JPH04130041A - セメント質耐アーク性材料およびその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石綿を含まないセメント質耐アーク性材料お
よびその製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

ＪＩＳ　　Ｃ２２１０に規定されている電気絶縁用セメ
ント板（通称へミツトおよびランバー）は、ポルトラン
ドセメントを結合剤として石綿を成形することにより作
られるものであって、切削加工が可能で耐熱性と耐アー
ク性が良い材料であるから、耐アーク材（たとえば消弧
板、アークシュータ）や電気絶縁材（たとえば誘導炉の
ケーシング）に使われるほか、高強度を必要とする断熱
材（たとえば熱プレス機の断熱板）、耐熱部材（たとえ
ばパン焼き機の熱板）等にも使用されている。

しかしながら、上記ＪＩＳ規格品は石綿を約４０％も含
んでいるため、切削加工の際に多量の石綿粉塵が発生し
、これが健康上有害であることから、石綿を含まない代
替品の出現が求められている。

石綿を含有しないセメント質の代替材料としては、従来
、タルク粉末とバルブをポルトランドセメントで結合し
て得られる密度１．６〜２．０の耐熱材料が提案されて
いる（特開昭６ｌ−１０９２０５）。しかしながら、こ
の材料は融点が低いため耐アーク性が十分でなく、また
加熱による機械的強度の低下と寸法収縮か大きく、さら
に、加熱されたときバルブの燃焼具を発生するという問
題点があるため、石綿をまったく含まないという長所は
あるものの、ヘミット等に代わって広く使われるには至
っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明の目的は、耐アーク性や耐熱性においてへ
ミツトやランバーに匹敵し加工性や使用性においても優
れている石綿不含のセメント質耐アーク性材料を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、マイカ粒子を１５〜４５重量％含有し、マト
リックス部分が重量比１：１ないし１：２のベマイトと
アルミン酸カルシウム水和物とからなり、密度が１．９
〜２　、４１７ｃｍ３であることを特徴とするセメント
質耐アーク性材料、および該耐アーク性材料の製造法、
すなわち、重量比ｌ：１ないしｌ：２のベーマイトとア
ルミン酸カルシウム水和物を生成し得る組成のアルミナ
質セメントに最終製品の重量基準で１５〜４５％量のマ
イカ粉末を混合し、得られた混合物にアルミナ質セメン
トの水和に必要な量の水を加えて混合し、得られた混合
物を最終的に密度１．９〜２　、４１／ｃｍ３の成形体
を得るのに十分な成形圧で、加熱しなから成形し、得ら
れた成形体をオートクレーブ中で加熱処理して成形体中
のアルミナセメント水和反応生成物よりベーマイトおよ
びアルミン酸カルシウム水和物を生成させることを特徴
とするセメント質耐アーク性材料の製造法を提供するも
のである。

上述のような本発明の耐アーク性材料において、マトリ
ックスを構成するベーマイトは約５００８Ｃ以上に加熱
されると脱水分解して高融点のγ−アルミナになるが、
このときの寸法変化や強度低下は、ポルトランドセメン
ト水和物やアルミナセメントの常温での水和生成物に含
まれているギブサイトやそのオートクレーブ処理で生成
するアルミン酸カルシウム水和物の場合に比べるとずっ
と小さい。また、重量比１：１〜２のベーマイトとアル
ミン酸カルシウム水和物からなるマトリックス部分は緻
密で、物性的にも優れている。これらにより、本発明の
耐アーク性材料は電気アークのような高温にさらされた
ときの劣化が少なく、良好な耐アーク性と耐熱性を示す
。なお、ベーマイトの量が上記範囲よりも少ない場合は
、耐アーク性および耐熱性が不十分となり、また多すぎ
る場合は、緻密な成形体が得られない。

