JP2617853B2 - セメント質耐アーク材およびその製造法 - Google Patents

セメント質耐アーク材およびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は石綿を含まないセメント
質耐アーク材およびその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】JIS C2210に規定されている電気絶縁
用セメント板は、ポルトランドセメントを結合剤として
石綿を成形することにより製造されるものであって、従
来、耐アーク材や電気絶縁材として使われてきた。しか
しながら、石綿は人体に有害であるため、石綿を含まな
い代替品が望まれている。
【0003】従来提案された石綿を含まない代替品の例
としては、特開昭61−109205号の、パルプ2〜
5%とタルクおよびポルトランドセメントを脱水成形
し、得られた成形物をオートクレーブ中で加熱処理した
ものがある。この材料は、機械的強度と切削加工性が優
れているが耐アーク性は十分でなく、また、加熱された
ときパルプの燃焼臭を発生するという欠点がある。ま
た、特開昭48−40000号公報にはコージライトと
アルミナセメントおよび水の混合物を成形後加熱するこ
とによって製造される耐アーク材が提案されているが、
この材料は、機械的強度が小さく、耐衝撃性も十分でな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
問題点を解決するためになされたものであって、耐アー
ク性に優れ、実用上十分な機械的強度および耐衝撃性を
有し、切削加工性も良好な、石綿を含まない耐アーク材
およびその製造法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明は、チョップドストランド状ガラス繊維5〜15重量
%、マイカ5〜15重量%、高融点充填材0〜20重量
%を含有し、マトリックス部分がベーマイトとアルミン
酸カルシウム水和物からなり、密度が1.8〜2.5g/cm
3であることを特徴とする、セメント質の耐アーク材を
提供するものである。
【0006】本発明はまた、上記耐アーク材の製造法、
すなわち、アルミナセメントに最終製品の重量基準で5
〜15%のチョップドストランド状ガラス繊維、5〜1
5%のマイカ粉末、0〜20%の高融点充填材、および
水を加えて混合し、得られたスラリー状混合物を脱水成
形し、得られた成形体をオートクレーブ中で加熱処理し
てアルミナセメントよりベーマイトおよびアルミン酸カ
ルシウム水和物を生成させることを特徴とするセメント
質耐アーク材の製造法を提供するものである。
【0007】
【作用】本発明の耐アーク材において、マトリックスを
構成するベーマイトは約500℃以上に加熱されると脱
水分解して高融点のγ−アルミナになるが、このときの
寸法変化や強度低下は、ポルトランドセメント水和物や
アルミナセメントの常温での水和生成物に含まれている
ギブサイトなどの場合に比べるとずっと小さい。また、
ベーマイトとアルミン酸カルシウム水和物からなるマト
リックス部分(好ましくは重量比で1:1〜2のベーマ
イトとアルミン酸カルシウム水和物からなるもの)は、
緻密で、電気アークの高温にさらされたときの劣化が少
ない。
【0008】本発明の耐アーク材が含有するチョップド
ストランド状ガラス繊維は、上記マトリックスと強固に
結合した状態で均一に分散しており、耐アーク材を機械
的強度と耐衝撃性のすぐれたものとしている。また、電
気アークにさらされたときの熱衝撃による亀裂の発生お
よびその伝播を防ぐ作用をする。また、マトリックスと
結合したマイカ粒子は、そのへき解性に基づき、切削加
工時に生じる亀裂をその発生部位に留どめ、大きな亀裂
となって伝播するのを防ぐなど、切削加工性を良くす
る。
【0009】高融点充填材たとえばジルコン、コーディ
ライト、コランダム等の粉末は、適量を存在させると耐
アークを向上させる。しかしながら、過剰添加は機械的
強度の低下を招く。上述の組成を有する本発明の耐アー
ク材は、密度を1.9〜2.4g/cm3とすることが望まし
く、これは、機械加工性を確保しながら十分な強度を得
るのに必要である。
【0010】次に、本発明によるこの耐アーク材の製造
法を説明する。原料のアルミナ質セメントとしては、高
アルミナセメント(Al23約73重量%、CaO約26
重量%)またはJIS1号アルミナセメント(Al23
約54重量%、CaO約37重量%)の大部分が使用可
能であるが、アルミナ含有量の少ないもの、特にAl2
3含有量が約49重量%のJIS2号アルミナセメント
も、アルミナヒューム等の活性アルミナを配合して重量
比1:1ないし1:2のベーマイトとアルミン酸カルシ
ウム水和物を生成し得るように組成を調整すれば使用可
能である。
【0011】チョップドストランド状ガラス繊維として
