JPH04119973A - 接着された炭素質成形品の製造法 - 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） 近年技術の高度化が進みそれに伴いｉ　ｏ　ｏ　ｏ　’
ｃ〜３０００℃の高温下における技術が発展してきた。

即ち各種セラミックの焼結、光ファイバーの製造。

スパッタリング炉その他従来考えられなかった分野での
高温処理技術が発達しそれに伴い経済性を高める上でも
内部の高熱を保持する為の断熱材。

特に高温用断熱材の必要性が増してきた。そしてこの高
温技術下では金属などの不純物が悪影響を及ぼす場合が
多く、金属を含まない高温用断熱材の要望が増えてきた
。

この要望にそって開発されたのが炭素質断熱材であり１
本発明はこの炭素質断熱材の如き炭素質成形品の加工を
容易にするための技術を提供するものである。

（従来の技術） 炭素質断熱材は内部の円筒型または箱型の黒鉛質炉の断
熱材として使用する場合が多いがこれらの炉は内部に加
熱部を有するため加熱体への電力の供給や内部温度測定
のための出入口を有する場合が多い。そのため炉内部へ
導入される電線類の保護やそこからの熱の逃げを防止す
るため、炭素質断熱材として複雑な形状を要求される場
合が多い。従来この複雑形状の炭素質断熱材を得るため
次のような方法が取られていた。

（１）大型のブロック状炭素質断熱材を予め作っておき
それから機械加工により複雑形状を得る方法。

（２）複雑形状をいくつかのパーツに分けて作り、それ
らを黒鉛質ボルトなどでつなぎ併せて目標の複雑形状を
得る方法 等があった。

（発明が解決しようとする課題） しかしく１）は高度な切削技術を必要とし、切削が完了
すれば均質な製品を得ることが出来るが。

同じ形で複数個を一度に必要とするより少量多種類必要
とする。このため一定の形を多数個作るのが便利な自動
機械加工は利用し難い。例えばマンニングセンター等の
自動切削機は効率が悪く実際上殆ど使用できない。

また通常ブロックよりの切り出しは加工量が少なく切削
屑の発生の少ない場合が多いが、凹凸の多い加工を行う
場合にはブロックから切り取る切り層重が多（なり経済
的に不利になる。

切削後均質な製品が得られることは断熱性の点で好まし
いことであるが２反面、形状の中に細く弱い部分が出来
ても強化することは難しく加工中または取扱中この部分
が壊れる心配が絶えず有る。

（２）の方法は（１）よりも容易に複雑形状を作れるが
ボルト穴やボルト穴部分の強化など余分な加工が加わり
更にボルトなどの挿入により不均一で複雑な形状になり
好ましくない。

このように従来の方法は幾多の問題点を有して（＼た。

本発明は、複雑な形状を有する炭素質断熱材の如き炭素
質成形品を作る。即ち幾つかの、Ｎ＋−ツに分けて形状
加工した後それらのパーツを接着しその後７００〜２５
００°Ｃで炭素化することにより全炭素質の成形品を作
る方法に於て、取扱中の外力や熱歪等の力に対抗できる
ほど一層強固に接合された炭素質成形品を製造すること
を目的にする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは炭素質断熱材の如き炭素質成形品同士の接
合方法について種々検討した結果２次の結論に達した。

（１）接着する複数の炭素質成形品の接触する面にはす
べて接着剤を塗布する。

（２）接合する部分の面積か小さく充分な接着力が得ら
れない場合や特に大きい接着力を必要とする場合などに
、接着する複数の炭素質成形品間に表面に充分な接着剤
をコーティングした炭素質の棒を挿嵌すると、接着面積
の拡大とくさび効果により接着力の増大を図ることが出
来る。

