JPH0351819B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、鉄鋼、窯業、化学プラント等の工業
用加熱炉等の内側に設けられる耐火断熱材等に適
し剥離強度に優れた耐熱性無機繊維成形体及びそ
の製造方法に関する。 （従来の技術） 従来より、工業用加熱炉の断熱材として、
Al₂O₃40〜60重量％（以下％は重量％である）
SiO₂60〜40％、を含有する非結晶質のセラミツ
クフアイバーのブランケツト状成形体が広く用い
られている。これらのセラミツクフアイバー成形
体の最高使用温度は1200℃であるので、更に高温
の工業加熱炉に用いるため、近年Al₂O₃70〜95
％、SiO₂5〜30％のいわゆる結晶質アルミナフア
イバーが開発された。 しかし、結晶質アルミナフアイバーは非晶質セ
ラミツクフアイバーに比べて強度が弱いため、セ
ラミツクフアイバーで用いられているニードルパ
ンチによる成形方法では繊維が粉々になりやすく
強度の高い成形体を得ることは困難であつた。こ
のため結晶質アルミナフアイバーの場合は、アル
ミナフアイバーを一度水中に解綿した後、バイン
ダーを添加してフエルト状にする湿式成形により
成形体を製造していた。しかし、この方法では解
綿時に繊維の長さが数mmに切断されるため、繊維
同志のからみ合いが少なく、有機質糊剤が高温で
焼失した後は引張り強度が50〜100ｇ／cm²まで低
下する上、剥離強度も５ｇ／cm²と低いものであつ
た。 ここで言う繊維成形体の引張り強度とは、繊維
積層体の長さ・幅方向の強度であり、剥離強度と
は繊維積層厚み方向の強度である。 一方、繊維を紡糸・積層直後の長さに保つた状
態で使用する試みとして、有機質不織布を補強材
としてアルミナ繊維積層体をニードルパンチ成形
してマツトを得る方法（特開昭60−110439号公
報）が提案されているが、ニードルパンチ形成の
際にアルミナ繊維が粉々になること及び高温で使
用する時、有機質不織布が焼失すると共に成形体
の密度が低下するため剥離強度を高めることがで
きないという欠点があつた。 さらに特開昭60−252717号公報にはアルミナ繊
維の焼成前の前駆体積層体にニードルパンチ成形
し、その後焼失してブランケツトを得る方法が提
案されている。この方法は、従来の方法に比べ強
度の高いブランケツトを得ることができるとされ
ているが、この方法においても剥離強度は１ｇ／
cm²以下で極めて低いものであつた。また、引張り
強度の高い成形体を得る方法として高価なニード
ルパンチ成形機を用いずとも前駆体積層体を加
湿、加圧成形することにより高密度と効果が上が
つているが、この場合も剥離強度が極めて低いも
のしか得られていなかつた。 （発明が解決しようとする問題点） 以上の如く、従来技術では、高耐熱性である結
晶質アルミナ繊維の高温での引張り強度に加え高
い剥離強度を有した成形体を製造することは困難
であつた。 （問題を解決するための手段） 本発明は、この問題を解決し剥離強度の優れた
耐熱性無機繊維成形体及びその製造方法を提供す
るものである。即ち、本発明は、以下を要旨とす
る耐熱性無機繊維成形体及びその製造方法であ
る。 (1) 耐熱性無機短繊維積層体中に連続繊維糸が縫
製されてなることを特徴とするアルミナ質の耐
熱性無機繊維成形体。 (2) 前駆体短繊維積層体を焼成して耐熱性無機繊
維成形体を得る方法において、前記前駆体短繊
維積層体を前駆体連続繊維糸で縫製処理し、そ
の後焼成することを特徴とするアルミナ質の耐
熱性無機繊維成形体の製造方法。 (3) 前駆体連続繊維糸が、前駆体連続繊維と補強
物質との複合物からなることを特徴とする特許
請求の範囲第２項に記載のアルミナ質の耐熱性
無機繊維成形体の製造方法。 以下、本発明をさらに詳しく説明する。 本発明の第１発明は、耐熱性無機短繊維積層体
中に連続繊維が縫製されてなる耐熱性無機繊維成
形体である。このようなものを製造するには、後
記する本発明の第２発明による方法は、成形体の
厚みを均一かつ容易に調整することができるので
最も望ましいが、これに限られることはない。す
なわち、耐熱性無機短繊維積層中の前駆体（未焼
成物）を連続繊維糸の前駆体で縫製後焼成する方
法（すなわち第２発明）、前記前駆体積層体を焼
成した連続繊維糸で縫製後焼成する方法、さらに
