WO2024117030A1 - Heat insulating material, and method for producing heat insulating material - Google Patents

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敏樹 伊藤
祐介 太田
健太 野村
伸 藤井
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イビデン株式会社
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This heat insulating material comprises a molded body including a carbon fiber and a scale-like graphite, the heat insulating material being characterized in that the carbon fiber and the scale-like graphite are bonded via a carbonaceous binder, and the scale-like graphite is included in at least a half area in the thickness direction of the molded body.

Description

断熱材及び断熱材の製造方法Insulation material and method for manufacturing the same
本発明は、断熱材及び断熱材の製造方法に関する。 The present invention relates to an insulating material and a method for manufacturing an insulating material.
炭素繊維を用いた断熱材は、耐熱温度が高く断熱性能も優れることから、単結晶引き上げ装置、セラミック焼結炉など、高温炉用断熱材として広く利用されている。 Insulation materials made from carbon fibers have a high heat resistance and excellent insulating properties, so they are widely used as insulation for high-temperature furnaces such as single crystal pulling equipment and ceramic sintering furnaces.
炭素繊維を用いた断熱材は、炭素繊維による伝熱を抑制するため、気孔率の高いフェルト、抄造体などの形態で広く利用されている。一般に、フェルトは変形性があるため、空いた空間に充填して当該空間を埋める部材や、他の部品を囲む断熱材として利用される。一方、抄造体は高い形状保持性を有するため、所定の形状に加工し、断熱部品として利用される。なお、フェルトは、圧縮した後、バインダによって固定することにより、形状保持性の良い断熱部品として使用することもできる。 Insulating materials using carbon fibers are widely used in the form of highly porous felt, paper products, etc., to suppress heat transfer through the carbon fibers. Generally, felt is deformable, so it is used as a component that fills empty spaces to fill those spaces, or as an insulating material that surrounds other parts. On the other hand, paper products have high shape retention, so they are processed into a specified shape and used as insulating parts. Felt can also be used as an insulating part with good shape retention by compressing it and then fixing it with a binder.
炭素繊維を用いた断熱材は、炉内での酸化、機械的な摩擦などにより、繊維の脱落を起こし、パーティクルを発生させることがある。また、このような不具合が、放射に対する断熱性の低下を引き起こすことがある。 Insulation materials that use carbon fibers can fall off due to oxidation in the furnace and mechanical friction, resulting in the generation of particles. Such defects can also cause a decrease in the insulation against radiation.
このような課題を解決するため、特許文献1には、嵩密度0.1~0.4g/cmの炭素質断熱部材と、嵩密度0.3~2.0g/cmの炭素質保護層と、炭素質保護層よりも嵩密度の大きい熱分解炭素皮膜と、を有する複合炭素質断熱材において、炭素質断熱部材と炭素質保護層とを、鱗片状黒鉛を含む緻密炭素質中間層によって接合すること、炭素質断熱部材と熱分解炭素皮膜とを、鱗片状黒鉛を含む緻密炭素質表面層を介して設けることで、使用時の炭素繊維の消耗、劣化、粉化を抑制し、断熱特性に優れた複合炭素質断熱材を得ることが開示されている。 In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses a composite carbonaceous insulation material having a carbonaceous insulation member with a bulk density of 0.1 to 0.4 g/cm 3 , a carbonaceous protective layer with a bulk density of 0.3 to 2.0 g/cm 3 , and a pyrolytic carbon coating having a bulk density greater than that of the carbonaceous protective layer, in which the carbonaceous insulation member and the carbonaceous protective layer are joined by a dense carbonaceous intermediate layer containing flake graphite, and the carbonaceous insulation member and the pyrolytic carbon coating are provided via a dense carbonaceous surface layer containing flake graphite, thereby suppressing wear, deterioration, and powdering of the carbon fibers during use and obtaining a composite carbonaceous insulation material with excellent heat insulating properties.
特許文献2には、断熱特性の向上、炭素繊維粉の飛散防止、焼結金属から発生するガスの浸透防止を図るために、鱗状黒鉛を含むコーティング剤を炭素繊維成形断熱材の表面にコーティングすることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that the surface of a carbon fiber molded insulation material is coated with a coating agent containing scaly graphite in order to improve the insulation properties, prevent carbon fiber powder from scattering, and prevent the penetration of gas generated from sintered metal.
特開2000-327441号公報JP 2000-327441 A 特開2005-133033号公報JP 2005-133033 A
特許文献1、2はいずれも、中間層や表面といった断熱材の一部を緻密化する目的で鱗片状黒鉛を使用している。しかしながら、鱗片状黒鉛が緻密化された部分が中間層だけであったり、表面の一部のみであったりするため、放射伝熱を充分に防ぐことができなかった。また、緻密質となるために、伝導伝熱を効率的に防ぐことはできなかった。
特許文献1、2はいずれも鱗片状黒鉛の緻密化という作用に着目しており、鱗片状黒鉛自体の断熱特性については特に検討されていなかった。
In both Patent Documents 1 and 2, flake graphite is used for the purpose of densifying a part of the heat insulating material, such as the intermediate layer or the surface. However, since the densified part of the flake graphite is only the intermediate layer or only a part of the surface, it is not possible to sufficiently prevent radiative heat transfer. In addition, since it is dense, it is not possible to efficiently prevent conductive heat transfer.
Both Patent Documents 1 and 2 focus on the densification effect of flake graphite, but do not particularly consider the heat insulating properties of flake graphite itself.
本発明は、上記課題を解決するためになされた発明であり、本発明の目的は、放射伝熱及び伝導伝熱の両方に対して優れた断熱特性を発揮することのできる断熱材を提供することである。 The present invention was made to solve the above problems, and the object of the present invention is to provide an insulating material that can exhibit excellent insulating properties against both radiative and conductive heat transfer.
本発明の断熱材は、炭素繊維と鱗片状黒鉛とを含む成形体からなる断熱材であって、上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とは、炭素質結着剤を介して接合されており、上記成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に、上記鱗片状黒鉛が含まれている、ことを特徴とする。 The insulating material of the present invention is an insulating material consisting of a molded body containing carbon fiber and flake graphite, characterized in that the carbon fiber and the flake graphite are bonded together via a carbonaceous binder, and the flake graphite is contained in at least half of the area of the molded body in the thickness direction.
鱗片状黒鉛は、他の炭素系材料と比較して放射光の反射率が高い。
本発明の断熱材では、成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛が含まれているため、放射光を効率的に反射することができ、1400℃以上の温度領域において、放射による伝熱を抑制して、断熱性能を高めることができる。
また、本発明の断熱材では、鱗片状黒鉛が一部の領域に密集しているわけではないため、鱗片状黒鉛が含まれている部分であっても断熱材が緻密化しておらず、伝導による伝熱を抑制して、断熱性能を高めることができる。
Flake graphite has a higher reflectance of synchrotron radiation than other carbon-based materials.
In the insulating material of the present invention, flake graphite is contained in an area of at least half of the thickness of the molded body, so that radiant light can be efficiently reflected and heat transfer due to radiation can be suppressed in the temperature range of 1,400°C or higher, thereby improving the insulating performance.
Furthermore, in the insulating material of the present invention, the flake graphite is not concentrated in a certain area, so the insulating material is not densified even in areas that contain flake graphite, thereby suppressing heat transfer by conduction and improving the insulating performance.
