JPS6116753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミツクフアイバーの集合物と耐
火材料および無機質結合材などの無機物との組合
せからなる複合体に係り、さらに詳しくは、セラ
ミツクフアイバーの強度、耐火性、断熱性および
熱収縮性などの向上を図る目的で、セル状構造を
形成した無機物の骨格内部にセラミツクフアイバ
ーの集合物を充填して、これらの組成比を一定割
合にすることにより軽量で且つ高強度にして、耐
火断熱性が優れ、しかも熱収縮の極めて小さいセ
ラミツクフアイバーの複合体を提供するものであ
る。 〔従来の技術〕 従来、セラミツクフアイバーは、高温には充分
耐え得る無機繊維として知られ、岩綿或いはガラ
ス繊維などと比較して耐火性が極めて優れたもの
である。 しかしながら、セラミツクフアイバーを凡そ
900℃以上の高温で使用すると、その結晶化によ
つて繊維強度の劣化が生じて、繊維の熱収縮が著
しくなり諸々の不都合を生じる欠点があつた。 殊に、セラミツクフアイバーをコロイダルシリ
カ或いはコロイダルアルミナなどを用いて固めた
フエルト状ないしボード状のセラミツクフアイバ
ー成形品においては、これを長時間炉内等で使用
すると、その表面部に熱収縮や垂れを生じたり、
またその表面から粉末状となつて特に気流が激し
い炉内などでは、表面部の繊維が飛散して次第に
風圧により摩耗消失するなどの欠点があつた。 さらに特願昭50−16609号（特開昭51−91917
号）にはセラミツクフアイバー成形品の製造方法
が示されている。しかし該製造方法は、セラミツ
クフアイバー繊維束物に無機結合剤と粉状耐火材
を同時に添加混合する方法であり、この方法によ
り得られるセラミツクフアイバー成形品は、セラ
ミツクフアイバーと粉状耐火材が均一に混合され
てなるため、加熱収縮率及び熱伝導率が大きいな
どの欠点を有している。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記従来技術の欠点を除去・改善す
ることを目的とし、前記特許請求の範囲に記載の
セラミツクフアイバーの耐火断熱複合体を提供す
るものである。 すなわち、本発明は、セラミツクフアイバーの
長所である耐熱性と軽量等を生しつつその欠点を
解消するために、セラミツクフアイバーの集合物
からなる繊維部を耐火材料および無機質結合材か
らなる無機物のセル状骨格部によつて包被し、セ
ラミツクフアイバー自体の強度を高めると共に、
主として断熱性をセラミツクフアイバーの集合物
からなる繊維部の独立気孔状態の空気層によつて
発揮させ、他方、主として耐火性をその表面包被
層の耐火材料と無機質結合剤とからなる耐火性が
優れた無機物のセル状骨格部によつて形成保持
し、さらに上記セラミツクフアイバーの集合物を
100重量部に対して無機物のセル状骨格部を50〜
500重量部とすることによつて、その嵩化重を凡
そ1.0（ｇ／cm³）以下に保つて、全体として軽量
で且つ高強度にして、耐火性と断熱性とが優れ、
しかも熱収縮率の極めて小さいセラミツクフアイ
バーの集合物と無機物のセル状骨格との組合せか
らなる複合体を工夫するに至つて、これを提供し
ようとするものである。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 以下、本発明のセラミツクフアイバーの耐火断
熱複合体の構造およびその性状などについて具体
的に説明する。 この点については、本発明者らは先に「セラミ
ツクフアイバーの複合体」に係る考案を実用新案
登録願として提案し、そこで詳細に説明している
ように、セラミツクフアイバーと総称されている
各種の耐火性無機繊維の集合物が、アルミナ、ム
ライト、シリカなどの優れた耐火材料とシリカゾ
ル、アルミナゾルなどの無機質結合材とからなる
三次元の網状構造を形成したセル状の無機物骨格
内部に充填されたような構造となつている。 すなわち、本発明のセラミツクフアイバーの耐
火断熱複合体は、塊状、扁平状もしくは角状など
からなる各種形状のセラミツクフアイバーの集合
物が前記の三次元網状構造を形成した耐火材料と
無機質結合材とからなる一定膜厚さの表皮で包被
された薄皮マンジユウのようなものがいくつも連
結していて、あたかも動植物の細胞（セル）骨格
のような構造を呈しており、この他にも特殊な形
