JP3490628B2 - 断熱材 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空中で極めて低
い熱伝導率を示し、柔軟性を有する断熱材に係るもの
で、更に詳しくは、宇宙往還機やロケットなどの機体の
断熱に好適な断熱材の改良に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、この種の断熱材として、特開昭5
9−106954号公報に、耐熱無機繊維織物からなる
高温側スキン材と低温側スキン材の間に、縫合時に変形
しない耐熱無機繊維集積物からなる焼結コア材を介装
し、これらを耐熱無機繊維糸で縫合一体化した断熱構造
体が提案されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる断熱構
造体の場合、構造体の側壁部が縫合糸で縫合されている
だけのため、目ズレが生じやすくコア材の飛散を防止で
きないだけでなく、スキン材を構成する糸の解れが多
く、構造体が極めて破損しやすい欠点がある。 【0004】また、耐熱無機繊維集積物からなるコア材
は真空中の熱伝導率が比較的大きく、縫合糸および縫合
時の針穴の影響で熱伝導率が更に大きくなるので、断熱
するために厚さを厚くする必要があり、断熱材の重量が
重くなる欠点がある。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、上述した断熱
構造体の欠点を解決するためになされたものであって、
耐熱無機繊維織物からなる高温側スキン材と低温側スキ
ン材の間に、耐熱無機繊維集積物からなるコア材を介装
し、これらを一体化した断熱材であって、前記高温側ス
キン材でコア材の側壁部を被覆し、前記コア材が耐熱無
機繊維、SiC粉末および/またはSiCウィスカーを
含むスラリーを脱水・成型されたものであり、耐熱無機
繊維100重量部、SiC粉末および/またはSiCウ
ィスカー15〜50重量部からなることを要旨としてい
る。 【0006】 【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例として
は、図1〜図2に示すように、耐熱無機繊維織物からな
る高温側スキン材1と低温側スキン材2の間に、縫合時
に変形しない耐熱無機繊維集積物からなるコア材3を介
装し、これらを耐熱無機繊維糸4で縫合一体化した断熱
材であって、前記高温側スキン材1を折り曲げてコア材
の側壁部を包囲する被覆部1aとなし、前記コア材はS
iC粉末および/またはSiCウィスカーに有機バイン
ダおよび水を加えて調整したスラリーを脱水・成型した
繊維集積物を用いる。 【0007】上記のように高温側スキン材1でコア材3
の側壁部を包囲する被覆部1aと被覆することでコア材
の飛散がなく、かつ破損を防止できる。コア材中の有機
バインダは、縫合後加熱して分解除去するのが望ましい
が、使用時の被熱による分解を待つこともできる。 【0008】高温側スキン材1はアルミナ連続繊維クロ
スやシリカクロス等の耐熱性に優れた織物を使用する。
低温側スキン材2にはガラス繊維など耐熱性には劣るが
安価なものを使用することができる。また、これらを縫
合一体化する縫合糸には、高温側スキン材1と同等以上
の耐熱性を有する無機繊維糸を使用する。また図4に示
すように、高温側スキン材1と低温側スキン材2とでコ
ア材3を包み込むような袋状の被覆部材5を形成し、そ
の中にコア材3を包み込み一体物としてもよい。この場
合、被覆部材5の中にコア材3がちょうど収まる寸法で
あれば、コア材と被覆部材5とを縫合しなくてもよい。
もちろん、縫合や接着によりコア材3と被覆部材5とを
一体化してもよい。また、図2や図4に示す構造におい
て、高温側スキン材1と低温側スキン材2とを同じ材質
としてもよい。この場合、全体が高温側スキン材でもっ
て構成されることになる。 【0009】前記コア材3は断熱材の基材をなすもの
で、極力熱伝導率を小さくすることが重要である。真空
中では伝導と輻射によって熱が伝達するが、特に高温で
は輻射による伝熱が主体である。 【0010】本発明者等は種々の物質について実験を行
った結果、高い輻射率を有するSiCを添加すると熱伝
導率が極めて小さくなることを見出し、本発明を成すに
至ったものである。 【0011】SiCはウィスカーと微細な粉末状で使用
することが効果的である。使用量はコア材の主材である
耐熱無機繊維100重量部に対してSiC粉末および/
またはSiCウィスカー15〜50重量部が好適で、こ
