JPS6342919A - 長繊維状高温耐熱セメントファイバー及びその製造方法 - 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、４００〜８００℃の温度領域において長時間
使用可能な連続した長繊維状の耐熱セメントの水相硬化
物と主体とする長ｔＩｌ維状耐熱セメントファイバー及
びその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 天然の石綿繊維や人造のガラス岨Ｌロックウール、炭素
繊維等は無ｆｉ質繊維として知られており、それらは耐
熱性の優れているが、高温における使用に耐える繊維材
料は、−ａにリフラクトリ−・ファイバーとａ−ｙばれ
、例えばチタン酸カリファイバー、窒化ボロン繊維、ボ
ロン繊維、各種ウィスカー（ただし、以上は短繊維のみ
）、高ケイ酸質石英ファイバー、シリカアルミナファイ
バー（セラミックファイバー）、金属繊維等がある。

−ａ工業用高温断熱材として最も広く用いられているの
は、シリカアルミナファイバーである。

シリカアルミナファイバーとは一般にセラミックファイ
バーと呼ばれているものであり、同旦のシ・　リカとア
ルミナ及び少量の硼素、ジルコニア等から製造されるｍ
維で、１２００〜１３００℃の範囲の高温に耐え、かさ
高で、熱伝導率が小さく、繊維径も３〜４μで断熱性も
良好なことから、各種断熱、耐火用製品として用いられ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のりフラクトリー・ファイバーはい
ずれも、その製造において、材料の溶融、炭素化等のた
めに１０００℃を超える高温工程を必要とし、このため
に量産化技術が確立しても、その経済性には一定の限界
があることは避けられないという問題があった。　した
がって本発明の目的は、従来のりフラクトリー・ファイ
バーにおける問題点である高温工程を必要としない、よ
って簡ワ製逍可能でコストの低い耐熱性を有する長繊維
状耐熱繊維及びその製造方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明者らは、高温工程を必要としない耐熱繊維
を見出だすべく研究を重ねた結果、水硬性セメントを材
料として、常温において通常の紡糸用押出機のダイス細
孔よりミクロンオーダー径のセメントＷＷａ維材料を押
出、取得することを考え、さらに研究を重ねた。

その結果、セメントスラリーにゲル生成原料を混合し、
これを、通常の紡糸用押出機のダイス細孔よりミクロン
オーダー径の繊維材として押出し、次いでそれをゲル化
剤と接触させることを案出し、本発明を成すに至った。

本発明によれば、スランプ値が１０〜２０ｃｍとそのま
までは繊維状の形状を保持し得す、従って従来は繊維化
が不可能であったセメントスラリーが、ゲル化処理によ
るゲル材の生成によって、その形状が保持されて安定化
したｍ椎体となすことができるのである。

すなわち本発明は、（１）押出機のダイス細孔より押出
されて得られた、水硬性耐熱セメントの水和硬化物とゲ
ル材との混合物からなる、長繊維状耐熱セメントファイ
バー、及び（２）水硬性耐熱セメント／水の配合比が３
５〜５５重量％になるように両者を混練し、これに更に
ゲル生成原料を添加して充分に撹拌混合し、得られたス
リラーを押出機のダイス細孔より連続的にゲル化槽中へ
押出し、次いで得られた押出品を空気もしくは水中養生
することを特徴とする長繊維状耐熱セメントファイバー
の製造方法である。

本発明においては、セメントとしては、アルミナセメン
ト、リン酸力ｌレシウム塩セメントなどの水硬性耐熱セ
メントが用いられ、これに混合される水の配な量は通常
、水硬性セメント／水配合比が３５〜５５重量％である
。そして押出ダイス細孔より押出された押出品の未だセ
メントが水和硬化するに至らない段階をファイバー状に
保形するためのゲル生成原料としては、例えばアルミン
酸ソーダ水溶液（２０〜６０重量％水溶液）が添加（外
割りで５〜２０重量％添加）使用され、押出機としては
通常の紡糸用スクリュ一式押出機が用いられる。

また、そのダイス細孔から連続的に押出される押出品は
、更にアンモニア水溶液などの入ったゲル化槽に通過さ
せられることによって前記ゲル生成原料がゲル化される
。

なおさらに、前記ゲル化槽を通過させられた長ｍ維状押
出晶は、必要に応じ巻き取り機に巻き取られ、その後空
気もしくは水中養生される。

（実施例） 以下、まず本発明の製造方法を工程に従ってさらに詳し
く説明する。

本発明は水硬性耐熱セメントを使用するものであるが、
これは従来における問題点であった高温工程を必要とし
ない紡糸を行うために、水硬性耐熱セメントが常温で水
と反応して硬化する性貫企利用するものである。従って
、本発明の目的のためには、常温における水硬性耐熱セ
メント材料であればどのようなものでもよいが、特にス
レーキング現象、すなわち−最にポルトランドセメント
の水和に際して多量に生成される水酸化カルシウム（Ｃ
ａ（ＯＨ２））の加熱・冷却による分解反応：Ｃａ（Ｏ
Ｈ）ｚ：　Ｃａｏ　・トＨ２０、を起こさないものが好
ましい。

