JPH0238392A - 金属で被覆した圧縮成形微細孔質断熱材から成る断熱成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属で被覆した、圧縮成形微細孔質断熱材か
ら成る断熱成形品に関する。

圧縮した微細孔質断熱材自体は強度が低いので、多くの
用途に対して、その断熱材の少なくともその低温側を、
動揺、振動、衝突あるいは衝撃などの機械的応力から保
護しなければならない。

ここでいう金属製被覆を備えた断熱成形品は、ＥＰ−Ａ
−５９８６０ないしそれに対応するＵＳ−Ａ−４４４７
３４５・およびＥＰ−Ａ−２０５１５５により公知であ
るが、そこで断熱材に、押抜き、引き抜き、または他の
方法で成形した金属板を被覆材として装備している。そ
の際に、断熱成形品を完璧に保護できる程、被覆材を強
化できない、自由にデザインすることができない、ある
いは最良の断熱性を得るために被覆と断熱材との間の空
間を最少にするようには金属被覆を設計できないという
問題が常に存在する。

本発明の目的は、機械的応力に対して断熱材を最も確実
に保護し、最良の断熱性を得るために被覆と断熱材との
空間を最少にする金属製の被覆を少なくとも片側に備え
た、微細孔質の、圧縮成形した断熱材から成る断熱成形
品を提供することにある。

本発明の対象は、微細孔質の圧縮成形した断熱材から成
る基本体の上に金属または合金を液体の状態で層形成す
ることにより得られる、金属製の被覆を少なくとも片側
に備えた、微細孔質で圧縮成形した断熱材から成る断熱
成形品である。

驚くべきことに、鋳造工程において、圧縮成形した微細
孔質の断熱材の上から液体状金属を注ぎ、固化した後、
固い金属製の被覆を得ることができる。この鋳造工程中
でも断熱成形品の形状は維持される、即ち、凝固が全（
起きないのである。

金属は基本体を液体の形でくるみ、そうして初めて硬化
するので、被覆材の厚さおよびデザインにも全く制限が
ない。これにより、従来技術では不可能であった、エン
ジン、機械装置および管絶縁において広範囲な用途が開
ける。さらに、液体状金属の中に断熱成形品を埋め込む
ので、被覆と断熱成形品との空間を最少に抑えることが
できる。

本発明に係わる断熱成形品は不規則でかつ／または種々
の幾何学的形状を持っていてもよく、それでも本体全体
にわたって−様な物理特性が確保される。本発明に係わ
る断熱成形品は、少なくとも片側を、はとんどの場合断
熱成形品の低温側を、液体の状態で層形成した金属でつ
つんである。用途に応じて、断熱成形品は前面を金属で
覆ってもよい。

本発明に係わる断熱成形品により断熱すべき対象物を、
鋳造工程の前にすでに断熱性の基本体に取りつけ、断熱
材の空いている側だけを鋳込んでもよい。しかし、その
対象物を、予め完成させた本発明に係わる断熱成形品に
取りつけることもでき、その際、成形品は全面を鋳込ん
でおいてもよいが、大抵は、断熱すべき対象物の方を向
いた側は残しておく。

微細孔断熱材として、圧縮成形した、微粒金属酸化物を
使う。以下に示す代表的な構成が断熱材として有効であ
ることが立証されている。

３０−１００重量％微粒金属酸化物 ０−５０　重量％混濁剤 ０−５０　重量％繊維物質 ０−１５　重量％無機バインダー より好ましい構成は次のとおりである。

３０−８９　　重量％微粒金属酸化物 ｔｏ−５０重量％混濁剤 １−５０　重量％繊維物質 ０−５　　重量％無機バインダー 特に良好な結果が、次の構成で得られている。

５０−８９　　重量％微粒金属酸化物 ２０−４０　　重量％混濁剤 ５−２０　重量％繊維物質 ０．５−２．　　重量％無機バインダー微粒金属酸化物
の例としては、アーク製法ケイ酸を含む高温製造ケイ酸
、低アルカリ沈殿式ケイ酸、類似製法の酸化アルミニウ
ム、酸化チタンおよび酸化ジルコン、ならびにそれらの
混合物がある。好ましくは、高温製造ケイ酸、酸化アル
ミニウムおよびそれらの混合物を用いる。微粒金属酸化
物の比表面積は、好ましくは５Ｏ−７０Ｏｎ（／ｇ、特
に７０−４００ボ／ｇである。

