WO2023079860A1 - 耐熱性板部材および構造体 - Google Patents

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WO2023079860A1
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resistant plate
mass
inorganic
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厚徳 小山
瑞治 松吉
慧 平田
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デンカ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like

Definitions

  • the present invention relates to heat-resistant plate members and structures.
  • Patent Document 1 describes an inorganic fiber molded body formed by vacuum forming a slurry containing alumina fiber, alumina powder, silica sol, and starch as a refractory heat insulating material for high temperatures (Table 1 of Patent Document 1).
  • the present inventors have studied the use of alumina fibers having a moderately high specific gravity as an inorganic fiber filler for a heat insulating member produced by a papermaking method, from the viewpoint of mechanical strength as a member.
  • the content ratio of alumina fibers is increased, the thermal conductivity at high temperatures cannot be suppressed, and there is a risk that the heat insulating properties will deteriorate. Therefore, by replacing some of the alumina fibers with alumina powder, it is possible to keep the thermal conductivity at high temperatures low.
  • the inventors of the present invention focused on such a trade-off problem between heat insulation and weight reduction, and found that by using inorganic porous filler containing CaO 6Al 2 O 3 together with alumina fiber, it is possible to reduce the weight while reducing the weight.
  • the present inventors have found that it is possible to keep the thermal conductivity low at high temperatures, and that it is possible to reduce the weight and improve the heat insulation properties, thereby completing the present invention.
  • the following heat-resistant plate member and structure are provided.
  • the inorganic fiber filler contains alumina fibers
  • the inorganic porous filler contains CaO 6Al 2 O 3
  • 2. A heat-resistant plate member according to A heat-resistant plate member, wherein the alumina fiber content is 10 parts by mass or more and 85 parts by mass or less with respect to a total of 100 parts by mass of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler, and the inorganic binder. 3. 1. or 2.
  • a heat-resistant plate member according to A heat-resistant plate member, wherein the alumina fiber has a true specific gravity of 3.0 or more and 3.8 or less, and contains Al 2 O 3 and SiO 2 .
  • the heat-resistant plate member according to any one of A heat-resistant plate member, wherein the alumina fiber has a mullite content of 1% by mass or more and 80% by mass or less. 5. 1. ⁇ 4.
  • the heat-resistant plate member according to any one of A heat-resistant plate member, wherein the alumina fiber has a shot content of 0.1% or more and 10% or less with a length of 50 ⁇ m or more, as measured according to ISO10635. 6. 1. ⁇ 5.
  • a heat-resistant plate member that is lightweight and excellent in heat insulation and a structure using the same are provided.
  • the heat-resistant plate member of the present embodiment is a paper-molded article containing an inorganic fiber filler containing alumina fibers and an inorganic porous filler containing CaO.6Al 2 O 3 (hereinafter referred to as CA 6 ),
  • CA 6 inorganic porous filler containing CaO.6Al 2 O 3
  • the bulk density of the heat-resistant plate member after baking treatment at 1400° C. for 60 minutes is 0.10 g/cm 3 or more and less than 0.30 g/cm 3 .
  • the inorganic porous filler containing CA 6 can appropriately control the pores to lower the bulk density of the entire heat-resistant plate member, preventing the formation of heat conduction paths by the alumina fibers. It is considered that
  • the structure of this embodiment includes a heat-resistant plate member.
  • a heat-resistant plate member By using a heat-resistant plate member, it is lightweight and can suppress the increase in thermal conductivity at high temperatures such as 1000°C and 1400°C. realizable.
  • the heat-resistant plate member can be applied without particular limitation as long as it is a member that requires heat resistance.
  • Heat-resistant plate members can be used as refractory heat insulating materials for high temperatures in a wide range of fields such as steel, metals, ceramics, and automobiles.
  • the heat-resistant plate member contains an inorganic fiber filler.
  • the inorganic fiber filler contains alumina fibers from the viewpoint of thermal conductivity.
  • Other inorganic fiber fillers may include oxide fibers such as titania and silica, alkaline earth silicate wool (AES), and refractory ceramic fibers (RCF).
  • the inorganic fiber filler may contain alumina fibers having a lower limit of true specific gravity of 3.0 or higher, preferably 3.1 or higher, and more preferably 3.2 or higher. Thereby, the mechanical strength of the heat-resistant plate member can be improved.
  • the upper limit of the true specific gravity of the alumina fiber is not particularly limited, it is, for example, 3.8 or less, preferably 3.7 or less, and more preferably 3.6 or less. Thereby, weight reduction can be achieved.
  • the alumina/silica mass ratio of the alumina fibers may be, for example, 80/20 to 99/1, preferably 97/3 to 90/10. As a result, durability against reducing substances or alkaline substances can be enhanced.
  • "-" means including upper and lower limits unless otherwise specified.
