JPS63288218A - 高強度アルミナ繊維の製造法 - Google Patents

高強度アルミナ繊維の製造法

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JPS63288218A
JPS63288218A JP12208187A JP12208187A JPS63288218A JP S63288218 A JPS63288218 A JP S63288218A JP 12208187 A JP12208187 A JP 12208187A JP 12208187 A JP12208187 A JP 12208187A JP S63288218 A JPS63288218 A JP S63288218A
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alumina
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Yoshiharu Kimura
良晴 木村
Toshio Kitao
北尾 敏男
Hideki Yamane
秀樹 山根
Masaya Furukawa
古川 雅也
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

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】 本発明は高強度アルミナ繊維の製造法及び前駆体ta禮
及び重合体に関するものである。
近年、高強度・超#4熱性の材料の出現が各種の産業分
野から望まれているが、特に金属・セラミックスなどの
複合材料用として遺しているアルミナ繊維もその材料の
一つとして注目されている。
優れたアルミナ繊維禮の製造法としては、従来より有機
アルミニウムの重合体よりなる前駆体1m維を焼成する
方法、α−アルミナの微粉体および墳結助剤よりなる#
l[を予備焼成したあと。
さらに111表面に非晶シリカを被覆して焼成する方l
夫、その他各種の方法が提案されているが、これらの方
法によると原料重合体の紡糸が困難であったり、焼成に
より帰られたアルミナ繊itの性能が劣っているなどの
欠点があった。
このため我りは紡糸が容易でしかも焼成によって繊維に
性能の優れたアルミナ繊維が得られる重合体について検
討した結果、分子中に一般(Rp COOH)。
式−6Al−0)。(以後この(構造をA構造と称■ OCOn + する)および(Si−0′+、(以後この横道をR1 B IN造と称する)よりなる重合体から紡糸された繊
維を焼成した場合、生成するアルミナ繊維の性能、特に
繊維の重量当りの強度が著しく優れていることを見出し
た。
(ただし、上式においてm、  nは整数で、0.3≧
m / n≧0.02であり、A fM造は重合体の主
鎖中にあるが、B、構造は重合体の主鎖中にあっても、
R,COO基と置換した分岐として存在しても差し支え
ない。
また、R,、R2はいづれも有機残基の一種または二種
以上を、R3、R4はいづれもアルキル基、アリール基
、アルコキシ基、アシルオキシ基の一種または二種以上
を表し、R1はR2と。
R1はR4と同一であってもまたは異なっても差し支え
ない。
なお、A構造においてR2C0OHはAl原子に配位し
ていることを表し、pは0,1ないし1である。) 本尭明は分子中にA構造およびB構造を有する重合体、
該重合体から紡糸された繊維および該繊維を焼成するこ
とを特徴とするアルミナ繊維の製造法を提供せんとする
ものである。
本性において繊維の原料となる分子中にA構造およびB
構造を有する重合体を得るには、例えば、まず、 トリ
エチルアルミニウムに当モルのラウリル酸を反応させて
ドデカノイルオキジアルミニウムジエチルを得た徨、こ
れにテトラアセトキシシランをアルミニウム原子に対し
て0.1モル当量反応させ、これに水1.1モル当量を
加えた後、さらに3−エトキシプロピオン斂0.8モル
当量を加えることによりシロキサン分子がアロキサン分
子に対してモル比で1 / 10゜Rl + R2がそ
れぞれウンデシル基、2−エトキシエチル基、R,、R
,がいづれもアセトキシ基であり、有機酸の配位数がA
1原子に対して0゜8モル当量である重合体を容易に帰
ることかでき る。
ただし、この場合には赤外線スペクトルおよび核磁気共
鳴スペクトルによる分析の結果、テトラアセトキシシラ
ンの加水分解基またはそのOCOCR。
m合体 モ51−0チョ :m≧1 は主鎖中に0 C
OCH3 ランダムに存在するが、例えば前例においてジメチルジ
アセトキシシランを反応させた場合には、シロキサン分
子はむしろブロックとして付加していることを認めた。
前記重合体におけるR、、R,には、いづれも飽和及び
不飽和脂肪族置換基、脂環式置換基、芳香族置換基など
の各種の有機残基の一種または二種以上が含まれる。
