JPH05263319A - セメント質製品強化用耐アルカリ性高温耐火性繊維及びその強化製品 - Google Patents

セメント質製品強化用耐アルカリ性高温耐火性繊維及びその強化製品

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JPH05263319A
JPH05263319A JP3262052A JP26205291A JPH05263319A JP H05263319 A JPH05263319 A JP H05263319A JP 3262052 A JP3262052 A JP 3262052A JP 26205291 A JP26205291 A JP 26205291A JP H05263319 A JPH05263319 A JP H05263319A
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fibers
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alkali
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Wendell Graydon Ekdahl
グレイドン イクダール，ウエンデル
Asit R Chaudhuri
ランジヤン チヤウドーリイ，アシツト
William C Miiller
クライド ミラー，ウイリアム
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Manville Service Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 セメント質製品強化用の耐収縮性を発揮する
高温耐火繊維の提供。 【構成】 重量パーセントで、それぞれシリカ(SiO2)は
４６−５２％、アルミナ(Al2O3) は３２−３８％、酸化
ジルコニウム(ZrO2)は１３−１８％から成る組成物を有
し、しかも前記組成物のシリカ対酸化ジルコニウム比率
が２．６から３．８までの範囲にある高温耐火繊維。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、セメント質製品強化用耐
アルカリ性高温耐火性繊維及びその強化製品に関し、よ
り詳細には耐熱性繊維に関する。
【０００２】
【発明の背景と要約】現在までのところ、補強用セメン
ト質基材に使用するのに適した合成無機繊維に関する殆
んどの開発作業は、ガラス分野で行われてきた。本出願
に於て用語“ガラス”が使用される場合には、生成する
繊維のガラス状構造すなわち非結晶質構造だけでなく、
通常はアルカリ金属酸化物からなる１種または複数種の
融剤を含有する組成物をも指すこととする。これらの融
剤の作用は、バッチ混合物の溶融温度を減じて連続抜取
回転式繊維形成法（スピナーデイスクの孔を通して押出
す）のような方法での組成物の繊維形成性をより良くす
ることである。しかしこれと同時に、上記融剤は一般
に、繊維の化学的安定性を減じると共に繊維の使用温度
を低下させる。耐化学性および耐熱性とを、併せて必要
とする使用例（例えば、熱処理されるセメント質製品の
強化等）では、アルカリ金属酸化物融剤を含むガラス繊
維は、引張り強さを３５％以上も失いそれに対応してセ
メント質基剤の補強効果を失うことになる。これには換
言すれば、生成した繊維−セメント生成物の破壊係数が
低下（即ち、強化製品の強度の直接的低下）することに
なる。
【０００３】そこで、本発明の目的は、酸化やアルカリ
性組成物を繊維強化できる程度に耐化学性がありこの条
件中において、最終製品を熱処理可能とする耐熱性との
双方を有する合成無機繊維を提供することである。硬化
工程で生ずる高温度（３００°Ｆから１１００°Ｆま
で）は、シリカと石灰の化学的結合と有機繊維と過剰水
分との蒸発を予定通り促進するだけでなくアルカリ性ま
たは酸性で基材による補強繊維へのアタックのような他
の化学反応をも促進する。それ故に、アルカリ性環境で
化学的に安定で、アルカリ性環境外で温度５００°Ｆ
（２６０℃）で熱的に安定な繊維でも両方の条件が同時
に存在する場合に抵抗性を有するとはかぎらない。
【０００４】アルカリ耐性を与える手段として、ガラス
組成中に添加剤として、酸化ジルコニウム（Zr02）が広
く使用されてきた。その例として、米国特許３，８５
９，１０６；３，９６６，４８１；４，０３６，６５
４；４，３３０，６２８を参照されたい。さらに、酸化
ジルコニウムは、それ自身または主要成分として、比較
