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JPH05147975A - 耐熱性ガラス繊維 - Google Patents

耐熱性ガラス繊維

Info

Publication number
JPH05147975A
JPH05147975A JP3335500A JP33550091A JPH05147975A JP H05147975 A JPH05147975 A JP H05147975A JP 3335500 A JP3335500 A JP 3335500A JP 33550091 A JP33550091 A JP 33550091A JP H05147975 A JPH05147975 A JP H05147975A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
glass fiber
fiber
fibers
heat resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3335500A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Hioki
隆雄 日置
Hisao Masuyama
久男 増山
Kiyoshi Fukuoka
清 福岡
Shoichiro Shirai
省一郎 白井
Hajime Tashiro
肇 田代
Kozo Takimoto
浩三 滝本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichias Corp
Original Assignee
Nichias Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichias Corp filed Critical Nichias Corp
Priority to JP3335500A priority Critical patent/JPH05147975A/ja
Publication of JPH05147975A publication Critical patent/JPH05147975A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 繊維全体としてはEガラス繊維と実質的に同
一のガラス組成を有しホウケイ酸ガラスに属するが、表
層部だけがSiO2含有率80重量%以上のシリカ質ガラ
スからなる耐熱性ガラス繊維。 【効果】 Eガラス繊維よりも顕著に優れた耐熱性を示
す。Eガラス繊維を原料にして容易に製造することがで
き、耐熱性以外の物性はEガラス繊維のそれと酷似す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維全体の平均的ガラ
ス組成においてはEガラス繊維のそれと実質的に同一で
ありながらEガラス繊維よりも耐熱性が顕著に優れてい
て断熱材や高温電気絶縁用途に好適な耐熱性ガラス繊維
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Eガラス繊維は電気絶縁性や耐腐食性に
優れ、引張強度も大きいので、最も一般的なガラス繊維
として電気絶縁用材、断熱材、各種繊維強化複合材料用
の補強繊維等に広く利用されており、長繊維のほとんど
はEガラス繊維が占めている。組成上の特徴は、無アル
カリガラス繊維と呼ばれるようにアルカリ金属の含有率
が1%未満のホウケイ酸ガラスからなることにある。E
ガラス繊維の軟化点は約845℃であるが、普通は約3
50℃が使用可能な温度の上限である。それ以上の温度
では、何らかの荷重が加えられている実用状態において
は徐々に変形が起こり、それは冷却後も回復しないか
ら、たとえばマット状のものは弾力性の無い塊になって
しまう。Eガラス繊維では耐熱性が不足する分野におい
てはセラミック繊維、一般的にはシリカアルミナ繊維が
使用される。しかしながら、セラミック繊維はガラス繊
維よりも耐熱性が良いかわりに原料セラミックスを繊維
化するときの温度も高く、また繊維化にも高度の技術を
必要とするから、ガラス繊維と比べるときわめて高価で
ある。しかも、一般的には連続繊維の製造は困難であ
る。したがって、Eガラス繊維の耐熱性では不十分であ
ってもセラミック繊維ほどの耐熱性は必要としない用途
においては、セラミック繊維よりも、ガラス繊維の改質
によって製造可能な高度耐熱性繊維のほうが好ましい。
セラミック繊維に代わり得る耐熱性繊維は、健康への悪
影響が近年指摘され始めたセラミック繊維の使用量を減
らそうとする観点からも有意義である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ガラ
ス繊維を原料として製造可能な、そして耐熱性において
セラミック繊維に近い性能を示す耐熱性ガラス繊維を提
供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明が提供することに
成功した耐熱性ガラス繊維は、繊維全体としてはEガラ
ス繊維と実質的に同一のガラス組成を有するが、表層部
はSiO2含有率が80重量%以上、好ましくは85重量
%以上、特に好ましくは90重量%以上のシリカ質ガラ
スからなることを特徴とするものである。
【0005】一般的なEガラス繊維のSiO2含有率は約
50〜63重量%であり、本発明のガラス繊維も全体の
平均的組成としては上記Eガラス繊維と実質的に同一
の、すなわち多くても70重量%を超えないSiO2含有
率のものであるから、上記高シリカ質の表層部は本発明
のガラス繊維において薄いライニング層のように明確に
存在する。但し、繊維表面から芯部までの間で組成が不
連続に変化する明確な2層構造を有するわけではなく、
SiO2含有率は繊維表面から内側に向かって、急激にで
はあるが連続的に減少するので、本発明においてSiO2
含有率を問題にする場合は繊維表面から深さ120Åま
での領域を表層部と呼ぶ。繊維の芯部よりも高いSiO2
含有率を有することが分析により確認できる高シリカ質
の領域は、上記表層部からさらに数百Åないし約100
0Åの深さまで伸びているが、この高シリカ質領域全体
