JPH06143469A - 炭素複合材料断熱材及びその製造方法 - Google Patents
炭素複合材料断熱材及びその製造方法Info
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- JPH06143469A JPH06143469A JP4301030A JP30103092A JPH06143469A JP H06143469 A JPH06143469 A JP H06143469A JP 4301030 A JP4301030 A JP 4301030A JP 30103092 A JP30103092 A JP 30103092A JP H06143469 A JPH06143469 A JP H06143469A
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- Japan
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- preform
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- carbon fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 約１０００℃以上の温度で安定であり、かつ
断熱性能の劣化が少ない断熱構造体を提供する。 【構成】 熱伝導率の低い炭素繊維を三次元形状に編ん
だプリフォームを黒鉛化したものの表面に緻密黒鉛がコ
ーティングされてなる炭素繊維複合材料断熱材。 【効果】 耐熱温度、曲げ強度及び靭性が高く、且つ表
面をコーティングすることが容易となる。
断熱性能の劣化が少ない断熱構造体を提供する。 【構成】 熱伝導率の低い炭素繊維を三次元形状に編ん
だプリフォームを黒鉛化したものの表面に緻密黒鉛がコ
ーティングされてなる炭素繊維複合材料断熱材。 【効果】 耐熱温度、曲げ強度及び靭性が高く、且つ表
面をコーティングすることが容易となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、約１０００℃〜３００
０℃の高熱エネルギーをヘリウム等の不活性ガスを用い
て遠方に多量輸送するために用いられる断熱構造体及び
その製造方法に関する。本発明は原子力、宇宙、化学産
業、民生等の広範な利用分野が期待される。
０℃の高熱エネルギーをヘリウム等の不活性ガスを用い
て遠方に多量輸送するために用いられる断熱構造体及び
その製造方法に関する。本発明は原子力、宇宙、化学産
業、民生等の広範な利用分野が期待される。
【０００２】
【従来の技術】現在のところ、核分裂を利用した原子炉
は、発電用として利用されていることがほとんどである
が、原子力を更に有効に利用するために高温ガス炉の研
究が盛んに行われている。高温ガス炉では原子炉から高
温の熱エネルギーを直接取り出すことが可能となるの
で、原子力のエネルギーを発電だけでなく、特に、大量
に熱エネルギーを使用するような工業分野へ利用するこ
とが期待されている。
は、発電用として利用されていることがほとんどである
が、原子力を更に有効に利用するために高温ガス炉の研
究が盛んに行われている。高温ガス炉では原子炉から高
温の熱エネルギーを直接取り出すことが可能となるの
で、原子力のエネルギーを発電だけでなく、特に、大量
に熱エネルギーを使用するような工業分野へ利用するこ
とが期待されている。
【０００３】高温ガス炉の冷却材にはヘリウムが使用さ
れる。ヘリウムはガスの中では熱性能が良く、かつ取り
扱い易いという利点を有する。また、ヘリウムは化学的
に不活性なので、高温でも核燃料や構造材と化学反応を
起こすことはない。つまり、ヘリウムは高温でも極めて
安定なので、高温の熱を運ぶためには最適な冷却材であ
る。
れる。ヘリウムはガスの中では熱性能が良く、かつ取り
扱い易いという利点を有する。また、ヘリウムは化学的
に不活性なので、高温でも核燃料や構造材と化学反応を
起こすことはない。つまり、ヘリウムは高温でも極めて
安定なので、高温の熱を運ぶためには最適な冷却材であ
る。
【０００４】高温ガス炉では約１０００℃以上のヘリウ
ムを取り出すので、その配管及び断熱材はそのような高
温に耐え得るものでなければならない。約１０００℃〜
３０００℃の高温熱エネルギーを多量に長距離輸送する
ために、断熱構造体に必要とされる事項には、約１０
００℃以上の温度で安定であり、かつ断熱性能の劣化が
少ないこと、配管への設置・交換が容易である構造で
あること、及び製作コストが安価であること等があ
る。しかしながら、現在のところ、かかる要求を満足す
る断熱構造体はなかった。
ムを取り出すので、その配管及び断熱材はそのような高
温に耐え得るものでなければならない。約１０００℃〜
３０００℃の高温熱エネルギーを多量に長距離輸送する
