JPH04331744A - 繊維補強泡ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軽量建材、断熱材等に利
用される泡ガラスにかかり、特に泡ガラス中に繊維を導
入した繊維補強泡ガラスに関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】泡ガラスの脆性を改善するた
めに、補強材としての各種線材を内在させることはよく
知られるところである。実開昭５０−１５４６１５　号
にアスベスト、ロックウール等の鉱物短繊維を混在した
ガラス質発泡セラミック体が、また特開昭６０−３６３
８４号、特開平２−１４５４９１号にはアルミナファイ
バーやステンレスファイバー等の耐熱性繊維を含んでな
る繊維補強発泡　（多孔）　セラミックが開示されてい
るようにセラミックファイバーや耐熱金属繊維を用いる
ことは公知であるが、非酸化物系セラミック繊維を用い
ることについては開示、示唆されておらず、また耐熱金
属繊維についても格別の処理を施すことについては言及
しておらず、後段詳述するように効果的な補強作用を呈
し得ない。

【０００３】本出願人の出願にかかる特開昭６４−８７
５３２号にはガラス質多泡体中に繊維長が０．１　〜３
ｍｍの繊維状材料を混入分散してなること、該繊維状材
料の好適具体例としてウオラストナイト、石綿、アタパ
ルジャイト、セピオライト等を、不適当な例として長さ
０．００２ｍｍ　のＳｉＣ　ウィスカーを開示したが、
前記ウィスカーはきわめて微細であって記載の如く補強
効果を奏し得ない。

【０００４】さらに本出願人の出願にかかる特開昭６３
−３１９２３２　号には鋼線を含有したガラス質多泡体
に関し、鋼線の熱膨張係数、長さ、太さ（横断面積）お
よびガラス質多泡体中の含有量を規定し、さらに鋼線と
して特定のフェライト系耐食鋼を採用し、加えてその横
断面形状や表面形状を特異とすること等を開示した。こ
れら特定条件を付すことにより鋼線のガラスマトリック
ス中の接続掛止作用を向上することができるが、製品の
吸水率が上昇する等不都合な点が少なくなく、より一層
の補強効果も望まれる。

【０００５】なお別の開示例では、例えば特開昭５４−
６４５０７号、特開昭６１−９１０７８号等には天然ガ
ラス等の高軟化点の泡ガラス原料に炭化珪素や窒化珪素
などを導入、熱処理することにより炭素分、窒素分を分
解気化して発泡剤として作用せしめることが開示されて
いるが、勿論本発明とは目的、構成、作用効果を全く異
にする。

【０００６】すなわちこれら開示例には非酸化物系セラ
ミック繊維の導入については開示されておらず、あるい
は開示されていても径や長さが不適当である等補強を目
的とするうえでは効果的な作用を呈し得ず、また格別の
処理を施した、あるいは特定の物理化学的性質を有する
金属繊維の導入についても開示示唆されていない。

【０００７】本発明者等は非酸化物系セラミック繊維が
概して他のセラミック、ガラス等の繊維に比べ引張強度
において格段と優れ、引張弾性率も高いこと、９００　
℃以下の熱処理温度では比較的安定していてガラス成分
による侵食を受け難いこと、他方金属繊維は低廉容易に
入手でき、その表面処理を施すこと等により新たなガラ
スとの界面特性を発揮し優れた補強作用を発現すること
などの知見をもとに泡ガラスの補強材について鋭意検討
の結果、本発明を完成するに到ったものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明は繊維補強泡ガ
ラスに関し、アルカリ珪酸系泡ガラスに非酸化物系セラ
ミック繊維および／または表面酸化層を有する金属繊維
を分散してなること、前記繊維の径が平均５ないし５０
０　μｍ　、長さが平均２ないし３０　ｍｍ　であるこ
と、さらに前記繊維を泡ガラス中に０．５　ないし５ｖ
ｏｌ％分散含有せしめてなること、加えて前記金属繊維
が予め表面酸化膜を形成した金属、あるいは泡ガラス形
成温度域において酸化性金属であること、前記金属繊維
の表面酸化膜の形成を、泡ガラスの破壊靱性試験におけ
るアコースティックエミッションの放出度合いより評価
判定するにあたり、表面酸化膜を形成した金属繊維繊維
を分散せしめた泡ガラスの単位面積当たりアコースティ
ックエミッション放出数またはエネルギー量が、酸化膜
を形成しない金属繊維を分散せしめた泡ガラスの５倍以
上であること、さらに加えて前記アルカリ珪酸系泡ガラ
スがソーダ石灰系ガラス組成であり、繊維が炭化珪素繊
維、予め酸化膜を形成したステンレス繊維、酸化性の軟
鋼繊維、アルミニウム合金繊維また亜鉛合金繊維より選
択される１種以上であること、さらに好適には泡ガラス
原料に発泡剤としての炭酸ストロンチウムまたは炭酸バ
リウムを含んでなることから成る。

【０００９】アルカリ珪酸系ガラスはＳｉＯ２を主体と
し、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ　、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸
化物、あるいは更にＣａＯ　、ＭｇＯ　、ＢａＯ　等の
アルカリ土類金属酸化物または二価金属酸化物を含むガ
ラスで、軟化温度が殆ど８００　℃以下である。発泡は
軟化温度ないしそれより略１００　℃高い温度範囲、す
なわち９００　℃以下で良好に発現する。好適なものと
しては板ガラスや容器ガラス等に汎用されるソーダ石灰
系ガラスがあり、その軟化温度は７００　℃強、従って
発泡温度は当該温度ないし８００　℃強である。該成分
系のガラスは板ガラス屑や容器ガラス屑として低廉容易
に入手できるので、それを粉砕して原料ガラス粉を調製
する。

