JPS6233684B2

JPS6233684B2 -

Info

Publication number: JPS6233684B2
Application number: JP14359581A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Murakami; Isao Ishii; Yoshihiro Murakami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1987-07-22
Also published as: JPS5844605A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐熱絶縁材料の製造法に関する。さら
に詳しくは、本発明は500℃以上の温度雰囲気下
で連続的にまたは繰り返し行なうガラス製品など
の熱処理工程において、製品に損傷および（また
は）汚損を与えることなく製品を支持し、かつそ
れ自体が耐損耗性にすぐれた耐熱支持体として、
またはブラウン管などの高電圧を印加される製品
中で使用されるばあいに必要な電気絶縁性を有す
る絶縁体として用いられる耐熱絶縁材料の製造法
に関する。従来の耐熱絶縁材料としてはアスベストテープ
類、アスベストセメント板、アスベストケイ酸カ
ルシウム板、チツ化ホウ素材料、各種磁器製品な
どが用いられてきている。アスベストテープ類は金属に巻回してその強度
を保有させるために使用するが、アスベストは使
用温度が400℃以上になると12〜14重量％含有さ
れている結晶水がしだいに失なわれはじめ、700
℃よりも高い温度では淡褐色に変色しまた脆弱と
なつてしまうため長期安定使用が望めない。アスベストセメント板はアスベストをポルトラ
ンドセメントなどのセメント材料で結着させたも
のであるが電気絶縁性が充分でなく、また比較的
硬い材料であるためガラス製品などに損傷を与え
る危険があり、さらにはアスベストテープ類と同
様の理由から長期安定使用が望めない。アスベストケイ酸カルシウム板は多孔質、軽量
で柔かい材料であるため製品の損傷などの危険は
少ないが、それ自体が損耗しやすく、取換え作業
が煩雑である。アスベストは特定化学物質に指定されている有
害物質であるため、叙上のアスベストを基調とし
た材料は衛生上の問題などもある。チツ化ホウ素材料はそれ自体の耐損耗性にすぐ
れ、アスベスト類にくらべて長期安定使用が可能
であるが、非常に高価であるため特殊なばあいに
のみ使用される。磁器製品は耐熱温度および電気絶縁性にすぐれ
た材料であるが、それ自体が硬くてもろいため、
ガラス製品などを損傷させ易く、また搬送時の振
動などで容易に破損されてしまうという欠点があ
る。叙上の従来の耐熱絶縁材料として用いられてい
るものの欠点を排除しうる複合材料が特公昭54―
7359号公報および特公昭54―7360号公報に開示さ
れている。該複合材料は、無機質繊維、無機質粉
末または無機質層状物質などをホウ酸および酸化
亜鉛を主成分とする結合剤を用いて160〜200℃の
温度および100〜300Kg／cm²の圧力下で成形し、え
られた成形体をさらに200〜250℃で加熱処理する
ことにより製造されている。この複合材料の製造法をさらに詳しく説明する
と、まず加熱加圧成形時にホウ酸が溶融して無機
質繊維などを結着させると同時に結合剤のもう１
つの主成分である酸化亜鉛と化学反応して含水ホ
ウ酸亜鉛を形成し、さらにつぎの200〜250℃の加
熱処理により、含水ホウ酸亜鉛の生成を促進させ
耐水性、耐熱性にすぐれた絶縁体をうることがで
きる。また用いる無機質繊維、無機質粉末、無機
質層状物質などの種類および量はえられる複合材
料の使用目的に応じて適宜選択される。しかし、この方法によつてえられる複合材料は
500℃以上の温度雰囲気下にさらされると、材料
中の含水ホウ酸亜鉛から結晶水が放出してガラス
製品などを汚損し、また最悪のばあいには急激な
温度上昇により絶縁体が割損する危険が生じるな
ど、末だ解決すべき問題点が残されている。本発明者らは、かかる複合材料の問題点を解消
すべく鋭意研究を重ねた結果、該複合材料をさら
に約350〜450℃で加熱処理し、複合材料中の含水
ホウ酸亜鉛を無水ホウ酸亜鉛に変換させることに
より、500℃以上の温度雰囲気下でも殆んど形状
の変化がなく、電気絶縁性にすぐれ、かつ機械加
工性のよい耐熱絶縁材料としうることを見出し、
本発明を完成するにいたつた。すなわち本発明は、 (a) ホウ酸および酸化亜鉛からなる結合剤と無機
