JP3491074B2 - 微孔性熱絶縁物質 - Google Patents
微孔性熱絶縁物質Info
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Description
詳述すればガラスフィラメント強化材を含有する微孔性
熱絶縁物質に係る。
隙の最大サイズがNTPにおける空気分子の平均自由通路
よりも小である(すなわち100nm以下である)多孔性又
はセルラー物質を表示するものとして使用される。かか
る意味で微孔性である物質は、空気伝導(すなわち空気
分子間の衝突)による熱移動が非常に低いことを示す。
このような微孔性物質はエーロゲル(液相を気相によっ
て置換し、これにより、ゲルが液から直接に乾燥される
際に生ずる縮みを回避したゲルである)を含む。実質的
に同一の構造は、コントロール下における液からの沈殿
によっても得られる(沈殿の間、開放格子沈殿物を得る
ため温度及びpHが制御される)。他の同等の開放格子構
造体は、粒子の実質的部分が最大粒径100nmより小を有
するものであるピロゲニック(ヒュームド)タイプ又は
エレクトロサーマルタイプのものを含む。これらの物質
(たとえばシリカ、アルミナ又は他の金属酸化物を基材
とする)はいずれも、上述の如き微孔性の組成物の調製
に使用される。
808,338号において、有機性又は無機性の微細ステープ
ル状強化フィラメントの強化骨格、シリカエーロゲルの
如き多孔性又はフィブリレート構造を有する特殊なフィ
ラー物質の実質的量(好ましくは、少なくとも45重量
%)及び好ましくは微細な乳白剤物質の実質的量を含有
してなるものとして開示されている。好適な強化フィラ
メントとして各種の強化用アスベストフィラメント、浄
化材料フィラメント(好ましくは、たとえば酸による如
く前処理して表面を粗面化するか、又は表面付着特性を
改善したもの)、及び有機フィラメントが含まれること
が述べられている。米国特許第3,055,831号には、同様
の範囲の強化用フィラメントが開示されている。
シリカ、乳白剤及び無機性強化フィラメントを含有する
微孔性熱絶縁物質を開示する。無機性強化フィラメント
は、ガラスウール、ロックウール、スラグウール又はセ
ラミックフィラメント(たとえば酸化アルミニウム及び
二酸化ケイ素を溶融させることによって得られるもの)
である。米国特許第4,399,175号は、ケイ酸アルミニウ
ムフィラメント、石英又はガラスフィラメント又はセラ
ミックフィラメントの如き強化用フィラメントを含有す
る同様の微孔性熱絶縁物質を開示する。
メントの使用を詳細に開示する。この文献によれば、ア
ルミノシリケート強化用フィラメントの使用が一般的で
あるが、アルミナフィラメントの使用は微孔性熱絶縁物
質の熱に対する耐性を増大させることが開示されてい
る。一方、ガラスフィラメント又は鉱物ウールフィラメ
ントは低温(約700℃)で高度の縮みを生じさせること
も開示されている。
体の使用が提案されているが、かかるフィラメントを含
有する微孔性熱絶縁物質の使用最大温度が、温度約700
℃において該絶縁物質が過剰な縮みを生ずるため当該温
度に制限されることも示されている。
温度を有するガラスフィラメント強化材含有微孔性熱絶
縁物質を提供することにある。
質と強化用ガラスフィラメントとの均質な混合物を含有
してなる微孔性熱絶縁物質において、前記ガラスフィラ
メントを構成するガラスがNa2O 1重量%以下(0重量
%を含む)を含有するものであることを特徴とする微孔
性熱絶縁物質が提供される。
ィラメント、R−ガラスフィラメントとして市販されて
いるものである。
ントを構成するガラスは下記の組成を有する。 SiO2 5−100重量% Al2O3 25重量%以下 B2O3 8重量%以下 MgO 10重量%以下 CaO 21重量%以下 Na2O 1重量%以下 K2O 2重量%以下 Fe2O3 1重量%以下 F2 1重量%以下 前記ガラスは実質的に下記の組成を有していてもよい
