JPH0533249A - 炭素繊維製高密度フエルトとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平均嵩密度０．１ｇ／cm³ 以上の炭素繊維製
高密度フェルトと、このフェルトを作業性良く得ること
ができる製造方法を提供すること。 【構成】 炭素繊維からなるバット層の少なくとも片面
に、焼成により炭化又は黒鉛化する高分子系繊維の織
布，編布又は不職布を載置すると共に、前記織布等とバ
ット層とを織布等側からのニードルパンチングで一体化
し、これを焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温熱処理時の断熱
材，緩衝材や二次電池電極用材料等として好適な炭素繊
維製高密度フェルトとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維製フェルトは、高温における耐
熱性，断熱性等に優れているため、セラミック焼成炉，
真空蒸着炉，半導体単結晶成長炉等の高温炉等における
断熱材等として使用されている。

【０００３】この種の炭素繊維製フェルトには、短時間
での昇降温，消費電力の節減，設備の小型化を図るた
め、断熱性，機械的強度，及び耐久性が要求されてい
る。これら三つの要求事項はフェルトの密度を高くする
ことによって達成されるところから種々の工夫による高
密度化を目指した炭素繊維製フェルトが開発されてい
る。

【０００４】まず、第１のフェルトは焼成により炭化又
は黒鉛化する高分子系繊維の織布又は不織布からなる基
布の上面に、耐炎化又は炭化処理した繊維からなるバッ
ト層を載置し、前記基布とバット層をバット層側からの
ニードルパンチングで一体化し、これを焼成することに
より得たものである（特開平２−４６８９１号公報）。

【０００５】また、第２のフェルトは、炭素繊維からな
るバット層の片面又は両面に炭素繊維製の織布からなる
基布を当接させ、ニードルパンチングでバット層の繊維
の一部を基布の織目に入り込ませ、繊維の絡みによって
バット層と基布を一体化させ、かつこの一体化物に形崩
れや粉化などを防止するため樹脂を含浸させたものであ
る（特開平１−２７２８５４号公報）。

【０００６】さらに、第３のフェルトは、炭素繊維と焼
成により炭化又は黒鉛化する高分子系繊維とを混紡し、
前記繊維と前記高分子系繊維とを機械的に圧縮しつつ絡
ませた後、焼成することにより得たものである（特開平
３−１４６６５号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれら従
来のフェルトは種々の欠点を有し、到底満足のいくもの
ではなかった。即ち、第１のフェルトは焼成後の平均嵩
密度がせいぜい０．０５ｇ／cm³ にしかならず、断熱
性，機械的強度，及び耐久性の点で劣るものであった。

【０００８】また、第２のフェルトはバット層及び基布
が炭素繊維製であり、特に炭素繊維の糸で製織すること
が高価であるばかりでなく、炭素繊維の伸度が著しく小
さいためニードルパンチングの際繊維の分断が頻繁に起
り、製品は形崩れや粉化し易いところからこれを防ぐた
め樹脂の含浸工程が必要となって作業工程が多くなると
共に、粘着性を有する樹脂を使用するので作業性が低下
するという課題をも有していた。

【０００９】さらに、ニードルパンチングによる締りの
効果は一般的に繊維密度の高い織布等との絡みによって
著しく向上するのであるが、第３のフェルトは、織布等
を用いず混紡バットを使用するものであるから締り難
く、所望の締りを得ようとして勢いニードルパンチング
の回数を多くせざるを得なくなる。そのために、混紡バ
ット中の炭素繊維を切断しフェルトとしての強度の小さ
なものとなり特に薄物（２〜３mm）では製作自体も困難
となると思われる。ニードルパンチングの回数が多いと
いうことはとりもなおさず作業時間が長くかかることで
もある。なお、バット全体に均質に混合し、しかもその
¹/₂ 量前後を占める非炭素繊維の方の炭化に伴う重量減
少による密度低下は否めないと思われる。

【００１０】本発明は前記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は０．１ｇ／cm³ 以上の平均嵩密度
を有する１．５〜１５mmのフェルト、とりわけ薄物（２
〜５mm）の炭素繊維製フェルトを作業性よく得ることを
可能にした炭素繊維製高密度フェルトとその製造方法を
提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ため、第１の発明に係る炭素繊維製高密度フェルトは耐
炎化，不融化又は炭化処理した繊維からなるバット層
と、前記バット層の少なくとも片面に載置されこの載置
面側方向からのニードルパンチングでバット層に一体化
された、焼成により炭化又は黒鉛化する高分子系繊維か
らなる織布，編布又は不織布とからなり、焼成により炭
化あるいは黒鉛化されていることを特徴としている。

