Sandwich structure and a method for manufacturing a mineral fiber based

本発明は、コアおよび間にコアが配置される２つの外装を備え、コアは内部遠心(internal centrifugation)を高温ガス流による細小化(attenuation)と組み合わせた方法により得られた鉱物繊維ベースの製品から形成される、サンドイッチ構造体に関する。

パネルの形態をとるこれらのサンドイッチ構造体は、断熱および／または防音のために用いられ、一方でそのような特性を必要とする特定の用途のために特に高い機械的特性を示す。 特に、これらは、その上を歩行し得る平坦な屋根の断熱のために用いられる要素のような高い圧縮負荷に結果として耐えねばならない建設要素を作るのに適したサンドイッチ構造体である。 これは、屋外での断熱材として用いられる構造体でもそうであり、これらは特に、風圧の作用により作り出される引裂力と剪断力に耐えることができなければならない。

このような性能を達成するために、このタイプの断熱構造体は、一般的に、例えば少なくとも８０ｋｇ／ｍ ³の高密度のコアを有する。

例えば、このような構造体は公知でRannilaによって販売されており、この製品のコアを構成する鉱物繊維は内部遠心プロセスにより得られIsover Oyによって販売されているガラス繊維である。

Paroc OyからPAROCの名称で販売されている構造体も知られているが、そのコアはロックウールで作られており、したがってその繊維は外的遠心(external centrifugation)により得られる。 さらに、これらの構造体は圧縮強度と剪断強度の観点から有効であるけれども、これらは約８５から１２０ｋｇ／ｍ ³の密度をもつ、いっそう重い製品であり、性能が高いほど製品の重量も重い。

ところで、重量を増加させずに、このような構造体の性能を向上させることは常に望ましい。

このことがまさに本発明の目的であり、すなわち機械的強度（圧縮強度および剪断強度）に関する望ましい性能特性が、これらをより重くすることなく、さらに市場にあるものより低密度を達成することにより達成される、鉱物繊維サンドイッチ構造体を提供することである。 同時に、先行技術と比較してのこれらの構造体の低密度は熱的性能が改善されることを可能とする。

本発明によれば、コアおよび間にコアが配置される２つの外装を備え、コア（２０）は内部遠心を高温ガス流による細小化と組み合わせた方法により得られた鉱物繊維ベースの製品（１）から形成されているサンドイッチ構造体は、鉱物繊維に波形をつけた(crimped)ことを特徴とする。

繊維の「波形付与(crimping)」は、実際の繊維化操作後に実施される操作であり、この波形付与操作の目的は、遠心に起因する繊維のウェブの一般的配向を実質的に過剰に変化させることなく、製品の内部の繊維に可能な限りさまざまの方向に与えることである。 この操作は、特に、上方と下方の面を規定する２列のコンベアの間に繊維のウェブを通過させること、およびある速度Ｖ１で走行する１対のコンベアから第１のものより低速の速度Ｖ２で走行する１対のコンベアへ通過するウェブに起因する長さ方向の圧縮を加えることからなる。

このような操作は、内部遠心により得られた鉱物繊維をベースとするフェルトまたはブランケットの製造に関して知られているけれども、これらのフェルトがサンドイッチ構造体を製造するために用いられたことはない。 驚くべきことに、今やこのような構造体のための繊維の波形付与がその強度、特にその圧縮強度を大きく改善することが解明された。

好ましくは、外装の表面に実質的に平行な断面にわたる繊維の分布は、実質的にＶ形のプロファイルを有する。

別の特徴によれば、コアは外装の主要な広がりに沿って広がる複数の並置した薄板を備え、薄板は波形をつけた鉱物繊維をベースとする製品から形成されている。

ベース製品を切断し、切断前の製品の残部の平面に対して９０°回転した後に薄板が得られる。 したがって、繊維の分布がシェブロンのようにＶ形プロファイルを有する場合、Ｖは薄板の幅全体にわたって広がり、Ｖの先端は実質的に整列している。 Ｖ形のプロファイルの繊維分布は、薄板の高さ全体にわたって、したがってサンドイッチ構造体のコアの厚さ全体にわたって、積層された層の形態で配置されている。

