JPH04108150A - 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造方法 - Google Patents
高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造方法Info
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- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
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- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
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- D04H1/4242—Carbon fibres
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- Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
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- Inorganic Fibers (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は断熱特性に優れた炭素繊維フェルトに関する。
本発明の炭素Ｊ＃維フェルトは不活性雰囲気では極めて
安定であり、 ５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱
性、形態安定性を示し、特に放射伝熱に対する優れた断
熱材を形成する。
安定であり、 ５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱
性、形態安定性を示し、特に放射伝熱に対する優れた断
熱材を形成する。
本発明の炭素繊維フェルトの断熱材は、高温域の断熱特
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉等の断熱に用いることができる。
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉等の断熱に用いることができる。
本発明の炭素ｌａ維フェルトは、放射線に対する安定性
が優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材と
して優れた性能を示す。
が優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材と
して優れた性能を示す。
（ロ）従来の技術
高温域で使用される断熱材としては、従来多孔質のセラ
ミックスが多く用いられている。これらの断熱材は確か
に優れた高温安定性を有し・ているか、熱伝導率を低く
するためには、かなりの量の空孔な持っていることが必
要とされる。これらの空孔は殆どの場合完全に閉し５た
空孔てはないか、空孔の周辺部に気体か容易に流通する
大きな欠陥かあると、セラミックス成形品の強度が小さ
くなるため、それを防止する必要上気体の流通はがなり
制限されていることが普通である。
ミックスが多く用いられている。これらの断熱材は確か
に優れた高温安定性を有し・ているか、熱伝導率を低く
するためには、かなりの量の空孔な持っていることが必
要とされる。これらの空孔は殆どの場合完全に閉し５た
空孔てはないか、空孔の周辺部に気体か容易に流通する
大きな欠陥かあると、セラミックス成形品の強度が小さ
くなるため、それを防止する必要上気体の流通はがなり
制限されていることが普通である。
このような形態上の特性から、従来のセラミックス系の
断熱材は概して急熱、急冷に弱く、スポーリングと呼ば
れる、温度変化による表面からの構造崩壊が頻発する問
題を有していた。スポーリングの少ない断熱材を得るた
めには、概して気孔率が少なく断熱特性の良くない材料
を選ぶことになり、断熱材の量を多く必要とする問題を
有している。
断熱材は概して急熱、急冷に弱く、スポーリングと呼ば
れる、温度変化による表面からの構造崩壊が頻発する問
題を有していた。スポーリングの少ない断熱材を得るた
めには、概して気孔率が少なく断熱特性の良くない材料
を選ぶことになり、断熱材の量を多く必要とする問題を
有している。
この問題の解決のため、セラミックスのｗＡ維秋物を断
熱材とすることが広く行われている。このような繊維状
物は、確かに優れた断熱効果を示すが、製造が難しいこ
とから概して高価である問題があり、高温炉が高価であ
ることの一原因となっている。
熱材とすることが広く行われている。このような繊維状
物は、確かに優れた断熱効果を示すが、製造が難しいこ
とから概して高価である問題があり、高温炉が高価であ
ることの一原因となっている。
また断熱機構の面から断熱材の性能を考えると、５００
℃以上の高温域では伝熱の主体が放射伝熱に移り、対流
伝熱や伝導伝熱の寄与が相対的に小さくなっていること
から、２００℃以下の低温域で有効な断熱材が必ずしも
良好な性能を示さない問題がある。とくにセラミックス
系の繊維質断熱材の場合、低温域では優れた断熱効果を
有するものの、繊維の透明性が概して良好であること、
繊維の表面が極めて平滑であることから光線を吸収、散
乱させる能力が小さく、高温域では放射伝熱の断熱効果
が十分てない問題がある。
℃以上の高温域では伝熱の主体が放射伝熱に移り、対流
伝熱や伝導伝熱の寄与が相対的に小さくなっていること
から、２００℃以下の低温域で有効な断熱材が必ずしも
良好な性能を示さない問題がある。とくにセラミックス
系の繊維質断熱材の場合、低温域では優れた断熱効果を
有するものの、繊維の透明性が概して良好であること、
繊維の表面が極めて平滑であることから光線を吸収、散
乱させる能力が小さく、高温域では放射伝熱の断熱効果
が十分てない問題がある。
炭素および黒鉛材料、特にメソフェーズピッチ系の材料
は概して伝導伝熱による熱伝導率の大きい素材であるた
め、断熱材としては従来あまり注目されなかった。しか
し紫外線から赤外線まで広い波長域で光線の吸収率が高
く、高温度での形態安定性が高いことから、光線を散乱
する能力の高い形態を与えれば、断熱材としての使用が
可能な領域であると考えられる。
は概して伝導伝熱による熱伝導率の大きい素材であるた
め、断熱材としては従来あまり注目されなかった。しか
し紫外線から赤外線まで広い波長域で光線の吸収率が高
く、高温度での形態安定性が高いことから、光線を散乱
する能力の高い形態を与えれば、断熱材としての使用が
可能な領域であると考えられる。
（ハ）発明が解決しようとする課題
本発明は従来の断熱材か急激な温度変化に弱い問題点、
ならびにセラミックス系の繊維質断熱材が概して高価で
あり、放射伝熱に対する断熱効果が不十分である問題点
を解決することを目的とする。
ならびにセラミックス系の繊維質断熱材が概して高価で
あり、放射伝熱に対する断熱効果が不十分である問題点
を解決することを目的とする。
（ニ）課題を解決する手段
本発明は嵩芭度カ０．０１〜０．５ｇ／ｃＷ１３．２２
ｏｏ℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率が１．０
ｋ’ｃａｌ／１Ｉｌ−ｈ「℃以下であり、実質的に炭
素繊維間の絡合によってフェルトの形態を保持している
ことを特徴とする、高温域における断熱特性に優れた炭
素繊維フェルトである。
ｏｏ℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率が１．０
ｋ’ｃａｌ／１Ｉｌ−ｈ「℃以下であり、実質的に炭