状として六角形の骨格が連結したような構造、或
いは扁平状の層状物が幾段にも積層されたような
立体構造など各種形状の三次元構造を採り得るも
のであつて、前記例示の如きセル状構造またはこ
れに類似するあらゆる形状の立体構造を採り得る
ものである。 そのため、セラミツクフアイバーの集合物から
なる繊維部は、その体積が概略500cm³以下であつ
て、繊維集綿を造粒したり切断した一定量の繊維
物を大きさが60mm以下で塊状、扁平状もしくは角
状などの各種形状に集合させたものであり、他
方、その外周表皮となる無機物のセル状骨格部
は、その膜厚が概略0.5〜5.0mm位であつて、これ
らの主要部すなわちセラミツクフアイバーの集合
物と集合物との間隙セル膜厚は、一定の厚さの耐
火材料とその結合材とからなる堅固なものである
ことが望ましく、これらセル状骨格の膜が相互に
交差する部分の膜厚は5.0mm以上となることもあ
る。 そして、かかる形状や構造を呈する本発明によ
るセラミツクフアイバーの耐火断熱複合体は、前
記例示の材料を混合するに当つて、適量の水例え
ば粘調なC.M.C.溶液を用いて混練した不定形状
の混練物を、炉壁やパイプなどの表面に被覆した
り、各種形状物に塗着るなどして使用することが
ある。また、これらの不定形状物をボード状或い
は各種形状に成形して、さらにはこの成形物を適
宜に乾燥するなどして各種用途の耐火断熱被覆材
として使用することもでき、さらにまた1000℃前
後の高温で焼成して、その堅牢性と耐火性とを高
めた高温焼成物として使用することもある。ま
た、これらを組合せて使用することも勿論可能で
ある。 このように、本発明によるセラミツクフアイバ
ーの複合体は、その夫々の用途において要求され
る各種性能もしくは形状および施工性の難易度な
どによつて、各種態様の性状を適宜選択して使用
することが可能である。 次に、本発明によるセラミツクフアイバーの耐
火断熱複合体を構成する材料組成物およびその組
成割合などについて説明する。 まず、上記複合体の主要組成物となるセラミツ
クフアイバーは、岩綿、スラグ綿、ガラス繊維或
いは石綿のように、その組成がアルカリ土類もし
くはアルカリ成分などの多い易熔融性の無機繊維
とは異なり、その組成がシリカ、アルミナ、クロ
ム、ジルコニアなどの優れた耐火性を有するいわ
ゆるセラミツク質の耐火組成物となり得るあらゆ
る耐火材料からなり、上記の岩綿やスラツグ綿な
どのようにその耐火性が凡そ300〜600℃であつて
容易に軟化変形したり、耐水、耐酸などの化学的
或いは物理的諸特性など劣るようなものではな
く、凡そ900℃以上の耐火性があつて、しかも化
学的特性などが極めて優れた無機繊維である。 そして、これに該当する無機繊維としては、ア
ルミナシリケート質繊維と称されているアルミナ
とシリカとの主組成物からなる各種の無機繊維、
例えば、アルミナとシリカとの含有率が比較的低
い組成原料物からなるいわゆるカオリン繊維、或
いはこれらの高純度原料からなるシリカ−アルミ
ナ質繊維、又は高アルミナ質繊維さらには、これ
らの組成物を主体として、酸化クロムもしくはジ
ルコニア等を少量混入した耐火繊維、そして結晶
質高アルミナからなる高温用耐火繊維などのほか
に、ジルコニアを主成分とするいわゆるジルコニ
ア質繊維などの各種の高耐熱性セラミツク質無機
繊維などがある。 特に、多量市販され、容易に入手できる点でア
ルミナシリケート繊維又は結晶質高アルミナの無
機繊維が好ましい。 他方、無機物のセル状骨格部を構成する主要組
成物としての耐火材料は、アルミナ、ムライト又
はこれらの各種組成物からなる耐火骨材がある。
特に当該複合体の耐火性を高めるに、本発明では
ムライト組成物を主成分とする耐火材料を骨材と
することが有利である。 そして、本発明ではこれらの耐火材料は、それ
ぞれの組成物単独を主体とすることもあり、また
これらのうちいずれか２種以上の組合せからなる
混合組成物として用いることもあり、また耐火材
料はその粒度が通常10μ〜５mm径程度の粉末ない
し粒状物の形で使用する。 また、これらの耐火材料を常温ないし1000℃前
後の高温で結合したり、常温ないし高温で固める
ための無機質結合材料としては、シリカゾル、ア
ルミナゾル、アルミナセメントに前記例示の耐火
材料の微粉末組成物、すなわちアルミナ、ムライ
ト、シヤモツト質の耐火材料の微粉末ないし超微
