(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々のファイバーの強度が20〜50cN/texであり、かつ粗糸におけるファイバー相互の接着力が50〜2000texの繊度において２〜20Nである、長さ50〜1000mmの珪酸ステープルファイバーからなる珪酸ステープルファイバー粗糸。
【請求項２】
請求項１に記載の珪酸ステープルファイバー粗糸を製造する方法において、水性ソーダ水ガラスから乾式紡糸によりソーダ水ガラスフィラメント糸を製造し、これを乾燥筒を通過させた後、回転するドラムで少なくとも350m/分の速度v1で引出し、この回転するドラムの後にソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸に変換し、これをv1に対して低い速度v2で、すなわち１より大のv1:v2の比で、直接後処理域に導入し、ここで連続的に珪酸ステープルファイバー粗糸とし、糊を付け、かつ巻き取ることを特徴とする珪酸ステープルファイバー粗糸の製法。
【請求項３】
ソーダ水ガラスフィラメント糸を600〜1200m/分の速度v1で引き出す請求項２記載の方法。
【請求項４】
ソーダ水ガラスフィラメント糸に引取りドラムの前で酸に易溶性の糊を付ける請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸を200m/分を下回る速度v2で直接、かつジグザク状で後処理域の入口に搬送する請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
比v1:v2を５〜10で選択する請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
引取りドラムによるゴデットの出口から後処理域の入口への、ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の搬送をインゼクター原理による空気流により支持する請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸を後処理域中で連続的に珪酸ステープルファイバー粗糸に変換し、引き続き洗浄し、乾燥し、かつ強熱処理する請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されることを特徴とする、ステープルファイバー糸。
【請求項１０】
請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されることを特徴とする、撚り糸。
【請求項１１】
請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されることを特徴とする、縄。
【請求項１２】
請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されることを特徴とする、編物。
【請求項１３】
請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されることを特徴とする、織物。
【発明の詳細な説明】
本発明は珪酸ステープルファイバー粗糸、その製法、並びに珪酸ステープルファイバー粗糸を使用して製造されるステープルファイバー糸、撚り糸、縄、編物および織物に関する。
石英、異極鉱（Kieselglas;Leached Silica）および珪酸（Silica）からの繊維製品の１部はすでに長期にわたって公知である。これらの繊維は種々異なる方法により製造され、かつ純粋であるか、またはほぼ純粋な二酸化珪素からなる。（Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie、第４改訂版（1977）第11巻、第359〜374頁、Verlag Chemie社、Weinheim/Bergstr.およびMelliand Textilber.、第70巻（1989）、第629〜632頁）。
コッホ（Koch、P.A.）：繊維素表、グラスファイバー繊維（Z.ges.Textilind.、69（1967）、第839〜846頁）に従って、製法および個々のファイバーの長さによりそれぞれ原型を区別する：
−  フィラメント（素糸）；実質的に限定されない長さと一定の繊維直径を有するファイバー、および
−  ステープルファイバー；有限の長さおよび一定の繊維直径を有するファイバー。
−  ステープルファイバー粗糸（束状ファイバー）は任意の数の隣接し、平行に並べた相互にヨリを与えられていないか、またはわずかに与えられているステープルファイバーから構成されており、これは繊維ファイバーからの線状の製品である。ステープルファイバー粗糸は一定の繊度を有しており、かつ全てのステープルファイバー糸および撚り糸の出発材料である。
