JP2020112181A - Vacuum heat insulating material and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空断熱材及びこの製造方法に関する。 The present invention relates to a vacuum heat insulating material and a manufacturing method thereof.
ガラス繊維等を主成分とする芯材を含んだ真空断熱材が知られている。ガラス繊維としては、連続フィラメント法やチョップドストランド法で製造される長繊維と、遠心法やバーナー法で製造される短繊維に分類できるが、安全性の観点等から長繊維を採用する動きが活発になってきている。 A vacuum heat insulating material including a core material containing glass fiber or the like as a main component is known. Glass fibers can be classified into continuous fibers manufactured by the continuous filament method or chopped strand method and short fibers manufactured by the centrifugal method or burner method, but there is an active movement to adopt long fibers from the viewpoint of safety. Is becoming.
長繊維を利用すると、短繊維に比して、いわゆる乾式による製造時でも薄いウェブ(マット)を形成することが容易となる。ウェブを用いて芯材を形成すると重なり枚数を多くできるため、厚み方向に延在する、いわゆる縦繊維を抑制できる。 When long fibers are used, it becomes easier to form a thin web (mat) than so-called short fibers even during so-called dry production. When the core material is formed using the web, the number of overlapping sheets can be increased, so that so-called longitudinal fibers extending in the thickness direction can be suppressed.
特許文献1は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維にニードルパンチ加工をしないウェブを40枚以上重ねた芯材を利用した真空断熱材を開示する。また、ウェブの成形後に、300℃〜750℃に加熱して収束材を除去している(0022)。
特許文献2は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維をニードルパンチ加工したニードルマットを少なくとも6枚以上積層した真空断熱材を開示する(0016)。
特許文献1,2とも、重なり枚数を多くしようとするものである。しかし、重なり枚数が増加すると、積層時や圧縮熱成形加工時、真空引き時の位置ずれが生じやすくなる。
Both
特許文献1はウェブを加熱しているが、本発明者らの検討の結果、加熱する際にはウェブの厚みに留意する必要があり、具体的には後述するように、薄いウェブを加熱すると熱溶着が生じてしまうという課題が見出された。
In
特許文献1は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維をニードルパンチ加工を用いず、また、バインダも含まずに芯材としていることから、芯材はやわらかく取扱いが困難である。そのため、積層枚数を多くするほどに、芯材を外被材に挿入する時に層ずれや収縮が発生し、真空断熱材としたときに寸法精度に課題がある。
In
特許文献2は、6枚以上積層することで縦繊維が連続しにくくなるとしている(0014)。しかし、ニードルマットの積層枚数が増すと積層ずれが生じやすいところ、積層枚数を減少させると性能が急激に悪化するとしている。
上記事情に鑑みてなされた第1の本発明は、
真空引き前の厚みがそれぞれ0.5mm以上のガラス長繊維のマットが40枚未満重ねられて形成された芯材を有する真空断熱材である。
The first present invention made in view of the above circumstances,
It is a vacuum heat insulating material having a core material formed by stacking less than 40 mats of long glass fibers each having a thickness of 0.5 mm or more before evacuation.
上記事情に鑑みてなされた第2の本発明は、
ガラス長繊維のマットを複数枚ニードルパンチ加工してまとめたニードルマットを5層以下積層した芯材を有する真空断熱材である。
The second invention made in view of the above circumstances,
It is a vacuum heat insulating material having a core material in which 5 or less layers of needle mats obtained by needle punching a plurality of long glass fiber mats are laminated.
本発明の実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。 A refrigerator including a vacuum heat insulating material according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は本発明の実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫の外観を示す正面図である。図2は実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫の縦断面図であり、図1のA−A線の切断図である。図3は実施形態1に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫のB−B野視図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a front view showing the appearance of a refrigerator provided with a vacuum heat insulating material according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the refrigerator including the vacuum heat insulating material according to the embodiment, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1. FIG. 3 is a BB perspective view of the refrigerator including the vacuum heat insulating material according to the first embodiment.