  • the upper limit of the alumina fiber content is, for example, 85 parts by mass or less, preferably 80 parts by mass or less, more preferably 75 parts by mass or less with respect to a total of 100 parts by mass of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder. is. As a result, an increase in thermal conductivity at high temperatures can be suppressed.
  • the lower limit of the alumina fiber content is, for example, 10 parts by mass or more, preferably 20 parts by mass or more, more preferably 30 parts by mass, with respect to the total 100 mass% of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder. Department or above. Thereby, the bulk density of the heat-resistant plate member can be reduced.
  • Alumina fibers may include mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ).
  • the mineral composition of alumina fibers can be identified and quantified by powder X-ray diffraction.
  • the upper limit of the mullite content in the alumina fibers is, for example, 80% by mass or less, preferably 20% by mass or less, and more preferably 12% by mass or less. Thereby, fiber strength can be improved.
  • the lower limit of the mullite content in the alumina fibers may be, for example, 1% by mass or more.
  • the upper limit of the content of alumina fiber shots (unfibrous particles) having a length of 50 ⁇ m or more, measured in accordance with ISO 10635, is, for example, 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less. be. Production variation can be reduced by using alumina fibers with reduced shots.
  • the lower limit of the shot content is not particularly limited, but may be 0.1% or more.
  • Alumina fibers are not limited in shape, but bulk ones can be used.
  • a method for producing alumina fibers a known method can be adopted, but a method including the following undiluted solution preparation process, spinning process, cotton collection process and firing process may also be used. Thereby, bulk alumina fibers (cotton-like fibers) can be produced.
  • alumina source for example, an aluminum oxychloride aqueous solution, alumina sol, etc. are used, and as the silica source, for example, silica sol, polysiloxane, etc. are used.
  • silica source for example, silica sol, polysiloxane, etc. are used.
  • Polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and the like can be used as spinning aids as needed. A spinning dope is obtained by mixing these in a desired ratio and concentrating under reduced pressure.
  • the spinning stock solution prepared in the stock solution preparation step is extruded into the atmosphere through pores using a spinning device to form an alumina fiber precursor.
  • the spinning device to be used is not particularly limited, and a blowing spinning device, a rotating disk spinning device, or the like can be used. From the viewpoint of preventing fusion of fibers extruded from pores and producing alumina fibers having a high surface pressure, the rotating disk spinning method described in JP-A-2010-31416 is preferably used.
  • the average fiber diameter of alumina fibers is adjusted in the range of 3 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less.
  • the content of shots with a length of 50 ⁇ m or longer is preferably less than 1%.
  • the alumina fiber precursor obtained in the spinning step is collected by sucking from the lower part of the net conveyor installed in the cotton collection chamber, thereby obtaining an aggregate of the alumina fiber precursor.
  • the speed of the net conveyor By adjusting the speed of the net conveyor, the thickness and surface weight of the resulting assembly are adjusted.
  • the alumina fiber precursor obtained in the cotton collection step is fired in the firing step.
  • a degreasing process and a crystallization process are performed in this order using a firing device.
  • the heat-resistant plate member contains an inorganic porous filler.
  • the inorganic porous filler includes calcium aluminate porous particles (hereinafter may be referred to as CA 6 particles) containing CaO.6Al 2 O 3 as a mineral phase.
  • the CA 6 grains may optionally contain other mineral phases.
  • Other mineral phases include 3CaO.Al 2 O 3 , CaO.Al 2 O 3 , CaO.2Al 2 O 3 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the particle size of the CA 6 particles is, for example, 0.5-500 ⁇ m, preferably 1-300 ⁇ m, more preferably 1.5-200 ⁇ m.
  • the bulk density of CA 6 particles is, for example, 0.4-1.0 g/cm 3 , preferably 0.5-0.9 g/cm 3 , more preferably 0.6-0.8 g/cm 3 .
  • the CA 6 particles are produced by, for example, mixing or mixing and pulverizing an aggregate raw material such as a calcia raw material and an alumina raw material so that the molar ratio of CaO and Al 2 O 3 in calcium aluminate finally synthesized is approximately 1. : 6, kneaded with water, molded, fired at a temperature of 1000°C to 1700°C, and pulverized with a pulverizer.
  • the lower limit of the content of the inorganic porous filler is, for example, 1 part by mass or more, preferably 10 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass, with respect to a total of 100 parts by mass of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder. Department or above. This makes it possible to improve lightness and heat insulation.
  • the upper limit of the content of the inorganic porous filler is, for example, 70 parts by mass or less, preferably 65 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass in total of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder. It is 60 parts by mass or less. Further weight reduction can be achieved.
  • the heat-resistant plate member may contain a binder selected from at least one of an inorganic binder and an organic binder.
  • a binder selected from at least one of an inorganic binder and an organic binder.
  • inorganic fillers such as inorganic fiber fillers and inorganic porous fillers can be bound to each other in the paper product.
