JPH07172876A - Ｅガラス繊維の耐熱性向上法 - Google Patents
Ｅガラス繊維の耐熱性向上法Info
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- JPH07172876A JPH07172876A JP3335501A JP33550191A JPH07172876A JP H07172876 A JPH07172876 A JP H07172876A JP 3335501 A JP3335501 A JP 3335501A JP 33550191 A JP33550191 A JP 33550191A JP H07172876 A JPH07172876 A JP H07172876A
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- Japan
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- fiber
- glass fiber
- acid
- heat resistance
- glass
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
- C03C25/66—Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｅガラス繊維を酸の水溶液で処理して繊維表
面近傍のガラス構成成分のうち酸に可溶の成分を溶出さ
せ、高シリカ質の薄い表面層を形成させる。 【効果】 Ｅガラス繊維の特長を損なうことなしに耐熱
性を向上させることができる。
面近傍のガラス構成成分のうち酸に可溶の成分を溶出さ
せ、高シリカ質の薄い表面層を形成させる。 【効果】 Ｅガラス繊維の特長を損なうことなしに耐熱
性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｅガラス繊維の耐熱性
を向上させる方法に関するものである。
を向上させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｅガラス繊維は電気絶縁性や耐腐食性に
優れ、引張強度も大きいので、最も一般的なガラス繊維
として電気絶縁用材、断熱材、各種繊維強化複合材料用
の補強繊維等に広く利用されており、長繊維のほとんど
はＥガラス繊維が占めている。組成上の特徴は、無アル
カリガラス繊維と呼ばれるように、アルカリ金属の含有
率が１％未満のホウケイ酸ガラスからなることにある。
Ｅガラス繊維の軟化点は約８４５℃であるが、普通は約
３５０℃が使用可能な温度の上限である。それ以上の温
度では、何らかの荷重が加えられている実用状態におい
ては徐々に変形が起こり、それは冷却後も回復しないか
ら、たとえばマット状のものは収縮し弾力性の無い塊に
なってしまう。
優れ、引張強度も大きいので、最も一般的なガラス繊維
として電気絶縁用材、断熱材、各種繊維強化複合材料用
の補強繊維等に広く利用されており、長繊維のほとんど
はＥガラス繊維が占めている。組成上の特徴は、無アル
カリガラス繊維と呼ばれるように、アルカリ金属の含有
率が１％未満のホウケイ酸ガラスからなることにある。
Ｅガラス繊維の軟化点は約８４５℃であるが、普通は約
３５０℃が使用可能な温度の上限である。それ以上の温
度では、何らかの荷重が加えられている実用状態におい
ては徐々に変形が起こり、それは冷却後も回復しないか
ら、たとえばマット状のものは収縮し弾力性の無い塊に
なってしまう。
【０００３】Ｅガラス繊維では耐熱性が不足する分野に
おいてはセラミック繊維、一般的にはシリカアルミナ繊
維が使用される。しかしながら、セラミック繊維はガラ
ス繊維よりも耐熱性が良いかわりに原料セラミックスを
繊維化するときの温度も高く、また繊維化にも高度の技
術を必要とするから、ガラス繊維と比べるときわめて高
価である。しかも、一般的には連続繊維の製造が困難で
ある。したがって、Ｅガラス繊維の耐熱性では不十分で
あってもセラミック繊維ほどの耐熱性は必要としない用
途においては、セラミック繊維を使用するよりも、ガラ
ス繊維の改質によって製造可能な耐熱性繊維があればそ
れを使用するほうが合理的である。セラミック繊維に代