【００１０】非酸化物系セラミック繊維はシリコン、チ
タン、アルミニウム等の炭化物、窒化物、あるいはＳｉ
−Ａｌ−Ｏ−Ｎ　等で代表される酸窒化物等の複合化合
物をも含むもので、前記発泡温度においては比較的安定
していてガラスとの反応もなく、また引張等の機械的強
度に優れ、弾性率も高いという特性を有する。

【００１１】非酸化物系セラミック繊維材料においては
、前記機械的特性に加え、高温（１０００℃以下）安定
性に優れ、非酸化物系繊維のうちでは比較的低廉で入手
容易な炭化珪素繊維を推奨するものである。

【００１２】金属繊維は前記したごとく予め表面酸化膜
を形成した金属、あるいは泡ガラス形成温度域において
酸化性金属を採用する。前者においては各種ステンレス
繊維が入手容易で最も一般的であるが、勿論これに限定
するものではない。これらは熱処理その他の適宜手段に
より容易に表面酸化膜を形成することができる。該酸化
膜の形成は泡ガラスの破壊靱性試験におけるアコーステ
ィックエミッション（＝　音響放出、以下ＡＥという）
　の活性度等より評価判定でき、すなわち予め表面酸化
膜を形成しない金属繊維を導入した泡ガラスに比べＡＥ
放出数、またはＡＥエネルギー量が増大するが、そのい
ずれかが５倍以上であれば充分に酸化膜が形成されたこ
とを示し、泡ガラスの靱性の格段の向上が見込める。

【００１３】後者の泡ガラス成形温度域で酸化性を有す
る金属とはアルカリ珪酸系泡ガラス、例えばソーダ石灰
系泡ガラスの成形好適温度域、すなわち９００℃以下程
度で表面酸化し易い金属繊維をいい、好適には軟鋼繊維
、亜鉛合金繊維、アルミニウム合金繊維等が含まれる。

【００１４】これら酸化膜を形成した金属繊維あるいは
成形過程で酸化膜を形成する金属繊維は酸化膜を介して
泡ガラスマトリックスと金属繊維を適度に接着し、かつ
泡ガラスマトリックスの破断に際して適度に引抜けて泡
ガラスに靱性を与えるものである。

【００１５】これら繊維の径は繊維材質にもよるが、平
均５ないし５００　μｍ　の範囲とするもので、概して
５μｍ　未満では荷重負荷に際して破断し易い。例えば
軟鋼繊維、亜鉛合金繊維等延性に富む繊維では５０μｍ
　以上とするのが好ましい。また５００　μｍを越える
とその分ガラスマトリックスとの接触面積が低下し、補
強、すなわち接続掛止作用を不充分とする。特に炭化珪
素繊維等のセラミック繊維においては１００　μｍ　を
越えると柔軟性に欠け、脆性が発現し易いので１００　
μｍ　以下とするのが好ましい。

【００１６】また長さは平均２ｍｍないし３０ｍｍの範
囲とするもので、２ｍｍ未満では荷重負荷に際して引抜
けが容易となって補強作用が不充分であり、３０ｍｍを
越えるとガラス原料との混合に際して繊維相互の絡み等
により局在化して均一分散を不充分とする。さらにこれ
ら繊維の混入量は０．５　ｖｏｌ％ないし５ｖｏｌ％の
範囲が有効であり、０．５ｖｏｌ％未満では補強作用が
不充分であり、５ｖｏｌ％を越えると繊維の絡み等によ
り混合を困難とし均一分散が不充分となり、特に鉄鋼等
の重質金属繊維の場合はそれ自体比重が大きく、従って
泡ガラスの比重を上昇するという欠点がある。

【００１７】なお本発明における非酸化物系セラミック
繊維と金属繊維を適宜併存させることは本発明を逸脱す
るものではなく、また公知の他の補強材、例えばフレー
クや粒状のもの等の更なる併存は本発明を妨げるもので
はない。

【００１８】繊維補強泡ガラスの製造は公知の手段を採
用でき、すなわち原料ガラス粉と、少量の炭酸カルシウ
ム等の発泡剤、および繊維を乾式または湿式下で混合し
、成形枠に投入し、または予めプレス等により成形体と
し、これらを加熱炉内で熱処理発泡せしめればよい。 あるいは前記成形枠に替え、上下一対の耐熱無端ベルト
間に前記混合原料を投入し、そのまま加熱炉に導いて熱
処理すれば連続成形が可能である。

【００１９】また、泡ガラスは例えば緻密層、中間層、
高発泡層の三層一体と為し、非酸化物系セラミック繊維
や金属繊維を高発泡層を含む一ないし複数層に適宜配す
ることも本発明の範疇である。

【００２０】

【実施例】 〔実施例Ａ〕以下に非酸化物系セラミックス繊維および
予め表面酸化層を形成した金属繊維を泡ガラスに導入し
たケースにつき、非酸化物系セラミック繊維の典型例と
しての炭化珪素繊維、表面酸化膜を形成した金属繊維の
代表例としてのステンレス繊維を例示し詳述する。