有機残基についてその主なものを挙げると、メチル基、
エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノル
マルブチル基およびその異性体顛、ノルマルペンチル基
およびその異性体類1 ノルマルノニル基およびその異
性体類、その他各種の長鎖アルキル基類があり、脂環式
置換基にはシクロヘキシル基等が含まれる。
また、不飽和脂肪族置換基には、ビニル基。
アリル基、クロチル基など各種のアルケニル基があり、
芳香族基類としてはフェニル基、トリル基、アニシル基
、ナフチル基等各種のアリール基を上げることができる
。
さらに、上記飽和脂肪族置換基、不飽和脂肪旅置換基、
脂環式置換基、芳香族置換基等の分子内に塩素、アミノ
基、水酸基、アシルオキシ基、アルコキシ基、アリール
基のような各種の置換基を1a1以上含んでいても差し
支えない。
また、R’r 、 Raはやはりいずれも上記のような
アルキル基、アリール基、メトキシ基・プロポキシ基・
フェノキシ基などのようなアルコキシ基、およびアセト
キシ基・プロピオニルオキシ基のようなアシルオキシ基
の一種または二種以上を表し、R1はR1と同一であっ
てもまた異なっても差し支えない。
なお、R3、RaもR,、R2と同探各基の分子内に塩
素、アミ7基、水酸基、アシルオキシ基。
アルコキシ基、アリール基のような各種の置換基を1r
M以上含んでいても差し支えない。
また、アルミニウム原子(Al)と点線で結んだ有機酸
R2COOHはアルミニウム原子に配位していることを
表し、有機酸の配位数(p)iよ0.1ないし1.5が
紡糸に好ましい範囲であり、分子中のアルミノキサン分
子数(n)に対するシロキサン分子数(m)の比率m 
/ nは0.02ないし0.3、即ち、0.3≧m /
 n≧0.2が良好なアルミナ1ffi +1を得るた
めに好ましい範囲である。
重合体の紡糸法については、該分子構造を有する重合体
は一般には分解までに融解しないので、通常は溶媒を用
いる乾式紡糸などの方l去による必要がある。
ただし、前述したように分子中に炭素数が6以上の長鎖
アシルオキシ基を含む重合体においては、重合体は20
0°C前1&の割合低い融点を持っているので、溶融紡
糸が可能である。また、このような重合体においては、
溶融延伸倍率が100以上の条件においても糸切れが見
られず、紡糸条件によっては30μm以下の細い#!組
が得られることを見出した。
例えば、前記の方法によって合成した重合体において、
アルミノオキサン分子の置換基がドデカノイルオキシ基
4Al−0)。であり、シ0 CO(CHt)+lIC
HJ ロキサン分子のfl置換基いづれもアセトキシ基OCO
CH。
■ 4si−o)、  で、 n:m =  1:0.1で
あり、0 COCH1 配位有機酸が3−エトキシプロピオン酸で、配位数がア
ルミニウム原子に対してモル比で0.8、叩ち、nap
 = 1:0.8である場合の融点は196℃であった
・ 前駆体繊維の焼成法、即ち、アルミナの繊維化法につい
ては、原料重合体に低温で融点が認められるものとそう
でないものとの二者に分けて実施する必要がある。
融点が認められないis aについてはそのままで熱分
解させて有機物を飛散させる無機化過程、続いて生成無
機繊維を結晶化・セラミックス化させて目標の性能を与
えるセラミックス化過程に進めることができるが、割合
低温に融点を有する繊維については、そのまま無機化過
程に進のると無機化過程において溶融または変形してし
まうので、まず不融化させた壕、無機化過程セラミック
ス化過程に進める必要がある。
不融化法については、融点以下50°Cuffまでの温
度で行うのが好ましく、不融化剤を用いても良く、また
不融化剤を使用せず空気環境下で行っても差し支えない
。
無機化過程は一般には大体700°C前1灸までに終了
する。窒素のような不活性気流中で11つことか特に好
ましい。
セラミックス化過程は一般には900°C前復以上で進
行し、空気中でも、窒素のような不活性気流中で行って
も差し支えない。
セラミックス化過程の温度は高過ぎると焼成gl維の強
度が低下するので、−aに900°Cないし1400°
C位の範囲が好ましい。
焼成した繊維中のシリコン量については多過ぎると繊維
の性能が低下するので、繊維中のシリコン成分の量はア
ルミニウム原子に対してモル比で0.02ないし30%
程度が好ましく、0゜02ないし15%の範囲が特に好
ましい範囲であ る。
以下に実施例によって、本発明をさらに詳しく説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
′A施例 1 層下ロート 還流コンデンサーを取り付けた三ツロフラ
スコにアルゴンガスを流しながら、トリエチルアルミニ
ウム6.62g(58mmol)を入れ、 トルエン2
4m1で希釈した。これをマグネティックスクーラーで
撹拌しながら−20’Cにン会却し、ラウリル酸11.
