JPH05156520A - セラミックファイバー - Google Patents
セラミックファイバーInfo
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- JPH05156520A JPH05156520A JP3349727A JP34972791A JPH05156520A JP H05156520 A JPH05156520 A JP H05156520A JP 3349727 A JP3349727 A JP 3349727A JP 34972791 A JP34972791 A JP 34972791A JP H05156520 A JPH05156520 A JP H05156520A
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- Japan
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- shrinkage
- fibers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加熱による収縮が少なく、収縮率の増加も小
さなセラミックファイバーを提供すること。 【構成】 Ａｌ2 Ｏ3 が４４重量％以上を占めかつ主要
成分としてＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、
ジェット水流によって繊維化したセラミックファイバ
ー。Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、ジェッ
ト水流によって繊維化し、さらに加熱処理を施して繊維
組織を初期収縮させたセラミックファイバー。
さなセラミックファイバーを提供すること。 【構成】 Ａｌ2 Ｏ3 が４４重量％以上を占めかつ主要
成分としてＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、
ジェット水流によって繊維化したセラミックファイバ
ー。Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、ジェッ
ト水流によって繊維化し、さらに加熱処理を施して繊維
組織を初期収縮させたセラミックファイバー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系のセラミックファイバーに関するものである。
系のセラミックファイバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ2 Ｏ3 ：３５〜６５％、ＳｉＯ2：
３０〜６０％を含むＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系のセラミッ
クファイバーが公知である。なお、通常セラミックファ
イバーには、原料となるＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 に含まれ
る小量の不純物も含まれている。
３０〜６０％を含むＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系のセラミッ
クファイバーが公知である。なお、通常セラミックファ
イバーには、原料となるＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 に含まれ
る小量の不純物も含まれている。
【０００３】従来、セラミックファイバーはブローイン
グ法またはスピニング法によって製造されている。ブロ
ーイング法は、原料を溶融して細い流れとして連続的に
落下させ、この流れに高速の空気流または蒸気流を吹き
付け、気体の運動エネルギーを利用して繊維化する方法
である。スピニング法は、溶融原料の細い流れを高速の
回転体に落下させ、その回転体の遠心力を利用して繊維
化する方法である。
グ法またはスピニング法によって製造されている。ブロ
ーイング法は、原料を溶融して細い流れとして連続的に
落下させ、この流れに高速の空気流または蒸気流を吹き
付け、気体の運動エネルギーを利用して繊維化する方法
である。スピニング法は、溶融原料の細い流れを高速の
回転体に落下させ、その回転体の遠心力を利用して繊維
化する方法である。
【０００４】ブローイング法は、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が
比較的多い場合、例えばＡｌ2 Ｏ3 の含有量が６０％程
度の場合にも適用できるが、この方法で作ったセラミッ
クファイバーは一般に繊維の径が細い傾向にある。一
方、スピニング法は、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合に
は適用することができない。また、この方法で作ったセ
ラミックファイバーは一般に繊維の径が太い傾向にあ
る。
比較的多い場合、例えばＡｌ2 Ｏ3 の含有量が６０％程
度の場合にも適用できるが、この方法で作ったセラミッ
クファイバーは一般に繊維の径が細い傾向にある。一
方、スピニング法は、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合に
は適用することができない。また、この方法で作ったセ
ラミックファイバーは一般に繊維の径が太い傾向にあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の方法で製造され
