JP2005186857A

JP2005186857A - 車両用断熱マット材

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Publication number: JP2005186857A
Application number: JP2003432889A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakamura; 英雄中村
Original assignee: Fujiko KK; Fujikoo KK
Current assignee: Fujiko KK; Fujikoo KK
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4408219B2

Abstract

【課題】車両用断熱マット材として施工時に裁断および屈曲が可能であり、厳しい英国規格に適合させて海外に敷設する高速鉄道の車両に適用できるものを提供する。
【解決手段】断熱マット材は、厚さが１０〜１００ｍｍであり、ガラス繊維および炭素繊維に少量の低融点有機繊維を均一に混綿し、嵩高い綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化し、英国規格に従った燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が４.２未満およびＡ_０（オフ）が６.３未満、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.６未満である。
【選択図】図１

Description

本発明は、施工時に裁断および屈曲が可能な車両用断熱マット材に関し、厳しい英国規格に適合することによって海外に敷設する高速鉄道の車両に適用できる断熱マット材に関する。

日本では、特公昭６３−１９６２２号公報で例示するように、ガラスウールやロックウールに少量の有機性樹脂を含浸し、板状に成形した断熱材を鉄道車両用として使用していた。この断熱材は、含浸させる樹脂が可燃性であると燃焼時に有毒ガスを発生するため、ガラスウールの積層体を炭素繊維のフェルトシートで包み込んだり、短繊維のセラミック繊維ウールの積層体をガラスクロスで包み込んで適当にキルティング縫製した断熱材も提案されている。しかし、これらの断熱材は、自由裁断ができないので鉄道車両内部での施工が容易でなく、且つ軽量でないので車両重量が増加しやすい。しかも、前者の断熱材は施工作業時に粉塵が発生して作業環境が悪化しやすく、後者の断熱材は反発弾性が低いために貼着壁面が不均一になりやすい。

実公平６−４７７１５号公報で開示した車両用断熱材は、前記の欠点を改善するためにアクリル焼成耐炎繊維のラップを適当に積層してからニードルパンチングし、さらにアクリル焼成耐炎繊維のニードルフェルトまたは織布からなる表面シートを貼り合わせている。この断熱材は、裁断および屈曲ができて鉄道車両内部での施工が容易であり、比較的軽量であるので車両の重量増加が少なく、施工作業時に粉塵が発生することもない。このような利点を有することにより、この断熱材は、現在、新幹線車両を含む日本の鉄道車両に数多く採用されている。
特公昭６３−１９６２２号公報実公平６−４７７１５号公報

アクリル焼成耐炎繊維からなる前記の車両用断熱材は、日本の鉄道車両用材料燃焼規格に適合しても、該繊維中に有機成分が多少残存しているために、より厳しい英国規格（ＢＳ）で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験をクリアすることができない。英国規格に適合できなければ、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用にこの断熱材を使用することができず、輸出車両用として納品することは実質的に不可能になってしまう。

英国規格に適合させるには、車両用断熱材を炭素繊維またはガラス繊維だけで構成すれば可能であるけれども、炭素繊維やガラス繊維のラップは単独ではニードルパンチによるフェルト化が困難である。マット状にするために、有機樹脂を炭素繊維やガラス繊維のラップに必要量含浸すれば、前述したように発煙性や有毒ガスの発生の点で不合格になってしまう。また、不燃性の酸化ケイ素樹脂を繊維ラップに必要量含浸すると、施工が容易で柔軟なマット材を得ることが困難である。

本発明は、従来の車両用断熱材に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、施工時に裁断および屈曲が可能であり、英国規格で規定する厳しい燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験に適合できる車両用断熱マット材を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、厳しい英国規格に適合していても比較的柔軟で施工容易且つ安価な車両用断熱マット材を提供することである。

本発明に係る車両用断熱マット材は、厚さ１０〜１００ｍｍであり、ガラス繊維および炭素繊維に少量の低融点有機繊維を均一に混綿し、嵩高い綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化する。好ましくは５〜１５重量％である低融点有機繊維を溶融する温度の熱風は、綿状素材に対して垂直方向に貫通することを要し、該綿状素材を貫通しないと素材全体が不均一に融着することにより、断熱マット材が部分分解しやすく、該マット材からの繊維の脱離も多くなる。

