JP3009479B2 - 吸音断熱材及びその製造方法 - Google Patents

吸音断熱材及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、炭素繊維を用いた吸音断熱材に関し、詳
しくは非電食性の極細の炭素繊維を用いた吸音断熱材に
関する。
この発明にいう吸音断熱材は、吸音断熱を目的とする
ものに限られず、専ら吸音を目的とする吸音材として、
または専ら断熱を目的とする断熱材としても使用でき
る。
背景技術 吸音断熱材は、省エネルギー型の快適な居住空間を作
るための部材として、或いは厳しい外部環境から人や器
機等を保護するための部材として益々重要性が高まって
いる。吸音断熱材には、従来、天然繊維や合成樹脂が使
用されていたが、これらの繊維は一般に可燃性であり、
火災のとき有毒ガスを発生する。よって、安全性に問題
がある。
このため、これらの素材に代えて今日では無機質材料
が用いられるようになってきており、特にガラス繊維は
火災に対する安全性や成形性・施工性が良いため、吸音
断熱材の材として広く使用されるようになっている。
しかし、ガラス繊維は比重が2.4〜2.6g/cm3程度と大
きい。このため、ガラス繊維を用いた吸音断熱材は、単
位重量当たりの吸音断熱性が十分ではないという問題が
ある。また、ガラス繊維は吸湿することにより徐々に劣
化すると共に、機械的強度も弱い。よって、ガラス繊維
を用いた吸音断熱材は、耐久性が十分でないという問題
がある。
その一方、今日では安全で高性能な吸音断熱材に対す
る必要性が益々増大している。例えば高速鉄道車両、航
空機、宇宙船等の高速輸送手段においては、高速性、快
適性等を追求する必然として、高度な安全性、耐久性、
軽量性を備えた吸音断熱材が要求されている。具体的に
は、優れた吸音断熱性能に加え、軽量であること、
耐炎性に優れること、火炎のとき有毒ガスを発生しな
いこと、構造部材に対する腐食性がないこと、機械
的強度や圧縮復元性に優れること、耐磨耗性に優れる
こと、吸湿性がすくないこと、施工性がよいことな
どが要求されている。
然るに、上記のごとく、ガラス繊維製の吸音断熱材を
含め従来の吸音断熱材は、これらの用途において十分な
信頼性をもって使用できるものではない。このため、上
記の用途において高い信頼性をもって使用できる吸音断
熱材の開発が待たれている。
発明の開示 本発明は、上述に鑑み、炭素繊維を用いて吸音製や断
熱性に優れることはもとより、耐久性、機械的強度や圧
縮復元性、軽量性、化学的安定性、難燃性、火災時にお
いて有毒ガスを発生しない性質、吸湿しにくい性質に優
れ、かつ非電気腐食性や非導電特性にも優れた吸音断熱
材を提供しようとするものである。
ところで、炭素繊維は一般に電気導電性が高く制電特
性に優れ、また比較的起電力が大きい。よって、このよ
うな炭素繊維の特性は、従来より帯電防止等に活用され
ている。しかしながら、炭素繊維のこの特性は、吸音断
熱材の素材としては好ましくない。
なぜなら、電気導電性の高い素材を用いて吸音断熱材
を構成した場合、吸音断熱材自体が電気短絡の原因とな
ると共に、吸音断熱材から脱落し浮遊する素材片が電気
回路等の内部に入りこみ内部短絡の原因となる。また、
起電力を有する素材であると、その周囲の他の部材との
間で電気化学反応を生じ、結果として他の部材を電気腐
食する恐れがあるからである。
しかして、本発明は高速鉄道車両や航空機等に実装可
能な吸音断熱材を提供することを目的とする。ところ
が、高速鉄道車両等は一般に金属を主構成材料としてお
り、また電気配線の多い構造物である。よって、単にガ
ラス繊維に代えて炭素繊維を用いて吸音断熱材を組成し
ても、本発明の課題が解決できない。
そこで、本発明者らは、炭素繊維を用いて上記課題を
達成し得る手段について鋭意研究した。その結果、炭素
繊維の炭化処理温度を適正に設定することにより、吸音
断熱材の強度や吸音断熱性能を向上させ、同時に電気腐
食性をも改善できることを見出した。また、炭素繊維を
素材とする吸音断熱材による電気腐食は、吸音断熱材の
ガルバニック電流を10μＡ以下とすることにより実質的
に防止できることを見出した。この知見に基づいて、下
記構成の一群の本発明を完成した。
なお、電気導電性の良否と電気腐食性とは、必ずしも
一義的な関係にない。よって本発明で規定するガルバニ
ック電流値は、電気腐食を起こさない吸音断熱材をなす
要件として極めて重要な意義を有する。
一群の本発明は次の構成を有する。
（１）第１の発明は、平均繊維直径0.5μｍ〜５μｍ、
平均繊維長1mm〜15mmの炭素繊維からなる綿状炭素繊維
集合体の繊維相互が熱硬化性樹脂で接合されていること
を特徴とする吸音断熱材である。
（２）第２の発明は、上記第１の発明において、前記吸
音断熱材を一方電極とし、アルミニウム板を他方電極と
し、0.45重量％塩化ナトリウム水溶液を電解液とするガ
ルバニックセルにおけるガルバニック電流が10μＡ以下
であることを特徴とする。
（３）第３の発明は、上記第１または第２の発明におい
て、前記吸音断熱材の嵩密度が3Kg/m3以上、10Kg/m3以
下であることを特徴とする。
（４）第４の発明は、上記第１ないし第３の発明におい
て、前記吸音断熱材の最大引張強度が1.0g/mm2以上であ
ることを特徴とする。
（５）第５の発明は、上記第１ないし第４の発明におい
て、前記吸音断熱材の圧縮復元率が70％以上であること
を特徴とする。
（６）第６の発明は、上記第１ないし第５の発明におい
て、前記吸音断熱材の最大引張強度方向に直交する方向
における最小引張強度が前記最大引張強度の0.04倍以上
であり、かつ前記最大引張強度方向と前記最小引張強度
の方向の双方に直交する方向の引張強度が前記最大引張
強度の0.76倍以上であることを特徴とする。
（７）第７の発明は、上記第１ないし第６の発明におい
て、前記吸音断熱材の熱伝導率が0.039W/m・℃以下であ
ることを特徴とする。
（８）第８の発明は、上記第１ないし第７の発明におい
て、前記吸音断熱材の25mm厚における周波数1000Hzでの
垂直入射吸音率が48％以上であることを特徴とする。
（９）第９の発明は、上記第１ないし第８の発明におい
て、前記炭素繊維が縮合多環炭化水素を重合して得た異
方性ピッチからなるものであることを特徴とする。
（10）第10の発明は、縮合多環炭化水素を重合して得た
異方性ピッチを加熱溶融し、この溶融物を紡糸ノズルか
ら吐出するとともに、前記紡糸ノズルの周囲から前記溶
