陶瓷纤维纱及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具优异编织性能的陶瓷纤维纱。其特征在于该纱由含二氧化硅溶胶和碱性氯化铝的纺丝原液纺丝、烧结而成。该纱为含氧化铝６７－７５％（重量）及二氧化硅２５－３３％（重量）的单丝群，上述单丝的晶体结构物主要由过渡性氧化铝结晶形成的多晶结构。以０. ５ｍｍ直径金属丝测得单丝的圈结强度在２. ５×１０↑［－２］Ｎ以上，在１４００℃热处理３０分钟后，构成纱的单丝的晶体结构实质地转化为莫来石晶体结构。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷纤维纱及其制备方法，更具体地涉及将陶瓷纤维纱在高温下加热时，构成上述纱的单丝晶体结构实质上向和模来石晶体结构转化的陶瓷纤维纱及其制备方法。以氧化铝为代表的陶瓷形成的陶瓷纤维纱(以下称作纱)因具优异的耐热性而被用于各种耐热性用途。特别是，美国专利No.4，047，965说明书中提出的纱其单丝的晶体结构为由过渡性氧化铝结晶形成的多晶体结构，该纱处于高温下时，其单丝的晶体结构就向模来石晶体结构转化。因此，与高温加热时由α-氧化铝结晶形成的陶瓷纱比较，它在高温下也具有柔曲性。因为上述美国专利说明书中提出的纱在高温下也具有柔曲性，由此制成的织物或编织物被用于锻烧炉的衬里等。但是，这种纱用实际上由不含碱性氯化铝等氯化物成分的纺丝原液纺成，所得的纱中实际上不存在氯。若用含有氯化物成分的纺丝原液，所得纱的织造性和编织性不良，因而在织造或编织中易发生断头和起毛等。然而，含碱性氯化铝成分的纺丝原液纺丝性良好，能提高纱的生产率。与此相反，若用水分散性铝溶胶和水溶性有机铝盐类等代替碱性氯化铝成分制成纺丝原液，与含碱性氯化铝成分的纺丝原液比较，其纺丝性降低，纱的生产率也下降。因此，本专利技术的目的在于提供一种可使用纺丝性良好的含碱性氯化铝成分的纺丝原液所得到的，主要由过渡性氧化铝结晶形成的多晶体结构的单丝构成的纱，其织造性和编织性提高，且高温热处理时单丝的晶体结构向模来石晶体结构转化的纱及其制备方法。本专利技术者们为达到上述目的进行研究的结果，发现用直径为0.5mm的金属丝测定的构成纱的单丝的圈结强度对纱的织造性等影响最大;圈结强度超过规定值，纱的织造性和编织性良好，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供这么一种陶瓷纤维纱，其特征在于，该纱由一组单丝组成的丝束所组成，该单丝系以含二氧化硅溶胶成分和碱性氯化铝成分的纺丝原液纺丝、烧结而制得，其氧化铝成分占67-75%(重量)，二氧化硅成分占25-33%(重量)，上述单丝为主要由过渡性氧化铝结晶形成的多晶体结构;用直径为0.5mm的金属丝测得的单丝圈结强度在2.5×10-2N(牛顿)以上;且将该纱在1400℃热处理30分钟，热处理后，构成该纱的单丝的晶体结构实质上已转化为莫来石的晶体结构。按照如此构成的本专利技术，由于纱的打结强度在200dyn/TEX以上，因而能减少织造或编织中的断头。又，将构成单丝束中至少一部分单丝横截面形状呈偏平状、且沿纤维轴向间隔地形成捻节，有了这样的偏平长丝，可以进一步提供构成的单丝的圈结强度及纱的打结强度。这种偏平单丝在单丝束中所占比率为10%以上时，所得的纱既有高打结强度，又有优异的柔软性。而且，如果含于上述纱中的偏平单丝横截面上的长(x)、短(y)边之比(x/y)为1.1-3，其中，长边长度(x)为连接单丝横截面边缘上两点间的最大直线长度，短边长度(y)为垂直于上述长边穿越上述横截面的最大直线长度，则既可保护纱的柔软性，又可提高纱的强度。如果该偏平长丝上间隔分布于其纵向的捻节以10-500μm之间距存在的话，则纱的强度可进一步提高。另外，本专利技术也是一种陶瓷纤维纱的制造方法，其特征是，在制造其中构成纱的单丝的晶体结构主要由过渡性氧化铝结晶形成的多结晶构造陶瓷纤维纱时，作为该纱的纺丝原液，使用含二氧化硅溶胶成分和碱性氧化铝成分的纺丝原液，使上述纺丝原液从丝喷板挤压成丝条流出至纺丝筒内，使该喷出的丝条与露点温度在4℃以下的热干燥流体相接触，使喷出的丝条快速干燥，并卷绕成形。接着，将该丝条烧结。根据上述结构的本专利技术，作为喷丝板，上面分布着由多个喷丝孔组成的喷丝孔群，孔群之间留有间隙，以便使与喷出丝条对流接触的加热流至少一部分地从上述间隙排出纺丝筒外。