たバルク状のセラミックファイバーは、ブランケットや
フェルト等に二次加工され、特に高温部材として用いら
れるが、高温で長時間使用すると収縮を起こすという欠
点を持っている。そして、一般に使用時間が長いほどま
た使用温度が高いほど収縮の度合は大きくなる。このよ
うな収縮現象が起るのは、加熱によりファイバーが非晶
質の状態から結晶質の状態へと変化するため（結晶化）
及び繊維間の焼結が進行するためであると考えられてい
る。なお、溶融原料は繊維化の過程で急冷されるため、
得られたセラミックファイバーは非晶質状態になってい
る。
たバルク状のセラミックファイバーは、ブランケットや
フェルト等に二次加工され、特に高温部材として用いら
れるが、高温で長時間使用すると収縮を起こすという欠
点を持っている。そして、一般に使用時間が長いほどま
た使用温度が高いほど収縮の度合は大きくなる。このよ
うな収縮現象が起るのは、加熱によりファイバーが非晶
質の状態から結晶質の状態へと変化するため（結晶化）
及び繊維間の焼結が進行するためであると考えられてい
る。なお、溶融原料は繊維化の過程で急冷されるため、
得られたセラミックファイバーは非晶質状態になってい
る。
【０００６】従来のセラミックファイバーを高温部材と
して用いる場合は、予め一定の収縮率を想定して使用し
ている。しかしながら、この収縮現象のために製品の用
途や寿命が限定されるのは避けられなかった。
して用いる場合は、予め一定の収縮率を想定して使用し
ている。しかしながら、この収縮現象のために製品の用
途や寿命が限定されるのは避けられなかった。
【０００７】本発明はこのような従来技術の不都合を克
服して、収縮率そのものが小さく、かつ長時間の加熱に
対しても収縮率の増加が小さいＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系
のセラミックファイバーを提供することを目的としてい
る。
服して、収縮率そのものが小さく、かつ長時間の加熱に
対しても収縮率の増加が小さいＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系
のセラミックファイバーを提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本件第１発明は、Ａｌ2
Ｏ3 が４４重量％以上を占めかつ主要成分としてＡｌ2
Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、ジェット水流によ
って繊維化したセラミックファイバーを要旨としてい
る。
Ｏ3 が４４重量％以上を占めかつ主要成分としてＡｌ2
Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融し、ジェット水流によ
って繊維化したセラミックファイバーを要旨としてい
る。
【０００９】本件第２発明は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2を
含む原料を溶融し、ジェット水流によって繊維化し、さ
らに加熱処理を施して繊維組織を初期収縮させたセラミ
ックファイバーを要旨している。
含む原料を溶融し、ジェット水流によって繊維化し、さ
らに加熱処理を施して繊維組織を初期収縮させたセラミ
ックファイバーを要旨している。
【００１０】
【実施例】前述したように、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の原
料には一般に小量の不純物が含まれるが、本発明の構成
原料にこれらの小量の不純物が含まれていてもさしつか
えない。例えば、Ａｌ2 Ｏ3 の原料としてバイヤー法に
よるアルミナを用い、またＳｉＯ2 の原料として天然の
珪砂を使用した場合に、それらに随伴する小量のＮａ2
ＯやＦｅ2 Ｏ3 等の不純物は本発明のセラミックファイ
バーの品質にほとんど影響を与えない。
料には一般に小量の不純物が含まれるが、本発明の構成
原料にこれらの小量の不純物が含まれていてもさしつか
えない。例えば、Ａｌ2 Ｏ3 の原料としてバイヤー法に
よるアルミナを用い、またＳｉＯ2 の原料として天然の
珪砂を使用した場合に、それらに随伴する小量のＮａ2
ＯやＦｅ2 Ｏ3 等の不純物は本発明のセラミックファイ
バーの品質にほとんど影響を与えない。
【００１１】本件第１発明のセラミックファイバーの製
造方法を簡単に説明する。まず、実質的にＡｌ2 Ｏ3 と
ＳｉＯ2 からなる原料が電気炉で溶融され、溶融した原
料は重力によって炉から下方に垂らされ細い流れとなっ
て炉外に導かれる。
造方法を簡単に説明する。まず、実質的にＡｌ2 Ｏ3 と
ＳｉＯ2 からなる原料が電気炉で溶融され、溶融した原
料は重力によって炉から下方に垂らされ細い流れとなっ
て炉外に導かれる。
【００１２】次いで、溶融原料は高圧、高速の水ジェッ
トを用いて繊維化される。このような高圧、高速水のジ
ェットは他の分野では例えば洗浄や切断の用途に用いら
れている。このような水ジェットは比較的容易に得るこ
とができる。例えば、スギノマシン製ジェットクリーナ
ー（商品名）、または、同社のアクアジェットカッター
（商品名）等を用いてジェット水流を発生することがで
きる。
トを用いて繊維化される。このような高圧、高速水のジ
ェットは他の分野では例えば洗浄や切断の用途に用いら
れている。このような水ジェットは比較的容易に得るこ
とができる。例えば、スギノマシン製ジェットクリーナ
ー（商品名）、または、同社のアクアジェットカッター