ために、断熱構造体に必要とされる事項には、約１０
００℃以上の温度で安定であり、かつ断熱性能の劣化が
少ないこと、配管への設置・交換が容易である構造で
あること、及び製作コストが安価であること等があ
る。しかしながら、現在のところ、かかる要求を満足す
る断熱構造体はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み本発
明は、約１０００℃以上の温度で安定であり、かつ断熱
性能の劣化が少ない断熱構造体を提供することを目的と
する。
明は、約１０００℃以上の温度で安定であり、かつ断熱
性能の劣化が少ない断熱構造体を提供することを目的と
する。
【０００６】また、本発明はかかる断熱構造体を容易且
つ安価に製造する方法を提供することを目的とする。
つ安価に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明によれば、熱伝導率の低い炭素繊維を三次元形状
に編んだプリフォームを黒鉛化したものの表面に緻密黒
鉛がコーティングされてなる炭素繊維複合材料断熱材が
提供される。
本発明によれば、熱伝導率の低い炭素繊維を三次元形状
に編んだプリフォームを黒鉛化したものの表面に緻密黒
鉛がコーティングされてなる炭素繊維複合材料断熱材が
提供される。
【０００８】また、本発明によれば、炭素繊維複合材料
から成る断熱材の製造方法であって、ａ）炭素繊維を三
次元形状に編み希薄な構造のプリフォームを成形し；
ｂ）プリフォームを真空中で焼成し；ｃ）焼成したプリ
フォームを黒鉛化し；そしてｄ）黒鉛化したプリフォー
ムの表面にＣＶＤによって緻密黒鉛をコーティングす
る；各工程から成る前記製造方法が提供される。
から成る断熱材の製造方法であって、ａ）炭素繊維を三
次元形状に編み希薄な構造のプリフォームを成形し；
ｂ）プリフォームを真空中で焼成し；ｃ）焼成したプリ
フォームを黒鉛化し；そしてｄ）黒鉛化したプリフォー
ムの表面にＣＶＤによって緻密黒鉛をコーティングす
る；各工程から成る前記製造方法が提供される。
【０００９】本発明において使用される炭素繊維は、レ
ーヨンやポリアクリロニトリル等の有機繊維や精製した
石油ピッチを紡糸してつくった繊維を、不活性気体中で
熱処理し炭化してつくった繊維である。つまり、本発明
においては、いわゆるＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭
素繊維の双方ともに使用し得る。本発明においては、炭
素繊維として熱伝導性の低い低級炭素繊維を使用するこ
とが断熱性の点から好ましい。使用する炭素繊維の直径
及び長さには特に制限はないが、好ましくは直径約１〜
１０μｍ、長さ約１０〜５０ｃｍの炭素繊維を使用す
る。
ーヨンやポリアクリロニトリル等の有機繊維や精製した
石油ピッチを紡糸してつくった繊維を、不活性気体中で
熱処理し炭化してつくった繊維である。つまり、本発明
においては、いわゆるＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭
素繊維の双方ともに使用し得る。本発明においては、炭
素繊維として熱伝導性の低い低級炭素繊維を使用するこ
とが断熱性の点から好ましい。使用する炭素繊維の直径
及び長さには特に制限はないが、好ましくは直径約１〜
１０μｍ、長さ約１０〜５０ｃｍの炭素繊維を使用す
る。
【００１０】炭素繊維は三次元的に配列されるように編
む。例えば、炭素繊維をクロス織りによって布帛とな
し、次いで該布帛を三軸織りによって所望の形状となる
ように編む。このようにして編まれた炭素繊維は接着剤
によって固めプリフォームに形成することが好ましい。
接着剤としては、例えばピッチやフェノールを使用し得
る。
む。例えば、炭素繊維をクロス織りによって布帛とな
し、次いで該布帛を三軸織りによって所望の形状となる
ように編む。このようにして編まれた炭素繊維は接着剤
によって固めプリフォームに形成することが好ましい。
接着剤としては、例えばピッチやフェノールを使用し得
る。
【００１１】プリフォームは、真空中で約２０００〜３
０００℃に加熱し、約１日〜約１カ月の間その温度に保
持して黒鉛化する。黒鉛化後の、プリフォームの密度は
約０.１７ｇ／ｃｍ3以下の低密度化材となる。
０００℃に加熱し、約１日〜約１カ月の間その温度に保
持して黒鉛化する。黒鉛化後の、プリフォームの密度は
約０.１７ｇ／ｃｍ3以下の低密度化材となる。
【００１２】黒鉛化したプリフォームの少なくとも一方
の表面にＣＶＤによって黒鉛をコーティングする。この
ようにしてコーティングされた黒鉛は高密度の緻密黒鉛
となる。黒鉛の厚みは約１０〜１０００μｍである。黒
鉛化したプリフォームの表面に緻密黒鉛をコーティング
することによって、使用時の断熱材からの炭素繊維の剥
離を防止でき、且つ不純物が炭素繊維断熱層に侵入する
ことによる炭素繊維断熱層の損傷を低減し得る。
