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WO2019225060A1 - 断熱成形体およびその製造方法 - Google Patents

断熱成形体およびその製造方法 Download PDF

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WO2019225060A1
WO2019225060A1 PCT/JP2019/002826 JP2019002826W WO2019225060A1 WO 2019225060 A1 WO2019225060 A1 WO 2019225060A1 JP 2019002826 W JP2019002826 W JP 2019002826W WO 2019225060 A1 WO2019225060 A1 WO 2019225060A1
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heat insulating
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base material
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藤井　健史
阿部　雄一
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/04—Arrangements using dry fillers, e.g. using slag wool

Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating molded body and a method for producing the same.
  • thermal insulators have a lower thermal conductivity than air by having silica xerogel supported on the nonwoven fabric.
  • the heat insulating molded body includes a heat insulating body, a porous base material provided in the heat insulating body and having pores, and a molding resin filled in the pores of the porous base material.
  • This heat insulating molded body can be made thin and formed into a desired shape.
  • FIG. 1A is a perspective view of a heat insulating molded body in the embodiment.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B of the heat insulating molded body shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a top view of the heat insulating body of the heat insulating molded body according to the embodiment.
  • 2B is an enlarged cross-sectional view of the heat insulator shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of the exterior body of the heat insulating molded body according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a heat-insulated molded body in the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of another heat insulating molded body in the embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view of a heat insulating molded body 100 in the embodiment. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B of the heat insulating molded body 100 shown in FIG. 1A.
  • the heat insulating molded body 100 includes a heat insulating body 11 and a porous substrate 12 provided on at least one of the opposite surfaces 111 and 211 of the heat insulating body 11.
  • the heat insulating molded body 100 has a box-shaped rectangular parallelepiped shape.
  • the porous substrate 12 is provided on the surfaces 111 and 211 of the heat insulating body 11.
  • FIG. 2A is a plan view of the heat insulator 11.
  • FIG. 2B is a schematic enlarged view of the heat insulator 11.
  • the heat insulator 11 includes a fiber sheet 11A made of polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) having an internal space 11P, and a silica xerogel 11B supported on the internal space 11P.
  • the fiber sheet 11A is made of fibers entangled with each other, and is a nonwoven fabric in the embodiment.
  • the fiber sheet 11A is made of PET fibers having an average fiber thickness of about 10 ⁇ m, and the ratio of the volume of the internal space 11P to the volume of the fiber sheet 11A is about 90%.
  • the thermal conductivity of the heat insulator 11 is 0.018 to 0.024 W / m ⁇ K, which is smaller than the thermal conductivity of air.
  • the silica xerogel 11B is a broad xerogel in a state where the gel is dried, and may be obtained not only by normal drying but also by a method such as supercritical drying or freeze drying.
  • the fiber sheet 11A carrying the silica xerogel 11B is not limited to PET fibers, and may be composed of other fibers.
  • the thickness of the heat insulator 11 is about 2 mm.
  • the heat insulator 11 may be composed of a plurality of heat insulators stacked on each other so as to have a predetermined thickness.
  • the porous base material 12 includes a porous base material 112 provided on the surface 111 of the heat insulator 11 and a porous base material 212 provided on the surface 211 of the heat insulator 11.
  • FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of the exterior body 14.
  • the porous substrate 12 pores 12P are dispersed.
  • the surfaces 111 and 211 of the heat insulating body 11 and the periphery thereof are covered with the exterior body 14.
  • the exterior body 14 includes a porous base material 12 and a molding resin 13 filled in the pores 12P of the porous base material 12.
  • the heat insulating body 11 and the exterior body 14 constitute a heat insulating molded body 100.
  • the distance from the surfaces 111 and 212 of the heat insulator 11 to the surface of the outer package 14, that is, the thickness of the outer package 14 is about 2.5 mm in the embodiment.
  • the porous substrate 12 (112, 212) is made of flexible urethane foam having a thickness of about 3 mm, and the porosity, which is the ratio of the total volume of the pores 12P to the total volume, is about 95. %.
