JPH0667780B2

JPH0667780B2 - アルミナ質繊維成形体

Info

Publication number: JPH0667780B2
Application number: JP60195619A
Authority: JP
Inventors: 穂積遠藤; 達夫安藤; 久孝細井; 守荘司
Original assignee: Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1985-09-04
Filing date: 1985-09-04
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6256348A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はアルミナ質繊維の成形体に関するものであり、
特に耐火断熱材として有用な成形体に関するものであ
る。

〈従来の技術〉アルミナ質繊維は優れた耐熱性を有しており、耐火断熱
材として賞用されている。一般に用いられている無機酸
化物繊維から成る耐火断熱材の成形体には、繊維を結合
剤で結合したボードやフエルトと称せられている板状の
製品と、繊維を集積してニードリングを施したブランケ
ツトと称せられている不織布状の製品とがある。

しかし、６５％以上のアルミナ成分を含有するアルミナ
質繊維は、成形体として専らボードやフエルトとして用
いられており、ブランケツトとしては用いられていな
い。その理由は、６５％以上のアルミナ成分を含有する
アルミナ質繊維は、これを集積してニードリングを施し
ても繊維相互のからみ合つたブランケツトとならないか
らである。

６５％以上のアルミナ成分を含むアルミナ質繊維は、周
知のように専ら前駆体繊維化法によつて製造されてい
る。この方法では、アルミニウム化合物を主成分とし、
これにポリビニルアルコール等の有機重合体を少量含有
させた粘稠な溶液を紡糸して生繊維を製造し、次いでこ
の生繊維を焼成してアルミナ質繊維に転換することによ
りアルミナ質繊維が製造される。

本発明者の一員は、先に生繊維を集積したものにニード
リングを施して生繊維のブランケツトを製造し、次いで
これを焼成して生繊維をアルミナ質繊維に転換すること
により６５％以上のアルミナ成分を含有するアルミナ質
繊維のブランケツトを製造し得ることを見出した（特願
昭58−196778、59−27781参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉前述の出願に係る方法は、アルミナ成分の含有率の高い
アルミナ質繊維のブランケツトを初めて提供した点にお
いて、その意義は極めて大きいものがある。しかし、こ
の方法により製造されたブランケツトは、その厚さが大
きくなると厚さ方向の引張り強度、すなわち剥離強度が
小さくなり、その用途が著るしく制約される。

本発明者らの検討によれば、この剥離強度が小さい点
は、ニードリングにより表面から内部に引き入れた、す
なわち厚さ方向に配向させた繊維が厚さ方向の途中で切
れてしまうことによるものと考えられる。すなわち生繊
維の集積物の常法によりニードリングすると、集積物の
表面から内部に繊維が引き入れられるので、その表面に
近い部分にはニードリング数に応じて厚さ方向に多数の
繊維束が存在する。しかし、これらの繊維は途中で切れ
てしまうので、表面から内部に向うほど厚さ方向の繊維
の数は減少し、従つて最終的に生成するブランケツトの
剥離強度が低下するものと考えられる。

〈問題点を解決するための手段〉本発明者らは、厚さが大きく、しかも剥離強度の大きい
アルミナ成分の含有率の高いアルミナ質繊維のブランケ
ツトの製法について検討した結果、生繊維に減摩剤を付
与したのちニードリングすることにより、厚くかつ剥離
強度の大きいブランケツトを製造し得ることを見出し、
本発明を完成した。

すなわち本発明の要旨は、アルミナ成分６５％以上のア
ルミナ質繊維から成る偏平な不織布状の成形体であつ
て、大部分の繊維は成形体の偏平面にほぼ平行に配列し
ており、かつ偏平面には表面から内部に向う繊維束が規
則的に存在しており、厚さが１０mm以上、密度が0.07〜
0.3ｇ／cm³、引張り強度が0.5Kg／cm³以上、剥離強度が
0.5Kg／ｍ以上であることを特徴とするアルミナ質繊維
成形体に存する。

本発明についてさらに詳細に説明するに、本発明に係る
繊維成形体は、アルミナ成分６５％以上を含むアルミナ
質繊維から実質的に構成されている、アルミナ質繊維に
はアルミナ成分以外にジルコニアその他の金属の酸化物
が存在していてもよい。

