特許 6768236 断熱材及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6768236

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】断熱材及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16L 59/02 20060101AFI20201005BHJP

   C04B 35/80 20060101ALI20201005BHJP

   D06M 11/79 20060101ALI20201005BHJP

   D01F 9/08 20060101ALN20201005BHJP

【ＦＩ】

   F16L59/02

   C04B35/80

   D06M11/79

   !D01F9/08 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-194998(P2018-194998)

(22)【出願日】2018年10月16日

(65)【公開番号】特開2020-63760(P2020-63760A)

(43)【公開日】2020年4月23日

【審査請求日】2018年10月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】391029509

【氏名又は名称】イソライト工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(72)【発明者】

【氏名】矢地 史幸

(72)【発明者】

【氏名】末吉 篤

(72)【発明者】

【氏名】橋本 敏昭

【審査官】 吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−００５２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１０３０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３９６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４０３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／１７６１８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特許第４８６０００５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０５−１０６７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２９４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０１２８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｌ ５９／０２

Ｃ０４Ｂ ３５／８０

Ｄ０６Ｍ １１／７９

Ｄ０１Ｆ ９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主成分としてのセラミック繊維と、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維と、中心粒径（Ｄ５０）が２０〜１００μｍの緩衝材としての無機微粒子とを含有する断熱材であって、該セラミック繊維の含有率が４５〜９０質量％であり、該ガラス繊維の含有率が３〜１８質量％であり、該無機微粒子の含有率が３０質量％以下であることを特徴とする断熱材。

【請求項2】

前記ガラス繊維は、軟化点が７００〜１２００℃の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の断熱材。

【請求項3】

セラミック繊維４５〜９０質量％と、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維３〜１８質量％と、中心粒径（Ｄ５０）が２０〜１００μｍの無機微粒子３０質量％以下と、無機バインダーとをそれらの合計が１００質量％となるようにそれぞれ秤り取って水に分散させてスラリーを調製した後、該スラリーに有機バインダーを添加して混合してから型を用いて脱水成形し、該脱水成形後に前記ガラス繊維の軟化点よりも低い空気雰囲気中で熱処理することを特徴とする断熱材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、断熱材及びその製造方法に関し、特に押湯断熱材として好適に使用することが可能なハンドリング性に優れた断熱材及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋳造による鋳物の製造では、歩留りの向上がコスト競争力を高めるための重要な課題になっており、そのため、溶湯の凝固収縮によるいわゆる引けや巣（空隙）が鋳物本体に生じないように、鋳型内に溶湯を流し込むための押湯と称する湯だまり部が設けられている。この押湯の断熱材として使用される断熱材は一般的に湿式成形により製造される。

【0003】

一般的な断熱材の湿式成形による製造方法としては、例えば特許文献１に、セラミック繊維からなる骨格繊維と、ガラス繊維と、有機バインダー等のバインダーとを水に添加してスラリーとし、これを吸引脱水成形することで湿潤成形体を成形し、これをガラス繊維の軟化点以上の温度で加熱処理することで触媒コンバーター用の断熱材を作製する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７−１７７００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のような方法で作製した断熱材は、高温域でバインダーの焼失を行う際や断熱材として長期間使用した後にセラミック繊維が脆化することがあった。その結果、使用中の断熱材から粉塵が発生することがあり、また、断熱材の交換の際に崩壊しやすくなるので、作業環境を悪化させたり作業性に支障をきたしたりすることがあった。本発明は、上記した従来の断熱材が抱える間題点に鑑みてなされたものであり、粉塵が発生しにくく且つハンドリング性に優れた断熱材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明が提供する断熱材は、主成分としてのセラミック繊維と、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維と、中心粒径（Ｄ５０）が２０〜１００μｍの緩衝材としての無機微粒子とを含有する断熱材であって、該セラミック繊維の含有率が４５〜９０質量％であり、該ガラス繊維の含有率が３〜１８質量％であり、該無機微粒子の含有率が３０質量％以下であることを特徴としている。

【0007】

また、本発明が提供する断熱材の製造方法は、セラミック繊維４５〜９０質量％と、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維３〜１８質量％と、中心粒径（Ｄ５０）が２０〜１００μｍの無機微粒子３０質量％以下と、無機バインダーとをそれらの合計が１００質量％となるようにそれぞれ秤り取って水に分散させてスラリーを調製した後、該スラリーに有機バインダーを添加して混合してから型を用いて脱水成形し、該脱水成形後に前記ガラス繊維の軟化点よりも低い空気雰囲気中で熱処理することを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、使用環境下における加熱冷却後のハンドリング性に優れた断熱材を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態の断熱材について説明する。この本発明の実施形態の断熱材は、いずれも乾燥基準において、主成分としてのセラミック繊維を４５〜９０質量％含有し、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維を３〜１８質量％含有し、必要に応じて無機微粒子を３０質量％以下、無機バインダーを１０質量％以下含有する断熱材である。この断熱材は、該ガラス繊維の軟化点より少なくとも５０℃高い高温環境下において使用されることで、冷却後は該セラミック繊維同士が該ガラス繊維由来のガラス質物質を介して融着した形態になるので、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準拠したデュロメータ（Ｃタイプ）による硬度が３０以上、好ましくは４０以上となり、該冷却後に優れたハンドリング性が得られる。

