JP4986548B2

JP4986548B2 - 断熱材製造方法と断熱材

Info

Publication number: JP4986548B2
Application number: JP2006239919A
Authority: JP
Inventors: 順功殿谷
Original assignee: 有限会社大和
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2008062413A

Description

本発明は、シート状又は３次元成形形状の断熱材製造方法と断熱材に係り、特に、輸送機器等のガソリンタンクカバー、ボンネット内壁被覆材、バッテリーカバー、カウリング内壁被覆材、その他の断熱効果を必要とする箇所に使用され、その断熱効果を向上させたものに関する。

従来、断熱効果を必要とする箇所に使用される断熱材には、エンジンの発熱付近に使用されるＡＬＧＣ（アルミガラスクロスを単層〜多層としたもの）や車の内装用に使用されるシンサレート「住友スリーエム株式会社製の商標で不織布、以下（芯材の不織布という）」が知られている。更には、グラスウールだけで構成した断熱材も提供されている。

上記アルミガラスクロスは、軽く、安く、リサイクル性に優れている上に、薄いシート状や３次元成形の形状に加工されるから、オードバイのエンジンとガソリンタンク間の狭いスペースの発熱付近に介在使用できるメリットを持っている、しかしながら、アルミガラスクロスだけの多層構成では期待するほどの断熱効果が得られないという問題点を有する。

また、芯材となる不織布の断熱材製法は、メルトブローン法で作られた平均径２μｍの極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化したものである。しかし、上記不織布では、厚みがあってオードバイのエンジンとガソリンタンク間の狭いスペースの発熱付近に介在使用できないし、使用したとしても断熱温度を１２０〜１３０℃以下にすることができず、８０℃以下の断熱を求められるガソリンタンクには対応できないという問題点を有する。更に不織布は圧縮成形されていないから、絡み合った繊維が解れて空中に飛散し生活環境を阻害するという問題がある。

上記不織布は、断熱材の他に、輸送機器等のガソリンタンクカバー、エアコンカバー、ボンネット内壁被覆材、その他吸音効果を必要とする部分にも使用されているものである（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この不織布は、上記断熱材を単に吸音効果を利用して吸音材としただけのものであるから、何らの改善策が施されておらず、上記と同様な問題点を有している。

更に、グラスウールだけで構成した断熱材は、この断熱材からグラスウールが細かく分解したウール状となって空中に飛散するから生活環境を悪化するとともに、産業廃棄物として処理する処理コストが高く付き、断熱材としての製品価値を持たないという問題点を有する。

特許第３６８０３０２号公報

本発明はこのような点に基づいてなされたものであってその目的とするところは、輸送機器等のガソリンタンクカバー、ボンネット内壁被覆材、バッテリーカバー、カウリング内壁被覆材、その他の狭い空間内に挿入・装着でき、且つ高温条件下での優れた断熱効果を発揮する断熱材製造方法と断熱材を提供することにある。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１による断熱材製造方法は、メルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布の表裏両面にアルミガラスクロスを積層させ、これを成形型内で加熱・冷却加圧のもとに熱溶着させる３次元成形により意図した形状の立体形状の断熱材を得るようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項２による断熱材は、芯材としてメルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布を用い、表裏両面の表面材としてアルミガラスクロスを用い、これらの積層物を成形型内で加熱・冷却加圧することにより熱溶着させる３次元成形により意図した形状の立体形状に一体化したことを特徴とするものである。

すなわち、本発明の断熱材製造方法によれば、芯材はメルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布により作られる。この表裏両面にはアルミガラスクロスが積層される。この積層物は成形型内で加熱・冷却加圧されて熱溶着される３次元成形により意図した形状の立体形状に短時間のうちに成形される。これにより、発熱源と受熱部材とが入り組んだ狭い空間内に介在させられ、入り組んだ狭い部材間の断熱作用が確実に行われる断熱材が製造される。