は、集束本数約10〜300本、繊維長約6〜10mmの
ものが適当であり、ガラス繊維自体は耐アルカリ性のも
のであることが必要である。チョップドストランドは解
繊せずに使用し、なるべくそのまま製品中に導入される
ようにする。単繊維状の解繊繊維は、製品中に十分量を
均一に混合することが難しく、補強効果が確実でない。
【0012】アルミナセメント、マイカ、高融点無機質
充填材、チョップドストランド状ガラス繊維等の固形原
料は、水を加える前によく混合する。この段階で、成形
性を良くするため、木材パルプを耐アーク性に悪影響の
ない範囲で、すなわち約2%以下の少量を、加えてもよ
い。
【0013】得られた混合物にさらに水を加えて撹拌す
る。このとき、混和水に酒石酸、クエン酸、グルコン酸
等のナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネ
シウム塩等をアルミナセメントに対して約0.5〜4重
量%添加しておくと、理由は定かでないが顕著な凝集作
用が現れ、それにより、多量の木材パルプを配合してお
かなくても脱水成形工程におけるアルミナセメント等粉
体原料の漏出がなくなって製品品質の均一性と歩留まり
が向上する。また、これらの有機酸塩はアルミナセメン
トの硬化反応の遅延剤でもあるため、硬化反応が開始す
るまでの時間が長くなって成形工程の管理が容易にな
る。
【0014】原料混合物のスラリーには、さらにシリコ
ーンオイル等の撥水剤を添加してもよく、それにより、
製品の吸水性、吸湿性を低くして耐アーク性の安定性を
向上させることができる。適量の水を加えてスラリー状
にした原料混合物は、十分撹拌して均一に混合する。上
記凝集作用のある凝結遅延剤を添加した場合は、撹拌を
続けると数分で凝集状態が形成され、撹拌抵抗が増加す
る(ストーマー粘度計による粘度は約10,000セン
チポイズ以上になる。上記凝集作用がある有機酸塩を添
加しなかった場合は、30分撹拌後も粘度は300セン
チポイズ前後である。)。前述のように、この状態にな
ったものは成形性が良いので、粘度が約20,000〜
60,000センチポイズになるまで撹拌してから成形
するのが有利である。
【0015】成形は脱水プレス成形法により行う。プレ
ス成形圧は、最終的に密度が1.8〜2.5g/cm3の製品
が得られるように調整する。
【0016】得られた成形体中では、アルミナセメント
から生成したアルミン酸カルシウム水和物およびギブサ
イトが、少量の未水和アルミナセメントとともにマトリ
ックスを形成している。この成形体を次いでオートクレ
ーブ中で加熱処理し、マトリックスをベーマイトとアル
ミン酸カルシウム水和物からなるものに変換する。この
変換に要する処理条件は、温度約130〜200℃、加
熱時間約3〜7時間であり、温度が高いほど加熱時間は
短くて済む。変換が十分に進行するとギブサイトは消失
し、ベーマイトとアルミン酸カルシウム水和物が約1:
1.5の重量比で生成する。処理による成形体の見掛け
の体積変化はほとんどないが、組成変化により、緻密化
が起こる。
【0017】製品は、切断、穿孔、ワニス処理など、適
宜加工を施して、耐アーク材としての使用に供する。
【0018】
【実施例】
実施例1 高アルミナ質アルミナセメント(Al23約73%,Ca
O約26%)64重量部、マイカ粉末(平均粒径300
μm)10重量部、チョップドストランド状耐アルカリ
性ガラス繊維(繊維長約8mm,集束本数約200本)、
10重量部、アルミナ粉末(平均粒径約20μm)16
重量部、酒石酸ナトリウムカリウム2重量部、および水
75重量部を10分間撹拌混合し、粘度が40,000
センチポイズのスラリーを得た。次いで、得られたスラ
リーを厚さ10mmの板状に脱水プレス成形した。プレス
成形型枠からの成形材料の漏れは僅かであり、成形は円
滑に行われた。得られた成形体はオートクレーブに移
し、180℃で9時間加熱処理した。X線回折試験の結
果、製品のマトリックス部分は重量比1:1.5のベー
マイトとアルミン酸カルシウム水和物からなるものであ
ることが確認された。
【0019】比較例1(石綿使用従来品) ポルトランドセメント60重量部およびクリソタイル石
綿40重量部を150重量部の水と混合し、厚さ10mm
の板状に脱水プレス成形した後、オートクレーブ中9kg
f/cm2で7時間蒸気養生した。
【0020】比較例2(従来の無石綿品) ポルトランドセメント50重量部、ケイ石粉末、シリカ
フラワー、ワラストナイト、マイカ、タルク各10重量
部およびパルプ3重量部を200重量部の水と混合し、
厚さ10mmの板状に脱水プレス成形後、オートクレーブ
中9kgf/cm2で7時間蒸気養生処理した。上記実施例
1、比較例1,2で得られた製品の特性値を表1に示
す。なお、耐アーク性は下記の方法で試験した。
【0021】耐アーク性試験法:板状試験体の表面から
2.5mmの高さの位置に直径6mmのカーボン電極をそれ
