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TWI859451B - 異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法 - Google Patents

異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法 Download PDF

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TWI859451B
TWI859451B TW110121347A TW110121347A TWI859451B TW I859451 B TWI859451 B TW I859451B TW 110121347 A TW110121347 A TW 110121347A TW 110121347 A TW110121347 A TW 110121347A TW I859451 B TWI859451 B TW I859451B
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Yuzuru Matsuura
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日商日本電氣硝子股份有限公司
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Abstract

為了使高扁平率之異形剖面玻璃纖維的製造成為可能。 異形剖面玻璃纖維用噴嘴(8)，係設置具有熔融玻璃(2)的流入口(6a)及流出口(6b)且具有扁平的剖面之噴嘴孔(6)，噴嘴孔(6)係包含：在噴嘴孔(6)之扁平的剖面之長徑方向相對向之一對的短壁部(12)、及在噴嘴孔(6)之扁平的剖面之短徑方向相對向之一對的長壁部(11)，該異形剖面玻璃纖維用噴嘴(8)是用於從自噴嘴孔(6)流出的熔融玻璃(2)製造異形剖面玻璃纖維(2f)，一對的短壁部(12)各個，在位於短壁部(12)之流出口(6b)側的端部之端部區域(T)，係具有相對於噴嘴孔(6)的軸線(6x)呈傾斜之傾斜部(12aa)。

Description

異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法
本發明係關於用於從熔融玻璃製造剖面形狀呈扁平的異形剖面玻璃纖維之噴嘴、以及使用該噴嘴的異形剖面玻璃纖維之製造方法。
作為玻璃纖維的一種，剖面形狀呈扁平的異形剖面玻璃纖維是已知的(參照專利文獻1)。當異形剖面玻璃纖維與樹脂混煉而複合化的情況，可實現良好的補強效果，因此是採用其作為纖維強化塑膠(FRP)用的纖維等而被利用在各種領域。
在製造異形剖面玻璃纖維時，例如從用於讓熔融玻璃流通之給料器朝漏板(bushing)供給熔融玻璃，從漏板所具備之多數個噴嘴分別將熔融玻璃拉出並冷卻。設置在該噴嘴之噴嘴孔的形狀，一般是成為扁平的孔狀(橢圓形、扁圓形等)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2017/221471號
[發明所欲解決之問題]
在製造異形剖面玻璃纖維時，存在下述般有待解決的問題。亦即，從噴嘴孔流出的熔融玻璃，在表面張力的作用下會以表面積變小的方式變形，因此要成形高扁平率的異形剖面玻璃纖維是困難的。
有鑑於上述事情之本發明所欲解決之技術上的問題在於，在製造異形剖面玻璃纖維時，使高扁平率的異形剖面玻璃纖維之製造成為可能。 [解決問題之技術手段]
