-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geformten
Wärmeisolator und ein Verfahren zur Herstellung desselben und
insbesondere auf einen zur Verwendung als Wärmeisolator bei
Hochtemperaturbehandlung von Produkten geeigneten geformten
Wärmeisolator und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
-
Mit der zunehmenden Nachfrage nach Halbleitern, funktioneller
Keramik und ähnlichem wurden in den vergangenen Jahren
Hochtemperaturbehandlungen zunehmend unter Einsatz eines
Vakuumofens, eines Ofens zum Wachstum von Monokristallen für
Halbleiter, eines Ofen zum Sintern von Keramik, eines Kiln zum
Kalzinieren von C/C-Schichtkörpern oder ähnlichem
durchgeführt. Derartige Hochtemperaturbehandlungen erfordern
Wärmeisolatoren, die hervorragend sind im Widerstand gegen Hitze
und in der Wärmeisolierung und deren Eigenschaften bei hohen
Temperaturen wahrscheinlich nicht nachteilig beeinflußt
werden. In Anbetracht des Bedarfs bestehen zunehmende
Anforderungen an Wärmeisolatoren, die aus Kohlenstoffasern
hergestellt sind, und insbesondere geformten Wärmeisolatoren, die
eine zur direkten Installation ohne Verwendung einer
Trägervorrichtung auf dem Inneren eines Ofens benötigte
Selbsttragefähigkeit aufweisen, und die auf dem Inneren des Ofens
leicht installiert werden können. Um die Herstellungskosten
zu reduzieren und die Maßgenauigkeit zu erhöhen wird auch
nachdrücklich gewünscht, die Verfahren zum Formen derartiger
geformter Wärmeisolatoren zu verbessern.
-
Filzartige Kohlenstoffasern, die als Basismaterial für
derartige geformte Wärmeisolatoren geeignet sind, (nachstehend
als "Kohlenstoffaserfilz" bezeichnet) haben eine derartig
geringe Massendichte, daß sie solange dem Formpressen
ausgesetzt werden müssen, bis sie die von Wärmeisolatoren
geforderte Massendichte angenommen haben.
-
In Anbetracht der obigen Probleme nach dem Stand der Technik
wurde ein Verfahren zur Herstellung von geformten
Wärmeisolatoren vorgeschlagen, welches das Imprägnieren von einem
Kohlenstoffaser-Filzstück mit carbonisierbarem Harz, das
Laminieren des Harz-imprägnierten Filzstückes unter Druck zu
einem geformten Körper mit der gewünschten Dicke und
Massendichte und das Heißbrennen des geformten Körpers umfaßt
(geprüftes Japanisches Patent Nr. 35930/1975). Der offenbarte
Stand der Technik umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines
geformten Wärmeisolators mit der gewünschten Massendichte,
umfassend das Aufrollen eines mit einem carbonisierbaren Harz
imprägnierten Filzstückes um eine Spindel, das äußere
Einschließen der Rolle mit einer Metallfolie, deren weiteres
Einbinden mit einem Metallband zur Kompression und das Härten
und Carbonisieren des Harzes im komprimierten Filzstück.
-
Ein weiteres zur Herstellung eines geformten Mehrschicht-
Wärmeisolators für einen Vakuumofen vorgeschlagenes Verfahren
umfaßt das Kleben eines Kohlenstoffaser-Filzstückes mit einem
kohlenstoffhaltigen Bindemittel auf eine Graphitfolie mit
hoher Dichte (geprüftes Japanisches Gebrauchsmuster Nr.
29129/1983)
-
Das im geprüften Japanischen Patent Nr. 35930/1975 offenbarte
Verfahren hat jedoch Nachteile. Zwar ist das Verfahren in der
Lage, die Massendichte des Filzes durch Kontrolle der
Massenkomprimierbarkeit einzustellen und kann ein geformtes
Isolationsmaterial mit ausgezeichneter Wärmeisolationseigenschaft
hervorbringen, doch kann bei dem Verfahren der angewandte
Druck nicht überall einheitlich auf das geformte Produkt
einwirken, wodurch eine Druckverteilung zwischen der
Oberflächenschicht und den Innenschicht-Teilstücken des geformten
Produkts und eine ungleichmäßige Massendichteverteilung
herbeigeführt wird. Das Verfahren bringt auch Schwierigkeiten
bei der Kontrolle der Massendichteverteilung und der
Herstellung eines geformten Wärmeisolators von ausgezeichneter
Wärmeisolationseigenschaft mit sich.
-
Wegen der auf das Filzstück anwendbaren geringen Spannung
erfordert das Verfahren darüber hinaus das äußere Festklemmen
des laminierten Filzstückes mit einem Metallband, nachdem der
laminierte Filz außen mit einer Metallfolie umschlossen
wurde, was zur Ungleichmäßigkeit der spiralförmigen Wicklung mit
zahlreichen wellenähnlichen Deformationen in der Oberfläche
und den inneren Teilstücken des Wärmeisolators führt. So
erbringt das Verfahren keine geformten Körper, die in der
Oberflächenglätte und - gleichmäßigkeit hervorragend sind und
ein gutes Erscheinungsbild aufweisen. Das Verfahren hat
weiter das Problem, daß es zahlreiche Schritte mit sich bringt
und so von geringer Produktivität ist.
-
Das geprüfte Japanische Gebrauchsmuster Nr. 29179/1983
offenbart einen Wärmeisolator, der aus einem geformten
Kohlenstoffaser-Filzstück mit an die Oberfläche und die
Zwischenteilstücke befestigten Graphitfolien zusammengesetzt ist. Der
offenbarte Wärmeisolator ist vorgeblich fähig, den Schaden am
Material zu verhindern, welcher bei Verwendung als
Wärmeisolator für einen Hochtemperatur-Vakuumschmelzofen aufgrund des
Eindringens von geschmolzenem Metall in das Material
entstehen würde. Doch ist die Massendichte dieses Wärmeisolators im
wesentlichen gleich jener herkömmlicher Wärmeisolatoren, und
sie ist in Richtung der Dicke nicht variabel. Der
Wärmeisolator hat weiter das Problem, daß Graphit teuer ist.
-
Das Dokument JP-B-50035930 offenbart einen Wärmeisolator, der
durch Aufrollen eines, mit carbonisierbarem Harz
imprägnierten Kohlenstoffaser-Filzstückes um eine Spindel gebildet
wird. Aufgrund ungleichmäßiger Kompression durch das äußere
Festklammern treten auf der Oberfläche und den inneren
Teilstücken des Isolators jedoch zahlreiche wellenähnliche
Deformationen auf.
-
Darüber hinaus ist die Dichteverteilung in Richtung des
Umfangs unregelmäßig oder uneben, wodurch sie ungleichmäßige
Wärmeisolationseigenschaft aufweist.
