JPS6086051A - 繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粘稠状態にある物質、例えばガラス、プラスチ
ックから該物質の繊維、特に高粘稠状態のガラスからガ
ラス繊維を製造する方法に関し、さらに詳しくは２〜３
μ以下の極細ガラス繊維製造方法に係る。

近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の集積回路等の電気部品名又は時
８１、カメラ等の精密部品等の組立て作業は、その性能
低下を防止するために除塵し、調温調湿された所謂クリ
ーンルームで行なわれ、その作業はさらに増大傾向にあ
る。゛この作業室内の空気を除塵するためにフィル、タ
ーとしての微細なガラス繊維が用いられているが、その
需要量はさらに増大傾向にあり、又品質においても、高
性能が要求されている。このフィルターに用いられるガ
ラス繊維は要求品質によって異なるが、０．２μ〜３μ
ｍの直径を有している。

又、一方向動車用あるいはメートバイ用の鉛蓄電池は、
従来電解液として希硫酸液が用いられていたが、振動あ
るいは転倒によりその液が外部に洩れ、時折補充しなけ
ればならなかった。ところカｉｆラス繊維に希硫酸を溶
みこませて電極間に配置させることにより、転倒しても
電解液が洩れないような方法が開発された。このため蓄
電池用に用いられるガラス繊維の需要量は増大傾向にあ
る。

これら空気フィルター用あるいは蓄電池用に用いられる
ガラス繊維はその直径が０．２〜３μｍと非常に細かい
知識Ｋｄｆであり、一般住宅等に用いられている断熱用
ガラス繊維に比しその直径が約’／ｓｏ　−’／Ｊであ
る。

従来ガラス短繊維の製造方法としては、たとえば次の方
法が知られている。即ち （１）　蒸気吹付は法・・・流下する溶融ガラスに高圧
蒸気を吹付け、吹き飛してウールにする。

（２）　火炎延伸法・・・ガラスの固形細線に高速の火
炎を当てて細繊化する。

（３）　遠心法・・・綿菓子を作るのと同じ原理で溶融
ガラスを遠心力で振り飛しさらに高Ｍ　％　流にアテて
繊維化する。

（４）　）トーション法・・・溶融ガラス流に沿いそれ
を第２ジエツト流に導びき入れる高温高圧ガス流によっ
て導びき入れられたガラス流を第２ジエツト流である高
温高速ガス流によって細繊維化する。

さらには、 （，５＋　ＲＧ　Ｊ法（ロータリーガスジェント法）・
・・溶融ガラス流に沿って渦巻き状に高温高圧ガス流を
畑 吹き伺けて、ガラスを横繊維化する。（特開昭３２−２
３／／３、特公昭３７−７７１３３など）ＲＧＪ法はよ
り詳細に述べると、粘稠物質を流出オリフィスから流出
させ、前記流出オリフィスの周りに周方向に間隔を置い
て配置した、すくなくとも３本の気体噴出ノズルから直
線状高速気体流を吹き出さぜ、ここにおいて前記気体流
の各々は、前記物質の中心軸線を横断する断面の外周に
役う接線方向の成分と、前記物質の流出方向に向ってま
ず前記物質の中心軸線に徐々に接近し、次に前記中心軸
線から徐々に陥れて行く成分とを有しており、それによ
り前記物質の流出開始部から前記気体流が前記物質の中
心軸線に最も接近する部分までの範囲にある第１の区域
において、前記物質をその中心軸線のまわりに自転せし
めるとともに、その流出方向に向って断面が徐々に減少
する実質上円錐形状にせしめ、そして第１の区域につづ
く第２の区域において、前記物質を円錐形状の先端から
繊維状にせしめて、前記流出方向および半径方向外方に
うずまき状に飛び出さぜ、その後にこの繊維状のＡｉｌ
記物質を前記中心軸線から徐々に離れて行＜　ｎｆＪ記
気体流に接触させて、更に引き伸しをおこない、そして
ここにおいて前記気体流が前記物質の中心軸線に最も接
近する位置と前記流出オリフィス先端の位置との間の距
離は、前記流出オリフィスの内径の０．２〜ＩＯ倍であ
り、かつ［す合う前記気体流の間の角度は、前記物質の
中心軸線に垂直な面ではかって１３Ｓ０よりも小さい繊
維の製造方法である。