素繊維間の絡合によってフェルトの形態を保持している
ことを特徴とする、高温域における断熱特性に優れた炭
素繊維フェルトである。
本発明において使用する炭素繊維フェルトの熱伝導率の
測定方法はＪＩＳ Ａ１４１２ ｒ保温材の熱伝導率
測定方法」による。ただし温度の測定に、該規格のよう
な熱電対を使用することは困難であるので、放射温度計
を使用する。
測定方法はＪＩＳ Ａ１４１２ ｒ保温材の熱伝導率
測定方法」による。ただし温度の測定に、該規格のよう
な熱電対を使用することは困難であるので、放射温度計
を使用する。
本発明のフェルトに用いられる炭素繊維は、石油系ピッ
チ、石炭系ピッチ、ポリアクリロニトリル、レーヨン、
あるいはノボラック樹脂を原料とする炭素繊維であるが
、好まし・くは石油系ピッチあるいは石炭系ピッチ等を
原料とするピッチ系の炭素繊維で、平均の単繊維直径１
〜９μｍを有するものである。平均の単繊維直径が９μ
ｍ以上の場合、２２００°Ｃにおけるフェルトの厚さ方
向の熱伝導率を１．０ ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ℃以下にお
さえることが難しくなる。また１μｍ未満の場合、プリ
カーサ−の繊維化の段階で種々のトラブルを生し易くな
り、繊維状を示さめ異形粒子の混入や糸切れの多発を生
しるので好ましくない。
チ、石炭系ピッチ、ポリアクリロニトリル、レーヨン、
あるいはノボラック樹脂を原料とする炭素繊維であるが
、好まし・くは石油系ピッチあるいは石炭系ピッチ等を
原料とするピッチ系の炭素繊維で、平均の単繊維直径１
〜９μｍを有するものである。平均の単繊維直径が９μ
ｍ以上の場合、２２００°Ｃにおけるフェルトの厚さ方
向の熱伝導率を１．０ ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ℃以下にお
さえることが難しくなる。また１μｍ未満の場合、プリ
カーサ−の繊維化の段階で種々のトラブルを生し易くな
り、繊維状を示さめ異形粒子の混入や糸切れの多発を生
しるので好ましくない。
本発明のフェルトに用いられる炭Ｗｌｌｌ維は、特に好
ましくはメソフェーズピッチ系のものである。
ましくはメソフェーズピッチ系のものである。
断熱材用のフェルトは、吸湿性が小さいものであること
が好ましい。断熱材として使用する際に吸湿性が大きい
場合には、室温からの昇温時に水分の蒸発を生して断熱
効果を低下させる問題があり、また炭素ｗｋ維の周辺雰
囲気中に水蒸気を持ち込むので、高温時の炭素繊維の劣
化の原因となる問題がある。本発明によれは、メソフェ
ースピッチ系の炭素繊維を用いて吸湿性が２０”Ｃ１相
対湿度６５％で測定して好ましくは２％以下、最も好ま
しくは０．１％以下の断熱材用フェルトを製造できる。
が好ましい。断熱材として使用する際に吸湿性が大きい
場合には、室温からの昇温時に水分の蒸発を生して断熱
効果を低下させる問題があり、また炭素ｗｋ維の周辺雰
囲気中に水蒸気を持ち込むので、高温時の炭素繊維の劣
化の原因となる問題がある。本発明によれは、メソフェ
ースピッチ系の炭素繊維を用いて吸湿性が２０”Ｃ１相
対湿度６５％で測定して好ましくは２％以下、最も好ま
しくは０．１％以下の断熱材用フェルトを製造できる。
吸湿性の値は、吸湿された水分重量のフェルト重量に対
する割合である。
する割合である。
本発明のフェルトは炭素繊維間の絡合により実質上形態
を保持しているものである。絡合には気体乱流によるも
の、液体の柱状流の貫通によるもの、ニードルパンチに
よるもの等が使用できるが、フェルトの厚み方向の繊維
の配向を乱さないために、炭素繊維間の絡合がニードル
パンチ法によるものであることが好ましい。
を保持しているものである。絡合には気体乱流によるも
の、液体の柱状流の貫通によるもの、ニードルパンチに
よるもの等が使用できるが、フェルトの厚み方向の繊維
の配向を乱さないために、炭素繊維間の絡合がニードル
パンチ法によるものであることが好ましい。
本発明のフェルトは、ピッチを遠心紡糸法、スパンボン
ド法、メルトブロー法等て紡糸後、プリカーサ−繊維の
紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集し、不融化、
炭化して得られた、平均単繊維直径１〜ト１の炭素繊維
からなるマットを積層し、２〜１００パンチ／ｃｍ”の
密度でニードルパンチを行うことにより製造することが
好ましい。
ド法、メルトブロー法等て紡糸後、プリカーサ−繊維の
紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集し、不融化、
炭化して得られた、平均単繊維直径１〜ト１の炭素繊維
からなるマットを積層し、２〜１００パンチ／ｃｍ”の
密度でニードルパンチを行うことにより製造することが
好ましい。
この際のニードルパンチ密度が２パンチ／ｃｍ２よりも
小さいときには、ｍ相間の絡合が不十分て、マット間が
容易に剥離するので好ましくない。またニードルパンチ
密度が１００パンチ／Ｃｌ１１２以上の場合にはフェル
トの表面に垂直に近い方向に配向した繊維の含有率が高
くなり、炭素繊維の熱伝導率が大きいことから、伝導伝
熱の増加によりフェルトの厚さ方向の断熱効果が低下す
るので好ましくない。またニードルパンチにより移動さ
れた炭素繊維は針により切断されることがあるため、ニ
ードルパンチ密度が大きくなるとフェルトの強度が急激
に低下する問題もあるので好ましくない。
小さいときには、ｍ相間の絡合が不十分て、マット間が
容易に剥離するので好ましくない。またニードルパンチ
密度が１００パンチ／Ｃｌ１１２以上の場合にはフェル
トの表面に垂直に近い方向に配向した繊維の含有率が高
くなり、炭素繊維の熱伝導率が大きいことから、伝導伝
熱の増加によりフェルトの厚さ方向の断熱効果が低下す
るので好ましくない。またニードルパンチにより移動さ
れた炭素繊維は針により切断されることがあるため、ニ
ードルパンチ密度が大きくなるとフェルトの強度が急激
に低下する問題もあるので好ましくない。
プリカーサ−繊維の紡糸工程に直結した工程でシート状
に捕集する方法の場合、従来の、開繊やカーデイングの
ような伸度の小さい繊維を損傷する工程を含む不織布の
製造法に比べて、製品に微細化したｗＡ碓を含まない利
点がある。微細化した繊維は断熱材の使用時に移動して
周辺を汚染したり、換気装置のフィルターに詰まる問題
を有する。
に捕集する方法の場合、従来の、開繊やカーデイングの
ような伸度の小さい繊維を損傷する工程を含む不織布の
製造法に比べて、製品に微細化したｗＡ碓を含まない利
点がある。微細化した繊維は断熱材の使用時に移動して
周辺を汚染したり、換気装置のフィルターに詰まる問題
を有する。
また紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集する方法
は、概し・て低コストでフェルトを製造することができ
る利点を有する。
は、概し・て低コストでフェルトを製造することができ
る利点を有する。
本発明の炭素繊維フェルトの製造に用いる紡糸工程はメ
ルトブロー法てあることが特に好ましい。
ルトブロー法てあることが特に好ましい。
メルトブロー法による繊維は、直接シート状に捕集され
るだけてはなく、単繊維直径の小さいものが比較的容易
に製造される。単繊維直径の小さいフェルトが、厚み方
向で優れた断熱特性を示す理由は明確てないが、単繊維
直径の小さいものは光を散乱する能力が大きいので、放
射伝熱に対する断熱に寄与することや単繊維直径の小さ
いものは対流に対する抵抗が大きいので対流伝熱に対す
る断熱に寄与することなどが理由として考えられる。
るだけてはなく、単繊維直径の小さいものが比較的容易
に製造される。単繊維直径の小さいフェルトが、厚み方
向で優れた断熱特性を示す理由は明確てないが、単繊維
