JP2019090510A - 積層断熱材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】施工性が良く断熱性が高い積層断熱材及びその製造方法を提供する。【解決手段】無機繊維を含む第１断熱材１１０と、無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材１２０との積層物１００を含む積層断熱材１００であって、前記第１断熱材１１０の積層方向の厚さをＡ、前記第２断熱材１２０の積層方向の厚さをＢとしたとき、前記ＡとＢの比が１＜Ａ／Ｂ＜５を満たし、かつ、Ｂが１０ｍｍ以下であることを特徴とする積層断熱材１００。【選択図】図２
Description
本発明は、積層断熱材及びその製造方法に関する。
原子力発電所、火力発電所等の施設内の部材は、火事等の災害に対し、断熱性又は耐火性を持たせなければならない。例えば、我が国の原子力発電所の施設内の所定の部材は、所定の高温（例えば９４５℃）に到達する加熱に１時間曝されることに耐えることが求められている。
このような規制に応ずるために、特に、狭い場所にも施工可能、軽量、効率的に断熱する断熱構造が求められていた。特許文献１には、この様な要請に応じて、複数の断熱材を組み合わせて高い断熱性を発揮する耐火構造が示されている。しかしながら、ここに記載の耐火構造でも嵩張りまた固く（施工性が悪い）、狭い場所にある部材を覆って保護できない場合があった。
本発明の目的は、我が国の原子力発電所にも使用可能な、施工性が良く断熱性が高い積層断熱材及びその製造方法を提供することである。
耐火構造が、狭い場所にある部材、細い部材、及び／又は湾曲したり分岐する部材を保護するためには、薄く曲がりやすいことが求められる。しかし耐火構造を薄くすると断熱性が劣り、施工性と断熱性を両立させることは困難であった。本発明者らは、鋭意研究の結果、所定の断熱材を組み合わせ、かつ各断熱材の厚さを調整することにより、上記の目的を達成できることを見い出し本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の積層断熱材及びその製造方法が提供される。
１．無機繊維を含む第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材との積層物を含む積層断熱材であって、
前記第１断熱材の積層方向の厚さをＡ、前記第２断熱材の積層方向の厚さをＢとしたとき、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たし、かつ、Ｂが１０ｍｍ以下であることを特徴とする積層断熱材。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
２．前記第１断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は５０ｋＰａ以下であり、前記第２断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は１００ｋＰａ以上である１に記載の積層断熱材。
３．前記第１断熱材の積層方向の厚さＡが１０ｍｍを超え、
前記積層断熱材の積層方向の厚さが３０ｍｍ未満である１又は２に記載の積層断熱材。
４．前記第１断熱材の引張強さが３５．０Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上であり、前記第２断熱材の引張強さが５００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下であり、前記積層断熱材の引張強さは、８００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍから２０００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍである１乃至３の何れか一項に記載の積層断熱材。
５．前記積層断熱材を外径３３．３ｍｍの管に巻きつけ、前記積層断熱材の内面の少なくとも一部が前記管の外面と接しているとき、前記積層断熱材の内面と前記管の外面との最大離隔距離が１０ｍｍ未満である１乃至４の何れか一項に記載の積層断熱材。
６．前記積層物を包装する包装材を備え、前記包装材は、前記第１断熱材と前記第２断熱材より、引張強さが高い１乃至５の何れか一項に記載の積層断熱材。
７．前記包装材が、片面が樹脂コートされたシリカクロスである６に記載の積層断熱材。
８．無機繊維を含み、厚さＡを有する第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材であって、１０ｍｍ以下である厚さＢを有し、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たす第２断熱材とを、
積層することを、含む積層断熱材の製造方法。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
１．無機繊維を含む第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材との積層物を含む積層断熱材であって、
