(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維に未硬化の熱硬化性有機バインダーを付与した後に、無機繊維を集積してマット状とし、次いで該マット状物を、密度が１５０〜４００ｋｇ／ｍ3となるように３０秒間以上加圧しながら加熱して成形し、その後圧力から解放する真空断熱材用芯材の製造方法であって、前記無機繊維マットに含有される未硬化の熱硬化性有機バインダーの固形分割合が、該熱硬化性有機バインダーの固形分を含む無機繊維マット全量の０．５〜３．０質量％を占める量であり、得られる真空断熱材用芯材の密度が４５〜１００ｋｇ／ｍ3であり、厚みが１０〜７０ｍｍであることを特徴とする真空断熱材用芯材の製造方法。
【請求項２】
前記加圧する時間を６０秒間〜１８０秒間とする請求項１に記載の真空断熱材用芯材の製造方法。
【請求項３】
無機繊維の平均径が３〜５μｍであり、加熱圧縮する前の無機繊維マットの密度が３ｋｇ／ｍ3以上であり、該マットの１枚の厚みが１０〜３５０ｍｍである請求項１または２に記載の真空断熱材用芯材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材用芯材の製造方法に関する。なお、本明細書においては、本発明の方法を適用するための無機繊維マットまたはガラス繊維マットは「無機繊維マット」または「ガラス繊維マット」と称し、本発明の方法を適用した無機繊維マットまたはガラス繊維マットは「芯材」と称する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空断熱材用の断熱芯材として、断熱効果が高いガラスウールやロックウールなどの無機繊維マットからなる芯材が広く採用されている。該芯材を真空断熱材用の外被内に充填する際に、該芯材の充填が容易であるように、芯材の製造時に無機繊維マットに有機バインダーを付与して芯材とすることが特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００３】
上記特許文献に記載の内容は、通常、遠心法や火炎法により溶融した無機物を繊維化して堆積（集綿）させることによりマット状物を得た後、該マット状物にバインダーを吹き付け、加圧加熱成形することにより真空断熱材用の芯材とするものである。
【０００４】
しかしながら、上記の遠心法などによって得られるマット状物は、比較的長い繊維で引き出され、かつ湾曲した状態の繊維が堆積されたものであるため、該マット状物においては、繊維が３次元的に絡み合って配向されている。さらにこのマット状物にバインダーを付与して加圧加熱して成形して芯材を得ると、該芯材においては上記の状態でそのまま繊維同士が固着されるため、該芯材を外被材内に挿入して真空断熱材としたものを断熱筐体内に充填すると、この芯材においては繊維が伝熱方向に垂直に配向されていないことから、断熱性が劣るといった問題を有していた。
【０００５】
また、上記方法によって得られた真空断熱材は、表面が平滑でないという問題を有しており、該断熱材を断熱筐体に充填すると、断熱材の表面凹凸により筐体の内壁と断熱材との間に隙間を生じ、断熱材の断熱性が劣るといった問題を有していた。一方、芯材を構成している繊維を伝熱方向に垂直に配向させる方法が、特許文献３に記載されているが、この方法は、長さ１ｍｍ以下の繊維を、水分散させてマット状に抄造する方法であり、手間がかかるといった問題を有していた。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１４６９５号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８１８６公報
【特許文献３】特開平９−４７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、繊維配向が伝熱方向に垂直であり、表面が平滑でかつ断熱性に優れた真空断熱材用芯材を、簡便に得ることが可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、無機繊維に未硬化の熱硬化性有機バインダーを付与した後に、無機繊維を集積してマット状とし、次いで該マット状物を、密度が１５０〜４００ｋｇ／ｍ3となるように３０秒間以上加圧しながら加熱して成形し、その後圧力から解放する真空断熱材用芯材の製造方法であって、前記無機繊維マットに含有される未硬化の熱硬化性有機バインダーの固形分割合が、該熱硬化性有機バインダーの固形分を含む無機繊維マット全量の０．５〜３．０質量％を占める量であり、得られる真空断熱材用芯材の密度が４５〜１００ｋｇ／ｍ3であり、厚みが１０〜７０ｍｍであることを特徴とする真空断熱材用芯材の製造方法を提供する。
