JP3302595B2 - 断熱材の製造法 - Google Patents
断熱材の製造法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１５００℃を超え
るような過酷な温度条件下で使用する断熱材として好適
な、高度の耐熱性と耐熱衝撃性を備えた断熱材の製造法
に関するものである。
るような過酷な温度条件下で使用する断熱材として好適
な、高度の耐熱性と耐熱衝撃性を備えた断熱材の製造法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＮＡＳＡの宇宙往還機・スペースシャト
ルの表面保護材のように、著しい高温や激しい熱的衝撃
によく耐え、低密度で断熱性に優れる一方、一定水準以
上の強度と機械加工性を備えていることを要求される板
状断熱材の代表的なものとしては、耐熱無機繊維を主材
とする多孔質断熱材が知られている。
ルの表面保護材のように、著しい高温や激しい熱的衝撃
によく耐え、低密度で断熱性に優れる一方、一定水準以
上の強度と機械加工性を備えていることを要求される板
状断熱材の代表的なものとしては、耐熱無機繊維を主材
とする多孔質断熱材が知られている。
【０００３】この種の材料で最初に用いられたものは、
バインダーとしてのコロイダルシリカと高純度シリカ繊
維との混合物の成形体を約１３００℃で焼成して作られ
た、シリカタイルと呼ばれる材料である。しかしなが
ら、この材料は強度が低く、また物性の劣化も早く、使
用時の機械的衝撃によって欠けたり、接着したものが剥
離したりする等の欠点があった。そこで、バインダーを
使用することによるシリカタイルの上述のような欠点を
解消するものとして、例えばシリカ繊維、アルミノシリ
ケート繊維及び酸化ホウ素の混合物又はシリカ繊維及び
アルミノボロシリケート繊維の混合物を成形した後焼成
することにより繊維間融着を生じさせた断熱材（特開昭
５５−３７５００号公報）、特定の繊維径のシリカ繊維
とアルミナ繊維とを酸化ホウ素により融着させた断熱材
（特開昭６０−１５１２６９号公報）、シリカ繊維、ア
ルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維
の混合物に有機繊維及び酸化ホウ素を混合し、成形した
のち焼成することにより繊維間融着を生じさせた断熱材
の製造法（特開平４−１１９９５８号公報）及びシリカ
繊維６５〜８５重量％、ムライト繊維１５〜３５重量
％、セルロースパウダー及びホウ素化合物粉末の混合物
を成形したのち焼成することにより繊維間融着を生じさ
せる断熱材の製造法（特開平６−１７２０１０号公報）
等が提案されている。
バインダーとしてのコロイダルシリカと高純度シリカ繊
維との混合物の成形体を約１３００℃で焼成して作られ
た、シリカタイルと呼ばれる材料である。しかしなが
ら、この材料は強度が低く、また物性の劣化も早く、使
用時の機械的衝撃によって欠けたり、接着したものが剥
離したりする等の欠点があった。そこで、バインダーを
使用することによるシリカタイルの上述のような欠点を
解消するものとして、例えばシリカ繊維、アルミノシリ
ケート繊維及び酸化ホウ素の混合物又はシリカ繊維及び
アルミノボロシリケート繊維の混合物を成形した後焼成
することにより繊維間融着を生じさせた断熱材（特開昭
５５−３７５００号公報）、特定の繊維径のシリカ繊維
とアルミナ繊維とを酸化ホウ素により融着させた断熱材
（特開昭６０−１５１２６９号公報）、シリカ繊維、ア
ルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維
の混合物に有機繊維及び酸化ホウ素を混合し、成形した
のち焼成することにより繊維間融着を生じさせた断熱材
の製造法（特開平４−１１９９５８号公報）及びシリカ
繊維６５〜８５重量％、ムライト繊維１５〜３５重量
％、セルロースパウダー及びホウ素化合物粉末の混合物
を成形したのち焼成することにより繊維間融着を生じさ
せる断熱材の製造法（特開平６−１７２０１０号公報）
等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
断熱材は既にかなりの高水準の性能を達成しているもの
の、いずれの断熱材も、その断熱材を構成する原材料の
性質上１４００℃を超えるような超高温域では断熱材の
収縮が大きくなり、形状が保持できなくなるため使用に
耐えない。しかし、ＮＡＳＡの宇宙往還機においては、
１５００℃を超える温度域で使用可能な断熱材も要求さ
れており、現状ではカーボンカーボンと呼ばれる炭素繊