成形体の鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合は、成形体の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真から測定することが可能である。具体的には、断面のSEM写真をみて、鱗片状黒鉛が含まれている領域と鱗片状黒鉛が含まれていない領域とを区別した後、成形体を厚さ方向に走査した際に、鱗片状黒鉛が含まれている領域が占める長さを、成形体の厚さで割ることで、1/2以上の領域に含まれるかが判別できる。 The proportion of the area of the molded body that contains flake graphite can be measured from a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the molded body. Specifically, by looking at the SEM photograph of the cross section and distinguishing between areas that contain flake graphite and areas that do not contain flake graphite, and then scanning the molded body in the thickness direction, the length occupied by the area that contains flake graphite can be divided by the thickness of the molded body to determine whether it is contained in an area that is equal to or greater than half.
本発明の断熱材においては、上記成形体の少なくとも一方の表面において、上記鱗片状黒鉛が占める面積が5%以上であることが好ましい。
成形体の表面における鱗片状黒鉛が占める面積の比率が5%以上であると、放射光の反射率をより高めることができる。
上記比率は、断熱材の表面のSEM写真から鱗片状黒鉛の部分の面積を画像解析により特定し、全体の面積で割ることで求めることができる。
In the heat insulating material of the present invention, it is preferable that the area of the flake graphite occupies 5% or more of at least one surface of the molded body.
When the ratio of the area occupied by the flake graphite to the surface area of the molded body is 5% or more, the reflectance of radiant light can be further increased.
The above ratio can be obtained by specifying the area of the flake graphite from an SEM photograph of the surface of the thermal insulation material by image analysis and dividing it by the total area.
本発明の断熱材においては、上記成形体の表面に、上記炭素繊維間に炭素系粒子を含有する層である被覆層が設けられていることが好ましい。
被覆層が設けられていると、断熱材のガス遮断性を向上させることができる。また、被覆層によって、炭素繊維の劣化によるパーティクルの発生を抑制することができる。
In the heat insulating material of the present invention, it is preferable that a coating layer, which is a layer containing carbon-based particles between the carbon fibers, is provided on the surface of the molded body.
The coating layer can improve the gas barrier properties of the thermal insulation material and can also suppress the generation of particles due to deterioration of the carbon fibers.
本発明の断熱材において、上記被覆層の上記炭素系粒子及び上記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されていることが好ましい。
被覆層を構成する炭素系粒子及び炭素繊維が、互いに炭素系接着材で接合されていると、被覆層が強固となる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles and the carbon fibers of the coating layer are preferably bonded to each other with a carbon-based adhesive.
When the carbon-based particles and carbon fibers constituting the coating layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive, the coating layer becomes strong.
本発明の断熱材において、上記炭素系粒子は、鱗片状黒鉛以外の黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子であることが好ましい。
鱗片状黒鉛以外の黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子は、不純物が少なく、断熱材を構成する炭素繊維と同じカーボン系の材料であるため、高温域での耐久性が高い。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles are preferably at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite other than flake graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles obtained by pulverizing carbon fibers.
At least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite other than flake graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles obtained by pulverizing carbon fibers has a low impurity content and is made of the same carbon-based material as the carbon fibers that constitute the thermal insulation material, and therefore has high durability in high temperature ranges.
本発明の断熱材において、上記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmであることが好ましい。
炭素系粒子の平均粒子径が10nm~500μmであると、炭素繊維のすき間に薄く被覆層を形成することができ、断熱材において、炭素繊維との接合を高いレベルで確保することができる。また、熱伝導率が大きくなりやすい被覆層の厚さが厚くなり過ぎることを防止することができる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles preferably have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
When the average particle size of the carbon-based particles is 10 nm to 500 μm, a thin coating layer can be formed in the gaps between the carbon fibers, and the heat insulating material can ensure a high level of bonding with the carbon fibers. Also, the thickness of the coating layer, which tends to have a high thermal conductivity, can be prevented from becoming too thick.
本発明の断熱材において、上記被覆層は、厚さが10μm~1000μmであることが好ましい。
被覆層の厚さが1000μm以下であると、断熱性能の低下を抑えることができる。
In the heat insulating material of the present invention, the coating layer preferably has a thickness of 10 μm to 1000 μm.
When the thickness of the coating layer is 1000 μm or less, a decrease in the heat insulating performance can be suppressed.
本発明の断熱材において、上記鱗片状黒鉛が含まれる領域における上記成形体の密度は、0.1~0.8g/cmであることが好ましい。
鱗片状黒鉛が含まれる領域の密度を0.1~0.8g/cmとすることで、鱗片状黒鉛が含まれている部分であっても断熱材が緻密化しておらず、伝導による伝熱を抑制して、断熱性能を高めることができる。
In the heat insulating material of the present invention, the density of the molded body in the region containing the flake graphite is preferably 0.1 to 0.8 g/ cm3 .
By setting the density of the region containing flake graphite to 0.1 to 0.8 g/ cm3 , the heat insulating material is not densified even in the portion containing the flake graphite, and heat transfer by conduction is suppressed, thereby improving the heat insulating performance.
本発明の断熱材の製造方法の第1実施形態は、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含み、厚さ方向の1/2以上の領域に上記鱗片状黒鉛を含む炭素繊維集合体を得る成形工程と、上記炭素繊維集合体に含まれる上記有機バインダを炭化させて、上記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。 The first embodiment of the method for manufacturing a thermal insulation material of the present invention is characterized by including a molding step of obtaining a carbon fiber aggregate containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, the flake graphite being contained in at least 1/2 of the thickness direction, and a joining step of carbonizing the organic binder contained in the carbon fiber aggregate and joining the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
本発明の断熱材の製造方法の第1実施形態は、上記成形工程における上記炭素繊維集合体の成形方法が、上記炭素繊維、上記鱗片状黒鉛及び上記有機バインダを含む溶液を抄造する方法であることが好ましい。 In the first embodiment of the method for producing a thermal insulation material of the present invention, the method for forming the carbon fiber aggregate in the forming step is preferably a method for making a paper from a solution containing the carbon fibers, the flake graphite, and the organic binder.
本発明の断熱材の製造方法の第2実施形態は、炭素繊維からなる集合体の少なくとも一方の表面に鱗片状黒鉛を配置する鱗片状黒鉛配置工程と、上記鱗片状黒鉛が載せられた上記集合体の表面に有機バインダを添加する有機バインダ添加工程と、上記有機バインダを炭化させて、上記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって、上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。 The second embodiment of the method for manufacturing a thermal insulation material of the present invention is characterized by including a flake graphite arrangement step of arranging flake graphite on at least one surface of an aggregate of carbon fibers, an organic binder addition step of adding an organic binder to the surface of the aggregate on which the flake graphite is placed, and a joining step of carbonizing the organic binder and joining the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
図1は、本発明の断熱材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic example of a heat insulating material of the present invention. 図2は、図1に破線で示した部分の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of the portion indicated by the dashed line in FIG. 図3は、図1に記載の断熱材を成形体の第1主面から見た図である。FIG. 3 is a view of the heat insulating material shown in FIG. 1 as viewed from a first main surface of the molded body. 図4は、本発明の断熱材の別の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of another example of the heat insulating material of the present invention.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。 The following is a detailed description of an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and can be modified as appropriate within the scope of the present invention.
[断熱材]
本発明の断熱材は、炭素繊維と鱗片状黒鉛とを含む成形体からなる断熱材であって、上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とは、炭素質結着剤を介して接合されており、上記成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に、上記鱗片状黒鉛が含まれている、ことを特徴とする。
[Thermal insulation]
The insulating material of the present invention is an insulating material consisting of a molded body containing carbon fiber and flake graphite, wherein the carbon fiber and the flake graphite are bonded together via a carbonaceous binder, and the flake graphite is contained in an area of at least half of the molded body in the thickness direction.