の範囲より少なくても多くても熱伝導率の低減効果が小
さい。SiCが15重量部以下では輻射を遮蔽すること
が不十分で、50重量部を超えるとSiC同士が接触す
るようになるため熱伝導率が大きくなるものと推定され
る。上記SiCウィスカーを含むスラリーを脱水・成型
したコア材は可撓性を有するので、これを用いた断熱材
は複雑な曲面に適合させることができる。 【0012】スキン材と縫合糸による縫合は形状付与と
同時に断熱材としての強度を持たせるためのものであ
る。また、縫合ほどの強度は得られないが、接着により
スキン材をコア材に固定してもよい。また、縫合と接着
による併用により、スキン材とコア材に固定してもよ
い。 【0013】上記断熱材の取り付けは、シリコーン接着
剤などで直接被施工物に接着すればよい。また、上記断
熱材の表面を輻射率の大きなコーティング材でコーティ
ングしたり、高輻射率を有する硬質パネルを取り付ける
と更に耐風速性や塵埃、雨滴などとの衝突に対する耐性
を向上させることができる。 【0014】 【実施例】次に本発明の実施形態を具体例に基づいて説
明する。 【0015】実施例1 シリカ繊維(Johns Manville社製Qファイバー)27
0gとSiCウィスカー(タテホ化学工業製)90gお
よびポリエステル樹脂15%液100gを水30リッタ
ー中で攪拌してスラリーとした後、底面にステンレス製
の金網を設置した型枠に前記スラリーを入れ脱水して、
300×300×40mmのサイズの板状繊維集積物を
成型した後、この集積物を105℃の通風式乾燥機で乾
燥させてコア材とした。このコア材を空気中で加熱して
有機物を焼却した後の密度は0.1g/cm3であり、
圧力0.01 Torrの真空中で測定した熱伝導率は80
0℃で0.025W/mKと極めて小さかった。 【0016】高温側スキン材としてアルミナ繊維クロス
(3M社製NEXTEL AF−14)、低温側スキン材としてガ
ラスクロスを使用してコア材を挟み、縫合糸(3M社製
NEXTEL AT−21)で縫合した。縫合のピッチは8mm、
縫合間隔は25mmとした。コア材の側壁部は高温側ス
キン材で被覆した。コア材は縫合糸の張力によっても変
形せず、均一な厚さのものが得られた。これを470℃
で加熱し有機物を分解した。 【0017】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.035W/mKの熱伝導率で複雑な曲面に適合
できる可撓性を有していた。また、取り扱いや施工時に
おいてもコア材の飛散などは生じなかった。同様にし
て、SiCウィスカーの添加量を変えた時のコア材の熱
伝導率を図3に示した。 【0018】実施例2 アルミナ繊維(三菱化学製マフテック)270gとSi
Cウィスカー(タテホ化学製)90gおよびポリエステ
ル樹脂25%液100gを水30リッター中で攪拌して
スラリーとした後、底面にステンレス製の金網を設置し
た型枠に前記スラリーを入れ脱水して、300×300
×40mmのサイズの板状繊維集積物を成型した後、こ
の集積物を105℃の通風式乾燥機で乾燥させてコア材
とした。このコア材を空気中で加熱して有機物を焼却し
た後の密度は0.1g/cm3、圧力0.01 Torrの真
空中で測定した熱伝導率は800℃で0.034W/m
Kと極めて小さかった。 【0019】高温側スキン材としてアルミナ繊維クロス
(ニチアス製ルビロンクロスCP−30)、低温側スキ
ン材としてガラスクロスを使用してコア材を挟み、縫合
糸(3M社製NEXTEL BT−21)で縫合した。縫合のピッ
チは8mm、縫合間隔は25mmとした。コア材の側壁
部は高温側スキン材で被覆した。コア材は縫合糸の張力
によっても変形せず、均一な厚さのものが得られた。こ
れを470℃で加熱し有機物を分解した。 【0020】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.041W/mKの熱伝導率で複雑な曲面に適合
できる可撓性を有していた。また、取り扱いや施工時に
おいてもコア材の飛散などは生じなかった。更に120
0℃に加熱しても異常は見られなかった。 【0021】比較例 SiCウィスカーを使用しないこと以外は、実施例1と
同様にして密度0.1g/cm3のコア材を作製した。
圧力0.01 Torrの真空中で測定した熱伝導率は80
0℃で0.061W/mKであった。 【0022】実施例1と同じく高温側スキン材としてア
ルミナ繊維クロス(3M社製NEXTELAF−14)、低温側ス
キン材としてガラスクロスを使用してコア材を挟み、縫
