JP5983906B1 - スキッドポスト用断熱保護部材およびスキッドポスト用断熱保護部材の施工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
スキッドポストを保護するために用いられる、無機繊維のニードルブランケットよりなるスキッドポスト用断熱保護部材であって、
該ニードルブランケットの少なくとも一部に、酸化物前駆体含有液が未乾燥状態で付着している含浸部が設けられ、
該含浸部の水分量が、該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
該断熱保護部材全体の水分量が断熱保護部材全体の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
前記酸化物前駆体含有液は、焼成により酸化アルミニウム(Al2O3)及び酸化カルシウム(CaO)を含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含有しており、
前記含浸部においては、酸化物前駆体含有液が酸化物換算量として該含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるように付着しており、
前記含浸部全体(無機繊維と付着物との全体)におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が10以上330以下である
ことを特徴とする。
本発明のスキッドポスト用断熱保護部材に用いられる無機繊維のニードルブランケット(以下、単に「ブランケット」又は「ニードルブランケット」と称す場合がある。)について説明する。
ニードルブランケットを構成する無機繊維としては、特に制限がなく、シリカ、アルミナ/シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア及びカルシア等の単独、又は複合繊維が挙げられるが、特に好ましいのは耐熱性、繊維強度(靭性)、安全性の点で、アルミナ/シリカ系繊維、特に多結晶質アルミナ/シリカ系繊維である。
上述の好適な平均繊維径を有し、かつ、繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まない無機繊維集合体は、ゾル−ゲル法による無機繊維集合体の製造において、紡糸液粘度の制御、紡糸ノズルに用いる空気流の制御、延伸糸の乾燥の制御及びニードリングの制御等により得ることができる。
ニードルブランケットのニードル痕密度については、2〜200打/cm2、特に2〜150打/cm2、とりわけ2〜100打/cm2、中でも2〜50打/cm2であることが好ましい。このニードル痕密度が低過ぎると、ニードルブランケットの厚みの均一性が低下し、かつ耐熱衝撃性が低下する等の問題があり、高過ぎると、繊維を傷め、焼成後に飛散し易くなる恐れがある。
上記のニードルブランケットに含浸させる酸化物前駆体含有液は、酸化物前駆体として、焼成により酸化アルミニウム(Al2O3)及び酸化カルシウム(CaO)を含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含む。このアルミナ・カルシア系組成物にあっては、Al2O3及びCaOは、単体であってもよく、Al2O3とCaOの複酸化物であってもよい。Al2O3とCaOの複酸化物としては、CaO・Al2O3、CaO・2Al2O3、CaO・6Al2O3等が例示されるが、これに限定されない。
(i) Al2O3単体とCaO単体
(ii) Al2O3単体とCaO単体と複酸化物
(iii) Al2O3単体と複酸化物
(iv) CaO単体と複酸化物
(v) 複酸化物のみ
上記のような酸化物前駆体含有液を無機繊維のニードルブランケットに含浸させるには、ニードルブランケットを酸化物前駆体含有液中に浸して、酸化物前駆体含有液をニードルブランケットの無機繊維間に浸透させればよい。
本発明のスキッドポスト用断熱保護部材は、上記のようにして、無機繊維のニードルブランケットの少なくとも一部に酸化物前駆体含有液が含浸され、かつ未乾燥状態となっている含浸部(以下、単に「含浸部」と称す場合がある。)が形成されているものである。
