专利名称：绝热材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝热材料，特别是，涉及一种为了对燃料电池用改质器进行隔热而使用的绝热材料。
背景技术：
目前，众所周知，将氧化硅和氧化钛等无机粉体干式混合，进行加压成型后可以作为在燃料电池等中使用的绝热材料。这样的绝热材料具有多孔质结构，由于在结构中存在的空隙被微粒分割，因此具有良好的绝热性。
但是，目前的绝热材料是平板状的绝热材料，该材料由含有90％以上的微小粉体的脆性材料形成并经过干式加压成型，所以成型性、柔软性极差。当向具有弯曲面、复杂形状的被隔热体覆盖这样的绝热材料时，存在着如下问题例如，必须通过机械加工进行形状加工，或者必须用玻璃纤维织物等覆盖绝热材料以进行增强。此外，为了将绝热材料覆盖至具有弯曲面、复杂形状的被隔热体，而使用多个平板状的绝热材料进行覆盖的时候，在各绝热材料之间、绝热材料和被隔热体之间容易出现空隙，因而还是存在绝热性下降的问题。
为了解决这样的问题，当覆盖管、圆柱等具有曲面的被隔热体时，例如，如专利文献1所述，提出了在绝热成型体上形成切割凹槽，进行真空覆盖的方法。根据上述文献，记述了可以抑制在曲面上装配绝热材料时的空隙的出现。
但是，在上述文献中记述的形成切割凹槽的技术中，在加工方面和成本方面存在问题，需要在绝热成型体上形成切割凹槽的加工和需要维持真空的结构，此外，存在不能适用于自由形状的问题。
另一方面，作为具有加工性和成型性的绝热材料，将陶瓷玻璃纤维编织成织物状(或布状)的绝热材料是为人们所知的(例如，参见专利文献2)。这样的绝热材料具有优异的加工性，但是在微细结构级别上连续的空隙很多，不能得到充分的绝热性。
专利文献1特开平11-280989号专利文献2特开平9-249445号发明内容本发明要解决的问题如此，目前的绝热材料处于这样的局面如果要提高绝热性，则成型性和加工性降低，相反，如果要提高成型性和加工性，则绝热性降低。同时具有绝热性和成型性-加工性两个相反性质的绝热材料是为人们所希望的。
本发明的目的是提供同时具有绝热性和成型性-加工性的绝热材料。本发明的另一目的是提供可以更容易地加工-成型成目标形状并且具有优异的绝热性的绝热材料。
解决问题的方法本发明的发明人鉴于上述课题，进行了深入研究，结果着眼于通过包含无机纤维来改善强度，以及通过包含无机粉体来提高绝热性，发现当在至少由无机纤维形成的中空成型体中，将至少由无机粉体形成的填充材料填充到所述成型体内部的闭合的中空部，可以得到同时具有相反性质的绝热性和加工性的绝热材料，从而完成了本发明。
即，本发明的绝热材料的特征在于，由中空成型体和填充材料构成，所述中空成型体至少由无机纤维形成，所述填充材料填充在所述中空成型体的中空部，至少由无机粉体形成。
所述中空成型体优选还包含无机粉体，此外，所述填充材料优选还包含无机纤维。
所述填充材料的体积密度优选为0.15克/立方厘米～0.4克/立方厘米。
所述中空成型体优选为通过湿式成型所得到的成型体。
本发明的绝热材料由中空成型体和填充材料构成，所述中空成型体至少由无机纤维形成，所述填充材料填充在所述中空成型体的中空部，至少由无机粉体形成。因此，本发明的绝热材料可以复合地发挥所述中空成型体具有的机械强度及加工性-成型性以及所述填充材料具有的绝热性，并且可以达到目前的绝热材料不能达到的绝热性和加工性-成型性之间的相容性。
特别是，因为本发明的绝热材料具有所述结构，所以无论一体形状成型还是分割形状成型，都可以成型为适合被隔热体的形状的绝热材料，并且可以简单容易地装配到被隔热体上。
