JP4371998B2 - Method for producing ultrafine quartz glass short fiber - Google Patents
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Description
本発明は、溶融法による極細石英ガラス短繊維の製造方法に関し、更に詳細には溶融法による極細石英ガラス短繊維の製造方法に関するものである。 The present invention relates to the production how ultrafine silica glass short fibers by melting method, more particularly it relates to the production how ultrafine silica glass short fibers by the melt process.
一般に、ガラス短繊維は溶融ガラスを高速で回転するスピナ中に供給し、スピナ中の周囲壁に設けられたオリフィスから遠心力で通過させることで得られる。
しかし、石英ガラスは通常のガラスとは異なり溶融状態となりにくく粘度が高いことから上記遠心法により短繊維を得ることが不可能である。そのため、石英ガラス短繊維またはシリカガラス短繊維を得る製造方法としては、水ガラスから製造する方法や酸によりSiO2以外を溶出させる方法などが知られている。
しかし、これらの製造方法では、SiO2以外の不純物を多く含むことから、フィルター用途や半導体工業用途などクリーンな雰囲気を求める分野には不向きであった。
またさらに、溶融法による石英ガラス繊維の製造方法も公知となっている。
この製造方法によると石英ガラスロッドをバーナー火炎で延伸して石英ガラスを繊維化し、更に、作製した石英ガラス連続繊維を連続的に送り方向と同軸に設置されたバーナーにて吹き飛ばすことで直径2μm以上の石英ガラス短繊維を作製する。
上記の方法は、一連の工程で石英ガラスロッドから石英ガラス短繊維を作製することができ、工程を簡略化し、低コスト化が可能である。
しかしながら、直径2μm以上の石英ガラス繊維は非常に折れやすく、取扱の時に手に刺さったり、石英ガラス繊維の粉末が飛散して雰囲気を汚染するという問題があった。
そこで、本発明の発明者らは、上記の方法により、直径が2μm未満の極細石英ガラス短繊維の製造を試みたが、ショット(非繊維状粒子)が非常に多く発生し、効率が大変に悪かった。
発明者らが、その原因を鋭意検討したところ、直径2μm未満の石英ガラス短繊維を得るためには、石英ガラス連続繊維をかなり低速度にてバーナー火炎中に導入する必要があるが、上記の製造方法では、一連の工程で石英ガラスロッドから石英ガラス短繊維を作製することから、上記導入速度と石英ガラスロッドから石英ガラス連続繊維を延伸する速度が同速度であり、しかも該導入速度がかなり低速度であることから、石英ガラス短繊維を作製するための石英ガラス連続繊維の径の変化が生じやすく、径が安定しないことにあると知見した。
However, unlike ordinary glass, quartz glass is unlikely to be in a molten state and has a high viscosity. Therefore, it is impossible to obtain short fibers by the centrifugal method. Therefore, known methods for producing quartz glass short fibers or silica glass short fibers include a method of producing from water glass and a method of eluting materials other than SiO 2 with an acid.
However, these production methods contain many impurities other than SiO 2 , and are not suitable for fields requiring a clean atmosphere such as filter applications and semiconductor industry applications.
Furthermore, a method for producing quartz glass fiber by a melting method is also known.
According to this manufacturing method, a quartz glass rod is drawn with a burner flame to fiberize the quartz glass, and further, the produced quartz glass continuous fiber is continuously blown off with a burner installed coaxially with the feeding direction to have a diameter of 2 μm or more. Quartz glass short fibers are prepared.
In the above method, a short silica glass fiber can be produced from a quartz glass rod in a series of steps, and the process can be simplified and the cost can be reduced.
However, quartz glass fibers having a diameter of 2 μm or more are very easy to break, and there are problems that they are stuck in the hands during handling and the silica glass fiber powder is scattered to contaminate the atmosphere.
Therefore, the inventors of the present invention tried to produce ultrafine quartz glass short fibers having a diameter of less than 2 μm by the above method, but very many shots (non-fibrous particles) were generated and the efficiency was very high. It was bad.
