絶縁芯もしくはロール。
【請求項２０】
請求項１乃至１２のいずれか１の方法によって作られた絶縁芯もしくはロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温のガスの流れによる延伸（drawing）と組み合わせられた内部遠心分離プロセスによってミネラル繊維もしくは他の熱可塑性材料を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
これは、特に、例えば断熱製品並びに／もしくは防音製品を組立てるために使用されるガラスウールの工業生産に適している。
【０００３】
比較的直径が小さいガラスの繊維及び他の熱可塑性材料は、防音材もしくは断熱材などの様々の用途で使用されてきている。比較的直径が小さいガラスの繊維がウェブ状に組立てられると（本文では“ブランケット”、“芯”もしくは“ウールパック”のいずれかで呼ぶ）、強度即ち剛性に個々に欠いているガラス繊維は、樹脂で貼り付けられ、極めて強く軽量で高圧縮性かつ弾性的な芯として形成され得る。絶縁芯は、ペーパーもしくはプラスチックで表面仕上げされていてもされていなくてもよい。
【０００４】
本発明が関連する繊維形成プロセスは、高速で回転し、非常に多数のオリフィスが周囲が穿孔された繊維分解紡績機と呼ばれる遠心機に、溶融ガラスの細いストリームを供給することからなる。ガラスは、遠心力の元で、フィラメントの形となるように、オリフィスを通るようにスプレーされる。次に、これらフィラメントは、遠心機の壁に沿って高温及び高速の環状延伸の流れを受ける。この流れは、フィラメントを細くし、繊維に変える。形成された繊維は、このガスによる延伸の流れに沿って、一般にガス透過ストリップから成る受け機構へと運ばれる。ウール製品を形成するために繊維同士をくっつけるのに必要な結合剤が繊維に、これら繊維が下方に延伸されるよう際にスプレーされる。続いて、繊維は集められ、芯を形成する。このプロセスは、“内部遠心分離”として知られている。
【０００５】
遠心分離粉砕と、滅衰ガラス繊維分解技術とは、上述されているように、ガラス繊維で絶縁芯及びブランケットを作る製造において長年にわたって商業的に使用されてきている。また、現在のところ製造されるガラス繊維絶縁材の大方は、この技術を用いて作られている。このプロセスの様々の形の詳細が、例えば米国特許RE２４、７０８号、２、９８４、８６４号、２、９９１、５０７号、３、００７、１９６号、３、０１７、６６３号、３、０２０、５８６号、３、０８４、３８１号、３、０８４、５２５号、３、２５４、９７７号、３、３０４、１６４号、３、８１９、３４５号、４、２０３、７７４号、４、７５９、９７４号、５、７４３、９３２号に開示されている。これら特許は、参照して本明細書に組み入れられる。
【０００６】
このプロセスは、幾つかの改良を形成している。これら改良のうち幾つかは、特に、繊維分解紡績機に関るもので、他の幾つかは、例えば特定のタイプのバーナーを用いた、環状の延伸の流れを発生させる手段に関るものである。後者に関しては、特に、EP−B−０１８９３５４号、EP-B-０５１９７９７号、WO９７／１５５３２号を参照してほしい。
【０００７】
ガラスの繊維分解は、極めて複雑で、多数の様々のパラメータのバランシングを必要とする。公知の技術の多くの詳細については本明細書では説明せず、代わりに、このように開示された上述の特許を参照する。しかしながら、先行技術の所定の限られた態様は、特に本発明に関るものについては、考慮されている。
【０００８】
遠心性の噴射による滅衰プロセスにおいて、バーナーの圧力は、繊維を細くするために、紡績機の壁の前の滅衰ガスの速度と同様に重要である。また、紡績機のデザインと操作とは、特に、既存の紡績機のデザインの寿命が比較的短く、紡績機の交換に極めて高いコストがかかっている点から、重要な要因である。
【０００９】
繊維分解紡績機に関しては、特許FR１、３８２、９１７号（出願１９６３年２月２７日）が、以下のような、いまだに広く利用されている原理を有する繊維分解装置を説明している。その原理とは、溶融された材料が、材料がバスケットに取付けられた回転ボディの壁にスプレーされて中を通るオリフィスが形成された垂直な壁を有するバスケットに導かれることである。この壁は、相当数のオリフィスを有する。この壁は、繊維分解紡績機の“バンド”と呼ばれている。高品質の繊維分解を得るために、オリフィスは、環状の列をなすように配置され、オリフィスの直径は、それが属する列によって、バンドの上部から底部に向かって小さくなるように変わる。
【００１０】
本発明の文脈では、遠心機の“上部”は、遠心分離位置にある遠心機を参照して、即ち、実質的に垂直な(回転)軸に従って規定されている。
【００１１】
初期の遠心分離噴射による滅衰装置で用いられていた紡績機は、典型的には、約２００mmの直径を有し、典型的には４、０００乃至６、０００個の孔を有する周壁を有しており、溶融されたガラスが、環状の噴射による滅衰にさらされる最初のガラスストリームを形成するようにこれら孔の中を通るものである。許容できる繊維の品質を維持するための紡績機のオリフィスあたりの引っ張り率には実際的な限界があり、オリフィスあたりの最大の率が、約０．９乃至１．４Ｋｇ／日の範囲内であることが認められた。それにも関らず、与えられたラインの製造を増すという経済上の必要は、大抵の場合、製品の品質は劣化するのに引っ張り率は上昇するという結果を生じた。
【００１２】
所望の直径を有する紡績機の出力を増やそうとする努力のもと、紡績機の周壁の孔の数は、約２３、０００個まで増やされ、紡績機の直径は、約４００乃至６００mmまで大きくされてきた。米国特許４、７５９、９７４号を参照してほしい。引っ張り率の幾分かの上昇が果されている一方で、当産業界において長い間確信されてきたことがある。それは、紡績機の周囲から出る別々のガラスのストリームを維持する必要性と、他の起こり得る製造上の問題とにより制御されるオリフィスの密度の上昇には、実際的な限界があるということである。
【００１３】
この基本的な原理に対して、例えば、特許FR２、４４３、４３６号に示されているように機構が紡績機バンドの上部から底部へ向かう溶融材料の層流を得ることができるようにするといった改良が、成されてきた。
【００１４】
更なる重要な要因は、繊維の細さ（平均直径）である。ブランケットの所定の密度の場合には、繊維が細くなるにつれて層の熱抵抗が大きくなることが、確認されている。従って、比較的細い繊維を有する絶縁製品は、きめの粗い繊維を有する比較的細い製品と同じ絶縁値を有しながら、細くされ得る。同様に、比較的細い繊維を有する製品は、同じ厚さのきめの粗い繊維を有する製品よりも密度が低くされ、同じ絶縁値を有し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