また、マトリックスと結合したマイカ粒子は、そのへき
解性に基づき、切削加工時に生じる亀裂をその発生部位
に留とめ、大きな亀裂となって伝播するのを防ぐ。マイ
カは切削加工性を良くするだけでなく、この耐アーク性
材料の機械的強度を向上させるとともに加熱時の寸法収
縮を低減する。ただし、１５重量％未満では切削加工性
を十分向上させることができず、また４５重量％を超え
ると融点を低下させ、耐アーク性を悪くする。特に好ま
しいマイカ量は、２５〜３５重量％である。

本発明の耐アーク性材料の切削加工面は材料中のマイカ
の粒径が小さいほど平滑になるが、微細過ぎるものはこ
の材料の製造工程において高密度成形を困難にし、材料
の機械的強度を低下させる傾向があるので好ましくない
。最も好ましいマイカ粒子は、粒径が約１００〜４００
μｍのものである。

密度を１．９〜２　、４１７ｃｍ３とすることは、機械
加工性を確保しながら十分な強度を得るのに必要である
。

次に、本発明によるこの耐アーク性材料の製造法を説明
する。

原料のアルミナ質セメントとしては、高アルミナセメン
ト（Ａ１２０３約７３重量％、ＣａＯ約２６重量％）ま
たはＪＩＳＩ号アルミナセメント（Ａｌ□Ｏｓ約５４重
量％、ＣａＯ約３７重量％）の大部分が使用可能である
が、アルミナ含有量の少ないもの、特にＡ　Ｉ２０　。

含有量が約４９重量％のＪＩ５２号アルミナセメントも
、アルミナヒユーム等の活性アルミナを配合して重量比
１：ｌないし１：２のベーマイトとアルミン酸カルシウ
ム水和物を生成し得るように組成を調整すれば使用可能
である。Ａ　＋、ｏ　３含有量が約８０重量％に達する
超高アルミナ質アルミナセメントは、ＡＩ、０．比率か
廃退ざて使用困難である。

最初に、上述のような粒径範囲のマイカ粉末とアルミナ
セメントを重量比的１５＋８５ないし４５：５５でよく
混合する（正確な混合比は、最終製品におけるマイカ量
が１５〜４５重量％になるよう、補助的に混合する材料
の量等も考慮して調整する）。このとき、耐アーク性向
上に有効なジルコン、コープイライト、コランダム等の
粉末を少量配合してもよい。得られた混合物にさらに水
を加えて撹拌する。水量は、アルミナセメントの水和反
応に必要な量、またはそれよりもやや多くする。水の適
量は、上記原料混合物１００重量部に対して約８〜１３
重量部である。過剰量の水の使用は後のオートクレーブ
処理において層状剥離や変形の原因となるので、過剰に
ならないように注意する。

上記適量の水を加えた原料混合物は、湿った粉末の状態
である。これを板状など所望の形状にプレス成形する。

成形は、プレス金型および原料混合物を望ましくは約６
０〜８０°Ｃに加熱しながら約２００〜１００１００Ｏ
／ｃｍ２の圧力を加え°〔行い、プレス中にアルミナセ
メントの水和反応を生１させて、硬化した成形体を得る
。したがって、加熱温度が高いほど加圧時間は短くて済
むか、水分の蒸発か激しくなるので、大気圧下に行う通
常の成形では約１００°Ｃが上限になる。成形圧が高い
はと高密度かつ高強度の成形体が得られるが、最終的に
１．９〜２．４　ｇ／ｃｍ３の製品が得られるように、
成形原料および成形温度に応じて成形圧を調整する。

なお、炭酸リチウム等の硬化促進剤を少量配合すると、
成形時の加圧時間を短縮することができる。

得られた成形体中では、アルミナセメントから生成した
アルミン酸カルシウム水和物およびギブサイトが、少量
の未水和アルミナセメントとともにマトリックスを形成
している。この成形体を次いでオートクレーブ中で加熱
処理し、マトリックスをベーマイトとアルミン酸カルシ
ウム水和物からなるものに変換する。この変換に要する
処理条件は、温度的１２０〜２００’Ｏ。