-
Das Dokument DE-A-3307090 bezieht sich auf ein Produkt, das
zur Wärmeisolation verwendet wird und das durch
Aufeinanderstapeln von Kohlenstoffaser-Filzschichten, durch Einbringen
einer thermoplastischen Harzfolie zwischen jeweils 2
Schichten und das Erhitzen des Stapels unter Druck zum
Carbonisieren des Harzes gewonnen wird. Dieser Isolator hat jedoch
keine guten Eigenschaften was die Massendichte, die
Wärmeisolation und die Oberflächenglätte betrifft.
-
Das Dokument US-A-4104783 bezieht sich auf eine um ein Gefäß
gerollte Wärmeisolation. Die Isolation wird durch Umwickeln
jeder Isolationsschicht mit einem fortlaufenden Drahtgeflecht
angeklemmt, und die Spannung wird durch Verwendung eines in
das Drahtgeflecht eingeflochtenen langen Stabes
aufrechterhalten. Derartige Wärmeisolation hat im wesentlichen jedoch
dieselben Nachteile wie jene aus den vorstehenden Dokumenten.
-
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen geformten
Wärmeisolator bereitzustellen, der eine hohe Massendichte
aufweist, und der in der Wärmeisolationseigenschaft und der
Oberflächenglätte ausgezeichnet ist.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist das Bereitstellen eines
geformten Wärmeisolators, der eine Massendichte hat, welche
in Richtung des Radius variabel ist, und welcher in der
Wärmeisolationseigenschaft ausgezeichnet ist.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist das Bereitstellen eines
Verfahrens zur Herstellung eines in den vorgenannten
Eigenschaften hervorragenden geformten Wärmeisolators mit hoher
Produktivität, ohne die Durchführung eines komplizierten
Verfahrens.
-
Gemäß der Erfindung wird eine geformter rohrförmiger
Wärmeisolator bereitgestellt, der durch die in Anspruch 1
definierten Merkmale gekennzeichnet ist.
-
Da das Kohlenstoffaser-Filzstück bei dem geformten
Wärmeisolator der Erfindung mit den carbonisierten Schichten der
Folie und/oder des Netzes mit vorherbestimmter Variation der
Zugkraft) spiralförmig zu einer Rohrform aufgerollt wird und
zwischen den Filzschichten Harz vorhanden ist, ist der
Wärmeisolator frei von Oberflächenunregelmäßigkeiten, die auf
das Festklammern des Laminats mit einem Metallband oder
ähnlichem zurückzuführen sind, und ist ausgezeichnet in der
Gleichmäßigkeit und ist aus Filzschichten zusammengesetzt,
die durch die carbonisierten Schichten der Folie und/oder des
Netzes und dem zwischen den Filzschichten anwesenden Harz
integral miteinander kombiniert sind, mit der
vorherbestimmten Variation der Massendichte in Richtung der Dicke des
Isolators.
-
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren
zur Herstellung eines geformten Wärmeisolators bereit,
umfassend die Stufen der Veranlassung von mindestens einem von
einem Filzstück und einer Folie und/oder einem Netz ein
carbonisierbares Harz zurückzuhalten, wobei das Filzstück
mindestens eine Art von Kohlenstoffasern und durch
Hochtemperaturbehandlung in Kohlenstoffasern umwandelbare Fasern umfaßt;
des Aufrollens des Filzstückes und der Folie und/oder des
Netzes auf einer rohrförmigen Aufrolltrommel zwecks Bildung
eines Laminats, während auf die Folie und/oder das Netz
Zugkraft ausgeübt wird, wobei diese Zugkraft kontinuierlich oder
stufenweise zwischen der Anfangs-Aufrollstufe und der End-
Aufrollstufe variiert wird, um die Massendichte des geformten
Isolators in Richtung der Dicke zu variieren; des Härtens des
Harzes im Laminat; und des Carbonisierens des Laminats in
einer inerten Atmosphäre oder in einem Vakuum.
-
Beispiele für Fasern, die bei der Erfindung geeignet sind,
und die durch Hochtemperaturbehandlung in Kohlenstoffasern
umwandelbar sind, umfassen Phenolharzfasern, für
Feuerbeständigkeit behandelte Rayonfasern, Polyacrylnitrilfasern, für
Unschmelzbarkeit behandelte Pechfasern, etc. Der hierin
verwendete
Begriff "Filzstück aus mindestens einer Art von
Kohlenstoffasern und durch Hochtemperaturbehandlung in
Kohlenstoffasern umwandelbare Fasern" wird zur Vereinfachung des
Ausdruckes nachstehend in der folgenden Beschreibung zu
"Filzstück aus Kohlenstoffasern" abgekürzt.
-
Gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Herstellung des
geformten Wärmeisolators wird das Filzstück aus Kohlenstoffasern
durch das dazwischengelagerte Harz auf die Folie und/oder das
Netz geklebt, und es kann ein in Übereinstimmung mit der Form
der Aufrolltrommel gebildetes einheitliches rohrförmiges
Laminat erzielt werden. Das Filzstück aus Kohlenstoffaser
wird während des Aufrollens wahrscheinlich nicht brechen, da
das Filzstück unter Ausübung einer Zugkraft auf die Folie
und/oder das Netz aufgerollt wird. Das Filzstück wird mittels
der auf die Folie und/oder das Netz einwirkenden
Zentripetalkraft als einer Komponente der Zugkraft zur gewünschten Dicke
gegen die Aufrolltrommel gedrückt. In diesem Fall wird durch
kontrolliertes Variieren der Zugkraft ein rohrförmiges
Laminat mit der gewünschten Massenkomprimierbarkeit in Richtung
der Dicke und somit der gewünschten Massendichteverteilung
erzielt. Das Laminat wird anschließend der
Carbonisierungsbehandlung unterzogen, was den gewünschten geformten
Wärmeisolator ergibt.
-
Wird auf das Filzstück aus Kohlenstoffasern und die Folie
und/oder das Netz Druck mit einer der Aufrolltrommel
entgegengesetzt angebrachten Druckwalze ausgeübt, können das Filz
stück und die Folie/und oder das Netz wegen der auf die Folie
und/oder das Netz einwirkenden Zugkraft ebenso wie des Drucks
in einheitlicher komprimiertem Zustand aufgerollt werden, mit
dem Resultat, daß ein geformter Wärmeisolator mit einem
höheren Grad der Gleichmäßigkeit und der gewünschten Massendichte
bereitgestellt wird.
-
Das zu carbonisierende Harz kann in das Filzstück aus
Kohlenstoffasern imprägniert werden oder kann vor dem Aufrollen auf
der Folie und/oder dem Netz abgelagert werden, oder kann
alternativ direkt während des Aufrollens aufgetragen werden.
