JPH09260035A

JPH09260035A - 炭素繊維混抄シート発熱体を備えた床マット及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09260035A
Application number: JP9357796A
Authority: JP
Inventors: Masami Harada; 優身原田
Original assignee: Harada Sangyo Co Ltd
Current assignee: Harada Sangyo Co Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】面状発熱体の全面にわたって自動的に均一な
温度分布が得られるとともに、機械的特性や電気的特性
において優れ、埋設することにより路面の融雪、床暖房
等に用いて融雪、暖房効果が十分得られ、発熱性能も優
れている炭素繊維混抄シート発熱体を備えた床マット及
びその製造方法を提供する【構成】端部に電極３を有する炭素繊維混抄紙２の両
面に防水シート５を積層し、防水シート５の両面に加硫
ゴム粉砕物からなる透水性シート６を備えた炭素繊維混
抄発熱シート発熱体を備えた床マット、及び炭素繊維混
抄紙２の両面に防水シート５を積層し、防水シート５の
両面に加硫ゴム粉砕物からなる透水性シート６を積層し
た炭素繊維混抄シート発熱体を備えた床マットの製造方
法を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維を植物パ
ルプ、特に笹パルプとともに混抄することにより製造さ
れた炭素繊維混抄発熱シートを介在した床マット及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、面状発熱体は、通電により発熱
する組成物を用いたシートからなり、暖房、融雪、凍結
防止、乾燥等のために床材、壁材、道路等に用いられて
いる。その一例として、グラファイト、カーボンブラッ
ク、金属粉等と合成樹脂バインダーとの組成物を用いた
ものがある。

【０００３】更に、ニクロム線を用いて融雪用の埋設面
状発熱体を構成し、電気エネルギーにより加熱する方法
も公知である。その他、融雪を目的としたものには、埋
設パイプに通水して灯油、都市ガスを燃焼させて得た温
水を循環させるものもある。

【０００４】しかしながら、グラファイト、カーボンブ
ラック、金属粉等と合成樹脂バインダーからなる面状発
熱体は、シート厚が５ｍｍ以上になり、重量がかかり道
路等の広い面積を加熱するためにはコストが過大であ
り、発熱効率が低く均一な温度分布が得られない。ま
た、ニクロム線を用いて融雪用の埋設面状発熱体を構成
し、電気エネルギーにより加熱するものは、道路におい
ては路上の車の通行による振動やアスファルトの膨張、
収縮によりニクロム線が変形し損傷、亀裂を生じるおそ
れがある。更に、ニクロム線をできる限り細かい区分で
区切って各区分ごとにサーモスタット等の温度調節部材
を設けなければならない。埋設パイプに通水して灯油、
都市ガスを燃焼させて得た温水を循環させるものも、路
上の車の通行による振動や通水パイプの加熱による膨
張、冷却による収縮からアスファルト層と埋設パイプと
の間にずれを生じ、路面が変形したり亀裂を生じるとい
う欠点がある。

【０００５】その対策として、本出願人により、炭素繊
維混抄紙を用いる面状発熱体が提案されている。即ち、
この面状発熱体は、コウゾ、マニラ麻、ミツマタ等から
なる和紙用靭皮繊維と、炭素繊維とを混合し抄紙して形
成されている。炭素繊維としては、フイラメント径６．
８μ、比抵抗２０μΩ程度のＰＡＮ系炭素繊維を約５〜
１５％程度混合したものが用いられる。このような靭皮
繊維を混合して抄出する際には、例えば、トロロアオイ
の根から抽出した粘液を混合する。トロロアオイの根の
粘液は、和紙の「ねり」として使用されているものであ
る。