繊維ファイバーは線状繊維製品、例えば糸に、および平面状繊維製品、例えば織物または編物に加工され、かつ例えば複合材料を製造するためのプラスチックからなるマトリックスの補強材に使用することもできる。
市場には、2000℃を越える温度でSiO2含有溶融体からロッド延伸法により製造される、いわゆる石英ガラスファイバーおよび−フィラメント糸が普及している。この技術的費用は大きく、この製品の価格は比較的高い。
繊維ガラス−ファイバーもしくはこれから製造される繊維製品を酸で滲出することもできる（西独特許公開第2609419号公報、英国特許第2094363号明細書）。異極鉱（Kieselglas）ファイバーから製造した繊維製品は1100℃まで使用することができるが、機械特性が弱い。従って、600〜1300g/m2の重い織物を有利に製造する。相応する糸の多様な繊維加工はその弱い機械特性により実施することはできなかった。
新規製法によれば、珪酸ファイバーは有利な条件下に優れた特性で製造される（西独特許第2900990号、同第2900991号明細書）。これによれば、第１の工程で水性ソーダ水ガラスから乾燥紡糸法によりソーダ水ガラスフィラメント糸を少なくとも30m/分（実施例においては少なくとも350m/分）の引出し速度で製造する。この加水分解を受けやすい製品を水素イオン含有酸溶液および／または塩溶液で、滞留時間１〜15分の間処理することにより珪酸ファイバーに変換する。
西独特許第2900991号明細書には、どのような条件下にソーダ水ガラスファイバーを直接処理浴に導入するかに関して、詳細な記載は全くない：このことは異なる速度もしくは滞留時間のために、技術的にそう簡単の分かるものではない。西独特許第2900991号明細書の実施例中には“1mの長さの糸片”の変換が記載されており、請求項６〜９は明らかに、ステープルファイバーまたはファイバー短繊維の意味における製品型“ファイバー”に関するものである。化学−物理的原因から石英、異極鉱および珪酸からなる繊維製品は約1100℃まで使用することができる。しかしながら、このことに関しては西独特許第2900991号明細書に記載されていない。
ガラスステープルファイバー粗糸は、ほぼ1943年以来引取りドラム法により唯一の工程で製造される（西独特許第715884号明細書、英国特許第755626号明細書、西独特許公告第1199935号、同第1270748号公報）。ガラスを1250〜1300℃で溶融し、ノズルから引取りドラムにより約50m/秒までの速度v1で引き出す。並列するガラスフィラメントをシェーバーにより、および空気流によりドラムの完全な取り巻きの前に連続的に浮かせて、ドラムの幅を超えて広がる円錐状収集路の開口部中に入れる。収集路中で形成された粗糸（束状ファイバー）を収集路の先細端部で、v1より遅い10m/秒までの速度v2で側方に引き出し、かつ巻き取る：“引取りドラム法”。粗糸の繊度（tex）は特にv1:v2の比により調節される。
この方法においては、特に接着によりガラスステープルファイバー粗糸中に好適な強度を達成するために、引取りドラムの前にガラスフィラメントにできるだけ１％を下回る糊を供給する。このように製造されたガラスステープルファイバー粗糸はステープル長さ約50〜1000mmのファイバーからなる。撚りをかけた後、通常125〜2000texの範囲の繊度を有するガラスステープルファイバー糸が得られる。
この安いガラスステープルファイバー糸の繊維製品は特に、例えばパッキングまたは約300℃までの継続温度安定性での断熱のためのアスベストの代替品として使用される。化学−物理的理由からガラスステープルファイバー糸からの製品は400〜500℃を越える適用温度には好適ではない。
セラミックファイバー糸からの繊維製品は400〜500℃を越える温度で（１部アスベスト代替品として）使用される。セラミックファイバー糸は特に公知装置上で異なる長さのセラミックファイバーから製造される（梳毛機上での粗糸製造、環状紡糸装置上での製糸）。加工および適用における技術的制限の他にも、今日セラミック繊維にもアスベスト繊維と同様、その肺機能の測定により人の健康をおびやかし、危害を加える疑いが高くなっている（Hodgson,A.A.:Alternatives to Asbestos、The Pros and Cons:Critical Reports on Applied Chemistry、第26巻、John Wiley ＆ Sons、Chichester、ニューヨーク、1989）。
米国特許第3760049号明細書は高温安定酸化フィラメント糸の連続的製法を記載している（連続ファイバー、例えば3Al2O3:1B2O3:3SiO2）。乾式紡糸法により製造した“未処理ファイバー”（v1＝40〜60m/分）は張力なしにループ状でベルトコンベヤ上で炉を通り搬送される（v2＝約0.4m/分）。約1200℃までの温度で熱分解することにより、ノズルによる紡糸を可能にした有機成分を除去し、かつ強度決定結晶構造が生じる。
