JP2017179619A - アルミナ系酸化物連続繊維及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的とするところは、1200℃以上の高温雰囲気下での長時間の使用時における引張強度の経時的低下が少なく、使用分野での制約のない耐熱性に優れたアルミナ系酸化物連続繊維を提供することにある。
1.アルミナを全成分に対し70〜75重量%、シリカを全成分に対し20〜29.7重量%及び鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)の群から選ばれる金属の酸化物を全成分に対し0.3〜5重量%含み、繊維中の結晶構造全体に占めるムライトの比率が5〜50%であるアルミナ系酸化物連続繊維。
2.繊維の引張強度が60N/200Tex以上であり、1250℃で24時間加熱後の繊維の引張強度の保持率が加熱前の引張強度の70%以上である前記1に記載のアルミナ系酸化物連続繊維。
3.出発原料はいずれも水溶性または水分散性であって、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、及びFe、Mg、Cu、Y、Zr、Ni、Znの群から選ばれる金属の化合物を出発原料とし、前記出発原料を水に溶解または懸濁させ、アルミニウム化合物をアルミナに換算して70〜75重量%、ケイ素化合物をシリカに換算して20〜29.7重量%、及び前記金属の群から選ばれる金属の化合物を該金属酸化物に換算して0.3〜5重量%の重量比で含み、20℃における粘度を10〜2000Pa・sの範囲に調製した紡糸原液を用い、乾式紡糸して得た前駆体繊維を1000〜1500℃の大気雰囲気でムライト化率5〜50%の結晶構造に焼成することを特徴とする前記1に記載のアルミナ系酸化物連続繊維の製造方法。
また、本発明のアルミナ系酸化物連続繊維の製造方法によれば、特定の金属化合物を用い第3成分として含ませることによって、特殊な焼成方法に拠らなくとも、耐熱性に優れたアルミナ系酸化物連続繊維を得ることが可能である。
本発明のアルミナ系酸化物連続繊維は、アルミナを主成分とする繊維であって、アルミナを全成分に対し70〜75重量%、シリカを全成分に対し20〜29.7重量%、及びFe、Mg、Cu、Y、Zr、Ni、Znの群、好ましくはFe、Mg、Cu、Yの群から選ばれる金属の酸化物を全成分に対し0.3〜5重量%含み、繊維中の結晶構造全体に占めるムライト(3Al2O3・2SiO2〜2Al2O3・SiO2)の比率が5〜50%であるムライト結晶を有する繊維である。
なお、ムライト化率は、前記結晶転移前後の粉末X線回析(XRD)による測定結果から算出される。
出発原料のアルミニウム化合物は、アルミナ系酸化物連続繊維の主成分であるアルミナを前駆体繊維の焼成の過程で形成しうるもので、例えば、塩基性酢酸アルミニウム、塩基性乳酸アルミニウム等の有機酸アルミニウムの塩基性塩、塩基性塩化アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム等の無機酸アルミニウムの塩基性塩、アルミナゾル等が挙げられる。
出発原料として、アルミニウム化合物に塩基性塩化アルミニウム水溶液、ケイ素化合物にシリカゾル、第3成分の金属酸化物となる金属化合物に硫酸鉄を用い、紡糸助剤としてポリビニルアルコール(PVA)を用い、出発原料とPVAとを出発原料を全酸化物に換算して85/15の重量比で水に添加して懸濁させ、出発原料を表1に示す成分比に換算して含む混合溶液とし、さらに減圧濃縮し20℃での粘度が240Pa・sの紡糸原液を調製した。この紡糸原液を用い、乾式紡糸法にて、紡糸ノズルから60℃の加熱雰囲気中に吐出し、線条物を乾燥して巻き取ることで長繊維状の前駆体繊維を作製した。得られた長繊維状の前駆体繊維を1170℃の大気雰囲気下で焼成して、繊度200Texのアルミナ系酸化物連続繊維を得た。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24時間(hr)加熱し、引張強度を測定したところ、引張強度が70.6N/200Texで、引張強度の保持率が85%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、優れた耐熱性を示すものであった。
また1250℃で24hrの加熱では、ムライト化が進行し、ムライト化率がほぼ100%であった。
実施例1において、出発原料として、第3成分の金属酸化物となる硫酸鉄の成分比、紡糸原液粘度を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、乾式紡糸し、作製した長繊維状の前駆体繊維を焼成し、アルミナ系酸化物連続繊維を得た。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、第3成分として酸化鉄を含み、表2に示すとおり、引張強度が72.6N/200Texであり、XRDでの測定結果から、繊維の結晶構造のムライト化率が30%であった。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24hr加熱し、引張強度を測定したところ、表2に示すとおり、引張強度が65.7N/200Texで、引張強度の保持率が90%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、優れた耐熱性を示すものであった。また1250℃で24hrの加熱では、ムライト化が進行し、ムライト化率がほぼ100%であった。