融物の吐出方向と同方向に加熱ガスを噴出させることに
よって紡糸する紡糸工程と、紡糸した繊維を不融化した
後、650℃以上、750℃未満の温度で炭化処理して非電食
性炭素繊維を作製する炭素繊維作製工程と、前記非電食
性炭素繊維を熱硬化性樹脂液を噴霧しながら平面上に綿
状に堆積する噴霧堆積工程と、噴霧堆積したものを加熱
成形する加熱成形工程と、を備える吸音断熱材の製造方
法である。
（11）第11の発明は、上記第10の発明において、前記噴
霧堆積工程が、前記非電食性炭素繊維を綿状に堆積する
堆積工程と、この綿状の炭素繊維堆積物に熱硬化性樹脂
液を噴霧する噴霧工程とからなることを特徴とする。
（12）第12の発明は、上記第10または第11の発明におい
て、前記噴霧堆積工程または前記堆積工程における堆積
方法が、空気で開繊した炭素繊維を少なくとも100cm以
上の高さから平面上に落下させて行うことを特徴とす
る。
（13）第13の発明は、上記第11または第12の発明におい
て、前記綿状の炭素繊維堆積物の嵩密度が1.3Kg/m3以下
であることを特徴とする。
ここで、上記における引張強度は、定速緊張型引張試
験機を用い、引張速度20mm/min、試料長50mm、試料サイ
ズ50mm×50mm×25mm厚（図15、図16参照）で測定した値
である。引張試験方法の詳細は、後記の〔引張強度の測
定条件〕の通りである。
熱伝導率は、ASTM Ｃ−518（American Society for
Testing and Material;熱流計法）に従い温度22℃で測
定した値である。
垂直入射吸音率は、JIS Ａ−1405に従い測定した値
である。
圧縮復元率は、100mm×100mm×厚み25mmの吸音断熱材
試料片に対し、厚み方向から直径76mmの圧荷子で0.7Kg/
cm2の加重を30分間加え、抜重するというサイクルを24
回繰り返した後の厚みを測定し、当初の厚み（25mm）に
対する百分率で表示したものである。
更に、ガルバニック電流とは、セルダイアグラムが炭
素繊維電極|0.45重量％塩化ナトリウム水溶液｜アルミ
ニウム電極で表されるガルバニックセルで測定したとき
における電流値をいう。詳細は後記する。
図面の簡単な説明 図１は、炭素繊維の炭化処理温度とガルバニック電流
及び電気腐食の関係を示すグラフである。
図２は、炭素繊維の炭化処理温度と単繊維の引張強度
との関係を示すグラフである。
図３は、炭素繊維の炭化処理温度と、この炭素繊維を
用いた吸音断熱材の引張強度との関係を示すグラフであ
る。
図４は、炭素繊維（異方性ピッチ及び等方性ピッチ）
の炭化処理温度と単繊維の引張強度との関係を示すグラ
フである。
図５は、炭素繊維（異方性ピッチ及び等方性ピッチ）
の炭化処理温度と、この炭素繊維を用いた吸音断熱材の
引張強度との関係を示すグラフである。
図６は、炭素繊維の繊維直径と吸音断熱材の熱伝導率
との関係を示すグラフである。
図７は、炭素繊維の繊維直径と吸音断熱材の1000Hzに
おける垂直入射吸音率との関係を示すグラフである。
図８は、炭素繊維を主構成材料とする吸音断熱材の吸
音特性を示すグラフである。
図９は、炭素繊維を主構成材料とする吸音断熱材の嵩
密度と断熱性（1/λ）の関係を示すグラフである。
図10は、炭素繊維を主構成材料とする吸音断熱材の嵩
密度と単位嵩密度当たりの断熱性能（（1/λ）／ρ）の
関係を示すグラフである。
図11は、後記実施例１〜６、比較例１〜２で用いた炭
素繊維前駆体の繊維直径の分布図である。
図12は、ガルバニックセルの概略見取り図である。
図13は、電気腐食試験を説明するための説明図であ
る。
図14は、CF製吸音断熱材を構成する炭素繊維相互の接
合状態（接合点・）を示す概念図である。
図15は、引張強度の測定方法（幅方向、長手方向）を
説明するための図である。
図16は、引張強度の測定方法（厚み方向）を説明する
ための図である。
発明を実施するための最良の形態 実験及び実験結果を示す図１〜図13に基づいて、本発
明の内容を具体的に説明する。この説明で本発明構成の
作用効果が明らかになる。
以下の実験では、特に明示のない限り、平均繊維直径
1.3μｍ（繊維直径0.5μｍ〜3.5μｍ）、平均繊維長5mm
（繊維長1mm〜15mm）の異方性ピッチを原料とする炭素
繊維を使用し、またこの炭素繊維を熱硬化性樹脂で接合
してなる嵩密度4.8Kg/m3の吸音断熱材（炭素繊維３次元
構造体のみで構成）を使用した。なお、この吸音断熱材
の製法等の詳細については後記する。また、以下では炭
素繊維相互の交点を熱硬化性樹脂で接合してなる吸音断
熱材を「CF製吸音断熱材」とし、ガラス繊維からなる従
来の吸音断熱材をガラス繊維製吸音断熱材（図中ではG
F）と称する。
初めに実験方法を説明する。
ガルバニック電流の測定方法 図12にガルバニック電流の測定装置を示す。図12中、
１は炭素繊維電極（一方電極）である。この炭素繊維電
極１は、炭素繊維自体のガルバニック電流を測定する場
合には、炭素繊維100mgを厚み1mm、幅40mm、高さ50mmの
集合体となしこれを炭素繊維電極とした。また、CF製吸
音断熱材のガルバニック電流を測定する場合には、上記
と同サイズに調製したCF製吸音断熱材を炭素繊維電極と
した。
２は、厚さ1mm、幅40mm、高さ約50mmのアルミニウム
合金2024からなるアルミニウム電極（他方電極）であ
る。3aは、炭素繊維電極１とアルミニウム電極２との距
離を規制するために、両電極の間に介在させた0.2mm厚
のガラスクロスである。４はガラス板である。このガラ
ス板４は、炭素繊維が脱落しないようにガラスクロス3b
（0.2mm厚）を介して炭素繊維電極１の他方面を押さえ
る役割を担っている。
５は、0.45重量％の塩化ナトリウム水溶液（200ml）
からなる電解液である。７は、無抵抗電流計（北斗電工
（株）製、HM−104）である。８はガラス製ビーカ（300
ml）である。更に、１、２、3a、3b、４からなる電極群
９は電解液５に浸漬され、電極１及び２はその上端に取
付けられたリード線６を介して無抵抗電流計７に接続さ
れている。
上記のような構造のガルバニック電流測定装置を用
い、電解液５に電極群９を浸漬した後、１時間後に電流
計７で電流値を読み取り、この電流値をガルバニック電
流とした。
電気腐食製の判定方法 図13に死す試験体12を用い電気腐食性の有無を判定し
た。図13中、10は、縦40mm×横40mm×厚み20mmの大きさ
に調製した綿状炭素繊維集合体または同様な形状に調製
したCF製吸音断熱材からなる試験片である。他方、11
