DE60221518T2

DE60221518T2 - Verfahren zur herstellung einer warenbahn aus aluminiumoxidfasern

Info

Publication number: DE60221518T2
Application number: DE60221518T
Authority: DE
Inventors: Mamoru c/o Naoetsu Plant Joetsu-shi SHOJI; Norio c/o Naoetsu Plant Joetsu-shi IKEDA; Toshiaki c/o Naoetsu Plant Joetsu-shi SASAKI
Original assignee: Mitsubishi Chemical Functional Products Inc
Current assignee: Mitsubishi Chemical Functional Products Inc
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: EP1389641B1; KR20030028546A; US20060127833A1; CN1229533C; CN1463310A; US20080199819A1; DE60221518D1; WO2002095116A1; ATE368763T1; US20030160350A1; KR100923727B1; KR100865364B1; TWI287058B; EP1389641A1; KR20080065708A; EP1389641A4; US7033537B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Di vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte, in dem ein Aluminiumoxid-Faservorläufer, der aus einer Spinnlösung gebildet ist, die eine Aluminiumverbindung enthält, einer Wärmebehandlung unter Verwendung eines spezifischen Hochtemperaturofens unterworfen wird.
HINTERGRUNDTECHNIKEN
Kontinuierliche Matten (kontinuierliche Bahnen) aus Aluminiumoxidfaser werden als verschiedene Arten von wärmebeständigen Materialien verwendet, indem sie vakuumgeformt werden, z.B. als Wärmeisolator oder Fugenfüllstoff von Hochtemperaturöfen oder Hochtemperaturleitungen und als Halterung von Katalysatoren zum Reinigen von Abgasen aus internen Verbrennungsmotoren. Als Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte ist ein Verfahren bekannt, worin eine kontinuierliche Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer, gebildet aus einer Spinnlösung, die eine Aluminiumverbindung enthält, kontinuierlich zu einem Hochtemperaturofen zugeführt wird und hierin einer Wärmebehandlung unterzogen wird, während sie in eine Richtung durch einen Beförderungsmechanismus, wie z.B. ein Förderband, der in dem Hochtemperaturofen angeordnet ist, befördert wird (z.B. EP-A-971057 ( japanische Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 2000-80547 )).
Jedoch besteht in dem vorstehenden Verfahren die Möglichkeit, dass die Fasern in den Matten während ihres Herstellungsprozesses zerdrückt oder gebrochen werden können, und es können solche Probleme auftreten, wie Nicht-Gleichförmigkeit der Dicke oder der Massendichte (bulk density) und unzureichende Festigkeit des Produkts.
Als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen der vorliegenden Erfinder bezüglich des Behandlungsprozesses des Aluminiumoxid-Faservorläufers unter Verwendung eines Hochtemperaturofens wurde das folgende Ergebnis gefunden. In einem Hochtemperaturofen wird der Aluminiumoxid-Faservorläufer, welcher ein Aggregat von feinen Fasern ist, mit konstanter Geschwindigkeit befördert, da jedoch der Aluminiumoxid-Faservorläufer durch die Hochtemperaturerwärmung schrumpft, können die Fasern durch die Reibung mit dem Beförderungsmechanismus zerdrückt werden, wenn die Fasern schrumpfen.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehenden Umstände vollendet worden, und ihre Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte bereitzustellen, in dem ein Aluminiumoxid-Faservorläufer, gebildet aus einer Spinnlösung, die eine Aluminiumverbindung enthält, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei die hergestellte Matte dahingehend verbessert ist, dass das Zerdrücken der Fasern verringert wird und die Matte durch und durch homogen gestaltet ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist als Ergebnis von weiteren Studien auf Grundlage des vorstehenden Befunds vollendet worden, und ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte bereitzustellen, wobei das Verfahren das kontinuierliche Zuführen einer kontinuierlichen Bahn von Aluminiumoxid-Faservorläufer, gebildet aus einer Spinnlösung, die eine Aluminiumverbindung enthält, in einen Hochtemperaturofen, und Unterwerfen der Bahn unter eine Wärmebehandlung, während sie in eine Richtung durch einen Beförderungsmechanismus befördert wird, der in dem Hochtemperaturofen angeordnet ist, umfasst, wobei die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus progressiv in der Beförderungsrichtung entsprechend der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Illustrierung eines Beispiels eines Hochtemperaturofens, der für die Wärmebehandlung einer kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin (a) ein Längsquerschnitt des Hochtemperaturofens, geschnitten entlang der Länge, ist, und (b) ein Graph ist, der die Temperaturverteilung in dem Ofen entlang seiner Länge zeigt.
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn und dem Beförderungsgeschwindigkeitsverhältnis zur Temperaturverteilung in dem Ofen zeigt, wenn eine kontinuierliche Bahn von Aluminiumoxid-Faservorläufer einer Wärmebehandlung in den Beispielen 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel 1 unterzogen wurde.
BESTE ART, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
Nachstehend werden die erfindungsgemäßen Ausführungsformen genau auf Grundlage der beiliegenden Zeichnungen erklärt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zu Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte ist grundlegend das gleiche wie der Prozess, der in EP-A-971057 beschrieben ist, außer dem Verfahren zur Wärmebehandlung (Kalzinierung und Kristallisation) des Aluminiumoxid-Faservorläufers. In der vorliegenden Erfindung wird eine kontinuierliche Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer, gebildet aus einer Spinnlösung, die eine Aluminiumverbindung enthält, kontinuierlich zu einem Ofen zugeführt und einer Wärmebehandlung unterzogen, während sie in eine Richtung durch mehrere Beförderungsmechanismuseinheiten befördert wird, die in dem Ofen angeordnet sind.