用以解決上述問題之本發明的異形剖面玻璃纖維用噴嘴，係設置具有熔融玻璃的流入口及流出口且具有扁平的剖面之噴嘴孔，噴嘴孔係包含：在噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向相對向之一對的短壁部、及在噴嘴孔之扁平的剖面之短徑方向相對向之一對的長壁部，該異形剖面玻璃纖維用噴嘴是用於從自噴嘴孔流出的熔融玻璃製造異形剖面玻璃纖維，一對的短壁部各個，在位於短壁部之流出口側的端部之端部區域，係具有相對於噴嘴孔的軸線呈傾斜之傾斜部。
依據本噴嘴，係在端部區域具有相對於噴嘴孔的軸線呈傾斜之傾斜部，比起以往那樣在端部區域沒有傾斜部的情況，端部區域和熔融玻璃的接觸面積擴大。藉此，短壁部的端部區域將熔融玻璃拉伸的能力(沿著噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向拉伸的能力)提高，伴隨著此，可抑制在表面張力的作用下熔融玻璃以表面積變小的方式變形。結果，能將所製造的異形剖面玻璃纖維以高扁平率成形。
本發明的異形剖面玻璃纖維用噴嘴較佳為，傾斜部係具有：以隨著從熔融玻璃的流入口側朝向流出口側而從噴嘴孔之扁平的剖面之中心側離開的方式傾斜之傾斜面。
依據此構成，短壁部之端部區域將熔融玻璃拉伸的能力進一步提高，在將異形剖面玻璃纖維以高扁平率成形方面變得更有利。
本發明的異形剖面玻璃纖維用噴嘴較佳為，短壁部係在端部區域具有與傾斜部相連的底壁面，長壁部係在流出口側的端部具有底壁面，比起在與噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向正交的剖面上之長壁部之底壁面的長度，在與噴嘴孔之扁平的剖面之短徑方向正交的剖面上之傾斜部的長度和短壁部之底壁面的長度之和更長。
在製造異形剖面玻璃纖維時，除了短壁部的傾斜部以外，短壁部及長壁部之底壁面也成為被熔融玻璃潤濕的狀態。這時，傾斜部及底壁面將熔融玻璃拉伸。再者，為了將所製造的異形剖面玻璃纖維之扁平率提高，比起將熔融玻璃沿著噴嘴孔之扁平的剖面之短徑方向拉伸，將其沿著噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向拉伸更有利。而且，依據本構成，可將熔融玻璃沿著噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向有效地拉伸，在將異形剖面玻璃纖維以高扁平率成形方面變得更有利。
本發明的異形剖面玻璃纖維用噴嘴較佳為，傾斜部係由單一的傾斜面所構成。
依據此構成，熔融玻璃變得不容易滯留，而能夠抑制失透(devitrification)。
再者，用以解決上述問題之本發明的異形剖面玻璃纖維之製造方法，係使用設置有噴嘴孔之異形剖面玻璃纖維用噴嘴而從自噴嘴孔流出的熔融玻璃製造異形剖面玻璃纖維之方法，噴嘴孔，係具有熔融玻璃的流入口及流出口且具有扁平的剖面，並包含：在噴嘴孔之扁平的剖面之長徑方向相對向之一對的短壁部、及在噴嘴孔之扁平的剖面之短徑方向相對向之一對的長壁部，一對的短壁部各個，在位於短壁部之流出口側的端部之端部區域，係具有相對於噴嘴孔的軸線呈傾斜之傾斜部。
依據本方法，可獲得與針對上述本發明之異形剖面玻璃纖維用噴嘴所敘述的作用及效果相同之作用及效果。 [發明之效果]
依據本發明，在製造異形剖面玻璃纖維時，使高扁平率纖維的製造成為可能。
