(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチフィラメントガラスストランドのチョップトセグメントから、ガラス繊維ペレットを製造するための装置であって、
該チョップトストランドセグメントに、水性水和溶液を適用するための手段と、
該水和されたチョップトストランドセグメントに転動作用を付与して、該水和溶液を分配し、かつ該チョップトストランドセグメントを整列させ、かつ凝集させてペレットとするための、第一のタンブリング手段と、
該ペレットを第二のタンブリング手段に搬送する手段と、
該ペレットを転動させて、これらを緻密化し、かつその密度を増大せしめるための第二のタンブリング手段と、を含み、
前記第二のタンブリング手段は、長軸の回りに回転駆動されるジグザク中空チューブを含み、該チューブが第一および第二の開放端部を有し、該第一の開放端部部が該ペレットを受け取るための入口を与え、かつ該第二の開放端部が、該緻密化されたペレットを放出するための出口を与えることを特徴とする装置。
【請求項２】
該第一のタンブリング手段が、長軸の回りを回転駆動するドラムを含み、該ドラムが第一および第二端部を含み、該第一端部が該チョップトストランドセグメントを受け取るための流入開口を有し、該流入開口の中心部が該ドラムの該回転軸から半径方向に離れている、請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
該チョップトストランドセグメントに水和溶液を適用するための手段が、該ドラムの該流入開口に隣接して位置する噴霧ノズルを含む、請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項４】
該チョップトストランドセグメントに水和溶液を適用するための手段が、該ドラム内の噴霧ノズルを含む、請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項５】
更に、該ドラム内に配置された、該ドラムの回転中の、該ペレットの自由落下距離を減ずるための自由落下低減手段をも含む、請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項６】
該自由落下低減手段が、一端部において、該ドラムの該第二の端部に取り付けられ、かつ該ドラム内で内向きに伸びた、一般的に円筒形状のバッフルを含む請求の範囲第５項に記載の装置。
【請求項７】
該バッフルの長軸が、該ドラムの該回転軸に対して実質的に平行である、請求の範囲第６項に記載の装置。
【請求項８】
該バッフルが、該ドラム内の該出口開口の一部とオーバーラップしている、請求の範囲第７項に記載の装置。
【請求項９】
該自由落下低減手段が、一端部において、該ドラムの該第二の端部に取り付けられ、かつ該ドラム内で内向きに伸びている、湾曲したプレートを含む、請求の範囲第５項に記載の装置。
【請求項１０】
該湾曲したプレートが、湾曲部分と線形部分とを含み、かつ該線形部分がその回転後縁部において該出口開口に隣接し、かつ該湾曲部分が該ドラムの該回転軸に向かって湾曲するように、該ドラムに取り付けられている、請求の範囲第９項に記載の装置。
【請求項１１】
該湾曲部分が、実質的に一定の曲率半径をもつ、請求の範囲第10項に記載の装置。
【請求項１２】
該第二のタンブリング手段の該入口が、該第一のタンブリング手段の該出口開口に接続されており、かつこれと流体接続状態にある、請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項１３】
マルチフィラメントガラスストランドのチョップトセグメントから、ガラス繊維ペレットを製造するための装置であって、
該チョップトストランドセグメントに、水和溶液を適用する手段と、
長軸の回りに回転駆動するドラムと、ここで該ドラムは第一および第二の端部を有し、該第一の端部は該チョップトストランドセグメントを受け取るための流入開口を有し、かつ該第二の端部が該ペレットを放出するための出口開口を有し、該出口開口の中心部が該ドラムの該回転軸から半径方向に離れており、
長軸の回りに回転駆動するジグザグ中空チューブとを含み、該チューブが、前記ペレットを転動させることによって前記ペレットを緻密化させ、その密度を増大させ、第一および第二の開放端部を有し、該第一の開放端部が、該ドラム内の物質が、該ドラムの回転の際に、該チューブ内を通過できるように、該ドラムの該出口開口に取り付けられており、該第二の開放端部が、該チューブから該緻密化されたペレットを放出するための出口を与える、ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
更に該ドラム内に設けられた、該ドラムの回転中の、該ペレットの自由落下距離を減ずるための自由落下低減手段をも含む、請求の範囲第13項に記載の装置。
【請求項１５】
該自由落下低減手段が、一端部において、該ドラムの該第二の端部に取り付けられ、かつ該ドラム内で内向きに伸びた、一般的に円筒形状のバッフルを含む請求の範囲第14項に記載の装置。
【請求項１６】
該バッフルが、該ドラム内の該出口開口の一部とオーバーラップしている、請求の範囲第15項に記載の装置。
