JPS5818351B2 - 耐熱積層体の製造法 - Google Patents

耐熱積層体の製造法

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JPS5818351B2
JPS5818351B2 JP14600676A JP14600676A JPS5818351B2 JP S5818351 B2 JPS5818351 B2 JP S5818351B2 JP 14600676 A JP14600676 A JP 14600676A JP 14600676 A JP14600676 A JP 14600676A JP S5818351 B2 JPS5818351 B2 JP S5818351B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば、耐熱性、不燃性を必要とする電気機器
の絶縁部材、例えば、電弧じゃへい板、電気炉用絶縁ス
ペーサー、ヒータープレート、車両用制御器の絶縁仕切
板などに適用できる耐熱積層体の製造法に関する。
一般に板状の絶縁材料を製造する場合、大形品が得られ
易い、薄物が作成し易い、厚さ寸法の精度が出易い、成
形型が不要、および、製品の機械的強度の大きいものが
得られる等の点から積層成形が多く用いられる。
この場合シート状の基材と、それを結着する結着材料が
主材料となる。
シート状の基材としては、有機質のものでは、各種天然
せんい・合成せんいを用いた紙および布、また無機質の
ものでは、ガラスせんい、アスベスト、カーボンせんい
、その他セラミックファイバーからなる布状品、紙状品
および集成マイカシートなどがよく知られている。
これらシート状の基材の内で耐熱性、あるいは強度等の
点から無機質のものも多く用いられており、その内でさ
らに電気絶縁性、価格の面等を考慮するならば、ガラス
クロス、ガラスクロス、ガラスペーパー、アスベストク
ロス、アスベストペーパー、集成マイカシー1へ等が一
般的な基材として浮び上がる。
そして実際には特性・価格の両面を考慮し、これらの中
から適合品が選択されている。
一方最終的に得られる積層板の特性は結着剤に大きく影
響され、中でも耐熱性となると前記無機質基材は、いず
れも400℃以上の耐熱性を有しているζこもか箇つら
ず、従来、結着剤の耐熱温度に支配され、基材の特性を
有効に利用していない場合が多い。
積層成形用の結着剤としては、(1)基材を侵食したり
、劣化させないこと、(2)流動性がよく基材の微細構
造内までよく入り込むこと、(3)比較的低温低圧で成
形できコストが安いこと、(4)ポットライフが長いこ
と、(5)基材への均一な塗布、含浸等、配置がとり易
いこと、(6)結着剤自身の’l=?I’4Eが良好で
あること等の必要条件がある。
一方、結着剤を成分的なものから大別すると、有機質系
、無機質系とになり、有機質系のものとしてはエポキシ
樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステス樹
脂など一般には熱硬化性樹脂が用いられている。
これらの熱硬化性樹脂は前記、必要条件をよく満たし、
積層成形用結着材料としては非常に多く用いられている
が耐熱性および耐燃性の点では問題点がある。
すなイつち200℃程度の温度になると樹脂が分解・劣
化し機械強度ならびに電気特性が悪くなりまたアークな
どに触れると燃えることにより火災になる恐れもあり非
常に特殊な樹脂または成形法を採ったもの以外では、C
種以上の耐熱性絶縁物また不燃性の絶縁材料としては使
用できない、また無機質系の結着材料としては、リン酸
または、金属の第1リン酸塩を用いるリン酸系、低融点
ガラス、水ガラス、セメント、およびアルミナゾル・シ
リカゾルのようなコロイド系のものがあるがこれらの結
着剤は無機質であるから、耐熱性、不燃性という面では
優れているが前記必要条件に適合しないもの、あるいは
他の特性が満足されないものなどの欠陥がある。
すなわち、リン酸系は、基材と反応し易く基材を劣化さ
