纤维引导器
阅读：449发布：2021-09-18
专利汇可以提供纤维引导器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供对高功能化学 纤维 具有优异的耐磨耗性的纤维引导器。本发明的纤维引导器由至少包含 氧 化锆晶粒的陶瓷形成，构成该陶瓷的晶粒的平均晶体粒径为1μm以下。满足此种构成的本发明的纤维引导器对高功能化学纤维具有优异的耐磨耗性，因此纤维引导器的交换 频率 变小，可以实现生产效率的提高。，下面是纤维引导器专利的具体信息内容。
纤维引导器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种纤维引导器。
背景技术
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2003－213522号公报
发明内容
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 最近开发了如下一种纤维，其具有：吸湿、吸水、吸汗、速干、疏水、防水等水分特性；远红外线放射、蓄热保温、吸湿发热等热特性；以及弹性原材、形状稳定化原材等各种特性和功能。另外，迄今为止为了制成具有目标色调的纤维，而将白色的纤维浸入到染料中进行着色(染色)，但是，在此种方法中，所使用的染料、冲洗其的水作为废液排出，存在环境负荷大的问题，并且存在被染料着色后的纤维容易褪色或脱色的问题。
[0009] 因此，近年来，为了解决此种问题，使用预先将包含具有目标色调的颜料的主片(マスターチップ)混合而成的基础聚合物片，在纺丝前进行着色。这样得到的纤维被称作纺前染色丝，该纺前染色丝因摩擦、日光所致的褪色、脱色少，没有染色的工作，因此作为以较少的能量即可制作的色丝受到注目。
[0010] 而且，在生产具有各种特性、功能的纤维或纺前染色丝等的纤维(以下，将它们统称为高功能化学纤维。)时，为了提高效率，而使运送速度极快。这样，在推进高速化的高功能化学纤维中，就由氧化铝形成的纤维引导器而言，存在如下问题：寿命缩短至未附加各种特性、功能的以往的纤维的1/10～1/50，纤维引导器的交换频率变高，生产效率变差。
[0011] 针对此种问题，本发明人等考虑在推进高速化的高功能化学纤维所使用的纤维引导器中适合采用高硬度的材质，制作由碳化硅、氮化硅、金属陶瓷形成的纤维引导器，并对其进行磨耗评价，但是无法得到优异的结果。
[0012] 本发明的目的在于，提供对高功能化学纤维具有优异的耐磨耗性的纤维引导器。
[0013] 用于解决技术的手段
[0014] 本发明的纤维引导器，其特征在于，由至少包含氧化锆的晶粒的陶瓷形成，构成该陶瓷的晶粒的平均晶体粒径为1μm以下。
[0015] 发明的效果
[0017] 图1表示本实施方式的纤维引导器的一例，(a)为注油喷嘴的立体图，(b)为辊式引导器的立体图，(c)为杆式引导器的立体图，(d)为横动引导器的立体图。
具体实施方式
[0018] 以下，对本发明的实施方式的一例进行详细地说明。
[0019] 图1表示本实施方式的纤维引导器的一例，(a)为注油喷嘴的立体图，(b)为辊式引导器的立体图，(c)为杆式引导器的立体图，(d)为横动引导器的立体图。
[0020] 在此，注油喷嘴10通过使纺丝后的纤维1滑动接触而使纤维1附着油，辊式引导器20用于在进行旋转的同时通过V槽状部分对纤维1进行引导。另外，杆式引导器30用于使纤维1会聚或分离，横动引导器40用于在将纤维1卷绕于圆筒状的筒的外周时对纤维素1的引导。此外，纤维1是指：作为具有吸湿、吸水、吸汗、速干、疏水、防水等水分特性、远红外线放射、蓄热保温、吸湿发热等热特性、以及弹性原材、形状稳定化原材等各种特性、功能的纤维或者在纺丝前被着色的纺前染色丝等的纤维的高功能化学纤维。需要说明的是，在以下的记载中，在将它们统称记载为纤维引导器的情况下，对纤维引导器标注“10～40”的符号进行说明。
