JPS60124307A - 細胞状セラミツク絶縁体およびその製造 - 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 本発明は絶縁体、特に結合剤によって相互に接着固定さ
れた多数の剛性細胞状セラミックセグメントからなる細
胞状セラミック絶縁体に関する。結合剤は、少なくとも
６５０下までの温度で細胞状セラミック絶縁体中の熱応
力破損を防止する可撓性結合を形成する。

従来技術 絶縁された物体にまたはそれからの熱移動を防ぐための
各種の絶縁材料、組成物および技術が知られている。、
フィリップの米国特許第３１５７２０／ｉ号には、パイ
プ、導管および容器の如き金属構造物および部品のため
の絶縁および保護被覆が・記載されている。上記米国特
許においては、発泡ガラス質材料の如き実質的に剛性の
細胞状材料の芯を、必要な絶縁を与えるため熱硬化した
合成樹脂材料でとりまいている。

絶縁材料として使用するのに好適なこれによって作られ
る細胞状ガラス体および構造体を製造する方法がシャン
ノンの米国特許第３３２５３４１号に記載されている。

シャンノンの方法においては、多数の細胞状ガラスペレ
ットの外殻を融着させて、絶縁体の外表面と連通してい
る相互連結した細隙気孔を有する物体を形成している。

ライ−ブラーの米国特許第３４１８３９９号には、絶縁
すべきパイプの周囲に熱可塑性構造体を置き、溶融して
パイプの周りに売気室を形成した絶縁パイプ構造体を作
る方法が記載されている。

ノーウオークの米国特許第３５２８４００号には、高強
度、耐熱衝撃、層状セラミック絶縁体が記載されている
。かかる絶縁体は、二つの隣接層が同じ材料のものでな
い、マグネシア、スピネルまたはそれらの混合物の薄い
交互の複数の層から形成されている。

多層絶縁パイプ被覆はロイストンの米国特許第３６１４
９６７号に記載されている。ロイストンの特許において
は、パイプが細胞状ガラスの如き予備形成した絶縁でと
りまかれている。

かかる予備形成した絶縁は、熱軟化性樹脂の第１層、第
１樹脂層をとりまく織製ガラス布帛の層、樹脂の第２層
、伝導性箔の層、樹脂の第３層および水不浸透性プラス
チックフィルを含むマットによってとりまかれている。

マットの積重縁は熱封止されている。

キング等の米国特許第３９５９５４１号には、剛性石膏
結合剤を使用して接着されており、細胞状絶縁材料の内
層と外層の間に配置された均一に織製されたガラス繊維
の層を有する剛性細胞状セラミック絶縁材料の内層およ
び外層を含む複合積層絶縁体が記載されている。

水蒸気パイプおよび他の高温用途において共通である常
温より著しく高い温度範囲で熱源を保持するとき、特別
の問題および関係が存在する。種々の複合絶縁材料およ
び組成物がかかる高温の作用を受けるとき、かかる絶縁
材料中の熱応力から細胞状絶縁層全般にわたって、小さ
い亀裂が通常形成される。

ケイ素質細胞状絶縁は、それらの不浸透性、高強度、非
燃焼性および液体の低吸収性のため、約−４５０下〜８
００下の広い温度範囲にわたる装置およびパイピングの
絶縁に有用であることが知られている。か〜かるケイ素
質細胞状絶縁は、それらの高モジュラス、または剛性の
ため、充分な熱膨張係数および低熱伝達でも温度の急激
変化によって生ずる高熱応力からの亀裂形成を受けるこ
とがある。

しばしば熱衝撃と称されるかかるケイ素質細胞絶縁の亀
裂形成傾向は、温度変化の速度、絶縁される部材の形状
および絶縁の厚さの如き多くの固有のそして作動上の要
因によって決る。

