JP2004195702A - カーボンシート製ハニカム構造体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性と導電性とを有し、軽量でしかも静電気を発生しない難燃性のハニカム構造体を提供する。
【解決手段】カーボングラファイトシート１０の両面にそれぞれ高分子フィルム１１を接合して接着剤１２によってほぼ等間隔で間欠的に接合し、積層方向に引張って６角形のハニカムを形成することによって、ハニカム構造体を形成する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカーボンシート製ハニカム構造体とその製造方法に係り、とくにカーボンシートを用いて製作されるカーボンシート製ハニカム構造体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば軽量のパネルの芯材として、ハニカム構造体が用いられる。ハニカム構造体は例えば紙によって作られ、紙を折曲げて糊付けし、内部に６角形の空間を形成して製作される。別のハニカム構造体は例えば合成樹脂の成形体から製造される。すなわち押出し成形等の方法によって溶融樹脂を押出してハニカム構造体を成形する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
紙製のハニカム構造体は可燃性を有する欠点がある。また合成樹脂製のハニカム構造体は帯電し易く、制電性に欠ける欠点がある。また合成樹脂製のハニカム構造体は、とくにその肉厚を大きくすると重量が増加する欠点がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、耐熱性を有し、軽量で、しかも制電性を有するハニカム構造体とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、
所定の幅のカーボンシートを隣接する両側のカーボンシートとほぼ等間隔で間欠的に接合し、接合部において２層となる６角形の空間を形成したカーボンシート製ハニカム構造体に関するものである。
【０００６】
ここで前記カーボンシートの両面に高分子フィルムが接合されるとともに、該高分子フィルムの外表面において隣接するカーボンシートとほぼ等間隔で間欠的に接合されるようにすることが好適である。また前記高分子フィルムが耐熱性ポリマであることが好ましい。
【０００７】
製造方法に関する主要な発明は、
複数枚のカーボンシートを互いに積層するとともに、ほぼ等間隔で間欠的にずらして接合し、接合部の終端において前記カーボンシートが屈曲するように積層された前記カーボンシートを積層方向にジグザグに離間させることにより６角形のハニカムを形成することを特徴とするカーボンシート製ハニカム構造体の製造方法に関するものである。
【０００８】
ここで前記カーボンシートの両面にそれぞれ高分子フィルムが予め接合されることが好ましい。また６角形のハニカムが開口する部分を塞ぐようにシートまたはパネルを接合することが好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、および無定形炭素の形態で安定に存在する。この内とくにグラファイトは黒色不透明であって六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の導体である。
【００１０】
このようなグラファイトは天然に存在する。そしてこのような天然のグラファイトを圧延することによってグラファイトシートが得られる。またアクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のカーボンが得られる。シート状のカーボンは柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手材となじみがよいために、ガスケットやパッキンの原料として広く利用されている。
【００１１】
本実施の形態においてはこのようなカーボングラファイトシート１０を用い、図４〜図７に示すようなハニカム構造体２０を製作する。ここで図１に示すように、ハニカム構造体２０を作製するカーボングラファイトシート１０は、その両面に高分子フィルム１１が接合され、このような高分子フィルム１１を介して図２に示すようにほぼ等間隔で間欠的に接着剤１２によって接合しながら重合わせ、これを図４に示すように積層方向に変形させることによってハニカム構造体を作製する。
【００１２】