断熱材は、炭素繊維と鱗片状黒鉛とを含む成形体からなる。 The insulation material consists of a molded body containing carbon fiber and flake graphite.
(炭素繊維)
成形体を構成する炭素繊維の平均繊維径は、1μm~20μmが好ましい。
炭素繊維の平均繊維径が20μm以下であると、炭素繊維自体による伝導伝熱の効果を抑制することができる。また炭素繊維の平均繊維径が1μm以上であると、遮光性に優れ、放射伝熱を抑制することができる。
(Carbon fiber)
The average fiber diameter of the carbon fibers constituting the molded body is preferably 1 μm to 20 μm.
When the average fiber diameter of the carbon fibers is 20 μm or less, the conductive heat transfer effect of the carbon fibers themselves can be suppressed, and when the average fiber diameter of the carbon fibers is 1 μm or more, the light shielding property is excellent and radiative heat transfer can be suppressed.
炭素繊維の平均繊維長は、2mm~10000mmが好ましい。
また、炭素繊維の平均繊維長は、2mm~8mmであってもよく、10mm~10000mmであってもよい。
The average fiber length of the carbon fibers is preferably 2 mm to 10,000 mm.
The average fiber length of the carbon fibers may be 2 mm to 8 mm, or 10 mm to 10,000 mm.
炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維のいずれでも利用できるとともに、黒鉛質、炭素質いずれの炭素繊維も利用することができる。 The carbon fiber can be either pitch-based carbon fiber or PAN-based carbon fiber, and can be either graphitic or carbonaceous carbon fiber.
成形体は、炭素繊維のニードルマット、又は、炭素繊維の抄造体で構成されていることが好ましい。
炭素繊維のニードルマット及び炭素繊維の抄造体は、ランダムに配置された炭素繊維で構成されるため、高い断熱性を発揮することができ、断熱材を構成する成形体として特に好適である。
The molded article is preferably composed of a needle mat of carbon fiber or a paper-made article of carbon fiber.
The carbon fiber needle mat and carbon fiber paper article are composed of randomly arranged carbon fibers, and therefore can exhibit high thermal insulation properties, and are particularly suitable as molded articles that constitute thermal insulation materials.
成形体が炭素繊維のニードルマットで構成されている場合、炭素繊維の平均繊維長は、10mm~10000mmであることが好ましい。
成形体が炭素繊維の抄造体で構成されている場合、炭素繊維の平均繊維長は、2mm~8mmであることが好ましい。
When the molded body is composed of a needle mat of carbon fibers, the average fiber length of the carbon fibers is preferably 10 mm to 10,000 mm.
When the molded article is made of a carbon fiber paper body, the carbon fibers preferably have an average fiber length of 2 mm to 8 mm.
(鱗片状黒鉛)
鱗片状黒鉛は、薄い鱗状の形状を有する黒鉛である。
具体的には、フレーク状であり、厚さが100μm以下の黒鉛を鱗片状黒鉛とする。
本発明の断熱材において、成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛が含まれている。
(flake graphite)
Flake graphite is graphite having a thin, scaly shape.
Specifically, flake-shaped graphite having a thickness of 100 μm or less is defined as flake graphite.
In the heat insulating material of the present invention, flake graphite is contained in a region of at least half of the molded body in the thickness direction.
鱗片状黒鉛は、他の炭素系材料と比較して放射光の反射率が高い。
成形体の厚さ方向における、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合は、以下の方法で求めることができる。
まず、成形体を厚さ方向に切断した切断面をSEMで撮影する。
続いて、得られたSEM写真(画像)から、「鱗片状黒鉛」を特定し、鱗片状黒鉛が含まれた領域と、鱗片状黒鉛が含まれていない領域とを区別する。
そして、成形体の厚さ方向における鱗片状黒鉛が含まれた領域の長さをT、成形体の厚さをTとして、T/Tにより、成形体の厚さ方向における、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合を求めることができる。
Flake graphite has a higher reflectance of synchrotron radiation than other carbon-based materials.
The ratio of the region containing flake graphite in the thickness direction of the molded body can be determined by the following method.
First, the cut surface of the molded body cut in the thickness direction is photographed by an SEM.
Next, "flake graphite" is identified from the obtained SEM photograph (image), and regions containing flake graphite are distinguished from regions not containing flake graphite.
Then, assuming that the length of the region containing flake graphite in the thickness direction of the molded body is T2 and the thickness of the molded body is T1 , the proportion of the region containing flake graphite in the thickness direction of the molded body can be calculated by T2 / T1 .
本発明の断熱材において、成形体の厚さ方向における、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合は1/2以上である。
成形体の厚さ方向における、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合は、3/4以上であることが好ましい。
In the heat insulating material of the present invention, the ratio of the region containing flake graphite in the thickness direction of the molded body is 1/2 or more.
The ratio of the area containing flake graphite in the thickness direction of the molded body is preferably 3/4 or more.
鱗片状黒鉛としては、天然黒鉛を用いることができる。 Natural graphite can be used as flake graphite.
鱗片状黒鉛の平均粒子径は特に限定されないが、2~500μmであることが好ましい。
鱗片状黒鉛の平均粒子径が2μm~500μmであると、放射光の反射率が高く、鱗片状黒鉛による熱伝導を抑えることができる。
なお、鱗片状黒鉛の平均粒子径は、JIS M 8511(2014)に記載された「天然黒鉛の工業分析及び試験法」に準拠した篩分析法により測定することができる。
The average particle size of the flake graphite is not particularly limited, but is preferably 2 to 500 μm.
When the average particle size of the flake graphite is 2 μm to 500 μm, the reflectance of radiated light is high, and the thermal conduction by the flake graphite can be suppressed.
The average particle size of the flake graphite can be measured by a sieve analysis method in accordance with "Industrial analysis and testing methods for natural graphite" described in JIS M 8511 (2014).
成形体の少なくとも一方の表面において、鱗片状黒鉛が露出していることが好ましい。
鱗片状黒鉛が露出する成形体の表面は放射光を反射する特性が高いため、1400℃以上の温度領域における断熱性能をさらに高めることができる。
It is preferable that the flake graphite is exposed on at least one surface of the molded body.
The surface of the molded body on which the flake graphite is exposed has high properties of reflecting radiant light, so that the heat insulating performance in the temperature range of 1400° C. or higher can be further improved.
本発明の断熱材においては、成形体の少なくとも一方の表面において、鱗片状黒鉛が占める面積比率が5%以上であることが好ましい。
成形体の少なくとも一方の表面における鱗片状黒鉛が占める面積比率が5%以上であると、当該表面における放射光の反射率をより高めることができる。
In the heat insulating material of the present invention, it is preferable that the area ratio of the flake graphite on at least one surface of the molded body is 5% or more.
When the area ratio of the flake graphite on at least one surface of the molded body is 5% or more, the reflectance of radiated light on that surface can be further increased.
なお、成形体の表面における鱗片状黒鉛が占める面積比率は、成形体表面のSEM写真から、成形体表面に露出した鱗片状黒鉛が占める面積を画像解析等により特定し、全体の面積で割ることで求めることができる。 The area ratio of flake graphite to the surface of the molded body can be determined by determining the area of flake graphite exposed on the surface of the molded body from an SEM photograph of the surface of the molded body using image analysis or the like, and dividing this by the total area.