細胞状シリカは、それが赤熱物を水中に入れた後の熱衝
撃に実質的に耐えることのできる程小さい膨張係数を有
するように製造することができる。しかしながら、かか
る細胞状シリカの融点および細胞化温度は一般に３００
０下以上である。かかる高温は大規模生産のため経済的
に維持することが困難であり、また製造中−酸化ケイ素
の昇華の如き他の問題が存在することがある。

高温パイピングに使用する一つの絶縁方法は細胞状ガラ
スの如き絶縁材料の単一層シリンダーを外側で強化石膏
またはマスティック被覆で被覆することであった。かか
る強化シリンダー構造は絶縁材料中での亀裂形成は防止
しないが、強化された被覆は亀裂した片をその場保持し
た。

別の方法においては、繊維状絶縁の層をパイプの次に設
け、細胞状ガラスの如き細胞状絶縁材料の層で繊維層を
とりまいている。

従って良好な絶縁効率を有し、その中に熱的に誘起され
る亀裂形成を実質的に防止するように作用し、少な（と
も６５０°Ｆまで、望ましくは約８００下までの温度で
物理的一体性を保つ比較的簡単な細胞状セラミック絶縁
体に対する要求がある。

発明の目的 本発明は多数の剛性細胞状セラミックセグメントおよび
結合剤を含む細胞状セラミック絶縁体を提供する。結合
剤は細胞状セラミックセグメントを相互に接着固定し、
かくして細胞状セラミックセグメントを絶縁されるべき
部材の表向に隣接した位置となるように配置する。結合
剤は少なくとも６５０下までの温度で細胞状セラミック
絶縁体中での熱応力破損を実質的に防止する５Ｔ撓性結
合を形成する。細胞状セラミック絶縁体は少なくとも６
５０°Ｆまでの温度で細胞状セラミックセグメント中で
の熱的に誘起される亀裂形成に耐えるように操作できる
。

好ましい具体例において、多数の剛性細胞状ガラスセグ
メントおよびアスファルト増量したウレタン結合剤を含
む絶縁体を提供する。絶縁体は少なくとも６５０下まで
の温度で細胞状ガラスセグメント中に熱的に誘起される
亀裂形成に耐えるよう操作しうる。

多数の細胞状セラミックブロックを作り、結合剤で細胞
状セラミックブロックを相互に接着固定して一体的構造
物を形成し、一体向構造物を切断してそこから所望の形
状の細胞状セラミック絶縁体を形成する工程からなる少
なくとも６５０下までの温度で熱的に誘起される亀裂形
成に対する抵抗性を有する細胞状セラミック絶縁体を形
成する方法を提供する。この方法における結合剤は、少
なくとも６５０下までの温度で細胞状セラミック絶縁体
中の熱応力破損を実質的に防止する可撓性結合を形成す
る。

本発明の目的は細胞状セラミック絶縁体を含む絶縁材料
の亀裂形成また破損形成を実質的に除くことによってそ
の物理的一体性を維持する信頼性ある゛細胞状セラミッ
ク絶縁体を提供することにある。

本発明のこの目的および他の目的は以下に図面を参照し
てより完全に説明する。

第１図はパイプ１２を絶縁するため使用した細胞状セラ
ミック絶縁体１０を示す。かかる絶縁体１０は第１図に
示す如くパイプ１２を包んでいる。第１図の絶縁体１０
は、金属バンド、ワイヤー、テープ、積重封止ジャケッ
ト、接着剤等の如き適当な固着手段（図示せず）によっ
てパイプ１２に包囲関係で保たれている。

第２図はパイプ１２を絶縁するのに使用する第１図の絶
縁体１０の立面図である。第２図における絶縁体１６の
外面は半シリンダー状の形状を有する。絶縁体ｌＯは後
述する結合剤１６によって相互に接着固定された多数の
剛性細胞状セラミックセグメント１４からなる、そして
第１図のパイプ１２の如き絶縁されるべき部材の表面に
隣接位置するように配置しである。かかる複合絶縁体は
少なくとも６５０下までの温度で熱的に誘起される亀裂
形成に耐えて操作できる。

