JP2995708B2 - 繊維の製造方法 - Google Patents

繊維の製造方法

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安雄 三須
明 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原料の融体に外力を加
えて繊維化する繊維の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】繊維のうち、たとえば無機非晶質繊維の
原料として用いられる物質としては、各種のガラスや高
炉等から廃出されるスラグ、玄武岩などのいわゆる塩基
性岩石、カオリン等の粘土鉱物類及び、バイヤー法アル
ミナと硅砂の混合原料などが良く知られている。
【0003】これらの物質は一般にキューポラや電気炉
で溶融された後、湯出し口から細流として炉外に連続的
に取り出される。
【0004】この融体の細流は外力により繊維状に伸延
される。繊維化方法には基本的に3種の方法がある。
【0005】(a)ドローイング法(Drawing)
は主としてガラス長繊維を製造する場合に用いられ、口
金から連続的に伸延する方法である。
【0006】(b)スローイング(Throwing)
法は回転繊維化円板(スピナー)の遠心力を利用する方
法で、スピニング法とも言われている。
【0007】(c)ブローイング(Blowing)法
は空気その他のガスの高速流を用いる方法である。
【0008】ブローイング法ではノズルから高圧のガ
ス、例えば空気を噴射して音速に近い流速を得、これに
融体の細流を導いて、その衝撃力により繊維化を達成す
るものであるが、この方法には幾つかの問題点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ブローイング法の問題
点は主に3つある。
【0010】第一は空気を圧縮するコンプレッサーに消
費するエネルギーが非常に大きく、製造コストを高くす
ることである。例えばAl−SiO質セラミッ
クファイバーの製造の場合、溶融炉から流出させる原料
の融体の細流の流量が400kg/hrであるとき、圧
力は数kgf/cmである。このために必要な空気量
を得るためのコンプレッサーの能力は、ほぼ300馬力
(255kW)である。従って繊維化に消費するエネル
ギーは、255kwh/400kg=0.64kwh/
kgとなる。Al−SiO原料を溶融するのに
必要なエネルギーはおよそ1.8kwh/kgであり、
これに比して繊維化に要するエネルギーは小さいとは言
えない。
【0011】第二の問題は集綿装置である。音速に近い
空気流はその周囲から、環境空気を誘引して集綿室に入
るので、その排気量は噴流気量の数倍となる。従って排
気能力が小さいと集綿室内は外気より高圧となって繊維
が吹き出す。集綿室からの排気から微細な繊維を分離す
るためには巨大な濾過装置が必要であり、更に環境雰囲
気を清浄に保つために集塵機も必要である。これらの設
備投資が大きく、またその運転にも相当量の電力を消費
する。例えば上記合計で0.5kwh/kgである。
【0012】第三の問題は繊維化率が低いことである。
岩綿やセラミックファイバーにはショットが存在するこ
とが知られている。径の大きなショットは断熱材として
のセラミックファイバーの機能である低熱伝導率の特性
を阻害し、他の用途でも機能を害することがある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料の融体の
流れに外力を加えて繊維化する繊維の製造方法におい
て、原料の融体の流れに液体ジェットを噴射させ、その
液体ジェットにより原料の融体を繊維化させることを特
徴とする繊維の製造方法を解決手段としている。
【0014】
【発明の実施の態様】本発明では、原料の融体の流れに
直接液体ジェットを噴射させ、その液体ジェットの衝撃
力を利用することにより原料の融体を繊維化させる。
【0015】液体は気体(空気)よりも加圧が容易であ
り、その密度も大きいので、効率良く運動エネルギーを
付与することができる。加圧のためのエネルギー消費量
も極めて小さい。圧縮機の規模も小さい。高圧液体の噴
流はその周囲の空気を誘引せず、生成した繊維は液体と
共に水槽に入るので、微細な繊維の粉塵も発生しない。
従って特別な集綿室も排風濾過装置も集塵機も必要でな
い。繊維はそのまま、または抄紙機を経由して脱水・乾
燥される。水槽中ではショットの分離を行うこともでき
る。繊維を液体とともに一時貯蔵しておくこともでき
る。
【0016】液体ジェットの強力な衝撃力は原料の融体
を、より小さくアトマイズ(微粒化)することができる
ので、ショットの存在量を低減し、ショット粒子を小さ
くすることができる。
【0017】
【実施例】本発明は、上記のブローイング法の問題を解
消することを目的としてなされたもので、高圧のガスや
空気に代えて高圧の液体ジェットの衝撃力を使用する方
法である。ここでいう液体とは、たとえば水、水に他の
物質を溶かした水溶液、水に他の物質を懸濁させた懸濁
液も含む。
【0018】高圧の液体を発生させる圧縮機のエンジン
は、20〜150馬力が好ましい。常用圧力は55〜4
000kgf/cmが好ましい。圧縮機の容量(吐出
量)は10〜390l/minが好ましい。