(E−ガラス)。 SiO2 54−55重量% Al2O3 14−15重量% B2O3 7−8重量% MgO 0.3−3重量% CaO 18−21重量% Na2O 0.6重量%以下 K2O 0.2重量%以下 Fe2O3 0.2−0.3重量% F2 1重量%以下あるいは 、ガラスは実質的に下記の組成を有していても
よい(R−ガラス)。 SiO2 60重量% Al2O3 25重量% MgO 6重量% CaO 9重量% ガラスフィラメントは連続ガラスフィラメントから切断
されたものでもよい。かかるフィラメントは多数の市販
品の中から容易に入手、使用される。切断したガラスス
トランドは、好適なガラス組成物をタンク内で溶融さ
せ、このタンクから小径のブッシングを通って流出さ
せ、ついで連続フィラメント(たとえば直径5−24
μ)として取り出し、これらに固有のサイズを付与した
後、収束してストランドを形成させることによって製造
される。ついで、これらストランドを切断して個々の長
さとする。他の鉱物フィラメントと対称的に、切断した
ガラスストランドはショット(shot)の如き非繊維物質
を実質的に含有しておらず、実質的に均一な直径を有す
るものである。
しくは長さ6−25mmを有する。
径、好ましくは6−15μの範囲内の直径を有する。
−20重量%、好ましくはガラスフィラメント3−15重量
%を含有する。
述する。
カ(Cabot社、商標名CABOSIL M5)(該シリカは公称の比
表面積(B.E.T.法によって測定)250m2/gを有す
る)60重量%、二酸化チタン形の粒子状乳白剤33.3重量
%及びアルミノシリケート(又はセラミック)フィラメ
ント(Carborundum社、商標名FIBERFRAX)6.7重量%の
混合物を混合することによって微孔性熱絶縁物質のブロ
ックを調製した。調製に当たっては、上述の物質を一緒
に混合して、均質な混合物を得た。
ロックに圧縮し(該ブロックは密度320Kg/m3を有す
る)、温度800℃で24時間加熱した。ブロックが冷却した
時点では、当該ブロックは直径方向で0.35%、軸線方向
で0.80%収縮した。このような物質は、温度800℃にお
ける熱絶縁性物質として使用に充分に適するものであ
る。
重量%、二酸化チタン形の粒子状乳白剤33.3重量%及び
切断したガラスストランド(Glaswerk Schuller社、商
標名MICROLITH)(該フィラメントは公称の長さ25mm及び
直径12μを有する)6.7重量%の混合物を混合すること
によって微孔性熱絶縁物質のブロックを調製した。な
お、前記ガラスは、不可避的成分及び不純物を含むと共
に、次の組成を有する。 SiO2 65重量% Al2O3 4重量% B2O3 5重量% MgO 3重量% CaO 14重量% Na2O 8.5重量% Fe2O3 0.3重量% 混合物を例1のものと実質的に同一の寸法を有する円筒
状ブロックに圧縮し(該ブロックは密度319Kg/m3を有
する)、温度800℃で24時間加熱した。ブロックが冷却し
た時点では、当該ブロックは直径方向で39.5%、軸線方
向で18.5%収縮した。このような物質は、温度800℃に
おける熱絶縁性物質としての使用には明らかに適さない
ものであった。
標名CABOSIL M5)60重量%、二酸化チタン形の粒子状乳
白剤33.3重量%及び切断E−ガラスストランド(Owens
Corning Fiberglas社、商標名FIBERGLAS)(該フィラメン
トは公称の長さ25mm、直径13μを有する)6.7重量%の
混合物を混合することによって微孔性熱絶縁物質のブロ
ックを調製した。なお、前記ガラスは不可避的成分及び
不純物を含むと共に、次の組成を有する。 SiO2 54−55重量% Al2O3 14−15重量% B2O3 7−8重量% MgO 0.3−3重量% CaO 18−21重量% Na2O 0.6重量%以下 K2O 0.2重量%以下 Fe2O3 0.2−0.3重量% F2 1重量%以下 混合物を例1のものと同一の寸法を有する円筒状ブロッ
