(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの連続ガラスヤーンの層より成るマットの製造方法であって、固定された軸の周りを回転し、該軸に対してビート運動で駆動されるキャスターを備えた延伸システムにより、マットの各層毎に、一つもしくは複数のヤーンが駆動され、前記ヤーンは、キャストされるヤーンの方向に関して横断する方向に走行するコンベヤ上に前記キャスターによりキャストされ分配され、少なくとも一つのキャスターのビート運動がサーボモータを介して行われる、前記方法。
【請求項２】
コンベヤの走行方向に平行なガラスヤーンの束もまたコンベヤ上またはマットの少なくとも一つの層上に置かれ、長手方向の配向を有するヤーンの層が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の方法を用いる装置であって、軸に関する回転運動が第一のモータによって行われる延伸ホイールを少なくとも一つと、軸に関する回転運動が延伸ホイールの運動に関して同期しかつ延伸ホイールの軸に関する運動がサーボモータによって行われるキャスティングホイールを少なくとも一つ含む装置。
【請求項４】
相互に別個に駆動されるキャスティングホイールをいくつか含むことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は連続ガラスヤーンの異方性マットおよびそのマットを得るプロセスと装置に関する。
連続ガラスヤーン「マット」は、均等な層内に分配され、大半の場合は結合剤によって保たれる、連続ガラスヤーンの「クッション」もしくは「フェルト」もしくは「シート」であり、有機物質の強化に用いられる。最もありふれたマットの特性はすべての方向において同一であり、ヤーンはマット内部に優先配向なしに置かれている。しかしながら、自動車のバンパーの補強等、用途によっては、ヤーンの配向が優先方向を持つ異方性マットを用いることが望ましい場合もあり、その優先方向とは、たとえばマットが形成されるコンベヤの走行方向であったり（この場合は「長手方向に」配向のヤーンもしくは長手方向に優先方向等と称される）、あるいはその方向に対して横方向（この場合は「横方向に」配向のヤーンもしくは横方向に優先方向等と称される）に対応する。しかし、現在のプロセスと装置では異方性マット（とくに横方向に優先配向のマット）を収益性よく生産することは不可能であり、従来得られたマットの横方向もしくは長手方向配向の繊維の割合は限られていた。
本発明の目的は、異方性マット、とくに既存品より特性が向上した横方向に優先的に配向の異方性マットと、そのようなマットを得ることができる高性能なプロセスおよび装置を提供することにある。
この目的は、本発明によるマットによって達成され、そのマットには、優先的に横方向もしくは随意的に、場合によっては、長手方向を優先方向（準線または母線）として置いた、少なくとも６０重量％、好ましくは少なくとも６５重量％かつとりわけて好ましくは少なくとも７０重量％のヤーンを包含する連続ガラスヤーンが含まれる。
「優先方向に置いたヤーン」とは、その方向からの逸れが平均して２０°未満（好ましくは１５°未満、かつ１０°未満なら好都合）であるか、もしくはその優先方向からの逸れが２０°未満の方向に配向されたヤーンを指していう。
また、「ガラスヤーン」とは、本発明においては、ガラスフィラメントを含むヤーンを指していう。したがって、これは従来のガラスフィラメントによるガラスヤーンもしくは有機質フィラメントとガラスフィラメントとの複合ヤーンでよい。
本発明によるマットは連続ガラスヤーンを織り混ぜたいくつかの層を有し、少なくともその一層に本発明による準線に従って配向した（横方向準線が好ましい）ヤーンを少なくとも６０％含むことが好ましい。
本発明によるマットの層のいくつかは（各々）優先方向に配向したヤーンを有し（それらのうち一層は少なくとも本発明により配向したヤーンを少なくとも６０％有し）、マット全体としては、それらの層のすべてに共通する単一の優先方向を有する（一方向性マット）か、あるいはいくつかの優先方向を有するかし、各層はそれぞれに他の層と異なる優先方向を有することができる。
