JPH06316815A - Fly ash fiber - Google Patents

Fly ash fiber

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JPH06316815A
JPH06316815A JP33393192A JP33393192A JPH06316815A JP H06316815 A JPH06316815 A JP H06316815A JP 33393192 A JP33393192 A JP 33393192A JP 33393192 A JP33393192 A JP 33393192A JP H06316815 A JPH06316815 A JP H06316815A
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fly ash
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glass
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Abstract

PURPOSE:To provide a novel inexpensive inorganic fiber excellent in profitability, having a high mechanical strength and heat resistance, and capable of being widely used as a fiber-reinforcing material, an heat-insulating material, a warm-keeping material, a sealing material, etc., for metals, for metals, resins, rubbers, woods, glass, etc. CONSTITUTION:This fly ash fiber is fly ash fiber containing 20-40% of Al2O3, 35-50% of SiO2, 15-35% of CaO, 3-12% of Fe2O3, and 2-5% of MgO, or a fly ash fiber containing 20-45% of Al2O3, 25-50% of SiO2, 15--35% of CaO, 3-12% of Fe2O3, 0-5% of MgO and 3-10% of ZrO2. When further containing a zirconium compound, the fiber is improved in alkali resistance, and is especially effective for cements, mortals and concretes. Coal ash which has been a broblem can be effectively utilized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、新規な無機繊維である
フライアッシュファイバーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a new inorganic fiber, fly ash fiber.

【0002】[0002]

【従来技術】無機物質を主成分とする繊維に、無機繊維
がある。それらは、石綿、グラスウール、ガラス繊維、
ロックウール、スラグウール、酸化ケイ素繊維、アルミ
ナシリケートファイバー、セラミックスファイバー、シ
リカ繊維、ジルコニアファイバー、炭素繊維、炭化ケイ
素繊維、チタン酸カルシウム繊維、炭化ケイ素繊維、チ
ラノ繊維、セラミクッスウイスカーなどである。これら
の内、天然鉱物として産出するのは石綿であり、その他
の無機繊維は、天然物あるいはその他の物質を原料とし
て、加熱溶融し、それを繊維化して作ったものである。
各繊維は、主として綿状でしか製造されないものと、連
続した繊維状でも製造されるものとの2種類に大別され
る。
2. Description of the Related Art There is an inorganic fiber as a fiber containing an inorganic substance as a main component. They are asbestos, glass wool, fiberglass,
Rock wool, slag wool, silicon oxide fiber, alumina silicate fiber, ceramics fiber, silica fiber, zirconia fiber, carbon fiber, silicon carbide fiber, calcium titanate fiber, silicon carbide fiber, tyranno fiber, ceramic whisker and the like. Among these, asbestos is produced as a natural mineral, and other inorganic fibers are produced by heating and melting a natural material or another substance as a raw material and then fiberizing it.
Each fiber is roughly classified into two types, one that is mainly produced only in the form of cotton and one that is also produced in the form of continuous fibers.

【0003】これらの無機繊維の内、主として綿状に製
造されるものは、保温材、断熱材として用いられてい
る。グラスウールは、使用最高温度が250〜350℃
と極めて低く用途が限定される。ガラス繊維は、耐熱性
と耐アルカリ性に問題がある。石綿は、発ガン性をもつ
ことから作業環境の点で使用が規制され始めている。ロ
ックウールは、安価であるので大量に使用されている
が、600℃以下でしか使用できない。同じように、酸
化ケイ素繊維は、750℃以下でしか使用できない。セ
ラミックファイバーとアルミナファイバーは1000℃
以上の耐熱性を有しているが、製造時のエネルギー経費
が大であることから、高価格である。炭素繊維は、比強
度および比弾性率に優れているが、酸化性に問題が有
る。炭化ケイ素繊維やチラノ繊維は、耐酸化性には優れ
ているが、高価格である。これらのことから、セラミッ
クファイバー程度の機械的、熱的特性をもち、価格的に
はロックウール程度の新しい無機繊維の開発が強く望ま
れている。
Of these inorganic fibers, those produced mainly in the form of cotton are used as heat insulating materials and heat insulating materials. Glass wool has a maximum operating temperature of 250-350 ℃
Very low and limited applications. Glass fibers have problems in heat resistance and alkali resistance. Since asbestos has carcinogenicity, its use is beginning to be restricted in terms of working environment. Rockwool is used in large amounts because it is inexpensive, but it can only be used at 600 ° C or lower. Similarly, silicon oxide fibers can only be used below 750 ° C. 1000 ℃ for ceramic fiber and alumina fiber
Although it has the above heat resistance, it is expensive due to the large energy cost during manufacturing. Carbon fiber is excellent in specific strength and specific elastic modulus, but has a problem in oxidizing property. Silicon carbide fibers and Tyranno fibers are excellent in oxidation resistance, but they are expensive. From these facts, it is strongly desired to develop a new inorganic fiber having mechanical and thermal properties comparable to those of ceramic fibers and having a price comparable to that of rock wool.

【0004】また、無機繊維は、断熱材や保温材として
繊維単独で使用される場合もあるが、他の素材と複合化
させて、複合材料の強化材あるいは充填材としても利用
されている。繊維を強化材とする複合材料は、ある素材
が単独でもつ特性よりも、さらに優れた機械的特性など
を得ることを目的として作られたものである。無機繊維
を強化材とした複合材料には、繊維強化プラスチック
(FRP)、繊維強化金属(FRM)、繊維強化ガラス
(網いりガラス)、炭素繊維強化炭素(C/C)、繊維
強化コンクリートなどがある。これらに使用されている
強化繊維には、上述の各種無機繊維のほかに、各種有機
繊維(ポリアミド、ビニロン、木綿、麻、羊毛、絹、ア
セテート、ナイロン、テトロン、セルロース、アクリル
繊維など)、金属繊維なども用いられている。しかし、
耐熱性を要求する場合には、有機繊維では対処できな
い。また、腐食性や密度の点から、金属材料では使用困
難であることが多い。これらの点からも、無機繊維の使
用されることは多い。
Although the inorganic fiber may be used as a heat insulating material or a heat insulating material by itself, it is also used as a reinforcing material or a filling material of a composite material by compounding it with other materials. A composite material using fibers as a reinforcing material is made for the purpose of obtaining mechanical properties superior to the properties of a certain material alone. Composite materials using inorganic fibers as reinforcing materials include fiber reinforced plastic (FRP), fiber reinforced metal (FRM), fiber reinforced glass (meshed glass), carbon fiber reinforced carbon (C / C), fiber reinforced concrete, etc. is there. In addition to the above-mentioned various inorganic fibers, various organic fibers (polyamide, vinylon, cotton, hemp, wool, silk, acetate, nylon, tetron, cellulose, acrylic fiber, etc.), metal Textiles are also used. But,
When heat resistance is required, organic fibers cannot be used. In addition, it is often difficult to use a metal material because of its corrosiveness and density. From these points as well, the inorganic fibers are often used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように各種無機
繊維は、複合材の強化繊維として、各方面で使用されて
いるが、工業技術の進歩発展にともない、現状の無機繊
維では要求機能を充分に満足できなくなってきているの
が実情である。以下、現在製造されている各種無機繊維
の製造方法、特性および問題点などについて概説する。
天然繊維である石綿は、蛇紋岩類と角閃石類とに大別さ
れるが、前者の方が世界生産量の95%を占めるほど、
多く生産されている。このうち工業的に重要なのは、ク
リソタイル石綿、青石綿およびアモサイト石綿の3種類
である。これらの化学成分および特性を表−1に示す。
As described above, various kinds of inorganic fibers are used in various fields as reinforcing fibers of composite materials, but with the progress of industrial technology, the present inorganic fibers have required functions. The reality is that we are no longer satisfied. Hereinafter, the manufacturing method, characteristics, problems, etc. of various inorganic fibers currently manufactured will be outlined.
Asbestos, a natural fiber, is roughly classified into serpentinites and amphiboles, but the former occupies 95% of world production,
Many are produced. Of these, three types that are industrially important are chrysotile asbestos, blue asbestos, and amosite asbestos. Table 1 shows these chemical components and characteristics.

【0006】[0006]

【表1】 [Table 1]

【0007】石綿は、単独で使用される場合もあるが、
他の素材と組合せて、セメント製品(石綿スレート、石
綿管など)、紡織製品(石綿糸、石綿布など)、耐熱性
製品(ボイラー被覆、ジョイントシート、パッキン、船
舶用隔壁など)、耐摩耗製品(自動車のブレーキライニ
ング、クラッチフェーシング、エレベーターや列車の制
御部品など)、電気絶縁、保温、耐酸製品(石綿糸、フ
ェルト、保温板、タイル、塗料など)、その他の製品
(プラスチック強化、石油ストーブの芯など)などの各
種石綿製品が作りだされ、大量に利用されている。石綿
は、セメント中への分散性が特に良好であるので、セメ
ント、モルタルおよびコンクリートの補強材として重要
である。しかし、石綿には発ガン性の問題があることか
ら、使用が規制されやがては中止されようとしている。
Asbestos may be used alone,
Combined with other materials, cement products (asbestos slate, asbestos pipe, etc.), textile products (asbestos yarn, asbestos cloth, etc.), heat resistant products (boiler coating, joint sheets, packing, ship bulkheads, etc.), wear resistant products (Automotive brake linings, clutch facings, elevator and train control parts, etc.), electrical insulation, heat insulation, acid resistant products (asbestos threads, felts, heat insulation plates, tiles, paints, etc.), and other products (plastic reinforced, oil stove) Various asbestos products such as cores are produced and used in large quantities. Asbestos is important as a reinforcing material for cement, mortar and concrete because it has a particularly good dispersibility in cement. However, due to carcinogenic problems of asbestos, its use is being regulated and it is about to be discontinued.

【0008】グラスウールは、ガラスの短繊維で、製造
方法により数cmから数十cmの長さになる。その製造方法
には、水蒸気吹きつけ法(ノズルから流下する溶融ガラ
スを水蒸気で吹きとばす方法)、火焔吹きつけ法または
スーパーファイン法(溶融ガラスをノズルから引出して
細い棒に固化成形したのち、高圧の火焔で吹き飛ばして
繊維とする方法)、及び遠心法(溶融ガラスを回転体中
より遠心力でとばす方法、あるいは溶融ガラスを回転す
る容器のノズルから遠心力で引延ばす方法)の3種類が
ある。水蒸気吹きつけ法および火焔吹きつけ法またはス
ーパーファイン法で作られたプラスチックは、保温筒な
どに向き、遠心法はボード、マットなどに向いている。
製品は、ロール、ボード、マット状などに、フェノール
樹脂をバインダーとして成形される。グラスウールは平
均繊維径により1号(4μm以下)、2号(8μm以
下)、3号(20μm以下)に分けられる。熱伝導率は
繊維径が細いほど優れている。例えば、繊維径が2.5
μmの熱伝導率は0.030kcal/m・hr・℃程度である
が、12.5μm付近では0.046kcal/m・hr・℃と大
きく変る。最高使用温度は250℃程度である。グラス
ウールの化学成分を表−2に示す。
[0008] Glass wool is a short glass fiber and has a length of several cm to several tens of cm depending on the manufacturing method. The manufacturing method includes steam blowing method (method of blowing molten glass flowing down from a nozzle with steam), flame blowing method or super fine method (drawing molten glass from a nozzle and solidifying and molding it into a thin rod, followed by high pressure There are three types: the method of blowing it into flames to make it into fibers), and the centrifugal method (the method of blowing molten glass from the rotating body by centrifugal force or the method of stretching molten glass from the nozzle of a rotating container by centrifugal force). . Plastics made by steam blowing method, flame blowing method or super fine method are suitable for heat insulation tubes, and centrifugal method is suitable for boards and mats.
The product is formed into a roll, a board, a mat, or the like using a phenol resin as a binder. Glass wool is classified into No. 1 (4 μm or less), No. 2 (8 μm or less) and No. 3 (20 μm or less) according to the average fiber diameter. The smaller the fiber diameter, the better the thermal conductivity. For example, the fiber diameter is 2.5
The thermal conductivity of μm is about 0.030 kcal / m · hr · ° C, but it greatly changes to 0.046 kcal / m · hr · ° C near 12.5 μm. The maximum operating temperature is about 250 ° C. Table 2 shows the chemical composition of glass wool.

【0009】[0009]

【表2】 [Table 2]

【0010】ガラスから構成される繊維状物質には、ガ
ラスウール以外に長繊維として紡糸されるガラス繊維が
ある。このガラス繊維は、樹脂の強化材として幅広く使
用されている。しかしながら、耐アルカリ性が乏しいた
めに、セメント系マトリックスの強化材には使用できな
い。セメントによるガラス繊維の劣化機構については、
(1)セメントのアルカリ性成分による化学的浸食、(2)生
成する水酸化カルシウムの再結晶による物理的損傷、及
び(3)セメント水和物がガラス繊維フィラメント間の空
隙を充填し、ガラス繊維の変形に対する自由度を小さく
することによる、硬化物の破壊エネルギー吸収能力の低
下、と説明されている。
[0010] In addition to glass wool, the fibrous material composed of glass includes glass fibers spun as long fibers. This glass fiber is widely used as a reinforcing material for resins. However, due to its poor alkali resistance, it cannot be used as a cement-based matrix reinforcement. Regarding the deterioration mechanism of glass fiber by cement,
(1) Chemical erosion by alkaline components of cement, (2) Physical damage by recrystallization of calcium hydroxide produced, and (3) Cement hydrate fills voids between glass fiber filaments, It is explained that the ability to absorb the fracture energy of a cured product is reduced by reducing the degree of freedom with respect to deformation.