前記第１断熱材の積層方向の厚さをＡ、前記第２断熱材の積層方向の厚さをＢとしたとき、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たし、かつ、Ｂが１０ｍｍ以下であることを特徴とする積層断熱材。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
２．前記第１断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は５０ｋＰａ以下であり、前記第２断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は１００ｋＰａ以上である１に記載の積層断熱材。
３．前記第１断熱材の積層方向の厚さＡが１０ｍｍを超え、
前記積層断熱材の積層方向の厚さが３０ｍｍ未満である１又は２に記載の積層断熱材。
４．前記第１断熱材の引張強さが３５．０Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上であり、前記第２断熱材の引張強さが５００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下であり、前記積層断熱材の引張強さは、８００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍから２０００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍである１乃至３の何れか一項に記載の積層断熱材。
５．前記積層断熱材を外径３３．３ｍｍの管に巻きつけ、前記積層断熱材の内面の少なくとも一部が前記管の外面と接しているとき、前記積層断熱材の内面と前記管の外面との最大離隔距離が１０ｍｍ未満である１乃至４の何れか一項に記載の積層断熱材。
６．前記積層物を包装する包装材を備え、前記包装材は、前記第１断熱材と前記第２断熱材より、引張強さが高い１乃至５の何れか一項に記載の積層断熱材。
７．前記包装材が、片面が樹脂コートされたシリカクロスである６に記載の積層断熱材。
８．無機繊維を含み、厚さＡを有する第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材であって、１０ｍｍ以下である厚さＢを有し、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たす第２断熱材とを、
積層することを、含む積層断熱材の製造方法。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
本発明によれば、施工性が良く断熱性が高い積層断熱材及びその製造方法が提供できる。
尚、本発明の積層断熱材は、我が国の原子力発電所だけで無く、海外の原子力発電所にも使用でき、また、原子力発電所に限定されず、耐火が求められる全ての場所（施設）に使用できる。
尚、本発明の積層断熱材は、我が国の原子力発電所だけで無く、海外の原子力発電所にも使用でき、また、原子力発電所に限定されず、耐火が求められる全ての場所（施設）に使用できる。
本発明の積層断熱材は、無機繊維を含む第１断熱材と、無機繊維を含み、第１断熱材より６００℃における熱伝導率が低く圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材とを積層した積層物を含む。さらに、第１断熱材の積層方向の厚さをＡ、第２断熱材の積層方向の厚さをＢとしたとき、ＡとＢの比が以下の式（１）を満たし、かつ、Ｂが１０ｍｍ以下である。この構成により、断熱性に優れながら施工性に優れる断熱材が得られる。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
好ましくは、ＡとＢの比が以下の式（２）を満たす。
１．５≦Ａ／Ｂ≦３．５ （２）
より好ましくは、ＡとＢの比が以下の式（３）を満たす。
２．０≦Ａ／Ｂ≦２．５ （３）
１．５≦Ａ／Ｂ≦３．５ （２）
より好ましくは、ＡとＢの比が以下の式（３）を満たす。
２．０≦Ａ／Ｂ≦２．５ （３）
具体的には、第１断熱材の積層方向の厚さＡは、好ましくは８ｍｍ以上であり、より好ましくは１０ｍｍより厚く、さらに好ましくは１２ｍｍ以上である。上限は例えば２０ｍｍとできる。第２断熱材の積層方向の厚さＢは、１０ｍｍ以下であり、より好ましくは８ｍｍ以下、さらに好ましくは７ｍｍ以下である。下限は例えば２ｍｍ又は３ｍｍとできる。第１断熱材及び／又は第２断熱材が薄くなると、施工性が良くなる。一方、第１断熱材及び／又は第２断熱材が厚くなると、断熱性が高くなる。
積層物又は積層断熱材の積層方向の厚さは、好ましくは３０ｍｍ未満であり、より好ましくは２５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｍｍ以下である。下限は例えば１２ｍｍとできる。積層物又は積層断熱材の厚さが薄い程、施工性が良くなる傾向がある。
