技術レポート

ロックウールの優れた耐熱性について

研究開発本部

1．はじめに

浜松研究所

持田貴仁

本稿では，各種断熱材の耐熱性について報告する。

ロックウールとは，製鉄所の高炉からの副産物である高炉スラグの他，玄武岩や安山岩などの天

2.1

試験サンプル

然鉱石をキュポラや電気炉を用いて高温で溶融

表 1 に評価サンプルの一覧を示す。サンプルにし，遠心力などで吹き飛ばして繊維状にした人造は当社製の汎用ロックウール断熱材（以下，汎用鉱物繊維である。優れた耐熱性，断熱性，防音性

ロックウール）と耐熱ロックウール断熱材（以下，を有していることから，産業用途，住宅用途，耐耐熱ロックウール）および，市販されているグラ火被覆用途などの幅広い分野で使用されている。

スウール断熱材 2 種（以下，グラスウール A，B）

用途や使用目的に応じて粒状，ボード状，フェを使用した。繊維組成の分析には蛍光 X 線分析装

ルト状，ブランケット状，帯状，筒状に加工され置を用いた。

たロックウール製品がある。

表1

当社では，産業や住宅において断熱・保温用途

汎用ロックウール

耐熱ロックウール

グラスウールA

グラスウールBニチアス ニチアスなどに用いられる汎用ロックウールと，より高温下で耐火用途などに用いられる耐熱ロックウールの多種多様な製品をラインアップしている。
本稿では，ロックウールの優れた耐熱性について，同様に断熱・保温用途で使用されるグラスウールと比較しながら紹介する。

2．耐熱性評価
ロックウールやグラスウールは，直径数μm ～数十μm の繊維が複雑に絡み合い，繊維間に空隙

評価サンプル一覧

A社

B社

かさ密度［kg/m3］

メーカー

80

1002814

SiO2 ＋ Al2O3
繊維 CaO＋MgO
組成［wt.%］ Na2O ＋ K2O
その他

5648676938371014221816312412.2

試験方法

加熱試験を行い，加熱後の形態観察により耐熱性を評価した。

を持つことで断熱性や防音性を発現する繊維質断熱材である。これら繊維質断熱材の耐熱性とは，2.2.1

高温においても断熱性や防音性を発現できること《サンプルサイズ》である。そのためには，高温にさらされても繊維形態を維持し，断熱材としての形状を保持することが必要である。

サンプルサイズと加熱条件

・幅 100mm×奥行 100mm×高さ 50mm
《加熱条件》
・昇温速度：200℃/hr.

ニチアス技術時報

2018 No. 41

〈技術レポート〉ロックウールの優れた耐熱性について

・加熱温度：600，700，800，1000℃

後においては溶融し繊維形態を有していなかった。

・加熱時間：3hr.

一方，汎用ロックウールは 700℃までほとんど収・降温速度：200℃/hr.

縮していないことがわかる。また，耐熱ロックウールは 700℃以上の温度において高さ方向に収縮し2.2.2

評価方法ているが，幅・奥行方向に関しては 1000℃までほ加熱前後のサンプルについて，以下を実施した。

とんど収縮しておらず，繊維形態を維持していた。

・マクロ観察：断熱材の外観観察

繊維形態を詳細に観察した SEM 像を図 2 に示・ミクロ観察：繊維形態の SEM 観察

す。SEM 像左上には同条件で加熱された断熱材サンプルの外観写真を示している。

2.3

結果

600℃加熱後の繊維形態について，汎用ロック加熱前後のサンプルの外観写真を図 1 に示す。

ウール，および耐熱ロックウールは未加熱と差が外観を比較すると，いずれのグラスウールも600℃なかったが，グラスウールにおいては繊維が湾曲の加熱により幅・奥行方向，および高さ方向に大している様子が確認された。図 3 に，600℃で加熱きく収縮していることがわかる。また，700℃加熱したグラスウール A，Bについて，繊維交点を拡大

