JP2012225409A - Heat insulation material, method of manufacturing the same, and heat generation structure - Google Patents
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Abstract
【課題】強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供するとともに、上記断熱材を簡便に作製する方法および強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供する。
【解決手段】多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とする断熱材Ａ、および多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とする断熱材Ａの製造方法、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材Ａと発熱体Ｂとを有し、前記発熱体Ｂが前記断熱材Ａに保持されてなることを特徴とする発熱構造体である。
【選択図】図１[PROBLEMS] To provide a heat insulating material having a high degree of freedom in design while improving the heat resistance while increasing the strength, and a method for producing the heat insulating material in a simple manner and a high degree of freedom in design for improving the heat resistance while increasing the strength. A heat generating structure is provided.
A heat insulating material A in which an airgel is fixedly formed in at least a part of a hole of a base material made of a porous molded body, and at least a part of the base material made of a porous molded body. On the other hand, after the impregnation with the airgel precursor, the gelation treatment is performed, and the heat insulation material A is formed by fixing the airgel in at least part of the holes of the base material made of the porous molded body. A heat generating structure comprising a material A and a heating element B, wherein the heating element B is held by the heat insulating material A.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、断熱材、断熱材の製造方法および発熱構造体に関する。 The present invention relates to a heat insulating material, a method for manufacturing the heat insulating material, and a heat generating structure.
従来より、半導体等の製造工程において電子部品を焼成するための発熱構造体として、円筒状のヒーターやパネルヒーターが使用されている。
上記発熱構造体を製造する方法としては、例えば、耐熱性に優れるアルミノシリケート繊維等のセラミック繊維と無機バインダーを含むスラリーを調製し、当該スラリー中にコイル状電熱線（以下、電熱コイルと言う）を組み込んだ成形型を浸漬し、吸引脱水して作製する方法、あるいは予め吸引脱水により板状に成形した断熱材を得、次いで該断熱材を加工して支持部を形成し、該支持部に螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込む方法などが知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
Conventionally, cylindrical heaters and panel heaters have been used as heat generating structures for firing electronic components in the manufacturing process of semiconductors and the like.
As a method for producing the heat generating structure, for example, a slurry containing ceramic fibers such as aluminosilicate fibers having excellent heat resistance and an inorganic binder is prepared, and a coiled heating wire (hereinafter referred to as an electric heating coil) is contained in the slurry. A method of immersing a mold incorporating a vacuum and making it by suction dehydration, or obtaining a heat insulating material previously formed into a plate shape by suction dehydration, and then processing the heat insulating material to form a support portion. A method of fitting a helically wound electric heating coil is known (see, for example,
しかしながら、このような従来型の発熱構造体は、十分な強度および耐熱性を得難く、通電または非通電による電熱コイルの膨張収縮により、電熱コイルと接触する部分の断熱材が損傷して粉塵を生じたり、ヒータサイズの設計自由度を制限したりする。 However, such a conventional heating structure is difficult to obtain sufficient strength and heat resistance, and due to expansion and contraction of the electric heating coil by energization or non-energization, the heat insulating material in contact with the electric heating coil is damaged and dust is generated. Or limit the degree of freedom in designing the heater size.
従って、本発明は、強度や耐熱性に優れ設計自由度の高い断熱材および該断熱材を簡便に製造する方法を提供するとともに、強度や耐熱性に優れ設計自由度の高い発熱構造体を提供することを目的とするものである。 Accordingly, the present invention provides a heat insulating material having excellent strength and heat resistance and a high degree of design freedom, and a method for easily producing the heat insulating material, and also provides a heat generating structure having high strength and heat resistance and a high degree of design freedom. It is intended to do.
上記目的を達成するために、本発明者等が鋭意検討を行った結果、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することにより作製されてなる、上記基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材により、上記目的を達成し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above-mentioned object, it is produced by impregnating an airgel precursor into at least a part of a substrate made of a porous molded body and then performing a gelling treatment. It has been found that the above object can be achieved by the heat insulating material in which the airgel is fixedly formed in at least a part of the holes of the base material, and the present invention has been completed based on this finding.
すなわち、本発明は、
（１）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とする断熱材、
（２）６００℃における熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下である上記（１）に記載の断熱材、
（３）曲げ強度が０．４ＭＰａ以上である上記（１）または（２）に記載の断熱材、
（４）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とする断熱材の製造方法、
（５）前記ゲル化処理が、超臨界乾燥法、フリーズドライ法、真空乾燥法および高周波乾燥法から選ばれる少なくとも１つの方法により行われる上記（４）に記載の断熱材の製造方法、および
（６）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材と発熱体とを有し、前記発熱体が前記断熱材に保持されてなることを特徴とする発熱構造体、
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A heat insulating material, characterized in that an airgel is fixedly formed in at least a part of holes of a base material made of a porous molded body,
(2) The heat insulating material according to (1), wherein the thermal conductivity at 600 ° C. is 0.1 W / m · K or less,
(3) The heat insulating material according to (1) or (2), wherein the bending strength is 0.4 MPa or more,
(4) A method for producing a heat insulating material, characterized by impregnating an airgel precursor with respect to at least a part of a substrate formed of a porous molded body, followed by gelling treatment,
(5) The method for producing a heat insulating material according to (4), wherein the gelation treatment is performed by at least one method selected from a supercritical drying method, a freeze drying method, a vacuum drying method, and a high frequency drying method, and ( 6) It has a heat insulating material in which aerogel is fixedly formed in at least a portion of a hole made of a porous molded body and a heating element, and the heating element is held by the heat insulating material. Exothermic structure,
Is to provide.
本発明によれば、多孔質成形体からなる基材の孔中にエアロゲルを固着形成することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供することができるとともに、上記基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、上記断熱材を簡便に作製する方法を提供することができる。
また、本発明によれば、上記断熱材を有することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a heat insulating material with a high degree of design freedom by improving the heat resistance while increasing the strength by fixing and forming the airgel in the hole of the base material made of the porous molded body. By impregnating the above-mentioned base material with an airgel precursor and subjecting it to a gelation treatment, it is possible to provide a method for easily producing the above heat insulating material.
Moreover, according to this invention, by having the said heat insulating material, the heat generating structure with a high design freedom which improved the heat resistance, raising the intensity | strength can be provided.
先ず、本発明の断熱材について説明する。
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とするものである。
First, the heat insulating material of the present invention will be described.
The heat insulating material of the present invention is characterized in that an airgel is fixedly formed in at least a part of holes of a base material made of a porous molded body.
本発明の断熱材において、基材となる多孔質成形体は、空隙率が６０〜９９％であるとともに曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であるものか、または嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるものが挙げられる。 In the heat insulating material of the present invention, the porous molded body serving as the base material has a porosity of 60 to 99% and a bending strength of 0.4 MPa or more, or a bulk density of 0.1 to 1.5 g. The thing which is / cm < 3 > is mentioned.
また、基材となる多孔質成形体の空隙率は、７０〜９８％であってもよく、８０〜９６％であってもよい。
本出願書類において、上記空隙率は、微細な微小空隙の体積とそれよりも大径の気孔群の体積とを合計した体積の、多孔質成形体の体積に対する比率であって、次式で算出される値である。
空隙率（％）＝〔１−嵩比重／真比重〕×１００
Further, the porosity of the porous molded body serving as the base material may be 70 to 98% or 80 to 96%.
In the present application documents, the porosity is the ratio of the volume of the fine micropores and the volume of pore groups larger in diameter to the volume of the porous molded body, and is calculated by the following equation: Is the value to be
Porosity (%) = [1-bulk specific gravity / true specific gravity] × 100
また、基材となる多孔質成形体の曲げ強度は、０．７ＭＰａ以上であってもよく、１．０ＭＰａ以上であってもよい。
上記曲げ強度は、ＪＩＳ Ａ ９５１０に準じて測定することができる。
Moreover, 0.7 MPa or more may be sufficient as the bending strength of the porous molded object used as a base material, and 1.0 MPa or more may be sufficient as it.
