JP6276231B2 - 耐火遮熱システム及びこれを用いた耐火遮熱シート - Google Patents
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Description
特に、ケーブルの被覆材が燃焼すると、有毒ガスが発生する場合もあるため、これらの通信網への延焼を防ぐ措置をとることが求められている。
さらに、原子力発電所等の発電所においては、突発的な火災等から通信ケーブルや発送電ケーブル等を保護することは非常に重要である。
しかしながら、防火区画を設けることは、スペース上、制限のある場所では困難であり、すでに配設された通信ケーブル、発送電ケーブルなどの防火対策には適用困難な場合が少なくない。
一般に、断熱材の断熱性能については、厚みがパラメータとなる。上記耐火性能を満足するためには、セラミックファイバー製耐火シートやガラス繊維を主体とする耐火シート単独の場合、厚みが50mm以上必要となり、軽量、コンパクトが求められる部位には適用困難である。また、厚み50mm以上では、折り曲げ等の仕様に適用困難である。
81〜97重量%のSiO2;3〜19重量%のAl2O3;並びにZrO2、TiO2、Na2O、Li2O、K2O、CaO、MgO、SrO、BaO、Y2O3、La2O3、Fe2O3およびこれらの混合物から選択される少なくとも1種を2重量%以下。
このようなシリカ系無機繊維は、加熱により、前記ヒドロキシル基が脱水縮合して水を生成できるものである。
本発明の耐火遮熱システムの積層単位について、図1に基づいて説明する。
図1に示す耐火遮熱システムの積層単位10は、本発明の耐火遮熱システムの基本となる積層単位を示したもので、高耐熱性不織布1の両面に、金属層2a,2bが積層されている。
本発明で使用する高耐熱性不織布1は、ヒドロキシル基を有するシリカ系無機繊維からなる不織布である。
本発明で使用するヒドロキシル基を有するシリカ系無機繊維は、SiO2を81重量%以上有し、SiO−のネットワークの一部にSi(OH)が存在しているもので、加熱により下記(1)式の脱水縮合反応がおこり、H2Oを生成する。
SiO2:81〜97重量%、Al2O3:3〜19重量%、ZrO2、TiO2、Na2O、Li2O、K2O、CaO、MgO、SrO、BaO、Y2O3、La2O3、Fe2O3、およびこれらの混合物から選択される成分(「その他の成分」と称する)を2重量%以下。
55〜80重量%のSiO2、
5〜19重量%のAl2O3、
15〜26重量%のNa2O、
0〜12重量%のZrO2、
0〜12重量%のTiO2、および
Li2O、K2O、CaO、MgO、SrO、BaO、Y2O3、La2O3、Fe2O3、およびこれらの混合物:1.5重量%以下;
当該溶融物からフィラメントまたはステープルファイバーを形成し;
得られたフィラメントまたはステープルファイバーを酸抽出し;
抽出したフィラメントまたはステープルファイバーから、残留する酸および/または塩残留物を除去後、乾燥することにより製造することができる。
このような組成を有する無機繊維は、溶融紡糸により、径6〜13μm、好ましくは7〜10μm程度で、長さ3〜30mmのステープルファイバー、または径6〜13μm、好ましくは7〜10μm程度で、長さ30〜150mm程度のフィラメントとして製造することができる。フィラメント、ステープルファイバーのいずれにおいても、溶融後、連続紡糸により製造されるので、ショットを実質的に含んでいない。このため、労働安全衛生法施行令の安全基準をクリアし、特定化学物質障害予防規則による規制の対象とはならない。
金属層2a,2bを構成する金属としては、アルミニウム、ステンレス、チタン、クロム、ニッケル、金などの高反射性金属が用いられ、好ましくはアルミニウムである。
金属層2a,2bは、金属箔であってもよいし、プラスチックフィルムの両面に金属が蒸着されている金属蒸着フィルムであってもよいし、ガラス繊維製織布の一面に、プラスチックフィルムの両面に金属が蒸着されている金属蒸着フィルムを貼着した金属蒸着層付きガラス繊維製織布であってもよい。