以下，針對本發明的實施形態之異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法，參照所附的圖式做說明。 本說明書中，用「～」表示的數值範圍，係以「～」的前後所記載的數值分別作為最小值及最大值所包含的範圍。
如圖1所示般，異形剖面玻璃纖維係藉由製造裝置1所製造。製造裝置1係具備：讓由圖示省略的熔爐所生成之熔融玻璃2流通之給料器3、配置在比給料器3更下方之漏板4、以及用於連接給料器3和漏板4之管子5。熔融玻璃2是從給料器3透過管子5而往漏板4供給。然後，熔融玻璃2從漏板4的噴嘴孔6流出。熔融玻璃2被冷卻而成為異形剖面玻璃纖維2f(以下稱為「玻璃纖維2f」)。
在本實施形態，熔融玻璃2是由E玻璃所構成。然而，並不限定於此，熔融玻璃2亦可由D玻璃、S玻璃、AR玻璃、C玻璃等的其他玻璃所構成。
給料器3是與圖示省略之玻璃熔爐連接。給料器3可讓在玻璃熔爐連續地生成之熔融玻璃2流通。在給料器3的內部形成有熔融玻璃2的液面2a。
漏板4是在底部具備底板7。底板7係具備：複數個異形剖面玻璃纖維用噴嘴8(以下稱為「噴嘴8」)、及配置在該等噴嘴8的附近之冷卻管9。複數個噴嘴8具有彼此相同的構成。雖詳如後述，設置在各噴嘴8之噴嘴孔6形成為扁平。
管子5形成為管軸朝上下方向延伸之圓筒狀。管子5的上端部與給料器3的底部連結，管子5的下端部與漏板4的上端部連結。管子5只要是能將給料器3和漏板4連接者即可，其形狀、管軸的延伸方向與本實施形態不同亦可。
關於漏板4、管子5、噴嘴8及冷卻管9等之各構件，其一部分或全體是由鉑或鉑合金(例如，鉑銠合金等)所構成。又在本實施形態，該等構件中的管子5整體是由鉑或鉑合金所構成。
從給料器3和管子5的連接部到漏板4之噴嘴孔6之流路全體，是充滿熔融玻璃2。藉此，用於從噴嘴孔6讓熔融玻璃2流出之壓力(壓差(head pressure))，是由噴嘴孔6和給料器3內之熔融玻璃2之液面2a的高低差H所決定。在此，高低差H可藉由例如變更管子5的長度來調節。
將玻璃纖維2f成形時之熔融玻璃2的溫度、黏度分別設定成1100℃〜1250℃(較佳為1150℃〜1200℃)、102.6 dPa･s〜103.8 dPa･s(較佳為102.9 dPa･s〜103.3 dPa･s)。又在此所稱之「熔融玻璃2的溫度、黏度」，係在流入噴嘴8的位置之熔融玻璃2的溫度、黏度。熔融玻璃2的溫度、黏度之調整，例如，可將漏板4和管子5分別藉由任意的加熱手段(例如通電加熱裝置)個別進行加熱等。此外，將玻璃熔爐內的熔融玻璃2、給料器3藉由通電加熱等進行加熱來調整熔融玻璃2的溫度、黏度亦可。
在玻璃纖維2f的表面，藉由圖示省略的塗布器(applicator)來塗布集束劑。藉此將數百根~數千根左右的玻璃纖維2f紡絲成一根的股2s。紡絲而成的股2s，是在捲繞裝置之筒管10的周圍捲繞成纖維束2r。股2s，例如被切斷成1mm~20mm左右的長度而成為切股(chopped strand)來利用。
如圖2及圖3所示般，噴嘴8係具有一對的長壁部11,11及一對的短壁部12,12。被該等長壁部及短壁部包圍而作成具有扁平的剖面之噴嘴孔6。噴嘴孔6係具有：讓熔融玻璃2流入之流入口6a、及讓熔融玻璃2流出之流出口6b。在一對的長壁部11,11分別設置朝向流出口6b側開口之缺口部13。藉此，使噴嘴孔6通過缺口部13來與噴嘴8的外部空間連通。
冷卻管9，係在其內部讓冷卻水14循環，藉此將熔融玻璃2冷卻。冷卻管9的外形形成為板狀，其板面與長壁部11平行。在此，冷卻管9雖是與底板7一體地設置，但亦可設置在與底板7分開的位置。又冷卻管9亦可形成為圓管狀。
