JPH0120250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の技術分野 本発明は、セメント質製品強化用耐アルカリ性
高温耐火繊維及びその強化製品に関し、より詳細
には耐熱性繊維に関する。 発明の背景と要約 現在までのところ、補強用セメント質基材に使
用するのに適した合成無機繊維に関する殆んどの
開発作業は、ガラス分野で行われてきた。本出願
に於て用語“ガラス”が使用される場合には、生
成する繊維のガラス状構造すなわち非結晶質構造
だけでなく、通常はアルカリ金属酸化物からなる
１種または複数種の融剤を含有する組成物をも指
すこととする。これらの融剤の作用は、バツチ混
合物の溶融温度を減じて連続抜取回転式繊維形成
法（スピナーデイスクの孔を通して押出す）のよ
うな方法での組成物の繊維形成性をより良くする
ことである。しかしこれと同時に、上記融剤は一
般に、繊維の化学的安定性を減じると共に繊維の
使用温度を低下させる。耐化学性および耐熱性と
を、併せて必要とする使用例（例えば、熱処理さ
れるセメント質製品の強化等）では、アルカリ金
属酸化物融剤を含むガラス繊維は、引張り強さを
35％以上も失いそれに対応してセメント質基材の
補強効果を失うことになる。これには換言すれ
ば、生成した繊維―セメント生成物の破壊係数が
低下（即ち、強化製品の強度の直接的低下）する
ことになる。 そこで、本発明の目的は、酸性やアルカリ性組
成物を繊維強化できる程度に耐化学性がありこの
条件中において、最終製品を熱処理可能とする耐
熱性との双方を有する合成無機繊維を提供するこ
とである。硬化工程で生ずる高温度（300〓から
1100〓まで）は、シリカと石灰の化学的結合と有
機繊維と過剰水分との蒸発を予定通り促進するだ
けでなくアルカリ性または酸性で基材による補強
繊維へのアタツクのような他の化学反応をも促進
する。それ故に、アルカリ性環境で化学的に安定
で、アルカリ性環境外で温度500〓（260〓）で熱
的に安定な繊維でも両方の条件が同時に存在する
場合に抵抗性を有するとはかぎらない。 アルカリ耐性を与える手段として、ガラス組成
物に添加剤として、酸化ジルコニウム（ZrO₂）
が広く使用されてきた。その例として、米国特許
3859106；3966481；4036654；4330628を参照され
たい。さらに、酸化ジルコニウムは、それ自身ま
たは主要成分として、比較的高い使用温度を有す
る耐火組成物を形成するのに使用されてきた。そ
の例として、米国特許2873197；2919944；
3035929；3754950；3793041；4053321；と
4119472を参照されたい。しかし前述したごとく、
ある成分がそれぞれ独立して適切な耐化学性と耐
熱性をもつていてもその成分を含む組成物が必要
とする耐化学性と耐熱性との双方を有することが
保証されるわけでない。化学的及び熱的なアタツ
クを組合せて同時に起ると、極めて高い腐蝕性環
境を作り出すことになる。実際に、酸化ジルコニ
ウムを含んだ一見耐アルカリ性のガラスは、上記
の使用には不適当であることが明らかになり、そ
の結果、本発明を提示することになつた。さら
に、本発明の達成と関連して行われた研究によ
り、本発明の繊維を作る時に使用される成分のす
べての組成が、所望の耐化学性と耐熱性とを産み
出すわけではないことが明らかにされて、上記の
ことが立証されている。 本発明の目的は、アルカリ金属酸化物融剤を実
質的に含まない耐火繊維生成に適した組成即ち45
％から76％のシリカ、12％から32％のアルミナ
と、５％から30％の酸化ジルコニウムを含み、さ
らに1.8乃至4.0のシリカ／アルミナ比からなる組
成によつて達成される。この基本的化学組成を有
する繊維は、珪酸カルシウム製品のような酸性お
よびアルカリ性の両環境中においてその珪酸カル
シウム生成物が300〓から1100〓（150℃から593