細胞状セラミックセグメントは細胞状ガラス組成物から
なるのが好ましい。細胞状ガラスセグメントの使用は約
−１００°Ｆから少なくとも６５０　’Ｆまでの温度範
囲にわたり熱的に誘起される亀裂形成に対し一般に好適
に耐える本発明による絶縁体を提供できる。しかしなが
らかかる温度範囲は本発明の範囲または応用を制御する
ためのものと考えてはならない。例えば個々の用途およ
び細胞状ガラス組成物によってより広い温度範囲にわた
る亀裂形成に耐えて使用できる。

細胞状セラミックセグメントに好適な細胞状セラミック
材料の一例には米国特許第３３５４−０２４号に記載さ
れた如く、粉末状ガラス粒子を細胞化剤と混合し、細胞
化しうるガラスバッチを形成することによって形成した
細胞状ガラスがある。配合されたガラスは例えば粉砕さ
れたカレットの形の通常のボロシリケートガラスまたは
ソーダライムガラスからなることができ、細胞化剤はカ
ーボンブラック等の如き炭素質材料からなることができ
る。細胞化しうるケイ素質組成物から形成した他の好適
な細胞状セラミック材料は米国特許第３４４１３９６号
に記載されている。

細胞化しうるガラスバッチは例えば実質的に方形の成形
器の如き成形器中に入れる。次いで細胞化しうるガラス
バッチを細胞化温度に加熱する。かかる温度で配合され
たガラス粒子は軟化し、融合し、細胞化剤が反応してガ
スを発生し、細胞状ガラスのブロック内に個々の独立気
泡を形成する。細胞状ガラスのブロックを成形器から取
り出し徐冷する。その後これらのブロックをトリミング
し、絶縁体からなる細胞状セラミックセグメントを後述
する如くそれから形成する。

本発明の絶縁体は種々の形の絶縁部材に有用な形状に形
成するとよい。本発明の絶縁体またはかかる絶縁体から
なる細胞状セラミックセグメントの寸法および形状はか
かる絶縁体の用途によって決まる。例えば第１図のパイ
プ１２の如く、実質的に真直ぐなパイプを絶縁するに当
っては、絶縁体の長さを約１８ｈ１．〜約３６１ｒＬに
するのが普通である。しかしながら絶縁体は任意の都合
のよい長さにすることができ、これは取り扱い条件によ
ってのみ制約を受ける。更に絶縁体からなる各セグメン
トの長さは約４〜５ｉｆＬであることが望ましい。ある
条件の下ではセグメント長はより大であることもまたよ
り小であることもできる。

セグメントを接着固定するための結合剤の選択に当って
は、結合剤は絶縁体が受ける目的とする操作温度で溶融
したり流れたりしないのが好ましい。接着剤バルク全体
が溶融温度または流動温度に達せず、物理的−゛体性を
保つに充分な非溶融接着剤を残す場合には、熱アスファ
ルトの如き流動しうる接着剤を使用してもよい。

選択した結合剤は操作条件で充分な強度を保持し、しか
も可撓性を保持すべきである。ショアＡスケールで結合
剤の硬度は７５°Ｆで６０以下、好ましくは４５以下で
あるべきことが望ましい。

結合剤は細胞状セラミック材料と適合性であるべきであ
る。結合剤は固体含有率において大であるべきであり、
かかる含有率は望ましくは約９０市砿％であり、９５重
貝％以上が好ましい。

結合剤は化学的に硬化性であるのが好ましい、即ち結合
剤は２種以」二の成分の反応によって硬化するのが好ま
しい。更に結合剤は本発明の絶縁体の取り扱いを容易に
するため急速に硬化できることが望ましい。当業者に知
られている如く、一定の結合剤の硬化時間を促進するた
め触媒を使用するとよい。

