JPH02163137A

JPH02163137A - 熱交換器用樹脂組成物

Info

Publication number: JPH02163137A
Application number: JP31617088A
Authority: JP
Inventors: Teruo Hosokawa; 細川　輝夫
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-06-22

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】〔産業の利用分野〕本発明は熱交換器用樹脂組成物に関し、さらに詳しくは
熱伝導性、耐薬品性にすぐれるとともに、線膨張率が小
さく、熱交換器の成形部品などに有用な樹脂組成物に関
する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕近年、
耐蝕性熱交換器は、電子工業の発展により、メツキ液、
エツチング液等の薬液の加熱を目的上して多く使用され
るに至っている。

従来、この耐蝕性熱交換器には、ステンレスｗ４５チタ
ン合金等が一般的に用いられている。

しかし、これらは素材自体が高価であること、加工し難
いこと、さらには金属加工では仕上げ表面の平滑性が悪
く、そのため流体の抵抗の圧損が大きく、またスケール
の付着や伝熱境膜が生じやすく、熱交換効率が悪い等の
欠点があった。

そのため、最近では、プラスチック素材を用いて、射出
成形や圧縮成形により加工コストの低減が図られている
。また、このようなプラスチック素材は、表面の平滑性
が良いことから、流体の流動効率が高いなどの利点を有
する。

しかしながら、プラスチック素材単独によるものは、熱
伝導係数が小さいため大きな伝熱面積が必要であり、ま
た耐熱性が小さいため使用可能温度範囲に制約があった
。その上、線膨張係数が大きく、大容量の熱交換器では
熱膨張による歪応力が生じ、実用には不向きなものであ
った。

そこで本発明者は、熱伝導係数が高く、しかも、線膨張
係数が小さくて使用温度範囲が広く、耐薬品性、耐蝕性
１機械的強度、加工性、平滑性等において優れ、熱交換
器に適したプラスチック素材を開発すべく鋭意研究を重
ねた。

〔課題を解決するための手段〕

その結果、熱可塑性樹脂に特定の炭素繊維と黒鉛粉末と
を配合することによって、上記課題を解決できることを
見出した。本発明は、かかる知見に基いて完成したもの
である。

すなわち、本発明は（ａ）黒鉛化率３０％以上の炭素繊
維及び／又は黒鉛粉末からなる充填材２０〜８０重量％
及び（ｂ）熱可塑性樹脂８０〜２０重量％を配合してな
る樹脂組成物を提供するものである。

本発明の樹脂組成物においては、上記（ａ）成分である
充填材として、黒鉛化率３０％以上の炭素繊維及び／又
は黒鉛粉末を用いる。

ここで、黒鉛粉末と炭素繊維をそれぞれ単独で使用して
も得られる樹脂組成物の性能は充分に向上する。黒鉛粉
末を単独で使用すると、若干強度が不足するものの、実
用上はほとんど支障なく目的とする性状のものを得るこ
とができる。しかし、炭素繊維を単独で使用すると、射
出成形時の流れによる配向のため、成形品にソリやねじ
れが発生することがある。

そのため、本発明の樹脂組成物では、黒鉛粉末単独ある
いは炭素繊維と黒鉛粉末とを併用することが好ましい。

この場合、両者の使用割合については、製造すべき樹脂
組成物（あるいは成形品）の要求特性等により異なり、
一義的に定めることは困難である。しかし、一般には炭
素繊維と黒鉛粉末との比率が、前者：後者−０：　１０
０〜７０：３０（重量比）、好ましくは３０ニア０〜６
０：４０（重量比）の範囲で選定すればよい。

使用する黒鉛粉末は、黒鉛化率３０％以上、好ましくは
７０％以上のものであり、その粒度はストークス径の測
定法、すなわちアンドレアゼンピペット法で３０μｍ（
中心粒度）以下、好ましくは２μｍ以下のものがよい。

また、炭素繊維は、黒鉛化率が３０％以上のもので、前
記の黒鉛粉末と同様のものが好ましく、はとんど炭素元
素から構成されている繊維状材料であれば、任意の種類
のものであってよく、単結晶を生長させて得られる炭素
繊維、有機繊維を熱分解して得られる炭素繊維及びこれ
をさらに加熱して得られる黒鉛繊維を包含する。具体的
には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系（
石油系１石炭系）、レーヨン系、メソフェーズ系炭素繊
維あるいは気相熱分解法による炭素繊維などがあげられ
る。この気相熱分解法による炭素繊維（即ち、気相成長
系炭素繊維）は、鉄系触媒を用いてメタン、エタン、プ
ロパン、ブタンさらにはベンゼン等の炭素数１〜８程度
の炭化水素を高温（１０００°Ｃ前後）で熱分解するこ
とによって製造される。

本発明で用いる炭素繊維は、３０００°Ｃ前後の高温で
熱処理（黒鉛化処理）したものが好適に使用される。と
りわけ気相成長系炭素繊維を前記高温で熱処理したもの
が、高い黒鉛化率のものとなり、その性状は高い熱伝導
性を示すため、結果として得られる組成物に、極めて良
好な熱伝導率を付与することができ最適である。