本発明のスキッドポスト用断熱保護部材において、該含浸部の水分量は、当該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部である。含浸部の水分量が過度に少ない場合は、バインダー効果により可撓性がなくなる。また、繊維の発塵も多くなる。逆に含浸部の水分量が過度多い場合は、無機繊維成形体に少しの圧をかけただけで、無機繊維から液が漏れ出る。また、自重によって無機繊維成形体が押し潰され、このために端面の剥離が大きくなるという課題がある。また、含浸部の水分量が多過ぎると、使用時の加熱でマイグレーションと呼ばれる、水の乾燥に伴うゾルの物質移動が激しくおき、乾燥表面近傍での付着量が著しく高くなり、内部の付着量が低下することとなるため、耐熱衝撃性、加熱収縮率が悪化する。つまり含浸部全体の均一性を保つには含浸部の水分量は、400質量部を超えないことが重要である。好ましくは、該含浸部の水分量は、含浸部の無機繊維100質量部に対して80〜350質量部である。
酸化物前駆体含有液は、含浸部において、焼成後の酸化物(CaO及びAl2O3)付着量(以下、単に「酸化物付着量」と称す場合がある。)が含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるようにニードルブランケットに含浸される。この酸化物付着量は、含浸部の無機繊維100質量部に対して好ましくは5〜30質量部、最も好ましくは10〜25質量部である。酸化物付着量が少ない場合は、所望の耐スケール性が得られない場合がある。逆に多すぎると、含浸部の密度が高くなり、熱収縮率の悪化や耐熱衝撃性、耐機械衝撃性の低下が見られる。また、カルシウム成分が繊維表面に多量に存在する場合は、カルシウム成分と無機繊維で、低融点成分を多量に生成するため、含浸部の耐熱性が低下する。
含浸部を有する本発明のスキッドポスト用断熱保護部材が炉内で加熱され、酸化物前駆体含有液が高温で焼成された場合、酸化物前駆体含有液から生成したCaO成分の一部が無機繊維内部に拡散する。含浸部全体におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が上記範囲にあることで、高温まで焼成した時に、無機繊維内部に適量のCaOが拡散する。無機繊維内部に適量のCaOが存在することで、無機繊維中にFeOが拡散しにくくなる。つまり無機繊維とFeOとの反応が抑制される。このため、スキッドポスト用断熱保護部材の耐スケールが向上する。含浸部におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が10より少ない場合は、無機繊維とその内部に拡散したCaOにより、無機繊維との低融点化合物を大量に生成するため、耐熱性、耐熱衝撃性が低下する虞がある。また、含浸部におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が330より多い場合は、CaOの拡散が不十分で、耐スケールが向上しない虞がある。特にムライト(3Al2O3・2SiO2)組成の無機繊維を用いた場合は、高温で焼成されると、ムライトの結晶相と、ムライト成分にCaOが拡散した結晶相が生成する。この場合、耐熱衝撃性、耐熱性、耐機械衝撃性に優れるムライト結晶相を残したまま、CaOが繊維内部に拡散しているため、耐FeO性が向上すると考えられる。
本発明のスキッドポスト用断熱保護部材の寸法は、特に制限はないが、幅200mm×長さ200mm以上あることが好ましい。スキッドポスト用断熱保護部材の寸法がこれよりも小さいと施工が煩雑になり、また、施工対象に対して多数のスキッドポスト用断熱保護部材を使用することとなるため、スキッドポスト用断熱保護部材同士の間に隙間ができやすくなり、断熱性能が低下する。
本発明のスキッドポスト用断熱保護部材は、乾燥による水分量の減少を防ぐため、真空梱包やシュリンク梱包などで梱包して保管、輸送されることが好ましい。保管又は輸送時におけるスキッドポスト用断熱保護部材の形状は、板状でもロール状でもよい。
スキッドポスト用断熱保護部材の含浸部を50mm角に切り取ったものを重ね合わせて厚みを25mm以上とし、150℃で12時間乾燥して試験片とした。この試験片の表面に、5mm角で厚さ1mmの鉄ペレットを載せた状態で電気炉に入れ、1400℃まで5時間で昇温し、この温度に5時間保持した後、降温後取り出して、外観の変化を観察し、酸化鉄による深さ方向の浸食度合いから下記基準で評価した。
<評価基準>
◎:浸食深さが5mm以下
○:浸食深さが5mmを超え12.5mm以下
△:浸食深さが12.5mmを超え25.0mm以下
×:浸食深さが25.0mmを超える
スキッドポスト用断熱保護部材の含浸部を100mm角に切り取り、150℃、で12時間で乾燥後、電気炉に入れ、1450℃まで5時間で昇温し、この温度に8時間保持した後、降温後取り出して寸法変化と外観を確認し、寸法変化が0.5%未満の場合は「○」、0.5%以上の場合は「△」、収縮が激しくそり等が発生した場合は「×」とし、更に収縮が激しくそりと亀裂が発生した場合を「××」とした。
