JPH04289684A - 面状発熱体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続抄造が可能で安定
した発熱性能を付与することができるセラミックス系面
状発熱体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維系あるいはセラミックス系の可
撓性を有する面状発熱体は、広範囲の工業用途に有用性
が期待されている。これら面状発熱体の工業生産には、
原料となる炭素繊維、またはセラミックス繊維と抵抗発
熱物質を適宜なバインダーとともに抄紙処理してシート
に形成する方法が有効とされている。

【０００３】従来、この種の方法による炭素繊維系の面
状発熱体として、炭素繊維と植物パルプの混合物をシー
ト状に抄造したもの（特開昭６２−２８１２９３号公報
）　が知られている。ところが、この発熱体組織は導電
成分となる炭素繊維が点接触状態を呈している関係で抵
抗安定性に乏しく、また折り曲げた際に屈曲部分の抵抗
が上昇して異常発熱現象を生じる問題点がある。そのう
え、多量の植物パルプを含んでいるため、異常発熱が起
きると燃え上がる危険性がある。

【０００４】一方、セラミックス系の面状発熱体として
は、アルミナ短繊維と黒鉛粉にパルプバインダーを加え
て抄紙化した発熱シートをセラミックスシート層間に挟
着一体化した構造のものが本発明者らによって開発され
ている（特開平１−１４３１８０号公報）　。この構造
によれば、繰り返し発熱においても常に安定した抵抗を
示し、折り曲げても屈曲部分に異常発熱を生じることも
ない。 しかしながら、抄紙段階におけるシート組織の引張り強
度が弱いために連続抄造ができず、量産性を高めること
ができない難点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、抄造
成分を連続抄造が可能で抵抗安定性に優れる組成とする
ことにより、屈曲時にも異常発熱現象を生じることのな
い優れた発熱性能ならびに可撓性を有するセラミックス
系の面状発熱体を量産性よく製造する方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による面状発熱体の製造方法は、繊維長１〜
５ｍｍのアルミナ系セラミックス短繊維に、粒径５０μ
ｍ　以下の黒鉛粉１０〜５０重量％、炭素繊維５〜１５
重量％および高フイブリル化セルロース３〜１０重量％
を各配合し、水中で十分に混合分散させたのちシート状
に抄造成形することを構成上の特徴とする。

【０００７】本発明の原料組成において、アルミナ系セ
ラミックス短繊維はシート強度を高めると共に、抵抗の
調整と遠赤外線の放射をもたらすための主材となるもの
で、アルミナ、ムライト、アルミナ・シリカ等の短繊維
が用いられる。該アルミナ系セラミックス短繊維は、繊
維長が１ｍｍ未満であるとシートの強度増加に寄与せず
、また５ｍｍを越えると他成分との混合分散が円滑に進
まなくなる。このため、１〜５ｍｍの繊維長として使用
する。

【０００８】黒鉛粉は導電体として機能する成分で、粒
径５０μｍ　以下の微粉末として使用に供する。粒径が
５０μｍ　を越えると、シート組織からの脱落が生じて
その部分にピンホールが発生する。用いる黒鉛の種類は
特に問われないが、最も好適な材料は組織内部での粒子
間接触が多い鱗片状結晶構造をもつ膨張黒鉛である。し
かし、膨張黒鉛は通常の機械的粉砕を施すと鱗片状の特
長が喪失していまうため、水または有機溶媒などの液中
で強撹拌（８０００　〜１００００ｒｐｍ）　を与えて
粉砕した鱗片状の粉末を適用することが好ましい。黒鉛
粉は、アルミナ系セラミックス短繊維に対し１０〜５０
重量％の範囲で所望の抵抗値になるように配合される。 配合比率が１０重量％未満では抵抗が極端に高くなって
発熱体としては不適となり、５０重量％を上廻ると抄造
化が困難となる。

【０００９】炭素繊維の添加は、抄紙過程における濾水
性、ワイヤー剥れ等を良好にし、かつシート組織を複合
強化して連続抄造を可能にするために機能する。炭素繊
維はトウを適宜の長さに切断したチョップ・ファイバー
の形態で使用されるが、その直径は７μｍ　以下のもの
を選定使用することが望ましい。直径が７μｍ　を越え
る径太の炭素繊維では、多量の配合が必要となってシー
トが厚くなるうえ、抄造時にシートから離脱し易くなる
ため好ましくない。炭素繊維はアルミナ系セラミックス
短繊維に対して５〜１５重量％の範囲で配合される。５
重量％を未満の配合では前記の機能が有効に達成されず
、１５重量％を上廻ると分散が悪くなる。

【００１０】高フイブリル化セルロースは、木材パルプ
を叩解した繊維物質でバインダーとして機能する成分で
ある。該高フイブリル化セルロースは、アルミナ系セラ
ミックス短繊維に対し３重量％の配合で十分な結合効果
を示すが、１０重量％を越えると、濾水性が低下して抄
造時の水切れが悪化する。したがって、３〜１０重量％
の範囲で配合する。

【００１１】上記原料物質の混合分散は、まずアルミナ
系セラミックス繊維を水と共に回転撹拌機に入れて撹拌
し、予め解繊処理を施したのち、所定量の黒鉛粉、炭素
繊維および高フイブリル化セルロースを投入して十分に
撹拌混合してスラリー化する操作でおこなわれる。なお
、この操作には強撹拌を与えることが効果的で、例えば
高速回転式（８０００〜１００００ｒｐｍ）　の撹拌装
置が好適に使用される。

