CN102040367A - 绝热材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料及其制造方法。本发明的绝热材料的制造方法的特征在于，将含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维的干式加压成形体在相对湿度70％以上进行熟化(S2)。

Description

绝热材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及绝热材料及其制造方法，特别涉及绝热材料的强度的提高。
背景技术
以往，作为导热性低、绝热性能优异的绝热材料，有将作为低导热性材料的二氧化硅微粒、无机纤维和粘合剂混合并进行压制成形后，进行机械加工而得到的绝热材料(例如，专利文献1、2)。
专利文献1：日本特表平11-513349号公报
专利文献2：日本特表平11-514959号公报
然而，在上述以往技术中，由于使用粘合剂，因此例如需要进行脱脂，存在因该脱脂导致绝热材料的强度降低的问题。另外，粘合剂的使用导致对环境的负荷增大。这样，使用粘合剂时，存在伴随脱脂等带来的工序数、所需时间及能量的增大等问题。
相对于此，不使用粘合剂，通过调整压制压力增加绝热材料的密度也能够提高强度。然而，这种情况下，例如由于伴随密度的增加，固体传热也增加，因此存在该绝热材料的绝热性能降低等问题。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而进行的，目的之一在于提供一种兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料及其制造方法。
用于解决上述课题的本发明的一实施方式的绝热材料的制造方法，其特征在于，将含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维的干式加压成形体在相对湿度70％以上进行熟化(curing)。根据本发明，能够提供兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料的制造方法。
另外，上述干式加压成形体也可以不含粘合剂。另外，上述干式加压成形体也可以含有50～98质量％的上述二氧化硅微粒和2～20质量％的上述增强纤维。
另外，上述干式加压成形体也可以含有碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者。这种情况下，上述干式加压成形体中，相对于含有上述二氧化硅微粒和上述增强纤维的绝热材料原料100重量份，也可以含有0.1～10重量份的上述碱土类金属氢氧化物和上述碱金属氢氧化物中的一者或两者。
用于解决上述课题的本发明的一实施方式的绝热材料，其特征在于，其通过上述任一种制造方法制造得到。根据本发明，能够提供兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料。
用于解决上述课题的本发明的一实施方式的绝热材料，其特征在于，含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维，松密度为190～600kg/m3，抗压强度为0.65MPa以上。根据本发明，能够提供兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料。
另外，上述绝热材料也可以不含粘合剂。另外，上述绝热材料也可以含有50～98质量％的上述二氧化硅微粒和2～20质量％的上述增强纤维。
另外，上述绝热材料中，除上述二氧化硅微粒及上述增强纤维以外，也可以含有碱土类金属及碱金属中的一者或两者。这种情况下，上述绝热材料中，相对于含有上述二氧化硅微粒和上述增强纤维的绝热材料原料100重量份，可以含有0.1～10重量份的上述碱土类金属及上述碱金属中的一者或两者。另外，上述绝热材料在600℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下。
根据本发明，能够提供兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料及其制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的绝热材料的制造方法的一个例子中所含的主要工序的说明图。
图2A是关于通过本发明的一实施方式的绝热材料的制造方法中的熟化而使绝热材料的强度提高的机制的一部分的说明图。
图2B是关于通过本发明的一实施方式的绝热材料的制造方法中的熟化而使绝热材料的强度提高的机制的另一部分的说明图。
图2C是关于通过本发明的一实施方式的绝热材料的制造方法中的熟化而使绝热材料的强度提高的机制的又一部分的说明图。
图3是表示本发明的一实施方式的实施例中改变熟化条件来研究绝热材料的抗压强度的结果的一个例子的说明图。
图4是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的电子显微镜照片的一个例子的说明图。
图5A是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的X射线衍射结果的一个例子的说明图。