[0021] 本实施方式的纤维引导器10～40由至少包含氧化锆的晶粒的陶瓷形成，构成该陶瓷的晶粒的平均晶体粒径为1μm以下。
[0022] 通过满足此种构成，从而使本实施方式的纤维引导器10～40对由高功能化学纤维形成的纤维1的高速滑动具有优异的耐磨耗性。而且，通过具有此种优异的耐磨耗性，从而纤维引导器10～40的交换频率变小，因此可以实现生产效率的提高。
[0023] 需要说明的是，如此而能够具有优异的耐磨耗性的原因在于：通过包含氧化锆的晶粒，从而陶瓷的韧性变高，抑制了晶粒的脱落(以下，有时也简称作脱粒。)，并且通过使构成陶瓷的晶粒的平均晶体粒径为1μm以下，从而假设即便晶粒发生了脱粒，脱粒部分的开口部面积也小于纤维1的粗细，不易发生自脱粒部分的磨耗。与此相对，在不包含氧化锆的晶粒时，无法抑制晶粒的脱粒，并且磨耗的进行变快。另外，在构成陶瓷的晶粒的平均晶体粒径超过1μm时，纤维1容易变得进入脱粒部分的开口部，磨耗的进行变快。
[0024] 在此，作为除氧化锆以外的晶粒，从形成陶瓷后的烧成温度、所得的机械特性的观点出发，优选为氧化铝。需要说明的是，作为氧化锆与氧化铝的质量比，在将Zr换算为ZrO2的值和将Al换算为Al2O3的值的合计设为100质量％时，将Zr换算为ZrO2的值优选为60质量％以上。
[0025] 在此，关于有无氧化锆的晶粒及氧化铝的晶粒的存在，可以使用X射线衍射装置(XRD)进行测定，并基于所得的X射线图，通过使用了JCPDS卡的鉴定来进行确认。另外，也可以对陶瓷进行镜面加工，使用扫描型电子显微镜(SEM)，以5000～10000倍的倍率进行观察，进行SEM所附带的能量分散型X射线分析(EDS)，由此来进行确认。需要说明的是，由于氧化锆的晶粒与氧化铝的晶粒存在色调差，因此能够进行辨别，若利用EDS而在某些晶粒中检测到锆(Zr)和氧(O)，则可以视为存在氧化锆的晶粒，若在某些晶体中检测到铝(Al)和氧(O)，则可以视为存在氧化铝晶粒。
[0026] 另外，关于平均晶体粒径，可以通过以下方式求得：对陶瓷进行镜面加工，并将以比烧成温度低50～100℃的温度范围进行了热蚀刻的面作为测定面，使用SEM以5000～10000倍的倍率进行拍摄后，将拍摄图像导入图像解析软件(例如Planetron制mage－Pro Plus)中，描绘晶粒的轮廓并进行扫描，在灰度标(gray scale)300dpi的条件下进行解析。
[0027] 此外，本实施方式的纤维引导器10～40的晶粒的等效圆直径的最大值优选不足1μm。在满足此种构成时，因晶粒的大小的不同而导致施加到晶粒间的压缩应力差变小，因此变得不易脱粒，并且由于脱粒部分的开口部面积变得更小，因此对高功能化学纤维具有更优异的耐磨耗性。需要说明的是，晶粒的等效圆直径的最大值可以利用与上述的晶粒的平均晶体粒径的求得方法同样的方法来求得。
[0028] 接着，在本实施方式的纤维引导器10～40中，氧化锆、氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计在构成陶瓷的全部成分100质量％中优选为98质量％以上。
[0029] 这样，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，氧化锆、氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计为98质量以上时，换言之在陶瓷中存在的晶粒大部分为氧化锆晶粒，因此满足上述构成的陶瓷比不满足上述构成的陶瓷具有更高的韧性，因此晶粒更不易脱落，对高功能化学纤维具有优异的耐磨耗性。
[0030] 需要说明的是，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，氧化锆、氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计更优选为99质量％以上。