The bending strength can be measured according to JIS A 9510.
また、基材となる多孔質成形体の嵩密度は０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３であってもよく、０．３〜１．０ｇ／ｃｍ３であってもよい。 The bulk density of the porous molded substrate may be a 0.2~1.2g / cm 3, may be 0.3 to 1.0 g / cm 3.
このような多孔質成形体として、具体的には、多孔質セラミックス成形体や有機多孔質成形体を挙げることができ、得られる断熱材の耐熱性を考慮した場合、多孔質成形体は、多孔質セラミックス成形体であることが好ましい。 Specific examples of such a porous molded body include a porous ceramic molded body and an organic porous molded body. When considering the heat resistance of the obtained heat insulating material, the porous molded body is porous. It is preferable that it is a quality ceramic molded object.
本発明の断熱材において、基材として用いられる多孔質セラミックス成形体としては、無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物およびケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物を挙げることができる。 In the heat insulating material of the present invention, the porous ceramic molded body used as a base material includes a ceramic molded article containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component, and a ceramic molded article containing calcium silicate as a main component. Can be mentioned.
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物において、無機質バインダーは、焼成工程において自らセラミックス成分となり、かつ任意成分として含まれる耐熱性無機質材料を相互に固結する材料である。 In a ceramic molded product containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component, the inorganic binder is a material that itself becomes a ceramic component in the firing step, and also solidifies the heat-resistant inorganic material included as an optional component. is there.
無機質バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。これらの無機質バインダーは、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。 The inorganic binder is not particularly limited, and examples thereof include glass frit, colloidal silica, alumina sol, silica sol, sodium silicate, titania sol, lithium silicate, and water glass. These inorganic binders can be used alone or in combination of two or more.
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物において、耐熱性無機質材料としては、繊維状物と粒子状物を挙げることができる。 In a ceramic molded product containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component, examples of the heat-resistant inorganic material include fibrous materials and particulate materials.
繊維状の耐熱性無機質材料としては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、カーボンファイバー、ガラス繊維、スラグウール、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、高珪酸ファイバー、溶融シリカファイバーおよびロックウールなどが挙げられる。なお、これらの繊維状の耐熱性無機質材料は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the fibrous heat-resistant inorganic material include alumina silica fiber, alumina fiber, carbon fiber, glass fiber, slag wool, silica fiber, zirconia fiber, gypsum whisker, silicon carbide fiber, potassium titanate whisker, and aluminum borate whisker. , High silicate fiber, fused silica fiber and rock wool. In addition, these fibrous heat resistant inorganic materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
粒子状の耐熱性無機質材料としては、クレー粒子、炭酸カルシウム粒子、タルク粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化マグネシウム粒子、酸化カルシウム粒子、ジルコニア粒子、チタニア粒子、セピオライト粒子、カオリン粒子、ゼオライト粒子、窒化珪素粒子、窒化アルミニウム粒子、アルミノボロシリケート粒子、アルミノシリケート粒子および多孔質炭素粒子等が挙げられる。 Examples of particulate heat-resistant inorganic materials include clay particles, calcium carbonate particles, talc particles, silica particles, alumina particles, magnesium oxide particles, calcium oxide particles, zirconia particles, titania particles, sepiolite particles, kaolin particles, zeolite particles, and nitriding. Examples thereof include silicon particles, aluminum nitride particles, aluminoborosilicate particles, aluminosilicate particles, and porous carbon particles.
また、粒子状の耐熱性無機質材料として、中空セラミックス粒子、ガラスバルーン粒子等の中空材料からなる粒子を使用することもできる。なお、これらの粒子状の耐熱性無機質材料は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。 Moreover, particles made of a hollow material such as hollow ceramic particles and glass balloon particles can also be used as the particulate heat-resistant inorganic material. These particulate heat-resistant inorganic materials can be used singly or in combination of two or more.
上記耐熱性無機質材料は任意成分であるが、耐熱性および強度向上の観点から使用することが好ましい。
耐熱性無機質材料の使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部であることが好ましく、無機質バインダー１００質量部に対して１００〜３００質量部であることがより好ましい。耐熱性無機質材料の使用量が無機質バインダー１００質量部に対して５００質量部を超えると、十分な強度を有する断熱材が得難くなる。
The heat-resistant inorganic material is an optional component, but is preferably used from the viewpoint of improving heat resistance and strength.
The amount of the heat-resistant inorganic material used is preferably 0 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic binder, and more preferably 100 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic binder. When the usage-amount of a heat resistant inorganic material exceeds 500 mass parts with respect to 100 mass parts of inorganic binders, it will become difficult to obtain the heat insulating material which has sufficient intensity | strength.
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物として、耐熱性無機繊維質材料として上述した繊維状の無機繊維を主成分とする無機繊維質成形体が使用されてもよい。
上記無機繊維質成形体としては、例えば、繊維状の耐熱性無機質材料（無機繊維）５０〜９５質量％、好ましくは５０〜９０質量％と、無機質バインダー５〜３０質量％と、粒子状の耐熱性無機質材料（無機粉末）０〜３０質量％、好ましくは５〜３０質量部とを含むものが挙げられる。
As a ceramic molded article containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component, the above-described inorganic fibrous molded body mainly composed of fibrous inorganic fibers may be used as the heat-resistant inorganic fibrous material. .
Examples of the inorganic fiber molded body include fibrous heat-resistant inorganic materials (inorganic fibers) of 50 to 95% by mass, preferably 50 to 90% by mass, inorganic binder 5 to 30% by mass, and particulate heat resistant material. Inorganic mineral material (inorganic powder) 0-30 mass%, Preferably the thing containing 5-30 mass parts is mentioned.
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物は、嵩密度が、０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものが好ましく、０．２〜１．０ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものがより好ましい。 The ceramic molded article containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component is preferably made of ceramics having a bulk density of 0.1 to 1.5 g / cm 3 , and is preferably 0.2 to 1.0 g. Those made of ceramics / cm 3 are more preferable.
本発明の断熱材において、基材としてケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物を用いる場合、ケイ酸カルシウムとしては、ケイ酸質原料とカルシウム原料を水の存在下で水熱反応せしめて生成した化合物を挙げることができる。 In the heat insulating material of the present invention, when a ceramic molded product containing calcium silicate as a main component is used as a base material, calcium silicate is produced by hydrothermal reaction of a siliceous raw material and a calcium raw material in the presence of water. Can be mentioned.
ケイ酸カルシウムの結晶としては、例えばゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形Ｃ−Ｓ−Ｈ結晶等が挙げられる。これらの結晶は、単独結晶または２つ以上が混在する結晶であってもよいが、単独結晶が好ましい。特にゾノトライト結晶からなる成形体は軽量で比強度が非常に大きく、耐熱性と断熱性に優れているため好ましい。ゾノトライト結晶は、集合し且つ結合して二次粒子を形成してなるものであり、このような結晶は、基材表面をＸ線回折することにより容易に特定することができる。 Examples of calcium silicate crystals include zonotlite crystals, tobermorite crystals, and amorphous C—S—H crystals. These crystals may be single crystals or crystals in which two or more are mixed, but single crystals are preferred. In particular, a molded body made of zonotlite crystals is preferable because it is lightweight, has a very high specific strength, and is excellent in heat resistance and heat insulation. Zonotolite crystals are formed by aggregation and bonding to form secondary particles, and such crystals can be easily identified by X-ray diffraction of the substrate surface.
