JP2004183133A - Method for producing inorganic fiber - Google Patents

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    • C03B37/011Manufacture of glass fibres or filaments starting from a liquid phase reaction process, e.g. through a gel phase

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing inorganic fibers uniform in fiber length and scarcely forming shots (flaked films and/or particulate matters). <P>SOLUTION: The method for producing the inorganic fibers comprises (1) the step of preparing a sol solution consisting mainly of an inorganic component, (2) the step of extruding the sol solution via a nozzle, subjecting the extruded sol solution to an electric field to form inorganic gel-like fibers, (3) the step of subjecting the inorganic gel-like fibers to a gas prior to accumulating the inorganic gel-like fibers, (4) the step of accumulating the resultant inorganic gel-like fibers on a trapping member, and (5) the step of drying the thus trapped inorganic gel-like fibers to form dry inorganic gel-like fibers as the final inorganic fibers, and preferably furthermore, the step of sintering the (dry) inorganic gel-like fibers to form sintered inorganic fibers as the final inorganic fibers. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は無機系繊維の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、無機系繊維(例えば、ガラス繊維)からなる無機系繊維シートは、濾過性能や分離性能等に優れているため、濾過材や鉛蓄電池用のセパレータなどとして好適に使用されている。
【0003】
このような無機系繊維シートを構成する無機系繊維は、ブロー法や遠心法により製造されていた。つまり、前者のブロー法は、押し出された溶融物に対してガスを噴射して前記溶融物を繊維化して無機系繊維を製造する方法(例えば、特公昭37−7925号公報)であり、後者の遠心法は、高速回転板へ溶融セラミック組成物を供給し、前記高速回転板の高速回転による遠心力により前記溶融セラミック組成物を繊維化する方法(例えば、特開昭53−38719号公報)である。しかしながら、これらいずれの方法を用いても、得られる繊維の太さは不均一であり、またフレーク状の膜や粒など、繊維化していないもの(いわゆるショット)が発生しやすい方法であった。
【0004】
【特許文献1】
特公昭37−7925号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開昭53−38719号公報(特許請求の範囲)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、繊維の太さが均一で、しかもショットが発生しにくい無機系繊維の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1にかかる発明は、「(1)無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程、(2)前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程、(3)集積前の前記無機系ゲル状繊維に気体を作用させる工程、(4)気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程、(5)前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程、とを含むことを特徴とする、無機系繊維の製造方法」である。このようにノズルから押し出したゾル溶液に対して電界を作用させると、繊維の太さが均一で、しかもショットの発生しにくい方法であること、及び集積前に気体を作用させることにより、繊維同士が接着した繊維シートではなく、繊維同士が接着しておらず、個々の繊維が独立した状態にある無機系繊維を製造できることを見出したものである。
【0007】
本発明の請求項2にかかる発明は、「前記気体作用無機系ゲル状繊維又は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して、無機系焼結繊維を形成する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項1記載の無機系繊維の製造方法」である。この方法によれば、請求項1と同様の作用効果に加えて、焼結した無機系繊維を製造することができる。
【0008】
本発明の請求項3にかかる発明は、「前記気体の温度が40℃以下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の無機系繊維の製造方法」である。このように気体の温度が40℃以下であれば、無機系繊維同士の接着を効率的に防ぐことができる。
【0009】
本発明の請求項4にかかる発明は、「前記気体の相対湿度が55%以下であることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、相対湿度が55%以下であると、気体作用無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【0010】
本発明の請求項5にかかる発明は、「電界作用方向とは異なる方向に位置する捕集部材に、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積することを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように位置する捕集部材に集積することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を弱めることができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【0011】
本発明の請求項6にかかる発明は、「前記捕集部材が非導電性材料から構成されていることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、捕集部材が非導電性材料から構成されており、気体作用無機系ゲル状繊維は直接捕集部材に集積しないため、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効率的に防ぐことができると同時に、効率的に捕集することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の無機系繊維の製造方法では、まず、(1)無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程を実施する。本明細書において「無機成分を主体とする」とは、無機成分が50mass%以上を占めていることを意味し、60mass%以上を占めているのがより好ましく、75mass%以上を占めているのがより好ましい。
【0013】
このゾル溶液は、本発明の製造方法で最終的に得られる無機系繊維である、無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維を構成する元素を含む化合物を含む溶液(原料溶液)を、約100℃以下程度の温度で加水分解させ、縮重合させることによって得ることができる。前記原料溶液の溶媒は、例えば、有機溶媒(例えばアルコール)又は水である。
【0014】
この化合物を構成する元素は特に限定するものではないが、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、セシウム、バリウム、ランタン、ハフニウム、タンタル、タングステン、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、又はルテチウムなどを挙げることができる。
【0015】