  • an inorganic binder that remains after firing the heat shrinkage rate of the heat-resistant plate member can be reduced.
  • the inorganic binder may contain one or more selected from the group consisting of colloidal silica and alumina sol.
  • the content of the inorganic binder is, for example, 1% by mass to 10% by mass, preferably 3% by mass, in terms of the solid content in the inorganic binder, with respect to the total 100% by mass of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder. % to 7% by mass.
  • the organic binder may contain one or more selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyethylene glycol, starch, (meth)acrylate copolymer, and polyoxyethylene alkyl ether.
  • epoxy-based, phenol-based, acrylate-based, polyurethane-based, isocyanate-based, polyimide-based, vinyl-acetate-based adhesives, and various rubber-based adhesives may be used as the organic binder.
  • (meth)acrylic acid ester copolymer for example, a copolymer of (meth)acrylic acid esters, a copolymer of (meth)acrylic acid ester and a monomer other than (meth)acrylic acid ester, etc. may be used. can be done.
  • the content of the organic binder is, for example, 1% by mass to 10% by mass, preferably 3% by mass to 7% by mass, based on the total 100% by mass of the inorganic fiber filler, the inorganic porous filler and the inorganic binder.
  • the heat-resistant plate member is composed of a paper-molded product. That is, the heat-resistant plate member is obtained by forming a slurry containing raw material components into paper and molding.
  • a method for manufacturing a heat-resistant plate member includes, for example, a slurry process, a papermaking process, and a molding process.
  • fiber raw materials such as inorganic fiber fillers, inorganic porous fillers, inorganic binders, and organic binders are dissolved or dispersed in water to prepare a water slurry.
  • the aqueous slurry may optionally contain additives generally used in the papermaking method such as a flocculant.
  • the obtained slurry is passed through a net having a predetermined mesh to dehydrate the water in the slurry, leaving the fiber raw material on the net to obtain a papermaking body. Suction may be done from below the net. Drying may be performed after or during dehydration.
  • the surface shape of the net is appropriately selected, and may be planar or partially provided with a three-dimensional structure.
  • water slurry is poured into a box-shaped container with a net plate on the bottom, dewatered while sucking under the net, and the cake on the net surface is dried.
  • Examples include a method in which a flat mesh is submerged and the cake is dried by suction, and a method using continuous papermaking equipment such as a cylinder papermaking machine and a fourdrinier papermaking machine. Drying of the cake may be performed by hot air drying.
  • paper product is generally used as a technical term indicating the state of a product obtained by using a method of making a fiber material.
  • the obtained molded body is heat-treated to produce a paper-made molded body with a predetermined shape.
  • the heating and pressurizing treatment may be performed by pressing.
  • the paper molded product may be processed into a board.
  • the thickness of the heat-resistant plate member made of the paper molded product is not particularly limited, but may be 1 mm to 100 mm, preferably 10 mm to 60 mm. Thereby, a heat-resistant plate member having excellent handleability can be realized.
  • the upper limit of the bulk density of the heat-resistant plate member after baking at 1400° C. for 60 minutes may be, for example, less than 0.30 (g/cm 3 ), preferably 0.28 (g/cm 3 ) or less. , more preferably 0.25 (g/cm 3 ) or less.
  • the lower limit of the bulk density of the heat-resistant plate member may be 0.10 (g/cm 3 ) or more.
  • Each raw material component shown in Table 1 is as follows.
  • Alumina powder manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., product name AM-210: average particle size: 4.8 ⁇ m, bulk density: 1.28 g/cm 3
  • Example 1 Using the raw material components shown in Table 1, 78 parts by mass of alumina fiber, 16 parts by mass of CA 6 particles, 6 parts by mass of colloidal silica (solid content concentration 20 mass%) in terms of solid content, starch, inorganic filler ( Add 5 parts by mass to a total of 100 parts by mass of inorganic fiber filler / inorganic porous filler) and inorganic binder, wet mix for 20 minutes, slurry concentration (inorganic fiber filler, inorganic porous filler, organic binder and inorganic binder A water slurry (mixture) having a total content of 2.0% by mass was prepared.
  • the resulting aqueous slurry was poured into a papermaking box (with mesh spacing of 0.3mm) having a bottom mesh size of 320 mm x 320 mm, and water was removed by suction from below the bottom mesh to produce a plate-like papermaking product (cake). .
  • the plate-shaped paper product was sandwiched between presses, and after adjusting the thickness, it was dried in a hot air dryer at 100°C for 16 hours to obtain a plate-like paper product (heat-resistant plate member A) having a thickness of 25 mm. manufactured.
  • Example 2 A heat-resistant plate member B was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of alumina fiber was changed to 56 parts by mass and the amount of CA6 particles was changed to 37 parts by mass.