【請求項１７】
該自由落下低減手段が、一端部において、該ドラムの該第二の端部に取り付けられ、かつ該ドラム内で内向きに伸びている、湾曲したプレートを含む、請求の範囲第13項に記載の装置。
【請求項１８】
該湾曲したプレートが、湾曲部分と線形部分とを含み、かつ該線形部分がその回転後縁部において該出口開口に隣接し、かつ該湾曲部分が該ドラムの該回転軸に向かって湾曲するように、該ドラムに取り付けられている、請求の範囲第17項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野および工業的利用性
本発明は、ガラス繊維ペレットの製造に関する。特に、本発明はチョップトマルチ繊維ガラスストランドの多数のセグメントを結合することによる、緻密化ガラス繊維ペレットの製造装置を提供する。このようなペレットは、保存にとって有利であり、かつ複合構造体内で強化材料として使用するチョップトガラス繊維の取扱いを容易にする形状を与える。
発明の背景
チョップトガラス繊維は、通常熱可塑性物品の強化材料として使用される。典型的には、このような繊維は、ブッシュまたはオリフィスプレートを通して、溶融ガラスをフィラメントに引き抜き、潤滑剤、カップリング剤およびフィルム−形成用バインダー樹脂を含有するサイズ組成物を、該フィラメントに適用し、該フィラメントを集めてストランド状にし、該繊維ストランドを所定の長さのセグメントに細断し、該サイズ組成物を乾燥することにより形成される。その後、これらのチョップトストランドセグメントを、ポリマー樹脂と混合し、該混合物を圧縮−または注入−成形機に供給して、ガラス繊維強化プラスチック物品を製造する。典型的には、該チョップトストランドを、熱可塑性ポリマーペレットと混合し、該混合物を押出機に供給し、そこで該樹脂を溶融し、該ガラス繊維ストランドの保全性を破壊し、該繊維を該溶融ガラス全体に渡り分散させ、得られる該繊維／樹脂分散体をペレットに成形する。次いで、これらペレットを該成形装置に供給し、該ガラス繊維の、全体に渡り実質的に均一な分散体を含む成形物品に形成する。
しかしながら、不幸なことに、このような方法によって製造したチョップトガラス繊維は、典型的には嵩高くしかも十分に流動しない。結局、このような繊維は取扱いが困難で、自動化された加工装置では問題となっている。
この問題を解決する一つの試みは、該チョップトストランドを、より緻密なロッド−型の束またはペレットに圧縮して、該チョップトストランドの流動性を改善し、該熱可塑性樹脂との混合のために、該ガラス繊維を秤量し、かつ輸送するための自動化装置の使用を可能としている。このような方法は、米国特許第4,840,755号に記載されており、この特許においては、湿ったチョップトストランドを、好ましくは振動しているキャリヤー上でロール掛けして、該ストランドを丸くしかつ圧縮してより緻密な円筒状のペレットとしている。このような方法および装置は、良好な流動性を示すより緻密な、より円筒状のペレットを与える傾向をもつが、これらは幾つかの点で不当に制限される。
例えば、該ペレットサイズおよび繊維含有率は、該方法が、多数のチョップトストランドセグメントの相互の接着を防止して、単一のチョップトストランド中に存在する以上に多くの繊維を含むペレットを製造するように工夫されている点で、該チョップトストランド中の繊維のサイズおよび数によって、一般的に制限される。結局、適当な嵩密度と、良好な流動性を示すのに十分な直径対長さの比とをもつペレットを得るためには、該セグメントをチョッピングにより形成する該ストランドを、通常多数のフィラメントから製造する必要がある。しかしながら、製造し、かつ単一のストランドに結合するのに必要なフィラメント数の増大は、該製造操作を不当に複雑にする。
これらの諸欠点を解決する一つの試みにおいて、米国特許第5,578,535号は、ガラス繊維ペレットを開示しており、該ペレットは、これらを製造した個々のガラスストランドよりも約20〜30％高密度であり、径において約５〜15倍大きい。これらペレットは、開繊を防止するには十分であるが、該ストランドセグメントが凝集して塊状物を生成するには不十分なレベルまで該細断したストランドセグメントを水和し、該水和ストランドセグメントを、ペレットを形成するのに十分な時間混合することにより調製される。適当な混合は、繊維が相互にその上および回りで運動する状態を維持する方法、例えばタンブリング、攪拌、ブレンド、同時混合（commingling）、攪拌および相互混合（intermingling）を包含する。
開示されているペレットは、このような種々の混合法により製造できるが、このような方法の多くが極めて不十分であって、工業的に利用できず、あるいは十分に制御して、均一なペレット製品を製造することができなかった。該ペレット製品は、ペレット化されていないチョップトストランド繊維から製造したものと匹敵する、強度特性をもつ複合物品を与える。例えば、改良されたディスク型ペレット形成機の使用は、しばしば該ミキサー内での、生成されたペレットの過度の滞留時間をもたらし、これは、相互に擦れ合うガラス繊維ペレットの磨耗特性のために、該ペレットの劣化を来す。このようなペレットの劣化は、最終的にこれから製造した成形物品の強度特性を低下する。
