JPH04119959A - 低密度断熱構造体の製造法 - Google Patents
低密度断熱構造体の製造法Info
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- JPH04119959A JPH04119959A JP23447990A JP23447990A JPH04119959A JP H04119959 A JPH04119959 A JP H04119959A JP 23447990 A JP23447990 A JP 23447990A JP 23447990 A JP23447990 A JP 23447990A JP H04119959 A JPH04119959 A JP H04119959A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、1200°Cを超えるような苛酷な温度条件
下で使用する断熱材として適当な、高度の耐熱性と耐熱
衝撃性を備えた低密度断熱構造体を製造する方法に関す
るものである。
下で使用する断熱材として適当な、高度の耐熱性と耐熱
衝撃性を備えた低密度断熱構造体を製造する方法に関す
るものである。
米国NAsAのスペースシャトルの表面保護材のように
著しい高温や激しい熱的衝撃に耐え、低密度で断熱性に
すぐれる一方、一定水準以上の強度と機械加工性を備え
ていることを要求される断熱構造体の代表的なものとし
ては、耐熱性無機繊維を主材とする多孔質成形体が知ら
れている。
著しい高温や激しい熱的衝撃に耐え、低密度で断熱性に
すぐれる一方、一定水準以上の強度と機械加工性を備え
ていることを要求される断熱構造体の代表的なものとし
ては、耐熱性無機繊維を主材とする多孔質成形体が知ら
れている。
この種の材料で最初に用いられたものは、バインダーと
してのコロイダルシリカの存在下に高純度シリカ繊維を
成形し約1300’C!で焼成して作られたシリカタイ
ルと呼ばれる材料である。この材料は強度が低く、また
劣化も早く、使用時の機械的衝撃によって欠けたり、接
着したものが剥落したりする欠点があった。バインダー
を使用することによるシリカタイルの上述のような欠点
を解消するため、特開昭55−37500号の発明では
、ンリカ繊維、アルミノシリケート繊維および酸化ホウ
素の混合物、またはシリカ繊維とアルミノボロシリケー
ト繊維の混合物を、成形したのち焼成することにより繊
維間融着を生じさせたものを提案している。また特開昭
60−151269号の発明では、特定の繊維径のシリ
カ繊維とアルミナ繊維とを酸化ホウ素により融着させた
ものが開示されている。
してのコロイダルシリカの存在下に高純度シリカ繊維を
成形し約1300’C!で焼成して作られたシリカタイ
ルと呼ばれる材料である。この材料は強度が低く、また
劣化も早く、使用時の機械的衝撃によって欠けたり、接
着したものが剥落したりする欠点があった。バインダー
を使用することによるシリカタイルの上述のような欠点
を解消するため、特開昭55−37500号の発明では
、ンリカ繊維、アルミノシリケート繊維および酸化ホウ
素の混合物、またはシリカ繊維とアルミノボロシリケー
ト繊維の混合物を、成形したのち焼成することにより繊
維間融着を生じさせたものを提案している。また特開昭
60−151269号の発明では、特定の繊維径のシリ
カ繊維とアルミナ繊維とを酸化ホウ素により融着させた
ものが開示されている。
上記各発明による低密度断熱構造体はすでにかなり高い
水準の性能を達成しているが、宇宙開発の進展にともな
い、より低密度で強度も耐久性もある高性能のものを求
める声が強くなっている。
水準の性能を達成しているが、宇宙開発の進展にともな
い、より低密度で強度も耐久性もある高性能のものを求
める声が強くなっている。
