JPH0735608B2 - アルミナシリカ繊維前駆体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミナシリカ繊維前駆体の製造方法に関し、
特に、非繊維質（以下、ショットと記す）をほとんど含
有しない高品質のアルミナシリカ繊維前駆体の製造方法
に関する。

［従来の技術］ 近年、アルミナシリカ短繊維は通常1300℃以上の高温用
軽量断熱材として注目をあびており、その製造方法も各
種提案されている。

例えば特公昭44−17751号公報には、有機重合体を含有
しないアルミニウム化合物からなる、4,000〜4,500c.p.
の高粘度を有する繊維原液を、回転円盤の周端部に直接
小径の開孔が設けられているノズルを用いて紡糸し、ア
ルミナシリカ系の耐熱繊維の製造方法が報告されてい
る。

一方、アルミナシリカ短繊維はFRMなどの複合材料用途
向けにもかなり研究されているが、この場合高温用断熱
材用途ではほとんど問題にならないアルミナシリカ短繊
維中に少量含まれているショットが、FRM製品の強度ア
ップおよび耐摩耗向上の面で悪影響を与えている。同様
にショット質がアルミナシリカ短繊維の用途拡大の面で
弊害となっている場合が少なくない。

［発明が解決しようとする問題点］ このような場合にはショット質を含まない長繊維を利用
するのが望ましいが、短繊維と比較すると経済性の面で
かなり不利であるため、一般にはショット質を予め除去
すべくアルミナシリカ短繊維を精製して利用するのが普
通である。また一般に通常の紡糸法に共通する点として
紡糸能力をある程度減少することによってショット量を
ある程度減少させることは可能であるが、それでもアル
ミナシリカ短繊維中に含まれるショット量は３〜５重量
％程度までが限界である。

また、前記特公昭44−17751号公報にはショト質をほと
んど含有しない高品質のアルミナシリカ短繊維の製造法
については何等記載されていない。

本発明はこのような実情を鑑み鋭意研究の結果完成され
たものであり、ショット質をほとんど含まず、またショ
ット質をきらうFRM用や無機ペーパー用等へ直接利用可
能であり、しかも通常の短繊維コストとほとんど同等の
価格で製造可能な高品質アルミナシリカ繊維前駆体の製
造方法を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は有機重合体を含有するアルミニウム化合
物水溶液とシリカ化合物の混合溶液からなる繊維原液か
ら非繊維質をほとんど含有しない高品質のアルミナシリ
カ繊維前駆体を製造する方法において、粘度1500〜3500
c.p.の繊維原液を、中空の回転円盤の周端部に設けられ
た内径0.2〜0.4mm、紡糸孔深さと内径の比が５〜20の複
数個のノズルを用いて紡糸することを特徴とするアルミ
ナシリカ繊維前駆体の製造方法である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明においてアルミナシリカ繊維とはAl₂Ｏ₃分が70重
量％以上、SiO₂分が30重量％以下含まれる無機繊維であ
り、アルミナシリカ繊維前駆体は繊維原液を特定条件下
で紡糸した直後の繊維状物質で、まだ水分や有機物等を
含有している状態のものをさす。

本発明において繊維原液とはオキシ塩化アルミニウムの
ようなアルミニウム化合物の水溶液とシリカゾルのよう
なシリカ化合物の水溶液、さらにポリビニルアルコール
のような有機重合体とを混合し、さらに必要に応じ添加
剤を添加して所定の粘度に濃縮調整したものをさす。

本発明において、アルミニウム化合物はアルミニウムの
塩基性塩化物、塩基性酢酸塩、塩基性硝酸塩から選ばれ
た一種又は二種以上のものが挙げげられる。これ等の中
でアルミニウムの塩基性塩化物は示性式Al₂（OH）nClm
（但し、ｎ＋ｍ＝６）で示されるオキシ塩化アルミニウ
ムが好ましい。

本発明において、有機重合体は繊維原液に紡糸補助効果
を付与するものであればよく通常ポリビニルアルコー
ル、部分ケン化ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル
などの中程度、または高分子量のものが好ましく、具体
的には平均重合度1700〜2000程度のもので水溶性のもの
が好ましい。

