JP2006161972A - Vacuum heat insulating material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空断熱材に係わり、詳しくは芯材に関するものである。 The present invention relates to a vacuum heat insulating material, and more particularly to a core material.
従来、真空断熱材用の芯材には、熱伝導率が小さくガス発生が少ない無機物が用いられており、特にガラス繊維を積層して得られた芯材を用いた真空断熱材は、優れた断熱性能を有している(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a core material for a vacuum heat insulating material has been used an inorganic material having low thermal conductivity and low gas generation. Particularly, a vacuum heat insulating material using a core material obtained by laminating glass fibers is excellent. It has heat insulation performance (see, for example, Patent Document 1).
図7は、特許文献1に記載された従来の真空断熱材の芯材の側視拡大図を示すものである。図7に示すように、無機繊維1が、伝熱方向と垂直方向および伝熱方向と平行方向に配置されている。
FIG. 7 shows an enlarged side view of the core material of the conventional vacuum heat insulating material described in
以上のように構成された従来の真空断熱材について、以下その動作を説明する。伝熱方向と垂直方向に配置された繊維同士は点で接触しているため、これらの繊維による固体成分の熱伝導は小さい。伝熱方向と垂直方向の繊維のみでは圧力に対して弱いため、真空包装時に働く大気圧により圧縮されてしまう。しかし、伝熱方向と平行方向の繊維により、真空包装時の大気圧に対する耐久性が確保されている。
しかしながら、上記従来の構成では、伝熱方向に平行な繊維は熱を伝えやすいため、固体成分の熱伝導が大きくなるという課題があった。 However, in the above conventional configuration, since the fibers parallel to the heat transfer direction easily transfer heat, there is a problem that the heat conduction of the solid component increases.
一方、伝熱方向に対して垂直方向の繊維のみで構成された芯材では、以下に示す要因により固体成分の熱伝導が増加する。 On the other hand, in the core material composed only of fibers perpendicular to the heat transfer direction, the heat conduction of the solid component increases due to the following factors.
引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が弱い繊維は、引張り力により破断しやすく、横方向から働く力により屈曲しやすい。従って、大気圧による圧縮力により芯材内部に生じる力により破断や大きな屈曲が生ずる。 A fiber having a low tensile breaking strength, tensile elastic modulus, and bending elastic modulus is easily broken by a tensile force and is easily bent by a force acting from the lateral direction. Accordingly, the force generated in the core material by the compressive force due to the atmospheric pressure causes breakage or large bending.
ガラス繊維には外被材を介して圧縮力が加えられる。芯材内部の繊維は絡み合っているため、周囲の繊維による圧縮力で複数の点が固定され、それらの点が離れる方向に力が加わると引張り力となる。この引張り力が繊維の引張り破断強度を上回ると繊維が破断する。 A compressive force is applied to the glass fiber through the jacket material. Since the fibers inside the core material are intertwined, a plurality of points are fixed by the compressive force of the surrounding fibers, and when a force is applied in a direction in which these points are separated, a tensile force is generated. When this tensile force exceeds the tensile breaking strength of the fiber, the fiber breaks.
繊維が破断すると、この繊維の存在により保持されていた空間が無くなり、接触していなかった繊維同士が接触することにより熱が伝わりやすくなる。さらに、繊維の破断部が付近の繊維と接触することによっても熱が伝わりやすくなる。 When the fiber breaks, the space held by the presence of the fiber disappears, and the fibers that are not in contact with each other come into contact with each other, so that heat is easily transmitted. Furthermore, heat is easily transferred also when the broken portion of the fiber comes into contact with the nearby fiber.
また、圧縮力により繊維の長さ方向の垂直方向に力が働くと屈曲し、曲げ弾性率が小さいために屈曲が大きい。繊維同士が離れている場合は、屈曲することにより近くなり、屈曲が大きい場合は接触するため熱が伝わりやすくなる。 Further, when a force acts in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fiber due to the compressive force, it bends, and since the bending elastic modulus is small, the bending is large. When the fibers are separated from each other, they become closer to each other by bending, and when the bending is large, the fibers come into contact with each other so that heat is easily transmitted.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、伝熱方向と平行方向の繊維が要因となる固体成分の熱伝導を抑制し、さらに、大気圧により圧縮されにくい真空断熱材を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a vacuum heat insulating material that suppresses heat conduction of a solid component caused by fibers in the direction parallel to the heat transfer direction and is not easily compressed by atmospheric pressure. With the goal.
上記従来の課題を解決するため、本発明の真空断熱材は、ガラス繊維の引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きい繊維を伝熱方向と垂直方向に積層することにより作製された芯材を真空包装することにより作製したものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the vacuum heat insulating material of the present invention is produced by laminating glass fibers having a large tensile breaking strength, tensile elastic modulus, or bending elastic modulus in a direction perpendicular to the heat transfer direction. The core material thus produced is produced by vacuum packaging.
引張り破断強度または引張り弾性率が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。曲げ弾性率が大きくなっていることにより、繊維が曲がりにくくなり、繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。従って、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 Due to the increased tensile breaking strength or tensile elastic modulus, the fibers do not break even when compressed by atmospheric pressure, the surrounding space is maintained, the surrounding fibers are difficult to contact each other, and the heat conduction of the solid component is increased. Is suppressed. Since the flexural modulus is increased, the fibers are less likely to bend, the fibers are less likely to contact each other, and an increase in the heat conduction of the solid component is suppressed. Accordingly, it is possible to obtain a vacuum heat insulating material in which the heat conduction of the solid component is kept low.
