JP2010509516A - Inorganic fabric - Google Patents
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Abstract
布地は、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成される。具体的には、その無機フィラメントは、火山性黒色岩の溶融物から紡糸され、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ナトリウム及びホウ素を含む。その組成のため、この布地は耐熱性であり、軽量であってもじょうぶである。布地は、1500℃〜1650℃の融点、−130℃〜700℃の実用範囲、1.6g/ccの密度、160g/m2〜350g/m2の表面密度、及び500lbf/in2〜1800lbf/in2の引っ張り強さを示す。The fabric is formed from yarn containing inorganic filaments coated with rayon. Specifically, the inorganic filaments are spun from a volcanic black rock melt and include calcium oxide, magnesium oxide, potassium oxide, aluminum oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, sodium oxide and boron. Because of its composition, this fabric is heat resistant and is light even though it is light. Fabric, melting point of 1500 ° C. to 1650 ° C., the practical range, density of 1.6 g / cc, a surface density of 160g / m 2 ~350g / m 2 of -130 ° C. to 700 ° C., and 500lbf / in 2 ~1800lbf / In 2 shows the tensile strength.
Description
本発明は、一般に糸から形成される布地に関する。より具体的には、本発明は、無機フィラメントを含む糸から形成される高性能布地に関する。本発明は、特に、これらに限定されないが、黒色岩を含む無機原材料から得られた糸から布地を作製するのに有用である。 The present invention relates generally to fabrics formed from yarn. More specifically, the present invention relates to high performance fabrics formed from yarns containing inorganic filaments. The invention is particularly useful for making fabrics from yarns obtained from inorganic raw materials including but not limited to black rock.
従来の布地は一般に、有機又は合成のポリマー繊維から作製される。その組成のため、これらの布地は、高温において、また力に対する耐性を必要とする条件下においての用途が非常に限定される。具体的には、そうした布地は、高温にかけた場合に急速に劣化し、ほとんどの条件下でそれらは通常、強度が限られたものとなる。 Conventional fabrics are generally made from organic or synthetic polymer fibers. Because of their composition, these fabrics have very limited use at high temperatures and under conditions that require resistance to forces. Specifically, such fabrics degrade rapidly when subjected to high temperatures, and under most conditions they are usually of limited strength.
布地はますます、従来の糸より高性能の糸で形成されるようになってきている。高性能糸は、従来の糸と比べて、高い強度と高い弾性係数の両方を有している。一般に、高性能糸は無機フィラメントから形成される。これらのフィラメントの使用によって、高い引っ張り強さ及び引張係数を有し、高温で上記特性を維持する能力を有する糸及び布地の新規な群がもたらされてきた。それでもなお、既知の無機フィラメントから形成される布地の強度及び耐熱性はさらに改善できる可能性がある。 Increasingly, fabrics are formed with higher performance yarns than conventional yarns. High performance yarns have both high strength and high elastic modulus compared to conventional yarns. In general, high performance yarns are formed from inorganic filaments. The use of these filaments has led to a new group of yarns and fabrics with high tensile strength and tensile modulus and the ability to maintain the above properties at high temperatures. Nevertheless, the strength and heat resistance of fabrics formed from known inorganic filaments may be further improved.
既知の布地の強度及び耐熱性をさらに改善するために、本発明は、火山岩などの未精製の原材料を用いて、織って布地にすることができる無機フィラメントを製造する。火山岩から製造される無機フィラメントは、優れた強度と耐熱性の特性を示すことが分かった。同様に、これらの無機フィラメントで織るか又はそれから形成させた布地も同様の優れた強度と耐熱性の特性を示す。 In order to further improve the strength and heat resistance of known fabrics, the present invention uses inorganic raw materials such as volcanic rocks to produce inorganic filaments that can be woven into fabrics. Inorganic filaments produced from volcanic rocks have been found to exhibit excellent strength and heat resistance characteristics. Similarly, fabrics woven or formed from these inorganic filaments exhibit similar excellent strength and heat resistance characteristics.
以上を踏まえて、本発明の目的は、無機糸から形成された布地を提供することである。本発明の他の目的は、火山岩から得られる有機糸から形成された布地を提供することである。本発明のさらに他の目的は、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成された布地を提供することである。本発明のさらに他の目的は、製造するのが比較的容易であり、使用するのが簡単であり、且つ比較的費用効率が高い高強度の耐熱性布地を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a fabric formed from inorganic yarn. Another object of the present invention is to provide a fabric formed from organic yarn obtained from volcanic rock. Yet another object of the present invention is to provide a fabric formed from yarns containing inorganic filaments coated with rayon. Yet another object of the present invention is to provide a high strength heat resistant fabric that is relatively easy to manufacture, simple to use, and relatively cost effective.