本発明において、アルミナシリカ繊維に好ましい物性を
付与する添加剤として、マグネシウム、ホウ素、リン等
の酸化物を用いることもできる。さらに、繊維原液にシ
リコン系またはアルコール系消泡剤等を添加することも
できる。

本発明における繊維原液は上記の有機重合体を含有する
アルミニウム化合物の水溶液とシリカ化合物および添加
剤の水溶液又はコロイド溶液を混合し、減圧濃縮して粘
度を調整し、必要な曳糸性を付与して紡糸を行うもので
ある。

該繊維原液は曳糸性を数日以上保持することが望ましい
が、この様な安定した曳糸性を保持するには繊維原液の
pH、水溶性の有機重合体、アルミニウム化合物、シリカ
化合物および添加剤の種類、それ等の各成分の配合割
合、粘度等によって影響をうける。

またアルミニウム化合物としてオキシ塩化アルミニウム
を使用する場合、A1/C1のモル比は1.5〜2.2、好ましく
は1.7〜1.9が望ましく、モル比は1.5未満ではアルミナ
固形分量が少なく紡糸上不利であり、2.2をこえると溶
液の性状が不安定となる。

本発明における繊維原液中の有機重合体の含有量は無機
質固形分に対して１〜10重量％、好ましくは５〜８重量
％が望ましく、１重量％未満では紡糸補助効果がなく、
また10重量％をこえても曳糸性効果は変らず不経済であ
る。

また、繊維原液中のアルミニウム化合物の含有量は無機
質固形分に対して70重量％以上、好ましくは72〜95重量
％が望ましく、さらにシリカ化合物の含有量は無機質固
形分に対して30重量％以下、好ましくは５〜28重量％が
望ましい。

本発明のアルミナシリカ繊維前駆体の製造方法は上記の
様にして調整した繊維原液を、中空の回転円盤の周端部
に設けたリング状ノズルプレートの繊維原液出口側に突
設した複数個の突起ノズルを用いて紡糸を行うことが好
ましい。

紡糸法について、さらに具体的に本発明の製造方法の一
実施態様を示して説明すると、ノズルの内径が約0.2mm
〜約0.4mmでかつ紡糸孔の深さとノズルの内径との比が
５〜20であるような突起ノズルを回転円盤の周端部に複
数個備えた紡糸装置に前述の化合物からなる繊維原液
を、20℃における粘度が1,000〜10,000c.p.、好ましく
は1,500〜3,500c.p.に調整した後に導入し、その回転円
盤内部に導入された繊維原液が前記ノズル孔を通過して
紡糸される際に、ほとんどショットを含まない状態で紡
糸されるに十分な圧力を回転円盤内部の繊維原液に与え
るために、回転円盤の周端部の周速が30〜60m/sec、好
ましくは37〜52m/secとなるような回転数を回転円盤に
与え、突起ノズルを通過せしめて紡糸を行う。

突起ノズルのノズルの内径は約0.2mm〜約0.4mm、好まし
くは0.25〜0.35mmが望ましく、約0.2mm未満ではノズル
径が小さすぎるために目詰りを起しやすく、約0.4mmを
こえると紡糸性が劣りショット発生の原因となる。

また、紡糸孔の深さとノズルの内径との比は５〜20、好
ましくは10〜15が望ましく、５未満では紡糸性が劣りシ
ョット発生の原因となり、20をこえると突起ノズルの目
詰りを起しやすく紡糸時の障害となる。

繊維原液は一般に粘度の増加に伴って無機質の固形分量
を多く含むため製造能力上有利であるが、本発明におい
ては小径のノズル孔を通過して紡糸するため繊維原液の
20℃における粘度は1,000〜10,000c.p.、好ましくは1,5
00〜3,500c.p.が望ましく、1,000c.p.未満では紡糸性が
劣り、ショット発生の原因となり、100,000c.p.をこえ
ると突起ノズルの目詰りを起しやすく、ショット発生の
原因となり障害をきたす。