  • Example 3 A heat-resistant plate member C was produced in the same manner as in Example 1, except that the alumina fiber was changed to 40 parts by mass and the CA 6 particles were changed to 53 parts by mass.
  • a heat-resistant plate member D was produced in the same manner as in Example 1, except that the CA6 particles were changed to alumina powder.
  • a heat-resistant plate member E was produced in the same manner as in Example 1, except that the alumina fiber was changed to 94 parts by mass and the CA6 particles were not used.
  • the obtained heat-resistant plate members A to E were evaluated based on the following evaluation items. Table 1 shows the evaluation results.
  • the thermal conductivity of the heat-resistant plate member was measured in the temperature range from room temperature (RT) to 1400° C. in accordance with JIS R2251-1. Table 1 shows the thermal conductivity (W/m ⁇ K) at room temperature, 600°C, 1000°C and 1400°C.
  • the heat-resistant plate members of Examples 1 to 3 had lower thermal conductivity at high temperatures such as 1000° C. and 1400° C. compared to Reference Example and Comparative Example 1, indicating that they had excellent heat insulation properties. Moreover, the heat-resistant plate member of Example 1 had a lower bulk density after firing and a lighter weight than Comparative Example 1, which had the same compositional components and composition ratios except for the inorganic porous filler. Therefore, it was found that the heat-resistant plate members of Examples 1 to 3 are lightweight and excellent in heat insulation.
  • the heat-resistant plate member of such an embodiment can be suitably used as a high-temperature refractory heat insulating material.

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Abstract

本発明の耐熱性板部材は、アルミナ繊維を含む無機繊維フィラーと、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３を含む無機多孔質フィラーと、を含む抄造成形体であり、１４００℃、６０分で焼成処理した後の、当該耐熱性板部材のかさ密度が、０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満であるとなるように構成されるものである。

Description

耐熱性板部材および構造体
　本発明は、耐熱性板部材および構造体に関する。
　これまで耐熱性板部材において様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、高温用の耐火断熱材として、アルミナ繊維、アルミナ粉、シリカゾル、デンプンを含むスラリーを真空成形してなる無機繊維成形体が記載されている（特許文献１の表１）。
特開平１０－１９４８６３号公報
　しかしながら、本発明者が検討した結果、上記特許文献１に記載の無機繊維成形体において、軽量化および断熱性の点で改善の余地があることが判明した。
　本発明者は、抄造法で作製する断熱性部材について、部材としての機械的強度の観点から、適度に大きな比重を有するアルミナ繊維を無機繊維フィラーとして使用することを検討した。
　しかしながら、アルミナ繊維の含有比率を高くすると、高温時における熱伝導率が抑えられず、断熱性が低下する恐れがあった。
　そこで、アルミナ繊維の一部をアルミナ粉に置き換えることにより、高温時の熱伝導率を低く抑えることが可能となったが、反対に、かさ密度が上昇して重量化してしまう恐れがあった。
　本発明者はこのような断熱性と軽量化のトレードオフの課題に着眼して検討したところ、アルミナ繊維とともにＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３を含む無機多孔質フィラーを併用することによって、軽量化しつつも、高温時の熱伝導率を低く抑えることが可能であり、軽量化および断熱性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の一態様によれば、以下の耐熱性板部材および構造体が提供される。
