JPH09275293A

JPH09275293A - 炭素繊維束からなる組立体

Info

Publication number: JPH09275293A
Application number: JP7981496A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Yuki; 育雄幸; Hisashi Aoyanagi; 久志青柳; Moriyasu Nakamura; 守康中村; Koichi Wakamatsu; 浩一若松
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素繊維束を電波吸収部材として用いるに際
し、炭素繊維束を容易に相互に所定の間隔で平行に配置
することのできる組立体を提供する。【解決手段】体積固有抵抗１０^-4Ω・ｃｍ〜１０⁴Ω
・ｃｍの炭素長繊維を多数本結着剤で結合して一体化し
てなる炭素繊維束を、可撓性の支持体に相互に間隔を置
いて且つ平行となるように固定してなる炭素繊維束組立
体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭素長繊維を多数本
集めて、結着剤で結合してなる炭素繊維束で構成した組
立体に関するものである。本発明に係る組立体は、高層
建築物の外壁面を構成する鉄筋コンクリートパネルに、
電波吸収性を付与するのに有利に用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】高層建築物の増加に伴い、テレビジョン
の電波障害が頻発するようになっている。これはテレビ
ジョンの電波が高層建築物で反射されることに起因して
おり、対策として高層建築物の壁面にフェライトタイル
などの電波吸収性のものを貼付することが行なわれてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高層建
築物の壁面にフェライトタイルを貼付ける方法は、いく
つかの問題点をかかえており、満足すべき方法とは言い
難い。問題点の一つは、フェライトタイルは比重が大き
いので、その重量を支持するために建築物の骨格を強化
しなければならないことである。また、壁面の意匠的構
成が制約されるという問題もある。高層建築物の壁面に
電波吸収性を付与する他の方法として、体積固有電気抵
抗率が１０^-4Ω・ｃｍ〜１０⁴Ω・ｃｍの炭素長繊維を
多数本集めて結着剤で結着してなる炭素繊維束を用いる
方法が提案されている（特願平８−６２６１７号参
照）。すなわち、高層建築物の壁面を構成するコンクリ
ートパネルの型枠の底面に、先ずタイルその他の表面材
を敷設し、その上に上記の炭素繊維束を間隔を置いて平
行に載置し、さらにその上方に鉄筋を炭素繊維束と平行
に且つ相互に間隔を置いて配置したのち、鉄筋が完全に
埋没するように生コンクリートないしはセメントモルタ
ルを打設して養生することにより、電波吸収性の優れた
コンクリートパネルが製作できる。このパネルにおい
て、間隔を置いて平行に配置された炭素繊維束から成る
層は電波吸収層として機能し、炭素繊維束の層から一定
の距離を隔てて且つ炭素繊維束に平行に配置された鉄筋
から成る層は電波反射層として機能し、両層の間のコン
クリートは誘電体層として機能する。このコンクリート
パネルのような電波吸収体においては、炭素繊維束を構
成する炭素長繊維の体積固有電気抵抗率や炭素繊維束の
太さ等により、炭素繊維束相互間の間隔に最適値がある
ことが知られており、この最適値に近い間隔で炭素繊維
束を配置することが、電波吸収能に優れたコンクリート
パネルを製作するうえで重要である。しかしコンクリー
トパネルの製作に際し、炭素繊維束を一本づつ所定の間
隔で型枠内に配置するのは煩雑であり、コンクリートパ
ネル製作の生産性を上げる点からも好ましくない。従っ
て、本発明は炭素繊維束を容易に所定の間隔で型枠内に
配置することのできる炭素繊維束組立体を提供せんとす
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る炭素繊維束
組立体は、体積固有電気抵抗率が１０^-4Ω・ｃｍ〜１０
⁴Ω・ｃｍの多数本の炭素長繊維を結着剤で結合してな
る炭素繊維束を、可撓性の支持体に相互に間隔を置いて
且つ平行になるように固定したものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明について更に詳細に説明す
ると、本発明に係る炭素繊維束組立体を構成する炭素繊
維束は、炭素長繊維を多数本集め長さ方向に揃えて結着
剤で結合したものである。炭素長繊維は、周知のよう
に、直径数μｍ〜数十μｍの単繊維が多数本集束した状
態で製造されているが、本発明では、通常はこのような
集束状態にある炭素繊維を更に多数本長さ方向に揃えて
結着剤で結合したものを炭素繊維束として用いる。所望
ならば、集束状態にある炭素繊維を、そのまま炭素繊維
束として用いることもできる。すなわち、炭素繊維束
は、炭素繊維がばらけずに一体性を保つだけの弱い結合
状態から、いわゆる炭素繊維ロッドと称されるような強
固な結合状態まで、任意の結合状態のものを用いること
ができる。炭素繊維の結合に用いる結着剤としては、ア
スファルトなどでもよいが、通常はエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。炭素繊維
束の太さは、通常はこれを構成する炭素繊維の全断面積
として０．２〜８０ｍｍ²、好ましくは０．８〜２０ｍ
ｍ²である。また、炭素繊維束の形状は任意であるが、
取扱い性などの点からして丸棒などの棒状が好ましい。
しかし所望ならば紐状、板状などとすることもできる。

