JPH04107398A - 炭素繊維断熱材の製造方法 - Google Patents

炭素繊維断熱材の製造方法

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JPH04107398A
JPH04107398A JP2224306A JP22430690A JPH04107398A JP H04107398 A JPH04107398 A JP H04107398A JP 2224306 A JP2224306 A JP 2224306A JP 22430690 A JP22430690 A JP 22430690A JP H04107398 A JPH04107398 A JP H04107398A
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哲夫 伊藤
Yasuhiko Yumitate
恭彦 弓立
Mamoru Kameda
亀田 守
Kazutoshi Haraguchi
和敏 原口
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェルト
と熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは炭素
繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたものを少
なくとも各々一層以上用い、それらを設計密度になる様
適宜積層し、成形・焼成して得られる炭素繊維断熱材に
関するものであり、非酸化雰囲気で使用される各種高温
炉用断熱材として層間の剥離強度に優れた、且つフェル
トのみを素材としたものに比し安価であることを特長と
する断熱材を提供するものである。
(従来の技術) 窒素、アルゴン、真空等不活性雰囲気中で且つ高温(1
000°C以上)中で使用される炉の断熱材としては炭
素繊維断熱材が一般的である。炭素繊維断熱材は要求さ
れる断熱特性、使用温度、雰囲気、厚さ、大きさなどの
形状等に応じて生産されている。
需要の圧倒的大部分を占めるものとしては、フェルトを
素材としてそれにフェノール樹脂等炭化率の高い樹脂を
含浸させ、平板・円筒等目的とする形状に成形後、20
00°C前後に焼成して得られるものである。こうして
得られる断熱材は、断熱特性に優れる、品質が一定して
いる、加工が容易であるなどの利点を有しているが原料
のフェルト自体に炭素繊維原糸あるいはマットをカード
リング、ニードルパンチをするなどの工程が不可欠であ
るため製品に占める原料コストが大きな比重を占めるこ
とになる。また、1500−16008C以下の温度域
で使用される炉の断熱材としては上記フェルトベースの
断熱材は必ずしも必要なく、諸物性が多少劣っても低価
格であることがより重要な場合が多い。一方、各種の密
度の断熱材を得るためには各種の厚さ、目付けのフェル
トが必要となるが実際上は生産効率の点から1ないし2
種類のフェルトを使用することが多く、結果的には必要
以上のフェルトを使うことになり更にコストアップにつ
ながることが多い。
また、フェルトのみを多数枚積層するとフェルト自体は
各層間において必ずしも糸同志の絡みが充分ではなく厚
さ、密度によっては層間の剥離強度が不十分であること
が時として大きな問題となる。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、炭素繊維フェルトとその原料である炭素
繊維マットを形状、物性、密度等要求される目的に応じ
て組み合わせることにより層間の剥離強度の向上、旦っ
製品コストの低減を計ることが可能であることを見いだ
し本発明に至った。
即ち、本発明は熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェ
ルトと熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは
炭素繊維マットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたもの
を少なくとも各々一層以上積層し、それらを最終目的に
合わせ適宜積層成形し、更に焼成して得られる炭素繊維
断熱材に関するものである。
樹脂を含浸させたフェルトとマットまたはマットにペー
パーを組み合わせたものとの積層方法は、厚さ、密度等
に応じて任意に組み合わせることが可能である。マット
とペーパーとを組み合わせものには例えばマットをペー
パーに載せるかペーパで挟み適宜な方法で樹脂を含浸さ
せたものがある。また積層時において樹脂を含浸させた
マットの表面に炭素繊維ペーパーあるいは可とう性のあ
る黒鉛質シートなどを張り合わせることも取扱性向上、
表面の粉落ち防止、断熱特性向上−の意味があり、本目
的の中にはこれらの方法のものも包含される。
本発明で用いられる炭素繊維フェルトはピッチ系、PA
N系の炭素繊維に限定されることはなく一般的に入手可
能なものであれば良く、更にはPAN系不融化繊維(例
えば、東邦レーヨン(株)製パイロメックス)や耐熱性
有機繊維(例えば、日本カイノール(株)製カイノール
)との混繊フェルトでも何等差し支えない。しかしなが
ら、特殊な目的に供する場合を除いて通常は価格的に安
価な且つ容易にフェルト化しやすいピッチ系炭素繊維が
望ましい。用いる炭素繊維フェルトの嵩密度、厚さ、目
付けなどは特に制約されるものではないが含浸性などを
考慮すると、厚さ:5−20mm、嵩密度:0.03−
0.15g/cc、 目付け: 200−2000g/
m”のものが好ましい。
このような炭素繊維フェルトは一般的に入手可能な熱硬
化性樹脂を用いて容易に含浸することができる。
使用する熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、フラン樹
脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられるが
、安価で残炭率の高いフェノール樹脂の使用が好ましい
