JP2018040536A - 無機繊維質成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜30重量%、前記シリカを70〜82重量%含む第1の無機繊維と、カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜50重量%、前記シリカを50重量%以上70重量%未満含む第2の無機繊維とを含む無機繊維質成形体。
【選択図】図4
Description
本発明の課題は、耐熱性が高いシリカ含量が70重量%以上のAESウールを含み片面加熱で割れ難い無機繊維質成形体を提供することである。
1.カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜30重量%、前記シリカを70〜82重量%含む第1の無機繊維と、
カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜50重量%、前記シリカを50重量%以上70重量%未満含む第2の無機繊維と
を含む無機繊維質成形体。
2.前記第1の無機繊維と前記第2の無機繊維の重量比が、第1の無機繊維:第2の無機繊維=5〜95:95〜5である1記載の無機繊維質成形体。
3.前記第1の無機繊維は、前記金属酸化物とシリカを90重量%以上含み、
前記第2の無機繊維は、前記金属酸化物とシリカを90重量%以上含む1又は2記載の無機繊維質成形体。
4.前記第1の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む1〜3のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:70重量%〜82重量%
MgO及びCaOから選択される1以上:18重量%〜30重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜6重量%
5.前記第1の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む1〜4のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:72重量%〜82重量%
MgO:8重量%〜22重量%
CaO:4重量%〜14重量%
Al2O3:0重量%〜3重量%
SiO2、MgO及びCaOの3成分を主成分とする
6.前記第2の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む1〜5のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:57重量%以上70重量%未満
MgO及びCaOから選択される1以上:30重量%〜43重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜3重量%
7.前記第2の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む1〜6のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2 58重量%以上70重量%未満
CaO 25〜38重量%
MgO 2〜10重量%
Al2O3 0重量%〜3重量%
8.Si,Ca,Mg及びAlが、ディオプサイド、ワラストナイト、エンスタタイト及びムライトの結晶を最大限生成したと仮定したときの余剰シリカの含有量が50モル%以下である1〜7のいずれか記載の無機繊維質成形体。
9.シリカの含有量が75重量%以下である1〜8のいずれか記載の無機繊維質成形体。
10.1100℃で片面を24時間加熱したとき、割れを生じない1〜9のいずれか記載の無機繊維質成形体。
11.1200℃で片面を24時間加熱したとき、割れを生じない1〜10のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:70重量%〜82重量%
MgO及びCaOから選択される1以上:18重量%〜30重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜6重量%
第1の無機繊維のMgO及びCaOから選択される1以上の金属酸化物の含量は、好ましくは18重量%〜29重量%、より好ましくは19重量%〜28重量%、さらに好ましくは20重量%〜27重量%である。
第1の無機繊維のAl2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上の金属酸化物の含量は、好ましくは0重量%〜4重量%であり、例えば0重量%〜3重量%又は1重量%〜2重量%とできる。
SiO2 70重量%〜82重量%
CaO 0.5重量%〜9重量%
MgO 10重量%〜29.5重量%
Al2O3 0重量%〜3重量%
SiO2 70重量%〜82重量%
CaO 15重量%〜30重量%
MgO 0重量%〜3重量%
Al2O3 0重量%〜5重量%
SiO2:72重量%〜82重量%
MgO:8重量%〜22重量%
CaO:4重量%〜14重量%
Al2O3:0重量%〜3重量%
SiO2、MgO及びCaOの3成分を主成分とする。