維複合耐熱材を利用した断熱材が唯一存在するのみであ
る。しかしながら、該カーボンカーボンは製造が極めて
難しい。そこで、高性能でかつ容易に製造され１５００
℃を超える温度域で使用可能な断熱材の開発が要望され
ている。
断熱材は既にかなりの高水準の性能を達成しているもの
の、いずれの断熱材も、その断熱材を構成する原材料の
性質上１４００℃を超えるような超高温域では断熱材の
収縮が大きくなり、形状が保持できなくなるため使用に
耐えない。しかし、ＮＡＳＡの宇宙往還機においては、
１５００℃を超える温度域で使用可能な断熱材も要求さ
れており、現状ではカーボンカーボンと呼ばれる炭素繊
維複合耐熱材を利用した断熱材が唯一存在するのみであ
る。しかしながら、該カーボンカーボンは製造が極めて
難しい。そこで、高性能でかつ容易に製造され１５００
℃を超える温度域で使用可能な断熱材の開発が要望され
ている。
【０００５】従って、本発明の目的は、約１５００℃の
高温度域まで使用可能であり、かつ簡易な方法で製造で
きる高性能断熱材の製造法を提供することにある。
高温度域まで使用可能であり、かつ簡易な方法で製造で
きる高性能断熱材の製造法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討した結果、従来、繊維間融着が不十分
という理由で配合量が制限されていたムライト繊維の表
面を、予めコロイダルシリカで処理すれば高配合量とし
ても繊維間融着が強固になり、従って、耐熱性に極めて
優れるとともに高性能な断熱材が得られることを見い出
し、本発明を完成するに至った。
発明者は鋭意検討した結果、従来、繊維間融着が不十分
という理由で配合量が制限されていたムライト繊維の表
面を、予めコロイダルシリカで処理すれば高配合量とし
ても繊維間融着が強固になり、従って、耐熱性に極めて
優れるとともに高性能な断熱材が得られることを見い出
し、本発明を完成するに至った。
【０００７】すなわち、本発明は、予め、ムライト繊維
と酸性コロイダルシリカを水中にて混合し、次いで該混
合体にシリカ繊維及びホウ素化合物を加えてスラリ−状
とし、次いで脱水成形し、乾燥後焼成することを特徴と
する断熱材の製造法を提供するものである。
と酸性コロイダルシリカを水中にて混合し、次いで該混
合体にシリカ繊維及びホウ素化合物を加えてスラリ−状
とし、次いで脱水成形し、乾燥後焼成することを特徴と
する断熱材の製造法を提供するものである。
【０００８】また、本発明は、前記混合体に、更に、炭
化ケイ素質熱輻射材、有機バインダ−又は軽質化添加剤
を配合する断熱材の製造法を提供するものである。
化ケイ素質熱輻射材、有機バインダ−又は軽質化添加剤
を配合する断熱材の製造法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の断熱材の製造法は、予
め、ムライト繊維と酸性コロイダルシリカを水中にて混
合し、酸性コロイダルシリカをムライト繊維表面に吸着
させる。次に、この混合体にシリカ繊維及びホウ素化合
物を加えスラリー状とし、次いで脱水成形し乾燥後焼成
することにより行われる。
め、ムライト繊維と酸性コロイダルシリカを水中にて混
合し、酸性コロイダルシリカをムライト繊維表面に吸着
させる。次に、この混合体にシリカ繊維及びホウ素化合
物を加えスラリー状とし、次いで脱水成形し乾燥後焼成
することにより行われる。
【００１０】前記ムライト繊維に酸性コロイダルシリカ
を吸着させる際、該酸性コロイダルシリカの配合量とし
ては、混合繊維重量に対して１０〜３０重量％とするの
がよい。１０重量％より少ないと、十分な補強効果が得
られず、結果的に強度が不足することとなる。また、３
０重量％を超えると、原材料混合時の凝集状態が悪くな
り、品質にバラツキを生じやすくなる。コロイダルシリ
カの含有量が多すぎると、相対的にシリカ成分が過大と
なり、断熱材としての耐熱性を悪くする。また、酸性コ
ロイダルシリカとしては、原料繊維の有する耐熱性が損
なわれないようソーダ成分の少ないものを使用すること
が好ましい。
を吸着させる際、該酸性コロイダルシリカの配合量とし
ては、混合繊維重量に対して１０〜３０重量％とするの
がよい。１０重量％より少ないと、十分な補強効果が得
られず、結果的に強度が不足することとなる。また、３
０重量％を超えると、原材料混合時の凝集状態が悪くな
り、品質にバラツキを生じやすくなる。コロイダルシリ
カの含有量が多すぎると、相対的にシリカ成分が過大と
なり、断熱材としての耐熱性を悪くする。また、酸性コ
ロイダルシリカとしては、原料繊維の有する耐熱性が損