Die Herstellung des Aluminiumoxid-Faservorläufers aus einer Spinnlösung kann in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erreicht werden. Als Spinnlösung wird eine basische Aluminiumchloridlösung verwendet, wozu Silikasol zugegeben worden ist, so dass die letztendlich erhaltene Aluminiumoxid-Faserzusammensetzung Al₂O₃:SiO₂ = gewöhnlich 65 bis 98:35 bis 2, vorzugsweise 70 bis 97:30 bis 3 (gewichtsbezogen) beträgt. Um die Spinneigenschaften zu verbessern, wird gewöhnlich ein wasserlösliches organisches Polymer, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol, Stärke, Cellulosederivat oder dgl., zu der Spinnlösung zugegeben. Auch wird die Viskosität der Spinnlösung bedarfsabhängig auf etwa 10 bis 100 Poise durch einen Konzentrationsprozess eingestellt.
Die Bildung des Aluminiumoxid-Faservorläufers (Faser) aus der Spinnlösung wird durch ein Blasverfahren, worin die Spinnlösung in einen Hochgeschwindigkeits-Spinnstrom zugeführt wird, oder mit einem Spindelverfahren unter Verwendung einer rotierenden Platte durchgeführt. Es bestehen zwei Anordnungstypen von Spinndüsen, die in dem Blasverfahren eingesetzt werden: in einer Anordnung ist die Spinndüse in der Stromdüse, die den Spinnstrom generiert, installiert, und in der anderen Anordnung ist die Spinndüse so angeordnet, dass die Spinnlösung von außerhalb des Spinnstroms zugeführt wird. Erfindungsgemäß können beide Anordnungstypen eingesetzt werden. Das Blasverfahren ist bevorzugt, da es möglich ist, Aluminiumoxid-Faservorläufer (Fasern) mit einer Größe von normalerweise mehreren μm und einer Länge von mehreren zehn bis mehreren hundert mm zu bilden, wodurch die Bildung von langen Fasern ermöglicht wird.
Eine kontinuierliche Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers wird gewöhnlich gebildet, indem man zuerst Bahnen von geringer Dicke (thin-gage sheets) durch Spinnen mittels des Blasverfahrens bildet und dann diese Bahnen mit geringer Dicke laminiert. Zum Bilden der Bahnen mit geringer Dicke aus dem Aluminiumoxid-Faservorläufer verwendet man bevorzugt eine Akkumulationsausrüstung der Struktur, worin ein Drahtgurt-Endlosriemen (wire mesh endless belt) im wesentlichen senkrecht zum Spinnstrom angeordnet ist, und während der Endlosriemen rotiert wird, lässt man einen Spinnstrom, der Aluminiumoxid-Faservorläufer (Fasern) enthält, hiergegen prallen.
Eine kontinuierlich Bahn (laminierte Bahn) von Aluminiumoxid-Faservorläufer wird hergestellt, indem man z.B. kontinuierlich Bahnen mit geringer Dicke von der Akkumulationsausrüstung anliefert, sie zu einer Faltvorrichtung zuführt, durch die die Bahnen zu einer vorbestimmten Dicke gefaltet werden und sie gestapelt werden, und man die gestapelten Bahnen kontinuierlich in Richtung senkrecht zur Faltrichtung bewegt. Hierdurch sind beide Enden der Bahnen mit geringer Dicke in Richtung der Breite innerhalb der gebildeten laminierten Bahn positioniert, so dass das Basisgewicht der laminierten Bahn durch die Bahn hindurch gleichmäßig ist.
Das Basisgewicht der Bahn mit geringer Dicke beträgt normalerweise 10 bis 200 g/m², bevorzugt 30 bis 100 g/m². Diese Bahn mit geringer Dicke muss nicht notwendigerweise in sowohl der Querrichtung als auch der Längsrichtung gleichmäßig sein. Daher wird die laminierte Bahn gebildet, indem man die Bahnen mit geringer Dicke zu zumindest 5 Schichten, vorzugsweise nicht weniger als 8 Schichten, insbesondere 10 bis 80 Schichten, stapelt. Dies kann eine teilweise Ungleichmäßigkeit der Bahnen mit geringer Dicke ausgleichen, um ein gleichmäßiges Basisgewicht über die Gesamtheit der laminierten Bahn sicherzustellen.
Die laminierte Bahn aus dem Aluminiumoxid-Faservorläufer wird durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von normalerweise nicht kleiner als 500°C, bevorzugt 1.000 bis 1.300°C, kalziniert, um eine laminierte Bahn aus Aluminiumoxid-Fasern herzustellen (Aluminiumoxid-Fasermatte). Indem die laminierte Bahn vor der Wärmebehandelung genadelt wird, ist es möglich, eine Aluminiumoxid-Faserbahn mit hoher mechanischer Festigkeit herzustellen, worin die Aluminiumoxid-Fasern in Richtung der Dicke orientiert sind. Die Eindruckrate (rate of punching) durch das Nadeln beträgt normalerweise 1 bis 50 Eindrücke/cm² und im allgemeinen sind die Massendichte (bulk density) und die Ablösefestigkeit der Aluminiumoxid-Faserbahn um so größer, je höher die Eindruckrate ist.
