JP3552138B2

JP3552138B2 - 無機繊維成形体

Info

Publication number: JP3552138B2
Application number: JP35659696A
Authority: JP
Inventors: 安雄三須; 豊米倉; 浩之寺田; 昇五十嵐; 和安藤
Original assignee: Saint Gobain TM KK
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10194863A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内層と中間層と外層の３層からなる無機繊維成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温用の耐火断熱材として無機繊維の製品が多く使用されている。無機繊維の製品の一つに成形体がある。
【０００３】
無機繊維成形体の多くは、真空成形法と呼ばれる方法により製造される。この方法においては、水中に無機繊維及び結合剤、場合により耐火粉末を分散させてスラリーを作り、メッシュを表面に設けた中空のモールドをこのスラリーの中に入れて、モールド内部を真空ポンプで吸引し、モールド上にこれらの均一な混合物を堆積させて成形体を得る。
【０００４】
この他の成形方法としては、ペースト状にした混合物をプレスして成形するプレス法、押し出し成形機を使用する押し出し成形法などが知られている。
【０００５】
このような方法によって作られた無機繊維成形体は、均一な混合物で形成されている。形状は、主に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブであり、一般に高温用の電気炉の耐火断熱材として使用されている。
【０００６】
しかし、無機繊維成形体は、過酷な条件で使用されると、劣化が著しい。そこで劣化を抑制するために種々の工夫がされている。
【０００７】
例えば特開平５−２１５４７３号には、電気炉に使用される３層構造を持つ耐火断熱材が提案されている。この断熱材の構造は、密度の異なる成形体の間に補強のために無機繊維クロスを入れた構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無機繊維成形体には次のような欠点があった。
【０００９】
無機繊維成形体が加熱されると、膨脹或いは収縮を起こす。無機繊維成形体を断熱材として使用した際には、内側と外側に温度差を生じる。温度差によって膨脹率或いは収縮率が異なり、その結果、温度差により無機繊維成形体に応力が発生する。温度差が大きいと、応力も大きくなって、ついにはクラックが発生する。特に耐火粉末を含有した無機繊維成形体は、柔軟性に乏しく、クラックが発生しやすい。いわゆるスポーリングを起こしやすい。
【００１０】
均一な単層からなる成形体では、クラックが大きい場合には、内側から外側へ貫通したり破断したりして、その隙間から熱が逃げて、断熱材としての性能が極端に低下する。
【００１１】
特開平５−２１５４７３号に提案された３層構造のものにも、次の欠点がある。分割して製作しているので、作業能率が悪い。中間層に無機繊維クロスを使用しているので、高温で結晶化が進行して、強度が低下しやすい。内層の密度が高いために、クラックの防止が不十分である。
【００１２】
このような従来技術に鑑み、本発明は、加熱中にクラックが発生しにくく、耐スポーリング特性に優れ、安定した断熱性を有する無機繊維成形体を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、内層と中間層と外層の３層からなる一体構造の成形体であり、内層と外層は、無機繊維と、結合剤からなり、さらに、内層と外層の少なくとも１種類は、耐火粉末を含んでおり、結合剤は、無機結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、中間層は、厚みが１〜８ｍｍの無機繊維のマット又はブランケットからなり、無機繊維は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方又は両方であり、かつ成形体は真空成形法により中間層にスラリーが入り込む形で成形されていることを特徴とする無機繊維成形体を要旨としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、内層と、外層と、それらの間の中間層が、それぞれアルミナシリカ繊維及び／又はアルミナ繊維を含む。内層とは使用の際に炉内側に位置する層であり、外層とは炉外側に位置する層をいう。本発明で使用するアルミナシリカ繊維としては、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２、またはＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とＺｒＯ_２を主成分とする非晶質繊維が好ましい。このアルミナシリカ繊維は、１０００℃以上で熱処理してムライト結晶を析出させると、耐熱性が向上して好ましい。アルミナ繊維を併用する場合は、アルミナシリカ繊維に含まれるアルカリ、重金属などの不純物は少い方が、耐熱性が向上して好ましい。
【００１５】
本発明で使用するアルミナ繊維とは、Ａｌ_２Ｏ_３が７０重量％以上であり、他にＳｉＯ_２を含有し、主にコランダムやムライトの多結晶の繊維が好ましい。
【００１６】
本発明で使用する無機繊維マットは、アルミナシリカ繊維やアルミナ繊維の単繊維が二次元或いは三次元に絡み合ったものが好ましい。
【００１７】
本発明で使用する無機繊維ブランケットは、無機繊維マットにニードリングや無機長繊維製の糸による縫製を行ったものが好ましい。
【００１８】
本発明で使用する耐火粉末は、例えばアルミナ、ムライト等の粉末である。
【００１９】
本発明で使用する有機結合剤としては、例えば澱粉、アクリル、ラテックスなどが好ましい。
【００２０】
本発明で使用する無機結合剤としては、シリカゾル、アルミナゾルが好ましい。アルカリ含有量の少ない結合剤を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２１】
これらの無機繊維と耐火粉末と無機結合剤の割合は、重量比でそれぞれ３０〜９５対０〜６５対３〜１５が好ましい。
【００２２】
本発明でいう無機繊維成形体を、真空成形法を用いて作ると、中間層にスラリーが入り込むので、成形体は剥離することなく強固な一体構造になりやすい。
【００２３】
また、中間層の一部分に開口部を設けると、内層と外層の接着力が向上して好ましい。
【００２４】
内外層と中間層は各々全体的にほぼ均一な厚みとし、内層及び外層の厚みは、各２〜５０ｍｍとし、中間層の厚さは、成形体の大きさにより変化するが、１ｍｍから８ｍｍ程度が良い。中間層の厚みが１ｍｍより薄いと、スポーリングを起こしやすく、補強の効果が期待できない。中間層の厚みが８ｍｍより厚いと、一体構造になりにくく、加熱により内層と外層がずれやすくなる。
【００２５】
内層と外層の密度は、無機繊維の長さ、無機繊維と耐火粉末の混合比、結合剤の添加量などにより調整できる。耐スポーリング性及び高温での断熱性を優れたものとするためには、密度を０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３とするのが好ましい。
【００２６】
内層に数箇所スリットを設けると、加熱の際の膨脹或いは収縮を吸収して、クラックの防止に有効である。
【００２７】
有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合は、予め８００℃ないし１６００℃で熱処理しておくと良い。８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するのに長時間要する。温度が１６００℃を越えると、成形体の強度が劣化する。
【００２８】
１５００℃以上で熱処理すると、シリカとアルミナが反応して、成形体にムライトが生成する。この際、シリカが消費されて、成形体の収縮が抑えられるので、耐熱性が向上する。つまり、最も好ましい熱処理温度は１５００〜１６００℃である。
【００２９】
本発明の３層構造によれば、中間層が緩衝帯として機能して、内層と外層がある程度自由に膨脹及び収縮することができる。この理由により、成形体に生じる応力が減少して、クラックの発生を抑えることができる。さらに内層や外層にクラックが発生しても、クラックはその層だけで止まり、貫通せず、成形体が破断することはない。
【００３０】
【実施例】
外径１１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのモールドを使用し、真空成形法によりスリーブを成形した。
【００３１】
種々の配合のスラリーを作製し、モールドをスラリーに浸漬して吸引し、図１に示すように、厚さ５ｍｍの内層１を形成した。そのうえから中間層２を巻き付け、さらに、同種又は異種のスラリー中で吸引し、外層３を形成し、全体の厚さを２０ｍｍとした。その後、脱型し、乾燥した。次に、実施例２、３、５は成形体の内側に長さ方向に幅２ｍｍ、深さ３ｍｍのスリット４を等間隔に４か所設けた。最後に、全てを１５００℃でそれぞれ６時間熱処理した。
【００３２】
スラリーの配合を表１に示す。成形体の構成と特性を表２に示す。
【００３３】
【表１】