主成分とは、無機繊維が含む全ての成分のうち最も含有量(重量%)の高い3成分(1番含有量が高い成分、2番目に含有量が高い成分、及び3番目に含有量が高い成分の3成分)がSiO2、MgO及びCaOであることを意味する。
SiO2:73.6重量%〜82重量%
MgO:9.0重量%〜21.3重量%
CaO:5.1重量%〜12.4重量%
Al2O3:0重量%以上2.3重量%未満
Fe2O3:0重量%〜0.50重量%
SiO2、MgO及びCaOの3成分を主成分とする。
第2の無機繊維のMgO及びCaOから選択される1以上の金属酸化物の含量は、好ましくは20重量%〜45重量%、より好ましくは25重量%〜43重量%であり、例えば30重量%〜43重量%、31重量%〜43重量%、32重量%〜42重量%、又は33重量%〜40重量%とできる。
第2の無機繊維のAl2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上の金属酸化物の含量は、好ましくは0重量%〜6重量%であり、例えば0重量%〜4重量%又は0.1重量%〜2重量%とできる。
SiO2:57重量%以上70重量%未満
MgO及びCaOから選択される1以上:30重量%〜43重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜3重量%
SiO2:58重量%〜65重量%
MgO及びCaOから選択される1以上:33重量%〜42重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜2重量%
SiO2 58重量%以上70重量%未満
CaO 25〜38重量%
MgO 2〜10重量%
Al2O3 0重量%〜3重量%
第1及び第2の無機繊維の平均繊維径は、通常0.1〜50μmであり、例えば0.5〜20μm又は1〜10μmとできる。
溶解速度定数は、実施例記載の測定方法で、好ましくは100ng/cm2・h以上、300ng/cm2・h以上、500ng/cm2・h以上、800ng/cm2・h以上、又は1000ng/cm2・h以上である。
実験に用いた繊維の組成を表1に示す。
以下の方法で、HS1とRCF1の生体溶解性を測定した。
無機繊維を、メンブレンフィルター上に置き、繊維上にマイクロポンプによりpH7.4の生理食塩水を滴下させ、繊維、フィルターを通った濾液を容器内に溜めた。溜めた濾液を24時間経過後に取り出し、溶出成分をICP発光分析装置により定量し、溶解度を算出した。HS1の測定元素は主要元素であるSi、Mg、Caの3元素であり、RCF1の測定元素は主要元素であるSi、Alの2元素とした。平均繊維径を測定して単位表面積・単位時間当たりの溶出量である溶解速度定数(単位:ng/cm2・h)に換算した。
平均繊維径は、400本以上の繊維を、電子顕微鏡で観察・撮影した後、撮影した繊維について、その径を計測し、全計測繊維の平均値とした。
HS1は約1400ng/cm2・hであり、RCF1は約20ng/cm2・hであった。
(1)割れの発生
表1に記載の組成を有するHS1を用いて、HS1 100重量部に対し、コロイダルシリカを5.5重量部、澱粉を5重量部、キレート剤を1重量部、凝集剤を0.5重量部を配合して、縦860mm,横450mm,厚み50mmのHS1ボードを製造した。以下の方法でHS1ボードを片面加熱したときの割れの有無を調べた。
4層構造の片面加熱評価炉を作製した。図1は片面加熱評価炉の概略断面図である。この図の片面加熱評価炉1は壁面が4層のボードから構成され、内側の1層11としてHS1ボード(測定対象のサンプル)を用い、層12,13はRCF1ボード、外側の層14はケイ酸カルシウムボードを用いた。内部にあるパネルヒーター20により800,900,1000,1100,1200℃にそれぞれ24時間加熱した。結果を表2に示す。HS1ボードは1100℃で加熱し冷却したとき、割れが発生した。
(1)の1100℃加熱後のHS1ボードの炉内側、中心部、界面側について下記条件でXRD測定をした。その結果を図2に示す。この図に示されるように、炉内側でクリストバライト(SiO2)結晶が生成していることが分かった。
また、800,900,1000,1100,1200,1300℃でそれぞれ8時間全面加熱したHS1ボードについて、XRD測定をした。その結果を表2に示す。表2に示されるように、1100℃以上でクリストバライトが多く生成していることが分かる。
XRD測定条件:
測定装置; リガク社製UltimaIII
測定条件; X線:CuKα線、電圧:40KV、電流:30mA、
サンプリング幅; 0.02°、スキャンスピード2.0°/min
表1に示す組成を有するRCF1,HS2,HS3,HS4,LS1を用いた他は、実験例1(1)と同様にして、ボードを製造し割れの有無を観察した。結果を表2に示す。1100℃24時間片面加熱にてHS2,HS3,HS4を用いたボードに割れが生じ、LS1を用いたボードには割れが無いかわずかであり、RCF1を用いたボードには割れが無かった。
さらに、実験例1(2)と同様にして800,900,1000,1100,1200,1300℃でそれぞれ8時間全面加熱した各ボードについて、XRD測定をした。その結果を表2に示す。表から、クリストバライトの生成と、割れの発生に相関があることが分かる。