【０００６】このようにして形成された面状発熱体に対
して、矩形の炭素繊維面状発熱体の相対抗する長辺側の
側縁に沿って電極を設け、電極に設けた端子から各々リ
ード線を導出している。このようにして形成される面状
発熱体は、例えば両電極間に１００Ｖの交流電圧を印加
したとき、その面状発熱体に直接触れても人体に重大な
危険を及ぼすことはないが、実際上の電気製品とするに
は、防水、防湿のため、また安全性の見地から、あるい
は発熱体の損傷防止の点から、発熱体の部分及び電極を
含め、たとえは合成樹脂製シートでラミネートするか、
あるいは適宜の合成樹脂の薄板をその表面及び裏面に貼
り、更には、それらの表面にアルミシートを積層するこ
とが行われている。

【０００７】この面状発熱体は、混抄されている炭素繊
維に通電することによりその抵抗により発熱するもので
あるが、その炭素繊維は細かく裁断され、トロロアオイ
の根等から抽出した粘液によって相互に直接、あるいは
微妙な間隙をもって電気的に接続されているので、この
部分で温度上昇に応じた高抵抗作用を生じ、発熱の暴走
の発生を防止することができ、面状発熱体の全面にわた
って自動的に均一な温度分布とすることができるもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、本出願
人により提案されている面状発熱体は、面状発熱体の全
面にわたって自動的に均一な温度分布とすることができ
るものの、発熱体の保護のために設けている合成樹脂製
シートや合成樹脂製の薄板だけでは、埋設用面状発熱体
としては強度等の機械的特性や電気的特性において十分
でなく、面状発熱体としての寿命が短い等の問題点があ
った。また、表面が平滑なシートにより被覆された面状
発熱体を融雪用に用いるときには、融雪効果が十分でな
かった。

【０００９】したがって、本発明は、面状発熱体の全面
にわたって自動的に均一な温度分布が得られるととも
に、機械的特性や電気的特性において優れ、埋設するこ
とにより路面の融雪、床暖房等に用いて融雪、暖房効果
が十分得られ、発熱性能も優れている炭素繊維混抄シー
ト発熱体を備えた床マット及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、端部に電極を有する炭素繊維混抄紙の両面
に防水シートを積層し、該防水シートの両面に加硫ゴム
粉砕物からなる透水性シートを備えた炭素繊維混抄発熱
シート発熱体を備えた床マット、及び該炭素繊維混抄紙
の両面に防水シートを積層し、該防水シートの両面に加
硫ゴム粉砕物からなる透水性シートを積層した炭素繊維
混抄シート発熱体を備えた床マットの製造方法を構成し
たものである。

【００１１】本発明は、上記のように構成したので、炭
素繊維混抄紙は面全体にわたって自動的に均一な温度分
布を形成され、機械的特性や電気的特性において優れ、
埋設することにより路面の融雪、床暖房等に用いて融
雪、暖房効果が十分得られ、発熱性能も優れ、しかも安
価なものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。本発明による炭素繊維混抄紙を有する発熱体
は、炭素繊維を混抄するパルプとしては、植物パルプと
して、靱皮繊維を用いることができるが、笹パルプ、特
に、ササ属のチシマザサからのパルプがより適切なこと
が判明した。勿論、同類のいね科に属するオカメザサ属
（オカメザサ）、マダケ属（モウソウチク等）、シホウ
チク属（シホウチク）、ナリヒラダケ属（ナリヒラダケ
等）、トウチク属（トウチク）、カンチク属（カンチ
ク）、ホウライチク属（ホウライチク）、メダケ属（カ
ンザンチク等）、アズマザサ属（アズマザサ等）、ササ
属のミヤコザサ、クマザサ等、スズダケ属（スズダ
ケ）、ヤダケ属（ヤダケ等）、インヨウチク属（インヨ
ウチク）等の笹から得られるパルプも包含される。

