JPH0891908A - 嵩密度の小さいアルミナ繊維ブランケットの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて嵩密度の小さいアルミナ繊維ブランケ
ットを提供する。 【構成】 アルミナ繊維前駆体と有機繊維とを混合して
集積し、これにニードルパンチングを施してブランケッ
ト前駆体を形成し、更にこれを焼成して前駆体繊維をア
ルミナ繊維に転換すると共に有機繊維を焼失させてアル
ミナ繊維ブランケットとする。 【効果】 嵩密度が０．０５ｇ／ｃｍ³ ないしはこれよ
りも小さい、アルミナ繊維ブランケットを容易に製造で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高アルミナ含量のアルミ
ナ繊維からなる嵩密度の小さなブランケットに関するも
のである。本発明に係るブランケットは１３００℃以上
での高温に耐える断熱材であり、少量の使用で大きな断
熱効果をあげることができる。

【０００２】

【従来の技術】焼成炉などの高温にさらされる部分では
種々の断熱材が用いられているが、なかでも高アルミナ
質のアルミナ繊維やアルミナ−シリカ系のいわゆるセラ
ミック繊維などの無機繊維断熱材が好んで用いられてい
る。無機繊維断熱材は嵩密度が小さく、従って熱容量も
小さいので、昇温−降温を反復する加熱炉などの断熱材
として特に好適である。

【０００３】無機繊維のなかでもセラミック繊維は比較
的耐熱性に乏しいので主に１０００〜１３００℃までの
領域で用いられており、それ以上の領域、特に１４００
〜１６００℃の領域では高アルミナ質のアルミナ繊維が
用いられている。アルミナ繊維は、その用途に合せてバ
ルク、ブランケット、シートなど種々の形状に加工して
用いられるが、なかでも取扱い性に優れたブランケット
が好んで用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アルミナ繊維は、周知
の如く、いわゆる前駆体繊維化法により製造されてい
る。そしてアルミナ繊維自体は脆くてニードルパンチン
グがかかり難いので、アルミナ繊維ブランケットは、前
駆体繊維の段階でニードルパンチングを施す方法により
製造されている（特開昭６０−８８１６２、６０−２５
２７１７、６２−１７０６０参照）。この方法により得
られるアルミナ繊維ブランケットの嵩密度は通常０．０
７〜０．３ｇ／ｃｍ³ である。強く圧縮して高密度のニ
ードルパンチングを施せば更に嵩密度の大きいアルミナ
繊維ブランケットを製造することも可能である。しか
し、嵩密度が０．０７ｇ／ｃｍ³ よりも小さなアルミナ
繊維ブランケットの製造は極めて困難である。何故なら
ばアルミナ繊維ブランケットの厚さ方向の強度を確保す
るには、ニードルパンチングにより厚さ方向に十分な量
の前駆体繊維を配向させる必要があるからである。そし
てこのようなニードルパンチングを行なうと、前駆体繊
維よりなるブランケットは必然的に圧縮された状態とな
り、これを焼成して得られるアルミナ繊維ブランケット
の嵩密度もそれほど小さくはならない。

【０００５】しかしながら、若し且つ密度が０．０７ｇ
／ｃｍ³ よりも小さなアルミナ繊維ブランケットが製造
できれば、工業的に大きな価値がある。何故ならば嵩密
度が０．０７ｇ／ｃｍ³ のアルミナ繊維ブランケットの
空隙率は約９８％であるが、この空隙率が９９％ないし
はそれ以上になっても、高温での熱伝導の支配因子であ
る輻射は殆んど変らないからである。換言すれば嵩密度
が０．０４ｇ／ｃｍ³（すなわち空隙率が約９９％）の
アルミナ繊維ブランケットも、嵩密度が０．０７ｇ／ｃ
ｍ³ （すなわち空隙率が約９８％）のアルミナ繊維ブラ
ンケットも、熱伝導率は殆んど変わらないのである。し
かし前者の単位体積当りのアルミナ繊維量は後者の約半
分なので、製造コストは安くなる可能性がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前駆体
繊維に安価な有機繊維を混合したものにニードルパンチ
ングを施してブランケット状の成形品とし、次いでこれ
を常法により焼成することにより、嵩密度が小さく且つ
縦方向に十分な量のアルミナ繊維が配列したアルミナ繊
維ブランケットを製造することができる。

【０００７】本発明について更に詳細に説明するに、本
発明では先ず前駆体繊維と有機繊維とを混合して集積
し、これにニードルパンチングを施して前駆体繊維と有
機繊維とから成るブランケット、即ちブランケット前駆
体を製造する。