ゾノトライト結晶の二次粒子は、明確な球形状で、粒子表面には針状のゾノトライト結晶が栗のいが状に析出しており、内部が空洞またはそれに近い状態となっている。従って、この二次粒子を用いて基材を形成した場合、非常に嵩高く、熱伝導率および熱容量が低いものを得ることができる。また、この二次粒子の自己硬化性により、相互に結合しているため、軽量であっても優れた強度も有している。 The secondary particles of the zonotlite crystals have a clear spherical shape, and acicular zonotrite crystals are precipitated in the shape of chestnuts on the surface of the particles, and the inside is in the state of a cavity or close to it. Therefore, when a base material is formed using the secondary particles, it is possible to obtain a material that is very bulky and has low thermal conductivity and heat capacity. Moreover, since it couple | bonds together by the self-hardening property of this secondary particle, it has the outstanding intensity | strength even if it is lightweight.
ケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物は、嵩密度が、０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものが好ましく、０．２〜０．４ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものがより好ましい。 The ceramic molded product containing calcium silicate as a main component preferably has a bulk density of 0.05 to 0.7 g / cm 3 , and preferably 0.2 to 0.4 g / cm 3 of ceramic. Is more preferable.
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物やケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物等の 多孔質セラミックス成形体は、これ等の成分を含むスラリーを調製し、成形型内に注入し、脱水成形することにより作製することができる。 Porous ceramic molded products such as ceramic molded products containing an inorganic binder as an essential component and a heat-resistant inorganic material as an optional component and ceramic molded products containing calcium silicate as a main component, prepare a slurry containing these components, It can be produced by pouring into a mold and dehydrating.
スラリーを形成する液体媒体としては、特に制限されないが、水及び極性有機溶媒が挙げられ、極性有機溶媒としては、エタノール、プロパノール等の１価のアルコール類、エチレングリコール等の２価のアルコール類が挙げられる。これ等の液体媒体うち、作業環境や環境負荷を考慮すると、水が好ましい。また、水としては特に制限されず、蒸留水、イオン交換水、水道水、地下水、工業用水等が挙げられる。 The liquid medium forming the slurry is not particularly limited, and examples thereof include water and polar organic solvents. Examples of the polar organic solvent include monovalent alcohols such as ethanol and propanol, and divalent alcohols such as ethylene glycol. Can be mentioned. Among these liquid media, water is preferable in consideration of the working environment and environmental load. Moreover, it does not restrict | limit especially as water, Distilled water, ion-exchange water, tap water, groundwater, industrial water etc. are mentioned.
スラリー中の固形分濃度は、０．１〜１０質量％が好ましく、０．３〜１０質量％がより好ましく、１〜８質量％がさらに好ましい。上記スラリー濃度が、０．１質量％未満であると脱水成形工程で除去する水の量が多くなり過ぎるので非効率であり、また、１０質量％を越えると、スラリー中に固形分が均一に分散し難くなる。 The solid content concentration in the slurry is preferably from 0.1 to 10% by mass, more preferably from 0.3 to 10% by mass, and even more preferably from 1 to 8% by mass. If the slurry concentration is less than 0.1% by mass, the amount of water to be removed in the dehydration molding process is excessive, which is inefficient. If the slurry concentration exceeds 10% by mass, the solid content becomes uniform in the slurry. Difficult to disperse.
本出願書類において、スラリーは液体媒体として水以外の媒体を含む場合もあるが、本出願書類においては、水以外の液体媒体を除去する場合も脱水成形と称することとする。 In the present application document, the slurry may contain a medium other than water as the liquid medium. However, in the present application document, the removal of the liquid medium other than water is also referred to as dehydration molding.
脱水成形は、例えば、底部に網が設置された成形型中に該スラリーを流し込み、上記水等の液体媒体を吸引する吸引脱水成形法や、加圧脱水成形法、吸引加圧脱水法により行うことができる。 The dehydration molding is performed by, for example, a suction dehydration molding method, a pressure dehydration molding method, or a suction pressure dehydration method in which the slurry is poured into a molding die having a net installed at the bottom and the liquid medium such as water is sucked. be able to.
上記各方法を施すことにより得られる脱水成形物は、得ようとする基材に対応する形状を有するものが適当であり、例えば、円筒状、有底筒状、平板状のものを挙げることができる。 The dehydrated molded product obtained by applying each of the above methods is suitably one having a shape corresponding to the substrate to be obtained, and examples thereof include a cylindrical shape, a bottomed cylindrical shape, and a flat plate shape. it can.
得られた脱水成形物は、乾燥機等を用いて乾燥させることが好ましい。乾燥温度は、４０〜１８０℃が好ましく、６０〜１５０℃がより好ましく、８０〜１２０℃がさらに好ましい。また、乾燥時間は、６〜４８時間が好ましく、８〜４０時間がより好ましく、１０〜３６時間がさらに好ましい。また、乾燥時の雰囲気は、空気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気等を挙げることができる。 The obtained dehydrated molded product is preferably dried using a dryer or the like. The drying temperature is preferably 40 to 180 ° C, more preferably 60 to 150 ° C, and still more preferably 80 to 120 ° C. The drying time is preferably 6 to 48 hours, more preferably 8 to 40 hours, and further preferably 10 to 36 hours. In addition, examples of the atmosphere during drying include an air atmosphere, an oxygen atmosphere, and a nitrogen atmosphere.
上記脱水成形物を乾燥処理した後、さらに焼成処理を施してもよい。
焼成温度は、６００〜１３００℃であることが好ましく、７００〜９００℃であることがより好ましい。また、焼成時の雰囲気は、特に制限されないが、空気雰囲気、酸素雰囲気または窒素雰囲気であることが好ましい。焼成時間は、０．５〜４時間が好ましい。
焼成処理を施すことによって、成形物の脱脂及び実使用時の収縮を防止することができる。
After the dehydrated molded product is dried, a baking treatment may be further performed.
The firing temperature is preferably 600 to 1300 ° C, and more preferably 700 to 900 ° C. The atmosphere during firing is not particularly limited, but is preferably an air atmosphere, an oxygen atmosphere, or a nitrogen atmosphere. The firing time is preferably 0.5 to 4 hours.
By performing the baking treatment, the molded product can be prevented from degreasing and shrinkage during actual use.
なお、後述する本発明の発熱構造体を製造する方法の説明で述べるように、多孔質成形体の形成材料を含むスラリーを調製した後、発熱体を固定した成形型内に上記スラリーを注入し、脱水成形することによって、発熱体を固定しつつ多孔質成形体を形成してもよく、この場合、発熱構造体の製造過程で多孔質成形体も形成することになる。 As described in the description of the method for producing the heat generating structure of the present invention, which will be described later, after preparing a slurry containing the forming material of the porous molded body, the slurry is poured into a molding die to which the heating element is fixed. By performing dehydration molding, the porous molded body may be formed while fixing the heating element. In this case, the porous molded body is also formed during the manufacturing process of the heat generating structure.
本発明の断熱材において、基材として用いられる有機多孔質成形体としては、シリコーンゴム成形体や、連通気孔を有する有機多孔体を挙げることができる。 In the heat insulating material of the present invention, examples of the organic porous molded body used as the base material include a silicone rubber molded body and an organic porous body having continuous vent holes.
本発明の断熱材において、基材としてシリコーンゴム成形体を用いる場合、シリコーンゴムとしては、シリコーン樹脂（シリコーンを主成分とする合成樹脂）のうちゴム状のものであれば特に制限されず、公知のものを挙げることができ、スポンジ状のものが好ましい。
シリコーンゴムの嵩密度は、０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
In the heat insulating material of the present invention, when a silicone rubber molded body is used as the base material, the silicone rubber is not particularly limited as long as it is rubber-like among silicone resins (synthetic resins mainly composed of silicone), and is publicly known. A sponge-like one is preferable.
