DE69726765T2 - Schallabsorbierendes und wärmedämmendes material, und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoakustisches Dämmungsmaterial, das Kohlefasern verwendet, und genauer ein thermoakustisches Dämmungsmaterial, das extradünne Kohlefasern mit nicht galvanischer Korrosivität verwendet.
• Das thermoakustische Dämmungsmaterial der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Material beschränkt, das sowohl zur Dämmung von Schall als auch von Wärme verwendet wird, sondern kann ausschließlich für den Zweck des Absorbierens von Schall wie auch ausschließlich für den Zweck des Dämmens von Wärme verwendet werden.
• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Thermoakustische Dämmungsmaterialien wurden verbreitet als ein wichtiges Element zum Bauen komfortabler und energiesparender Behausungen oder zum Schutz von Menschen und/oder Einrichtungen vor einer rauen äußeren Umwelt erkannt. Obwohl herkömmlich natürliche Fasern und synthetische Harze für thermoakustische Dämmungsmaterialien verwendet wurden, weisen diese Materialien hinsichtlich der Sicherheit ein Problem auf, da sie im Allgemeinen brennbar sind und im Fall eines Feuers giftige Dämpfe erzeugen.
• Aus diesem Grund wurden in jüngster Zeit anorganische Materialien als eine Alternative zu natürlichen Fasern und synthetischen Harzen verwendet. Insbesondere wurden Glasfasern verbreitet als ein Rohmaterial für thermoakustische Dämmungsmaterialien verwendet, da sie günstige Eigenschaften wie Nichtentflammbarkeit, Formbarkeit und Montierbarkeit aufweisen.
• Da Glasfasern jedoch eine spezifische Dichte von etwa 2,4 bis 2,6 g/cm³ aufweisen, was ziemlich hoch ist, zeigt das aus Glasfasern hergestellte thermoakustische Dämmungsmaterial keine ausreichende Qualität der Schall- und Wärmedämmung pro Einheitsmasse. Da Glasfasern durch Absorption von Feuchtigkeit allmählich an Qualität verlieren und keine ausreichende mechanische Stärke aufweisen, bewahrt das aus Glasfasern hergestellte thermoakustische Dämmungsmaterial zudem keine ausreichende Haltbarkeit.
• Mittlerweile ist die Nachfrage nach thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die umfassende Sicherheit und hohe Qualität aufweisen, stark gestiegen. Bei Hochgeschwindigkeitstransportmitteln wie etwa Hochgeschwindigkeitsbahnwagen, Flugzeugen, Raumfahrzeugen u. ä. beispielsweise bringen die Hochgeschwindigkeit und die Bequemlichkeit, die für derartige Transportmittel erforderlich sind, unvermeidlich die Nachfrage nach thermoakustischen Dämmungsmaterialien mit sich, die Eigenschaften wie hohe Sicherheit, Zähigkeit und Leichtgewichtigkeit aufweisen. Im Wesentlichen sind die Anforderungen neben einer hervorragenden Schall- und Wärmedämmungsqualität 1) Leichtgewichtigkeit, 2) hervorragende Feuerbeständigkeit, 3) keine Erzeugung giftiger Dämpfe im Fall eines Feuers, 4) keine Korrosivität gegenüber strukturellen Materialien, 5) hervorragende mechanische Stärke und Kompressionselastizität, 6) hervorragende Abriebbeständigkeit, 7) geringe Hygroskopizität, und 8) gute Montierbarkeit usw.
• Wie im Vorhergehenden erwähnt sind herkömmliche thermoakustische Dämmungsmaterialien einschließlich der aus Glasfasern hergestellten Materialien für die oben erwähnten Verwendungen nicht verlässlich genug. Daher wurde die Entwicklung eines hochverlässlichen thermoakustischen Dämmungsmaterials, das für die obigen Zwecke verwendbar ist, erwartet.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Angesichts der oben erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Verwendung von Kohlefasern ein thermoakustisches Dämmungsmaterial bereitzustellen, das sich nicht nur hinsichtlich der Schall- und Wärmedämmungsqualität, sondern auch hinsichtlich der Haltbarkeit, der mechanischen Stärke, der Kompressionselastizität, der Leichtigkeit, der chemischen Stabilität, der Nichtentflammbarkeit, der Nichthygroskopizität und solcher Eigenschaften, dass das Material im Fall eines Feuers keine giftigen Dämpfe abgibt, wie auch der nicht galvanischen Korrosivität und der nichtelektrischen Leitfähigkeit auszeichnet.
• Kohlefasern weisen im Allgemeinen eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hervorragende Antistatikeigenschaft und eine verhältnismäßig große elektromotorische Kraft auf. Diese Eigenschaften der Kohlefasern wurden zu Antistatikzwecken u. ä. eingesetzt, aber für ein Material für thermoakustische Dämmungsmaterialien als unerwünscht betrachtet.
• Die Gründe dafür sind wie folgt: Wenn ein thermoakustisches Dämmungsmaterial aus einem Material besteht, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, wird das Material selbst wahrscheinlich zu einem Grund für Kurzschlüsse werden. Wenn Bruchstücke des Materials vom Material abfallen und dann in der Luft schweben, können die Bruchstücke in elektrische Schaltkreise u. ä. gelangen und dadurch zu einem Grund für Kurzschlüsse werden. Wenn das Material eine elektromotorische Kraft aufweist, besteht darüber hinaus eine Möglichkeit, dass das Material elektrochemische Reaktionen bei anderen Elementen, die das Material umgeben, hervorruft und als Folge eine galvanische Korrosion bei den anderen Elementen verursacht.
• Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, wie oben erwähnt, die Bereitstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials, das praktisch an Hochgeschwindigkeitsbahnwagen, Flugzeugen u. ä. montierbar ist. Diese Transportmittel weisen im Allgemeinen Metalle als ihre Hauptaufbaumaterialien auf und verfügen über eine große Menge an elektrischen Verdrahtungen. Die Zwecke der vorliegenden Erfindung können daher nicht durch bloßes Einsetzen von Kohlefasern anstelle von Glasfasern als Hauptaufbaumaterial bei der Herstellung von thermoakustischen Dämmungsmaterialien erreicht werden.
• Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben unter Verwendung von Kohlefasern intensive Untersuchungen hinsichtlich der Verfahren angestellt, die die oben erwähnten Probleme lösen können. Als Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass die Stärke eines thermoakustischen Dämmungsmaterials und seine Schall- und Wärmedämmungsqualität wie auch seine galvanische Korrosivität durch passendes Festlegen der Verkohlungstemperatur für die Kohlefasern verbessert wird. Zusätzlich haben die Erfinder herausgefunden, dass die galvanische Korrosion, die durch ein thermoakustisches Dämmungsmaterial verursacht wird, welches Kohlefasern als ein Material umfasst, praktisch verhindert werden kann, wenn ein galvanischer Stromwert des thermoakustischen Dämmungsmaterials auf 10 μA oder weniger gesteuert wird. Auf Grundlage dieses Wissens haben die Erfinder die vorliegende Erfindung mit einer Gruppe der nachstehend beschriebenen Erfindungen abgeschlossen.
• Es versteht sich, dass die elektrische Leitfähigkeit eines Materials nicht direkt in einer Beziehung mit der galvanischen Korrosivität des Materials steht. Der hierin spezifizierte galvanische Stromwert weist daher eine große Bedeutung auf, da er eine wichtige Bedingung darstellt, die für ein thermoakustisches Dämmungsmaterial, das nicht galvanische Korrosivität aufweist, erforderlich ist.
• Die vorliegende Erfindung umfasst die folgenden Erfindungen.
• (1) Erfindung 1 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial, das eine wollartige Kohlefaseranhäufung umfasst, die aus Kohlefasern besteht, welche einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,5 μm bis 5 μm und eine durchschnittliche Faserlänge von 1 mm bis 15 mm aufweisen, und wobei die Fasern durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt sind.
• (2) Erfindung 2 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in Erfindung 1, wobei ein galvanischer Strom in einer galvanischen Zelle, aufweisend eine Elektrode, die aus dem thermoakustischen Dämmungsmaterial besteht, eine andere Elektrode, die aus einer Aluminiumplatte besteht, und eine Elektrolytlösung, die aus einer 0,45 gew.%igen wässrigen Natriumchloridlösung besteht, 10 μA oder weniger beträgt.
• (3) Erfindung 3 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in Erfindung 1 oder 2, das eine Rohdichte von 3 kg/m³ bis 10 kg/m³ aufweist.
• (4) Erfindung 4 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 3, das eine maximale Zugfestigkeit von 1,0 g/mm² oder höher aufweist.
• (5) Erfindung 5 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 4, das eine Kompressionsregenerationsrate von 70% oder höher aufweist.
• (6) Erfindung 6 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 5, wobei eine minimale Zugfestigkeit der senkrechten Richtung zur Richtung der maximalen Zugfestigkeit das 0,04fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt, und gleichzeitig eine Zugfestigkeit der senkrechten Richtung zu sowohl der Richtung der maximalen Zugfestigkeit als auch der Richtung der minimalen Zugfestigkeit das 0,76fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt.
• (7) Erfindung 7 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 6, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,039 W/m·°C oder weniger aufweist.
• (8) Erfindung 8 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 7, wobei ein akustisches Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen des Materials, das eine Dicke von 25 mm aufweist, bei einer Frequenz von 1000 Hz 48% oder mehr beträgt.
• (9) Erfindung 9 ist ein thermoakustisches Dämmungsmaterial wie in einer der Erfindungen 1 bis 8, wobei die Kohlefasern aus anisotropem Pech erhalten werden, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird.
• (10) Erfindung 10 ist ein Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials, das folgende Schritte umfasst: einen Spinnschritt zum Schmelzen des anisotropen Pechs, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird, und zum anschließenden Ausstoßen des geschmolzenen Materials aus einer Spinndüse unter Blasen eines erhitzten Gases vom Umfang der Spinndüse in die gleiche Richtung, in die das geschmolzene Material ausgestoßen wird; einen Kohlefaserherstellungsschritt zum Herstellen nicht galvanisch korrosiver Kohlefasern durch Unschmelzbarmachen der gesponnenen Fasern und danach Verkohlen der Fasern bei nicht weniger als 550°C aber weniger als 500°C; einen Sprüh- und Sammelschritt zum Ansammeln der nicht galvanisch korrosiven Kohlefasern auf einer Ebene zu einem wollartigen Material unter Sprühen einer hitzehärtbaren Harzlösung auf die Fasern; und einen Hitzeformungsschritt zum Formen des angesammelten Materials unter Ausübung von Hitze.
• (11) Erfindung 11 ist ein Verfahren zur Herstellung des thermoakustischen Dämmungsmaterials wie in Erfindung 10, umfassend einen Sammelschritt, wobei die nicht galvanisch korrosiven Kohlefasern zu einem wollartigen Material angesammelt werden, und einen Sprühschritt, wobei eine hitzehärtbare Harzlösung auf das wollartige Material aus angesammelten Kohlefasern gesprüht wird.