直径の小さいものは光を散乱する能力が大きいので、放
射伝熱に対する断熱に寄与することや単繊維直径の小さ
いものは対流に対する抵抗が大きいので対流伝熱に対す
る断熱に寄与することなどが理由として考えられる。
このようなことからメルトブロー法による繊維は高温域
における断熱特性に優れていると考えられる。
における断熱特性に優れていると考えられる。
本発明のフェルトの嵩密度は好ましくは０．Ｏ１〜０．
５ ｇ／ｃｍ３である。嵩密度が小さすぎると光の散乱
効果が低くなるためか熱伝導率が大きくなり、逆に嵩密
度が大きすぎても伝導伝熱が大きくなるためか熱伝導率
が大きくなってしまう。フェルトの高色度は、ニードル
パンチの密度あるいは炭化の際に加える圧力により調節
可能である。
５ ｇ／ｃｍ３である。嵩密度が小さすぎると光の散乱
効果が低くなるためか熱伝導率が大きくなり、逆に嵩密
度が大きすぎても伝導伝熱が大きくなるためか熱伝導率
が大きくなってしまう。フェルトの高色度は、ニードル
パンチの密度あるいは炭化の際に加える圧力により調節
可能である。
（ホ）作 用
高温域の伝熱は放射伝熱が主体となるため、対流伝熱お
よび伝導伝熱が主体の室温付近なと低温域の伝熱とかな
り様相が異なっている。本発明の炭素繊維フェルトは放
射伝熱にあずかる光線の散乱能力に優れており、放射伝
熱に対する断熱効果が良好である。
よび伝導伝熱が主体の室温付近なと低温域の伝熱とかな
り様相が異なっている。本発明の炭素繊維フェルトは放
射伝熱にあずかる光線の散乱能力に優れており、放射伝
熱に対する断熱効果が良好である。
本発明の炭素繊維フェルトが放射伝熱に対する断熱効果
が大きい理由は、単繊維直径の小さいものほと表面の曲
率半径が小さいため、光を散乱する能力が大きく、放射
伝熱に対する断熱に大きく寄与することと考えられる。
が大きい理由は、単繊維直径の小さいものほと表面の曲
率半径が小さいため、光を散乱する能力が大きく、放射
伝熱に対する断熱に大きく寄与することと考えられる。
本発明の炭素繊維フェルトの中で、メルトブロー法によ
り製造されたピッチ繊維が特に優れている理由として、
繊維が概して直線的でなく、カールやクリンプを多く含
有することがある。繊維が直線的でない部分はニードル
パンチの際に繊維が移動できる余裕を与え、繊維が切断
されろ割合か少なくなる上、繊維が絡合している場所で
フェルトの面に斜めになっている割合か高くなり、ｗｋ
＄ＩＩを介しての伝導伝熱が少なくなり、断熱効果が阻
害されない利点を有する。
り製造されたピッチ繊維が特に優れている理由として、
繊維が概して直線的でなく、カールやクリンプを多く含
有することがある。繊維が直線的でない部分はニードル
パンチの際に繊維が移動できる余裕を与え、繊維が切断
されろ割合か少なくなる上、繊維が絡合している場所で
フェルトの面に斜めになっている割合か高くなり、ｗｋ
＄ＩＩを介しての伝導伝熱が少なくなり、断熱効果が阻
害されない利点を有する。
また、メソフェーズヒツチ系の炭素ｉ維を用いることに
より、低吸湿性の炭素繊維フェルトを製造できる。
より、低吸湿性の炭素繊維フェルトを製造できる。
（へ）実施例
次に本発明を実施例により、詳細かつ具体的に説明する
。
。
実施例 ｌ
軟化点２８４℃、メソフェーズ含有率１００％の石油系
ピッチを原料として、メルトブロー法により繊維を製造
し、ネットコンヘヤーの上にシート状に捕集した。
ピッチを原料として、メルトブロー法により繊維を製造
し、ネットコンヘヤーの上にシート状に捕集した。
このピッチ繊維のシート状物を、空気中昇温速度２．４
℃／分て３００℃まて昇温させつつ不融化した後、さら
に不活性気体中て昇温速度５℃／分て６１５℃まで昇温
させて軽度に炭化させた。得られた繊維の平均単繊維直
径は６，５μｍ、マットの目１寸は２８ｇ／１１１２て
あった。
℃／分て３００℃まて昇温させつつ不融化した後、さら
に不活性気体中て昇温速度５℃／分て６１５℃まで昇温
させて軽度に炭化させた。得られた繊維の平均単繊維直
径は６，５μｍ、マットの目１寸は２８ｇ／１１１２て
あった。
得られたマットを１２枚積層してニードルパンチを行っ
た。パンチ密度をそれぞれ１．８．７．３５．９５、■
θ回／ＣＩＩ＋２とし・てフェルト状物を作った後、最
高温度２０００℃で炭化を行った。パンチ前の嵩密度を
軽度炭化の際に加える圧力で変更し、炭化後の嵩密度が
いずれも０．１±０．０１ｇ／ｃｍ３になるようにした
。なおハンチ密度を１．８回／Ｃ層２としたものはマッ
トとしてのまとまりが悪く、取扱い中に容易に多数のシ
ートに剥離する傾向が認められた。
た。パンチ密度をそれぞれ１．８．７．３５．９５、■
θ回／ＣＩＩ＋２とし・てフェルト状物を作った後、最
高温度２０００℃で炭化を行った。パンチ前の嵩密度を
軽度炭化の際に加える圧力で変更し、炭化後の嵩密度が
いずれも０．１±０．０１ｇ／ｃｍ３になるようにした
。なおハンチ密度を１．８回／Ｃ層２としたものはマッ
トとしてのまとまりが悪く、取扱い中に容易に多数のシ
ートに剥離する傾向が認められた。
得られたフェルト状物の吸湿性はいずれも約０．０８％
であり、石川島播磨重工業（株）製断熱材高温熱伝導率
渕定ｇｉｌｌ （ＩＴｃ ２５− ＶＲＩ＋） ニＪ：
リＩＩＩ定した２２００℃における＃！伝導率はそれ
ぞれ０，５２．０．６０．０．６Ｂ、０．７７．１．１
２ｋｃａｌ／＊、 ｈｒ℃であった。
であり、石川島播磨重工業（株）製断熱材高温熱伝導率
渕定ｇｉｌｌ （ＩＴｃ ２５− ＶＲＩ＋） ニＪ：
リＩＩＩ定した２２００℃における＃！伝導率はそれ
ぞれ０，５２．０．６０．０．６Ｂ、０．７７．１．１
２ｋｃａｌ／＊、 ｈｒ℃であった。
実施例 ２
実施例Ｉと同様にしてメル）７０−紡糸し、不融化した
シート状物を軽度炭化する際に、加える圧力を変更して
種々の嵩密度を持つマットを得た。
シート状物を軽度炭化する際に、加える圧力を変更して
種々の嵩密度を持つマットを得た。
二のマントを実施例１と同様にして７回／ ｃｍ２のパ
ンチ密度でニードルパンチし、嵩密度がそれぞれ０．０
０８．０，０２．０．０８．０．４５．０．５９のもの
を得た。これらの２２００℃における熱伝導率の測定を
行ったところ、それぞれ１，２３．０．８６、０．６０
．０．８５．１．３０ｋｃａｌ／ｍ ・ｂｒＴてあった
。
ンチ密度でニードルパンチし、嵩密度がそれぞれ０．０
０８．０，０２．０．０８．０．４５．０．５９のもの
を得た。これらの２２００℃における熱伝導率の測定を
行ったところ、それぞれ１，２３．０．８６、０．６０
．０．８５．１．３０ｋｃａｌ／ｍ ・ｂｒＴてあった
。
実施例 ３
軟１ヒ点２３８’（の石炭系等方性ヒツチを原料とし、
実施例１と同様の装置を用いてメルトフロー紡糸を？テ
い、シート状に採取し、不融化、軽度炭化を行い、積層
してニードルパンチを行ってフェルト化したもの（軽度
炭１ヒ後の平均単繊維直径７μｍ）について、同様にし
て熱伝導率の測定を行ったところ、２２００℃で０．９
２ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ℃てあった。このフェルトの吸湿
性は約５％であった。
実施例１と同様の装置を用いてメルトフロー紡糸を？テ
い、シート状に採取し、不融化、軽度炭化を行い、積層
してニードルパンチを行ってフェルト化したもの（軽度
炭１ヒ後の平均単繊維直径７μｍ）について、同様にし
て熱伝導率の測定を行ったところ、２２００℃で０．９
２ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ℃てあった。このフェルトの吸湿
性は約５％であった。
実施例 ４
実施例】と同様の装置を用いてメルトブロー紡糸を行い
、その際に紡糸孔】個当たりのメソフェーズピッチの吐
出量を変えて単繊維の平均直径の異なる繊維を作り、実
施例】と同様にしてシート状に採取し、不融化、弱い圧