従って、制御可能な状態で、均一なガラス繊維ペレット製品を生成する、効率的なペレット−形成法に対する要求があり、該ペレット製品は、複合成形物品中の、ペレット化されていないチョップトストランド繊維と同等な強度特性を与える。このような要求は、本発明によって満たされる。本発明を以下に概説し、かつ詳細に説明する。
発明の概要
本発明の目的の一つは、良好な流動性を与える形状および密度を有する、実質的に均一なガラス繊維ペレットを、制御可能な状態で製造する、効率的なペレット−形成法並びに装置を提供することにある。本発明のもう一つの目的は、ペレット化されていないチョップトストランドを使用して製造した匹敵する製品と比較して、大幅な強度特性の喪失なしに、ガラス繊維強化複合体物品の製造において使用できる、ペレットを製造することにある。
このような目的は、多数の実質的に連続なガラス繊維で構成されるガラス繊維ストランドを所定の長さのセグメントに細断し、該ストランドセグメントをタンブリング（転動）させた際に、融合してペレットとなるのに十分な含水率まで水和する方法によって達成される。その後、該ストランドセグメントを第一のタンブリング作用に付して、該ストランドセグメント上に実質的に均一に、該水和溶液を分配し、かつ該ストランドセグメントを結合させて、ペレットを生成する。次いで、該ペレットを第二のタンブリング作用によって圧縮することにより、その密度を増大する。
本発明の方法は、（a）該ガラス繊維ストランドを細断して、チョップトストランドセグメントを形成する手段と、（b）該チョップトストランドセグメントを第一のタンブリング手段に搬送する手段と、（c）該チョップトストランドセグメントに水和溶液を適用する手段と、（d）該チョップトストランドセグメントにタンブリング作用を付与して、該水和溶液を分配し、かつ該チョップトストランドセグメント整列させ、かつペレットに凝集させるタンブリング手段と、（e）該ペレットを第二のタンブリング手段に搬送する手段と、（f）該ペレットをタンブリングして、圧縮させ、かつその密度を増大させる第二のタンブリング手段と、（g）該緻密化したペレットを乾燥機に搬送する手段と、（h）該ペレットを受け取り、かつ乾燥するのに適した乾燥手段とを含む、装置を有利に使用できる。
その他の本発明の目的、特徴並びに利点は、添付図面を参照しつつ記載される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。該図において、同様な参照番号は同様な要素を意味する。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、本発明において有用な、回転ドラム式ペレット化装置を示す図であり、第1b図は、本発明において有用なペレット緻密化装置の好ましい態様の正面図である。
第２図は、ペレット化および緻密化段階を実施するための、ブレンダー装置の好ましい一態様の正面図である。
第３図は、繊維を形成し、かつ該繊維を処理して、所定のペレットとするための、本発明の好ましい装置を示す図である。
第4（a）図は、本発明の回転ドラムで使用可能な、バッフルの縦断面図であり、第4（b）図は、第4（a）図に示されたバッフルの、ラインA-Aに沿って取った端面図であり、第4（c）図は、第4（a）図に示されたバッフルの、ラインB-Bに沿って取った端面図であり、第4（d）図は、内部に組み込まれた第4（a）図のバッフルを備えた本発明の回転ドラムの縦断面図であり、また第4（e）図は、該回転ドラムおよび組み込まれた第4（b）図のバッフルの、一部切除した等角図である。
第5（a）図は、本発明の回転ドラムにおいて使用できる、もう一つのバッフルの側部端面図であり、第5（b）図は、内部に組み込まれた第5（a）図のバッフルを備えた本発明の回転ドラムの動径方向の断面図であり、また第5（c）図は、該回転ドラムおよび組み込まれた第5（b）図のバッフルの、一部切除した等角図である。
本発明の詳細な説明および好ましい態様
本発明の方法においては、実質的に連続なガラス繊維のストランドを、公知の技術、例えば加熱したブッシュを通して溶融ガラスを引抜いて、多数の実質的に連続なガラス繊維を形成し、該繊維を集めてストランドとすることにより、形成される。このような繊維を製造し、かつこれらを集めてストランドとするための任意の適当な装置を、本発明において使用できる。
適当な繊維は、約３μ〜約90μの範囲の径をもつ繊維であり、また適当なストランドは、約50〜約2000本の繊維を含む。好ましくは、本発明の方法において製造される該ストランドは、約３μ〜約23μの径をもつ、約400〜約800本の繊維を含む。
これら繊維を形成した後、かつこれらを集めて、ストランドとする前に、該繊維を適当な水性サイズ組成物、例えば当分野で公知の１種で被覆することができる。好ましくは、該サイズ組成物は、本質的に水、１種以上のカップリング剤、および場合により１種以上の潤滑剤およびpH調節剤を含む。
適当なカップリング剤は、有機官能性シラン、例えば以下の商品名の下でウイトコ（Witco）社から入手できるものを包含する：
0003934682.tif 000002