また、本発明に用いる繊維原液の特性を詳細に検討して
みると粘度が約1,000c.p.以上になると粘度の増加に伴
う固形分量の増加は製造能力に大きく影響を与えるほど
増加しないことが判明した。

例えばAl₂Ｏ₃分80重量％、SiO₂分20重量％であるアルミ
ナシリカ繊維の原液固形分は粘度が1,000c.pと10,000c.
p.との原液で約３％の差異しかない。さらに繊維原液の
安定性および回転円盤の小径の突起ノズル部の手入面な
どは、一般に低粘度原液を用いるほど良好であることか
ら、本発明の紡糸方法においてショット質をほとんど含
まない良好で安定した紡糸性を得るには、前述ノズル孔
の仕様条件下で紡糸する繊維原液の粘度が1,000〜10,00
0c.p.、好ましくは1,500〜3,500c.p.の比較的低粘度範
囲にあることが好ましい。

また、回転円盤周端部の周速は30〜60m/sec,好ましくは
37〜52m/secが望ましく、30m/sec未満では紡糸性が劣り
ショット発生の原因となり、60m/secをこえると周速が
大きすぎるため実用上の困難を伴いやすく、かつ紡糸さ
れた繊維が必要以上に細くなるため好ましくない。

次に、本発明のアルミナシリカ繊維前駆体の製造装置に
ついて説明する。

第１図は本発明のアルミナシリカ繊維前駆体の製造に使
用する回転円盤紡糸装置の１例を示す断面図である。

同第１図において、水平方向に設置したろう斗状の回転
円盤本体１の中空回転軸９に繊維原液を供給する導入管
２が挿設され、その先端は回転円盤本体１の傾斜面10に
突出している。該回転円盤本体１の傾斜面10の周端部は
リング状ノズルプレート３の片面にボルト５で固定さ
れ、また蓋部６がリング状ノズルプレート３の他の面に
ビス７で固着され、密閉された中空間部11が形成されて
いる。リング状ノズルプレート３の外周面の紡糸原液出
口側には突起12が突設され、該突起12を貫通して紡糸孔
13を穿設した複数個の突起ノズル４が設けられている。

回転円盤本体１の外側には、リング状ノズルプレート３
よりも大きい径を有し、表面に多数の空気ノズルを穿設
した環状体８が設置されている。

第２図は突起ノズルの１例を示す部分断面図、第３図は
他の例を示す部分断面図である。ｄはノズルの内径、Ｄ
はノズルの外径、Ｌは突起の長さ、ｌは紡糸孔の深さを
表わす。

本発明においては、前記の繊維原液を用いて紡糸試験を
行った結果、ｄは約0.2mm〜約0.4mmで、l/dの比が５〜2
0において良好な紡糸が行われることが判明した。

この場合、ノズルの肉厚は約0.1mm〜約0.5mmが好まし
く、したがってＤは約0.4mm〜約1.4mmであることが望ま
しい。さらにＬはノズル孔を通過した紡糸原液がリング
状ノズルプレート面へ付着するのを防止するために、少
なくともＤ以上であることが望ましい。

またＬを少なくともＤ以上の長さとすることにより、リ
ング状ノズルプレートの厚さが突起を設けない場合と比
較して、Ｌの長さだけうすくなるために、リング状ノズ
ルプレートの重量を軽くすることができる。

次に、第１図の装置を用いてアルミナシリカ繊維前駆体
を製造する具体的な方法の１例を示すと、繊維原液は回
転円盤本体１の中空回転軸９内に設置された導入管２よ
り，ろう斗状回転円盤内を経てリング状ノズルプレート
３へと供給され、回転円盤に与えられた高速回転による
遠心力によって複数個の突起ノズル４を通過して紡糸さ
れる。遠心力により紡糸されたものは、回転円盤外周に
設置された回転円盤の径よりもやや大き目のリング状を
呈した環状体８の空気ノズルからの吹出し熱風によりさ
らに紡糸力を補助されると同時に一部乾燥を伴ない、さ
らに集綿を目的とする熱風により乾燥されネット面上へ
補集されてアルミナシリカ繊維前駆体となる。