本発明の真空断熱材は、同一の熱伝導率を有するガラスを用いて作製された芯材を用いて作製した真空断熱材に比較して、より優れた断熱性能を有する。 The vacuum heat insulating material of the present invention has a more excellent heat insulating performance than a vacuum heat insulating material manufactured using a core material manufactured using glass having the same thermal conductivity.
請求項1に記載の発明は、ガラス繊維からなる芯材と、ラミネートフィルムからなる外被材を備え、前記芯材を前記ラミネートフィルムで覆い内部を減圧後に封止してなり、前記ガラス繊維は、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されているため、芯材が大気圧によって圧縮されにくい真空断熱材である。
The invention according to
ガラス繊維の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維の距離が小さくても接触しにくくなる。 When the tensile breaking strength or tensile modulus of the glass fiber is large, even if a tensile force is applied to the fiber entangled in the core material due to atmospheric pressure, it is difficult to break, and the presence of this fiber maintains the space. When the flexural modulus is large, it is difficult for the glass fiber to be bent by a force in a direction perpendicular to the length direction applied to the glass fiber by atmospheric pressure. Since the bending is small, even if the distance of the glass fiber when it is not bent is small, it becomes difficult to contact.
従って、ガラス繊維が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材が圧縮されにくく、芯材中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 Therefore, it can suppress that heat comes to be transmitted when a glass fiber bends. As the core material, the core material is difficult to be compressed by the atmospheric pressure applied when vacuum packaging is performed, and heat is hardly transmitted by maintaining the space in the core material, thereby obtaining a vacuum heat insulating material that keeps the heat conduction of the solid component low. be able to.
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。 The mechanical strength of glass is dominated by the tensile force acting on the surface and breaks when the tensile force exceeds a limit. Glass is inherently very strong in mechanical strength, but normal glass becomes brittle because it breaks easily due to stress concentration on the Griffith cracks existing on the surface. Has become dominant.
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。ガラス表面に圧縮応力を付与するためには、主に焼き入れする方法とイオン交換による方法がある。焼き入れする方法は、加熱されたガラスに空気を吹き付けることによりなされる。イオン交換はガラス中のNaイオンをKイオンで交換することにより行われる。 For this reason, the glass is strengthened by improving the durability against the tensile force by preliminarily applying a compressive stress to the surface of the glass. In order to impart compressive stress to the glass surface, there are mainly a quenching method and a method by ion exchange. The method of quenching is performed by blowing air on the heated glass. Ion exchange is performed by exchanging Na ions in the glass with K ions.
ガラス繊維も同様の方法で強化することができる。ガラス繊維の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。 Glass fibers can be reinforced in a similar manner. It is effective to quench the glass fiber from the fiberizing apparatus in a molten state and quench the glass fiber by cooling air before blowing.
表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなるため、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによっても強度を大きくすることができる。 When the Griffith crack is removed from the surface, the mechanical strength increases, so that the strength can also be increased by treating the glass fiber with hydrofluoric acid.
ガラス繊維の機械的強度を大きくする方法は以上に挙げたものに限定するものではない。 The method for increasing the mechanical strength of the glass fiber is not limited to those described above.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、ガラス繊維が加圧により破断されにくい真空断熱材である。
Invention of
ガラス繊維が加圧により破断されにくいということは、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているということになり、繊維長が長いと、繊維付近の空間が保持されることにより、芯材全体の熱伝導率が小さくなる。従って、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 The fact that glass fibers are not easily broken by pressurization means that many glass fibers remain long even when pressed, and if the fiber length is long, the space near the fiber is retained. As a result, the thermal conductivity of the entire core material is reduced. Accordingly, it is possible to obtain a vacuum heat insulating material in which the heat conduction of the solid component is kept low.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、ガラス繊維が急冷により強化されている真空断熱材である。
Invention of
ガラス繊維の急冷は溶融状態で繊維化直後のガラスに冷却気体を吹き付けることにより容易になされるため、繊維の引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きな芯材が得られ、低コストで固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 Since the rapid cooling of the glass fiber is facilitated by blowing a cooling gas to the glass immediately after fiberization in the molten state, a core material having a large tensile rupture strength, tensile elastic modulus, or bending elastic modulus of the fiber is obtained. It is possible to obtain a vacuum heat insulating material that suppresses the heat conduction of the solid component at a low cost.
請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明においてガラス繊維がイオン交換により強化されている真空断熱材である。
The invention according to
イオン交換によるガラスの強化を行うと、急冷により強化を行ったガラスより引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きなガラス繊維が得られる。従って、この繊維を芯材に用いることにより、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 When the glass is strengthened by ion exchange, a glass fiber having a larger tensile break strength, tensile elastic modulus, or flexural modulus than that of the glass strengthened by rapid cooling can be obtained. Therefore, by using this fiber for the core material, it is possible to obtain a vacuum heat insulating material in which the heat conduction of the solid component is kept low.
