(57)【要約】  布地は、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成される。具体的には、その無機フィラメントは、火山性黒色岩の溶融物から紡糸され、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ナトリウム及びホウ素を含む。その組成のため、この布地は耐熱性であり、軽量であってもじょうぶである。布地は、１５００℃〜１６５０℃の融点、−１３０℃〜７００℃の実用範囲、１．６ｇ／ｃｃの密度、１６０ｇ／ｍ２〜３５０ｇ／ｍ２の表面密度、及び５００ｌｂｆ／ｉｎ２〜１８００ｌｂｆ／ｉｎ２の引っ張り強さを示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成された布地であって、無機フィラメントが火山性黒色岩から形成されている、上記布地。
【請求項２】
無機フィラメントが、火山性黒色岩の溶融物から紡糸される、請求項１に記載の布地。
【請求項３】
無機フィラメントが、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ナトリウム及びホウ素を含む、請求項１に記載の布地。
【請求項４】
糸が、約
３５〜４５重量％の酸化カルシウム、
３０〜４０重量％の酸化マグネシウム、
５〜１０重量％の酸化カリウム、
２重量％未満の酸化アルミニウム、
５〜１０重量％の酸化鉄、
２重量％未満の二酸化ケイ素、
２重量％未満の二酸化チタン、
２重量％未満の酸化ナトリウム、
２重量％未満のホウ素、及び
１〜５重量％のレーヨン
を含む、請求項３に記載の布地。
【請求項５】
糸が約９８重量％のフィラメントと２重量％のレーヨンである、請求項１に記載の布地。
【請求項６】
糸が、約
４０重量％の酸化カルシウム、
３６．６重量％の酸化マグネシウム、
８．４重量％の酸化カリウム、
０．８重量％の酸化アルミニウム、
８．８５重量％の酸化鉄、
０．８５重量％の二酸化ケイ素、
０．８重量％の二酸化チタン、
０．８重量％の酸化ナトリウム、
０．６重量％のホウ素、及び
２重量％のレーヨン
を含む、請求項５に記載の布地。
【請求項７】
約摂氏１５００度（１５００℃）〜約摂氏１６５０度（１６５０℃）の融点を有する、請求項１に記載の布地。
【請求項８】
約摂氏−１３０度（−１３０℃）〜約摂氏７００度（７００℃）の実用範囲を有する、請求項１に記載の布地。
【請求項９】
約１６０グラム／平方メートル（１６０ｇ／ｍ２）〜約３５０グラム／平方メートル（３５０ｇ／ｍ２）の表面密度を有する、請求項１に記載の布地。
【請求項１０】
約５００重量ポンド／平方インチ（５００ｌｂｆ／ｉｎ２）〜約１８００重量ポンド／平方インチ（１８００ｌｂｆ／ｉｎ２）の引っ張り強さを有する、請求項１に記載の布地。
【請求項１１】
過マンガン酸カリウムを含む添加物と火山岩を混合して、原材料を作製するステップと、
該原材料を溶融して溶融物を作製するステップと、
該溶融物を紡糸して、実質的に１〜１０ミクロンの範囲の直径を有する複数のフィラメントを作製するステップと、
該複数のフィラメントを冷却するステップと、
該複数のフィラメントをレーヨン剤でサイジングして繊維を作製するステップと、
該複数の繊維を撚糸して糸を作製するステップと、
該糸を織って布地にするステップと
によって製造される織った糸を含む布地。
【請求項１２】
火山岩が黒色岩であり、原材料が約１００部の黒色岩及び約１４部の添加物を含む、請求項１１に記載の布地。
【請求項１３】
添加物が、酸化鉄、粉砕白石及びホウ素をさらに含む、請求項１１に記載の布地。
【請求項１４】
過マンガン酸カリウムが溶融ステップでの燃料を供給する、請求項１１に記載の布地。
【請求項１５】
約１５００℃〜約１６５０℃の融点を有する、請求項１１に記載の布地。
【請求項１６】