冷卻管9之高度位置可按照熔融玻璃2的冷卻條件來做調整。作為一例，冷卻管9可配置在比噴嘴8的下端部更上方，而避免其板面與從噴嘴8拉出之熔融玻璃2面對面。另一方面，也能以噴嘴8之下端部為基準而橫跨其上方及下方配置冷卻管9，藉此使冷卻管9的板面與噴嘴8及從噴嘴8拉出之熔融玻璃2雙方面對面。又關於熔融玻璃2的冷卻，除了冷卻管9以外，亦可採用利用空氣流進行冷卻之散熱片等。又冷卻管9不是必須的構成，將其省略亦可。
在底板7，將複數列的噴嘴列P隔著間隔平行地配置。在各噴嘴列P包含複數個噴嘴8。屬於同一噴嘴列P之複數個噴嘴8配置成，使形成於其等之噴嘴孔6位於同一直線上。
上述冷卻管9，係在相鄰的兩噴嘴列P,P相互間以與噴嘴列P平行延伸的方式配置。藉此，通過面向冷卻管9之缺口部13而將噴嘴孔6內的熔融玻璃2冷卻。具體而言，熔融玻璃2是藉由冷卻管9而從1000℃以上的溫度急劇冷卻。在此，冷卻管9還具有以下功能，亦即，藉由將漏板4(底板7)、噴嘴8冷卻，抑制該等構件之受熱所造成的劣化而將耐久性提高。
如圖4(a),(b)所示般，設置於各噴嘴8的長壁部11之缺口部13，是成為上底比下底短之等腰梯形。藉此，缺口部13隨著從噴嘴孔6之流入口6a側朝向流出口6b側其開口寬度逐漸擴大。缺口部13的深度(沿著連結噴嘴孔6的流入口6a和流出口6b的方向之軸線6x的方向之長度)設定成0.1mm〜2mm。這是因為，當缺口部13的深度超過2mm的情況，在所製造之玻璃纖維2f的剖面上，長邊方向的兩端部變得過細，玻璃纖維2f變得容易破損。
缺口部13的形狀並不限定於梯形，亦可為其他形狀。亦可為例如三角形、半圓形、矩形。但就算是採用其他形狀的情況，缺口部13仍較佳為隨著從噴嘴孔6之流入口6a側朝向流出口6b側其開口寬度逐漸擴大。
如圖4所示般，在本實施形態，是在一個噴嘴8設置單一的噴嘴孔6。噴嘴孔6形成為長孔形狀。一對的長壁部11,11是在噴嘴孔6之扁平的剖面之短徑方向相對向，一對的短壁部12,12是在噴嘴孔6之扁平的剖面之長徑方向相對向。又在本實施形態，短壁部12的厚度(沿著噴嘴孔6之扁平的剖面之長徑方向的厚度)是比長壁部11的厚度(沿著噴嘴孔6之扁平的剖面之短徑方向的厚度)更大。在此，噴嘴孔6之扁平比(長徑和短徑的比)設定成2〜5。包含長壁部11的內壁面11a及短壁部12的內壁面12a之噴嘴孔6的內周面是由鉑或鉑合金所構成。又長壁部11的內壁面11a如圖4(c)所示般呈直線狀，相對向的內壁面11a互相平行。
又長壁部11和短壁部12的邊界15，係內壁面相對於圖4(c)的左右方向之斜率從0變化的點，相對於圖4(c)的左右方向之斜率為0的部分是長壁部11，斜率0以外的部分是短壁部12。
如圖4(b)及圖5所示般，一對的短壁部12,12各個，在位於其等的流出口6b側之端部的端部區域T，形成有相對於噴嘴孔6的軸線6x呈傾斜之傾斜部12aa。具體而言，傾斜部12aa係以隨著從流入口6a側朝向流出口6b側而從噴嘴孔6之扁平的剖面之中心側朝向外側(噴嘴孔6之扁平的剖面之長徑方向的內側朝向外側)的方式傾斜。藉此，位於一對的短壁部12,12之一方的傾斜部12aa和位於另一方的傾斜部12aa，朝彼此相反的方向傾斜。兩傾斜部12aa,12aa分別由單一的傾斜面(傾斜平面)所構成。傾斜部12aa是遍及沿著噴嘴孔6之扁平的剖面之短徑方向(圖4(b)及圖5中，相對於紙面鉛直的方向)之短壁部12的全長而形成。傾斜部12aa相對於與軸線6x正交的線呈傾斜的角度θ1，沒有特別的限定，在本實施形態為55°。又只要相對於噴嘴孔6的軸線6x呈傾斜即可，傾斜部12aa亦可為彎曲面。又傾斜部12aa的表面粗糙度可以比內壁面12a的表面粗糙度更大。又傾斜部12aa相對於與軸線6x正交的線呈傾斜的角度θ1，較佳為10°以上、80°以下。