【０００９】
上記本発明においては、前記加圧する時間を６０秒間〜１８０秒間とすること；無機繊維の平均径が３〜５μｍであり、加熱圧縮する前の無機繊維マットの密度が３ｋｇ／ｍ3以上であり、該マットの１枚の厚みが１０〜３５０ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維配向が伝熱方向に垂直であり、表面が平滑である断熱性に優れた真空断熱材用芯材を提供できる。この芯材を用いることにより、作業性よく簡便に断熱性能に優れた真空断熱材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に好ましい実施の形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１は、従来公知の真空断熱材の模式的断面図である。図１において、符号Ａは真空断熱材の全体を、符号Ｂは無機繊維マットからなる芯材を真空断熱材中に充填および圧縮された状態を、符号２はガスバリヤ性外被材を、符号３は脱気封止用チューブを、符号４は封止部を示している。図示の真空断熱材Ａは、ガラス繊維などの無機繊維マットからなる芯材１を、アルミニウム蒸着ポリエチレンフィルムなどのガスバリア性外被材２で覆い、外被材内を真空（減圧）状態（例えば、１〜１０Ｐａ程度）に保持している。
【００１２】
上記真空断熱材Ａは、無機繊維マットからなる芯材１を単に外被材２により被覆していることから、芯材中の無機繊維の全てが真空断熱材の平面方向に水平になっておらず、そのために真空断熱材の断熱性が不十分であった。また、同様な理由で、真空断熱材とした時に外被材２の表面の平滑性が劣り、冷蔵庫、パソコンなどの種々の断熱性が要求される用途において、該断熱材が収納される筐体内において筐体の内面に空間が生じ、これも断熱性不良の原因となっていた。さらに、真空断熱材の製造に際して、嵩高の無機繊維マットからなる芯材１を外被材２からなる袋内に挿入する際に作業性が劣るものであった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するものであり、図１に示す無機繊維マットからなる断熱材を特定の方法で製造することにより、芯材中の無機繊維が、真空断熱材にした時に、該真空断熱材の平面方向に実質的に水平に揃っており、かつ真空断熱材にしたときの、該真空断熱材の表面が平滑であり、さらに真空断熱材の製造時における作業性の良好な芯材を提供するものである。
【００１４】
本発明の製造方法の１例を図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図２（Ａ）は、加圧加熱前の複数枚の繊維マット５を積層した状態を示しており、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す繊維マットの積層体を平板加熱プレス機６により加圧加熱して積層繊維マットを圧縮した状態を示しており、図２（Ｃ）は、積層繊維マットをプレス機から解放して得られる圧縮マット、すなわち芯材１を形成した状態を示している。本発明の芯材１（図２（Ｃ））は、１例として、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す如き方法で得られる。すなわち、例えば、ガラスウール、ロックウールなどの無機繊維（以下、ガラス繊維を代表例として説明する）を、連続的に溶融紡糸しながらベルトコンベア上に連続的に堆積し、この堆積物に連続的に未硬化の熱硬化性有機バインダーを付与しつつ、シート化してガラス繊維マットとし、該マットをロール状に巻取ったものから、ガラス繊維マット５の複数枚を裁断および積層し（図２（Ａ））、この積層物を、密度が１５０〜４００ｋｇ／ｍ3となるように３０秒間以上、例えば、平板加熱プレス機６などにより、加圧しながら加熱して（図２（Ｂ））、圧縮マットである芯材１を成形する（図２（Ｃ））ことによって得られる。
【００１５】
上記芯材１を構成する、加熱圧縮する前のガラス繊維マット５それ自体は公知であり、ガラス繊維を適当な未硬化の熱硬化性有機バインダーによってマット状に成形してなるものである。このようなガラス繊維マットは種々の密度のものが知られているが、本発明においては、ガラス繊維の平均径が３〜５μｍであり、加熱圧縮する前のガラス繊維マットの密度が３ｋｇ／ｍ3以上であり、該マットの１枚の厚みが１０〜３５０ｍｍであることが好適である。