成形体中の鱗片状黒鉛は、成形体の厚さ方向に平行な方向に配向していることが好ましい。
成形体中の鱗片状黒鉛の上記配向度が上記範囲内であると、鱗片状黒鉛による放射光を反射する作用が特に強くなるため、1400℃以上の温度領域における断熱性能をさらに高めることができる。
The flake graphite in the molded body is preferably oriented in a direction parallel to the thickness direction of the molded body.
When the degree of orientation of the flake graphite in the molded body is within the above range, the effect of reflecting radiant light by the flake graphite becomes particularly strong, thereby further improving the heat insulating performance in the temperature range of 1400°C or higher.
(炭素質結着剤)
炭素繊維と、鱗片状黒鉛とは、炭素質結着剤を介して接合されている。
(Carbonaceous binder)
The carbon fibers and the flake graphite are bonded together via a carbonaceous binder.
炭素質結着剤とは、有機バインダが非酸化性雰囲気下で加熱されることで炭化したものである。詳細は後述する。 A carbonaceous binder is an organic binder that is carbonized by heating in a non-oxidizing atmosphere. Details will be given later.
(成形体)
成形体の形状は、特に限定されないが、例えば平板形状や筒形状等が挙げられる。
成形体の形状は、断熱対象物の形状に合わせて適宜設定すればよい。
成形体の厚さは特に限定されないが、3~550mmであることが好ましい。
(Molded body)
The shape of the molded body is not particularly limited, but examples thereof include a flat plate shape and a cylindrical shape.
The shape of the molded body may be appropriately determined in accordance with the shape of the object to be insulated.
The thickness of the molded body is not particularly limited, but is preferably 3 to 550 mm.
成形体の、鱗片状黒鉛が含まれる領域における成形体の嵩密度は、0.1~0.8g/cmであることが好ましい。 The bulk density of the molded body in the region containing the flake graphite is preferably 0.1 to 0.8 g/cm 3 .
(被覆層)
成形体の表面には、被覆層が設けられていてもよい。
被覆層は、成形体の一方表面の一部を覆っていてもよいし、全部を覆っていてもよい。
(Covering layer)
The surface of the molded article may be provided with a coating layer.
The coating layer may cover a part of one surface of the molded body, or may cover the entirety of the one surface.
被覆層は、成形体の第1主面だけに設けられていてもよいし、第2主面だけに設けられていてもよいし、第1主面と第2主面の両方に設けられていてもよい。 The coating layer may be provided only on the first main surface of the molded body, only on the second main surface, or on both the first and second main surfaces.
被覆層は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する層である。 The coating layer is a layer that contains carbon-based particles between the carbon fibers.
被覆層の厚さは特に限定されないが、10μm~1000μmであることが好ましい。 The thickness of the coating layer is not particularly limited, but it is preferable that it be between 10 μm and 1000 μm.
被覆層を構成する炭素繊維としては、成形体を構成する炭素繊維と同様のものを好適に用いることができる。 The carbon fibers constituting the coating layer can be preferably the same as those constituting the molded body.
被覆層において、炭素繊維と炭素系粒子は、互いに炭素系接着材で接合されていることが好ましい。
炭素繊維と炭素系粒子が互いに炭素系接着材で接合されていると、被覆層が強固となり、断熱材のガス遮断性をより向上させることができる。
In the coating layer, the carbon fibers and the carbon-based particles are preferably bonded to each other with a carbon-based adhesive.
When the carbon fibers and the carbon-based particles are bonded to each other with a carbon-based adhesive, the coating layer becomes strong, and the gas barrier properties of the heat insulating material can be further improved.
なお、炭素系接着材とは、有機バインダが非酸化性雰囲気下で加熱されることで炭化したものである。詳細は後述する。 Note that carbon-based adhesives are made by carbonizing an organic binder when it is heated in a non-oxidizing atmosphere. Details will be given later.
なお、炭素系接着材及び炭素質結着剤は、いずれも、有機バインダが非酸化性雰囲気下で加熱されることで炭化したものであり、実質的な違いはないが、接合対象が異なるため、便宜的に区別している。 Note that carbon-based adhesives and carbonaceous binders are both made by carbonizing an organic binder when heated in a non-oxidizing atmosphere, and there is no substantial difference between them. However, they are distinguished for convenience because they are used to bond different objects.
炭素系粒子は、鱗片状黒鉛以外の黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子であることが好ましい。
以下の説明において、「炭素系粒子」の語には鱗片状黒鉛を含まない。
The carbon-based particles are preferably at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite other than flake graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles obtained by pulverizing carbon fibers.
In the following description, the term "carbon-based particles" does not include flake graphite.
ガラス状カーボン粒子とは、フェノール樹脂の炭化物などの難黒鉛化性炭素を粉砕したものである。
炭素繊維を粉砕した粒子は、ミルド炭素繊維ともいう。ミルド炭素繊維の平均繊維長は、例えば20μm~500μmであることが好ましい。
The glassy carbon particles are obtained by pulverizing non-graphitizable carbon such as phenol resin carbide.
The particles obtained by pulverizing carbon fibers are also called milled carbon fibers. The average fiber length of the milled carbon fibers is preferably, for example, 20 μm to 500 μm.
炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmであることが好ましい。
炭素系粒子の平均粒子径が10nm~500μmであると、炭素繊維のすき間に炭素系粒子が侵入しやすく、薄い被覆層を形成しやすい。
The carbon-based particles preferably have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
When the average particle size of the carbon-based particles is 10 nm to 500 μm, the carbon-based particles can easily penetrate into the gaps between the carbon fibers, and a thin coating layer can easily be formed.
以下、図面を参照しながら、本発明の断熱材の一例を説明する。
図1は、本発明の断熱材の一例を模式的に示す断面図である。
Hereinafter, an example of the heat insulating material of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic example of a heat insulating material of the present invention.
図1に示すように、断熱材1は、成形体10を備える。
成形体10は、厚さ方向に対向する第1主面10a及び第2主面10bを有する平板形状である。
成形体10は、炭素繊維(図1では省略)と鱗片状黒鉛20からなる。
成形体10は、鱗片状黒鉛20を含む領域12と、鱗片状黒鉛20を含まない領域13を有している。
鱗片状黒鉛20を含む領域12の厚さは、図1中、Tで示される長さである。
この領域の長さTは、成形体10の厚さTの2/3である。
従って、図1に示す断熱材1は、成形体10の厚さ方向の1/2以上の領域に、鱗片状黒鉛20が含まれているといえる。
As shown in FIG. 1 , the thermal insulation material 1 includes a molded body 10 .
The molded body 10 has a flat plate shape having a first main surface 10a and a second main surface 10b opposed to each other in the thickness direction.
The molded body 10 is made of carbon fibers (not shown in FIG. 1) and flake graphite 20 .
The molded body 10 has regions 12 containing flake graphite 20 and regions 13 not containing flake graphite 20 .
The thickness of the region 12 containing the flake graphite 20 is a length indicated by T2 in FIG.
The length T2 of this region is 2/3 of the thickness T1 of the molded body 10.
Therefore, it can be said that the heat insulating material 1 shown in FIG. 1 contains flake graphite 20 in an area of at least half of the molded body 10 in the thickness direction.
図2は、図1に破線で示した部分の部分拡大図である。
図2に示すように、鱗片状黒鉛20を含む領域12では、炭素繊維30と鱗片状黒鉛20は、互いに炭素質結着剤40で接合されている。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the portion indicated by the dashed line in FIG.
As shown in FIG. 2 , in the region 12 containing the flake graphite 20 , the carbon fibers 30 and the flake graphite 20 are bonded to each other by a carbonaceous binder 40 .