これらの方法によって作られたカラス繊維は一般的には
一般住宅の断熱４Ｊ又は、工業用配管等の保温材として
用いられ繊維径としては約３〜２０μｍである。

一方、前記空気フィルター用等に用いられる極細繊維を
作るには、各々の方法において次のような問題がある。

（１）の蒸気吹付は法では、直径が３μｍ〜λμｍ程度
までは細繊維化可能であるが、それより細かい繊維は得
られない。それは、それ以下の繊維径になる前にガラス
が固化してしまうためと思われる〇又この方法では流下
するガラスの流れが高速気流によって分断されやすく、
高速気流への粘調状態にあるガラスの供給がうまくゆき
にくいので、この方法で製造したフィラメントは太さが
不均質で所謂、膜（フレーク状ガラス）、ボール（玉状
ガラス）、ショット（太い繊維）などの欠点の多いもの
である。

遠心法は溶融した加熱較化性物質を回転するディスクあ
るいはスビーナーに供給し、その周辺の穴又は突起から
遠心力によみで出て来る糸状物質を高速気流にて吹き飛
ばすものだが、数μｍ以下の直径のガラス繊維を得るの
は非常に困難である。

それはガラスが数μｍ以下になろうとした時、周囲の雰
囲気温度が低く、ガラスが延伸する以前に固形化してし
まうためと思われる。又、この遠心法では高温の回転機
構部を有しているのでその劣化が？いという欠陥がある
。

焼延伸法においては一旦形成された一次繊維を高温高速
気流中に連続的に挿入して、−次繊細を加熱軟化させる
と同時に高速気流によって引きのばしを行ない、径の細
くて長い良質の短繊維が得られる。しかしながら、−次
繊維の再加熱軟化と高速気流による延伸とを同時に行っ
ているため、−次繊維の延伸に必要な運動エネルギーと
加熱軟化に必要なエネルギーを同時に与えるので（これ
はガスからガラスへの伝熱の熱効率が悪いため、特に大
量に必要）延伸に必要なエネルギー以上のガスの使用が
必要であった。又この方法は前記フィルター用等に用い
られている極細繊維を産業用にも製造している唯一の方
法であるが、より細い繊維を得るためには高温高速気流
中に挿入する一次繊維の直径を均一かつ細くしなければ
ならない。

このため細繊化に必要なガス使用量が非常に多い。

例えばｇ〜りμｍのガラス繊維を／Ｋｇ得るのにブタン
を約／Ｋｇ使用し２μｍの場合では３Ｋｇ、００４８ｍ
の繊維径の場合では、約６Ｋｇのブタンが必要である。

この欠点をなくすため一次繊維を高速ガス気流中に挿入
する直前に予熱するなどの改良（たとえば米国特許第、
２１．０７０？、！；号）が試みられて来たが、必ずし
も十分満足できるものではなかった。

又、一方トレーンヨン法は前記火炎延伸法を改良し、−
次繊維を溶融ガラスにてＪし成し、高温高速ガス気流中
に導入するので、高温高速ガス気流中に導入されたガラ
スはすでに軟化しており、高温高速ガス気流はガラスの
細繊化のみに使用される。従って、ガラスの細繊化のた
めの熱効率は前記火炎延伸法に比し、著しく向上してい
る。ところが高温高速気流中に導入されるガラス流は一
つのガラス流出オリフィスから流下して一条を形成して
いるのみである。従ってガラス流出オリフィスを高温高
速気流とほぼ直交して一列に配列して高温高速気流中に
ガラスを導入しようとしてもガラス流出オリフィスの製
作上物理的制約から、その配列ピッチを短かくすること
には限界がある。

そのため熱効率上、今一つ満足できるものではなかった
。

ＲＧＪ法はオリフィスより流出した溶融ガラス流に沿っ
て渦巻き状に高温高圧ガス流を吹きつけてガラスを細繊
化するので、熱効率的には優れた繊維化法である。ただ
、３μｍ以下の細い繊維を得る場合には、オリフィスよ
り流出してくるガラスの粘度を下げることが必要である
が、ガラス流出のオリフィスの暴利の白金が温度的に使
用限界となる。又、ガラス繊維に耐薬品性がめられると
ガラス組成からその傾向はさらに強まり問題がある。

