JP3381269B2

JP3381269B2 - 繊維質断熱材及びその製造方法

Info

Publication number: JP3381269B2
Application number: JP11318792A
Authority: JP
Inventors: 安雄三須; 豊米倉; 幹夫森; 秀雄伊藤
Original assignee: 東芝モノフラックス株式会社
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH05286786A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種工業炉の炉壁材に使
用するのに適した繊維質断熱材及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種工業用炉の炉壁の断熱材
として、各種のセラミックファイバーが使用されてい
る。これ等のセラミックファイバーの内、特に多用され
ているものは、アルミノシリケート繊維と多結晶質繊維
である。

【０００３】アルミノシリケート繊維は、アルミナとシ
リカを主原料とし、これを電気炉で溶融し、溶融物を炉
外に細い流れとして導き、これを空気等の高速の流体で
吹き飛ばして繊維化する方法や、炉外に導いた溶融物を
高速で回転する円盤に当てて、その遠心力で繊維化する
方法によって作られる。前者の方法はいわゆる公知のブ
ローイング法（例えば特開昭４７−１６７３１号開示）
と呼ばれ、後者の方法は公知のスピニング法（例えば特
公昭３９−７２６７号開示）と呼ばれている。

【０００４】これ等の方法で繊維化されたアルミノシリ
ケート繊維は、そのままの姿すなわちバルクファイバー
として回収して、成形品やミックス製品に使用するか、
又は積層集積体に加工して使用する。このような層状集
積体にはブラケットやフェルト類がある。

【０００５】図１はブローイング法によって層状集積体
を作る方法の概略を示す。

【０００６】アルミノシリケート繊維の溶融物１の流れ
は、通常の電気炉（図示せず）で原料を溶融して炉外へ
導いたものである。溶融物１はノズル２から噴出する高
速の空気によって粉砕されて繊維化され、非晶質のアル
ミノシリケート繊維３となって空間に放射される。繊維
化と同時にアルミノシリケート繊維３に減摩剤が添加さ
れる。空間に放射された非晶質アルミノシリケート繊維
３はダクト５の中を空気の流れに乗って集綿室６に運ば
れる。集綿室６の床部には網状のベルトからなるコンベ
ヤ７が設けてある。このコンベヤ７の下に設けた吸引装
置（図示せず）を使ってコンベア７から上の空気を吸引
するようになっている。他方、集綿室６に運ばれた繊維
３はコンベヤ７の上に嵩高く堆積し、その結果、層状集
積体８となる。この層状集積体８はベルトコンベア７に
乗って集綿室６の外へ運ばれ、そこで上下方向に圧縮さ
れ、次いでニードルパンチ機９によってニードル加工さ
れる。ニードル加工された層状集積体８は、さらに加熱
室１０へ運ばれ、その中で前述の減摩材が層状集積体８
から加熱除去される。最後に、層状集積体８は製品とし
て巻き取られる。

【０００７】ニードルパンチ機９は多数の針を平行に植
えたニードルホルダーを上下運動させる装置である。層
状集積体８はこのニードルパンチ機９を通過する間に上
下方向に運動する多数の針の貫通によってニードルパン
チ加工される。

【０００８】図２はニードル加工に用いるニードルの一
例を示す。ニードル１１は先端が尖り、側面に多数の鈎
１２を持っている。

【０００９】図３はニードル加工された層状集積体の断
面を模式的に示す。ニードル加工された層状集積体の断
面には、上下方向に、多数並行したニードル跡１３があ
る。各ニードル跡１３ではニードル１１の鈎１２によっ
て引っかけられ内部に引き込まれた繊維がニードル跡１
３に平行（又は厚み方向に平行）に配向されている。厚
み方向に引き込まれたアルミノシリケート繊維は内部の
繊維と絡んだような状態となり抜けない。それで層状集
積体を上下に綴じる役目を果たす。それ故、ニードルパ
ンチ加工した層状集積体は若干の密度の上昇とともに層
間ではがれにくくなり、又大幅に引っ張り強度が増す。

【００１０】このように溶融物からブローイング又はス
ピニングの手段で作られたアルミノシリケート繊維は長
く同時にニードル加工できる程度に丈夫である。

【００１１】しかし、このようにして作られたアルミノ
シリケート繊維は、繊維化と同時に強い急冷を受けてい
るので、Ｘ−線では非晶質の構造を示す。この非晶質の
アルミノシリケート繊維は、加熱された時、約９６０℃
以上の温度で結晶化し、同時に収縮する。その収縮程度
は加熱温度と加熱時間に比例する。