【００２１】〔原料〕原料ガラス粉として、板ガラス製
造に際して発生したガラスカレット（屑）を１５０　メ
ッシュ以下に粉砕したものを採用した。ガラス組成はＳ
ｉＯ２　７２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３１．５ｗｔ％、ＣａＯ
　１１ｗｔ％　、ＭｇＯ　０．５　ｗｔ％　、Ｎａ２Ｏ
　１３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ　０．９　ｗｔ％　および若干量
のＦｅ２Ｏ３　、ＴｉＯ２、ＳＯ３　等からなる。発泡
剤として市販の微粉炭酸カルシウムを採用した。

【００２２】繊維材料として炭化珪素繊維、およびステ
ンレス繊維のうち最も一般的なＳＵＳ４３０繊維を準備
した。 なお炭化珪素繊維の密度は２．５５ｇ／ｃｍ３　、引張
弾性率は１９０ＧＰａ、引張強度は２．８ＧＰａであり
、ステンレス繊維（ｓｕｓ４３０）の密度は８．１０ｇ
／ｃｍ３　、引張弾性率は２００ＧＰａ、引張強度は０
．５２ＧＰａ　である。

【００２３】〔炭化珪素繊維補強泡ガラスの作製〕原料
ガラス粉１００　重量部に対し、泡ガラスかさ比重０．
８　付近、および１．２　付近を目標として炭酸カルシ
ウムを０．１５ないし０．２　重量部の範囲で適宜量混
合した。別に市販の炭化珪素繊維の所定量を界面活性剤
（セチルピリジニウムブロマイド）を若干量添加した稍
アルカリ性水中に投入し、攪拌した後、前記原料ガラス
粉混合物を混入し、得られたスラリーをケント紙で形成
した容器に充填し、振動を与えて内在気泡を除去した。 これを乾燥後電気炉内に配置後、１０℃／分の速度で昇
温し、８００　℃に達したところで１０分間保持し、そ
の後５℃／分以下程度で降温し、５５０　℃において約
１時間保持し、以後炉内放冷して炭化珪素繊維補強泡ガ
ラスを得た。

【００２４】〔ステンレス繊維補強泡ガラスの作製〕原
料ガラス粉１００　重量部に泡ガラスかさ比重０．８　
付近を目標として炭酸カルシウム約０．２　重量部を混
合し、さらにこれにステンレス塊の振動切削によって得
られる市販のステンレス繊維をそのまま、または予め９
００　℃、１時間加熱処理、酸化層形成したものを所定
量添加混合し、該混合原料を成形枠内に投入し、電気炉
内に配置して前記同様に熱処理し、ステンレス繊維補強
泡ガラスを得た。

【００２５】〔繊維非混入泡ガラスの作製〕原料ガラス
粉１００　重量部に対し、泡ガラスかさ比重０．８　付
近、および１．２　付近を目標として炭酸カルシウムを
０．１５ないし０．２　重量部の範囲で適宜量混合した
うえで、そのまま成形枠に投入し、これを電気炉内に配
置して前記同様に熱処理し、比較例としての繊維非混入
泡ガラスを得た。

【００２６】なお泡ガラスは後述するようにノッチ長さ
の異なる２試料を一対として破壊靱性試験に供し、かつ
試験結果のばらつきを考慮して最低計５対１０試料の泡
ガラスについて試験するものである。また予め泡ガラス
にＡＥセンサーを付設し、破壊靱性試験における亀裂の
発生、進行、繊維の引抜け等に際して発する音波を検出
し、破壊挙動を評価するものである。

【００２７】〔破壊靱性試験〕添付図１Ａ、Ｂに泡ガラ
ス試料１の形状サイズを示す。図１Ａは試料の斜視図、
同じくＢは平面図である。荷重付加用孔２、２’にはイ
ンストロン万能試験機のヘッド部を挿通して泡ガラス試
料を矢印方向に引張り、そのときの荷重Ｐを測定し、そ
れによる荷重線変位δＬ　をクリップゲージにより測定
した。

【００２８】３は試料上下面に亘る切欠部であり、４、
４’は試料上下面夫々に刻設した溝部、５はさらに試料
上下面に亘り厚さ０．１５ｍｍのカーボンブレードで削
成した切込（以下ノッチという）である。なお６はノッ
チの一端、７はノッチの他端（以下ノッチ端という）を
示す。 ａは荷重負荷用孔２、２’間（荷重線）　とノッチ端７
との間の距離（以下ノッチ長さという）、Ｗは荷重線と
試料端部の間との距離、Ｂは試料の厚み、Ｂｎは両溝部
４、４’間の厚み（正味の厚み）であり、夫々のサイズ
は図示のとおりである。

【００２９】δｔ　は荷重負荷によるノッチ端７の開口
変位をあらわすもので、溝部４のノッチ端７対応位置に
クリップゲージを当てがいその広がりを計測することに
より得られ、後述引張軟化曲線を導くうえでの基礎資料
とする。さらに引張軟化曲線を得るためにノッチ長さａ
は図に付したとおりａ１　に設定した試料とａ２　に設
定した試料（同一材質試料）夫々について測定し、夫々
荷重Ｐと荷重線変位δＬ　よりなる荷重−変位曲線を得
るものである。