は耐熱性無機短繊維積層体を連沿繊維糸で縫製す
る方法などが採用される。縫製は、上下糸による
縫合、上糸のみによる植糸等いずれであつてもよ
い。 耐熱性無機短繊維積層体と連続繊維糸の成分
は、同一である場合において好ましい結果を与え
ることが多いが、本発明では必ずしもそのように
する必要はない。 耐熱性無機短繊維積層体に対する連続繊維糸の
割合は、本発明の耐熱性無機繊維成形体の使用目
的に応じて全く自由に変化させることができる
が、重量比率で20％以下とするのが望ましい。そ
れ以上の割合としても剥離強度の増大効果は認め
られず、かえつて高価な連続繊維糸を多量に使う
ため経済上適当でなくなる。同様な理由により、
連続繊維糸による処理密度は、少くとも３cm²あた
り１ヶ所が好ましく、特に１cm²あたり１〜４ケ所
である。 耐熱性無機短繊維積層体と連続繊維糸は、それ
ぞれ市販品はあるのでそれを用いることができ
る。さらには、それらの前駆体をも含めて、特開
昭61−174422号公報、特開昭55−30467号公報、
特公昭55−36726号公報等により製造することも
できる。 本発明の耐熱性無機繊維成形体の成分として
は、Al₂O₃60〜100％、SiO₂、MgO、ZrO₂、
Cr₂O₃及びB₂O₃から選ばれた１種又は２種以上40
〜０％が好適である。具体的には、Al₂O₃系、
Al₂O₃−SiO₂系、Al₂O₃−MgO−（SiO₂）系、
Al₂O₃−ZrO₂−（SiO₂）系、Al₂O₃−Cr₂O₃−SiO₂
系、Al₂O₃−B₂O₃−SiO₂系などである。 次に、本発明の第２発明である耐熱性無機繊維
成形体の製造方法について説明する。 本発明に用いられる前駆体繊維は水溶性有機重
合体を添加して高粘度とした金属塩溶液を紡糸し
て得られる。紡糸液は、例えばマグネシウム、ジ
ルコニウムなどの水溶性金属塩やコロイダルシリ
カなどを含んだオキシ塩化アルミニウム水溶液
に、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサ
イドなどの水溶性有機重合体水溶液を添加した
後、減圧濃縮するなどの方法で得ることができ
る。この様にして得た紡糸液を押出し法、遠心法
など通常用いられている紡糸法で紡糸すれば前駆
体繊維が得られる。例えば、遠心法による場合
は、中央に開孔部を有する回転円盤の表面に５〜
20ポイズの紡糸液を供給し紡糸した後、高速の空
気流により延伸、乾燥され、集積したものはマツ
ト状の前駆体短繊維積層体となる。 前駆体連続繊維糸は、例えば押出し法により
1000〜4000ポイズの紡糸液を連続的に紡糸するこ
とにより得られ、繊維長が無限の糸状前駆体繊維
である。 前駆体連続繊維糸は、そのまま、または補強物
質と複合して用いられる。補強物質は、前駆体連
続繊維糸を縫製する時の糸の強度を上げるため縫
製方法に応じて使用され、ガラス繊維、炭素繊
維、有機繊維等の高強度連続繊維及び／又はシリ
カゾル、アルミナゾル、ポリビニルアルコール等
の無機質・有機質結合剤から選ばれる。成形体の
特性上、補強物質は焼成により焼失する有機物質
が好ましい。前駆体連続繊維糸の前駆体短繊維積
層体に対する好ましい配合割合は、重量比率で20
％以下であり、また、好ましい縫製処理密度は、
少くとも３cm²あたり１ケ所以上特に好ましくは１
cm²あたり１〜４ケ所であることは上記したとおり
である。 前駆体連続繊維糸は、前駆体短繊維積層体と焼
成により同種金属酸化物を与えるのが好ましい場
合が多い。これは、縫製時及び焼成時に前駆体連
続繊維糸と積層体中の短繊維との付着、反応等の
相互作用による絡まり合いが起こり易く、結果と
して成形体の強度を増加させるためである。また
再加熱時の熱膨張収縮等の特性が糸と積層体とで
同じであり成形体の特性を劣化させることもな
く、不純物となる成分がないため他成分との化学
反応による劣化もない。しかし目的に応じて異種
の金属酸化を与えるものを用いることも可能であ
り、限定されるものではない。 連続繊維糸による縫製は、その方法や装置には
限定されず前駆体短繊維積層体中に前駆体連続繊
維糸が残存するのであればいずの方法・装置を使
用してもよい。例えば、上下糸による縫合、上糸
のみによる植糸等いずれも採用することができ、
縫製後の糸の状態には限定されない。縫製装置と