搾状態での軽度吹止、積層、ニードルハンチ（パンチ密
度７回／ＣＩＩ＋２）を行い、フェルト化した。軽度炭
化後の平均単繊維直径；まそれぞれ１．２ 、３．［ｉ
、 ８．７ 、１１．０．１６．０であり、えられた
フェルトの嵩密度は０．１±０．０１ｏ／ｃｍ３てδつ
た０二のフェルトの２２００℃における熱伝導＄を、実
施例１と同様にして一す定したところ、得られた１直は
それぞれ０．１８．０．４４．０，７８．１．１３．３
．２５ｋｃａｌ／ｍφｈｒ℃てあった。
、その際に紡糸孔】個当たりのメソフェーズピッチの吐
出量を変えて単繊維の平均直径の異なる繊維を作り、実
施例】と同様にしてシート状に採取し、不融化、弱い圧
搾状態での軽度吹止、積層、ニードルハンチ（パンチ密
度７回／ＣＩＩ＋２）を行い、フェルト化した。軽度炭
化後の平均単繊維直径；まそれぞれ１．２ 、３．［ｉ
、 ８．７ 、１１．０．１６．０であり、えられた
フェルトの嵩密度は０．１±０．０１ｏ／ｃｍ３てδつ
た０二のフェルトの２２００℃における熱伝導＄を、実
施例１と同様にして一す定したところ、得られた１直は
それぞれ０．１８．０．４４．０，７８．１．１３．３
．２５ｋｃａｌ／ｍφｈｒ℃てあった。
また、吸湿性は０．０３〜１．８％であった。
（ト）発明の効果
本発明の炭素繊維フェルトは不活性雰囲気では極めて安
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、放射伝熱に対する優れた断熱材を形
成する。
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、放射伝熱に対する優れた断熱材を形
成する。
本発明の炭素繊維フェルトの断熱材は、高温域の断熱特
性に優れており、カラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉の断熱に用いることができろ。
性に優れており、カラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉の断熱に用いることができろ。
本発明の炭素繊維フェルトは、放射線に対する安定性が
優れており、原子炉および原子方弁を設脩の断熱材とし
て優れた性能を示す。
優れており、原子炉および原子方弁を設脩の断熱材とし
て優れた性能を示す。
特にメソフェースピッチ系の炭素繊維フェルトは吸湿性
が小さいので、昇温時の水分蒸発や高温水蒸気に起因す
るｌｊ５Ｍを回避でき、運転時間の短縮や断熱材の劣化
防止に有用である。
が小さいので、昇温時の水分蒸発や高温水蒸気に起因す
るｌｊ５Ｍを回避でき、運転時間の短縮や断熱材の劣化
防止に有用である。
以 上
出願人 株式会社 ベ ト カ
代理人 弁理士 佐々井弥太部
（他１名）
手続
補正
書
１ 事件の表示
平成（）２年特許願第２２００６１号
３ 補正をする者
氏名（名称） 株式会社ベトカ
４代理人
住 所 東京都新宿区新宿２丁目８番１号新宿セブ
ンビル５０３号６ 補正により増加する発明の数 ７ 補正の対象 明細書 ８ 補正の内容 別紙の通り 増加せず 明 細 書 １、発明の名称 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造
方法 ２、特許請求の範囲 （１）嵩密度が０．０１〜０．５ ｇ／ｃｖａ３．２２
００℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率が１．０
ｋｃａｌ／＊・６１℃以下であり、実質的に炭緊縁相
間の絡合によってフェルトの形態を保持していることを
特徴とする、高温域における断熱特性に優れた炭素繊維
フェルト。
ンビル５０３号６ 補正により増加する発明の数 ７ 補正の対象 明細書 ８ 補正の内容 別紙の通り 増加せず 明 細 書 １、発明の名称 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造
方法 ２、特許請求の範囲 （１）嵩密度が０．０１〜０．５ ｇ／ｃｖａ３．２２
００℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率が１．０
ｋｃａｌ／＊・６１℃以下であり、実質的に炭緊縁相
間の絡合によってフェルトの形態を保持していることを
特徴とする、高温域における断熱特性に優れた炭素繊維
フェルト。
（２）炭素繊維が平均単繊維直径１〜９μ−を有するも
のであることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維フェ
ルト。
のであることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維フェ
ルト。
（３）炭素繊維がピッチ系のものであることを特徴とす
る請求項ｌ又は２記載の炭素繊維フェルト。
る請求項ｌ又は２記載の炭素繊維フェルト。
（４）炭素繊維がメソフェーズピッチ系のものであり、
かつ、温度２０℃相対湿度６５％の雰囲気中で、吸湿性
が２重量％以下であることを特徴とする特請求項３記載
の炭素繊維フェルト。
かつ、温度２０℃相対湿度６５％の雰囲気中で、吸湿性
が２重量％以下であることを特徴とする特請求項３記載
の炭素繊維フェルト。
（５）ピッチをメルトアロー法て紡糸後、シート状に捕
集し、不融化、軽度炭化して得られた、平均単繊維直径
１〜９μ謝の炭素繊維から成るシートラ積層し、２〜！
００パンチ／Ｃ１１２の密度で二トルパンチし、必要に
応して炭化することを特徴とする請求項ｌ記載の炭素繊
維フェルトの製造方法。
集し、不融化、軽度炭化して得られた、平均単繊維直径
１〜９μ謝の炭素繊維から成るシートラ積層し、２〜！
００パンチ／Ｃ１１２の密度で二トルパンチし、必要に
応して炭化することを特徴とする請求項ｌ記載の炭素繊
維フェルトの製造方法。
３、発明の詳細な説明
（イ）産業上の利用分野
本発明は断熱特性に優れた炭素繊維フェルトに間する。
本発明の炭素繊維フェルトは不活性雰囲気では極めて安
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、特に放射伝熱に対する優れた断熱材
を形成する。
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、特に放射伝熱に対する優れた断熱材
を形成する。
本発明の炭素繊維フェルトの断熱材は、高温域の断熱特
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉等の断熱に用いることができる。
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉等の断熱に用いることができる。
本発明の炭素繊維フェルトは、放射線に対する安定性が
優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材とし
て優れた性能を示す。
優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材とし
て優れた性能を示す。
（ロ）従来の技術
高温域で使用される断熱材としては、従来多孔質のセラ
ミックスが多く用いられている。これらの断熱材は確か
に優れた高温安定性を有しているが、熱伝導率を低くす
るためには、かなりの量の空孔を持っていることが必要
とされる。これらの空孔は殆との場合完全に閉した空孔
ではないが、空孔の周辺部に気体が容易に流通する大き
な欠陥があると、セラミックス成形品の強度が小さくな
るため、それを防止する必要上気体の流通はかなり制限
されていることが萱通である。
ミックスが多く用いられている。これらの断熱材は確か
に優れた高温安定性を有しているが、熱伝導率を低くす
るためには、かなりの量の空孔を持っていることが必要
とされる。これらの空孔は殆との場合完全に閉した空孔
