JP3790694B2 - Glass fiber molded article and molding method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維成形品及びその成形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガラス繊維からマット、ボード、ペーパー等の成形品を成形する方法としては、下記のものがある。
▲1▼ フェルト成形:ガラス短繊維をバインダにより接着して結合し、フェルトマット状にまとめる方法である。
▲2▼ ニードリング:ガラス長繊維をニードルパンチ加工により絡み合わせて結合し、やや圧縮されたマット状に成形する方法である。その表面をバインダで被覆する場合もある。
▲3▼ 抄造:ガラス繊維をバインダ添加水に入れてスラリを形成し、このスラリを紙を抄くように掬い上げてから乾燥させて、ガラス繊維間をバインダにより接着して結合する方法である。
上記▲1▼〜▲3▼に使用される各バインダとしては、澱粉系、シリコン系、ゴム系等の有機バインダが一般的であり、有機バインダにシリカ系等の無機バインダを混合する場合もある。
【0003】
ガラス繊維材を無機バインダで固めたガラス繊維成形体を使用する例は、この無機バインダで固めたガラス繊維成形体に付着させた吸着剤と、これらを密閉する少なくとも1つの金属箔を有するラミネートフィルムとを具備する断熱パネルがある(特開昭63−187084号公報)。
【0004】
また、ガラス繊維同士を接着する効果を持つ方法として、無機質繊維同士を酸処理により、該繊維の溶出した成分で各接触点を結着させた真空断熱材がある(特開平7−167376号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のフェルト成形、ニードリング及び抄造には、後出の表1にまとめた通りの利点と欠点とがあり、それぞれの利点を生かした用途に適用されている。しかし、成形品が高温使用に適し、かつ、種々の形状への成形の容易性があり、成形品の強度も高くなるといった成形方法はなかった。すなわち、フェルト成形及び抄造は有機バインダを必須とする。そのため、成形品の高温使用時に有機バインダの分解により煙が発生するとか、有機バインダによる結合力が失われて耐熱性がなくなるとか、このようなガラス繊維成形体を真空包装して用いる場合には、有機バインダが気化することにより真空度が低下し断熱性能が劣化する問題があり、高温使用には適さなかった。一方、ニードリングはバインダを必須としないため、バインダを被覆をしない限りこのような問題はないが、単純板状のマットしか成形することかできないとか、飛び飛びのニードリング点による結合なので成形品の強度を高めにくいとかという問題があった。
【0006】
無機バインダを使った場合は、無機バインダが粉末化し、被覆材を封止する部分に飛散し、封止が不完全となって真空度が落ち、断熱性能を高く維持するために必要な完全な密閉を阻害する危険性が生じるという問題があった。
また、無機バインダにはシリカゾル、セメント系などがあるが、有機バインダと比較して、耐圧性に劣るという問題があった。
【0007】
さらに、無機バインダのみの結着力では、0.1MPa(1.02kg/cm2)加圧での圧縮率を10%以下にするには、嵩密度の増加を要し、熱伝導率や真空脱気性を低下させてしまう。また、圧縮率が10%を越えると、コア材として断熱容器や袋に入れ真空排気した際に、真空力で断熱容器や袋が顕著に凹むという問題点を有する。
【0008】
また、酸処理によるガラス繊維同士の結着方法は、結着部に酸の成分が残りやすく、ステンレス等の被覆材の腐食劣化を伴いやすく、環境が汚染されるという問題があった。
【0009】
本発明の目的は、上記課題を解決し、成形品が高温使用に適し、繊維の持つ柔軟性を維持し、比較的容易にかつ安価に複雑形状のガラス繊維成形品及びその成形方法を、提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガラス繊維成形品は、ガラス繊維が該ガラス繊維に付着した無機バインダによる繊維間の固着を伴って所望の圧縮形状に圧縮成形されてから、該ガラス繊維と該無機バインダとの間及び該ガラス繊維同士の接触点が、ガラスの軟化点より低い温度で表面融着されてなることを特徴とする。
【0011】
また、本発明のガラス繊維成形品の成形方法は、ガラス繊維に無機バインダを付着する付着工程と、該ガラス繊維を所望の圧縮形状に圧縮し、該ガラス繊維に付着した無機バインダが繊維間を固着することで圧縮形状を保持する圧縮成形工程と、該ガラス繊維を該ガラス繊維の軟化点より10〜100℃だけ低い温度に保持することにより、該ガラス繊維と該無機バインダとの間及び該ガラス繊維同士の接触点を融着させる融着工程と、前記ガラス繊維を冷却することにより前記融着を固化させる固化工程とを含むことを特徴とする。
【0012】
ガラス繊維を構成するガラスの種類は、特に限定されないが、Aガラス、Cガラス、Eガラス、Tガラス等を例示できる。また、ガラス繊維に、ガラス繊維以外の耐熱性無機繊維(アルミナ繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、ロックウール等)又は耐熱性金属繊維(ステンレス鋼、クロム−ニッケル系合金、高ニッケル合金、高コバルト合金等の繊維)を混合することもできる。ガラス繊維の繊維径は、特に限定されないが、1〜30μmが好ましく、真空度にもよるが、細いほど熱伝導率が低くなり、断熱性能に優れる傾向がある。
【0013】
