KR20070081745A

KR20070081745A - 무기 섬유체

Info

Publication number: KR20070081745A
Application number: KR1020070009302A
Authority: KR
Inventors: 야스따까 이또; 츠또무 사또
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-08-17
Also published as: CN101021294A; US20070196652A1; EP1818321A2; US7718252B2; KR100785211B1; EP1818321A3; CN100507339C; JP2007211963A

Abstract

본 발명은 발진성이 감소되고, 단열성이 높으며, 내구성이 개선된 무기 섬유체를 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명의 무기 섬유체는 기포를 갖는 무기 피복층이 무기 섬유 성형체 표면의 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 한다.

무기 섬유체, 무기 피복층, 무기 섬유 성형체

Description

무기 섬유체{INORGANIC FIBER ARTICLE}

도 1은 본 발명의 무기 섬유체를 노출면에 대해서 수직으로 절단한 경우의 단면의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래의 무기 섬유체를 노출면에 대해서 수직으로 절단한 경우의 단면의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 무기 섬유체를 구성하는 발포 유리층의 조성의 X선 회절 결과를 나타내는 차트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 무기 섬유체

2: 무기 피복층

3: 무기 섬유 성형체

4: 기포

5: 무기 섬유

6: 무기 분체

11: 내열 재료

12: 유리층

13: 기재

14: 무기 섬유질 재료

15: 무기 입자

16: 유리

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3606744호 공보

본 발명은 무기 섬유체에 관한 것이다.

태양 전지는 출발 재료인 Si 기판에 트랜지스터 등을 형성함으로써 제조된다. 따라서, Si 기판에는 통상 복수회의 열 처리가 실시되게 된다. 또한, 열 처리용 가열로의 내부에는, Si 기판 반송용 컨베이어가 설치되는 것 이외에, 열 에너지 손실의 감소를 위해, 동일한 컨베이어를 포위하도록 단열재가 배치된다.

여기서 상기 단열재로는, 예를 들면 세라믹 섬유, 무기 바인더, 섬유 응결제 및 섬유 응집제를 혼합 분산시켜 이루어지는 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 사용하여 습식 초조(抄造)를 행함으로써 응집체로 만들고, 이어서 이 응집체를 가압하고, 두께 방향으로 압축함으로써 제조된 판형체가 사용되고 있다.

태양 전지를 제조하는 공정에서는, Si 기판 상에 배선 등을 직접 제조하기 때문에, Si 기판 표면은 매우 엄격한 청정도가 요구된다. 또한, Si 기판에는 각종 열 처리를 실시할 필요가 있다. 이 Si 기판에 대한 각종 열 처리에는 가열로가 이 용되므로, 당연한 것이지만 가열로의 내벽이나 붕판(棚板)을 구성하는 단열재로부터의 발진에 대해서도 매우 엄격한 조건이 부과된다.

이는, 각종 열 처리 중에 가열로의 내벽이나 붕판을 구성하는 단열재로부터 비산된 먼지가 Si 기판 표면에 부착되는 것은 회로의 불량 발생의 큰 요인이 되기 때문이다. 이러한 단열재로부터의 발진은 유리 기판, 세라믹 기판 등의 기판 상에 도체 회로를 형성하는 공정이나, 디스플레이 기판의 제조 공정, 반도체 제조 장치의 제조 공정 등에서도, 불량 발생의 한 요인으로 되어 있었다.

따라서, 단열재로부터의 발진을 감소시키기 위해, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 무기 섬유질 재료 (14)를 주성분으로 하고, 무기 입자 (15)를 포함하는 기재 (13)에 유리 재료를 주성분으로 하는 유리 재료 함유 기재를 가열 처리하여 얻어지는 유리층 (12)를 접하여 설치하고, 상기 기재가 바인더로서 상기 유리 재료를 가열 처리하여 얻어지는 유리 (16)을 포함함과 동시에, 상기 유리층 (12)가 보강재로서 상기 무기 섬유질 재료 (14)를 포함하는 내열 재료 (11)이 개시되어 있다.

특허 문헌 1에 개시된 내열 재료는 기재 상에 유리층이 형성되어 있기 때문에, 노출면 전체가 무기 섬유로 구성되어 있는 다른 단열부와 비교하면, 발진성을 감소시킨다는 점에서 일정한 효과를 갖는 것이었다.

그러나, 특허 문헌 1에 개시된 내열 재료에서는, 유리층 (12)에 보강재로서 포함되는 무기 섬유질 재료 (14)가 유리층 (12) 표면에 노출되는 경우가 있고, 이 경우, 보강재로서 포함된 무기 섬유질 재료 자체가 발진의 원인이 되고 있었다.

또한, 상기 내열 재료에서는, 급격한 가열이나 장기간의 사용에 의해 유리층 (12)에 미세한 균열이 발생하는 경우가 있었다. 또한, 일단 미세한 균열이 발생한 경우에는, 그 균열이 진전되는 것을 중지시킬 수 없어 큰 균열로 성장하기 때문에, 상기 내열 재료는 내구성의 관점에서 개선할 필요가 있었다.

본 발명자들은, 상기 과제를 감안하여 예의 검토한 결과, 무기 섬유 성형체의 표면의 적어도 일부에서 기포를 갖는 무기 피복층을 형성함으로써, 발진성이 감소되고, 단열성이 높으며, 내구성이 개선된 무기 섬유체를 얻을 수 있고, 이 무기 섬유체를 여러 가지 용도로 사용할 수 있다는 것을 발견하여 다양한 관점에서 검토를 행하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 무기 섬유체는 기포를 갖는 무기 피복층이 무기 섬유 성형체 표면의 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 무기 피복층은, 상기 무기 섬유 성형체의 외형상을 이루는 면 중 한면의 전체면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 무기 피복층은 주로 비정질 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비정질 물질은 유리, 다이아몬드 라이크 카본, 실리콘 산화막, 하프늄 산화막, 칼코게나이드계 다원 합금, 단백석질로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 비정질 물질인 것이 바람직하다.

상기 무기 피복층은 탄화물 결정, 질화물 결정, 산화물 결정 및 탄소 결정으 로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정질 물질을 함유하는 것이 바람직하다.

상기 기포의 적어도 일부는 폐기공인 것이 바람직하다.

상기 무기 피복층에서의 노출면측으로부터 상기 무기 섬유 성형체측으로의 투수율은 1 ％ 이하인 것이 바람직하다.

상기 기포의 직경은 상기 무기 피복층의 두께의 90 ％ 이하인 것이 바람직하다.

상기 무기 피복층은 실리카를 30 중량％ 이상 함유하고, 추가로 열 팽창 계수가 6 ppm 이하인 것이 바람직하다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 무기 섬유체에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 무기 섬유체는 기포를 갖는 무기 피복층이 무기 섬유 성형체의 표면의 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 무기 섬유체 (1)은 무기 섬유 성형체 (3)과, 무기 섬유 성형체 (3)의 표면의 일부에 형성된 무기 피복층 (2)를 포함한다.

