JPH01294573A - 断熱性炭素質構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気炉、ホットプレス、ＨＩＰなど高温不活
性雰囲気下での断熱性能が要求される用途分野に有用な
断熱性炭素質構造体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

カーボンブラックは直径１０〜２００ｎａ＋の極めて微
細な球状微粒子が融着結合ないし二次的に凝集した鎖状
構造を呈しているため、それ自体が固有の断熱性能を備
えている。本出願人はこの点に着目し、すでにカーボン
ブラックペレットの表層部にガラス質炭素を形成被着し
た粒状断熱材（特願昭８２−１８１８５号）、更にはカ
ーボンブラックとパルプを混合し、有機質バインダーで
賦形したのち焼成処理することを内容とする成形断熱材
の製造方法（特願昭８３−５４３４０号）等を開発して
いる。

このうち後者の製造技術は、自己成形性を持たない前者
の粒状断熱材を成形化することによって、従来、高温用
断熱構造体として汎用されてきた炭素繊維フェルトに代
替しえる製品を安価に生産することが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の先願技術による成形断熱祠においては
骨格組織を構成するパルプ炭化繊維が脆弱なため、断熱
性能に優れる反面、構造強度の付与には限界がある。

本発明はこのような先願技術の問題点を解消する目的で
なされたもので、高度の断熱性能ならびに構造強度を兼
備する断熱性炭素質構造体を製造するための改良された
方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明に係る断熱性炭素質構造体の製造方法
は、粉状、ペレット状もしくは表層部を熱硬化性樹脂の
薄膜で被覆処理したビーズ状のカーボンブラックと短繊
維状の炭素繊維または／および炭化性有機質繊維とを炭
化性バインダーを介して複合成形し、ついで成形体を焼
成処理することを構成的特徴とする。

本発明の原料物質として適用されるカーボンブラックの
品種は特に限定されることはなく、通常のファーネスブ
ラック、サーマルブラック、ランプブラック、アセチレ
ンブラックなどを用いることができる。しかし、性状的
には圧縮空隙率が高＜（ＤＢＰ吸油量が大）、比表面積
の大きな微粒グレードのものが断熱性能を付与する上で
効果がある。一方、構造強度を重視する場合には、サー
マルブラック、ランプブラック、ゴム用ＳＲＦ級ファー
ネスブラックなど基本粒子径の大きな品種を適用するこ
とが効果的である。したがって、製品用途に応じて原料
カーボンブラックの品種、性状を選定することが望まし
い。

カーボンブラック原料は、フラフィーな粉状、湿式もし
くは乾式造粒法によって形成されたペレット状、もしく
はペレットの表層部を熱硬化性樹脂の薄膜で被覆処理し
たビーズ状として使用される。ペレットの表層部に熱硬
化性樹脂の薄膜を被覆するには、フェノール系またはフ
ラン系のような熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶解した液に
カーボンブラックペレットを浸漬したのち加熱乾燥する
か、カーボンブラックペレットを転勤させながら前記樹
脂液を噴霧して乾燥させる等の方法が採られる。

短繊維状の炭素繊維および炭化性有機質繊維は、骨格組
織を形成するための原料物質で各単独もしくは共用的に
用いられる。このうち、炭素繊維としてはポリアクリロ
ニトリル系、レーヨン系あるいはピッチ系を問わず各種
プレカーサーのものを用いることができるが、特に耐熱
強度の面から製造時の熱処理温度が高い品種を設定する
ことが望ましい。一方、炭化性有機質繊維の例としては
、フェノール系樹脂繊維、ポリアミド系樹脂繊維などを
挙げることができる。これら繊維原料は、通常１０１以
下、好ましくは０．５〜５關の短繊維形態で使用に供さ
れる。

カーボンブラック原料と繊維原料の配合比率は、目的と
する断熱特性、構造強度、成形加工性などを勘案して定
められるが、適正な比率はカーボンブラック原料１００
重量部に対し炭素繊維（炭化性有機質繊維の場合には焼
成処理後の炭素繊維分）として４〜５０重量部の範囲に
設定することが望ましい。この範囲を越える繊維原料の
配合は成形時の＃１ｗｉ、締りを低下させて、焼成処理
後の強度低下、組織の脆弱化などの不都合な結果を招き
、また、これをＴｌると密度上昇によって断熱性能が減
退するうえに繊維補強効果が不十分となるため構造強度
も同時に減退する。

