JPH0624872A - 可撓性グラファイトを補強するための方法およびアセンブリーおよび物品 - Google Patents

可撓性グラファイトを補強するための方法およびアセンブリーおよび物品

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JPH0624872A
JPH0624872A JP14173892A JP14173892A JPH0624872A JP H0624872 A JPH0624872 A JP H0624872A JP 14173892 A JP14173892 A JP 14173892A JP 14173892 A JP14173892 A JP 14173892A JP H0624872 A JPH0624872 A JP H0624872A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 積層品を形成するために熱可塑性重合体の薄
膜を可撓性グラファイトに融着することによって可撓性
グラファイトを補強するための方法およびアセンブリ
ー。熱可塑性重合体の１つの側は軟化温度に昇温して可
撓性グラファイトに結合させ、一方その反対側は軟化点
未満の温度に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可撓性グラファイトを
補強するための方法およびアセンブリーおよび補強され
た可撓性グラファイト物品に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】可撓
性グラファイトの製造法は、周知である。典型的な実施
においては、米国特許第３，４０４，０６１号明細書に
記載のように、天然グラファイトのフレークは、酸溶液
中で挿入している（intercalate)。フレークを挿入した
後、それらは、洗浄し、乾燥し、次いで、高温または火
炎下で短時間暴露することによって、はぎ落とす。この
ことは、フレークをグラファイトの結晶面に垂直の方向
に膨張させるか、はぎ落とさせる。はぎ落とされたグラ
ファイトフレークは、外観がうじ虫状（vermiform)であ
り、それゆえ、一般に、ワーム（worm）と称されてい
る。密度約７０ポンド／立方フィートが大抵の応用に典
型的であると考えられるが、ワームは、理論密度に近い
密度を有するシートまたはホイルに圧縮してもよい。可
撓性グラファイトのシートは、特定の応用に適している
ように所望の形状に切断できる。
【０００３】厚さ２〜７０ミルの薄い可撓性グラファイ
トシートを幅約１／４インチ（約６．３５mm）未満の狭
いストリップに切断することが普通であり、この狭いス
トリップは次いで編組製品に編成してもよく、螺旋巻き
ガスケットに螺旋巻きしてもよく、またはガスケットま
たはパッキン材料として使用するための各種の大きさに
ダイ切断してもよい。
【０００４】不幸なことに、可撓性グラファイトは、引
張強さが比較的弱く且つ狭いストリップは、特に編組ま
たは螺旋巻き製品の製造において取扱時に曲げに付す時
に破壊する傾向があることがある。引張強さの弱さは、
補強剤として役立つように綿またはポリミドの非常に微
細な長い糸を可撓性グラファイトに取り付けることによ
って克服してもよい。糸は、可撓性グラファイトのシー
トをストリップに切断する前に可撓性グラファイトのシ
ートに接着結合する。この方法は、高価であるだけでは
なく、接着剤の使用は可撓性グラファイトをストリップ
に切断するための機械類をゴムでふさぐ可能性を有す
る。可撓性グラファイトの別の補強法は、引張強さが強
い材料の層を２つの可撓性グラファイトシート間に介在
させる方法である。中間層は、市販の触圧接着剤を使用
して可撓性グラファイトのシートに取り付けてもよい。
再度、この方法は、高価であるだけではなく最終製品中
の非可撓性グラファイトの％を実質上増大し且つ最終製
品の厚さを不必要に増加する接着剤を使用することを包
含する。更に、接着剤は、加熱時に蒸発して、漏れを可
能にする多孔体を残すことがある。加えて、熱可塑性接
着剤は、高温で軟化し且つ剪断破損の確率を増大するで
あろう。しかしながら、現在、接着剤を使用せずに可撓
性グラファイトを補強するための方法は既知ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、可撓性
