JPH0686312B2 - ガラス質多泡体 - Google Patents

ガラス質多泡体

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JPH0686312B2
JPH0686312B2 JP62244085A JP24408587A JPH0686312B2 JP H0686312 B2 JPH0686312 B2 JP H0686312B2 JP 62244085 A JP62244085 A JP 62244085A JP 24408587 A JP24408587 A JP 24408587A JP H0686312 B2 JPH0686312 B2 JP H0686312B2
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glassy
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glass
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vitreous
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暢雄 中村
孝良 神立
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は建築、構築用材料等に利用されるガラス質多泡
体に関し、特に耐熱、耐熱衝撃性を付与したガラス質多
泡体に関するものである。
(従来技術とその問題点) ガラス質多泡体は通常軽量、断熱性に特徴を有し、これ
を利用して建材として使用する試みはあるが、外力や熱
に対して極めて脆いことが欠点とされる。これらの欠点
を改善しようとする公知例は次のようなものがある。
特公昭52−15603号には石英、アルミナ、ジルコン、タ
ルク、粘土等耐火性無機材粉末と発泡剤としての無機炭
酸塩粉末と、特定範囲量の低融点ガラス粉末よりなるも
のを焼成、発泡して機械的強度や耐火性の優れた軽量セ
ラミックを得ることが開示されている。
また、特開昭49−98817号にはガラス粉末、発泡剤に粘
土を混合し焼成してなるもので、抗折強度、耐圧強度、
耐摩耗性の向上を狙った多泡ガラスが開示されている。
さらに特開昭58−135153号には気泡壁に金属光沢膜を有
してなり、輻射断熱効果を向上させた発泡ガラスに関
し、その製造手段として金属光沢を有する雲母、ひる石
等の層状鉱物を含有する発泡ガラス原料を焼成すること
が開示されている。同様にJournal of Materials Scien
ce第16巻(1981年発行)にはFormation of cellularstr
ucture glass with carbonate compounds and natural
mica powdersと題して、雲母粉末を混入してなる泡ガラ
スが低い熱伝導率と優れた機械的強度を与えることが記
載されている。
これら公知例において耐火性無機材料を多量に含むもの
は焼結性を不充分とし、強度が弱く、吸水率も高いので
建材として用いるには不適当である。
また公知例におけるように層状鉱物や耐火性無機材料を
単に混合しても耐熱衝撃性を得ることはできない。特に
ガラス質多泡体は熱伝導率が低いがゆえに急加熱や局部
加熱において多泡体内に著しい温度差を生じ、あるいは
ガラス転移点付近において熱膨張に著しい変化があり、
それは多泡体内に熱膨張差を与えて歪が発生し、亀裂や
崩壊を導き易い。
本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであ
り、機械的強度、耐熱性の改善とともに、耐熱衝撃性を
格段と向上させることを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、アルカリ石灰系ガラス粉、発泡剤および耐熱
性の無機充填材料を主材としてこれらを混合し、焼成し
てなるガラス質多泡体において、前記無機質充填材料は
長片巾または繊維長さが0.1〜3mm、アスペクト比30〜15
0の範囲にある頁岩薄片、粘板岩薄片または緑泥石薄片
から選択される葉片状材料、あるいはウォラストナイト
または石綿から選択される繊維状材料、ならびに粒径0.