せ1強度低下を来たす場合があり、ポットライフが短か
いこと、さらに最大の欠陥として、耐水性が悪く高湿度
中における電気絶縁特性の悪さがある。
低融点ガラスとしては、一般のガラスでは低融点といっ
ても軟化温度は、400〜500℃が普通で、当然成形
温度は高くなり、コストが上昇し、また基材ζこよって
は、熱劣化の影響を受ける。
またより低い温度で軟化するリン酸系、バナジウム系あ
るいはカルコゲンガラス等は而」水性が悪く高湿度中に
おける絶縁性が問題となる。
また一般には軟化温度よりかなり高い温度に加熱しない
と粘度が下らないため基材の微細空隙まで浸透し難く、
温度を上げ過ぎると基材を侵食する場合が多く、いずれ
かの理由で機械的強度が不充分であるきいう欠陥がある
水ガラスは、無機質のものとしては、比較的積層成形用
として良好な結着剤であるが、ポットライフが短かいこ
と、基材を侵食し、さらには吸湿性があるために高湿度
中での電気絶縁特性が悪いなどの問題がある。
セメントはセメント自身の流動性が悪く積層成形用の結
着剤としては使用できない。
コロイド系もまた成分自身が流動性をもつものでなく微
細空隙まで浸透し難く機械強度に問題がありさらに吸湿
し易く高湿度中における電気特性にも問題がある。
以上のように従来の積層成形用の結着剤としては有機質
、無機質共倒れかの欠陥があり、したがって耐熱・耐燃
性に優れ、かつ他の機械的電気的特性を十分に満足させ
るような積層板は、はとんど見当らないのが現状である
本発明は、かかる現状にかんがみてなされたものであり
、耐熱性、耐燃性、電気絶縁性共lこ優れた安価な積層
板を製造する方法を提供することを目的とするものであ
る。
このために。本発明者らが開発した従来に見られない新
しい成分組成および形態の積層成形用結着剤を用いて多
孔性の無機質基材を容易に積層成形するものである。
すなわち本発明の方法は、電気絶縁性を有する多孔性の
無機質基材(以下、単に基材という)上に硼酸と酸化亜
鉛および/または酸化カルシウムを用いてなる結着剤を
配置して積層し、温度130〜250℃で圧力30〜3
00kg/crItの条件下で加熱加圧成形し、その後
150〜250℃で熱処理を施こすことにより製造する
ものである。
本発明の特徴は、積層成形用の結着剤として、本発明者
らが開発した硼酸、酸化亜鉛および/または酸化カルシ
ウムの混合粉末を用いることにある。
この結着剤は正硼酸が主成分であり上記加熱加圧時に一
部分解し、メタ硼酸あるいは、四硼酸などの形になり、
それら成分の固溶体を作り分解時に発生した水蒸気など
とあいまって非常に流動性の優れたものとなる。
このような流動性の良好な状態は前記130〜250℃
で圧力30〜300kg/crttの条件下でしかも分
解過程においてのみ存在し、共存する酸化亜鉛又は酸化
カルシウムと反応した後は、再び130〜250℃のよ
うな低温で流動性を持つことはなく、軟化温度は700
〜900℃のような高温となるところに特徴があり、こ
の点は一般のガラスと大きく異なり有機質系での熱硬(
ヒ性樹脂と熱可塑性樹脂との対応に類似するものである
本発明の方法に用いる結着剤はいわば前者に、また一般
のガラスは後者に相当するものである。
本発明の方法に用いる上記結着剤は、(1)硼酸が主成
分であり、しかも比較的低温で処理されるため基材との
反応性は低く基材を侵食するとか、強度劣化をきたすこ
とはない。
(11)密閉された中での加熱加圧状態では非常に流動
性が良く基材の微細空隙まで入って行き易い。
(Nil温度130〜250℃圧力30〜300kg/
iのような比較的、低温、低圧で成形できるので設備が
簡単でコストが安い。
0Vl原材料は、粉末状態でありポットライフは半永久
的である。
(v)微粉末状態であり、散布等により基材への均一配
置が容易である。
等積層成形用の結着剤としての必要条件は全て満してお
り、かつこの結着剤自身無機質のもので耐熱・不燃性の
面では全く問題はなくさらに耐水性、電気絶縁性などに
も優れており、これを結着剤とした積層体の特性は非常
