JPH02199071A - 断熱材及びその製造方法 - Google Patents
断熱材及びその製造方法Info
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Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
- Thermal Insulation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野］
この発明は高温電池の断熱材やアルミニウム溶解炉等の
炉のバックアツプ材、蓄熱ヒータの断熱材等として利用
される断熱材及びその製造方法に関するものである。 ［従来の技術］ 従来、燃料電池等に使用される断熱材としては、例えば
平均粒子径２０ｍμ程度の合成シリカ（例えば日本アエ
ロジル株式会社製商品名アエロジル）、酸化チタン及び
セラミックファイバーを乾式で混合し、乾式プレス成形
を行った後、機械加工することによって得られたものが
知られている。 また、前記各成分が均一に分散されることにより、酸化
チタンの熱輻射散乱特性や、微粒シリカの気体対流防止
特性が十分に発揮されて、所望の熱伝導率を有する断熱
材が得られることが知られている。 【発明が解決しようとする課Ｂ】 ところが、上記従来の断熱材は各成分を乾式で混合して
プレスするため、各成分が分散した状態で均一に混合さ
れにクク、得られる断熱材の断熱性が不十分であるとい
う問題があった。また、乾式プレスをするため、プレス
時にセラミックファイバーが折れ、得られる断熱材の曲
げ強度や圧縮強度が小さいという問題があった。さらに
、乾式プレスでは、複雑な形状を有する断熱材を精度良
く成形することが難しいため、後加工をする必要がある
という問題があった。 この発明は上記問題を解消するためになされたものであ
って、その目的は断熱性が向上し、曲げ強度や圧縮強度
が大きく、しかも後加工の不要な断熱材及びその製造方
法を提供することにある。 ［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的を達
成するために、この発明ではシリカ６０〜９０重量％、
酸化チタン５〜３０重量％及びセラミックファイバー３
〜１５重量％を含み、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｄ
であるようにしている。 また、この断熱材の製造方法としてシリカ、酸化チタン
及びセラミックファイバーを分散媒中に分散させた後、
湿式成形するようにしている。 次に、この発明の構成を詳細に説明する。 微粒シリカは空気の対流防止に必要な空気の平均分子間
衝突距離（常温常圧時０．１μｍ以下）よりも小さい空
孔を形成するための基材であり、例えばホワイトカーボ
ン等が使用される。断熱材中のシリカの配合割合は６０
〜９０重ｔＯＡの範囲である。この割合が６０重量％未
満では、空隙が大きくなり空気の対流を防止する効果が
十分発揮されず、９０重量％を超えると相対的に他の成
分が少なくなって十分な断熱効果や強度が得られない。 また、その粒子径は１〜４０ｍμの範囲で、シリカ粒子
内部の表面積が全表面積の２０〜８０％であることが好
ましい。２０％未満では空隙が大きくなり対流が許容さ
れやすく、８０％を超えると得られる断熱材の嵩密度が
高くなり熱伝導が大きくなるため断熱特性が低下する。 このシリカ粒子は水等の分散媒中で表面のシラノール基
（ＳｉＯＨ）に水素架橋結合が生じて、鎖状、網状の二
次凝集体を形成し、見掛は粒子径が極めて大きくなるた
め、界面活性剤等の分散剤を使用したり、ζ電位の絶対
線を大きくするためのｐＨ調整を行ったりすることが好
適である。 断熱材中の酸化チタンの配合割合は５〜３０重量％の範
囲である。この割合が５重量％未満では、断熱性を左右
する１つの要因である輻射熱の抑制、特に赤外線を散乱
させることができず、３０重量％を超える量配合すると
、相対的にシリカの配合割合が減少し、得られる成形体
の嵩密度が増加し、断熱特性が劣ってしまうこととなる
。 セラミックファイバーは補強材としての機能を有し、シ
リカ成分を含むアルミノシリケート製であることが望ま
しい、又、平均繊維径が２６１μｍ以下で、かつ粒子径
４９μｍ以上の非繊維状粒子（ショット）が２０％未満
であることが好ましい。 セラミックファイバーの配合割合は３〜１５重量％の範
囲である。この割合が３重量％未満では、得られる断熱
材の曲げ強度や圧縮率等の強度が不十分となり、１５重
量％を超えると断熱性が低下する。 上記各成分をスラリー状態にするために分散媒を使用す
るが、その分散媒としては水の他、メタノール、エタノ
ール等の極性溶媒を使用することもできる。 得られる断熱材の嵩密度は、熱伝導の面から０゜２〜０
．５ ｇｌｏｌの範囲である。０．２ｇ／ｃ−未満では
、対流又は輻射が大きくなり、０．５ｇ／−を超えると