は、表面を鏡面状に磨き、更に２％Cr3Oと２％H3PO4と
からなる溶液で表面を処理した縦40mm×横40mm×厚み1m
mのアルミ合金2024の板である。12は、試験片10の両側
をアルミ合金板11で挟んだ試験体である。
上記試験体12を相対湿度90％、温度40℃の部屋に24時
間放置し、24時間後に今度は通常の室内（温度18〜27
℃、相対湿度40〜70％）に移し、ここで24時間放置す
る。そして、24時間後に再び相対湿度90％、温度40℃の
部屋に戻すというサイクルを15回（30日間）繰り返し
た。
15回後（30日後）にアルミニウム鏡面を肉眼観察し、
アルミニウム鏡面が当初とままである場合を「電気腐食
なし（−）」、アルミニウム鏡面にやや曇りが認められ
る場合を「電気腐食少しあり（±）」、アルミニウム鏡
面が明らかに腐食されている場合を「電気腐食あり
（＋）」と判定した。
吸音断熱材の引張強度、熱伝導率、垂直入射吸音率、
圧縮復元率は、前記した方法により測定した。他方、単
繊維の引張強度は、JIS Ｒ−7601に従い測定した。こ
の測定方法の詳細は当該箇所に記載する。
次に図に基づいて順次実験結果を説明する。
ガルバニック電流と電気腐食の関係 図１は、縮合多環炭化水素を重合した異方性ピッチを
平均繊維直径1.3μｍ、平均繊維長5mmに紡糸し不融化処
理した炭素繊維前駆体に対する炭化処理温度と、炭化処
理後の炭素繊維又はこの炭素繊維を用い作製したCF製吸
音断熱材のガルバニック電流との関係、並びに電気腐食
の有無（↑）との関連を示す図である。
図中の●−●は炭素繊維のガルバニック電流を示し、
×−×はCF製吸音断熱材のガルバニック電流を流す。な
お、図１の横軸（ガルバニック電流）は対数目盛りで示
してある。
図１から明らかなごとく、炭化処理温度が上昇する
と、ガルバニック電流が指数関数的に大きくなった。他
方、「電食の有無」との関連では、ガルバニック電流20
μＡにおいて電気腐食が若干認められたものの、10μＡ
以下では電気腐食が認められなかった。
これらの結果から、炭素繊維のガルバニック電流を20
μＡ以下とし、より好ましくは10μＡ以下とすれば、実
質的に電気腐食を防止できることが判る。また、横軸と
「電食の有無」との対応関係から、電気腐食を生じさせ
ない炭素繊維と成すためには、炭化処理温度を800℃以
下、より好ましくは750℃以下とすれば良いことが判
る。
ここにおいて、炭素繊維前駆体を十分に炭化するため
には、550℃以上の温度を必要とし、550℃未満であると
炭化処理が不充分となる恐れがある。このことから、炭
化処理温度としては、550℃から800℃以下、より好まし
くは750℃以下とするのがよい。
ところで、図１の実験において、炭素繊維のガルバニ
ック電流が20μＡにおいて若干の電気腐食が認められた
が、上記電気腐食試験は、相対湿度90％、温度40℃の条
件を繰り返す過酷な条件で測定結果である。然るに、吸
音断熱材の使用条件は通常これほど過酷ではない。した
がって、ガルバニック電流を20μＡ未満とすれば、電気
腐食の発生が防止できると考えられる。
また、炭素繊維自体（●−●）のガルバニック電流
と、この炭素繊維を用いたCF製吸音断熱材（×−×）の
ガルバニック電流には若干のズレがあるが、このズレ
は、CF製吸音断熱材に含まれる熱若干性樹脂の影響と考
えられる。すなわち、熱硬化性樹脂がガルバニック電流
を低下させるように作用する。このことから、ガルバニ
ック電流が20μＡ以下の炭素繊維を使用してCF製吸音断
熱材を作製すれば、実質的に電気腐食を生じないCF製吸
音断熱材が得られるものと考えられる。但し、上記した
ごとく、より好ましくはガルバニック電流を10μＡ以下
とするのがよい。
炭化処理温度と引張強度、伸度との関係 図２に炭化処理温度と単繊維の引張強度（Kg/mm2）及
び伸度との関係を示す。また、図３上側にCF製吸音断熱
材の長手方向の引張強度（g/mm2）とこのCF製吸音断熱
材を組成する炭素繊維の炭化処理温度との関係を示し、
図３下側に上記CF製吸音断熱材の圧縮復元率（％）を炭
化処理温度との関係を示す。
なお、単繊維の引張強度はJIS Ｒ−7601に従い測定
した値であるが、繊維直径0.5μｍ〜3.5μｍ（平均繊維
直径1.3μｍ）の極細の繊維の引張強度を測定すること
が困難である。そこで、繊維直径以外の条件を同一とし
て、繊維直径10〜13μｍの炭素繊維を作製し、この繊維
を用い引張強さを測定し測定結果を単位断面積当たりに
換算して示した。また、CF製吸音断熱材は、炭素繊維３
次元構造体（嵩密度4.8Kg/m3）のみで構成したものを用
い、後記〔引張強度の測定条件〕に記載した条件で測定
した値である。
図２から明らかなごとく、炭素繊維自体の引張強度
は、炭化処理温度が高くなるに従い一次関数的に大きく
なった。これに対し、伸度は、650℃付近に極大値を有
していた。また、625℃〜800℃で大きく、800℃以降で
は変化しないというパターンを示した。
他方、図３から明らかなごとく、CF製吸音断熱材の引
張強度は、700℃付近に極大値、800℃付近に極小値を有
していた（図３上側）。
また、CF製吸音断熱材の圧縮回復率と炭化処理温度の
関係も、上記引張強度曲線と炭化処理温度との関係と同
様な挙動を示していた（図３下側）。
これらの結果から、概ね625℃〜800℃の範囲の温度で
炭化処理することにより、伸度の大きい炭素繊維が得ら
れ、この炭素繊維を用いてCF製吸音断熱材を作製する
と、1.0g/mm2以上の引張強度を有するCF製吸音断熱材と
なすことができ、このCF製吸音断熱材は圧縮復元率に優
れることが判る。
ここで、図２、３において、炭素繊維（単繊維）の引
張強度と炭化処理温度との関係が一次関数的であるのに
対し、この炭素繊維を用いて作製したCF製吸音断熱材の
引張強度と炭化処理温度との関係、及び圧縮復元率と炭
化処理温度との関係が、予想に反して極大値と極小値を
有する２次関数曲線となったのは、炭素繊維の伸度がCF
製吸音断熱材の引張強度や圧縮復元率に大きく影響する
ためと考えられる。次にこのことを考察する。
図14に、CF製吸音断熱材を構成する炭素繊維相互の接
合状態（接合点・）を示す概念図を示す。図14におい
て、CF製吸音断熱材を矢印方向に引っ張った場合、網目
を構成する各線分が引っ張り方向を向くように網目の形
状が変化するが、引張方向に対する線分長がそれぞれ異
なる。したがって、特定の辺を構成する線分により大き
い引張力が掛かるので、その線分が切断されるか、また
