JP3016604B2 - 無機積層体 - Google Patents

無機積層体

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JP3016604B2 JP2416151A JP41615190A JP3016604B2 JP 3016604 B2 JP3016604 B2 JP 3016604B2 JP 2416151 A JP2416151 A JP 2416151A JP 41615190 A JP41615190 A JP 41615190A JP 3016604 B2 JP3016604 B2 JP 3016604B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は工業炉等の耐熱断熱板の
ように、耐熱性及び曲げ強度に優れた無機積層体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、工業炉等の耐熱断熱板のような耐
熱性を必要とする材料は、所望の厚さの繊維シートを作
成した後、無機接着剤を含浸することにより製造してい
た。
【0003】しかしながら、このような繊維シートは厚
くしなければならないので、無機接着剤を繊維シート全
体に亘って均一に含浸することが困難で、かつ、乾燥時
に無機接着剤が移行するため、得られる耐熱断熱板の表
面部のみに無機接着剤が存在し、内部の広い範囲に亘っ
て存在し難いので、ある程度の強度はあるものの、外部
からの衝撃に対して脆いものしか得られなかった。
【0004】そのため、繊維シートの内部まで無機接着
剤で満たすように、含浸を繰り返せば良いが、製造工程
上、煩雑であるだけでなく、無機接着剤の量は内部より
も表面部に多くなり、強度的にむらができるので好まし
くなかった。
【0005】また、耐熱断熱板の厚みに相当する繊維シ
ートを製造しようとすると、繊維むらができやすく、無
機接着剤を含浸しても、均一に分散させることができな
いため、強度的なむらが生じ、品質が安定しないという
問題点もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は強度的に優れ
る無機積層体を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】主として無機繊維(炭素
繊維を除く、以下同様)からなる抄造法により形成した
繊維シート層が2層以上積層され、隣り合う繊維シート
層2、2’の間に、少なくとも一方の繊維シート層2の
構成繊維と無機粉体(鱗状のものを除く、以下同様)
び無機接着剤(炭素系のものは除く、以下同様)からな
る混合層3と、他方の繊維シート層2’の構成繊維と無
機粉体及び無機接着剤からなる混合層3’と、混合層
3、3’の間に無機粉体、無機接着剤のみからなるバイ
ンダー層4を形成している無機積層体である。
【0008】
【作用】本発明の無機積層体1の製造方法の一例を示す
と次のようになる。(1)主として無機繊維を使用して抄
造法により繊維シートを2枚以上、作成する。(2)無機
接着剤、無機粉体、必要であれば水などを加えてバイン
ダーを作成する。(3)バインダーをロールコーター、ナ
イフコーター、或いはカーテンコーターのようなコータ
ーを用いて、繊維シート上に塗布する。(4)バインダー
上に、(3)と同様にバインダーを塗布した他の繊維シー
トを積層する。(5)同様に、(3)、(4)の工程を繰り返
すことにより、繊維シートを所望の厚みになるまで積層
する。(6)必要に応じて加圧する。(7)乾燥する。
【0009】 このようにして得られる無機積層体1の断
面を示した図1(A)、及び図1(A)の繊維シート層
2、2’間の拡大図である(B)をもとにして説明す
る。
【0010】 この図1(B)からわかるように、本発明
の無機積層体1は隣り合う繊維シート層2、2’間に混
合層3、3’とバインダー層4を形成している。
【0011】 なお、混合層3は一方の繊維シート層2の
無機繊維、無機接着剤、無機粉体からなる繊維シート層
2に隣接する層であり、無機接着剤と無機粉末からなる
バインダーが繊維シートの構成繊維中に浸透することに
より形成される層である。また、混合層3’とは混合層
3と同様に、繊維シート層2’に隣接する層であり、繊
維シートの構成繊維中に無機接着剤と無機粉末からなる
バインダーが浸透したことにより形成される層である。
【0012】 これら混合層3、3’はバインダーの強度
のみではなく、バインダーが無機繊維等で補強された状
態にあるので優れた曲げ強度を無機積層体1に付与す
る。
【0013】 また、バインダー層4はどちらの繊維シー
トにも浸透していない無機接着剤と無機粉末のみからな
る層であり、無機接着剤及び無機粉体からなるバインダ
ー層4は緻密であるため、熱風、高温液体、そして炎に
対して優れた遮蔽性を発揮するばかりでなく、優れた曲
げ強度を無機積層体1に付与する。
【0014】 このようにして製造される本発明の無機積
層体1は無機繊維を主体とする抄造法により製造された
繊維シート層2、2’を有しており、繊維シート層2、
2’は無機接着剤を含んでいないので、軽量であると共