なわれないようソーダ成分の少ないものを使用すること
が好ましい。
【００１１】また、上記酸性コロイダルシリカをムライ
ト繊維表面に吸着させる際に、界面活性剤を添加するこ
とが好ましい。該界面活性剤としては、特に制限され
ず、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び
両性界面活性剤等が挙げられ、このうち、ノニオン性界
面活性剤を用いることが、均一かつ十分に吸着できるこ
とから好ましい。
ト繊維表面に吸着させる際に、界面活性剤を添加するこ
とが好ましい。該界面活性剤としては、特に制限され
ず、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び
両性界面活性剤等が挙げられ、このうち、ノニオン性界
面活性剤を用いることが、均一かつ十分に吸着できるこ
とから好ましい。
【００１２】上記の如く吸着処理された水中スラリー
に、シリカ繊維及びホウ素化合物を加える際に、該ホウ
素化合物としては、特に制限されないが、例えば酸化ホ
ウ素、窒化ホウ素及び炭化ホウ素等を用いればよい。ま
た、該ホウ素化合物の配合量としては、混合繊維重量に
対しＢ2 Ｏ3 換算で３〜５重量％とするのがよい。３重
量％よりも少ないと、後述の交絡点におけるガラス化融
着ポイントが少なくなり、強度の低下を招く。また、５
重量％を超えると、成形体焼成時の収縮が大きくなり、
製品が高密度のものとなる。さらに含有量が多すぎると
そこから生じるガラス繊維を被覆し、断熱性を悪くする
ばかりか各無機繊維がそれらの特性を最高度に発揮する
のを妨げて、耐熱性を悪くする。
に、シリカ繊維及びホウ素化合物を加える際に、該ホウ
素化合物としては、特に制限されないが、例えば酸化ホ
ウ素、窒化ホウ素及び炭化ホウ素等を用いればよい。ま
た、該ホウ素化合物の配合量としては、混合繊維重量に
対しＢ2 Ｏ3 換算で３〜５重量％とするのがよい。３重
量％よりも少ないと、後述の交絡点におけるガラス化融
着ポイントが少なくなり、強度の低下を招く。また、５
重量％を超えると、成形体焼成時の収縮が大きくなり、
製品が高密度のものとなる。さらに含有量が多すぎると
そこから生じるガラス繊維を被覆し、断熱性を悪くする
ばかりか各無機繊維がそれらの特性を最高度に発揮する
のを妨げて、耐熱性を悪くする。
【００１３】本発明の製造法において、前記ムライト繊
維は混合繊維中、７５〜９５重量％とすることが断熱材
の熱膨張率を低く押さえつつ、かつ高耐熱性能を得るた
めに好ましい。上記混合物は、特に好ましくは７８〜９
２重量％である。該ムライト繊維の配合量が７５重量％
未満では断熱材は加熱による収縮が大きく１５００℃以
上の高温での使用に耐えられなくなり、また、９５重量
％を超えると強度が低下し、目的の断熱材としては使用
できなくなる。なお、ムライト繊維はＳｉＯ2／Ａｌ2
Ｏ3 モル比が２／３の斜方晶結晶からなる繊維であっ
て、十分な断熱性能を発揮するために平均繊維径が２〜
５μｍ、平均繊維長が０．２〜１０mmとすることが好ま
しい。
維は混合繊維中、７５〜９５重量％とすることが断熱材
の熱膨張率を低く押さえつつ、かつ高耐熱性能を得るた
めに好ましい。上記混合物は、特に好ましくは７８〜９
２重量％である。該ムライト繊維の配合量が７５重量％
未満では断熱材は加熱による収縮が大きく１５００℃以
上の高温での使用に耐えられなくなり、また、９５重量
％を超えると強度が低下し、目的の断熱材としては使用
できなくなる。なお、ムライト繊維はＳｉＯ2／Ａｌ2
Ｏ3 モル比が２／３の斜方晶結晶からなる繊維であっ
て、十分な断熱性能を発揮するために平均繊維径が２〜
５μｍ、平均繊維長が０．２〜１０mmとすることが好ま
しい。
【００１４】前記シリカ繊維の配合量は、混合繊維中、
５〜２５重量％とすることが断熱材の熱膨張率を低いレ
ベルに維持し、高い強度を発現させるために好ましい。
上記配合量は、特に好ましくは８〜２８重量％である。
該シリカ繊維の混合物が５重量％未満では断熱材の強度
が低下し、使用上の要求レベルを下回り、また、２５重
量％を超えると加熱にする収縮が大きくなり１５００℃
以上の温度での耐熱性が低下することとなる。なお、シ
リカ繊維としては、ＳｉＯ3 含有率が９５重量％以上の
高純度シリカ繊維が好ましく、平均繊維径が０．３〜３
μｍ、平均繊維長が１〜５mmとすることが好ましい。
５〜２５重量％とすることが断熱材の熱膨張率を低いレ
ベルに維持し、高い強度を発現させるために好ましい。
上記配合量は、特に好ましくは８〜２８重量％である。
該シリカ繊維の混合物が５重量％未満では断熱材の強度
