JP2001206783A - 無機繊維質成形体、断熱材及びこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発塵性が低く、全体として耐熱衝撃性に優
れ、酸化雰囲気、且つ、１５００℃程度の高温下での長
期間に渡る使用でも断熱材自体の寸法変化が小さく、ク
ラックや剥離が生じ難い断熱材、断熱材の原料である無
機繊維質成形体及びこれらの製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る断熱材は、少なくとも表面
の一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱
材であって、該無機繊維ガラスマトリクス層は無機繊維
が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造
の無機繊維融着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリ
カアルミナ粒子と珪酸ガラスを主成分とするガラスマト
リクスとからなり、且つ、該無機繊維融着体と該シリカ
粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子とが前記ガ
ラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定されているも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機繊維質成形
体、断熱材及びこれらの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無機繊維及び無機バインダ等を焼成して
形成される無機繊維質断熱材は、キャスタブル耐火材料
に比較して軽量で扱い易く、且つ、断熱性に優れるた
め、各種工業炉等の耐熱性や断熱性が要求される用途に
用いられている。例えば、無機繊維質断熱材は極めて高
いクリーン度が要求される電子部品を熱処理するための
電気炉等に用いられている。

【０００３】しかし、従来の無機繊維質断熱材は表面に
無機繊維等が露出しているため、使用の際に無機繊維等
が脱落して発塵する。また、電気炉等で急激な加熱や冷
却が行われると、無機繊維質断熱材の耐熱衝撃性が十分
でないため急激な膨張や収縮に耐えられずにクラックや
剥離が生じ易く、さらにクラック等により発塵すること
がある。また、無機繊維質断熱材は、１５００℃程度の
高温で長期間に渡り使用すると、断熱材中の無機繊維が
加熱収縮することにより断熱材全体が収縮して寸法変化
を生じ、さらにクラックや剥離が生じたり発塵すること
があった。

【０００４】無機繊維質断熱材の発塵を抑制する発明と
しては、例えば、例えば、特開平１−２１９０３８号公
報に、無機質繊維材料等からなる多孔質焼結体の表面の
少なくとも一部に釉薬を塗布、熱処理してガラス質層を
形成してなるメタルグレーズ焼付用治具が開示されてお
り、該治具によれば熱スポーリング性等に優れ、発塵が
抑制される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無機質
繊維材料の表面をガラス質層で被覆すると、複層構造と
なるために無機質繊維材料全体しての耐熱衝撃性が低く
なる。すなわち、短時間で急激に加熱や冷却を行うと、
ガラス質層と繊維質の基材との間の熱膨張係数の違いに
より、ガラス質層にクラックが発生したりガラス質層が
基材から剥離したりするという問題があった。また、該
断熱材の作製時においても、焼成の際のガラス質層の収
縮率が基材の収縮率よりも大きいため、応力の差により
ガラス質層にクラックや剥離が生じるという問題があっ
た。

【０００６】従って、本発明の目的は、発塵性が低く、
全体として耐熱衝撃性に優れ、酸化雰囲気、且つ、１５
００℃程度の高温下での長期間に渡る使用でも断熱材自
体の寸法変化が小さく、クラックや剥離が生じ難い断熱
材、断熱材の原料である無機繊維質成形体及びこれらの
製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、少なくとも表面の一部
に、無機繊維等による３次元骨格構造の無機繊維融着体
とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と
特定ガラスを主成分とするガラスマトリクスとからなる
層が形成され、且つ、前記無機繊維融着体及び該シリカ
粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子が該ガラス
マトリクスに実質的に取り込まれ固定された断熱材であ
れば、１５００℃程度の高温での使用により軟化して相
互に結合した珪酸成分によるガラスマトリクスに無機繊
維等が実質的に固定され表面から脱落しないため発塵性
が低く、断熱材の下地と材質が類似するため全体として
の耐熱衝撃性に優れ、１５００℃程度の高温での長期間
に渡る使用でも徐々に酸化して膨張するガラス成分が無
機繊維の加熱収縮と相殺することにより寸法変化が小さ
く、クラックや剥離が生じ難い断熱材が得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、少なくとも表面の一
部に無機繊維ガラス前駆体層が形成された無機繊維質成
形体であって、該無機繊維ガラス前駆体層は無機繊維が
凝集剤により相互に結合された３次元骨格構造の無機繊
維結着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミ
ナ粒子と酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するガラス
前駆体と無機バインダとからなり、且つ、該シリカ粒
子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と該ガラス前
駆体と該無機バインダとが前記凝集剤により前記無機繊
維結着体に結合されていることを特徴とする無機繊維質
成形体を提供するものである。