上記カーボングラファイトシート１０の両面に接合される高分子フィルム１１としては、例えば液晶ポリマが好適である。液晶ポリマには、溶液中で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマと、溶融状態で液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマがある。構造的にはパラフェニレンがつながることにより、高い軸比（分子の長さと幅の比、アスペクト比）をもった剛直鎖を形成する主鎖型液晶ポリマと、ビニルポリマ等の主鎖に側鎖として棒状の分子がぶら下がった側鎖型液晶ポリマがある。
【００１３】
ポリ（Ｐ−フェニレンテレフタルアミド）に代表されるプラスチック用液晶ポリマとしてはＸｙｄａｒとＶｅｃｔｒａが知られている。これらはガラス充填ＰＥＰに匹敵する引張り強度をもち、しかも優れた電気特性を示し、加工が容易である特徴をもっている。また溶融粘度が低く、加工に使われる剪断速度は温度に依存しない。Ｖｅｃｔｒａでは従来の射出成形機が用いられるが、Ｘｙｄａｒでは融点が高いので、機械の改良が必要となる。Ｘｙｄａｒは高温での性能に優れている。マイクロ波を吸収せず、熱変形温度も高いので、Ｘｙｄａｒは電子レンジに使える食器として好適に用いられる。また電気特性がよく、成形収縮が小さいので、電気、電子部品への応用にも適したものである。耐化学薬品性が要求される蒸留塔用のパッキンとして、１種類のＶｅｃｔｒａで数種類の高価な金属部品を代替できるとされている。本実施の形態においては、ポリプラスチック株式会社製のＶｅｃｔｒａが上記絶縁フィルム２１、２２として用いられている。
【００１４】
カーボングラファイトシート１０の両面に接合される別の高分子フィルム１１としては、例えば２層構造をなし、その内の一方の層が接着剤層として機能するポリエステルフィルムを用いることができる。このポリエステルフィルムはＡ層とＢ層の積層構造から成り、とくにＢ層によってカーボングラファイトシート１０に直接接合される。
【００１５】
このようなポリエステルフィルム１２は、テレフタル酸および／または２，６−ナフタレンジカルボン酸を７０ｍｏｌ％以上含むジカルボン酸成分とジヒドロキシ化合物成分から作られたポリエステルのＡ層の少なくとも片面に、フェニルインダンジカルボン酸を３０ｍｏｌ％以上含むジカルボン酸成分とジヒドロキシ化合物から作られたポリエステルのＢ層を共押出しによって積層させた積層未延伸フィルムを２軸方向に延伸し、次いで８０〜２００℃の温度で少なくとも１軸方向に再延伸したものが用いられることが好適である。
【００１６】
ここでＡ層のポリエステルはテレフタル酸および／または２，６−ナフタレンジカルボン酸を７０ｍｏｌ％以上、好ましくは８０ｍｏｌ％以上含むジカルボン酸成分とジヒドロキシ化合物成分から作られたポリエステルである。３０ｍｏｌ％未満の割合で使用し得るジカルボン酸としてはイソフタル酸、フタル酸、アジピン酸、セバシン酸等を例示することができる。ヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、１，６−シクロヘキサンジメタノール、ｐ−キシリレングリコール、ポリエチレングリコール等が用いられてよい。
【００１７】
また非接着層を構成するＢ層のポリエステルは、フェニルインダンジカルボン酸を３０ｍｏｌ％、好ましくは５０ｍｏｌ％以上含むジカルボン酸成分とジヒドロキシ化合物成分から作られるポリエステルである。
【００１８】
カーボングラファイトシート１０に接合される高分子フィルム１１としては、上述のような液晶ポリマや２層構造のポリエステルフィルム等が好適に用いられるが、必ずしもこのような高分子フィルムに限定されることなく、その他各種の高分子フィルムが適宜用いられてよい。
【００１９】
このように両面に高分子フィルム１１が接合されたカーボングラファイトシート１０は図２に示すように互いに積層されるとともに、ほぼ等間隔で間欠的にかつ交互に接着剤１２によって接合される。ここで接着剤１２としては各種の接着剤が広く適用可能である。例えばエポキシ樹脂系の接着剤を用いることが好適である。
【００２０】
このように多層に積層されたカーボングラファイトシート１０を図３に示すように切断線１５のところで切断する。切断線１５間の間隔は、ハニカム構造体２０の厚さを決定するものであるから、目的とする厚さになるように所望の位置で切断線１５によって切断が行なわれる。なおここで切断手段としては、ウォータジェットカッティング、カッティングソーによるカッティング、その他従来公知の各種のカッティング方法をとくに厚さに応じて任意に選択すればよい。また切断線１５のところでのカッティングは、接着剤１２による接着の後であってもよく、あるいはまた接着の前であってもよい。
【００２１】
