JP2009249780A

JP2009249780A - 耐熱性断熱材

Info

Publication number: JP2009249780A
Application number: JP2008101007A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakamura; 英雄中村; Katsuji Aoki; 勝治青木
Original assignee: Fuji Corp
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】高い耐熱性を有し且つハンドリング性が良好であり、鍛造炉や排ガス処理フィルタなどの外周壁に貼着する断熱マット材として適用できる耐熱性断熱材を提供する。
【解決手段】セラミック繊維を絡合させた第１不織布と、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿した第２不織布とからなり、第１不織布および第２不織布を重ね合わせ、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い耐熱性を有し且つハンドリング性が良好な耐熱性断熱材に関し、鍛造炉や排ガス処理フィルタなどの外周壁に貼着する断熱マット材として適用する耐熱性断熱材に関する。

鍛造炉や窯炉などは、炉内を１０００℃近くの高温に保っているため、その外周壁に断熱マット材を貼着していると、炉を停止した後の保温ができることにより、再稼働時のエネルギーが少なくなり、再加熱時間も短縮できる。しかしながら、従来のガラス繊維、セラミック繊維やロックウールのような無機繊維製のマット材は、耐熱性が不十分であるのでこの種の用途には使用することができなかった。

一方、特開２００２−１３４１５号および特開２００６−３２１０５３号は、セラミック繊維のフェルトを断熱材として使用し、ハンドリング性を高めるために、前者では断熱材の片面に有機高分子化合物または無機化合物をコーティングし、後者では耐熱性有機繊維の不織布を積層している。特開平５−１０５５１４号では、高温炉用の炭素質粒状断熱材として高温断熱性を損なうことなく１５００℃以上でハンドリング性を維持するため、カーボンブラックペレットにフェノール樹脂液を含浸して加熱硬化した後に、窒素ガス雰囲気下で焼成炭化処理を施す工程において、カーボンブラックの粒度分布を粒径０.１〜０.５ｍｍが少なくとも７０％になるように調整し、且つ焼成炭化温度を７００〜１０００℃に設定する。

また、近年は環境汚染が地球規模で問題になっており、日本でも大気汚染防止法によって煤塵の排出基準を規模別に規定している。ディーゼル車のＤＰＦ（排ガス処理フィルタ）としては、セラミックス成形フィルタが使用されているが、かなりの高温になるため、その回りにはセラミックスバルクの断熱材が使用されている。
特開２００２−１３４１５号公報特開２００６−３２１０５３号公報特開平５−１０５５１４号公報

高温耐熱性の断熱材として、特開２００２−１３４１５号は、積層体である断熱材の片面に有機高分子や無機化合物をコーティングするため、断熱材表面のチクチク感などの不快感は多少軽減できても、取付作業時におけるハンドリング性は殆ど良化しない。また、特開２００６−３２１０５３号は、セラミック繊維の断熱材にアラミド繊維などの耐熱性有機繊維の不織布を積層して金属ピンで結合するため、４００〜４５０℃程度の高温環境では有効であっても、ハンドリング性はあまり良好でなく、１０００℃以上に加熱される炉壁用の断熱材には使用できない。

特開平５−１０５５１４号は、カーボンブラックペレットにフェノール樹脂液を含浸して加熱硬化した後に、窒素ガス雰囲気下で焼成炭化処理を施すので、保温性を維持させる断熱マット材として使用することは不可能である。一方、ＤＰＦの断熱材は、特に入口付近が高温になるため、より耐熱の高いものが求められている。

本発明は、非常な高温に達する耐熱性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、１０００℃以上の高温環境においても長期間使用できる耐熱性断熱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、ハンドリング性が良好であるので取付作業などが容易になる耐熱性断熱材を提供することである。

本発明に係る耐熱性断熱材は、セラミック繊維を絡合させた第１不織布と、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿した第２不織布とからなり、第１不織布および第２不織布を重ね合わせ、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させる。

本発明に係る耐熱性断熱材は、セラミック繊維を絡合させた第１不織布と、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿した２枚の第２不織布とからなり、第１不織布の両側に第２不織布を配置し、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させてもよい。