本発明の目的は、かかる要望に応え、−屑紙密度で強度
、耐熱性、耐熱衝撃性等にも優れた断熱構造体を製造す
る方法を提供することにある。
、耐熱性、耐熱衝撃性等にも優れた断熱構造体を製造す
る方法を提供することにある。
上記目的を達成することに成功した本発明は、平均繊維
径が0.3〜3.07+mのシリカ質繊維100重量部
、平均繊維径が1〜5μmのアルミナ繊維5〜100重
量部、平均繊維径が3〜15μmのアルミノボロシリケ
ート繊維5〜30重量部、ならびに上記3種類の無機繊
維の合計量に対して5〜30重量%の有機繊維および0
.5〜10重量%の酸化ホウ素を水中に分散させて混合
し、得られたスラリーを脱水成形し、乾燥後、酸化ホウ
素が溶融する温度で焼成することを特徴とする低密度断
熱構造体の製造法である。
径が0.3〜3.07+mのシリカ質繊維100重量部
、平均繊維径が1〜5μmのアルミナ繊維5〜100重
量部、平均繊維径が3〜15μmのアルミノボロシリケ
ート繊維5〜30重量部、ならびに上記3種類の無機繊
維の合計量に対して5〜30重量%の有機繊維および0
.5〜10重量%の酸化ホウ素を水中に分散させて混合
し、得られたスラリーを脱水成形し、乾燥後、酸化ホウ
素が溶融する温度で焼成することを特徴とする低密度断
熱構造体の製造法である。
従来の製造法と比べた場合、上記本発明の製造法の要点
は、無機繊維の配合に改良を加えたことと、最終的には
焼失させる有機繊維を用いて均質な多孔質構造を形成さ
せるようにしたことにある。
は、無機繊維の配合に改良を加えたことと、最終的には
焼失させる有機繊維を用いて均質な多孔質構造を形成さ
せるようにしたことにある。
すなわち、無機繊維としてシリカ繊維、アルミナ繊維、
およびアルミノボロシリケート繊維の3種を用いる新規
な配合は、それぞれ特徴ある物性を有する3種類の耐熱
性繊維からなる独特の三次元網目状構造を生じさせ、そ
れにより、断熱構造体を低密度でありながら極めて高い
水準の強度、耐熱性および耐熱衝撃性を有するものにす
る。上記新規な断熱構造体の構成は、構成繊維間の空隙
の大きさが均一で局部的な密度変動のない成形体になっ
て靭めで優れた性能の断熱構造体を与えるが、製造原料
に配合された有機繊維は、無機繊維と均一に混合され成
形されたのち焼成工程で焼失し、それにより、有機繊維
が用いられなかった場合よりもはるかに均一な空隙を容
易に形成させる。何機繊維はまた、焼失してそのあとに
空隙を残すことにより、無機繊維と酸化ホウ素のみから
なる原料混合物を成形する場合には側底製造不可能な低
密度成形体の形成を可能にする。
およびアルミノボロシリケート繊維の3種を用いる新規
な配合は、それぞれ特徴ある物性を有する3種類の耐熱
性繊維からなる独特の三次元網目状構造を生じさせ、そ
れにより、断熱構造体を低密度でありながら極めて高い
水準の強度、耐熱性および耐熱衝撃性を有するものにす
る。上記新規な断熱構造体の構成は、構成繊維間の空隙
の大きさが均一で局部的な密度変動のない成形体になっ
て靭めで優れた性能の断熱構造体を与えるが、製造原料
に配合された有機繊維は、無機繊維と均一に混合され成
形されたのち焼成工程で焼失し、それにより、有機繊維
が用いられなかった場合よりもはるかに均一な空隙を容
易に形成させる。何機繊維はまた、焼失してそのあとに
空隙を残すことにより、無機繊維と酸化ホウ素のみから
なる原料混合物を成形する場合には側底製造不可能な低
密度成形体の形成を可能にする。
以下、本発明の製造法につき詳述する。
原料の無機繊維は前述のように平均繊維径が0.3〜3
0μmのシリカ繊維、平均繊維径が1〜Sμのアルミナ
繊維、および平均繊維径が3〜15umのアルミノボロ
シリケート繊維であるが、シリカ繊維としては、平均繊
維径が約0.5〜2メ■で、5102含有率が98%以