第１図で複数個の突起ノズル４を有するリング状ノズル
プレート３は動力を与えられる回転円盤本体１とボルト
５にて固定されているため、分解可能な構造となってい
る。

したがって突起ノズル４の手入時には、繊維原液が水溶
性なため、水もしくは温水にてリング状ノズルプレート
３だけを洗浄もしくは数分間浸しておけば容易にノズル
部の液だまりはなくなる。この分解可能なリング状ノズ
ルプレート３はさらに蓋部６とビス７にて固定されてい
るが、この蓋部６とリング状ノズルプレート３とが一体
構造となっていてもなんら支障ない。第４図（ａ），
（ｂ）はこの分解可能な複数個突起ノズル部を有したリ
ング状ノズルプレート３を示すもので、第４図（ａ）は
断面図、第４図（ｂ）は一部分を示す正面図である。

また、突起ノズルを形成する手段として、予めリング状
ノズルプレートに突起ノズルよりもかなり大きな複数個
の開孔部を設け、該開孔部に突起ノズルを備えた嵌合部
材を嵌入し、接着剤等で固着することにより形成するこ
とができる。

具体例を示すと、第５図は注射針14の部分説明図、第６
図は注射針を用いて形成された突起ノズルの説明図であ
るが、同第５図に示す様に通常の注射針を突起ノズルと
して利用するために所定の長さに切断したものを用い、
これを第６図に示すごとくリング状ノズルプレート３に
予め開けておいた開孔部へ接着剤15等で固定する。この
ように例えば注射針などを所定の長さに切断して利用す
ることにより、所定厚さのものに小径孔を開けてノズル
部の製作を行う方法に比較して目的とするノズル構成が
容易に可能となり、しかもノズル孔の深さと径との比を
大きくとる必要のある場合には非常に有効な方法であ
る。

［作用］ 本発明においては、繊維原液を中空の回転円盤の周端部
に設けたリング状ノズルプレートの繊維原液出口側に突
設した突起ノズルを用いて紡糸を行うので、繊維原液と
リング状ノズルプレートとは接触することがなく、繊維
原液は接触面積の小さい突起ノズルの先端から噴出し、
紡糸が行われるために、突起ノズルとの親和性が減少
し、紡糸孔出口での繊維原液のためや、半球状のかたま
り、糸ぎれ等が生ずることなく、連続して均一な運転を
行うことができ、ショットの少ない良質なアルミナシリ
カ繊維前駆体を製造することができるものと推定され
る。

［実施例］ 次に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

参考例 アルミナシリカ短繊維中のショット含有量測定法は一般
に難しく、いまだ規格化された測定法がないが、本発明
者らは一測定法として水中にてアルミナシリカ短繊維を
強制攪拌した後、上澄みスラリー液を静かに別容器へ流
し、元の容器底に沈積したショット物を濾紙を介して回
収、分離するという方法によりショット含有量を求める
方法を考案した。同測定法ではスラリー液の精製操作を
３回行い、回収したショット物を集計してショット含有
量を重量割合にて求めた。同測定法の測定例として、現
在市販されているアルミナシリカ短繊維中のショット含
有量の測定結果例を以下に示す。

アルセンバルク（電気化学工業（株）社製， 組成:Al₂Ｏ₃/SiO₂＝80/20） ショット含有量:3〜５％ サフィルバルク（ICI社製， 組成:Al₂Ｏ₃/SiO₂＝95/5） ショット含有量:3％ 実施例１ 外径200mmの回転円盤周端部に突起状の小径ノズルとし
て用いる注射針を埋め込むため、内径7mmの穴を48個等
間隔に開けておき、そこへ内径0.25mm、外径0.46mmの注
射針を針部の長さが3mmになるように切断したもの48個
をそれぞれ金属用接着剤を用いて固定し、第１図のごと
く紡糸装置をセットした。次にオキシ塩化アルミニウム
溶液およびシリカゾルをAl₂Ｏ₃分80重量％、SiO₂分20重
量％の比率で混合したものに、ポリビニルアルコールを
無機質固形分に対して７重量％加え、濃縮操作を行なっ
て20℃における粘度が3,000c.p.になるように調整し
た。この繊維原液を前述紡糸装置にて回転数4,000rpm
（周速42m/sec）のもとに紡糸したところ、ほとんどシ
ョットのないアルミナシリカ繊維前駆体が得られた。こ
の前駆体を通常の方法で熱処理してアルミナシリカ繊維
とした後、前述の方法ショット量を測定したところ0.3
重量％であった。またこの繊維の繊維径は、ほとんどが
３〜５μのものであった。