The inventors have intensively studied the cause, and in order to obtain a short silica glass fiber having a diameter of less than 2 μm, it is necessary to introduce the continuous silica glass fiber into the burner flame at a considerably low speed. In the production method, since the short silica glass fiber is produced from the quartz glass rod in a series of steps, the introduction speed is equal to the speed at which the continuous silica glass fiber is drawn from the quartz glass rod, and the introduction speed is considerably high. Since the speed was low, it was found that the diameter of the continuous silica glass fiber for producing the short silica glass fiber was likely to change, and the diameter was not stable.
本発明は、上記の知見に基づくものであり、その目的は、繊維径を極細にできると共に、発生するショットの数を低下させることができ、要求品質に合致した極細石英ガラス短繊維を連続的、安定的に製造できる極細石英ガラス短繊維の製造方法を提供することにある。 The present invention is based on the above-mentioned knowledge, and the purpose thereof is to make the fiber diameter extremely fine and to reduce the number of shots generated, and to continuously produce ultrafine quartz glass short fibers that meet the required quality. is to provide a manufacturing how ultrafine silica glass short fibers can be produced stably.
本発明は、上記目的を達成するため以下の構成を備える。すなわち、本発明は、直径2mmから100mmの石英ガラスロッドを、巻取り手段で巻取りながら加熱延伸して直径0.1mmから0.4mmで1m当たりの直径変動率が±10%以下の石英ガラス連続繊維を作製する工程と、作製した石英ガラス連続繊維を前記巻取り手段から繰り出し、そのバーナー火炎への導入量が4mm3/min以上70mm3/min以下でその変動率が±10%以下となるように、線速が50m/s以上500m/s以下でその変動率±5%以下であるバーナー火炎に導入して石英ガラス連続繊維を吹き飛ばすことで、直径0.1μm以上2.0μm未満のものの頻度が50%以上含む石英ガラス短繊維を作製する工程を備える極細石英ガラス短繊維の製造方法である。
上記バーナー火炎は、酸素と水素の混合ガス、または酸素とプロパンの混合ガスのバーナー火炎であることが好ましい。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is, the present invention is a quartz glass rod having a diameter variation of 0.1 mm to 0.4 mm and a diameter variation rate of ± 10% or less with a diameter of 0.1 mm to 0.4 mm by winding a quartz glass rod having a diameter of 2 mm to 100 mm while being wound by a winding means. The step of producing continuous fibers, and the produced quartz glass continuous fibers are unwound from the winding means, and the amount introduced into the burner flame is 4 mm 3 / min to 70 mm 3 / min and the variation rate is ± 10% or less. By introducing into a burner flame that has a linear velocity of 50 m / s or more and 500 m / s or less and a variation rate of ± 5% or less, and blowing silica glass continuous fibers, the diameter is 0.1 μm or more and less than 2.0 μm. This is a method for producing an ultrafine quartz glass short fiber comprising a step of producing a quartz glass short fiber containing a frequency of 50% or more.
The burner flame is preferably a burner flame of a mixed gas of oxygen and hydrogen or a mixed gas of oxygen and propane.
また、バーナー火炎と同軸方向に石英ガラス連続繊維をバーナー火炎へ導入することが好ましい。
また、複数の巻き取り手段から石英ガラス連続繊維複数本を繰り出し、これらを同一の火炎中に同時に導入することが好ましい。
また、石英ガラスロッドを加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製する工程における加熱方法は、酸素と水素の混合ガスまたは酸素とプロパンの混合ガスによるバーナー火炎、または電気炉であることが好ましい。
Moreover, it is preferable to introduce a continuous silica glass fiber into the burner flame in a direction coaxial with the burner flame.
Further, it is preferable to feed out a plurality of continuous silica glass fibers from a plurality of winding means and introduce them simultaneously into the same flame.
Moreover, it is preferable that the heating method in the process of producing a quartz glass continuous fiber by heating and stretching a quartz glass rod is a burner flame or an electric furnace using a mixed gas of oxygen and hydrogen or a mixed gas of oxygen and propane.