スキッドポスト用断熱保護部材を平たく広げた後、100mmφ、長さ300mmの紙管に隙間ができないように巻き付け、その後もう一度広げて、外観を観察し、割れや亀裂等の発生がなく、外観上変化がない場合を「○」、表面に割れや亀裂が発生した場合を「×」とした。
スキッドポスト用断熱保護部材を、400mmφ、長さ300mmの円柱に巻き付け、スキッドポスト用断熱保護部材同士の接触面を無機接着剤で固定し、その後外周をクラフトテープで固定して施工したときの施工性を確認し、以下の評価基準で評価した。
<評価基準>
○:含浸液の漏れ、接着不良等の問題なく、良好に施工可能
×:施工可能であるが、含浸液の漏れ、接着不良の問題がある
××:可撓性がなく、施工不可
スキッドポスト用断熱保護部材全体の水分量は、スキッドポスト用断熱保護部材を150℃で24時間乾燥し、乾燥前のスキッドポスト用断熱保護部材の質量W1と乾燥後のスキッドポスト用断熱保護部材の質量W2との差(W1−W2)から水分量を求め、無機繊維100質量部に対する水分の質量として算出した。
スキッドポスト用断熱保護部材の含浸部における水分量についても、該含浸部を切り出し、同様に乾燥と質量測定を行って水分量を求め、含浸部の無機繊維100質量部に対する水分量を算出した。スキッドポスト用断熱保護部材の含浸部とは、無機繊維あたりの水分量が1質量%以上である部分のことを指す。
スキッドポスト用断熱保護部材の酸化物(CaO及びAl2O3)付着量は、スキッドポスト用断熱保護部材を1250℃で2時間焼成した後質量を測定し、予め測定しておいたスキッドポスト用断熱保護部材中の無機繊維の質量(酸化剤前駆体含有液含浸前のニードルブランケットの質量)を差し引いて酸化物量を求め、スキッドポスト用断熱保護部材中の無機繊維100質量部に対する酸化物の質量として算出した。
含浸部におけるAl:Si:Caモル比は、蛍光X線分析によって定量し、3成分の百分率に換算した。
スキッドポスト用断熱保護部材を150℃で24時間乾燥した後、スキッドポスト用断熱保護部材の含浸部における無機繊維表面を走査型電子顕微鏡(SEM)観察し、酸化物前駆体およびそれから得られる酸化物が表面全体に付着されているか否かを観察した。
平均繊維径が5.5μmであり、実質的に繊維径3μm以下の繊維を含まない、アルミナ72質量%とシリカ28質量%とを含む多結晶質アルミナ/シリカ系繊維を集積してニードリングしてなるニードルブランケット(三菱樹脂社製 商品名 MAFTEC MLS、厚さ12.5mm、ニードル痕密度5打/cm2、嵩密度128kg/m3、面密度1600g/m2)を幅300mm×長さ3000mmに加工した。
実施例1において、前記吸引後にスキッドポスト用断熱保護部材を100℃で3時間乾燥したこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、長さ方向の含浸範囲を半分にしたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、厚み方向の含浸範囲を半分にしたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用したニードルブランケットの長さを半分の1500mmとし、使用した酸化物前駆体含有液の量を6Kgにしたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、液の吸引力を3m3/minとしたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が35.4になるように、アルミナゾル溶液に酢酸カルシウム一水和物を添加したこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が20.8になるように、アルミナゾル溶液に酢酸カルシウム一水和物を添加したこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が9.9になるように、アルミナゾル溶液に酢酸カルシウム一水和物を添加したこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液におけるAlとCaのモル比率(Al/Ca)が6.2になるように、アルミナゾル溶液に酢酸カルシウム一水和物を添加したこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1におけると同様に加工したニードルブランケットをそのままスキッドポスト用断熱保護部材とし、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液の含浸後、吸引を行わなかったこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例2において、乾燥条件を150℃、12時間としたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、酸化物前駆体含有液として固形分濃度が10質量%のシリカゾルを用いたこと以外は同様にしてスキッドポスト用断熱保護部材を作製し、同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1で使用したニードルブランケットを、施工性を評価した円柱にスタッドピンで固定した後、実施例1で用いた酸化物前駆体含有液6Kgをスプレーで塗布した。