好適なアルミナ質繊維は６５％〜９８％のアルミナ成分
を含み、残部が実質的にシリカ成分より成るものであ
る。アルミナ質繊維は、一般に平均繊維直径（区分単位
１μｍでの繊維直径−繊維重量曲線の最大値）が７μｍ
以下で、平均繊維長さ（区分単位１０mmでの繊維長さ−
繊維重量曲線の最大値）が３０mm以上である。平均繊維
直径が大きくなりすぎると、繊維自体がもろくなると共
に成形体の断熱性能が低下する。また平均繊維長さが短
くなると成形体の機械的強度が低下する。好適な平均繊
維直径および平均繊維長さは、それぞれ５μｍ以下およ
び５０mm以上である。３〜５μｍの平均繊維直径を有し
ていて２０μｍより太い繊維の存在比率が実質的に無視
し得る程度であり、かつ５０mm以上の平均繊維長を有し
ていて１０mmより短い繊維の存在比率が１０％以下であ
るようなアルミナ質繊維が特に好ましい。

成形体を構成するアルミナ質繊維の大部分は成形体の偏
平面にほぼ平行に配列している。換言すればアルミナ質
繊維は偏平面にほぼ層状に堆積している。偏平面に対す
る平行性がよいほど、成形体の引張り強度は向上する。
一方、偏平面に平行な面内におけるアルミナ質繊維の配
向は、最終的に生成する成形体に要求される物性により
決定される。すなわち、成形体の引張り強度は、アルミ
ナ質繊維の配向方向が大きく、これに直角な方向が小さ
くなるので、強度の要求される方向にアルミナ質繊維が
配向するようにすればよい。異方性の小さい、すなわち
引張り方向による強度の差の小さい成形体を所望の場合
には、偏平面に平行な面内におけるアルミナ質繊維の配
向をランダムとすればよい。

成形体の偏平面には、表面から内部に向うアルミナ質繊
維の繊維束が規則的に配置されている。その数は１cm³
当り通常３〜２０であり、この数が多いほど一般に成形
体の密度と剥離強度は大きくなる。この繊維束が成形体
の本体を構成しているアルミナ質繊維とからみ合つて成
形体の機械的強度、特に剥離強度を発現している。１個
の繊維束中のアルミナ質繊維の数は一般に５０本ないし
２００本である。この繊維の数は、生繊維のニードリン
グに用いる針に主として依存し、この範囲外の数の繊維
で繊維束を構成することもできる。

成形体は１０mm以上の厚さを有している。本発明に係る
成形体はこのような厚さでも大きな剥離強度を有してい
るのが特徴である。しかし、成形体の厚さが大きくなり
過ぎると、ニードリングの際の糸切れが増加するので大
きな剥離強度を維持するのが困難になる傾向がある。従
つて必要以上に厚い成形体は好ましくない。成形体の一
般的な厚さは１０〜５０mmであり、好ましくは１５〜３
５mmである。

成形体は0.07〜0.3ｇ／cm³、好ましくは0.085〜0.15ｇ
／cm³の密度を有している。密度は耐火断熱材の断熱性
能に関係しているが、一般に上記の範囲の密度を有する
成形体であれば、種々の条件下において良好な断熱能を
発揮することができる。

成形体は耐火断熱材として用いるに十分な機械的強度を
有している。すなわち成形体は引張り強度が少くとも0.
5kg／cm³であり、かつ0.5kg／ｍ以上の剥離強度を有し
ている。好ましくは成形体の引張り強度は1.0kg／cm³以
上であり、また剥離強度は1.0kg／ｍ以上である。さら
に成形体は耐火断熱材として用いるに十分な大きさ、す
なわち少くとも0.27m³（0.3ｍ×0.9ｍ）の大きさを有し
ている。通常は0.6ｍ×1.2ｍ〜0.6ｍ×3.6ｍの大きさを
有している。

本発明に係る成形体は、前駆体繊維化法により得られた
生繊維を層状に集積し、これに減摩剤を付与したのちニ
ードリングして生繊維のブランケツトとし、次いでこれ
を構成して生繊維をアルミナ質繊維に転換することによ
り製造することができる。