はその線分を接着している接合点「・」が外れることに
なる。
ここにおいて、網目が伸度の大きい線分（炭素繊維）
で構成されている場合には、特定の辺（線分）により大
きい引張力が掛かると、その辺が伸びる結果、他の辺と
合力された抗力によって引張力に抗することができるよ
うになる。つまり、網目がネットワークとして抗力でき
るようになるので、線分の切断や接合点「・」の外れが
減少し、全体としての引張強度が大きくなる。そして、
このようなネットワークとしての引張強度は、単繊維の
伸度と引張強度が好適にバランスしたときに最も大きく
なると考えられる。
すなわち、図２、図３の結果は、700℃で炭化処理し
た場合に単繊維の引張強さと伸びとが最も好適にバラン
スし、全体としての引張強度（CF製吸音断熱材の引張強
度）が大きくなり、またこれによってCF製吸音断熱材の
圧縮復元率が高まることを示すものである。
等方ピッチと異方ピッチとの差異 図４に、縮合多環炭化水素を重合した異方性ピッチを
原料とする炭素繊維と、石炭タールからなる等方性ピッ
チを原料とする炭素繊維の炭化処理温度と引張強度の関
係をそれぞれ示す。また図５に、これらの炭素繊維で構
成したCF製吸音断熱材（嵩密度4.8Kg/m3）について、炭
素繊維の炭化処理温度とCF製吸音断熱材の引張強度（長
手方向の引張強度）との関係を示す。
図４から明らかなごとく、異方性ピッチを原料とする
炭素繊維は、等方性ピッチを原料とする炭素繊維に比べ
引張強度が格段に大きかった。また図５から、等方性ピ
ッチを原料とする炭素繊維を用いたCF製吸音断熱材の引
張強度は、異方性ピッチの場合におけるような極大値、
極小値を有さなかった。この実験結果から、極大、極小
値の存在は、縮合多環炭化水素を重合した異方性ピッチ
を原料とする炭素繊維における特有の特性であるといえ
る。それゆえ極大、極小値の存在は、本発明にかかるCF
製吸音断熱材の性能及び生産効率を高める上で極めて重
要な意義を有する。
以上、図１〜図５の実験結果から次のことが結論でき
る。炭素繊維の伸度（粘り強さ）及びCF製吸音断熱材と
したときの引張強度の面から、炭素繊維前駆体として
は、縮合多環炭化水素を重合してなる異方性ピッチを原
料とするのがよい。また、電気腐食性及び引張強度、伸
度の面から、炭素繊維前駆体の炭化処理温度は550℃以
上、800℃未満、好ましくは550〜750℃、より好ましく
は650℃〜750℃とする。650℃〜750℃で炭化処理した炭
素繊維を用いてCF製吸音断熱材を構成すれば、1.0g/mm3
以上の引張強度を有し、且つガルバニック電流が10μＡ
以下のCF製吸音断熱材を得られる。このCF製吸音断熱材
は、実質的に電気腐食を生じない。
繊維直径と熱伝導率、垂直入射吸音率の関係 図６に、CF製吸音断熱材（嵩密度4.8Kg/m3、厚みは25
mm）の熱伝導率λ（W/m・℃）と、当該吸音断熱材を組
成する炭素繊維の平均直径との関係を示す。また、図７
に同上CF製吸音断熱材の炭素繊維の平均直径と1000HZに
おける垂直入射吸音率の関係を示す。更にまた、図６及
び図７には、比較基準としてガラス繊維（GF）を用いた
従来の吸音断熱材（嵩密度4.8Kg/m3、平均繊維直径１μ
ｍ、平均繊維長10mm）の熱伝導率または垂直入射吸音率
を併記する（プロット×）。
なお、製造された炭素繊維の直径は、図11のように分
布するので、ある定まった平均直径のCF製吸音断熱材を
製造するのは、製造上種々の工夫及び測定上の手間を要
する。よって、図６、図７は、トライアンドエラーによ
り得た。
図６において、炭素繊維の直径が大きくなるに従い熱
伝導率が増加するが、平均直径が５μｍ以下の炭素繊維
を用いたCF製吸音断熱材であれば、平均直径１μｍのガ
ラス繊維製吸音断熱材（熱伝導率0.039W/m・℃）と同等
以上の断熱性能が得られることが判る。つまり、平均直
径５μｍの数値限定の内と外では、CF製吸音断熱材が、
平均直径１μｍのガラス繊維製吸音断熱材と同等以上の
断熱性能を保持し得るのか、保持し得ないのかを区別す
る意義がある。そして、図６において、ガラス繊維の平
均直径に比較し、より大きな平均直径の炭素繊維を用い
ても、ガラス繊維製吸音断熱材よりも良好な断熱性能が
得られたという事実は、太い炭素繊維の方が製造容易で
あることから、予想外の好都合な実験結果であった。
一方、図７から、炭素繊維の平均直径が大きくなるに
従い垂直入射吸音率が低下するが、概ね平均直径２μｍ
以下の炭素繊維を用いれば、従来のガラス繊維製吸音材
（×）と同等以上の垂直入射吸音率（25mm厚で48％以
上）が得られることが判る。つまり、平均直径２μｍの
数値限定の内と外では、CF製吸音断熱材が、平均直径１
μｍのガラス繊維製吸音断熱材と同等以上の吸音性能が
得られるか、得られないかを区別する意義がある。そし
て、図７において、ガラス繊維の平均直径に比較し、よ
り大きな平均直径の炭素繊維を用いても、ガラス繊維製
吸音断熱材よりも良好な吸音率が得られたという事実
は、太い炭素繊維の方が製造容易であることから、予想
外の好都合な実験結果であった。
以上から、炭素繊維の平均直径としては、５μｍ以
下、より好ましくは吸音率の点から２μｍ以下がよい
が、平均繊維直径0.5μｍ未満の炭素繊維を製造するこ
とは現在のところむづかしい。よって、炭素繊維の平均
直径としては、0.5μｍ以上、５μｍ以下、より好まし
くは２μｍ以下とする。
他方、炭素繊維の長さ（繊維長）については、平均繊
維直径0.5μｍ〜５μｍの極細の炭素繊維については15m
mを超える平均繊維長のものを製造するのは容易でな
い。また、15mmを超える長い繊維であると、炭素繊維集
合体を作製する際に繊維の向きが２次元的に配向し易い
ので、好ましくない。一方、平均繊維長1mm未満の短い
炭素繊維であると、繊維同士の絡み合いが生じにくいの
で、良好な３次元構造体を形成できないと共に、構造体
から炭素繊維が脱落し易く、脱落した炭素繊維が、例え
ば周囲にある電気回路内に入り込み電気器機を故障させ
る等の問題を生じる。これに対し、3mm〜8mmの平均繊維
長であると、製造し易く、また３次元的に配向させ易
い。
よって、平均繊維長としては、1mm以上、15mm以下、
より好ましくは3mm以上、8mm以下とする。
なお、図８に平均繊維径1.3μｍまたは13μｍの炭素
繊維を用いて作製したCF製吸音断熱材の周波数−垂直入
射吸音率曲線を示す。両者の比較から、平均繊維径1.3
μｍの極細の炭素繊維を用いたCF製吸音断熱材は、特に