に優れている。
さらに、他の特徴は、結着剤として原材料のままの粉末
を使用できる点である。
積層成形用として最も多く いられる樹脂の場合、もと
もと液相反応により、ワニス状態のものを作ることが多
く粉末状のものにしようとすれば乾燥や粉砕の工程が入
り、液状で含浸塗布等を行なう方が粉砕工程が省略でき
るだけ有利であり、粉末を用いる等の必然性がないので
、あまり粉末を使用するfE児ない。
ところが本発明に用いる結着剤は原材料をすべて粉末状
で得ることができるので配合のみで足り、乾燥装置が不
必要であり、さらに二次加工がいらずコスト面からは非
常に望ましいものである。
従来粉末状のものを用いたこれに近いものとしては、マ
イカシートの上にガラス粉末を散布し、これを加熱し前
記ガラス粉末を溶融させて基材に一部含浸させ、そのも
のを重ね合せて加圧したものがあるが、これは前処理と
してガラス粉末の加熱溶融処理があり、またシートの接
着ということが主体で本発明の方法のように加熱加圧成
形時に結着剤が基材内部の微細空隙まで入って致密構造
にはならない。
さらには、前記ガラス粉末は、各種原料粉末を混合し、
溶融したものを粉砕して得るものであり二次加工してお
り、原材料のま\さはい−難い。
さらに、本発明の方法に用いる結着剤は硼酸等の一部分
解成分を積極的に利用する点にも特徴がある。
すなわち硼酸より分解した水が加熱水蒸気の形で共存す
ることにより、結合剤の粘度が下がり流動性がよくなり
、また内部圧の発生となり、基材の微細空隙部への結着
剤の浸透を助長する。
この効果を奏するためには、加熱加圧を金型内で行ない
分解ガスの飛散を防ぐことが望ましい。
しかしシート状基材を用いる場合この基材がパツキンの
役目を果すように、すばやく加圧することにより金型を
使用しなくても、成形が可能である。
なお、結着剤の粒度は成形性の点から100メツシユよ
り小さいものが好ましい。
以上のように特殊な結着剤を多孔性の基材上に配置して
積層成形し、発生分解ガスも積極的に利用することによ
り特性の優れた積層体が得られる。
以下さらに製造工程に従って説明する。
まず結着剤の調製であるが、配合組成は硼酸粉末100
重量部に対して酸化亜鉛粉末および/または酸化カルシ
ウム粉末5〜150重量部の範囲で配合し、ボールミル
または、らいかい機等の混合手段によって十分に混合す
る。
結着剤としての主効果は硼酸が受持つが、加熱加圧時に
硼酸と酸化亜鉛または酸化カルシウムが反応することに
より、耐水性の非常に良好な結着剤となるもので、酸化
亜鉛または酸化カルシウムが硼酸100重量部に対し5
重量部より少ないと結着剤の耐水性が悪くまた150重
量部以上加えても、加えただけの効果はなく相対的に硼
酸量が減少するため結着剤として効果を減するため前記
範囲が望ましい。
; 次に多孔性の無機質基材であるが、ガラス・アスベ
スト・マイカまたはセラミックなどからなる布、紙また
はマットなどで、開通気孔を持つ好ましくはシート状品
であれば特別の制限なくすべて使用できる。
次に基材上に粉末状結着剤を配置させる工程であるが、
シート状基材の上に結着剤を散布するとか、ローラーで
拡げる等の一般的な方法で基材上に均一に乗せることか
好ましい。
この場合、基材に対する結着剤の量としては、基材の空
隙を埋めるに必要な量を下限として上限は、基材量の2
倍程度の範囲で、要求特性に応じて適当に選定する。
次に上記のようにして得た複数の基材を積層したものを
加熱加圧処理するには、温度130〜250℃に加熱さ
れた熱板の間にはさみ圧力30〜300kg/cr7t
ですばやく加圧し、成形品の厚さ寸法により10〜30
分の範囲で適当に選んで温度圧力の保持を行なう。
その後内部圧を下げるため成形温度より20℃以下降下
させ、圧力を抜き、取出すことにより成形を完了する。
前記成形温度は、130℃より低温度では結着剤の分解
が十分でなく流動性が低く良好な成形品が得られない。
また250℃より高温では逆に結着剤の分解が、はげし