ベース製品の複数の薄板（波形をつけたベース製品を切断し９０°回転して、上記のような繊維分布を有する各々の薄板を得ている）を組み合わせることにより、こうして、２つの外装の間にサンドイッチ状にはさまれ、圧縮強度と剪断強度に関して予想外の性能特性を与えるコアを得ることができる。

好ましくは、本発明のサンドイッチ構造体の密度は、多くとも８０ｋｇ／ｍ ³に等しく、好ましくは６０ないし７０ｋｇ／ｍ ³であり、特に５０ｋｇ／ｍ ³に等しい。 このタイプの低密度製品（８０ｋｇ／ｍ ³以下）については、熱的性能特性は高密度の製品と比較してさらに改善される。

別の特徴によれば、構造体は、少なくとも８０ｋＰａ、特に少なくとも６０ｋＰａの圧縮強度、および少なくとも８０ｋＰａ、特に少なくとも６０ｋＰａの剪断強度を有する。

この構造体の鉱物繊維は、例えば、重量割合で以下のガラス組成物：
ＳｉＯ ₂ ５７から７０％
Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ０から５％
ＣａＯ ５から１０％
ＭｇＯ ０から５％
Ｎａ ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏ １３から１８％
Ｂ ₂ Ｏ ₃ ２から１２％
Ｆ ０から１．５％
Ｐ ₂ Ｏ ₅ ０から４％
不純物 ＜２％
から得られ、アルミナの重量パーセンテージが１％以上である場合に０．１重量％を超える五酸化リンを含む。

別のガラス組成物は、モル％で以下の通りでもよい。

ＳｉＯ ₂ ５５〜７０
Ｂ ₂ Ｏ ₃ ０〜５
Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ０〜３
ＴｉＯ ₂ ０〜６
鉄酸化物 ０〜２
ＭｇＯ ０〜５
ＣａＯ ８〜２４
Ｎａ ₂ Ｏ １０〜２０
Ｋ ₂ Ｏ ０〜５
フッ化物 ０〜２。

また、ガラス組成物の別の好ましい変形例は、重量比で以下のとおりであり、アルミナ含有量は好ましくは１６重量％以上である。

ＳｉＯ ₂ ３５〜６０％
Ａｌ ₂ Ｏ ₃ １２〜２７％
ＣａＯ ０〜３５％
ＭｇＯ ０〜３０％
Ｎａ ₂ Ｏ ０〜１７％
Ｋ ₂ Ｏ ０〜１７％
Ｒ ₂ Ｏ（Ｎａ ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏ） １０〜１７％
Ｐ ₂ Ｏ ₅ ０〜５％
Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ０〜２０％
Ｂ ₂ Ｏ ₃ ０〜８％
ＴｉＯ ₂ ０〜３％。

さらに別の特徴によれば、サンドイッチ構造体の外装は、場合によっては穿孔したシート金属で作られている。 それらの厚さは１ｍｍ未満、好ましくは約０．４から０．８ｍｍである。

好ましくは、サンドイッチ構造体は、屋根、パーティションまたは外壁被覆のパネルタイプの断熱および／または防音パネルとして用いられる。

さらに、このような構造体を製造するための方法は、
−平面（Ｐ）上に内部遠心法により得られた鉱物繊維をベースとする製品（１）を送り、
−製品に波形をつけ、
−好ましくは波形をつけた製品の最大の広さに沿って波形をつけた製品を切断して薄板にし、
−薄板を平面（Ｐ）に対して９０°回転させ、かつ −２つの外装（２１、２２）の間に、薄板を並置してそれらを組み合わせることからなることを特徴とする。

この方法の１つの特徴によれば、製品の繊維に、間を製品が走行する少なくとも第１の対および第２の対のコンベアを備える波形付与ユニットによって波形をつけて長さおよび厚さの両方において圧縮されるようにし、前記コンベアはそれぞれ速度がＶ１およびＶ２であり、速度の比Ｒ＝Ｖ１／Ｖ２が３以上であり、好ましくは３．５に等しく、また最終厚さｅに製品を薄くする圧縮手段を有し、Ｈ／ｅ比は１．２以上であり、好ましくは１．６に等しく、Ｈは第２の対のコンベアの間の高さに対応する。

最後に、本発明は、屋根、パーティションまたは外壁被覆のパネルタイプの少なくとも１種の建築断熱要素を用いる建設方法に関し、建築断熱要素は本発明によるサンドイッチ構造体を組み合わせることにより形成されていることを特徴とする。 サンドイッチ構造体を突合せ、端部（相互に協働する形態を有する）のかみ合いにより互いに結合させる。