Erfindungsgemäß wird die kontinuierliche Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer, die auf die vorstehend beschriebene Weise erhalten wird, einer spezifischen Wärmebehandlung unter Verwendung eines spezifischen Hochtemperaturofens unterzogen. Spezifischer wird die kontinuierliche Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers wärmebehandelt, während sie mit einem Beförderungsmechanismus, der in einem Hochtemperaturofen angeordnet ist, in eine Richtung befördert wird, wobei die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus progressiv in Beförderungsrichtung entsprechend der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer verringert wird.
Als Art und Weise zum Reduzieren der Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus in Beförderungsrichtung entsprechend der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer ist es ideal, die Beförderungsgeschwindigkeit kontinuierlich gemäß der Wärmeschrumpfrate zu reduzieren, jedoch kann die Beförderungsgeschwindigkeit auch intermittierend verringert werden. Normalerweise ist das einfachste Verfahren, die Geschwindigkeit in einem Zwischenstadium während der Beförderung zu verringern. Z.B. wird ein Verfahren beispielhaft angegeben, worin unter der Annahme, dass die Größe der Bahn in Beförderungsrichtung (Längsrichtung) vor dem Schrumpfen x ist, die Größe nach dem Schrumpfen y ist und die Wärmeschrumpfrate durch {(x – y)/x} × 100 ausgedrückt wird, die Beförderungsgeschwindigkeit um etwa 10 bis 30 % in dem Stadium verringert wird, worin die finale Schrumpfrate 30 bis 70 % beträgt. Wenn die Geschwindigkeit in einem Zwischenstadium während der Beförderung verringert wird, ist es bevorzugt, dass die Geschwindigkeitsverringerung schrittweise entsprechend der Wärmeschrumpfrate verringert wird.
Wie vorstehend erklärt, wird die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus in Beförderungsrichtung entsprechend der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer verringert. Hier ist es normalerweise bevorzugt, das Innere des Hochtemperaturofens so einzustellen, dass die Temperatur in dem Ofen sich allmählich in Beförderungsrichtung vom Einlass des Ofens erhöht, wobei die Maximaltemperatur auf 1.000 bis 1.300°C fixiert wird, und dass sie unmittelbar vor dem Auslass des Ofens auf nahe Normaltemperatur fällt. Über das Umschalten der Beförderungsgeschwindigkeit in dem Beförderungsmechanismus kann durch Überwachen der Schrumpfrate entschieden werden, jedoch wird normalerweise solch ein Umschalten bevorzugt in dem Stadium durchgeführt, worin die Temperatur in dem Ofen 300 bis 800°C, bevorzugt 400 bis 600°C beträgt.
Bei dieser Kalzinierung ist es möglich, einen Hochtemperaturofen mit einer Struktur zu verwenden, wie sie z.B. in 1 gezeigt ist. Der in 1 gezeigte Ofen ist derjenige, der für die Wärmebehandlung einer kontinuierlichen Bahn (W) aus Aluminiumoxid-Faservorläufer (nachstehend als "Vorläufer" bezeichnet), welches ein Faseraggregat, wie vorstehend beschrieben, ist, verwendet wird und einen Ofenkörper (1) vom Tunneltyp aufweist. Der Ofenkörper (1) umfasst eine Rahmenkombination, die aus einem hitzebeständigen Metall, wie z.B. Edelstahl, hergestellt ist, und eine Umwandung (Decke, Boden und Seitenumwandung), die sich aus demselben Typ von Metallplatten zusammensetzt und mit einem feuerfesten Material auf der Innenseite versehen ist. Der Ofenkörper (1) kann durch eine Kombination dieses Rahmens und der Umwandung, hergestellt aus einem feuerbeständigen Material, wie z.B. Schamottziegel, aufgebaut sein.
Das Profil (sectional shape) (des Innerens) des Ofens (1) senkrecht zu Längsrichtung des Ofens kann aus verschiedenen Formen ausgewählt werden, wie z.B. rechteckig, kreisförmig, oval, kuppelähnlich in der oberen Hälfte, usw., wobei solche Faktoren wie der Wärmewirkungsgrad, die Form des Vorläufers und seine Festigkeit berücksichtigt werden. Die Länge des Ofenkörpers (1) (Ofenlänge) kann in Abhängigkeit von der geplanten Behandlungszeit und der Beförderungsgeschwindigkeit des später beschriebenen Beförderungsmechanismus variieren, beträgt jedoch allgemein 20 bis 100 m.
Die hintere Behandlungskammer (etwa die hintere Hälfte) (12) des Ofenkörpers (1) entlang der Ofenlänge weist, wenn man sie von der Seite betrachtet, eine Struktur auf, worin der Deckenabschnitt sich im Vergleich mit der vorderen Behandlungskammer (etwa die erste Hälfte) (11) des Ofens auswölbt, d.h., die hintere Behandlungskammer (12) weist eine Struktur auf, deren Deckenhöhe im Vergleich mit der vorderen Behandlungskammer (11) hoch ist. Indem die hintere Behandlungskammer (12) des Ofenkörpers (1) so konstruiert wird, dass sie eine Struktur aufweist, deren Deckenhöhe höher ist, wird es im Ofen möglich, Gas mit hoher Temperatur in dieser Kammer verbleiben zu lassen und die Temperatur der hinteren Behandlungskammer (12) durch einen später beschriebenen Erwärmungsmechanismus auf eine höhere Temperatur einzustellen.