图5B是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的X射线衍射结果的另一例子的说明图。
图5C是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的X射线衍射结果的又一例子的说明图。
图5D是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的X射线衍射结果的又一例子的说明图。
图6A是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料在X射线衍射中的峰值与抗压强度的相关关系的一个例子的说明图。
图6B是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料在X射线衍射中的峰值与抗压强度的相关关系的另一例子的说明图。
图6C是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料在X射线衍射中的峰值与抗压强度的相关关系的又一例子的说明图。
图7是表示本发明的一实施方式的实施例中改变氢氧化钙的添加量来研究绝热材料的抗压强度的结果的一个例子的说明图。
图8是表示本发明的一实施方式的实施例中改变熟化时间来研究绝热材料的抗压强度的结果的一个例子的说明图。
图9是表示本发明的一实施方式的实施例中改变熟化温度来研究绝热材料的抗压强度的结果的一个例子的说明图。
图10A是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的电子显微镜照片的另一例子的说明图。
图10B是表示本发明的一实施方式的实施例中得到的绝热材料的电子显微镜照片的又一例子的说明图。
图11是表示本发明的一实施方式的实施例中改变碱土类金属氢氧化物的种类来研究绝热材料的抗压强度的结果的一个例子的说明图。
附图标记
S1准备工序、S2熟化工序、S3干燥工序。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式进行说明。另外，本发明并不限定于本实施方式。
首先，对本实施方式的绝热材料的制造方法(以下称作“本方法”)进行说明。本方法是将含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维的干式加压成形体在相对湿度70％以上进行熟化的绝热材料的制造方法。
图1是表示本方法的一个例子中所含的主要工序的说明图。在图1所示的例子中，本方法包括准备干式加压成形体的准备工序S1、对该干式加压成形体进行高湿熟化的熟化工序S2、和将熟化后的该干式加压成形体干燥的干燥工序S3。
在准备工序S1中，准备含有二氧化硅微粒和增强纤维的绝热材料原料。二氧化硅微粒只要是平均粒径为50nm以下的微粒，则没有特别限定，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。
即，作为二氧化硅微粒，例如可以使用通过气相法制造的干式二氧化硅微粒(无水二氧化硅微粒)、通过湿式法制造的湿式二氧化硅微粒，其中，可以优选使用干式二氧化硅微粒。具体而言，例如，可以优选使用通过气相法制造的热解法二氧化硅微粒，其中，可以优选使用亲水性热解法二氧化硅微粒。
更具体而言，二氧化硅微粒的平均粒径例如可以为5nm以上且50nm以下。二氧化硅微粒的二氧化硅(SiO2)含量例如优选为95重量％以上。二氧化硅微粒的25℃下的热导率例如优选为0.01W/(m·K)以下。二氧化硅微粒的利用BET法得到的比表面积例如优选为50m2/g以上，更具体而言，例如可以为50m2/g以上且400m2/g以下，更优选为100m2/g以上且300m2/g以下。
作为增强纤维，只要能够增强绝热材料，则没有特别限制，可以使用无机纤维及有机纤维中的一者或两者。
作为无机纤维，只要能够用作增强纤维，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。具体而言，作为无机纤维，例如可以使用选自由二氧化硅-氧化铝纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅酸碱土类金属盐纤维、玻璃纤维、石棉、玄武岩纤维所组成的组中的1种以上。另外，硅酸碱土类金属盐纤维为生物溶解性的无机纤维。即，作为无机纤维，可以使用非生物溶解性无机纤维及生物溶解性无机纤维中的一者或两者。
无机纤维的400℃下的热导率例如优选为0.08W/(m·K)以下，更优选为0.04W/(m·K)以下。作为这样的低导热性的无机纤维，例如可以优选使用二氧化硅-氧化铝纤维、二氧化硅纤维等二氧化硅系纤维。
无机纤维的纤维长例如优选为1mm以上且10mm以下，更优选为1mm以上且7mm以下，特别优选为3mm以上且5mm以下。纤维长不足1mm时，有时无法使无机纤维适当取向，其结果是，绝热材料的机械强度有时不足。纤维长超过10mm时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
无机纤维的平均纤维径例如优选为15μm以下，更具体而言，例如优选为5μm以上且15μm以下。平均纤维径超过15μm时，有时无机纤维容易折断，其结果是，绝热材料的强度有时不足。因此，作为无机纤维，例如可以优选使用纤维长为1mm以上且10mm以下、并且平均纤维径为15μm以下的无机纤维。