約摂氏−１３０度（−１３０℃）〜約摂氏７００度（７００℃）の実用範囲を有する、請求項１１に記載の布地。
【請求項１７】
約１６０グラム／平方メートル（１６０ｇ／ｍ２）〜約３５０グラム／平方メートル（３５０ｇ／ｍ２）の表面密度を有する、請求項１１に記載の布地。
【請求項１８】
約５００重量ポンド／平方インチ（５００ｌｂｆ／ｉｎ２）〜約１８００重量ポンド／平方インチ（１８００ｌｂｆ／ｉｎ２）の引っ張り強さを有する、請求項１１に記載の布地。
【請求項１９】
レーヨンでコーティングされた無機フィラメントからなる糸の織りを含む布地であって、該無機フィラメントが火山性黒色岩から形成される布地。
【請求項２０】
無機フィラメントが、火山性黒色岩の溶融物から紡糸され、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ナトリウム及びホウ素を含む、請求項１９に記載の布地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に糸から形成される布地に関する。より具体的には、本発明は、無機フィラメントを含む糸から形成される高性能布地に関する。本発明は、特に、これらに限定されないが、黒色岩を含む無機原材料から得られた糸から布地を作製するのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の布地は一般に、有機又は合成のポリマー繊維から作製される。その組成のため、これらの布地は、高温において、また力に対する耐性を必要とする条件下においての用途が非常に限定される。具体的には、そうした布地は、高温にかけた場合に急速に劣化し、ほとんどの条件下でそれらは通常、強度が限られたものとなる。
【０００３】
布地はますます、従来の糸より高性能の糸で形成されるようになってきている。高性能糸は、従来の糸と比べて、高い強度と高い弾性係数の両方を有している。一般に、高性能糸は無機フィラメントから形成される。これらのフィラメントの使用によって、高い引っ張り強さ及び引張係数を有し、高温で上記特性を維持する能力を有する糸及び布地の新規な群がもたらされてきた。それでもなお、既知の無機フィラメントから形成される布地の強度及び耐熱性はさらに改善できる可能性がある。
【０００４】
既知の布地の強度及び耐熱性をさらに改善するために、本発明は、火山岩などの未精製の原材料を用いて、織って布地にすることができる無機フィラメントを製造する。火山岩から製造される無機フィラメントは、優れた強度と耐熱性の特性を示すことが分かった。同様に、これらの無機フィラメントで織るか又はそれから形成させた布地も同様の優れた強度と耐熱性の特性を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上を踏まえて、本発明の目的は、無機糸から形成された布地を提供することである。本発明の他の目的は、火山岩から得られる有機糸から形成された布地を提供することである。本発明のさらに他の目的は、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成された布地を提供することである。本発明のさらに他の目的は、製造するのが比較的容易であり、使用するのが簡単であり、且つ比較的費用効率が高い高強度の耐熱性布地を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、火山岩から形成され、レーヨンでコーティングされた無機フィラメントを含む糸から形成された布地を対象とする。具体的には、その無機フィラメントは、火山岩の溶融物から紡糸される。その火山岩は、酸化アルミニウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム及び酸化カリウムを含有する黒色岩であることが好ましい。黒色岩に加えて、その溶融物は、好ましくは酸化鉄、白石（ｗｈｉｔｅｓｔｏｎｅ）及びホウ素を含む添加物を含む。