本発明で使用するのに好ましいカップリング剤は、ウイトコ（Witco）のオシ（Osi）社から、それぞれA-1100およびA-187なる商品名の下で市販品として入手可能な、3-アミノプロピルトリエトキシ−シランおよびγ−グリシドキシ−プロピル−トリメトキシ−シランである。好ましくは、有機官能性シランは、該サイズ組成物を基準として、約0.1〜約1.0%の量で使用される。
任意の適当な潤滑剤、例えば水溶性のエチレングリコールステアレート、エチレングリコールオレエート、エトキシル化脂肪アミン、グリセリン、乳化された無機油、および有機ポリシロキサンエマルション等を該サイズ組成物中で使用することができる。好ましい潤滑剤は、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ブトキシエチルステアレート、ステアリン酸エタノールアミン（アルファ／オーエンスコーニング（Alpha/Owens Corning）から入手できるラブサイズ（Lubsize）K12）、米国特許第3,597,265号（その開示事項を本発明の参考とする）に記載されている潤滑剤（エマリー社（Emery Corp.）からエマールーべ（Emerlube）6760なる商品名の下で入手できる）、および30%のホワイトオイル、30%のポリエチレングリコール400モノペラルゴネート、30%のポリオキシエチレン（3）ミリスチルアルコール、および10%のエトキシル化アルキルアミンのブレンド（パラスタット（Parastat）S-2）（エマリー社（Emery Corp.）から入手できるエマールーべ（Emerlube）7607）を包含する。好ましくは、該潤滑剤は、該サイズ組成物中に約0.05〜約0.10重量％の範囲の量で存在する。
また、少量の弱酸、例えば酢酸を該サイズ組成物に添加して、該組成物のpHを約3.5〜約８に下げることができる。好ましくは、このような酸は、該組成物中に、約0.15〜約0.3重量％の量で存在し、また該組成物のpHは、約６〜約８の範囲にある。
本発明にとって適したサイズ組成物は、以下に列挙するものを含む：
0003934682.tif 000003
この水性サイズ組成物は、キスロールアプリケータおよびスプレーを包含する任意の公知の手段で適用できる。好ましくは、該サイズ組成物は、該繊維をキスロールアプリケータ上を通すことにより適用する。更に、該サイズ剤は、好ましくは該繊維に約8%〜約13%、より好ましくは約11%（特に断らない限り、本発明において全ての％は重量基準である）の含水率を与えるのに十分な量で、該繊維に適用される。
一旦形成したら、該連続ストランドを、約1/8インチ（3.175mm）〜1（1/4）インチ（31.75mm）の範囲の長さに細断する。ガラス繊維ストランドをこのような長さに細断するための、当分野で公知の任意の手段を、この工程で使用できる。
その後、該チョップトストランドセグメントの含水率を、該ストランドセグメントが相互にその上およびその回りを運動した場合に、ペレットを形成するのに適したレベルに調節し、かつ該チョップトストランドセグメントを第一のタンブリング手段またはペレット形成機に導入し、そこで該ストランドセグメントに該運動を起こさせる。該ストランドセグメントの該含水率は、これらを該ペレット化装置に導入する前に調節することができ、該ガラス繊維を、該ペレット化装置内でペレットを形成するのに適した含水率まで水和することが好ましい。好ましくは、該ペレット化装置内の該繊維の含水率は約12〜約16％、より好ましくは約13〜約14％である。該含水率が低過ぎると、該ストランドは、結合によりペレットを形成せず、また典型的なストランド形状に維持される傾向がある。逆に、該含水率が高過ぎると、該ストランドは凝集を起こし、または塊状物を形成し、あるいは径が非常に大きく、かつ不規則で非−円筒形状のペレットを形成する傾向がある。
また、該水和流体は、バインダーまたは第二のサイズ組成物をも含むことが好ましい。従って、この水和流体は、適当な成分、例えばガラス繊維サイズ組成物に典型的に含まれるもの、例えばフィルム形成剤、湿潤剤、静電防止剤、および付随的なカップリング剤および潤滑剤を含むことができる。該ペレット化装置内で、この第二のサイズ組成物を適用することにより、100%の使用効率を達成できる。その上、該繊維−形成環境以外でのこのサイズ剤の適用は、有害性、清浄性、臭い、高コスト、または剪断感受性のために、該形成工程においては望ましくない物質の存在を許容する。
該水和流体に配合できる、適当なバインダー組成物は、以下の例を包含する（特に述べない限り、全ての％は重量基準である）：
0003934682.tif 000004
上記は、評価されておりかつ本発明の方法において有用であることが分かっているバインダー処方物の例である。当業者は、使用可能な他の適当なバインダー処方物または他の成分を選択することができる。事実、本発明の利点は、ガラス繊維製造技術で使用される殆ど全ての水性サイズ処方物が、本発明の方法に従って、該タンブリング装置における該繊維に噴霧するためのバインダーとして有用であるはずであることにある。