なお、炭素繊維の繊維長は特に制限はなく適宜選定すれ
ばよいが、通常は３〜３０ｍｍ、好ましくは６〜２５＋
ｎｍである。

ところで、本発明の（ａ）成分である炭素繊維及び／又
は黒鉛粉末からなる充填材は、黒鉛化率が３０％以上で
あることが必要であるが、ここで黒鉛化率の測定は、一
般にＸｌｌＡ回折により行われる。即ち、Ｘ線回折によ
り測定された回折線ピークのθ（ブラッグ角）から面間
隔ｄを算出し、これよりフランクリン（Ｆｒａｎｋｌｉ
ｎ）のＰ値（黒鉛化率の指標）及びワーレン（Ｗａｒｒ
ｅｎ）のＰ１値（非晶部分の比率の指標）を求め、両値
Ｐ、Ｐ、から黒鉛化率が算出されることとなる。この黒
鉛化率が３０％未満では、組成物の熱伝導率が小さく、
熱交換器に適した素材とならない。

一方、本発明の樹脂組成物において、（ｂ）成分として
用いる熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂であれば各種のも
のを用いることができるが、特にポリプロピレン、ポリ
フェニレンサルファイドあるいはポリビニリデンフロラ
イドが好ましい。

ここでポリプロピレンとしては、アイソタクチック構造
、シンジオタクチック構造のいずれかで、耐薬品性の点
からホモポリマーあるいはエチレン含有率４重量％以下
のランダムポリマーが好ましく、またその重量平均分子
量は３０，０００〜８０．０００程度のものが好ましい
、ポリフェニレンサルファイドは、その重量平均分子量
が２０．０００〜５０．０００程度のものが好適に使用
され、またポリビニリンフロライドは、その重量平均分
子量が１９０．０００〜２５０．０００のものが好まし
い。

本発明の樹脂組成物において、前記（ａ）成分とΦ）成
分との配合割合は特に制限はなく、各種状況に応じて適
宜選定すればよい。しかし、通常は（ａ）成分２０〜８
０重量％、伽）成分８０〜２０重量％、好ましくは（ａ
）成分３０〜７０重量％、（ｂ）成分７０〜３０重量％
である。ここで、ら）成分である熱可塑性樹脂の配合割
合が、２０重量％未満では、成形性が悪く所定の形状に
なりにくい上に、製品の強度が低いという問題があり、
また８０重量％を超えると耐薬品の低下、熱伝導率の低
下を招き、熱交換器としての機能が不充分なものとなる
。

本発明の樹脂組成物は、上記（ａ）成分、（ｂ）成分を
主成分とするものであるが、必要に応じて一般に高分子
加工分野で用いられている各種の添加剤を適宜配合する
ことができる。

添加剤の例としては、金属を含む無機物質や高分子の接
着性を向上させるための各種カップリング剤２例えばシ
ランカップリング剤、滑剤、可塑剤９着色剤、酸化防止
剤、紫外線吸収剤、核剤。

安定剤等があげられる。

上記のような（ａ）成分、［有］）成分および必要に応
じて用いられる各種の添加剤の混合は、通常用いられる
混合機、例えばヘンシェルミキサー、タンブラ−、リボ
ンプレンダー等で行われる。混練機としては、一般に単
軸または二軸の押出機が用いられ、このような押出機に
より、通常はまず上記本発明の組成物からなるペレット
が製造され、このペレットを、圧縮成形、射出成形、押
出成形、スタンピング成形等により任意の形状に成形し
て所望の樹脂製品とすればよい。

〔実施例〕

次に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説
明する。

実施例１〜１５及び比較例１〜６充填剤として所定の黒鉛化率の粒状黒鉛と炭素繊維を、
また所定の熱可塑性樹脂を用意して、これらをスクリュ
ー径４０Ｍ、　　シリンダー長（Ｌ）とスクリュー径（
Ｄ）の比がＬ／Ｄ＝２８の二軸押出機を用いて混練し、
押出温度２００°Ｃで押出し、ペレット化した。

次に、１３０Ｘ１３０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの平板の形
状でフィルムゲートを有する金型で射出成形を行った。

得られた各平板の熱伝導率及び線膨張率を測定した。

上記実施例及び比較例における組成及び得られた成形品
の性質を下記の表にまとめて示す。

（以下余白）〔発明の効果〕叙上の如く、本発明の樹脂組成物によれば、熱伝導率に
すぐれ、しかも線膨張率が小さく、そのうえ軽量で耐薬
品性、耐熱性１機械的強度のすぐれた樹脂形成品を製造
することができる。

従って、本発明の樹脂組成物は、熱交換器の成形素材と
して有効に利用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）黒鉛化率３０％以上の炭素繊維及び／又は
黒鉛粉末からなる充填材２０〜８０重量％及び（ｂ）熱可塑性樹脂８０〜２０重量％を配合してなる熱
交換器用樹脂組成物。
（２）炭素繊維と黒鉛粉末との比率が、前者：後者＝０
：１００〜７０：３０（重量比）である請求項１記載の
樹脂組成物。
（３）上記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリフェ
ニレンサルファイドあるいはポリビニリデンフロライド
である請求項１記載の樹脂組成物。
（４）炭素繊維が、黒鉛化処理されたものである請求項
１記載の樹脂組成物。
（５）黒鉛化処理された炭素繊維が、気相成長系炭素繊
維である請求項４記載の樹脂組成物。