专利名称：真空隔热材料用芯部材料、真空隔热材料以及制造方法
技术领域：
本发明涉及真空隔热材料用芯部材料、真空隔热材料以及它们的制造方法。
背景技术：
以往，在用于对各种食品进行加热、冷却、保温而使用的冰箱、冷却箱、保温箱等中，使用具有各种结构或性能的隔热材料。由于在隔热材料之中，真空隔热材料的隔热性能优良，所以真空隔热材料广泛应用于需要隔热的家用冰箱等设备中。一般通过把由无机材料构成的芯部材料填充到外包材料的内部后，把外包材料密封，并且使外包材料的内部保持处于减压状态，从而可以获得真空隔热材料。在无机材料中，采用由火焰法或离心法制造的玻璃纤维构成的玻璃棉，形成上述真空隔热材料的芯部材料。例如日本专利公开公报特开2005-265038号(专利文献1)记载的真空隔热材料是对由作为无机纤维的玻璃纤维构成的玻璃棉进行湿式抄造，并将得到的无机纤维薄片多张层叠后作为芯部材料来使用，无机纤维中的颗粒直径在30μπι以上的颗粒含有比率在 0. 1质量％以下，无机纤维中的纤维平均直径为0. 2 6 μ m，无机纤维相对于薄片表面沿水平方向排列。此外，日本专利公开公报特开2006-17169号(专利文献2)记载的真空隔热材料由作为无机纤维层叠材料的玻璃纤维构成玻璃棉，芯部材料由该玻璃棉构成，把芯部材料减压密封在外包材料内部，真空隔热材料中的芯部材料的密度为200 270kg/m3，打开外包材料后的芯部材料包含有75%以上的纤维长度在100 μ m以上的玻璃纤维。专利文献1 日本专利公开公报特开2005-265038号专利文献2 日本专利公开公报特开2006-17169号
发明内容
图8是示意性表示以往作为真空隔热材料的芯部材料所采用的玻璃棉中，玻璃纤维的分布状态的平面图。图9是平面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，它表示以往作为真空隔热材料的芯部材料所采用的玻璃棉中，玻璃纤维被压缩前的分布状态，图10是表示相同分布状态的断面电子显微镜照片(放大倍数100倍)。如图8所示，可以看出在玻璃棉500中，各种纤维长度的多条玻璃纤维510向各个方向延伸且随机分布。此外，如图8、图9所示，在利用火焰法或离心法制造的玻璃棉中，相对于主体纤维混入了纤维长度在Imm以下的短纤维和纤维直径在1 μ m以下的微细纤维。上述短纤维或微细纤维填充在主体纤维之间、或交织在主体纤维之间，在纤维之间产生热传导，可以认为由于沿芯部材料厚度方向引起热传导，所以使隔热性能降低。此外，可以看出在上述玻璃棉中，主体纤维也包含有大量弯曲或扭曲的纤维。由于以上述方式构成玻璃棉，所以如日本专利公开公报特开2005165038号(专利文献1)记载的那样、当利用湿式抄造来形成薄片时，即使想要使玻璃纤维相对于薄片表面排列在水平方向上，也难以排列大部分的玻璃纤维。
此外，如日本专利公开公报特开2006-17169号(专利文献2)记载的那样，即使按压玻璃棉，使包含有75%以上的纤维长度在100 μ m以上的玻璃纤维的芯部材料密度达到 200 270kg/m3，也难以排列大部分的玻璃纤维。因此，上述公报记载的真空隔热材料的芯部材料均难以防止因纤维之间产生热传导而造成的隔热性能降低。而且得到的真空隔热材料的导热系数在2mW/m ·Κ左右，所以利用以往的改进办法来提高真空隔热材料的隔热性能是有限的。本发明的目的在于提供真空隔热材料用芯部材料、具有该真空隔热材料用芯部材料的真空隔热材料和它们的制造方法，所述真空隔热材料用芯部材料具有优良的隔热性能并能够工业化大量生产，该优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。本发明的发明人为了解决以往真空隔热材料所采用的芯部材料存在的问题，反复进行了专心的研究，其结果发现通过使在构成真空隔热材料用芯部材料的纤维中，至少包含有利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维就可以实现上述目的。其中，所谓连续纤维生产法是一种纤维制造方法，通过进行使熔化玻璃流经衬套喷嘴、并连续流出、拉伸、纤维化的操作，生成连续的纤维。基于上述发现，本发明的真空隔热材料用芯部材料具有以下特征。本发明的真空隔热材料用芯部材料由多张无纺布层叠而成。无纺布至少包括利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维。在无纺布中，多条无机纤维中的大部分无机纤维在与无纺布的表面基本平行的方向上延伸。采用连续纤维生产法可以大量生产纤维直径差异非常小的多条纤维。此外，利用连续纤维生产法制造的无机纤维的各纤维直线度非常高。因此，通过把利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维切断成大体一定的长度，可以在直线度非常高的状态下，得到纤维直径差异非常小、且长度大体相同的多条无机纤维。由于构成本发明的芯部材料的无纺布至少包含有利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维，所以当使用上述多条无机纤维来形成无纺布时，如果把各无机纤维排列在相对于无纺布的表面平行的方向上，可以容易地排列多条无机纤维，以使大部分的无机纤维在与无纺布的表面基本平行的方向上延伸。此时，虽然多条无机纤维的大部分在与无纺布的表面大体平行的方向上延伸，但并不是相互紧密地排列在平行的方向上，而是在形成无纺布表面的平面内朝向随机方向分散排列。因此，可以尽量减少填充在构成芯部材料的多条无机纤维之间的无机纤维，并且可以尽量减少交织在多条无机纤维之间的无机纤维，所以可以防止在无机纤维之间产生热传导。由此，通过防止沿芯部材料厚度方向产生热传导， 可以使芯部材料的导热系数降低，得到的真空隔热材料用芯部材料具有优良的隔热性能， 该优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。在上述结构的真空隔热材料用芯部材料所采用的、例如由玻璃纤维构成的无纺布中，不存在纤维之间的结合力。因此，为了在无纺布的制造工序中防止玻璃纤维脱落，并且为了在后续工序的加工工序中防止形状散乱，在抄纸工序中需要使用粘合剂。液态的粘合剂因表面张力容易集中在多条玻璃纤维的交叉部位周围。因此，即使相邻的玻璃纤维之间处于点接触状态，也存在粘合剂覆盖该接触部位周围的可能性。由此可以预料会产生通过粘合剂的热传导，所以可以认为液态的粘合剂并不是优选的。因此，考虑使用颗粒状或纤维状的粘合剂。