混濁剤の例としては、チタン鉄鉱、酸化チタン、炭化ケ
イ素、鉄（ＩＩ）−鉄（Ｉ）混合酸化物、二酸化クロム
、酸化ジルコン、二酸化マンガン、酸化鉄、二酸化ケイ
素、酸化アルミニウムおよびケイ酸ジルコニウム、なら
びにそれらの混合物がある。好ましくは、チタン鉄鉱お
よびケイ酸ジルコニウムを使う。混濁剤は、１．５〜ｌ
Ｏμｍの赤外領域に吸収極大を持つのが有利である。

繊維物質の例としては、ガラスウール、岩綿、玄武岩綿
、スラグ綿、酸化アルミニウムおよび／またはケイ酸の
溶融物から得られるようなセラミック繊維、およびアス
ベスト繊維、ならびにそれらの混合物がある。好ましく
は、酸化アルミニウムおよび／またはケイ酸の溶融物か
ら得られる繊維を使う。

無機バインダーとしては、微細孔圧縮成形断熱材への使
用が公知であるすべてのバインダーを使用できる。その
ようなバインダーの例としては、例えばＥＰ−Ａ−２９
２２７に明瞭に示しである。

好ましくは、アルミニウムのホウ化物、チタンのホウ化
物、ジルコンのホウ化物、カルシウムのホウ化物、ケイ
化カルシウムやケイ化カルシウムアルミニウムのような
ケイ化物、特に炭化ホウ素を使用する。その他の成分の
例としては、塩基性酸化物、特に酸化マグネシウム、酸
化カルシウムまたは酸化バリウム。

使用する金属または合金は、好ましくは３００〜１５０
０°Ｃ２特に５００〜１２００°Ｃの融点を示す。

金属ないしそれらの合金の例としては、アルミニウムな
らびにアルミニウムとマグネシウム、ケイ素、銅、マン
ガンおよびニッケルとの合金、銅ならびに銅と亜鉛、鉛
、ケイ素、鉄およびニッケルとの合金、または炭素含有
ｔ２−４％でリンと硫黄の含有量を調整した、鉄ならび
に鉄とマンガンおよびケイ素との合金がある。上記の鉄
合金は、専門家には、可鍛鋳鉄、うろこ状のグラファイ
トを含む鋳鉄および球状グラファイトを含む鋳鉄として
知られている。アルミニウム合金の例としては、１４重
量％までのケイ素を含むアルミニウムーケイ素合金であ
るシルミンＡｌ−３ｉ、１重量％までのＭｇと１４重量
％までのＳｉを含むアルミニウムーマグネシウム−ケイ
素合金であるシルミンＡｆ−Ｍｇ−３ｉ、５重量％まで
のＭｇおよび０．２重量％のＳｉならびに０．　７−０
．　５重量％のマンガンを含むアルミニウムーマグネシ
ウム合金であるアルミニウム合金Ａｆ−Ｍｇ、６−１４
重量％のＣｕを含むアルミニウムー銅合金であるアルミ
ニウム合金Ａｊ！−Ｃｕ、および４−５重量％のＣｕ、
１−２重量％のマグネシウムおよび１．　５−２．　５
重量％のニッケルを含むアルミニウムーニッケルー銅−
マグネシウム合金であるアルミニウム合金Ａ１．−Ｎｉ
−Ｃｕ−Ｍｇがある。

その他の金属ないしそれらの合金の例としては、炭素含
有量が２重量％よりも小さく、マンガン、ケイ素、ニッ
ケル、クロム、モリブデン、バナジウムおよびチタンな
どの専門家によく知られた合金元素配分量が異なる鋳鋼
合金、ならびに３０重重四までのアンチモンおよび５重
量％の錫を含む鉛合金のような活字鋳造合金、あるいは
ウッド合金の名で知られる、２５重量％の鉛、３０重量
％のビスマス、１２．５重量％の錫、および１２゜５重
量％のカドミウムを含む合金がある。

活字鋳造合金の特徴は、融点が低く、流動性が良く、強
度、特に耐摩耗強度が高いこと、ならびに固化する際に
その密度が増加し、型充てん性が特に良くなることであ
る。

優先的にどの金属ないしその合金を使うかは、それぞれ
の用途によって決まり、耐摩耗強度が最も重要な場合は
、鉄を含む合金を優先的に使い、低温で溶融する合金に
は活字鋳造合金を、高流動性にはアルミニウム合金また
は活字鋳造合金を使う。

