(57)【要約】      （修正有）【課題】曲面に沿って断熱材を施工する際に、熱膨張による圧縮応力で損壊しない圧縮強さと優れた断熱性を兼ね備えると同時に、曲率１５００ｍｍの曲面に沿って曲げた状態でも破損せずに施工できる複合断熱材の提供。【解決手段】ナノ粒子を主材とする低熱伝導率材料の成形体１と、その少なくとも片方の表面に接着した強化材２とを備えた複合断熱材であって、低熱伝導率材料成形体１の厚さが１０ｍｍ以内で且つかさ密度が４００〜６００ｋｇ／ｍ３であり、強化材２は無機繊維あるいは有機繊維の織布又は不織布からなり且つ抗張力が６０Ｎ／２５ｍｍ以上である複合断熱材。低熱伝導率材料成形体１の厚さは３〜５ｍｍ、強化材２の厚さは２.０ｍｍ以内であることが好ましい複合断熱材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を主材とする低熱伝導率材料の成形体と、該低熱伝導率材料成形体の少なくとも片方の表面に接着した強化材とを備え、低熱伝導率材料成形体の厚さが１０ｍｍ以内で且つかさ密度が４００〜６００ｋｇ／ｍ３であり、強化材は無機繊維あるいは有機繊維の織布又は不織布からなり且つ抗張力が６０Ｎ／２５ｍｍ以上であって、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げた状態で破損せずに施工できることを特徴とする複合断熱材。
【請求項２】
スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１４ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の複合断熱材。
【請求項３】
前記低熱伝導率材料成形体の厚さが３〜５ｍｍであり、前記強化材の厚さが２.０ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合断熱材。
【請求項４】
前記低熱伝導率材料成形体は、耐熱温度が１０００〜１２００℃、熱伝導率が８００℃で０.０８Ｗ/ｍ・Ｋ以下であり、曲げ強さが０.７ＭＰａ以上及び圧縮強さが０.５ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の複合断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄や非鉄金属あるいはガラス等の溶湯を保持する取鍋のような溶湯容器等に用いる断熱材に関し、更に詳しくは曲面を有する容器に密着させて破損することなく施工できる複合断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に溶湯容器の断熱材としては、炉体からの放散熱の大幅な抑制及び炉体鉄皮への熱負荷の軽減をする目的で、ナノ粒子を主材とした低熱伝導率材料が使用されている。これら低熱伝導率材料の熱伝導率は８００℃で０.０８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、最高使用温度は約１０００℃である。そのため、断熱材の厚さが大きいと熱面側の温度が最高使用温度を超える場合があることから、断熱材の厚さは通常１０ｍｍ以内、好ましくは３〜５ｍｍで用いられている。
【０００３】
一方、取鍋等の溶湯容器は有底円筒状であって曲面を有するため、断熱施工においては溶湯容器の曲面に沿って断熱材を曲げて施工する必要がある。しかし、ナノ粒子を主材とした低熱伝導率材料は一般的に非常に脆弱であるため、断熱材としての厚さが１０ｍｍ程度であっても、曲面に沿って曲げると損壊したり、粉末粒子が脱落したりする欠点があった。
【０００４】
そのため、断熱材としての低熱伝導率材料を複数の幅の小さい短冊状の小片に切断加工し、容器の曲面に合わせて多角形状に施工する必要があった。しかし、この方法では断熱材の小片の面積が小さいことから、施工に多くの枚数を必要とするうえ、施工に手間が掛かることや、目地が増えることで断熱性が損なわれるという問題があった。
【０００５】
そこで最近では、曲面に沿わせて施工できるように工夫された断熱材が提案されている。例えば、非特許文献１や非特許文献２には、前述のナノ粒子を主材とした低熱伝導率材料を袋に収納し、縫製して製造された布団状、キルト状、分節状等の様々な形態の断熱材が提案されている。
【０００６】
これらの断熱材は縫製部分で屈曲できるようになっているため、曲面への対応が可能であり、大きな面積を効率的に施工することができるものの、断熱性と強度の点で問題があった。即ち、断熱材の縫製部分や施工での継ぎ目部分には低熱伝導率材料自体が存在しないため、断熱性が十分とはいえなかった。また、ナノ粒子を主材とした低熱伝導率材料は非常に脆弱であるため、取扱い中に袋内で損壊したり、施工後に静鉄圧や耐火物の熱膨張による圧縮応力で損壊したりする問題もあった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】カタログ「高性能断熱材マイクロサーム」、日本マイクロサーム株式会社、２００４年２月、第５頁