The bulk density of the silicone rubber is preferably 0.4 to 1.0 g / cm 3 .
また、本発明の断熱材において、基材として連通気孔を有する有機多孔体を用いる場合、連通気孔を有する有機多孔体としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル等の多孔質樹脂や、多孔質フッ素樹脂等からなる成形体を挙げることができる。 Further, in the heat insulating material of the present invention, when an organic porous body having continuous air holes is used as the base material, the organic porous body having continuous air holes may be a porous resin such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyester or the like. And a molded body made of a porous fluororesin or the like.
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着されてなるものである。 The heat insulating material of the present invention is formed by fixing an airgel in at least a part of the holes of a base material made of a porous molded body.
エアロゲルは、連続気泡を有するゲル構造物の孔内から格子間の可動溶媒相を除去してなる均一な超微細構造を有する光透過性の多孔質体である。
従って、エアロゲルは密度が低く、平均径２〜７ｎｍの球状の微粒子が融合したクラスター構造を有している。また、エアロゲルは平均径２〜７ｎｍの孔径を有する連続気泡構造体であり、大きな表面積を有する。
また、エアロゲルは、空気が格子状構造を越えて対流することができないため、対流による伝熱を効率的に抑制することができ、驚異的な断熱性を示す。気孔の平均的な大きさと密度は、製造時に制御することができる。
The airgel is a light-transmitting porous body having a uniform ultrafine structure formed by removing a mobile solvent phase between lattices from the pores of a gel structure having open cells.
Accordingly, the airgel has a low density and a cluster structure in which spherical fine particles having an average diameter of 2 to 7 nm are fused. Airgel is an open-cell structure having an average diameter of 2 to 7 nm and has a large surface area.
Moreover, since airgel cannot convect over a grid | lattice-like structure, the heat transfer by a convection can be suppressed efficiently and a remarkable heat insulation is shown. The average size and density of the pores can be controlled during manufacture.
上記エアロゲルとしては、無機エアロゲルおよび有機エアロゲルが挙げられる。
無機エアロゲルは、金属アルコキシドを原料として、加水分解、縮合反応させることにより製造されてなるものであり、適宜、シリカ、炭化物およびアルミナなどの材料を含んでなるものである。具体的には、シリカエアロゲル、アルミナエアロゲル、チタニアエアロゲル、ジルコニアエアロゲル等を挙げることができる。
また、有機エアロゲルとしては、炭素エアロゲルやポリイミド等の重合体エアロゲルを挙げることができる。
この中、シリカエアロゲルが多くの製造例があり、入手もし易い点で好ましい。エアロゲルの製造方法は例えば特表２００４−５１７２２２号公報に記載されている。
Examples of the airgel include inorganic airgel and organic airgel.
The inorganic airgel is produced by hydrolysis and condensation using a metal alkoxide as a raw material, and appropriately contains materials such as silica, carbide and alumina. Specific examples include silica airgel, alumina airgel, titania airgel, zirconia airgel, and the like.
Moreover, polymer airgel, such as carbon airgel and a polyimide, can be mentioned as organic airgel.
Among these, silica airgel is preferable because it has many production examples and is easily available. The manufacturing method of an airgel is described in Japanese translations of PCT publication No. 2004-517222, for example.
本発明の断熱材は、基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなるものであり、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向全体にわたってエアロゲルが固着形成されたものであってもよいし、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものであってもよい。 In the heat insulating material of the present invention, the airgel is fixedly formed in at least a part of the holes of the base material, and the airgel is fixedly formed over the entire thickness direction from the main surface on one side to the main surface on the opposite side of the base material. The airgel may be fixedly formed from the one side main surface of the base material to the middle portion in the thickness direction from the main surface to the opposite side.
本発明の断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合、片側主表面から反対側主表面に至る全厚みの２０〜９９％までエアロゲルが固着形成されたものであることが好ましく、全厚みの３０〜９５％までエアロゲルが固着形成されたものであることがより好ましく、４０〜９０％までエアロゲルが固着形成されたものであることがさらに好ましい。
上記基材の全厚みに対するエアロゲルの厚みは、断熱材の断面を電子顕微鏡観察することにより測定することができる。
In the case where the heat insulating material of the present invention is formed by fixing the airgel to the middle part in the thickness direction from the one side main surface to the opposite side main surface of the base material, the total thickness from the one side main surface to the opposite side main surface It is preferable that the airgel is fixedly formed to 20 to 99%, more preferably the airgel is fixedly formed to 30 to 95% of the total thickness, and the airgel is fixedly formed to 40 to 90%. More preferably,
The thickness of the airgel relative to the total thickness of the base material can be measured by observing the cross section of the heat insulating material with an electron microscope.
本発明の断熱材においては、このように、基材主表面の片面側にのみエアロゲルを固着形成することにより、基材本来の耐熱性を維持することができる。すなわち、エアロゲルはその材料の種類にもよるが、相当の高温に曝された場合に、上述したクラスター構造が損なわれ、所望の断熱性を維持できなくなってしまうことが懸念される。そこで、エアロゲルが固着形成されていない基材のみの層が存在していれば、基材本来の耐熱性を維持しつつエアロゲルによる断熱性も維持することができると考えられる。
より具体的には、基材としてアルミナ繊維やアルミナシリカ繊維を主体とする無機繊維質成形体を用い、エアロゲルとしてシリカエアロゲルを用いた場合、例えば９００℃といった温度でシリカエアロゲルは焼結してしまいクラスター構造が損なわれるとともに体積収縮が発生して断熱性が低下してしまうことが懸念される。しかしながら、シリカエアロゲルが固着形成されていない基材のみの層が存在するならば、その層は例えば１２００℃といった温度でも十分に耐熱性を発揮し、シリカエアロゲルが固着形成されている層の温度を９００℃未満に抑えることができる。
In the heat insulating material of the present invention, the heat resistance inherent to the base material can be maintained by fixing and forming the airgel only on one side of the main surface of the base material. That is, although airgel is dependent on the kind of the material, when exposed to a considerably high temperature, there is a concern that the above-described cluster structure is damaged and the desired heat insulating property cannot be maintained. Therefore, if there is a layer of only the base material on which the airgel is not fixedly formed, it is considered that the heat insulation by the airgel can be maintained while maintaining the original heat resistance of the base material.
More specifically, when an inorganic fiber molded body mainly composed of alumina fibers or alumina silica fibers is used as a base material and silica airgel is used as an airgel, the silica airgel is sintered at a temperature of 900 ° C., for example. There is a concern that the cluster structure is damaged and volume shrinkage occurs, resulting in a decrease in heat insulation. However, if there is a layer of only the base material on which the silica airgel is not fixedly formed, the layer exhibits sufficient heat resistance even at a temperature of, for example, 1200 ° C., and the temperature of the layer on which the silica airgel is fixedly formed is set. It can be suppressed to less than 900 ° C.
また、本発明の断熱材は、基材の主表面全面にエアロゲルが固着形成されたものであってもよいし、基材の主表面の一部にのみエアロゲルが固着形成されたものであってもよい。 Further, the heat insulating material of the present invention may be one in which aerogel is fixedly formed on the entire main surface of the substrate, or aerogel is fixedly formed only on a part of the main surface of the substrate. Also good.
また、断熱材中におけるエアロゲルの存在量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定されればよく、特に制限はないが、例えば基材である多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。 The amount of airgel present in the heat insulating material may be set as appropriate so as to obtain a desired thermal conductivity, and is not particularly limited. For example, it is 1 per 100 parts by mass of the porous molded body that is the base material. It is preferably ˜1000 parts by mass, more preferably 5 to 500 parts by mass, and even more preferably 10 to 300 parts by mass.