  • the pores 12P have a structure with high open-cell properties, ie, continuous with each other, by removing the film between the cells 12C made of urethane polymer.
  • the cells 12C have a large diameter so that the cells 12C are arranged at a density of 8 to 15 cells / 25 mm, that is, a density of 8 to 15 cells per 25 mm in length, and are connected to each other. Thereby, fluid such as liquid can permeate through the holes 12P.
  • the air holes 12P are filled with a molding resin 13 to form an exterior body 14.
  • the molding resin 13 is a foamable resin, and in the embodiment, is a polyurethane foam that is a urethane resin.
  • a foamable resin such as foamed polyurethane for the molding resin 13
  • the heat insulation performance of the exterior body 14 can be enhanced, and the exterior body 14 can be molded into a complicated uneven shape.
  • a urethane-based resin as the molding resin 13 the component penetrates between the silica xerogels 11 ⁇ / b> B of the heat insulator 11 and the surface of the xerogel 11 ⁇ / b> B and is bonded to the fiber sheet 11 ⁇ / b> A. Thereby, the heat insulation body 11 and the molding resin 13 can be adhere
  • the heat insulator 11 and the porous substrate 12 are formed into a box shape by being bent into a predetermined shape. In this manner, a desired three-dimensional heat insulating molded body 100 can be obtained.
  • the thickness of the exterior body 14 can be maintained at a predetermined thickness, and a three-dimensional heat insulation molded body 100 with stable heat insulation performance can be obtained.
  • a foamable resin as the material of the molding resin 13, it is possible to improve heat insulation and moldability into a complicated shape.
  • the heat insulator disclosed in Patent Document 1 has a basically flat structure and poor adhesion, so that it is difficult to obtain a desired shape.
  • the heat insulating property and the moldability to a complicated shape can be improved.
  • the heat conductivity at 50 ° C. of the outer package 14 made of the porous substrate 12 and polyurethane foam and having a thickness of 2.5 mm was 0.042 to 0.043 W / m ⁇ K.
  • the equivalent thermal conductivity of a heat-insulated molded body 100 having a thickness of 7 mm obtained by molding the exterior body 14 on both surfaces 111 and 211 of the heat-insulating body 11 having a thickness of 2 mm is about 0.030 to 0.031 W / mK (thermal resistance is about 0.1. 23 m 2 ⁇ K / W).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the heat insulating molded body 100.
  • a fiber sheet 11A that is a nonwoven fabric made of PET fibers is prepared.
  • the thickness of the fiber sheet 11A is about 2 mm.
  • the fiber sheet 11A is immersed in a sol solution, and the internal space of the fiber sheet is impregnated with the sol solution.
  • this sol solution is formed by adding hydrochloric acid to an aqueous sodium silicate solution, for example.
  • This sol solution is gelled, hydrophobized and dried to fill the internal space 11P of the fiber sheet 11A with the silica xerogel 11B.
  • the fiber sheet 11A filled with the silica xerogel 11B is cut into a predetermined shape to obtain the heat insulator 11 having a thickness of about 2 mm.
  • the porous substrate 12 having pores 12P is overlapped on the surfaces 111 and 211 of the heat insulator 11.
  • the shape of the porous substrate 12 is the same as the shape of the heat insulator 11 or slightly larger than the heat insulator 11.
  • the porous substrate 12 is made of a flexible urethane foam having a thickness of about 3 mm and has a porosity of about 95%.
  • the porous base material 12 has a high open cell property having pores 12P formed by removing films between a plurality of cells 12C connected to each other at a density of 8 per 25 mm length. Yes.
  • the heat insulating molded body 100 is obtained by superposing the heat insulating body 11 and the porous base material 12 in a mold 15 and injecting a stock solution of the molding resin 13.
  • the molding resin 13 is made of a foamable resin such as foamed polyurethane.
