JPH0211539B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 重量パーセントでシリカ44−52％、アルミナ
26−43％及びジルコニア３−27％の組成の耐火ガ
ラス状繊維において、その繊維が約1316℃の温度
に４時間置かれたときに、約６％未満の収縮性を
有しており、組成Al₂Si₂O₅（OH）₄で表わされる
１：１ジオクタヘドラル フイロシリケートとし
て一般に称せらられている群から選択される粘土
59−96重量パーセント及びジルコン４−41％とを
含有する２成分組成物から製造されることを特徴
とする耐火ガラス状繊維。 ２ 該粘土がカオリン粘土である請求の範囲第１
項に記載の繊維。 発明の分野 本発明は耐火繊維の分野に関するものである。
とくに本発明は、高温に曝露された場合に収縮が
小さい耐火繊維の分野に関するものである。さら
に特別には本発明は、アルミナとシリカを含む繊
維に関するものである。さらに特色を述べるなら
ば、たゞしこれに限定されるものでないが、本発
明はアルミナとシリカのもととなるカオリン粘土
を含み、これにジルコンを添加した繊維である。 発明の背景 本明細書に使用される耐火繊維とは、約816℃
（1500〓）を超える温度によつて悪影響を受けな
い無機で、非晶質もしくは結晶質の繊維を意味す
る。代表的な耐火繊維は、Al₂O₃とSiO₂の純粋な
酸化物を等量熔融させたガラス状繊維である。熔
融物は当業者なら公知の技術によつて繊維化され
る。この代表的な繊維は、約1260℃−約1316℃
（2300〓−2400〓）に加熱され、この温度で24時
間曝露されると３−４％収縮する。他の耐火繊維
はカオリン粘土を熔融することにより製造された
ものである。このような繊維については、1958年
New York Academic Press Publisherにより
出版されたC.Z.Caroll−Porcznskiによる
Inorganic Fibersに良く書かれている。この文献
の162−164頁に、Kaowool繊維がBabcock
and Wilcoxから市販されていると記載されてい
る。使用されている工業品位のカオリンの不純物
によつて、この繊維は約1260℃−約1316℃（2300
〓−2400〓で５−８％線収縮率を示す。これに加
えカオリン繊維は一般に繊維化されていない物質
であるシヨツト（shot）の含有率が高い。このシ
ヨツトは耐火繊維の断熱性に悪影響を及ぼす。カ
オリンを基質にした繊維の最大の利点は、後述す
る様に繊維の熔融に利用される純粋の酸化物に比
しカオリンは非常に安価な点である。 アルミナとシリカの純粋な酸化物にジルコニア
（Zirconia）を添加すると、耐火繊維の熔融速度
や繊維化が改善されることが開示されている。
1959年２月10日J.C.M.Mullenに公布された米国
特許No.2873197にかゝる開示がなされている。繊
維の収率や工程を改善するが、ジルコニアを添加
するとカオリン基質繊維のように容易に繊維化す
ることができなくなる。本発明の発明者が気がつ
いていた本発明以前の出願には、Al₂O₃、SiO₂お
よびZrO₂の純粋な酸化物を熔融して製造した繊
維を開示している。Mc Mullenによつて開示さ
れた繊維も同じであるが、これら繊維は、純粋の
アルミナ−シリカ繊維よりもつと迅速に熔融す
る。しかしながら、出願人は、純粋なアルミナ−
シリカ−ジルコニアの非常に狭い範囲の組合せ比
率のもので熔融した繊維は、予期しない低収縮率
を示したことを、開示している。また他の範囲の
ものについては、ジルコニアの添加により繊維に
耐酸性と耐アルカリ性を賦与することを見出し
た。開示された純粋の酸化物により製造された繊