的高い使用温度を有する耐火組成物を形成するのに使用
されてきた。その例として、米国特許２，８７３，１９
７；２，９１９，９４４；３，０３５，９２９；３，７
５４，９５０；３，７９３，０４１；４，０５３，３２
１；と４，１１９，４７２；を参照されたい。しかし前
述したごとく、ある成分がそれぞれ独立して適切な耐化
学性と耐熱性をもっていてもその成分を含む組成物が必
要とする耐化学性と耐熱性との双方を有することが保証
さるわけでない。化学的及び熱的なアタックを組合せて
同時に起ると、極めて高い腐蝕性環境を作り出すことに
なる。実際に、酸化ジルコニウムを含んだ一見耐アルカ
リ性のガラスは、上記の使用には不適当であることが明
らかになり、その結果、本発明を提供することになっ
た。さらに、本発明の達成と関連して行われた研究によ
り、本発明の繊維を作る時に使用される成分のすべての
組成が、所望の耐化学性と耐熱性とを産み出すわけでは
ないことが明らかにされて、上記のことが立証されてい
る。
【０００５】本発明の目的は、アルカリ金属酸化物融剤
を実質的に含まない耐火繊維生成に適した組成即ち４５
％から７６％のシリカ、１２％から３２％のアルミナ
と、５％から３０％の酸化ジルコニウムを含み、さらに
１．８乃至４．０のシリカ／アルミナ比からなる組成に
よって達成される。この基本的化学組成を有する繊維
は、珪酸カルシウム製品のような酸性およびアルカリ性
の両環境中においてその珪酸カルシウム生成物が３００
°Ｆから１１００°Ｆ（１５０℃から５９３℃）までの
温度で熱処理された場合でさえ、本質的に化学的に不活
性である。これらの繊維で補強されたセメント質製品
も、請求の範囲に含まれる。これら耐火繊維は、２つの
高速回転式スピナー表面上に溶融流を当てて形成され
る。実際には、このスピナーによる繊維の製造方法は、
前述の望ましくない融剤を使用した場合、溶融流の温度
が３０００°Ｆ（１７０５℃）の範囲内になる場合によ
り効果的である。
【０００６】さらに、耐化学性及び耐熱性との特別な組
合せを有している材料に関する研究中に、シリカ−アル
ミナ−酸化ジルコニウム繊維の分野を調査している間
に、本出願者等は、耐化学性がわずかに劣るが、耐熱性
が著しくすぐれている繊維を与える耐火繊維組成を見出
した。多くの先行技術繊維は、そのメーカーが、耐熱限
界を２６００°Ｆ（１４２５℃）と規定している。上記
の競合繊維に対する収縮性の比較試験によって、本発明
の繊維は耐熱性が一層すぐれていることが明らかになっ
ている。さらに、この組成は、在来のアルミナ−シリカ
耐火溶融材よりも、同一エネルギー入力に対して溶融率
がさらに高く、溶融原料単位当りの繊維回収率がより大
きくなる。
【０００７】本発明の上記およびその他の特色、利点と
特性は、下記の詳細な説明を読めば、さらによく理解さ
れるはずである。
【０００８】
【好ましい実施態様の詳細な説明】珪酸カルシウムの基
体を有する繊維強化セメント質製品は、耐熱性と構造上
の強度とを必要とする多くの市販用途向けとして製造さ
る。かかる高密度の珪酸カルシウム生成物の１つは、マ
ンビル建材社によって「マリナイト」の商標名で市販さ
れている。マリナイトの用途は１つは、溶融金属を鋳造
するための型の形成である。上記のセメント質パネルは
かつて、角閃石アスベストで補強された。（米国特許
２，３２６，５１６と２，３２６，５１７参照）現実と
想像上との両面で石綿繊維に関連した健康上の問題は、
珪酸カルシウム基体用の補強繊維のような適当な代替物
としての他の繊維を研究させる結果となった。重量で最
大４０％のワラストナイト（珪灰石）繊維と重量で最大
１５％のパネル用の耐アルカリ性ガラス繊維とを使用し
た適切な組成が、１９７０年代の後半の半ばに開発され
た（米国特許４，１１１，７１２と４，１２８，４３４
参照）。
【０００９】１２（または２０）ミクロンの平均繊維直
径を有する上記のＡＲ（耐アルカリ）ガラス繊維の使用
によって、スラリ混合物の成形性を向上させ、排出速度
をおそくし、さらになま強度をたかめる等のための加工
助剤として、クラフト紙のような有機繊維材料を５％含
有しなければならなかった。上記パネルを硬化させるに
は、時にはシリカ−水酸化カルシウムの反応を促進する
ために、オートクレーブ、（３３０°Ｆ、１００psi 下
での水蒸気硬化）を必要とする。さらに、有機繊維は、
５５０°Ｆ、９００°Ｆまたは１１００°Ｆの熱処理に
よって、完全に燃焼させられなければならない。上記パ
ネルを補強するのに使用される市販の耐アルカリ性（Ａ
Ｒ）ガラスはSiO2−６１％、ZrO2−１０．５％、Na2O−
