[发明专利]无机纤维成型体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纤维成型体及其制造方法，具体而言，涉及一种重量极轻、抗热冲击性、抗机械冲击性优异，并且在操作上不会产生纤维及粒子状物质的飞散和气体等问题，用作各种工业炉内壁或熔融金属浇包盖等贴面材料、输送系统隔热材料、以及炉瓦等隔热材料的无机纤维成型体和制造该无机纤维成型体的方法。

背景技术

目前，作为无机纤维成型体，已知有对氧化铝纤维、二氧化硅纤维等无机纤维与包含无机粒子、无机粘合剂及有机粘合剂等的浆料进行脱水成型后再进行焙烧而制造的无机纤维成型体。由于该无机纤维成型体容易以比较轻的重量进行加工且具有形状保持能力，并且隔热性优异，因此，可用作高温用工业炉的耐火隔热材料等。另一方面，经针刺加工的无机纤维聚集体由于近年来高温焙烧炉内的温度控制性的提高及节能，因此，利用其极轻量性、易加工性、抗热冲击性优异的特性，大多用作高温隔热材料(毡块)。

但是，无机纤维通常为具有各种长度的纤维的聚集体，对于将这样的无机纤维仅与粘合剂成分等浆料化，并脱水成型、焙烧而得到的现有的无机纤维成型体而言，存在如下问题：在切断加工或使用时的机械冲击及热冲击的作用下，在表面上会产生裂纹，成型体表面的无机纤维及粒子状物质脱落而飞散。

特别是对于用熔融纺丝法制造无机纤维而言，在包含由WHO(世界卫生组织)定义为吸入性纤维的纤维径在3μm以下的纤维的情况下，该问题显著。另外，已知由二氧化硅系的原料制成的纤维通过暴露在1000℃以上的温度下，会生成对人体有害的方石英。产生这些纤维及粒子状物质的飞散和有害物质的问题在维护作业环境的方面来说并不优选。而且，在因热冲击或机械冲击而产生裂纹时，如果无机纤维部分地脱落，则有时会丧失作为隔热材料的功能。

另一方面，在将经针刺加工的无机纤维聚集体直接进行块加工，并作为高温炉用隔热材料进行施工的情况下，虽然抗热冲击性优异，但存在如下问题：在使用高速气体燃烧器等高风速燃烧器的条件下，因风速的影响，会产生表面的风蚀，纤维飞散。

对于该纤维飞散，提出了一种例如用玻璃层涂布无机纤维成型体表面的技术(例如，参照专利文献1、2)。但是存在下述问题：在高温下使用时，玻璃层因热膨胀而从无机纤维成型体基体材料上剥离，或产生龟裂等。

而且，作为另一方法，还提出了一种将包含无机纤维、无机粒子、无机粘合剂、及有机粘合剂的涂布材料涂布在无机纤维成型体上的方法(例如参照专利文献3)。但是，在该方法中存在如下问题：根据使用条件，涂层和无机纤维成型体的固粘不充分，涂层会因热冲击、机械冲击而剥离等。

此外，在上述任一技术中，由于无机纤维成型体本身均通过使用了纤化纤维的浆料的脱水成型而成型，因此存在如下问题：作为材料结构，对弯曲等的载重较弱，因加工、搬运、使用时的振动等而产生断裂，对热冲击也较弱。

另外，作为改善无机纤维成型体的耐风蚀性的方法，提出了涂布以外的方法。例如，提出了对垫状无机纤维聚集体喷涂有机或无机粘合剂，使其干燥、成型的方法(参照例如专利文献4)。但是，在该方法中，首先存在难以制作较厚的隔热材料的问题。

而且，在该方法中，存在如下问题：在包含粘合剂的无机纤维聚集体的干燥中，浸渗的粘合剂会侵移到无机纤维聚集体的表面附近。即，在通过使用该方法叠层较薄的垫状无机纤维聚集体来制作较厚的隔热材料时，即使重叠干燥后的较薄的垫状无机纤维聚集体，由于重叠面的粘接不充分，因此，不仅存在容易因热冲击引起层间剥离的问题，还存在如下问题：与叠层的层间相比，容易在成型体表面堆积粒子状物质，粒子状物质容易因机械冲击而脱落。

另外，与上述技术不同，在叠层多层无机纤维的毛毡或垫子后，通过浸渗无机粘合剂并使其冻结，可制造内部也具有耐热性、且强度优异的无机纤维成型体的方法(参照例如专利文献5)。但是，通过该方法获得的无机纤维成型体容易产生无机纤维层间的剥离，对热冲击的耐久性成为显著的问题。

与此相对，提出了如下方案：通过将无机纤维毛毡层配置在炉内侧，或者将与无机纤维、结合材料、耐火粉末的混炼材料层配置在炉外侧，由此来减轻对混炼材料层的热冲击，并可以防止向炉内层传播裂纹(参照例如专利文献6)。

但是，在该无机纤维成型品中，存在如下问题：在浆料中使用了有机粘结剂，在浆料使用量较多的情况下，必须预焙烧，除了会造成成本增加外，在不进行预焙烧的情况下，容易在比较低的温度下产生裂纹。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭57-13514号公报

专利文献2：日本特开平1-219083号公报