が低下し、使用上の要求レベルを下回り、また、２５重
量％を超えると加熱にする収縮が大きくなり１５００℃
以上の温度での耐熱性が低下することとなる。なお、シ
リカ繊維としては、ＳｉＯ3 含有率が９５重量％以上の
高純度シリカ繊維が好ましく、平均繊維径が０．３〜３
μｍ、平均繊維長が１〜５mmとすることが好ましい。
【００１５】上記ムライト繊維とシリカ繊維の両方につ
いて、上記好適繊維径と好適繊維長のものを採用するこ
とにより、目的の密度で熱伝導率の小さい断熱材とする
ことができるとともに、成形工程における繊維配向の乱
れを少なくし、物性に顕著な方向性が生じるのを避ける
ことができる。
いて、上記好適繊維径と好適繊維長のものを採用するこ
とにより、目的の密度で熱伝導率の小さい断熱材とする
ことができるとともに、成形工程における繊維配向の乱
れを少なくし、物性に顕著な方向性が生じるのを避ける
ことができる。
【００１６】また、前記水中スラリ−に、炭化ケイ素質
熱輻射剤、有機バインダ−及び軽質化添加剤を配合する
ことが好ましい。
熱輻射剤、有機バインダ−及び軽質化添加剤を配合する
ことが好ましい。
【００１７】該炭化ケイ素質熱輻射材は輻射熱の透過を
妨げて断熱性能を一層向上させるが、過度の配合は密度
を高くしてしまい好ましくない。したがって、その配合
量としては、混合繊維重量に対し２０重量％以下、特に
１０〜２０重量％とすることが断熱材の熱伝導率低減効
果と密度への影響の観点から好ましい。該炭化ケイ素質
熱輻射材としては、例えば炭化ケイ素粉体及び炭化ケイ
素ウィスカ等が挙げられる。
妨げて断熱性能を一層向上させるが、過度の配合は密度
を高くしてしまい好ましくない。したがって、その配合
量としては、混合繊維重量に対し２０重量％以下、特に
１０〜２０重量％とすることが断熱材の熱伝導率低減効
果と密度への影響の観点から好ましい。該炭化ケイ素質
熱輻射材としては、例えば炭化ケイ素粉体及び炭化ケイ
素ウィスカ等が挙げられる。
【００１８】該有機バインダーは乾燥後断熱材にハンド
リング性を付与する目的で添加する。添加する配合量と
しては、混合繊維重量に対し１〜１０重量％程度とする
ことが好ましい。該有機バインダーとしては、例えば澱
粉、変性デンプン、有機高分子エマルジョン等が挙げら
れる。
リング性を付与する目的で添加する。添加する配合量と
しては、混合繊維重量に対し１〜１０重量％程度とする
ことが好ましい。該有機バインダーとしては、例えば澱
粉、変性デンプン、有機高分子エマルジョン等が挙げら
れる。
【００１９】該軽質化添加剤は所望する断熱材の密度に
より任意の配合量とすることができ、その配合量として
は、混合繊維重量に対し５〜４０重量％とするのが好ま
しい。該軽質化添加剤としては、脱水成形の過程で無機
繊維が自然な配置をとろうとする動きを妨げないことが
必要であり、例えば、高度漂白パルプを酸加水分解処理
し高純度のセルロース結晶として取り出したセルロース
パウダー、市販品としては「ＫＣフロック」（新日本製
紙社製）；機械的粉砕により精選パルプを微粉末化した
セルロースパウダー、市販品としては「パルプフロッ
ク」（新日本製紙社製）及び水溶液として供給される高
分子飽和共重合体樹脂、市販品として「ニチゴーポリエ
スター」（日本合成化学工業社製）等が挙げられる。
より任意の配合量とすることができ、その配合量として
は、混合繊維重量に対し５〜４０重量％とするのが好ま
しい。該軽質化添加剤としては、脱水成形の過程で無機
繊維が自然な配置をとろうとする動きを妨げないことが
必要であり、例えば、高度漂白パルプを酸加水分解処理
し高純度のセルロース結晶として取り出したセルロース
パウダー、市販品としては「ＫＣフロック」（新日本製
紙社製）；機械的粉砕により精選パルプを微粉末化した
セルロースパウダー、市販品としては「パルプフロッ
ク」（新日本製紙社製）及び水溶液として供給される高
分子飽和共重合体樹脂、市販品として「ニチゴーポリエ
スター」（日本合成化学工業社製）等が挙げられる。
【００２０】原料の全てを配合した後、十分に混合した
スラリー中の固形分濃度は０．５〜１．５重量％とする
のが好ましい。
スラリー中の固形分濃度は０．５〜１．５重量％とする
のが好ましい。
【００２１】該スラリーは常法により所望の形状に脱水
成形する。脱水成形はプレスを用いて真空下で行えばよ
く、得られた成形体は乾燥後、温度を上げて焼成する。
乾燥温度は１２０℃以下で行い、焼成温度はホウ素化合
物と酸性コロイダルシリカがムライト繊維及びシリカ繊
維と反応する温度であればよく通常約１１００℃〜１４