本発明の他の利点と特徴を、これから、添付の図面に関して詳細に説明する。

図１は、建設物の外壁の壁、外壁被覆、パーティションまたは天井の建設のために用いることを意図している、断熱および／または防音サンドイッチ構造体を示す。

サンドイッチ構造体２は、コア２０および例えば接着剤結合によりコアに固定された２つの外装２１および２２を備える。

外装２１および２２は一般的にシート金属で作られ、特にそれらが防音を与えるべきである場合には、任意に穿孔されていてもよい。 それらは、相互協働により、１つの構造体を他のサンドイッチ構造体と組み合わせ、それらを建設物のフレームワークまたは建設物のフレームワークに連結した金属レールに固定させるのに適したプロファイルの端部２３、２４を有する。 したがって、端部２３は溝のような雌の部分を有し、一方、他の端部は隣接する構造体の雌の部分に嵌合することを意図した雄の部分２４を有する。

図２に見えるコア２０は、波形をつけた鉱物繊維（図５および図６）をベースとする製品１から作られた複数の薄板２５を含む。

本発明のサンドイッチ構造体の製造は以下に示す。 図４は、連続的ではない製造ラインでの製造を模式的に示す。

スピナー３０によって出力された製品１をブランケットの形態で平面Ｐ上に供給し、次にブランケットに波形付与ユニット３１を用いて波形をつける。 供給工程および波形付与工程は後に説明する。

波形付与ユニットを出ると、ギロチンタイプの切断装置３２により、波形をつけた製品１を切断してパネルにする。 切断後、適切な手段３３を用いる別の製造ラインで、例えば丸鋸を用い、好ましくは長さ方向に沿って、パネルを切断して所定のサイズの薄板２５にした後、これらの薄板を平面Ｐに対して９０°回転し、圧縮により互いに組み合わせる。 薄板をさまざまな仕方で配置することができる。 例えば同じ長さで１つの列を別の列に対して圧縮するか、または例えば異なる長さで並置して１列を形成し互いに対して圧縮して、図２に示すようにずらす。

薄板を組み合わせてコア２０を形成すると、アセンブリ装置３４を用いて、コアを２つの外装と組み合わせる操作を実施する。 接着剤結合によりコアを２つの外装２１および２２に固定する場合、２つの外装の間へのコアの挿入の前に、外装に面する対向面を接着剤でコートし、次にアセンブリ全体が圧縮および硬化操作を受ける。

製品１の鉱物繊維は、例えば、ガラス繊維である。 製品１に用いられるガラス組成物はさまざまの種類のものであり得る。 読者は、例えば、特許ＥＰ０３９９３２０−Ｂ２および特許出願ＥＰ０４１２８７８に記載されている組成、または、特に１２重量％以上、好ましくは１６重量％以上のアルミナ含有量を記載している特許出願ＷＯ００／１７１１７およびＷＯ０１／６８５４６を参照することができる。 高いアルミナ含有量を有する後者の組成物は、好都合なことに、製品１の、したがってサンドイッチ構造体の良好なエージングを与える。

上述したように、溶融ガラスの内部遠心および高温ガス流による細小化、ならびに紡糸操作後に得られた繊維ブランケットの波形付与によって、コアの製品１を得る。

内部遠心と細小化によって繊維を形成する方法は、公知のように、溶融したガラスの流れをスピナー（スピナーディッシュとも呼ばれる）に導入することからなる。 スピナーは高速で回転し、その周辺に非常にたくさんの穴があけられ、これらを通して遠心力の効果によりガラスがフィラメントの形態で放出される。 次に、これらのフィラメントは、スピナーの壁に沿って進む環状の高温／高速の細小化流れの作用を受け、この流れはフィラメントを細小化しフィラメントを繊維に変換する。 形成された繊維は、この細小化ガス流により収集装置（一般的にガス透過性ベルトからなる）に向かって運ばれ、平面Ｐ上で繊維はからまってブランケットの形態になる。

