JP6864693B2 - 溶融形成された無機繊維を形成する装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、無機繊維を生産するための装置および方法に、無機繊維（特に、酸化物を唯一の成分または主要な成分として含むガラス状繊維。ただし、これに限定されない）に、および係る繊維から作られたブランケットに、関する。

無機繊維
無機繊維物質は、熱的および／または音響的な絶縁物質としての利用法のために周知であり、また、複合材料（例えば繊維補強セメント、繊維補強プラスチック）中の強化用成分としての、および、金属マトリクス複合材料の成分としての、利用法のためにも、周知である。係る繊維は、汚染防止装置（例えば自動車排気システム触媒コンバータおよびディーゼル粒子フィルタ）における触媒体のための支持構造体において使用されてもよく、および触媒体自体において使用されてもよい。係る繊維は摩擦物質の成分（例えば自動車ブレーキ用）として使用され得る。

断熱材における使用のための無機繊維は周知である。無機繊維から断熱性を提供する便利な手段は、前述の繊維を含むブランケットである。これらのブランケットは、断熱材として使用されるため、熱伝導率を可能な限り低くすることが必要不可欠である。

加えて、多くの用途では、ブランケットは低い密度を有することが好適である。例えば車両では、断熱材の密度が低いほど（したがって質量が低いほど）、断熱材の荷重が軽減され、車両の性能が、それに対応して向上する。

したがって、ブランケットへと作られたときに所与の密度において従来達成された熱伝導率よりも低い熱伝導率を達成する、無機繊維を生産する必要が常に存在する。

無機繊維の本体の熱伝導率
溶融形成繊維の本体（例えば、ブランケットまたは他の製品形態）の熱伝導率は、特に、繊維の直径、および、「ショット」（非繊維化物質）含有量、を含む、いくつかの要因により決定される。

繊維の直径が小さいと、固体を通る伝導性の範囲が小さいため、および、微細な繊維間多孔性が、本体の一方の側から他方の側へと放熱により熱が伝わるための放熱・吸熱ステップの個数を増加することを可能にするため、繊維の本体の熱伝導率は低下する。

ブランケットにショットが存在すると、固体を通る伝導性の範囲が大きくなるために、ブランケットの熱伝導率は大きくなる。ショットは、ブランケットの密度も大きくする。ショット含有量が低いほど、熱伝導率および密度は低くなる。同じ繊維含有量および化学物質の２つの本体に対して、より低いショット含有量を有する本体は、より低い密度およびより低い熱伝導率の両方を有するであろう。

無機繊維のための製造プロセス
無機繊維は、多様な経路により作られることが可能である。１９８７年以前には、断熱製品（例えば、ブランケット、真空形成された形状、およびマスチック）を作るために使用される４つの主要な種類の繊維物質が存在した。これらの製品は、特定経路の詳細は製造業者により異なるが、２つの主要な製造経路により作られた。繊維および経路は（コストおよび温度性能を増加させるために）
溶融形成繊維
●グラスウール
●ミネラルウール
●アルミノケイ酸塩繊維
ゾル・ゲル処理繊維
●いわゆる多結晶繊維
であった。

ゾル・ゲル処理繊維は、作るにあたって顕著に複雑であるため、溶融形成繊維よりも高額になりがちである。本開示は、ゾル・ゲル処理繊維ではなく、溶融形成繊維に関する。

アスベスト繊維の歴史があったため、広範囲の繊維種類が肺疾患の原因となる相対的な潜在性を有することに多大な注意が払われてきた。天然繊維および人工繊維に関する毒物学の研究により、繊維が肺の内部に残存することが諸問題の原因であるという概念がもたらされた。したがって、肺から繊維を迅速に除去することが可能であれば健康に対するあらゆるリスクが最小化されるであろうという見解が発達した。

「生体内持続繊維」および「生体内持続性」の概念が生まれた。動物の体内に長時間にわたり持続する繊維は、生体内持続性繊維と考えられ、繊維が動物の体内に残存する相対的時間は生体内持続時間として知られる。いくつかのガラス系が肺液中に溶解可能であり、その結果、生体内持続時間が短くなることが知られていた一方で、ガラス系が高温用途に対しては全般的には有用でないという問題があった。高温能力と組み合わされた低い生体内持続時間を有する繊維に対する市場ニーズが見られた。

１９８７年にＪｏｈｎｓ Ｍａｎｖｉｌｌｅは、カルシウムケイ酸マグネシウムの化学物質に基づいて、係るガラス系を開発した。係る物質は、従来のガラス系と比較してより高い温度能力を有するのみならず、高温断熱材に対して最も使用されるアルミノケイ酸塩繊維よりも、体液中においてより高い可溶性も有した。係る低い生体内持続時間の繊維がそれ以後開発され、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、およびケイ酸カルシウムマグネシウムを含むある一定範囲のアルカリ土類ケイ酸塩（ＡＥＳ）が現在、市場にある。

近年開発された他の繊維はアルカリ金属アルミノケイ酸塩繊維を含む。

溶融形成繊維は様々な経路により作ることが可能であるが、耐熱性の溶融形成繊維に対しては、主要な経路は、吹錬（ｂｌｏｗｉｎｇ）によるか、または旋回（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）による。

両方の方法では、所望の組成の溶融物が形成され、溶融物質の流れ（一般に「タップストリーム（ｔａｐ ｓｔｒｅａｍ）」と呼ばれる）は、分裂および加速され、それにより繊維（および望ましくないショット）が形成される。

吹錬では、分裂は、高圧空気または他のガスの噴流によるもので、それにより、タップストリームが分解される。

旋回では、分裂は、繊維がロータから吹き飛ばされ後続処理のために収集されるよう、１つまたは複数の高速ロータによるものである（ロータの周囲に送風される場合も、送風されない場合もある）。ロータは、例えば、ホイールまたはドラムであり得、円筒形、円錐形状、または別様の輪郭を有する周縁部を有し得、複数のロータを提供することが一般的である。

吹錬では、タップストリームの分裂は、非常に短い時間（例えば２ｍｓ）にわたり生じ、その結果、繊維化は比較的均一となる。旋回では、タップストリームの分裂はより長い時間（例えば１０ｍｓ）にわたり生じ、その時間に、溶融物はロータへと熱を失う。

これらの異なる形成処理の結果は、一般に、所与の化学物質に対して、繊維化の際におよびあらゆる処理の以前に形成された繊維の集塊に対して、
●吹錬された繊維は、旋回よりも高い比率の微細繊維を有し、
●吹錬された繊維は、旋回繊維よりも狭いスペクトルの繊維直径を有し、
●吹錬された繊維は、旋回された繊維よりも高い量のショットを有し、
●吹錬された繊維は旋回繊維よりも平均でより短い
ということである。

アルミノケイ酸塩繊維（５２〜５８％ＳｉＯ_２；４２〜４８％Ａｌ_２Ｏ_３；２％未満のその他−ＲＣＦ）に対して、図６は、吹錬された物質および旋回された物質に対する繊維直径分布を示す図であり、図６では、吹錬された物質では大量の繊維が１μｍ直径の周囲に集まり、旋回された繊維はより広い分布を有することが示されている。旋回された物質に対して１２８ｋｇ・ｍ^−３のブランケットの１０００℃における熱伝導率はおよそ０・３４ｗ・ｍ^−１・ｋ^−１であったのに対し、吹錬された物質に対して熱伝導率はおよそ０・３０ｗ・ｍ^−１・ｋ^−１であった。このことは、ショットが多いにも関わらず、吹錬された繊維の微細直径繊維分布の有利な効果を示すものである。

吹錬されたＲＣＦ繊維に対する通常の繊維長さ範囲は、最大で１０ｃｍまでの範囲内であり、旋回された繊維に対しては、１〜５０ｃｍである。旋回処理では通常は、長いプルームの繊維が見られ、プルームは最大で１ｍになる。

溶融物質の性質により、極度に低い繊維歩留まり（ｆｉｂｒｅ ｙｉｅｌｄ）および高いショット含有量が得られるため、アルカリ土類ケイ酸塩繊維は吹錬されない。

繊維長さの測定は困難であり、したがって一般に、繊維長さに対する代理値（例えば、液体中における沈下挙動に注目する「ビーカー値」など、またはブランケットを作り、引っ張り強度を測定することによる）が使用される。