００℃の範囲である。焼成後の成形物は、冷却後必要に
応じて切削加工を施し目的とする断熱材を得る。
成形する。脱水成形はプレスを用いて真空下で行えばよ
く、得られた成形体は乾燥後、温度を上げて焼成する。
乾燥温度は１２０℃以下で行い、焼成温度はホウ素化合
物と酸性コロイダルシリカがムライト繊維及びシリカ繊
維と反応する温度であればよく通常約１１００℃〜１４
００℃の範囲である。焼成後の成形物は、冷却後必要に
応じて切削加工を施し目的とする断熱材を得る。
【００２２】上記スラリーを成形し、乾燥後焼成する
際、ホウ素化合物は酸化溶融し、次いで繊維の酸化ケイ
素分と反応しホウ珪酸化合物となり、次いで冷却過程に
おいてガラス化し無機繊維の交絡点を固定するものであ
る。本発明においては、繊維中ケイ素分が少ないため上
記反応が弱く固定化され難いムライト繊維を予め酸性コ
ロイダルシリカにより、該ムライト繊維の表面を酸化ケ
イ素リッチに処理したため、その混合割合を７５〜９５
重量％に増加させても繊維の交絡点を確実に固定でき、
強度を発現することができる。また、これによりムライ
ト繊維が有する高耐熱性を十分生かすことができる。ま
た、焼成時には、上記有機バインダー及び軽量化添加材
は焼失する。
際、ホウ素化合物は酸化溶融し、次いで繊維の酸化ケイ
素分と反応しホウ珪酸化合物となり、次いで冷却過程に
おいてガラス化し無機繊維の交絡点を固定するものであ
る。本発明においては、繊維中ケイ素分が少ないため上
記反応が弱く固定化され難いムライト繊維を予め酸性コ
ロイダルシリカにより、該ムライト繊維の表面を酸化ケ
イ素リッチに処理したため、その混合割合を７５〜９５
重量％に増加させても繊維の交絡点を確実に固定でき、
強度を発現することができる。また、これによりムライ
ト繊維が有する高耐熱性を十分生かすことができる。ま
た、焼成時には、上記有機バインダー及び軽量化添加材
は焼失する。
【００２３】本発明の方法により得られた断熱材は、上
記特定配合割合のムライト繊維とシリカ繊維が該繊維の
交絡点でガラス状ホウ素化合物で固定され、かつ三次元
網目構造を示すものであり、その物性としては、嵩密度
が０．０８〜０．４g/cm3 、好ましくは０．１〜０．３
g/cm3 、熱伝導率が０．０７〜０．１５w/mK、層間引張
強さが常態で２．０〜４．０kgf/cm2 、１５００℃加熱
後で１．５〜３．０kgf/cm2 、加熱収縮率が面方向で
０．０〜１．０％、厚さ方法で０．３〜１．０％であ
る。
記特定配合割合のムライト繊維とシリカ繊維が該繊維の
交絡点でガラス状ホウ素化合物で固定され、かつ三次元
網目構造を示すものであり、その物性としては、嵩密度
が０．０８〜０．４g/cm3 、好ましくは０．１〜０．３
g/cm3 、熱伝導率が０．０７〜０．１５w/mK、層間引張
強さが常態で２．０〜４．０kgf/cm2 、１５００℃加熱
後で１．５〜３．０kgf/cm2 、加熱収縮率が面方向で
０．０〜１．０％、厚さ方法で０．３〜１．０％であ
る。
【００２４】上記層間引張強さは、一般的な層間はく離
試験により求められる。具体的には、適当な大きさで正
方形の試験片を１試験体に対し数個、通常３個以上用意
する。試験用の治具としては試験片と同じかそれ以上の
面積を有し、試験により変形しない十分な強度を持つも
ので、通常鋼製の治具を用いる。試験片の対向する２面
に治具を接着し試験体とする。接着剤は例えば常温硬化
エポキシ樹脂を用い、接着剤の所用硬化時間以上に養生
する。このようにして用意された試験体を引張試験機で
所定の速度で引張り、最大荷重Ｗを測定する。層間引張
強さＮは最大荷重Ｗと試験片の面積Ｓ（引張方向と垂直
な面の面積）から次の式で求められる。 Ｎ（kgf/cm2 ) ＝Ｗ(kgf) ／Ｓ(cm 2 ) 上記加熱収縮率は、一般的な繊維質断熱材の加熱試験に
より求められる。具体的には、適当な大きさ（通常４０
〜５０mm）で立方体の試験片を用意し端面から約１０mm
内側にアルミナピンを埋め込む。アルミナピンは頭部の
高さが試験片の表面と同一となるように埋め込む。試験
片の加熱は通常徐熱徐冷法で行われ、例えば電気炉で約
２００℃／時間の速度で昇温、所定温度を所定時間保持
し、その後炉内で自然冷却させる。加熱前のアルミナピ
ン間の長さｌ1 と加熱後のアルミナピン間の長さｌ2 を
ノギス等で測定する。加熱収縮率は以下の式で求められ
る。 加熱収縮率＝（ｌ1 −ｌ2 ）／ｌ1 ×１００（％）
試験により求められる。具体的には、適当な大きさで正
方形の試験片を１試験体に対し数個、通常３個以上用意
する。試験用の治具としては試験片と同じかそれ以上の