この糸のタイプが1200℃およびそれ以上まで使用することができることは公知である。高価な原料および製造費用は高い販売価格を決める。従って、高温技術における適用は制限される。ステープルファイバー糸は公知ではない。
こうして、種々の繊維製品に加工することができ、かつ400〜500℃を越える温度で良好な機械特性で使用することのできる、安価なステープルファイバー粗糸もしくはステープルファイバー糸に対して要求がある。
従って、本願の課題は西独特許第2900991号明細書中に記載された、乾式紡糸水ガラスフィラメント糸およびその水素イオン含有酸溶液および／または塩溶液中での処理に関する教示を考慮し、かつこれを補足して、良好な機械特性を有する珪酸ステープルファイバー粗糸を提供することである。この課題は請求項１による珪酸ステープルファイバー粗糸により解決する。本発明による珪酸ステープルファイバー粗糸の有利な製造法は請求項２に記載された課題である；特に有利な実施形は請求項３〜８の課題である。請求項９〜11は、特に本発明による珪酸ステープルファイバー粗糸の有利な使用可能性に関する。
新規であるのは、ソーダ水ガラスフィラメントの乾式紡糸と“引き取りドラム法”によるソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の連続的形成および後処理域中への（ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の）直接供給とを組み合わせることである。
紡糸ノズルから新に紡糸されたソーダ水ガラスフィラメント糸を乾燥筒の通過および糊での含浸の後、回転ドラムにより引き出す。糊の組成に関しては、ソーダ水ガラスフィラメントの反応が阻止されないために、これが後に通過する酸浴中で溶解するように考慮すべきである。糊としては、例えば西独特許第2900990号明細書中に記載された水性調剤を使用することができる。
引出速度v1が600m/分を上回るが、1200m/分を下回るのが有利である。速度がこれにより低過ぎても、高過ぎても、紡糸妨害の頻度が高くなり、操業上の生産性は低くなる。
特に有利であるのは、引取りドラム上でのソーダ水ガラスフィラメントの短い滞留時間であり、これによりソーダ水ガラスと物理的および化学的に反応する空中の湿気または二酸化炭素によるフィラメントの損傷が生じないことである。
ドラム上を完全に回転する前に、前記のようにフィラメントを浮き上がらせ、室中で渦形成し（verwirbeln）、側方から引出速度v1に対して小さい速度v2で回転ヘッドを介して引き出す。糸速度v1:v2の比を介して生じるソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の繊度に影響を与えることができる。
200m/分を下回る速度で後処理域中でソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の導入は妨害なく経過する。これにより有利なv1:v2の比は５〜10である。引取りドラムから後処理域への粗糸の搬送は空気インゼクターによっても支持される。
ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の明らかな特徴は、水素イオン含有酸−または塩水溶液中での反応の速度に予期しなかった有利な影響を有することである。必要な滞留時間を１分以下に減少することができる。20〜30秒の滞留時間で十分であることが確認された。短い滞留時間は方法実施および装置の大きさに、こうした生産費に有利に作用する。
水素イオン含有酸−または塩水溶液中で生じた珪酸ステープルファイバー粗糸はベルトコンベヤ上にジグザグ状に置かれ、後処理範囲のそれぞれの域を通って搬送される。
強熱処理炉の後、ステープルファイバー粗糸は摩耗性に対して必要な保護として、かつ巻き取りおよび繊維加工に関しフィラメント相互の接着を高めるために約１％の糊を有する。糊としては西独特許第2900990号明細書に記載されている調剤を使用することもできる。
ブローノズル中での珪酸ステープルファイバー粗糸の渦形成は基本的に可能である；個々の珪酸ステープルファイバーの切断を回避するためにこの工程を緩和な条件で実施するのがよい。渦形成の他にも、使用の際に興味深い特性を有する混合糸は、例えばブローノズルの前に補充する特性を有するフィラメントまたは糸を供給し、かつブローノズル中で珪酸ステープルファイバー粗糸と共に渦形成することにより製造される。
紡糸ノズルの穴数、選択した紡糸混合物供給量、引出速度および比v1:v2に相応して広い範囲の粗糸−繊度を形成することができる。糸繊度の決定においては、顧客の要求および公知規格に対応させる：重点は繊度125および330texであろう。