【０００７】
溶融物からフィラメントを紡糸した後、これらを、レーヨン用サイズ剤を用いてサイジングする、すなわちコーティングする。次いで、当業界で周知の方法で、サイジングしたフィラメントを一緒に撚糸して糸を形成させる。得られる糸は、１０〜１５ｍｍの範囲の直径を有し、約９８重量％の無機フィラメントと２重量％のレーヨンであることが好ましい。
【０００８】
火山性黒色岩はある範囲の成分で形成されるが、その製造プロセスにおいて、その糸が、約３５〜４５重量％の酸化カルシウム、３０〜４０重量％の酸化マグネシウム、５〜１０重量％の酸化カリウム、２重量％未満の酸化アルミニウム、５〜１０重量％の酸化鉄、２重量％未満の二酸化ケイ素、２重量％未満の二酸化チタン、２重量％未満の酸化ナトリウム、２重量％未満のホウ素及び１〜５重量％のレーヨンを含むように制御することが好ましい。糸は、約４０重量％の酸化カルシウム、３６．６重量％の酸化マグネシウム、８．４重量％の酸化カリウム、０．８重量％の酸化アルミニウム、８．８５重量％の酸化鉄、０．８５重量％の二酸化ケイ素、０．８重量％の二酸化チタン、０．８重量％の酸化ナトリウム、０．６重量％のホウ素及び２重量％のレーヨンを含むことがより好ましい。
【０００９】
その組成のため、本発明の布地は約摂氏１５００度（１５００℃）〜約摂氏１６５０度（１６５０℃）の融点を有する。さらに、この布地は約摂氏−１３０度（−１３０℃）〜約摂氏７００度（７００℃）の実用範囲（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｒａｎｇｅ）を有する。
【００１０】
その優れた熱的特性に加えて、本発明の布地は非常に優れた強度を示し、良好な衝撃（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）特性を有する。具体的には、それは約５００重量ポンド／平方インチ（５００ｌｂｆ／ｉｎ２）〜約１８００重量ポンド／平方インチ（１８００ｌｂｆ／ｉｎ２）の引っ張り強さを有する。さらに、この布地は約１６０グラム／平方メートル（１６０ｇ／ｍ２）〜約３５０グラム／平方メートル（３５０ｇ／ｍ２）の表面密度を有する。また、この布地は相対的に非常に軽く、約１．６グラム／立方センチメートル（１．６ｇ／ｃｃ）の密度を有する。
【００１１】
その構造と動作の両方に関して、本発明の新規な特徴、並びに本発明自体は、付随の説明と合わせれば、添付の図面から非常によく理解されよう。この図面において、同様の参照文字は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による布地の拡大概略側面図である。
【図２】本発明による無機糸の製造方法を例示する概略図である。
【図３】本発明による布地に使用できるいくつかの例示的な織り方の様式の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明による高い強度の耐熱性布地が示されており、これを全体として１０と表す。図に示すように、布地１０は、互いにほぼ平行するように配置された複数の充てん糸１２を含む。さらに、複数の縦糸１４は蛇行した形（すなわち、隣接する充てん糸１２の上になり下になる形）で充てん糸１２と織られている。本発明のためには、充てん糸１２と縦糸１４の両方は、無機火山岩、添加物及びレーヨンから形成された糸１６を含む。その結果、布地１０は無機糸１６だけからなり、以下で論じる特定の所望の特徴を示すことになる。
【００１４】
次に図２を参照すると、無機糸１６を製造するための装置１８が示されている。図に示すように、装置１８は加熱炉２０を備える。加熱炉２０はキュポラ型加熱炉であることが好ましく、それは、側壁２４で囲まれたチャンバー２２を含む。チャンバー２２は、無機糸を製造するのに要する原材料２６を受け入れられる寸法になっている。具体的には、原材料２６は黒色岩２８及び添加物３０を含む。図示したように、黒色岩２８及び添加物３０を、粉砕固形物の形態でチャンバー２２に供給する。チャンバー２２に投入し終ったら、その中でこれを液化して溶融物３２を形成させる。