在使用颗粒状粘合剂或纤维状粘合剂做粘合剂，并把这些粘合剂分散混合在玻璃纤维短切原丝中，利用湿式抄纸法制造无纺布的情况下，可以认为大部分的粘合剂位于纤维的接触点以外，并由粘合剂搭接在纤维之间。可以预想到上述搭接极其纤细，产生热传导的可能性非常小。但是，为了把隔热性能提高到极限状态，需要抑制因上述粘合剂造成的热传导。因此，为了防止因搭在纤维之间的粘合剂造成的微小的热传导，把隔热性能提高到极限状态，可以考虑在真空密封之前，通过利用热分解的方法去除或减少芯部材料中的粘合剂，来进一步提高隔热性能。 即，可以考虑在把芯部材料封入到外包材料内部之前，通过在比粘合剂的热分解温度高、且比作为无机纤维之一所使用的玻璃纤维的熔点低的温度下进行处理，利用热分解仅把粘合剂去除。此外，在例如使用聚乙烯醇(PVA)等水溶性树脂粘合剂作为粘合剂的情况下，除了上述方法以外，可以考虑利用温水等进行清洗来去除或减少粘合剂。但是，为了利用上述方法去除芯部材料中的粘合剂，不仅需要长时间的加热工序或清洗工序，而且去除粘合剂后的芯部材料的强度非常低，所以将芯部材料封入到外包材料内部的作业也需要时间。因此，尽管得到隔热性能非常好的真空隔热材料，但却导致难以利用以往的真空隔热材料的制造设备进行工业化大量生产的新问题。本发明的发明人为了解决上述问题，反复进行了专心的研究，其结果发现在真空隔热材料用芯部材料中，使在构成真空隔热材料用芯部材料的纤维中，至少包含有利用连续纤维生产法制造的多条纤维，通过使用极少量液态粘合剂作为粘合剂，可以解决上述新问题。其中，所谓液态粘合剂是指使粘合剂成分溶解而成为液态、或使粘合剂成分乳液化而成为液态。在使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况下，为了抑制因粘合剂成分造成的热传导， 如果把无纺布中的粘合剂成分含量减少到极限状态，则由于粘合剂成分在无纺布内均勻分布，所以不仅强度降低，而且纤维容易从无纺布的表面上脱落，在制造无纺布工序中脱落的纤维大量附着在干燥设备中，产生难以进行连续生产等不良现象。另一方面，本发明的发明人发现在使用液态粘合剂的情况下，即使无纺布中的粘合剂成分的含量非常少，与使用了颗粒状或纤维状粘合剂的情况相比，也不仅能够得到在进行连续生产中所需的足够强度，而且隔热性能优良。其原因推测如下由于液态粘合剂在制造无纺布时的加热干燥工序中，当无纺布网状物内部的水分蒸发时，粘合剂也一起移动，所以粘合剂集中在无纺布的两个表面上，产生无纺布内部的粘合剂变少的倾向。此外，液态粘合剂因表面张力造成容易集中在多条纤维的交叉部位周围。虽然这种状况从降低热传导的角度看并不是优选的，但是从提高强度的角度看是优选的。因此， 使用液态粘合剂的情况与使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况相比，即使无纺布中的粘合剂成分的含量非常少，由于集中在无纺布两个表面上的粘合剂可以使纤维之间比较牢固地结合，所以提高了整体的强度，也可以得到在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中所需要的强度。此外，由于在无纺布内部，粘合剂成分的含量比无纺布的表面更少，所以通过粘合剂进行的热传导非常少。
基于这些原因，在使用极少量液态粘合剂的情况下，由于可以有效地使无纺布表面附近的纤维之间相互粘接，所以本发明的真空隔热材料用芯部材料具有能够满足工业化大量生产所要求的足够的强度，另一方面，可以使无纺布内部的粘合剂的量非常少。另外，在使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况下，几乎不会发生如液态粘合剂那样在加热干燥工序中粘合剂在无纺布内移动的现象。基于本发明发明人的以上发现，本发明的真空隔热材料用芯部材料具有如下特征。本发明的真空隔热材料用芯部材料由多张无纺布层叠而成。无纺布至少包括利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维。在无纺布中，多条无机纤维中的大部分无机纤维在与无纺布表面基本平行的方向上延伸。在具有上述结构的真空隔热材料用芯部材料中，在无纺布的表层部中存在相对多量的粘合剂成分，在无纺布的内部存在相对少量的粘合剂成分。在本发明的真空隔热材料用芯部材料中，优选的是粘合剂成分的含量相对于无纺布在0. 1质量％以上、1.5质量％以下。如果粘合剂成分含量小于0. 1质量％，则由于在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中强度不足，大量产生纤维从无纺布表面上脱落或飞散的现象，所以难以工业化大量生产。此外，如果粘合剂成分含量超过1. 5质量％，则与使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况相比，真空隔热材料用芯部材料隔热性能为同等程度或以下，不能得到使用液态粘合剂的效果。在本发明的真空隔热材料用芯部材料中，优选的是无机纤维的平均纤维直径在 3 μ m以上、15 μ m以下，无机纤维的平均纤维长度在3mm以上、15mm以下。在这种情况下，可以最大限度地降低芯部材料的导热系数，从而可以得到具有最优良隔热性能的真空隔热材料用芯部材料。在本发明的真空隔热材料用芯部材料中，优选的是无机纤维是玻璃纤维。