JPH08503446A - 珪酸ステープルファイバー粗糸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ４００〜５００℃を越える繊維製品を製造するための公知無機糸は製造において非常に費用がかかるか、または機械特性が弱いために加工が困難であるか、または人の健康をおびやかし、かつ害する疑いが強い。新規な珪酸ステープルフアイバー粗糸は安価、健康上の安全性、種々の繊維加工性という要求を満たすべきである。連続工程：ソーダ水フィラメント糸の乾式紡糸（１）、引取リドラム法によるソーダ水ステープルファイバー粗糸の直接形成（２）、及び後処理域中での珪酸ステープルファイバー粗糸への変換（３）に組み合わせる。この粗糸を直接巻き取る（４）。約１１００℃までの断熱及び熱保護に使用するために好適である多くの繊維製品が珪酸ステープルファイバー粗糸もしくは珪酸ステープルファイバー糸から製造される：アスベスト代替品、エネルギー効率の改良。

Description

【発明の詳細な説明】 珪酸ステープルファイバー粗糸 本発明は珪酸ステープルファイバー粗糸、その製法、並びに珪酸ステープルフ ァイバー粗糸の使用に関する。 石英、異極鉱（Kieselglas;Leached Silica）および珪酸（Silica）からの繊 維製品の１部はすでに長期にわたって公知である。これらの繊維は種々異なる方 法により製造され、かつ純粋であるか、またはほぼ純粋な二酸化珪素からなる。 （Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie、第４改訂版（１９７７） 第１１巻、第３５９〜３７４頁、Verlag Chemie社、Weinheim/Bergstr．およびM elliand Textilber．、第７０巻（１９８９）、第６２９〜６３２頁）。 コッホ（Koch、P.A.）：繊維素表、グラスファイバー繊維（Z.ges.Textilind ．、６９（１９６７）、第８３９〜８４６頁）に従って、製法および個々のファ イバーの長さによりそれぞれ原型を区別する： −フィラメント（素糸）；実質的に限定されない長さと一定の繊維直径を有す るファイバー、および −ステープルファイバー；有限の長さおよび一定の繊維直径を有するファイバ ー。 −ステープルファイバー粗糸（束状ファイバー）は任意の数の隣接し、平行に 並べた相互にヨリを与え られていないか、またはわずかに与えられているステープルファイバーから構成 されており、これは繊維ファイバーからの線状の製品である。ステープルファイ バー粗糸は一定の繊度を有しており、かつ全てのステープルファイバー糸および 撚り糸の出発材料である。 繊維ファイバーは線状繊維製品、例えば糸に、および平面状繊維製品、例えば 織物または編物に加工され、かつ例えば複合材料を製造するためのプラスチック からなるマトリックスの補強材に使用することもできる。 市場には、２０００℃を越える温度でＳｉＯ₂含有溶融体からロッド延伸法に より製造される、いわゆる石英ガラスファイバーおよび−フィラメント糸が普及 している。この技術的費用は大きく、この製品の価格は比較的高い。 繊維ガラス−ファイバーもしくはこれから製造される繊維製品を酸で滲出する こともできる（西独特許公開第２６０９４１９号公報、英国特許第２０９４３６ ３号明細書）。異極鉱（Kieselglas）ファイバーから製造した繊維製品は１１０ ０℃まで使用することができるが、機械特性が弱い。従って、６００〜１３００ ｇ／ｍ²の重い織物を有利に製造する。相応する糸の多様な繊維加工はその弱い 機械特性により実施することはできなかった。 新規製法によれば、珪酸ファイバーは有利な条件下に優れた特性で製造される （西独特許第２９００９９ ０号、同第２９００９９１号明細書）。