（商品名）等を用いてジェット水流を発生することがで
きる。
【００１３】Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系溶融組成物の細い
流れは、繊維化媒体となる高圧、高速のジェット水流に
衝突すると、その作用によって細く連続的に切断されな
がら伸延され繊維化する。この際、溶融原料はジェット
水流によって極めて急激に冷却され、またジェット水流
から大きな運動エネルギーを受ける。その結果、比較的
太い繊維であっても、従来のセラミックファイバーには
ない急激な冷却を受けることになる。
流れは、繊維化媒体となる高圧、高速のジェット水流に
衝突すると、その作用によって細く連続的に切断されな
がら伸延され繊維化する。この際、溶融原料はジェット
水流によって極めて急激に冷却され、またジェット水流
から大きな運動エネルギーを受ける。その結果、比較的
太い繊維であっても、従来のセラミックファイバーには
ない急激な冷却を受けることになる。
【００１４】以下、さらに詳細に説明する。一般に、溶
融物に繊維化媒体を吹き付け、または衝突させて繊維化
するには、溶融物が適度な粘性を持つこと、及び、繊維
化媒体が溶融物を分散または切断し、さらに伸延するの
に適した物性を持っていることが必要である。
融物に繊維化媒体を吹き付け、または衝突させて繊維化
するには、溶融物が適度な粘性を持つこと、及び、繊維
化媒体が溶融物を分散または切断し、さらに伸延するの
に適した物性を持っていることが必要である。
【００１５】一般に溶融物が単体ならばその粘度と温度
は逆比例の関係にあって、溶融物の温度が高ければ粘度
は小さく、逆に溶融物の温度が低ければ粘度は大きい。
溶融物が２種以上の物質からなる場合には粘度はその溶
融物の組成にも依存する。Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系溶融
物の場合には、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合の方が、
融点近傍における粘度は小さい。また、温度変化に対す
る粘度変化に関しては、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合
の方が１℃当りの粘度変化の割合が大きい。一方、Ａｌ
2 Ｏ3 の含有量と融点の関係は、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が
多い場合の方がＡｌ2 Ｏ3の含有量が少ない場合より融
点が高い。
は逆比例の関係にあって、溶融物の温度が高ければ粘度
は小さく、逆に溶融物の温度が低ければ粘度は大きい。
溶融物が２種以上の物質からなる場合には粘度はその溶
融物の組成にも依存する。Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系溶融
物の場合には、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合の方が、
融点近傍における粘度は小さい。また、温度変化に対す
る粘度変化に関しては、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い場合
の方が１℃当りの粘度変化の割合が大きい。一方、Ａｌ
2 Ｏ3 の含有量と融点の関係は、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が
多い場合の方がＡｌ2 Ｏ3の含有量が少ない場合より融
点が高い。
【００１６】これらの点も含めＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2系
組成物の特性をまとめると、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い
場合には、組成物が高融点をもち、溶融時の粘度が低
く、融点より少し温度が下がると急激に粘度が増す。逆
に、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が少ない組成は低融点を有し、
溶融時の粘度が高く、融点より少し温度が下がってもそ
れほど急激には粘度が増加しない。
組成物の特性をまとめると、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多い
場合には、組成物が高融点をもち、溶融時の粘度が低
く、融点より少し温度が下がると急激に粘度が増す。逆
に、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が少ない組成は低融点を有し、
溶融時の粘度が高く、融点より少し温度が下がってもそ
れほど急激には粘度が増加しない。
【００１７】従来の方法による繊維化の場合、Ａｌ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 系溶融物の繊維化に適した粘度は１００〜
４５０ポイズと言われている。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 系原料の溶融時の粘度はこの粘度より低い。この
ため、温度を下げて粘度を最適値まで上昇させて繊維化
を行っている。前述したようにＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系
組成物においては、Ａｌ2 Ｏ3含有量が多い場合には溶
融温度が高く粘度が小さい。このため、繊維化に際して