質層状物質を混合する工程、 (b) えられる混合物を130〜200℃の温度および
100〜300Kg／cm²の圧力下で加熱加圧成形する工
程、 (c) えられる成形品を室温から約250℃まで徐々
に昇華する方法によつて加熱処理してホウ酸お
よび酸化亜鉛からなる結合剤を含水ホウ酸亜鉛
とする工程、および (d) さらに約350〜450℃で処理して含水ホウ酸亜
鉛の結晶水を除去する工程からなることを特徴とする耐熱絶縁材料の製造法
に関する。本発明に用いる無機質層状物質としてはマイカ
粉末、タルク、チツク化珪素などがあげられる
が、とくにマイカ粉末が好ましい。マイカ粉末を
用いることによりえられる耐熱絶縁支持体はガラ
ス製品などを損傷することがなく、それ自体の機
械加工性がすぐれ、耐熱性および電気絶縁性もよ
い。種々知られているマイカ粉末のなかでも、分
解温度の高い金雲母粉末（分解温度：800℃以
上、組成：KMg₃（AlSi₃O₁₀）（OH₂）、合成フツ
素金雲母粉末（分解温度：1100℃以上、組成：
KMg₃（AlSi₃O₁₀）F₂）またはそれらの混合物が
もつとも好ましい。ホウ酸としては、正ホウ酸（H₃BO₃）、無水ホ
ウ酸またはそれらの混合物が好ましい。これらの
ホウ酸は酸化亜鉛（ZnO）と混合して結合剤とし
て用いられるが、好ましい結合剤としては正ホウ
酸３〜７モル部、無水ホウ酸１モル部および酸化
亜鉛2.5〜4.5モル部からなる混合物があげられ
る。無機質層状物質と結合剤は、前者の60〜75重量
％に対し後者の40〜25重量％を混合機で混合して
用いられる。この混合物を金型などの成形型内に充填し、つ
いで160〜200℃にあらかじめ加熱してある熱盤間
に挿入し、圧力100〜300Kg／cm²で加熱加圧成形す
ることにより所望の形状の成形品がえられる。こ
の成形品はさらに室温から約250℃まで徐々に昇
温する方法によつて加熱処理し、成形品中の含水
ホウ酸亜鉛の生成を完結させる。ここまでの操作
は前述の特公昭54―7359号および特公昭54―7360
号の各公報に開示されている方法とまつたくまた
は殆んど同様にして行なわれる。このものは、冷
却することなくさらに約350〜450℃で加熱処理す
ることにより、含水ホウ酸亜鉛の結晶水が放出さ
れて無水ホウ酸亜鉛に変換され、500℃以上で使
用してもガラス製品を汚損したり、それ自体が割
損する危険のない耐熱絶縁材料としうる。なお、叙上の複合材料中の含水ホウ酸亜鉛およ
び無水ホウ酸亜鉛の材質をＸ線回折によつて分析
したところ、含水ホウ酸亜鉛は2ZnO・3B₂O₃・
3H₂Oを主体とするものであり、無水ホウ酸亜鉛
はβZnO・B₂O₃を主体とするものであつた。し
たがつて本発明の製造法における材料の変化を略
式で示すとつぎのようになる。

【表】 ↓
無機質層状物質＋無水ホウ酸亜鉛(βZnO〓B_２O_３)
つぎに実施例および比較例をあげて本発明をさ
らに詳細に説明するが、本発明はそれらの実施例
のみに限定されるものではない。実施例１無機質層状物質として金雲母粉末（粒度100〜
200メツシユ）845ｇを用い、それに正ホウ酸（粒
度40〜80メツシユ）、無水ホウ酸（粒度40〜80メ
ツシユ）47.8ｇおよび酸化亜鉛（粒度１〜10μ
ｍ）195.3ｇを結合剤として添加し、石川式擂潰
機を用いて10分間混合した。えられた混合物1300ｇを高さ100mm、幅200mm、
長さ200mmの金型に充填し、ついで170〜180℃に
あらかじめ昇温しておいた熱盤間に挿入したの
ち、ただちに150Kg／cm²に加圧した。金型は約10
分後に160℃に達するが、その時点からさらに５
分間加熱加圧を保持した。そののち加熱を解除
し、150℃まで放冷したのち加圧を解除して厚さ
14mm、幅200mm、長さ200mmの成形物をえた。つぎにこの成形物を電気炉内で80℃から200℃
まで20℃間隔で昇温させ、つぎに350℃まで昇温
させそれ以後20℃間隔で450℃まで段階的に昇温
させて加熱処理を行なつた。なお各温度での加熱
時間は３時間とした。加熱処理後、室温にまで放
冷して目的とする耐熱絶縁材料をえた。かくしてえられた耐熱絶縁材料はつぎの項目に
関して試験を行ない、その特性を調べた。 (イ) 曲げ強さ厚さ14mm、幅10mm、支点間100mmで測定した。 (ロ) シヤルピー衝撃強さ厚さ14mm、幅10mm、長さ90mmのものを試験片と
し、ノツヂ（切欠き）なしで測定した。 (ハ) 貫層破壊電圧厚さ２mmで表面が研磨された試料について常