加熱条件

汎用ロックウール

耐熱ロックウール

グラスウール A

グラスウール B

変化なし

変化なし

全体的に大きく収縮

全体的に大きく収縮

変化なし

高さ方向に収縮

溶融

溶融－－－－－－－－

未加熱
50mm

600℃

700℃

800℃

全体的に大きく収縮高さ方向に収縮－1000℃－

高さ方向に収縮
図1

2

ニチアス技術時報

2018 No. 4

加熱前後のサンプル外観

〈技術レポート〉ロックウールの優れた耐熱性について

加熱条件

汎用ロックウール

耐熱ロックウール

グラスウール A

グラスウール B

変化なし

湾曲・融着

湾曲

－－－－－－－－

未加熱
100μm

600℃

変化なし

800℃

融着

1000℃

変化なし

－－

変化なし
図２

加熱前後の繊維形態（SEM 像）した SEM 像を示す。グラスウール A は繊維が湾曲グラスウールAし繊維交点が融着して一体化している様子が良くわかる。一方で，グラスウール B は繊維交点の融着は確認できなかったが，繊維が湾曲していた。
また，800℃加熱後の汎用ロックウールは繊維同士が融着しほとんど繊維の形態を有していなかったが，耐熱ロックウールは繊維形態を維持しており，未加熱の状態と大きな差はなかった。
図 4 には 1000℃で加熱した耐熱ロックウールのグラスウールB

図3

600℃加熱後グラスウールの繊維交点（SEM 像）

図41000℃加熱後耐熱ロックウールの繊維交点（SEM 像）

ニチアス技術時報

2018 No. 4

3

〈技術レポート〉ロックウールの優れた耐熱性について繊維交点を拡大した SEM 像を示す。1000℃で加3.2

耐熱ロックウールの耐熱性発現メカニズム

熱しても，繊維交点が融着している様子は確認さ

図 2 で示したように，800℃以上の高温にさらされず，繊維形態にも湾曲などの変化はなかった。

れると汎用ロックウールは繊維交点が融着していたが，耐熱ロックウールにはそのような様子は確

3．考
3.1

認できず，繊維の湾曲も見られなかった。

察

いずれのロックウールも未加熱の状態は非晶質

繊維質断熱材の収縮挙動と耐熱性である。非晶質とは結晶のように原子が規則的なロックウールやグラスウールなどの繊維質断熱配列を持たない物質であり，対して結晶質とは物材は，繊維交点の摩擦力と繊維形態によりその形質を構成する原子が空間的に規則性を持ち，隣り状を保持している。加熱により繊維が軟化変形す

あう原子と 3 次元で周期的に配列しており，安定ると，繊維交点の距離が縮まり，断熱材として収な構造である（図 6）。

縮する。繊維表面には，表面をできるだけ小さくしようとする表面張力が働いている。繊維が軟化し変形可能な状態になると，表面張力の影響で，繊維が太くなったり，変形したりすると考えられる。さらに繊維の軟化が進行すると繊維交点が融着し，最終的には溶融する（図 5）
。
繊維加熱

収縮

加熱

収縮

加熱

溶融

断熱材

変形

融着

繊維形態

非晶質
（ランダムな構造）
図6

図5

繊維質断熱材の収縮挙動

結晶質（規則正しい構造）

非晶質と結晶質の構造イメージ

非晶質の例としては，一般的なガラスは室温か繊維質断熱材の耐熱性は，繊維形態が変化せずら加熱すると軟化変形するが，結晶化ガラスと呼に，繊維間に空隙を持つ断熱材としての形状を維ばれる特殊な組成のガラスは，その軟化変形する持可能な温度が高い程，優れていると言える。

温度に到達する前に結晶に変化し始め，そのため耐熱性評価の結果より，グラスウールは 600℃に軟化変形することなく遂には微結晶の凝集体に以上の温度にさらされると，繊維が湾曲すること変化することが知られている 1）。したがって，繊により断熱材としての構造が維持できず，十分な維の湾曲・融着は軟化変形する前に結晶が存在断熱性能が発現できない。一方で，ロックウールするかどうかが，重要なポイントであると考えらは 700℃の高温下においても，繊維形態が変化せれる。