Wird während des Aufrollens des Filzstückes aus
Kohlenstoffasern auf die Aufrolltrommel auf die Folie und/oder das
Netz starke Zugkraft ausgeübt, wird ein geformter
Wärmeisolator mit hoher Massendichte erzeugt, wogegen schwächere, auf
die Folie und/oder das Netz einwirkende Zugkraft einen
geformten Wärmeisolator mit geringer Massendichte ergibt.
-
Nachstehend werden die folgenden, hierin verwendeten Begriffe
definiert.
-
Der Begriff "Carbonisierung" bezieht sich auf eine
Hochtemperatur-Kalzinierungsbehandlung von Kohlenstoff-enthaltenden
Materialien wie Pech, Polyacrylnitril, Phenolharz, Rayon oder
ähnlichen Polymeren.
-
Der Begriff "Carbonisierte Schicht" soll eine durch
Carbonisierung des Kohlenstoff-enthaltenden Materials gebildete
Schicht kennzeichnen. Die carbonisierte Schicht ist eine,
deren innerlich und äußerlich anwesende Kohlenstoffasern
gebunden sind. Derartige Schichten müssen nicht in der Form
einer kontinuierlich flachen Platte oder einer Tafel
vorliegen und können diskontinuierlich verstreut wie punktuelle
Inseln anwesend sein.
-
Der geformte Wärmeisolator der vorliegenden Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der carbonisierten
Folie und/oder des Netzes und des Harzes zwischen den
Filzschichten die Menge an carbonisiertem Harz im Filzstück
übertrifft.
-
Gemäß der Nomenklatur in der Kohlenstoffaserindustrie können
sogar die Kohlenstoffasern, die auf etwa 2000ºC
hitzebehandelt wurden, und die eine Kristallstruktur wie die der
teilweise graphitierten Fasern aufweisen, manchmal graphitierte
Fasern genannt werden. Eine derartige Behandlung ist hierin
in das Carbonisierungskonzept eingeschlossen.
-
Die durch Hitzebehandlung herkömmlicher Kohlenstoffasern auf
etwa 2000ºC oder mehr gewonnenen Fasern werden hierin
ebenfalls als Kohlenstoffasern bezeichnet.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter
beschrieben, erforderlichenfalls mit Bezug auf die
Zeichnungen, in welchen:
-
Abb. 1 ein Diagramm darstellt, welches das Verhältnis
zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Temperatur der sich in
der Massendichte unterscheidenden geformten Wärmeisolatoren
zeigt;
-
Abb. 2 ein Schema darstellt, welches eine Aufrollvorrichtung
und den Aufrollvorgang im Ablauf schematisch aufzeigt;
-
Abb. 3 ein Schema darstellt, welches den auf andere Weise
durchgeführten Aufrollvorgang schematisch aufzeigt;
-
Abb. 4 eine perspektivische Ansicht darstellt, welche anhand
eines Beispiels einen auf einem Vakuumofen installierten
geformten rohrförmigen Wärmeisolator auf zeigt;
-
Abb. 5 ein Schema darstellt, welches einen durch ein
herkömmliches Verfahren hergestellten geformten rohrförmigen
Wärmeisolator im Querschnitt aufzeigt; und
-
Abb. 6 ein Schema darstellt, welches den durch das Verfahren
der Erfindung hergestellten geformten rohrförmigen
Wärmeisolator im Querschnitt aufzeigt.
-
Beispiele für geeignete Grundmaterialien für Filzstücke aus
Kohlenstoffasern, die den geformten Wärmeisolator bilden,
sind mannigfaltig und umfassen jene, welche aus
Polyacrylnitril,
Phenolharz, Rayon oder ähnlichen polymeren Fasern,
Pech, Flüssigkristallpech oder ähnlichem hergestellt wurden.
Das Grundmaterial kann eines sein, welches aus einem
kohlenstoffhaltigen Material, Graphitmaterial oder ähnlichem
hergestellt wurde und kann verschiedenen Typs sein, einschließlich
derer mit z.B. großer Festigkeit, großer Elastizität oder
ähnlichem oder derer vom Typ für allgemeine Zwecke.
Geeignete Grundmaterialien sind jene, welche einen brauchbaren
Faserdurchmesser von z.B. etwa 5 bis etwa 20 um aufweisen.
-
Die Dicke des Filzstückes aus Kohlenstoffasern als ein
Bestandteil bildendes Material für den geformten Wärmeisolator
wird nicht ausdrücklich vorgeschrieben und kann normalerweise
im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 mm liegen, obgleich sie
geeigneterweise entsprechend der Dicke des gewünschten
geformten Wärmeisolators und ähnlichem festsetzbar ist. Die
Anzahl an Filzschichten kann geeigneterweise entsprechend der
Größe des mit dem Wärmeisolator auszurüstenden Ofens und
ähnlichem, der gewünschten Wärmeisolationseigenschaft und
ähnlichem festgesetzt werden. Die Massendichte des
Filzstükkes aus Kohlenstoffasern, gemessen vor dem Aufrollen, beträgt
etwa 0,03 bis etwa 0,08 g/cm³, muß aber bis auf etwa 0,1 bis
etwa 0,4 g/cm³ erhöht werden, wenn der Wärmeisolator bei
einer Temperatur von etwa 1500 bis etwa 2500ºC verwendet
werden soll.
-
Die Folie und das Netz werden nicht ausdrücklich
vorgeschrieben, sofern sie Eigenschaften aufweisen, welche die Haftung
an das Filzstück aus Kohlenstoffasern nicht beeinträchtigen.
Geeignete Folien und Netze können jene sein, welche aus den
wie nachstehend als Beispiel erläuterten Polymeren
hergestellt wurden. Spezifischere Beispiele für Folien oder Netze
sind ein(e) Einzelfolie und/oder -netz oder ein(e)
Schichtfolie und/oder -netz, zusammengesetzt aus mindestens zwei aus
Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat oder
ähnlichen Polyestern, Polycarbonat, Polypropylen, Polystyrol,
Acrylharz, Polyurethan, Polyamid, Polyimid, Polysulfon,
Polyethersulfon, Polyphenylenoxid oder ähnlichen hergestellten
laminierten Folien oder Netzen. Die Folie kann derart sein,
daß sie ausreichend durchlässig ist, um die Remanenz des
Harzes zu erhöhen, z.B. eine poröse Folie, und kann eine
Folie mit geeigneter Dicke, z.B. 5 bis 500 um Dicke, sein.
Bei Gebrauch eines weitmaschigen Netzes muß das Harz in das
Filzstück aus Kohlenstoffasern imprägniert werden, wogegen
bei Gebrauch eines feinmaschigen Netztes das Harz, wie bei
der Folie, als Belag darauf zurückgehalten werden kann.
-
Zur Imprägnierung oder Beschichtung geeignete Harze können
irgendwelche carbonisierbare Harze sein, welche die Haftung
an das Filzstück aus Kohlenstoffasern nicht verringern.