１．　無機繊維フィラーと、無機多孔質フィラーと、を含む抄造成形体からなる耐熱性板部材であって、
　前記無機繊維フィラーが、アルミナ繊維を含み、
　前記無機多孔質フィラーが、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３を含み、
　１４００℃、６０分で焼成処理した後の、当該耐熱性板部材のかさ密度が、０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満である、耐熱性板部材。
２．　１．に記載の耐熱性板部材であって、
　前記アルミナ繊維の含有率が、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、１０質量部以上８５質量部以下である、耐熱性板部材。
３．　１．または２．に記載の耐熱性板部材であって、
　前記アルミナ繊維が、真比重が３．０以上３．８以下であり、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を有する、耐熱性板部材。
４．　１．～３．のいずれか一つに記載の耐熱性板部材であって、
　前記アルミナ繊維のムライト含有量が、１質量％以上８０質量％以下である、耐熱性板部材。
５．　１．～４．のいずれか一つに記載の耐熱性板部材であって、
　ＩＳＯ１０６３５に準拠して測定される、前記アルミナ繊維の５０μｍ以上の長さのショット含有率が、０．１％以上１０％以下である、耐熱性板部材。
６．　１．～５．のいずれか一つに記載の耐熱性板部材であって、
　前記無機多孔質フィラーの含有量が、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、１質量部以上７０質量部以下である、耐熱性板部材。
７．　１．～６．のいずれか一つに記載の耐熱性板部材であって、
　無機バインダーまたは有機バインダーの少なくとも一方から選択される結合剤を含む、耐熱性板部材。
８．　７．に記載の耐熱性板部材であって、
　前記無機バインダーが、コロイダルシリカ、およびアルミナゾルからなる群から選ばれる一または二以上を含む、耐熱性板部材。
９．　７．に記載の耐熱性板部材であって、
　前記有機バインダーが、ポリビニルアルコール、デンプン、ポリエチレングリコール、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、およびポリオキシエチレンアルキルエーテからなる群から選ばれる一または二以上を含む、耐熱性板部材。
１０．　１．～９．のいずれか一つに記載の耐熱性板部材を備える、構造体。
　本発明によれば、軽量で断熱性に優れた耐熱性板部材、およびそれを用いた構造体が提供される。
　本実施形態の耐熱性板部材の概要について説明する。
　本実施形態の耐熱性板部材は、アルミナ繊維を含む無機繊維フィラーと、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３（以下、ＣＡ６と呼称する）を含む無機多孔質フィラーと、を含む抄造成形体であり、１４００℃、６０分で焼成処理した後の、当該耐熱性板部材のかさ密度が、０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満であるとなるように構成される。
　本発明者の知見によれば、アルミナ繊維とともに、ＣＡ６を含む無機多孔質フィラーを併用することによって、軽量化しつつも、高温時の熱伝導率を低く抑えることが判明した。
　詳細なメカニズムは定かでないが、ＣＡ６を含む無機多孔質フィラーによって、細孔を適切に制御して耐熱性板部材全体のかさ密度を低くでき、アルミナ繊維の繊維による熱伝導パスの形成を妨げられるため、と考えられる。
　また、真比重が３．０以上３．８以下という適度に大きなアルミナ繊維を使用することで、耐熱性板部材の機械的強度を高めることが可能である。
　本実施形態の構造体は耐熱性板部材を備える。耐熱性板部材を用いることによって、軽量で、１０００℃や１４００℃などの高温時の熱伝導率の上昇を抑制できるため、１０００℃以上の高温環境下において優れた断熱性を発現する構造体を実現できる。
　耐熱性板部材は、耐熱性が必要とされる部材であれば特に限定されずに適用できるが、例えば、１４００℃以上の耐熱性が必要とされる高温環境使用部材に好適に用いることができる。
　耐熱性板部材は、鉄鋼、金属、セラミックス、自動車などの幅広い分野で高温用耐火断熱材に使用できる。
　以下、耐熱性板部材の各構成について詳述する。
　耐熱性板部材は、無機繊維フィラーを含む。
　無機繊維フィラーは、熱伝導性の観点から、アルミナ繊維を含む。その他の無機繊維フィラーとして、チタニア、シリカ等の酸化物繊維やアルカリアースシリケートウール（ＡＥＳ）、リフラクトリーセラミックファイバー（ＲＣＦ）を含んでもよい。
　無機繊維フィラーは、真比重の下限が３．０以上、好ましくは３．１以上、より好ましくは３．２以上のアルミナ繊維を含んでもよい。これにより、耐熱性板部材の機械的強度を向上できる。このアルミナ繊維の真比重の上限は、特に限定されないが、例えば、３．８以下、好ましくは３．７以下、より好ましくは３．６以下である。これにより、軽量化を図ることができる。
　アルミナ繊維のアルミナ／シリカの質量比は、例えば、８０／２０～９９／１でもよく、好ましくは９７／３～９０／１０である。これにより、還元性物質又はアルカリ物質への耐久性を高められる。
　なお、本明細書中、「～」は、特に明示しない限り、上限値と下限値を含むことを表す。
　アルミナ繊維の含有率の上限は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、例えば、８５質量部以下、好ましくは８０質量部以下、より好ましくは７５質量部以下である。これにより、高温時の熱伝導率の上昇を抑制できる。
　一方、アルミナ繊維の含有率の下限は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量％に対して、例えば、１０質量部以上、好ましくは２０質量部以上、より好ましくは３０質量部以上である。これにより、耐熱性板部材のかさ密度を低減することができる。
　アルミナ繊維は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）を含んでもよい。アルミナ繊維の鉱物組成について、粉末Ｘ線回折によって同定・定量できる。