ずに断熱材としての構造を維持できることから，断熱性能を発現可能であることがわかった。
また，耐熱ロックウールに関しては 1000℃に

汎用ロックウールは 700℃で外観変化がなく，800 ℃ で 繊 維 が 融 着 し て い ること か ら，700 ～800℃の間で繊維が軟化変形するものである。

さらされても，繊維に湾曲が起きず断熱材としそこで軟化変形前である 700℃で加熱した繊維ての構造を維持していたことから，汎用ロックに結晶が存在するか，汎用ロックウールと耐熱ウールよりもさらに高い耐熱性を有することがロックウールの繊維表面について詳細に観察し確認できた。

た。SEM 像を図 7 に示す。

4

ニチアス技術時報

2018 No. 4

〈技術レポート〉ロックウールの優れた耐熱性について

汎用ロックウール

耐熱ロックウール

白く粒状に見えているのが微結晶
図7

700℃加熱後ロックウールの繊維表面（SEM 像）700℃で加熱した汎用ロックウールの繊維表面化変形する前に微結晶が存在することで軟化がが非常に滑らかであるのに対し，耐熱ロックウー進行せず，800℃以上の高温にさらされても繊維ルの繊維表面には数 nm の微結晶が観察された。の湾曲・融着が起きなかったと考えられる。一

このことから，耐熱ロックウールは繊維が軟方で，汎用ロックウールは結晶が確認できなかったことから，一般的なガラス同様に軟化が進行し，未加熱

700℃

800℃800℃において繊維同士が融着したと考えられる（図 8）。

汎用ロックウール繊維加熱加熱

4．耐熱ロックウールの優れた耐熱性を生かした製品「マキベエ 」
®

湾曲・融着

マキベエは，当社が開発した巻付けタイプの耐耐熱ロックウール繊維

加熱火被覆材である。表面には不織布を施しており，加熱耐火材には当社の耐熱ロックウールを採用した製品である。
耐火被覆材に求められる機能は，火災時に人が結晶が形成

図8

形状変化なし耐熱ロックウールの耐熱性発現モデル

避難するための一定時間の間，建物の骨格である鉄骨を守ることである。

ニチアス技術時報

2018 No. 45

〈技術レポート〉ロックウールの優れた耐熱性について

当社グループでは多様化する市場ニーズに応えるべく，汎用ロックウールと耐熱ロックウールを使い分け，数多くのロックウール製品をラインアップしている。
これからも当社グループは，より良いロック
図9

マキベエ外観

ウール製造技術・製品を追求することで，環境負荷の少ない持続可能な社会の現実に貢献したいと考えている。
参 考 文 献1） 日本結晶学会誌 8 巻，pp.147-156（1966）．

＊「マキベエ」はニチアス㈱の登録商標です。

筆者紹介
図 10

マキベエ施工状況

持田貴仁

研究開発本部 浜松研究所

図 9 にマキベエの外観を，鉄骨のはりに被覆した施工状況を図 10 示す。
マキベエは，はり柱などの耐火認定を取得している。耐火認定を取得するには，900℃を超える高温下においてはり柱の温度上昇を遅延させなければならない。そのためには，高温にさらされても繊維形態を維持し，断熱性能を発現し続ける必要がある。したがって，900℃以上で繊維形態を維持できる耐熱ロックウールは，耐火被覆材に非常に適した材料であると考えられる。
マキベエは，前述したような優れた耐火性能に加え，その薄さ・軽さとシンプルな施工性，および施工時・施工後の発じん量が少ないエコ・フレン
ドリーな当社の主力製品である。

5．おわりに本稿では，ロックウールの優れた耐熱性について，グラスウールと比較しながら紹介した。また，当社が開発した耐熱ロックウールは，1000℃の高温下においても繊維形態を維持することが可能であり，汎用ロックウールと比較してさらに優れた耐熱性を有すること，そのポイントは繊維の軟化変形前における結晶の存在であることを述べた。

6

ニチアス技術時報

2018 No. 4

ロックウール製品の研究開発業務に従事