Beispiele für geeignete Harze sind Phenolharz, Harnstoffharz,
Epoxyharz, Diallylphthalatharz, Polyurethan, ungesättigter
Polyester, Polystyrol, gesättigter Polyester,
Polyvinylacetat, Polyvinylacetal, Acrylharz, Polyamid und ähnliche
wärmeaushärtende Harze und wärmehärtbare Harze. Diese Harze sind
einzeln verwendbar oder mindestens zwei von ihnen können
gemischt verwendet werden. Unter den zur Imprägnierung oder
Beschichtung geeigneten Harzen werden wärmeaushärtende Harze,
insbesondere Phenolharz bevorzugt.
-
Das Filzstück aus Kohlenstoffasern ist integral mit den
zwischen die Filzschichten gelagerten carbonisierten
Harzschichten laminiert. Die carbonisierten Harzschichten können über
das Filzstück verteilt sein oder sich in Nähe der Grenzfläche
zwischen den laminierten Filzschichten befinden. Der geformte
Wärmeisolator, der die carbonisierten Harzschichten ganz
durch das Filzstück verteilt hat, weist erhöhte
Gleichmäßigkeit, Formbeständigkeit und mechanische Festigkeit auf.
-
Obgleich die Massendichte des geformten Wärmeisolators
innerhalb des Bereiches, welcher die Wärmeisolationseigenschaft
und die Formbeständigkeit nicht beeinträchtigt, nicht
ausdrücklich vorgeschrieben wird, liegt sie bei etwa 0,08 bis
etwa 0,5 g/cm³, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 0,3 g/cm³, noch
bevorzugter etwa 0,1 bis etwa 0,2 g/cm³. Hat der geformte
Wärmeisolator eine Massendichte von weniger als 0,08 g/cm³,
hat dies herabgesetzte Wärmeisolationsfähigkeit zur Folge.
Eine Massendichte von mehr als 0,5 g/cm³ erhöht die
Wärmekapazität und setzt die Wärmeisolationsfähigkeit herab. Obwohl
die Dicke des geformten Wärmeisolators geeigneterweise
entsprechend der gewünschten Wärmeisolationseigenschaft und
ähnlichem bestimmbar ist, liegt sie zur Gewährleistung der
Wirkung der Wärmeisolierung bei Hochtemperaturbehandlung im
Bereich von etwa 20 bis etwa 200 mm. Eine geeignete Form des
geformten Wärmeisolators ist eine aus einem aufgerollten
Laminat zusammengesetzte Rohrform und eine Hohlellipsenform
im Querschnitt. Unter verschiedenen Formen werden Zylinder
mit einem Hohlkreis im Querschnitt bevorzugt.
-
Die Massendichte des geformten Wärmeisolators wird
kontinuierlich oder schrittweise vom Inneren gegen das Äußere des
Materials hin reduziert. Das Verhältnis zwischen der
Massendichte und der Wärmeisolationseigenschaft des geformten
Wärmeisolators ist derart, daß sich bei hohen Temperaturen die
Wärmeisolationseigenschaft im allgemeinen mit wachsender
Massendichte verstärkt. Abb. 1 zeigt das Verhältnis zwischen
der Wärmeleitfähigkeit und der Temperatur der sich in der
Massendichte voneinander unterscheidenden geformten
Wärmeisolatoren der Erfindung, gemessen in einer
Stickstoffatmosphäre. Wie aus Abb. 1 ersichtlich, nimmt mit wachsender
Massendichte von 0,1 g/cm³ bis 0,2 g/cm³ die Wärmeleitfähigkeit
insbesondere im Hochtemperaturbereich ab. Dies bedeutet, daß,
wenn die Massendichte des geformten Wärmeisolators
kontinuierlich oder schrittweise in Richtung der Dicke geändert
wird, dem geformten Wärmeisolator als ganzem eine größere
Wärmeisolationseigenschaft zuteil wird. Die Massendichte und
die Massendichteverteilung des geformten Wärmeisolators
können geeigneterweise entsprechend der Temperatur der
Wärmebehandlung
und der gewünschten Isolationseigenschaft aus dem
vorgenannten Bereich ausgewählt werden.
-
Unter den geformten Wärmeisolatoren der Erfindung ist eine
bevorzugte Ausführungsform wie folgt:
-
ein geformter Wärmeisolator, umfassend ein Filzstück aus
Kohlenstoffasern, das derart in ein Laminat in Form eines
Hohlzylinders gerollt ist, daß die laminierten Filzschichten
carbonisierte Schichten einer Folie und/oder eines Netzes,
vorzugsweise einer Polyesterfolie und/oder -netzes und
carbonisierte Schichten eines wärmeaushärtenden Harzes,
vorzugsweise eines wärmeaushärtenden Phenolharzes dazwischengelagert
haben, wobei die Massendichte des Laminats im Bereich von 0,1
bis 0,5 g/cm³ liegt, wobei dessen innen gemessene
Massendichte höher ist als die außen gemessene.
-
Das Verfahren zur Herstellung des geformten Wärmeisolators
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail
beschrieben.
-
Das Verfahren zur Herstellung des geformten Wärmeisolators
der Erfindung umfaßt die Aufrollstufe des Aufrollens eines
Filzstückes aus Kohlenstoffasern und einer Folie und/oder
eines Netzes auf eine rohrförmige Aufrolltrommel zur Bildung
eines Laminats und die Carbonisierungsstufe des Härtens und
Carbonisierens der Folie und/oder Netzes und des Harzes im
Laminat.
-
Von dem in der Aufrollstufe zu verwendenden Filzstück aus
Kohlenstoffasern und der Folie und/oder dem Netz hält
mindestens eines ein carbonisierbares Harz zurück, um das
Filzstück an die Folie und/oder das Netz zu kleben. Das Harz wird
in mindestens einem von dem im Laminat in Kontakt miteinander
gelagerten Filzstück und der Folie und/oder dem Netz
zurückgehalten. Als Filzstück aus Kohlenstoffasern brauchbar sind
jene, welche in ihren vorderen und/oder hinteren
Schichtteilen mit einem Harz beschichtet und imprägniert sind und
jene, welche das Harz einimprägniert und im gesamten
Filzstück zurückgehalten haben. Geeignete Folien umfassen jene,
welche auf mindestens einer von der Vorder- und Rückseite ein
Harz abgelagert und zurückgehalten haben. Das Netz kann eines
sein, welches mit dem Harz beschichtet ist. Um den
Aufrollvorgang wirkungsvoll zu vollziehen und um die Massendichte
des Laminats ensprechend der Art des Filzstückes
einzustellen, wird bevorzugt, ein an seiner Vorder- und Rückseite mit
einem Harz imprägniertes Filzstück aus Kohlenstoffasern und
ein(e) auf ihrer (seiner) Vorder- und Rückseite mit einem
Harz beschichtete(s) Folie und/oder Netz zu verwenden.
