JPS58186613A - 耐火性アルミナ繊維の製造法 - Google Patents

耐火性アルミナ繊維の製造法

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JPS58186613A
JPS58186613A JP6980582A JP6980582A JPS58186613A JP S58186613 A JPS58186613 A JP S58186613A JP 6980582 A JP6980582 A JP 6980582A JP 6980582 A JP6980582 A JP 6980582A JP S58186613 A JPS58186613 A JP S58186613A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温で使用するのに適当な耐火性アルミナ繊維
の製造法に関する。
高温で使用される無機繊維は、これまで種々の製造法が
考案されている。その代表的なものに、シリカ質及びア
ルミナ質の原料を溶融紡糸したガラス質の繊維があり、
広く使用されている。しかしながら、この繊維の命高使
用温度は7200℃程度とされており、より高温の用途
には結晶質の繊維が使用される。結晶質繊維で耐熱性に
優れたものに、酸化アルミニウムを主成分とするものが
知られている。
結晶質アルミナ繊維は、融、壱20!;0℃の酸化アル
ミニウムを主成分としており、本質的に高耐熱性である
しかし、・虫常結晶質アルミナ繊維の製造法として用い
られる。
例えば、特公昭F ? −372/!;に述べられてい
るような、繊維状先駆物の焼成による方法では、中間ア
ルミナを経過してα−At2o3VC転移するため、得
られる繊維は1000℃程度に於ても収縮がおこる。
さらにα−A40.は7200℃以上では結晶成長速度
が大きく、繊維質断熱材のように繊維径の小さいことが
性能上要求される用途においてj、ま、無視できない大
Nさに結晶成長しやすい傾向がある。そのため、例えば
、断熱材用アルミナ繊維として使用する際には、使用時
畠温にさらされるため、繊維の収縮が生じ、目地開き等
のトラブルを生じやすい。
このため製造時の焼成温度をできるだけ置くして、充分
収縮を進行させ、使用時の収縮を小さくすることが望ま
しいが、焼成温度が高くなると繊維が脆化し、粉化しや
すくなりノ・ンドリンクが困難になるという矛盾がある
特公昭ダA−2/lI?には、At、O,ざ0〜95重
量%および5in2S ” 20重量%からなる耐熱性
フェルト状ウェブ、A40.ざO〜90重量幅、5i0
2j 〜/ !;重量幅およびCr2O33〜/ (1
)重ψ憾からなる耐熱性フェルト状ウェブが記載されて
しかしながら、本発明者等の検討によれば、A40.お
よび5i02の2成分からなるアルミナ繊維は、後述の
比較例に示したように再加熱線収縮率が大きい。また、
Cr、03 を含有する場合は、高温時にCr  成分
が気化し公害を惹起する危険があり、繊維も脆什する。
本発明者らは、以上の点に留意し種々検討した結果、A
40s成分と5to2.B分に更にZ r O2成分を
しかも特定量併用すれは、前記の問題な克服できること
を見い出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は有機重合体および金属の無機
塩または有機塩を含有する液状物を繊維化して繊維状先
駆物を得、次いで、焼成して耐火性アルミナ繊維を製造
する方法において、該金属の無機塩または有機塩として
、少なくとも、 (a)  ht2os成分を与えるアルミニウムの無機
塩または有機塩をAt2o3成分として99〜70重量
部 (b)  s+o□成分を与えるケイ素の無機塩または
有機塩をS 102成分として1〜30重量部、および (c)  kL203成分およびsto、成分ioo重
量部に対してZrO□成分を与えるジルコニウムの無機
塩または有機塩をZrO□成分として0、7〜3重量部 使用することを特徴とする耐火性アルミナ繊維の製造法
に存する。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明のAt20.成分を与えるアルミニウムの無機塩
または有機塩としては、塩化アルミニウム、オキシ塩化
アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムま
たは酢酸アルミニウムの如きアルミニウム化合物が挙げ
られろ。でして、これらを公知の方法、例えば、加水分
解、呪いは、金属アルミニウムを添加し、溶解して該ア
ルミニウム化合物の酸のイオンの不足スル溶液あるいは
ゾルを形成するような条件で処理して使用する。
一例として塩化アルミニウムの系について述べると、塩
酸又は塩化アルミニウムの水溶液に、金!くアルミニウ