• (12) Erfindung 12 ist ein Verfahren zur Herstellung des thermoakustischen Dämmungsmaterials wie in Erfindung 10 oder 11, wobei der Sprüh- und Sammelschritt oder der Sammelschritt ein Verfahren des Ansammelns der Fasern durch ein Fallenlassen der durch die Luft geöffneten Kohlefasern aus einer Höhe von zumindest 100 cm oder mehr umfasst.
• (13) Erfindung 13 ist ein Verfahren zur Herstellung des thermoakustischen Dämmungsmaterials wie in Erfindung 11 oder 12, wobei die wollartige Kohlefaseransammlung eine Rohdichte von 1,3 kg/m³ oder weniger aufweist.
• Weitere Gesichtspunkte der Erfindung werden in Anspruch 14 bis 24 gezeigt.
• Die Zugfestigkeit wurde mit einer Konstantquergeschwindigkeits-Zugversuchsvorrichtung bei einer Zugversuchsgeschwindigkeit von 20 mm/min gemessen. Die Länge der Probe betrug 50 mm und die Größe der Probe 50 mm × 50 mm × 25 mm Dicke (Siehe 15 und 16). Einzelheiten zum Verfahren des Zugversuchs finden sich im Abschnitt "Die Bedingungen bei der Messung der Zugfestigkeiten", der nachstehend beschrieben werden wird.
• Die Wärmeleitfähigkeit wurde bei 22°C nach ASTM C-518 (American Society for Testing and Material: Wärmeflussmesserverfahren) gemessen.
• Das akustische Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen wurde nach JIS (Japanese Industrial Standards) A-1405 gemessen.
• Die Kompressionsregenerationsrate wurde wie folgt gemessen: Die Dicke einer thermoakustischen Dämmungsmaterialprobe mit einer Größe von 100 mm × 100 mm × 25 mm Dicke wurde nach einer vierundzwanzigmaligen Wiederholung einer Folge aus einer dreißigminütigen Ausübung eines Drucks von 0,7 kg/cm³ auf die Probe unter Verwendung von Druckelementen mit einem Durchmesser von 76 mm aus den Richtungen ihrer Dicke und einer anschließenden Aufhebung des Drucks gemessen. Die Werte sind in einem Prozentsatz zur ursprünglichen Dicke (25 mm) angegeben.
• Der hierin erwähnte galvanische Strom ist ein Wert des elektrischen Stroms, der in einer galvanischen Zelle gemessen wurde, die durch ein Zellendiagrammbild aus einer Kohlefaserelektrode/einer 0,45 gew.%igen wässrigen Natriumchloridlösung/einer Aluminiumelektrode ausgedrückt ist. Die Einzelheiten werden nachstehend beschrieben werden.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung der Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern zu galvanischen Strömen und der galvanischen Korrosion zeigt.
• 2 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern und den Zugfestigkeiten der Einzelfasern zeigt.
• 3 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern und den Zugfestigkeiten eines thermoakustischen Dämmungsmaterials, das die Kohlefasern umfasst, zeigt.
• 4 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern (anisotropes Pech und isotropes Pech) und den Zugfestigkeiten der Einzelfasern zeigt.
• 5 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern (anisotropes Pech und isotropes Pech) und den Zugfestigkeiten von thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die die Kohlefasern umfassen, zeigt.
• 6 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Durchmessern von Kohlefasern und der Wärmeleitfähigkeit von thermoakustischen Dämmungsmaterialien zeigt.
• 7 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Durchmessern von Kohlefasern und dem akustischen Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen von thermoakustischen Dämmungsmaterialien bei einer Frequenz von 1000 Hz zeigt.
• 8 ist ein Kurvenbild, das die Schallabsorptionseigenschaften von thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die Kohlefasern als ihren Hauptbestandteil aufweisen, zeigt.
• 9 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Rohdichten von thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die Kohlefasern als ihren Hauptbestandteil aufweisen, und ihren Wärmedämmungsqualitäten (1/λ) zeigt.
• 10 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen den Rohdichten von thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die Kohlefasern als ihren Hauptbestandteil aufweisen, und ihren Wärmedämmungsqualitäten pro Einheitsrohdichte ((1/λ)/ρ) zeigt.
• 11 ist ein Histogramm, das die Verteilung der Durchmesser der in Beispiel 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 und 2, die nachstehend beschrieben sind, verwendeten Vorläuferfasern zeigt.
• 12 ist ein schematisches Diagramm einer galvanischen Zelle.
• 13 ist ein erklärendes Diagramm zur Veranschaulichung eines galvanischen Korrosionsversuchs.
• 14 ist ein Konzeptdiagramm, das den Zustand der Kontaktpunkte der Kohlefasern zeigt, die ein thermoakustisches Kohlefaserdämmungsmaterial bilden (Kontaktpunkte: •).
• 15 ist ein Diagramm zur Erklärung des Verfahrens des Zugfestigkeitsversuchs (Längsrichtung und Breitenrichtung).
• 16 ist ein Diagramm zur Erklärung des Zugfestigkeitsversuchs (Dickenrichtung).
• DIE BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Versuche und 1 bis 13, die die Ergebnisse der Versuche zeigen, ausführlich besprochen. Die nachstehende Beschreibung wird die Wirkungen der vorliegenden Erfindung klarmachen.
