JP5568346B2

JP5568346B2 - 真空断熱材

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Publication number: JP5568346B2
Application number: JP2010066090A
Authority: JP
Inventors: 圭太郎杉尾
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: JP2011196509A

Description

本発明は真空断熱材に関し、無機粉末の成形体を芯材とした真空断熱材において、断熱性能を確保すると同時に、表面の平滑性を確保できるようにしたものである。

冷蔵庫、建築材料、電子機器や事務機器などで高い断熱性能が要求される場合の断熱材として真空断熱材が用いられており、無機粉末を芯材とする場合には、無機粉末を一旦圧縮成形して成形体とし、この成形体をガスバリア性に優れた外袋に収納し、内部を減圧しながら開口部をシールすることで、製造することができる。

例えば、特許文献１に開示された真空断熱材の製造方法では、無機質発泡粉末を紙または布などの通気性の中袋に充填するとともにその中袋の開口部端面をテープまたは接着剤で閉じ、この中袋をプレス等により型決めした後に乾燥を施し、その後非通気性の外袋に挿入した後、この内部を減圧するとともに外袋の開口部端面をシールして製造するようにしている。
また、特許文献２の真空断熱材では、芯材をシリカ粉体と無機繊維とを有する成形体とし、芯材の厚み方向において、表面層の繊維の含有率を内部層よりも大きくすることで、粉体の飛散を抑制し、粉落ちや削れを抑制するようにしている。

特開昭６３−１６３７６７号公報特開２００８−２１５４９２号公報

ところが、このような真空断熱材では、特許文献１の製造方法のように、紙や布などの通気性のある内袋に無機粉末などを入れてプレス固化する場合に、プレス圧を高くして成形すると、成形体の密度が高くなって型崩れがなく、作業性も優れるものの、断熱性能が悪くなるという問題がある。
一方、プレス圧を低くすると、断熱性能は確保できるものの、成形体が型崩れし易く、外袋に挿入して減圧すると、成形体の型崩れの影響が外袋の表面にしわなどの凹凸となって表れるという問題がある。

また、内袋を使用しないで芯材を成形する特許文献２の真空断熱材では、無機粉末にガラス繊維などの無機繊維を混合して成形することで成形体の強度を確保するため無機粉末と無機繊維の繊維含有率を変えて均一に混合したものを少なくとも２種類用意する必要があるが、粉体と繊維とを均一に混合すること自体が難しく、作業性が悪く、効率良く製造できないという問題がある。

本発明は、かかる従来技術における課題を解決するためなされたものであり、断熱性能が良く、表面平滑性に優れるとともに、容易に製造することができる真空断熱材を提供しようとするものである。

断熱性能に優れ、表面平滑性に優れた真空断熱材について鋭意検討および実験を重ねた結果、密度を抑えながら型崩れなどが起らない強固な芯材を成形することが重要であることがわかり本願発明を完成したものであり、その具体的な構成は以下の通りである。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１記載の真空断熱材は、無機粉末による芯材を外被材で覆って内部を減圧密封した真空断熱材であって、前記芯材は、ひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維を有する不織布の内袋に収納して圧縮成形した成形体で構成され、前記内袋のひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維は、長さが前記真空断熱材の厚さの１／２以下であり、かつ平均繊維本数が３本／cm ² 以上であることを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載の真空断熱材は、請求項１に記載の構成に加え、前記成形体を構成する無機粉末が、湿式シリカであることを特徴とするものである。

本発明の請求項１記載の真空断熱材によれば、無機粉末による芯材を外被材で覆って内部を減圧密封した真空断熱材であって、前記芯材は、ひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維を有する不織布の内袋に収納して圧縮成形した成形体で構成され、前記内袋のひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維は、長さが前記真空断熱材の厚さの１／２以下であり、かつ平均繊維本数が３本／cm ² 以上であるので、ひっかき加工を施して内側に繊維を飛び出させた不織布の内袋に無機粉末を収納して圧縮成形することで、内側に飛び出した繊維が無機粉末と絡み合い、表面が強固な成形体の芯材とすることができる。
これにより、成形体の密度を高めることなく強固な成形体にでき、断熱性能を確保できるとともに、成形体の型崩れを防止して表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