冷蔵庫1は、上から冷蔵室2、貯氷室3aと上段冷凍室3b、冷凍室4、野菜室5を有している。ヒンジ10等を中心に回動する冷蔵室扉6a、6b、冷蔵室扉6a、6b以外は全て引き出し式の扉であり、貯氷室扉7aと上段冷凍室扉7b、下段冷凍室扉8、野菜室扉9を配置する。
The
また、冷蔵室2と製氷室3a及び上段冷凍室3bとの間を区画断熱するために仕切断熱壁12を配置している。この仕切断熱壁12は厚さ30〜50mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材(ウレタンフォーム)、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。
Further, a partitioning
箱体20は、外箱21と内箱22とを備え、外箱21と内箱22とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体20内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱21側または内箱22側のいずれかに真空断熱材150を配置し、真空断熱材150以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材23を充填してある。真空断熱材150の説明については後述する。
The
本実施形態においては凹部40の裏面に真空断熱材150を配置して断熱性能を確保している。実施例1では、真空断熱材150を前述の庫内灯45のケース45aと電気部品41に跨るように略Z形状に成形した1枚の真空断熱材150とした。
In this embodiment, the vacuum
また、箱体20の背面下部に配置された圧縮機30や凝縮機31は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱22側への投影面に真空断熱材150を配置している。
Further, since the
また、野菜室5の底面部の内箱22外面(断熱材23側)にも真空断熱材150を配置している。天井部は前述の通り真空断熱材150を、両側面部については外箱23の内面に、冷蔵室2と冷凍室3a、3b、4及び野菜室5に跨って真空断熱材150が配置し、冷蔵室扉6a、6b、冷凍室扉8、野菜室扉9についても外箱22(本実施例ではガラス板)内面に真空断熱材150を配置している。その他、各仕切り断熱12と14にも真空断熱材150を配置している。尚、真空断熱材150の配置や使用数については特に限定するものではない。
Further, the vacuum
次に真空断熱材について説明する。図4は真空断熱材50の一例を示したものであり、芯材51と該芯材51を一時的に圧縮状態に保持するための内包材52、内包材52で圧縮状態に保持した芯材51を被覆するガスバリヤ層を有する外被材53及び吸着剤54とから構成してある。外被材53は真空断熱材50の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムを向い合せ、各辺の端部から一定の幅部分を熱溶着した袋状で構成されている。
Next, the vacuum heat insulating material will be described. FIG. 4 shows an example of the vacuum
芯材51については、無機系繊維材料の積層体を使用するとアウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えば無機系繊維を加熱成形したものやバインダ成形したもの、或いはセラミック繊維やロックウール、グラスウール以外のガラス繊維等の無機繊維、及び有機繊維を用いてもよく、特に限定するものではない。芯材51の種類によっては内包材52は使用しない場合もある。
Regarding the
外被材53のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、表面層、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の4層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は吸湿性の低い樹脂フィルム、第一のガスバリヤ層は金属蒸着層を設けた樹脂フィルム、第二のガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一と第二のガスバリヤ層については金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。具体的には、表面層を二軸延伸ポリプロピレン、第一のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きのポリエチレンテレフタレート、第二のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルムとし、熱溶着層を直鎖状低密度ポリエチレンフィルムとした。外被材53については特にこの構成に限定するものではない。表面層はポリアミド(ナイロン)やポリエチレンテレフタレート等でもよく、第一及び第二のガスバリヤ層についても金属箔や樹脂系フィルムに無機層状化合物や樹脂系ガスバリヤコート材等のガスバリヤ膜を設けたものでもよい。熱溶着層には例えば酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルムや、汎用性の高いポリプロピレンフィルム、高密度、中密度、低密度等のポリエチレンフィルムを用いても良い。また、真空断熱材50のそれぞれの外箱側と内箱側の面でフィルム構成が違っていてもよい。例えば、第二のガスバリヤ層として、一方の面がアルミ蒸着フィルム、別の面がアルミ箔という組み合わせであっても何ら問題ない。尚、各層は二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせられるが、接着剤、貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではない。
The laminate structure of the outer covering
表面層と熱溶着層に吸湿性の低い樹脂を配置する目的は、酸素バリヤ性の高い上記のガスバリヤ層フィルムは吸湿によりガスバリヤ性が悪化するため、表面層と熱溶着層で挟むことで、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。これにより、真空断熱材50の真空排気工程においても、外被材53が持ち込む水分量が小さいため、真空排気効率が大幅に向上し、高性能化につながっている。
The purpose of disposing a resin having low hygroscopicity in the surface layer and the heat-welding layer is that the gas barrier layer film having a high oxygen barrier property deteriorates in gas barrier property due to moisture absorption. The amount of moisture absorption of the entire film is suppressed. As a result, even in the vacuum evacuation process of the vacuum
また、内包材52については熱溶着可能なポリエチレンフィルム、吸着剤54については物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いたが、いずれもこれらの材料に限定するものではない。内包材52についてはポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム等、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものであれば良く、吸着剤54については水分(水や水蒸気)を吸着するもので、物理吸着、化学反応型吸着のどちらでも良い。
Although the heat-weldable polyethylene film is used for the encapsulating
(実施例1)
図5に示す実施例1の真空断熱材150は、芯材となるガラス繊維に連続フィラメント法又はチョップドストランド法により得られる長繊維を用いている。公知の長繊維製造法で製造されたガラス繊維に集束剤を利用して集束させつつ、例えば50mm程度ごとに切断する。集束剤としては、例えばウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテル系高分子、界面活性剤、カップリング剤、潤滑剤、帯電防止剤等のうちいずれか1つ又は複数を含んだものが用いられる。
(Example 1)
In the vacuum
次に、この切断されたガラス繊維を開繊してマット状に成型する。本実施例では、平均繊維径7〜9μmの長繊維が薄く集束されたマット(ウェブ)を作成する。 Next, the cut glass fibers are opened and molded into a mat. In this embodiment, a mat (web) in which long fibers having an average fiber diameter of 7 to 9 μm are thinly bundled is prepared.