ではないが、空孔の周辺部に気体が容易に流通する大き
な欠陥があると、セラミックス成形品の強度が小さくな
るため、それを防止する必要上気体の流通はかなり制限
されていることが萱通である。
このような形態上の特性から、従来のセラミ・ンクス系
の断熱材は概して急熱、急冷に弱く、スポーリングと呼
ばれる、温度変化による表面からの構造崩壊が頻発する
問題を有していた。スポーリングの少ない断熱材を得る
ためには、概して気孔率が少なく断熱特性の良くない材
料を選ぶことになり、断熱材の量を多く必要とする問題
を有している。
の断熱材は概して急熱、急冷に弱く、スポーリングと呼
ばれる、温度変化による表面からの構造崩壊が頻発する
問題を有していた。スポーリングの少ない断熱材を得る
ためには、概して気孔率が少なく断熱特性の良くない材
料を選ぶことになり、断熱材の量を多く必要とする問題
を有している。
この問題の解決のため、セラミックスの繊維状物を断熱
材とすることが広く行われている。このような繊維状物
は、確かに優れた断熱効果を示すが、製造が難しいこと
から概して高価である問題があり、高温炉がＩＩ価であ
ることの一原因となっている。
材とすることが広く行われている。このような繊維状物
は、確かに優れた断熱効果を示すが、製造が難しいこと
から概して高価である問題があり、高温炉がＩＩ価であ
ることの一原因となっている。
また断熱機構の面から断熱材の性能を考えると、５００
℃以上の高温域では伝熱の主体が放射伝熱に移り、対流
伝熱や伝導伝熱の寄与が相対的に小さくなっていること
から、＝ ２００℃以下の低温域で有効な断熱材が必
ずしも良好な性能を示さない問題がある。とくにセラミ
ックス系の繊維質断熱材の場合、低温域では優れた断熱
効果を有するものの、繊維の透明性が概して良好である
こと、繊維の表面が極めて平滑であることから光線を吠
収、散乱させる能力が小さく、高温域では放射伝熱の断
熱効果が十分でない問題がある。
℃以上の高温域では伝熱の主体が放射伝熱に移り、対流
伝熱や伝導伝熱の寄与が相対的に小さくなっていること
から、＝ ２００℃以下の低温域で有効な断熱材が必
ずしも良好な性能を示さない問題がある。とくにセラミ
ックス系の繊維質断熱材の場合、低温域では優れた断熱
効果を有するものの、繊維の透明性が概して良好である
こと、繊維の表面が極めて平滑であることから光線を吠
収、散乱させる能力が小さく、高温域では放射伝熱の断
熱効果が十分でない問題がある。
炭素および黒鉛材料、特にメソフェーズピッチ系の材料
は概して伝導伝熱による熱伝導率の大きい素材であるた
め、断熱材としては従来あまり注目されなかった。しか
し紫外線から赤外線まで広い波長域で光線の吸収率が高
く、高温度での形態安定性が高いことから、光線を散乱
する能力の高い形態を与えれば、断熱材としての使用が
可能な領域であると考えられる。
は概して伝導伝熱による熱伝導率の大きい素材であるた
め、断熱材としては従来あまり注目されなかった。しか
し紫外線から赤外線まで広い波長域で光線の吸収率が高
く、高温度での形態安定性が高いことから、光線を散乱
する能力の高い形態を与えれば、断熱材としての使用が
可能な領域であると考えられる。
（ハ）発明が解決しようとする課題
本発明は従来の高温域の断熱材が急激な温度変化に弱く
かつ放射伝熱に対する断熱効果が概して不十分である問
題点、ならびにセラミックス系の繊維質断熱材が概して
高価であり、放射伝熱に対する断熱効果が不十分である
問題点を解決することを目的とする。
かつ放射伝熱に対する断熱効果が概して不十分である問
題点、ならびにセラミックス系の繊維質断熱材が概して
高価であり、放射伝熱に対する断熱効果が不十分である
問題点を解決することを目的とする。
（ニ）課題を解決する手段
本発明は嵩密度がＯ０旧〜０．５ｇ／ｃＩＩ＋３．２２
０ｏ℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率カ月、Ｏ
ｋｃａｌｍ・ｈｒ℃以下であり、実質的に炭素繊維間の
絡合によってフェルトの形態を保持していることを特徴
とする、高温域における断熱特性に優れた炭素繊維フェ
ルトである。
０ｏ℃ニおけるフェルトの厚さ方向の熱伝導率カ月、Ｏ
ｋｃａｌｍ・ｈｒ℃以下であり、実質的に炭素繊維間の
絡合によってフェルトの形態を保持していることを特徴
とする、高温域における断熱特性に優れた炭素繊維フェ
ルトである。
本発明において使用する炭素繊維フェルトの熱伝導率の
測定方法はＪＩＳ Ａｌ４１２ ｒ保温材の熱伝導率
測定方法」による。ただし温度の測定に、該規格のよう
な熱電対を使用することは困難であるので、放射温度計
を使用する。
測定方法はＪＩＳ Ａｌ４１２ ｒ保温材の熱伝導率
測定方法」による。ただし温度の測定に、該規格のよう
な熱電対を使用することは困難であるので、放射温度計
を使用する。
本発明のフェルトに用いられる炭素繊維は、石油系ピッ
チ、石炭系ピッチ、ポリアクリロニトリル、レーヨン、
あるいはノボラック樹脂を原料とする炭素繊維であるが
、好ましくは石油系ピッチあるいは石炭系ピッチ等を原
料とするピッチ系の炭素繊維で、平均の単繊維直径１〜
９μ−を有するものである。なお、ニードルパンチなど
の結合処理する前の軽度炭化処理した炭素繊維の平均単
繊維直径は、最終の高温焼成した炭素繊維の平均単繊維
直径より若干大きい、この平均単繊維直径とは、無作為
に抽出された例えば１００個の単繊維試料を光学顕微鏡
或いは電子顕微鏡により測定したそれぞれの値の平均値
により表わされる。平均の単繊維直径が９μＩＮ以上の
場合、２２００”Ｃにおけるフェルトの厚さ方向の熱伝
導率を１．０ ｋｃａｌ／爾・ｈｒ℃以下におさえるこ
とが難しくなる。また１μ−未満の場合、プリカーサ−
の繊維化の段階で種々のトラブルを生し易くなり、繊維
状を示さぬ異形粒子の混入や糸切れの多発を生しるので
好ましくない。
チ、石炭系ピッチ、ポリアクリロニトリル、レーヨン、
あるいはノボラック樹脂を原料とする炭素繊維であるが
、好ましくは石油系ピッチあるいは石炭系ピッチ等を原
料とするピッチ系の炭素繊維で、平均の単繊維直径１〜
９μ−を有するものである。なお、ニードルパンチなど
の結合処理する前の軽度炭化処理した炭素繊維の平均単
繊維直径は、最終の高温焼成した炭素繊維の平均単繊維
直径より若干大きい、この平均単繊維直径とは、無作為
に抽出された例えば１００個の単繊維試料を光学顕微鏡
或いは電子顕微鏡により測定したそれぞれの値の平均値
により表わされる。平均の単繊維直径が９μＩＮ以上の
場合、２２００”Ｃにおけるフェルトの厚さ方向の熱伝
導率を１．０ ｋｃａｌ／爾・ｈｒ℃以下におさえるこ
とが難しくなる。また１μ−未満の場合、プリカーサ−
の繊維化の段階で種々のトラブルを生し易くなり、繊維
状を示さぬ異形粒子の混入や糸切れの多発を生しるので
好ましくない。
本発明のフェルトに用いられる炭素Ｉｌｌ維は、特に好
ましくはメソフェーズピッチ系のものである。
ましくはメソフェーズピッチ系のものである。
断熱材用のフェルトは、吸湿性が小さいものであること
が好ましい。断熱材として使用する際に吸湿性が大きい
場合りこは、室温からの昇温時に水分の蒸発を生して断
熱効果を低下させる問題があり、また炭素繊維の周辺雰
囲気中に水蒸気を持ち込むので、高温時の炭素繊維の劣
化の原因となる問題がある０本発明によれば、メソフェ
ーズピッチ系の炭素繊維を用いて吸湿性が２０℃、相対
温度６５％で測定して好ましくは２％以下、最も好まし
くは０．１％以下の断熱材用フェルトを製造できる。吸
湿性の値は、吸湿された水分重量のフェルト重量に対す
る割合である。
が好ましい。断熱材として使用する際に吸湿性が大きい
場合りこは、室温からの昇温時に水分の蒸発を生して断
熱効果を低下させる問題があり、また炭素繊維の周辺雰
囲気中に水蒸気を持ち込むので、高温時の炭素繊維の劣
