CN115803293A - 异形截面玻璃纤维用喷嘴及异形截面玻璃纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

异形截面玻璃纤维用喷嘴(8)设置有扁平的喷嘴孔(6)，该喷嘴孔(6)具有熔融玻璃(2)的流入口(6a)和流出口(6b)，包围喷嘴孔(6)的壁部具有在喷嘴孔(6)的长径方向上对置的一对短壁部(12)和在短径方向上对置的一对长壁部(11)，异形截面玻璃纤维用喷嘴(8)用于利用从喷嘴孔(6)流出的熔融玻璃(2)制造异形截面玻璃纤维(2f)，针对一对短壁部(12)的每一个短壁部(12)，在短壁部(12)的位于流出口(6b)侧的端部的端部区域(T)设置相对于喷嘴孔(6)的轴线(6x)倾斜的倾斜部(12aa)。

Description

异形截面玻璃纤维用喷嘴及异形截面玻璃纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及用于利用熔融玻璃制造截面形状为扁平的异形截面玻璃纤维的喷嘴、以及使用该喷嘴的异形截面玻璃纤维的制造方法。

背景技术

作为玻璃纤维的一种，已知截面形状为扁平的异形截面玻璃纤维(参照专利文献1)。异形截面玻璃纤维在与树脂混炼而复合化时能够实现高的增强效果，因此在被用作纤维增强塑料(FRP)用的纤维等各种领域中被利用。

在制造异形截面玻璃纤维时，例如，从用于使熔融玻璃流通的送料器向挤出器供给熔融玻璃，从挤出器所具备的多个喷嘴中分别引出熔融玻璃并进行冷却。该喷嘴中设置的喷嘴孔的形状一般为扁平的孔形状(椭圆形、长圆形等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017/221471号

发明内容

发明欲解决的技术问题

在制造异形截面玻璃纤维时，存在下述这样的要解决的问题。即，从喷嘴孔流出的熔融玻璃会由于表面张力而以表面积变小的方式变形，因此难以形成高扁平率的异形截面玻璃纤维。

鉴于上述情况而完成的本发明的技术问题在于，使得在制造异形截面玻璃纤维时，能够制造高扁平率的异形截面玻璃纤维。

用于解决问题的技术手段

用于解决上述课题的本发明是一种异形截面玻璃纤维用喷嘴，其特征在于，设置有扁平的喷嘴孔，喷嘴孔具有熔融玻璃的流入口和流出口，将喷嘴孔包围的壁部具有在喷嘴孔的长径方向上对置的一对短壁部和在短径方向上对置的一对长壁部，异形截面玻璃纤维用喷嘴用于利用从喷嘴孔流出的熔融玻璃制造异形截面玻璃纤维，针对一对短壁部的每一个，在短壁部的位于流出口侧的端部的端部区域具有相对于喷嘴孔的轴线倾斜的倾斜部。

在本喷嘴中，通过在端部区域具有相对于喷嘴孔的轴线倾斜的倾斜部，从而与以往那样在端部区域没有倾斜部的情况相比，端部区域与熔融玻璃的接触面积扩大。由此，短壁部的端部区域拉伸熔融玻璃的能力(沿着喷嘴孔的长径方向拉伸的能力)提高，与此相伴，能够抑制表面积因表面张力而变小那样的熔融玻璃的变形。其结果，能够将所制造的异形截面玻璃纤维形成为高扁平率。

在上述结构中，倾斜部优选具有倾斜面，该倾斜面以随着从流入口侧朝向流出口侧而远离喷嘴孔的中心侧的方式倾斜。

这样，短壁部的端部区域拉伸熔融玻璃的能力进一步提高，在将异形截面玻璃纤维形成为高扁平率方面更有利。

在上述结构中，优选短壁部在端部区域具有与倾斜部相连的底壁面，长壁部在流出口侧的端部具有底壁面，与长壁部的底壁面在与长径方向正交的截面上的长度相比，倾斜部在与短径方向正交的截面上的长度与短壁部的底壁面在与短径方向正交的截面上的长度之和更长。

在制造异形截面玻璃纤维时，除了短壁部的倾斜部之外，短壁部和长壁部的底壁面也成为被熔融玻璃润湿的状态。此时，倾斜部和底壁面将熔融玻璃拉伸。进而，为了提高所制造的异形截面玻璃纤维的扁平率，与喷嘴孔的短径方向相比，沿着长径方向拉伸熔融玻璃是有利的。并且，若采用本结构，则能够沿着喷嘴孔的长径方向有效地拉伸熔融玻璃，在将异形截面玻璃纤维形成为高扁平率方面更加有利。