無機バインダとしては、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル、水ガラス等を例示でき、これらを混合してもよく、あるいはセラミック粉体、低融点ガラスを添加してもよい。セラミック粉体を添加する場合、固体熱伝導率の低い粉体のチタニア、窒化珪素が好ましい。さらにこの場合は、空隙が小さくなり、気体熱伝導がほとんどなくなるため、真空断熱性能が向上する。一方、セラミック粉体を添加すると、物体の伝熱点が多くなり、粉体中を熱が伝わる固体熱伝導が大きくなるため、真空断熱性能が悪化する問題点がある。そのため、セラミック粉体を添加したガラス繊維成形品を真空断熱用コア材として使う場合は、その温度条件にて、相反する熱伝導が最大限に低減できる添加量に調整することが重要となる。
さらに、必要に応じて無機バインダの付着分散性と付着力を高めるため、有機バインダを添加してもよい。有機分は後工程の加熱処理で気化され、排除することができる。
【0014】
付着工程は特に限定されないが、ガラス繊維をニードリングしてなるニードルマットを無機バインダに浸漬し、ローラにて絞る方法を例示できる。
圧縮成形工程は特に限定されないが、ガラス繊維を加熱した挟み板により圧縮する方法を例示できる。
【0015】
融着工程は特に限定されないが、無機バインダで固着して圧縮成形されたガラス繊維を、挟み板よりはずして、加熱によりガラス繊維と無機バインダとの間及びガラス繊維同士の接触点を融着させる方法を例示できる。この際、ガラス繊維は無機バインダにて外熱より保護された形となっている。加熱条件は限定されないが、繊維の劣化を防止し、柔軟性を維持するため、軟化点より10〜100℃だけ低い温度でかつ短時間で融着処理することが好ましい。
【0016】
前記温度を「軟化点より10〜100℃だけ低い温度」としたのは、この範囲の上限より高い温度ではガラス繊維が溶融しすぎて固まり状に収縮してしまうおそれがあり、この範囲の下限より低い温度ではガラス繊維の粘度が高すぎて融着しにくくなるからである。より好ましくは「軟化点より20〜80℃だけ低い温度」であり、さらに好ましくは「軟化点より30〜60℃だけ低い温度」である。
【0017】
「軟化点より10〜100℃だけ低い温度」は、ガラス繊維を構成するガラスの粘度の観点からして「粘度が5×107P〜109Pとなる温度」と置き換えることもできる。粘度が5×107Pより低くなるとガラス繊維が溶融しすぎて固まり状に収縮してしまうおそれがあり、粘度が109Pより高くなると融着しにくくなるからである。より好ましくは「粘度が6×107P〜8×108Pとなる温度」であり、さらに好ましくは「粘度が7×107P〜5×108Pとなる温度」である。
【0018】
ここで、ガラス繊維と無機バインダとの間及びガラス繊維同士の接触点を例にして融着するメカニズムを説明する。ガラス繊維は非晶質であるため、結晶質の物質が持っている融点は持たず、温度を上げていったとき、連続的に原始の移動とともに粘度が低下していき、液体へ移行してゆく。一般に、ガラスの軟化点とは粘度4.5×107P(logη=7.65)のときの温度をいい、ガラスを成形できる下限温度とされている。本発明の成形方法は、このように連続的に変化するガラスの粘度を利用し、ガラスの粘度が4.5×107Pよりやや低いときに、ガラス繊維と無機バインダとの間及びガラス繊維同士が互いの接触点で融着を起こす現象を利用し、繊維内部の熱劣化を生じない程度に表面融着すること、セラミックス粉体の焼結過程におけるネックを短時間で形成できる現象を利用している。実際、現象的には、セラミックスの焼結よりも、むしろ樹脂の成形の方が本メカニズムに近いと思われる。また、点接触の融着であるので、内部に閉じた気泡が取り残されることもない。
【0019】
前記「軟化点より10〜100℃だけ低い温度」あるいは前記別範囲の各温度に保持する時間は、その範囲内における温度の高低によって異なり、温度が高い場合には短くし(例えば1〜20分)、温度が低い場合には長くする(例えば15〜50分)。また、同時間は、圧縮形状・寸法によっても異なり、例えば厚さが大きくて熱が内部にまで伝わりにくい場合には長くする。
【0020】
圧縮形状としては、特に限定されないが、板状(平板状のみならず、湾曲板状、波板状等も含む)、棒状、ブロック状等や箱状、管状等の複雑形状への成形を、さらに、表面に大きな凹凸を賦形する成形を例示できる。
【0021】
ガラス繊維成形品は、特に限定されないが、多用されるのは嵩密度が250〜480kg/m3で、0.1MPa加圧にて圧縮率を10%以下であることが好ましい。圧縮の荷重は、特に限定されず、ごく軽くてもよいが、圧縮率が大きく高比重(高密度)のものを成形するときには荷重を大きくする必要がある。
【0022】
また、「ガラス繊維を所望の圧縮形状に圧縮する」ことは、「軟化点より10〜100℃だけ低い温度」あるいは前記別範囲の各温度に保持することより先に行うことが好ましい。
【0023】
ガラス繊維成形品の成形方法を用いたガラス繊維成形品の用途は、特に限定されないが、真空断熱用コア材を例示できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明を具体化した真空断熱用コア材及びその成形方法の実施形態について説明する。なお、実施形態で記す材料、構成、数値等は例示であって、適宜変更できる。
[実施形態]
(1)付着工程
図1(a)〜(c)に示すように、Eガラスよりなるガラス繊維をニードリングしてなるニードルマット1(厚さ10mm、繊維径9μm、嵩密度100kg/m3、バインダ不使用)を、シリカゾル2(日産化学工業(株)製スノーテックスST20)を同重量の水3で希釈し、浸漬する。その後、ローラ4にて絞りをかけた。含浸液量は5.5kg/m2となり、ガラス繊維に無機バインダが付着した。
【0025】
(2)圧縮成形工程