本発明は従来法のこれらの欠点のない極細の短繊維を効
率的に製造するところを目的とするものである。

本発明はＲＧＪ法同様オリフィスより流出した溶融ガラ
ス流に沿って渦巻き状に高温ガス流を吹き伺けてガラス
を繊維化しているが、その高温ガス流に吹き飛ばされた
繊維をさらに高Ｗｌｌｉ高速ガス気流中に導入して細繊
化しようとするものである。

本発明は熱軟化性物質または粘稠物質の流出オリフィス
とその周囲にほぼ対称に配置された複数個のガス噴出ノ
ズルから成り、当該ガス噴出ノズルの中心軸は該熱軟化
性物質流に１％’３って渦巻き状に包め込み該熱軟化性
物質流出オリフィスの下方中心軸上にほぼ収斂する収斂
点を有しており、さらにその収斂点より下方において当
該熱帖化性物質流出オリフィスの中心−１１にほぼ１α
角か斜めに交差する中心軸を有する第３のガス噴出／ズ
ル又ｉｊスリットを有する熱軟化性物質の製造方法を提
供することにある。

すなわち本発明は粘稠物質を流出オリフィスから流出さ
せ、前記流出４　リアイスの周りに周方向に間隔を置い
て配置した、すくなくとも３本の気体噴出ノズルから直
線状高速気体流を吹き出させ、ここにおいて前記気体流
の各々は、前記物質の中心軸線を横断する断面の外周に
沿う接線方向の成分と、前記物質の流出方向に向ってま
ず前記物質の中心軸線に徐々に接近し、次に前記中心軸
線かう徐々に離れて行く成分とを有しており、前記物質
の中心軸線に前記気体流が最も接近した位置（第１収斂
点ともいう）よりも前記物質の下流側において前記物、
質の中心４１＋線を横切る方向に別の高速気体流を吹き
出させる繊維の製造方法である。

また本発明のｍ維の製造装置は、粘稠物質を流出させる
ための流出オリフィスと、前記流出オリフィスの周りに
周方向に間隔を置いて配」したすくなくとも３本の第１
の気体噴出ノズルと、ｌ］’Ｊ記オリフィスの中心軸線
を横切る方向に中心軸を有する第一の気体噴出ノズルと
からなり前記第２の気体噴出ノズルの内壁の延長面は、
前記第１の気体噴出ノズルの中心軸線が前記オリフィス
の中心軸線に最も接近する位置よりも１１１記オリフイ
スから遠い側に位置するようにしである。

本発明の特徴をさらによく理解するために、第１図及び
第２図を用いて説明しよう。

第１図は本発明の繊維化装置の一実施態様の概略部分平
面図であり、第一図は第１図のＡＡ’線に沿った概略部
分断面図である。

第１図において、Ｍは溶融ガラス流出オリフィス３の開
１」テあり、ａｌｙｂｌ＋ａ’ｌ＋ｂ’１は溶融ガラス
流出オリフィス３（Ｍ）の周囲にほぼ対称に配置された
ガス噴出ノズルの第１の群である。

第２図はガス噴出ノズルの第１の群を横切る断面が示さ
れている。第１図において第１の群のガス噴出ノズルは
ｔ個示されているが、本発明のガラスｍ細化装置におい
ては第１の群のガス噴出ノズルを複数個溶融ガラス流出
Ｊリフイスの周囲にほぼ対称に有していることが必要で
あり、その数は制限的ではない。

さらにまた、第１の群のガス噴出ノズルの外側に補助の
ガス噴出ノズルを複数個設けてもよく、その中心軸は第
１のガス・噴出ノズルの中心軸線が流出オリフィスの中
心軸線に最も接近する点、すなわち第１の収斂点の更に
下方であって該溶融ガラス流出オリフィスの中心軸上に
ほぼ収斂するか又は完全に収斂する第２の収斂点を有し
ているか、あるいは該溶融ガラス流出オリフィスの中心
軸に平行であってもよい。

第２図においてｇは高温高速ガスを噴出するノズル、又
はスリット状のガス噴出孔（以下第２ブラストと呼ぶ）
であってその上端部またはその内壁の延長面は第１のガ
ス噴出ノズルの中心軸の１■斂点より僅かに下方に位置
している方が望ましい。