合糸(3M社製NEXTEL AT−21)で縫合した。縫合のピ
ッチは8mm、縫合間隔は25mmとした。コア材の側
壁部は縫合糸でかがり縫いを行った。コア材は縫合糸の
張力によっても変形せず、均一な厚さのものが得られ
た。これを470℃で加熱し有機物を分解した。 【0023】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.073W/mKと大きな熱伝導率を示した。複
雑な曲面に適合できる可撓性を有していたが、取り扱い
や施工時においてコア材の側壁部の縫合糸の隙間からコ
ア材の飛散が発生し、コア材の側壁部の厚さが薄くなっ
た。 【0024】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の断熱材は
真空中で非常に小さい熱伝導率、高い耐熱性、曲面に追
従できる可撓性を併せ持っているので、宇宙往還機の機
体などに容易に装着でき、また装着重量が小さいためペ
イロード重量を多くできるなど極めて有用である。
い熱伝導率を示し、柔軟性を有する断熱材に係るもの
で、更に詳しくは、宇宙往還機やロケットなどの機体の
断熱に好適な断熱材の改良に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、この種の断熱材として、特開昭5
9−106954号公報に、耐熱無機繊維織物からなる
高温側スキン材と低温側スキン材の間に、縫合時に変形
しない耐熱無機繊維集積物からなる焼結コア材を介装
し、これらを耐熱無機繊維糸で縫合一体化した断熱構造
体が提案されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる断熱構
造体の場合、構造体の側壁部が縫合糸で縫合されている
だけのため、目ズレが生じやすくコア材の飛散を防止で
きないだけでなく、スキン材を構成する糸の解れが多
く、構造体が極めて破損しやすい欠点がある。 【0004】また、耐熱無機繊維集積物からなるコア材
は真空中の熱伝導率が比較的大きく、縫合糸および縫合
時の針穴の影響で熱伝導率が更に大きくなるので、断熱
するために厚さを厚くする必要があり、断熱材の重量が
重くなる欠点がある。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、上述した断熱
構造体の欠点を解決するためになされたものであって、
耐熱無機繊維織物からなる高温側スキン材と低温側スキ
ン材の間に、耐熱無機繊維集積物からなるコア材を介装
し、これらを一体化した断熱材であって、前記高温側ス
キン材でコア材の側壁部を被覆し、前記コア材が耐熱無
機繊維、SiC粉末および/またはSiCウィスカーを
含むスラリーを脱水・成型されたものであり、耐熱無機
繊維100重量部、SiC粉末および/またはSiCウ
ィスカー15〜50重量部からなることを要旨としてい
る。 【0006】 【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例として
は、図1〜図2に示すように、耐熱無機繊維織物からな
る高温側スキン材1と低温側スキン材2の間に、縫合時
に変形しない耐熱無機繊維集積物からなるコア材3を介
装し、これらを耐熱無機繊維糸4で縫合一体化した断熱
材であって、前記高温側スキン材1を折り曲げてコア材
の側壁部を包囲する被覆部1aとなし、前記コア材はS
iC粉末および/またはSiCウィスカーに有機バイン
ダおよび水を加えて調整したスラリーを脱水・成型した
繊維集積物を用いる。 【0007】上記のように高温側スキン材1でコア材3
の側壁部を包囲する被覆部1aと被覆することでコア材
の飛散がなく、かつ破損を防止できる。コア材中の有機
バインダは、縫合後加熱して分解除去するのが望ましい
が、使用時の被熱による分解を待つこともできる。 【0008】高温側スキン材1はアルミナ連続繊維クロ
スやシリカクロス等の耐熱性に優れた織物を使用する。
低温側スキン材2にはガラス繊維など耐熱性には劣るが
安価なものを使用することができる。また、これらを縫
合一体化する縫合糸には、高温側スキン材1と同等以上
の耐熱性を有する無機繊維糸を使用する。また図4に示
すように、高温側スキン材1と低温側スキン材2とでコ
ア材3を包み込むような袋状の被覆部材5を形成し、そ
の中にコア材3を包み込み一体物としてもよい。この場
合、被覆部材5の中にコア材3がちょうど収まる寸法で
あれば、コア材と被覆部材5とを縫合しなくてもよい。
もちろん、縫合や接着によりコア材3と被覆部材5とを