更に、本発明の断熱材によれば、芯材としてメルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布が用いられ、表裏両面の表面材としてアルミガラスクロスが用いられる。これらの積層物を成形型内で加熱・冷却加圧することで熱溶着させて一体化して５ｍｍ前後厚の薄板状の意図した形状の立体形状に形成されている。これにより、上記断熱材は、発熱源と受熱部材とが入り組んだ狭い空間内に介在させられ、入り組んだ狭い部材間の断熱作用が確実に行われる。また、断熱材は、熱源から発生する熱の輻射熱を表面側の表面材が遮断して、芯材に直接熱の伝達・吸収を防ぐとともに、表面側の表面材との温度差により裏面側の表面材が結露現象を起こし、この時の気化熱により断熱効果を相乗的に向上させる。

本発明の断熱材製造方法とその断熱材によると、薄板状で断熱効果の大きな断熱材が意図した形状の立体形状に短時間のうちに形成できる。これにより、上記断熱材は、発熱源と受熱部材とが入り組んだ狭い空間内等に介在して狭い部材間の断熱作用を確実に発揮できる。また、この断熱材は、熱源の輻射熱を表面側の表面材が遮断して、芯材に直接熱の伝達・吸収を防ぎ、表面側の表面材との温度差により裏面側の表面材が結露現象を起こし、この時の気化熱により断熱効果を相乗的に発揮できる。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態となる断熱材の断面図、図２は断熱材の斜視図、図３は断熱材の製造装置である。

まず、本発明の断熱材１´は、メルトブローン法で作られた平均径２μｍの極細繊維３と、厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維５とを多層又は混紡して一体化した不織布の芯材７と、上記芯材７の表裏両面に重ねたアルミガラスクロス９Ａの表面材９，９とからなる。上記芯材７と表面材９とを、２００℃前後に加熱した状態で３０ｍｍ厚寸法の断熱材１から５ｍｍ厚寸法に芯材７を圧縮して一体化したものである。上記５ｍｍ厚前後に圧縮された薄板状の断熱材１´は、図２に示すように意図した形状の立体形状の断熱材１´に形成される。

図３は上記断熱材１´を製造する製造装置１００である。不織布の芯材７は、平均径２μｍの極細繊維３と、厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維５とを多層又は混紡して一体化したシート状のものがローラーＲ１から引き出される。上記芯材７の表裏両面に重ねられるアルミガラスクロス（ＡＬ２０μｍ，ＧＣ０．１１ｍｍ，１８６ｇ／ｍ² ）９Ａの表面材９，９が上下のローラーＲ２から引き出される。上記芯材７の表裏両面に表面材９，９を重ねた上記断熱材１は、重ね厚さが３０ｍｍ前後であり、所定長さの寸法に裁断された後に、加熱手段のヒーターＨ１，Ｈ２に導かれる。ここで２００〜２１０℃に６０秒間加熱される。続いて、一対のプレス金型Ｋ１，Ｋ２と加圧シリンダＣからなる加圧手段に断熱材１が導かれる。ここで、７〜１０ｋｇ／ｃｍ² の加圧力が３０秒間付与されて厚さ寸法５ｍｍに圧縮されて３次元成形により意図した形状の立体形状の断熱材１´に形成される。尚、このとき、プレス金型Ｋ２である加圧板に下からコンプレッサーＰにより空気を送り、６０℃に冷却して冷却加圧を行う。上記断熱材１´は、短時間のうちに所定の厚さの完成品となる。尚、立体形状の断熱材１´における端縁１Ａは、表面材９，９だけで接着されている。

上記断熱材１´は、発熱源と受熱部材とが入り組んだ狭い空間内、例えばオードバイのエンジンとガソリンタンク間の狭いスペースの発熱部分付近に介在させて使用される。これにより、入り組んだ狭い部材間の断熱作用が確実に行われる。また、断熱材１´は、熱源から発生する熱の輻射熱を表面側の表面材９，９が遮断して、芯材７に直接熱の伝達・吸収を防ぐとともに、表面側の表面材９，９との温度差により裏面側の表面材が結露現象を起こし、この時の気化熱により断熱効果が相乗的に向上される。尚、立体形状の断熱材１´における端縁１Ａは、表面材９，９だけで接着されている。上記断熱材１´の更なる用途例を掲げれば、輸送機器におけるエンジンヘッドカバー、カウリングの覆い、タンクカバー等がある。勿論、その他の分野の断熱材としても使用できる。