在这种情况下，由于玻璃纤维的导热系数比其他无机纤维小，例如比陶瓷纤维小，所以通过降低材料自身的导热系数，可以进一步提高芯部材料的隔热性能。本发明的真空隔热材料包括外包材料和收容在外包材料内部的芯部材料。外包材料的内部能保持处于减压状态。芯部材料至少包括一张具有上述任意一种特征的真空隔热材料用芯部材料。本发明的真空隔热材料用芯部材料的制造方法包括下述步骤至少使用多条无机纤维和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布的步骤，上述多条无机纤维利用连续纤维生产法制造，在所述步骤中，使多条无机纤维中的大部分无机纤维在与制造的无纺布表面基本平行的方向上延伸；以及将多张无纺布进行层叠的步骤。在本发明的真空隔热材料用芯部材料的制造方法中，至少使用多条无机纤维和液态粘合剂，上述多条无机纤维利用连续纤维生产法来制造。当使用上述多条无机纤维利用湿式抄纸法来制造无纺布时，如果使各无机纤维排列在相对于无纺布的表面平行的方向上，则可以容易地使排列多条无机纤维，以使大部分的无机纤维在与无纺布表面基本平行的方向上延伸。此时，多条无机纤维的大部分在与无纺布的表面基本平行的方向上延伸，但并不是相互紧密排列在平行的方向上，而是在形成无纺布表面的平面内朝向随机方向分散排列。由此，即使为了构成芯部材料而层叠多张无纺布，由于可以尽量减少填充在多条无机纤维之间的无机纤维，并且可以尽量减少交织在多条无机纤维之间的无机纤维，所以可以防止排列在与无纺布表面基本平行方向上的无机纤维之间产生热传导。此外，在制造无纺布时的干燥工序中，伴随无纺布内部的水或溶剂蒸发时向无纺布的表面移动，液态粘合剂集中在无纺布的两个表层中。因此，即使无纺布中含有的粘合剂的量极少，也能提高无纺布表面的强度，所以可以抑制无纺布表面上的纤维飞散，不仅可以得到在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中所需要的强度，而且由于无纺布内部的粘合剂含量进一步减少，所以通过粘合剂进行的热传导也变得非常少。因此，通过尽量防止沿芯部材料厚度方向产生热传导，可以使芯部材料的导热系数降低，从而可以得到具有优良隔热性能的真空隔热材料用芯部材料，该优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。此外，由于即使无纺布中含有的粘合剂的量极少，也具有在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中所需要的强度，并且从无纺布表面上飞散或脱落的纤维少，所以可以得到作为能够工业化大量生产真空隔热材料的中间材料的真空隔热材料用芯部材料。本发明的真空隔热材料的制造方法包括下述步骤至少使用多条无机纤维和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布的步骤，上述多条无机纤维利用连续纤维生产法制造，在所述步骤中，使多条无机纤维中的大部分无机纤维在与制造的无纺布表面基本平行的方向上延伸；将多张无纺布进行层叠的步骤；以及将层叠后的多张无纺布收容在外包材料的内部、并使外包材料的内部保持处于减压状态的步骤。在本发明的真空隔热材料的制造方法中，至少使用多条无机纤维和液态粘合剂， 上述多条无机纤维利用连续纤维生产法制造。当使用上述多条无机纤维利用湿式抄纸法来制造无纺布时，如果把各无机纤维排列在与无纺布的表面平行的方向上，则可以容易地排列多条无机纤维，以使大部分的无机纤维在与无纺布的表面基本平行的方向上延伸。此时， 虽然多条无机纤维的大部分在与无纺布的表面基本平行的方向上延伸，但并不是相互紧密排列在平行的方向上，而是在形成无纺布表面的平面内朝向随机方向分散排列。因此，即使为了构成芯部材料而层叠多张无纺布，由于可以尽量减少填充在多条无机纤维之间的无机纤维，并且可以尽量减少交织在多条无机纤维之间的无机纤维，所以也可以防止在无机纤维之间产生热传导。通过把层叠后的多张无纺布收容在外包材料的内部，并使外包材料的内部保持处于减压状态，可以制造真空隔热材料。此外，由于无纺布内部的粘合剂成分的含量非常少，所以粘合剂成分附着在多条无机纤维的交叉部位上的概率也非常低。因此，通过粘合剂进行的热传导极少。这样，可以防止沿芯部材料厚度方向产生热传导。因此，可以使芯部材料的导热系数降低。由此，可以得到具有优良隔热性能的真空隔热材料，该优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。此外，少量的粘合剂有效地使无纺布表面的纤维之间相互粘接。因此，可以确保无纺布在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中所需要的强度。由此，可以工业化大量生产真空隔热材料。如上所述，按照本发明，通过至少使用利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维以及液态粘合剂，可以使芯部材料的导热系数降低，从而可以得到具有优良隔热性能的真空隔热材料用芯部材料、以及具有该芯部材料的真空隔热材料，所述优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。此外，按照本发明，由于在无纺布的表层部中存在相对多量的粘合剂成分，在无纺布的内部存在相对少量的粘合剂成分，所以粘合剂能有效地使无纺布两个表面的纤维各自相互粘接，不仅可以使因粘合剂造成的热传导非常少，还可以确保无纺布在制造无纺布工序和制造真空隔热材料工序中所需要的强度，所以可以工业化大量生产真空隔热材料。
