JPH0475193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高温用フイルタ、熱交換器、触媒担体
等の耐熱性部品に使用される繊維セラミツク構造
体の製造方法に関し、更に詳しくは耐熱性無機繊
維とセラミツク原料粉末の凝集スラリーからシー
トを作成し、成形、焼成することによつて繊維セ
ラミツク構造体を製造する方法に関する。

従来例とその問題点 耐熱性無機繊維を水に分散させ粉体と混合して
スラリーとしたのち抄造してシートを得る方法に
おいて、耐熱性無機繊維の平均繊維長が長い場
合、分散液中、ひいてはスラリー中に長繊維の絡
み合つた大きなフロツクを多量に生じ、それがシ
ート中に取込まれるため、得られるシートは表面
の凹凸が激しく、厚さや密度のバラツキの大きい
ものとなつていた。更に、本発明の如く他の粉体
を内添しようとする際にはこのフロツクの形成は
著しい悪影響を及ぼす原因となつたいた。即ち、
粉体を内添するには耐熱性無機繊維と粉体が均一
に混合したスラリーとする必要がある。しかし、
フロツクを形成している場合、粉体はこの内部へ
は浸入せず、均一なスラリーは得られない。その
結果、シートに抄造してもその組成は不均一なも
のとなつていた。

更に、耐熱性無機繊維を抄造して作られるシー
トは、その強度や柔軟性をもたせるためにパルプ
やスフ、アクリル、ビニロン等の有機繊維と共に
抄造するのが一般的である。即ち、耐熱性無機繊
維はそれ自身、抄造時及びシートとした後も必要
となる繊維間の結合性を有しておらず、また柔軟
性に欠け、繊維の表面が滑らかであるため絡み合
いによつてシートの強度を得ようとすることが困
難なためである。従つて有機繊維を長繊維の耐熱
性無機繊維中に混入して抄造することでシートの
形状を維持し、取扱い可能なものとしていた。特
に長繊維の耐熱性無機繊維を用いて得られたシー
トを成形しようとする場合、屈曲させようとする
と、その箇所で無機繊維は折損してしまうため抗
折強度の低い状態となつていた。この欠点を補う
ために有機繊維を混入して抗折強度を出そうとし
ているのである。この場合、用いる有機繊維の種
類によつてその極性、耐熱性無機繊維との馴染み
具合が異なり、更に、有機繊維の長さによつても
抄造の容易さ、シートの特性等に影響を与える。
また、有機繊維を混入する際、耐熱性無機繊維と
均質に分散させようとするには特殊な方法を用い
ねばならないなどシート抄造時の工程を繋雑なも
のとしていた。有機繊維を混入する例としては特
開昭56−136656などがある。この従来例において
は、得られたシートを成形してコロイダルシリカ
等のケイ酸ゲル原料を含浸させた後、有機繊維等
の有機物を焼失させ、ケイ酸ゲルのバインダ作用
で構造体を保とうとするものである。この例の如
くケイ酸ゲル等の無機質バインダを含浸させる方
法では、その乾燥工程での偏析を抑えることは困
難で、強度のバラツキを発生する原因となつてい
た。他方、ケイ酸ゲルを用いるため、使用温度範
囲は1000℃以下に限定されていた。更に、ケイ酸
ゲルのバインダ効果のみでは有機物を焼失させる
ための焼成工程で生じる耐熱性無機繊維の硬化に
伴ない構造体がもろくなる状態を補うことができ
ず、強度の低いものとなつていた。これを補おう
としてケイ酸ゲルの含浸量を増加すると空隙率を
低下させる結果となつていた。

発明の目的 本発明は耐熱性無機繊維とセラミツク原料粉末
のスラリーから抄造法にて無機繊維シートを作成
し、成形後に焼成してセラミツク化させ、繊維セ
ラミツク構造体を製造する方法において問題であ
つたシート組成の不均質性、有機繊維を混入する
繁雑さを解消して、均質で、加工成形の容易な無
機繊維シートを得、成形、焼成によつて高強度、
高空隙率の繊維セラミツク構造体を提供すること
を目的とする。

発明の構成 本発明の繊維セラミツク構造体の製造方法は、
平均繊維長を10mm以下に調節した耐熱性無機繊維
をセラミツク原料粉末とともに分散し、有機質結
合剤を加えた後、上記耐熱性無機繊維とセラミツ
ク原料粉末を凝集させ、紙状に抄造し、無機繊維
シートとしたものを加工成形して焼成することを
特徴とする。

耐熱性無機繊維の平均繊維長を10mm以下として
いるので、耐熱性無機繊維の分散が均一に行なわ
れ、セラミツク原料粉末との混合も充分に、且つ
均一に行なわせることができる。従つて、次の工
程で凝集させスラリーを作成した場合でもフロツ
クを形成せず耐熱性無機繊維とセラミツク原料粉
末の均質なスラリーを得ることができ、抄造して
製造される無機繊維シートも均質なものとするこ
とができる。また、平均繊維長さが10mm以下に調
節されているため、有機繊維を用いることなく成
形性の良好なシートとすることが可能となつた。
このシートを用いて成形、焼成を行ないセラミツ
ク化することにより密度、強度、組成のバラツキ
の極めて少なく均質な繊維セラミツク構造体を得
ることができる。