在上述结构中，优选倾斜部由单个倾斜面构成。

这样，熔融玻璃不容易滞留，能够抑制失透。

进而，用于解决上述课题的本发明是一种制造异形截面玻璃纤维的方法，其特征在于，使用异形截面玻璃纤维用喷嘴进行制造，该异形截面玻璃纤维用喷嘴设置有扁平的喷嘴孔，该喷嘴孔具有熔融玻璃的流入口和流出口，将喷嘴孔包围的壁部具有在喷嘴孔的长径方向上对置的一对短壁部和在短径方向上对置的一对长壁部，使用异形截面玻璃纤维用喷嘴，该制造方法用于利用从喷嘴孔流出的熔融玻璃制造异形截面玻璃纤维，针对一对短壁部的每一个，在短壁部的位于流出口侧的端部的端部区域具有相对于所述喷嘴孔的轴线倾斜的倾斜部。

根据本方法，对于上述异形截面玻璃纤维用喷嘴，能够得到与已述的作用、效果相同的作用、效果。

发明效果

根据本发明，在制造异形截面玻璃纤维时，能够制造高扁平率的纤维。

附图说明

图1是概略地表示异形截面玻璃纤维的制造方法及制造装置的剖视图。

图2是概略地表示异形截面玻璃纤维用喷嘴的周边的剖视图。

图3是概略地表示异形截面玻璃纤维用喷嘴的周边的仰视图。

图4的(a)是从长壁部侧观察异形截面玻璃纤维用喷嘴的侧视图，(b)是图3的喷嘴的4b-4b剖视图，(c)是(a)的4c-4c剖视图。

图5是放大表示图4(b)中的A部的剖视图。

图6是表示异形截面玻璃纤维用喷嘴中的长壁部的底壁面的周边的剖视图。

图7是表示异形截面玻璃纤维的剖视图。

图8是表示异形截面玻璃纤维用喷嘴的变形例的图，(a)是从短壁部侧观察异形截面玻璃纤维用喷嘴的侧视图，(b)是图3的喷嘴的4b-4b剖视图，(c)是(a)的4d-4d剖视图。

图9是变形例所涉及的异形截面玻璃纤维用喷嘴的仰视图。

符号说明

2 熔融玻璃

2f 异形截面玻璃纤维

6 喷嘴孔

6a 流入口

6b 流出口

6x 轴线

8 异形截面玻璃纤维用喷嘴

11 长壁部

11b 底壁面

12 短壁部

12a 内壁面

12aa 倾斜部

12b 底壁面

L1 长度

L2 长度

L3 长度

T 端部区域

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的异形截面玻璃纤维用喷嘴以及异形截面玻璃纤维的制造方法进行说明。

如图1所示，异形截面玻璃纤维由制造装置1制造。制造装置1具备：送料器3，其使由省略图示的熔融炉生成的熔融玻璃2流通；挤出器4，其配置于比送料器3靠下方的位置；以及管5，其将送料器3与挤出器4连接。熔融玻璃2从送料器3经由管5向挤出器4供给。然后，熔融玻璃2从挤出器4的喷嘴孔6流出。熔融玻璃2被冷却而成为异形截面玻璃纤维2f(以下，记为玻璃纤维2f)。

在本实施方式中，熔融玻璃2由E玻璃构成。但是，并不限于此，熔融玻璃2也可以由D玻璃、S玻璃、AR玻璃、C玻璃等其他玻璃构成。

送料器3与省略图示的玻璃熔化炉连接。送料器3能够使由玻璃熔化炉连续生成的熔融玻璃2流通。在送料器3的内部形成有熔融玻璃2的液面2a。

挤出器4在底部具备基板7。在基板7设置有多个异形截面玻璃纤维用喷嘴8(以下，记为喷嘴8)和配置在这些喷嘴8附近的冷却管9。多个喷嘴8具有相互相同的结构。详细内容后述，设置于各喷嘴8的喷嘴孔6形成为扁平。

管5形成为管轴在上下方向上延伸的圆筒状。管5的上端部与送料器3的底部连结，管5的下端部与挤出器4的上端部连结。需要说明的是，管5只要能够将送料器3与挤出器4连接，则形状、管轴延伸的方向也可以与本实施方式不同。

