JP2903219B2 - 炭素繊維混抄発熱シート及びその製造方法 - Google Patents

炭素繊維混抄発熱シート及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は炭素繊維混抄発熱シート及びその製造方法に
関する。
<従来の技術> 従来、床暖房用、施設園芸用、寝具、健康器具又は畜
舎等に利用可能な炭素繊維を混入した発熱シートについ
ては、種々提案がなされており、例えば特開昭50−1870
2号公報には、アクリロニトリル系樹脂体(合成パル
プ)と炭素繊維からなる紙状組成物が開示されている。
しかしながら、該紙状組成物では、発熱シートとした
際に、電気抵抗が均一でなく、該発熱シートの面積を大
きくすることができないので、実用性に問題がある。ま
た特開昭62−281293号公報には、繊維表面の少なくとも
一部が粘剤固形分によって部分的に被覆されている短載
炭素繊維と、植物パルプとを含有する炭素繊維混抄発熱
シートが開示されている。
該発熱シートでは、炭素繊維の分散性及び該炭素繊維
と植物繊維との絡みを強固なものとするために、粘剤固
形分を必須の成分として含有するが、該粘剤固形分の使
用には限度があり、発熱シート全体の電気抵抗を完全に
均一にすることができず、また発熱シートの温度を50℃
以上に上げることは困難である。更に該発熱シートで
は、炭素繊維を定寸にカットして用いるため、各繊維の
分散に長時間を要し、且つその際に定寸に裁断された各
繊維が折れて不定寸法になるという欠点がある。
更に発熱シートとするための電極は、従来、銀ペース
ト等により行なわれていたが、該電極では、実際に電極
を取る部分により発熱温度が異なり、発熱シート全体を
同一温度に保つことが不可能であって、しかも、電極自
身の電気抵抗よりも、電極間(発熱シート)の電気抵抗
の方が少なくなると電極自身が発熱するという欠点があ
る。
<発明が解決しようとする課題> 本発明の目的は、極めて安定な電気抵抗及び温度特性
を有し、軽量、且つ機械的強度に優れ、しかも経済的に
も非常に有利な炭素繊維混抄発熱シート及びその製造方
法を提供することにある。
本発明の別の目的は、発熱と共に遠赤外線を放射する
炭素繊維混抄発熱シート及びその製造方法を提供するこ
とにある。
<課題を解決するための手段> 本発明によれば、長さ3mm以上、5mm未満及び長さ5mm
以上、10mm以下の少なくとも2種以上の異なる長さを有
するピッチ系炭素繊維及び/又はPAN(ポリアクリロニ
トリル)系炭素繊維3〜20重量%と、植物パイプ97〜80
重量%とを含有する厚さ150μm以下、坪量55g/m2以下
の炭素繊維混抄発熱シートが提供される。
また本発明によれば、前記炭素繊維混抄発熱シートに
少なくとも対向する2個の導電性ペースト電極と、該導
電性ペースト電極に沿って金属箔の補助電極とを備えて
なる炭素繊維混抄発熱シートが提供される。
更に本発明によれば、長さ3mm以上、5mm未満及び長さ
5mm以上、10mm以下の少なくとも2種以上の異なる長さ
を有するピッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維3
〜20重量%と、植物パルプ97〜80重量%とを含む原料成
分を混合、分散し、厚さ150μm以下、坪量55g/m2以下
に抄造することを特徴とする炭素繊維混抄発熱シートの
製造方法が提供される。
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明の炭素繊維混抄発熱シートは、長さ3mm以上、5
mm未満及び長さ5mm以上、10mm以下、好ましくは長さ3.5
mm以上、4.5mm以下及び長さ6mm以上、9mm以下の少なく
とも2種以上の異なる長さを有するピッチ系炭素線及び
/又はPAN系炭素繊維を必須の構成成分として含有す
る。この際長さが一定である炭素繊維1種のみを使用す
る場合には、炭素繊維を発熱シートに均一に分散させる
ことが困難であり、開繊させるために長時間攪拌させる
と各繊維が不定寸法に折れて安定した電気抵抗及び温度
特性が得られず、しかも各繊維が折れて繊維同士の絡み
が弱くなり、強度的にも欠点が生じる。また該炭素繊維
の長さが3mm未満の場合には、他の炭素繊維又は植物パ
ルプとの絡みが弱くなり、10mmを超える場合には、植物
パルプへの分散性が低下し、炭素繊維ムラを生じると共
に電気抵抗及び温度特性が不安定となるので使用できな
い。前記ピッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維
は、引張強度200〜800kg/mm2程度の高弾性炭素繊維であ
ることが好ましく、特にピッチ系炭素繊維としては、水
素添加工程を含む液晶ピッチ系炭素繊維等を好ましく挙
げることができる。
本発明に用いる植物パルプとしては、例えば針葉樹、
広葉樹等の木材繊維、綿、カボック等の種子毛繊維、三