℃）までの温度で熱処理された場合でさえ、本質
的に化学的に不活性である。これらの繊維で補強
されたセメント質製品も、請求の範囲に含まれ
る。これら耐火繊維は、２つの高速回転式スピナ
ー表面上に溶融流を当てて形成される。実際に
は、このスピナーによる繊維の製造方法は、前述
の望ましくない融剤を使用した場合、溶融流の温
度が3000〓（1705℃）の範囲内になる場合により
効果的である。 さらに、耐化学性及び耐熱性との特別な組合せ
を有している材料に関する研究中に、シリカ―ア
ルミナ―酸化ジルコニウム繊維の分野を調査して
いる間に、本出願者等は、耐化学性がわずかに劣
るが、耐熱性が著しくすぐれている繊維を与える
耐火繊維組成を見出した。多くの先行技術繊維
は、そのメーカーが、耐熱限界を2600〓（1425
℃）と規定している。上記の競合繊維に対する収
縮性の比較試験によつて、本発明の繊維は耐熱性
が一層すぐれていることが明らかになつている。
さらに、この組成は、在来のアルミナ―シリカ耐
火溶融材よりも、同一エネルギー入力に対して溶
融率がさらに高く、溶融原料単位当りの繊維回収
率がより大きくなる。 本発明の上記およびその他の特色、利点と特性
は、下記の詳細な説明を読めば、さらによく理解
されるはずである。 好ましい実施態様の詳細な説明 珪酸カルシウムの基体を有する繊維強化セメン
ト質製品は、耐熱性と構造上の強度とを必要とす
る多くの市販用途向けとして製造される。かかる
高密度の珪酸カルシウム生成物の１つは、マンビ
ル建材社によつて「マリナイト」の商標名で市販
されている。マリナイトの用途は１つは、溶融金
属を鋳造するための型の形成である。上記のセメ
ント質パネルはかつて、角閃石アスベストで補強
された。（米国特許2326516と2326517参照）現実
と想像上との両面で石綿繊維に関連した健康上の
問題は、珪酸カルシウム基体用の補強繊維のよう
な適当な代替物としての他の繊維を研究させる結
果となつた。重量で最大40％のワラストナイト
（珪灰石）繊維と重量で最大15％のパネル用の耐
アルカリ性ガラス繊維とを使用した適切な組成
が、1970年代の半ばに開発された（米国特許
4111712と4128434参照）。 12（または20）ミクロンの平均繊維直径を有す
る上記のAR（耐アルカリ）ガラス繊維の使用に
よつて、スラリ混合物の成形性を向上させ、排出
速度をおそくし、さらになま強度をたかめる等の
ための加工助剤として、クラフト紙のような有機
繊維材料を５％含有しなければならなかつた。上
記パネルを硬化させるには、時にはシリカ―水酸
化カルシウムの反応を促進するために、オートク
レーブ、（330〓、100psi下での水蒸気硬化）を必
要とする。さらに、有機繊維は、550〓、900〓ま
たは1100〓の熱処理によつて、完全に燃焼させら
れなければならない。上記パネルを補強するのに
使用される市販の耐アルカリ性（AR）ガラスは
SiO₂―61％、ZrO₂―10.5％、Na₂O―14.5％、
K₂O―2.5％、CaO―５％、TiO₂―6.0％の組成を
有している。試験の結果、硬化後には、ARガラ
ス繊維で補強されたパネルは、ある場合には破壊
係数そしてまたは比強度（破壊強度を密度の２乗
で割つたもの即ち、MR／D²）の70％以下になつ
てしまうことが明らかになつた。上記の結果は、
繊維補強成分の１つが破壊したことを表わすとと
もに、さらに分析して、破壊したのはARガラス
であることが分つた。それ故、耐化性耐火繊維
が、ARガラスの代替品として求められたのであ
る。 最初に、４種の組成（Z1―Z4）が希望特性を
有する繊維を求めて試験された。（第１図を見る
こと。）各成分組成を目ざして、各成分が、指定
の比率で、直径３フイート、深さ12インチの溶融
装置に入れられた。各成分は電気的に溶融され溶
融流がオリフイスを通つて排出され12000r.p.m.
