JP2014228035A - 耐火断熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック繊維と無機バインダー（結合材）からなり、更に有機高分子凝集剤を含有し得る耐火断熱材であって、粉立ちやボロフリがなく、熱収縮率が小さく、熱伝導率が大幅に低下され、断熱性能に極めて優れた耐火断熱材を提供する。【解決手段】 セラミック繊維として、平均繊維径が１.５〜５μｍで、セラミック繊維に含まれる非繊維状粒子（ショット）の合計量が繊維全体の２０重量％以下であり、予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものを用いる。耐火断熱材は、６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／(ｍ・Ｋ)、乾燥後のかさ密度が２５０〜４００ｋｇ／ｍ３及び曲げ強度が０.４ＭＰａ以上であり、更に有機高分子凝集剤を含む耐火断熱材では、乾燥後のかさ密度が１５０〜３００ｋｇ／ｍ３、乾燥後の曲げ強度が０.６ＭＰａ以上である。【選択図】 なし

Description

本発明は、主に熱処理炉の炉内面などに使用される耐火断熱材、特に抄造法による無機繊維質の耐火断熱材及びその製造方法に関する。

工業用の熱処理炉など中高温域において使用される耐火断熱材としては、抄造法を用いて湿式成形により製造され、主に無機繊維と無機粉末を無機バインダーで結合して構成された耐火断熱材が一般的に広く使用されている。特に無機繊維と無機バインダーに熱輻射散乱材として無機粉末を加えることによって、断熱性能を向上させた耐火断熱材も知られている。

例えば特許文献１には、シリカアルミナ繊維等の無機繊維を水に分散させたスラリーに、酸化チタン等の無機粒子を加え、更にシリカゾルのような無機バインダーと凝集剤を添加して、脱水成形することにより製造された無機繊維質の断熱材が記載されている。特に酸化チタンは熱輻射を散乱させる機能を有するため、断熱材中に含有させることによって輻射熱が散乱され、断熱性能を向上させることができるとされている。しかし、その６００℃での熱伝導率は０.０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超え、満足できる断熱性能ではない。

また、従来の無機繊維質の耐火断熱材は、高温に晒されると無機繊維の結晶化が進展して収縮し、また加熱温度の上昇に伴って収縮が大きくなることが知られている。そのため、熱処理炉の炉内面などに使用された耐火断熱材は加熱処理時に収縮し、耐火断熱材の間に隙間が発生してしまう。この耐火断熱材間の隙間は加熱の繰り返しによって次第に大きくなり、炉の断熱効率を低下させるだけでなく、炉本体の寿命を短くするという問題があった。

一方、特許文献２には、６００℃での熱伝導率が０.０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回るマイクロポーラス系断熱材として、Ｂ_２Ｏ_３を含有せず、膨張したバーミキュライト３０〜７０重量％、無機結合剤１５〜４０重量％、赤外線不透明剤０〜２０重量％、微孔質物質１５〜５０重量％、ガラス強化繊維の重量に対してアルカリ金属酸化物を最高で２重量％を含有するガラス強化繊維０.５〜８重量％を有する断熱成形体が記載されている。

上記マイクロポーラス系断熱材は従来にない優れた断熱性能を有しているが、強度が低い、粉塵が発生しやすい、加工性や施工性に劣るなどの問題点がある。この問題点を補う技術として、例えば特許文献３には、マイクロポーラス系断熱材を無機繊維製の外装で覆う方法が記載されている。しかし、この方法は加工が難しく、また断熱材のコスト増を招く要因にもなっている。

特開２０１２−１４０３１１号公報 特許第３３２８２９５号公報 特開２０１２−１４９６５８号公報

上記したように中高温域において使用される従来の耐火断熱材は主に無機繊維と無機粉末を無機バインダーで結合した構造のものであり、断熱性能向上のために酸化チタン粉末のような熱輻射散乱材を加えることも知られている。しかし、その６００℃での熱伝導率は０.０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えているため、更に大幅な断熱性能の向上が望まれている。また、従来の耐火断熱材は高温に晒されると収縮するため、熱処理炉の炉内面などに使用したとき、収縮により耐火断熱材の間に隙間が発生して次第に大きくなり、炉の断熱効率を低下させ、炉本体の寿命を短くするという問題があった。