-
Obgleich die bei der Erfindung geeigneten Filzstücke aus
Kohlenstoffasern, Folien, Netze und Harze so sind wie oben
als Beispiel aufgeführt, wird das Harz vorzugsweise in der
Form einer Lösung verwendet. Das Lösungsmittel zur Verwendung
bei der Herstellung einer Harzlösung wird geeigneterweise
entsprechend der Art des Harzes und ähnlichem ausgewählt, zum
Beispiel aus Methanol, Ethanol, Isopropanol und ähnlichen
Alkoholen; Hexan, Octan und ähnlichen aliphatischen
Kohlenwasserstoffen; Cyclohexan und ähnlichen alicyclischen
Kohlenwasserstoffen; Benzol, Toluol, Xylol und ähnlichen
aromatischen Kohlenwasserstoffen; Aceton, Methylethylketon, Dioxan
und ähnlichen Ketonen; Dimethylether, Diethylether,
Tetrahydrofuran, Ethylenglycoldimethylether und ähnlichen Ethern;
Ethylacetat und ähnlichen Estern; etc. Die Harzlösung hat
eine geeignete Viskosität innerhalb jenes Bereiches, welcher
weder die Imprägnierbarkeit noch die Anwendbarkeit der Lösung
beeinträchtigt, normalerweise eine Harzkonzentration von etwa
10 bis etwa 80 Gewichtsprozent.
-
Über die Menge des Harzes zur Imprägnierung in das Filzstück
aus Kohlenstoffasern und die Menge des Harzes zur
Beschichtung der Folie und/oder des Netzes gibt es keine
ausdrückliche Vorschrift. Die Imprägnierungsmenge der Harzlösung im
Filzstück beträgt vorzugsweise etwa 20 bis etwa 160
Gewichtsanteile auf 100 Gewichtsanteile des Filzstückes. Eine Menge
von weniger als 20 Gewichtsanteilen verringert die Haftung
des Harzes an das Filzstück, wogegen eine Menge von mehr als
160 Gewichtsanteilen die Elastizität des geformten
Wärmeisolators eliminiert. Die Menge des flüssigen Harzes zum
Beschichten der Folie und/oder des Netzes beträgt normalerweise
etwa 50 bis etwa 300 g/m². Die in mindestens einem von dem
Filzstück und der Folie und/oder dem Netz zurückgehaltene
Harzlösung kann zum Entfernen des Lösungsmittels vor dem
Aufrollen getrocknet werden.
-
Um das Filzstück ohne Einwirkung von Zug zu komprimieren, und
um ein Laminat mit der gewünschten Massendichte und der
gewünschten Massendichteverteilung zu bilden, wird die Folie
und/oder das Netz unter Zug aufgerollt, wobei das Filzstück
zwischen die Folien- und/oder Netzschichten gelagert ist. Da
während des Aufrollens auf diese Weise eine Komponente der
auf die Folie und/oder das Netz auszuübenden Zugkraft
veranlaßt wird, auf das Filzstück vertikal dazu einzuwirken,
kann das Filzstück komprimiert aufgerollt werden. Wird die
Zugkraft kontinuierlich oder schrittweise unter Kontrolle
variiert, erhält man ein Laminat mit Massenkomprimierbarkeit
und somit einer Massendichte, die sich, abhängig von der
Variation der Zugkraft, kontinuierlich oder schrittweise in
Richtung der Dicke ändert. Wird bei der Anfangs-Aufrollstufe
zum Beispiel eine gößere Zugkraft auf die Folie und/oder das
Netz ausgeübt und wird danach eine verringerte Zugkraft
ausgeübt, hat das erzielte Laminat eine Massendichte, die im
seinem Inneren höher und in seinem Äußeren geringer ist. Mit
anderen Worten, die Massendichteverteilung des Laminats ist
durch Steuerung der auf die Folie und/oder das Netz
auszuübenden Zugkraft frei einstellbar. Darüber hinaus ergibt das
Verfahren der Erfindung durch eine von herkömmlichen
Techniken verschiedene, gleichzeitige Durchführung des
Aufrollvorgangs ein Laminat von hervorragender Ebenmäßigkeit. Durch
Verwendung einer rohrförmigen Aufrolltrommel wie einer
Spindel wird ein Laminat mit einem Hohlkreis im Querschnitt
hergestellt. Kurz gesagt kann durch das einfache Verfahren der
Steuerung der während des Aufrollens auszuübenden Zugkraft
ein Laminat von ausgezeichneter Gleichmäßigkeit mit der
gewünschten Massendichte oder Massendichteverteilung effizient
hergestellt werden.
-
Die auf die Folie und/oder das Netz einzuwirkende Zugkraft
und die Aufrollgeschwindigkeit können entsprechend der
gewünschten Massendichte und Massendichteverteilung,
Folienund/oder Netzfestigkeit, Produktivität des gewünschten
Laminats etc. geeigneterweise festgesetzt werden.
-
Obgleich der Aufrollvorgang mit einer auf die Folie und/oder
das Netz einwirkenden Zugkraft durchgeführt wird, wird
bevorzugt, das Aufrollen mit einer über der Aufrolltrommel
angebrachten Druckwalze vorzunehmen, um das Filzstück und den
Film und/oder das Netz zu drücken. Aufgrund der Funktion der
Druckwalze kann der Druck gleichmäßig über das Filzstück und
die Folie und/oder das Netz ausgeübt werden, um sie
zusammenzudrücken, mit dem Ergebnis, daß das gewonnene Laminat die
Bindung der Filzschichten mit dem Harz an den Film und/oder
das Netz und eine bemerkenswerte Gleichmäßigkeit
gewährleistet, und daß die Massendichte des Filzstückes wegen der auf
die Folie und/oder das Netz einwirkenden Zugkraft, ebenso wie
wegen des derartigen Drucks, mit größerer Präzision
kontrolliert werden kann, und daß das gewonnene Laminat die
gewünschte Massendichte oder Massendichteverteilung erhält.
-
Genauer gesagt, wird ein Harz-imprägniertes Filzstück
zusammen mit einer Folie und/oder einem Netz aufgerollt, kann das
Filzstück durch eine Druckwalze unter dem gewünschten Druck
gleichmäßig gedrückt und zusammengedrückt werden, wodurch die
Bindung des Filzstückes mit dem Harz an die Folie und/oder
das Netz gewährleistet wird, wodurch ein Laminat mit noch
weiter verbesserter Gleichmäßigkeit gewonnen wird.
-
Der durch die Druckwalze auszuübende Druck kann entsprechend
dem Maß der Gleichmäßigkeit des gewünschten Laminats
geeigneterweise festgelegt werden und liegt normalerweise im Bereich
von etwa 5 bis etwa 50 kg/cm².