本発明の好適な実施形態は上記の後者の例であり、そのマットには横方向に配向したヤーンを含むガラスヤーンの層を少なくとも一層、かつ好ましくは数層含み、かつ長手方向に配向したヤーンを含むガラスヤーンの層を少なくとも一層、好ましくは他の二層の間に置いて含み、それによって格子に似た構造を形成する。このようなマット（もしくはこのようなマットから製造した複合体）はマットの二つの優先方向における機械的特性に優れ、すべての方向において同等の特性となる等方性のマット（もしくはこのマットから製造した複合体）に関してガラス含有分が少ない。本発明によるこのマット（もしくは複合体）はまた、紡織プロセスにより得るガラスヤーン格子（もしくはその格子から得られる複合体）に関して非優先方向における特性が向上している。
配向されたヤーンを少なくとも６０％有する層に加え、本発明によるマットは優先配向をせずに置いたヤーンの層もしくは６０重量％未満の優先配向をしたヤーンを含む層を一つまたは複数含めることができる。
しかしながら、マットの大多数の層（あるいは場合によっては全層）に（各々）少なくとも６０重量％の優先方向に配向したヤーンを含め、マットのヤーンの配向に一つまたはいくつかの優先配向を与えることが好ましい。本発明の好適な実施形態によれば、マットは全体として、優先方向（たとえば横または長手方向）に配向した、６０重量％を超えかつ好ましくは少なくとも６５重量％のヤーン、もしくは二つの異なる優先方向に配向したヤーン（たとえば、それらのヤーンの一部は横方向とし、他の一部は長手方向として前に説明した格子を形成する等）を含む。
また本発明によるマットには、他の方向における十分な機械的特性を保つため、同一の優先方向に置いた、９０重量％未満かつ好ましくは８５重量％もしくはさらには８０重量％未満のヤーンを含めてもよい。
しかし、優先配向の一層または複数の層に準線に配向したヤーンを１００％まで含めることができる（とくに長手方向に配向の層）。横方向に優先的に配向の層に含める横方向配向のヤーンは９５重量％未満とし、さらにそれらのヤーンにはうねりおよび／または巻きもあることが好ましい。長手方向に優先的に配向の層には長手方向配向のヤーンを１００重量％含め、さらにそれらのヤーンは直線状かつ平行とすることが好ましい。
横方向に優先的に配向したヤーンの層を少なくとも一つ含む本発明によるマットは、その層の区域のループ率（loop ratio）が１と２の間であること、とくに好ましくは１と１．５の間であることを特徴とすることが好ましい。このループ率は、本発明によるマットの製造プロセス（以下に詳述）においてマット形成のためにコンベヤにキャストされるヤーンの延伸速度をキャスターのビート速度（コンベヤ近傍で測定の）で、単位を同じにして除したものに相当する。マット内部で横方向に優先的に配向されたヤーンは概ねその優先方向の各側でうねりおよび／または巻きを形成し、優先方向に関するヤーンの局部間隔は１０ｃｍを超えず、８ｃｍ（巻き間）または４ｃｍ（うねり間）を超えないことが好ましい。
本発明による異方性マットにはいくつかの長所があり、有機物質をとても容易に含浸するので補強がしやすく、とりわけ成形に適しており、ガラスヤーンの配向の優先方向における機械的強度特性がとりわけ大きく、従来のマットと対照的にとりわけ単位面積当たりの重量がきわめて小さい利点があり、およそ８０〜４５０ｇ／ｍ2の間、とくに１００〜３００ｇ／ｍ2の間である。したがって、本発明によるガラスマットを使用することによって、少なくとも一方向の機械的特性にとりわけ優れ、ガラス含有分が既存のマットから製造した複合体における含有分より少ない（従来品の半分程度の）複合製品の生産が可能となる。複合製品中のガラス含有分が少なく補強効果が従来と変わらないので、より経済的かつ軽量の製品を得ることができる。
ヤーンの配向の優先方向が唯一の、本発明によるマット（単一方向性マット）もしくは一つの優先方向に置いた少なくとも６０重量％のヤーンを包含する本発明のマットの層の少なくとも一つの機械的特性（引張破断応力、曲げ破断応力、アイゾット衝撃またはシャルピー衝撃）は、ヤーンの配向の方向で測定時に、この優先方向に鉛直な方向で測定時より少なくとも１．４倍から１．５倍（好ましくは４倍、あるいは１０倍までも）大きいのが利点である。
同様に、配向を同じくして組み立てた、本発明による単一方向性マットから製造された複合体の場合は、その複合体の少なくとも一つの機械的特性（とりわけ引張破断応力）は、ヤーンの配向の方向で測定時に、この優先方向に鉛直な方向で測定時より少なくとも１．５倍大きい。