そしてこれらの知見にもとづき得られた接着された炭素
質成形品は、取扱中の外力や熱歪等の力に対抗できるほ
ど強固に接合されることが判り本発明を完成するに到っ
た。

即ち１本発明は、１．接着剤がコーティングされた炭素
質成形部材を複数の炭素質成形品に挿嵌し。

該炭素質成形部材を介して炭素質成形品を接合した後焼
成することを特徴とする炭素質成形品の製造法、２．残
炭率が７０％以上である接着剤を用いる請求項１記載の
炭素質成形品の製造法にある。

本発明において使用できる接着剤は、硬化後７００〜２
５００°Ｃで炭素化した際に炭素として残る割合で示さ
れる残炭率が７０％以上で有れば特にその成分は問わな
いが熱可塑性樹脂を接着成分とする接着剤は焼成時に溶
融して流動する可能性かあり熱硬化性樹脂の方がより好
ましい。接着剤の残炭率が７０％未満の場合には炭素化
する際の高温焼成に於て接着剤の収縮が大きく接着面付
近の変形や収縮歪による接着面の剥離を生じることもあ
るので残炭率は７０％以上か望ましい。

残炭率が７０％以上である接着剤として好適なものに熱
硬化性樹脂と炭素質材料を含んで成る接着剤かある。接
着力を付与するための樹脂については残炭率の高い熱硬
化性樹脂が最も適する。即ち予め硬化させた樹脂を８０
０−１０００°Ｃで窒素ガス、アルゴンガス等の不活性
ガス中、またはｌｍｍＨｇ以下の高真空下に於て炭素化
させた際に残存する炭素質の最初の重量に対する割合て
残炭率は表わされるが　この残炭率が高いほど接着が良
好になされる。　従って接着剤中に用いる熱硬化性樹脂
としては残炭率４５重量％以上望ましり５０重量％以上
のものが更に好ましい。この残炭率の高い樹脂としては
残炭率５０重１％〜５５重量％を示すフェノール樹脂や
フラン樹脂が適しており。

例えば大日本インキ化学工業社製のプライオーフエンの
商標を有するレゾール型フェノール樹脂（ま半回的のた
めに使用出来る。

収縮による歪を小さくする為には残炭率の小さし１樹脂
を使うと良いことが判っているか更に炭素質材料の添加
により大幅に収縮歪が低下することカダできる。

焼成の際の収縮を小さくシ、接着部の凹凸で生じる空隙
を埋めるために加える炭素質材料の一つに粒径５００μ
ｍ以下の炭素粒がある。粒径が５００μｍ以上の場合に
は炭素粒が太きすぎて接着剤塗布の際に均一な層をつく
り難い。更に粒径が１〜１００μｍが最適である。この
ような炭素粒としてはカーボンブランク、グラフアイト
ノゞウダー等の微粒炭素類が使用できる。

他の炭素質材料として炭素繊維を５００μｍ以下の長さ
に切断した炭素繊維（ＣＦ）のミルドファイバーがある
。

炭素繊維のミルドファイバーの場合、繊維長が５００μ
ｍ以上に長くなると接着剤を塗布する際の塗布性が悪く
なり実用的でない。通常の炭素繊維は直径６〜２０μｍ
が主体でありがミルドファイバーとしては５０〜２００
μｍの長さを有する繊維が最適である。

この炭素質材料は一種類である必要はなく実際にはいく
つかの添加剤を混合して使われる。例えば炭素繊維のミ
ルドファイバーは接着強さの増加には効果はあるが均一
に塗布することが難しくなる。

微粒炭素は接着強さには効果的ではないが塗布性には効
果あることが判っている。その為実際にはこの両者を併
用することが多い。

次に塗布する際の塗布性を改善するために該接着剤には
通常、溶剤を添加して溶液の粘度を下げることが行われ
る。

単一の溶剤を用いるよりも塗布時に溶剤が揮発し接着剤
の粘度が増大して塗布性が低下するのを防ぐのと同時に
塗布時の粘度を下げ塗布直後に一部溶剤を揮発させ急速
に増粘させ接着剤の流動性を落とすために出来れば沸点
１００〜２００　’Ｃの溶剤と共に沸点５０〜１００℃
の溶剤を混合して用いるのがよい。又この溶剤は２種類
である必要はなく塗布性の変化及び接着剤の流れ防止の
観点から数種類を併用するのがよい。