6g (58mmol)を含むトルエン溶液20m1を
rt々に滴下した0滴下終了11、室4で2時間III
 Itを続−けて熟成した。
この溶液にジメチルジアセトキシシラン1.53g(8
,7mmol)(焼成徨アルミナに対するシリカの含有
量が15wt%となる量)を加えて一晩室温で撹拌を続
けた。この溶液を再び一20℃に冷却し、蒸留水1.0
4g(58mmol)を含むジオキサン溶液5mlを約
1時間かけて滴下した。
この時、溶液の粘度は徐々に上昇し、ゲル状となった。
この系にトルエン50m1を加えた徨、3一エトキシプ
ロビオンM5,50g (46mmol)のトルエン溶
液20m1を室温で滴下し、同温度で511間IjI拌
した。その徨、温度を80°Cに上昇して数時間攪拌を
続けて均一な粘稠溶液を(また。
この溶液から真空下で溶媒を除去し、有機アルミノシロ
キサン重合体20.3g(収率97%、融点199 °
C) を得た。
この重合体のm水素化ベンゼン中での 111核磁気共
鳴スペクトル(以下、テトラメチルシランを標準とする
化学シフトで示す)は、δ0.4pplnに−III線
、および61.1〜1.4. 2.0. 3.5 p 
[1mに多重線を示し、それぞれS 1−CHr基、C
−CI(、およびC−C)R2−C基、  Co−CH
2−C基。
0−CH,−C基に帰属される。また、重合体のIくB
r錠剤法による赤外吸収スペクトルには、 1570お
よび1450cm−’にカルボキシレート基の。
1100cm−’にエーテル結合の+  1050 c
m −’にシロキサンの、980cm−’i:Al−〇
結合の特性吸収が見られた。LH核磁気共鳴スペクトル
において60.4ppmの5i−CH,基によるシグナ
ルがシングレットのままで分裂を起こしていないことよ
り、この重合体は前記のA構造(本実施例では1、R+
はノルマルウンデシル基、R3は2−エトキシエチル基
で、p=o、sに相当する)とB構造(本実施例ではR
コとR4はメチル基に相当する)が混ざってブロックま
たはグラフトm合した構造をとると考えられる。また、
同スペクトルの積分比よりその比m/nは杓0,15で
あることが示された。
このようにして得られた重合体をステンレス酸のラムエ
クトルダー型紡糸機に入れて加悲し、直径0.5■■の
細孔から押出しながら溶融紡糸を行った。紡糸温度は2
00°C1:設定し、一定速度0.1cc / m i
 nで融体となった重合体を押出した。そして、吐出さ
れた重合体を一定速度で引き取り、l!趨をワインダー
で巻取った。  frlられたI’i #1の直1tは
約30μmであった。
引き続いてこの編線を管状電気炉に入れ、空気雰囲気中
170°Cで6時間加熱保持して不融化した。その陵、
窒素雰囲気中で1分間に5°Cの昇温速度で50°Cだ
け温度を上昇させた徨、その温度で15分間保持するよ
うにしながら段階的に700℃まで上昇した。700℃
以上においては気流を空気にかえて同じ昇温プログラム
で、 1000°C及び1200°Cの各温度にまで上
昇した。その結果、a径約11μmのアルミナとシリカ
の成分子l量比が85:15のアルミナ−シリカlit
 Itが1nられた。1000°C焼成111 Ft 
ノ密度ハ2.4 g / cm ’−Cあり、強度と弾
性率はそれぞれ78 kg / wsm tと7000
 kl / mm 2であった。また、 1200℃焼
成繊は焼成度は3.1g/c■3、強度と弾性率はそれ
ぞれ70 kg/ n 2と8000 kg /■−2
であった。比較対照のためシリカ成分を全く添加しない
有機アルミニウムm合体(前記のA構造(R,はノルマ
ルウンデシル基、R2は2−エトキシエチル基+p=0
.8)のみからなる重合体)を用いて、同条件、同方法
でアルミナ成分100%からなるアルミナ繊櫨を作成し
た。この1000 ’C焼成繊橿の密度は2.6g /
 cm ’、強度と弾性率はそれぞれ55 kg / 
am 2と4900 kg /龍2であり、 1200
℃焼成繊維の密度は3.2 g / cm ’、強度と
弾性率はそれぞれ46−/1.2と3000 kg/ 
wrm’テアツタ。
実n例2 実11と同様に、トリエチルアルミニウム6゜62g 
(58mmol)とラウリル酸11.6 g (58m
mo l )とを反応させた1灸、ジアセトキシジ(3
−エトキシプロピオニルオキシ)シラン3゜3g(8,
