JPH0226850A - オキシナイトライドガラス短繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は断熱材、吸音材等に用いられるオキシナイトラ
イドガラス短繊維、その製造方法、および製造装置に関
する。

従来の技術および課題 従来、断熱材、吸音材、濾過材等としては、製造、取扱
いが容易で低価格のＡガラス繊維が広く用いられている
。しかしながら、Ａガラス繊維自身はその機械的強度が
低く、使用温度も約３５０℃までと低い。同様の用途に
用い得る他の安価な繊維としては、従来より石綿（アス
ベスト）が知られているが、近年人体に対する悪影響が
指摘され使用がみあわされている。

本発明は、使用可能温度が８００℃程度までと高く、し
かも高強度、高弾性かつ安価な断熱材等の原料として優
れたオキシナイトライドガラス短繊維を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、Ｓｔ−ＮＬ−Ｍｔ−０−Ｎガラス系を有し、
かつ５ｉｎｓ、Ｓ　ｉ、ＮｔおよびＭ１Ｏをモル％にて
下式（ａ）および（ｂ）： ０．６５≦（ＳｉＯｔ＋３ＳＬ３Ｎ４＋ＭＩＯ）／　（
ｌｏｏ＋　２　Ｓ　１ａＮ４）＜１　　　　　　　　”
・（ａ　）０．７≦（Ｓ　１０２＋　３　Ｓ　１３Ｎ４
）／　ＭＩＯ≦２．３　　・・・（ｂ）［式中、Ｍｌは
Ｃａ、あるいはＣａおよびＭｇ；ＭｆはＣａ１Ｍ＋ｒ以
外の金属を意味する］を満たす量、含有するオキシナイ
トライドガラス短繊維を提供するものである。

また、本発明は（ｉ）ＳｉＯ，；　　金属窒化物；Ｃａ
ｂ、またはＣａＯ＋ＭｇＯ；　　および金属酸化物を混
合する工程、（１１）該混合物を不活性ガス雰囲気下１
４００〜１９５０℃にて加熱熔融する工程、並びに（ｉ
ｉｉ　）該熔融ガラスを高速の不活性ガスと混合する工
程からなることを特徴とするオキシナイトライドガラス
短繊維の製造法、並びにその製造装置を提供するもので
ある。

本発明ガラス短繊維の材料であるオキシナイトライドガ
ラスは特に、１５原子％（以下、ａｔ％という）以上の
多量の窒素を含有するため、ＳｉＮ結合による緊密な架
橋を有する。したがって、該ガラスは従来公知のガラス
に比べより緊密なガラスのネットワークを有し、表面硬
度が大きく、高い弾性を有する。

本発明のガラス短繊維に用いられるオキシナイトライド
ガラスはＳＩ　　ＭＩ　　Ｍｔ　　Ｏ−Ｎガラス系を有
する。ここでＭ、はＣａまたＣａ＋Ｍｇである。即ち、
該オキシナイトライドガラスはＳｉ−Ｃａ−Ｍｔ　　Ｏ
Ｎ、またはＳ　ｉ　−Ｃａ−Ｍｇ−Ｍ。

０−Ｎガラス系を有する。金属Ｍ、としては、例えばＡ
ｌ５ＳｒＳＬａ、Ｂａ、ＹＳＴ　ｉＳ　Ｚｒ１ＮａＳＫ
、５ｂＳＢなどが挙げられる。これらの金属は単独で、
あるいは２種以上を組み合わせてもよい。したがって、
本発明ガラス短繊維の典型的な組成は、Ｃａ−５ｉ−Ａ
ｌ−０−ＮＳＮａ−ＣａＳｉ−０−Ｎ、　Ｌａ−Ｃａ−
５ｉ−Ａｌ−０−Ｎ。

Ｎａ−Ｂ−Ｃａ−９ｉ−０−ＮＳＭｇ−Ｃａ−９ｉＡｌ
−０−Ｎ、　５ｉ−Ｃａ−ＡＩ−０−Ｎ、　Ｙ−Ａｌ−
Ｃａ−９ｉ−０−Ｎ、　Ｎａ−Ｂ−Ｃａ−Ｓｉ−Ａｌ　
−Ｐ−０−Ｎ、　Ｃａ−Ｍｇ−’５ｉ−Ａｌ−０−Ｎ。