前記巻き取り手段は、石英ガラス製であることが好ましい。また、製造された極細石英ガラス短繊維は、石英ガラス製の捕集治具により回収することが好ましい。
また、用いる石英ガラスロッドは、その不純物が、アルカリ金属であるNa、K、Liの総和が0.5ppm以下、アルカリ土類金属であるCa、Mgの総和が0.5ppm以下、Alが1ppm以下であることが好ましい。
更に、本発明の製造方法により製造された極細石英ガラス短繊維は、直径0.1μm以上2.0μm未満のものの頻度が50%以上、繊維長が1mm以上1000mm以下、アルカリ金属であるNa、K、Liの総和が0.5ppm以下、アルカリ土類金属であるCa、Mgの総和が0.5ppm以下、Alが1ppm以下であることが好ましい。
本発明の製造方法により製造された極細石英ガラス短繊維は、遷移金属であるFe、Co、Niの総和が1ppm以下、Bが1ppm以下、Pが1ppm以下であることが好ましい。
The winding means is preferably made of quartz glass. Moreover, it is preferable to collect the produced ultrafine quartz glass short fibers with a collection jig made of quartz glass.
Moreover, the quartz glass rod to be used has impurities whose total content of alkali metals Na, K, Li is 0.5 ppm or less, the total of alkaline earth metals Ca, Mg is 0.5 ppm or less, and Al is 1 ppm or less. It is preferable that
Furthermore, the ultrafine silica glass short fiber manufactured by the manufacturing method of the present invention has a frequency of 50% or more of fibers having a diameter of 0.1 μm or more and less than 2.0 μm, a fiber length of 1 mm or more and 1000 mm or less, and Na, K which are alkali metals. , Li is preferably 0.5 ppm or less, Ca, Mg, which are alkaline earth metals, is 0.5 ppm or less, and Al is preferably 1 ppm or less.
The ultrafine quartz glass short fiber produced by the production method of the present invention preferably has a total of transition metals Fe, Co, and Ni of 1 ppm or less, B of 1 ppm or less, and P of 1 ppm or less.
本発明の極細石英ガラス短繊維の製造方法によれば、径の変動率が小さい石英ガラス連続繊維を、変動率の小さい一定速度でバーナー火炎中に導入しているので、製造中のショットの発生を極めて抑制した状態で極細石英ガラス短繊維を連続的にかつ安定して製造することができる。
また、本発明の極細石英ガラス短繊維は、繊維径が細いことから非常にしなやかであり、取扱時に石英ガラス繊維の粉末が飛散することが少なく、さらに溶融法により製造することから不純物が非常に少なく、清浄な雰囲気が求められる半導体工業やバイオテクノロジー分野での断熱材やフィルター、さらに絶縁特性が求められる炉材やプリント配線板用基材などに使用が可能となる。
According to the method for producing ultrafine silica glass short fibers of the present invention, continuous silica glass fibers having a small variation rate of diameter are introduced into the burner flame at a constant speed with a small variation rate, so that the generation of shots during production It is possible to continuously and stably produce ultrafine quartz glass short fibers in a state where is extremely suppressed.
In addition, the ultrafine silica glass short fiber of the present invention is very flexible because the fiber diameter is thin, and the silica glass fiber powder is less likely to scatter during handling, and furthermore, since it is manufactured by a melting method, impurities are very high. It can be used for heat insulating materials and filters in the semiconductor industry and the biotechnology field where a clean atmosphere is required, and for furnace materials and printed wiring board substrates that require insulating properties.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことは言うまでもない。
本発明の実施の態様による極細石英ガラス短繊維の製造方法は、図1に示すように、石英ガラスロッドを加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製する石英ガラス連続繊維作製工程と、この石英ガラス連続繊維を巻き取り手段により巻き取る工程と、巻き取り手段から石英ガラス連続繊維を繰り出す工程と、この繰り出されたた石英ガラス連続繊維をバーナー火炎にて極細石英ガラス短繊維に短繊維化する短繊維化工程と、この極細石英ガラス短繊維を捕集治具により捕集する捕集工程とを備える。すなわち、本発明においては、石英ガラスロッドを延伸して形成された石英ガラス連続繊維は、ドラムやローラー等の巻き取り手段により一旦巻き取ることを特長の一つとしている。これにより、石英ガラス連続繊維の径の安定性が大きく向上する。なお、本明細書において、石英ガラスとは、天然石英ガラスおよび合成石英ガラスの両者を含むものとする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the illustrated examples are illustrative only, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
As shown in FIG. 1, a method for producing ultrafine quartz glass short fibers according to an embodiment of the present invention includes a quartz glass continuous fiber production step of producing a quartz glass continuous fiber by heating and stretching a quartz glass rod, and this quartz glass. A step of winding the continuous fiber by a winding means, a step of feeding the continuous silica glass fiber from the winding means, and a short process for shortening the drawn continuous silica glass fiber to an ultrafine quartz glass short fiber by a burner flame. A fiberizing step, and a collecting step of collecting the ultrafine quartz glass short fibers with a collecting jig. That is, in the present invention, it is one of the features that the continuous silica glass fiber formed by stretching the silica glass rod is temporarily wound by a winding means such as a drum or a roller. Thereby, the stability of the diameter of the quartz glass continuous fiber is greatly improved. In the present specification, quartz glass includes both natural quartz glass and synthetic quartz glass.