維の欠点は、その繊維がアルミナ−シリカ繊維を
製造するために使用される二成分系よりもむしろ
高価な酸化物を利用している３成分系から製造さ
れることにある。 発明の要旨 本発明はカオリン粘土とジルコンを組合せ、ア
ルミナ−シリカ組成より優れた熔融速度を有し、
カオリン基質繊維より線収縮が少なく、かつ純粋
の酸化物から製造されたアルミナ−シリカ−ジル
コニアより高価でない繊維を製造することにあ
る。本発明は、カオリン59−96重量％、ジルコン
４−41重量％のカオリン−ジルコン混合物を利用
するものである。 好ましい実施態様の説明 カオリン−ジルコニア繊維を評価するため、カ
オリンとジルコンの比率を変えて作られた各種繊
維を製造した。望ましい組成を有する処方を確認
し、各成分を望ましい比率で直径約0.9ｍ（３フ
イート）、深さ約48cm（19インチ）の実験用熔融
機に入れた。各成分は電気的に熔融し、熔融物は
オリフイスから吐出され一対の回転スピナーに衝
突させる。これにより、一般に直径が２−7μｍ
（２−７ミクロン）、長さが約1.3ないし25.4cm
（1/2ないし10インチ）（平均約5.1−7.6cm）で、
種々のシヨツト含有率（通常35−45％）の繊維が
製造される。繊維は組成を確認するため集めて分
析に供し、これらの種々のサンプルを製造し収縮
試試験に供した。これら繊維を製造するため、表
１の成分を有するカオリン粘土を使用した。 表 １ 成分 重量％ SiO₂ 52.1 Al₂O₃ 44.4 ZrO₂ 0.23 TiO₂ 1.76 Fe₂O₃ 0.79 Na₂O 0.05 K₂O 0.06 CaO 0.12 MgO 0.07 カオリン粘土は、天然に産出するアルカリ分の
ない（0.5％以下）粘土の１種で、一組成
Al₂Si₂O₅（OH）₄を有し、１：１ジオクタヘドラル
フイロシリケート（１：1dioctahedral
phyllosilicate）で表わされるものである。他の
同族の粘土としては、デイツカイト（dickite）、
ナクライト（nacrite）およびハロイサイト
（halloysite）がある。これらの粘土もカオリン
の代替物として使用できるが、カオリンが入手し
易く、かつ価格も安価なため好ましい成分であ
る。許容できる繊維を製造するためにプロフイラ
イト（pyrophyllite）とジルコンの組合せも利用
できる。プロフイライトは基本的にアルカリ分の
ない（0.5％以下）粘土で、組成Al₂Si₄O₁₀（OH）
を有し、２：１ジオクタヘドラルフイロシリケー
トで表わされるものである。 上述のように、カオリン−ジルコン混合物は本
発明の教えるところによる繊維を製造する上で、
好ましい混合物である。カオリン−ジルコン系
は、シリカ−アルミナおよびジルコニアの純粋な
酸化物を用いる３成分系というよりむしろ２成分
系であるため、混合比率を管理するための装置や
計量装置を少くてすむ。すでに述べたように、前
述のいずれの粘土とジルコンを組合せてもこの利
点を達成することが出来るが、低コストの面でカ
オリンが最も好ましい。 成分の灼熱減量（LOI）は0.09％であつた。一
番目の繊維(A)は、上述のカオリンのみを使用して
製造したものである。それ以下の繊維は、表２に
示すようにジルコン量を変えて製造したものであ
る。

【表】 表２の混合物から製造された繊維のシリカ、ア
ルミナおよびジルコニアの含有％は表３の通りで
あつた。

【表】 全サンプルの灼熱減量（LOI）は1000℃で測定
した。サンプルＡの微量成分はICPで決定した。
サンプルＡのZrO₂を含む主要成分はXRFスペク
トロメーターで測定した。残り９個のサンプルの
３主要成分は、XRFスペクトロメーターを用い
て測定した。全てのXRF測定は、サンプルと４