これによれば、第１の工程で水性ソーダ 水ガラスから乾燥紡糸法によりソーダ水ガラスフィラメント糸を少なくとも３０ ｍ／分（実施例においては少なくとも３５０ｍ／分）の引出し速度で製造する。 この加水分解を受けやすい製品を水素イオン含有酸溶液および／または塩溶液で 、滞留時間１〜１５分の間処理することにより珪酸ファイバーに変換する。 西独特許第２９００９９１号明細書には、どのような条件下にソーダ水ガラス ファイバーを直接処理浴に導入するかに関して、詳細な記載は全くない：このこ とは異なる速度もしくは滞留時間のために、技術的にそう簡単に分かるものでは ない。西独特許第２９００９９１号明細書の実施例中には“１ｍの長さの糸片” の変換が記載されており、請求項６〜９は明らかに、ステープルファイバーまた はファイバー短繊維の意味における製品型“ファイバー”に関するものである。 化学−物理的原因から石英、異極鉱および珪酸からなる繊維製品は約１１００℃ まで使用することができる。しかしながら、このことに関しては西独特許第２９ ００９９１号明細書に記載されていない。 ガラスステープルファイバー粗糸は、ほぼ１９４３年以来引取りドラム法によ り唯一の工程で製造される（西独特許第７１５８８４号明細書、英国特許第７５ ５６２６号明細書、西独特許公告第１１９９９３５号、 同第１２７０７４８号公報）。ガラスを１２５０〜１３００℃で溶融し、ノズル から引取りドラムにより約５０ｍ／秒までの速度ｖ₁で引き出す。並列するガラ スフィラメントをシェーバーにより、および空気流によりドラムの完全な取り巻 きの前に連続的に浮かせて、ドラムの幅を超えて広がる円錐状収集路の開口部中 に入れる。収集路中で形成された粗糸（束状ファイバー）を収集路の先細端部で 、ｖ₁より遅い１０ｍ／分までの速度ｖ₂で側方に引き出し、かつ巻き取る：“引 取りドラム法”。粗糸の繊度（tex）は特にｖ₁：ｖ₂の比により調節される。 この方法においては、特に接着によりガラスステープルファイバー粗糸中に好 適な強度を達成するために、引取りドラムの前にガラスフィラメントにできるだ け１％を下回る糊を供給する。このように製造されたガラスステープルファイバ ー粗糸はステープル長さ約５０〜１０００ｍｍのファイバーからなる。撚りをか けた後、通常１２５〜２０００ｔｅｘの範囲の繊度を有するガラスステープルフ ァイバー糸が得られる。 この安いガラスステープルファイバー糸の繊維製品は特に、例えばパッキング または約３００℃までの継続温度安定性での断熱のためのアスベストの代替品と して使用される。化学−物理的理由からガラスステープルファイバー糸からの製 品は４００〜５００℃を越える適用温度には好適ではない。 セラミックファイバー糸からの繊維製品は４００〜５００℃を越える温度で（ １部アスベスト代替品として）使用される。セラミックファイバー糸は特に公知 装置上で異なる長さのセラミックファイバーから製造される（梳毛機上での粗糸 製造、環状紡糸装置上での製糸）。加工および適用における技術的制限の他にも 、今日セラミック繊維にもアスベスト繊維と同様、その肺機能の測定により人の 健康をおびやかし、危害を加える疑いが高くなっている（Hodgson,A.A.:Alterna tives to Asbestos、The Pros and Cons:Critical Reports on Applied Chemist ry、第２６巻、John Wiley & Sons,Chichester、ニューヨーク、１９８９）。 米国特許第３７６００４９号明細書は高温安定酸化フィラメント糸の連続的製 法を記載している（連続ファイバー、例えば３Ａｌ₂Ｏ₃：１Ｂ₂Ｏ₃：３ＳｉＯ₂ ）。乾式紡糸法により製造した“未処理ファイバー”（ｖ₁＝４０〜６０ｍ／分 ）は張力なしにループ状でベルトコンベヤ上で炉を通り搬送される（ｖ₂＝約０ ．４ｍ／分）。約１２００℃までの温度で熱分解することにより、ノズルによる 紡糸を可能にした有機成分を除去し、かつ強度決定結晶構造が生じる。 