JP2002275747A - 多孔質断熱材及びその製造方法 - Google Patents

多孔質断熱材及びその製造方法

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Takashi Sakata
隆司 坂田
Shinichi Okada
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フェルト断熱材として、高い熱伝導率を有
し、破断,剥離が生じない伸縮性の良好な多孔質断熱材
を得る。 【解決手段】 ファイバー径7μm程度,長さ1mm程
度,ファイバー熱伝導率10〜20W/m/K程度のカ
ーボンファイバー20〜80wt%と、ファイバー径3
μm程度,長さ30mm程度,ファイバー熱伝導率0.
5W/m/K程度のセラミックスファイバー25〜75
wt%と、バインダーとしてラテックス2〜4wt%及
び硫酸アルミニウム2〜4wt%とより成り、前記カー
ボンファイバー及び前記セラミックスファイバーの面内
/面外の配向比が0.9/0.1〜0.1/0.9であ
ることを特徴とする多孔質断熱材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築材料を始めと
し、石油・石炭掘削機器や原子炉,溶鉱炉など超高温に
晒される各種機器の熱制御材として利用する多孔質断熱
材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、建築材料等に広く使用されている
シリカファイバーとアルミナファイバーとを主構成材と
した多孔質断熱材は、低比重で熱伝導率が低い優れた断
熱特性を有している。この多孔質断熱材の熱伝導率は、
嵩密度に依存し、嵩密度の増加に伴って熱伝導率が低下
し、断熱性が向上する。従って、嵩密度を調整すること
で、熱伝導率の粗い調整が可能であるが、微細な調整は
困難である。例えば、図5に示すように高温環境1に晒
され、内部に発熱機器2を有する容器3に対しては、内
部発熱の大きい機器の放熱と外部熱源の機内侵入を防ぐ
ため、下記の表1の中央欄に示す高い熱伝導率が要求さ
れるが、容器3に用いられる前記従来の多孔質断熱材4
(SiO235wt%,Al2350wt%,ZrO2
5wt%)は、下記の表1の右欄に示す低い熱伝導率
で、上記要求に対応できない。
【0003】
【表1】
【0004】以上のように従来の多孔質断熱材は、発熱
量の大きい容器の熱制御機能の基本構成となるフェルト
断熱材としては、熱伝導率要求値を満足させることがで
きないことから、この要求を満たすことができ、さらに
は伸縮性要求を満たすことのできる新規な多孔質断熱材
の出現が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
多孔質断熱材の主構成材であるシリカファイバーをカー
ボンファイバーに代えて、ファイバーの径,長さ,熱伝
導率,配分比,配向比,成形温度,成形法等について検
討し、試作実験を行ったところ、前記の要求を満たすこ
とのできる多孔質断熱材を得ることのできる方策を見い
出した。
【0006】本発明は、上記知見に基いてなされたもの
で、フェルト断熱材として、高い熱伝導率を有し、破
断,剥離が生じない伸縮性の良好な多孔質断熱材及びそ
の製造方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の多孔質断熱材は、ファイバー径7μm程度,
長さ1mm程度,ファイバー熱伝導率10〜20W/m
/K程度のカーボンファイバー20〜80wt%と、フ
ァイバー径3μm程度,長さ30mm程度,ファイバー
熱伝導率0.5W/m/K程度のセラミックスファイバ
ー25〜75wt%と、バインダーとしてラテックス2
〜4wt%及び硫酸アルミニウム2〜4wt%とより成
り、前記カーボンファイバー及び前記セラミックスファ
イバーの面内/面外の配向比が0.9/0.1〜0.1
/0.9であることを特徴とするものである。
【0008】この多孔質断熱材を作る本発明の製造方法
は、ファイバー径7μm程度,長さ1mm程度,ファイ
バー熱伝導率10〜20W/m/K程度のカーボンファ
イバーと、ファイバー径3μm程度,長さ30mm程
度,ファイバー熱伝導率0.5W/m/K程度のセラミ
ックスファイバーを夫々所要量配合槽に入れ、次にカー
ボンファイバーとセラミックスファイバーの合計が全体
の1.5%となるように配合槽に水を入れ、次にラテッ
クス,硫酸アルミニウムを所要量配合槽に入れ、次にカ
ーボンファイバーとセラミックスファイバーの合計の
0.5wt%の無機バインダー,同じく0.5wt%の
有機バインダーを配合槽に入れてスラリー化し、次にカ
ーボンファイバーとセラミックスファイバーの合計が全
体の3wt%となるようにスラリーを半脱水し、次にカ
ーボンファイバー及びセラミックスファイバーの面内/
面外の配向比が0.9/0.1〜0.1/0.9となる
ようにスラリーを攪拌し、次に所要の嵩密度,厚さとな
るようにプレス高さを調整した状態でスラリーを完全脱