[0031] 在此，氧化铪是指铪的氧化物，铪与锆同为IVa族，化学性质与锆类似，难以与锆分离，因此容易包含在氧化锆原料中。例如，在将Zr换算为ZrO2的值和将Hf换算为HfO2的值的合计设为100质量％时，以将Hf换算为HfO2的值计包含2质量％左右。
[0032] 另外，使氧化锆稳定化的成分的氧化物可列举例如氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化镝、氧化硅、氧化钛等。作为含量，例如，若为氧化钇，则在氧化锆和氧化钇的合计100摩尔％中，氧化钇为2.0摩尔％以上且3.0摩尔％以下左右。
[0033] 另外，本实施方式的纤维引导器10～40的晶粒的等效圆直径的大小的标准偏差优选为0.1以下。在满足此种构成时，因晶粒的大小不同所致的施加到晶粒间的压缩应力差进一步变小，因此更不易脱粒，对高功能化学纤维具有更优异的耐磨耗性。需要说明的是，晶粒的等效圆直径的标准偏差可以利用与上述的晶粒的平均晶体粒径的求得方法同样的方法来求得。
[0034] 接着，在本实施方式的纤维引导器10～40中，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，氧化硅的含量以SiO2换算优选为0.05质量％以上且0.5质量％以下。
[0036] 需要说明的是，构成陶瓷的各成分的含量可以如下方法求得：使用ICP(Inductively Coupled Plasma)发光分光分析装置(ICP)或荧光X射线装置(XRF)而求出例如Zr、Al、Si的含量，并分别换算为ZrO2、Al2O3及SiO2。
[0037] 接着，对本实施方式的纤维引导器的制造方法的一例进行说明。
[0038] 首先，若为氧化锆及氧化铝的基质陶瓷，则作为主原料，准备氧化锆的粉末及氧化铝的粉末，若为氧化锆质陶瓷，则作为主原料，而准备氧化锆的粉末。需要说明的是，在氧化锆的粉末中可以包含使氧化铪及氧化锆稳定化的成分的氧化物。另外，作为烧结助剂、添加剂这些副原料，准备氧化铝的粉末、氧化硅的粉末等。
[0039] 然后，称量规定量的主原料、副原料而作为出发原料，将溶剂及珠粒一起放入磨机中，粉碎至得到所需平均晶体粒径的平均粒度，得到浆料。接着，在所得的浆料中添加粘合剂后，使用喷雾干燥机进行喷雾干燥，制成颗粒。需要说明的是，平均粒度可以通过使用粒度分布测定装置来求得。
[0040] 接着，将该颗粒投入机械压力机中，施加压力制成规定形状，之后进行切削加工等，由此制成所需形状的成形体。需要说明的是，也可以使用由相同的出发原料制作的颗粒并利用注射成形法制作成形体。
[0041] 然后，例如，在氧化锆及氧化铝的基质陶瓷为主原料的情况下，将所得的成形体在晶粒不会过度进行晶粒生长的温度、例如1400～1600℃的最高温度下、在大气气氛中进行烧成。另外，在氧化锆为主原料的情况下，在晶粒不会过度进行晶粒生长的温度、例如1380～1500℃的最高温度下、在大气气氛中进行烧成。需要说明的是，在最高温度的保持时间分别为0.5～8小时即可。
[0042] 另外，优选在上述烧成后进行热等静压(HIP)。然后，将所得的烧结体进行滚磨而进行最终处理，由此可以得到本实施方式的纤维引导器。
[0044] 另外，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，为了使氧化锆、氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计为98质量％以上，在作为主原料的氧化锆的粉末包含氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物时，只要使副原料不足2质量％、且使余量为氧化锆的粉末即可。作为此种氧化锆的粉末的具体例，氧化铪为0.5～2.5质量％，使氧化锆稳定化的成分为钇(Y)时，以Y2O3换算为3.5～6.0质量％，余量为氧化锆。
