JPH0376872A - 高純度アルミナ長繊維織物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維強化複合材料の強化繊維基材あるいは断
熱材等に使用される高純度アルミナ長繊維織物の製造方
法に関する。

（従来の技術） 従来、織物に供せられるアルミナ長繊維としては、シリ
カ（Ｓｉｎ、）成分等を含み、アルミナ含有率が８０〜
９５重量％の繊維が用いられ、これらは引張り強度が通
常１５０〜２００ｋｇ／ｍｍ”　と大きく、脆さもアル
ξす含有率が９５重量％以上の高純度アルミナ長繊維に
比べて改善されており、また製織も比較的容易であるが
、引張り弾性率が通常１５〜２０ｔ／ｍｍ”　と高純度
アルミナ繊維に比べてはるかに小さく、更に耐熱性も低
いといった欠点があった。従って、アルミナ含有率９５
重量％未満のアルミナ長繊維を用いた織物は、繊維強化
プラスチック、繊維強化金属或は繊維強化セラミックス
等の強化繊維基材として使用しても低弾性率で低耐熱性
の複合材しか得られないといった問題点があり、高純度
アルξす長繊維織物の方が強化繊維基材として極めて適
したものといえる。

アルミナ長繊維織物はアルミナ長繊維を製織することに
より得られるが、製織時の整経工程や緯糸打込みに際し
、アルミナ長繊維がガイド等と接触することによる単糸
切れや毛羽の発生が起り易い。このためかかる単糸切れ
や毛羽の発生を防止し、良好な製織を行うための工夫が
されてきた。

例えば特開昭６２−１７０５２２号公報には、紡糸原液
を紡糸した前駆体繊維で製織し、その後熱処理してアル
ミナ長繊維織物を製造する方法が提案されている。しか
しこの方法で得られるアルミナ長繊維は前駆体繊維製造
上よりそのアル果す含有率が９５重量％未満となり、又
得られた織物は製織後に焼成するため布目がルーズとな
り目ずれが起き易いといった問題点もあった。この他一
般にはアルミナ長繊維の脆さを改善するために、シリカ
（Ｓｉｆｔ）等の成分を５重量％以上通常１０〜２０重
量％程度含有したアルミナ長繊維が用いられている。

アルミナ含有率が９５重量％以上の高純度アルミナ長繊
維は極めて脆いため、長繊維を製造するのが難しく、例
え長繊維を得られたとしてもｗＡ４１１を用いて製織す
るのは極めて困難であった。このため、従来アルミナ長
繊維の織物としてはアルミナ含有率が９５重置％より低
いものしか得られておらず、アルミナ含有率が９５重量
％以上の高純度アルミナ長繊維を効率よく安定して製織
する方法は未だ満足すべきものは提案されていないのが
現状である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者等は、上述の問題点に鑑み、鋭意研究した結果
、エポキシ系樹脂を高純度アルミナ長繊維に施与するこ
とにより、製織時の単糸切れや毛羽の発生を効果的に防
ぐことを見出し、本発明を完成したものであって、本発
明の目的は高強度。

高弾性率且つ高耐熱性であって、繊維強化複合材料の強
化繊維基材として好適な高純度アルξす長繊維織物を効
率よく安定して製造する方法を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的は、アルミナ含有率が９５重量％以上で、且
つ繊維径が５〜２０μｍの高純度アルミナ長繊維を製織
するに際し、前記高純度アルミナ長繊維にエポキシ系樹
脂を施与することを特徴とする高純度アルミナ長繊維織
物の製造方法によって達成される。

本発明に適用する高純度アルミナ長繊維は、アルξす含
有率が９５重量％以上であり、好ましくは９８重量％以
上、より好ましくは９９．５重量％以上である。アルξ
す含有率が９５重置％より低いと、引張り弾性率が低く
且つ耐熱性も低いものとなる。該繊維の製造方法につい
ては特に限定するものではないが、特開昭６３−７５１
１７号公報に記載の方法が好適である。即ち、塩基性ア
ルミニウム塩の水溶液とアルミナ粉末を主成分とするス
ラリーを出発原料とし、紡糸原料調製、紡糸。