7mmol)を加えて一晩室温で撹拌した。11られた
溶液を再び一20℃に冷却し、蒸留水1.57g (8
7mmol)を含むジオキサン溶1rIを約l1間かけ
て滴下した。?lli下終了渣、実施例1と同様の操作
を行い、3−エトキシプロピオンu5,50g (46
mmol)と反応させた。その結果、有機アルミノシロ
キサン重合体21.9g(収$96%、融点198°C
”)ft(’:If:。
このm合体の重水素化ベンゼン中での 1H核磁気共鳴
スペクトルは、61.2〜1.4. 2.6. 3.7
ppmにブロードな多重線を示し、それぞれC−CH1
およびC−CH,−C基、  Co−CH,−C基。
0−CH2−C15に帰属される。また、重合体のKl
lr錠剤法による赤外吸収スペクトルには、 1570
および1450c■−1にカルボキシレート基の。
1100c園−1にエーテル結合の、980cm−’に
へ1−0結合の特性吸収を示したが、 1050c會−
’のシロキサン結合の吸収は弱かった。さらに、このm
合体の77Al13磁気共鳴スペクトル(以下、ヘキサ
アコアルミニウムクロリドを標準とする化学シフトで示
す)は、611.5ppmに中心を有するブロードなピ
ークを示し、通常のアシルオキシアロキサンのジグ°ナ
ルに比べて低磁場シフトしていた。これらの事実より、
この1合体は前記のA ell造(本実m例では、R5
はノルマルウンデシル基、Raは2−エトキシエチル基
T、  p= 0.8 t: 411当する)とB構造
(本実施例ではR1とR4はアセトキシ基または3−エ
トキシプロピオニルオキシ基に相当する)が互いにラン
ダム重合した構造をとると考えられる。また、l H核
磁気共鳴スペクトルの積分比よりその比m/nは約0.
15であることが示された。
このようにして得られた重合体を実施例1と同線に21
4糸した儂焼成し、直径約10μmのアルミナとシリカ
の成分重量比が85:l 5のアルミナ−シリカ繊維を
得た。  1000°C焼成繊維の密度は2.2g/c
■1、強度と弾性率はそれぞれx75kg/■謹2と8
500 kg / am ’であった。 また、 l 
200°C焼成繊禮の密繊櫨2.4g/c■1、強度と
弾性率はそれぞれ136kg/−112と8500 k
g / am ’であった。いづれも実施例1に記載し
た対照例より高いだけでなく、1000℃焼成繊禮焼成
繊度は82に達し、既に上布された同類のアルミナil
l Itの比強度が30〜60であるのに比べると高い
水準となっている。
実施例3 :#[M 1と同様に、 トリエチルアルミニウム6゜
62g (58mmol)とステアリンu16.5g(
58mmol)を反応させた佳、テトラエチルオルトシ
リケート1.81g(8,7mmol)を加えて一晩室
温で111字した。(1られた溶液を再び−20”Cl
: 冷却し、蒸留水1.20g (07mmol)を含
むジオキサン溶液を約1時間かけて滴下した。
滴下終了徨、実施例1と同様の操作を?1い、3−エト
キシプロピオン酸5.50g (40mmol)と反応
させた。その結果、有機アルミノシロキサンm合体25
.7 g (収I!98%、融点200 ’C)を1r
# た。
このm合体の重水素化ベンゼン中での + 11 fJ
i m気共鳴スペクトルは、 61.1〜1.5. 2
.G、  3.5ppmにブロードな多重線を示し、そ
れぞれC−CI(sおよびC−CH,−C基、  Co
−C11,−C基。
0−CH,−C基に帰属される。また、重合体のI(B
r錠剤法による赤外吸収スペクトルには、 1570お
よび1450cm−’にカルボキシレート基の。
1100c■−11=工−テル結合の+  980 C
!@ −’にAl−0結合の特性吸収を示した。また、
 101050e’のシロキサン結合の吸収は、実施例
1の生成重合体より弱いが、実施例2の生成重合体の場
合よりは強いこと、さらに、IH核磁気共鳴スペクトル
においてテトラエチルオルトシリケートのエチル基に基
づくシグナルが全く観:(tlされなかった。
これらの事実よりこの重合体は前記の]〜構造(本実施
例では、R3はノルマルヘプタデシル基、R2は2−エ
トキシエチル基で、p=0.8に相当する)とBIII
I造(本実施例ではR1とR,はアセトキシ基または3
−エトキシプロピオニルオキシ基に相当する)が互いに
短いi!鎖を形成してブロックまたは枝状に重合した構
造をとると考えられる。また、’IIIA磁気共鳴スペ
