JPH04120184A - 炭素質成形品用接着剤 - 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１０００℃〜３００
０℃の高温下における技術も発展してきた。

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
容易にするための炭素質成形品用接着剤に関する。

（従来の技術） 炭素質断熱材の使用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
度測定のため複数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、炭素質断熱材は複雑な形状を要求さ
れる。

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多数個
を一度に必要とする場合は少なく。

多くは少量多種類を必要とする。そのため一定の形を多
数偶作るのが便利な自動機械加工は利用し難い。例えば
マシ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で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重量が多くなり経
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いた。

本発明は炭素質断熱材の如き炭素質成形品を幾つかのパ
ー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７００〜２５００　’Ｃで炭素化することにより複
雑な形状を有する全炭素質の成形品を作るための接着剤
であり、炭素化後も充分な接着力を有する炭素質成形品
用接着剤を提供することを目的とする。

（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
着剤について種々検討した結果２次の結論に達し本発明
に至った。

（１）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８００−１０００℃で窒素ガス、アルゴンガス等の
不活性ガス中、またはｌｍｍＨｇ以下の高真突下に於て
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
割合で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。本発明において使用される熱硬化
性樹脂としては残炭率４５重量％以上が望ましく５０重
量％以上が更に望ましい。この残炭率の高い樹脂として
はフェノール樹脂やフラン樹脂が適しており２例えば大
日本インキ化学工業社製のブライオーフェンの商標を有
するレゾール型フェノール樹脂は当目的のために使用出
来る。

残炭率の低い樹脂は接着硬化させた後炭素化の為に高温
で焼成する際に収縮することが知られている。そしてこ
の収縮により接着付近を変形させたり、また接着部を剥
離させたりする。

収縮による歪を小さくする為には残炭率の小さい樹脂を
使うと良いことが判っているが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が判った。

又この接着のための樹脂として熱可塑性樹脂は後で炭素
化する際の高温で溶融し流れることがあり好ましくない
。

（２）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炭素質材料を加える。ここに用い
る炭素質材料の一つに粒径５００μｍ以下の炭素粒があ
る。粒径が５００μｍ以上の場合には炭素粒が大きすぎ
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
はカーボンブラック、グラファイトパウダー等の微粒炭
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。

（３）次に塗布する際の塗布性を改善するために溶剤を
添加して溶液の粘度を下げる。

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℃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℃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、ブタノール、
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℃の各
種の溶剤が使用可能である。

又沸点５０〜１００℃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℃の各種の溶剤が使
用できる。

（４）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太き（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５〜７０重量％が使用可能であり、更に６〜３
０重量％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℃の沸点を有する溶剤（高沸点溶
剤と略す）と５０〜１００℃の沸点を有する溶剤（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
少なくして固形分の多い状態で使用することが望ましく
、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。

この接着剤を用いて炭素質断熱材を接着する場合次の手
順により行う。

（イ）目的の形状に従い予め各部分を切削加工しておく
。

（ロ）接着する部分の両側に接着剤を塗布する。

塗布は刷毛で行っても他の道具で行っても良い。

塗布量は１００〜２０００ｇ／ｍ”、最適には３００〜
１５００ｇ／ｍ”が適している。

（ハ）接着剤を塗布した直後に両面を合わせる。

両面を合わせただけでは接着しないので可能ならば１０
〜５００　ｇ／　ｃｍ”最適には５０〜２００ｇ／ｃｍ
”の圧力を加え１２０〜１７０　’Ｃの温度で６０〜１
２°０分間加熱硬化させて接着する。

（ニ）接着し、最終形状になった炭素質断熱材を７００
〜２５００℃の高温で、窒素ガス、アルゴンガス等の不
活性ガス中またはｌｍｍＨｇ以下の高真空下で焼成して
全体を炭素化する。

以下実施例により説明する。

（実施例） 実施例　１ 残炭率５５％を示すレゾール型フェノール樹脂プライオ
ーフェン　Ｒ−５０１（大日本インキ化学工業（株）製
）を１５部、微細な３５０メツシユのグラファイトパウ
ダーを１０部、炭素繊維のミルドファイバーである　ド
ナカーボ　Ｓ−２４１（（株）ドナツク製）を１０部、
溶剤としてアセトン１０部、エタノール１０部、メチル
セロソルブ２０部及びブタノール１５部を加え充分に撹
拌して接着剤　Ｈを作った。

接着剤　Ｈをビーカー中で１５０℃、１２０分加熱して
硬化させた。その内の１０ｇを取り窒素ガス雰囲気下１
０００℃で炭化した。残炭率は８６％であった。

応用例 ２つの厚さ１０ｍｍの平板状炭素質断熱材；アウスボン
　ＩＭ　　（大日本インキ化学工業製）のそれぞれの面
に接着剤　Ｈを５００ｇ／ｍ”の塗布量で塗り、塗布直
後に両面を合わせ１００ｇ／ｃｍ’の圧力下に１５０℃
、１２０分で硬化接着した。

その後１０００℃、０．ｌｍｍＨｇ真空下で炭素化して
全炭素質の接着された断熱材を得た。

接着面をフラットワイズ法にて測定し、０．２５Ｋｇ／
ａｍ”の剥離強度を得た。

この強度は接着しない時の断熱材のフラットワイズ法に
よる層間剥離強度　０．２〜０．３Ｋｇ／ｃｍ２に比較
し充分実用性のある強度である。

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。

（発明の効果） 本発明の接着剤は、炭素化する際の高温焼成において接
着剤の収縮が少なく、また炭素化した後も充分な接着力
を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱硬化性樹脂および炭素質材料を含んで成ることを
   特徴とする炭素質成形品用接着剤。 ２、熱硬化性樹脂、炭素質材料、および沸点１００〜２
   ００℃の溶剤と沸点５０〜１００℃の溶剤をそれぞれ１
   種類以上含む溶剤を含んで成ることを特徴とする炭素質
   成形品用接着剤。 ３、残炭率が７０重量％以上である請求項１または２記
   載の接着剤。 ４、熱硬化性樹脂として、残炭率５０重量％以上の熱硬
   化性樹脂を用いる請求項１または２記載の接着剤。 ５、炭素質材料として、直径５００μｍ以下の微粒炭素
   及び／叉は平均長さの５００μｍ以下の炭素繊維のミル
   ドファイバーを用いる請求項１または２記載の接着剤。