次に、図2(a)に示すように、160℃に加熱した両挟み板5に、絞り後のガラス繊維を狭持し、周縁間に高さ4mmのストッパ6(金属ゲージ)をセットした。該ストッパ6で厚さの減少が規制され、所望の圧縮形状に圧縮される。結局、加熱した両挟み板5による圧縮(熱間プレス)によりニードルマット1は厚さ4mmに圧縮され板状(図2(b))となった。この際の、ガラス繊維14とシリカゾル2の接合の拡大模式図を図3(a)に示す。この工程では、ガラス繊維14全体を覆っていた水分が蒸発するに従って、シリカゾル2が粉末化し固化することにより、シリカゾル2を介してガラス繊維14同士が接合され圧縮成形された。
【0026】
(3)融着工程
次に、図2(c)に示すように、両挟み板5からはずし、無機バインダが固着することで成形されたニードルマット1を、耐火物7の上に載せ、電気炉8に入れてヒータ9により加熱し、Eガラス繊維の軟化点840℃より60℃低い780℃に30分保持することにより、ガラス繊維と無機バインダのシリカゾルとの間又はガラス繊維同士の接触点を融着させた。この際のガラス繊維14とシリカゾル2との間及びガラス繊維14同士の融着部位15の拡大模式図を図3(b)に示す。
【0027】
(4)固化工程
上記30分の保持後、ニードルマット1を電気炉8から取り出して室温で自然冷却することにより、前記融着を固化させたところ、厚さ4mm、嵩密度380kg/m3 の真空断熱用コア材が成形された。これは、ガラス繊維250kg/m3にシリカゾル固形分が130kg/m3の比率で加味されたことを意味する。
【0028】
この成形体を評価したところ、平均繊維径9μm、繊維長10〜30mm、強熱減量が0.1%以下であり、圧縮率が0.10MPa(1.02kg/cm2)で10%以下であり、引張強度は12kgf/cm2であった。また、500℃大気雰囲気での引張強度の低下もなく、0.1MPa(1.02kg/cm2)加圧による圧縮復元性も100%で変化がなかった。
【0029】
図2(d)に示すように、この成形された真空断熱用コア材11の長さ方向の両面から2枚の被覆材10で真空断熱用コア材11を挟みこみ、真空断熱用コア材11の周囲端面12を覆うように被覆材10同士の周辺部を封止材で接着し、真空断熱材13となった。
【0030】
なお、挟み板5の材質は、ステンレス鋼に限定されず、例えばセラミックス(アルミナ、SiC等)でもよい。挟み板5の面積が小さい場合には、材質の自由度が高いが、挟み板5の面積の大きい場合には、ステンレス鋼では熱膨張による反りが発生して成形しにくくなるため、その問題が少ないセラミックスが好ましい。
【0031】
なお、本実施形態における温度条件としては、Eガラスの軟化点840℃よりも30〜60℃低い温度に10〜30分保持することが好ましい。例えば810℃で長時間保持すると、ボード厚さがストッパ6の高さ以下になってしまうおそれがあるため、各要求するサイズに対応した温度と保持時間とが必要である。その他、例えばCガラスよりなるガラス繊維の場合には、軟化点760℃よりも30〜60℃低い温度(例えば700℃)に10〜30分保持することが好ましい。
【0032】
[比較例1]
実施形態で行う融着工程及び固化工程を行わない例
(1)付着工程
Eガラスよりなるガラス繊維をニードリングしてなるニードルマット(厚さ10mm、繊維9μm、密度100kg/m3、バインダ不使用)に、シリカゾル(日産化学工業(株)製スノーテックスST20)を同重量の水で希釈し、浸漬後、ローラーにて絞ると、含浸液量は5.5kg/m2となり、ガラス繊維に無機バインダが付着した。
【0033】
(2)圧縮成形工程
160℃に加熱した両挟み板に、両挟み板に、絞り後のガラス繊維を設置し、周縁間に高さ4mmのストッパ(金属ゲージ)をセットした。概ね5分間プレスすることで、厚み4mm、嵩密度380kg/m3の成形体を得た。ここでは、実施例との比較とするため、加熱処理は行わない。この成形体を評価したところ、平均繊維径9μm、繊維長10〜30mm、強熱減量が0.5%であり、圧縮率が0.10MPa(1.02kg/cm2)で15%であり、引張強度は8kgf/cm2であった。
【0034】
比較例1のように、加熱処理をしないで、圧縮率を0.10MPa(1.02kg/cm2)で10%以下とするには、嵩密度を500kg/m3以上に高める必要がある。この場合は、熱伝導率および真空脱気性の低下による断熱効果の劣化が起こり、また繊維の柔軟性が拘束され圧縮復元性を損なう傾向がみられた。
【0035】
[比較例2]
実施例に含まれる付着工程及び圧縮成形工程を行わない例
(1)融着工程・固化工程
Eガラスよりなるガラス繊維をニードリングしてなるニードルマット(厚さ12mm、繊維9μm、嵩密度100kg/m3、バインダ不使用)1枚のマットを、両挟み板(ステンレス板(厚さ2mm、SUS304))の間に設置し、周縁間に高さ4mmのストッパ(SUS304)をセットした。
【0036】
このニードルマットを両挟み板に挟んだまま、電気炉を用いて780℃にて30分加熱後、冷却固化することで、厚さ4mm、嵩密度319kg/m3(面方向の線収縮が約3%発生)の成形体を得た。
この成形体を評価したところ、平均繊維径9μm、繊維長10〜30mm、強熱減量が0.1%以下であり、圧縮率が0.10MPa(1.02kg/cm2)で5%であった。
【0037】
この比較例2の方法では、内部の繊維まで熱劣化を生じやすく、やや圧縮復元性を損なう傾向がみられた。また、箱状、管状等の複雑形状への成形や、表面に大きな凹凸を賦形することが困難である。
【0038】
本発明で述べたような無機バインダで固着してから融着成形する方法を「無機バインダ融着成形」、無機バインダのみで成形する比較例1のような成形方法を「抄造」、無機バインダを用いない比較例2のような成形方法を「融着成形」と呼ぶこととし、その利点及び欠点を前記従来の各成形方法と対比させて次の表1にまとめた。
【0039】
【表1】
【0040】
ここで、「単純形状」とは板状、棒状、ブロック状等の単純形状への成形の容易性をいい、「複雑形状」とは箱状、管状等の複雑形状への成形の容易性をいう。また、「耐熱性」とはガラス繊維自体の耐熱性ではなく、ガラス繊維及び他素材を総合した成形品としての耐熱性をいう。ガラス繊維に樹脂等の有機分を加える必要のあるものは有機分の耐熱性が成形品の耐熱性を決めてしまう。
