JP2002321986A - 耐熱性無機繊維成形体 - Google Patents

耐熱性無機繊維成形体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】還元雰囲気の炉の断熱材、アルカリ成分を含む
焼成物を焼成するための炉の断熱材、マイクロ波焼成炉
用の断熱材として好適な耐熱性無機繊維成形体を提供す
ること。 【解決手段】アルミナ成分99〜100%のアルミナ繊
維に、焼成によりアルミナ成分が残存する無機系バイン
ダーと、有機系バインダーとを含有させてなることを特
徴とする耐熱性無機繊維成形体である。好ましくは、上
記アルミナ繊維の構成鉱物が、α−アルミナ及び/又は
中間アルミナからなることである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素,一酸化炭素
等の還元雰囲気の炉の断熱材、カリウム,ナトリウム等
のアルカリ成分を含む焼成物を焼成するための炉の断熱
材、マイクロ波焼成炉の断熱材等として好適な、耐熱性
無機繊維成形体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、耐熱性無機繊維成形体は、軽
量で熱容量と熱伝導率が小さいことから省エネルギーを
目的とした加熱炉の断熱材として広く使用されている。
耐熱性無機繊維成形体としては、非晶質アルミノシリケ
ート質繊維にシリカ系の焼結性バインダーを加えて成形
したもの、多結晶質アルミノシリケート質繊維にシリカ
系の焼結性バインダーを加え成形したもの、非晶質アル
ミノシリケート質繊維と多結晶質アルミノシリケート繊
維を混合しシリカ系の焼結性バインダーを加え成形した
ものなどが知られている。更には、常温での強度を確保
するため、それらの成形体に有機系バインダーを含有さ
せたものもある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐熱性
無機繊維成形体の主原料であるセラミック繊維や、バイ
ンダー中に含まれるシリカ成分は、高温では水素,一酸
化炭素等の還元性ガスによって還元され、酸素を放出し
SiOとなって蒸発するといった問題がある。この還元
反応は、1250℃以上の温度で特に激しくなり、急激
な体積変化を伴って成形体の組織崩壊が起こるので、こ
れら成形体は還元性のガスを含む高温の炉では使用でき
なかった。
【0004】また、耐熱性無機繊維成形体中に含まれる
シリカ成分は、高温でカリウム,ナトリウム等のアルカ
リ成分と反応し、カリオフィライト(KAlSi
4)、ネフェリン(NaAlSiO4)等を生成し組織
崩壊を起こすため、焼成物にアルカリ成分を含む高温の
炉でも使用不可能であった。
【0005】更には、マイクロ波焼成炉の断熱材に耐熱
性無機繊維成形体を用いようとした場合、シリカ成分は
マイクロ波の吸収率が高いため、断熱材の方に誘電エネ
ルギーが吸収され、誘電エネルギーの損失となるため被
加熱物の温度が上がらなくなる。無理に加熱して誘電エ
ネルギーの出力を高めた場合には、断熱材の温度が上が
り過ぎて溶融し、溶融したシリカ成分は蒸気圧が低いた
め蒸発し、被加熱物の表面に付着し汚染するといった問
題があった。
【0006】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、水素,一酸化炭素等の還元
雰囲気の炉、カリウム,ナトリウム等のアルカリ成分を
多く含む材料を焼成するための炉、マイクロ波焼成炉等
の断熱材として安定に使用できる耐熱性無機繊維成形体
を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ア
ルミナ成分99〜100%のアルミナ繊維に、焼成によ
りアルミナ成分が残存する無機系バインダーと、有機系
バインダーとを含有させてなることを特徴とする耐熱性
無機繊維成形体である。好ましくは、上記アルミナ繊維
の構成鉱物が、α−アルミナ及び/又は中間アルミナか
らなることである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
【0009】本発明で用いられるアルミナ成分99〜1
00%のアルミナ繊維は、例えばアルミニウム塩水溶液
及び/又はアルミナゾル分散体と有機高分子とを混合
し、減圧濃縮、希釈等によって粘度が調整された紡糸原
液を、押し出し法、遠心法、吹き出し法などの紡糸法で
紡糸し、前駆体繊維としたものを焼成することによって
得ることができる。紡糸法の一例は、粘度300〜50
00mPa・sの紡糸原液を0.1〜1.0mmのノズ
ルより液糸として押し出し、150〜600℃の乾燥気