【００１３】その笹パルプの製造に際しては、図１に示
すように、７月中旬から８月上旬に太さ６ｍｍ程度のそ
の年の幼幹を採取し、カッターにより約５ｃｍに裁断
し、乾燥機により乾燥して黒変を防いだ状態で保存す
る。これを取り出しカセイソーダ２０％を加えた水で１
〜２時間煮沸する。これを水洗し廃液を洗い流して洗浄
し、次いでこれを手で揉むか、またはビーターを用いて
解繊する。これをフラットスクリーンにより粗大パルプ
を除去し、繊維長３ｍｍ程度の精選パルプとする。な
お、必要に応じてこの精選パルプを亜塩素酸ソーダ２０
％を加えて加熱漂白し精選パルプを純白とする本晒を行
うか、あるいは市販の漂白剤を用い常温で漂白し精選パ
ルプを淡黄色となる程度の中晒を行う。その後、精選パ
ルプを脱水機で含有水分８０％程度になるまで脱水す
る。このパルプを保存するにはこの状態のものを摂氏０
度のもとで１年程度保存することが可能である。また、
これをさらに、水分が２０％程度になるまで乾燥させ、
所望の工場等に発送してもよい。

【００１４】一方炭素繊維等の繊維の相互固定を行うた
めのサイズ剤としては、カルボキシルメチルセルロー
ス、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸ソーダ、ポリ
ビニール系親水性サイズ剤等を用いる。また、ノリウツ
ギ（サビタ）を使用することもできる。そのサイズ剤の
製造に際しては、上記ノリウツギの幹と枝を採取し、皮
をはいで外皮を除き、内皮を裁断する。この裁断内皮を
布袋に入れ一夜水に浸漬し、これを袋に入れ、揉み、粘
液を絞り出して粘液採取を行う。このノリ液は、上記の
原料を炭素繊維とともに混合するに際し、上記パルプ液
２リットルに対して１０ｃｃ程度の混合比で混合させ
る。

【００１５】精選パルプを抄紙するに際しては、図２に
示すように、上記のように精選パルプを所定濃度に調製
しリファイナで叩解する。次いでこのパルプに６ｍｍ程
度に切断した繊維長さを有する炭素繊維を７重量％程度
配合しチェストで撹拌する。抄紙する原料は、全体とし
て炭素繊維は６ｍｍカットのものを８．１ｋｇ、濃度は
５ｋｇ／ｍ³、笹パルプは１２１ｋｇ程度である。その
後、炭素繊維及びパルプ、更に上記ノリ液その他白水、
分散剤を混合してなる炭素繊維混合笹パルプは、５０メ
ッシュの抄紙ワイヤを有する抄紙機において抄紙した。
その後公知のプレス工程、乾燥工程を経て紙厚６０μｍ
程度、坪量３０ｇ程度の炭素繊維が混抄された和紙風の
笹紙が抄きあがる。このようにして得られた炭素繊維混
抄紙は、その側部に電極が形成される。この電極として
は、ニッケルメッキ銅の箔を極板とし、これを炭素繊維
混抄紙の両面に張り、ニードルパンチにより内部の炭素
繊維とこの極板とを電気的に一体化する。この電極にニ
ッケルメッキ銅からなる端子をリベットあるいはカシメ
により固定し、ここからリード線を導出する。上記のよ
うに形成される電極部分の厚さは３５μｍ程度である。

【００１６】本発明による炭素繊維混抄紙を用いた発熱
体は、上記炭素繊維混抄紙を後に詳述するように、端部
に端子を有する炭素繊維混抄紙の両面に、例えばポリエ
ステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポプロピレン樹脂、エ
チレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共
重合体等のオレフィン系樹脂、好適にはポリエステル樹
脂からなるシートを被覆し、その両面に防水シートを積
層、接着したものにより構成される。

【００１７】防水シートは、不織布又は寒冷紗にアスフ
ァルトを含浸し硬化させたもの、アスファルトを含浸し
た不織布に合成ゴム又は天然ゴムに軟化剤を配合したゴ
ム系粘着剤を被覆したもの等が用いられる。特に、アス
ファルトに対して接着性の良好な材料として、融点が２
００℃以下のもの、例えば、石油樹脂、ゴム、ワック
ス、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニル
アルコール、ポリ酢酸ビニル、エチレンー酢酸ビニル共
重合体、ポリウレタンの中から選択したもの、及びこれ
らの中で２以上選択し混合されたものが好適である。