この糸のタイプが１２００℃およびそれ以上まで使用することができることは 公知である。高価な原料および製造費用は高い販売価格を決める。従って、高温 技術における適用は制限される。ステープルファイバ ー糸は公知ではない。 こうして、種々の繊維製品に加工することができ、かつ４００〜５００℃を越 える温度で良好な機械特性で使用することのできる、安価なステープルファイバ ー粗糸もしくはステープルファイバー糸に対して要求がある。 従って、本願の課題は西独特許第２９００９９１号明細書中に記載された、乾 式紡糸水ガラスフィラメント糸およびその水素イオン含有酸溶液および／または 塩溶液中での処理に関する教示を考慮し、かつこれを補足して、良好な機械特性 を有する珪酸ステープルファイバー粗糸を提供することである。この課題は請求 項１による珪酸ステープルファイバー粗糸により解決する。本発明による珪酸ス テープルファイバー粗糸の有利な製造法は請求項２に記載された課題である；特 に有利な実施形は請求項３〜８の課題である。請求項９および１０は、特に本発 明による珪酸ステープルファイバー粗糸の有利な使用可能性に関する。 新規であるのは、ソーダ水ガラスフィラメントの乾式紡糸、引き続く“引取り ドラム法”によるソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の連続的形成と、後 処理域中への直接の供給の組合わせである。 紡糸ノズルから新たに紡糸されたソーダ水ガラスフィラメント糸を乾燥筒の通 過および糊での含浸の後、回転ドラムにより引き出す。糊の組成に関しては、ソ ーダ水ガラスフィラメントの反応が阻止されないために、これが後に通過する酸 浴中で溶解するように考慮すべきである。糊としては、例えば西独特許第２９０ ０９９０号明細書中に記載された水性調剤を使用することができる。 引出速度ｖ₁が６００ｍ／分を上回るが、１２００ｍ／分を下回るのが有利で ある。速度がこれより低過ぎても、高過ぎても、紡糸妨害の頻度が高くなり、操 業上の生産性は低くなる。 特に有利であるのは、引取りドラム上でのソーダ水ガラスフィラメントの短い 滞留時間であり、これによりソーダ水ガラスと物理的および化学的に反応する空 中の湿気または二酸化炭素によるフィラメントの損傷が生じないことである。 ドラム上を完全に回転する前に、前記のようにフィラメントを浮き上がらせ、 室中で渦形成し（verwirbeln）、側方から引出速度ｖ₁に対して小さい速度ｖ₂で 回転ヘッドを介して引き出す。糸速度ｖ₁：ｖ₂の比を介して生じるソーダ水ガラ スステープルファイバー粗糸の繊度に影響を与えることができる。 ２００ｍ／分を下回る速度で後処理域中でソーダ水ガラスステープルファイバ ー粗糸の導入は妨害なく経過する。これにより有利なｖ₁：ｖ₂の比は５〜１０で ある。引取りドラムから後処理域への粗糸の搬送は空気インゼクターによっても 支持される。 ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の明らかな特徴は、水素イオン含有 酸−または塩水溶液中での反応の速度に予期しなかった有利な影響を有すること である。必要な滞留時間を１分以下に減少することができる。２０〜３０秒の滞 留時間で十分であることが確認された。短い滞留時間は方法実施および装置の大 きさに、こうして生産費に有利に作用する。 水素イオン含有酸−または塩水溶液中で生じた珪酸ステープルファイバー粗糸 はベルトコンベヤ上にジグザグ状に置かれ、後処理範囲のそれぞれの域を通って 搬送される。 強熱処理炉の後、ステープルファイバー粗糸は摩耗性に対して必要な保護とし て、かつ巻き取りおよび繊維加工に関しフィラメント相互の接着を高めるために 約１％の糊を有する。糊としては西独特許第２９００９９０号明細書に記載され ている調剤を使用することもできる。 