通常は、ブランケットを作るとき、繊維はコンベア上に収集され、それにより、ショットを担持する１つの集塊の繊維（「フリース」）が形成され、次に、コンベア上で移動しながら、「穿刺」され、その結果、繊維が絡まり、絡まった繊維により一緒に保持されたブランケットが生産される。絡み合わせを生産する他の方法（例えば、微細水噴流の使用による方法）も知られており、本発明は穿刺の使用に限定されない。

●溶融物質の供給源と、
●１つまたは複数のロータを含む旋回ヘッド部であって、各ロータは回転軸を有し、溶融物質の供給源から溶融物質を受容するよう構成された、旋回ヘッド部と、
●少なくとも１つのロータの少なくとも１部分の周りに配置された複数のノズルであって、ガス流を供給するよう構成された、ノズルと、
●溶融物質から生産された繊維を受容するよう配置されたコンベアと、
を含む、旋回装置がＷＯ９２／１２９３９およびＷＯ２０１５／０５５７５８で記載されている。

当該の装置では、生産された繊維は直接的にコンベア上に放出され、旋回ヘッド部の下方にはピットが存在し、ピットにショット（「パール」）およびいくつかの繊維が落下し、再循環のために除去される。

ＷＯ２０１５／０５５７５８では、旋回ヘッド部は、周辺に２０〜４００ｋｍ・ｓ^−２の範囲の加速度を提供するロータを含み、ガス流は１００〜３００ｍ・ｓ^−１の速度を有する。

ＵＳ４２３８２１３では、高旋回速度の使用が旋回処理からの微細繊維の形成に有利であることが開示されている。ＵＳ２０１２／２４７１５６では、７０％を越えるシリカを含むアルカリ土類ケイ酸塩繊維を形成することは、原料の粘度が大きくなるために微細繊維（＜５μｍ）を得ることが不可能となるために問題であることと、定められた粘度を提供する温度で、かつ、溶融物質が安定的に供給される状態で、高速ロータを使用することは低いショットを有する微細繊維を提供し得ることと、が示されている。ＵＳ２０１２／２４７１５６では、６５％未満（例えば３０〜５５％）の４５μｍ以上の寸法を有するショットの含有量が達成可能であることが述べられているが、与えられた事例のみは、４０〜５０％のショット含有量を示し、示された繊維直径は２．５μｍを越える。

市販のアルカリ土類ケイ酸塩繊維ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＰＬＵＳ（専有技術により作られた）は１２００℃の分類温度（ＥＮ１０９４−１）を有し、
●重量パーセントで、
ＳｉＯ_２ ６４〜６６％
ＣａＯ ２７〜３１
ＭｇＯ ４〜７
Ａｌ_２Ｏ_３ ＜０．８
その他（Ａｌ_２Ｏ_３を含む） ＜１
を含む通常の組成（なお上記の文脈における「その他」は、任意の他の物質を意味し、他の物質（例えばフッ化物）も存在し得るが、通常、これらは酸化物を含む）と、
●４０重量％（通常は３５％〜３８％）未満のショット含有量と、
●２．５〜３μｍの範囲の繊維直径と、
を有し、
２５ｍｍ厚さの密度１２８ｋｇ・ｍ^３のブランケットの形態では、
●７５ｋＰＡの引っ張り強度と、１０００℃（ＡＳＴＭ Ｃ２０１）においておよそ０．２５〜０．２９ｗ・ｍ^−１・ｋ^−１の熱伝導率と、を有する。

したがって、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＰＬＵＳは、ＵＳ２０１２／２４７１５６により求められる、低いショット含有量（最大３８％）および微細な繊維直径（２．５〜３μｍ）をすでに有する。

より高い温度で使用するための他の市販のアルカリ土類ケイ酸塩繊維は、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＨＴ（専有技術により作られた）であり、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＨＴは１３００℃の分類温度（ＥＮ １０９４−１）を有し、
●重量パーセントで、
ＳｉＯ_２ ７３〜７４．５重量％
ＣａＯ ２２．２〜２６重量％
ＭｇＯ ０．４〜０．８重量％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０．９〜１．４重量％
Ｋ_２Ｏ ０．５〜０．８重量％
を含む通常の組成（なお任意の他の成分または不純物は最大で０．３重量％である）と、
●５０重量％（通常は４５％〜４８％）以下のショット含有量と、
●算術平均で３〜３．５μｍの範囲の繊維直径と、
を有し、
２５ｍｍ厚さの１２８ｋｇ・ｍ^３密度のブランケットの形態では、７５ｋＰＡの引っ張り強度と、１０００℃（ＡＳＴＭ Ｃ２０１）においておよそ０．３４Ｗ・ｍ^−１・ｋ^−１の熱伝導率と、を有する。

バルク繊維からショットを低減させるための方法が知られており、特に、係る繊維から真空形成された製品を形成するための繊維を提供するために使用されが、これらの方法の結果、残余の繊維は短くなってしまう。（以下では、繊維からショットを機械的に除去する処理は「ショット除去」と呼ばれ、結果的に生産された繊維は「ショット除去済み」とされる。）

ブランケットの引っ張り強度は（とりわけ）繊維の長さに依存するため、ショット除去された繊維から作られたブランケットは、低い引っ張り強度を示し、それに加えて、さらなるショット除去の処理ステップがコスト増大につながるため、ブランケットの形態では市販されず、または、係る使用のためには許容可能ではない。

したがって、所与の密度において従来達成されたよりも低い熱伝導率を提供する適切な強度のブランケットへと形成されることが可能である好適な長さ分布およびショット含有量を有する繊維の集塊に対する要求が存在する。さらに、細断処理または別様の処理を施すことにより定められた特性の低いショット集塊を形成することが可能である低いショット含有量を有する繊維の集塊に対する需要が存在する。

出願者らは、繊維旋回装置の設計が、ショット除去ステップを必要とすることなく、低ショットの溶融形成繊維の形成を可能にすることを見出した。

したがって、本発明は、
●溶融物質の供給源と、
●１つまたは複数のロータを含む旋回ヘッド部であって、各ロータは回転軸を有し、少なくとも１つのロータは、溶融物質の供給源から溶融物質を、ロータの１つの領域において受容するよう構成され、溶融物質はロータの当該領域に送達される、旋回ヘッド部と、
●少なくとも１つのロータの少なくとも１部分の周りに配置された複数のノズルまたはスロットであって、ガス流を供給するよう構成された、ノズルまたはスロットと、
●溶融物質から生産された繊維を受容するよう配置されたコンベアと、
●旋回ヘッド部とコンベアとの間の障壁であって、障壁の上方縁部は、１つまたは複数のロータの少なくとも１つのロータの回転軸を含む第１垂直面内に存在し、かつ、回転軸と、第１垂直面に直交し、かつ、領域を通る垂線を含む第２垂直面と、の交点と交わる、水平線の下方に存在し、水平線と、障壁の上方縁部と水平線および回転軸の交点とを結ぶ第１垂直面内の直線と、の間の狭角θは、４０°〜８５°の範囲である、障壁と、
を含む、溶融形成繊維を形成するための装置を提供する。

本明細書で記載の装置は、既存の配合の低ショット版を提供することを可能にする。１〜５０ｃｍの繊維長さが通常、係る装置から生産され、繊維分布は通常、１０ｃｍより大きい長さ（例えば２０ｃｍより大きい長さ、または３０ｃｍより大きい長さ）の繊維を含む。

したがって、とりわけ、本発明は、重量パーセントで、全成分、
ＳｉＯ_２：６２〜６８％
ＣａＯ：２６〜３２％
ＭｇＯ：３〜７％
その他：＜１％
を含み、
繊維は、２μｍより小さい、算術平均直径を有し、１０ｃｍより大きい繊維長さを有し、集塊は、４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショット含有量を有し、絡み合わせにより、
●１２８ｋｇ・ｍ^−３の密度、
●２５ｍｍの厚さ、
●４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショット含有量、
●５０ｋＰａより大きい引っ張り強度、
を有するブランケットに形成されることが可能である、
溶融形成生体溶解性繊維の集塊をさらに提供する。

「溶融形成生体溶解性繊維の集塊」は、０．５グラムより大きい、１グラムよりも大きい、１０グラムよりも大きい、１００グラムよりも大きい、１キログラムよりも大きい、または１０キログラムよりも大きい、任意の量を含む、大量の係る繊維、または係る繊維の集団を意味する。