前記の化合物としては、例えば前記元素の酸化物を挙げることができ、具体的には、SiO、Al、B、TiO、ZrO、CeO、FeO、Fe、Fe、VO、V、SnO、CdO、LiO、WO、Nb、Ta、In、GeO、PbTi、LiNbO、 BaTiO、PbZrO、KTaO、Li、NiFe、SrTiOなどを挙げることができる。前記の無機成分は、一成分の酸化物から構成されていても、二成分以上の酸化物から構成されていても良い。例えば、SiO−Alのニ成分から構成することができる。
【0016】
前記のゾル溶液は、前記原料溶液に対して、前記化合物を縮重合させる処理を行うことにより得られ、主として無機成分からなる。すなわち、無機成分が50mass%以上を占めており、好ましくは60mass%以上、より好ましくは75mass%以上を占めている。
【0017】
前記のゾル溶液は、後述する繊維を形成する工程においてノズルからの紡糸が可能となる粘度を有していることが必要である。その粘度は、紡糸可能な粘度である限り特に限定されるものではないが、好ましくは0.1〜100ポイズ、より好ましくは0.5〜20ポイズ、特に好ましくは1〜10ポイズ、最も好ましくは1〜5ポイズである。粘度が100ポイズを超えると細繊維化が困難となり、0.1ポイズ未満になると繊維形状が得られなくなる傾向があるためである。なお、ノズル先端部分における雰囲気を原料溶液と同様の溶媒ガス雰囲気とする場合には、100ポイズを超えるゾル溶液であっても紡糸可能な場合がある。
【0018】
本発明のゾル溶液は、上述のような無機成分以外に、有機成分を含んでいることができ、この有機成分として、例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物、などを挙げることができる。より具体的には、前記原料溶液に含まれる化合物がシラン系化合物である場合には、メチル基やエポキシ基で有機修飾されたシラン系化合物が縮重合したものを含んでいることができる。
【0019】
前記原料溶液は、前記原料溶液に含まれる化合物を安定化する溶媒(例えば、有機溶媒(例えば、エタノールなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド)又は水)、前記原料溶液に含まれる化合物を加水分解するための水、及び加水分解反応を円滑に進行させる触媒(例えば、塩酸、硝酸など)を含んでいることができる。また、前記原料溶液に含まれる、例えば、化合物を安定化させるキレート剤、前記化合物の安定化のためのシランカップリング剤、圧電性などの各種機能を付与することができる化合物、接着性改善、柔軟性、硬度(もろさ)調整のための有機化合物(例えば、ポリメチルメタクリレート)、あるいは染料などの添加剤を含んでいることができる。なお、これらの添加剤は、加水分解を行う前、加水分解を行う際、或いは加水分解後に添加することができる。
【0020】
また、前記原料溶液は、無機系又は有機系の微粒子を含んでいることができる。前記無機系微粒子としては、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属(例えば、白金)を挙げることができ、有機系微粒子として、色素又は顔料などを挙げることができる。また、微粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは0.001〜1μm、より好ましくは0.002〜0.1μmである。このような微粒子を含んでいることによって、光学機能、多孔性、触媒機能、吸着機能、或いはイオン交換機能などを付与することができる。
【0021】
テトラエトキシシランの場合、水の量がアルコキシドの4倍(モル比)を超えると曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、アルコキシドの4倍以下であるのが好ましい。
【0022】
触媒として塩基を使用すると、曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、塩基を使用しないのが好ましい。
【0023】
反応温度は使用溶媒の沸点以下であれば良いが、低い方が適度に反応速度が遅く、曳糸性のゾル溶液を形成しやすい。あまり低すぎても反応が進行しにくいため、10℃以上であるのが好ましい。
【0024】
本発明においては、次いで、(2)前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程を実施する。
【0025】
このゾル溶液の押し出し方向は特に限定するものではないが、ゾル溶液の滴下が生じにくいように、ノズルからの押し出し方向と重力の作用方向とが一致しないのが好ましい。特には、重力の作用方向と反対方向又は重力の作用方向と直角方向にゾル溶液を押し出すのが好ましい。
【0026】
このゾル溶液を押し出すノズルの直径は、無機系繊維(つまり無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維)の繊維径によって変化する。例えば、無機系繊維の繊維径が2μm以下の場合には、ノズルの直径が0.1〜3mm程度であるのが好ましい。
【0027】
また、ノズルは金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズルが金属製であればノズルを1つの電極として使用することができ、ノズルが非金属製である場合には、ノズル内に電極を設置することにより、押し出したゾル溶液に電界を作用させることができる。
【0028】
このようなノズルからゾル溶液を押し出した後、押出物に電界を作用させることにより延伸して、無機系ゲル状繊維を形成する。この電界は、目的とする無機系繊維(無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維)の繊維径、ノズルと対向電極との距離、原料溶液の溶媒、ゾル溶液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、例えば、無機系繊維(無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維)の繊維径を3μm以下程度とする場合には、0.5〜5kV/cmであるのが好ましい。印加する電界が大きければ、その電界値の増加に応じて無機系ゲル状繊維の繊維径が細くなり、同時にノズルから安定してゾル溶液を押し出すことのできる量が増加するが、5kV/cmを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすいので好ましくない。また、0.5kV/cm未満になると、繊維形状となりにくい。
【0029】
なお、電界を印加することにより、ゾル溶液に静電荷が蓄積され、対向電極によって電気的に引張られ、引き伸ばされて繊維化する。特に電気的に引き伸ばしているため、無機系ゲル状繊維が支持体に近づくにしたがって繊維の速度が加速され、より細くなる。
【0030】
このような電界は、例えば、ノズル(金属製ノズルの場合にはノズル自体、非金属製ノズルの場合にはノズル内の電極)と対向電極との間に電位差を設けることによって、作用させることができる。例えば、ノズルに電圧を印加するとともに対向電極をアースすることによって電位差を設けることができるし、逆に、対向電極に電圧を印加するとともにノズルをアースすることによって電位差を設けることもできる。
【0031】
本発明においては、次いで、(3)集積前の前記無機系ゲル状繊維に気体を作用させる工程を実施する。この工程は無機系ゲル状繊維の移動方向を変えることによって、集積時における気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を和らげて、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いと、無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いの少なくとも一方があり、いずれにしても本発明の目的物である、繊維同士が接着しておらず、独立した繊維である無機系繊維を製造するために必要な工程である。なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させると、溶媒の蒸発によって無機系ゲル状繊維が細くなり、静電気密度が高まる結果、その電気的反発力によって分裂し、更に細径の気体作用無機系ゲル状繊維となると考えている。
【0032】
この作用させる気体は無機系ゲル状繊維に対して作用させることのできる気体であれば良く、特に限定されるものではないが、空気を使用するのが製造上好適である。なお、気体の温度が40℃以下である場合や、気体の相対湿度が55%以下である場合には、無機系ゲル状繊維の乾燥を行うことができ、後工程である集積の際に気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効果的に防止し、個々の気体作用無機系ゲル状繊維が独立した状態で集積しやすいため好適である。なお、より好ましい相対湿度は40%以下である。また、相対湿度の下限は0%である。
【0033】
前記気体を作用させる方向は電界作用方向(ノズルから対向電極とを結ぶ方向)と同じ方向であっても良いし、異なる方向であっても良いが、前者のように電界作用と同じであると、静電気力と気体による物理力の両方の力により、気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に対して強く衝突させることになり、気体作用無機系ゲル状繊維同士を接着させる可能性が高くなるため、個々に独立した気体作用無機系ゲル状繊維を集積しやすいように、気体を作用させる方向は電界作用方向とは異なる方向であるのが好ましい。電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界の作用方向に対して直角方向から気体を作用させるのが好ましい。