【００１８】不織布は、繊度０．１〜２０デニールの熱
可塑性合成繊維からなるものであり、スパンボンドタイ
プのものが好適である。熱可塑性合成繊維としては、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、共重合ポリエステ
ル等のポリエステル繊維、複合繊維、混合繊維が挙げら
れる。特に、ポリエステル長繊維からなる不織布が好適
である。厚さは通常０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

【００１９】アスファルトは、通常のタールピッチから
製造されるものを用いる。粘着剤は、ブチルゴム、天然
ゴムにシリコン樹脂ワニス、メラミン樹脂ワニス、エポ
キシ樹脂ワニス等を混合したものを用いる。また、アス
ファルトにブチルゴム、天然ゴムを配合したものであっ
てもよい。

【００２０】床マットの表面層として、加硫ゴム粉砕物
からなる透水性シートを用いる。加硫ゴムは、天然ゴ
ム、合成ゴム等の素材に加硫配合剤を配合加硫したもの
を５〜２０ｍｍに機械的に粉砕したものである。天然ゴ
ム、合成ゴムには、廃棄タイヤ、廃棄履物等を用いても
よい。更に、加硫ゴム粉砕物にポリウレタン発泡体、ポ
リスチレン発泡体等の高分子発泡体を混合してもよい。

【００２１】加硫ゴム粉砕物を透水性シートに成形する
ために、加硫ゴム粉砕物をウレタン系、エポキシ系接着
剤、その他の公知の接着剤が用いられる。図３に示すよ
うに、路面に炭素繊維混抄紙発熱体を備えた床マットを
設置するには、路盤１上にポリエステル樹脂からなるシ
ートを被覆した炭素繊維混抄紙２に電極３を設置し、温
度コントローラ４を介してコードを電源に接続し、ポリ
エステルシートの両面に防水シート５を積層、接着した
ものの上から、加硫ゴム粉砕物からなる透水性シート６
を接着積層する。

【００２２】路盤１は、地面、砕石層、コンクリート打
設面、またはアスファルト層等からなる。防水シート５
は、好適には、アスファルトを含浸したポリエステル長
繊維不織布からなり、更にアスファルトにブチルゴムを
配合した粘着層を積層してもよい。炭素繊維混抄紙２
は、例えば両面にポリエステル樹脂からなるシート３を
被覆したものからなり、両端に電極３を設置する。電極
としては、ニッケルメッキ銅の箔を極板とし、これを炭
素繊維混抄紙の両面に銀ペーストを塗布してから張り、
ニードルパンチにより炭素繊維とこの極板とを一体化す
る。この電極にニッケルメッキ銅からなる端子をリベッ
トあるいはカシメにより固定し、ここからリード線を導
出する。ポリエステル樹脂からなるシートの両面に加硫
ゴム粉砕物からなる透水性シートの表面層６を適宜形成
する。

【００２３】炭素繊維混抄シートを有する発熱体は、上
記のようにして実際に製作した結果、その抵抗値は、縦
方向３７Ω／ｃｍ²、横方向７０Ωｃｍ²であり、抵抗
縦横比は５２％となった。またその紙厚は６０μｍであ
り４０μｍまで可能であった。上記のようにして製作さ
れる炭素繊維混抄シートを有する発熱体は、道路の融雪
手段に用いられるほか、一般のパネルヒータとして、例
えば床面や壁に埋め込むことにより、室内全体を暖房す
る輻射暖房手段、あるいは結露防止手段として用いるこ
とも可能である。

【００２４】

【実施例】次に本発明を実施例により詳述する。実施例１直径５μｍ、６ｍｍに切断した繊維長を有する炭素繊維
を７．１ｋｇ、笹パルプ１２１ｋｇ、ノリウツギ１ｋｇ
を濃度５ｋｇ／ｍ²の割合で原料を調製し、ビータで１
時間叩解し、５０メッシュの抄紙ワイヤを有する抄紙機
で１２ｍ／分の抄紙速度で抄紙した。その後、プレス、
乾燥工程を経て０．８ｍ×５０００ｍに巻取機で巻き取
った。その結果、炭素繊維配合率５％、笹パルプ９５
％、坪量２７ｇ、紙厚６０μｍの炭素繊維混抄シートを
得た。