絶縁芯とブランケット製品との船積み及び包装において、よく圧縮されることが好ましい。船積みのために芯を圧縮し、続いて、これを所望のサイズまで迅速かつ確かに回復させることが望ましい。既存の絶縁芯製品では、適当な回復が可能な一方、可能な圧縮率は制限されている。製品が圧縮されると、繊維自身が曲がった状態で、結合剤が堅く保持する。過度の圧縮によって繊維にかかるストレスが増すと、繊維が壊れる。繊維が壊れると、割れ目は、典型的には、“ストレスが生じる欠損”、例えば繊維材料の割れ目、傷、もしくは、他の弱いところなどで最初に生じる。繊維の直径が小さくなるにつれて、ストレスが生じる欠損部から断面を通して割れ目が早く増加し、破損を招く。
【００１６】
比較的細い繊維が、経済的に、かつ絶縁効率をよくするために望ましいと考えられてきたが、これまでの遠心分離噴射技術では、ブランケットの圧縮された状態から回復する能力を減じることなく、３．９ミクロン未満の平均的な繊維の直径を有するブランケットを作り出すことができなかった。どれか１つの理論に頼ることなく、既存の紡績機とバーナーのデザインによって繊維に多数のストレスを生じる欠損を負うことなく職人がより細い繊維を作ることはできないことが、信じられている。小さな破損と不完全性とによって、一般に、小さな繊維でできたブランケットもしくは芯が、オリジナル厚さのうち可能な分だけ回復することもないようにされている。従って、産業界では、より細い絶縁製品、例えば、平均直径として４μメーター未満の繊維を有するが圧縮後即ちロールもしくはポリマーフィルムでパッケージされた後に適当に回復し得る芯及びブランケットが必要とされている。また、絶縁材の産業界では、より高い強度を有した、より細いガラス及びポリマー繊維を作るための遠心性の噴射による滅衰プロセスが必要である。
【００１７】
本発明の目的は、ミネラル繊維の内部遠心分離による繊維分解のための装置並びにプロセスを改良することである。この改良は、特に、得られた繊維の品質と、プロセスの産出高の増加とに注目している。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的に従って、繊維は、高品質で、即ち、圧縮後に回復可能であるとともに、絶縁製品内で用いられ得る３．５ミクロン未満の小さな直径を有する繊維ができるように、比較的繊維を細くさせない環境で作られ得る。本発明の方法の更なる実施形態では、溶融されて紡績機内に配置されたガラス材料が提供される。ガラス材料は、複数のオリフィスを通って多数のガラスのストリームを形成するように、遠心分離される。ガラスのストリームは、３．５ミクロンを超えない平均直径を有するガラスの繊維を形成するように、紡績機の外側に隣接したガスの流れによって細くされる。このガスの流れは、約１０乃至２５（水インチ）（２５０−６３５mmCE“colonne d’eau”）を超えない、好ましくは、２３（水インチ）（５８０mmCE）未満のバーナー内部の圧力によって作り出される。小さな繊維は、続いて、ASTM C 686の分離強度が少なくとも約１００g/gである絶縁製品を形成するように樹脂と結合される。これは、圧縮後にこれの名目上の厚さにほぼ回復することを示す。
【００１９】
約３．９ミクロン以上の平均直径を有するガラス繊維でできた絶縁芯のような既存の絶縁製品と比べて、本発明の絶縁製品は、コットンのような感触を有し、皮膚に触れたときにもひどいかゆみもしくは刺激を生じることがない。本明細書で使用されているように、“絶縁製品”という用語は、表面仕上げがされていない及び表面仕上げがされた芯、ブランケット及びロールを有する。絶縁製品は、望ましくは樹脂結合剤を有するが、製品が幾らかの結合力を有し、ゆるんだ詰め物絶縁製品でない場合に限り、これは常に必要ではない。絶縁製品は、合成強化材、防音材として用いられ、また、付加的な材料を加えることによってボードのように圧縮される。本発明の所定の実施形態は、従来の芯絶縁製品と比べると、同じ密度で１０％まで高い断熱性能を与え得るか、もしくは、同じ絶縁性能あるいはＲ値で密度が少なくとも約２０％減じられる。また、これらの革新的な製品によって、材料のコストが比較的安いことによって、同じＲ値を有する市販の芯の上に相当のコスト削減を図ることができる。
【００２０】
本発明の他の例では、ガラス繊維の絶縁製品は、ガラス繊維を溶融し、これが紡績機の複数のオリフィスを通って複数のガラスのストリームを形成するように遠心分離することによって製造される。ガラスのストリームは、続いて、約３．５ミクロンを超えない平均直径を有するガラス繊維に向かうガスの流れによって細くされる。これに続いて、以下の特性を有する絶縁製品を一緒に形成するように繊維を結合させる。この特性は、ASTM C 686の分離強度が少なくとも約１００g/gであることと、ASTM C 167の製品の重量グラムが約７０-１００g/Ft２であることと、ASTM C 167の厚さ回復が、約３．９ミクロンの平均直径を有するガラス繊維で形成され、実質的に同じ外側ディメンションを有し、３．９ミクロンの平均直径製品よりも切断ダスト及び床上ダストが少ない絶縁製品よりよいかこれとほぼ等しいこととである。
【００２１】
開示されたものに説明された遠心分離噴射による滅衰ガラス繊維分解技術を用いる好ましい方法は、好ましくは従来の燃焼空気及びガラスの流量とを用いて、より多いか少ない最初のガラスのストリームを提供するための紡績機のオリフィスの数の増加や、繊維を細くする温ガスの速度の低下などの改良を行っている。これらの技術は繊維をより優しく細くし、ガラス繊維に与えるショックを相当に減じ、かくして、これらは、ガラス繊維の芯及びロールの絶縁材の製造において正式には用いられない非常に小さな繊維の直径を有するように製造されたときでさえも、比較的もろくなくいことが、信じられている。
【００２２】
好ましい方法は、本発明によって提供された、重ねられた複数の環状区域にわたってオリフィスが穿孔された周辺バンドを備えた遠心機を有する（遠心機が遠心分離位置にあることを想定する）、ミネラル繊維の内部遠心分離のための装置を用いる。この装置は、少なくとも２つの環状区域を有し、これら区域における、単位表面面積（ＮＳ）あたりのオリフィスの数は、５％と同じかこれより多く、特に、１０％に等しいかこれより多く、更に２０％に等しいかこれより多い分だけ異なっている。
【００２３】
本発明を実現する好ましい方法では、単位表面面積あたりに最も多数のオリフィスを有する環状区域は、単位表面面積あたりにより少ない平均的な数のオリフィスを有する他の環状区域の下に位置付けられており、遠心機が遠心分離位置にあることを想定している。
【００２４】