実施例1において、第3成分の金属酸化物となる出発原料を硫酸マグネシウムに、また紡糸原液粘度を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、乾式紡糸し、作製した長繊維状の前駆体繊維を焼成し、アルミナ系酸化物連続繊維を得た。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、第3成分として酸化マグネシウムを含み、表2に示すとおり、引張強度が78.5N/200Texであり、XRDでの測定結果から、繊維の結晶構造のムライト化率が40%であった。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24hr加熱し、引張強度を測定したところ、表2に示すとおり、引張強度が63.8N/200Texで、引張強度の保持率が81%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、優れた耐熱性を示すものであった。 また1250℃で24hrの加熱では、ムライト化が進行し、ムライト化率がほぼ100%であった。
実施例1において、第3成分の金属酸化物となる出発原料を酢酸イットリウムに、またその成分比、紡糸原液粘度を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、乾式紡糸し、作製した長繊維状の前駆体繊維を焼成し、アルミナ系酸化物連続繊維を得た。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、第3成分として酸化イットリウムを含み、表2に示すとおり、引張強度が68.5N/200Texであり、XRDでの測定結果から、繊維の結晶構造のムライト化率が33%であった。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24hr加熱し、引張強度を測定したところ、表2に示すとおり、引張強度が62.8N/200Texで、引張強度の保持率が91%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、優れた耐熱性を示すものであった。 また1250℃で24hrの加熱では、ムライト化が進行し、ムライト化率がほぼ100%であった。
実施例1において、第3成分の金属酸化物となる出発原料を塩化銅に、また紡糸原液粘度を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、乾式紡糸し、作製した長繊維状の前駆体繊維を焼成し、アルミナ系酸化物連続繊維を得た。得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、第3成分として酸化銅を含み、表2に示すとおり、引張強度が80.4N/200Texであり、XRDでの測定結果から、繊維の結晶構造のムライト化率が10%であった。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24hr加熱し、引張強度を測定したところ、表2に示すとおり、引張強度が64.7N/200Texで、引張強度の保持率が80%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、優れた耐熱性を示すものであった。 また1250℃で24hrの加熱では、ムライト化が進行し、ムライト化率がほぼ100%であった。
実施例1において、第3成分の金属酸化物となる出発原料の金属化合物を用いず、塩基性塩化アルミニウム水溶液とシリカゾルにて、成分比、紡糸原液粘度を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、乾式紡糸し、作製した前駆体繊維を焼成し、アルミナ系酸化物長繊維を得た。
得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、第3成分の金属酸化物を含まず、表2に示すとおり、引張強度が89.2N/200Texであり、XRDでの測定結果から、繊維の結晶構造のムライト化率が0%であって、結晶構造にはムライトが存在しないものであった。
また、得られたアルミナ系酸化物連続繊維を1250℃で24hr加熱し、XRDでの測定結果から繊維の結晶構造のムライト化率がほぼ100%となっていたが、引張強度を測定したところ、表2に示すとおり、引張強度が41.2N/200Texで、引張強度の保持率が46%であり、得られたアルミナ系酸化物連続繊維は、耐熱性に劣るものであった。
Claims (3)
- アルミナを全成分に対し70〜75重量%、シリカを全成分に対し20〜29.7重量%及び鉄、マグネシウム、銅、イットリウムの群から選ばれる金属の酸化物を全成分に対し0.3〜5重量%含み、繊維中の結晶構造全体に占めるムライトの比率が5〜50%であるアルミナ系酸化物連続繊維。
- 繊維の引張強度が60N/200Tex以上であり、1250℃で24時間加熱後の繊維の引張強度の保持率が加熱前の引張強度の70%以上である請求項1に記載のアルミナ系酸化物連続繊維。
- 出発原料はいずれも水溶性または水分散性であって、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、及び鉄、マグネシウム、銅、イットリウムの群から選ばれる金属の化合物を出発原料とし、前記出発原料を水に溶解または懸濁させ、アルミニウム化合物をアルミナに換算して70〜75重量%、ケイ素化合物をシリカに換算して20〜29.7重量%、及び前記金属の群から選ばれる金属の化合物を該金属酸化物に換算して0.3〜5重量%の重量比で含み、20℃における粘度を10〜2000Pa・sの範囲に調製した紡糸原液を用い、乾式紡糸して得た前駆体繊維を1000〜1500℃の大気雰囲気でムライト化率5〜50%の結晶構造に焼成することを特徴とする請求項1に記載のアルミナ系酸化物連続繊維の製造方法。
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