次に、図2、図3および図4を参照して、上記石英ガラス連続繊維作製工程、短繊維化工程および捕集工程について詳細に説明する。
図2に示されているように、石英ガラス連続繊維工程においては、直径2mmから100mmの石英ガラスロッド1を溶融方向に送りながら溶融端を引き出し、加熱具2で加熱溶融しながら延伸して、直径0.1mmから0.4mmの石英ガラス連続繊維3を作製する。用いる石英ガラスロッドは、その不純物が、アルカリ金属であるNa、K、Liの総和が0.5ppm以下、アルカリ土類金属であるCa、Mgの総和が0.5ppm以下、Alが1ppm以下であることが好ましい。なお、得られた石英ガラス連続繊維は、石英ガラス製の巻き取り具8により巻き取られる。延伸は、この巻き取りにより行われるが、石英ガラスロッドの導入量は200mm3/minから2000mm3/min程度が好ましく、この巻き取り速度すなわち延伸速度は、3m/minから50m/min程度が好ましい。延伸速度が、速すぎると、石英ガラスロッドが充分に加熱されず、作製した石英ガラス連続繊維にひずみが生じ、非常に脆くなり、切れやすくなる。また、遅すぎると溶融端の形状が安定せず、得られる石英ガラス連続繊維の径が安定せず、ショットの原因となる。以上の工程により、直径が0.1から0.4mmで、1m当たりの直径の変動率が±10%以下の石英ガラス連続繊維が得られる。石英ガラス連続繊維の直径が上記の範囲未満であると、バーナー火炎への導入速度が速くなり取扱が非常に難しくなり、上記の範囲を超えると、巻取り具の直径が大きくなり実使用に耐え得ない。また、上記したように、石英ガラス連続繊維の直径の変動率が上記の範囲を超えると、ショットの原因となる。なお、上記加熱具としては、酸素と水素の混合ガスまたは酸素とプロパンによるバーナー火炎を発生するバーナーあるいは抵抗加熱式の電気炉を用いることができる。
Next, with reference to FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4, the said quartz glass continuous fiber preparation process, a fiber shortening process, and a collection process are demonstrated in detail.