積層断熱材の密度（重量）は、軽い方が好ましく、密度は、好ましくは８０ｋｇ／ｍ３以上２００ｋｇ／ｍ３未満である。１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３とできる。
本発明の積層断熱材は、保護すべき対象物を囲んで使用する。積層断熱材は対象物の周囲全てを囲むことが好ましいが、少なくとも一部囲めばよい。好ましくは第１断熱材と第２断熱材は可撓性を有し、積層断熱材も可撓性を有する。積層断熱材を使用するとき、第１断熱材が外側となるように対象物を囲むことが好ましい。さらに、本発明の積層断熱材は、未加熱であれば、一度取り外しても、再度取り付けることができ、再利用が可能である。
本発明の積層断熱材は施工性が良いため、狭い場所や細い部材を保護できる。具体的には、積層断熱材を、外径３３．３ｍｍの管に、積層断熱材の内面の少なくとも一部が管の外面と接している状態で、巻きつけたとき、積層断熱材の内面と、管の外面との最大離隔距離を小さくできる。好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは９ｍｍ以下とできる。図１に積層断熱材１０（第１断熱材と第２断熱材は図示せず）を、管２０の周りに、積層断熱材の内面１１の少なくとも一部が管の外面２１と接するように、巻き付けた状態を示す。狭い場所では、積層断熱材１０は管２０の周りを隙間なく覆うことが、嵩張らずまた断熱性能を発揮する点から好ましいが多くの場合困難であり、積層断熱材１０と管２０の間には隙間が空く。管２０の外面２１の接線の接点から、積層断熱材１０の内面１１まで接線の垂直方向に延びた直線が最も長いとき、その直線の長さが最大離隔距離であり、図ではＤで示される。尚、このとき積層断熱材の外部からベルトで締め付けたりしない。
また、積層物において、第１断熱材と第２断熱材は、結合又は接着してもよい。積層物を、結合又は接着した状態で、又は結合又は接着することなく部材を重ねた状態で、包装材で包んでよい。包装材は、機械的強度を確保するため、第１断熱材と第２断熱材より、圧縮応力と引張強さが高いものが好ましい。具体的には、包装材として、シリカクロス、ガラスクロス、又はアルミナクロス等を用いることができる。包装材の片面を樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）でコートしたりアルミ蒸着すると防塵性が高まり好ましい。また、付属品としてベルトを用いて、対象物を囲んだ積層断熱材を外部から締め付けてもよい。
積層断熱材の引張強さは、高い程好ましく、例えば、８００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ〜２０００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ、又は１０００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ〜１８００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍとできる。包装材の引張強さは、目付け５９０〜７５０ｇ／ｍ２において、例えば３００Ｎ／２５ｍｍ〜２０００Ｎ／２５ｍｍ、より好ましくは又は４００Ｎ／２５ｍｍ〜１５００Ｎ／２５ｍｍとできる。
第１断熱材と第２断熱材は、それぞれ一層でもよいし、複数の層からなる積層体でもよい。積層体の場合、複数の層は同じでも異なってもよい。
第１断熱材は無機繊維を含み、第２断熱材より熱伝導率が高く、圧縮応力が低い。
第１断熱材の６００℃における熱伝導率は、例えば０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、又は０．１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。下限は例えば１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下又は０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。熱伝導率が低いと断熱性が良くなる。また、第１断熱材の耐熱温度（８時間加熱して収縮率４％以下の温度）は、好ましくは１０００℃以上であり、より好ましくは１３００℃以上であり、さらに好ましくは１５００℃以上である。上限は例えば１７００℃とできる。
圧縮率２５％における圧縮応力は、好ましくは５０ｋＰａ以下であり、より好ましくは４０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは２５ｋＰａ以下である。下限は例えば５ｋＰａとできる。圧縮応力が低いと施工性が良くなる。
第１断熱材の６００℃における熱伝導率は、例えば０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、又は０．１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。下限は例えば１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下又は０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。熱伝導率が低いと断熱性が良くなる。また、第１断熱材の耐熱温度（８時間加熱して収縮率４％以下の温度）は、好ましくは１０００℃以上であり、より好ましくは１３００℃以上であり、さらに好ましくは１５００℃以上である。上限は例えば１７００℃とできる。