また本発明は、横方向に優先方向を示す本発明によるマットの製造を可能にするプロセスに関し、そのプロセスには以下の段階、すなわち、マットの各層ごとに一本またはそれ以上のヤーンが機械的に駆動され、この駆動は延伸システム（「延伸ホイール」）および／または固定軸周囲の回転駆動系によって行われ、固定軸にはその固定軸に関するビート運動中に駆動されるキャスター（「内側ホイール」、「フィン付きホイール」）を備え、ヤーンは前記キャスターにより同ヤーンの方向に関して横断する方向に走行するコンベヤ上にキャストされ分配され、少なくとも一つのキャスターのビート運動がサーボモータの介在により保証される段階が包含される。
このプロセスは、型の基部に置かれた多数のオリフィスから一つまたは複数の連続するフィラメントのシートとして流れ出る溶融ガラスの多数のスレッドを延伸し、フィラメントをヤーンの形態によりあわせることによってマット各層のヤーンが、少なくとも一つの型から得られ、ヤーンの延伸と駆動は本発明の定義において述べた延伸システムを介して行う、直接プロセスであることが好ましい。
本発明の一つの実施形態においては、熱可塑性有機物質をフィラメント状ガラスヤーンの延伸と同時に押し出しおよび駆動することも可能であり、ガラスフィラメントおよび熱可塑性フィラメントの経路が相互に集中し合った後に両方のフィラメントが一つまたは複数の複合ヤーンとして集められ、本発明の定義において述べた延伸システムによって駆動される。本発明のこの実施形態によって、複合ヤーンの層を少なくとも一つ有するマットを得ることができる。
本発明によるプロセス（とくに直接プロセス）はその生産効率が既存のマット製造プロセスにくらべて向上し、かつとりわけて本発明によるマットの製造に適している。ヤーンの延伸およびキャスティングの慣性が大きくて正確かつ迅速な調整ができない複雑な機械的手段を用いる既存のマット製造プロセスとは対照的に、本発明によるプロセスでは軸を固定した延伸システムからヤーンをキャスティングするのにサーボモータを使用する。
サーボモータを使用することにより、キャスターのビート速度を増すことができ、（従来の機械的手段の場合の数十ビート毎分に対して）１００ビート毎分より上、とくに１６０ビート毎分まで増すことができる。ビート数が増すことによって本発明による高度な配向のマットの製造が可能となり、かつより幅の大きいコンベヤを使用することが可能となる。本発明の一つの有利な実施形態によれば、コンベヤの幅はおよそ３ｍとすることができる。
より幅の大きなコンベヤを使用できることによって、型におけるガラス送り速度を増す（１２００ｋｇ／ｈ〜１８００ｋｇ／ｈ台は可能）こと、もしくは速度をそのままに、コンベヤの走行速度を低減し（たとえば１５ｍ／ｍｉｎ台に）かつ生産ラインを短縮することができる。したがってサーボモータの使用により生産効率と工程の収益性をより大きくすることができる。
本発明のプロセスのサーボモータは電動、ハイドロリックもしくはニューマチックモータで、キャスターのビート速度（すなわち延伸システムまたは駆動システムの軸に対するキャスターの軸の速度）をヤーンのキャスティング角度の関数として様々に変えることができる。言い換えれば、キャスターの前後運動（またはビート）一回の間にキャスターの走行速度をその位置、したがってヤーンの、たとえば鉛直軸に関して測定したキャスティング角度によって変えることができる。本発明で用いるサーボモータは「ブラシレス」モータが好ましい。キャスターの位置は連続的に制御することができ、ビートの大きさおよび形態を正確に調節でき、急速に生じる速度および形態の変化はコンピュータ等による電子的管理により制御駆動することができる。慣性の大きい複雑な機械的手段（カムおよび連接棒の複雑なアセンブリ）を用いる通常のマットの製造プロセスにおいては、そのような制御および急速性には遭遇しない。
本発明によればキャスターの１分当たりビート数とコンベヤの速度とを相互に関係して選択することにより、ヤーンの有効堆積幅の１．５倍を下回るピッチを得ることが好ましく、かつヤーンの有効堆積幅より小とすることが好ましい。そのピッチはキャスターが前後運動を一回する間にマットが形成されるコンベヤの走行距離に相当する。ヤーンの堆積幅は概ね延伸ホイールの幅とその幅の２倍との間の幅である。キャスターの分当たりのビート数はコンベヤ速度の少なくとも五倍の値（１分当たりメートルで表示）とすることがとりわけて好ましい。