【0011】そこで、ガラス繊維に耐アルカリ性を増大
させるために、ガラス繊維表面に耐アルカリ性の物質を
被覆することが、種々試みられている。無機物質の被覆
例としては、ガラス繊維をオキシ塩化ジルコニウムなど
のジルコニウム化合物溶液に浸漬した後、熱処理してZ
rO2の微結晶を形成する方法、有機チタン化合物の気
化物と接触させ、次に水分含有気体と接触させてTiO
2被膜を形成する方法などがある。有機物の被膜例とし
ては、フラン樹脂を塗布する方法、ゴム系樹脂を被覆す
る方法、ワックスなどのアルカリ不浸透性含浸剤を被覆
する方法、ポリビニルアルコールを被覆する方法があ
る。しかしながら、いずれの方法も良好な結果を得るま
でには至っていない。
Therefore, various attempts have been made to coat the surface of the glass fiber with an alkali-resistant substance in order to increase the alkali resistance of the glass fiber. As an example of coating with an inorganic substance, glass fibers are immersed in a zirconium compound solution such as zirconium oxychloride and then heat-treated to form Z.
Method for forming rO 2 microcrystals, contacting with vaporized organotitanium compound and then contacting with water containing gas
2 There is a method of forming a film. Examples of the organic film include a method of applying a furan resin, a method of applying a rubber resin, a method of applying an alkali impermeable impregnating agent such as wax, and a method of applying polyvinyl alcohol. However, none of the methods has achieved good results.

【0012】また、ガラス繊維の耐アルカリ性を増大さ
せるために、ガラス繊維表面にセメントのアルカリ性を
弱める物質又はセメントの水和を遅らせる物質(例え
ば、ポリオキシ芳香族化合物、糖類、ジヒドロキシ安息
香酸などの遅延剤)を被覆する方法がある。しかしなが
ら、これらの方法も充分な成果を得るまでには至ってい
ない。
Further, in order to increase the alkali resistance of the glass fiber, a substance that weakens the alkalinity of the cement or a substance that delays hydration of the cement on the surface of the glass fiber (for example, a delay of polyoxy aromatic compound, sugar, dihydroxybenzoic acid, etc.) Agent). However, these methods have not yet achieved sufficient results.

【0013】これらの考え方とは別に、ガラス繊維本来
に耐アルカリ性を付与させるために、ガラス繊維に酸化
ジルコニウムを20wt%程度添加したものが開発され
た。このガラス繊維は、セメントペースト中に浸漬して
も溶解することはなく、強度を維持できることがわかっ
た。酸化ジルコニウムを含むガラス繊維は、耐アルカリ
性ガラス繊維と呼ばれ、ARG(日本電気硝子(株)
製)やセムフィル(日本板硝子(株)製)などが製造さ
れている。
In addition to these ideas, a glass fiber containing about 20 wt% of zirconium oxide has been developed in order to impart alkali resistance to the glass fiber. It was found that this glass fiber did not dissolve even when immersed in cement paste and could maintain its strength. A glass fiber containing zirconium oxide is called an alkali resistant glass fiber and is called ARG (Nippon Electric Glass Co., Ltd.).
Manufactured) and Semfil (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) are manufactured.

【0014】これらのうちARGは、酸化ジルコニウム
を20%含むもので、全電融DM法により製造されてい
る。全電融DM法は、全電気溶融炉でジュール熱によっ
て溶融したガラスを直接紡糸する方法である。従来の重
油燃焼炉でいったんマーブル(直径約20mmのガラス)
を作り、それを再溶融して紡糸する方法に比べて、ガラ
ス化反応が均一に進む、エネルギー効率が高い、ガラス
の揮発損失が少ない、脱硫装置のような公害対策が不要
である等の利点をもっており、高品位のガラス繊維を比
較的安価に生産するのに適している。
Of these, ARG contains 20% zirconium oxide and is manufactured by the all-electrofusion DM method. The all-electrofusion DM method is a method in which glass melted by Joule heat in an all-electric melting furnace is directly spun. Marble once in a conventional heavy oil combustion furnace (glass with a diameter of about 20 mm)
Compared with the method of making and remelting and spinning it, the vitrification reaction progresses uniformly, energy efficiency is high, glass volatilization loss is small, pollution control such as desulfurization equipment is not required, etc. Therefore, it is suitable for producing high-quality glass fiber at a relatively low cost.

【0015】ARGの製造時には、溶解しにくいZrO
2成分を20%程度も添加するため、原料の調合および
溶解には、細心の注意を計って行われる。溶解したガラ
ス生地は、白金製ブッシングの底部にある多数のノズル
から引出され、直径約13μmのフィラメントに紡糸さ
れる。数百本のフィラメントの表面に、用途に応じた集
束剤がコーテングした後、それらを束ねてストランドと
し、高速で回転しているワインダーで巻取っている。ブ
ッシング温度およびワインダーの回転速度を制御するこ
とにより、繊維径が調節される。巻取ったガラス繊維
は、乾燥工程を経てロービングやチョップドストランド
などに加工される。ARGの諸性質を表−3に示す。
ZrO that is difficult to dissolve during the production of ARG
Since about 20% of the two components are added, great care must be taken when preparing and dissolving the raw materials. The molten glass dough is drawn out from a large number of nozzles at the bottom of the platinum bushing and spun into filaments with a diameter of about 13 μm. A sizing agent is coated on the surface of hundreds of filaments according to the application, then they are bundled into a strand and wound with a winder rotating at high speed. The fiber diameter is adjusted by controlling the bushing temperature and the speed of rotation of the winder. The wound glass fiber is processed into rovings, chopped strands, etc. through a drying process. Table 3 shows the properties of ARG.

【0016】[0016]

【表3】 [Table 3]

【0017】また、耐アルカリガラス繊維の耐アルカリ
性をより増大させるために、マトリックス側のセメント
を改質する試みも行われている。それらは、セメントに
ビニール重合体、カルシウムサルホアルミネート、シリ
カヒュームなどの混和剤を添加するもので、これらの中
から低アルカリ性セメントが開発された。耐アルカリ性
のガラス繊維と低アルカリ性セメントを使用した、GR
Cセメント(秩父セメント(株)製)が作り出され、カ
ーテンウォールなどに利用されている。
Attempts have also been made to modify the cement on the matrix side in order to further increase the alkali resistance of the alkali resistant glass fibers. In these, admixtures such as vinyl polymer, calcium sulfaluminate, and silica fume are added to cement, and low alkaline cement was developed from these. GR using alkali resistant glass fiber and low alkali cement
C-Cement (produced by Chichibu Cement Co., Ltd.) has been created and used for curtain walls and the like.

【0018】ロックウール(鉱滓綿)は、人工的な鉱物
繊維である。ロックウールの原料は、玄武岩あるいは安
山岩で、国内いたるところにある溶岩流、岩脈あるいは
岩床となって露出している。これらの岩石(火成岩)
は、ガラス原料と類似の成分であり、原料が安価である
ことから、大量に生産され使用されている。しかし、品
質の安定したものが得がたいことから、最近では金属の
精錬滓、特に高炉スラグを主原料として使用し、これに
化学成分調整のために、ケイ石、ドロマイト、石灰岩な
どを添加している。これらの原料をキュポラか電気炉で
1500℃前後の温度で溶融し、この湯を炉から流し、
高圧蒸気または圧搾空気をふきつけて繊維化する吹製法
または遠心法により繊維化する。繊維化されたルーズウ
ールは、集綿されそのまま製品とするか、あるいは一定
の密度や厚さに調整され連続成形の加工プロセスに入る
か、または粒状装置に送られて粒状綿に作られる。ロッ
クウールの化学成分のうち、代表的な化学組成を表−4
に示す。
Rockwool is an artificial mineral fiber. The raw material for rock wool is basalt or andesite, which is exposed as lava flows, dikes or rock beds throughout the country. These rocks (igneous rocks)
Is a component similar to the glass raw material and is used in large quantities because the raw material is inexpensive. However, since it is difficult to obtain stable quality, metal refining slag, especially blast furnace slag, has recently been used as the main raw material, and silica stone, dolomite, limestone, etc. have been added to this to adjust the chemical composition. . These raw materials are melted in a cupola or electric furnace at a temperature of around 1500 ° C., and this hot water is poured from the furnace,
The fibers are formed by a blowing method or a centrifugal method in which high-pressure steam or compressed air is wiped to form fibers. The fiberized loose wool is collected into a product as it is, or it is adjusted to have a constant density and thickness and subjected to a continuous forming process, or is sent to a granulating device to be made into a granular cotton. Table 4 shows the typical chemical composition of rock wool chemical components.
Shown in.

【0019】[0019]

【表4】 [Table 4]

【0020】ロックウールの繊維径は2〜20μm(平
均7μm以下)、長さは10〜100mmが普通である。
ロックウールの引張り強度は50kgf/mm2(繊維径5.
1μm)、熱伝導率0.0348kcal/m・hr・℃である。
ロックウールを使用して、種々の工業製品が作り出され
ている。それらは、使用最高温度が600℃でガラス繊
維より高いため、断熱材、保温材としてだけでなく、不
燃建材として使用されている。ロックウールは不燃建材
と認定されてから、建築用素材として注目され、鉄骨柱
などの耐火被覆用および住宅断熱材用として利用され、
その需要分野は広範囲にわたっている。
Rock wool usually has a fiber diameter of 2 to 20 μm (average of 7 μm or less) and a length of 10 to 100 mm.
The tensile strength of rock wool is 50 kgf / mm 2 (fiber diameter 5.
1 μm) and the thermal conductivity is 0.0348 kcal / m · hr · ° C.
Various industrial products have been produced using rock wool. Since they have a maximum use temperature of 600 ° C. and are higher than that of glass fiber, they are used not only as heat insulating materials and heat insulating materials but also as non-combustible building materials. Since rock wool has been certified as a non-combustible building material, it has attracted attention as a building material and is used as a fireproof coating for steel columns and as a heat insulating material for houses.
The demand areas are wide-ranging.

【0021】しかし、ロックウールは、価格的にはガラ
ス繊維に比べて安いが、性能面で劣っていること、着色
していること、繊維がこわくて体にささること、耐アル
カリ性に問題があり長期間強度を維持できるか未解決で
あるなどの欠点を有している。事実ロックウールをセメ
ントペースト中に浸漬し、20時間80℃に加熱する
と、繊維形態を保持できなくなり、粉末状になってしま
う。それらの繊維表面を走査電子顕微鏡で観察しても、
平滑な処理前の表面状態とは異なり、多層ウのクラック
が生じており、激しくエッチングされていた。
Although rock wool is cheaper than glass fiber in terms of price, it is inferior in terms of performance, is colored, has fibers that are dull and sticks to the body, and has problems in alkali resistance. There is a defect that strength can be maintained for a long period of time or it is unsolved. In fact, when rockwool is dipped in cement paste and heated at 80 ° C. for 20 hours, the fiber morphology cannot be retained and it becomes powdery. When observing those fiber surfaces with a scanning electron microscope,
Unlike the smooth surface state before the treatment, the multi-layered c had cracks and was violently etched.

【0022】ロックウールよりも、耐熱温度の高い無機
繊維に酸化ケイ素繊維があり、PMF(Process Minera
l Fiber)とCMFの二種類が製造されている。この繊
維の化学組成および性質を表−5に示す。
Inorganic fibers having a higher heat resistance temperature than rock wool include silicon oxide fibers, and PMF (Process Minera
Fiber) and CMF are manufactured. The chemical composition and properties of this fiber are shown in Table-5.

【0023】[0023]

【表5】 [Table 5]

【0024】前者のPMFは、米国ジムウォルター社に
よって開発製造されているもので、同社で製造されるロ
ックウールあるいはスラグウールなどを機械的処理によ
って、繊維長さを揃え、ショットを取除いたものであ
る。従って、化学組成はロックウールと全く同じであ
る。このPMFは、有機シラン化合物にて表面処理を行
った後、各種樹脂(例えばナイロン、PBT、ポリプロ
ピレン、フェノール樹脂など)の充填剤や補強材として
使用されている。しかしながらこのPMFは、化学組成
の点から耐薬品性、特に耐アルカリ性には問題があるの
で、セメント系物質の充填材や強化材としては利用され
ていない。
The former PMF is developed and manufactured by Jim Walter, Inc. of the United States. Rock wool or slag wool manufactured by the same company is mechanically treated to make the fiber length uniform and the shot is removed. Is. Therefore, the chemical composition is exactly the same as rock wool. This PMF is used as a filler or a reinforcing material for various resins (for example, nylon, PBT, polypropylene, phenol resin, etc.) after being surface-treated with an organic silane compound. However, since this PMF has a problem in chemical resistance, particularly alkali resistance, from the viewpoint of chemical composition, it has not been used as a filler or a reinforcing material for cement-based substances.

【0025】後者のCMFは、日本セメントKKで開発さ
れ、製造されている。この繊維は、4種類の天然鉱石を
約1500℃の高熱で溶融したものを遠心力や圧縮空気
で吹きとばして繊維状にし、それを精選した非晶質の人
工無機繊維である。このCMFは、石綿並に耐熱性が高
く、引張り強度も平均50kgf/mm2で比較的高い。しか
し、CMFの問題点は、耐薬品性、特に耐アルカリ性が
石綿に比べて格段に悪く、これをいかにして石綿に近づ
けるかにある。特にセメント材料中に添加した場合に長
期間強度を維持できるかに関して問題があり、セメン
ト、モルタル、コンクリートなどの強化材としての使用
は不向きである。また、酸化ケイ素繊維は、あくまでも
石綿の代替品として開発されたものであり、石綿製品範
囲を越えてまでの用途展開はなされていない。CMFの
用途としては、樹脂複合材素材(熱可塑性樹脂、熱硬化
性樹脂)、塗料用充填剤、ゴム用充填材、不燃紙(クッ
ションフロワー、壁紙、室内建築材など)、不燃フェル
ト、不燃ボード用原料、石膏、摩擦材(ブレーキパッ
ド、ブレーキデイスク、クラッチフェーシングなど)な
どがある。
The latter CMF was developed and manufactured by Nippon Cement KK. This fiber is an amorphous artificial inorganic fiber obtained by melting four types of natural ores at a high heat of about 1500 ° C. and blowing them with a centrifugal force or compressed air to form a fiber, which is carefully selected. This CMF has as high heat resistance as asbestos and a relatively high tensile strength with an average of 50 kgf / mm 2 . However, the problem of CMF is that the chemical resistance, especially alkali resistance, is much worse than that of asbestos, and it is how to make this approach asbestos. In particular, there is a problem regarding whether strength can be maintained for a long period of time when added to a cement material, and it is not suitable for use as a reinforcing material for cement, mortar, concrete and the like. Moreover, the silicon oxide fiber is developed only as a substitute for asbestos, and has not been used for applications beyond the range of asbestos products. CMF applications include resin composite materials (thermoplastic resins, thermosetting resins), paint fillers, rubber fillers, non-combustible paper (cushion floors, wallpaper, interior building materials, etc.), non-combustible felts, non-combustible boards. Raw materials, plaster, friction materials (brake pads, brake disks, clutch facings, etc.).