木悌明のセメントファイバーが４００〜８００°Ｃの中
間領域における圧縮・曲げ強度の低下を生じないものと
するためには、このスレーキング防止剤として、例えば
超微粒高活性混和剤（ＳｉＯ２）を使用し、前記水酸化
カルシウムを下記反応式により補足固定化するようにし
た耐熱セメント（例えば、１−リフラフリート」（商品
名：黒崎窯業（株）製）を使用することが好ましい。

Ｃａ（ＯＩ−１）２＋　Ｓ　ｉｏ　２−　ＣｘＳ　ｙＨ
ｚ上記のように、「リフラフリート」は加熱、冷却され
てもスレーキング現象の発生を抑止できる。

また、他の例としてはアパタイト前駆体であるリン酸カ
ルシウム塩を用いても、同様な超高温型のファイバーを
製造することができる。アパタイトは融点が１６００℃
以上にも及ぶものである。

本発明のセメントファイバーを？！遣するためには、ま
ず水硬性耐熱セメント、例えば「リフラクトリート」に
、これに対して３５〜５５　％の配合比で水を加えて混
合し、これにゲル生成原料、例えばアルミン酸ソーダの
２０〜６０％水溶液を全体の５〜２０重旦％になるよう
に添加し、充分に攪拌混合する。このゲル生成原ｆｌの
添加は、本発明のセメントの１１１維化達成には必須の
要件である。　次いで、得られたセメントスラリーを従
来の紡糸用のスクリュ一式押出機のホッパー口より注入
し、所望のダイス細孔く孔径５〜２００μ程度）からＰ
Ｃ繊維体となして連続的に押し出す。

こうしてダイス細孔から押し出された状態のままの繊維
状スラリーは、１０〜２０ｃｍ程度のスランプ値を示し
、このままでは細径の押出長繊維体としてその形状を保
持することができない。

しかしながら、本発明においては、ダイス細孔から押し
出されたｉｆｆ後に、これをゲル化槽に通過させること
により、保水性の高いゲル（ヒドロゲル）となして容易
にその形状を保持させることができるようにしたもので
あり、これによって従来は不可能とされていたセメント
の長繊維化が達成されるものである。

この時使用するゲル化剤としては、すでに記載したよう
にゲル生成原料としてアルミン酸ソーダの２０〜６０？
６水溶液を外割りで５〜２０”重量％添加使用した場合
には、水ガラスの５０・〜６０％水溶液と用いることが
好ましい。

水硬性耐熱セメンｌ〜として前述のりフラクトリートを
使用する場きにはりフラクトリートは前記アルミン酸ソ
ーダより生成されるゲルと結合し易く、このような組合
わせは特に好ましい。

このように耐熱セメントファイバーを保形するゲル材料
の組合せとしては、他にも例えば無機系ゲル材料として
、水酸化カルシウムゲル、二酸化鉄ゲル、塩化カルシウ
ムと炭酸ナトリウムによる炭酸力ルシウｌ＼ゼリー等が
挙げられ、特に炭酸カルシウムゼリーは、翌日まで放圓
すると液体と扮体結晶に分離することから、純粋な耐熱
セメントファイバーの製造には有用である。

さらに、有機系ゲル材料の中では、寒天およびゼラチン
等は、本発明の耐熱セメントファイバーの強度発現の時
点でセメントファイバーから容易に剥離するので、これ
らは純粋な耐熱セメントファイバーのＷＡｍに対して極
めて有用である。ただしこの場合には、セメントスラリ
ーを下方に押し出して、まずゲル硬化槽中、次いでゲル
生成原料槽中を通過させるという、いわば縦型方式のプ
ラントの方が好ましい。

こうしてゲルの形成によりｙｉ維状の形状を保持された
押出品は、ゲル化槽の端部に設けられた巻取機により一
定速度で巻き取り、必要に応じてドラム等に集合させる
。こうして得られるセメントファイバーの直径は、ダイ
ス径と巻取速度によって定まるが、通常３μｍ〜５００
μｍ程度であり、長さは長、短任意なものとすることが
できる。