关于挤出器4、管5、喷嘴8及冷却管9各部件，其一部分或整体由铂或铂合金(例如铂铑合金等)构成。另外，在本实施方式中，这些部件中的管5整体由铂或铂合金构成。

从送料器3与管5的连接部到挤出器4的喷嘴孔6为止的整个流路被熔融玻璃2充满。由此，用于使熔融玻璃2从喷嘴孔6流出的压力(头压)由喷嘴孔6与送料器3内的熔融玻璃2的液面2a的高低差H决定。在此，高低差H例如可以通过变更管5的长度来进行调节。

形成玻璃纤维2f时的熔融玻璃2的温度、粘度分别设定为1100℃～1250℃(优选为1150℃～1200℃)、10^2.6dPa·s～10^3.8dPa·s(优选为10^2.9dPa·s～10^3.3dPa·s)。需要说明的是，在此所说的“熔融玻璃2的温度、粘度”是指流入喷嘴8的位置处的熔融玻璃2的温度、粘度。熔融玻璃2的温度、粘度的调整例如可以通过将挤出器4和管5分别通过任意的加热单元(例如通电加热装置)单独加热等来进行。此外，也可以利用通电加热等对玻璃熔化炉内的熔融玻璃2、送料器3进行加热来调节熔融玻璃2的温度、粘度。

在玻璃纤维2f的表面，通过省略图示的涂布器涂布集束剂。由此，约数百根～数千根的玻璃纤维2f作为一根股线2s进行纺丝。纺丝得到的股线2s卷绕于作为卷绕装置的线轴10，以作为纤维束2r。股线2s例如被切断成1mm～20mm左右的长度，作为短切原丝使用。

如图2及图3所示，喷嘴8具有一对长壁部11、11和一对短壁部12、12。由这些壁部包围而形成扁平的喷嘴孔6。喷嘴孔6具有使熔融玻璃2流入的流入口6a和使熔融玻璃2流出的流出口6b。在一对长壁部11、11分别设置有朝向流出口6b侧开口的缺口部13。由此，喷嘴孔6通过缺口部13与喷嘴8的外部空间相连。

冷却管9通过使冷却水14在其内部循环，而对熔融玻璃2进行冷却。冷却管9的外形形成为板状，板面与长壁部11平行。在此，冷却管9与基板7一体地设置，但也可以设置在与基板7分开的位置。另外，冷却管9也可以形成为圆管状。

冷却管9的高度位置可以根据熔融玻璃2的冷却条件进行调整。作为一个例子，冷却管9可以以板面不与从喷嘴8引出的熔融玻璃2面对的方式配置在比喷嘴8的下端部靠上方的位置。另一方面，也可以以板面与喷嘴8和从喷嘴8引出的熔融玻璃2这两者面对的方式，以喷嘴8的下端部为基准，跨其上方和下方地配置冷却管9。另外，在熔融玻璃2的冷却中，除了冷却管9之外，也可以使用通过空气流冷却的冷却翅片等。另外，冷却管9不是必须的结构，也可以省略。

在基板7中隔开间隔地平行地配置有多个喷嘴列P。各喷嘴列P具有多个喷嘴8。属于相同喷嘴列P的多个喷嘴8以形成于这些喷嘴8的喷嘴孔6位于同一直线上的方式配置。

上述冷却管9以与喷嘴列P平行地延伸的方式配置在相邻的两喷嘴列P、P的相互之间。由此，喷嘴孔6内的熔融玻璃2通过面向冷却管9的缺口部13被冷却。具体而言，熔融玻璃2被冷却管9从1000℃以上的温度急剧冷却。在此，冷却管9还具有通过对挤出器4(基板7)、喷嘴8进行冷却来抑制由这些部件的热引起的劣化从而提高耐久性的功能。

如图4(a)、(b)所示，在各喷嘴8的长壁部11设置的缺口部13呈上底短于下底的等腰梯形形状。由此，缺口部13的开口宽度随着从喷嘴孔6的流入口6a侧朝向流出口6b侧而逐渐扩大。缺口部13的深度(沿着喷嘴孔6的轴线6x的方向的长度)为0.1mm～2mm。这是因为，在缺口部13的深度超过2mm的情况下，在所制造的玻璃纤维2f的截面中，长度方向的两端部过细，玻璃纤维2f容易破损。