-
Ein Laminat mit der gewünschten Massendichte kann ebenfalls
hergestellt werden, wenn eine Folie und/oder ein Netz und ein
Filzstück auf die gleiche Weise aufgerollt werden wie
vorstehend aufgeführt, derart, daß die (das) sowohl an der
Vorder- als auch der Rückseite ein Harz zurückhaltende Folie
und/oder Netz, ohne Imprägnierung von Harz in das Filzstück,
zwischen die angrenzenden Filzschichten oder nur zwischen
eine geeignete Anzahl von Filzschichten gelagert wird. Werden
insbesondere eine Folie und/oder ein Netz und ein Filzstück
derart aufgerollt, daß die (das) ein Harz zurückhaltende
Folie und/oder Netz zum Beispiel zwischen die zwei nicht mit
Harz imprägnierten Filzstücke eingebracht wird, gewährleistet
das lediglich durch Eintauchen oder ähnliche
Beschichtungsarten auf der Folie und/oder dem Netz abgelagerte Harz die
Bindung der Filzschichten an die Folie und/oder das Netz. Da
das Harz in diesem Fall nicht in das Filzstück imprägniert
werden muß, kann das Herstellungverfahren vereinfacht werden.
Darüber hinaus kann dieses Verfahren die Menge des in der
Folie und/oder dem Netz zurückzuhaltenden Harzes reduzieren,
wodurch die Menge des in der Carbonisierungsstufe
carbonisierten Pulvers des Harzes erheblich verringert wird.
-
Nachstehend wird der vorgenannte Aufrollvorgang unter Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen mehr im Detail beschrieben.
-
Abb. 2 ist ein Diagramm, das eine Aufrollvorrichtung und den
Aufrollvorgang im Ablauf schematisch auf zeigt. Bei dieser
Ausführungsform wird eine Folie verwendet. Die
Aufrollvorrichtung umfaßt ein Gehäuse (wird nicht gezeigt) zur
Unterbringung eines Filzstückes 1 aus Kohlenstoffasern oder
ähnlichem und eine Folientransportrolle 3, mit einer
Zug-Steuerungsvorrichtung
(wird nicht gezeigt) zur Steuerung des auf
die Folie 2 aufgrund des Aufrollens von Folie 2 und der
Reibung und ähnlichen ausgeübten Zugs. Die Aufrollvorrichtung 6
umfaßt an ihren Enden, der Folientransportrolle
entgegengesetzt, eine durch eine Antriebsquelle wie einen Motor (wird
nicht gezeigt) drehbare Aufrolltrommel 4 und eine in einem
vorher festgelegten Abstand über der Aufrolltrommel 4
angebrachte Druckwalze 5. Das bei dieser Ausführungsform
verwendete Filzstück ist eines, welches das Harz durch Auftragen
und Trocknen einer Harzlösung in sich imprägniert hat.
-
Zur Herstellung eines rohrförmigen Laminats unter Verwendung
der Aufrollvorrichtung 6 des vorgenannten Aufbaus werden das
Filzstück 1 und die Folie 2 vor dem Aufrollen an ihren Enden
an der Aufrolltrommel 4 befestigt, und werden auf die
Aufrolltrommel 4 gerollt, indem das Filzstück 1 unter einer
bestimmten, auf die Folie 2 durch die Zugsteuerungsmittel
ausgeübten Zugkraft unter gleichzeitigem Druck durch die
Druckwalze 5 transportiert wird.
-
Die Aufrollvorrichtung kann über einen Behälter (wird nicht
gezeigt) verfügen, der die Harzlösung zum Imprägnieren des
Filzstückes 1 enthält. Bei der Ausführungsform kann zwischen
dem Gehäuse und der Aufrolltrommel 4 ein Paar Preßrollen
(werden nicht gezeigt) zum Pressen des
Harzlösungsüberschusses aus dem Filzstück 1 vorgesehen sein, und zwischen die
Preßrollen und die Aufrolltrommel 4 kann eine
Führungsvorrichtung angebracht sein, die eine Vielzahl von Walzen zur
Führung des Filzstückes 1 umfaßt, um das aus dem Gehäuse
transportierte Filzstück, unter Schutz gegen das Zerbrechen
des Filzstückes, leichtgängig zu führen. Alternativ kann die
Harzlösung durch Eintauchen, Walzbeschichtung und ähnliche
Beschichtungsmittel auf die Folie 2 aufgetragen werden, und
die damit beschichtete Folie 2 kann danach zusammen mit dem
Filzstück 1 aufgerollt werden.
-
Wird eine Harz-beschichtete Folie oder eine nicht
Harz-beschichtete Folie und ein Harz-imprägniertes Filzstück
verwendet, werden die Folie und das Filzstück unter dem durch
die Druckwalze 5 ausgeübten Druck auf die Aufrolltrommel 4
gerollt, während die Harz-beschichtete Folie 2, wie in Abb.
3 gezeigt, zwischen eine Vielzahl von Filzstücken 1a, 1b
gepreßt wird.
-
Ein Trockner zum Trocknen eines mit Harzlösung imprägnierten
Filzstückes und einer(s) mit Harzlösung beschichteten Folie
und/oder Netzes kann in Nähe des Durchgangs für den Transport
des Filzstückes und in der Nachbarschaft des Durchgangs für
den Transport der Folie und/oder des Netzes bereitgestellt
werden. Das durch das vollendete Aufrollen gewonnene Laminat
wird gehärtet und der Carbonisierungsbehandlung durch ein
herkömmliches Verfahren unterzogen, wobei die (das)
carbonisierbare Folie und/oder Netz carbonisiert werden.
-
Bei der Carbonisierungsstufe werden die Filzschichten mit
Hilfe der carbonisierten Schichten der Folie und/oder des
Netzes und des zwischen die Filzschichten gelagerten Harzes
integral miteinander verbunden, was infolgedessen einen
geformten Wärmeisolator mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und
der gewünschten Massendichte und Massendichteverteilung
ergibt.
-
Die Carbonisierungsstufe wird bei einer geeigneten
Temperatur, z.B. 1500 bis 3000ºC, in einer Atmosphäre von
Stickstoff oder eines ähnlichen inerten Gases oder in einem Vakuum
durchgeführt.
-
Bei der Aufrollstufe können das mit Harzlösung imprägnierte
Filzstück und die (das) mit Harzlösung beschichtete Folie
und/oder Netz vor oder nach dem Trocknen der Harzlösung
verwendet werden. Bei der Aufrollstufe können das Filzstück und
die Folie und/oder das Netz gleich von Anfang an mit dem
zwischen die Folie und/oder das Netz und die Aufrolltrommel
gelegten Filzstück aufgerollt werden. Alternativ können am
Anfang nur die Folie und/oder das Netz durch eine
angemessene Anzahl von Umdrehungen auf die Aufrolltrommel gerollt
werden, und danach können das Filzstück und die Folie
und/oder das Netz auf die oben angeführte Weise aufgerollt
werden.