に、柔軟性があるので、外部から力が加わったとしても
緩衝層の働きをして、無機積層体1に優れた耐衝撃性や
耐熱衝撃性を付与する。また、繊維シート層2、2’を
構成する繊維として、主として無機繊維を使用している
ので、耐熱性にも優れている。
【0015】 本発明の繊維シート層2、2’の構成繊維
としては、シリカーアルミナ繊維、ガラス繊維、アルミ
ナ繊維、シリカ繊維、炭化ケイ素繊維、ロックウール、
金属繊維などの300℃以上の耐熱性を有する無機繊維を
1種類以上使用するのが好ましい。このような無機繊維
から抄造法により繊維シートを形成しているため、無機
繊維が均一に分散している。
【0016】 なお、繊維シート層2、2’を構成する繊
維は無機繊維ばかりではなく、メタ型、パラ型の芳香族
繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリテトラフルオロエチ
レン繊維、芳香族ポリエーテルアミド繊維、ポリベンツ
イミダゾール繊維などの有機繊維であっても使用するこ
とができる。
【0017】 この繊維シート層2、2’は外部からの衝
撃を和らげる緩衝層的な働きをするので、繊維シートの
見掛密度は0.5g/cm3以下が好ましく、見掛密度が0.05g/
cm3未満であると、無機積層体自身の形態安定性が悪く
なるので、0.05g/cm3以上、0.5g/cm3以下であるのが良
い。また、混合層3、3’は0.1mm程度形成されること
が好ましいため、繊維シートの厚さとして0.2mm以上が
好ましく、繊維シートの厚さが5mmを越えると、無機積
層体全体に比べて繊維シート層2、2’の割合が高くな
り曲げ強度が低下するので、繊維シートの厚みは5mm以
下が好ましい。
【0018】 本発明のバインダー層4は無機積層体1に
曲げ強度を付与すると共に、繊維シート同士を接着す
る。なお、本発明の無機積層体1は高温下で使用するの
で、耐熱性も必要とされ、本発明のバインダーとして、
少なくとも無機粉体と無機接着剤とからなる混合物を使
用することにより、耐熱性、強度を向上させている。ま
た、バインダー層4は繊維を含んでおらず、緻密である
ため、炎等の遮蔽性がある。
【0019】 このバインダー層4を構成する無機接着剤
としてはシリカゾル、アルミナゾル、ジルコニアゾル、
ケイ酸塩、リン酸塩、或いはアルミナセメント、マグネ
シアセメント、ジルコニアセメント等のセメント類等を
1種類以上使用し、無機粉体としてはロウ石、長石、マ
グネシア、ケイソウ土、シリカ、シリカアルミナ、ムラ
イト、アルミナ、水酸化アルミニウム、ジルコン、ジル
コニア、酸化チタン、酸化マグネシア、酸化カルシウ
ム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、シラス、
シラスバルーン、ガラス、ガラスバルーン、ドロマイ
ト、カオリン、シャモット、雲母、コージェライト、窒
化ケイ素、窒化ホウ素、セピオライト、アタパルジャイ
ト、ベントナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、
合成フッ素雲母、金属系粉体を1種類以上使用する。
【0020】 これら無機粉体の粒径としては、繊維シー
トが形成する孔径によって異なるが、例えば、平均繊維
径2〜3μmのセラミック繊維からなる繊維シートの見
掛密度が0.05g/m3以上、0.5g/m3以下である場合には、
ある程度、繊維シート中に浸透するように、粒径0.1〜1
0μmの無機粉体を使用するのが好ましい。
【0021】 また、バインダーの粘度によって繊維シー
トへの浸透状態が異なるので、バインダーの粘度を100c
ps以上、2000cps以下に調節するのが好ましい。2000cps
を越えると、浸透しにくく、混合層3、3’を形成しに
くいため、曲げ強度が低下してしまい、100cps未満であ
る場合には繊維シート全体に亘って浸透してしまい、繊
維シート層2、2’を形成できないため、耐衝撃性、耐
熱衝撃性が悪くなってしまう。
【0022】 また、バインダーの塗布量としては、強度
を付与するためには乾燥重量で200g/m2以上塗布するの
が好ましく、バインダー層を形成して、炎、熱風を遮蔽
するために、300g/m2以上塗布するのがより好ましい。
一方、塗布量が多すぎると、繊維シート層間のバインダ
ー層4がひび割れを生じやすくなるため、乾燥重量で10
00g/m2以下であるのが好ましい。
【0023】 なお、繊維シートは何層積層して無機積層
体1を形成しても良い。何層も積層することにより得ら
れる無機積層体1は、繊維シート層2、2’が何層も存
在することになり、より緩衝層としての効力を発揮す
る。
【0024】 また、各繊維シート層2、2’の構成繊維
が同じである必要はなく、耐熱温度に勾配をつけて繊維
シート層2、2’を形成しても良い。
【0025】 更には、最外部の層が繊維シート層2、
2’である必要はなく、バインダー層4であっても良い
し、バインダーにより他の表面材などを接着しても良
い。
【0026】 以下に本発明の実施例を記載するが、以下
の実施例に限定されるものではない。
【0027】
【実施例】(実施例) セラミック繊維(繊維径2〜3μm)を湿式抄造法によ