加熱時間約３〜７時間であり、温度が高いほど加熱時間
は短くて済む。変換が完全に進行すると、ベーマイトと
アルミン酸カルシウム水和物が１：１．５の重量比で生
成する。処理による成形体の見掛けの体積変化はほとん
どないが、組成変化により、緻密化が起こる。

製品は、切断、穿孔、プレス処理など、適宜加工を施し
て、耐アーク性材料としての使用に供する。

〔実施例〕

実施例１ アルミナセメント（商品名：デンヵハイアルミナセメン
ト；電気化学工業株式会社製品：Ａ１□０３７３重量％
、ＣａＯ２６，０重量％、５ｉ０２０．３重量％。

Ｆｅ２Ｏ，０，３重量％）７０重量部、マイカ粉末（平
均粒径３００μｍ）３０重量部、および水１ｏ部を混合
し、温度７４℃、成形圧２３０　ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧
時間１５分で、厚さ６ｍｍの板状に成形した。次いで、
得られた成形体をオートクレーブに移し、１８０　’Ｏ
で７時間処理した。

Ｘ線回折試験の結果、製品のマトリックス部分は重量比
１：１．５のベーマイトとアルミン酸カルシウム水和物
からなるものであることが確認された。

乾燥状態における製品の特性を調へた結果を、従来品で
ある下記比較例１．２の特性とともに表１に示す。

なお、試験は旧日本国有鉄道規格ＪＲ５１５６１２−４
Ｄ−１５ＡＲ８Ｅ　ｒ車両用アスベスト絶縁板」に従っ
て行なった。

比較例１（石綿使用従来品） ポルトランドセメント６０重量部およびクリソタイル石
綿５Ｒ４０重量部を１５０重量部の水と混合し、脱水プ
レスした後、９ｋｇ／ａｍ２で７時間蒸気養生したもの
。

比較例２（従来の無石綿品） ポルトランドセメント　　５０重量部 ケイ石粉末　　　　　　　１゜ シリカフラワー　　　　　１０ パルプ　　　　　　　　　　３ ワラストナイト　　　　　１０ マイカ　　　　　　　　　１０ タルク　　　　　　　　　　１゜ 上記原料を２００重量部の水と混合し、脱水プレス成形
した後、９ｋｇ／ｃ♂で７時間、オートクレーブ処理し
たもの。

表１ 実施例１　比較例１　比較例２ 耐アーク性（ｍｉｎ）　　　　　１０以上　４　　　０
．５絶縁破壊（ｋｖ／ｍｍ）　　　　　　６　　　２．
２　　　３．５体積抵抗率（Ω・ｃｍ）　　　　１０”
　　　１０”　　　１０”表面抵抗率（Ω）　　　　　
１０１０　１０１０　１０１０曲げ強さ（ｋｇｆ／ｍｎ
＋”） 常態　　　　　　　　４．０　　　４．６　　　２．９
５００℃加熱後　　　　３．５　　　４．６　　　２．
９５００℃加熱線収縮率（％）　　　０．１０　　０，
４３　　０．７６耐衝撃性（ｋｇｌ／ａｍ）　　　　　
　２　　　　３　　　１．５密度（ｇ／ｃｍ３）　　　
　　　　２．２　　　１．９　　　１．９切削加工性（
ドリル穿孔）　　良好　　　良好　　　良好実施例２，
３；比較例３，４ アルミナセメントとマイカ粉末との配合比（重量比）を
種々変更したほかは実施例１と同じ製造法で、ベーマイ
トとアルミン酸カルシウム水和物が重量比で１：１．５
の４種類のセメント質耐アーク性材料を製造しＩこ　。