請求項5に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明においてガラス繊維がフッ化水素酸により処理されることにより強化されている真空断熱材である。
Invention of
ガラス繊維がフッ化水素酸で強化されると表面のグリフィスクラックが除去されるため、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。従って、この繊維を芯材に用いることにより、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 When the glass fiber is reinforced with hydrofluoric acid, the Griffith crack on the surface is removed, so that a glass fiber having a strength close to the theoretical strength can be obtained. Therefore, by using this fiber for the core material, it is possible to obtain a vacuum heat insulating material in which the heat conduction of the solid component is kept low.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5に記載の発明において、真空断熱材の芯材部の密度が300kg/m3以上になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を解体して取り出した芯材の伝熱方向に対して垂直な方向の引張り破断強度が、前記真空断熱材圧縮時の芯材断面積から計算して700kPa以上となるものである。
The invention according to
芯材の引張り破断強度はガラス繊維の引張り破断強度に起因している。芯材の引張り破断強度が700kPa以上の芯材では芯材中の空間が保持され、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 The tensile breaking strength of the core material is caused by the tensile breaking strength of the glass fiber. When the core material has a tensile strength at break of 700 kPa or more, a space in the core material is maintained, and a vacuum heat insulating material in which the heat conduction of the solid component is suppressed can be obtained.
請求項7に記載の発明は、請求項1から5に記載の発明において真空断熱材の芯材部の密度が300kg/m3以上かつ350kg/m3以下になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を133Pa以下の雰囲気に放置した後、前記真空断熱材を大気圧下に放置した芯材部の厚さが、圧縮後の芯材部の厚さに比較して10%以上厚いものである。
The invention according to claim 7 compresses the vacuum heat insulating material so that the density of the core material part of the vacuum heat insulating material is 300 kg / m 3 or more and 350 kg / m 3 or less in the invention of
圧縮された芯材に加わる圧力が除去されると密度が低減する。従って、一旦真空断熱材として作製されたものを解体し、再利用を行っても固体成分の熱伝導に与える影響が少なく、芯材の再利用を行っても固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 When the pressure applied to the compressed core material is removed, the density decreases. Therefore, once the vacuum insulation material was disassembled and reused, there was little effect on the heat conduction of the solid component, and the heat conduction of the solid component was kept low even if the core material was reused. A vacuum heat insulating material can be obtained.
請求項8に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。 The invention according to claim 8 is a vacuum heat insulating material in which the core material is covered with a gas barrier outer covering material and the inside of the outer covering material is sealed under reduced pressure, and the core member has a tensile breaking strength and a tensile strength. Glass fibers reinforced in either elastic modulus or flexural modulus are laminated in a direction perpendicular to the heat transfer direction and laminated so that the fibers adjacent to the heat transfer direction do not face the same direction. It is a vacuum heat insulating material formed by pressure forming.
ガラス繊維の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維の距離が小さくても接触しにくくなる。 When the tensile breaking strength or tensile modulus of the glass fiber is large, even if a tensile force is applied to the fiber entangled in the core material due to atmospheric pressure, it is difficult to break, and the presence of this fiber maintains the space. When the flexural modulus is large, it is difficult for the glass fiber to be bent by a force in a direction perpendicular to the length direction applied to the glass fiber by atmospheric pressure. Since the bending is small, even if the distance of the glass fiber when it is not bent is small, it becomes difficult to contact.
従って、ガラス繊維が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材が圧縮されにくく、芯材中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。 Therefore, it can suppress that heat comes to be transmitted when a glass fiber bends. As the core material, the core material is difficult to be compressed by the atmospheric pressure applied when vacuum packaging is performed, and heat is hardly transmitted by maintaining the space in the core material, thereby obtaining a vacuum heat insulating material that keeps the heat conduction of the solid component low. be able to.
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。 The mechanical strength of glass is dominated by the tensile force acting on the surface and breaks when the tensile force exceeds a limit. Glass is inherently very strong in mechanical strength, but normal glass becomes brittle because it breaks easily due to stress concentration on the Griffith cracks existing on the surface. Has become dominant.
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。ガラス表面に圧縮応力を付与するためには、主に焼き入れする方法(加熱急冷法または風冷強化法と呼ばれる)とイオン交換による方法(イオン交換法または化学強化法と呼ばれる)がある。焼き入れする方法は、加熱されたガラスに空気を吹き付けることによりなされる。イオン交換はガラス中のNaイオンをKイオンで交換することにより行われる。 For this reason, the glass is strengthened by improving the durability against the tensile force by preliminarily applying a compressive stress to the surface of the glass. In order to impart compressive stress to the glass surface, there are mainly a quenching method (called a heating rapid cooling method or an air cooling strengthening method) and an ion exchange method (called an ion exchange method or a chemical strengthening method). The method of quenching is performed by blowing air on the heated glass. Ion exchange is performed by exchanging Na ions in the glass with K ions.
ガラス繊維も同様の方法で強化することができる。ガラス繊維の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。 Glass fibers can be reinforced in a similar manner. It is effective to quench the glass fiber from the fiberizing apparatus in a molten state and quench the glass fiber by cooling air before blowing.
表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなるため、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによっても強度を大きくすることができる。 When the Griffith crack is removed from the surface, the mechanical strength increases, so that the strength can also be increased by treating the glass fiber with hydrofluoric acid.
ガラス繊維の機械的強度を大きくする方法は以上に挙げたものに限定するものではない。 The method for increasing the mechanical strength of the glass fiber is not limited to those described above.