上記のカーボンブラックと繊維とからなる原料系には、
補助原料としてパルプを添加することができる。このパ
ルプの添加は、構造組織中の空隙形成を制御するために
有効に機能させることができる。

炭化性バインダーとしては、例えばフェノール系または
フラン系のような熱硬化性樹脂、タールピッチ（特に液
晶系ピッチ）などが採用され、粉末状、水エマルジョン
あるいは有機溶媒に溶解した溶液の形態で使用される。

炭化性バインダーの好適な使用量は、カーボンブラック
原料に対し炭化後の重量で５〜２０重二％重量削）の範
囲である。

なお、炭化性バインダーには粘結助剤として、例えばポ
リスチレン、ポリビニルアルコール等の熱可塑性樹脂を
同時に用いることができ、この併用は成形性を改善する
うえて有効となる。

その他の添加成分として、成形時の助剤となるポリエチ
レンワックス、液状パラフィン、液状ゴムなどを適宜に
使用することができる。

原料系は炭化性バインダーを介して複合成形されるが、
この際できるだけ均質な複合形態とすることが製造プロ
セスのポイントとなる。このための手段として、カーボ
ンブラック原料と繊維原料の所定量を水と共に回転カッ
タープレンダ−に入れ高速回転下で撹拌混合したのちン
濾過し、得られたフィルターケーキを湿潤状態で炭化性
バインダーと混練しペースト状の成形基材を得る方法、
また、前記のフィルターケーキを一旦、乾燥して粉化し
てから炭化バインダーと混練して同様に成形基材とする
方法などが効果的な例となる。

このほかに、カーボンブラック原料と繊維原料とを液状
ゴム、分解質重質油、オレフィン系またはパラフィン系
のワックス、ポリエチレンのような低軟化点の熱可塑性
樹脂などの熱揮散性物質と共にロール型ミキサー、ロー
ター型ミキサーあるいはスクリュー型ミキサーなどを用
いて十分に混合し、その後混合体を加熱して熱揮散性物
質を除去したのち炭化性バインダーを含浸する方法など
もある。この方法による場合には、混合体そのものが成
形されているため直接、焼成処理に移行することができ
る。

ペースト状成形基材の成形化は、通常のモールド成型法
または押出し成型法を適用しておこなうことができる。

この場合、複合ペーストを乾燥、粉砕したのち二次的に
液状もしくは粉状の炭化性バインダーを加え、圧縮また
は熱圧成型法を用いて成形すると一層、構造強度を増大
させることができる。

成形時の圧力は最終的に得られる構造体の密度、強度な
どに関係するが、目的とする性状を考慮して５０〜２５
０ｋｇ／ｃｄ程度の加圧範囲内で設定される。

このようにして得られた成形体は、１５０〜３００℃の
温度で硬化あるいは脱揮処理を施したのち、常法により
非酸化性雰囲気に保持された加熱炉中で８００℃以上の
温度で焼成処理を施して断熱性炭素質構造体を得る。

〔作　　用〕

本発明によれば、繊維原料として用いる短繊維状の炭素
繊維、または炭化性有機質繊維から焼成転化した炭素繊
維が、カーボンブラック原料が保有する断熱性能を損ね
ることなく巧みに骨格的な網状補強組織を形成するため
に機能する。この機能を介して、構造体に高度の断熱性
能ならびに強度特性を兼備させることが可能となる。

〔実　施　例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例　１〜５、　比較例 平均粒子径３８ｎｍ、よう素吸着量５８ａ＋ｇ／ｇ。

ＤＢＰ吸油量１８６ｍ１／　ｌｏｎｇの特性を有するＭ
ＡＦ級ファーネスカーボンブラック〔東海カーボン■製
“ジースト　１１８Ｈ”〕のペレットと長さ３ｍｍの短
繊維状炭素繊維〔東邦ベスロン株製“ＢＥＳＦＩＧＨＴ
”〕とを配合比を変えて回転カッタープレンダ−（ジュ
ーサーミキサー）に入れ、水を加えて回転数１１０００
０ｒｐ、撹拌時間３分間の条件で高速回転混合した。つ
いで、吸引フィルターでン濾過処理し、フィルターケー
キを乾燥したのち粉砕した。

粉砕した複合粉末に、炭化性バインダーとして２０％濃
度のフェノール樹脂水溶液〔住友デュレズ■製、“スミ
ライトレジンＰ　Ｒ−５０７８１”　）を添加量を変え
て加え、更にポリビニルアルコール〔関東化学■製〕８
％水溶液をカーボンブラック原料に対し５重量％（外削
）の割合で加えて加圧捏合機により３０分混練した。ま
た、これとは別に前記フェノール樹脂水溶液に代えて濃
度１５％のポリイミド樹脂溶液〔宇部興産■製、Ｕワニ
ス（ポリイミド分２０％含有）〕を用いて同様に混練処
理した。

