JP3456683B2 - セラミックファイバーブランケット及びその製法 - Google Patents

セラミックファイバーブランケット及びその製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックファ
イバーブランケット及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】各種工業炉の内張用耐火断熱材として、
セラミックファイバー製品が多く使用されている。
【0003】セラミックファイバーは、一般に、アルミ
ナやシリカ等を原料として溶融し、これを繊維化する溶
融繊維化法で製造される。繊維化は、通常圧縮空気を用
いたブローイング法で行われる。
【0004】繊維化したウール状の単繊維(バルクウー
ル)は、積層されて層状綿として取り出される。この層
状綿にニードル加工を施し、連続的に所定厚さと所定嵩
比重に成形した後、所定の大きさに裁断すればブランケ
ット製品が得られる。
【0005】セラミックファイバーブランケット製品の
強度や耐熱性等の品質を向上するために、これまで様々
な提案がなされてきた。
【0006】特公昭62−10830号公報は、ブラン
ケットの引張強度を向上するため、セラミックファイバ
ー層状綿に施すニードリングの針密度を50〜200本
/cm2 とすることを提案している。特公平3−922
3号公報は、厚さ方向の引張強度を向上するため、ニー
ドリングによって形成するループの数を5〜20/cm
2 としたセラミックファイバーブランケットを提案して
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックファイバーブランケットは、引張強度はある
程度大きいものの、嵩比重は比較的小さかった。
【0008】嵩比重が小さいと、厚さが20mm以上の
ブランケットでも撓みが生じ易く、長期にわたって施工
時の形状を保持することが難しかった。
【0009】炉の内張りに用いたブランケットの形状が
崩れると、炉壁の断熱性が低下し、加熱効率が悪化して
しまう。
【0010】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は前記課題を解決し、嵩比重を大きくすることによっ
て収縮率、圧縮率及び復元率を改善し、断熱性を向上で
きるセラミックファイバーブランケット及びその製法を
提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願第1発明は、Al2
3 を40〜60重量%、SiO2 を40〜60重量%
含むセラミックファイバーブランケットにおいて、ニー
ドリングの針密度が50〜100本/cm2 であり、嵩
比重が0.200〜0.290であることを特徴とする
セラミックファイバーブランケットを要旨としている。
【0012】本願第2発明は、Al2 3 を25〜35
重量%、SiO2 を49〜59重量%、ZrO2 を11
〜21重量%含むセラミックファイバーブランケットに
おいて、ニードリングの針密度が50〜100本/cm
2 であり、嵩比重が0.200〜0.290であること
を特徴とするセラミックファイバーブランケットを要旨
としている。
【0013】本願第3発明は、Al2 3 を40〜60
重量%、SiO2 を40〜60重量%含むセラミックフ
ァイバーブランケットの製造方法において、セラミック
ファイバーの重量の0.2〜1.0%の量の界面活性剤
を用い、50〜100本/cm2 の針密度でニードリン
グを行うことを特徴とするセラミックファイバーブラン
ケットの製造方法を要旨としている。
【0014】本願第4発明は、Al2 3 を25〜35
重量%、SiO2 を49〜59重量%、ZrO2 を11
〜21重量%含むセラミックファイバーブランケットの
製造方法において、セラミックファイバーの重量の0.
2〜1.0%の量の界面活性剤を用い、50〜100本
/cm2 の針密度でニードリングを行うことを特徴とす
るセラミックファイバーブランケットの製造方法を要旨
としている。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明では、Al2 3 を40〜
60重量%、SiO2 を40〜60重量%含むセラミッ
クファイバー、Al2 3 を70重量%以上含むセラミ
ックファイバー、又は、Al2 3 を25〜35重量
%、SiO2 を49〜59重量%、ZrO2 を11〜2
1重量%含むセラミックファイバーを用いてブランケッ
トを構成する。
【0016】このようなセラミックファイバーにニード
リング処理を行って、嵩比重が0.200〜0.290
のセラミックファイバーブランケットを得る。嵩比重を
0.200以上とするためには、50本/cm2 以上の
針密度でニードリングする必要がある。
