JP3028571B2 - 炭素繊維断熱材の製造方法 - Google Patents
炭素繊維断熱材の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェル
トと熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは炭
素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたものを
少なくとも各々一層以上用い、それらを設計密度になる
様適宜積層し、成形・焼成して得られる炭素繊維断熱材
に関するものであり、非酸化雰囲気で使用される各種高
温炉用断熱材として層間の剥離強度に優れた、且つフェ
ルトのみを素材としたものに比し安価であることを特長
とする断熱材を提供するものである。
トと熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは炭
素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたものを
少なくとも各々一層以上用い、それらを設計密度になる
様適宜積層し、成形・焼成して得られる炭素繊維断熱材
に関するものであり、非酸化雰囲気で使用される各種高
温炉用断熱材として層間の剥離強度に優れた、且つフェ
ルトのみを素材としたものに比し安価であることを特長
とする断熱材を提供するものである。
（従来の技術） 窒素、アルゴン、真空等不活性雰囲気中で且つ高温
（1000℃以上）中で使用される炉の断熱材としては炭素
繊維断熱材が一般的である。炭素繊維断熱材は要求され
る断熱特性、使用温度、雰囲気、厚さ、大きさなどの形
状等に応じて生産されている。
（1000℃以上）中で使用される炉の断熱材としては炭素
繊維断熱材が一般的である。炭素繊維断熱材は要求され
る断熱特性、使用温度、雰囲気、厚さ、大きさなどの形
状等に応じて生産されている。
需要の圧倒的大部分を占めるものとしては、フェルト
を素材としてそれにフェノール樹脂等炭化率の高い樹脂
を含浸させ、平板・円筒等目的とする形状に成形後、20
00℃前後に焼成して得られるものである。こうして得ら
れる断熱材は、断熱特性に優れる、品質が一定してい
る、加工が容易であるなどの利点を有しているが原料の
フェルト自体に炭素繊維原糸あるいはマットをカードリ
ング、ニードルパンチをするなどの工程が不可欠である
ため製品に占める原料コストが大きな比重を占めること
になる。また、1500−1600℃以下の温度域で使用される
炉の断熱材としては上記フェルトベースの断熱材は必ず
しも必要なく、諸物性が多少劣っても低価格であること
がより重要な場合が多い。一方、各種の密度の断熱材を
得るためには各種の厚さ、目付けのフェルトが必要とな
るが実際上は生産効率の点から１ないし２種類のフェル
トを使用することが多く、結果的には必要以上のフェル
トを使うことになり更にコストアップにつながることが
多い。
を素材としてそれにフェノール樹脂等炭化率の高い樹脂
を含浸させ、平板・円筒等目的とする形状に成形後、20
00℃前後に焼成して得られるものである。こうして得ら
れる断熱材は、断熱特性に優れる、品質が一定してい
る、加工が容易であるなどの利点を有しているが原料の
フェルト自体に炭素繊維原糸あるいはマットをカードリ
ング、ニードルパンチをするなどの工程が不可欠である
ため製品に占める原料コストが大きな比重を占めること
になる。また、1500−1600℃以下の温度域で使用される
炉の断熱材としては上記フェルトベースの断熱材は必ず
しも必要なく、諸物性が多少劣っても低価格であること
がより重要な場合が多い。一方、各種の密度の断熱材を
得るためには各種の厚さ、目付けのフェルトが必要とな
るが実際上は生産効率の点から１ないし２種類のフェル
トを使用することが多く、結果的には必要以上のフェル
トを使うことになり更にコストアップにつながることが
多い。
また、フェルトのみを多数枚積層するとフェルト自体
は各層間において必ずしも糸同志の絡みが充分ではなく
厚さ、密度によっては層間の剥離強度が不十分であるこ
とが時として大きな問題となる。
は各層間において必ずしも糸同志の絡みが充分ではなく
厚さ、密度によっては層間の剥離強度が不十分であるこ
とが時として大きな問題となる。
（課題を解決するための手段） 本発明者らは、炭素繊維フェルトとその原料である炭
素繊維マットを形状、物性、密度等要求される目的に応
じて組み合わせることにより層間の剥離強度の向上、且
つ製品コストの低減を計ることが可能であることを見い
だし本発明に至った。
素繊維マットを形状、物性、密度等要求される目的に応
じて組み合わせることにより層間の剥離強度の向上、且