珪酸ステープルファイバー粗糸及びこれから製造した珪酸ステープルファイバー糸を撚り糸、縄、編物及び織物に加工する。この繊維製品を特に400〜500℃を越え、有利には1100℃までの断熱及び熱保護の目的に使用する。
本発明を図面につきより詳細に説明す：図面は本発明方法を実施するための装置の主な特徴を示す。
紡糸ノズル１からの水ガラスフィラメントの水分含量を乾燥筒２中で向流空気で約15〜30重量％に減少させる。引き続き、例えばゴデット石３を用いて糊を担持する。その後、引取りドラム４からフィラメント糸を取り、引取りドラムを完全に１周する前に浮かせ円錐状室中に渦形成し、側方から引き出す。巻き上げゴデット５及び方向変換装置を用いて、場合によりインゼクターノズル5aにより支持し、形成されたソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸をジグザグ状にかつ張力なしに酸浴取り入れ口に搬送する。反応を酸浴６中で行ない、引き続き生じた珪酸ステープルファイバー粗糸を洗浄域７中で洗浄する。その後、粗糸を耐酸性ベルトコンベヤから耐熱性ベルトコンベヤに載せ、乾燥域８及び強熱処理域９中を搬送する。引き続き、糊担持10及び糊の後乾燥11を行なう。巻取り装置13の前に粗糸をブローノズル12中で、場合により補足する特性を有する糸の供給下に渦形成する。
次に、幾つかの実施例により、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。実施例中では西独特許第2900991号明細書に記載されたソーダ水ガラス紡糸量の配量に関する及び酸浴中での反応及び後処理条件に関する教示を考慮する。珪酸ステープルファイバー粗糸の接着−滑沢−挙動は個々のステープルファイバーの結合により生じ、その後の繊維加工における挙動に影響を与える。接着−滑沢−挙動を特徴付ける接着力は引張強度測定装置を用いて、引張りにより記録された力を時間経過に対しグラフ図に記載することにより測定する。
実施例１
モル比  Na2O/SiO2＝1/2.48及び粘度240Pa.s（30゜）のソーダ水ガラスをそれぞれ穴120個を有する２つの紡糸ノズルによりソーダ水ガラスフィラメント糸に紡糸する。引取りドラムにより引出速度750m/分に調節した。後続のゴデットの速度によりv1:v2の比を８に固定し、生じた粗糸を約94m/分でジグザグ状の後処理区域に搬送した。この粗糸を後処理区域に運ぶベルトコンベヤの速度は10m/分であった。乾燥を約150℃で行ない、強熱処理は約800℃で行なった。
糊を有する珪酸ステープルファイバー粗糸及び個々の素糸（ステープルファイバー）は次の測定値を有した：
粗糸−繊度                                275tex
素糸強度                                37cN/tex
接着力（粗糸）                            ５〜6N
強度（保護撚りを有する粗糸）          約11cN/tex
実施例２
紡糸条件は実施例１と同様に行なった。
ソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸をv1:v2の比を４で形成した。約190m/分のソーダ水ガラスステープルファイバー粗糸の高速においては、珪酸ステープルファイバー粗糸の障害のない後処理及び巻き取りは不可能であった。短い糸断片は次の測定値を有した：
粗糸−繊度                              約134tex
フィラメント直径                         9.2μｍ
素糸強度                                40cN/tex
接着力（粗糸）                            ４〜5N
強度（保護撚りを有する粗糸）          約12cN/tex
実施例３
ソーダ水ガラスフィラメント糸を穴120個を有する紡糸ノズルから速度1000m/分で引出した。粗糸を８の比v1:v2で形成した。
珪酸ステープルファイバー粗糸で測定された値は次の通りであった：
粗糸−繊度                                135tex
フィラメント直径                         9.1μｍ
素糸強度                                38cN/tex
接着力（粗糸）                            ５〜6N
強度（保護撚りを有する粗糸）          約10cN/tex
図面中の記号：
1.紡糸ノズル、2.乾燥筒、3.糊用ゴデット、
4.引取りドラム、5.巻き上げゴデット、5a.インゼクターノズル、6.酸浴、7.洗浄域、8.乾燥域、9.強熱処理域、10.糊用噴霧ノズル、11.乾燥炉、12.ブローノズル、13.巻取り装置。
0003573746.tif 000002