面積を有し、試験により変形しない十分な強度を持つも
ので、通常鋼製の治具を用いる。試験片の対向する２面
に治具を接着し試験体とする。接着剤は例えば常温硬化
エポキシ樹脂を用い、接着剤の所用硬化時間以上に養生
する。このようにして用意された試験体を引張試験機で
所定の速度で引張り、最大荷重Ｗを測定する。層間引張
強さＮは最大荷重Ｗと試験片の面積Ｓ（引張方向と垂直
な面の面積）から次の式で求められる。 Ｎ（kgf/cm2 ) ＝Ｗ(kgf) ／Ｓ(cm 2 ) 上記加熱収縮率は、一般的な繊維質断熱材の加熱試験に
より求められる。具体的には、適当な大きさ（通常４０
〜５０mm）で立方体の試験片を用意し端面から約１０mm
内側にアルミナピンを埋め込む。アルミナピンは頭部の
高さが試験片の表面と同一となるように埋め込む。試験
片の加熱は通常徐熱徐冷法で行われ、例えば電気炉で約
２００℃／時間の速度で昇温、所定温度を所定時間保持
し、その後炉内で自然冷却させる。加熱前のアルミナピ
ン間の長さｌ1 と加熱後のアルミナピン間の長さｌ2 を
ノギス等で測定する。加熱収縮率は以下の式で求められ
る。 加熱収縮率＝（ｌ1 −ｌ2 ）／ｌ1 ×１００（％）
【００２５】本発明の方法で得られた断熱材の用途とし
ては、宇宙往還機に限らず、各種工業用断熱材が挙げら
れる。特に、最高使用温度が１５００℃を超える温度、
例えば１６００℃の温度下で使用することが有用であ
る。
ては、宇宙往還機に限らず、各種工業用断熱材が挙げら
れる。特に、最高使用温度が１５００℃を超える温度、
例えば１６００℃の温度下で使用することが有用であ
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば簡易な方法で耐熱性の高
いムライト繊維の配合割合を高めることを可能にしたた
め、０．０８〜０．４ｇ／ｃｍ2 の低密度でありながら
強度等の機械的特性及び熱的特性にも優れた断熱材を得
ることが出来る。
いムライト繊維の配合割合を高めることを可能にしたた
め、０．０８〜０．４ｇ／ｃｍ2 の低密度でありながら
強度等の機械的特性及び熱的特性にも優れた断熱材を得
ることが出来る。
【００２７】
実施例１及び２ 下記原料を表１に示した比率で製造した。まず多量の水
中にムライト繊維と酸性コロイダルシリカを投入し、十
分混合した。次いで活性剤を投入して酸性コロイダルシ
リカをムライト繊維に吸着させた。その後、順次その他
の原材料を投入し、十分に混合してスラリー状にした。
ここで、スラリーの固形分濃度は１％であった。得られ
たスラリーを脱水プレス成形により板状に成形し、得ら
れた成形物を１０５℃で１６時間乾燥した。成形物はさ
らに大気中１３００℃で２時間焼成し、ホウ素化合物が
酸化溶融した結果ガラス状となったＢ2 Ｏ3 による繊維
間融着を生じさせた。冷却後、焼成処理品に切削加工を
施して、厚さ５０mm、１辺が２００mmの板状断熱材を得
た。得られた断熱材の物性値を表１に示した。
中にムライト繊維と酸性コロイダルシリカを投入し、十
分混合した。次いで活性剤を投入して酸性コロイダルシ
リカをムライト繊維に吸着させた。その後、順次その他
の原材料を投入し、十分に混合してスラリー状にした。
ここで、スラリーの固形分濃度は１％であった。得られ
たスラリーを脱水プレス成形により板状に成形し、得ら
れた成形物を１０５℃で１６時間乾燥した。成形物はさ
らに大気中１３００℃で２時間焼成し、ホウ素化合物が
酸化溶融した結果ガラス状となったＢ2 Ｏ3 による繊維
間融着を生じさせた。冷却後、焼成処理品に切削加工を
施して、厚さ５０mm、１辺が２００mmの板状断熱材を得
た。得られた断熱材の物性値を表１に示した。
【００２８】（原料）ムライト繊維；Ａｌ2 Ｏ3 ：Ｓｉ
Ｏ2 ＝７２：２８、平均繊維径２．７μｍ、平均繊維長
２mm シリカ繊維 ；ＳｉＯ2 ９９．５％以上、平均繊維径
０．９μｍ、平均繊維長２mm ホウ素化合物；窒化ホウ素粉末、平均粒子径１μｍ 酸性コロイダルシリカ；平均粒子径１０〜２０nm、含有
Ｎａ2 Ｏ分０．０１〜０．０４重量％ 界面活性剤 ；ノニオン性界面活性剤（ポリオキシエチ
レンモノオレート；「ノニオン０−４」（日本油脂社
製） 炭化ケイ素質熱輻射材；炭化ケイ素ウイスカ、平均粒子
径０．２６μｍ 有機バインダ及び軽量化添加材；飽和ポリエステルエマ
ルジョン
Ｏ2 ＝７２：２８、平均繊維径２．７μｍ、平均繊維長
２mm シリカ繊維 ；ＳｉＯ2 ９９．５％以上、平均繊維径
０．９μｍ、平均繊維長２mm ホウ素化合物；窒化ホウ素粉末、平均粒子径１μｍ 酸性コロイダルシリカ；平均粒子径１０〜２０nm、含有
