JP6767610B2 - Insulation and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、断熱体とその製造方法に関する。特に、高温環境にて使用する断熱体とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat insulating body and a method for producing the same. In particular, it relates to a heat insulating body used in a high temperature environment and a method for manufacturing the same.
従来の断熱体として、例えば、シリカエアロゲルを不織布へ含有させた断熱体がある。この断熱体は、シリカ粒子間のナノオーダーの細孔により、空気の流れを阻害するので、断熱性能が高い。 As a conventional heat insulating body, for example, there is a heat insulating body in which silica airgel is contained in a non-woven fabric. This heat insulating body has high heat insulating performance because it obstructs the flow of air due to nano-order pores between silica particles.
しかしながら、100℃を越えるような高温環境では、この断熱材は、輻射率が高いシリカ粒子の表面(輻射率0.95)で輻射熱が発生しやすくなる。結果、シリカ粒子の持つ細孔によって得られた断熱性に対して、輻射伝熱の影響が大きくなり、断熱性を失う(断熱材の見かけの熱伝導率が大きくなる)傾向にある。 However, in a high temperature environment exceeding 100 ° C., this heat insulating material tends to generate radiant heat on the surface of silica particles having a high emissivity (radiance rate 0.95). As a result, the influence of radiant heat transfer on the heat insulating property obtained by the pores of the silica particles becomes large, and the heat insulating property tends to be lost (the apparent thermal conductivity of the heat insulating material becomes large).
これに対する従来の技術として、特許文献1がある。特許文献1を図11の断面図で説明する。ここでは、断熱体1は、断熱層21の上に、アルミニウム箔等の輻射防止用フィルムとして輻射反射層23を配置し、輻射反射層23の位置を固定するために樹脂等で構成された被覆用シート22でパウチ状に包含させている。これにより、上部に熱源がある場合の輻射伝熱成分を輻射反射層23により抑制するというものである。
また、特許文献2に記載されているのは、エアロゲル含有断熱体の内部に粒状の輻射散乱材を含有させ、輻射伝熱成分を抑制させている。
Further, what is described in
しかしながら、図11に示される特許文献1では、熱源が紙面上部にある場合、熱伝導率が大きい被覆用シート22により、熱源からの熱が回り込み、Bの経路を辿って対面への熱パスが形成されるため、断熱性を大きく低下させる可能性がある。
However, in
また、特許文献2に示される構造では、振動等の外力が作用する場合、輻射散乱材が断熱材内部から脱落し、断熱性の低下、あるいは、場所による断熱性の粗密が生じる可能性がある。
Further, in the structure shown in
そこで、本発明は、断熱性の低下や部材の脱落を起こさずに、輻射を防止した断熱体とその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heat insulating body in which radiation is prevented and a method for manufacturing the same, without causing deterioration of heat insulating property or dropping of members.
上記目的を達成するために、断熱体と、上記断熱体の表面に、金属を蒸着した第1繊維と熱可塑性樹脂の第2繊維とを含む樹脂層と、を有する断熱材を用いる。 In order to achieve the above object, a heat insulating material having a heat insulating body and a resin layer containing a first fiber vapor-deposited with a metal and a second fiber of a thermoplastic resin on the surface of the heat insulating body is used.
また、金属を蒸着した第1繊維と熱可塑性樹脂からなる第2繊維とを編み輻射防止部を作製する第1工程と、上記第1工程でできた上記輻射防止部を断熱部の表面に配置し、熱処理をし、上記熱可塑性樹脂を溶かし、上記輻射防止部と上記断熱部とを合体させる第2工程と、を含む断熱体の製造方法を用いる。 Further, the first step of knitting the first fiber vapor-deposited with metal and the second fiber made of thermoplastic resin to produce a radiation prevention portion, and the radiation prevention portion formed in the first step are arranged on the surface of the heat insulating portion. A method for producing a heat insulating body is used, which includes a second step of performing heat treatment, melting the thermoplastic resin, and combining the radiation prevention portion and the heat insulating portion.