缺口部13的形状不限于梯形，也可以是其他形状。例如也可以是三角形状、半圆形状、矩形形状。但是，即使在采用这些其他形状的情况下，缺口部13也优选开口宽度随着从喷嘴孔6的流入口6a侧朝向流出口6b侧而逐渐扩大。

如图4所示，在本实施方式中，在一个喷嘴8设置有单个喷嘴孔6。喷嘴孔6形成为长孔形状。一对长壁部11、11在长孔形状的喷嘴孔6的短径方向上对置，一对短壁部12、12在长径方向上对置。另外，在本实施方式中，短壁部12的厚度(沿着喷嘴孔6的长径方向的厚度)比长壁部11的厚度(沿着喷嘴孔6的短径方向的厚度)大。在此，喷嘴孔6的扁平比(长径与短径之比)为2～5。包括长壁部11的内壁面11a和短壁部12的内壁面12a在内的喷嘴孔6的内周面由铂或铂合金构成。另外，长壁部11的内壁面11a如图4(c)所示为直线状，对置的内壁面11a平行。

另外，长壁部11与短壁部12的交界15是内壁面相对于图4(c)的纸面水平方向的倾斜度从0开始变化的点，相对于纸面水平方向的倾斜度为0的部分是长壁部11，倾斜度为0以外的部分是短壁部12。

如图4(b)及图5所示，对于一对短壁部12、12中的每一个短壁部12，在位于这些流出口6b侧的端部的端部区域T，形成有相对于喷嘴孔6的轴线6x倾斜的倾斜部12aa。具体而言，倾斜部12aa以随着从流入口6a侧朝向流出口6b侧而从喷嘴孔6的中心侧朝向外侧(从长径方向的内侧朝向外侧)的方式倾斜。由此，位于一对短壁部12、12的一个短壁部12的倾斜部12aa和位于另一个短壁部12的倾斜部12aa相互反向地倾斜。两个倾斜部12aa、12aa分别由单个倾斜面(倾斜平面)构成。倾斜部12aa遍及沿着短径方向(图4(b)及图5中与纸面垂直的方向)的短壁部12全长地形成。倾斜部12aa相对于与轴线6x正交的线倾斜的角度θ1没有特别限定，在本实施方式中为55°。此外，如果相对于喷嘴孔6的轴线6x倾斜，则倾斜部12aa也可以是弯曲面。另外，倾斜部12aa的表面粗糙度也可以比内壁面12a的表面粗糙度粗糙。另外，倾斜部12aa相对于与轴线6x正交的线倾斜的角度θ1优选为10°以上且80°以下。

短壁部12具有与倾斜部12aa相连的底壁面12b。详细而言，底壁面12b相对于倾斜部12aa与喷嘴孔6的长径方向的外侧相连。在本实施方式中，底壁面12b是与轴线6x正交的平坦面。在此，将倾斜部12aa的长度设为L1，并且将底壁面12b的长度设为L2。另外，“倾斜部12aa的长度L1以及底壁面12b的长度L2”分别是在与喷嘴孔6的短径方向正交的截面上的长度。

由此，本实施方式中的端部区域T与没有倾斜部12aa的情况相比变大。详细而言，在本实施方式中，端部区域T的大概面积是将倾斜部12aa的长度L1与底壁面12b的长度L2之和乘以短壁部12的周长而得到的值，以往那样没有倾斜部12aa的情况下的端部区域的大概面积是将底壁面12b的长度L2和假想底壁面的长度L3之和乘以短壁部12的周长得到的值。L1与L3的关系为L1＝L3/cos55°＝1.74×L3。即，本实施方式中的端部区域T的大概面积与以往没有倾斜部12aa的情况下的端部区域的大概面积相比变大。

如图6所示，长壁部11具有底壁面11b。另外，长壁部11中的设置有缺口部13的部位处的底壁面11b是与等腰梯形的上底或将上底和下底连结的边相当的部位。在本实施方式中，底壁面11b是平坦面(在与等腰梯形的上底相当的部位处与轴线6x正交的平坦面)。在此，将底壁面11b的长度设为L4。另外，“底壁面11b的长度”是指在与长径方向正交的截面上的长度。并且，与长度L4相比，上述的长度L1与长度L2之和更长。由此，短壁部12的端部区域T的面积相对于长壁部11的底壁面11b的面积变大，相比于沿着喷嘴孔6的短径方向，熔融玻璃2更容易沿着长径方向被拉伸。