わり得るガラス繊維系耐熱性繊維は、健康への悪影響が
近年指摘され始めたセラミック繊維の使用量を減らそう
とする観点からも有意義である。
おいてはセラミック繊維、一般的にはシリカアルミナ繊
維が使用される。しかしながら、セラミック繊維はガラ
ス繊維よりも耐熱性が良いかわりに原料セラミックスを
繊維化するときの温度も高く、また繊維化にも高度の技
術を必要とするから、ガラス繊維と比べるときわめて高
価である。しかも、一般的には連続繊維の製造が困難で
ある。したがって、Ｅガラス繊維の耐熱性では不十分で
あってもセラミック繊維ほどの耐熱性は必要としない用
途においては、セラミック繊維を使用するよりも、ガラ
ス繊維の改質によって製造可能な耐熱性繊維があればそ
れを使用するほうが合理的である。セラミック繊維に代
わり得るガラス繊維系耐熱性繊維は、健康への悪影響が
近年指摘され始めたセラミック繊維の使用量を減らそう
とする観点からも有意義である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、Ｅガ
ラス繊維を処理してその耐熱性を向上させる方法を提供
しようとするものである。
ラス繊維を処理してその耐熱性を向上させる方法を提供
しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明が提供することに
成功したＥガラス繊維の耐熱性向上法は、Ｅガラス繊維
を酸の水溶液で処理して繊維表面近傍のガラス構成成分
のうち酸に可溶の成分を溶出させ、高シリカ質の表面層
を形成させることを特徴とするものである。
成功したＥガラス繊維の耐熱性向上法は、Ｅガラス繊維
を酸の水溶液で処理して繊維表面近傍のガラス構成成分
のうち酸に可溶の成分を溶出させ、高シリカ質の表面層
を形成させることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】本発明に従いＥガラス繊維を酸の水溶液で処理
すると、繊維表面付近のアルミナ、アルカリ土類金属酸
化物、酸化ホウ素、アルカリ金属酸化物等、シリカ以外
の成分が溶出し、あとには主としてシリカからなる骨格
が残る。繊維を構成するＥガラスはきわめて緻密であっ
て酸を浸透させないため、酸によるガラス成分の溶出は
繊維表面からしか起こらず、一部成分が溶出して繊維の
組織がルーズになることにより初めてその内側への酸の
浸透が可能になる。このようにして表面から順次シリカ
質に変換されて高シリカ質表面層が形成され、芯部はも
とのＥガラスのまま残る。
すると、繊維表面付近のアルミナ、アルカリ土類金属酸
化物、酸化ホウ素、アルカリ金属酸化物等、シリカ以外
の成分が溶出し、あとには主としてシリカからなる骨格
が残る。繊維を構成するＥガラスはきわめて緻密であっ
て酸を浸透させないため、酸によるガラス成分の溶出は
繊維表面からしか起こらず、一部成分が溶出して繊維の
組織がルーズになることにより初めてその内側への酸の
浸透が可能になる。このようにして表面から順次シリカ
質に変換されて高シリカ質表面層が形成され、芯部はも
とのＥガラスのまま残る。
【０００７】繊維表面から芯部までの間の組成変化は連
続的である。しかしながら、変化の仕方が急激であり且
つ顕著な組成変化を生じる領域が表面から１０００Å程
度までの領域なので、繊維径が１０μｍ（１０万Å）程
度の普通のガラス繊維においては、上記シリカ含有率の
高い領域は繊維全体からみればごく薄いライニング層の
ように形成される。繊維表面から深さ１２０Åまでの狭
い領域（以下、この領域を表層部と呼ぶ）について述べ
ると、そのＳiＯ2含有率は、処理条件を選ぶことにより
最高９５％（重量％；以下、同じ）またはそれ以上の、
任意の値まで上昇させることができる。有意義な耐熱性
向上効果を期待するには、ＳiＯ2含有率が少なくとも７
０％の表層部が形成される程度に処理を行うことが必要
である。耐熱性向上効果は、表層部のＳiＯ2含有率が高
くなるほど、また高シリカ質表面層の厚さが増すほど、
顕著になるから、表層部のＳiＯ2含有率が望ましくは約
８０％以上、特に望ましくは約９０％以上になるまで、
酸処理を行う。
続的である。しかしながら、変化の仕方が急激であり且
つ顕著な組成変化を生じる領域が表面から１０００Å程
度までの領域なので、繊維径が１０μｍ（１０万Å）程