Im Inneren des Ofens wird entlang der Länge des Ofens eine höhere Temperatur eingestellt, d.h., die hintere Behandlungskammer (12) wird durch die vorstehend beschriebene Struktur des Ofenkörpers (1) und den später beschriebenen Erwärmungsmechanismus auf eine höhere Temperatur als die vordere Behandlungskammer (11) eingestellt. Spezifischer sind mehrere Brenner (4) in der hinteren Behandlungskammer (12) des Ofenkörpers (1) angeordnet. Die Brenner (4) sind sowohl in den Seitenwänden, der Decke als auch dem Boden des Ofenkörpers (1) platziert, so dass der Vorläufer (W) auf dem später beschriebenen Walzenbeförderungsmittel (3) von sowohl der unteren als auch der oberen Seite erwärmt wird. Jeder Brenner (4) ist entworfen, um Verbrennungsgas aus einer Gaszuführung (nicht gezeigt) mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit zuzuführen, während Verbrennungsluft von einem Gebläse (nicht gezeigt) in einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit zugeführt wird. Als Erwärmungsmittel können neben den direkten Brennern, wie vorstehend erwähnt, indirekte Erwärmungsmittel, wie Heizstrahler (radiant tubes) oder elektrische Heizer verwendet werden.
In sowohl den Seitenwänden als auch dem Boden in der Mitte des Ofenkörpers (1) sind auch Luftdüsen (5) vorgesehen, um Luft zuzuführen und die Innentemperatur in der Mitte des Ofenkörpers (1) einzustellen. Zu diesen Luftdüsen (5) wird Luft mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit von einem Außengebläse (nicht gezeigt) zugeführt. In der vorderen Behandlungskammer (11) des Ofenkörpers (1) sind in der Decke mehrere Auspuffrohre (7) zum Entfernen von Verbrennungsabgas aus dem Inneren des Ofens vorgesehen. Die Auspuffrohre (7) sind mit einem Abgaspropeller (fan) (nicht gezeigt), der außerhalb des Ofens vorgesehen ist, verbunden.
Ferner können in der Decke der vorderen Behandlungskammer (11) des Ofenkörpers (1) Luftblasdüsen (8) zum Einstellen der Ofeninnentemperatur in der vorderen Behandlungskammer (11) gegenüber den entsprechenden Auspuffrohren (7) vorgesehen werden. Am Auslass des Ofenkörpers (1) ist, wie in 1 gezeigt, eine Kühlluftdüse (6) vorgesehen, um Luft zuzuführen und die Temperatur in dem Ofen an seinem Auslassbereich bei einer niedrigen Temperatur zu halten. Zu dieser Kühlluftdüse (6) wird Luft mit Raumtemperatur mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit durch einen Außenpropeller (nicht gezeigt) zugeführt.
Somit wird in dem in 1 gezeigten Ofen die Wärme der Brenner, die in der hinteren Behandlungskammer (12) des Ofenkörpers (1) generiert wird, zur Einlassseite des Ofens, entgegen der Beförderungsrichtung, geleitet, was verursacht, dass die Temperatur in dem Ofen allmählich vom Einlass zum Auslass des Ofenkörpers (1) ansteigt, wobei die Ofeninnentemperatur in der hinteren Behandlungskammer (12) am höchsten wird (siehe 1(b)).
Auch wird in dem Ofen ein Beförderungsmechanismus zum Befördern des Vorläufers (W) vom Einlass zum Auslass des Ofenkörpers entlang seiner Länge durch den Ofen geführt. Angesichts der Erfordernisse, dass der Mechanismus aus einem Material hergestellt sein muss, welches hohen Temperaturen von etwa 1.000°C widerstehen kann, dass der Mechanismus eine strukturelle Form haben muss, die eine glatte Freisetzung von Wasserdampf und Gasen, die von der kontinuierlichen Bahn gebildet werden, ermöglicht, und dass der Mechanismus eine Struktur aufweisen muss, die leicht an den Ofenkörper angepasst werden kann, wird als Beförderungsmechanismus im allgemeinen bevorzugt eine Beförderungsvorrichtung mit Walzen aus feuerfestem Material verwendet. Jedoch weist der Vorläufer (W), wie z.B. der Aluminiumoxid-Faservorläufer, das Problem auf, dass, bevor er ausreichend wärmebehandelt ist, die Faser selbst wasserempfindlich ist und Umgebungsfeuchtigkeit absorbiert, so dass er klebrig wird, und auch werden die Fasern durch die Wirkung von organischen Polymeren, wie z.B. Polyvinylalkohol, zu krausen Kringeln gedreht und laufen Gefahr, von rotierenden Körpern, wie z.B. Walzen, eingefangen zu werden. Andererseits besitzt der Aluminiumoxid-Faservorläufer die Natur, dass er dazu neigt, als ganzes zu schrumpfen, obwohl die Faserenden als Ergebnis der Hochtemperatur-Wärmebehandlung (Kalzinierung) in einen relativ gestreckten Zustand umgewandelt werden.
Im System der 1 ist daher eine spezifische Beförderungsvorrichtung mit geringer Neigung zum Verfangen in der vorderen Behandlungskammer (11) und eine andere spezifische Beförderungsvorrichtung mit Hochtemperatur-Wärmebeständigkeit und einem bestimmten Grad Schlüpfrigkeit gegenüber dem Vorläufer (W) in der hinteren Behandlungskammer (12) angeordnet, um eine reibungslose Beförderung des Vorläufers (W) zu realisieren. Somit umfasst der Beförderungsmechanismus eine Metallgitter-Beförderungsvorrichtung (2), die in der vorderen Behandlungskammer (11) angeordnet ist, und eine Beförderungsvorrichtung mit aus feuerfestem Porzellan hergestellten Walzen (3), die in der hinteren Behandlungskammer (12) angeordnet ist.