は、適性粘度を得るためにいっそう温度を下げる必要が
ある。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が多い場合は粘度の変
化率も大きいので、冷却し過ぎた場合に問題となる。す
なわち、温度を下げて適当な粘度が得られた後も冷却が
続くと直ちに適当な粘度範囲を越えてしまい、粘度が高
くなりすぎるのである。このような粘度特性を持つ組成
物を繊維化するには、できるだけ短時間に繊維化を完了
しなければならない。さもなければ、温度調整がうまく
できずに粘度が大きくなりすぎて繊維化に要するエネル
ギーが非常に大きくなり、繊維化が困難となる場合もあ
る。
3 −ＳｉＯ2 系溶融物の繊維化に適した粘度は１００〜
４５０ポイズと言われている。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 系原料の溶融時の粘度はこの粘度より低い。この
ため、温度を下げて粘度を最適値まで上昇させて繊維化
を行っている。前述したようにＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系
組成物においては、Ａｌ2 Ｏ3含有量が多い場合には溶
融温度が高く粘度が小さい。このため、繊維化に際して
は、適性粘度を得るためにいっそう温度を下げる必要が
ある。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が多い場合は粘度の変
化率も大きいので、冷却し過ぎた場合に問題となる。す
なわち、温度を下げて適当な粘度が得られた後も冷却が
続くと直ちに適当な粘度範囲を越えてしまい、粘度が高
くなりすぎるのである。このような粘度特性を持つ組成
物を繊維化するには、できるだけ短時間に繊維化を完了
しなければならない。さもなければ、温度調整がうまく
できずに粘度が大きくなりすぎて繊維化に要するエネル
ギーが非常に大きくなり、繊維化が困難となる場合もあ
る。
【００１８】このように溶融物を繊維化するには冷却が
必要である。しかし溶融物の冷却には粘度の上昇以外に
失透の現象が伴う。失透とは微細な結晶が析出する現象
である。繊維化の途中で失透が起きると繊維化の進行が
妨げられる。失透を避けるには冷却速度を結晶化速度よ
りも大きくする必要がある。Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系組
成物の場合、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多いほど結晶化し易
い。したがってＡｌ2 Ｏ3 が多い場合にはそれだけ冷却
速度を早めなければならない。
必要である。しかし溶融物の冷却には粘度の上昇以外に
失透の現象が伴う。失透とは微細な結晶が析出する現象
である。繊維化の途中で失透が起きると繊維化の進行が
妨げられる。失透を避けるには冷却速度を結晶化速度よ
りも大きくする必要がある。Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系組
成物の場合、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多いほど結晶化し易
い。したがってＡｌ2 Ｏ3 が多い場合にはそれだけ冷却
速度を早めなければならない。
【００１９】以上述べたように、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が多
い組成物を繊維化する場合には、その含有量が少ない組
成物の場合に比べて次の条件が必要となる。
い組成物を繊維化する場合には、その含有量が少ない組
成物の場合に比べて次の条件が必要となる。
【００２０】（１）繊維化に適した温度まですばやく冷
却しなくてはならない。
却しなくてはならない。
【００２１】（２）繊維化に適当な温度範囲は非常に狭
いので、繊維化に際していっそう大きなエネルギーを瞬
時に与えなくてはならない。
いので、繊維化に際していっそう大きなエネルギーを瞬
時に与えなくてはならない。
【００２２】本件第１、第２発明では、これらの条件を
満足するように繊維化媒体を高圧、高速のジェット水流
とする。特に１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧したジェ
ット水流を使用するのが望ましい。ジェット水流は冷却
能力が非常に大きいので高Ａｌ2 Ｏ3 質の組成でも失透
することなく繊維化に適した温度まで速やかに冷却でき
る。これは繊維化媒体として使用される水が、従来用い
られていた空気や水蒸気に比べて比熱、比重とも格段に
大きいからである。冷却能力は繊維化媒体の熱容量に比
例する。言い替えれば繊維化媒体の比熱と比重の積に比
例する。ジェット水流の比熱と比重の積は空気や水蒸気
のおよそ３０００倍にも達する。水の質量は空気のおよ
そ８００倍に達するので、ジェット水流は単位体積当り
の質量が非常に大きい。したがってジェット水流は非常
に大きな運動エネルギーを持っている。しかし、繊維化
に必要な十分の大きさの運動エネルギーを得るためにジ
ェット水流を１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧すること
が望ましい。また、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧し
たジェット水流は比較的容易に１００ｍ／秒以上のスピ
ードで空中を移動させることができる。
満足するように繊維化媒体を高圧、高速のジェット水流
