JPS589079B2 - 耐火繊維熱絶縁組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、「湿式パック」として知られている含水包装
に使用されるのに特に適した耐火繊維熱絶縁組成物に関
する。

典型的な耐火繊維熱絶縁ブランケットは比較的柔軟でか
つ弾性があり垂直に置いたとき自己支持能力は事実上な
い。

しかし、応用例によっては、耐火繊維組成物を自己支持
させそれで最終製品（たとえば、燃焼室用ライニング）
を外部の支持体なしに垂直に位置させることが必要とな
る。

自己支持耐火繊維組成物を製造する従来の提案では繊維
ブランケットに種々の固着組成物、たとえば珪酸固着剤
を含浸させたものがある。

この固着剤含浸耐火繊維ブランケットを所望形状に成形
しその後、固着剤を加熱硬化して剛的な自己支持体を形
成する。

このような従来の成形可能なブランケットは典型的には
「湿式パック」状に包装される。

水性固着剤系を含浸したブランケットは合成樹脂袋等、
気密かつ耐水容器内に包装される。

この方式では、固着剤は本質的に未硬化のままであり、
そして成形可能な製品はたゾちに出荷され又貯蔵され得
る。

ブランケットを据付けるため、容器を開けて、含浸ブラ
ンケットをその後所望形状に成形し固着剤を硬化させる
。

しかし、「湿式パック」形式の包装にはいくつかの問題
点を有する。

湿式パックは据付けられるまでは可撓性と成型性をとと
めねばならないので、含浸用固着剤は非ゲル形式でなけ
ればならない。

しかし、このような非ゲル固着剤の粒子は乾燥中繊維ブ
ランケットの表面に移転しやすい。

そのため、形成された成型品は固着剤がその外面層にあ
るだけで、固着剤を繊維ブラケット体中に保持している
ゲル化固着剤系で製造された物品よるもかなり弱い物品
となる。

さらに、出荷及び貯蔵中に、湿式パックの繊維は低温に
さらされて固着剤の水部分を凍結させることがよくある
。

このような凍結により固体固着剤材料を固着剤系及び繊
維ブランケット体から出て凝結させる。

これによりまた製品をかなり弱化させる。

耐火繊維湿式パックの用途の１つに自動車のタービンエ
ンジンブロックにたいする熱絶縁がある。

しかし、従来の湿式パック繊維熱絶縁組成物をエンジン
ブロックの金属面に良好に付着させるのは困難である。

良好な付着ができないと、絶縁の熱効果率が大幅に減退
する。

本発明の目的は、従来の湿式パック装置の欠点を解消し
、凝固温度にさらされた後も安定であり、さらに最終成
型物品の乾燥中固着剤の移転を少なくし、又自動車のエ
ンジンに使用される形式の金属表面に強力に付着する耐
火繊維熱絶縁用湿式パック装置を提供する。

従って、本発明は、固着剤含浸耐火繊維ブランケットを
含む耐火繊維熱絶縁組成物において、固着剤は、１５な
いし３０重量パーセントの固形分を含有する２５ないし
９５容量パーセントのコロイドシリカ水懸濁液と、５な
いし１２容量パーセントのエチレングリコールと、７０
パーセントまでの添加水を有する固着剤系であり、この
場合前記シリカは平均粒径が１０ナノメータより小さい
粒子であることを特徴とする耐火繊維熱絶縁組成物を提
供する。

本発明の耐火繊維ブランケット・水性無機固着剤系は出
荷及び貯蔵のため耐水かつ気密容器内に収容されるよう
特に適しており、またその後開包されて所望形状に成型
され乾燥されて硬化固着剤により一体に結合された固形
繊維塊を形成する。

一実施例によれば、固着剤系は１５重量パーセントの固
形分を含有する６７体積部のコロイドシリカ懸濁液と、
８体積部のエチレングリコールと、２５体積部の添加水
より成る。