从而，使构成喷出丝条的单丝和热干燥流体能充分接触。根据本专利技术，由纺丝性良好的含碱性氧化铝成分的纺丝原液进行纺丝，制得的纱在高温下，其单丝的晶体结构向莫来石晶体结构转化，纱的生产率也可以提高。而且，构成该纱的单丝，与已往的、由含碱性氯化铝成分的纺丝原液纺丝所得的纱的长丝相比，其圈结强度更大，可以提高织造性的编织性能，并防止在织造工序和编造工序中毛羽等的产生。又，根据本专利技术有关的制造方法，这种织造性及编织性能提高的、并可防止在织造及编织工序中发生毛羽等疵病的纱易于工业化生产。附图的简单说明附图说明图1A-图1C表示构成本专利技术一个实施例的纱的偏平单丝的横截面形状。图2为表示本专利技术一个实施例的纱的部分截面图。图3A及图3B为表示构成本专利技术一个实施例的纱的偏平单丝纵向形状的部分正视图。图4为本专利技术中所用单丝圈结强度测定方法的说明。图5为本专利技术中所用纱的打结强度测定方法的说明。图6表示单丝圈结强度与所用金属丝直径之间的关系。图7为表示本专利技术一个实施例中制造纱的纺丝设备的示意图。图8为至图7中所示喷丝头部分纺丝原液路径示意图。图9为图7及图8所示喷丝头的纵剖面。图10A及图10B为喷丝头上喷丝孔截面图。图11A及图11B为其它实施例喷丝头的平面图。在本专利技术中，作为纺丝原液，使用二氧化硅溶胶成分和碱性氯化铝成分相搭配的纺丝原液。作为这种二氧化硅溶胶成份，宜使用胶体二氧化硅的酸性水分散液，作为碱性氯化铝成分，宜使用碱度在70%以上的碱性氯化铝［Al2(OH)nCl6-nO<n<6］。这里，碱度以n/6×100来表示。重要的是，以上述纺丝原液进行纺丝、烧结所得到的纱、其组成中应含氧化铝成分67-75%(重量)，二氧化硅成分25-33%(重量)，而且，构成纱的单丝的晶体结构主要为，由过渡性氧化铝结晶形成的多晶结构。这里，在氧化铝成分超过75%(重量)，且二氧化硅成分不足25%(重量)的纱线中，构成烧结后的纱的单丝的晶体结构虽主要为由过渡性氧化铝结晶形成的多晶结构，但在1400℃以上的高温下热处理后，生成体积大的α-氧化化铝结晶，致使纱线极脆。另一方面，如氧化铝成分不足67%(重量)，且二氧化硅成分超过33%(重量)，在1400℃以上的高温热处理后，则会因生成方英石而使纱线脆化。在本专利技术中，重要的是，将烧结的纱线在1400℃热处理30分钟时，构成该热处理后的纱线的单丝的晶体结构从由热处理前的过渡性氧化铝结晶形成的多晶结构向莫来石晶体结构作实质性的转化。在这种条件下，由热处理而向莫来石晶体结构转化的纱线，尽管其强度及柔曲性(柔软性)比热处理前有所降低，但仍具有足够的强度及柔软性。另一方面，在该条件下热处理时，对于未真正向莫来石晶体结构转化而残留于单丝中的过渡性氧化铝，如继续进行1400℃的热处理，它们使会转化为α-氧化铝结晶，导致纱线强度及柔软性的急剧下降。在这一点上，在1400℃热处理30分钟而完成向莫来石结晶实质性转化的纱，与继续在1400℃热处理，而仍残留有过渡性氧化铝结晶的纱线相比，其纱的强度及柔软性下降速度均较缓慢，且在加热下能长时间保持纱线的强度及柔软性。在本专利技术中，以直径0.5mm的金属丝所测得的构成烧结纱线的单丝圈结强度在2.5×10-2N以上，较好的为3.0×10-2N以上，特别好的在3.5×10-2N以上。这样，在编织时，可将毛羽的发生减少到最低程度。又，这种纱的打结强度应在200dyn/TEX以上，在230dyn/TEX以上则较好，在280dyn/TEX以上则更好。这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷纤维纱，该纱由含二氧化硅溶胶成分和碱性氯化铝成分的防丝原液进行纺丝、烧结而得，该纱由含氧化铝成分６７－７５％（重量）和二氧化硅成分２５－３５％（重量）的单丝构成的单丝群组，而且上述单丝的晶体构主要由过渡性氧化铝结晶组成的多晶结构，其特征在于，以直径０. ５ｍｍ的金属丝所测定的构成上述纱线的单丝的圈结强度在２. ５×１０↑［－２］Ｎ以上，且上述纱在１４００℃热处理３０分钟后，构成热处理后的纱线的单丝的晶体结构基本上转化为莫来石晶体结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：胜冈求仁，桥爪忠广，春宫纪穗，北原直，
申请(专利权)人：大明化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]