横方向に優先方向を示しかつループ率が１と２の間のマットを得るには、コンベヤにおけるキャスターの平均ビート速度（あるいはコンベヤへのヤーンの平均堆積速度）（概ね８〜１５ｍ／ｓ台の速度）とヤーンの延伸速度（概ね１５〜２４ｍ／ｓ台の速度）を相互に関係して選択し、後者の速度の前者の速度に対する割合が１と２の間となるようにする。
本発明による直接プロセスにおいては、製造されるマットの各層は一般に一つの型から得られ、各型はキャスター付きの延伸システムに関連し、各キャスターはこれに属するモータによって駆動される。本発明によれば、少なくとも一つのキャスターのビート運動がサーボモータを介して保証され、それによってマット内部で横方向に配向された少なくとも６０重量％のヤーンを含む連続ガラスヤーンの少なくとも一つの層の生産が可能となる。しかし、本発明のプロセスにより、たとえばサーボモータを設けたキャスターのビート速度を減速することにより、等方性マットを製造することが可能となる。いくつかの（好ましくはすべての）キャスターにサーボモータを設け、各サーボモータが一つのキャスターを駆動するようにするとよい。本発明によるプロセスではキャスターは相互に別個に駆動するのがよく、そうすればキャスターは（各々これに関連する延伸システムともども）相互に別々に調節することができ、またとくに異なるビート速度で機能することができるので、異なる特徴の層を製造することができる。
本発明の有利な実施形態によれば、上記に定義のプロセスの過程で、コンベヤあるいは一つまたは複数の層のマット上に、コンベヤの走行方向に平行なガラスヤーンの束を堆積し長手方向の配向を示すヤーンの層を形成することにより、マットの層が少なくとも一つ形成される。本発明のこの実施形態はとりわけて、ヤーンの配向に二つの優先方向があり、格子に似た本発明によるマットを製造するのに有利である。長手方向に置くヤーンは、たとえば、ビームからコンベヤ上に繰り出される一本一本のヤーンもしくはロービングヤーンが数ミリから数センチメートル間隔で置かれているものである。
本発明によるプロセスにおいては、とくにヤーンの耐摩耗保護のため延伸中のフィラメントにサイズが一般的に付けられ、かつとりわけて形成されたマット内部の凝集をよくするため、コンベヤ上に分散したヤーンの少なくとも一部に結合剤を撒き、次いでサイズと結合剤とを重合および／または架橋させる。
本発明はまた本発明によるプロセスを使用する装置に関する。この装置には延伸ホイールが少なくとも一つ含まれ、その軸に関する回転運動は第一のモータによって保証され、かつキャスティングホイールが少なくとも一つ含まれ、その軸に関する回転運動は延伸ホイールの運動に関して同期しかつ延伸ホイールの軸に関するキャスティングホイールの運動はサーボモータによって保証される。
本発明による装置について、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
第１図は本発明によるプロセスを使用する装置の模式図であり、延伸システムおよびキャスターを下向きに示す。
第２図は第１図に象徴的に示した延伸システムおよびキャスターの模式的な側面図である。
本発明によるプロセスの実施形態によれば、マットの各層毎に、連続フィラメント（３）のシート状の溶融ガラスの多数のスレッドが型（１）のオリフィス（２）から延伸され、次いでフィラメントはとくに耐摩耗保護のためのサイジング配合剤をサイジング装置（４）によりコーティングされ、その後にまとめられてヤーン（５）となる。ガイドホイール（６）および遊びローラ（７）を通過後、ヤーンは回転中（一方矢印で示す）の延伸ホイール（８）によって駆動され、次いで円弧を描くホイールの周囲を移動する点でこのホイールから射出される（双方向矢印で示すビート運動）。射出はキャスティングホイール（１０）（「フィン付きホイール」ともいう）のフィン（９）を介して行われる。キャスティングホイールは延伸ホイール内部に位置してその内側をめぐり、フィンは延伸ホイールの表面に作られたスロット（１１）を貫通する。ヤーンは延伸ホイールから接線方向にキャスティングホイールのビート運動にしたがってキャストされる。ヤーンはそのキャストされる方向に関して横方向に走行するコンベヤ（１２）上に分配される。