即，当通过一体型成型体构成本发明的绝热材料时，不存在多个绝热材料组合在一起时产生的绝热材料之间的缝隙，此外，即使当通过分割型成型体构成时，被分割的成型体的数量极少，仍然可以极力抑制在绝热材料之间产生缝隙。而且，因为可以抑制在绝热材料和被隔热体之间产生空隙，所以在本发明的绝热材料中，热不向绝热材料外部泄漏，可以发挥优异的绝热性能。
此外，如上所述，本发明的绝热材料可以在保持绝热性的情况下容易地加工、成型成适合用途的形状，并且可以扩大其适用范围。
特别是，本发明的绝热材料可以有效地适用于具有圆筒状外形的燃料电池用改质器，并且可以提高使用上的安全性和性价比。
图1(a)为示意地显示装配到燃料电池用改质器上的本发明的绝热材料的实例的透视图；图1(b)为示意地显示构成本发明的绝热材料的中空成型体的一个实例的透视图；此外，图1(c)为示意地显示构成本发明的绝热材料的中空成型体的另一个实例的透视图。
图2是对在表1中所示的填充材料的体积密度(克/立方厘米)的变化和加热到600摄氏度时的本发明的一体成型式绝热材料的热传导率(W/mK)的变化之间的关系作图而成的曲线图。
符号说明1绝热材料2改质器3、13、23中空成型体4填充材料具体实施方式
本发明的绝热材料的特征在于，由中空成型体和填充材料构成，所述中空成型体至少由无机纤维形成，所述填充材料填充在所述中空成型体的中空部，至少由无机粉体形成。
所述中空成型体至少由无机纤维形成。作为所述无机纤维，例如，可以举出氧化硅-氧化铝纤维、氧化铝纤维、氧化硅纤维、氧化锆纤维、玻璃纤维、及钛酸钾晶须纤维等。在耐热性、强度和易得性等方面，优选这些纤维。所述无机纤维可以使用一种，也可以2种以上组合使用。
在所述无机纤维中，从耐热性、处理性的观点考虑，特别优选氧化硅-氧化铝纤维。
所述无机纤维的截面形状没有被特别限定，可以举出圆形截面、扁平截面、中空截面、多边截面、芯鞘截面等。尤其是具有中空截面、扁平截面或多边截面的异形截面纤维，对传热中的辐射传热进行反射的机会增多，使绝热性也有一些提高，因此可以适合地使用。
所述无机纤维的平均纤维长度的优选的下限为0.1毫米，更优选的下限为0.5毫米。另一方面，所述无机纤维的平均纤维长度的优选的上限为50毫米、更优选的上限为10毫米。
当所述无机纤维的平均纤维长度为小于0.1毫米时，无机纤维相互不易产生缠结，存在所得到的中空成型体的机械强度下降的情况。另一方面，当所述平均纤维长度大于50毫米时，虽可以得到增强效果，但是无机纤维互相之间不能够紧密地缠结，仅仅单根无机纤维缠绕成球，由此导致容易产生连续的空隙，因此可能造成绝热性下降。
所述无机纤维的平均纤维直径的优选的下限为1微米，更优选的下限为2微米。另一方面，所述无机纤维的平均纤维直径的优选的上限为10微米，更优选的上限为5微米。
这是因为，当所述无机纤维的平均纤维直径小于1毫米时，无机纤维自身的机械强度下降，另一方面，当大于10微米时，以无机纤维作为媒介的固体传热增加以致出现绝热性下降。
所述中空成型体，优选还包含无机粉体。
构成本发明的绝热材料的中空成型体只要至少包含无机纤维即可，通过使用这样的中空成型体，可以发挥作为本发明的绝热材料的效果，但是优选还包含无机粉体。
中空成型体通过进一步包含所述无机粉体，能够高效地抑制辐射传热。此外，由于可以分割结构中的因无机纤维缠结而产生的连续空隙，也可以高效地减小在中空成型体中的对流传热。
作为所述无机粉体，例如，可以举出TiO2粉体、BaTi3粉体、PbS粉体、SiO2粉体、ZrO2粉体、SiC粉体、NaF粉体及LiF粉体等。这些无机粉体，既可以单独一种使用，也可以两种以上组合使用。