本開示の範囲は、（参照することにより本明細書に援用される）請求項において示されるが、以下の非限定的な説明および図面を参照して本明細書に開示される任意の新規な発明の主題にも拡張される。

従来の繊維形成機械の概略図である。 本発明に係る空気リングを示す概略図である。 本発明に係る繊維形成機械の概略図である。 部分的に拡張された形態のガス噴流を示す、本発明に係る圧縮ガス噴流システムを示す概略図である。 典型的な繊維形成機械の寸法を示す概略図である。 それぞれ吹錬および旋回により生産されたアルミノケイ酸塩繊維（ＲＣＦ）に対する繊維直径分布を示す図である。 いくつかの異なる繊維に対する熱伝導率の値を示す図である。 ブランケットの引っ張り強度を測定するための装置を示す図である。 本発明を定めることにおいて使用される線および面を示す概略図である。 ロータの概略平面図である。 溶融物質供給源からロータ近傍領域に溶融物質が送達される様子を示す、図１０のロータの概略側面図である。 ＲＣＦ組成に関する実験の要約を示す図である。

繊維形成処理
上述のように、無機繊維を製造するための既知の方法は、繊維がロータから吹き飛ばされ、後続処理のために収集されるよう、所望の化学物質の溶融物質の流れを高速ロータに供給する（ロータの周囲に送風される場合も、送風されない場合もある）ことである。

この処理は、溶融物質の液滴がロータから吹き飛ばされ、溶融物質の「尾部」を引っ張り、それにより繊維が形成されることにより作用すると仮定される。液滴はショットの少なくとも１部分を形成する。

この処理が作用するためには、溶融物質の粘度が適切な値でなければならない。

溶融物質は、通常、溶融物質が好適な温度に保たれるよう加熱／絶縁手段を有する容器内に保持される。

粘度は温度に依存するため、溶融物質の温度を制御することが勧められる。各物質に対して、異なる温度範囲が最適な粘度を提供するであろう。理想的には、ロータに衝突する時点の溶融物質は、対象となる溶融物質の最適温度の±１５０℃内、好適には±１００℃内、さらに好適には５０℃内であるべきである。溶融物質の流れの温度を、容器から出る時点に（および理想的にはロータに衝突する時点に）（例えば高温計を使用して）監視し、この温度を使用して、溶融物質に供給する熱を制御することは有利である。

最良性能を確保するために、溶融物質の流れは、繊維形成処理が実施される間、可能な限り長く中断されてはならない。このことは、溶融物質の注入速度が、連続的な流れが提供されるよう、十分に高くなければならず、かつ、溶融物質の液滴に分断されるほど低速であってはならないことを意味する。

図１および図２では繊維形成装置が示されており、この繊維形成装置では、モータ装置１が、繊維形成領域３に収容されたロータ２を駆動する。なお繊維形成領域３は障壁４によりロータから遠隔にある端部において区切られる。障壁４を越えると、従来から「ウールビン」として知られる空間である５が存在する。ウールビン５では、使用時、繊維はコンベア６上に沈下し、それにより粗い繊維７のフリースが形成され、次に繊維７は、さらなる処理（例えば「穿刺」によりブランケットを形成する処理）へと進められる。抽出器８はコンベアの下から空気を吸い出し、それにより繊維がウールビンからコンベアへと引き下ろされることが支援される。

この装置は送風機９も含み、送風機９は、空気リング１２を通して、ロータ２後方の繊維形成エリアに送風（通常は５０ｋＰＡ以下で、または大気圧以上で）する。

単一のロータまたは３つ以上のロータが従来使用され得るが、図２では２つのロータを含むロータ２の構成が示されている。従来のように、１つのロータは他方のロータから離間され、他方のロータからわずか上方に置かれる。ずれの適切な角度、およびロータ２間の分離距離は設計に関する事項である。好適な角度および変位については、例えばＷＯ９２／１２９３９およびＷＯ２０１５／０５５７５８で論じられているが、通常、ロータは［２〜１０ｍｍ］の分離を有し、水平と、１つのロータの軸および他方のロータの軸を結ぶ線と、の間の角度は、［０〜１５°（通常）および２〜１０°（好適）］の範囲である。ロータの組立体全体は、ＵＳ４２３８２１３におけるように垂直から変位され得る。ロータのうちの１つまたは複数は、直接駆動機構内で少なくとも２つの離間したベアリングが駆動軸を支持する状態で、駆動軸の一方の端部に取り付けられ得る。直接駆動機構は、取付台においてショックアブソーバを用いて取り付けられる。

繊維は、溶融物質がロータの周縁部から吹き飛ばされる際に生産される。作られた後、繊維はロータからウールビンに移動されることが必要である。ロータからウールビンへの繊維の移動は、部分的には、繊維およびショットの残存速度により、部分的には、繊維の移動方向に対して略直角に移動し、次にウールビンに輸送されるガス（通常は空気）の使用により、なされる。使用される機器は一般に「空気リング」または「ストリッパリング」とよばれる。なおリングという名称は、旋回ロータの外側の周りで部分的な円形を形成する形状に由来する。図２から見られ得るように、空気リング１２は通常、金属ブロックに穴（通常は１ブロックあたり５０〜１００個の穴）を含み、送風機により送風される。

好適には、空気リングは、溶融物質の流れを分裂させることがないよう、可能な限りロータの周縁部の周りで延長する。例えば、所与のロータに対して、空気リングは、ロータ周縁部の１８０°を越えて、２００°を越えて、２２０°を越えて、または２４０°を越えて、延長し得る。

動作時は、溶融物が溶融物質の供給源２５［図１１］から溶融物の流れとしてロータ２上に落下し、吹き飛ばされて、繊維が形成される。繊維の形成は、部分的には送風機９からの空気流により支援される。溶融物供給源は、溶融される物質の性質に対して適切な任意種類を含み得る。係る溶融物供給源は、従来の技術であり、例えばＵＳ２０１２／０２４７１５６で例示されている。

通常、溶融物供給源は、溶融物の溶融成分を溶融および保持するためのチャンバと、必要時に溶融物の放出が可能となるようチャンバの基部に設けられたタッピング穴と、を含む。実際上は、溶融物がロータに対して一点に集中して衝突するほどの精度は不可能であり、供給源２５から領域２３への円錐２６は、溶融物が領域２３上でロータに対して着地することが可能となるような、可能な溶融物の流れの経路の範囲を示す。溶融物の流れは、領域２３を通る垂線を表す点線２０として概略的に示されている。垂線２０は、領域２３を通る（例えばロータ上の領域２３の重心を通る）任意箇所を通過し得る。溶融物が溶融物質２５の供給源に設けられたオリフィス２７から垂直に送達される場合、垂線２０は好都合に溶融物送達オリフィス２７の重心を通過し得る。

実際には、溶融物の流れが垂線から逸脱して領域２３内の任意箇所に着地し得るため、溶融物の流れが、対象となる溶融物に対して最適な位置に落下するのを保証するためには、ロータが可動となるよう構成することが必要であることが明らかである。通常、溶融物は、溶融物が遭遇する第１ロータに対して、ロータの前方半分（例えば、ロータの前方（コンベアに面する）表面からロータの深さの１／４〜１／２の範囲）上に衝突し、ロータの回転方向の前方または後方においてロータ軸を含む垂直面の０〜９０°内、通常は１８〜７２°（例えば１８〜３０°）内で衝突することが、好適である。領域２３のサイズは、供給源２４の幾何学的形状と、ロータに対する供給源２４の位置と、に依存するであろう。溶融物から生産された繊維は、ガス流によりロータから搬送され、障壁４の上方縁部を越えてコンベア６に向かう。ショットおよび短い繊維は障壁４のリップ部から廃棄物シュート１０（「ショットピット」と呼ばれる場合もある）に落下する。廃棄物シュート１０から、廃棄物のショットおよび繊維は粒化機に達する。粒化機は、処分または再利用のために、廃棄予備物を粉砕する。

出願者は、障壁４の上方縁部から廃棄物シュート１０への傾斜が、繊維が障壁４の上方縁部まで傾斜に沿って吹き上げられてさらなるショットおよび繊維の分離が生じ得る領域であると、以前は考えていた。