【非特許文献２】カタログ「Ｐｏｒｅｘｔｈｅｒｍ  ＷＤＳ」、黒崎播磨株式会社、２００５年１０月０１日、第５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記した従来の事情に鑑みてなされたものであり、熱膨張による圧縮応力で損壊しない圧縮強さと優れた断熱性を兼ね備えると同時に、曲面に沿って曲げた状態でも破損することなく施工することが可能な複合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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明者らは検討を重ねた結果、ナノ粒子を主材とする低熱伝導率材料を用いた薄板状の成形体を断熱材の基材とし、その表面に特定の抗張力を有する織布又は不織布からなる強化材を接着剤で貼りつけることによって、断熱材の曲げ撓み量を向上できることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【００１０】
即ち、本発明による複合断熱材は、ナノ粒子を主材とする低熱伝導率材料の成形体と、該低熱伝導率材料成形体の少なくとも片方の表面に接着した強化材とを備えており、低熱伝導率材料成形体の厚さが１０ｍｍ以内で且つかさ密度が４００〜６００ｋｇ／ｍ３であり、強化材は無機繊維あるいは有機繊維の織布又は不織布からなり且つ抗張力が６０Ｎ／２５ｍｍ以上であって、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げた状態で破損せずに施工できることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の複合材料は、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１４ｍｍ以上であることが好ましい。また、上記本発明の複合断熱材において、低熱伝導率材料成形体の厚さは３〜５ｍｍであり、強化材の厚さは２.０ｍｍ以内であることが好ましい。更に、低熱伝導率材料成形体は、耐熱温度が１０００〜１２００℃であり、熱伝導率が８００℃で０.０８Ｗ／ｍ・Ｋ以下、曲げ強さが０.７ＭＰａ以上及び圧縮強さが０.５ＭＰａ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱膨張による圧縮応力で損壊しない圧縮強さと優れた断熱性を兼ね備えると同時に、曲面を有する溶湯容器等に断熱施工する際に曲面に沿って曲げた状態で密着させても、破損することなく断熱施工することが可能な複合断熱材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による複合断熱材の一具体例を示す概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般的に曲面を有する溶湯容器等に施工する断熱材に求められる撓み量は、溶湯容器等の断熱対象物の大きさによって異なる。例えば、直径の大きい容器等では曲率が大きいため、断熱材の撓み量が小さくても断熱施工が可能であるが、直径の小さな容器等は曲率が小さいので、撓み量の大きな断熱材が必要になる。即ち、直径の小さな容器等の曲面に施工可能な撓み量を有する断熱材は、直径の大きい容器等に対しても施工が可能である。
【００１５】
直径の小さな容器等の代表例として直径３０００ｍｍの取鍋があり、その曲面の曲率は１５００ｍｍ程度である。この取鍋の曲面に対して断熱材を施工する場合、施工場所が狭いため、ハンドリングしやすい形状である縦横６００ｍｍ以下の断熱材が使用されることが通常である。この断熱材の長さ６００ｍｍ方向を上記取鍋の曲面に沿わせた場合、スパン６００ｍｍでの必要な曲げ撓み量は約１０ｍｍである。
【００１６】
しかし、本発明においては、曲面に沿わせて曲げても破損しない断熱材が求められていることから安全をみて、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量の０.７倍が１０ｍｍ以上であることが望ましいと判断した。即ち、直径の小さな容器の場合、複合断熱材の曲げ撓み量は１４ｍｍ以上が望ましいこととなる。この曲げ撓み量を有することにより、断熱材を直径の小さな容器等の曲面に沿わせて曲げても、破損せずに施工することができる。
【００１７】
従来から溶湯容器等の断熱材としては、優れた断熱性能を有する薄板状の低熱伝導率材料成形体が使用されている。低熱伝導率材料成形体はナノ粒子を主材とする薄板状の成形体であり、例えば、シリカやアルミナ等のナノ粒子と、ガラス繊維や結晶化繊維等の無機繊維と、炭化ケイ素や窒化珪素等の無機粉末粒子とを混合し、乾式圧縮成形した後、その成形体を加熱処理することによって製造することができる。
【００１８】
しかし、ナノ粒子を主材とする低熱伝導率材料成形体は、一般的に非常に脆弱であるため、厚さが３〜５ｍｍ程度であっても曲面に沿って曲げると損壊してしまう。そこで、本発明においては、図１に示すように、低熱伝導率材料成形体１の少なくとも片方の表面に強化材２を接着剤３で接着することによって、曲面に沿って曲げても破損せずに施工可能な断熱材としたものである。
【００１９】
低熱伝導率材料成形体は、かさ密度が４００〜６００ｋｇ／ｍ３であって、耐熱温度が１０００〜１２００℃、熱伝導率が８００℃で０.０８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、曲げ強さが０.７ＭＰａ以上及び圧縮強さが０.５ＭＰａ以上であることが好ましい。また、低熱伝導率材料成形体の厚さは１０ｍｍ以内が好ましく、３〜５ｍｍが更に好ましい。
【００２０】