これらは凍結して溶解後安定しておりしかも乾燥中の固
着剤の移転がきわめて少ないことが判明している。

また、自動車のエンジン鋳物に使用される形式の金属表
面に付着する。

本発明による耐火繊維熱絶縁組成物の主たる一成分は、
岩綿、鉱質綿または鉱滓綿、セラミック繊維等種々の人
造耐火繊維材より構成される耐火繊維ブランケットであ
る。

この繊維材は典型的にはカルシウム、アルミニウムのけ
い酸塩及び２価または３価金属酸化物を主とする組成物
メルトより成る。

特に好ましいのは、アルミナ及びシリカまたはチタニア
、ジルコニアもしくはクロミア等少量の添加酸化物を有
するアルミナ及びシリカを主とするメルトにより形成さ
れた人造アルミノ・シリケート繊維である。

後者の材料の典型例は商標−ＣＥＲＡＦＩＢＥＲＪ及び
［ＦＩＢＥＲＣＨＲＯＭＥＪとしてジョンズ・マンビル
コーポレーションにより販売される耐火繊維である。

実施例において、ブランケットの耐火繊維材は全体がア
ルミノ・シリケート繊維により構成される。

ここで使用される繊維体は、製品がその最終利用形態と
しての「ブランケット」を言う。

しかし、「ブランケット」なる言葉は、「ブランケット
」なる名称で市場で販売されるような繊維体に限定され
るものではない。

むしろ、繊維体が実際に織られ、マット状にされ、フエ
ルト状にされまたはこのような形状に形成されるかを問
わず、一般に「ブランケット」に関連のある比較的広く
て平担な細長い形状を有するすべての繊維体を含むもの
である。

繊維の形態ははじめ収集された繊維状になっているかま
たは繊維は圧縮され、縫ってあるかまたは「ブランケッ
ト」状に形成されている。

このような形状及び形成技術は当業者にとって周知であ
り、一般に同等な製造技術及び具体的形状はすべて本発
明の範囲内に入る。

本発明による耐火繊維熱絶縁組成物の新規な成分は、固
形分が凍結及び溶解時にも著しく沈降せず、また固形分
が乾燥時ブランケットの表面に容易に移転しない固着剤
系である。

この固着剤系は、臨界粒度のコロイドシリカ水懸濁液と
、エチレングリコールと、水との３つの基本成分を含み
、最後の成分はコロイドシリカ水懸濁液部分として組入
れた水より成り、好適実施例において、また添加水を含
む。

コロイドシリカ水懸濁液は本質的に、重量が１５パーセ
ントないし３０パーセント範囲の固形分懸濁液と水中に
分散されたシリカ粒子より成る。

この発明にとって重要なことは、シリカの平均粒度が１
０ナノメータ（ｎｍ）以下であることである。

シリカ粒子の普通の「カット」の上方の境界は限界が１
０ｎｍと考えられる。

わずかに大きい寸法（ほとんどの場合、約１ｎｍまで大
きい）の若干の粒子（１０パーセント以下）もあり得る
。

これは、約９０パーセントまたはそれ以上の粒子すべて
が約１ｎｍ範囲内の粒度を有する「カット」としてシリ
カ粒子群を分類する普通の商業的やり方を表している。

従って、たとえば、４〜５ｎｍ及び７〜８ｎｍの１カッ
ト」がある。

このようなカットは、９〜１０ｎｍ「カット」となるよ
うに、この発明の範囲内である。

しかし、１２〜１３ｎｍカット等大きな粒子のカットは
固着剤の移転傾向を少なくしないからこの発明では効果
的ではない。

さらに、きわめて小さい粒度により、大きな粒度シリカ
により結合されたブランケットよりも、乾燥後きわめて
大きい強さを有する製品が得られることが判明している
。

コロイドシリカ水懸濁液は固着系剤の体積２５パーセン
トないし９５パーセント、なるべくは体積６０パーセン
トないし９５パ一セントとして存在する。

懸濁液の固形シリカ分は懸濁液の重量１５パーセントな
いし３０パーセント、なるべくは重量１５パーセントな
いし２０パーセントの範囲内である。

無定形シリカの比重は２．２であるから、これが懸濁液
の体積７．４パーセントないし１６．４パーセント、な
るべくは体積７．４パーセントないし１０．２パーセン
トのシリカ分に等しいものとして容易に計算できる。