本発明の耐熱性断熱材において、第１不織布と第２不織布との間に基布を介在させ、第２不織布側からニードルパンチすることによって全体をフェルト化させることが可能である。第１不織布で用いるセラミック繊維は、チタンまたはジルコニウムを含む炭化ケイ素系繊維であるチラノ繊維であると好ましい。

本発明の耐熱性断熱材において、第２不織布で用いる高耐熱性の無機繊維は、シリカ繊維、バサルト繊維、Ｓガラス繊維、ホウ素繊維の単独または混合体である。第２不織布で用いる難燃性の有機繊維は、メタアラミド繊維、パラアラミド繊維、メラミン繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリベンゾチアゾール繊維、ポリアリレート繊維、ポリエーテルスルホン繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエーテルケトン繊維、ポリエーテルケトンケトン繊維またはポリアミドイミド繊維の単独または混合体である。好ましくは、第２不織布で用いる無機繊維はシリカ繊維であり、有機繊維はパラアラミド繊維である。

本発明を図面によって説明すると、図１には、セラミック繊維を絡合させた第１不織布２と比較的柔軟な第２不織布３とで構成する耐熱性断熱材１を示す。第１および第２不織布２，３は、両面または第２不織布３側からニードルパンチによって一体化すればよく、所望に応じて両不織布２，３間に基布５を介在させてもよい。

第１不織布２に関して、セラミック繊維は、炭化ケイ素系繊維、アルミナシリケート系繊維、チタン酸アルカリ繊維、アルミナ繊維またはムライト繊維である。セラミック繊維は一般にかなり剛直であるので、通常、エアレイド法によってウェブ化する。

用いるセラミック繊維において、チラノ繊維のような高融点の炭化ケイ素繊維は、ＳｉおよびＣなどを含む有機物で繊維を作った後に熱分解してＳｉＣだけを残す方法、または有機系繊維に無機物質を水溶液と含浸させたのち焼成する方法などで製造すればよい。また、アルミナ・シリカ系の鉱物を主原料として繊維化したものを短繊維状に切断したチョップドストランドやウイスカーなども使用できる。例えば、ウイスカーとして、炭化珪素ウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー、アルミナウイスカーなどが例示でき、チョップドストランドとして、アルミナシリケート系繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維などが例示できる。

セラミック繊維について、チタンまたはジルコニウムを含む炭化ケイ素系繊維であるチラノ繊維は、１０００℃を超える高温条件での使用が可能であるので好ましい。特に、結晶質チラノ繊維は、通常のチタン繊維と比べてＳｉが多く且つアルミニウムを含有する１０００℃の高温環境での引張強度が高く、１８００℃以上の耐熱性を有する。また、含有のチタンをジルコニウムに代えたチタン繊維は、一般のセラミック繊維と比較して耐酸化性が非常に良好である。さらに、アルミナ質の含有量が７０質量％以上の高アルミナ質のアルミナシリケート系繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維は、一般に耐熱性が良好であるので第１不織布２の繊維として好ましい。

第１不織布２において、セラミック繊維がチラノ繊維であれば、通常、繊維径は５〜１５μｍである。チラノ繊維は、その繊維径が５μｍ未満であると製造が困難になりやすく、繊維径が１５μｍを超えると剛直になってエアレイド法でもマット化が難しくなる。また、第１不織布２の目付は８０〜１５００ｇ／ｍ^２であると好ましく、厚みが薄すぎたり目付が少ないと断熱性を欠き、厚すぎたり目付が多すぎると耐熱性断熱材１のハンドリング性の悪化を招くうえに不経済になってしまう。高い目付を有する不織布を得るには、複数枚のウェブを積層してもよい。

一方、第２不織布３は、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿し、カーディングまたはエアレイド法、クロスラッピングおよびニードルパンチングによってフェルト化する。高耐熱性の無機繊維は、通常、高温強度を１０００℃以上で維持することを要し、該無機繊維は、シリカ繊維、バサルト繊維、Ｓガラス繊維、ホウ素繊維の単独または混合体であると好ましい。

