JPH03192129A

JPH03192129A - 断熱支持材および容器

Info

Publication number: JPH03192129A
Application number: JP33315889A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamatsuta; 山蔦　浩治
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1991-08-22

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】〔産業上の利用分野〕本発明はアルミナ質繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂お
よび／または熱可塑性樹脂をマトリックスとするアルミ
ナ質繊維強化複合材料からなる極低温用断熱支持材およ
び極低温用断熱容器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、極低温用の断熱支持材、断熱容器には、ガラス繊
維強化樹脂（ＧＦＲＰ）や、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲ
Ｐ）が用いられてきた。

これは一般の金属材料と比べると、ＧＦＲＰＸＣＦＲＰ
等の熱伝導率が小さいため熱の損失を小さく抑えること
かできるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ＣＦＲＰとＧＦＲＰの熱伝導率をみると、極低
温域ではＣＦＲＰの熱伝導率がＧＦＲＰの熱伝導率より
小さいが、逆に室温域ではＣＦＲＰの方がＧＦＲＰより
大きくなるので、熱の貫流量を最小にするためには、Ｇ
ＦＲＰとＣＦＲＰを併用した複雑な構造を取る必要があ
った。

本発明の目的は、このような複雑な構造を取ることなく
２機械的性能だけでなく、極低温性能にも優れた複合材
料を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、優れた極低温特性と、機械的性能を合わせ
持った材料を開発しようと種々の材料について検討した
結果、以下に述べる繊維強化樹脂複合材料が極めて優れ
た性質を有することを見出し、本発明に至ったものであ
る。

すなわち本発明はアルミナ質繊維を強化材とし、熱硬化
性樹脂および／または熱可塑性樹脂をマトリックスとし
た繊維強化樹脂によって形成されたことを特徴とする極
低温用断熱支持材および極低温用断熱容器に関するもの
である。

以下に本発明について詳しく説明する。

本発明に用いられるアルミナ質繊維はアルミナ（Ａｌｚ
Ｏｚ＞含有量が６０重量％以上の繊維である。

該アルミナ質繊維は、合成樹脂との接着性が極めて良好
であり、従って強度、弾性率、層間剪断強度に優れた複
合材料を容易に製造し得るものである。また該アルミナ
質繊維は合成樹脂との混合、分散が極めて容易であると
いう製造上の利点を有する。

また該アルミナ質繊維は非磁性ないしは弱い反磁性を示
すため、磁界に影響を与えることがない。

従って超伝導磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ）、超
伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）などの微弱な磁界の変化
を測定する場合の容器、支持材としても最適な性能を与
える。

本発明をさらに詳細に説明すれば、本発明に用いられる
アルミナ質繊維の組成はアルミナ含有量が６０重量％以
上、シリカ含有量が４０重量％以下、好ましくはアルミ
ナ７２重量％以上、シリカ２８重量％以下、さらに好ま
しくはアルミナ７５〜９８重量％以下、シリカ２５〜２
重量％のものがよい。またシリカ含有量の向繊維全重量
に対して１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の範
囲でこれをリチウム、ベリリウム、ホウ素、ナトリウム
、マグネシウム、リン、カリウム、カルシウム、チタン
、クロム、マンガン、イツトリウム、ジルコニウム、ラ
ンタン、タングステン、バリウムの一種または二種以上
の酸化物で置き換えてもよい。

本発明に用いられるアルミナ質繊維の形態は長繊維でも
短繊維でもよいが、長繊維で用いる方が高強度の特徴を
生かせるので好ましい。長繊維のときにはロービング、
マット、織物として用いるのがよい。

このようなアルミナ質繊維として、アルテックス（住友
化学工業■製）、アルセン（電気化学工業■製）　、Ｎ
ｅｘｔｅｌ＠　（３Ｍ社製）、アルマックス（三井鉱山
（掬製）　、Ｆ　Ｐ　Ｆｉｂｅｒ（Ｄｕ　Ｐａｎｔ社製
）等を挙げることができる。これらの中で好ましいアル
ミナ質繊維は、アルテックス（住友化学工業■製）及び
アルセン（電気化学工業■製）である。