好適な結合剤の例にウレタン、シリコーンまたは各種エ
ポキシ接着剤がある。これらの結合剤にはその商原価の
ためある用途には不利なものもある。接着剤の燃焼性が
不都合な場合または不銹鋼の応力腐蝕が問題になること
がある場合、ある種のシリコーン接着剤を使用するとよ
い。熱溶融接着剤も、それが流動せず、それらの強度を
失わない温度以下で結合剤として使用テキル。アスファ
ルト、石炭または他のビチューメンの如き熱溶融接着剤
を使用するとき、その用途は、接着剤バルクの主部分内
で熱溶融接着剤の各軟化点以下少なくとも５０下である
温度に限定すべきである。

大部分の用途において、本発明で使用する結合剤はアス
ファルト増量、油増量、またはコールタール増量したウ
レタンであるのが望ましい。

ウレタン変性アスファルトと普通称されるアスファルト
増量したウレタンか一般に最も好ましい。

硬化後実質的な硬度を有する接着剤は本発明における結
合剤として使用するのに一般には好適でないと考えられ
る。かかる接着剤の例には石膏接着剤がある。例えば石
膏接着剤の剛性（硬さ）は少なくとも６５０下までの高
温で細胞状ガラスセグメント中での熱応力破損を促進す
ることがある。

第３図は本発明の複合絶縁体を製造する方法を示す。例
えば細胞状ガラスの如き細胞状セラミンク材料のブロッ
ク１８を、第３図に示す如く隣接ブロック１８間に置い
たウレタン父性アスファルトの如き結合剤２０の層で、
相互の上に−を配置する。結合剤２０はブロック１８を
一体的構造に接着結合する。結合剤が硬化した後、芯鋸
の如き適当な手段でかかる一体的構造物から絶縁体を切
りとるとよい。かかる一体内構造物から切りとる絶縁体
２２のアウトラインを第３図に示す。

本発明の絶縁体の形成のために必要な各ブロック１８の
寸法およびブロック１８の全数は、ブロックの有効厚さ
および絶縁体に対する個々の設計要件によって変えるこ
とができる。

本発明の面縁体を形成するための別の方法は、細胞状セ
ラミック材料のブロックから細胞状セラミックセグメン
トを切りとることを含む。次に切った細胞状セラミック
セグメントを本発明による適切な結合剤で相互に結合す
る。

下記実施例１および２は本発明に含才れぬ細胞状セラミ
ック絶縁体の例示である。

実施例　ｌ パイプを被覆するための二つの半分断面材を、一つの半
シリンダー状セグメントとしてそれぞれ成形した。これ
らのセグメントは４厄の絶縁厚さを与えるよう、直径６
ｉｎ、の金属パイプを嵌合できるように形どった。二つ
の成形セグメントをパイプ上に巻きつけ、６００下に加
熱し、冷却し、パイプから取りはずした。各セグメント
は軸方向および放射状に５〜６片に亀裂を生じており、
再使用できなかった。

実施例　２ パイプを被覆するための二つの半分断面材を、一つの半
シリンダー状セグメントとして成形した。これらのセグ
メントを、絶縁の厚さ４１ｎ、となるように、直径６１
ｎの金属パイプを嵌合できるように形どった。二つの成
形セグメントをパイプ上に巻きつけ、５００下に加熱し
、冷却し、パイプから取りはずした。各セグメントは軸
方向および放射方向に５〜６片に亀裂しており、再使用
できなかった。

下記実施例は本発明の細胞状セラミック絶縁体の改良さ
れた性質および構造の例である。

実施例　３ 各絶縁体の形成に当り、商品名ＦＯＡＭＧＬＡＳの下で
、ピッツバーグ・コーニング・コーポレイションから市
場で入手できる幅１Ｂｉｎ、、長さ２４１ｒ１．、深さ
４１ｎである発泡した細胞状ガラス材料の６個のブロッ
クを使用した。使用した細胞状ガラスは、約８．５１ｂ
ＩＩＩ／ｆｔ３の密度および７５°Ｆで約Ｑ、３５　Ｂ
、　ｔ、ｕ、　／ｈｒ／ｆｔ’／下／ｌｒＬの熱伝導率
を有していた。