マットを複数枚重ねてからニードルパンチ加工を行い、ニードルマットとしてまとめる。これによりマット数を多くしつつも芯材嵩を小さくすることができる。そのため、内包材52を用いる必要性を低減でき、外被材53に挿入しやすくすることができる。この際、マットそれぞれの厚みは特に制限されないが、ニードルマット1層の真空引き前の厚みは、真空引き時や芯材の規定寸法へのカット時の位置ずれの抑制の観点から、1mm以上、好ましくは3mm以上が好ましい。ただし、芯材の厚みが厚くなるほどニードルパンチ加工時の針抵抗が大きくなり、加工がしにくくなることから30mm以下が好ましい。また、芯材1層の厚みが厚いほど、ニードルパンチ加工により繊維が断熱方向に向き繊維による固体熱伝導が高くなってしまうことからも、芯材1層の厚みは小さいことが好ましい。
After stacking multiple mats, perform needle punching and combine them into a needle mat. This makes it possible to reduce the bulk of the core material while increasing the number of mats. Therefore, it is possible to reduce the necessity of using the
また、積層ずれを低減するには、ニードルマット51の積層数が5層以下であることが好ましい。本実施例の芯材は幅600mm、長さ600mmのニードルマット1層の厚み5mm、ニードルマット51の積層数5層とした。真空引きして真空断熱材を作製したときに厚み18mmとなり、また、真空断熱材としたときの寸法ずれを3mm以下とすることができた。
Further, in order to reduce the stacking deviation, it is preferable that the number of stacked
また、芯材を550℃〜750℃で圧縮熱成形加工をすることで長繊維の歪が除去され、また、集束剤を揮発させることができる。なお、ニードルパンチ加工を行うためバインダの必要性を低減できるとともに、仮に使用しても圧縮熱成形加工で揮発する。 Further, by subjecting the core material to compression thermoforming at 550° C. to 750° C., the strain of the long fibers can be removed, and the sizing agent can be volatilized. Since needle punching is performed, the need for a binder can be reduced, and even if used, it will volatilize by compression thermoforming.
(実施例2)
ニードルパンチ加工を行うと、柔らかく取り扱いが比較的困難なマットをまとめることができるものの、縦方向(厚み方向)に連続する繊維が発生するため、好ましくはニードルパンチ加工せずに芯材を形成したい。
(Example 2)
When needle punching is performed, mats that are soft and relatively difficult to handle can be put together, but continuous fibers are generated in the longitudinal direction (thickness direction), so it is preferable to form the core without needle punching. ..
図6に示す実施例2の真空断熱材250は、実施例1と同様の長繊維を用いている。本実施例では、マット510の厚みそれぞれを0.5mm以上とし、これを複数枚(後述するが40枚未満。)重ねて圧縮熱成形したものを、芯材とした。
The vacuum heat insulating material 250 of the second embodiment shown in FIG. 6 uses the same long fibers as in the first embodiment. In this embodiment, the
繊維の積層方向に延在する、いわゆる縦繊維を抑制するには、同じガラス繊維の使用量だとマット数が多い方が好ましいが、検討の結果、単にマット数を増すだけだと却って性能が低下することが判明した。原因を追究したところ、薄いマットが混入すると圧縮熱成形時に繊維同士が溶着してしまうということが判明した。 In order to suppress so-called longitudinal fibers extending in the laminating direction of the fibers, it is preferable that the number of mats is large when the amount of glass fibers is the same, but as a result of examination, the performance is rather rather increased simply by increasing the number of mats. It turned out to fall. Upon investigating the cause, it was found that when a thin mat was mixed, the fibers were fused together during compression thermoforming.
詳細には、ニードルパンチ加工がされていない、厚みが0.5mm未満のマットに圧縮熱成形加工を行うと、圧縮熱成形加工時の熱が伝わりやすく、小さい熱量で軟化してしまい、広く繊維が溶けやすいことが判明した。 Specifically, when compression thermoforming is performed on a mat having a thickness of less than 0.5 mm that is not needle punched, heat during the compression thermoforming is easily transferred, and the mat is softened with a small amount of heat, so that it can be widely used in fibers. Was found to melt easily.