【００３０】〔引張軟化曲線〕岩石の破壊強度評価に適
用される公知の手法であり、同一材質（同一複合材質も
含む）の試料における各ノッチ長さａ１　とａ２　にお
ける前記荷重（Ｐ／Ｂｎ）−変位（δＬ　）曲線グラフ
〔注；荷重Ｐは正味厚みＢｎで除してあらわす〕からそ
の面積差〔Ｓ（δＬ　）〕を得、これをノッチ長さの差
（ａ１−ａ２　）で除して次式１の如くＪ積分〔Ｊ（δ
Ｌ　）〕を算定する。

【００３１】〔式１〕 　　なお（Ｐ／Ｂｎ）１　はノッチ長さａ１の試料に、
（Ｐ／Ｂｎ）２　はノッチ長さａ２の試料に対応する。

【００３２】他方同時に測定したノッチ長さａ１　、ａ
２　のケースにおける夫々の開口変位〔δｔ１、δｔ２
〕と荷重線変位δＬ　の関係から、次式２の如く平均開
口変位δｔ　と荷重線変位δＬ　の関係を求める。

【００３３】〔式２〕 δｔ　（　δＬ　）　＝　　δｔ１（　δＬ　）＋δｔ
２（　δＬ　）　／２さらに前記Ｊ積分〔Ｊ（δＬ　）
〕および平均開口変位〔δｔ（δＬ　）〕からＪ−δｔ
　の関係が求まる。次いでｄＪ／ｄδｔ　、すなわちそ
の接線勾配よりσ（結合力）−δｔ　（平均開口変位、
以降単に開口変位と呼ぶ）からなる引張軟化曲線を導く
。

【００３４】該引張軟化曲線は曲げ試験等他の強度試験
によっても得られ、試料材質固有の特性曲線としてあら
わされるものである〔当該引張軟化則に関する詳細は例
えば、高橋秀明等「花こう岩のひずみ軟化則の測定と破
壊靱性評価に関する研究」日本機会学会論文集（Ａ編）
、第５６巻、第５２６　号（１９９０年６月発行）、第
１４００〜１４０５頁に記載〕。

【００３５】〔ＡＥの測定〕ＡＥは材料の亀裂の発生、
進行時や、繊維等との複合材料における繊維等の引抜け
時などに発生する音波であり、図１Ａ、Ｂに示すように
泡ガラス試料１にＡＥセンサー８を取付け、破壊靱性試
験に際して発生するＡＥを検出し、これを増幅し、予め
設定した所定出力レベル毎に区分され、計数記録する。

【００３６】〔実施例１〜１２、比較例１〜３および参
考例１〜３〕以下の繊維材料導入条件において試験した
。 下記混入量は熱処理以前の原料中の容積百分率であらわ
したものである。 １）炭化珪素繊維の混入 実施例１（Ｅｘ１＊　）　繊維径１４μｍ　、繊維長３
ｍｍ、混入量１ｖｏｌ％ 実施例２（Ｅｘ２）　　繊維径１４μｍ　、繊維長３ｍ
ｍ、混入量５ｖｏｌ％ 実施例３（Ｅｘ３）　　繊維径１４μｍ　、繊維長６ｍ
ｍ、混入量１ｖｏｌ％ 実施例４（Ｅｘ４）　　繊維径１４μｍ　、繊維長１３
ｍｍ、混入量　０．５ｖｏｌ％ 実施例５（Ｅｘ５）　　繊維径１４μｍ　、繊維長１３
ｍｍ、混入量　０．８ｖｏｌ％ 実施例６（Ｅｘ６）　　繊維径１４μｍ　、繊維長１３
ｍｍ、混入量１ｖｏｌ％ 実施例７（Ｅｘ７）　　繊維径７μｍ　、繊維長３ｍｍ
、混入量１ｖｏｌ％ 実施例８（Ｅｘ８）　　繊維径２７μｍ　、繊維長３ｍ
ｍ、混入量１ｖｏｌ％ 参考例１（ＲＥｘ１）　　　繊維径１４μｍ　、繊維長
１３ｍｍ、混入量　０．１ｖｏｌ％ 参考例２（ＲＥｘ２）　　　繊維径１４μｍ　、繊維長
３６ｍｍ、混入量１ｖｏｌ％ 参考例３（ＲＥｘ３）　　　繊維径３６μｍ　、繊維長
１ｍｍ、混入量　０．１ｖｏｌ％ （以上かさ比重０．７２±０．１１） 実施例９　（Ｅｘ９）　　繊維径１４μｍ　、繊維長６
ｍｍ、混入量１ｖｏｌ％ （かさ比重１．１８±０．０５） ２）ＳＵＳ　繊維の混入 実施例１０　（Ｅｘ１０）　　　繊維径５０μｍ　、繊
維長２ｍｍ、混入量　１．６ｖｏｌ％　（酸化膜形成） 実施例１１　（Ｅｘ１１）　　　繊維径３０μｍ　、繊
維長２ｍｍ、混入量　４．７ｖｏｌ％　（酸化膜形成） 実施例１２　（Ｅｘ１２）　　　繊維径８０μｍ　、繊
維長１５ｍｍ、混入量　３．２ｖｏｌ％　（酸化膜形成
） 比較例３　（ＣＥｘ３）　　　繊維径５０μｍ　、繊維
長２ｍｍ、混入量　１．６ｖｏｌ％　（無処理） （以上かさ比重０．９１±０．０４） ３）繊維非混入 比較例１　（ＣＥｘ１）　　　繊維非混入（かさ比重０
．８０±０．１９）比較例２　（ＣＥｘ２）　　　繊維
非混入（かさ比重１．１５±０．０８）＊　印；添付図
２〜５における符号であり、実施例１はＥｘ１であらわ
す。以下の実施例、参考例、比較例においても同様であ
る。