更に、従来の無機粉末を含む無機繊維質耐火断熱材では、無機粉末や非繊維状粒子（繊維になりきれなかった球状粒子；ショットとも呼ばれる）などに由来する微粒子や微粉が離脱する粉立ち（表面に微粉が付着していたり、付着している微粉が飛散する現象：主に無機粉末に由来）やボロフリ（粒子が表面から脱離する現象：主に非繊維状粒子に由来）の原因となり、熱処理炉内面の炉壁材として使用した場合には被焼成物に付着するという不都合があった。

一方、マイクロポーラス系断熱材は、従来にない優れた断熱性能を有しているが、強度が低いうえに、粉立ちが多い、加工性が悪い、施工性に劣るなどの問題点があった。そのため、マイクロポーラス系断熱材は、熱処理炉内面の炉壁材など強度を必要とする用途に用いることはできなかった。

本発明は、上記した従来の無機繊維質耐火断熱材やマイクロポーラス系断熱材の問題点に鑑みてなされたものであり、従来一般的に広く使用されている無機繊維と無機バインダーからなる耐火断熱材や、これに熱輻射を散乱させるため酸化チタンを添加した耐火断熱材に比べて熱伝導率が大幅に低下されると共に、加熱の繰り返しによる耐火断熱材間の隙間の発生を抑えることができ、加工性や施工性に優れるうえ、粉立ちやボロフリがなく、高強度であって、マイクロポーラス系断熱材と同等程度の優れた断熱性能を有する耐火断熱材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する第１の耐火断熱材は、セラミック繊維と無機バインダー（結合材）とからなり、そのセラミック繊維は予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものであり、セラミック繊維の平均繊維径が１.５〜５μｍで且つセラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量が該繊維全体の２０重量％以下であって、６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、乾燥後のかさ密度が２５０〜４００ｋｇ／ｍ^３、乾燥後の曲げ強度が０.４ＭＰａ以上であることを特徴とする。

また、本発明が提供する第２の耐火断熱材は、セラミック繊維と無機バインダー（結合材）と有機高分子凝集剤とからなり、そのセラミック繊維は予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものであり、セラミック繊維の平均繊維径が１.５〜５μｍで且つセラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量が該繊維全体の２０重量％以下であって、６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、乾燥後のかさ密度が１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３、乾燥後の曲げ強度が０.６ＭＰａ以上であることを特徴とする。

上記本発明による第１の耐火断熱材は、セラミック繊維を７０〜８５重量％、無機バインダーを１５〜３０重量％含有することが好ましい。また、上記本発明による第２の耐火断熱材は、セラミック繊維を８５〜９９.５重量％、無機バインダーを０.５〜１５重量％、有機高分子凝集剤を０.４〜１２重量％含有することが好ましい。また、前記セラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維、シリカアルミナジルコニア繊維若しくは生体溶解性繊維が好ましい。

また、本発明が提供する第１の耐火断熱材の製造方法は、平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を分級処理して非繊維状粒子の合計を繊維全体の２０重量％以下とした後、該セラミック繊維を８００〜１３００℃の温度で加熱処理し、次に該セラミック繊維を水に分散させ、無機バインダー（結合材）を添加混合し、型を用いた真空吸引により脱水成形することを特徴とする。

また、本発明が提供する第２の耐火断熱材の製造方法は、平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を分級処理して非繊維状粒子の合計を繊維全体の２０重量％以下とした後、該セラミック繊維を８００〜１３００℃の温度で加熱処理し、次に該セラミック繊維を水に分散させ、無機バインダー（結合材）を添加混合し、更に有機高分子凝集剤を添加して、型を用いた真空吸引により脱水成形することを特徴とする。