As shown in FIG. 2, in the quartz glass continuous fiber process, the
図3に示されているように、短繊維化工程では、上記巻き取り具8から繰り出された直径0.1から0.4mmの石英ガラス連続繊維を、線速が50m/s以上500m/s以下でその変動率が±5以下の酸素と水素の混合ガス、または酸素とプロパンの混合ガスのバーナー火炎中に、石英ガラス連続繊維の導入量が4mm3/min以上70mm3/min以下でその変動率が±10%以下となるように、ニップローラー4により、石英ガラス連続繊維をバーナー火炎と同軸方向に導入することで、極細石英ガラス短繊維を作製する。この工程では、上記したように、直径0.1mmから0.4mmの石英ガラス連続繊維と同軸方向に燃焼している混合ガス火炎中に導入することで、石英ガラス連続繊維を溶融し、さらに燃焼ガスの圧力により溶融した繊維を吹き飛ばすことで石英ガラス短繊維を作製する。上記ニップローラーは、石英ガラス製、特に合成石英ガラス製であることが好ましい。
As shown in FIG. 3, in the fiber shortening step, a continuous silica glass fiber having a diameter of 0.1 to 0.4 mm fed from the
上記バーナー火炎の線速の変動率を上記したように±5%以下にするには、例えば、マスフローコントローラーや面積流量計などの高精度な流量制御装置を使用すればよい。また、上記導入量の変動率を上記したように±10%以下にするには、例えば、サーボモーターやステッピングモーターなどの高精度な制御モーターを使用すればよい。
バーナー火炎の線速が上記の範囲未満であると、ガス圧力が不足しショットの発生数が多くなったり石英ガラス短繊維の径が太くなったりし、上記の範囲を超えても極細石英ガラス短繊維を得ることができるが経済的に無駄が多くなる。また、その変動率が上記の範囲を超えると、ショットの発生数は非常に多くなる。
上記導入量が上記の範囲未満であると、ショットの発生数が非常に多くなり、上記の範囲を超えると、石英ガラス短繊維の径が太くなる。また、その変動率が上記の範囲を超えると、ショットの発生数が多くなる。
以上の工程により、繊維径が直径0.1μm以上2.0μm未満のものの頻度が50%以上の極細石英ガラス短繊維が得られる。
In order to set the fluctuation rate of the linear speed of the burner flame to ± 5% or less as described above, for example, a highly accurate flow rate control device such as a mass flow controller or an area flow meter may be used. Further, in order to set the variation rate of the introduction amount to ± 10% or less as described above, for example, a highly accurate control motor such as a servo motor or a stepping motor may be used.
If the linear velocity of the burner flame is less than the above range, the gas pressure will be insufficient, the number of shots will increase, the diameter of the short silica glass fiber will become thick, and even if it exceeds the above range, the ultrafine silica glass will be short. Although fibers can be obtained, waste is increased economically. Further, when the variation rate exceeds the above range, the number of shots generated becomes very large.
If the introduction amount is less than the above range, the number of shots generated is very large, and if it exceeds the above range, the diameter of the quartz glass short fiber becomes large. Further, when the variation rate exceeds the above range, the number of shots generated increases.
Through the above steps, ultrafine silica glass short fibers having a fiber diameter of 50% or more with a diameter of 0.1 μm or more and less than 2.0 μm are obtained.
図4に示されているように、捕集工程では、上記短繊維化工程で作製され、吹き飛ばされた極細石英ガラス短繊維を導入管6内に吹き飛ばし、石英ガラス繊維捕集用治具7で極細石英ガラス短繊維を捕集する。上記導入管や繊維捕集用治具は、石英ガラス、特に合成石英ガラス製であることが好ましい。材質を石英ガラス特に合成石英ガラスとすることで捕集用治具や導入管からの汚染が無くなる為である。繊維捕集用治具は、石英ガラスロッドを等間隔に並べた形状や、網状に加工した形状が用いられ、石英ガラス短繊維が捕集可能であれば、形状に制約はない。
As shown in FIG. 4, in the collection process, the ultrafine quartz glass short fibers produced and blown off in the shortening process are blown into the
本発明の製造方法によれば、ショットの発生が極めて少なく、従来の石英ガラス短繊維よりも不純物が非常に少なく、清浄な雰囲気が求められる半導体工業やバイオテクノロジー分野での断熱材やフィルター、さらに絶縁特性が求められる炉材やプリント配線板用基材などの使用に好適な極細石英ガラス短繊維を製造できる。
本発明のは、繊維径が直径0.1μm以上2.0μm未満のものの頻度が50%以上、繊維長が1mm以上1000mm以下、アルカリ金属であるNa、K、Liの総和が0.5ppm以下、アルカリ土類金属であるCa、Mgの総和が0.5ppm以下、Alが1ppm以下である極細石英ガラス短繊維を提供するものである。ここで、上記頻度とは、石英ガラス連続繊維を吹き飛ばして作製した短繊維全本中に占める本数の割合をいう。
また、遷移金属であるFe、Co、Niの総和が1ppm以下、Bが1ppm以下、Pが1ppm以下である極細石英ガラス短繊維を提供するものである。
本極細石英ガラス短繊維の製造方法においては、複数の巻き取り具から石英ガラス連続繊維複数本を繰り出し、これらを同一の火炎中に同時に導入することによって極細石英ガラス短繊維を製造してもよい。火炎中に同時に導入する石英ガラス連続繊維の本数としては、1〜5本程度が好ましい。
According to the production method of the present invention, the occurrence of shots is extremely small, impurities are much less than conventional quartz glass short fibers, and heat insulating materials and filters in the semiconductor industry and biotechnology field where a clean atmosphere is required, It is possible to produce ultrafine quartz glass short fibers suitable for use in furnace materials, printed wiring board base materials, and the like that require insulating properties.
