【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は耐熱性無機繊維、詳しくはロツクウー
ルより優れた耐熱性を有し且つグラスウールと同
等以上の可撓性及び弾性を有する耐熱性無機繊維
に関するものである。
ロツクウール（岩綿、鉱滓等）とは、例えば第
１表比較例１に示すような成分組成から成る繊維
として知られ、その耐熱温度は600〜750℃と比較
的高いものである。ところがこのロツクウールに
は、50〜500μｍ程度のシヨツトと呼ばれる繊維
化されない粒子が製造工程で40〜50％も含まれて
しまい、繊維自体の絡みが小さく可撓性及び弾性
に欠くという欠点がある。このために、２〜３％
程度のフエノール樹脂をバインダーとして添加し
て成形しても、低密度品の成形は難しく、一般に
30Kg／m3以上の高密度品で用いられている。しか
しそれでも脆くて角欠け、折損、或は圧潰等の破
損が多いものであつた。
グラスウールとは、例えば第１表比較例２に示
すような成分組成からなる繊維で、可撓性及び弾
性に優れた繊維であると共に、第３図からわかる
ように引張強度にも優れている。ところが、耐熱
温度が550℃以下と低く、このために耐熱材料と
して用いることには大きな制約がある。
そこで、本発明は上記の欠点を鑑み、ロツクウ
ールより優れた耐熱性を有し、且つグラスウール
と同等以上の可撓性及び弾性を有する耐熱性無機
繊維を提供することを目的としてなされたもので
ある。
上記目的を達成するための本発明の要旨とする
ところは、重量％で、SiO2…40〜50、Al2O3…12
〜20、Fe2O3…１〜６、CaO…８〜15、MgO…
12〜18、B2O3…１〜４、Na2O、K2O…０〜７の
成分組成を有し、1360℃以上で繊維化された耐熱
性無機繊維にある。
本発明の耐熱性無機繊維は、上記成分を例えば
特開昭58−161938号公報に示される装置を使用し
て1360℃以上の条件で繊維化して得られたもので
ある。得られた繊維は、繊維径４〜20μｍ、繊維
長120〜500mmの範囲で適宜に得ることが可能で、
しかもシヨツトも５％未満と非常に少ないため、
繊維自体の絡みが大きく、ノーバインダーでその
まま積層しても可撓性及び弾性に富み、しかも
900℃以上の耐熱性を有するという優れた特長が
確認された。
次に本発明の耐熱性無機繊維を構成する組成物
の各成分の作用について述べる。
SiO2−Al2O3−MgO−Fe2O3系組成物は耐熱性
に優れるが、失透傾向が大きく極めて作業性が悪
い。このため本発明では、CaO、B2O3、Na2O、
K2O適量配合することにより、溶融、繊維化等の
作業性の改善を伴い且つ耐熱性を損なうことなく
繊維を得ることを可能とした成分組成を見出した
ものである。
上記組成において主な成分はiO2、Al2O3であ
る。SiO2は、その含有率が50％を超すと粘性が
大きくなつてしまい繊維化は困難となる。また40
％未満のときは耐熱性が低下する。従つて40〜50
％の含有率が好ましい。またAl2O3は耐熱性向上
に寄与するが、その含有率が20％を超えると粘性
が急激に増加し、12％未満の場合は耐熱性が低く
なる。従つて12〜20％の含有率が好ましい。
上記組成に粘性を低下させるためB2O3、
Na2O、K2O、CaO、MgOを混入する。これらは
混入しすぎると耐熱性を低下させるものであり、
粘性の低下能力は、B2O3＞Na2O＞K2O＞CaO＞
MgOの順である。B2O3の含有は粘性を低下させ
るとともに熱膨張を抑え耐熱衝撃性を向上させる
が、コスト高となつてしまう。しかし１％未満の
含有では効果が少なく１〜４％の含有率が好まし
い。Na2O、K2Oは粘性低下に有効であるが、ア
ルカリで耐食性に難があるため０〜７％の含有率
が好ましい。CaOは高温で粘性を減じる作用があ
るが、溶融炉を腐食させる性質もあるため、８〜
15％の含有率が好ましい。MgOは耐熱性を維持
し、粘性の温度勾配を小さくし、且つ失透性を低
減する性質があるため、繊維製造時の繊維化を容
易とし又、繊維長の長いものを得やすい等の効果
があり、12〜18％の含有率が好ましい。
Fe2O3は繊維の高温での強度向上に有効で１〜
６％の含有率が好ましい。
上記成分の組成物は1360℃以上好ましくは1360
〜1500℃にて繊維化されるが、得られた繊維に良
好な可撓性及び弾性を具備させるには特開昭58−
161938号の公報に記載の方法で繊維化を行うこと
が望ましい。
即ち、この方法は無機繊維原料を溶融炉で溶融
し、その炉底のノズルから垂直に流出させ、この
溶融組成物流を溶融炉の下方に設置させた高速で
回転する回転盤の周縁部全周に亘り放射状に刻ま
れかつガラス状組成物層で被服された溝の部分に
落下させ同時に前記回転盤の径内側上方に設けら
れたバーナーからの燃焼ガスを回転盤の周縁部に
放射状に排出させ前記溝部の温度を保持調整し、
落下した溶融組成物流を回転盤の遠心力でその周
辺に投射して繊維状に細長化するもので、高温度
でも好適に繊維化を行なうことを可能としたもの
である。
上記方法において、回転盤の回転数は3000r.p.