その後、ニードルブランケットを取り外し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
比較例5において、酸化物前駆体含有液のスプレー塗布量を1Kgとしたこと以外は同様にしてニードルブランケットの評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1で調製した酸化物前駆体含有液を、150℃で12時間乾燥した後、1300℃で8時間焼成した。得られた焼成物を、すり鉢ですり潰した後、粒径の中央値が5μmになるまでボールミルで粉砕した。得られた粉末をXRDで解析したところ、結晶相として、CaO・6Al2O3とCaO・2Al2O3が確認された。
比較例7において得られた焼成物(130℃×8時間焼成物)を、粒径の中央値が0.5μmになるまでボールミルで粉砕し、粉砕後の粉末を8.0質量%濃度になるように水中に分散させ、この分散液を用いて、含浸前にニードルブランケットに予めアタッチメントを装着し、吸引を行いつつ含浸を行ってスキッドポスト用断熱保護部材を作製した。このスキッドポスト用断熱保護部材について、実施例1と同様に各種評価を行った。結果を表1に示す。
また、走査型電子顕微鏡(SEM)による無機繊維表面の観察を行なった。結果を図2に示す。
表1の通り、実施例1〜10で製造したスキッドポスト用断熱保護部材は、耐スケール性に優れ、加熱収縮率が低く(つまり、耐熱衝撃性が高い)、可撓性及び施工性に優れている。
本出願は、2014年11月14日付で出願された日本特許出願2014−231461及び2015年5月13日付で出願された日本特許出願2015−098111に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (6)
- スキッドポストを保護するために用いられる、無機繊維のニードルブランケットよりなるスキッドポスト用断熱保護部材であって、
ニードルブランケットの少なくとも一部に、酸化物前駆体含有液が未乾燥状態で付着している含浸部が設けられており、
該含浸部の水分量が、該含浸部の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
該断熱保護部材全体の水分量が断熱保護部材全体の無機繊維100質量部に対して50〜400質量部であり、
前記酸化物前駆体含有液は、焼成により酸化アルミニウム及び酸化カルシウムを含むアルミナ・カルシア系組成物を生じさせる成分を含有しており、
前記含浸部においては、酸化物前駆体含有液が酸化物換算量として該含浸部の無機繊維100質量部に対して2〜50質量部となるように付着しており、
前記含浸部全体におけるAlとCaのモル比率が10以上330以下であることを特徴とするスキッドポスト用断熱保護部材。 - 前記含浸部全体におけるAl:Si:Caモル比が、77.2〜79.5:18.9〜21.6:0.9〜2.2である、請求項1に記載のスキッドポスト用断熱保護部材。
- 前記酸化物前駆体含有液が着色されており、これにより前記含浸部が着色されている、請求項1又は2に記載のスキッドポスト用断熱保護部材。
- 前記含浸部は、前記ニードルブランケットの板面のうち少なくとも1/2以上の領域にわたって連続的に形成されており、該含浸部が形成された領域において、該含浸部は、該無機繊維のニードルブランケットの全厚みにわたって形成されている、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のスキッドポスト用断熱保護部材。
- 前記スキッドポスト用断熱保護部材がロール状である、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のスキッドポスト用断熱保護部材。
- スキッドポストを請求項1ないし5に記載のスキッドポスト用断熱保護部材で被覆し、固定する工程を有するスキッドポスト用断熱保護部材の施工方法。
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