【0041】
無機バインダ融着成形の利点は次の通りである。
▲1▼ 比較的表層部の熱処理による融着のため、内部の繊維の柔軟性を維持しており、圧縮復元性を損なうこともない。
▲2▼ 治具さえよければ、比較的簡単に大型(大面積)のボードができる。
▲3▼ 有機分を全く含まないので、高温使用時に煙が出ないので、真空状態で使用する場合の真空劣化が、長期にわたって生じない。
▲4▼ 表面の軟らかさや比重(嵩密度)の変更が条件設定で容易にできる。
▲5▼ 無機バインダのみで成形した場合の表面の粉っぽさがない。
▲6▼ 箱状、管状等の複雑形状への成形や、表面に大きな凹凸を賦形することが比較的簡単である。
【0042】
この無機バインダ融着成形によるガラス繊維成形体の用途は、特に限定されないが、各種断熱容器、各種熱機器等に使用される断熱材(特に断熱用コア材)に好適である。現時点では、400℃前後で使用する真空断熱容器の断熱用コア材、−20〜80℃で使用する真空断熱用コア材(例えば魔法瓶の真空断熱用コア材)が予定されており、主に上記の利点▲3▼を生かした用途である。その他、ケイカル板やセラミックボードが使用されている用途であって、かつ最高500℃位までの用途に適している。
【0043】
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されず、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
(1)ニードルマット1の枚数を1枚にし又は重ね枚数を2枚若しくは4枚以上にすること。
(2)種類の異なるニードルマット1を重ねること。
(3)断面コの字型の成形体を2つを組み合わせることで、箱状とすること。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るガラス繊維成形品及びその成形方法によれば、成形品が高温使用に適し、繊維の持つ柔軟性を維持し、複雑形状を比較的容易にかつ安価にできるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る(a)ニードルマット、(b)無機バインダ処理、(c)無機バインダ処理後のローラ絞りを示す説明図である。
【図2】同実施形態に係る(a)(b)両挟み板使用図、(c)電気炉内設置図、(d)真空断熱用コア材を示す説明図である。
【図3】同実施形態に係る(a)ガラス繊維と無機バインダの接合の拡大模式図、(b)融着後のガラス繊維と無機バインダの接合の拡大模式図を示す。
【符号の説明】
1 ニードルマット
2 シリカゾル
5 挟み板
8 電気炉
11 真空断熱用コア材
14 ガラス繊維
15 融着部位[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass fiber molded article and a molding method thereof.
[0002]
[Prior art]
Examples of methods for forming molded articles such as mats, boards, and paper from glass fibers include the following.
(1) Felt molding: A method in which short glass fibers are bonded and bonded together with a binder to form a felt mat.
(2) Needling: A method in which long glass fibers are entangled and bonded by needle punching to form a slightly compressed mat. The surface may be coated with a binder.
(3) Papermaking: A method in which glass fibers are put into a binder-added water to form a slurry, and the slurry is scooped up to make paper and then dried, and the glass fibers are bonded and bonded together with a binder. .
As each binder used in the above (1) to (3), organic binders such as starch, silicon, and rubber are common, and inorganic binders such as silica may be mixed with the organic binder. .
[0003]
An example of using a glass fiber molded body in which a glass fiber material is hardened with an inorganic binder is a laminate film having an adsorbent adhered to the glass fiber molded body hardened with the inorganic binder and at least one metal foil for sealing them. There is a heat insulation panel (Japanese Patent Laid-Open No. 63-187084).