つ製品コストの低減を計ることが可能であることを見い
だし本発明に至った。
即ち、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェルト
と、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは該
炭素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたもの
とを少なくとも各々一層以上積層し、それらを最終目的
に合わせ適宜積層成形し、更に焼成することを特徴とす
る炭素繊維断熱材料の製造方法に関するものである。
と、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは該
炭素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたもの
とを少なくとも各々一層以上積層し、それらを最終目的
に合わせ適宜積層成形し、更に焼成することを特徴とす
る炭素繊維断熱材料の製造方法に関するものである。
樹脂を含浸させたフェルトとマットまたはマットにペ
ーパーを組み合わせたものとの積層方法は、厚さ、密度
等に応じて任意に組み合わせることが可能である。マッ
トとペーパーとを組み合わせものには例えばマットをペ
ーパーに載せるかペーパーで挟み適宜な方法で樹脂を含
浸させたものがある。また積層時において樹脂を含浸さ
せたマットの表面に炭素繊維ペーパーを張り合わせるこ
とも取扱性向上、表面の粉落ち防止、断熱特性向上等の
意味があり、本目的の中にはこれらの方法のものも包含
される。
ーパーを組み合わせたものとの積層方法は、厚さ、密度
等に応じて任意に組み合わせることが可能である。マッ
トとペーパーとを組み合わせものには例えばマットをペ
ーパーに載せるかペーパーで挟み適宜な方法で樹脂を含
浸させたものがある。また積層時において樹脂を含浸さ
せたマットの表面に炭素繊維ペーパーを張り合わせるこ
とも取扱性向上、表面の粉落ち防止、断熱特性向上等の
意味があり、本目的の中にはこれらの方法のものも包含
される。
本発明で用いられる炭素繊維フェルトはピッチ系、PA
N系の炭素繊維に限定されることはなく一般的に入手可
能なものであれば良く、更にはPAN系不融化繊維（例え
ば、東邦レーヨン（株）製パイロメックス）や耐熱性有
機繊維（例えば、日本カイノール（株）製カイノール）
との混織フェルトでも何等差し支えない。しかしなが
ら、特殊な目的に供する場合を除いて通常は価格的に安
価な且つ容易にフェルト化しやすいピッチ系炭素繊維が
望ましい。用いる炭素繊維フェルトの嵩密度、厚さ、目
付けなどは特に制約されるものではないが含浸性などを
考慮すると、厚さ:5−20mm、嵩密度:0.03−0.15g/cc、
目付け:200−2000g/m2のものが好ましい。このような炭
素繊維フェルトは一般的に入手可能な熱硬化性樹脂を用
いて容易に含浸することができる。
N系の炭素繊維に限定されることはなく一般的に入手可
能なものであれば良く、更にはPAN系不融化繊維（例え
ば、東邦レーヨン（株）製パイロメックス）や耐熱性有
機繊維（例えば、日本カイノール（株）製カイノール）
との混織フェルトでも何等差し支えない。しかしなが
ら、特殊な目的に供する場合を除いて通常は価格的に安
価な且つ容易にフェルト化しやすいピッチ系炭素繊維が
望ましい。用いる炭素繊維フェルトの嵩密度、厚さ、目
付けなどは特に制約されるものではないが含浸性などを
考慮すると、厚さ:5−20mm、嵩密度:0.03−0.15g/cc、
目付け:200−2000g/m2のものが好ましい。このような炭
素繊維フェルトは一般的に入手可能な熱硬化性樹脂を用
いて容易に含浸することができる。
使用する熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、フラン
樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる
が、安価で残炭率の高いフェノール樹脂の使用が好まし
い。
樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる
が、安価で残炭率の高いフェノール樹脂の使用が好まし
い。
また、炭素繊維／樹脂の比率は使用するフェルトの厚
さ、嵩密度及び要求される製品規格や焼成時の寸法変化
等を勘案して決定されるが樹脂として10−50重量％の範
囲で容易に調節できる。
さ、嵩密度及び要求される製品規格や焼成時の寸法変化
等を勘案して決定されるが樹脂として10−50重量％の範
囲で容易に調節できる。
一方、本発明で用いる炭素繊維マットとは紡糸した糸
をベルトコンベア等の上に堆積させ、焼成して得られる