圧縮率２５％における圧縮応力は、好ましくは５０ｋＰａ以下であり、より好ましくは４０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは２５ｋＰａ以下である。下限は例えば５ｋＰａとできる。圧縮応力が低いと施工性が良くなる。
また、第１断熱材は、構造的強度を確保するために、引張強さが高いことが好ましい。例えば３５．０Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上であり、好ましくは３７．５Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上であり、より好ましくは５０Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上である。上限は例えば１２５Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍとできる。
第１断熱材は無機繊維を含み、無機繊維を９０重量％以上、９５重量％以上、又は９７重量％以上含むことができる。
第１断熱材が含む無機繊維として、セラミック繊維を用いることができる。例えば、シリカとアルミナからなる繊維（シリカ：アルミナ＝４０：６０〜０：１００）、具体的には、シリカ・アルミナ繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維を用いることができる。
また、作業者の健康上の安全性を考慮して、生体溶解性繊維を用いることができる。
生体溶解性繊維は、一般に、主成分として、シリカ及び／又はアルミナに、アルカリ金属酸化物（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ等）、アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ等）、マグネシア、ジルコニア、チタニアから選択される１以上を含む。他の酸化物も含むことができる。
生体溶解性繊維は、一般に、主成分として、シリカ及び／又はアルミナに、アルカリ金属酸化物（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ等）、アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ等）、マグネシア、ジルコニア、チタニアから選択される１以上を含む。他の酸化物も含むことができる。
例えば、以下の組成が例示できる。
ＳｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との合計 ５０重量％〜８２重量％
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 １８重量％〜５０重量％
ＳｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との合計 ５０重量％〜８２重量％
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 １８重量％〜５０重量％
また、以下の組成が例示できる。
ＳｉＯ２ ５０重量％〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０重量％〜４３重量％
ＳｉＯ２ ５０重量％〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０重量％〜４３重量％
より具体的には、以下の組成１又は組成２が例示できる。
［組成１］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜２９重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
［組成２］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １０〜２９重量％
ＭｇＯ １重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
加熱後においても溶解性が高い観点から、組成２が好ましい。
［組成１］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜２９重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
［組成２］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １０〜２９重量％
ＭｇＯ １重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