以下，对使用上述喷嘴8的异形截面玻璃纤维的制造方法的主要作用、效果进行说明。

在上述的喷嘴8中，通过使端部区域T具有相对于喷嘴孔6的轴线6x倾斜的倾斜部12aa，从而与未倾斜的情况相比，端部区域T与熔融玻璃2的接触面积扩大。由此，短壁部12拉伸熔融玻璃2的能力提高，与此相伴，能够抑制表面积因表面张力而变小那样的熔融玻璃2的变形。其结果，能够制造图7所示那样的高扁平率的玻璃纤维2f。在此，玻璃纤维2f的截面形状形成为接近长圆形的形状。

在此，本发明所涉及的异形截面玻璃纤维用喷嘴以及异形截面玻璃纤维的制造方法并不限定于在上述的实施方式中说明的结构、方式。例如，如图8所示，长壁部11也可以具有倾斜部11aa。另外，倾斜部11aa相对于与轴线6x正交的线倾斜的角度θ2优选为10°以上且80°以下。另外，通过设为θ1＞θ2，能够抑制长壁部11的内壁面11a拉伸熔融玻璃2的能力变得过大，能够抑制玻璃纤维的扁平率变小。

并且，在长壁部11设置倾斜部11aa的情况下，在长壁部11的中央侧不设置倾斜部11aa，仅在长壁部11的两端侧设置倾斜部11aa，由此能够抑制长壁部11拉伸熔融玻璃2的能力变得过大，能够抑制玻璃纤维的扁平率变小。例如，如图9所示，通过在等腰梯形形状的缺口部13的上底以外的长壁部11设置倾斜部11aa，在缺口部13的上底不设置倾斜部11aa，从而能够抑制玻璃纤维的扁平率变小。

另外，在上述的实施方式中，在一对长壁部11、11分别设置有缺口部13，但并不是必须设置缺口部13，也可以去除缺口部13。另外，喷嘴孔6除了长孔形状以外，也可以是椭圆形状、哑铃形状、菱形形状、矩形形状、三连正圆形状等。

Claims (5)

1.一种异形截面玻璃纤维用喷嘴，其特征在于，

设置有扁平的喷嘴孔，所述喷嘴孔具有熔融玻璃的流入口和流出口，

将所述喷嘴孔包围的壁部具有在所述喷嘴孔的长径方向上对置的一对短壁部和在短径方向上对置的一对长壁部，

所述异形截面玻璃纤维用喷嘴用于利用从所述喷嘴孔流出的熔融玻璃制造异形截面玻璃纤维，

针对一对所述短壁部中的每一个所述短壁部，在所述短壁部的位于所述流出口侧的端部的端部区域具有相对于所述喷嘴孔的轴线倾斜的倾斜部。

2.根据权利要求1所述的异形截面玻璃纤维用喷嘴，其特征在于，

所述倾斜部具有倾斜面，所述倾斜面以随着从所述流入口侧朝向所述流出口侧而远离所述喷嘴孔的中心侧的方式倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的异形截面玻璃纤维用喷嘴，其特征在于，

所述短壁部在所述端部区域具有与所述倾斜部相连的底壁面，

所述长壁部在所述流出口侧的端部具有底壁面，

与所述长壁部的所述底壁面在与所述长径方向正交的截面上的长度相比，所述倾斜部在与所述短径方向正交的截面上的长度与所述短壁部的所述底壁面在与所述短径方向正交的截面上的长度之和更长。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的异形截面玻璃纤维用喷嘴，其特征在于，

所述倾斜部由单个倾斜面构成。

5.一种异形截面玻璃纤维的制造方法，其特征在于，

使用异形截面玻璃纤维用喷嘴进行制造，所述异形截面玻璃纤维用喷嘴设置有扁平的喷嘴孔，所述喷嘴孔具有熔融玻璃的流入口和流出口，包围所述喷嘴孔的壁部具有在所述喷嘴孔的长径方向上对置的一对短壁部和在短径方向上对置的一对长壁部，

所述制造方法用于利用从所述喷嘴孔流出的熔融玻璃制造异形截面玻璃纤维，

针对一对所述短壁部中的每一个所述短壁部，在所述短壁部的位于所述流出口侧的端部的端部区域具有相对于所述喷嘴孔的轴线倾斜的倾斜部。

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