本発明は、火山岩から形成され、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成された布地を対象とする。具体的には、その無機フィラメントは、火山岩の溶融物から紡糸される。その火山岩は、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム及び酸化カリウムを含有する黒色岩であることが好ましい。黒色岩に加えて、その溶融物は、好ましくは酸化鉄、白石(whitestone)及びホウ素を含む添加物を含む。 The present invention is directed to fabrics formed from yarns comprising inorganic filaments formed from volcanic rocks and coated with rayon. Specifically, the inorganic filaments are spun from a volcanic rock melt. The volcanic rock is preferably black rock containing aluminum oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, magnesium oxide, calcium oxide, sodium oxide and potassium oxide. In addition to black rock, the melt preferably includes additives including iron oxide, whitestone and boron.
溶融物からフィラメントを紡糸した後、これらを、レーヨン用サイズ剤を用いてサイジングする、すなわちコーティングする。次いで、当業界で周知の方法で、サイジングしたフィラメントを一緒に撚糸して糸を形成させる。得られる糸は、10〜15mmの範囲の直径を有し、約98重量%の無機フィラメントと2重量%のレーヨンであることが好ましい。 After spinning the filaments from the melt, they are sized or coated with a rayon sizing agent. The sized filaments are then twisted together to form a yarn by methods well known in the art. The resulting yarn has a diameter in the range of 10-15 mm, preferably about 98% by weight inorganic filaments and 2% by weight rayon.
火山性黒色岩はある範囲の成分で形成されるが、その製造プロセスにおいて、その糸が、約35〜45重量%の酸化カルシウム、30〜40重量%の酸化マグネシウム、5〜10重量%の酸化カリウム、2重量%未満の酸化アルミニウム、5〜10重量%の酸化鉄、2重量%未満の二酸化ケイ素、2重量%未満の二酸化チタン、2重量%未満の酸化ナトリウム、2重量%未満のホウ素及び1〜5重量%のレーヨンを含むように制御することが好ましい。糸は、約40重量%の酸化カルシウム、36.6重量%の酸化マグネシウム、8.4重量%の酸化カリウム、0.8重量%の酸化アルミニウム、8.85重量%の酸化鉄、0.85重量%の二酸化ケイ素、0.8重量%の二酸化チタン、0.8重量%の酸化ナトリウム、0.6重量%のホウ素及び2重量%のレーヨンを含むことがより好ましい。 Volcanic black rock is formed with a range of components, but in its manufacturing process, the yarn is about 35-45 wt% calcium oxide, 30-40 wt% magnesium oxide, 5-10 wt% oxidation. Potassium, less than 2% aluminum oxide, 5-10% iron oxide, less than 2% silicon dioxide, less than 2% titanium dioxide, less than 2% sodium oxide, less than 2% boron and It is preferable to control to contain 1 to 5% by weight of rayon. The yarn is about 40% calcium oxide, 36.6% magnesium oxide, 8.4% potassium oxide, 0.8% aluminum oxide, 8.85% iron oxide, 0.85% More preferably, it comprises wt% silicon dioxide, 0.8 wt% titanium dioxide, 0.8 wt% sodium oxide, 0.6 wt% boron and 2 wt% rayon.
その組成のため、本発明の布地は約摂氏1500度(1500℃)〜約摂氏1650度(1650℃)の融点を有する。さらに、この布地は約摂氏−130度(−130℃)〜約摂氏700度(700℃)の実用範囲(working range)を有する。 Because of its composition, the fabric of the present invention has a melting point of about 1500 degrees Celsius (1500 ° C.) to about 1650 degrees Celsius (1650 ° C.). In addition, the fabric has a working range of about -130 degrees Celsius (-130 degrees Celsius) to about 700 degrees Celsius (700 degrees Celsius).