沸点１００〜２００°Ｃの溶剤としてはトルエン。

キシレン、ベンゼン等の芳香族系の溶剤、ブタン−ルウ
フルフリルアルコール等のアルコール類。

メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ等のセロソルブ類、その他沸点１００〜２００　’Ｃ
の各種の溶剤が使用可能である。

又沸点５０〜１００°Ｃの溶剤としてはメタノール。

エタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチル
ケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエス
テル類等、その他沸点５０〜１００°Ｃの各種の溶剤が
使用できる。

これらを配合して残炭率が７０重量％以上である接着剤
にする。残炭率が７０％未満の場合には高温焼成におい
て接着剤に収縮が大きく接着面付近の変形や収縮歪が生
じる。

接着剤を調製するにあたっては、塗布性、接着剤塗布後
のタレ防止性、炭素化焼成前の接着力。

炭素化後の接着力、焼成時の収縮率等を勘案せねばなら
ず、実際上次のようになる。

接着用の熱硬化性樹脂は炭素化前の初期の接着力と炭素
化後の接着力の両方を持たねばならず更に焼成時の収縮
を出来るだけ小さく抑える必要がある。そのため樹脂量
としては５〜７ｏｆ１％か使用可能であり、更に６〜３
０重里％がより好ましい結果を示す。

次に炭素質材料であるが、同様に５〜７０重量％が使用
でき、８〜３０重量％の使用が更に適している。

又、溶剤は単一溶剤でも良いが前記した理由によっても
実用上１００〜２００°Ｃの沸点を有する溶剤（高沸点
溶剤と略す）と５０〜１００°Ｃの沸点を有する一溶剤
（低沸点溶剤と略す）を混合して用いることが望ましく
高沸点溶剤と低沸点溶剤の比率を変えることにより夏、
冬などの季節に応じて可使時間を変えることが出来る。

又溶剤量も同様に小さく複雑な部分を接着する際には溶
剤量を少な（して固形分の多い状態で使用することが望
ましく１　又広い面積を有する面を接着する場合は溶剤
量を多くして接着剤の粘度を下げ均一に塗布することが
望ましい。実際の使用時にはこの考えのもとて溶剤量を
決めれば良いが、溶剤量比率は２０〜９０重量％の中で
使用するのが望ましく更に通常５０〜８０重量％で使う
場合が多い。

又溶剤中に於ける高沸点溶剤の比率は２０〜８０重量％
が適している。

本発明の接着された炭素質成形品の製造法について炭素
質断熱材を例として以下に説明する。

中心をなす炭素質断熱材間に炭素質の棒を挿嵌させる方
法は以下のように行う。

まず炭素質の棒を次のようにして作成する。なお。

作り方を棒の直径で分けて記載しているがこれに限定さ
れるものでなく必要に応じて適用範囲を超えることはも
ちろん可能である。

直径５ｍｍ以下の炭素質の棒としては。

（イ）市販のグラファイトの棒 （ロ）３０００本、６０００本、　　１２０００本等の
フィラメント数を持つ炭素繊維のトウや炭素繊維を含む
紐等にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し硬化さ
せそして炭素化した全炭素質の棒。

等か利用できる。この小直径の棒は小面積の接着に使う
のが便利であり必要強度に応じて複数個使用できる。

直径５ｍｍ以上の棒としては市販のグラファイトの棒を
用いることもできるがグラファイトの棒の密度が約２で
あるに対して炭素質断熱材の密度は０．１〜０．３が中
心であり全体の重さや断熱性能に与える影響が大きく好
ましくない。そのため５ｍｍ以上の棒は、炭素質の断熱
材から旋盤または他の切削具で切り取って作るのか望ま
しい。またこうして得られた棒は残炭率５０％以上の熱
硬化性樹脂２例えばフェノール樹脂などを含浸し硬化後
焼成炭素化し強度を上げて用いることもてきる。また棒
の中に直径５ｍｍ以下のグラファイトの棒または炭素繊
維のトウより作った全炭素質の棒に前記の接着剤をコー
ティングして差込み硬化後焼成炭化して更に強度を上げ
ることもできる。