“環状区域”という用語は、遠心機の(回転)軸の２つの直交した平面の間に収容される遠心機のバンドの区域を規定するために用いられている。本発明の文脈では、このような環状区域は、単位表面面積あたりのオリフィスの数が環状区域内に収容されたバンドの周辺全体にわたってほぼ一定である領域として規定されている。
【００２５】
単位表面面積あたりのオリフィスの数ＮＳは、環状区域の表面の部材内に形成されたオリフィスの数として、表面の部材の表面領域に対する平方センチメートルのように、規定されている。単位表面面積あたりのオリフィスの数は、これが単一の環状区域の表面の部材全体にわたって０．５％未満だけ変わる場合には、ほぼ一定であると考えられる。環状区域は、垂直のセグメントあたりに単一のオリフィスを有するが、通常は、これらを幾つか、特に４乃至１４個有する。“垂直のセグメント”という用語は、水平軸上にただ１つのオリフィスの平均が見られる場合に限った、上述された平面の各々によって垂直軸上に制限された環状区域の一部を言及している。遠心機は繊維分解位置にあることを想定している。
【００２６】
ミネラル繊維は、従来的には、単位表面面積あたりのオリフィスの数が遠心機のバンドの全高さにわたって一定である遠心機によって製造されている。実際に、従来の遠心機は、線状に配列された電極から成ってこれら電極の間のピッチが一定である櫛を有する放電加工機によって穿孔されている。垂直の柱にオリフィスが同時穿孔された後に、次の柱に穿孔するために、連続した孔の中心間の水平なギャップに対応する距離だけバンドに沿って櫛が移動した後、櫛が動かされる。
【００２７】
この技術により、非常に正確な穿孔が可能になり、単位表面面積あたりのオリフィスの数の変化は、極めて低く、特に、１０００個あたりに１個未満である。
【００２８】
従来の遠心機は、一般に、特に２００乃至８００mmの遠心機の平均直径あたりに、２０００乃至４０００個のオリフィスを有する。
【００２９】
本発明の装置を用いて、繊維分解プロセスのエネルギー消費と、かくして産出高とを著しく減少させながら、繊維マットの品質、特に機械特性を大きく向上させることが可能であることがわかった。
【００３０】
この効果は、一定の引っ張り率において、溶融された材料がより多く分けられるにつれてこれを引っ張るのに必要なエネルギーが少なくなることから、同じバンドの高さのためにオリフィスの数が増すときにエネルギー消費が減じることが知られていることにおいて、特に著しい。しかしながら、従来の遠心機によると同じバンドの高さあたりのオリフィスの数が増加するとき、製造される繊維マットの品質は上がらず、低下する傾向さえある。しかし、本発明の装置によると、製品の特性とプロセスの産出高とを同時に向上させることが可能である。
【００３１】
この文脈では、遠心分離位置にある、即ち、オリフィスが形成されたバンドがほぼ垂直に、繊維分解中の溶融材料がこれに沿って運ばれる軸を中心として配置されている状態の遠心機が参照されている。溶融された材料は、この位置にある遠心機の“上部”を通って運ばれる。遠心機の基部は、ほぼ水平であり、環状区域は、この基部に対して平行であり、この配置で互いに重ねられている。
【００３２】
本発明に係る好ましい遠心機は、少なくとも２つの重ねられた環状区域を有し、下の方の区域は、単位表面面積あたりに上の方の区域よりも多数のオリフィスを有する。好ましい方法では、遠心機は、少なくとも３つの重ねられた環状区域を有し、各区域は、単位表面面積あたりに、これの上に配置された最も近い環状区域より多数のオリフィスを有する。
【００３３】
好ましい方法に係れば、各区域のオリフィスは、列を成すように集められており、オリフィスの直径は各環状区域ごとにほぼ一定であり、遠心位置にある遠心機の周辺バンドの上部から底部へ向かって、１つの環状区域から他の環状区域へと、小さくなっている。
【００３４】
本発明では、少なくとも２つの隣接した列が、異なる直径のオリフィスを有すると、特に、これら列が、周辺バンドの上部から底部に向かって直径が短くなるオリフィスを有すると（一般に単一の列の全オリフィスは同じ直径を有する）、効果的である。かくして、上部から底部へと向かって、所定の直径を有するオリフィスの列ｎ、続いて、より直径の小さなオリフィスの列ｐ、更に直径が小さいオリフィスの列ｔなどが続くと予想できる。この際、
【数１】
2004532938.tif 000003
【００３５】
例えば、ｎ列からなる第１の環状区域ＺＡ１と、ｐ列からなる第２の環状区域ＺＡ２と、ｔ列からなる第３の環状区域ＺＡ３とを有してもよい。
【００３６】
このように、上部から底部へ向けてオリフィスのサイズが一種の減少“勾配”を確立することによって、繊維分解の品質が向上されている。かくして、最も高い列から出るフィラメントが繊維分解される方法と最も低い列の場合の方法との差を減じることが可能となっている。この“勾配”は、オリフィスから出る最初のフィラメントの発生と、オリフィスの異なる列から引っ張られる繊維の間の軌道の交差と、かくして衝撃とを制限する引っ張りプロセスとが可能にされ、この結果、品質の向上が見られる。
【００３７】
この構成は、特に、比較的密度の高くないミネラル繊維の製造に適している。
【００３８】
他方で、特定の例では、繊維を短くするために繊維間の衝撃を促進することが好ましい。こうした例は、密度の高いミネラルウール、特に、屋根ぶきに用いられる繊維の製造に適している。こうした例では、例えば、オリフィスのサイズを一方の区域から他方の区域へと互い違いにさせることができ、上部から底部へと、所定の直径を有するオリフィスから成るｎ列、続いて、より大きな直径を有するオリフィスから成るｐ列、続いて、上に位置されたオリフィス列よりも小さい直径を有するオリフィスから成るｔ列などが並ぶようにすることができる。
【００３９】
１乃至２ｍｍだけ、特に１．２乃至１．８ｍｍだけ、好ましくは、一方の列と他方の列との間のピッチが１乃至２ｍｍ、例えば１、２乃至１、６ｍｍとなるように互いから離れた列を有することが、効果的である。
【００４０】
遠心機のオリフィスの少なくとも一部の直径（ｄ）は、最大１．５乃至１．２ｍｍ、特に１、１乃至０．５ｍｍ、例えば０．９乃至０．７ｍｍであると好ましい。
【００４１】
本発明に係る装置を実現するための他の方法に係れば、１つの環状区域に近い、隣接したオリフィスの中心部の間の距離Ｄは、単一の環状区域全体にわたってほぼ一定している。この距離Ｄは、一方の区域から他方の区域へと少なくとも３％、または更に少なくとも５％、または少なくとも１０％だけ変化して、上部から底部へと小さくなり、遠心機が繊維分解位置にあることを想定している。
【００４２】
距離Ｄは、０．８乃至３ｍｍ、例えば、１乃至２ｍｍ、あるいは、１．４乃至１．８ｍｍであるのが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係る遠心機は、平均直径ＤＭが８００ｍｍ未満もしくはこれに等しい、特に、少なくとも２００ｍｍであるように選択されると効果的である。