混練後の各ペーストをスチール製モールドに充填し、温
度１００℃、加圧力２００ｋｇ／ｃシの熱圧条件で成形
して縦横１５０ｍｍ、厚さ８關の板状成形体を得た。

成形体は、ついで真空乾燥器に移し１５０℃の温度に１
時間保持してバインダー樹脂成分を硬化したのち、窒素
気流中、２０℃／ｈｒの昇温速度で１５００℃まで焼成
処理して炭素質構造体を製造した。

このようにして得られた各炭素質構造体の特性を配合条
件に対比して表１に示した。

なお、炭素繊維を添加しないで同様に製造した炭素質構
造体についての測定結果も、比較例として示した。

／ 本発明の実施例は、いづれも高度の断熱性能と構造強度
を兼備するものであった。

実施例　６ 実施例１と同一のカーボンブラックペレットの表層部に
フェノール樹脂の薄膜（膜厚２５０μｓ）を被覆したビ
ーズ１００重量部に実施例１と同一の炭素繊維チョップ
１０重量部を配合し、小量のアセトンを加えた水中でビ
ーズが破粒しない程度の緩やかな撹拌条件で均一に混合
したのち吸引清遊してフィルターケーキを得た。この湿
潤状態のフィルターケーキに対し、含有カーボンブラッ
ク分１００１４１部（乾燥ベース）当り８％ポリビニル
アルコール水溶液５重量％を添加混合し、更に炭化性バ
インダーとして４０％フェノール樹脂水溶液４重量部を
混合して乾燥した。ついで乾燥後の混合物を温度１５０
℃、加圧力１００ｋｇ／ｃシの熱圧条件により成形して
縦横１５０關、厚さ８關の板状成形体を得た。成形体は
、実施例１と同一条件で焼成処理した。

このようにして得られた炭素質構造体は、見掛比重０．
４７に／Ｃ１１１，圧縮強度２０ｋｇ／ｃｊ、空隙率７
１％、熱伝導率（１４００℃）　　０．９１ｋｃａｊ７
　／　ｍ−ｈｒ　・’Ｃの特性を示し、断熱性能、構造
強度ともに良好であった。

実施例　７ 実施例１と同一のカーボンブラックペレット１００重量
部に対しパルプ（木材パルプＮＢＫＰ）２０重量部と実
施例１の炭素繊維５０重量部を配合し、実施例１と同様
に撹拌混合、吸引清遊してフィルターケーキを得た。こ
のフィルターケーキに対し、含有カーボンブラック分１
００重量部（乾燥ベース）当り２０％フェノール樹脂水
溶液１７重量部と８％ポリビニルアルコール水溶液５重
量部を加え、加圧捏合機で２０分間混練して成形用ペー
ストを作成した。ついで、ペーストを加圧力２００ｋｇ
／ｃｄでモールド成形し縦横１５０＋ａｍ、厚さ８關の
板状体としたのち、実施例１と同一条件で硬化および焼
成処理をおこなった。

得られた炭素質構造体は、見掛比重０．４３ｇ／−１圧
縮強度２１ｋｇ／ｃシ、空隙率７２．１％、熱伝導率（
１４００℃）０．８１ｋｃａＮ　／　ｍ−ｈｒ　・”Ｃ
の諸特性を示し、より疎密組織の構造体となった。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば従来のカーボンブラック
系成形断熱材において問題とされていた高度の断熱性能
ならびに構造強度の同時付与が可能となる。したがって
、電気炉、ホットプレス、ＨＩＰなど高温苛酷な条件で
使用される断熱材の製造法として頗る有用である。

特許出願人　　東海カーボン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．粉状、ペレット状もしくは表層部を熱硬化性樹脂の
   薄膜で被覆処理したビーズ状のカーボンブラックと短繊
   維状の炭素繊維または／および炭化性有機質繊維とを炭
   化性バインダーを介して複合成形し、ついで成形体を焼
   成処理することを特徴とする断熱性炭素質構造体の製造
   方法。
2. ２．カーボンブラックと短繊維状の炭素繊維または／お
   よび炭化性有機質繊維とからなる原料系に、補助原料と
   してパルプを添加する請求項１記載の断熱性炭素質構造
   体の製造方法。