【００１２】アルミノシリケート繊維を炉壁材として使
用する場合は、繊維の収縮が一定の範囲に納まるように
設定する。しかし、それでもアルミノシリケート繊維単
独の使用では最高使用温度が約１３００℃に限定されて
いた。その理由は収縮量が一定値を越すと、炉壁にひび
割れや目地開きを生じ、その部分から熱が外部にもれて
危険であるからである。また、収縮は炉壁の厚み方向に
も起こり、それ故、厚みの減少と共に断熱効果が低下し
た。

【００１３】一方、Ｘ−線で結晶質を示す無機繊維も実
用化されている。このようなものには、高アルミナ質繊
維や、ジルコニア質繊維がある。これ等の繊維は一般に
ゾルゲル法と呼ばれる方法で製造される。これらは分析
成分を含む塩又はアルコキシドを出発原料とし、中間工
程を径由して繊維状に成形されたものを最終的に焼成す
ることによって製造される。

【００１４】結晶質無機繊維は一般にアルミノシリケー
ト繊維よりも熱間において収縮しにくいので、炉壁材と
して使用した場合、極めて高温で使用し得るが、極めて
高価であり、かつ断熱材として用いられるものは一般に
脆いという欠点を持つ。したがって、この脆さ故、強度
のあるブランケットは製造が困難である。特にニードル
処理によって強度を増すことは不可能である。

【００１５】このような２つの素材の長所を組み合わせ
ることによって、比較的安価で耐熱性に優れた製品を作
ることは公知である。例えば、特開昭５８−８１６６３
号には、安価であるが耐熱性に劣るアルミノシリケート
繊維と、高価であるが耐熱性に優れる結晶質アルミナ繊
維を組み合わせる方法が開示されている。この方法によ
れば、それぞれ所定の長さに調整した非晶質アルミノシ
リケート繊維と、結晶質アルミノシリケート繊維と、結
晶質アルミナ繊維と、有機質結合材を所定の比率で水に
良く分散させたスラリーから吸引濾過成形によってフェ
ルトを作る。いわゆる周知の湿式法によって作る。この
湿式法によれば、各繊維は溶媒中で完全に分散し、その
状態において抄紙機によってシート状に抄き上げられ
る。したがって、フェルト中の分散度はフェルトの微小
部分においてもほぼ均質である。又、ほとんど全ての繊
維はフェルトの厚み方向と直角な面に平行に並んでい
る。

【００１６】その他、アルミノシリケート繊維の熱収縮
率を小さくする手段としてニードルパンチ加工を施した
層状集積体を予め９６０℃以上の温度で熱処理する方法
がある。例えば特開昭５５−２２０９２号。このような
熱処理によりアルミノシリケート繊維は結晶化して熱収
縮を起こし、再び熱間で使用した時には小さな収縮率を
示す。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】非晶質アルミノシリケ
ート繊維と結晶質無機短繊維から湿式法によって作った
層状集積体は、長さ方向に於ける線収縮率については大
幅に改善されるものの、フェルトの厚み方向に於ける線
収縮率についてはあまり改善されない。

【００１８】又、湿式法によれば、大量の水とラテック
ス等の結合剤を使用する必要があるので、巨大な抄紙設
備とそれに伴う配水処理設備の必要が生じた。

【００１９】一方、ニードル加工した非晶質アルミノシ
リケート繊維からなる層状集積体を予め熱処理したもの
は、結晶化に伴い、もろくなり、それ故、安全に巻き取
ることが困難であった。

【００２０】本発明の目的は、まず第１に、層状集積体
の新しい製造方法を提供することであり、第２に、高温
時の線収縮率を長さ方向にも厚み方向にも改善した新し
い層状集積体を提供することであり、第３に、その層状
集積体を応用して作ったブロック断熱体を提供すること
である。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ、請
求項１に記載のセラミックファイバー層状集積体の製造
方法、請求項２，３に記載のセラミックファイバー層状
集積体、及び請求項４に記載のセラミックファイバーブ
ロックを要旨としている。