次いで、繊維を波形付与ユニット３１に運ぶ。 繊維ブランケットは圧縮操作を受ける。 圧縮操作は、いくつかの対、例えばそれぞれ２つの対３１０、３１１および３１２、３１３のコンベアの間を通過させることにより実施される。 ブランケットの両側に位置する２つのコンベアを分離する距離は、前記ブランケットの前進の方向に減少する。

各々の対のコンベアの速度は、先行する対のコンベアの速度より小さく、このことはブランケットの長さ方向の圧縮をもたらす。 したがって、対をなすコンベア３１０、３１１；３１２、３１３はそれぞれ速度Ｖ１および速度Ｖ２を有し、所望の最終的な波形付与に適合した速度比Ｒ＝Ｖ１／Ｖ２をもつ。

標準的な方法では速度比Ｒは約３であるけれども、約３．５になるようにこの比を増加させることが好ましいこともある。

次に、波形をつけた製品を熱処理のためにオーブン３１４に導入する。 その中で、圧縮３１５により導入直後から、製品は最終厚さｅに保持される。

最後の２つのコンベア３１２、３１３の間の高さＨは、オーブンを出る製品が有すべき最終厚さｅに依存する。 標準的な方法では、Ｈ／ｅ比は１．２に等しいけれども、これを増加させ、１．５を超え、好ましくは１．６に等しくすることが好ましいこともある。

標準的な波形付与特性、すなわちＲ＝３およびＨ／ｅ＝１．２は、繊維がランダムかつ多方向に配向し、製品の厚さに依存して多様なループを形成する波形をつけた製品１をもたらす（図５）。

上述した好ましい波形付与特性、すなわちＲ＝３．５およびＨ／ｅ＝１．６は、繊維が図６に示したように特定の仕方で配向した製品１を得ることを可能にする。 より正確には、シェブロンのような実質的にＶ形のプロファイル分布（図に点線を加えている）で配向し、Ｖは波形をつけた製品の厚さ全体にわたって広がり、Ｖの先端はブランケットの走行方向に実質的に平行な線に沿って存在している。

驚くべきことに、残りの記載においてわかるように、この特定の波形付与配列で、圧縮強度と剪断強度についてのサンドイッチ構造体の性能特性は、標準的な波形付与配列より優れていることが判明している。 けれども、本発明により製造されたサンドイッチ構造体の場合には後者の標準的な波形付与配列は、サンドイッチ構造体を意図する内部遠心によって得られた鉱物ウールをベースとする波形をつけていない製品を用いる現在の商業的な実施形態と比較して、満足な結果を与える。

いったん波形をつけた製品１を組み込んでサンドイッチ構造体にすると、繊維分布のＶ形のプロファイルは外装２１、２２の表面に実質的に平行であり（図２）、Ｖは薄板の幅全体にわたって広がり、Ｖの先端は実質的に整列している。 このＶ形のプロファイルは、上面図および外装に平行な面におけるコアの断面でのみ見ることができる。

Ｖ形のプロファイルの繊維分布を配置して、薄板の高さ全体にわたって（図３）、したがってサンドイッチ構造体のコアの厚さ全体にわたって積層された層にする。

こうして、内部遠心による繊維の形成に続く波形付与工程は、特に６５ｋｇ／ｍ ³の密度を有するサンドイッチ構造体またはパネルを製造することを可能にし（これは、現存するパネルの密度より小さく、したがって例えば外部遠心により得られる鉱物繊維をベースとする製品から製造されるPAROC 75Cまたは50Cの型番をもつParoc Oyからのパネルより軽量である）、一方でちょうど同じく有効であるか、さらにより有効である圧縮強度および剪断強度特性を得ることを可能にする。

以下に、本発明の２つのサンドイッチ構造体のコアを他のサンドイッチ構造体と比較する表を示す。 この表は、繊維を内部遠心により得た後に、繊維に波形を付与することの利点を証明している。

例１から４は、サンドイッチ構造体またはパネルのコアの試料（８０ｍｍの厚さを有する）に対応する。 コアの密度、その圧縮強度、その剪断強度およびその熱伝導率λを示す。

例１（Ｅｘ１）は、本発明によりガラス繊維のブランケット（したがって上で説明したように内部遠心および波形付与により得られた）から製造されたサンドイッチパネルのコアに対応する。 好ましい波形付与特性（Ｒ＝３．５かつＨ／ｅ＝１．６）を用い、繊維分布はＶ形のプロファイルを有する。