Als Metallgitter-Beförderungsvorrichtung (2) wird z.B. eine Edelstahl-Beförderungsvorrichtung mit einem Gitterriemen verwendet, der Rippen mit einer Drahtstärke von etwa 2 mm, angeordnet in einem Abstand von etwa 16 mm, und Spiraldrähte mit einer Stärke von etwa 2 mm, angeordnet in einem Abstand von etwa 10 mm, umfasst. Das Metallgitter-Beförderungsmittel (2) ist um die Spannungswalzen gewickelt, die innerhalb und außerhalb des Ofenkörpers (1) angeordnet sind, so dass es in den Ofenkörper (1) von seinem Einlass eintreten kann und sich bis etwa zu einem Mittelteil des Ofenkörpers (1) erstrecken kann, dann wird er abwärts von dem Mittelteil des Ofenkörpers (1) geführt und unterhalb des Bodens des Ofenkörpers (1) durchgeführt, so dass er zurück zum Einlass des Ofenkörpers (1) zirkuliert. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das Metallgitter-Beförderungsmittel (2) normalerweise von einem Motorset außerhalb des Ofenkörpers (1) durch Antriebswalzen, die im Eingangsbereich oder unter dem Boden des Ofenkörpers (1) angeordnet sind, angetrieben.
Als Walzenbeförderungsmittel (3) wird ein Beförderungsmittel aus feuerfestem Porzellan verwendet. Als Beispiel eines feuerfesten Porzellans, aus dem sich solch ein Beförderungsmittel zusammensetzt, kann Mullit angegeben werden. Der Durchmesser des Walzenbeförderungsmittels (3) ist angesichts der Kontaktfläche mit dem Vorläufer (W), der Schlüpfrigkeit und anderer Faktoren auf 25 bis 40 mm spezifiziert. Der Grund, warum der Durchmesser des Walzenbeförderungsmittels (3) im vorstehenden Bereich definiert ist, ist wie nachstehend erklärt.
Wenn der Walzendurchmesser des Walzenbeförderungsmittels (3) auf weniger als 20 mm eingestellt ist, neigt die Walze selbst dazu, sich zu verbiegen, wenn sie erwärmt wird, und auch wird die Oberflächenkrümmung vergrößert, was das Verfangen von Fasern fördert, wodurch das Beförderungsmittel zum Verfangen neigen kann und auch eine Möglichkeit zum Zerdrücken der Fasern herbeiführt. Wenn andererseits der Walzendurchmesser größer als 40 mm ist, verringert sich die Beförderungskraft für das Faseraggregat (W), da der Abstand der Drahtanordnung vergrößert wird. Wenn der Abstand durch Verwendung von Walzen mit einem größeren Durchmesser verkleinert wird, kann sich die Festigkeit der Seitenwand des Ofenkörpers (1) verringern. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das Walzen-Beförderungsmittel (3) gewöhnlich durch ein Motorset außerhalb des Ofenkörpers (1) durch Ketten angetrieben, die über Kettenräder an Wellen geführt werden, die von der Seite des Ofenkörpers (1) vorstehen.
Erfindungsgemäß wird, wie vorstehend beschrieben, die Kalzinierung des Vorläufers (W) durchgeführt, indem der Vorläufer einer Wärmebehandlung unterzogen wird, während er in einer Richtung durch den Beförderungsmechanismus, der in dem Ofen angeordnet ist, befördert wird, über das Metallgitter-Beförderungsmittel (2) (gestanztes Metallbahn-Beförderungsmittel (punching metal sheet conveyor)) und das Walzen-Beförderungsmittel (3). Das beste Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, um ein Zerdrücken der Fasern während der Beförderung des Vorläufers (W) mit noch größerer Sicherheit zu vermeiden, die Geschwindigkeit von jeder Einheit des Beförderungsmechanismus progressiv in Beförderungsrichtung in Entsprechung zu der Wärmeschrumpfrate des Vorläufers (W) verringert wird.
Die Beförderungsgeschwindigkeit des Walzenbeförderungsmittels (3) wird niedriger als die des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) eingestellt. Spezifischer beträgt z.B. die Wärmeschrumpfrate (Schrumpfrate der Länge) des Vorläufers (W) z.B. etwa 20 bis 30 obwohl dies in Abhängigkeit von der Zusammensetzung veränderlich ist. Somit wird in dem Ofen die Beförderungsgeschwindigkeit des Walzenbeförderungsmittels (3) zu z.B. 60 bis 80 von derjenigen des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) entsprechend zur Wärmeschrumpfrate des Vorläufers (W) eingestellt. Die mittlere Beförderungsgeschwindigkeit des Beförderungsmechanismus als ganzem wird durch die Behandlungszeit und die Ofenlänge bestimmt, jedoch wird z.B. die Beförderungsgeschwindigkeit des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) auf etwa 50 bis 500 mm/min eingestellt und die Beförderungsgeschwindigkeit des Walzen-Beförderungsmittels (3) wird zu etwa 35 bis 350 mm/min eingestellt.
Obwohl nicht gezeigt, kann das Walzen-Beförderungsmittel (3) in mehrere Abschnitte aufgeteilt sein. Z.B. kann das Walzen-Beförderungsmittel (3) aus 4 Sets von Beförderungseinheiten bestehen, die sukzessive angeordnet sind. In diesem Fall können die Beförderungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Einheiten des Walzen-Beförderungsmittels z.B. auf 85 %, 80 %, 75 % bzw. 70 % der Beförderungsgeschwindigkeit des Metallgitter-Beförderungsmittels (2), gesehen in Beförderungsrichtung, eingestellt werden, wodurch es möglich ist, ein Zerdrücken der Fasern mit sogar noch größerer Sicherheit zu vermeiden.