図3は、図1に記載の断熱材を成形体の第1主面から見た図である。
図3に示すように、成形体10の第1主面10aには、鱗片状黒鉛20が露出している。
図3に示す鱗片状黒鉛20が占める面積を、図2に占める第1主面10aの面積で割ることで、第1主面10aにおいて鱗片状黒鉛20が占める面積比率を求めることができる。
第1主面において鱗片状黒鉛が占める面積比率が5%以上であると、放射光の反射率をより高めることができる。
FIG. 3 is a view of the heat insulating material shown in FIG. 1 as viewed from a first main surface of the molded body.
As shown in FIG. 3 , flake graphite 20 is exposed on the first main surface 10 a of the compact 10 .
The area ratio of the flake graphite 20 to the first main surface 10a can be obtained by dividing the area occupied by the flake graphite 20 shown in FIG. 3 by the area of the first main surface 10a in FIG.
When the area ratio of the flake graphite to the first main surface is 5% or more, the reflectance of radiated light can be further increased.
図4は、本発明の断熱材の別の一例を模式的に示す断面図である。
図4に示す断熱材2は、成形体10と、成形体10の第1主面10aに設けられた被覆層50と、を有している。
被覆層が設けられていると、断熱材のガス遮断性を向上させることができる。また、被覆層によって、炭素繊維の劣化によるパーティクルの発生を抑制することができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of another example of the heat insulating material of the present invention.
The heat insulating material 2 shown in FIG. 4 has a molded body 10 and a coating layer 50 provided on a first main surface 10 a of the molded body 10 .
The coating layer can improve the gas barrier properties of the thermal insulation material and can also suppress the generation of particles due to deterioration of the carbon fibers.
[断熱材の製造方法]
本発明の断熱材の製造方法の第1実施形態は、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含み、厚さ方向の1/2以上の領域に上記鱗片状黒鉛を含む炭素繊維集合体を得る成形工程と、上記炭素繊維集合体に含まれる上記有機バインダを炭化させて、上記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。
[Method of manufacturing the heat insulating material]
A first embodiment of the method for manufacturing a thermal insulation material of the present invention is characterized by including a molding step of obtaining a carbon fiber aggregate containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, the carbon fiber aggregate containing the flake graphite in at least half of a region in the thickness direction, and a joining step of carbonizing the organic binder contained in the carbon fiber aggregate and joining the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
(成形工程)
成形工程では、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含み、厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛を含む炭素繊維集合体を得る。
上記炭素繊維集合体を得る方法としては、例えば、炭素繊維からなる集合体を、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液中に含浸させる方法や、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液を抄造する方法が挙げられる。
(Molding process)
In the molding step, a carbon fiber aggregate is obtained, which contains carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, and in which the flake graphite is contained in at least half of the region in the thickness direction.
Examples of methods for obtaining the carbon fiber aggregate include a method of impregnating an aggregate of carbon fibers in a solution containing flake graphite and an organic binder, and a method of papermaking a solution containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder.
これらのなかでは、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液を抄造する方法が好ましい。すなわち、本発明の断熱材の製造方法の第1実施形態においては、成形工程における炭素繊維集合体の成形方法が、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液を抄造する方法であることが好ましい。 Among these, the method of papermaking from a solution containing carbon fiber, flake graphite, and an organic binder is preferred. That is, in the first embodiment of the method of manufacturing a thermal insulation material of the present invention, the method of forming the carbon fiber aggregate in the molding step is preferably a method of papermaking from a solution containing carbon fiber, flake graphite, and an organic binder.
炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液を抄造する方法では、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む溶液を所定の型に流し込み、溶媒(分散媒)を除去することで、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含む炭素繊維集合体が得られる。
型に流し込まれた溶液中では、鱗片状黒鉛がほぼ均一に分散している。当該溶液から溶媒(分散媒)を除去する際に、溶媒(分散媒)とともに鱗片状黒鉛が移動することがあるが、通常の方法で溶媒(分散媒)を除去する限りにおいて、鱗片状黒鉛が極端に移動することはなく、得られる炭素繊維集合体では、厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛が含まれた状態となる。
In the method of papermaking a solution containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, the solution containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder is poured into a specified mold, and the solvent (dispersion medium) is removed to obtain a carbon fiber aggregate containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder.
In the solution poured into the mold, the flake graphite is dispersed almost uniformly. When the solvent (dispersion medium) is removed from the solution, the flake graphite may move together with the solvent (dispersion medium), but as long as the solvent (dispersion medium) is removed by a normal method, the flake graphite does not move excessively, and the obtained carbon fiber aggregate contains the flake graphite in a region of 1/2 or more in the thickness direction.
(接合工程)
接合工程では、炭素繊維集合体に含まれる有機バインダを炭化させて、有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって炭素繊維と鱗片状黒鉛とを接合する。
(Joining process)
In the bonding step, the organic binder contained in the carbon fiber aggregate is carbonized, and the carbon fibers and the flake graphite are bonded together by the carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
接合工程における加熱条件は特に限定されないが、温度700~2100℃、非酸化性雰囲気で1~12時加熱することが好ましい。
なお、非酸化性雰囲気には、不活性雰囲気及び還元性雰囲気を含む。
The heating conditions in the bonding step are not particularly limited, but it is preferable to heat at a temperature of 700 to 2100° C. in a non-oxidizing atmosphere for 1 to 12 hours.
The non-oxidizing atmosphere includes an inert atmosphere and a reducing atmosphere.
不活性雰囲気は、主成分を不活性ガスとする雰囲気である。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。
The inert atmosphere is an atmosphere containing an inert gas as a main component.
The inert gas includes nitrogen, argon, and the like.
還元性雰囲気は、主成分を還元性ガスとする雰囲気である。
還元性ガスとしては、水素、一酸化炭素、炭化水素、塩素等が挙げられる。
The reducing atmosphere is an atmosphere containing a reducing gas as a main component.
The reducing gas includes hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, chlorine, and the like.
有機バインダとしては、例えば、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)及びピッチ等が挙げられる。 Examples of organic binders include phenolic resin, polyvinyl alcohol (PVA), and pitch.
上記工程を経ることにより、本発明の断熱材が得られる。
なお、成形体の第1主面に被覆層を形成したい場合、下記に示す被覆層形成工程を行うことが好ましい。
By going through the above steps, the heat insulating material of the present invention is obtained.
When it is desired to form a coating layer on the first main surface of the molded body, it is preferable to carry out the coating layer forming step described below.
(被覆層形成工程)
被覆層形成工程では、例えば、少なくとも炭素系粒子を含有するスラリーを、成形体の第1主面上に塗布し、焼成することにより被覆層を形成する。
上記工程により、成形体の第1主面上に、成形体を構成する炭素繊維と、上記スラリーに含まれる炭素系粒子と、からなる被覆層が形成される。
焼成条件は、上述下接合工程における加熱条件と同様の条件が好ましい。
また、上記スラリーは、有機バインダを含有していてもよい。
上記スラリーが有機バインダを含有していると、焼成により有機バインダが、炭素繊維と炭素系粒子とを接合する炭素系接着材となり、被覆層が強固となる。
(Covering layer forming process)
In the coating layer forming step, for example, a slurry containing at least carbon-based particles is applied onto the first main surface of the compact, and then fired to form the coating layer.
Through the above process, a coating layer made of the carbon fibers constituting the compact and the carbon-based particles contained in the slurry is formed on the first main surface of the compact.
The firing conditions are preferably the same as the heating conditions in the lower bonding step described above.