【００１２】また、第２の発明に係る炭素繊維製高密度
フェルトの製造方法は耐炎化，不融化又は炭化処理した
繊維からなるバット層の少なくとも片面に、焼成により
炭化又は黒鉛化する高分子系繊維の織布，編布又は不織
布を載置すると共に、これらを載置面側からのニードル
パンチングで一体化し、これを焼成することを特徴とし
ている。

【００１３】ここで高密度とは平均嵩密度０．１ｇ／cm
³ 以上をいう。また、炭化又は黒鉛化する高分子系繊維
とは、レーヨン，綿，麻等のセルロース系繊維，ポリア
クリロニトリル系繊維，あるいはフェノール樹脂系繊維
をいう。

【００１４】

【作用】第１の発明は、前記した構成になっているの
で、焼成後の織布，編布又は不織布（以下“織布等”と
称する）及びバット層繊維と交絡している織布等繊維は
高度に炭化あるいは黒鉛化されてバット層繊維と実質的
に同質のものとなり、高温の炉内等で使用される際に全
く支障がない。

【００１５】そして、第１の発明は、炭化あるいは黒鉛
化された織布等の繊維がバット層繊維と充分絡みあって
いるので、焼成後厚みが回復したりすることがなく０．
１ｇ／cm³ 以上の高密度に維持することができる。な
お、本発明における織布等も焼成により炭化又は黒鉛化
されて重量減少は来すがニードルパンチング後でも織布
等繊維のかなりの量がフェルトの表面に配されたままで
あるのでフェルト全体、特に内部の密度低下、形態の不
安定化への影響が小さく維持されていることが特徴であ
る。

【００１６】また、第２の発明は、前記したように織布
等とバット層とを織布等側からのニードルパンチングで
一体化して炭素繊維製高密度フェルトを得る製造方法で
ある。

【００１７】この方法によれば、ニードルパンチング時
に織布等の繊維が針の刺に引掛けられて下方へ押しやら
れてバット層を貫く際、近くのバット層の構成繊維もひ
きずられて下方へ押しやられる。このバット層の構成繊
維を下方へ押しやる際、針の刺は既に織布等の繊維で覆
われているので、前記刺がバット層の構成繊維をあまり
引掛けることがなくなり、バット層の構成繊維の損傷及
び切断を極力抑制することができる。

【００１８】このように第２の発明によれば、織布等側
からのニードルパンチングにより、炭化あるいは黒鉛化
前の通常の織布等繊維とバット層の繊維との絡み増加に
伴なう密度上昇と、バット層の繊維の切断抑制とが相俟
って、伸度が極端に小さい炭素繊維からなるバット層を
高密度とすることができる。

【００１９】また、第２の発明によれば、焼成工程にお
いても織布等の繊維がバット層を貫いてバット繊維と交
絡し、その近辺のバット構成繊維をもひきずり込みバッ
ト繊維同士の絡みも増大させながら一体となって繊維同
士が絡みあっているがために厚さが回復したり、形崩れ
が生じたりすることがなく、炭素繊維製高密度フェルト
を得ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図示した実施例及び実験例に
基づいて具体的に説明する。図１は平板状の炭素繊維製
高密度フェルトを得るための製造例を示す。

【００２１】図１において、耐炎化，不融化又は炭化処
理した繊維からなるバット層１の上面に、焼成により炭
化又は黒鉛化する高分子系繊維の織布等２を載置して通
常のニードルマシン１０にかけてニードルパンチングす
る。このときのニードルパンチングは織布等２側から行
われ、これによってバット層１と織布等２とは一体化さ
れると共に、織布等２の繊維がバット層１の繊維と交絡
してバット層１が高密度になっている。

【００２２】次で、このものは焼成されて織布等２及び
バット層１の繊維と交絡している織布等２の繊維２ａが
炭化あるいは黒鉛化してバット層１の繊維と実質的に同
質となって、図２で示す炭素繊維製高密度フェルト３を
得ることができる。

【００２３】なお、図１中、１１は針，１２はストリッ
パー，及び１３はベッドをそれぞれ示す。

【００２４】このときのバット層１はその厚さが５〜６
０mmのものが適している。５mmより薄いとニードルパン
チングでは均一なものが得られ難く、６０mmより厚いと
ニードルパンチング時における織布等２の締付け効果が
小さくなる。また、織布等２は綿，レーヨン，麻，ポリ
アクリロニトリル系繊維，あるいはフェノール樹脂系繊
維等、炭化あるいは黒鉛化によりバット層１の構成繊維
と実質的に同質となるすべての繊維を素材とした織布，
編布，不織布，あるいはウェブ状物が用いられ得る。織
布は経糸，緯糸の密度がそれぞれ１２〜７０本／センチ
が用いられ、不織布にはスパンボンドをも使用可能であ
り、さらにウェブ状物はカーディングされたままのも
の、さらに加圧等されて密度を上げたものをも使用可能
である。