【００４４】
遠心機は、最も下部に底部を有さない（上述されて規定されたような遠心機の上部に対抗する部分）。この方法に係れば、遠心機は、溶融ガラスが内部に広がるバスケットと、好ましくは機械組立てによって接続されている。バスケットは、遠心機と同じ回転速度で回転する。
【００４５】
好ましい方法に係れば、本発明に係る装置は、本出願人による特許ＥＰ０１８９３５４号とＥＰ０５１９７９７号とに特に説明されているような、高温ガスによる延伸ジェットを発生させる環状バーナーの形の、少なくとも１つの機構を有する。
【００４６】
環状バーナーが、特に出願人による特許ＥＰ０１８９３５４号に説明されているような、ガスの延伸ジェットに遠心機の外側水平エッジに対して正接の成分を与える機構を有する正接バーナーであると、効果的である。
【００４７】
かくして、ガスによる延伸ジェットのバーナーの軸に対する傾斜角度を得ることが可能である。
【００４８】
また、内部バーナータイプの、遠心機の“内部”の加熱機構を使用することが可能である。これは、特に、遠心機の“バスケット”内の溶融ガラスの温熱条件を終了し、遠心機の外壁に付着しやすい繊維を継続的に再溶解するように適当な温度でガラスの溜めを遠心機内に維持するといった異なる役割を果してもよい。
【００４９】
環状誘導原タイプの“外側”加熱方法と、内部加熱方法とを組合わせることが、効果的である。これは、ガラス溜めの温度の良好な制御と、付着された繊維の最溶解とを可能にする。実際に、一般に、低い引っ張り率では内部バーナーに頼ることが十分に簡単であり、高い引っ張り率では環状誘導原が必要であると証明され、内部バーナーの可能な追加が有益であることが分かっている。
【００５０】
本発明の課題は、特に上述の装置を使用する、高温のガスによる延伸と組合わせた内部遠心分離によってミネラル繊維を形成するプロセスである。繊維分解される材料は、遠心機が遠心分離位置にあることを想定する、互いに重ねられた複数の環状区域にわたってオリフィスが穿孔された周辺バンドを有する遠心機内にあけられる。これは、少なくとも２つの環状区域ＺＡ１、ＺＡ２を有し、各環状区域の単位表面面積あたりのオリフィスの数ＮＳ１、ＮＳ２は、５％と等しいかこれ以上、特に、１０％、更に２０％と等しいかこれ以上の値だけ異なる。単位表面面積あたりに最も多数のオリフィスを有する環状区域は、他の環状区域の下に位置付けられている。遠心機は、繊維分解位置にあることを想定する。
【００５１】
遠心機は、上述されたような特徴を有すると効果的である。
【００５２】
温ガスによる延伸が、動作パラメータを有する環状バーナーによって果されると、効果的である。動作パラメータは、
好ましくは、バーナーが、少なくとも１３５０℃に、特に少なくとも１４００℃、たとえば１４００乃至１５００℃で、特に１４３０乃至１４７０℃に維持されるように、ガスの温度を調節することが可能であり、続いて、温度は、ミネラル繊維の構成のタイプ、特に粘性の性質に従って調節されることと、
バーナーから出るガスの速度を、バーナーの縁部の出口で測定されたときに少なくとも２００ｍ／ｓに、特に２００乃至２９５ｍ／ｓに調節することが効果的であることと、
バーナーを出るガスの環状の幅を５ｍｍ乃至９ｍｍの値に調節するのが好ましいこととから、選択され得る。
【００５３】
本発明のプロセスが、遠心力の影響下で延伸用の温ガス並びに／もしくは遠心機のオリフィスから解放される材料を利用する手段に頼るとき、この手段が、高くても周囲温度であり、０．５乃至２．５．１０５Ｐａ、特に０．７乃至２．１０−５Ｐａの供給ガス圧力であるガス吹込みカラーだと効果的である。
【００５４】
遠心機の最も下の区域を加熱する誘導原に頼ることができ、遠心機の高さにわたって温度勾配を生じないようにするかこれを制限することができる。
【００５５】
本発明の他の目的は、保温製品並びに／もしくは断熱製品を製造するために、上述された装置並びに／もしくはプロセスによって得られたミネラル繊維を使用することである。
【００５６】
本発明は、図面に示された非限定的な例を利用して、以下に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明において、“ガラス(glass)”という用語は、例えばE-ガラス、S-ガラス、C-ガラス、E-CR-ガラス、A-ガラス、A.R.ガラス（アルカリ抵抗性、L-ガラス（鉛 lead）、D-ガラス（誘電体）、M-ガラス（高率の））のような従来のガラスだけでなく、ロック、スラグ及び玄武岩のようなガラス製ミネラル材料も含むように意図されている。市販のC-ガラスが最も好ましい。ガラス材料が好ましいが、本発明は、ガラス及び他のミネラル繊維に加えて、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン繊維のような高分子材料も含む“熱可塑性材料”にも有効に適用され得る。高分子繊維とガラス繊維との両方が同時に、本発明の絶縁製品において使用され得る。また、本文では均等な直線状の繊維が使用され得るが、本発明では、また、中空の繊維、ねじれた繊維、渦巻形の繊維などの“不揃いの繊維”を使用することもできる。不揃いの繊維は、例えば、小さい及び大きい球形か、球形及び三角形か、不揃い及び球形か、正方形及び中空か、ねじれていて球形などの、不揃いもしくは異なる断面のサイズ並びに／もしくはジオメトリーを有する。このような不揃いの形状とジオメトリーは、より均等な格子構造及び体積充填を作ることで知られている。これによって、繊維自身の欠点の数とは関係なく、圧縮後の回復率がより高くなる。また、繊維の形が不揃いなことによって、刺激が減じられ、製品が埃っぽくなくなる。“不規則なもの”は、異なる熱膨張係数と、異なる溶融ポイントと、異なる粘性と、もしくは異なる機械強度とを有し、全ての繊維内に同時に、もしくは異なる繊維グループのうちに使用された、１つ以上の溶融ガラス混合物を用いることによって作られ得る。
【００５８】
更に、本発明の絶縁製品は、全体が参照して本明細書に組み入れられる、Schelhornなどによる米国特許５、２７７、９５５号で開示された外側プラスチック層で包まれ得ることが、理解される。この発明の絶縁製品は、例えば、シールされるか、パックされるか、巻かれ得る。
【００５９】
かくして、図１は、従来技術によって公知の、特に、この繊維分解方法の一般的な概念でより詳しく参照され得る特許EP９１８６６号、EP１８９３５４号及びEP５１９７９７号に説明されたものに基づいた、温ガスによる延伸を利用した内部遠心分離システムの部分の図を示す。
【００６０】