【0026】ロックウールよりも耐熱性の無機繊維とし
てセラミックスファイバーがある。この繊維は、非晶質
のシリカアルミナ系繊維を中心にして生産されている。
セラミクッスファイバーは、60数年前米国においてカ
オリン鉱物の有効利用を目的として研究された。そし
て、セラミックファイバーは、工業材料として優れた特
性をもつことから企業化が進められたのは第2次世界大
戦後の1950〜1955年頃である。
Ceramic fiber is an inorganic fiber that is more heat resistant than rock wool. This fiber is mainly produced by amorphous silica-alumina fiber.
Ceramicus fiber was studied 60 years ago in the United States for the effective utilization of kaolin minerals. Since ceramic fibers have excellent properties as industrial materials, their commercialization was promoted around 1950 to 1955 after the Second World War.

【0027】アルミナシリカファイバーの原料として
は、開発当初カオリン、カイヤナイトなどの天然鉱物が
多く使用されてきたが、含まれている不純物(Fe
23、TiO2、Na2Oなど)が耐熱性に影響を与える
ため、現在ではけい石、けい砂などのシリカ原料と、バ
イヤーアルミナ、電融アルミナなどのアルミナ原料とを
配合し、必要に応じてホウ酸ガラス、ジルコニア、酸化
クロム、酸化チタンなどを加えている。原料混合物の溶
融温度が2000℃以上であるので、アーク式、抵抗
式、または誘導式などの電気炉で溶融する。そして、融
液の粘度を数百cp程度まで低下させたのち、これを流出
させて繊維化する。繊維化の方法には、溶融物の細流
に、圧縮空気、またはスチームジェットを吹きつけるブ
ローイングプロセスと、高速回転するローターの遠心力
を利用するスピニングプロセスがある。ブローイングプ
ロセスは、(原料調合)−(融解)−(吹きつけ)−
(繊維)の順で作られる。スピニングプロセスは、(原
料調合)−(融解)した融液を、ディストリビューター
に流し、高速回転している1本若しくは2本又は数本の
ローター上に滴加することによって紡糸され、繊維化す
るものである。できあがった繊維は、集綿装置で層状に
集められ、各種の二次製品に加工される。
As a raw material for the alumina-silica fiber, many natural minerals such as kaolin and kyanite were used at the beginning of development.
(2 O 3 , TiO 2 , Na 2 O, etc.) affect heat resistance, so it is necessary to mix silica raw materials such as silica and silica with alumina raw materials such as buyer alumina and fused alumina. Depending on the requirement, borate glass, zirconia, chromium oxide, titanium oxide, etc. are added. Since the melting temperature of the raw material mixture is 2000 ° C. or higher, it is melted in an electric furnace of arc type, resistance type or induction type. Then, after lowering the viscosity of the melt to about several hundreds of cps, the melt is allowed to flow out to form fibers. Fiberizing methods include a blowing process in which compressed air or a steam jet is blown to a narrow stream of a melt, and a spinning process in which centrifugal force of a rotor rotating at high speed is used. The blowing process is: (Raw material mixing)-(Melting)-(Spraying)-
Made in the order of (fiber). In the spinning process, (melting material)-(melting) melt is flowed through a distributor and added dropwise onto one or two or several rotors rotating at high speed to be spun into fibers. It is a thing. The resulting fibers are collected in layers by a cotton collecting device and processed into various secondary products.

【0028】セラミクスファイバーの特性は、材質(ア
ルミナ・シリカ)と繊維の形態に起因する。前者の材質
に基づく特性は、耐火性、耐薬品性、化学的中性、電気
絶縁性などである。また、後者の形態に影響される特性
は、断熱性、弾力性(被圧縮性、復元性)、シート性、
濾過性、吸音性などである。現在市販されているセラミ
ックスファイバー(アルミナシリケートファイバー)
は、その化学組成、使用最高温度などによって1260
℃クラスと1400℃クラスの2種類に分わけることが
できる。それらの特性を表−6に示す。比較のために、
後述するアルミナファイバーの場合も合せて記した。
The characteristics of the ceramic fiber depend on the material (alumina / silica) and the morphology of the fiber. Properties based on the former material are fire resistance, chemical resistance, chemical neutrality, electrical insulation, and the like. In addition, the properties affected by the latter form are heat insulation, elasticity (compressibility, restoration), sheet property,
It has filterability and sound absorption. Ceramic fibers currently on the market (alumina silicate fiber)
1260 depends on its chemical composition, maximum temperature of use, etc.
It can be divided into two types, the ℃ class and the 1400 ℃ class. Their characteristics are shown in Table-6. For comparison,
The case of alumina fiber described later is also shown.

【0029】[0029]

【表6】 [Table 6]

【0030】また、製造されている各種セラミックスフ
ァイバーの化学組成および特性を表−7に示す。この場
合にも、最高使用温度が1260〜1300℃の標準品
と、1400〜1480℃の高温品とに分類される。
Table 7 shows the chemical composition and characteristics of various ceramic fibers produced. Also in this case, the maximum operating temperature is classified into a standard product having a temperature of 1260 to 1300 ° C and a high temperature product having a maximum operating temperature of 1400 to 1480 ° C.

【0031】[0031]

【表7】 [Table 7]

【0032】1260〜1300℃の耐熱度を有する標
準品は、Al23/SiO2の重量比が1.2〜0.8
の範囲にあるが、CaO、MgO、TiO2、Fe23
などの不純物を含んでいる。一方高温品は、Al23
SiO2の重量比が1.3〜1.6とアルミナ成分が多
くなっており、その他の不純物は非常に少ない。セラミ
ックファイバーは、その製造法に起因して繊維化されな
い「ショット」と呼ばれるガラス状の粒子が混入するこ
とは避けられない。これは製品の性能に悪影響をおよぼ
すので、できるだけ少なくすることが望ましい。JIS
では、ブランケットの場合、212μm以上の粒子が2
5%以下になるよう規定されている。
The standard product having a heat resistance of 1260 to 1300 ° C. has an Al 2 O 3 / SiO 2 weight ratio of 1.2 to 0.8.
Range, but CaO, MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3
It contains impurities such as. On the other hand, the high temperature products are Al 2 O 3 /
The weight ratio of SiO 2 is 1.3 to 1.6 and the alumina component is large, and other impurities are very small. It is unavoidable that the ceramic fibers are mixed with glassy particles called “shots” which are not fiberized due to the manufacturing method. Since this adversely affects the performance of the product, it is desirable to minimize it. JIS
Then, in the case of a blanket, particles of 212 μm or more are 2
It is regulated to be 5% or less.

【0033】セラミックファイバーの使用最高温度は、
主にファイバーの加熱収縮率により決定される。アルミ
ナシリカファイバーは、約1000℃でムライト(3A
23・2SiO2)結晶が析出し、ガラス質から結晶
質に移行する。これに伴いファイバーに収縮が起こる。
収縮量は、高温になるに従い増大し、柔軟性も失われて
くる。これらの点に対処するために、Cr23、ZrO
2などの成分を添加して耐熱度を向上させ、使用最高温
度1400℃程度のものが製造されている。実用上の使
用最高温度は、施工方法、使用条件などによって変動す
るので、考慮を必要とする。一般に繊維質材料は、かさ
密度が小さく気孔率が大きいので、断熱性に優れるもの
であるが、高温における熱伝導率は、ふく射による影響
が強くでるために、若干密度を大きめにした方が良くな
る傾向にある。その他、吸音特性も優れており、500
MHz以上の中高周波数域で高い吸音率を示す。また、電
気絶縁性もアルカリ成分が微量であるため優れている
が、高温になると低下する傾向にある。
The maximum operating temperature of the ceramic fiber is
It is mainly determined by the heat shrinkage of the fiber. Alumina-silica fiber is mullite (3A
(l 2 O 3 · 2SiO 2 ) crystals are deposited and transition from vitreous to crystalline. Along with this, the fiber contracts.
The amount of shrinkage increases as the temperature rises, and the flexibility is lost. In order to deal with these points, Cr 2 O 3 and ZrO
A component with a maximum operating temperature of about 1400 ° C is manufactured by adding ingredients such as 2 . It is necessary to consider the maximum operating temperature in practice, because it varies depending on the construction method and operating conditions. Generally, fibrous materials have a low bulk density and a high porosity, so they have excellent heat insulating properties, but the thermal conductivity at high temperatures is strongly affected by radiation, so it is better to increase the density slightly. Tends to become. In addition, it has excellent sound absorption characteristics,
High sound absorption coefficient in the middle and high frequency range above MHz. Further, the electric insulating property is excellent because the amount of the alkaline component is small, but it tends to decrease at high temperatures.

【0034】セラミックファイバーは、バルクファイバ
ーをはじめとして、フェルト、ボード、ブランケット、
ブロック状断熱材、成形品などの各種製品がある。この
ほか、紡織品、キャステイング材などが製造されてい
る。また、吹きつけによる断熱材の現場施工も行われて
いる。セラミックファイバーは、断熱材、シール材、パ
ッキング材、吸音材など種々の用途に幅広く用いられて
いるが、アルミナシリカ系セラミックファイバーの最大
の欠点は、加熱時の再結晶化による品質の劣化である。
この種の繊維は、本来極めて短時間に繊維化されるの
で、過冷却の状態で非晶質となっている。
Ceramic fibers include bulk fibers, felts, boards, blankets,
There are various products such as block insulation and molded products. In addition, textile products, casting materials, etc. are manufactured. On-site construction of thermal insulation by spraying is also performed. Ceramic fibers are widely used in various applications such as heat insulating materials, sealing materials, packing materials, and sound absorbing materials, but the greatest drawback of alumina-silica ceramic fibers is deterioration of quality due to recrystallization during heating. .
Since fibers of this type are originally formed into fibers in an extremely short time, they become amorphous in a supercooled state.

【0035】上記の欠点を補う意味でさらに高温に耐え
るものとしてアルミナファイバーが開発された。アルミ
ナファイバーは、例えば塩化アルミニウム塩類の水溶液
を出発原料とし、極めて厳密な制御のもとに水溶液から
繊維化し、これを加熱して塩酸、酢酸などを除き、多結
晶質の繊維とする前駆体無機塩法(塩分解法)で製造す
る。この方法は、繊維化条件の管理が容易であるため、
非繊維化粒子(ショット)の発生が極端に低い特徴があ
る。アルミナファイバーの特性を表−8に示す。
Alumina fibers were developed to withstand higher temperatures in order to compensate for the above drawbacks. Alumina fiber is, for example, a precursor inorganic material obtained by using an aqueous solution of aluminum chloride salt as a starting material, fibrating the aqueous solution under extremely strict control, and heating it to remove hydrochloric acid, acetic acid, and the like to obtain a polycrystalline fiber. It is produced by the salt method (salt decomposition method). Since this method makes it easy to control the fiberizing conditions,
The characteristic is that the generation of non-fibrous particles (shots) is extremely low. The characteristics of the alumina fiber are shown in Table-8.

【0036】[0036]

【表8】 [Table 8]

【0037】溶融石英ファイバーは、ガラス繊維に比
べ、水蒸気、耐候性に優れ、酸、アルカリに長時間さら
されても影響を受けない。融点は1500℃以上であ
る。この繊維の製造方法は、径0.12〜0.15mmの
石英ロッドを一定の低速度で高温の火炎中に出し、軟化
したロッドの先端を引き伸して高速回転するワインドド
ラムに巻取る。このように99.95%の石英を原料と
するファイバーは高価なために我が国では需要は少な
い。溶融石英の引張り強度は、Eガラス繊維の2倍程度
の600kgf/cm2ぐらいである。その他の性質を表−9
に示す。この溶融ガラス繊維は、繊維状、ヤーン、テー
プ、クロスなどが作り出されている。この繊維の用途
は、精密機器部品、断熱材、濾過材、プラスチック補強
材、電気絶縁材などである。
Fused quartz fiber is superior to water vapor and weather resistance in comparison with glass fiber, and is not affected by long-term exposure to acid or alkali. The melting point is 1500 ° C. or higher. In this fiber manufacturing method, a quartz rod having a diameter of 0.12 to 0.15 mm is put into a high temperature flame at a constant low speed, and the tip of the softened rod is stretched and wound on a wind drum rotating at a high speed. As described above, fibers made of 99.95% of quartz are expensive, so that demand is low in Japan. The tensile strength of fused silica is about 600 kgf / cm 2, which is about twice that of E glass fiber. Other properties are shown in Table-9.
Shown in. The molten glass fiber is produced in a fibrous form, yarn, tape, cloth and the like. Applications of this fiber are precision instrument parts, heat insulation materials, filtration materials, plastic reinforcement materials, electrical insulation materials and the like.

