JPH07206535A

JPH07206535A - 繊維補強耐火構造物およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07206535A
Application number: JP5352959A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Okada; 慎一郎岡田; Shoji Doi; 祥司土肥
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】長方形状や立体形状などであっても、高い機
械的強度および耐スポーリング性を有する繊維補強耐火
構造物を、簡単な操作で効率よく製造する。【構成】１ｍ当り５〜３０回の撚りをかけた繊維束１
に熱硬化性樹脂などの結合剤を含浸させ、結合剤含浸繊
維束５を、回転ドラム７に巻回する。その際、回転ドラ
ム７の軸方向に沿って往復動するトラバースローラ６に
より、結合剤含浸繊維束５を移動させながら、回転ドラ
ム７にメッシュ状に巻回する。回転ドラム７に対する巻
き付け角度θ1 を４５゜＜θ1 ≦８５゜とすると、複数
の縦糸と複数の横糸とが、位置を異にして、９０゜＜θ
2 ≦１７０゜の交差角度θ2 で交差する。巻回した繊維
束を補強材として、耐火材中に埋設し、成形および焼成
することにより繊維補強耐火構造物が得られる。埋設さ
れた補強材が異方性を示すため、補強材の交差部におい
て鋭角部が向く方向に対する補強性を強化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の溶融や精練、物
質の高熱処理などに使用できる繊維補強耐火構造物およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属の溶融や精練、物質の高熱処理など
に用いられる坩堝、溶融金属容器、精練炉、連続鋳造用
ノズル、高炉用流し込み樋材などの耐火構造物は、極め
て大きな熱衝撃を受ける苛酷な条件で使用される。そこ
で、このような耐火構造物の機械的強度、耐食性、耐熱
衝撃性、耐スポーリング性などを向上させるため、炭素
繊維などの耐火繊維を含有させた繊維補強耐火構造物が
提案されている。

【０００３】例えば、特開昭５８−８８１６７号公報に
は、耐火原料に特定量の炭素および炭素繊維を含有させ
た炭素質耐火物が開示されている。特開昭６０−４２２
７８号公報には、窒化硅素、耐火材、炭素材および炭素
繊維からなる耐火物が開示されている。また、特開昭６
２−１０５９７０号公報には、特定量の炭化硅素、炭素
繊維、炭素、金属シリコンなどを含むキャスタブル耐火
物が開示されている。さらに、特開平１−１２２９７２
号公報には、耐火材に特定の径および長さを有する炭素
繊維およびアルミニウム繊維を配合した不焼成定形耐火
物が開示されている。

【０００４】しかし、これらの耐火物に用いられている
炭素繊維などの繊維は、何れも短繊維であるため、機械
的強度および耐スポーリング性などの点で、未だ十分で
はない。また、耐火物を製造する際、短繊維の毛玉が発
生したり、繊維切れが生じるため、補強効果にむらがで
きやすい。

【０００５】一方、特開昭５９−３５０６９号公報に
は、破断伸度が１％以下の炭素繊維をテープ状に加工し
て、熱硬化性樹脂の溶媒希釈溶液中に浸漬し、次いで該
炭素繊維外表面に熱硬化性樹脂を塗布し、炭素含有耐火
物中に配置する炭素繊維補強炭素含有耐火物の製造法が
開示されている。しかし、テープ状の炭素繊維を耐火物
中に一定間隔に配置する作業は煩雑であり、効率よく耐
火物を製造することができない。また、耐火物に対する
補強効果も十分ではない。

【０００６】また、特開昭５９−１６２１８２号公報に
は、無機質系繊維の網または布と耐火物原料層を積層
し、加熱して焼結した繊維入り耐火物が開示されてい
る。しかし、縦糸と横糸とが直交した繊維の網または布
は等方性を示すため、熱衝撃などの力を受けやすい方向
の補強力を強化することが困難である。したがって、長
方形状や立体形状を有する耐火物などでは、十分な強度
および耐スポーリング性が得られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、長方形状や立体形状などであっても、高い機械的強
度および耐スポーリング性を有する繊維補強耐火構造物
を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、上記のような優れた
特性を有する繊維補強耐火構造物を、簡単な操作で効率
よく製造できる方法を提供することにある。

【０００９】

【発明の構成】本発明者らは、前記目的を達成するため
鋭意検討の結果、結合剤を含浸させた繊維束を、特定の
巻き付け角度で回転ドラムにメッシュ状に巻回して得ら
れる繊維束を補強材として、耐火材中に埋設して成形し
焼成すると、立体形状等であっても、機械的強度、耐ス
ポーリング性などに著しく優れた繊維補強耐火構造物を
簡易に得られることを見出だし、本発明を完成した。