実施例の説明 耐熱性無機繊維には、シリカ繊維、シリカ−ア
ルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ア
ルミノボロシリケート繊維などを、また、セラミ
ツク原料粉末には組成としてシリカ、アルミナ、
マグネシアなどを生成する成分を含有する粘土或
いはセラミツク原料化合物を用いることができ
る。

本発明の繊維セラミツク構造体の製造は次の工
程で行なわれる。

(1) 平均繊維長10mm以下に調節した耐熱性無機繊
維を水に分散させ、一方、セラミツク原料粉末
の懸濁水を混合させる工程。

(2) 有機質結合剤を工程１）の懸濁水に添加して
混合させる工程。

(3) 工程２）で得られる懸濁水に凝集剤を添加し
て耐熱性無機繊維、セラミツク原料粉末、有機
結合剤を凝集させつつ懸濁させる工程。

(4) 工程３）で得られる凝集懸濁液を通常の抄紙
機で抄造してシートを作成する工程。

(5) シートを例えばコルゲート機によつて段ボー
ルのような形状に成形し、その成形体を1000℃
〜1600℃に燃焼して耐熱性無機繊維及びセラミ
ツク原料粉末を共にセラミツク化する工程。

上記工程１）では平均繊維長10mm以下に調節さ
れた耐熱性無機繊維を用いる。これは、耐熱性無
機繊維を水に分散懸濁させる場合、繊維長の長い
ものは互いに絡まり合つてフロツクを形成し易
い。このフロツクの大きさは繊維長に依存し、長
いもの程大きくなり易いものである。フロツクが
形成されている分散懸濁水中にセラミツク原料粉
末の懸濁水を混合しても、フロツク内部には全く
セラミツク原料粉末が取込まれないことが観察さ
れた。このフロツクを形成している懸濁水を用い
て抄造されたシートは組成のバラツキが大きく、
強度、密度にも著しいバラツキを生じるものであ
つた。そこで、平均繊維長を各種変えたものをそ
れぞれ水に分散させ観察した結果、平均繊維長が
10mm以下であればフロツクの形成は観察されず、
セラミツク原料粉末との混合も充分に行なうこと
ができることが判明した。更に、シートから成形
体を作成する際、長繊維を用いると、例えばシー
トを折曲げたりすると、耐熱性無機繊維の剛性の
ためその箇所で繊維が折損したり、有機結合剤で
接着した箇所が外れたりするため取扱いが難しく
なつていた。それを補うために有機繊維の混入が
必要であつた。しかし、短繊維を用いた場合、繊
維は各接点で有機質結合剤によつて結合されてて
いるため、その有機質結合剤の柔軟性によつて耐
熱性無機繊維の折損や外れを抑制することができ
成形性に優れた特性を示すものである。また、工
程２）で有機質結合剤を添加した後、工程３）で
凝集させるため耐熱性無機繊維の表面及び、特に
その接点に有機質結合剤が沈着凝集しており、工
程４）で得られるシートは取扱いに充分な強度、
抗折強度を有するものとなるのである。

一方、セラミツク原料粉末は工程１）で耐熱性
無機繊維と共に懸濁混合され、工程３）で凝集剤
により耐熱性無機繊維の表面及び特にその接点に
凝集付着する。工程４）でシートに抄造されても
この状態は維持され、工程５）で行なわれる焼成
によつて耐熱性無機繊維に焼結結合する。特に耐
熱性無機繊維の接点では、繊維を互いに結合し、
結合剤としての役割を果たしている。また、例え
ばガラス質の耐熱性無機繊維は焼成により結晶質
を含むようになり、繊維の強度は著しく低下する
のが一般的であるが、内添により耐熱性無機繊維
の表面に凝集付着したセラミツク原料粉末がセラ
ミツク化しつつ耐熱性無機繊維と反応焼結してゆ
き、その強度の低下を防止する効果を発揮してい
るものである。

実施例 １ 耐熱性無機繊維としてシリカ−アルミナ繊維を
用いた。この繊維は平均繊維径は約3μｍで初期
の長さは60〜120mmと比較添長いものである。こ
のシリカ−アルミナ繊維をカツタで平均繊維長６
mmに調節したものを20重量部秤量して水1000重量
部に懸濁させた。一方、セラミツク原料粉末とし
てカオリナイト、スポジユメン、非結晶質の酸化
ケイ素粉末を２：２：１の割合で混合させた混合
物の６重量部を50重量部の水に懸濁させた。この
繊維懸濁液とセラミツク原料粉末懸濁液を撹拌し
つつ混合した。次に有機質結合剤としてポリエス
テルデイスパージヨン液を１重量部を加えた充分
撹拌混合させた後、凝集剤として澱粉溶液を加え
て繊維、セラミツク原料粉末及び有機質結合剤を
互いに凝集させた。こうして得られた凝集懸濁液
を水で300重量部に稀釈して通常の丸網式抄紙機
で約0.7mmのシートを抄造した。ここで得られた
シートを通常の段ボール製造機を用いて、一部は
蒸気や水噴霧で適度に湿らせた後コルゲート形状
を付し、平板状のままの他方のシートと接着剤で
貼り合わせたものを積層したり、接着剤を塗布し
ながら芯に巻き付けて成形体を作成した。次にこ
の成形体を電気炉中で1350℃２時間焼成して繊維
セラミツク構造体を得た。芯に巻き付けて得られ
た繊維セラミツクハニカム構造体を添付図面に示
す。添付図面において符号１はシートと同一組成
で造られた芯、符号２及び３はそれぞれコルゲー
トシート、平板状シートの焼成物であり、各接点
は互いに焼結結合して一体化した構造となつてい
る。