• Wenn nicht anders angegeben, umfassten die Kohlefasern, die in den nachstehenden Versuchen verwendet wurden, anisotropes Pech als ein Material, und wiesen die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,3 μm (Faserdurchmesser: 0,5 μm bis 3,5 μm) und eine durchschnittliche Faserlänge von 5 mm (Faserlänge: 1 mm bis 15 mm) auf. Die in den Versuchen verwendeten thermoakustischen Dämmungsmaterialien (es wurde nur ein dreidimensionaler Aufbau der Kohlefasern verwendet) wurden aus den oben erwähnten Kohlefasern hergestellt, die durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt wurden, und die sich ergebenden Materialien wiesen eine Rohdichte von 4,8 kg/m³ auf. Die Einzelheiten des Herstellungsverfahrens usw. der thermoakustischen Dämmungsmaterialien werden später beschrieben werden. Das thermoakustische Dämmungsmaterial, das aus den Kohlefasern hergestellt ist, deren Kontaktpunkte durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt sind, wird nachstehend als "ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial" bezeichnet. Das herkömmliche thermoakustische Dämmungsmaterial, das aus Glasfasern hergestellt ist, wird nachstehend als "ein aus Glasfasern hergestelltes thermoakustisches Dämmungsmaterial" bezeichnet (in den Figuren wird es als "GF" dargestellt).
• Als erstes werden nachstehend die Verfahren der Versuche angegeben werden.
• Das Verfahren zum Messen galvanischer Ströme
• 12 zeigt eine Vorrichtung zum Messen galvanischer Ströme. In 12 bezeichnet 1 eine Kohlefaserelektrode (eine Seite der Elektroden). Zum Messen eines galvanischen Stroms der Kohlefasern selbst wurden 100 mg der Kohlefasern als Anhäufung mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 40 mm und einer Höhe von 50 mm angefertigt, und die sich ergebende Anhäufung wurde als die Kohlefaserelektrode verwendet. Zum Messen eines galvanischen Stroms eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials wurde das in der gleichen Größe wie die oben erwähnte Anhäufung angefertigte thermoakustische KF-Dämmungsmaterial als eine Kohlefaserelektrode verwendet.
• In 12 bezeichnet 2 eine aus der Aluminiumlegierung 2024 bestehende Aluminiumelektrode (die andere Seite der Elektroden) mit den folgenden Abmessungen, einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 40 mm und einer Höhe von etwa 50 mm. Ein Glasfasertuch 3a weist eine Dicke von 0,2 mm auf und ist zwischen der Kohlefaserelektrode 1 und der Aluminiumelektrode 2 angeordnet, um den Abstand zwischen den beiden Elektroden zu beschränken. Eine Glasplatte 4 trägt eine Seite der Kohlefaserelektrode 1 zusammen mit einem Glasfasertuch 3b, das zwischen der Kohlefaserelektrode 1 und der Glasplatte 4 angeordnet ist, damit sich die Kohlefasern, die die Elektrode 1 bilden, nicht ablösen.
• Ein Elektrolyt 5 besteht aus einer 0,45 gew.%igen wässrigen Natriumchloridlösung (200 ml). In 12 bezeichnet 7 einen Nullnebenschluss-Strommesser (HM- 104, hergestellt von Hokuto Denko Co., Ltd., Japan) und 8 einen Becher aus Glas (300 ml). Eine Elektrodengruppe 9, die aus der Kohlefaserelektrode 1, der Aluminiumelektrode 2, dem Glasfasertuch 3a, dem Glasfasertuch 3b und der Glasplatte 4 besteht, wird in den Elektrolyt 5 eingetaucht, und die Elektrode 1 und die Elektrode 2 werden durch Zuleitungsdrähte 6 mit dem Nullnebenschluss-Strommesser 7 verbunden.
• Unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung wurden galvanische Ströme mit dem Strommesser 7 gemessen, nachdem die Elektrodengruppe 9 für eine Stunde in den Elektrolyt 5 eingetaucht wurde. Die so gemessenen Werte wurden hierin als galvanische Ströme verwendet.
• Das Verfahren des Bewertens der galvanischen Korrosivität
• Die Bewertung, ob eine Probe galvanische Korrosivität aufweist, oder nicht, erfolgte unter Verwendung eines in 13 gezeigten Versuchsstücks. In 13 bezeichnet 10 entweder eine wollartige Kohlefaseranhäufungsprobe, die mit Abmessungen von 40 × 40 mm im Quadrat und einer Dicke von 20 mm angefertigt wurde, oder ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial, das mit den gleichen Abmessungen wie die oben erwähnte Anhäufung angefertigt wurde. In der gleichen Figur bezeichnet 11 eine aus der Aluminiumlegierung 2024 hergestellte Platte mit Abmessungen von 40 × 40 mm im Quadrat und einer Dicke von 1 mm, deren Oberfläche poliert ist, um eine spiegelnde Oberfläche zu bilden, und dann mit einer Lösung behandelt ist, die 2% CrO₃ und 2% H₃PO₄ enthielt. Ein Versuchsstück 12 besteht aus der Probe 10, die zwischen die Aluminiumlegierungsplatten 11 gefügt ist.