１４．５％、K2O −２．５％、CaO −５％、TiO2−６．
０％の組成を有している。試験の結果、硬化後には、Ａ
Ｒガラス繊維で補強されたパネルは、ある場合には破壊
係数そしてまたは比強度（破壊強度を密度の２乗で割っ
たもの即ち、ＭＲ／Ｄ2 ）の７０％以下になってしまう
ことが明らかになった。上記の結果は、繊維補強成分の
１つが破壊してことを表わすとともに、さらに分析し
て、破壊したのはＡＲガラスであることが分った。それ
故、耐化学性耐火繊維が、ＡＲガラスの代替品として求
められたのである。
【００１０】最初に、４種の組成（Ｚ１−Ｚ４）が希望
特性を有する繊維を求めて試験された。（第１図を見る
こと。）各成分組成を目ざして、各成分が、指定の比率
で、直径３フイート、深さ１２インチの溶融装置に入れ
られた。各成分は電気的に溶融され溶融流がオリフイス
を通って排出され、１２．０００ｒ．ｐ．ｍ．で回転す
る直径８インチの１対のスピナーに突き当てられる。こ
のようにして、ほぼ直径２−７ミクロン、長さ1/2 −１
０インチ（平均２−３インチ）で、ことなるショット含
有量（一般には３５−４５％）を有する繊維が作り出さ
れる。上記の繊維は、成分を実証するために集められて
分析され、しかもこれらの各種繊維のサンプル１グラム
は、NaOHの０．１Ｎ溶液内で１時間、煮沸されて、乾燥
され、重量損失率を判定するために秤量される。これら
の試験の結果が表１に表示されている。
【００１１】
【表１】
【００１２】さらに、上記の繊維について熱試験を実施
して、最良の耐火性能を有する供試品を識別した。バル
ク繊維は、試験される各組成について真空成形されてフ
エルト状に作られた。上記の繊維性フエルトサンプルの
長さは、正確に計測され、指定時間だけ指定温度で、加
熱炉に入れられ、冷却されて再び計測される。これらの
結果は、注出速度（または繊維形成速度）、平均繊維直
径とショット含有量等について、表IIに表示されてい
る。これらの収縮率は、フエルト状にしたことで、工場
生産材料中に生ずると思われる繊維組織間の収縮のいく
らかが排除されてしまっているので、工場生産ブランケ
ットの場合より小さいであろう。（即ち、上記試験サン
プルは、正規以上の密度を有している。）
【００１３】
【表２】 ＊この繊維組成は、米国特許３，４４９，１３９に開示
され、特許権を請求されていて、その組成は、シリカ４
０−６０％、アルミナ３５−５５％、クロミア１−８％
である。この試験に使用された特定繊維は、シリカ４
３．５％、アルミナ５５％、クロミア１．５％の組成で
ある。
【００１４】上記試験の結果によって、Ｚ３は、最良の
高温性能と許容可能な耐アルカリ性を有するが、これに
反してＺ４は、最良の耐アルカリ性を有するが、高温性
能（２７００°Ｆの計測値を無視すれば）は許容可能な
程度であることが明らかになった。２つの個別の繊維グ
ループが追求され、その一方は、Ｚ３組成物に基づいて
高温性能を最適化することと共に、他方は、Ｚ４組成物
に基づいてより適当な温度環境（２０００°Ｆ以下）で
耐アルカリ性を最適化することを探究することが決定さ
れた。Ｚ３組成物でアルミナと酸化ジルコニウムとを増
加すると耐火性が改善され、Ｚ４組成物でシリカと酸化
ジルコニウムを増加すると耐アルカリ性が強められると
信じられていた。
【００１５】そこで、Ｚ３組成に基づく繊維グループ
（Ｂ１−Ｂ７）は、前記の方法に従って３フイート研究
用溶融装置で製造された。これらの組成は、第１図の三
軸図表に描かれている。次に、上記繊維は、耐熱炉内で
各種時間だけ、種々の温度にさらされて、耐火性を判定
された。これらの試験結果とＢ１−Ｂ７繊維の組成と
は、表III に表示されている。
【００１６】
【表３】
【００１７】上記の試験で、２８００°Ｆ（１５３８
℃）での収縮率をＺ３の５０＋％に対して、約１０％で
ある繊維を製造することができたとはいっても、上記試
験によって、市販可能な繊維を定めることにはならなか
った。第一に、上記の高アルミナ組成（Ｂ１−Ｂ７）は
すべて、Ｚ３より繊維形成するのが著しく困難であっ
た。次に、上記繊維はすべて、２０００°Ｆ（１０９３
℃）をこえる高温度での熱安定性が低いことが分った。
繊維Ｂ１、Ｂ５とＢ７は、２０００°Ｆと２４００°Ｆ
との間でガラス質を失って、繊維的性質を失った。この
ような性状のため、断熱材、高温強化繊維等として、ま
たはその他の工業用として使用することが妨げられるこ
とになる。繊維Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とＢ６の品質劣化は、
大きくなかったが、これらの繊維は、２７００°Ｆ（１