粉末組成物を併用することがあるが、特に当該複
合体の強度および耐火性を高めるために、本発明
では耐火材料からなる骨材の高温焼結時における
耐火結合材として、シリカゾル、アルミナゾルの
ような水溶液にアルミナ、ムライト、シヤモツト
質の耐火材料の微粉末組成物を併用し、かつ前記
耐火材料の微粉末ないし超微粉末組成はその粒径
が凡そ10μ未満の微粉末である。 特に、これらの上記耐火材料からなる骨材の高
温焼結時における結合材としては、粒径が10μ未
満のアルミナ微粉末とアルミナゾルとの組合せが
好ましい。 また、本発明において特に重要なことは、これ
ら前記例示の各種耐火材料および無機質結合材か
らなる無機物のセル状骨格部とセラミツクフアイ
バーの集合物からなる繊維部との組成割合を一定
の範囲にすることによつて、セラミツクフアイバ
ー複合体の嵩化重を凡そ1.0（ｇ／cm³）以下に保
ち、その断熱性を高めると共に、施工時における
取扱い易さを兼ね備えたものとすることである。 そのためには、セラミツクフアイバーの集合物
からなる繊維部100重量部に対して、耐火材料と
無機質結合材とからなる無機物のセル状骨格部を
50〜500重量部とすることが肝要である。すなわ
ち、上記無機物のセル状骨格部が500重量部以上
であると、セラミツクフアイバー複合体の嵩化重
が1.0（ｇ／cm³）以上となつて、その特徴の一つ
である軽量性を保つことができず、さらには重要
な特性の一つである断熱性を向上させることがで
きないなどの支障をきたすことになる。また、50
重量部以下であると本発明のセラミツクフアイバ
ー複合体の最大の特徴であるセル状骨格ないしこ
れに類似する立体構造を形成することができな
い。 このように、本発明のセラミツクフアイバー複
合体の組成材料となる前記例示の無機物は、特に
高温時において、セラミツクフアイバー自体の熱
収縮や加重軟化を少なくすると共に、その強度補
強効果により堅老性を高めるものであつて、その
組成の如何或いはセル状骨格の形状構造および膜
厚などを適正な状態にするために、極めて重要な
要素となることが判明した。 次に本発明のセラミツクフアイバーの耐火断熱
複合体を製造する方法につにて説明する。まず凡
そ20〜60mm位の長方体状の塊に切断したセラミツ
クフアイバーの集合物をオムニミキサーに投入
し、転動させながら無機結合剤又は必要により有
機粘結剤との混合溶液を加え前記セラミツクフア
イバー集合物に含浸させる。次に粒状及び粉状の
耐火材料を加え、転動させることにより前記セラ
ミツクフアイバー集合物の表面に耐火材を均一に
まぶした後、ボード状等種々の形状に成形する。 以下、本発明の代表的な実施態様などの組合せ
によるいくつかの実施例と、これによつて得られ
たセラミツクフアイバー複合体の主な特性値など
を比較例と共に図表で示す。 （比較例） セラミツクフアイバーをニーダーにて解繊、粒
状化して粒径２〜10mmのセラミツクフアイバーの
集合物を作りこれに、上記セラミツクフアイバー
集合物100重量部（以下、単に部と表わす）に対
して、20％のシリカゾル溶液を300部とシヤモツ
ト粉末を100部添加して、これらの組成物をニー
ダーにて充分混練し不定形状の混練物を作り、こ
れをボード状の成形物にして凡そ1200〜1300℃の
雰囲気中の築炉用耐火断熱天井炉壁材として使用
した。 〔実施例 １〕 アルミノシリケート質繊維を凡そ20〜60mm位の
直方体状の塊（角状の塊）に切断したセラミツク
フアイバーの集合物をオムニミキサーに投入し、
転動させながら２％のC.M.C.溶液と５％のシリ
カゲル溶液との混合溶液を加え前記セラミツクフ
アイバー集合物に含浸させる。これにムライト骨
材とムライトの微粉末組成物とを上記セラミツク
フアイバーの集合物100部に対して、ムライト骨
材を200部とムライト微粉末組成物20部（合計220
部）添加してこれらの組成物を転動させ、上記セ
ラミツクフアイバー集合物の表面に上記ムライト
骨材とアルミナ微粉末を均一にまぶした後、これ
をボード状の成形物にして、そして凡そ1200〜
1300℃雰囲気中の築炉用耐火断熱天井壁材として
使用した。 〔実施例 ２〕 アルミノシリケート質繊を凡そ20〜60mm位の長
方体状の塊に切断したセラミツクフアイバーの集
合物をオムニミキサーに投入し、転動させながら
２％のM.C.溶液と10％のアルミナゾル溶液との