图1是示意表示本发明一种实施方式的断面图，(A)表示芯部材料和外包材料的配置，(B)表示外包材料内部减压后，真空隔热材料内部的状态。图2是示意表示本发明一种实施方式的立体图，(A)表示芯部材料和外包材料的配置，(B)表示外包材料内部减压后，真空隔热材料内部的状态。图3是本发明一种实施方式的平面图，示意表示构成真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布的玻璃纤维的分布状态。图4是表示本发明一种实施方式的平面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，表示构成真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布的玻璃纤维被压缩前的分布状态。图5是表示本发明一种实施方式的断面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，表示构成真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布的玻璃纤维被压缩前的分布状态。图6是本发明一种比较方式的断面图，示意表示真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布中，颗粒状或纤维状的粘合剂在无纺布厚度方向上的分布状态。图7是本发明一种实施方式的断面图，示意表示真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布中，液态粘合剂在无纺布厚度方向上的分布状态。图8是示意表示以往作为真空隔热材料的芯部材料所采用的玻璃棉中，玻璃纤维的分布状态的俯视图。图9是平面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，表示以往作为真空隔热材料的芯部材料所采用的玻璃棉中，玻璃纤维被压缩前的分布状态。图10是断面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，表示以往作为真空隔热材料的芯部材料所采用的玻璃棉中，玻璃纤维被压缩前的分布状态。附图标记说明1真空隔热材料100芯部材料200外包材料110无纺布111、112 玻璃纤维。
具体实施例方式下面根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意表示本发明一种实施方式的真空隔热材料结构的断面图。图1的(A)表示外包材料内部减压前的状态，图1的(B)表示外包材料内部减压后的状态。如图1所示，在真空隔热材料1中，芯部材料100收容在外包材料200的内部，所述外包材料200具有气体阻隔性并形成为袋状。如图1的㈧所示，芯部材料100由多张无纺布110层叠而成。各层无纺布110 使用无机纤维之一的玻璃纤维和少量的粘合剂，利用抄纸法制成。如图1的(B)所示，当外包材料200的内部减压后，利用外包材料200的外部大气压对芯部材料100进行压缩，构成芯部材料100的多张无纺布110被挤压而接触。在外包材料200的内部减压后的状态下，芯部材料100的密度在100 400kg/m3的范围内。以上述方式构成无纺布，并把无纺布层叠来构成芯部材料，再把芯部材料配置在外包材料的内部并进行减压，构成真空隔热材料。图2是示意表示本发明一种实施方式的立体图，(A)表示芯部材料和外包材料的配置，(B)表示外包材料内部减压后，真空隔热材料内部的状态。分别仅表示了各无纺布、 芯部材料、外包材料的一部分。如图2的㈧所示，把多张无纺布110层叠，形成芯部材料100。芯部材料100被外包材料200覆盖。外包材料200具有气体阻隔性并形成为袋状，覆盖整个芯部材料100。如图2的(B)所示，如果对袋状的外包材料200的内部进行减压，则芯部材料100 被压缩。如果芯部材料100被压缩，则多张无纺布110相互挤压而接触。本发明的发明人为了提高上述结构的真空隔热材料1的隔热性能，进行了专心的研究，其结果发现通过使用由具有特定条件的无机纤维和粘合剂构成的无纺布110作为芯部材料100，显著提高了真空隔热材料1的隔热性能，从而实现了本发明。因此，如图1所示，本发明的无纺布110构成真空隔热材料1所采用的芯部材料 100，并且至少包含有利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维以及液态粘合剂。此外，如图1所示，本发明的真空隔热材料1包括外包材料200和收容在外包材料 200内部的芯部材料100，外包材料200可以保持其内部处于减压状态，通过层叠无纺布110 而构成芯部材料100。无纺布110至少包含有多条无机纤维和液态粘合剂，上述多条无机纤维利用连续纤维生产法制造。无机纤维可以例举玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维等，为了构成本发明的芯部材料，需要直径细的纤维，从能够大量生产所述直径细的纤维以便能以较低价格流通的角度考虑、以及从原材料本身的导热系数小的角度考虑，无机纤维优选使用玻璃纤维。在本发明的一种实施方式中，把使用切断成一定长度的玻璃纤维、利用湿式抄纸法制造的无纺布110作为真空隔热材料的芯部材料100使用。其中，所谓切断成一定长度的玻璃纤维是指利用连续纤维生产法把熔化玻璃从多个喷嘴拉出而成形，把数百 数千条成形后的粗细均勻的作为丝状连续纤维的玻璃纤维捆在一起缠绕成原丝，利用铡刀式剪断机等把该原丝切断成规定长度。把这样切断成规定长度后的玻璃纤维的原丝称为玻璃纤维短切原丝。由于这样得到的玻璃纤维是以一定的尺寸把连续纤维切断成规定长度，所以该玻璃纤维是直线度高且刚性大的纤维，并且具有大体均勻的纤维直径和大体为圆形的断面。 即，采用连续纤维生产法可以大量生产纤维直径差异非常小的多条纤维。此外，利用连续纤维生产法制造的无机纤维的各纤维直线度非常高。因此，通过把利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维切断成大体一定的长度，可以在直线度非常高的状态下，得到纤维直径差异非常小、且长度大体相同的多条无机纤维。