本発明によれば、高強度で加工性や施工性に優れると共に、加熱の繰り返しによる耐火断熱材の収縮を極めて少なく抑えることができ、従来一般的に広く使用されている無機繊維と無機粉末と無機バインダーを主成分とする耐火断熱材や、これに熱輻射散乱材の酸化チタン粉末を添加した耐火断熱材に比べて、熱伝導率が低く、断熱性能が大幅に改善向上された耐火断熱材を提供することができる。しかも、本発明の耐火断熱材は、無機粉末を含まないため、粉立ちやボロフリがなく、耐スポーリング性にも優れている。

従って、本発明の耐火断熱材は、極めて低い熱伝導率を有し、加工性や施工性に優れるうえ、粉立ちやボロフリがなく、熱処理炉の炉内面に使用したとき被焼成物の汚染を防ぐことができ、更に加熱の繰り返しによる耐火断熱材間の隙間の発生を抑えることができることから、炉の断熱効率の低下を防ぎ、バックライニングの熱負荷を低減すると共に、炉本体の寿命を改善向上させることができるため、熱処理炉の炉内面に使用する低熱伝導ボードとして非常に優れたものである。

本発明において、第１の耐火断熱材は平均繊維径が１.５〜５μｍのセラミック繊維と無機バインダー（結合材）とからなり、第２の耐火断熱材は平均繊維径が１.５〜５μｍのセラミック繊維と、無機バインダー（結合材）と有機高分子凝集剤とからなり、いずれも酸化チタン粉末などの無機粉末粒子を含んでいない。しかも、セラミック繊維中には繊維の製造過程で生成した非繊維状粒子（ショット）が通常５０〜６０重量％含まれているが、本発明で用いるセラミック繊維は予め非繊維状粒子の合計を２０重量％以下に減らしたものである。尚、セラミック繊維の繊維径はＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を使用して測定し、繊維２５０〜３００本の平均値をもって平均繊維径とした。

平均繊維径が１.５〜５μｍであり且つ非繊維状粒子の含有量を２０重量％以下に減らしたセラミック繊維を使用することにより、耐火断熱材の断熱性能の向上に大きく寄与することができることを確認した。即ち、セラミック繊維中に５０〜６０重量％含まれる非繊維状粒子の粒径は、その９割以上が４５μｍ以上である。このように粒径の大きな非繊維状粒子が多量に存在すると、断熱材中に大きな気孔が生じやすくなり、気体の対流による伝熱や、気体分子の衝突による伝熱が促進される。その結果、従来の非繊維状粒子を多量に含む断熱材では、熱輻射を散乱させる目的で酸化チタン粉末を含有させたものであっても、満足すべき断熱性能を得ることができなかった。

一方、セラミック繊維の平均繊維径は、一般的に上記非繊維状粒子の粒径よりも遥かに小さい。そこで、耐火断熱材中の気孔を小さくして、気体の対流による伝熱や気体分子の衝突による伝熱を抑制するためには、セラミック繊維中に含有される非繊維状粒子の量を減らして、平均繊維径が小さいセラミック繊維の占める割合を増量させることが有効である。

上記知見に基づき、本発明者らは、セラミック繊維中に含まれている非繊維状粒子をできる限り取り除き、相対的にセラミック繊維の占める割合を増やすことによって、比表面積が増大し、熱反射効果も大きくなり、熱伝導率が大幅に低下して、断熱材の断熱性能の向上に大きく寄与することを確認した。尚、セラミック繊維の平均繊維径を１.５〜５μｍとするのは、５μｍを超えると耐火断熱材の熱伝導率が高くなってしまい、逆に１.５μｍ未満では曲げ強度が低下し、また無機バインダーと共に水に添加して撹拌する際に折れやすいからである。

セラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量は、使用するセラミック繊維全体の２０重量％以下とする。非繊維状粒子の合計量がセラミック繊維全体の２０重量％を超えると、耐火断熱材の断熱性能を向上させる効果が不十分となる。セラミック繊維中に含まれている非繊維状粒子は出来る限り取り除くことが望ましいが、処理費用の増大を抑えるため５重量％以上とすることが好ましく、また効果を考慮すると１５重量％以下とすることが好ましい。尚、セラミック繊維中の非繊維状粒子（ショット）の含有量は、ＩＳＯ１０６３５の１０（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｏｔ）に準拠して測定することができる。

セラミック繊維中に含まれている非繊維状粒子を取り除く方法としては、セラミック繊維を水に分散させて非繊維状粒子を分離する方法が簡便であり好ましい。即ち、セラミック繊維を水に分散されると、セラミック繊維は浮上するが、非繊維状粒子は水中に沈降する。従って、非繊維状粒子が十分に沈降した後、水面近くに浮上しているセラミック繊維を回収することによって、簡単且つ効率的に非繊維状粒子を取り除くことができる。

上記セラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維、シリカアルミナジルコニア繊維、アルミナシリカクロミア繊維、シリカアルミナチタニア繊維、生体溶解性繊維などを使用することができ、その中でもシリカアルミナ繊維、シリカアルミナジルコニア繊維又は生体溶解性繊維を好適に用いることができる。例えば、シリカアルミナ繊維、シリカアルミナジルコニア繊維としては、イソライト工業（株）製のイソウール（商品名）などがある。また、生体溶解性繊維としては、イソライト工業（株）製のイソウールＢＳＳＲ（商品名）やＵｎｉｆｒａｘ Ｃｏ.，Ｌｔｄ製のＩｎｓｕｌｆｒａｘ、Ｉｓｏｆｒａｘ（商品名）などを使用することができる。

また、本発明の耐火断熱材に使用するセラミック繊維は、予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものである。耐火断熱材を構成するセラミック繊維を上記温度で予め加熱処理して結晶化させておくことにより、耐火断熱材が繰り返し高温に晒された場合でも、セラミック繊維及び耐火断熱材の収縮が極めて少なく抑えられ、互いに隣接する耐火断熱材間における隙間の発生を防ぐことができる。そのため、本発明の耐火断熱材は、炉の断熱効率の低下を防ぐことができるだけでなく、バックライニングの熱負荷を低減すると共に、炉本体の寿命を改善向上させることができる。

上記セラミック繊維の加熱処理温度としては、そのセラミック繊維の結晶化を進展させて、繊維の収縮を起させる温度以上であることが必要であり、具体的には８００〜１３００℃の範囲において望ましい温度を選ぶことができる。例えば、シリカアルミナ繊維やシリカアルミナジルコニア繊維では、９００〜１３００℃の温度で１〜３時間加熱処理することが好ましい。また、生体溶解性繊維の場合には、８００〜１１００℃の温度で１〜３時間加熱処理することが好ましい。

上記無機バインダー（結合材）としては、シリカゾル、アルミナゾルなど一般的に使用されているものでよい。具体的には、シリカゾルとしては日産化学工業（株）製のコロイダルシリカ、アルミナゾルとしては日産化学工業（株）製のコロイダルアルミナなどを好適に使用することができる。また、上記有機高分子凝集剤としては、澱粉やポリアクリルアミドなど一般的に使用されているものでよい。具体的には、日澱化学工業（株）製の澱粉や、ポリアクリルアミドとしては荒川化学工業（株）製のポリストロン（商品名）などがある。

本発明の第１の耐火断熱材においては、セラミック繊維を７０〜８５重量％、無機バインダーを１５〜３０重量％含有することが好ましい。また、本発明の第２の耐火断熱材においては、セラミック繊維を８５〜９９.５重量％、無機バインダーを０.５〜１５重量％、有機高分子凝集剤を０.４〜１２重量％含有することが好ましい。上記したように本発明の耐火断熱材ではセラミック繊維中の非繊維状粒子の含有量が従来の５０〜６０重量％から２０重量％以下に低下するため、使用されるセラミック繊維（非繊維状粒子を含む）中のセラミック繊維の含有量を従来一般的であった４０〜５０重量％から８０重量％以上にまで増加させることができ、その結果として耐火断熱材の曲げ強度も向上する。