４８２℃）に２６０時間曝した後に８％−１５％の線収
縮を生じた。このような高収縮によっても、上記繊維は
一般的用途に使用できないことになった。さらに、上記
繊維（Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とＢ６）はそれぞれ、２７００
°Ｆに１００時間曝した時に、５．０％未満の線収縮の
サンプルを作ることができなかったことに注目すべきで
ある。特定温度での定格付けをするために、この種類の
繊維サンプル（即ち、フエルト状にされた種類）は、高
温に１００時間さらした後でも、５％以下の線収縮であ
るべきである。このことによって、ある特定繊維は、そ
の実用寿命の全期間を通じてその使用温度に反復して周
期的にさらされる場合、許容できない程度にまで（即
ち、１２％をこえて）収縮することはないことが保証さ
れる。繊維サンプルをフエルト状にプレスするのではな
くして正規の生産行程にて集めて、ニードリングを施し
てブランケットにした場合、この種の試験で見られる収
縮は、使用時に望まれる最大収縮にさらに近いものとな
るであろう。
【００１８】種々の組成の製品を連続生産して、どの組
成が、１）良好に繊維形成されるか、２）許容水準の収
縮で繊維を作れるか、３）試験溶融装置で得られる結果
に匹敵する生産結果を得ることができるか等を決定しよ
うとした上記の酸化ジルコニウム系組成の利点が明らか
になったのは、上記の連続生産時であった。シリカ−ア
ルミナ溶融材に以前に使用されたものと同一形状の安定
型溶融装置では、酸化ジルコニウム系組成物は、同一エ
ネルギー入力に対してより高い注入速度と、溶融された
原料１ポンド当り著しく良好なパーセンテージの繊維回
収率とを産みだした。即ち、ショット含有率は低く不合
格ブランケットは少なかった。
【００１９】上記の各種ブランケット組成物のサンプル
が化学的に分析され、以前と同様に収縮に関して試験さ
れた。線収縮量は、時間−温度現象である。従って、こ
の繊維は、２５５０°Ｆから２６５０°Ｆ（１４００℃
から１４５５℃）までの範囲で使用するように計画され
るけれども、サンプルは、２７００°Ｆ（１４８２℃）
の加熱炉に４時間、入れられて、１）試験を促進して所
要時間を短縮し、２）推奨使用温度をこえるピーク温度
に限られた時間曝されても破滅的損傷をおこさずブラン
ケットが劣化しないことを実証した。上記試験の結果
は、表III Ａに示されている。
【００２０】
【表４】
【００２１】上記の試験のために、収縮の許容水準は、
１１．５％と限定されている。この値は、高すぎる収縮
水準のように思われるけれども、収縮量が、推奨使用温
度（２５５０°Ｆ−２６５０°Ｆ）をこえる温度（２７
００°Ｆ）に、このサンプルをさらして、意識的に増大
されていることを記憶すべきである。次に、この組成を
使用して作られたブランケットはほとんど、米国特許番
号４，００１，９９６に記載された種類の断熱モジュー
ルに使用できよう。上記のモジュール形態では、ブラン
ケットは、その表面の極くわずかな部分だけが、内部の
炉温度に曝されるので、収縮がより少ないなる。さら
に、上記の収縮の結果として形成される可能性のある間
隙の大部分は、圧縮されたモジュールが膨張するにつれ
て充填される。
【００２２】表III Ａから、許容収縮水準の繊維を提供
する組成は、下記のものであろう。即ち、ＳｉＯ2 は４
６．０から５０％までの範囲内、Ａｌ2 Ｏ3 は３２から
３８％までの範囲内、ＺｒＯ2 は１３から１８％までの
範囲内（すべてのパーセンテージは、重量パーセント）
である。の組成グループに関する上記以外の限定事項と
して、シリカ対酸化ジルコニウム比率は、重量であると
思われ、３．８をこえてはならない。表III Ａより限定
された酸化ジルコニウム範囲（１３−１８％）に対する
ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2 比の最小値は、２．６である。この
グループ内では、より好ましい組成（収縮に技術づく）
は、ＳｉＯ2 が４６．４から５０．１％、Ａｌ2 Ｏ3 が
３２から３７．３％、ＺｒＯ2 が１５から１８％、およ
びＳｉＯ2 対ＺｒＯ2 比率が２．６と３．２２の間であ
る。
【００２３】表III Ａの結果は、図４に図示されこの組
成グループは実線で表示されている。図５は、（破線で
示された）図４の三軸図表の一部分を拡大したもので、
プロットされた組成をさらに明瞭に目視することができ
る。図５の拡大図でも、２つの点（サンプル１３と１
９）は、他の組成に接近しすぎているので、明白に別個
の点として描くことができなかった。
