JP3498181B2 - 多孔質断熱材及びその製造方法 - Google Patents

多孔質断熱材及びその製造方法

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圭一 奥山
隆司 坂田
信一 岡田
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Isolite Insulating Products Co Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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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、建築材料を始めと
し、石油・石炭掘削機器や原子炉，溶鉱炉など超高温に
晒される各種機器の熱制御材として利用する多孔質断熱
材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、建築材料等に広く使用されている
シリカファイバーとアルミナファイバーとを主構成材と
した多孔質断熱材は、低比重で熱伝導率が低い優れた断
熱特性を有している。この多孔質断熱材の熱伝導率は、
嵩密度に依存し、嵩密度の増加に伴って熱伝導率が低下
し、断熱性が向上する。従って、嵩密度を調整すること
で、熱伝導率の粗い調整が可能であるが、微細な調整は
困難である。例えば、図５に示すように高温環境１に晒
され、内部に発熱機器２を有する容器３に対しては、内
部発熱の大きい機器の放熱と外部熱源の機内侵入を防ぐ
ため、下記の表１の中央欄に示す高い熱伝導率が要求さ
れるが、容器３に用いられる前記従来の多孔質断熱材４
（ＳｉＯ2３５ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3５０ｗｔ％，ＺｒＯ2１
５ｗｔ％）は、下記の表１の右欄に示す低い熱伝導率
で、上記要求に対応できない。
【０００３】
【表１】
【０００４】以上のように従来の多孔質断熱材は、発熱
量の大きい容器の熱制御機能の基本構成となるフェルト
断熱材としては、熱伝導率要求値を満足させることがで
きないことから、この要求を満たすことができ、さらに
は伸縮性要求を満たすことのできる新規な多孔質断熱材
の出現が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
多孔質断熱材の主構成材であるシリカファイバーをカー
ボンファイバーに代えて、ファイバーの径，長さ，熱伝
導率，配分比，配向比，成形温度，成形法等について検
討し、試作実験を行ったところ、前記の要求を満たすこ
とのできる多孔質断熱材を得ることのできる方策を見い
出した。
【０００６】本発明は、上記知見に基いてなされたもの
で、フェルト断熱材として、高い熱伝導率を有し、破
断，剥離が生じない伸縮性の良好な多孔質断熱材及びそ
の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の多孔質断熱材は、ファイバー径７μｍ，長さ
１ｍｍ，ファイバー熱伝導率１０〜２０Ｗ／ｍ／Ｋのカ
ーボンファイバー２０〜８０ｗｔ％と、ファイバー径３
μｍ，長さ３０ｍｍ，ファイバー熱伝導率０．３５Ｗ／
ｍ／Ｋ程度のセラミックスファイバー２５〜７５ｗｔ％
と、バインダーとしてラテックス２〜４ｗｔ％及び硫酸
アルミニウム２〜４ｗｔ％とより成り、前記カーボンフ
ァイバー及び前記セラミックスファイバーの面内／面外
の配向比が０．９／０．１〜０．１／０．９であること
を特徴とするものである。
【０００８】この多孔質断熱材を作る本発明の製造方法
は、ファイバー径７μｍ，長さ１ｍｍ，ファイバー熱伝
導率１０〜２０Ｗ／ｍ／Ｋのカーボンファイバーと、フ
ァイバー径３μｍ，長さ３０ｍｍ，ファイバー熱伝導率
０．３５Ｗ／ｍ／Ｋのセラミックスファイバーを夫々所
要量配合槽に入れ、次にカーボンファイバーとセラミッ
クスファイバーの合計が全体の１．５％となるように配
合槽に水を入れ、次にラテックス，硫酸アルミニウムを
所要量配合槽に入れ、次にカーボンファイバーとセラミ
ックスファイバーの合計の０．５ｗｔ％の無機バインダ
ー，同じく０．５ｗｔ％の有機バインダーを配合槽に入
れてスラリー化し、次にカーボンファイバーとセラミッ
クスファイバーの合計が全体の３ｗｔ％となるようにス
ラリーを半脱水し、次にカーボンファイバー及びセラミ
ックスファイバーの面内／面外の配向比が０．９／０．
１〜０．１／０．９となるようにスラリーを攪拌し、次
に所要の嵩密度，厚さとなるようにプレス高さを調整し
た状態でスラリーを完全脱水して、多孔質断熱材を作る
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の多孔質断熱材及びその製
造方法の実施形態を説明する。先ず、多孔質断熱材につ
いて説明すると、この多孔質断熱材はカーボンファイバ
ーとアルミナファイバーを主構成材とし、下記表２に示
すパラメータとその範囲内の組成となっているものであ
る。尚、本例ではセラミックスファイバーがアルミナフ
ァイバーとなっているが、シリカファイバー，ジルコニ
アファイバーの場合もある。
【００１０】
【表２】
【００１１】次に、上記の多孔質断熱材の具体的な実施
例を作る本発明の製造方法について説明すると、下記の
表３に示す実施例１〜５のファイバー特性（熱伝導率，
比重，径，長さ）のカーボンファイバーと、セラミック
スファイバー本例の場合アルミナファイバーを、表３の
中央欄に示す配分比となるように夫々図１に示す配合槽
１０に入れ、次にカーボンファイバーとアルミナファイ
バーの合計が全体の１．５％つまりファイバー濃度が
１．５％となるように配合槽１０内に水１１を入れた
上、ラテックスと硫酸アルミニウムをバインダーとして
表３に示す量を配合槽１０内に入れ、さらにカーボンフ
ァイバーとアルミナファイバーの合計の０．５ｗｔ％の
無機バインダー（シリカゾル），同じく０．５ｗｔ％の
有機バインダー（でんぷん）を配合槽１０内に入れてス