【0034】
なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させる方法としては、例えば、気体吐出ノズルから気体を噴出させる方法がある。なお、このように気体を作用させる場合には、無機系ゲル状繊維があまり拡散しないように、ある程度真っ直ぐ気体を噴出できる気体吐出ノズルを使用するのが好ましい。このような気体吐出ノズルとして、フラットエアノズル(例えば、吐出部が狭いスリットからなるノズル)を挙げることができる。
【0035】
また、このような気体吐出ノズルは非導電性材料から構成されているのが好ましい。気体吐出ノズルが導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、無機系ゲル状繊維が気体吐出ノズルに集積してしまう場合があるためである。なお、本発明における「非導電性」とは、電気抵抗(体積固有抵抗)が1012Ω以上のものをいう。なお、気体吐出ノズルが導電性材料から構成されている場合には、気体吐出ノズルは電気的に孤立したものであることが好ましい。
【0036】
本発明においては、次いで、(4)気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程を実施する。
【0037】
この捕集部材としては、特に限定するものではないが、例えば、気体吸い取りノズル、通気性支持体などを挙げることができる。前者のように気体吸い取りノズルを使用した場合、気体の吸い取り量によっては、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突によって、繊維同士が接着してしまう場合があるため、接着を避けるために、サイクロン式の気体吸い取りノズルを使用するのが好ましい。また、後者の通気性支持体のように、特に吸い取り装置を備えていない場合には、前述のような気体吐出ノズルからの気体の流れによって集積することになるため、緩やかな流れの中で気体作用無機系ゲル状繊維を集積することになるが、気体作用無機系ゲル状繊維は同極に帯電した状態にあるため、繊維同士の反発力によって、繊維同士が接着しにくい状態で集積することができる。
【0038】
このような捕集部材は、電界作用方向と同じ方向に位置していても良いし、異なる方向に位置していても良いが、前述のように、電界作用方向とは異なる方向に気体を作用させるのが好ましいため、捕集部材も電界作用方向とは異なる方向に位置して、気体作用無機系ゲル状繊維を集積するのが好ましい。このように位置していることによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易となる。また、電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界作用方向に対して直角方向に捕集部材が位置しているのが好ましい。
【0039】
なお、前述のような捕集部材も非導電性材料から構成されているのが好ましい。捕集部材が導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、気体作用無機系ゲル状繊維が直接捕集部材に集積してしまい、繊維同士の接着が生じやすくなるためである。なお、捕集部材が導電性材料から構成されている場合には、捕集部材は電気的に孤立したものであることが好ましい。
【0040】
また、捕集部材を気体が通過する速度は特に限定するものではないが、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易であるように、1000cm/sec.以下であるのが好ましく、100cm/sec.以下であるのがより好ましい。また、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散防止のために、10cm/sec.以上であるのが好ましい。
【0041】
次いで、(5)前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程を実施して、取り扱い可能な無機系乾燥ゲル状繊維、つまり無機系繊維を製造する。
【0042】
この乾燥温度は気体作用無機系ゲル状繊維を構成する無機成分によって変化するため特に限定されるものではないが、有機成分の分解温度未満の温度、例えば、200℃以下程度の温度で実施するのが好ましい。この乾燥は、オーブンなどで加熱することによって実施することができるし、凍結乾燥、或いは超臨界乾燥によっても実施することができる。この乾燥工程においては、必要な取り扱い強度を有するまで乾燥する。
【0043】
以上は無機系乾燥ゲル状繊維(無機系繊維)を製造する方法であるが、無機系焼結繊維(無機系繊維)を製造する場合には、更に無機系乾燥ゲル状繊維を焼結する工程を実施する。焼結工程を実施することにより、強度及び耐熱性の優れる無機系焼結繊維を製造することができる。なお、焼結工程は例えば焼結炉を用いて実施することができ、その温度は無機系乾燥ゲル状繊維を構成する無機成分によって適宜設定する。例えば、無機系乾燥ゲル状繊維がシリカ成分からなる場合、800℃以上の温度で焼結すれば、シリカ焼結繊維を製造することができる。
【0044】
なお、無機系焼結繊維は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して製造することができるばかりでなく、気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥させることなく、直接焼結しても製造することができる。なお、この場合、いきなり焼結温度で焼結すると、気体作用無機系ゲル状繊維が急激に収縮して損傷する場合があるため、焼結温度まで徐々に昇温して焼結するのが好ましい。
【0045】
なお、このようにして製造した無機系繊維(無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維)は、基本的に繊維が連続した長繊維であるが、必要に応じて、無機系繊維を切断又は破砕して、短繊維とすることもできる。
【0046】
本発明の無機系繊維の製造方法を、無機系繊維を製造できる装置の概念図である図1をもとに説明する。
【0047】
まず、前述のようにして調製されたゾル溶液は、ゾル溶液貯留部(図示せず)から定量ポンプ等(図示せず)によって、金属製のノズル1へと供給される。このノズル1への供給量は特に限定されるものではないが、ノズル1本あたり0.01mL/時間〜100mL/時間で変化させることができる。なお、図1においては、1本のノズルを備えているが、2本以上であっても良い。
【0048】
このようにノズル1へ供給されたゾル溶液は、ノズル1から押し出される。一方、前記ノズル1に対して電圧が印加され、対向電極2はアースされているため、ノズル1と対向電極2との間には電界が形成され、この電界によって押し出されたゾル溶液は延伸されて繊維化し、無機系ゲル状繊維が形成される。なお、電界強度を0.5〜5kV/cmに調整できるように、ノズル1と対向電極2との距離を10〜500mm程度、好ましくは50〜300mm程度に設定できるように、ノズル1の位置を変えることができるのが好ましい。また、前記方法とは逆に、ノズル1をアースし、対向電極2に電圧を印加しても良い。
【0049】
ノズル1から押し出されたゾル溶液を延伸して形成された無機系ゲル状繊維は、電界の作用によって対向電極2に引き付けられ、対向電極2へ向かう途中で、電界作用方向Dに対して直角方向に位置する気体吐出ノズル3から吐出された気体の作用によって、電界作用方向Dに直交する方向へ進路を変更して移動する。この時、無機系ゲル状繊維は気体の作用によってある程度乾燥した気体作用無機系ゲル状繊維となる。なお、図1においては電界作用方向Dに直交する方向に気体を吐出して作用させているが、直交方向である必要はない。
【0050】
このように形成された気体作用無機系ゲル状繊維は気体の流れに沿って移動し、気体吐出ノズル3に対面する位置に設置された捕集部材4によって捕集される。図1においては気体吐出ノズル側面が開口しており、気体吐出ノズル側面に対向する面が通気性材料からなる直方体状の捕集部材4を使用している。また、捕集部材4は通気性材料からなる面が排気ファン5とダクトを介して接続されており、適度に吸引することができるため、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散を防止できるようになっている。
【0051】
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、ヒーター(図示せず)へと供給し、ヒーターの熱によって乾燥され、無機系乾燥ゲル状繊維となる。あるいは、集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、焼結炉(例えば、電気炉)へと供給し、焼結炉の熱によって焼結され、無機系焼結繊維となる。なお、無機系乾燥ゲル状繊維を焼結炉へ供給して焼結する場合もある。
【0052】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0053】
【実施例】
(実施例1)
(1)ゾル溶液の形成
金属化合物としてテトラエトキシシラン、溶媒としてエタノール、加水分解のための水、及び触媒として1規定の塩酸を、1:5:2:0.003のモル比で混合し、温度78℃で10時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度60℃に加熱して、粘度が2ポイズのゾル溶液を形成した。
【0054】
(2)無機系ゲル状繊維の形成