[0004]
Further, as a method having an effect of bonding glass fibers, there is a vacuum heat insulating material in which inorganic fibers are acid-treated to bind each contact point with a component eluted from the fibers (Japanese Patent Laid-Open No. 7-167376). ).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The felt forming, needling, and papermaking have advantages and disadvantages as summarized in Table 1 below, and are applied to applications that take advantage of each advantage. However, there has been no molding method in which the molded product is suitable for high-temperature use, is easily molded into various shapes, and the strength of the molded product is increased. That is, an organic binder is essential for felt molding and papermaking. Therefore, when the molded product is used at a high temperature, smoke is generated due to decomposition of the organic binder, the binding force by the organic binder is lost and heat resistance is lost, or when such a glass fiber molded body is used by vacuum packaging When the organic binder is vaporized, there is a problem that the degree of vacuum is lowered and the heat insulation performance is deteriorated, which is not suitable for high temperature use. On the other hand, since needling does not require a binder, there is no such problem as long as the binder is not covered, but only simple plate-like mats can be molded, or because of the needling point of flying, the molded product There was a problem that it was difficult to increase the strength.
[0006]
When an inorganic binder is used, the inorganic binder powders and scatters to the part where the coating material is sealed, sealing is incomplete, the degree of vacuum is lowered, and the completeness necessary to maintain high heat insulation performance There was a problem that a risk of hindering sealing occurred.
In addition, inorganic binders include silica sol and cement, but there is a problem that the pressure resistance is inferior to that of organic binders.
[0007]
Furthermore, with a binding force of only an inorganic binder, an increase in bulk density is required to reduce the compressibility under pressure of 0.1 MPa (1.02 kg / cm 2 ) to 10% or less, and thermal conductivity and vacuum desorption are required. It will lower the temper. On the other hand, when the compression ratio exceeds 10%, there is a problem that the heat insulating container and the bag are significantly recessed by the vacuum force when the core material is put into the heat insulating container and the bag and evacuated.