【００２４】バルク形とブランケット形との繊維は両者
とも、２６００°Ｆ（１４２６℃）までは使用すること
ができる。この繊維を、２６００°Ｆに定格付けられた
他の繊維と比較するために、商標名「セラケム」（CERA
CHEM)(４９．７％ＳｉＯ2 、３４．７％Ａｌ2 Ｏ3 と１
５．０％ＺｒＯ2 の組成を有する）サンプルが、ａ）Ａ
ｌ2 Ｏ3 −５４％、ＳｉＯ2 −４６％の組成を有する市
販耐火繊維ブランケット、ｂ）熱処理された（即ち予め
収縮させた）うえにアルミナ５１％、シリカ４９％の成
分を有する市販耐火繊維ブランケット、ｃ）ＳｉＯ2 −
５１．６％、Ａｌ2 Ｏ3 −４７．７％の組成を有し、続
いて酸化クロム１／２％の表面処理を受けた市販耐火繊
維ブランケット等について、並列して加熱炉で収縮を試
験された。
【００２５】上記の４個のブランケット サンプルの試
験片は、前記試験で実施された方法で収縮について試験
された。計測された長さのブランケットが、２５５０°
Ｆ（１４００℃）の加熱炉内におかれて２５、５０と７
５時間毎にその長さを再計測され、収縮パーセントは、
長さの変化を最初の長さで割ったうえに、１００を掛け
て計算された。５０時間と７５時間後の計測値間の収縮
の変化が比較的小さい量であったので、２６００°Ｆ
（１４２６℃）と２７００°Ｆ（１４８２℃）で実施す
るその後の試験は、５０時間後にのみ実施された。これ
らの試験結果は、表III Ｂに表示されている。
【００２６】
【表５】
【００２７】上記試験によって、本発明に開示された繊
維が上記の３種類のその他の市販繊維に比してすぐれて
いることが明らかになった。高アルミナ組成物を繊維形
成することの難しさ、クロム処理に関連する問題等に照
らして注出速度量と繊維回収量との前述のような向上等
を、他のシリカ／アルミナ溶融材と対比すると、本発明
の高温度組成物は明らかに、他の既知の耐火繊維組成物
よりすぐれている。
【００２８】Ｚ４組成に基づく第２グループの繊維は、
Ｚ５−Ｚ１２として系統的に記述され、それぞれ前述の
ように繊維形成された。これらの組成が、比較のため、
Ｚ３−Ｚ４組成とともに表IVに表示されている。
【００２９】
【表６】
【００３０】上記繊維を使用するように計画した種類の
珪酸カルシウム基材内でこれら各繊維を試験することが
決定された。最初の実験によって、これらより小さい直
径の繊維（２−７ミクロン）には、ＡＲガラス（１２ミ
クロン直径）の場合に生ずる成形および濾過（filterin
g)に関する問題がなく、上記の繊維が、十分な‘なま’
強度を有する繊維／セメント製品を作り出すことが可能
な場合に、添加するクラフト紙の量を、著しく減少でき
るかまたは、添加しないでよいことになることが明らか
になった。これによって、前記の必要な熱処理とそれに
ともなう費用を低減または削除することが可能となる。
【００３１】上記のことを考慮して、各種の繊維Ｚ３−
Ｚ１２とＢ３を使用した「マリナイト」（MARINITE) 様
の製品の３″×８″×１″（各インチ）の寸法の研究用
サンプルが、水固形物の比率が４．３対１で、しかも下
記の組成（パーセンテージは重量である）即ち、クラフ
ト紙−１．９％（この値はスタンダードの５％からその
６０％以上も減少している）、耐アルカリ性耐火繊維
（ＡＲＲＦ) −５．６％、水和石灰−２４．６％、セラ
イト３９２（珪藻土）−２４．６％、ワラストナイト
（珪石灰）−４３．３％を有するスラリーを圧縮成形し
て作られた。酸化カルシウムとシリカを等量加えて反応
して結晶体、即ちトーバモライトを形成するようにし
た。含有させる前に、繊維をウォアリングブレンダー
（Waring blender) に約６０秒だけ入れて、平均繊維長
を１／８インチから１／２インチまでの範囲に短縮させ
た。サンプルは、型内で１９０°Ｆ（８８℃）の温度で
８分間かけて自然にゲル化され、２０００psi の圧力で
最終的に厚さ１インチになるように圧縮される。次に、
サンプルは、３３０°Ｆ（１６５℃）で１００psi の蒸
気圧のオートクレーブに２０時間だけ入れられてから、
２３０°Ｆ（１１０℃）で乾燥された。乾燥後に、サン
プルは、インストロン試験機に入れられて、破壊するま
で荷重をかけられた。試験機で、‘たわみ’と荷重の大
きさを計測した。この資料とサンプルのサイズと厚さと
を併用して、曲げ破壊係数を計算した。上記サンプルの
曲げ破壊係数（ＭＲ）、密度（Ｄ）と比強度（ＭＲ／Ｄ
2 ）等は、５５０°Ｆ（２８８℃）で付加的に熱処理さ
れた類似サンプルの上記の数値と比較された。上記の数
値、重量損失パーセント、ＭＲとＭＲ／Ｄ2 の変化パー
セント等が表Ｖに表示されている。