Ｓ　ｒ　−Ｃａ−Ｍｇ　−Ｓ　ｉ　−ＡＩ　−０−Ｎ５
Ｂａ　−Ｃａ　−Ｍｇ−Ｓｉ−ＡＩ−０−Ｎ、　Ｙ−Ｃ
ａ−Ｍｇ−９ｉ　−ＡＩ−０−Ｎなどである。

本発明短繊維の材料であるオキシナイトライドガラスは
、各成分をモル％で表示して、下式（ａ）および（ｂ）
・ ０．６５≦（ＳｉＯｚ＋　３５ｉｓＮ４＋ＣａＯ＋Ｍｇ
０）／　（１００＋　２　Ｓ　１３Ｎ４）　＜　１　　
　　　・・・（ａ）０．７≦（Ｓ　ｉｏ　ｔ＋　３８　
ｉ＊Ｎ４）／　ＣａＯ＋ＭｇＯ≦２４・−（ｂ）［式中
、ＣａＯおよびＭｇＯは、各々ＣａｂＳＭｇＯ。

あるいはこれらに変換する化合物のＣａＯｌＭｇＯ基準
のモル％を意味する］ を満たす。該オキシナイトライドガラスは従来公知のオ
キシナイトライドガラスよりも多量のＣａ。

Ｍｇを含有する。前記（Ｓ　ｉｏ　ｔ＋　３　Ｓ　１ａ
Ｎ４＋Ｃａｏ　＋　ＭｇＯ）／　（ＬＱＱ　＋　２　Ｓ
　ｉｓ　Ｎ　４）が０．６５より小さいと結晶化し、ガ
ラスが得られない。一方、（Ｓ　ｉｏ　ｔ＋　３　Ｓｉ
３Ｎ　４）／　ＣａＯ＋　ＭｇＯが０．７より小さいか
、あるいは２．３を越えると得られたガラスの窒素含有
量が１５ａｔ％より少なくなり、高弾性率が得られない
。

本発明のガラス短繊維は窒素含有量１５〜３０ａｔ％、
弾性率１２，５００〜２５，０００ｋｇ／＋＋ｕｎ″、
引張強度７０〜５００　ｋｇ／開２を有する。

なお、窒素含有量が３０ａｔ％を越えると結晶化し、ガ
ラスが得られない。窒素含有量は原料の添加量により調
整することができる。

ガラス短繊維の繊度は３〜２０μ肩であるのが好ましい
。繊度がこの範囲より小さいと紡糸が困難となり、一方
、この範囲より大きいと強度が著しく低下する。また、
ガラス短＃ａ維の繊維長は１０〜２００ｍｍであるのが
好ましい。繊維長が１０ｍｍ未満であると、Ｆ’ＲＰに
した時、強化特性が低い。一方、繊維長が２００ｍｍを
越えると取り扱いが困難となる。

また、本発明のガラス短繊維は約８００℃の耐熱性を有
し、断熱材として優れている。

本発明のガラス短繊維を得るには、 （ｉ）ＳｉＯｔ； （ｉｉ　）　Ｓ　１ｓＮａまたは他の金属窒化物：（ｉ
ｉｉ）Ｃａｂ、、ＭｇＯ以外の金属酸化物；および（ｉ
ｖ）ＣａＯまたはＣａＯ＋ＭｇＯ を混合する。

好ましい上記金属酸化物（ｉｉｉ　）の例としては、Ａ
ｌｔｏｓ、ＢａＯ１ｓｂ、ｏ、、５ｒＯ１ＮａｔＯ１Ｋ
、０、Ｌａｇ’３、Ｃｅ　Ｏｔ、Ｙ、０３、ＺｒＯ，、
ＴｉＯｘ、Ｎ　ａｔ　Ｏ％Ｋ　ｔ　０１Ｂｔｕ、などが
挙げられる。これらの金属酸化物の変わりに、例えば炭
酸塩、水酸化物、シュウ酸塩など熱分解によって金属酸
化物となる化合物を用いてもよい。これらの化合物は単
独で、あるいは併用して用いてもよい。