m.以上で運転されるが、繊維径を細くし、更に
繊維長の長いものを得るため8000〜15000r.p.m.
の回転数で行うことが好ましい。
上記成分組成を有し、特開昭58−161938号公報
に示される装置を用い、1360℃以上好ましくは
1360〜1500℃の繊維化温度で製造された耐熱性無
機繊維は、グラスウール状で、無機または有機バ
インダーにてフエルト、マツト、或はボード状、
円筒状に成型することができる。成形体の密度は
６Kg／m3以上のものが得られるが、通常８〜120
Kg／m3の密度で使用し、特に８〜24Kg／m3の低密
度でも断熱吸音材として有効に供しうるもので、
従来のロツクウールの30〜40Kg／m3品と同等以上
の性能を有することがわかつた。
即ち、本発明の耐熱性無機繊維は、900℃の耐
熱温度を有し、24Kg／m3の密度で0.034〜
0.036kcal／ｍｈ℃（平均温度70℃）の熱伝導率
を有するため、熱電導率においてはグラスウール
と同等以上の性能を有し、ロツクウールでは使用
困難な低密度の範囲でも優れた断熱性能を有して
いることが分る。
また成形体の引張強度は、８〜24Kg／m3の密度
で0.10〜0.40Kg／m3の強度を有し、通常のグラス
ウール成形体は同密度品で0.08〜0.30の強度を持
ち、グラスウールと同等以上の引張強度を有して
いることが分る。
次に本実施例及び比較例について行つた耐熱性
試験、引張強度試験の結果について示す。
実施例及び比較例の成分組成は第１表に示して
ある。実施例１〜４は繊維径４〜10μｍの耐熱性
無機繊維である。比較例１は市販品ロツクウー
ル、比較例２、３は実施例に準じて製造した繊維
であり、２はグラスウール、３は本発明の組成に
近いものである。
The present invention relates to heat-resistant inorganic fibers, and more particularly, to heat-resistant inorganic fibers that have better heat resistance than rock wool and have flexibility and elasticity equivalent to or higher than glass wool. Rock wool (rock wool, slag, etc.) is known as a fiber having a composition as shown in Comparative Example 1 in Table 1, for example, and its heat resistance temperature is relatively high at 600 to 750°C. However, this rock wool contains 40 to 50% particles called shot, which are about 50 to 500 μm in size, that are not turned into fibers during the manufacturing process, and the fibers themselves have the disadvantage of being poorly entangled and lacking in flexibility and elasticity. For this, 2-3%
Even if a certain amount of phenolic resin is added as a binder and molded, it is difficult to mold low-density products, and generally
Used in high-density products of 30Kg/m 3 or more. However, they were still brittle and often suffered damage such as chipped corners, breakage, or crushing. Glass wool is a fiber having a composition as shown in Comparative Example 2 in Table 1, for example, and is a fiber with excellent flexibility and elasticity, and as shown in FIG. 3, it also has excellent tensile strength. However, it has a low heat resistance temperature of 550 degrees Celsius or less, which places major restrictions on its use as a heat-resistant material. Therefore, in view of the above-mentioned drawbacks, the present invention was made for the purpose of providing a heat-resistant inorganic fiber that has superior heat resistance to rock wool, and has flexibility and elasticity equivalent to or higher than that of glass wool. . The gist of the present invention to achieve the above object is that, in weight %, SiO 2 ...40-50, Al 2 O 3 ...12
~20, Fe 2 O 3 ...1 to 6, CaO...8 to 15, MgO...
It has a component composition of 12 to 18, B2O3 ...1 to 4 , Na2O , K2O ...0 to 7, and is a heat-resistant inorganic fiber fiberized at 1360°C or higher. The heat-resistant inorganic fiber of the present invention is obtained by fiberizing the above-mentioned components at a temperature of 1360° C. or higher using, for example, the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 161938/1982. The obtained fibers can be obtained as appropriate with a fiber diameter of 4 to 20 μm and a fiber length of 120 to 500 mm.