　アルミナ繊維中のムライト含有量の上限は、例えば、８０質量％以下、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１２質量％以下である。これにより、繊維強度を向上させることができる。
　一方、アルミナ繊維中のムライト含有量の下限は、例えば、１質量％以上であってもよい。
　ＩＳＯ１０６３５に準拠して測定される、アルミナ繊維の５０μｍ以上の長さのショット（未繊維状粒子）含有率の上限は、例えば、１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下である。ショットが低減したアルミナ繊維を用いることで、製造バラツキを低減できる。一方、上記ショット含有率の下限は、特に限定されないが、０．１％以上でもよい。
　アルミナ繊維は、形状が限定されないが、バルク状のものを使用できる。
　アルミナ繊維の製造方法として、公知の方法を採用できるが、次のような原液調製工程、紡糸工程、集綿工程および焼成工程を含むものを用いてもよい。これによって、バルク状のアルミナ繊維（綿状繊維）を作製できる。
（原液調製工程）
　アルミナ源として、例えば、オキシ塩化アルミニウム水溶液、アルミナゾル等が用いられ、シリカ源として、例えば、シリカゾル、ポリシロキサン等を用いられる。必要に応じて、紡糸助剤として、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等を用いることができる。これらを所望の割合に混合し、減圧濃縮することで紡糸原液が得られる。
（紡糸工程）
　原液調製工程で調製された紡糸原液は、紡糸装置を用いて細孔から大気中に押出され、アルミナ繊維前駆体となる。使用される紡糸装置に特に制限はなく、ブローイング紡糸装置や回転円盤紡糸装置等を用いることができる。細孔から押し出された繊維の融着を防ぎ、高面圧を有するアルミナ繊維を製造するという観点からは、特開２０１０－３１４１６号公報に記載されている回転円盤紡糸法が好適に用いられる。
　細孔の大きさや押出条件を調節することにより、得られるアルミナ繊維の平均繊維径や繊維径分布、およびショットと呼ばれる非繊維化物の含有量を制御することができる。典型的には、アルミナ繊維の平均繊維径は３μｍ以上８μｍ以下の範囲に調整される。なお、５０μｍ以上の長さのショット含有率は１％未満であることが好ましい。
（集綿工程）
　紡糸工程で得られたアルミナ繊維前駆体は、集綿室内に設置したネットコンベアの下部から吸引を行うことにより、アルミナ繊維前駆体が集積され、アルミナ繊維前駆体の集積体が得られる。ネットコンベアの速度を調節することにより、得られる集積体の厚みや面重量が調整される。
（焼成工程）
　集綿工程で得られたアルミナ繊維前駆体は、焼成工程で焼成される。焼成工程では、焼成装置を用いて、脱脂工程、結晶化工程がこの順に行われる。
　耐熱性板部材は、無機多孔質フィラーを含む。
　無機多孔質フィラーは、鉱物相としてＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３を含むカルシウムアルミネート多孔質粒子（以下、ＣＡ６粒子と呼称してもよい）を含む。
　ＣＡ６粒子は、必要に応じて、以外のその他の鉱物相を含んでもよい。その他の鉱物相として、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
　ＣＡ６粒子の粒子径は、例えば、０．５～５００μｍ、好ましくは１～３００μｍ、より好ましくは１．５～２００μｍである。
　ＣＡ６粒子のかさ密度は、例えば、０．４～１．０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．５～０．９ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．６～０．８ｇ／ｃｍ３である。
　上記のＣＡ６粒子は、例えば、カルシア原料とアルミナ原料等の骨材原料を混合、若しくは混合粉砕して、最終的に合成されるカルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ２Ｏ３のモル比がおおよそ１：６の成分割合になるように配合し、水と混練して成形後、１０００℃～１７００℃の温度で焼成して得られたものを、粉砕機によって粉砕して製造できる。
　無機多孔質フィラーの含有量の下限は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、例えば、１質量部以上、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは１５質量部以上である。これにより、軽量および断熱性を向上できる。
　一方、無機多孔質フィラーの含有量の上限は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、例えば、７０質量部以下、好ましくは６５質量部以下、より好ましくは６０質量部以下である。さらに軽量化を図ることが可能である。
　耐熱性板部材は、無機バインダーまたは有機バインダーの少なくとも一方から選択される結合剤を含んでもよい。有機バインダーを用いることによって、抄造体中において無機繊維フィラーや無機多孔質フィラー等の無機フィラーを互いに結着できる。焼成後も残存する無機バインダーを用いることで、耐熱性板部材の加熱収縮率を低減できる。
　無機バインダーが、コロイダルシリカ、およびアルミナゾルからなる群から選ばれる一または二以上を含んでもよい。
　無機バインダーの含有量は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量％に対して、無機バインダー中の固形分換算で、例えば、１質量％～１０質量％、好ましくは３質量％～７質量％である。
　有機バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、デンプン、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、およびポリオキシエチレンアルキルエーテルからなる群から選ばれる一または二以上を含んでもよい。この他、エポキシ系、フェノール系、アクリル酸エステル系、ポリウレタン系、イソシアネート系、ポリイミド系、酢酸ビニル系等の接着剤、各種ゴム系接着剤を有機バインダーとして使用してもよい。
　（メタ）アクリル酸エステル共重合体としては、例えば（メタ）アクリル酸エステル同士の共重合体、（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸エステル以外のモノマーとの共重合体等を用いることができる。
　有機バインダーの含有量は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量％に対して、例えば、１質量％～１０質量％、好ましくは３質量％～７質量％である。
　耐熱性板部材は、抄造成形体で構成される。すなわち、耐熱性板部材は、原料成分を含むスラリーを抄造し、成形することで得られる。
　耐熱性板部材の製造方法は、例えば、スラリー工程、抄造工程、および成形工程を含む。
　スラリー工程は、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラー、無機バインダー、有機バインダー等の繊維原料を、水に溶解または分散させて、水スラリーを調整する。水スラリーには、必要に応じて、凝集剤などの抄造法で一般的に使用される添加剤を含めてもよい。
　続いて、抄造工程は、得られたスラリーを所定のメッシュを備える網に通して、スラリー中の水を脱水させて、網上に繊維原料を残存させ、抄造体を得る。網の下方から吸引してもよい。脱水後や脱水時において乾燥を行ってもよい。また、網の表面形状は、適宜に選択され、平面状でもよく、一部に立体構造を備えるものであってもよい。
　抄造の一例として、底面に網板を備えた箱型容器に水スラリーを流し込み、網の下方で吸引しながら脱水し、網面上のケーキを乾燥する方式、水スラリー中に吸引機構を備えた平網を沈め、吸引して漉き上げたケーキを乾燥する方式、丸網抄造機、長網抄造機等の連続抄造設備を用いる方式等が挙げられる。ケーキの乾燥は熱風乾燥で行ってもよい。
　本明細書において、「抄造体」という用語は、繊維材料を漉く手法を使用して得られた物の状態を示す技術用語として一般的に使用されるものである。
　その後、成形工程は、得られた成形体を加熱処理することで、所定形状の抄造成形体を製造する。例えば、プレスによって、加熱加圧処理を行ってもよい。抄造成形体は、ボードに加工されてもよい。
　抄造成形体からなる耐熱性板部材の厚みは、特に限定されないが、１ｍｍ～１００ｍｍでもよく、好ましくは１０ｍｍ～６０ｍｍである。これにより、取扱性に優れた耐熱性板部材を実現できる。
　１４００℃、６０分で焼成処理した後の、耐熱性板部材のかさ密度の上限は、例えば、０．３０（ｇ／ｃｍ３）未満でもよく、好ましくは０．２８（ｇ／ｃｍ３）以下、より好ましくは０．２５（ｇ／ｃｍ３）以下である。一方、上記耐熱性板部材のかさ密度の下限は、０．１０（ｇ／ｃｍ３）以上でもよい。
　以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
　以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
＜耐熱性板部材の作製＞
　表１中に示す各原料成分は以下のとおり。
（無機繊維フィラー）
・アルミナ繊維（デンカ社製、製品名：Ｂ８０、組成比（質量比）Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝８０％：２０％、バルク、真比重：３．４、平均繊維長（径）：４．１μｍ、ムライト含有量：５９％、ＩＳＯ１０６３５に準拠して測定される５０μｍ以上の長さのショット含有率：１．０％）
（無機多孔質フィラー）
・ＣＡ６粒子：（ＣＡ６を主成分に含むカルシウムアルミネート多孔質粒子、デンカ社製、平均粒子径：１８．５μｍ、かさ密度：０．７１ｇ／ｃｍ３）
（無機非多孔質フィラー）
・アルミナ粉：（住友化学社製、製品名ＡＭ－２１０：、平均粒子径：４．８μｍ、かさ密度：１．２８ｇ／ｃｍ３）
（無機バインダー）
・コロイダルシリカ（固形分濃度２０質量％、日産化学社製）
（有機バインダー）
・デンプン（日澱化學社製）
（実施例１）
　表１に示す原料成分を使用し、アルミナ繊維を７８質量部、ＣＡ６粒子を１６質量部、コロイダルシリカ（固形分濃度２０質量％）を固形分換算で６質量部、デンプンを、無機フィラー（無機繊維フィラー・無機多孔質フィラー）および無機バインダーの合計１００質量部に対して、５質量部加え、２０分間湿式混合し、スラリー濃度（無機繊維フィラー、無機多孔質フィラー、有機バインダー及び無機バインダーの合計含有率）２．０質量％の水スラリー（混合物）を調製した。
　得られた水スラリーを底面網部の寸法が３２０ｍｍ×３２０ｍｍの抄造ボックス（編み目間隔０．３ｍｍ）に流し込み、底面網の下方より吸引により水を抜き、板状の抄造体（ケーキ）を製造した。
　脱型後、板状の抄造体をプレスに挟み、厚みを調整した後、１００℃の熱風乾燥機で１６時間乾燥して、厚み２５ｍｍの板状の抄造成形体（耐熱性板部材Ａ）を製造した。
（実施例２）
　アルミナ繊維を５６質量部、ＣＡ６粒子を３７質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、耐熱性板部材Ｂを製造した。
（実施例３）
　アルミナ繊維を４０質量部、ＣＡ６粒子を５３質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、耐熱性板部材Ｃを製造した。
（比較例１）
　ＣＡ６粒子をアルミナ粉に変更した以外は、実施例１と同様にして、耐熱性板部材Ｄを製造した。
（参考例）
　アルミナ繊維を９４質量部に変更し、ＣＡ６粒子を使用しなかった以外は、実施例１と同様にして、耐熱性板部材Ｅを製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られた耐熱性板部材Ａ～Ｅについて、以下の評価項目に基づいて評価を実施した。評価結果を表１に示す。
（かさ密度）
　耐熱性板部材について、１４００℃、６０分焼成処理した後、重量計を用いてその重量、およびノギスを使用して体積を計測した。計測された重量を体積で除することによって、かさ密度（ｇ／ｃｍ３）を算出した。
（熱伝導率）
　耐熱性板部材の熱伝導率について、ＪＩＳ　Ｒ２２５１－１に準拠して、室温（ＲＴ）～１４００℃までの温度範囲において測定した。室温、６００℃、１０００℃、１４００℃における熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を表１に示す。
