(57)【要約】【課題】  優れた軽量性を有し、強度の向上と共に、切断されたアルミニウム箔を内包させることで優れた断熱性能を発揮する断熱材を提供する。【解決手段】単一の断熱層の成形体からなる第１の断熱材、若しくは第１断熱層２ａと第２断熱層２ｂとを有する成形体からなる第２の断熱材２であり、第１の断熱材と第２の断熱材２の第２断熱層２ｂはフュームドシリカ１０とセラミックファイバー１１とアルミニウム箔切断片１２を含み、第２の断熱材の第１断熱層２ａはフュームドシリカ１０とセラミックファイバー１１を含んでいる。アルミニウム箔切断片１２は、曲折されるか又はシワ付けし若しくは凸凹を設けてあることが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フュームドシリカ及びセラミックファイバーと共に、アルミニウム箔切断片を含む成形体からなることを特徴とする断熱材。
【請求項２】
前記アルミニウム箔切断片は曲折されるか又はシワ付けし若しくは凸凹を設けて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】
前記アルミニウム箔切断片の含有量が０.１〜５０質量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の断熱材。
【請求項４】
酸化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウムから選ばれた少なくとも１種のセラミック粉末を更に含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の断熱材。
【請求項５】
第１断熱層と第２断熱層とを有する成形体からなり、第１断熱層がフュームドシリカとセラミックファイバーを含み、第２断熱層がフュームドシリカ及びセラミックファイバーと共にアルミニウム箔切断片を含み、第１断熱層が熱面側に配置されることを特徴とする断熱材。
【請求項６】
前記アルミニウム箔切断片は曲折されるか又はシワ付けし若しくは凸凹を設けてあることを特徴とする、請求項５に記載の断熱材。
【請求項７】
前記第２断熱層中のアルミニウム箔切断片の含有量が０.１〜５０質量％であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の断熱材。
【請求項８】
前記第１断熱層及び第２断熱層が、酸化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウムから選ばれた少なくとも１種のセラミック粉末を更に含むことを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
赤外線反射材としてアルミニウム箔を含有し、軽量で断熱性能に優れ且つ層剥離が起こり難い断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池や電気炉などの機器では、効率的に作動させるために、機器の周囲を覆うように断熱材が配置されている。このような断熱材として、フュームドシリカと無機繊維からなり、必要に応じて輻射吸収散乱材や無機結合材などを含有し、軽量で柔軟性に富むものが知られている。
【０００３】
フュームドシリカと無機繊維を使用した断熱材の例として特許文献１には、燃料電池の改質器を包囲する改質器用断熱材として、フュームドシリカと無機繊維を含み、無機及び有機のバインダーを含まず、所望に応じて輻射吸収散乱材として炭化ケイ素などの無機粉体を含み、上記無機繊維が熱の伝播方向と直交するように配向された成形体からなる断熱材が記載されている。
【０００４】
また、熱線反射性能を有するアルミニウム箔を利用した断熱材も知られている。例えば特許文献２には、厚みが０.５〜１５ｍｍ、気孔率が２０〜９８％のセラミック多孔性シートと、厚みが５〜２００μｍのシート状のアルミニウム箔とを、交互に積層した断熱材が記載されている。しかし、アルミ二ウム箔を交互に積層させたこのような積層断熱材は、シート状のアルミニウム箔と特殊なセラミック多孔性シートを層状に積層して構成しているため、アルミニウム箔が存在する反射層が限られており、熱線反射面が限定されている。また、アルミ二ウム箔とセラミック多孔性シートを層状に交互に多層積層させるため作業手間がかかり、多層になるほどアルミ二ウム箔とセラミック多孔性シートの間で層間剥離が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６４０７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６２２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来の断熱材の問題点に鑑みてなされたものであり、大量生産が可能な簡便方法で製造することができ、アルミニウム箔を内包することで断熱性能の向上を図ると同時に、積層しても層間剥離を防ぐことができ、優れた軽量性を有する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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明が提供する第１の断熱材は、フュームドシリカ及びセラミックファイバーと共に、アルミニウム箔切断片を含む成形体からなることを特徴とする単層構造の断熱材である。
