JP2015520337A - 長繊維を用いた断熱材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
水槽に入れられた浄水にバインダを投入し、攪拌して粘着溶液を製造するステップと、前記粘着溶液に長繊維を投入するステップと、前記長繊維をメッシュベルトに供給して水分を除去し、前記メッシュベルトは左右及び前後の方向に運動しながら前記長繊維を均一に伸ばすステップと、前記長繊維を乾燥させてガラス繊維紙を製造するステップと、前記ガラス繊維紙をロール状に巻き取るステップと、前記ガラス繊維紙ロールを多層状に準備し、前記ロールから供給されたガラス繊維紙を少なくとも２枚以上積み重ねて縫い合わせるステップと、を含むことを特徴とする断熱材の製造方法。
Description
本発明は、長繊維を用いた断熱材及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、長繊維が水平に配列されたガラス繊維紙を積み重ねて縫い合わせた長繊維を用いた断熱材及びその製造方法に関する。
また、本発明は、冷蔵庫などの家電製品はもとより、建築材料として用いられるものであり、初期性能に優れており、製作し易い他、断熱効果を向上させることのできる断熱材に関する。
一般に、断熱材は、熱が伝導や輻射によって逃げ難い材料を壁または天井に用いて断熱効果を持たせるものであり、従来より石綿、岩綿、発泡スチロール、ポリウレタンフォームなどが用いられてきている。
ところが、このような従来の断熱材が廃棄されるときには環境を汚染し、しかも、発癌性物質を発生するということが知られることに伴い、最近では、ガラス繊維などを用いた真空断熱材が開発されて用いられている。
このような真空断熱材は、多孔性芯材の外部に複数枚の膜を巻き付けた後に内部圧力を減圧し、且つ、封止処理したものであり、軽くて、廃棄処理されるときに粉塵による汚染の恐れがなく、建築材料はもとより、冷蔵庫、電気炊飯器などの家電製品にも適用することができる。
このような真空断熱材は、気孔率（８０％以上）による内部に隙間が生成され、この空間の真空状態を維持するガス遮断フィルム製の外皮材と、外皮材の空間に収容され、真空空間を作る多孔性素材の芯材と、ガス及び水分を吸着するゲッターと、を備える。
前記外皮材は、多層ポリマーとアルミニウムを貼り合わせたフィルム製のものであってもよく、芯材は、ガラスファイバと呼ばれるガラス繊維、ガラスウールまたはシリカコアなどを前処理して所定の硬さ及び所望の大きさを持たせたものであり、ゲッターは、外皮の内部に残存したり新たに流入したりするガス及び／又は水分を吸収するための吸気、吸湿剤の一種である。
ところが、このような従来の真空断熱材は、芯材などから発生するガスと外部の湿気及びガスによって真空状態を維持し難いという問題があるため、高価なゲッターを用いることを余儀なくされ、これは、製造コストの上昇につながるという問題がある。
また、ガラス繊維製若しくはガラスウール製の芯材がニードリングまたは熱圧縮工程を経るため製作し難く、ガラス繊維を構成する長繊維が垂直、水平、傾斜など互い違いに配列されて初期性能が低下するという問題がある。
一方、従来の短繊維製の断熱材は、運搬または施工中に、あるいは、長時間にわたっての使用時に、短繊維が離脱して呼吸器などに流入して人体に悪影響を及ぼすという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の方向に長繊維が配列されたガラス繊維を用いて初期性能を向上させ、このガラス繊維紙を多層状に積み重ねて縫い合わせることにより断熱効果を極大化させ、作業性及び製作性に優れており、しかも、製造コストを節減する断熱材及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、使用用途に応じてガラス繊維紙の積み重ね数が選択されて厚さ及び断熱性能を調節することのできる断熱材及びその製造方法を提供することにある。