【００１５】
加熱炉２０の下流では、装置１８は紡糸装置３４を備える。紡糸装置３４は、加熱炉２０と一体化されていても、また、溶融物３２を受け入れるための加熱炉２０と直接連結されていてもよい。或いは、溶融物３２は、ひしゃく又は同様のものなどの搬入用具を介して紡糸装置３４に供給することができる。いずれにしても、紡糸装置３４は、１つ又は複数の開口を通して溶融物３２を押し込んで複数のフィラメント３６を形成させるためのポンプ又は他の手段を備えている。紡糸装置３４のその開口は、溶融物３２の高温に耐えられる固定白金ノズルで形成されていることが好ましい。
【００１６】
図２に示すように、装置１８は、紡糸装置３４の下流に位置する冷却装置３８をさらに含む。紡糸装置３４と同様に、冷却装置３８は、加熱炉２０と一体化されていても、また、それと連結されていてもよい。図に示すようには、冷却装置３８は、紡糸装置３４からの複数のフィラメント３６を受け入れるように配置されている。さらに、サイジングステーション４０が冷却装置３８の下流に配置されていて、そこからの複数のフィラメント３６を受けるようになっている。サイジングステーション４０は、複数のフィラメント３６に施用して複数の繊維４４を形成させることができるサイズ剤４２を備えている。図２にさらに示すように、サイジングステーション４０の直ぐ下流に撚糸装置４６が配置されている。この撚糸装置４６は複数の繊維４４を受け入れ、その繊維から無機糸１６を形成する。
【００１７】
より詳細には、本発明の黒色岩２８は、オレゴン州、ワシントン州及び他の場所で一般に見出される種類の火山岩でできていることが好ましい。そうした黒色岩２８は通常、約４４重量％の酸化カルシウム、４１重量％の酸化マグネシウム、１０重量％の酸化カリウム、１重量％の酸化アルミニウム、１重量％の酸化鉄、１重量％の二酸化ケイ素、１重量％の二酸化チタン及び１重量％の酸化ナトリウムを含む。他の材料で処理されていないか又はそれと混合されていない限り、黒色岩２８は一般に、摂氏１２００度（１２００℃）を超える融点を有する。加熱炉２０のチャンバー２２に黒色岩２８を導入する前に、黒色岩２８は、約４〜８インチの直径「ｄ」を有する個別破片に選り分ける。黒色岩２８の個別破片はすべてほぼ同じ直径「ｄ」を有していることが好ましい。
【００１８】
図２にさらに示すように、添加物３０は粉砕固形物の形態で提供する。添加物３０は約９００℃の融点を有し、約２６〜３３重量％の過マンガン酸カリウム、３９〜４５重量％の酸化鉄、２２〜３１重量％の白石及び３重量％のホウ素を含むことが好ましい。本発明のためには、過マンガン酸カリウムを、原材料２６を溶融させるための燃料源として提供し、酸化鉄を、黒色岩２８を改変させるために提供する。さらに、融点を低下させ原材料２６の混合物の加工を容易にするために、ホウ素、及び約５８重量％の酸化カルシウム、４１重量％の酸化マグネシウム、１重量％未満の酸化ケイ素及び１重量％未満の酸化鉄を含む白石を提供する。
【００１９】
回分プロセスでは、所望量の黒色岩２８及び添加物３０を加熱炉２０に供給する。チャンバー２２に供給される原材料２６は、基本的に６０〜９０重量％の黒色岩２８及び４０〜１０重量％の添加物３０からなることが好ましい。特定の好ましい実施形態では、原材料２６は基本的に８７〜８８％の黒色岩２８及び１３〜１２％の添加物３０からなる。そうした実施形態では、原材料２６の混合物は、約５〜６重量％の過マンガン酸カリウム、４〜６重量％の白石、８重量％の酸化鉄及び０．６重量％のホウ素を含む。原材料２６は容積で約１００部の黒色岩２８及び約１４部の添加物３０であることが好ましい。
【００２０】