当将所述无机粉体组合使用时，作为优选的组合，例如，可以举出TiO2粉体和SiO2粉体的组合、TiO2粉体和BaTi3粉体的组合、SiO2粉体和BaTi3粉体的组合，或者，TiO2粉体和SiO2以及BaTi3粉体的组合。
作为所述无机纤维的混合量，相对于构成中空成型体的材料的总重量，优选的上限为50重量％，更优选的上限为40重量％。另一方面，所述无机纤维的混合量的优选的下限为5重量％，更优选的下限为10重量％。当所述混合量小于5重量％时，不能得到无机纤维所产生的增强效果，中空成型体或绝热材料的处理性、机械强度下降。另一方面，当超过50重量％时，在构成中空成型体的无机纤维的缠结结构中连续的空隙大量出现，对流传热、分子传热和辐射传热增大，因此绝热特性下降。
作为所述无机粉体的混合量，相对于构成中空成型体的材料的总重量，优选的上限为95重量％，更优选的上限为90重量％。相对于此，所述无机粉体的混合量的优选的下限为50重量％，更优选的下限为60重量％。
当无机粉体的混合量在所述范围时，可以在维持无机纤维的增强效果的同时减小辐射传热，而且，可以得到分割无机纤维的交缠结构中的连续空隙造成的减小对流传热的效果。
所述无机粉体的平均粒径的优选的下限为0.5微米，更优选的下限为1微米。另一方面，所述无机粉体的平均粒径的优选的上限为20微米，更优选的上限为10微米。
当所述无机粉体的平均粒径小于0.5微米时，不仅绝热材料的制造变得困难，而且辐射热的散逸变得不充分，绝热材料的热传导率上升(即绝热性下降)。另一方面，当使用平均粒径大于20微米的无机粉体时，由于在绝热材料中产生的空隙变得极大，对流传热及分子传热增大，这种情况下热传导率也上升。
此外，作为无机粉体的形状，只要平均粒径在所述范围内，就无特别限制，例如，可以举出球体、椭圆体、多面体、在表面具有凹凸、突起的形状及异形体等任意形状。
此外，对于所述无机粉体，优选对波长1微米以上的光的折射率的比(比折射率)为1.25以上。
所述无机粉体作为辐射热的散逸材料具有极其重要的作用，其折射率越大，越可以更有效地散逸辐射热。此外，关于比折射率，对声子传导的抑制极为重要，该值越大，抑制效果越好。因此，对于本发明，无机粉体的优选的比折射率的值为1.25以上。
在此，关于对声子传导的抑制进行一点补充解释。众所周知，作为可以抑制声子传导的材料，一般来说，其为在结晶内具有晶格缺陷的物质或具有复杂结构的物质。一般认为，前述的TiO2、SiO2、BaTiO3容易具有晶格缺陷，并且具有复杂的结构，因此不仅可以有效地进行辐射热的散逸，而且可以有效地进行声子的散逸。
此外，作为所述无机粉体，可以适合地使用对波长10微米以上的光的反射率为70％以上的无机粉体。波长10微米以上的光为所谓红外线～远红外线波长范围的光。因为对所述波长范围的光的反射率达到70％以上时，可以更有效地降低辐射传热。
所述无机粉体的固体热传导率优选在室温下为20.9W/mK以下。当室温下的固体热传导率大于20.9W/mK的无机粉体用作原料时，在绝热材料中固体传热成为主导，热传导率上升(绝热性下降)。
在此，本说明书中，无机纤维是指长径比为3以上的无机纤维。另一方面，无机粉体是指长径比小于3的无机粉体。此外，长径比是指物质的长径b对短径a的比(b/a)。
此外，以维持在高温下的强度为目的，所述中空成型体还可以包含无机粘合材料。作为所述无机粘合材料，例如，可以举出胶体二氧化硅、合成云母和蒙脱土等。所述无机粘合材料可以单独一种使用，也可以2种以上组合使用。