また、全体として固着剤系の体積１．９パーセントない
し１５．６パーセント、なるべ＜４．１パーセントない
し１５．６パーセントに等しい。

通常、市場におけるコロイドシリカ懸濁液はまた、一般
にコロイド懸濁液を安定化する少量の添加剤を含む。

この添加剤は本発明の固着剤系の作動に影響しないから
ここでは考慮しない。

本発明の目的からすれば、コロイドシリカ分以外の懸濁
液部分は本質的にすべて水であると考えることができる
。

本発明による固着剤系の第２の成分は、体積５パーセン
トないし１２パーセント、なるべくは体積６パーセント
ないし９パーセントの量で存在するエチレングリコール
である。

（化学式がＣ２Ｈ４（ＯＨ）２でまた１，２エタンジオ
ールとして知られている）適当なエチレングリコールは
典型的な、市場で得られるエチレングリコールで１ある
。

市場のエチレングリコールが実際にエチレングリコール
と水との混合物である場合もある。

これを本発明に使用する場合、この混合物の水部分は本
系統において添加水として別個に計算し、エチレングリ
コール成分は純エチレングリコールとして設定すべきで
ある。

従って、エチレングリコールと水との５０対５０の混合
物を１０体積パーセント本系統に使用すれば、ここには
５体積パーセントのエチレングリコールと５体積パーセ
ントの添カ水とが存在することになる。

本発明による固着剤系の第３成分は水である。

コロイドシリカ懸濁液は、固着剤系にもとずく約２１．
５ないし８８体積パーセントの水に等しい、懸濁液にも
とすく約８４ないし９３体積パーセントの水より成る。

この量はそれ自身本発明の目的としては十分な水である
ので、この成分の添加水部分はＯパーセントまで低くし
得る。

しかし、添加水があることが好ましい。

この添加水は固着剤系の７０体積パーセントほどを構成
し得る。

なるべくは、添加水は系統の１０ないし４０体積パーセ
ントとして存在する。

添加水は特別処理する必要はなく、水道水等普通の飲用
水で十分間に合う。

本発明による改良湿式パックは次のように調整される。

固着剤系はコロイドシリカ水懸濁液と、エチレングリコ
ールと、添加水とを一諸に混合して形成される。

この混合物を、耐火繊維ブランケットを浸す大型おけま
たは槽内に入れる。

また、この固着剤系を貯槽より吸み出しブランケットに
噴霧する。

固着剤含浸ブランケットは直ちに気密で耐水性容器、な
るべくは合成樹脂袋に入れる。

しかし、より好ましいのは、まず含浸ブランケットを圧
縮ロールに通して圧縮し余分の固着剤を絞り出し、これ
を気密かつ耐水性容器に包装する前にブランケットの厚
みを正確にとる。

また、固着剤系に、約５０ないし２００ｐｐｍの量の殺
菌剤等を入れ湿式パック内にバクテリアや菌類の成長を
防止することが望ましい。

このような投入処置は、系統のｐＨが比較的高い場合に
は、高いｐＨは生物の成長を防止するので、必要ではな
い。

本発明の組成物と製品とを説明するため、次表で３つの
「湿式パック」ブランケットの物性を比較する。

本発明によるブランケット（試料Ａ）の固着剤系は、（
ナルコ・ケミカル・カンパニにより番号［１１１５Ｊで
販売される）１５重量パーセントのシリカ（シリカの平
均粒径４ｎｍ）を含有する６７体積パーセントの市場の
コロイドシリ力懸濁液と、２５体積パーセントの水道水
と、８体積パーセントのエチレングリコールとから成る
。

この固着剤系を使用して、上記ジョンズ・マンビル・コ
ーポレーションにより商標ｃＥＲＡＦＩＢＥＲとして販
売される合成アルミノ・シリケート繊維で作られたブラ
ンケットを飽和させた。