一体化してもよい。また、図2や図4に示す構造におい
て、高温側スキン材1と低温側スキン材2とを同じ材質
としてもよい。この場合、全体が高温側スキン材でもっ
て構成されることになる。 【0009】前記コア材3は断熱材の基材をなすもの
で、極力熱伝導率を小さくすることが重要である。真空
中では伝導と輻射によって熱が伝達するが、特に高温で
は輻射による伝熱が主体である。 【0010】本発明者等は種々の物質について実験を行
った結果、高い輻射率を有するSiCを添加すると熱伝
導率が極めて小さくなることを見出し、本発明を成すに
至ったものである。 【0011】SiCはウィスカーと微細な粉末状で使用
することが効果的である。使用量はコア材の主材である
耐熱無機繊維100重量部に対してSiC粉末および/
またはSiCウィスカー15〜50重量部が好適で、こ
の範囲より少なくても多くても熱伝導率の低減効果が小
さい。SiCが15重量部以下では輻射を遮蔽すること
が不十分で、50重量部を超えるとSiC同士が接触す
るようになるため熱伝導率が大きくなるものと推定され
る。上記SiCウィスカーを含むスラリーを脱水・成型
したコア材は可撓性を有するので、これを用いた断熱材
は複雑な曲面に適合させることができる。 【0012】スキン材と縫合糸による縫合は形状付与と
同時に断熱材としての強度を持たせるためのものであ
る。また、縫合ほどの強度は得られないが、接着により
スキン材をコア材に固定してもよい。また、縫合と接着
による併用により、スキン材とコア材に固定してもよ
い。 【0013】上記断熱材の取り付けは、シリコーン接着
剤などで直接被施工物に接着すればよい。また、上記断
熱材の表面を輻射率の大きなコーティング材でコーティ
ングしたり、高輻射率を有する硬質パネルを取り付ける
と更に耐風速性や塵埃、雨滴などとの衝突に対する耐性
を向上させることができる。 【0014】 【実施例】次に本発明の実施形態を具体例に基づいて説
明する。 【0015】実施例1 シリカ繊維(Johns Manville社製Qファイバー)27
0gとSiCウィスカー(タテホ化学工業製)90gお
よびポリエステル樹脂15%液100gを水30リッタ
ー中で攪拌してスラリーとした後、底面にステンレス製
の金網を設置した型枠に前記スラリーを入れ脱水して、
300×300×40mmのサイズの板状繊維集積物を
成型した後、この集積物を105℃の通風式乾燥機で乾
燥させてコア材とした。このコア材を空気中で加熱して
有機物を焼却した後の密度は0.1g/cm3であり、
圧力0.01 Torrの真空中で測定した熱伝導率は80
0℃で0.025W/mKと極めて小さかった。 【0016】高温側スキン材としてアルミナ繊維クロス
(3M社製NEXTEL AF−14)、低温側スキン材としてガ
ラスクロスを使用してコア材を挟み、縫合糸(3M社製
NEXTEL AT−21)で縫合した。縫合のピッチは8mm、
縫合間隔は25mmとした。コア材の側壁部は高温側ス
キン材で被覆した。コア材は縫合糸の張力によっても変
形せず、均一な厚さのものが得られた。これを470℃
で加熱し有機物を分解した。 【0017】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.035W/mKの熱伝導率で複雑な曲面に適合
できる可撓性を有していた。また、取り扱いや施工時に
おいてもコア材の飛散などは生じなかった。同様にし
て、SiCウィスカーの添加量を変えた時のコア材の熱
伝導率を図3に示した。 【0018】実施例2 アルミナ繊維(三菱化学製マフテック)270gとSi
Cウィスカー(タテホ化学製)90gおよびポリエステ
ル樹脂25%液100gを水30リッター中で攪拌して
スラリーとした後、底面にステンレス製の金網を設置し
た型枠に前記スラリーを入れ脱水して、300×300
×40mmのサイズの板状繊維集積物を成型した後、こ
の集積物を105℃の通風式乾燥機で乾燥させてコア材
とした。このコア材を空気中で加熱して有機物を焼却し
た後の密度は0.1g/cm3、圧力0.01 Torrの真
空中で測定した熱伝導率は800℃で0.034W/m
Kと極めて小さかった。 【0019】高温側スキン材としてアルミナ繊維クロス
(ニチアス製ルビロンクロスCP−30)、低温側スキ
ン材としてガラスクロスを使用してコア材を挟み、縫合
糸(3M社製NEXTEL BT−21)で縫合した。縫合のピッ
チは8mm、縫合間隔は25mmとした。コア材の側壁
部は高温側スキン材で被覆した。コア材は縫合糸の張力