前駆体繊維化法による生繊維の製造は常法に従つて行な
うことができる。その好適な方法によれば、塩基性塩化
アルミニウム（AlCln(OH)_s-n）を主成分とし、これにシ
リカゾルとポリビニルアルコールとを含有させてなる粘
稠な溶液を、高速で流れる空気流中に位置させた紡糸ノ
ズルから押出すことにより生繊維が形成される。生繊維
の太さは一般に数ミクロンないし十数ミクロンであり、
その長さは数センチメートルないし数十センチメートル
であるが、具体的には最終的に生成する成形体に要求さ
れるアルミナ質繊維に応じて決定される。

高速気流中で形成された生繊維は、空気流に対し垂直に
なるように配置した金網上に層状に集積させて捕集す
る。

集積物は１m²当り１０〜１００ｇ、特に２０〜５０ｇの
重量を有するのが好ましい。次いで集積物に１〜３％程
度の減摩剤を付与したのち、集積物を積み重ねてニード
リングを行ない、生繊維のブランケツトとする。減摩剤
としてはラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の
高級脂肪酸のエステルをミネラルオイル等の炭化水素系
溶剤で１０倍程度に希釈したものが用いられる。減摩剤
は生繊維全体にできるだけ均一に付着するようにする。
ニードリングはブランケツトの両面から常法に従つて行
なう。ニードリング数は一般に３〜２０打／cm²であ
り、一般に打数が多いほど最終的に得られる成形体の嵩
密度と剥離強度は大きくなる。例えば成形体の嵩密度と
して0.1ｇ／cm³を所望の場合には、ニードリングの打数
は３〜１０打／cm²が適当である。ニードリングによ
り、ブランケツト表面には生繊維束が表面から内部に向
つて規則的に配列される。ニードリングは針の強度が許
す限りできるだけ直径の細い針を用いて行なうのが好ま
しい。針の直径が太いと、生繊維が針により切断される
機会が増加すると共に、最終的に生成する成形体に針の
跡が穴として残り、成形体の断熱性能を低下させる怖れ
がある。ニードリングにより成形される繊維束の大きさ
は、針に設けられている鉤に依存する。一般に一個の繊
維束を構成する繊維の数は５０本〜２００本である。ニ
ードリングに際して針が生繊維中に進入する速度は、生
産性の許す限り、できるだけ小さい方が好ましい。この
速度が大きすぎると、針に引きづられて生繊維中に配置
される生繊維が途中で切断してしまい、最終的に生成す
る成形体の剥離強度が低下する。針の速度は通常0.5〜
１０cm／sec、好ましくは２〜５cm／secの範囲か選択さ
れる。

生繊維は焼成すると収縮して嵩密度が大きくなるので、
生繊維ブランケツトの嵩密度および厚さは、成形体に要
求される嵩密度および厚さを基に焼成による収縮率を見
込んで設定すればよい。例えば0.1ｇ／cm²の成形体を所
望の場合には、厚さで焼く２０％の減少、嵩密度で焼く
２０％の増加が起るものとして生繊維ブランケツトを製
造すればよい（生繊維ブランケツトの製造法の詳細につ
いては、昭和６０年７月１６日付で本出願人が出願した
「無機繊維ブランケツトの製造法」を参照のこと）。生
繊維ブランケツトは次いで１１００℃以上に焼成して生
繊維をアルミナ質繊維に転換する。焼成の最終温度はア
ルミナ質繊維の組成および所望の物性により異なる。

焼成は３００℃まで２時間程度かけて昇温したのち、３
００〜５００℃の間を約２℃／分で昇温し、次いで５０
０℃〜最終温度を約５℃／分で昇温し、最終温度に３０
分間程度保持するのが適当である。３００〜５００℃の
間の昇温速度が大きすぎると、得られる成形体の機械的
強度が低下する（焼成条件と生成するアルミナ質繊維の
強度との関係については、昭和６０年７月１９日付で本
出願人が出願した「無機酸化物繊維の製造法」に詳細に
されている。）。

〈実施例〉以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

なお、本明細書において、引張り強度および剥離強度は
下記の方法により測定した値である。

引張り強度の測定法成形体の中央部から、幅５０mm、長さ１５０mmの２個の
試験片（ａ，ｂ）を互に直交する方法に切り出す。

試験片の長さ方向の両端を強度試験機に固定し、上下方
向に引張つてその最大荷重(Kg)を測定する。量固定端間
の距離は１００mmであり、引張り速度は３０mm／分であ
る。