Die Wärmebehandlung (Kalzinierung) des Vorläufers in der vorliegenden Erfindung ist wie vorstehend erklärt. Das heißt, in dem in der Zeichnung gezeigten Ofen wird z.B. die vorläufige Erwärmung bei einer Temperatur unterhalb von 500°C in der vorderen Behandlungskammer (11) durchgeführt, und dann wird die Wärmebehandlung ferner bei einer Temperatur von nicht weniger als 500°C bis zu 1.250°C in der hinteren Behandlungskammer (12) durchgeführt (siehe 1(b)).
Wenn die Erwärmung in der vorderen Behandlungskammer (11) bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, stützt das Metallgitter-Beförderungsmittel (2), die den Beförderungsmechanismus der vorderen Behandlungskammer (11) ausmacht, den zugeführten Vorläufer (W) an vielen Punkten, was es ermöglicht, die Kontaktfläche mit dem Vorläufer (W) zu verkleinern. Da die Faser selbst wasserempfindlich ist und Umgebungsfeuchtigkeit absorbiert, so dass sie klebrig wird, wie der Aluminiumoxid-Faservorläufer zum Beginn des Zuführens, und sogar wenn der Vorläufer (W) mit seinen gekräuselten Faserenden mit einem organischen polymer, wie Polyvinylalkohol, in der vorderen Behandlungskammer (11) behandelt wird, ist es daher möglich, das Verfangen der Fasern zu verringern, und folglich ist es möglich, in der vorderen Behandlungskammer (11) den Vorläufer (W) mit Sicherheit mittels des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) zu befördern, ohne die Form des Vorläufers als ganzem zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus trägt das Walzen-Beförderungsmittel (3) aus feuerfestem Porzellan, das den Beförderungsmechanismus der hinteren Behandlungskammer (12) ausmacht, auf der Oberfläche den Vorläufer (W), der aus der vorderen Behandlungskammer (11) herausläuft, und weist einen geeigneten Schlüpfrigkeitsgrad auf, wenn die Erwärmung in der hinteren Hochtemperatur-Behandlungskammer (12) durchgeführt wird. Sogar wenn der Vorläufer (W), worin das organische Polymer erwärmt worden ist und die Faserenden carbonisiert und durch die Behandlung in der vorderen Behandlungskammer (11) gestreckt worden sind, und welches auch eine hohe Schrumpffähigkeit aufweist, in der hinteren Behandlungskammer (12) behandelt wird, tritt daher nur ein geringes Verfangen der Fasern auf. Folglich kann der Vorläufer (W) in der hinteren Behandlungskammer (12) sicher durch das Walzen-Beförderungsmittel (3) befördert werden, ohne seine Form als Gesamtheit zu beeinträchtigen.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die Reibung mit dem Walzen-Beförderungsmittel (3) in positiver Weise zu reduzieren, sogar wenn der Vorläufer (W) durch die Wärmebehandlung in der hinteren Behandlungskammer (12) geschrumpft wird, indem die Geschwindigkeit des Walzenbeförderungsmittels (3) relativ zu dem Metallgitter-Beförderungsmittel (2) verringert wird. Anders ausgedrückt, wird in der hinteren Behandlungskammer (12) die Beförderungsgeschwindigkeit des Walzen-Beförderungsmittels (3) entsprechend der Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Vorläufers (W) durch Schrumpfung eingestellt, so dass es möglich ist, die Reibung zwischen dem Vorläufer (W) und dem Walzen-Beförderungsmittel (3) zu reduzieren und ein Zerdrücken der Fasern in dem Vorläufer (W) mit Sicherheit zu vermeiden. Daher ist es gemäß dem Herstellungsverfahren der vorlegenden Erfindung, worin der spezifische Ofen verwendet wird, möglich, homogene und hochfeste Aluminiumoxid-Fasermatten herzustellen, die keine zerdrückten Fasern aufweisen.
Bezüglich der Zusammensetzung der Aluminiumoxid-Fasermatten, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, macht Aluminiumoxid bevorzugt 65 bis 97 Gew.% der Zusammensetzung aus, und der Rest ist Silika. Insbesondere besitzen Fasern mit einer Mullit-Zusammensetzung mit 72 bis 85 Gew.% Aluminiumoxid eine Hochtemperaturstabilität und Beständigkeit (resiliency), und sind bevorzugte Aluminiumoxidfasern. Kristalline Aluminiumoxid-Fasern zeigen eine hohe Wärmebeständigkeit, und sie zeigen im Vergleich mit nicht-kristallinen keramischen Fasern des gleichen Aluminiumoxid-Silika-Systems eine sehr begrenzte Wärmeverschlechterung, wie Erweichung oder Schrumpfung. D.h., kristalline Aluminiumoxid-Fasern besitzen die Eigenschaften, dass sie eine starke Widerherstellungskraft (restoring force) bei einer geringen Massendichte (bulk density) generieren können, und sie sind bezüglich der Veränderung mit der Temperatur minimiert.
Auch ist der Hochtemperaturofen, der in 1 gezeigt ist, bezüglich seiner Anwendung nicht auf die Herstellung von Aluminiumoxid-Fasermatten beschränkt, sondern kann auch für Aggregate von anderen anorganischen Fasern eingesetzt werden, die durch das gleiche Herstellungsverfahren erhalten werden, wie es für Aluminiumoxid-Vorläuferfasern verwendet wird.