ただし、セラミック繊維を７０〜８５重量％及び無機バインダーを１５〜３０重量％からなる第１の耐火断熱材においては、無機バインダーの含有量が１５重量％未満では十分な強度が得られず、無機バインダーの含有量が３０％を超えると十分な断熱性能が得られない。また、セラミック繊維を８５〜９９.５重量％、無機バインダーを０.５〜１５重量％、有機高分子凝集剤を０.４〜１２重量％からなる第２の耐火断熱材においては、無機バインダーの含有量が０.５重量％未満では凝集が不十分となり、１５重量％を超えると成形時のろ過抵抗が大きくなり成形困難となる。また、有機高分子凝集剤の含有量が０.４重量％未満でも無機バインダ−の場合と同様に凝集が不十分となり、１２重量％を超えると成形時のろ過抵抗が大きくなるため好ましくない。

上記本発明による第１の耐火断熱材の製造は、上記のごとく予め非繊維状粒子の含有量を２０重量％以下とした平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を、８００〜１３００℃の温度で加熱処理する。このセラミック繊維を水に所定量添加し、撹拌してセラミック繊維を分散させた後、無機バインダー（結合材）を所定量投入して撹拌混合し、次に成形用の型を用いて吸引により脱水成形する。得られた成形体は、そのまま耐火断熱材とすることもできるが、更に１００〜１２０℃で乾燥することが好ましい。

また、上記本発明による第２の耐火断熱材の製造は、上記のごとく予め非繊維状粒子の含有量を２０重量％以下とした平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を、８００〜１３００℃の温度で加熱処理する。このセラミック繊維を水に所定量添加し、撹拌してセラミック繊維を分散させた後、無機バインダー（結合材）を所定量投入して撹拌混合する。次に、有機高分子凝集剤を添加してフロックを形成させた後、成形用の型を用いて吸引により脱水成形する。得られた成形体は、そのまま耐火断熱材とすることができるが、更に１００〜１２０℃で乾燥することが好ましい。

本発明による第１及び第２の耐火断熱材では、使用するセラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量が繊維全体の２０重量％以下に減少されているので、通常の成形用の型を用いた吸引による脱水成形では望ましい密度が得られない場合がある。そのため、上記本発明による第１及び第２の耐火断熱材の製造においては、脱水成形した成形体をローラープレスすることにより、かさ密度を調整することが好ましい。

尚、上記成形用の型を用いた吸引による脱水成形によれば、型の内表面と平行な成形面はセラミック繊維が２次元ランダムに配向した面となる。そのため、耐火断熱材を施行する際に、上記成形面が熱の伝播方向に対して垂直になるように耐火断熱材を配置することによって、熱が伝わり難くなり、断熱性をより向上させることができる。

このようにして製造される本発明の耐火断熱材は、非繊維状粒子の含有量が２０重量％以下のセラミック繊維と無機バインダーとで構成され、無機粉末を含んでいないため、従来に比べて粉立ちやボロフリがなく、加工性や施工性に優れ、耐スポーリング性にも優れているうえ、高強度であって、高温に繰り返し晒されても収縮が極めて少なく、且つ６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／(ｍ・Ｋ)と極めて低く、非常に高い断熱性能を有している。従って、本発明の耐火断熱材は、熱処理炉の炉内面に使用する低熱伝導ボードとして非常に優れている。

セラミック繊維としてイソライト工業（株）製のシリカアルミナ繊維であるイソウール（商品名）又は生体溶解性繊維であるイソウールＢＳＳＲ（商品名）を使用し、無機バインダー（結合材）として日産化学工業（株）製のコロイダルシリカ（ＳｉＯ_２濃度：４０重量％）、及び有機系高分子凝集剤として日澱化学工業（株）製の澱粉を使用して、以下の実施例１〜４及び比較例１〜３により耐火断熱材を製造した。