次に、図４〜図６を参照して本発明の参考例を説明する。本実施の形態は板状の断熱材１０を得るようにしたものである。本発明の断熱材１０は、メルトブローン法で作られた平均径２μｍの極細繊維３と、厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維５とを多層又は混紡して一体化した不織布の芯材７と、上記芯材７の表裏両面に重ねたアルミガラスクロス９Ａの表面材９，９と、上記表面材９，９の裏面に付設されたバインダーとして長繊維ポリプロピレン不織布１１とを介在して圧縮一体化した芯材７の表裏両面に接合されている。この断熱材１０は、上記芯材７と表面材９と長繊維ポリプロピレン不織布１１とを、２００℃前後に加熱した状態で、芯材７を３０ｍｍ厚前後の断熱材１０から５ｍｍ厚前後の薄板状に圧縮して一体化したものである。上記５ｍｍ厚前後に圧縮された断熱材１０´は、図５に示すような意図した形状の平板状に形成される。

図６は上記断熱材１０´を製造する製造装置２００である。不織布の芯材７は、平均径２μｍの極細繊維３と、厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維５とを多層又は混紡して一体化したシート状のものがローラーＲ１から引き出される。上記芯材７の表裏両面に重ねられるアルミガラスクロス（ＡＬ２０μｍ，ＧＣ０．１１ｍｍ，１８６ｇ／ｍ² ）９Ａの表面材９，９が上下のローラーＲ２から引き出される。上記表面材９，９の裏面に付設されるバインダーとして長繊維ポリプロピレン不織１１が上下のローラーＲ３から引き出される。上記断熱材１０は、上記芯材７の表裏両面にバインダーの長繊維ポリプロピレン不織布１１を接合されて介在させた表面材９，９が重ね合わせ厚さが３０ｍｍ前後あり、所定長さの寸法に裁断された後に、加熱手段のヒーターＨ１，Ｈ２に導かれる。ここで２００〜２１０℃に６０秒間加熱される。続いて、一対のプレス金型Ｋ１，Ｋ２と加圧シリンダＣからなる加圧手段により断熱材１が導かれる。ここで、１００ｋｇ／ｍ² の加圧力が３０秒間付与されて厚さ５ｍｍ前後に圧縮して一体化した平板状の断熱材１０´に形成される。尚、このとき、プレス金型Ｋ２である加圧板に下からコンプレッサーＰにより空気を送り、６０℃に冷却して冷却加圧を行う。上記断熱材１０´は、ここで短時間のうちに所定の厚さの完成品となる。

上記断熱材１０´は、平均径２μｍの極細繊維３と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維５とを混紡して圧縮した不織布の芯材７と、上記芯材７の表裏両面にアルミガラスクロスを長繊維ポリプロピレン不織布１１を介在して接合した表面材９，９とからなり、不織布の芯材７を圧縮して３０ｍｍ厚前後から５ｍｍ厚前後の薄板状の断熱材１０´が形成される。上記断熱材１０´は、エンジンとガソリンタンクとの狭い空間内に介在させて使用される。これにより狭い部材間の断熱作用が確実に行われる。また、断熱材１０´は、熱源から発生する熱の輻射熱を表面側の表面材が遮断して、芯材に直接熱の伝達・吸収を防ぐとともに、表面側の表面材との温度差により裏面側の表面材が結露現象を起こし、この時の気化熱により断熱効果が相乗的に向上される。上記断熱材１０´の更なる用途例を掲げれば、平板状のものにおいては発熱源と受熱部材間の狭い空間に挿入して使用でき、また、箱型としてバッテリーの保温カバーや保冷庫・保温庫等の断熱材として使用できる。