システムは、シャフト２に取付けられた紡績機もしくは遠心機１を有する。このシャフトと遠心機とは、図示されないエンジンを利用した急速な回転によって駆動される。シャフト２は、中空で、溶融状態のガラスは、シャフト２内に示されていない供給機構から、“バスケット”３まで流れ、この内部で溶融ガラスが広がる。また、バスケット３は、溶融ガラスがオリフィスが穿孔された周壁４へとスプレーされるように回転に沿って運ばれる。溶融ガラスが、周壁４から、通常は遠心機１の“バンド”と呼ばれる周壁７まで多数の糸６の形で延びて、この周壁７に、穿孔された円形オリフィス１４に供給される溶融ガラスの永久的な溜めを形成する。この壁７は、垂直方向に対して５乃至１０°だけ傾斜されている。複数の列状に配置された円形オリフィス１４から、バーナー９より放出された環状のガスの流れ（current）の中に発射された前段繊維（pre-fiber）１５中へと延びるように、円錐状の流れ（flow-cones）８が出ている。この流れの影響下で前段繊維は伸び、これらの末端部が不連続の繊維１０を生じ、これら繊維は、遠心機の下に集められる。このシステムは、また、バーナー９によって発生された環状のガスの流れを囲む“ガスの雲”を形成する吹出し柱（blowing column）１１を有する。また、任意で、遠心機１並びに／もしくは図示されていない内部バーナーの下で誘導電流１２を用いることもできる。
【００６１】
標準的な状況で、互いに平行な２列のオリフィスの中心を通る両線の間のギャップ、いわゆるピッチは、バンドの高さ全体にわたって一定である。こうした状況では、同じ列で隣り合わせたオリフィスの両中心部の間の距離もまた一定である。
【００６２】
かくして、標準的な遠心機では、単位表面面積あたりのオリフィスの数は、バンドの全表面にわたって一定である。
【００６３】
標準的な動作状況では、このような装置によって、少なくとも２ミクロン、特に約３乃至１２ミクロンの平均直径を有する繊維を得ることができる。
【００６４】
後述されるように、滅衰（attenuation）ガスパラメータと同様に、紡績オリフィス１４の数及びサイズ及び密度が、平均ディメンションが約３．５ミクロン、好ましくは３．０ミクロンより小さく、高い強度を有する繊維を繊維分解するために重要である。このような繊維が、望ましくは、全繊維のうち少なくとも約４０％、好ましくは約５０乃至７５％が、断面のディメンション、即ち、平均直径もしくは目標とされたディメンション未満である直径を有するように、絶縁製品内に配置される。本発明の原理に従って作られた２．１ミクロンの平均直径を有するガラス繊維の絶縁芯製品のための典型的な構成が、表１に示されている。
【表１】
2004532938.tif 000004
【００６５】
電気抵抗ヒーター、排ガスリサイクルサプライ、石炭、ガスもしくは燃料油の加熱炉即ちバーナーなどのバーナー、加圧された空気、蒸気、もしくは所定の燃焼生成物がガスとなったものが、ガスの流れを与えるために使用され得る。しかし、実質的に従来の構成を有する環状の内部燃焼バーナー９が、好ましい実施形態では紡績機の壁の上方に配置されることが考えられる。バーナー９は、オリフィス１４から出た多数のガラスの前段繊維１５を遮って細くするために好ましくは環状の噴射を周壁７のあたりで下方に誘導するように、紡績機の周囲の壁７の上方に位置された環状の噴射ノズル６４を有する。このバーナー９は、混合気が入口から内部に導入される環状の燃焼チャンバを規定する耐火性のライナーを被う好ましい金属のケーシングを有する。噴射ノズルは、燃焼チャンバと連通しており、ノズルの内側縁部５４及び外側縁部５６によって形成されている。噴射ノズルの縁部５４、５６は、水のような冷却液が入口から中に導入されて出口へと循環される内部冷却チャネルを夫々有する。
【００６６】
本発明の主たる重要な態様に従えば、ノズルの縁部５４、５６は、設定された距離だけ互いに離間されている。これは、図１に示されるように、これまで用いられていたバーナーによる従来の燃焼空気及びガスの流量と比べてより強力でない繊維を細くする環境を提供するためである。これは、バーナーの縁部の幅を約７．７mmから約８．０mmへと、好ましくは約８．１乃至８．５mmへと僅かに広げることによって果される。これによって、バーナー中へ向かう空気の流れとガスの流れとが従来の範囲から大きくは変化しないにも関らず、繊維を細くするための温ガスの速度が減じられる。例えば、以下の表２に示されるように、従来のバーナーで縁部の幅が７．７ｍｍのものを使用するときには、空気の流量が６４、９３８ft3/hr（１８４０m3/h）であり、ガスの流量が４、０３８ft3/hr（１１４m3/h）である場合、本発明のバーナーは、夫々に（６７、６００ft3/hr）（１９１５m３/h）、４、０００ft３/hr．．（１１３m３/h）など、等しい空気とガスの流量を有していても、バーナーの縁部の幅を８．２mmまで大きくすることによって、ガスの流れの流量を減じることができる。これは、２．９ミクロン繊維の場合に約２１．８水インチ（５５５mmCE）から約１８．８（水インチ）（４８０mm CE）まで、また、２．１ミクロン繊維の場合に約２１．６（水インチ）（５５０mm CE）まで減じられることが、実験を通して、公知のバーナー内部の圧力によって、確認され得る。これは、予測外のことである。なぜなら、以前は、より細くするためにバーナーの圧力と噴射速度とを増加することが、細い繊維を作る唯一の適当な方法だと考えられていたからである。米国特許４、７５９，９７４号、Col．７、４９乃至５７行目、を参照してほしい。言うまでもなく、空気の流量とガスの流量とを低下させること、燃焼チャンバのサイズを大きくすること、並びに／もしくは燃焼量もしくはこれの率を増大させることとが、繊維を細くするガスの速度に影響を与える。また、バーナーの縁部の幅を実際に等しく大きくすることを考えなくてはならない。これらのガスの流れの速度を調節する技術の全てが、共に、もしくは個別に利用され得る。比較例が、表２に表わされ、これらの予測外の結果を示している。
【表２】
2004532938.tif 000005
【００６７】
（１）このガラス引っ張り率は、製品の密度が減じても等しい生産能力（平方フィート）を維持するためのものである。
【００６８】
（２）予想されたデータ。
【００６９】
（３）重量グラムと厚さの回復：ASTM C 167―ブランケットもしくは芯の断熱材の厚さ及び密度の標準的なテスト方法。
【００７０】
（４）熱伝導率：ASTM C 518−熱フローメーター装置による安定した状態の熱フラックス測定と熱伝達特性との標準的なテスト方法と、ASTM C 653−低密度ブランケットタイプのミネラル繊維絶縁材の熱抵抗を測定するための標準的なガイド。
【００７１】
（５）分離強度：ASTM CSP 686−ミネラル熱芯（firebatt）とブランケットタイプの絶縁材の分離強度の標準的なテスト方法（及び、ミネラル絶縁芯とブランケットとの分離強度の特定のティードテスト（Certain Teed test）方法T-502）。