高周波数領域における吸音性がよいことが判る。
嵩密度と断熱性 嵩密度のみを変化させた種々のCF製吸音断熱材を作製
し、これらのCF製吸音断熱材の熱伝導率λ（λ＝W/m・
℃;Wはワット）を測定した。図９に、測定結果を嵩密度
と1/λ（断熱性）との関係で表した。この図に基づい
て、CF製吸音断熱材の嵩密度と断熱性（1/λ）との関係
を説明する。なお、図９には、CF製吸音断熱材（厚みは
25mm）における結果（●−●）と、平均繊維直径1.0μ
ｍまたは2.5μｍ、平均繊維長５〜15mmの従来の吸音断
熱材（×）の双方が表示してある。
図９から、嵩密度が大きくなるに従い断熱性（1/λ）
が良くなるが、その向上程度は嵩密度が大きくなるに従
い縮小することが判る。また、同一嵩密度での比較にお
いて、CF製吸音断熱材の断熱性がガラス繊維製吸音断熱
材よりも遙かに優れていることが判る。つまり、CF製吸
音断熱材は、ガラス繊維製吸音断熱材よりも軽量なもの
で同等の断熱性が得られる。更に、嵩密度が3Kg/m3以上
のCF製吸音断熱材であれば、平均繊維直径1.0μｍのガ
ラス繊維製吸音断熱材と同等乃至それ以上の断熱効果が
得られることが判る。
図10に横軸に嵩密度を取り、断熱性（1/λ）を嵩密度
ρで除した値（（1/λ）／ρ）を縦軸に取った図を示
す。この図により吸音断熱材の単位嵩密度当たりの断熱
性（重量当たり断熱性能）が明らかになる。すなわち、
図10において、嵩密度が大きくなるに従いほぼ直線的に
単位嵩密度当たりの断熱性が低下しており、嵩密度が小
さいほど重量当たりの断熱性能が良いことが判る。ま
た、CF製吸音断熱材は、ガラス繊維製吸音断熱材（×）
に比べ重量当たり断熱性能（（1/λ）／ρ）に優れるこ
とが判る。
更に、嵩密度10Kg/m3のCF製吸音断熱材の重量当たり
断熱性能と、嵩密度6.7Kg/m3のガラス繊維製吸音断熱材
（×）の重量当たり断熱性能とが略同等である。この結
果から、CF製吸音断熱材の嵩密度を10Kg/m3以下とすれ
ば、少なくとも従来より用いられている代表的な吸音断
熱材であるガラス繊維製吸音断熱材（嵩密度6.7Kg/m3）
と同等以上の断熱性能が保証できることが判る。
以上から、CF製吸音断熱材の嵩密度としては、好まし
くは3Kg/m3以上、10Kg/m3以下とする。
圧縮復元率 圧縮復元率は、CF製吸音断熱材の機械的強度を反映す
る特性の一つである。圧縮復元率の小さい吸音断熱材
を、例えば振動や振動に伴う圧縮力が作用する条件下で
使用した場合、短期間のうちに初期の吸音断熱効果が得
られなくなる。なぜなら、圧縮復元率の悪いものである
と、振動や圧縮を受けると次第に嵩が小さくなる。嵩が
小さくなると内部空隙が減少するので、吸音断熱材自体
の性能が低下する。また、嵩の縮小により実装空間に隙
間ができるからである。
ここで、本発明の目的の一つは、従来品であるガラス
繊維製吸音断熱材と同等以上の性能を有するCF製吸音断
熱材を提供することにある。よって、少なくともガラス
繊維製吸音断熱材と同程度の圧縮復元率が確保されねば
ならない。従来より用いられている代表的なガラス繊維
製吸音断熱材（嵩密度6.7Kg/m3）の圧縮復元率は、70％
である（後記表４の比較例４参照）。
よって、CF製吸音断熱材の圧縮復元率としては、少な
くとも70％以上が好ましく、より好ましくは85％以上と
する。圧縮復元率が85％以上であれば製造時や実装時に
おける外力に耐えることができ、恒常的に振動や圧縮力
がかかる状況でも使用可能だからである。
３軸方向の引張強度比率 本発明のCF製吸音断熱材の更なる限定要素を説明す
る。本発明は、極細の炭素繊維を用い軽量で高性能なCF
製吸音断熱材の提供を目的とし、かつ高速鉄道車両や航
空機などにおけるような恒常的に振動や圧縮力がかかる
用途で使用可能なものを提供しようとするが、極細の繊
維を用い、嵩密度の小さいCF製吸音断熱材を作製した場
合、中太の繊維を用いた嵩密度の大きなものに比べ、機
械的強度が小さくなる。このため、取扱性、施工性、耐
久性に劣ものとなり易い。
特に、縦方向、横方向、厚み方向の３方向の強度に極
端に差があると、強度の弱い方向から崩壊し易いが、極
細の繊維を用い且つ嵩密度の小さいものとする以上、各
方向の絶対的強度をそれ程大きくすることにはできな
い。よって、軽量で嵩密度が小さく、しかも取扱性、施
工性、耐久性、圧縮復元率に優れたCF製吸音断熱材と成
すためにには、３次元座標におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸（以
下、３軸という）の各方向の引張強度の差を小さくする
必要がある。
以上から、本発明の好ましい形態としては、吸音断熱
材の最大引張強度方向に直交する方向における最小引張
強度を前記最大引張強度の４％以上とし、前記最大引張
強度方向と前記最小引張強度の方向の双方に直交する方
向の引張強度を前記最大引張強度の35％以上とする。
以下、この数値の根拠を表１、表２に基づいて説明す
る。表１は、嵩密度のみを変えた吸音断熱材について、
長手方向、幅方向、厚み方向の３軸の各方向から引張強
度を測定した結果である。表２に、最大引張強度方向の
引張強度に対する最少引張強度方向の引張強度及び中間
引張強度方向の引張強度の比率、並びに中間引張強度方
向の引張強度に対する最少引張強度方向の引張強度の比
率（百分率で表示）を示す。
なお、通常、最少引張強度方向は厚み方向であり、最
大引張強度は長手方向又は幅方向となる。また、中間引
張強度方向とは、最大引張強度と最少引張強度の中間に
位置する引張強度の方向であり、通常では幅方向が中間
引張強度方向となる。
〔引張強度の測定条件〕
定速緊張型引張試験機を用い、次の条件で測定した。
（１）幅方向、長手方向の引張強度 引張スピード ;20mm/min スパン（試料長）;50mm 試料サイズ ；縦横50mm、厚み25mm（図15参照） （２）厚み方向の引張強度 引張スピード ;20mm/min スパン（厚み）;25mm 試料サイズ ；縦横60mm、厚み25mm（図16参照） ここで、厚み方向の引張強度は、CF製吸音断熱材の両
面（図16の引張しろ部分）に板を張りつけ、この板を矢
印方向に引っ張る方法により測定した。比較対象とした
ガラス繊維製吸音断熱材は、平均繊維直径１μｍ、平均
繊維長10mmのガラス繊維からなるものである。
表１で明らかとなるように、同一の嵩密度で比較した
場合、CF製吸音断熱材の方がガラス繊維製吸音断熱材よ
りも大きな引張強度であった。特に両者の幅方向及び厚
