JPH10512541A - 鉱質繊維の自由遠心方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、実質的に垂直な軸を有する遠心ホイールの周囲に溶融材料を注ぎ、遠心により繊維を形成した後、少なくともホイールの周囲の一部に渡って軸と実質的に平行な方向に、主ガス流によって繊維を噴出する鉱質繊維の形成方法であって、主ガス流と実質的に同じ方向に補助ガス流を生成し、かつ液体の結合剤を繊維上へと噴出し、さらに、補助ガス流は独立した流れから構成され、その流れの一部は特に回転流である鉱質繊維の形成方法に関する。液体結合剤の一部分を、この回転する流れの内部へと導入しても良い。また、本発明はこの方法を実施する装置も提案しており、この装置においては、繊維化機の回りに位置する第２の送風ノズルは、回転ガイド、特にらせん状のロッドまたはアルキメデスねじを含んでいる。本発明により、結合剤を繊維の中でより良く分配させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 鉱質繊維の自由遠心方法および装置 本発明は、鉱質繊維を大量生産するための、いわゆる外部遠心または自由遠心 技術に関しており、より具体的には、繊維を連行するための送風、および繊維を 互いに結合させる結合剤の供給に関する。 本発明は、例えば、熱遮蔽および／または音響遮蔽製品用の基礎的な材料とし て使われるミネラルウールの製造技術に関する。より具体的には、本発明は、例 えば玄武岩ガラスおよび高炉スラグ、またはその他の同等の材料を含む延伸可能 な高融点材料を、繊維化する技術の向上であって、繊維化する材料を回転駆動し ている遠心ホイールの周囲の帯部へ溶融状態で注ぎ、このホイールによって加速 してホイールから離し、そして遠心力の効果によって部分的に繊維に変換し、ま た、ホイール周囲の帯部の接線方向に放出されるガス流は、上述のようにして形 成された繊維を、繊維化されない材料と分離して、受取りユニットの方向へと運 ぶという技術の改良に関する。 簡単に述べた上記繊維化技術は、例えば欧州特許出願59 152および195 725 か ら知ることができるが、もっぱら自由遠心技術と呼ばれており、溶融ガラスを一 連の素ストランドへと分割する（内部遠心）ものではなく、また高温高速ガス流 によるガス誘起延伸に供するものでもないことが想起される。この繊維化技術は 非常に有用であり、特に、経済的な観点から興味ある状況のもとでは、通常のソ ーダ石灰ガラスよりもかなり高い融点であるという特徴を有する玄武岩スラグの ような材料とともに、すべての目的および用途に対して、用いることができる唯 一の技術である。 この繊維化方法においては、繊維は、遠心ホイール周囲から放出される接線方 向のガス流によって、繊維化機のすぐ近傍からホイールの軸と本質的に平行な方 向に運ばれる。遠心ホイールにより加速されることによって、繊維の中に存在す る未繊維化粒子に、周囲のガス流がこれらの粒子の経路に有意の効果を及ぼさな いほど十分な速度が与えられ、粒子が繊維から選別され、一方、繊維は、相対密 度が低く、また速度が遅いために偏向させられている。 本発明は、欧州特許EP-B 439 385で説明されている装置に基づく装置に関する 。この装置は、アセンブリの中に配列され周囲表面が互いに近接する一連の遠心 ホイールを含んでいる。これらのホイールは、モーターによって高速に回転する 。モーターは、一連の遠心ホイールによって形成されるアセンブリの外側にある 、１つの側面に配列されている。また、モーターは、一連の遠心ホイールの中央 にある領域を外すように配置した機械的伝達部材の手段によって、前記ホイール を駆動している。繊維化する材料が通る経路上にある２つの連続ホイールは互い に反対方向に回転する。また、溶融材料を第１の遠心ホイールの外側表面に注ぐ ように、溶融材料の供給ユニットが取り付けられている。第１の送風部材が、一 連の遠心ホイールのまわりで、前記遠心ホイールの回転軸と平行にガス流を発生 させている。第２の送風部材が、遠心ホイールからいくらか離れたところで、主 ガス流と実質的に同じ方向に、補助ガスを発生している。 上述の種類の装置には、液体の結合剤を供給するシステムが備え付られている 。この結合剤は、乾燥および／または重合後に、繊維を互いに結合させて繊維マ ットを構成するためのものである。 結合剤をマットの中で分配させることは、難しい問題となっている。結合剤を 供給して繊維の中で均一に分配させるための技術がいくつか提案されてきた。欧 州特許EP-B-59 152 においては、液体の結合剤を遠心ホイールの中心に導入し、 遠心力によって、ホイールの周囲からいくらか離れた環状の溝穴から放出させる ことが提案されている。径方向に放出された結合剤の液滴は、ホイールの軸と平 行に噴出されている繊維と出会う。このシステムは非常に効果的ではあるが、シ ステム自体に限界がある。まず、１つには、収率が最大とならない。つまり、実 際に使用される結合剤のパーセンテージが、実質的に１００を下回る。これは、 遠心ホイールの周囲全体に渡って、繊維が生成され引き出されるわけではないか らである。一般に、周囲のせいぜい４分の３が繊維によって占められるだけであ る。残り４分の１については、放出される結合剤が繊維と出会う確率はわずかで ある。もう１つには、この技術には、結合剤の液滴が１つ以上の繊維と出会う確 率を有する時間が非常に短いという限界がある。２つのシート状の流れは、つま り結合剤の液滴の流れと繊維の流れは、互いに直交しており、かつ薄いため、２ つの流れが出会う領域が占めている体積は非常に小さいものとなっている。本発 明の課題は、特許EP-B-59 152 の技術を改善することである。 欧州特許EP-B-439 385においては、遠心ホイールの周囲を部分的に包囲してい る丸い溝穴から放出された主ガス流に、補助ガス流を、特にノズル環から放出さ れた補助ガス流を、添加する自由遠心技術について説明がなされている。この技 術は、繊維を受取り部材に運ぶ状態を精密に制御する上で非常に効果的であり、 その結果、絶縁材料からなるマットの品質が、２つの点で向上する：１つは、未 繊維化粒子の量が減少すること、もう１つは、熱インピーダンスが増加すること である。しかし、この文献においては、遠心ホイール前面の環状溝穴から遠心力 によって放出された結合剤の分配について、調査報告がない。本発明の目的は、 この分配を改善することである。 繊維マットを構成する様々な層内での、結合剤の分配を制御する技術がいくつ か提案されてきた。欧州特許出願EP-A-374 112においては、ローターの中心にお いて結合剤源に導管を付け加えることが提案されている。これらの導管をある特 定の地点に配置することで、「形成途中の繊維懸濁液」（マット中の特定の層に 対応する）が存在するある領域が、特定の量および特定の種類の結合剤を受け取 る。その結果、マット中の結合剤の分配を不均一にすることができ、ある層、特 にマットの外側の面は、例えば多量の結合剤によって被覆され、一方、中心部分 のような他の部分においては、少量の結合剤が供給される。本発明が達成しよう とする目的は、EP-A-374 112の目的と反対のことである。つまり、ここでは反対 に、本発明は、マットの厚み全体に渡って可能な最も均一な結合剤の分配を求め ることに関する。 一般的に、いわゆるロックまたはガラス鉱質繊維マット中での結合剤の分配が 均一でない時には、２つの点で品質の劣化につながる−視覚的品質および機械的 品質である。 結合剤として用いる樹脂には一般に色が付いているため、各製造業者の製品に は特定の色が付き、さらに、繊維中の結合剤の分配がどうなっているかを、製造 中に目にすることができる。 分配が満足できるものでないときには、未結合繊維の群に対応した明るい領域 が、完成したマット中に見られる。これは、外観上の不良である。しかし、この 不良は、ある場合には技術的な結果につながり得る：結合剤の不足が最も大きい 所では、繊維の結合力が不十分であるため、マットが層状に剥離することがより 容易になるという危険を犯すことになる。本発明の目的は、マット中での結合剤 の均一な分配を向上させることである。 このために、本発明は、実質的に垂直な軸を有する遠心ホイールの周囲に溶融 材料を注ぎ、遠心により繊維を形成した後、少なくともホイールの周囲の一部に 渡って軸と実質的に平行な方向に、主ガス流によって繊維を噴出する鉱質繊維の 形成方法であって、主ガス流と実質的に同じ方向に補助ガス流を生成し、かつ液 体の結合剤を繊維上へと噴出し、また補助ガス流を独立した流れから構成して、 その流れの一部は特に回転流である方法を提案する。 この回転流により、遠心ホイールの壁から放出された結合剤の、マット上での 分配および厚みに渡る分配が実質的に改善されるだけでなく、マットの実際の構 造も改善される。 回転する補助ガス流は、ローターの軸に対して収束するように方向付けられて いることが好ましい。 より良い分配を得るために、さらに本発明は、液体の結合剤を、特に回転する 補助ガスの流れの一部へ導入する。しかし、結合剤の大部分は複数遠心ホイール の中心へ導入して、遠心力によって分配させることが好ましい。その際、液体の 結合剤のうち約３０％を補助ガス流の内部を経由して導入し、残りを複数遠心ホ イールの中心を経由して導入することが好ましい。 さらに、本発明は上記方法を実施する装置を提案する。これは、実質的に垂直 な軸を有し周囲に溶融材料が注がれる複数遠心ホイールを含み、ホイールの周囲 の溝穴に、少なくとも部分的に、ガス源およびノズルから供給し、また、遠心ホ イールの中心に結合剤を供給するシステムが結合剤を径方向に噴出している間に 、溝穴の回りに位置するガス源からも供給する鉱質繊維の形成装置において、特 に溝穴の周囲に位置するノズルの一部は、回転ガイドを含んでいる鉱質繊維の形 成装置である。 ガイドについては３つの例が挙げられる。それは、アルキメデスねじであるか 、らせん状のロッドから形成されているか、または回転駆動される可動ブレード を含んでいるかである。 ロータリーガイドの中に組込まれる結合剤供給管も、用意されて良い。 さらに本発明は、実質的に垂直な軸を有する複数遠心ホイールの周囲に溶融材 料を注ぎ、遠心により繊維を形成した後、少なくともホイールの周囲の一部に渡 って軸と実質的に平行な方向に、主ガス流によって繊維を噴出する鉱質繊維の形 成方法であって、主ガスと実質的に同じ方向に補助ガス流を生成し、かつ液体の 結合剤を繊維上へと噴出し、そして、結合剤を補助ガス流の中へと供給する方法 を提案する。補助ガス流への結合剤の供給は、主に繊維形成用遠心ホイールの真 下で行うことが好ましい。しかし、結合剤の大部分は複数遠心ホイールの中心へ 導入して、遠心力によって分配させることが好ましい。さらに、液体の結合剤の うち、特に約３０％を補助ガス流の内部を経由して導入し、残りを複数遠心ホイ ールの中心を経由して導入することが好ましい。 説明と図面により、本発明が理解され、その効果が分かるであろう： 図１は、本発明に係る外部遠心機を示す。 図２は、結合剤供給器を示す。 図３は、本発明に係る送風器を付加した、図２と同じ結合剤供給器を示す。 自由遠心を用いて鉱質繊維を大量生産する生産設備には、一般に以下の構成装 置が含まれる：溶融ガラス材料の１つ以上の縦方向のストランドを送る、原材料 を溶融する反応炉、ストランドが供給される１つ以上の繊維化装置、繊維を生産 し液体結合剤とともに散布する装置。繊維はベルトコンベアー上で受け止められ 、マットを形成した時に、結合剤を硬化するオーブン中へと送られる。 溶融反応炉は、通常、天然岩石、および高炉スラグのような工業製品が供給さ れるキューポラ炉である。このキューポラ炉では、約１５００℃の温度でガラス が生産される。流れが図１の繊維化装置へと進み、第１の遠心ホイール１へと落 ち、この第１の遠心ホイール１からホイール２へと、溶融材料が放出される。第 １のホイールは、他のホイールと同じように、装置自体の上で溝穴３に囲まれて おり、この溝穴３を通ってガスが放出される。ガスは、ホイール１を冷却する役 割りを果たす。ホイール２が受け取った溶融材料の一部は、溝穴４から放出され る空気流によってホイール２から引き離されて、遠心ホイール２の軸と実質的に 平行な方向に噴出される繊維を形成する。未繊維化のまま残った材料は、遠心ホ イール５の方へと放出される。以下、同じである。ホイール２のように、ホイー ル５およびホイール６は、それぞれ溝穴７および８を有している。繊維を延伸し 、そして放出するために、この溝穴７および８を通ってホイールの周囲の接線方 向にガスを放出する。ガスの速度は、約１００ｍ／ｓｅｃである。繊維形成用ホ イール２、５、６の回りにあるこのガスにより、繊維をベルトコンベアーへと運 ぶ主ガス流を形成する。ベルトコンベアーでは、繊維の床を形成するために繊維 は集められる。この繊維の床は、最終的なマットを形成する、または少なくとも マットを構成する要素の１つを形成する。 図１の９に見られるように、補助ガス流を形成するためのガスも送風するノズ ルである。ノズルは環を形成しており、また特許EP-B 439 385で説明しているよ うに、補助ガス流により、受け取りベルト上の繊維の分配および配向が良くなる 。 従来、硬化後に繊維を互いに機械的に結合する結合剤は、溝穴１０、１１、１ ２を通って、遠心ホイールそれ自体から放出されていた。 本発明に係る装置は、ノズル９の中で用いられている。この装置には、結果に それぞれ順に寄与する２つの要素が含まれている。それは、ロータリーガイドお よび結合剤の複数の供給器である。 最初に、後者について考える。それは、補助ガス流環のいくつかのノズル９と 実質的に同心をなす管である。図２に、結合剤供給管が備え付けられたこのよう なノズルを示す。ノズル１３は、その端１４を介して繊維化機に取り付けられて いて、管状の導管をなしており、直径は例えば４０ｍｍであり、この時ガスは約 ７０ｍ／ｓｅｃの速度にて放出される。管１６はノズルの出口１５の軸上にある ことが好ましく、この管１６により、ノズル１３を通って流れるガス流の中心に 、結合剤を供給することができる、 図１の補助ガス流環の中の様々な点で結合剤を供給するように、実験が行われ た。結合剤の第２の供給器を３つの繊維形成ローター２、５および６の下に、特 に１番目のローター２および２番目のローター５の下に取り付けた時に、繊維マ ット中の結合剤の分配が著しく向上することが見られた。この結合剤の複数の供 給器は、環の中のいくつかのノズルと関連しているが、すべての結合剤を供給す る役割を果たすわけではない。最も良い条件は、３０％のみが環に送られて、残 りは従来の仕方でホイール１０、１１、１２の中心から放出される時であること が見られた。 図３において、結合剤の供給器だけでなくロータリーガイドも備え付けた、ノ ズルを示す。これらの２つの機器は互いに独立しており、それ自身がそれぞれ効 果的である。ロータリーガイドは、図１の９のようなノズルから放出される補助 ガス流を、回転させるためのものである。図３に示したシステムは、「コルク栓 抜き」型であり、つまり、らせん形の金属ロッド１７がノズルと同心にノズルの 内部に配置されている。ノズルの中を運ばれてきたガスが、高速（例えば７０ｍ ／ｓ）で、らせんロッドと出会った時、ガスは回転してノズル軸のまわりを回転 する。その他の同等な機器、特に、軸がノズル軸と一致する固定アルキメデスね じ、さらにノズル軸のまわりを動くブレードを含むシステムも実験された。