本発明に係わる断熱成形品を製造するには、先ず微細孔
質の圧縮成形した断熱材から成る基本体を公知の方法で
予め製作する。好ましくは、この製作に次の手順を含め
る。

ａ）細かく分散させた金属酸化物から成る断熱材混合物
を、１〜５バール、特に２バールまたは約２バールの圧
力で予備圧縮する。

ｂ）予備圧縮した材料を８〜２０バールの最終圧で圧縮
成形する。

Ｃ）必要に応じて、圧縮成形した本体を、５００〜９０
０°Ｃの温度で加熱する。

予備圧縮ないし圧縮成形時に、材料中に閉じ込められた
気体が逃げられるようにすべきである。

そのために、圧縮と圧縮成形を好ましくは減圧下で行な
う。この脱気は、圧縮ないし圧縮成形の前に行なっても
よい。

基本体の可撓性を高めるために、予め製作した基本体に
、必要に応じて、それ自体公知の方法で、少なくとも片
側に薄層を張りつけるとよい。薄層としては、基本的に
本発明に係わる種類の断熱成形品にすでにこれまで使用
されているあらゆる材料が考えられる。好ましくは、こ
れらの材料は、ケイ酸アルミニウム、ガラス繊維、岩綿
、セルロースでできたマットまたは織物、特にアルミニ
ウム箔、高級鋼箔、その他の金属箔である。薄層材料と
圧縮成形した断熱材料との間は、接着剤で結合してもし
なくてもよい。ガラス繊維および類似の材料では、特に
その薄層材料と予備圧縮してない、ゆるい断熱材料、あ
るいは予備圧縮した断熱材料とを上記最終圧で圧縮成形
すると、接着剤を使用しなくても、断熱材料と薄層材料
が十分、機械的に結合する。しかし、例えばシリカゾル
または水ガラスなどの無機接着剤、あるいは公知の有機
性接着剤も使用できる。

また、旧ドイツ特許出願Ｐ３７３７４５９．１による被
覆つき断熱成形品も使用できる。そこでは、成形品を、
深絞り可能な被覆を備えた、圧縮成形微細孔質断熱材か
らなる基本体から、被覆内部の圧力を１０″６バールに
下げ、ｉｔ／ボ〜１０００ｔ／ｒｒｒ範囲の圧力で成形
することを特徴とする被覆を備えた断熱成形品と記載さ
れている。被覆内部は常に減圧になっているので、そこ
で使用している被覆は気密性で、基本体を完全につつん
でいなければならない。さらに、そこでは深絞りできる
被覆のみが使われる、即ちその被覆では成形工程で、直
径の減少により材料が分離することはない。これらの特
性はすべて、液体状態で層成形した被覆では満足されず
、そのため、本発明の対象物はこれとは本質的に異なっ
ている。そこで公表された被覆の例としては、ポリアミ
ド／アルミニウム／ポリエチレン、ポリプロピレン／ア
ルミニウム／ポリプロピレンまたはポリプロピレン／ア
ルミニウム／ポリアミドから成る層の組合せを備えた複
合箔があげられている。被覆内部の低圧は、真空ポンプ
とそれに接続した被覆の密閉により達成できる。その後
、それ自体公知のプレス法により、種々の形状に成形品
を加工する。

本発明に係わる断熱成形品の製造方法では、前に述べた
、圧縮成形した微細孔質断熱材の、少なくとも片側に金
属または合金を液体状態で塗布し、その際、好ましくは
、基本体を鋳型で取り囲み、その鋳型の内壁と基本体と
の間隔を、必要とする金属被覆の強度に応じて設定する
。鋳型内へ液体を単純に流し込むが、圧力下で（加工鋳
造）行なってもよい。

鋳型の材料としては、好ましくは鋳物砂を、特にコア、
金属または通常、水により冷却する冷却軽金属を使った
鋳込みに使用できる。金属製の永久鋳型を使用する方法
が特に有利であることがわかっている。

本発明に係わる断熱成形品は、熱的負荷がかかる部分を
効果的に絶縁する必要があり、特に温度と場所の情況か
ら高度な断熱性がどうしても必要になる所ではどこでも
、その用途を見出すことができる。本発明に係わる断熱
成形品の用途は、自動車分野では、例えば排気マニホル
ド、前管の断熱、ならびに特殊熱シールドおよびシリン
ダーやボートライナ一部のエンジン断熱である。本発明
に係わる断熱成形品を使用できるその他の分野は、航空
機、測定および制御技術、防衛技術それにプラント建設
である。

実施例１： 外径４７ｍｍ、壁厚２鵬、高さ２００ｍｍの鋼管を、６
２．５重量％の高温製造したケイ酸 ３１．７重量％のチタン鉄鋼 ５．０重量％のチタンケイ酸アルミニウム繊維０．８重
量％の炭化ホウ素 から成る厚さ５ｍｍの圧縮成形した微細孔質の断熱板で
固（被覆した。この板を４０μｍ厚のアルミニウム箔中
に、１０−Ｉバールの低圧下で溶接した。