加熱後においても溶解性が高い観点から、組成２が好ましい。
また、特に耐熱性の高い繊維として、以下の組成が例示できる。
ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯの３成分を主成分とし、以下の組成を有する無機繊維。
ＳｉＯ２：７３．６重量％〜８５．９重量％
ＭｇＯ：９．０重量％〜１５．０重量％
ＣａＯ：５．１重量％〜１２．４重量％
Ａｌ２Ｏ３：０重量％以上２．３重量％未満
Ｆｅ２Ｏ３：０重量％〜０．５０重量％
ＳｒＯ：０．１重量％未満
主成分とは、無機繊維が含む全ての成分のうち最も含有量（重量％）の高い３成分（１番含有量が高い成分、２番目に含有量が高い成分、及び３番目に含有量が高い成分の３成分）がＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯであることを意味する。
ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯの３成分を主成分とし、以下の組成を有する無機繊維。
ＳｉＯ２：７３．６重量％〜８５．９重量％
ＭｇＯ：９．０重量％〜１５．０重量％
ＣａＯ：５．１重量％〜１２．４重量％
Ａｌ２Ｏ３：０重量％以上２．３重量％未満
Ｆｅ２Ｏ３：０重量％〜０．５０重量％
ＳｒＯ：０．１重量％未満
主成分とは、無機繊維が含む全ての成分のうち最も含有量（重量％）の高い３成分（１番含有量が高い成分、２番目に含有量が高い成分、及び３番目に含有量が高い成分の３成分）がＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯであることを意味する。
第１断熱材は、取り扱いの観点から、ブランケットが好ましい。第１断熱材を製造する際には、適宜無機バインダー、有機バインダー等の通常の添加剤を用いることができる。
第２断熱材は無機繊維を含み、第１断熱材より熱伝導率が低く、圧縮応力が高い。
第２断熱材の６００℃における熱伝導率は、例えば０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、又は０．１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。下限は例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とできる。
圧縮率２５％における圧縮応力は、例えば８０ｋＰａ以上、又は１００ｋＰａ以上であり、上限は例えば４００ｋＰａとできる。
第２断熱材の６００℃における熱伝導率は、例えば０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、又は０．１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。下限は例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とできる。
圧縮率２５％における圧縮応力は、例えば８０ｋＰａ以上、又は１００ｋＰａ以上であり、上限は例えば４００ｋＰａとできる。
また、第２断熱材は、引張強さを、例えば６００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下、５００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下、又は４００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下とできる。下限は例えば２００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍとできる。
第２断熱材は無機繊維を含み、無機繊維を２０〜８０重量％、２０〜７０重量％、又は３０〜６０重量％含むことができる。
第２断熱材は、第１断熱材で説明した無機繊維を含むことができる。
第２断熱材は、第１断熱材で説明した無機繊維を含むことができる。
第２断熱材は、無機繊維と他の成分との複合材料を用いることができる。
好ましくは、特表２００４−５１７２２２号公報に記載されるようなエアロゲルと無機繊維の複合材を用いることができる。
この複合材は、エアロゲルマトリックスが、無機繊維の不織バットにより補強されたものである。無機繊維として、ガラス繊維、セラミックス繊維等を用いることができる。第１断熱材に用いる生体溶解性繊維も用いてもよい。
好ましくは、特表２００４−５１７２２２号公報に記載されるようなエアロゲルと無機繊維の複合材を用いることができる。
この複合材は、エアロゲルマトリックスが、無機繊維の不織バットにより補強されたものである。無機繊維として、ガラス繊維、セラミックス繊維等を用いることができる。第１断熱材に用いる生体溶解性繊維も用いてもよい。