• Das Versuchsstück 12 wurde zuerst für 24 Stunden in einem Raum belassen, in dem die relative Feuchtigkeit 90% und die Temperatur 40°C betrug, und dann in einem Raum angeordnet, in dem die Bedingungen normal waren (eine Temperatur von 18 bis 27°C und eine relative Feuchtigkeit von 40 bis 70%) und dort für weitere 24 Stunden belassen. Dann wurde das Versuchsstück 12 in den Raum zurückgebracht, in dem die relative Feuchtigkeit 90% und die Temperatur 40°C betrug. Diese Folge wurde 15 mal (30 Tage lang) wiederholt. Nach dem Abschluss dieser Folgen (nach 30 Tagen) wurde die spiegelnde Oberfläche des Aluminiums durch den Augenschein untersucht. Wenn die Oberfläche den gleichen Zustand wie ihren ursprünglichen Zustand zeigte, wurde sie als "keine galvanische Korrosion beobachtet (–)" definiert. Wenn ein geringfügiges Anlaufen an der Oberfläche erkannt wurde, wurde sie als "geringe galvanische Korrosion beobachtet (±)" definiert. Wenn die Oberfläche deutlich korrodiert war, wurde sie als "galvanische Korrosion beobachtet (+)" definiert.
• Für die thermoakustischen Dämmungsmaterialien wurden die Zugfestigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, das akustische Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen und die Kompressionsregenerationsrate nach den oben beschriebenen Verfahren gemessen. Für Einzelfasern wurde die Zugfestigkeit nach JIS R-7601 gemessen. Die Einzelheiten der Messverfahren sind hierin in den entsprechenden Abschnitten beschrieben.
• Zweitens werden die Ergebnisse der Versuche nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich besprochen.
• Die Beziehung zwischen galvanischen Strömen und der galvanischen Korrosion
• 1 zeigt die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für die Kohlefaservorläufer, den galvanischen Strömen der Kohlefasern nach einer Verkohlungsbehandlung und der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien, die die Kohlefasern verwenden, und dem Auftreten einer galvanischen Korrosion (↑). Die Kohlefaservorläufer wurden aus anisotropem Pech hergestellt, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wurde, zu einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,3 μm und einer durchschnittlichen Faserlänge von 5 mm gesponnen, und dann einer Unschmelzbarmachungsbehandlung unterzogen.
• In 1 zeigt λ–λ die galvanischen Ströme der Kohlefasern, und x–x die galvanischen Ströme der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien. Die X-Achse (galvanische Ströme) in der Figur ist durch einen logarithmischen Maßstab angezeigt.
• Wie in 1 ersichtlich ist, wurden die galvanischen Ströme mit dem Ansteigen der Verkohlungstemperaturen exponentiell größer. Was das Auftreten einer galvanischen Korrosion betrifft, wurde bei einem galvanischen Strom von 20 μA eine geringe Korrosion beobachtet, während bei 10 μA oder weniger keine Korrosion beobachtet wurde.
• Aus den obigen Ergebnissen lässt sich beurteilen, dass das Auftreten einer galvanischen Korrosion durch Steuern eines galvanischen Stroms von Kohlefasern auf 20 μA oder weniger und vorzugsweise auf 10 μA oder weniger praktisch verhindert werden kann. Die Entsprechung zwischen der X-Achse und dem Auftreten einer galvanischen Korrosion zeigt an, dass die Verkohlungstemperatur auf 800°C oder weniger oder vorzugsweise auf 750°C oder weniger gesteuert werden sollte, um die Kohlefasern, die keine galvanische Korrosion verursachen, herzustellen.
• Um die Kohlefaservorläufer ausreichend zu verkohlen, muss die Verkohlungstemperatur jedoch 550°C oder mehr betragen. Wenn die Temperatur weniger als 550°C beträgt, ist es möglich, dass die Verkohlungsbehandlung unzureichend ist. Aus diesen Gründen sollte die Verkohlungstemperatur innerhalb des Bereichs von 550°C bis 800°C oder vorzugsweise 550°C bis 750°C gesteuert werden.
• Im Versuch, der 1 betrifft, wurde eine geringe galvanische Korrosion beobachtet, wenn der galvanische Strom der Kohlefasern 20 μA betrug. Die oben beschriebenen Versuchsergebnisse hinsichtlich der galvanischen Korrosivität wurden jedoch unter derart strengen Bedingungen erhalten, dass die Probe wiederholt einer Temperatur von 40°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% ausgesetzt wurde. Verglichen damit sind die Bedingungen, unter denen thermoakustische Dämmungsmaterialien normalerweise verwendet werden, nicht so streng. Es wird daher angenommen, dass das Auftreten einer galvanischen Korrosion verhindert werden kann, wenn der galvanische Strom auf weniger als 20 μA gesteuert wird.
• Es gab einen geringfügigen Unterschied zwischen den galvanischen Strömen der Kohlefasern selbst (λ–λ) und den galvanischen Strömen der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien, die die Kohlefasern verwenden (x–x). Dieser Unterschied wird als die Auswirkung des in den thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien enthaltenen hitzehärtbaren Harzes betrachtet. Das heißt, das hitzehärtbare Harz war zur Verringerung der galvanischen Ströme tätig. Aus diesem Grund wird angenommen, dass ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial, das praktisch keine galvanische Korrosion verursacht, erhalten wird, wenn das Material aus den Kohlefasern hergestellt wird, die einen galvanischen Strom von 20 μA oder weniger aufweisen. Nichtsdestotrotz wird wie oben erwähnt stärker bevorzugt, den galvanischen Strom auf 10 μA oder weniger zu steuern.
• Die Beziehung der Verkohlungstemperaturen zu den Zugfestigkeiten und den Dehnungen
• 2 zeigt die Beziehung der Verkohlungstemperaturen zu den Zugfestigkeiten (kg/mm²) und den Dehnungen der Einzelfasern. Das obere Kurvenbild von 3 zeigt die Beziehung zwischen den Zugfestigkeiten in der Längsrichtung der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien (g/mm²) und den Verkohlungstemperaturen für die Kohlefasern, die die Materialien bilden. Das untere Kurvenbild von 3 zeigt die Beziehung zwischen den Kompressionsregenerationsraten (%) der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien und den Verkohlungstemperaturen.