【００２５】織布等２の目付は織布の場合２０ｇ／m²以
下だと糸密度が小さくなり過ぎたり、糸が細くなり過ぎ
たりしてニードルパンチング時針が織布の繊維を引掛け
ないままバット層１に入ってバット繊維を損傷する虞が
あり、他方２５０ｇ／m²以上だとニードルパンチング時
針の刺に引掛けられた織布の繊維が廻りの余分な繊維に
妨害されて針がスムースにバット層１内に侵入し難くな
る。

【００２６】また、織布等２の目付は、織布の場合２５
０ｇ／m²以下でバット層１の充分な締付け効果があり、
これ以上ではかえって不経済でもあることから２０〜２
５０ｇ／m²が適している。

【００２７】なお、織布等２の目付は不織布，ウェブ状
物の場合前記した織布に比べて下限はいくらか緩和され
るがほぼ同傾向である。

【００２８】さらに、このときのニードルパンチングは
その回数が最小限で充分であり、かつ最良である。バッ
ト層１に織布２を載せて織布２側からニードルパンチン
グを行ったときのパンチング回数と、（バット層１＋織
布２）の強度及び厚さの関係を下記条件下で試験して表
１の結果を得た。

【００２９】条件： (1) ニードルパンチング条件 針：３２番手、刺数３個／３列（計９個） 針打本数：４０本／cm² 針深：２０mm 注＊１：石炭系ピッチを不融化し、さらに炭化したも
の。 太さ１３μｍ，繊維長３０〜９０mmが大部分を占めるラ
ンダムな長さを有するもの。 ＊２：経糸２５本／センチ，緯糸２３本／センチ

【００３０】結果：

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、ニードルパンチ
ングが１回増えると、強度が約¹/₁₀に、さらに１回増え
ると強度が約¹/₇₀になってしまい、ニードルパンチング
による繊維の切断が著しく進むことが理解できる。

【００３２】また、（バット層＋綿織布）の厚さ（嵩密
度に対応する）は１回目のニードルパンチングのみで完
全に目標値（３．１mm）に達しており、それ以降のニー
ドルパンチングでは厚さの減少は起きていない。即ち、
１回のニードルパンチングで所望の嵩密度が得られ、そ
れ以上に回数を増やしても嵩密度の上昇は得られない。

【００３３】このようにパンチング回数を増やしても厚
さが減少していかないのは繊維の切断が進み、繊維同士
の絡みによる形態の保持が叶えられなくなるからである
と推測される。

【００３４】従って、ニードルパンチングは１回で十
分、かつ最良であるので、作業時間が短く作業能率が向
上する。

【００３５】本発明は前記したように、バット層の上面
に織布等を一体化させた平板状のフェルトばかりでな
く、次の様な変形例も考えられる。

【００３６】本発明は平板状のフェルトであっても、バ
ット層の両側面に織布等を当接させたもの、（バット層
＋織布等）を順次重ね、あるいはバット層同士、織布等
同士を重ねて、さらなる弱い条件でのニードルパンチン
グで一体化させた厚い平板状のフェルトをも含むもので
ある。

【００３７】また、本発明は円筒状のフェルトをも含
む。円筒状のものはバット層と織布等とを重ねて、円筒
状ニードルベッド上に移行させつつ、織布等側からニー
ドルパンチングを行う。この場合、針の深さを調節しな
がら渦巻き状の多層構造を有する円筒状とすることも可
能である。

【００３８】以下、実験例を示す。実験例１ （バット層の片面に綿織布を使用） 条件：前述したパンチング回数の効果実験でのニードル
パンチングの決定条件と同一 結果：一回のニードルパンチングで厚さ３．０５mm，密
度０．１５８ｇ／cm³ のバット層の片面に綿織布を配し
たフェルトが得られ、焼成後、厚さ２．８８mm，密度
０．１０８ｇ／cm³ の炭素繊維製高密度フェルトを得
た。このものは形崩れなどすることなく形態的にも安定
で取扱いも容易であった。