温、常圧下において試験した。 (ニ) 吸水率厚さ14mm、幅50mm、長さ50mmの試験片を150℃
で４時間乾燥したのち、その重量を測定し、つい
で純水200ml中に23〜25時間浸漬し、そののち純
水中から取り出して表面をガーゼで拭い、重量を
測定して、その重量増加率を吸水率とした。 (ホ) 溶解率吸水率測定後の試験片を再び150℃で４時間乾
燥してその重量を測定し、純水中に浸漬前の重量
に対する重量減少率を溶解率とした。 (ヘ) 熱変形温度厚さ14mm、幅15mm、長さ200mmの試験片を用
い、その両端５mmを耐火レンガで支え、700℃か
ら1000℃までの温度変化に対する表面の形状変化
を倍率20倍の顕微鏡写真で観察し、形状の変化す
る温度を調べた。 (ト) 体積固有抵抗 JIS K6911の方法にしたがつて測定した。 (チ) 表面固有抵抗 JIS K6911の方法にしたがつて測定した。 (リ) 材料主成分材料中の主成分はＸ線回折装置を用いて確認し
た。 (ヌ) 耐熱衝撃性厚さ14mm、幅15mm、長さ200mmの試験片を用
い、その重量を測定したのち700℃に昇温してい
る電気炉中に入れ、60分間放置後の試験片の変形
（火膨れ、割れ、ヤセ）を肉眼で観察し、ついで
重量を測定して加熱減量率を算出した。（ル）耐アーク性常温、常圧でJIS K6911による段階法にしたが
つて測定した。（ヲ）機械加工性えられた耐熱絶縁支持体を丸棒加工、孔アケ加
工、切断加工して、そのときの加工の容易さから
判断した。つぎに(イ)〜（ヲ）の特性の試験結果を示す。 (イ) 曲げ強さ：400〜〜600Kg／cm² (ロ) シヤルピー衝撃強さ：３〜５Kg―cm／cm² (ハ) 貫層破壊電圧：７〜9kV／mm (ニ) 吸水率：２〜４％ (ホ) 溶解率：0.2％以下 (ヘ) 熱変形温度：900℃以上（この温度で金雲母
粉末の形状が変化し、磁器化した。） (ト) 体積固有抵抗：1.0×10¹⁴Ω以上 (チ) 表面固有抵抗：1.0×10¹¹Ω以上 (リ) 材料主成分：金雲母およびβZnO・B₂O₃ (ヌ) 耐熱衝撃性：火膨れ、割れ、ヤセなどの形状
変化はみられず、（ル）耐アーク性：300秒以上（ヲ）機械加工性：非常に良好実施例２無機層状物質として合成フツ素金雲紛末（100
〜200メツシユ）を用いたほかは実施例１と同様
にして実験を行ない、耐熱絶縁材料をえた。えられた耐熱絶縁材料は実施例１と同じ項目に
関して試験を行ない、その特性を調べた。その結
果、殆んどすべての項目について実施例１とほぼ
同じ特性を示した。なお熱変形温度は900℃以上
であつたが、合成フツ素金雲母粉末は金雲母粉末
よりも形状の変化が小さいものであつた（ただし
磁器化は同じ程度）。比較例１前記実施例１の方法でえられる加熱処理前の成
形物を200℃で３時間熱処理を行ない、耐熱絶縁
材料をえた。えられた耐熱絶縁材料の(ヌ)耐熱衝撃性を調べた
ところ、試験片の約35％にあたる割合の部分で層
内に微細クラツクが確認された。また加熱減量率
は４〜６％であつた。以上述べたように、本発明によりえられる耐熱
絶縁材料は耐熱衝撃性にすぐれ、かつ電気絶縁
性、機械加工性にすぐれたものであり、ガラス製
品などの熱処理の際の支持体として用いたばあ
い、充分な実用性を発揮するものである。また本発明によりえられる耐熱絶縁材料は、叙
上の使用目的のみに限定されず、高温下で使用さ
れる電気機器の耐熱不燃性絶縁物、たとえば絶縁
支持枠、スペーサなどにも好適に用いることがで
きる。またアスベストのごとき有害材料を使用しない
ため、製造時または使用時などにおける衛生上の
効果も大である。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) ホウ酸および酸化亜鉛からなる結合剤と
無機質層状物質を混合する工程、 (b) えられる混合物を160〜200℃の温度および
100〜300Kg／cm²の圧力下で加熱加圧成形する工
程、 (c) えられる成形品を室温から約250℃まで徐々
に昇温する方法によつて加熱処理してホウ酸お
よび酸化亜鉛からなる結合剤を含水ホウ酸亜鉛
とする工程、および (d) さらに約350〜450℃で加熱処理して含水ホウ
酸亜鉛の結晶水を除去する工程からなることを特徴とする耐熱絶縁材料の製造
法。２前記ホウ酸が正ホウ酸、無水ホウ酸またはそ
れらの混合物である特許請求の範囲第１項記載の
製造法。３前記無機質層状物質が金雲母、合成フツ素金
雲母またはそれらの混合物である特許請求の範囲
第１項または第２項記載の製造法。