本実施例で用いたシリカ−アルミナ繊維は、当
初は非晶質からなつているが、繊維セラミツク構
造体とするため焼成工程を経ることにより、ムラ
イト質、クリストバライト質を晶出して結晶化し
ていることがＸ線回折の結果判明した。本実施例
で得られた繊維セラミツク構造体の材料は曲げ強
度32Kg／cm²、80％の空隙率を有するものであつ
た。

実施例 ２ 耐熱性無機繊維として実施例１と同様にシリカ
−アルミナ繊維を用いて平均繊維長を約１mmに調
節したもの20重量部を水1000重量部に懸濁させ
た。シリカ−アルミナ系のセラミツク原料粉末と
して焼結性の良いセリサイト粘土、ペタライト10
重量部を50重量部の水に懸濁させた後、繊維懸濁
液に添加して撹拌混合する。次に有機質結合剤と
して酢酸ビニル−アクリル共重合エマルジヨン１
重量部を加え混合し、塩化アルミニウム溶液を添
加した後、アンモニア水で中和して水酸化アルミ
ニウムのコロイドを生成させる。このコロイドに
よつて繊維、セラミツク原料粉末、有機結合剤を
一次凝集させる。ここの水酸化アルミニウムコロ
イドによる凝集は特に有機質結合剤のエマルジヨ
ンに対しては有効である。次に澱粉溶液を添加し
て凝集を完結させた後、3000重量部に稀釈して実
施例１と同様に抄造してシートを作成した成形す
る。本実施例では1250℃で焼成を行なつた。本実
施例で得られた繊維セラミツク構造体の材料は空
隙率約75％を示すものであり、一般のセラミツク
材料に較べて極めて高い空隙率を有するものであ
る。

実施例 ３ 耐熱性無機繊維にアルミナ繊維を用いてアルミ
ナ質の繊維セラミツク構造体を本発明の方法で作
成した。

平均繊維長を10mm以下に調節したアルミナ繊維
28重量部と微量のマグネシアを含むγ−アルミナ
粉末10重量部をそれぞれ水1000重量部、50重量部
に懸濁させた後混合した。この懸濁液に酢酸ビニ
ルエマルジヨン、ポリビニルアルコール、エチレ
ン−酢酸ビニル共重合体エマルジヨンの混合した
有機質結合剤を添加して均一となるように充分撹
拌した。次に、凝集剤として澱粉溶液を加えてア
ルミナ繊維、セラミツク原料粉末、有機質結合剤
をともに凝集させ、この状態で懸濁させた。この
懸濁液を2000重量部に稀釈して長網式抄紙機或い
は丸網式抄紙機を用いてシートを抄造した。この
シートを用いて実施例１と同様の方法で成形体を
つくり、1600℃酸化雰囲気で焼成を行なつた。本
実施例３はアルミナ質の繊維セラミツク構造体を
成するものであるが、実施例１、２と同様に空隙
率が高く、アルミナ質であることから1500℃雰囲
気での使用に耐えるものである。

発明の効果 以上説明したように本発明は有機質結合剤を加
えた後に耐熱性無機繊維とセラミツク原料粉末を
凝集させて抄造させているため有機質結合剤は無
駄なく均一に耐熱性無機繊維に付着しており、シ
ートとしたときの特性のバラツキもなく安定して
成形を行なうことができる。

一方、セラミツク原料粉末も上記有機質結合剤
と共に凝集させて内添する方法をとつているため
セラミツク原料粉末は均等に分布しており、焼成
によつて得られる繊維セラミツク構造体は均質で
安定した組成を有する。

また、本発明の製造法によつて得られる繊維セ
ラミツク構造体は、繊維構造の特徴である多孔性
を損うことなく、1000℃以上の高温度に耐え、更
に、例えば各種の触媒担体やフイルタ、断熱構造
体、熱交換体等として用いるのに充分な強度を有
する優れた特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の製造方法で製造した繊維セ
ラミツクハニカム構造体の一実施例を示す斜視図
である。 １……芯、２……コルゲートシート、３……平
板状シート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均繊維長を10mm以下に調節した耐熱性無機
   繊維をセラミツク原料粉末とともに分散し、有機
   質結合剤を加えた後、上記耐熱性無機繊維とセラ
   ミツク原料粉末を凝集させ、紙状に抄造し、無機
   繊維シートとしたものを加工成形、焼成すること
   を特徴とする繊維セラミツク構造体の製造方法。