• Was die Einzelfasern betrifft, wurden die Zugfestigkeitswerte hierin nach JIS R-7061 gemessen. Da es jedoch schwierig ist, die Zugfestigkeiten von extradünnen Fasern mit Durchmessern von 0,5 μm bis 3,5 μm (einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,3 μm) zu messen, wurden die in 2 gezeigten Ergebnisse nach dem folgenden Verfahren erhalten. Zuerst wurden Kohlefasern mit Durchmessern von 10 um bis 13 μm unter den gleichen Bedingungen mit Ausnahme ihres Durchmessers angefertigt und die Zugfestigkeiten der angefertigten Fasern gemessen. Dann wurden die gemessenen Ergebnisse in die Werte pro Einheitsquerschnittsfläche umgewandelt, und die umgewandelten Werte sind in den Figuren gezeigt. Was die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien betrifft, bestanden die in diesem Versuch eingesetzten Materialien nur aus den dreidimensionalen Aufbauten (Rohdichte: 4,8 kg/m³) von Kohlefasern, und wurden die Zugfestigkeitswerte nach den später im Abschnitt "Die Bedingungen beim Messen der Zugfestigkeit" beschriebenen Bedingungen gemessen.
• Wie in 2 ersichtlich ist, wurden die Zugfestigkeiten der Kohlefasern selbst mit dem Höherwerden der Verkohlungstemperaturen größer und bildeten eine Kurve wie eine lineare Funktion. Was die Dehnungen betrifft, wurde der größte Wert bei etwa 650°C beobachtet, wurden die großen Dehnungswerte von 625°C bis 800°C erhalten, und blieben die Werte über 800°C unverändert.
• Wie in 3 ersichtlich ist, fand sich der größte Wert hinsichtlich der Zugfestigkeiten der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien bei etwa 700°C und der kleinste Wert bei etwa 800°C (das obere Kurvenbild in 3).
• Die Beziehung zwischen den Kompressionsregenerationsraten und den Verkohlungstemperaturen für die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien zeigte ähnliche Ergebnisse wie die oben erwähnte Beziehung zwischen den Zugfestigkeiten und den Verkohlungstemperaturen (das untere Kurvenbild in 3).
• Aus diesen Ergebnissen versteht man, dass durch die Verkohlungsbehandlung bei etwa 625°C bis 800°C Kohlefasern hergestellt werden können, die einen hohen Dehnungswert aufweisen. Man versteht ebenfalls, dass es dann, wenn die auf diese Weise hergestellten Kohlefasern beim Herstellen eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials eingesetzt werden, möglich ist, ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial herzustellen, das eine Zugfestigkeit von 1,0 g/mm² oder höher aufweist, und dass das sich ergebende Material dadurch eine hervorragende Kompressionsregenerationsrate aufweist.
• In 2 und 3 führte sowohl die Beziehung zwischen den Zugfestigkeiten und den Verkohlungstemperaturen als auch die Beziehung zwischen den Kompressionsregenerationsraten und den Verkohlungstemperaturen zu Kurven zweiter Ordnung, die unerwarteter Weise Maximalwerte und Minimalwerte aufwiesen, während die Beziehung zwischen den Zugfestigkeiten der Kohlefasern (Einzelfasern) und den Verkohlungstemperaturen zu einem Kurvenbild wie eine lineare Funktion führten. Als Grund dafür wird angenommen, dass die Dehnungen der Kohlefasern die Zugfestigkeiten und die Kompressionsregenerationsraten der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien deutlich beeinflussen. Die Überlegung hinsichtlich dieses Umstands wird nachstehend geboten.
• 14 ist ein Konzeptdiagramm, das den Kontaktzustand der Kohlefasern zeigt, die ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial bilden (Kontaktpunkte: •).
• Unter Bezugnahme auf 14 verändert sich die Form der Maschen und wendet sich jedes Liniensegment, das die Maschen bildet, in die Dehnungsrichtung, wenn ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial in die durch die Pfeile angegebene Richtung gedehnt wird. Da die Länge jedes Liniensegments jedoch unterschiedlich ist, erhalten die Liniensegmente, die bestimmte Seiten der Maschen bilden, eine größere Spannung als jene der anderen Seiten. Als Ergebnis davon werden die Liniensegmente abgetrennt oder die Kontaktpunkte (•), die die Segmente aneinander binden, gelöst.
• Falls die Maschen aus Liniensegmenten (z. B. Kohlefasern) bestehen, die eine große Dehnbarkeit aufweisen, befähigt die Dehnung in der spezifischen Seite die Maschen, die Spannung aufgrund der resultierenden Kraft mit den anderen Seiten zu ertragen, auch wenn spezifische Seiten (Liniensegmente) mit einer größeren Dehnung als der Rest der Seiten gedehnt werden. Mit anderen Worten werden die Trennungen der Liniensegmente und die Lösungen der verbundenen Punkte (•) als Ergebnis davon, dass die Maschen der Spannung durch ein Wirken als ein Netzwerk widerstehen, verringert und wird dadurch die größere Zugfestigkeit des gesamten Materials erhalten. Es wird angenommen, dass die Zugfestigkeit als ein Netzwerk am größten wird, wenn die Dehnung und die Zugfestigkeit der Einzelfasern am besten ausgewogen sind.