8μm〜1mmの範囲にあるパイロフィライト、サーメッ
ト、スピネルまたはアルミナから選択される粉粒状材料
のうちの少なくとも一種からなり、かつガラス質多泡体
中に1wt%以上10wt%未満含有したことからなる。
本発明における無機充填材料とは、ガラス質多泡体を形
成する入手容易で低廉なソーダ石灰系をはじめとする通
常のアルカリ石灰ガラスが600℃以上、800℃未満の軟化
点であるのに対し、溶解温度が1000℃を充分に超える耐
熱性の無機材料をいう。
勿論無機充填材料をガラス質多泡体内に混入することに
より、耐熱性を向上することができる。すなわちガラス
質多泡体を徐々に加熱してゆけば本来のガラスの軟化点
を超える温度においても軟化溶融せずにその形状を維持
できる。しかし単に無機充填材料を混入しても火災時に
おけるような急加熱に際して容易に崩壊するもの、すな
わち熱衝撃抵抗が低いものであっては耐熱建材としての
実用的価値は喪失する。すなわち、熱衝撃抵抗を付与す
るためには無機充填材料はさらに選択されねばならな
い。
葉片状あるいは繊維状材料は組織が平面方向あるいは一
方向に発達しており、葉片状あるいは繊維状を呈するも
ので、ガラス質基体ともよく接着し、ガラス質基体が熱
等により歪ひいては亀裂を発生した場合にこれを食い止
め、ガラス質基体を接続掛止する作用を有するものであ
る。
アルカリ石灰ガラスは加熱温度とともに直線膨張するが
きわめて徐冷されたガラスを除けば転移温度すなわち50
0℃付近で一旦膨張を減じ、あるいは収縮し、その後膨
張して降伏軟化する。したがって前記500℃付近におい
てきわめて崩壊し易い状態となるが、特に断熱性に富み
内部温度差を生じ易い多泡体においてはこの影響が甚だ
しい。葉片状あるいは繊維状材料は特にこの温度域にお
いて有効に接続掛止作用を発揮するものでなければなら
ない。
通例葉片状あるいは繊維状材料は常温で数100kg/mm2
たはそれ以上の引張強度を有するが、500℃付近の転移
温度における熱間引張強度が常温時の60%以上を維持す
るものでなければ補強効果が不充分である。また長片巾
または繊維長さが0.1mm未満であると接続掛止作用が充
分とはいえず、3mmを超える大サイズのものは一般に入
手困難で高価となるし、接続掛止効果も増大しない。し
たがって0.1mmないし3mmの範囲が好ましい。
長片巾の厚みに対する比率、または繊維長さの径に対す
る比率(以下アスペクト比という)は30〜150のものを
用いるが、厚みまたは径が0.8μm未満であるとガラス
質基体に亀裂が生じた際にその伝播を阻止するうえで不
充分であり、またアスペクト比が30未満となると撓屈性
が減退し接続掛止の作用も不充分となる。特に長片巾ま
たは繊維長さが大きい場合はアスペクト比が大きい側が
有効である。
ガラス質基体中での含有量は1wt%未満ではガラス質基
体を満遍なく補強することができず、10wt%以上あると
耐熱材料であるがために焼成を不充分とし、また気孔率
の低下、吸水性の増加等の弊害を招く。
かかる葉片状材料として好適なものは頁岩薄片、粘板岩
薄片、緑泥石薄片である。繊維状材料として好適なもの
はウォラストナイト、石綿(たとえばクリソタイル)で
ある。
粉粒状材料は熱衝撃抵抗の大きい材料、すなわちそれ自
体急熱急冷等によっても亀裂を生じ難く、ガラス質基体
中に混入することにより耐熱衝撃性を付与する材料であ
り、公知の熱衝撃係数Rの算定式 R=KS(1−μ)/Eα(cal/sec.cm) 〔注〕K 熱伝導率、S 強度、 μ ポアソン比、E 弾性率、 α 熱膨張係数 においてガラスの転移温度すなわち500℃付近における
値がR≧1を満足するものをいう。該粉粒状材料は前記
したアルカリ石灰ガラスの500℃付近での変位を吸収緩
和する作用を有する。このような粉粒状材料において粒
径0.8μmないし1mmの範囲のものがよく、0.8μm未満
では焼成温度域でのガラスとの反応、接着に際して余り
に径が小さいためにガラスによる侵食を受けてガラス中
に拡散融和し易く、熱衝撃特性を喪失し、一方1mmより
大きいとガラスとの熱膨張差等に起因する歪を生じ易く
有効に耐熱衝撃性を付与できない。
なお、当該粒径範囲においてガラス質基体中に径の大き
な粉粒状材料少なくまばらに分散させるより径の小さな
ものを多く、かつ均一に分散させるのがより効果的であ