延伸ホイール（ヤーンの延伸と駆動に使用される）には独立の移動可能な後部プレート（１３）が一般に備えられ、これにキャスティングホイール（１０）が固定され、サーボモータ（１４）によって後部プレートが駆動され、かつキャスティングホイールがビート運動を行う。サーボモータは延伸ホイールの軸に直接取り付けることができ（その運動は場合によっては簡単な機械的手段、とくに単純な形式の連接棒（１５）によっても伝えることができる）、それは延伸ホイールの駆動に使用される第一のモータ（運動は場合によってはベルト（１６）等の簡単な手段でも伝えることができる）、あるいはまた、回転中のキャスティングホイール（回転運動はベルト（１７）等の機械的手段により延伸ホイールの回転運動に同期して伝えられる）とまったく同様である。
本発明による装置にはサーボコントロールモジュールおよび／またはサーボモータのプログラマブルコントロール駆動システムを含めることができ、かつマット製造装置において常に使用される他の構成要素を一つまたはいくつか含めることができる。図示した実施形態においては、少なくとも二つの型がコンベヤ両側にオフセットされて配置され、それぞれは延伸システムとこれに属するキャスターに関係付けられ、キャスターは各々別のサーボモータにより制御される。
本発明によるマットは複合体の製造に使用することができる。とくにいくつかのマットを同じ配向または異なる配向（とくに９０°交差）で積層することができ、また予備成形により成形品の形状を補強することができる。製造される複合体には本発明によるマットが少なくとも一つと、有機物質が少なくとも一つ含まれる。本発明によるマットから製造される複合体の特性は、少なくとも一方向に配向されたヤーンの含有量が少ない等方性もしくは異方性マットから製造した複合体をはるかにしのぐ。
以下は本発明の例示であるが、これに限定されるものではない。
基準例
単位面積当たり重量４５０ｇ／ｍ2台の等方性マット四枚をオルトフタル酸ポリエステル樹脂と組み合わせて積層し、ガラス含有分約２４容積％台の厚さ３ｍｍの複合体を得る。
この複合体の引張破断応力、曲げ破断応力およびノッチなしのシャルピー衝撃強さをＩＳＯ規格Ｒ  ５２７、Ｒ  １７８およびＲ  １７９により測定する。
複合体の引張破断応力は、複合体の平面のどの方向で測定しても約１４５ＭＰａである。
複合体の曲げ破断応力は、複合体の平面のどの方向で測定しても３００ＭＰａである。
複合体のノッチなしシャルピー衝撃強さは、複合体の平面のどの方向で測定しても８５ｋＪ／ｍ2である。
例１
手順は基準例に同じとし、等方性マット四枚を、単位面積当たり同重量（４５０ｇ／ｍ2）の、各々優先的横方向に配向のヤーン８０重量％を有するマット四枚に代え、このマットを積層して内部の優先配向が同じ複合体を得る。
この複合体のヤーンの配向の優先方向で測定した引張破断応力はおよそ２１５ＭＰａであり、優先方向（複合体の平面の）の鉛直方向で測定した引張破断応力はおよそ４５ＭＰａである。
この複合体のヤーンの配向の優先方向で測定した曲げ破断応力はおよそ５３０ＭＰａであり、優先方向（複合体の平面の）の鉛直方向で測定した曲げ破断応力はおよそ１０５ＭＰａである。
ヤーンの配向の優先方向で測定したノッチなしシャルピー衝撃強さはおよそ２０５ｋＪ／ｍ2であり、優先方向（複合体の平面の）の鉛直方向で測定した強さはおよそ４０ｋＪ／ｍ2である。
例２
手順は例１に同じとし、マットのうち二枚を複合体の面で９０°回す。
二枚のマットのヤーンの配向の優先方向またはその優先方向に対して鉛直な方向（複合体の平面の）で測定した引張破断応力はおよそ１６０ＭＰａである。
二枚のマットのヤーンの配向の優先方向またはその優先方向に対して鉛直な方向（複合体の平面の）で測定した曲げ破断応力はおよそ３２０ＭＰａである。
二枚のマットのヤーンの配向の優先方向またはその優先方向に対して鉛直な方向（複合体の平面の）で測定したノッチなしシャルピー衝撃強さはおよそ１１０ｋＪ／ｍ2である。
これらの値は同じ単位面積当たり重量の等方性マットを使用して得られた値より高い。
本発明によるマットは自動車のバンパー、リアシェルフ、その他の補強材として使用することができる。
【図１】
0004114954.tif 000002
【図２】
0004114954.tif 000003