もし第２ブラストの上端部が第１ガス噴出ノズルの中心
軸の収斂点より上にあると、ガラス流りの円錐状のコー
ン形状がガス流９の作用をうけて乱れ、流れが不均一と
なる。このため繊維化物が発生する様になる。

従って第１の群のガス噴出ノズルａ１　、ａ’１　、ｂ
ｌ　。

ｂ′１より出たガス流によって、回転力を受けた硝子°
流Ｓは第１の群のガス噴出ノズルの収斂点Ｃを通り過ぎ
た所で開放され、それ自身が有していた遠心力でガラス
流出オリフィス３の中心軸と直交する平径方向へと飛び
出すが、一部第１の群のガス噴出ノズルａ１．　＋　ａ
　’ｌ　＋　ｂｌ、ｂ　’ｌ　より噴出したガス流によ
り吹き飛ばされ、コブラストざより噴出された高温高速
のガス流９の中心部に入り込み、より高速のガス流の作
用を受ける。−力筒１の詳のガス噴出ノズルａＩＩａ′
１ｇｂｌｔｂ′１より噴出されたガス流に乗らないガラ
ス流はガス流９の低速域又は伴流域に入り込む。ガス流
ワの中心部に入り込んだガラスと低速域又は伴流に入り
込んだガラスは連続しているので、ガス流りに入り込ん
だ後のガス流の時間的変位差によ′って延伸され細くな
る。

従って第１の群のガス噴出ノズルａ１　ｖ　ａ’ｌ　＋
　ｂｌ　＋　”１より噴出されるガス流ＳのｌＪｉ位断
面積あたりの運動量はガス流ワの単位断面積あたりの運
動量よりも大であり、第１の群のガス噴出ノズルａｌ　
ｌ　ａ／１ｔｂ１．ｂ’１より噴出されたガス流ｊは第
２ブラストより噴出されたガス流ワの中心域（ガス流速
最高域）まで到達することが望ましぐ、その場合細い繊
維が得られる。

前述の補助のガス噴出ノズルを設けた場合には、補助ガ
ス噴出ノズルから吹き出されたガス流は硝子流５をガス
流ワの中心域にまで押し込むのに役立ち、より細い繊維
が得られる。又、−力筒２ブラストより噴出されたガス
流りはその断面方向における速度分布が大きければ大き
い程細い繊維が出来る。又、第２ブラストより噴出され
るガス流の温度は極細のガラス繊維を作る場合において
は１０００°Ｃ以上好ましくは／３００°Ｃ以」二が良
い。