【００３９】実験例２（バット層の両面に綿糸による編
布を使用） 条件： (1) ニードルパンチング条件 実験例１と同じ 注＊１：石炭系ピッチを不融化し、さらに炭化したも
の。 太さ１３μｍ，繊維長３０〜９０mmが大部分を占めるラ
ンダムな長さを有するもの。

【００４０】前記条件においてバット層に編布を重ねて
編布側から針深１７mmで１回ニードルパンチングし、次
でこれを上，下ひっくり返してバット層側に同じ編布を
重ねて針深１２mmで１回ニードルパンチングした。

【００４１】結果：厚さ３．１２mm，密度０．１６２ｇ
／cm³のバット層の両面に編布を配したフェルトが得ら
れ、焼成後、厚さ３．０４mm，密度０．１１２ｇ／cm³
の炭素繊維製高密度フェルトを得た。このものは形態的
にも安定で取扱い容易であった。

【００４２】実験例３ (1) ニードルパンチング条件 針：３６番手、刺数３個／３列（計９個） 針打本数：３６本／cm² (2) 繊維 バット層：実験例２の炭素繊維（１２０ｇ／m²のウェブ
を３枚重ねて３６０ｇ／m²としたもの） 織布等：レーヨン不織布（１１２ｇ／m²）

【００４３】前記条件においてレーヨン不織布上にバッ
ト層，そのバット層上にさらに、レーヨン不織布を重ね
て、最後に載せたレーヨン不織布の側から針深１５mmで
１回ニードルパンチングを行い、次で、上，下ひっくり
返して最初に載せたレーヨン不織布の側から針深１１mm
で１回ニードルパンチングした。

【００４４】結果：厚さ３．２９mm，密度０．１４７ｇ
／cm³のバット層の両面にレーヨン不織布を配したフェ
ルトが得られ、焼成後、厚さ３．１１mm，密度０．１１
７ｇ／cm³ の炭素繊維製高密度フェルトを得た。このも
のは形態的にも安定で取扱い容易であった。

【００４５】実験例４（円筒体フェルト） (1) ニードルパンチング条件 針：３６番手，刺数３個／３列（計９個） 針打本数：２０本／cm² 注＊１：経糸３６本／センチ，緯糸２８本／センチ

【００４６】前記条件において、回転するラチスによっ
て運ばれてきたラチス上のバット層とその上に綿織布が
重ねられたものを円筒状ニードルベット上に渦巻状に移
行させつつ針深１８mmでニードルパンチングを行った。
このときのニードルパンチングは連続的に円筒状ニード
ルベッド上を丁度２回転するまでとした。得られた円筒
状フェルトは内側から外に向かってバット層，綿織布，
バット層，綿織布という構成になった。

【００４７】結果：厚さ３．８５mm，密度０．１５２ｇ
／cm³の円筒状フェルトが得られ、焼成後、厚さ３．４
８mm，密度０．１１４ｇ／cm³ の炭素繊維製高密度フェ
ルトを得た。このものは特に円筒状であり形状が安定で
取扱い容易であった。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る炭素繊維製高密度フェルト
は０．１ｇ／cm³ 以上の平均嵩密度を有するので、充分
な断熱性，機械的強度，及び耐久性（形崩れしない）を
有している。

【００４９】また、本発明に係る炭素繊維製高密度フェ
ルトの製造方法は、伸度の著しく小さい炭素繊維を用い
て平均嵩密度が０．１ｇ／cm³ 以上の高密度のフェルト
を短い作業時間（ニードルパンチングの回数最小）で効
率よく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素繊維製高密度フェルトの製造方法
を説明する概略図である。

【図２】本発明の炭素繊維製高密度フェルトの断面図で
ある。

【符号の説明】

１ バット層 ２ 織布等 ３ 炭素繊維製高密度フェルト １０ ニードルマシン １１ 針 １２ ストリッパ １３ ベッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐炎化，不融化又は炭化処理した繊維か
   らなるバット層と、前記バット層の少なくとも片面に載
   置されこの載置面側方向からのニードルパンチングでバ
   ット層に一体化された、焼成により炭化又は黒鉛化する
   高分子系繊維からなる織布，編布又は不織布とからな
   り、焼成により炭化あるいは黒鉛化されていることを特
   徴とする炭素繊維製高密度フェルト。
2. 【請求項２】 耐炎化，不融化又は炭化処理した繊維か
   らなるバット層の少なくとも片面に、焼成により炭化又
   は黒鉛化する高分子系繊維の織布，編布又は不織布を載
   置すると共に、これらを載置面側からのニードルパンチ
   ングで一体化し、これを焼成することを特徴とする炭素
   繊維製高密度フェルトの製造方法。