く、加圧中にガスの飛散量が多く、また流動性が悪く良
好な成形品が得られないため好ましくない。
また、加える圧力は基材の微細空隙部に結着剤を浸透さ
せるためには最低30kg/crj。
程度は必要であり、300 ky/fflより大きい圧
力をかけても密度の向上は期待できず、場合によっては
基材の切断が起こるため、基材と結着剤の配合割合およ
び成形温度によってこの範囲内で選定される。
次に成形品の加熱処理であるが、これは150〜250
℃の温度で3時間以上加熱し硼酸と酸化亜鉛または酸化
カルシウムとの反応を十分に進行させて、耐水性を十分
に持たせるようにするものである。
150〜250℃の範囲での選択は積層板の使用条件に
より適宜性なうもので150℃より低い温度では熱処理
の効果がなく250℃までの温度で処理すれば耐水性は
十分向上し、それ以上温度を上げた効果はほとんどない
また加熱に際し圧力を加えても差し支えない。
以上のようにして製造された積層体は350’C程度の
温度でも強度劣化は極少なく、不燃性で、電気特性も優
れた極めて有用な積層体である。
なお上記結着剤に、結着剤への添加剤というよりも積層
体全体として見た場合の特性改善のための添加剤として
各種金属の酸化物など無機質の粉末あるいは有機質の粉
末を予め混合し、その粉末を結着剤と同等と見なして使
用することも可能である。
これはこの結着剤の反応性が低くまた比較的低温で成形
できるために可能となるものである。
例えば酸化アルミニウムあるいは酸化マグネシウム粉末
の添加により、耐アーク性とか耐トラツキング性の改善
をはかることが出来る。
一方、有機質粉末として樹脂粉末を添加したものは電気
絶縁特性が非常に良好となり、中でも水に浸漬した場合
および高湿度中における絶縁性を2著しく改善できる。
この場合、添加する有機質樹脂の粉末としては、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル
樹脂のような熱硬化性樹脂粉末が代表的なものであるが
、250℃程度で完全に分解飛散しないものであれば熱
可シ塑性樹脂も使用できる。
これら樹脂粉末の粒子は100メツシユより小さいもの
を使用するのが好ましい。
粒子が大きいと成形性が悪くなるためである。
また、前記樹脂粉末の添加量は、積層体の特性上非常に
重要である。
すなわち添加量が多過ンぎた場合、基材、結着剤ともに
無機質であることによる良好な耐熱性、耐燃性が損なわ
れてしまう。
したがって樹脂粉末の添加量は最終積層板となった形で
重量比で20%を越えない量とすることが必要である。
また3%より少ない添り日量では、添i加した効果がほ
とんどなく意味がない。
添加した樹脂は、成形時にまず無機質結着剤が流動し基
材を結着した後に出来る空隙部を充満する形で存在し、
添加量20%以下では樹脂の粒子同志が完全につながら
ず孤立した状態にあるので、2008Cノ以上の温度に
なり樹脂が劣化されても機械強度的には無機質結着剤が
十分働き、また、樹脂が分解飛散あるいは完全に炭化さ
れるような、400℃以上にならないかぎり、空隙を充
満する効果はあり、電気特性も十分保持している。
i 添加量が20%を越えると樹脂の粒子同志がつなが
り始め、そのことにより逆に無機質結着剤のつながりが
切れ、高温で樹脂が劣化された場合、機械的強度あるい
は電気特性が低下し、また耐燃性も当然ながら悪くなる
2 以下、実施例を挙げてこの発明を更に具体的に説明
する。
実施例 1 基材として旭ファイバーに−に製のガラスクロス(厚さ
0.181Li)を300mm平方に切断したものを2
3枚準備した。
(1枚当りの重量18.3.!7)結着剤として正硼酸
(試薬1級)100重量部に酸化亜鉛43重量部、調合
したものを摺潰機ににより15分間混合したものを準備
した。
この結着剤は粒度300メツシュ程度の白色を呈する微
粉末であった。
基材1枚の上に結着剤をフルイ散布の方法で約12g乗
せたものを22枚重ね一番上には結着剤を乗せていない
基材を置き、さらに上下に熱板への付着を防ぐためのマ