-
Zur Bildung eines Laminats mit der entsprechenden gewünschten
Querschnittsform können Aufrolltrommeln mit verschiedenen
Querschnittsformen ausgewählt werden. Werden das Filzstück
und die Folie und/oder das Netz auf eine Aufrolltrommel mit
kreisförmiger Querschnittsform aufgerollt, wie in den
Zeichnungen gezeigt, kann ein Laminat mit einem Hohlkreis im
Querschnitt erzielt werden.
-
Der in Abb. 5 gezeigte geformte Wärmeisolator ist einer, der
auf die herkömmliche Weise hergestellt wurde, bei welcher ein
Filzstück aus Kohlenstoffasern hergestellt wird, ein Harz in
das Filzstück imprägniert wird, das Filzstück um eine
Aufrolltrommel zu einem spiralförmig gerollten Laminat
aufgerollt wird, das Laminat mit einem Band umschlossen wird, um
die Oberfläche des Außenumfangs zu bedecken und das Harz
gehärtet und carbonisiert wird. Da die Festigkeit des
Filzstückes so gering ist und das Filzstück während des
Aufrollens keiner großen Zugkraft ausgesetzt werden kann, wird das
auf diese Weise erzielte Laminat zur Erhöhung der
Massendichte außen in gepreßtem Zustand mit einem Metallband
umschlossen. Das durch nachfolgendes Carbonisieren des Harzes
erzielte Produkt weist zahlreiche wellenförmige Deformationen der
Spiral-Aufrollform auf, welche im Endprodukt zurückbleiben.
-
Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Verfahren der Erfindung der
Aufrollvorgang zwecks Kompression unter Ausübung einer
Zugkraft auf die Wicklung durchgeführt, wodurch der
resultierende geformte Wärmeisolator, wie in Abb. 6 gezeigt, frei von
wellenförmigen Deformationen zwischen den Schichten ist und
aufgrund der gleichmäßigen Massendichte in Richtung des
Umfangs ein gutes Erscheinungsbild und eine ausgezeichnete
Wärmeisolations-Eigenschaft aufweist.
-
Bei der End-Aufrollstufe können nur die Folie und/oder das
Netz durch eine angemessene Anzahl von Umdrehungen um das an
der äußersten Oberfläche des Laminats positionierte Filzstück
gerollt werden. In diesem Fall wird auf der inneren
Oberfläche der Folie und/oder des Netzes ein Harz bereitgestellt,
das vor dem Aufrollen mit den Filzstück in Kontakt gebracht
werden soll, oder alternativ dazu kann ein Ende der Folie
und/oder des Netzes nach dem Aufrollen angeklebt werden, um
das Auflösen des Laminats zu verhindern. Als Aufrolltrommel
geeignet sind jene, die aus carbonisierbarem Material wie
Kunststoffen hergestellt sind. Eine derartige Aufrolltrommel
kann wie sie ist, ohne Entfernung des Laminats davon, der
Carbonisierung unterzogen werden, und die resultierenden
carbonisierten Kunststoffe können zuletzt eliminiert werden.
Zur Entnahme eines rohrförmigen Laminats aus der
Auftrolltrommel kann das rohrförmige Laminat aus der Auftrolltrommel
herausgenommen werden, oder das rohrförmige Laminat kann der
Länge nach aufgeschnitten werden, und die Folie und/oder das
Netz können durch eine angemessene Anzahl von Umdrehungen
aufgerollt werden. Im Falle des Aufschneidens in
Längsrichtung können die Enden des Laminats nach vollendetem Aufrollen
erforderlichenfalls mit einem Metallband oder ähnlichem
miteinander verbunden werden.
-
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung des geformten
Wärmeisolators der vorliegenden Erfindung umfassen:
-
ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolators,
umfassend die Stufen der Veranlassung von mindestens einem
von einem Filzstück aus Kohlenstoffasern und einer Folie
und/oder einem Netz, vorzugsweise einer(m) Polyesterfolie
und/oder -netz, ein carbonisierbares wärmeaushärtendes Harz,
vorzugsweise ein wärmeaushärtendes Phenolharz zurückzuhalten;
des Aufrollens des Filzstückes und der Folie und/oder des
Netzes auf einer rohrförmigen Aufrolltrommel zwecks Bildung
eines Laminats; und der Carbonisierung der Folie und/oder des
Netzes und des Harzes im Laminat, wobei auf die Folie
und/oder das Netz eine Zugkraft, in der Anfangs-Aufrollstufe
vorzugsweise eine große Zugkraft, kontrollierbar ausgeübt
wird, während die Folie und/oder das Netz mit den
dazwischengelagerten Filzstückschichten unter dem Druck, der mit einer
Druckwalze auf die Wicklung ausgeübt wird, aufgerollt wird.
-
Der geformte Wärmeisolator der vorliegenden Erfindung ist
hervorragend bezüglich Gleichmäßigkeit, Maßgenauigkeit, bei
seinem Einbau resultierender Arbeitseffizienz,
Wärmeisolationseigenschaft und ähnlichem und ist daher sehr geeignet
als Wärmeisolator zum Beispiel zur Verwendung beim Sintern
von Keramik oder Kalzinieren spezieller kohlenstoffhaltiger
Materialien bei hohen Temperaturen.
-
Abb. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die als Beispiel den
geformten rohrförmigen Wärmeisolator der Erfindung auf einem
Vakuumofen installiert im Querschnitt zeigt. Ein Vakuumofen
10 umfaßt einen Hohlraum 12 zur Unterbringung von z.B. einem
bei hohen Temperaturen hitzezubehandelndem Sintermaterial 11,
eine um den Hohlraum 12 angeordnete rohrförmige
Heizvorrichtung 13 zum Erhitzen des Sintermaterials 11, einen geformten
rohrförmigen Wärmeisolator 14 um die Heizvorrichtung 13 herum
zur Wärmeisolierung und Wärmekonservierung, einen aus Stahl
hergestellten Kühlmantel, der an dem Wärmeisolator 14 durch
in einem bestimmten Intervall voneinander entfernt in
Richtung des Umfangs angeordnete Abstandhalter befestigt ist. Die
Heizvorrichtung 13 umfaßt Graphitröhren 13a und elektrische,
in das Graphitrohr 13a eingeschlossene Heizkörper 13b aus
Graphit. Bei dieser Ausführungsform hat der geformte
rohrförmige Wärmeisolator 14 eine Dicke von etwa 50 bis etwa 100
mm und einen Außendurchmesser von etwa 300 bis etwa 1500 mm.
Der Vakuumofen 10 wird bei einer Temperatur von etwa 2000ºC
oder mehr und einem Vakuumgrad von etwa 10&supmin;¹ Torr betrieben.