　実施例１～３の耐熱性板部材は、参考例および比較例１と比べて、１０００℃や１４００℃などの高温時における熱伝導率が低く、断熱性に優れることを示した。また、実施例１の耐熱性板部材は、無機多孔質フィラー以外は同じ組成成分・組成比率で構成される比較例１と比べて焼成後のかさ密度が小さく、軽量化されていた。
　したがって、実施例１～３の耐熱性板部材は、軽量で断熱性に優れた部材であることが分かった。このような実施例の耐熱性板部材は、高温用耐火断熱材に好適に用いることが可能である。
　この出願は、２０２１年１１月８日に出願された日本出願特願２０２１－１８１７３０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

  1. 　無機繊維フィラーと、無機多孔質フィラーと、を含む抄造成形体からなる耐熱性板部材であって、
    　前記無機繊維フィラーが、アルミナ繊維を含み、
    　前記無機多孔質フィラーが、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３を含み、
    　１４００℃、６０分で焼成処理した後の、当該耐熱性板部材のかさ密度が、０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．３０ｇ／ｃｍ３未満である、耐熱性板部材。
  2. 　請求項１に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記アルミナ繊維の含有率が、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、１０質量部以上８５質量部以下である、耐熱性板部材。
  3. 　請求項１または２に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記アルミナ繊維が、真比重が３．０以上３．８以下であり、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を有する、耐熱性板部材。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記アルミナ繊維のムライト含有量が、１質量％以上８０質量％以下である、耐熱性板部材。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の耐熱性板部材であって、
    　ＩＳＯ１０６３５に準拠して測定される、前記アルミナ繊維の５０μｍ以上の長さのショット含有率が、０．１％以上１０％以下である、耐熱性板部材。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記無機多孔質フィラーの含有量が、無機繊維フィラー、無機多孔質フィラーおよび無機バインダーの合計１００質量部に対して、１質量部以上７０質量部以下である、耐熱性板部材。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の耐熱性板部材であって、
    　無機バインダーまたは有機バインダーの少なくとも一方から選択される結合剤を含む、耐熱性板部材。
  8. 　請求項７に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記無機バインダーが、コロイダルシリカ、およびアルミナゾルからなる群から選ばれる一または二以上を含む、耐熱性板部材。
  9. 　請求項７に記載の耐熱性板部材であって、
    　前記有機バインダーが、ポリビニルアルコール、デンプン、ポリエチレングリコール、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、およびポリオキシエチレンアルキルエーテからなる群から選ばれる一または二以上を含む、耐熱性板部材。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の耐熱性板部材を備える、構造体。 
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017048477A (ja) * 2015-09-01 2017-03-09 デンカ株式会社 アルミナ繊維集合体及びその製造方法
JP2017083113A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 株式会社Ｉｎｕｉ 耐火繊維粉末、耐火物形成用組成物及び耐火物
JP2019078337A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 イソライト工業株式会社 断熱材及びその製造方法
JP2021088475A (ja) * 2019-12-03 2021-06-10 デンカ株式会社 無機繊維成形体、加熱炉、構造体、及び無機繊維成形体の製造方法
JP2022114211A (ja) * 2021-01-26 2022-08-05 デンカ株式会社 無機繊維成形体、および炉

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017048477A (ja) * 2015-09-01 2017-03-09 デンカ株式会社 アルミナ繊維集合体及びその製造方法
JP2017083113A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 株式会社Ｉｎｕｉ 耐火繊維粉末、耐火物形成用組成物及び耐火物
JP2019078337A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 イソライト工業株式会社 断熱材及びその製造方法
JP2021088475A (ja) * 2019-12-03 2021-06-10 デンカ株式会社 無機繊維成形体、加熱炉、構造体、及び無機繊維成形体の製造方法
JP2022114211A (ja) * 2021-01-26 2022-08-05 デンカ株式会社 無機繊維成形体、および炉

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