【0017】一般に、繊維化したセラミックファイバー
を積層体として取り出した場合には、積層体は大部分の
繊維がほぼ流れ(水平)方向に配向される。積層体を層
(上下)方向にニードリング処理すると、繊維の一部が
針に引張られて層方向に配向される。これにより、積層
体の繊維に全体的な絡み合いが生じ、積層体の体積が減
少して嵩比重が大きくなる。
【0018】このように嵩比重を大きくすることによっ
て、ブランケットの収縮率、圧縮率及び復元率を改善
し、断熱性を向上できる。
【0019】嵩比重を大きくするためには、ニードリン
グの針密度を大きくすれば良いが、針密度には上限があ
る。
【0020】すなわち、繊維は堅く脆いので、針に引張
られたときに部分的な切断が生じ易い。ニードリングの
針密度が100本/cm2 を超えると、切断される繊維
が多くなり、逆に繊維の絡みが少なくなってしまう。そ
して、ブランケットの嵩比重及び引張強度が低下し、ブ
ランケットに破れが生じることもある。
【0021】それゆえ、ニードリングの針密度の上限は
100本/cm2 とする。
【0022】本発明では、ニードリングの初期に太くて
バーブ(繊維をひっかける突起)の大きい針を使用し、
次に細い針を使用する。この理由は、初期の積層体は嵩
高いので体積の減少を効率良く行うには大きいバーブを
必要とし、次に体積が減少して嵩比重が大きくなると太
い針は積層体を広げて嵩比重の増大がないためである。
【0023】本発明方法では、ニードリングの際に、セ
ラミックファイバーの重量の0.2〜1.0%の量の界
面活性剤を用いる。界面活性剤によって、セラミックフ
ァイバー(繊維)とニードリング用の針の摩擦を最適な
範囲に調整するのである。
【0024】界面活性剤の使用量がセラミックファイバ
ーの重量の0.2%よりも少ない場合には、繊維と針の
摩擦が大きくなり、ブランケットに破れが生じ易くな
る。このような不具合は、針密度が大きいほど酷くな
る。
【0025】反対に、界面活性剤の使用料が、セラミッ
クファイバーの重量の1.0%よりも多い場合には、次
のニードリング時に繊維が滑って広がり、ブランケット
製品の肉厚が薄くなって嵩比重が小さくなってしまう。
このため、ブランケットの諸特性を向上できなくなる。
【0026】界面活性剤は表面活性剤とも呼ばれる。界
面活性剤としては、ポリエキシエチレンアルキルエーテ
ル型非イオン活性剤を用いるのが好ましい。
【0027】本発明のセラミックファイバーブランケッ
トは、流れ方向の引張強度が1.00kg/cm2
上、100×300mmのブランケットを支持スパン2
50mmで支持しその中央に60gの重りを乗せた際の
たわみ量が1.0mm以下、肉厚が20mm以上である
ことが望ましい。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を説明す
る。
【0029】所定組成の配合原料を電気炉で溶融し、ブ
ローイング法で繊維化した。このセラミックファイバー
を空気流で集綿室に入れる際に、界面(表面)活性剤を
噴霧し、ベルトコンベア上に層状に積層してセラミック
ファイバー積層体を得た。
【0030】界面活性剤としては、ポリエキシエチレン
アルキルエーテル型非イオン活性剤を用いた。これ以外
の活性剤としては、アミン系及びポリアマイド系カチオ
ン活性剤、アルキルフォスフェード型アニオン活性剤、
ケロシンとアミンアセテートの混合乳化液等も使用でき
る。
【0031】得られた繊維の組成は、実施例1〜4及び
比較例1〜3ではAl2 3 48重量%、SiO2 52
重量%であり、実施例5と比較例4がAl2 3 53重
量%、SiO2 47重量%であり、実施例6と比較例5
がAl2 3 32重量%、SiO2 53重量%、ZrO
2 15重量%であった。
【0032】このような繊維積層体に対し、表1及び表
2に示す針密度で上下両面からニードリング処理を行っ
た。針の深さは積層体の肉厚の1/2〜2/3とした。
針が深すぎると針が積層体を押し広げてしまい、反対に
針が浅すぎると繊維の絡みが弱くなり、いづれにせよ嵩
比重を大きくできないからである。
【0033】ニードリング処理の後で、加熱して界面活
性剤を焼却除去した。
【0034】このようにして製作したセラミックファイ
バーブランケットの実施例1〜6及び比較例1〜5の諸
特性を調べ、結果を表1及び表2に示した。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】 以下、各特性について説明する。
【0037】ブランケットの引張強度は流れ方向と幅方
向で異なるが、通常は流れ方向の引張強度の方が大き
い。流れ方向とは、ブランケットを製作する際に、ブラ
ンケットが移動する方向である。
【0038】嵩比重が0.200以上の実施例1〜6の
ブランケットでは、流れ方向の引張強度はいずれも1.