グラファイトは、接着剤の塗布なしに熱可塑性重合体超
薄膜、好ましくは厚さが３ミル未満の熱可塑性重合体超
薄膜をグラファイトシートの表面に積層することによっ
て補強してもよいことが発見された。このことは、最終
製品中の可撓性グラファイト特性を最小限にしか劣化せ
ず且つ最終製品の厚さの公称増大のみを生ずる。
【０００６】補強された可撓性グラファイトシートは、
本発明の一態様によれば、所定の軟化点を有する熱可塑
性重合体の薄膜を可撓性グラファイトのシート上に重
ね、前記可撓性グラファイトと接触していない前記の熱
可塑性重合体の薄膜の界面を前記軟化点未満の温度に維
持しながら前記可撓性グラファイトと接触している界面
における前記薄膜の温度を前記軟化点に対応する温度に
昇温することにより、前記薄膜を前記可撓性グラファイ
トに融着することによって形成する。
【０００７】
【実施例】図（１）および図２に図示のような本発明の
一態様においては、可撓性グラファイトの単層１９と熱
可塑性重合体薄膜の単層１６とからなる２層ラミネート
２１が、形成される。重合体薄膜１６は、好ましくは厚
さが３．０ミル未満であり且つ接着剤を使用せずに可撓
性グラファイトの単層１９に融着する。
【０００８】図１のカレンダーロールアセンブリー１０
は、２個のカレンダーロール１２および１４、重合体薄
膜１６を２個のカレンダーロール１２、１４間に供給す
るための第一供給ロール１５、カレンダーロール１２が
薄膜１６をオーバーラップするように可撓性グラファイ
トのシート１９をカレンダーロール１２上に向けるため
の第二供給ロール１８および可撓性グラファイトのシー
ト１９における張力を制御するためのアイドラーロール
２０を具備する。カレンダーロール１４は、薄膜１６と
ロール１４との間の界面温度を熱的に制御するためにコ
ーティングまたはカバー２２を有する。カレンダーロー
ル１２および１４は、互いに対して垂直関係で整列され
ていて可撓性グラファイトのシート１９および重合体薄
膜１６をカレンダー掛けしてラミネート２１とし、この
ラミネート２１は巻取ロール２８に供給する。カレンダ
ーロール１２、１４間の適用圧力は、臨界的ではなく、
好ましくは２０〜５００psi の圧力である。カレンダー
ロール１２および１４の各々または両方は、加熱コイル
（図示せず）の内部アセンブリーによって加熱してもよ
く、各々の温度は通常の抵抗制御装置Ｃによって調整す
る。ロールカバー２２は、コーティングまたは独立の部
材、例えば、ロール１４を薄膜１６から断熱するために
使用するバンドとして形成する。カバー２２は、ケイ素
被覆紙またはポリテトラフルオロエチレンとガラス繊維
布との複合体からなっていてもよい。
【０００９】重合体薄膜１６は、通常の熱可塑性物質、
例えば、ポリエチレン、セルロース誘導体、ビニル樹
脂、ポリスチレン、ポリアミドおよびアクリル樹脂から
なっていてもよく、ポリエチレンが好ましい。膜厚は本
発明には臨界的ではないが、重合体薄膜は、積層品中の
重合体の容量％を最小限にするためにできるだけ薄いこ
とが好ましい。重合体膜厚は、厚さが０．２〜５ミルで
あってもよいが、好ましくは厚さが０．５〜３．０ミル
である。重合体薄膜１６と可撓性グラファイトのシート
１９との間の厚さの比率は、積層品中の重合体の容量％
を決定し且つ重合体の容量％が０．５〜１０．０％、最
適には約３．０％未満であるように選ぶべきである。３
０ミル厚のグラファイトシートに積層された０．５ミル
の重合体薄膜は、積層品中の重合体１．６容量％に等価
である一方、均等の３層二重重合体薄膜ラミネートにお
いては重合体の容量％は、３．２％に増大する。
【００１０】重合体超薄膜をグラファイトのシートに融
着するためには、薄膜温度は、可撓性グラファイトと係
合する界面においてのみ軟化点まで昇温しなければなら
ない。本発明に従って、１面のみが可撓性グラファイト
のシートと係合しているならば、重合体薄膜の反対側ま
たは非係合側は、重合体薄膜の軟化点未満の温度に保持
しなければならない。従って、重合体薄膜と可撓性グラ
ファイトのシートとの間の界面温度の制御は、臨界的で
ある。図１の態様においては、グラファイトシート１９
と接触している界面における重合体薄膜１６の温度は、
界面温度を重合体薄膜１６の軟化点に昇温するために、
カレンダーロール１２の温度を制御装置Ｃによって、グ