り、特に径が0.8〜50μmのものを用いればより効果が
発揮される。
該熱衝撃抵抗の大きい粉粒状材料はガラス質基体中に1w
t%以上10wt%未満含有されているのがよく、1wt%未満
ではその補強効果が小さく、10wt%以上あるとそれ自体
耐熱材料であるため焼成が困難となるし、気孔率の低減
等の弊害を招く。
かかる材料としてはパイロフィライトが推奨でき、Al2O
3−Cr系などのサーメット、スピネル、アルミナ(特に
コランダム)も優れた効果を示す。ちなみにソーダ石灰
系のガラスの場合熱衝撃係数値は0.5程度にしかならな
い。また、例えば石英の場合500℃台で転移による劣化
があるので不適当である。
なお前記した粉粒状材料の多くは高温融解して繊維状あ
るいは糸状に紡糸成形することが可能であり、その直径
が粉粒体の径と同様0.8μm〜1mmとすれば耐熱衝撃とと
もに接続掛止効果も奏する。
これらの無機充填材料は少なくとも一種を選択し使用す
ればよいが、より好ましくは葉片状材料または繊維状材
料の少なくとも一種と、粉粒状材料の少なくとも一種を
組合せて使用するのが望ましく、例えば頁岩薄片−パイ
ロフィライト、緑泥石薄片−パイロフィライト、頁岩薄
片−アルミナ、ウォラストナイト−スピネル、石綿−サ
ーメット、ウォラストナイト−パイロフィライト等の重
量比3:7〜7:3の組合せにおいて優れた耐熱衝撃性を得る
ことができる。
このようにして無機充填材料を分散し含有したガラス質
多泡体は、該無機質材料によりアルカリ石灰系よりなる
ガラス質物の機械的強度を増大し耐熱性を向上させる
が、特に耐熱衝撃性において格別な効果を示し、従来の
無機充填材料を含有しないガラス質多泡体が300〜400℃
程度の急加熱において簡単に崩壊するのに対し、500℃
を超える急加熱に充分耐えることができる。
本発明の無機充填材料入ガラス質多泡体を基本に複合ガ
ラス質多泡体を形成してもよい。
すなわち、例えば頁岩薄片入ガラス質多泡体は頁岩がそ
の表面に露呈すると内、外装、外壁剤としての美観を損
なう恐れがあるが、該頁岩を隠蔽すべくその表面又は表
裏面に例えば3mm厚以下程度に薄く頁岩を含まないガラ
ス質多泡表層を設けてもよい。該頁岩を含まないガラス
質多泡表層は後述する実施例に示すような条件で急加熱
した際亀裂は生ずるが頁岩薄片入ガラス質多泡層に固着
しているので崩落するようなことはない。
あるいは前記ガラス質多泡表層に他の美観を損なわない
ような耐熱、耐熱衝撃性を付与する材料、例えばパイロ
フィライト、スピネル、アルミナ等の粉粒状材料を分散
して含有させておけば前記した極めて薄い層とする必要
もなく、後述する実施例に示すような条件の急加熱にお
いても亀裂が殆ど発生しない。
さらに該ガラス質多泡表層の上に表面平滑な緻密ガラス
層を施せば、ガラスの有する重厚感や高級感が付与さ
れ、かつ表面の割れ、欠けが更に抑制されるし、また急
加熱等により緻密ガラス層に亀裂が生じてもガラス質多
泡表層に堅固に固着しているので崩落するようなことも
ない。
なお、無機充填材料入ガラス質多泡体自体に接続掛止効
果を有するフェライト系鋼線を分散して含有させたり、
あるいは更に金属筋や網体を配したりすれば、より耐熱
衝撃抵抗が向上できることは言うまでもない。
無機充填材料入ガラス質多泡体は以下の手順、すなわ
ち、粒径150μm以下のアルカリ石灰系のガラス粉末
と、所望のかさ比重を得るべく適宜量添加した発泡剤
と、適当量添加した無機充填材料との混合物、または前
記ガラス粉末と発泡剤との混合粒状化物と該無機充填材
料との混合物を、走行する上下一対の無端耐熱ベルト間
に投入し、加熱炉に導いて焼成発泡させ、ベルト間で押
圧成形し徐冷することにより製造される。
また、無機充填材料(例えば頁岩)入ガラス質多泡層
と、他の無機充填材料(例えばパイロフィライト)入ガ
ラス質多泡層との複合積層体を製造する場合は、耐熱ベ
ルト間に前者の無機充填材料入ガラス質多泡層原料を投
入し、その上に他の耐熱無機充填材料入ガラス質多泡層
原料を投入、積層し、前記同様焼成、成形すればよい。
これら二層のガラス質多泡層にさらに緻密ガラス層を形
成する場合は、耐熱ベルト間に先ず前者のガラス質多泡
層原料、次いで後者のガラス質多泡層原料、さらに緻密
ガラス層を形成すべきソーダ石灰ガラスの粒径数mm程度
の粗粒物を投入し、積層し、適宜温度で焼成、成形すれ