【００２５】上記炭素繊維混抄紙に電極を設置し、両面
にポリエステルシートを被覆し、電気コードを接続して
炭素繊維混抄シートからなる発熱体を製作した。一方、
アスファルトを含浸したポリエステル長繊維不織布にア
スファルトにブチルゴムを配合した粘着剤を塗布し、厚
さ３．２ｍｍ、幅１０００ｍｍ、長さ１０ｍの寸法にカ
ットし離型紙を貼り合わせて炭素繊維混抄シート発熱体
を備えた防水シートを作成した。

【００２６】上記のような防水シートを２０ｍｍ×２０
０ｍｍの試験片に切断し、ＪＩＳ−Ａ６０２２に準拠し
て引張強さ（ｋｇ／ｃｍ）、伸び率（％）を測定した。
また、Ｂ型ダンジュラム法により試験片を作成し、ＪＩ
Ｓ−Ａ６０２２に準拠して引裂速度２００ｍｍ／ｍｉｎ
により引裂強さ（ｋｇ）を測定した。その結果を表１に
示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】一方、廃棄タイヤを粉砕し、平均径約５ｍ
ｍ角にしたもの１００重量部に対して５重量部のウレタ
ン系接着剤を混合し、これを上記のような防水シートの
両面にを厚さ２０ｍｍにコーテングした。路面から荷重
（１０ｋｇ／ｃｍ²)をかけても圧縮歪が５％以下であ
り、また炭素繊維混抄シートからなる発熱体に損傷がな
かった。また、外形寸法１０００ｍｍ×２０００ｍｍの
床マットに定格電圧１００Ｖ、定格電流１０Ａ、定格電
力１ＫＷを通電したところ、電力密度と上昇温度との関
係は図５に示すような特性（Ａ）を示し、また、１０℃
上昇時間と電力密度との関係は図５に示すような特性
（Ａ）を示し、上昇温度は５０℃に達し、立上り時間が
短縮された。

【００２９】実施例２直径５μｍ、６ｍｍに切断した繊維長を有する炭素繊維
を８．１ｋｇ、笹パルプ１２１ｋｇ、ポリビニール系親
水性合成サイズ剤１ｋｇを濃度６ｋｇ／ｍ²の割合で原
料を調製し、その他の条件は実施例１と同様であった。
その結果、炭素繊維配合率７％、坪量２７ｇ、紙厚６０
μｍの炭素繊維混抄紙を得た。次いでその両面に２０μ
ｍ厚さのポリエステルシートを積層した炭素繊維混抄シ
ートを有する発熱体を製作した。

【００３０】上記のような防水シートを２０ｍｍ×２０
０ｍｍの試験片に切断し、実施例１と同様に引張強さ
（ｋｇ／ｃｍ）、伸び率（％）及び引裂強さ（ｋｇ）を
測定した。その結果を表１に示す。

【００３１】廃棄タイヤを粉砕し、平均径約５ｍｍ角に
したものと平均径約５ｍｍ角のクロロプレンゴムのスポ
ンジ粉砕物とを１：１に混合した１００重量部に対して
１０重量部のウレタン系接着剤を混合し、これを上記の
ような防水シートの両面にを厚さ１０ｍｍにコーテング
した。上記のような床マットを、厚さ５０ｍｍのアスフ
ァルトブロック上に載置した。路面上の積雪を炭素繊維
混抄シートに通電することにより、表面素材に使用した
ゴムシートの放熱面積が大きいことによる蓄熱効果のた
め、路面上の積雪の融雪能力が大幅に向上するのを確認
した。路面から荷重（１０ｋｇ／ｃｍ²)をかけても路
面の圧縮歪は５％以下であり、また炭素繊維混抄シート
からなる発熱体に損傷がなかった。また、外形寸法１０
００ｍｍ×２０００ｍｍの床マットに定格電圧１００
Ｖ、定格電流１０Ａ、定格電力１ＫＷを通電したとこ
ろ、電力密度と上昇温度との関係は図４に示すような特
性（Ｂ）を示し、また、１０℃上昇時間と電力密度との
関係は図５に示すような特性（Ｂ）を示し、上昇温度は
５０℃に達し、立上り時間が短縮された。