度の普通のガラス繊維においては、上記シリカ含有率の
高い領域は繊維全体からみればごく薄いライニング層の
ように形成される。繊維表面から深さ１２０Åまでの狭
い領域（以下、この領域を表層部と呼ぶ）について述べ
ると、そのＳiＯ2含有率は、処理条件を選ぶことにより
最高９５％（重量％；以下、同じ）またはそれ以上の、
任意の値まで上昇させることができる。有意義な耐熱性
向上効果を期待するには、ＳiＯ2含有率が少なくとも７
０％の表層部が形成される程度に処理を行うことが必要
である。耐熱性向上効果は、表層部のＳiＯ2含有率が高
くなるほど、また高シリカ質表面層の厚さが増すほど、
顕著になるから、表層部のＳiＯ2含有率が望ましくは約
８０％以上、特に望ましくは約９０％以上になるまで、
酸処理を行う。
【０００８】しかしながら、繊維全体がシリカ質になる
ほど処理を徹底して行うと強度が低下したりもろくなっ
たりするなど、繊維物性や化学的性質の変化も大きくな
って実用上支障を生じることがあり、また、処理による
減量も大きくなる。したがって、Ｅガラス繊維の耐熱性
向上という目的からすれば、処理後の繊維全体の平均的
なＳiＯ2含有率が約８０％を超えない範囲で処理を行う
ことが望ましい。特に望ましいのは、上述のような高シ
リカ質表層部が形成されても繊維全体の平均的組成とし
てはＥガラス繊維のそれと実質的に変わりのない組成、
すなわちＳiＯ2含有率が約７０％未満の状態で終わるよ
うに処理を行うことである。酸処理に使用する酸として
は、塩酸が最も適しており、次いで硝酸が適する。処理
は、酸浴に繊維を浸漬することにより行うのが最も簡単
であるが、外にも、繊維に酸のシャワーを浴びせる方法
など、任意の接触方法を採用することができる。
ほど処理を徹底して行うと強度が低下したりもろくなっ
たりするなど、繊維物性や化学的性質の変化も大きくな
って実用上支障を生じることがあり、また、処理による
減量も大きくなる。したがって、Ｅガラス繊維の耐熱性
向上という目的からすれば、処理後の繊維全体の平均的
なＳiＯ2含有率が約８０％を超えない範囲で処理を行う
ことが望ましい。特に望ましいのは、上述のような高シ
リカ質表層部が形成されても繊維全体の平均的組成とし
てはＥガラス繊維のそれと実質的に変わりのない組成、
すなわちＳiＯ2含有率が約７０％未満の状態で終わるよ
うに処理を行うことである。酸処理に使用する酸として
は、塩酸が最も適しており、次いで硝酸が適する。処理
は、酸浴に繊維を浸漬することにより行うのが最も簡単
であるが、外にも、繊維に酸のシャワーを浴びせる方法
など、任意の接触方法を採用することができる。
【０００９】酸処理におけるガラス成分の溶出速度およ
び溶出の態様は、用いる酸の濃度、処理温度、原料繊維
と酸水溶液を接触させる方法等により異なるので、好適
処理時間は実験的に決定する必要があるが、濃度約９〜
１２％、温度約４０〜７０℃の塩酸を使用する場合は、
約３０分ないし数時間の処理で目的を達成することがで
きる。酸処理を終わった後は、水で十分洗浄して酸を除
き、さらに約１０５〜３００℃の熱風中で乾燥する。
び溶出の態様は、用いる酸の濃度、処理温度、原料繊維
と酸水溶液を接触させる方法等により異なるので、好適
処理時間は実験的に決定する必要があるが、濃度約９〜
１２％、温度約４０〜７０℃の塩酸を使用する場合は、
約３０分ないし数時間の処理で目的を達成することがで
きる。酸処理を終わった後は、水で十分洗浄して酸を除
き、さらに約１０５〜３００℃の熱風中で乾燥する。
【００１０】本発明の方法により処理されてＳiＯ2含有
率の高い表層部が形成された繊維は、理由は解明されて
いないが実用上の耐熱限界温度がＥガラス繊維のそれよ
りも著しく高くなっている。たとえば、Ｅガラス繊維か
らなるマットは約７００℃を超える温度では繊維の熱変
形により急速に収縮して密度の高い塊になり、断熱材と
しての機能を果たさなくなるが、本発明の方法によれ
ば、９００℃で３０分間の加熱に耐えるものを容易に得
ることができ、１０５０℃・３０分間の加熱に耐える高
度の耐熱性を達成することも可能である。処理後の繊維
の耐熱性以外の物性および化学的性質は、繊維全体の平
均的なガラス組成の変化があまり大きくないならば、す
なわちＳiＯ2含有率が約７０％を超えていないならば、