무기 섬유 성형체 (3)은 적어도 무기 섬유 (5)를 포함하고, 필요에 따라 무기 분체 (6)(후술)이 첨가되어 있다. 무기 섬유 성형체 (3)의 미세 구조를 관찰하면, 무기 섬유 (5)끼리 얽힌 구조를 갖고 있고, 무기 섬유 (5)끼리 얽힘으로써 서 로 지지하여, 일정한 형상을 유지하고 있다. 또한, 무기 결합제가 존재하는 경우에는, 무기 섬유 (5)끼리 얽혀 접촉한 점 또는 면에서 서로 결합하여 단단히 지지하기 때문에, 기계적 특성이 한층 향상된다. 또한, 무기 섬유 성형체 (3)에 무기 분체 (6)이 첨가되어 있는 경우는, 이 무기 섬유 (5)가 얽힌 구조에 무기 분체 (6)이 포섭되어 있어, 복사 전열이나 대류 전열을 억제할 수 있어, 단열 특성이 향상된다.

한편, 무기 피복층 (2)는 무기 섬유 성형체 (3)에 대해서 밀착성이 양호한 막을 형성하고, 그 내부에 다수의 기포 (4)를 갖는다. 무기 섬유 성형체 (3)의 소정 두께의 최외표면에 존재하는 무기 섬유 (5)와 무기 피복층 (2)가 서로 고착 또는 융착됨으로써, 무기 피복층 (2)는 무기 섬유 성형체 (3)의 최외표면에 대해서 단단히 고착되어 있다.

무기 피복층 (2)와 무기 섬유 성형체 (3)의 계면에서는, 무기 섬유 성형체 (3)을 구성하는 무기 섬유 (5)가 실질적으로 무기 피복층 (2) 중에 존재하지 않거나, 무기 섬유 (5)가 무기 피복층 (2) 중에 진입하여 무기 섬유 진입층을 형성하고 있어도, 무기 피복층 (2)의 두께에 대한 무기 섬유 진입층의 비율은 매우 작다. 통상, 이 진입층의 두께는 100 ㎛ 이하이다. 이와 같이, 무기 섬유 성형체 (3)과 무기 피복층 (2)의 밀착성은 유지되어 있지만, 무기 섬유 성형체 (3)을 구성하는 무기 섬유 (5)가 무기 피복층 (2)에 존재하는 비율이 매우 작기 때문에, 종래의 무기 섬유체에서 발생하고 있던 유리층에 존재하는 무기 섬유 자체에 의한 발진을 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 무기 피복층 (2)의 두께에 대한 무기 섬유 진입층의 두께의 비율은 통상 20 ％ 이하이다.

무기 피복층 (2)는 무기 섬유 성형체 표면의 적어도 일부에 형성되어 있을 수 있지만, 무기 섬유 성형체 (3)의 외형상을 이루는 면 중 한면의 전체면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 무기 섬유체 (1)의 외형상을 이루는 면 중 한면의 전체면이 무기 피복층 (2)에 의해서 덮이면, 본 발명의 무기 섬유체 하나로 가열로 등의 피단열물의 표면을 덮을 수는 없어도, 복수개의 본 발명의 무기 섬유체를 조합함으로써, 피단열물의 표면 전체를 덮을 수 있다. 또한, 무기 섬유체 (1)의 외형상을 이루는 면의 전체면을 무기 피복층 (2)로 덮음으로써, 보다 높은 발진 방지 성능을 실현할 수 있다. 이와 같이, 요구되는 단열 성능이나 발진 방지 성능에 따라서 무기 피복층 (2)의 형성 양태를 변화시킴으로써, 본 발명의 무기 섬유체 (1)은 여러 가지 요구에 응할 수 있을 뿐만 아니라, 생산 효율을 향상시킬 수 있어 비용 절감을 도모할 수 있다.

무기 피복층 (2)의 두께로는 특별히 한정되지 않고, 두께의 바람직한 상한은 5 mm이며, 보다 바람직한 상한은 3 mm이다. 한편, 두께의 바람직한 하한은 0.4 mm이고, 보다 바람직한 하한은 0.7 mm이다.

무기 피복층 (2)의 두께가 0.4 mm 미만이면 단열성이 저하됨과 동시에, 강도를 유지하는 것이 곤란해져 균열 등이 발생하기 쉬워진다. 한편, 무기 피복층 (2)의 두께를 5 mm를 초과하는 두께로 하기에는, 형성 순서가 매우 번잡해지거나, 기술적 곤란을 수반하기 때문이다.

무기 피복층 (2)는 기포 (4)를 갖지만, 이 기포의 적어도 일부는 폐기공인 것이 바람직하다.

기포의 적어도 일부가 폐기공이면, 무기 피복층 (2)에서의 공기의 대류를 방지할 수 있어 단열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기포가 개기공이면, 무기 섬유 성형체 (3)으로부터 발진한 발진체가 이 개기공을 통과해 무기 피복층 (2)의 외부로 배출될 우려가 있다. 그러나 기포가 폐기공을 갖고 있으면, 무기 섬유가 무기 피복층을 통과하지 않기 때문에, 유효하게 발진을 억제할 수 있다. 이 무기 피복층 (2)에서는 거의 모든 기포 (4)가 폐기공인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 기포의 직경은 상기 무기 피복층 두께의 90 ％ 이하인 것이 바람직하고, 50 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 기포의 직경이 상기 무기 피복층 두께의 90 ％를 초과하면, 무기 피복층에서의 공극 부분이 증가함으로써 무기 피복층의 강도가 저하함과 동시에, 개기공이 발생하기 쉬워지고, 공기 대류에 의한 단열성의 저하를 일으키기 때문이다.

상기 기포의 직경은 구체적으로는 10 내지 1600 ㎛인 것이 바람직하다.

기포의 직경이 상기 범위에 있으면, 무기 피복층에서의 균열 등의 진행을 유효하게 방지할 수 있으며, 단열성도 향상시킬 수 있다.

단, 상기 기포의 직경은 상기 범위 중, 상기 무기 피복층 두께의 90 ％ 이하라는 조건을 충족하는 범위의 직경이다.

무기 피복층에서 기포가 차지하는 영역의 비율로는 특별히 한정되지 않지만, 40 내지 90 부피％인 것이 바람직하다.

상기 비율이 40 부피％ 미만이면, 고체 전열의 비율이 증가하여 단열성이 저하되고, 한편 상기 비율이 90 부피％를 초과하면, 강도가 저하함과 동시에, 개기공의 존재 비율이 상승하고, 발진을 유효하게 억제할 수 없게 될 우려가 있다.