主成分である高耐熱性の無機繊維は、第２不織布３の全量の５０〜９０重量％であることが望ましい。高耐熱性の無機繊維は、全量の５０重量％未満であると、１０００℃前後に達する耐熱性断熱材１の用途に適合させることが困難になる。一方、全量の５０重量％以上使用すると、鍛造炉の断熱材などの用途に適合させるのに好適であって一般的に経済的にも有利であるが、９０重量％を超えると耐熱性断熱材１のハンドリング性の低下を招くことになる。

第２不織布３の主成分である高耐熱性の無機繊維に関する熱溶融温度について、Ｓガラスは１４９３℃およびＥガラスは１１２１℃であるが、Ｅガラス繊維は約８００℃で高温強度が急激に低下するので、ガラス繊維のうちでＳガラス繊維だけが使用可能である。また、金属繊維は、高耐熱性の無機繊維の一部としてならば、素材として添加できる可能性が残っている。この際に、ニッケル繊維、タングステン繊維やチタン繊維などの金属繊維および炭素繊維は、高い熱溶融温度の点では使用可能であっても、一般に金属繊維および炭素繊維は熱伝導率が高いので、多量に添加すると断熱性が低くなってしまう。さらに、ステンレススチール繊維は、融点１０５０℃であっても７００〜８００℃に長時間加熱すると脆化する。

高耐熱性の無機繊維として好適なシリカ繊維は、シリカガラス繊維とも称し、原繊維から可溶性成分や有機分を除去した後に焼成する。例えば、シリカ繊維として、Ｅガラス、ソーダシリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム系ガラスなどの短繊維をブロー法によって製造し、この短繊維を酸処理して可溶性成分を溶出してから焼成してシリカ骨格を形成させると、例えばシリカ分は約９５％以上に達する。一般に、シリカ繊維の原繊維として、アルカリ含有率１％以下のボロンシリケートガラスであるＥガラス繊維を用いると好ましい。

第２不織布３において、難燃性の有機繊維が１０〜５０重量％存在すると、耐熱性断熱材１に適切なハンドリング性を付与でき、該有機繊維の熱溶融温度または熱分解温度は約３５０℃以上であることが望ましい。また、カード通過性などによるカード形成度合いが良くなり、原料の歩留まりが向上する。難燃性の有機繊維が第２不織布３全量の１０重量％未満であると、耐熱性断熱材１に適切なハンドリング性を付与できず、一方、全量の５０重量％を超えると耐熱性断熱材１の耐熱性が低下し、該断熱材の用途に適合させるのが困難になる。

好適な難燃性の有機繊維として、メタアラミド繊維、パラアラミド繊維、メラミン繊維、ＰＢＯ繊維、ＰＢＩ繊維、ポリベンゾチアゾール繊維、ポリアリレート繊維、ＰＥＳ繊維、ＬＣＰ繊維、ＰＰＳ繊維、ＰＩ繊維、ＰＥＩ繊維、ＰＥＥＫ繊維、ＰＥＫ繊維、ＰＥＫＫ繊維またはＰＡＩ繊維の単独または混合体が例示できる。メラミン繊維とは、一般に、ＢＡＳＦ社製のバソフィルファイバー（商品名）を意味し、該繊維は難燃性でＴＰＰやＴＨＬテストにおいて高い数値を出し、非常に遮熱性があるために１層の薄いサーマルライナーと組み合わせ可能である。この中では、パラアラミド繊維やＰＢＯ繊維が熱収縮しにくいので好ましい。

第２不織布３に関して、フェルト化を促進するために、耐熱性断熱材１の用途に応じて低融点の有機繊維を少量混綿させることも可能である。この低融点の有機繊維は全量の１０重量％未満であり、１０重量％を超えると第２不織布３の耐熱性が低下し且つ使用時に発煙やガスが発生しやすい。この低融点の有機繊維は、一般に、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である。好ましくは、低融点および高融点の有機繊維との複合繊維が芯鞘型や並列型などの２層型であり、使用時の加熱温度で低融点の有機繊維だけが溶融する。

