JPH042685B2

JPH042685B2 -

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Publication number: JPH042685B2
Application number: JP61185873A
Authority: JP
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1992-01-20
Also published as: JPS6342919A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高温度領域において長時間使用可能
な長繊維状の高温耐熱セメントの水和硬化物から
なる長繊維状高温耐熱セメントフアイバー及びそ
の製造方法に関するものである。

（従来の技術）天然の石綿繊維や人造のガラス繊維、ロツクウ
ール、炭素繊維等は無機質繊維として知られてお
り、それらは耐熱性が優れているが、高温におけ
る使用に耐える繊維材料は、一般にリフラクトリ
ー・フアイバーと呼ばれ、例えばチタン酸カリフ
アイバー、窒化ボロン繊維、ボロン繊維、各種ウ
イスカー（ただし、以上は短繊維のみ）、高ケイ
酸質石英フアイバー、シリカアルミナフアイバー
（セラミツクフアイバー）、金属繊維等がある。

そのうち、一般工業用高温断熱材として最も広
く用いられているのは、シリカアルミナフアイバ
ーである。シリカアルミナフアイバーとは、一般
にセラミツクフアイバーと呼ばれているものであ
り、同量のシリカとアルミナ及び少量の硼素、ジ
ルコニア等から製造されれ繊維で、1200〜1300℃
の範囲の高温に耐え、かさ高で、熱伝導率が小さ
く、繊維径も３〜4μで断熱性も良好なことから、
各種断熱、耐火用製品として用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来のリフラクトリー・フアイ
バーはいずれも、その製造において、材料の溶
融、炭素化等のために1000℃を超えるような高温
工程を必要とし、このために量産化技術が確立し
ても、その経済性には一定の限界があることは避
けられないという問題があつた。

したがつて本発明の目的は、従来のリフラクト
リー・フアイバーにおける問題点である高温工程
を必要としない、よつて簡易製造可能で、かつ普
通ポルトランドセメント等の耐熱温度よりも高
く、築炉コンクリート材料等として好適な高温耐
熱性を有する長繊維状高温耐熱フアイバー及びそ
の製造方法を提供することである。

（問題点を解決するためを手段）そこで本発明者らは、高温工程を必要としない
高温耐熱繊維を見出だすべく研究を重ねた結果、
水硬性高温耐熱セメントを材料として、常温にお
いて通常の紡糸用押出機のダイス細孔よりミクロ
ンオーダー径のセメント製繊維材料を押出、取得
することを考え、さらに研究を重ねた。

その結果、セメントスラリーを無機系ゲル生成
原料を混合し、これを、通常の紡糸用押出機のダ
イス細孔よりミクロンオーダー径の繊維材として
押出し、次いでそれをゲル化剤と接触させること
を案出し、本発明を成すに至つた。

本発明によれば、スランプ値が10〜20cmとその
ままでは繊維状の形状を保持し得ず、従つて従来
は繊維化が不可能であつたセメントスラリーが、
ゲル化処理による無機系ゲル材の生成によつて、
その形状が保持されて安定化した長繊維体となす
ことができるのである。

すなわち本発明は、(1)押出機のダイス細孔より
押出されて得られた、水硬性高温耐熱セメントの
水和硬化物と無機系ゲル材との混合物からなる、
長繊維状高温耐熱セメントフアイバー、及び(2)水
硬性高温耐熱セメント／水の配合比が35〜55重量
％になるように両者を混練し、これに更に無機系
ゲル生成原料を添加して充分に撹拌混合し、得ら
れたスリラーを押出機のダイス細孔より連続的に
ゲル化槽中へ押出し、次いで得られた押出品を気
中もしくは水中養生することを特徴とする長繊維
状高温耐熱セメントフアイバーの製造方法であ
る。

本発明においては、高温耐熱セメントとして
は、アルミナセメント、リン酸カルシウム塩セメ
ントなどの水硬性高温耐熱セメントが用いられ、
これに混合される水の配合量は通常、水硬性セメ
ント／水配合比が35〜55重量％である。