請求項9に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。 The invention according to claim 9 is a vacuum heat insulating material in which the core material is covered with a gas barrier outer covering material, and the inside of the outer covering material is sealed under reduced pressure, and the core member has a compressive stress layer on the surface. A vacuum heat insulating material obtained by laminating glass fibers formed in a direction perpendicular to the heat transfer direction and heating and press-molding them so that fibers adjacent to the heat transfer direction do not face the same direction. is there.
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。 Glass fiber with a compressive stress layer formed on its surface has higher mechanical strength and has higher tensile rupture strength, tensile elastic modulus and flexural modulus than glass fiber without a compressive stress layer formed on the surface. In addition, even when a force is applied from a direction perpendicular to the length direction of the fiber, it has a characteristic that it is difficult to bend and break.
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材の空隙率が高く、ガラス繊維を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。 Therefore, glass fibers with a compressive stress layer formed on the surface are laminated in a direction perpendicular to the heat transfer direction, and the fibers adjacent to each other in the heat transfer direction are not oriented in the same direction. The core material is less compressed by pressure than the core material formed by similarly forming a conventional glass fiber having no compression stress layer formed on the surface, and even if the pressure is applied, the fiber length However, since many glass fibers remain long, the porosity of the core material is high, the path through which heat travels through the glass fibers is small, and the heat conduction of the solid component of the core material is small. Therefore, a vacuum heat insulating material excellent in heat insulating performance can be provided.
請求項10に記載の発明は、請求項9記載の発明における前記圧縮応力層が、風冷強化法により形成されたものであり、焼き入れする方法(加熱急冷法または風冷強化法)、すなわち、溶融状態で繊維化直後のガラス繊維に冷却気体を吹き付けて急冷して、表面層と内部で密度差をつけることにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。 In the invention according to claim 10, the compressive stress layer in the invention according to claim 9 is formed by an air cooling strengthening method, and is a quenching method (heating quenching method or air cooling strengthening method), that is, Glass fiber in which mechanical strength is increased by forming a compressive stress layer on the surface by blowing a cooling gas onto the glass fiber immediately after fiberization in a molten state and quenching it to create a density difference between the surface layer and the inside. Can be obtained.
請求項11に記載の発明は、請求項9記載の発明における前記圧縮応力層が、イオン交換法により形成されたものであり、イオン交換による方法(イオン交換法または化学強化法)、すなわち、Naイオンを含有したガラス繊維を、Kイオンを含有した水溶液に浸けて、ガラス繊維中のNaイオンを、Naイオンより大きいKイオンで交換することにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。 According to an eleventh aspect of the present invention, the compressive stress layer in the ninth aspect of the invention is formed by an ion exchange method, and a method by ion exchange (ion exchange method or chemical strengthening method), that is, Na A glass fiber containing ions is immersed in an aqueous solution containing K ions, and Na ions in the glass fibers are exchanged with K ions larger than Na ions, whereby a compressive stress layer is formed on the surface and mechanical strength is increased. It is possible to obtain a glass fiber having a large thickness.
請求項12に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。 The invention according to claim 12 is a vacuum heat insulating material in which the core material is covered with a gas barrier outer covering material and the inside of the outer covering material is sealed under reduced pressure, and the core member has a surface Griffith crack. It is a vacuum heat insulating material formed by laminating the removed glass fibers in a direction perpendicular to the heat transfer direction and heating and press-molding them so that the fibers adjacent in the heat transfer direction do not face the same direction. .
通常のガラス繊維は、表面にグリフィスクラックが存在する。そのため、ガラス繊維に力が加わると、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中して、グリフィスクラックを起点として破断しやすい。 A normal glass fiber has a Griffith crack on its surface. Therefore, when a force is applied to the glass fiber, stress concentrates on the Griffith crack existing on the surface, and the glass fiber is likely to break from the Griffith crack.
ガラス繊維の表面のグリフィスクラックは、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって除去することが可能であり、ガラス繊維の表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなり、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。 Griffith cracks on the surface of the glass fiber can be removed by treating the glass fiber with hydrofluoric acid. Removing the Griffith crack from the surface of the glass fiber increases the mechanical strength, which is close to the theoretical strength. A glass fiber having strength can be obtained.
表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維は、表面のグリフィスクラックが除去されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。 The glass fiber from which the surface Griffith crack has been removed has a higher mechanical strength than the glass fiber from which the surface Griffith crack has not been removed, and even if a force is applied from a direction perpendicular to the length direction of the fiber, It has the characteristic that it is difficult to bend and break easily.
したがって、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材は、表面のグリフィスクラックが除去されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材の空隙率が高く、ガラス繊維を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。 Therefore, the glass fibers from which the Griffith cracks on the surface have been removed are laminated in a direction perpendicular to the heat transfer direction and laminated so that the fibers adjacent to the heat transfer direction do not face the same direction. The core material is more difficult to compress by pressure than the core material formed by similarly forming the conventional glass fiber from which the surface Griffith crack has not been removed, and the fiber length is long even when pressed. Since many glass fibers remain, the porosity of the core material is high, there are few ways for heat to travel through the glass fibers, and the heat conduction of the solid component of the core material is small. Therefore, a vacuum heat insulating material excellent in heat insulating performance can be provided.