本発明の断熱材は、嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるものが好ましく、０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３であるものがより好ましく、０．３〜１．０ｇ／ｃｍ３であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材は、嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であることにより、容易に軽量化することができる。
The heat insulating material of the present invention preferably has a bulk density of 0.1 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.2 to 1.2 g / cm 3 , and 0.3 to 1.0 g. More preferred is / cm 3 .
The heat insulating material of the present invention can be easily reduced in weight when the bulk density is 0.1 to 1.5 g / cm 3 .
また、本発明の断熱材は、６００℃における熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものが好ましく、０．０７Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものがより好ましく、０．０４Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材において、熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることにより、所望の断熱性を発揮することができる。
ここで、熱伝導率は、例えば熱伝導率測定装置（ＨＣ−１１０、英弘精機株式会社）を用い、所定の規格（ＪＩＳ−Ａ１４１２、ＡＳＴＭ−Ｃ５１８、ＩＳＯ８３０１）に準拠した熱流計法により測定すればよい。熱伝導率の測定には、各サンプルを直径６０ｍｍの円板状に成形した試験体を用いればよい。
The heat insulating material of the present invention preferably has a thermal conductivity at 600 ° C. of 0.1 W / m · K or less, more preferably 0.07 W / m · K or less, and 0.04 W / More preferably, it is m · K or less.
In the heat insulating material of the present invention, when the thermal conductivity is 0.1 W / m · K or less, desired heat insulating properties can be exhibited.
Here, the thermal conductivity is measured by, for example, a thermal conductivity measuring device (HC-110, Eihiro Seiki Co., Ltd.) and a heat flow meter method based on a predetermined standard (JIS-A1412, ASTM-C518, ISO8301). That's fine. For measurement of thermal conductivity, a test body in which each sample is formed into a disk shape having a diameter of 60 mm may be used.
本発明の断熱材は、１２００℃で８時間加熱した後の加熱収縮率が５％以下であるものが好ましく、３％以下であるものがより好ましく、１％以下であるものがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、加熱収縮率は、 測定試料を電気炉中１２００℃で８時間加熱し、加熱前後の試料の長さを測定し、加熱前の試料の長さをＹ１ｍｍ、加熱後の長さをＹ２ｍｍとしたときに、次式により求める。
加熱線収縮率（％）＝｛（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１｝×１００
The heat-insulating material of the present invention preferably has a heat shrinkage of 5% or less after heating at 1200 ° C. for 8 hours, more preferably 3% or less, and even more preferably 1% or less.
In this application document, the heat shrinkage rate is determined by heating the measurement sample in an electric furnace at 1200 ° C. for 8 hours, measuring the length of the sample before and after heating, Y1 mm for the length of the sample before heating, When the length is Y2 mm, it is obtained by the following equation.
Heating linear shrinkage rate (%) = {(Y1-Y2) / Y1} × 100
また、本発明の断熱材は、曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であるものが好ましく、０．７ＭＰａ以上であるものがより好ましく、１．０ＭＰａ以上であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材において、曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であることにより、所望の強度を発揮することができ、ハンドリング性に優れた断熱材を提供することができる。
Further, the heat insulating material of the present invention preferably has a bending strength of 0.4 MPa or more, more preferably 0.7 MPa or more, and further preferably 1.0 MPa or more.
In the heat insulating material of the present invention, when the bending strength is 0.4 MPa or more, a desired strength can be exhibited and a heat insulating material excellent in handling properties can be provided.
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中に格子状構造を有するエアロゲルが固着形成されてなるものであり、多孔質成形体とエアロゲルの複合構造を採るものであることから、高い強度と断熱性を発揮することができるとともに、高い設計自由度を発揮することができる。
本発明の断熱材は、特に発熱構造体用断熱材として有用である。
The heat insulating material of the present invention is formed by fixing and forming an airgel having a lattice structure in at least a part of the pores of a base material made of a porous molded body, and adopts a composite structure of the porous molded body and the airgel. Since it is a thing, while being able to exhibit high intensity | strength and heat insulation, a high design freedom can be exhibited.
The heat insulating material of the present invention is particularly useful as a heat insulating material for a heat generating structure.
次に、本発明の断熱材の製造方法について説明する。
本発明の断熱材の製造方法は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とするものである。
Next, the manufacturing method of the heat insulating material of this invention is demonstrated.
The method for producing a heat insulating material according to the present invention is characterized in that at least a part of a substrate made of a porous molded body is impregnated with an airgel precursor and then subjected to a gelation treatment.
本発明の断熱材の製造方法において、基材である多孔質成形体としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。 In the method for producing a heat insulating material of the present invention, examples of the porous molded body that is a substrate include the same ones as described above.
また、本発明の断熱材の製造方法において、エアロゲル前駆体としては、無機エアロゲルの前駆体と有機エアロゲルの前駆体とを挙げることができる。 In the method for producing a heat insulating material of the present invention, examples of the airgel precursor include an inorganic airgel precursor and an organic airgel precursor.
無機エアロゲル前駆体としては、総炭素数が１〜１２である金属アルコキシドが好ましく、総炭素数が１〜８である金属アルコキシドがより好ましく、総炭素数が１〜６である金属アルコキシドがさらに好ましい。 As the inorganic airgel precursor, a metal alkoxide having 1 to 12 carbon atoms is preferable, a metal alkoxide having 1 to 8 carbon atoms is more preferable, and a metal alkoxide having 1 to 6 carbon atoms is more preferable. .
具体的には、無機エアロゲルがシリカエアロゲルである場合、無機エアロゲルの前駆体としては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン等を挙げることができる。 Specifically, when the inorganic airgel is a silica airgel, examples of the inorganic airgel precursor include tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, and tetra-n-propoxysilane.
また、無機エアロゲルがアルミナエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としては、アルミニウムイソプロポキシド等を挙げることができ、無機エアロゲルがチタニアエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としてはチタンイソプロポキシド等を挙げることができ、無機エアロゲルがジルコニアエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としてはジルコニアイソプロポキシド等を挙げることができる。 Further, when the inorganic airgel is an alumina airgel, examples of the inorganic airgel precursor include aluminum isopropoxide, and when the inorganic airgel is titania airgel, Titanium isopropoxide and the like can be mentioned. When the inorganic aerogel is zirconia aerogel, the precursor of the inorganic aerogel can include zirconia isopropoxide and the like.
有機エアロゲルが炭素エアロゲルである場合、有機エアロゲルの前駆体としては、不織炭素繊維およびレゾルシノール−ホルムアルデヒドエアロゲル (ＲＦエアロゲル)等を挙げることができる。 When the organic aerogel is a carbon aerogel, examples of the precursor of the organic aerogel include non-woven carbon fiber and resorcinol-formaldehyde aerogel (RF aerogel).
本発明の断熱材の製造方法においては、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸する。
基材に対するエアロゲルの含浸方法としては、特に制限されず、上記多孔質成形体からなる基材を、エアロゲル前駆体を満たした容器中にディッピングすることによって含浸してもよいし、上記多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の表面に対してエアロゲル前駆体を塗布することによって含浸してもよい。
In the method for producing a heat insulating material of the present invention, an airgel precursor is impregnated into at least a part of a substrate made of a porous molded body.
The method for impregnating the airgel with respect to the base material is not particularly limited, and the base material composed of the porous molded body may be impregnated by dipping into a container filled with the airgel precursor, or the porous molding described above. You may impregnate by applying an airgel precursor with respect to the surface of at least one part of the base material which consists of bodies.