その優れた熱的特性に加えて、本発明の布地は非常に優れた強度を示し、良好な衝撃(ballistic)特性を有する。具体的には、それは約500重量ポンド/平方インチ(500lbf/in2)〜約1800重量ポンド/平方インチ(1800lbf/in2)の引っ張り強さを有する。さらに、この布地は約160グラム/平方メートル(160g/m2)〜約350グラム/平方メートル(350g/m2)の表面密度を有する。また、この布地は相対的に非常に軽く、約1.6グラム/立方センチメートル(1.6g/cc)の密度を有する。 In addition to its excellent thermal properties, the fabrics of the present invention exhibit very good strength and have good ballistic properties. Specifically, it has a tensile strength of from about 500 pounds per square inch (500 lbf / in 2 ) to about 1800 pounds per square inch (1800 lbf / in 2 ). Further, the fabric has a surface density of about 160 grams / square meter (160 g / m 2 ) to about 350 grams / square meter (350 g / m 2 ). The fabric is also relatively light and has a density of about 1.6 grams / cubic centimeter (1.6 g / cc).
その構造と動作の両方に関して、本発明の新規な特徴、並びに本発明自体は、付随の説明と合わせれば、添付の図面から非常によく理解されよう。この図面において、同様の参照文字は同様の部分を指す。 The novel features of the invention, as well as the invention itself, both in terms of its structure and operation, will be best understood from the accompanying drawings when taken in conjunction with the accompanying description. In the drawings, like reference characters refer to like parts.
図1を参照すると、本発明による高い強度の耐熱性布地が示されており、これを全体として10と表す。図に示すように、布地10は、互いにほぼ平行するように配置された複数の充てん糸12を含む。さらに、複数の縦糸14は蛇行した形(すなわち、隣接する充てん糸12の上になり下になる形)で充てん糸12と織られている。本発明のためには、充てん糸12と縦糸14の両方は、無機火山岩、添加物及びレーヨンから形成された糸16を含む。その結果、布地10は無機糸16だけからなり、以下で論じる特定の所望の特徴を示すことになる。
Referring to FIG. 1, a high strength heat resistant fabric according to the present invention is shown and designated as 10 as a whole. As shown in the figure, the
次に図2を参照すると、無機糸16を製造するための装置18が示されている。図に示すように、装置18は加熱炉20を備える。加熱炉20はキュポラ型加熱炉であることが好ましく、それは、側壁24で囲まれたチャンバー22を含む。チャンバー22は、無機糸を製造するのに要する原材料26を受け入れられる寸法になっている。具体的には、原材料26は黒色岩28及び添加物30を含む。図示したように、黒色岩28及び添加物30を、粉砕固形物の形態でチャンバー22に供給する。チャンバー22に投入し終ったら、その中でこれを液化して溶融物32を形成させる。
Referring now to FIG. 2, an
加熱炉20の下流では、装置18は紡糸装置34を備える。紡糸装置34は、加熱炉20と一体化されていても、また、溶融物32を受け入れるための加熱炉20と直接連結されていてもよい。或いは、溶融物32は、ひしゃく又は同様のものなどの搬入用具を介して紡糸装置34に供給することができる。いずれにしても、紡糸装置34は、1つ又は複数の開口を通して溶融物32を押し込んで複数のフィラメント36を形成させるためのポンプ又は他の手段を備えている。紡糸装置34のその開口は、溶融物32の高温に耐えられる固定白金ノズルで形成されていることが好ましい。
Downstream of the
図2に示すように、装置18は、紡糸装置34の下流に位置する冷却装置38をさらに含む。紡糸装置34と同様に、冷却装置38は、加熱炉20と一体化されていても、また、それと連結されていてもよい。図に示すようには、冷却装置38は、紡糸装置34からの複数のフィラメント36を受け入れるように配置されている。さらに、サイジングステーション40が冷却装置38の下流に配置されていて、そこからの複数のフィラメント36を受けるようになっている。サイジングステーション40は、複数のフィラメント36に施用して複数の繊維44を形成させることができるサイズ剤42を備えている。図2にさらに示すように、サイジングステーション40の直ぐ下流に撚糸装置46が配置されている。この撚糸装置46は複数の繊維44を受け入れ、その繊維から無機糸16を形成する。