Moreover, the number of shots is very low at less than 5%,
The fibers themselves are highly entangled, so even if they are laminated as is without a binder, they are highly flexible and elastic.
The excellent feature of heat resistance of 900℃ or higher was confirmed. Next, the effects of each component of the composition constituting the heat-resistant inorganic fiber of the present invention will be described. SiO2 - Al2O3 - MgO - Fe2O3 compositions have excellent heat resistance, but have a large tendency to devitrify and have extremely poor workability. Therefore, in the present invention, CaO, B 2 O 3 , Na 2 O,
By blending an appropriate amount of K 2 O, we have discovered a component composition that makes it possible to obtain fibers with improved workability such as melting and fiberization without impairing heat resistance. The main components in the above composition are iO 2 and Al 2 O 3 . When the content of SiO 2 exceeds 50%, the viscosity increases, making it difficult to form fibers. 40 again
When it is less than %, heat resistance decreases. Therefore 40-50
% content is preferred. Furthermore, Al 2 O 3 contributes to improving heat resistance, but when its content exceeds 20%, viscosity increases rapidly, and when it is less than 12%, heat resistance decreases. Therefore, a content of 12 to 20% is preferred. B 2 O 3 to reduce viscosity in the above composition,
Mix Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO. If these are mixed in too much, they will reduce heat resistance.
The ability to reduce viscosity is B 2 O 3 > Na 2 O > K 2 O > CaO >
The order is MgO. Containing B 2 O 3 lowers viscosity, suppresses thermal expansion, and improves thermal shock resistance, but increases cost. However, if the content is less than 1%, the effect is small, and a content of 1 to 4% is preferable. Although Na 2 O and K 2 O are effective in reducing viscosity, they are alkaline and have poor corrosion resistance, so a content of 0 to 7% is preferred. CaO has the effect of reducing viscosity at high temperatures, but it also has the property of corroding the melting furnace, so
A content of 15% is preferred. MgO maintains heat resistance, reduces the temperature gradient of viscosity, and reduces devitrification, making it easier to form fibers during fiber production and making it easier to obtain long fibers. The content is preferably 12 to 18%. Fe 2 O 3 is effective in improving the strength of fibers at high temperatures.
A content of 6% is preferred. The composition of the above components is 1360℃ or higher, preferably 1360℃
Fiberization is carried out at ~1500°C, but in order to provide the obtained fiber with good flexibility and elasticity, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-
It is desirable to perform fiberization by the method described in Publication No. 161938. That is, in this method, inorganic fiber raw materials are melted in a melting furnace, flowed out vertically from a nozzle at the bottom of the furnace, and the molten composition is distributed all around the periphery of a rotary disk that rotates at high speed and is installed below the melting furnace. At the same time, the combustion gas from the burner provided above the radially inner side of the rotary disk is discharged radially to the periphery of the rotary disk. Maintaining and adjusting the temperature of the groove,
The fallen molten composition stream is projected onto the surrounding area by the centrifugal force of a rotary disk to elongate it into fibers, making it possible to suitably form fibers even at high temperatures. In the above method, the rotation speed of the rotary disk is 3000 r.p.
It is operated at 8,000 to 15,000 rpm to reduce the fiber diameter and obtain longer fiber length.
It is preferable to carry out the rotation at a rotation speed of . Using an apparatus having the above-mentioned composition and disclosed in JP-A No. 58-161938, preferably at a temperature of 1360°C or higher.
The heat-resistant inorganic fiber produced at a fiberization temperature of 1,360 to 1,500℃ is in the form of glass wool, and with an inorganic or organic binder, it can be made into felt, mat, or board shape.
It can be molded into a cylindrical shape. The density of the molded product is 6Kg/ m3 or more, but it is usually 8 to 120.
It is used at a density of Kg/ m3 , and can be effectively used as a heat-insulating and sound-absorbing material even at a low density of 8 to 24Kg/ m3 .
It was found that the performance was equivalent to or better than that of conventional rock wool products weighing 30 to 40 kg/ m3 . That is, the heat-resistant inorganic fiber of the present invention has a heat resistance temperature of 900°C and a density of 0.034 to 24Kg/ m3.
It has a thermal conductivity of 0.036kcal/mh℃ (average temperature 70℃), so it has a thermal conductivity that is equal to or better than glass wool, and has excellent thermal insulation performance even in the low density range that is difficult to use with rock wool. I know what you're doing. In addition, the tensile strength of the molded product is 0.10 to 0.40Kg/m 3 at a density of 8 to 24Kg/m 3 , and a normal glass wool molded product has a strength of 0.08 to 0.30 with the same density. It can be seen that the tensile strength is the same or higher. Next, the results of heat resistance tests and tensile strength tests conducted on the present examples and comparative examples will be shown. The component compositions of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1. Examples 1 to 4 are heat-resistant inorganic fibers having a fiber diameter of 4 to 10 μm. Comparative Example 1 is a commercially available rock wool, Comparative Examples 2 and 3 are fibers produced according to the examples, 2 is glass wool, and 3 is a fiber similar to the composition of the present invention.