【００２２】

【実施例】以下、さらに本発明の実施例を詳細に説明す
る。

【００２３】本発明においてはアルミノシリケート繊維
と結晶質無機短繊維からなる添加材を均質に混合して積
層する。この混合はアルミノシリケート繊維が溶融物か
ら繊維化した直後から層状集積体となるまでの間に添加
材を添加することによって行う。

【００２４】アルミノシリケート繊維３は、平均直径が
２〜３μｍで、平均５０ｍｍ程度の長さを持ち、又、枝
別れした繊維が多い。それ故、絡み易く、一度絡んだ集
合物は空中で再度分散させることはできない。したがっ
て、一度堆積したアルミノシリケート繊維３に後から他
の繊維を均等に混ぜることは不可能である。しかし、生
成直後のアルミノシリケート繊維３は空中に分散した状
態にあり、気流に乗せた他の繊維を容易に混合できる状
態にある。この状態の間に添加材を添加することが、本
発明を実現する上で重要な点である。

【００２５】図１を参照して説明する。添加材は繊維化
直後からベルトコンベア７の上に堆積するまでの間の区
間又は時間に添加する。添加する最も好ましい地点はダ
クトの入口４の近傍である。具体的には入口４からノズ
ル２の間の空間や、入口４からダクト５の中間地点まで
が特に良好である。他に、入口４の地点からベルトコン
ベア７に至る任意の場所でも添加可能であるが、ベルト
コンベア７に近づくにつれ、均質度は落ちる。

【００２６】添加材はそのまま機械的に一定量ずつ添加
してもよいが、別にブロワ等で発生した空気流に乗せて
吹き込んでもよい。

【００２７】添加量は非晶質アルミノシリケート繊維と
添加材の合計に対して重量％（以下すべて同じ）で０．
５〜６０％が好ましい。０．５％未満では収縮率を小さ
くすることが難しい。６０％越では均質に混合すること
が困難である。

【００２８】通常、ダクト５の中は減圧状態で、ダクト
入口４から周囲の空気を激しく中へ引き込んでいる。従
って、軽い添加材は容易にダクト５内へ引き込まれ、そ
こで分散してアルミノシリケート繊維３と良く混ざる。

【００２９】アルミノシリケート繊維３と添加材の混合
物は、ベルトコンベア７の上に堆積し、積層集積体８と
なる。この積層集積体８の中ではアルミノシリケート繊
維３と添加材が均質に混ざっている。

【００３０】本発明において、均質とは原則として層状
集積体８の中のアルミノシリケート繊維３と添加材の分
布状態が、どの部分においてもほぼ同じであることをさ
す。

【００３１】層状集積体８の中では、長いアルミノシリ
ケート繊維３が全体の骨格を作り、寸法の小さな添加物
が層状集積体８の全体にほぼ均質に分散しているような
状態になっている。

【００３２】又、アルミノシリケート繊維３は層状集積
体８の中で水平面にほぼ平行に配向している。繊維状の
添加材も同様である。しかし、添加材が小塊の場合は一
定の方向に配向する傾向はない。このような層状集積体
８をニードル処理し、次いで加熱処理をする。

【００３３】添加材としては、（ａ）結晶質無機短繊維
と、（ｂ）結晶質無機短繊維の小塊と、（ｃ）結晶質無
機短繊維及び非晶質アルミノシリケート繊維の混合物の
小塊のうち、一種又は二種以上を選ぶ。

【００３４】ここでいう結晶質無機短繊維とは、通例、
長さが１０μｍ以上１０ｍｍ以下のもので、組成として
は、重量％でＡｌ₂Ｏ₃が６０〜９９％、ＳｉＯ₂が１
〜４０％、微量の不純物からなる結晶質のアルミナ質繊
維や、ＺｒＯ₂を主成分とする結晶質ジルコニア繊維
や、結晶質ＳｉＣ繊維、ＳｉＣウイスカー、ムライトウ
イスカー、アルミナウイスカー、ジルコニアウイスカ
ー、窒化珪素ウイスカー等である。

【００３５】又、これらの結晶質無機短繊維の中には、
非晶質アルミノシリケート繊維を約９６０℃以上の温度
で加熱して結晶化させた繊維も含まれる。

【００３６】結晶質無機短繊維は、生成直後の非晶質ア
ルミノシリケート繊維と均等に混合する。したがって、
短い方が混ざり易い。１０ｍｍ以上を越す長さでは均等
に混合するのが困難である。一方、１０μｍ未満の長さ
では収縮率を減少するのに効果が少ない。入手した結晶
質無機短繊維が長い場合は、適当な方法によって切断し
て用いることができる。