さらに、本発明は、長繊維を用いることから、有害物質が特に呼吸器を介して流入する恐れのない断熱材及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、家電製品及び建築材料として用いられる真空断熱材であって、長繊維が水平に配列されたガラス繊維紙を備え、このガラス繊維紙を積み重ねて縫い合わせることを技術的特徴とする。
また、本発明は、真空断熱材を製造する方法であって、水槽に入れられた浄水にバインダを投入して攪拌して粘着溶液を製造するステップと、前記粘着溶液に長繊維を投入するステップと、前記長繊維をメッシュベルトに供給して水分を除去するが、このメッシュベルトは左右及び前後の方向に運動しながら長繊維を均一に伸ばすステップと、前記長繊維を乾燥させてガラス繊維紙を製造するステップと、前記ガラス繊維紙をロール状に巻き取るステップと、前記ガラス繊維紙ロールを多層状に備え、このロールから供給されたガラス繊維紙を少なくとも２枚以上積み重ねて縫い合わせるステップと、を含むところに技術的特徴がある。
本発明は、まず、第一に、長繊維が水平に配列されたガラス繊維紙を用いることにより、初期性能及び断熱効果を向上させることができるという効果がある。
第二に、本発明は、一方向に長繊維が配列されたガラス繊維紙を積み重ねて縫い合わせたものであり、製作し易く、製造コストを節減することができる他、使用用途に応じて厚さを調節することができるという効果がある。
第三に、本発明の断熱材は、軽量であり、廃棄時に環境汚染を極力抑えることができる他、使用範囲が広いという効果ある。
最後に、本発明の断熱材は、長繊維を用いることから、呼吸器に繊維が流入する恐れが全くないという効果がある。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態に係る長繊維を用いた断熱材及びその製造方法について詳細に説明する。
まず、添付の図１は、本発明に係る真空断熱材の製造過程を示す手順図であり、図２は、本発明に係る真空断熱材の断面図であり、図３は、本発明に係る真空断熱材の他の実施形態を示す断面図である。
図中、本発明の断熱材１０は、建築材料はもとより、冷蔵庫、電気炊飯器などの家電製品にも適用することができ、種々の機械器具及び電子製品などにも適用することができる。
本発明の真空断熱材１０の製造方法について説明する。まず、水槽若しくはタンクに浄水を満たし、この浄水にバインダを混入して粘着溶液を得、次いで、この溶液に長繊維２２を投入して長繊維を粘着させ、次いで、これらの長繊維をメッシュベルトに供給して水分を除去し、乾燥器に投入して乾燥することにより、ガラス繊維紙２０を完成する。
次いで、完成されたガラス繊維紙２０はワインダーによりロール状に巻き取られ、このガラス繊維紙２０のロールの多数が掛け渡された状態でこれらのうちの少なくとも２以上が裁縫機に供給されて縫い合わせられることにより本発明の断熱材１０が製造される。
前記長繊維２２に粘性を与えて凝結させるために浄水に混入される前記バインダとしては、アクリル樹脂系をはじめとするウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系及びフェノール樹脂系、ポリアミド系など複数種が選択され、浄水１００重量部に対して１〜２０重量部が混入される。
前記長繊維２２はガラス繊維であり、フィラメント状に紡糸して製作する。すなわち、前記長繊維２２は、原料サイロに格納された葉ろう石、石灰石、ホウ酸などを組成比に合わせて混合し、これらの混合原料を１５００℃以上の高温に加熱してガラスを製造した後、溶融されたガラスをブッシングを用いて７μｍ以上の直径を有するフィラメント状に紡糸して製造し、ここに紡糸されたフィラメントを集束剤で表面処理して乾燥される実施形態もある。
本発明における長繊維の直径は、長さに対する平均直径である。
また、前記長繊維２２は１〜１００ｍｍの長さに切断されて、浄水とバインダとが混合された粘着溶液に入れられて加工される。