【0038】[0038]

【表9】 [Table 9]

【0039】高ケイ酸質ファイバーは、ガラス繊維を硫
酸で処理し、96%以上のシリカを有するファイバーに
かえることによって、耐熱性を高めたものである。この
繊維は直径が10.2〜12.7μmで中性子やγ線に
暴露されても熱的、機械的性質には影響を受けない。9
00℃での連続使用では安全であるが、1150℃で1
00時間使用後では著しく脆くなる。このファイバーか
ら繊維状、ヤーン、テープ、クロス、パット、ロープな
ど種々の形態のものが作られている。そして、この繊維
の用途は、一般断熱材、電線の耐熱被覆材、高温用ガス
ケット、プラスチック補強材、石油ストーブ芯、触媒担
体などである。
The high silicic acid fiber is obtained by treating glass fiber with sulfuric acid and converting it into a fiber having 96% or more of silica to improve heat resistance. This fiber has a diameter of 10.2-12.7 μm and is not affected by thermal or mechanical properties even when exposed to neutrons or γ rays. 9
Safe at continuous use at 00 ° C, but 1 at 1150 ° C
After being used for 00 hours, it becomes extremely brittle. From this fiber, various forms such as fiber, yarn, tape, cloth, putt, and rope are made. The fibers are used for general heat insulating materials, heat resistant coating materials for electric wires, high temperature gaskets, plastic reinforcing materials, petroleum stove cores, catalyst carriers and the like.

【0040】ジルコニアファイバーは、高温まで使用で
きる可能性をもつ繊維である。UCC社製の繊維は、有
機繊維をプレカーサーとし、これにジルコニウム塩の水
溶液を圧入してその微細組織中に均一に分散させたもの
を、特殊雰囲気炉中で熱分解した後、再度熱処理して作
られている。この方法は、プレカーサーの微細構造を保
った無機繊維を作るものである。また、ICI社製のジ
ルコニアファイバーは、微小気孔を有する多結晶体で絹
状の手触りがあり、優れた可撓性、弾性をもっている。
これの製法は、ジルコニウムを含む液をノズルから吹出
し、高圧ガスで吹き飛ばし繊維化する吹出し紡糸法と言
われている方法である。この繊維もポリクリスタリン繊
維であり、安定化剤が添加されている。
Zirconia fibers are fibers that have the potential to be used at high temperatures. The UCC fiber is made of organic fiber as a precursor, into which an aqueous solution of zirconium salt is pressed and uniformly dispersed in its fine structure, which is thermally decomposed in a special atmosphere furnace and then heat-treated again. Is made. This method produces an inorganic fiber that maintains the fine structure of the precursor. Further, the zirconia fiber manufactured by ICI is a polycrystalline body having fine pores, has a silky feel, and has excellent flexibility and elasticity.
This manufacturing method is a method called a blow-off spinning method in which a liquid containing zirconium is blown out from a nozzle and blown off with a high-pressure gas to form fibers. This fiber is also a polycrystallin fiber and has a stabilizer added thereto.

【0041】その他の繊維として、チタン酸カルシウム
繊維や各種ウイスカーも開発されているが、高価格であ
ることから特殊分野にしか用いられていない。
As other fibers, calcium titanate fibers and various whiskers have been developed, but since they are expensive, they are used only in special fields.

【0042】炭素繊維は、比強度、比弾性率に優れてい
ることから、宇宙航空、スポーツ、レジャー関係を中心
に発達してきたが、酸化するという欠点があり、高温酸
化雰囲気下では使用できない。高温状態で使用可能な繊
維には、上述のアルミナ繊維やシリカファイバーなどの
各種セラミックス繊維がある。これらは、耐酸化性には
優れているが、高価格であることから使用範囲が限定さ
れなければならない。また、鋼繊維などの金属繊維は、
経済性の点では優れているが、密度が高いことから比強
度や比弾性率の点では炭素繊維などと比べると問題が有
る。また、金属であることから、腐食しやすいなどの欠
点も有している。ナイロンやビニロンなどの有機繊維
も、強化用繊維として利用されている。しかし、耐熱性
の点で問題が有る。
Carbon fibers have been developed mainly for aerospace, sports and leisure because of their excellent specific strength and specific elastic modulus, but they have the drawback of being oxidized and cannot be used in a high temperature oxidizing atmosphere. Fibers that can be used at high temperatures include various ceramic fibers such as the above-mentioned alumina fibers and silica fibers. These are excellent in oxidation resistance, but their use range must be limited because they are expensive. Also, metal fibers such as steel fibers
Although excellent in economical efficiency, it has a problem in specific strength and specific elastic modulus as compared with carbon fiber and the like due to its high density. In addition, since it is a metal, it has the drawback that it is easily corroded. Organic fibers such as nylon and vinylon are also used as reinforcing fibers. However, there is a problem in heat resistance.

【0043】このように、各種無機繊維が断熱材、保温
材、複合材の強化繊維として、使用されているが、夫々
種々の問題点を有しており、新しい繊維の開発が強く望
まれているのが実情である。従って、本発明の目的は、
このような社会的状況を鑑み、上記の各種条件を満足す
る新規無機繊維を提供することにある。
As described above, various inorganic fibers are used as a heat insulating material, a heat insulating material, and a reinforcing fiber for a composite material, but each has various problems, and the development of new fibers is strongly desired. The reality is that Therefore, the object of the present invention is to
In view of such a social situation, it is an object of the present invention to provide a new inorganic fiber satisfying the above various conditions.

【0044】[0044]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、新
規無機繊維として、20〜40%のAl23、35〜5
0%のSiO2、15〜35%のCaO、3〜12%の
Fe23及び2〜5%のMgOを含有することを特徴と
するフライアッシュファイバーにより達成されることが
見いだされた。更に、上記組成に加えて、更にジルコニ
ウム化合物を含有する、20〜45%のAl23、25
〜50%のSiO2、15〜35%のCaO、3〜12
%のFe23、0〜5%のMgO及び3〜10%のZr
2を含有することを特徴とするフライアッシュファイ
バーにより、耐アルカリ性が更に向上し、セメント系材
料への使用に適した無機繊維を得ることができる。
The above object of the present invention is to provide, as a novel inorganic fiber, 20 to 40% Al 2 O 3 , 35 to 5%.
0% SiO 2, 15 to 35 percent of CaO, be achieved has been found by the fly ash fiber, characterized in that it contains 3 to 12% of the Fe 2 O 3 and 2-5% of MgO. Further, in addition to the above composition, further containing a zirconium compound, 20 to 45% of Al 2 O 3 , 25
˜50% SiO 2 , 15-35% CaO, 3-12
% Fe 2 O 3 , 0-5% MgO and 3-10% Zr
With the fly ash fiber characterized by containing O 2 , the alkali resistance is further improved, and an inorganic fiber suitable for use in a cement-based material can be obtained.

【0045】本発明は、未利用資源である石炭灰を高温
で溶融紡糸したフライアッシュファイバ−(FAファイ
バー)の開発を試みたものである。特に新しい無機繊維
を製造する原料配合を規定するとともに、産業上有効な
新規繊維の性質、機能、構造などを規定するものであ
る。
The present invention is an attempt to develop a fly ash fiber (FA fiber) obtained by melt spinning unutilized coal ash at a high temperature. In particular, it defines the raw material composition for producing new inorganic fibers, and also defines the properties, functions, structures, etc. of the new fibers that are industrially effective.

【0046】石炭灰は、石炭を発電用に燃焼した際に生
じるものであり、例えば1989年度には発電用石炭の
使用量は2450万トン、副生する石炭灰の量は約40
0万トンにも達している。そのうち有効利用されている
のは190万トン(49%)にすぎず、残り51%は陸
上埋立材や海面埋立材として処理されている。その他に
一般産業からも約150万トンの石炭灰が発生してい
る。石炭灰の発生量は今後も増加することが予想される
ので、石炭灰の有効利用技術の開発が強く望まれてい
る。本発明は、価値ある無機繊維を提供するとともに、
石炭灰の有効利用が実現できる点において、非常に有効
である。
The coal ash is generated when the coal is burned for power generation. For example, in 1989, the amount of coal used for power generation was 24.5 million tons, and the amount of by-produced coal ash was about 40.
It has reached to 100,000 tons. Only 1.9 million tons (49%) are effectively used, and the remaining 51% is treated as landfill or sea surface landfill. In addition, about 1.5 million tons of coal ash is generated from general industries. Since the amount of coal ash generated is expected to increase in the future, it is strongly desired to develop technology for effectively utilizing coal ash. The present invention provides valuable inorganic fibers,
It is very effective in that the effective use of coal ash can be realized.

【0047】しかしながら、火力発電所から排出される
石炭灰の組成は、使用される石炭によって異なる。石炭
中の含有金属は、国内炭と外国炭とでは異なるととも
に、石炭の生産地によっても違う。国内炭と外国炭の代
表的な化学成分と、産地別の化学成分とを表−10に示
す。
However, the composition of the coal ash discharged from the thermal power plant depends on the coal used. The metal content in coal differs between domestic coal and foreign coal, and also depends on the place of coal production. Table-10 shows the representative chemical composition of domestic coal and foreign coal and the chemical composition by origin.

【0048】[0048]

【表10】 [Table 10]

【0049】このように、石炭灰の生産地によってそれ
の化学組成は異なっているが、製造されるフライアッシ
ュファイバーの機械的強度や熱的性質などの諸特性は、
一定でなければならない。一定の特性をもつフライアッ
シュファイバーの製造技術の確立は、工業的にも極めて
重要なことである。また、石炭灰だけでなく、その他の
諸原料(例えば、天然鉱石、工業副生成物など)を使用
してもフライアッシュファイバー相当の機能をもつ無機
質繊維又はセラミックス繊維の製造技術を確立しておく
ことは、極めて意義あることである。これらの点に鑑
み、本発明者らは鋭意研究の結果、上記組成を有するフ
ライアッシュファイバーが優れた機械的強度と熱的性質
を有することを見いだし、本発明に到達したものであ
る。
As described above, although the chemical composition of coal ash differs depending on the place of production, various characteristics such as mechanical strength and thermal properties of the produced fly ash fiber are
Must be constant. Establishing a manufacturing technology for fly ash fibers having certain characteristics is extremely important industrially. Moreover, in addition to coal ash, the manufacturing technology of inorganic fibers or ceramic fibers having a function equivalent to fly ash fiber by using other raw materials (for example, natural ore, industrial by-products, etc.) should be established. That is extremely significant. In view of these points, the inventors of the present invention, as a result of diligent research, have found that the fly ash fiber having the above composition has excellent mechanical strength and thermal properties, and arrived at the present invention.

【0050】本発明のフライアッシュファイバーの最大
の特色は、耐熱性および機械的特性に優れた点である。
本発明の一定の特性を有するフライアッシュファイバー
は、製造用原料の化学組成および各原料の配合を決定
し、フライアッシュファイバーの品質を保証する製造技
術の確立をはかることにより、実現される。さらに本発
明では、主原料に石炭灰、更に必要に応じてその他の副
原料を使用して作り出される無機質繊維の機械的、熱的
特性、構造などを規定できるものである。
The greatest feature of the fly ash fiber of the present invention is that it has excellent heat resistance and mechanical properties.
The fly ash fiber having certain characteristics of the present invention is realized by determining the chemical composition of the raw materials for production and the blending of each raw material, and establishing the production technology for guaranteeing the quality of the fly ash fiber. Further, in the present invention, the mechanical and thermal characteristics, the structure, and the like of the inorganic fiber produced by using coal ash as the main raw material and, if necessary, other auxiliary raw materials can be specified.

【0051】本発明のフライアッシュファイバーの機械
的及び熱的特性は、化学組成によって決定される。中で
もアルミナ(Al23)は、繊維の熱的特性に影響を与
える。アルミナ含有量の増加は、融解温度、使用最高温
度、耐アルカリ性を高くする。また、原料(原料混合
物)の融解温度を高くするとともに、耐薬品性を向上さ
せる。ただし、繊維化に要するエネルギー経費は増大
し、炉構造材料の高温度化など、繊維化技術は困難にな
る。従って、本発明のフライアッシュファイバーでは2
0〜40%含むことが望ましい。Al23量が20%以
下では、耐熱性が不足し、40%以上では紡糸温度が高
温になりエネルギー経費が高騰することや、粘度が高く
なって紡糸が困難になる。
The mechanical and thermal properties of the fly ash fibers of the present invention are determined by their chemical composition. Among them, alumina (Al 2 O 3 ) affects the thermal characteristics of the fiber. Increasing the alumina content increases the melting temperature, maximum temperature of use, and alkali resistance. In addition, the melting temperature of the raw material (raw material mixture) is increased and the chemical resistance is improved. However, the energy cost required for fiberizing increases, and the fiberizing technology becomes difficult, such as increasing the temperature of the furnace structural material. Therefore, in the fly ash fiber of the present invention, 2
It is desirable to contain 0 to 40%. When the amount of Al 2 O 3 is 20% or less, the heat resistance is insufficient, and when it is 40% or more, the spinning temperature becomes high, the energy cost rises, and the viscosity becomes high, making spinning difficult.

【0052】また、シリカ(SiO2)含有量が多いと
融解温度は低くなり、融液の粘度は低下し、繊維化は容
易になる。当然のごとく、製造経費は低廉になる。しか
し、耐熱度は低くなり、高温域での利用は出来なくなっ
てくる。さらに、耐アルカリ性は低く、セメント・コン
クリート系複合材料には使用できない。従って、本発明
のフライアッシュファイバーでは35〜50%が望まし
い。SiO2含有量が35%以下では、粘性が低く紡糸
が困難になることや、融解温度を高くしなければならな
い。また、50%以上では紡糸は容易になるが、耐アル
カリ性が低下し、セメント系材料の強化材には使用でき
ない。
If the silica (SiO 2 ) content is high, the melting temperature will be low, the viscosity of the melt will be low, and fiber formation will be easy. Naturally, the manufacturing cost will be low. However, the heat resistance becomes low and it cannot be used in high temperature range. Furthermore, it has low alkali resistance and cannot be used for cement / concrete composite materials. Therefore, in the fly ash fiber of the present invention, 35 to 50% is desirable. When the SiO 2 content is 35% or less, the viscosity is low and spinning becomes difficult, and the melting temperature must be increased. On the other hand, if it is 50% or more, spinning is facilitated, but alkali resistance is deteriorated and it cannot be used as a reinforcing material for cement-based materials.