請求項13に記載の発明は、請求項12記載の発明における前記ガラス繊維の表面の前記グリフィスクラックが、フッ化水素酸処理により除去されたものであり、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって、表面のグリフィスクラックが除去され、機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。 The invention according to claim 13 is such that the Griffith crack on the surface of the glass fiber in the invention according to claim 12 is removed by hydrofluoric acid treatment, and the glass fiber is treated with hydrofluoric acid. By this, the glass fiber from which the Griffith crack of the surface was removed and mechanical strength became large can be obtained.
請求項14に記載の発明は、請求項8から13のいずれか一項に記載の発明における前記芯材が、結着材を含まないものである。 In the invention described in claim 14, the core material in the invention described in any one of claims 8 to 13 does not include a binder.
ガラス繊維は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。 Glass fiber can be molded without using a binder under the specified heating and pressing conditions, and heat transmitted between adjacent fibers can be increased compared to molding with a binder. It is possible to reduce the conduction.
したがって、請求項8から13のいずれか一項に記載の発明において、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。 Therefore, in the invention according to any one of claims 8 to 13, a vacuum heat insulating material having further excellent heat insulating performance can be provided by using a core material formed by heating and pressing to use a binder. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態で説明する熱伝導の機構は、芯材を構成する繊維を熱が伝わる過程を模式的に示したものである。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The heat conduction mechanism described in the present embodiment schematically shows a process in which heat is transmitted through the fibers constituting the core material. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における真空断熱材の断面図である。図2は同実施の形態における真空断熱材の芯材の断面を示す模式図である。図3は同実施の形態における真空断熱材の真空包装後の芯材の断面を示す模式図である。図4は同実施の形態における引張り強度測定試験片の断面を示す模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vacuum heat insulating material according to
図1において、真空断熱材2は、芯材3と外被材4と吸着剤5から構成されている。図2から図3において、芯材3は、芯材断面に略平行に配置したガラス繊維1aと、芯材断面に略垂直に配置したガラス繊維1bとからなる。図4は、試験片断面に略平行に配置したガラス繊維1aと、試験片断面に略垂直に配置したガラス繊維1bを示している。
In FIG. 1, the vacuum
なお、以降の説明において、配置方向を特定しないガラス繊維については、ガラス繊維に符号1を付けて説明する。
In the following description, the glass fiber that does not specify the arrangement direction will be described with
芯材3は、ガラス繊維1を成形し板状にしたものであり、外被材4は、シーラント層として直鎖型低密度ポリエチレン、金属箔にアルミニウム、最外層にナイロンを用いて構成されているラミネートフィルムである。吸着剤5は酸化カルシウムである。
The
芯材3を構成しているガラス繊維1は、ガラスを繊維化する工程において、繊維化装置からと出され、軟化点付近の温度である700℃の状態の繊維を空気で急冷することによる焼き入れがなされている。
The
従って、曲げ弾性率と引張り破断強度が大きくなっている。このようにして作製した繊維を積層したグラスウールを芯材3作製の原綿とした。芯材3はガラス繊維を加熱しながら圧縮することにより成形し作製した。
Accordingly, the flexural modulus and tensile breaking strength are increased. Glass wool obtained by laminating the fibers thus produced was used as raw cotton for producing the
このようにして作製した芯材3を、吸着剤5と共に、予め3方シールにより製袋した外被材4に挿入後、13Paまで減圧後封止し、真空断熱材2を作製した。図3に示されているように、断面に略平行を向いたガラス繊維1aは、断面に略垂直を向いたガラス繊維1bのみを通して接触している。
The
外被材4に大気圧が加わるため、芯材3は外被材4より圧縮力を受けるため、断面に略平行を向いたガラス繊維1aは、断面に略垂直を向いたガラス繊維1bにより距離が縮まる方向に屈曲する。ここで、ガラス繊維1の曲げ弾性率が大きいため屈曲が小さく、屈曲したガラス繊維1の他のガラス繊維1との接触が抑制される。
Since the atmospheric pressure is applied to the
また、大気圧により、芯材3内部で絡み合った繊維に引張り力が生じる。引張り破断強度または引張り弾性率が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。
Further, a tensile force is generated in the fibers entangled inside the
冷却を行う空気の温度を−10℃として作製した真空断熱材の評価を行った。 Evaluation of the vacuum heat insulating material produced by setting the temperature of the air which cools to -10 degreeC was performed.
熱伝導率は0.0015W/mKであった。これは、芯材3内部での繊維同士の接触が抑制されているため固体成分の熱伝導が小さくなっているためである。
The thermal conductivity was 0.0015 W / mK. This is because the heat conduction of the solid component is reduced because the contact between the fibers inside the
芯材3の引張り破断強度は、800kPaであった。これは、ガラス繊維1の引張り破断強度が大きくなることにより、ガラス繊維1の集合体である芯材3の引張り破断強度が大きくなっているためである。
The tensile strength at break of the
試験片の長辺方向に対して引張り力を加えるように、引張り試験装置に取り付け、試験片と試験装置の固定部の距離が大きくなるようにして測定した。 The test piece was attached to a tensile test apparatus so that a tensile force was applied to the long side direction of the test piece, and the distance between the test piece and the fixed part of the test apparatus was increased.