ラファイトシート１９の供給速度および重合体薄膜１６
の組成に基づいて十分に高い水準に調整することによっ
て制御する。ロール１２の温度を余りに高く昇温するな
らば、重合体薄膜１６は、カレンダー掛け操作時に変形
し且つ破壊するであろう。ロール温度が余りに低いなら
ば、薄膜１６は、グラファイトシートに融着しないであ
ろう。結合が連続的であるためには、界面温度は、重合
体薄膜１６の軟化点よりもわずかに高くあるべきであ
る。高軟化点重合体は、対応して高温ロールを必要とす
る。一例として、０．０００５インチ（約０．０１２７
mm）のポリエチレンシートは、カレンダーロール１２を
約１２５℃の温度に昇温することによって２５フィート
／分の速度で供給される０．０１５インチ（約０．３８
１mm）の可撓性グラファイトシートに結合するであろ
う。ロール１２を加熱する代わりに、グラファイトシー
ト１９は、加熱してもよく、または両方とも制御自在に
加熱してもよい。
【００１１】前記のように、重合体薄膜１６の非接触表
面を軟化点未満の温度に保つことが図１の態様に臨界的
である。このことは、ロール１４の表面を囲むカバー２
２を使用して図１の態様において達成される。カバー２
２は、前記のように、バンドの形でロール１４上にフィ
ットさせることができ、またはコーティングとして形成
することができ、またはロールに積層することができ
る。カバー２２は、重合体薄膜１６をカレンダーロール
１４から熱的に隔てるように機能する。別法は、ロール
１４を水冷または空冷する方法であろう。
【００１２】また、可撓性グラファイトの２つの薄いシ
ートと重合体薄膜の中間層とからなるか、重合体薄膜の
２つのシートと可撓性グラファイトの中間層とからなる
３層ラミネートを、本発明に従って形成してもよい。
【００１３】中間層として重合体薄膜１６を有する３層
ラミネート２６を作るためのカレンダーロールアセンブ
リー２５を、図３に示す。これは図１のカレンダーロー
ルアセンブリー１０と実質上同様である（対応部品を示
すために同様の参照番号を使用）。カレンダーアセンブ
リー２５においては、追加の供給ロール２７は、中間層
を形成するために重合体薄膜１６をカレンダーロールア
センブリー２５に供給しつつ、第二グラファイトシート
３０をカレンダーロール１４上に供給するために使用さ
れる。この態様においては、カレンダーロール１４は、
断熱せず、その代わりに加熱されたカレンダーロール１
２の温度に実質上等しい温度に加熱する。追加のアイド
ラーロール３１は、第二グラファイトシート３０におけ
る張力を制御するために使用される。加熱されたカレン
ダーロール１２および１４は、熱をグラファイトシート
１９および３０を通して重合体薄膜１６に伝導して界面
温度を制御して重合体薄膜を軟化し且つ重合体薄膜を可
撓性グラファイト１９および３０の層に結合する。もう
１度、ロール温度は、連続結合を達成するために臨界的
である。ロール温度は、例えば、それぞれＩＲ温度セン
サー３２および３３を使用して測定してもよい。温度が
余りに高いならば、層がカレンダーロール１２および１
４から通過する時に、結合は、分離するであろう。温度
が余りに低いならば、結合は生じないか、結合は連続的
ではない。重合体薄膜の軟化点よりも２０〜３５℃高い
ロール温度が、一般に、適切である。しかしながら、こ
の温度は、可撓性グラファイトのシートおよび重合体薄
膜の供給速度、カレンダーロール間の適用圧力および各
種の層の厚さに依存する。供給またはライン速度も、適
切な温度差を維持するために調整してもよい。適用圧力
は、通常の圧力センサー３４を使用して測定してもよ
い。所定のライン速度に最適のロール温度は、重合体薄
膜用軟化温度よりも正にわずかに高い、可撓性グラファ
イトの各シートと重合体薄膜との間の界面における温度
を確立することに基づく。
【００１４】可撓性グラファイト中間層および両側で可
撓性グラファイトシートに結合された重合体薄膜の層を
有する３層ラミネートを、作ってもよい。図５に示すよ
うなカレンダーロールアセンブリー４０は、この目的で
使用してもよく、基本的には図３のアセンブリーと同様
である（対応部品は同じ参照番号を有する）。可撓性グ
ラファイトシート４１は、供給ロール１５からカレンダ
ーロール１２、１４間に供給する。厚さおよび組成が薄
膜１６と等価である別個の重合体薄膜４２および４３
は、グラファイトシート４１に対して重ねた関係でカレ