その結果を表２に示す。

表２ 実施例２実施例３比較例３比較例４ セメント／マイカ　　　８０／２０　６０／４０　９０
／Ｉ０　５０１５０耐アーク性　　　　　１０以上１０
以上１０以上　６曲げ強さ（ｋｇｆ／ｍｍ２） 常態　　　　　　　　４．３　　３．８　　４．５　　
３．０５００°Ｃ加熱後　　　３．７　　３．３　　３
．８　　２．０５００°Ｃ加熱収縮率（％）０．１２　
　０．０６　０．２５　０．０４耐衝撃性（ｋｇｆ／ｃ
ｍ）　　　　２．０　　２．５　　１．５　　　３．５
密度（ｇ／ｃｍ’）　　　　　　２．３　　２．１　　
２．４　　１．９切削加工性（ドリル穿孔）良好　　良
好　　不良　　良好実施例４；比較例５，６ アルミナセメントの種類を下記のように変更したほかは
実施例１と同様の製造法で、セメント質耐アーク性材料
を製造した。その結果を表３に示す。

実施例４：ＪＩＳ１号アルミナセメント（Ａ１２０３５
４重量％、Ｃａ０３７重量％）：超高アルミナ質アルミ
ナセメント （Ａ　Ｉ２０　、ｓ　ｃ）重量％、ＣａＯｌＢ重量％）
ＪＩＳＺ号アルミナセメント （Ａ　ｌｚｏ　３４９重量％、Ｃａ０３３重量％）比較
例５ 比較例６： 表３ 実施例４　比較例５　比較例６ ｃ　ｓ　Ａ　Ｈａ　／ベーマイト　　１．７　　　０．
８　　　２．２耐アーク性（＋＋＋ｉｎ）　　　　　１
０　　　−　　　　　４曲げ強さ（ｋｇｆ／＋＋＋ａ＋
２） 常態　　　　　　　　３．６　　　　　　　　３．５５
００°Ｃ加熱後　　　２．９　　　　　　　　２．５５
００°Ｃ加熱線収縮率（％）　　０．１５　　　　　　
　０．２５耐衝撃性（ｋｇｆ／ｃｍ）　　　　２．０　
　　　　　　　１．８密度（ｇ／ｃｍ’）　　　　　　
　２．１　　　１．０　　　２．１切削加工性（ドリル
穿孔）良好　　　　　　　　良好性１：　Ｃ，ＡＨａ＝
アルミン酸カルシウム水和物注２：比較例５はオートク
レーブ処理の段階で崩壊し、実用可能な製品が得られな
かった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石綿を含有しないにもかかわらすＪＩ
Ｓ規格による電気絶縁用石綿セメント板と同等またはそ
れ以上の耐アーク性、耐熱性を有する材料が提供され、
従来の石綿を含有しないセメント質耐アーク性材料の問
題点であった低い耐アーク性、耐熱性不足、加熱時の臭
気発生などが解決される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイカ粒子を１５〜４５重量％含有し、マトリッ
   クス部分が重量比１：１ないし１：２のベーマイトとア
   ルミン酸カルシウム水和物とからなり、密度が１．９〜
   ２．４ｇ／ｃｍ＾３であることを特徴とするセメント質
   耐アーク性材料。
2. （２）重量比１：１ないし１：２のベーマイトとアルミ
   ン酸カルシウム水和物を生成し得る組成のアルミナ質セ
   メントに最終製品の重量基準で１５〜４５％量のマイカ
   粉末を混合し、得られた混合物にアルミナ質セメントの
   水和に必要な量の水を加えて混合し、得られた混合物を
   最終的に密度１．９〜２．４ｇ／ｃｍ＾３の成形体を得
   るのに十分な成形圧で、加熱しながら成形し、得られた
   成形体をオートクレーブ中で加熱処理して成形体中のア
   ルミナセメント水和反応生成物よりベーマイトおよびア
   ルミン酸カルシウム水和物を生成させることを特徴とす
   るセメント質耐アーク性材料の製造法。