クに圧縮し(該ブロックは密度320Kg/m3を有する)、温
度800℃で24時間加熱した。ブロックが冷却した時点で
は、当該ブロックは直径方向で1.54%、軸線方向で1.51
%収縮した。このような物質は、一般にホットフェース
(hot face)温度800℃における熱絶縁物質としての使
用に適している。
ンド(Owens CorningFiberglas社)の代わりに、切断し
たE−ガラスストランド(Vetrotex International社、
商標名VETROTEX EB 107DC/5EC14300 12mm(P312 SP21
9))(該フィラメントは公称の長さ12mm、直径14μを有す
る)を使用して微孔性熱絶縁物質のブロックを調製し
た。
円筒状ブロックに圧縮し(該ブロックは密度313Kg/m3
を有する)、温度800℃で24時間加熱した。ブロックが
冷却した時点では、当該ブロックは直径方向で1.74%、
軸線方向で1.20%収縮した。このような物質は、一般に
ホットフェース温度800℃における熱絶縁物質としての
使用に適している。
標名CABOSIL M5)60重量%、二酸化チタン形の粒子状
乳白剤33.3重量%及び切断R−ガラスストランド(Vetr
otex International社、商標名VETROTEX Rc10 4.5mm
p388コードCR98D)(該フィラメントは公称の長さ4.5
mm、直径10μを有する)6.7重量%の混合物を混合
することによって微孔性熱絶縁物質のブロックを調製し
た。なお、前記ガラスは不可避的成分及び不純物を含む
と共に、次の組成を有する。 SiO2 60重量% Al2O3 25重量% MgO 6重量% CaO 9重量% 混合物を例1のものと同一の寸法を有する円筒状ブロッ
クに圧縮し(該ブロックは密度320Kg/m3を有する)、温
度800℃で24時間加熱した。ブロックが冷却した時点
では、当該ブロックは直径方向で0.83%、軸線方向で0.
80%収縮した。このような物質は、一般にホットフェー
ス温度800℃における熱絶縁物質としての使用に適して
いる。
めテストを行った。例2と同様にして、ピロゲニックシ
リカ(Cabot社、商標名CABOSIL M5)60重量%及び二酸
化チタン形の粒子状乳白剤と切断ガラスストランド(Ve
trotex International社、商標名VETROTEX)(該フィラメ
ントは公称の長さ12mm、直径12μ及び前記例3に記載の
ものと実質的に同じガラス組成を有する)との混合物40
重量%の混合物を混合し、圧縮することによって微孔性
熱絶縁物質のブロックを調製した。ブロックを調製する
ための混合物にはガラスフィラメントを5%、10%、15
%及び20%の割合で配合している。
ブロックが冷却した時点で、下記表1に示す収縮率が求
められた。
ラメント5重量%を含有するブロックでは、直径方向の
収縮率は0.28%であり、軸線方向の収縮率は0.17%であ
った。
熱伝導性の点で注目される。明らかなように、どの新た
な微孔性熱絶縁体も同様の低い熱伝導性を示す。そこ
で、例5に示す方法に従って、ただしM5シリカの代わ
りにピロゲニックシリカ(Cabot社、商標名CABOSIL MS5
5)をフィラメント タイプ3、4及び5(例4のも
の)と組み合せて使用して微孔性熱絶縁物質のブロック
を調製した。これら物質を圧縮して密度320Kg/m3とし
た。ガラスフィラメントを含有するブロックの熱伝導率
を、FIBERFRAXフィラメントを含有する同等のブロック
の熱伝導率と比較した。得られた結果を表2に示す。
に圧縮した微孔性熱絶縁物質(CABOSIL MS55グレードの
シリカ(Cabot社)、二酸化チタン及びフィラメント タ