ムの粒子又は薄板を加熱攪拌しながら溶解すればよい。
その際アルミニウムと塩素の原子比はl:l−コ;lに
調装するのが好適である。
S IO2酸分を与えるケイ素の無機塩または有機塩と
しては、°′スノーチックー〇″(日量イヒ学校)等の
シリカゾルの他、四塩化ケイ素、テトラエトキシケイ素
((C2H3O)is t )、テトラメトキシケイ素
((CH,、O)4S t )シロキサン、シラノール
、またはシラル−ト基を含有し、かつ水に溶解する性能
を有する有機珪素化合物が挙げられ、適宜加水分%Ei
の処理をして使用する。
ト記At20.成分および8402Ii分を与えるアル
ミニウムのか一機塩または有機塩は、At2o3 成分
および5102成分ioo重量部中、夫々At2o3成
分として99〜70重量部、好捷しくは、qs〜り0重
肴部およびS i 02成分として7〜30重量部、好
ましくは、5−2!;重峻部の範囲で使用される。
SiO□成分の添加により、焼成時にムライト(3kt
203・コ5i02)を形成し、アルミナ粒子間の結合
を強化して繊維の強度が増加する。5tO2@分が1重
量部以下の添加量ではこの効果が現われず強い繊維が得
られない。
一方、30重量部以上5i02成分が存在すると、ムラ
イト組成を超えたsto、a分は7200℃以上の高温
でクリストバライトを形成するが、このクリストバライ
トは生成時の体積変化、熱膨張率が大きいため、極端に
繊維は脆弱化する。
次に、ZrO2成分分を与えるジルコニウムの無機塩ま
たは有機塩としては、オキシ塩化ジルコニウムが安価で
使用しやすいが、オキシ酢酸ジルコニウム塩    ゛
   9      の他の水溶性ジルコニウム塩も使
用できる。
本発明においてz r ox a分はAA、O,成′分
および5102成分の合計100重量部に対して0.7
〜302〜コ重量部の範囲で使用さたる。
ZrO2成分1.土、焼成時にα−Aj:p、化を促進
すると共に結晶粒の成長を抑制する効果がある。しかし
、ZrO2醍分が0.7重量部以下ではα−At203
化の促進効果が見られず高温焼成が必要となる。
ZrO2吸分が3重量部以上では過度のα化がおこり、
また、粒界析出物が増加し、繊維の強度が低下する。
本発明で使用する有機重合体としては、繊維形成能を有
する天然または合成物がいずれも使用できる。天然物と
1−では1殻粉、またはセルロース及びその誘導体で可
溶性のもの、例えば酢酸化澱粉、ヒドロキシエチル澱粉
、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエ
チルセルローズ、カルボキシメチルセルローズ等がある
合成有機重合体としては可溶性のポリビニルアルコール
、ポリウレタン、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミ
ド、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。特に、ポリ
ビニルアルコール(PVA)が好ましい。
かかる有機重合体は、前記At、O,成分、sto2成
分およびZrO□成分合計100重量部に対して、5〜
30重量部、好ましくは、10〜ls重量部の範囲で使
用される。
本発明においては、上記有機重合体および金属の無機塩
または有機塩を含有する液状物を、公知の方法に従って
調製する。本発明でいう液状物とは、これら有機重合体
および金属の無機塩または有機塩の溶液、ゾル、コロイ
ドまたはこれらの混合物よりなる液体をいう。
かかる液状物を適宜濃縮等により紡糸液を調製する。使
用する有機重合体、紡糸方法等によって差はあるが、一
般的に、紡糸液の粘明がl〜1000ボイズとなるよう
に各成分を内己合し、調繁したものが使用される。
繊維化は、工業的に使用されている通常の繊維#遺装置
及び製造方法が応用できる。例えば紡糸液の細流を吹き
出す方法、細口力)ら押し出す方法、細口から押し出し
た連紗フィラメントを延伸する方法、または砂糖の綿菓
子製造装置と同様に遠心力で繊維什し、繊維状先爪物を
得る方法などがある。
本発明の耐火性アルミナ繊維を断熱材として使用する場
合には、高温便用時の収縮率が小さいことが好ましく、
通常、再加熱線収縮率が2%以下でなければならない。
得られる繊維のかかる収縮率は、前記繊維状先爪物の焼
成温度により影響されるが、本発明においては、通常、
1220〜1270℃、好ましくは、/コ4tθ〜/2
AO℃の範囲で30分〜2時間程度焼成する。
/、220℃以下ではZrO□成分の効果が発現せず、
α−At903化が不充分で、収縮率の小さな繊維は得
られない。
一方、1xqo℃以上では、ZrO2成分の添加量にか
かわらず、Qyk1203什が進行し、繊維が脆弱化す
る。
本発明において完全にα−At20.せず一部中間アル
ミナを含有させれば柔軟な綾線が得られるので′″4.