一方で、マットの重なり枚数が40以上となると積層ずれや加熱圧縮時の位置ずれが顕著になってきてしまうとの知見を得た。 On the other hand, it was found that when the number of overlapping mats is 40 or more, the stacking deviation and the positional deviation during heating and compression become remarkable.
ここで、マットの管理としては目付量(単位面積当たりのガラス繊維質量。)によるものが知られているが、目付量による管理はマット毎のばらつきが大きくなりがちである。また、目付量はその定義通り、マットの質量(ガラス繊維密度)を管理するものの厚みについては何ら管理しない。本発明者らは、薄いマットが混入すると、圧縮熱成形時の温度を低くしたり乾燥時間を短くしても溶着部と未溶着部が発生しやすいことを見出した。溶着部が大きくなるほど芯材の固体熱伝導が大きくなってしまうことから、真空断熱材としたときの性能低下が発生してしまう。 Here, the management of the mat is based on the basis weight (mass of glass fiber per unit area), but the management based on the basis weight tends to cause large variations among the mats. Further, the weight per unit area controls the mass (glass fiber density) of the mat as defined, but does not control the thickness. The present inventors have found that when a thin mat is mixed, a welded portion and an unwelded portion are likely to occur even if the temperature during compression thermoforming is lowered or the drying time is shortened. Since the solid heat conduction of the core material increases as the size of the welded portion increases, the performance of the vacuum heat insulating material deteriorates.
このため本実施例では、それぞれ0.5mm以上の厚みのマット510を40枚未満重ねて芯材にした。そうすることで、長繊維の集束剤を揮発させるべく550℃〜750℃で積層マット(芯材)を圧縮熱成形加工して乾燥させても、熱溶着の発生を抑制できた。
Therefore, in this example, less than 40
本実施例においては幅600mm、長さ600mmのマット1枚の厚み0.7mmとし、これを39枚積層した。真空断熱材を作製したときに厚み18mmとなった。真空断熱材としたときの寸法ずれを2mm以下とすることができた。 In this embodiment, one mat having a width of 600 mm and a length of 600 mm has a thickness of 0.7 mm, and 39 mats are laminated. When the vacuum heat insulating material was produced, the thickness became 18 mm. The dimensional deviation of the vacuum heat insulating material could be 2 mm or less.
なお、真空断熱材は、冷蔵庫、自動販売機、給湯機器等、断熱を必要とする製品分野での活用が期待できる。 It should be noted that the vacuum heat insulating material can be expected to be used in a product field requiring heat insulation such as a refrigerator, a vending machine, and a water heater.
1 冷蔵庫、2 冷蔵室、3a 貯氷室、3b 上段冷凍室、
4 下段冷凍室、5 野菜室、6a 冷蔵室扉、6b 冷蔵室扉、
7a 貯氷室扉、7b 上段冷凍室扉、8 下段冷凍室扉、
9 野菜室扉、10 扉用ヒンジ、11 パッキン、
12,14 断熱仕切り、13 仕切り部材、
20 箱体、21 外箱、22 内箱、23 発泡断熱材、
27 送風機、28 冷却器、30 圧縮機、31 凝縮機、
33 発泡ポリスチレン、40 凹部、41 電気部品、
42 カバー、45 庫内灯、45a ケース、
50 真空断熱材、
51 ニードルマット、
510 マット、
52 内袋、
53 外被材、
150,250 真空断熱材。
1 refrigerator, 2 refrigerating room, 3a ice storage room, 3b upper freezing room,
4 Lower Freezer, 5 Vegetable Room, 6a Refrigerator Door, 6b Refrigerator Door,
7a ice storage compartment door, 7b upper freezing compartment door, 8 lower freezing compartment door,
9 vegetable compartment door, 10 door hinge, 11 packing,
12, 14 Adiabatic partition, 13 Partition member,
20 box, 21 outer box, 22 inner box, 23 foam insulation,
27 blower, 28 cooler, 30 compressor, 31 condenser,
33 expanded polystyrene, 40 recesses, 41 electrical parts,
42 cover, 45 interior light, 45a case,
50 vacuum insulation,
51 needle mat,
510 mat,
52 inner bag,
53 outer covering,
150,250 Vacuum insulation.
Claims (5)
前記芯材は、550℃〜750℃で加熱圧縮されたことを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the vacuum heat insulating material of Claim 1, Comprising:
The said core material was heat-compressed at 550 degreeC-750 degreeC, The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
前記芯材を550℃〜750℃で加熱圧縮されたことを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the vacuum heat insulating material of Claim 3 or 4, Comprising:
A manufacturing method, wherein the core material is heated and compressed at 550°C to 750°C.
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