【００１０】すなわち、本発明は、結合剤を含浸した繊
維束からなる縦糸と横糸とが互いに交差して接合したメ
ッシュ状補強材が埋設された耐火材が、成形され且つ焼
成された耐火構造物であって、前記補強材が、一方の方
向に間隔を置いて延出する縦糸群を構成する複数の縦糸
と、前記方向と交差する方向に間隔を置いて延出する横
糸群を構成する複数の横糸とが、位置を異にして、９０
゜＜θ2 ≦１７０゜の交差角度θ2 で交差し、接合して
形成されている繊維補強耐火構造物を提供する。

【００１１】この繊維補強耐火構造物において、補強材
が、複数の縦糸群と複数の横糸群とが互いに位置を異に
して、順次積層して交差し、接合して形成されているの
が好ましい。

【００１２】また、好ましい繊維補強耐火構造物には、
繊維が炭素繊維であって、且つ前記炭素繊維を０．１〜
１体積％含む耐火構造物が含まれる。

【００１３】本発明は、また、結合剤を含浸した繊維束
を、回転体の回転軸方向に沿って往復動させながら、前
記回転体に対する巻き付け角度θ1 が４５゜＜θ1 ≦８
５゜の範囲内で、前記回転体にメッシュ状に巻回し、得
られたメッシュ状の繊維束を補強材として耐火材に埋設
した後、成形し、焼成する繊維補強耐火構造物の製造方
法を提供する。この方法において、１ｍ当り、５〜３０
回の撚りをかけた繊維束を用いてもよい。

【００１４】なお、本明細書における耐火構造物は、金
属の溶融や精練、物質の高熱処理など高温下で使用され
る耐火物製品を意味し、コンクリート構造物などの建
築、土木用構造物を含まない。

【００１５】以下、必要に応じて添付図面を参照しつつ
本発明をより詳細に説明する。

【００１６】本発明の繊維補強耐火構造物の主たる特徴
は、縦糸と横糸とが直交しないメッシュ状補強材が埋設
された耐火材が、成形され且つ焼成されている点にあ
る。この補強材は、結合剤含浸繊維束で形成され、一方
の方向に間隔を置いて延出する縦糸群を構成する複数の
縦糸と、前記方向と交差する方向に間隔を置いて延出す
る横糸群を構成する複数の横糸とが、位置を異にして、
かつ９０゜＜θ2 ≦１７０゜、好ましくは１００゜≦θ
2 ≦１４０゜の交差角度θ2 で互いに交差し、交差部で
接合している。

【００１７】本発明の前記繊維補強耐火構造物は、例え
ば、以下に示す本発明の方法により製造することができ
る。本発明の方法は、結合剤を含浸した繊維束から補強
材を得る補強材製造工程と、前記補強材を耐火材中に埋
設し、成形および焼成する耐火構造物製造工程とからな
る。

【００１８】図１は本発明の方法における補強材製造工
程の一例を示す概略斜視図である。この例では、繊維束
１を、ガイドローラ４ａ，４ｂ，４ｃにより含浸槽２内
の結合剤溶液３に案内しながら浸漬して結合剤を含浸さ
せ、結合剤含浸繊維束５をトラバースローラ６により往
復動させながら、回転ドラム７に巻回している。このよ
うな方法では、円筒状の回転ドラム７の前方に位置する
トラバースローラ６を前記回転ドラム７の軸方向に沿っ
て往復動させながら、回転ドラム７に巻回させることが
できる。

【００１９】回転ドラム７に対する結合剤含浸繊維束５
の巻き付け角度θ1 は、所望する補強繊維の組織に応じ
て縦糸と横糸とが直交しない範囲、例えば、４５゜＜θ
1 ≦８５゜、好ましくは５０゜≦θ1 ≦７０゜程度であ
る。

【００２０】繊維束１を構成する繊維としては、耐火繊
維であればよく、例えば、ポリアクリロニトリル、フェ
ノール樹脂、レーヨンなどの高分子繊維、石油又は石炭
系ピッチなどを素材とする炭素繊維；アルミナ繊維；炭
化硅素繊維；ジルコニア繊維；シリカ繊維；アルミニウ
ムシリケート繊維；チタン酸カリウム繊維；アルミニウ
ム又はアルミニウム合金繊維などが挙げられる。これら
の繊維は少なくとも一種使用できる。これらの繊維の中
で炭素繊維などが好ましい。

【００２１】なお、炭素繊維とは炭化又は黒鉛化された
繊維を言い、１５００℃程度以上の高温で焼成したもの
は結晶構造が黒鉛化していないときでも黒鉛化の概念に
含める。補強繊維として炭素繊維を用いると、特に、耐
火構造物の機械強度、耐食性、耐スポーリング性が向上
する。