ポンプにより前記ゾル溶液を1本のステンレス製ノズル(内径:0.6mm)へ供給し、1mL/時間の割合で、重力の作用方向とは反対方向へノズルから押し出すとともに、ノズルに−20kVの電圧を印加し、前記ノズルから10cm離れた位置に設置した対向電極をアースして、対向電極へ向かう無機系ゲル状繊維を形成した。
【0055】
(3)気体作用無機系ゲル状繊維の形成
前記無機系ゲル状繊維の流れ(電界作用方向)に対して、電界作用方向に対して直角方向に配置したポリプロピレン製フラットエアノズルから空気(温度:25℃、相対湿度:20%)を、無機系ゲル状繊維移動箇所を横切る空気速度が100cm/sec.となるように吐出し、無機系ゲル状繊維に気体を作用させて一部乾燥し、気体作用無機系ゲル状繊維を形成すると同時に、電界作用方向に対して直角方向へ流れを変えさせた。
【0056】
(4)気体作用無機系ゲル状繊維の集積
前記フラットエアノズルの対向する位置(電界作用方向に対して直角方向)に配置した通気性捕集部材により、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積した。なお、通気性捕集部材として、外形が直方体状であり、前記気体作用無機系ゲル状繊維の入り口側の面が開口しており、この面が1辺20cmの正方形状であり、前記入り口側の面と対向する出口面が60メッシュのポリプロピレンネットからなるものを使用した。また、前記通気性捕集部材は排気ファンと接続されており、排気ファンによって、通気性捕集部材内の風速が約10cm/sec.となるように、通気性捕集部材の出口側から吸引した。
【0057】
(5)無機系乾燥ゲル状繊維の形成
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維を温度150℃に設定されたヒーターにより乾燥して、無機系乾燥ゲル状繊維(SiOからなる)を製造した。この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約70%に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維1gの嵩は約150mLであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【0058】
(6)シリカ焼結繊維の形成
前記無機系乾燥ゲル状繊維を温度800℃で焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径(100点における繊維径の算術平均値)は0.6μmであり、繊維径のCV値(=標準偏差/平均繊維径)は0.4と細く、かつ繊維の太さが均一であった。
【0059】
(実施例2)
(4)気体作用無機系ゲル状繊維の集積工程における、通気性捕集部材内の風速が20cm/sec.となるように、排気ファンによって吸引したこと以外は実施例1と全く同様にして、無機系乾燥ゲル状繊維を製造した。
【0060】
この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約70%に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維1gの嵩は約100mLであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【0061】
次いで、実施例1と同様に無機系乾燥ゲル状繊維の焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径(100点における繊維径の算術平均値)は0.6μmであり、繊維径のCV値(=標準偏差/平均繊維径)は0.4と細く、かつ繊維の太さが均一なものであった。
【0062】
【発明の効果】
本発明の無機系繊維の製造方法によれば、繊維の太さが均一で、しかもショットを発生させることなく、無機系繊維を製造することができる。
【0063】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無機系繊維を製造できる装置の概念図
【符号の説明】
1 ノズル
2 対向電極
3 気体吐出ノズル
4 捕集部材
5 排気ファン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an inorganic fiber.
[0002]
[Prior art]
For example, an inorganic fiber sheet made of an inorganic fiber (for example, glass fiber) is excellent in filtration performance, separation performance, and the like, and is therefore suitably used as a filter material, a separator for a lead storage battery, and the like.
[0003]
The inorganic fibers constituting such an inorganic fiber sheet have been manufactured by a blow method or a centrifugal method. In other words, the former blowing method is a method of injecting gas into the extruded melt to fibrillate the melt to produce inorganic fibers (for example, Japanese Patent Publication No. 37-7925), and the latter method. Is a method in which a molten ceramic composition is supplied to a high-speed rotating plate, and the molten ceramic composition is fiberized by centrifugal force caused by high-speed rotation of the high-speed rotating plate (for example, JP-A-53-38719). It is. However, using any of these methods, the thickness of the resulting fiber is not uniform, and non-fibrous materials (so-called shots) such as flake-like films and grains are easily generated.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-B-37-7925 (Claims)
[Patent Document 2]
JP-A-53-38719 (Claims)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has as its object to provide a method for producing an inorganic fiber having a uniform fiber thickness and less occurrence of shots.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention is directed to “(1) a step of forming a sol solution mainly composed of an inorganic component, (2) extruding the sol solution from a nozzle and applying an electric field to the extruded sol solution. (3) a step of applying a gas to the inorganic gel fiber before accumulation, and (4) a step of applying a gas to the inorganic gel fiber that has been subjected to the gas. A process for accumulating on a collecting member, and (5) a step of drying the gaseous inorganic gel fiber to form an inorganic dry gel fiber, '' It is. When an electric field is applied to the sol solution extruded from the nozzle in this manner, the fibers have a uniform thickness and are unlikely to generate shots. Was found to be able to produce an inorganic fiber in which the fibers are not adhered, the fibers are not adhered to each other, and the individual fibers are in an independent state.