【００７２】
（６）切断、床上及び空気中のダスト：内部処置（ガル繊維（Gullfiber）ダスト振動マシンを用いたダストの測定。繊維は、位相差光学顕微鏡もしくは走査電子顕微鏡によって数えられる。１８m３/hrの空気のフローを有する真空クリーナーは、ナイフと床上のダストとを集めるために用いられる。繊維は、ガラス繊維WHATMAN GF/A70mmフィルター上に集められる。３７mmのフィルターが、空気中のダストのために用いられる。全ての繊維は、集められる前と後に検量される。２８mmのナイフは、最大の見本の厚さ１５０mmのときに用いられる。）。
【００７３】
（７）これらの結果は、同じ製造ラインにおいてガラスの引っ張り率１４MT/日で紡績機IS-4によって得られた。
【００７４】
滅衰中の紡績機と繊維との熱量を維持するために、任意の高周波数誘導電流リング１２が、これと同軸にある紡績機の真下に設けられ得る。また、リングは、環状噴射により引っ張られていく繊維の下方の流れを邪魔しないように、紡績機よりも幾分大きな内径を有する。任意の補助的な噴射が、噴射ノズル縁部５４、５６から離れたところに配置された環状の延伸冠部６４によって発生され、また、空気、蒸気もしくは燃焼生成物のような加圧されたガスの源に接続され得る。中空シャフト２は、好ましくは、幾つかの固定された同軸の内管を有する。これら管の最も内側の対は、冷却水が循環されるように通る環状冷却通路を規定し、最も外側の対は、紡績機の起動に先駆けてバスケット３を予熱するために可燃性の混合物が通って点火され得る環状の通路を規定する。紡績機によって形成された繊維４１と、ガス状の噴射とは、受けチャンバもしくは受けフード７０中に向けて下方へと移動し、図２、３に概略的に示されているように、小孔のあるコンベヤー７２上にブランケット７１の形に堆積する。コンベヤー７２の下の任意の吸い込み箱７４は、従来の方法でコンベヤーを通る大量のガスを回収する。図２、３に示されているように、紡績機２０を各々に有する複数の繊維分解ステーションが、従来通りに、ブランケット７１の製造のために用いられ、本発明の好ましい実施形態では、コンベヤー７２の長軸に沿った線に配置されている。産業施設内で繊維をコンベヤー上へと方向付ける紡績機２０の数は、典型的には、６乃至１０個もしくはこれ以上であってもよい。
【００７５】
上述された装置を作動させるために、バスケット３を有する遠心機１は、必要に応じて、シャフト２を通るガスの燃焼と、バーナー９の熱と、誘導電流リング１２と、同様の追加の源とを利用してよく知られた方法で予熱される。所定の速度で回転する紡績機と、所望の滅衰を与えて繊維を細くするのに十分な噴射速度を生じる燃焼チャンバに圧力を発生させるように調節されるバーナー９とによって、溶融されたガラスのストリームは、紡績機アセンブリの上方に位置された前炉もしくは他の溶融ガラス源から中空の紡績機のシャフト２の中に案内される。バスケット３に到達した溶融ガラスのストリームは、遠心力の影響を受けてバスケットの底部に沿って流れ、バスケット３のオリフィスを通り、紡績機の周壁７の上部に向けて、ガラスのストリーム６の形に延びる。
【００７６】
壁７に発生された強力な遠心力を受けて、ガラスは多数の小さなオリフィス１４を通って、多数のストリーム即ち前段繊維１５の形で周壁７の外部に出る。これら繊維は、即座に、壁の外側に交差するような向きにされた内部燃焼バーナー９から噴射の滅衰の影響を受けるのが好ましい。前段繊維１５は、これらが十分に細くされるような時間にわたって、高温の噴射によって滅衰状態に維持される。繊維の細さは、主に噴射の速度を制御することによって、調節される。噴射の速度は、バーナーの圧力の関数（a function）である。本発明では、等しいかより低いバーナーの圧力と噴射の速度とによって、より細いだけでなくよりストレスを生じる欠損が少ない繊維を生じる。意外にも、これらの技術は、バーナー９に向かう燃焼空気及びガスの流量とガラスの構成とを、もしくは、既存の装置の全体的な性質を大きく変えることなく、好ましい実施形態において果されている。この結果、芯及びブランケットにこれまで用いられていたものよりも平均して実質的に小さな繊維が使用され得、厚さの回復をも可能にする。また、この際、密度もしくは重量グラムは少なくとも約１５％小さくなる。
【００７７】
紡績機の孔の数、サイズ及び配置は、本発明の好ましい実施形態の方法において重要な事項である。紡績速度(rpm)が、本発明の例Ａ１、Ａ２では約１、９７５乃至約２、２５０まで望ましくは上昇され、紡績機の寿命は短くなるが繊維は長くなると説明されてきた。小さくて約３．５ミクロンの平均直径を有するガラス繊維の繊維分解は、全体の孔の数を約２３、０００個から少なくとも約２５、０００個まで、好ましくは約２５、０００個乃至４０、０００個に、最も好ましくは少なくとも約３０、０００個まで増やし、その一方で、約０.８６mmから約０．８mm未満までに、好ましくは約０．７８mmまで孔の平均直径を短くすることによって大きく向上されることが分かっている。更に、全ての孔が最大でも１mm未満の断面領域を有することが望ましい。これらの紡績機のパラメータは、これまでより小さな繊維を形成するためにより細いより多くの溶融ガラスのストリームを作る。流れ形成（“制御”）能力を有する芯の紡績機の詳しい例が、表３に示されている。
【表３】
2004532938.tif 000006
【００７８】
図２、３に示されているような、受けチャンバもしくは受けフード７０へ向かう細くされた繊維の流れは、実質的な空気の誘導を兼ねている。誘導された空気は、紡績機から流れ出る繊維のベールの膨張を最初に制限する傾向がある。しかし、受けチャンバ内での繊維の急な減速によって、繊維ベールが実質的に膨張し、コンベヤーの幅にわたって製品の真中の繊維の比較的均等な配置を与える。石炭酸樹脂のような結合剤のスプレーが、通常は、従来通りの方法で受けチャンバの上部で細くされた繊維に塗布されるが、結合剤を塗布する装置は、図２、３では省略されている。
【００７９】
比較例Ａ１、Ａ２は、表２の繊維分解状況と表３の紡績機の詳細とに従って準備された絶縁芯において実施されたものである。ASTMの規格は、重量グラムと厚さの回復の測定、並びに熱伝導率と分離強度とにおいて有効であり、切断ダストと床上のダストと空気中のダストとにおいては有効でない。よって、これらの測定は、ガル繊維ダスト振動マシンを用いて内部プラント処置によって成された。
【００８０】
通常の３．９ミクロンの直径のガラス繊維、で形成された２．９ミクロンの平均直径（例Ａ１）のガラス繊維、２．１ミクロンの平均直径(例Ａ２)の繊維で形成された同じ形のR-１3製品の重量グラムが、密度の値において実質的な減少を示した、即ち、重量グラムは、例Ａ１の場合には約１０４g/ft２乃至８９g/ft２まで、例Ａ２の場合には８１g/ft２まで減じられたことが、更に示された。この重量グラムにおける減少は、即ち、材料コストの有益な倹約を表わす。