をみても、それは繊維径が10μm(10万Å)程度の
普通のガラス繊維においてはきわめて薄い“表皮”とで
もいうべき狭い領域である。
【0006】表層部におけるSiO2以外の成分は特に限
定されるものではないが、耐熱性に悪影響がある成分た
とえばB23等はできるだけ少ないことが望ましい。本
発明によるガラス繊維の主要構成成分のおよその含有率
を表層部と繊維全体について示すと次のようになる。参
考値として一般的なEガラス繊維の組成を併せて示す。 繊維表層部 繊維全体の平均値 Eガラス繊維 SiO(%) 80以上 50〜65 50〜63 Al2(%) 少量 10〜16 12〜16 B2(%) 少量 2〜12 8〜13 CaO+MgO(%) 少量 14〜21 15〜20 Na2O+K2O(%) 微量 微量 微量
【0007】
【作用】SiO2含有率が80重量%以上の表層部を有す
る本発明のガラス繊維は、理由は解明されていないが実
用上の耐熱限界温度がEガラス繊維のそれよりも著しく
高い。たとえば、Eガラス繊維からなるマットは約70
0℃を超える温度では繊維の熱変形により急速に収縮し
て密度の高い塊になり、耐火被覆材としての機能を果た
さなくなるが、本発明のガラス繊維からなるものは、少
なくとも900℃で30分間の加熱に耐え、1050℃
・30分間の加熱に耐えるものさえある。本発明のガラ
ス繊維は、耐熱性が上述のように従来のガラス繊維の水
準を超えるものであるが、耐熱性以外の物性および化学
的性質においては、繊維全体の平均的なガラス組成から
期待されるとおり、Eガラス繊維と同等のものである。
【0007】本発明のガラス繊維と同様に高シリカ質の
表面層とEガラス類似の芯層を持つものであっても、シ
リカ質表面層が厚く、それにより繊維全体の平均的なガ
ラス組成もEガラス繊維のそれとは著しく異なる高シリ
カ質繊維は、組成的にはいわゆるシリカ繊維に近く、耐
熱性は本発明のガラス繊維よりも優れているが、柔軟性
がなく、さらに引張強度が低いので、ニードルパンチ加
工などの加工ができない。また、もろく崩壊し易いので
発塵による健康への悪影響が懸念されるなど、Eガラス
繊維の持つ特長の幾つかは失われているから、本発明の
目的からは外れるものである。
【0008】本発明のガラス繊維は、Eガラス繊維を酸
の水溶液中に適当時間浸漬して繊維表面付近にあるアル
カリ土類金属、アルカリ金属、アルミナ、酸化ホウ素
等、シリカ以外の成分を溶出させたのち、水洗し加熱乾
燥するだけで容易に製造することができる。すなわち、
原料繊維を構成するEガラスはきわめて緻密であって酸
を浸透させないため、酸によるガラス成分の溶出は繊維
表面からしか起こらず、一部成分が溶出して表層部の組
織がルーズになることにより初めてその内側への酸の浸
透が可能になるから、酸処理により必ず明確な高シリカ
質表面層が形成され、内部は実質的にもとのEガラスの
まま残るのである。
【0009】酸処理に使用する酸としては、塩酸が最も
適しており、次いで硝酸が適する。酸処理における繊維
成分の溶出速度は、用いる酸の濃度、処理温度、撹拌の
有無もしくは程度等により異なるので、好適処理時間は
実験的に決定する必要があるが、濃度約9〜12%、温
度約40〜70℃の塩酸を使用する場合、約30分〜数
時間の浸漬処理で本発明のガラス繊維を得ることができ
る。
【0010】
【実施例】日本電気硝子株式会社製のEガラス繊維(平
均繊維径9μmの長繊維)を塩酸水溶液に浸漬して本発
明のガラス繊維を製造した。塩酸水溶液としては濃度9
%、温度40℃のもの、または濃度12%、温度70℃
のものを用い、使用量は、原料繊維重量の7倍量とし
た。浸漬時間を種々変更して得られた繊維および原料繊
維のガラス組成および耐熱性を表1にまとめて示す。な
お、組成分析は、表層部については光電子分光装置によ
り行い、繊維全体については粉砕して化学分析により行
なった。“耐熱性”は下記試験における判定結果を示
す。
【0011】耐熱性試験法:繊維をルツボに入れ、電気
炉中で900℃〜1050℃の範囲で50℃おきに30
〜120分間加熱し、繊維の変化を観察し、次の基準で
耐熱性を判定する。 ◎ 繊維のしなやかさがほぼ保たれている。 ○ 繊維のしなやかさが半ば失われている。 △ 繊維の形状は残っているがしなやかさがほとんど失
われている。 ▲ 繊維が融着し変形している。 × 繊維がすべて溶融し試料全体が一つの塊になってい
る。
【0012】
【表1】
【0013】また、上記製造例による試料のガラス繊
維の表面から中心方向へのガラス組成変化を30Å間隔
で調べた結果を図1に示す。
【0014】
【発明の効果】上述のように、本発明によるガラス繊維
はEガラス繊維を原料として容易に製造することがで
き、しかも耐熱性においてはセラミック繊維に近い優れ
た性能を示す。したがって、従来Eガラス繊維では耐熱
性が不十分なためセラミック繊維を使用せざるを得なか
った多くの分野で使用することができ、建築における耐
火被覆等のコスト削減と環境衛生の改善に大きな貢献を
なし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例で処理されたEガラス繊維(試料)
のガラス組成を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 肇 横浜市戸塚区平戸3−6−10−501 (72)発明者 滝本 浩三 横浜市神奈川区松見町4−1000 3−B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維全体としてはEガラス繊維と実質的
    に同一のガラス組成を有するが表層部はSiO2含有率が
    80重量%以上のシリカ質ガラスからなることを特徴と
    する耐熱性ガラス繊維。
JP3335500A 1991-11-26 1991-11-26 耐熱性ガラス繊維 Pending JPH05147975A (ja)

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JP3335500A JPH05147975A (ja) 1991-11-26 1991-11-26 耐熱性ガラス繊維

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