金属箔2a,2bの各厚みは、5〜25μm、好ましくは10〜18μmである。分厚くなりすぎると、剛性が大きくなりすぎるため、耐火遮熱システムの生産、さらには耐火遮熱システム全体の取扱い性低下の原因となる。
なお、金属蒸着層付きガラス繊維製織布としては、市販のものを用いてもよい。例えば、GENTEX Corp.のDualMirror(登録商標)などが挙げられる。
金属層として金属箔を用いる場合、耐火遮熱システムの厚みにほとんど影響を与えることなく、熱反射材、水蒸気浸透防止材としての役目を果たすことができる。
さらに、金属層として金属蒸着層付ガラス繊維製織布を用いた場合、金属蒸着層の基材となるガラス繊維製織布が、プラスチックフィルムより高い耐熱温度を有しているので、金属蒸着層をより長い時間、安定的に保持できるという利点がある。
金属層2aと金属層2bとは、同種類(例えば、いずれも金属箔)であってもよいし、異なる種類の組み合わせ(例えば、一方が金属箔で、他方が金属蒸着フィルム又は金属蒸着層付きガラス繊維製織布)であってもよい。
また、各金属層2a,2bとして、金属箔と金属蒸着フィルム又は金属蒸着層付ガラス繊維製織布との積層物を用いてもよい。
本発明の耐火遮熱システムは、上記のような積層単位が少なくとも2以上積層されたものである。この場合、個別に形成した積層単位(第1の積層単位と第2の積層単位)を積層してもよいし、図2に示すように、第1の積層単位と第2の積層単位とが接する面における金属層が、兼用されていてもよい。図2に示す耐火遮熱システムは、金属箔4a,高耐熱性不織布3a,金属箔4b,高耐熱性不織布3b,金属箔4cが各順に積層された積層体であり、金属箔4bは第1の積層単位の金属層と第2の積層単位の金属層とが兼用されている。
従って、具体的には、高耐熱性不織布をHF、金属層をMとして、基本積層単位であるM/HF/Mを積み重ねたM/HF/M/M/HF/M、積層面での金属層を兼用したM/HF/M/HF/M、3つ以上の積層単位を積層したものとして、M/HF/M/M/HF/M/M/HF/M、M/HF/M/HF/M/HF/M/M/HF/M、M/HF/M/M/HF/M/M/HF/M/HF/M/M/HF/Mなどが挙げられる。
尚、金属蒸着層付きガラス繊維製織布を積層する場合、金属蒸着層が加熱源に近い側の面となるように用いることが好ましい。
すなわち、金属蒸着層付きガラス繊維製織布13は、図4に示すように、ガラス繊維製織布13aの片面に、プラスチックフィルム13cの両面に金属蒸着層13b、13b’を有する金属蒸着フィルムが積層されたものである。
さらに、金属層として、金属箔と金層蒸着層付きガラス繊維製織布を用いた場合には、金属箔が高温で損傷した場合に、ガラス繊維製織布の金属蒸着層が熱反射材としての役割を果たすことができるので、金属蒸着層付きガラス繊維製織布がない場合と比べて、温度上昇のさらなる遅延効果を期待できるとともに、ガラス繊維製織布による断熱効果も期待できる。
次に、本発明の耐火遮熱シートについて、図5に基づいて説明する。
図5に示す耐火遮熱シートは、積層単位を4個積み重ねた耐火遮熱システム30を、シリカ系ガラス繊維の織布(シリカクロス)を縫製により袋状にした袋体31に収納したものである。
また、取り付け施工は、リベット、ねじ、釘、クリップ、結束バンド、ワイヤなどの固定具を用いて行うことができる。
なお、図6中、耐火遮熱シート40の箱体35への取り付け固定は、リベット34により行っている。
このような重要なケーブル通信網は、火災に備えてトレー毎に消火のためのスプリンクラー43が設置されている。スプリンクラー43とトレー41との間のスペース(少なくとも50mm程度)の確保、ケーブル42の多段積み重ねとの関係、さらにはすでにこのような通信網が配設されているところでは、各トレー41の外表面に耐火遮熱塗料を塗工したり、防火障壁を貼り付けたりすることは実際上困難である。しかしながら、本発明の耐火遮熱シートであれば、クリップ等の簡易な固定具を用いて、各トレーを被包するように取り付けることで、要求される耐火基準を充足することが可能である。図7中、50が耐火遮熱シートである。