第２不織布３において、無機繊維がシリカ繊維であれば、通常、繊維径は３〜１５μｍである。チラノ繊維は、その繊維径が３μｍ未満であると製造が困難になりやすく、繊維径が１５μｍを超えると剛直になって第２不織布３のフェルト化が難しくなる。また、第２不織布３の目付は、片側（図１）または両側（図２）配置において、１５０〜５００ｇ／ｍ^２であると好ましく、厚みが薄すぎたり目付が少ないと耐熱性断熱材１のハンドリング性を欠き、厚すぎたり目付が多すぎると不経済である。特に、第２不織布３の目付は、２００〜３５０ｇ／ｍ^２であると好ましい。

耐熱性断熱材１を製造する際には、比較的薄い基布５を第１不織布２と第２不織布３との間に介在させてからニードリングしてもよい。この基布は、有機繊維の織布、編物またはフェルトからなり、耐熱性断熱材1の使用時には熱分解または溶融してしまう。基布５を介在させると、鍛造炉などへの施工時に裁断したり折り曲げても、第１不織布２から繊維粉末の落下が少なくなるので作業が容易になる。

第１不織布２と第２不織布３とのニードリングにおいて、針本数は２００〜３５０本／ｃｍ^２程度であればよい。このニードリング加工は、第２不織布３の側からだけ行う場合もあるが、通常は、第１不織布２側および第２不織布３側の両側から行うことが望ましい。

耐熱性断熱材１をニードリングする際に、図２に示すように、第２不織布３，３を第１不織布２の両側に配置するならば、両側の第２不織布３から第１不織布２に向けて２回ニードルパンチすればよい。第２不織布３，３を第１不織布２の両側に配置すると、得た耐熱性断熱材８のハンドリング性がいっそう増し、該断熱材がいっそう扱いやすくなる。

得た耐熱性断熱材８は、厚さ２〜１０ｍｍ、目付２００〜１６００ｇ／ｍ^２であると好ましい。耐熱性断熱材８は、非常な高温に達する用途であり、後処理として難燃加工または撥水加工を施すことが不可能であるため、用途に対する調整は主として厚さと目付に依存することになる。

本発明に係る耐熱性断熱材は、主成分である第１不織布が高温耐性のセラミック繊維であって第２不織布にも有機成分が少ないことにより、ほぼ完全に不燃性であって長期間の使用に耐えることができる。本発明の耐熱性断熱材は、比較的剛直なセラミック繊維を絡合した第１不織布に対して、比較的柔軟なシリカ繊維などの無機繊維と難燃性の有機繊維とを混綿した第２不織布を一体化させ、良好なハンドリング性を得ることで断熱材の設置の際に容易に屈曲でき、施工時に裁断したり屈曲させても繊維脱落が少なく、取り付け後において炉壁からの剥離・破損事故などが減少する。本発明の耐熱性断熱材は、炉内が１０００℃前後に達する鍛造炉、窯炉などの外周壁に貼着する断熱マット材に適合し、さらに各種の自動車や鉄道車両用などの吸音断熱材として使用できる可能性がある。

本発明の耐熱性断熱材において、チラノ繊維を第１不織布のセラミック繊維として使用すると、１０００℃を超える高温条件での耐用が可能であり、一般のセラミック繊維と比較してもより高強度で高耐熱性である。特に、通常のチタン繊維と比べてＳｉが多く且つアルミニウムを含有する結晶質チラノ繊維は、１０００℃の高温環境での引張強度が高く、１８００℃以上の耐熱性を有する。また、含有のチタンをジルコニウムに代えたチタン繊維は、一般のセラミック繊維と比較して耐酸化性が非常に良好である。したがって、本発明の耐熱性断熱材は、１０００℃を超える高温環境における使用が可能である。

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。図１に示す耐熱性断熱材１は、セラミック繊維を絡合させた第１不織布２と比較的柔軟な第２不織布３とを有する。