伝導が大きくなってしまう。 次に、この発明の断熱材の製造方法について説明する。 まず、前記セラミックファイバーを水等の分散媒中で攪
拌してスラリーとし、これにホワイトカーボン等のシリ
カを添加して攪拌混合し、さらに酸化チタンを添加して
攪拌混合する。望ましくは、真空中で脱泡する。この混
合スラリーを湿式成形法により、即ち所定形状の型に流
し込んで所望の成形体を成形する。得られた成形体を乾
燥し、必要に応じて焼成することにより、目的とする断
熱材が得られる。この焼成を行うことによって、有機分
を除去することができるとともに、得られる断熱材の強
度を向上させることができる。 そして、上記の断熱材ではシリカによって、断熱材内部
における空気の対流が防止されるとともに、酸化チタン
によって熱の輻射が散乱され、嵩密度が所定の範囲内に
あることによって、断熱材内部に存在する空隙内での空
気の対流と断熱材の固形部分を介する熱の伝導が抑制さ
れ、しがも断熱材の熱源側表層部における熱線の反射が
促進されるので、その断熱性が向上するものと推定され
る。 また、前記断熱材の製造方法によれば、各成分を液状で
混合するため、全成分が均一に分散され、セラミックフ
ァイバーも粉末化せず、所定の繊維状態で存、在するの
で、対流、輻射及び伝導をいずれも抑えることができ、
しかもセラミックファイバーが断熱材全体に均一に存在
し、三次元網目構造を形成するため、断熱材の曲げ強度
や圧縮強度を向上させることができるものと推定される
。 次に、この発明を具体化した実施例及び比較例について
説明する。 ［実施例１］ 水７Ｎにアルミノシリケート繊維として、大きな粒子を
除いたいわゆる脱ショットバルク（イビデン株式会社製
、商品名イビウールバルクＭｌｕ２０）を５０ｇ添加し
、５０００ｒｐｍの高速ミキサーで２分間攪拌して０．
７重量％のスラリーを得た。 続いて、上記ミキサーからスラリーを取り出し、攪拌機
付真空脱気装置で真空状態において、１００〜２００ｒ
ｐｍの攪拌速度で６分間脱気攪拌を行った。次に、真空
解除した状態で上記スラリーに、シリカとしてホワイト
カーボン−（ジオツギ製薬株式会社製、商品名カープレ
ックス＃８０、粒径０．８ ｍμ）を添加し、再び真空
状態で６分間１００〜２００ｒｐｍの攪拌速度で攪拌し
た。その後、同様に液状チタニア（林化学株式会社製商
品名チタンペーストＲ−６５）を１５０ｇ添加し、真空
攪拌を８分間行った。 得られた混合スラリーを所望の形状の石膏型に流し込み
、泥臭成形（湿式成形）を行った。この成形体を常温で
２４時間乾燥放置した後、１５０℃で５時間乾燥を行っ
た。得られた乾燥物を大気雰囲気中７００℃で１時間焼
成した。焼成物はセラミックファイバーとしてのアルミ
ノシリケート繊維５型景％、シリカ８０重量％、チタニ
ア１５重量％であった。また、焼成物の熱伝導率、曲げ
強度、圧縮率及び嵩密度を表−１に示した。 ［比較例１］ 従来の乾式混合、乾式プレスで成形した市販の断熱材に
ついて、常法により熱伝導率、曲げ強度、圧縮率及び嵩
密度を測定した。その結果を表−１に示す。 表−１ 上記表−１に示したように、実施例１の断熱材は比較例
１の断熱材に比べて、熱伝導率は１０％以上低くなり、
それだけ断熱性が向上したことがわかる。これは、湿式
で各成分を均一に分散した後、そのまま湿式成形したの
で、シリカに備わる空気の平均分子間衝突距離よりも小
さいサイズの空孔によって空気の対流を防止するととも
に、チタニアが赤外線を散乱して輻射を促進するためと
推測される。また、嵩密度は０．２〜０．５ （ｇ／Ｃ
ＩＡ）の好適な範囲にあり、対流及び輻射−を防ぐこと
ができる。さらに、実施例１の断熱材の曲げ強度は比較
例１のそれの３０％近く高く、圧縮率は５０（ｋｇ／ａ
Ｊ）の荷重で２５％高いので、それだけ強度が向上した
ことがわかる。 ［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明の断熱材は、断熱性が向
上し、曲げ強度や圧縮強度が大きく、しかも後加工が不
要となるという効果を奏する。 また、断熱材の製造方法によれば、各成分を均一に分散
することが容易にでき、得られる断熱材は上記効果を確
実に発揮できるという効果を奏する。
炉のバックアツプ材、蓄熱ヒータの断熱材等として利用
される断熱材及びその製造方法に関するものである。 ［従来の技術］ 従来、燃料電池等に使用される断熱材としては、例えば
平均粒子径２０ｍμ程度の合成シリカ（例えば日本アエ
ロジル株式会社製商品名アエロジル）、酸化チタン及び
セラミックファイバーを乾式で混合し、乾式プレス成形
を行った後、機械加工することによって得られたものが
知られている。 また、前記各成分が均一に分散されることにより、酸化
チタンの熱輻射散乱特性や、微粒シリカの気体対流防止
特性が十分に発揮されて、所望の熱伝導率を有する断熱
材が得られることが知られている。 【発明が解決しようとする課Ｂ】 ところが、上記従来の断熱材は各成分を乾式で混合して