【００３７】添加材として使用可能なものは、上述の短
繊維以外に結晶質無機短繊維を小塊の形に加工したもの
がある。この小塊は、結晶質無機短繊維を単独に又はこ
れに非晶質アルミノシリケート繊維を混合して、直径約
１〜５ｍｍの大きさに丸めたものがよい。このような小
塊は材料の繊維に揉むような動作を与えることによって
作ることができる。例えば高濃度に水中に分散せしめて
良く撹拌することによって得たり、スクラバーの中で回
転させながら得ることができる。又、他の方法として
は、大きな結晶質無機短繊維の集合体を小さく切断して
作ってもよい。水中で成形したものは脱水して用いる。
又、成形中に減摩剤を添加して、小塊に減摩剤を付着さ
せてもよい。

【００３８】小塊の形は球、楕円球、サイコロ状、その
他の異形でもよい。小塊は偏平に押しつぶしたような形
でもよい。又、強度の弱い有機質又は無機質結合材を含
んでもよい。小塊の大きさが５ｍｍを越す場合は、非晶
質アルミノシリケート繊維と混合しにくい。小塊は後の
工程で、ニードルが突き刺さった時に容易に貫通する程
度に柔らかいことが必要である。そうでないと、小塊を
層状集積体の内部に無理に押し込むことになり、ニード
ルが折れたり、できあがった層状集積体の外観がよくな
い。

【００３９】アルミノシリケート繊維の製造は特に限定
しない。公知の方法によって行ってもよい。例えば前記
ブローイング法でもよいし、スピニング法でもよい。

【００４０】本発明の好ましい態様では、ニードル加工
を行うために生成直後のアルミノシリケート繊維に減摩
剤を含有させる。減摩剤としては、シリコーン油やケロ
シンを代表とする公知の各種油剤や界面活性剤、脂肪酸
のアミノ塩を含んだ液状のものを使用する。これらは、
そのまま又は水に溶かして適当な濃度にして、生成中の
繊維に吹き付けるようにして含有させる。吹き付けられ
た減摩剤はアルミノシリケート繊維の表面に付着して広
がって表面の摩擦抵抗を下げる役目を持つ。

【００４１】次は、ニードル処理した層状集積体につい
て図４を用いて説明する。

【００４２】本発明に係る層状集積体はアルミノシリケ
ート繊維と添加材とからなるが、層状集積体の中でのア
ルミノシリケート繊維の存在状態は従来技術のものとほ
とんど同じである。すなわち、図３のものと類似であ
る。

【００４３】図４では、図の煩雑さを避けるため、便宜
上、アルミノシリケート繊維の部分は、（ａ）のように
空白で示す。

【００４４】図４の（ｂ）は、添加物が短い結晶質無機
短繊維の場合を示す。ニードル処理により、この結晶質
無機短繊維はアルミノシリケート繊維に絡んで層状集積
体の内部に引き込まれる。引き込まれる方向はニードル
１１の進行方向である。アルミノシリケート繊維３は長
いままの状態で引っ張られながら引き込まれる。そのた
め、ニードル１１の鈎１２の極く近傍のみならず、かな
り離れた場所の結晶質無機短繊維も一緒に引き込まれ
る。しかし、ニードル１１の鈎１２に直接当たった結晶
質無機短繊維は脆いので、簡単に切れてしまう。従っ
て、直接ニードル１１の鈎１２によって結晶質無機短繊
維が層状集積体８の中に引き込まれることはほとんどな
い。引き込まれたアルミノシリケート繊維３の向きはニ
ードル１１の跡にそって、かつニードル１１の跡に平行
に向いている。結晶質無機短繊維も、引き込まれる時の
作用で、大多数の繊維の方向がニードル１１の跡に平行
な方向に配向している。それ故、ニードル１１によって
内部に引き込まれ、ニードル跡に平行に配向する結晶質
無機短繊維の割合は単位面積当りに施すニードル１１の
数に比例する。すなわち、この割合はニードル１１の数
によって調節可能である。単位面積当りに施すニードル
の数は特に限定しない。公知の範囲でよいが、１平方セ
ンチメートル当り１〜５０が強度の点で好ましい。この
向きは一般に層状集積体８の厚み方向でもある。