［実施例１］
セラミック繊維として、Ａｌ_２Ｏ_３：４５重量％以上、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２：９８重量％以上の組成を有し、平均繊維径が２.３μｍで非繊維状粒子含有量が５３重量％のシリカアルミナ繊維（商品名イソウール）を使用した。このシリカアルミナ繊維を水に投入して分散させ、静置することによってシリカアルミナ繊維を浮上させると共に、非繊維状粒子を沈降させた。非繊維状粒子が十分に沈降した後、水面近くに浮上しているシリカアルミナ繊維を回収することによって、非繊維状粒子が取り除かれ、非繊維状粒子の含有量が１０.７重量％のシリカアルミナ繊維を得た。尚、シリカアルミナ繊維中の非繊維状粒子（ショット）の含有量は、ＩＳＯ１０６３５の１０（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｏｔ）に準拠して測定した。

次に、上記シリカアルミナ繊維（非繊維状粒子の含有量１０.７重量％）に対して、１２８０℃で１.５時間の加熱処理を施した。加熱処理後のシリカアルミナ繊維と無機バインダーを水に添加して数分間撹拌することにより、セラミック繊維９５重量％と無機バインダー５重量％を含むスラリーを形成した。このスラリーに有機系高分子凝集剤の水溶液を加えて凝集させ、型を用いて縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状に吸引成形した。

得られた板状の成形体を１２０℃で乾燥させ、実施例１の耐火断熱材を製造した。乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は１９０ｋｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、ＪＩＳ Ｒ２２１６（耐火物製品の蛍光Ｘ線分析方法）により化学成分を分析すると共に、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１２００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表１に示した。尚、かさ密度は耐火断熱材の重さと体積を測定して算出した。熱伝導率（６００℃）はＪＩＳ Ａ１４１２−１（熱絶縁材の熱抵抗及び熱伝導率の測定方法、第1部：保護熱板法（ＧＨＰ法））、３点曲げ強度はＪＩＳ Ｒ２６１９（耐火断熱れんがの曲げ強さの試験方法）、加熱線収縮率はＪＩＳ Ｒ３３１１（セラミックファイバーブランケット）に準拠して測定した。

［実施例２］
上記実施例１と同じセラミック繊維を、上記実施例１と同様の方法により非繊維状粒子の含有量を１９.３重量％とし且つ上記実施例１と同様に加熱処理を施した。このシリカアルミナ繊維を使用した以外は上記実施例１と同様にして、縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの実施例２の耐火断熱材を製造した。

得られた乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２００ｋｇ／ｍ^３であった。また、乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１２００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表１に示した。

［実施例３］
セラミック繊維として、平均繊維径が４.３μｍで非繊維状粒子含有量が５９重量％の生体溶解性繊維（商品名ＢＳＳＲ）を使用した。この生体溶解性繊維を水に投入して分散させ、静置することによって生体溶解性繊維を浮上させると共に、非繊維状粒子を沈降させた。非繊維状粒子が十分に沈降した後、水面近くに浮上している生体溶解性繊維を回収することによって、非繊維状粒子が取り除かれ、非繊維状粒子の含有量が９.８重量％の生体溶解性繊維を回収した。

次に、上記生体溶解性繊維（非繊維状粒子の含有量９.８重量％）に対して、１０５０℃で１.５時間の加熱処理を施した。加熱処理後の生体溶解性繊維と無機バインダーを水に添加して数分間撹拌することにより、生体溶解性繊維９５重量％と無機バインダー５重量％を含むスラリーを形成した。このスラリーに有機系高分子凝集剤の水溶液を加えて凝集させ、型を用いて縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状に吸引成形した。

得られた板状の成形体を１２０℃で乾燥させ、実施例３の耐火断熱材を製造した。乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２００ｋｇ／ｍ^３であった。また、乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１１００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表１に示した。