また、炭素繊維/樹脂の比率は使用するフェルトの厚さ
、嵩密度及び要求される製品規格や焼成時の寸法変化等
を勘案して決定されるが樹脂として10−50重量%の
範囲で容易に調節できる。
一方、本発明で用いる炭素繊維マットとは紡糸した糸を
ベルトコンベア等の上に堆積させ、焼成して得られる綿
状の糸の集合体であり、フェルト、ミルドファイバー、
チョツプドファイバー等の加工用原糸を意味する。炭素
繊維マットは炭素繊維フェルトに比し約半分の価格であ
り、製品としての炭素繊維断熱材が10,000〜30
,000円/kg程度することからしてコスト低減のた
めには充分意味がある。炭素繊維マット自体はフェルト
の様に形状の自己保持性は少ないものの糸同士は充分絡
み合っており、含浸、積層、切断等の作業上においては
回答不都合はない。また紡糸速度、ベルトコンベアの速
度などを調節することにより厚さ、嵩密度を調節出来る
が、量産化されるものとしては約0.01−0.03 
g/ c cである。
この様な炭素繊維マットはフェルトに比して嵩高く、糸
がばらけ易い難点はあるが含浸装置を工夫することによ
り、あるいは樹脂溶液を散布することにより含浸するこ
とが可能である。例えば炭素繊維マットを炭素繊維ペー
パーで挟むことにより含浸装置による含浸を容易ならし
めることができる。
また本発明で言う炭素繊維ペーパーはピッチ系またはP
AN系のいずれでも良く、又ペーパーに使用されるバイ
ンダーも特に制約されるものではなく広く一般的に入手
可能なものであれば差し支えない。
(実施例) 次いで本発明を実施例によりさらに説明する。
尚、例中の部及び%は特にことわりのない限り重量基準
である。
参考例1 コールタールを素材とする汎用型ピッチ系炭素繊維フェ
ルト、厚さ10mm、嵩密度: 0.05 g/CCを
、含浸装置を用いてレゾールタイプのフェノール樹脂を
用いて含浸させた。得られた炭素繊維フェルトプリプレ
グの物性は、樹脂含有率:約25%、揮発分:約10%
、目付け:約750g/ m sであった。このものを
8枚積層し、150℃において1時間圧縮成形、次いで
真空下2000°C迄昇温・焼成することで最終的に嵩
密度0.16g/cc、厚さ30mmの平板状炭素繊維
断熱材を得た。このものの物性は次の通りであった。
熱伝導率(kcal/m−hr・’C) : 0 、0
8 (1000℃)。
0.22 (2000℃)(10−”Torr真空中)
剥離強度(kg/cm”) : 0 、25 (フラッ
トワイズ法)圧縮強度(kg/cm’) : 3 、1
実施例1 コールタールを素材とする汎用型ピッチ系炭素繊維マッ
ト、嵩密度: 0.02 g/ c c、  見かけ厚
さ:20mmを揮発分20%のレゾールタイプのフェノ
ール樹脂のメタノール溶液をスプレー散布。
乾燥することにより樹脂含有量約30%、揮発分:約1
5%、目付け:約300g/m”のプリプレグ状物を得
た。このものを参考例1記載のフェルトプリプレグ2枚
に1枚の割合、即ちフェルト2枚/マット1枚/フェル
ト2枚/マット1枚/フェルト2枚の順で積層した。こ
の積層物を150℃において1時間圧縮成形し、次いで
真空下2000°C迄昇温・焼成することで最終的に嵩
密度0.15g/CC,厚さ30mmの平板状炭素繊維
断熱材を得た。成形以後に要したコストは参考例1と同
じであるがこのものの最終的コストは参考例1に比し約
10%低かった。このものの物性は次の通りであった。
熱伝導率(kcal/m−hr−’C) : 0 、0
9 (1000°C)。
0.24 (2000°C)(10−2To r r真
空中)剥離強度(kg/am”) : o 、 29 
(フラットワイズ法)参考例1により得られた断熱材に
おいては層間の剥離箇所は特定出来なかったが実施例1
の場合はマットの箇所ではなくフェルトの部分で剥離が
おこっている。
実施例2 実施例1記載と同じ炭素繊維マットをピッチ系炭素繊維
ペーパー、目付け:40g/m’のもので挟み含浸装置
を用い同じ〈実施例1記載のフエノル樹脂により含浸さ
せ、樹脂含有量約30%。
目付け:約400g/m2のプリプレグ状物を得た。こ
のものを実施例1と同様にしてフェルトプリプレグの間
に挟み同様に積層した。積層物を更に同様に処理するこ
とにより最終的に嵩密度 約0.16g/cc、  厚
さ30mmの平板状炭素繊維断熱材を得た。この場合の
コストは参考例1に比し約5%低かった。
このものの熱伝導率は測定誤差内でほとんど実施例1の
場合に得られたものと同等であった。
一方、剥離強度は約0.3kg/cm”であった。
実施例3 実施例1記載と同様にしてスプレー法によす同様のマッ
トのプリプレグ状物を得た。このものとフェルトプリプ
レグを交互にフェルトが上段にマットが最下段になるよ
うに各々4層ずつ計8層積層し、最下段のマットプリプ
レグの表面に0.5mm厚の可とう性黒鉛質シートを張
り合わせた。
積層物を上記実施例と同様にして成形・焼成することに
より嵩密度0.15g/cc、  厚さ30mmの平板
状炭素繊維断熱材を得た。この場合のコス1〇 − トは参考例1に比し約5%低かった。このものの物性は
次の通りであった。
熱伝導率(kcal/m、hr、。c) : 0.08
 (1000°C)。
0.22 (2000°C)  (10−”To r 
r真空中)(黒鉛質シート面が高温側になる様にセット
し測定) 剥離強度(kg/cm”) : 0 、30 (フラッ
トワイズ法)(発明の効果) 本発明の炭素繊維断熱材は炭素繊維フェルトのみから得
られる断熱材に比し、剥離強度に優れ、低価格、且つ熱
伝導率の低下の殆どない断熱材をである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維フェルトと熱硬
    化性樹脂を含浸させた炭素繊維マットまたは炭素繊維マ
    ットに炭素繊維ペーパーを組み合わせたものを少なくと
    も各々一層以上積層し、成形・焼成して得られることを
    特徴とする炭素繊維断熱材。
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