ここ で、ブレードは、ガス流速度を定めた時にブレードが回転することができる、わ ずかならせん形をなしている。これらのロータリー機器をすべて使用することに より、補助ガス流の少なくとも一部を回転させることができる。 上記手段の効力を評価するために、多くの比較試験を行った。それぞれの手段 によって、つまり、一方のロータリーガイド、他方の結合剤の中央供給器によっ て、また両手段の組み合わせによって、同じ条件のもとで多量の鉱質ウールを製 造し、結果を比較した。 比較用の２つの試験において同じ値に保持する製造パラメータは、基本的に、 延伸度合い、最終マットの密度、結合剤、および個々の繊維の性質つまり直径お よび長さである。 最終製品での結合剤分配を評価するための試験は、つまり試験結果を評価する ための試験には２つの種類がある。１つは光学的測定であり、もう１つは引裂試 験である。 光学的外観は、完成マットの表面の色を測定することで評価する。色は、三原 色座標Ｌ^*、ａ^*、ｂ^*、を用いて測定する。比色計は、直径８ｍｍの円表面を 反射で測定するもので、ミノルタ（MINOLTA）株式会社のＣＲ１００である。１ ｍ×１ｍのパネルにおいて、均一な間隔に配置された３０の測定点を選択した。 製品は結合剤のために黄色くなるため、Ｌ^*（輝度）およびｂ^*（青色）の座標の みを測定した。測定は、Ｌ^*が０．６２よりも大きく、かつｂ^*が０．２０よりも 小さい測定点の割合を計算することである。これらの範囲により、結合剤が欠落 した（「白スライバー」）領域、および結合剤が正規に堆積している領域を選別 することができる。計算された割合を用いて、「白スライバー含有率」を求める ことができる。 引裂試験は、マット表面に対して垂直な方向の、最終製品の引張り強度を決定 するためのものであり、標準ＣＥＮ／ＴＣ８８に基づいて実施した。製品ライン の幅に渡って測定したのは、幅に渡って均一に分配する１６個の１０ｃｍ×１０ ｃｍの試料である。予め製造した１０ｍｍ厚のプラスターパッドを、それぞれの 表面に接着剤を用いて接着した。そして、接着剤が硬化した後、試料を１つづつ インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）の引張り計の中へ装着し、破壊した瞬間の強度 、つまり１つの面が引き離され他の面が固定したままとなっている時の強度を記 録した。 引裂強度σは、ｋＮ／ｍ²で： σ＝１０^-3Ｆ／Ｓ、 ここで、Ｆはニュートンで測定した力であり、Ｓは面積である（０．０１ｍ² ）。 「白スライバー含有率」の測定は、３つの異なる試験、および基準製品マット について行った。製品マットは、密度が４５．５ｋｇ／ｍ³、最終製品中の結合 剤の量は３．１％、そして白スライバー含有率は２２％であった。 本発明に係る３つの試験は、以下の条件のもとで実施した。 １．回転のみ 環のノズルにはすべて、図３のらせんロッドを含むロータリーガイドを備え 付けた。結合剤は、遠心ホイール１０、１１および１２の中心を介して従来どう りに供給した。 ２．ノズルへの結合剤の供給 ノズル９にはどれにもロータリーガイドを含ませなかった。結合剤供給管を 、８番目と１５番目の間、および２３番目と２５番目の間に配置したノズルのす ベてに装着した。ここで、図１のノズルは正の方向に番号付けされており、図の 左上から始まっている。結合剤の７０％を遠心ホイールの中心に供給し、３０％ をノズルを介して供給した。 ３．回転およびノズルへの結合剤の供給 これは、上記２つの手段を組み合わせたものである：ノズルにはすべてロー タリーガイドを備え付け、ノズル８から１５および２３から２５には、結合剤管 を備え付けた（供給割合は、上述と同じ）。 結果を表に示す： この結果から、提案した２つの手段は、つまり回転、および結合剤の外部から の供給は、それぞれ単独でも効果があり（それぞれ３２％および４１％の向上あ り）、さらにこれらを組み合わせることで、より効果がある（「白スライバー」 がほとんど消えている）ことが示される。 