とする。特に１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧したジェ
ット水流を使用するのが望ましい。ジェット水流は冷却
能力が非常に大きいので高Ａｌ2 Ｏ3 質の組成でも失透
することなく繊維化に適した温度まで速やかに冷却でき
る。これは繊維化媒体として使用される水が、従来用い
られていた空気や水蒸気に比べて比熱、比重とも格段に
大きいからである。冷却能力は繊維化媒体の熱容量に比
例する。言い替えれば繊維化媒体の比熱と比重の積に比
例する。ジェット水流の比熱と比重の積は空気や水蒸気
のおよそ３０００倍にも達する。水の質量は空気のおよ
そ８００倍に達するので、ジェット水流は単位体積当り
の質量が非常に大きい。したがってジェット水流は非常
に大きな運動エネルギーを持っている。しかし、繊維化
に必要な十分の大きさの運動エネルギーを得るためにジ
ェット水流を１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧すること
が望ましい。また、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に加圧し
たジェット水流は比較的容易に１００ｍ／秒以上のスピ
ードで空中を移動させることができる。
【００２３】水ジェットはこのように繊維化能力に優れ
ていて、Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の広範囲の組成を繊維
化することができる。しかしＡｌ2 Ｏ3 の含有量は４４
％以上の範囲で適用する。なぜなら、Ａｌ2 Ｏ3 の含有
量が４４％以下でも繊維化は十分可能であるが、繊維の
直径が太くなりすぎ、断熱効果が低下する等実用面で不
都合が出てくるからである。Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多く
なると繊維の収率が低下する傾向にあるが、Ａｌ2 Ｏ3
の含有量が上限約７０％までは製造可能である。Ａｌ2
Ｏ3の含有量が多い場合、前述のように繊維の収率は低
下するが、得られた繊維は余り収縮率せず、しかも繊維
径も小さいので、特に高温の断熱の用途には好ましい。
一方、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が少ない場合には従来にない
太い繊維が得られる。このような比較的太い繊維はプラ
スチックや金属の補強材として使用する場合に強度の低
下が少なく、分散がよい等の別の利点を持っている。
ていて、Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の広範囲の組成を繊維
化することができる。しかしＡｌ2 Ｏ3 の含有量は４４
％以上の範囲で適用する。なぜなら、Ａｌ2 Ｏ3 の含有
量が４４％以下でも繊維化は十分可能であるが、繊維の
直径が太くなりすぎ、断熱効果が低下する等実用面で不
都合が出てくるからである。Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が多く
なると繊維の収率が低下する傾向にあるが、Ａｌ2 Ｏ3
の含有量が上限約７０％までは製造可能である。Ａｌ2
Ｏ3の含有量が多い場合、前述のように繊維の収率は低
下するが、得られた繊維は余り収縮率せず、しかも繊維
径も小さいので、特に高温の断熱の用途には好ましい。
一方、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が少ない場合には従来にない
太い繊維が得られる。このような比較的太い繊維はプラ
スチックや金属の補強材として使用する場合に強度の低
下が少なく、分散がよい等の別の利点を持っている。
【００２４】このようにして得られた繊維は加熱収縮率
について従来の繊維にない好ましい特徴を持っている。
本発明のように溶融物から急冷の手段を用いて作ったセ
ラミックファイバーは、Ｘ線的には結晶状態を示さな
い。すなわちアモルファス状態またはガラス状態を示
す。一般に溶融物をゆっくり冷却すると結晶が析出す
る。これは熱力学的にその方が安定するからである。し
たがってアモルファス状態のセラミックファイバーは潜
在的に結晶状態へ戻ろうとする傾向がある。このような
性質をセラミックファイバーの結晶化と呼んでいる。
について従来の繊維にない好ましい特徴を持っている。
本発明のように溶融物から急冷の手段を用いて作ったセ
ラミックファイバーは、Ｘ線的には結晶状態を示さな
い。すなわちアモルファス状態またはガラス状態を示
す。一般に溶融物をゆっくり冷却すると結晶が析出す
る。これは熱力学的にその方が安定するからである。し
たがってアモルファス状態のセラミックファイバーは潜
在的に結晶状態へ戻ろうとする傾向がある。このような
性質をセラミックファイバーの結晶化と呼んでいる。
【００２５】一般にセラミックファイバーは結晶化に伴
って寸法が縮小する。結晶化はおよそ３段階で進行し、
それぞれの段階で収縮を起こす。しかしこの収縮（率）
は加熱温度が一定なら、加熱時間を変数とした一次式で
近似できる。すなわち一般式Ａ＝Ｂ＋Ｃ×Ｄによって表
すことができる。ここでＡは収縮率（％）、Ｂは初期収
縮率（％）、Ｃは増加率（％／時間）、Ｄは加熱時間で
ある。Ｂは一定の常数で、この中には常温から加熱した
時に初めて現れる収縮現象が含まれる。この時の温度を
一般に結晶化温度と呼んでいる。この結晶化温度は９８
０℃前後に存在する。この反応は非常に早く、そしてＢ