イプ4又はFIBERFRAXを使用)の平らなパネルの熱伝導
率を測定した。結果を表3に示す。
する熱絶縁物質のブロックの熱伝導率はフィラメント含
量の減少に伴って低下するが、同量のFIBERFRAXを含有
するブロックの熱伝導率は全く低下しない。これに対し
て、フィラメント タイプ4を3重量%の量で含有する
パネルの熱伝導率は、FIBERFRAX 6.7重量%を含有する
同等のパネルの熱伝導率に匹敵するものである。これ
は、パネルにおけるガラスフィラメントがFIBERFRAXフ
ィラメントよりもよく配向されることによるものと考え
られる。
較的弱く、もろいものである。従って、かかる新たな微
孔性熱絶縁物質を製造する際に考慮すべき事項は、物質
の強度及び取扱い易さである。そこで、ガラスフィラメ
ントを含有する微孔性熱絶縁物質の曲げ強さに関してテ
ストを行った。
を、標準3点曲げ強さテストリング内に、スラブが3つ
の荷重バーの間の中央に位置するように設置した。つい
で、スラブが破壊するまで荷重を増大させ、最大の力
(KN)を測定した。スラブの曲げ強さ(KN/m2)は、ス
ラブによって支えられた最大の力及びスラブの寸法から
次式に従って求められる。 式中:P=パネルによって支えられた最大の力(KN) s=荷重バー間の支持スパン(m) a=パネルの厚さ(m) b=パネルの幅(m) 例7によるフィラメント タイプ4及びFIBERFRAXを含
有する各種の微孔性熱絶縁混合物(混合物におけるフィ
ラメント含量は1−6.7重量%である)から、この混合
物を平均密度240Kg/m3及び320Kg/m3に圧縮して調製し
たブロックについて第1のテストを行った。ただし、FI
BERFRAXを含有するブロックはフィラメント2重量%よ
り小では調製されない。結果を添付の図1に示す。図1
はフィラメント含量に対するブロックの曲げ強さ(KN/
m2で測定)の変化を示すグラフである。図1において、
破線はフィラメント タイプ4を含有し、密度320Kg/m
3に圧縮した物質の曲げ強さを示し、点線はFIBERFRAXを
含有し、密度320Kg/m3に圧縮した物質の曲げ強さを示
し、一点鎖線はフィラメント タイプ4を含有し、密度
240Kg/m3に圧縮した物質の曲げ強さを示し、実線はFIB
ERFRAXを含有し、密度240Kg/m3に圧縮した物質の曲げ
強さを示す。図1は微孔性熱絶縁物質の曲げ強さがフィ
ラメント含量の増大に伴って一般に増大すること、及び
ガラスフィラメントを含有する微孔性熱絶縁物質の曲げ
強さが、FIBERFRAXを含有する微孔性熱絶縁物質の曲げ
強さよりも優れていることを示している。
び5及びFIBERFRAXを含有する各種の微孔性熱絶縁混合
物(各混合物はフィラメント含量6.7重量%を有する)
から、この混合物を平均密度200−400Kg/m3に圧縮して
成形したスラブについて第2のテストを行った。結果を
図2に示す。図2は密度(Kg/m3)に対するスラブの曲
げ強さ(KN/m2で測定)の変化を示すグラフである。図
2において、破線はフィラメント タイプ3を含有する
物質の曲げ強さを示し、点線はフィラメントタイプ4を
含有する物質の曲げ強さを示し、一点鎖線はフィラメン
ト タイプ5を含有する物質の曲げ強さを示し、実線は
FIBERFRAXを含有する物質の曲げ強さを示す。図2は、
ガラスフィラメントを含有する微孔性熱絶縁物質が一般
にFIBERFRAXを含有する物質よりも大きい曲げ強さを有
することだけでなく、強さが使用するガラスフィラメン
トのタイプに左右されることも示している。なお、フィ
ラメント タイプ3のガラスフィラメントは長さ6mmを
有し、フィラメント タイプ4は長さ12mm、フィラメン
ト タイプ5は長さ25mmを有する。このように、実施し
たテストの範囲内では、曲げ強さはフィラメントの長さ
の増大に伴って増大することが理解される。
ィラメント含量が1重量%、3重量%、5重量%及び6.