  • the curing time may be controlled by injecting a stock polyurethane foam solution of the molding resin 13 into the mold 15 set at about 70 ° C. to control heat generation during foaming. It is desirable that the temperature during the heat generation be lower than the melting point of the porous substrate 12. By doing in this way, the shape of the porous base material 12 and the shaping
  • the porous substrate 12 and the inner surface of the mold 15 are in contact with each other in the state of being placed in the mold 15.
  • the gap of the mold 15 is made smaller than the sum of the thickness of the heat insulator 11 and the thickness of the porous base material 12 so that the porous base material 12 is compressed.
  • the heat insulation molded object 100 which can be shape
  • a plurality of through holes 16 having an inner diameter of 2 mm to 5 mm may be provided in the heat insulator 11.
  • the heat insulators can be fixed by providing the through holes 16 at the same position of the plurality of heat insulators, and added to the heat insulating molded body 100. The structural stability against stress and vibration is improved, which is more preferable.
  • the thickness of the porous base materials 112 and 212 provided on the surfaces 111 and 211 of the heat insulator 11 may be different from each other. By doing in this way, the thickness of each exterior body 114 and 214 can be made into predetermined thickness.
  • the molding resin 13 may not be a foamable resin.
  • the outer substrate 14 may be provided by injection molding using polyethylene as the molding resin 13 using a fiber sheet such as polyester-based urethane foam or PET nonwoven fabric having excellent oil-swelling resistance for the porous substrate 12. By making the melting point of 12 higher than the melting point of the molding resin 13, the shape can be stabilized.