該繊維ストランドの良好な被覆率を確保するために、該サイズは、該ストランドセグメントを該ペレット化装置に導入する際に、かつ該セグメントが凝集してペレットを形成する前に、該ストランドセグメントに適用することが好ましい。該サイズが該ペレット化装置の他の位置で適用される場合には、該チョップトストランドが該サイズ組成物により完全に被覆される前にペレットが形成される傾向があり、これは全てが該サイズ組成物で被覆されていない繊維で形成されたペレットを与える。このようなペレットを、繊維強化プラスチック物品の製造に使用した場合、該未被覆の繊維は、良好な強化特性を得るのに必要な界面被覆性に欠け、得られる物品は最適とはいえない特性を示すであろう。好ましくは、該ペレット化装置は、該ストランドセグメントが、該ペレット化装置に導入される際に、該サイズ組成物を該ストランドセグメントに噴霧するための、該ストランドセグメントの入口に隣接する位置に噴霧ノズルを備えている。
本発明で使用する該ペレット化装置は、（1）該セグメントが実質的に均一に該水性バインダー／サイズ組成物で被覆され、（2）多数のチョップトストランドセグメントが整列し、かつ凝集して、所定のサイズのペレットを形成するように、該セグメントをタンブリングできる任意の装置であり得る。このようなタンブリング装置は、該ストランドセグメントが該水和流体で実質的に被覆され、かつペレットを形成するのに十分であるが、該ペレットが、相互に擦れ合うことによる磨耗を介する損傷または劣化を生ずるには不十分な、平均の滞留時間を有する。好ましくは、このタンブリング装置内での該滞留時間は、約１分〜約10分の範囲である。より好ましくは、このタンブリング装置内での該滞留時間は、約１分〜約３分の範囲である。
好ましいペレット化装置は、回転ドラム、例えば第1a図に示したドラム41である。このペレット化装置41はチョップトストランドセグメント24を受け取り、該セグメントは繊維−形成ブッシュ11、サイズアプリケータ13、ギャザリングシュー14および細断デバイス20を使用して調製できる。
好ましい態様において、該装置は、種々のパラメータを追跡および／または調節するためのシステムを備えることができ、該パラメータは、アレンブラッドレー（Allen Bradley）PLC-5/40 PLCシステム等のコントロールパネル70を通して自動的に制御できる。必要ならば、該導入されるストランドセグメント24の含水率を、適当な手段71を使用して測定することができる。ストランド秤量デバイス72を設けることができ、これは例えばストランドコンベア30の前、後ろまたはこれとの組み合わせで、適当に配置できる。同様な秤量デバイスを使用して、コンベア31上のペレットの重量を追跡できる。バインダーおよび水の秤量は、コントロールポンプ33および34によって実施できる。
該ドラム41は、該セグメント24が該ドラムに入る際に、該ストランドセグメントに該水和溶液を適用するための噴霧ヘッドを収容するようになっている。好ましくは、外部空気−混合ノズル47を該ドラムの、水性バインダー組成物の混合用のその入口近傍に設ける。該組成物は、バインダー供給部35からマスターフレックス（Masterflex）ポンプ33を介して供給でき、該マスターフレックスポンプ34を介して水供給部36から供給することのできる、任意の付随的な水は、該チョップトストランドセグメントの含水率を所定のレベルとし、かつ該ドラム内の該ストランドセグメントに該混合物を適用するのに必要とされる。該バインダー組成物および水は、ノズルのオリフィスを通して一つの流体流に結合され、これは次に180°離れた２つの空気ジェットで、該流体粒の方向に対して60°の角度にて衝撃される。空気は、清浄な乾燥空気52として供給される。これは効果的にミストを生成し、該ミストは、該ドラム内で転動する、該ストランドセグメントに当てられる。該ドラムの回転は、該湿潤ストランドセグメントの相互の回りでの転動を生じ、一方で該湿潤サイズまたは被覆により生ずる表面張力は、該ストランドセグメントの長さの実質的部分に渡る相互の接触を生じ、これらを相互に整列させ、かつ凝集させて、円筒形状のペレットを形成する。かかる作用によって、該細断操作中に生成する任意の微細な単繊維は、形成中のペレットと再結合され、かつ組み込まれて、得られるペレットからは個々の微細な繊維が本質的に排除される。好ましくは、該ドラムは、僅かに傾いており、従って該ペレットが出てくる該ドラムの端部が、該ペレットの導入端部よりも低くなっていて、該ドラム内で形成されるペレットが、過度の期間に渡り該ドラム内に留まらないようになっている。好ましい態様において、該ドラムは、その回転軸が水平から約１〜約３°の角度（q）で傾斜するように傾けられている。この傾斜角は、手動でまたは適当な調節手段43aを使用して自動的に調節できる。
該ドラム内で生成した該ペレットのサイズは、主として該ストランドセグメントの含水率により調節される。該含水率が高いレベルに維持された場合、多数のストランドセグメントが凝集して単一のペレットを生成し、該ペレットは従って大径のものとなるであろう。逆に、水分が低レベルに維持された場合には、より少ないストランドセグメントが凝集して、１個のペレットを生成し、従って該ペレットは小径のものとなるであろう。
