JPS63190022A - セラミツクフアイバ−及びその製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は有機バインダーとセラミックの混線材を紡糸し
焼結する方法により製造するセラミックファイバー及び
その製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、セラミックファイバーの製造方法としては溶融法
とプリカーサ一方々が多く行なわれている。

溶融法としてはセラミックを電気炉等で溶融し、これを
空気のジェット気流により吹き飛ばすブローイング法と
溶融したセラミックを高速回転するローターの遠心力を
利用してｍｍｍに飛散させるスピニング法等が知られて
いる。

プリカーサ−法（前駆体法）にはセラミックを化学溶解
し、有機繊維の微細組織中に圧入分散させて焼成する形
骸法、セラミックを塩化物、水酸化物等の粘稠スラリー
とし１時には水溶性高分子等も添加し、乾式紡糸して焼
成するスラリー法等が知られている。このように、従来
方法はセラミックを熱融解して溶融紡糸する方法か、又
は化学的に溶解して紡糸する方法であった。

［発明が解決しようとする問題点〕 溶融法、プリカーサ−法といった従来方法では大がかり
な設備を必要とし、又、製造過程での温度、濃度のコン
トロールが極めて難しい、その上、熱溶解しないセラミ
ック及び化学溶解させた前駆体を使ってｍｍ状にできな
いセラミックはファイバー（細線）にすることができな
かった。

特に、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ　（ＺｒＴｉ）０３といった
機能性セラミックは熱溶解又は化学溶解するとその機能
が変化してしまうという問題もあった。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明は、セラミック粉体と熱可塑性樹脂を主
体とする有機バインダーとの混線物を熱間押出しし、つ
いで要すれば、押し出し直後の柔軟なうちに延伸して所
定の細線とし、次に脱脂し焼成してセラミックフィラメ
ントとすることにより上記問題点を解決しようとするも
のである。

以下本発明のセラミックファイバー製造方法を詳しく説
明する。

本発明の製造方法にはセラミック原料である各種の無機
質粉体を利用できる。そのような無機質粉体としては、
ジルコニア（Ｚ　ｒ０２）、　窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）
、ＰＺＴ（Ｐｂ（ＺｒＴｉ）０３）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉ０３）、ムライト等の粉体を挙げることがで
きる。セラミック粉体の粒径は０．０２〜２＃Ｌｍ程度
と極めて細かいことが望ましい。

また、本発明の製造方法に用いられる熱可塑性樹脂とし
ては、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル樹脂等を
挙げることができる。その混合比率はセラミック粉体混
練材１００重量部に対し熱□　可塑性樹脂１０〜２０重
量部となる。熱可塑性樹脂の代りにポリオレフィン系ワ
ックスでも良い。

セラミックにバイダーとして上記熱可塑性樹脂又はポリ
オレフィン系ワックスに加えて各種の添加剤を用いる。

添加剤としては滑剤及び可塑剤が主体で、滑剤としては
ステアリン酸夏鉛等がありその添加量はセラミック１０
０重量部に対し０゜２〜２重量部が最適であり、可塑剤
としてはジオクチルフタレート、ジエチルフタレート、
ジブチルフタレートを挙げることができ、その添加量は
１〜５重量部が最適である。

上記セラミック粉体、熱可塑性樹脂又はポリオレフィン
系ワックス及び添加剤をミキサー等で均一混合分散し、
次に加、圧ニーダ−で溶解混練し押し出し機を通してペ
レット化する。

このようにして調整されたセラミック混線材料は加熱筒
を備えた押し出し成形機により加熱可塑化された状態で
穴径０．１〜０．５ｍｍの細孔よリフィラメント状に押
し出され、更に押し出し成形機の前に設置した一対のロ
ーラにより１．２〜４倍に延伸される。

延伸比を大きくしてファイバー径を細くすることが望ま
し′いが、延伸比を大きくすると太さ斑が生じ、゛ファ
イバーの切断が起るので４倍程度−迄にとどめるのが良
い。

一対のローラより引出されるセラミックファイバーは冷
却固化させながら、フィラメント状に巻取り又はステー
ブル状にカットし１次に脱脂し、焼結する。

フィラメント状のセラミックファイバ二については連続
して脱脂、焼結することも可能である。

脱脂は４００℃〜７００℃の範囲で脱脂し、次に焼成す
ることによりセラミックファイバーを得る。

［作用］ 成形材料であるセラミック粉体と熱可塑性バイングーと
の溶融混線物を熱間押し出しすると、上記材料は粘性を
有する柔軟な状態で細孔より押し出され、７アイバー状
として引出すことが出来る。

焼結後のセラミックファイバーは２０〜５００ｐｍ、望
ましくは２０〜１００ルｍめ細線とす、るとファイバー
としてのしなやかさ及び引っ張り強度が得られる。

押し出し成形する穴径を０．１〜０．５ｍｍ。

望ましくはｏ　、’　ｔ〜０．２ｍｍとし、延伸して２
５〜６００終ｍ、望ましくは２５〜１２０終ｍの細線と
すると脱脂、焼結により約２０％収縮して”２ＯＮ１０
０終ｍのファイバーとなる。

セラミック粉体と熱可塑性混線物を細孔より押し出し延
伸して、所定の細さにするためセラミック粒度を０．０
２〜２ｇｍの範囲とし、そのセラミック粉体１００重量
部に対し、熱可塑性樹脂１０〜３０重量部、界面活性剤
０．２〜３重量部、滑剤０．２〜２重量部、可塑剤１〜
５重量部を均一分散し、次に加圧ニーダーで十分混練す
ることが重要である。