【００３７】前記実施例１〜１２、参考例１〜３および
比較例１〜３において、それぞれノッチ長さａ１，ａ２
　のケースについて破壊靱性試験をし、荷重（Ｐ／Ｂｎ
）−変位（δＬ　）曲線を得た（バラツキを考慮して１
例につき５対８試料において測定）。さらにこの結果を
もとに前記した手法により結合力（σ）−ノッチ端平均
開口変位（δｔ　）（すなわち開口変位）からなる引張
軟化曲線を導いた。

【００３８】図２Ａ、Ｂは泡ガラスのかさ比重０．８　
付近の代表的な例の荷重−変位曲線をノッチ長さａ１　
とａ２　の対で測定したものを示した。図３Ａ、Ｂは夫
々図２Ａ、Ｂに対応する引張軟化曲線を示した。両図２
、３Ａは実施例に係るもの、Ｂは比較例に係るものでこ
れらのグラフは代表例を示したものである。

【００３９】図２Ａ、Ｂの荷重−変位曲線は試料形状、
サイズ等による影響を受けるが、これから導き出される
図３Ａ、Ｂの引張軟化曲線は試料材質固有のものであっ
て試料形状、サイズ、荷重方法等の異なる各種試料を比
較検討できる。

【００４０】図３Ａにおいて、実施例１、３および６は
炭化珪素繊維の繊維長さの影響をあらわしており、３→
６→１３ｍｍと繊維が長くなるに従い最大結合力（σｃ
　）が増大し、すなわち引張抵抗が高く、最大開口変位
（δｔＣ）　も増大し（σｃ　、δｔＣについては実施
例６に例示するように、夫々縦、横軸との接点であらわ
される）、すなわち繊維の接続掛止の作用も高まってい
る。 参考例２における繊維長３６ｍｍのものは作製段階で繊
維の絡まり著しく、荷重−変位曲線もばらつきが大きく
安定していないので注意を要する。図３Ｂにおいて比較
例１はかさ比重０．８　、繊維非混入のもの、比較例３
は同様な比重でＳＵＳ　繊維（無処理）１．６　ｖｏｌ
％混入のものであるが、いずれも前記実施例に比べ最大
結合力（σｃ　）において劣り、また最大開口変位（δ
ｔＣ）　においても格段と劣っており、逆に前記実施例
は靱性が格段と向上していることを示す。図３Ｂ比較例
２はかさ比重略１．２　、繊維非混入のものを例示した
ものであり、かさ比重０．８　のものに比べ緻密化した
分最大結合力（σｃ）が増大するが、最大開口変位（δ
ｔＣ）　は改善されておらず、なお実施例が優れること
が明白である。

【００４１】図４Ａは参考例１と実施例４〜６を対比し
たもので、炭化珪素繊維混入量が０．１　→０．５　〜
１ｖｏｌ％と増大するに従い、最大結合力（σｃ　）、
最大開口変位（δｔＣ）　とも増大傾向が伺え、すなわ
ち引張抵抗が高く、また接続掛止作用がきわめて優れる
ことを明らかにしている。

【００４２】図４Ｂにおいては実施例１（炭化珪素繊維
混入量１ｖｏｌ％、繊維径１４μｍ　、長さ３ｍｍ）を
基準として、炭化珪素繊維混入量を５ｖｏｌ％まで増大
したケース（実施例２）、繊維径を７μｍ　と細くした
ケース（実施例７）、逆に２７μｍ　と太くしたケース
（実施例８）を示した。この範囲においては依然として
靱性向上の効果が認められる。なお参考例３は繊維長さ
が過小、かつ繊維混入量が過少のケースを示し、補強効
果は認め難い。

【００４３】図５Ａは繊維非混入泡ガラスでかさ比重０
．８　（比較例１）、かさ比重１．２　（比較例２）夫
々に対し炭化珪素繊維を混入した（実施例３、９）とき
の補強効果を示すもので、泡ガラスのかさ比重に応じて
靱性を向上できることをあらわす。

【００４４】図５ＢはＳＵＳ　繊維（酸化膜形成）を混
入した実施例１０、１１、１２を繊維非混入の比較例１
およびＳＵＳ　繊維（無処理）を混入した比較例３と対
比したもので、ＳＵＳ繊維（無処理）１．６　ｖｏｌ％
混入においては、靱性向上の効果は認め難いが、ＳＵＳ
　繊維に予め酸化膜形成したものは同一混入量でも特に
最大開口変位（δｔＣ）　が大幅に増大し、靱性の著し
い増大が明らかである。またファイバーの径、長さが異
なるが、３．２　ｖｏｌ％および４．７　ｖｏｌ％混入
においては最大開口変位（δｔＣ）　の更なる増大とと
もに最大結合力（σｃ　）において増大するのが明白で
あり、靱性の飛躍的向上を如実に示すものである。