【０００８】
また、本発明が提供する第２の断熱材は、第１断熱層と第２断熱層とを有する成形体からなり、第１断熱層がフュームドシリカとセラミックファイバーを含み、第２断熱層がフュームドシリカ及びセラミックファイバーと共にアルミニウム箔切断片を含み、第１断熱層が熱面側に配置されることを特徴とする積層構造の断熱材である。
【０００９】
上記本発明による第１及び第２の断熱材においては、アルミニウム箔切断片は曲折されるか又はシワ付けし若しくは凸凹を設けてあることが好ましい。また、第１の断熱材におけるアルミニウム箔切断片の含有量、及び第２の断熱材の第２断熱層におけるアルミニウム箔切断片の含有量は、それぞれ０.１〜５０質量％の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アルミニウム箔切断片を分散して含有させることにより、シート状のアルミニウム箔を内部に積層した積層断熱材に比べて、簡便な方法で熱線反射面の表面積を増やすことができ、特にアルミニウム箔切断片を曲折又はシワ付けし若しくは凸凹を設けることで熱線が一層乱反射されるため、断熱材の熱伝導率を低下させることができる。また、アルミニウム箔切断片を含有させることで、シート状のアルミニウム箔を内部に積層した積層断熱材に比べてフュームドシリカ同士の接触が増え、強度が向上するため層間剥離が起こり難くなる。
【００１１】
従って、本発明の断熱材は、軽量で且つ優れた柔軟性を備えると共に、低熱伝導率であることから優れた断熱性能を有している。しかも、強度の向上によって層間剥離や欠損などが起こり難くなるため、施工時の取扱い性が向上し、且つ熱伝導率の低下によって断熱材全体の厚みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による単層構造を有する第１の断熱材の一具体例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による積層構造を有する第２の断熱材の一具体例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明による第１の断熱材１は、一具体例を図１に示すように、フュームドシリカ１０と、セラミックファイバー１１と、アルミニウム箔切断片１２とを含む成形体からなる、単層構造の断熱材である。
【００１４】
また、本発明による第２の断熱材２は、一具体例を図２に示すように、第１断熱層２ａと第２断熱層２ｂとを備えた成形体からなる積層構造の断熱材であり、第１断熱層２ａはフュームドシリカ１０とセラミックファイバー１１を含み、第２断熱層２ｂはフュームドシリカ１０とセラミックファイバー１１と共にアルミニウム箔切断片１２を含んでいる。
【００１５】
尚、上記積層構造を有する第２の断熱材２は、使用時には、第１断熱層２ａが熱面側となるように配置される。また、使用時に熱面側から第１断熱層２ａに加えられる熱によって、第２断熱層２ｂ内のアルミニウム箔切断片１２が損傷しないことが望ましい。そのため、第２断熱層２ｂ内のアルミニウム箔切断片１２が使用時に損傷しない温度域となるように、第１断熱層２ａ及び第２断熱層２ｂの厚さを調整することが好ましい。
【００１６】
上記第１及び第２の断熱材において、主成分であるフュームドシリカは平均粒径５０ｎｍ以下のシリカの超微粉末である。また、セラミックファイバーとしては、シリカ−アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維、ロックウール、ガラス繊維などを用いることができ、その中でも低熱伝導率で安価なシリカ−アルミナ繊維やシリカ繊維が好ましい。
【００１７】
上記第１及び第２の断熱材は、必須の成分であるフュームドシリカ及びセラミックファイバーと共に、必要に応じて、酸化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化鉄から選ばれた少なくとも１種のセラミック粉末を含有することができる。これらのセラミック粉末は熱線の輻射散乱吸収材として作用するため、断熱性能を更に向上させることができる。尚、上記セラミック粉末の平均粒径は０.０１〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００１８】
本発明の第１の断熱材及び第２の断熱材の第２断熱層は、フュームドシリカ及びセラミックファイバーと共に、アルミニウム箔切断片を含むことが必要である。このアルミニウム箔切断片は、厚さ６〜２０μｍ程度の通常のアルミニウム箔を、シュレッダーや人手などにより、一定の又は種々の形状に切断したものである。アルミニウム箔切断片の形状は、特に限定するものではなく、矩形や円形のほか、ランダムな形状であってもよい。また、アルミニウム箔切断片の大きさとしては、面積が０.１〜１００ｍｍ２程度であることが好ましい。