曳糸性を見る一つの尺度として、メルトインデックス（
ＭＩ値）で１００〜２００ｇ／１０分（荷重５Ｋｇ）が
望ましいことがわかった。

脱脂は４００℃〜７００℃、望ましくは４５０℃〜５５
０℃であり、焼結温度は酸化物系セラミックで１２００
℃〜１５５０℃、非酸化物系セラミックで非酸化雰囲気
での焼結の場合１５００℃〜１８００℃である。

セラミックを混練前にシランカップリング剤又はチタン
カップリング剤で表面処理すると有機ノくイングーとの
ぬれ性が向上し、混線物の曳糸性が良くなる。　　− ［実施例］ 以下実施例に基づいて本発明のセラミックファイバーの
製造方法を詳しく説明する。

（実施例１） 粒径１ｐｍ以下のジルコニア（Ｚｒ０２）パウダー１０
０重量部に対し、ポリスチレン１２重量部、ポリエチレ
ン１重量部、滑剤としてステアリン酸０．５重量部、可
塑剤としてジオクチルフタレート１重量部を加え、ミキ
サーで充分分散させ、加圧ニーダーを用いて１４０℃で
１時間混練した。この混線物を押し出し機で１７０℃に
加熱し０．３ｍｍ径のノズルから押し出し、それを約２
倍の延伸スピードで引出したところ１２０ｐｍのセラミ
ック細線となった。これを脱脂炉で５００℃まで昇温し
つつ脱脂し１次に１５００℃の焼成炉で焼結したところ
直径１１００ＩＬのジルコニアセラミックファイバーが
得られた。

（実施例２） シランカップリング剤１重量部を添加して表面処理した
平均粒径０．５ＩＬｍの窒化珪素（Ｓ　ｉ　３Ｎ４）の
パウダー１００重量部に対し、ポリオレフィン系ワック
ス（バインダーＮＥ１１９）２０重量部、ポリエチレン
３重量部を加え、加圧ニーダ−により１００℃で１．５
時間混練した。この混線物の１４０℃荷重５ｋｇのＭＩ
値は１２０ｇ７１０分であった。上記混線物を押し出し
機で１４０℃に加熱して０．２ｍｍ径のノズルから押し
出して、約２．５倍のスピードで延伸巻取すし、８０Ｉ
Ｌｍの細線を得た。これを脱脂炉で４００℃まで昇温し
て脱脂し１次に雰囲気焼成炉（窒素ガス５気圧）１７５
０℃で焼結したところ約７０終ｍの窒化珪素セラミック
ファイバーが得られた。

（実施例３） チタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）のパウダー（平均粒
径１　、ＯＩＬｍ）１００重量部に対し、ポリスチレン
１２重量部、ポリエチレン１重量部、パラフィン３．５
重量部、ステアリンＩ＊０．５重量部、ジオクチルフタ
レー）　（ＤＯＰ）１．２重量部を加え、加圧ニーダ−
で１４０℃にて２時間混練した。混線物のメルトインデ
ックスは１６０℃５　ｋ　ｇ荷重で１００ｇ／１０分と
なった。これを０．２５ｍｍ径のノズルより押し出し、
約１゜６倍のスピードで巻取った。これを脱脂炉で５０
０℃まで昇温しつつ脱脂し、次に１０００℃で焼成した
ところ１３０　ｇｍのチタン酸バリウムの細線が得られ
た。

［発明の効果］ 以上説明した本発明のセラミックファイバーの、製造法
によれば、ＺｒＯ２、Ａ　ｌ　２０３．３１３Ｎ４、Ｓ
ｉＣ，ＢａＴｉＯ３，ＰＺＴ、ジルコン、ムライト、コ
ーディエライトといった各種セラミックファイバーを均
質に製造することができる。

又、本発明の製造方法によれば、セラミックを溶融しな
いので、３０００℃以上のセラミック溶融物を取り扱う
ことがなく設備も簡単で又消費エネルギーも少なく、シ
たがって、セラミックファイバーを安価に製造すること
ができるという効果が得られる。

又、得られるセラミックファイバーは必要により連続し
てフィラメント状に製造されるので、セラミック織物を
作ることも可能であり、セラミックファイバーの断熱材
又断熱補強材として利用価値が高まる。

更に１本発明の製造方法によれは、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ
，ＢａＴｉＯ３、ＰＺＴ等の溶融しないものもファイバ
ーにすることが可能であるから、超高温断熱材や機能性
セラミックファイバーを提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミックと、熱可塑性樹脂を主体とする有機バイ
   ンダーとの混合物を溶融紡糸し、脱脂、焼成することを
   特徴とするセラミックファイバー製造方法。 ２）セラミックをカップリング剤等で処理し、このセラ
   ミックと有機バインダーとの親和性及び曳糸性を高めて
   有機バイダーの量を少なくしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のセラミックファイバー製造方法。 ３）熱可塑性樹脂がポリスチレン又はアクリル樹脂を主
   体としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   セラミックファイバー製造方法。 ４）有機バインダーの量を８〜３５％の範囲としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックフ
   ァイバー製造方法。 ５）セラミックの粒子径が０．０２〜２．０μｍの範囲
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセ
   ラミックファイバー製造方法。 ６）セラミックがＺｒＯ＿２、ＢａＴｉＯ＿３、Ｐｂ（
   ＺｒＴｉ）Ｏ＿３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ムライトであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミック
   ファイバー製造方法。 ７）ＺｒＯ＿２、ＢａＴｉＯ＿３、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ
   ＿３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ムライトのいずれか１種類のセ
   ラミック１００重量部と、ポリスチレンを主体とした熱
   可塑性樹脂１０〜３０重量部、滑剤０．２〜２．０重量
   部、可塑剤１〜５重量部を混合して溶融混練した溶融物
   を細孔より押し出して延伸し、ついで、４００〜７００
   ℃で脱脂し、次に焼成したことを特徴とするセラミック
   ファイバー。