ばよく、これらの手段により、機械的強度に加え、特に
耐熱、耐熱衝撃性に優れた無機充填材料入ガラス質多泡
体およびその複合体を得ることができる。
(実施例) 〔実施例A〕 粒径150μm以下のソーダ石灰系ガラス粉末に発泡剤と
しての炭酸カルシウム微粉末を適宜量混合したものを粒
状化した粒径1mm以下の原料に、各種無機充填材料ある
いは一部のものについては更にCrを13wt%含有するフェ
ライト鋼線を適宜混合し調製原料を得た。該原料を上下
一対の走行する無端耐熱ベルト間に投入し、加熱炉に導
いて750℃〜900℃の範囲内の適宜温度で焼成し、かつ耐
熱ベルトで押圧して成形した後、徐冷し、切断して適宜
無機充填材料を含有した25mm厚の板状ガラス質多泡体を
得た。
該ガラス質多泡体試料を以下の試験に供した。
高温加熱試験 22cm角の試料を吊下し、試料表面にガスバーナーの複数
ノズルから火災を噴射、接触させると3分で該部が550
℃〜600℃まで昇温し、以後その温度に保持される。そ
のまま10分保持し次いで放冷した。該試料の亀裂又は破
損の程度を観察し、亀裂が全くない、又は微細な亀裂が
若干認められたもの(良好○)、亀裂が大きいもの(劣
等)、亀裂が著しく又は破片が脱落したもの(不良×)
の三ランクに区分した。
加熱水冷試験 10cm角の試料を電気炉中で徐々に加熱し、60℃に達した
ところで取出して0℃の氷水中に投入し、20分放置後取
出して亀裂の発生が認められなかったものを良好
(○)、亀裂が認められたものを劣等(△)、亀裂が大
きい、または崩壊したものを不良(×)の三ランクに区
分した。
吸水試験 10cm角の試料を水中に20日間浸漬し、その後取出して試
験前、後の重量変化から吸水率を算定した。
以上の試験結果について繊維状材料あるいは葉片状材料
を含有したものを第1表、粉粒状材料を含有したもの、
あるいはさらに繊維状材料または葉片状材料を組合せて
含有したものを第2表に示したが、本発明の範囲におい
ていずれも良好な結果が得られた。
〔実施例B〕
代表例として実施例(A)より選択した幾つかの無機充
填材料入ガラス質多泡層を含む2〜3層からなる複合ガ
ラス質多泡体を作製し、高温加熱試験を実施した。
無機充填材料入ガラス質多泡層は、実施例(A)で示し
たとおりの方法で原料を調製した。
緻密ガラス層原料はソーダ石灰ガラスを径1mm〜4mmに粉
砕したものを準備した。
これらを2〜3層を形成すべく適宜組合せ、実施例
(A)で示したのと同様の一対の無端耐熱ベルト間に積
層投入し、750℃〜900℃の範囲の適宜温度で焼成し、成
形、徐冷、切断し高温加熱試験に供した。
高温加熱試験は実施例(A)と同様な条件で実施し、実
施例(A)と同様にその観察結果をランクづけした。
結果は第3表に示すようにいずれも高温急加熱に耐え得
るものである。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明はガラス質多泡体に機械的
強度、耐熱性に加え従来達し得ないような耐熱衝撃性を
付与したものであり、建築用内、外装材、外壁材等の耐
熱建材として好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ石灰系ガラス粉、発泡剤および耐
    熱性の無機充填材料を主材としてこれらを混合し、焼成
    してなるガラス質多泡体において、前記無機質充填材料
    は長片巾または繊維長さが0.1〜3mm、アスペクト比30〜
    150の範囲にある頁岩薄片、粘板岩薄片または緑泥石薄
    片から選択される葉片状材料、あるいはウォラストナイ
    トまたは石綿から選択される繊維状材料、ならびに粒径
    0.8μm〜1mmの範囲にあるパイロフィライト、サーメッ
    ト、スピネルまたはアルミナから選択される粉粒状材料
    のうちの少なくとも一種からなり、かつガラス質多泡体
    中に1wt%以上10wt%未満含有してなることを特徴とす
    るガラス質多泡体。
JP62244085A 1987-06-22 1987-09-30 ガラス質多泡体 Expired - Lifetime JPH0686312B2 (ja)

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