で回転する直径８インチの１対のスピナーに突き
当てられる。このようにして、ほぼ直径２―７ミ
クロン、長さ1/2（平均２―３インチ）で、こと
なるシヨツト含有量（一般には35―45％）を有す
る繊維が作り出される。上記の繊維は、成分を実
証するために集められて分析され、しかもこれら
の各種繊維のサンプル１グラムは、NaOHの
0.1N溶液内で１時間、煮沸されて、乾燥され、
重量損失率を判定するために秤量される。これら
の試験の結果が表に表示されている。

【表】 さらに、上記の繊維について熱試験を実施し
て、最良の耐火性能を有する供試品を識別した。
バルク繊維は、試験される各組成について真空成
形されてフエルト状に作られた。上記の繊維性フ
エルト サンプルの長さは、正確に計測され、指
定時間だけ指定温度で、加熱炉に入れられ、冷却
されて再び計測される。これらの結果は、注出速
度（または繊維形成速度）、平均繊維直径とシヨ
ツト含有量等について、表に表示されている。
これらの収縮率は、フエルト状にしたことで、工
場生産材料中に生ずると思われる繊維組織間の収
縮のいくらかが排除されてしまつているので、工
場生産ブランケツトの場合より小さいであろう。
（即ち、上記試験サンプルは、正規以上の密度を
有している。）

【表】

【表】 上記試験の結果によつて、Z3は最良の高温性
能と許容可能な耐アルカリ性を有するが、これに
反してZ4は、最良の耐アルカリ性を有するが、
高温性能（2700〓の計測値を無視すれば）は許容
可能な程度であることが明らかになつた。２つの
個別の繊維グループが追求され、その一方は、
Z3組成物に基づいて高温性能を最適化すること
と共に、他方は、Z4組成物に基づいてより適当
な温度環境（2000〓以下）で耐アルカリ性を最適
化することを探究することが決定された。Z3組
成物でアルミナと酸化ジルコニウムとを増加する
と耐火性が改善され、Z4組成物でシリカと酸化
ジルコニウムを増加すると耐アルカリ性が強めら
れると信じられていた。 そこで、Z3組成に基づく繊維グループ（B1―
B7）は、前記の方法に従つて３フイート研究用
溶融装置で製造された。これらの組成は、第１図
の三軸図表に描かれている。次に、上記繊維は、
耐熱炉内で各種時間だけ、種々の温度にさらされ
て、耐火性を判定された。これらの試験結果と
B1―B7繊維の組成とは、表に表示されてい
る。

【表】 上記の試験で、2800〓（1538℃）での収縮率を
Z3の50＋％に対して、約10％である繊維を製造
することができたとはいつても、上記試験によつ
て、市販可能な繊維を定めることにはならなかつ
た。第一に、上記の高アルミナ組成（B1―B7）
はすべて、Z3より繊維形成するのが著しく困難
であつた。次に、上記繊維はすべて、2000〓
（1093℃）をこえる高温度での熱安定性が低いこ
とが分つた。繊維B1，B5とB7は、2000〓と2400
〓との間でガラス質を失つて、繊維的性質を失つ
た。このような性状のため、断熱材、高温強化繊
維等として、またはその他の工業用として使用す
ることが妨げられることになる。繊維B2，B3，
B4とB6の品質劣化は、大きくなかつたが、これ
らの繊維は、2700〓（1482℃）に260時間曝した
後に８％―15％の線収縮を生じた。このような高
収縮によつても、上記繊維は一般的用途に使用で
きないことになつた。さらに、上記繊維（B2，
B3，B4とB6）はそれぞれ、2700〓に100時間曝
した時に、5.0％未満の線収縮のサンプルを作る
ことができなかつたことに注目すべきである。特
定温度での定格付けをするために、この種類の繊
維サンプル（即ち、フエルト状にされた種類）
は、高温に100時間さらした後でも、５％以下の
線収縮であるべきである。このことによつて、あ
る特定繊維は、その実用寿命の全期間を通じてそ
の使用温度に反復して周期的にさらされる場合、
許容できない程度にまで（即ち、12％をこえて）
収縮することはないことが保証される。繊維サン
プルをフエルト状にプレスするのではなくして正
規の生産行程にて集めて、ニードリングを施して
ブランケツトにした場合、この種の試験で見られ