【0053】その他に、酸化カルシウムもグラスウール
やロックウールの場合には多量に含まれている。これ
は、原料中にすでに含まれている場合が大部分である
が、それ以外にも本発明の組成になるように原料中に粘
度調節剤として添加してもよい。酸化カルシウム量は、
本発明のフライアッシュファイバーの場合、15〜35
%であることが望まれる。15%以下では溶融しにく
く、紡糸が困難である。しかし、35%以上ではセメン
ト系材料として使用した場合に、中性化が生じ、長期強
度が低下する心配がある。
In addition, calcium oxide is also contained in a large amount in the case of glass wool or rock wool. In most cases, this is already contained in the raw material, but other than that, it may be added as a viscosity modifier to the raw material so as to obtain the composition of the present invention. The amount of calcium oxide is
In the case of the fly ash fiber of the present invention, 15 to 35
% Is desired. If it is 15% or less, it is difficult to melt and spinning is difficult. However, if it is 35% or more, when it is used as a cement-based material, there is a concern that neutralization will occur and the long-term strength will decrease.

【0054】石炭灰に含まれ、フライアッシュファイバ
ー中にも含有されるFe23含有量は、3〜12%であ
る。この含有量は、出来るだけ少ない方が望ましいが、
石炭灰を使用することから、3%程度の混入は避けられ
ない。また、Fe23含有量が少なくなると、製造され
るフライアッシュファイバーの耐熱性は向上することが
実験事実から確認されており、極力少なくする配慮を払
うことが望ましい。またFe23含有量が増加すると、
フライアッシュファイバーの着色度合いが高まり好まし
くない。これらのことから12%以上のFe23含有量
では問題が多くあり、避けなければならない。
The Fe 2 O 3 content contained in the coal ash and also contained in the fly ash fiber is 3 to 12%. It is desirable that this content be as low as possible,
Since coal ash is used, mixing of about 3% is unavoidable. In addition, it has been confirmed from experimental facts that the heat resistance of the produced fly ash fiber is improved when the Fe 2 O 3 content is decreased, and it is desirable to consider the reduction as much as possible. When the Fe 2 O 3 content increases,
The degree of coloring of the fly ash fiber increases, which is not preferable. For these reasons, a Fe 2 O 3 content of 12% or more causes many problems and must be avoided.

【0055】また、耐アルカリ性を向上させ、セメント
系材料に使用するために、3〜10%の酸化ジルコニウ
ムを添加することができる。3%以下では耐アルカリ性
を向上させる効果がみられない。また、10%以上では
溶融温度が高く、紡糸温度が高くなることから、操作上
使用できない。
Further, 3 to 10% of zirconium oxide can be added in order to improve alkali resistance and to be used as a cement material. If it is 3% or less, the effect of improving alkali resistance is not observed. On the other hand, if it is 10% or more, the melting temperature is high and the spinning temperature is high.

【0056】フライアッシュファイバーの繊維直径は5
〜20μm程度(平均繊維径5〜10μm)、繊維長さ
5〜30mmである。フライアッシュファイバーの機械的
特性は、繊維径によって異なることが判った。例えば、
直径が6μmの場合には、引張り強度4120MPa、引
張り弾性率200GPaである。これらの特性を、他の無
機質繊維、例えば、アルミナ繊維(強度1400MPa、
弾性率385GPa)、ガラス繊維(強度2400MPa、弾
性率70GPa)、炭素繊維(強度3000MPa、弾性率2
20GPa)などと比べると、フライアッシュファイバー
が極めて優れた特性を有していることが判る。また、繊
維径が15μmのフライアッシュファイバーでは、引張
り強度290MPa、引張り弾性率17.5GPaであり、繊
維径によって機械的特性は著しく影響を受ける。しか
し、ロックウールファイバーや一般的なガラスファイバ
ーとは、耐熱性の点でも、機械的強度の点でも、遥かに
優れている。一般的に本発明のフライアッシュファイバ
ーの機械的性質は、繊維によって異なるが、引張強度2
00〜450MPa、引張弾性率は10〜250GPaであ
る。
The fiber diameter of fly ash fiber is 5
˜20 μm (average fiber diameter 5 to 10 μm) and fiber length 5 to 30 mm. It has been found that the mechanical properties of fly ash fiber depend on the fiber diameter. For example,
When the diameter is 6 μm, the tensile strength is 4120 MPa and the tensile elastic modulus is 200 GPa. These characteristics can be compared with other inorganic fibers such as alumina fiber (strength 1400 MPa,
Elastic modulus 385 GPa), glass fiber (strength 2400 MPa, elastic modulus 70 GPa), carbon fiber (strength 3000 MPa, elastic modulus 2)
It can be seen that the fly ash fiber has extremely excellent characteristics as compared with 20 GPa). Further, the fly ash fiber having a fiber diameter of 15 μm has a tensile strength of 290 MPa and a tensile elastic modulus of 17.5 GPa, and the mechanical properties are significantly affected by the fiber diameter. However, it is far superior to rock wool fiber and general glass fiber in terms of heat resistance and mechanical strength. Generally, the mechanical properties of the fly ash fiber of the present invention differ depending on the fiber, but the tensile strength is 2
The tensile elastic modulus is 10 to 250 GPa.

【0057】繊維の融解温度および結晶化温度は、熱分
析(示差熱分析)から求めることができる。製造したフ
ライアッシュファイバーを空気中、熱分析装置で加熱し
てゆくと、940℃付近から発熱ピークが、1150℃
付近から吸熱ピークが夫々見られた。前者の発熱ピーク
は、フライアッシュファイバーの結晶化の開始を示して
いる。
The melting temperature and crystallization temperature of the fiber can be determined by thermal analysis (differential thermal analysis). When the manufactured fly ash fiber is heated in the air with a thermal analysis device, an exothermic peak appears from around 940 ° C to 1150 ° C.
Endothermic peaks were seen in the vicinity. The former exothermic peak indicates the onset of crystallization of fly ash fiber.

【0058】フライアッシュファイバーの結晶化とは、
次の現象が生じたことを示している。すなわち、製造し
たフライアッシュファイバーは、高温度で融解した状態
から繊維化されたものである。繊維化は、0.1秒以下
の極めて短時間で行われる。繊維化されると同時に高温
度から常温まで急激に冷却されるので、過冷却されて非
晶質となっている。このような過冷却状態のフライアッ
シュファイバーが、再び高温度に加熱された場合、フラ
イアッシュファイバー中には結晶が析出(結晶化)す
る。しかし、加熱温度が低い場合には、析出する結晶量
も少なく、結晶の成長も顕著ではないが、ファイバー内
にストレスを生じ、湾曲したり硬直性を増したりする。
さらに加熱温度が上がると、析出した結晶が成長し、繊
維径に影響を及ぼすようになるとともに、硬直性は増し
て折れやすくなり、ファイバーの品質を劣化させること
になる。従って、この結晶化温度および結晶化開始温度
は、出来るだけ高温であることが望ましい。
Crystallization of fly ash fiber means
It indicates that the following phenomenon has occurred. That is, the produced fly ash fiber is made into a fiber from a state of being melted at a high temperature. Fiberizing is performed in an extremely short time of 0.1 seconds or less. At the same time as it is made into fibers, it is rapidly cooled from high temperature to room temperature, so it is supercooled and becomes amorphous. When such a supercooled fly ash fiber is heated to a high temperature again, crystals are precipitated (crystallized) in the fly ash fiber. However, when the heating temperature is low, the amount of precipitated crystals is small and the growth of crystals is not remarkable, but stress is generated in the fiber, and the fiber is bent or the rigidity is increased.
When the heating temperature is further increased, the precipitated crystal grows to affect the fiber diameter, and the rigidity increases and the fiber easily breaks, which deteriorates the quality of the fiber. Therefore, it is desirable that the crystallization temperature and the crystallization start temperature are as high as possible.

【0059】本発明では、示差熱分析における発熱ピー
クの立上がる温度を結晶化開始温度とした。同時に、こ
の温度以上になると、性能は変質しておることが予想さ
れるので、この温度を使用最高温度と規定した。また、
融解開始温度は、吸熱ピークの立上がる時の温度を、融
解温度は吸熱ピークの示す温度から夫々求めた。本発明
におけるフライアッシュファイバーの熱的特性は、その
化学特性によって影響されるが、非常に高く、結晶化温
度は950〜1050℃、融解温度は1150〜130
0℃、使用最高温度は910〜950℃である。本発明
者は、化学組成を総合的に検討してフライアッシュファ
イバーを製造した結果、910℃以上の使用最高温度を
有する極めて有効な無機繊維の製造技術を確立したもの
である。
In the present invention, the temperature at which the exothermic peak rises in the differential thermal analysis is taken as the crystallization start temperature. At the same time, above this temperature, the performance is expected to deteriorate, so this temperature was defined as the maximum operating temperature. Also,
The melting start temperature was determined from the temperature at which the endothermic peak rises, and the melting temperature was determined from the temperature exhibited by the endothermic peak. The thermal characteristics of the fly ash fiber according to the present invention, which are affected by its chemical characteristics, are very high. The crystallization temperature is 950 to 1050 ° C and the melting temperature is 1150 to 130.
The temperature is 0 ° C and the maximum temperature is 910 to 950 ° C. As a result of comprehensively examining the chemical composition and producing fly ash fibers, the present inventor has established a very effective technique for producing inorganic fibers having a maximum service temperature of 910 ° C. or higher.

【0060】フライアッシュファイバーの原料となる石
炭灰の成分は、前記表−11に示したように石炭の産地
によって異なっているが、主たるものは二酸化ケイ素
(シリカ;SiO2)と酸化アルミニウム(アルミナ;
Al23)であり、この二つの無機質で全体の60〜8
0%を占める。その他、少量の酸化第二鉄、酸化カルシ
ウム、酸化マグネシウムなどが含まれている。石炭灰の
品質保持のためには、原料である石炭の成分が安定して
いることが好ましい。また、できるだけシリカ含有量が
低く、アルミナ含有量の高い石炭灰の方が、結晶化温
度、融解温度および使用最高温度の高いフライアッシュ
ファイバーの製造が可能である。ただ、アルミナ含有量
が多いと、高温における粘度は低くなるので、フライア
ッシュファイバーを紡糸する際には、粘度調整剤として
石灰岩などの副原料を添加することが好ましい。
The components of the coal ash, which is the raw material of the fly ash fiber, differ depending on the origin of coal as shown in Table 11 above, but the main ones are silicon dioxide (silica; SiO 2 ) and aluminum oxide (alumina). ;
Al 2 O 3 ), and these two minerals make up a total of 60 to 8
It accounts for 0%. In addition, it contains a small amount of ferric oxide, calcium oxide, magnesium oxide and the like. In order to maintain the quality of coal ash, it is preferable that the ingredients of the raw material coal are stable. In addition, fly ash fibers having a high crystallization temperature, a high melting temperature, and a maximum use temperature can be produced from coal ash having a low silica content and a high alumina content. However, when the content of alumina is high, the viscosity at high temperature becomes low. Therefore, when spinning fly ash fiber, it is preferable to add an auxiliary material such as limestone as a viscosity modifier.

【0061】本発明に従うフライアッシュファイバーの
化学組成は、請求項1記載の通り、Al23含量が20
〜40%、SiO2含量が35〜50%、CaO含量が
15〜35%、Fe23含量が3〜12%、MgO含量
が2〜5%である。この組成のフライアッシュファイバ
ーが得られる原料石炭灰の化学組成は、Al23が10
〜40%、特に15〜30%、SiO2が30〜65
%、特に40〜50%、CaOが0.5〜15%、特に
1〜5%、Fe23が1〜20%、特に5〜15%、M
gOが0〜10%、特に0〜2%であることが好まし
い。この成分組成をもつ原料石炭灰の化学組成の一例と
して、Al23が18.9%、SiO2が56.6%、
CaOが2.5%、Fe23が12.8%及びMgOが
1.0%の中国大同炭の石炭灰を挙げることができる。
The chemical composition of the fly ash fiber according to the present invention has the Al 2 O 3 content of 20 according to claim 1.
-40%, SiO 2 content 35-50%, CaO content 15-35%, Fe 2 O 3 content 3-12%, MgO content 2-5%. The raw coal ash from which the fly ash fiber of this composition is obtained has a chemical composition of Al 2 O 3 of 10
To 40%, particularly 15~30%, SiO 2 is 30 to 65
%, In particular 40 to 50%, CaO 0.5 to 15%, particularly 1 to 5%, Fe 2 O 3 is 1-20%, in particular 5 to 15%, M
It is preferable that gO is 0 to 10%, particularly 0 to 2%. As an example of the chemical composition of the raw material coal ash having this component composition, Al 2 O 3 is 18.9%, SiO 2 is 56.6%,
The coal ash of China Datong Coal, which has 2.5% CaO, 12.8% Fe 2 O 3 and 1.0% MgO, can be mentioned.

【0062】ここで、本発明に従うフライアッシュファ
イバー、及びその原料石炭灰を構成する各成分の組成
は、X線マイクロアナライザーにより元素分析を行い得
られた結果に基づき、それぞれの安定した形態である酸
化物の形に換算して表現したものである。従って、本発
明のフライアッシュファイバー又は石炭灰中に必ずしも
上記酸化物の形で存在するわけではない。
Here, the composition of each component constituting the fly ash fiber according to the present invention and the raw material coal ash thereof is in a stable form based on the results obtained by elemental analysis by an X-ray microanalyzer. It is expressed in the form of an oxide. Therefore, they are not necessarily present in the fly ash fiber or coal ash of the present invention in the form of the above oxides.