비정질 물질은 비정질성을 갖고 있기 때문에, 결정성 물질과 비교하여 열이 전해지기 어려워 단열성이 양호해진다. 또한, 비정질 물질에서는 가공성이 양호해지며, 기계적 특성이 등방적이 되기 때문에, 특성 방향으로 균열이 발전되기 쉽다는 등의 문제점이 없어진다. 또한, 비교적 저온에서 비정질 물질을 포함하는 무기 피복층을 용이하게 형성할 수 있다. 주로 비정질 물질을 포함하는 무기 피복층은 상기한 이유로부터 무기 섬유 성형체에 대한 밀착성이 양호하고, 우수한 내열성을 갖는다.

무기 피복층 (2)를 구성하는 비정질 물질은 유리, 다이아몬드 라이크 카본, 실리콘 산화막, 하프늄 산화막, 칼코게나이드계 다원 합금, 단백석질로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 비정질 물질인 것이 바람직하다.

상기에 열거한 비정질 물질은 단열성과 가공성이 양호하며, 다른 기능성 재료와의 복합화가 용이하기 때문이다.

상기 비정질 물질 중, 내열성이나 가공성, 입수 용이성의 관점에서는 유리가 바람직하다.

이하, 무기 피복층 (2)가 비정질 물질로서 유리를 함유하는 경우에 대해서 설명한다.

무기 피복층 (2)에 함유되는 유리로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 석영 유리, 알루미노규산 유리, 붕규소산 유리, 소다석회 유리, 칼리소다 유리, 납 칼리 유리 등을 들 수 있다. 이들의 유리는 단독으로 사용할 수도 있고, 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 유리를 구성하는 주된 재료로는, 예를 들면 실리카, 알루미나, 붕산 등을 들 수 있다. 무기 피복층에서는, 이들의 재료가 용융된 상태로 비정질성의 층 구조를 형성하고 있다. 또한, 무기 피복층에는 필요에 따라 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬 등의 알칼리 금속 화합물, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화바륨 등의 알칼리 토금속 화합물이 보조적으로 첨가될 수도 있다.

상기 무기 피복층은 실리카를 30 중량％ 이상 함유하며, 열 팽창 계수가 6 ppm 이하인 것이 바람직하다.

상기 무기 피복층이 실리카를 30 중량％ 이상 함유하면, 무기 피복층을 효율적으로 형성할 수 있으며, 단열성도 향상시킬 수 있다. 또한, 열 팽창 계수가 6 ppm 이하이면, 온도가 변화하여도 큰 열응력이 발생하기 어렵고, 600 ℃ 이상이라는 가혹한 고온 조건에서 무기 섬유체를 사용하여도 균열 등의 발생을 유효하게 방지할 수 있다.

여기서 상기 실리카의 함유량에 관한 조건을 고려하면, 상기 유리의 주된 구성 재료의 예시적인 함유량으로는, 각각 실리카 30 내지 70 중량％, 알루미나 5 내지 30 중량％, 붕산 5 내지 25 중량％라는 함유량을 들 수 있다. 또한, 주된 구성 재료 이외의 잔분으로서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 그 밖의 불가피한 불순물 등이 상기 유리에 포함된다. 이러한 범위로 각각의 구성 재료가 포함되어 있으면 무기 섬유 성형체의 표면에 내구성, 내열성, 단열성, 기계적 강도 등이 우수한 무기 피복층을 형성할 수 있다.

상기 무기 피복층은 탄화물 결정, 질화물 결정, 산화물 결정 및 탄소 결정으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 결정질 물질을 함유하는 것이 바람직하다.

상기 결정질 물질은, 고온(예를 들면, 1000 ℃)으로 가열하면, 주로 유리 등으로 구성된 무기 피복층 중의 산소와 반응하여, 이산화탄소 등의 기체를 발생한다. 따라서, 무기 피복층을 형성할 때의 비정질 물질의 용융 온도에서, 상기 결정질 물질은 쉽게 기체를 발생하기 때문에, 기포를 형성하기 위한 발포제로서의 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이, 무기 피복층에는 결정질 물질의 발포에 의해 형성된 기포가 존재하기 때문에, 무기 피복층은 폐기공에 의해서 분단된 분단 구조를 갖는다. 이 분단 구조에 의해, 균열 등이 발생하여도 그 진행이 완충되어, 무기 피복층 전체에의 균열 등의 진행이 유효하게 방지된다.

상기 탄화물 결정으로는, 예를 들면 탄화규소, 탄화티탄, 탄화철, 탄화바나듐, 탄화크롬, 탄화몰리브덴 등의 탄화물 결정을 들 수 있다.

또한, 상기 질화물 결정으로는, 예를 들면 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화구리, 질화철, 질화갈륨, 질화몰리브덴, 질화텅스텐, 질화리튬, 질화마그네슘 등의 질화물 결정을 들 수 있다.

상기 산화물 결정으로는, 예를 들면 PbO, BaCO₃, CaCO₃ 등의 산화물을 들 수 있다.

상기 탄소 결정으로는, 예를 들면 흑연 등을 들 수 있다.

이러한 결정질 물질을 무기 피복층이 함유함으로써, 효율적으로 기포를 형성할 수 있다.

상기 결정질 물질은, 무기 피복층에서의 기포 형성을 위한 발포제로서 유효하게 기능하고, 그 일부는 무기 피복층에 잔류한다. 이들은 충전제로서 기능하여, 무기 피복층의 강도를 향상시킬 수 있다. 이 점에서도, 상기한 바와 같은 결정질 물질이 바람직하다. 상기 결정질 물질은 무기 피복층에서의 균열 등의 진전을 저지시킨다는 점에서도 유효하게 기능한다. 또한, 상기 결정질 물질은 반드시 잔류하는 것은 아니다.

무기 피복층에서의 상기 결정질 물질의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 무기 피복층이 주로 비정질 물질을 포함하는 경우, 비정질 물질 100 중량부에 대해서, 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.

상기 결정질 물질의 함유량이 10 중량부 미만이면 무기 피복층에서 형성되는 기포수가 적어져, 단열성이나 내균열성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 함유량이 30 중량부를 초과하면, 형성되는 기포수가 많아져 강도나 단열성이 저하되며, 개기공의 존재 비율이 높아지기 때문에 발진을 유효하게 억제하지 못할 우려가 있다.

여기서 무기 피복층에 포함되는 상기 결정질 물질의 평균 입경의 바람직한 상한은 100 ㎛이고, 보다 바람직한 상한은 30 ㎛이며, 한편 상기 평균 입경의 바람직한 하한은 5 ㎛이고, 보다 바람직한 하한은 10 ㎛이다.

상기 결정질 물질의 평균 입경은 그 중량과 함께 기포의 직경과 상관 관계를 갖는다. 즉, 요구되는 기포의 직경에 따라 발포제로서 첨가하는 결정질 물질의 평균 입경이나 양이 결정된다. 결정질 물질의 평균 입경이 100 ㎛를 초과하면, 형성되는 기포의 직경이 지나치게 커진다. 한편, 평균 입경이 5 ㎛ 미만이면, 결정성 물질이 응집하기 쉬워져, 응집체 때문에 지나치게 큰 기포가 형성되는 경우도 있다. 따라서, 분말의 취급성이 곤란해진다.

열거한 결정질 물질 중에서는, 특히 탄화물 결정이나 탄소 결정이 바람직하다.

이들 물질은 고온에서의 산소와의 반응에 의해, 이산화탄소를 효율적으로 발생하기 때문에, 무기 피복층에서의 기포의 형성에 유효하기 때문이다.

또한, 상기 탄화물 결정 중 탄화규소가 바람직하다.

이는, 고온에서의 산소와의 반응성이 높아지기 때문에, 이산화탄소를 용이하게 발생하므로, 발포제로서 효율적으로 기포를 형성할 수 있기 때문이다.

또한, 탄화규소는 도전성 물질이고, 무기 피복층이 이 탄화규소를 함유하고 있으면, 고온에서의 무기 피복층의 부피 저항을 1자릿수로 저하시킬 수 있다. 따라서, 탄화규소를 포함하는 무기 피복층에서는, 정전 효과에 의한 분위기 중 먼지나 티끌의 부착을 유효하게 방지할 수 있어, 사용 환경을 깨끗이 유지할 수 있다.

투수율이 1 ％를 초과하면, 무기 피복층에서의 개기공의 존재 비율이 높아져, 무기 섬유체에서의 발진을 유효하게 방지하는 것이 곤란해지지만, 본 발명의 무기 섬유체에서는 개기공의 비율을 낮게 유지할 수 있기 때문에, 발진을 방지할 수 있다.

이어서, 무기 섬유 성형체 (3)에 대해서 설명한다.

무기 섬유 성형체 (3)을 구성하는 무기 섬유 (5)로는, 예를 들면 실리카-알루미나 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 지르코니아 섬유, 유리 섬유, 티탄산칼륨 위스커 섬유, 암면, 및 이들 열기한 무기 섬유에 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유시킨 무기 섬유 등을 들 수 있다. 이들 무기 섬유는 내열성·강도·입수 용이성 등의 관점에서 바람직하다. 상기 무기 섬유는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다. 상기 무기 섬유 중, 내열성·취급성의 관점에서, 특히 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다.

또한, 알칼리 금속 화합물 등을 함유시킨 무기 섬유에서의 알칼리 금속 화합물 등의 함유량은 15 내지 40 중량％인 것이 바람직하다. 이러한 무기 섬유는 생리 식염수에 대해 적절한 용해성을 나타냄으로써, 분위기 중에 방출된 경우에도 환경이나 생태계에 대해서 안전하다.

상기 무기 섬유의 단면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 원형 단면, 편평 단면, 중공 단면, 다각 단면, 심초형(sheath-core) 단면 등을 들 수 있다. 그 중에 서도, 중공 단면, 편평 단면 또는 다각 단면을 갖는 이형 단면 섬유는, 전열 중 복사 전열을 반사하는 기회가 많아지고, 단열성도 약간 향상되기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이의 바람직한 하한은 0.1 mm이고, 보다 바람직한 하한은 0.5 mm이다. 한편, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이의 바람직한 상한은 50 mm이고, 보다 바람직한 상한은 10 mm이다.

상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 0.1 mm 미만이면, 무기 섬유끼리 얽히기 어려워, 얻어지는 무기 섬유 성형체의 기계적 강도가 저하되는 경우가 있다. 한편, 상기 평균 섬유 길이가 50 mm보다 길면, 보강 효과는 얻어지지만 무기 섬유끼리 긴밀히 얽히지 않거나, 단일한 무기 섬유만으로 동그랗게 되고, 그에 따라 연속한 공극이 생기기 쉬워지기 때문에 단열성의 저하를 초래할 우려가 있다.

상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경의 바람직한 하한은 1 ㎛이고, 보다 바람직한 하한은 2 ㎛이다. 한편, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경의 바람직한 상한은 10 ㎛이고, 보다 바람직한 상한은 5 ㎛이다.

상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경이 1 ㎛ 미만이면, 무기 섬유 자체의 기계적 강도가 저하되고, 한편 10 ㎛보다 크면, 무기 섬유를 매체로 하는 고체 전열이 증가하여 단열성이 저하되는 경우가 있기 때문이다.

무기 섬유 성형체 (3)은 추가로 무기 분체 (6)을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 무기 섬유체를 구성하는 무기 섬유 성형체는 적어도 무기 섬유로 구성될 수 있고, 이러한 무기 섬유 성형체의 사용에 의해 본 발명의 무기 섬유체로 서의 효과를 발휘시킬 수 있지만, 무기 분체 (6)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

무기 섬유 성형체가 상기 무기 분체를 더 포함함으로써, 복사 전열을 효율적으로 억제할 수 있다. 또한, 무기 섬유가 얽혀서 생긴 구조 중 연속한 공극을 분단할 수 있기 때문에, 무기 섬유 성형체에서의 대류 전열도 유효하게 저감시킬 수 있다.

상기 무기 분체로는, 예를 들면 TiO₂ 분체, BaTiO₃ 분체, PbS 분체, SiO₂ 분체, ZrO₂ 분체, SiC 분체, NaF 분체 및 LiF 분체 등을 들 수 있다. 이들 무기 분체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 무기 분체를 조합하여 사용하는 경우, 바람직한 조합으로는 TiO₂ 분체와 SiO₂ 분체와의 조합, TiO₂ 분체와 BaTiO₃ 분체와의 조합, SiO₂ 분체와 BaTiO₃ 분체와의 조합, 또는 TiO₂ 분체와 SiO₂ 분체와 BaTiO₃ 분체와의 조합을 들 수 있다.

상기 무기 섬유의 배합량으로는, 무기 섬유 성형체를 구성하는 재료의 합계 중량에 대해서, 바람직한 상한이 50 중량％이고, 더욱 바람직한 상한은 40 중량％ 이다. 한편, 상기 무기 섬유의 배합량의 바람직한 하한은 5 중량％이고, 더욱 바람직한 하한은 10 중량％이다.

이 배합량이 5 중량％ 미만이면, 무기 섬유에 의한 보강 효과가 얻어지지 않고 무기 섬유 성형체 또는 무기 섬유체의 취급성, 기계적 강도가 저하된다. 한편, 50 중량％를 초과하면, 무기 섬유 성형체를 구성하는 무기 섬유가 얽힌 구조에서 연속한 공극이 많이 존재하게 되어, 대류 전열, 분자 전열, 복사 전열이 증대하기 때문에 단열 특성이 저하된다.

상기 무기 분체의 배합량으로는, 무기 섬유 성형체를 구성하는 재료의 합계 중량에 대해서, 바람직한 상한이 95 중량％이고, 더욱 바람직한 상한은 90 중량％ 이다. 이에 대하여, 상기 무기 분체의 배합량의 바람직한 하한은 50 중량％이고, 더욱 바람직한 하한은 60 중량％이다.

무기 분체의 배합량이 상기 범위에 있으면, 무기 섬유에 의한 보강 효과를 유지하면서, 복사 전열을 감소시킬 수 있다. 또한, 무기 섬유의 교락 구조 중 연속한 공극을 분단하는 것에 의한 대류 전열 감소 효과를 얻을 수 있다.

상기 무기 분체의 평균 입경의 바람직한 하한은 0.5 ㎛이고, 보다 바람직한 하한은 1 ㎛이다. 한편, 상기 무기 분체의 평균 입경의 바람직한 상한은 20 ㎛이고, 보다 바람직한 상한은 10 ㎛이다.

상기 무기 분체의 평균 입경이 0.5 ㎛ 미만이면 무기 섬유 성형체의 제조가 곤란해질 뿐만 아니라, 복사열의 산란이 불충분해져, 무기 섬유 성형체의 열 전도율이 상승한다(즉, 단열성이 저하한다). 한편, 평균 입경이 20 ㎛보다 큰 무기 분체를 사용하면, 무기 섬유 성형체 내에 발생하는 공극이 매우 커지기 때문에, 대류 전열 및 분자 전열이 증대되어, 이 경우에도 열 전도율이 상승한다.

또한, 무기 분체의 형상으로는, 평균 입경이 상기 범위 내에 있으면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 구체, 타원체, 다면체, 표면에 요철이나 돌기를 갖는 형상 및 이형체 등의 임의의 형상을 들 수 있다.

또한, 상기 무기 분체에서 파장 1 ㎛ 이상의 빛에 대한 굴절률의 비(비굴절률)가 1.25 이상인 것이 바람직하다.

상기 무기 분체는 복사열의 산란재로서 매우 중요한 역할을 갖고 있으며, 굴절률이 클수록 복사열을 보다 효과적으로 산란시킬 수 있다. 또한, 비굴절률에 대해서는, 포논 전도의 억제에 매우 중요하며, 이 값이 클수록 억제 효과가 양호하다. 따라서, 본 발명에서는 무기 분체의 바람직한 비굴절률의 값은 1.25 이상이다.

여기서 포논 전도의 억제에 대해서 좀 더 설명하면, 포논 전도를 억제할 수 있는 재료로는, 일반적으로 결정 내에 격자 결함을 갖고 있는 물질 또는 복잡한 구조를 갖고 있는 물질이 알려져 있다. 상술한 TiO₂나 SiO₂, BaTiO₃은 격자 결함을 갖기 쉽고, 복잡한 구조를 갖고 있기 때문에, 복사열의 산란뿐만 아니라, 포논의 산란에도 효과적인 것으로 생각된다.

또한, 상기 무기 분체로서, 파장 10 ㎛ 이상의 빛에 대한 반사율이 70 ％ 이상인 무기 분체를 바람직하게 사용할 수 있다. 파장 10 ㎛ 이상의 빛은 소위 적외선 내지 원적외선 파장 영역의 빛이고, 이 파장 영역의 빛에 대한 반사율이 70 ％ 이상임으로써, 복사 전열을 보다 유효하게 감소시킬 수 있다.

상기 무기 분체의 고체 열 전도율은 실온에서 20.9 W/mK 이하인 것이 바람직하다.

실온에서의 고체 열 전도율이 20.9 W/mK보다 큰 무기 분체를 원료로서 사용 하면, 무기 섬유 성형체 내에서 고체 전열이 지배적이 되어, 열 전도율이 상승한다(단열성이 저하한다).

여기서, 본 명세서에서 무기 섬유란 종횡비가 3 이상인 무기 섬유를 말한다. 한편, 무기 분체란 종횡비가 3 미만인 무기 분체를 말한다. 또한, 종횡비란 물질의 단직경 a에 대한 장직경 b의 비(b/a)이다.

또한, 상기 무기 섬유 성형체는 고온에서의 강도 유지를 목적으로 하여 무기 결합재를 포함하고 있을 수 있다. 상기 무기 결합재로는, 예를 들면 콜로이달 실리카, 합성 운모, 몬모릴로나이트 등을 들 수 있다. 상기 무기 결합재는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다.

이 무기 결합재는, 무기 섬유 성형체의 구성 재료의 합계 중량에 대해서, 1 내지 10 중량％의 범위에서 필요에 따라서 사용할 수 있지만, 보다 적은 것이 바람직하다. 상기 무기 결합재의 사용 양태로는, 예를 들면 원료 중에 혼합하거나, 얻어진 무기 섬유체에 함침하여 사용할 수 있다.

본 발명의 무기 섬유체를 구성하는 무기 섬유체는 무기 섬유 등을 건식 성형법 또는 습식 성형법으로 임의의 형상으로 성형한 성형체이다. 또한, 무기 섬유 성형체의 제조 방법에 대해서는 후술한다.

무기 섬유 성형체의 형상으로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 평판상, 원반상, 입방상, 직방체, 원주형, 도넛형, 구상 등의 임의의 형상을 들 수 있다.

상기 무기 섬유 성형체의 두께로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 무기 섬유 성형체가 평판상인 경우, 2 내지 200 mm의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 무기 섬유 성형체의 두께가 2 mm 미만이면, 충분한 단열성이나 기계적 강도를 무기 섬유체에 부여할 수 없고, 한편 200 mm를 초과하면, 무기 섬유 성형체의 성형 자체가 곤란해진다.

상기 무기 섬유 성형체의 부피 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 0.20 내지 0.50 g/㎤의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 부피 밀도는 질량을 겉보기 부피로 나눈 값으로서 구할 수 있다(JIS A0202를 참조).

이 부피 밀도가 0.20 g/㎤ 미만이면, 대류 전열 및 분자 전열이 증대하고, 한편 0.50 g/㎤를 초과하면 고체 전열이 증대하기 때문에 열 전도율이 상승하고, 어느 경우에도 단열성이 저하된다.

이러한 무기 섬유 성형체 (3)과, 이 무기 섬유 성형체의 표면의 적어도 일부에 형성된 무기 피복층 (2)를 포함하는 무기 섬유체 (1)에서, 800 ℃에서의 열 전도율은 0.25 W/mK 이하인 것이 바람직하다.

열 전도율이 0.25 W/mK 이하이면 가열로의 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에, 가열로의 유지관리에 요구되는 비용이나 시간 등을 절감할 수 있다.

무기 섬유체 (1)의 내열성은 600 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 900 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.

내열성이 600 ℃ 미만이면, 무기 섬유체의 적용 용도가 한정되어, 무기 섬유체의 실용성의 측면에서 바람직하지 않기 때문이다.

무기 섬유체가 평판상인 경우에, 무기 섬유체의 예시적인 두께로는 10 내지 200 mm의 범위를 들 수 있다.

무기 섬유체의 두께가 10 mm 미만이면, 단열성 및 강도가 저하되고, 균열 등의 파손이 발생하기 쉬워지며, 한편 200 mm를 초과하면, 성형성이나 기술상의 곤란에 의해 무기 섬유체의 제조 자체가 곤란해지기 때문이다.

이어서, 본 발명의 무기 섬유체의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 무기 섬유체는 무기 섬유 성형체와, 상기 무기 섬유 성형체의 표면의 적어도 일부에 형성된 무기 피복층으로 이루어지기 때문에, 우선 최초로 무기 섬유 성형체를 제조하고, 그 표면에 무기 피복층을 형성한다.

(a) 건식 성형법에 의해서 얻어지는 무기 섬유 성형체를 사용하는 경우

우선, 건식 성형법에서는, 상기 무기 섬유 및 필요에 따라서 무기 분체나 무기 결합재를 소정의 비율로 V형 혼합기 등의 혼합기에 투입하고, 충분히 혼합한 후, 소정의 금형 내에 혼합물을 투입하고 가압함으로써 무기 섬유 성형체를 얻는다. 혼합물의 가압시에는, 필요에 따라서 가열할 수도 있다.

무기 섬유 성형체는 통상 평판상이지만, 상기 형상으로 한정되지 않으며, 판형체를 수직으로 몇개 중첩한 형상일 수도 있다.

상기 가압은 0.98 내지 9.8 MPa의 범위인 것이 바람직하다. 가압이 0.98 MPa 미만이면, 얻어지는 무기 섬유 성형체는 그 강도를 유지할 수 없어 붕괴되고, 한편, 9.8 MPa를 초과하면, 과도한 압축에 의해서 가공성이 저하되며, 부피 밀도가 높아지기 때문에 고체 전열이 증가하여 단열성이 저하된다.

또한, 가압시 가열 온도로는 400 내지 700 ℃의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위이면, 적절한 가공성을 유지하면서 충분한 단열성도 유지할 수 있다.

(b) 습식 성형법에 의해 얻어진 무기 섬유 성형체를 사용하는 경우

이어서, 습식 성형법에서는, 상기 무기 섬유 및 필요에 따라 무기 분체나 무기 결합재를 물 중에서 혼합 교반하여 충분히 분산시킨 후, 응집제로서 황산알루미늄 수용액 등을 첨가하고, 무기 섬유에 무기 분체나 무기 결합재를 첨착시킨 1차 응집체를 얻는다. 이어서, 필요에 따라서 유기 탄성 물질의 에멀전 등을 소정의 범위 내에서 상기 물 중에 첨가한 후, 양이온계 고분자 응집제를 첨가함으로써 응집체를 포함하는 슬러리(현탁액)를 얻는다.

이어서 상기 응집체를 포함하는 슬러리(현탁액)를 망상체(메쉬)로 뜨고, 소위 초조함으로써, 평판상의 초조체를 얻을 수 있다. 초조한 후, 전체를 가압함으로써, 초조체의 밀도를 높일 수도 있다. 그 후, 얻어진 초조체를 건조함으로써 무기 섬유 성형체를 얻는다.

이어서, 상술한 조성의 유리를 분쇄하여 제조한 유리 분말 등의 무기 피복층의 원료가 되는 분말을 물에 분산시키고, 이어서 탄화물 결정, 질화물 결정, 산화물 결정 및 탄소 결정으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 결정질 물질의 분말을 첨가하여 분산시키고, 무기 피복층 형성용 슬러리를 제조한다.

이와 같이 하여 제조한 무기 피복층 형성용 슬러리에 무기 섬유 성형체를 디핑(침지)함으로써, 무기 섬유 성형체 표면의 일부에 슬러리 분말층을 형성한다. 또한, 무기 섬유 성형체의 표면의 일부 또는 전부를 디핑함으로써, 원하는 면에 대해서 슬러리 분말층을 형성할 수 있다. 슬러리 분말층의 두께를 조정하기 위해서, 슬러리에의 디핑 시간이나 디핑 횟수를 조정할 수 있다.

또한, 디핑 방법 이외에도, 커튼 코팅에 의해 슬러리 분말층을 형성하는 방법이나, 분무 코팅에 의한 방법 등을 들 수 있다.

커튼 코팅법을 채용하는 경우에는, 일정한 속도로 이송되고 있는 무기 섬유 성형체에 대해서, 그 상측으로부터 소정 폭의 슬릿을 통하여 상기 무기 피복층 형성용 슬러리를 커튼상(필름상)으로 낙하시킴으로써, 슬러리 분말층을 형성한다. 슬러리 분말층의 두께를 조정하기 위해서는, 무기 섬유 성형체의 이송 속도를 조정하거나, 슬러리의 낙하 속도 등을 조정할 수 있다.

또한, 분무 코팅에서는, 노즐 분무기 등, 소정 형상의 분무기에 의해 상기 무기 피복층 형성용 슬러리를 무기 섬유 성형체의 표면에 분무함으로써, 슬러리 분말층을 형성한다. 슬러리 분말층의 두께를 조정하기 위해서, 슬러리 액적의 직경이나 분무량, 분무기의 이동 속도 등을 조정할 수 있다.

그 후, 무기 섬유 성형체의 표면에 형성한 슬러리 분말층을 건조시켜서, 소정 온도에서 가열하고, 상기 결정질 물질을 발포시킴과 동시에, 비정질 물질을 용융함으로써, 무기 피복층을 형성한다.

통상, 유리 물질의 가열 온도의 바람직한 상한은 1400 ℃이고, 보다 바람직한 상한은 1300 ℃이다. 한편, 바람직한 하한은 1000 ℃이고, 보다 바람직한 하한은 1100 ℃이다. 가열 온도가 상기 범위의 온도이면, 원하는 물성을 갖는 무기 피복층을 효율적으로 형성할 수 있다. 통상, 용융 상태의 무기 피복층이 되는 층은 무기 섬유 성형체 내에는 침투하기 어렵기 때문에, 무기 섬유 성형체에 대해서 일정한 밀착 강도를 갖고, 무기 섬유를 그 내부에 거의 포함하지 않는 무기 피복층이 형성된다.

기포의 직경을 조정하기 위해서, 원료가 되는 결정질 물질의 평균 입경을 조정하거나, 발포시킬 때의 가열 온도나 가열 시간을 조정할 수 있다.

<실시예>

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정되지 않는다.

(실시예 1)

(1) 필요량의 물에, 무기 섬유 성형체를 구성하는 무기 섬유로서, 실리카-알루미나계 세라믹 섬유로부터 조대 입자를 제거한, 소위 탈쇼트 벌크(shot-reduced bulk; 이비덴 가부시끼가이샤제: 상품명 이비울(IBI-Wool)) 97 중량부를 첨가하여 해섬(解纖)시킨 후, 무기 결합제로서 콜로이달실리카(닛산가가꾸 가부시끼가이샤제: 상품명 스노우텍스(SNOWTEX)) 3 중량부를 첨가하여 충분히 교반 혼합하였다. 여기에, 추가로 응집제로서 황산알루미늄 수용액을 혼합물에 첨가하여 1차 응집체를 얻었다. 그 후, 양이온계 고분자 응집제를 혼합물에 첨가하고, 재차 1차 응집체를 응집시킴으로써 슬러리를 제조하였다.

(2) 이어서, 이 슬러리를 충분히 교반하면서 메쉬(망상체)로 뜨고, 얻어진 적층체를 가볍게 가압한 후 135 ℃에서 건조하여, 두께가 20 mm이고 세로 600 mm×가로 900 mm인 판상의 무기 섬유 성형체를 얻었다.

(3) 이어서, B₂O₃을 8.6 중량％, Na₂O를 1.2 중량％, MgO를 0.6 중량％, Al₂O₃ 을 10.2 중량％, SiO₂를 63.7 중량％, K₂O를 4.8 중량％, CaO를 8.8 중량％, 그 밖의 불가피한 불순물을 2.1 중량％ 포함하는 유리를 분쇄함으로써, 평균 입경이 10 ㎛인 유리 분말을 제조하고, 상기 유리 분말 100 중량부를 필요량의 물에 분산시킨 후, 계속해서 평균 입경이 13 ㎛인 SiC 분말(시나노덴끼세이렌 가부시끼가이샤제) 30 중량부를 추가하고 잘 혼합하여 현탁물을 얻었다.

(4) 이어서, 무기 섬유 성형체의 주요면이 현탁액의 표면과 평행하게 되도록 현탁액의 상측에 위치를 결정하고, 그 상태에서 무기 섬유 성형체를 서서히 강하시키고, 한 주요면이 현탁액과 완전히 접촉할 정도까지 무기 섬유 성형체를 강하시키고, 한 주요면을 현탁액에 침지시킨 후 꺼내어, 무기 섬유 성형체의 한 주요면에 SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다.

(5) 이어서, 유리 분말의 층이 형성된 무기 섬유 성형체를 대기 분위기 또는 산소를 함유한 분위기의 가열로에 도입하여 서서히 가열하고, 최고 온도 1250 ℃에서 20 분간 가열함으로써, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(이하, 발포 유리층이라고도 함)을 형성하였다. 무기 피복층의 색은 회색이었다.

유리 분말 및 SiC 분말의 조성과 평균 입경, 및 형성한 발포 유리층의 무게와 두께를 하기 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

(1), (2)의 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(3)의 공정에 관해서는, SiC 분말의 평균 입경, 유리 분말과 SiC 분말의 비 율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(4) 이어서, 커튼 코팅법에 의해, SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다. 즉, (3)에서 제조한 SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 현탁액을 슬릿을 통해서 커튼상으로 낙하시키고, 수평 상태의 무기 섬유 성형체를 낙하된 액체에 통과시킴으로써 무기 섬유 성형체의 한 주요면에 SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다.

그 후, 실시예 1의 (5)와 마찬가지로 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(실시예 3)

(1), (2)의 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(3)의 공정에 대해서는, SiC 분말 대신에 카본 분말을 사용하고, 카본 분말의 평균 입경, 유리 분말과 카본 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(4) 이어서, 커튼 코팅법에 의해 카본 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다. 즉, (3)에서 제조한 카본 분말을 포함하는 유리 분말의 현탁액을 슬릿을 통해서 커튼상으로 낙하시키고, 수평 상태의 무기 섬유 성형체를 낙하된 액체에 통과시킴으로써 무기 섬유 성형체의 한 주요면에 카본 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다.

(실시예 4)

(1), (2)의 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(3)의 공정에 관해서는, SiC 분말의 평균 입경, 유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(4) 이어서, 분무법에 의해, SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다.

즉, (3)에서 제조한 SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 현탁액을 편평형의 노즐 분무기로 분사하여, 무기 섬유 성형체의 한 주요면에 SiC 분말을 포함하는 유리 분말을 균일하게 부착시키고, SiC 분말을 포함하는 유리 분말의 층을 형성하였다.

그 후, 실시예 1의 (5)와 마찬가지로 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(실시예 5)

(1) 필요량의 물에, 무기 섬유 성형체를 구성하는 무기 섬유로서, 실리카-알루미나계 세라믹 섬유로부터 조대 입자를 제거한, 소위 탈쇼트 벌크(이비덴 가부시끼가이샤제: 상품명 이비울) 24 중량부를 첨가하여 해섬시켰다.

이어서, 무기 섬유 성형체의 무기 분체로서 TiO₂ 분말(도호티타늄 가부시끼가이샤제: 상품명 HT0100) 24 중량부, SiO₂ 분말(닛본에어로실 가부시끼가이샤제: 상품명 AEROSIL 90) 49 중량부를 첨가하여 잘 혼합한 후, 추가로 무기 결합제로서 콜로이달실리카(닛산가가꾸 가부시끼가이샤제: 상품명 스노우텍스) 3 중량부를 첨 가하여 충분히 교반 혼합하였다. 여기에, 추가로 응집제로서 황산알루미늄 수용액을 혼합물에 첨가하여 1차 응집체를 얻었다. 그 후, 양이온계 고분자 응집제를 혼합물에 첨가하고, 재차 1차 응집체를 응집시킴으로써 슬러리를 제조하였다.

(2) 내지 (5)의 공정에 관해서는, SiC 분말의 평균 입경, 유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 실시하여, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(실시예 6)

(2) 내지 (5)의 공정에 관해서, SiC 분말 대신에 카본 분말을 사용하고, 카본 분말의 평균 입경, 유리 분말과 카본 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 실시하여, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(실시예 7 내지 8)

탈쇼트 벌크(이비덴 가부시끼가이샤제, 상품명 이비울) 대신에, 실리카 75 중량％와 산화마그네슘 25 중량％를 포함하는, 평균 섬유 직경 3 ㎛, 평균 섬유 길이 30 ㎛의 무기 섬유 97 중량부를 사용하여 슬러리를 제조하고, 유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 (1) 내지 (5)의 공정을 실시하여, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

또한, 실리카 75 중량％와 산화마그네슘 25 중량％를 포함하는 무기 섬유는 생리 식염수에 대해서, 무기 섬유 전체에서 410 ppm의 용해도를 나타내었다.