作为有机纤维，只要能够用作增强纤维，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。具体而言，作为有机纤维，例如可以使用选自由芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚烯烃纤维所组成的组中的1种以上。
有机纤维的纤维长例如优选为1mm以上且10mm以下，更优选为2mm以上且7mm以下，特别优选为3mm以上且5mm以下。纤维长不足1mm时，有时无法使有机纤维适当取向，其结果是，绝热材料的机械强度有时不足。纤维长超过10mm时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
有机纤维的平均纤维径例如优选为15μm以下，更具体而言，例如优选为5μm以上且15μm以下。平均纤维径超过15μm时，有时有机纤维容易折断，其结果是，绝热材料的强度有时不足。因此，作为有机纤维，例如可以优选使用纤维长为1mm以上且10mm以下、并且平均纤维径为15μm以下的有机纤维。
干式加压成形体可以通过下述方式制作：通过将上述那样的二氧化硅微粒和增强纤维以干式混合从而制作干式混合物，接着，将该干式混合物以干式加压成形。
具体而言，例如，使用规定的混合装置将含有二氧化硅微粒的干燥粉体和增强纤维的干燥粉体的绝热材料原料进行干式混合，接着，将得到的干式混合物填充到规定的成形模中进行干式压制成形，从而制作干式加压成形体。另外，通过以干式进行混合及成形，与湿式的情况相比，更容易管理原料、成形体，并且能够有效缩短制造所需的时间。
干式加压成形体例如可以含有50～98质量％的二氧化硅微粒和2～20质量％的增强纤维，可以含有65～80质量％的二氧化硅微粒和5～18质量％的增强纤维。增强纤维的含量不足2质量％时，绝热材料的强度有时不足。增强纤维的含量超过20质量％时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
另外，干式加压成形体仅含有二氧化硅微粒及增强纤维时，例如可以按照总计达到100质量％的方式含有80～98质量％的二氧化硅微粒和2～20质量％的增强纤维，优选按照总计达到100质量％的方式含有82～98质量％的二氧化硅微粒和2～18质量％的增强纤维，更优选按照总计达到100质量％的方式含有85～97质量％的二氧化硅微粒和3～15质量％的增强纤维。增强纤维的含量不足2质量％时，绝热材料的强度有时不足。增强纤维的含量超过20质量％时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
另外，干式加压成形体可以不含粘合剂。即，本方法中，通过后述的熟化处理能够有效提高绝热材料的强度，因此没有必要使用粘合剂。这种情况下，干式加压成形体实质上不含水玻璃粘接剂等无机粘合剂、树脂等有机粘合剂之类的以往一直使用的粘合剂。因此，能够可靠地避免伴随使用粘合剂的以往的问题。另外，这种情况下，干式加压成形没有特别限制，例如可以在5℃以上且60℃以下的温度下进行。
另外，干式加压成形体也可以含有碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者。碱土类金属氢氧化物只要能够作为强碱使用，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。具体而言，作为碱土类金属氢氧化物，例如可以使用选自由氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锶及氢氧化钡所组成的组中的1种以上，其中，可以优选使用氢氧化钙。
碱金属氢氧化物只要能够作为强碱使用，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。具体而言，作为碱金属氢氧化物，例如可以使用选自由氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化锂所组成的组中的1种以上。
干式加压成形体中，例如相对于含有二氧化硅微粒和增强纤维的绝热材料原料100重量份，可以含有0.1～10重量份的碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者。即，这种情况下，干式加压成形体可以含有0.1～10重量份的碱土类金属氢氧化物或碱金属氢氧化物，另外，也可以含有总计0.2～20重量份的碱土类金属氢氧化物和碱金属氢氧化物。碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者的含量例如进而可以为1～7重量份，还可以为2～5重量份。
并且，干式加压成形体可以通过下述方式制作：将二氧化硅微粒的干燥粉体、增强纤维的干燥粉体、和碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者的干燥粉体干式混合，接着，将得到的干式混合物进行干式加压成形。
另外，干式加压成形体还可以进一步含有其他成分。即，干式加压成形体例如也可以含有辐射散射材料。辐射散射材料只要能够减少因辐射所致的传热，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。