  • FIG. 1A and FIG. 1B the exterior body 14 is provided on both surfaces 111 and 211 of the heat insulator 11. However, if the stability of the shape and the adhesiveness can be secured, the exterior body is disposed only on one of the surfaces 111 and 211. A body 14 may be provided.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of another heat insulating molded body 200 in the embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the heat-insulated molded body 100 shown in FIGS. 1A and 1B. In the heat insulating molded body 200 shown in FIG. 4, the exterior body 114 is provided only on the surface 211 of the surfaces 111 and 211 of the heat insulating body 11.
  • the exterior body 14 does not have the exterior body 114 of the exterior bodies 114 and 214 but has only the exterior body 214.
  • the heat insulating molded body 200 has the same effect as the heat insulating molded body 100 shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the heat-insulated molded product and the method for producing the same according to the present invention are thin and have a desired shape and are excellent in heat insulation.

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Abstract

断熱成形体は、断熱体と、断熱体に設けられてかつ空孔を有する多孔質基材と、多孔質基材の空孔内に充填された成形樹脂とを備える。この断熱成形体は薄く、かつ所望の形状にすることができる。

Description

断熱成形体およびその製造方法
　本発明は、断熱成形体およびその製造方法に関する。
　近年省エネルギー化が大きくさけばれているが、その実現方法として機器の保温によりエネルギー効率を向上させるものもある。この保温を実現するために、断熱効果に優れた断熱体が求められている。ある種の断熱体は、不織布にシリカキセロゲルを担持させることにより空気よりも低い熱伝導率を有する。
　なお、この断熱体に関連する従来の断熱体は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２０１１－１３６８５９号公報
　断熱成形体は、断熱体と、断熱体に設けられてかつ空孔を有する多孔質基材と、多孔質基材の空孔内に充填された成形樹脂とを備える。
　この断熱成形体は薄く、かつ所望の形状にすることができる。
図１Ａは実施の形態における断熱成形体の斜視図である。 図１Ｂは図１Ａに示す断熱成形体の線１Ｂ－１Ｂにおける断面図である。 図２Ａは実施の形態における断熱成形体の断熱体の上面図である。 図２Ｂは図２Ａに示す断熱体の拡大断面図である。 図２Ｃは実施の形態における断熱成形体の外装体の拡大断面図である。 図３は実施の形態における断熱成形体の製造方法を示す断面図である。 図４は実施の形態における他の断熱成形体の断面図である。
　図１Ａは実施の形態における断熱成形体１００の斜視図である。図１Ｂは図１Ａに示す断熱成形体１００の線１Ｂ－１Ｂにおける断面図である。断熱成形体１００は、断熱体１１と、断熱体１１の互いに反対側の面１１１、２１１の少なくとも一方に設けられた多孔質基材１２とを備える。断熱成形体１００は箱型の直方体形状を有する。図１Ａに示す断熱成形体１００では、多孔質基材１２は断熱体１１の面１１１、２１１に設けられている。
　図２Ａは断熱体１１の平面図である。図２Ｂは断熱体１１の模式拡大図である。図２Ｂに示すように、断熱体１１は、内部空間１１Ｐを有するポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す）からなる繊維シート１１Ａと、内部空間１１Ｐに担持されたシリカキセロゲル１１Ｂとを有する。繊維シート１１Ａは互いに絡まる繊維よりなり、実施の形態では不織布である。繊維シート１１Ａは、平均繊維太さ約１０μｍのＰＥＴ繊維からなり、繊維シート１１Ａの体積で内部空間１１Ｐの体積の占める割合は約９０％である。シリカキセロゲル１１Ｂは内部に分散するナノサイズの空間を有しているので、断熱体１１の熱伝導率は、０．０１８～０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋと、空気の熱伝導率よりも小さい。なおシリカキセロゲル１１Ｂは、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもかまわない。また、シリカキセロゲル１１Ｂを担持する繊維シート１１ＡはＰＥＴ繊維のみに限らず、他の繊維で構成されていてもよい。