処理前のＥガラス繊維の特長をそのまま受け継いでい
る。
率の高い表層部が形成された繊維は、理由は解明されて
いないが実用上の耐熱限界温度がＥガラス繊維のそれよ
りも著しく高くなっている。たとえば、Ｅガラス繊維か
らなるマットは約７００℃を超える温度では繊維の熱変
形により急速に収縮して密度の高い塊になり、断熱材と
しての機能を果たさなくなるが、本発明の方法によれ
ば、９００℃で３０分間の加熱に耐えるものを容易に得
ることができ、１０５０℃・３０分間の加熱に耐える高
度の耐熱性を達成することも可能である。処理後の繊維
の耐熱性以外の物性および化学的性質は、繊維全体の平
均的なガラス組成の変化があまり大きくないならば、す
なわちＳiＯ2含有率が約７０％を超えていないならば、
処理前のＥガラス繊維の特長をそのまま受け継いでい
る。
【００１１】
【実施例】日本電気硝子株式会社製のＥガラス繊維（平
均繊維径９μmの長繊維）を塩酸水溶液に浸漬して改質
した。塩酸水溶液としては濃度９％、温度４０℃のも
の、および濃度１２％、温度７０℃のものの２種類を用
い、処理には原料繊維重量の７倍量を用いた。浸漬時間
を種々変更して行なった処理の条件および結果を表１に
まとめて示す。参考値として原料Ｅガラス繊維について
の値も示した。なお、組成分析は表層部については光電
子分光装置により行い、繊維全体については粉砕して化
学分析により行なった。“耐熱性”は下記試験における
判定結果を示す。耐熱性試験法：繊維をルツボに入れ、
電気炉中で９００℃〜１０５０℃の範囲で５０℃おきに
３０〜１２０分間加熱し、繊維の変化を観察し、次の基
準で耐熱性を判定する。 ◎ 繊維のしなやかさがほぼ保たれている。 ○ 繊維のしなやかさが半ば失われている。 △ 繊維の形状は残っているがしなやかさがほとんど失
われている。 ▲ 繊維が融着し変形している。 × 繊維がすべて溶融し試料全体が一つの塊になってい
る。
均繊維径９μmの長繊維）を塩酸水溶液に浸漬して改質
した。塩酸水溶液としては濃度９％、温度４０℃のも
の、および濃度１２％、温度７０℃のものの２種類を用
い、処理には原料繊維重量の７倍量を用いた。浸漬時間
を種々変更して行なった処理の条件および結果を表１に
まとめて示す。参考値として原料Ｅガラス繊維について
の値も示した。なお、組成分析は表層部については光電
子分光装置により行い、繊維全体については粉砕して化
学分析により行なった。“耐熱性”は下記試験における
判定結果を示す。耐熱性試験法：繊維をルツボに入れ、
電気炉中で９００℃〜１０５０℃の範囲で５０℃おきに
３０〜１２０分間加熱し、繊維の変化を観察し、次の基
準で耐熱性を判定する。 ◎ 繊維のしなやかさがほぼ保たれている。 ○ 繊維のしなやかさが半ば失われている。 △ 繊維の形状は残っているがしなやかさがほとんど失
われている。 ▲ 繊維が融着し変形している。 × 繊維がすべて溶融し試料全体が一つの塊になってい
る。
【００１２】
【表１】
【００１３】また、上記処理例による試料のガラス繊
維の表面から中心方向へのガラス組成変化を３０Å間隔
で調べた結果を図１に示す。
維の表面から中心方向へのガラス組成変化を３０Å間隔
で調べた結果を図１に示す。
【００１４】
【発明の効果】上述のように、本発明によればセラミッ
ク繊維よりもはるかに安価で長繊維の入手も容易なＥガ
ラス繊維を簡単な処理により改質して、通常のＥガラス
繊維では耐熱性が不十分とされる用途の幾つかで実用可
能な耐熱性繊維にすることができる。したがって、従来
セラミック繊維を使用せざるを得なかった多くの分野で
ガラス繊維の使用が可能になり、コスト上、また環境衛
生上、多大な利益がもたらされることになる。
ク繊維よりもはるかに安価で長繊維の入手も容易なＥガ
ラス繊維を簡単な処理により改質して、通常のＥガラス
繊維では耐熱性が不十分とされる用途の幾つかで実用可
能な耐熱性繊維にすることができる。したがって、従来
セラミック繊維を使用せざるを得なかった多くの分野で
ガラス繊維の使用が可能になり、コスト上、また環境衛
生上、多大な利益がもたらされることになる。
【図１】 実施例で処理されたＥガラス繊維のガラス組
成を示すグラフ。
成を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 肇 横浜市戸塚区平戸３−６−10−501 (72)発明者 滝本 浩三 横浜市神奈川区松見町４−1000 ３−Ｂ