本発明によれば、断熱性の低下や部材の脱落を起こさずに、輻射防止機能を持たせることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a radiation prevention function without lowering the heat insulating property or causing the member to fall off.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
<断熱体1の構成>
図1は、実施の形態1における輻射防止機能を持つ断熱体1の斜視図である。断熱体1は、エアロゲル断熱部2と輻射防止部3から構成されている。図2は、図1におけるA−A´−B´−B面の断面構造図である。輻射防止部3は、エアロゲル断熱部2の上部に配置され、経糸であるアルミ蒸着樹脂繊維4と、熱可塑性樹脂5とである。なお、図1と図2に示すのは、熱可塑性樹脂繊維が、溶融し冷却して硬化した熱可塑性樹脂5である。
<Structure of heat
FIG. 1 is a perspective view of the
<エアロゲル断熱部2の構成>
図3(a)は、実施の形態1におけるエアロゲル断熱部2の模式図である。エアロゲル断熱部2は、エアロゲル等からなる断熱ビーズ12と、PET(ポリエチレンテレフタレート)繊維(第2繊維)、グラスウール等の繊維構造物11とを、複合化したものである。
<Structure of airgel
FIG. 3A is a schematic view of the airgel
図3(b)は、実施の形態1における断熱ビーズ12の模式図であり、二次粒子13が三次元ネットワークを形成した状態である。
図3(c)は、実施の形態1における断熱ビーズ12の二次粒子13の模式図であり、さらに細かい一次粒子14の集合体である。
FIG. 3B is a schematic view of the
FIG. 3C is a schematic view of the
図3(a)〜図3(c)において、微小な一次粒子14の集合体として成る二次粒子13が、三次元ネットワーク骨格を形成し、断熱ビーズ12と成る。この断熱ビーズ12を繊維構造物11と複合化することによりエアロゲル断熱部2を得る。断熱ビーズ12の体積の90%以上は、細孔である。一次粒子14の粒子径は、1nm前後であり、二次粒子13の粒子径は、10nm前後であり、断熱ビーズ12の粒子径は、20〜200μmである。
In FIGS. 3 (a) to 3 (c), the
断熱ビーズ12の材質としては、断熱性能に優れることから二酸化ケイ素からなるシリカ粒子が望ましい。ここで、断熱ビーズ12の細孔のサイズD(図3(b))は、68nm以下であることが望ましい。68nmは、空気の平均自由工程である。細孔が68nm以下であると、空気が移動できず、断熱性が高くなる。
As the material of the
<輻射防止部3の構成>
図4は、実施の形態1における輻射防止部3の原料30を上部から見た構造模式図である。輻射防止部3の原料30は、経糸をアルミ蒸着樹脂繊維4、緯糸を熱可塑性樹脂繊維51で構成されており、経糸、緯糸は平織構造により織られている。
<Structure of
FIG. 4 is a schematic structural diagram of the raw material 30 of the
図5にアルミ蒸着樹脂繊維4の断面構造図を示す。アルミ蒸着樹脂繊維4は、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、ナイロンフィルムなどの合成樹脂フィルム8に、アルミ蒸着膜7を蒸着させ、その上に腐食防止塗膜層6をコーティングしたものである。この構造は、いわゆる、金銀糸の構造である。
FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the aluminum-deposited
<エアロゲル断熱部2の製造方法>
エアロゲル断熱部2の製造方法としては、図3(a)に示すように、断熱ビーズ12をエアロゲルとする場合、高モル珪酸ソーダなどの、エアロゲルの出発原料である液体を、PET繊維、グラスウールなどで構成される不織布など(繊維構造物11)に含浸させ、ゲル化工程、養生(熟成)工程、疎水化工程、乾燥工程を経て、繊維構造物11と断熱ビーズ12を複合して形成することが望ましい。
<Manufacturing method of airgel
As a method for producing the airgel
<輻射防止部3の製造方法>
輻射防止部3の製造方法としては、図4に示すように、経糸をアルミ蒸着樹脂繊維4、緯糸を熱可塑性樹脂繊維51として、平織を行い輻射防止部3の原料30とする。なお、アルミ蒸着樹脂繊維4のベース樹脂フィルム(合成樹脂フィルム8)の材料としては、断熱体1の使用温度域よりも融点が十分高いもの(例えば、PET樹脂=融点260℃)が望ましい。また、熱可塑性樹脂繊維51の材料としては、断熱体1の使用温度域よりも融点が十分に高く、合成樹脂フィルム8の融点より低いもの(例えば、PLA樹脂=融点190℃)が望ましい。