【0063】上記好ましい配合内の石炭灰を用いて本発
明のフライアッシュファイバーを製造する場合には、該
石炭灰をそのまま融解し繊維化してもよい。しかし、こ
れらの化学組成内に入っていない場合には、必要に応じ
て別の副原料を添加することが好ましい。また、上記化
学組成内にある石炭灰であっても、必要に応じて適宜各
種の副原料を添加することができる。
When the fly ash fiber of the present invention is produced by using the coal ash in the above preferable composition, the coal ash may be melted as it is to be fiberized. However, if the chemical composition is not within these chemical compositions, it is preferable to add another auxiliary material as needed. Further, even with coal ash having the above chemical composition, various auxiliary raw materials can be added as necessary.

【0064】副原料としては、従来公知の無機繊維に用
いられると同様のものを本発明に用いることができ、例
えば石灰岩、各種シリカ、各種アルミナ、ムライトある
いはシリマナイトなどの粘土鉱物、リン酸マグネシウム
等のリン酸塩、電融アルミナ、酸化鉄、酸化マグネシウ
ム、各種天然鉱物などを挙げることができる。その他に
溶融促進剤、粘度調整剤などを添加してもよい。更に具
体的には、オケルマナイト(2CaO・MgO・2Si
2)、アンダルサイト(Al23・SiO2)、灰長石
(CaO・Al23・2SiO2)、霞石(CaC
3)、ベルリナイト(Al23・P25)、ベーマイ
ト(Al23・H2O)、方解石(CaCO3)、ダイア
スポア(Al23・H2O)、透輝石(CaO・MgO
・2SiO2)、ドロマイト(MgCO3・CaC
3)、鉄橄攬石(2FeO・SiO2)、フォルステラ
イト(2MgO・SiO2)、ゲーレナイト(2CaO
・Al23・SiO2)、灰礬拓榴石(3CaO・Al2
3・3SiO2)、灰鉄輝石(CaO・FeO・2Si
2)、ヒルゲンストッカイト(4CaO・P25)、
水バン石(Al23・3H2O)、カイアナイト(Al2
3・SiO2)、ラルナイト(2CaO・SiO2)、
メルウイナイト(MgO・3CaO・2SiO2)、モ
ンチセライト(CaO・MgO・SiO2)、ナーゲル
シュミタイト(7CaO・P25・2SiO2)、紅拓
榴石(3MgO・Al23・3SiO2)、ランキナイ
ト(3CaO・2SiO2)、サッフィリン(4MgO
・5Al23・2SiO2)、滑石(3MgO・4Si
2・H2O)、ホイットロカイト(3CaO・P
25)、珪灰石(CaO・SiO2)、ジルコニア(Z
rO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)、各種ジルコ
ニア化合物などである。
As the auxiliary material, the same materials as those used for the conventionally known inorganic fibers can be used in the present invention. For example, limestone, various silicas, various aluminas, clay minerals such as mullite or sillimanite, magnesium phosphate, etc. Examples thereof include fused phosphate, fused alumina, iron oxide, magnesium oxide, various natural minerals, and the like. In addition, a melting accelerator, a viscosity modifier, etc. may be added. More specifically, akermanite (2CaO ・ MgO ・ 2Si
O 2 ), Andalusite (Al 2 O 3 · SiO 2 ), Anorthite (CaO · Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), Nepheline (CaC
O 3), berlinite (Al 2 O 3 · P 2 O 5), boehmite (Al 2 O 3 · H 2 O), calcite (CaCO 3), diaspore (Al 2 O 3 · H 2 O), diopside ( CaO / MgO
・ 2SiO 2 ), dolomite (MgCO 3・ CaC
O 3 ), iron olivine (2FeO · SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ), gerenites (2CaO)
・ Al 2 O 3・ SiO 2 ), ash agate aragonite (3CaO ・ Al 2
O 3 · 3SiO 2), Hedenbergite (CaO · FeO · 2Si
O 2 ), hirugen stockite (4CaO · P 2 O 5 ),
Water van stone (Al 2 O 3 · 3H 2 O), kyanite (Al 2
O 3 · SiO 2 ), Ralunite (2CaO · SiO 2 ),
Melwinite (MgO · 3CaO · 2SiO 2 ), Monticellite (CaO · MgO · SiO 2 ), Nagelschmitite (7CaO · P 2 O 5 · 2SiO 2 ), Red Tartite (3MgO · Al 2 O 3 · 3SiO 2). ), Rankinite (3CaO · 2SiO 2 ), Sapphirine (4MgO)
· 5Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), talc (3MgO · 4Si
O 2 · H 2 O), Whitlocite (3CaO · P
2 O 5 ), wollastonite (CaO · SiO 2 ), zirconia (Z
rO 2 ), zircon (ZrO 2 · SiO 2 ), various zirconia compounds, and the like.

【0065】本発明のフライアッシュファイバーは、従
来のセラミックスファイバーなどの無機繊維の製造法を
用いて製造することができる。例えば、原料の石炭灰の
融解では、粉体状の原料を固めて投入するキューポラに
よるバッチシステム法(キューポラ法)、原料を粉体の
まま直接投入する電気炉を用いた電気炉法などが挙げら
れる。このうち電気炉法は、電力原単位が低い、収率が
高い等の点から好ましい。これらの方法で融解された石
炭灰は、セラミックスファイバーの場合と同じように、
ブローイングプロセススあるいはスピニングプロセスス
などで繊維化される。この場合にも、ショット混入率の
低い、長めの繊維長が確保できることから好ましい。
The fly ash fiber of the present invention can be manufactured by a conventional method for manufacturing an inorganic fiber such as a ceramic fiber. For example, in melting coal ash as a raw material, a batch system method (cupola method) using a cupola that solidifies and inputs a powdery raw material, an electric furnace method that uses an electric furnace that directly inputs a raw material in powder form, etc. To be Of these, the electric furnace method is preferable in terms of low power consumption rate, high yield, and the like. The coal ash melted by these methods, like the ceramic fiber,
Fiberized by blowing process or spinning process. Also in this case, a long fiber length with a low shot mixing ratio can be secured, which is preferable.

【0066】高温融体の繊維化には、適正な粘度が得ら
れる温度での融解が必要であり、原料の石炭灰の組成に
もよるが、1100〜1900℃、特に1400〜17
00℃の温度が適当である。
Fiberizing of the high-temperature melt requires melting at a temperature at which an appropriate viscosity is obtained, and depending on the composition of the raw material coal ash, it is 1100 to 1900 ° C., especially 1400 to 17 ° C.
A temperature of 00 ° C is suitable.

【0067】本発明に従うフライアッシュファイバー
は、シリカを35〜50%含むことから、セメントペー
スト中に浸漬した場合に溶解し、強度の低下が心配され
る。この点について検討するためにフライアッシュファ
イバー10gを普通ポルトランドセメントのペースト中
に浸漬し80℃に加熱し、200時間後に取り出した。
この処理に伴う重量減少率は認められなかった。ロック
ウールの場合には、繊維形態を保持できないで粉末化し
ていたことと比べると、フライアッシュファイバーの耐
アルカリ性は、はるかに優れていることが判った。ま
た、走査電子顕微鏡でフライアッシュファイバーの表面
を観察したところ、激しくエッチングされている様子は
なかった。従って、重量減少率や表面状況などから、耐
アルカリ性は問題ないと言える。
Since the fly ash fiber according to the present invention contains silica in an amount of 35 to 50%, the fly ash fiber is dissolved when immersed in cement paste, and there is a fear of a decrease in strength. To examine this point, 10 g of fly ash fiber was immersed in a paste of ordinary Portland cement, heated to 80 ° C., and taken out after 200 hours.
No weight reduction rate was observed with this treatment. In the case of rock wool, it was found that the alkali resistance of fly ash fiber was far superior to that of powdered rock wool which could not retain the fiber form. In addition, when the surface of the fly ash fiber was observed with a scanning electron microscope, it did not appear to be violently etched. Therefore, it can be said that the alkali resistance is not a problem from the weight reduction rate and the surface condition.

【0068】しかしながら、フライアッシュファイバー
の化学成分の中にはSiO2が含まれているから、セメ
ント系マトリックスと長期間特性を維持できるかは疑問
がのこる。このことから、耐アルカリ性をもつフライア
ッシュファイバーの製造について更に検討した。ガラス
質のフライアッシュファイバーに耐アルカリ性を付与さ
せるには、すでにガラス繊維(ARG)に適用され、好
ましい結果の得られている酸化ジルコニウムの添加法を
採用することにより有効に達成できた。酸化ジルコニウ
ムの添加原料には、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、
ジルコニウムのケイ酸塩(ジルコン、ZrO2・Si
2)、塩化ジルコニウムなどのハロゲン化物、Zr
(NO34・5H2O、ZrO・(NO32、Zr(S
42、Zr(SO4)・4H2O、ZrO(SO4)、
Zr(H2PO4)、ZrP27などの酸素酸塩、各種有
機酸塩などを使用した。
However, since SiO 2 is contained in the chemical composition of fly ash fiber, it is doubtful whether the cement Matrix can maintain its properties for a long period of time. Therefore, the production of fly ash fiber having alkali resistance was further examined. In order to impart alkali resistance to the glassy fly ash fiber, it can be effectively achieved by adopting the addition method of zirconium oxide which has already been applied to the glass fiber (ARG) and has obtained favorable results. Zirconium oxide is added as a raw material, zirconium oxide (zirconia),
Zirconium silicate (zircon, ZrO 2 · Si
O 2 ), halides such as zirconium chloride, Zr
(NO 3) 4 · 5H 2 O, ZrO · (NO 3) 2, Zr (S
O 4 ) 2 , Zr (SO 4 ) .4H 2 O, ZrO (SO 4 ),
Oxygen acid salts such as Zr (H 2 PO 4 ), ZrP 2 O 7 and various organic acid salts were used.

【0069】これらの物質を、上記と同様の原料石炭灰
の中に所定量(石炭灰の5〜20%)添加し、1500
〜1600℃に加熱し、溶解させた後、上記と同様の方
法で紡糸した。得られたフライアッシュファイバーの外
観、繊維径、繊維長さなどは、ジルコニウムを含まない
一般用のフライアッシュファイバーの場合とほぼ同様で
あった。また、走査電子顕微鏡で表面状態を観察した
が、ジルコニアの有無による差は認められなかった。
A predetermined amount (5 to 20% of coal ash) of these substances was added to the same raw material coal ash as described above, and 1500
After being heated to ˜1600 ° C. and dissolved, it was spun in the same manner as above. The appearance, fiber diameter, fiber length, etc. of the obtained fly ash fiber were almost the same as those of the general-purpose fly ash fiber containing no zirconium. The surface condition was observed with a scanning electron microscope, but no difference was observed depending on the presence or absence of zirconia.

【0070】X線マイクロアナライザーを使用して、こ
のジルコニウム化合物を含有する場合のフライアッシュ
ファイバーの組成分析を行ったところ、請求項2記載の
通り、Al23;20〜45%、SiO2;25〜50
%、CaO;15〜35%、Fe23;3〜12%、M
gO;0〜5%、ZrO2;3〜10%であった。この
フライアッシュファイバーをセメントの飽和溶液中に5
0時間浸漬したが、重量減少は認められなかった。また
走査電子顕微鏡で表面状態を観察したが、浸食されてい
ることはなかった。これらのことから、酸化ジルコニウ
ムを含有することによって、耐アルカリ性のフライアッ
シュファイバーの得られることが判った
When the composition of the fly ash fiber containing this zirconium compound was analyzed by using an X-ray microanalyzer, as described in claim 2, Al 2 O 3 ; 20 to 45%, SiO 2 25-50
%, CaO; 15 to 35%, Fe 2 O 3 ; 3 to 12%, M
It goes; 0~5%, ZrO 2; was 3-10%. Add 5 parts of this fly ash fiber to a saturated solution of cement.
After soaking for 0 hour, no weight loss was observed. The surface condition was observed with a scanning electron microscope, but it was not corroded. From these, it was found that by containing zirconium oxide, an alkali resistant fly ash fiber can be obtained.

【0071】本発明に従うフライアッシュファイバーを
使用して、種々の優れた建築材料を開発することができ
る。その一つに、フライアッシュファイバーを強化材と
して使用した、フライアッシュファイバー強化セメント
複合材がある。本発明に従うフライアッシュファイバー
と普通ポルトランドセメントとから複合材を作製する
と、その機械的強度は、作製条件により影響を受ける
が、例えばフライアッシュファイバーをセメント重量の
25%含むセメント複合材の曲げ強度は80kgf/cm2
圧縮強度は690kgf/cm2であった。この場合、フライ
アッシュファイバーを添加していないセメント硬化体よ
りも、曲げ強度では2.5倍、圧縮強度では20%増の
強度補強が見られた。
Fly ash fibers according to the present invention can be used to develop a variety of excellent building materials. One of them is a fly ash fiber reinforced cement composite that uses fly ash fiber as a reinforcement. When a composite material is produced from fly ash fiber according to the present invention and ordinary Portland cement, its mechanical strength is affected by the production conditions. For example, the bending strength of a cement composite material containing fly ash fiber at 25% of the cement weight is 80kgf / cm 2 ,
The compressive strength was 690 kgf / cm 2 . In this case, the strength reinforcement of 2.5 times in bending strength and 20% in compressive strength was observed as compared with the cement hardened body to which fly ash fiber was not added.

【0072】さらに、フライアッシュファイバーを使用
した高強度、高耐火性の建築材料を開発できた。その場
合のマトリックスとしてアルミナセメントを用い、フラ
イアッシュファイバー強化アルミナセメント複合材料を
作製したところ、例えば、密度2.2g/cm3で、曲げ強
度の最高値は190kgf/cm2、圧縮強度の最高値は14
50kgf/cm2のものが得られた。これらの強度は、アル
ミナセメント単身の場合より、曲げ強度では2.5倍、
圧縮強度では1.8倍も大であった。このフライアッシ
ュファイバー強化アルミナセメント複合材は、高い耐火
性および熱衝撃性を有し、900℃の熱処理後でも形状
変化はなく、実用性のある高い機械的強度を保持してい
た。
Furthermore, it has been possible to develop a high-strength, high-fireproof building material using fly ash fiber. In that case, using alumina cement as the matrix, a fly ash fiber reinforced alumina cement composite material was produced. For example, the density was 2.2 g / cm 3 , the maximum bending strength was 190 kgf / cm 2 , and the maximum compression strength was Is 14
A product of 50 kgf / cm 2 was obtained. These strengths are 2.5 times more flexible than the alumina cement alone,
The compressive strength was 1.8 times higher. This fly ash fiber reinforced alumina cement composite had high fire resistance and thermal shock resistance, did not change its shape even after heat treatment at 900 ° C., and had practically high mechanical strength.