【０００８】有機繊維としては木綿、スフ等の天然繊
維、ポリエステル、ナイロン、ポリアクリロニトリル、
ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維など、任意
の繊維を用いることができる。有機繊維はブランケット
前駆体を製造する際の前駆体繊維の増量剤であり、最終
的に得られるアルミナ繊維ブランケット中には残存しな
い。従ってこのものはアルミナ繊維ブランケットの性能
には影響しないのでできるだけ安価な繊維を用いるのが
好ましい。有機繊維の長さは、前駆体繊維との均一な混
合を容易にするために、前駆体繊維と同程度の長さか又
はそれよりも短いのが好ましい。通常は１０〜２００ｍ
ｍ程度の長さのものが用いられる。有機繊維の太さは前
駆体繊維と同じ程度であるのが好ましいが、このように
細い有機繊維は安価に入手するのが困難なので、通常は
１０〜５０μｍ程度のものを用いればよい。ブランケッ
ト前駆体に占める有機繊維の比率は通常１〜５０（重
量）％である。有機繊維の比率がこれよりも小さいと有
機繊維を共存させる意義が失なわれる。また比率をこれ
よりも大きくしても技術的価値が乏しく且つ費用が嵩
む。

【０００９】前駆体繊維とは、焼成により６５（重量）
％以上、好ましくは７０（重量）％以上のアルミナを含
有するアルミナ繊維を与えるものである。アルミナ繊維
のアルミナ以外の成分は主にシリカである。前駆体繊維
は、周知の如く、アルミニウム化合物好ましくは塩基性
塩化アルミニウム等のアルミニウム塩、シリカゲル等の
ケイ素化合物及びポリビニルアルコール等の線状高分子
化合物を水に溶解して粘稠な紡糸原液とし、これをノズ
ルから高速気流中に押出して繊維化することにより製造
することができる。紡糸原液中のアルミニウム化合物と
ケイ素化合物との比率は目的とするアルミナ繊維のアル
ミナとシリカとの比率を一致させる。アルミナ繊維中に
シリカと共にまたはシリカに代えて他の金属酸化物を含
有させる場合には、その金属の化合物を紡糸原液中に存
在させる。

【００１０】次いで、この紡糸原液をノズルから高速で
流れている気流中に押出して繊維化する。押出された紡
糸原液は気流により分割され、延伸されて繊維状になる
と同時に乾燥して短い前駆体繊維となる。この前駆体繊
維を焼成すると、金属成分が酸化物になると共に繊維全
体が収縮して目的とするアルミナ繊維が得られる。

【００１１】前駆体繊維の金属成分の組成比及び長さ、
太さなどは、焼成後のアルミナ繊維に要求されるところ
に応じて決定する。例えばアルミナ繊維の代表的なもの
の一つは、アルミナ７２（重量）％、シリカ２８（重
量）％からなるムライト組成のものである。また、アル
ミナ９５（重量）％、シリカ５（重量）％からなる組成
のものも代表的なものの一つである。一般にアルミナ繊
維のアルミナ含有量は６５〜９８（重量）％、特に７０
〜９５（重量）％であるのが好ましい。

【００１２】アルミナ繊維の形状は直径が２〜５μｍ、
特に３〜４μｍであり、長さは２５〜２５０ｍｍ、特に
５０〜２００ｍｍであるのが好ましい。前述の如く前駆
体繊維は焼成により収縮するので、前駆体繊維の直径及
び長さは、焼成による収縮を考慮して決定する。焼成に
際しての線収縮率は紡糸原液の組成により異なるが、通
常は３０％程度である。従って前駆体繊維のみよりなる
ブランケット前駆体は、焼成により面積が約１／２とな
り、嵩密度は約１．２倍となる。本発明で製造される前
駆体繊維と有機繊維とよりなるブランケット前駆体は、
前駆体繊維から成るブランケット前駆体の間隙に有機繊
維を存在させたものとみなすことができる。そして焼成
に際しては、前駆体繊維及び有機繊維はそれぞれ単独で
存在する場合と同様の挙動をする。従って例えば嵩密度
が０．０５ｇ／ｃｍ³ 程度のアルミナ繊維ブランケット
を目的とする場合には、前駆体繊維で０．０４ｇ／ｃｍ
³程度の嵩密度のブランケット前駆体を製造すればよい
が、このような低嵩密度のブランケット前駆体は前述の
如く製造が極めて困難である。本発明ではこの困難を回
避するため、前駆体繊維に有機繊維を１：０．２５〜１
（重量比）となるように配合して嵩密度が０．０５〜
０．０８ｇ／ｃｍ³ 程度のブランケット前駆体を製造す
る。有機繊維の嵩密度は前駆体繊維よりも著しく小さい
ので、有機繊維を混合したものの嵩密度がこの程度の大
きさになると、常法により容易にニードルパッチングを
行なうことができる。このように本発明では前駆体繊維
と有機繊維との配合比率は、ブランケット前駆体の形成
に必要な嵩密度と目的とするアルミナ繊維ブランケット
の嵩密度に応じて決定する。本発明方法により得られる
アルミナ繊維ブランケットの嵩密度の下限は通常０．０
３ｇ／ｃｍ³ 程度であり、この場合における前駆体繊維
と有機繊維との配合比率は１：０．７〜１（重量比）程
度である。本発明方法で嵩密度が０．０３ｇ／ｃｍ³ 以
下のアルミナ繊維ブランケットを製造することも不可能
ではないが、このような低嵩密度のアルミナ繊維ブラン
ケットは強度が小さく、実用上好ましいとはいえない。