【００２２】繊維の素線径は、例えば、５〜２００μｍ
程度である。繊維束は、適当な数の素線、例えば、５０
０〜４８００００本程度の素線で構成できる。

【００２３】繊維は、耐火材に対する補強効果を高める
ため、引張弾性率５×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上の繊維
が好ましい。

【００２４】繊維束は、撚りをかけることなく、回転ド
ラムに巻回してもよいが、撚りをかけると、ドラムに巻
き付けたとき繊維束が偏平になるのを防止できるととも
に、耐火材との接着性を高めることができる。また、断
面が円形状となるため、補強材自体の曲げ剛性が大きく
なり、運搬時、施工時の作業性が向上する。繊維束の撚
り数は、適当に選択できるが、１ｍ当り、５〜３０回、
好ましくは１０〜１５回程度である。

【００２５】なお、繊維束の撚りは、結合剤を含浸する
前に行ってもよく、結合剤含浸中や結合剤含浸後に行っ
てもよい。

【００２６】前記繊維束１に含浸する結合剤としては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、
ポリイミドなどの熱硬化性樹脂；石炭または石油ピッ
チ；ポリアセタール、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキ
サイド、ポリアリレート、芳香族ポリアミドなどの熱可
塑性樹脂が例示される。上記結合剤は一種または二種以
上使用される。

【００２７】これらの結合剤のうち、残炭率の高い結合
剤、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性
樹脂およびピッチなどが好ましい。結合剤の残炭率は、
通常２０〜８５重量％、好ましくは４０〜８５重量％、
さらに好ましくは５０〜８５重量％程度である。結合剤
の残炭率が低いと、高温使用時に熱分解により気泡が発
生して耐火構造物内に気孔が形成されため、耐火構造物
の機械的強度が低下しやすい。結合剤として熱硬化性樹
脂を使用する場合、樹脂の種類に応じた硬化剤が使用で
きる。

【００２８】なお、結合剤は、前記繊維束に含浸可能な
粘度を有していればよく、必要に応じて、炭化水素類、
アルコール類、エステル類、ケトン類、エーテル類など
の有機溶媒に溶解した溶液又は分散した分散液として使
用することができる。

【００２９】結合剤の含浸量は、繊維束の一体性などを
損わない範囲で選択でき、例えば体積含有率２０〜９０
％、好ましくは４０〜８０％程度である。また、必要に
応じて、結合剤含浸工程で繊維束に過剰に付着した結合
剤を絞り手段などで除去してもよく、結合剤含浸後に有
機溶媒を乾燥手段により除去してもよい。

【００３０】このような結合剤を用いることにより、繊
維束同士の密着力が向上すると共に、繊維と耐火性骨材
との間の密着性も増加するため、補強材による補強効果
が十分に発揮される。

【００３１】そして、本発明の方法では、前記のよう
に、結合剤含浸繊維束５を回転ドラム７にメッシュ状に
巻回する。繊維束５の往復動は、前記トラバースローラ
６に限らず、例えば、前記結合剤含浸繊維束５と掛止す
る掛止片と、この掛止片を、前記回転ドラム７の軸方向
に沿って往復動させる往復動機構とで構成された往復動
手段の往復速度を調整することによりコントロールして
もよい。

【００３２】このような方法では、前記往復動手段の往
復速度と、回転ドラム７の回転速度とを相対的に調整す
ることにより、補強繊維におけるメッシュ間隔及び繊維
束５の角度を任意にコントロールできる。また、メッシ
ュ間隔及び繊維束の角度が異なる補強材を、結合剤含浸
繊維束５の往復動と回転ドラム７への巻回という簡単な
操作で効率よく製造できる。

【００３３】さらに、本発明の方法では、一本の結合剤
含浸繊維束５を少なくとも一回往復動させることによ
り、一方の方向に間隔を置いて延びる複数の縦糸で構成
された縦糸群と、前記方向と交差する方向に間隔を置い
て延びる複数の横糸で構成された横糸群とを、交差させ
ることもでき、回転ドラム７に対する巻き付け位置を異
にして複数回往復動させることにより、縦糸と横糸との
位置をずらして交差させることもできる。後者の場合に
は、複数の縦糸群と、複数の横糸群とを、互いに位置を
異にして、順次積層状態で交差させることができる。

【００３４】好ましい方法には、一本の結合剤含浸繊維
束５を、一方の方向に所定のピッチで巻回して縦糸を形
成し、形成された縦糸と交差する方向に所定のピッチで
巻回して横糸を形成した後、前記一方の方向及び交差方
向に少なくとも１回以上、位置をずらして、好ましくは
略等間隔毎に位置をずらして往復動させて巻回する方法
が含まれる。