BEISPIELE
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung genauer durch Zeigen von Beispielen hiervon erklärt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern kann in anderen Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. In den folgenden Beispielen wurde die Wärmebehandlung der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer unter Verwendung eines Hochtemperaturofens mit der in 1 gezeigten Struktur durchgeführt. Die Gegenwart oder Abwesenheit von zerdrückten Fasern in den Aluminiumoxid-Fasermatten wurde visuell überprüft, jedoch kann dies auch durch lokale Verdünnung der Matte und ihrer Oberflächenunebenheit (Nicht-Gleichförmigkeit der Dicke), von der oberen Seite der Matte gesehen, beurteilt werden.
BEISPIEL 1
Zu einer wässrigen Lösung von basischem Aluminiumchlorid (Aluminiumgehalt = 70 g/l; Al/Cl = 1,8 (Atomverhältnis)) wurde Silika so zugegeben, dass die letztendlich erhaltene Aluminiumoxid-Faserzusammensetzung Al₂O₃:SiO₂ = 72:28 (gewichtsbezogen) beträgt. Dann wurde weiterhin Polyvinylalkohol zugegeben, die gemischte Lösung wurde konzentriert, um eine Spinnlösung mit einer Viskosität von 40 Poise und einem Aluminiumoxid/Silika-Gehalt von etwa 30 Gew.% herzustellen, und das Spinnen wurde unter Verwendung der Spinnlösung durch das Blasverfahren durchgeführt. Der Spinnstrom, der den gebildeten Aluminiumoxid-Faservorläufer enthält, wurde gegen einen Drahtgitter-Endlosriemen (wire mesh endless belt) prallen gelassen, und der Aluminiumoxid-Faservorläufer wurde gesammelt, um eine 1.050 mm breite dünnschichtige Bahn mit einem Basisgewicht von etwa 40 g/m² zu erhalten, die relativ ungleichmäßig war und worin die Aluminiumoxid-Faservorläufer willkürlich in der Ebene angeordnet waren. Diese Dünnschichtbahn wurde gemäß dem Verfahren, das in EP-A-971057 beschrieben ist, gefaltet und gestapelt, um eine 950 mm breite, kontinuierliche laminierte Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer zu erhalten, die 30 Schichten der Dünnschichtbahn umfasst. Diese laminierte Bahn wurde einem Nadeln mit einer Rate von 5 Eindrücken (punches)/cm² unterzogen, um die Bahn zu einer Dicke von 15 mm und einer Massendichte (bulk density) von 0,08 g/cm² zu formen.
Dann wurde unter Verwendung des in 1 gezeigten Hochtemperaturofens die Aluminiumoxid-Faservorläuferbahn (laminierte Bahn) einer Wärmebehandlung (Kalzinierung) auf die folgende Weise unterzogen. Die von der Faltvorrichtung zugeführte Aluminiumoxid-Faservorläuferbahn wurde zu einem Metallgitter-Beförderungsmittel (2) zugeführt und einer 1,5-stündigen Wärmebehandlung bei 100 bis 500°C in der vorderen Behandlungskammer (11) unterworfen. Die Beförderungsgeschwindigkeit des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) betrug 300 mm/min. Dann wurde die Bahn von dem Metallgitter-Beförderungsmittel (2) zu dem Walzen-Beförderungsmittel (3) transferiert und einer 1,5- stündigen Wärmebehandlung bei 500 bis 1.250°C, und ferner eine 0,5-stündigen Wärmebehandlung bei 1.250°C, in der hinteren Behandlungskammer (12) unterworfen. Die Beförderungsgeschwindigkeit des Walzen-Beförderungsmittels (3) betrug 210 mm/min. Die Beziehung der Schrumpfrate und des Beförderungsgeschwindigkeitsverhältnisses zur Temperaturverteilung in dem Ofen bei der Wärmebehandlung der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer in Beispiel 1 ist wie in dem Graph der 2 gezeigt.