硼酸リチウム（Lithium tetraborate）の比が
１：10の熔融物（Fusion）を用いて行つた。高
含有率のZrO₂を計算するため、BSC388（ジルコ
ン砂）、NBS77（耐火物）および純粋のSiO₂で調
製した一連の合成基準を使用した。これら基準は
同様に熔融物とした。 ３主要成分の計算値を以下に掲げた。

【表】 XRF強度と計算含有量から各成分について最
小二乗回帰直線を作成した。この回帰直線を用い
てサンプルＢからのＪのSiO₂、Al₂O₃およびZrO₂
の含有量を決定した。最も大きい相対誤差を示す
成分はZrO₂であつた。ZrO₂の誤差は±1.2％であ
る。 上記で製造した繊維について、各試験繊維Ａか
らＨに対し線収縮を決定するため比較試験を行つ
た。ただし繊維ＩとＪは、その試験熔融物を繊維
化することが困難で、製造した繊維としては十分
興味あるものとは考えられないため試験を行わな
かつた。実験用の繊維は、繊維集合物から得たマ
ツトをニードリング（needling）し、アニーリン
グ（annealing）して厚さ10mmのブランケツトに
調製した。マツトを製作するため、繊維の一部を
２個のブリツク間で圧縮し、650℃で約20分間加
熱した。これによつてアニールされたマツト片が
出来、これから収縮測定用試料を切断して得た。
いずの場合も、ニードルされアニールされたブラ
ンケツトは、ニードリングや焼鈍後は良好な強さ
を示した。 線収縮の比較試験を行うため、繊維ＡからＨ、
純粋の酸化物繊維、３種類の市販カオリン繊維
（Kaowool2300、Cer−Wool2300および
Durablanket）を試験した。各繊維から１個の試
料を採り、これを実験用キルン中に無作為に置
き、４時間、24時間および48時間燃焼した。各繊
維から２個目の試料を採取し、同一温度にしてあ
る炉内に再度無作為に置き、同じ試験を繰り返し
行つた。表４に示された線収縮率のデータは、各
温度において各繊維から採取した２個の試料の平
均を表わしている。

【表】 表４の収縮データによると、組成ＥとＦが市販
されている繊維に関連した試験繊維のどれと比較
しても総合的に最良の収縮結果を示している。一
般に収縮が５％未満は優秀と考えられ、収縮が５
−８％で中程度、８％では使用し得る限界値と考
えられている。収縮が８％を超えると使用に耐え
られないと考えられている。従つて市販のカオリ
ン繊維は全て約1260℃（2300〓）と約1316℃
（2400〓）で中程度であるが、約1371℃（2500〓）
では不合格であつた。繊維Ｃ−Ｇは約1316℃
（2400〓では優秀な分類に入つた。繊維ＥとＦは
約1371℃（2500〓）で優秀な分野に入り、繊維Ｃ
とＤは約1371℃（2500〓）で合格範囲に入つてい
た。最終的に、繊維Ｆは市販のカオリン繊維もし
くは他の試験繊維よりも約1427℃（2600〓）でさ
えも遥かに優れた挙動を示した。純粋の酸化物繊
維だけが約1427℃（2600〓）で優れた挙動を示し
ている。これらの結果から、ジルコニアを28％迄
の量を含有するカオリン繊維は、通常のカオリン
繊維より性能が優れていることを示している。カ
オリン繊維は繊維化が容易であり、純粋の酸化物
繊維より安価なため、高温での収縮を減ずるのに
カオリンにジルコンを添加することは、低廉にし
て低収縮のカオリン基質繊維を提供する新規な方
法である。 本発明を実施する上での好ましい態様を開示し
たが、付属の請求の範囲に定義されているよう
に、本発明が意図された全ての範囲内で行なう変
更や修正については何等限定されるものではな
い。例えば、カオリンは好ましい粘土ではある
が、開示されているアルミナ−シリカ粘土のいず
れもは、本発明が意図する全ての範囲から外れる
ことなく利用できるものである。