【０００９】また、本発明は、少なくとも表面の一部に
無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材であっ
て、該無機繊維ガラスマトリクス層は無機繊維が無機バ
インダにより相互に融着された３次元骨格構造の無機繊
維融着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミ
ナ粒子と珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスと
からなり、且つ、該無機繊維融着体と該シリカ粒子、ア
ルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子とが前記ガラスマト
リクスに実質的に取り込まれ固定されていることを特徴
とする断熱材を提供するものである。

【００１０】また、本発明は、上記無機繊維質成形体を
酸化性雰囲気中で加熱することにより、該無機繊維質成
形体中に存在する前記ガラス前駆体の少なくとも一部を
珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスに変性する
ことを特徴とする断熱材の製造方法を提供するものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】初めに、本発明に係る無機繊維質
成形体及び断熱材の組成について簡単に説明する。本発
明に係る無機繊維質成形体は少なくとも表面の一部に無
機繊維ガラス前駆体層が形成された脱水成形等により得
られる無機繊維質成形体であり、後述する１５００℃程
度の加熱処理が行われていないものである。無機繊維質
成形体の構造としては、無機繊維ガラス前駆体層のみか
らなる単層構造のもの又は無機繊維ガラス前駆体層に隣
接して他の層が形成された複層構造のものが挙げられ
る。

【００１２】無機繊維ガラス前駆体層は無機繊維結着体
とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と
ガラス前駆体とから構成される層である。無機材料結着
層は無機材料結着体から構成される層である。無機繊維
結着体は無機繊維が凝集剤により相互に結合されたもの
であり、ガラス前駆体は酸化により珪酸ガラスを生成し
膨張するものであり、無機材料結着体は無機繊維を含む
無機材料及び無機バインダが凝集剤により相互に結合さ
れたものである。

【００１３】本発明に係る断熱材は少なくとも表面の一
部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材で
あり、上記無機繊維質成形体に後述する１５００℃程度
の加熱処理を行ったものである。断熱材の構造として
は、無機繊維ガラスマトリクス層のみからなる単層構造
のもの又は無機繊維ガラスマトリクス層に隣接して他の
層が形成された複層構造のものが挙げられる。

【００１４】無機繊維ガラスマトリクス層は無機繊維融
着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒
子とガラスマトリクスとから構成される層である。ガラ
スマトリクスは珪酸ガラスを主成分とするものである。
以下、本発明に係る無機繊維質形成体、断熱材及びこれ
らの製造方法について詳細に説明する。

【００１５】まず、本発明に係る無機繊維質成形体につ
いて説明する。無機繊維としては、例えば、アルミナ質
繊維、シリカアルミナ質繊維等が挙げられる。アルミナ
質繊維としては、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量が９０重量
％以上の多結晶アルミナ質繊維が挙げられる。シリカア
ルミナ質繊維としては、例えば、ムライト質繊維、その
他シリカ成分とアルミナ成分とを特定の割合で含むもの
が挙げられる。無機繊維は、平均繊維長が１０〜５００
０μm 、好ましくは５０〜２００μm 、平均繊維径が１
〜１０μm 、好ましくは２〜５μm である。平均繊維長
が該範囲内にあり、また、平均繊維径が該範囲内にある
と、適当な繊維の分散性や密度、ある程度以上の強度が
得られるため好ましい。無機繊維は上記のものを１種又
は２種以上組み合わせて用いることができる。

