(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均直径が６μｍ以下であるガラス繊維の芯部よりもＳｉＯ2含有量の高い高シリカ質領域の厚さがガラス繊維表面から０．０６〜０．５５μｍの範囲内にあり、その内のＳｉＯ2含有率が８０重量％以上の表層部の厚さがガラス繊維表面から０．０５〜０．３３μｍの範囲内にあり、綾織又は朱子織の織布であることを特徴とする高温ガス処理用ガラス繊維織布。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スクラップ溶解炉、ゴムタイヤ焼却炉、ゴミ焼却炉、ガスタービン発電機等から排出される高温ガスを処理するためのガラス繊維織布に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸性ガスを含有する高温ガスに使用される基材としてガラス繊維の表面を高珪酸化したものには次のものがある。
第一に、特開平３−６５２４５号公報には、「アルカリ土類金属、アルミニウム、シリカを含有する無機質繊維の織布基材を塩酸、硝酸、硫酸溶液中に浸漬することにより基材表面にアルミニウム、カルシウムの欠乏層を形成させた後（欠乏層の厚さは該公報中には具体的に記載されていない。しかし、第３図からすると繊維直径６μｍに対して全浸食厚さが０．５〜３μｍ程度であるが、その詳細は不明である。）、触媒成分をその上に塗布する窒素酸化物除去用触媒」が開示されている。
【０００３】
第二に、特開平４−１１４９３４号公報には、「硼珪酸ガラス繊維表面に該繊維より熱膨張率の小さい化合物の被膜（繊維直径９μｍに対して表層部シリカリッチ層が約１μｍ）を形成し、該ガラスの除歪点以上でかつ軟化点以下の温度に加熱後冷却することでシリカ被膜をシンタリングにより収縮させ緻密化する耐熱耐酸性無機繊維の製造方法。」が開示されている。
第三に、特開平５−１４７９７５号公報には、「繊維全体としてはＥガラス繊維と実質的に同一のガラス組成を有するが、表層部（繊維直径９μｍに対して１２０Å＝０．０１２μｍ）は、ＳｉＯ2 含有率が８０重量％以上のシリカ質ガラスからなり、繊維の芯部よりも高いＳｉＯ2 含有率となる高シリカ質領域は数百〜約１０００Å（約０．１μｍ以下）である耐熱性ガラス繊維。」が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、スクラップ溶解炉やガスタービンなどから排出されるガスの温度は６００℃前後と高いため、このガスを処理する際に用いるガラス繊維の表面に形成されるシリカ層の厚さによっては、ガラス繊維は長時間使用したとき熱的に劣化し、強度低下を起こすことがある。即ち、シリカ層が薄すぎると劣化を起こす。一方、通常、Ｅガラス繊維を酸処理することによってその表面にシリカ層を形成させるが、酸処理を進め過ぎてシリカ層の厚さを厚くし過ぎると、ガラス繊維の強度は低下する。かくして、上記第一及び第二の従来技術の場合、シリカ層の厚さが厚すぎてガラス繊維の強度が低下してしまうという欠点があり、また上記の第三の従来技術の場合には、シリカ層の厚さが薄すぎるために長時間使用したときガラス繊維が熱的に劣化し、強度低下を起こしやすいという欠点がある。よって、耐熱性及び強度が両立するような織物を得るためには、適切な厚さのシリカ層を有するガラス繊維を使用することが必要となる。
【０００５】
そこで、酸処理を進めたときのシリカ層の厚さと強度との関係を調べた。通常Ｅガラスは撚糸や織布の段階でフィラメントが磨耗によって傷まぬようデンプンー植物油系のサイズ剤が塗布してあるが、このサイズ剤の付着量が酸処理中の脱落などによって変化すると強度も変化してしまう。よって、ここでは６００℃で２時間加熱してサイズ剤を除去した後の強度を測定し、比較した。
但し、ここで使用したＥガラスの織布は６μｍ径のフィラメントを撚糸したヤーンで織った厚さ０．５ｍｍ、重さ６００ｇ／ｍ2 の綾織り織布である。特に６μｍの場合は９μｍのものより耐磨耗性に優れているという利点があるので、６μｍのものを用いた。また、綾織りの場合は手織に比べ多数の糸を打込めるので、強度が強くなると共に、折り曲げやすい構造でもあるため機械的な強度が大となる。これは、朱子織の場合に関してもいえることである。
【０００６】