【００３２】
【表７】
【００３３】表Ｖに示される繊維組成を考慮して表Ｖの
結果を解釈すると、１．８から４．０（Ｚ４−Ｚ１１）
までのシリカ／アルミナ比率を有する繊維で補強された
サンプルはすべて、±５％以内の破壊係数の変化を示し
た。この変動量は、試験誤差（即ち、有機物燃焼による
強度変化、試験装置の精度等）の範囲内に入っている。
さらに、上記の各サンプルは、比強度（ＭＲ／Ｄ2 ）が
増大した。この結果によって、アルカリ性と熱的とのア
タックが複合された結果として、強化繊維は強度を全く
低減させないことが示された。他方では、１．８から
４．０までの範囲外のＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比率を有す
る繊維を使用したサンプル（Ｚ３、Ｚ１２、Ｂ３とＡＲ
ガラス）では、１０％をこえてＭＲが減少し、さらに５
５０°Ｆの熱処理後に比強度が低下した。これらの結果
は、アルカリ性と熱的とのアタックが複合されたことに
よって、これら繊維の品質が劣化され、セメント基体を
補強する繊維の効力がそこなわれたことが示された。上
記の結果が、図２に図表で描かれている。
【００３４】表IVと表Ｖとの複合された結果が、図３に
上記とことなった方式で描かれている。強度（ＭＲ）値
が、繊維呼称と共にシリカ／アルミナ比率を増大させて
図表に描かれ、さらに酸化ジルコニウム含有量も表示さ
れている。これによって、本発明の繊維（ＳｉＯ2 ／Ａ
ｌ2 Ｏ3 比率が１．８から４．０までの範囲にある）に
ついては、熱処理されたサンプルのＭＲのパーセント変
化は、オーブン乾燥したサンプルのＭＲに対比して小さ
いことが図上に示されている。本発明の繊維を有するサ
ンプルを酸化ジルコニウムが増大する順に描かれること
とすると、酸化ジルコニウムが最大９．１％から最小２
７．１％まで変化するにつれて、強度がなめらかに減少
することを注目すべきである。この限定された資料によ
って、強化繊維を製造するには、酸化ジルコニウムの数
値は、９％（または５％から９％までの範囲）が最適で
ることが示される。これ以上に酸化ジルコニウムを増加
しても、温度の点では耐アルカリ性を強めるとは考えら
れない。
【００３５】上記の試験を立証するために、２種の生産
繊維即ち、Ｚ３に基づいてＰ１と、Ｚ４に基づいてＴ２
とが、正規の溶解装置で工場生産された。組成をＺ３と
Ｚ４との組成を極くわずかに相違させて、この組成の変
化が繊維特性に与える影響を判定した。７１５０ポンド
のＰ１繊維が、ＳｉＯ2 ４９％、Ａｌ2 Ｏ3 ３７％、Ｚ
ｒＯ2 １４％の予定組成で製造された。約８７，０５０
ポンドのＰ２繊維が、ＳｉＯ2 ６２％、Ａｌ2 Ｏ3 ２４
％、ＺｒＯ2 １４％の予定組成で製造された。これらの
溶融材は両者共に、米国特許第３，９８３，３０９に記
述された一般型式の上部差込み電極式上部開放型溶解装
置で作られた。
【００３６】Ｐ１は、３２００°Ｆの液相線温度を有
し、３３５０°Ｆの溶融流を作り出すのに８００KWの電
力を使用して、１０８３Ib／hrの流出速度で繊維形成さ
れた。Ｐ１の実際の繊維組成は、予定の組成とかなりこ
となったとはいえ、分析によって、製造されたいくつか
の繊維は、次の組成を有することが明らかになった。即
ちＳｉＯ2 ４９．２％、Ａｌ2 Ｏ3 ３６．５％、ＺｒＯ
2 １３．６％である。この組成は、５０．１／３４．６
／１５．０の組成を有する本来のＺ３繊維に近いもので
ある。上記の２種類の組成の差は、互いに０．９／１．
９／１．４％にすぎないことか分った。しかし、Ｐ１サ
ンプルの線収縮は、２７００°Ｆの温度に２４時間曝さ
れた後に、７．０から９．６までの範囲にわたって変化
した。このことは、許容しうる２７００°Ｆ繊維を作る
ためには、Ｚ３組成は極めて厳密（±１％）に管理され
なければならないことを示している。
【００３７】Ｐ２は、３０８０°Ｆの液相線温度を有
し、３２６０°Ｆから３３２０°Ｆまでの溶融流を作り
出すのに８００KWの電力を使用して、１０６６Ib／hrの
平均流出速度で繊維形成された。繊維を分析した結果、
実際の組成は一般に、大部分の連続生産に対する目標組
成の±２％以内に入っていることが判明した。Ｐ２繊維
と標準的な２４００°Ｆと２６００°Ｆ繊維との重量計
測済サンプルを、各種の酸性およびアルカリ性溶液に９
０℃で４時間入れておいて、乾燥したうえで重量を計測
して、耐光学性を比較して測定した。表VIに、これらの
試験結果が示されている。
【００３８】
【表８】
【００３９】表VIの資料によって、Ｐ２繊維（以後、Ａ
ＲＲＦ）は、他の耐火繊維よりもかなり化学的に不活性