[0008]
In addition, the method for binding glass fibers by acid treatment has a problem in that an acid component tends to remain in the binding portion, corrosion of a coating material such as stainless steel easily occurs, and the environment is contaminated.
[0009]
The object of the present invention is to provide a glass fiber molded article having a complex shape and a molding method thereof which solve the above-mentioned problems, are suitable for high-temperature use, maintain flexibility of fibers, and relatively easily and inexpensively. There is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a glass fiber molded article of the present invention, to be compressed into a desired compressed shape with a fixing between fibers by the inorganic binder of glass fibers are adhered to the glass fibers, the glass fibers The contact points between the glass fiber and the inorganic binder and between the glass fibers are surface- fused at a temperature lower than the softening point of the glass.
[0011]
The glass fiber molded product molding method of the present invention includes an adhesion step of attaching an inorganic binder to glass fibers, compressing the glass fibers into a desired compression shape, and the inorganic binder attached to the glass fibers between the fibers. A compression molding step for maintaining the compressed shape by fixing, and maintaining the glass fiber at a temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point of the glass fiber, thereby providing a space between the glass fiber and the inorganic binder and the It includes a fusing step for fusing contact points between glass fibers, and a solidifying step for solidifying the fusing by cooling the glass fibers.
[0012]
Although the kind of glass which comprises glass fiber is not specifically limited, A glass, C glass, E glass, T glass etc. can be illustrated. In addition to glass fiber, heat-resistant inorganic fiber other than glass fiber (alumina fiber, ceramic fiber, silica fiber, rock wool, etc.) or heat-resistant metal fiber (stainless steel, chromium-nickel alloy, high nickel alloy, high cobalt alloy) Etc.) can also be mixed. The fiber diameter of the glass fiber is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm. Although it depends on the degree of vacuum, the thinner the glass fiber, the lower the thermal conductivity and the better the heat insulation performance.
[0013]
Examples of the inorganic binder include silica sol, alumina sol, titania sol, zirconia sol, and water glass. These may be mixed, or ceramic powder and low-melting glass may be added. When ceramic powder is added, powdered titania and silicon nitride with low solid thermal conductivity are preferable. Furthermore, in this case, the air gap is reduced and the gas heat conduction is almost eliminated, so that the vacuum heat insulation performance is improved. On the other hand, when the ceramic powder is added, the heat transfer point of the object increases, and the solid heat conduction through which heat is transferred through the powder increases, so that there is a problem that the vacuum heat insulation performance deteriorates. Therefore, when a glass fiber molded product to which ceramic powder is added is used as a vacuum heat insulating core material, it is important to adjust the addition amount so that the opposite heat conduction can be reduced to the maximum under the temperature conditions.
Furthermore, an organic binder may be added as necessary to enhance the adhesion dispersibility and adhesion of the inorganic binder. The organic component is vaporized and removed by heat treatment in a later step.
[0014]
Although an adhesion process is not specifically limited, The method of immersing the needle mat formed by needling glass fiber in an inorganic binder, and squeezing with a roller can be illustrated.
Although a compression molding process is not specifically limited, The method to compress glass fiber with the heated pinching board can be illustrated.
[0015]
The fusing process is not particularly limited, but the glass fiber fixed and compressed with an inorganic binder is removed from the sandwich plate, and the contact points between the glass fiber and the inorganic binder and between the glass fibers are fused by heating. A method can be illustrated. At this time, the glass fiber is protected from external heat by an inorganic binder. Although heating conditions are not limited, in order to prevent deterioration of the fiber and maintain flexibility, it is preferable to perform the fusion treatment at a temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point in a short time.
[0016]
The reason why the temperature is set to “a temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point” is that if the temperature is higher than the upper limit of the range, the glass fiber may be melted too much and shrink in a lump. This is because at a lower temperature, the viscosity of the glass fiber is too high to be fused. More preferably, it is “a temperature lower by 20 to 80 ° C. than the softening point”, and more preferably “a temperature lower by 30 to 60 ° C. than the softening point”.
[0017]
“Temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point” can be replaced with “temperature at which the viscosity becomes 5 × 10 7 P to 10 9 P” from the viewpoint of the viscosity of the glass constituting the glass fiber. This is because if the viscosity is lower than 5 × 10 7 P, the glass fiber may be melted too much and shrink in a solid state, and if the viscosity is higher than 10 9 P, it is difficult to fuse. More preferably, it is “the temperature at which the viscosity becomes 6 × 10 7 P to 8 × 10 8 P”, and more preferably “the temperature at which the viscosity becomes 7 × 10 7 P to 5 × 10 8 P”.