ぞれ垂直から45°傾けたV字状配置で先端を2.5mm
離して対向させ、10Ωの抵抗器を接続して100vの
交流電圧を印加する。電流8.5〜9Aで6分間アーク
を飛ばした後、アークによる試験体損傷部分の直径と深
さを測定し、併せて亀裂の有無を調べる。
【0022】表1から明らかなように、本発明の耐アー
ク材は耐アーク性試験の結果、損傷部の径と深さが共に
小さく、亀裂の発生もなく、良好な耐アーク性を示し
た。また、曲げ強さは比較例に比べるとやや小さいが、
実用上十分な強さであり、その他の特性も良好であっ
た。
【0023】 表1 実施例1 比較例1 比較例2 密度(g/cm3) 2.2 1.9 1.8 曲げ強さ(kgf/cm2) 250 460 300 シャルピー衝撃値(kgf・cm/cm2) 5.0 3.0 3.0 耐アーク性 損傷部の径(mm) 8 12 20 損傷部深さ(mm) 0.6 1.0 1.2 亀裂 なし なし なし 切削加工性 良好 良好 良好
【0024】実施例2,3;比較例3,4 ガラス繊維配合量を変更したほかは実施例1と同様にし
て耐アーク材を製造した。各例におけるガラス繊維配合
量および製品の特性値を表2に示す。
【0025】 表2 比較例3 実施例2 実施例3 比較例4 ガラス繊維配合量(重量部) 0 5 15 20 密度(g/cm3) 2.4 2.3 2.1 2.0 曲げ強さ(kgf/cm2) 250 260 230 170 シャルピー衝撃値(kgf・cm/cm2) 1.9 3.0 6.0 5.5 耐アーク性 損傷部の径(mm) 7 7 10 12 損傷部深さ(mm) 0.5 0.5 0.8 1.0 亀裂 有り なし なし なし 切削加工性 良好 良好 良好 良好
【0026】実施例4,5;比較例5,6 マイカ配合量を変更したほかは実施例1と同様にして耐
アーク材を製造した。各例におけるマイカ配合量および
製品の特性値を表3に示す。
【0027】 表3 比較例5 実施例4 実施例5 比較例6 マイカ配合量(重量部) 0 5 15 20 密度(g/cm3) 2.3 2.3 2.2 2.0 曲げ強さ(kgf/cm2) 300 270 220 150 シャルピー衝撃値(kgf・cm/cm2) 5.0 5.0 5.0 4.0 耐アーク性 損傷部の径(mm) 7 7 8 9 損傷部深さ(mm) 0.5 0.5 0.6 0.7 亀裂 なし なし なし なし 切削加工性 不良 良好 良好 良好
【0028】実施例6,7;比較例7 オートクレーブ処理温度を変更したほかは実施例1と同
様にして耐アーク材を製造した。各例におけるオートク
レーブ処理温度および製品の特性値を表4に示す。比較
例7製品はオートクレーブ処理温度が低かったことによ
るギブサイトの残存が認められ、それにより耐アーク性
の悪いものとなった。
【0029】 表4 比較例7 実施例6 実施例7 オートクレーブ処理温度(℃) 120 130 200 密度(g/cm3) 2.3 2.2 2.2 曲げ強さ(kgf/cm2) 260 250 250 シャルピー衝撃値(kgf・cm/cm2) 6.0 6.0 4.0 耐アーク性 損傷部の径(mm) 8 8 8 損傷部深さ(mm) 0.6 0.6 0.6 亀裂 有り なし なし 切削加工性 良好 良好 良好
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、耐アーク性に優れ、実
用上十分な機械的強度および耐衝撃性を有し、且つ切削
加工性も良好な、セメント質耐アーク材が提供される。
また、本発明の耐アーク材は、耐熱性、耐熱衝撃性、お
よび電気絶縁性も優れているので、耐アーク材としての
用途以外にも、断熱材や電気絶縁材として幅広い用途が
期待される。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 22:06)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョップドストランド状ガラス繊維5〜
    15重量%、マイカ5〜15重量%、高融点充填材0〜
    20重量%を含有し、マトリックス部分がベーマイトと
    アルミン酸カルシウム水和物からなり、密度が1.8〜
    2.5g/cm3であることを特徴とするセメント質耐アーク
    材。
  2. 【請求項2】 アルミナセメントに最終製品の重量基準
    で5〜15%のチョップドストランド状ガラス繊維、5
    〜15%のマイカ粉末、0〜20%の高融点充填材、お
    よび水を加えて混合し、得られたスラリー状混合物を脱
    水成形し、得られた成形体をオートクレーブ中で加熱処
    理してアルミナセメントよりベーマイトおよびアルミン
    酸カルシウム水和物を生成させることを特徴とするセメ
    ント質耐アーク材の製造法。
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