【００３５】また、回転体に結合剤含浸繊維束を巻回す
るので、結合剤含浸繊維束の張力を調整することによ
り、結合剤含浸繊維束をプレスした場合と同様に、繊維
束同士の密着力を高めることができる。

【００３６】また、回転ドラム７に巻回された補強繊維
のメッシュ間隔は、補強性能に応じて適宜設定でき、例
えば、２ｍｍ以上、好ましくは５〜３００ｍｍ、さらに
好ましくは１０〜２００ｍｍ程度である。メッシュ間隔
が２ｍｍ未満であるとメッシュ間に充填される耐火材の
量が少なく補強性が十分でない。

【００３７】この例では、回転ドラム７は、円筒状の胴
部の両端に半球状の鏡板が取付けられた俵状の形状を有
している。そのため、前記繊維束５を、回転ドラム７の
全体に巻回した後、巻回された繊維束を回転ドラムの中
央部で周方向に切断して抜き取るか、または、前記繊維
束５を、回転ドラム７の左右の何れか半分のみに巻回し
た後、巻回された繊維束をそのまま抜き取ることによ
り、丸底の円筒形状を有するメッシュ状の補強材が得ら
れる。このような補強材は、例えば坩堝や溶融金属容器
などの耐火構造物の補強材として好適に用いられる。

【００３８】なお、前記半球状の鏡板の表面には、繊維
の巻回を確実にするため、案内溝が形成されていてもよ
い。

【００３９】前記結合剤として、熱硬化性樹脂を用いる
場合には、巻回された繊維束を回転ドラムから取り外し
た後、硬化工程に供する場合が多い。熱硬化性樹脂の硬
化は、通常、室温〜２００℃程度の温度で行うことがで
きる。

【００４０】また、前記繊維束５は、回転ドラム７の円
筒状の胴部のみに巻回してもよい。この場合には、巻回
された繊維束をそのまま回転ドラムから抜き取ることに
より、円筒形状のメッシュ状補強材を得ることができ
る。さらに、巻回された補強繊維を、軸方向または軸に
対して斜め方向に切断し剥離して、回転ドラムから取り
外すことにより、シート状の補強材を得ることができ
る。

【００４１】巻回された繊維束の剥離を容易にするた
め、回転ドラムは、フッ素系コーティング剤などにより
予めコーティングされていてもよく、剥離可能なフィル
ムで予め被覆されていてもよい。

【００４２】なお、回転ドラム７には、半球状の鏡板が
取付けられていなくてもよい。この場合には、前記回転
ドラム７の胴部のみに繊維束５を巻回する場合と同様に
して、円筒形状、またはシート状の補強材を得ることが
できる。

【００４３】また、立体形状の補強材は、前記のよう
に、回転ドラムからメッシュ状のプリプレグを抜き取る
ことにより得られるが、シート状のプリプレグを用いる
と、成形加工により種々の立体形状の補強材を得ること
ができる。前記立体形状としては、繊維補強耐火構造物
の形状等に応じて選択でき、例えば、円筒状、楕円筒
状、断面三角形、断面四角形、断面六角形などの断面多
角形状、断面Ｈ型などの断面異形状、半球状などが例示
できる。

【００４４】シート状のプリプレグであるメッシュ体
を、立体形状の補強材に成形加工する方法は、慣用の方
法、例えば、断面円筒状や断面多角形状である場合に
は、断面円形や多角形の型にシート状プリプレグを巻回
したり、所定の金型を用い、加圧成形、オートクレーブ
成形などの成形法に準じて行うことができる。また、断
面異形状、半球状などである場合には、前記と同様に、
所定の金型を用い、加圧成形、オートクレーブ成形など
の成形法に準じて行うことができる。

【００４５】前記成形工程で加圧成形法やオートクレー
ブ成形法などを採用すると、立体形状の補強材の交差部
における段差の生成を抑制できるとともに、接合強度が
大きく、一体性の高い補強材を得ることができる。な
お、断面方形状やＨ型などの補強材は、小梁、ボードな
どの補強材とすることができる。成形に際しては、シー
ト状の複数枚のプリプレグを積層して成形してもよい。

【００４６】また、前記結合剤として熱硬化性樹脂を用
いる場合、成形されたプリプレグを硬化工程に供するこ
とにより３次元補強材を得ることができる。

【００４７】図２は本発明における補強材の一例を示す
組織図である。この例では、一方の方向に所定間隔で延
びる縦糸１１からなる１つの縦糸群と、前記縦糸１１と
交差する方向に所定間隔で延びる横糸１２からなる１つ
の横糸群とが交差し、交差部において積層状態で接合し
ている。