仮焼および焼成の各工程を経て゛α−アルミナ繊維を製
造する方法において、 （ａ）　　該紡糸原料調製工程は、塩基性アルミニウム
塩の水溶液中に、製品α−アルミナ繊維中の全酸化物量
基準でｌＯ乃至４０里装％相当の平均粒径０．１　／／
　ｍ以下のアルξす粉末、４乃至１０重量％相当の紡糸
助剤、所望により更に酸化物換算３重量％以下の焼結助
剤とを含有するスラリーを、その粘度が２５°Ｃにおい
てｉ、ｏｏｏ乃至１０，０００ポイズとなるように水分
を増減する工程であり、 （ロ）該紡糸工程は、上記紡糸原料を毎分５乃至５・０
メートルの紡糸速度で、複数の紡糸孔を有するノズルよ
り乾式紡糸し、該ノズルに近接して設けられた乾燥帯域
内を集束しながら通過する際、毎分１，５００℃以下の
昇温速度でかつ最高１５０″Ｃ以下の加熱下に、遊離水
分を殆んど含まない前駆体物質よりなるマルチフィラメ
ント糸となるまで乾燥する工程であり、 （Ｃ）　　該仮焼工程は、上記マルチフィラメント糸を
、ボビンに巻き取ることなく、該帯域の最高温度が２５
０乃至５００°Ｃである第１の加熱帯域と、７００乃至
９００°Ｃに保たれた第２の加熱帯域とを含む仮焼炉内
を通過させ、第１の加熱帯域および第２の加熱帯域にお
けるマルチフィラメントの滞留時間の比が２乃至４：１
となるように設定されており、かつ第２の加熱帯域通過
後のマルチフィラメントは、１亥フィラメントの全量基
準でなお１５乃至２５重量％の揮発性物質を含有する仮
焼体繊維となるまで仮焼する工程であり、 （ｄ）　　該焼成工程は１，４００乃至１，６００℃の
温度条件下に、上記仮焼体繊維中の残余の揮発性物質を
急速揮発させる工程であり、 かつ、上記−）乃至（ｄ）の各工程が連続的に操作され
、製品中のアルごす含有率が９５重景％以上であること
を特徴とするα−アルミナ長繊維の連続製造方法である
。

本発明に適用する高純度アルξす長繊維の繊維径は５〜
２０Ｉｊｍである。ｔａｍ径が２０ｔＩｍを越えると、
硬く柔軟性に欠ける繊維となり、製織時の糸切れが多く
、また繊維径が５μｍより小さい場合は、柔軟性は良く
なるが繊維１本当りの強力が小さくなり、擦過等による
損傷を受は易く、毛羽が発生し易いため、いずれも製織
が困難となる。

又、本発明に用いられる高純度アルミナ長繊維は、マル
チフィラメントから横取され、そのフィラメント数は好
ましくは２００〜１０，０００本、より好ましくは３０
０〜５．０００本であり、必要に応じ上記フィラメント
束を複数本合糸又は合撚したものを用いることもできる
。

本発明に適用されるエポキシ系樹脂とては、例えばビス
フェノールＡ系、ノボラック系、環状脂肪族系、長鎖脂
肪族系等の各種樹脂が挙げられるが、ビスフェノールＡ
系エポキシ樹脂が好適に用いられる。又、その平均分子
量は好ましくは３５０−１，０００、より好ましくは３
８０〜９００、更に好ましくは４００〜９００のものが
用いられる０分子量が３５０より小さいものは高純度ア
ルミナ長繊維に対する十分な集束性が得られず、分子量
が１．０００より大きいものはエマルジョンとして施与
する場合、均一な乳化物が得られず、エマルジョンとし
て安定性に欠ける。

本発明の方法においては、前記高純度アルミナ長繊維を
製織するに際し、エポキシ系樹脂を施与した長繊維が用
いられる０本発明において、エポキシ系樹脂を施与する
方法としては、前記エポキシ系樹脂を水に分散し乳化せ
しめたエマルシリン、あるいは適宜な溶剤に溶解せしめ
た溶ｌｖ１．となし、例えば浸漬、塗布又は吹き付は等
により高純度アルミナ長繊維に付与する方法が挙げられ
る。このうち、施与方法としては、工程上の安全性より
通常は、エマルジョンの形で施される。

前記高純度アルξす系樹脂は、上記エポキシ系樹脂を付
与することにより、繊維が集束され、柔軟となり、また
各フィラメント表面がエポキシ系樹脂にて被覆されるた
め、製織時の糸切れ１毛羽の発生が極めて少なくなり効
率よく安定して製織することができるものである。

エマルシリンとして施与する場合には、上記エポキシ系
樹脂の他に、乳化剤及び浸透剤が配合され、更に必要に
応じ制電剤、平滑剤が配合される。

上記乳化剤としては、上記エポキシ樹脂を効率よく安定
して乳化するものであればよく、ノニオン系あるいはア
ニオン系の界面活性剤が用いられるが、例えばポリオキ
シエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアル
キルエステル、ポリオキシアルキルフェニルエーテル等
のノニオン界面活性剤が好適である。又、浸透剤として
は例えばジアルキルスルホサクシネー）Ｎａ塩が挙げら
れる。

上記制電剤としては例えばアルキルホスフェートに塩、
ポリオキシエチレンアルキルホスフェートに塩、アルキ
ルスルホネートＮａ塩等のアニオン界面活性剤が挙げら
れる。更に、平滑剤としては例えばオレイルオレート、
オレイルラウレート。

