JP2018150224A - 複合芯鞘型構造を有する表面改質ガラス繊維 - Google Patents
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Abstract
Description
防音及び断熱の分野において、様々な繊維タイプが知られている。以下、いくつかの例を示す。
ガラス繊維は、非晶構造を有し、分子配向を持たない無機繊維である。その構造のため、ガラス繊維は等方性特性を有する。ケイ素と酸素間の共有結合のため、ガラス繊維は高い硬度を有する。その組成によって、ガラス繊維は、様々なタイプに分類される。少し例を挙げるだけでも、Eガラス、Rガラス、S−2ガラス、Cガラス、Dガラス及びARガラスがある。これらのガラスタイプの各々は、特別な特性により特徴付けられる。Eガラス繊維は、典型的に、最も安価な繊維タイプであり、市場シェアの約90%を占める最も広く普及しているガラス繊維タイプでもある。年間の世界生産は、約5百万トンに達する。ガラス繊維の引張強度は、約3.4GPaで、弾性係数、すなわちe係数は、約75GPaに達する。
シリケート繊維は、非晶質繊維である。シリケート繊維は、主として二酸化ケイ素、SiO2で構成される。シリケート繊維は、2つの異なる処理(ゾルゲル乾式法又は浸出)を用いて作られる。ゾルゲル法は、乾式紡糸処理であり、繊維はゲルのフィラメント内で直接紡がれ、乾燥させられる。ゲルは、概ね、オルガノシラン(例えば、TEOS)の重合を経て得られる。シリケート繊維は、ガラス繊維前駆体から浸出法を経て得られる。SiO2の割合は、ガラス繊維前駆体の52%及び70%から増加し、処理の終了時にはガラスの他の酸化物の浸出に起因して93%を超える。シリケート繊維は、多様な特性を有して市場に提供される。最も手頃な繊維の価格は、10ユーロ/kg未満である。シリケート繊維は、非常に低い硬度を有し、最大1000℃までの温度域で利用される。シリケート繊維は、ガラス繊維よりも高いSiO2含有量と非晶構造を有する。シリケート繊維は、少なくとも93%のSiO2から成り、そのため1050℃までのより高い熱安定性を有する。セラミック繊維、バサルト繊維、石英繊維、ガラス繊維及び他の無機繊維のような他の繊維と比較して、シリケート繊維は、約0.35GPaのより低い引張強度を有する。
セラミック繊維は、多結晶の無機材料から成る繊維である。セラミック繊維の熱安定性は、1600℃に達する。セラミック繊維は、酸化物及び非酸化物グループに分けられる。酸化物繊維は、主として酸化アルミニウムから成る。SiO2又はZrO2は、添加剤として利用される。炭化ケイ素は、非酸化物繊維の基本材料である。添加剤は、酸素、チタニウム、ジルコニウム及びアルミニウムである。酸化物繊維のe係数が150GPaと370GPaの間であるのに対して、非酸化物繊維のe係数は180GPaと420GPaの間である。酸化物繊維の引張強度が1.7GPaと3.5GPaの間である一方、非酸化物繊維は2.5GPaと4.0GPaの間である。セラミック繊維は1600℃まで安定しているが、非常に高価である。加えて、セラミック繊維は、熱応力及び機械的応力が小さい場合である1000℃未満の温度では利用されない。さらに、この繊維は健康を害すると見なされており、EU化学物質規則REACH(化学物質の登録、評価、認可及び制限に関する規則)の付属書XIV(認可の対象となる物質)に含まれる候補リストに含まれている。
バサルト繊維は、玄武岩の細い繊維で構成される。バサルト繊維は、約1400(+/−50)℃の液体溶融バサルト塊から成る。その成分は、SiO2、Al2O3、CaO、MgO及び他の酸化物である。バサルト繊維は、良好な化学安定性及び90〜110GPaの係数で3.7GPaの引張強度を有する。熱安定性は、約700℃である。この繊維の価格は、2.5ユーロ/kgと4ユーロ/kgの間である。
石英繊維は、99.99%、非晶質SiO2で構成される。石英繊維は、シリケート繊維より高い耐熱性及び耐酸性を有する。石英繊維は、3.2〜3.6GPaの引張強度及び76〜78GPaのe係数を有する。その価格(kg当たり800ユーロ)は、シリケート繊維の価格に比べ、極めて高い。長期的な温度安定性は、約1200℃である。
