JPWO2019188159A1 - 断熱体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
隙間が生じることを防ぐことができる断熱体を提供する。不織布とこの不織布の内部の空間にキセロゲルを担持した断熱体であって、断熱体は表面に複数個の突部を有し、断熱体の厚さをｔとしたとき、突部の高さを０．１０ｔ以上かつ０．２５ｔ以下とし、断熱体の表面での突部の大きさをｔ以上かつ５ｔ以下とし、突部が設けられた領域の断熱体の内部には空孔が設けられているように構成したものである。
Description
本開示は、断熱対策として用いられる断熱体およびその製造方法に関するものである。
近年省エネルギー化が大きく叫ばれているが、その実現方法として機器の保温によりエネルギー効率を向上させるものもある。この保温を実現するために、断熱効果に優れた断熱シートが求められている。そのため、不織布にシリカキセロゲルを担持させることにより空気よりも熱伝導率を低くした断熱体を用いることがある。
なお、この技術に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
しかしながら上記断熱体は、柔軟性に乏しく、圧力が加わった場合、圧縮されて復元しない。発熱する部品は温度とともに膨張しやすいため、温度が下がると隙間が生じやすいという問題があった。
本開示の断熱体は上記問題を解決するために、不織布とこの不織布の内部の空間にキセロゲルを担持した断熱体であって、断熱体は表面に複数個の突部を有し、断熱体の厚さをｔとしたとき、突部の高さを０．１０ｔ以上かつ０．２５ｔ以下とし、突部の大きさをｔ以上かつ５ｔ以下とし、突部が設けられた領域の断熱体の内部には空孔を設けたものである。
本開示に係る断熱体によれば、以上のように構成することにより、外部から断熱体に力が加わっても、空孔部分が圧縮され、力がなくなったときには、反発力によりもとに戻るため、隙間が生じることを防ぐことができる。
以下、本開示の一実施の形態における断熱シートについて、図面を参照しながら説明する。
図１は本開示の一実施の形態における断熱体の断面図であり、図２は本開示の一実施の形態における断熱体の上面図である。
断熱体１２は、内部に空間を有するガラス繊維からなる不織布１１の空間にシリカキセロゲル（図示しない）を担持させることにより構成されている。この不織布１１は、平均繊維太さ約１０μｍ、平均長さ約５００μｍの短繊維のガラス繊維から成り、不織布１１の中で空間の占める割合は約９０％となっている。このシリカキセロゲルは内部にナノサイズの空間を有しているため、このシリカキセロゲルが充填されている部分の熱伝導率は、空気の熱伝導率と同等かそれよりも小さいものとなっている。なおこのシリカキセロゲルは、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもかまわない。
ここで断熱体１２の厚さは約１ｍｍ、大きさは約１００ｍｍ角（約１００ｍｍ□）となっている。断熱体１２の表面に断熱体１２と同じ材料よりなる複数個の突部１３が設けられ、この突部１３の、断熱体１２の表面からの高さｈは約０．１５ｍｍ、断熱体１２の表面での直径ｄは約３ｍｍとなっている。この突部１３が設けられた領域の断熱体１２の内部には空孔１４が設けられている。
このようにすることにより、突部１３が設けられた面を押しても、空孔１４による反発力が生じ、押す力を取り除けばもとの形状に戻ろうとする。そのため温度の上昇、下降によって断熱体１２に力が加わっても、隙間ができにくい断熱体を得ることができる。
空孔１４はシリカキセロゲルと不織布１１により完全に囲まれていることが望ましいが、不織布に短繊維を用いることにより、完全に囲まれていなくても、反発力を発生させることができる。
突部１３の高さｈは、断熱体１２の厚さをｔとしたとき、０．１０ｔ以上かつ０．２５ｔ以下とすることが望ましい。この高さが０．１ｔよりも小さくなると本開示にかかる発明の効果が小さくなり、０．２５ｔよりも大きくなると形状を保つことが難しくなるためである。
また断熱体１２の表面での突部１３の直径ｄは、ｔ以上かつ５ｔ以下とすることが望ましい。ｄがｔよりも小さいと十分な高さを確保することが難しくなり、ｄが５ｔよりも大きくなると、反発力が小さくなるためである。
また断熱体１２の表面積に対して、突部１３が占める割合を、１２．７％以上かつ２２．７％以下とすることが望ましい。この割合が１２．７％より小さくなると圧力を受ける面積が小さくなりすぎ、空孔１４がつぶれてしまう可能性がある。逆にこの割合が２２．７％よりも大きくなると反発力が弱まってしまうためである。なお、断熱体１２の表面積は、例えば上記の場合約１００ｍｍ角であるので、約１０４ｍｍ２となる。また、例えば突部１３の面積の平均を７．１ｍｍ２（直径ｄは約３ｍｍ、ｄ＝３ｔ）として、当該突部が２００個ある場合、断熱体１２の表面における突部１３の占める面積の割合は、７．１×２００／１０４＝１４．２％となる。