具体而言，作为辐射散射材料，例如可以使用选自碳化硅、氧化锆及二氧化钛所组成的组中的1种以上。另外，辐射散射材料例如优选平均粒径为50μm以下，更具体而言为1～50μm，另外，优选对于波长为1μm以上的光的相对折射率为1.25以上。
使用辐射散射材料时，干式加压成形体例如可以含有50～93质量％的二氧化硅微粒、2～20质量％的增强纤维、和5～40质量％的辐射散射材料，更优选含有65～80质量％的二氧化硅微粒、5～18质量％的增强纤维、和15～30质量％的辐射散射材料。
在接下来的熟化工序S2中，将准备工序S1中准备的干式加压成形体在相对湿度为70％以上的高湿度下进行熟化。熟化中的相对湿度例如可以为75％以上，可以为80％以上，也可以为85％以上。进而，熟化也可以在高于85％的相对湿度下进行。
熟化通过将干式加压成形体在上述那样的高湿度的环境下保持规定时间而进行。具体而言，例如通过将干式加压成形体载置在温度及湿度被设定为规定值的恒温恒湿器的内部、或到达温度被设定为规定值的高压釜的内部，放置规定时间，从而对该干式加压成形体进行高湿熟化。
进行熟化的温度可以在能够获得该熟化的效果的范围内任意设定。具体而言，熟化温度例如可以为40℃以上，优选为60℃以上，更优选为80℃以上，特别优选为90℃以上。通过提高熟化温度，能够缩短获得效果为止的熟化时间。熟化温度的上限没有特别限制，例如可以为95℃以下。另外，干式加压成形体含有碱土类金属氢氧化物时，熟化温度有时优选为100℃以下或低于100℃。另外，熟化温度例如也可以低于40℃。
另外，熟化也可以在加压条件下进行。这种情况下，熟化温度可以在能够获得熟化的效果的范围内任意设定。具体而言，在加压条件下的熟化温度例如可以为100～200℃，也可以为120～170℃。通过在这样的加压条件下进行熟化，可以期待缩短能够获得效果为止的熟化时间。
进行熟化的时间可以在能够获得该熟化的效果的范围内任意设定。具体而言，熟化时间例如可以为2小时以上，优选为6小时以上。通过延长熟化时间，能够提高熟化的效果。
更具体而言，干式加压成形体不含碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的任一者时，熟化时间优选较长。另外，干式加压成形体含有较少量(例如，相对于含有二氧化硅微粒和增强纤维的绝热材料原料100重量份，为0.1～2重量份)的碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者时，熟化时间优选为6小时以上且100小时以下。另外，干式加压成形体含有较多量(例如，相对于含有二氧化硅微粒和增强纤维的绝热材料原料100重量份，超过2重量份且在20重量份以下)的碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者时，熟化时间优选为12小时以下，更优选为6小时以下。
另外，熟化的条件并不限定于上述的例子，可以在能够获得该熟化的效果的范围内任意设定。即，熟化条件例如可以按照使通过本方法制造的绝热材料的强度(例如抗压强度)、热导率达到后述那样的规定的范围的方式适当调节。另外，例如熟化时间并不限定于上述的例子，可以根据温度、湿度等其他熟化条件适当决定。
在接下来的干燥工序S3中，将在熟化工序S2中熟化了的干式加压成形体干燥。即，在干燥工序S3中，除去熟化时浸入到干式加压成形体中的、来源于蒸汽的水分。干燥的方法只要是能够从干式加压成形体中除去不需要的水分的方法，则没有特别限定。即，例如，通过将干式加压成形体在100℃以上的温度下保持，能够有效地将该干式加压成形体干燥。
本方法中，这样最终获得熟化及干燥后的干式加压成形体作为绝热材料。根据本方法，能够制造兼具优异的绝热性能和强度的绝热材料。即，根据本方法，能够有效地提高绝热材料的强度，而不会提高密度。另外，根据本方法，能够无需使用粘合剂地制造具备充分强度的绝热材料。
图2A～图2C是关于通过本方法中的高湿熟化而使绝热材料的强度提高的机制的说明图。这里，如图2A～图2C所示，着眼于干式加压成形体中所含的二氧化硅微粒中相邻的2个二氧化硅微粒P1、P2进行说明。作为通过高湿熟化而使绝热材料的强度提高的机制，认为是如下的机制。
即，首先，熟化前的干式加压成形体中所含的二氧化硅微粒P1、P2间如图2A所示形成有极其微细的空隙V(例如、几nm左右的超微细孔)。接着，如果使将该干式加压成形体保持在高湿度气氛下的熟化开始，则如图2B所示，由于水蒸气的毛细凝聚，二氧化硅微粒P1、P2间形成由以凝聚的水为主成分的液体构成的交联结构B。
进而，如果将干式加压成形体继续保持在高湿度气氛下，则如图2C中箭头所示，二氧化硅从二氧化硅微粒P1、P2溶出，在该二氧化硅微粒P1、P2间形成包含该溶出的二氧化硅的交联结构B。另外，作为二氧化硅的溶出反应，考虑如下的硅酸盐反应：“SiO2+2H2O→H4SiO4→H++H3SiO4 -”。
然后，通过将熟化后的干式加压成形体干燥，二氧化硅微粒P1、P2间形成的交联结构B固化。通过这样的交联结构B的形成能够有效提高绝热材料的强度。另外，二氧化硅微粒与增强纤维之间也形成同样的交联结构。
