JP5671375B2 - 成形断熱材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
炭素繊維を交絡させた繊維フェルトと前記繊維フェルトの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなる保護炭素層とを有する炭素繊維シートのみからなり、前記炭素繊維シートを複数積層してなる成形断熱材であって、前記成形断熱材は、保護炭素層の質量含有比率が異なる2種類以上の炭素繊維シートが積層されてなり、成形断熱材の少なくとも一方の表面に、保護炭素層の質量含有比率の最も高い炭素繊維シートが配置されていることを特徴とする。
本発明を実施するための形態を、図面を参照して以下に説明する。図1は、本発明に係る炭素繊維シートの拡大模式図である。
繊維フェルトは、公知の方法で作製したものを用いることができ、好ましくは炭素繊維が三次元的に配向しやすい方法を採用する。繊維フェルトの形成方法としては、例えば開繊機により開繊、空気圧で上昇させ降り積もらせた後、ニードルパンチを用いる方法、溶液中で撹拌・混合し、抄紙網上に堆積させる方法、カード機などのカーディング手段により繊維フェルトを紡出した後、ニードルパンチを用いる方法等が例示できる。
こののち、繊維フェルトに熱硬化性樹脂溶液を噴霧し、熱硬化性樹脂溶液に浸漬し、あるいは熱硬化性樹脂溶液を塗布してプリプレグとなす。このとき、熱硬化性樹脂溶液の質量含有比率の異なる複数種類のプリプレグを作製する。
プリプレグを複数積層して、プリプレグ積層体となす。このとき、熱硬化性樹脂溶液の質量含有比率の最も高いプリプレグが、少なくとも一方の表面に配されるようにする。積層枚数は、作製する成形断熱材の厚みやプリプレグの厚みに応じて適宜選択すればよい。また、例えば円筒形の成形断熱材を作製する場合、熱硬化性樹脂含有量が変化したプリプレグを、円柱ないし円筒状のマンドレルにらせん状に巻いて積層させる構成としてもよい。
プリプレグ積層体を目的の厚みとなるようにプレス機を用いて加圧しつつ、熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度に加熱し、所定の時間(例えば、1〜10時間)保持して、プリプレグ相互を結着する。
結着されたプリプレグ積層体を、不活性雰囲気で1500〜2500℃で所定の時間(例えば、1〜20時間)加熱し、熱硬化性樹脂を炭素化させて、成形断熱材を得る。
ピッチ系炭素繊維(平均直径13μm)からなる、ニードルパンチ法により作製された繊維フェルト(厚み5mm、幅1000mm、長さ1500mm)を、フェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液に浸漬して、繊維フェルトにフェノール樹脂系熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグを作製した。このとき、浸漬時間や溶液濃度を変化させることにより、フェノール樹脂系熱硬化性樹脂の質量含有比率の異なる3種類のプリプレグを作製した。
プリプレグAを7層積層し、さらにその表面にプリプレグBを1層積層して、プリプレグ積層体を作製した。
プリプレグCを7層積層し、さらにその表面にプリプレグBを1層積層して、プリプレグ積層体を作製したこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2に係る成形断熱材を作製した。なお、実施例2に係る成形断熱材のかさ密度は、0.18g/cm3であった。
プリプレグAを8層積層して、プリプレグ積層体を作製したこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1に係る成形断熱材を作製した。なお、比較例1に係る成形断熱材のかさ密度は、0.15g/cm3であった。
プリプレグCを8層積層して、プリプレグ積層体を作製したこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例2に係る成形断熱材を作製した。なお、比較例2に係る成形断熱材のかさ密度は、0.17g/cm3であった。
上記のように作製された実施例1、2、比較例1、2に係る成形断熱材を10cm四方に裁断して、試験片を作製した。この試験片の表面(実施例1,2においては、プリプレグB由来の炭素繊維シート側の表面)にペーパータオルを設置し、12.8gf/cm2の荷重がかかるように、金属性の重りをペーパータオル上に載置した(実施例1,2においては、プリプレグB側の表面)。こののち、ペーパータオルを1cm/secで10cm引っ張り、試験前後の重量変化(減少)を測定した。この試験結果を、試験片の表面1cm2あたりの重量変化として、下記表1に示す。
2 保護炭素層
Claims (5)
- 炭素繊維を交絡させた繊維フェルトと前記繊維フェルトの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなる保護炭素層とを有する炭素繊維シートのみからなり、前記炭素繊維シートを複数積層してなる成形断熱材であって、
前記成形断熱材は、保護炭素層の質量含有比率が異なる2種類以上の炭素繊維シートが積層されてなり、成形断熱材の少なくとも一方の表面に、保護炭素層の質量含有比率の最も高い炭素繊維シートが配置されている、
ことを特徴とする成形断熱材。 - 前記一方の表面に配置された保護炭素層の質量含有比率の最も高い炭素繊維シートの厚み、または当該炭素繊維シートに連続させて1層以上積層された保護炭素層の質量含有比率の最も高い炭素繊維シート群の合計厚みは、前記成形断熱材の厚みの1/10〜1/3である、
ことを特徴とする請求項1に記載の成形断熱材。 - 前記炭素繊維シートのうち、保護炭素層の質量含有比率が最も低い炭素繊維シートのかさ密度は、0.13〜0.17g/cm3であり、
且つ前記保護炭素層の質量含有比率が最も高い炭素繊維シートのかさ密度よりも0.02g/cm3以上小さい、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の成形断熱材。 - 前記炭素繊維シートのうち、保護炭素層の質量含有比率が最も低い炭素繊維シートのかさ密度は、0.13〜0.17g/cm3であり、
前記保護炭素層の質量含有比率が最も高い炭素繊維シートのかさ密度は、0.18〜0.25g/cm3である、
ことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の成形断熱材。 - 炭素繊維を交絡させた炭素繊維フェルトに、熱硬化前の熱硬化性樹脂を含む熱硬化性樹脂溶液を含浸させてプリプレグを作製するプリプレグ作製ステップと、
前記プリプレグを複数積層してプリプレグ積層体となす積層ステップと、
前記プリプレグ積層体を加圧しつつ加熱して、熱硬化前の前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて、前記プリプレグ相互を結着させる結着ステップと、
結着されたプリプレグ積層体を不活性ガス雰囲気で熱処理して、熱硬化後の前記熱硬化性樹脂を炭素化させる炭素化ステップと、を有し、
前記積層ステップは、断熱材の少なくとも1つの表面に、前記熱硬化性樹脂の質量含有比率が最も高いプリプレグが配されるように積層するステップである、
ことを特徴とする成形断熱材の製造方法。
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