【００１６】
上記ガラス繊維の平均径が５μｍを超える太さであると、得られる真空断熱材の熱性能が低下するなどの点で本発明の効果が十分には得られず、一方、３μｍ未満の太さのガラス繊維は製造自体が困難である。また、加圧加熱処理前のガラス繊維マット５の密度が３ｋｇ／ｍ3未満であると、加熱圧縮する際のハンドリング性が劣り好ましくない。また、上記マットの１枚の厚みが１０ｍｍ未満であると、マットの生産性が劣り、また、多数枚のマットを要するなどの点で好ましくなく、一方、厚さが３５０ｍｍを超えると加熱圧縮する際のガラス繊維マットのハンドリング性が劣り好ましくない。
【００１７】
また、本発明で使用する熱硬化性有機バインダー（以下単に「有機バインダー」という）自体は従来公知のガラス繊維マットの製造に使用されている有機バインダーでよく、好ましくは、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂前駆体の水溶液などが使用できる。これらの有機バインダーは、有機バインダーの固形分が、該有機バインダーの固形分を含むガラス繊維の全量の０．５〜３．０質量％を占める範囲の使用量であり、０．５〜１．５質量％が最も好ましい。これらの有機バインダーの使用量が０．５質量％未満であると、ガラス繊維マットが嵩張り、かつ該マットが柔軟性を有するため、該マットから製造した芯材を外被材内に充填しにくいなど、ハンドリング性が劣るなど好ましくない。一方、上記使用量が３．０質量％を超えると、得られる真空断熱材の断熱性能が劣り好ましくない。
【００１８】
本発明では、上記の有機バインダーを含むガラス繊維マットを単独または複数枚重ねて加圧加熱処理するが、複数枚を重ねて処理することが好ましい。この際、積層する枚数は、上記ガラス繊維マットの密度、厚さおよび最終的に得られる真空断熱材に要求される厚さによって異なるが、例えば、密度が６０〜１００ｋｇ／ｍ3で、厚みが１０〜５０ｍｍのマットを２〜４枚を重ねて加圧加熱処理するか、または加圧加熱処理したものを２〜４枚重ねて使用することが好ましい。そして本発明は、ガラス繊維マットに有機バインダーが未硬化のままで付着している状態で、特定の加圧力で加圧し加熱することが重要である。これに対して有機バインダーが硬化した後にガラス繊維マットを加圧すると、得られる芯材を充填してなる真空断熱材の表面平滑性が十分に得られない。
【００１９】
また、加圧条件は、積層されて加圧されたマットの密度が、１５０〜４００ｋｇ／ｍ3で、好ましくは２００〜４００ｋｇ／ｍ3となる条件であり、具体的には平板プレス機の上下間の圧力が１５０〜４００ｋｇ／ｍ2で、好ましくは２００〜４００ｋｇ／ｍ2である。前記値が１５０ｋｇ／ｍ3（密度）または１５０ｋｇ／ｍ2（圧力）未満であると、得られる芯材を充填してなる真空断熱材の表面平滑性が充分に得られず、また、４００ｋｇ／ｍ3（密度）または４００ｋｇ／ｍ2（圧力）を超えると、ガラス繊維マットを押圧するための設備が大掛かりとなり、また、ガラス繊維マット中のガラス繊維に折れが生じてガラス繊維が粉状となり、最終的に得られる真空断熱材の充分な熱性能が得られず、好ましくない。
【００２０】
また、加圧時間は３０秒間以上であり、前記プレス機で加圧する場合は６０〜３６０秒間が好ましい。また、加熱温度は一般的には、有機バインダーが硬化する温度以上の温度であり、具体的には１６０〜２８０℃の範囲が好ましい。この温度はプレス板そのものの温度ではなく、ガラス繊維マット内の温度である。従って上記加圧加熱処理はプレス板の温度を適当な温度に上げて行ってもよいし、プレス雰囲気の温度を適当な温度に上げて行ってもよい。
【００２１】
以上の如く加圧加熱処理されたガラス繊維マットは、加圧加熱処理後に圧力から解放されると、厚みが増して厚くなる（図２（Ｂ）→図２（Ｃ））。この状態での芯材の密度および厚みは、密度が４５〜１００ｋｇ／ｍ3で、厚みが１０〜７０ｍｍである。このような加圧加熱処理によって芯材を構成しているガラス繊維は、その平面方向に対して実質的に水平になり、芯材の表面平滑性が向上し、かつ有機バインダーの熱硬化によって上記の状態が維持される。その結果、該加圧加熱処理された芯材を真空断熱材の芯材として使用することによって、断熱性、表面平滑性および作業性に優れた真空断熱材が得られる。