例１ａ（Ｅｘ１ａ）は、本発明によりガラス繊維のブランケット（したがって上で説明したように内部遠心および波形付与により得られた）から製造されたサンドイッチパネルのコアに対応する。 標準的な波形付与特性（Ｒ＝３およびＨ／ｅ＝１．２）を用いている。

例２（Ｅｘ２）は、Rannilaによって販売され、波形付与なしに内部遠心により得られるガラス繊維のブランケット（Isover Oyによって販売されている）から製造されたサンドイッチパネルのコアに対応する。

例３および４（Ｅｘ３およびＥｘ４）は、本発明により製造されたサンドイッチパネルのコアとの比較試験を実施するように、出願人により本出願のために特別に製造されたサンドイッチパネルのコアに対応する。 これらは、内部遠心によるが波形付与なしに得られたガラス繊維のブランケットから製造されたパネルである。 したがって、これらは製造においては例２と同様であり、密度だけが変化している。

それらの例に関して示される測定は、外装をコアに結合する前のサンドイッチパネルのコアの薄板について得られた。 これらの薄板は、最終構造体において配置されるように置いた（薄板の切断の間にブランケットの残りの平面に対して９０°回転した）。

圧縮強度の測定を、１ｄｍ ²の試料についてＥＮ ８２６規格に従って実施した。

剪断強度の測定を、長さ２００ｍｍの薄板の試料についてＥＮ １２０９０規格に従って実施した。

熱伝導度測定を、互いに固定した複数の薄板から作られた６００ｍｍ×６００ｍｍの試料についてＥＮ ３１６２規格に従って実施した。

例５および６は、それぞれ、PAROC 50C（Ｅｘ５）およびPAROC 75C（Ｅｘ６）の名称でParoc Oyによって製造されているサンドイッチパネルのコアに対応し、コアに関して２つの異なるそれぞれの密度を有する。 コアは、本発明の場合のような内部遠心プロセスではなく外部遠心プロセスによりそして波形付与プロセスにより得られたロックウール繊維ブランケットから製造された。

これらの例の圧縮強度、剪断強度および熱伝導度を、製造者「Paroc Oy Panel Systems, Finland」からの製品「外壁、パーティションおよび天井のためのPAROCサンドイッチパネル」についての刊行物「CERTIFICATE No.3/96（発行日：09.30.1996）」に記載されているとおりに示す。

この表から以下の結論を引き出せる。

・本発明により製造され、したがって内部遠心と波形付与プロセスを用いて鉱物繊維から得られた構造体のコア（例１および１ａ）は、内部遠心プロセスを用いるが波形付与を用いずに鉱物ウールから製造した構造体（例２から４）よりも、圧縮強度に関してより良好な性能を示す。 さらに、これらの例１および１ａの構造体は低密度の利点を有する。 最後に、等しい密度に関して（例１および４）、本発明の波形付与製品の好ましい波形付与特性による剪断強度は、波形付与していない製品による特性と同じくらい良好なままであり、一方で圧縮強度を実質的に増加させる。

・本発明により製造された、内部遠心および波形付与プロセス（特に例１）を用いて鉱物ウールから得られた構造体のコアは、外部遠心プロセスと波形付与とを用いて鉱物ウールから製造され、高い密度をもつ構造体（例５および６）よりも、圧縮強度および剪断強度に関してより良好な性能を示す。

・したがって、好都合なことに、圧縮強度と剪断強度について等しい性能の代わりに、本発明の構造体のコアは、特に上市されている構造体のコアよりも密度が低い（例１と例６との比較）。 これは、熱伝導度の減少により高い熱的性能をももたらす（例６の場合の４５ｍＷ／ｍ．Ｋから例１の場合の４０ｍＷ／ｍ．Ｋへ）。

本発明によるサンドイッチ構造体の部分側面図である。

図１のＡ−Ａ線の断面における部分上面図である。

図１の部分分解側面図である。

本発明によるサンドイッチ構造体を製造するためのプラントを模式的に示す。

本発明によるサンドイッチ構造体を意図している、標準的な仕方で波形をつけた鉱物繊維ベースの製品の試料の写真である。

本発明によるサンドイッチ構造体を意図している、特定の波形付与配列をもつ製品の試料の写真である。