[0007]
The invention according to claim 2 of the present invention is characterized by further comprising a step of sintering the gas-acting inorganic gel fiber or the inorganic dry gel fiber to form an inorganic sintered fiber. The method for producing an inorganic fiber according to claim 1 ". According to this method, in addition to the same functions and effects as the first aspect, sintered inorganic fibers can be manufactured.
[0008]
The invention according to claim 3 of the present invention is “the method for producing an inorganic fiber according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the gas is 40 ° C. or less”. When the temperature of the gas is 40 ° C. or lower, the adhesion between the inorganic fibers can be efficiently prevented.
[0009]
The invention according to claim 4 of the present invention relates to "the method for producing an inorganic fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the relative humidity of the gas is 55% or less." is there. As described above, when the relative humidity is 55% or less, the gas-acting inorganic gel fibers can be dried to some extent, so that non-bonded inorganic fibers can be efficiently produced.
[0010]
The invention according to claim 5 of the present invention is characterized in that the gas-acting inorganic gel fibers are accumulated in a collecting member located in a direction different from the direction of the electric field. 4. The method for producing an inorganic fiber according to any one of 4. By accumulating on the collecting member located in this way, the collision force between the gas-acting inorganic gel fibers can be reduced, so that non-bonded inorganic fibers can be efficiently produced.
[0011]
The invention according to claim 6 of the present invention provides a method for producing an inorganic fiber according to any one of claims 1 to 5, wherein the collection member is made of a non-conductive material. Method ". As described above, since the collecting member is formed of the non-conductive material, and the gas-acting inorganic gel fibers do not directly accumulate on the collecting member, the adhesion between the gas-acting inorganic gel fibers is effectively prevented. At the same time, they can be collected efficiently.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the method for producing an inorganic fiber of the present invention, first, (1) a step of forming a sol solution mainly containing an inorganic component is performed. In the present specification, "mainly composed of an inorganic component" means that the inorganic component occupies 50 mass% or more, more preferably occupies 60 mass% or more, and occupies 75 mass% or more. Is more preferred.
[0013]
This sol solution is an inorganic fiber finally obtained by the production method of the present invention, a solution (raw material solution) containing a compound containing an element constituting an inorganic dry gel fiber or an inorganic sintered fiber, It can be obtained by hydrolysis at a temperature of about 100 ° C. or less and condensation polymerization. The solvent of the raw material solution is, for example, an organic solvent (eg, alcohol) or water.
[0014]
Although the elements constituting this compound are not particularly limited, for example, lithium, beryllium, boron, carbon, sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese , Iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, selenium, rubidium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, cadmium, indium, tin, antimony, tellurium, cesium, barium, lanthanum, hafnium, tantalum , Tungsten, mercury, thallium, lead, bismuth, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, Mention may be made of potassium, ytterbium, lutetium or the like.
[0015]
Examples of the compound include oxides of the above-mentioned elements, and specifically, SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , FeO, Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, VO 2, V 2 O 5, SnO 2, CdO, LiO 2, WO 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, In 2 O 3, GeO 2, PbTi 4 O 9, LiNbO 3 , BaTiO 3 , PbZrO 3 , KTaO 3 , Li 2 B 4 O 7 , NiFe 2 O 4 , SrTiO 3 and the like. The inorganic component may be composed of one component oxide or two or more components oxide. For example, it can be composed of two components of SiO 2 —Al 2 O 3 .
[0016]
The sol solution is obtained by subjecting the raw material solution to a process of subjecting the compound to polycondensation, and is mainly composed of an inorganic component. That is, the inorganic component occupies 50 mass% or more, preferably 60 mass% or more, and more preferably 75 mass% or more.
[0017]
The sol solution needs to have a viscosity that allows spinning from a nozzle in a fiber forming step described below. The viscosity is not particularly limited as long as it is a spinnable viscosity, but is preferably 0.1 to 100 poise, more preferably 0.5 to 20 poise, particularly preferably 1 to 10 poise, and most preferably. 1-5 poise. If the viscosity exceeds 100 poise, it becomes difficult to reduce the fiber size, and if the viscosity is less than 0.1 poise, the fiber shape tends not to be obtained. When the atmosphere at the tip of the nozzle is a solvent gas atmosphere similar to the raw material solution, spinning may be possible even with a sol solution exceeding 100 poise.
[0018]
The sol solution of the present invention can contain, in addition to the inorganic components described above, an organic component, such as a silane coupling agent, an organic low-molecular compound such as a dye, and polymethyl methacrylate. And organic polymer compounds of the above. More specifically, when the compound contained in the raw material solution is a silane-based compound, it may include a condensation-polymerized silane-based compound organically modified with a methyl group or an epoxy group.
[0019]
The raw material solution is a solvent for stabilizing a compound contained in the raw material solution (for example, an organic solvent (for example, alcohols such as ethanol, dimethylformamide) or water), and for hydrolyzing a compound contained in the raw material solution. Of water and a catalyst (for example, hydrochloric acid, nitric acid, etc.) that allows the hydrolysis reaction to proceed smoothly. Also, contained in the raw material solution, for example, a chelating agent for stabilizing a compound, a silane coupling agent for stabilizing the compound, a compound capable of imparting various functions such as piezoelectricity, improving adhesion, An organic compound (for example, polymethyl methacrylate) for adjusting flexibility and hardness (fragility) or an additive such as a dye can be contained. These additives can be added before, during or after the hydrolysis.
[0020]
Further, the raw material solution may include inorganic or organic fine particles. Examples of the inorganic fine particles include titanium oxide, manganese dioxide, copper oxide, silicon dioxide, activated carbon, and metal (for example, platinum). Examples of the organic fine particles include a dye or a pigment. The average particle size of the fine particles is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 1 μm, more preferably 0.002 to 0.1 μm. By containing such fine particles, an optical function, porosity, catalytic function, adsorption function, ion exchange function, or the like can be provided.
[0021]
In the case of tetraethoxysilane, if the amount of water exceeds 4 times (molar ratio) the alkoxide, it becomes difficult to obtain a spinnable sol solution, and therefore it is preferably 4 times or less the alkoxide.
[0022]
When a base is used as a catalyst, it is difficult to obtain a spinnable sol solution, and therefore, it is preferable not to use a base.