プレスするため、各成分が分散した状態で均一に混合さ
れにクク、得られる断熱材の断熱性が不十分であるとい
う問題があった。また、乾式プレスをするため、プレス
時にセラミックファイバーが折れ、得られる断熱材の曲
げ強度や圧縮強度が小さいという問題があった。さらに
、乾式プレスでは、複雑な形状を有する断熱材を精度良
く成形することが難しいため、後加工をする必要がある
という問題があった。 この発明は上記問題を解消するためになされたものであ
って、その目的は断熱性が向上し、曲げ強度や圧縮強度
が大きく、しかも後加工の不要な断熱材及びその製造方
法を提供することにある。 ［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的を達
成するために、この発明ではシリカ６０〜９０重量％、
酸化チタン５〜３０重量％及びセラミックファイバー３
〜１５重量％を含み、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｄ
であるようにしている。 また、この断熱材の製造方法としてシリカ、酸化チタン
及びセラミックファイバーを分散媒中に分散させた後、
湿式成形するようにしている。 次に、この発明の構成を詳細に説明する。 微粒シリカは空気の対流防止に必要な空気の平均分子間
衝突距離（常温常圧時０．１μｍ以下）よりも小さい空
孔を形成するための基材であり、例えばホワイトカーボ
ン等が使用される。断熱材中のシリカの配合割合は６０
〜９０重ｔＯＡの範囲である。この割合が６０重量％未
満では、空隙が大きくなり空気の対流を防止する効果が
十分発揮されず、９０重量％を超えると相対的に他の成
分が少なくなって十分な断熱効果や強度が得られない。 また、その粒子径は１〜４０ｍμの範囲で、シリカ粒子
内部の表面積が全表面積の２０〜８０％であることが好
ましい。２０％未満では空隙が大きくなり対流が許容さ
れやすく、８０％を超えると得られる断熱材の嵩密度が
高くなり熱伝導が大きくなるため断熱特性が低下する。 このシリカ粒子は水等の分散媒中で表面のシラノール基
（ＳｉＯＨ）に水素架橋結合が生じて、鎖状、網状の二
次凝集体を形成し、見掛は粒子径が極めて大きくなるた
め、界面活性剤等の分散剤を使用したり、ζ電位の絶対
線を大きくするためのｐＨ調整を行ったりすることが好
適である。 断熱材中の酸化チタンの配合割合は５〜３０重量％の範
囲である。この割合が５重量％未満では、断熱性を左右
する１つの要因である輻射熱の抑制、特に赤外線を散乱
させることができず、３０重量％を超える量配合すると
、相対的にシリカの配合割合が減少し、得られる成形体
の嵩密度が増加し、断熱特性が劣ってしまうこととなる
。 セラミックファイバーは補強材としての機能を有し、シ
リカ成分を含むアルミノシリケート製であることが望ま
しい、又、平均繊維径が２６１μｍ以下で、かつ粒子径
４９μｍ以上の非繊維状粒子（ショット）が２０％未満
であることが好ましい。 セラミックファイバーの配合割合は３〜１５重量％の範
囲である。この割合が３重量％未満では、得られる断熱
材の曲げ強度や圧縮率等の強度が不十分となり、１５重
量％を超えると断熱性が低下する。 上記各成分をスラリー状態にするために分散媒を使用す
るが、その分散媒としては水の他、メタノール、エタノ
ール等の極性溶媒を使用することもできる。 得られる断熱材の嵩密度は、熱伝導の面から０゜２〜０
．５ ｇｌｏｌの範囲である。０．２ｇ／ｃ−未満では
、対流又は輻射が大きくなり、０．５ｇ／−を超えると
伝導が大きくなってしまう。 次に、この発明の断熱材の製造方法について説明する。 まず、前記セラミックファイバーを水等の分散媒中で攪
拌してスラリーとし、これにホワイトカーボン等のシリ
カを添加して攪拌混合し、さらに酸化チタンを添加して
攪拌混合する。望ましくは、真空中で脱泡する。この混
合スラリーを湿式成形法により、即ち所定形状の型に流
し込んで所望の成形体を成形する。得られた成形体を乾
燥し、必要に応じて焼成することにより、目的とする断
熱材が得られる。この焼成を行うことによって、有機分
を除去することができるとともに、得られる断熱材の強
度を向上させることができる。 そして、上記の断熱材ではシリカによって、断熱材内部
における空気の対流が防止されるとともに、酸化チタン
によって熱の輻射が散乱され、嵩密度が所定の範囲内に
あることによって、断熱材内部に存在する空隙内での空
気の対流と断熱材の固形部分を介する熱の伝導が抑制さ
れ、しがも断熱材の熱源側表層部における熱線の反射が
促進されるので、その断熱性が向上するものと推定され
る。 また、前記断熱材の製造方法によれば、各成分を液状で
混合するため、全成分が均一に分散され、セラミックフ
ァイバーも粉末化せず、所定の繊維状態で存、在するの
で、対流、輻射及び伝導をいずれも抑えることができ、
しかもセラミックファイバーが断熱材全体に均一に存在
し、三次元網目構造を形成するため、断熱材の曲げ強度