実施例２ 繊維原液のAl₂Ｏ₃分が95重量％、SiO₂分が５重量％であ
る以外はすべて実施例１と同条件で繊維原液調整および
紡糸操作を行ったところ、ほとんどショットのないアル
ミナシリカ繊維前駆体が得られた。この前駆体を通常の
方法で熱処理してアルミナシリカ繊維とした後、前述の
方法でショット量を測定したところ0.5重量％であっ
た。またこの繊維の繊維径はほとんどが３〜５μのもの
であった。

比較例１ ノズルの内径が0.5mmである以外はすべて実施例１と同
条件でアルミナシリカ繊維を得た。前述の方法でショッ
ト量を測定したところ３重量％であった。

比較例２ 紡糸孔深さを0.75mm（深さl/内径ｄ＝３）とした以外は
すべて実施例１と同条件でアルミナシリカ繊維を得た。
前述の方法でショット量を測定したところ５重量％であ
った。

比較例３ 紡糸孔深さを6mm（深さl/内径ｄ＝24）とした以外はす
べて実施例１と同条件で繊維原液調整および紡糸操作を
行ったところ、紡糸開始４時間でノズルの目詰りを起し
紡糸不能となった。

比較例４ 繊維原液の粘度が1000c.p.である以外はすべて実施例１
と同条件でアルミナシリカ繊維を得た。前述の方法でシ
ョット量を測定したところ２重量％であった。

比較例５ 繊維原液の粘度が5000c.p.である以外はすべて実施例１
と同条件で繊維原液調整および紡糸操作を行ったとこ
ろ、紡糸開始８時間でノズルの目詰りを起し紡糸不能と
なった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の製造方法によればショッ
ト質をほとんど含まない高品質のアルミナシリカ繊維前
駆体を安価に提供することができ、該高品質アルミナシ
リカ繊維前駆体は通常の熱処理工程を経て高品質アルミ
ナシリカ繊維となり、ショット質をきらう、例えばFRM
用途等へ直接利用可能な繊維となる。

しかも本発明の紡糸装置は突起状の突起ノズルを設けて
あるために高速回転を伴う円盤周端部のよごれが、周端
部に直接小径開口部が設けられているものに比較して非
常に少なく、ショット発生を防止する上で非常に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアルミナシリカ繊維前駆体の製造に使
用する回転円盤紡糸装置の１例を示す断面図、第２図お
よび第３図は各々突起ノズルの１例を示す断面図、第４
図（ａ）はリング状ノズルプレートの断面図、第４図
（ｂ）はリング状ノズルプレートの一部分を示す正面
図、第５図は注射針の部分説明図および第６図は注射針
を使用して形成した突起ノズルの説明図である。 １…回転円盤本体、２…導入管 ３…リング状ノズルプレート、４…突起ノズル ５…ボルト、６…蓋部 ７…ビス、８…環状体 ９…中空回転軸、10…傾斜面 11…中空間部、12…突起 13…紡糸孔、14…注射針 15…接着剤、ｄ…ノズルの内径 ｌ…紡糸孔の深さ、Ｄ…ノズルの外径 Ｌ…突起の長さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機重合体を含有するアルミニウム化合物
   水溶液とシリカ化合物の混合溶液からなる繊維原液から
   非繊維質をほとんど含有しない高品質のアルミナシリカ
   繊維前駆体を製造する方法において、粘度1500〜3500c.
   p.の繊維原液を、中空の回転円盤の周端部に設けられた
   内径0.2〜0.4mm、紡糸孔深さと内径の比が５〜20の複数
   個のノズルを用いて紡糸することを特徴とするアルミナ
   シリカ繊維前駆体の製造方法。