【００４８】このような補強材は、前記樹脂含浸繊維束
を、回転体に、一方の方向に所定ピッチで巻回して縦糸
１１を構成し、巻回した前記縦糸１１と交差させなが
ら、前記縦糸１１上に所定ピッチで巻回することにより
横糸１２を構成することにより製造できる。

【００４９】補強材は、一方の方向に間隔を置いて延出
する複数の縦糸群と、前記方向と交差する方向に間隔を
置いて延出する複数の横糸群とが互いに位置を異にし
て、順次、積層状態で交差しているのが好ましい。

【００５０】図３は本発明における他の補強材を示す組
織図である。この例では、一方の方向に所定間隔で延び
る縦糸２１ａからなる第１の縦糸群と、前記縦糸２１ａ
と交差する方向に所定間隔で延びる横糸２２ａからなる
第１の横糸群と、前記一方の方向に所定間隔で延びる縦
糸２１ｂからなる第２の縦糸群と、前記第２の縦糸群の
縦糸２１ｂと交差する方向に所定間隔で延びる横糸２２
ｂからなる第２の横糸群とが、互いに位置を異にして順
次交差し、交差部において積層状態で接合している。

【００５１】このような組織の補強材は、結合剤含浸繊
維束を、一方の方向に所定ピッチで巻回して第１の縦糸
２１ａを構成し、巻回した前記縦糸２１ａと交差させな
がら、前記縦糸２１ａ上に所定ピッチで巻回して第１の
横糸２２ａを構成する。次いで、前記結合剤含浸繊維束
を、前記第１の縦糸２１ａ間に位置するピッチで、しか
も前記第１横糸２２ａと交差させながら、前記一方の方
向に巻回して第２の縦糸２１ｂを構成した後、前記第１
の横糸２２ａ間に位置するピッチで、しかも前記第１の
縦糸２１ａと交差させながら、前記第１及び第２の縦糸
２１ａ，２１ｂ上に巻回して第２の横糸２２ｂを構成す
ることにより製造できる。

【００５２】図４は本発明におけるさらに他の補強材を
示す組織図である。この例では、一方の方向に所定間隔
で延びる縦糸３１ａからなる第１の縦糸群と、前記縦糸
３１ａと交差する方向に所定間隔で延びる横糸３２ａか
らなる第１の横糸群と、前記と同様の縦糸３１ｂからな
る第２の縦糸群と、前記と同様の横糸３２ｂからなる第
２の横糸群と、縦糸３１ｃからなる第３の縦糸群と、横
糸３２ｃからなる第３の横糸群とが、互いに位置を異に
して順次交差し、交差部において積層状態で接合してい
る。

【００５３】このような補強材では、第１の縦糸３１ａ
間に第２及び第３の縦糸３１ｂ，３１ｃを略等間隔毎に
位置させ、第１の横糸３２ａ間に第２及び第３の横糸３
２ｂ，３２ｃを略等間隔毎に位置させ、しかも、第１の
縦糸３１ａと第３の横糸３２ｃとの間の複数の縦糸３１
ｂ，３１ｃ及び横糸３２ａ，３２ｂとを交互に交差させ
ることができる。

【００５４】なお、結合剤含浸繊維束で形成される縦糸
と横糸のピッチは同一であってもよく異なっていてもよ
い。また、縦糸と横糸の素線数や径も同一であってもよ
く異なっていてもよい。

【００５５】補強材の縦糸を構成する縦糸群、及び横糸
を構成する横糸群の数は、縦糸又は横糸の上に横糸又は
縦糸が交差する限り、同一であってもよく、異なってい
てもよい。

【００５６】本発明の方法では、上記のようにして得ら
れる補強材を耐火構造物製造工程に供する。この工程で
は、前記補強材を補強材として耐火材に埋設して、成形
し、焼成する。

【００５７】耐火材としては、耐火物の原料として通常
用いられる天然又は人工の耐火物原料を用いることがで
きる。前記耐火材として、例えば、ケイ石、ロウ石、種
々の耐火粘土類、陶石、シリマナイト、アンダリュサイ
ト、カイヤナイト、ボーキサイト、クロム鉄鉱、天然黒
鉛、カンラン岩、マグネサイト、ドロマイト、石灰岩な
どの天然耐火材；マグネシアクリンカー、合成ムライ
ト、ジルコニア、安定化ジルコニア、焼結アルミナ、電
融アルミナ、合成ドロマイトクリンカー、人造黒鉛、コ
ークス、カーボンブラック、シリカ、チタニア、ベリリ
ア、トリア、炭化硅素などの炭化物、窒化硅素などの窒
化物、ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物などの人工耐
火材などが挙げられる。これらの耐火材は、単独でもし
くは混合して用いることができる。