由此，在使用该玻璃纤维利用湿式抄纸法制造无纺布110的情况下，可以得到下述无纺布110 即，虽然纤维在与无纺布110的表面大体平行的方向上延伸，但在形成无纺布110表面的平面内纤维朝向随机方向分散排列。图3是本发明一种实施方式的平面图，示意表示构成真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布的玻璃纤维的分布状态。图3是表示由两层玻璃纤维层构成的无纺布。图4 是表示本发明一种实施方式的平面电子显微镜照片(放大倍数100倍)，表示真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布的玻璃纤维被压缩前的分布状态，图5是表示相同分布状态的断面电子显微镜照片(放大倍数100倍)。如图3所示，形成上层的多条玻璃纤维111和形成下层的多条玻璃纤维112在与无纺布110的表面大体平行的方向上延伸，但并不是相互紧密排列在平行的方向上，而是在形成无纺布110表面的平面内分散排列成朝向随机方向。此外，如图4、图5所示，可以看出各纤维的直线度非常高。并且，虽然大部分的纤维在与无纺布110的表面大体平行的方向上延伸，但在形成无纺布110表面的平面内朝向随机方向分散排列。如上所述，由于构成本发明芯部材料100的无纺布110至少包含有利用连续纤维生产法制造的多条作为无机纤维之一的玻璃纤维111、112，所以当使用上述多条玻璃纤维 111、112形成无纺布110时，如果使各玻璃纤维111、112排列在相对于无纺布110的表面平行的方向上，则可以容易地排列多条玻璃纤维111、112，以使大部分的玻璃纤维111、112在与无纺布110的表面大体平行的方向上延伸。此时，虽然多条玻璃纤维111、112的大部分在与无纺布110的表面大体平行的方向上延伸，但并不是相互紧密排列在平行的方向上， 而是在形成无纺布110表面的平面内朝向随机方向分散排列。由于可以尽量减少填充在构成芯部材料100的多条玻璃纤维111、112之间的玻璃纤维，并且可以尽量减少交织在多条玻璃纤维111、112之间的玻璃纤维，所以可以防止在玻璃纤维111、112之间产生热传导。 因此，通过防止沿芯部材料100厚度方向产生热传导，可以使芯部材料100的导热系数降低，从而可以得到具有优良隔热性能的真空隔热材料用芯部材料100、以及具有该芯部材料 100的真空隔热材料1，所述优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。并不特别限定玻璃纤维111、112的组成，可以采用C玻璃、D玻璃、E玻璃等，但从容易得到的角度出发，优选采用E玻璃(铝硼硅酸盐玻璃)。如上所述，本发明的芯部材料由无纺布110制成，形成该无纺布110的无机纤维是把连续纤维以规定尺寸切断而成的具有规定长度的玻璃纤维111、112，上述玻璃纤维111、 112直线度非常高且具有大体为圆形的断面。因此，朝向随机方向分散的多条玻璃纤维 111、112并不限定于并排平行排列，由于各条玻璃纤维111、112之间为点接触，所以可以显著抑制玻璃纤维111、112之间的热传导。虽然也可以考虑采用其他原材料来替代玻璃纤维111、112，但是一般使用氧化铝纤维的氧化铝纤维短切原丝等无机纤维材料比玻璃纤维111、112贵，而且导热系数高，所以不是优选的材料。此外，有机材料的导热系数一般比无机材料低，但没有刚性。因此，有机纤维材料在纤维交叉的部位因外部压力而使纤维变形，引起纤维之间的面接触或真空空间比率的减少。其结果，芯部材料使用有机纤维的真空隔热材料由于导热系数高，所以不是优选的材料。在本发明真空隔热材料用芯部材料100所采用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110中，不存在纤维之间的结合力。因此，为了在无纺布110的制造工序中防止玻璃纤维 111、112脱落，并且为了在后续工序的加工工序中防止形状散乱，在抄纸工序中需要使用粘合剂。然而，由于无纺布110作为真空隔热材料1的芯部材料100要被外包材料200包在内部，所以需要把粘合剂的使用量限制为最低限度。基于本发明发明人的以下发现，本发明中的粘合剂不使用颗粒状或纤维状的粘合剂，而使用液态粘合剂。本发明的发明人发现在使用液态粘合剂的情况下，即使无纺布110中的粘合剂成分的含量非常少，与使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况相比，也不仅能够得到在进行连续生产中所需的足够的强度，而且隔热性能优良。其原因推测如下由于液态粘合剂在制造无纺布110时的加热干燥工序中，当无纺布110网状物内部的水分蒸发时，粘合剂也一起移动，所以粘合剂集中在无纺布110的两个表面上，产生无纺布110内部的粘合剂变少的倾向。此外，液态粘合剂因表面张力容易集中在多条玻璃纤维111、112的交叉部位周围。虽然这种状况从降低热传导的角度看并不是优选的，但是从提高强度的角度看是优选的。因此，使用液态粘合剂的情况与使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况相比，即使无纺布 110中的粘合剂成分的含量非常少，由于集中在无纺布110两个表面上的粘合剂也可以使玻璃纤维111、112之间比较牢固地结合，所以提高了整体强度，可以得到在无纺布110的制造工序和真空隔热材料1的制造工序中所需要的强度。此外，由于在无纺布110内部，粘合剂成分的含量比无纺布110的表面更少，所以通过粘合剂进行的热传导非常少。基于这些原因，在使用极少量液态粘合剂的情况下，由于可以有效地使无纺布110 表面附近的玻璃纤维111、112之间相互粘接，所以本发明的真空隔热材料用芯部材料100 具有工业化大量生产所要求的足够的强度，另一方面，能够使无纺布110内部的粘合剂的