上記５ｉｓＮ＋以外の金属窒化物（ｉｉ　）としてはＡ
ＩＮ、ＢＮなどが挙げられる。金属酸化物としてＡＩｔ
ｏｓを用いる場合にはＡＩＮが、８．０３を用いる場合
にはＢＮが好ましい。これら窒化物も２種以上を組み合
わせてよい。

該オキシナイトライドガラスはＣａＯを必須成分として
含有し、さらにＣａＯとともにＭｇＯを含有してもよい
。また、ＣａｂＳＭｇＯの変わりに熱分解によりこれら
酸化物となるものを用いてもよい。

つぎに、これらの成分（ｉ）〜（１ｖ）を前記式（ａ）
、（ｂ）を満足する割合に混合する。

前記酸化物および窒化物は混合、加熱されオキシナイト
ライドガラスとなる。混合物の熔融は、１４００〜１９
５０℃にて、１分間〜３時間、加熱速度ｌＯ〜８００℃
／分にて窒素あるいは不活性雰囲気下で行われる。不活
性雰囲気は常圧であってよい。熔融は電気炉、イメージ
炉などの加熱炉が用いられる。

また別法として、まず酸化物だけの混合物を空気中ルツ
ボにて熔融し、ついで粉砕し、つぎにこの酸化物の粉末
を窒化物と混合し、不活性雰囲気下、高温にて熔融して
オキシナイトライドガラスを得ることもできる。

得られたオキシナイトライドガラスは速やかに、または
緩やかに冷却される。冷却されたオキシナイトライドガ
ラスは１１００〜１６００℃に加熱された紡糸装置に移
され、不活性雰囲気下にて紡糸速度２０〜３０００　ｍ
７分にて紡糸される。

また別法として、フィーダにて紡糸装置内の加熱炉にガ
ラス原料を連続的に供給し、熔融したガラスをそのまま
紡糸装置内の加熱炉にて熔融温度から１１００〜１６０
０℃にまで冷却し、ついで不活性雰囲気下にて連続的に
短繊維を紡糸してもよい。

熔融ガラスを短繊維に紡糸するには、熔融したガラスに
高圧窒素などの不活性ガスを高速にて吹き付けて熔融ガ
ラスを飛散して繊維化し冷却する。

熔融ガラスは熔融部より直接供給するか、または回転し
ながら熔融ガラスを分散する紡糸部を介して供給し、こ
れに周囲より窒素などの不活性ガスを高速にて吹き付は
オキシナイトライドガラスの短繊維を得る。

つぎに、本発明のオキシナイトライドガラス短繊維を製
造するための好ましい紡糸装置について説明する。本発
明の装置１は、原料を貯蔵し原料供給部をなすガラス原
料容器２、該原料容器より供給された原料を熔融する熔
融部である熔融容器３、および該熔融容器３より供給さ
れた熔融ガラスと不活性ガスとを混合する紡糸部４から
なる。

前記原料容器２、熔融容器３および紡糸部４は、いずれ
も酸素濃度２００　ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気に保
持される。

原゛料容器２は窒素ライン５を供えるとともに熔融容器
３につながり、オキシナイトライドガラスの原料６を貯
溜する。また、熔融容器３の周囲にはヒータ７が設けら
れ、供給されたガラス原料を加熱熔融する。つぎに、紡
糸部４は前記熔融容器３の下方に配置され、側面に多数
の紡糸孔８を有する回転容器９、および該回転容器９の
側方および下方に本装置の中心方向に向は配置された窒
素ノズル１０とからなる。該紡糸孔８より飛散した熔融
ガラスは、窒素ノズルｌＯより噴出した窒素により短繊
維化される。なお、前記熔融容器３および紡糸部４はケ
ーシング１１に収容され、該ケーシングに設けられた窒
素ライン１２により窒素雰囲気に保持される。該装置の
さらに下方にはガラス繊維にバインダを吹き付けるバイ
ンダノズル１３および冷却用の空気ジェットノズル１４
が設けられ、ガラス短繊維１５の収束、冷却を行う。

Ｘ監■ つぎに、実施例により本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例１ 前記第１図に示すガラス短繊維製造装置を用いつぎの原
料組成によりガラス短繊維を製造した。