上の高純度シリカ繊維を用いるこ・とが望ましい。
0μmのシリカ繊維、平均繊維径が1〜Sμのアルミナ
繊維、および平均繊維径が3〜15umのアルミノボロ
シリケート繊維であるが、シリカ繊維としては、平均繊
維径が約0.5〜2メ■で、5102含有率が98%以
上の高純度シリカ繊維を用いるこ・とが望ましい。
アルミナ繊維としては、A1.O,約72〜100%、
5i02約0〜28%のものが好ましい。また、アルミ
ノボロシリケート繊維としては、A I、0 、約62
〜70%、5i02約24〜28%、B20.約2〜1
4%の組成を有し、かつ平均繊維長が0.5〜15m園
であるものが好ましい。この範囲よりも短い繊維を用い
たのでは、断熱構造体の強度が低くなり、また、低比重
の成形体を得ることが困雌になる。一方、これよりも長
い繊維を用いると、剛直なこの繊維が成形工程において
プレス面に平行な方向に強度の配向を生じ易く、それに
つれて他の繊維も同じ方向に配向するので、層状剥離を
起こし易い、また厚さ方向の圧縮強度の低い成形体を与
える。
5i02約0〜28%のものが好ましい。また、アルミ
ノボロシリケート繊維としては、A I、0 、約62
〜70%、5i02約24〜28%、B20.約2〜1
4%の組成を有し、かつ平均繊維長が0.5〜15m園
であるものが好ましい。この範囲よりも短い繊維を用い
たのでは、断熱構造体の強度が低くなり、また、低比重
の成形体を得ることが困雌になる。一方、これよりも長
い繊維を用いると、剛直なこの繊維が成形工程において
プレス面に平行な方向に強度の配向を生じ易く、それに
つれて他の繊維も同じ方向に配向するので、層状剥離を
起こし易い、また厚さ方向の圧縮強度の低い成形体を与
える。
各無機繊維の量比は前述のとおりとするが、/リカ繊維
を100重量部としたときのアルミナ繊維の量が5重量
部未満では製品の耐熱性および強度が低くなり、また1
00重量部を超えると、熱膨張率および熱伝導率の増加
を招く。特に好ましいアルミナ繊維の量は約5〜70重
fiffFiである。また、アルミノボロシリケート繊
維の量が5重量部未満ではやはり製品が強度および耐熱
性の劣るものとなり、30重量部を超えると高温での熱
収縮を大きくするなど耐熱性に悪影響があり、さらに熱
膨張率と熱伝導率を大きくする。
を100重量部としたときのアルミナ繊維の量が5重量
部未満では製品の耐熱性および強度が低くなり、また1
00重量部を超えると、熱膨張率および熱伝導率の増加
を招く。特に好ましいアルミナ繊維の量は約5〜70重
fiffFiである。また、アルミノボロシリケート繊
維の量が5重量部未満ではやはり製品が強度および耐熱
性の劣るものとなり、30重量部を超えると高温での熱
収縮を大きくするなど耐熱性に悪影響があり、さらに熱
膨張率と熱伝導率を大きくする。
上記3種類の無機繊維と共に用いる有機繊維としては、
製紙用またはレーヨン製造用の木材パルプ、コツ[・ン
リンターパルプ、レーヨンステープル等、焼成したとき
溶融することなく焼失するものが適当である。
製紙用またはレーヨン製造用の木材パルプ、コツ[・ン
リンターパルプ、レーヨンステープル等、焼成したとき
溶融することなく焼失するものが適当である。
パルプを用いる場合は、あらかじめミキサー、パルパー
等で処理して解砕し、繊維を分散させておく。レーヨン
ステーブルを用いる場合、繊維長は約15+am以下と
することが望ましく、長すぎるときは無機繊維と混合す
るときもつれを生じて均一混合が困離になる。有機繊維
は過剰に使用すると無機繊維間の接合を妨げ、製品の強
度を低下させるから、無機繊維の合計量に対して5〜3
5重量%とする。
等で処理して解砕し、繊維を分散させておく。レーヨン
ステーブルを用いる場合、繊維長は約15+am以下と
することが望ましく、長すぎるときは無機繊維と混合す