椏、楮、雁皮、桑、黄麻、亜麻、大麻、芋麻、ラミー等
の靱皮繊維、マニラ麻、サイザル麻等の葉繊維及び稲わ
ら、モミガラ、竹、バガス、エスパルト等のカ本科繊維
等から成る群の1種又は2種以上より選択されることが
好ましい。また前記植物パルプに合成パルプを混合して
用いることも可能であるが、経済性、強度の点から植物
パルプ単独の使用が望ましい。
本発明において、前記ピッチ系炭素繊維及び/又はPA
N系炭素繊維と、前記植物パルプとの含有割合は、ピッ
チ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維が3〜20重量
%、好ましくは8〜12重量%であり、植物パルプが97〜
80重量%である。この際ピッチ系炭素繊維及び/又はPA
N系炭素繊維が3重量%未満では、電気抵抗が高くな
り、所望の発熱温度が得られず、20重量%を超える場合
には、分散率が悪くなって、安定な電気抵抗及び温度特
性が得られないので前記範囲内の含有割合とする必要が
ある。
本発明の炭素繊維混抄発熱シートの厚さは155μm以
下、好ましくは100μm以下であり、坪量は55g/m2
下、好ましくは36g/m2以下である。この際厚さが155μ
m及び坪量が55g/m2を超える場合には、発熱シート自身
が層間剥離を起こし、またしなやかさに欠ける恐れがあ
る。
本発明の炭素繊維混抄発熱シートにおいて、電極部分
は、該発熱シートに少なくとも対向する2個の導電性ペ
ーストと、該電導性ペースト電極に沿って金属箔の補助
電極を貼着させることにより、発熱シートの発熱温度を
安定化させることができる。また、従来の導電性ペース
トのみの使用では、電極の電気抵抗が、電極間(発熱シ
ート)の電気抵抗よりも少なくなると電極自身が発熱す
るという恐れがあったが、この点も防止することができ
る。ここで発熱シートに少なくとも2個の電極とは、電
極が対向しておれば、2箇所でもそれ以上でもよく、発
熱シート自身の大きさ及び形状に応じて、なるべく電気
抵抗値を少なくするように設計するこができることであ
る。例えば長方形の発熱シートの両端辺に前記電極を貼
着し、前記両端辺より等距離の位置によう1個の電極を
貼着することで、電極間の距離を狭くし、電極間の電気
抵抗を少なくすることにより、より高温度な発熱温度を
保持することができる。前記導電性ペーストとしては、
例えば金ペースト、銀ペースト、銅ペースト、ニッケル
ペースト、アルミペースト等を好ましく挙げることがで
きる。また前記金属箔としては、例えばアルミ、銅、ニ
ッケル、ステンレル等を好ましく挙げることができる。
本発明において、炭素繊維混抄発熱シートを製造する
には、前記長さの異なるピッチ系炭素繊維及び/又はPA
N系炭素繊維と、植物パルプとを混合、分散し、所定の
厚さ及び坪量に抄造すればよい。前記混合、分散は、例
えば前記長さの異なるピッチ系炭素繊維及び/又はPAN
系炭素繊維と、植物パルプとを、パルパー等の公知の攪
拌機により、好ましくは水に10〜50分間、特に好ましく
は20〜30分間回流させて混合、分散させる方法又は長さ
の異なるピッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維
と、植物パルプとを別々に水に分散させた後、混合、分
散させる方法等を用いることができる。この際必要に応
じて、シリコーン、エステル化合物、パラフィンワック
ス、鉱油系、ポリアルキレン系等の消泡剤及び/又はポ
リエチレン系、ワックス系、シリコン系等のドライヤ剥
離剤を添加することも可能である。次に前記ピッチ系炭
素繊維及び/又はPAN系炭素繊維と、植物パルプとを混
合、分散させた原料溶液を抄造するには、公知の円網式
抄紙機(ヤンキーマシン)、長網抄紙機等により前記所
望の厚さ及び坪量に抄造することができる。前記得られ
る炭素繊維混抄発熱シートは、機械的強度、耐候性等を
向上させるために、フィルム、合成繊維等で被覆するこ
ともできる。
<発明の効果> 本発明の炭素繊維混抄発熱シートは、長さの異なるピ
ッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維を使用するの
で、従来の発熱シートに比して分散性に優れており、植
物パルプとも強固な絡み構造を形成することができる。
しかも電極に補助電極を設けることにより、電気量の消
費及び電極の発熱を防止でき、従って、発熱シート自身
の大きさを増しても、また形状を変えても、極めて安定
した温度特性を得ることが可能である。更に、粘剤等を
使用しなくしても従来品よりも紙間強度を増大させるこ
ともできる。
また前述のとおり、炭素繊維の分散性に非常に優れて
いるので、従来の発熱シートよりも、少ない電気量に
て、高い発熱温度を得ることができる。換言すれば、同
温度の発熱を得るために電気量を減少させることが可能
であり、炭素繊維の含有割合が少量でも各繊維が折れず