[0023]
The reaction temperature may be lower than the boiling point of the solvent used, but the lower the reaction temperature is, the slower the reaction speed is, and the easier it is to form a spinnable sol solution. If the temperature is too low, the reaction does not easily proceed.
[0024]
Next, in the present invention, (2) a step of extruding the sol solution from a nozzle and forming a fiber by applying an electric field to the extruded sol solution to form inorganic gel fibers.
[0025]
The direction of extrusion of the sol solution is not particularly limited, but it is preferable that the direction of extrusion from the nozzle does not coincide with the direction of action of gravity so that dripping of the sol solution is unlikely to occur. In particular, it is preferable to extrude the sol solution in a direction opposite to the direction of action of gravity or in a direction perpendicular to the direction of action of gravity.
[0026]
The diameter of the nozzle that pushes out the sol solution varies depending on the fiber diameter of the inorganic fibers (that is, the inorganic dry gel fibers or the inorganic sintered fibers). For example, when the fiber diameter of the inorganic fiber is 2 μm or less, the diameter of the nozzle is preferably about 0.1 to 3 mm.
[0027]
Further, the nozzle may be made of metal or non-metal. When the nozzle is made of metal, the nozzle can be used as one electrode. When the nozzle is made of nonmetal, an electric field can be applied to the extruded sol solution by installing an electrode in the nozzle. Can be.
[0028]
After the sol solution is extruded from such a nozzle, the extrudate is stretched by applying an electric field to the extrudate to form an inorganic gel fiber. This electric field varies depending on the fiber diameter of the target inorganic fiber (inorganic dry gel fiber or inorganic sintered fiber), the distance between the nozzle and the counter electrode, the solvent of the raw material solution, the viscosity of the sol solution, and the like. Although not particularly limited, for example, when the fiber diameter of the inorganic fiber (inorganic dry gel fiber or inorganic sintered fiber) is about 3 μm or less, it is 0.5 to 5 kV / cm. Is preferred. If the electric field to be applied is large, the fiber diameter of the inorganic gel fiber becomes thinner according to the increase of the electric field value, and at the same time, the amount of the sol solution that can be stably extruded from the nozzle increases. If it exceeds, the dielectric breakdown of air easily occurs, which is not preferable. On the other hand, when it is less than 0.5 kV / cm, it is difficult to form a fiber.
[0029]
When an electric field is applied, an electrostatic charge is accumulated in the sol solution, and the sol solution is electrically pulled by the counter electrode, stretched, and fiberized. In particular, since the fibers are electrically stretched, as the inorganic gel fibers approach the support, the speed of the fibers is accelerated and the fibers become thinner.
[0030]
Such an electric field can be exerted by, for example, providing a potential difference between the nozzle (the nozzle itself in the case of a metal nozzle and the electrode in the nozzle in the case of a non-metal nozzle) and the counter electrode. it can. For example, a potential difference can be provided by applying a voltage to the nozzle and grounding the counter electrode, or conversely, a potential difference can be provided by applying a voltage to the counter electrode and grounding the nozzle.
[0031]
Next, in the present invention, (3) a step of causing a gas to act on the inorganic gel fibers before accumulation is performed. In this step, by changing the moving direction of the inorganic gel-like fibers, the impact force between the gas-active inorganic gel-like fibers at the time of accumulation is reduced, and the meaning of preventing the adhesion between the gas-active inorganic gel-like fibers, By drying the inorganic gel fibers to some extent, there is at least one of the meanings of preventing the adhesion of the gas-acting inorganic gel fibers to each other, and in any case, the object of the present invention is that the fibers are bonded to each other. This is a necessary step for producing inorganic fibers which are independent fibers. When a gas is applied to the inorganic gel-like fiber, the inorganic gel-like fiber becomes thinner due to the evaporation of the solvent, and the static electricity density is increased. It is considered to be an inorganic gel fiber.
[0032]
The gas to be acted on may be any gas that can act on the inorganic gel fiber, and is not particularly limited, but air is preferably used for production. In addition, when the temperature of the gas is 40 ° C. or less, or when the relative humidity of the gas is 55% or less, the inorganic gel fiber can be dried. This is preferable because the adhesion between the acting inorganic gel fibers is effectively prevented, and the individual gas acting inorganic gel fibers are easily accumulated in an independent state. Note that a more preferable relative humidity is 40% or less. The lower limit of the relative humidity is 0%.
[0033]
The direction in which the gas acts may be the same direction as the electric field operation direction (the direction connecting the nozzle to the counter electrode) or may be a different direction, but it is the same as the electric field effect as the former. Due to both the electrostatic force and the physical force of the gas, the gaseous inorganic gel fibers strongly collide with the collecting member, and the possibility of bonding the gaseous inorganic gel fibers to each other is high. Therefore, it is preferable that the direction in which the gas acts is different from the direction in which the electric field acts so that the individual gas-acting inorganic gel fibers can be easily accumulated individually. From the viewpoint that the stretching action by the electric field can be minimized, the gas is preferably acted on at right angles to the direction in which the electric field acts.
[0034]
As a method of causing a gas to act on the inorganic gel fibers, for example, there is a method of ejecting a gas from a gas discharge nozzle. In the case where the gas is actuated in this way, it is preferable to use a gas discharge nozzle capable of ejecting the gas straight to some extent so that the inorganic gel fiber does not diffuse much. As such a gas discharge nozzle, a flat air nozzle (for example, a nozzle having a narrow discharge portion) can be given.
[0035]
Further, such a gas discharge nozzle is preferably made of a non-conductive material. If the gas discharge nozzle is made of a conductive material, an electric field is formed between the gas discharge nozzle and the nozzle that pushes out the sol solution, and the inorganic gel fibers may accumulate in the gas discharge nozzle. . The term “non-conductive” in the present invention refers to those having an electric resistance (volume specific resistance) of 10 12 Ω or more. When the gas discharge nozzle is made of a conductive material, the gas discharge nozzle is preferably electrically isolated.
[0036]
Next, in the present invention, (4) a step of accumulating the gas-operated inorganic gel-like fibers with gas acting on the collecting member is performed.