化の原因となる問題がある０本発明によれば、メソフェ
ーズピッチ系の炭素繊維を用いて吸湿性が２０℃、相対
温度６５％で測定して好ましくは２％以下、最も好まし
くは０．１％以下の断熱材用フェルトを製造できる。吸
湿性の値は、吸湿された水分重量のフェルト重量に対す
る割合である。
本発明のフェルトは炭業縁ｉＩ間の絡合により実質上形
態を保持しているものである。絡合には気体乱流による
もの、液体の柱状流の貫通によるもの、ニードルパンチ
によるもの等の一般的な絡合手段が使用できるが、フェ
ルトの厚み方向の繊維の配向を乱さないために、炭素繊
維間の絡合がニードルパンチ法によるものであることが
好ましい。
態を保持しているものである。絡合には気体乱流による
もの、液体の柱状流の貫通によるもの、ニードルパンチ
によるもの等の一般的な絡合手段が使用できるが、フェ
ルトの厚み方向の繊維の配向を乱さないために、炭素繊
維間の絡合がニードルパンチ法によるものであることが
好ましい。
本発明のフェルトは、ピッチを遠心紡糸法、スパンボン
ド法、メルトブロー法等で紡糸後、プリカーサ−繊維の
紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集し、不融化、
軽度炭化して得られた、平均単繊維直径１〜９μｍの炭
素繊維からなるシート状物を積層し、２〜１００パンチ
／ｃｍ２の密度でニードルパンチを行うことにより製造
することが好ましい。この際のニードルパンチ密度が２
パンチ／ ｃｍ２よりも小さいときには、Ｉ＃維相間絡
合が不十分て、マット間が容易に剥離するので好ましく
ない、またニードルパンチ密度力１１００パンチ／Ｃｌ
Ｉ２を越える場合にはフェルトの表面に垂直に近い方向
に配向した繊維の含有率が高くなり、炭素繊維の熱伝導
率が大きいことから、伝導伝熱の増加によりフェルトの
厚さ方向の断熱効果が低下するので好ましくない、また
ニードルパンチにより移動された炭素繊維は針により切
断されることがあるため、ニードルパンチ密度が大きく
なるとフェルトの強度が急激に低下する問題もあるので
好ましくない。
ド法、メルトブロー法等で紡糸後、プリカーサ−繊維の
紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集し、不融化、
軽度炭化して得られた、平均単繊維直径１〜９μｍの炭
素繊維からなるシート状物を積層し、２〜１００パンチ
／ｃｍ２の密度でニードルパンチを行うことにより製造
することが好ましい。この際のニードルパンチ密度が２
パンチ／ ｃｍ２よりも小さいときには、Ｉ＃維相間絡
合が不十分て、マット間が容易に剥離するので好ましく
ない、またニードルパンチ密度力１１００パンチ／Ｃｌ
Ｉ２を越える場合にはフェルトの表面に垂直に近い方向
に配向した繊維の含有率が高くなり、炭素繊維の熱伝導
率が大きいことから、伝導伝熱の増加によりフェルトの
厚さ方向の断熱効果が低下するので好ましくない、また
ニードルパンチにより移動された炭素繊維は針により切
断されることがあるため、ニードルパンチ密度が大きく
なるとフェルトの強度が急激に低下する問題もあるので
好ましくない。
プリカーサ−１ａｋ碓の紡糸工程に直結した工程でシー
ト状に捕集する方法の場合、従来の、開繊やカーデイン
グのような伸度の小さい繊維を損傷する工程を含む不ｉ
Ｉ！布の製造法に比べて、製品に微細化した繊維を含ま
ない利点がある。微細化した繊維は断熱材の使用時に移
動して周辺を汚染したり、換気装置のフィルターに詰ま
る問題を有する。
ト状に捕集する方法の場合、従来の、開繊やカーデイン
グのような伸度の小さい繊維を損傷する工程を含む不ｉ
Ｉ！布の製造法に比べて、製品に微細化した繊維を含ま
ない利点がある。微細化した繊維は断熱材の使用時に移
動して周辺を汚染したり、換気装置のフィルターに詰ま
る問題を有する。
また紡糸工程に直結した工程でシート状に捕集する方法
は、概して低コストでフェルトを製造することができる
利点を有する。
は、概して低コストでフェルトを製造することができる
利点を有する。
本発明の炭素繊維フェルトの製造に用いる紡糸工程はメ
ルトブロー法てあることが特に好ましい。
ルトブロー法てあることが特に好ましい。
メルトブロー法による繊維は、直接シート状に捕集され
るだけではなく、単繊維直径の小さいものが比較的容易
に製造される。単繊維直径の小さいフェルトが、厚み方
向で優れた断熱特性を示す理由は明確てないが、単繊維
直径の小さいものは光を散乱する能力が大きいので、放
射伝熱に対する断熱に寄与することや単繊維直径の小さ
いものは対流に対する抵抗が大きいので対流伝熱に対す
る断熱に寄与することなどが理由として考えられる。
るだけではなく、単繊維直径の小さいものが比較的容易
に製造される。単繊維直径の小さいフェルトが、厚み方
向で優れた断熱特性を示す理由は明確てないが、単繊維
直径の小さいものは光を散乱する能力が大きいので、放
射伝熱に対する断熱に寄与することや単繊維直径の小さ
いものは対流に対する抵抗が大きいので対流伝熱に対す
る断熱に寄与することなどが理由として考えられる。
このようなことからメルトアロー法による繊維は高温域
における断熱特性に優れていると考えられる。
における断熱特性に優れていると考えられる。
本発明の方法ては、メルトアロー法なとの任意の紡糸手
段により得られたピッチ繊維をシート状に捕集した後、
常法に従って酸化雰囲気下での熱処理（例えは２００〜
４００℃）による不融化を行ない、次いて常法に従って
Ｖ素カスなとの不活性雰囲気中で軽度炭化（例えは３０
０〜１５００℃）した後、ニードルパンチなとの絡合処
理により賦形させる。
段により得られたピッチ繊維をシート状に捕集した後、
常法に従って酸化雰囲気下での熱処理（例えは２００〜
４００℃）による不融化を行ない、次いて常法に従って
Ｖ素カスなとの不活性雰囲気中で軽度炭化（例えは３０
０〜１５００℃）した後、ニードルパンチなとの絡合処
理により賦形させる。
さらに必要に応して常法に従って軽度炭化温度より高温
で炭化して炭素繊維フェルトを製造する。
で炭化して炭素繊維フェルトを製造する。
本発明のフェルトの嵩密度は好ましくは０．０１〜０．
５ ｇ／ｃ＋ｉ３である。嵩密度がＯ，Ｏ１ｇ／ｃｍ３
未満と小さすぎると光の散乱効果が低くなるためか熱伝
導率が大きくなり、逆に高密度が０．５ｇ／ｃｍ３を越
えて大きすぎても伝導伝熱が大きくなるためか熱伝導率
が大きくなってしまう。フェルトの嵩密度は、すること
により、所定の嵩密度にすることができる。
５ ｇ／ｃ＋ｉ３である。嵩密度がＯ，Ｏ１ｇ／ｃｍ３
未満と小さすぎると光の散乱効果が低くなるためか熱伝
導率が大きくなり、逆に高密度が０．５ｇ／ｃｍ３を越
えて大きすぎても伝導伝熱が大きくなるためか熱伝導率
が大きくなってしまう。フェルトの嵩密度は、すること
により、所定の嵩密度にすることができる。
（ホ）作 用
高温域の伝熱は放射伝熱が主体となるため、対流伝熱お
よび伝導伝熱が主体の室温付近なと低温域の伝熱とかな
り様相が異なっている。本発明の炭素繊維フェルトは放
射伝熱にあずかる光線の散乱能力に優れており、放射伝
熱に対する断熱効果が良好である。
よび伝導伝熱が主体の室温付近なと低温域の伝熱とかな
り様相が異なっている。本発明の炭素繊維フェルトは放
射伝熱にあずかる光線の散乱能力に優れており、放射伝
熱に対する断熱効果が良好である。
本発明の炭素繊維フェルトが放射伝熱に対する断熱効果
が大きい理由は、単繊維直径の小さいものほと表面の曲
率半径が小さいため、光を散乱する能力が大きく、放射
伝熱に対する断熱に大きく寄与することと考えられる。
が大きい理由は、単繊維直径の小さいものほと表面の曲
率半径が小さいため、光を散乱する能力が大きく、放射
伝熱に対する断熱に大きく寄与することと考えられる。
本発明の炭素繊維フェルトの中で、メルトブロー法によ