好ましくは、本発明の方法により形成される該ペレットは、その長さの約20%〜約65%の径を有する。このようなペレットは、典型的には約70本のストランドセグメント〜約175本のストランドセグメントを結合することにより形成され、その各々はストランド当たり約500本のフィラメント〜ストランド当たり約2000本のフィラメントを含む。
該ペレットのサイズは、また該ドラムの処理量によっても影響される。該ドラムの処理量が高い場合、該ストランドセグメントの該ドラム内での滞留時間は短く、従って適用された該流体が該ストランド上に分散しないので、小さなペレットを形成する傾向があり、また該ストランドは凝集してペレットを形成しないであろう。しかしながら、形成される該ペレットは、該ドラム内に短期間しか滞留しないので、該ペレットの緻密度は低くなる。
該形成されるペレットの幾分かの圧縮が、該ペレット化装置内で一定不変に生ずるが、これは、典型的には該ペレット密度を、最適の流動性を与えるレベルまで増大するには不十分である。このため、該ペレット化装置41内でのその形成後に、該ペレットは第二のタンブリング手段または緻密化装置42に供給され、そこで該ペレットは更に圧縮かつ緻密化される。該ペレットを、磨滅による劣化あるいは該ペレットの損傷なしに、これらを緻密化するであろう、任意の低衝撃性タンブリング装置を使用できる。好ましくは、該緻密化装置は、該ペレット化装置よりも穏やかな、かつ激しくないタンブリング作用を有していて、該ペレットのこのような劣化を最小化する。更に、該緻密化装置は、好ましくは約５分未満の平均滞留時間を有していて、該ペレットが磨滅によって劣化しないことを保証する。より好ましくは、該緻密化装置内での平均滞留時間は約１分〜約２分間である。
好ましい緻密化装置は、第1b図に示したように、その長軸の回りを回転するように改造されたジグ−ザグチューブである。このジグ−ザグチューブ42は、キャスターアセンブリー44を介してフレーム43に、回転可能に取り付けられ、駆動モーター45により回転運動する。該チューブが回転すると、該チューブ内のペレットは、該チューブの回転により穏やかに転動し、一方で該ペレットは重力により該チューブから引き出される。上記の該回転ドラムを備えている、該ジグ−ザグチューブ緻密化装置は、好ましくは僅かな角度だけ傾いていて、過剰な滞留時間をもつことなく、該ペレットが該装置から流れ出ることを保証する。好ましくは該チューブの長軸は、水平から約１〜約３°傾いており、該チューブの入口39は該チューブの出口49よりも高くなっている。
ペレットの形成および緻密化を、第1a図に示したように、別々の装置、例えば別々の回転ドラム41および回転ジグ−ザグチューブ42およびこれらの間のコンベア31を使用して行うこともできるが、本発明の方法は、他の適当な手段を使用して達成できる。例えば、ペレットの形成および緻密化を、単一の装置内の別々のタンブリング領域またはゾーンで行うことができる。このような装置の好ましい例は、第２図および第３図の40に示された、パターソンケリー（Patterson Kelly）から市販品として入手できる「ジグ−ザグ」ブレンダである。
ブレンダ40は回転ドラム41であり、該ドラムの一端において、ジグ−ザグチューブ42に接続されている。該ドラム41および該チューブ42両者は、キャスタアセンブリー44を介してフレーム43に回転可能に取り付けられ、変速モーター45により回転駆動される。該ジグ−ザグチューブは、該ドラムの回転中心から動径方向に離れた位置において、該ドラムに結合され、かつ該ドラムの各回転の際に、該ドラム内部の物質が、該チューブの結合部位が該ドラム内の該物質の水準以下となった場合に、該チューブ内に流入するように、該ドラムと流体接続状態に置かれている。該チョップトストランドセグメント24はペレット化ドラム41に、入口46を介して入る。この導入されるストランドセグメントは、入口46近傍に位置する噴霧ノズル47を介して、好ましくはバインダー、フィルム形成剤、潤滑剤、静電防止剤、およびカップリング剤を含む水和溶液で噴霧される。該ペレット化ドラム41の回転は、該ドラム内部の該ストランドセグメントを、相互にその上および回りを転動させ、これにより該水和溶液を該ストランドセグメントの表面上に分配し、かつ該セグメントを整列させ、凝集させて、ペレット48を形成する。該ドラム内に見出される該ペレットは、該ドラムの出口端部における開口41aを介して、ジグザグチューブ42に入り、該ジグザグチューブ42内で、更に緻密化される。
好ましい態様において、ドラム41は内部バッフルを有していて、該ガラスペレットおよび該ストランドセグメントの、該ドラムの回転中の自由落下距離を減ずる。この距離を減じることにより、該ガラス繊維およびペレットの、衝撃および磨滅による劣化が減じられ、これから製造される該ガラス繊維強化成形物品の物性の改善がもたらされる。
適当なバッフルは多くの形状をとることができるが、特に好ましい形状は、一般的に第４図に示したような円筒状のバッフルおよび第５図に示したような湾曲したプレート状のバッフルを含む。このようなバッフルは、好ましくはドラム41の出口端部壁に取り付けられ、そこから内向きに、該ドラムの長さの約10〜約50％の距離突出している。これらバッフルは、該ドラム内の作業条件に耐え得る任意の材料、例えばステンレススチールで製造でき、またボルト、ネジ、溶接または他の適当な手段によって、該ドラムの壁に取り付けることができる。ボルトまたはネジ等の締結器材を使用した場合には、該ドラムの壁に隣接する該バッフルの端部は、好ましくは取付けを容易にするために形成された、フランジ80を有する。