【００１９】
このようなアルミニウム箔切断片が第１の断熱材全体及び第２の断熱材の第２断熱層内にランダムな方向を向いて多数内包されることにより、入射した熱線がアルミニウム箔切断片ごとに種々の方向に乱反射されるため、断熱材の熱伝導率を一層効率よく低下させることができる。特にアルミニウム箔切断片は、曲折されるか又はシワ付けし若しくは凸凹を設けることによって各アルミニウム箔切断片の乱反射が更に促されるため、熱伝導率をより一層低下させることができる。
【００２０】
第１の断熱材内及び第２の断熱材の第２断熱層内におけるアルミニウム箔切断片の含有量は、共に０.１〜５０質量％の範囲であることが好ましい。このアルミニウム箔切断片の含有量が０.１質量％未満では、入射した熱線の乱反射が不十分であるため、断熱材の熱伝導率を十分に低下させることができない。また、アルミニウム箔切断片の含有量が５０質量％を超えると、成形性が低下してしまうため好ましくない。尚、上記アルミニウム箔切断片の含有量は、アルミニウム箔切断片の合計表面積では、第１の断熱材１ｍ３あたり又は第２の断熱材の第２断熱層１ｍ３あたり、８〜８４００ｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００２１】
第１及び第２の断熱材において、第１の断熱材の組成（アルミニウム箔切断片を除く）、並びに第２の断熱材の第１断熱層及び第２断熱層の組成（アルミニウム箔切断片を除く）は、セラミックファイバーが１質量％未満では断熱材の強度が低下し、逆に５０質量％を超えると成形性が低下してしまうため、フュームドシリカを５０〜９９質量％及びセラミックファイバーを１〜５０質量％とすることが好ましい。
【００２２】
また、セラミック粉末を含有する場合には、第１の断熱材の組成（アルミニウム箔切断片を除く）、並びに第２の断熱材の第１断熱層及び第２断熱層の組成（アルミニウム箔切断片を除く）については、フュームドシリカを５０〜８０質量％、セラミックファイバーを１〜５０質量％、セラミック粉末を１０〜３０質量％とすることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明による断熱材の製造方法について説明する。まず、フュームドシリカとセラミックファイバーを混合し、必要に応じて更にセラミック粉末を混合して、１次成形原料を調製する。また、この１次成形原料に、更に所定量のアルミニウム箔切断片を混合して、２次成形原料を調整する。尚、上記成形原料の混合調整は、通常のミキサーなどを用いて行うことができる。ただし、上記２次成形原料を調整する際には、ミキサーの回転数を下げるか又は手動で撹拌することにより、アルミニウム箔切断片が例えば団子状などの熱線反射面の表面積が極端に減少する形状とならないようにすることが望ましい。
【００２４】
その後、単層構造の第１の断熱材を製造する場合は、上記２次成形原料のみを型枠内に装入して圧縮成形すればよい。また、積層構造の第２の断熱材を製造する場合には、上記１次成形原料と２次成形原料を順に、例えば２次成形原料を装入した上に１次成形原料を装入して、圧縮成形する。圧縮成形時の圧力は、断熱材が好ましいかさ密度（１５０〜８００ｋｇ／ｍ３程度）になるように調整すればよい。尚、第１及び第２の断熱材の形状は、成形型を変えることによって、板状や円筒形状など種々の形状とすることが可能である。
【００２５】
また、圧縮成形前の上記１次成形原料と２次成形原料はかさ高いため、圧縮成形時の圧縮率は大きくなる。そのため、各原料中にランダムに分散含有されているアルミニウム箔切断片は、圧縮成形時に一方向からの圧縮圧力によって該圧力の方向に対し直角方向に配向しやすくなる。その結果、得られる第１及び第２の断熱材中におけるアルミニウム箔切断片は、その熱線反射面が断熱材の厚さ方向（圧縮成形時の圧力方向）に対して概ね直角方向となる傾向があるため、使用時に熱面側に熱が加えられる熱線の反射に有効である。
【００２６】
本発明の断熱材は、使用時に熱面側に熱が加えられたとき、その熱によって内包されているアルミニウム箔切断片が損傷しないことが望ましい。そのため、断熱材の製造にあたっては、内包されているアルミニウム箔切断片が損傷しない温度域、例えば５００℃以下となるように、断熱材全体の厚さを調整することが好ましい。特に積層構造を有する第２の断熱材は、第１断熱層及び第２断熱層の厚さを調整することによって、第２断熱層をアルミニウム箔切断片が損傷しない温度域とすることができるため、より高温での使用に適している。
【００２７】
このようにして得られる本発明の断熱材は、アルミニウム箔切断片が分散して含有されることで、特にアルミニウム箔切断片を曲折又はシワ付けし若しくは凸凹を設けることで、シート状のアルミニウム箔を積層して含む従来の断熱材に比べて熱線反射面の表面積が増えるため、熱伝導率が低く断熱性能に優れている。また、シート状のアルミニウム箔ではなく、アルミニウム箔切断片を分散して含有するため、主成分であるフュームドシリカ同士の接触が増え、強度が向上して欠損や層間剥離が起こり難くなる。