り製造されたピッチ繊維が特に優れている理由として、
繊維が概して直線的でなく、カールやクリンプを多く含
有することがある。繊維が直線的でない部分はニードル
パンチの際に繊維が移動できる余裕を与え、繊維が切断
される割合が少なくなる上、繊維が絡合している場所で
フェルトの面に斜めになっている割合が高くなり、繊維
を介しての伝導伝熱が少なくなり、断熱効果が阻害され
ない利点を有する。
り製造されたピッチ繊維が特に優れている理由として、
繊維が概して直線的でなく、カールやクリンプを多く含
有することがある。繊維が直線的でない部分はニードル
パンチの際に繊維が移動できる余裕を与え、繊維が切断
される割合が少なくなる上、繊維が絡合している場所で
フェルトの面に斜めになっている割合が高くなり、繊維
を介しての伝導伝熱が少なくなり、断熱効果が阻害され
ない利点を有する。
また、メソフェースピッチ系の炭素繊維を用いることに
より、低吸湿性の炭素繊維フェルトを製造できる。
より、低吸湿性の炭素繊維フェルトを製造できる。
（へ）実施例
次に本発明を実施例により、詳細かつ具体的に説明する
。
。
実施例 １
軟化点２８４℃、メソフェーズ含有率１００％の石油系
ピッチを原料として、メルトブロー法により繊維を製造
し、ネットコンヘヤーの上にシート状に捕集した。
ピッチを原料として、メルトブロー法により繊維を製造
し、ネットコンヘヤーの上にシート状に捕集した。
このピッチ繊維のシート状物を、空気中昇温速度２．４
℃／分で３００℃まで昇温させつつ不融化した後、さら
に窒素ガス中て昇温速度５℃／分で６１５ｒ ｉて昇温
させて軽度に炭化させた。得られたｗｋ紺の平均単繊維
直径は６．５μ曙、マットの目付は２８ ｇ／ｍ２てあ
った。
℃／分で３００℃まで昇温させつつ不融化した後、さら
に窒素ガス中て昇温速度５℃／分で６１５ｒ ｉて昇温
させて軽度に炭化させた。得られたｗｋ紺の平均単繊維
直径は６．５μ曙、マットの目付は２８ ｇ／ｍ２てあ
った。
得られたマットを１２枚積層してニードルパンチを行っ
た。パンチ密度をそれぞれ １．８ 、？、３５．９５
．１１０回／Ｃ１１２としてフェルト状物を作った後、
最高温度２０００℃で炭化を行った。パンチ前の嵩芭度
は軽度炭化の隙に加える圧力で変更し、炭化後の嵩密度
がいずれも０．１ｔｈＯ，Ｏ１ｇ／ｃｍ３になるように
した。尚、比較のためパンチ密度を１．８回／Ｃｌｆｆ
２としたものはマットとしてのまとまりが悪く、取扱い
中に容易に多数のシートに剥離する傾向が認められた。
た。パンチ密度をそれぞれ １．８ 、？、３５．９５
．１１０回／Ｃ１１２としてフェルト状物を作った後、
最高温度２０００℃で炭化を行った。パンチ前の嵩芭度
は軽度炭化の隙に加える圧力で変更し、炭化後の嵩密度
がいずれも０．１ｔｈＯ，Ｏ１ｇ／ｃｍ３になるように
した。尚、比較のためパンチ密度を１．８回／Ｃｌｆｆ
２としたものはマットとしてのまとまりが悪く、取扱い
中に容易に多数のシートに剥離する傾向が認められた。
得られたフェルト状物の吸湿性はいずれも約０．０８％
であり、石川島播磨重工業（株）製断熱材高温熱伝導率
測定装置（ＩＴｃ ２５−ＶＲＩ＋）により測定した２
２００℃における熱伝導率はそれぞれ０６５２．０．６
０．０．６８．０．７７．１．１２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ
℃であった。
であり、石川島播磨重工業（株）製断熱材高温熱伝導率
測定装置（ＩＴｃ ２５−ＶＲＩ＋）により測定した２
２００℃における熱伝導率はそれぞれ０６５２．０．６
０．０．６８．０．７７．１．１２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ
℃であった。
実施例 ２
実施例１と同様にしてメルトブロー紡糸し、不融化した
シート状物を軽度炭化する際に、加える圧力を変更して
種々の嵩密度を持つマットを得た。
シート状物を軽度炭化する際に、加える圧力を変更して
種々の嵩密度を持つマットを得た。
このマットを実施例１と同様にして７回／Ｃ１１２のパ
ンチ密度でニードルパンチし、嵩密度がそれぞれ０．０
０８．０．０２．０．０８．０．４５．０，５９のもの
を得た。これらの２２００℃における熱伝導率の測定を
行ったところ、それぞれ１．２３．０９８６、０．６０
．０．８５．１．３０ｋｃａｌ／ｍ−ｈ「℃てあった。
ンチ密度でニードルパンチし、嵩密度がそれぞれ０．０
０８．０．０２．０．０８．０．４５．０，５９のもの
を得た。これらの２２００℃における熱伝導率の測定を
行ったところ、それぞれ１．２３．０９８６、０．６０
．０．８５．１．３０ｋｃａｌ／ｍ−ｈ「℃てあった。
実施例 ３
軟化点２３８℃の石炭系等方性ピッチを原料とし、実施
例１と同様の装置を用いてメルトブロー紡糸を行い、シ
ート状に採取し、不融化、軽度炭化を行い、積層してニ
ードルパンチを行ってフェルト化したもの（軽度炭化後
の平均単繊維直径７μ−について、同様にして熱伝導率
の測定を行ったところ、２２００℃で０．９２ｋｃａｌ
／ｍ −ｈｒ’ｃであった。このフェルトの吸湿性は約
５％であった。
例１と同様の装置を用いてメルトブロー紡糸を行い、シ
ート状に採取し、不融化、軽度炭化を行い、積層してニ
ードルパンチを行ってフェルト化したもの（軽度炭化後
の平均単繊維直径７μ−について、同様にして熱伝導率
の測定を行ったところ、２２００℃で０．９２ｋｃａｌ
／ｍ −ｈｒ’ｃであった。このフェルトの吸湿性は約
５％であった。
実施例 ４
実施例１と同様の装置を用いてメルトアロー紡糸を行い
、その際に紡糸孔１個当たりのメソフェーズピッチの吐
出量を変えて単繊維の平均直径の異なる繊維を作り、実
施例１と同様にしてシート状に採取し、不融化、弱い圧
搾状態での軽度炭化、積層、ニードルパンチ（パンチ密
度７回／ｃ＋ｗ２）を行い、フェルト化した。軽度炭化
後の平均単繊維直径はそれぞれ１．２ 、３．６．８．
７ 、＋１．０．１６，０であり、えられたフェルトの
嵩密度は０．１±０．０１ｇ／Ｃｗ！３てあった。この
フェルトの２２００℃における熱伝導率を、実施例１と
同様にして測定したところ、得られた値はそれぞれ０．
１８．０．４４．０．７８．１．１３．３．２５ｋｃａ
ｌ／＊ ＩＩｈｒ℃であった。
、その際に紡糸孔１個当たりのメソフェーズピッチの吐
出量を変えて単繊維の平均直径の異なる繊維を作り、実
施例１と同様にしてシート状に採取し、不融化、弱い圧
搾状態での軽度炭化、積層、ニードルパンチ（パンチ密
度７回／ｃ＋ｗ２）を行い、フェルト化した。軽度炭化
後の平均単繊維直径はそれぞれ１．２ 、３．６．８．
７ 、＋１．０．１６，０であり、えられたフェルトの
嵩密度は０．１±０．０１ｇ／Ｃｗ！３てあった。この
フェルトの２２００℃における熱伝導率を、実施例１と
同様にして測定したところ、得られた値はそれぞれ０．
１８．０．４４．０．７８．１．１３．３．２５ｋｃａ
ｌ／＊ ＩＩｈｒ℃であった。
また、吸湿性は０．０３〜１．８％であった。
（ト）発明の効果
本発明の失業繊維フェルトは不活性雰囲気では極めて安
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、放射伝熱に対する優れた断熱材を形
成する。
定であり、５００〜２８００℃の範囲で優れた耐熱性、
形態安定性を示し、放射伝熱に対する優れた断熱材を形
成する。
本発明の炭素繊維フェルトの断熱材は、高温域の断熱特
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉の断熱に用いることができる。
性に優れており、ガラスの溶融、陶磁器類の焼成、金属
の精錬、セラミックスの焼結あるいは炭素材の焼成を行
う高温炉の断熱に用いることができる。
本発明の失業繊維フェルトは、放射線に対する安定性が