上記で得られた測定値(Kg)から、下記式により引張り強
度を算出する。

Ａ＝試験片の厚さ：cm Ｂ＝試験片の比重剥離強度の測定法成形体の中央部から、幅５０mm、長さ１００mmの２個の
試験片（ａ，ｂ）を互に直交する方向に切り出す。試験
片の長さ方向の一端を、厚み方向に1/2の位置で焼く３
０mm引き剥し、その両端を強度試験機に固定し、上下方
向に１０mm／分で引張つて、そのときの最大荷重(kg)を
測定する。この測定値(kg)から下記式により剥離強度を
算出する。

アルミニウムを塩酸に溶解して塩基性塩化アルミニウム
〔AlCl_n(OH)_s-n〕とし、これにシリカゾルを添加し、ア
ルミニウム成分および珪素成分を含む溶液を調製した。

これを濃縮したのち、これにポリビニルアルコールの水
溶液を添加して、アルミナ−シリカ含有量約３０（重
量）％、（Al₂O₃：SiO₂＝72：28（重量比））粘度約２
５００CPの原料溶液を得た。

この原料溶液を紡糸ノズルより高速気流中に押出して紡
糸し、空気流に乗つて飛来する生繊維を空気流に垂直に
配置した回転する金網で捕集して、直径約４〜６μ、長
さ５０〜２００mmの生繊維から成る約３０ｇ／m²の薄い
生繊維集積物を得た。これに減摩剤を約３０ｍ／Kg付
与したのち８０層積層してニードリングした。減摩剤と
しては高級脂肪酸エステル１重量部をミネラルオイル９
重量部に溶解したものを用いた。ニードリングの打数は
５打／cm²であり、得られた生繊維ブランケツトは縦、
横の大きさが2000×650mm、厚さ約３０mm、嵩密度は約
0.08ｇ／cm³であつた。

これを約３００℃の温度に保持されている炉に入れ、２
時間保持して内部まで３００℃にした。次いで雰囲気温
度を３００〜５５０℃の間を２℃／分、５５０〜１２５
０℃の間を５℃／分で逐次昇温し、１２５０℃で３０分
間保持して焼成を完了した。

得られたアルミナ質繊維成形体は繊維直径が３〜４μ、
厚さ約２５mm、嵩密度は約0.1ｇ／cm²、引張り強度は1.
2kg／cm²、剥離強度は1.3kg／ｍであつた。

なお、引張り強度と剥離強度は、島津製作所製の電気計
測制御式万能試験機オートグラフＩＳ−５００を用いて
測定した。

また、１個の繊維束の繊維数は７０〜１３０本程度であ
つた。

【図面の簡単な説明】

図は剥離強度の測定法の説明図である。 (1)試験片、(2)試験片固定具

フロントページの続き (72)発明者荘司守新潟県上越市福田町１番地株式会社化成直江津直江津工場内 (56)参考文献特開昭60−88162（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ成分６５％以上のアルミナ質繊維
から成る偏平な不織布状の成形体であつて、大部分の繊
維は成形体の偏平面にほぼ平行に配列しており、かつ偏
平面には表面から内部に向う繊維束が規則的に存在して
おり、厚さが１０mm以上、密度が0.07〜0.3ｇ／cm³、引
張り強度が0.5Kg／cm³以上、剥離強度が0.5Kg／ｍ以上
であることを特徴とするアルミナ質繊維成形体。
【請求項２】厚さが１５〜３５mm、密度が0.085〜0.15
ｇ／cm³であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のアルミナ質繊維成形体。
【請求項３】アルミナ質繊維が６５％以上のアルミナ成
分と残部は実質的にシリカ成分とから成るものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
アルミナ質繊維成形体。
【請求項４】偏平面に表面から内部に向つて規則的に存
在している繊維束が本体の繊維と同じものであり、ニー
ドリングにより配置させたものであることを特徴とする
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
アルミナ質繊維成形体。
【請求項５】アルミナ質繊維が、繊維の直径が平均値で
７μｍ以下であり、繊維の長さが平均値で３０mm以上で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
項のいずれかに記載のアルミナ質繊維成形体。
【請求項６】成形体の偏平面の面積が0.27m²以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
いずれか記載のアルミナ質繊維成形体。