この実験的に製造した湿式パックを２つの市場の耐火繊
維湿式パックと比較した。

試験試料Ｂはヨーロッパで製造され、明らかに固着剤の
移転を防止するため添加した未確認の有機材部分を含有
する湿式パック絶縁物である。

試験試料Ｃは米国で製造された市販の湿式パックである
。

両市販製品において、固着剤は平均粒径が１０ｎｍより
も大きいシリカ部分から成るものと思われる。

これら試料にはエチレングリコールは何ら検出されなか
った。

本発明の試験プランケツ・とヨーロッパ産のブランケッ
トとは共に呼称厚み２．５４Ｃｒ（１インチ）であり、
一方米国のブランケットは厚みが１．２７ｃｒ（１／２
インチ）であった。

次の表は３つの試料の夫々物性を示すとともに本発明に
よる湿式パックの改良を示す。

表１ 物理的性質 密度 湿式 乾式 固層創甲の 試料 ｇｍ／ｃｒ３ １ｂ／ｆｔ３ ９ｍ／ｃｄ３
１ｂ／ｆＩ３ 固形分、Ｗｔ．％Ａ Ｉ．１
１ ６９．４ ０．２７１ １６．９
９．４６Ｂ １．０５ ６５．６
０．２６３ １６．４ 約１０＊Ｃ
Ｏ．９０ ５６．２ ０．２５９ １６．２
９．４０＊試料Ｂの有機成分の抽出が実験的に
困難なため固着剤の固形分は正確に決定できなかった。

従って上記数字は試料Ｂの固着剤中の固形分の妥当と思
われる概算量を表わす。

表２ 熱的性質 ＊乾燥による収縮％ 焼成による収縮％
９８２Ｃ Ｉ０９３Ｃ Ｉ２０４Ｃ
１２６０Ｃ ９８２℃に において
において において において おける
試料 Ｌ Ｔ Ｌ Ｔ
Ｌ Ｔ Ｌ Ｔ Ｌ
Ｔ 灼熱減量係Ａ Ｏ．６４ ５．１
１，９ ０ ２．６ ４．５ ４．４
５．２ ４．７ ６．０ ３．３Ｂ Ｏ
．３８ ４．２ １，７ ０ ３、４
４．４ ６．０ ９．４ ６．６ ９．
９ ５．４Ｃ Ｏ．５８ ７．７ ２．３
３．５ ２．９ １０．７ ４．８ １６．０
４．８ １４．８ １．５＊ 収縮測定はブラ
ンケットの長さを（Ｌ）とし、厚みを（Ｔ）とする。

表３ 破断係数 乾式
焼成後 ２４時
間 凍結なし 凍結後
９８３Ｃ １０９３Ｃ
Ｉ２０４Ｃ １２６０Ｃ試料 Ｎ／ｃｍ２
ｐｓｉ Ｎ〆ｃｍ２ ｐｓｉ Ｎ／ｃｍ２ ｐ
ｓｉ Ｎ／ｃｍ２ ｐｓｉ Ｎ／ｃｍ２ ｐｓｉ
Ｎ／ｃｍ２ ｐｓｉＡ ８０ １１７
６４ ９３ ３７ ５３ ４
６ ６６ ７９ １１５ ５１
７５Ｂ ６８ ９９ ４０
５８ ７３ １０６ ６０ ８７
５９ ８５ ５８ ８５Ｃ
１７ ２５ １９ ２７ ２
７ ３９ ３２ ４７ ３９
５０ ５０ ７２表２の資料から明らかな
ように、本発明の湿式パックは試験された性質の範囲全
体に亘り米国の湿式パック（試料Ｃ）よりもかなり収縮
が小さく、強さは太きい。

さらに、本発明による湿式パックの熱的性質は、一般に
、特に約１１００℃以上の温度における材料の焼成後に
おいて、ヨー田ノパの湿式パック（試料Ｂ）の熱的性質
よりも良好である。

なお、高温でのヨーロッパの材料の収縮は本発明による
材料の収縮の１倍半の大きさであることがよくあった。

凍結・溶解性が表３に示されている。

本発明による湿式パックでは、破断係数の面から測定し
て強さが２０係減少したにすぎなかった。

ヨーロッパの湿式パック（試料Ｂ）では強さが４０係以
上減少した。

（市販の米国の湿式パック（試料Ｃ）は強さがわずか増
大したようにみえたが、この材料の全体強さは他の２つ
の材料のいずれの強さよりもかなり低いので凍結・溶解
性にもとずく比較は無意味である。

）従って、この発明の材料は特に高温において、従来の
市販の材料よりもかなり良い熱的性質を示していること
が分る。

さらに、凍結及び溶解によトり大きな影響をうけないの
で、貯蔵及び出荷に際してきわめて優れた温度安定性が
得られる。

繊維熱絶縁の接着性を試験するため、本発明の典型的湿
式パック組成物を自動車のタービンエンジンに使用され
る形式の金属鋳物試料に用いて乾燥させた。

後に金属と絶縁物を分離させようと試みたが、これらは
堅く付着して絶縁物は引き裂かない限り除去できなかっ
た。

この発明の組成物の優秀性を表わす他の例が下記の表４
に示されている。

３つの材料の実験用試料を厚みが２．５ｃｒ（１インチ
）の耐火繊維ブランケットを用いて形成した。

この繊維は商標ＣＥＲＡＦＩＢＥＲとして販売される前
記アルミノ・シリケート繊維である。

試料Ｄは、平均粒度が４ｎｍで９．５重量パーセントの
シリカ固形物と８重量パーセントのエチレングリコール
とによって作られた固着剤系（すなわち、本発明の固着
剤系）を含んでいる。

試料Ｅはシリカの平均粒度が１５ｎｍであることを除き
同じであった。

試料Ｆはエチレングリコールを含有しない点を除き試料
Ｅと同じであった。

これら３つの試料の物理的性質を次表で示す。

表４ 物理的性質 破
断係数 １０９３℃で
乾式 焼成後 凍結なし 凍結後 ２４時間 乾
燥密度試料 Ｎ／Ｃｍ２ ｐｓｉ Ｎ／Ｃｒ２ ｐ
ｓｉ Ｎ／ｃｍ２ ｐｓｉ ９ｍ／ａｎ３ ｌｂ
／ｆｔ３Ｄ ８０ １１７ ６４
９４ ４６ ６６ ０．２７
１６．９Ｅ ４７ ６９ ５６
８２ ５８ ８５ ０．２５
１５．６Ｆ ２７ ３９ ２２
３２ １９ ２８ ０．２５
１５．６本発明の湿式パック熱絶縁包装は、気密で耐水
性の容器、なるべく可撓合成樹脂袋に入れられる上記熱
絶縁組成物から成る。

他の容器、たとえば、適当な被覆材で密閉したクラフト
紙製袋または箱、金属箔容器等を使用してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固着剤含浸耐火繊維ブランケットを含む耐火繊維熱
   絶縁組成物において、前記の固着剤は１５ないし３０重
   量パーセントの固形分を含有する２５ないし９５容量パ
   ーセントのコロイドシリカ水懸濁液と、５ないし１２容
   量パーセントのエチレングリコールと、７０パーセント
   までの添加水とを有する固着剤系であり、前記シリカは
   平均粒径が１０ナノメータよりも小さい粒子の形状のも
   のであることを特徴とする耐火繊維熱絶縁組成物。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の耐火繊維熱絶縁組成
   物において、前記の固着剤系は、６０ないし９５容量パ
   ーセントのコロイドシリカ水懸濁液と、５ないし１２容
   量パーセントのエチレングリコールと、１ないし３５容
   量パーセントの添加水とを有することを特徴とする耐火
   繊維熱絶縁組成物。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
   載の耐火繊維熱絶縁組成物において、シリカは平均粒径
   が６ナノメータよりも小さい粒子状であることを特徴と
   する耐火繊維熱絶縁組成物。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の耐火繊維熱絶縁組成物において、１５パーセントの
   固形分を含む６７容量パーセントのコロイドシリカ水懸
   濁液と、８容量パーセントのエチレングリコールと、２
   ５容量パーセントの添加水とを有し、前記シリカは平均
   粒径が６ナノメータよりも小さい粒子状であることを特
   徴とする耐火繊維熱絶縁組成物。