混合溶液を加え前記セラミツクフアイバー集合物
に含浸させる。これにムライト骨材とアルミナ微
粉末組成物とを上記セラミツクフアイバーの集合
物100部に対して、ムライト骨材を150部とアルミ
ナ微粉末組成物50部（合計200部）添加してこれ
らの組成物を転動させ、上記セラミツクフアイバ
ー集合物の表面に上記ムライト骨材とアルミナ微
粉末を均一にまぶした後、これを耐火パイプ径に
即応した曲面加工の成形物にして、さらにこの成
形物を凡そ1400℃位の高温雰囲気中の耐熱パイプ
表面の耐火断熱被覆材として使用した。 〔実施例 ３〕 多結晶質の高アルミナ繊維を凡そ20〜60mm径位
のほぼ球状に造粒したセラミツクフアイバーの集
合物をオムニミキサーに投入し、転動させながら
２％のC.M.C.溶液と10％のアルミナゾル溶液と
の混合溶液を加え前記セラミツクフアイバー集合
物に含浸させる。これにムライト骨材とアルミナ
微粉末組成物とを上記セラミツクフアイバーの集
合物100部に対して、ムライト骨材を180部とアル
ミナ微粉末組成物を20部（合計200部）添加して
これらの組成物を転動させ、上記セラミツクフア
イバー集合物の表面にムライト骨材とアルミナ微
粉末を均一にまぶした後、これをボード状の成形
物にして、さらにこの成形物を凡そ1300℃で加熱
焼成したものを1400℃以上の温度雰囲気のバーナ
ー周辺部の耐火断熱材として使用した。 上記夫々の実施例について本発明によるセラミ
ツクフアイバーの耐火断熱複合体の使用時或いは
その使用後における主な特性値を下記の表および
第１図〜第４図に示す。

〔発明の効果〕

以上の説明でも明らかなように、本発明による
セラミツクフアイバーの耐火断熱複合体は、軽量
で且つ高強度にして、1200〜1400℃以上の高温耐
火性とその断熱性（熱伝導度）とが優れ、しかも
セラミツクフアイバー自体の最大の欠点であつた
熱収縮性が大なるものを小さくし、耐風圧性およ
びその他の耐久性などの諸性能が改良されたもの
であつて、その実用性と使用範囲を広めるなど当
業界において極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるセラミツクフアイバー
の耐火断熱複合体と従来のセラミツクフアイバー
およびその成形品と従来のセラミツクフアイバー
の耐火断熱複合体との夫々の使用温度における曲
げ強度の変化を対比する図表（説明図）であり、
第２図は、同様に残存収縮率の変化を、また、第
３図は熱伝導率の変化を、そして第４図は、加重
軟化特性を夫々示す図表である。 上記図面において、１は従来のセラミツクフア
イバーの成形品（比重0.3）、２は同じくセラミツ
クフアイバー自体（比重0.13のブランケツト）、
Ａは比較例のセラミツクフアイバーの耐火断熱複
合体、Ｂは本発明の実施例１の相当品、Ｃは本発
明の実施例２の相当品、Ｄは本発明の実施例３の
相当品における夫々の特性変化状況等を示すもの
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大きさが60mm以下の塊状、扁平状、角状のセ
   ラミツクフアイバー集合物より成る繊維部および
   粒径が10μ〜５mmのアルミナ、ムライト、シヤモ
   ツトから選ばれる何れか１種又は２種以上からな
   る骨材状の耐火材料と、粒径が10μ未満のアルミ
   ナ、ムライト、シヤモツトから選ばれる何れか１
   種又は２種以上と、アルミナセメント、シリカゾ
   ル、アルミナゾルから選ばれる何れか１種又は２
   種以上とからなる無機質結合剤で構成される無機
   物のセル状骨格部から成り、前記繊維部の合計が
   100重量部であり、前記セル状骨格部の合計が50
   〜500重量部であるセラミツクフアイバーの耐火
   断熱複合体。 ２ 前記無機物のセル状骨格部は、その膜厚が大
   部分0.5〜5.0mmの範囲内である特許請求の範囲第
   １項記載のセラミツクフアイバーの耐火断熱複合
   体。 ３ 前記セラミツクフアイバー集合物はアルミ
   ナ・シリケート質の無機繊維又は結晶質の高アル
   ミナの無機繊維であり、前記骨材状の耐火材料は
   粒径10μ〜５mmのムライトであり、前記無機質結
   合剤は粒径10μ未満のアルミナとアルミナゾルで
   ある特許請求の範囲第１又は第２項記載のセラミ
   ツクフアイバーの耐火断熱複合体。