オレイルパルミート等のエステル化油、及び例えばフ゛
ロンク型ポリエーテル（ＰＯ／ＥＯブロック型ポリエー
テル）、ランダム型ポリエーテル（ＰＯ／ＥＯランダム
型ポリエーテル）等の高分子活性剤が挙げられる。

本発明においてエポキシ系樹脂を配合したエマルジョン
又は溶液は、通常１０〜３０重量％の濃度で用いられる
。尚、繊維に施与される各成分は後述のヒートクリーニ
ング工程において容易に除去されるものが好適である。

本発明の方法により高純度アルξす長繊維織物を製造す
るには、前記高純度アルミナ長繊維に前記エマルシリン
又は溶液を付与した後、熱処理してエポキシ系樹脂゛を
硬化付着せしめた繊維を、経糸及び緯糸に用い、織機に
よって製織して織物とすればよい。更に必要に応じ得ら
れた織物をヒートクリーニングするのも好適である。

本発明の方法において、高純度アルミナ長繊維にエポキ
シ系樹脂を配合したエマルジジン又は溶液を付与する方
法としては、例えば浸漬法、ローラー給油法、スプレー
法等、公知の適宜な方法でよい、続いて、エポキシ系樹
脂を付与した繊維を例えば温度２００〜２５０″Ｃ１処
理時間３０〜１００秒で熱処理しエポキシ系樹脂を硬化
付着させる。熱処理条件は適宜選定すればよいが、温度
が低く時間が短いとエポキシ系樹脂の硬化が不十分とな
り、温度が高く時間が長いと集束性は得られるが柔軟性
が得られないため、いずれも製織時、糸切れや毛羽立ち
が発生し易く、良好な織物を得ることができない。

上記の方法により高純度アルミナ繊維に付着するエポキ
シ系樹脂は繊維に対し好ましくは１〜７重量％、更に好
ましくは３〜５重量％である。エポキシ系樹脂の付着量
が１重量％未満では集束性。

柔軟性及び平滑性が得られず、７重量％を越えると集束
性はよいが柔軟性が得られず好ましくない。

次に、上記エポキシ系樹脂を付着せしめた高純度アルξ
す長繊維を経糸、緯糸に用いて製織することにより織物
となす。本発明における製織方法は特に限定されるもの
でなく、公知の適宜な織機を用いて、炭素繊維等信の無
機繊維と同様の方法で行うことができるが、織機として
はレピア織機が好適に用いられる。製織時の織＆ｌＩｍ
及び経緯糸密度は用途により適宜選定すればよい。織組
織としては、例えば平織１ｗｉ織、朱子織、からみ織等
が挙げられる。

上述の方法により、本発明の方法にかかる高純度アルミ
ナ長繊維織物は得られるが、このものにはまだエポキシ
系樹脂等が付着しており、このままでも使えるが、繊維
強化複合材料の強化基材として用いるには、通常はヒー
トクリーニングにより樹脂成分等を除去し、更に必要に
応しカップリング剤処理を施して用いられる。

上記の方法で得られた高純度アルミナ長繊維織物から樹
脂成分等を除去するには、例えば大気中あるいは酸化性
雰囲気中において３００〜６００°Ｃで１〜３時間ヒー
トクリーニング処理をすればよい、ヒートクリーニング
によって樹脂成分等を除去した織物は、繊維強化金属及
び繊維強化セラミックス等に用いるに好適な繊維強化基
材となる。

又、ヒートクリーニング処理後、マトリックス樹脂に適
したカップリング剤で処理した織物は、繊維強化樹脂複
合材料に用いるに好適な繊維強化基材となる。

（発明の効果） 本発明の方法によれば、アルミナ含有率９５重量％以上
の高純度アルξす長繊維を用いて製織するに際し、単糸
切れや毛羽の発生が少ないため、効率よく安定した製織
が可能となる。

本発明の方法で得られた織物は、耐熱性に優れ、高強度
、高弾性率であり、繊維強化複合材料の強化繊維基材と
して極めて好適である。更に、単糸切れや毛羽の発生が
少なく、柔軟であるため取扱い易く、外観、物性の優れ
た複合材を得るに適したものである。

（実施例１） 塩基性塩化アルミニウム水溶液（ＡｆｉｘＯｓに換算し
た該塩の含有率２３．５重量％）１０重量部に平均粒径
０．０２μｍのＴ−アルミナ粉末（Ａ１．０３純度９７
重量％以上）１重量部を混合し、更に平均分子量６０万
〜１１０万のポリエチレンオキシドの５重量％水溶液６
重量部を攪拌しながら添加しよく混合した。該混合液を
減圧下ニｉｌ＠縮し２５°Ｃでの粘度が約６５００ポイ
ズの紡糸原料を調製した。