るときもつれを生じて均一混合が困離になる。有機繊維
は過剰に使用すると無機繊維間の接合を妨げ、製品の強
度を低下させるから、無機繊維の合計量に対して5〜3
5重量%とする。
上述のような無機繊維および有機繊維の混合物に、さら
に酸化ホウ素を混合する。その量は、無機繊維の合計量
に対して0.5〜10重量%とする。酸化ホウ素は十分
量を使用しないと繊維間結合が不十分になって強度の低
い製品を与えるが、多すぎると、それから生成するガラ
スが繊維を被覆し、各無機繊維がそれらの特性を最高度
に発揮するのを妨げて耐熱性を悪くする。
に酸化ホウ素を混合する。その量は、無機繊維の合計量
に対して0.5〜10重量%とする。酸化ホウ素は十分
量を使用しないと繊維間結合が不十分になって強度の低
い製品を与えるが、多すぎると、それから生成するガラ
スが繊維を被覆し、各無機繊維がそれらの特性を最高度
に発揮するのを妨げて耐熱性を悪くする。
無機繊維、有機繊維および酸化ホウ素は、均一に混合し
てから水中に分散させ、得られたスラリーを適当な濃度
に脱水し、最終的に嵩密度約0.08〜0.15g/c
ra’の成形体が得られるような条件で、所望の形状に
プレス成形する。得られた成形物を乾燥後、空気中で焼
成してまず有機繊維を焼失させ、その後昇温し、最終的
には約1100〜1400℃の高温で焼成して酸化ホウ
素の溶融とそれによる繊維間融着を生じさせる。冷却後
、必要に応じて切削加工を施し、目的とする低密度断熱
構造体を得る。
てから水中に分散させ、得られたスラリーを適当な濃度
に脱水し、最終的に嵩密度約0.08〜0.15g/c
ra’の成形体が得られるような条件で、所望の形状に
プレス成形する。得られた成形物を乾燥後、空気中で焼
成してまず有機繊維を焼失させ、その後昇温し、最終的
には約1100〜1400℃の高温で焼成して酸化ホウ
素の溶融とそれによる繊維間融着を生じさせる。冷却後
、必要に応じて切削加工を施し、目的とする低密度断熱
構造体を得る。
なお、本発明の製造法においては、輻射熱の透過を妨げ
て断熱性を良くする熱輻射材たとえば炭化ケイ素粉末、
炭化ケイ素ウィスカ、ホウ化ケイ素粉末等を、シリカ繊
維100重量部当たり20重量部を超えない範囲で原料
に添加混合し、製品の繊維表面に付着させてもよい。
て断熱性を良くする熱輻射材たとえば炭化ケイ素粉末、
炭化ケイ素ウィスカ、ホウ化ケイ素粉末等を、シリカ繊
維100重量部当たり20重量部を超えない範囲で原料
に添加混合し、製品の繊維表面に付着させてもよい。
平均繊維径約0.9μ+*、5iO198%以上の高純
度ンリカ繊維(短繊維)100重量部、平均繊維径3μ
m1A+、0.95%のアルミナ繊維(短繊維)46重
量部、平均繊維径11μm、A1.0362%、820
.14%、S+0z24%、平均繊維長6mmのアルミ
ノボロシリケート繊維23重量部、酸化ホウ素7.7重
量部、および無機繊維合計量に対して0〜30重量%の
製紙用木材パルプを水に分散させて混合し、濃度が1.
5%のスラリーにする。このスラリーを、濃度が3%に
なるまで予備脱水し、次いでフィルタープレスで板状に
脱水成形する。得られた成形物は105°Cで16時間
乾燥した後、120°C/brの昇温速度で1350℃
まで昇温し、1350 ’C!で10時間保持して焼成
する。冷却後、切削加工を施して、厚さ50mm、−辺
が200mINの板状断熱構造体を得る。
度ンリカ繊維(短繊維)100重量部、平均繊維径3μ
m1A+、0.95%のアルミナ繊維(短繊維)46重
量部、平均繊維径11μm、A1.0362%、820
.14%、S+0z24%、平均繊維長6mmのアルミ
ノボロシリケート繊維23重量部、酸化ホウ素7.7重
量部、および無機繊維合計量に対して0〜30重量%の
製紙用木材パルプを水に分散させて混合し、濃度が1.
