JPS63190992A - 紙管の耐熱性向上方法及び耐熱紙管 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアスベストを用いることなく、アスベトを用い
たときと同等の耐熱性を実現でき、且つスプラッシュ防
止効果にも優れた耐熱紙管を得ることのできる紙管の耐
熱性向上方法と、該方法により構成された耐熱紙管に関
する。

〔従来の技術〕

例えば、転炉内の溶融金属等、高温状態にある物体の物
性を知る為に行われる成分測定や試料採取には、耐熱紙
管で保護されたプローブやサンプラーが用いられている
が、従来、この耐熱紙管としてはパルプ繊維よりなる紙
管本体にアスベストを外被したものが用いられていた。

（Ｑ　８目が解決しようとする問題点〕アスベストは耐
熱性に優れるばかりかスプラッシュ防止効果にも優れて
いるのであるが、最近、アスベストには発癌性があるこ
とが確認され、その結果、紙管の外被材としてアスベス
トを用いることは健康上問題があるとの理由で禁止され
る傾向にある。したがって業界ではアスベストを用いな
いでも、アスベストを用いたときと同等あるいはそれ以
上の耐熱性が実現できる紙管の開発が切望されている。

かかる目的を達成する為の方法を開示した第１発明の要
旨は、無機発泡材を繊維間に介在、又は繊維層表面に付
着させたセラミックシート、若しくは無機発泡材を繊維
間に介在させた有機質繊維紙よりなる外被材を紙管本体
に巻回して紙管を構成し、該紙管を高温状態下においた
ときに生じる無機発泡材の気泡を利用して紙管本体への
熱の伝播を遮断してなることを特徴とする点にある。

又、前記方法を具体化した第２発明である耐熱紙管の要
旨は、紙管本体に無機発泡材を共存させたセラミックシ
ート又は有機質繊維紙よりなる外被材を巻回してなるこ
とを特徴とする点にある。

〔作　用〕

このような構成の耐熱紙管は、例えば溶融金属中等の高
温状態下におかれた場合には優れた耐熱性を発揮する。

外被材としてセラミックシートを用いた場合には、セラ
ミックシートの耐熱性により紙管本体が保護されること
は勿論のこと、セラミックシートの繊維間若しくは繊維
層表面に存在する無機発泡材は加熱により発泡して気泡
層を形成するので、この空気層が断熱層として機能し、
耐熱紙管表面から径方向内方に伝播する熱の伝播速度を
遅延させることが可能となる。しかもセラミックファイ
バーのタンマン温度への到達を遅延さすこともできるの
で紙管の耐熱性は飛躍的に向上させることができるもの
である。又、セラミックシートも無機発泡材も共に無機
質材料であることから、スプラッシュの発生も防止する
ことができる。

外被材として有機質繊維紙を用いた場合にはセラミック
シートを用いた場合と同様、無機発泡材の発泡現象によ
り耐熱性が向上することは勿論のこと、無機発泡材のは
たらきで有機質繊維紙が急激に発火することを防止する
ことができる。そして有機質繊維紙は乾留する段階で留
めることが可能であり、又このとき発生ずる炭酸ガスは
炭化物をとりまく硅素と反応して、発泡体と炭化物の界
面に化学蒸着作用による炭化硅素の薄膜を形成するので
、有機成分と溶融金属の直接の接触を遮断されることと
なってスプラッシュの発生もおさえることができるもの
である。そしてこの効果は高温下において長時間持続さ
せることが可能である。

このことは硅素系の加熱発泡材を含浸させた有機質繊維
紙を高温にて長時間加熱した場合、一旦炭化した後の有
機質゛繊維紙はそれ以上いくら加熱しても灰分に変質す
ることなくその外形状を保持していることからも納得で
きる。

〔実施例〕

次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す説明用斜視図である。

耐熱紙管１はパルプ繊維よりなる紙管本体２と、該紙管
本体２にスパイラル状に巻回された外被材としてのセラ
ミックシート３よりなり、セラミックシート３には第３
図に模擬的に示す如く無機発泡材４が含浸されている。

又、第２図として示すものは、本発明の他の実施例で、
紙管本体２に無機発泡材４が含浸されたパルプ繊維紙５
を巻回して耐熱紙管１′を構成した場合である。

第１図として示す実施例ではセラミックシート３として
はアルミナ・シリカ繊維を母材としたものを用いた。と
ころでアルミナ・シリカ繊維は耐熱性能には優れるが、
元来金属元素化合物であることから熱伝導率も高いとい
う性質もある。したがってセラミックシート３中のアル
ミナ・シリカ繊維の密度が高すぎると外部からの熱が急
激に伝播して無機発泡材４の急激な膨張を招き、その結
果紙管表面の組織破壊が生じるおそれがある。又反対に
あまり密度が低いと、セラミックシート３の引裂強度が
低下するという問題があることから、セラミックシート
３におけるアルミナ・シリカ繊維の比率はこれらを考慮
して設定する必要がある。