に相互に絡み合うことができるので、経済的に非常に有
利である。更に製造においても分散時間を短縮すること
ができ、工業的にも有利である。また本発明の炭素繊維
混抄発熱シートが発熱することにより波長5〜20μmの
遠赤外線を放射するという効果も得られる。
<実施例> 以下本発明を実施例、比較例及び試験例により更に詳
細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
実施例1 長さ8mmのPAN系炭素繊維0.125g、マニラパルプ1.188g
及びクラフトパルプ(N−BKP)0.90gを試験用小型ミキ
サーに水と共に投入し、10秒間混合攪拌して、各成分を
分散させた。次いで、長さ4mmのPAN系炭素繊維0.125gを
添加し再び10秒間混合攪拌を行った。得られた分散液を
250×250mmの大きさのタッピマシンに流し込み坪量35g/
m2に抄造した後、乾燥ドラムを通過させて、厚さ95μm
の炭素繊維混抄発熱シートを得た。得られた発熱シート
を200×200mmと、1/100の大きさの20×20mmとに裁断
し、各発熱シートの対向する2辺沿いに銀ペーストを貼
着し、次いで該銀ペーストに沿って銅箔の補助電極を取
着した後、各発熱シートの電気抵抗値を測定して、面積
抵抗比率差を求めた。その結果を表1に示す。
実施例2〜8 長さの異なる炭素繊維の配合量を、表1に示すとおり
代えた以外は、実施例1と同様に炭素繊維混抄発熱シー
トを製造し、各試験を行った。その結果を表1に示す。
比較例1 長さ8mmのPAN系炭素繊維2.5gを用い、粘剤としてポリ
エチレンオキサイドの原液0.001%希釈液1000ccを用い
た以外は、実施例1と同様に炭素繊維混抄発熱シートを
製造した。得られた発熱シートの坪量は40g/m2、厚さは
110μmであった。得られた発熱シートの電気抵抗値を
測定し、面積抵抗比率差を求めた。その結果を表1に示
す。
試験例1 実施例7及び比較例1で製造した200×200mmの炭素繊
維混抄発熱シートを断熱材の上に載せ、室温20℃、電圧
24Vで5分間通電試験を行った。その結果をグラフにま
とめ第1図に示す。
試験例2 実施例1で製造した200×200mmの炭素繊維混抄発熱シ
ートを、室温21.5℃において、表面温度38℃迄上昇させ
た際の、分光放射率と波長とを測定したところ、波長5
〜20μmの遠赤外線がほぼ100%放射されていることが
判った。その測定結果をグラフにまとめ第2図に示す。
以上、実施例及び比較例より、本発明の炭素繊維混抄
発熱シートは、従来品よりも電気抵抗値及び面積抵抗比
率差が低く、炭素繊維自身が十分に分散されていること
が判った。また試験例から、同電圧での温度上昇が、従
来品で室温+30℃、本発明のシートで室温+50℃であっ
たので、従来品に比して1.67倍の高い発熱温度が得られ
ることが判った。
【図面の簡単な説明】
第1図は、試験例1で行った通電試験の結果を示すグラ
フ、第2図は試験例2で行った遠赤外線放射試験を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 3/14 D21H 13/50

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長さ3mm以上、5mm未満及び長さ5mm以上、1
    0mm以下の少なくとも2種以上の異なる長さを有するピ
    ッチ系炭素繊維及び/又はPAN(ポリアクリロニトリ
    ル)系炭素繊維3〜20重量%と、植物パルプ97〜80重量
    %とを含有する厚さ150μm以下、坪量55g/m2以下の炭
    素繊維混抄発熱シート。
  2. 【請求項2】長さ3mm以上、5mm未満及び長さ5mm以上、1
    0mm以下の少なくとも2種以上の異なる長さを有するピ
    ッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維3〜20重量%
    と、植物パルプ97〜80重量%とを含む構成成分を抄造し
    てなる厚さ150μm以下、坪量55g/m2以下の発熱シート
    であって、該発熱シートに少なくとも対向する2個の導
    電性ペースト電極と、該導電性ペースト電極に沿って金
    属箔の補助電極とを備えてなる炭素繊維混抄発熱シー
    ト。
  3. 【請求項3】長さ3mm以上、5mm未満及び長さ5mm以上、1
    0mm以下の少なくとも2種以上の異なる長さを有するピ
    ッチ系炭素繊維及び/又はPAN系炭素繊維3〜20重量%
    と、植物パルプ97〜80重量%とを含む原料成分を混合、
    分散し、厚さ150μm以下、坪量55g/m2以下に抄造する
    ことを特徴とする炭素繊維混抄発熱シートの製造方法。
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