６個の方形ブロックを、ＰＯ３８接着剤の名でピッツバ
ーグ・コーニング・コーポレイション。

から市場で入手できるウレタン変性アスファルト接着剤
で相互に接着結合させた。接着剤の各成分を混合後、ノ
ツチ付こてまたはスクリードの如き通常の手段で細胞状
ガラスブロックの接合面に接着剤を適切に付与した。接
着剤の硬化を容易にするため、付与した接着剤上にジブ
チル錫ジラウレートの如き通常の触媒を噴霧した。

接着剤が充分に硬化した後、形成された一体的ブロック
構造物から、長さ約２４１ｔＬを有し、半シリンダー状
形状の外面を有する絶縁体を切りとった。かかる絶縁体
は、厚さ４１ｒＬの絶縁を与え、直径６１１の金属パイ
プに嵌合できるよう切りとった。同様の形状の対応する
絶縁体を同様に作った。二つの絶縁体を相互に対面係合
状態に置き、これによって実質的にシリンダー状パイプ
をとりまいた。二つの絶縁体は普通の手段で相互に適切
に固定した。

次いでシリンダー状パイプを６２０〜６６０下の温度に
加熱し、１６８時間本発明の複合絶縁体と接触状態に置
いた。

加熱時間の終りに、驚いたことに、そして意外にも亀裂
または破損は絶縁体中にないことが判った。絶縁体を７
５°Ｆに冷却し、再び４８時間６２０下に加熱して、破
損はなかった。

実施例　４ 絶縁体の形成に当って、商品名ＦＯＡＭＧＬＡＳでピッ
ツバーグ・コーニング・コーポレイションから市場で入
手できる幅１８池、長さ２４１ｔｔ。

深さ４１ｒＬの発泡した細胞状ガラス材料の６個のブロ
ックを使用した。使用した細胞状ガラスは約８．５１ｂ
ｓ／ｉ’の密度および７５下の温度で約０．３５　Ｂ、
ｔ、　ｕ、／　ｈｒ　／　ｆ　ｔ２／壬゛／１ｎ、の熱
伝導率を有していた。

熱アスフアルト接着剤で６個の方形ブロックを接着結合
した。接着剤が充分に硬化した後、形成された一体的ブ
ロック構造物から長さ約２４１ｎを有し、半シリンダー
状の外面を有する絶縁体を切りとった。かかる絶縁体は
、絶縁厚さ４１ｒＬを与え、直径６］ｎ、の金属パイプ
に嵌合できるように切りとった。同じ形状の対応する絶
縁体を同様に作つｔこ。二つの絶縁体を相互に対面係合
させて置き、これによってシリンダー状パイプをとりま
いた。二つの絶縁体は通常の手段で相互に適切に固定し
た。

次いでシリンダー状パイプを６００〜６５０下に加熱し
た。熱パイプ上で溶融し、少し移動した熱アスフアルト
接着剤から少しの煙が出た。

冷却後、パイプ上に溶融し移動し冷却時に固化した熱ア
スフアルト接着剤の結果として絶縁体はパイプに接着し
た。

次にパイプを３００下に温め、パイプから絶縁体を除去
した。絶縁体を冷却した後、絶縁体を試験した。そして
驚いたことにまた意外にも絶縁体中に亀裂または破損が
存在しないことが判った。