【００８１】
本発明の好ましい実施形態では、繊維分解プロセスは、遠心機のバンド７のオリフィスの変更された配置を用いている。本発明のこの目的に関連して成された有益な応用は、図４に示されている。
【００８２】
図４は、遠心機１のバンド７の部分的な正面図を示す。この図では、バンドに穿孔されたオリフィス１４が影にされている。
【００８３】
この図では、２つの重ねられた環状区域ＺＡ１とＺＡ２とが表わされている。装置が繊維分解位置にあるときに見ると、ＺＡ２はＺＡ１の下にある。表わされた例では、各環状区域は、３つの環状列に配置されたオリフィス１４を有する。環状区域ＺＡ１では、これらの列はピッチＰ１を有し、オリフィスは直径ｄ１を有し、距離Ｄ１は最も近いオリフィス１４の中心を分ける。隣接したオリフィスの近接したエッジ間の距離はＤＢ１であり、区域ＺＡ１における単位表面面積あたりのオリフィスの数は、ＮＳ１である。環状区域ＺＡ２では、これらのパラメータは、夫々に、Ｐ２、ｄ２、Ｄ２、ＤＢ２及びＮＳ２である。
【００８４】
ＺＡ１とＺＡ２の間のピッチは、Ｐ１/２と呼ばれている。
【００８５】
一方では、ｄ２がｄ１未満であり、Ｐ２、Ｄ２は夫々にＰ１、Ｄ１より小さいことに注意してほしい。この結果、ＮＳ２はＮＳ１よりも相当に多い。
【００８６】
この説明は、限定的なものではなく、遠心機１のバンド７は、少なくとも1列のオリフィス１４を各々に有する２つ以上の環状区域を有してもよい。
【００８７】
本発明に係る遠心機の値を説明するために、標準的な遠心機と本発明の遠心機とを用いて比較テストを行った。同じ平均直径ＤＭと、同じバンドの表面面積と、穿孔されたバンドの等しい高さとを有するように選択された２つの遠心機の特徴が、表４に示されている。各遠心機は、一定の直径及び列内の相互間隔を有する幾つかのオリフィス列を各々に備えた３つの環状区域を有する。
【表４】
2004532938.tif 000007
【００８８】
１列あたりのオリフィスの数は、ＮＯとして示され、単位表面面積あたりのオリフィスの数は、本文では１ｍｍ２あたりのオリフィスの数として表わされる。ＮＳ＝ＮＯ/（π.D.P）である。
【００８９】
単位表面面積あたりのオリフィスの数が、標準的な遠心機の場合には一定であることに注意してほしい。本発明に係る遠心機の場合には、この数は環状区域ごとに異なり、オリフィスの数が最も多い環状区域ＺＡ１における数ＮＳ１は、標準的な遠心機の場合よりも少なく、他の環状区域ＺＡ２、ＺＡ３における数は、標準的な遠心機よりも多い。本発明に係る遠心機の場合には、単位表面面積あたりのオリフィスの数が区域ごとに、遠心機の上部から底部に向かって、一方の区域から他方の区域へと約２５乃至３０％だけ増加することに注意してほしい。
【００９０】
２つの遠心機は、特にＳＥＶＡという会社によって製造されている見本（reference）ＳＧ３０として知られている同じ合金で作られている。標準的な遠心機は、上述された電子侵食技術によって穿孔され、本発明に係る遠心機のオリフィスは、電子ボンバード（bombardment）を利用して穿孔されている。レーザーによる穿孔も考えられる。
【００９１】
製品は、等しい引っ張り状況下で各遠心機によって製造された。
【００９２】
製造された製品のタイプと、繊維分解の状況と、この例によって得られた製品において測定された機械特性とが、表５に表わされている。
【表５】
2004532938.tif 000008
【００９３】
表５では、各遠心機による同じタイプの製品において測定された特性が比較されている。
【００９４】
厚さの回復は、圧縮テスト後の厚さと名目上の厚さとの間の率（％）として規定されている。圧縮テスト前に製造された製品の厚さが、名目上の厚さより厚いことに注意しなくてはならない。上述されたテストの場合には、製造された製品の厚さは、名目上の厚さ８０mmの場合には１４４mmである。
【００９５】
表５から推論され得るのは、１２日間の圧縮テスト後に負荷を取り除かれた繊維マットの厚さが、本発明に係る遠心機による繊維マットのオリジナルの厚さ(製造の厚さ)の約９０％で、標準的な遠心機による最初の厚さの約８０％であることである。
【００９６】
上述された圧縮テストを実施するために、繊維マットのパネルが、製造後に準備され、圧縮率８/１、即ち、上述された例の場合には約１８mmの圧縮された厚さを得るために負荷がかけられる。定められた圧縮時間（１２日、１ヶ月）の後、パネルは、負荷を取り除かれ（圧縮期間ごとに４パネルがテストされる）、圧縮テスト後の平均の厚さが、測定される。
【００９７】
引っ張り強度は、繊維製品のマットから穴あけ器で切断されたリングの形のテスト見本に基づいて決定される。“引っ張り強度”は、テスト見本の質量に関連して、引っ張り力（半径が１２．５mmの２つの環状及び平行心棒によって、負荷速度300mm/分で裂かれるリングの破壊力）の限界として示され、gf/gで表わされている。
【００９８】
テストの開始時に負荷をかけられたテスト見本は、１２２×７６mmの長さと短軸と２６mmの厚さのトル（torr）を有し、ほぼ楕円形である円環リングである。製品ごとに１５個の見本が、テストされる。このテストは、norms BIFT 5012-76と C 681-76と呼ばれる。
【００９９】
引っ張り強度は、製造後と、製品の耐久力を見積もるためにオートクレーブ後との製品において測定される。オートクレーブテストの持続時間は、１５分で、温度は１０７℃、圧力は０．８バール、湿度は１００％である。
【０１００】
表５から分かることは、同じタイプの製品の場合、標準的な装置と比べて例Ａに係る装置によるほうがよく向上された機械特性が得られることと、繊維を作るために必要となるエネルギーが相当に減じられていることである。
【０１０１】
実際に、バーナーの圧力は、標準的な遠心機による結果と比較して例Ａに係る遠心機によるほうが約２０％だけ低い。また、流体、空気及びガスの出力は、約１０％だけ小さい。かくして、このプロセスのエネルギー産出高は、この例に係る遠心機によって、非常に有利に上昇される。
【０１０２】
機械特性の改良された点は、標準的な遠心機によって得られた製品と比べると本発明に係る遠心機によって約１０％大きくされた厚さの回復と、約２０％だけ向上された引っ張り強度との両方である。
【０１０３】
これらの目覚しい成果に加えて、意外にも、遠心機のオリフィスがこの例の指示に従って作られている場合は、遠心機のオリフィスの数を増加させても、遠心機の寿命が短くならないことに注意したい。
【０１０４】
表５に規定されたような繊維分解状況下では、本発明に係る遠心機の寿命は、約３７０時間であり、標準的な遠心機の寿命は約３００時間であった。
【０１０５】