根据需要，可以在相对于中空成型体的构成材料的总重量为1重量％～10重量％的范围内使用所述无机粘合材料。作为所述无机粘合材料的使用方式，例如，可以混合到原料中，或者浸渍到所得到的绝热材料中使用。
此外，在本发明中，作为中空成型体的构成材料，根据需要在中空成型体以外还可以使用有机弹性物质。所述有机弹性物质，在制造用于需要柔软性的部位处的绝热材料方面是有用的，例如，可以适合地使用天然橡胶的乳液、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等合成胶乳粘合剂。特别是，当本发明的绝热材料以湿式法制造时，通过使用所述有机弹性物质，可以提高柔软性。
相对于中空成型体的构成材料的总重量，所述有机弹性物质的混合量优选在0重量％～5重量％的范围内。
可以包含所述有机弹性物质作为构成材料，也可以不包含所述有机弹性物质，但是当作为构成材料包含所述有机弹性物质时，其混合量如果超过5重量％，则由于在700摄氏度以上的高温区域内使用的时候有机弹性物质被烧掉，空隙显著增大，因此绝热性下降。
构成本发明的绝热材料的中空成型体为以干式成型法或湿式成型法将无机纤维等成型为任意形状而得到的成型体，并且具有可以将填充材料填充到其内部的中空部。此外，关于中空成型体的制造方法，在下文进行说明。
作为中空成型体的形状，只要具有中空部的形状就不受到特别的限制，可以举出立方体、长方体、平板状、圆盘状、圆柱型、二重管形状型、三重管形状型、炸面圈(ド一ナツ)型、球型等任意形状。以这样的中空成型体构成的本发明的绝热材料，因为装配时没有分割的必要，所以即使对于具有曲面形状的被隔热体，也可以一体地且整体地无空隙装配。
对于所述中空成型体的壁厚没有特别的限制，但是优选在3毫米～20毫米范围内。对于中空成型体的壁厚，以二重管形状型的情况为例，中空成型体的壁厚是指从中空成型体的外部表面到中空部的壁厚中最大的厚度。
当所述中空成型体的壁厚小于3毫米时，不能赋予绝热材料足够的机械强度，另一方面，当超过20毫米时，中空成型体的成型这件事情本身变得困难，此外，填充到中空部的填充材料的填充量减少，填充材料的绝热作用有可能下降。
作为所述中空成型体的构成材料，当除无机纤维之外还包含无机粉体时，虽然所述无机粉体、填充到中空部的填充材料(后述)不容易漏出到中空成型体外部，但是，进一步，以防止无机粉体和填充材料漏出为目的，也可以根据需要将中空成型体的一部分或全部进行致密化。
特别是，即使当包含所述无机粉体时，在本发明的绝热材料中，因为构成中空成型体的无机粉体包含在无机纤维发生缠结的结构中，所以无机粉体不容易从无机纤维间漏出到外部。只是，由于也考虑到某些使用环境下绝热材料承受非常强的冲击以及无机粉体漏出到空气中的可能性，因此也可以将包含无机粉体的部分的无机纤维结构进行致密化，使无机粉体不能漏出。
作为将中空成型体进行致密化的方法，例如有下述方法加热但只使无机纤维交缠结构的表面熔融的方法、利用耐热性膜等覆盖中空成型体表面的方法等，但是不限于这些方法，只要是使无机粉体不漏出的方法就可以。
对所述中空成型体的体积密度没有特别的限制，但是优选在0.35克/立方厘米～0.45克/立方厘米的范围内。此外，体积密度可以通过质量除以表观体积得到的值求得(参见JIS A0202)。
当所述体积密度小于0.35克/立方厘米时，对流传热及分子传热增大，另一方面，当超过0.45克/立方厘米时，由于固体传热增大，热传导率上升，在任何一种情况下绝热性皆下降。
所述中空成型体的中空部是在中空成型体的内部形成封闭空间，并且可以填充填充材料。
所述中空部通常以单一区域(即中空成型体的内部封闭的空间只有一个)形成在中空成型体的内部，但是不限于单一区域，也可以由两个区域以上的多区域形成。