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｅガラス繊維を酸の水溶液で処理して繊
維表面近傍のガラス構成成分のうち酸に可溶の成分を溶
出させ、高シリカ質の表面層を形成させることを特徴と
するＥガラス繊維の耐熱性向上法。 - 【請求項２】 酸の水溶液によるＥガラス繊維の処理
を、処理後の繊維全体の平均的なＳiＯ2含有率が８０重
量％を超えない程度に行う請求項１記載の耐熱性向上
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335501A JPH07172876A (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | Ｅガラス繊維の耐熱性向上法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335501A JPH07172876A (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | Ｅガラス繊維の耐熱性向上法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172876A true JPH07172876A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=18289285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3335501A Pending JPH07172876A (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | Ｅガラス繊維の耐熱性向上法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07172876A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010109937A (ko) * | 2000-06-05 | 2001-12-12 | 김재열 | 자동차 소음기용 흡음재인 이-유리섬유의 내열성을향상시키기 위한 화학적인 처리방법 및 그 흡음재 |
| KR100517767B1 (ko) * | 2000-01-21 | 2005-09-28 | 니토 보세키 가부시기가이샤 | 내열성 유리섬유 및 이의 제조방법 |
| JP2010168706A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Ibiden Co Ltd | マット材、排気ガス処理装置およびマット材を製造する方法 |
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| EP3363772A1 (de) * | 2017-02-16 | 2018-08-22 | ISOLITE GmbH | Oberflächenmodifizierte glasfaser mit bi-komponenten kern-mantel-struktur |
| WO2021049581A1 (ja) | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 日本板硝子株式会社 | ガラスフィラーとその製造方法、及びガラスフィラーを含む樹脂含有組成物 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62212246A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-09-18 | Hisayoshi Kageyama | 高珪酸質繊維の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP3335501A patent/JPH07172876A/ja active Pending
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