[0045] 此外，为了使晶粒的等效圆直径的大小的标准偏差为0.1以下，在放入磨机进行粉碎后的平均粒度的测定中，在确认粒度分布后使用过滤器进行分选即可。具体而言，将超过平均粒度+0.25μm的粒子除去即可。而且，当为构成陶瓷的全部成分100质量％中，氧化锆、氧化铪和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计为98质量％以上，且除去了超过平均粒度+0.25μm的粒子的氧化锆质陶瓷时，其不会过度地进行晶粒生长，若在不足1400℃的最高温度进行烧成，则粉碎后的粒径与陶瓷的晶粒的大小大致相同，陶瓷所存在的晶粒间均等地受到施加压缩应力，因此可以形成不易脱粒的陶瓷。
[0046] 另外，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，为了使氧化硅的含量为0.05质量％以上且0.5质量％以下，在出发原料100质量％中，使氧化硅的粉末的含量为0.05质量％以上且0.5质量％以下的范围即可。
[0047] 这样得到的纤维引导器对高功能化学纤维的高速滑动发挥优异的耐磨耗性。另外，由于优异的耐磨耗性而使纤维引导器的交换频率变小，因此可以实现生产效率的提高。
[0048] 以下，对本发明的实施例进行具体说明，但是本发明并不受这些实施例的限定。
[0049] 实施例1
[0050] 制作具有表1所示的组成及平均晶体粒径的氧化锆质陶瓷，进行耐磨耗试验。
[0051] 首先，作为主原料，准备氧化锆的粉末。需要说明的是，该氧化锆粉末使用如下的：在将Zr换算为ZrO2的值、和将Hf换算为HfO2的值的合计设为100质量％时，包含以将Hf换算为HfO2的值计为2质量％的氧化铪、和作为稳定化剂的3摩尔％氧化钇。另外，准备了氧化铝粉末。
[0052] 然后，将按照使构成氧化锆质陶瓷的各成分的含量达到表1所示量的方式而称量的出发原料与溶剂及珠粒一起放入磨机中，粉碎至所需的平均粒度，得到浆料。接着，在所得的浆料中添加粘合剂后，使用喷雾干燥器进行喷雾干燥，制成颗粒。需要说明的是，平均粒度的测定使用粒度分布测定装置来进行。
[0053] 接着，将该颗粒投入机械压力机中，施加压力制成规定形状，之后进行切削加工等，由此得到所需形状的成形体。
[0054] 然后，将所得的成形体在表1所示的烧成温度(最高温度)下、且大气气氛中保持2小时，由此进行了烧成。之后，进行滚磨处理，由此得到试样No.1～10的纤维引导器。
[0055] 接着，对所得的各试样，利用XRF进行定性分析，对所检测到的成分，利用ICP进行定量分析。然后，将分别换算为氧化物的值示于表1中。需要说明的是，在表1中的其他成分的合计含量一栏中记载了除Zr、Hf、Y、Al以外的成分的换算为氧化物的值的合计。
[0056] 另外，对所得的各试样，实施镜面加工，将以比烧成温度低50℃的温度进行了热蚀刻的面作为测定面，使用SEM以10000倍的倍率进行拍摄后，将拍摄图像导入图像解析软件(Planetron制Image－Pro Plus)中，描绘晶粒的轮廓并进行扫描，在灰度标300dpi的条件下进行解析，由此求得等效圆直径的平均晶体粒径及最大值。
[0057] 另外，针对各试样，使用XRD进行测定，并基于所得到X射线图进行使用了JCPDS卡的鉴定，确认到在试样No.2～10中存在氧化锆的晶粒，在试样No.1中不存在氧化锆的晶粒。
[0058] 接着，使用各试样，用时7天进行使纺前染色丝以每分钟800m的速度进行滑动的耐磨耗试验，对磨耗痕的宽度及深度进行确认，由此进行评价排位。需要说明的是，耐磨耗性良好者的评价排位的值小。将结果示于表1中。
[0059] [表1]
[0060]