この様にして得られた炭素質の棒により断熱材の接着を
次のようにして行う。

■接着部の外から炭素質の棒を打ち込むことが出来る場
合には挿嵌させる炭素質の棒より０．１〜１．０ｍｍ程
度小さい直径の導入孔を開けておき両面に充分な接着剤
を塗布して合わせ、更に表面に充分接着剤を塗布した炭
素質の棒を導入孔を通して差し込む。被接着材の肉厚が
薄く特に導入孔が必要ない場合にはそのまま差し込めば
よい。この作業は木材の板を釘で止めるのと同じである
。

■外部より炭素質の棒が挿入できない場合には予め接着
する両面に炭素質の棒が挿入できる長さで直径が０．１
〜１．０ｍｍ程度小さい孔を開けておき接着面に接着剤
を塗布したのち、接着剤を充分塗布した炭素質の棒を片
側の孔に差込み、ついで残りの片側の孔に差し込む。そ
して同時に接着面を充分台わせる。

この様にして接着剤を付は合わせた面を出来るだけ動か
ないようにして、可能ならば０．０１　〜０．４ｋｇ／
ｃｍ２　の圧力下、１２０〜１７０’Ｃ。

２０〜１２０分で硬化接着し、その後７００　〜２５０
０°Ｃで炭素化して全炭素質の断熱材を得る。

（実施例） 以下実施例に従い説明する。

（製造例） 残炭率５５％を示すレゾール型フェノール樹脂ブライオ
ーフェン　Ｒ−５０１（大日本インキ化学工業製）；１
５部　炭素繊維のミルドファイバー；ドナカーボ　Ｓ−
２４１；１５部　溶剤としてエタノール；３５部　ブタ
ノール；３５部　を加えて充分撹拌し、接着剤−Ａを作
った。この接着剤を硬化させ、８５０℃で焼成し残炭率
を測ると７８重量％であった。

（実施例　１） 予め作っておいた１０ｃｍ角で厚さ２Ｃｍの平板状炭素
質断熱材２枚のそれぞれの片面に接着剤−Ａを固形分換
算で５００ｇ／ｍ”　　の密度で塗布し２つの面を合わ
せた。そしてその２枚に貫通する直径２．５ｍｍの孔を
４個開けた。

次に直径３ｍｍ、　　長さ３．５　ｃｍのグラファイト
の棒４本の一端を鉛筆のように削り接着剤−Ａを充分塗
布したのちその孔に差し込んだ。

全体の面に、０．０２Ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えて１５
０°Ｃで１２０分加熱硬化させて接着した。

その後１０００°Ｃで焼成して炭素化し全炭素質の厚さ
４Ｃｍの断熱材を得た。

フラットワイズ法にて層間の剥離強度を測定すると、０
．３５Ｋｇ／ｃｍ２であった。

接着しない時の断熱材のフラットワイズ法による眉間の
剥離強度は、　　０　、２〜０　、３　Ｋ　ｇ　／　ｃ
　ｍ　”でありグラファイトの棒により層間の剥離強度
か改良されたことが判った。

また同時に表面の接着による歪を観察したが特に収縮に
よると思われる歪は観察されなかった。

（本発明の効果） 本発明方法によって得られる接着された炭素質成形品は
、極めて強固に接合されているので取扱い中の外力や熱
歪等の力に充分対抗できる効果がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接着剤がコーティングされた炭素質成形部材を複数
   の炭素質成形品に挿嵌し、該炭素質成形部材を介して炭
   素質成形品を接合した後焼成することを特徴とする炭素
   質成形品の製造法。 ２、残炭率が７０％以上である接着剤を用いる請求項１
   記載の炭素質成形品の製造法。