図4に示されているように、試験片には断面方向と略平行の繊維が存在し、これらが引っ張られることにより破断する力の総和が、芯材3の引張り破断強度となる。繊維の集合体である芯材3を引っ張ると繊維が破断することにより芯材3が破断する場合と、繊維が抜けることにより破断する場合がある。
As shown in FIG. 4, the test piece has fibers substantially parallel to the cross-sectional direction, and the total breaking force when these fibers are pulled becomes the tensile breaking strength of the
繊維が抜けるための力は、繊維が破断するための力より小さい。このため、繊維が抜けることによる芯材3の破断に必要な力は、繊維が破断することによる芯材3の破断に必要な力より小さい。
The force for pulling out the fiber is smaller than the force for breaking the fiber. For this reason, the force required to break the
従って、繊維が抜けることにより破断した場合は、芯材3の引張り破断強度を小さくも見積もることになる。芯材3の引張り強度を正確に測定するため、引張り試験装置と芯材3の固定条件を最適化して測定して得られた最大の値を芯材3の引張り破断強度とする。
Accordingly, when the fiber breaks due to the fiber being pulled out, the tensile breaking strength of the
芯材3作製前のグラスウールを構成している繊維の平均繊維長は53mmであった。これは、急冷を行っているため繊維の引張り破断強度が大きくなっているためである。
The average fiber length of the fibers constituting the glass wool before preparation of the
芯材3の圧縮後の復元率は29.5%であった。これは、芯材3を構成するガラス繊維1の曲げ弾性率が大きいため、繊維の集合体である芯材3は圧縮されても復元しやすくなっているためである。圧縮率の測定は以下のように行った。
The restoration rate after compression of the
芯材3は圧縮を行った後、真空チャンバー内に設置し、チャンバー圧を13Paまで減少させ1分間放置した。チャンバー内圧が低いため、真空断熱材2の芯材3部は、真空断熱材2を解体した場合と同様に、圧力が加わっていない状態になる。従って、芯材3の繊維の曲げ弾性率により厚さが復元する。チャンバーを大気圧に戻した後に取り出した。取り出された真空断熱材2の芯材3は、チャンバーに設置前より厚くなっている。
The
本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
ガラス繊維1の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材3中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維1に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維1が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維1の距離が小さくても接触しにくくなる。
If the tensile strength or tensile modulus of the
従って、ガラス繊維1が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材3としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材3が圧縮されにくく、芯材3中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材2を得ることができる。
Therefore, it can suppress that heat comes to be transmitted when the
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。 The mechanical strength of glass is dominated by the tensile force acting on the surface and breaks when the tensile force exceeds a limit. Glass is inherently very strong in mechanical strength, but normal glass becomes brittle because it breaks easily due to stress concentration on the Griffith cracks existing on the surface. Has become dominant.
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。 For this reason, the glass is strengthened by improving the durability against the tensile force by preliminarily applying a compressive stress to the surface of the glass.
ガラス繊維1の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。
It is effective that the
また、本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
The
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材3は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材3の空隙率が高く、ガラス繊維1を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材3の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材2を提供できる。
Therefore, the
また、本実施の形態は、圧縮応力層を、風冷強化法により形成している。焼き入れする方法(加熱急冷法または風冷強化法)、すなわち、溶融状態で繊維化直後のガラス繊維に冷却気体を吹き付けて急冷して、表面層と内部で密度差をつけることにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維1を得ることができる。
In the present embodiment, the compressive stress layer is formed by an air cooling strengthening method. A method of quenching (heating quenching method or air cooling strengthening method), that is, by cooling the glass fiber immediately after fiberization in a molten state by quenching it, and making a difference in density between the surface layer and the interior, The
また、本実施の形態の芯材3は結着材を含まない。ガラス繊維1は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
Moreover, the
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材3を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
Therefore, by using the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2における真空断熱材2の芯材3の断面を示す模式図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross section of the
ガラス繊維1はイオン交換により、引張り破断強度と引張り弾性率を強化したものである。イオン交換を行うと、ガラス繊維1表面に圧縮応力が付与されたため引張り破断強度が非常に大きくなる。引張り破断強度が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。
The
従って、熱が伝わりやすくならず、低い熱伝導率を実現することができる。 Therefore, heat is not easily transmitted and low thermal conductivity can be realized.
熱伝導率は0.0016W/mK、引張り破断強度は900kPa、平均繊維長は20mm、芯材3の圧縮後の復元率は23.3%であった。
The thermal conductivity was 0.0016 W / mK, the tensile strength at break was 900 kPa, the average fiber length was 20 mm, and the
原綿から芯材3を作製する方法、外被材4の製袋方法等、真空断熱材2の作製方法および、各物性の測定方法は実施の形態1と同様である。
The method for producing the vacuum
本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
ガラス繊維1の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材3中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維1に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維1が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維1の距離が小さくても接触しにくくなる。
If the tensile strength or tensile modulus of the
従って、ガラス繊維1が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材3としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材3が圧縮されにくく、芯材3中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材2を得ることができる。
Therefore, it can suppress that heat comes to be transmitted when the
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。 The mechanical strength of glass is dominated by the tensile force acting on the surface and breaks when the tensile force exceeds a limit. Glass is inherently very strong in mechanical strength, but normal glass becomes brittle because it breaks easily due to stress concentration on the Griffith cracks existing on the surface. Has become dominant.
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。 For this reason, the glass is strengthened by improving the durability against the tensile force by preliminarily applying a compressive stress to the surface of the glass.