の値に占める割合も大きい。さらに加熱時間が経過する
とＢの値に達する。この性質を利用して、繊維に予め初
期収縮を起こさせ、第２回目以降の加熱収縮率を意図的
に小さくすることが可能である。本件第２発明のセラミ
ックファイバーは、このように予め繊維組織に初期収縮
を起こさせたことを特徴としている。
って寸法が縮小する。結晶化はおよそ３段階で進行し、
それぞれの段階で収縮を起こす。しかしこの収縮（率）
は加熱温度が一定なら、加熱時間を変数とした一次式で
近似できる。すなわち一般式Ａ＝Ｂ＋Ｃ×Ｄによって表
すことができる。ここでＡは収縮率（％）、Ｂは初期収
縮率（％）、Ｃは増加率（％／時間）、Ｄは加熱時間で
ある。Ｂは一定の常数で、この中には常温から加熱した
時に初めて現れる収縮現象が含まれる。この時の温度を
一般に結晶化温度と呼んでいる。この結晶化温度は９８
０℃前後に存在する。この反応は非常に早く、そしてＢ
の値に占める割合も大きい。さらに加熱時間が経過する
とＢの値に達する。この性質を利用して、繊維に予め初
期収縮を起こさせ、第２回目以降の加熱収縮率を意図的
に小さくすることが可能である。本件第２発明のセラミ
ックファイバーは、このように予め繊維組織に初期収縮
を起こさせたことを特徴としている。
【００２６】できるだけ高温で長時間加熱することによ
ってそれだけ大きな初期収縮率が得られるが、エネルギ
ー損失の観点からも加熱温度、加熱時間を決めるべきで
ある。コストの点からは可能な限り低温、短時間が望ま
しい。例えば加熱温度は製品として実際に使用される温
度と同程度かそれより高い方が好ましい。この場合比較
的短時間でその使用時条件において充分な程度の初期収
縮を起こすことができる。しかしそれ以下の温度でも不
可能ということではない。その場合には長時間の加熱が
必要である。加熱は処理温度が高いほど短時間で充分で
あるが、逆に加熱温度が低い場合には長時間の加熱が必
要である。一般に加熱温度の下限値は結晶化温度である
が、セラミックファイバーは断熱体であり均一に加熱す
るのが困難であるということを考慮すると、より好まし
くは１０００℃以上で、最低１時間の加熱が望ましい。
ってそれだけ大きな初期収縮率が得られるが、エネルギ
ー損失の観点からも加熱温度、加熱時間を決めるべきで
ある。コストの点からは可能な限り低温、短時間が望ま
しい。例えば加熱温度は製品として実際に使用される温
度と同程度かそれより高い方が好ましい。この場合比較
的短時間でその使用時条件において充分な程度の初期収
縮を起こすことができる。しかしそれ以下の温度でも不
可能ということではない。その場合には長時間の加熱が
必要である。加熱は処理温度が高いほど短時間で充分で
あるが、逆に加熱温度が低い場合には長時間の加熱が必
要である。一般に加熱温度の下限値は結晶化温度である
が、セラミックファイバーは断熱体であり均一に加熱す
るのが困難であるということを考慮すると、より好まし
くは１０００℃以上で、最低１時間の加熱が望ましい。
【００２７】一般にセラミックファイバーは結晶化に伴
い脆くなる。しかし本発明に係る繊維は従来方法による
繊維より急冷の程度が著しいので、アモルファスな状態
もそれだけ完全である。したがって再加熱による結晶化
に際しても、結晶が微細であり従来品ほど脆くならな
い。
い脆くなる。しかし本発明に係る繊維は従来方法による
繊維より急冷の程度が著しいので、アモルファスな状態
もそれだけ完全である。したがって再加熱による結晶化
に際しても、結晶が微細であり従来品ほど脆くならな
い。
【００２８】実験例１〜５ 以下、本発明の実験例を説明する。Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ
2 の混合比率を変えた原料を数種類準備して電気炉で溶
融し、溶融物を３０度の角度で交差する２本のジェット
水流の交点に流下させることによって繊維化した。ジェ
ット水流の条件は水圧７００ｋｇｆ／ｃｍ2 、ノズル径
１．０ｍｍであった。得られた繊維（バルクファイバ
ー）について平均繊維径の測定、及び化学分析を行いＡ
ｌ2 Ｏ3 の含有量を測定した。その結果を表１に示し
た。
2 の混合比率を変えた原料を数種類準備して電気炉で溶
融し、溶融物を３０度の角度で交差する２本のジェット
水流の交点に流下させることによって繊維化した。ジェ
ット水流の条件は水圧７００ｋｇｆ／ｃｍ2 、ノズル径
１．０ｍｍであった。得られた繊維（バルクファイバ
ー）について平均繊維径の測定、及び化学分析を行いＡ
ｌ2 Ｏ3 の含有量を測定した。その結果を表１に示し
た。
【００２９】このように繊維化媒体が水ジェットの場
合、前述したように従来の繊維化媒体に比べて桁ちがい
に冷却作用が大きく、かつ、伸延のために必要な瞬間の
運動エネルギーも大きい。このため、表１に示すように
Ａｌ2 Ｏ3 含有量が４３．５〜６８．１％の広範囲な組
成まで良好に繊維化できた。
合、前述したように従来の繊維化媒体に比べて桁ちがい
に冷却作用が大きく、かつ、伸延のために必要な瞬間の
運動エネルギーも大きい。このため、表１に示すように
Ａｌ2 Ｏ3 含有量が４３．５〜６８．１％の広範囲な組
成まで良好に繊維化できた。
【００３０】
【表１】 次いで、得られた繊維を公知の方法で１００×１００×
２０ｍｍの大きさのフェルトに成形し収縮率の測定を行
った。電気炉中で加熱温度を１４００℃に設定し、加熱
を始めて１日，８日，１５日目に収縮率を測定した。収
縮率は加熱前の寸法に対する測定時の寸法の変化率とし
て算出した。さらに、得られた収縮率から一週間当りの