【０００６】炭素繊維束を相互に間隔を置いて且つ平行
になるように支持する可撓性の支持体としては、通常は
シート状のもの又は紐状のものが用いられる。シート状
のものとしては合成樹脂シートや合成繊維、ガラス繊維
などの非導電性繊維製の不織布などが用いられる。すな
わち、これらの長尺のシート状支持体の上に炭素繊維束
を所定の間隔で相互に平行になるように配置し、紐でシ
ート状支持体に縛り付けたり、又は接着剤でシート状支
持体に接着することにより、本発明に係る炭素繊維束組
立体が製作される。用いる炭素繊維束の長さは任意であ
るが、吸収しようとする電波の波長と同程度ないしはそ
れ以上が好ましく、通常は作業性などの点からして５０
０ｍｍ以上である。また、紐状の支持体を用いる場合に
は、この支持体を数本平行に配置し、これに直交するよ
うに炭素繊維束を間隔をおいて平行に配置して紐で炭素
繊維束を支持体に縛り付けたり、炭素繊維束を支持体で
編んだりして、簾状に形成すればよい。いずれにして
も、本発明に係る炭素繊維束組立体は、相互に間隔をお
いて平行に配置された炭素繊維束が可撓性支持体で結合
されているので、ロール状に巻くことができ、運搬、保
管などの取扱い性に優れている。

【０００７】炭素繊維束を可撓性支持体に固定するに際
しての炭素繊維束の配置間隔は、前述の如く炭素繊維束
を構成する炭素長繊維の体積固有電気抵抗率や炭素繊維
束の炭素繊維の全断面積、更には吸収しようとする電波
の波長等により最適値が異なるが、通常は５〜１０００
ｍｍ、好ましくは１０〜５００ｍｍである。例えば３Ω
・ｃｍ程度の体積固有電気抵抗率を有する炭素長繊維を
エポキシ樹脂で結合して形成した直径３ｍｍの丸棒状の
炭素繊維束を用いてＵＨＦ波を吸収する場合には、７０
〜１２０ｍｍ程度の間隔をおいて配置すればよい。

【０００８】炭素繊維束を構成する炭素長繊維は、体積
固有電気抵抗率が１０^-4Ω・ｃｍ〜１０⁴Ω・ｃｍのも
のでなければならない。体積固有電気抵抗率がこれより
も小さい炭素長繊維で構成した炭素繊維束からなる組立
体は、良好な電波吸収性を示さない。また、体積固有電
気抵抗率が上記範囲よりも大きい炭素長繊維は、極めて
不安定で脆弱である。炭素長繊維の好ましい体積固有電
気抵抗率は１０^-2Ω・ｃｍ〜１０²Ω・ｃｍ、特に１０
^-1Ω・ｃｍ〜１０²Ω・ｃｍである。このような体積固
有電気抵抗率を有する炭素繊維は、光学異方性８０％以
上、炭素含有率９３％以上、灰分３００ｐｐｍ以下のピ
ッチを紡糸し、不融化したのちに７００〜１０００℃で
焼成することにより製造できる。

【０００９】原料ピッチとしては、例えば、石炭系のコ
ールタール、コールタールピッチ、石炭液化物、石油系
の重質油、ピッチ、石油樹脂やその熱重縮合反応生成
物、ナフタレンやアントラセンの触媒反応による重合反
応生成物等の炭素質原料が挙げられる。また、これらの
炭素質原料に、例えば加熱処理した後、溶剤で可溶分を
抽出したり、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添
処理するなどの予備処理を行なって用いてもよい。