の表面にＣＶＤによって黒鉛をコーティングする。この
ようにしてコーティングされた黒鉛は高密度の緻密黒鉛
となる。黒鉛の厚みは約１０〜１０００μｍである。黒
鉛化したプリフォームの表面に緻密黒鉛をコーティング
することによって、使用時の断熱材からの炭素繊維の剥
離を防止でき、且つ不純物が炭素繊維断熱層に侵入する
ことによる炭素繊維断熱層の損傷を低減し得る。
【００１３】緻密黒鉛をコーティングしたプリフォーム
中の不純物を除去するために、約２０００℃にてハロゲ
ン化処理を行う。不純物は主にコールタールピッチに由
来するものであり、例えば鉄、コバルト、マグネシウ
ム、カルシウム及びニッケル等の金属が数百ｐｐｍ存在
する。ハロゲンとしては塩素ガスを用いることが好まし
い。
中の不純物を除去するために、約２０００℃にてハロゲ
ン化処理を行う。不純物は主にコールタールピッチに由
来するものであり、例えば鉄、コバルト、マグネシウ
ム、カルシウム及びニッケル等の金属が数百ｐｐｍ存在
する。ハロゲンとしては塩素ガスを用いることが好まし
い。
【００１４】本発明の実施態様の一例を図１に示す。緻
密黒鉛がコーティングされた黒鉛シート側は、黒鉛シー
トの組織構造が観察される。一方、黒鉛シートと反対側
は、平面状の繊維の配列と、厚み方向に繊維が導入され
た後の空隙が観察される。また、断熱材の側面には、平
面状の繊維だけでなく、三次元的な繊維の配列も観察さ
れる。
密黒鉛がコーティングされた黒鉛シート側は、黒鉛シー
トの組織構造が観察される。一方、黒鉛シートと反対側
は、平面状の繊維の配列と、厚み方向に繊維が導入され
た後の空隙が観察される。また、断熱材の側面には、平
面状の繊維だけでなく、三次元的な繊維の配列も観察さ
れる。
【００１５】このようにして得られた炭素繊維複合材料
断熱材は約１０００〜３０００℃までの耐熱性を有する
ので、多量の超高温熱エネルギーの長距離輸送が可能と
なり、高温ガス炉から発生する熱の利用が効率的になる
と共に、その他の高熱源からの熱輸送が容易になる。
断熱材は約１０００〜３０００℃までの耐熱性を有する
ので、多量の超高温熱エネルギーの長距離輸送が可能と
なり、高温ガス炉から発生する熱の利用が効率的になる
と共に、その他の高熱源からの熱輸送が容易になる。
【００１６】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００１７】
【実施例】図２に示す円柱状の断熱材（以下「ライナー
管」と称す）を製作した。繊維径１０μｍのピッチ系炭
素繊維をクロス織りに編んで布帛と為し、この布帛を、
三軸織りによって図２に示す形状に成形しプレフォーム
となした。コールタールピッチを満たした温度８００℃
の浴にこのプレフォームを浸漬し、コールタールピッチ
をプレフォームに含浸せしめた。浴から取り出したプレ
フォームに付着した余分のコールタールピッチを取り除
いた後に、プレフォームを真空加熱炉に入れ、温度１０
００℃で１週間焼成した。次いで、真空加熱炉の温度を
３０００℃に上昇せしめ、４週間黒鉛化した。黒鉛化後
のプレフォームの密度は、０．１７ｇ／ｃｍ3であっ
た。黒鉛化プレフォームをＣＶＤ装置内に設置し、その
表面に緻密黒鉛をコーティングした。
管」と称す）を製作した。繊維径１０μｍのピッチ系炭
素繊維をクロス織りに編んで布帛と為し、この布帛を、
三軸織りによって図２に示す形状に成形しプレフォーム
となした。コールタールピッチを満たした温度８００℃
の浴にこのプレフォームを浸漬し、コールタールピッチ
をプレフォームに含浸せしめた。浴から取り出したプレ
フォームに付着した余分のコールタールピッチを取り除
いた後に、プレフォームを真空加熱炉に入れ、温度１０
００℃で１週間焼成した。次いで、真空加熱炉の温度を
３０００℃に上昇せしめ、４週間黒鉛化した。黒鉛化後
のプレフォームの密度は、０．１７ｇ／ｃｍ3であっ
た。黒鉛化プレフォームをＣＶＤ装置内に設置し、その
表面に緻密黒鉛をコーティングした。
【００１８】このようにして得られたプレフォームを、
Ｃｌ2雰囲気下、温度２０００℃にてハロゲン化処理を
３週間行い、プレフォーム中に存在する不純物を除去し
た。
Ｃｌ2雰囲気下、温度２０００℃にてハロゲン化処理を
３週間行い、プレフォーム中に存在する不純物を除去し
た。
【００１９】次に図３及び図４に示すライナー管ジョイ
ント及びボルト−ナットを、ライナー管と同様の方法に
より製作した。
ント及びボルト−ナットを、ライナー管と同様の方法に
より製作した。
【００２０】このようにして製作しライナー管、ライナ
ー管ジョイント及びボルト−ナットは、図５に示すよう
に組み合わせて一体となし断熱材として使用した。
ー管ジョイント及びボルト−ナットは、図５に示すよう
に組み合わせて一体となし断熱材として使用した。
【００２１】比較のためにカオウールを原料として図２