【0010】

具体的に説明すると、本発明の実施形態の断熱材が含有するセラミック繊維は、ＰＣＷ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｗｏｏｌ）、ＲＣＦ（Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｉｂｅｒ）、及びＡＥＳ（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ウールのうちの少なくとも１種であることが好ましい。ここで、ＰＣＷとはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）の合計含有量が６０質量％以上の結晶質繊維であり、ＲＣＦとはアルミナの含有量が３０〜６０質量％、シリカの含有量が４０〜７０質量％である非晶質繊維又は結晶質繊維であり、ＡＥＳウールとはシリカ含有量が５０〜８２質量％、カルシアとマグネシアの合計含有率が１８〜４３質量％の非晶質繊維であって、生体内で分解される溶解性を有する生体溶解性繊維である。

【0011】

また、本発明の実施形態の断熱材が含有する該セラミック繊維より低融点のガラス繊維は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）含有率が０.１〜３０質量％、シリカ（ＳｉＯ_２）含有率が５０〜７５質量％であることが好ましい。また、軟化点が７００〜１２００℃であることが好ましい。

【0012】

更に、本発明の実施形態の断熱材に必要に応じて含有させる無機微粒子は、例えば珪砂を用いることができる。この無機微粒子は堀場製作所製レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置ＬＡ−９５０によって測定した中心径（Ｄ５０）が２０〜１００μｍであることが好ましく、２５〜３５μｍであることがより好ましい。上記無機微粒子の中心径Ｄ５０が２０μｍ未満では、粒径が小さすぎるので緩衝材としての効果が得られなくなるおそれがある。逆に上記無機微粒子の中心径Ｄ５０が１００μｍを超えると、加熱線収縮率が大きくなるおそれがある。

【0013】

また、必要に応じて含有させる上記無機バインダーとしては、シリカゾルなどの一般的に使用されているものでよく、例えば、シリカゾルの場合は日産化学工業株式会社製のコロイダルシリカを使用することができる。

【0014】

また、本発明の実施形態の断熱材は、上記断熱材に対して上記ガラス繊維の軟化点以下の好ましくは５００〜７５０℃の空気雰囲気中で熱処理を行った後の１０％変形圧縮強度が３０ｋＰａ以上で且つ復元率が９４〜９９％であることが好ましく、該１０％変形圧縮強度が４０ｋＰａ以上で且つ復元率が９７〜９９％であることがより好ましい。

【0015】

ここで、上記１０％変形圧縮強度は、測定対象となる断熱材から切り出した縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状サンプルの上面全体に荷重をかけてその厚み方向に１ｍｍ／分で圧縮し、該厚み方向に１０％変形したときの応力である。また、上記復元率は、上記１０％変形した圧縮状態を５分間保持した後、該荷重を解放したときの厚みを測定し、得られた「１０％変形圧縮荷重解放後の厚み」を「１０％変形圧縮荷重負荷前の厚み」で除して１００をかけることで求めることができる。なお、上記１０％変形圧縮強度が３０ｋＰａ未満の場合は、かさ密度を大きくすることで該１０％変形圧縮強度を高めることができる。

【0016】

また、本発明の実施形態の断熱材は、上記セラミック繊維より低融点のガラス繊維に軟化点が７００〜８５０℃のものを用いたとき、該断熱材の９００℃×２４ｈｒの加熱線収縮率が４％以下、９００℃に加熱したときの熱間線膨張率が２.０％以下であることが好ましく、９００℃×２４の加熱線収縮率が３％以下、９００℃に加熱したときの熱間線膨張率が１.０％以下であることがより好ましい。

【0017】

また、本発明の実施形態の断熱材は、セラミック繊維より低融点のガラス繊維に軟化点が８５０〜１０００℃のものを用いたとき、該断熱材の１０５０℃×２４の加熱線収縮率が４％以下、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率が２.０％以下であることが好ましく、１０５０℃×２４ｈｒの加熱線収縮率が３％以下、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率が１.０％以下であることがより好ましい。