加熱炉２０のチャンバー２２に入れたら、原材料２６の混合物を、約９５５℃〜１２７０℃、好ましくは１２００℃〜１２７０℃の範囲の温度に加熱する。得られる具体的な温度に関係なく、原材料２６の混合物を、原材料２６を液化させるのに十分なように加熱して、加工に適した粘度を有する溶融物３２にする。加熱している間、燃料として過マンガン酸カリウムを燃焼させ、他の原材料２６が液化するのを容易にする。
【００２１】
溶融物３２が適切に形成された後、これは紡糸装置３４に送られる。紡糸装置３４は、溶融物３２をそのノズルに押し込み、溶融物３２を押し出して複数のフィラメント３６にする。得られるフィラメント３６は、ほぼ１〜１０ミクロンの範囲の直径を有する。フィラメント３６が変形するのを防止するために、これを冷却装置３８に送り、冷却して固めて柔らかい固体状にする。冷却工程の間、冷却装置３０はまず複数のフィラメント３６を８００℃に冷却し、その温度で３０分間保持する。次いで複数のフィラメント３６を３５５℃に冷却し、その温度で３０分間保持する。その結果、複数のフィラメント３６は、ほぼ柔らかい固体状になる。これは、後の加工を容易にする。
【００２２】
３５５℃に冷却した後、フィラメント３６はサイジングステーション４０に送られる。サイジングステーション４０において、レーヨン用サイズ剤４２を、複数のフィラメント３６に施用する。具体的には、複数のフィラメント３６を、レーヨン用サイズ剤４２でコーティングして複数の繊維４４を形成させる。レーヨン用サイズ剤４２は、糸の形態のものであることが好ましく、レーヨンが、結果として２重量％の繊維４４を形成するような量で提供される。レーヨンコーティングの結果として、繊維４４は機械的損傷から保護され、繊維４４からの糸の形成が容易になる。サイジングが実施されたら、繊維４４を集めて撚糸装置４６で加工する。具体的には、撚糸装置４６は、複数の繊維４４を引き抜き、これを撚糸して無機糸１６を形成させる。得られる無機糸１６は１０〜１５ｍｍの範囲の直径を有することが好ましい。
【００２３】
本発明のためには、上記方法により製造された糸１６は、約４０重量％の酸化カルシウム、３６．６重量％の酸化マグネシウム、８．４重量％の酸化カリウム、０．８重量％の酸化アルミニウム、０．８５重量％の酸化鉄、０．８５重量％の二酸化ケイ素、０．８重量％の二酸化チタン、０．８重量％の酸化ナトリウム、０．６重量％のホウ素、８重量％の酸化鉄及び２重量％のレーヨンを含むことが好ましい。そうした糸１６は、約１５００℃〜約１６５０℃の範囲の融点を有し、約−１３０℃〜７００℃の実用範囲を有する。さらに、糸は相対的に非常に軽く、約１．６グラム／立方センチメートル（１．６ｇ／ｃｃ）の密度を有する。
【００２４】
図１に、無機糸１６を含む代表的な織りを示すが、任意の数の織りを、本発明の布地１０を形成させるのに用いることができることを理解されよう。いくつかの織りの例を図３に示す。これらはすべて当業界でよく知られているものである。具体的には、図３には、平織、クローフット（ｃｒｏｗｆｏｏｔ）繻子織、２×２バスケット織、２／２あや織、２／１あや織、及び絡み織が示されている。本発明のためには、布地１０の重さ、厚さ、密度及び強度を制御するために、このような織りを選択、設計又は利用することができる。さらに、布地１０の特定の用途のために、特定の織りを所望することができる。
【００２５】
本明細書で詳細に示し開示した具体的な布地は、完全に目的を達成し本明細書で上記した利点を提供することができるが、本発明のこの好ましい実施形態の例に過ぎず、添付の特許請求の範囲に記したもの以外、本明細書で示した構造又は設計の詳細を限定しようとするものではないことを理解されたい。
【図１】
2010509516.tif 000002
【図２】
2010509516.tif 000003
【図３】
2010509516.tif 000004
【国際調査報告】
2010509516.tif 000005