Die vorstehend beschriebenen Wärme- und Kalzinierungsbehandlungen in der vorderen Behandlungskammer (11) und der hinteren Behandlungskammer (12) ergaben eine kontinuierliche Aluminiumoxid-Fasermatte mit einer Dicke von etwa 12 mm, einer Breite von etwa 670 mm, einer Massendichte (bulk density) von 0,1 g/cm² und einem Basisgewicht von 1.200 g/m². Die visuelle Überprüfung der erhaltenen Aluminiumoxid-Fasermatte bestätigte eine geringe Faserzerdrückung an einer Stelle in der Länge von 20 Metern der Matte, wie in Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIEL 2
Es wurde eine Aluminiumoxid-Fasermatte kontinuierlich hergestellt, indem die gleichen Handlungen wie in Beispiel 1 durchgeführt wurden, außer dass das Walzen-Beförderungsmittel (3) des Beförderungsmechnismus des Hochtemperaturofens aus 4 Beförderungsmitteleinheiten bestand, und dass die Beförderungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Einheiten des Beförderungsmittels auf 85 %, 80 %, 75 % bzw. 70 % der Beförderungsgeschwindigkeit des Metallgitter-Beförderungsmittels (2) eingestellt wurden, d.h., auf 255 mm/min, 240 mm/min, 225 mm/min bzw. 210 mm/min, von der Zuführseite (upstream) des Beförderungsmittels. Die Beziehung der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn und des Beförderungsgeschwindigkeitsverhältnisses zur Temperaturverteilung in dem Ofen bei der Wärmebehandlung der kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer in Beispiels 2 ist wie in dem Graph der 2 gezeigt. Bei der erhaltenen Aluminiumoxid-Fasermatte wurde keine Faserzerdrückung bestätigt, wie in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 1

Es wurde eine Aluminiumoxid-Fasermatte kontinuierlich hergestellt, indem die gleichen Handlungen wie in Beispiel 1 durchgeführt wurden, außer dass bei der Wärmebehandlung (Kalzinierung) der Dünnschichtbahn die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus des Hochtemperaturofens nicht progressiv in Beförderungsrichtung verringert wurde, sondern konstant gehalten wurde. Die Beziehung der Schrumpfrate der kontinuierlichen Bahn und des Beförderungsgeschwindigkeitsverhältnisses zur Temperaturverteilung in dem Ofen bei der Wärmebehandlung der kontinuierlichen Bahn auf Aluminiumoxid-Faservorläufer in Vergleichsbeispiel 1 ist wie im Graph der 2 gezeigt. Bei der erhaltenen Aluminiumoxid-Fasermatte wurde eine Faserzerdrückung an vier Stellen auf den 20 Metern Länge der Matte bestätigt, wie in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1

	Beförderungsgeschwindigkeit des Beförderungsmechanismus (Geschwindigkeitsverhältnis Metallgitter-Beförderungsmittel (2)/Walzen-Beförderungsmittel (3))	Stellen mit Faserzerdrückung (Anzahl der Stellen auf 20 Meter Länge der Matte)
Beispiel 1	100/70	1
Beispiel 2	(das Walzen-Beförderungsmittel (3) besteht aus 4 Beförderungseinheiten)	0
Vergleichs-Beispiel 1	100/100	4

Wie vorstehend erklärt, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine Aluminiumoxid-Fasermatte unter Verwendung eines spezifischen Ofens die Beförderungsgeschwindigkeit des Beförderungsmechanismus entsprechend der Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit der Aluminiumoxid-Faservorläuferbahn, die durch ihre Schrumpfung verursacht wird, eingestellt, so dass es möglich ist, die Reibung zwischen der Aluminiumoxid-Faservorläuferbahn und dem Beförderungsmittel zu verringern und in positiver Weise eine Faserzerdrückung in der Bahn zu vermeiden, was es ermöglicht, homogene Aluminiumoxid-Fasermatten mit höherer Festigkeit herzustellen, die keine zerdrückten Fasern aufweisen.
Auch wird bei dem erfindungsgemäß verwendeten Hochtemperaturofen jedes Beförderungsmittel in der vorderen und der hinteren Behandlungskammer daran gehindert, Fasern in den Faseraggregaten, wie z.B. Aluminiumoxid-Faservorläufer, einzufangen oder zu verfangen, um eine reibungslose und sichere Beförderung der Faseraggregate zu ermöglichen, so dass die Wärmebehandlung reibungsloser durchgeführt werden kann, ohne die anfängliche Form der Faseraggregate zu beeinträchtigen, und da ferner die Fasern in den Faseraggregaten niemals zerdrückt werden, werden Homogenität und ausreichende Festigkeit für die Faseraggregate, wie z.B. Aluminiumoxid-Fasermatten, als erhaltenem Produkt sichergestellt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatten ist zur Herstellung von kontinuierlichen Matten nützlich, die als verschiedene Typen von wärmebeständigen Materialien verwendet werden, wie z.B. als Wärmeisolatoren oder Fugenfüller für Hochtemperaturöfen oder Hochtemperaturleitungen, oder als Halterung von Katalysatoren zum Reinigen von Abgasen aus internen Verbrennungsmaschinen. Da es möglich ist, sicher eine Faserzerdrückung in dem Aluminiumoxid-Fasenvorläufer zu vermeiden, indem die Wärmebehandlung einer kontinuierlichen Bahn aus Aluminiumoxid-Faservorläufer in einem Hochtemperaturofen durchgeführt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von homogenen Aluminiumoxid-Fasermatten mit höherer Festigkeit geeignet.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Aluminiumoxid-Fasermatte, wobei das Verfahren das kontinuierliche Zuführen einer kontinuierlichen Bahn eines Aluminiumoxid-Faservorläufers, die aus einer Spinnlösung gebildet ist, die eine Aluminiumverbindung enthält, in einen Hochtemperaturofen, und Unterwerfen der Bahn unter eine Wärmebehandlung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn während der Wärmebehandlung in eine Richtung mittels eines Beförderungsmechanismus befördert wird, der in dem Hochtemperaturofen angeordnet ist, wobei die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus progressiv in der Beförderungsrichtung in Entsprechung zu der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Geschwindigkeit des Beförderungsmechanismus intermittierend in Beförderungsrichtung in Entsprechung zu der Wärmeschrumpfrate der kontinuierlichen Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Beförderungsmechanismus ein Metallgitter-Beförderungsmittel ("metal mesh conveyor"), das in der vorderen Behandlungskammer in dem Hochtemperaturofen angeordnet ist, und einen aus feuerfestem Porzellan hergestellten Walzen-Beförderungsmittel, das in der hinteren Behandlungskammer angeordnet ist, umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die kontinuierliche Bahn des Aluminiumoxid-Faservorläufers in den Hochtemperaturofen zugeführt wird, nachdem sie einem Nadelstanzen unterzogen worden ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Wärmebehandlung bei einer Höchsttemperatur von 1.000 bis 1.300°C in dem Hochtemperaturofen durchgeführt wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Aluminiumoxid-Fasermattenzusammensetzung 65 bis 97 Gew.% Aluminiumoxid und den Restanteil Siliziumoxid umfasst.