エアロゲルは、連続気泡を有するゲル構造物の孔から、格子間の可動溶媒相を、この溶媒の臨界点より高い温度及び圧力下で除去することで得ることができる。溶媒抽出過程では、溶媒相の圧力及び温度を臨界圧力及び温度より高く保持することが好ましい。エアロゲルは典型的に低いかさ密度（約０．１５ｇ／ｃｃ以下、好適には約０．０３から０．３ｇ／ｃｃ）、高い表面積（一般に約４００から１，０００ｍ２／ｇ以上、好適には約７００から１０００ｍ２／ｇ）、高い間隙率（約９５％以上、好適には約９７％以上）、及び大きな細孔容積（約３．８ｍＬ／ｇ以上、好適には約３．９ｍＬ／ｇ以上）を有する。このような特性の組み合わせによって、低い熱伝導率が得られる。耐熱温度は７００℃以上である。
上記の複合材は、型の中にある補強用繊維バットにゲル前駆体を加え、超臨界乾燥することにより得ることができる。
エアロゲルマトリックスを構成する無機エアロゲルの材料は、例えばケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、バナジウム等の金属酸化物である。特に好適なゲルは、加水分解を受けたケイ酸エステルのアルコール溶液から生じたゲルである（アルコゲル）。
また、複合材は、エアロゲルマトリックスに分散させて微細繊維を含んでもよい。
繊維バットに用いる繊維と微細繊維は、例えば、ガラス繊維、石英等の無機繊維である。繊維バットと微細繊維は、同じ繊維を用いてもよいし異なる繊維を用いてもよい。
繊維バットに用いる繊維と微細繊維は、例えば、ガラス繊維、石英等の無機繊維である。繊維バットと微細繊維は、同じ繊維を用いてもよいし異なる繊維を用いてもよい。
さらに、複合材は、二酸化チタン等の輻射散乱材、水酸化アルミニウム等の吸熱材を含むことが好ましい。好適な複合材は、非晶質シリカ（エアロゲル、表面に有機シランを少量含有）に、ガラス繊維、二酸化チタン、水酸化アルミニウムを含むものである。
第１断熱材、第２断熱材等の上記の特性はそれぞれ実施例記載の方法で測定できる。
本発明の積層断熱材は、上記の第一断熱材と第２断熱材を積層して製造することができる。必要に応じて、第１断熱材と第２断熱材の積層物を包装材で包装する。
実施例及び比較例で用いた部材の特性の測定方法は以下の通りである。
・熱伝導率
第１断熱材の熱伝導率は、特開２０１６−０６５３６０号公報に記載の周期加熱法により測定した。
第２断熱材の熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｃ１７７に準拠し、１．４１Ｎ／ｃｍ２積荷で測定した。
・熱伝導率
第１断熱材の熱伝導率は、特開２０１６−０６５３６０号公報に記載の周期加熱法により測定した。
第２断熱材の熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｃ１７７に準拠し、１．４１Ｎ／ｃｍ２積荷で測定した。
・圧縮応力
縦７５ｍｍ×横７５ｍｍのサンプルを準備した。
圧縮応力を、以下の式に従い、サンプル圧縮時の荷重値を、サンプルの面積（縦寸法と横寸法）で除算して求めた。圧縮時の荷重は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて所定の圧縮率（厚さ）まで圧縮（２ｍｍ／ｍｉｎ）した際の荷重値とした。
圧縮応力（ｋＰａ）＝測定荷重（Ｎ）÷サンプル面積（ｍ２）÷１０００
縦７５ｍｍ×横７５ｍｍのサンプルを準備した。
圧縮応力を、以下の式に従い、サンプル圧縮時の荷重値を、サンプルの面積（縦寸法と横寸法）で除算して求めた。圧縮時の荷重は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて所定の圧縮率（厚さ）まで圧縮（２ｍｍ／ｍｉｎ）した際の荷重値とした。
圧縮応力（ｋＰａ）＝測定荷重（Ｎ）÷サンプル面積（ｍ２）÷１０００
・引張強さ
第１断熱材は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎで試験した。第１断熱材の試験体サイズは１５０ｍｍ×５０ｍｍ×２５ｍｍとした。引張強さは以下の式に従い、サンプル破断時の荷重値に、サンプルの横寸法と厚さを併記して記載した。
引張強さ＝測定荷重（Ｎ）／横寸法（ｍｍ）／厚さ（ｍｍ）
第１断熱材は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎで試験した。第１断熱材の試験体サイズは１５０ｍｍ×５０ｍｍ×２５ｍｍとした。引張強さは以下の式に従い、サンプル破断時の荷重値に、サンプルの横寸法と厚さを併記して記載した。
引張強さ＝測定荷重（Ｎ）／横寸法（ｍｍ）／厚さ（ｍｍ）
第２断熱材及び積層断熱材は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎで試験した。試験体サイズは、第２断熱材では１５０ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍ、積層断熱材では３００ｍｍ×２５ｍｍ×１７．５ｍｍとした。包装材の厚みは正確に算出できないことから、積層断熱材の厚みは積層物の厚みとした。引張強さは以下の式に従い、サンプル破断時の荷重値を、サンプル破断時の荷重値に、サンプルの横寸法と厚さを併記して記載した。
引張強さ＝測定荷重（Ｎ）／横寸法（ｍｍ）／厚さ（ｍｍ）
引張強さ＝測定荷重（Ｎ）／横寸法（ｍｍ）／厚さ（ｍｍ）