-
Der Ofen hat aufgrund des um die Heizvorrichtung 13 herum
angebrachten geformten rohrförmigen Wärmeisolators
hervorragende Wärmeisolationsfähigkeit, so daß die an den
Kühlmantel 16 zu liefernde Menge an Wasser oder ähnlichem Kühlmedium
reduziert werden kann.
-
Der geformte Wärmeisolator muß auf einem damit zu versehenden
Artikel nicht in der Rohrform eingebaut werden wie sie ist
und kann vor der Verwendung entsprechend der Gestalt des
Artikels zurechtgeschnitten werden. Das Isolationsmaterial
kann im Falle der Installation auf einem Artikel mit
vergrößerter Länge wie einer Rohrleitung vor der Montage in
Längsrichtung geschnitten werden.
Beispiele
-
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die
folgenden Beispiele detaillierter beschrieben.
Beispiel 1 (zum Vergleich)
-
Ein Kohlenstoffaser-Filzstück mit einer Massendichte von 0,05
g/cm³, einem Gewicht (METSUKE) von 500 g/cm², einem
Faserdurchmesser von 13 um, einer Dicke von 100 mm und einer
Breite von 30 mm wurde mit 60 Gewichtsanteilen einer
Phenolharzlösung vom Resol-Typ (Gun-ei Chemical Industry Co., Ltd.) auf
100 Gewichtsanteile des Kohlenstoffaser-Filzstückes
imprägniert, wobei die Lösung 70 Gew.-% an Feststoffgehalt und 30
Gew.-% Methylethylketon umfaßte. Das Filzstück wurde zur
Entfernung des Methylethylketons 1 Stunde lang bei 80ºC
getrocknet.
-
Auf eine Spindel mit einem Durchmesser von 300 mm wurde eine
Polyesterfolie (Handelsname LUMIRROR, ein Produkt der Toray
Industries Inc.) mit einer Dicke von 40 um und einer Breite
von 400 mm montiert. Das mit Harz imprägnierte
Kohlenstoffaser-Filzstück
wurde zwischen die Folie und die Spindel
eingeführt, wobei mit einer Druckwalze ein Druck von 15 kg/cm²
ausgeübt wurde.
-
Während die Folie der durch eine Folientransportrolle
herbeigeführten Reibung und einer Zugkraft ausgesetzt war, wurden
das Kohlenstoffaser-Filzstück und die Folie durch Drehen der
Spindel aufgerollt, bis ein Laminat von etwa 50 mm Dicke
gebildet war. Danach wurde die Folie allein zweifach um die
äußere Oberfläche des Laminats gerollt, und ein Ende davon
wurde am Laminat festgeklebt.
-
Das Harz des gewonnenen Laminats wurde 3 Stunden lang bei
einer Temperatur von 180ºC gehärtet, und das gehärtete Harz
wurde in einer inerten Atmosphäre 1 Stunde lang bei einer
Temperatur von 800ºC carbonisiert. Der resultierende
Kohlenstoff wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 2000ºC
weiter wärmebehandelt, wodurch ein geformter Wärmeisolator
hergestellt wurde.
-
Die Massendichte des erzielten geformten Wärmeisolators
betrug, wie gemessen, etwa 0,15 g/cm³. Die Wärmeleitfähigkeit
des geformten Wärmeisolators betrug, wie gemessen, bei 2000ºC
1,1 Kcal/m h ºC. Die Oberflächenglätte des geformten
Wärmeisolators wurde visuell bewertet und als im wesentlichen ohne
Oberflächenunregelmäßigkeiten, daher in der Gleichmäßigkeit
als ausgezeichnet festgestellt. Auch zwischen den
Spiralschichten des Laminats wurde keine Unebenheit bemerkt. Das
Laminat verfügte über ordnungsgemäß angeordnete
Spiralschichten mit einem sich vom Zentrum der Wicklung kontinuierlich
vergrößernden Radius.
Beispiel 2 (Erfindung)
-
Ein Kohlenstoffaser-Filzstück und eine Folie wurden unter
Ausübung von Zugkraft auf die Folie aufgerollt, bis ein
Laminat
von etwa 25 mm Dicke gebildet war. Auf die gleiche Weise
wie in Beispiel 1 wurde ein geformter Wärmeisolator
hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Kohlenstoffaser-Filzstück
und die Folie unter Ausübung geringerer Spannung auf die
Folie weiter aufgerollt wurden, bis ein Laminat von etwa 50
mm Dicke erzielt war.
-
Der erzielte geformte Wärmeisolator wurde in einen inneren
und einen äußeren Teil aufgeteilt, um die Massendichte eines
jeden Teils auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 zu
messen. Die innere Massendichte betrug etwa 0,2 g/cm³ und die
äußere Massendichte etwa 0,1 g/cm³. Es wurde festgestellt,
daß sich die Massendichte diskontinuierlich geändert hatte.
Der geformte Wärmeisolator wies im wesentlichen keine
Oberflächenunregelmäßigkeit auf, war also hervorragend in der
Gleichmäßigkeit.
Beispiel 3 (zum Vergleich)
-
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde ein geformter
Wärmeisolator hergestellt, mit der Ausnahme, daß der Druck
durch die Druckwalze nicht angewendet wurde und auf die Folie
erhöhte Spannung ausgeübt wurde.
-
Die Massendichte des erzielten geformten Wärmeisolators wurde
auf die gleiche Weise gemessen wie in Beispiel 1 und betrug
etwa 0,15 g/cm³. Der geformte Wärmeisolator wies im
wesentlichen keine Oberflächenunregelmäßigkeit auf, war also
hervorragend in der Gleichmäßigkeit.
Beispiel 4 (zum Vergleich)
-
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde ein geformter
Wärmeisolator hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein
Kohlenstoffaser-Filzstück von dem in Beispiel 1 verwendeten Typ,
das jedoch nicht mit Harz imprägniert war, und eine mit 150
g/cm² der Harzlösung beschichtete Folie verwendet wurden. Die
Massendichte des erzielten geformten Wärmeisolators wurde auf
die gleiche Weise gemessen wie in Beispiel 1 und betrug etwa
50,1 g/cm³. Der geformte Wärmeisolator wies im wesentlichen
keine Oberflächenunregelmäßigkeit auf, war also hervorragend
in der Gleichmäßigkeit.
-
Die gemäß der Erfindung gewonnenen geformten Wärmeisolatoren
wiesen eine Biegefestigkeit von 0,3 bis 0,36 MPa, einen
Längsschrumpffaktor von etwa 0,5% und einen
Querschrumpffaktor von etwa 0,5% auf. Die Ergebnisse machen deutlich, daß,
trotz der zwischen den Kohlenstoffaser-Filzschichten
anwesenden carbonisierten Schichten der Folie, zwischen den
geformten Wärmeisolatoren im Hinblick auf die Biegefestigkeit
und den Schrumpffaktor kein erheblicher Unterschied bestand.