本発明によれば、前記内袋の内側に飛び出した繊維は、平均繊維本数を３本／cm²以上としてあるので、平均繊維本数を３本／cm²以上とすることで、無機粉末と繊維を絡み合わせることができ、断熱性能の確保と成形体の強度とを両立させて表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

本発明の請求項２記載の真空断熱材によれば、前記成形体を構成する無機粉末が、湿式シリカであるので、不織布の内側に飛び出す繊維と絡み合わせて軽量で断熱性能が優れるとともに、表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

本発明の真空断熱材の一実施の形態にかかる成形体のみの横断面図およびプレス前後の部分拡大断面図である。従来の真空断熱材の成形体のみの横断面図およびプレス前の部分拡大断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細を説明する。
本発明における真空断熱材は、無機粉末による芯材を外被材で覆って内部を減圧密封した真空断熱材であり、芯材１は、図１に示すように、内側に飛び出した繊維２ａを有する不織布２の内袋３に無機粉末４を収納して圧縮成形した成形体で構成されている。

すなわち、無機粉末４が充填された不織布２の内袋３は、内袋３の開口部を熱融着等により閉じ、この内袋３をプレス固化して成形体とした後に、これまでと同様の工程で、ガスバリヤ性に優れた外被材である外袋に挿入し、乾燥の工程を経て、内部を減圧しながら外被材の開口部をシールすることで、真空断熱材とされるものである。

この真空断熱材では、無機粉末４を成形体とする工程に特徴があり、無機粉末４を通気性のある不織布２の内袋３に挿入した後プレス固化して成形体とするが、ここで用いる不織布２としては内袋３の内側となる面に、不織布面から飛び出すように繊維２ａを毛羽立たせてあり、例えば不織布面と垂直方向に繊維２ａが飛び出した不織布２の内袋３とされる。

このような内袋３を用いることで、不織布２の内面から飛び出した繊維２ａが無機粉末４と絡み合い、表面がより強固な成形体となる。なお、不織布２の内面から飛び出す繊維２ａは、不織布２から飛び出すようになっていればよく、必ずしも垂直方向に限るものでないが、できるだけ垂直方向とすることで、より多くの無機粉末４と絡み合うようにすることができる。

内袋３の不織布２の内面において、不織布面から飛び出すように、例えば不織布面から垂直方向に繊維２ａを毛羽立たせる方法としては、不織布２の内袋２の内面となる片側表面を金属ブラシやローラー等で引っかく方法を簡易な方法として挙げることができる。
そして、不織布２の表面を引っかくようにする金属ブラシやローラーの表面状態や太さ、密度、処理時間、荷重により不織布２の表面から飛び出す繊維２ａ、例えば垂直方向に飛び出す繊維２ａの平均本数をコントロールすることができる。

不織布２から垂直方向に飛び出した繊維２ａは、１平方センチメートルあたりの平均繊維本数が、３本/ cm²以上とすることがよい。
平均繊維本数が３本/ cm²未満であると繊維２ａと無機粉末４の絡み合いの効果が小さく、十分な強度が得られ難い。不織布２から垂直方向に飛び出した繊維２ａの１平方センチメートルあたりの平均繊維本数は、５本/ cm²以上とすることが好ましく、成形体の密度を抑えて必要な強度を確保でき、また、熱伝導率を小さくして断熱性能を確保できると同時に、成形体の型崩れや割れなどを防止して真空断熱材の表面の平滑性を確保することができる。

なお、不織布２の内面から飛び出した繊維２ａの平均本数については、上記の引っかき処理を施した不織布２を例えば、５cm²にカットし、電子顕微鏡により観察することで、その平均本数を求めることができる。