【表】【table】
【表】
耐熱性試験では、各繊維をそれぞれ50mm×50mm
×25mmの形状、嵩密度100Kg／m3に成形し、これ
を試料とした。各試料を加熱炉に入れて加熱し、
炉内温度を測定する。試料を所定の温度で４時間
保持し、試料の厚さの収縮率が２％以下に相当す
る温度を求め、これを耐熱温度とした。結果を第
２表に示す。本実施例の耐熱温度はいずれも900
℃以上であり、比較例に比べて高いことがわか
る。
引張強度試験では、各繊維を８、12、24Kg／m3
の密度で50mm厚さにフエノール樹脂バインダー
（３％）を用いて成形し、これを第１図に示す形
状の試験片に作成した。次に第２図に示すよう
に、試験片の両端を一対の掴み金具で掴み、毎分
0.01Kg／cm2の荷重速度で引張り、試験片が破断し
たときの荷重を測定し、単位面積当りの荷重を引
張強度とした。結果を第２表に示す。実施例の引
張強度はグラスウールより大きいことが分る。
また第３図により、本発明品、グラスウール、
ロツクウールの密度と引張強度との関係を、室温
下で試験した結果を示した。この図から明らかで
あるように、いずれもバインダーを添加したもの
の方が引張強度は大きいことが分る。またロツク
ウールは引張強度は小さいが、本発明品はグラス
ウールと同等以上の引張強度を有していることが
分る。
以上述べたように本発明耐熱性無機繊維は、ロ
ツクウールより優れた耐熱性を有し且つグラスウ
ールと同等以上の可撓性及び弾性を有し、その実
用上の効果は大きい。[Table] In the heat resistance test, each fiber was
It was molded into a shape of 25 mm and a bulk density of 100 Kg/m 3 and used as a sample. Place each sample in a heating furnace and heat it.
Measure the temperature inside the furnace. The sample was held at a predetermined temperature for 4 hours, and the temperature at which the shrinkage rate of the sample thickness was 2% or less was determined, and this was defined as the heat-resistant temperature. The results are shown in Table 2. The heat resistance temperature of this example is 900
℃ or higher, which is higher than that of the comparative example. In the tensile strength test, each fiber was tested at 8, 12, and 24Kg/ m3.
The specimen was molded to a thickness of 50 mm using a phenolic resin binder (3%) at a density of 50 mm, and a test piece having the shape shown in FIG. 1 was prepared. Next, as shown in Figure 2, hold both ends of the test piece with a pair of gripping metal fittings, and
The test piece was pulled at a loading rate of 0.01 Kg/cm 2 , and the load at which the test piece broke was measured, and the load per unit area was defined as the tensile strength. The results are shown in Table 2. It can be seen that the tensile strength of the examples is greater than that of glass wool. Moreover, according to FIG. 3, the present invention product, glass wool,
The results of testing the relationship between the density and tensile strength of rock wool at room temperature are shown. As is clear from this figure, it can be seen that the tensile strength is greater in all cases with the addition of a binder. It is also seen that rock wool has a low tensile strength, but the product of the present invention has a tensile strength equal to or higher than that of glass wool. As described above, the heat-resistant inorganic fiber of the present invention has superior heat resistance to rock wool, and has flexibility and elasticity equal to or higher than glass wool, and has great practical effects.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は耐熱性試験用の試料片の形状を示した
図であり、第２図イ，ロは該試験片を掴み金具で
掴んだ状態を示した図であり、第３図は、本発明
品、グラスウール、ロツクウールの密度と引張強
度との関係を示した図である。
第３図中の各特性線は
〇本発明品（バインダー３％）
● 〃 （ 〃 ０％）
◇グラスウール（バインダー３％）
◆ 〃 （ 〃 ０％）
△ロツクウール（バインダー３％）
▲ 〃 （ 〃 ０％）
である。
１……試験片、２……掴み金具。
Figure 1 is a diagram showing the shape of a sample piece for a heat resistance test, Figure 2 A and B are diagrams showing the test piece being held with a metal fitting, and Figure 3 is a diagram showing the shape of a sample piece for heat resistance testing. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the density and tensile strength of the invented product, glass wool, and rock wool. Each characteristic line in Fig. 3 is as follows: 〇 Invention product (3% binder) ● 〃 ( 0%) ◇ Glass wool (3% binder) ◆ 〃 ( 0%) △ Rock wool (3% binder) ▲ 〃 ( 〃 0%). 1...Test piece, 2...Gripper.