って、2%アクリルエマルジョンを含む、目付90g/m2
見掛密度0.18g/cm3、厚さ0.5mmの繊維シートを8枚得
た。
【0028】 次に、下記に示す配合により作成した粘度
1000cpsのバインダーを、1枚の繊維シート上に、ロー
ルコーターにより乾燥重量で470g/m2塗布し、塗布面に
2枚目の繊維シートを積層した。同様に、順次バインダ
ーを塗布し、繊維シートの積層を繰り返すことにより、
8枚の繊維シートを積層してから、10kg/cm2の圧力をか
けて密着させた後、乾燥し、目付4000g/m2、厚さ5.7m
m、見掛密度0.70g/cm3の無機積層体1を得た。
【0029】 (配合) アルミナ粉末(粒径:3μm) :32重量% シリカ粉末(粒径:2μm) :16重量% コロイダルシリカ(濃度:30%) :39重量% セピオライト :6.5重量% 水 :6.5重量%
【0030】 (比較例1) セラミック繊維(繊維径2〜3μm)を湿式抄造法によ
って、2%アクリルエマルジョン及び5%コロイダルシ
リカを含む目付1600g/m2、見掛密度0.29g/cm3、厚さ5.5
mmの繊維シートを得た。
【0031】 この繊維シートに、コロイダルシリカを乾
燥重量で200g/m2付着させた後、乾燥し、目付1800g/
m2、厚さ5.5mm、見掛密度0.33g/cm3の無機体を得た。
【0032】 (比較例2) 比較例2で得られた無機体に実施例と同じ配合のバイン
ダーを、乾燥重量で1200g/m2塗布した後、乾燥し、目付
3000g/m2、厚さ5.7mm、見掛密度0.53g/cm3の無機体を得
た。
【0033】 (寸法安定性の試験) 実施例の無機積層体1、比較例1及び比較例2の無機体
をそれぞれ100(mm)×100(mm)に切断した後、1000℃の電
気炉中に60分放置した後、縦(L1)と横(L2)の長さ
(mm)を測定する。この測定した値から、次の式により
面収縮率を計算する。
【0034】 面収縮率(%)={(10000−L1×L2)/10000}×100
【表1】
【0035】(曲げ強度試験) 実施例の無機積層体1、比較例1及び比較例2の無機体
の常温での曲げ強度の試験、及び600℃、1000℃の電気
炉中で60分に加熱した後の曲げ強度の試験をJISK-7055
に従って行なった。
【0036】 (断熱性試験) 実施例の無機積層体1、比較例1及び比較例2の無機体
を170(mm)×220(mm)に切断し、100(mm)×150(mm)の開口
を有する電気炉の開口部に固定し、1000℃で30分加熱し
た後、無機積層体1の裏面に熱電対を接触させることに
より温度を測定した。
【0037】 表1に示すように、本発明の無機積層体1
は寸法安定性、曲げ強度及び断熱性に優れていることが
わかる。
【0038】
【発明の効果】本発明の無機積層体は繊維シート層が緩
衝層の働きをするので、外力が作用しても優れた耐衝撃
性、耐熱衝撃性を有している。
【0039】 本発明のバインダーは無機積層体に曲げ強
度を付与すると共に、繊維シート内部に十分浸透して接
着しているので、繊維シート層間が剥離することもな
い。
【0040】 本発明の混合層はバインダーの強度のみで
はなく、バインダーが無機繊維で補強された状態にある
ので、優れた曲げ強度を無機積層体に付与する。
【0041】 また、本発明では無機繊維、無機接着剤、
無機粉体を使用しているので、耐熱性に優れた無機積層
体である。
【0042】 更に、無機繊維、無機接着剤、無機粉末の
種類を変えることによって様々な無機積層体ができ、繊
維シート層の数を変えることによって厚さを自由に設計
できるので、様々な用途に適応させることができる。
【0043】 このように、本発明の無機積層体は優れた
耐熱性、曲げ強度を有しているので、工業炉用断熱板と
してはもちろんのこと、耐火ドア、耐火壁、加熱機器内
の断熱性絶縁材、ガスケット、摩擦材、電気機器内の断
熱性絶縁材、炉床板など様々な用途に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A) 本発明の無機積層体の断面図 (B) (A)におけるC−C’部分の拡大図
【符号の説明】
1 無機積層体 2 繊維シート層 2’ 繊維シート層 3 混合層 3’ 混合層 4 バインダー層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主として無機繊維(炭素繊維を除く)か
    らなる抄造法により形成した繊維シート層が2層以上積
    層され、隣り合う繊維シート層2、2’の間に、少なく
    とも一方の繊維シート層2の構成繊維と無機粉体(鱗状
    のものを除く)及び無機接着剤(炭素系のものは除く)
    からなる混合層3と、他方の繊維シート層2’の構成繊
    維と無機粉体(鱗状のものを除く)及び無機接着剤(炭
    素系のものは除く)からなる混合層3’と、混合層3、
    3’の間に無機粉体(鱗状のものを除く)、無機接着剤
    (炭素系のものは除く)のみからなるバインダー層4を
    形成していることを特徴とする無機積層体。
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