7重量%の各種の微孔性熱絶縁物質混合物から、この混
合物を200−360Kg/m3の範囲の密度に圧縮することによ
って成形したスラブについて第3のテストを行った。得
られた結果を図3に示すと共に、第2のテストからのFI
BERFRAXを含有する混合物に関する結果と比較する。図
3は、物質の密度(Kg/m3)に対するパネルの曲げ強さ
(KN/m2)の変化を示すグラフである。図3において、
破線はガラスフィラメント6.7重量%を含有する物質の
曲げ強さを示し、点線はガラスフィラメント5重量%を
含有する物質の曲げ強さを示し、一点鎖線はガラスフィ
ラメント3重量%を含有する物質の曲げ強さを示し、
「+」の線はガラスフィラメントわずかに1重量%を含
有する物質の曲げ強さを示し、さらに実線はFIBERFRAX
6.7重量%を含有する物質の曲げ強さを示す。図3は微
孔性熱絶縁物質の曲げ強さがガラスフィラメントの割合
の増大に伴って増大することを示しているが、さらに重
要な点は、ガラスフィラメントを含有する微孔性熱絶縁
物質の強さが同様の割合のFIBERFRAXを含有する物質よ
りもかなり強いことである。
ば限定外皮内に収められたパネルの製造及び成形体の製
造に使用される。該物質は少なくとも800℃まで、ある
いはそれ以上の温度までは収縮に対して抵抗性であり、
セラミックフィラメントとは対称的に、切断ガラススト
ランドは収縮したり、膨張したりしないものである。本
発明による微孔性熱絶縁物質の特異な1つの使用例につ
いて図4及び5を参照して詳述する。
直立リム14を有しかつ電気的及び熱的絶縁物質(たとえ
ば微孔性熱絶縁物質)の層16を収容する金属皿12形の容
器を包含してなる。本発明による微孔性熱絶縁物質の環
状絶縁壁18は、層16の上面から皿12のリム14の周囲で伸
長し、リム14の端よりもわずかに上方に突出している。
ガラスセラミックトップ調理器に設置される際、壁18は
ガラスセラミッククッキング表面20の下面を支える。ヒ
ーター10自体はばね又は他の据付け装置(図示せず)に
よって所定位置に保持される。
環状位置で配置された2つのコイル状裸抵抗線発熱エレ
メント22及び24を支持する。コイル状エレメント22及び
24は、たとえば層16の絶縁物質における摩擦によって保
持されるステープルにより、又は層16又はその中に挿入
された支柱に接着することによって層16に固着される。
発熱エレメント22及び24の端は、皿12の縁に設置された
電気導体ブロック26内の各導体に接続されている。
ーターに関しては、通常、温度感知ロッドリミッター28
にヒーター10を横断して伸長するプローブ30が設けてあ
る。このプローブは、一般に、金属ロッドを収容するヒ
ューズドシリカの管(好ましくは、英国特許明細書第2,
146,431号に記載された如く反射性物質(たとえば銀)
でメッキされている)を包含してなる。調理トップ20が
その最大安全温度以上に加熱しないように、発熱エレメ
ント22及び24と直列に、プローブ30によってコントロー
ルされるスナップアクションスイッチ32が設けてある。
リミッタースイッチ32は2つの発熱エレメント22及び24
の端に接続される。
ば、ヒーター全体の形状は発熱エレメントの数及び種類
に応じて変更される。図4及び5に示す放射ヒーターの
重要な点は、壁18が本発明による微孔性熱絶縁物質によ
って構成されていることである。通常、壁18は結合剤
(たとえばシリカゾル及び有機デンプン)により硬化さ
れるセラミックフィラメント物質の減圧形成によって調
製された管から製造される。しかしながら、管を各リン
グに切断すること及びヒーター10に適合させるためにリ
ングをトリミングすることは望ましくない多量のダスト
を生ずることになり、またヒーターを初めて使用する際
の煙及びにおいの発生を阻止するため、有機デンプンを
焼却しておくことが必要である。さらに、このようなリ
ングは、一般にシリカゾルによる再硬化を行わないで使
用するには弱すぎる。従って、ダストを生じないだけで
なく、ヒーターの製造の間及びつづくヒーターの調理器
具への取付けの間に受ける応力に耐える充分な機械強度
を有する他の周壁18用無機絶縁物質の開発が常に課題で
あった。
周壁18は破壊前約4−11Nの直径方向の力に耐えうるは