【0018】

また、本発明の実施形態の断熱材は、セラミック繊維より低融点のガラス繊維に軟化点が１０００〜１２００℃のものを用いたとき、該断熱材の１２５０℃×２４ｈｒの加熱線収縮率が４％以下、１２５０℃に加熱したときの熱間線膨張率が２.０％以下であることが好ましく、１２５０℃×２４ｈｒの加熱線収縮率が３％以下、１２５０℃に加熱したときの熱間線膨張率が１.０％以下であることがより好ましい。

【0019】

なお、上記の加熱線収縮率はＪＩＳ Ｒ３３１１に準拠して測定したものであり、熱間線膨張率はＪＩＳ Ｒ２２０７−１に準拠して測定したものである。また、加熱線収縮率の測定において例えば９００℃×２４ｈｒとは、９００℃の空気雰囲気中で２４時間保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率を意味している。上記加熱線収縮率が上記要件を満たさない場合は、無機微粒子の添加量を増加することで該加熱線収縮率を下げることができる。また、上記熱間線膨張率が上記要件を満たさない場合は、ガラス繊維の添加量を減少することで該熱間線膨張率を下げることができる。

【0020】

次に、上記した本発明の実施形態の断熱材の製造方法について説明する。先ず、上記したセラミック繊維と、該セラミック繊維より低融点のガラス繊維と、無機微粒子と、無機バインダー及び有機バインダーとを用意する。これらセラミック繊維及びガラス繊維は、いずれも溶融した原料を高速空気又は水蒸気で吹き飛ばして繊維化するブローイング法、溶融した原料を高速回転するローターにあててその遠心力により繊維化するスピニング法、溶融した原料をノズルから吹き出すことで繊維化するスプレー法、溶融した原料をノズルから引き伸ばして繊維化するダイレクトメルト法、及び溶融した原料をマーブルと称するビー玉状の小球に一旦成形し、これを再溶融してノズルから引き伸ばして繊維化するマーブルメルト法のうちのいずれかの製法により作製することができる。上記有機バインターとしては、テンプンなどの一般的に使用されているものでよく、例えば、日澱化学工業株式会社製のテンプンを使用することができる。

【0021】

そして、これら材料を、セラミック繊維が４５〜９０質量％、ガラス繊維が３〜１８質量％、無機微粒子が０〜３０質量％の配合割合となるように秤り取り、必要に応じて所定量の無機バインダー及び有機バインダーと共に水に添加して混合することでスラリーを調製する。このようにして調製したスラリーを型に導入して吸引により脱水成形する。得られた成形体は乾燥処理後、上記ガラス繊維の軟化点以下の空気雰囲気中で熱処理を行うのが好ましい。

【0022】

かかる条件で熱処理を行うことにより、該ガラス繊維が溶融しないので、溶融したガラス繊維を介したセラミック繊維同士の融着を生じさせることなく有機物からなる有機バインダーを焼き飛ばすことができる。また、断熱材の施工後の使用時に燃焼ガスが発生するのを防止することができる。また、施工後は被断熱物の熱による加熱により該ガラス繊維が溶融するので、セラミック繊維同士が該溶融したガラス繊維によって融着する。そのため、被断熱物の運転停止時等の断熱材が冷却状態のときは、ガラス繊維由来のガラス質物質を介してセラミック繊維同士が融着した形態となる。よって、使用中の断熱材や交換のため取り外された断熱材から粉塵が発生しにくくなるうえ、断熱材が崩壊しにくいので容易に交換することができる。なお、鋳型とタンディッシュに挟まれることによって使用時は断熱材には圧縮する方向に力がかかることがあり、この場合は、断熱材は高密度になるのでより一層崩壊しにくくなる。

【実施例】

【0023】

[実施例１]
セラミック繊維として、イソライト工業株式会社製のＡＥＳウール（商品名：イソウールＢＳＳＲ）、該セラミック繊維より低融点のガラス繊維として軟化点が８５０℃であるＡＧＹ株式会社製のガラス繊維(商品名：チョップドストランド)、無機微粒子として有限会社丸西シリカ鉱業所製の珪砂、無機バインダーとして日産化学工業株式会社製のコロイダルシリカ（ＳｉＯ_２濃度：４０質量％)、及び有機バインダーとして日澱化学工業株式会社製のデンプンを用意した。

【0024】

そして、セラミックス繊維を６０質量％、セラミック繊維より低融点であるガラス繊維を６質量％、無機微粒子を２７質量％、及び無機バインダーを４質量％の配合割合となるようにこれらセラミック繊維、ガラス繊維、無機微粒子、及び無機バインダーをそれぞれ秤り取って水に投入して分散させ、数分間撹拌した。更に、上記水に投入したセラミック繊維１００質量部に対して５質量部の配合割合で有機バインダーを添加して凝集させた後、型を用いて板状に吸引成形した。