但し、ガラス組成によっても異なるがあまり高くしすぎ
ると繊維が再溶解し、その表面張力が勝り球状となる。

本発明のガラス繊維化装置の好ましい実施態様を示せば
以下の通りである。

（１）　各オリフィス又はノズルの直径と長さ０溶融ガ
ラス流出オリアイスの、直径（第２図のＤＬ）０．１１
−２．３ｍｍ、好ましくは０．　！；Ｎ／、０ｍｍ０第
１の群のガス噴出ノズルの直径（第２図のＤｏ）０．２
〜／　、３　ｍ　ｍ　、好ましくはｏ、ｓ〜ｏ、ｔｒｍ
ｍおよび同長さく第２図のＬｏ　）　ｔ−ｙ、ｓｍｍ　
、好ましくは／、！；−１１，０ｍｍ（２）　断面にお
ける第１のガス噴出ノズルの位置関係０開口面における
中心軸間の距ｍ＜第２図のＢＧ）７〜３ｍｍ　、好まし
くはλ〜ｇｍｍ Ｏ溶融ガラス流出オリフィスの中心軸に垂直な仮想平面
と第１のガス噴出ノズルの中心軸とがなす角（第２図の
α）２０°〜７０°、好ましくは３５°〜！；！；０ ０開口面と第１の収斂点との間の垂直距離（第２図のＬ
Ｐ’）０．　！；〜Ｊｍｍ　、好ましくは１〜．２ｍｍ
（３）断面における第２ブラストの位置関係０第１のガ
ス噴出ノズルの開口面と第２ブラスト開口面の上端まで
の距離（第２図のＬＢ）０、乙〜ｓｍｍ　、好ましくは
１〜３ｍｍただしＬＢはＬＦよりも大きい ０第２ブラストの開口面の径（第２図のＳＢ）／−１０
ｍｍ、好ましくはれｓ−ｓ　ｍ　ｍＯ溶融ガラス流出オ
リフィスの中心軸と第２ブラスト開口面までの距ｍ（第
２図のＳＬ）／、！；−２０ｍｍ　、好ましくは２〜１
０ｍｍ０第２ブラストのガス流出中心軸と溶融ガラス流
出オリアイスの中心軸に垂直な仮想平面とのなす角（第
２図のβ）０〜６０°、好ましくはｏ−＜ｔｓｏ（４）
　平面におけるガス噴出ノズルの位置関係０溶融ガラス
流出オリアイスに対向して位置する２つの第１ガス噴出
ノズルの関係、すなわち第１の収斂点をとおり、溶融ガ
ラス流出オリアイス中心軸に垂直な仮想平面内における
２つのガス噴出ノズル中心軸間の距離（第１図のＳＧ）
が００３〜２ｍｍ、好ましくは０．７−／、３ｍｍ ０隣りあう溶融ガラス流出オリアイスの中心軸間の距離
（第１図のＰ）が八ｏｍｍ〜１０ｍｍ％好ましくは八Ｓ
〜ｔｍｍ 第１図〜第λ図に示された本発明のガラス繊維化装置で
は、ガラス溶融槽（図示せず）で溶融され、繊維化装置
（白金ポット）ｌに流入した溶融ガラス２は溶融ガラス
流出オリフィス３から流出し、高温高圧ガス発生装置（
図示せず）から入口（図示せず）を通って供給され、マ
ニホルド７．７を経て第１のガス噴出ノズルｖ、　ｔｌ
、’　から噴出した高温、高圧のガスの作用をまず受け
て円錐（コーン）１０を形成しつつ繊維化され、次に第
２ブラストざより噴出された高温高速のガス流９の作用
によりさらに加熱延伸され極めて細いガラス繊維となる
。

本発明のガラス繊維製造法を用いて溶融ガラスの繊維化
を実施する場合には、第１の群のガス噴出ノズルのみを
有するガラス繊維化装置を用いた場合と比較して、さら
には又、第１の群及び第２の群のガス噴出ノズルを有す
るガス繊維化装置を用いた場合と比較して前記装置では
得られなかった２、０μｍ　以下の極めて細い繊維が容
易に得られるようになった。又、大要延伸法と比較する
と加熱延伸に用いる熱エネルギーはＩ／３〜／／ｌＩで
ありトレージョン法に比較しても約／／２以下で同品質
の棲めて細い繊維が得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の繊維化装置の一実施態様の概略部分底
面図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ’線に沿った概略
部分断面図である。 ２・・・粘稠物質、３・・・流出オリアイス。 ４！−・・第１の気体噴出ノズル、ｆ・・・第１の気体
噴出ノズル（第２プラス））、９・・・別の高速気体流
。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）粘稠物質を流出オリフィスから流出させ、前記オ
   リフィスの周りに周方向に間隔を置いて配置した、すく
   なくとも３本の気体噴出ノズルから直線　３状高速気体
   流を吹き出させ、ここにおいて前記気体流の各々は、前
   記物質の中心軸線を横断する断面の外周に沿う接線方向
   の成分と、前記物質の流出方向に向ってまず前記物質の
   中心軸線に徐々に接近し、次に前記中心軸線から徐々に
   離れて行く成分とを有しており、前記物質の中心軸線に
   前記気体流が最も接近した位置よりも前記物質の下流側
   において前記物質の中心軸線を横切る方向に別の高速気
   体流を吹き出させる繊維の製造方法。 （２）　粘稠物質を流出させるための流出オリフィスと
   、前記流出オリフィスの周りに周方向に間隔を置いて配
   置したすくなくとも３本の第１の気体噴出ノズルと、前
   記オリフィスの中心軸線を横切る方向に中心軸を有する
   第２の気体噴出ノズルとからなり、前記第２の気体噴出
   ノズルの内壁の延長面は、前記第１の気体噴出ノズルの
   中心軸線が前記オリフィスの中心軸線に最も接近する位
   置よりも前、記オリフィスから遠い側に位置するように
   した繊維の製造装置。