アルミナ・シリカ繊維に適量の無機粉体を混入すること
が好ましく、このようにすれば無機発泡材４の溶液に浸
漬後のセラミックシート３の保水強度を上げることがで
きるとともに、無機発泡材４の含浸量を調整することも
可能になる。本実施例では、アルミナ・シリカ繊維を３
０％、無機タルク粉５０％〜５５％、無機バインダー５
％〜１０％からなるセラミックシートを用いたところ、
良好な結果が得られた。

外被材であるセラミックシート３やパルプ繊維５に含浸
させる無機発泡材４としては、本実施例では硅酸ソーダ
を用いたが、高温状態下で発泡する物であれば他のもの
を用いることも可能である。

例えば、より純粋な硅素を用いれば気泡の消滅温度はさ
ら上昇させることが可能となり外被材の耐熱性は一層向
上させることができるものとかんかえられる。

硅酸ソーダの外被材の繊維間への介在のさせがたは硅酸
ソーダ溶液にセラミックシート３やバルブ繊維紙５を浸
して含浸することによって行う。

硅酸ソーダの発泡後の気泡の大きさは比較的大きく、且
つ均一であることから、溶液中における硅酸ソーダの濃
度をあまり高くすると、加熱発泡時の過膨張を来して、
外被材に組織破壊を生じさせる可能性がある。この現象
を避ける為には硅酸ソーダ溶液を希釈するなどしてして
その濃度を調節すればよいのであるが、反面、希釈すれ
ば硅酸ソーダの糊付としての効果が低下して紙管本体２
との接着性や外被材相互間の接着性が悪くなり、紙管本
体２への巻回が困難となるという問題や、又、巻回後の
剥離強度が低下するという問題もある。

発明者はかかる問題に対処する方法として、硅酸ソーダ
溶液に無水硅酸のコロイダルシリカ溶液を混合する方法
を開発した。硅酸のコロイダルシリカ溶液は、それぞれ
の硅素粒子が１〜１００１１１μの不均一な大きさであ
って硅素粒子どうしは負の水酸イオンにより互に反発し
た状態で安定しており、このようなコロイダルシリカ溶
液を硅酸ソーダ溶液に混合すれば硅素成分の含有濃度を
低下させることなく非常に低い溶液粘度が実現できるこ
とを知見した。そして低粘度コロイダルシリカ溶液と硅
酸ソーダ溶液を混合すると両液のイオン濃度の差からコ
ロイダルシリカの電荷安定状態は破壊され、コロイド粒
子相互の接合が生じて溶液のゲル化現象が生じ、外被材
に浸透した硅酸ソーダ及びコロイダルシリカは外被材の
繊維間に安定的に定着させることができる。

更に含浸後一定時間経過するとコロイダルシリカ中のコ
ロイド粒子の溶解が始まり次工程である乾燥工程を経た
後は繊維間に硅素物質が不均一に分散した状態が実現で
きるので加熱発泡時のセラミックシート等の組織破壊を
きたすこともなく硅酸ソーダ溶液の糊付としての効力を
維持することができる。特に発明者は加熱発泡物質とし
て、硅酸ソーダ溶液（ＰＨ１２）とイオン濃度の異なる
コロイダルシリカ溶液（ＰＨ９，５〜１０）を用いたと
ころ、この混合溶液のゲル化は効果的に行われ、その糊
付としての性能も著しく向上することを知見した。

このゲル化傾向は硅酸ソーダ溶液とコロイダルシリカ溶
液との混合比率を操作することによって調整でき、ゲル
化した後の硅酸溶液は糊付としての性能を向上させるこ
と以外に、セラミックシート３への硅酸ソーダ溶液の浸
透を容易にすることも知見した。これは、ゲル化した硅
酸溶液中のコロイド粒子相互の接合は不完全であり、物
理的な力を加えると粒子は再活性化して接合状態は解除
され、その結果溶液の粘度低下がおこる為であると理解
される。即ち、コロイド粒子は外被材に硅酸ソーダを含
浸させるときには硅酸ソーダ溶液中を自由に移動するこ
とによって溶液の流動化を助けて溶液の粘度を低下させ
るはたらきをし、−友邦被材の繊維間に浸透した後は再
びコロイド粒子は互いに接合して溶液の粘度を増加させ
て硅酸ソーダの繊維間への定着を安定化させるはたらき
をすることになる。つまり、含浸するときには、溶液の
動態粘度が低い為に含浸速度は早く、他方定着後は静態
粘度が高い為に優れた接着能力を発揮するものと考えら
れる。