Ｎａ2 Ｏ分０．０１〜０．０４重量％ 界面活性剤 ；ノニオン性界面活性剤（ポリオキシエチ
レンモノオレート；「ノニオン０−４」（日本油脂社
製） 炭化ケイ素質熱輻射材；炭化ケイ素ウイスカ、平均粒子
径０．２６μｍ 有機バインダ及び軽量化添加材；飽和ポリエステルエマ
ルジョン
【００２９】比較例１ 上記原料及び表１に示す配合割合で、予め酸性コロイダ
ルシリカをムライト繊維に吸着させることを行わず、他
の原料と同一混合によりスラリーを作製した以外は実施
例１と同様の方法に従い板状断熱材を製造した。得られ
た板状断熱材の物性値を表１に示した。
ルシリカをムライト繊維に吸着させることを行わず、他
の原料と同一混合によりスラリーを作製した以外は実施
例１と同様の方法に従い板状断熱材を製造した。得られ
た板状断熱材の物性値を表１に示した。
【００３０】比較例２ 上記原料及び表１に示す配合割合で、ムライト繊維に代
えてアルミナ繊維（Ａｌ2 Ｏ3 ９５重量％、平均真繊維
径３μｍ、平均繊維長２mm）を用いた以外は実施例１と
同様にして板状断熱材を製造した。得られた断熱材の物
性値を表１に示した。
えてアルミナ繊維（Ａｌ2 Ｏ3 ９５重量％、平均真繊維
径３μｍ、平均繊維長２mm）を用いた以外は実施例１と
同様にして板状断熱材を製造した。得られた断熱材の物
性値を表１に示した。
【００３１】比較例３ 上記原料及び表１に示す配合割合で、予め酸性コロイダ
ルシリカをムライト繊維に吸着させることを行わず、他
の原料（更にセルロースパウダー「ＫＣフロックＷ−５
０」（山陽国策パルプ社製）平均粒子長径１mm、平均粒
子短径７５μｍを配合）と同一混合によりスラリーを作
製した以外は実施例１と同様の方法に従い板状断熱材を
製造した。得られた板状断熱材の物性値を表１に示し
た。
ルシリカをムライト繊維に吸着させることを行わず、他
の原料（更にセルロースパウダー「ＫＣフロックＷ−５
０」（山陽国策パルプ社製）平均粒子長径１mm、平均粒
子短径７５μｍを配合）と同一混合によりスラリーを作
製した以外は実施例１と同様の方法に従い板状断熱材を
製造した。得られた板状断熱材の物性値を表１に示し
た。
【００３２】表１に示すとおり、本実施例は１５００℃
を超える過酷な環境にさらされても非常に収縮率が小さ
い。宇宙機器の表面材としては１％以下の収縮率である
ことが要求されるが、本実施例のみが要求をクリアして
いる。また、引張強さは機体への接着強度を維持するた
め、高温加熱後において１．５kgf/cm2 以上を要求され
るが本実施例はその要求をクリアしている。熱伝導率に
関しても、従来のものと同等以上の性能で、十分に小さ
い。
を超える過酷な環境にさらされても非常に収縮率が小さ
い。宇宙機器の表面材としては１％以下の収縮率である
ことが要求されるが、本実施例のみが要求をクリアして
いる。また、引張強さは機体への接着強度を維持するた
め、高温加熱後において１．５kgf/cm2 以上を要求され
るが本実施例はその要求をクリアしている。熱伝導率に
関しても、従来のものと同等以上の性能で、十分に小さ
い。
【００３３】顕微鏡による組織観察の結果、本発明の実
施例１及び実施例２の断熱材は、ムライト繊維とシリカ
繊維の交絡点がガラス状のホウ珪酸により固定され、断
熱材中に一様に微細かつ均一な大きさの空隙とが形成さ
れた三次元網目構造となっている。本断熱材は、ムライ
ト繊維を相当量配合したことにより高い耐熱性を示し、
酸性コロイダルシリカを優先的にムライト繊維に作用さ
せたことが十分な強度を示し、優れた特性として得られ
たものと考えられる。
施例１及び実施例２の断熱材は、ムライト繊維とシリカ
繊維の交絡点がガラス状のホウ珪酸により固定され、断
熱材中に一様に微細かつ均一な大きさの空隙とが形成さ
れた三次元網目構造となっている。本断熱材は、ムライ
ト繊維を相当量配合したことにより高い耐熱性を示し、
酸性コロイダルシリカを優先的にムライト繊維に作用さ
せたことが十分な強度を示し、優れた特性として得られ
たものと考えられる。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１中、窒化ホウ素粉末の配合量はＢ2 Ｏ
3 換算値であり、熱伝導率は真空１０-2Torr下、１００
０℃における値であり、層間引張強さ及び加熱収縮率は
前述の方法及び条件により求めた値である。
3 換算値であり、熱伝導率は真空１０-2Torr下、１００
０℃における値であり、層間引張強さ及び加熱収縮率は