【００１２】ついで、スラリーを抄造工程にかけてシー
トに成形する。抄造には、長網式の連続抄紙装置を用い
ることが良結果を与える。円網式の抄紙装置ではシート
に分散ムラが生じ易く、また操作に高いシート強度が要
求されるため本発明のような少量のバインダー量では抄
造が困難となる。抄造の速度は２０ｍ／分以下に抑え、
緩徐にシート化することが好ましい。

【００１３】このようにして抄造成形されたシートは、
引き続き乾燥することにより可撓性の面状発熱体が得ら
れる。この際、発熱体強度を向上させるためにシート組
織にシリコーン樹脂のような可撓性を損ねない耐熱樹脂
を含浸させることもできる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、主体となるアルミナ系セラミ
ックス短繊維と黒鉛粉からなるセラミックス系発熱成分
に、抄造時の濾水性、ワイヤー剥がれを良好にすると共
に繊維複合によるシート強度を増大するために機能する
炭素繊維とシート化を容易にするバインダーとなるフイ
ブリル化セルロースを配合した組成とすることにより、
連続抄造を用いてシート状のセラミックス系面状発熱体
を製造することが可能となる。

【００１５】得られる面状発熱体は、シート組織が強固
でありながら適度の可撓性を備え、黒鉛粉の均質介在に
より繰り返し発熱時にも極めて安定した抵抗値を有し、
折り曲げた際にも屈曲部分に異常発熱が生じるような抵
抗変動が起こることのない優れた発熱性能を示す。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例 繊維長１〜３ｍｍのアルミナ短繊維〔ＩＣＩ製、商品名
“サフィル”〕２０ｋｇを４００ｋｇ　の水とともに回
転撹拌装置に入れ、３分間強撹拌（回転数８０００ｒｐ
ｍ）して解繊した。 ついで、水中で強撹拌して粉砕した粒径１０μｍ　以下
の膨張黒鉛粉３．７５ｋｇ、直径７μｍ　、長さ９ｍｍ
の炭素繊維チョップ〔東邦レーヨン（株）製、ＨＴＡ−
Ｃ９−Ｐ〕１．２５ｋｇ、高フイブリル化セルロース〔
ダイセル化学工業（株）製、ＭＦＣ　〕１．２５ｋｇを
投入し、１００００ｒｐｍの回転速度で５分間強撹拌を
施して各成分を十分に混合分散した。上記の操作を８回
繰り返して合計２００ｋｇ　の抄造用スラリーを作製し
、貯蔵タンクに入れた。

【００１７】貯蔵タンク内のスラリーを、水路を通じて
長網式の連続抄紙装置の種箱に移送した。この際、移送
中に水を加えて種箱内のスラリー濃度を０．１％に調整
した。抄造は１０ｍ／分の速度で連続的におこない、引
き続き乾燥処理を施した。抄造工程の段階で、シートの
破断、その他成分の離脱、剥脱などの現象は発生せず、
乾燥後のシート状態は柔軟性のある極めて均一な組織性
状を呈するものであった。

【００１８】このようにして得られた面状発熱体の電気
抵抗は、　２００Ω／□であった。該面状発熱体を一辺
２５０ｍｍ　の正方形に切断し、シートの両端にターミ
ナルを設置して電圧ＡＣ　１００Ｖの通電・遮断を繰り
返しおこなった。この際に生じた面状発熱体の温度変化
と抵抗変動を測定し、結果を図１のグラフに示した。図
１から、本発明による面状発熱体は、小幅な一定サイク
ル範囲内の抵抗変動で推移することが認められた。また
、上記の面状発熱体をターミナルと平行に折り曲げて通
電発熱させ、この状態でサーモグラフィーにより温度分
布を測定したところ、発熱は全体に極めて均等で局部的
な異常発熱現象は認められなかった。

【００１９】比較例 実施例と同一の炭素繊維チョップと高フイブリル化セル
ロースを原料としたスラリーを、手抄シート機を用いて
シートに成形したのち乾燥して炭素繊維系の面状発熱体
（電気抵抗　２００Ω／□）を作製した。この面状発熱
体につき実施例と同様にして電圧ＡＣ　１００Ｖの通電
・遮断を繰り返し、温度変化と抵抗変動を測定した。そ
の結果は図２に示したように、繰り返し発熱により面状
発熱体の電気抵抗が段階的に上昇する傾向を示した。ま
た、実施例と同様に折り曲げた状態で通電発熱させたと
ころ、屈曲部分が線状に異常発熱を起こし、煙が発生し
た。

【００２０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば通電時に
常に安定した抵抗発熱を示し、屈曲させても局部的に異
常発熱現象を生じることのない優れた発熱性能を備える
可撓性の面状発熱体を、連続抄造手段を用いて量産性よ
く製造することが可能となる。したがって、工業用の面
状発熱体の効率的な生産技術として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における面状発熱体の温度変化と抵抗変
動を示した関係グラフである。

【図２】比較例における面状発熱体の温度変化と抵抗変
動を示した関係グラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　繊維長１〜５ｍｍのアルミナ系セラミ
   ックス短繊維に、粒径５０μｍ　以下の黒鉛粉１０〜５
   ０重量％、炭素繊維５〜１５重量％および高フイブリル
   化セルロース３〜１０重量％を各配合し、水中で十分に
   混合分散させたのちシート状に抄造成形することを特徴
   とする面状発熱体の製造方法。
2. 【請求項２】　　黒鉛粉として、膨張黒鉛を液中で強撹
   拌して得られる鱗片状の粉末を用いる請求項１記載の面
   状発熱体の製造方法。