<Manufacturing method of
As a method of manufacturing the
<エアロゲル断熱部2と輻射防止部3の原料30との接着方法>
エアロゲル断熱部2と輻射防止部3の原料30との接着方法としては、熱接着を行う。まずは、図7に示すように、エアロゲル断熱部2の上に輻射防止部3の原料30を配置する。次に、熱可塑性樹脂繊維51の融点より高く、合成樹脂フィルム8の融点より低い温度帯の炉の中で、熱可塑性樹脂繊維51が溶融するまで加熱する。
<Adhesion method between the airgel heat insulating
As a method of adhering the airgel heat insulating
例えば、合成樹脂フィルム8をPET樹脂、熱可塑性樹脂繊維51をPLA樹脂とする場合、200℃〜260℃の間の温度帯を使用する。
For example, when the
加熱により、図4に示すような構造をしていた輻射防止部3の原料30が、図6に示すように、熱可塑性樹脂繊維51のみ溶融する。次に、炉から出し、冷却を行うことで、溶融した熱可塑性樹脂繊維51がエアロゲル断熱部2の繊維構造物11と絡まり、アンカー効果によって強固に接着する。結果、図2に示したように、エアロゲル断熱部2と熱可塑性樹脂5とが接着した状態となる。
By heating, the raw material 30 of the
<輻射防止機能を持つ断熱体1の効果>
断熱体1を表面から裏面に通過する熱流量は、式1となる。
<Effect of
The heat flow rate passing through the
W=C×ΔT・・・(式1)
ここで、断熱材全体を通過する熱流量の合計値W、熱コンダクタンスC、表裏面間の温度差ΔTである。
W = C × ΔT ... (Equation 1)
Here, the total value W of the heat flow rate passing through the entire heat insulating material, the thermal conductance C, and the temperature difference ΔT between the front and back surfaces.
熱コンダクタンスCは、熱伝導成分Ccと輻射成分Crにより構成され、式2である。
The thermal conductance C is composed of the thermal conductive component Cc and the radiation component Cr, and is of the
C=Cc+Cr・・・(式2)
ここで、熱伝導成分Ccは、エアロゲル断熱部2が持つ熱伝導率λb、熱が通過する方向に対する断面積A、断熱材の厚さLから、式3である。
C = Cc + Cr ... (Equation 2)
Here, the heat conductive component Cc is of the
Cc=(A×λ)/L・・・(式3)
また、輻射成分Crは、輻射防止部3の面積S(アルミ蒸着樹脂繊維4の表面の面積)、輻射熱伝達率hrから、式4である。
Cc = (A × λ) / L ... (Equation 3)
Further, the radiant component Cr is of the
Cr=S×hr・・・(式4)
放射熱伝達率hrは、輻射防止膜(アルミ)の輻射率ε、固体表面の絶対温度Taおよび周囲環境の絶対温度T∞から、式5となる。
Cr = S × hr ... (Equation 4)
The radiant heat transfer coefficient hr is given by
hr=5.67×10−8×ε×(Ta2+T∞2)×(Ta+T∞)(式5)
輻射成分Crが大きくなると式4の熱コンダクタンスの輻射成分Crが大きな値をとり、式1に示す熱コンダクタンスCの値が大きくなる。このため、式1に示す断熱体1を通過する熱流量が増え、断熱効果が小さくなってしまう。つまり、見かけの熱伝導率が大きくなる。
hr = 5.67 × 10-8 × ε × (Ta 2 + T∞ 2 ) × (Ta + T∞) (Equation 5)
When the radiation component Cr becomes large, the radiation component Cr of the thermal conductance of the
断熱体1の見かけの熱伝導率λcは、式1の熱流量を用いて、式6となる。
The apparent thermal conductivity λc of the
λc=(W・L)/(A・ΔT)・・・(式6)
断熱体1の熱伝導率の測定規格である熱流計法(JIS A1412−2)では、式6にしたがい、断熱体1の表裏間を通過する熱流量W、断熱材の厚みL、断面積Aと表裏面の温度差ΔTから、熱伝導率(伝導、輻射成分を含む見かけの熱伝導率)を求める。