綿状の糸の集合体であり、フェルト、ミルドファイバ
ー、チョップドファイバー等の加工用原糸を意味する。
炭素繊維マットは炭素繊維フェルトに比し約半分の価格
であり、製品としての炭素繊維断熱材が10,000〜30,000
円/kg程度することからしてコスト低減のためには充分
意味がある。炭素繊維マット自体はフェルトの様に形状
の自己保持性は少ないものの糸同士は充分絡み合ってお
り、含進、積層、切断等の作業上においては何等不都合
はない。また紡糸速度、ベルトコンベアの速度などを調
節することにより厚さ、嵩密度を調節出来るが、量産化
されるものとしては約0.01−0.03g/ccである。この様な
炭素繊維マットはフェルトに比して嵩高く、糸がばらけ
易い難点はあるが含浸装置を工夫することにより、ある
いは樹脂溶液を散布することにより含浸することが可能
である。例えば炭素繊維マットを炭素繊維ペーパーで挟
むことにより含浸装置による含浸を容易ならしめること
ができる。
をベルトコンベア等の上に堆積させ、焼成して得られる
綿状の糸の集合体であり、フェルト、ミルドファイバ
ー、チョップドファイバー等の加工用原糸を意味する。
炭素繊維マットは炭素繊維フェルトに比し約半分の価格
であり、製品としての炭素繊維断熱材が10,000〜30,000
円/kg程度することからしてコスト低減のためには充分
意味がある。炭素繊維マット自体はフェルトの様に形状
の自己保持性は少ないものの糸同士は充分絡み合ってお
り、含進、積層、切断等の作業上においては何等不都合
はない。また紡糸速度、ベルトコンベアの速度などを調
節することにより厚さ、嵩密度を調節出来るが、量産化
されるものとしては約0.01−0.03g/ccである。この様な
炭素繊維マットはフェルトに比して嵩高く、糸がばらけ
易い難点はあるが含浸装置を工夫することにより、ある
いは樹脂溶液を散布することにより含浸することが可能
である。例えば炭素繊維マットを炭素繊維ペーパーで挟
むことにより含浸装置による含浸を容易ならしめること
ができる。
また本発明で言う炭素繊維ペーパーはピッチ系または
PAN系のいずれでも良く、又ペーパーに使用されるバイ
ンダーも特に制約されるものではなく広く一般的に入手
可能なものであれば差し支えない。
PAN系のいずれでも良く、又ペーパーに使用されるバイ
ンダーも特に制約されるものではなく広く一般的に入手
可能なものであれば差し支えない。
（実施例） 次いで本発明を実施例によりさらに説明する。尚、例
中の部及び％は特にことわりのない限り重量基準であ
る。
中の部及び％は特にことわりのない限り重量基準であ
る。
参考例１ コールタールを素材とする汎用型ピッチ系炭素繊維フ
ェルト，厚さ10mm,嵩密度:0.05g/ccを、含浸装置を用い
てレゾールタイプのフェノール樹脂を用いて含浸させ
た。得られた炭素繊維フェルトプリプレグの物性は，樹
脂含有率：約25％，揮発分：約10％，目付け：約750g/m
2であった。このものを８枚積層し、150℃において１時
間圧縮成形、次いで真空下2000℃迄昇温・焼成すること
で最終的に嵩密度0.16g/cc,厚さ30mmの平板状炭素繊維
断熱材を得た。このものの物性は次の通りであった。
ェルト，厚さ10mm,嵩密度:0.05g/ccを、含浸装置を用い
てレゾールタイプのフェノール樹脂を用いて含浸させ
た。得られた炭素繊維フェルトプリプレグの物性は，樹
脂含有率：約25％，揮発分：約10％，目付け：約750g/m
2であった。このものを８枚積層し、150℃において１時
間圧縮成形、次いで真空下2000℃迄昇温・焼成すること
で最終的に嵩密度0.16g/cc,厚さ30mmの平板状炭素繊維
断熱材を得た。このものの物性は次の通りであった。
熱伝導率（kcal/m・hr・℃）:0.08（1000℃）,0.22（20
00℃）（10-2Torr真空中） 剥離強度（kg/cm2）:0.25（フラットワイズ法） 圧縮強度（kg/cm2）:3.1 実施例１ コールタールを素材とする汎用型ピッチ系炭素繊維マ
ット，嵩密度:0.02g/cc,見かけ厚さ:20mmを揮発分20％
のレゾールタイプのフェノール樹脂のメタノール溶液を
スプレー散布，乾燥することにより樹脂含有量約30％，
揮発分：約15％，目付け：約300g/m2のプリプレグ状物
を得た。このものを参考例１記載のフェルトプリプレグ
２枚に１枚の割合、即ちフェルト２枚／マット１枚／フ
ェルト２枚／マット１枚／フェルト２枚の順で積層し
た。この積層物を150℃において１時間圧縮成形し、次
いで真空下2000℃迄昇温・焼成することで最終的に嵩密
度0.15g/cc,厚さ30mmの平板状炭素繊維断熱材を得た。
成形以後に要したコストは参考例１と同じであるがこの