【0019】圧縮機運転時のエンジン出力は、50%以
下が好ましく、このとき液体の平均圧力が100〜20
00kgf/cm、平均流量が15〜100l/mi
nになることが好ましい。
【0020】上記の構成で繊維化を行うことによって、
繊維化に要するエネルギーが0.05〜0.5kwh/
kgになることが望ましい。
【0021】液体ジェットの噴出は、1本のノズルでも
よいが、通常は少なくとも2本のノズルによって行うの
が好ましい。ノズルが1本の場合は、原料の細流に対し
て10〜90度の角度で液体ジェットが噴出するように
なっていることが好ましい。複数のノズルからの液体ジ
ェットが交差するように縦吹きに配置することも好まし
い。例えば2本の液体ジェットが互に30〜65度の角
度で噴出するようになっていることが好ましい。原料の
融体の細流は、75〜500kg/hrの流量で、交差
する液体ジェットの交差線のほぼ中央部に流下させるこ
とが好ましい。
【0022】上記の構成のもとに液体ジェットを原料の
融体に噴射することによって、原料の融体は繊維化さ
れ、下方に落下していく。この時、繊維の形状が作られ
るだけでなく、冷却も同時に行われる。
【0023】生成された繊維を回収するために、液体ジ
ェットの噴出部の下方に水槽を設けておくとよい。この
水槽で、液体ジェットの液体とともに流下して来る繊維
を回収することができる。
【0024】回収された繊維は、その後、脱水・乾燥さ
れる。必要であれば、脱水・乾燥の前に抄紙機を通した
り、他の処理工程を脱水・乾燥の前後に行ったりする。
【0025】実験例1および2 まず、本発明の繊維の製造方法を用いた実験例1および
2を説明する。
【0026】まず、重量割合で等量のバイヤーアルミナ
と硅砂の混合原料を300KVAアーク炉で溶融し、炉
のスパウト部の底面に設置した直径4又は3mmの孔を
有する窒化硼素(BN)ウエハーをオリフィスとして融
体を垂直に流出させた。実験例1では孔の直径が4mm
で、このときの流量は平均でおよそ150kg/hrで
あった。実験例2では孔の直径が3mmで、この時の流
量は平均でおよそ75kg/hrであった。
【0027】液体ジェットには水を用いた。高圧の水を
発生させる圧縮機として150馬力エンジンを装備した
スギノマシン社製ジェットクリナー、JCE−7008
5型を用いた。圧縮機の常用圧力は700kgf/cm
、容量は72l/minである。
【0028】圧縮機運転時は、実験例1の場合エンジン
出力16%、平均圧力500kgf/cm、水の平均
流量は27l/minである。繊維化に要したエネルギ
ーは24馬力、即ち18kwhであり、18kwh/1
50kgすなわち0.12kwh/kgである。実験例
2の場合、エンジン出力4%、平均圧力200kgf/
cm、水の平均流量は17l/minである。繊維化
に要したエネルギーは6.1馬力、すなわち4.6kw
hであり、4.6kwh/75kgすなわち0.06k
wh/kgである。使用したノズルは、実験例1および
実験例2のいずれも同社製ガン用平射ノズルJNF−1
021型2個である。それらのノズルは、ノズルからの
液体ジェットが交差するように縦吹きに配置した。この
時、実験例1では、液体ジェットが互いに60度の角度
で噴出するようになっている。実験例2では、液体ジェ
ットが互いに30度の角度で噴出するようになってい
る。原料の融体の細流を、交差する液体ジェットのほぼ
中央部に流下させた。以下、図を使って説明する。図1
は本発明の実験例1および2の液体ジェットの噴射方法
を示す図である。2本のノズル1から噴出した液体ジェ
ット2が交差する交差線3のほぼ中央部に垂直上部から
流下した原料の融体の細流4が流下する。原料の融体の
細流4は液体ジェット2によって繊維化され下方に落下
していく。
【0029】生成された繊維は、下方に設けられた箱形
集綿機で回収した。箱形集綿機の下部には水槽があり、
繊維は液体ジェットの液体とともに水槽に入る。
【0030】次に水槽中の繊維を脱水・乾燥した。
【0031】次に、生成した繊維(バルク)の特性を測
定した。実験条件を表1に、測定結果を表2に示す。
【0032】実験例3 実験例1および2の方法と同様の方法でバイヤーアルミ
ナと硅砂の混合原料をアーク炉で溶融し、その融体を直
径4mmの孔を有するオリフィスから150kg/hr
の割合で垂直に流出させた。圧縮機も実験例1および2
と同じ仕様のものを使用した。圧縮機運転時の条件はエ
ンジン出力27%、平均圧力700kgh/cm、水
の平均流量は29.6l/minである。繊維化に要し
たエネルギーは40馬力、即ち30kwhであり、30
kwh/150kgすなわち0.2kwh/kgであ
る。使用したノズルはガン用平射ノズルであり、これを
1個使用した。このノズルは、ノズルからの液体ジェッ
トが融体の細流と70度の角度で噴出するようになって
いる。図2は実験例3の液体ジェットの噴出方法を示す
図である。生成された繊維は水槽に回収し、次に脱水乾
燥し、その特性を測定した。実験条件を表1に、測定結
果を表2に示す。
【0033】比較例 次に、従来のブローイング法を用いた比較例を説明す
る。
【0034】原料は実験例1および2と同様の方法で、
融体の状態で流出させた。
【0035】高圧の空気を発生させる圧縮機として、1
90馬力ジーゼルエンジンを装備したポータブルコンプ
レッサーを用いた。圧縮機の常用圧力は7kgf/cm
、容量は19m/minである。
【0036】圧縮機運転時は、エンジン出力75%(1
43馬力)、平均圧力5.2kgf/cm、空気の平
均流量は19m/minである。繊維化に要したエネ
ルギーは107kwh/150kgすなわち0.71k
wh/kgである。
【0037】使用したエアーノズルは米国特許342
6,324に記載されたものである。エアーノズルは1
個使用し、横吹きになるように配置した。原料の融体
を、空気流に向って流下させると、融体が繊維化され
る。この時空気流が、原料融体の細流に対して約90度
の角度で噴出するようになっている。
【0038】生成した繊維を、箱形集綿機で回収した。
箱形集綿機の下面には金網が張ってあり、金網下の排気
ファンで100m/minで吸引した。繊維は金網に
よって濾過され、空気から分離される。排気には粉塵が
含まれている。清浄な環境雰囲気を保つために、排気
を、10kwhの動力で運転するバグフィルター式集塵
機に導き、粉塵を分離する必要があった。
【0039】次に、生成した繊維(バルク)の特性を測
定した。実験条件を表1に、測定結果を表2に示す。
【0040】次に、実験例1,2,3と比較例を比較し
た結果を表1および表2に沿って説明する。
【0041】実験例1の液体ジェットの流量と、比較例
の空気流の流量を比較すると、実験例1は流量が極めて
少なく済んでいることがわかる。同様に、実験例2,3
と比較例の流量を比較すると、実験例2、3の流量も極
めて少ないことが分かる。
【0042】また、繊維化に要したエネルギーは実験例
1では比較例の約1/6であり、実験例2では比較例の
約1/10である。実験例3では比較例の約1/4であ
る。
【0043】生成したセラミックファイバー(バルク)
については、実験例1、2、3とも比較例とほとんど変
わらない平均径を示している。さらにショット含有量
(65メッシュ以上のショット)も、実験例1、2、3
とも比較例1の約1/2であり、大きく減少しているこ
とが確認された。また、65メッシュよりも小さなショ
ットも比較例に比べて実験例1、2、3はいずれも少な
い量であった。すなわち、比較例が39.7%に対し、
実験例1は33.5%であり、実験例2は34.3%で
あり、実験例3は36.1%であった。以上のことから
実験例1、2、3はいずれも比較例に較べてショット全
体の量も少なく、また大きな粒度のショット量も減少し
ていることが確認された。
【0044】また実験の結果、実験例1,2では微細な
繊維の粉塵は発生しなかったので排気装置を設ける必要
がなく、設備規模が小さくて済んだ。一方、比較例では
多量の粉塵が発生した。このことによって本発明の繊維
製造方法が環境空気に対して悪影響を与えないことが確
認された。
【0045】
【発明の効果】本発明の方法によれば、液体の使用量が
極めて少量にもかかわらず生成したセラミックファイバ
ーバルクの中のショット量は極めて少ない。従って、同
量の原料からできる繊維の収量は従来よりも大である。
さらにショットの粒度も小さいので、ショットが繊維に
混じっていても手触りがよい。
【0046】また、液体を高圧にするためのエネルギー
消費が少なく、繊維化に必要な液体の量も少量である。
そのため、繊維化のエネルギー効率がよい。
【0047】さらに使用するものが液体であり、その使
用量も少量であるので、吹精時に周囲の空気を多量に誘
引することがない。従って集綿機に大容量の集塵設備を
備える必要がない。さらに粉塵の発生が無いので、周囲
の環境空気を悪化させることがない。
【0048】また、繊維を液体とともに一時貯蔵してお
くことができるので、ショットの分離、繊維の脱水・乾
燥などの処理をすぐに行わず、後でまとめて行ったり、
その前後に他に必要な処理工程を通したりすることが可
能である。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実験例1および2の液体ジェットの噴
射方法を示す図。
【図2】本発明の実験例3の液体ジェットの噴出方法を
示す図。
【符号の説明】 1 ノズル 2 液体ジェット 3 液体ジェットの交差線 4 原料の融体の細流 5 繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 公男 東京都中央区日本橋久松町4番4号 糸 重ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 三須 安雄 東京都中央区日本橋久松町4番4号 糸 重ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 伊藤 明 東京都中央区日本橋久松町4番4号 糸 重ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−194222(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料の融体の流れに外力を加えて繊維化
    する繊維の製造方法において、原料の融体の流れに液体
    ジェットを噴射させ、その液体ジェットにより原料の融
    体を繊維化させることを特徴とする繊維の製造方法。
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