λc = (W ・ L) / (A ・ ΔT) ・ ・ ・ (Equation 6)
In the thermal flow metering method (JIS A1412-2), which is a standard for measuring the thermal conductivity of the
図8(a)に、アルミ蒸着樹脂繊維4の密度を変更して作製した断熱体1に対して、熱流計法による熱伝導率の測定結果を示す。
FIG. 8A shows the measurement results of the thermal conductivity of the
ここでは、輻射防止部3は、経糸のアルミ蒸着樹脂繊維4であるクラウン工業株式会社製金銀糸BRIGHTEX LAME’平糸M12メタリックと、緯糸の熱可塑性樹脂繊維51であるWINBO製フィラメントマテリアルPLA樹脂Marbotとを、平織りにて作製した原料30を溶かして製造した。
Here, the
熱伝導率の測定には、ネッチ・ジャパン株式会社製熱流計法熱伝導率測定装置HFM−436を使用し、サンプル温度(エアロゲル断熱部2の中心温度)90℃の環境にて測定した。 For the measurement of the thermal conductivity, a thermal conductivity measuring device HFM-436 manufactured by Netch Japan Co., Ltd. was used, and the measurement was performed in an environment of a sample temperature (center temperature of the airgel heat insulating portion 2) of 90 ° C.
用いたいくつかの輻射防止部3の原料30の斜視図を図8(b)〜図8(d)に示す。アルミ蒸着樹脂繊維4の密度の変更は、図8(b)〜図8(d)に示すように、輻射防止部3の原料30を構成するアルミ蒸着樹脂繊維4の経糸を配置する間隔を調整することにより行った。アルミ蒸着樹脂繊維4を配置しない経糸には熱可塑性樹脂繊維51を配置した。
The perspective views of the raw material 30 of some of the
図8(d)より、輻射防止機能を持つアルミ蒸着樹脂繊維4が無いもの(図8の左側0:100の構造)では、見かけの熱伝導率(伝導、輻射成分を含む熱伝導率)が約0.024W/(m・K)と高いが、アルミ蒸着樹脂繊維4の割合を増やすごとに(図8の真ん中50:50の構造、図8の右側100:0の構造へと移るごとに)、見かけの熱伝導率の値が小さくなっていることがわかる。すなわち、アルミ蒸着樹脂繊維4を備えた構造により、伝熱における輻射成分が抑えられていることがわかる。
From FIG. 8D, the apparent thermal conductivity (conductivity, thermal conductivity including radiation components) is higher in the case without the aluminum vapor-deposited
図9は、実施の形態1における輻射防止機能を持つ断熱体1の輻射防止部3の原料30の構造を上部から見た図である。熱可塑性樹脂繊維51による輻射防止部3とエアロゲル断熱部2との接着力が十分に確保される場合、図9に示すように、輻射防止部3の原料30の織構造を、アルミ蒸着樹脂繊維4が表面に多く出る綾織にし、輻射防止効果を高めることも可能である。
FIG. 9 is a view of the structure of the raw material 30 of the
図10は、実施の形態1における輻射防止機能を持つ断熱体1の輻射防止部3の原料30の構造を上部から見た図である。熱可塑性樹脂繊維51による輻射防止部3とエアロゲル断熱部2との接着力が十分に確保できる場合、図9に示すように、輻射防止部3の原料30の織構造を、アルミ蒸着樹脂繊維4が表面に多く出る朱子織にし、輻射防止効果を高めることも可能である。
FIG. 10 is a view of the structure of the raw material 30 of the
実施の形態の断熱材は、従来品よりも、断熱性の確保と輻射防止剤の脱落防止性に優れる。このため、特に100℃あるいはそれ以上の、輻射伝熱が支配的である温度域での断熱効果が期待でき、省エネルギーに貢献できるあらゆる機器の断熱用途に適用できる。
(なお書き)
輻射防止部3は、エアロゲル断熱部2の上面全体にある必要はない。大部分を覆えばよい。輻射防止部3の原料30は、平織、朱子織、綾織に限られない。規則正しく2つの繊維が織られているのが、物理的に、好ましい。不織布的な状態でおられていてもよい。