る収縮は、使用時に望まれる最大収縮にさらに近
いものとなるであろう。 種々の組成の製品を連続生産して、どの組成
が、１）良好に繊維形成されるか、２）許容水準
の収縮で繊維を作れるか、３）試験溶融装置で得
られる結果に匹敵する生産結果を得ることができ
るか等を決定しようとした上記の酸化ジルコニウ
ム系組成の利点が明らかになつたのは、上記の連
続生産時であつた。シリカ―アルミナ溶融材に以
前に使用されたものと同一形状の安定型溶融装置
では、酸化ジルコニウム系組成物は、同一エネル
ギー入力に対してより高い注入速度と、溶融され
た原料１ポンド当り著しく良好なパーセンテージ
の繊維回収率とを産みだした。即ち、シヨツト含
有率は低く不合格ブランケツトは少なかつた。 上記の各種ブランケツト組成物のサンプルが化
学的に分析され、以前と同様に収縮に関して試験
された。線収縮量は、時間―温度現象である。従
つて、この繊維は、2550〓から2650〓（1400℃か
ら1455℃）までの範囲で使用するように計画され
るけれども、サンプルは、2700〓（1482℃）の加
熱炉に４時間、入れられて、１）試験を促進して
所要時間を短縮し、２）推奨使用温度をこえるピ
ーク温度に限られた時間曝されても破滅的損傷を
おこさずブランケツトが劣化しないことを実証し
た。上記試験の結果は、表Ａに示されている。

【表】 上記の試験のため、収縮の許容水準は、11.5％
と限定されている。この値は、高すぎる収縮水準
のように思われるけれども、収縮量が、推奨使用
温度（2550〓―2650〓）をこえる温度（2700〓）
に、このサンプルをさらして、意識的に増大され
ていることを記憶すべきである。次に、この組成
を使用して作られたブランケツトはほとんど、米
国特許番号4001996に記述された種類の断熱モジ
ユールに使用できよう。上記のモジユール形態で
は、ブランケツトは、その表面の極くわずかな部
分だけが、内部の炉温度に曝されるので、収縮が
より少なくなる。さらに、上記の収縮の結果とし
て形成される可能性のある間隙の大部分は、圧縮
されたモジユールが膨張するにつれて充填され
る。 表Ａから、許容収縮水準の繊維を提供する組
成は、下記のものであろう。即ち、SiO₂は46.0か
ら52％までの範囲内、Al₂O₃は32から38％までの
範囲内、ZrO₂は13から18％までの範囲内（すべ
てのパーセンテージは、重量パーセント）であ
る。この組成グループに関する上記以外の限定事
項として、シリカ対酸化ジルコニウム比率は、重
量であると思われ、3.8をこえてはならない。表
Ａより限定された酸化ジルコニウム範囲（13―
18％）に対するSiO₂／ZrO₂比の最少値は、2.6で
ある。このグループ内では、より好ましい組成
（収縮に基づく）は、SiO₂が46.4から50.1％、
Al₂O₃が32から37.3％、ZrO₂が15から18％、およ
び、SiO₂対ZrO₂比率が2.6と3.32の間である。 表Ａの結果は、第４図に図示されこの組成グ
ループは実線で表示されている。第５図は、（破
線で示された）第４図の三軸図表の一部分を拡大
したもので、プロツトされた組成をさらに明瞭に
目視することができる。第５図の拡大図でも、２
つの点（サンプル13と19）は、他の組成に接近し
すぎているので、明白に別個の点として描くこと
ができなかつた。 バルク形とブランケツト形との繊維は両者と
も、2600〓（1426℃）までは使用することができ
る。この繊維を、2600〓に定格付けられた他の繊
維と比較するために、商標名「セラケム」
（CERACHEM）（49.7％SiO₂，34.7％Al₂O₃と
15.0％ZrO₂の組成を有する）サンプルが、ａ）
Al₂O₃―54％、SiO₂―46％の組成を有する市販耐
火繊維ブランケツト、ｂ）熱処理された（即ち予
め収縮させた）うえにアルミナ51％、シリカ49％
の成分を有する市販耐火繊維ブランケツト、ｃ）
SiO₂―51.6％、Al₂O₃―47.7％の組成を有し、続
いて酸化クロム1/2％の表面処理を受けた市販耐
火繊維ブランケツト等について、並列して加熱炉
で収縮を試験された。 上記の４個のブランケツト サンプルの試験片