耐熱紙管ｌ、１′の形成は、リボン状に切断したセラミ
ックシート３やパルプ繊維紙５等の外被材を無機発泡材
の溶液中を通過させて含浸させ、含浸工程を経た後の外
被材を紙管本体２にスパイラル状に巻回することによっ
て行う。外被材表面には無機発泡材４が付着しているの
で、巻回後の外被材は無機発泡材４の接着効果により紙
管本体２に強固に固着され、無機発泡材４が発泡した際
にも外被材は剥離するおそれはない。

巻回に際しては第７図に示すごとく、上記方法で含浸さ
せたセラミックシート３とパルプ繊維紙層５とを併用し
て複合的断熱層を構成することもできる。

以上示したものは、セラミックシート３あるいはパルプ
繊維５の繊維間に無機発泡材４を含浸させた場合である
が、特にセラミックシート３の場合には繊維間に無機発
泡材４を含浸させる代わりに、巻回面のセラミックシー
ト３表面に無機発泡材４を転写ローラー等で付着させ、
巻回後においては第８図に示す如（セラミックシート３
間に無機発泡材層６を介在させる態様とすることも可能
である。

又、図示しないが、無機発泡材の粉体をセラミックシー
ト成るいはパルプ繊維を抄造する際に抄き込むことも可
能である。

このような構成の耐熱紙管の使用方法は、従来のアスベ
ストを用いた耐熱紙管と同様であるが、本耐熱紙管を、
例えば転炉内の溶融金属中等の高温状態下においた場合
には、外被材であるセラミックシート３又はパルプ繊維
紙５の繊維間に介在する無機発泡材は加熱発泡してセラ
ミツクシート３又昼パルプ繊維紙５の繊維間に多数の気
泡を発生させ、該繊維構造体を多孔質形状に変化させる
ことになる。

特に外被材としてセラミックシート３を用いた場合には
セラミツクシート３自体の断熱特性による紙管本体２へ
の熱伝播速度の遅延作用に加えて、繊維間に形成される
気泡層が断熱層としての役目を果たすのでアルミナ・シ
リカ繊維のタンマン温度到達時間を飛躍的に延ばすこと
が可能となり、セラミックシート３の溶解は皆無となっ
て紙管の断熱及び耐熱性能は著しく向上させることがで
きるものである。発明者は、セラミックファイバー３０
％、タルク扮５０％、無機バインダー５〜１０％よりな
る合計有効無機成分８５％〜９０％のセラミックシート
に、硅酸ソーダとコロイダルシリカを２対１の割合で配
合した溶液を前記セラミックシートに飽和状態となるま
で含浸させ、次いで該セラミックシートをラングストン
紙管巻機を用いて紙管本体２の上に連続してスパイラル
状に４層巻きにし、その後乾燥させて耐熱紙管を試作し
た。そしてこの耐熱紙管を１　、６００℃〜１，７００
℃の熔融金属中に浸漬して耐熱性の試験を行なったとこ
ろ１４秒〜１７秒間、紙管は焼損することなく維持でき
ることを知見した。

又パルプ繊維紙５を用いた場合には、繊維間に形成され
る気泡により耐熱性が向上することはセラミックシート
を用いた場合と同様であるが、それ以外に無機発泡材４
のはたらきにより有機繊維と溶融金属との接触による発
火現象を抑えることができる。又、浸漬時に発注する炭
酸ガスは高熱下で無機発泡材と反応して紙管表面に炭化
硅素の薄膜を形成し、この薄膜のはたらきにより、以後
のスプラッシュの発生も抑えることができるものである
。そして、この場合の炭化硅素層の耐熱最高温度は１　
、６００℃〜１　、６５０℃近くに達すると考えられる
為、この炭化硅素層の耐熱性と無機発泡材の気泡による
断熱効果とが相乗作用して優れた熱断熱性能を示すこと
が期待できる。

又、溶融金属への浸漬による耐熱紙管外径の減退も、本
耐熱紙管の方が従来の耐熱紙管におけるアスベストの焼
結現象による減退よりはるかに少なくすることができる
ことも知見され、本耐熱紙管が従来のアスベストを使用
した耐熱紙管の代替品として充分機能しうろことを確認
した。

このように、本発明にかかる紙管の耐熱性向上方法はセ
ラミックシート３やパルプ繊維紙５等の外被材の繊維間
に介在若しくは繊維層表面に付着させた無機発泡材の発
泡を誘発させることで外被村内若しくは外被材の表面に
多孔質層を形成して断熱効果を増大させ、その結果セラ
ミックシートの耐熱時間を延長することができるもので
ある。

特に無機発泡材として硅素系のものを使用した場合、硅
素成分のガラス化転移以降に発生する気泡の消泡温度は
非常に高く、純粋なシリカガラスの場合その温度は２，
０００℃以上にも達し、しかも該温度での長時間加熱焼
結せねば気泡を消滅できないことが知られており、この
ことは一旦発生した気泡は消滅することなく断熱材とし
てめ機能を持続し続は得ることを意味している。