【００５８】好ましい耐火材には、マグネシア、アルミ
ナ、シリカなどの酸化物を含む耐火材；これらの酸化物
と黒鉛などの炭素材との混合物などが含まれる。特に好
ましい耐火材として、マグネシアおよび黒鉛を含む耐火
材などが挙げられる。

【００５９】耐火材の粒径は、耐火構造物の機械的強度
を損なわない範囲で適宜選択できるが、通常０．１μｍ
〜３ｍｍ、好ましくは０．１μｍ〜０．５ｍｍ程度であ
る。耐火材の粒径が大きすぎると、補強材として用いる
繊維が切断され易くなる。

【００６０】補強材の使用量は、繊維の量として、耐火
材および補強材の全量に対し、例えば０．０５〜１０体
積％、好ましくは０．１〜１体積％、さらに好ましくは
０．１〜０．５体積％程度である。前記使用量が、０．
０５体積％未満では、十分な強度が得られにくく、１０
体積％を越えると、成形性が低下しやすい。前記補強材
は、メッシュ状であるため、短繊維と比較し、少量であ
っても高い補強効果を示す。

【００６１】補強材の耐火材への埋設および成形は、慣
用の方法、例えば、耐火材と所定形状の補強材および必
要に応じて適当な添加材とを所定の型に入れ、加圧成形
などにより成形することにより行うことができる。

【００６２】前記添加材としては、例えば、耐火粘土、
ピッチ、タールなどの慣用の結合材；水；カオリン、ベ
ントナイトなどの可塑性無機質材料；長石、リン酸カル
シウムなどの媒溶材等が挙げられる。

【００６３】補強材は、耐火構造物に対応する型の面に
沿って全体的に配置して埋設してもよく、また、亀裂の
入りやすい曲面部などに対応する箇所に部分的に配置し
て埋設もよい。例えば、坩堝などの耐火容器を製造する
場合、補強材を、側壁部および底部に対応する箇所全体
に配置して埋設してもよいが、底部又は側壁部に対応す
る箇所のみに配置し、埋設することもできる。

【００６４】補強材の使用個数は特に限定されず、例え
ばシート状補強材を１枚のみ埋設してもよく、複数枚を
所定の間隔で積層して埋設してもよい。シート状補強材
を１枚埋設する場合には、耐火構造物の厚み方向の中央
部に位置するように埋設するのが好ましい。また、補強
材としては、一体品を用いてもよく、各部分ごとに製造
した補強材を組合せて用いてもよい。

【００６５】補強材を埋設した耐火材を成形する際の成
形圧力は、用いる耐火材や目的の耐火構造物の種類に応
じて、０．１〜３０００ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）程
度の広い範囲から適宜選択できる。例えば、黒鉛坩堝な
どの耐火容器等を製造する場合の成形圧力は、通常０．
１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）、好ましくは１〜
５ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）程度である。成形は冷間
成形であってもよく、加熱成形であってもよい。

【００６６】得られた成形品の焼成は、慣用の方法によ
り行うことができる。焼成温度は、耐火材の種類等によ
り適宜選択でき、例えば８００〜２０００℃、好ましく
は１２００〜１６００℃程度である。この焼成により、
多くの耐火材は焼結する。

【００６７】本発明における補強材は、縦糸と横糸とが
直交することなく交差しているので、メッシュ筋自体の
長手方向、すなわち交差部において鋭角部が向く方向の
剛性が高くなるという異方性を有する。そのため、テー
プ状の繊維や等方性を示す直交型のメッシュ状繊維を用
いる場合と比較して、耐火材中に配筋する際の作業性が
向上し、繊維補強耐火構造物を効率よく製造できる。ま
た、球面を有する補強材の加工が容易であるため、丸底
の坩堝、金属溶融容器など球面を有する耐火構造物を簡
易に製造できる。

【００６８】さらに、交差部において鈍角部が向く方向
に対する補強性よりも、鋭角部が向く方向に対する補強
性を特に高めることができる。そのため、黒鉛坩堝等の
側部が円筒状であって、軸方向に亀裂ができやすい耐火
構造物では、交差部における鋭角部を周方向に向けて埋
設することにより、周方向の補強性を高め、亀裂の発生
を効果的に防止することができる。また、長方形状の耐
火構造物においては、シート状の補強材を、交差部にお
ける鋭角部を力をうけやすい方向に向けて埋設すること
により、前記方向の補強性を高めることができる。ま
た、縦糸と横糸とが交差しているので、交差部において
鈍角部が向く方向に対しても十分な強度が確保できる。