次に、図７〜図９を参照して、本発明の立体形状の断熱材１´の断熱試験を説明する。この断熱試験は、オートバイの暖気運転を３０分間行った時のタンク裏の断熱材の温度上昇を比較したものである。具体的な試験装置は、図７に示すように、発熱体をヒーターＨＯとし、この発熱温度を１２５℃±５℃に設定する。断熱材１´の試料寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍとする。そして、ヒーターＨＯと断熱材１´との間隔は１５ｍｍとし、断熱材１´の裏側に配置した鉄板（板厚０．８ｍｍ）の間隔を１ｍｍ浮かし、２ｍｍ浮かしに設定し、鉄板の裏側に温度センサーＳＴを設置し、鉄板の温度上昇を測定する。試験に使用した断熱材は、ＴＡＩ２０４７（不織布）、ＴＡＩ４０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ２０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ４０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ２０４７（不織布）＋ＴＡＩ４０４７（不織布）の６種類である。

上記断熱試験結果を図８の数値図表と図９の特性図で示す。図８の数値図表では、ヒーターと断熱材との間隔１５ｍｍにおいて、１０分間隔に１２０分までの各断熱材裏側の温度上昇値を測定して記入したものである。そして、１０〜１２０分の平均値、試験装置周辺の試験開始時及び試験終了時の温度／湿度が記入されている。また、図９の特性図は、上記測定した数値を折れ線グラフで表示したものである。上記数値図表と特性図とからわかるように、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ２０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ４０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡＩ２０４７（不織布）＋ＴＡＩ４０４７（不織布）は、２０分乃至は３０分後から測定温度はほぼ一定値を示し、優れた断熱特性があることを証明している。更に、上記試験結果から、ＴＡＩ２０４７（不織布）は、極細繊維３とポリエステル短繊維５との混合比率を、３５％と６５％にするのが加熱で溶けないことが確認された。他方、ＴＡＩ２０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）は、温度が高くなる傾向があり、優れた断熱性能を有していないことを証明している。即ち、ＴＡＩ２０４７（不織布）、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）９Ａだけでは、断熱効果が余り期待できないことが証明された。

次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の板状断熱材１０´の断熱特性を説明する。この断熱試験は、オートバイの暖気運転を３０分間行った時の各種断熱材裏側の温度上昇を比較したデータである。具体的な試験装置は、図１０に示すように、発熱体をヒーターＨＯとし、この発熱温度を３００℃±５℃に設定。断熱材の試料寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍとする。そして、ヒーターと断熱材との間隔はＧ１＝１０ｍｍとし、温度センサーＳＴは断熱材の裏側に配置したＰＰ板（板厚３ｍｍ）に設置し、このＰＰ板の温度上昇を測定する。試験に使用した断熱材は、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）＋ＴＡ１２０４７（不織布）＋ＡＬＧＣ＋＃９０７５（肉厚１ｍｍ）、ＡＬＧＣ＋ＴＡ１２０４７＋ＡＬＧＣ＋＃９０７５（肉厚２ｍｍ）、ＹＴＲＧ２（ＡＬＧＣ＋ガラスクロス）、ＡＬＧＣの４種類である。

上記断熱試験結果を図１１の数値図表と図１２の特性図で示す。図１１の数値図表では、ヒーターと断熱材との間隔Ｇ１＝１０ｍｍにおいて、５分間隔に３０分までの各断熱材裏側の温度上昇値を測定して記入したものである。そして、１０〜３０分の平均値、試験装置周辺の試験開始時及び試験終了時の温度／湿度が記入されている。また、図１２の特性図は、上記測定した数値を折れ線グラフで表示したものである。上記数値図表と特性図とからわかるように、ＡＬＧＣ＋ＴＡ１２０４７＋ＡＬＧＣ＋＃９０７５（肉厚１ｍｍ）、ＡＬＧＣ＋ＴＡ１２０４７＋ＡＬＧＣ＋＃９０７５（肉厚２ｍｍ）は、２０分乃至は２５分後から測定温度の下降傾向を示し、優れた断熱特性があることを証明している。特に、ヒーターと断熱材との間隔Ｇ１＝１０ｍｍでは、熱伝導が早く急速に温度上昇してピーク値に到達するものの、より早く下降傾向を示し、優れた断熱特性があることを証明している。更に、上記試験結果から、ＴＡ１２０４７（不織布）は、極細繊維３とポリエステル短繊維５との混合比率を、３５％と６５％にするのが加熱で溶けないことが確認された。他方、ＹＴＲＧ２、ＡＬＧＣは、時間とともに測定温度の上昇傾向を示していて、優れた断熱性能を有していないことを証明している。即ち、ＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）９Ａだけでは、断熱効果が余り期待できないことが証明された。