係る装置は通常、すべての他のパラメータを（例えばタップストリーム温度および注入速度が最適であることを）仮定すると、４５〜５０％のショット含有量を有するフリースを発生させる。

この装置に関する問題は、低圧空気システムを使用することにより、ロータから繊維を取り除くために高体積の空気が必要となり、それにより、廃棄物シュート１０内で乱流および渦巻きが生し、障壁４により当初止められたいくつかのショットが障壁４の傾斜に沿ってウールビン５へと吹き上げられる結果となるということである。

出願者らは、障壁の上方縁部をロータに対して低下させ、ロータから障壁までの距離を短縮することにより、渦巻き発生の可能性が低くなり、それにより、障壁から廃棄物シュートに向かって落下するショットおよび短い繊維が、障壁を越えて吹き戻される確率が低くなることを認識した。

図３および図４では、本発明に係る繊維形成装置が示されており、これらの図面では、同様の整数は、図１と同一の参照符号を示す。

この装置では、送風機８よりもむしろ、高圧の圧縮ガス（通常は、大気圧よりも１００ｋＰＡ高い）が、ロータ２の周りのリングに分布された一連の平坦なスプレー・ノズル１４に供給される。これにより、より効率的に繊維とショットとが分離され、それにより、より多量の繊維がウールビン５に移行し、より多量のショットが廃棄物シュート１０へと落下する。２次送風装置もロータの下方に提供され、２次送風装置は、繊維とショットとのさらなる分離を提供し、しかし、障壁から離脱する繊維の改善された流れも提供し、繊維を豊富に含むショットが導管を逆流してウールビンに達することを防止する。

好適なスプレー・ノズルは、固い縁部を有さない平坦なスプレー・パターンのためのものである。いくつかのスプレー角度を有するスプレー・ノズルが入手可能であり、出願者により使用された種類は、図４の拡大部分に示されたＤｅｌｅｖａｎ（登録商標）１／４ＡＣ２０ １５である。

この処理は通常、３０〜４５％のショット含有量をショット除去なしにアルカリ土類ケイ酸塩繊維に対して達成することを可能にする。

図５では、図１の構成が寸法とともに示されており、角度θが概略的に示されている。角度θの決定については、図９においてより詳細に示されている。

図９では、ロータの回転軸１６、および軸１６を含む垂直面１７が示されている。

平面１７は、交差線１９に沿って、直交する垂直面１８と交叉し、垂直面１８は、溶融物が送達されるロータ上の領域２３を通る垂線２０を含む。

直線２１は平面１７内に存在し、回転軸１６と平面１８との交差部分から障壁４の上方縁部まで延長する。

水平線２２は平面１７内に存在し、回転軸１６と平面１８との交点と交わる（回転軸１６が水平である場合、直線１６および直線２２は合致する）。角度θは、直線２１と水平線２２との間の角度である。

図１０では、装置の後部２４および障壁４により位置決めされたロータ２が平面図において示されている。領域２３は、ロータ２の回転方向において上部中心の前方にまたは後方に存在し得る。

表１では、図１の装置と図３の装置とが比較されている。

これらの設計間の主要な差異は、角度θが３０°に満たない角度から４０°を越える角度に増加したこと、および、空気速度が高くなったこと（４０ｍ・ｓ^−２を越える速度）である。この差異のために、図１の装置よりも図３の装置上で生成された所与の化学物質の繊維に対するショット含有量は低くなる。

加えて、角度の増加は、障壁の上方縁部をロータに近接させることにより、達成され得る。その結果、所与のウールビンの全長に対して、より長いコンベアの使用が可能となる。コンベアがより長いため、繊維の布設の均一性が改善される。

所与の化学物質、タップストリーム温度、およびロータ速度に対して達成される改善は、主にアルカリ土類ケイ酸塩繊維を参照して以下で示されるが、同様の改善が他の（アルミノ珪酸塩化学物質、およびアルカリ金属アルミノ珪酸塩を含むが、これらの限定されない）化学物質にも当てはまるであろう。以下は、最適な繊維生産において考慮される必要がある関連する変数のいくつかを示す。

タップストリーム温度
最適値は化学物質に依存する。特にシリカ含有量が約７０％より低いケイ酸カルシウムマグネシウム化学物質（例えば、上述のＳＵＰＥＲＷＯＯＬ ＰＬＵＳ）に対しては、タップストリーム温度が１３５０℃より低いか、または１６００℃よりも高い場合には、低品質の結果がもたらされ、好適には温度は１４５０℃±５０℃である。

対照的に、ケイ酸カルシウム化学物質（例えば、上述のＳＵＰＥＲＷＯＯＬ ＨＴ）に対しては、タップストリーム温度は、好適には１６５０〜１８００℃の範囲である。

ケイ酸マグネシウム化学物質に対しては、タップストリーム温度は、好適には１７５０〜１８５０℃の範囲である。

アルミノ珪酸塩化学物質に対しては、タップストリーム温度は、好適には１９５０〜２２００℃の範囲である。

ケイ酸アルミノカリウム化学物質に対しては、タップストリーム温度は、好適には２０５０℃を越える範囲である。

注入速度
最適注入速度は、ロータが、タップストリームを繊維に変換し、安定したタップストリームを確保する、能力に依存する。２０ｃｍ（８”）ロータに対して、良好な結果は通常、２５０ｋｇ／時〜８００ｋｇ／時の注入速度を用いて得られる。２５０ｋｇ／時より低い注入速度では、タップストリームは分解しがちであり、結果的に発生する「飛び散り」により、有害なショットが作られてしまう。好適には、係るロータに対して、注入速度は４００〜７５０ｋｇ／時である。

ロータ速度
２０ｃｍ（８”）ロータに対して、より細かい繊維がより高い回転速度によりもたらされ得るが、ロータ速度は好適には１５０００〜１７０００ｒｐｍ（約２５０〜３２０ｋｍ・ｓ^−２の加速度に相当する）である。これは、１２０００ｒｐｍ（本技術に対する通常の速度であり、かつ、約１６０ｋｍ・ｓ^−２に相当する）よりも実質的に大きい。速度が１００００ｒｐｍ（１１０ｋｍ・ｓ^−２に相当する）よりも低い場合の結果はあまり有益ではない。

請求される装置を使用するこれらの旋回条件下で生産された繊維を使用して形成されたブランケットは、より低速の線形速度で生産された繊維よりも、より低い熱伝導率およびショット含有量を有し、許容可能な機械的特性（例えば引っ張り強度など）を保持する。表示として、表２では、特定の繊維から形成された様々な密度のブランケットの通常の引っ張り強度およびショット含有量が示されている。

上記の表から、
●旋回繊維のブランケットに対する引っ張り強度は、吹錬繊維のブランケットに対する引っ張り強度よりも、顕著に高い値であり、このことは、取り扱いを顕著に支援し得ること、
●図１の装置から図３の装置に移行することにより、ショット含有量が著しく低下し、それに応じて熱伝導率も低くなること、
●旋回速度を大きくすることにより、吹錬繊維に匹敵する直径の繊維がより低いショット含有量で達成され得るため、熱伝導率が顕著に低下すること、
が見られ得る。

さらなる詳細については、以下の実施例で説明する。

実施例１
表３に示す化学物質のケイ酸カルシウムマグネシウム繊維が、１５，０００ｒｐｍの速度で回転する直径が２０．３ｃｍ（８”）のロータ上に誘導される１４５０±５０℃の温度のタップストリームを使用して、表１に与えられた寸法を有する図３に示す装置において生産された。表３では、実施例１の化学物質とＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＰＬＵＳの通常の組成とが比較され、通常の測定特性が示されている。

１２５．４ｋｇ・ｍ^−１・Ｋ^−１の密度を有する、実施例１の繊維から形成されたブランケットに対する熱伝導率が表４に示されており、１０００℃において０．２５〜０．２９Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１の通常の値を有するＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＰＬＵＳブランケットに対して顕著な改善を有する。

実施例２
表５に示す化学物質のケイ酸カルシウムマグネシウム繊維が、１５，０００ｒｐｍの速度で回転する直径が２０．３ｃｍ（８”）のロータ上に誘導される１６８０〜１７３０℃の温度のタップストリームを使用して、表１に与えられた寸法を有する図３に示す装置において生産された。表５では、実施例２の化学物質とＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＨＴの通常の組成とが比較され、通常の測定特性が示されている。