量非常少。图6是本发明一种比较方式的断面图，示意表示真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布中，颗粒状或纤维状的粘合剂在无纺布厚度方向上的分布状态。图7是本发明一种实施方式的断面图，示意表示真空隔热材料的芯部材料所采用的无纺布中，液态粘合剂在无纺布的厚度方向上的分布状态。另外，在图6中，点所示的部分表示粘合剂的分布状态。在图7中，黑色的浓淡表示粘合剂的分布状态。如图6所示，在使用颗粒状或纤维状粘合剂的情况下，表示成点状的粘合剂成分在无纺布的厚度方向上均勻分散。与此相反，如图7所示，在本发明中使用了液态粘合剂的情况下，在无纺布的厚度方向上，相对多量的粘合剂成分存在于无纺布的表层部中，相对少量的粘合剂成分存在于无纺布的内部。液态粘合剂的含量相对于无纺布优选在0. 1质量％ 以上、1.5质量％以下的范围内。此外，虽然液态粘合剂也可以使用无机粘合剂，但是如果使用无机粘合剂，则纤维集合体的弯曲柔韧性较差，即，无纺布的弯曲柔韧性较差，此外，在作为产品使用的情况下，由于使用无机粘合剂的成本比使用有机粘合剂的成本高，所以优选的是使用有机粘合剂。本发明的液态粘合剂是丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、苯乙烯树脂；或者是聚乙烯、聚丙烯、聚酯树脂等的乳液；或者是把它们溶解在溶剂中的溶液；或者是聚乙烯醇 (PVA)、淀粉等水溶性粘合剂的水溶液等，虽然只要是液态就没有特别的限定，但是从强度和成本的关系考虑，适合使用丙烯酸树脂乳液或聚乙烯醇水溶液等。在本发明真空隔热材料用芯部材料100的制造方法的一种实施方式中，首先，至少使用多条作为无机纤维之一的玻璃纤维111、112和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布110，上述多条玻璃纤维111、112利用连续纤维生产法制造。由此，使多条玻璃纤维中的大部分玻璃纤维111、112在与制造的无纺布110的表面大体平行的方向上延伸。接着， 把多张无纺布110层叠。此外，在本发明真空隔热材料1的制造方法的一种实施方式中，首先，至少使用多条玻璃纤维111、112和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布110，上述多条玻璃纤维 111、112利用连续纤维生产法制造。由此，使多条玻璃纤维中的大部分玻璃纤维111、112在与制造的无纺布110的表面大体平行的方向上延伸。接着，把多层无纺布110层叠。此后， 把层叠后的多张无纺布110收容在外包材料200的内部，使外包材料200内部保持处于减压状态。此外，在本发明真空隔热材料用芯部材料100或真空隔热材料1的制造方法的一种实施方式中，优选的是使用上述树脂的乳液、上述树脂的水溶液等液态粘合剂，并且优选采用如下方法通过喷雾器等把该液态粘合剂以雾状喷在玻璃纤维111、112上等，来使液态粘合剂附着在玻璃纤维111、112上。在本发明真空隔热材料的制造方法的一种实施方式中，至少使用多条玻璃纤维 111、112和液态粘合剂，上述多条玻璃纤维111、112利用连续纤维生产法制造。当使用上述多条玻璃纤维111、112利用湿式抄纸法来制造无纺布110时，如果使各玻璃纤维排列在相对于无纺布110的表面平行的方向上，则可以容易地排列多条玻璃纤维，以使大部分的玻璃纤维111、112在与无纺布110的表面基本平行的方向上延伸。此时，虽然多条玻璃纤维 111、112的大部分在与无纺布110的表面基本平行的方向上延伸，但并不是相互紧密排列在平行的方向上，而是在形成无纺布110表面的平面内朝向随机方向分散排列。因此，即使为了构成芯部材料100而层叠多张无纺布110，由于可以尽量减少填充在多条玻璃纤维之间的玻璃纤维，并且可以尽量减少交织在多条玻璃纤维之间的玻璃纤维，所以也可以防止在玻璃纤维之间产生热传导。此外，通过把层叠的多张无纺布110收容在外包材料200的内部，并且使外包材料200的内部保持处于减压状态，可以制造真空隔热材料1。由此，通过防止沿芯部材料100厚度方向产生热传导，可以使芯部材料100的导热系数降低，从而可以得到具有优良隔热性能的芯部材料100和具有该芯部材料100的真空隔热材料1，所述优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。利用湿式抄纸法制造本发明所使用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110。在湿式抄纸法中，通过添加适当的分散剂，使以一定长度切断玻璃纤维而成的玻璃纤维短切原丝单丝化，并分散配置成层状，可以得到由绞合较少的玻璃纤维111、112构成的无纺布 110。因此，平行并排的玻璃纤维111、112的数量非常少，大部分的玻璃纤维111、112在相邻的纤维之间为点接触。这样，由于可以制造出在厚度方向上具有高压缩强度且导热系数非常低的无纺布110，所以上述无纺布110非常适合用作真空隔热材料1的芯部材料100。在本发明的制造方法中，采用湿式抄纸法对无纺布110进行抄造，该抄造可以使用长网抄纸机、短网抄纸机、斜网式抄纸机等已知的抄纸机。通常，由玻璃纤维构成的无纺布用作具有耐热性的隔热材料、具有耐火性的隔热材料或电绝缘体。因此，由于无纺布需要具有能承受拉破或刺破等的强度，所以纤维之间大多需要相互交织。由用于上述用途的玻璃纤维构成的无纺布大多利用抄纸法制造而成，该抄纸法使用长网抄纸机、短网抄纸机。而本发明所使用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110作为芯部材料100收容在外包材料200的内部，所以不太要求布的强度。此外，由于容易使纤维方向一致的抄纸法使纤维之间的接触面积增加，所以对于制造本发明所使用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110，并不是优选的。另一方面，为了提高厚度方向的隔热性能，希望玻璃纤维111、112 之间相互交织少。