【0025】

得られた板状の成形体を１０５℃の空気中で乾燥処理した後、７２５℃の空気中で熱処理することにより実施例１の断熱材を製造した。上記熱処理後のかさ密度をＪＩＳ Ｒ３３１１に準拠して測定したところ２９８ｋｇ／ｍ^３であった。また、上記熱処理後の断熱材について、１０％変形圧縮応力及び復元率を測定した。なお、１０％変形圧縮応力は、サンプルサイズ縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状サンプルを用意し、上面全体に荷重をかけて厚み方向に１ｍｍ／ｍｉｎで圧縮し、該厚み方向に１０％変形した時の応力を測定した。

【0026】

一方、復元率は、上記の１０％変形した圧縮状態を５分間保持した後、該荷重を解放したときの厚みを測定し、下記式１から求めた。
[式１］
復元率＝圧縮荷重解放後の厚み／圧縮荷重負荷前の厚み×１００

【0027】

更に、使用環境と同程度の雰囲気である高温空気に２４ｈｒ保持して加熱した後、常温まで冷却したときの断熱材の硬度について、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準拠してデュロメータ（Ｃタイプ）により測定したところ、表示は４５であった。なお、上記の高温空気の温度は上記ガラス繊維の軟化点よりも５０℃高い温度である９００℃とした。

【0028】

同様に、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い温度である９００℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率をＪＩＳ Ｒ３３１１に準拠して測定し、同様に、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い温度である９００℃に加熱したときの熱間線膨張率をＪＩＳ Ｒ２２０７−１に準拠して測定し、６００℃に加熱したときの熱伝導率をＪＩＳ Ａ１４１２−２に準拠して測定した。

【0029】

[実施例２]
セラミック繊維より低融点のガラス繊維にセントラルグラスファイバー株式会社製の軟化点が１０００℃のガラス繊維(商品名：チョップドストランド)を使用した以外は上記実施例１と同様にして実施例２の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、３０５ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧縮応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１０５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても上記実施例１と同様にして測定した。

【0030】

[実施例３]
セラミック繊維より低融点のガラス繊維に日東紡株式会社製の軟化点が１２００℃のガラス繊維(商品名：Ｔガラス)を使用した以外は上記実施例１と同様にして実施例３の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、２９８ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧縮応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１２５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１２５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても上記実施例１と同様にして測定した。

【0031】

[実施例４]
セラミック繊維として株式会社デンカ製のＰＣＷ（商品名：デンカアルセン）を使用し、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維として軟化点が１０００℃の実施例２と同じガラス繊維を使用し、セラミック繊維を８３質量％、ガラス繊維を８質量％、及び無機バインダーを９質量％の配合割合とし、無機微粒子は添加しないこと以外は上記実施例１と同様にして実施例４の断熱材を製造した後、該実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、２３７ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧縮応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１０５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても上記実施例１と同様にして測定した。

【0032】

[実施例５}
セラミック繊維として、イソライト工業株式会社製のＲＣＦ(商品名：イソウール)を使用した以外は上記実施例４と同様にして実施例５の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、２９０ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧経応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１０５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても上記実施例１と同様にして測定した。

【0033】

[実施例６］
セラミック繊維より低融点のガラス繊維に軟化点７００℃のＡＧＹ株式会社製のガラス繊維（商品名：チョップドストランド）を用いた以外は上記実施例１と同様にして実施例６の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、３００ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧経応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い７５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、７５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても上記実施例１と同様にして測定した。

【0034】

[比較例１］
セラミック繊維を５１質量％、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維を２０質量％、無機微粒子を２３質量％、及び無機バインダーを６質量％の配合割合にした以外は上記実施例２と同様にして比較例１の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、２６２ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧縮応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１０５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても実施例２と同様にして測定した。

【0035】

[比較例２]
セラミック繊維を４９質量％、該セラミック繊維よりも低融点のガラス繊維を２４質量％、無機微粒子を２２質量％、及び無機バインダーを５質量％の配合割合にした以外は実施例２と同様にして比較例２の断熱材を製造した後、実施例１と同様にして熱処理した。この熱処理後の断熱材のかさ密度は、２３０ｋｇ／ｍ^３であった。また、硬度、１０％変形圧縮応力及び復元率、該ガラス繊維の軟化点より５０℃高い１０５０℃の空気雰囲気中に２４ｈｒ保持した後、常温まで冷却したときの加熱線収縮率、１０５０℃に加熱したときの熱間線膨張率、並びに６００℃に加熱したときの熱伝導率についても実施例２と同様にして測定した。上記の比較例１及び２の測定結果を実施例１〜６の測定結果と共に下記表１に示す。

【0036】

【表1】