や圧縮強度を向上させることができるものと推定される
。 次に、この発明を具体化した実施例及び比較例について
説明する。 ［実施例１］ 水７Ｎにアルミノシリケート繊維として、大きな粒子を
除いたいわゆる脱ショットバルク（イビデン株式会社製
、商品名イビウールバルクＭｌｕ２０）を５０ｇ添加し
、５０００ｒｐｍの高速ミキサーで２分間攪拌して０．
７重量％のスラリーを得た。 続いて、上記ミキサーからスラリーを取り出し、攪拌機
付真空脱気装置で真空状態において、１００〜２００ｒ
ｐｍの攪拌速度で６分間脱気攪拌を行った。次に、真空
解除した状態で上記スラリーに、シリカとしてホワイト
カーボン−（ジオツギ製薬株式会社製、商品名カープレ
ックス＃８０、粒径０．８ ｍμ）を添加し、再び真空
状態で６分間１００〜２００ｒｐｍの攪拌速度で攪拌し
た。その後、同様に液状チタニア（林化学株式会社製商
品名チタンペーストＲ−６５）を１５０ｇ添加し、真空
攪拌を８分間行った。 得られた混合スラリーを所望の形状の石膏型に流し込み
、泥臭成形（湿式成形）を行った。この成形体を常温で
２４時間乾燥放置した後、１５０℃で５時間乾燥を行っ
た。得られた乾燥物を大気雰囲気中７００℃で１時間焼
成した。焼成物はセラミックファイバーとしてのアルミ
ノシリケート繊維５型景％、シリカ８０重量％、チタニ
ア１５重量％であった。また、焼成物の熱伝導率、曲げ
強度、圧縮率及び嵩密度を表−１に示した。 ［比較例１］ 従来の乾式混合、乾式プレスで成形した市販の断熱材に
ついて、常法により熱伝導率、曲げ強度、圧縮率及び嵩
密度を測定した。その結果を表−１に示す。 表−１ 上記表−１に示したように、実施例１の断熱材は比較例
１の断熱材に比べて、熱伝導率は１０％以上低くなり、
それだけ断熱性が向上したことがわかる。これは、湿式
で各成分を均一に分散した後、そのまま湿式成形したの
で、シリカに備わる空気の平均分子間衝突距離よりも小
さいサイズの空孔によって空気の対流を防止するととも
に、チタニアが赤外線を散乱して輻射を促進するためと
推測される。また、嵩密度は０．２〜０．５ （ｇ／Ｃ
ＩＡ）の好適な範囲にあり、対流及び輻射−を防ぐこと
ができる。さらに、実施例１の断熱材の曲げ強度は比較
例１のそれの３０％近く高く、圧縮率は５０（ｋｇ／ａ
Ｊ）の荷重で２５％高いので、それだけ強度が向上した
ことがわかる。 ［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明の断熱材は、断熱性が向
上し、曲げ強度や圧縮強度が大きく、しかも後加工が不
要となるという効果を奏する。 また、断熱材の製造方法によれば、各成分を均一に分散
することが容易にでき、得られる断熱材は上記効果を確
実に発揮できるという効果を奏する。
Claims (2)
- １．シリカ６０〜９０重量％、酸化チタン５〜３０重量
％及びセラミックファイバー３〜１５重量％を含み、嵩
密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ＾３である断熱材。 - ２．シリカ、酸化チタン及びセラミックファイバーを分
散媒中に分散させた後、湿式成形することを特徴とする
断熱材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020391A JPH0791104B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 断熱材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020391A JPH0791104B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 断熱材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199071A true JPH02199071A (ja) | 1990-08-07 |
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1989
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| JPS57149875A (en) * | 1981-02-16 | 1982-09-16 | Didier Werke Ag | Refractory composite structure member having formed member comprising refractory material and high heat insulation layer or inflation compensating layer and manufacture |
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