ものの最終的コストは参考例１に比し約10％低かった。
このものの物性は次の通りであった。
00℃）（10-2Torr真空中） 剥離強度（kg/cm2）:0.25（フラットワイズ法） 圧縮強度（kg/cm2）:3.1 実施例１ コールタールを素材とする汎用型ピッチ系炭素繊維マ
ット，嵩密度:0.02g/cc,見かけ厚さ:20mmを揮発分20％
のレゾールタイプのフェノール樹脂のメタノール溶液を
スプレー散布，乾燥することにより樹脂含有量約30％，
揮発分：約15％，目付け：約300g/m2のプリプレグ状物
を得た。このものを参考例１記載のフェルトプリプレグ
２枚に１枚の割合、即ちフェルト２枚／マット１枚／フ
ェルト２枚／マット１枚／フェルト２枚の順で積層し
た。この積層物を150℃において１時間圧縮成形し、次
いで真空下2000℃迄昇温・焼成することで最終的に嵩密
度0.15g/cc,厚さ30mmの平板状炭素繊維断熱材を得た。
成形以後に要したコストは参考例１と同じであるがこの
ものの最終的コストは参考例１に比し約10％低かった。
このものの物性は次の通りであった。
熱伝導率（kcal/m・hr・℃）:0.09（1000℃）,0.24（20
00℃）（10-2Torr真空中） 剥離強度（kg/cm2）:0.29（フラットワイズ法） 参考例１により得られた断熱材においては層間の剥離
箇所は特定出来なかったが実施例１の場合はマットの箇
所ではなくフェルトの部分で剥離がおこっている。
00℃）（10-2Torr真空中） 剥離強度（kg/cm2）:0.29（フラットワイズ法） 参考例１により得られた断熱材においては層間の剥離
箇所は特定出来なかったが実施例１の場合はマットの箇
所ではなくフェルトの部分で剥離がおこっている。
実施例２ 実施例１記載と同じ炭素繊維マットをピッチ系炭素繊
維ペーパー，目付け:40g/m2のもので挟み含浸装置を用
い同じく実施例１記載のフェノール樹脂により含浸さ
せ、樹脂含有量約30％，目付け：約400g/m2のプリプレ
グ状物を得た。このものを実施例１と同様にしてフェル
トプリプレグの間に挟み同様に積層した。積層物を更に
同様に処理することにより最終的に嵩密度 約0.16g/c
c,厚さ30mmの平板状炭素繊維断熱材を得た。この場合の
コストは参考例１に比し約５％低かった。
維ペーパー，目付け:40g/m2のもので挟み含浸装置を用
い同じく実施例１記載のフェノール樹脂により含浸さ
せ、樹脂含有量約30％，目付け：約400g/m2のプリプレ
グ状物を得た。このものを実施例１と同様にしてフェル
トプリプレグの間に挟み同様に積層した。積層物を更に
同様に処理することにより最終的に嵩密度 約0.16g/c
c,厚さ30mmの平板状炭素繊維断熱材を得た。この場合の
コストは参考例１に比し約５％低かった。
このものの熱伝導率は測定誤差内でほとんど実施例１
の場合に得られたものと同等であった。
の場合に得られたものと同等であった。
一方、剥離強度は約0.3kg/cm2であった。
実施例３ 実施例１記載と同様にしてスプレー法により同様のマ
ットのプリプレグ状物を得た。このものとフェルトプリ
プレグを交互にフェルトが上段にマットが最下段になる
ように各々４層ずつ計８層積層し、最下段のマットプリ
プレグの表面に0.5mm厚の可とう性黒鉛質シートを張り
合わせた。積層物を上記実施例と同様にして成形・焼成
することにより嵩密度0.15g/cc,厚さ30mmの平板状炭素
繊維断熱材を得た。この場合のコストは参考例１に比し
約５％低かった。このものの物性は次の通りであった。
ットのプリプレグ状物を得た。このものとフェルトプリ
プレグを交互にフェルトが上段にマットが最下段になる
ように各々４層ずつ計８層積層し、最下段のマットプリ
プレグの表面に0.5mm厚の可とう性黒鉛質シートを張り
合わせた。積層物を上記実施例と同様にして成形・焼成
することにより嵩密度0.15g/cc,厚さ30mmの平板状炭素
繊維断熱材を得た。この場合のコストは参考例１に比し
約５％低かった。このものの物性は次の通りであった。
熱伝導率（kcal/m.hr.℃）:0.08（1000℃）,0.22（2000
℃）（10-2Torr真空中）（黒鉛質シート面が高温側にな
る様にセットし測定） 剥離強度（kg/cm2）:0.30（フラットワイズ法） （発明の効果） 本発明の炭素繊維断熱材は炭素繊維フェルトのみから
得られる断熱材に比し、剥離強度に優れ、低価格、且つ
熱伝導率の低下の殆どない断熱材をである。
℃）（10-2Torr真空中）（黒鉛質シート面が高温側にな
る様にセットし測定） 剥離強度（kg/cm2）:0.30（フラットワイズ法） （発明の効果） 本発明の炭素繊維断熱材は炭素繊維フェルトのみから
得られる断熱材に比し、剥離強度に優れ、低価格、且つ
