JP2020016326A - 断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】シリカエアロゲルの特性を備えながら、より低い熱伝導率の断熱材を提供する。【解決手段】気密空間に充填可能な断熱材であって、平均粒径０.０１〜４．０ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径２μｍの炭化ケイ素粉粒体とを混合する。【選択図】図１

Description

本発明は、気密空間に充填可能な断熱材に関する。

従来、前記断熱材として、シリカエアロゲルの粉粒体が知られている（周知である）。

上述したシリカエアロゲルは、網目状の微細構造を持ち、骨格間に１０ｎｍに満たない細孔があって、三次元的で微細な多孔性の構造をしているために優れた断熱性を示し、融点が１２００℃で、高温環境下での断熱にも利用できるという利点がある。
しかも、曲げには脆いが自重の２０００倍もの重さを支える強度を持つものもあることが知られている。
しかし、更なる断熱性能の高いものが求められている。

従って、本発明の目的は、シリカエアロゲルの特性を備えながら、より低い熱伝導率の断熱材を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、気密空間に充填可能な断熱材であって、シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい炭化ケイ素粉粒体とを混合したところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、シリカエアロゲル粉粒体と炭化ケイ素粉粒体とを混合することにより、それらの単独使用時よりも熱伝導率が低下するという新知見に基づいたもので、つまり、シリカエアロゲル粉粒体単独の場合には、熱伝導率が０．０１９８〜０．０２００Ｗ／ｍＫで、これに対し、炭化ケイ素粉粒体単独の場合には、熱伝導率が０．０７７４Ｗ／ｍＫであるのであるが、シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい炭化ケイ素粉粒体とを混合することにより、双方の熱伝導率よりもより低い断熱材を提供できる。

本発明の第２の特徴構成は、前記シリカエアロゲル粉粒体が平均粒径０.０１〜４．０ｍｍで、前記炭化ケイ素粉粒体が平均粒径２μｍである。

本発明の第２の特徴構成によれば、平均粒径０.０１〜４．０ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径２μmの炭化ケイ素粉粒体とを混合することにより、より確実に双方の熱伝導率よりもより低い断熱材を提供できる。

本発明の第３の特徴構成は、質量割合が、前記シリカエアロゲル粉粒体１００に対して、前記炭化ケイ素粉粒体を０より大で１１０よりも小である。

本発明の第３の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、質量割合が、前記シリカエアロゲル粉粒体１００に対して、前記炭化ケイ素粉粒体を０より大で１１０よりも小にすることにより、熱伝導率が０．０１６７〜０．０１９３Ｗ／ｍＫのより低い断熱材を提供できる。

本発明の第４の特徴構成は、気密空間に充填可能な断熱材であって、シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい酸化チタン粉粒体とを混合したところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい酸化チタン粉粒体とを混合することにより、双方の熱伝導率よりもより低い断熱材を提供できる。

本発明の第５の特徴構成は、気前記シリカエアロゲル粉粒体が平均粒径０.０１〜４．０ｍｍで、前記酸化チタン粉粒体が平均粒径７ｎｍである。

本発明の第５の特徴構成によれば、平均粒径０.０１〜４．０ｍｍのシリカエアロゲルに対して、炭化ケイ素粉粒体に代えて平均粒径７ｎｍの酸化チタン粉粒体を添加して混合しても、夫々の単独使用時よりも熱伝導率が確実に低下する。
従って、より断熱性の良い断熱材を提供できる。

シリカエアロゲルに炭化ケイ素を添加した場合の熱伝導率の変化グラフである。 シリカエアロゲル単体と、シリカエアロゲルに炭化ケイ素を混入した場合の低温時の熱伝導率の変化を比較するグラフである。 シリカエアロゲル単体と、シリカエアロゲルに炭化ケイ素を混入した場合の高温時の熱伝導率の変化を比較するグラフである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
例えば、断熱容器において被断熱体の収容空間を囲繞する壁厚内の気密空間や、真空断熱体の気密空間に充填可能な断熱材を構成するのに、平均粒径０.０１〜４．０ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径２μｍの炭化ケイ素粉粒体とを混合した断熱材を提供する。
そして、前記断熱材は、質量割合が、前記シリカエアロゲル粉粒体１００に対して、前記炭化ケイ素粉粒体を０より大で１１０よりも小にすることにより、シリカエアロゲル粉粒体だけの場合や、炭化ケイ素粉粒体だけの場合よりも、熱伝導率が低下するもので、次の実験結果により示す。