　実施の形態において断熱体１１の厚さは約２ｍｍである。なお断熱体１１は所定の厚さを有するように互いに重ねられた複数の断熱体で構成されていてもよい。
　多孔質基材１２は、断熱体１１の面１１１に設けられた多孔質基材１１２と、断熱体１１の面２１１に設けられた多孔質基材２１２とを有する。
　図２Ｃは外装体１４の拡大断面図である。多孔質基材１２には空孔１２Ｐが分散している。断熱体１１の面１１１、２１１およびその周辺は外装体１４で覆われている。外装体１４は、多孔質基材１２と、多孔質基材１２の空孔１２Ｐ内に充填された成形樹脂１３とによって構成されている。断熱体１１と外装体１４は断熱成形体１００を構成している。断熱体１１の面１１１、２１２からの外装体１４の表面までの距離すなわち外装体１４の厚さは実施の形態では約２．５ｍｍである。実施の形態では、多孔質基材１２（１１２、２１２）は、厚さは約３ｍｍの軟質ウレタンフォームからなり、全体の体積に対する空孔１２Ｐの体積の合計の比である空孔率は約９５％である。空孔１２Ｐはウレタンポリマーから構成されるセル１２Ｃの間の膜を除去した連続気泡性が高いすなわち互いに連続している構造を有する。複数のセル１２Ｃは８～１５個／２５ｍｍの密度すなわち長さ２５ｍｍあたり８～１５個の密度で配置されて互いに繋がるようにセル１２Ｃは大きい径を有する。これにより空孔１２Ｐには液体等の流体が透過できる。空孔１２Ｐの中には成形樹脂１３が充填され、外装体１４を構成している。成形樹脂１３は発泡性樹脂であり、実施の形態ではウレタン系樹脂である発泡ポリウレタンである。成形樹脂１３に発泡ポリウレタンのような発泡性樹脂を用いることにより、外装体１４の断熱性能を高くでき、さらに外装体１４を複雑な凹凸形状に成形することができる。また、成形樹脂１３にウレタン系樹脂を用いることにより、その成分が断熱体１１のシリカキセロゲル１１Ｂ間およびキセロゲル１１Ｂの表面に浸透し、繊維シート１１Ａと結合する。これにより、断熱体１１と成形樹脂１３とを強固に接着させることができ、断熱成形体１００の強度と安定性を向上させることができる。
　断熱体１１および多孔質基材１２は所定の形状に折り曲げられることにより、箱型形状に成形されている。このようにして所望の立体形状の断熱成形体１００を得ることができる。
　以上のように構成することにより、外装体１４の厚さを所定の厚さに保つことができ、断熱性能が安定した立体形状の断熱成形体１００を得ることができる。成形樹脂１３の材料を発泡性樹脂とすることより、断熱性と複雑な形状への成形性を向上させることができる。
　特許文献１に開示されている断熱体は、基本的に平坦な構造であり、接着性にも乏しいため、所望の形状を得ることは難しい。
　実施の形態における断熱成形体１００では、前述のように、断熱性と複雑な形状への成形性を向上させることができる。
　なお、多孔質基材１２と発泡ポリウレタンとからなる厚さ２．５ｍｍの外装体１４の５０℃における熱伝導率は０．０４２～０．０４３Ｗ／ｍ・Ｋであった。外装体１４を厚さ２ｍｍの断熱体１１の両面１１１、２１１に成形した厚さ７ｍｍの断熱成形体１００の等価熱伝導率は約０．０３０～０．０３１Ｗ／ｍＫ（熱抵抗で約０．２３ｍ２・Ｋ／Ｗ）であった。
　次に、断熱成形体１００の製造方法について説明する。図３は断熱成形体１００の製造方法を示す断面図である。
　まずＰＥＴの繊維からなる不織布である繊維シート１１Ａを準備する。実施の形態では繊維シート１１Ａの厚さは約２ｍｍである。繊維シート１１Ａをゾル溶液に浸漬し、繊維シートの内部空間の中にゾル溶液を含浸させる。実施の形態ではこのゾル溶液は例えばケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなる。このゾル溶液をゲル化させ、疎水化、乾燥することにより、繊維シート１１Ａの内部空間１１Ｐにシリカキセロゲル１１Ｂを充填させる。シリカキセロゲル１１Ｂが充填された繊維シート１１Ａを所定の形状に切断して、厚さ約２ｍｍの断熱体１１を得る。
　次に断熱体１１の面１１１、２１１に空孔１２Ｐを有する多孔質基材１２を重ねる。多孔質基材１２の形状は、断熱体１１の形状と同じか、断熱体１１より少し大きくしている。多孔質基材１２は、厚さは約３ｍｍの軟質ウレタンフォームからなり、その空孔率は約９５％である。多孔質基材１２は、２５ｍｍの長さ当たり８個の密度で互いに繋がった複数のセル１２Ｃの間の膜を除去して形成された空孔１２Ｐを有する連続気泡性が高いものが用いられている。
　断熱体１１と多孔質基材１２を重ねて金型１５に入れて成形樹脂１３の原液を注入することにより断熱成形体１００を得る。成形樹脂１３は発泡ポリウレタンのような発泡性樹脂よりなる。約７０℃に設定した金型１５に成形樹脂１３の発泡ポリウレタンの原液を注入して発泡時の発熱を制御して硬化時間を制御してもよい。この発熱の際の温度は多孔質基材１２の融点よりも低くすることが望ましい。このようにすることにより、成形時に多孔質基材１２と成形樹脂１３の形状を確実に保つことができ、断熱性能が安定した立体形状の断熱成形体１００を得ることができる。