[0037]
The collection member is not particularly limited, and examples thereof include a gas suction nozzle and a gas-permeable support. When the gas suction nozzle is used as in the former case, depending on the amount of gas suction, the fibers may adhere to each other due to the collision of the gas-acting inorganic gel-like fibers. It is preferred to use a gas suction nozzle of the formula. Also, in the case where the suction device is not provided, as in the case of the latter air-permeable support, the gas is accumulated by the flow of the gas from the gas discharge nozzle as described above, and the gas flows in a gentle flow. The action inorganic gel fibers are to be accumulated, but since the gas action inorganic gel fibers are charged to the same polarity, they must be accumulated in a state where the fibers are not easily bonded to each other due to the repulsive force between the fibers. Can be.
[0038]
Such a trapping member may be located in the same direction as the electric field action direction or in a different direction. However, as described above, the gas acts in a direction different from the electric field action direction. Therefore, it is preferable that the collecting member is also located in a direction different from the electric field action direction, and the gas action inorganic gel fibers are accumulated. By being located in this manner, it becomes easy to avoid the adhesion between the gas-acting inorganic gel fibers. In addition, it is preferable that the collecting member is positioned in a direction perpendicular to the direction of the electric field, because the stretching action by the electric field can be minimized.
[0039]
In addition, it is preferable that the above-described collection member is also made of a non-conductive material. When the collecting member is made of a conductive material, an electric field is formed between the collecting member and the nozzle that pushes out the sol solution, and the gaseous inorganic gel fibers are directly accumulated on the collecting member, and the fibers are separated from each other. This is because the adhesion of the particles easily occurs. When the collection member is made of a conductive material, the collection member is preferably electrically isolated.
[0040]
Further, the speed at which the gas passes through the collection member is not particularly limited, but is set to 1000 cm / sec. So as to easily avoid the adhesion between the gas-acting inorganic gel fibers. It is preferably 100 cm / sec. It is more preferable that: Further, in order to prevent the accumulated gaseous inorganic gel fibers from scattering, 10 cm / sec. The above is preferable.
[0041]
Next, (5) a step of drying the gaseous inorganic gel fiber to form an inorganic dry gel fiber is performed to produce a handleable inorganic dry gel fiber, that is, an inorganic fiber.
[0042]
This drying temperature is not particularly limited because it varies depending on the inorganic component constituting the gas-acting inorganic gel fiber, but the drying temperature is lower than the decomposition temperature of the organic component, for example, at a temperature of about 200 ° C. or less. Is preferred. This drying can be carried out by heating in an oven or the like, and can also be carried out by freeze drying or supercritical drying. In this drying step, drying is performed until necessary handling strength is obtained.
[0043]
The above is a method for producing an inorganic dry gel fiber (inorganic fiber). In the case of producing an inorganic sintered fiber (inorganic fiber), a step of further sintering the inorganic dry gel fiber. Is carried out. By performing the sintering step, an inorganic sintered fiber having excellent strength and heat resistance can be manufactured. The sintering step can be performed using, for example, a sintering furnace, and the temperature is appropriately set according to the inorganic components constituting the inorganic dry gel fiber. For example, when the inorganic dry gel fiber is made of a silica component, sintering at a temperature of 800 ° C. or more can produce a sintered silica fiber.
[0044]
In addition, the inorganic sintered fiber can be produced not only by sintering the inorganic dry gel fiber, but also by directly sintering the gaseous inorganic gel fiber without drying. Can be. In this case, if the sintering is performed at the sintering temperature, the gaseous inorganic gel fiber may suddenly shrink and be damaged. .
[0045]
In addition, the inorganic fiber (inorganic dry gel fiber or inorganic sintered fiber) thus produced is basically a continuous fiber, but if necessary, the inorganic fiber is cut. Alternatively, the fibers can be crushed into short fibers.
[0046]
The method for producing an inorganic fiber of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a conceptual diagram of an apparatus capable of producing an inorganic fiber.
[0047]
First, the sol solution prepared as described above is supplied to the metal nozzle 1 from a sol solution storage unit (not shown) by a metering pump or the like (not shown). The supply amount to the nozzle 1 is not particularly limited, but can be changed in a range of 0.01 mL / hour to 100 mL / hour per nozzle. In FIG. 1, one nozzle is provided, but two or more nozzles may be provided.
[0048]
The sol solution thus supplied to the nozzle 1 is extruded from the nozzle 1. On the other hand, since a voltage is applied to the nozzle 1 and the counter electrode 2 is grounded, an electric field is formed between the nozzle 1 and the counter electrode 2, and the sol solution extruded by the electric field is stretched. The fibers are formed into fibers and inorganic gel fibers are formed. The position of the nozzle 1 is set so that the distance between the nozzle 1 and the counter electrode 2 can be set to about 10 to 500 mm, preferably about 50 to 300 mm so that the electric field strength can be adjusted to 0.5 to 5 kV / cm. Preferably, it can be changed. In addition, contrary to the above method, the nozzle 1 may be grounded and a voltage may be applied to the counter electrode 2.
[0049]
The inorganic gel fiber formed by stretching the sol solution extruded from the nozzle 1 is attracted to the counter electrode 2 by the action of the electric field, and is directed in the direction perpendicular to the electric field action direction D on the way to the counter electrode 2. By changing the course in the direction perpendicular to the electric field action direction D by the action of the gas discharged from the gas discharge nozzle 3 located at the position, the nozzle moves. At this time, the inorganic gel fibers become gaseous inorganic gel fibers which are dried to some extent by the action of gas. In FIG. 1, the gas is ejected in the direction perpendicular to the electric field action direction D to act, but the gas does not need to be orthogonal.
[0050]
The gas-acting inorganic gel fibers formed as described above move along with the flow of the gas and are collected by the collecting member 4 installed at a position facing the gas discharge nozzle 3. In FIG. 1, the side surface of the gas discharge nozzle is open, and a rectangular parallelepiped collecting member 4 whose surface facing the side surface of the gas discharge nozzle is made of a gas-permeable material is used. In addition, the collecting member 4 has a surface made of a gas-permeable material connected to the exhaust fan 5 via a duct, and can appropriately suck the gas. Therefore, scattering of the accumulated gaseous inorganic gel fibers can be prevented. It has become.