【００１０】なお、原料ピッチ中には、不溶性物質とし
て、灰分（Ａｓｈ成分）が含まれているが、これは、原
料ピッチを加熱処理して炭素繊維の前駆体となる光学的
に異方性の液晶ピッチにする際に、不均一性の原因とな
り、乱れた組織の前駆体を与える。また紡糸後、不融
化、焼成して得られた繊維中に物理的な欠陥を生じ、強
度、弾性率に悪影響を及ぼす。

【００１１】従って紡糸に供する段階で、灰分量が通常
３０ｐｐｍ以下好ましくは２０ｐｐｍ以下に精製されて
いるピッチを用いると、引張強度の大きい炭素繊維を得
ることができ、炭素繊維束を補強材を兼ねて用いる場合
に有用である。灰分を除去するタイミングは紡糸前であ
れば何時でもよく、例えば原料ピッチの段階、または紡
糸ピッチの段階で除去すればよい。灰分の除去は周知の
方法を用いればよい。例えば、沈降法、遠心分離法、濾
過法、吸着法、酸、アルカリ、溶媒による洗浄法などが
あるが、それぞれを単独で行ってもよく、ピッチの形態
によりそれぞれに適した除去法を組み合わせて、また繰
り返し行ってもよい。また、除去の効率を上げるために
多孔性無機物（濾過助剤等）等を加えるのも有効であ
る。工業的には、沈降法、遠心分離法、濾過法を用いる
ことが、連続的、また大量に処理できることから好まし
い。

【００１２】上記のように精製したピッチは、常法にし
たがって光学的に異方性を呈する液晶ピッチに転換され
る。紡糸に供するピッチの光学的異方性割合は８０％以
上、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以
上であることが必要である。光学的異方性割合が８０％
を下回ると、炭素繊維の強度が著しく低下し、引張強度
を高めるべく焼成温度を上げると必然的に電気抵抗が低
下してしまい、所望の高電気抵抗の炭素繊維を得ること
はできない。

【００１３】なお、ピッチの光学的異方性割合は、常温
下、偏光顕微鏡下でピッチ試料中の光学的異方性を示す
部分を面積割合として求めた値である。具体的には、例
えばピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕した物を常法にしたが
って、約２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全面に試料片を
埋め込み、表面を研磨した後、表面全体をくまなく偏光
顕微鏡（倍率１００倍）下で観察し、試料の全表面積に
占める光学的異方性部分の面積割合を測定することによ
って求める。

【００１４】光学的異方性の液晶ピッチを製造する方法
も周知の方法によることができる。例えば、精製された
ピッチを、３５０〜５００℃、好ましくは３８０〜４５
０℃で、２分から５０時間、好ましくは５分〜５時間の
間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガス雰囲気下、
あるいは吹き込み下、または減圧下に加熱処理する方法
がある。他の例を挙げると、ナフタレン等の縮合多環炭
化水素類をＨＦ／ＢＦ３等の触媒の存在下で重合させる
方法、または原料ピッチを特定の溶解度パラメーターを
有する溶媒を用いて溶剤分割を行い、所望のピッチを得
る方法がある。

【００１５】紡糸ピッチの炭素含有率は９３％以上であ
り、特に９５％以上であることが好ましい。炭素含有率
が９３％に満たないと前述の灰分同様、異元素である窒
素、硫黄、酸素等が強度低下の要因となり、炭素繊維の
引張強度を低下させる。溶融防糸は常法により行なうこ
とができる。得られたピッチ繊維は単繊維としての破断
強度が低いため、ガイド、ローラー等での毛羽の発生を
防止するために、１０００本〜２００００本のピッチ繊
維を集束剤で集束してピッチ繊維トウとする。集束剤と
しては、ピッチ繊維の一部を溶解したり、不融化処理の
際に繊維同士を接着、または融着させることの少ないも
のが必要であり、例えばシリコーン油の水エマルジョン
が好ましい。また、融着の回避をより効果的に行うため
に、集束剤中にカーボンブラック、ＳｉＣ等の無機微粒
子を添加しても構わない。

【００１６】ピッチ繊維トウは、酸化性ガス雰囲気中
で、１６０〜４００℃に加熱して不融化する。得られた
不融化繊維トウは、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲
気下で焼成処理して炭素繊維とする。本発明で用いる高
抵抗の炭素繊維を得るためには、焼成は７００〜１００
０℃、好ましくは７３０〜９００℃、さらに好ましく
は、７５０〜８５０℃で行われる。焼成温度が、７００
℃より低いと、強度や電波の吸収特性が十分でなく、ま
た、焼成温度が１０００℃を超えると、電気抵抗が低い
炭素繊維しか得られない。