しては、例えばキルテイングマシン等があげら
れ、前駆体短繊維積層体をローラーにより連続的
に送り込み一般の材料同様のミシン針による縫製
を行なうことができる。 縫製後の焼成は、1000〜1400℃好ましくは1200
〜1350℃で行なわれる。 1000℃未満では線位の強度が不充分であり、か
つ高温での再加熱収縮が大きく耐火断熱繊維成形
体として実用に適さない。また1400℃を越える温
度で加熱しても繊維の性能は特に向上せず、むし
ろ強度が低下して経済的でない。 （実施例） 以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に
説明する。 実施例 １ オキシ塩化アルミニウム水溶液に焼成後の組成
がAl₂O₃80％、SiO₂20％になる様な割合にコロイ
ダルシリカ（日産化学スノーテツクス）を添加し
た後、10％ポリビニルアルコール水溶液（「デン
カポバールＢ−05」）の10％水溶液）をアルミナ、
シリカの合計量に対してポリビニルアルコールが
12％になる様な割合に添加し濃縮してなる粘度15
ポイズの水溶液を紡糸原液とし、中央に開孔部を
有する回転円盤を用いて紡糸して積層厚み50mmの
前駆体短繊維積層体を得た。 前駆体連続繊維糸は、前駆体連続繊維960フイ
ラメントを１本の糸として用いた。なお前駆体連
続繊維は、前記前駆体短繊維積層体の原料と同一
の原料を用い、ポリビニルアルコールの割合を15
％、紡糸原液の粘度を1500ポイズとし、乾式押し
出し紡糸により得た。 前駆体短繊維積層体への前駆体連続繊維糸の縫
製は、積層体を厚み20cmに圧縮した状態で前駆体
連続繊維糸を上糸として積層体へ植糸することに
より行つた。縫製処理密度は、焼成後１ケ所／cm²
となるよう植糸のピツチを設定した。 焼成はトンネル炉にて室温から800℃まで30分
間、800℃から1300℃まで15分間、1300℃に10分
間保持する様に焼成し、焼成体を得た。 実施例 ２ 実施例１と同じ前駆体短繊維積層体、前駆体連
続繊維糸を用い、縫製処理密度を変えて処理し無
機繊維成形体を得た。 実施例 ３ 積層厚み30mmの前駆体短繊維積層体を用いた以
外は実施例１と同様にして無機繊維成形体を得
た。 比較例 １ 実施例１で得た前駆体短繊維積層体をそのまま
焼成して無機繊維成形体を得た。 比較例 ２ 実施例１で得た前駆体短繊維積層体をニードル
パンチ処理（処理密度７ケ所／cm²）した後焼成し
て無機繊維成形体を得た。 以上のように得られた無機繊維成形体のカサ比
と剥離強度の測定結果を表に示す。剥離強度は、
50×50×（厚み）mmの試験体を切り出し、その上
下面に平板を接着し垂直引張り試験により測定し
た。

【表】

【表】 実施例 ４ 実施例１に準じて、Al₂O₃70％、SiO₂28％、
Cr₂O₃又はB₂O₃2％の成形体を製造し試験したと
ころ、実施例１とほぼ同程度の好成績が得られ
た。 （発明の効果） 本発明の耐熱性無機繊維成形体は、剥離強度が
飛躍的に高くなり、例えばニードルリングパンチ
成形したものに比べて数十〜数百倍に達する。ま
た、ニードルリングパンチ成形による繊維切断の
問題もほとんど起こらない。 そのため、本発明の耐熱性無機繊維成形体は耐
火断熱材等として使用するに充分な引張り強度が
保持される。さらには、焼成により積層体と同種
金属酸化物を与える糸を縫製することにより、高
温使用時の不純物に起因する劣化の心配もなく、
繊維の特性を生かした耐熱性無機繊維成形体が容
易に製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性無機短繊維積層体中に連続繊維糸が縫
   製されてなることを特徴とするアルミナ質の耐熱
   性無機繊維成形体。 ２ 前駆体短繊維積層体を焼成して耐熱性無機繊
   維成形体を得る方法において、前記前駆体短繊維
   積層体を前駆体連続繊維糸で縫製処理し、その後
   焼成することを特徴とするアルミナ質の耐熱性無
   機繊維成形体の製造方法。 ３ 前駆体連続繊維糸が、前駆体連続繊維と補強
   物質との複合物からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のアルミナ質の耐熱性無機
   繊維成形体の製造方法。