粘着溶液に投入されて凝結される前記長繊維２２は、メッシュベルトに供給されてガラス繊維紙２０に加工される。ここで、粘性の長繊維は水槽を通過するメッシュベルトによって汲み上げられるか、あるいは、別途の供給ホッパーによってメッシュベルトに供給され、前記メッシュベルトは、前後、左右に運動、すなわち、揺動しながら供給された長繊維を均一に伸ばし、この過程で水分はメッシュベルトの下部に抜け出る。
もちろん、メッシュベルトに加えて、他のタイプの機械、器具が用いられてもよい。
メッシュベルト上に伸ばされた長繊維は乾燥器を通過しながらガラス繊維紙２０となる。乾燥温度は３０〜２００℃であり、低温乾燥及び高温乾燥の方式が採用可能であり、乾燥もまた、温度に応じて１０分〜３時間行われる。
また、ガラス繊維紙２０は０．１〜２ｍｍの厚さに製作されることが好ましく、ガラス繊維紙２０の厚さがこれよりも小さな場合に密度と強度、断熱性が低下し、ガラス繊維紙２０の厚さがこれよりも大きな場合には、長繊維が傾斜したり垂直に立てられたりする恐れがあるため初期性能が低下する恐れがある。
本発明における前記ガラス繊維紙２０は縫い合わせられて断熱材が完成される。
すなわち、乾燥器を通過したガラス繊維紙２０はワインダーなどの巻取機を用いてロール状に巻き取って保管し、断熱材１０の製作に際しては多層状に裁縫機若しくは裁縫機の周りにガラス繊維紙を引っ掛け、この裁縫機に少なくとも２枚以上のガラス繊維紙を投入して積み重ねて縫い合わせる。
一方、本発明の断熱材には、必要に応じて、着色剤、難燃剤などが混入される。これらのうち難燃剤としては、水溶性難燃剤、すなわち、ハロゲン系難燃剤、臭素系難燃剤若しくはリン系難燃剤、無機系難燃剤が選択され、浄水を基準として５〜３０重量部が混入される。
前記着色剤は浄水を基準として０．１〜５重量部混入され、二酸化チタン、酸化亜鉛、カーボン粉末、カルシウム、マグネシウム、カドミウム、クロムなどが使用可能である。
また、添付の図３は、本発明の他の実施形態を示すものであり、縫い合わせられた断熱材２０の外面を外皮３０で包み込むような構成である。
この外皮３０は、縫い合わせられたガラス繊維紙の離脱を防ぎ、持ち運び易くする他、見栄えをよくする。前記外皮の他の形態として、剥離紙が挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明に係る断熱材について詳細に説明する。
実施例１
水槽に浄水を満たし、この浄水にアクリル樹脂系バインダを投入して攪拌して粘着溶液を完成した。浄水１００重量部に対してバインダ８重量部を混入した。
長さ１０〜２０ｍｍに切断された長繊維を前記粘着溶液に投入して攪拌して粘着溶液を長繊維に吸湿させた。
次いで、メッシュベルトに長繊維を供給して前後左右に揺動するメッシュベルト上に長繊維を伸ばし、温度７０℃で２時間乾燥して厚さ１ｍｍのガラス繊維紙を製作した。
前記ガラス繊維紙を裁縫機に供給して縫い合わせることにより断熱材が完成し、ガラス繊維１０枚を積み重ねて家電製品用断熱材が完成した。
実施例２
水槽に浄水１００重量部と、アクリル樹脂系バインダ７重量部と、着色剤０．５重量部と、難燃剤１０重量部及び長さ１０〜２０ｍｍの長繊維２０重量部を混入し、この長繊維をメッシュベルトに供給して前後左右に揺動するメッシュベルト上に均一に伸ばし、温度７０℃で２時間乾燥して厚さ１ｍｍのガラス繊維紙を製作した。
前記ガラス繊維紙を裁縫機に供給して縫い合わせることにより断熱材が完成し、ガラス繊維２５枚を積み重ねて建築用断熱材が完成した。
１０ 断熱材
２０ ガラス繊維紙
２２ 長繊維
２０ ガラス繊維紙
２２ 長繊維
Claims (16)
- 家電製品及び建築材料として用いられる真空断熱材であって、
長繊維が水平に配列されたガラス繊維紙を備え、前記ガラス繊維紙を積み重ねて縫い合わせたことを特徴とする断熱材。 - 前記長繊維はガラス繊維であり、１〜１００ｍｍの長さを有することを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