無機エアロゲル前駆体として、金属アルコキシドを用いる場合、水または水に対して親水性有機媒体を加えた媒体中に、金属アルコキシドを分散し、スラリー化した状態で基材に含浸することが適当である。この場合、親水性有機媒体としては、エタノール等の炭素数１〜６程度の低級アルコールや、アセトン、酢酸エチル等を挙げることができる。また、スラリー中の無機エアロゲル前駆体の濃度は適宜設定すればよい。また、上記スラリーは、無機エアロゲル前駆体を水中で撹拌し、金属アルコキシドを予備的に加水分解、縮合させたものであってもよい。 When a metal alkoxide is used as the inorganic airgel precursor, it is appropriate to disperse the metal alkoxide in water or a medium obtained by adding a hydrophilic organic medium to water and impregnate the substrate in a slurry state. . In this case, examples of the hydrophilic organic medium include lower alcohols having about 1 to 6 carbon atoms such as ethanol, acetone, and ethyl acetate. Moreover, what is necessary is just to set the density | concentration of the inorganic airgel precursor in a slurry suitably. The slurry may be a slurry obtained by stirring an inorganic airgel precursor in water and preliminarily hydrolyzing and condensing a metal alkoxide.
本発明の断熱材断熱材の製造方法において、得ようとする断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合等は、多孔質成形体に対するエアロゲル前駆体の含浸量を調整することによりエアロゲルの厚みを調整することができる。 In the manufacturing method of the heat insulating material heat insulating material of the present invention, when the heat insulating material to be obtained is an airgel fixedly formed in the middle of the thickness direction from the main surface on one side to the main surface on the opposite side of the base material, etc. The thickness of the airgel can be adjusted by adjusting the amount of the airgel precursor impregnated into the porous molded body.
また、エアロゲル前駆体の固形分含浸量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定すればよく、特に制限はないが、例えば多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。 Moreover, the solid content impregnation amount of the airgel precursor may be set as appropriate so as to obtain a desired thermal conductivity, and is not particularly limited. It is preferably 5 to 500 parts by mass, more preferably 10 to 300 parts by mass.
本発明の断熱材の製造方法においては、上記エアロゲル前駆体を含浸した含浸物をゲル化処理する。ゲル化処理方法としては乾燥法を挙げることができ、乾燥法としては、超臨界乾燥法や、フリーズドライ法や、真空乾燥法や高周波乾燥法から選ばれる少なくとも一つの方法を挙げることができる。 In the heat insulating material manufacturing method of the present invention, the impregnated material impregnated with the airgel precursor is subjected to a gelation treatment. Examples of the gelation treatment method include a drying method, and examples of the drying method include at least one method selected from a supercritical drying method, a freeze drying method, a vacuum drying method, and a high-frequency drying method.
超臨界乾燥法は、被処理物を超臨界流体雰囲気と所定時間接触させることにより乾燥処理する方法である。
上記エアロゲル前駆体の含浸物を超臨界乾燥法により乾燥処理する場合、超臨界流体としては、二酸化炭素等を用いることができる。超臨界流体温度（雰囲気温度）、超臨界流体圧力（雰囲気圧力）、超臨界流体による乾燥処理時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。
The supercritical drying method is a method of performing a drying process by bringing an object to be processed into contact with a supercritical fluid atmosphere for a predetermined time.
In the case where the impregnation product of the airgel precursor is dried by a supercritical drying method, carbon dioxide or the like can be used as the supercritical fluid. There are no particular restrictions on the supercritical fluid temperature (atmosphere temperature), supercritical fluid pressure (atmospheric pressure), drying treatment time with the supercritical fluid, and the like, which may be set as appropriate.
フリーズドライ法は、被処理物を急速凍結処理した後、さらに減圧処理し真空状態で溶媒を昇華することにより乾燥処理する方法である。
上記エアロゲル前駆体の含浸物をフリーズドライ法により乾燥処理する場合、急速凍結処理時における最終温度、急速凍結時における冷却速度、急速凍結して最終温度に達した後保持する時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。また、減圧処理する際の雰囲気圧力、減圧処理時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。
The freeze-drying method is a method in which an object to be treated is subjected to a rapid freezing treatment, followed by further decompression treatment and sublimation of a solvent in a vacuum state to perform a drying treatment.
When drying the above airgel precursor impregnation by freeze-drying method, there are no particular restrictions such as the final temperature at the time of quick freezing, the cooling rate at the time of quick freezing, the time to hold after reaching the final temperature after quick freezing. It may be set appropriately. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the atmospheric pressure at the time of pressure reduction processing, pressure reduction processing time, etc., What is necessary is just to set suitably.
ゲル化処理を真空乾燥法により行う場合、絶対圧力、真空乾燥による乾燥時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。 When the gelation treatment is performed by a vacuum drying method, there is no particular limitation on the absolute pressure, the drying time by vacuum drying, and the like, which may be set as appropriate.
ゲル化処理を高周波乾燥法により行う場合、高周波乾燥炉の出力、高周波乾燥による乾燥時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。 When the gelation treatment is performed by a high frequency drying method, the output of the high frequency drying furnace, the drying time by high frequency drying, etc. are not particularly limited, and may be set as appropriate.
上記ゲル化処理により、多孔質成形体からなる基材中に含浸したエアロゲル前駆体を基材の孔内でゲル化させて固着させることができる。
得られる断熱材の詳細は、上述したとおりである。本発明の方法は、特に発熱構造体用断熱材の作製に有用である。
By the gelation treatment, the airgel precursor impregnated in the base material made of the porous molded body can be gelled and fixed in the holes of the base material.
The detail of the heat insulating material obtained is as having mentioned above. The method of the present invention is particularly useful for producing a heat insulating material for a heat generating structure.
このように、多孔質成形体からなる基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、上記断熱材を簡便に作製することができる。
なお、後述する本発明の発熱構造体を製造する方法の説明で述べるように、発熱体を固定した多孔質基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、発熱構造体の製造過程で断熱材を形成してもよい。
Thus, the said heat insulating material can be produced simply by impregnating an airgel precursor with respect to the base material which consists of a porous molded object, and gelatinizing.
In addition, as described in the description of the method for producing the heat generating structure of the present invention, which will be described later, the porous base material on which the heat generating element is fixed is impregnated with an airgel precursor and subjected to a gelation treatment. You may form a heat insulating material in a manufacture process.
次に、本発明の発熱構造体について説明する。
本発明の発熱構造体は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材と発熱体とを有し、前記発熱体が前記断熱材に保持されてなることを特徴とするものである。
Next, the heat generating structure of the present invention will be described.
The heat generating structure of the present invention has a heat insulating material in which airgel is fixedly formed in at least a portion of a hole made of a porous molded body and a heat generating body, and the heat generating body is held by the heat insulating material. It is characterized by being made.
本発明の発熱構造体を構成する断熱材は、本発明の断熱材と同様のものであり、その詳細については上述したとおりである。 The heat insulating material constituting the heat generating structure of the present invention is the same as the heat insulating material of the present invention, and the details thereof are as described above.
本発明の発熱構造体において、発熱体の材質は特に制限されず、例えば鉄−クロム−アルミニウム系またはニッケル−クロム系金属等が挙げられる。また、発熱体の形態としては、コイル形状や波形状、線形状等が挙げられる。また、発熱体をシース（パイプ）に入れ、その間を絶縁物で充填したシーズヒータと呼ばれるもの等も使用することができる。 In the heat generating structure of the present invention, the material of the heat generating element is not particularly limited, and examples thereof include iron-chromium-aluminum or nickel-chromium metals. Moreover, as a form of a heat generating body, a coil shape, a wave shape, a linear shape, etc. are mentioned. Moreover, what is called a sheathed heater in which a heating element is put in a sheath (pipe) and the space between them is filled with an insulator can be used.