１１７．５ｋｇ・ｍ^−１・Ｋ^−１の密度を有するブランケットに対する熱伝導率が表６に示されており、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＨＴに対する０．３４Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１の１０００℃における通常値に匹敵する。

ブランケットの熱伝導率がプランケットの密度にも依存することが知られており、図７では、実施例１および実施例２に対する実験値とともに、ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＰＬＵＳおよびＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）ＨＴに対するブランケット密度に対する熱伝導率の市販の文献値、上述の吹錬および旋回されたＲＣＦ繊維が示されている。

見られるように、約２５０ｋｍ・ｓ^−２の加速度を与えるロータを用いて図３の装置を使用して生産された繊維は、市販製品よりも顕著に低く、実際に、吹錬されたＲＣＦよりも低い、熱伝導率を生成する。

これらの繊維は、１０００Ｃで０．２１Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１より低い熱伝導率および１２８ｋｇ／ｍ^３の密度の断熱ブランケットを生産するために使用することが可能である。これは、独自にこれらの繊維の特性（元来、細かく、低ショットで、極度に低い熱伝導率を有する）により可能である。

ブランケットの密度は、循環条件において特に重要であるブランケットの熱質量にも相関する。同等な組成の従来のブランケットよりも低い密度のブランケットに、要求される熱伝導率を提供することにより、本発明はブランケットの熱質量を低減させる。

図７において、それぞれＳＵＰＥＲＷＯＯＬ・ＰＬＵＳおよびＳＵＰＥＲＷＯＯＬ・ＨＴに対する線が、それぞれ実施例１および実施例２に対して示された熱伝導率に外挿されると、実施例１および実施例２の密度よりも２０ｋｇ／ｍ^−３以上の高い密度が、同一の熱伝導率に対して必要であることが示されるであろう。

本明細書で開示の装置が開発される以前では、係るブランケットの生産は不可能であった。ショットは、生産された繊維から他の方法を介して予想通りに除去されることが可能であったが、ショット洗浄操作により繊維が短くなってしまい、係る繊維の使用は、ブランケットの生産に対しては不適であった。

実施例３
アルミノケイ酸塩繊維が、２０ｃｍ（８”）ロータのペアを使用して図３で示す旋回装置上で試行され、ロータ速度は９０００／９５００ｒｐｍ（一方のロータが９０００、他方のロータが９５００ｒｐｍ）から、両方のロータが１５，０００ＲＰＭで回転する状態まで、階段状に増加された。繊維直径およびショット含有量が測定され、これらの測定結果および繊維組成が図１２で示されている。

ロータ速度が増加するにつれて、繊維直径およびショット含有量の両方が低下し、より高い速度において、吹錬ＲＣＦと同様の繊維直径を有する繊維がもたらされたが、旋回ＲＣＦと同様であるか、または旋回ＲＣＦよりも顕著に低いショット含有量がもたらされた。

実施例３の結果に照らして、出願者らは、
●より低いロータ速度を使用して本発明において請求される装置を使用して作られた物質を有する、実施例３のロータ構成および高いロータ速度（両方のロータが１４，５００ｒｐｍ）を使用して本発明において請求される装置を用いて作られたアルミノ珪酸塩物質と、
●市販の物質と、
を比較した。

実施例４
「標準的」な旋回耐熱性セラミック繊維は、通常の組成、
アルミナ ４６〜４８％
シリカ ５２〜５４％
を重量パーセントで有し、Ｃｅｒａｂｌａｎｋｅｔ（登録商標）（Ｍｏｒｇａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐｌｃの商標）により例示される。係る物質は、約５０％の４５μｍを越えるショット含有量を有する。

高いロータ速度（両方のロータが１４，５００ｒｐｍ）を使用して作られた同一組成の物質は、４３〜４６％の４５μｍを越えるショット含有量を有する。

Ｗ／ｍＫで表現されたＡＳＴＭ−Ｃ２０１により測定された１２８ｋｇ／ｍ^３のブランケットに関する熱伝導率に対する比較結果が表７に示されている。

実施例５
吹錬繊維は旋回繊維よりも微細になりがちであり、したがって、より低い熱伝導率を提供しがちである。しかし、吹錬繊維は旋回繊維よりも短くなりがちであり、吹錬繊維からブランケットをつくるのは困難である。吹錬繊維は、旋回繊維よりもショットを多く含みがちでもある。通常、吹錬ＲＣＦは、約５０％以上の４５μｍを越えるショット含有量を有し、同様の組成の旋回繊維を越えるショット含有量を有する。

高アルミナ（ＨＡ：Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎａ）ＲＣＦ繊維は、標準的なＲＣＦ繊維よりも高い温度用途を満足するものとして知られており、通称は吹錬される。なぜなら、従来は、旋回すること、またはブランケットにすることが困難であることが明らかであったためである。

ＨＡ繊維は、通常の組成、
アルミナ ５０〜５３％
シリカ ４７〜５０％
を重量パーセントで有する。

Ｗ／ｍＫで表現されたＡＳＴＭ−Ｃ２０１により測定された１２８ｋｇ／ｍ^３のブランケットに関する熱伝導率に対する比較結果が表８に示されており、表８では、
Ａ．４３〜４６％の４５μｍより大きいショット含有量を有する高いロータ速度（両方のロータが１４，５００ｒｐｍ）を使用して作られた、
アルミナ ５０〜５２％
シリカ ４８〜５０％
に基づく組成を有する旋回ＨＡ繊維と、
Ｂ．鉄またはチタン酸化物による３％までのアルミナの何らかの代替物を有する、
重量パーセントで
アルミナ ４６〜４８％
シリカ ５２〜５４％
の組成を有する「標準的」な吹錬耐熱性組成物（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社の商標である）Ｋａｏｗｏｏｌ（登録商標））と、
Ｃ．アルミナ５３％、シリカ４６％、残余不純物に基づく組成を有する市販のＨＡ製品と、
が比較される。

見られ得るように、本発明の装置上で生産された高アルミナ組成のＲＣＦの旋回繊維は、標準的な組成または高アルミナの組成のいかんに関わらず、吹錬ＲＣＦ繊維と比較して熱伝導率において優れている。

出願者らは、旋回繊維に匹敵する繊維長さを有し、低いショット含有量を有する、吹錬繊維に匹敵する繊維直径の繊維塊を提供する多様なアルミノケイ酸塩繊維（例えば、耐熱性セラミック繊維（ＲＣＦ）−アルミノ珪酸塩ウール（ＡＣＷ）としても知られる）を、本明細書で記載の方法および装置を使用して、作ることが可能であることを示した。係る物質は、以下でさらに説明するように、自動車用途を含む、多数の用途において有益となるであろう。