- 前記長繊維は、平均直径が７μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱材。
- 前記ガラス繊維紙は、０．１〜２ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
- 前記ガラス繊維紙を少なくとも２枚以上積み重ねてなり、周縁部が縫い合わせられたことを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
- 前記ガラス繊維紙を積み重ねて縫い合わせ、外観を包むフィルム製の外皮を備えることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
- 家電製品及び建築材料として用いられる真空断熱材であって、
長さ１〜１００ｍｍ及び平均直径７μｍ以上の長繊維を浄水とバインダとが混合された混合物に投入して前記長繊維が凝結されて繊維紙を構成し、前記長繊維は水平に配列されて薄い繊維紙に製作され、前記繊維紙を２枚以上積み重ねて縫い合わされたことを特徴とする断熱材。 - 前記繊維紙に着色剤及び難燃剤が混入されることを特徴とする請求項６に記載の断熱材。
- 真空断熱材を製造する方法であって、
水槽に入れられた浄水にバインダを投入し、攪拌して粘着溶液を製造するステップと、
前記粘着溶液に長繊維を投入するステップと、
前記長繊維をメッシュベルトに供給して水分を除去し、前記メッシュベルトは左右及び前後の方向に運動しながら前記長繊維を均一に伸ばすステップと、
前記長繊維を乾燥させてガラス繊維紙を製造するステップと、
前記ガラス繊維紙をロール状に巻き取るステップと、
前記ガラス繊維紙ロールを多層状に準備し、前記ロールから供給された前記ガラス繊維紙を少なくとも２枚以上積み重ねて縫い合わせるステップと、
を含むことを特徴とする断熱材の製造方法。 - 浄水１００重量部に対してバインダ１〜２０重量部を投入して攪拌することを特徴とする請求項９に記載の断熱材の製造方法。
- 前記バインダは、アクリル樹脂系、ＰＶＡ系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系及びフェノール樹脂系及びポリアミド系よりなる群から選ばれるいずれか一種であることを特徴とする請求項９に記載の断熱材の製造方法。
- 前記長繊維は、溶融されたガラスを、ブッシングを用いてフィラメント状に紡糸して製造され、平均直径が７μｍ以上であり、長さは１〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の断熱材の製造方法。
- 乾燥された前記ガラス繊維は、０．１〜２ｍｍの厚さに製作されることを特徴とする請求項９に記載の断熱材の製造方法。
- 真空断熱材を製造する方法であって、
水槽に浄水１００重量部と、アクリル樹脂系バインダ１〜２０重量部と、難燃剤５〜３０重量部及び着色剤０．１〜５重量部を混入して粘着溶液を製造するステップと、
前記粘着溶液に長さ１０〜４０ｍｍの長繊維を投入して凝結させるステップと、
前記長繊維をメッシュベルトに供給して前後左右に揺動するメッシュベルトの上に均一に伸ばすステップと、
前記メッシュベルト上面の前記長繊維を乾燥温度３０〜２００℃で乾燥して厚さ０．５〜２ｍｍのガラス繊維紙を製作するステップと、
前記ガラス繊維紙を少なくとも２枚以上積み重ねて縫い合わせるステップと、
を含むことを特徴とする断熱材の製造方法。 - 前記着色剤は、二酸化チタン、酸化亜鉛、カーボン粉末、カルシウム、マグネシウム、カドミウム及びクロムよりなる群から選ばれるいずれか一種であることを特徴とする請求項１３に記載の断熱材の製造方法。
- 前記難燃剤は、ハロゲン系難燃剤、臭素系難燃剤若しくはリン系難燃剤及び無機系難燃剤よりなる群から選ばれるいずれか一種以上であることを特徴とする請求項１３に記載の断熱材の製造方法。
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