【００４５】前記比較例に係る無処理のＳＵＳ　繊維は
後述するように走査電子顕微鏡観察やＡＥ解析によれば
泡ガラスマトリックスと接着し、泡ガラスマトリックス
の破断とともに繊維の延性破断が認められるケースが多
いが、酸化膜形成したＳＵＳ　繊維は、炭化珪素繊維あ
るいは窒化珪素繊維と同様に泡ガラスマトリックスの破
断に際して繊維の引抜けが認められるケースが多く、そ
れは接続掛止作用を証左するものである。

【００４６】これら実施例においては繊維非混入の泡ガ
ラスに対して最大結合力において同等以上、最大変位量
において１０倍以上あり、略それに比例して強靱化が向
上したことを示すものである。

【００４７】〔ＡＥの測定〕ＡＥは材料の亀裂の発生、
進行時や、繊維等との複合材料における繊維等の引抜け
時などに発生する音波であり、図１に示すように泡ガラ
ス試料１にＡＥセンサー８を取付け、破壊靱性試験に際
して発生するＡＥを検出し、以後図示を省略するがそれ
を増幅し、予め設定した所定出力レベル毎に区分され、
計数記録するものである。

【００４８】図６Ａ、Ｂは代表例としての実施例１、６
（炭化珪素繊維混入）の、図７Ａ、Ｂは比較例１（繊維
非混入）、３（ＳＵＳ　繊維混入；　酸化処理せず）　
の荷重−変位曲線と各出力レベル別ＡＥ放出数を示した
。図示から明らかなように炭化珪素繊維を混入した実施
例１、６は非線形域からＡＥが発生し、最終的な破断に
至るまで高い活性度のＡＥが継続して検出される。比較
例１（繊維非混入）は線形域から非線形域への遷移部分
でＡＥが発生し、変位の増加に伴い活性度が増大するが
前記実施例に較べれば遙かに小さく、また微小の変位に
おいて破断に至る。他方比較例３（ＳＵＳ　繊維混入；
　無処理）　は線形域から非線形域への遷移部分でＡＥ
が発生し、最大荷重付近で活性度の高いＡＥが発生して
いるが前記実施例に較べれば及ぶべくもなく、また荷重
の下降域ではＡＥの活性度が低下する。すなわち前記実
施例においては非線形域から破断に至るまで活性度の高
いＡＥが継続して多く検出されるのに対し、比較例はＡ
Ｅ放出数、活性度とも遙かに小さいので明確に区分でき
る。

【００４９】図８Ａ、Ｂは夫々実施例１０（ＳＵＳ繊維
混入；　酸化膜形成）　と比較例３（ＳＵＳ　繊維混入
；　無処理＝酸化膜なし）の出力レベル別ＡＥ放出数、
および出力レベル別ＡＥエネルギー量を対比して示した
もので、図示から明らかなとおり前記実施例は比較例に
比べきわめて高いＡＥ放出数、エネルギー量（　いずれ
も７〜１０倍）を示しており、表面酸化膜形成（　この
場合　９００℃１時間の熱処理）　が充分であるこを明
示している。総じてＡＥ放出数、またはエネルギー量が
５倍以上であれば酸化膜の形成が充分であり、補強作用
に著効を奏するといえる。

【００５０】前記した炭化珪素繊維あるいは酸化膜形成
ＳＵＳ　繊維混入泡ガラスと、酸化膜を形成しない（無
処理）ＳＵＳ　繊維混入泡ガラスとの破断状況を、ＡＥ
放出および鏡下観察を基に模式的に図示すれば、それぞ
れ図９Ａ、Ｂに示すとおりで、前者は泡ガラスの亀裂発
生、進行時、および繊維の引抜け時等にＡＥを発生し、
他方後者は繊維の引抜けは殆どなく、延性破断するので
ＡＥは発生せず、泡ガラスの亀裂発生、進行時のみにお
いてＡＥを発生することが明らかであり、（　ＡＥ放出
を伴う）　繊維の引抜けが泡ガラスの靱性向上に作用す
ることを明示するものである。

【００５１】〔実施例Ｂ〕以下に金属繊維が泡ガラス形
成温度域において酸化性の金属である場合を、当該金属
の一例としての軟鋼、および比較対比のためのＳＵＳ　
繊維（ＳＵＳ４３０）を導入したケースについて例示し
詳述する。

【００５２】〔原料〕原料ガラス粉の組成、粒度は実施
例Ａと同様である。発泡剤として市販の微粉炭酸カルシ
ウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムを採用した。

【００５３】金属繊維として軟鋼を準備した。軟鋼の密
度は７．８ｇ／ｃｍ３、引張弾性率は１００ＧＰａ、引
張強度は０．３９ＧＰａ　であり、融点は約１５００℃
である。比較対比のためのＳＵＳ４３０繊維の密度は８
．１ｇ／ｃｍ３、引張弾性率は２００ＧＰａ、引張強度
は０．５２ＧＰａ　、融点は１５００℃強である。