捷しい。Zrξ成分の量によりα−At203化の促進
作用が異なるので、上記範囲内で適宜焼成温度を選ぶこ
とにより調整すればよい。例えば、後記第1図に示すよ
うにZ r O2無添加5i025易含有品の7270
CI時間焼成品のα−k1203粉末X線回折ピークを
基準(100)として現わしたα化度において2SO以
下の水準に保つように、Z r O2成分量と焼成温度
を適宜組合せることにより所望のα化度を有する繊維を
得ることができる。
以上述べた方法により本発明の耐火性アルミ熱後の再加
熱収縮率o、 g〜79%、ttIoo℃における熱伝
導率03〜θ3 K Kcal/m−hr*i:の耐火
性アルミナ繊維が容易に得られるので、断熱材として有
用である。
以下に実施例を挙げて更に本発明を具体的に説明する。
実施例1 一〇、係HCt水溶液にAt 金属片(純度995循以
上)をAt/Ctモル比/gsの比率になるように添加
しqs℃で3時間加熱した後、不溶分を濾過してAt/
Ctモル比/gのオキシ塩化アルミニウム溶液を得た。
この溶液に20%5in2ゾル(8産化学製スノーテッ
クス−0)、tO%ZrOCl2溶液、70 % PV
A (日本合成化学ゴーセノールaH−t7)をAt2
03: 5i02 : ZrO2: PVA(重量比>
=qs:s:t:toになるように添加した後減圧下5
−00で濃縮し、粘度3θポイズの曳糸性良好な紡糸液
を得た。
吹出し紡糸(blowing )により紡糸し、最高温
度/2!;0℃で焼成して直径2〜3μmφの良好な繊
維を得た。
粉末X線回折図形による分析では、α−A/=20゜を
主体とし、少量のδ−A40.とムライトが認められた
この繊維の1ttoo℃、2q時間再加熱収縮率はθg
ttで極めて良好であった。
実施例コ 実施例1と同様の方法でAt203 : S t 02
 :Z ro、 :PVA (重量比)=qs:2s:
t:toの溶液を調製し、減圧下、50℃で濃縮し、粘
度コクポイズの紡糸液を得た。
吹出紡糸により紡糸し、最高温度!230℃で焼成して
直径2〜3μmφの良好な繊維を得た。
粉末X線回折による分析ではムライトのピークのみが認
められた。
この繊維の11100℃、u9時間再加熱収縮率は09
%で極めて良好であった。
実施例3 実施例1で制欲した先駆体繊維を/ 230℃で燐酸し
た。/’l00C211時間加熱の線収縮率はlqo%
で、良好な繊維であった。
実施例q 実施例1と同様にして得たAt/C1原子比1gのオキ
シ塩什アルミ溶液、20%5I02ツル、/ 04 Z
r0C62水溶液、/ 0 % PVA溶液をAt20
゜: 5i02: ZrO2: PVA (重量比)=
95:5:2:lθになるように混合し、減圧下Sθ℃
で濃縮して、粘度22ボイズの紡糸液を得た。この紡糸
液を吹き出し紡糸により紡糸し、/ 2’lO℃で焼成
した。/4(θθ℃211時間加熱後の線収縮率はl:
L%で良好であった。
上記実施例に準じてZ r O2の酸比だけが異なる耐
火性アルミナ繊維を調製し、Z r O2成分量の麦作
による焼成温度とα化度の関係を後述の第1図に示した
尚、α化度は/27θ℃焼成、Z r 02無添加品の
α−At203X線回折ピークを700とし、それに対
する比で表わした。
第7図から判るように、Z r 02成分の添加に伴い
より低い焼成温度で同一のα化度が達成される。しかし
、ZrO2成分がS重量幅になると添加効果が小さくな
り、また、焼成によって脆化(α化度ユSθ以上)し易
くなり、適当なα化度をもち、しかも、脆化しない繊維
を得るための焼成温度幅が狭くなる。
比較例を 実施例1と同じ方法で調製したオキシ塩什アルミ浴液に
to%Z r OC4溶液、10%PVA溶液を添加し
て、At203°ZrO2:PVA (重量比)−q3
:2:10の溶液を調製した。
SOc減王下で濃縮して粘度3コボイズの紡糸液とし、
吹出法で紡糸し、72!0℃で焼成した。
得られた繊維は、α−At、0.結晶が異常成長し、焼
成収縮が大きく、脆質で断熱材としては不適当であった
比較例コ 実施例1と同じ方法でAt、O5: 5in2: PV