水して、多孔質断熱材を作ることを特徴とするものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の多孔質断熱材及びその製
造方法の実施形態を説明する。先ず、多孔質断熱材につ
いて説明すると、この多孔質断熱材はカーボンファイバ
ーとアルミナファイバーを主構成材とし、下記表2に示
すパラメータとその範囲内の組成となっているものであ
る。尚、本例ではセラミックスファイバーがアルミナフ
ァイバーとなっているが、シリカファイバー,ジルコニ
アファイバーの場合もある。
【0010】
【表2】
【0011】次に、上記の多孔質断熱材の具体的な実施
例を作る本発明の製造方法について説明すると、下記の
表3に示す実施例1〜5のファイバー特性(熱伝導率,
比重,径,長さ)のカーボンファイバーと、セラミック
スファイバー本例の場合アルミナファイバーを、表3の
中央欄に示す配分比となるように夫々図1に示す配合槽
10に入れ、次にカーボンファイバーとアルミナファイ
バーの合計が全体の1.5%つまりファイバー濃度が
1.5%となるように配合槽10内に水11を入れた
上、ラテックスと硫酸アルミニウムをバインダーとして
表3に示す量を配合槽10内に入れ、さらにカーボンフ
ァイバーとアルミナファイバーの合計の0.5wt%の
無機バインダー(シリカゾル),同じく0.5wt%の
有機バインダー(でんぷん)を配合槽10内に入れてス
ラリー化した。次にこのスラリー12を図2に示す成形
槽13に入れた上、カーボンファイバーとアルミナファ
イバーの合計が全体の3%つまりファイバー濃度が3%
となるようにスラリー12を真空ポンプで機械的に吸引
して半脱水した。次に図3に示すように成形槽13内の
スラリー12を攪拌機14にて攪拌してファイバーを立
て、表3に示すカーボンファイバーとアルミナファイバ
ーの面内/面外の配向比となした。然る後図4に示すよ
うに所要の嵩密度,厚さとなるようにプレス15により
プレス高さを調整した状態でスラリー12を真空ポンプ
で機械的に吸引して完全脱水し、実施例1〜5の多孔質
断熱材を作った。
【0012】
【表3】
【0013】上記のように作った実施例1〜5の多孔質
断熱材は、室温、大気圧での熱伝導率が表3の最右欄に
示す値であった。そして実施例5の多孔質断熱材を下記
の表4に示す圧力、温度での熱伝導率を測定したとこ
ろ、要求される高い熱伝導率を満たすことのできる値で
あった。
【0014】
【表4】
【0015】このように本発明の多孔質断熱材が、高い
熱伝導率を有するのは、主構成材に長く太く熱伝導率の
高いカーボンファイバーを表3に示す面内/面外の配向
比で配したからにほかならない。尚、前記実施例1〜5
の多孔質断熱材は、前記表2のパラメータとその範囲内
にあって、その数値を変化させることにより、熱伝導率
を調整することができる。
【0016】また、本発明の多孔質断熱材は、カーボン
ファイバーとアルミナファイバーを混ぜ合わせる有機系
バインダーの量を全体の3wt%程度にしているので、
アウトガスの発生(実測値:TMI0.042%,CV
CM0.003%)が少なく、また焼成せず、プレスに
より成形しているので、脆くなく、伸縮性に優れる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の多孔質
断熱材は、高い熱導率を有するので、発熱量の大きい容
器の熱制御機能の基本構成となるフェルト断熱材として
有効である上、石油・石炭掘削機器や原子炉や溶鉱炉な
ど超高温に晒される機器の熱制御材としても活用でき
る。しかも破断,剥離が生ぜず伸縮性にも優れる。
【0018】また、本発明の多孔質断熱材の製造方法に
よれば、上記の優れた多孔質断熱材を、効率よく所要の
熱伝導率、伸縮性を備えたものに容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第1工程を
示す概略図である。
【図2】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第2工程を
示す概略図である。
【図3】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第3工程を
示す概略図である。
【図4】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第4工程を
示す概略図である。
【図5】高温環境に晒され、内部に発熱体を有する容器
の基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
10 配合槽 11 水 12 スラリー 13 成形槽 14 攪拌機 15 プレス
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年6月14日(2001.6.1
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】