上記低熱伝導率材料成形体は、かさ密度が４００ｋｇ／ｍ３未満では曲げ強さが０.７ＭＰａ未満になってしまい、６００ｋｇ／ｍ３を超えるとスパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１０ｍｍ未満になってしまう。また、曲げ強さが０.７ＭＰａ未満ではハンドリング時や施工の際に曲げた時に折損しやすくなり、圧縮強さが０.５ＭＰａ未満では静鉄圧に耐えられずに圧潰するため好ましくない。
【００２１】
上記強化材は無機繊維あるいは有機繊維の織布又は不織布からなり、単層であっても複層であってもよい。強化材の抗張力は６０Ｎ／２５ｍｍ以上とすることが必要である。強化材の抗張力が６０Ｎ／２５ｍｍ未満の場合には、スパン６００ｍｍで曲げた際に破損するため好ましくない。また、強化材の厚さは２.０ｍｍ以内とすることが好ましく、０.１〜１.０ｍｍの範囲が更に好ましい。
【００２２】
用いる接着剤の種類については、無機質あるいは有機質のいずれであってもよい。ただし、低熱伝導率材料成形体の種類によっては、水系の接着剤に含まれる水によって損壊する場合があるので注意を要する。好ましい接着剤としては合成ゴム系の粘性が高い接着剤があり、また施工時に剥がれないように室温で硬化するものが好ましい。
【００２３】
本発明の複合断熱材は、上記のごとく低熱伝導率材料成形体の表面に接着剤を用いて強化材を接着することによって、曲面に沿わせて曲げて施工する際のせん断力が補強され、耐力を向上できるという効果がある。そのため、曲面に沿わせ曲げて撓ませても破損することがなく、その撓みは使用温度下で復元性を有するので、内面側のレンガや断熱材及び外殻の温度変化による熱収縮や熱膨張等の変形に形状が追随して効率よく断熱することができることから、溶湯容器等の曲面にも断熱施が工可能な複合断熱材を提供することができる。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］
シリカナノ粒子３５重量％に、Ｅガラス繊維１５重量％、アルミナ−シリカ系結晶化繊維１５重量％（商品名イソウールＳＢ；イソライト工業（株）製）、無機粉末粒子３５重量％を乾式混合し、かさ密度が４００ｋｇ／ｍ３となるように乾式圧縮成形して縦６１０×横６１０×厚さ５ｍｍの成形体とした。その後、この成形体を９００℃で１時間の加熱処理を行うことによって、低熱伝導率材料成形体を得た。この成形体の曲げ強さは０.７ＭＰａであり、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量は１０ｍｍであった。
【００２５】
一方、強化材として、無機繊維の織布（シリカ繊維質：商品名シリグラス；日本無機（株）製、厚さ０.４ｍｍ）を用いた。この無機繊維の織布の抗張力は６０Ｎ／２５ｍｍであった。この強化材としての無機繊維の織布を、上記低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、ゴム系接着剤（商品名Ｓ／Ｎ９９スプレーのり；スリーエム（株）製）を用いて接着することにより複合断熱材を形成した。
【００２６】
得られた複合断熱材は、強化材側を外側にして測定した曲げ強さが２ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１４ｍｍであり、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材を曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工したところ、破損せずに施工することができた。
【００２７】
［実施例２］
上記実施例１と同様にして低熱伝導率材料成形体を作製した。但し、圧縮圧を大きくすることにより、かさ密度を５００ｋｇ／ｍ３とした。得られた成形体の曲げ強さは０.９ＭＰａであり、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量は１０ｍｍであった。
【００２８】
この低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、上記実施例１と同じ無機繊維の織布からなる強化材を実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより、複合断熱材を形成した。
【００２９】
得られた複合断熱材は、強化材側を外側にして測定した曲げ強さが４ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１４ｍｍであり、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材を曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工したところ、破損せずに施工することができた。
【００３０】
［実施例３］
上記実施例１と同様の方法により低熱伝導率材料成形体を作製した。得られた低熱伝導率材料成形体は、かさ密度が４００ｋｇ／ｍ３、曲げ強さが０.９ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１０ｍｍであった。
【００３１】
この低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、強化材として有機繊維の不織布（ポリプロピレン繊維質；厚さ０.４ｍｍ）を用い、上記実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより複合断熱材を形成した。上記強化材の抗張力は６０Ｎ／２５ｍｍであった。