　また金型１５に入れた状態で多孔質基材１２と金型１５の内面とが接しているようにすることが望ましい。この状態にするために、金型１５のギャップを、断熱体１１の厚さと多孔質基材１２の厚さを足したものよりも小さくすることにより、多孔質基材１２が圧縮された状態で成形することができ、形状が安定した断熱成形体１００を得ることができる。
　さらに断熱体１１に内径２ｍｍから５ｍｍの複数の貫通孔１６を設けてもよい。このようにすることにより、成形時に貫通孔１６の内部にも成形樹脂１３が充填されるため、強固な断熱成形体１００を得ることができる。特に断熱体１１を積層された複数の断熱体で構成した場合、複数枚の断熱体の同じ位置に貫通孔１６を設けることにより、断熱体どうしを固定することができ、断熱成形体１００に加わる応力や振動に対する構造安定性が向上し、より好ましい。
　断熱体１１の面１１１、２１１に設けられている多孔質基材１１２、２１２の厚さを互いに異ならせても良い。このようにすることにより、それぞれの外装体１１４、２１４の厚さを所定の厚さにすることができる。
　なお、成形樹脂１３は発泡性樹脂でなくともよい。例えば多孔質基材１２に耐油膨潤性に優れるポリエステル系ウレタンフォームやＰＥＴ不織布等の繊維シートを用い、成形樹脂１３にポリエチレンを用いた射出成形で外装体１４を設けてもよく、多孔質基材１２の融点を成形樹脂１３の融点よりも高いものとすることにより、形状を安定させることができる。
　なお、図１Ａと図１Ｂでは断熱体１１の両面１１１、２１１に外装体１４を設けているが、形状の安定性および接着性が確保できれば、面１１１、２１１のうちの一方の面のみに外装体１４を設けてもよい。図４は実施の形態における他の断熱成形体２００の断面図である。図４において図１Ａと図１Ｂに示す断熱成形体１００と同じ部分には同じ参照番号を付す。図４に示す断熱成形体２００では外装体１１４は断熱体１１の面１１１、２１１のうち面２１１にのみ設けられている。すなわち、外装体１４は外装体１１４、２１４のうちの外装体１１４を有しておらず、外装体２１４のみを有している。断熱成形体２００は図１Ａと図１Ｂに示す断熱成形体１００と同じ効果を有する。
　本発明に係る断熱成形体およびその製造方法は、肉厚が薄く所望の形状が得られ、断熱性に優れる。
１１　　断熱体
１２　　多孔質基材
１３　　成形樹脂
１４　　外装体
１５　　金型
１６　　貫通孔

Claims (11)

  1. 互いに反対側の第１の面と第２の面とを有する断熱体と、
    前記断熱体の前記第１の面と前記第２の面との少なくとも一方の面に設けられてかつ空孔を有する多孔質基材と、
    前記空孔内に充填された成形樹脂と、
    を備えた断熱成形体。
  2. 前記断熱体は、内部空間を有する繊維シートと、前記繊維シートの前記内部空間に担持されたキセロゲルとを有する、請求項１に記載の断熱成形体。
  3. 前記繊維シートは不織布である、請求項２に記載の断熱成形体。
  4. 前記多孔質基材は前記断熱体の前記第１の面と前記第２の面とに設けている、請求項１から３のいずれか一項に記載の断熱成形体。
  5. 前記成形樹脂は発泡性樹脂よりなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の断熱成形体。
  6. 前記断熱体には貫通穴が設けられており、
    前記貫通穴に前記成形樹脂が充填されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の断熱成形体。
  7. 内部空間を有する繊維シートと、前記繊維シートの前記内部空間に担持されたシリカキセロゲルとを有する断熱体を得るステップと、
    空孔を有する多孔質基材と前記断熱体とを重ねて金型に入れるステップと、
    前記多孔質基材と前記断熱体とが重ねられて前記金型に入っている状態で前記空孔に成形樹脂を注入して成形するステップと、
    を含む、断熱成形体の製造方法。
  8. 前記空孔に前記成形樹脂を注入して成形する前記ステップは、前記多孔質基材と前記断熱体とが重ねられて前記金型に入っておりかつ前記多孔質基材と前記金型の内面とが接している状態で前記空孔に前記成形樹脂を注入して成形するステップを含む、請求項７に記載の断熱成形体の製造方法。
  9. 前記成形樹脂は発泡性樹脂よりなる、請求項７または８に記載の断熱成形体の製造方法。
  10. 前記成形樹脂が発泡する発泡温度は前記多孔質基材の融点より低い、請求項９に記載の断熱成形体の製造方法。
  11. 前記繊維シートは不織布である、請求項７から１０のいずれか一項に記載の断熱成形体の製造方法。
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