[0051]
The gas-action inorganic gel fibers thus accumulated are supplied to a heater (not shown) after a desired accumulation amount, and dried by the heat of the heater to become inorganic dry gel fibers. Alternatively, the accumulated gaseous inorganic gel fibers are supplied to a sintering furnace (for example, an electric furnace) after a desired accumulation amount, and are sintered by the heat of the sintering furnace. It becomes. In some cases, the inorganic dry gel fiber is supplied to a sintering furnace and sintered.
[0052]
Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
[0053]
【Example】
(Example 1)
(1) Formation of Sol Solution Tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and 1N hydrochloric acid as a catalyst are mixed in a molar ratio of 1: 5: 2: 0.003, The mixture was refluxed at a temperature of 78 ° C. for 10 hours, then the solvent was removed by a rotary evaporator and concentrated, and then heated to a temperature of 60 ° C. to form a sol solution having a viscosity of 2 poise.
[0054]
(2) The sol solution is supplied to one stainless steel nozzle (inner diameter: 0.6 mm) by a pump for forming an inorganic gel fiber, and the nozzle is supplied at a rate of 1 mL / hour in a direction opposite to the direction of gravity. While applying a voltage of −20 kV to the nozzle, and grounding a counter electrode located 10 cm away from the nozzle to form an inorganic gel fiber toward the counter electrode.
[0055]
(3) Formation of gaseous inorganic gel-like fiber With respect to the flow of the inorganic gel-like fiber (the direction of electric field action), air (temperature: 25) is fed from a polypropylene flat air nozzle arranged at right angles to the direction of electric field action. ° C, relative humidity: 20%) when the air velocity across the inorganic gel-like fiber moving point is 100 cm / sec. Then, a gas was applied to the inorganic-based gel-like fiber to partially dry it to form a gas-operated inorganic-type gel-like fiber, and at the same time, the flow was changed in a direction perpendicular to the direction of the electric field.
[0056]
(4) Accumulation of gaseous inorganic gel fibers The gaseous inorganic gel fibers are accumulated by a gas-permeable collecting member disposed at a position facing the flat air nozzle (in a direction perpendicular to the direction of electric field action). . In addition, as a breathable collection member, the outer shape is a rectangular parallelepiped, and the entrance side surface of the gaseous inorganic gel fiber is open, and this surface has a square shape of 20 cm on a side, and the entrance side The exit surface facing the surface was made of a 60 mesh polypropylene net. Further, the air-permeable collecting member is connected to an exhaust fan, and the air flow in the air-permeable collecting member is about 10 cm / sec. Suction was performed from the outlet side of the air-permeable collection member so that
[0057]
(5) Formation of inorganic dry gel-like fiber The gas-action inorganic gel-like fiber thus collected is dried by a heater set at a temperature of 150 ° C. to obtain an inorganic dry gel-like fiber (consisting of SiO 2 ). Manufactured. This inorganic dry gel fiber corresponded to about 70% of the mass extruded from the nozzle, and the bulk of 1 g of the inorganic dry gel fiber was about 150 mL. Further, almost no adhesion between the inorganic dry gel fibers was observed. Further, no impurities such as flakes and shots were observed.
[0058]
(6) Formation of Sintered Silica Fiber The dried inorganic fiber gel was sintered at a temperature of 800 ° C. to produce a sintered silica fiber. The average fiber diameter (the arithmetic mean value of the fiber diameter at 100 points) of the sintered silica fiber is 0.6 μm, the CV value of the fiber diameter (= standard deviation / average fiber diameter) is as thin as 0.4, and Was uniform in thickness.
[0059]
(Example 2)
(4) The wind speed in the air-permeable collecting member is 20 cm / sec. Thus, an inorganic dry gel-like fiber was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that suction was performed by an exhaust fan.
[0060]
The inorganic dry gel fibers corresponded to about 70% of the mass extruded from the nozzle, and the volume of 1 g of the inorganic dry gel fibers was about 100 mL. Further, almost no adhesion between the inorganic dry gel fibers was observed. Further, no impurities such as flakes and shots were observed.
[0061]
Next, the inorganic dry gel fiber was sintered in the same manner as in Example 1 to produce a sintered silica fiber. The average fiber diameter (the arithmetic mean value of the fiber diameter at 100 points) of this silica sintered fiber is 0.6 μm, the CV value of the fiber diameter (= standard deviation / average fiber diameter) is as thin as 0.4, and Was uniform in thickness.
[0062]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of the inorganic fiber of this invention, the thickness of a fiber is uniform, and an inorganic fiber can be manufactured, without producing a shot.
[0063]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus capable of producing the inorganic fiber of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 Counter electrode 3 Gas discharge nozzle 4 Collection member 5 Exhaust fan

Claims (6)

(1)無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程、
(2)前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程、
(3)集積前の前記無機系ゲル状繊維に気体を作用させる工程、
(4)気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程、
(5)前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程、
とを含むことを特徴とする、無機系繊維の製造方法。
(1) a step of forming a sol solution mainly composed of an inorganic component,
(2) a step of extruding the sol solution from a nozzle and applying an electric field to the extruded sol solution to form fibers to form inorganic gel fibers;
(3) a step of causing a gas to act on the inorganic gel fibers before accumulation;
(4) a step of accumulating the gas-acting inorganic gel-like fibers with gas acting on the collecting member;
(5) drying the gaseous inorganic gel fiber to form an inorganic dry gel fiber;
And a method for producing an inorganic fiber.
前記気体作用無機系ゲル状繊維又は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して、無機系焼結繊維を形成する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項1記載の無機系繊維の製造方法。The method of claim 1, further comprising sintering the gaseous inorganic gel fiber or the inorganic dry gel fiber to form an inorganic sintered fiber. Method. 前記気体の温度が40℃以下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の無機系繊維の製造方法。The method according to claim 1, wherein the temperature of the gas is 40 ° C. or less. 前記気体の相対湿度が55%以下であることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。The method for producing an inorganic fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the relative humidity of the gas is 55% or less. 電界作用方向とは異なる方向に位置する捕集部材に、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積することを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。The production of the inorganic fibers according to any one of claims 1 to 4, wherein the gaseous inorganic gel fibers are accumulated on a collecting member located in a direction different from the electric field action direction. Method. 前記捕集部材が非導電性材料から構成されていることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。The method for producing an inorganic fiber according to any one of claims 1 to 5, wherein the collection member is made of a non-conductive material.
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