【００１３】本発明方法によるアルミナ繊維ブランケッ
トの嵩密度の上限は通常０．０７ｇ／ｃｍ³ である。さ
らに嵩密度の大きなものも製造できるが、嵩密度の大き
なものは本発明方法によらずとも従来法で容易に製造で
きる。前駆体繊維と有機繊維からなるブランケット前駆
体の製造に際しては、少くともアルミナ繊維はブランケ
ットの表面に平行に且つランダムに配列させるのが好ま
しい。また、ニードルパンチングは、１０〜６０ケ／ｃ
ｍ² 程度の密度で行なうのが好ましい。また、有機繊維
の配合比が大きいほどニードルパンチングの密度を高く
するのが好ましい。さらにニードルパンチングに際して
は、前駆体繊維と有機繊維との集積体に減摩剤を付与す
るのが好ましい（特開昭６０−２５２７１７参照）。

【００１４】本発明の好ましい実施態様では、前駆体繊
維の製造過程で前駆体繊維と有機繊維とを混合する。す
なわち紡糸原液をノズルから高速気流中に押出して前駆
体繊維を製造する際に、形成された前駆体繊維を浮遊さ
せて集綿装置まで搬送している気流中に有機繊維を開繊
して供給し、この気流中で前駆体繊維と有機繊維とが均
一に混合するようにする。有機繊維を供給するのは、前
駆体繊維の形成がほぼ完了していて有機繊維と接触して
も前駆体繊維の形状が損なわれない位置である。特開昭
６１−２８９１３１に開示されているように、ノズルか
ら押出される紡糸原液に平行に供給され、主として紡糸
原液を延伸して前駆体繊維の形状とすると共にその表面
を乾燥させる作用をする高速気流と、途中からこの高速
気流に混合され、主として前駆体繊維を乾燥させ作用を
する補助気流と２種類の気流を用いて前駆体繊維を製造
する場合には、有機繊維は又は補助気流の供給位置より
も下流で供給するのが好ましいが、前駆体繊維が既に乾
燥している場合には補助気流に同伴させることもでき
る。

【００１５】気流中からの繊維混合物の捕集は、常法に
従い、気流に直角に無端ベルト状の金網を設置し、この
金網面に気流を衝突させて繊維を捕集する。この方法に
よると繊維を金網面に平行に且つ面内ではランダムに配
列させることができる。金網をゆっくりと回転させると
繊維が薄い層状に堆積するので、これを金網から剥離
し、所定枚数積層したのち表裏両面からニードルパンチ
ングを施してブランケット前駆体とする。なお、金網か
ら剥離した繊維を積層する際には、非水性減摩剤を付与
しながら積層するのが好ましい（特開昭６２−１７０６
０参照）。このようにして得られるブランケット前駆体
は通常、厚さが１０〜４０ｍｍであり、嵩比重は０．０
４〜０．１２ｇ／ｃｍ³ である。

【００１６】ブランケット前駆体の焼成は、前駆体繊維
のみから成るものと同様に行なうことができるが、有機
物の含有量が多いので温度が急激に上昇しないように注
意するのが望ましい。好ましくは強度の大きいアルミナ
繊維を生成させるために、特開昭６２−２１８２１の開
示に従い調節された昇温速度で焼成する。焼成は通常、
１１００〜１３００℃程度まで行なう。一般に１２３０
℃程度まで焼成すれば、使用中での収縮の殆んど起らな
い。