耐火遮熱システムの構成要素として、以下のものを使用した。
・高耐熱性不織布(HF):
belChem社のbelCotex(登録商標)110(組成はAlO1.5・18〔(SiO2)0.6(SiO1.5OH)0.4〕)で、厚み6mm、繊維径9μm。
・アルミニウム箔(Al):厚み0.015mm
・金属蒸着層付きガラス繊維製織布(AGF):
GENTEX社のDualMirror(登録商標)を用いた。これは、プラスチックフィルムの両面にアルミニウムが蒸着されたアルミニウム蒸着フィルムを、ガラス繊維製織布の片面に耐熱接着剤で接着したものである。
・シリカ繊維製織布(SF):
ユニチカ社のシリカクロス(BS850 C2100SE)を使用した。厚み0.7mmの織布で、耐熱温度は1000℃である。
・セラミックファイバー製ブランケット(CFB):
イビデン社のイビウール(商品名)を用いた。これに用いられているセラミックファイバーは、組成がシリカ(SiO2)51%及びアルミナ(Al2O3)49%、径2〜4μmで、特定化学物質障害予防規則の措置対象物質規制の対象となるものである。
すなわち、No.1は、セラミックファイバー製ブランケット(CFB)を4枚積み重ねたものをシリカ繊維製織布(SF)の袋体に収納したもの;No.2は、高耐熱性不織布(HF)を4枚積み重ねたものをシリカ繊維製織布(SF)の袋体に収納したもの;No.3は、高耐熱性不織布(HF)の両面にアルミニウム箔(Al)を積層してなる積層単位(LU)を4個積み重ねたものをシリカ繊維製織布(SF)の袋体に収納したもの;No.4は、No.3で用いた積層単位(LU)の4個の積層体において、各積層単位(LU)間にアルミニウム蒸着層付きガラス繊維製織布(AGF)を介層するとともに、且つ積層体の両面に、AGFを積層したものである。
上記で作製した耐火遮熱シートNo.1〜No.4の片側の面を加熱炉に接触させることにより、耐火遮熱シートの片側を、ISO834標準加熱曲線に従って、1時間加熱した。1時間の加熱の間、加熱面と反対側の面の温度をサーモグラフィ及び3か所について熱電対で測定した。各耐火遮熱シートの測定結果をそれぞれ図8〜図11及び表1に示す。尚、図及び表中に示す温度は、3か所の平均温度である。
No.1,No.2は、いずれも加熱開始20分後くらいから急激に温度が上昇し、1時間後には、No.1では120〜133℃、No.2では170〜175℃であった。
No.1は、厚み51.4mmであり、スペースに制限のある箇所には適用できない。また分厚いため、折り曲げ仕様には適用できない。
No.2は、1時間後の温度が170℃を超えるため、所望の耐火性能を満足することができない。
No.3、4は、いずれも厚みが50mm未満であり、スペースに制限のある箇所にも適用でき、且つ折り曲げ仕様も可能である。そして、1時間後の温度が119〜126℃(No.3)、112〜117℃(No.4)であり、所望の耐火性能を満足できる断熱性を有していた。
SF/LU×4/AGF/SFの積層構造を有する耐火遮熱シートNo.5を作製した。この耐火遮熱シートNo.5の片側を加熱炉に接触させることにより、耐火遮熱シートの片側を、ISO834標準加熱曲線に従って加熱した。加熱開始後43分の時点(炉内温度約900℃)で、耐火遮熱シートを取り出した。加熱温度、耐火遮熱シートの加熱されていない側の表面温度(熱電対による測定)の変化は、図12に示すとおりである。加熱されていない側の、加熱開始43分後の表面温度は約80℃であった
したがって、本発明の耐火遮熱シートでは、高耐熱性不織布の積層体を、輻射熱、シリカ系無機繊維の脱水縮合反応により生じる水蒸気の蒸散を、積層単位毎に隔離しているので、加熱源に近い側の高耐熱性不織布から順に脱水縮合反応が起こること、金属層の崩壊により水蒸気が隣接の高耐熱性不織布内に蒸散し、再び気化するために熱エネルギーが消費されることから、温度上昇が抑制されたのではないかと思われる。
2a,2b 金属層
3a,3b 高耐熱性不織布
4a,4b,4c 金属層
10 耐火遮熱システムの積層単位