【0073】上記のフライアッシュファイバー強化コン
クリートは、従来のガラスウール、ロックウールなどの
セラミックスファイバーよりは、はるかに優れた保温
材、断熱材の強化材としても有効である。
The above fly ash fiber reinforced concrete is effective as a heat insulating material and a heat insulating material reinforcing material, which are far superior to those of conventional ceramic fibers such as glass wool and rock wool.

【0074】また、本発明のフライアッシュファイバー
をセメントやコンクリート以外の素材(プラスチック、
金属、ゴム、ガラス、木材など)と複合させると、それ
ぞれの特性が向上することが認められた。例えば、フラ
イアッシュファイバーとプラスチックとの強化材では、
衝撃強度の向上が見られた。また、金属(アルミニウ
ム)との複合材では、硬度の向上とともに、増量材とし
て20%添加しても機械的強度を低下させることはなか
った。
In addition, the fly ash fiber of the present invention is prepared by using a material other than cement or concrete (plastic,
It has been found that when combined with metal, rubber, glass, wood, etc.), the respective properties are improved. For example, in the reinforcement material of fly ash fiber and plastic,
The impact strength was improved. Further, in the case of the composite material with metal (aluminum), the hardness was not improved, and the mechanical strength was not decreased even if 20% was added as an extender.

【0075】本発明のフライアッシュファイバーは、そ
れを複合化させるマトリックスの種類や特性にあわせ
て、繊維特性と化学組成を適宜調節できる。例えば、セ
メント系マトリックス用フライアッシュファイバーの場
合には、耐アルカリ性を有してなければならない。ま
た、金属強化(FRM)用および樹脂強化(FRP)
用、ゴム用、ガラス用、木材用などの場合には、機械的
強度、耐熱性、しなやかさなどが要求されることにな
る。両者の違いは、フライアッシュファイバー中に含ま
れる酸化ジルコニウム成分の有無およびその量によって
制御することが好ましい。酸化ジルコニウムを含有しな
い請求項1記載のフライアッシュファイバーは、金属
用、樹脂用、ガラス用、木材用、ゴム用などに適し、酸
化ジルコニウムを含有する請求項2記載の耐アルカリフ
ライアッシュファイバーは、セメント、モルタル、コン
クリート用などに適している。
The fiber characteristics and chemical composition of the fly ash fiber of the present invention can be adjusted appropriately according to the type and characteristics of the matrix in which it is composited. For example, in the case of fly ash fiber for cement-based matrix, it must have alkali resistance. For metal reinforcement (FRM) and resin reinforcement (FRP)
For rubber, rubber, glass, wood, etc., mechanical strength, heat resistance, suppleness, etc. are required. The difference between the two is preferably controlled by the presence and amount of the zirconium oxide component contained in the fly ash fiber. The fly ash fiber according to claim 1 containing no zirconium oxide is suitable for metals, resins, glass, wood, rubber, etc., and the alkali resistant fly ash fiber according to claim 2 containing zirconium oxide comprises Suitable for cement, mortar and concrete.

【0076】本発明に従うフライアッシュァイバーの更
に具体的な用途としては、特に限定されないが、上記の
如き強化材の他に、断熱材(各種工業炉のライニング
材、自動車排気系統断熱材、誘導コイル部断熱材、溶融
アルミニウム取り鍋および湯道、ガラスタンク窯蓄熱室
外部断熱材、局部焼結用ユニットヒーター、熱処理金属
部品の除冷誘導炉周辺断熱材、熱処理炉バックアップ断
熱材、大口径管溶接部徐冷材、精密鋳造シェルの断熱
材、鋳物用ホットトップ材、ライザースリープ材、電子
式コピー設備断熱部材、レイドルの内張り材など)、シ
ール材(コイル焼鈍炉インナーカバーガスシール材、均
熱炉炉蓋ガスシール材、各種工業窯炉およびダクトのジ
ョイント部シール材、溶融アルミ用タップコーン部、製
鋼真空脱ガス装置ガスケット部、温水ボイラー用ガスケ
ット、小型工業窯炉材など)、パッキング材(炉壁膨張
材の充填材、バーナータイル周囲の充填、のぞき穴ブロ
ック、測温用パイプその他の金具類周囲のパッキング
材、家庭用燃焼器具用パッキング材、自動車エンジン部
品、ボイラー、高温高圧容器用パッキング材など)、吸
音材(高温箇所用(バーナー周囲)吸音材、小型温水ボ
イラーの燃焼音吸音材など)、複合材料用補強材(耐火
物中の補強材、宇宙船外壁補強材など)、触媒担体(触
媒担体製造用原料、ガス改質用、コンバーター用触媒ヘ
ッド、触媒燃焼式ガスストーブなど)、ろ過材(白金炉
ダスト回収用フィルターなど)などの他、赤外線バーナ
ー面発熱体、耐火被覆材、耐熱治具、熱交換素子、ふく
射材料、マシナブルセラミックス等を挙げることができ
る。
Further specific applications of the fly ash fiber according to the present invention are not particularly limited, but in addition to the reinforcing materials as described above, heat insulating materials (lining materials for various industrial furnaces, heat insulating materials for automobile exhaust systems, induction coils). Part insulation, molten aluminum ladle and runner, glass tank kiln thermal storage chamber external insulation, unit sintering unit heater, heat insulation metal parts cooling induction furnace peripheral insulation, heat treatment furnace backup insulation, large diameter pipe welding Part slow cooling material, precision casting shell heat insulating material, casting hot top material, riser sleep material, electronic copying equipment heat insulating material, ladle lining material, etc., sealing material (coil annealing furnace inner cover gas sealing material, soaking furnace furnace) Gas sealing material for lids, sealing material for joints of various industrial kilns and ducts, tap cone for molten aluminum, vacuum steel degassing equipment gas Parts, gaskets for hot water boilers, small industrial kiln furnace materials, etc., packing materials (filling materials for furnace wall expansion material, burner tile surroundings, peephole blocks, temperature measuring pipes and other metal fittings surrounding packing materials) , Household combustion equipment packing materials, automobile engine parts, boilers, high temperature and high pressure container packing materials, etc.), sound absorbing materials (high temperature (around burner) sound absorbing materials, small hot water boiler combustion sound absorbing materials, etc.), composite materials Reinforcement materials (reinforcement materials in refractories, spacecraft outer wall reinforcement materials, etc.), catalyst carriers (raw materials for catalyst carrier production, gas reforming, catalyst heads for converters, catalytic combustion gas stoves, etc.), filtration materials (platinum) In addition to furnace dust recovery filters, etc., infrared burner surface heating elements, fireproof coating materials, heat resistant jigs, heat exchange elements, radiation materials, machinable ceramics, etc. It is possible.

【0077】[0077]

【実施例】以下本発明を実施例により例証するが、本発
明はこれらの実施例により限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be illustrated below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0078】実施例1 中国大同炭を燃焼し、生成した石炭灰を原料としてフラ
イアッシュファイバーを製造した。この大同炭灰の化学
組成は、Al23;18.9%、SiO2;56.6%
、CaO;2.5%、Fe23;12.8%、Mg
O;1.0%である。このままでは融解しにくいので、
溶融促進剤として、石灰岩を使用石炭灰量の30%を加
えた。その他に、粘度調節剤としての鉱物(例えば、リ
ン酸マグネシウム系化合物など)も加えた。これらの混
合物を約1600℃に加熱してある電気炉中に入れて融
解し、それをブローイングプロセス又はスピニングプロ
セスで繊維化してフライアッシュファイバー(フライア
ッシュファイバー(1))を製造した。
Example 1 Fly ash fiber was produced by burning Daido Coal of China and using the produced coal ash as a raw material. The chemical composition of this Daido coal ash is Al 2 O 3 ; 18.9%, SiO 2 ; 56.6%.
, CaO; 2.5%, Fe 2 O 3 ; 12.8%, Mg
O: 1.0%. As it is difficult to melt as it is,
Limestone was added as a melting accelerator in an amount of 30% of the amount of coal ash used. In addition, minerals (such as magnesium phosphate compounds) as viscosity modifiers were added. These mixtures were placed in an electric furnace heated to about 1600 ° C., melted, and fiberized by a blowing process or a spinning process to produce fly ash fiber (fly ash fiber (1)).

【0079】得られた繊維は、白色ガラス状であった。
繊維長さは、5〜30mmで、ショットを含んでいた。ま
た、走査電子顕微鏡で断面を観察すると、直径は5〜2
0μm程度であった。得られたフライアッシュファイバ
ーを熱分析装置(理学電機(株)製、サーモフレック
ス)で熱重量分析および示差熱分析を行った。空気中1
300℃まで重量分析を行ったが重量の増減はなかっ
た。一方、示差熱分析では、910℃付近から発熱ピー
クが、1140℃付近から吸熱ピークが夫々見られた。
前者はフライアッシュファイバーの結晶化の開始であ
り、後者は融解であった。このフライアッシュファイバ
ーの結晶化温度は995℃、融解温度は1205℃、使
用最高温度は910℃であった。
The fiber obtained was in the form of white glass.
The fiber length was 5 to 30 mm and included shots. When the cross section is observed with a scanning electron microscope, the diameter is 5 to 2
It was about 0 μm. The obtained fly ash fiber was subjected to thermogravimetric analysis and differential thermal analysis with a thermal analyzer (Rigaku Denki Co., Ltd., Thermoflex). In the air 1
Weight analysis was performed up to 300 ° C., but there was no increase or decrease in weight. On the other hand, in the differential thermal analysis, an exothermic peak was observed at around 910 ° C and an endothermic peak was observed at around 1140 ° C.
The former was the onset of crystallization of fly ash fiber and the latter was melting. The crystallization temperature of this fly ash fiber was 995 ° C, the melting temperature was 1205 ° C, and the maximum use temperature was 910 ° C.

【0080】フライアッシュファイバーの機械的特性
を、万能試験機で測定した。機械的性質は、繊維径によ
って異なった。例えば、直径が6μmの場合には、引張
り強度4120MPa、引張り弾性率200GPaであった。
また、繊維径が15μmのフライアッシュファイバーで
は、引張り強度290MPa、引張り弾性率17.5GPaで
あった。いずれの場合も、ロックウールや一般的なガラ
スファイバーとは、耐熱性の点でも、機械的強度の点で
も、遥かに優れていた。
The mechanical properties of fly ash fiber were measured with a universal testing machine. Mechanical properties differed with fiber diameter. For example, when the diameter was 6 μm, the tensile strength was 4120 MPa and the tensile elastic modulus was 200 GPa.
The fly ash fiber having a fiber diameter of 15 μm had a tensile strength of 290 MPa and a tensile elastic modulus of 17.5 GPa. In both cases, rock wool and general glass fiber were far superior in heat resistance and mechanical strength.

【0081】X線マイクロアナライザー装置を使用し
て、フライアッシュファイバー内に含まれている各元素
の定性および定量分析を行った。製造されたフライアッ
シュファイバーの化学組成は、Al23;24.7%、
SiO2;40.5%、CaO;26.5%、Fe
23;8.3%であった。
Using an X-ray microanalyzer, each element contained in the fly ash fiber was qualitatively and quantitatively analyzed. The chemical composition of the produced fly ash fiber is Al 2 O 3 ; 24.7%,
SiO 2 ; 40.5%, CaO; 26.5%, Fe
2 O 3 ; 8.3%.

【0082】製造したフライアッシュファイバーの化学
組成と結晶化温度、融解温度および使用最高温度などを
表−11に示す。また、比較のためにグラスウール、ロ
ックウール、酸化ケイ素繊維、セラミックスファイバー
および原料石炭灰も併せて示す。フライアッシュファイ
バーの使用最高温度は910℃であり、酸化ケイ素繊維
(750℃)よりは遥かに高く、セラミックスファイバ
ー(1000℃)よりはやや低いものであった。また、
耐熱性を左右するアルミナ含有量は24.7%であり、
酸化ケイ素繊維よりは高く、セラミックスファイバーよ
りは低いものであった。従って、フライアッシュファイ
バーは、性能的にはセラミックスファイバーに近いもの
であることが判明した。
Table 11 shows the chemical composition, crystallization temperature, melting temperature, maximum use temperature, etc. of the produced fly ash fiber. For comparison, glass wool, rock wool, silicon oxide fiber, ceramic fiber and raw coal ash are also shown. The maximum operating temperature of fly ash fiber was 910 ° C., which was much higher than that of silicon oxide fiber (750 ° C.) and slightly lower than that of ceramic fiber (1000 ° C.). Also,
The alumina content that affects heat resistance is 24.7%,
It was higher than the silicon oxide fiber and lower than the ceramic fiber. Therefore, it was revealed that the fly ash fiber is close in performance to the ceramic fiber.