この構成の回りに、別々の耐熱性金属管を、断熱材と外
管との間の空間が４ｍｍになるように配置した。外側の
金属管の外側被覆を５００°Ｃに加熱してから、この空
間に液体状のアルミニウムを流し込んだ。冷却後、外側
の管を取り外し、内側の管を９５０°Ｃに加熱した。ア
ルミニウムと金属管とが接する所に非常にせまいすき間
が生じ、これが３００μｍの幅まで広がり、その後は変
化しなかった。

断熱材配置の断面により、断熱材がこの構造中で変化し
ていないのがわかった。断熱材の厚さは一定で５１１Ｉ
ＴＩＩであった。

この実施例で得られた、内側鋼管の断熱材として作用す
る断熱成形品を第１図に示す。ここで１は断熱すべき鋼
管を、 ２は断熱材を、 ３はアルミニウム箔を、 ４はアルミニウム被覆を、 ５はすき間をそれぞれ示す。

このすき間（５）は、エンジン分野における特定の用途
、例えばマニホルドで非常に重要な意味を持つ。板金製
マニホルドを絶縁する場合、内側シェルと外側シェルに
対する運動を均等化できなければならない。これまでは
この均等化を、入口スリーブのあたりで内側シェルが溶
接されている、負荷を支える外側シェルが行なっていた
。これによって、内側シェルが少なくとも垂直方向で熱
膨張を補償できたのである。このシステムの欠点は、断
熱材が運動により、巻き添えにされることである。この
実施例により得られた断熱配置−負荷を支える管、断熱
材、鋳造アルミニウム外側シェル−では、管が最初に加
熱された時に、アルミニウム層とマニホルドとの間に３
００μｍの僅かなすき間が生じる。これにより、管は軸
方向に、断熱材にほとんど負荷がかからない方向に移動
できる。

断熱材は揺れ動きながら管を被覆しているのである。

実施例２ 実施例１と同じ寸法を持つ鋼管を、 ６５．１重量％の高温製造した酸化アルミニウム３０．
２重量％のケイ酸ジルコン ４．７重量％のケイ酸アルミニウム繊維から成る厚さ５
胴の圧縮成形した、微細孔質断熱板で固く被覆した。

４０μｍの丈夫な特殊鋼箔を、断熱材でくるんだ管に巻
きつけて、断熱材の外線を機械的に保護した。この構成
のまま、円筒状の砂型の中に設置した。特殊鋼箔と砂型
との間のすき間は５１ＴＩＩｎであった。この空間にＦ
ｅＭｎ７５Ｃ７（７５−８０重量％のマンガンと６−８
重量％の炭素を含む鉄−マンガン合金）を流し込んだ。

冷却後、被覆を開いたところ、断熱材は変化していなか
った。

以下に本発明の好ましい実施の態様を例示する。

１）微細孔質断熱材が、圧縮成形した微粒金属酸化物を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の断
熱成形品。

２）断熱材が ３０−１００重量％の微粒金属酸化物 ０−５０　重量％の混濁剤 ０−５０　重量％の繊維物質および ０−１５　重量％の無機バインダー を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項または上
記（１）項に記載の断熱成形品。

３）微粒金属酸化物が高温製造されたケイ酸、高温製造
された酸アルミニウムまたはそれらの混合物から成るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または上記（１）
若しくは（２）に記載の断熱成形品。

４）液体状態で層形成する金属または合金が、３００〜
１５００°Ｃの融点を持つことを特徴とする特許請求の
範囲第１項または上記（１）〜（３）のいずれか１項に
記載する断熱成形品。

５）基本体を鋳型で取り囲み、その鋳型の内壁と基本体
との間隔を、必要とする金属被覆の強度に応じて設定す
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の断熱成
形品の製造方法。

１：断熱すべき鋼管 ２：断熱材 ３ニアルミニウム箔 ４ニアルミニウム被覆 ５：すき間

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で得られた、内側鋼管の断熱材とし
て作用する断熱成形品を示す。 図中符合

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮成形した微細孔質断熱材からなる基本体上に、
   金属または合金を液体状態で層形成することにより得ら
   れる、少なくとも片側に金属製の被覆を有する、圧縮成
   形した微細孔質断熱材から成る断熱成形品。 ２）圧縮成形した微細孔質断熱材から成る基本体上に、
   金属または合金を液体状態で層形成することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載する断熱成形品の製造方
   法。