優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材とし
・て優れた性能を示す。
優れており、原子炉および原子力発電設備の断熱材とし
・て優れた性能を示す。
特にメソフェーズピッチ系の炭素繊維フェルトは吸湿性
が小さいので、昇温時の水分蒸発や高温水蒸気に起因す
る問題を回避でき、運転時間の短縮や断熱材の劣化防止
に有用である。
が小さいので、昇温時の水分蒸発や高温水蒸気に起因す
る問題を回避でき、運転時間の短縮や断熱材の劣化防止
に有用である。
以 上
Claims (5)
- （１）嵩密度が０．０１〜０．５ｇ／ｃｍ＾３、２２０
０℃におけるフエルトの厚さ方向の熱伝導率が１．０ｋ
ｃａｌ／ｍ・ｈｒ℃以下であり、実質的に炭素繊維間の
絡合によってフエルトの形態を保持していることを特徴
とする、高温域における断熱特性に優れた炭素繊維フエ
ルト。 - （２）炭素繊維が平均単繊維直径１〜９μｍを有するも
のであることを特徴とする、請求項１記載の炭素繊維フ
エルト。 - （３）炭素繊維がピッチ系のものであることを特徴とす
る、請求項１又は２記載の炭素繊維フエルト。 - （４）炭素繊維がメソフェーズピッチ系のものであり、
かつ、温度２０℃相対湿度６５％の雰囲気中で、吸湿性
が２％以下であることを特徴とする、請求項３記載の炭
素繊維フエルト。 - （５）ピッチをメルトブロー法て紡糸後、シート状に捕
集し、不融化、炭化して得られた、平均単繊維直径１〜
９μｍの炭素繊維から成るマットを積層し、２〜１００
パンチ／ｃｍ＾２の密度でニードルパンチすることを特
徴とする、請求項１記載の炭素繊維フエルトの製造方法
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2220061A JP2952271B2 (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造方法 |
| EP91114112A EP0473073B1 (en) | 1990-08-23 | 1991-08-22 | Carbon fiber felting material and process for producing the same |
| DE69111335T DE69111335T2 (de) | 1990-08-23 | 1991-08-22 | Vliesstoff aus Kohlefasern und dessen Herstellverfahren. |
| US07/748,726 US5336557A (en) | 1990-08-23 | 1991-08-22 | Carbon fiber felting material and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2220061A JP2952271B2 (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04108150A true JPH04108150A (ja) | 1992-04-09 |
| JP2952271B2 JP2952271B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=16745328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2220061A Expired - Lifetime JP2952271B2 (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 高温断熱特性に優れた炭素繊維フェルトおよびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5336557A (ja) |
| EP (1) | EP0473073B1 (ja) |
| JP (1) | JP2952271B2 (ja) |
| DE (1) | DE69111335T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08209513A (ja) * | 1994-08-05 | 1996-08-13 | Amoco Corp | 繊維強化された炭素及び黒鉛物品 |
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| JP2981536B2 (ja) | 1993-09-17 | 1999-11-22 | 株式会社ペトカ | メソフェーズピッチ系炭素繊維ミルド及びその製造方法 |
| US6528036B2 (en) | 1993-09-17 | 2003-03-04 | Kashima Oil Co., Ltd. | Milled carbon fiber and process for producing the same |
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| KR101523443B1 (ko) * | 2013-12-27 | 2015-05-27 | 오씨아이 주식회사 | 탄소섬유 펠트 제조방법 및 이를 이용한 단열재의 제조방법 |
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| CN113308764B (zh) * | 2021-06-23 | 2022-08-02 | 佛山市中柔材料科技有限公司 | 一种硅基陶瓷微纳米纤维隔热毛毡及其制备方法 |
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| US4868037A (en) * | 1986-10-14 | 1989-09-19 | The Dow Chemical Company | Insulated articles containing non-linear carbonaceous fibers |
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| JPH084198B2 (ja) * | 1988-02-26 | 1996-01-17 | 株式会社ペトカ | 可撓性の電磁波反射材料 |
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-
1990
- 1990-08-23 JP JP2220061A patent/JP2952271B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-08-22 EP EP91114112A patent/EP0473073B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-08-22 DE DE69111335T patent/DE69111335T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-22 US US07/748,726 patent/US5336557A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| US5336557A (en) | 1994-08-09 |
| JP2952271B2 (ja) | 1999-09-20 |
| EP0473073B1 (en) | 1995-07-19 |
| DE69111335D1 (de) | 1995-08-24 |
| EP0473073A1 (en) | 1992-03-04 |
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