イラーを配し油圧プレスに取付けられ、170℃に昇温
された熱板の間にそう人しすばやく加圧を開始し100
kg/crttの加圧力で15分間加熱加圧成形した。
得られた積層板は300 mrn四角の厚さ2.95m
mのものであった。
この積層板を常温からゆっくりと温度を上げて200℃
まで昇温し、その温度で3時間保持して熱処理を施こし
耐熱積層板を得た。
実施例 2 結着剤として、正硼酸(試薬1級)100重量部に酸化
亜鉛150重量部の割合で調合したものを用い基材1枚
の上に前記結着剤約355’を乗せた他は実施例1と同
様にして300mm四角で厚さ3.6朋の耐熱積層板を
得た。
実施例 3 熱板の温度を250°Cに昇温させた他は実施例1と同
様にして300mm四角で厚さ3.0mmの耐熱積層板
を得た。
実施例 4 成形圧力を300kg/crIlにした他は実施例1と
同様にして300mm四角で厚さ2.9mmの耐熱積層
板を得た。
実施例 5 熱処理最終温度250°Cで3時間保持した他は実施例
1と同様にして300mm四角で厚さ2.9 mmの耐
熱積層板を得た。
実施例 6 基材として同波製紙製のアスベストペーパ(厚さ0.4
m1ft)を300馴平方に切断したもの10枚(1
枚当り28.8g)を使用し、この基材1枚の上に実施
例1と同じ組成の結着剤14gを乗せ9枚重ねる他は実
施例1と同様にして300mm四角で厚さ3.1 am
の耐熱積層板を得た。
実施例 7 基材として間部マイカ製のマイカシート(厚さ0、1
mm )を300mm平方に切断したもの32枚(1枚
当り14.4g)を使用し、基材1枚の上に実施例1と
同じ組成の結着剤12yを乗せ31枚重ねる他は、実施
例1と同様にして300mm四角で厚さ3.0 ll1
mの耐熱積層板を得た。
実施例 8 結着剤として正硼酸(試薬1級)100重量部に対して
酸化カルシウム43重量部を調合したものを使用する他
は実施例1と同様にして300門四角で厚さ3.0 a
mの耐熱積層板を得た。
実施例 9 結着剤として正硼酸(試薬1級)100重量部に酸化亜
鉛5重量部の割合で調合したものを用いた他は、実施例
1と同様にして、300mm四角で厚さ2.9 ll1
mの耐熱積層板を得た。
実施例 10 結着剤として正硼酸(試薬1級)100重量部に酸化カ
ルシウム86重量部の割合で調合したものを用い基材1
枚の上に前記結着剤約21を乗せた他は、実施例1と同
様にして300mm四角で厚さ3.2mmの耐熱積層板
を得た。
実施例 11 結着剤として正硼酸(試薬1級)100重量部酸化亜鉛
43重量部および酸化カルシウム43重量部の割合で調
合したものを用いた他は実施例10と同様にして300
mm四角で厚さ3.3 mmの耐熱積層板を得た。
実施例 12 基材として旭ファイバーに−に製の1平方メートル当り
300g重量のガラスマットを300mm平方に切断し
たもの16枚を使用し基材1枚の上に実施例1と同じ組
成の結着剤15yを乗せ15枚重ねる他は実施例1と同
様にして300mm四角で厚さ3.0mmの耐熱積層板
を得た。
実施例 13 基材として実施例1と同様のものを使用し、結着剤も実
施例1と同様のものを摺潰機で混合する際、添加剤とし
て約200メツシユのフェノール樹脂(樹脂分100%
)粉末を結着剤100重量部に対して27g添加したも
のを基材1枚の上に15、3.9乗せ以下は実施例1と
同様にして300朋四角で厚さ3.1mmの耐熱積層板
を得た。
なおこの積層板は有機樹脂分が約10重量%含むもので
あつtも 実施例 14 実施例13に用いた結着剤100重量部に対して約20
0メツシユのフェノール樹脂粉末605’を添加したも
のを基材1枚の上に19.2 、F乗せる他は実施例1
3と同様にして300朋四角で厚さ3.3朋の耐熱積層
板を得た。
なおこの積層板は樹脂分が約20重量%含むものであっ
た。
実施例 15 添加剤として約200メツシユのエポキシ樹脂粉末を用
いた他は実施例13と同様にして3001nm四角で厚
さ3.1 amの耐熱積層板を得た。
上記実施例1〜実施例15の耐熱絶縁性積層板の特性を
測定した結果を下記比較例1〜比較例3と共に第1表に
示した。
なお前記比較例1はガラスクロスと樹脂系統(エポキシ
樹脂)から構成された積層板比較例2はアスベストペー
パとlJ7酸系統(第1リン酸マグネシウム・第1リン
酸アルミニウム)から構成された積層板、比較例3はマ
イカシートとリン酸系統(第1リン酸アルミニウム)か
ら構成された積層板を用いて試験した。
試験方法において吸水率、曲げ強さ、絶縁抵抗および耐
アーク性は、JLSK6911の熱硬化性プラスチック
一般試験法によりもとめた。
耐水性試験は積層板を幅50mm、長さ50mmの寸法
に切断したものを試料とし150℃で4時間乾燥後重量
を測定した後20〜25℃の純水中に投入し24時間浸
漬した。
24時間後とりだし、外観の肉眼的判断と、150℃で
乾燥後再度測定して溶解率をもとめた。
耐トラツキング性は積層板を幅25rItm、長さ50
mmの寸法に切断したものを試料としディプ・トラック
法により測定した。
耐燃性は積層板を幅182rfL11L長さ257m7
ILの寸法に切断したものを試料とし45°に傾斜させ
、;試料の中心部に直径17.5 rnrIL高さ7.
1mrnの容器にエチルアルコールを0.5cc入れ、
容器と試料の間隔25.4mmで点火しアルコールが燃
えつきるまで放置し試料の耐燃性を調べた。
炎が着火するものを可燃性とし、発煙着火などがないも
のを不燃性、とじた。
第1表で明らかなごとく本発明による製造法により得ら
れた耐熱積層板は、他の無機質系結着剤、比較例2比較
例3に比べ、特に耐水性、多湿雰囲気中の絶縁抵抗に優
れたものであり、樹脂系統比;転倒1に比べ耐熱性、不
燃性に優れている。
このように本発明の方法を用いて得た耐熱積層板は、基
材の種類により耐水性耐熱性もしくは不燃性を必要とす
る機器の絶縁部材として、極めて好適に使用でき顕著な
実用的価値を有するものである。
以上説明した通り、この発明によれば耐熱性耐水性共に
優れた積層体を容易に得ることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 多孔性の無機質基村上に、硼酸と酸化亜鉛および/
    または酸化カルシウムとを用いた結着剤を配置する工程
    、前記結着剤を配置した無機質基材を積層する工程、前
    記積層物を加熱加圧処理する工程、ならびに前記加圧処
    理された積層物を加熱処理する工程を含んでなる耐熱積
    層体の製造法。 2 結着剤として、硼酸粉末100重量部に対して酸化
    亜鉛粉末を5〜150重量部配合した混合粉末を用いる
    ようにした特許請求の範囲第1項記載の耐熱積層体の製
    造島 3 結着剤として、硼酸粉末100重量部に対して酸化
    カルシウム粉末5〜150重量部を配合した混合粉末を
    用いるようにした特許請求の範囲第1項記載の耐熱積層
    体の製造法。 4 結着剤として、硼酸粉末100重量部、酸化亜鉛と
    酸化カルシウムの混合粉末5〜150重量部を配合した
    混合粉末を用いるようにした特許請求の範囲第1項記載
    の耐熱積層体の製造法。 5 結着剤として、硼酸100重量部、酸化亜鉛5〜1
    50重量部、及び目的とする耐熱積層体に対し3〜20
    重量%の有機質樹脂粉末を配合した混合粉末を用いるよ
    うにした特許請求の範囲第1項記載の耐熱積層体の製造
    法。 6 加熱加圧処理に際し、積層物を130〜250℃に
    加熱すると共に30〜300 kg/critの圧力を
    加えるようにした特許請求の範囲第1項ないし第5項の
    いずれかに記載の耐熱積層体の製造も 7 加熱処理として、積層物を150〜250℃に加熱
    するようにした特許請求の範囲第1項ないし第6項のい
    ずれかに記載の耐熱積層体の製造法。
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