本発明にかかる耐熱紙管は紙管本体２へのセラミックシ
ート３あるいはパルプ繊維紙５の巻回に際しては、無機
発泡材が糊付としても作用するので、特別な接着剤は必
要とせず、したがって巻回作業が容易であり、特に硅酸
ソーダ溶液とコロイダルシリカ溶液との混合溶液を用い
た場合にはゲル化現象により糊付としての接着性は極め
て強力なものとなるので、巻回後の外被材の剥離強度も
非常に高いものとなる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる紙管の耐熱性向上方法及び耐熱紙管は上
記のような構成となしたので、耐熱紙管を高温度下にお
いたときには、無機発泡材の加熱発泡によりセラミック
シートの繊維間や繊維層表面又は有機質繊維紙の繊維間
に気泡による多孔質層が形成され、この多孔質層が断熱
層として機能するようにしたので、耐熱紙管表７面から
紙管本体や更にその内側に位置する被保護物に伝播する
熱を効果的に遮断できるものである。そして特に外被材
としてセラミックシートを用いた場合にはスプラッシュ
の発生防止は勿論のこと、セラミックシート自体の耐熱
性能とあいまってアスベストを用いた耐熱紙管にも増し
た高耐熱性を実現できるものである。又外被材として有
機質繊維紙を用いた場合には、有機物質が無機発泡材に
よって覆われているため発火することはなく、スプラッ
シュの発生を抑えることができるとともに無機発泡材と
炭酸ガスとの反応により紙管表面に多孔質の炭化硅素層
が生成されるので、紙管の耐熱性は著しく高めることが
できるものである。

そして本耐熱紙管には一切のアスベスト成分は使用して
いないので作業者の健康上の問題も全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる耐熱紙管の一実施例であり、外
被材としてセラミックシートを用いた場合の説明図用斜
視図、第２図は本発明にかかる他の実施例であり、外被
材としてパルプ繊維紙を用いた場合の説明図用斜視図、
第３図はセラミックシートの巻回状態を示す説明図、第
４図はパルプ繊維紙の巻回状態を示す説明図、第５図は
セラミックシートを用いた耐熱紙管の横断面図、第６図
はパルプ繊維紙を用いた場合の横断面図、第７図はセラ
ミックシートとパルプ繊維紙とを併用した場合の巻回状
態を示す説明図、第８図は無機発泡材をセラミックシー
トの繊維層表面に付着させた場合の巻回状態を示す説明
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）無機発泡材を繊維間に介在、又は繊維層表面に附着
   させたセラミックシート、若しくは無機発泡材を繊維間
   に介在させた有機質繊維紙を紙管本体に巻回して紙管を
   構成し、該紙管を高温状態下においたときに生じる無機
   発泡材の気泡を利用して紙管本体への熱の伝播を遮断し
   てなる紙管の耐熱性向上方法。 ２）無機発泡材の繊維間への介在のさせかたとして巻回
   前のセラミックシート、又は有機質繊維紙に無機発泡材
   を含浸させてなる前記特許請求の範囲第１項記載の紙管
   の耐熱性向上方法。 ３）無機発泡材の繊維間への介在のさせかたとしてセラ
   ミックシート又は有機質繊維紙を抄造する際に、粉体形
   状の無機発泡材を抄き込んでなる前記特許請求の範囲第
   １項記載の紙管の耐熱性向上方法。 ４）無機発泡材の繊維層表面への付着のさせかたとして
   巻回前のセラミックシート又は有機質繊維紙に液状の無
   機発泡材を塗布してなる前記特許請求の範囲第１項記載
   の紙管の耐熱性向上方法。 ５）紙管本体に無機発泡材を共存させたセラミックシー
   ト又は有機質繊維紙を巻回してなる耐熱紙管。 ６）セラミックシートとして無機質成分が５０％以上の
   ものを用いてなる前記特許請求の範囲第５項記載の耐熱
   紙管。 ７）セラミックシートの無機質成分材料の母材には、ア
   ルミナ・シリカ繊維を用いてなる前記特許請求の範囲第
   ６項記載の耐熱紙管。 ８）セラミックシートとしてセラミックファイバー３０
   ％、タルク粉５０％〜５５％、無機バインダー５％〜１
   ０％を含んだものを用いてなる前記特許請求の範囲第６
   項記載の耐熱紙管。 ９）無機発泡材として硅酸ソーダを用いてなる前記特許
   請求の範囲第５項、第６項、第７項又は第８項記載の耐
   熱紙管。 １０）無機発泡材として硅酸ソーダにコロイダルシリカ
   を混合したものを用いてなる前記特許請求の範囲第５項
   、第６項、第７項又は第８項記載の耐熱紙管。