ずである。そこで、シリカ CABOSIL M5 60重量%、二酸
化チタン28.5重量%及びFIBERFRAX形のアルミノシリケ
ートフィラメント11.5重量%でなる従来の微孔性熱絶縁
物質を、該微孔性熱絶縁物質を密度310−460Kg/m3のリ
ングに成形することによってテストした。ほぼ450Kg/m
3の密度においてのみ、リングは4Nを越える力に耐え
ることができた。さらに、本発明によるガラスフィラメ
ントを含有する微孔性熱絶縁物質についても、該微孔性
熱絶縁物質をリングに成形することによってテストし
た。第1の混合物はシリカ CABOSIL M5 60重量%、二酸
化チタン30重量%及びフィラメント タイプ3 10重量
%でなり、第2の混合物はシリカ CABOSIL M5 60重量
%、二酸化チタン25重量%及びフィラメント タイプ3
15重量%でなる。得られた結果を図6に示す。この図
において、フィラメント タイプ3 15重量%を含有す
る混合物については破線で示し、フィラメント タイプ
3 10重量%を含有する混合物については点線で示し、F
IBERFRAX 11.5重量%を含有する混合物については実線
で示す。図6から理解されるように、ガラスフィラメン
ト15重量%を含有する混合物は密度300Kg/m3より小で
力4Nに、また約410Kg/m3の密度では力11Nに耐え、
ガラスフィラメント10重量%を含有する混合物も密度約
330Kg/m3で力4Nに、密度440Kg/m3より小で力11Nに
耐える。
縁物質の強度に関する利点を明白に示すものであり、こ
れら利点は800℃までの温度での縮みに対する物質の予
想されないほどの抵抗性と対をなすものである。
ント含量による微孔性熱絶縁物質の曲げ強さの変動を示
すグラフである。
る微孔性熱絶縁物質の曲げ強さの変動を示すグラフであ
る。
孔性熱絶縁物質の曲げ強さの変動を示すグラフである。
含する放射ヒーターの平面図である。
物質のリングの強さの変動を示すグラフである。
Claims (8)
- 【請求項1】乾燥した粒子状微孔性物質と強化用ガラス
フィラメントとの均質な混合物を含有してなり、700℃
を越える最大使用温度を有する微孔性熱絶縁物質におい
て、前記ガラスフィラメントを構成するガラスが、組成 SiO2 54−55重量% Al2O3 14−15重量% B2O3 7−8重量% MgO 0.3−3重量% CaO 18−21重量% Na2O 0.6重量%以下 K2O 0.2重量%以下 Fe2O3 0.2−0.3重量% F2 1重量%以下 を有するガラス及び組成 SiO2 60重量% Al2O3 25重量% MgO 6重量% CaO 9重量% を有するガラスでなる群から選ばれるものであることを
特徴とする、微孔性熱絶縁物質。 - 【請求項2】ガラスフィラメントが連続ガラスフィラメ
ントから切断されたものである、請求項1記載の微孔性
熱絶縁物質。 - 【請求項3】ガラスフィラメントが長さ4−50mmを有
するものである、請求項1又は2記載の微孔性熱絶縁物
質。 - 【請求項4】ガラスフィラメントが長さ6−25mmを有
するものである、請求項3記載の微孔性熱絶縁物質。 - 【請求項5】ガラスフィラメントが直径3−20μmを
有するものである、請求項1−4のいずれか1項記載の
微孔性熱絶縁物質。 - 【請求項6】ガラスフィラメントが直径6−15μmを
有するものである、請求項5記載の微孔性熱絶縁物質。 - 【請求項7】ガラスフィラメント1−20重量%を含有
してなる、請求項1−6のいずれか1項記載の微孔性熱
絶縁物質。 - 【請求項8】ガラスフィラメント3−15重量%を含有
してなる、請求項7記載の微孔性熱絶縁物質。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9202608A GB2264296B (en) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Microporous thermal insulation material |
GB9202608.7 | 1992-02-07 |
Publications (2)
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