包装材は、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎで試験した。試験体サイズは長さ１００ｍｍ×幅２５ｍｍとした。
実施例１、比較例１〜３
以下の断熱材Ａ、断熱材Ｂを用いて、図２に示す積層物１００を作製し、加熱試験を実施した。
・断熱材Ａ（第１断熱材）：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ２含有量約７７質量％、ＣａＯ含有量約９質量％、ＭｇＯ含有量約１３質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量約１質量％）（密度１３０ｋｇ／ｍ３、耐熱温度１３００℃、６００℃における熱伝導率０．１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、８００℃における熱伝導率０．２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、圧縮率２５％のときの圧縮応力１６．４ｋＰａ、引張強さ３７．５Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ）
・断熱材Ｂ（第２断熱材）：エアロゲル・無機繊維複合材（パイロジェルＸＴ、アスペン（株））（耐熱温度７００℃以上、６００℃における熱伝導率０．０８９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、圧縮率２５％のときの圧縮応力２０１．３ｋＰａ、引張強さ５００Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ）
以下の断熱材Ａ、断熱材Ｂを用いて、図２に示す積層物１００を作製し、加熱試験を実施した。
・断熱材Ａ（第１断熱材）：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ２含有量約７７質量％、ＣａＯ含有量約９質量％、ＭｇＯ含有量約１３質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量約１質量％）（密度１３０ｋｇ／ｍ３、耐熱温度１３００℃、６００℃における熱伝導率０．１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、８００℃における熱伝導率０．２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、圧縮率２５％のときの圧縮応力１６．４ｋＰａ、引張強さ３７．５Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ）
・断熱材Ｂ（第２断熱材）：エアロゲル・無機繊維複合材（パイロジェルＸＴ、アスペン（株））（耐熱温度７００℃以上、６００℃における熱伝導率０．０８９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、圧縮率２５％のときの圧縮応力２０１．３ｋＰａ、引張強さ５００Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ）
具体的には、図２に示すように、上方が開放している箱型電気炉２００を準備した。電気炉の中にヒーター２１０がある。電気炉の上方に、電気炉を閉じるように断熱材Ａ１１０と断熱材Ｂ１２０を積層した積層物１００を、断熱材Ａ１１０がヒーター２１０に向くように設置した。実施例１、比較例１〜３で用いた断熱材Ａと断熱材Ｂの厚さを表１に示す。
熱電対を電気炉内のヒーターと積層断熱材の間（図２の２２０）、断熱材Ａと断熱材Ｂの間（図２の２３０）、断熱材Ｂの外側の面（断熱材Ａと接する面と反対側の面）（図２の２４０）に設置した。断熱材Ｂの外側の面に設置した熱電対が周囲の空気（対流）の影響を受けないように、生体溶解性繊維ブランケット（繊維の組成は断熱材Ａの繊維と同じ）からなる対流対策材３００を断熱材Ｂの外側にさらに被せた。
熱電対を電気炉内のヒーターと積層断熱材の間（図２の２２０）、断熱材Ａと断熱材Ｂの間（図２の２３０）、断熱材Ｂの外側の面（断熱材Ａと接する面と反対側の面）（図２の２４０）に設置した。断熱材Ｂの外側の面に設置した熱電対が周囲の空気（対流）の影響を受けないように、生体溶解性繊維ブランケット（繊維の組成は断熱材Ａの繊維と同じ）からなる対流対策材３００を断熱材Ｂの外側にさらに被せた。
ヒーター２１０により、ＩＳＯ８３４標準加熱曲線で１時間加熱を行った。熱電対の設置位置２２０，２３０，２４０における、１時間後の測定温度（℃）を、表１に示す。
実施例２、比較例４〜６
実施例１で用いた断熱材Ａと断熱材Ｂを積層して積層物を作製し、さらにシリカクロス（目付け：５９０〜７５０ｇ／ｍ２、引張強さ：縦１４２３．８Ｎ／２５ｍｍ、横４３５．８Ｎ／２５ｍｍ）で包装して積層断熱材（引張強さ：縦１７８０Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ、横８３３．７Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ）を作製した。比較例４だけは断熱材Ｂだけを用いて包装した。実施例２、比較例４〜６で用いた断熱材Ａと断熱材Ｂの厚さは表２に示す。