本発明の車両用断熱マット材に関して、ガラス繊維は炭素繊維よりも無機質でより安価であるため、全量の４０重量％以上使用すると、より厳しい英国規格に適合させるために好適であって経済的にも有利であるが、７０重量％を超えると断熱マット材の裁断と屈曲性を欠くことになる。用いるガラス繊維の繊維構造は、例えば、クリンプ状のガラス繊維（商品名：ミラフレックス、オーエスコーニング製）のように多数のクリンプを有するコイル状であると好ましい。ガラス繊維がクリンプ状であると、ガラス繊維を多量に添加しても綿状素材を形成させやすく、断熱マット材からの繊維の突き出しも減少するので、断熱マット材としての使い勝手が優れている。

この車両用断熱マット材に関して、炭素繊維は全量の２０〜５０重量％であると好ましい。炭素繊維は、精製した石油ピッチを紡糸したピッチ系またはたレーヨンやポリアクリロニトリルなどの有機繊維系のいずれでもよく、黒鉛繊維でもよいが、より好適であるのはカール状の炭素繊維である。炭素繊維が全量の２０重量％未満であると、断熱マット材が裁断および屈曲可能性を欠くことが多く、一方、５０重量％を超えると断熱マット材が高価になってしまう。

また、所望に応じて、例えば、商品名：パイロメックス（東邦テナックス製）および商品名：ラストン（旭化成製）のような耐炎化繊維を全量の１５重量％未満添加することが可能である。耐炎化繊維は、有機質前駆体を３００〜５００℃程度で焼成炭素化した繊維であり、多分に有機物的な無定形物質である。耐炎化繊維を添加すると、断熱マット材に裁断および屈曲性を付与することが容易になるが、１５重量％を超えると厳しい英国規格に適合させるのが困難になる。

この車両用断熱マット材には、全体のシート化のために低融点有機繊維を５〜１５重量％を均一に混綿することが望ましい。低融点有機繊維が５重量％未満であると、綿状素材のシート化つまりマット材を得ることが困難になり、一方、１５重量％を超えると、厳しい英国規格における発煙試験および発生ガスの毒性試験に不合格になってしまう。この低融点有機繊維は、融点が１５０℃前後であるポリエステル、ポリプロピレン、アクリルのような熱可塑性繊維またはこれらの複合繊維などのいずれでもよい。

本発明の車両用断熱マット材は、無機繊維の織布またはフェルトからなる表面シートを厚さ１０〜１００ｍｍのマット本体に不燃性樹脂で貼り合わせてもよい。この表面シートは、ガラス繊維、炭素繊維またはセラミック繊維などからなり、このマット本体は、前記と同様に、ガラス繊維および炭素繊維に５〜１５重量％の低融点有機繊維を均一に混綿して熱風で全体をシート化している。表面シートを貼り合わせると、鉄道車両への施工時に裁断したり折り曲げても、マット本体からガラス繊維および炭素繊維の繊維粉末の落下が少なくなるので作業が容易になる。

本発明の車両用断熱マット材について、英国規格による燃焼試験は、ＢＳ４７６−７（製品の炎の表面拡がりの分類を定める試験方法、１９９７年）に規定している。試験に用いる装置１９は、その垂直断面を図４で部分的に示し、試験板２０は８８５×２７０ｍｍであり、その背面に断熱ボード２２を当接して矩形フレーム２３に入れて両者を垂直に保持し、該フレームは旋回可能である。また、８５０×８５０ｍｍの放熱パネル２４を垂直に設置し、該放熱パネルが所定の放射照度になるように調整する。試験板２０を含むフレーム２３は、図４で実線で示す試験位置Ａから９０度以上旋回したスタンバイ位置Ｂ（図４の二点鎖線を中心とする一点鎖線の位置）に配置する。パイロットバーナ２６は、内径３ｍｍ、外径６.４ｍｍの都市ガス用鋼管であり、試験板２０の表面２８に対して３０度傾ける。パイロットバーナ２６の先端は、試験板２０の表面２８から２８±２ｍｍ離れた位置に定め、試験板の露出下端３０から６±２ｍｍ離し、放熱パネル２４に最も近い隅部でフレーム２３の内側垂直端から１５±５ｍｍの位置である。