【００１６】凝集剤は、無機繊維質成形体において無機
繊維が相互に結合して３次元骨格構造の無機繊維結着体
を形成できるものであり、加熱により無機繊維を融着す
る無機バインダとは異なるものである。凝集剤として
は、例えば、ポリアクリルアミド等の有機バインダが挙
げられる。

【００１７】シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアル
ミナ粒子は、単体又は混合して用いられる。シリカアル
ミナ粒子は、シリカ成分とアルミナ成分とを特定の割合
で含む化合物であり、例えば、ムライト粒子が挙げられ
る。これらの粒子は、酸化雰囲気、且つ、１５００℃程
度で加熱処理しても酸化されず実質的に膨張も収縮もし
ないため、無機繊維質成形体にガラス前駆体と共に配合
することにより、無機繊維質成形体における上記加熱処
理の際のガラス前駆体の膨張の度合いを調整することが
できる。シリカ粒子又はアルミナ粒子の平均粒径は、１
０μm 以下、好ましくは１〜５μm である。シリカ粒子
又はアルミナ粒子は、上記のものを１種又は２種以上組
み合わせて用いることができる。

【００１８】シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアル
ミナ粒子のうちアルミナ粒子及びシリカアルミナ粒子
は、１５００℃程度の加熱処理により無機繊維と融着す
ると共にガラスマトリクスに取り込まれ固定される。一
方、シリカ粒子はＳｉＯ₂ からなり、酸化によりガラス
前駆体の表面から内部にかけて徐々に生成するガラス
（ＳｉＯ₂ 含有成分）が相互に結合して構成されるガラ
スマトリクスと同質であるため、加熱処理の際にはガラ
ス前駆体から生成したガラスと同様に溶融軟化して結合
しガラスマトリクスと一部同化すると共に取り込まれ固
定される。しかし、シリカ粒子は加熱処理で実質的に膨
張する余地がない点でアルミナ粒子やシリカアルミナ粒
子と同様の作用を有し、内部にガラス前駆体を含むこと
等でさらに膨張する余地のあるガラスマトリクスとは区
別される。従って、本発明においてはシリカ粒子とガラ
スマトリクスとは別のものとして扱う。シリカ粒子、ア
ルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子は無機繊維ガラス前
駆体層中においては凝集剤により無機繊維結着体等に結
合されている。

【００１９】酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するガ
ラス前駆体としては、酸化雰囲気中で加熱されたとき
に、単独で又は無機繊維もしくは無機バインダと共に反
応して、少なくとも徐々に珪酸ガラスを生成し膨張する
物質が用いられる。珪酸ガラスを生成するに必要な温度
は、５００〜１６００℃、好ましくは１０００〜１５０
０℃である。このようなガラス前駆体としては、例え
ば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）又は
これらの混合物等が挙げられる。

【００２０】ガラス前駆体が酸化により珪酸ガラスを生
成し膨張する例を以下に説明する。ガラス前駆体がＳｉ
Ｃである場合は、以下のように反応する。

【００２１】 ＳｉＣ＋２Ｏ₂ →ＳｉＯ₂ ＋ＣＯ₂ （１）

【００２２】上記式（１）による反応は、ＳｉＣがＳｉ
Ｏ₂ を生成する際に、ＳｉＣの体積１００に対しＳｉＯ
₂ の体積は２０８になり、体積が１０８％膨張する。ま
た、ガラス前駆体がＳｉ₃ Ｎ₄ である場合は、以下のよ
うに反応する。

【００２３】 Ｓｉ₃ Ｎ₄ ＋３Ｏ₂ →３ＳｉＯ₂ ＋２Ｎ₂ （２）

【００２４】ガラス前駆体は、無機繊維結着体による３
次元骨格構造中に分散し、且つ、凝集剤により無機繊維
結着体に結合される形態のものであればよい。このよう
な形態のものとしては、例えば、粒状又は短繊維状の粉
体が挙げられる。なお、粒状とは完全な球状の粒状物に
は限定されない。ガラス前駆体が粒状である場合、ガラ
ス前駆体の粒径は０．１〜５０μm 、好ましくは１〜１
０μm である。また、ガラス前駆体が短繊維状である場
合、平均繊維径は０．０５〜３μm 、好ましくは０．５
〜３μm 、平均繊維長は５〜５００μm 、好ましくは１
０〜１００μmである。ガラス前駆体は、上記組成及び
形態のもののうち１種又は２種以上組み合わせて用いる
ことができる。