さらに、２つのシステムを組み合わせたことで得られる非常に良い結果を、密 度が上述の倍である別の試験の間に、引裂試験を実施することで確認した。 この結果も、表にまとめる。 １６％の向上が引裂挙動に見られる。 このように、視覚的外観（白スライバー含有率）および機械的性能（引裂）の 両方が、本発明に係る方法によって著しく向上している。 結合剤の分配が、このようにより良くなることにより、最終マットの機械的挙 動に加えて、別の効果がもたらされる：より密着性良くマットを形成できる。こ のことは、マットを２つの段階で製造するときに、特に効果的である。２つの段 階とは、つまり主ウェブをできるだけ薄く形成し、次にいくつかの厚みの主織物 を、最終のマットの軸と垂直にジグザグに堆積することである。主ウェブの枚数 が多くなるほど、つまり他のすべてが等しいとして、個々の厚みが小さくなるほ ど、最終マットの性能特性が良くなる。 通常の製品マットは、主ウェブの表面密度についてはその下限（この最小値を 下回ると、ウェブは引裂して穴が現れる）に限られていたが、本発明により、同 じ製造条件のもとで、少なくとも３０％低い値にまで下げることが容易に可能に なったことが、試験により示された。これは、つまり主織物を３０％薄くでき、 最終マットの品質を実質的に向上できることを意味する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＮ，ＣＺ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＮＯ，ＰＬ，ＳＩ，ＳＫ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に垂直な軸を有する遠心ホイールの周囲に溶融材料を注ぎ、遠心に より繊維を形成した後、少なくともホイールの周囲の一部に渡って軸と実質的に 平行な方向に、主ガス流によって繊維を噴出する鉱質繊維の形成方法であって、 主ガス流と実質的に同じ方向に補助ガス流を生成し、かつ液体の結合剤を繊維上 へと噴出する方法において、結合剤を、補助ガス流の中へと供給することを特徴 とする方法。 ２．補助ガス流への結合剤の供給を、主に繊維形成用遠心ホイールの下で行う ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．結合剤の大部分は遠心ホイールの中心へ導入し、遠心力によって分配させ ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．液体の結合剤のうち約３０％を補助ガス流の内部を経由して導入し、残り を遠心ホイールの中心を経由して導入することを特徴とする請求項３記載の方法 。 ５．補助ガス流は独立した流れから構成され、その流れの一部は特に回転して いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。、 ６．実質的に垂直な軸を有し周囲に溶融材料が注がれる遠心ホイールを含み、 ホイールの周囲の溝穴に、少なくとも部分的に、ガス源およびノズルから供給し 、また、遠心ホイールの中心に結合剤を供給するシステムが結合剤を径方向に噴 出している間に、溝穴の回りに位置するガス源からも供給する鉱質繊維の形成装 置において、特に溝穴の周囲に位置するノズルの一部は、液体結合剤の供給管を 含んでいることを特徴とする装置。 ７．特にノズルの一部は、回転ガイドを含むことを特徴とする請求項６記載の 装置。 ８．ガイドはらせん状のロッドから形成されることを特徴とする請求項７記載 の装置。 ９．ガイドはアルキメデスねじから形成されることを特徴とする請求項７記載 の装置。 １０．ガイドは回転駆動される可動ブレードを含むことを特徴とする請求項７ 記載の装置。