み方向の引張強度に大きな差が認められた。具体的に
は、CF製吸音断熱材の厚み方向の引張強度方向は、嵩密
度5Kg/m3でガラス繊維製吸音断熱材の8.5倍であり、嵩
密度10Kg/m3でガラス繊維製吸音断熱材の15倍であっ
た。
他方、表２において、最少／最大、中間／最大、最少
／中間の各引張強度比率（百分率）を同一嵩密度で比較
した場合、CF製吸音断熱材の方が、ガラス繊維製吸音断
熱材（従来品）よりも各数値が大きく、それだけ各軸方
向の引張強度に差が少ないことが判る。特にCF製吸音断
熱材の長手方向と幅方向の差が極めて小さいことが判
る。具体的には、CF製吸音断熱材の中間引張強度方向／
最大引張強度方向の比率は、嵩密度3Kg/m3〜10Kg/m3に
おいて、86％以上であった。また、最少引張強度方向／
最大引張強度方向の比率は、嵩密度3Kg/m3〜7Kg/m3にお
いて、5.4以上であった。
ところで、吸音断熱材の製造時や実装時における取扱
性や耐久性等を考慮すると、３軸の各方向の引張強度差
が小さいほどよいが、製造上の理由から引張強度差を無
くすことは困難である。なぜなら、炭素繊維を堆積して
綿状の炭素繊維集合体を作製する製法を採用した場合、
堆積に際して繊維が重力に対しより安定な配向状態にな
ろうとするので、堆積物を組成する繊維の多くは重力と
直交する方向に配向する。つまり、長手方向又は幅方向
に配向し易いので、このような配向状態の繊維を接合し
てなる吸音断熱材では、長手方向又は幅方向の引張強度
が過大になり、厚み方向の引張強度が過少になる傾向が
ある。
但し、CF製吸音断熱材の引張強度差が従来品以下であ
れば、少なくとも従来品と同等以上の取扱性、耐久性が
確保できることになる。すなわち、前記表２からして、
最少／最大の比率を４％以上とし、中間／最大の比率を
35％以上とすれば、従来品と同等以上の取扱性、施工
性、耐久性が確保できる。そして、前記表２の結果か
ら、嵩密度が3Kg/m3〜7Kg/m3のCF製吸音断熱材であれ
ば、この条件を満たすことができる。
次に、以上で述べてきた諸物性を具備するCF製吸音断
熱材の作製方法について説明する。
先ず、公知の方法（特開昭63−146920号公報）で縮合
多環炭化水素を重合した異方性ピッチを作製する。次い
で、このピッチを加熱溶融し、紡糸ノズルから吐出さ
せ、同時に紡糸ノズルの周囲から加熱ガスを前記吐出方
向と同じ方向（好ましくは吐出方向と平行方向）に噴出
させて紡糸繊維を作製する。この加熱ガスは吐出物が直
ちに冷却するのを防止し、かつ適当な長さの繊維を得る
役割を担っている。
上記の紡糸繊維は、例えばネットで補集し、不融化処
理（酸化処理）を施す。これにより炭素繊維前駆体を作
製できる。この炭素繊維前駆体を、不活性ガス中で650
℃〜750℃の温度で炭化処理して、炭素繊維となす。
上記製法において、紡糸ノズルの吐出口の直径を0.5m
m〜0.2mmの範囲で可変し、またピッチの加熱溶融温度及
び吐出速度、並びに加熱ガスの温度、噴出速度を調節す
ることにより、紡糸繊維の平均直径や平均繊維長を任意
に変化させることができる。
なお、不融化処理や炭化処理により若干繊維径や繊維
長が変化するが、測定誤差を考慮した場合、紡糸繊維の
サイズと炭素繊維のサイズに実質的な差がなく、平均繊
維径、平均繊維長にも実質的に差が生じない。
上記炭素繊維を用い次のようにして本発明にかかるCF
製吸音断熱材を作製する。
先ず、ネット等で補集した炭素繊維を、空気を吹きつ
ける方法等で開繊し、これを落下させ熱硬化性樹脂液を
噴霧しながら堆積する方法（噴霧堆積法）、または、開
繊した炭素繊維を平面状に落下し堆積して粗な綿状の集
合体を形成し、この集合体に熱硬化性樹脂液を噴霧する
方法（堆積−噴霧法）で、熱硬化性樹脂の噴霧した炭素
繊維集合体（噴霧堆積物）を作製する。
次に、前記噴霧堆積物に対し、通常、厚み方向から２
枚の押圧板で軽く圧縮し、この状態で加熱して熱硬化性
樹脂を硬化する。これにより、炭素繊維相互の交点が熱
硬化性樹脂で接着された炭素繊維３次元構造体が形成さ
れる。なお、厚み方向と直交する方向から押圧板を当て
がってもよい。
ここで、本発明にかかるCF製吸音断熱材は、上記炭素
繊維と熱硬化性樹脂のみから組成されるものであっても
よく、また上記炭素繊維を主材としてこれに吸音断熱材
を損なわない範囲で他の繊維を含めたものであってもよ
い。このような繊維としては、例えばガラス繊維、ポリ
エステル繊維、セラミックス繊維などが例示できる。
上記製法をより具体的に説明すると、熱硬化性樹脂の
添加量をbKg/m3とした場合、例えば少なくとも炭素繊維
集合体の嵩密度を（３−ｂ）Kg/m3以上、（10−ｂ）Kg/
m3未満とすることにより、3Kg/m3以上で10Kg/m3未満のC
F製吸音断熱材とすることができる。
この場合、好ましくは炭素繊維集合体の嵩密度（ｂを
除く嵩密度）を1.3Kg/m3未満として、加熱成形に際し上
記２枚の押圧板の間隔を調整して所望の嵩密度の成形物
（炭素繊維３次元構造体）と成すのがよい。なぜなら、
1.3Kg/m3未満の粗な嵩密度の集合体とした場合、繊維が
十分にランダムに配向する。よって、繊維相互の交点の
みが接着された嵩高い（嵩密度の小さい）炭素繊維３次
元構造体が得られ、このような構造体であると、３軸の
各方向の引張強度がより均一になる。
また、上記噴霧堆積物の作製においては、好ましくは
開繊した炭素繊維を100cmの高さから平面上に落下させ
るのがよい。この方法であると特別な装置を用いること
なく、繊維をランダム配向できる。なぜなら、平均繊維
直径0.5μｍ〜２μｍ、平均繊維長3mm〜8mmの軽量な炭
素繊維であると、100cmの高さから落下させた場合、空
気抵抗により、あるものは重力方向に配向し、またある
ものは重力方向と直交する方向に配向するからである。
つまり、無秩序な方向に配向した嵩高い炭素繊維の堆積
物（綿状繊維集合体）が得られる。よって、この堆積物
に熱硬化性樹脂液を噴霧すれば、ランダム配向した炭素
繊維３次元構造体が得られる。
炭素繊維を落下させる方法としては、自然落下させて
もよく、また落下に際して下方向（落下速度を減じる方
向）または上方向（落下速度を増す方向）から空気流を
作用させるのもよい。空気流を作用させる方法である
と、繊維の配向を制御できるので、所望の嵩密度の繊維
集合体が作製し易い。
なお、通常、雪を降らすようにして平面上に少しづつ
自然落下させた場合、炭素繊維の個々は３軸の各方向に
かなりランダム配向する。しかし、それでも重力と平行