〜図４にそれぞれ示すライナー管、ライナー管ジョイン
ト及びボルト−ナットと同寸法を有する断熱材を製作し
て、本発明の断熱材との性能を比較した。その結果を表
１に示す。
〜図４にそれぞれ示すライナー管、ライナー管ジョイン
ト及びボルト−ナットと同寸法を有する断熱材を製作し
て、本発明の断熱材との性能を比較した。その結果を表
１に示す。
【００２２】
【表１】 上記の結果から明らかなように本発明の断熱材は、カオ
ウールから成る断熱材に比して耐熱温度が高い。また、
カオウールから成る断熱材は、土壁のようにもろく破壊
してしまうが、本発明の断熱材は曲げ強度及び靭性が高
いので、クラックが入っても簡単には壊れない。曲げ強
度及び靭性が高いということは、素材そのもの、つまり
炭素繊維複合材料そのもので断熱材を構成することが可
能であることを意味する（カオウールの場合、素材その
ものを支えるための別の構造及び構造材を必要とす
る）。
ウールから成る断熱材に比して耐熱温度が高い。また、
カオウールから成る断熱材は、土壁のようにもろく破壊
してしまうが、本発明の断熱材は曲げ強度及び靭性が高
いので、クラックが入っても簡単には壊れない。曲げ強
度及び靭性が高いということは、素材そのもの、つまり
炭素繊維複合材料そのもので断熱材を構成することが可
能であることを意味する（カオウールの場合、素材その
ものを支えるための別の構造及び構造材を必要とす
る）。
【００２３】次に、本発明の炭素繊維複合材料から成る
断熱材の断熱特性を評価した。図６に示すように本発明
の断熱材の表面を加熱して、断熱材の厚さ方向における
温度分布を測定した。その結果を図７に示す。図７にお
いて、２０ｔや４０ｔ等は、断熱材の表面から厚さ方向
の距離をｍｍで表したものであり、その位置における温
度を縦軸に示してある。図７から明らかなように、断熱
材の厚さを適当に確保することによって、断熱材の外側
の温度を約２００〜３００℃に保つことができる。
断熱材の断熱特性を評価した。図６に示すように本発明
の断熱材の表面を加熱して、断熱材の厚さ方向における
温度分布を測定した。その結果を図７に示す。図７にお
いて、２０ｔや４０ｔ等は、断熱材の表面から厚さ方向
の距離をｍｍで表したものであり、その位置における温
度を縦軸に示してある。図７から明らかなように、断熱
材の厚さを適当に確保することによって、断熱材の外側
の温度を約２００〜３００℃に保つことができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の断熱材は、最高３０００度まで
の高温に耐え、しかも曲げ強度が高く且つ靭性が高いの
でクラックが入っても簡単には壊れない。また、表面を
コーティングすることが容易である。更に、高純度化す
ることが可能である。加えて、ボルト等によるジョイン
トが可能でメンテナンスし易い。
の高温に耐え、しかも曲げ強度が高く且つ靭性が高いの
でクラックが入っても簡単には壊れない。また、表面を
コーティングすることが容易である。更に、高純度化す
ることが可能である。加えて、ボルト等によるジョイン
トが可能でメンテナンスし易い。
【図１】本発明の断熱材の断面の模式図である。
【図２】ライナー管を表す図である。
【図３】ライナー管ジョイントを表す図である。
【図４】ライナー管用ボルト−ナットを表す図である。
【図５】延長ライナー管を表す図である。
【図６】本発明の断熱材の断熱特性の評価方法を表す図
である。
である。
【図７】本発明の断熱材の断熱特性を表す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０１Ｆ 9/145 7199−3Ｂ 9/22 7199−3Ｂ
Claims (8)
- 【請求項１】 熱伝導率の低い炭素繊維を三次元形状に
編んだプリフォームを黒鉛化したものの表面に緻密黒鉛
がコーティングされてなる炭素繊維複合材料断熱材。 - 【請求項２】 炭素繊維がＰＡＮ系又はピッチ系であ
る、請求項１に記載の断熱材。 - 【請求項３】 黒鉛化したプリフォームの密度が０．１
７ｇ／ｃｍ3以下である、請求項１に記載の断熱材。 - 【請求項４】 緻密黒鉛の厚みが１０〜１０００μｍで
ある、請求項１に記載の断熱材。 - 【請求項５】 炭素繊維複合材料から成る断熱材の製造
方法であって、 ａ）炭素繊維を三次元形状に編み希薄な構造のプリフォ
ームを成形し； ｂ）プリフォームを真空中で焼成し； ｃ）焼成したプリフォームを黒鉛化し；そして ｄ）黒鉛化したプリフォームの表面にＣＶＤによって緻
密黒鉛をコーティングする；各工程から成る前記製造方
法。 - 【請求項６】 炭素繊維がＰＡＮ系又はピッチ系であ
る、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 黒鉛化したプリフォームの密度が０．１