短壁部12係具有：與傾斜部12aa相連之底壁面12b。詳而言之，對於傾斜部12aa，是在噴嘴孔6之長徑方向的外側與底壁面12b相連。在本實施形態中，底壁面12b是與軸線6x正交的平坦面。在此，將傾斜部12aa的長度設為L1，並將底壁面12b的長度設為L2。又「傾斜部12aa的長度L1及底壁面12b的長度L2」分別是與噴嘴孔6之扁平的剖面之短徑方向正交之剖面上的長度。
藉此，相較於沒有傾斜部12aa的情況，本實施形態的端部區域T變大。詳而言之，在本實施形態，端部區域T的概略面積，是傾斜部12aa的長度L1與底壁面12b的長度L2之和乘上短壁部12的周長而得的值，以往之沒有傾斜部12aa的情況之端部區域的概略面積，則是底壁面12b的長度L2與假想底壁面的長度L3之和乘上短壁部12的周長而得的值。L1和L3的關係為L1=L3/cos55°=1.74×L3。亦即，本實施形態之端部區域T的概略面積，是比以往之沒有傾斜部12aa的情況之端部區域的概略面積更大。
如圖6所示般，長壁部11具有底壁面11b。又長壁部11中之設有缺口部13的部位之底壁面11b，是相當於等腰梯形的上底、或連結上底和下底的邊之部位。在本實施形態，底壁面11b是平坦面(在相當於等腰梯形之上底的部位，與軸線6x正交的平坦面)。在此，底壁面11b的長度設為L4。又「底壁面11b的長度」是與噴嘴孔6之扁平的剖面之長徑方向正交的剖面上之長度。而且，相較於長度L4，上述長度L1和長度L2之和更長。藉此，使短壁部12之端部區域T的面積比長壁部11之底壁面11b的面積更大，比起噴嘴孔6之扁平的剖面的短徑方向，熔融玻璃2更易於沿著長徑方向被拉伸。
以下說明，使用上述噴嘴8的異形剖面玻璃纖維之製造方法的主要作用及效果。
依據上述噴嘴8，係在端部區域T具有相對於噴嘴孔6的軸線6x呈傾斜之傾斜部12aa，比起在端部區域T沒有傾斜部12aa的情況，端部區域T和熔融玻璃2的接觸面積擴大。藉此，短壁部12將熔融玻璃2拉伸的能力提高，伴隨著此，可抑制在表面張力的作用下熔融玻璃2以表面積變小的方式變形。結果，如圖7所示般之高扁平率的玻璃纖維2f之製造成為可能。在此，玻璃纖維2f的剖面形狀形成為接近扁圓形的形狀。
在此，本發明的異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法，並不限定於在上述實施形態所說明的構成、態樣。例如圖8所示般，長壁部11具有傾斜部11aa亦可。又傾斜部11aa相對於與軸線6x正交的線呈傾斜的角度θ2，較佳為10°以上、80°以下。又藉由設定成θ1＞θ2，長壁部11的內壁面11a將熔融玻璃2拉伸的能力不致變得過大，可抑制玻璃纖維的扁平率變小。
再者，在長壁部11設置有傾斜部11aa的情況，係在長壁部11的中央側不設置傾斜部11aa，而僅在長壁部11的兩端側設置傾斜部11aa，藉此使長壁部11將熔融玻璃2拉伸的能力不致變得過大，可抑制玻璃纖維的扁平率變小。例如，如圖9所示般，在等腰梯形之缺口部13的上底以外之長壁部11設置傾斜部11aa，在缺口部13的上底不設置傾斜部11aa，藉此可抑制玻璃纖維的扁平率變小。
又在上述實施形態，雖是在一對的長壁部11,11各個設置缺口部13，但設置缺口部13不是必須的，將其去除也無妨。又噴嘴孔6除了長孔形以外，亦可為橢圓形、啞鈴形、菱形、矩形、3個相連的正圓形等。