As shown in FIG. 2, the
より詳細には、本発明の黒色岩28は、オレゴン州、ワシントン州及び他の場所で一般に見出される種類の火山岩でできていることが好ましい。そうした黒色岩28は通常、約44重量%の酸化カルシウム、41重量%の酸化マグネシウム、10重量%の酸化カリウム、1重量%の酸化アルミニウム、1重量%の酸化鉄、1重量%の二酸化ケイ素、1重量%の二酸化チタン及び1重量%の酸化ナトリウムを含む。他の材料で処理されていないか又はそれと混合されていない限り、黒色岩28は一般に、摂氏1200度(1200℃)を超える融点を有する。加熱炉20のチャンバー22に黒色岩28を導入する前に、黒色岩28は、約4〜8インチの直径「d」を有する個別破片に選り分ける。黒色岩28の個別破片はすべてほぼ同じ直径「d」を有していることが好ましい。
More particularly, the
図2にさらに示すように、添加物30は粉砕固形物の形態で提供する。添加物30は約900℃の融点を有し、約26〜33重量%の過マンガン酸カリウム、39〜45重量%の酸化鉄、22〜31重量%の白石及び3重量%のホウ素を含むことが好ましい。本発明のためには、過マンガン酸カリウムを、原材料26を溶融させるための燃料源として提供し、酸化鉄を、黒色岩28を改変させるために提供する。さらに、融点を低下させ原材料26の混合物の加工を容易にするために、ホウ素、及び約58重量%の酸化カルシウム、41重量%の酸化マグネシウム、1重量%未満の酸化ケイ素及び1重量%未満の酸化鉄を含む白石を提供する。
As further shown in FIG. 2,
回分プロセスでは、所望量の黒色岩28及び添加物30を加熱炉20に供給する。チャンバー22に供給される原材料26は、基本的に60〜90重量%の黒色岩28及び40〜10重量%の添加物30からなることが好ましい。特定の好ましい実施形態では、原材料26は基本的に87〜88%の黒色岩28及び13〜12%の添加物30からなる。そうした実施形態では、原材料26の混合物は、約5〜6重量%の過マンガン酸カリウム、4〜6重量%の白石、8重量%の酸化鉄及び0.6重量%のホウ素を含む。原材料26は容積で約100部の黒色岩28及び約14部の添加物30であることが好ましい。
In the batch process, a desired amount of
加熱炉20のチャンバー22に入れたら、原材料26の混合物を、約955℃〜1270℃、好ましくは1200℃〜1270℃の範囲の温度に加熱する。得られる具体的な温度に関係なく、原材料26の混合物を、原材料26を液化させるのに十分なように加熱して、加工に適した粘度を有する溶融物32にする。加熱している間、燃料として過マンガン酸カリウムを燃焼させ、他の原材料26が液化するのを容易にする。
Once in the
溶融物32が適切に形成された後、これは紡糸装置34に送られる。紡糸装置34は、溶融物32をそのノズルに押し込み、溶融物32を押し出して複数のフィラメント36にする。得られるフィラメント36は、ほぼ1〜10ミクロンの範囲の直径を有する。フィラメント36が変形するのを防止するために、これを冷却装置38に送り、冷却して固めて柔らかい固体状にする。冷却工程の間、冷却装置30はまず複数のフィラメント36を800℃に冷却し、その温度で30分間保持する。次いで複数のフィラメント36を355℃に冷却し、その温度で30分間保持する。その結果、複数のフィラメント36は、ほぼ柔らかい固体状になる。これは、後の加工を容易にする。
After the
355℃に冷却した後、フィラメント36はサイジングステーション40に送られる。サイジングステーション40において、レーヨン用サイズ剤42を、複数のフィラメント36に施用する。具体的には、複数のフィラメント36を、レーヨン用サイズ剤42でコーティングして複数の繊維44を形成させる。レーヨン用サイズ剤42は、糸の形態のものであることが好ましく、レーヨンが、結果として2重量%の繊維44を形成するような量で提供される。レーヨンコーティングの結果として、繊維44は機械的損傷から保護され、繊維44からの糸の形成が容易になる。サイジングが実施されたら、繊維44を集めて撚糸装置46で加工する。具体的には、撚糸装置46は、複数の繊維44を引き抜き、これを撚糸して無機糸16を形成させる。得られる無機糸16は10〜15mmの範囲の直径を有することが好ましい。
After cooling to 355 ° C., the
本発明のためには、上記方法により製造された糸16は、約40重量%の酸化カルシウム、36.6重量%の酸化マグネシウム、8.4重量%の酸化カリウム、0.8重量%の酸化アルミニウム、0.85重量%の酸化鉄、0.85重量%の二酸化ケイ素、0.8重量%の二酸化チタン、0.8重量%の酸化ナトリウム、0.6重量%のホウ素、8重量%の酸化鉄及び2重量%のレーヨンを含むことが好ましい。そうした糸16は、約1500℃〜約1650℃の範囲の融点を有し、約−130℃〜700℃の実用範囲を有する。さらに、糸は相対的に非常に軽く、約1.6グラム/立方センチメートル(1.6g/cc)の密度を有する。
For the purposes of the present invention, the
図1に、無機糸16を含む代表的な織りを示すが、任意の数の織りを、本発明の布地10を形成させるのに用いることができることを理解されよう。いくつかの織りの例を図3に示す。これらはすべて当業界でよく知られているものである。具体的には、図3には、平織、クローフット(crowfoot)繻子織、2×2バスケット織、2/2あや織、2/1あや織、及び絡み織が示されている。本発明のためには、布地10の重さ、厚さ、密度及び強度を制御するために、このような織りを選択、設計又は利用することができる。さらに、布地10の特定の用途のために、特定の織りを所望することができる。