另外，干式加压成形体含有碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者时，能够促进上述那样的强度提高，能够有效缩短熟化时间。认为这是由于，通过碱土类金属氢氧化物或碱金属氢氧化物的存在，在干式加压成形体内部，形成了适于二氧化硅从二氧化硅微粒P1、P2溶出的碱性高的环境。
即认为，通过使用碱土类金属氢氧化物或碱金属氢氧化物这样的强碱，促进了熟化中的二氧化硅从二氧化硅微粒P1、P2的溶出，其结果是，能够在短时间内实现绝热材料的强度提高。另外，这种情况下，二氧化硅微粒P1、P2间形成了含有二氧化硅、以及碱土类金属及碱金属中的一者或两者的交联结构B。
本实施方式的绝热材料(以下称作“本绝热材料”)优选通过这样的本方法进行制造。本绝热材料能够以较低的密度具备充分的强度。即，本绝热材料例如能够制成含有平均粒径50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维、松密度为190～600kg/m3、抗压强度为0.65MPa以上的绝热材料。
本绝热材料的松密度例如也可以为190～450kg/m3，也可以为190～300kg/m3。本绝热材料的抗压强度例如也可以为0.7MPa以上，也可以为0.75MPa以上。另外，抗压强度可以用规定的压缩试验装置、例如市售的万能试验装置(TENSILON RTC-1150A、株式会社ORIENTEC)进行测定。具体而言，例如，对加工成尺寸30mm×30mm×15mm的试验片的压制面(30mm×30mm)沿着垂直方向负载负荷，得到该试验片破坏时的负荷(MPa)作为抗压强度。在本绝热材料为板状时，该抗压强度可以作为其厚度方向的抗压强度(即，将沿着长度方向延伸的面积最大的一对面压缩时的断裂强度)进行评价。
本绝热材料例如可以含有50～98质量％的二氧化硅微粒和2～20质量％的增强纤维，可以含有65～80质量％的二氧化硅微粒和5～18质量％的增强纤维。增强纤维的含量低于2质量％时，本绝热材料的强度有时不足。增强纤维的含量超过20质量％时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
另外，本绝热材料仅含有二氧化硅微粒及增强纤维时，例如可以按照总计达到100质量％的方式含有80～98质量％的二氧化硅微粒和2～20质量％的增强纤维，优选按照总计达到100质量％的方式含有82～98质量％的二氧化硅微粒和2～18质量％的增强纤维，更优选按照总计达到100质量％的方式含有85～97质量％的二氧化硅微粒和3～15质量％的增强纤维。增强纤维的含量低于2质量％时，绝热材料的强度有时不足。增强纤维的含量超过20质量％时，有时有损成形时的粉体流动性而使成形性降低，并且因密度不均而导致加工性降低。
另外，本绝热材料可以不含粘合剂。即，本绝热材料由于如上所述通过熟化能够实现充分的强度，因此没有必要使用粘合剂。这种情况下，本绝热材料实质上不含水玻璃粘接剂等无机粘合剂、树脂等有机粘合剂这样的以往一直使用的粘合剂。因此，能够可靠地避免伴随使用粘合剂的以往的问题。
另外，本绝热材料中，除二氧化硅微粒及增强纤维以外，可以含有碱土类金属及碱金属中的一者或两者。即，本绝热材料可以含有来源于熟化中使用的碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者的金属。
具体而言，本绝热材料例如可以含有选自由钙、镁、锶及钡所组成的组中的1种以上，其中优选含有钙。另外，本绝热材料例如可以含有选自由钠、钾及锂所组成的组中的1种以上。
例如相对于含有二氧化硅微粒和增强纤维的绝热材料原料100重量份，本绝热材料可以含有0.1～10重量份的碱土类金属及碱金属中的一者或两者。即，这种情况下，本绝热材料例如可以含有0.1～10重量份的碱土类金属或碱金属，另外，可以含有总计0.2～20重量份的碱土类金属和碱金属。碱土类金属及碱金属中的一者或两者的含量进而例如可以为1～7重量份，也可以为2～5重量份。
另外，本绝热材料还可以进一步含有其他成分。即，本绝热材料例如也可以含有辐射散射材料。辐射散射材料只要能够减少因辐射所致的传热，则没有特别限制，可以单独使用任意的1种或任意组合2种以上使用。
具体而言，作为辐射散射材料，例如可以使用选自碳化硅、氧化锆及二氧化钛所组成的组中的1种以上。另外，辐射散射材料例如优选平均粒径为50μm以下，更具体而言为1～50μm，另外，优选对于波长为1μm以上的光的相对折射率为1.25以上。
使用辐射散射材料时，本绝热材料例如可以含有50～93质量％的二氧化硅微粒、2～20质量％的增强纤维、和5～40质量％的辐射散射材料，更优选含有65～80质量％的二氧化硅微粒、5～18质量％的增强纤维、和15～30质量％的辐射散射材料。
另外，本绝热材料能够具备优异的绝热性能。即，本绝热材料实现了充分的强度，而无需像以往那样提高密度，因此能够有效避免因固体传热的增加所致的绝热性能的降低。具体而言，本绝热材料可以制成600℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的绝热材料。本绝热材料的600℃下的热导率也可以优选为0.04W/(m·K)以下。