【００２５】無機バインダとしては、１０００℃以上の
加熱処理により無機繊維同士を融着可能なものが用いら
れ、例えば、コロイダルシリカ、アルミナゾル等が挙げ
られる。無機バインダは無機繊維ガラス前駆体層中にお
いては凝集剤により無機繊維結着体等に結合されてい
る。

【００２６】無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維質成
形体の少なくとも表面の一部に形成される層であって、
無機繊維が凝集剤により相互に結合された３次元骨格構
造の無機繊維結着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシ
リカアルミナ粒子と酸化により珪酸ガラスを生成し膨張
するガラス前駆体と無機バインダとからなり、且つ、シ
リカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子とガラ
ス前駆体と無機バインダとが凝集剤により無機繊維結着
体に結合され形成される。

【００２７】無機繊維ガラス前駆体層中、無機繊維は１
０〜５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％含まれ
る。無機繊維の配合量が１０重量％未満であると、無機
繊維による補強効果が不十分で無機繊維質成形体の強度
が低くなるため好ましくない。また、５０重量％を越え
ると、ガラス前駆体を酸化して珪酸ガラス等を主成分と
するガラスマトリクスを生成する際に、ガラスマトリク
スの占める割合が小さくて無機繊維がガラスマトリクス
に実質的に取り込まれ固定され難くなるため、発塵の抑
制が十分でなくなるため好ましくない。

【００２８】無機繊維ガラス前駆体層中、シリカ粒子又
はアルミナ粒子は２０〜５０重量％、好ましくは２５〜
３５重量％含まれる。シリカ粒子又はアルミナ粒子の配
合量が２０重量％未満であると、ガラス前駆体の割合が
多くなり、膨張の影響が大きくなるため好ましくない。
また、該配合量が５０重量％を越えると、無機繊維の配
合との関係でガラス前駆体の割合が少なくなるため、ガ
ラスマトリクスが無機繊維を取り込む作用が小さくて発
塵性が高くなり、またガラスマトリクスの生成による無
機繊維の加熱収縮の相殺が十分に行われず、寸法安定性
が悪くなるため好ましくない。

【００２９】無機繊維ガラス前駆体層中、ガラス前駆体
は２０〜５０重量％含まれる。ガラス前駆体の配合量が
２０重量％未満であると、酸化雰囲気、且つ、１５００
℃程度の高温下での使用の際に、ガラス前駆体の酸化に
より生成し膨張する珪酸ガラスを主成分とするガラスマ
トリクスの量が少なくなるため、発塵性を低くできない
と共に無機繊維の加熱収縮を十分に抑制できず寸法安定
性に劣り好ましくない。また、ガラス前駆体の配合量が
上記範囲より多いと、形成されるガラスマトリクスの量
が多くなるため、無機繊維ガラス前駆体層が膨張しすぎ
て寸法安定性に劣り、無機繊維による補強効果が十分で
なく、さらに、ガラス前駆体及びガラスマトリクスが共
に熱伝導率が高いため断熱材全体として断熱効果が低下
し好ましくない。

【００３０】無機繊維ガラス前駆体層中、シリカ粒子、
アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子とガラス前駆体と
の配合量の重量比率は７：３〜３：７である。該配合量
よりもシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒
子が少ないと、１５００℃程度の加熱処理の際にガラス
前駆体の膨張が大きすぎて無機繊維質成形体等の寸法安
定性が劣ると共にクラックや層の剥離が生じることがあ
るため好ましくない。また上記配合量よりもシリカ粒
子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子が多いと、上
記加熱処理の際にガラス前駆体の膨張が不十分で無機繊
維の加熱収縮を相殺できず無機繊維質成形体等の寸法安
定性が劣ると共にクラックや層の剥離が生じ易く、また
発塵が多くなるため好ましくない。