Although a representative weave comprising
本明細書で詳細に示し開示した具体的な布地は、完全に目的を達成し本明細書で上記した利点を提供することができるが、本発明のこの好ましい実施形態の例に過ぎず、添付の特許請求の範囲に記したもの以外、本明細書で示した構造又は設計の詳細を限定しようとするものではないことを理解されたい。 Although the specific fabrics shown and disclosed in detail herein can fully achieve the objectives and provide the advantages described hereinabove, they are merely examples of this preferred embodiment of the present invention and are not attached. It is to be understood that no limitation of the construction or design details shown herein is intended to be limited except as set forth in the appended claims.
Claims (20)
35〜45重量%の酸化カルシウム、
30〜40重量%の酸化マグネシウム、
5〜10重量%の酸化カリウム、
2重量%未満の酸化アルミニウム、
5〜10重量%の酸化鉄、
2重量%未満の二酸化ケイ素、
2重量%未満の二酸化チタン、
2重量%未満の酸化ナトリウム、
2重量%未満のホウ素、及び
1〜5重量%のレーヨン
を含む、請求項3に記載の布地。 The yarn is about 35-45% by weight calcium oxide;
30-40% by weight magnesium oxide,
5-10% by weight potassium oxide,
Less than 2% by weight of aluminum oxide,
5-10 wt% iron oxide,
Less than 2% by weight of silicon dioxide,
Less than 2% by weight of titanium dioxide,
Less than 2% by weight of sodium oxide,
4. The fabric of claim 3, comprising less than 2% by weight boron and 1-5% by weight rayon.
40重量%の酸化カルシウム、
36.6重量%の酸化マグネシウム、
8.4重量%の酸化カリウム、
0.8重量%の酸化アルミニウム、
8.85重量%の酸化鉄、
0.85重量%の二酸化ケイ素、
0.8重量%の二酸化チタン、
0.8重量%の酸化ナトリウム、
0.6重量%のホウ素、及び
2重量%のレーヨン
を含む、請求項5に記載の布地。 About 40% by weight of calcium oxide,
36.6% by weight of magnesium oxide,
8.4% by weight potassium oxide,
0.8% by weight aluminum oxide,
8.85 wt% iron oxide,
0.85 wt% silicon dioxide,
0.8 wt% titanium dioxide,
0.8% by weight sodium oxide,
6. The fabric of claim 5, comprising 0.6 wt% boron and 2 wt% rayon.
該原材料を溶融して溶融物を作製するステップと、
該溶融物を紡糸して、実質的に1〜10ミクロンの範囲の直径を有する複数のフィラメントを作製するステップと、
該複数のフィラメントを冷却するステップと、
該複数のフィラメントをレーヨン剤でサイジングして繊維を作製するステップと、
該複数の繊維を撚糸して糸を作製するステップと、
該糸を織って布地にするステップと
によって製造される織った糸を含む布地。 Mixing an additive containing potassium permanganate with a volcanic rock to produce a raw material;
Melting the raw material to produce a melt;
Spinning the melt to produce a plurality of filaments having a diameter substantially in the range of 1 to 10 microns;
Cooling the plurality of filaments;
Sizing the plurality of filaments with a rayon agent to produce fibers;
Producing a yarn by twisting the plurality of fibers;
A fabric comprising a woven yarn produced by weaving the yarn into a fabric.
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