ブローノズル中での珪酸ステープルファイバー粗糸の渦形成は基本的に可能で ある；個々の珪酸ステープルファイバーの切断を回避するためにこの工程を緩和 な条件で実施するのがよい。渦形成の他にも、使用の際に興味深い特性を有する 混合糸は、例えばブローノズルの前に補充する特性を有するフィラメントまたは 糸を供給し、かつブローノズル中で珪酸ステープルファイバー粗糸と共に渦形成 することにより製造される。 紡糸ノズルの穴数、選択した紡糸混合物供給量、引出速度および比ｖ₁：ｖ₂に 相応して広い範囲の粗糸−繊度を形成することができる。糸繊度の決定において は、顧客の要求および公知規格に対応させる：重点は繊度１２５および３３０ｔ ｅｘであろう。 珪酸ステープルファイバー粗糸及びこれから製造した珪酸ステープルファイバ ー糸を撚り糸、縄、編物及び織物に加工する。この繊維製品を特に４００〜５０ ０℃を越え、有利には１１００℃までの断熱及び熱保護の目的に使用する。 本発明を図面につきより詳細に説明す：図面は本発明方法を実施するための装 置の主な特徴を示す。 紡糸ノズル１からの水ガラスフィラメントの水分含量を乾燥筒２中で向流空気 で約１５〜３０重量％に減少させる。引き続き、例えばゴデット石３を用いて糊 を担持する。その後、引取りドラム４からフィラメント糸を取り、引取りドラム を完全に１周する前に浮かせ円錐状室中に渦形成し、側方から引き出す。巻き上 げゴデット５及び方向変換装置を用いて、場合によりインゼクターノズル５ａに より支持し、形成されたソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸をジグザグ状 にかつ張力なしに酸浴取り入れ口に搬送する。反応を酸浴６中で行ない、引き続 き生じた珪酸ステープルファイバー粗糸を洗浄域７中で洗浄する。その後、粗糸 を耐酸性ベルトコンベヤから耐熱性ベルトコンベヤに 載せ、乾燥域８及び強熱処理域９中を搬送する。引き続き、糊担持１０及び糊の 後乾燥１１を行なう。巻取り装置１３の前に粗糸をブローノズル１２中で、場合 により補足する特性を有する糸の供給下に渦形成する。 次に、幾つかの実施例により、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれ により限定されるものではない。実施例中では西独特許第２９００９９１号明細 書に記載されたソーダ水ガラス紡糸量の配量に関する及び酸浴中での反応及び後 処理条件に関する教示を考慮する。珪酸ステープルファイバー粗糸の接着−滑沢 −挙動は個々のステープルファイバーの結合により生じ、その後の繊維加工にお ける挙動に影響を与える。接着−滑沢−挙動を特徴付ける接着力は引張強度測定 装置を用いて、引張りにより記録された力を時間経過に対しグラフ図に記載する ことにより測定する。 実施例１ モル比 Ｎａ₂Ｏ／ＳｉＯ₂＝１／２．４８及び粘度２４０Ｐａ．ｓ（３０°） のソーダ水ガラスをそれぞれ穴１２０個を有する２つの紡糸ノズルによりソーダ 水ガラスフィラメント糸に紡糸する。引取りドラムにより引出速度７５０ｍ／分 に調節した。後続のゴデットの速度によりｖ₁：ｖ₂の比を８に固定し、生じた粗 糸を約９４ｍ／分でジグザグ状に後処理区域に搬送した。この粗糸を後処理区域 に運ぶベルトコンベヤの速度は１０ｍ／分であった。乾燥を約１５０℃で行ない 、 強熱処理は約８００℃で行なった。 糊を有する珪酸ステープルファイバー粗糸及び個々の素糸（ステープルファイ バー）は次の測定値を有した： 粗糸−繊度 ２７５ｔｅｘ 素糸強度 ３７ｃＮ／ｔｅｘ 接着強度（粗糸） ５〜６Ｎ 強度（保護撚りを有する粗糸） 約１１ｃＮ／ｔｅｘ 実施例２ 紡糸条件は実施例１と同様に行なった。 ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸をｖ₁：ｖ₂の比を４で形成した。