(1)ボードの製造
使用する繊維として、HS1のみ、LS2のみ、及びHS1とLS2の混合を用いた他は実験例1(1)と同様にしてボードを製造した。混合割合(重量比)は表3に示すように変えた。
(2)割れの評価と結晶
(1)で製造したボードについて、実験例1(1)と同様にして割れの有無を観察した。結果を表3に示す。混合した繊維を用いたボードでは、1200℃の片面加熱でも割れが無いかわずかであり、割れの発生が抑制されていることが分かる。
また、実験例1(2)と同様にして1000,1100,1200,1300℃でそれぞれ8時間全面加熱した各ボードについて、XRD測定をした。その結果を表3に示す。また、1100℃全面加熱したボードのXRDチャートを図3に示す。図3から、LS2の混合割合が増えるとクリストバライトの生成が減少することが分かる。
(1)で製造したボードについて、加熱収縮率と耐アルミナ反応性を以下の方法で測定した。
(i)加熱収縮率(耐熱性)
製造したボードの表面に白金ピンを2点以上打ち込み、その白金ピン間の距離を加熱前後で測定し、その寸法変化率を加熱収縮率とした。結果を図4に示す。LS2の混合割合が約30〜50重量%であると、HS1 100%の場合より、1300℃における加熱収縮率が減少した。
純度99%以上のアルミナ粉末約1gを、直径17mmの金型でプレス成形しペレットとした。このペレットを、ボード上に置いて、1100〜1300℃で8時間加熱した後の反応性を確認した。ペレットと全く反応していない場合を○、ボードと軽く付着している場合を△、ボードが溶融しペレットを外したとき穴が開いた場合を×とした。結果を、表4に示す。LS2が増えると耐アルミナ反応性が低くなる。
(1)で製造したボードについて余剰シリカを計算した(段落0036参照)。その結果を表5に示す。参考として、1100,1200℃の結晶相と片面加熱時の割れのデータを併記する。余剰シリカが少ないと割れが少ないことが分かる。
11 HS1ボード
12,13,14 RCF1ボード
20 パネルヒーター
Claims (11)
- カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜30重量%、前記シリカを70〜82重量%含む第1の無機繊維と、
カルシア及びマグネシアから選択される1以上の金属酸化物と、シリカを含み、前記金属酸化物を18〜50重量%、前記シリカを50重量%以上70重量%未満含む第2の無機繊維と
を含む無機繊維質成形体。 - 前記第1の無機繊維と前記第2の無機繊維の重量比が、第1の無機繊維:第2の無機繊維=5〜95:95〜5である請求項1記載の無機繊維質成形体。
- 前記第1の無機繊維は、前記金属酸化物とシリカを90重量%以上含み、
前記第2の無機繊維は、前記金属酸化物とシリカを90重量%以上含む請求項1又は2記載の無機繊維質成形体。 - 前記第1の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む請求項1〜3のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:70重量%〜82重量%
MgO及びCaOから選択される1以上:18重量%〜30重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜6重量% - 前記第1の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む請求項1〜4のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:72重量%〜82重量%
MgO:8重量%〜22重量%
CaO:4重量%〜14重量%
Al2O3:0重量%〜3重量%
SiO2、MgO及びCaOの3成分を主成分とする - 前記第2の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む請求項1〜5のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2:57重量%以上70重量%未満
MgO及びCaOから選択される1以上:30重量%〜43重量%
Al2O3、TiO2及びZrO2から選択される1以上:0重量%〜3重量% - 前記第2の無機繊維が以下の成分を以下の含有量で含む請求項1〜6のいずれか記載の無機繊維質成形体。
SiO2 58重量%以上70重量%未満
CaO 25〜38重量%
MgO 2〜10重量%
Al2O3 0重量%〜3重量% - Si,Ca,Mg及びAlが、ディオプサイド、ワラストナイト、エンスタタイト及びムライトの結晶を最大限生成したと仮定したときの余剰シリカの含有量が50モル%以下である請求項1〜7のいずれか記載の無機繊維質成形体。
- シリカの含有量が75重量%以下である請求項1〜8のいずれか記載の無機繊維質成形体。
- 1100℃で片面を24時間加熱したとき、割れを生じない請求項1〜9のいずれか記載の無機繊維質成形体。
- 1200℃で片面を24時間加熱したとき、割れを生じない請求項1〜10のいずれか記載の無機繊維質成形体。
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