【００３２】比較例アスファルトを含浸したポリエステル長繊維不織布にア
スファルトにブチルゴムを配合した粘着剤を塗布した、
厚さ３．２ｍｍの防水シートにニクロム線を埋設したも
のをアスファルトコンクリート中に埋設した。路面から
荷重（７ｋｇ／ｃｍ²)をかけると路面に変形や亀裂が
発生した。またニクロム線からなる発熱体に損傷を生
じ、断線した。また、防水シートに１００Ｖ、１０Ｗ、
３０Ｗの電力を通電したところ、図４に示すような特性
を示し、５分後にその表面がそれぞれ４０℃、１０５℃
にしか達しなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上記のようにしてなるので、
炭素繊維混抄紙発熱体の使用により面状発熱体の全面に
わたって自動的に均一な温度分布が得られるとともに、
機械的特性や電気的特性において優れ、埋設することに
より路面の融雪、床暖房等に用いて融雪、暖房効果が十
分得られ、発熱性能も優れており、かつ安価な床マット
を得ることができる。特に、表面素材に使用したゴムシ
ートの蓄熱効果により、炭素繊維混抄紙発熱体の放熱面
積を増加させ融雪能力を大幅に向上させることができ、
路面になじみやすく透水性に優れ、水が溜りにくく、歩
行時に滑らず安心である。更に、床マットは設置が簡単
であり、容易に移動、設置することができ、取外して保
管することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例の笹パルプ原料パルプ化
工程を示す工程図である。製造行程の一部を示す工程
図。

【図２】本発明の１つの実施例の抄紙工程を示す工程図
である。

【図３】本発明の炭素繊維混抄シートを有する発熱体を
備えた床マットの一部破断斜視図である。

【図４】床マットの電力密度と上昇温度との関係を示す
特性図である。

【図５】床マットの１０℃上昇時間と電力密度との関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

１路盤２炭素繊維混抄紙３電極４温度コントローラ５防水シート６透水性シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端部に電極を有する炭素繊維混抄紙の両
面に防水シートを積層し、該防水シートの両面に加硫ゴ
ム粉砕物からなる透水性シートを積層したことを特徴と
する炭素繊維混抄発熱シート発熱体を備えた床マット。
【請求項２】炭素繊維を混抄する繊維を笹パルプとし
てなる請求項１記載の炭素繊維混抄発熱シート発熱体を
備えた床マット。
【請求項３】防水シートは、アスファルトを含浸した
不織布からなる請求項１記載の炭素繊維混抄発熱シート
発熱体を備えた床マット。
【請求項４】加硫ゴム粉砕物からなる透水性シートは
発泡体粉砕物を含む請求項１記載の炭素繊維混抄発熱シ
ート発熱体を備えた床マット。
【請求項５】防水シートの上に電極を有する炭素繊維
混抄紙を敷設し、該炭素繊維混抄紙の表面に防水シート
を積層し、該防水シートの両面に加硫ゴム粉砕物からな
る透水性シートを積層したことを特徴とする炭素繊維混
抄シート発熱体を備えた床マットの製造方法。
【請求項６】炭素繊維を混抄する繊維を笹パルプとし
てなる請求項５記載の炭素繊維混抄発熱シート発熱体を
備えた床マットの製造方法。
【請求項７】防水シートは、アスファルトを含浸した
不織布からなる請求項５記載の炭素繊維混抄発熱シート
発熱体を備えた床マットの製造方法。
【請求項８】加硫ゴム粉砕物からなる透水性シートは
発泡体粉砕物を含む請求項１記載の炭素繊維混抄発熱シ
ート発熱体を備えた床マットの製造方法。