は、前記試験で実施された方法で収縮について試
験された。計測された長さのブランケツトが、
2550〓（1400℃）の加熱炉内におかれて、25，50
と75時間毎にその長さを再計測され、収縮パーセ
ントは、長さの変化を最初の長さで割つたうえ
に、100を掛けて計算された。50時間と75時間の
計測値間の収縮の変化が比較的小さい量であつた
ので、2600〓（1426℃）と2700〓（1482℃）で実
施するその後の試験は、50時間後にのみ実施され
た。これらの試験結果は、表Ｂに表示されてい
る。

【表】 上記試験によつて、本発明に開示された繊維が
上記の３種類のその他の市販繊維に比してすぐれ
ていることが明らかになつた。高アルミナ組成物
を繊維形成することの難しさ、クロム処理に関連
する問題等に照らして注出速度量と繊維回収量と
の前述のような向上等を、他のシリカ／アルミナ
溶融材と対比すると、本発明の高温度組成物は明
らかに、他の既知の耐火繊維組成物よりすぐれて
いる。 Z4組成に基づく第２グループの繊維は、Z5―
Z12として系統的に記述され、それぞれ前述のよ
うに繊維形成された。これらの組成が、比較のた
め、Z3―Z4組成とともに表に表示されている。

【表】 上記繊維を使用するように計画した種類の珪酸
カルシウム基材内でこれら各繊維を試験すること
が決定された。最初の実験によつて、これらより
小さい直径の繊維（２―７ミクロン）には、AR
ガラス（12ミクロン直径）の場合に生ずる成形お
よび濾過（filtering）に関する問題がなく、上記
の繊維が、十分な“なま”強度を有する繊維／セ
メント製品を作り出すことが可能な場合に、添加
するクラフト紙の量を、著しく減少できるかまた
は、添加しないでよいことになることが明らかに
なつた。これによつて、前記の必要な熱処理とそ
れにともなう費用を低減または削除することが可
能となる。 上記のことを考慮して、各種の繊維Z3―Z12と
B3を使用した「マリナイト」（MARINITE）様
の製品の3″×8″×1″（各インチ）の寸法の研究用
サンプルが、水固形物の比率が4.3対１で、しか
も下記の組成（パーセンテージは重量である）即
ち、クラフト紙―1.9％（この値はスタンダード
の５％からその60％以上も減少している）、耐ア
ルカリ性耐火繊維（ARRF）―5.6％、水和石灰
―24.6％、セライト392（珪藻土）―24.6％、ワラ
ストナイト（珪石灰）―43.3％を有するスラリー
を圧縮成形して作られた。酸化カルシウムとシリ
カを等量加えて反応して結晶体、即ちトーバモラ
イトを形成するようにした。含有させる前に、繊
維ウオアリングブレンダー（Waring blender）
に約60秒だけ入れて、平均繊維長を1/8インチか
ら1/2インチまでの範囲に短縮させた。サンプル
は、型内で190〓（88℃）の温度で８分間かけて
自然にゲル化され、2000psiの圧力で最終的には
厚さ１インチになるように圧縮される。次に、サ
ンプルは、330〓（165℃）で100psiの蒸気圧のオ
ートクレーブに20時間だけ入れられてから、230
〓（110℃）で乾燥された。乾燥後に、サンプル
は、インストロン試験機に入れられて、破壊する
まで荷重をかけられた。試験機で、“たわみ”と
荷重の大きさを計測した。この資料とサンプルの
サイズと厚さとを併用して、曲げ破壊係数を計算
した。上記サンプルの曲げ破壊係数（MR）、密
度（Ｄ）と比強度（MR／D²）等は、550〓（288
℃）で付加的に熱処理された類似サンプルの上記
の数値と比較された。上記の数値、重量損失パー
セント、MRとMR／D²の変化パーセント等が表
に表示されている。

【表】

【表】 表に示された繊維組成を考慮して表の結果
を解釈すると、1.8から4.0（Z4―Z11）までのシリ
カ／アルミナ比率を有する繊維で補強されたサン
プルはすべて、±５％以内の破壊係数の変化を示
した。この変動量は、試験誤差（即ち、有機物燃
焼による強度変化、試験装置の精度等）の範囲内
に入つている。さらに、上記の各サンプルは、比
強度（MR／D²）が増大した。この結果によつ