また、これまでは、単位表面面積あたりの孔の数を増やすことによって、紡績機の繊維分解による製品の特性を大きく低下させる遠心機の老朽化を加速してしまうことを懸念してきたと思われるが、本発明では、紡績機の繊維分解に使用される時間が増えても、製品の品質が大きくは変わらないことにも注意したい。
【０１０６】
この例に係る遠心機の場合の上述された構成が、ジオメトリーの点で特に有利であることに注意してほしい。実際に、遠心機のオリフィスの数が増加したが、発明者は、オリフィスが最も大きな直径Ｄ１を有し、侵食と腐食とが最もひどい環状区域ＺＡ１において、オリフィスのエッジ間のスペースＤＢ１が標準的な遠心機の場合に比べて大きくなる幾何学的な構成を規定することができた。真中の環状区域ＺＡ２では、オリフィスのエッジ間のスペースＤＢ２は、両構成において等しい。最も短い直径Ｄ３を有する環状区域ＺＡ３では、選択された構成が、侵食と腐食とがそんなにひどくないことから有害でないオリフィスのエッジ間の距離ＤＢ３を短くできる。
【０１０７】
かくして、オリフィスの数を増やすだけでなく、非常に効果的には、遠心機の機械特性は、守られ、これの寿命は、維持されるか、標準的な遠心機と比べて長くされる。
【０１０８】
本発明の一般的な利点が、（一定の密度の場合）伝熱能力もしくは平均的な繊維の直径による一定の値の変化のための密度を見積もることによって説明され得る。高性能芯製品（“ＨＰＢ”）と、市販の建物絶縁製品（“流れＢＩ”もしくは“制御”）との重量グラムの比較が、以下のように、より一般的な等級Rの製品（熱抵抗もしくは製品の厚さによって測定されたような“Ｒの等級”）（in）/伝熱率（(thermal resistance or “R-rating as measured by product thickness”)(in)/thermal conductivity（ＢＴＵ・in/ft/hr・華氏））のうち幾つか、例えばＡ１、Ａ２の場合において判断され得る。一般に作られている建物芯絶縁材（“流れＢＩ”）と高性能芯絶縁材（“ＨＰＢ”）の製品の場合の結果が、図６、７に示されている。一定の製品密度の場合、平均的なガラス繊維の直径が減少すると、Ｒの値が大きくされ得る。図６は、ガラス繊維の平均直径（μm）の関数として同じ密度の場合に計算された、断熱性能の評価された変化を示す（Ｒの値の変化（％））。範囲“流れBI”は、市販されている所定のティード芯（Certain Teed batt）絶縁製品の実際の状況を表わす。範囲“HPB”は、本発明によって提供される、評価された熱抵抗性能の促進を示す。図６と同様に、図７は、ガラス繊維の平均直径（μm）の関数として、所定のＲ値の場合の評価された密度の変化を示す（％）。所定のＲ値の場合、平均的なガラス繊維の直径が小さくなると、製品の重量グラムもしくは密度は減じられ得る。本発明に係って製造された芯製品によって、小さいガラス繊維は、製品の重量グラムを少なくし、絶縁性能を向上させる。図６、７の曲線は、一般に、表６に示された、評価されたデータのポイントの形に従っている。
【表６】
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【０１０９】
例Ａ１、Ａ２のための処理パラメータは、感触が非常に柔かくコットンボールのような風合いで、皮膚に接触した際にほとんど痒みがないような芯を製造した。これらは、３．９ミクロンの平均直径を有する繊維の製造に類似した高い熱抵抗値を生じ、テストの結果、少なくとも１２％、好ましくは約１５乃至２８％の重量グラムと密度との減少によって同じＲ値を有する。また、例Ａ１、Ａ２の絶縁製品は、流れの製品の芯の絶縁材へと、ASTM C 167の厚さの回復において類似しているかより良好である。これは重要である。密度が２．５lbs./ft３未満の芯及びロールの製品は、例えば貯蔵及び運送コストを減じるようにパックされるとき、これらの名目上の厚さの、少なくとも約１/２、好ましくは約１/７乃至１/１２まで薄くなるように強く圧縮されることが多い。製品は、職場で、パッケージが開けられた後に、これらの名目上の厚さを取り戻すことが必要となる。芯及びロール製品の繊維の直径を減少するとこれらの製品の断熱及び防音特性が向上されると、これまでは信じられてきたが、実際に試みられたことは殆どなかった。なぜなら、典型的には、平均直径が小さい繊維の絶縁材は、圧縮後に名目上の厚さを取り戻すことに失敗したからである。本発明の例Ａ１、Ａ２では、平均的な繊維の直径を減じることにより製品の重量グラムが劇的に減じられたにも関らず、両方の製品が十分な厚さを取り戻した。
【０１１０】
前述の部分により本発明が欠点の少ない細いガラス繊維からなる改良された絶縁製品を提供することが、理解され得る。これらの製品は、製造と、圧縮後に十分な厚さを取り戻すこととを安価に行うことができ、平均直径が大きい繊維から成るより密度の高い絶縁製品と同じ等級Rを提供する。本発明の処理技術により、より多数もしくは少数のオリフィス並びに／もしくはより柔かい噴射速度を有する紡績機と組み合わせることによってストレスを発生させる欠点が少ない約３.５ミクロンの平均直径未満の小さな繊維を製造することができる。様々の実施形態について説明してきたが、これは、本発明を説明するためであって、これを限定するためではない。例えば、本発明の請求されたプロセスによって作られた高強度の繊維は、混合の強化材、ルーズフィットの絶縁材、織られた、及び織られていない繊維を製造する際に有効であり、また、繊維の性能をより向上させるためにプラスチック樹脂構成物に適用され得る。当業者には明らかであろう様々の他の変更例が、請求項に示された本発明の範囲内に収まる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明に係る遠心装置の部分の図である。
【図２】コンベヤーの上方に配置された本発明の複数の紡績機を示す概略的な平面図である。
【図３】図２の紡績機の構成の概略的な側面図である。
【図４】本発明に係る好ましい紡績機の部分の図である。
【図５】平均的な繊維の直径に対する製品の各繊維サイズの実数の割合を示す図であり、２．１ミクロンの平均的な繊維直径を用いる本発明に係る絶縁製品のための好ましい繊維のスペクトルを表わす。
【図６】Ｒ値の変化に対する、典型的な市販の芯絶縁製品及び本発明に関って製造された高パフォーマンス芯絶縁製品のための平均的な繊維の直径を示す図である。
【図７】密度の変化に対する、典型的な市販の芯絶縁製品及び本発明に関って製造された高パフォーマンス芯絶縁製品のための繊維の平均直径を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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