試験を行う際にバーナ２６に点火し、該バーナの炎を試験板２８の接触高さの７５〜１００ｍｍに定める。５分以内にスタンバイ位置Ｂでフレーム２３に試験板２０および断熱ボード２２を取り付ける。次に５秒以内にフレーム２３を試験位置Ａに垂直旋回し、試験位置Ａでは試験板２０を含むフレーム２３を放熱パネル２４に対して直角に当接させる。試験開始後１分でバーナ２６を消す。試験板２０について、水平基準線の位置で火炎の広がりが各垂直参照線を越える時刻を記録し、且つ水平基準線の位置で火炎の広がり範囲を１.５分後および１０分後に記録する。１０分を経過すれば試験を終了し、フレーム２３をスタンバイ位置に戻してから試験板２０を取り除く。燃焼屑などを除去してから次の試験板について試験を繰り返す。試験結果は、火炎の広がりについて表１のように分類する。

英国規格による発煙試験は、ＢＳ６８５３（旅客列車の設計および構造に関する火災予防措置コード、１９９９年）附属書Ｄに規定している。試験に用いる装置３２は、厚さ２ｍｍの鋼板を鋼枠に固定し、図５に示すように、内部の１辺の長さが３０００±３０ｍｍの立方体３４を構成し、ドア３５および窓を１個以上設ける。ジョイントは全て気密シールとし、立方体の側面床面近くに大気圧と通じる穴を開ける。穴の面積は合計５０００ｍ^２に定める。立方体３４の上部には、ガス抽出システムとつなぐポートを設け、試験中はこのポート密封する。立方体３４の対向側面に１００×１００ｍｍの密封ガラス窓を２個配置し、光源３６から受光器３８へ光を透過させる。室内の煙を分布させるために、床上にファン４０を置き、該ファンの軸は水平とし、その流量は０.１２〜０.２５ｍ^３／ｓとする。試験中はファン４０で水平方向に空気を流し、発火源４２はドラフトスクリーン４４で保護する。ドラフトスクリーン４４は、全体が湾曲した１５００×１０００ｍｍの鋼板であり、図５のように後面から７５ｍｍの位置に置く。

パネルの試験では、立方体３４内の温度２０℃を達成してから、１０００×５００ｍｍで使用厚さのテストピースを、縁幅最大２５ｍｍで、水平方向から６０度傾いた角材枠で４辺を連続的に支持し、短辺を水平方向に向けて置く。発火源４２は、アルコール１０００±５ｃｍ^３であり、漏れないように断面長方形の角錐台形トレイに入れる。この発火源４２は、アルコール表面が垂直方向にテストピース表面から１７５±５ｍｍの位置において、トレイ長辺をテストピース短辺に平行にして置く。発火源４２に点火し、立方体３４内の光学密度と燃焼深さを経過時間について記録する。

光学密度の測定値（Ａ_ｍ）は次式で計算する。
Ａ_ｍ＝log_１０（Ｉ₀／Ｉ_t）
式中、Ｉ₀：当初の光度
Ｉ_t：透過光の光度
２相試験すなわち燻り相が発生した場合には、Ａ_ｍの値を初相（オン）および次相（オフ）について計算する。Ａ_０の値は、指定された条件でテストピースが１単位燃焼した時に、立方体の対向側面間の光学密度を言い、次式で３桁まで計算する。
Ａ_０＝Ａ_ｍ×Ｖ／（ｋ×Ｌ）
式中、Ａ_ｍ：立方体内で測定した光学密度
Ｖ：立方体の体積（ｍ３）
Ｌ：窓と窓の間の光学長さ（ｍ）
ｋ：テストピースを構成する材料の単位数

英国規格による有毒ガス発生量の測定方法は、ＢＳ６８５３附属書Ｂに規定している。パネルの場合には、面積ベース法（prEN２８２４，２８２５，２８２６）を適用し、次の修正を行う。試験火災モデルは、テストピースを水平方向に置いた円錐形加熱要素と置き換え、限定単一煙排出試験を行い、最大煙発生量の８５％に到達する時間を決定し、有毒ガスの収集／測定は最大煙発生量の８５％到達時に開始する。有毒ガス排出量は、テストピースの面積を０.００５８ｍ^２と仮定し、材料１ｍ^２当たりのグラム単位で表す。有毒ガス排出試験は３回実施し、その測定値の平均値を用いてＲ値（重み付け有毒ガス量）を計算する。分析対象ガス８種について、その一般的限界値（ＩＤＬＨ値）および基準値を表２に示す。