【００３２】
得られた複合断熱材は、強化材側を外側にして測定した曲げ強さが３ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１４ｍｍであり、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材を曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工したところ、破損せずに施工することができた。
【００３３】
［実施例４］
上記実施例１と同様の方法により低熱伝導率材料成形体を作製した。得られた低熱伝導率材料成形体は、かさ密度が６００ｋｇ／ｍ３、曲げ強さは１.１ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が９ｍｍであった。
【００３４】
この低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、強化材として上記実施例１と同じ無機繊維の織布を用い、上記実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより複合断熱材を形成した。
【００３５】
得られた複合断熱材は、強化材面側を外側にして測定した曲げ強さが３ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１５ｍｍであり、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材を曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工したところ、破損せずに施工することができた。
【００３６】
［比較例１］
上記実施例１と同様の方法で低熱伝導率材料成形体を作製した。この低熱伝導率材料成形体は、かさ密度が４００ｋｇ／ｍ３、曲げ強さが０.７ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１０ｍｍであった。この低熱伝導率材料成形体は、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工すると破損した。
【００３７】
［比較例２］
上記実施例１と同じ低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、強化材として有機繊維の不織布（ポリプロピレン繊維質；厚さ０.４ｍｍ）を用い、上記実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより複合断熱材を形成した。上記強化材の抗張力は５５Ｎ／２５ｍｍであった。
【００３８】
得られた複合断熱材は、強化材面側を外側にして測定した曲げ強さが１ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１２ｍｍ、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材は、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工すると破損した。
【００３９】
［比較例３］
上記施例１と同様の方法で低熱伝導率材料成形体を作製した。この低熱伝導率材料成形体は、曲げ強さが０.６ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が８ｍｍであった。但し、圧縮圧を小さくしたので、かさ密度は３００ｋｇ／ｍ３となった。この低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、強化材として上記実施例１と同じ無機繊維の織布を用い、上記実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより複合断熱材を形成した。
【００４０】
得られた複合断熱材は、強化材面側を外側にして測定した曲げ強さが２ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１０ｍｍ、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材は、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工すると破損した。
【００４１】
［比較例４］
上記実施例１と同様の方法で低熱伝導率材料成形体を作製した。この低熱伝導率材料成形体は、曲げ強さが１.２ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が８ｍｍであった。但し、圧縮圧を大きくしたので、かさ密度は６５０ｋｇ／ｍ３となった。
【００４２】
この低熱伝導率材料成形体の片方の表面に、強化材として上記実施例１と同じ無機繊維の織布を用い、上記実施例１と同様にゴム系接着剤で接着することにより複合断熱材を形成した。
【００４３】
得られた複合断熱材は、強化材面側を外側にして測定した曲げ強さが２ＭＰａ、スパン６００ｍｍでの曲げ撓み量が１０ｍｍ、圧縮強さが１ＭＰａであった。この複合断熱材は、曲率１５００ｍｍの曲面に沿わせて曲げて施工すると破損した。
【符号の説明】
【００４４】
１  低熱伝導率材料成形体
２  強化材
３  接着剤
【図１】
2016205728.tif 000003