該アルミナ質繊維の強度、弾性率は繊維径を約ｉｏμｍ
とすればそれぞれ１５０　ｋｇ／ｍｍ”、２０ｔ／ｍｍ
２以上の値を示すものが好ましい。例えばアルミナ含有
量８５重量％、シリカ含有量１５重量％の組成からなる
径ｌＯμｍのアルミナ質繊維アルテックスは引張強度１
８０　ｋｇ／ｍｍ”以上、引張弾性率２１　ｔ　／ｌｒ
ｉｍ”以上の値を示す。

さらにまた該アルミナ質繊維を強化材としたエポキシマ
トリックス繊維強化樹脂は、第１図に示す様に、室温か
ら極低温に至る領域で、熱伝導率が、ＧＦＲＰ、　ＣＦ
ＲＰのそれぞれの低い方とはＶ同一の熱伝導率を有し、
室温から極低温にわたって単一材料によって低い熱伝導
率を達成し得るものである。

また該アルミナ質繊維のＸ線的構造においてα−アルミ
ナの反射を実質的に示さないものが望ましい。一般に無
機繊維は高温において繊維内に繊維を形成する無機物の
結晶粒子が成長し、これら結晶粒子間の粒界破壊のため
に繊維強度が著しく低下する。同時に、結晶粒子の成長
に伴って繊維の表面積が減少し、この為に樹脂との接着
性が低下する。この事情は該アルミナ質繊維において本
発明者らの検討の結果によれば、そのＸ線回折像にα−
アルミナによる反射が現れることによって特徴づけられ
る。従って゛本発明に用いられるアルミナ質繊維はその
Ｘ線回折像にα−アルミナの反射が現われないように製
造されたものが好ましい。

アルテックスは数１００人程度の非常に微細な微結晶よ
り構成されているため、熱伝導率が普通のアルミナ繊維
より小さく、従って本発明の目的には最適な材料である
。

また本発明のマトリックスに用いられる合成樹脂類とし
てはエポキシ樹脂、フエーノール樹脂、アルキッド樹脂
、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアル
デヒド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、芳香族ポリアミ
ド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ビニルエステル樹脂
、ポリエステル−イミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベ
ンゾチアゾール樹脂、ケイ素樹脂などの熱硬化性樹脂、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタアクリ
レート、ポリスチレン（いわゆるハイ・インパクト・ポ
リスチレンも含む）、ポリ塩化ビニル、弗素樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリア
ミド（ナイロン６．６・６．６・１０，６・１１，６・
１２など）、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリカー
ボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド
、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、芳香族ポリエ
ステル樹脂などの熱可塑性樹脂を挙げることができる。

好ましい熱硬化性樹脂組成物としてはエポキシ樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂が挙げ
られる。また好ましい熱可塑性樹脂としては、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルスルホンおよびポリ
アミドイミド樹脂が挙げられる。

本発明に用いられるアルミナ質繊維によってこれら合成
樹脂類を強化した極低温用途用の断熱支持材または断熱
容器を製造することによって、次に述べるような優れた
効果を実現することができる。

すなわち、アルミナ質繊維の高強度、高弾性率および樹
脂との優れた接着性のために引張り強度、曲げ強度およ
びそれぞれの剛性に優れ、さらに層間剪断強度に優れた
断熱支持材または断熱容器を製造することが可能である
。

このように、極低温性能のみならず機械的性能にも優れ
た極低温用断熱支持材または断熱容器を容易に製造する
ことができることは、本発明に用いられるアルミナ質繊
維の優れた諸物性によるものであって、ガラス繊維、炭
素繊維などの従来用いられた繊維には期待し得ないもの
である。

このようなアルミナ質繊維と合成樹脂類とからなる上記
のような複合材料を製造するには、既にガラス繊維やそ
の他の繊維によって強化された樹脂マトリックス複合材
料の製造において周知である方法を用いることができる
。例えばハンドレイアップ法、シートモールデイングキ
ャスト法、ローリングテーブル法、フィラメントワイン
ディング法、プレス法、オートクレーブ法、およびレジ
ントランスファモールディング法等が挙げられる。