また、本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
The
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材3は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材3の空隙率が高く、ガラス繊維1を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材3の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材2を提供できる。
Therefore, the
また、本実施の形態は、圧縮応力層を、イオン交換法により形成されたものであり、イオン交換による方法(イオン交換法または化学強化法)、すなわち、Naイオンを含有したガラス繊維を、Kイオンを含有した水溶液に浸けて、ガラス繊維中のNaイオンを、Naイオンより大きいKイオンで交換することにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維1を得ることができる。
In the present embodiment, the compressive stress layer is formed by an ion exchange method, and a method by ion exchange (ion exchange method or chemical strengthening method), that is, a glass fiber containing Na ions is used as K. By immersing in an aqueous solution containing ions and exchanging Na ions in the glass fibers with K ions larger than Na ions, a
また、本実施の形態の芯材3は結着材を含まない。ガラス繊維1は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
Moreover, the
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材3を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
Therefore, by using the
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における真空断熱材2の芯材3の断面を示す模式図である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section of the
ガラス繊維1はフッ化水素酸により処理し、表面のグリフィスクラックを除去することにより引張り破断強度を強化したものである。表面のグリフィスクラックが除去されているため、ガラス繊維1の引張り破断強度は非常に大きくなる。引張り破断強度が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。従って、熱が伝わりやすくならず、低い熱伝導率を実現することができる。
The
熱伝導率は0.0015/mK、引張り破断強度は1000kPa、平均繊維長は20mm、芯材の圧縮後の復元率は22.6%であった。繊維の表面からグリフィスクラックを取り除いているため、引張り破断強度が大きくなっている。 The thermal conductivity was 0.0015 / mK, the tensile strength at break was 1000 kPa, the average fiber length was 20 mm, and the recovery rate after compression of the core material was 22.6%. Since the Griffith crack is removed from the surface of the fiber, the tensile strength at break is increased.
原綿から芯材3を作製する方法、外被材4の製袋方法等、真空断熱材2の作製方法および、各物性の測定方法は実施の形態1と同等である。
A method for producing the vacuum
本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
ガラス繊維1の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材3中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維1に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維1が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維1の距離が小さくても接触しにくくなる。
If the tensile strength or tensile modulus of the
従って、ガラス繊維1が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材3としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材3が圧縮されにくく、芯材3中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材2を得ることができる。
Therefore, it can suppress that heat comes to be transmitted when the
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。 The mechanical strength of glass is dominated by the tensile force acting on the surface and breaks when the tensile force exceeds a limit. Glass is inherently very strong in mechanical strength, but normal glass becomes brittle because it breaks easily due to stress concentration on the Griffith cracks existing on the surface. Has become dominant.
また、本実施の形態の真空断熱材2は、芯材3をガスバリア性の外被材4で覆い、外被材4の内部を減圧密封してなる真空断熱材2であって、芯材3が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材2である。
The vacuum
通常のガラス繊維は、表面にグリフィスクラックが存在する。そのため、ガラス繊維に力が加わると、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中して、グリフィスクラックを起点として破断しやすい。 A normal glass fiber has a Griffith crack on its surface. Therefore, when a force is applied to the glass fiber, stress concentrates on the Griffith crack existing on the surface, and the glass fiber is likely to break from the Griffith crack.
ガラス繊維の表面のグリフィスクラックは、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって除去することが可能であり、ガラス繊維の表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなり、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。 Griffith cracks on the surface of the glass fiber can be removed by treating the glass fiber with hydrofluoric acid. Removing the Griffith crack from the surface of the glass fiber increases the mechanical strength, which is close to the theoretical strength. A glass fiber having strength can be obtained.
表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維1は、表面のグリフィスクラックが除去されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
The
したがって、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維1を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材3は、表面のグリフィスクラックが除去されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材3の空隙率が高く、ガラス繊維1を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材3の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材2を提供できる。
Therefore, the
本実施の形態は、ガラス繊維の表面のグリフィスクラックを、フッ化水素酸処理により除去している。ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって、表面のグリフィスクラックが除去され、機械的強度が大きくなったガラス繊維1を得ることができる。
In the present embodiment, the Griffith crack on the surface of the glass fiber is removed by hydrofluoric acid treatment. By treating the glass fiber with hydrofluoric acid, it is possible to obtain
また、本実施の形態の芯材3は結着材を含まない。ガラス繊維1は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
Moreover, the
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材3を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
Therefore, by using the
実施の形態1から3において、芯材3は成形の際に結着材を用いずに成形したものであるが、芯材3の成形方法はこれに限定するものではなく、有機、無機種々の結着材を用いて成形したものであっても良い。ただし、結着材を用いて成形した芯材は、結着材を用いずに成形した芯材よりも、隣接する繊維同士の接点が大きく、場合によっては多くなるため、熱伝導率は結着材を用いずに成形した芯材よりも悪くなる。
In the first to third embodiments, the
また、繊維は、空冷による焼き入れ、イオン交換、フッ化水素酸による表面処理によって引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率を強化しているが、繊維を強化する方法はこれらに限定するものではない。 The fiber is strengthened in tensile strength at break, tensile elastic modulus and bending elastic modulus by quenching by air cooling, ion exchange, and surface treatment with hydrofluoric acid, but the method of reinforcing the fiber is limited to these. is not.