流によって乾燥固化させたものを吸引集積させる方法で
ある。
【0010】アルミニウム塩水溶液及び/又はアルミナ
ゾル分散体としては、アルミニウム純度98.5%以
上、好ましくは99.5%以上の金属アルミニウム地金
を酸溶解して得た塩化物,硝酸塩,硫酸塩,酢酸塩、ベ
ーマイト質のアルミナゾル,非結晶質のアルミナゾル等
を用いることができる。
【0011】有機高分子としては、ポリビニルアルコー
ル,ポリエチレンオキサイド,ポリエチレングリコール
等の水溶性高分子を用いることができる。
【0012】本発明で用いられるアルミナ繊維の結晶
は、α−アルミナ及び/又は中間アルミナであることが
好ましい。このようなアルミナ繊維は、前駆体繊維を焼
成する際の最高温度を980〜1500℃とすることに
よって製造することができる。特に、この最高温度を1
100〜1350℃とするとアルミナ繊維がある程度の
強度を保持しているため、成形体とするときの作業がし
易く、かつアルミナ繊維成形体の加熱収縮率を低く保持
できるため好ましい。
【0013】本発明で用いられる焼成によりアルミナ成
分が残る無機系バインダーとは、温度400〜1000
℃の焼成によってアルミナ成分のみが残存するものが好
ましく、その具体例としては、ベーマイト質アルミナゾ
ル、非結晶質アルミナゾル等のゾル分散液、リン酸アル
ミニウム、塩基性塩化アルミニウム等のアルミニウム塩
水溶液などである。この無機系バインダーの使用量は、
成形体の加熱収縮率を低く保持するため、質量基準で、
アルミナ繊維100部に対して、有効成分であるアルミ
ナ残存成分で2〜15部が好ましい。
【0014】本発明で用いられる有機系バインダーとし
ては、エポキシ系、フェノール系、アクリル酸エステル
系、ポリウレタン系、イソシアネート系、ポリイミド
系、酢酸ビニル系等の接着剤、各種ゴム系接着剤、ポリ
ビニルアルコール、でんぷんなどである。この有機系バ
インダーの使用量は、質量基準で、アルミナ繊維100
部に対し、有効成分として3〜10部程度である。
【0015】本発明の耐熱性無機繊維成形体を製造する
には、上記アルミナ繊維と有機系バインダーとによりあ
らかじめ成形体を成形しておき、それに上記無機系バイ
ンダーを含浸、スプレー等により添加する方法、上記有
機系バインダーと上記無機系バインダーを含む水分散体
に上記アルミナ繊維を分散しておき、抄造法により成形
・乾燥する方法などを採用することができる。
【0016】本発明の耐熱性無機繊維成形体の使用に際
しては、そのまま還元雰囲気炉,アルカリ成分を焼成す
るための炉,マイクロ波焼成炉等の断熱材として組み立
て、施工することもできるし、あらかじめ1000〜1
500℃程度で焼成してから適用することもできる。
【0017】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
【0018】実施例1 10%塩酸2000gにアルミニウム純度99.5%の
金属アルミニウム粉298gを加え溶解した。この水溶
液に水を加えて濃度調整を行い、アルミナ換算の濃度で
20%のオキシ塩化アルミニウム水溶液2800gを得
た。このオキシ塩化アルミニウム水溶液2800gと1
0%ポリビニルアルコール水溶液600gを混合した
後、減圧脱水濃縮を行い、粘度1500mPa・sの紡
糸原液1800gを調製した。
【0019】この紡糸原液を、円周面に直径0.5mm
の孔が300個設けられた直径250mmの中空円盤内
に入れ、この円盤を回転させることによる遠心力によっ
て紡糸原液を孔から押し出して繊維状とし、それを50
0℃の熱風により乾燥固化してアルミナ繊維前駆体を得
た。次いで、昇温速度15℃/分、最高温度1250℃
で焼成し、α−アルミナ60%、中間アルミナ40%か
らなる平均繊維径3.5μmのアルミナ繊維(アルミナ
純度99.8%)を製造した。
【0020】次に、このアルミナ繊維400gを水40
000gに分散させ、更にアルミナ濃度20%のアルミ
ナゾル180g、カチオン化でんぷん30gを加えて繊
維濃度1%のスラリーとした。このスラリーを抄造成形
し、120℃で乾燥して嵩密度0.3g/cm3、25
0mm×250mm、厚み25mmの耐熱性無機繊維成
形体を製造した。これによって、最終的に得られた耐熱
性無機繊維成形体の組成は、アルミナ繊維100部に対
して無機系バインダー純分(アルミナ分)9部、有機系
バインダー7.5部で配合されたものであった。
【0021】比較例1 実施例1で得られたアルミナ換算濃度20%のオキシ塩
化アルミニウム水溶液2800gとシリカ濃度20%の
シリカゾル700gと10%ポリビニルアルコール水溶
液750gとを混合した後、減圧脱水濃縮を行い、粘度