〔実験１〕
シリカエアロゲルは、網目状の微細構造を持ち、骨格間に１０ｎｍに満たない細孔があって、三次元的で微細な多孔性の構造をしているために優れた断熱性を示し、融点が１２００℃で、粒子サイズとして表１に示すように、４種類のサンプルを準備した。

表１より、粒径０．０１〜１．２ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体が、熱伝導率において０．０１９８Ｗ／ｍＫと最も小さかった。

〔実験２〕
サンプル２のシリカエアロゲル粉粒体を用いて、シリカエアロゲル１００質量部に対する炭化ケイ素粉粒体の添加割合を変化させた場合の熱伝導率の変化を調べ、表２に示した。

表２をグラフにすると、図１に示すようになり、シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して、平均粒子サイズ約２μｍ(分布は１〜５μｍ)の炭化ケイ素粉粒体１５〜２５質量部を添加した混合物が、他の添加割合よりも熱伝導率の低下率が高くなることが明確である。
尚、炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）単独の場合の熱伝導率は、０．０７７４Ｗ／ｍＫである。

〔実験３〕
次に、各種粒子サイズの異なるシリカエアロゲル粉粒体として、サンプル１〜サンプル４単独の場合と、サンプル１〜サンプル４のシリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して、平均粒子サイズ約２μｍ(分布は１〜５μｍ)の炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）を、夫々２０質量部の割合で添加して混合した材料において、実測嵩密度（ｋｇ/ｍ³）及び平均温度２３℃での熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を測定して表３に示した。

表３からは、サンプル１〜サンプル４夫々において、平均粒径がシリカエアロゲル粉粒体よりも小さい炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）を添加混合することによって熱伝導率が低下することが分かる。

〔実験４〕
次に、シリカエアロゲル粉粒体単体と、シリカエアロゲル粉粒体に炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）を混入した断熱材の夫々の低温特性（−４０℃〜４０℃）を調べて、表４に示した。

尚、表４を温度グラフに表すと図２のようになる。
つまり、シリカエアロゲル粉粒体単体よりも、炭化ケイ素粉粒体を混入したほうが熱伝導率が低減し、温度が高くなるにつれてその低減率が大きくなることが分かる。

〔実験５〕
上記と同様のシリカエアロゲル粉粒体単体と、シリカエアロゲル粉粒体に炭化ケイ素粉粒体を混入した断熱材の夫々において、高温特性（１００℃〜５００℃）を調べて、表５に示した。

表５を、温度グラフに表すと図３のようになる。
つまり、高温になればなるほどシリカエアロゲル粉粒体単独の物よりも炭化ケイ素混入シリカエアロゲル粉粒体の方が熱伝導率に差が大きく出て、断熱性が高くなることが明確である。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
〈１〉 炭化ケイ素粉粒体は、一般的に赤外線透過抑制剤として使用されているために、同様の特性を持つ酸化チタン粉粒体（平均粒子サイズは約７ｎｍ）を、シリカエアロゲル粉粒体（粒子径０．０１〜１．２ｍｍ）に添加混合させた場合にも熱伝導率が低下するか否かを調べ表６に示した。
尚、比較のために炭化ケイ素粉粒体を添加した場合の実験結果も合わせて記載した。この実験で、炭化ケイ素粉粒体以外に平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい酸化チタン粉粒体でもシリカエアロゲル単体よりも熱伝導率が低減することが分かり、酸化チタン粉粒体混入シリカエアロゲル粉粒体が断熱材として利用できる。

Claims (5)

1. 気密空間に充填可能な断熱材であって、
   シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい炭化ケイ素粉粒体とを混合した断熱材。
2. 前記シリカエアロゲル粉粒体が平均粒径０.０１〜４．０ｍｍで、前記炭化ケイ素粉粒体が平均粒径２μｍである請求項１記載の断熱材。
3. 質量割合が、前記シリカエアロゲル粉粒体１００に対して、前記炭化ケイ素粉粒体を０より大で１１０よりも小である請求項２に記載の断熱材。
4. 気密空間に充填可能な断熱材であって、
   シリカエアロゲル粉粒体と、平均粒径が前記シリカエアロゲル粉粒体よりも小さい酸化チタン粉粒体とを混合した断熱材。
5. 前記シリカエアロゲル粉粒体が平均粒径０.０１〜４．０ｍｍで、前記酸化チタン粉粒体が平均粒径７ｎｍである請求項４に記載の断熱材。

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