According to the present invention, the frequency of fibers having a diameter of 0.1 μm or more and less than 2.0 μm is 50% or more, the fiber length is 1 mm or more and 1000 mm or less, and the total of Na, K, and Li that are alkali metals is 0.5 ppm or less, The present invention provides an ultrafine quartz glass short fiber in which the total of Ca and Mg, which are alkaline earth metals, is 0.5 ppm or less and Al is 1 ppm or less. Here, the above-mentioned frequency refers to the ratio of the number of the short fibers produced by blowing away the continuous silica glass fibers.
Further, the present invention provides an ultrafine quartz glass short fiber in which the total of transition metals Fe, Co, and Ni is 1 ppm or less, B is 1 ppm or less, and P is 1 ppm or less.
In the method for producing the ultrafine silica glass short fiber, the ultrafine quartz glass short fiber may be produced by feeding a plurality of continuous silica glass fibers from a plurality of winders and simultaneously introducing them into the same flame. . The number of continuous quartz glass fibers introduced simultaneously into the flame is preferably about 1 to 5.
実施例1
図2〜図4に示す工程で、極細石英ガラス短繊維を製造した。すなわち、酸素と水素の混合ガスのバーナー火炎を用い、直径20mmの石英ガラスロッドを485mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度5m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.35mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において、±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が240m/sで、その変動率が±5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を9mm3/min(変動率±10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得た。上記線速の変動率を上記にするため、酸素と水素をそれぞれマスフローコントローラーにより流量を制御した。また、上記導入量の変動率を上記とするため、サーボモーターによりニップローラーの回転数を制御した。また、ニップローラー、導入管、捕集治具は石英ガラス製のものを用いた。
得られた極細石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図5に示した。また、原子吸光法により不純物濃度を測定し、表2に示した。
Example 1
The ultrafine quartz glass short fiber was manufactured by the process shown in FIGS. That is, using a burner flame of a mixed gas of oxygen and hydrogen, a quartz glass rod having a diameter of 20 mm was introduced at 485 mm 3 / min, and the film was heated and drawn while being wound at a winding speed of 5 m / min by a winder made of quartz glass. Thus, a continuous silica glass fiber was produced. The diameter of the produced quartz glass continuous fiber was 0.35 mm, and the variation rate per 1 m of the diameter was ± 10% or less in the entire length. Then, the quartz glass continuous fiber fed from the winder is 9 mm 3 / min (variation) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 240 m / s and the variation rate is ± 5% or less. Then, an ultrafine quartz glass short fiber was obtained. In order to make the fluctuation rate of the linear velocity above, the flow rates of oxygen and hydrogen were controlled by a mass flow controller. Further, in order to set the variation rate of the introduction amount as described above, the rotation speed of the nip roller was controlled by a servo motor. Moreover, the thing made from quartz glass was used for the nip roller, the introduction tube, and the collection jig.
The characteristics of the obtained ultrafine silica glass short fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG. Further, the impurity concentration was measured by an atomic absorption method and shown in Table 2.