第４図に示したように、該一般的に円筒状のバッフル80は、好ましくはガラスの侵入を阻止する封止端部をもつ中空状であり、また該ドラム41の出口端部壁上に取り付けられ、従ってその中央の長軸は、該ドラムの長軸にほぼ対応する。本明細書で使用する用語「一般的に円筒状」とは、真の円筒並びに平坦化された、デーパーをもたせたあるいは切除部分をもつもしくはその長さ部分に渡り変動する半径をもつ準円筒状部材を包含することを意味する。好ましくは、このようなバッフルは、該ドラム径の約20〜約35％の径を有していて、該ペレットの自由落下距離を十分に減じ、該繊維の劣化を減ずる。更に、該バッフルの径は、有利にはその長さの少なくとも一部に渡り減じて、該バッフルの内向きの突出端部を、該ドラムと付着している端部よりも小径のものとすることができる。このような形状のバッフルを設けることにより、該ドラムを介するガラスの水平の流れに対する抵抗が最小化される。好ましくは、該バッフルの内向きの突出端部は、該ドラム径の約25〜約60％の径を有する。
また、該バッフルは、好ましくは該ドラムの該出口端部壁に取り付けられ、結果としてこれは部分的に該ドラムの出口開口41aとオーバーラップして、該装置が回転した場合に、該ジグ−ザグチューブ42から該ドラムへのペレットの逆流を減じる。従って、これは該ドラム中での該ペレットの平均の滞留時間を減じ、該ペレットが過度の磨滅により損傷を受けず、あるいは劣化しないことを保証するのに役立つ。好ましくは、該バッフルは該出口開口の面積の約20〜約30％を遮断する。更に、第４図に示したように、該出口開口とオーバーラップしている該バッフルの部分は、平坦化され、デーパーが付され、あるいは意図するように変更されて、ペレットの逆流の減少を保証し、一方でペレットの該ジグザグチューブ緻密化装置への流れに対する妨害を最小化することができる。
第５図に示したように、好ましくは湾曲したプレート状バッフルは、一般的に湾曲した部分84および線形部分86を含み、またこれに直交する該ドラムの該出口壁に取り付けられて、該ドラムの内部に内向きに突出する。該バッフルの該湾曲部分は、好ましくは実質的に一定の径をもち、該出口開口の半径と一致し、また該線形部分は、好ましくは該出口開口と等価な高さをもつものである。
更に、第５図に示されたように、該バッフルは、好ましくは該ドラム壁に取り付けられ、その線形部分は該出口開口41aの回転後縁部に隣接しており、従って該出口開口がその回転の底部にある場合には、該線形部分は垂直配向し、かつ該湾曲した部分は、該出口開口上の該ドラムの中心軸に向かって湾曲している。該バッフルをこのように配向することによって、該ドラムの回転中の該ペレットの自由落下距離を減ずるばかりか、スコップまたは案内として作用して、該ドラムの各回転に伴って、該緻密化装置への流入に利用できる、ガラスペレットの見掛け上のヘッドを増大することにより、該ペレットの該出口開口を介する、該ジグザグチューブ緻密化装置への流れを容易にする。これ自体は、また該ドラム内での該ペレットの平均の滞留時間を減じる上で役立ち、しかも該ペレットの過度の磨滅を防止する。
該ペレット化装置の該ドラムに上記バッフルを含めることが、該ドラム内の該ペレットの平均滞留時間を、バッフルのない場合の約２分〜35秒から、一般的に円筒状のバッフルに対する約１分〜40秒、および湾曲したプレート状のバッフルに対する１分〜い20秒に減ずることが分かった。更に、このようなバッフルの組み込みによる繊維劣化の見掛け上の低下は、得られた該ペレットから成形した物品の物性の増加から明らかであり、該物性の増加は、約２〜約3%の引張強さにおける平均の増加、約１〜約2%の曲げ強さにおける増加、および約４〜約5%の衝撃強さにおける増加を包含する。
緻密化後、該ペレットをコンベアベルト50に放出し、例えば加熱空気61および冷却空気62が供給されている、フード付きオーブン、または排気手段63を備えた任意の適当な乾燥手段60を使用して乾燥することができる。工業的大規模での生産を可能とするレベルまで、乾燥時間を減じるために、該繊維を約250°F（121.1℃〜約560°F（293.3℃）の範囲の高い温度にて、流動床オーブン内で乾燥することが好ましい。乾燥後、該緻密化ペレット48をスクリーン65または他の適当なデバイスを使用して、サイズに応じて分級し、かつ製品容器66または廃物容器67に保存する。
該ガラスストランドセグメントの処理量および含水率を変えることにより、ガラス繊維ペレットを、対応するペレット化されていないガラスストランドセグメントよりも約13%〜約60%高密度であり、またその径も約10〜約65倍大きい。例えば、14μ（径）をもつ繊維で構成される、2000−フィラメントストランドのチョップト4mm（長さ）セグメントは、嵩密度約33lb/ft3（528.66kg/m3）〜36lb/ft3（576.72kg/m3）を有する。本発明の方法に従って、約13%〜約14%の含水率まで水和させ、かつ緻密化ペレットに成形した後、得られる乾燥したペレットは、典型的には約40lb/ft3（640.8kg/m3）〜約55lb/ft3（881.1kg/m3）の嵩密度を有する。これらの高い径対長さ比および高い密度をもつ結果として、ペレット化されていないチョップトストランド製品と比較して、生成されるペレットは、有意に改善された流動性を呈する。