上記手順に従い、シリカ層の厚さに対する抗張力（ｋｇｆ／２５ｍｍ）を測定し、その測定結果に基づいてシリカ層の厚さと６００℃での２時間加熱後の抗張力との関係を後述するように図１に示したところ、酸処理を進めてシリカ層の厚さを増すにつれて機械的強度が低下しており、機械的強度の面からはあまりシリカ層を厚くしない方が良いことがわかった。
従って、本発明の目的は、高温ガス中で使用しても強度低下を引きおこさない、耐熱性に優れたガラス繊維織布を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高温ガス処理用ガラス繊維織布は、上記目的を達成するべく、平均直径が６μｍ以下であるガラス繊維の芯部よりもＳｉＯ2含有量の高い高シリカ質領域の厚さがガラス繊維表面から０．０６〜０．５５μｍの範囲内にあり、その内のＳｉＯ2含有率が８０重量％以上の表層部の厚さがガラス繊維表面から０．０５〜０．３３μｍの範囲内にあり、綾織又は朱子織の織布であることを特徴とする。
【０００８】
本発明においてＥガラスの表面層を酸で処理した場合、表面のシリカ層は酸が浸透した部分で明確な境界ができるわけではなく、図３に示すようにある深さ以降はなだらかにＳｉＯ2 含有量は変わって行く。図３は、オージェ電子分光法によるガラス繊維表面からの距離（Å）に応じたガラス繊維の組成の含有量（％）を示すものである。
本発明においては、ＳｉＯ2 含有率が８０％以上の高珪酸部を表層部と呼び、その表層部からなだらかにＳｉＯ2 含有率が低下している部分（芯部よりＳｉＯ2 含有量は高い）迄含めた部分を高シリカ質領域又は高シリカ層部と呼ぶ。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、使用するガラス繊維は表面が高珪酸化しているため、８００℃の高温に曝されても、表面のシリカ層でガラス繊維どうしが融着することはなく、冷却後も充分に柔軟性を保持している。酸処理されていない通常のＥガラス繊維の場合は、その表面が高珪酸化されていないため、８００℃では表面でガラス繊維どうしが容易に融着し、柔軟性が失われてしまい、更には溶融してしまう。
ガラス繊維としての強度低下を極力抑え、かつ８００℃、３０分の耐熱性を充分保持させるように酸処理を調節し、高シリカ層部をガラス繊維表面から約０．０６〜０．５５μｍの範囲内の厚さに制御しているため、６００℃での長時間連続使用にも充分耐えることができる。
【００１０】
特にフィラメント径が６μｍ以下の場合が好ましく、この場合、耐摩耗性も優れており、機械的に苛酷な条件下での使用にも充分耐えられる。
また、酸処理条件を調節し、高シリカ層部をガラス繊維表面から約０．０６〜０．５５μｍの範囲内に抑えてあるために、加熱収縮率も小さい。
本発明で使用されるガラス繊維としては、例えば軟化点が比較的高いＥガラス繊維が好ましく、その組成は、例えば、ＳｉＯ2 ５２〜５６重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １２〜１６重量％、ＣａＯ１６〜２５重量％、ＭｇＯ０〜６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ８〜１３重量％、微量のＮａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏからなっているものが好ましい。
かかる組成のガラスを紡糸して、平均径３〜１０μｍの単繊維を数百〜数千本引き整えたものに撚りをかけ、更にそれを数本撚り合わせてヤーンとする。このヤーンを用いて製織し、綾織または朱子織の織布とした。
【００１１】
本発明では、繊維、ヤーンのまま酸処理してその表面を高珪酸化した後織布としても、あるいは織布とした後酸処理してガラス繊維の表面を高珪酸化してもよい。
高珪酸化の処理方法は、例えば、濃度１〜２Ｎ（約３〜６％）の塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸溶液に、ガラス繊維又はその織布を、約３０〜５０℃の温度で、約１〜９０分間浸漬して、繊維表面付近にあるアルカリ、アルカリ土類金属、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｂ2 Ｏ3 等のＳｉＯ2 以外の成分を溶出させた後、水洗し、７０〜２００℃で、０．５〜５分間加熱乾燥することにより行われる。