本発明においては、この巻き収りの際にセメントファイ
バーが保水性に富むゲル層に保持されているので、お互
いに接触しても相互に密着することはない。

次いで、ドラム等に巻かれた耐熱セメントファイバーを
、常温で空気もしくは水中養生する。特に水ガラスを使
用した耐熱セメントファイバーを水中養生することは、
耐熱セメントファイバーの表面に過剰に付着した水ガラ
スを溶解・除去することができるので特に好ましい。

本発明において形成されたゲルは、７０〜９０重琶％近
くの多量の水を含むものであり、押し出し後の耐熱セメ
ントファイバーの水和・自硬の反応に寄手すると共に、
空気養生を行った場合でも耐熱セメントファイバーに対
して充分な強度を付す、させるのに役立つものである。

すなわち、本発明においては、ゲルの保水率が大きく、
水和・自硬性の水硬性耐熱セメントを使用することから
、製造後初期段階においては、ゲル材によって形状保持
（保形）されていた細径長尺のセメントが時間経過にし
たがって水和硬化して次第にその本来的な強度を発現す
るのである。

本発明により提供される耐熱セメントファイバーの機械
強度は、水硬性耐熱セメントの種類、ゲル材の種類、含
量によって変１ヒするが、５，０００〜１０　、０ＯＯ
ｋ）Ｈｆ　／　ｃｎ＋　２程度である。なお、本発明の
耐熱セメントファイバーは力学的強度の異方性は少なく
、等方性なものである。

なお特に、本発明において水硬性耐熱セメントとしてリ
ン酸カルシウム塩系材料を使用した場合には、次のよう
な効果が発揮される。

■　セメントファイバーは１０００℃までの熱間強度の
低下が全くなく、酸化性雰囲気中でも１８００℃までの
高温に耐えられる。

■　セメントファイバーは熱的に安定で、高耐火性であ
る。

■　セメントファイバーは吸水率が極めて小さい。

■　セメントファイバーはスレーキングの心配がなく、
中性化の問題は全くない。

■　セメントファイバーはセメント系結合剤と特に高温
での付着力に優れる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、セメ
ント材料を簡単な方法で繊維化することができ、力学的
強度に優れていると共に、しなやかで、各種加工が容易
であり、耐熱性、透湿性、通気性、かさ高性に優れた耐
熱セメントファイバーを提供するものであるが、さらに
本発明は、以下に示すｆｌれた効果を有するものである
。

（Ｏ本発明の耐熱セメントファイバーの製造は極めて節
はであり、大量生産方式に適しており、従来の池のｔＪ
！１　雄の製造と比較しても高温工程を必要としないこ
とは非常に有利である。このため、製造コストが極めて
低部であり、π造汲備の無人化も可能である。

■　セメント系材料を使って、８００℃の高温で長時間
使用可能な連続した長繊維状の耐熱セメントファイバー
が提供されることにより、破断強度が７，０００−１０
．０００ｋｇｒ／　ｅｒａ２と強く、可視性に富み、曲
げ疲労性にちｆｎれた材料となる。

■　スレーキング現象を抑制した耐熱セメントの使用に
より、４００〜８００℃の中間温度領域における熱間強
度の劣化がない。

■　本発明の耐熱セメントファイバーは、セメント系結
合剤とのなじみが良く、付着力に優れ、したがってセメ
ント（コンクリート）スラリーと非常に良好な一体化成
型ができる。

■　本発明の耐熱セメントファイバーはセメント系結合
剤の複合素材として用いる場合、本発明繊維と結合剤と
の接着力が大きく、セメント系結合剤の強度もせん断力
を介して１本の耐熱セメントファイバーから他の耐熱セ
メントファイバーの応力を充分に伝達するので、耐熱セ
メントファイバーに加わる応力は均等化され、セメント
系結合剤の複合材料として極めて有効である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）押出機のダイス細孔より押出されて得られた、水
   硬性耐熱セメントの水和硬化物とゲル材との混合物から
   なる、長繊維状耐熱セメントファイバー。
2. （２）水硬性耐熱セメントがリン酸カルシウム塩である
   特許請求の範囲第１項記載の長繊維状耐熱セメントファ
   イバー。
3. （３）水硬性耐熱セメント／水の配合比が３５〜５５重
   量％である特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の長
   繊維状耐熱セメントファイバー。
4. （４）ゲル材が、アルミナゲルである特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の長繊維状耐熱セメ
   ントファイバー。
5. （５）水硬性耐熱セメント／水の配合比が３５〜５５重
   量％になるように両者を混練し、これに更にゲル生成原
   料を添加して充分に撹拌混合し、得られたスリラーを押
   出機のダイス細孔より連続的にゲル化槽中へ押出し、次
   いで得られた押出品を空気もしくは水中養生することを
   特徴とする長繊維状耐熱セメントファイバーの製造方法
   。