The slurry may also contain an organic binder.
When the slurry contains an organic binder, the organic binder becomes a carbon-based adhesive that bonds the carbon fibers and the carbon-based particles together upon firing, making the coating layer stronger.
本発明の断熱材の製造方法の第2実施形態は、炭素繊維からなる集合体の少なくとも一方の表面に鱗片状黒鉛を配置する鱗片状黒鉛配置工程と、上記鱗片状黒鉛が載せられた上記集合体の表面に有機バインダを添加する有機バインダ添加工程と、上記有機バインダを炭化させて、上記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって、上記炭素繊維と上記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。 The second embodiment of the method for manufacturing a thermal insulation material of the present invention is characterized by including a flake graphite arrangement step of arranging flake graphite on at least one surface of an aggregate of carbon fibers, an organic binder addition step of adding an organic binder to the surface of the aggregate on which the flake graphite is placed, and a joining step of carbonizing the organic binder and joining the carbon fibers and the flake graphite with the carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
炭素繊維からなる集合体を準備する方法としては、例えば、ニードリング法や抄造法が挙げられる。
ニードリング法の場合、例えば、平均繊維長が10mm~10000mmの炭素繊維をシート状に積層し、ニードリングにより炭素繊維同士を交絡させることで炭素繊維からなる集合体を得ることができる。
Examples of a method for preparing an aggregate of carbon fibers include a needling method and a papermaking method.
In the case of the needling method, for example, carbon fibers having an average fiber length of 10 mm to 10,000 mm are laminated in a sheet form, and the carbon fibers are entangled by needling to obtain an aggregate of carbon fibers.
抄造法の場合、例えば、平均繊維長が2mm~8mmの炭素繊維を水等の分散媒に分散させた懸濁液を準備し、型を用いて抄造することで、炭素繊維からなる集合体を得ることができる。 In the case of the papermaking method, for example, a suspension is prepared in which carbon fibers with an average fiber length of 2 mm to 8 mm are dispersed in a dispersion medium such as water, and an aggregate made of carbon fibers can be obtained by papermaking using a mold.
抄造法の場合、懸濁液には有機バインダが含まれていてもよい。
懸濁液に有機バインダが含まれていると、抄造時に炭素繊維同士が固定されて、成形性が向上する。また、炭素繊維からなる成形体に有機バインダが残留して炭素繊維同士を拘束することができるため、後述の接合工程よりも前の段階における成形体のハンドリング性を向上させることができる。
In the case of the papermaking method, the suspension may contain an organic binder.
When the suspension contains an organic binder, the carbon fibers are fixed together during papermaking, improving moldability. In addition, the organic binder remains in the carbon fiber molded body and can bind the carbon fibers together, improving the handleability of the molded body at a stage prior to the joining process described below.
なお、懸濁液に含まれていてもよい有機バインダには、後述する接合工程で用いてもよい有機バインダと同様のものを好適に用いることができる。 The organic binder that may be contained in the suspension may be the same as the organic binder that may be used in the joining process described below.
(鱗片状黒鉛配置工程)
鱗片状黒鉛配置工程では、炭素繊維からなる集合体の少なくとも一方の表面に鱗片状黒鉛を配置する。
配置する鱗片状黒鉛の量は、炭素繊維からなる集合体の重量の5重量%~60重量%の鱗片状黒鉛を配置することが好ましい。
(Flake graphite arrangement process)
In the flake graphite arranging step, flake graphite is arranged on at least one surface of an aggregate of carbon fibers.
The amount of flake graphite to be arranged is preferably 5 to 60% by weight of the aggregate made of carbon fibers.
(有機バインダ添加工程)
有機バインダ添加工程では、鱗片状黒鉛が配置された炭素繊維からなる集合体の表面に有機バインダを添加する。
このとき、有機バインダを溶媒に分散させた分散液(有機バインダ分散液)の状態で用いることで、有機バインダ分散液が炭素繊維からなる集合体の深さ方向に侵入する。
このときに、炭素繊維からなる集合体の表面に配置された鱗片状黒鉛の一部が有機バインダと共に炭素繊維からなる集合体の深さ方向に侵入する。このことにより、炭素繊維からなる集合体の深さ方向に鱗片状黒鉛が拡散した状態となる。
(Organic binder addition process)
In the organic binder adding step, an organic binder is added to the surface of the aggregate of carbon fibers having the flake graphite arranged thereon.
At this time, by using the organic binder in a state of dispersion (organic binder dispersion) in which the organic binder is dispersed in a solvent, the organic binder dispersion penetrates into the aggregate made of carbon fibers in the depth direction.
At this time, some of the flake graphite arranged on the surface of the carbon fiber aggregate penetrates into the carbon fiber aggregate in the depth direction together with the organic binder, resulting in a state in which the flake graphite is diffused in the carbon fiber aggregate in the depth direction.
得られた鱗片状黒鉛が配置され、有機バインダが添加された炭素繊維の集合体を複数枚積層させることで、厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛が含まれた状態となる。 The resulting flake graphite is arranged, and multiple carbon fiber aggregates with added organic binder are stacked together, resulting in a state in which flake graphite is contained in at least half of the area in the thickness direction.
(接合工程)
接合工程では、加熱により有機バインダを炭化させて、有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって、炭素繊維と鱗片状黒鉛とを接合する。
上述した鱗片状黒鉛配置工程及び有機バインダ添加工程によって、得られる成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に鱗片状黒鉛が含まれた状態となる。
(Joining process)
In the bonding step, the organic binder is carbonized by heating, and the carbon fibers and the flake graphite are bonded together by the carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
By the above-mentioned flake graphite arranging step and organic binder adding step, the resulting molded body contains flake graphite in an area of at least half of the thickness direction.
以上の工程により、本発明の断熱材が得られる。
なお、成形体の第1主面に被覆層を形成したい場合、さらに被覆層形成工程を行うことが好ましい。
被覆層形成工程は、本発明の断熱材の製造方法の第1実施形態で説明した被覆層形成工程と同様である。
Through the above steps, the heat insulating material of the present invention is obtained.
When it is desired to form a coating layer on the first main surface of the molded body, it is preferable to further carry out a coating layer forming step.
The coating layer forming step is the same as the coating layer forming step described in the first embodiment of the method for producing a thermal insulating material of the present invention.
本明細書には以下の事項が開示されている。 The following items are disclosed in this specification:
本開示(1)は、炭素繊維と鱗片状黒鉛とを含む成形体からなる断熱材であって、
前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とは、炭素質結着剤を介して接合されており、
前記成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に、前記鱗片状黒鉛が含まれている、ことを特徴とする断熱材である。
The present disclosure (1) provides a thermal insulation material comprising a molded body containing carbon fiber and flake graphite,
The carbon fibers and the flake graphite are bonded to each other via a carbonaceous binder,
The heat insulating material is characterized in that the flake graphite is contained in an area of at least half of the molded body in the thickness direction.
本開示(2)は、前記成形体の少なくとも一方の表面において、前記鱗片状黒鉛が占める面積が5%以上である本開示(1)に記載の断熱材である。 The present disclosure (2) is an insulating material according to the present disclosure (1), in which the flake graphite occupies 5% or more of the area of at least one surface of the molded body.
本開示(3)は、前記成形体の表面に、前記炭素繊維間に炭素系粒子を含有する層である被覆層が設けられている、本開示(1)又は(2)に記載の断熱材である。 The present disclosure (3) is the insulating material according to the present disclosure (1) or (2), in which a coating layer is provided on the surface of the molded body, the coating layer being a layer containing carbon-based particles between the carbon fibers.