【００３１】また、無機繊維ガラス前駆体層中、シリカ
粒子又はアルミナ粒子及びガラス前駆体の合計量と、無
機繊維結着体との重量比率は、通常８：２〜５：５、好
ましくは７：３〜６：４である。該重量比率よりもシリ
カ粒子又はアルミナ粒子及びガラス前駆体の合計量が少
ないと、無機繊維の発塵を十分に抑制できないため好ま
しくない。また、上記重量比率よりもシリカ粒子等の該
合計量が多いと、無機成形体等の強度が不足するため好
ましくない。

【００３２】無機繊維ガラス前駆体層中、無機バインダ
は１〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％含まれ
る。無機バインダが１重量％未満であるとバインダとし
ての効果が十分でなく、また、３０重量％を越えるとバ
インダとしての効果がこれ以上向上せず不経済なため好
ましくない。

【００３３】無機繊維ガラス前駆体層は、密度が０．３
〜１．０g/cm³ である。該密度が０．３g/cm³ 未満であ
ると、ガラス前駆体又はシリカ粒子が溶融軟化しても無
機繊維やシリカ粒子又はアルミナ粒子を十分に強固には
結合できず、発塵するため好ましくない。無機繊維ガラ
ス前駆体層の厚さとしては、用途により適宜選択すれば
よいが、断熱材として用いられる場合には１mm以上、好
ましくは１〜５mmである。該厚さが１mm未満であると、
断熱材としての強度が小さいため好ましくない。

【００３４】無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維質成
形体の表面層として形態を保持する程度の強度を有して
いればよく、例えば、無機繊維等の脱落が多少ある程度
の強度のものでもよい。無機繊維ガラス前駆体層が酸化
雰囲気下で１５００℃以下に加熱されると、該層中の無
機繊維は加熱収縮し、ガラス前駆体はその表面から内部
に向かって徐々に酸化されガラス化して膨張すると共に
ガラス前駆体同士が結合してガラスマトリクスを生成す
る。この際、シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアル
ミナ粒子は実質的に収縮も膨張もしない。

【００３５】無機繊維の加熱収縮の速度とガラス前駆体
の膨張の速度との関係は、無機繊維質繊維質成形体の組
成及び加熱温度等により変化する。例えば、本発明の無
機繊維質成形体において、シリカ粒子、アルミナ粒子又
はシリカアルミナ粒子を用いず、ガラス前駆体とアルミ
ナ質繊維又はムライト質繊維とアルミナゾルやコロイダ
ルシリカ等とからなる無機繊維質成形体を作製した場
合、加熱温度が１５００℃程度であるとガラス前駆体の
膨張作用が無機繊維の加熱収縮作用に対して大きく無機
繊維質成形体全体としては膨張する。しかし、ガラスマ
トリクス又は無機繊維と強固に結合すると共に実質的に
収縮も膨張もしないシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリ
カアルミナ粒子を所定量配合することにより、１５００
℃程度の加熱温度でガラス前駆体の膨張作用と無機繊維
の加熱収縮作用とが相殺される。このため、寸法安定性
が高くなると共に、膨張したガラスマトリクスにより無
機繊維やシリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ
粒子が取り込まれるため発塵性が低くなり、また、寸法
安定性が高いため、クラックや剥離が発生し難い。

【００３６】本発明に係る無機繊維質成形体は、少なく
とも表面の一部に無機繊維ガラス前駆体層が形成された
ものである。すなわち、無機繊維ガラス前駆体層は、無
機繊維質成形体の少なくとも表面全体又はその一部に形
成されていればよく、必要により無機繊維質成形体の内
部まで形成されていてもよい。無機繊維質成形体の形状
としては、特に限定されないが、例えば、円筒形状、板
状等が挙げられる。無機繊維質成形体は、空気中におい
て１４００℃で１０時間加熱した前後の寸法変化率が±
１〜±３％、好ましくは±０％である。