因此，作为对本发明所使用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110进行抄造的抄纸机，适合使用能以低输入(inlet)浓度进行抄纸的斜网式抄纸机，但不是限定于此。作为本发明所使用的无机纤维之一的玻璃纤维短切原丝优选的是纤维直径为 3 15 μ m、纤维长度为3 15mm的玻璃纤维111、112的构成比率在99%以上。如下所述，可以预测到纤维直径小于3 μ m或纤维长度小于3mm的玻璃纤维短切原丝，不适合用于构成本发明真空隔热材料用芯部材料100的无纺布110。纤维直径小于3 μ m的玻璃纤维111、112由于纤维的刚性小，当利用湿式抄纸法制造无纺布110时，产生纤维弯曲且纤维之间相互交织，使纤维之间的接触面积增加。因此热传导增加，导致芯部材料100的隔热性能变差，所以纤维直径小于3 μ m的玻璃纤维111、112 并不是优选的。在利用湿式抄纸法并用纤维长度小于3mm的玻璃纤维111、112来制造无纺布110 的情况下，当使位于上层的纤维分散到位于下层的已经分散的纤维之上时，上层的纤维不能与下层的纤维搭接，增加了上层纤维以一点支承在下层纤维之上的可能性，例如可以设想上层纤维的一端下垂到下层，另一端以向厚度方向突出的方式定位。这样，当某条纤维成为在多条纤维之间沿厚度方向搭接的状态时，沿纤维的长度方向产生热传导，并且纤维之间的接触面积增加。由此热传导增加，使芯部材料100的隔热性能变差，所以纤维长度小于 3mm的玻璃纤维并不是优选的。如果使用纤维直径为15 μ m以上的玻璃纤维111、112来构成无纺布110，并把多张无纺布110进行层叠来形成芯部材料100，则芯部材料100在厚度方向上的纤维层数减少， 使厚度方向上的热传导路径变短，而且当形成无纺布110时，空孔直径变大。因此，由于受到气体对导热系数的影响，使芯部材料100的隔热性能降低，所以纤维直径在15 μ m以上的玻璃纤维并不是优选的。如果使用纤维长度在15mm以上的玻璃纤维111、112，则由于纤维长度相对于纤维直径过大，所以纤维的刚性降低而容易弯曲，并且产生纤维之间的相互交织，使纤维之间的接触面积增加。因此，热传导增加，使芯部材料100的隔热性能变差，所以纤维长度在15mm 以上的玻璃纤维并不是优选的。本发明的真空隔热材料用芯部材料100所采用的由玻璃纤维111、112构成的无纺布110的克重，优选的是30 600g/m2。在无纺布110的克重小于30g/m2的情况下，由于无纺布110内存在的空隙直径大，所以气体对导热系数的影响大。因此，芯部材料100的隔热性能降低，且芯部材料100的强度变小，所以无纺布110的克重小于30g/m2并不是优选的。 另一方面，如果无纺布110的克重超过600g/m2，则由于使用玻璃纤维111、112制造无纺布 110时的干燥效率降低，且生产率降低，所以并不是优选的。所谓克重一般是指纸厚度的计量单位，表示每平方米的纸的质量，也称为每平方米的重量。此处作为计量无纺布110厚度的单位使用克重，该无纺布110由利用湿式抄纸法制造的玻璃纤维111、112构成。例如在日本专利公开公报特开2006-17169号(专利文献2)的记载中，优选的是构成真空隔热材料芯部材料的玻璃棉等无机纤维的平均直径为1 5μπι。而且记载有， 如果该无机纤维的平均直径超过5 μ m，则最终得到的真空隔热材料本身的隔热性能降低。 构成芯部材料的无机纤维的直径越小，确实越能提高真空隔热材料的隔热性能。但细的无机纤维价格高，而且当利用湿式抄纸法制造无纺布时，存在脱水效率降低、生产率降低的缺点。而在本发明中，关于无机纤维的纤维直径、纤维长度等纤维参数以及纤维之间的粘接状态，只要通过选择用于提高隔热性能的最佳条件，即使采用纤维直径较大的玻璃纤维短切原丝作为无机纤维的一个例子，也可以得到隔热性能远高于以往真空隔热材料的真空隔热材料1。此外，即使使用纤维直径小于6 μ m的玻璃纤维短切原丝，最终得到的真空隔热材料隔热性能的提高幅度与使用纤维直径10 μ m的玻璃纤维短切原丝的情况相比，也几乎可以忽略不计。因此，从生产率、价格、性能方面考虑，玻璃纤维短切原丝的纤维直径优选的是 6 15 μ m。在使用该范围的玻璃纤维111、112的情况下，能以适当的制造成本得到隔热性能比以往的真空隔热材料高的真空隔热材料1。使用具有上述特征的芯部材料100，利用已知的方法可以制造本发明的真空隔热材料1。具有代表性的方法是在图1所示的真空隔热材料1的结构中，把芯部材料100收容在形成为袋状的具有气体阻隔性的外包材料200内部。在减压状态下收容芯部材料100 的外包材料200具有高气体阻隔性，并且具有热封层和对于裂缝等进行保护的保护层，可以长期使外包材料200内保持减压状态。此外，也可以把具有上述特性的多张薄膜层叠来作为外包材料200。作为外包材料200具体结构的例子可以例举使最外层为聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)树脂、在中间层使用具有铝蒸镀层的乙烯-乙烯醇共聚物树脂、最内层为使用高密度聚乙烯树脂的气体阻隔薄膜；或者最外层使用尼龙、中间层使用铝蒸镀PET树脂和铝箔两层、最内层为使用高密度聚乙烯树脂的气体阻隔薄膜等。此外，为了保持真空隔热材料1的初始隔热性能和随着时间推移的隔热性能，优选在真空隔热材料1内部使用气体吸附剂、水分吸附剂等吸附剂。实施例下面对本发明的几个实施例进行说明，但本发明并不限定于此。(实施例1 5、比较例1)把平均纤维直径为10 μ m、平均纤维长度为IOmm的玻璃纤维短切原丝(均为才一 々工> ^ · 二一二 > 7公司(Owens Corning Corporation)制造)投入到水中，使玻璃纤维短切原丝的浓度为0. 5质量％，相对于100质量份的玻璃纤维短切原丝添加1质量份的作为分散剂的工7 7 — > (Emanon，注册商标)3199(花王株式会社制造)，通过进行搅拌制备了玻璃纤维短切原丝的料浆。