本発明による極低温用途用複合材料の具体例としては、
ＳＯＲ（シンクロトロンオービタルラディエーション）
やリニアモーターカー用超電導マグネット用の断熱支持
材料、ＭＲＩや５ＱＵＩＤ用の断熱支持材料および断熱
容器などを挙げることができる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例についてさらに詳しく説明するが、
本発明はこれによって限定されるものではない。なお、
物性の測定方法を次に示す。

圧縮破壊荷重：■島津製作所製１００ｔオートグラフを
用いて、クロスヘッド速度５馴／分で測定した。

熱貫入量二クライオスタットの液体ヘリウム中に、断熱
支持材の一端をサーマルアンカーを用いて浸漬し、他端
を定温ヒーターで一定温度とし、単位時間に発生するヘ
リウムのガス量から熱の貫入量を測定した。

実施例１住友化学工業■製アルミナ繊維アルテックス（アルミナ
含有率８５重量％、シリカ含有率１５重量％、繊維径Ｉ
ＥＨｚｍ、引張強度２３０　ｋｇ／ｍｍ’、引張弾性率
２２　ｔ　７ｍｍ”　）を１０００本束ねた連続ストラ
ンドを用いてエポキシ樹脂を含浸し、目付２００ｇ／ｍ
”の一方向プリプレグを作成した。

これを用いて通常のオートクレーブ成形により第２図お
よび第３図に示すようなビンジヨイントを作成した。こ
こでビン間距離は６３０ｍｍ、厚み２０ｍｏ、幅７６ｍ
ｍであった。

第２図および第３図の１および２の胴部、ラグ部には〔
θ°／±４５°／９０°〕にプリプレグを積層し、３の
周囲部には一方向のプリプレグを繊維方向に使用した。

また、ビン穴４には５ＵＳ３０４製のブツシュ５を使用
した。成形体中の繊維体積含有率は、６０％になるよ、
うにした。

この成形体の一端を液体ヘリウムに浸し、他端を室温下
において、熱貫入量を測定した。

次に室温下における圧縮破壊荷重を測定した。

これらの結果を第１表に示す。

比較例１および２比較のために、第１図と同一の形状、マトリックス樹脂
、繊維配向角度、繊維体積含有率を有するピンジヨイン
トをアルミナ質繊維に代えて炭素繊維（比較例１）およ
びガラス繊維（比較例２）で成形した。

使用した炭素繊維は、バーキュレス社製　ＡＳ−４で、
繊維径８μｍ、引張強度３９０ｋｇ　／　ｗ＋ｍ　”、
弾性率２４　ｔ　／　ｍｍ”、　１２，０００フオラメ
ントのロービングであった。

また、使用したガラス繊維は、日本硝子繊維■製、Ｅガ
ラス（Ｒ−１１５０−ＴＫＦＯ８）で、繊維径１３μｍ
。

フィラメント数３．０００であった。

次に室温下における圧縮破壊荷重を測定した。

これらの結果を第１表に示す。

アルミナ繊維を用いて作製したピンジヨイントが、断熱
性能、機械強度を総合して一番優れていた。

〔発明の効果〕

本発明により、室温領域から極低温領域にわたって優れ
た断熱効果を有し、かつ機械的性能にも優れた極低温用
断熱支持材または極低温用断熱容器を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合材料の繊維軸方向の熱伝導率の温度変化を
示すグラフ図、第２図はピンジヨイント成形体の平面図
および第３歯は第２図のＩ−Ｉ線における断面図を示す
。ｌ・・・・・胴部、２−・・・ラグ部、３・・・・周囲
部、４　・−・・・ピン穴、５ブツシュ第１図温度（ＩＯＬ→１ −２６１− 第３図

Claims

【特許請求の範囲】

　アルミナ質繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂および／
または熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維強化樹脂
によって形成されたことを特徴とする極低温用断熱支持
材または極低温用断熱容器。