更に、本発明の断熱材に使用されている芯材は、ＴＡ１２０４７（シンサレート不織布）でなければならない理由は、例えばフェルトに変更しても同様な断熱効果が得られないことから証明される。図１３のシンサレートとフェルトとの断熱性能における重量効果比較図から明らかなように、ＴＡ１２０４７が１．４６に対してフェルトは０．６４と、２倍以上の重量効果があることが確認できる。しかして、本発明の断熱材に使用される芯材は、ＴＡ１２０４７が最良である。

本発明の断熱材１´と製造方法の実施の形態によると、下記の効果が奏される。まず、５ｍｍ厚前後の薄板状で断熱効果の大きな断熱材が成形型内で加熱・冷却加圧することにより熱溶着させる３次元成形により意図した形状の立体形状に短時間のうちに形成できる。これにより、上記断熱材は、発熱源と受熱部材とが入り組んだ狭い空間内や単に狭い空間内に介在できて狭い部材間の断熱作用が確実にできる。この断熱材の断熱効果は、熱源の輻射熱を表面側の表面材が遮断して、芯材に直接熱の伝達・吸収を防ぎ、表面側の表面材との温度差により裏面側の表面材が結露現象を起こし、この時の気化熱により断熱効果が相乗的に発揮できる。

本発明の断熱材の製造方法において、各部の詳細製造手順や細部の構成は、発明の要旨内での適宜な設計変更が行えること勿論である。上記変更によっても、同様な作用・効果が得られる。

本発明は、その対象物をオートバイのエンジンとガソリンタンク間の実施例で説明したが、四輪自動車、汎用エンジン等の断熱材としても適用できる。また、様々な産業分野における発熱体に対する断熱材としての適用が可能である。

本発明の第１の実施の形態を示し、断熱材の断面図である。本発明の第１の実施の形態を示し、断熱材の斜視図である。本発明の第１の実施の形態を示し、製造装置の側面図である。本発明の参考例を示し、断熱材の断面図である。本発明の参考例を示し、断熱材の斜視図である。本発明の参考例を示し、製造装置の側面図である。本発明の第１の実施の形態における断熱材の断熱試験装置の説明図である。本発明の第１の実施の形態における断熱材の断熱試験数値図表である。本発明の第１の実施の形態における特性図である。本発明の参考例における断熱材の断熱試験装置の説明図である。本発明の参考例における断熱材の断熱試験数値図表である。本発明の参考例における特性図である。シンサレートとフエルトとの重量効果比較図である。

１，１０断熱材
１´，１０´ 圧縮成形した断熱材
３極細繊維
５ポリエステル短繊維
７芯材の不織布
９表面材
９Ａアルミガラスクロス
１１長繊維ポリプロピレン不織布
Ｃシリンダ
Ｇ１，Ｇ２間隔
Ｋ１〜Ｋ２プレス金型
Ｈ１，Ｈ２ヒーター
ＨＯヒーター
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ローラー
ＳＴ温度センサー
１００，２００製造装置

Claims

メルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布の表裏両面にアルミガラスクロスを積層させ、これを成形型内で加熱・冷却加圧のもとに熱溶着させる３次元成形により意図した形状の立体形状の断熱材を得るようにしたことを特徴とする断熱材製造方法。
芯材としてメルトブローン法で作られた平均径２μｍのポリプロピレン極細繊維と厚みを出すため平均径２５μｍのポリエステル短繊維を一体化した不織布を用い、表裏両面の表面材としてアルミガラスクロスを用い、これらの積層物を成形型内で加熱・冷却加圧することにより熱溶着させる３次元成形により意図した形状の立体形状に一体化したことを特徴とする断熱材。