そして押出ダイス細孔より押出された押出品の
未だセメントが水和硬化するに至らない段階をフ
アイバー状に保形するための無機系ゲル生成原料
としては、例えばアルミン酸ソーダ水溶液（20〜
60重量％水溶液）が添加（外割りで５〜20重量％
添加）使用され、押出機としては通常の紡糸用ス
クリユー式押出機が用いられる。

また、そのダイス細孔から連続的に押出される
押出品は、更にゲル化剤としてのアンモニア水溶
液、水ガラス水溶液などの入つたゲル化槽に通過
させられることによつて前記ゲル生成原料がゲル
化される。

なおさらに、前記ゲル化槽を通過させられた長
繊維状押出品は、必要に応じ巻き取り機に巻き取
られ、その後気中もしくは水中養成される。

（本発明の具体的詳細説明）以下に本発明の製造方法を工程に従つてさに詳
しく説明する。

本発明は水硬性高温耐熱セメントを使用するも
のであるが、これは従来における問題点であつた
高温工程を必要としない紡糸を行うために、水硬
性高温耐熱セメントが常温で水と反応して硬化す
る性質を利用するものである。従つて、本発明の
目的のためには、原料のセメントは水硬性で高温
耐熱性を示すセメント材料であればどのようなも
のでもよいが、特にスレーキング現象を起こさな
いものが好ましい。

本発明のセメントフアイバーが400〜800℃の中
間領域における圧縮・曲げ強度の低下を生じない
ものとするためには、このスレーキング防止剤と
して、例えば超微粒高活性混和剤（SiO₂）を使
用し、セメント水和時に生成する水酸化カルシウ
ムを下記反応式により補足固定化するようにした
高温耐熱セメント（例えば、「リフラクリート」
（商品名：黒埼窯業(株)製）を使用するとが好まし
い。

Ca（OH）₂＋SiO₂→CxSyHz 上記のように、「リフラクリート」は加熱、冷
却されてもスレーキング現象の発生を抑止でき
る。

また、他の例としてはアパタイト前躯体である
リン酸カルシウム塩を用いても、同様な超高温型
のフアイバーを製造することができる。アパタイ
トは融点が1600℃以上にも及ぶものでる。

なお、高温耐熱セメントでない普通ポルトラン
ドセメントを用いた場合は、製品フアイバーが高
温加熱を受けた際にはそれが軟化して機械的強度
が低下する問題があり、普通の建材等への使用に
は耐えられるものの、築炉コンクリート等の高温
材料として適用することは不適当である。

本発明のセメントフアイバーを製造するために
は、まず水硬性高温耐熱セメント、例えば「リフ
ラクトリート」に、これに対して35〜55重量％の
配合比で水を加えて混合し、これに無機系ゲル生
成原料、例えばアルミン酸ソーダの20〜60％水溶
液を全体の５〜20重量％になるように添加し、充
分に撹拌混合する。

この無機系ゲル生成原料の添加は、本発明のセ
メントの繊維化達成には必須の要件である。

次いで、得られたセメントスラリーを従来の紡
糸用のスクリユー式押出機のホツパ口より注入
し、所望のダイス細孔（孔径５〜200μ程度）か
ら長繊維体となして連続的に押し出す。

こうしてダイス細孔から押し出された状態のま
まの繊維状スラリーは、10〜20cm程度のスランプ
値を示し、このままでは細径の押出長繊維体とし
てその形状を保持することができない。

しかしながら、本発明におては、ダイス細孔か
ら押し出された直後に、これをゲル化槽に通過さ
せることにより、保水性の高いゲル（ヒドロゲ
ル）となして容易にその形状を保持させることが
できるようにしたものであり、これによつて従来
は不可能とされていたセメントの長繊維化が達成
されるものである。

この時使用するゲル化剤としては、すでに記載
したように無機系ゲル生成原料としてアルミン酸
ソーダの20〜60％水溶液を外割りで５〜20重量％
添加使用した場合には、水ガラスの50〜60％水溶
液を用いることが好ましい。