【００２２】
上記図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して説明した本発明の製造方法は、本発明の好ましい１例であり、他の好ましい１例を図３を参照して説明する。図３は、本発明の好ましい実施形態を説明する図であり、図中の符号７は、加圧加熱前の積層繊維マットを、符号８は加熱オーブンを、符号９は加圧加熱コンベアを、１０，１０’は上流側の一対のロールを、１１，１１’は下流側の一対のロールを、１２は加圧加熱中の積層繊維マットを、１は加圧加熱して製造された積層マット（すなわち、芯材）を示している。
図示の本発明の製造方法では、連続的に溶融紡糸されているガラス繊維を、ベルトコンベアなどの不図示の搬送手段上に連続的に所定の密度で堆積しつつ、該堆積物に連続的に未硬化の有機バインダーを付与してガラス繊維をマット化し、該マットをロール状に巻取ることなく（勿論、巻取ったものを連続的に巻き戻してもよい）、所定の枚数に積層して積層繊維マット７とし、該積層物７を、加熱オーブン８内で駆動されている加圧加熱コンベア９を構成している上流側の一対のロール１０，１０’および下流側の一対のロール１１，１１’により連続して押圧し、有機バインダーを熱硬化させる例であり、前記コンベア９を用いることで、押圧保持する時間を有しつつ、所望の芯材１を連続生産できるために好ましい。前記コンベア９の長さはラインスピードにもよるが、１０〜３０ｍが好ましい。コンベア９の長さが１０ｍ未満であると押圧や加熱が不十分となり、平滑な真空断熱材を与える芯材１を得ることができず、一方、コンベア９の長さが３０ｍを超えると装置が大掛かりとなるので好ましくない。また、加圧時間はコンベアで連続的に加圧する場合、３０秒間以上であり、６０〜１８０秒間であることが好ましい。前記値が３０秒間未満であると、押圧や加熱が不十分となり、平滑な真空断熱材を与える芯材１を得ることができず、一方、１８０秒間を超えると生産効率が劣るか、装置が大掛かりとなるだけで、期待する以上の平滑性を有する真空断熱材が得られず、好ましくない。なお、この例における種々の好適な条件（加圧加熱条件や時間など）は、前記図２を参照した製造方法における条件と同様である。
【００２３】
上記本発明によって得られた芯材を用いて真空断熱材とする場合は、例えば、上記本発明によって得られた芯材をガスバリア性外被材で被覆し、該外被材内を脱気することによって得られる。ガスバリア性外被材としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの樹脂フィルム、クラフト紙と上記フィルムをラミネートしたもの、上記フィルムにアルミニウム箔をラミネートしたもの、上記フィルムにアルミニウムを蒸着したものなどが好ましく用いられる。
【００２４】
また、真空断熱材の製造方法自体は公知の方法でよい。１例を示すと、上型と下型とからなり、何れか一方に真空ポンプによって排気される排気口を有する型を用意し、該型の上型および下型で形成されるキャビティ内面に、図１に示すように、排気用チューブ３および封止用チューブ４を有するガスバリア性外被材２、例えば、アルミニウム蒸着高密度ポリエチレンフィルムを配置し、その間に本発明の芯材１を配置した後、型を閉じて上下２枚の外被材２−１，２−２の周辺部を融着させ、上記チューブ３を介して脱気して、ガスバリア性外被材２の内圧を１０．０Ｐａ以下にする。その後上記チューブ封止し、脱型することにより、本発明の真空断熱材Ａが得られる。得られる真空断熱材のサイズや厚みなどは用途によって任意に変化させることができる。
【００２５】
また、真空断熱材の製造に際し、本発明の芯材がある範囲の密度に圧縮成形されているので、外被材で被覆する際の作業性が良好である。また、前記本発明によって得られた芯材を使用することにより、該芯材を構成しているガラス繊維が芯材の平面方向に配列していることから、該芯材を用いて形成した真空断熱材の断熱性が顕著に向上し、さらに同様の理由で真空断熱材の表面が平滑であることから、該断熱材を使用した際、該断熱材を収納する筐体の壁面との間に空間が残ることなく、従ってこの点からも断熱性が顕著に向上している。
【実施例】
【００２６】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
実施例１