Ｒ値（重み付け有毒ガス量）は、下記のように、各ガスの値をその基準値で割って個々のガスの指数ｒを得、さらに各ガスの指数ｒを加算して計算する。
ｒ_ｘ＝ｃ_ｘ／ｆ_ｘ
Ｒ＝Σｒ
式中、ｃ_ｘ：該当する単位で表した第ｘ番目のガスの排出量
ｆ_ｘ：表２に示した第ｘ番目のガスの基準値
ｒ_ｘ：第ｘ番目のガスの指数

ＢＳ６８５３では、火災に対する反応の管理において、所定の車両範囲について火災に対する反応の性能特性を有する材料以外のものを使用してはならないと規定する。特に、列車の内部垂直方向表面、内部水平方向下向き表面、座席外板に関して、車両カテゴリＩｂについて燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が４.２未満およびＡ_０（オフ）が６.３未満、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.６未満であることを要求している。車両カテゴリＩｂとは、カテゴリＩが地下環境であり、さらにカテゴリＩｂが複線以上のトンネルないし歩道および避難立て坑へ通じる側面出口を有するトンネルを長時間走行する車両に関し、または長時間地下を走行することがない寝台車に関する。

本発明に係る車両用断熱マット材は、該マット材中の繊維に有機成分が殆ど残存しないことにより、ほぼ完全に不燃性であって熱伝導性が低いので高い防火性を有し、日本の鉄道車両用材料燃焼規格の適合はもとより、より厳しい英国規格で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験もクリアできる。本発明の車両用断熱マット材は、英国規格に適合することにより、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用に使用することができ、輸出車両用として多量に納品することが期待できる。

本発明の車両用断熱マット材は、比較的剛直なガラス繊維および炭素繊維に対して低融点有機繊維を少量均一に混綿することにより、貫通加熱だけで全体が均一なマット状に加工でき、加工時に構成繊維が折損することが少ない。本発明の車両用断熱マット材は、柔軟で扱いやすい分厚いマット状であり、施工時に裁断したり屈曲させてもマット材の繊維脱落が少なく、作業環境を悪化させることがない。また、本発明の車両用断熱マット材は、比較的安価なガラス繊維を炭素繊維よりも多量に加えているので製造コストが低く、所定の耐久性の点でも十分な性能を有する。

次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。実施例１において、図１に示す断熱マット材１を製造する。

直径１３μｍである炭素繊維（商品名：ドナカーボ、ドナック製）４０重量％と、直径６μｍであるクリンプ状のガラス繊維（商品名：ミラフレックス）５０重量％と、繊度２.２デシテックスである低融点ポリエステル繊維（商品名：サフメット、東レ製）１０重量％とを公知のカーディング機に投入し、該カーディング機によって十分に混綿・積層する。この結果、図１に示す綿状素材２を得る。

この綿状素材２を加熱炉３に送り込み、１５０℃で６０秒間加熱する。加熱炉３内では、上下のネットコンベア４，５で綿状素材２の厚さを規制しながら、該綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化する。この加熱によって綿状素材中の低融点ポリエステル繊維を溶融し、他の繊維を融着することで全体がマット状になる。得た断熱マット材１は、厚さ３０ｍｍ、重さ２４０ｇ／ｍ^２である。

車両用断熱マット材１について、英国規格による燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が０.１９およびＡ_０（オフ）が０.２４、発生ガスの毒性試験のＲ値が０.９８であった。この結果、断熱マット材１は、英国規格で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験を全てクリアして英国規格に適合することにより、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用に使用できる。

断熱マット材１は、分厚い割りには密度が比較的小さく軟質で変形しやすく、図２に示すように、鉄道車両７などにおける凹部８や突出個所に自由に屈曲させて施工できる。断熱マット材１は、鉄道車両７の内部において、所望に応じて施工時に自由に裁断することができ、例えば桟１０を除いて天井１２の内部に充填することも可能である。

実施例と同様の繊維類を使用して得た綿状素材を実施例１と同様に処理することにより、厚さ５０ｍｍ、重さ４００ｇ／ｍ^２の断熱マット材を製造する。

この断熱マット材について、英国規格による燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が０.２１およびＡ_０（オフ）が０.２５、発生ガスの毒性試験のＲ値が０.９９であった。この結果、この断熱マット材は、英国規格で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験を全てクリアして英国規格に適合することにより、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用に使用できる。