【００４５】なお、１４はニードル跡に沿ってニードル
跡に平行に配向した結晶質無機短繊維を示す。層状集積
体８の内部に引き込まれなかった残りの結晶質無機短繊
維は積層方向に直角な面に平行に配向したままである。
１５はこのような積層方向に直角な面に平行に配向した
結晶質無機短繊維を示す。厚み方向に引き込まれたアル
ミノシリケート繊維は１本の束の状態となって存在し、
内部のアルミノシリケート繊維と絡んだような状態にな
っているため容易に抜けない。結晶質無機短繊維はこの
束の中に混じって存在する。この繊維の束は層状集積体
８を上下に綴じる役目を果たす。それ故、ニードルパン
チ加工した層状集積体８は若干の密度の上昇とともに層
間方向にはがれにくくなり、長さ方向の引っ張り強度が
増す。

【００４６】図４の（ｃ）は添加材が小塊の場合を示
す。この場合、ニードルパンチを施しても、小塊はアル
ミノシリケート繊維３と共に層状集積体８の中に引き込
まれることはない。ニードル１１の先端又は鈎１２が小
塊に当たる部分では、小塊は容易に崩れて割れるが、小
塊を構成する繊維が直接ニードル１１によって層状集積
体８の内部に引き込まれることはほとんどない。しか
し、ニードル１１の鈎１２に引っかかったアルミノシリ
ケート繊維３は層状集積体８の中に引き込まれ、層状集
積体８の内部で絡みを起こし、上下方向に綴じる。それ
故、層状集積体８はしっかりと小塊を内部に保持し、か
つ柔軟で強度があるものとなる。

【００４７】１６は層状集積体８の中に均質に分散した
結晶質無機短繊維を含む小塊を示す。この小塊１６が丈
夫でニードル１１によって容易に崩れない場合、小塊は
ニードル１１によって層状集積体８の内部に引き込まれ
ることになるので、ニードル１１の跡が大きくなり、し
たがって外観が良くない。又、小塊は結晶質無機短繊維
を内部に含む。この小塊の中の繊維の方向は一般にラン
ダムである。言い替えれば、ある方向とそれに直角な方
向の繊維を含む。したがって、この小塊を内部に保持し
た層状集積体８は厚み方向とそれに直角な方向の両方に
配向した結晶質無機短繊維を持つことになる。

【００４８】図４の（ｄ）は添加材が結晶質無機短繊維
と小塊の双方を含む場合を示す。ニードルパンチ加工に
よって結晶質無機短繊維はアルミノシリケート繊維３に
絡んで層状集積体８の中に引き込まれ、大多数がニード
ル跡に平行に配向して並ぶ。残りの無機質短繊維は積層
方向に直角な面に平行に配向している。しかし、小塊は
ニードルパンチ加工によって層状集積体８の中に引き込
まれない。図中、１４はニードル跡に沿ってニードル跡
に平行に配向した結晶質無機短繊維を示す。１５は積層
方向に直角な面に並行に配向した結晶質無機短繊維を示
す。１６は小塊を示す。結晶質無機短繊維と小塊の割合
は任意に調節可能である。それは厚み方向、長さ方向の
熱収縮率、強度、コストを勘案して決めるべきである。

【００４９】アルミノシリケート繊維３と結晶質無機繊
維の混合物からなる層状集積体８の中で結晶質無機繊維
が積層方向と平行に配向していると、積層方向の収縮率
を減少させることができる。逆に層状集積体８の中で結
晶質無機繊維が積層方向（厚み方向）と直角な面に平行
に配向していると、その面に平行な方向（長さ方向）の
収縮率を小さくすることができる。その理由は明確に解
明されていないが、次のような関係が考えられる。

【００５０】（１）非晶質アルミノシリケート繊維は結
晶化温度以上の温度条件下では、収縮を起こし、同時に
軟化する。

【００５１】（２）このようなアルミノシリケート繊維
どうしは接触点で焼結し易い。

【００５２】（３）結晶質無機繊維は高温で安定なの
で、収縮は少なく、軟化しない。

【００５３】（４）結晶質無機繊維は焼結しにくい。

【００５４】このような関係を利用して、もし厚み方向
の熱収縮率の減少を重視する場合は、ニードルの数を増
やすことによって調節できる。逆に長さ方向の熱収縮率
の減少を重視する場合は、ニードルの数を少なくする。
すなわち用途によって適当な熱収縮を選択できる。例え
ば、このような層状集積体を材料として積層ブロックを
成形した場合、熱収縮を向きによって調節することがで
きる。