収縮率の増加率を算出した。また、このような収縮率と
加熱時間の関係を前述の数式Ａ＝Ｂ＋Ｃ×Ｄによって表
した場合のＢ及びＣを算出した。ここでＡは収縮率％、
Ｂは初期収縮率％、Ｃは増加率％／日、Ｄは加熱日数で
ある。
２０ｍｍの大きさのフェルトに成形し収縮率の測定を行
った。電気炉中で加熱温度を１４００℃に設定し、加熱
を始めて１日，８日，１５日目に収縮率を測定した。収
縮率は加熱前の寸法に対する測定時の寸法の変化率とし
て算出した。さらに、得られた収縮率から一週間当りの
収縮率の増加率を算出した。また、このような収縮率と
加熱時間の関係を前述の数式Ａ＝Ｂ＋Ｃ×Ｄによって表
した場合のＢ及びＣを算出した。ここでＡは収縮率％、
Ｂは初期収縮率％、Ｃは増加率％／日、Ｄは加熱日数で
ある。
【００３１】これらの結果を表１に示した。表１に示し
た結果をもとに、繊維径とＡｌ2 Ｏ3 含有量の関係を図
１に示した。また、加熱時間と収縮率の関係を図２に示
した。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 含有量と収縮率の関係を図３
に示した。
た結果をもとに、繊維径とＡｌ2 Ｏ3 含有量の関係を図
１に示した。また、加熱時間と収縮率の関係を図２に示
した。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 含有量と収縮率の関係を図３
に示した。
【００３２】比較例１〜３ 従来の製法で比較例１〜３を行った。すなわち、Ａｌ2
Ｏ3とＳｉＯ2 の混合比率を変えた原料を用いて空気に
よるブローイングを行ない、セラミックファイバーを製
造して同様の試験と測定を行った。これらの結果も表
１，図１，図２，図３に示した。
Ｏ3とＳｉＯ2 の混合比率を変えた原料を用いて空気に
よるブローイングを行ない、セラミックファイバーを製
造して同様の試験と測定を行った。これらの結果も表
１，図１，図２，図３に示した。
【００３３】図１に示されているように、Ａｌ2 Ｏ3 の
含有量が同じ場合、実験例と比較例を比較すると実験例
で得た繊維の径の方が全ての組成範囲で約１μｍ以上太
いことがわかる。
含有量が同じ場合、実験例と比較例を比較すると実験例
で得た繊維の径の方が全ての組成範囲で約１μｍ以上太
いことがわかる。
【００３４】図３に示されているように、Ａｌ2 Ｏ3 の
含有量が同じ場合、実験例と比較例の収縮率を比較する
と、全ての組成範囲で実験例の方が小さいことがわか
る。収縮率に於ける実験例と比較例の差は、Ａｌ2 Ｏ3
の含有量が約５５％の場合が最小で、Ａｌ2 Ｏ3 の含有
量がこれより大きくなったり小さくなるほどその差は大
きくなる。また、実験例の収縮率はＡｌ2 Ｏ3 の含有量
にかかわらず３〜４％の小さな収縮率を持っていること
もわかる。このように、本発明に係るセラミックファイ
バーは従来のものに比べ収縮率そのものが小さい。
含有量が同じ場合、実験例と比較例の収縮率を比較する
と、全ての組成範囲で実験例の方が小さいことがわか
る。収縮率に於ける実験例と比較例の差は、Ａｌ2 Ｏ3
の含有量が約５５％の場合が最小で、Ａｌ2 Ｏ3 の含有
量がこれより大きくなったり小さくなるほどその差は大
きくなる。また、実験例の収縮率はＡｌ2 Ｏ3 の含有量
にかかわらず３〜４％の小さな収縮率を持っていること
もわかる。このように、本発明に係るセラミックファイ
バーは従来のものに比べ収縮率そのものが小さい。
【００３５】一方、図２に示されているように、実験例
も比較例も加熱時間が長くなると収縮率も大きくなる傾
向を持つが、実験例の方が単位時間当りの収縮率の増加
割合が小さいことがわかる。このような性質が得られた
理由は明確ではないが、繊維化媒体がジェット水流であ
るため従来の空気や蒸気などの繊維化媒体と比べてかな
り急冷されていること、及び繊維が太いので加熱収縮率
の一因とされる結晶化や焼結反応が遅延しているためと
考えられる。
も比較例も加熱時間が長くなると収縮率も大きくなる傾
向を持つが、実験例の方が単位時間当りの収縮率の増加
割合が小さいことがわかる。このような性質が得られた
理由は明確ではないが、繊維化媒体がジェット水流であ
るため従来の空気や蒸気などの繊維化媒体と比べてかな
り急冷されていること、及び繊維が太いので加熱収縮率
の一因とされる結晶化や焼結反応が遅延しているためと
考えられる。
【００３６】表１及び図２に示されているように実験例
で得られた繊維は、第１日目に大きな収縮を示し、以降
の加熱によって非常にゆっくりと収縮率が増加してい
る。表１に示した初期収縮率Ａは図２の１日以降の曲線
を０日に外挿した値に相当する。１４００℃で１日加熱
し、予備収縮を起こした繊維は２日目以降の加熱によっ
てほとんど収縮率が増加していない。その時の増加率は
表２のＢの値である。Ｂの値は各実験例で０．０２８６
であるのに対し比較例では２倍以上の大きな値を示し
た。したがって、１日の加熱時間であらかじめ予備収縮
を起こした繊維は、２日目以降の加熱に際し、予備収縮
を施していない繊維に比べ収縮率が小さいのみならず、
同じ条件で予備収縮を施した従来の繊維に比べても収縮
率が小さいことがわかる。すなわち、１日目の加熱を製
造段階で行ったものとみなし、２日目以降の加熱を製品
の使用段階で行ったものと考えれば、本件第２発明の効
果が著しいものであることがわかる。また、触感による
柔軟試験では本発明の繊維はいずれも１日加熱したあと
でもかなり柔軟性を保っていたが比較例のものはいずれ
も柔軟性を失っていた。
で得られた繊維は、第１日目に大きな収縮を示し、以降