本発明の発熱構造体は、本発明の断熱材により発熱体が保持されてなるものであり、具体的には、本発明の断熱材の内部に電熱コイル等の発熱体が収容されてなるものや、本発明の断熱材の内部に電熱コイル等の発熱体が固定具等により固定されてなるものを挙げることができる。 The heat generating structure of the present invention is a structure in which the heat generating element is held by the heat insulating material of the present invention. Specifically, a heat generating element such as an electric heating coil is accommodated inside the heat insulating material of the present invention. In addition, there may be mentioned those in which a heating element such as an electric heating coil is fixed by a fixture or the like inside the heat insulating material of the present invention.
本発明の発熱構造体としては、円筒状のヒーターやパネルヒーター等を挙げることができる。 Examples of the heat generating structure of the present invention include a cylindrical heater and a panel heater.
図１は、本発明の発熱構造体が円筒状ヒーターである場合の構造例を示す外観図（斜視図）である。
図１に示す円筒状ヒーター１は、拡散炉の加熱装置等として用いられるものであり、同図において、円筒状ヒーター１は、断熱材Ａと発熱体としての電熱コイルＢとを有し、断熱材Ａが、電熱コイルＢを被覆しつつ内部に収容する保持部材（支持部材）として機能している。
FIG. 1 is an external view (perspective view) showing a structural example when the heat generating structure of the present invention is a cylindrical heater.
A
図２は、図１に示す円筒状ヒーター１をより詳細に説明するための断面図であり、図２に示すように、断熱材Ａは、電熱コイルＢを被覆しつつ内部に収容する保持部材（支持部材）として機能している。
図１および図２に示す態様において、電熱コイルＢは、断熱材Ａに被覆されることによって保持されている（支持されている）が、円筒状ヒーターとしては、電熱線Ｂがステープルにより断熱材Ａの内側表面に固定され保持されているものであってもよい。
2 is a cross-sectional view for explaining the
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the electric heating coil B is held (supported) by being covered with the heat insulating material A, but as the cylindrical heater, the heating wire B is made of heat insulating material by staples. It may be fixed and held on the inner surface of A.
また、図３〜図６は、本発明の発熱構造体がパネルヒーターである場合の構造例を示すものである。
図３は電熱コイル開放型パネルヒータの外観図（斜視図）であり、図４は同パネルヒーターの製造工程における組み付け方法を一部を破断して示す側面図、図５は同パネルヒーターの一部を破断して示す平面図（下面図）である。
また、図６は電熱コイル埋設型パネルヒータの側面の概略断面図である。
3 to 6 show structural examples when the heat generating structure of the present invention is a panel heater.
FIG. 3 is an external view (perspective view) of the open-type electrothermal coil panel heater, FIG. 4 is a side view partially showing an assembly method in the manufacturing process of the panel heater, and FIG. It is a top view (bottom view) which fractures | ruptures and shows a part.
FIG. 6 is a schematic sectional view of the side surface of the electric heating coil embedded type panel heater.
図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０は、例えば特開２００１−２７３９７３号公報記載の電熱ヒータ構造で示されるものであり、本発明の断熱材Ａ１、Ａ２と、断熱材Ａ１の表面部４近傍に形成される溝孔２と、溝孔２内に配設される発熱体としての電熱コイルＢとを備えたものである。
図３および図５に示すように、溝孔２は、適宜のピッチで平行して多数併設されてなり、耐熱基材Ａ１の表面部４に熱を外部に放出する放熱溝部（開口部）を形成してなる開放溝である。
3 and FIG. 5 is an electric heater
As shown in FIG. 3 and FIG. 5, a large number of
また、図６は、電熱コイル埋設型パネルヒータ側面の概略断面図であり、図６において、図３および図５と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について説明する。
すなわち、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０と比較すると、本発明の断熱材Ａ３により形成される溝孔２の形状が相違しており、図６に示すように、溝孔２は放熱開口部を有さないものである。図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、表面部４ａの厚みｔは薄いほど放熱効率が高くなる。また、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、表面部４ａが面状発熱体となるため、図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータに比べて昇温特性は低下するものの、昇温後の輻射効率は高くなる。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the side surface of the electric heating coil embedded type panel heater. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. Will be described.
That is, in the electric heating coil-buried type panel heater 10a shown in FIG. 6, when compared to electric heating coil
図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０や図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、溝部の形成位置である耐熱基材の表面部近傍とは、パネルヒータなどの発熱構造体としての機能を奏する位置であれば特に限定されず、従来の電熱コイル開放型パネルヒータや電熱コイル埋設型パネルヒータにおける電熱コイルの設置位置と同様にすることができる。
In the electric heating coil
図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０において、本発明の断熱材Ａ１およびＡ２は同一の材質からなるものであってもよいし異なる材質からなるものであってもよい。また、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、本発明の断熱材Ａ３およびＡ２は同一の材質からなるものであってもよいし異なる材質からなるものであってもよい。
In the electric heating coil
また、図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０や図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、発熱体を断熱材に固定する形態は特に制限されず、後述するように、断熱材を構成する基材が多孔質セラミックス基材である場合に、基材形成用のスラリーを成形する際に成形型内で基材形成用のスラリーと発熱体とを一体に成形して一体化物として固定してもよいし、溝部を有する断熱材を作製した後、上記溝部に発熱体を嵌めこむことによって固定してもよいし、溝部を有する断熱材を作製した後、ステープル等の固定具で固定してもよい。
Moreover, in the electric heating coil open
本発明の発熱構造体において、断熱材として、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものを採用する場合、エアロゲルが固着形成されていない主表面をヒータに面するように配置することが好ましい。
このように配置することにより、発熱体の熱が直接エアロゲルに伝わることを回避できる。したがって、発熱体の熱によるエアロゲルの劣化を防ぐことができ、エアロゲルの断熱性を維持することが期待できる。その結果、発熱構造体としての耐久性を向上させることができる。
In the heat generating structure of the present invention, when the heat insulating material in which the airgel is fixedly formed from the one side main surface of the base material to the middle part in the thickness direction from the opposite side main surface is employed, the airgel is not fixedly formed. It is preferable to arrange the main surface so as to face the heater.
By arrange | positioning in this way, it can avoid that the heat | fever of a heat generating body is directly transmitted to an airgel. Therefore, deterioration of the airgel due to the heat of the heating element can be prevented, and it can be expected that the heat insulating property of the airgel is maintained. As a result, durability as a heat generating structure can be improved.
本発明の発熱構造体は、上述した本発明の断熱材を有するものであることにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させることができる。 Since the heat generating structure of the present invention includes the above-described heat insulating material of the present invention, the heat resistance can be improved while increasing the strength.
次に、本発明の発熱構造体を製造する方法について説明する。
本発明の発熱構造体を製造する方法としては、多孔質成形体からなる基材によって発熱体を保持し、固定した後、上記基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸し、ゲル化処理する方法を挙げることができる。
Next, a method for producing the heat generating structure of the present invention will be described.
As a method for producing the heat generating structure of the present invention, a heating element is held and fixed by a base material made of a porous molded body, and then at least a part of the base material is impregnated with an airgel precursor, The method of performing a chemical conversion process can be mentioned.
本発明の発熱構造体を製造する方法において、多孔質成形体からなる基材および発熱体としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。 In the method for producing the heat generating structure of the present invention, examples of the base material and the heat generating body made of the porous molded body include the same ones as described above.
本発明の発熱構造体を製造する方法において、多孔質成形体からなる基材に対して発熱体を保持し、固定する方法としては、基材の形態に応じ、種々の方法を挙げることができる。 In the method for producing the heat generating structure of the present invention, various methods can be used as a method for holding and fixing the heat generating element to the base material composed of the porous molded body depending on the form of the base material. .