【００１７】この様にして得られた炭素繊維は、高電気
抵抗であり、更には高強度という性質も合わせて付与す
ることができる。その体積固有電気抵抗率を１０^-4Ω・
ｃｍ以上とすることは極めて容易であり、１０^-2Ω・ｃ
ｍ以上とすることも困難ではない。また引張強度９０ｋ
ｇ／ｍｍ²以上、引張弾性率３ｔｏｎ／ｍｍ²以上の機
械的強度を付与することも容易であり、所望ならば１０
０ｋｇ／ｍｍ²以上、更には１１０ｋｇ／ｍｍ²以上の
引張強度や、４ｔｏｎ／ｍｍ²以上、更には５ｔｏｎ／
ｍｍ²以上の引張弾性率を付与することもできる。な
お、ここでいう引張強度、引張弾性率は、ＪＩＳＲ７
６０１により単繊維試料を用いて測定した値であり、体
積固有抵抗は、ＪＩＳＲ７６０１によりヤーン試料に
より測定した値である。

【００１８】本発明に係る炭素繊維束組立体は、このも
の単独でも、炭素繊維束が到来する電波の電界方向と平
行となるように、組立体を電波の到来方向に向けて設置
することにより、電波を効率よく吸収することができ
る。また、この組立体は、鉄筋コンクリートと組合せ
て、高層建築物の外壁パネルの製作に好適に用いられ
る。すなわちパネル製作用の型枠に、先ず常法により取
付金具を有する表装材、例えばタイルを敷設する。次い
でその上に本発明に係る炭素繊維束組立体を配置する。

【００１９】例えば不織布の表面に炭素繊維束を取付け
たものであれば、不織布の裏面を接着剤で表装材の裏面
に接着すればよい。次いで鉄筋を縦横に組んだ鉄筋組立
体を一方の鉄筋が炭素繊維束と平行に且つこれと所定の
間隔を保つように配置し、セメントモルタル又は生コン
クリートを、炭素繊維束と平行に配置される鉄筋が完全
に埋没するように流し込んで養生し、全体を一体化すれ
ばよい。炭素繊維束及びこれと平行に配置される鉄筋間
の最適距離（ｄ）は、両者の中間に介在するコンクリー
トの比誘電率（ε）と、吸収しようとする電波の波長
（λ）とから、次式で算出される。

【００２０】

【数１】ｄ＝λ／（４√ε）また、平行に配置される鉄筋相互間の間隔は通常２５〜
２００ｍｍ、好ましくは３０〜１５０ｍｍである。

【００２１】

【実施例】以下に本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるもので
はない。炭素繊維束の製造；コールタール１重量部に、沸点範囲
が２４０〜２９０℃の予め水添された芳香族油を１重量
部加え混合した後に、濾過助剤として、市販の珪藻土濾
過助剤“セライト５０５”（商品名、セライト社製）を
０．０１重量部加え、目開き１０μｍのキャンドルフィ
ルターを通して、濾過を行なった。得られた濾液を、温
度４５０℃、水素圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²に維持された
オートクレーブに連続的に供給した。平均滞留時間は６
０分とした。得られた反応物を目開き０．５μの焼結フ
ィルータを通してさらに濾過を行った後、濾液を減圧
下、蒸留して水添ピッチを得た。得られた水添ピッチを
窒素ガスバブリング下、４３０℃で１４０分加熱処理
し、光学的異方性割合１００％、メトラー軟化点３０２
℃で、炭素含有率９６重量％、灰分量２０ｐｐｍの紡糸
ピッチを調製した。次いで、該紡糸用ピッチをシリコン
系油剤で集束させながら口金温度３３０℃で紡糸し、繊
維径１３μｍ、フィラメント数１１０００本の連続長ピ
ッチ繊維トウを得た。

【００２２】次いで、ピッチ繊維トウを空気中で不融化
処理後、窒素ガス中８００℃、滞留時間２分の条件で焼
成し炭素繊維を調製した。得られた炭素繊維は、炭素含
有率８９％、繊維径１２．４μ、引張強度１００ｋｇ／
ｍｍ²、引張弾性率５．０ｔｏｎ／ｍｍ²であり、３．
５Ω・ｃｍという高い体積固有電気抵抗率を示した。

【００２３】炭素繊維束組立体の製作；上記の炭素繊維
トウをエポキシ樹脂で固めて、幅約１．３ｍｍの紐状の
炭素繊維束を製作した。この炭素繊維束を長さ６００ｍ
ｍに切断し、幅６００ｍｍのガラス繊維製の不織布に、
相互の間隔が約１４ｍｍとなるように糸で縛り付けて、
炭素繊維束組立体を製作した。