て、アルカリ性と熱的とのアタツクが複合された
結果として、強化繊維は強度を全く低減させない
ことが示された。他方では、1.8から4.0までの範
囲外のSiO₂／Al₂O₃比率を有する繊維を使用した
サンプル（Z3，Z12，B3とARガラス）では、10
％をこえてMRが減少し、さらに550〓の熱処理
後に比強度が低下した。これらの結果は、アルカ
リ性と熱的とのアタツクが複合されたことによつ
て、これら繊維の品質が劣化され、セメント基体
を補強する繊維の効力がそこなわれたことが示さ
れた。上記の結果が、第２図に図表で描かれてい
る。 表と表との複合された結果が、第３図に上
記とことなつた方式で描かれている。強度
（MR）値が、繊維呼称と共にシリカ／アルミナ
比率を増大させて図表に描かれ、さらに酸化ジル
コニウム含有量を表示されている。これによつ
て、本発明の繊維（SiO₂／Al₂O₃比率が1.8から
4.0までの範囲にある）については、熱処理され
たサンプルのMRのパーセント変化は、オーブン
乾燥したサンプルのMRに対比して小さいことが
図上に示されている。本発明の繊維を有するサン
プルを酸化ジルコニウムが増大する順に描かれる
こととすると、酸化ジルコニウムが最大9.1％か
ら最小27.1％まで変化するにつれて、強度がなめ
らかに減少することを注目すべきである。この限
定された資料によつて、強化繊維を製造するに
は、酸化ジルコニウムの数値は、９％（または５
％から９％までの範囲）が最適であることが示さ
れる。これ以上に酸化ジルコニウムを増加して
も、温度の点では耐アルカリ性を強めるとは考え
られない。 上記の試験を立証するために、２種の生産繊維
即ち、Z3に基づいてP1と、Z4に基づいてP2と
が、正規の溶解装置で工場生産された。組成を
Z3とZ4との組成と極くわずかに相違させて、こ
の組成の変化が繊維特性に与える影響を判定し
た。7150ポンドのP1繊維が、SiO₂49％、Al₂O₃37
％、ZrO₂14％の予定組成で製造された。約87050
ポンドのP2組成物が、SiO₂62％、Al₂O₃24％、
ZrO₂14％の予定組成で製造された。これらの溶
融材は両者共に、米国特許3983309に記述された
一般型式の上部差込み電極式上部開放型溶解装置
で作られた。 P1は、3200〓の液相線温度を有し、3350〓の
溶融流を作り出すのに800KWの電力を使用して、
10831b／hrの流出速度で繊維形成された。P1の
実際の繊維組成は、予定の組成とかなりことなつ
たとはいえ、分析によつて、製造されたいくつか
の繊維は、次の組成を有することが明らかになつ
た。即ちSiO₂49.2％、Al₂O₃36.5％、ZrO₂13.6％
である。この組成は、50.1／34.6／15.0の組成を
有する本来のZ3繊維に近いものである。上記の
２種類の組成の差は、互いに0.9／1.9／1.4％にす
ぎないことが分つた。しかし、P1サンプルの線
収縮は、2700〓の温度に24時間曝された後に、
7.0から9.6までの範囲にわたつて変化した。この
ことは、許容しうる2700〓繊維を作るためには、
Z3組成は極めて厳密（±１％）に管理されなけ
ればならないことを示している。 P2は、3080〓の液相線温度を有し、3260〓か
ら3320〓までの溶融流を作り出すのに800KWの
電力を使用して、10661b／hrの平均流出速度で
繊維形成された。繊維を分析した結果、実際の組
成は一般に、大部分の連続生産に対する目標組成
の±２％以内に入つていることが判明した。P2
繊維と標準的な2400〓Ｆと2600〓繊維との重量計
測済サンプルを、各種の酸性およびアルカリ性溶
液に90℃で４時間入れておいて、乾燥したうえで
重量を計測して、耐化学性を比較して判定した。
表に、これらの試験結果が示されている。

【表】 表の資料によつて、P2繊維（以後、ARRF）
は、他の耐火繊維よりもかなり化学的に不活性が
強いことが明らかである。これらの繊維が「マリ
ナイト」MARINITE製品の強化に適しているこ
とをさらに実証するために、87000ポンドの一部
分が、繊維／セメントパネルの製造工場へ送られ
て、本格的生産における小規模試験の結果が再び