【００３７】無機繊維質成形体は、このままで、又は必
要により後述の加熱処理を行ってガラス前駆体をガラス
マトリクスに変性させることにより、例えば、電気炉等
の断熱材として使用できる。なお、ガラス前駆体は無機
繊維や無機バインダ等よりも熱伝導率が高いため、無機
繊維ガラス前駆体層自体の断熱性能はそれほど高くない
が、例えば、表面に形成した無機繊維ガラス前駆体層と
ガラス前駆体を含まない通常の無機繊維断熱材からなる
層とを組み合わせて用いれば、断熱性能が十分であると
共に寸法変化が小さくクラックや剥離が少ない断熱材が
得られる。すなわち、少なくとも表面の一部に無機繊維
ガラス前駆体層が形成された断熱材は、酸化雰囲気、且
つ、１５００℃程度の高温下で長期間に渡り使用されて
も、無機繊維ガラス前駆体層の寸法安定性が高いため、
無機繊維ガラス前駆体層に隣接する層との間の剥離やク
ラックが生じ難いと共に、使用するにつれて発塵が徐々
に少なくなる。また、断熱性能がそれほど要求されない
断熱材に使用する場合は、無機繊維ガラス前駆体層のみ
で断熱材を構成してもよい。断熱材の形状としては、円
筒形状、板状等の任意のものが挙げられる。

【００３８】次に無機繊維質成形体の製造方法について
説明する。本発明に係る無機繊維質成形体は、例えば、
脱水成形する成形型が内部に配置された成形槽内に、無
機繊維と、シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミ
ナ粒子と、ガラス前駆体と、無機バインダと、凝集剤と
を含むスラリーを供給して吸引脱水成形することで製造
することができる。

【００３９】次に本発明に係る断熱材について説明す
る。本発明に係る断熱材は、上記本発明に係る無機繊維
質成形体が酸化雰囲気下、所定温度で加熱処理されて得
られるものである。無機繊維、シリカ粒子、アルミナ粒
子又はシリカアルミナ粒子及び無機バインダとしては、
無機繊維質成形体と同様のものが挙げられる。

【００４０】珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリク
スとしては、ガラス前駆体が酸化され膨張した珪酸ガラ
スを主成分として含んでいればよく、ガラスマトリクス
全体が珪酸ガラスのみで構成されていても、ガラスマト
リクスの一部が十分に酸化されずにガラス前駆体のまま
含まれていてもよい。ガラスマトリクスは、例えば、上
記式（１）や（２）に示すようにガラス前駆体が該ガラ
ス前駆体の表面から徐々に酸化されガラス化して膨張
し、隣接するガラス前駆体の表面のガラス化部分が結合
して生成する。このため、通常はガラス前駆体の内部は
ガラス化が十分に進行せずにガラス前駆体のまま残存す
ることがあるが、このようにガラス前駆体がガラスマト
リクス中に残存すると、該残存したガラス前駆体が酸化
雰囲気で加熱される際に徐々にガラス化し膨張するた
め、長期間に渡り膨張し続けて無機繊維の加熱収縮を相
殺することができる。

【００４１】無機繊維ガラスマトリクス層は、断熱材の
少なくとも表面の一部に形成される層であって、無機繊
維が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構
造の無機繊維融着体とシリカ粒子、アルミナ粒子又はシ
リカアルミナ粒子と珪酸ガラスを主成分とするガラスマ
トリクスとからなり、且つ、前記無機繊維融着体及び該
シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子が該
ガラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定されて形成
される。無機繊維ガラスマトリクス層においては、無機
繊維質成形体の無機繊維ガラス前駆体層中のガラス前駆
体の全部又は大部分がガラス化して膨張すると共に膨張
した隣接するガラス同士の接点が結合する。このため、
無機繊維ガラス前駆体層中に存在した空隙は略消失して
珪酸ガラスを主成分とするマトリクス状態になってお
り、該ガラスマトリクスにより無機繊維融着体が取り込
まれ固定される。