また、不織布２からの垂直方向に飛び出す繊維２ａの長さは、真空断熱材の厚さの１／２以下でよく、こうすることで、内袋３の表裏両側で強固な成形体とすることができる。

このような内袋３に収納される無機粉末４としては、常温で水分を保持できる粉末を用いることができ、例えば、粒子表面に水酸基を持つ湿式シリカ粒子などを挙げることができる。
この内袋３に収納する無機粉末４の常温での含水率は３〜１０ｗｔ％程度が好ましい。無機粉末４が粒子表面に水分を有することで、内袋３に収納した状態で、密度を低く抑えながら、型崩れの起こらない強固な成形品を作ることが出来るが、含水率が３％以下である場合、成形性が悪く、強固な成形品とするためには密度が高くなり、その結果、断熱性能が悪化する。一方、内袋３に収納する無機粉末４の常温での含水率が１０％以上の場合には、プレス固化した後の乾燥工程時間が長くなるため好ましくない。
なお、真空断熱材としては、断熱性能を確保する上で、無機粉末４は乾燥状態とする必要がある。

次に、引っかき加工を施した不織布２の内袋３に無機粉末４として湿式シリカ粉末を充填し、内袋３の開口部を熱融着等により閉じ、この内袋３をプレス固化した後に、例えば、アルミ蒸着系複層フィルムなどの非通気性の外被材である外袋に挿入し、乾燥の工程を経た後、外袋の内部を減圧しながら開口部をシールすることで真空断熱材が完成する。

このような真空断熱材によれば、無機粉末４による芯材１を外被材で覆って内部を減圧密封した真空断熱材で、芯材１を、内側に繊維２ａを飛び出させた不織布２の内袋３に無機粉末４を収納して圧縮成形することで、内側に飛び出した繊維２ａが無機粉末４と絡み合い、表面が強固な成形体の芯材１とすることができる。
これにより、成形体の密度を高めることなく強固な成形体にでき、断熱性能を確保できるとともに、成形体の型崩れを防止して表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

また、この真空断熱材によれば、内袋３の内側に飛び出した繊維２ａは、平均繊維本数を３本／cm²以上としてあるので、無機粉末４と繊維２ａを絡み合わせることができ、断熱性能の確保と成形体の強度とを両立させて表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

さらに、この真空断熱材によれば、成形体を構成する無機粉末４として湿式シリカを用いることで、不織布２の内側に飛び出す繊維２ａと絡み合わせて軽量で断熱性能が優れるとともに、表面の平滑な真空断熱材を得ることができる。

以上のように、この真空断熱材によれば、断熱性能を悪化させること無く、表面の平滑性に優れた真空断熱材を得ることができる。
また、無機粉末の含有水分を利用した常温でのプレス固化で成形体を得ることができるため作業性が良く、経済的である。

以下、本発明の実施例を比較例とともに、具体的に説明する。
ここでは、次のようにして真空断熱体の作製を行なった。
内袋とする不織布（ストラテックＲＷ２０４０：出光ユニテック製）の片面を金属ブラシ（スチール製）で引っかき、繊維を毛羽立たせる加工を施した。
ここでは、金属ブラシのブラシ毛密度を５０、７５、１００本/cm²と変えることで、不織布から飛び出した繊維の平均本数が３、５、１０本/cm²で、長さ約５mmとなるよう調整した。

なお、金属ブラシのブラシ毛密度と不織布から飛び出した繊維の平均本数との関係は、予め実験より求めてあり、次のような結果を得た。
金属ブラシのブラシ毛密度が５０本/cm²の場合、不織布繊維が３本/cm²
金属ブラシのブラシ毛密度が７５本/cm²の場合、不織布繊維が５本/cm²
金属ブラシのブラシ毛密度が１００本/cm²の場合、不織布繊維が１０本/cm²であった。
この不織布から飛び出した繊維の平均本数については、上記処理を施した不織布を５cm²にカットし、電子顕微鏡により観察しその平均本数を求めた。

引っかき加工を施した不織布の内袋にシリカ粉末（ニップシールＬＰ：東ソーシリカ社製、常温含水率６．４％）を充填し、内袋の開口部を熱融着により閉じ、この内袋をプレス固化して成形体を得た。
成形体を外被材としてのアルミ蒸着系複層フィルムの外袋に挿入し、乾燥の工程を経て、内部を減圧しながら開口部をシールすることで真空断熱材を作製した。
この真空断熱材のサイズは６００×６００mm、厚さは１０mmとした。