ラリー化した。次にこのスラリー１２を図２に示す成形
槽１３に入れた上、カーボンファイバーとアルミナファ
イバーの合計が全体の３％つまりファイバー濃度が３％
となるようにスラリー１２を真空ポンプで機械的に吸引
して半脱水した。次に図３に示すように成形槽１３内の
スラリー１２を攪拌機１４にて攪拌してファイバーを立
て、表３に示すカーボンファイバーとアルミナファイバ
ーの面内／面外の配向比となした。然る後図４に示すよ
うに所要の嵩密度，厚さとなるようにプレス１５により
プレス高さを調整した状態でスラリー１２を真空ポンプ
で機械的に吸引して完全脱水し、実施例１〜５の多孔質
断熱材を作った。
【００１２】
【表３】
【００１３】上記のように作った実施例１〜５の多孔質
断熱材は、室温、大気圧での熱伝導率が表３の最右欄に
示す値であった。そして実施例５の多孔質断熱材を下記
の表４に示す圧力、温度での熱伝導率を測定したとこ
ろ、要求される高い熱伝導率を満たすことのできる値で
あった。
【００１４】
【表４】
【００１５】このように本発明の多孔質断熱材が、高い
熱伝導率を有するのは、主構成材に長く太く熱伝導率の
高いカーボンファイバーを表３に示す面内／面外の配向
比で配したからにほかならない。尚、前記実施例１〜５
の多孔質断熱材は、前記表２のパラメータとその範囲内
にあって、その数値を変化させることにより、熱伝導率
を調整することができる。
【００１６】また、本発明の多孔質断熱材は、カーボン
ファイバーとアルミナファイバーを混ぜ合わせる有機系
バインダーの量を全体の３ｗｔ％にしているので、アウ
トガスの発生（実測値：ＴＭＩ０．０４２％，ＣＶＣＭ
０．００３％）が少なく、また焼成せず、プレスにより
成形しているので、脆くなく、伸縮性に優れる。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の多孔質
断熱材は、高い熱導率を有するので、発熱量の大きい容
器の熱制御機能の基本構成となるフェルト断熱材として
有効である上、石油・石炭掘削機器や原子炉や溶鉱炉な
ど超高温に晒される機器の熱制御材としても活用でき
る。しかも破断，剥離が生ぜず伸縮性にも優れる。
【００１８】また、本発明の多孔質断熱材の製造方法に
よれば、上記の優れた多孔質断熱材を、効率よく所要の
熱伝導率、伸縮性を備えたものに容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第１工程を
示す概略図である。
【図２】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第２工程を
示す概略図である。
【図３】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第３工程を
示す概略図である。
【図４】本発明の多孔質断熱材の製造方法の第４工程を
示す概略図である。
【図５】高温環境に晒され、内部に発熱体を有する容器
の基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 配合槽 １１ 水 １２ スラリー １３ 成形槽 １４ 攪拌機 １５ プレス
フロントページの続き (72)発明者 岡田 信一 愛知県宝飯郡音羽町大字萩字向山７番地 イソライト工業株式会社 中央研究所 内 (56)参考文献 特開 平６−279138（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−196381（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105069（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−152049（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) D04H 1/00 - 18/00 C04B 38/00 - 38/10 F16L 59/00 - 59/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ファイバー径７μｍ，長さ１ｍｍ，ファ
    イバー熱伝導率１０〜２０Ｗ／ｍ／Ｋのカーボンファイ
    バー２０〜８０ｗｔ％と、ファイバー径３μｍ，長さ３
    ０ｍｍ，ファイバー熱伝導率０．３５Ｗ／ｍ／Ｋのセラ
    ミックスファイバー２５〜７５ｗｔ％と、バインダーと
    してラテックス２〜４ｗｔ％及び硫酸アルミニウム２〜
    ４ｗｔ％とより成り、前記カーボンファイバー及び前記
    セラミックスファイバーの面内／面外の配向比が０．９
    ／０．１〜０．１／０．９であることを特徴とする多孔
    質断熱材。
  2. 【請求項２】 ファイバー径７μｍ，長さ１ｍｍ，ファ
    イバー熱伝導率１０〜２０Ｗ／ｍ／Ｋのカーボンファイ
    バーとファイバー径３μｍ，長さ３０ｍｍ，ファイバー
    熱伝導率０．３５Ｗ／ｍ／Ｋのセラミックスファイバー
    を夫々所要量配合槽に入れ、次にカーボンファイバーと
    セラミックスファイバーの合計が全体の１．５％となる
    ように配合槽に水を入れた上、ラテックス，硫酸アルミ
    ニウムを所要量配合槽に入れ、さらにカーボンファイバ
    ーとセラミックスファイバーの合計の０．５ｗｔ％の無
    機バインダー，同じく０．５ｗｔ％の有機バインダーを
    配合槽に入れてスラリー化し、次にカーボンファイバー
    とセラミックスファイバーの合計が全体の３ｗｔ％とな
    るようにスラリーを半脱水し、次にカーボンファイバー
    及びセラミックスファイバーの面内／面外の配向比が
    ０．９／０．１〜０．１／０．９となるようにスラリー
    を攪拌し、次に所要の嵩密度，厚さとなるようにプレス
    高さを調整した状態でスラリーを完全脱水して、多孔質
    断熱材を作ることを特徴とする多孔質断熱材の製造方
    法。
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