通过将所述中空部形成为多区域，可以构造作为一个整体的具有多区域构造和/或多层结构的绝热材料。
填充到中空成型体的中空部的填充材料至少由无机粉体形成。
作为所述无机粉体，可以适合地使用在所述中空成型体的说明中记述的无机粉体。所述无机粉体可以单独一种或两种以上组合使用。当无机粉体组合使用时，关于优选的组合，可以使用在所述中空成型体的说明中记述的无机粉体的组合。通过将所述至少由无机粉体形成的填充材料填充到中空部，可以高效地抑制对流传热、分子传热和辐射传热。
所述填充材料也可以进一步包含无机纤维。
当所述填充材料进一步包含无机纤维时，可以反射或分散其波长只用无机粉体不能反射或分散的光，并且可以协助本发明的绝热材料提高绝热性。
作为填充材料所包含的无机纤维，可以使用在所述中空成型体的说明中记述的无机纤维。与所述无机粉体同样，无机纤维也可以单独一种使用或组合使用。
在本发明的绝热材料中，填充后的填充材料的体积密度优选在0.15克/立方厘米～0.4克/立方厘米范围内。
当填充材料的体积密度小于0.15克/立方厘米时，由于振动等外部作用，会造成将填充材料重新填充，空隙部分变大，绝热性有可能下降。另一方面，所述密度大于0.4克/立方厘米时，固体传热的影响变大，存在绝热性下降的可能性。此外，由于绝热材料整体的热容量变大，蓄热量增加，因此对整体进行加热时的能量消耗变大。
当填充材料为所述材料的混合物时，体积密度当然指的是混合物整体的体积密度。
当所述中空部如上所述形成为多区域结构和/或多层结构时，在各自的区域、层中的填充材料的体积密度既可以一样，也可以不一样。体积密度只要在上述范围内，可以以任意的体积密度将填充材料填充到中空部。
下面，对本发明的绝热材料的制造方法进行说明。
本发明的绝热材料通过以下步骤制造模成型至少由无机纤维形成的中空成型体以制作中空成型体；将至少无机粉体填充到所述中空成型体的中空部以形成填充材料，由此制造本发明的绝热材料。所述中空成型体可以利用干式成型法或湿式成型法中任一种方法制造。在下文，对在通过各成型法得到中空成型体的情况下的本发明的绝热材料的制造方法进行说明。
(a)当使用通过干式成型法得到的中空成型体时。
首先，在干式成型法中，将所述无机纤维以及根据需要将无机粉体、无机粘合材料、有机弹性物质以指定比例投入到V型混合机等混合机中，充分混合后，将混合物投入到指定的模具内，通过加压得到具有一部分开口的中空成型体。在加压时，也可以根据需要对混合物进行加热。
所述中空成型体可以按具有中空部的方式进行一体成型，也可以根据需要，进行分割成型，通过将多个所得到的分割成型物进行组合，制造中空成型体。
所述加压的压强优选在0.98MPa～9.8MPa的范围内。如果加压的压强小于0.98MPa时，在所得到的中空成型体中，不能够保持强度而崩溃。另一方面，当超过9.8MPa时，由于过度压缩造成加工性下降，此外，因为体积密度变高，所以固体传热增加，绝热性下降。
此外，关于加压时的加热温度，当包含所述有机弹性物质时，优选所述温度在200摄氏度～400摄氏度的范围内。当不包含所述有机弹性物质时，优选所述温度在400摄氏度～700摄氏度的范围内。当加压时的加热温度在所述范围内时，维持适度的加工性的同时，仍可以保持充分的绝热性。
下面，通过所述开口将填充材料填充到中空部以达到指定的体积密度，然后，另外对所述混合物进行加压成型时使所述混合物形成可以恰好封闭开口的形状，利用另外对所述混合物进行加压成型得到的成型物封闭所述开口，从而得到本发明的绝热材料。作为填充材料的填充方法，例如，可以举出机械压缩、振动、脱气及组合这些方法的方法等。