[0061] 由表1可知，试样No.1的磨耗痕的宽度最宽、深度最深。另外，试样No.2虽然不及试样No.1的程度，但是与试样No.3～10相比，磨耗痕的宽度更宽、深度更深。与此相对，试样No.3～10的磨耗痕的宽度窄、深度浅。另外，在试样No.7、8中，试样No.8的磨耗痕的宽度窄、深度浅。此外，尤其是试样No.9、10的磨耗痕的宽度窄、深度浅。
[0062] 由该结果可知：由于由至少包含氧化锆的晶粒的陶瓷形成、且构成陶瓷的晶粒的平均晶体粒径为1μm以下，因此成为具有优异的耐磨耗性的纤维引导器。另外，可知晶粒的等效圆直径的最大值优选不足1μm。此外，可知成为具有优异的耐磨耗性的纤维引导器。另外，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，更优选使氧化锆、氧化铪、和使氧化锆稳定化的成分的氧化物的含量的合计为98质量％以上。
[0063] 实施例2
[0064] 接着，使用与实施例1所示的试样No.9同样的出发原料，制作使平均粒度及烧成温度(最高温度)不同的试样，进行了耐磨耗性试验。需要说明的是，试样No.11与实施例1的试样No.9同样。
[0065] 首先，将出发原料、溶剂和珠粒放入磨机中，粉碎至规定的平均粒度。接着，使用过滤器，对试样No.12、13除去超过0.5μm的粒子。而且，对试样No.11使用粒度分布测定装置测定粉碎后的平均粒度，并且对试样No.12、13使用粒度分布测定装置测定通过过滤器后的平均粒度。
[0066] 接着，在浆料中添加粘合剂后，使用喷雾干燥机进行喷雾干燥，制成顆粒。之后，将该颗粒投入到机械压力机中，施加压力制成规定形状，之后，进行切削加工等，由此得到所需形状的成形体。
[0067] 然后，将所得的成形体在大气气氛中、以表2所示的烧成温度保持2小时，由此进行烧成。之后，进行滚磨处理，由此得到试样No.11～13的纤维引导器。
[0068] 接着，对所得的各试样，利用XRF进行定性分析，针对检测到的成分，利用ICP进行定量分析。结果：在试样No.11～13中，ZrO2、HfO2、Y2O3的含量的合计值为98质量％，Al2O3的含量均为1.5质量％，其他成分的合计含量均为0.5质量％。
[0069] 另外，利用与在实施例1中求得等效圆直径的平均晶体粒径时同样的方法，求得等效圆直径的平均晶体粒径及等效圆直径的大小的标准偏差。此外，利用与实施例1同样的方法，进行耐磨耗性试验，并进行评价的排位。将结果示于表2中。
[0070] [表2]
[0071]
[0072] 由表2可知，关于耐摩耗性，晶粒的等效圆直径的大小的标准偏差优选为0.1以下。
[0073] 实施例3
[0074] 接着，制作表3所示组成的试样，测定密度作为机械特性的评价，并且进行了耐磨耗性试验。需要说明的是，除组成以外的制作方法与实施例1的试样No.10同样，得到试样No.14～18的纤维引导器。
[0075] 接着，针对所得的各试样，利用XRF进行定性分析，对所检测到的成分，利用ICP进行定量分析。而且，将分别换算为氧化物的值示于表3中。
[0076] 另外，依据JIS R1634－1998进行密度的测定，并从密度值高的一方起开始排位。此外，利用与实施例1同样的方法，进行耐磨耗性试验并进行评价排位。将结果示于表3中。
[0077] [表3]
[0078]
[0079] 由表3可知，在构成陶瓷的全部成分100质量％中，，若氧化硅的含量以SiO2换算计为0.05质量％以上且0.5质量％以下，则不会使耐磨耗性降低，在烧结的促进作用下提高机械特性。
[0080] 符号说明
[0081] 1：纤维
[0082] 10：注油喷嘴
[0083] 20：辊式引导器
[0084] 30：杆式引导器
[0085] 40：横动引导器
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