5%のスラリーにする。このスラリーを、濃度が3%に
なるまで予備脱水し、次いでフィルタープレスで板状に
脱水成形する。得られた成形物は105°Cで16時間
乾燥した後、120°C/brの昇温速度で1350℃
まで昇温し、1350 ’C!で10時間保持して焼成
する。冷却後、切削加工を施して、厚さ50mm、−辺
が200mINの板状断熱構造体を得る。
上記製造法の脱水成形工程における脱水度を加減するこ
とにより製品の嵩密度をある範囲内で変更することがで
きるが、その方法で製造可能な最低密度の断熱構造体を
製造し、製品について、木材パルプの添加量と密度d
ll1nおよび厚さ方向引張強さの関係を調べ、結果を
図1に示した。
とにより製品の嵩密度をある範囲内で変更することがで
きるが、その方法で製造可能な最低密度の断熱構造体を
製造し、製品について、木材パルプの添加量と密度d
ll1nおよび厚さ方向引張強さの関係を調べ、結果を
図1に示した。
この種の断熱構造体では強度よりも低密度化を優先する
ものの厚さ方向引張強さは約1 、5 it I/cm
!以上であることが望ましいとされているが、パルプを
添加すると、この必要強度を確保しながら密度0 、1
5 t/cm3未満の低密度断熱構造体が確実に製造可
能になることがわかる。
ものの厚さ方向引張強さは約1 、5 it I/cm
!以上であることが望ましいとされているが、パルプを
添加すると、この必要強度を確保しながら密度0 、1
5 t/cm3未満の低密度断熱構造体が確実に製造可
能になることがわかる。
上記による断熱構造体のうちパルプ添加量17.8重量
%の場合(本発明実施例)およびパルプ添加量なしの場
合(比較例)の製品について特性試験を行なった結果を
第1表に示す。なお熱膨張率は30〜800℃における
平均値であり、 他の特記してない物性値は すべて室温における値である。
%の場合(本発明実施例)およびパルプ添加量なしの場
合(比較例)の製品について特性試験を行なった結果を
第1表に示す。なお熱膨張率は30〜800℃における
平均値であり、 他の特記してない物性値は すべて室温における値である。
第1表
室温→1200℃→室温30サイクル
〔発明の効果〕
上述のように、本発明は原料無機繊維を有機繊維と共に
成形し、そのご有機繊維を焼失させると共にホウ素含有
ガラスによる無機繊維間結合を生じさせて三次元網目構
造を形成させるものであるから、従来は製造不可能であ
ったような低比重で均質な多孔質断熱構造体を容易に製
造することができる。
成形し、そのご有機繊維を焼失させると共にホウ素含有
ガラスによる無機繊維間結合を生じさせて三次元網目構
造を形成させるものであるから、従来は製造不可能であ
ったような低比重で均質な多孔質断熱構造体を容易に製
造することができる。
本発明の製造法はまた改良された独特の配合の原料無機
繊維を採用しているので、それら無機繊維の協同作用に
より、強度、耐熱性、耐熱衝撃性など、熱的機械的性質
のすぐれた構造が形成される。
繊維を採用しているので、それら無機繊維の協同作用に
より、強度、耐熱性、耐熱衝撃性など、熱的機械的性質
のすぐれた構造が形成される。
上記二つの特長が相乗的に作用する結果、本発明の製造
法によれば容易に従来の水準を超える高性能低密度断熱
構造体を得ることができる。
法によれば容易に従来の水準を超える高性能低密度断熱
構造体を得ることができる。
図1は実施例の結果を示すグラフである。
Claims (1)
- 平均繊維径が0.3〜3.0μmのシリカ質繊維100
重量部、平均繊維径が1〜5μmのアルミナ繊維5〜1
00重量部、平均繊維径が3〜15μmのアルミノボロ
シリケート繊維5〜30重量部、ならびに上記3種類の
無機繊維の合計量に対して5〜30重量%の有機繊維お
よび0.5〜10重量%の酸化ホウ素を水中に分散させ
て混合し、得られたスラリーを脱水成形し、乾燥後、酸
化ホウ素が溶融する温度で焼成することを特徴とする低
密度断熱構造体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23447990A JP2819352B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 低密度断熱構造体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23447990A JP2819352B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 低密度断熱構造体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04119959A true JPH04119959A (ja) | 1992-04-21 |
| JP2819352B2 JP2819352B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=16971664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23447990A Expired - Fee Related JP2819352B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 低密度断熱構造体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819352B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-06 JP JP23447990A patent/JP2819352B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2819352B2 (ja) | 1998-10-30 |
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