【表1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【表3】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【表4】 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年7月31日(2001.7.3
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】従来、建築材料等に広く使用されている
シリカファイバーとアルミナファイバーとを主構成材と
した多孔質断熱材は、低比重で熱伝導率が低い優れた断
熱特性を有している。この多孔質断熱材の熱伝導率は、
嵩密度に依存し、嵩密度の低下に伴って熱伝導率が低下
し、断熱性が向上する。従って、嵩密度を調整すること
で、熱伝導率の粗い調整が可能であるが、微細な調整は
困難である。例えば、図5に示すように高温環境1に晒
され、内部に発熱機器2を有する容器3に対しては、内
部発熱の大きい機器の放熱と外部熱源の機内侵入を防ぐ
ため、下記の表1の中央欄に示す高い熱伝導率が要求さ
れるが、容器3に用いられる前記従来の多孔質断熱材4
(SiO235wt%,Al2350wt%,ZrO2
5wt%)は、下記の表1の右欄に示す低い熱伝導率
で、上記要求に対応できない。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) E04B 1/80 E04B 1/80 C 4L047 E04C 2/16 E04C 2/16 F F16L 59/02 F16L 59/02 // G21C 11/08 G21C 11/08 (72)発明者 坂田 隆司 東京都港区浜松町2丁目4番1号 川崎重 工業株式会社東京本社内 (72)発明者 岡田 信一 愛知県宝飯郡音羽町大字萩字向山7番地 イソライト工業株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 2E001 DD01 GA12 GA84 HA31 HA34 JA00 JB00 JC00 JD08 2E162 CA00 CA38 FA00 FB00 FC00 FD08 3H036 AA09 AB12 AB15 AB24 AC01 AE13 4G052 GA01 GA11 GA15 GB34 4G054 AA12 AA15 AC00 BA02 BA22 BA27 BA47 BA62 4L047 AA03 AA04 AA28 AA29 AB07 AB10 BA15 BC02 BD04 CB06 CC14 EA22

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ファイバー径7μm程度,長さ1mm程
    度,ファイバー熱伝導率10〜20W/m/K程度のカ
    ーボンファイバー20〜80wt%と、ファイバー径3
    μm,長さ30mm程度,ファイバー熱伝導率0.5W
    /m/K程度のセラミックスファイバー25〜75wt
    %と、バインダーとしてラテックス2〜4wt%及び硫
    酸アルミニウム2〜4wt%とより成り、前記カーボン
    ファイバー及び前記セラミックスファイバーの面内/面
    外の配向比が0.9/0.1〜0.1/0.9であるこ
    とを特徴とする多孔質断熱材。
  2. 【請求項2】 ファイバー径7μm程度,長さ1mm程
    度,ファイバー熱伝導率10〜20W/m/K程度のカ
    ーボンファイバーと、ファイバー径3μm程度,長さ3
    0mm程度,ファイバー熱伝導率0.5W/m/K程度
    のセラミックスファイバーを夫々所要量配合槽に入れ、
    次にカーボンファイバーとセラミックスファイバーの合
    計が全体の1.5%となるように配合槽に水を入れた
    上、ラテックス,硫酸アルミニウムを所要量配合槽に入
    れ、さらにカーボンファイバーとセラミックスファイバ
    ーの合計の0.5wt%の無機バインダー,同じく0.
    5wt%の有機バインダーを配合槽に入れてスラリー化
    し、次にカーボンファイバーとセラミックスファイバー
    の合計が全体の3wt%となるようにスラリーを半脱水
    し、次にカーボンファイバー及びセラミックスファイバ
    ーの面内/面外の配向比が0.9/0.1〜0.1/
    0.9となるようにスラリーを攪拌し、次に所要の嵩密
    度,厚さとなるようにプレス高さを調整した状態でスラ
    リーを完全脱水して、多孔質断熱材を作ることを特徴と
    する多孔質断熱材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013512396A (ja) * 2010-03-09 2013-04-11 エルジー・ハウシス・リミテッド 真空断熱パネル用芯材及びこれを製造する方法
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