【００５５】ニードルパンチ加工をした層状集積体は公
知の方法によって９６０℃以上の温度で熱処理をし得
る。しかし、前述のようにアルミノシリケート繊維は焼
結を起こし易く、常温に戻したとき結晶化により脆くな
っている。それ故、このような層状集積体は巻くことが
できないが、本発明の如く、結晶質無機短繊維を均質に
混合すると、焼結が妨げられ、柔軟なので巻くことがで
きる。

【００５６】実施例１０．２％以下のＮａ₂Ｏ含有量の高純度Ａｌ₂Ｏ₃と高
純度シリカサンドを種々の割合で混合して数種類のアル
ミノシリケート繊維の原料とした。これらの原料の成分
割合は、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が重量％で４７〜６５％の
範囲で２％ずつの間隔で変化しており、残りがＳｉＯ₂
及び不可避の不純物であった。それぞれの原料をアーク
式電気炉で溶融し、溶融物を一定量ずつ炉外へ導いた。

【００５７】図１を使って説明する。炉外へ導いた溶融
物１は垂直に細い流れとなって流下する。この流れに対
して横方向に図１で示すように繊維化ノズル２から噴出
する高圧空気を横方向に吹き付けた。次いで、繊維化し
たアルミノシリケート繊維３に添加材としてアルミナ繊
維を添加した。アルミナ繊維はＡｌ₂Ｏ₃が９０重量
％、残りがＳｉＯ₂の組成で、結晶質のものである。長
さは５ｍｍ以下に切断したものである。

【００５８】この結晶質無機短繊維をダクト５の中に空
気に乗せて吹き込んだ。吹き込み場所はダクトの入口４
から５０ｃｍの所であった。アルミナ短繊維の吹き込み
量はアルミノシリケート繊維３との合計に対して１０％
になるように調節した。

【００５９】コンベアベルト７の下部は強く吸引されて
いるので、繊維化されたアルミノシリケート繊維３と吹
き込まれたアルミナ短繊維は混合しながらダクト５の入
口４から吹き出すことなく速やかにベルトコンベア７上
に移動し、そこへ堆積した。そのようにして得られた層
状集積体８はアルミノシリケート繊維３とアルミナ繊維
が均質に混合していた。又、各繊維は厚み方向と直角な
面に平行であった。この層状集積体８は次いでニードル
パンチ機９によってニードル処理を行った。ニードル処
理を行った層状集積体はさらに次の工程で熱処理した。
熱処理は、８００℃で１０分と、１０５０℃で１０分の
二種類とした。

【００６０】このようにして得られた層状集積体は、い
ずれも厚みが２５ｍｍで、嵩比重が０．１５ｇ／ｃｍ³
である丈夫な層状集積体であった。このような層状集積
体は、直径５ｃｍの木製マンドレルに亀裂を起こすこと
なく巻き付けることができた。

【００６１】次に、得られた層状集積体を１０ｃｍ角に
切り出し、１４００℃の電気炉の中で２４時間加熱し、
線収縮率を計測した。線収縮率は加熱前の長さ方向の寸
法に対する加熱後の変化割合である。別に、添加材を添
加しないものについても同様の条件で製造し比較した。

【００６２】なお、添加材を添加しないもので、熱処理
温度が１０５０℃のものは、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が５１
％以上の範囲で、巻き取り時に亀裂発生のためマンドレ
ルに巻取ることができなかった。

【００６３】線収縮率試験の結果を示す図５を参照して
説明すると、曲線ａは、添加材を全く添加しないもの
で、熱処理温度８００℃のものの熱収縮率を結んだ曲線
である。これらのものは、Ｘ−線試験の結果、全く結晶
の存在を示していなかった。これらを比較例１とする。
曲線ｂは、添加材を添加したもので、熱処理温度８００
℃のものの線収縮率を結んだ曲線である。これらのもの
は、Ｘ−線試験の結果、アルミナ短繊維のみの存在を示
した。これらのものは本発明に属するもので、実験例１
とする。曲線ｃは、添加材を添加し、熱処理温度が１０
５０℃のものである。これらのものは、Ｘ−線試験の結
果、アルミノ短繊維の存在と、アルミノシリケートが結
晶化した弱いピークを示した。これらのものは本発明に
属するもので、実験例２とする。