ンダーロール１２および１４の各々の上に供給して、中
心にグラファイトシート４１を有する３層ラミネート４
５を形成する。この態様においては、各カレンダーロー
ル１２および１４は、カレンダーロール１２および１４
を囲む断熱カバー２２によって各重合体薄膜４２および
４３から断熱して、可撓性グラファイトと接触していな
い側の重合体薄膜を重合体薄膜の軟化点未満の温度に維
持する。熱は、可撓性グラファイトシート４１を予熱す
ることによって重合体薄膜に伝導する。このことは、好
ましくは、赤外線ヒーター４７を使用して達成され、ま
たは電流をシート４１に通電するための電気回路（図示
せず）にシート４１を接続することにより達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】２層ラミネートからなる補強可撓性グラファイ
トシートを形成するための本発明の好ましい態様を示す
カレンダーロールアセンブリーの概略図である。
【図２】図１で形成されたラミネートの断面図である。
【図３】熱可塑性重合体薄膜の中間層を有する３層ラミ
ネートを形成するための本発明に係るカレンダーロール
アセンブリーの概略図である。
【図４】図３で形成されたラミネートの断面図である。
【図５】可撓性グラファイト中間層を有する３層ラミネ
ートを形成するためのカレンダーロールアセンブリーの
別の概略図である。
【図６】図５で形成されたラミネートの断面図である。
【符号の説明】
１０ カレンダーロールアセンブリー １２ カレンダーロール １４ カレンダーロール １５ 第一供給ロール １６ 熱可塑性重合体薄膜の単層 １８ 第二供給ロール １９ 可撓性グラファイトの単層 ２１ ２層ラミネート ２２ カバー ２５ カレンダーロールアセンブリー ２６ ３層ラミネート ２７ 供給ロール ３０ 第二グラファイトシート ４０ カレンダーロールアセンブリー ４１ 可撓性グラファイトシート ４２ 重合体薄膜 ４３ 重合体薄膜 ４５ ３層ラミネート

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の軟化点を有する熱可塑性重合体の薄
    膜を可撓性グラファイトのシート上に重ね、前記可撓性
    グラファイトと接触していない前記薄膜の反対側を前記
    軟化点未満の温度に維持しながら前記可撓性グラファイ
    トと接触している界面における前記薄膜の温度を前記軟
    化点に対応する温度に昇温することによって、前記の熱
    可塑性重合体の薄膜を前記の可撓性グラファイトのシー
    トに融着することを特徴とする引張強さを改善するため
    に可撓性グラファイトシートを補強するための方法。
  2. 【請求項２】前記の熱可塑性物質の薄膜および前記の可
    撓性グラファイトのシートを２個のカレンダーロール間
    に連続法で供給してラミネートを形成し、反対側におけ
    る前記薄膜の温度を前記軟化点未満の温度に維持しなが
    ら前記の可撓性グラファイトのシートと係合する表面に
    おける前記の熱可塑性重合体の薄膜の温度が前記軟化点
    に対応するように、前記カレンダーロールの温度を制御
    する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記可撓性グラファイトと接触していない
    側の前記の熱可塑性重合体の薄膜に隣接するカレンダー
    ロールを前記熱可塑性重合体から断熱する、請求項２に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】前記の熱可塑性重合体の薄膜が、ポリエチ
    レン、セルロース誘導体、ビニル樹脂、ポリスチレン、
    ポリアミドおよびアクリル樹脂からなる群から選ばれる
    材料からなる、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記の熱可塑性重合体の薄膜が、ポリエチ
    レンからなる、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】可撓性グラファイトのシートを熱可塑性重
    合体の薄膜（前記重合体薄膜は所定の軟化点を有する）
    に融着するためのアセンブリーであって、 互いに対して垂直に整列された第一および第二カレンダ