な方向（長手方向又は幅方向）に配向する炭素繊維が多
くなるので、長手方向又は幅方向に比較し厚み方向の引
張強度が小さくなる傾向がある。このため、特別に厚み
方向の引張強度を大きくしたいような場合には、プレス
機でのプレスにおいて、長手方向および／または幅方向
から圧縮する方法を採用するのもよい。この方向からの
加圧であると、３軸方向の引張強度に大きな差のないも
のができる。
上記で使用する熱硬化性樹脂としては、例えばフェノ
ール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂が使用でき
る。また、その使用量としては、通常、CF製吸音断熱材
に対し10〜40重量％、好ましくは20〜30重量％とする。
40重量％を超えるとバインダー量が多すぎるため、炭素
繊維相互の交点以外をも接着するので好ましくない。そ
の一方、10重量％未満であると、前記交点を十分に接着
できないので、引張強度および圧縮復元率が過小になる
からである。
更に、フェノール樹脂の上記加熱成形時の加熱温度と
しては、150℃〜250℃とし、通常では180℃〜220℃とす
る。
以上のような製法により、前記した諸物性を有する本
発明のCF製吸音断熱材を得ることができる。
本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明する。
〔実施例１〜４〕 縮合多環炭化水素を重合して得た軟化点280℃のピッ
チを320℃で溶融し、直径0.25mmの吐出孔を有する紡糸
ノズルから溶融ピッチを吐出するとともに、吐出孔の周
囲から320℃の加熱気体を、前記溶融ピッチの吐出方向
と同じ方向でかつ吐出方向と平行に吹き出しながら紡糸
し繊維化してネットで補集した。この炭素繊維前駆体の
直径は約0.5〜3.5μｍ（平均繊維直径1.3μｍ）、繊維
長は１〜15mm（平均繊維長5mm）であった。図11にこの
条件で作製した炭素繊維の直径分布を示す。
次いでこの繊維を空気雰囲気で300℃、30分間加熱し
不融化処理した後、所定温度（650℃、700℃、750℃、8
00℃）の不活性ガス雰囲気中で30分間加熱する方法で炭
化処理した。このようにして炭化処理温度の異なる４通
りの炭素繊維を得た。これらの炭素繊維の直径及び繊維
長は概ね上記炭素繊維前駆体と同様であった。
上記４通りの炭素繊維をそれぞれ用いて４通りのCF製
吸音断熱材を作製した。具体的には、繊維相互が絡み合
った炭素繊維に空気を吹きつけて開繊し、開繊した炭素
繊維を100cmの高さから雪を降らすようにして少しづつ
平面上に自然落下させて、厚さ120mm、嵩密度約0.7Kg/m
3の綿状の集合体（未結着状態）を作製した。
次いで、この炭素繊維集合体に20wt％のフェノール樹
脂溶液を炭素繊維集合体に対し150重量％噴霧し、２枚
の押圧板を備えるプレス機で厚さ約25mmまで圧縮し、
（縦、横方向は圧縮せず）、この状態で200℃に加熱し
フェノール樹脂を完全に硬化させた。このようにして、
縦1.5m、横0.5m、厚み25mm、嵩密度4.8Kg/m3の炭素繊維
３次元構造体（４通り）を作製し、これをCF製吸音断熱
材とした。
〔実施例５〕 炭化処理温度を700℃としたこと、及び炭素繊維集合
体の厚みを100mmとしたこと以外については、前記実施
例１〜４と同様にして、嵩密度4.0Kg/m3の実施例５のCF
製吸音断熱材を作製した。なお、サイズ、厚みは前記実
施例１〜４と同様である。
〔実施例６〕 炭化処理温度を700℃としたこと、及び炭素繊維集合
体の厚みを175mmとしたこと以外については、前記実施
例１〜４と同様にして、嵩密度7.0Kg/m3の実施例６のCF
製吸音断熱材を作製した。サイズ、厚みは前記実施例１
〜４と同様である。
〔比較例１〕 炭化処理温度を850℃としたこと以外については、前
記実施例１〜４と同様にして、比較例１のCF製吸音断熱
材を作製した。なお、サイズ、厚み、嵩密度について
は、前記実施例１〜４と同様である。
〔比較例２〕 炭化処理温度を900℃としたこと以外については、前
記実施例１〜４と同様にして、比較例２のCF製吸音断熱
材を作製した。サイズ、厚み、嵩密度については、前記
実施例１〜４と同様である。
〔比較例３〕 石炭系等方性ピッチを原料とし且つ950℃で炭化処理
した繊維直径13μｍ、平均繊維長25mmの炭素繊維を用い
たこと以外は、実施例１〜４と同様の方法で、比較例３
にかかる吸音断熱材を作製した。
〔比較例４〕 平均繊維直径1.0μｍ、平均繊維長10mmのガラス繊維
同志をフェノール樹脂で接合したガラス繊維製吸音断熱
材（厚み25mm、嵩密度6.7Kg/m3）を比較例４とした。
実施例１〜６、及び比較例１〜４の各種吸音断熱材に
ついても実施の形態で記載した方法と同様な試験を行っ
た。その試験結果を炭素繊維の製造条件と共に表３、表
４に一覧表示する。
表３から明らかなごとく、実施例１〜６はガルバニッ
ク電流が0.2μＡ〜17μＡであり、ガルバニック電流が1
7μＡの実施例１で電気腐食が極僅かに認められたもの
の、実施例２〜６では全く電気腐食が認められなかっ
た。
これに対し比較例１（炭化処理温度850℃、ガルバニ
ック電流56μＡ）、比較例２（炭化処理温度900℃、ガ
ルバニック電流110μＡ）、比較例３（炭化処理温度950
℃、ガルバニック電流36μＡ）では電気腐食が認められ
た。なお、比較例４で電気腐食が認められなかったの
は、ガラス繊維はガルバニック電流を生じないからであ
る。
表４において、本発明にかかる実施例１〜６の引張強
度比率（百分率）は、P2/P1＝82〜100、P3/P1＝5.0〜6.
3であった。これに対し、比較例４ではP2/P1＝33、P3/P
1＝2.5であり、本発明のCF製吸音断熱材に比較し３軸の
各方向の引張強度差が顕著に大きかった。
また、熱伝導率（W/m・℃）は、嵩密度4.8Kg/m3の実
施例１〜４が0.035〜0.037、嵩密度4.0Kg/m3の実施例５
が0.037、嵩密度7.0Kg/m3の実施例６が0.033であった。
これに対し、嵩密度6.7Kg/m3の比較例４（ガラス繊維製
吸音断熱材）の熱伝導率は0.039であった。この結果か
ら、本発明にかかるCF製吸音断熱材は、ガラス繊維製吸
音断熱材に比べ小さい嵩密度で、より高い断熱性能が得
られることが実証される。なお、熱伝導率の大小と断熱
性能の良否とは逆の関係にある。
更に、25mm厚における1000HZ垂直入射吸音率（％）
は、嵩密度4.8Kg/m3の実施例１〜４が52〜55、嵩密度4.