クトルの積分比よりその比m/nは約0.15であるこ
とが示された。
このようにして1りられた重合体を実施例1と同様に紡
糸したi炎焼成し、直径約10μmのアルミナとシリカ
の成分+!!量比が85:15のアルミナ−シリカts
 haを會た。1000°C焼成繊#難の密度は2.7
g/e雪フ、強度と弾性率はそれぞれ110kt/關2
と5500kg/−■2であった。 また、 1200
’C11成鑵謹の密度は3−Og / cm ’、強度
と弾性率はそれぞれ104kt/關2と5700 kg
 / am ’であった。
実施例4 実施例2と1ilIItiに、ジアセトキシジ(3−エ
トキシプロピオニルオキシ)シランの量を2.13g(
5,6mmol)および水の量を1.49g (83m
mO1)にして合成を行い、前記のA構造およびB I
M造は実施例2の生成重合体と同じであり、その比m 
/ nが0.097である有機アルミノシロキサン重合
体を侍た。この重合体を実施例1と同様に紡糸した徨、
焼成を行い、直径約10μmのアルミナとシリカの成分
重量比が90:10のアルミナ−シリカ線維を得た。1
000’C焼成繊維の密度は2.2g/c■3、強度と
弾性率はそれぞれ170 kg / as 2と(35
00kg / am ’であり、 1200℃焼成繊焼
成繊度は2.4g/as”、強度と弾性率はそれぞれ1
60M/■−2と8500 kg / m■2であった
。
1000°C焼成1維の比強度はやはり77に達し高い
水準となった。
実施例5 実施例2と同様にジアセトキシジ(3−エトキシプロピ
オニルオキシ)シランの量をo、99 g (2,6m
mol)および水の量を1.37g(76mmol)に
して合成を行い、前記のA構造およびB IN造は実施
例2の生成重合体と同じであり、その比m/nが0.0
45である有機アルミノシロキサン田合体を(nた。こ
の重合体を実施g41と同様に紡糸した1食、焼成を行
い、直径約10μmのアルミナとシリカの成分!i重量
比95:5のアルミナ−シリカ繊11を得た。  10
00℃焼成鑵禮の密度は2.2g/c■1、強度と弾性
率はそれぞれ182kg/−12と6800 kg/−
■2であり、 1200℃焼成繊1焼成繊度12゜4 
g / e■1、強度と弾性率はそれぞれ187kg/
■−2と8900 kg / @■2であった。この1
000°C焼成繊維の比強度も83に達し高木+悼を身
霞持していた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、分子中に一般式▲数式、化学式、表等があります▼
    (以後この 構造をA構造と称する)および▲数式、化学式、表等が
    あります▼ (以後この構造をB構造と称する)よりなる重合体から
    紡糸された繊維を焼成することを特徴とするアルミナ繊
    維の製造法。 ただし、上式においてm、nは整数で、0.3≧m/n
    ≧0.02であり、A構造は重合体の主鎖中にあるが、
    B構造は重合体の主鎖中にあっても、R_1COO基と
    置換した分岐として存在しても差し支えない。 また、R_1、R_2はいづれも有機残基の一種または
    二種以上を、R_3、R_4はいづれもアルキル基、ア
    リール基、アルコキシ基、アシルオキシ基の一種または
    二種以上を表し、R_1はR_2と、R_3はR_4と
    同一であってもまたは異なつても差し支えない。 なお、A構造においてR_2COOHはAl原子に配位
    していることを表し、pは0.1ないし1である。 2、特許請求範囲第1項記載の重合体から紡糸された繊
    維。 3、特許請求範囲第1項記載の重合体
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108085786A (zh) * 2017-12-19 2018-05-29 苏州图纳新材料科技有限公司 莫来石陶瓷纤维棉及其制备方法

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CN108085786A (zh) * 2017-12-19 2018-05-29 苏州图纳新材料科技有限公司 莫来石陶瓷纤维棉及其制备方法

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