によっても変形せず、均一な厚さのものが得られた。こ
れを470℃で加熱し有機物を分解した。 【0020】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.041W/mKの熱伝導率で複雑な曲面に適合
できる可撓性を有していた。また、取り扱いや施工時に
おいてもコア材の飛散などは生じなかった。更に120
0℃に加熱しても異常は見られなかった。 【0021】比較例 SiCウィスカーを使用しないこと以外は、実施例1と
同様にして密度0.1g/cm3のコア材を作製した。
圧力0.01 Torrの真空中で測定した熱伝導率は80
0℃で0.061W/mKであった。 【0022】実施例1と同じく高温側スキン材としてア
ルミナ繊維クロス(3M社製NEXTELAF−14)、低温側ス
キン材としてガラスクロスを使用してコア材を挟み、縫
合糸(3M社製NEXTEL AT−21)で縫合した。縫合のピ
ッチは8mm、縫合間隔は25mmとした。コア材の側
壁部は縫合糸でかがり縫いを行った。コア材は縫合糸の
張力によっても変形せず、均一な厚さのものが得られ
た。これを470℃で加熱し有機物を分解した。 【0023】得られた断熱材は、0.01 Torr800
℃で0.073W/mKと大きな熱伝導率を示した。複
雑な曲面に適合できる可撓性を有していたが、取り扱い
や施工時においてコア材の側壁部の縫合糸の隙間からコ
ア材の飛散が発生し、コア材の側壁部の厚さが薄くなっ
た。 【0024】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の断熱材は
真空中で非常に小さい熱伝導率、高い耐熱性、曲面に追
従できる可撓性を併せ持っているので、宇宙往還機の機
体などに容易に装着でき、また装着重量が小さいためペ
イロード重量を多くできるなど極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断熱材の斜視図であ
る。 【図2】断熱材の部分拡大断面図である。 【図3】コア材の熱伝導率測定結果を示すグラフであ
る。 【図4】本発明の他の実施例を示す断熱材の斜視図であ
る。 【符号の説明】 1 高温側スキン材 2 低温側スキン材 2a 被覆部 3 コア材 4 縫合糸 5 コア材を包み込む被覆部材
る。 【図2】断熱材の部分拡大断面図である。 【図3】コア材の熱伝導率測定結果を示すグラフであ
る。 【図4】本発明の他の実施例を示す断熱材の斜視図であ
る。 【符号の説明】 1 高温側スキン材 2 低温側スキン材 2a 被覆部 3 コア材 4 縫合糸 5 コア材を包み込む被覆部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山下 政之
愛知県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
静岡県浜松市新都田1−8−1
(72)発明者 安治 敏行
静岡県浜松市新都田1−8−1
(72)発明者 川崎 美宏
静岡県浜松市新都田1−8−1
(56)参考文献 特開 昭59−106954(JP,A)
特開 昭61−141683(JP,A)
特開 平10−226582(JP,A)
実開 平6−54993(JP,U)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
B32B 1/00 - 35/00
B64G 1/58
F16L 59/00 - 59/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 耐熱無機繊維織物からなる高温側スキン
材と低温側スキン材の間に、耐熱無機繊維集積物からな
るコア材を介装し、これらを一体化した断熱材であっ
て、前記高温側スキン材でコア材の側壁部を被覆し、前
記コア材が耐熱無機繊維、SiC粉末および/またはS
iCウィスカーを含むスラリーを脱水・成型されたもの
であり、耐熱無機繊維100重量部、SiC粉末および
/またはSiCウィスカー15〜50重量部からなるこ
とを特徴とする可撓性を有する断熱材。
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- 1999-03-31 JP JP09172899A patent/JP3490628B2/ja not_active Expired - Fee Related
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