７ｇ／ｃｍ3以下である、請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 緻密黒鉛の厚みが１０〜１０００μｍで
ある、請求項５に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301030A JPH06143469A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 炭素複合材料断熱材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301030A JPH06143469A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 炭素複合材料断熱材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06143469A true JPH06143469A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17892008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4301030A Pending JPH06143469A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 炭素複合材料断熱材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06143469A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010033380A1 (de) | 2010-08-04 | 2012-02-09 | Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. | Groß- und offenporiges C/C-Komposit mit hoher innerer Oberfläche, sowie Verfahren zur Herstellung desselben und dessen Anwendung |
| WO2012051973A1 (de) | 2010-08-04 | 2012-04-26 | Bayerisches Zentrum Für Angewandte Energieforschung E.V. Zae Bayern | Gross- und offenporiges c/c-komposit mit hoher innerer oberfläche, sowie verfahren zur herstellung desselben und dessen anwendung |
| DE102011108435A1 (de) | 2011-07-26 | 2013-05-02 | Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. | Groß- und offenporiges C/C-Komposit mit hoher innerer Oberfläche, sowie Verfahren zur Herstellung desselben und dessen Anwendung |
| WO2015109794A1 (zh) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 上海理想万里晖薄膜设备有限公司 | 一种用于pecvd反应腔的绝热导电装置及其应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938179A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | 森安 洋二 | 自転車傾斜収納整理装置 |
| JPH04826A (ja) * | 1990-04-17 | 1992-01-06 | Hitachi Cable Ltd | ディジタル多重伝送システム |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP4301030A patent/JPH06143469A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938179A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | 森安 洋二 | 自転車傾斜収納整理装置 |
| JPH04826A (ja) * | 1990-04-17 | 1992-01-06 | Hitachi Cable Ltd | ディジタル多重伝送システム |
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