本発明の方法は、好ましくは第３図に示された装置を使用して実施し、ここでは繊維ストランドを繊維−形成装置10で生成し、細断デバイス20を使用して細断し、かつコンベア30によりタンブリング装置40まで搬送し、そこで該チョップトストランドはペレット化され、かつ緻密化される。得られるペレットはコンベア50により乾燥デバイス60に輸送される。
該繊維形成装置10は、好ましくは繊維形成ブッシュ11a、11bおよび11cを有するガラス繊維形成炉を含み、該ブッシュから、複数のフィラメント12a、12bおよび12cが延伸または繊細化され、かつ該フィラメントに、カップリング剤および場合により潤滑剤およびpH調節剤を含む水性サイズ組成物が、サイズアプリケータ手段、例えばロール13a、13bおよび13cにより適用される。次いで、この一群のフィラメントをギャザリングシュー手段14a、14bおよび14cにより集め、個々のストランド15a、15bおよび15cとし、更に細断デバイス20に導入する。
細断デバイス20は、該ストランドの数に相当する数の溝を有するガイドロール21、ガラス繊維に対して大きな摩擦係数をもつ弾性材料、例えばゴムまたは剛性樹脂製の表面を有する、自由回転式フィードロール22、および該フィードロール22に対して弾性的に圧せられ、かつモーターにより積極的に駆動される、切断ロール23を含み、該切断ロールは、これから半径方向に突出する多数のブレードを有する。該切断デバイス20に導入された該湿潤ストランド15a、15bおよび15cは、該ガイドロール21の溝を通過した後にフィードロール22に巻き取られ、該フィードロール22と該切断ロール23の該ブレードとの間の接触点にて小片、即ち少なくとも該ブレードの周辺ピッチにより決定される長さの、チョップトストランド24に細断される。
該チョップトストランド24は、適当な搬送手段、例えばコンベア30に落下し、該タンブリング装置40に搬送される。該湿潤チョップトストランドセグメントを搬送するための好ましいコンベアは、窪みを有する非−接着性の表面をもつベルトコンベア、例えばスパークス（Sparks）から、商品名ウルトララインフードベルトモノフレックス（Ultraline Food Belt Monoflex）WU220Mの下で市販品として入手できるもの（微細なダイヤモンドトップカバーを有する白色ポリウレタン）である。
該タンブリング装置40は、ペレット化ドラム41を含み、該ドラムはその一端において、中空のジグ−ザグペレット緻密化チューブ42に堅固に取り付けられており、該チューブはキャスターアセンブリー44を介してフレーム43に回転可能に取り付けられ、かつ駆動モーター45、例えば30-ampの変速モーターにより回転駆動される。該緻密化チューブ42は、該ドラムの回転中心から半径方向に離れた位置において該ドラム41に取り付けられており、かつこれと流体接続状態にある。好ましくは、該ドラム内の水和されたストランドセグメントおよびペレットの作業体積は、該ドラム体積の約20%〜約50%、より好ましくは該ドラム体積の約50%であって、ペレットを形成するのに十分であるが、これらを磨滅により劣化するには不十分な、該ドラム内での滞留時間を保証する。
該緻密化されたペレットは、該緻密化チューブ42を介して該ドラム41を通り、その出口49において該緻密化チューブから出てくる。この緻密化チューブから放出される該ペレットの密度は、好ましくは約46lb/ft3（736.92kg/m3）〜約62lb/ft3（993.24kg/m3）であり、これは約14重量％の含水率を有する。
タンブリング装置のフレーム43は、好ましくは仰角−調節手段43aを備えていて、該タンブリング装置を、水平から約５°までの僅かな角度維持し、該ペレット化ドラムおよび緻密化チューブを介する材料の適当な流動を保証する。本発明の好ましい態様において、該角度は約１〜約３°である。
該緻密化チューブから出てくる該ペレットは、コンベア50上に落下し、オーブン60に搬送され、そこで該水和溶液が乾燥される。好ましくは、コンベア50は、窪みを有する非−接着性の表面をもつ、スパークス（Sparks）から、商品名ウルトララインフードベルトモノフレックス（Ultraline Food Belt Monoflex）WU220M（微細なダイヤモンドトップカバーを有する白色ポリウレタン）の下で市販品として入手できる、ベルトコンベアである。
以上本発明を、好ましい特徴並びに態様を参照しつつ詳細に説明してきたが、種々の改良が、本発明の実施を通して、当業者には容易に明らかとなろう。従って、本発明は、上記記載により何等制限されるものではなく、添付した請求の範囲並びにその等価なものによって規定されるものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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