さらに空孔１４は、突部１３が設けられた面を上にしたとき、断熱体１２の厚さ方向の１０％以上かつ３５％以下の位置に設けることが望ましい。この位置が３５％よりも中心に近くなると、十分な反発力を得ることができず、１０％よりも表面に近くなると、表面部分の強度が弱くなりやすいためである。
なお、上記実施形態において、断熱体１２の表面での突部１３の形状は円形であるとしたが、円形に限らず、気泡の発生状況により楕円形の場合もあれば、円が複数部分的に連なった形状もありうる。ここで、ある形状を有する１つの突部について、断熱体１２の表面での突部１３の大きさは、当該突部１３の面積と等しい面積を有する円の直径と定義される。例えば、突部１３が直径ｄの円とすれば、突部１３の大きさは、ｄとなる。
次に、本開示の一実施の形態における断熱体の製造方法について説明する。
まず厚さ約１ｍｍ、平均繊維長さ約５００μｍの短繊維のガラス繊維からなる不織布を準備する。
次にステップａ）として、８％以上の水ガラス原料と炭酸エステルを混合して作製したゾルを、不織布に含浸、ゲル化させる。そして、フィルムで挟んだ状態で２軸ロールなどを用いて厚み規制を行い、ヒドロゲル−不織布の複合体を生成する。このとき、ヒドロゲル−不織布の複合体を水洗する。
次にステップｂ）として、ステップａ）で生成したヒドロゲル−不織布の複合体を、シリル化剤と混合してシリル化させる。シリル化、及びシリル化剤は、公知の方法、及び公知の材料を用いることができるが、ヒドロゲル−不織布の複合体を塩酸水溶液に浸漬させた後、シロキサンとアルコールの混合液で処理する方法が迅速にシリル化処理を行うことができ好ましい。
次にステップｃ）として、ステップｂ）で得られた表面修飾したヒドロゲル−不織布の複合体中に含まれる液体を臨界温度未満及び臨界圧力未満で乾燥することによって除去し、不織布の内部空間にシリカキセロゲルを担持した断熱材を得る。
ステップａ）において、珪酸の脱水縮合と供に、炭酸ナトリウムが生成し炭酸ナトリウムがゲル中に取り込まれて非常に塩基性の強いヒドロゲルが得られることがある。ステップｂ）において、このヒドロゲルを塩酸に浸漬させると、塩酸と炭酸ナトリウムの中和反応が起こり、急激に炭酸ガスが発生する。
繊維同士の絡み合いが少ない短繊維の不織布を使用し、炭酸ガスの発生により、繊維シート内に気泡を多く発生させることにより、内部に空孔を形成し、空孔の位置の表面に突部を形成することができる。このとき、ヒドロゲル−不織布の複合体をほぼ水平に配置して反応させることにより、発生したガスは上方に動こうとするため、上方の表面部分を持ち上げ、中心よりも上方の位置に空孔を形成することができる。
なお、ここで短繊維の不織布とは、平均繊維長が５ｍｍ以下の不織布をいう。
本開示に係る断熱体およびその製造方法は、外部から断熱体に力が加わっても、空孔部分が圧縮され、力がなくなったときには、反発力によりもとに戻るため、隙間が生じることを防ぐことができ、産業上有用である。
１１ 不織布
１２ 断熱体
１３ 突部
１４ 空孔
１２ 断熱体
１３ 突部
１４ 空孔
Claims (4)
- 不織布とこの不織布の内部の空間にキセロゲルを担持した断熱体であって、
前記断熱体は表面に複数個の突部を有し、
前記断熱体の厚さをｔとしたとき、前記突部の高さを０．１０ｔ以上かつ０．２５ｔ以下とし、前記突部の大きさをｔ以上かつ５ｔ以下とし、
前記突部が設けられた領域の前記断熱体の内部には空孔が設けられている断熱体。 - 前記断熱体の表面積に対して、前記断熱体の前記表面にて前記突部が占める割合を、１２．７％以上かつ２２．７％以下とした請求項１記載の断熱体。
- 前記空孔は、前記突部が設けられた面を上にしたとき、前記断熱体の厚さ方向の１０％以上かつ３５％以下の範囲に設けられている請求項１記載の断熱体。
- 短繊維からなる不織布の内部空間にキセロゲルを担持させることにより断熱体を得る製造方法であって、
前記不織布にゾル液を含浸させる工程と
前記ゾル液を含浸させる工程の後、前記ゾル液をシリル化させる工程と、
前記ゾル液をシリル化させる工程の後、臨界温度未満及び臨界圧力未満で乾燥する工程と、を有し、
前記ゾル液をシリル化させる工程においてガスを発生させることにより、前記断熱体の内部に空孔を形成し、この空孔の位置の前記断熱体の表面に突部を形成する、断熱体の製造方法。
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