［実施例４］
上記実施例３と同じ生体溶解性繊維を、上記実施例３と同様の方法により非繊維状粒子の含有量を１９.８重量％とし且つ上記実施例３と同様に加熱処理を施した。この生体溶解性繊維を使用した以外は上記実施例３と同様にして、縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの実施例４の耐火断熱材を製造した。

得られた乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２１０ｋｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１１００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表１に示した。

［実施例５］
上記実施例１と同じセラミック繊維（平均繊維径が２.３μｍで非繊維状粒子の含有量が１０.７重量％のセラミック繊維を、１２８０℃で１.５時間の加熱処理を施したもの）と無機バインダ−を水に添加して数分間撹拌することにより、セラミック繊維７５重量％と無機バインダ−２５重量％を含むスラリーを形成した。このスラリーを、型を用いて縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状に吸引成形した。

得られた板状の成形体を１２０℃で乾燥させ、実施例５の耐火断熱材を製造した。乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は３１０ｋｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度、加熱線収縮率（１２００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表１に示した。

［比較例１］
セラミック繊維として、上記実施例１と同じシリカアルミナ繊維（非繊維状粒子含有量５３重量％）を、非繊維状粒子を取り除く処理を行わず且つ加熱処理を施すことなく使用した以外は上記実施例１と同様にして、縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの比較例１の耐火断熱材を製造した。

得られた乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２７０ｋｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１２００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表２に示した。

［比較例２］
セラミック繊維として、上記比較例１と同じシリカアルミナ繊維（非繊維状粒子含有量５３重量％、加熱処理なし）を使用した。このシリカアルミナ繊維７５重量％と、熱輻射散乱材としての酸化チタン粉末２０重量％と、無機バインダー５重量％を含むスラリーを形成した。こスラリーに有機系高分子凝集剤の水溶液を加えて凝集させ、型を用いて縦９００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚み２５ｍｍの板状に吸引成形して、比較例２の耐火断熱材を製造した。

得られた乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２９０ｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１２００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表２に示した。

［比較例３］
セラミック繊維として、上記実施例３と同じ生体溶解性繊維（非繊維状粒子含有量５９重量％）を、非繊維状粒子を取り除く処理を行わず且つ加熱処理を施すことなく使用した以外は上記実施例３と同様にして、比較例３の耐火断熱材を製造した。

得られた乾燥後の耐火断熱材のかさ密度は２７１ｇ／ｍ^３であった。また、この乾燥後の耐火断熱材について、上記実施例１と同様にして化学成分、熱伝導率（６００℃）、３点曲げ強度及び加熱線収縮率（１１００℃×２４時間）を測定し、得られた結果を下記表２に示した。

［表１及び表２の考察］
上記表１から分るように、非繊維状粒子含有量が２０重量％以下で且つ予め加熱処理を施したセラミック繊維を使用した本発明による実施例１〜５の耐火断熱材は、熱伝導率の値が従来例の非繊維状粒子を取り除いていないセラミック繊維を使用した比較例１の耐火断熱材の５０％程度まで低下し、また、更に熱輻射散乱材（酸化チタン）を添加した比較例２の耐火断熱材に対しても２０％を超える低下を示した。これらの結果は、非繊維状粒子含有量の減量が耐火断熱材の熱伝導率低下に非常に効果的であることを示している。

尚、耐火断熱材の熱伝導率はかさ密度にも依存する。一般的に耐火断熱材では、かさ密度が３５０〜４００ｋｇ／ｍ^３程度までは、かさ密度が高くなると熱伝導率は低下する傾向にある。このことは実施例５の熱伝導率の結果が示している。