【００２４】電波吸収体の製作；約６００×９００ｍｍ
で厚さ約１３ｍｍの陶板の裏面に、上記の炭素繊維組立
体を不織布面が陶板側に来るように、且つ陶板の短辺と
炭素繊維束とが平行となるように展伸して、接着剤で接
着した。これを型枠に入れ、更に陶板の上方約４０ｍｍ
の位置に、太さ約５ｍｍの鉄筋を２５ｍｍ間隔で縦横に
配置した鉄筋組立体を、一方の鉄筋が陶板の短辺と平行
になるように設置した。次いで型枠にコンクリートを流
し込んでよくつき固め、室温で約３週間養生、乾燥して
約６００×９００×１００ｍｍの電波吸収体を得た。こ
の電波吸収体の電波吸収特性を大型導波管法で測定した
ところ、図４に示すように６００ＭＨｚにおいて約２２
ｄＢの吸収特性を示した。

【００２５】比較例１実施例１において、炭素繊維製造時の焼成条件を窒素ガ
ス中２８００℃、滞留時間７秒に変更した以外は、実施
例１と同様にして炭素繊維を製造した。得られた炭素繊
維は、炭素含有率９９％、繊維径１１．５μｍ、体積固
有電気抵抗率は５×１０^-5Ω・ｃｍであった。この炭素
繊維で製造した炭素繊維束を用いた以外は実施例１と同
様にして電波吸収体を製造し、その電波吸収特性を測定
した結果、最大でも０．２ｄＢと非常に低い値であっ
た。

【００２６】比較例２実施例１において、炭素繊維製造時の焼成条件を窒素ガ
ス中５００℃、滞留時間７秒に変更した以外は、実施例
１と同様にして炭素繊維を製造した。得られた炭素繊維
の体積固有電気抵抗率は１０⁹Ω・ｃｍであった。この
炭素繊維で製造した炭素繊維束を用いた以外は実施例１
と同様にして電波吸収体を製造し、その電波吸収特性を
測定した結果、最大でも０．８ｄＢと非常に低い値であ
った。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る炭素繊維束組立体は製作が
容易であり、且つロール状に巻くことができるので、運
搬、保管などの取扱い性に優れている。また、使用に際
しては巻戻して展伸するだけで炭素繊維束を相互に所定
の間隔を保って平行に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炭素繊維組立体の１例である。

【図２】本発明に係る炭素繊維組立体の他の例である。

【図３】図２の炭素繊維組立体を用いて製作した電波吸
収体の１例である。

【図４】本発明に係る炭素繊維束組立体を用いて製作し
た電波吸収体の電波吸収特性の１例を示す図である。

【符号の説明】

１大型タイルからなる表面材２炭素繊維束３コンクリート４鉄筋５可撓性支持体である不織布６可撓性支持体である紐

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若松浩一北九州市八幡西区黒崎城石１番１号三菱化学株式会社黒崎事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体積固有電気抵抗率が１０^-4Ω・ｃｍ〜
１０⁴Ω・ｃｍの多数本の炭素長繊維を結着剤で結合し
てなる炭素繊維束を、可撓性の支持体に、相互に間隔を
おいて且つ平行になるように固定してなる、炭素繊維束
組立体。
【請求項２】可撓性の支持体が不織布であることを特
徴とする請求項１記載の炭素繊維束組立体。
【請求項３】体積固有電気抵抗率が１０^-4Ω・ｃｍ〜
１０⁴Ω・ｃｍの多数本の炭素長繊維を結着剤で結合し
てなる多数の炭素繊維束を、間隔をおいて平行に配置し
簾状に編成してなる炭素繊維束組立体。
【請求項４】炭素長繊維の体積固有電気抵抗率が１０
^-2Ω・ｃｍ〜１０²Ω・ｃｍであることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載の炭素繊維束組立体。
【請求項５】炭素繊維束を構成する炭素繊維の全断面
積が０．２〜８０ｍｍ²であることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の炭素繊維束組立体。
【請求項６】炭素繊維束相互間の間隔が１０〜５００
ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
かに記載の炭素繊維束組立体。
【請求項７】炭素繊維束の長さが５００ｍｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載
の炭素繊維束組立体。
【請求項８】電波吸収体形成用であることを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれかに記載の炭素繊維束組立
体。