【0083】[0083]

【表11】 [Table 11]

【0084】実施例2 フライアッシュファイバーの使用最高温度をさらに向上
させるために、実施例1とは別の配合でフライアッシュ
ファイバーを製造した。原料の石炭灰は、実施例1と同
じ中国大同炭を燃焼し、生成した石炭灰を用いた。この
大同炭灰の化学組成は、Al23;18.9%、SiO
2;56.6%、CaO;2.5%、Fe23;12.
8%、MgO1.0%である。この中に、融解促進剤と
しての石灰岩の添加量を実施例1よりも少なくした。そ
の量は、石炭灰の、25%加えたもの(フライアッシュ
ファイバー(2))および20%加えたもの(フライアッ
シュファイバー(3))の2種類とした。その他に、実施
例1の場合と同様にリン酸マグネシウム系化合物などの
粘度調節剤も加えた。これらの混合物を約1600℃に
加熱してある電気炉中に入れて融解し、それをブローイ
ングプロセスス又はスピニングプロセススで繊維化して
各フライアッシュファイバーを製造した。
Example 2 In order to further improve the maximum temperature of use of fly ash fiber, a fly ash fiber was produced in a composition different from that of Example 1. As the raw material coal ash, the coal ash produced by burning the same Chinese Daido coal as in Example 1 was used. The chemical composition of this Daido coal ash is Al 2 O 3 ; 18.9%, SiO
2 ; 56.6%, CaO; 2.5%, Fe 2 O 3 ;
8% and MgO 1.0%. The amount of limestone added as a melting accelerator was set lower than in Example 1. The amount was two kinds, that of 25% of coal ash (fly ash fiber (2)) and that of 20% (fly ash fiber (3)). In addition, a viscosity modifier such as a magnesium phosphate-based compound was added as in the case of Example 1. These mixtures were placed in an electric furnace heated to about 1600 ° C., melted, and fiberized by a blowing process or a spinning process to produce each fly ash fiber.

【0085】得られたフライアッシュファイバーの外
観、機械的強度、直径などは、実施例1の場合とほぼ同
じであった。フライアッシュファイバーの風合いは、添
加石灰岩量が増すと、柔らかさが増加した。作られたフ
ライアッシュファイバーを熱分析装置(理学電機(株)
製、サーモフレックス)で熱重量分析および示差熱分析
を行った。空気中1300℃まで重量分析を行ったが、
重量の増減はなかった。一方、示差熱分析では、940
℃付近から発熱ピークが、1150℃付近から吸熱ピー
クが夫々見られた。前者はフライアッシュファイバーの
結晶化の開始であり、後者は融解である。さらに、各ピ
ークの位置からフライアッシュファイバーの結晶化温度
は975℃、融解温度は1180℃であった。さらに、
石灰岩量を少なくすると、融解温度はより高く1225
℃になった。
The appearance, mechanical strength, diameter, etc. of the obtained fly ash fiber were almost the same as in Example 1. The texture of fly ash fiber increased as the amount of added limestone increased. Thermal analyzer for the produced fly ash fiber (Rigaku Denki Co., Ltd.)
Thermogravimetric analysis and differential thermal analysis. We performed gravimetric analysis up to 1300 ° C in air,
There was no increase or decrease in weight. On the other hand, in the differential thermal analysis, 940
An exothermic peak was observed at around 150 ° C. and an endothermic peak was observed at around 1,150 ° C. The former is the onset of crystallization of fly ash fiber and the latter is melting. Further, from the position of each peak, the crystallization temperature of the fly ash fiber was 975 ° C and the melting temperature was 1180 ° C. further,
The lower the limestone content, the higher the melting temperature is 1225
It has reached ℃.

【0086】X線マイクロアナライザー装置を使用し
て、フライアッシュファイバー内に含まれている各元素
の定性および定量分析を行った。主原料の石炭灰と、副
原料の石灰岩との配合を種々変化させて製造した、フラ
イアッシュファイバーの化学組成と結晶化温度、融解温
度および安全使用最高温度などを表−12に示す。製造
されたフライアッシュファイバーの化学組成は、石灰岩
量を減らすことによって、Al23含有量は24.7%
から32.0%へと増加した。また、CaO量は26.
5%から20.7%へと少なくなった。SiO2含有量
は40%とほぼ一定であった。
Using an X-ray microanalyzer, qualitative and quantitative analyzes of each element contained in the fly ash fiber were performed. Table 12 shows the chemical composition, crystallization temperature, melting temperature, maximum safe use temperature, etc. of fly ash fiber produced by variously changing the composition of the main raw material coal ash and the auxiliary raw material limestone. The chemical composition of the produced fly ash fiber is such that the content of Al 2 O 3 is 24.7% by reducing the amount of limestone.
To 32.0%. The amount of CaO is 26.
It decreased from 5% to 20.7%. The SiO 2 content was almost constant at 40%.

【0087】また、実施例1の場合よりも石灰岩量を少
なくしたことによって、結晶化開始温度は910℃から
945℃へと高くなった。また、融解開始温度も114
0℃から1185℃へと上昇した。これらのことから、
フライアッシュファイバー中のCaO量は、繊維化が可
能ならばできるだけ少ないこととの方が好ましいといえ
る。
By decreasing the amount of limestone as compared with the case of Example 1, the crystallization start temperature increased from 910 ° C to 945 ° C. Also, the melting start temperature is 114
The temperature rose from 0 ° C to 1185 ° C. from these things,
It can be said that the amount of CaO in the fly ash fiber is preferably as small as possible if fiberization is possible.

【0088】[0088]

【表12】 [Table 12]

【0089】実施例3 実施例2で調製したフライアッシュファイバー(3)の耐
アルカリ性について検討した。フライアッシュファイバ
ー(3)10.0gをセメントペーストの飽和溶液(pH
=13)300ml中に浸漬し、200時間80℃に加熱
した。水洗、乾燥後、重量を測定したが重量変化は見ら
れなかった。走査電子顕微鏡で浸漬後のフライアッシュ
ファイバーの表面を観察すると、処理前に比べ、やや平
滑性が失われていた。従って、極めて長期間セメント等
のアルカリ性マトリックス中に浸漬した場合には、繊維
強度を維持できるかどうかには問題が残る。ただし、そ
の他のマトリックス(例えば、金属、樹脂、木材、ゴ
ム、ガラスなど)ならば、強化材としての強度を維持で
きることは明白である。
Example 3 The fly ash fiber (3) prepared in Example 2 was examined for alkali resistance. 10.0 g of fly ash fiber (3) in a saturated solution of cement paste (pH
= 13) Immersed in 300 ml and heated at 80 ° C. for 200 hours. After washing with water and drying, the weight was measured, but no weight change was observed. When the surface of the fly ash fiber after immersion was observed with a scanning electron microscope, the smoothness was slightly lost as compared with that before the treatment. Therefore, when immersed in an alkaline matrix such as cement for an extremely long period of time, there remains a problem as to whether or not the fiber strength can be maintained. However, it is clear that the strength of the reinforcing material can be maintained with other matrices (for example, metal, resin, wood, rubber, glass, etc.).

【0090】フライアッシュファイバーがFRM(繊維
強化金属)強化材として使用可能であるかについて検討
した。純アルミニウム粉末(13.5g)中にフライア
ッシュファイバー(1.5g)を添加し、両者を充分に
混合した。これをホットプレスの黒鉛製型枠(内径40
mm)中に充填し、真空ポンプで減圧にした。この混合物
に280kg/cm2の圧力を加えた。次に、真空ポンプで減
圧にすることを止め、アルゴンガスを毎分1リットル流
しながら、毎分3.3℃の速度で665℃まで加熱し
た。同温度に30分間保持した後、昇温時と同じ速度で
降温した。
It was examined whether fly ash fiber can be used as a FRM (fiber reinforced metal) reinforcing material. Fly ash fiber (1.5 g) was added to pure aluminum powder (13.5 g), and both were thoroughly mixed. This is a hot press graphite mold (inner diameter 40
mm) and reduced the pressure with a vacuum pump. A pressure of 280 kg / cm 2 was applied to this mixture. Next, the vacuum pump was stopped from reducing the pressure, and the argon gas was heated to 665 ° C. at a rate of 3.3 ° C./min while flowing 1 liter / min. After holding at the same temperature for 30 minutes, the temperature was lowered at the same rate as when the temperature was raised.

【0091】得られたフライアッシュファイバー強化ア
ルミニウム複合材は、直径40mm、厚さ6mmの円盤状で
あった。複合材の引張強度は96MPaで、無添加の場合
(103MPa)と同程度であった。しかしながら、FR
Mの表面強度は、ヌープ硬さで60(無添加では3
3)、ロックウェル硬さで81(無添加では55)と大
きくなっていた。事実、研磨紙に対しての削り易さは、
フライアッシュファイバー量が増すにつれて、硬く削り
にくくなっていた。
The obtained fly ash fiber reinforced aluminum composite material was a disc having a diameter of 40 mm and a thickness of 6 mm. The tensile strength of the composite material was 96 MPa, which was about the same as the case of no addition (103 MPa). However, FR
The surface strength of M is 60 with Knoop hardness (3 with no addition).
3), the Rockwell hardness was as large as 81 (55 without addition). In fact, the ease with which abrasive paper can be sharpened is
As the amount of fly ash fiber increased, it became hard and difficult to scrape.

【0092】実施例4 フライアッシュファイバーの耐アルカリ性を向上させる
ために、実施例1および実施例2とは別の配合でフライ
アッシュファイバーを製造した。原料の石炭灰は、実施
例1と同じ中国大同炭を燃焼し、生成した石炭灰を用い
た。この大同炭灰の化学組成は、Al23;18.9
%、SiO2;56.6%、CaO;2.5%、Fe2
3;12.8%、MgO;1.0%である。この中に、
融解促進剤としての石灰岩を石炭灰重量の20%相当を
加えた。その他に、酸化ジルコニウム又はジルコン若し
くはその他のジルコニウム化合物を添加した。その量
は、ZrO2の形に換算して石炭灰の10%であった。
その他に、実施例1の場合と同様に、リン酸マグネシウ
ム系化合物などの粘度調節剤も加えた。これらの混合物
を約1600℃に加熱してある電気炉中に入れて融解
し、それをブローイングプロセスス又はスピニングプロ
セススで繊維化してフライアッシュファイバー(4)を製
造した。
Example 4 In order to improve the alkali resistance of fly ash fiber, a fly ash fiber was produced with a composition different from those in Examples 1 and 2. As the raw material coal ash, the coal ash produced by burning the same Chinese Daido coal as in Example 1 was used. The chemical composition of this Daido coal ash is Al 2 O 3 ; 18.9.
%, SiO 2 ; 56.6%, CaO; 2.5%, Fe 2 O
3 ; 12.8%, MgO; 1.0%. In this
Limestone as a melting accelerator was added in an amount corresponding to 20% by weight of coal ash. In addition, zirconium oxide or zircon or other zirconium compound was added. The amount was 10% of the coal ash in terms of ZrO 2 .
In addition, as in the case of Example 1, a viscosity modifier such as a magnesium phosphate compound was added. These mixtures were placed in an electric furnace heated to about 1600 ° C., melted, and fiberized by a blowing process or a spinning process to produce fly ash fiber (4).

【0093】得られたフライアッシュファイバーの外
観、機械的強度、直径などは、実施例2の場合とほぼ同
じであった。X線マイクロアナライザー装置を使用し
て、フライアッシュファイバー内に含まれている各元素
の定性および定量分析を行った。Al23;35%、S
iO2;30%、CaO;20%、Fe23;8%、M
gO;2%、ZrO2;5%であった。
The appearance, mechanical strength, diameter, etc. of the obtained fly ash fiber were almost the same as in Example 2. Qualitative and quantitative analysis of each element contained in the fly ash fiber was performed using an X-ray microanalyzer device. Al 2 O 3 ; 35%, S
iO 2 ; 30%, CaO; 20%, Fe 2 O 3 ; 8%, M
It was gO; 2% and ZrO 2 ; 5%.

【0094】次に、このフライアッシュファイバー(4)
をセメントペーストの飽和溶液(pH=13)中に浸漬
し、80℃で50時間加熱した。水洗、乾燥後、重さを
測定したが、重量減少は認められなかった。また、浸漬
後のフライアッシュファイバーの表面を走査電子顕微鏡
で観察したが、エッチングされている様子はなかった。
従って、ジルコニウムを含有したフライアッシュファイ
バーは、耐アルカリ性が優れていることがわかった。
Next, this fly ash fiber (4)
Was immersed in a saturated solution of cement paste (pH = 13) and heated at 80 ° C. for 50 hours. After washing with water and drying, the weight was measured, but no weight reduction was observed. The surface of the fly ash fiber after immersion was observed with a scanning electron microscope, but it did not appear to be etched.
Therefore, it was found that the fly ash fiber containing zirconium has excellent alkali resistance.

【0095】[0095]

【発明の効果】以上のことから、本発明のフライアッシ
ュファイバーは、優れた機械的強度及び耐熱性を有する
低廉な新規無機繊維であり、金属用、樹脂用、ゴム用、
木材用およびガラス用等の繊維強化材、断熱材、保温
材、シール材など幅広く用いることができる。更にジル
コニウム化合物を含有させることにより、更に耐アルカ
リ性が向上し、特にセメント・モルタル・コンクリート
用として有効である。
From the above, the fly ash fiber of the present invention is a low-cost novel inorganic fiber having excellent mechanical strength and heat resistance, for metals, resins, rubber,
It can be widely used as a fiber reinforcing material for wood and glass, a heat insulating material, a heat insulating material, and a sealing material. Further, by containing a zirconium compound, alkali resistance is further improved, and it is particularly effective for cement, mortar and concrete.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 20〜40%のAl23、35〜50%
のSiO2、15〜35%のCaO、3〜12%のFe2
3及び2〜5%のMgOを含有することを特徴とする
フライアッシュファイバー。
1. Al 2 O 3 , 20 to 40%, 35 to 50%
SiO 2 , 15-35% CaO, 3-12% Fe 2
A fly ash fiber containing O 3 and 2 to 5% of MgO.
【請求項2】 20〜45%のAl23、25〜50%
のSiO2、15〜35%のCaO、3〜12%のFe2
3、0〜5%のMgO及び3〜10%のZrO2を含有
することを特徴とするフライアッシュファイバー。
2. Al 2 O 3 of 20 to 45%, 25 to 50%
SiO 2 , 15-35% CaO, 3-12% Fe 2
A fly ash fiber comprising O 3 , 0-5% MgO and 3-10% ZrO 2 .
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