立証された。 上記の繊維は、ハイドロパルパーで混合され、
次の組成を有する組成物を作り出した。即ち、ベ
ントナイト2.8％、クラフト紙2.8％、セライト
392 28.4％、石灰28.4％、ワラストナイト（珪石
灰）31.9％、ARRF5.7％の組成である。ARRF
繊維は最後に添加されて、混合時の品質劣化（脆
性による破断）をできるだけ少なくした。次にス
ラリーは、型に送り込まれて、3500psiの圧力で、
１インチ及び２インチの厚さで４フイート×８フ
イートの寸法の長方形パネルに圧縮成形した。オ
ーブンで乾燥したうえにオートクレーブに入れた
から、いくつかのパネルを550〓で熱処理した。 表面や縁に割れが入るといういくつかの問題が
生じたけれども、これらの問題は、過度の水分保
有量（正規で２―３％に対して６―９％の重量
比）に関係するものであり、ARRF繊維を使用
したことには無関係であることが明らかになつ
た。上記の問題は、スラリーの組成を変更した
（ベントナイトとクラフト紙を減らすかまたは削
除した上、珪石灰を45％に増し、処理方法も変更
して、解決されつつある。ARRFは、「マリナイ
ト」（MARINITE）の一種の珪酸カルシウムの
セメント質製品用に適した強化繊維であることが
明らかになつた。900〓と1100〓の温度で熱処理
して「マリナイト」（MARINITE）をさらに試
験した結果、ARガラスよりもARRF繊維がすぐ
れていることが、極めて明確に実証された。 さらに、ARRFは、ジヨンズ―マンビル社
「イジイアン（EAGEAN）」、「ケイムストン
（CHEMSTONE）」、「カラリス
（COLORLITH）」、「エボニイ（EBONY）」、「マ
グナ（MAGNA）」、「トランサイト
（TRANSITE）」等の商品名で販売している種類
の他の珪酸カルシウム製品を強化するのに有効で
あることが証明されている。上記の製品は、種々
の組成を有するとはいえ、それらはすべて、同じ
基本的組成を有しているが、この組成には、カル
シウム成分（セメントまたは石灰）、シリカ成分
（珪藻土であつてもよい）、および繊維質成分（ク
ラフト紙を含むかまたは含まないでワラストナイ
ト（珪石灰）を重量で最大45％まで）が含まれ
る。各場合に、ARRFを添加すると、使用され
る有機（クラフト紙）繊維の量を著しく減少させ
ることができるし、又、クラフト紙使用かつ／又
は多量の有機繊維の使用が必要とする熱処理とを
削除することができることにもなりそうである。
さらに、前記のパネルにARRFを含有させると、
その耐候性を著しく改善し、パネルを外装部に使
用することができることになる。ARFFはさら
に、ただ１回の通常の硬化処理（室温で21日間）
を必要とするミネラルパネルの強化にも適してい
る。しかし、この場合およびその他のすべての使
用時には、繊維がパルパー内で混合されなければ
ならない時間をできるだけ短くして繊維を保護す
るように注意しなければならない。ARFFは、添
加すべき最終的混合成分として取扱われるべきで
ある。 上記の各種組成物を形成する場合には、一定の
純度の混合成分を使用しなければならない。この
ARRF組成物は、ある種のガラスまたは耐火材
ほどには、不純物によつて影響されやすくはな
い。本発明の組成物は、アルカリ性金属酸化物を
含むより一般的不純物のほとんどのものを、最高
0.5％まで含有してもよい。さらに、Z7組成物が
示すように、ARRF繊維は、最高10％までのア
ルカリ土類金属酸化物（CaOとMgO）を含有し
ても繊維の高温耐アルカリ性に悪影響を与えな
い。勿論、Z3組成物にCaOまたはMgOを含有さ
せると、Z3繊維の高温性能を劣される恐れがあ
る。実際には、Z3繊維の高温性能を保証するに
は、不純物レベルは、特にアルカリ金属酸化物と
アルカリ土類酸化物に関しては、高温シリカ―ア
ルミナ耐火繊維に対して通常、望まれるレベルか
またはそれ以下に保たれなければならない。 適当な原料成分には、582W.S.ジルコン
（Zircon）としてコンチネンタル ミネラル
（Contineutal Minerals）から入手できるジルコ