水硬性高温耐熱セメントとして前述の「リフラ
クトリート」を使用する場合には「リフラクトリ
ート」は前記アルミン酸ソーダより生成されるゲ
ルと結合し易く、このような組合わせは特に好ま
しい。

このように高温耐熱セメントフアイバーを保形
する無機系ゲル材料の組合せとしては、他にも例
えば、水酸化カルシウムゲル、二酸化鉄ゲル、塩
化カルシウムと炭酸ナトリウムによる炭酸カルシ
ウムゼリー等が挙げられ、特に炭酸カルシウムゼ
リーは、翌日まで放置すると液体と粉体結晶に分
離することから、純粋な高温耐熱セメントフアイ
バーの製造には有用である。

こうして無機系ゲルの形成により繊維状の形状
を保持された押出品は、ゲル化槽の端部に設けら
れた巻取機により一定速度で巻き取り、必要に応
じてドラム等に集合させる。こうして得られる高
温耐熱セメントフアイバーの直径は、ダイス径と
巻取速度によつて定まるが、通常3μｍ〜500μｍ
程度であり、長さは長、短任意なものとすること
ができる。

本発明においは、この巻き取りの際にセメント
フアイバーが保水性に富むゲル層に保持されてい
るので、お互いに接触しても相互に密着すること
はない。

次いで、ドラム等に巻かれた高温耐熱セメント
フアイバーを、常温で気中もしくは水中養生す
る。特に水ガラスを使用した高温耐熱セメントフ
アイバーを水中養生することは、該セメントフア
イバーの表面に過剰に付着した水ガラスを溶解・
除去することができるので特に好ましい。

本発明において形成された無機系ゲルは、70〜
90重量％近くの多量の水を含むものであり、押し
出し後の高温耐熱セメントフアイバーの水和・自
硬の反応に寄与すると共に、気中養生を行つた場
合でも高温耐熱セメントフアイバーに対して充分
な強度を付与させるのに役立つものである。

すなわち、本発明においては、ゲルの保水率が
大きく、水和・自硬性の水硬性高温耐熱セメント
を使用することから、製造後初期段階において
は、無機系ゲル材によつて形状保持（保形）され
ていた細径長尺のセメントが時間経過にしたがつ
て水和硬化して次第にその本来的な強度を発現す
るのである。

本発明により提供される高温耐熱セメントフア
イバーの機械強度は、水硬性高温耐熱セメントの
種類、、無機系ゲル材の種類、含量によつて変化
するが、5000〜10000Kgｆ／cm²程度である。なお、
本発明の高温耐熱セメントフアイバーは力学的強
度の異方性は少なく、等方性なものである。

また特に、本発明において水硬性高温耐熱セメ
ントとしてリン酸カルシウム塩系材料を使用した
場合には、次のような効果が発揮される。

リン酸カルシウム塩系セメントフアイバーは、
1000℃までの熱間強度の低下が全くなく、酸化性
雰囲気中でも1800℃までの高温に耐えられ、熱的
に安定で、高耐火性であり、吸水率が極めて小さ
く、スレーキングの心配もなく、中性化の問題は
全くなく、そしてセメント系結合剤と特に高温で
付着力に優れる。

（実施例）本発明の一実施例について説明する。

「リフラクリート」100重量部に水20重量部、
無機系ゲル生成原料としてのアルミン酸ソーダの
40％水溶液15重量部を添加し、充分に撹拌混合し
てセメントスラリーを得る。

なお、「リフラクリート」（商品名：黒埼窯業(株)
製）はSiO₂：45重量％、CaO：39重量％、
Al₂O₃：９重量％、Fe₂O₃：３重量％、MgO：1.5
重量％とからなる組成の水硬性粉体である。

次いで、このセメントスラリーを通常の紡糸用
のスクリユー式押出機にそのホツパー口より注入
し、ダイス細孔（孔径150μｍ程度）から一定の
押出し速度（15cm／sec.）で連続的に、下方に設
置されたゲル化槽のゲル化剤液中にに押し出す。