本発明の原理、好ましい構成および方法について説明し
、現在最良の例として考えることを示した。しかし特記
したこと以外に本発明を実施しうることは理解すべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプに対する取り巻−き関係にある絶縁体の
位置を示すため一部絶縁体を破断して、本発明による細
胞状セラミック絶縁体で絶縁したシリンダー状パイプの
立面図であり、第２図は第１図の絶縁体の立面図であり
、第３図は本発明の絶縁体を形成する方法を示すｔこめ
の複数の剛性細胞状セラミックブロックの立面図である
。 １０は細胞状セラミック絶縁体、１２はパイプ、１４は
剛性細胞状セラミックセグメント、１６は結合剤、１８
は細胞状セラミック材料のブロック、２０は結合剤。 ＦＩＧ、／　ゝ ＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、複数のＩＩＩ性細性状胞状セラミックセグメント胞
   状セラミックセグメントを絶縁されるべき部材の面に隣
   接位置す志ように配置するように細胞状セラミックセグ
   メントを相互に接着固定する結合剤からなり、上記結合
   剤は少なくとも６５０下までの温度で細胞状セラミック
   絶縁体中の熱応力破損を実質的に防止する可撓性結合を
   形成し、上記細胞状セラミック絶縁体が少なくとも６５
   ０　’Ｆまでの温度で細胞状セラミックセグメント中で
   熱的に誘起される亀裂形成に耐えて操作しつるようにな
   した細胞状セラミック絶縁体。 ２、剛性細胞状セラミックセグメントが細胞状ガラス組
   成物からなる特許請求の範囲第１項記載の細胞状セラミ
   ック絶縁体。 ３　細胞状セラミックセグメントの外面が半シリンダー
   状形状を有する特許請求の範囲第１項記載の細胞状セラ
   ミック絶縁体。 ４、結合剤が７５°Ｆで約６０以下のショアＡスケール
   硬度を有する特許請求の範囲第１項記載の細胞状セラミ
   ック絶縁体。 ５、結合剤が増量されたウレタンからなる特許請求の範
   囲第１項記載の細胞状セラミック絶縁体。 ６、増量されたウレタンがアスファルト増量ウレタンで
   ある特許請求の範囲第５項記載の細胞状セラミック絶縁
   体。 ７、結合剤が熱アスファルトである特許請求の範囲第１
   項記載の細胞状セラミック絶縁体。 ８、複数の剛性細胞状ガラスセグメント、細胞状ガラス
   セグメントを絶縁されるべき部材の面に隣接位置するよ
   う配置するように細胞状ガラスセグメントを相互に接着
   固定するアスファルト増量ウレタン結合剤からなり、絶
   縁体が少なくとも６５０　”Ｆまでの温度で細胞状ガラ
   スセグメント中で熱的に誘起される亀裂形成に耐えて操
   作しうるようになした絶縁体。 ９．複数の細胞状セラミックブロックを作り、細胞状セ
   ラミックブロックを相互に結合剤で接着固定して一体的
   構造物を形成し、このとき上記結合剤は少なくとも６５
   ０下までの温度で細胞状セラミック絶縁体中の熱応力破
   損を実質的に防止する可撓性結合剤を形成し、一体向構
   造物を切断して所望形状の細胞状セラミック絶縁体を形
   成することを特徴とする少なくとも６５０°Ｆまでの温
   度で熱的に誘起される亀裂形成に耐える細胞状セラミッ
   ク絶縁体の製造方法。 １０、複数の細胞状ガラスブロックを作り、アスファル
   ト増量ウレタン結合剤で細胞状ガラスブロックを相互に
   接着固定して一体的構造物を形成し、一体向構造物を切
   断して所望形状の絶縁体を形成することを特徴とする少
   な（とも６５０°Ｆまでの温度で熱的に誘起される亀裂
   形成に耐える絶縁体の製造法。 １１、少なくとも一つの細胞状セラミックブロックを作
   り、各細胞状セラミックブロックを切断して所望形状の
   少なくとも一つの細胞状セラミックセグメントを形成し
   、複数の成形した細胞状セラミックセグメントを結合剤
   で相互に接着固定して所望形状の細胞状セラミック絶縁
   体を形成し、上記結合剤が少なくとも６５０下までの温
   度で細胞状セラミック絶縁体中での熱応力破損を実質的
   に防止する可撓性結合を形成することを特徴とする少な
   くとも６５０下までの温度で熱的に誘起される亀裂形成
   に耐える細胞状セラミック絶縁体の製造法。