JPS6346033B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、改質炭素繊維成形体、更に詳しく云
えば、表面に無機耐火性塗膜を有する改質炭素繊
維成形体に関する。 炭素繊維成形体は周知のように真空蒸着炉、真
空焼結炉などの断熱材や鋳物用材などに広く使用
されているが、空気はもとより水蒸気、CO₂、
H₂、N₂中でも高温になると反応して消耗するた
め、耐久性に欠け、炭素繊維の炉内飛散、脱落な
どが起き、また磨耗、衝撃などにも弱く、飛散、
脱落が起きる等の欠点がある。 このような欠点は成形体の表面を耐熱性塗料で
被覆することにより改善できるが、高温用の塗料
は特別のものを除けば水性無機質塗料であり、撥
水性の炭素繊維成形体には直接には接着しない。
従つて通常、接着性の改善には界面活性剤を水性
無機質塗料に加えるか、炭素繊維成形体を界面活
性剤で処理する方法があるがいずれも接着性は良
くない。また、水性無機質塗料にアルコール等の
水混和性有機溶媒を添加する方法もあるが、この
場合塗料のバインダー成分が炭素繊維成形体内に
しみ込んで、該炭素繊維成形体の耐火度が低下す
る。エチルシリケートで処理する方法もあるが、
濡れ性が良すぎて炭素繊維成形体内部まで浸透し
断熱性が低下する。同様に有機溶媒に分散したシ
リカゾルで表面処理することも知られているが、
断熱性は良くない。 上記の事実に鑑み、本発明者らは鋭意研究した
ところ、オルガノシリケートの加水分解物で炭素
繊維成形体を表面処理したものは極めて無機耐火
性水性塗料との接着性が良好であることの知見に
基づき本発明を完成したものである。 すなわち、本発明は、オルガノシリケートの加
水分解物で表面処理した炭素繊維成形体を無機耐
火性塗料で被覆してなる改質炭素繊維成形体にか
かわるものである。 本発明において、オルガノシリケートというの
は、オルガノシリケートが酸又はアルカリの水性
媒体中で加水分解してゾル又はゲル状のシリカ物
質を生成し得るものであれば、特に限定されるも
のではないが、特にメチルシリケート、エチルシ
リケートの如きアルキルシリケート、或はその縮
合物が好適である。 上記オルガノシリケートの加水分解物は、通常
行われる方法で加水分解されたものでよいが、１
例としてエチルシリケートに少量の希塩酸、希硫
酸又は希りん酸等の鉱酸、および必要に応じて他
の助剤、例えばアルコール等を混合して加水分解
させ、次いで所定量の水でさらに希釈させたもの
である。 したがつて、その加水分解物の最終的な割合
（重量比）は条件によつては多少変化するが、例
えばエチルシリケート（テトラエトキシシラン）
の加水分解物は重量比でSi（OC₂H₅）₄：５％
HCl：H₂O＝１：0.1〜0.4：1.5〜３が適当であ
る。 ただし、希釈水量が多すぎると、塗料との接着
性が低下し、一方少なすぎるとSiO₂の粒子が粗
大となつて析出し、その粒子の有する脱水が不完
全となつて好ましくない。 次に、本発明における改質炭素繊維成形体は疎
水性のその表面が上記のオルガノシリケート加水
分解物によつて表面処理して親水化されて耐火性
塗料で被覆されたものであるが、これは次のよう
な処理で得られる。まず、この表面処理は、上記
のオルガノシリケートの加水分解物をスプレー、
はけ塗り又は浸漬処理により被処理物に対して塗
付又は含浸することにより行われ、この場合、炭
素繊維成形体に対し、その付着量は0.5〜50mg
SiO₂／cm²成形体の範囲が適当である。 この理由は、この下限値の0.5mgSiO₂／cm²成形
体未満では塗料との接着が不良となり、一方、こ
の上限値の50mgSiO₂／cm²成形体をこえると特に
その接着性について問題はないが、経済的でない
からである。 なお、上記の親水化の表面処理は、多くの場合
炭素繊維成形体に対して行われるが、予め繊維状
態のものに同様の処理を行つた後、成形体とした
ものであつてもよい。 上記の表面処理は最終的には水および酸を除く
べく乾燥を行う。通常は60℃〜300℃で、好まし
くは110〜150℃が適当であり、この場合鉱酸例え
ば塩酸分が残留すると塗料中のバインダー成分の
如何によつては、予想外のゲル化を起して良好な
塗膜が得られないなどの欠陥が生ずるので、乾燥
は十分に行うことが必要である。 以上の前処理を施した炭素繊維成形体は無機耐
火性水性塗料との接着性が極めて良好であり、耐
火性塗料を効果的に被覆することができる。 無機耐火性水性塗料におけるバインダーは、コ
ロイドシリカ、コロイドアルミナあるいはリチウ
ム、カリウム又はナトリウムの如き珪酸アルカリ
が好適であり、比較的高温まで結晶水をもつりん
酸塩やセメントなどは好ましくない。 耐火材としては、例えば珪素、硼素、チタン、
ジルコニウム又はタリウムなどの窒化物、珪素、