本開示(4)は、前記被覆層の前記炭素系粒子及び前記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されている、本開示(3)に記載の断熱材である。 The present disclosure (4) is the insulating material described in the present disclosure (3), in which the carbon-based particles and the carbon fibers of the coating layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive.
本開示(5)は、前記炭素系粒子は、鱗片状黒鉛以外の黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子である、本開示(3)又は(4)に記載の断熱材である。 The present disclosure (5) is the insulating material according to the present disclosure (3) or (4), in which the carbon-based particles are at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite other than flake graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles of crushed carbon fibers.
本開示(6)は、前記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmである、本開示(3)~(5)のいずれかに記載の断熱材である。 The present disclosure (6) is an insulating material according to any one of the present disclosures (3) to (5), in which the carbon-based particles have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
本開示(7)は、前記被覆層は、厚さが10μm~1000μmである、本開示(3)~(6)のいずれかに記載の断熱材である。 The present disclosure (7) is an insulating material according to any one of the present disclosures (3) to (6), in which the coating layer has a thickness of 10 μm to 1000 μm.
本開示(8)は、前記鱗片状黒鉛が含まれる領域における前記成形体の密度は、0.1~0.8g/cmである、本開示(1)~(7)のいずれかに記載の断熱材である。 The present disclosure (8) is the insulating material according to any one of the present disclosures (1) to (7), wherein the density of the molded body in the region containing the flake graphite is 0.1 to 0.8 g/ cm3 .
本開示(9)は、炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含み、厚さ方向の1/2以上の領域に前記鱗片状黒鉛を含む炭素繊維集合体を得る成形工程と、
前記炭素繊維集合体に含まれる前記有機バインダを炭化させて、前記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする断熱材の製造方法である。
The present disclosure (9) provides a molding process for obtaining a carbon fiber aggregate including carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, the carbon fiber aggregate including the flake graphite in at least half of a region in a thickness direction;
and a bonding step of carbonizing the organic binder contained in the carbon fiber aggregate and bonding the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
本開示(10)は、前記成形工程における前記炭素繊維集合体の成形方法が、前記炭素繊維、前記鱗片状黒鉛及び前記有機バインダを含む溶液を抄造する方法である、本開示(9)に記載の断熱材の製造方法である。 The present disclosure (10) is a method for producing a heat insulating material according to the present disclosure (9), in which the method for forming the carbon fiber aggregate in the forming step is a method for papermaking a solution containing the carbon fibers, the flake graphite, and the organic binder.
本開示(11)は、炭素繊維からなる集合体の少なくとも一方の表面に鱗片状黒鉛を配置する鱗片状黒鉛配置工程と、
前記鱗片状黒鉛が載せられた前記集合体の表面に有機バインダを添加する有機バインダ添加工程と、
前記有機バインダを炭化させて、前記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって、前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする断熱材の製造方法である。
The present disclosure (11) provides a flake graphite arranging step of arranging flake graphite on at least one surface of an aggregate of carbon fibers;
an organic binder adding step of adding an organic binder to the surface of the assembly on which the flake graphite is placed;
and a bonding step of carbonizing the organic binder and bonding the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
(実施例)
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, examples that more specifically disclose the present invention will be described, however, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
[成形工程]
炭素繊維(平均繊維径:13μm、平均繊維長:3.3mm)、鱗片状黒鉛(平均粒子径:100μm)及び有機バインダ(フェノール樹脂)を100:40:20(重量比、有機バインダは固形分換算)で含む分散液を抄造法により成形し、炭素繊維からなるシート状の集合体(厚さ3mm)を得た。
Example 1
[Molding process]
A dispersion containing carbon fibers (average fiber diameter: 13 μm, average fiber length: 3.3 mm), flake graphite (average particle diameter: 100 μm), and an organic binder (phenolic resin) in a ratio of 100:40:20 (weight ratio, the organic binder is calculated as solid content) was molded by a papermaking method to obtain a sheet-like aggregate (thickness 3 mm) made of carbon fibers.
[接合工程]
この集合体を不活性雰囲気下で2000℃に加熱して、成形体に含まれる有機バインダ(フェノール樹脂)を炭化して、炭素繊維と鱗片状黒鉛とが炭素質結着剤により接合された炭素繊維の成形体を得た。
[Joining process]
This assembly was heated to 2000°C under an inert atmosphere to carbonize the organic binder (phenolic resin) contained in the molded body, thereby obtaining a carbon fiber molded body in which the carbon fibers and flake graphite were bonded together with a carbonaceous binder.
得られた成形体を厚さ方向に切断し、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合を調べたところ、100%であった。
成形体の表面における鱗片状黒鉛が占める面積割合を求めたところ、一方主面(第1主面)で10.3%、他方主面(第2主面)で9.4%であった。
The obtained molded body was cut in the thickness direction, and the proportion of the area containing flake graphite was examined, which was found to be 100%.
The area ratio of the flake graphite to the surface of the molded body was determined to be 10.3% on one main surface (first main surface) and 9.4% on the other main surface (second main surface).
(実施例2)
鱗片状黒鉛の平均粒子径を400μmとし、分散液を抄造する前に1時間静置させた以外は実施例1と同様の手順で、実施例2に係る断熱材を得た。
得られた成形体を厚さ方向に切断し、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合を調べたところ、60%であった。
成形体の表面における鱗片状黒鉛が占める面積割合を求めたところ、一方主面(第1主面)で16.8%、他方主面(第2主面)で0%であった。
Example 2
A heat insulating material according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the average particle size of the flake graphite was set to 400 μm and the dispersion was allowed to stand for 1 hour before being made into a sheet.
The obtained molded body was cut in the thickness direction, and the proportion of the area containing flake graphite was examined, which was 60%.
The area ratio of the flake graphite to the surface of the molded body was determined to be 16.8% on one main surface (first main surface) and 0% on the other main surface (second main surface).
(比較例1)
鱗片状黒鉛を混合しなかった以外は実施例1と同様の手順で、比較例1に係る断熱材を得た。比較例1に係る断熱材には、鱗片状黒鉛が含まれていない。
(Comparative Example 1)
A thermal insulating material according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that flake graphite was not mixed in. The thermal insulating material according to Comparative Example 1 does not contain flake graphite.
(比較例2)
炭素繊維(平均繊維径:13μm、平均繊維長:3.3mm)及び有機バインダ(フェノール樹脂)を100:20(重量比、有機バインダは固形分換算)で含む分散液を抄造法により成形し、炭素繊維からなるシート状の集合体(厚さ1mm)を得た。
(Comparative Example 2)
A dispersion containing carbon fibers (average fiber diameter: 13 μm, average fiber length: 3.3 mm) and an organic binder (phenol resin) in a ratio of 100:20 (weight ratio, the organic binder is calculated as solid content) was molded by a papermaking method to obtain a sheet-like aggregate (thickness 1 mm) made of carbon fibers.
[鱗片状黒鉛配置工程]
炭素繊維からなるシート状の集合体の一方主面に、鱗片状黒鉛(平均粒子径:100μm)を配置した。このとき、配置した鱗片状黒鉛の重量は、炭素繊維からなるシート状の集合体の重量の33重量%とした。
[Flake graphite arrangement process]
Flake graphite (average particle size: 100 μm) was placed on one main surface of the sheet-like aggregate made of carbon fibers, with the weight of the placed flake graphite being 33% by weight of the sheet-like aggregate made of carbon fibers.