実施例2
酸素とプロパンの混合ガスのバーナー火炎を用い、直径4mmの石英ガラスロッドを1884mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度38m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.25mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において、±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が290m/sで、その変動率が±5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を28mm3/min(変動率±10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得た。上記線速の変動率および上記導入量の変動率を上記とするには、実施例1と同様の手段を採用した。また、ニップローラー、導入管、捕集治具は石英ガラス製のものを用いた。得られた極細石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図6に示した。
Example 2
Using a burner flame of a mixed gas of oxygen and propane, a quartz glass rod with a diameter of 4 mm was introduced at 1884 mm 3 / min, and heated and stretched while being wound at a winding speed of 38 m / min by a winder made of quartz glass. Quartz glass continuous fiber was produced. The diameter of the produced quartz glass continuous fiber was 0.25 mm, and the variation rate per 1 m of the diameter was ± 10% or less in the entire length. Next, the quartz glass continuous fiber drawn out from the winder is 28 mm 3 / min (variation) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 290 m / s and the variation rate is ± 5% or less. Then, an ultrafine quartz glass short fiber was obtained. The same means as in Example 1 was adopted in order to set the linear velocity variation rate and the introduction amount variation rate as described above. Moreover, the thing made from quartz glass was used for the nip roller, the introduction tube, and the collection jig. The characteristics of the obtained ultrafine silica glass short fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
実施例3
抵抗加熱式の電気炉を用い、直径8mmの石英ガラスロッドを803mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度45m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.15mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において、±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が470m/sで、その変動率が±5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を65mm3/min(変動率±10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得た。上記線速の変動率および上記導入量の変動率を上記とするには、実施例1と同様の手段を採用した。また、ニップローラー、導入管、捕集治具は石英ガラス製のものを用いた。得られた石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図7に示した。
Example 3
Using a resistance heating type electric furnace, a quartz glass rod having a diameter of 8 mm was introduced at 803 mm 3 / min, and while being wound at a winding speed of 45 m / min with a winder made of quartz glass, the glass was continuously stretched by heating. Fibers were made. The diameter of the produced continuous silica glass fiber was 0.15 mm, and the variation rate per 1 m of the diameter was ± 10% or less over the entire length. Next, the quartz glass continuous fiber fed from the winder is 65 mm 3 / min (variation) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 470 m / s and the variation rate is ± 5% or less. Then, an ultrafine quartz glass short fiber was obtained. The same means as in Example 1 was adopted in order to set the linear velocity variation rate and the introduction amount variation rate as described above. Moreover, the thing made from quartz glass was used for the nip roller, the introduction tube, and the collection jig. The characteristics of the obtained short silica glass fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
比較例1
酸素と水素の混合ガスのバーナー火炎を用い、直径4mmの石英ガラスロッドを315mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度20m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.25mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が470m/sで、その変動率が5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を73mm3/min(変動率10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得た。得られた石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図8に示した。
Comparative Example 1
Using a burner flame of a mixed gas of oxygen and hydrogen, a quartz glass rod having a diameter of 4 mm was introduced at 315 mm 3 / min, and heated and stretched while being wound at a winding speed of 20 m / min by a winder made of quartz glass. Quartz glass continuous fiber was produced. The diameter of the produced continuous silica glass fiber was 0.25 mm, and the variation rate per 1 m of the diameter was ± 10% or less over the entire length. Subsequently, the quartz glass continuous fiber drawn out from the winder is put into 73 mm 3 / min (variation rate) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 470 m / s and the variation rate is 5% or less. 10% or less) to obtain ultrafine quartz glass short fibers. The features of the obtained short silica glass fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
比較例2
抵抗加熱式の電気炉を用い、直径4mmの石英ガラスロッドを1270mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度40m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.2mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において、±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が200m/sで、その変動率が±5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を3mm3/min(変動率±10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得ようと試みたが、石英ガラス連続繊維とはならずショットのみ生じた。
Comparative Example 2
Using a resistance heating type electric furnace, a quartz glass rod having a diameter of 4 mm is introduced at 1270 mm 3 / min, and while being wound at a winding speed of 40 m / min by a winder made of quartz glass, it is heated and stretched to continue the quartz glass. Fibers were made. The diameter of the produced quartz glass continuous fiber was 0.2 mm, and the variation rate per meter of the diameter was ± 10% or less in the entire length. Next, the quartz glass continuous fiber drawn out from the winder is 3 mm 3 / min (variation) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 200 m / s and the variation rate is ± 5% or less. At a rate of ± 10% or less, an attempt was made to obtain an ultrafine silica glass short fiber, but it was not a continuous silica glass fiber and only a shot was produced.