第１不織布２を製造するために、セラミック繊維として繊維径８.５μｍのチラノ繊維（宇部興産製）を用い、エアレイド法により目付１２０ｇ／ｍ^２の第１不織布２を作製した。一方、第２不織布３を製造するために、無機繊維としてシリカ繊維をおよび低熱収縮性で耐熱性の有機繊維としてパラアラミド繊維（商品名：ケブラー、東レ・デュポン製）を用い、混合比がシリカ繊維８０％およびパラアラミド繊維２０％であり、両繊維を混綿し、カーディング、クロスラッピングおよびニードルパンチングによって目付２４０ｇ／ｍ^２の第２不織布３を作製した。

第１および第２不織布２，３を、レーヨン繊維織物の基布５を介して重ね合わせ、両側からニードルパンチすることで絡合一体化させ、フェルト状のシート材を得た。このシート材をそのまままたは適宜に裁断すれば、耐熱性断熱材１を得ることができる。

得た耐熱性断熱材１は、高温断熱材としての強度が十分あってハンドリング性が良く、３００℃で３０分処理しても該断熱材のカールなどは生じない。また、耐熱性断熱材１は、１０００℃前後までの耐熱の必要な鍛造炉の断熱材と使用すると十分な断熱性を呈出する。

実施例１と同じエアレイド法により、チラノ繊維からなる目付９００ｇ／ｍ^２の第１不織布２を作製した。図２に示すように、この第１不織布２の両側に、実施例１で製造した２枚の第２不織布３，３を重ね合わせて、両側の第２不織布３側からそれぞれニードルパンチングで絡合一体化させ、フェルト状のシート材を得た。

得た耐熱性断熱材８は、ハンドリング性が良く且つ十分な耐熱性と断熱性を呈出する。したがって、この耐熱性断熱材は、１０００℃近くまで温度が上昇するＤＰＦ（ディーゼル排ガス処理フィルタ）の入口付近における断熱材として十分使用することができる。

比較例
実施例１と同じエアレイド法によって、目付３００ｇ／ｍ^２のチラノ繊維の不織布を得た。この不織布を断熱材として使用するため持ち上げようとしたところ、自重でばらばらに分離してしまった。

本発明に係る耐熱性断熱材を示す概略断面図である。耐熱性断熱材の変形例を示す概略断面図である。

符号の説明

１耐熱性断熱材
２第１不織布
３第２不織布
５基布
８耐熱性断熱材

Claims

セラミック繊維を絡合させた第１不織布と、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿した第２不織布とからなり、第１不織布および第２不織布を重ね合わせ、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させる耐熱性断熱材。
セラミック繊維を絡合させた第１不織布と、高耐熱性の無機繊維５０〜９０％および難燃性の有機繊維１０〜５０％とを均一に混綿した２枚の第２不織布とからなり、第１不織布の両側に第２不織布を配置し、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させる耐熱性断熱材。
第１不織布と第２不織布との間に基布を介在させ、ニードルパンチすることによって全体をフェルト化させる請求項１または２記載の耐熱性断熱材。
第１不織布で用いるセラミック繊維が、チタンまたはジルコニウムを含む炭化ケイ素系繊維であるチラノ繊維である請求項１または２記載の耐熱性断熱材。
第２不織布で用いる高耐熱性の無機繊維が、シリカ繊維、バサルト繊維、Ｓガラス繊維、ホウ素繊維の単独または混合体である請求項１または２記載の耐熱性断熱材。
第２不織布で用いる難燃性の有機繊維が、メタアラミド繊維、パラアラミド繊維、メラミン繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリベンゾチアゾール繊維、ポリアリレート繊維、ポリエーテルスルホン繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエーテルケトン繊維、ポリエーテルケトンケトン繊維またはポリアミドイミド繊維の単独または混合体である請求項１または２記載の耐熱性断熱材。
第２不織布で用いる無機繊維がシリカ繊維であり、有機繊維がパラアラミド繊維である請求項１または２記載の耐熱性断熱材。