【００５４】〔繊維入り泡ガラスの作製〕原料ガラス粉
１００　重量部に対し、泡ガラスかさ比重０．３　ない
し０．４　を目標として炭酸カルシウム、炭酸ストロン
チウムおよび炭酸バリウム夫々を１ないし２重量部の範
囲で添加し、さらに前記繊維を所定量導入、乾式混合し
たうえで成形枠内に投入し、電気炉内に配置後、５℃／
分以下の速度で昇温し、７８０　℃に達したところで３
０分間保持し、その後５℃／分以下程度で降温して繊維
補強泡ガラスを得た。

【００５５】なおＳＵＳ　繊維混入泡ガラスは既製のか
さ比重０．６５のものを流用した。ＳＵＳ　繊維混入量
１．６　ｖｏｌ％、その径５０μｍ　、長さ５ｍｍであ
り、製造条件は略前記のとおりである。

【００５６】〔繊維非混入泡ガラスの作製〕前記と同様
な手段で、ただし繊維の混入を省略し、比較例にかかる
繊維非混入泡ガラスを得た。

【００５７】これら泡ガラス試料について実施例Ａ同様
に破壊靱性試験を実施し、引張軟化曲線を導き出し、ま
た別に吸水率測定を行った。 〔破壊靱性試験〕試験内容、条件は実施例Ａと同様であ
る。なお試験結果のばらつきを考慮して最低３対６試料
の泡ガラスについて試験した。

【００５８】〔吸水率試験〕主な泡ガラス試料について
、そのサイズを４０ｍｍ×４０ｍｍ×２０ｍｍに切出し
、全表面をサンドペーパーで面仕上げしたうえで常温水
中に投入し、所定時間放置して吸水率（ｖｏｌ％）　を
測定した。

【００５９】〔実施例＃１〜＃６および比較例＃１〜＃
４〕以下の繊維導入条件において試験した。 １）軟鋼繊維の混入 実施例＃１（＃Ｅｘ１＊　）　繊維径　３５０μｍ　、
繊維長５ｍｍ、混入量１．６ｖｏｌ％ 実施例＃２（＃Ｅｘ２）　　繊維径　３５０μｍ　、繊
維長５ｍｍ、混入量３．２ｖｏｌ％ 実施例＃３（＃Ｅｘ３）　　繊維径　３５０μｍ　、繊
維長１０ｍｍ、混入量１．６ｖｏｌ％ 実施例＃４（＃Ｅｘ４）　　繊維径　３５０μｍ　、繊
維長１０ｍｍ、混入量３．２ｖｏｌ％ 実施例＃５（＃Ｅｘ５）　　繊維径　　８０μｍ　、繊
維長３ｍｍ、混入量３．２ｖｏｌ％ 実施例＃６（＃Ｅｘ６）　　繊維径　６００μｍ　、繊
維長３０ｍｍ、混入量１．６ｖｏｌ％ （以上かさ比重０．３５±０．０５） ２）ＳＵＳ　繊維（　表面酸化処理せず）　の混入比較
例＃４　（＃ＣＥｘ４）　　繊維径　　５０μｍ　、繊
維長５ｍｍ、混入量１．６ｖｏｌ％ （かさ比重０．６５） ３）繊維非混入 比較例＃１　（＃ＣＥｘ１）　　繊維非混入（かさ比重
０．３５±０．０４）比較例＃２　（＃ＣＥｘ２）　　
繊維非混入（かさ比重０．３５±０．０５）比較例＃３
　（＃ＣＥｘ３）　　繊維非混入（かさ比重０．３５±
０．０５）＊　符号は添付図１０、１１中の符号をあら
わす。以下の実施例、比較例においても同様である。

【００６０】なお、比較例＃１、＃４は発泡剤として炭
酸カルシウムを、比較例＃２、実施例＃３は発泡剤とし
て炭酸バリウムを使用した。それら以外は炭酸ストロン
チウムを使用した。

【００６１】図１０は各実施例、比較例の荷重−変位曲
線から導き出された引張軟化曲線のグラフであり、各３
対測定のうちの代表例で示した。これらの結果から明ら
かなとおり、繊維混入にかかる実施例は非混入にかかる
比較例に対し最大結合力（σｃ）、最大開口変位（δｔ
ｃ）　が増大し、特にδｔｃにおいて格段と向上し、荷
重によりガラスマトリックスに亀裂が生じても繊維の接
続掛止作用により泡ガラスの靱性を増大するという効果
をあらわしている。

【００６２】なお比較例＃４（ＳＵＳ　繊維混入）は最
大結合力（　σｃ）において高いが、既述したように他
の試料に比べかさ比重が高く（０．３５　前後に対し０
．６５）　、より緻密であることを考慮すると格別優れ
るとはいい難く、また最大開口変位（δｔｃ）　におい
て他の比較例、すなわち繊維非混入の泡ガラスに対して
も顕著な差異は見出し難い。 また繊維非混入の試料（比較例＃１〜＃３）においては
、発泡剤として炭酸カルシウムを用いたもの（比較例＃
１）に対し、炭酸バリウムを用いたもの（比較例＃２）
、さらに炭酸ストロンチウムを用いたもの（比較例＃３
）が優れることが略明らかであり、特に比較例＃３にお
いては気泡径が１００　μｍ　付近と微細かつ均一であ
ることが観察、確認されている。