高分子フィルム１１が両面に接合されたカーボングラファイトシート１０を接着剤１２によってほぼ等間隔で間欠的に交互にずらして接合したならば、この後に図４に示すようにカーボングラファイトシート１０を積層方向に引張り、接着剤１２による接着部分の終端を屈曲部１６として約６０度曲げる。これによってカーボングラファイトシート１０は６０度ずつ交互にジクザグに折曲げられるとともに、両側のカーボングラファイトシート１０との間に中空の６角形のハニカムを形成する。図５はこのように積層方向に引張ってハニカム構造とした構造体２０の接着剤１２による接合面に沿った側断面を示している。
【００２２】
このように接着剤１２によって交互にずらして接合されたカーボングラファイトシート１０を積層方向に引伸ばしてハニカム構造体２０とした後に、必要に応じて図６に示すように、このハニカム構造体２０の中空部分を塞ぐようにその両側からカーボングラファイトシート２１その他のシートあるいはパネルを接合することが好ましい。このようなカーボングラファイトシート２１はハニカム構造体２０を構成するカーボングラファイトシート１０と同一のものであってもよい。またこのハニカム構造体２０に対する両端のカーボングラファイトシート２１は例えばエポキシ樹脂等の接着剤によって互いに接合される。これによってハニカム構造体２０の断面が６角形の中空部分が外部に露出しなくなる。
【００２３】
このようなカーボングラファイト製ハニカム構造体は、その主要部がカーボングラファイトを原料とするものであるために、軽量でしかも導電性と熱伝導性とを有する特徴がある。またこのようなカーボングラファイト製のハニカム構造体２０は、カーボングラファイトシート１０の難燃性によって高い耐熱性を有する。従ってこのようなカーボングラファイト製ハニカム構造体は、各種のパネルの芯材として広く利用可能である。とくにその制電性によって静電気の発生を防止する必要のある用途に好適に用いられる。
【００２４】
【実施例】
実施例１
天然のグラファイトを圧延して製造された厚さが約０．２ｍｍのグラファイトシート１０を用いてハニカム構造体２０を作製した。ここでカーボングラファイトシート１０の表面に、厚さが５０μｍの液晶ポリマを接合した。なおここではＸｙｄａｒを（商品名）を用いている。そしてこのような液晶ポリマから成るフィルム１１を両面に接合した後に、図２に示すようにエポキシ樹脂から成る接着剤１２によってカーボングラファイトシート１０を交互にずらして接合した。そしてこの後に図３に示すように、１０ｍｍの間隔で切断線１５に沿ってウォータジェットカッティングによって積層されたカーボングラファイトシート１０を切断した。
【００２５】
切断されたカーボングラファイトシート１０の積層構造体をその積層方向に引張ることによって、図４および図５に示すように、ハニカム構造体２０を作製した。そしてこのようなハニカム構造体２０の両面に図６および図７に示すように、同じく液晶ポリマを接合したカーボングラファイトシート２１を貼付けてハニカム構造体２０の両側の６角形の開口部を閉じた。
【００２６】
このようなハニカム構造体は、熱伝導性と導電性とを有し、帯電し難く、しかも難燃性であって高い耐熱性を有することが確認された。
【００２７】
実施例２
天然のグラファイトを圧延して得られた約０．３ｍｍのグラファイトシート１０を原料とし、このカーボングラファイトシート１０の両面に２層のポリエステルフィルム１１を接合した。
【００２８】
すなわち平均分子量が２３０００のポリエチレンテレフタレートとフェニルインダンジカルボン酸−テレフタル酸−エチレングリコール−１，４−ブタジオール共重合ポリエステルを２層ダイから共押出しして急冷し、未延伸フィルムとした。そしてこの未延伸フィルムを２段階に延伸してＡ層が１４μｍであってＢ層が１μｍのポリエステルフィルム１１を得た。
【００２９】
このようなポリエステルフィルム１１の上記Ｂ層の接着性を利用し、これによって他の接着手段を介することなくこのポリエステルフィルム１１をカーボングラファイトシート１０の表面に直接接合した。そしてこの後に図２に示すように、エポキシ樹脂の接着剤を用いて交互にずらして間欠的に接合した。そしてこの後に図３に示すように、切断線１５に沿ってウォータジェットカッティングによって積層されたカーボングラファイトシート１０を切断した。なおここでの切断線１５間の間隔であってハニカム構造体２０の厚さを１５ｍｍにしている。
【００３０】