比較例3
抵抗加熱式の電気炉を用い、直径90mmの石英ガラスロッドを1457mm3/minで導入し、石英ガラス製の巻き取り具により巻き取り速度15m/minで巻き取りながら、加熱延伸して石英ガラス連続繊維を作製した。作製された石英ガラス連続繊維の直径は0.35mmであり、直径の1m当たりの変動率は、その全長において、±10%以下であった。ついで、酸素と水素の混合ガスの線速が40m/sで、その変動率が±5%以下であるバーナー火炎中に、上記巻き取り具から繰り出した石英ガラス連続繊維を10mm3/min(変動率±10%以下)で導入し、極細石英ガラス短繊維を得た。上記線速の変動率および上記導入量の変動率を上記とするには、実施例1と同様の手段を採用した。また、ニップローラー、導入管、捕集治具は石英ガラス製のものを用いた。得られた石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図9に示した。
Comparative Example 3
Using a resistance heating type electric furnace, a quartz glass rod having a diameter of 90 mm was introduced at 1457 mm 3 / min, and while being wound at a winding speed of 15 m / min with a winder made of quartz glass, the glass was continuously stretched by heating. Fibers were made. The diameter of the produced quartz glass continuous fiber was 0.35 mm, and the variation rate per 1 m of the diameter was ± 10% or less in the entire length. Next, the quartz glass continuous fiber drawn out from the winder is 10 mm 3 / min (variation) in a burner flame where the linear velocity of the mixed gas of oxygen and hydrogen is 40 m / s and the variation rate is ± 5% or less. Then, an ultrafine quartz glass short fiber was obtained. The same means as in Example 1 was adopted in order to set the linear velocity variation rate and the introduction amount variation rate as described above. Moreover, the thing made from quartz glass was used for the nip roller, the introduction tube, and the collection jig. The characteristics of the obtained short silica glass fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
比較例4
モーター制御機構を用いなかったことで、石英ガラス連続繊維のバーナー火炎への導入量の変動率が±10%を超えたこと以外は、実施例1と同様にして極細石英ガラス短繊維を作製した。得られた石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図10に示した。
Comparative Example 4
The ultrafine quartz glass short fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the fluctuation rate of the introduction amount of the silica glass continuous fiber into the burner flame exceeded ± 10% because the motor control mechanism was not used. . The features of the obtained short silica glass fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
比較例5
流量制御機構を用いなかったことで、上記バーナー火炎の線速の変動率が±5%を超えたこと以外は、実施例1と同様にして極細石英ガラス短繊維を作製した。得られた石英ガラス短繊維の特長を表1に、繊維径分布を図11に示した。
Comparative Example 5
Ultrafine quartz glass short fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate control mechanism was not used and the fluctuation rate of the linear speed of the burner flame exceeded ± 5%. The features of the obtained short silica glass fibers are shown in Table 1, and the fiber diameter distribution is shown in FIG.
比較例6
実施例1と同様に石英ガラス短繊維を作製し、金属製のネットにより捕集した。作製した石英ガラス短繊維を原子吸光法により不純物濃度を測定し、表2に示した。
Comparative Example 6
Silica glass short fibers were produced in the same manner as in Example 1 and collected by a metal net. The produced silica glass short fibers were measured for impurity concentration by atomic absorption method, and are shown in Table 2.
表1
Table 1
表2
Table 2
1:石英ガラスロッド
2:酸水素火炎バーナー
3:石英ガラス連続繊維
4:ニップローラー
5:酸水素火炎バーナー
6:石英ガラス製石英ガラス繊維導入管
7:石英ガラス製石英ガラス繊維捕集治具
8:巻取り具
1: Quartz glass rod 2: Oxyhydrogen flame burner 3: Quartz glass continuous fiber 4: Nip roller 5: Oxyhydrogen flame burner 6: Quartz glass quartz glass fiber introduction tube 7: Quartz glass quartz glass fiber collecting jig 8 : Winding tool
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