2:熔融玻璃 2f:異形剖面玻璃纖維 6:噴嘴孔 6a:流入口 6b:流出口 6x:軸線 8:異形剖面玻璃纖維用噴嘴 11:長壁部 11b:底壁面 12:短壁部 12a:內壁面 12aa:傾斜部 12b:底壁面 L1:長度 L2:長度 L3:長度 T:端部區域
[圖1]係概略顯示具備本實施形態的異形剖面玻璃纖維用噴嘴的異形剖面玻璃纖維之製造裝置的剖面圖。 [圖2]係概略顯示本實施形態的異形剖面玻璃纖維用噴嘴的周邊之剖面圖。 [圖3]係概略顯示本實施形態的異形剖面玻璃纖維用噴嘴的周邊之仰視圖。 [圖4]係顯示本實施形態的異形剖面玻璃纖維用噴嘴，圖4(a)係將異形剖面玻璃纖維用噴嘴從長壁部側觀察之側視圖，圖4(b)係圖3的噴嘴之4b-4b剖面圖，圖4(c)係圖4(a)的4c-4c剖面圖。 [圖5]係將圖4(b)的A部放大顯示之剖面圖。 [圖6]係顯示本實施形態的異形剖面玻璃纖維用噴嘴之長壁部的底壁面的周邊之剖面圖。 [圖7]係顯示異形剖面玻璃纖維之剖面圖。 [圖8]係顯示異形剖面玻璃纖維用噴嘴的變形例，圖8(a)係將異形剖面玻璃纖維用噴嘴從短壁部側觀察之側視圖，圖8(b)係圖3的噴嘴之4b-4b剖面圖，圖8(c)係圖8(a)之4d-4d剖面圖。 [圖9]係變形例的異形剖面玻璃纖維用噴嘴之仰視圖。
6:噴嘴孔
6a:流入口
6b:流出口
6x:軸線
8:異形剖面玻璃纖維用噴嘴
11:長壁部
11a:內壁面
11b:底壁面
12:短壁部
12a:內壁面
12aa:傾斜部
12b:底壁面
13:缺口部
15:邊界
T:端部區域

Claims (4)

  1. 一種異形剖面玻璃纖維用噴嘴，係設置具有熔融玻璃的流入口及流出口且具有扁平的剖面之噴嘴孔，前述噴嘴孔係包含：在前述扁平的剖面之長徑方向相對向之一對的短壁部、及在前述扁平的剖面之短徑方向相對向之一對的長壁部，該異形剖面玻璃纖維用噴嘴是用於從自前述噴嘴孔流出的熔融玻璃製造異形剖面玻璃纖維，在前述一對的短壁部及前述一對的長壁部當中僅前述一對的短壁部各個，在位於該短壁部之前述流出口側的端部之端部區域，係具有相對於前述噴嘴孔的軸線呈傾斜之傾斜部及與前述傾斜部相連的底壁面，前述傾斜部係具有：以隨著從前述流入口側朝向前述流出口側而從前述噴嘴孔之扁平的剖面之中心側離開的方式傾斜之傾斜面。
  2. 如請求項1所述之異形剖面玻璃纖維用噴嘴，其中，前述長壁部係在前述流出口側的端部具有底壁面，比起在與前述長徑方向正交的剖面上之前述長壁部之前述底壁面的長度，在與前述短徑方向正交的剖面上之前述傾斜部的長度和前述短壁部之前述底壁面的長度之和更長。
  3. 如請求項1或2所述之異形剖面玻璃纖維 用噴嘴，其中，前述傾斜部是由單一的傾斜面所構成。
  4. 一種異形剖面玻璃纖維之製造方法，係使用設置有噴嘴孔之異形剖面玻璃纖維用噴嘴而從自該噴嘴孔流出的熔融玻璃製造異形剖面玻璃纖維之方法，前述噴嘴孔，係具有熔融玻璃的流入口及流出口且具有扁平的剖面，並包含：在前述扁平的剖面之長徑方向相對向之一對的短壁部、及在前述扁平的剖面之短徑方向相對向之一對的長壁部，在前述一對的短壁部及前述一對的長壁部當中僅前述一對的短壁部各個，在位於該短壁部之前述流出口側的端部之端部區域，係具有相對於前述噴嘴孔的軸線呈傾斜之傾斜部及與前述傾斜部相連的底壁面，前述傾斜部係具有：以隨著從前述流入口側朝向前述流出口側而從前述噴嘴孔之扁平的剖面之中心側離開的方式傾斜之傾斜面。
TW110121347A 2020-06-16 2021-06-11 異形剖面玻璃纖維用噴嘴、及異形剖面玻璃纖維之製造方法 TWI859451B (zh)

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