約 １９０ｍ／分のソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の高速においては、珪 酸ステープルファイバー粗糸の障害のない後処理及び巻き取りは不可能であった 。短い糸断片は次の測定値を有した： 粗糸−繊度 約１３４ｔｅｘ フィラメント直径 ９．２μｍ 素糸強度 ４０ｃＮ／ｔｅｘ 接着強度（粗糸） ４〜５Ｎ 強度（保護撚りを有する粗糸） 約１２ｃＮ／ｔｅｘ 実施例３ ソーダ水ガラスフィラメント糸を穴１２０個を有す る紡糸ノズルから速度１０００ｍ／分で引出した。粗糸を８の比ｖ₁：ｖ₂で形成 した。 珪酸ステープルファイバー粗糸で測定された値は次の通りであった： 粗糸−繊度 １３５ｔｅｘ フィラメント直径 ９．１μｍ 素糸強度 ３８ｃＮ／ｔｅｘ 接着強度（粗糸） ５〜６Ｎ 強度（保護撚りを有する粗糸） 約１０ｃＮ／ｔｅｘ 図面中の記号： １．紡糸ノズル、２．乾燥筒、３．糊用ゴデット、４．引取りドラム、５．巻 き上げゴデット、５ａ．インゼクターノズル、６．酸浴、７．洗浄域、８．乾燥 域、９．強熱処理域、１０．糊用噴霧ノズル、１１．乾燥炉、１２．ブローノズ ル、１３．巻取り装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｄ０１Ｆ 9/08 Ｚ 7199−3Ｂ 11/00 7199−3Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．個々のファイバーの強度が２０〜５０ｃＮ／ｔｅｘであり、かつ粗糸の接 着強度が５０〜２０００ｔｅｘの繊度において２〜２０Ｎである、長さ５０〜１ ０００ｍｍの珪酸ステープルファイバーからなる珪酸ステープルファイバー粗糸 。 ２．請求項１に記載の珪酸ステープルファイバー粗糸を製造する方法において 、水性ソーダ水ガラスから乾式紡糸によりソーダ水ガラスフィラメント糸を製造 し、これを乾燥筒を通過させた後回転ドラムで少なくとも３５０ｍ／分の速度ｖ₁ で引出し、１より大のｖ₁：ｖ₂の比でソーダ水ガラスステープルファイバー粗 糸に変換し、これをｖ₁に対して低い速度Ｖ₂で直接後処理域に導入し、ここで連 続的に珪酸ステープルファイバー粗糸とし、糊を付け、かつ巻き取ることを特徴 とする珪酸ステープルファイバー粗糸の製法。 ３．ソーダ水ガラスフィラメント糸を６００〜１２００ｍ／分の速度ｖ₁で引 出す請求項２記載の方法。 ４．ソーダ水ガラスフィラメント糸が引取りドラムの前で酸に易溶性の糊を有 する請求項２または３記載の方法。 ５．ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸を２００ｍ／分を下回る速度ｖ₂ で直接、かつジグザグ状で後処理域の入口に搬送する請求項２から４までのい ずれか１項記載の方法。 ６．比ｖ₁：ｖ₂を５〜１０で選択する請求項２から５までのいずれか１項記載 の方法。 ７．引取りドラムによるゴデットの出口から後処理域の入口への、ソーダ水ガ ラスステープルファイバー粗糸の搬送をインゼクター原理による空気流により支 持する請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。 ８．ソーダ水ガラスファイバー粗糸を後処理域中で珪酸ステープルファイバー 粗糸に変換し、引き続き洗浄し、乾燥し、かつ強熱処理する請求項２から７まで のいずれか１項記載の方法。 ９．請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸のステープルファイバー糸 製造への使用。 １０．請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸の特に、４００〜５００ ℃を越える温度で使用するための撚り糸、縄、編物及び織物の製造への使用。