また、各実施例および各比較例では、それぞれ上記方法にて同一条件で５体ずつ作製し、熱伝導率を測定するとともに、型崩れによる表面形状について目視観察した。

（参考例１）
参考例１では、内袋として不織布面の内面から飛び出した繊維の平均本数が１本／cm²のものを用い、粉末成形体のプレス固化密度を０．２８g/cm³とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、熱伝導率は、０．００５２Ｗ／ｍ・Ｋであり、表面平滑性は、５個中２個の真空断熱材で型崩れが見られたものの、概ね良好な結果となった。

（実施例１）
実施例１では、内袋として不織布面の内面から飛び出した繊維の平均本数が３本／cm²のものを用い、粉末成形体のプレス固化密度を０．２８g/cm³（参考例１と同様）とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、熱伝導率は、０．００５２Ｗ／ｍ・Ｋであり、表面平滑性は、５個中１個の真空断熱材で型崩れが見られたものの、概ね良好な結果となった。

（実施例２）
実施例２では、内袋として不織布面の内面から飛び出した繊維の平均本数が５本／cm²のものを用い、粉末成形体のプレス固化密度を０．２１g/cm³とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、熱伝導率は、０．００４８Ｗ／ｍ・Ｋであり、表面平滑性は、５個中１個の真空断熱材で型崩れが見られたものの、概ね良好な結果となった。

（実施例３）
実施例３では、内袋として不織布面の内面から飛び出した繊維の平均本数が５本／cm²のもの（実施例２と同様）を用い、粉末成形体のプレス固化密度を０．２４g/cm³とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、熱伝導率は、０．００５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、表面平滑性は、すべての真空断熱材で型崩れが見られず表面形状は平滑で良好な結果となった。

（実施例４）
実施例４では、内袋として不織布面の内面から飛び出した繊維の平均本数が１０本／cm²のものを用い、粉末成形体のプレス固化密度を０．２８g/cm³（参考例１、実施例１と同様）とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、熱伝導率は、０．００５２Ｗ／ｍ・Ｋであり、表面平滑性は、すべての真空断熱材で型崩れが見られず表面形状は平滑で良好な結果となった。

（比較例１）
比較例１では、図２に示すように、内袋３として不織布２の内面から飛び出した繊維が全くないもの（平均本数が０本／cm²のもの）を用いた。また、粉末成形体を得るため、そのプレス固化密度を０．３５g/cm³とした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、粉末成形体を得るためプレス固化密度を高めたことから熱伝導率は、０．００６２Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、真空断熱材として必要な断熱性能を確保できなかった。

（比較例２）
比較例２では、図２に示すように、内袋３として不織布２の内面から飛び出した繊維が全くないもの（平均本数が０本／cm²のもの）を用いた。また、粉末成形体のプレス固化密度を０．２８g/cm³（参考例１、実施例１、４と同様）とし、比較例１より低くした。
この真空断熱材では、その結果を、表１中に示すように、粉末成形体を得るためプレス固化密度を低めたことから熱伝導率は、０．００５２Ｗ／ｍ・Ｋとなったものの、表面平滑性は、５個中４個の真空断熱材で型崩れが見られ、製品表面が凸凹形状になり、真空断熱材として必要な平滑性を確保できなかった。

１芯材
２不織布
２ａ繊維
３内袋
４無機粉末

Claims

無機粉末による芯材を外被材で覆って内部を減圧密封した真空断熱材であって、
前記芯材は、ひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維を有する不織布の内袋に収納して圧縮成形した成形体で構成され、
前記内袋のひっかき加工を施して内側に飛び出した繊維は、長さが前記真空断熱材の厚さの１／２以下であり、かつ平均繊維本数が３本／cm ² 以上であることを特徴とする真空断熱材。
前記成形体を構成する無機粉末が、湿式シリカであることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。