例えば、基材が多孔質セラミックス成形体からなる場合には、上記成形体の形成材料を含むスラリーを調製した後、発熱体を固定した成形型内に上記スラリーを注入し、脱水成形することにより一体化して固定することができる。
上記スラリーを形成する液体媒体や、スラリー中の固形分濃度や、脱水成形方法や、脱水成形物形状や、脱水後に任意に行われる乾燥、焼成処理条件等は、上記本発明の断熱材を製造する際の条件と同様である。
For example, when the substrate is made of a porous ceramic molded body, after preparing a slurry containing the forming material of the molded body, the slurry is injected into a molding die to which a heating element is fixed, and dehydrated. Can be integrated and fixed.
The liquid medium forming the slurry, the solid content concentration in the slurry, the dehydration molding method, the shape of the dehydrated molded product, the drying and firing treatment conditions optionally performed after dehydration, etc., produce the heat insulating material of the present invention. It is the same as the conditions when doing.
また、多孔質成形体からなる基材が多孔質セラミックス成形体からなるものである場合、予め脱水成形法により筒状あるいは板状に成形した基材を作製し、次いで該基材を適宜加工して支持部を形成した後、該支持部に対して螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込むことにより固定してもよい。
具体的には、例えば、図３に示すように、本発明の断熱材として、多孔質成形体からなる基材Ａ１’、Ａ２’を別部材として作製した後、基材Ａ１’の裏面から溝孔２に電熱コイルＢを装着し、次いで基材Ａ２’を組み付けることにより固定化し、一体化することができる。
If the substrate made of a porous molded body is made of a porous ceramic molded body, a substrate formed into a cylindrical shape or a plate shape by a dehydration molding method is prepared in advance, and then the substrate is processed appropriately. Then, after the support portion is formed, the electrothermal coil wound in a spiral shape may be fitted into the support portion to be fixed.
Specifically, for example, as shown in FIG. 3, as the heat insulating material of the present invention, after the base materials A 1 ′ and A 2 ′ made of a porous molded body are prepared as separate members, the base material A 1 ′ The electric heating coil B is attached to the
本発明の発熱構造体を製造する方法においては、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸する。
エアロゲル前駆体としては上述したものと同様のものを挙げることができる。
In the method for producing a heat generating structure of the present invention, an airgel precursor is impregnated into at least a part of a substrate made of a porous molded body to which the heat generating element is fixed.
Examples of the airgel precursor are the same as those described above.
基材に対するエアロゲルの含浸方法としては、特に制限されず、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材を、エアロゲル前駆体を満たした容器中にディッピングすることによって含浸してもよいし、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の表面に対してエアロゲル前駆体を塗布することによって含浸してもよい。 The method for impregnating the airgel with respect to the base material is not particularly limited, and may be impregnated by dipping a base material made of a porous molded body to which the heating element is fixed in a container filled with the airgel precursor. The airgel precursor may be impregnated on the surface of at least a part of the substrate made of the porous molded body to which the heating element is fixed.
無機エアロゲル前駆体として、金属アルコキシドを用いる場合、無機エアロゲル前駆体を水中に分散したスラリーの状態で基材に含浸する。この場合、スラリー中の無機エアロゲル前駆体の濃度は適宜設定すればよい。また、上記スラリーは、無機エアロゲル前駆体を水中で撹拌し、金属アルコキシドを予備的に加水分解、縮合させたものであってもよい。 When a metal alkoxide is used as the inorganic airgel precursor, the base material is impregnated in a slurry state in which the inorganic airgel precursor is dispersed in water. In this case, the concentration of the inorganic airgel precursor in the slurry may be set as appropriate. The slurry may be a slurry obtained by stirring an inorganic airgel precursor in water and preliminarily hydrolyzing and condensing a metal alkoxide.
本発明の発熱構造体を製造する方法において、発熱構造値を形成する断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合には、エアロゲル前駆体の含浸量を調整することにより、エアロゲルの厚みを調整することができる。 In the method for producing the heat generating structure of the present invention, the heat insulating material forming the heat generating structure value is formed by fixing the airgel to the middle part in the thickness direction from the one side main surface to the opposite side main surface of the base material. In some cases, the thickness of the airgel can be adjusted by adjusting the amount of impregnation of the airgel precursor.
また、エアロゲル前駆体の固形分含浸量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定されればよく、特に制限はないが、例えば多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。 Further, the solid content impregnation amount of the airgel precursor may be appropriately set so as to obtain a desired thermal conductivity, and is not particularly limited. For example, 1 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous molded body It is preferably 5 to 500 parts by mass, and more preferably 10 to 300 parts by mass.
本発明の発熱構造体の製造方法においては、上記エアロゲル前駆体を含浸した含浸物をゲル化処理する。ゲル化処理方法としては乾燥法が好ましく、乾燥法としては、超臨界乾燥法や、フリーズドライ法や、真空乾燥法や、高周波乾燥法等を挙げることができる。
上記ゲル化処理条件の詳細は、本発明の断熱材の製造方法で説明した内容と同様である。
In the method for producing a heat generating structure of the present invention, the impregnated material impregnated with the airgel precursor is subjected to a gelation treatment. As the gelation method, a drying method is preferable, and examples of the drying method include a supercritical drying method, a freeze drying method, a vacuum drying method, and a high frequency drying method.
The details of the gelation treatment conditions are the same as those described in the method for manufacturing a heat insulating material of the present invention.
上記乾燥処理により、多孔質成形体からなる基材中に含浸したエアロゲル前駆体を基材の孔内でゲル化させて固着させることができる。 By the drying treatment, the airgel precursor impregnated in the base material composed of the porous molded body can be gelled and fixed in the holes of the base material.
このように、発熱体を固定した多孔質基材に対してエアロゲル前駆体を含浸し、ゲル化処理することによって、本発明の発熱構造体を簡便に製造することができる。 Thus, the exothermic structure of the present invention can be easily produced by impregnating the porous base material on which the heating element is fixed with the airgel precursor and subjecting it to a gelation treatment.
また、本発明の発熱構造体を製造する方法としては、本発明の断熱材の製造方法により、予め電熱体の支持部を形成した筒状あるいは板状等の発熱構造体を作製し、上記支持部に対して螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込むことにより、発熱構造体を製造することもできる。
この場合、具体的には、例えば、図４に示す多孔質成形体からなる基材Ａ１'、Ａ２’を別部材として作製することに代えて、基材Ａ１'、Ａ２’に対応する形状を有する断熱材を別部材としてそれぞれ作製した後、溝孔を設けた断熱材の裏面から電熱コイルＢを装着し、次いで他方の断熱材を組み付けることにより固定化し、一体化することができる。
In addition, as a method of manufacturing the heat generating structure of the present invention, a cylindrical or plate-shaped heat generating structure in which a support portion of the electric heating body is formed in advance by the method of manufacturing a heat insulating material of the present invention is prepared. A heat generating structure can be manufactured by fitting an electrothermal coil wound spirally into the part.
In this case, specifically, for example, substrate A 1 consisting of a porous molded body shown in FIG. 4 ', A 2' instead be made as separate members, the substrate A 1 ', A 2' in After each heat insulating material having a corresponding shape is produced as a separate member, the electric heating coil B is attached from the back surface of the heat insulating material provided with a slot, and then the other heat insulating material is assembled and fixed and integrated. it can.
本発明によれば、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供することができるとともに、上記断熱材を簡便に作製する方法を提供することができる。
また、本発明によれば、上記断熱材を有することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving intensity | strength and improving heat resistance, while providing the heat insulating material with the high design freedom degree, the method of producing the said heat insulating material simply can be provided.
Moreover, according to this invention, by having the said heat insulating material, the heat generating structure with a high design freedom which improved the heat resistance, raising the intensity | strength can be provided.
１ 円筒状ヒーター
２ 溝孔
４、４ａ 基材表面
１０ 電熱コイル開放型パネルヒータ
１０ａ 電熱コイル埋設型パネルヒータ
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３ 断熱材
Ｂ 発熱体
Ａ１’ 、Ａ２’ 多孔質成形体からなる基材
1
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