【００６９】特に、１つの縦糸群と１つの横糸群とで構
成された図２に示されるような補強材に比べて、例えば
図３、図４に示されるような、複数の縦糸群の縦糸と複
数の横糸群の横糸とが位置を異にして交差する補強材で
は、大きな面積を有する耐火構造物や立体形状の耐火構
造物を作製する際、曲げ撓みも小さく、作業性が向上す
ると共に、補強効果も大きい。

【００７０】また、補強材の縦糸と横糸とが所定の角度
で交差して二方向に配向しているので、耐火材中に埋設
した場合、二方向の繊維に応力を作用させることができ
る。そのため、耐火材からの引抜き抵抗を大きくでき、
補強効果が大きい。

【００７１】こうして得られる繊維補強耐火構造物は、
金属の溶融や精練、物質の高熱処理などに用いられる黒
鉛坩堝などの坩堝、溶融金属容器、精練炉、連続鋳造用
ノズル、高炉用流し込み樋材等として使用できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明の繊維補強耐火構造物では、埋設
された補強材が異方性を示すため、補強材の交差部にお
いて鋭角部が向く方向に対する補強性を強化できる。そ
のため、本発明の繊維補強耐火構造物は、長方形状や立
体形状などであっても、高い機械的強度および耐スポー
リング性を有する。

【００７３】本発明の方法によれば、結合剤含浸繊維束
を回転体にメッシュ状に巻回して得られる補強材を耐火
材中に埋設するので、簡単な操作で効率よく繊維補強耐
火構造物を製造することができる。また、結合剤含浸繊
維束の往復速度および回転体の回転速度を相対的に調整
することにより、補強材のメッシュ間隔及び繊維束の角
度を容易かつ任意に調整でき、耐火構造物の形状に応じ
て、熱衝撃などの力を受けやすい方向に対する補強を強
化することができる。

【００７４】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。

【００７５】実施例１素線数１２０００（１２Ｋ）のポリアクリロニトリル系
炭素繊維（引張強度３６０ｋｇｆ／ｍｍ²、引張弾性率
２３×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²）を３本集めて３６Ｋと
し、１ｍ当り１２回の撚りをかけた。図１に示されるよ
うな補強材製造工程に従い、この繊維束に、結合剤とし
てフェノール樹脂［群栄化学工業（株）製、商品名レジ
トップＰＳ４１０１］の溶液（５０重量％メタノール溶
液）に含浸させながら、製造する坩堝の底部の形状に対
応したほぼ半球状の鏡板を両端部に有する回転ドラム
（太鼓付きマンドレルを使用：６３０ｍｍφ、全長１１
７ｃｍ）に、回転ドラムの全長に亘って繊維束を巻き取
った。なお、回転ドラムの円筒部分において、綾角６０
゜、繊維間隔（メッシュの一辺の長さ）３ｃｍとなるよ
うに、回転ドラムを一定の速度で回転させると共に、ト
ラバースローラを一定の速度で往復動させた。回転ドラ
ムの円柱部分に繊維束を巻き取る際の糸速度は２０ｍ／
分であった。巻き終った後、装置の作動を停止し、巻回
した結合剤含浸繊維束を軸方向の中央部で周方向に切断
し、回転ドラムから抜き取った後、１５０℃で２時間樹
脂を硬化させることにより、結合剤含有率５０体積％の
補強材を２つ得た。

【００７６】得られた１つの補強材と、耐火材［マグネ
シアクリンカー８０重量％および鱗状黒鉛２０重量％か
らなる粉末（最大粒径２ｍｍ）］および耐火材に対して
３重量％の石炭ピッチとを、所定の型（内径６００ｍ
ｍ、高さ６００ｍｍ、厚み３０ｍｍの坩堝に対応する
型）に入れ、２ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）の条件で冷
間加圧成形した。なお、補強材４１は、繊維の交差部に
おける鋭角部を周方向に向けると共に、厚み方向の中央
部に位置するように埋設した。補強材の使用量は、炭素
繊維として、耐火材および補強材全量に対し、０．３体
積％である。得られた成形品を、コークス粉中、１４０
０℃で１２時間焼成し、図５で示されるような繊維補強
坩堝４２を得た。

【００７７】得られた坩堝について、耐スポーリング性
試験を行った。すなわち、前記坩堝を、１４００℃に加
熱した後、２０℃の水中に６０秒間浸漬して、亀裂の有
無を調べた。その結果、前記操作を５回繰り返しても、
亀裂は発生しなかった。