另外，本绝热材料具有如下结构：平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒的一次粒子通过分子间力等聚集而形成二次粒子，且该二次粒子分散存在于增强纤维间。并且，本绝热材料通过使用二氧化硅微粒，在其内部保持比空气分子的平均自由行程小的纳米孔结构，从而能够在从低温区域到高温区域的很宽的温度范围内发挥优异的绝热性能。
另外，本绝热材料可以具有在高湿熟化中形成的特有的结构。即，本绝热材料例如可以制成含有平均粒径50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维、且该二氧化硅微粒间形成有含二氧化硅的交联结构的绝热材料。该交联结构如上所述通过水蒸气的毛细凝聚而形成，且含有从二氧化硅微粒溶出的二氧化硅。
另外，该交联结构也可以含有碱土类金属及碱金属中的一者或两者。即，这种情况下，交联结构如上所述含有来源于熟化时使用的碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者的、碱土类金属及碱金属中的一者或两者。
另外，本绝热材料可以含有硅酸钙。即，例如本绝热材料经由添加了氢氧化钙的高湿熟化而制造时，在该本绝热材料的内部，通过从二氧化硅微粒溶出的二氧化硅成分与该氢氧化钙的化学反应，能够生成硅酸钙。因此，本绝热材料在二氧化硅微粒间形成的交联结构或其他部分中可以含有通过高湿熟化而生成的硅酸钙。
这样，本绝热材料能够以较低的密度兼具优异的绝热性能和高的强度。因此，本绝热材料例如可以优选作为需要加工的一般工业炉用绝热材料、燃料电池的改质器用的绝热材料利用。
下面，对本实施方式的具体的实施例进行说明。
[实施例1]
[绝热材料的制造]制作含有平均1次粒径为约13nm、热导率(25℃)为0.01W/(m·K)的无水二氧化硅微粒(亲水性热解法二氧化硅微粒)、和平均纤维径为10μm、平均纤维长为3mm的耐热性玻璃纤维的干式加压成形体。
即，将含有90质量％的二氧化硅微粒及10质量％的玻璃纤维的绝热材料原料100重量份、和0、1、3、5或10重量份的氢氧化钙(试剂1级、和光纯药工业株式会社)投入到混合装置中，进行干式混合。
然后，由得到的干式混合粉体通过干式压制成形制作100mm×150mm×厚15mm的板状的干式成形体。具体而言，首先，将适量的干式混合粉体填充到规定的脱气机构所附属的成形模中。然后，进行干式压制成形，以得到所期望的松密度。即，干式压制成形中，调节压制压力，以使得干式成形体的松密度达到250kg/m3。成形后，立即将干式加压成形体从成形模中取出。
接着，通过将干式成形体在温度80℃、相对湿度90％的恒温恒湿器内保持3～400小时，或者在温度170℃的高压釜内保持6小时，进行高湿熟化。然后，将熟化后的干式成形体在105℃下干燥，得到绝热材料。
[抗压强度的评价]用万能试验装置(TENSILON RTC-1150A、株式会社ORIENTEC)测定各绝热材料的抗压强度。即，对加工成尺寸30mm×30mm×15mm的试验片的压制面(30mm×30mm)沿着垂直方向负载负荷，以该试验片破坏时的负荷作为抗压强度(MPa)。
图3对应地示出了各绝热材料的制造条件和抗压强度。熟化后的绝热材料的抗压强度与没有熟化的绝热材料的抗压强度(0.25MPa)相比，显著增加。
即，不添加氢氧化钙(0重量份)、在80℃、90RH％下熟化时，随着熟化时间增加，抗压强度提高。具体而言，抗压强度通过3小时的熟化增加至0.40MPa，通过400小时的熟化达到1.08MPa。
另外，不添加氢氧化钙、在高压釜中熟化时(0重量份、A/C)，熟化6小时后的绝热材料的抗压强度为0.97MPa。另外，虽然图3中未图示，但当不添加氢氧化钙、在120℃或200℃的高压釜中熟化时，通过6小时的熟化，也确认到同样的抗压强度的增加。
另外，添加氢氧化钙时，与不添加氢氧化钙时相比，能够在更短时间内提高抗压强度。另外确认到，随着氢氧化钙的添加量的增加，能够在更短时间内提高抗压强度的倾向。
即，添加1重量份的氢氧化钙、在80℃、90RH％下熟化时，抗压强度通过3小时的熟化增加至0.83MPa，通过48小时的熟化达到1.13MPa。
添加3重量份的氢氧化钙、在80℃、90RH％下熟化时，抗压强度通过3小时的熟化增加至0.89MPa，通过6小时的熟化达到1.03MPa。
添加5重量份的氢氧化钙、在80℃、90RH％下熟化时，抗压强度通过3小时的熟化增加至0.91MPa，通过6小时的熟化达到1.08MPa。
添加10重量份的氢氧化钙、在80℃、90RH％下熟化时，抗压强度通过3小时的熟化达到0.93MPa。
另一方面，添加氢氧化钙、在高压釜中熟化时(1～10重量份、A/C)，与在80℃、90RH％下熟化时相比，抗压强度的增加的程度较低。
[电子显微镜观察]图4中示出了分别用扫描型电子显微镜(SEM)观察未添加氢氧化钙且未熟化而制造的绝热材料(图4的(A)及(B))、和添加3重量份的氢氧化钙且在80℃、90RH％下熟化24小时而制造的绝热材料(图4的(C)及(D))的结果的一个例子。
如图4的(A)所示，在未添加氢氧化钙且未熟化的绝热材料的表面明确观察到凹凸，相对于此，如图4的(C)所示，添加氢氧化钙且熟化了的绝热材料的表面比较平坦。认为这是由于，在图4的(A)所示的绝热材料中，各个二氧化硅微粒只是单纯地凝聚，相对于此，在图4的(C)所示的绝热材料中，通过从二氧化硅微粒溶出的二氧化硅成分，在二氧化硅微粒间形成交联结构，其结果是，内部结构致密化。