本発明で使用されるガラス繊維は、全体の平均組成として、例えば上記Ｅガラス繊維のＳｉＯ2 が５４％であるのに対してＳｉＯ2 分を５６％〜７１％に高めたものである。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を説明する。
（例１〜８）
本実施例及び比較例で使用するガラス繊維織布としては、ＳｉＯ2 ５４．９重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １３．５重量％、ＣａＯ２１．４重量％、ＭｇＯ０．７９重量％、Ｂ2 Ｏ3 ７．７０重量％の組成を有するＥガラス繊維からなる単繊維を数百〜数千本撚ったもの（フィラメント径：６μｍ）を用いて、通常の方法で綾織、朱子織、平織の形態（密度：タテ３０本／２５ｍｍ、ヨコ２２本／２５ｍｍ）に織ったものを用いた。
【００１３】
例１の場合、得られた綾織りの織布を１．０ＮーＨＣｌ中に、６０℃で１分間浸漬して、ガラス繊維の表面を高珪酸化した。その後、水洗し、１５０℃で２分間加熱乾燥して、高温ガス処理用ガラス繊維織布を得た。得られた織布の繊維について、繊維全体については粉砕して化学分析により行ない、その組成を調べると共に、芯部よりもＳｉＯ2 含有量の高い高シリカ層部の厚さ及びそのうちＳｉＯ2 含有量が８０重量％以上である表層部の厚さを、オージェ電子分光法で測定した。また、得られた織布についての耐熱性を調べるため、６００℃での２時間加熱試験及び加速試験として８００℃での３０分間加熱試験を行い、試験後の抗張力を測定した。かくして得られた結果を表１に示すと共に、シリカ層の厚さと抗張力との関係を図１及び図２に示す。なお、図１及び図２のシリカ層の厚さは前記した高シリカ層部の厚さをいう。
【００１４】
【表１】
0003763421.tif 000002
【００１５】
表１の例１〜４及び７は実施例であり、例５、６及び８は比較例である。
図２から明らかなように、８００℃、３０分加熱後の抗張力は、高シリカ層部で判断するとその厚さが約０．０６μｍ未満では低下がさらに大きくなり、またその厚さが約０．５５μｍを越えるとやはり低下がさらに大きくなる。従って、最高強度５２ｋｇｆ／２５ｍｍの７０％以上を保持している場合を実用上の安全領域とすれば、シリカ層の厚さとしては高シリカ層部は約０．０６μｍから０．５５μｍまでの間に管理しておくとよい。また、ＳｉＯ2 ８０％以上の表層部で見ると約０．０５〜０．３３μｍ間に管理しておくとよい。
表１から明らかなように、織り方としては綾織り又は朱子織りが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、使用するガラス繊維は表面が高珪酸化しているため、８００℃の高温に曝されても、表面のシリカ層でガラス繊維どうしが融着することもなく、冷却後も充分に柔軟性を保持している。未処理の通常のＥガラス繊維の場合は、その表面が高珪酸化されていないため、８００℃では表面でガラス繊維どうしが容易に融着し、柔軟性が失われてしまい、更には溶融してしまう。
【００１７】
本発明では、ガラス繊維としての強度低下を極力抑え、かつ８００℃、３０分の耐熱性を充分保持させるように酸処理条件を調節して、高シリカ層部の厚さを約０．０６〜０．５５μｍに制御しているため、６００℃での長時間連続使用にも充分耐えることができる。
特にフィラメント径が６μｍ以下である場合には、耐摩耗性も優れており、機械的に苛酷な条件下での使用にも充分耐えられる。
また、酸処理の条件を調節し、高シリカ層部の厚さを約０．０６〜０．５５μｍに抑えてあるために加熱収縮率も小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス繊維について、６００℃で２時間加熱試験した後のシリカ層の厚さと抗張力との関係を示す特性図。
【図２】ガラス繊維について、８００℃で３０分間加熱試験した後のシリカ層の厚さと抗張力との関係を示す特性図。
【図３】オージェ電子分光法による酸処理されたガラス繊維表面からの距離（Å）に応じたガラス繊維の組成の含有量（％）を示す特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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