本発明を使用して繊維化され得る繊維は、例えば、
●任意のアルミノケイ酸塩繊維と、
●○重量パーセントで
ＳｉＯ２ ４５％〜８５％
アルカリ土類酸化物 １５％〜５５％
アルカリ土類酸化物および二酸化ケイ素以外の成分 ０〜２０％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２：７０〜８０％
ＣａＯ＋ＭｇＯ：１８〜２５％
その他：＜３％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７０〜８０％
ＭｇＯ １０〜２９％
ＣａＯ １〜９％
Ａｌ_２Ｏ_３ ＜３％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＣａＯまたはＡｌ_２Ｏ_３以外の成分 ０〜１９％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２：６２〜６８％
ＣａＯ：２６〜３２％
ＭｇＯ：３〜７％
その他：＜１％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ６５〜８６％
ＭｇＯ １４〜３５％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２以外の成分 ０〜２０％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７０〜８８．５％
ＭｇＯ １１〜２９．５％
ＳｒＯ ０．５〜１５．０％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＳｒＯ以外の成分 ０〜１８．５％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ≧７０％
ＭｇＯ ５〜２０％
ＳｒＯ ０．５〜１５．０％
ＣａＯ ０．５〜１５．０％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＳｒＯまたはＣａＯ以外の成分 ０〜２０％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ６５〜８６％
ＭｇＯ １４〜３５％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２以外の成分 ０〜２０％
（なおこれらの成分は、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、およびランタノイド酸化物（単数または複数）からなる群より選択される１つまたは複数の酸化物を含むが、これらに限定されない）
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７０±４％
ＭｇＯ ２２±４％
Ａｌ_２Ｏ_３ ６±３％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３以外の成分 ０〜１３％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７６±４％
ＭｇＯ １８±３％
ＣａＯ ３．５±２％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＣａＯ以外の成分 ０〜１１．５％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７６±４％
ＭｇＯ １８±３％
ＣａＯ ３．５±２％
Ａｌ_２Ｏ_３ １．５±１％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＣａＯまたはＡｌ_２Ｏ_３以外の成分 ０〜１１％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７６±４％
ＭｇＯ １８±３％
ＣａＯ ３．５±２％
Ａｌ_２Ｏ_３ １．５±１％
ＳｒＯ ０．５±０．５％
ＭｇＯまたはＳｉＯ_２またはＣａＯまたはＡｌ_２Ｏ_３またはＳｒＯ以外の成分 ０〜１１％
を含む繊維、
○重量パーセントで
ＳｉＯ_２ ７３〜７４．５％
ＣａＯ ２２．２〜２６％
ＭｇＯ ０．４〜０．８％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０．９〜１．４％
Ｋ_２Ｏ ０．５〜０．８％
を含む繊維、
○モルパーセントで
ＣａＯ＋ＭｇＯ ５０〜６４ｍｏｌ％
および
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２ ８０〜１００ｍｏｌ％
とともに
ＣａＯ ５〜６０ｍｏｌ％
ＭｇＯ ５〜６０ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜２５ｍｏｌ％
ＳｉＯ_２ １０〜３５ｍｏｌ％
を含む繊維、
を含むがこれらに限定されない任意のアルカリ土類ケイ酸塩繊維と、
●○モルパーセントで
Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜９０ｍｏｌ％
Ｋ_２Ｏ １２〜４０ｍｏｌ％
ＳｉＯ_２ ５〜８０ｍｏｌ％
（ただしＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ≧８０ｍｏｌ％）
を含む繊維、
○重量パーセントで
Ａｌ_２Ｏ_３ ３６±１．５重量％
Ｋ_２Ｏ ２５．５±１．５重量％
ＳｉＯ_２ ３１±１．５重量％
ＺｒＯ_２ ６．５±０．５重量％
ＭｇＯ １±０．２重量％
（ただしこれらの成分の合計は重量で９９％〜１００％である）
を含む繊維、
○例えばＵＳ２０１５／０１４４８３０で説明された、Ｎａ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＳｉＯ_２を含む繊維、
を含むがこれらに限定されない任意のアルカリ金属アルミノケイ酸塩繊維と、
●アルカリ土類アルミン酸塩と、
●アルカリ土類アルミノケイ酸塩と、
●○例えばＷＯ２０１５／０１１３９０で説明された、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＳｉＯ_２を含む繊維
○重量パーセントで
ＳｒＯ １８重量％〜５２重量％
Ａｌ_２Ｏ_３ ２５重量％〜７０重量％
ＳｉＯ_２ ０重量％〜３０重量％
Ｋ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ ２重量％〜１５重量％
を含む繊維
○重量パーセントで
Ａｌ_２Ｏ_３ ３２〜５０重量％
ＳｉＯ_２ ２１〜４５重量％
Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ２０〜２７．５重量％
を含むがこれらに限定されないアルカリ金属／アルカリ土類アルミノケイ酸塩
を含む繊維であって、
Ｋ_２Ｏ ０〜１５重量％
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ≧９０重量％
である繊維と、
●○周期表の第４〜１１族に属する元素の１つまたは複数の酸化物
○周期表の第３族に属する元素の１つまたは複数の酸化物
○ランタノイド（５７〜７１の原子番号を有する元素）の１つまたは複数の酸化物、および、
○ＳｎＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５
からなる群より選択される１つまたは複数の酸化物を含むがこれらに限定されない、さらなる１つまたは複数の酸化物または添加物を含む、上述の種類の繊維のうちのいずれかの繊維と、
を含むが、これらに限定されない、任意既知の溶融旋回繊維組成を含む。

試験方法
ショット含有量
ショット含有量は、ホソカワミクロン・エアジェットシーブ（ホソカワミクロン株式会社製）を使用して、ジェットシーブ方法により測定される。

繊維がシーブを通過することを確保するために、試料は、粉砕することにより、調整されなければならない。粉砕により繊維は短い長さに破断され、係る繊維は、もはや凝集状に絡まることがなく、ショットとして誤って測定されないであろう。次にジェットシーブは、超音波エネルギーを使用して、繊維を励起させ、繊維をシーブのメッシュに対して整列させる。次に、吸引により、繊維はメッシュを通過し、繊維は高効率粒子捕獲（ＨＥＰＡ：ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｒｒｅｓｔｉｎｇ）フィルタに収集される。シーブ処理の前後に試料の重量を測定することにより、ショットの割合を計算することが可能である。

詳細情報
試料の熱処理
湿気、または潤滑剤、または他の有機物質により繊維が「集塊」に集まることを回避するために、試料が係る物質を含むかどうか未知である場合には、任意の潤滑剤／有機物が乾燥および／または焼却されるよう試料を適切な温度（例えば６５０℃）に予熱することが適切である。

いくつかの物質は、以下のステップにおいて容易に粉砕されない場合がある。係る場合には、繊維が脆化されるよう熱処理を実施することが要求され得る。

係る熱処理に対する必要性は、以下のステップを試行した後、シーブ処理の後に試料を閲覧し、十分な繊維物質がシーブ内に保持され、その測定結果が所望レベルを越える精度であるかどうかを判定することにより、推定され得る。

粉砕
繊維の絡まりが分解され、ショットと繊維とが分離される他にも、シーブのメッシュを十分に通過可能となるよう繊維片が短くなるよう、試料は粉砕される必要がある。試料の粉砕は、ショットの性質が顕著に影響されることなく繊維が効率的に短縮される様式で、実施されなければならない。

試料（通常は５０〜１００ｇ、または使用されるダイに対して適切な任意のサイズ）は、ダイにおいて最小で１０ＭＰａ（好適には約１２ＭＰａ）で３回粉砕される。粉砕と粉砕との間に、試料は、集塊および密集箇所を分解するために、十分に攪拌され、それにより後続の加圧は、未粉砕物質に対して作用することが可能となる。

大部分の試料は、この処理により十分に粉砕されるであろうが、「頑固」な試料に対しては、さらなる反復が必要となり得る。特定の物質に対するさらなる反復、またはより高い粉砕圧力の必要性は、シーブ処理の後に試料を閲覧し、十分な繊維物質がシーブ内に保持され、その測定結果が所望レベルを越える精度であるかどうかを判定することにより、推定され得る。

重量測定
以下の仕様を満足するか、または係る仕様を越える天秤（例えば、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＭＳＥ１２０２Ｓ−１００−ＤＯ）が使用された。
●可読性 ０．０１ｇ
●繰り返し精度 ０．００５ｇ
●線形性 ０．０２ｇ
●範囲 ０〜８００ｇ

天秤皿はシーブ直径より大きい直径を有さなければならず、振動が最小化されるよう、堅固な基部上に配置されなければならない。

使用される蓋およびシーブ（以下を参照のこと）は最初に重量測定され、適切な量の粉砕された試料（通常は２０±０．５ｇ）が加えられ、最も近い０．０１ｇまで測定される。

シーブ処理
好適な装置は、エアジェットシーブように設計されたホソカワミクロン・エアジェットシーブならびに蓋、Ｎｉｌｆｉｓｋ ＧＤ９３０掃除機、およびステンレス鋼テストシーブ（ＢＳ４１０）を含む。本明細書で報告されるようにショット含有量を判定するために、４５ミクロンシーブが使用された。任意の好適なジェットシーブが使用され得る。

この装置を用いるシーブ処理は、
●蓋をシーブ上に置くステップと、
●シーブをジェットシーブ・ユニット上に置き、ジェットシーブ・ユニットに密閉するステップと、
●少なくとも４．７ｋＰａ（１９インチの水）の減圧下で１８０秒のシーブ時間を使用するステップと、
シーブ処理中に、必要に応じて、シーブを停止して、静電気により蓋に付着した任意の物質を払い落とすステップと、
を含む。

シーブ処理の後、シーブ、蓋、および保持されたショットは一緒に測定され、差によりショットの量が判定される。

引っ張り強度
ブランケットの分離強度は、室温で試験片の破断を生じさせることにより、判定される。

試料は、テンプレート（２３０±５ｍｍ×７５±２ｍｍ）を使用して切断される。試料は１１０℃で一定集塊まで乾燥され、室温まで冷却され、次にただちに測定および試験が実施される。