実施の形態において、ガラス繊維1を強化する条件を変えてガラス繊維1を強化した。各条件で強化を行ったガラス繊維1を芯材3の構成要素として用いた真空断熱材2の熱伝導率及び繊維、芯材3の物性の関係を実施例1から6として、さらに、200℃で冷却を行ったガラス繊維および、強化を行っていないガラス繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率及び繊維、芯材の物性の関係を比較例1及び2として(表1)に示す。
In the embodiment, the
これは、繊維の冷却温度が低くなるに従って、繊維の曲げ弾性率が大きくなることにより、芯材に大気圧が加わっても繊維が屈曲しにくくなるため、繊維同士が接触しにくくなるためである。 This is because, as the fiber cooling temperature decreases, the bending elastic modulus of the fiber increases, so that even when atmospheric pressure is applied to the core material, the fiber is less likely to be bent, and the fibers are less likely to contact each other. .
芯材3を圧縮した後の復元率は、繊維の冷却温度が低くなるに従って大きくなっており、この結果からも冷却温度を低くすると繊維の曲げ弾性率が大きくなることが判る。
The restoration rate after compressing the
さらに、イオン交換により表面に圧縮応力を付与した繊維及び、フッ化水素酸によりグリフィスクラックを除去した繊維を芯材に用いて作製した真空断熱材2の熱伝導率は小さくなっている。
Furthermore, the heat conductivity of the vacuum
これは、イオン交換及びフッ化水素酸処理で繊維の引張り破断強度が大きくなり、繊維が破断しにくくなり、空間が保持されることにより熱が伝わりにくくなるためである。 This is because the tensile break strength of the fiber is increased by ion exchange and hydrofluoric acid treatment, the fiber is less likely to break, and heat is less likely to be transmitted by holding the space.
200℃で冷却を行った繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率は、より低い冷却温度で冷却した場合に比較して大きくなっている。 The thermal conductivity of the vacuum heat insulating material using the fiber cooled at 200 ° C. as a constituent element of the core is larger than that when cooled at a lower cooling temperature.
また、強化を行っていないガラス繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率も繊維を強化された場合に比較して熱伝導率が大きくなっている。 Moreover, the heat conductivity of the vacuum heat insulating material using the glass fiber which has not been reinforced as a constituent element of the core material is higher than that when the fiber is reinforced.
これらは、繊維の曲げ弾性率と引張り破断強度が小さいため、大気圧が加わると繊維が大きく屈曲したり、破断したりして芯材内部の空間が保てないためである。 These are because the bending elastic modulus and tensile breaking strength of the fiber are small, so that when the atmospheric pressure is applied, the fiber is greatly bent or broken and the space inside the core cannot be maintained.
以上の結果から、繊維の強度が大きくなると、芯材が大気圧で圧縮されにくくなり、内部の空間が保持されることにより、熱伝導率が低減することがわかる。 From the above results, it can be seen that when the strength of the fiber is increased, the core material is less likely to be compressed at atmospheric pressure, and the internal space is maintained, thereby reducing the thermal conductivity.
以上のように、本発明にかかる真空断熱材は優れた断熱性能を有しているので、より薄い厚さで高い断熱性能が得られる。従って、冷蔵庫、クーラーボックスなどの用途に加えて、液晶プロジェクター、コピー機、ノートパソコン等のようにより狭い空間で高い断熱性能が必要とされる用途に適用可能である。 As mentioned above, since the vacuum heat insulating material concerning this invention has the outstanding heat insulation performance, high heat insulation performance is obtained by thinner thickness. Therefore, in addition to uses such as a refrigerator and a cooler box, the present invention can be applied to uses such as a liquid crystal projector, a copy machine, and a notebook computer that require high heat insulation performance in a narrow space.
1 ガラス繊維
2 真空断熱材
3 芯材
4 外被材
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記芯材が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。 Covering the core material with a gas barrier outer covering material, and vacuum insulating material formed by sealing the inside of the outer covering material under reduced pressure,
The core material is oriented in the direction perpendicular to the heat transfer direction, and the fibers adjacent in the heat transfer direction are in the same direction, with the glass fiber reinforced in any one of tensile breaking strength, tensile elastic modulus, and bending elastic modulus. Vacuum heat insulating material that is laminated and heat-pressed so that it does not face.
前記芯材が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。 Covering the core material with a gas barrier outer covering material, and vacuum insulating material formed by sealing the inside of the outer covering material under reduced pressure,
The core material is laminated and heated so that glass fibers having a compressive stress layer formed on the surface thereof are oriented in a direction perpendicular to the heat transfer direction and fibers adjacent to the heat transfer direction do not face the same direction. Vacuum insulation material formed by pressure molding.
前記芯材が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。 Covering the core material with a gas barrier outer covering material, and vacuum insulating material formed by sealing the inside of the outer covering material under reduced pressure,
The core material is laminated and heated so that the glass fibers from which the Griffith cracks on the surface have been removed are oriented in a direction perpendicular to the heat transfer direction and fibers adjacent in the heat transfer direction do not face the same direction. Vacuum insulation material formed by pressure forming.
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JP2008164078A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Nichias Corp | Heat insulating material for reformer |
JP2009074604A (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Sharp Corp | Vacuum heat insulating material |
JP2016022681A (en) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | 旭ファイバーグラス株式会社 | Inorganic fiber thermal insulation material |
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- 2004-12-08 JP JP2004355002A patent/JP2006161972A/en active Pending
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