    ーロール、 前記可撓性グラファイトシートを前記第一カレンダーロ
    ールと接触させ且つ前記重合体薄膜を前記第二カレンダ
    ーロールと接触させつつ前記の可撓性グラファイトのシ
    ートおよび前記重合体薄膜を前記第一カレンダーロール
    と第二カレンダーロールとの間に供給してラミネートを
    形成するための装置、 前記第一カレンダーロールの温度を、前記の可撓性グラ
    ファイトのシートと係合する界面における前記重合体薄
    膜の温度を前記軟化点に昇温するところの水準にカレン
    ダーロールの温度を制御自在に調整するための装置、お
    よび前記第二カレンダーロールとの界面における前記重
    合体薄膜の温度が前記軟化点未満であるように、前記第
    二カレンダーロールを前記重合体薄膜から断熱するため
    の装置を具備することを特徴とする可撓性グラファイト
    のシートを熱可塑性重合体の薄膜に融着するためのアセ
    ンブリー。
  7. 【請求項７】前記第二カレンダーロールを断熱するため
    の前記装置が、前記第二カレンダーロールと前記重合体
    薄膜との間に介在された断熱カバーである、請求項６に
    記載のアセンブリー。
  8. 【請求項８】前記断熱カバーが、前記第二カレンダーロ
    ールを囲む、請求項７に記載のアセンブリー。
  9. 【請求項９】可撓性グラファイトの層と熱可塑性重合体
    の層とからなり、前記の熱可塑性重合体の層および前記
    の可撓性グラファイトの層は互いに融着されており、各
    層の厚さは複合体中の重合体の容量％が０．５〜１０％
    であるような比率であることを特徴とする積層複合体。
  10. 【請求項１０】可撓性グラファイトのシートおよび所定
    の軟化点を有する熱可塑性重合体の２つの対向シートを
    所定配置のカレンダーロールアセンブリーの２個のカレ
    ンダーロール間に供給して、前記の可撓性グラファイト
    のシートが前記の２個の対向熱可塑性シート間にある積
    層品を形成し、 前記の可撓性グラファイトのシートを、前記の可撓性グ
    ラファイトのシートと係合する接触界面における前記熱
    可塑性シートの各々の温度が前記軟化点であるような温
    度水準に加熱し、 前記カレンダーロールの各々の表面を、前記カレンダー
    ロールの各々との接触界面における前記熱可塑性シート
    の各々の温度が前記軟化点未満であるように断熱するこ
    とを特徴とする補強された可撓性グラファイト積層品の
    製造法。
  11. 【請求項１１】各カレンダーロールの表面は、空気また
    は水を使用して、かかる表面を冷却することによって断
    熱する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】各カレンダーロールの表面は、前記カレ
    ンダーロールを絶縁体で前記熱可塑性薄膜から分離する
    ことによって断熱する、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】所定の軟化点を有する熱可塑性重合体の
    薄膜および可撓性グラファイトの２つの対向シートを、
    前記の熱可塑性重合体の薄膜が前記の可撓性グラファイ
    トの２シート間にあるような配置でカレンダーロールア
    センブリー中の２個のカレンダーロール間に同時に供給
    し、 前記カレンダーロールアセンブリー中の前記の２個のカ
    レンダーロールを、前記の熱可塑性重合体の薄膜を軟化
    点に到達させるのに十分な温度に加熱し、 所定の薄膜移動速度およびカレンダーロール圧力のため
    に前記の熱可塑性重合体の薄膜の軟化点温度と比較して
    前記カレンダーロールの温度を制御して、前記ロールの
    温度を前記軟化点温度よりも少なくとも２０℃高い温度
    に維持することを特徴とする補強された可撓性グラファ
    イト積層品の製造法。
  14. 【請求項１４】前記カレンダーロール温度を前記熱可塑
    性薄膜の軟化点温度よりも２０〜３５℃高い温度範囲内
    に維持する、請求項１３に記載の方法。
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