【００１７】本発明に係るアルミナ繊維ブランケットの
製造法の１例を示すと、塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ
／Ｃｌ＝１．８２）、シリカゲル及びポリビニルアルコ
ールを水に溶解してなる紡糸原液（Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量２
３．８（重量）％、Ａｌ₂ Ｏ ₃ ：ＳｉＯ₂ ＝７２：２
８、粘度３５００ｃｐ）を、特開昭６１−２８９１３１
の方法に準じてノズルから高速気流中に押出して前駆体
繊維を製造する。ノズルから２ｍ下流でこの気流中にレ
ーヨン繊維（太さ１０μｍ、長さ５０ｍｍ）を供給し
て、前駆体繊維と一緒に飛翔させる。ノズルから４．５
ｍ下流に気流に対して直角に設けた無端ベルト状金網に
気流を衝突させ、繊維を金網上に捕集する。前駆体繊維
とレーヨンとの混合比は１：０．５（重量比）である。
薄層状に付着した繊維混合物を金網から剥離し、一枚毎
に減摩剤（ミネラルオイルとパルミチン酸エステルとの
９：１混合物）を霧状に散布しながら２０枚積み重ね、
次いで表裏両面からニードルパンチングを施す。ニード
ルパンチングの密度は各面につき１５個／ｃｍ² であ
る。このようにして得られたブランケット前駆体（厚さ
３０ｍｍ、嵩比重０．０６ｇ／ｃｍ³ ）を大気中で７時
間で１２３０℃まで昇温し、この温度で３０分間焼成す
る。焼成後は室温に放置して冷却する。このようにして
厚さ２５ｍｍ、嵩密度０．０５ｇ／ｃｍ³ のアルミナ繊
維ブランケットが得られる。このアルミナ繊維ブランケ
ットは低嵩密度であるが強度があり、取扱い性にすぐれ
ている。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば嵩密度が小さいが強度が
あり、取扱い性の良好なアルミナ繊維ブランケットを容
易に製造することができる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼成によりアルミナ含有量６５（重量）
   ％以上のアルミナ繊維を与える前駆体繊維と有機繊維と
   から成り且つニードルパンチングが施されているブラン
   ケット前駆体であって、前駆体繊維と有機繊維とは混在
   しており且つニードルパンチングにより形成された表面
   から内部に向う繊維群の少くとも一部は前駆体繊維から
   成ることを特徴とするブランケット前駆体。
2. 【請求項２】 前駆体繊維の含有率が５０〜９９（重
   量）％であることを特徴とする請求項１記載のブランケ
   ット前駆体。
3. 【請求項３】 非水性減摩剤が全体にほぼ均一に付与さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載のブラン
   ケット前駆体。
4. 【請求項４】 焼成によりアルミナ含有量６５（重量）
   ％以上のアルミナ繊維を与える前駆体繊維と有機繊維と
   を両者が混在するように集積し、次いでこれにニードル
   パンチングを施してブランケット前駆体とし、さらにこ
   れを焼成して前駆体繊維をアルミナ繊維に変換すること
   を特徴とする嵩密度が０．０３〜０．０７ｇ／ｃｍ³ の
   アルミナ繊維ブランケットの製造法。
5. 【請求項５】 （１）焼成によりアルミナ含有量６５
   （重量）％以上のアルミナ繊維を与える紡糸原液をノズ
   ルから気流中に供給して気流中で短い前駆体繊維とする
   工程、 （２）この気流中に短い有機繊維を供給する工程、 （３）気流中から前駆体繊維及び有機繊維の混合物を、
   少くとも前駆体繊維が表面にほぼ平行に配列した薄層状
   集積体として回収する工程、 （４）薄層状集積体を多数積層したのち、これにニード
   ルパンチングを施してブランケット前駆体とする工程、 （５）ブランケット前駆体を焼成して有機繊維を消失さ
   せ、かつ前駆体繊維をアルミナ繊維に転換してアルミナ
   繊維ブランケットとする工程、の各工程からなることを
   特徴とする嵩密度０．０３〜０．０７ｇ／ｃｍ³ のアル
   ミナ繊維ブランケットの製造法。
6. 【請求項６】 前駆体繊維１重量部に有機繊維を０．０
   １〜１重量部混合することを特徴とする請求項５記載の
   アルミナ繊維ブランケットの製造法。
7. 【請求項７】 薄層状積層体を積層する際に減摩剤を付
   与することを特徴とする請求項５又は６記載のアルミナ
   繊維ブランケットの製造法。
8. 【請求項８】 ニードルパンチングを少くとも一面につ
   き１０個／ｃｍ² 行なうことを特徴とする請求項４ない
   し７のいずれかに記載のアルミナ繊維ブランケットの製
   造法。