另外，如图4的(B)所示，在未添加氢氧化钙且未熟化的绝热材料的表面，模糊地观察到二氧化硅微粒的边界，相对于此，如图4的(D)所示，在添加氢氧化钙且熟化了的绝热材料的表面，清楚地观察到二氧化硅微粒的边界。认为这是由于，在图4的(D)所示的绝热材料中，通过从二氧化硅微粒溶出的二氧化硅成分，在二氧化硅微粒间形成交联结构，结果导电性提高，能够以更高的灵敏度检测到电子射线。
[X射线衍射]分别对于添加有3、5或10重量份的氢氧化钙、在80℃、90RH％下熟化了0～24小时或在高压釜中熟化了6小时的绝热材料，通过X射线衍射(XRD)，分析伴随熟化时间的增加的、氢氧化钙的含量及硅酸钙的形成量的变化。
图5A～图5D中示出了添加3重量份氢氧化钙而制造的绝热材料的XRD测定结果的一个例子。图5A及图5B表示未熟化的绝热材料的测定结果，图5C及图5D表示熟化了24小时的绝热材料的测定结果。如图5A～图5D所示，通过熟化，氢氧化钙(Ca(OH)2)的峰消失，新出现了硅酸钙(CSH)的峰。
图6A～图6C对应表示各绝热材料的熟化时间、氢氧化钙(Ca(OH)2)及硅酸钙(CSH)的XRD峰值、和抗压强度。图6A表示添加了3重量份氢氧化钙的绝热材料的结果，图6B表示添加了5重量份氢氧化钙的绝热材料的结果，图6C表示添加了10重量份氢氧化钙的绝热材料的结果。
如图6A～图6C所示，随着熟化时间的增加，氢氧化钙的含量减少，与此相伴，抗压强度出现增加的倾向。即，随着氢氧化钙的消耗量增加，绝热材料的抗压强度出现增加的倾向。
另外，随着熟化时间的增加，通过硅酸钙的新的生成，硅酸钙的含量增加。但是，氢氧化钙消耗尽后，虽然硅酸钙的含量增加，但抗压强度出现降低的倾向。
即，硅酸钙的含量与绝热材料的抗压强度的增加之间不一定有相关性，随着硅酸钙的含量增加，抗压强度反而出现降低的倾向。
[实施例2]
[绝热材料的制造]制作除了含有上述的实施例1中使用的二氧化硅微粒及玻璃纤维以外、还含有平均粒径为3μm的碳化硅的干式加压成形体。
即，将含有75质量％的二氧化硅微粒、5质量％的玻璃纤维及20质量％的碳化硅的绝热材料原料100重量份、和0、3、5或10重量份的氢氧化钙投入到混合装置中，进行干式混合。
由得到的干式混合粉体通过干式压制成形制作100mm×150mm×厚15mm的板状的干式成形体。干式压制成形中，调节压制压力，使得干式成形体的松密度达到240、260、280或300kg/m3。
接着，通过将含有氢氧化钙的干式成形体在温度80℃、相对湿度90％的恒温恒湿器内保持8小时，进行高湿熟化。然后，将熟化后的干式成形体在105℃下干燥，得到绝热材料。另外，对于不含氢氧化钙的干式加压成形体，不进行熟化。
[抗压强度及热导率的评价]与上述的实施例1同样地测定各绝热材料的抗压强度。另外，通过周期加热法测定各绝热材料的200、400或600℃下的热导率。即，使试验体内传播温度波，由其传播时间测定热扩散率。然后，由该热扩散率、和另外测定的比热容及密度计算出热导率。另外，作为温度波，使用温度振幅为约4℃、周期为约1小时的温度波。另外，以温度波通过试验体内的二个地点所需要的时间作为传播时间。
图7中对应地示出了氢氧化钙的添加量、松密度、抗压强度及热导率。另外，松密度由重量和体积计算出。即，由试验体的实际尺寸计算出体积，以该试验体的重量除以该体积得到的值作为该试验体的松密度。
如图7所示，通过添加氢氧化钙的熟化，显示出绝热材料的抗压强度增加。另外，松密度恒定时的抗压强度在氢氧化钙的添加量为3重量份的情况下最高。另外，熟化的有无没有导致热导率出现大的变化。
[实施例3]
[绝热材料的制造]与上述的实施例2同样地制作含有二氧化硅微粒、玻璃纤维、和碳化硅的干式加压成形体。即，将含有75质量％的二氧化硅微粒、5质量％的玻璃纤维及20质量％的碳化硅的绝热材料原料100重量份、和0或3重量份的氢氧化钙投入到混合装置中，进行干式混合。
由得到的干式混合粉体通过干式压制成形制作100mm×150mm×厚15mm的板状的干式成形体。干式压制成形中，调节压制压力，以使得干式成形体的松密度达到240、260、280或300kg/m3。
接着，通过将含有氢氧化钙的干式成形体在温度80℃、相对湿度90％的恒温恒湿器内保持0～24小时进行高湿熟化。然后，将熟化后的干式成形体在105℃下干燥，得到绝热材料。另外，对于不含氢氧化钙的干式加压成形体，不进行熟化。
[抗压强度的评价]与上述的实施例1同样地测定各绝热材料的抗压强度。图8中对应地示出了氢氧化钙的添加量、熟化时间、松密度及抗压强度。
如图8所示，熟化了的绝热材料的抗压强度(添加3重量份氢氧化钙、熟化1～24小时)与不熟化时(未添加氢氧化钙或添加3重量份、熟化0小时)相比，显著增加。
另外，添加3重量份的氢氧化钙时，通过增加熟化时间，出现抗压强度增加的倾向。另外，添加3重量份的氢氧化钙且不进行熟化时，与不添加氢氧化钙不进行熟化时相比，抗压强度降低。
[实施例4]
[绝热材料的制造]与上述的实施例2同样地制作含有二氧化硅微粒、玻璃纤维和碳化硅的干式加压成形体。即，将含有75质量％的二氧化硅微粒、5质量％的玻璃纤维及20质量％的碳化硅的绝热材料原料100重量份、和3重量份的氢氧化钙投入到混合装置中，进行干式混合。