得られた紡糸原料を直径０．５　ｍ　ｍの紡糸孔を有す
る１０００ホールノズルを用いて、３０ｍ／分の紡糸速
度で紡糸して、１０００本のフィラメントよりなる前駆
体繊維を得た。

上記の前駆体繊維のフィラメントをテンション装置を通
して３００〜８００°Ｃの温度分布を持った仮焼炉を通
過させて仮焼した。仮焼炉内には窒素を流して不活性雰
囲気に保った。続いて、仮焼した繊維をテンション装置
を通して１５００″Ｃに設定された焼成炉を通して焼成
し、アルミナ連続繊維を得た。得られた繊維は、アルミ
ナ含有率が９９．７重量％で繊維径が１０μｍの高純度
アルξす長繊維であった。

次にエポキシ系樹脂を配合したエマルジョンとして、下
記の成分組成で濃度２０重量％の乳化物となるように調
製したものを作成し、これをローラー給油法により上記
高純度アルミナ長繊維に付与した後、２３０°Ｃで１分
間熱処理して、エポキシ系樹脂を硬化付着せしめた。エ
マルジョンを付与する際にローラーの回転数を変更する
ことにより、繊維に対するエポキシ系樹脂の付着量を第
１この原繊を常法により密度１５本／インチに整経し、
レピア織機にて緯糸打込み密度１５本／インチで平織物
に製織した。続いて得られた織物を電気炉により６’０
０″Ｃで１時間ヒートクリーニング処理し、樹脂成分等
を除去して、高純度アルミナ長繊維織物を得た。

得られた織物の外観の観察並びに経緯糸より抜き取った
単繊維の引張り強度及び引張り弾性率の測定をし平均値
を求めた。結果は第１表の通りであり、エポキシ系樹脂
の付着量は高純度アルミナ長繊維に対し、好ましくは１
〜７重量％、更に好（実施例２） 実施例１と同様にして調製した紡糸原料を用い、ノズル
からの押出量及び紡糸速度を適宜調整することにより繊
維径の異なる前駆体繊維を得た０次に得られた前駆体繊
維を実施例１と同様の方法で仮焼、焼成を行い、アルξ
す含有率９９．７重量％で繊維径がそれぞれ５，１０．
１８．２４μｍの高純度アルミナ長繊維を得た。

得られた繊維を用いて、エポキシ系樹脂の付着量が５重
量％とする他は実施例１と同様の方法で製織及びヒート
クリーニング処理した。織物の外観並びに単繊維の物性
は第２表に示す通りであり、繊維径が２０ｕｍを越える
場合は、単糸切れや毛羽が多く、引張り強度及び引張り
弾性率が低く好（実施例３） 紡糸原料として実施例１で用いた紡糸原料に塩化チタン
をＴ　ｉ　Ｏｔ　としてγ−アルミナ粉末に対して１重
量％添加したものを用いる他は実施例１と同様の方法で
紡糸、仮焼及び焼成を行い、アル砧す含有率９８゜６重
量％、繊維径１０μｍの高純度アルξす長繊維を得た。

得られた繊維を用いて、実施例２と同様にエポキシ系樹
脂を５重量％付着させた。

次に繊維を常法により密度１８本／インチに整経し、レ
ピア織機にて緯糸打込み密度１８本／インチで朱子織に
製織した。続いて実施例１と同様の方法でヒートクリー
ニング処理をし、高純度アルミナ長繊維織物を得た。得
られた織物の外観並びに単繊維の物性は第３表に示す通
りであった。

（比較例１） 実施例３において用いた高純度アルξす長繊維に替えて
、アルミナ含有率８５重量％、繊維径１５μｍ、フィラ
メント数１０００本のアルミナ長繊維（住友化学工業製
）を用いる他は実施例３と同様の方法で製織及びヒート
クリーニング処理をしてアルミナ長繊維織物を得た。そ
の結果は第３表に示す通りであり、製織は良好であった
が、引張り弾性率が低いものであった。

（比較例２） 実施例３において紡糸原料に添加する塩化チタンの量を
Ｔ　ｉ　Ｏｔ　として５重量％添加する他は実施例３と
同様の方法で紡糸、仮焼及び焼成を行い繊維径１０μｍ
、アルミナ含有率９４．５重量％のアルミナ長繊維を得
た。

引き続き実施例３と同様の方法でエポキシ系樹脂を施し
、製織及びヒートクリーニング処理をしてアルミナ長繊
維織物を得た。その結果は第３表に示す通りであり、製
織は良好であったが、引張平成　２年　１月２９ 日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミナ含有率が９５重量％以上で、且つ繊維径が５〜
   ２０μｍの高純度アルミナ長繊維を製織するに際し、前
   記高純度アルミナ長繊維にエポキシ系樹脂を施与するこ
   とを特徴とする高純度アルミナ長繊維織物の製造方法。