このゲル化槽中にはゲル化剤として水ガラスの
60％水溶液が充填されている。

これにより直径150μｍの長繊維化された柔軟
性セメント混合物が得られる。

次に、こうして無機系ゲル材の形成により繊維
状の形状を保持された押出品は、ゲル化槽の端部
に設けられた巻取機により一定速度（15cm／sec）
で巻き取られる。

その後、ドラム等に巻かれたセメントフアイバ
ーを、常温で気中で３日間養生する。

以上のようにして得られた高温耐熱セメントフ
アイバーの引張強度は120Kgｆ／cm²程度であり、
650℃、１時間保持後における室温での残存引張
高度は60Kgｆ／cm²であつた。

次に、上記気中養生して得られた長さ５cm、直
径135μｍのセメントフアイバーを、セメント100
重量部に対して10重量部を混合して耐熱補強材と
して適用したところ、成型品は該セメントフアイ
バーを混合しなかつた場合に比較して、20℃にお
ける引張強度が80％向上していた。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、セメント材料を簡単な方法で繊維化すること
ができ、力学的強度に優れていると共に、耐熱
性、透湿性、通気性、かさ高性に優れた築炉用材
料等として好適な高温耐熱セメントフアイバーを
提供し得るものであり、以下に示す優れた効果を
有するものである。

本発明の高温耐熱セメントフアイバーの製造
は極めて簡単であり、大量生産方式に適してお
り、従来の他の繊維の製造と比較しても高温処
理工程を必要としないことは非常に有利であ
る。このため、製造コストが極めて低廉であ
り、製造設備の無人化も可能である。

高温耐熱セメント系材料を使つて、高温で長
時間使用可能な長繊維状の高温耐熱セメントフ
アイバーが提供されることにより、高温加熱時
の破断強度が強く優れた材料となる。

本発明の高温耐熱セメントフアイバーは、フ
アイバー自体が高温耐熱セメント系のものであ
り、かつ有機化合物を全く用いていないため、
これを例えば築炉用のコンクリートの補強材と
して混合使用した場合、セメント系結合剤との
なじみが良く、付着力に優れ非常に良好に一体
化ができ、かつ高温加熱に耐えられる。

本発明の高温耐熱セメントフアイバーは、セ
メント系結合剤の複合素材として用いる場合、
本発明繊維と結合剤との接着力が大きく、セメ
ント系結合剤の強度もせん断力を介して１本の
高温耐熱セメントフアイバーから他の高温耐熱
セメントフアイバーの応力を充分に伝達するの
で、これらセメントフアイバーに加わる応力は
均等化され、セメント系結合剤の複合材料とし
て極めて有効である。

本発明の高温耐熱セメントフアイバーは、無
機系ゲル材で結合されているため、有機系ゲル
材を用いた場合と異なり、高温加熱時等におい
ては有害ガスが発生せず、また分解・発泡等に
よる崩壊もしないので安全かつ安定なものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１押出機のダイス細孔より押出されて得られ
た、水硬性高温耐熱セメントの水和硬化物と無機
系ゲル材との混合物からなる、長繊維状高温耐熱
セメントフアイバー。２水硬性高温耐熱セメントがリン酸カルシウム
塩である特許請求の範囲第１項記載の長繊維状高
温耐熱セメントフアイバー。３水硬性高温耐熱セメント／水の配合比が35〜
55重量％である特許請求の範囲第１項記載の長繊
維状高温耐熱セメントフアイバー。４無機系ゲル材が、アルミナゲルである特許請
求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
長繊維高温耐熱セメントフアイバー。５水硬性高温耐熱セメント／水の配合比が35〜
55重量％になるように両者を混練し、得られたス
ラリーを押出機のダイス細孔より連続的にゲル化
槽中へ押出し、次いで得られた押出品を気中もし
くは水中養生することを特徴とする長繊維状高温
耐熱セメントフアイバーの製造方法。