幅は、鋼尺を使用して、試験片の中間部において１ｍｍの精度まで測定され、試料の厚さは、各試料に対して（試料の両端において）ＥＮ１０９４−１ニードル方法を使用して測定される。

各試験に対して４つの試料の最小値が、製造の方向に沿って取られる。

試料は、試験中の滑りを防止するため、鋸歯状の圧締め表面を有する圧締めエリアにおいて少なくとも４０ｍｍ×７５ｍｍを有する１対の顎部を含むクランプにより、両端において圧締めされる。これらの寸法は、１５０±５ｍｍの試験されるべき非圧締めスパンを与える。クランプは試料厚さ（ノギスまたは定規を使用して測定される）の５０％に閉じられる。

クランプは引っ張り試験機（例えば、１ｋＮのロードセルを使用するＩｎｓｔｒｏｎ５５８２、３３６５、または引っ張り強度を試験するための少なくとも等価な機能の機械）に取り付けられる。

引っ張り試験機のクロスヘッド速度は、試験の実施中、一定して１００ｍｍ／分である。

試料が、試料の中心よりもクランプ顎部の近傍で破断した場合のあらゆる測定は、拒否される。図８では、良好な試験に対する、試験の前後における試料が示されている。

試験実施時における最大付加は、強度の計算が可能となるよう、記録される。

引っ張り強度は以下の式により求められる。

式中、
Ｒ（ｍ）＝引っ張り強度（ｋＰａ）
Ｆ＝最大分離強度（Ｎ）
Ｗ＝試験片の能動部分の初期幅（ｍｍ）
Ｔ＝試験片の初期厚さ（ｍｍ）
である。

試験結果は、製品のバルク密度とともに、これらの引っ張り強度測定値の平均として、表現される。

繊維直径
繊維直径の測定は多様な方法で行われ得る。本明細書で提示された値の判定に使用される、好適な方法は以下を含む。

試料分散
適量の繊維試料を、３２ｍｍアルミニウムＳＥＭ突出部上に取り付けられた２５ｍｍカーボンタブ（しばしばライトタブ（Ｌｅｉｔ ｔａｂ）と呼ばれる、カーボンを基礎とする導電性接着ディスク）上に均一に分散すること。分散は好適には、凝集を低減させるために乾燥方法により行われる。使用する簡便な製品は、Ｇａｌａｉ ＰＤ−１０粉末分散機であり、この粉末分散機は、真空を使用して繊維をチャンバ内に吸引し、そのチャンバから、繊維を突出部表面上に堆積させる。適量とは、突出部上に均一な被覆を提供する十分な量であるが、被覆が、測定を不正確にするほど密とはならない量を意味する（例えば０．０３〜０．３グラム）。

スパッタ被覆
試料を伝導性物質（例えば金属またはカーボン）で被覆すること。

撮像
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、試料のいくつかの領域から、いくつかの繊維を含む、いくつかの画像（例えば、５０、１００、２００、またはそれ以上の画像）を取ること。通常は１００〜３００くらいの繊維が測定されるであろう。再現性の目的のため、少なくとも５０の異なる画像から３００の繊維が測定されるであろう。

画像解析
各画像に対して、少なくとも３：１のアスペクト比を有するフォーカス内の任意の繊維は、画像を横切って配置された基準線に接触し、直径はＳＥＭ画像からの測定値により測定される。

この部分は、ＳＥＭにリンクされた画像解析ソフトウェア（例えばＯｌｙｍｐｕｓ Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨから入手可能なＳｃａｎｄｉｕｍ（登録商標）ｓｙｓｔｅｍ）を使用して半自動化され得る。

蓄積された繊維測定から、算術平均直径を計算する。

線と交叉する繊維に対してのみ直径は測定され、交叉の確率は繊維の長さに依存するため、この方法は長さで重み付けられた算術平均直径を提供する。

潜在的な用途
本発明の繊維、または本発明により生産された繊維は、関連する性能基準を満足するものであり、繊維性の無機物および特にアルカリ土類ケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩物質が従来使用されてきた任意の目的のために使用されることが可能であり、繊維特性が適切なさらなる用途において使用され得る。以下では、本願に対する関連する性能基準を満足する繊維が使用され得る用途に関連するいくつかの特許文献が参照される。本発明の繊維は、関連する性能基準を満足するこれらの用途のいずれかにおいて指定される繊維に代わって使用されることが可能である。関連する用途の要求を満足するよう作られた、または係る要求を満足する処理形態（例えば短繊維）の、繊維が使用され得る。

例えば、繊維は、
●バルク材として、
●マスチックまたは鋳造可能な組成物において（ＷＯ２０１３／０８０４５５、ＷＯ２０１３／０８０４５６）、または、湿潤物（ｗｅｔ ａｒｔｉｃｌｅ）の一部として（ＷＯ２０１２／１３２２７１）として、
●例えばブランケットの形態、畳まれたブランケット・モジュール、または高密度繊維ブロック（ＷＯ２０１３／０４６０５２）における、穿刺されるかまたは別様に絡み合わされた（ＷＯ２０１０／０７７３６０、ＷＯ２０１１／０８４４８７）組立体の物質における成分として、
●例えば、フェルト、真空警醒された形状（ＷＯ２０１２／１３２４６９）、または紙（ＷＯ２００８／１３６８７５、ＷＯ２０１１／０４０９６８、ＷＯ２０１２／１３２３２９、ＷＯ２０１２／１３２３２７）などの、穿刺されない組立体の物質の成分として、
●ボード、ブロック、およびより複雑な形状の成分（充填剤および／または結合剤を有する）（ＷＯ２００７／１４３０６７、ＷＯ２０１２／０４９８５８、ＷＯ２０１１／０８３６９５、ＷＯ２０１１／０８３６９６）として、
●複合材料（例えば繊維補強セメント、繊維補強プラスチック）における強化用成分として、ならびに、金属マトリクス複合材料の成分として、
○縁部保護材［ＷＯ２０１０／０２４９２０、ＷＯ２０１２／０２１２７０］、
○ミクロ多孔性物質［ＷＯ２００９／０３２１４７、ＷＯ２０１１０１９３９４、ＷＯ２０１１／０１９３９６］、
○有機結合剤および酸化防止剤［ＷＯ２００９／０３２１９１］、
○膨張性物質［ＷＯ２００９／０３２１９１］、
○ナノ繊維状構造繊維［ＷＯ２０１２／０２１８１７］、
○ミクロスフェア［ＷＯ２０１１／０８４５５８］、
○コロイド状物質［ＷＯ２００６／００４９７４、ＷＯ２０１１／０３７６１７］、
○指向性繊維層［ＷＯ２０１１／０８４４７５］、
○異なる基本重量を有する部分［ＷＯ２０１１／０１９３７７］、
○異なる繊維を含む層［ＷＯ２０１２０６５０５２］、
○被覆繊維［ＷＯ２０１０１２２３３７］、
○特定角度で切断されたマット［ＷＯ２０１１０６７５９８］、
［注意 上記の特徴の全部は、触媒体のための支持構造体以外の用途にも使用され得る］
○端部コーンの形態で［例えばＵＳ６７２６８８４、ＵＳ８１８２７５１］
を含む支持構造体を含む、自動車排気システム触媒コンバータおよびディーゼル粒子フィルタ（ＷＯ２０１３／０１５０８３）などの、汚染防止装置における触媒体のための支持構造体において、
●触媒体の成分として［ＷＯ２０１０／０７４７１１］、
●摩擦物質の成分（例えば自動車ブレーキ用［ＪＰ５６−１６５７８］）として、
●防火品のために［例えば、ＷＯ２０１１／０６０４２１、ＷＯ２０１１／０６０２５９、ＷＯ２０１２／０６８４２７、ＷＯ２０１２／１４８４６８、ＷＯ２０１２／１４８４６９、ＷＯ２０１３０７４９６８］、および所望により、１つまたは複数の膨張性物質、吸熱性物質、または膨張性ならびに吸熱性の両方を有する物質と組み合わせて、
●例えば、
○エチレンクラッカー［ＷＯ２００９／１２６５９３］、水素改質装置［ＵＳ４６９０６９０］のための断熱材として、
○鉄およびスティールを含む金属の熱処理のための炉内の断熱材として［ＵＳ４５０４９５７］、
○セラミック製造のための装置内の断熱材として、
使用され得る。