【００７８】比較例１補強材を入れず、耐火材のみを用いる以外は、実施例１
と同様にして、坩堝を製造した。得られた坩堝につい
て、実施例１と同様にして耐スポーリング性試験を行っ
た結果、前記加熱、水中浸漬の操作を１回行ったところ
で亀裂が発生した。

【００７９】比較例２実施例１と同様のポリアクリロニトリル系炭素繊維およ
び結合剤を用いて、繊維間隔３ｃｍで縦糸と横糸とが直
交するメッシュ状の補強材を作成した。結合剤の含有率
は実施例１と等しくした。なお、製造する成形品中の補
強材の含有率が実施例１と等しくなるように、炭素繊維
の素線数を増加した。

【００８０】この補強材を用いる以外は、実施例１と同
様にして坩堝を製造した。前記補強材をそのまま所定の
型にセットすることが困難であったため、メッシュ状補
強材の坩堝の底部に対応する部分に切り込みを入れてセ
ットし、成形した。

【００８１】実施例１と同様にして焼成して得られた坩
堝につき、実施例１と同様にして耐スポーリング性試験
を行った結果、前記加熱、水中浸漬の操作を２回行った
ところで亀裂が発生した。

【００８２】実施例２回転ドラムの円柱部分のみを用いる以外は、実施例１と
同様にして繊維束を巻き取り、巻回した結合剤含浸繊維
束の一辺を切開き、シート状とした後、１５０℃で２時
間樹脂を硬化させることにより、結合剤含有率５０体積
％の補強材を得た。

【００８３】得られた補強材を、幅１００ｍｍ、長さ４
００ｍｍの大きさに切断した。この補強材と実施例１と
同様の耐火材とを、所定の型（１００ｍｍ×４００ｍｍ
×厚み１０ｍｍの平板に対応する型）に入れ、２ｋｇｆ
／ｃｍ²（ゲージ圧）の条件で冷間加圧成形した。な
お、補強材は、繊維の交差部における鋭角部を長手方向
に向けると共に、厚み方向の中央部に位置するように埋
設した。補強材の使用量は、炭素繊維として、耐火材お
よび補強材全量に対し、０．９体積％である。得られた
成形品を、コークス粉中、１４００℃で１２時間焼成
し、長方形状の板状の耐火構造物を得た。

【００８４】得られた耐火構造物について、スパン３０
ｃｍの３点曲げ試験を行ったところ、曲げ強度は１５５
ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００８５】比較例３比較例２で得られた補強材を用いる以外は、実施例２と
同様にして、長方形状の板状の耐火構造物を得た。得ら
れた耐火構造物について、スパン３０ｃｍの３点曲げ試
験を行ったところ、曲げ強度は１１５ｋｇｆ／ｃｍ²で
あった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の方法における補強材製造工程の
一例を示す概略斜視図である。

【図２】図２は本発明における補強材の一例を示す組織
図である。

【図３】図３は本発明における補強材の他の例を示す組
織図である。

【図４】図４は本発明における補強材のさらに他の例を
示す組織図である。

【図５】図５は本発明の実施例で得られた繊維補強坩堝
を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１…繊維束２…結合剤溶液５…結合剤含浸繊維束６…トラバースローラ７…回転ドラム９…補強材１１，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…縦糸１２，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…横糸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結合剤を含浸した繊維束からなる縦糸と
横糸とが互いに交差して接合したメッシュ状補強材が埋
設された耐火材が、成形され且つ焼成された耐火構造物
であって、前記補強材が、一方の方向に間隔を置いて延
出する縦糸群を構成する複数の縦糸と、前記方向と交差
する方向に間隔を置いて延出する横糸群を構成する複数
の横糸とが、位置を異にして、９０゜＜θ2 ≦１７０゜
の交差角度θ2 で交差し、接合して形成されている繊維
補強耐火構造物。
【請求項２】補強材が、複数の縦糸群と複数の横糸群
とが互いに位置を異にして、順次積層して交差し、接合
して形成されている請求項１記載の繊維補強耐火構造
物。
【請求項３】繊維が炭素繊維であって、且つ前記炭素
繊維を０．１〜１体積％含む請求項１記載の繊維補強耐
火構造物。
【請求項４】結合剤を含浸した繊維束を、回転体の回
転軸方向に沿って往復動させながら、前記回転体に対す
る巻き付け角度θ1 が４５゜＜θ1 ≦８５゜の範囲内
で、前記回転体にメッシュ状に巻回し、得られたメッシ
ュ状繊維束を補強材として耐火材に埋設した後、成形
し、焼成する繊維補強耐火構造物の製造方法。
【請求項５】１ｍ当り、５〜３０回の撚りをかけた繊
維束を用いる請求項４記載の繊維補強耐火構造物の製造
方法。