ンサイド（―325メツシユ粉末）、ウエドロンシリ
カ会社（Wedron Silica Company）から入手で
きる200メツシユの粉末シリカやさらに、例えば、
カイザー（Kaiser）社から入手できるClグレー
ドまたはアメリカのアルミナム社（Aluminum
Company）から入手できるＡ―１グレードのよ
うな標準的なソーダグレードアルミナに属するい
くつかの200メツシユ アルミナ等が含まれる。 繊維直径に関しては、上記のARRF繊維は通
常、２―７ミクロンの範囲内に入ることが既に記
述されている。通常の繊維形状条件（即ち、液相
線温度より150〓―250〓だけ高温の溶融流1000―
11001b／hrの注出速度、12000r.p.m.のスピナー
回転速度等）では、通常、平均繊維直径は、２―
４ミクロンの範囲内に入る。化学的アタツクは表
面現象なので、強化繊維１ポンド当りの表面積を
より小さくするために、より大きい直径の繊維を
有することがむしろ望ましい。しかし、ARガラ
スの場合で明らかなように非常に大形な繊維は、
排水（drainaga）や成形上の問題を引きおこし、
有機繊維の添加を必要とし、不随的な問題を引き
起こす。実施された試験から、最適な繊維直径
は、５―６ミクロンの範囲内にあるように思われ
る。繊維直径は、１つまたは複数の加工条件を次
のように変更して、増大させることができる。即
ち、流動温度を50―100〓だけ低下させる、引張
り速度を10―20％だけおすと、および／又はスピ
ナー速度を8000―10000r.p.m.の範囲にまで下げ
る等のようにプロセス変数の１つ又は２つ以上に
変ることである。さらに小さい直径の繊維は、そ
れがとつて代わるべきARガラスの働きをするの
で、繊維直径を最適化することは、ARRFの性
能をさらに向上させるのに役立つ。 種々の変更、代替案と修正案は、前記の明細書
を読めば明らかになるはずである。例えば、Z3
系統形成物にクロミアを最大2.5％添加すること
は、耐火性を向上させるのに有効であると予想さ
れる。さらに、ただ１つの繊維形成技術が論議さ
れてきたが、この種の耐火繊維は、他の商業上の
技術、例えば加圧噴出法によつても形成すること
が可能である。従つて、添付された請求の範囲内
に入るような変更、代替案と修正案はすべて、本
発明の一部分とみなすこととする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の耐化学性で耐熱性の繊維に
関するシリカ、アルミナ及び酸化ジルコニウムの
含有量範囲を示す三軸図面である。Z1―Z12とB1
―B7と表示された点は、実際の試験溶融材で、
P1とP2は、２つの工場での生産種類である。第
２図は、補強繊維のシリカ／アルミナ比率の関数
として、550〓熱処理によつて生ずる繊維―セメ
ントサンプルの破壊係数の変化を示す図表であ
る。（これらの資料は、表とからとつてあ
る。）第３図は、破壊強度（MR）対シリカ／ア
ルミナ比率の図表で、資料は同様に表ととか
ら求めた。第４図は、本発明の高温耐火繊維組成
物の請求の範囲の組成を描いた三軸図表である。
第５図は、上記適切領域とこの高温組成に対する
多くの工場生産種類とを示す第４図の三軸図表の
部分的拡大図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ すぐれた耐収縮性を発揮する高温耐火繊維で
   あつて、重量パーセントで、それぞれシリカ
   （SiO₂）は46―52％、アルミナ（Al₂O₃）は32―
   38％、酸化ジルコニウム（ZrO₂）は13―18％か
   ら成る組成物を有し、しかも前記組成物のシリカ
   対酸化ジルコニウム比率が2.6から3.8までの範囲
   にある高温耐火繊維。 ２ 重量パーセントで、それぞれシリカ（SiO₂）
   を46.4―50.1％、アルミナ（Al₂O₃）を32.0―37.3
   ％、酸化ジルコニウム（ZrO₂）を15.0―18.0％か
   ら成る組成物を有し、更に前記組成物のシリカ対
   酸化ジルコニウム比率が2.6から3.32の範囲にあ
   る特許請求の範囲第１項に記載の高温耐火繊維。