使用得到的玻璃纤维短切原丝的料浆利用湿式抄纸法进行抄造，制备了网状物。 适当稀释表1所示粘合剂种类的液态粘合剂并将得到的网状物含浸在其中，并且对网状物吸收的水分进行调整，使无纺布成为表1所示的粘合剂含量。此后，通过使网状物干燥，制成真空隔热材料用芯部材料100所采用的无纺布110。得到的无纺布110的克重和粘合剂含量如表1所示。此外，在表1中记载的粘合剂种类中，液态丙烯是丙烯酸乳液(大日本油墨化学工业株式会社制造GM-4)，液态PVA是PVA水溶液(把株式会社々，> 制造PVAl 17溶解在温水中)。(比较例2 4)采用实施例1 5、比较例1所使用的玻璃纤维短切原丝，利用与实施例1 5、比较例1相同的方法制备了玻璃纤维短切原丝的料浆。把颗粒状PVA(工二 ★力株式会社制造0V-N)添加到水中并进行搅拌，使其浓度为 10%，从而制备了颗粒状的粘合剂料浆。在得到的玻璃纤维短切原丝料浆中添加颗粒状的粘合剂料浆，以使粘合剂的含量相对于无纺布如表1所示，使用通过搅拌混合得到的料浆、利用湿式抄纸法进行抄造，制备了网状物。此后，通过使得到的网状物干燥，制备了真空隔热材料用芯部材料100所采用的无纺布110。得到的无纺布110的克重和粘合剂含量如表1所示。(以往例子)作为以往真空隔热材料所使用的芯部材料，准备了作为薄片状纤维集合体的无纺布，该薄片状纤维集合体由具有表1所示的平均纤维直径的玻璃棉构成。此外，通过把真空隔热材料用芯部材料100所使用的无纺布110在600°C的温度下加热30分钟，来去除有机成分，根据加热前后的质量差利用下式求出表1所示的粘合剂含量。粘合剂含量(质量％) = [{(加热前的质量)_(加热后的质量)}/(加热前的质量)]XlOO把10张通过以上实施例1 5、比较例1 4制造的无纺布110进行层叠，做成芯部材料100。分别隔着隔离件，在由得到的层叠体构成的各芯部材料100的上下表面上， 沿厚度方向施加lkgf/cm2 (约98kPa)的压力，在这种状态下，保持真空度为0. OlTorr (约 1. 3Pa)的真空状态。在这种保持真空稳定状态下的各芯部材料100中，通过测量由层叠体构成的各芯部材料100的上下表面部分的温度和流经各芯部材料100的热流，计算出导热系数。在表1的“导热系数”栏中表示得到的导热系数的测量结果。此外，关于以往的例子， 在表1的“导热系数”栏中表示由以往的玻璃棉构成的无纺布的导热系数。表 权利要求
1.一种真空隔热材料用芯部材料(100)，由多张无纺布(110)层叠而成，其特征在于， 所述无纺布(110)至少包括利用连续纤维生产法制造的多条无机纤维(111、112)， 在所述无纺布(110)中，所述多条无机纤维中的大部分无机纤维(111、11幻在与所述无纺布(110)的表面基本平行的方向上延伸，在所述无纺布(110)的表层部中存在相对多量的粘合剂成分，在所述无纺布(110)的内部存在相对少量的粘合剂成分。
2.根据权利要求1所述的真空隔热材料用芯部材料(100)，其特征在于，所述粘合剂成分的含量相对于所述无纺布(110)在0.1质量％以上、1.5质量％以下。
3.根据权利要求1所述的真空隔热材料用芯部材料(100)，其特征在于，所述无机纤维 (111、112)的平均纤维直径在3μπι以上、15μπι以下，所述无机纤维(111、112)的平均纤维长度在3_以上、15mm以下。
4.根据权利要求1所述的真空隔热材料用芯部材料(100)，其特征在于，所述无机纤维 (111、112)是玻璃纤维。
5.一种真空隔热材料(1)，其特征在于包括 外包材料O00)；以及芯部材料(100)，收容在所述外包材料O00)的内部， 所述外包材料O00)的内部能保持处于减压状态，所述芯部材料(100)至少包括一张以上权利要求1所述的真空隔热材料用芯部材料。
6.一种真空隔热材料用芯部材料(100)的制造方法，其特征在于包括如下步骤至少使用多条无机纤维(111、112)和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布 (110)的步骤，所述多条无机纤维(111、11幻利用连续纤维生产法制造，在所述步骤中，使所述多条无机纤维中的大部分无机纤维(111、11幻在与制造的所述无纺布(110)的表面基本平行的方向上延伸；以及将多块所述无纺布(110)进行层叠的步骤。
7.一种真空隔热材料(1)的制造方法，其特征在于包括如下步骤至少使用多条无机纤维(111、112)和液态粘合剂、利用湿式抄纸法来制造无纺布 (110)的步骤，所述多条无机纤维(111、11幻利用连续纤维生产法制造，在所述步骤中，使所述多条无机纤维中的大部分无机纤维(111、11幻在与制造的所述无纺布(110)的表面基本平行的方向上延伸；将多张所述无纺布(110)进行层叠的步骤；以及将层叠后的多张所述无纺布(110)收容在外包材料O00)的内部、并使所述外包材料 (200)的内部保持处于减压状态的步骤。
全文摘要
本发明提供真空隔热材料用芯部材料、具有该芯部材料的真空隔热材料以及它们的制造方法。所述真空隔热材料用芯部材料具有优良的隔热性能并可以工业化大量生产，所述优良的隔热性能可以超越以往对隔热性能所作的任何改进。真空隔热材料用芯部材料(100)是通过层叠多张无纺布(110)而构成的真空隔热材料用芯部材料。无纺布(110)至少包括利用连续纤维生产法制造的多条玻璃纤维(111、112)。在无纺布(110)中，多条玻璃纤维中的大部分玻璃纤维(111、112)在与无纺布(110)的表面基本平行的方向上延伸。在无纺布(110)的表层部中存在相对多量的粘合剂成分，在无纺布(110)的内部存在相对少量的粘合剂成分。
文档编号F16L59/06GK102362115SQ20108001302
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月27日
发明者上野浩义, 内田武, 大堀进一 申请人:夏普株式会社