組　　成　　　　　　　モル％ ５ｉｄｅ　　　　　　　　４．８ Ｓ　１３Ｎ−１４，５ Ｃａ０　　　　　　　４８．４ ＡＬＯ３３２，３ 上記原料を原料容器２に供給し、熔融容器中、酸素濃度
１１００ｐｐ以下の窒素雰囲気にて熔融温度１７５０℃
にて熔融を行った。該熔融ガラスを紡糸温度１５３０°
Ｃにて回転容器（２００回／分）より排出し、窒素ノズ
ルより１５０Ｃ／分にて窒素を噴出してガラス短繊維（
窒素含有量１５．５ａｔ％）を製造した。得られたガラ
ス短繊維の機械特性は、引張強度５’　５０　ｋｇ／ｍ
ｎ″、引張弾性率１６５００　ｋｇ／ｍｍ”、繊維径５
〜１０μｍ、繊維長３〜１２ｃｍであった。

実施例２〜８および比較例１〜８ つぎの第１表に示す組成および条件により実施例１と同
様にしてガラス短ｍ椎を得た。結果を第１表に合わせ示
す。

第１表より明らかなごとく、式（ａ）、６＜０．６５未
満である比較例１および２、並びに式（ｂ）が０．７未
満である比較例３および４、式（ｂ）が２．３を越える
比較例５および６はいずれもガラスが得られず結晶化し
た。また、比較例７および８は式（ｂ）＃（２，３を越
えており、低弾性のガラスしか得られなかった。これら
に対し、式（ａ）、式（ｂ）を共に満たす実施例１〜８
はいずれも優れた物性を示す。

発明の効果 本発明のガラス短繊維は、約８００℃まで使用可能であ
りＡガラスに比べて使用温度が高い。また、機械的強度
は石綿と同等であり、かつ人体への影響がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ガラス短繊維の紡糸に用いる装置の概
略断面図である。 図中の主な符号はつぎのとおりである。 ２：原料容器、３：熔融容器、５．１２：窒素ライン、
９：回転容器、ｌＯ：窒素ノズル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ−Ｍ＿１−Ｍ＿２−Ｏ−Ｎガラス系を有し、
   かつＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４およびＭ＿１Ｏをモル
   ％にて下式（ａ）および（ｂ）： ０．６５≦（ＳｉＯ＿２＋３Ｓｉ＿３Ｎ＿４＋Ｍ＿１Ｏ
   ）／（１００＋２Ｓｉ＿３Ｎ＿４）＜１・・・（ａ） ０．７≦（ＳｉＯ＿２＋３Ｓｉ＿３Ｎ＿４）／Ｍ＿１Ｏ
   ≦２．３・・・（ｂ） ［式中、Ｍ＿１はＣａ、あるいはＣａおよびＭｇ；Ｍ＿
   ２はＣａ、Ｍｇ以外の金属を意味する］を満たす量、含
   有するオキシナイトライドガラス短繊維。
2. （２）窒素含有量が１５原子％以上である前記請求項１
   記載のガラス短繊維。
3. （３）ガラス繊維の直径が３〜２０μｍ、かつ繊維長１
   ０〜２００ｍｍである前記請求項１または請求項２記載
   のガラス短繊維。
4. （４）下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程からなることを特
   徴とする前記請求項１記載のガラス短繊維の製造法。 （ｉ）ＳｉＯ＿２：Ｓｉ＿３Ｎ＿４または金属窒化物；
   Ｍ＿１の酸化物または熱分解によりＭ＿１の酸化物とな
   る化合物；およびＭ＿２の酸化物 または熱分解によりＭ＿２の酸化物となる化合物を混合
   する工程、 （ｉｉ）該混合物を不活性ガス雰囲気下１４００〜１９
   ５０℃にて加熱熔融する工程、並びに （ｉｉｉ）該熔融ガラスを高速の不活性ガスと混合する
   工程。
5. （５）ガラス原料供給部、該原料供給部と連結し、前記
   ガラス原料を熔融する熔融部、該熔融部と連結し、熔融
   部より供給された熔融ガラスと不活性ガスとを混合する
   紡糸部からなり、前記原料供給部、熔融部および紡糸部
   が酸素濃度２００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気である
   ことを特徴とする前記請求項１記載のガラス短繊維の製
   造装置。