由得到的干式混合粉体通过干式压制成形制作100mm×150mm×厚15mm的板状的干式成形体。在干式压制成形中，调节压制压力，以使得干式成形体的松密度达到240、260或280kg/m3。
接着，通过将干式成形体在温度40、60或80℃、相对湿度90％的恒温恒湿器内保持24小时进行高湿熟化。然后，将熟化后的干式成形体在105℃下干燥，得到绝热材料。另外，还准备了未添加氢氧化钙且未进行熟化而制造的绝热材料。
[抗压强度的评价]与上述的实施例1同样地测定各绝热材料的抗压强度。图9中对应地示出了熟化温度、松密度及抗压强度。如图9所示，通过在40℃以上的温度下进行熟化，抗压强度显著增加。另外，熟化温度越高，抗压强度更显著增加。
[电子显微镜观察]图10A及图10B中示出了用扫描型电子显微镜分别观察未添加氢氧化钙进行熟化而制造的绝热材料(图10A)、和添加3重量份的氢氧化钙且在40℃、90RH％下熟化24小时而制造的绝热材料(图10B)的结果的一个例子。
如图10A及图10B所示，与未添加氢氧化钙进行熟化而成的绝热材料的表面(图10A)相比，添加了氢氧化钙且进行熟化而成的绝热材料的表面(图10B)更加平滑。认为这是由于，在图10B所示的绝热材料中，通过氢氧化钙的添加，促进了二氧化硅成分从二氧化硅微粒的溶出，其结果是，内部结构更加致密化。
[实施例5]
[绝热材料的制造]与上述的实施例2同样地制作含有二氧化硅微粒、玻璃纤维和碳化硅的干式加压成形体。即，将含有75质量％的二氧化硅微粒、5质量％的玻璃纤维及20质量％的碳化硅的绝热材料原料100重量份、和0或3重量份的氢氧化钙或氢氧化镁投入到混合装置中，进行干式混合。
由得到的干式混合粉体通过干式压制成形制作100mm×150mm×厚15mm的板状的干式成形体。在干式压制成形中，调节压制压力，以使得干式成形体的松密度达到240、260或280kg/m3。
接着，通过将干式成形体在温度80℃、相对湿度90％的恒温恒湿器内保持24小时进行高湿熟化。然后，将熟化后的干式成形体在105℃下进行干燥，得到绝热材料。另外，还准备了未添加氢氧化物且未进行熟化而制造的绝热材料。
[抗压强度的评价]与上述的实施例1同样地测定各绝热材料的抗压强度。图11中对应地示出了所添加的氢氧化物的种类、松密度及抗压强度。
如图11所示，通过未添加氢氧化物进行熟化，抗压强度显著增加，通过添加氢氧化钙进行熟化，抗压强度更显著增加。另外，通过添加氢氧化镁进行熟化，与未添加氢氧化物且未进行熟化时相比，抗压强度也增加。

Claims (12)

1.一种绝热材料的制造方法，其特征在于，
将含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维的干式加压成形体在相对湿度70％以上进行熟化。
2.根据权利要求1所述的绝热材料的制造方法，其特征在于，
所述干式加压成形体不含粘合剂。
3.根据权利要求1所述的绝热材料的制造方法，其特征在于，
所述干式加压成形体含有50～98质量％的所述二氧化硅微粒和2～20质量％的所述增强纤维。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的绝热材料的制造方法，其特征在于，
所述干式加压成形体含有碱土类金属氢氧化物及碱金属氢氧化物中的一者或两者。
5.根据权利要求4所述的绝热材料的制造方法，其特征在于，
所述干式加压成形体中，相对于含有所述二氧化硅微粒和所述增强纤维的绝热材料原料100重量份，含有0.1～10重量份的所述碱土类金属氢氧化物和所述碱金属氢氧化物中的一者或两者。
6.一种绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料通过权利要求1所述的制造方法制造得到。
7.一种绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料含有平均粒径为50nm以下的二氧化硅微粒和增强纤维，
且所述绝缘材料的松密度为190～600kg/m3，
抗压强度为0.65MPa以上。
8.根据权利要求7所述的绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料不含粘合剂。
9.根据权利要求7所述的绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料含有50～98质量％的所述二氧化硅微粒和2～20质量％的所述增强纤维。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料中，除所述二氧化硅微粒及所述增强纤维以外，还含有碱土类金属及碱金属中的一者或两者。
11.根据权利要求10所述的绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料中，相对于含有所述二氧化硅微粒和所述增强纤维的绝热材料原料100重量份，含有0.1～10重量份的所述碱土类金属和所述碱金属中的一者或两者。
12.根据权利要求7所述的绝热材料，其特征在于，
所述绝缘材料在600℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下。
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