【００２８】
本発明の断熱材は、優れた軽量性を保持するために、かさ密度が１５０〜８００ｋｇ／ｍ３であることが好ましく、２００〜４００ｋｇ／ｍ３であることが更に好ましい。また、６００℃における熱伝導率は、０.１Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であることが好ましく、０.０７５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下が更に好ましい。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
フュームドシリカ９９ｇと、シリカ−アルミナ繊維４２ｇとをよく混合し、１次成形原料とした。また、この１次成形原料に、縦横３.５ｍｍ×厚さ１１μｍのアルミニウム箔切断片２５ｇを加えてよく混合し、２次成形原料を調整した。上記アルミニウム箔切断片を含む２次成形原料を金型に装入して圧縮成形を行って縦１５０×横１５０×厚さ２５ｍｍの単層構造の断熱材を製造した。
【００３０】
得られた断熱材は、かさ密度が２９０ｋｇ／ｍ３であった。また、断熱材の熱伝導率を測定したところ、５００℃での熱伝導率は０.０６０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。尚、上記と同様の方法により、アルミニウム箔切断片を含まない断熱材を製造し、同様に評価したところ、かさ密度は２５０ｋｇ／ｍ３であり、５００℃での熱伝導率は０.０８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。
【００３１】
［実施例２］
フュームドシリカ９９ｇと、シリカ−アルミナ繊維４２ｇとをよく混合し、１次成形原料とした。また、この１次成形原料に、縦横５ｍｍ×厚さ１１μｍのアルミニウム箔切断片１０ｇを加えてよく混合し、２次成形原料を調整した。
【００３２】
上記アルミニウム箔切断片を含む２次成形原料を金型に装入して圧縮した。次に、この金型内の２次成形原料の上に、アルミニウム箔切断片を含まない以外は２次成形原料と同一組成の１次成形原料を装入し、圧縮成形を行って縦１５０×横１５０×厚さ２５ｍｍの積層構造の断熱材を製造した。尚、第１断熱層の厚みは１５ｍｍ、及びアルミニウム箔切断片を含む第２断熱層の厚みは１０ｍｍとなるように調整した。
【００３３】
得られた断熱材は、かさ密度が２６０ｋｇ／ｍ３であった。また、断熱材の熱伝導率を測定したところ、６００℃での熱伝導率は０.０７９Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。尚、上記と同様の方法により、第１断熱層及び第２断熱層ともアルミニウム箔切断片を含まない断熱材を製造し、同様に評価したところ、かさ密度は２５０ｋｇ／ｍ３であり、６００℃での熱伝導率は０.１０７Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。
【００３４】
［実施例３］
フュームドシリカ８４ｇと、酸化チタン粉末４２ｇと、シリカ−アルミナ繊維１４ｇとをよく混合し、１次成形原料とした。また、この１次成形原料に、縦横５ｍｍ×厚さ１１μｍのアルミニウム箔切断片１０ｇを加えてよく混合し、２次成形原料を調整した。
【００３５】
上記アルミニウム箔切断片を含む２次成形原料を金型に装入して圧縮した後、この金型内の２次成形原料の上に、アルミニウム箔切断片を含まない以外は２次成形原料と同一組成の上記１次成形原料を装入し、圧縮成形を行って縦１５０×横１５０×厚さ２５ｍｍの積層構造の断熱材を製造した。尚、第１断熱層の厚みは１５ｍｍ、及びアルミニウム箔切断片を含む第２断熱層の厚みは１０ｍｍとなるように調整した。
【００３６】
得られた断熱材は、かさ密度が２６０ｋｇ／ｍ３であった。また、断熱材の熱伝導率を測定したところ、６００℃での熱伝導率は０.０６４Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。尚、上記と同様の方法により、第１断熱層及び第２断熱層ともアルミニウム箔切断片を含まない断熱材を製造し、同様に評価したところ、かさ密度は２５０ｋｇ／ｍ３であり、６００℃での熱伝導率は０.０８２Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。
【符号の説明】
【００３７】
１      第１の断熱材
２      第２の断熱材
２ａ    第１断熱層
２ｂ    第２断熱層
１０    フュームドシリカ
１１    セラミックファイバー
１２    アルミニウム箔切断片
【図１】
2013245692.tif 000003
【図２】
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