これによって図４および図５に示すようなハニカム構造体２０が得られた。そしてこのようなハニカム構造体２０の両面に図６および図７に示すようにカーボングラファイトシート２１を接合した。なおこのカーボングラファイトシート２１の表面には、予め上述の２層構造のポリエステルフィルム１１が接合されたものを用いた。これによって厚さが約１５ｍｍの中空のカーボングラファイト製のハニカム構造体が得られた。
【００３１】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態および実施例によって説明したが、本願に含まれる発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えばカーボングラファイトシート１０の厚さやその両側に接合される高分子フィルム１１の種類、あるいはカーボングラファイトシート１０を接着する接着剤１２等については、上記実施例に限定されることなく、その他各種のものが広範に利用可能である。
【００３２】
また上記実施の形態は、カーボングラファイトシート１０を用いてハニカム構造体２０を製造しているが、必ずしもカーボングラファイトシート１０に限らず、有機高分子材料、例えばアクリル材料やポリイミド等のシートを無酸素下で焼成して成るカーボンシートを用いてハニカム構造を組立てることも可能である。
【発明の効果】
本願の主要な発明は、所定の幅のカーボンシートを隣接する両側のカーボンシートとほぼ等間隔で間欠的に接合し、接合部において２層となる６角形の空間を形成したものである。
【００３３】
従ってこのようなカーボンシート製ハニカム構造体によれば、主要材料がカーボンシートから構成されるために、熱伝導性と導電性とを有し、静電気が発生せず、耐熱性を有するハニカム構造体を提供することが可能になる。
【００３４】
製造方法に関する主要な発明は、複数枚のカーボンシートを互いに積層するとともに、ほぼ等間隔で間欠的に接合し、接合部の終端においてカーボンシートが屈曲するように積層されたカーボンシートを積層方向にジグザグに離間させることにより６角形のハニカムを形成するものである。
【００３５】
従ってこのようなハニカム構造体の製造方法によれば、特殊な装置や金型等を用いることなくしかも簡単な工程によって静電気を発生しないカーボンシート製のハニカム構造体を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カーボングラファイトシートの要部拡大断面図である。
【図２】同カーボングラファイトシートの積層構造を示す縦断面図である。
【図３】カーボングラファイトシートの積層構造体の切断の動作を示す要部斜視図である。
【図４】ハニカム構造体の要部平面図である。
【図５】図４におけるＡ〜Ａ線断面図である。
【図６】同ハニカム構造体の両端にカーボングラファイトシートを接合する動作を示す要部分解斜視図である。
【図７】両端にカーボングラファイトシートを接合したハニカム構造体の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ カーボングラファイトシート
１１ 高分子フィルム
１２ 接着剤
１５ 切断線
１６ 屈曲部
２０ ハニカム構造体
２１ カーボングラファイトシート

Claims (6)

1. 所定の幅のカーボンシートを隣接する両側のカーボンシートとほぼ等間隔で間欠的に接合し、接合部において２層となる６角形の空間を形成したカーボンシート製ハニカム構造体。
2. 前記カーボンシートの両面に高分子フィルムが接合されるとともに、該高分子フィルムの外表面において隣接するカーボンシートとほぼ等間隔で間欠的に接合されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンシート製ハニカム構造体。
3. 前記高分子フィルムが耐熱性ポリマであることを特徴とする請求項１に記載のカーボンシート製ハニカム構造体。
4. 複数枚のカーボンシートを互いに積層するとともに、ほぼ等間隔で間欠的にずらして接合し、接合部の終端において前記カーボンシートが屈曲するように積層された前記カーボンシートを積層方向にジグザグに離間させることにより６角形のハニカムを形成することを特徴とするカーボンシート製ハニカム構造体の製造方法。
5. 前記カーボンシートの両面にそれぞれ高分子フィルムが予め接合されることを特徴とする請求項４に記載のカーボンシート製ハニカム構造体の製造方法。
6. ６角形のハニカムが開口する部分を塞ぐようにシートまたはパネルを接合することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のカーボンシート製ハニカム構造体の製造方法。

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