A (重量比)−9!;:!;:10のZrO2を含有
しない溶液を調製し、50℃減圧下で濃縮し、粘1t3
0ポイズの紡糸液を得た。
吹出法で紡糸し、7260℃で焼成した繊維は直径2〜
3μmφで粉末X線回折図形はα−A403、δ−At
205、ムライトの混合物であった。この繊維の1yo
oc、コダ時間再加熱収縮はユa%と実施例1..2に
比べて大きかった。
比較例3 実施例1と同じ方法で調製したオキシ塩化アルミ溶液に
/ 0 % PVA溶液を添加してAt20.:PVA
 (重量比)=100 : 10の溶液を調製した。こ
の溶液を50℃減圧下で粘度20ポイズに濃縮して紡糸
液を製造した。
吹田法で紡糸して/ 2!;0℃で焼成した繊維は極め
て脆く、断熱材として使用できない。
比較例ダ 実施例1と同じ方法でA403 : 5in2: Zr
O2:PVA (重量比)−As:3s:t :toの
溶液を製造した。減圧下SO℃で濃縮して粘度30ボイ
ズの紡糸液とし、吹出法で紡糸した・/ 2!;0℃で
焼成した繊維は粉末X線回折による分析ではムライトの
他にクリストバライトのピークが認められ、脆くて、断
熱材には不適当であった。
比較例S 実施例1と同じ方法で製造したオキシ塩什アルミニウム
溶液1c At2)、 : 840□: ZrO□: 
PVA(重量比)=qs:s:!r:toになるように
2θ% S 102ゾル、/ 0 % Zr0Ct2溶
液、1osPVA溶液を添加した混合溶液は白濁が見ら
れ、50℃減圧下で濃縮して得られた粘度35ポイズの
紡糸液も曳糸性が良くなかった。
吹出法で紡糸し、7250℃で焼成した繊維は脆弱で、
断熱材には不適当であった。
比較例6 実施例1と同じ方法で調製したオキシ塩化アルミ水溶液
にIO循Z r 0Ctt水溶液、10憾Cr(NO3
)3水溶液、70 Z PVA水溶液をAt203:Z
rO2: Cr、03: PVA  (重量比)=95
 : 2 : 5:lOになるように添加し、50℃減
圧下で濃縮し、粘度20ポイズの紡糸液を製造した。
吹き出し法で紡糸して最高温度/2’lO℃で焼成した
。得られた繊維は脆くて、断熱材としては適当でなかっ
た。
比較例り 実施例1と同じ方法で調製したオキシ塩什アルミ水溶液
に20 % 5102ゾル0、t o % cr(No
3)s溶液、10%PVA溶液をAt203 : 5i
O1: Cr2O3:PVA (重量比)=9o:s:
コ:loになるように添加し、50℃減圧下で濃縮して
粘rtf−asボイズの紡糸液を製造した。
吹き出し法で紡糸し、12410℃で焼成して直径ユ〜
3μm の繊維を得た。
この繊維を空気中1yoo℃で加熱したとこ7)Cr 
 分は3時間で/A%、166時間で約50幅が気化し
た。
【図面の簡単な説明】
ji 7図は、本発明における耐火アルミナ繊維におい
て、ZrO2を分量の変化による焼成温度とα化度の関
係を示すグラフである。 横軸は焼成温度を表わし、縦軸はα化度を表わす。 出願人  三菱軽金属工業味式会社 代理人  弁理士 長谷用   − ほか1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有機重合体および金属の無機塩または有機塩を含
    有する液状物を繊維化して繊維状先駆物を得、次いで、
    焼成して耐火性アルミナ繊維を製造する方法ておいて、
    該金属の無機塩または有機塩として、少なくとも、(a
    ) A4Q、成分を与えるアルミニウムの無機塩または
    4機塩をM^酸成分して99〜りO重騎部、(b)S1
    02成分を与えるケイ素の無機塩または有機塩を5io
    2B分として7〜30重量部、および、(e) At、
    、o、成分およびS+02成分100重吋部に対してz
    r02成分を与えるジルコニウムの無機塩または有機塩
    をZ r 02成分として0.7〜3重量部使用するこ
    とを特徴とする耐火性アルミナ繊維の製造法。
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