【００４２】本発明に係る断熱材は、少なくとも表面の
一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成されたもので
ある。すなわち、無機繊維ガラスマトリクス層は、断熱
材の少なくとも表面全体又はその一部に形成されていれ
ばよく、必要により断熱材の内部まで形成されていても
よい。断熱材の形状としては、特に限定されないが、例
えば、円筒形状、板状等が挙げられる。断熱材は、空気
中において１３５０℃で１０００時間加熱した前後の寸
法変化率が±２〜±４％、好ましくは０〜±２％であ
る。

【００４３】断熱材は、このままで、又は必要により後
述の加熱処理を行って残存するガラス前駆体をガラスマ
トリクスに変性させることにより、例えば、電気炉等の
断熱材として使用できる。なお、ガラスマトリクスは無
機繊維や無機バインダ等よりも熱伝導率が高いため、無
機繊維ガラスマトリクス層自体の断熱性能はそれほど高
くないが、例えば、表面に形成した無機繊維ガラスマト
リクス層とガラスマトリクスを含まない通常の無機繊維
断熱材からなる層とを組み合わせて用いれば、断熱性能
が十分であると共に寸法変化が小さくクラックや剥離が
少ない断熱材が得られる。すなわち、少なくとも表面の
一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材
は、ガラスマトリクスを主成分とするため発塵が少な
く、また、ガラスマトリクスと共にガラス前駆体が存在
する場合は、酸化雰囲気、且つ、１５００℃程度の高温
下で長期間に渡り使用されても、無機繊維ガラスマトリ
クス層の寸法安定性が高いため、無機繊維ガラスマトリ
クス層に隣接する層との間の剥離やクラックが生じ難い
と共に、発塵がほとんどない。また、断熱性能がそれほ
ど要求されない断熱材に使用する場合は、無機繊維ガラ
スマトリクス層のみで断熱材を構成してもよい。

【００４４】断熱材はガスバーナーの火炎放射部等の高
温暴露部材としても使用でき、該部材は使用に伴って断
熱材中の残存するガラス前駆体が徐々にガラスマトリク
スに変性されるため、割れやクラックがなく、発塵がほ
とんどなくなる。

【００４５】次に断熱材の製造方法について説明する。
本発明に係る断熱材は、上記無機繊維質成形体を酸化性
雰囲気中で加熱することにより、無機繊維質成形体中に
存在するガラス前駆体の少なくとも一部を珪酸ガラスを
主成分とするガラスマトリクスに変性して得られる。な
お、無機繊維質成形体中に存在するシリカ粒子、アルミ
ナ粒子又はシリカアルミナ粒子は、加熱により酸化され
ず実質的に膨張も収縮もしない。酸化性雰囲気として
は、空気雰囲気、酸素雰囲気等が挙げられる。加熱条件
としては、無機繊維ガラスマトリクス層中のガラスマト
リクスとガラス前駆体との存在比率が所望の値になるよ
うに適宜行えばよいが、例えば、１０００〜１５００℃
で、１時間以上、好ましくは２〜４時間行えばよい。