熱伝導率の低下の殆どない断熱材をである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−63136（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−92471（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16L 59/02 B32B 5/02 - 5/28 C01B 31/02 C04B 35/52
Claims (1)
- 【請求項１】熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェル
トと、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは
該炭素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたも
のとを少なくとも各々一層以上積層し、次いで圧縮成形
し、更に焼成することを特徴とする炭素繊維断熱材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02224306A JP3028571B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 炭素繊維断熱材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02224306A JP3028571B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 炭素繊維断熱材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04107398A JPH04107398A (ja) | 1992-04-08 |
| JP3028571B2 true JP3028571B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16811700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02224306A Expired - Fee Related JP3028571B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 炭素繊維断熱材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028571B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1622695B (zh) * | 2003-11-28 | 2010-05-12 | 松下电器产业株式会社 | 碳系发热体的制造方法、碳系发热体、加热器及加热装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000141526A (ja) * | 1998-11-13 | 2000-05-23 | Nippon Carbon Co Ltd | 炭素繊維成形断熱材 |
| JP4338844B2 (ja) * | 1999-07-19 | 2009-10-07 | 東洋炭素株式会社 | 成形断熱材及びヒートシールド |
| JP6602523B2 (ja) * | 2013-06-04 | 2019-11-06 | ニチアス株式会社 | 断熱材および断熱材の製造方法 |
| JP6344972B2 (ja) * | 2014-05-21 | 2018-06-20 | 株式会社クレハ | 円筒状断熱材及びその製造方法 |
| JP6916706B2 (ja) * | 2016-10-28 | 2021-08-11 | 大阪ガスケミカル株式会社 | 成形断熱材の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-28 JP JP02224306A patent/JP3028571B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1622695B (zh) * | 2003-11-28 | 2010-05-12 | 松下电器产业株式会社 | 碳系发热体的制造方法、碳系发热体、加热器及加热装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04107398A (ja) | 1992-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |