WO2019188159A1 - 断熱体およびその製造方法 - Google Patents

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臼井 良輔
阿部 雄一
駿 青田
里佳子 岩崎
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    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/413Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties containing granules other than absorbent substances

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat insulating body used as a heat insulating measure and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information related to this technology.
  • the above-mentioned heat insulator is not flexible and is compressed and not restored when pressure is applied. Since parts that generate heat easily expand with temperature, there is a problem that gaps are likely to occur when the temperature decreases.
  • the heat insulator of the present disclosure is a heat insulator that supports xerogel in a space inside the nonwoven fabric and the nonwoven fabric, and the heat insulator has a plurality of protrusions on the surface,
  • the thickness is t
  • the height of the protrusion is 0.10 t or more and 0.25 t or less
  • the size of the protrusion is t or more and 5 t or less
  • the inside of the heat insulator in the region where the protrusion is provided Is provided with holes.
  • the hole portion is compressed, and when the force disappears, the rebound force returns to the original. Therefore, it is possible to prevent a gap from occurring.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat insulator according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a top view of the heat insulator according to an embodiment of the present disclosure.
  • the heat insulator 12 is configured by supporting silica xerogel (not shown) in the space of the nonwoven fabric 11 made of glass fiber having a space inside.
  • the nonwoven fabric 11 is made of short glass fibers having an average fiber thickness of about 10 ⁇ m and an average length of about 500 ⁇ m, and the proportion of space in the nonwoven fabric 11 is about 90%. Since this silica xerogel has a nano-sized space inside, the thermal conductivity of the portion filled with this silica xerogel is equal to or smaller than the thermal conductivity of air.
  • This silica xerogel is a broad xerogel in a state where the gel is dried, and it may be obtained not only by ordinary drying but also by methods such as supercritical drying and freeze drying.
  • the thickness of the heat insulator 12 is about 1 mm, and the size is about 100 mm square (about 100 mm ⁇ ).
  • a plurality of protrusions 13 made of the same material as the heat insulator 12 are provided on the surface of the heat insulator 12.
  • the height h of the protrusion 13 from the surface of the heat insulator 12 is about 0.15 mm.
  • the diameter d on the surface is about 3 mm.
  • Holes 14 are provided inside the heat insulator 12 in the region where the protrusions 13 are provided.
  • the height h of the protrusion 13 is desirably 0.10 t or more and 0.25 t or less, where t is the thickness of the heat insulator 12. This is because when the height is smaller than 0.1 t, the effect of the invention according to the present disclosure is reduced, and when the height is larger than 0.25 t, it is difficult to maintain the shape.
  • the diameter d of the protrusion 13 on the surface of the heat insulator 12 be t or more and 5 t or less. This is because it is difficult to secure a sufficient height when d is smaller than t, and when d is larger than 5t, the repulsive force becomes small.
  • the ratio of the protrusions 13 to the surface area of the heat insulator 12 is 12.7% or more and 22.7% or less. If this ratio is smaller than 12.7%, the area receiving pressure becomes too small, and the holes 14 may be crushed. On the contrary, if this ratio is larger than 22.7%, the repulsive force is weakened.
  • the surface area of the heat insulator 12 is about 10 4 mm 2 because it is about 100 mm square in the above case, for example.
  • the holes 14 be provided at positions of 10% or more and 35% or less in the thickness direction of the heat insulator 12 when the surface on which the protrusions 13 are provided is faced up. If this position is closer to the center than 35%, a sufficient repulsive force cannot be obtained, and if it is closer to the surface than 10%, the strength of the surface portion tends to be weak.
  • the shape of the protrusion 13 on the surface of the heat insulator 12 is circular.
  • the shape of the protrusion 13 is not limited to a circle, and may be elliptical depending on the occurrence of bubbles.
  • the size of the protrusion 13 on the surface of the heat insulator 12 is defined as the diameter of a circle having an area equal to the area of the protrusion 13. For example, if the protrusion 13 is a circle having a diameter d, the size of the protrusion 13 is d.
  • a nonwoven fabric made of short glass fibers having a thickness of about 1 mm and an average fiber length of about 500 ⁇ m is prepared.
  • a non-woven fabric is impregnated with a sol prepared by mixing 8% or more of a water glass raw material and a carbonate, and gelled. Then, the thickness is regulated using a biaxial roll or the like while being sandwiched between films, and a hydrogel-nonwoven fabric composite is generated. At this time, the hydrogel-nonwoven fabric composite is washed with water.
  • step b) the hydrogel-nonwoven fabric complex produced in step a) is silylated by mixing with a silylating agent.
  • a silylating agent A known method and a known material can be used for the silylation and the silylating agent.
  • the hydrogel-nonwoven fabric complex is immersed in an aqueous hydrochloric acid solution, it is treated with a mixed solution of siloxane and alcohol. A silylation treatment can be carried out quickly, which is preferable.
  • step c) the liquid contained in the surface-modified hydrogel-nonwoven composite obtained in step b) is removed by drying at a temperature lower than the critical temperature and lower than the critical pressure. A heat insulating material carrying xerogel is obtained.
  • step a together with the dehydration condensation of silicic acid, sodium carbonate is formed and sodium carbonate is taken into the gel, so that a very basic hydrogel may be obtained.
  • step b) when this hydrogel is immersed in hydrochloric acid, a neutralization reaction between hydrochloric acid and sodium carbonate occurs, and carbon dioxide gas is rapidly generated.
  • non-woven fabric of short fibers with little entanglement between fibers by generating a lot of bubbles in the fiber sheet by the generation of carbon dioxide gas, holes are formed inside, and protrusions are formed on the surface of the positions of the holes Can be formed.
  • the generated gas tends to move upward, so the upper surface portion is lifted, and a hole is formed at a position above the center. Can be formed.
  • the short fiber nonwoven fabric refers to a nonwoven fabric having an average fiber length of 5 mm or less.
  • the heat insulating body and the manufacturing method thereof according to the present disclosure indicate that even when a force is applied to the heat insulating body from the outside, the hole portion is compressed, and when the force disappears, the rebound force returns to the original, so that a gap is generated. It can be prevented and is industrially useful.

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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

断熱体およびその製造方法
 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。
特開2011-136859号公報
 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。
本開示の一実施の形態における断熱体の断面図 本開示の一実施の形態における断熱体の上面図
 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10mmとなる。また、例えば突部13の面積の平均を7.1mm(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、7.1×200/10=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

Claims (4)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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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