• Die in 2 und 3 gezeigten Ergebnisse zeigen an, dass die Zugfestigkeit und die Dehnung der Einzelfasern dann, wenn die Verkohlungsbehandlung bei 700°C durchgeführt wird, am besten ausgewogen sind und somit die Zugfestigkeit des gesamten Materials (die Zugfestigkeit des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials) wie auch die Kompressionsregenerationsrate des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials groß wird.
• Der Unterschied zwischen isotropem Pech und anisotropem Pech
• 4 zeigt die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für Kohlefasern und den Zugfestigkeiten der Fasern. Die in diesem Versuch verwendeten Fasern waren die Kohlefasern, die aus anisotropem Pech hergestellt waren, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wurde, und jene, die aus isotropem Pech hergestellt waren, das aus Kohlenteer hergestellt war. 5 zeigt die Beziehung zwischen den Verkohlungstemperaturen für diese Kohlefasern und den Zugfestigkeiten (in der Längsrichtung) der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien (Rohdichte: 4,8 kg/m³). Die in diesem Versuch verwendeten thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien wurden aus den oben erwähnten Kohlefasern hergestellt.
• Wie in 4 ersichtlich ist, wiesen die Kohlefasern, die aus anisotropem Pech hergestellt waren, viel größere Zugfestigkeiten als die Kohlefasern auf, die aus isotropem Pech hergestellt waren. Und wie aus 5 ersichtlich ist, gab es bei den thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien, die die aus isotropem Pech hergestellten Kohlefasern umfassten, im Gegensatz zum Kurvenbild der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien, die die aus anisotropem Pech hergestellten Kohlefasern umfassten, keinen Maximalwert und keinen Minimalwert bei den Zugfestigkeiten. Aus den Ergebnissen dieses Versuchs wird geschlossen, dass das Vorhandensein des maximalen und des minimalen Zugfestigkeitswerts eine Eigenschaft ist, die den Kohlefasern, welche aus anisotropem Pech hergestellt sind, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird, eigentümlich ist. Das Vorhandensein des maximalen und des minimalen Werts weist daher eine große Bedeutung beim Verbessern der Qualität und der Herstellungseffizienz des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials der vorliegenden Erfindung auf.
• Das Folgende wird aus den Ergebnissen der in 1 bis 5 gezeigten Versuche geschlossen: Angesichts der Dehnung (Zähigkeit) der Kohlefasern und der Zugfestigkeit des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials, die aus den Vorläufern hergestellt werden, sollte anisotropes Pech, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird, als ein Material der Kohlefaservorläufer eingesetzt werden. Die Verkohlungstemperatur für die Kohlefaservorläufer sollte 550°C oder mehr, aber weniger als 800°C, bevorzugter 550°C bis 750°C, oder vorzugsweise 650°C bis 750°C betragen. Wenn aus den Kohlefasern, die der Verkohlungsbehandlung bei 650°C bis 750°C unterzogen wurden, ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial hergestellt wird, wird das sich ergebende Material eine Zugfestigkeit von 1,0 g/mm³ oder höher und einen galvanischen Strom von 10 μA oder weniger aufweisen.
• Das so erhaltene thermoakustische KF-Dämmungsmaterial verursacht praktisch keine galvanische Korrosion.
• Die Beziehung der Faserdurchmesser zur Wärmeleitfähigkeit und zum akustischen Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen
• 6 zeigt die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·°C) des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials (Rohdichte: 4,8 kg/m³, Dicke: 25 mm) und den durchschnittlichen Durchmessern der Kohlefasern, die das Material bilden. 7 zeigt die Beziehung zwischen den durchschnittlichen Durchmessern der Kohlefasern, die das Material bilden, und dem akustischen Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen des Materials bei 1000 Hz. Die Wärmeleitfähigkeit und das akustische Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen eines aus Glasfasern hergestellten herkömmlichen thermoakustischen Dämmungsmaterials (GF, Rohdichte: 4,8 kg/m³, durchschnittlicher Faserdurchmesser: 1 μm, durchschnittliche Faserlänge: 10 mm) sind zum Vergleich (durch x dargestellt) ebenfalls in 6 und 7 gezeigt.
• Die Werte in 6 und 7 wurden nach einem empirischen Verfahren erhalten. Der Grund dafür ist, dass aufgrund der wie in 11 gezeigten Verteilung der Durchmesser der hergestellten Kohlefasern beim Anfertigen eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials, das einen bestimmten durchschnittlichen Faserdurchmesser aufweist, eine große Menge an Einfallsreichtum im Herstellungsprozess und an Mühe im Messprozess erforderlich ist.
• 6 zeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit umso größer ist, je größer der Durchmesser der Kohlefasern ist. 6 zeigt auch, dass das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial, das die Kohlefasern umfasst, welche einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 μm oder weniger aufweisen, einen Grad der Wärmedämmungsqualität erreichen kann, der gleich wie oder höher als jener des aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 μm (Wärmeleitfähigkeit: 0,039 W/m·°C) hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterials ist. Mit anderen Worten bestimmt der Umstand, ob der durchschnittliche Durchmesser innerhalb der Wertbeschränkung von 5 μm bleibt, oder nicht, ob der Grad der Wärmedämmungsqualität eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials gleich wie oder höher als jener des aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 μm hergestellten Materials ist, oder nicht. In 6 war der Grad der Wärmedämmungsqualität sogar dann, wenn die Kohlefasern eingesetzt wurden, die größere durchschnittliche Durchmesser als den durchschnittlichen Durchmesser der Glasfasern aufwiesen, immer noch höher als jener des Materials, das die Glasfasern umfasste. Dies ist erstaunlicherweise wünschenswert, da Kohlefasern, die größere Durchmesser aufweisen, leichter herzustellen sind.