00kg/cm2 以上であった。
【0039】たわみ量は次の手順で測定した。ブランケ
ットを大きさ100×300mmに切り出し、支持スパ
ン250mmの上に乗せて、このブランケット中央に5
0mm角で60gの重りを乗せた。このときの変位量を
測定してたわみ量とした。
【0040】実施例1〜6のブランケットのうち、厚さ
が20mm以上のものは、たわみ量が1.0mm以下で
あった。
【0041】収縮率の測定は、ブランケットを大きさ1
50×150mmに切り出して、24時間加熱し、加熱
前後の寸法変化を測定した。加熱温度は実施例1〜4及
び比較例1〜3では1000℃、実施例5と6及び比較
例4と5では1400℃とした。
【0042】熱伝導率は非定常熱線法JIS R261
8に従って測定した。
【0043】圧縮率及び復元率は、ブランケットを厚さ
×30×30mmの大きさに切り出して、3kg/cm
2 の荷重を厚さ方向に1分間かけたときの圧縮時の厚
さ、及びその後荷重を取り除いたときの開放後の厚さを
測定し、次式によって求めた。
【0044】圧縮率(%)=(元の厚さ−圧縮時の厚
さ)÷元の厚さ×100 復元率(%)=(開放後の厚さ−圧縮時の厚さ)÷元の
厚さ×100 比較例1は、表2に示したように、界面活性剤の量が少
ないブランケットの例である。比較例1では、繊維の折
れが多くてブランケットに破れが発生した。
【0045】比較例2は、界面活性剤の量が多いブラン
ケットの例である。比較例2では、繊維が滑りブランケ
ットの伸びが大きくなったので、嵩比重が低かった。
【0046】比較例3は針密度が小さいブランケットの
例である。比較例3では、ブランケットの厚みが余り減
少しないために、嵩比重が低かった。
【0047】比較例4は針密度が大きなブランケットの
例である。繊維の折れが多くてブランケットに破れが発
生した。
【0048】比較例5は最も一般的に市販されているブ
ランケットの例である。比較例3と同じく針密度が小さ
いので厚みが減少せずに嵩比重が小さかった。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、適性量の界面活性剤を
使用し、ニードリングの針密度を適性値にすることによ
り、嵩比重の大きなセラミックファイバーブランケット
を得ることができる。
【0050】本発明のセラミックファイバーブランケッ
トは、繊維が強固に絡んでおり、高強度でたわみが少な
く、形状保持性に優れている。さらに、加熱による収縮
率、圧縮率及び復元率が改善され、断熱性も向上可能で
ある。
【0051】このような特性から、本発明のセラミック
ファイバーブランケットは、加熱炉扉のシール剤、炉の
内張表面材、耐風速性ボードの代替品として好適に使用
できる。
【0052】また、ブランケットの小片を多数積層して
ブロックを構成した場合に、高強度で低熱伝導率のブロ
ックを容易に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−82306(JP,A) 特開 昭61−239069(JP,A) 特開 昭52−81175(JP,A) 特開 昭62−78216(JP,A) 特開 昭60−173151(JP,A) 特開 昭60−88162(JP,A) 特開 平7−34367(JP,A) 特開 平4−41758(JP,A) 特開 平8−325908(JP,A) 特開 昭52−148274(JP,A) 特開 平8−73255(JP,A) 特公 昭62−10830(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D04H 1/00 - 18/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al2 3 を40〜60重量%、SiO
    2 を40〜60重量%含むセラミックファイバーブラン
    ケットにおいて、セラミックファイバー重量の0.2〜
    1.0%の量の界面活性剤を用い、50〜100本/c
    2 の針密度でニードリングを行い、かつニードリング
    の初期に太くてバーブの大きい針を使用し、次に細い針
    を使用してブランケットの嵩比重0.200〜0.2
    90としたことを特徴とするセラミックファイバーブラ
    ンケット。
  2. 【請求項2】 Al2 3 を25〜35重量%、SiO
    2 を49〜59重量%、ZrO2 を11〜21重量%含
    むセラミックファイバーブランケットにおいて、セラミ
    ックファイバー重量の0.2〜1.0%の量の界面活性
    剤を用い、50〜100本/cm2 の針密度でニードリ
    ングを行い、かつニードリングの初期に太くてバーブの
    大きい針を使用し、次に細い針を使用してブランケット
    嵩比重0.200〜0.290としたことを特徴と
    するセラミックファイバーブランケット。
  3. 【請求項3】 流れ方向の引張強度が1.00kg/c
    2 以上であり、100×300mmのブランケットを
    支持スパン250mmで支持しその中央に60gの重り
    を乗せた際のたわみ量が1.0mm以下であり、肉厚が
    20mm以上であることを特徴とする請求項1又は2に
    記載のセラミックファイバーブランケット。
  4. 【請求項4】 Al2 3 を40〜60重量%、SiO
    2 を40〜60重量%含むセラミックファイバーブラン
    ケットの製造方法において、セラミックファイバー重量
    の0.2〜1.0%の量の界面活性剤を用い、50〜1
    00本/cm2 の針密度でニードリングを行い、かつ、
    ニードリングの初期に太くてバーブの大きい針を使用
    し、次に細い針を使用してブランケットの嵩比重を0.
    200〜0.290としたことを特徴とするセラミック
    ファイバーブランケットの製造方法。
  5. 【請求項5】 Al2 3 40〜60重量%、SiO
    2 40〜60重量%、ZrO2 を11〜21重量%含
    むセラミックファイバーブランケットの製造方法におい
    て、セラミックファイバーの重量の0.2〜1.0%の
    量の界面活性剤を用い、50〜100本/cm2 の針密
    度でニードリングを行い、かつ、ニードリングの初期に
    太くてバーブの大きい針を使用し、次に細い針を使用
    てブランケットの嵩比重を0.200〜0.290とし
    ことを特徴とするセラミックファイバーブランケット
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 界面活性剤としてポリエキシエチレンア
    ルキルエーテル型非イオン活性剤を用いることを特徴と
    する請求項4又は5のいれかに記載のセラミックファ
    イバーブランケットの製造方法。
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