が強いことが明らかである。これらの繊維が「マリナイ
ト」MARINITE製品の強化に適していることをさらに実証
するために、８７，０００ポンドの一部分が、繊維／セ
メントパネルの製造工場へ送られて、本格的生産におけ
る小規模試験の結果が再び立証された。
【００４０】上記の繊維は、ハイドロパルパーで混合さ
れ、次の組成を有する組成物を作り出した。即ち、ベン
トナイト２．８％、クラフト紙２．８％、セライト３９
２２８．４％、石灰２８．４％、ワラストナイト（珪石
灰）３１．９％、ＡＲＲＦ５．７％の組成である。ＡＲ
ＲＦ繊維は最後に添加されて、混合時の品質劣化（脆性
による破断）をできるだけ少なくした。次にスラリー
は、型に送り込まれて、３５００psi の圧力で、１イン
チ及び２インチの厚さで４フィート×８フィートの寸法
の長方形パネルに圧縮成形した。オーブンで乾燥したう
えにオートクレーブに入れてから、いくつかのパネルを
５５０°Ｆで熱処理した。
【００４１】表面や緑に割れが入るといういくかの問題
が生じたけれども、これらの問題は、過度の水分保有量
（正規で２−３％に対して６−９％の重量比）に関係す
るものであり、ＡＲＲＦ繊維を使用したことには無関係
であることが明らかになった。上記の問題は、スラリー
の組成を変更した（ベントナイトとクラフト紙を減らす
かまたは削除した上、珪石灰を４５％に増し、処理方法
も変更して、解決されつつある。ＡＲＲＦは、「マリナ
イト」（MARINITE) の一種の珪酸カルシウムのセメント
質製品用に適した強化繊維であることが明らかになっ
た。９００°Ｆと１１００°Ｆの温度で熱処理して「マ
リナイト」（MARINITE) をさらに試験した結果、ＡＲガ
ラスよりもＡＲＲＦ繊維がすぐれていることが、極めて
明確に実証された。
【００４２】さらに、ＡＲＲＦは、ジョンズ−マンビル
社が「イジィアン（EAGEAN) 」、「ケイムストン(CHEMS
TONE) 」、「カラリス(COLORLITH) 」、「エボニイ(EBO
NY)」、「マグナ(MAGNA) 」、「トランサイト(TRANSIT
E)」等の商品名で販売している種類の他の珪酸カルシウ
ム製品を強化するのに有効であることが証明されてい
る。上記の製品は、種々の組成を有するとはいえ、それ
らはすべて、同じ基本的組成を有しているが、この組成
には、カルシウム成分（セメントまたは石灰）、シリカ
成分（珪藻土であってもよい）、および繊維質成分（ク
ラフト紙を含むかまたは含まないでワラストナイト（珪
石灰）を重量で最大４５％まで）が含まれる。各場合
に、ＡＲＲＦを添加すると、使用される有機（クラフト
紙）繊維の量を著しく減少させることができるし、又、
クラフト紙使用かつ／又は多量の有機繊維の使用が必要
とする熱処理とを削除することができることにもなりそ
うである。さらに、前記のパネルにＡＲＲＦを含有させ
ると、その耐候性を著しく改善し、パネルを外装部に使
用することができることになる。ＡＲＲＦはさらに、た
だ１回の通常の硬化処理（室温で２１日間）を必要とす
るミネラルパネルの強化にも適している。しかし、この
場合およびその他のすべての使用時には、繊維がパルパ
ー内で混合されなければならない時間をできるだけ短く
して繊維を保護するように注意しなければならない。Ａ
ＲＲＦは、添加すべき最終的混合成分として取扱われる
べきである。
【００４３】上記の各種組成物を形成する場合には、一
定の純度の混合成分を使用しなければならない。このＡ
ＲＲＦ組成物は、ある種のガラスまたは耐火材ほどに
は、不純物によって影響されやすくはない。本発明の組
成物は、アルカリ性金属酸化物を含むより一般的不純物
のほとんどのものを、最高０．５％まで含有してもよ
い。さらに、Ｚ７組成物が示すように、ＡＲＲＦ繊維
は、最高１０％までのアルカリ土類金属組成物（ＣａＯ
とＭｇＯ）を含有しても繊維の高温耐アルカリ性に悪影
響を与えない。勿論、Ｚ３組成物にＣａＯまたはＭｇＯ
を含有させると、Ｚ３繊維の高温性能を劣化される恐れ
がある。実際には、Ｚ３繊維の高温性能を保証するに
は、不純物レベルは、特にアルカリ金属酸化物とアルカ
リ土類酸化物に関しては、高温シリカ−アルミナ耐火繊
維に対して通常、望まれるレベルまたはそれ以下に保た
れなければならない。
【００４４】適当な原料成分には、５８２Ｗ．Ｓ．ジル
コン（Zircon) としてコンチネンタル ミネラル（Cont
ineutal Minerals) から入手できるジルコンサイド（−
３２５メッシュ粉末）、ウエドロン シリカ会社（Wedr
on Silica Company)から入手できる２００メッシュの粉