此外，将所述成型物通过无机粘结剂等固定，从而可封闭上述开口。此外，也可以在填充材料填充之前，以无机粘合材料浸渍所得到的成型体、成型物。
(b)当使用通过湿式成型法得到的中空成型体时。
下面，在湿式成型法中，将所述无机纤维及根据需要将无机粉体、无机粘合材料在水中混合搅拌，进行充分分散，然后，添加硫酸铝水溶液等作为凝聚剂，并且得到在无机纤维的表面附着有无机粉体、无机粘合材料的一次凝聚体。接下来，根据需要将有机弹性物质的乳液等在指定的范围内添加到所述水中以后，通过添加阳离子型高分子凝聚剂得到含有凝聚体的浆料。
在此，当作为中空成型体的构成材料进一步还使用有机弹性物质时，硫酸铝水溶液和有机弹性物质的添加顺序如果相反，则无机粘合材料变得难以附着到纤维上，并且维持高温时的强度变得显著困难，因此有充分注意添加顺序的必要。
下面，将含有所述凝聚体的浆料投入到指定的模具内，通过进行抽吸，得到在一部分具有开口的湿润的中空成型体。通过干燥所得到的中空成型体，可以得到在一部分具有开口的中空成型体。
在此，干燥前的中空成型体的含水率优选为200％以下，如果含水率超过200％，在干燥时会引起中空成型体的收缩，出现难以得到指定的尺寸的情况。
如果要使用这样的湿式成型的方法制作实心的成型体，则在早期阶段无机粉体被致密地成型并且连续地抽吸浆料变得困难。但是，当制作具有如上所述的壁厚的中空的成型体时，不会发生制作实心成型体时产生的问题，而且在这一点上，本发明的构成对成型性的提高具有有利作用。
然后，和所述干式成型法相同，通过所述开口将填充材料填充到在上述步骤所得到的中空成型体的中空部中，以达到指定的体积密度。然后，另外先对所述混合物进行湿式成型，使所述混合物形成可以恰好封闭开口的形状，利用另外对所述混合物进行湿式成型得到的成型物封闭所述开口，从而得到本发明的绝热材料。作为填充材料的填充方法、封闭所述开口的方法，可以举出在所述的(a)干式成型法的说明中记述的方法。
通过利用任意形状的模具(或金属模具)，所述中空成型体可以一体成型，也可以根据需要分割成型。所述中空成型体由于至少由无机纤维构成，具有优异的成型性-加工性，因此即使采用在目前难度较大的一体成型，也可以高效地且容易地进行制造。
如上所述，中空成型体可以通过干式成型法或湿式成型法中任一种得到，但是从一体成型的容易性和机械强度方面出发，优选利用湿式成型所得到的成型体。
在如上所述制造得到的本发明的绝热材料中，通过无机纤维增强了强度，而且在使用无机粘合材料时，可以维持在高温使用时的强度。此外，通过含有无机纤维，提高了成型性-加工性，能够一体成型符合被隔热体的形状的中空成型体。由此，在本发明的绝热材料中，与目前的将多种绝热材料组合而成的绝热材料不同，不存在绝热材料之间的空隙。此外，即使进行分割构成，由于分割体的数量极少，且各分割体高精度成型，所以可以显著地抑制在绝热材料之间产生空隙，因此可以发挥优异的绝热性。
此外，通过使用所述的无机粉体，由于可抑制在绝热材料内部的空隙中存在的空气的对流和分子传热，而且辐射热被散逸，因此可以得到优异的绝热特性。如此，在具有本发明的构成的绝热材料上，可以良好地同时实现绝热性和成型性-加工性。
本发明的绝热材料可以使用在多种用途，例如，可用作对燃料电池用改质器进行隔热的绝热材料。
燃料电池是以氢和氧为燃料的能量供给源，作为清洁的发电系统而引人注目。可以在改质器中通过催化反应将城市气体和醇类转化为氢而得到成为燃料的氢。此时，燃烧的催化反应所必要的催化温度为约600摄氏度～900摄氏度的高温，因此有必要对改质器外侧进行隔热。