これらの繊維は、他の物質と組み合わせても使用され得る。例えば、本発明の繊維は、多結晶（ゾル・ゲル）繊維と組み合わせて［ＷＯ２０１２／０６５０５２］、または他の生体溶解性繊維とともに［ＷＯ２０１１／０３７６３４］、使用され得る。

繊維を含む本体は、他の物質から形成された本体と組み合わせても使用され得る。例えば断熱用途では、本発明に係る物質の層（例えばブランケットまたはボード）は、より低い最大連続使用温度を有する断熱材の層（例えば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維のブランケットまたはボード）に固定され得る［ＷＯ２０１０／１２０３８０、ＷＯ２０１１１３３７７８］。これらの層を一緒に固定することは、任意の既知の機構により、例えばブランケット内に固定されたブランケット・アンカーにより［ＵＳ４５７８９１８］、またはブランケットを通り抜けるセラミックネジにより［例えばＤＥ３４２７９１８−Ａ１を参照］、行われ得る。

本開示に係る方法および装置により提供されるショット含有量および繊維直径の他に例を見ない制御は、形成後のショット除去をほとんど必要としないかまたは全く必要としない繊維塊を提供し、市場で入手可能な現行の同等な製品よりも低い熱伝導率を有する製品を作ることを可能にする。

上記の開示は、例示によるものであり、当業者は、開示された装置上で生産された繊維または本開示に係る方法により生産された繊維に対する複数の用途を容易に見出すことが可能であろう。

Claims (15)

1. 溶融形成繊維を形成するための装置であって、前記装置は、
   ・溶融物質の供給源と、
   ・繊維形成領域ハウジングであって、
   ｉ．１つ以上のロータを含む旋回ヘッド部であって、各ロータは回転軸を有し、少なくとも１つのロータは、前記溶融物質の供給源から溶融物質を、前記ロータの１つの領域において受容するよう構成され、前記溶融物は前記領域に送達される、旋回ヘッド部、および、
   ｉｉ．前記少なくとも１つのロータの少なくとも１部分の周りに配置された複数のノズルまたはスロットであって、４０ｍ・ｓ^−１より大きい速度のガス流を供給するよう構成された、ノズルまたはスロット、
   を含む、繊維形成領域ハウジングと、
   ・障壁により区切られた繊維形成領域と、
   ・前記繊維形成領域から繊維を受容するために前記障壁を越えた位置に配置されるウールビンと、
   ・前記溶融物質から生産された繊維を、および前記ウールビンからの沈下物を、受容するよう配置されたコンベアと、
   を含み、
   前記障壁は前記ウールビンに向かって傾斜した構造を有し、
   前記障壁は前記旋回ヘッド部と前記コンベアとの間にあり、
   前記障壁の上方縁部は、前記１つ以上のロータの少なくとも１つのロータの回転軸を含む第１垂直面内に存在する水平線の下方に存在し、
   前記水平線は、前記回転軸と、前記第１垂直面に直交し、かつ、溶融物が送達される前記ロータの前記領域を通る垂線を含む、第２垂直面と、の交点と交わり、
   前記水平線と、前記障壁の前記上方縁部と前記水平線および前記回転軸の交点とを結ぶ前記第１垂直面内の直線と、の間の狭角θは、４０°〜８５°の範囲にあり、
   前記旋回ヘッド部、前記障壁、および前記コンベアは、前記ガス流により搬送される繊維が前記障壁の前記上方縁部を越えて前記コンベアに達することが可能となるよう、配置される、装置。
2. 前記１つ以上のロータのうちの少なくとも１つのロータは、前記ロータの周縁部において、２００ｋｍ・ｓ^−２を越える加速度を有する、請求項１に記載の装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の装置の使用を含む、溶融形成繊維を形成するための方法であって、
   ・前記１つ以上のロータのうちの少なくとも１つのロータに対して、前記ノズルまたはスロットからガス流を流す間に、
   ・前記溶融物から生産された繊維が、前記ガス流により、前記ロータから搬送され、前記障壁の前記上方縁部を越えて、前記コンベアに達し、
   ・前記上方縁部を越えない物質は拒否されるよう、
   ・溶融物質の流れを前記ロータのうちの１つ以上のロータに衝突させること
   による、方法。
4. 前記溶融物質の流れは、前記溶融物から生産された前記繊維がアルミノケイ酸塩繊維となるような組成である、請求項３に記載の方法。
5. 前記溶融物質の流れは、前記溶融物から生産された前記繊維がアルカリ土類ケイ酸塩繊維となるような組成である、請求項３に記載の方法。
6. 前記繊維は、重量パーセントで、
   ＳｉＯ_２ ４５％〜８５％
   アルカリ土類酸化物 １５％〜５５％
   アルカリ土類酸化物および二酸化ケイ素以外の成分 ０〜２０％
   を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記繊維は、重量パーセントで、
   ＳｉＯ_２ ６５〜８６％
   ＭｇＯ １４〜３５％
   ＭｇＯまたはＳｉＯ_２以外の成分 ０〜２０％
   を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記溶融物質の流れは、前記溶融物から生産された前記繊維がアルカリ金属アルミノケイ酸塩繊維となるような組成である、請求項３に記載の方法。
9. 前記繊維は、モルパーセントで、
   Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜９０ｍｏｌ％
   Ｋ_２Ｏ １２〜４０ｍｏｌ％
   ＳｉＯ_２ ５〜８０ｍｏｌ％
   を含み、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ≧８０ｍｏｌ％である、請求項８に記載の方法。
10. 前記繊維は、重量パーセントで、
    Ａｌ_２Ｏ_３ ３６±１．５重量％
    Ｋ_２Ｏ ２５．５±１．５重量％
    ＳｉＯ_２ ３１±１．５重量％
    ＺｒＯ_２ ６．５±０．５重量％
    ＭｇＯ １±０．２重量％
    を含み、前記成分の合計は９９重量％〜１００重量％である、請求項９に記載の方法。
11. 重量パーセントで全成分、
    ＳｉＯ_２：６２〜６８％
    ＣａＯ：２６〜３２％
    ＭｇＯ：３〜７％
    その他：＜１％
    を有する、溶融形成生体溶解性繊維の集塊であって、
    前記繊維は、２μｍより小さい、長さで重み付けられた算術平均直径を有し、１０ｃｍより大きい繊維長さを有し、前記集塊は、４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショットのショット含有量を有し、穿刺により絡み合わせることにより、
    ・１２８ｋｇ・ｍ^−３の密度、
    ・２５ｍｍの厚さ、
    ・４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショット含有量、
    ・５０ｋＰａより大きい引っ張り強度、
    を有するブランケットに形成されることが可能である、集塊。
12. 重量パーセントで全成分、
    ＳｉＯ_２：７０〜８０％
    ＣａＯ＋ＭｇＯ：１８〜２５％
    その他：＜３％
    を有する、溶融形成生体溶解性繊維の集塊であって、
    前記繊維は、２μｍより小さい、長さで重み付けられた算術平均直径を有し、１０ｃｍより大きい繊維長さを有し、前記集塊は、４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショットのショット含有量を有し、穿刺により絡み合わせることにより、
    ・１２８ｋｇ・ｍ^−３の密度、
    ・２５ｍｍの厚さ、
    ・４５μｍより大きく、かつ３５重量％より小さいショット含有量、
    ・５０ｋＰａより大きい引っ張り強度、および
    ・１０００℃で０．２６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の熱伝導率、
    を有するブランケットに形成されることが可能である、集塊。
13. 前記集塊は重量％で全成分、
    ＳｉＯ_２ ７３〜７４．５％
    ＣａＯ ２２．２〜２６％
    ＭｇＯ ０．４〜０．８％
    Ａｌ_２Ｏ_３ ０．９〜１．４％
    Ｋ_２Ｏ ０．５〜０．８％
    を有する、請求項１２に記載の集塊。
14. 請求項１１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の集塊を含む溶融形成生体溶解性繊維ブランケット。
15. ５８乃至１８２ｋｇ・ｍ^−３の範囲の密度を有し、０．３９ｋＰａ／ｋｇ・ｍ^−３より大きい引っ張り強度対密度比を有する、請求項１４に記載のブランケット。

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