の加熱によって非常にゆっくりと収縮率が増加してい
る。表１に示した初期収縮率Ａは図２の１日以降の曲線
を０日に外挿した値に相当する。１４００℃で１日加熱
し、予備収縮を起こした繊維は２日目以降の加熱によっ
てほとんど収縮率が増加していない。その時の増加率は
表２のＢの値である。Ｂの値は各実験例で０．０２８６
であるのに対し比較例では２倍以上の大きな値を示し
た。したがって、１日の加熱時間であらかじめ予備収縮
を起こした繊維は、２日目以降の加熱に際し、予備収縮
を施していない繊維に比べ収縮率が小さいのみならず、
同じ条件で予備収縮を施した従来の繊維に比べても収縮
率が小さいことがわかる。すなわち、１日目の加熱を製
造段階で行ったものとみなし、２日目以降の加熱を製品
の使用段階で行ったものと考えれば、本件第２発明の効
果が著しいものであることがわかる。また、触感による
柔軟試験では本発明の繊維はいずれも１日加熱したあと
でもかなり柔軟性を保っていたが比較例のものはいずれ
も柔軟性を失っていた。
【００３７】
【発明の効果】本件第１発明のセラミックファイバーは
加熱による収縮が少ない。
加熱による収縮が少ない。
【００３８】本件第２発明のセラミックファイバーは加
熱による収縮が少なく、かつ、長時間加熱しても収縮率
の増加が小さい。
熱による収縮が少なく、かつ、長時間加熱しても収縮率
の増加が小さい。
【図１】本発明の実験例と比較例における繊維径とＡｌ
2 Ｏ3 含有率の関係を示すグラフ。
2 Ｏ3 含有率の関係を示すグラフ。
【図２】本発明の実験例と比較例における加熱時間と収
縮率の関係を示すグラフ。
縮率の関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実験例と比較例におけるＡｌ2 Ｏ3 含
有率と収縮率の関係を示すグラフ。 ◆
有率と収縮率の関係を示すグラフ。 ◆
【表２】
フロントページの続き (72)発明者 平田 公男 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 三須 安雄 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 伊藤 明 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌ2 Ｏ3 が４４重量％以上を占めかつ
主要成分としてＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融
し、ジェット水流によって繊維化したセラミックファイ
バー。 - 【請求項２】 Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 を含む原料を溶融
し、ジェット水流によって繊維化し、さらに加熱処理を
施して繊維組織を初期収縮させたセラミックファイバ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349727A JP2989359B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | セラミックファイバー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349727A JP2989359B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | セラミックファイバー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156520A true JPH05156520A (ja) | 1993-06-22 |
| JP2989359B2 JP2989359B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=18405695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3349727A Expired - Fee Related JP2989359B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | セラミックファイバー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2989359B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04343713A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-30 | Toshiba Monofrax Co Ltd | セラミックファイバー |
-
1991
- 1991-12-10 JP JP3349727A patent/JP2989359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04343713A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-30 | Toshiba Monofrax Co Ltd | セラミックファイバー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2989359B2 (ja) | 1999-12-13 |
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