(실시예 9 내지 10)

탈쇼트 벌크(이비덴 가부시끼가이샤제, 상품명 이비울) 대신에, 평균 섬유 직경 3 ㎛, 평균 섬유 길이 30 ㎛의 알루미나 섬유 97 중량부를 사용하여 슬러리를 제조하고, 유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 (1) 내지 (5)의 공정을 실시하여, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(비교예 1)

유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 하고, (5)의 공정에 관해서 유리 분말의 층이 형성된 무기 섬유 성형체를 질소 분위기의 가열로에 도입하여 서서히 가열하고, 최고 온도 1250 ℃에서 1 시간 동안 가열함으로써, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(비교예 2)

유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 하고, (5)의 공정에 관해서 유리 분말의 층이 형성된 무기 섬유 성형체를 질소 분위기의 가열로에 도입하여 서서히 가열하고, 최고 온도 1250 ℃에서 40 분간 가열함으로써, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(비교예 3)

유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 비교예 1과 동일하게 하여, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(비교예 4)

유리 분말과 SiC 분말의 비율을 표 1에 나타내는 값으로 한 것 이외에는, 비교예 2와 동일하게 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

(비교예 5)

유리 분말에 SiC 분말을 첨가하지 않은 것 이외에는, 비교예 1과 동일하게 하여 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층(발포 유리층)을 형성하였다.

[물성의 평가]

각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 무기 섬유체에 관하여, 이하와 같은 방법에 의해, 그의 물성, 특성을 측정하였다.

(1) 발포 유리층의 두께, 및 발포 유리층 중 최대 기공(기포)의 직경 및 평균 기공(기포) 직경의 측정

얻어진 무기 섬유체를 절단하고, 주사형 전자 현미경(SEM) 및 공장 현미경에 의해 발포 유리층의 두께, 최대 기공의 직경 및 평균 기공 직경을 측정하였다. 결과를 표 1 내지 2에 나타낸다.

(2) 발포 유리층 중에 포함되는 물질

가부시끼가이샤 리가꾸제의 X선 회절 장치(RAD-B)를 이용하여, 얻어진 무기 섬유체를 구성하는 발포 유리층에 포함되는 물질을 분석하였다.

실시예의 무기 섬유체의 X선 회절 결과를 나타내는 차트를 도 3에 도시한다. 또한, 분석에 의해 검출된 물질을 표 2에 나타낸다.

(3) 발진성

JIS B9926에 준하여 측정하였다. 즉, 클래스 100의 부스(Booth) 중에서, 10 ℓ/분의 속도로 깨끗한 공기를 무기 섬유체의 발포 유리층에 분무하고, 청정도를 파티클 카운터로 측정하였다.

파티클 카운터는 리온 가부시끼가이샤제의 기체 중 파티클 카운터(KR-12A<HHPC-6>)를 사용하여, 공기를 10 분간 흡입했을 때 0.5 ㎛ 이상의 파티클의 수를 측정하였다. 또한, 클래스 100의 부스 중 시험 전의 파티클수는 90개였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(4) 투수율

최초로 얻어진 무기 섬유체의 중량을 측정한 후, 가열 처리 후에 발포 유리층 표면에 물을 10 g 부착시키고, 10 분간 방치한 후에 표면으로부터 물을 닦아 내고, 초기의 중량에 대해서 몇 g 증가했는지를 측정하였다. 그리고, 증가 중량을 10 g으로 나눈 값을 투수율(％)로서 산출하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(5) 열 사이클 특성의 측정

얻어진 무기 섬유체를 전기로에 넣고, 실온에서부터 800 ℃까지 10 분간 승온시키고, 800 ℃에서 3 시간 동안 유지한 후, 전기로 중에서 서냉하여 실온으로 하는 열 사이클을 5회 반복하고, 무기 섬유체에 균열의 발생 여부를 관찰하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(6) 열 전도율의 측정

신속 열 전도율계 QTM500(교또덴시고교 가부시끼가이샤제)을 이용하고, 핫 와이어법에 의해 실온에서의 열 전도율을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(7) 열 팽창율의 측정

얻어진 무기 섬유체를 소정 길이로 절단하고, 실온에서 치수를 측정한 후, 800 ℃까지 가열하고, 재차 치수를 측정함으로써, 열 팽창율을 구하였다.

표 1, 2에 나타낸 바와 같이, 실시예에서 얻어진 무기 섬유체는 단열 성능이 우수할 뿐만 아니라, 파티클이 발생하지 않고, 수분을 통과시키지 않으며, 내열충격성을 갖는다.

한편, 비교예에서 제조한 무기 섬유체에서는, 개기공이 형성되면 파티클이 발생하고, 투수하기 쉬워진다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 5와 같이 발포 유리층이 결정질 물질을 포함하지 않는 경우에는, 기포는 거의 보이지 않고, 균열이 발생하기 쉬워진다.

본 발명의 무기 섬유체에서는, 기포를 갖는 무기 피복층이 무기 섬유 성형체 표면의 적어도 일부에서 밀착성있게 형성되어 있다. 이에 따라, 무기 섬유 성형체로부터의 발진이 유효하게 억제되어, 발진을 원치않는 환경에서도 유리하게 사용할 수 있으며, 생체에 대한 안전성도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 무기 섬유체에서는 상기 무기 피복층이 기포를 갖고 있고, 무기 피복층 자체가 높은 단열성을 갖고 있기 때문에, 무기 섬유 성형체의 단열성과 함께 무기 섬유체의 단열성을 상승적으로 향상시킬 수 있어, 단열재로서의 용도를 비롯한 여러 가지 용도에 적용 가능하다.

본 발명의 무기 섬유체에서는, 무기 섬유 성형체의 표면에 무기 피복층이 형성되어 있기 때문에, 무기 섬유 성형체만으로 구성되어 있는 경우보다도 강도가 높다. 따라서, 균열 등의 발생을 억제할 수 있어, 무기 섬유체 자체의 파손 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 무기 피복층에서 균열 등이 발생하여도, 상기 기포를 갖는 분단 구조에 의해서, 발생된 균열 등의 진행이 완충되어, 무기 피복층 전체에 균열 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 무기 섬유체의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발진을 유효하게 억제할 수 있다.

Claims

기포를 갖는 무기 피복층이 무기 섬유 성형체 표면의 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 무기 섬유체.
제1항에 있어서, 상기 무기 피복층은 상기 무기 섬유 성형체의 외형상을 이루는 면 중 한면의 전체면에 형성되어 있는 무기 섬유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 피복층은 주로 비정질 물질을 포함하는 무기 섬유체.
제3항에 있어서, 상기 비정질 물질은 유리, 다이아몬드 라이크 카본, 실리콘 산화막, 하프늄 산화막, 칼코게나이드계 다원 합금, 단백석질로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 비정질 물질인 무기 섬유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 피복층은 탄화물 결정, 질화물 결정, 산화물 결정 및 탄소 결정으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정질 물질을 함유하는 무기 섬유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기포의 적어도 일부는 폐기공인 무기 섬유 체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 피복층에서의 노출면측으로부터 상기 무기 섬유 성형체측으로의 투수율은 1 ％ 이하인 무기 섬유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기포의 직경은 상기 무기 피복층의 두께의 90 ％ 이하인 무기 섬유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 피복층은 실리카를 30 중량％ 이상 함유하며, 열 팽창 계수가 6 ppm 이하인 무기 섬유체.