The heat insulating material of the embodiment is superior to the conventional product in ensuring heat insulating properties and preventing the radiation inhibitor from falling off. Therefore, a heat insulating effect can be expected especially in a temperature range where radiant heat transfer is dominant, such as 100 ° C. or higher, and it can be applied to heat insulating applications of all devices that can contribute to energy saving.
(Note)
The
本発明の断熱材は、断熱材料として広く利用される。特に、100℃あるいはそれ以上の、輻射伝熱が支配的である温度域で利用される。あらゆる機器の断熱用途に利用される。 The heat insulating material of the present invention is widely used as a heat insulating material. In particular, it is used in a temperature range of 100 ° C. or higher, where radiant heat transfer is dominant. It is used for heat insulation of all kinds of equipment.
1 断熱体
2 エアロゲル断熱部
3 輻射防止部
4 アルミ蒸着樹脂繊維
5 熱可塑性樹脂
6 腐食防止塗膜層
7 アルミ蒸着膜
8 合成樹脂フィルム
11 繊維構造物
12 断熱ビーズ
13 二次粒子
14 一次粒子
21 断熱層
22 被覆用シート
23 輻射反射層
30 原料
51 熱可塑性樹脂繊維
1
Claims (7)
金属を蒸着した第1繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含み、前記断熱部の表面に配置される輻射防止部と、を含み、
前記第1繊維は、前記熱可塑性樹脂繊維と編まれて、
前記断熱部は、断熱ビーズとの複合物であり、
前記熱可塑性樹脂繊維のみが溶融され、前記断熱部と前記輻射防止部とが接着された断熱材。 Insulation part and
It contains a first fiber vapor-deposited with metal and a thermoplastic resin fiber, and includes a radiation prevention portion arranged on the surface of the heat insulating portion.
The first fiber is knitted with the thermoplastic resin fiber and
The heat insulating portion is a composite with heat insulating beads.
A heat insulating material in which only the thermoplastic resin fiber is melted and the heat insulating portion and the radiation preventing portion are adhered to each other.
前記第1工程で作製された前記輻射防止部を断熱部の表面に配置し、熱処理をし、前記第2繊維のみを溶かすことで、前記輻射防止部と前記断熱部とを合体させる第2工程と、を含む断熱体の製造方法。 A first step of producing a radiation prevention portion containing a first fiber vapor-deposited with a metal and a second fiber made of a thermoplastic resin.
The second step of arranging the radiation prevention portion produced in the first step on the surface of the heat insulating portion, heat-treating the heat insulating portion, and melting only the second fiber to combine the radiation preventing portion and the heat insulating portion. And, including how to manufacture the insulation.
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