[0018]
Here, a mechanism for fusing the contact points between the glass fibers and the inorganic binder and between the glass fibers will be described as an example. Since glass fibers are amorphous, they do not have the melting point of crystalline substances, and when the temperature is raised, the viscosity decreases continuously with the movement of the primitive, and it moves to liquid. go. In general, the softening point of glass refers to the temperature at a viscosity of 4.5 × 10 7 P (log η = 7.65), which is the lower limit temperature at which glass can be formed. The molding method of the present invention utilizes the viscosity of the glass that continuously changes as described above, and when the viscosity of the glass is slightly lower than 4.5 × 10 7 P, between the glass fiber and the inorganic binder and the glass fiber. Utilizing the phenomenon of mutual fusion at the contact point of each other, surface fusion to the extent that thermal degradation does not occur inside the fiber, and the phenomenon of forming a neck in the sintering process of ceramic powder in a short time is doing. In fact, in terms of phenomena, it seems that resin molding is closer to this mechanism than ceramics sintering. Moreover, since it is a point contact fusion, closed bubbles are not left behind.
[0019]
The “temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point” or the time for holding each temperature in the different range varies depending on the temperature in the range, and is shortened when the temperature is high (for example, 1 to 20 minutes). ) If the temperature is low, increase the length (for example, 15 to 50 minutes). Further, the same time varies depending on the compression shape and size, and is increased, for example, when the thickness is large and heat is not easily transmitted to the inside.
[0020]
The compression shape is not particularly limited, but it can be molded into complex shapes such as plate shapes (including not only flat plate shapes but also curved plate shapes, corrugated plate shapes, etc.), rod shapes, block shapes, box shapes, tubular shapes, etc. Furthermore, the shaping | molding which shapes a large unevenness | corrugation on the surface can be illustrated.
[0021]
The glass fiber molded product is not particularly limited, but is frequently used with a bulk density of 250 to 480 kg / m 3 and a compression rate of 10% or less at 0.1 MPa pressure. The compression load is not particularly limited and may be very light, but it is necessary to increase the load when molding a material having a high compression ratio and a high specific gravity (high density).
[0022]
Further, “compressing the glass fiber into a desired compression shape” is preferably performed before holding at “a temperature lower by 10 to 100 ° C. than the softening point” or each temperature in the different range.
[0023]
Although the use of the glass fiber molded product using the molding method of the glass fiber molded product is not particularly limited, a vacuum heat insulating core material can be exemplified.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a vacuum heat insulating core material and a molding method thereof embodying the present invention will be described. Note that the materials, configurations, numerical values, and the like described in the embodiments are examples and can be changed as appropriate.
[Embodiment]
(1) Adhesion process As shown in FIGS. 1 (a) to (c), a needle mat 1 (
[0025]
(2) Compression molding step Next, as shown in FIG. 2 (a), the glass fiber after drawing is sandwiched between both
[0026]
(3) Fusing Step Next, as shown in FIG. 2 (c), the
[0027]
(4) Solidification step After holding for 30 minutes, the
[0028]
When this molded body was evaluated, the average fiber diameter was 9 μm, the fiber length was 10 to 30 mm, the loss on ignition was 0.1% or less, and the compression rate was 0.10 MPa (1.02 kg / cm 2 ) and 10% or less. Yes, and the tensile strength was 12 kgf / cm 2 . In addition, there was no decrease in tensile strength at 500 ° C. in the air atmosphere, and the compression recovery property by pressurizing 0.1 MPa (1.02 kg / cm 2 ) was 100% and there was no change.
[0029]
As shown in FIG. 2 (d), the vacuum heat
[0030]
The material of the
[0031]
In addition, as temperature conditions in this embodiment, it is preferable to hold | maintain for 10 to 30 minutes at the temperature 30-60 degreeC lower than the softening point 840 degreeC of E glass. For example, if the board is held at 810 ° C. for a long time, the board thickness may be less than the height of the
[0032]
[Comparative Example 1]
Example of not performing the fusing step and the solidifying step performed in the embodiment (1) Adhesion step E Needle mat formed by needling glass fibers made of glass (
[0033]
(2) Compression molding process On both sandwich plates heated to 160 ° C., glass fibers after drawing were placed on both sandwich plates, and a stopper (metal gauge) having a height of 4 mm was set between the peripheral edges. By pressing for approximately 5 minutes, a molded body having a thickness of 4 mm and a bulk density of 380 kg / m 3 was obtained. Here, heat treatment is not performed for comparison with the example. When this molded body was evaluated, the average fiber diameter was 9 μm, the fiber length was 10 to 30 mm, the loss on ignition was 0.5%, and the compression rate was 15% at 0.10 MPa (1.02 kg / cm 2 ). The tensile strength was 8 kgf / cm 2 .