前述の方法及び条件により求めた値である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田上 伸一 名古屋市港区大江町10番地 三菱重工業 株式会社名古屋航空 宇宙システム製作 所内 (72)発明者 小川 純一 横浜市瀬谷区阿久和西１−２−３ (72)発明者 安治 敏行 横浜市戸塚区平戸３−６−10−302 (72)発明者 川崎 美宏 横浜市神奈川区松見町４−1000 ニチア ス株式会社妙蓮寺寮３−Ｈ (56)参考文献 特開 平５−306163（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−268747（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−31375（ＪＰ，Ａ) 特許2990320（ＪＰ，Ｂ２) 特許3195266（ＪＰ，Ｂ２) 特許3186993（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 32/00,32/02,35/80
Claims (4)
- 【請求項１】 予め、ムライト繊維と酸性コロイダルシ
リカを水中にて混合し、次いで該混合体にシリカ繊維及
びホウ素化合物を加えてスラリ−状とし、次いで脱水成
形し、乾燥後焼成することを特徴とする断熱材の製造
法。 - 【請求項２】 前記混合体に、更に、ムライト繊維とシ
リカ繊維の合計量に対し２０重量％以下の炭化ケイ素質
熱輻射材を配合する請求項１記載の断熱材の製造法。 - 【請求項３】 前記混合体に、更に有機バインダ−又は
軽質化添加剤を配合する請求項１又は２記載の断熱材の
製造法。 - 【請求項４】 ムライト繊維とシリカ繊維の配合重量比
が、７５〜９５：５〜２５である請求項１〜３のいずれ
か１項記載の断熱材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04297397A JP3302595B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 断熱材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04297397A JP3302595B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 断熱材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10226567A JPH10226567A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3302595B2 true JP3302595B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=12650992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04297397A Expired - Lifetime JP3302595B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 断熱材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3302595B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6011966B2 (ja) * | 2012-09-24 | 2016-10-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 高耐火性及び高断熱性を有するレンガの製造方法 |
| CN103524140B (zh) * | 2013-09-23 | 2015-05-13 | 天津大学 | 氧化物陶瓷纤维板 |
| JP2022085606A (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | ニチアス株式会社 | 成形体 |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP04297397A patent/JP3302595B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10226567A (ja) | 1998-08-25 |
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