この積層断熱材を用いて巻き付け試験を実施した。具体的には、積層断熱材を、外径３３．３ｍｍの管に巻き付け、積層断熱材の内面の少なくとも一部が管の外面と接している状態において、積層断熱材の内面と管の外面との最大離隔距離を測定した。結果を表２に示す。
実施例１で用いた断熱材Ａと断熱材Ｂを積層して積層物を作製し、さらにシリカクロス（目付け：５９０〜７５０ｇ／ｍ２、引張強さ：縦１４２３．８Ｎ／２５ｍｍ、横４３５．８Ｎ／２５ｍｍ）で包装して積層断熱材（引張強さ：縦１７８０Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ、横８３３．７Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍ）を作製した。比較例４だけは断熱材Ｂだけを用いて包装した。実施例２、比較例４〜６で用いた断熱材Ａと断熱材Ｂの厚さは表２に示す。
この積層断熱材を用いて巻き付け試験を実施した。具体的には、積層断熱材を、外径３３．３ｍｍの管に巻き付け、積層断熱材の内面の少なくとも一部が管の外面と接している状態において、積層断熱材の内面と管の外面との最大離隔距離を測定した。結果を表２に示す。
本発明の積層断熱材は、原子力発電所の電線管、配管等の保護に使用できる。
１０ 積層断熱材
１１ 積層断熱材の管側の内面
２０ 管
２１ 管の積層断熱材側の外面
１００ 積層物
１１０ 断熱材Ａ（第１断熱材）
１２０ 断熱材Ｂ（第２断熱材）
２００ 電気炉
２１０ ヒーター
２２０，２３０，２４０ 熱電対の位置
３００ 対流対策材
１１ 積層断熱材の管側の内面
２０ 管
２１ 管の積層断熱材側の外面
１００ 積層物
１１０ 断熱材Ａ（第１断熱材）
１２０ 断熱材Ｂ（第２断熱材）
２００ 電気炉
２１０ ヒーター
２２０，２３０，２４０ 熱電対の位置
３００ 対流対策材
Claims (8)
- 無機繊維を含む第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材との積層物を含む積層断熱材であって、
前記第１断熱材の積層方向の厚さをＡ、前記第２断熱材の積層方向の厚さをＢとしたとき、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たし、かつ、Ｂが１０ｍｍ以下であることを特徴とする積層断熱材。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１） - 前記第１断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は５０ｋＰａ以下であり、前記第２断熱材の圧縮率２５％における圧縮応力は１００ｋＰａ以上である請求項１に記載の積層断熱材。
- 前記第１断熱材の積層方向の厚さＡが１０ｍｍを超え、
前記積層断熱材の積層方向の厚さが３０ｍｍ未満である請求項１又は２に記載の積層断熱材。 - 前記第１断熱材の引張強さが３５．０Ｎ／５０ｍｍ／２５ｍｍ以上であり、前記第２断熱材の引張強さが５００Ｎ／２５ｍｍ／１０ｍｍ以下であり、前記積層断熱材の引張強さは、８００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍから２０００Ｎ／２５ｍｍ／１７．５ｍｍである請求項１乃至３の何れか一項に記載の積層断熱材。
- 前記積層断熱材を外径３３．３ｍｍの管に巻きつけ、前記積層断熱材の内面の少なくとも一部が前記管の外面と接しているとき、前記積層断熱材の内面と前記管の外面との最大離隔距離が１０ｍｍ未満である請求項１乃至４の何れか一項に記載の積層断熱材。
- 前記積層物を包装する包装材を備え、前記包装材は、前記第１断熱材と前記第２断熱材より、引張強さが高い請求項１乃至５の何れか一項に記載の積層断熱材。
- 前記包装材が、片面が樹脂コートされたシリカクロスである請求項６に記載の積層断熱材。
- 無機繊維を含み、厚さＡを有する第１断熱材と、
無機繊維を含み、前記第１断熱材より、６００℃における熱伝導率が低く、圧縮率２５％における圧縮応力が高い第２断熱材であって、１０ｍｍ以下である厚さＢを有し、前記ＡとＢの比が以下の式（１）を満たす第２断熱材とを、
積層することを、含む積層断熱材の製造方法。
１＜Ａ／Ｂ＜５ （１）
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|---|---|---|---|---|
| JP2011183586A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Nichias Corp | 複合シートおよび複合シートの製造方法 |
| WO2016002137A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | ニチアス株式会社 | 保持材、その製造方法及びそれを用いた気体処理装置 |
-
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