【００６３】図１１は主な泡ガラス試料の吸水率（ｖｏ
ｌ％）の経時変化を示したグラフであり、耐吸水性にお
いて実施例は無添加の泡ガラスに若干劣る程度で明白な
差異はなく、他方ＳＵＳ４３０繊維混入の比較例＃４に
おいては耐吸水性に著しく劣ることが明らかであり、泡
ガラスマトリックスに異質の材料が存在した場合、界面
部に発生した間隙、あるいは微細亀裂に水分が侵入し易
いという従来知られていた弊害を排除するものである。

【００６４】以上本実施例のものは、泡ガラスの靱性を
向上するとともに、耐吸水性も悪化しないという作用効
果を奏する。本発明において例えば泡ガラスを高発泡層
、低発泡層、緻密ガラス層を含む積層泡ガラスとし、金
属繊維を高発泡層のみ、またはそれを含む複数層に導入
することができる。

【００６５】また補強材として非酸化物系セラミック繊
維や、予め酸化膜を形成した金属繊維、その他公知の粒
状、フレーク状のものを併存させることも本発明の範疇
である。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば非酸化物系セラミック、
または表面酸化膜を有する金属繊維を導入することによ
り泡ガラスの最大欠点とされる脆性を改善し、靱性を大
幅に向上できるという効果を奏し、断熱材、建材等とし
て好適に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａ、Ｂは破壊靱性試験のための泡ガラス試
料の形状サイズを示す斜視図および平面図である。

【図２】実施例Ａにおける泡ガラスの荷重−変位曲線を
示すグラフであり、図２Ａは実施例、図２Ｂは比較例を
示す。

【図３】図３Ａは図２Ａに対応する引張軟化曲線、図３
Ｂは図２Ｂに対応する引張軟化曲線を示すグラフである
。

【図４】図４Ａ、Ｂは実施例Ａにおける別の実施例およ
び参考例を示す引張軟化曲線のグラフである。

【図５】図５Ａ、Ｂは実施例Ａにおけるさらに別の実施
例および比較例を示す引張軟化曲線のグラフである。

【図６】図６Ａ、Ｂは実施例Ａの破壊靱性試験における
荷重−変位曲線およびＡＥ放出数の関係を示した実施例
にかかるグラフである。

【図７】図７Ａ、Ｂは実施例Ａの破壊靱性試験における
荷重−変位曲線およびＡＥ放出数の関係を示した比較例
にかかるグラフである。

【図８】図８Ａは実施例Ａの破壊靱性試験に際する出力
レベル別ＡＥ放出数を、図８Ｂは同じく出力レベル別Ａ
Ｅエネルギー量を示したグラフであり、ＳＵＳ　繊維に
おける酸化膜形成したもの（　実施例）と無処理のもの
（酸化膜形成しないもの＝比較例）を対比して示す。

【図９】泡ガラスの破断状況を示す模式図であり、図９
Ａは炭化珪素繊維および表面酸化膜を形成したＳＵＳ　
繊維における例を、図９Ｂは酸化膜を形成しない（無処
理の）ＳＵＳ　繊維における例を示す。

【図１０】実施例Ｂにおける引張軟化曲線を示す実施例
および比較例にかかるグラフである。

【図１１】実施例Ｂにおける吸水率の経時変化を示す実
施例および比較例にかかるグラフである。

【符号の説明】

１　　　　；泡ガラス試料 ２、２’；荷重負荷用孔 ３　　　　　　；切欠部 ４、４’；溝部 ５　　　　　　；切込（ノッチ） ７　　　　　　；ノッチ端 ８　　　　　　；ＡＥセンサー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルカリ珪酸系泡ガラスに非酸化物系セラ
   ミック繊維および／または表面酸化膜を有する金属繊維
   を分散してなる繊維補強泡ガラス。
2. 【請求項２】繊維の径が平均５ないし５００　μｍ　、
   長さが平均２ないし３０　ｍｍ　であることを特徴とす
   る請求項１記載の繊維補強泡ガラス。
3. 【請求項３】繊維を泡ガラス中に０．５　ないし５ｖｏ
   ｌ％分散含有せしめてなることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の繊維補強泡ガラス。
4. 【請求項４】金属繊維が予め表面酸化膜を形成した金属
   、あるいは泡ガラス形成温度域において酸化性金属であ
   ることを特徴とする請求項１ないし３記載の繊維補強泡
   ガラス。
5. 【請求項５】金属繊維の表面酸化膜の形成を、泡ガラス
   の破壊靱性試験におけるアコースティックエミッション
   の放出度合いより評価判定するにあたり、表面酸化膜を
   形成した金属繊維繊維を分散せしめた泡ガラスの単位面
   積当たりアコースティックエミッション放出数またはエ
   ネルギー量が、酸化膜を形成しない金属繊維を分散せし
   めた泡ガラスの５倍以上であることを特徴とする請求項
   １ないし４記載の繊維補強泡ガラス。
6. 【請求項６】アルカリ珪酸系泡ガラスがソーダ石灰系ガ
   ラス組成であり、繊維が炭化珪素繊維、予め酸化膜を形
   成したステンレス繊維、酸化性の軟鋼繊維、アルミニウ
   ム合金繊維または亜鉛合金繊維から選択される１種以上
   であることを特徴とする請求項１ないし５記載の繊維補
   強泡ガラス。
7. 【請求項７】泡ガラス原料に発泡剤としての炭酸ストロ
   ンチウムまたは炭酸バリウムを含んでなることを特徴と
   する請求項１ないし６記載の繊維補強泡ガラス。