非繊維状粒子含有量が１０.７重量％のセラミック繊維を使用した実施例１の耐火断熱材の曲げ強度は、従来例の非繊維状粒子含有量が５３重量％のセラミック繊維を使用した比較例１の耐火断熱材の１.９倍に達し、非繊維状粒子含有量が１９.３重量％のセラミック繊維を使用した実施例２の耐火断熱材の曲げ強度は同じく１.７倍に達した。このことは、非繊維状粒子含有量の減量により耐火断熱材中のセラミック繊維含有量が増加したため曲げ強度も向上した結果である。

尚、曲げ強度は、かさ密度が大きくなるにつれて高くなり、また有機高分子凝集剤を添加したり、その量を増加させたりすると高くなる。実施例５のかさ密度が実施例１〜２に比べ大きくても曲げ強度が小さいのは、有機高分子凝集剤を含まないためである。

しかも、非繊維状粒子含有量が２０重量％以下で且つ予め加熱処理を施したセラミック繊維を使用した実施例１〜５の耐火断熱材は、加熱処理を施していない比較例１〜３の耐火断熱材に比べて加熱線収縮率が極めて小さい。

セラミック繊維は繊維化の際の急激な冷却作用によって過冷却されることにより非晶質となっているため、これを加熱していくとセラミック繊維が結晶化する。そのためセラミック繊維を使用した耐火断熱材は、この結晶化により収縮を生ずるが、予めセラミック繊維に加熱処理を施すことにより加熱線収縮率を小さくすることができる。

Claims (8)

1. セラミック繊維と無機バインダーとからなる耐火断熱材であって、セラミック繊維は予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものであり、セラミック繊維の平均繊維径が１.５〜５μｍで且つセラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量が該繊維全体の２０重量％以下であって、６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、乾燥後のかさ密度が２５０〜４００ｋｇ／ｍ^３、乾燥後の曲げ強度が０.４ＭＰａ以上であることを特徴とする耐火断熱材。
2. 前記セラミック繊維を７０〜８５重量％、無機バインダーを１５〜３０重量％含有することを特徴とする、請求項１に記載の耐火断熱材。
3. セラミック繊維と無機バインダーと有機高分子凝集剤とからなる耐火断熱材であって、セラミック繊維は予め８００〜１３００℃の温度で加熱処理したものであり、セラミック繊維の平均繊維径が１.５〜５μｍで且つセラミック繊維に含まれる非繊維状粒子の合計量が該繊維全体の２０重量％以下であって、６００℃における熱伝導率が０.０６０〜０.０９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、乾燥後のかさ密度が１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３、乾燥後の曲げ強度が０.６ＭＰａ以上であることを特徴とする耐火断熱材。
4. 前記セラミック繊維を８５〜９９.５重量％、無機バインダーを０.５〜１５重量％、有機高分子凝集剤を０.４〜１２重量％含有することを特徴とする、請求項３に記載の耐火断熱材。
5. 前記セラミック繊維が、シリカアルミナ繊維、シリカアルミナジルコニア繊維若しくは生体溶解性繊維であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の耐火断熱材。
6. セラミック繊維と無機バインダーとからなる耐火断熱材の製造方法であって、平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を分級処理して非繊維状粒子の合計を繊維全体の２０重量％以下とした後、該セラミック繊維を８００〜１３００℃の温度で加熱処理し、次に該セラミック繊維を水に分散させ、無機バインダーを添加混合して、型を用いた吸引により脱水成形することを特徴とする耐火断熱材の製造方法。
7. セラミック繊維と無機バインダーと有機高分子凝集剤とからなる耐火断熱材の製造方法であって、平均繊維径１.５〜５μｍのセラミック繊維を分級処理して非繊維状粒子の合計を繊維全体の２０重量％以下とした後、該セラミック繊維を８００〜１３００℃の温度で加熱処理し、次に該セラミック繊維を水に分散させ、無機バインダーを添加混合し、更に有機高分子凝集剤を添加して、型を用いた吸引により脱水成形することを特徴とする耐火断熱材の製造方法。
8. 前記脱水成形で得られた成形体のかさ密度をローラープレスにより調整することを特徴とする、請求項６又は７に記載の耐火断熱材の製造方法。