1500mPa・sの紡糸原液2200gを用いたこと
以外は、実施例1と同様にしてアルミナ繊維(α−アル
ミナ15%、ムライト5%、中間アルミナ型の結晶80
%からなる平均繊維径3.5μm、アルミナ純度80
%)を製造し、以下同様にして無機繊維成形体を製造し
た。
【0022】比較例2 実施例1で得られた20%のオキシ塩化アルミニウム水
溶液2800gとシリカ濃度20%のシリカゾル86g
と10%ポリビニルアルコール水溶液618gとを混合
した後、減圧脱水濃縮を行い、粘度1500mPa・s
の紡糸原液1860gを得た後、それを1050℃で焼
成したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ繊維
(中間アルミナ型の結晶100%からなる平均繊維径
3.5μm、アルミナ純度97%)を製造し、以下同様
にして無機繊維成形体を製造した。
【0023】比較例3 アルミナ濃度20%のアルミナゾル180gの代わり
に、シリカ濃度20%のシリカゾル180gとしたこと
以外は、実施例1と同様にして無機繊維成形体を製造し
た。これによって、最終的に得られた耐熱性無機繊維成
形体の組成は、アルミナ繊維100部に対して無機系バ
インダー純分(シリカ分)9部、有機系バインダー7.
5部で配合されたものであった。
【0024】以上の実施例1及び比較例1〜3で製造さ
れた無機繊維成形体の評価として、以下の3種の方法で
耐久性試験を行った。それらの結果を表1に示す。
【0025】(1)還元性ガスに対する耐久性試験 50mm×50mm×25mmの無機繊維成形体をタン
マン電気炉中にて水素ガスを5l/minで通しながら
40℃/minで1400℃まで昇温、1400℃で2
4時間保持した後、自然冷却して試料を取り出して外観
と成分の分析を行った。
【0026】(2)アルカリ成分に対する耐久性試験 100mm×100mm×25mmの無機繊維成形体の
上面にNa2O粉をのせ、箱型抵抗加熱炉中にて10℃
/minで1400℃まで昇温、1400℃で24時間
保持した後、10℃/minで降温し、室温として試料
を取り出して外観と成分の分析を行った。
【0027】(3)マイクロ波加熱に対する耐久性試験 250mm×250mm×25mmの無機繊維成形体6
枚を用い直方体箱型に組み合わせてマイクロ波焼成用断
熱材箱とした。この箱の中に焼成用試料を入れて、28
GHzマイクロ波発生装置を備えた加熱炉にて昇温し、
1400℃とし、1時間保持した後、自然冷却し、断熱
材の外観と成分の分析を行った。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】本発明の耐熱性無機繊維成形体によれ
ば、水素,一酸化炭素等の還元雰囲気の炉での還元性ガ
スに対する耐性が高く、カリウム,ナトリウム等のアル
カリ成分を焼成物に含む炉でのアルカリ成分との反応性
が低く、マイクロ波焼成炉におけるマイクロ波の吸収率
が低いため、これら用途の断熱材として好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) D06M 15/11 D21H 17/63 D21H 13/46 D21C 11/00 A 17/63 D06M 101:00 // D21C 11/00 C04B 35/80 K D06M 101:00 A D06M 11/12 Fターム(参考) 4L031 AA24 AB34 BA09 BA32 4L033 AA09 AB07 AB09 AC12 AC15 CA06 CA18 CA34 CA49 CA50 DA06 4L037 AT01 AT05 CS18 FA05 FA18 PA40 PA41 PA45 PF02 PS12 UA10 UA12 UA20 4L047 AA02 BA15 BA21 BC14 CB06 CB10 CC16 4L055 AF01 AG17 AG48 AH37 BF02 CC05 EA33 FA30 GA24 GA44 GA50

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ成分99〜100%のアルミナ
    繊維に、焼成によりアルミナ成分が残存する無機系バイ
    ンダーと、有機系バインダーとを含有させてなることを
    特徴とする耐熱性無機繊維成形体。
  2. 【請求項2】 アルミナ繊維の構成鉱物が、α−アルミ
    ナ及び/又は中間アルミナからなることを特徴とする請
    求項1記載の耐熱性無機繊維成形体。
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