0Kg/m3の実施例５が50、嵩密度7.0Kg/m3の実施例６が60
であった。これに対し、嵩密度6.7Kg/m3の比較例４（ガ
ラス繊維製吸音断熱材）の25mm厚における1000HZ垂直入
射吸音率（％）は48であった。この結果から、上記と同
様、本発明にかかるCF製吸音断熱材は、ガラス繊維製吸
音断熱材に比べ、小さい嵩密度でより優れた防音効果が
得られることが実証できた。
産業上の利用可能性 以上に説明したように、本発明構成によれば、本発明
の各課題を十分に達成することができる。すなわち、優
れた断熱性、吸音性に加え、引張強度や圧縮復元性にも
優れた吸音断熱材が実現できる。また、本発明の吸音断
熱材は、炭素繊維を主構成材料とするものであるので、
炭素繊維が備える好適な特性、即ち軽量性、化学的安定
性、難燃性、火災時において有毒なガスを発生しない性
質、吸湿しにくい性質をも兼ね備えている。更に本発明
の吸音断熱材は、炭素繊維からなる吸音断熱材の弱点で
ある電気腐食性や非導電特性が改善してあり、さらに引
張強度や圧縮復元率等の機械的特性も格段に向上させて
ある。
このような吸音断熱材であると、実装当初における吸
音断熱性能が優れることは勿論のこと、長期間の使用に
よっても吸音断熱性能が劣化しない。また、吸音断熱材
が実装された周囲の部材を電気腐食しない。加えて、吸
音断熱材本体や本体から脱落した繊維が電気回路をショ
ートさせる恐れもない。
よって、本発明によれば、住宅等の省エネルギー化を
実現する部材として使用できることは勿論、恒常的な振
動が存在し、かつ金属素材が多く用いられ、更に多様な
電気機器が搭載された例えば航空機、高速鉄道車両、宇
宙船等においても好適に使用できるCF製吸音断熱材が提
供できる。よって、本発明の産業上の意義は大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾上 良一 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 伊達 利夫 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 佐藤 富徳 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−217556（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−502768（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−116032（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−331572（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−331573（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/83 C08J 5/04 B29B 11/16 E04B 1/82

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平均繊維直径0.5μｍ〜５μｍ、平均繊維
    長1mm〜15mmの炭素繊維からなる綿状炭素繊維集合体の
    繊維相互が熱硬化性樹脂で接合されている吸音断熱材。
  2. 【請求項２】前記吸音断熱材を一方電極とし、アルミニ
    ウム板を他方電極とし、0.45重量％塩化ナトリウム水溶
    液を電解液とするガルバニックセルにおけるガルバニッ
    ク電流が10μＡ以下であることを特徴とする、請求項１
    記載の吸音断熱材。
  3. 【請求項３】前記吸音断熱材の嵩密度が3Kg/m3以上、10
    Kg/m3以下である、請求項１または２記載の吸音断熱
    材。
  4. 【請求項４】前記吸音断熱材の最大引張強度が1.0g/mm2
    以上である、請求項１ないし３記載の吸音断熱材。
  5. 【請求項５】前記吸音断熱材の圧縮復元率が70％以上で
    ある、請求項１ないし４記載の吸音断熱材。
  6. 【請求項６】前記吸音断熱材の最大引張強度方向に直交
    する方向における最小引張強度が前記最大引張強度の0.
    04倍以上であり、前記最大引張強度方向と前記最小引張
    強度の方向の双方に直交する方向の引張強度が前記最大
    引張強度の0.76倍以上である、請求項１ないし５記載の
    吸音断熱材。
  7. 【請求項７】前記吸音断熱材の熱伝導率が0.039W/m・℃
    以下である、請求項１ないし６記載の吸音断熱材。
  8. 【請求項８】前記吸音断熱材の25mm厚における周波数10
    00Hzでの垂直入射吸音率が48％以上である、請求項１な
    いし７記載の吸音断熱材。
  9. 【請求項９】前記炭素繊維が縮合多環炭化水素を重合し
    て得た異方性ピッチからなるものである、請求項１ない
    し８記載の吸音断熱材。
  10. 【請求項１０】〔補正後〕 縮合多環炭化水素を重合して得た異方性ピッチを加熱溶
    融し、この溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、
    前記紡糸ノズルの周囲から前記溶融物の吐出方向と同方
    向に加熱ガスを噴出させることによって紡糸する紡糸工
    程と、 紡糸した繊維を不融化した後、550℃以上、800℃未満の
    温度で炭化処理して非電食性炭素繊維を作製する炭素繊
    維作製工程と、 前記非電食性炭素繊維を熱硬化性樹脂液を噴霧しながら
    平面上に綿状に堆積する噴霧堆積工程と、 噴霧堆積したものを加熱成形する加熱成形工程と、 を備える吸音断熱材の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記噴霧堆積工程が、前記非電食性炭素
    繊維を綿状に堆積する堆積工程と、この綿状の炭素繊維
    堆積物に熱硬化性樹脂液を噴霧する噴霧工程とからなる
    ことを特徴とする、請求項10記載の吸音断熱材の製造方
    法。
  12. 【請求項１２】前記噴霧堆積工程または前記堆積工程に
    おける堆積方法が、空気で開繊した炭素繊維を少なくと
    も100cm以上の高さから平面上に落下させて行うことを
    特徴とする、請求項10または11記載の吸音断熱材の製造
    方法。
  13. 【請求項１３】前記綿状の炭素繊維堆積物の嵩密度が1.
    3Kg/m3以下であることを特徴とする、請求項11または12
    記載の吸音断熱材の製造方法。
  14. 【請求項１４】〔追加補正〕 前記炭化処理の温度として、650℃以上、750℃未満の温
    度を用いる、請求項10に記載の吸音断熱材の製造方法。
  15. 【請求項１５】〔追加補正〕 炭素繊維を含む綿状炭素繊維集合体の繊維相互が熱硬化
    性樹脂で接合されてなる吸音断熱材であって、 前記吸音断熱材を一方電極とし、アルミニウム板を他方
    電極とし、0.45重量％塩化ナトリウム水溶液を電解液と
    するガルバニックセルを構成したとき、当該セルに発生
    するガルバニック電流が20μＡ以下であることにより特
    徴づけられる吸音断熱材。
  16. 【請求項１６】〔追加補正〕 前記ガルバニック電流が10μＡ以下である、 請求項15に記載の吸音断熱材。
  17. 【請求項１７】〔追加補正〕 前記炭素繊維の平均繊維直径が0.5μｍ〜５μｍであ
    り、平均繊維長1mm〜15mmである、 請求項15または16に記載の吸音断熱材。
  18. 【請求項１８】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の嵩密度が3Kg/m3以上、10Kg/m3以下で
    ある、 請求項15、16、または17に記載の吸音断熱材。
  19. 【請求項１９】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の最大引張強度が1.0g/mm2以上である、 請求項15ないし18に記載の吸音断熱材。
  20. 【請求項２０】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の圧縮復元率が70％以上である、 請求項15ないし19に記載の吸音断熱材。
  21. 【請求項２１】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の最大引張強度方向に直交する方向にお
    ける最小引張強度が前記最大引張強度の0.04倍以上であ
    り、前記最大引張強度方向と前記最小引張強度の方向の
    双方に直交する方向の引張強度が前記最大引張強度の0.
    76倍以上である、 請求項15ないし20に記載の吸音断熱材。
  22. 【請求項２２】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の熱伝導率が0.039W/m・℃以下である、 請求項15ないし21に記載の吸音断熱材。
  23. 【請求項２３】〔追加補正〕 前記吸音断熱材の25mm厚における周波数1000Hzでの垂直
    入射吸音率が48％以上である、 請求項15ないし22に記載の吸音断熱材。
  24. 【請求項２４】〔追加補正〕 前記炭素繊維が縮合多環炭化水素を重合して得た異方性
    ピッチからなるものである、 請求項15ないし23に記載の吸音断熱材。
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