【００６４】図５によれば、実験例１，２の線収縮率は
いずれも比較例１に比べ小さい。その傾向はアルミノシ
リケート繊維のＡｌ₂Ｏ₃の含有率の少ないものに顕著
である。又、実験例１と実験例２の比較では、実験例２
の方が実験例１よりも小さな線収縮率を示している。厚
み方向の収縮率もほぼ同様の傾向を示した。

【００６５】実施例２実施例１と同様の方法で、添加材の種類を変えて、３種
類の層状集積体を製作した。アルミノシリケート繊維の
Ａｌ₂Ｏ₃の含有量はいずれも５７％であった。得られ
た層状集積体をブロックに加工し、ブロックの面につい
て加熱収縮率を測定した。用いた層状集積体の条件を表
１に示す。

【００６６】実験例３は本発明に属す層状集積体を用い
ており、添加材として、アルミナ短繊維とアルミナ短繊
維を小塊に加工したものの混合物を用い、ニードル加工
後、８００℃で熱処理したものである。

【００６７】実験例４は本発明に属す層状集積体を用い
ており、添加材として、アルミナ短繊維とアルミナ短繊
維を小塊に加工したものの混合物を用い、ニードル加工
後、１０５０℃で１０分間熱処理したものである。

【００６８】ここで、添加材中のアルミナ短繊維と小塊
の重量割合は、いずれも８対２であった。

【００６９】一方、比較例２は実施例１の比較例１と同
じものである。

【００７０】これらの層状集積体は、嵩比重がそれぞれ
０．１５ｇ／ｃｍ³で、厚みが２５ｍｍであった。これ
らの層状集積体から、それぞれ２００ｍｍ×３００ｍｍ
の寸法をもつ短冊を１５枚ずつ切り出し、それらを集積
し、積層方向に圧縮しながら糸で綴じて２００ｍｍ
（縦）×３００ｍｍ（横）×３００ｍｍ（長さ）の直方
体のブロックとした。

【００７１】図６はこのようにして作ったブロックを示
す。図６において、複数枚の積層集積体１８は圧縮状態
で糸１９によって綴じられているブロック１７を形作っ
ている。

【００７２】次に、積層集積体の切口が作る３００ｍｍ
（縦）×３００ｍｍ（横）の面について加熱収縮率を求
めた。その結果を表１に示す。表１の長さ方向及び積層
圧縮方向とは、それぞれ図６のｆ−ｇの方向とｄ−ｅの
方向に対応する。積層方向は、素材の層状集積体の厚み
方向にも対応する。

【００７３】表１において、実験例３，４は、いずれも
比較例１，２に比べ、長さ方向でも積層方向でも収縮率
が小さい。特に積層方向の収縮率の減少割合は著しく顕
著である。

【００７４】実施例３添加材には短繊維状のものと小塊状のものがあるが、添
加材としてアルミナ短繊維とアルミナ短繊維を小塊に加
工したものを種々の割合で混合して、これらの混合物を
合計１５％添加した層状集積体について厚み方向及び長
さ方向の線収縮率を測定した。用いたアルミノシリケー
ト繊維のＡｌ₂Ｏ₃含有量は５７％であった。そして、
ニードル加工後の熱処理温度はいずれも１０００℃であ
った。その結果を図７に示す。

【００７５】図７において、線ｈは厚み方向の線収縮率
を結んだものであり、線ｉは長さ方向の線収縮率を結ん
だものである。この図７において、線ｈは右上がりであ
り線ｉは右下がりである。この図７からもわかるよう
に、小塊が減り、短繊維が増えると、厚み方向の収縮率
が増大し、逆に長さ方向の収縮率が減少する。又、小塊
が増し、短繊維が減少すると、厚み方向の収縮率が減少
し、長さ方向の収縮率が増す。小塊の変化は厚み方向の
収縮率に大きな影響を与える。