在此，由于燃料电池用改质器的大多数为圆筒形状，因此，以往将多个绝热材料进行组合装配，或在绝热材料上形成切口等，以适合改质器的形状。但是，在这样的情况下，绝热材料之间或改质器与绝热材料之间会产生空隙，不能够得到充分的绝热性。
利用本发明的绝热材料，能够进行符合改质器形状的一体成型，这是在目前的绝热材料上不能达到的，因此，可以以一体型的绝热材料完全地覆盖被隔热体整体，而且，通过改质器和绝热材料的紧贴也可以防止空隙的产生，可以得到优异的绝热效果。
图1(a)为示意地显示装配到改质器上的本发明的绝热材料的实例的透视图；图1(b)为示意地显示构成本发明的绝热材料的中空成型体的一个实例的透视图；图1(c)为示意地显示构成本发明的绝热材料的中空成型体的另一个实例的透视图。
将二重管形状的本发明的绝热材料1无空隙地装配在圆筒形状的改质器2的外周。此外，绝热材料1由中空成型体3和填充其内部的中空部的填充材料4构成。绝热材料1的纵向的长度、内径可以根据使用的改质器的尺寸进行调整。
此外，在图1(a)中，使填充有填充材料4的中空部形成单一区域，因此，构成绝热材料1的中空成型体具有含单层结构的中空部。但是，构成本发明的绝热材料的中空成型体的形状并不受此限制，例如，如图1(b)中所示的中空成型体13，也可以将二重管形状的圆周长进行四等分，使中空部形成四个区域，或者，如图1(c)中所示的中空成型体23，也可以形成具有二层结构的中空部，所述二层结构为从管形状的中心沿半径方向扩展成同心圆状。此外，图1(b)及(c)只显示了中空成型体。中空部的区域数和层数没有限制，可以由任意的数形成，另外，所形成的中空部也可以具有通过将图1(b)和(c)组合而得到的多区域、多层结构。
本发明的绝热材料通过一体成型可以实现小型化、复杂形状。
因此，本发明的绝热材料，不仅在用于定置用的发电系统的燃料电池用改质器中能够有效应用，而且还能在用于燃料电池汽车等空间受限的发电系统中的燃料电池用改质器中有效应用。
实施例下面，给出实施例，对本发明进行更详细地说明，但是本发明不只限定于这些实施例。
(实施例1～12)向必要量的水中添加所谓的脱渣球散料(脱シヨツトバルク，揖斐电株式会社制商品名イビウ一ルIBI-Wool)作为构成中空成型体的无机纤维，并使其分丝。所述的脱渣球散料是从硅铝类陶瓷纤维中除去了粗大粒子的纤维。
然后，加入24重量％作为中空成型体的无机粉体的TiO2粉末(キンセイマテツク株式会社制商品名ルチルフラワ一(Rutile Flower)、49重量％SiO2粉末(シオノギ制药株式会社制商品名カ一プレツクスCARPPREX)，并充分混合后，进一步添加3重量％作为无机粘合剂的胶体二氧化硅(日产化学株式会社制商品名スノ一テツクスSNOWTEX)，并充分搅拌混合。此外，所述脱渣球散料的混合量为24重量％。再向其中添加作为凝聚剂的硫酸铝水溶液，从而得到一次凝聚体。然后，通过在以此凝聚体中添加阳离子型高分子凝聚剂并再度凝聚以调制成浆料。
将所述浆料进行金属模具成型，得到二重管形状的上面开口的中空成型体，所述二重管形状的内径为90毫米、外径为200毫米、厚度为5毫米、高度为300毫米，然后在110摄氏度×8小时的条件下将所述中空成型体进行干燥。
接下来，利用搅拌器将34重量％所述TiO2粉末、66重量％SiO2粉末充分搅拌、混合，得到作为填充材料的粉体混合物。利用振动及压缩以表1中所示的体积密度向所述二重管形状的中空成型体的中空部填充所得到的粉体混合物。然后，使用和所述中空成型体同样的材料，通过预先成型为与所述开口同形状的圆盘状的成型物封闭中空成型体的开口上面，得到如图1(a)所示的一体成型式绝热材料。涂布、固化无机粘结剂，从而进行圆盘状的成型物的固定。