[有機バインダ添加工程]
続いて、有機バインダ(フェノール樹脂)を溶媒に分散させた有機バインダ分散液を、鱗片状黒鉛が配置された炭素繊維からなるシート状の集合体の表面に添加した。
[Organic binder addition process]
Next, an organic binder dispersion liquid in which an organic binder (phenol resin) was dispersed in a solvent was added to the surface of the sheet-like aggregate made of carbon fibers having the flake graphite arranged thereon.
[接合工程]
最後に、炭素繊維からなるシート状の集合体を3枚得積層して不活性雰囲気下で2000℃に加熱して、成形体に含まれる有機バインダ(フェノール樹脂)を炭素化して、炭素繊維と鱗片状黒鉛とが炭素質結着剤により接合された炭素繊維の成形体(比較例2に係る断熱材)を得た。
[Joining process]
Finally, three sheet-like aggregates made of carbon fibers were stacked and heated to 2000°C under an inert atmosphere to carbonize the organic binder (phenolic resin) contained in the molded body, thereby obtaining a carbon fiber molded body (thermal insulation material according to Comparative Example 2) in which the carbon fibers and flake graphite were bonded together with a carbonaceous binder.
得られた成形体を厚さ方向に切断し、鱗片状黒鉛が含まれている領域の割合を調べたところ、3%であった。
また、成形体の表面における鱗片状黒鉛が占める面積割合を求めたところ、一方主面(第1主面)で30.8%、他方主面(第2主面)で0%であった。
The obtained molded body was cut in the thickness direction, and the proportion of the area containing flake graphite was examined, which was found to be 3%.
Furthermore, the area ratio of the flake graphite to the surface of the molded body was determined to be 30.8% on one main surface (first main surface) and 0% on the other main surface (second main surface).
[断熱特性評価]
以下の手順で、実施例1~2及び比較例1~2に係る断熱材の断熱特性を評価した。結果を表1に示す。
2000℃不活性雰囲気下に各断熱材を入れ、レーザーフラッシュ法により断熱特性を評価した。比較例1の断熱材を基準にして熱伝導率が20%以上低減できたものを◎、10%以上低減できたものを〇、10%未満のものを×とした。
[Insulation property evaluation]
The heat insulating properties of the heat insulating materials according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated in the following manner. The results are shown in Table 1.
Each heat insulating material was placed in an inert atmosphere at 2000° C., and the heat insulating properties were evaluated by the laser flash method. The heat insulating material of Comparative Example 1 was evaluated as having a thermal conductivity reduced by 20% or more, as a circle, as a reduction of 10% or more, and as a cross, as a reduction of less than 10%.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表1の結果より、実施例1~2に係る断熱材の断熱特性が、比較例1~2に係る断熱材よりも優れていることを確認した。 The results in Table 1 confirm that the insulating properties of the insulating materials of Examples 1 and 2 are superior to those of the insulating materials of Comparative Examples 1 and 2.
1、2 断熱材
10 成形体
10a 成形体の第1主面
10b 成形体の第2主面
12 鱗片状黒鉛を含む領域
13 鱗片状黒鉛を含まない領域
20 鱗片状黒鉛
30 炭素繊維
40 炭素質結着剤
50 被覆層
 成形体の厚さ
 鱗片状黒鉛を含む領域の長さ
Reference Signs List 1, 2: Insulating material 10: Molded body 10a: First main surface 10b of molded body: Second main surface 12: Region containing flake graphite 13: Region not containing flake graphite 20: Flake graphite 30: Carbon fiber 40: Carbonaceous binder 50: Coating layer T 1: Thickness of molded body T 2: Length of region containing flake graphite

Claims (11)

  1. 炭素繊維と鱗片状黒鉛とを含む成形体からなる断熱材であって、
    前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とは、炭素質結着剤を介して接合されており、
    前記成形体の厚さ方向の1/2以上の領域に、前記鱗片状黒鉛が含まれている、ことを特徴とする断熱材。
    A thermal insulation material comprising a molded body containing carbon fiber and flake graphite,
    The carbon fibers and the flake graphite are bonded to each other via a carbonaceous binder,
    A heat insulating material, characterized in that the flake graphite is contained in an area of at least half of the molded body in the thickness direction.
  2. 前記成形体の少なくとも一方の表面において、前記鱗片状黒鉛が占める面積が5%以上である請求項1に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 1, wherein the flake graphite occupies 5% or more of the area of at least one surface of the molded body.
  3. 前記成形体の表面に、前記炭素繊維間に炭素系粒子を含有する層である被覆層が設けられている、請求項1又は2に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 1 or 2, wherein a coating layer is provided on the surface of the molded body, the coating layer being a layer containing carbon-based particles between the carbon fibers.
  4. 前記被覆層の前記炭素系粒子及び前記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されている、請求項3に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 3, wherein the carbon-based particles and the carbon fibers of the coating layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive.
  5. 前記炭素系粒子は、鱗片状黒鉛以外の黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子である、請求項3又は4に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 3 or 4, wherein the carbon-based particles are at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite other than flake graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles of crushed carbon fibers.
  6. 前記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmである、請求項3~5のいずれかに記載の断熱材。 The heat insulating material according to any one of claims 3 to 5, wherein the carbon-based particles have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
  7. 前記被覆層は、厚さが10μm~1000μmである、請求項3~6のいずれかに記載の断熱材。 The insulating material according to any one of claims 3 to 6, wherein the coating layer has a thickness of 10 μm to 1000 μm.
  8. 前記鱗片状黒鉛が含まれる領域における前記成形体の密度は、0.1~0.8g/cmである、請求項1~7のいずれかに記載の断熱材。 The heat insulating material according to any one of claims 1 to 7, wherein the density of the molded body in the region containing the flake graphite is 0.1 to 0.8 g/ cm3 .
  9. 炭素繊維、鱗片状黒鉛及び有機バインダを含み、厚さ方向の1/2以上の領域に前記鱗片状黒鉛を含む炭素繊維集合体を得る成形工程と、
    前記炭素繊維集合体に含まれる前記有機バインダを炭化させて、前記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする断熱材の製造方法。
    a molding step of obtaining a carbon fiber aggregate containing carbon fibers, flake graphite, and an organic binder, the carbon fiber aggregate containing the flake graphite in at least half of a region in a thickness direction;
    a bonding step of carbonizing the organic binder contained in the carbon fiber aggregate and bonding the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.
  10. 前記成形工程における前記炭素繊維集合体の成形方法が、前記炭素繊維、前記鱗片状黒鉛及び前記有機バインダを含む溶液を抄造する方法である、請求項9に記載の断熱材の製造方法。 The method for producing a heat insulating material according to claim 9, wherein the method for forming the carbon fiber aggregate in the forming step is a method for producing a paper from a solution containing the carbon fibers, the flake graphite, and the organic binder.
  11. 炭素繊維からなる集合体の少なくとも一方の表面に鱗片状黒鉛を配置する鱗片状黒鉛配置工程と、
    前記鱗片状黒鉛が載せられた前記集合体の表面に有機バインダを添加する有機バインダ添加工程と、
    前記有機バインダを炭化させて、前記有機バインダが炭化して得られる炭素質結着剤によって、前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とする断熱材の製造方法。

     
    a flake graphite arranging step of arranging flake graphite on at least one surface of an aggregate of carbon fibers;
    an organic binder adding step of adding an organic binder to the surface of the assembly on which the flake graphite is placed;
    a bonding step of carbonizing the organic binder and bonding the carbon fibers and the flake graphite with a carbonaceous binder obtained by carbonizing the organic binder.

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