平均繊維径４μｍのガラス繊維にフェノール樹脂バインダーをイグロス（ガラス繊維全量に対する樹脂バインダーの固形分割合）が１質量％となるように噴霧し、バインダーをキュアーしない状態のガラス繊維マットをロール状に巻取った（厚さ約３０ｍｍ、密度約２７ｋｇ／ｍ3）。このガラス繊維マットを４プライに積層し、平板プレス機で温度２００℃、圧縮時厚さ１０ｍｍ、加圧時密度約３２０ｋｇ／ｍ3、加圧時間５分間の条件で加熱圧縮した。これにより、バインダーがキュアーされ、厚さ約６０ｍｍ、密度約５３ｋｇ／ｍ3の真空断熱材用芯材を得た。この芯材をガスバリアー性の高い被覆袋に挿入し、真空シール装置にて袋内の圧力が１．０Ｐａとなるように吸引した後に、袋の開口部を加熱圧着し、厚さ１２ｍｍ、密度２５０ｋｇ／ｍ3の真空断熱材を得た。
【００２７】
実施例２
平均繊維径４μｍのガラス繊維にフェノール樹脂バインダーをイグロスが１質量％となるように噴霧し、ガラス繊維マット（厚さ約３００ｍｍ、密度約３ｋｇ／ｍ3）を熱風通過式オーブンにて、上下のコンベアーで挟み込みながら２６０℃、オーブン滞留時間約９０秒、加圧時密度２５０ｋｇ／ｍ3の条件で加熱圧縮した。これにより、厚さ約２０ｍｍ、密度約５０ｋｇ／ｍ3の真空断熱材用芯材を得た。この芯材を使用し、実施例１と同様な方法で真空断熱材を得た。
【００２８】
比較例１
平均繊維径４μｍのガラス繊維にフェノール樹脂バインダーをイグロスが１質量％となるように噴霧しバインダーをキュアーしない状態のガラス繊維マットをロール状に巻取った（厚さ約３０ｍｍ、密度約２７ｋｇ／ｍ3）。このガラス繊維マットを４プライに積層し、平板プレス機で温度２００℃、圧縮時厚さ２０ｍｍ、加圧時密度約１２０ｋｇ／ｍ3、加圧時間５分間の条件で加熱圧縮した。これにより、バインダーがキュアーされ、厚さ約８０ｍｍ、密度約４０ｋｇ／ｍ3の真空断熱材用芯材を得た。この芯材を使用し、実施例１と同様な方法で真空断熱材を得た。
【００２９】
比較例２
平均繊維径４μｍのガラス繊維にフェノール樹脂バインダーをイグロスが１質量％となるように噴霧し、バインダーをキュアーしない状態のガラス繊維マットをロール状に巻取った（厚さ約３０ｍｍ、密度約２７ｋｇ／ｍ3）。このガラス繊維マットを４プライに積層し、平板プレス機で温度２００℃、圧縮時厚さ３０ｍｍ、加圧時密度約８０ｋｇ／ｍ3、加圧時間５分間の条件で加熱圧縮した。これにより、バインダーがキュアーされ、厚さ約９０ｍｍ、密度約３５ｋｇ／ｍ3の真空断熱材用芯材を得た。この芯材を使用し、実施例１と同様な方法で真空断熱材を得た。
【００３０】
［評価］
上記実施例および比較例の真空断熱材の表面平滑性、熱伝導率、作業性および製品コストを下記の評価方法で評価して下記表１に記載の結果を得た。
［評価方法］
１．表面平滑性：
◎：凹凸が少なく、凹部の深さが１ｍｍ未満
○：凹凸が僅かにあり、凹部の深さが１ｍｍ以上２ｍｍ未満
×：凹凸が大きく、凹部の深さが２ｍｍ以上
２．熱伝導率：
英弘精機製（ＨＣ−０７４−１０００）で測定
３．作業性：
包装袋の挿入時間（マットの幅５００ｍｍ、長さ１，５００ｍｍ）
◎：１ｍｉｎ．未満
○：１ｍｉｎ．以上２ｍｉｎ．未満
△：２ｍｉｎ．以上５ｍｉｎ．未満
×：５ｍｉｎ．以上
４．製品コスト
◎：安価
×：高価
【００３１】
0004703134.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上の如き本発明によれば、繊維配向が伝熱方向に垂直であり、表面が平滑である断熱性に優れた真空断熱材用芯材を提供できる。この芯材を用いることにより、作業性よく簡便に断熱性能に優れた真空断熱材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】真空断熱材の構造を図解的に説明する図。
【図２】本発明の方法を図解的に説明する図。
【図３】本発明の他の例の方法を図解的に説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ：真空断熱材
Ｂ：真空断熱材中の芯材
１：加圧加熱して製造された積層マット（芯材）
２：ガスバリヤ性外被材
３：脱気封止用チューブ
４：封止部
５：加圧加熱前の積層繊維マット
６：平板加熱プレス機
７：加圧加熱前の積層繊維マット
８：加熱オーブン
９：加圧加熱コンベア
１０，１０’：上流側の一対のロール
１１，１１’：下流側の一対のロール
１２：加圧加熱中の積層繊維マット
【図１】
0004703134.tif 000003
【図２】
0004703134.tif 000004
【図３】
0004703134.tif 000005