[0034]
As in Comparative Example 1, in order to reduce the compressibility to 10% or less at 0.10 MPa (1.02 kg / cm 2 ) without heat treatment, it is necessary to increase the bulk density to 500 kg / m 3 or more. In this case, the heat insulation effect deteriorated due to the decrease in the thermal conductivity and the vacuum degassing property, and the flexibility of the fiber was constrained and the tendency to impair the compression recovery property was observed.
[0035]
[Comparative Example 2]
Example in which the adhesion process and compression molding process included in the examples are not performed (1) Fusion process / solidification process E Needle mat formed by needling glass fibers made of glass (
[0036]
This needle mat is sandwiched between both sandwich plates, heated at 780 ° C. for 30 minutes using an electric furnace, and then cooled and solidified, resulting in a thickness of 4 mm and a bulk density of 319 kg / m 3 (the linear shrinkage in the surface direction is approximately 3% generation) was obtained.
When this molded body was evaluated, the average fiber diameter was 9 μm, the fiber length was 10 to 30 mm, the loss on ignition was 0.1% or less, and the compression rate was 5% at 0.10 MPa (1.02 kg / cm 2 ). It was.
[0037]
In the method of Comparative Example 2, there was a tendency that thermal degradation was easily caused up to the internal fibers, and the compression restoring property was somewhat impaired. In addition, it is difficult to form a complicated shape such as a box shape or a tubular shape or to form large irregularities on the surface.
[0038]
The method of fusion molding after fixing with an inorganic binder as described in the present invention is “inorganic binder fusion molding”, and the molding method as in Comparative Example 1 in which molding is performed only with an inorganic binder is “papermaking”. The molding method such as Comparative Example 2 that is not used is referred to as “fusion molding”, and the advantages and disadvantages thereof are summarized in the following Table 1 in comparison with the conventional molding methods.
[0039]
[Table 1]
[0040]
Here, “simple shape” means ease of forming into a simple shape such as a plate shape, rod shape, block shape, etc., and “complex shape” means ease of forming into a complicated shape such as box shape or tubular shape. Say. The term “heat resistance” refers not to the heat resistance of the glass fiber itself, but to the heat resistance as a molded product combining the glass fiber and other materials. In the case where it is necessary to add an organic component such as a resin to the glass fiber, the heat resistance of the organic component determines the heat resistance of the molded product.
[0041]
The advantages of the inorganic binder fusion molding are as follows.
{Circle around (1)} Since the surface layer portion is fused by heat treatment, the flexibility of the internal fibers is maintained, and the compression / restoration property is not impaired.
(2) A large (large area) board can be made relatively easily if only a jig is required.
(3) Since no organic content is contained, no smoke is emitted when used at high temperatures, so that no vacuum deterioration occurs when used in a vacuum state over a long period of time.
(4) The softness and specific gravity (bulk density) of the surface can be easily changed by setting the conditions.
(5) There is no powdery surface when molded with only an inorganic binder.
{Circle around (6)} It is relatively easy to form a complex shape such as a box shape or a tubular shape or to form large irregularities on the surface.
[0042]
Although the use of the glass fiber molded body by this inorganic binder fusion molding is not particularly limited, it is suitable for a heat insulating material (particularly a heat insulating core material) used in various heat insulating containers, various heat devices and the like. At present, a core material for heat insulation of a vacuum heat insulating container used at around 400 ° C. and a core material for vacuum heat insulation used at −20 to 80 ° C. (for example, a core material for vacuum heat insulation of a thermos bottle) are planned. This is an application that takes advantage of (3). In addition, it is suitable for applications where a calcium plate or ceramic board is used and up to about 500 ° C.
[0043]
In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, For example, as follows, it can also be changed and embodied suitably in the range which does not deviate from the meaning of invention.
(1) The number of
(2) Stacking different types of
(3) To form a box shape by combining two U-shaped shaped sections.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the glass fiber molded product and the molding method thereof according to the present invention, the molded product is suitable for high temperature use, maintains the flexibility of the fiber, and makes complex shapes relatively easy and inexpensive. There is an excellent effect of being able to.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are explanatory views showing (a) a needle mat, (b) an inorganic binder process, and (c) a roller aperture after an inorganic binder process according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing use of both sandwiching plates, FIG. 2C is an installation diagram in an electric furnace, and FIG. 2D is an explanatory view showing a core material for vacuum insulation.
FIG. 3 shows (a) an enlarged schematic view of bonding between glass fibers and an inorganic binder according to the embodiment, and (b) an enlarged schematic view of bonding between glass fibers and an inorganic binder after fusion.
[Explanation of symbols]
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