【００７６】

【発明の効果】非晶質アルミノシリケート繊維が繊維化
した直後から層状集積体となるまでの間に、結晶質無機
短繊維、結晶質無機短繊維からなる小塊、結晶質無機短
繊維と非晶質アルミノシリケート繊維からなる小塊、か
ら選ばれる１種又は２種以上の添加材を添加すると、第
１に、非晶質アルミノシリケート繊維と添加材がほぼ均
質に混合した丈夫な層状集積体を容易に作ることがで
き、第２に、この層状集積体の中の結晶質無機繊維が短
繊維の場合でも、それ自身は脆く短いにもかかわらず、
ニードルパンチ加工により、長く丈夫な非晶質アルミノ
シリケート繊維に絡めて層状集積体の内部に引き込むこ
とができる。その結果、ニードルパンチ跡に沿って厚み
方向に配向して並べることができる。又、その配向の程
度はニードルパンチ加工の回数で調節することができ
る。

【００７７】さらに、層状集積体の中では、全体の骨格
をなす結晶質又は非晶質アルミノシリケート繊維以外
に、結晶質無機短繊維、結晶質無機短繊維からなる小
塊、結晶質無機短繊維と非晶質又は結晶質アルミノシリ
ケート繊維の混合物からなる小塊のうち、それらから選
ばれる１種又は２種以上の添加材をほぼ均等に分散して
混合できる。これらは、層状集積体の厚み方向にも、厚
み方向と直角方向にも配向した結晶質無機短繊維を含む
ことができるので、これらの添加物は層状集積体の厚み
方向及び長さ方向に対して熱収縮率を小さくすることが
できる。

【００７８】さらに、非晶質アルミノシリケート繊維が
結晶化するような高温で熱処理しても、結晶質無機短繊
維が均質に混合されているので、焼結が妨げられ、柔軟
性を維持するので、亀裂を発生することなく巻取ること
ができる。

【００７９】又、ブロックを構成している層状集積体
は、厚み方向と、厚み方向に直角な方向に配向した無機
質繊維を含むことができるので、このブロックは、従来
のものに比べ、積層方向にも、積層方向と直角な方向に
も、収縮率が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブローイング法によって層状集積体を作る方法
の概略を示す説明図。

【図２】図１で用いるニードルを示す。

【図３】ニードル加工された層状集積体の断面を模式的
に示す。

【図４】ニードル処理した各種層状集積体を示す。

【図５】線収縮率の試験結果を示すグラフ。

【図６】本発明のブロックの一例を示す斜視図。

【図７】加熱収縮率の試験結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１アルミノシリケート繊維の溶融物２ノズル３アルミノシリケート繊維５ダクト６集綿室７コンベア８層状集積体９ニードルパンチ機１０加熱室１１ニードル ◆

【表１】

フロントページの続き (72)発明者森幹夫東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者伊藤秀雄東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内 (56)参考文献特開昭62−78216（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融原料物質を繊維化して非晶質アルミ
ノシリケート繊維とし、この非晶質アルミノシリケート
繊維に減摩剤を含有させて層状集積体に堆積し、次い
で、この層状集積体にニードルパンチ加工を施し、その
後、減摩剤を除去する程度の温度又は非晶質アルミノシ
リケート繊維が結晶化する温度で熱処理するセラミック
ファイバー層状集積体の製造方法において、非晶質アル
ミノシリケート繊維が繊維化した直後から層状集積体に
堆積するまでの間に、結晶質無機短繊維と、結晶質無機
短繊維の小塊と、結晶質無機短繊維及び非晶質又は結晶
質アルミノシリケート繊維の混合物の小塊、から選ばれ
る一種又は２種以上の添加材を添加することを特徴とす
るセラミックファイバー層状集積体の製造方法。
【請求項２】非晶質又は結晶質アルミノシリケート繊
維の層状集積体に表面から内部に向かって多数のニード
ルパンチ加工を施した層状集積体において、層状集積体
は全体の骨格をなす非晶質又は結晶質アルミノシリケー
ト繊維以外に、結晶質無機短繊維と、結晶質無機短繊維
の小塊と、結晶質無機短繊維及び非晶質又は結晶質アル
ミノシリケート繊維の混合物の小塊、から選ばれる一種
又は２種以上の添加材を層状集積体の全体にほぼ均質に
含むことを特徴とするセラミックファイバー層状集積
体。
【請求項３】ニードルパンチ跡で前記結晶質無機短繊
維の方向がニードルパンチ跡に沿って積層方向にほぼ平
行に並んでいることを特徴とする請求項２記載のセラミ
ックファイバー層状集積体。
【請求項４】請求項２又は３に記載のセラミックファ
イバー積層体を多数、厚み方向に積層したセラミックフ
ァイバーブロック。