表１において、ＡＳについては、無機繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３５３重量％、ＳｉＯ_２４７重量％のアルミナシリカ繊維である。ＡＭについては、無機繊維がＡｌ_２Ｏ_３７２重量％、ＳｉＯ_２２８重量％のアルミナ繊維である。Ａについては、無機繊維がＡｌ_２Ｏ_３９５重量％、ＳｉＯ_２５重量％のアルミナ繊維である。
【００３４】
成形品の密度は、各スラリーを真空成形法で成形した成形品の密度を示す。
【００３５】
【表２】

表２の中間層の種類に関して説明すると、ＡＭについては、化学成分がＡｌ_２Ｏ_３７２重量％、ＳｉＯ_２２８重量％で、密度が０．１０ｇ／ｃｍ^３のアルミナ繊維ブランケットである。Ａについては、化学成分がＡｌ_２Ｏ_３９５重量％、ＳｉＯ_２５重量％で、密度が０．０８ｇ／ｃｍ^３のアルミナ繊維マットである。ＡＭＣについては、アルミナ繊維クロスである。
【００３６】
作製したスリーブの特性を調べるために、その内側に発熱体を入れて昇温速度４℃／分で１２００℃まで加熱して、クラック発生の温度、１２００℃でのクラック幅、クラックの状態および外観の異状を測定及び観察した。その結果を表２に特性として示す。
【００３７】
実施例１〜５は、本発明の範囲内にあり、比較例１〜２は、本発明の範囲外にある。
【００３８】
比較例１は、中間層に無機繊維クロスを設けた例である。比較例１では、クラックが貫通した。中間層を取り出して調べたところ、比較例１の無機繊維クロスは脆くなって粉化しやすかった。
【００３９】
これに対して、実施例１〜５のマット及びブランケットは柔軟性があった。
【００４０】
比較例２は、一般にクラックが発生しにくいとされる低密度の成形体を内層に採用した例である。しかし、中間層を設けないために貫通クラックが発生した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の無機繊維成形体は、昇温中に内層と外層が中間層を隔てて別々に膨脹あるいは収縮することができる。従って、内層または外層のどちらかにクラックが発生しても、クラックがその層だけで止まって３層にわたって貫通せず、成形体は全体的に破断しない。そのため、熱の放散や局所の加熱がなく、安定した断熱性能を維持できる。
【００４２】
熱処理した無機繊維成形体は有機結合剤を含まないので、炉の雰囲気を汚染しない。さらに、加熱による収縮が抑制できて、耐熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
１内層
２中間層
３外層
４スリット

Claims

内層と中間層と外層の３層からなる一体構造の成形体であり、内層と外層は、無機繊維と、結合剤からなり、さらに、内層と外層の少なくとも１種類は、耐火粉末を含んでおり、結合剤は、無機結合剤と、必要に応じて有機結合剤からなり、中間層は、厚みが１〜８ｍｍの無機繊維のマット又はブランケットからなり、無機繊維は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方又は両方であり、かつ、成形体は、スラリーを真空成形して外層と内層が形成され、かつ、中間層にスラリーが入り込んでいることを特徴とする無機繊維成形体。
８００〜１６００℃で熱処理されたことを特徴とする請求項１に記載の無機繊維成形体。