【００４６】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００４７】実施例１ 脱水成形型が配置された成形槽内に、平均繊維径３μm
、平均繊維長５０μmのムライト繊維３６重量部、平均
粒子径５μm のシリカ粒子３５重量部、平均粒子径５μ
m の炭化珪素粒子２０重量部、平均粒子径１０〜２０μ
m のコロイダルシリカ８重量部及び凝集剤（でんぷん）
２重量部に水４０００重量部からなるスラリーを供給し
吸引脱水成形を行い、厚さ５０mmの成形体を形成した。
次に、成形体を脱水成形型から脱型し、１０５℃で２４
時間乾燥して無機繊維質成形体を得た後、該無機繊維質
成形体を１４００℃、４時間の条件で焼成し、断熱材を
得た。得られた断熱材を空気中において１３５０℃で１
０００時間加熱したところ、加熱前後の寸法変化率は
１．０％であり、剥離やクラックは生じなかった。さら
に、４０分で１２５０℃まで急速に加熱した後、１２５
０℃／４０分で急冷する熱衝撃試験を５０サイクル行っ
たが、断熱材に剥離やクラックは生じなかった。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る無機繊維質成形体によれ
ば、酸化雰囲気、且つ、１５００℃程度の高温下で長期
間に渡り使用されても、無機繊維ガラス前駆体層の寸法
安定性が高く、無機繊維ガラス前駆体層に隣接する層と
の間の剥離やクラックが生じ難いと共に、使用するにつ
れて発塵が徐々に少なくなる。従って、該無機繊維質成
形体をこのまま断熱材として使用することができる。ま
た、本発明に係る断熱材によれば、酸化雰囲気、且つ、
１５００℃程度の高温下で長期間に渡り使用されても寸
法安定性が高く、隣接する層との間の剥離やクラックが
生じ難いと共に、発塵がほとんどない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 裕司 静岡県浜松市新都田１−８−１ ニチアス 株式会社浜松研究所内 Ｆターム(参考） 4G019 EA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも表面の一部に無機繊維ガラス
   前駆体層が形成された無機繊維質成形体であって、該無
   機繊維ガラス前駆体層は無機繊維が凝集剤により相互に
   結合された３次元骨格構造の無機繊維結着体とシリカ粒
   子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と酸化により
   珪酸ガラスを生成し膨張するガラス前駆体と無機バイン
   ダとからなり、且つ、該シリカ粒子、アルミナ粒子又は
   シリカアルミナ粒子と該ガラス前駆体と該無機バインダ
   とが前記凝集剤により前記無機繊維結着体に結合されて
   いることを特徴とする無機繊維質成形体。
2. 【請求項２】 前記無機繊維がアルミナ質繊維又はムラ
   イト質繊維であり、且つ、前記ガラス前駆体が炭化珪
   素、窒化珪素又はこれらの混合物であることを特徴とす
   る請求項１記載の無機繊維質成形体。
3. 【請求項３】 前記無機繊維ガラス前駆体層は、前記無
   機繊維を１０〜５０重量％、前記シリカ粒子、アルミナ
   粒子又はシリカアルミナ粒子を２０〜５０重量％、前記
   ガラス前駆体を２０〜５０重量％含み、且つ、該シリカ
   粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と該ガラス
   前駆体とを重量比率７：３〜３：７の割合で含むと共
   に、該シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒
   子と該ガラス前駆体との合計量と、前記無機繊維結着体
   とを重量比率８：２〜５：５の割合で含むことを特徴と
   する請求項１又は２記載の無機繊維質成形体。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の無機
   繊維質成形体よりなることを特徴とする断熱材。
5. 【請求項５】 少なくとも表面の一部に無機繊維ガラス
   マトリクス層が形成された断熱材であって、該無機繊維
   ガラスマトリクス層は無機繊維が無機バインダにより相
   互に融着された３次元骨格構造の無機繊維融着体とシリ
   カ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と珪酸ガ
   ラスを主成分とするガラスマトリクスとからなり、且
   つ、該無機繊維融着体と該シリカ粒子、アルミナ粒子又
   はシリカアルミナ粒子とが前記ガラスマトリクスに実質
   的に取り込まれ固定されていることを特徴とする断熱
   材。
6. 【請求項６】 前記無機繊維ガラスマトリクス層は、前
   記無機繊維を１０〜５０重量％、前記シリカ粒子、アル
   ミナ粒子又はシリカアルミナ粒子を２０〜５０重量％、
   前記ガラスマトリクスを２０〜５０重量％含み、且つ、
   該シリカ粒子、アルミナ粒子又はシリカアルミナ粒子と
   該ガラスマトリクスとの合計量と、前記無機繊維融着体
   とを重量比率７：３〜３：７の割合で含むことを特徴と
   する請求項５記載の断熱材。
7. 【請求項７】 請求項１〜３のいずれか１項記載の無機
   繊維質成形体を酸化性雰囲気中で加熱することにより、
   該無機繊維質成形体中に存在する前記ガラス前駆体の少
   なくとも一部を珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリ
   クスに変性することを特徴とする断熱材の製造方法。