しかし、上述された繊維の種類は、それぞれ異なる問題点を有する。この問題点は、繊維の一般的な環境特性により、処理の状況により、又は経済的側面により生じ得る。
上記で説明された技術水準における課題を考慮し、本発明の目的は、説明された繊維の代わりに、市場で入手できる同質の繊維製品より優れた機械特性を有する一方、熱安定性が700〜1000℃の間で調整可能な繊維製品及び繊維製品の製造方法を提供することである。これに関連して、より単純な製造工程を実現し、説明された既存の先行技術による問題点を最小限まで減らされるであろう。さらに、このような断熱製品の製造費も、大幅に低減されるべきである。
発明の説明
Claims (15)
- 表面改質ガラス繊維であって、
第1ガラス繊維材料の芯と、
前記芯を鞘状の方法で完全に取り囲む表面層と、
を備え、
前記表面層は、前記芯と比較して高い二酸化ケイ素の割合及び高い多孔度を有する表面改質ガラス繊維。 - 請求項1に記載の表面改質ガラス繊維であって、
前記芯の前記第1ガラス繊維材料は、Eガラス、水ガラス又はAガラスを備える表面改質ガラス繊維。 - 請求項1又は2に記載の表面改質ガラス繊維であって、
前記芯は、少なくとも52%の二酸化ケイ素の割合を有する表面改質ガラス繊維。 - 請求項1乃至3の少なくとも1項に記載の表面改質ガラス繊維であって、
前記表面層は、最大96%の二酸化ケイ素の割合を有する表面改質ガラス繊維。 - 請求項1乃至3の少なくとも1項に記載の表面改質ガラス繊維であって、
前記芯は、少なくとも0.5μmの芯径を有し、前記表面層は、少なくとも0.5μmの厚さを有する表面改質ガラス繊維。 - 不織繊維複合構造であって、
請求項1乃至5の少なくとも1項に記載の表面改質ガラス繊維から成る第1不織繊維層と、
第2ガラス繊維材料から成る第2不織繊維層と、
を備え、
前記第2不織繊維層は、前記第1不織繊維層の上に積層され、
前記第2ガラス繊維材料は、Eガラス、水ガラス又はAガラスを備える不織繊維複合構造。 - 請求項6に記載の不織繊維複合構造であって、さらに
第3不織繊維層を備え、
前記第3不織繊維層は、前記第2不織繊維層と等しく、前記第2及び第3不織繊維層は、サンドイッチ状となるように前記第1不織繊維層を挟む囲む不織繊維複合構造。 - 表面改質ガラス繊維構造の製造方法であって、
前記ガラス繊維構造は、前駆体繊維又は縫われた前駆体繊維から成る不織繊維層であって、前記ガラス繊維構造は、Eガラス、水ガラス又はAガラスを備える第1ガラス繊維材料から成り、
前記方法は、所定の時間、所定の周辺温度、及び所定の酸濃度で所定の酸性溶液による処理を経て、特に前記所定の酸性溶液に浸すことにより、前記ガラス繊維構造を浸出させる工程を備える方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
前記所定の酸性溶液は、ギ酸又は塩酸又は硫酸の水溶液を備える方法。 - 請求項8又は9に記載の方法であって、
前記酸性溶液の前記温度は、周辺温度と100℃との間である方法。 - 請求項8乃至10の少なくとも1項に記載の方法であって、
前記所定の時間は、3分乃至3時間である方法。 - 請求項8乃至11の少なくとも1項に記載の方法であって、
前記酸性溶液の前記酸濃度は、1モルと3モルの間である方法。 - 不織繊維複合構造の製造方法であって、
請求項8乃至12の少なくとも1項に記載の第1不織繊維層を製造し、第2ガラス繊維材料から成る第2不織繊維層を前記第1不織繊維層上に貼り付ける工程を備え、
前記第2ガラス繊維材料は、Eガラス、水ガラス又はAガラスを備える方法。 - 請求項13に記載の不織繊維複合構造の製造方法であって、さらに、
前記第2不織繊維層及び第3不織繊維層がサンドイッチ状の方法で前記第1不織繊維層を挟むような方法により、前記第3不織繊維層を前記第1不織繊維層上に貼り付ける工程を備え、
前記第3不織繊維層は、前記第2不織繊維層と等しい方法。 - 請求項8乃至12の少なくとも1項に記載の方法を用いて製造された表面改質ガラス繊維。
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