11a,11b 高耐熱性不織布
12a,12b,12a’,12b’ 金属箔
13 金属蒸着層付きガラス繊維製織布
13a ガラス繊維製織布
13b,13b’ 金属蒸着層
13c プラスチックフィルム
20 耐火遮熱システム
21 高耐熱性不織布
22 金属層
30 耐火遮熱システム
31 袋体
32 分割タイプ袋体
32a 収納部
33 分割部
34 固定具(リベット)
35 箱体
40 耐火遮熱シート
41 トレー
42 ケーブル
43 スプリンクラー
50 耐火遮熱シート
Claims (11)
- ヒドロキシル基を有するシリカ系無機繊維からなる高耐熱性不織布の両面に、金属層が設けられている積層単位を有する耐火遮熱システムであって、
前記金属層を構成する金属がアルミニウムであり、前記積層単位が少なくとも2以上積層されている耐火遮熱システム。 - 積層された前記積層単位間に、さらに別の金属層が介層されている請求項1に記載の耐火遮熱システム。
- 前記金属層は、アルミニウム箔である請求項1又は2に記載の耐火遮熱システム。
- 前記金属層の少なくとも1つが、プラスチックフィルムの両面にアルミニウムが蒸着されている金属蒸着フィルムである請求項1又は2に記載の耐火遮熱システム。
- 前記金属層の少なくとも1つが、ガラス繊維製織布の一面に、プラスチックフィルムの両面にアルミニウムが蒸着されている金属蒸着フィルムを貼着した金属蒸着層付きガラス繊維製織布である請求項1又は2に記載の耐火遮熱システム。
- 前記金属層の少なくとも1つが、アルミニウム箔と、ガラス繊維製織布の一面に、プラスチックフィルムの両面にアルミニウムが蒸着されている金属蒸着フィルムを貼着した金属蒸着層付きガラス繊維製織布との組み合わせである請求項1又は2に記載の耐火遮熱システム。
- 前記シリカ系無機繊維は、以下の組成を有する繊維である請求項1〜6のいずれか1項に記載の耐火遮熱システム:
81〜97重量%のSiO2;3〜19重量%のAl2O3;並びにZrO2、TiO2、Na2O、Li2O、K2O、CaO、MgO、SrO、BaO、Y2O3、La2O3、Fe2O3およびこれらの混合物から選択される少なくとも1種を2重量%以下。 - 前記シリカ系無機繊維は、加熱により、前記ヒドロキシル基が脱水縮合して水を生成できるものである請求項1〜7のいずれか1項に記載の耐火遮熱システム。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の耐火遮熱システムが、シリカ繊維製織布で形成された袋体に収納されている耐火遮熱シート。
- 請求項9に記載の耐火遮熱シートにおいて、
前記積層単位の積層数は3〜5であり、
前記金属層の少なくとも1つが、アルミニウム箔と、ガラス繊維製織布の一面に、プラスチックフィルムの両面にアルミニウムが蒸着されている金属蒸着フィルムを貼着した金属蒸着層付きガラス繊維製織布との組み合わせであり、
前記耐火遮熱シートの厚みが30mm以下であって、
前記耐火遮熱シートの片面温度(T)を時間(t)の関数「T=345log10(8t+1)+20」として、60分間加熱したときの、加熱側と反対側の面の温度が120℃以下である耐火遮熱シート。 - ヒドロキシル基を有するシリカ系無機繊維からなる高耐熱性不織布の両面に、金属層が設けられている積層単位を有する耐火遮熱システムが、シリカ繊維製織布で形成された袋体に収納されている耐火遮熱シートにおいて、
前記積層単位の積層数は3〜5であり、
前記金属層の少なくとも1つが、金属箔と、ガラス繊維製織布の一面に、プラスチックフィルムの両面に金属が蒸着されている金属蒸着フィルムを貼着した金属蒸着層付きガラス繊維製織布との組み合わせであり、
前記耐火遮熱シートの厚みが30mm以下であって、
前記耐火遮熱シートの片面温度(T)を時間(t)の関数「T=345log10(8t+1)+20」として、60分間加熱したときの、加熱側と反対側の面の温度が120℃以下である耐火遮熱シート。
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