在将加热器配备到在实施例中所得到的绝热材料的内侧，加热到加热器温度为600摄氏度，测量绝热材料的热传导率(W/mK)。测量结果示于表1中。
表1
※热传导率全部为在600摄氏度下的值。
如表1所示，在实施例中所得到的绝热材料为一体成型式的绝热材料，同时总体上显示了优异的绝热性，并且可以实现在目前产品中没有的绝热性和成型性-加热性的相容性。此外，从图2可知，在实施例3～10中，由于热传导率是比0.06W/mK低的值，因此当填充材料的体积密度在0.15克/立方厘米～0.4克/立方厘米的范围内时，显示出特别优异的绝热性。
此外，图2是对在表1中所示的填充材料的体积密度(克/立方厘米)的变化和加热到600摄氏度时的本发明的一体成型式绝热材料的热传导率(W/mK)的变化之间的关系作图而成的曲线图。
此外，将加热器配备到在实施例6中所得到的一体成型式绝热材料的内侧，将加热器温度加热到800摄氏度时，绝热材料外周壁的温度约为50摄氏度，显示了优异的绝热性能。
(对比例1)将市售厚度为50毫米的平板状的微孔类绝热材料(日本マイクロサ一ム社制商品名マイクロサ一ム(MICROTHERM))，利用机械加工加工成内径为90毫米、外径为200毫米的圆盘状。通过将6段所述圆盘进行堆积，制成高度300毫米，并且与实施例相同形状的多分割型绝热材料。
将加热器配备到在对比例1中所得到的绝热材料的内侧，将温度加热到800摄氏度时，在绝热材料之间的接触部分附近的温度为约80摄氏度，不能够得到充分的绝热性能。
(对比例2)以与实施例相同的步骤，在水中混合搅拌83重量％陶瓷纤维、14重量％TiO2粉末、3重量％胶体二氧化硅，并且添加作为凝聚剂的硫酸铝水溶液，得到一次凝聚体后，通过添加阳离子型高分子凝聚剂并再度凝聚一次凝聚体以调制浆料。通过将所述浆料进行金属模具成型，得到实心成型体，该实心成型体的外形具有与内径为90毫米、外径为200毫米、高度为300毫米的实施例相同形状。因此，在对比例2的成型体中，不存在图1(a)中填充材料4填充的中空部。
将加热器配备到所述实心成型体的内侧，将加热器温度加热到800摄氏度时，实心成型体虽然具有一体成型的形状，但是外壁的温度约为90摄氏度，不能够得到充分的绝热性能。
权利要求
1.一种绝热材料，其特征在于，该绝热材料由中空成型体和填充材料构成，所述中空成型体至少由无机纤维形成，所述填充材料填充在所述中空成型体的中空部，至少由无机粉体形成。
2.如权利要求1所述的绝热材料，其中所述中空成型体还包含无机粉体。
3.如权利要求1或2所述的绝热材料，其中所述填充材料还包含无机纤维。
4.如权利要求1～3中任一项所述的绝热材料，其中所述填充材料的体积密度为0.15克/立方厘米～0.4克/立方厘米。
5.如权利要求1～4中任一项所述的绝热材料，其中所述中空成型体为通过湿式成型得到的成型体。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种绝热材料，其同时具有绝热性和成型性－加工性。本发明的绝热材料的特征在于，由中空成型体和填充材料构成，所述中空成型体至少由无机纤维形成，所述填充材料填充在所述中空成型体的中空部，至少由无机粉体形成。
文档编号C09K21/00GK1941475SQ20061013937
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月25日 优先权日2005年9月30日
发明者畑中清成 申请人:揖斐电株式会社