直径１４.５μｍである炭素繊維（商品名：トレカ、東レ製）３０重量％と、直径６μｍであるクリンプ状のガラス繊維（商品名：ミラフレックス）５０重量％と、繊度３.３デシテックスである耐炎化繊維（商品名：パイロメックス、東邦テナックス製）１０重量％、繊度２.２デシテックスである低融点ポリエステル繊維（商品名：サフメット）１０重量％とを公知のカーディング機に投入し、該カーディング機によって十分に混綿・積層する。得た綿状素材を実施例１と同様に処理することにより、厚さ５０ｍｍ、重さ４５０ｇ／ｍ^２の断熱マット材を製造する。

この断熱マット材について、英国規格による燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が１.３５およびＡ_０（オフ）が１.５１、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.２０であった。この結果、この断熱マット材は、英国規格で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験を全てクリアして英国規格に適合することにより、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用に使用できる。

図３に示すように、実施例１で製造したマット材１に加えて、表面シート１４としてガラスクロス（商品名：Ｈ１００Ｆ−１２０、ユニチカグラスファイバー製）および接着剤１５としてシリカ系樹脂（商品名：ＪＬ１５８２、イーテック製）を用いる。マット材１であるマット本体１６の片面にシリカ系樹脂１５をスプレー塗布し、この塗布量は完了で１５ｇ／ｍ^２である。シリカ系樹脂の塗布後に表面シート１４を貼り合わせ、１５０℃で２分間乾燥する。得た断熱マット材１８は、厚さ３０ｍｍ、重さ３５０ｇ／ｍ^２である。

断熱マット材１８について、英国規格による燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が０.８５およびＡ_０（オフ）が０.９２、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.１０であった。この結果、断熱マット材１８は、英国規格で規定する燃焼試験、発煙試験、発生ガスの毒性試験を全てクリアして英国規格に適合することにより、英国規格に準拠する中国などの東南アジアやヨーロッパ諸国における高速鉄道の車両用に使用できる。

断熱マット材１８は、軟質で変形しやすいマット本体１６の上を、表面シート１４で保護しており、図２に示すように鉄道車両７の内部において、施工時に自由に裁断することができる。表面シート１４を貼り合わせた断熱マット材１８は、鉄道車両７への施工時に裁断・折り曲げても、マット本体１６からの繊維粉末の落下が少なく、施工作業が容易になるうえに作業環境の悪化も防止できる。

本発明に係る断熱マット材の製造工程を概略的に示す説明図である。本発明の断熱マット材の使用個所を例示する列車の概略断面図である。本発明の変形例を示す概略断面図である。英国規格による燃焼試験の実施に用いる装置を部分的に示す概略断面図である。英国規格による発煙試験の実施に用いる装置を部分的に示す概略説明図である。

符号の説明

１断熱マット材
２綿状素材
３加熱炉
７鉄道車両
１２天井

Claims

ガラス繊維および炭素繊維に少量の低融点有機繊維を均一に混綿し、嵩高い綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化した厚さ１０〜１００ｍｍの断熱マット材であって、英国規格に従った燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が４.２未満およびＡ_０（オフ）が６.３未満、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.６未満である車両用断熱マット材。
ガラス繊維および炭素繊維に５〜１５重量％の低融点有機繊維を均一に混綿し、嵩高い綿状素材に熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化した厚さ１０〜１００ｍｍのマット本体と、無機繊維の織布またはフェルトからなる表面シートとを不燃性樹脂で貼り合わせている車両用断熱マット材。
ガラス繊維４０〜７０重量％、炭素繊維２０〜５０重量％、耐炎化繊維０〜１５重量％、低融点有機繊維５〜１５重量％を均一に混綿し、嵩高い綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をシート化した厚さ１０〜１００ｍｍの断熱マット材であって、英国規格に従った燃焼試験がクラス１、発煙試験のＡ_０（オン）が４.２未満およびＡ_０（オフ）が６.３未満、発生ガスの毒性試験のＲ値が１.６未満である車両用断熱マット材。
ガラス繊維の繊維構造は、クリンプを有するコイル状である請求項１、２または３記載の断熱マット材。