状シリカやさらに、例えば、カイザー（Kaiser) 社から
入手できるＣｌグレードまたはアメリカのアルミナム社
（Aluminum Company)から入手できるＡ−１グレードの
ような標準的なソーダグレードアルミナに属するいくつ
かの２００メッシュ アルミナ等が含まれる。
【００４５】繊維直径に関しては、上記のＡＲＲＦ繊維
は通常、２−７ミクロンの範囲内に入ることが既に記述
されている。通常の繊維形状条件（即ち、液相線温度よ
り１５０°Ｆ−２５０°Ｆだけ高温の溶融流１０００−
１１００lb／hrの注出速度、１２，０００r.p.m.のスピ
ナー回転速度等）では、通常、平均繊維直径は、２−４
ミクロンの範囲内に入る。化学的アタックは表面現象な
ので、強化繊維１ポンド当りの表面積をより小さくする
ために、より大きい直径の繊維を有することがむしろ望
ましい。しかし、ＡＲガラスの場合で明らかなように非
常に大形な繊維は、排水（drainaga) や成形上の問題を
引きおこし、有機繊維の添加を必要とし、不随的な問題
を引き起こす。実施された試験から、最適な繊維直径
は、５−６ミクロンの範囲内にあるように思われる。繊
維直径は、１つまたは複数の加工条件を次のように変更
して、増大させることができる。即ち、流動温度を５０
−１００°Ｆだけ低下させる、引張り速度を１０−２０
％だけおすと、および／又はスピナー速度を８０００−
１００００r.p.m.の範囲にまで下げる等のようにプロセ
ス変数の１つ又は２つ以上に変ることである。さらに小
さい直径の繊維は、それがとって代わるべきＡＲガラス
の働きをするので、繊維直径を最適化することは、ＡＲ
ＲＦの性能をさらに向上させるのに役立つ。
【００４６】種々の変更、代替案と修正案は、前記の明
細書を読めば明らかになるはずである。例えば、Ｚ３系
統形成物にクロミアを最大２．５％添加することは、耐
火性を向上させるのに有効であると予想される。さら
に、ただ１つの繊維形成技術が論議されてきたが、この
種の耐火繊維は、他の商業上の技術、例えば加圧噴出法
によっても形成することが可能である。従って、添付さ
れた請求の範囲内に入るような変更、代替案と修正案は
すべて、本発明の一部分とみなすこととする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐化学性で耐熱性の繊維に関するシリ
カ、アルミナ及び酸化ジルコニウムの含有量範囲を示す
三軸図面である。Ｚ１−Ｚ１２とＢ１−Ｂ７と表示され
た点は、実際の試験溶融材で、Ｐ１とＰ２は、２つの工
場での生産種類である。
【図２】補強繊維のシリカ／アルミナ比率の関数とし
て、５５０°Ｆ熱処理によって生ずる繊維−セメントサ
ンプルの破壊係数の変化を示す図表である。（これらの
資料は、表VIとＶからとってある。）
【図３】破壊強度（ＭＲ）対シリカ／アルミナ比率の図
表で、資料は同様に表VIとＶとから求めた。
【図４】本発明の高温耐火繊維組成物の請求の範囲の組
成を描いた三軸図表である。
【図５】上記適切領域とこの高温組成に対する多くの工
場生産種類とを示す図４の三軸図表の部分的拡大図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チヤウドーリイ，アシツト ランジヤン アメリカ合衆国，80120 コロラド，リト ルトン，サウス テラー コート 7323 (72)発明者 ミラー，ウイリアム クライド アメリカ合衆国，80120 コロラド，リト ルトン，ノース キヤニオン ドライヴ 18282

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 すぐれた耐収縮性を発揮する高温耐火繊
    維であって、重量パーセントで、それぞれシリカ（Si
    02）は４６−５２％、アルミナ（Al203 ）は３２−３８
    ％、酸化ジルコニウム（Zr02）は１３−１８％から成る
    組成物を有し、しかも前記組成物のシリカ対酸化ジルコ
    ニウム比率が２．６から３．８までの範囲にある高温耐
    火繊維。
  2. 【請求項２】 重量パーセントで、それぞれシリカ（Si
    02）を４６．４−５０．１％、アルミナ（Al203 ）を３
    ２．０−３７．３％、酸化ジルコニウム（Zr02）を１
    ５．０−１８．０％から成る組成物を有し、更に前記組
    成物のシリカ対酸化ジルコニウム比率が２．６から３．
    ３２の範囲にある特許請求の範囲第１項に記載の高温耐
    火繊維。
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