ジルコニウム、タングステン、チタン、硼素又は
タリウムなどの炭化物、あるいは、マグネシウ
ム、アルミニウム、ベリリウム、チタン、ジルコ
ニウム、クロム、トリウム、ハフニウム又は珪素
等の酸化物等があげられる。 従つて、上記の如き耐火物を基材として含む無
機耐火性水性塗料を前処理と同様に、スプレー、
はけ塗り、吹付け又は浸漬し、表面処理してある
炭素繊維成形体に塗付し、次いで常法により乾燥
することにより耐火性、耐摩耗性などの優れた改
質炭素繊維成形体を得ることができる。 なお、塗膜の形成において、炭素繊維成形体の
用途により塗料の種類や膜厚は適宜設定すればよ
い。 また、適用される炭素繊維成形体は特に限定さ
れるものではなく、板状、ブロツク状、フエルト
状、シート状、その他それらの各種成形体のいず
れであつてもよい。 本発明にかかる改質炭素繊維成形体は炭素繊維
の炉内飛散が起こらない事はもとより、成形体の
運搬、施工時などの作業による摩耗、衝撃にも耐
え、また接着不良による塗料のはく離等も起らな
い。更に前処理によるSiO₂層は炭素繊維成形体
表面に析出しているため炭素繊維成形体そのもの
の断熱性もそこなわれていない。 なお、本発明にかかる改質炭素繊維成形体をセ
メント補強材として用いると、通常のものに比し
て、セメントと炭素繊維成形体との滑りがなくな
るので曲げ強度が増大できる。 以下、実施例及び比較例により本発明をさらに
具体的に説明する。 実施例 １ 厚さ1.7mmの押湯除去用炭素繊維薄板（商品
名；クレカシートＢ−115・呉羽化学工業株式会
社製造）をエチルシリケート（テトラエトキシシ
ラン）の塩酸による加水分解生成物水溶液
（SiO₂：12重量％）に４mgSiO₂／cm²成形体の付着
量となるように含浸させた後、60℃で２日間乾燥
して前処理した。次いで、SiC90重量％含有する
珪酸ソーダをバインダーとする水性塗料を上記成
形体に厚さ0.5mmとなるように塗付した後、140℃
で10時間乾燥して改質炭素繊維成形体を得た。 なお、前処理を全く施さない上記炭素繊維薄板
に直接上記水性塗料を同様に塗付しようとしたが
全く塗付することはできなかつた。 比較例 １ 実施例１と同じ成形体について、実施例１と同
じ塗料に界面活性剤レオコン（ライオン株式会社
製造）0.1重量％添加したもので厚さ0.5mmとなる
ように塗付した後、同様に乾燥を行い改質炭素繊
維成形体を得た。 比較例 ２ 比較例１で用いたと同じ界面活性剤の0.1重量
％液で炭素繊維成形体を含浸前処理した以外は、
実施例１と同じように塗料の被覆処理して改質炭
素繊維成形体を得た。 実施例 ２ 断熱材として使用される厚さ30mmの炭素繊維成
形体（商品名：クレカFR−100：呉羽化学工業株
式会社製造）にエチルシリケートの塩酸による加
水分解生成物水溶液（SiO₂：12重量％）を付着
量18mgSiO₂／cm²成形体となるようにはけ塗りし
た後、130℃で10時間乾燥して前処理した。 次いで、Al₂O₃90重量％含有するコロイドシリ
カをバインダーとした水性塗料を厚さ0.5mmとな
るように塗付した後、140℃で10時間乾燥して改
質炭素繊維成形体を得た。 比較例 ３ 加水分解しないエチルシリケートを前処理に用
いた以外は実施例２と全く同じ条件と操作により
改質炭素繊維成形体を得た。 比較例 ４ エタノール10重量％添加した塗料を用いた以外
は、実施例２と全く同じ条件と操作で改質炭素繊
維成形体を得た。 試験例 上記の各改質炭素繊維成形体について、次のよ
うな塗膜の接着性試験を行つたところ、第１表の
結果が得られた。

【表】 接着性試験：炭素繊維側と塗料被覆面側の両面に
エポキシ接着剤を用いて支持板を取り付け、48
時間静置した後アームスラ型試験機を用いて接
着強さを測定した。ただし、実施例２及び比較
例２〜４は炭素繊維成形体（基材）がフエルト
状の柔らかいものであるため剥離の観察を行つ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オルガノシリケートの加水分解物で表面処理
   した炭素繊維成形体を無機耐火性水性塗料で被覆
   してなることを特徴とする改質炭素繊維成形体。 ２ オルガノシリケートの加水分解物がアルキル
   シリケートの塩酸による加水分解物である特許請
   求の範囲第１項記載の改質炭素繊維成形体。 ３ オルガノシリケートの加水分解物が、炭素繊
   維成形体に0.5〜50mgSiO₂／cm²の範囲で付着され
   ている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の改
   質炭素繊維成形体。 ４ 無機耐火性水性塗料が、炭化物、窒化物又は
   酸化物から選ばれた少なくとも１種を基材として
   含有する特許請求の範囲第１項記載の改質炭素繊
   維成形体。