• 7 zeigt, dass das akustische Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen umso geringer ist, je größer der durchschnittliche Durchmesser von Kohlefasern ist. 7 zeigt auch, dass das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial, das die Kohlefasern umfasst, die einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 2 μm oder weniger aufweisen, ein akustisches Absorptionsvermögen erreichen kann, das gleich wie oder höher als jenes des aus Glasfasern hergestellten herkömmlichen Materials ist (48% oder mehr bei einer Dicke von 25 mm). Mit anderen Worten bestimmt der Umstand, ob der durchschnittliche Durchmesser innerhalb der Wertbeschränkung von 2 μm bleibt, oder nicht, ob die Schallabsorptionsqualität eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials gleich wie oder höher als jene des aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 μm hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterials ist. In 7 waren die akustischen Absorptionsvermögen sogar dann, wenn die Kohlefasern eingesetzt wurden, die größere durchschnittliche Durchmesser als den durchschnittlichen Durchmesser der Glasfasern aufwiesen, höher als jene des aus Glasfasern hergestellten Materials. Dies ist erneut erstaunlicherweise wünschenswert, da Kohlefasern, die größere Durchmesser aufweisen, leichter herzustellen sind.
• Die obigen Ergebnisse zeigen, dass es vorzuziehen ist, einen durchschnittlichen Durchmesser der Kohlefasern mit 5 μm oder kleiner oder bevorzugter 2 μm oder kleiner festzulegen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist es jedoch äußerst schwierig, Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 0,5 μm herzustellen. Ein bevorzugter durchschnittlicher Durchmesser von Kohlefasern ist daher 0,5 μm bis 5 μm und bevorzugter 0,5 μm bis 2 μm.
• Was die Länge der Kohlefasern (die Faserlänge) betrifft, ist es schwierig, Kohlefasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mehr als 15 mm herzustellen, wenn die Fasern extradünne Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,5 μm bis 5 μm sind. Darüber hinaus sind die Fasern, die länger als 15 mm sind, nicht vorzuziehen, da die Fasern beim Herstellen der Kohlefaseranhäufung dazu neigen, zweidimensional ausgerichtet zu werden. In gleicher Weise ist es unmöglich, wünschenswerte dreidimensionale Strukturen zu bilden, wenn die durchschnittliche Faserlänge kürzer als 1 mm ist, da sich die Verflechtung der Fasern nicht leicht entwickeln kann. Ferner werden die Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1 mm wahrscheinlich dahingehend Probleme erzeugen, dass die Fasern leicht aus den Strukturen gelöst werden, wodurch durch das Eindringen der Faserbruchstücke in die elektrischen Schaltkreise Störungen in elektrischen Vorrichtungen, die die Strukturen umgeben, verursacht werden. Andererseits sind Fasern, die eine durchschnittliche Länge von 3 mm bis 8 mm aufweisen, leicht herzustellen und dreidimensional auszurichten.
• Aus den obigen Gründen wird bevorzugt, eine durchschnittliche Faserlänge mit 1 mm bis 15 mm und vorzugsweise mit 3 mm bis 8 mm festzulegen.
• In 8 zeigt das Kurvenbild die akustischen Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen gegenüber Frequenzen hinsichtlich des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials, das die Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1,3 μm umfasst, und des Materials, das die Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 13 μm umfasst.
• Aus dem Vergleich der obigen Materialien versteht man, dass das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial, das extradünne Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1,3 μm umfasst, insbesondere in einem Hochfrequenzbereich eine ausgezeichnete Schallabsorptionsqualität aufweist.
• Rohdichte und Wärmedämmungseigenschaft
• Eine Anzahl von thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien, die sich nur in ihren Rohdichten unterschieden, wurde angefertigt, um ihre Wärmeleitfähigkeit λ (λ = W/m·°C, W steht für "Watt") zu messen. Die Ergebnisse der Messungen sind in 9 als die Beziehung zwischen den Rohdichten und 1/λ (der Wärmedämmungseigenschaft) gezeigt. Unter Bezugnahme auf 9 wird nachstehend die Beziehung zwischen der Rohdichte und der Wärmedämmungseigenschaft (1/λ) des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials erklärt. 9 zeigt sowohl die Ergebnisse der thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien (Dicke: 25 mm, durch λ–λ dargestellt) als auch des herkömmlichen thermoakustischen Dämmungsmaterials, das einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,0 μm oder 2,5 μm und eine durchschnittliche Faserlänge von 5 bis 15 mm aufweist (durch x dargestellt).
• 9 veranschaulicht, dass die Wärmedämmungseigenschaft umso besser ist, je größer die Rohdichte ist. Es wird jedoch bemerkt, dass der Grad der Verbesserung mit der Zunahme der Rohdichte abnimmt. Es wird auch bemerkt, dass die Wärmedämmungseigenschaft eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials jener des aus Glasfasern hergestellten Materials bei einem Vergleich bei der gleichen Rohdichte weit überlegen ist. Dies zeigt an, dass ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial sogar mit einem geringeren Gewicht den gleichen Grad der Wärmedämmungseigenschaft wie jenen des aus Glasfasern hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterials erzielen kann. Ferner wird bemerkt, dass die Wirkung der Wärmedämmung gleich wie oder höher als jene des Glasfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1 μm umfassenden Materials ist, wenn das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial eine Rohdichte von 3 kg/m³ oder höher aufweist.
• 10 ist ein Kurvenbild, in dem die X-Achse die Rohdichte und die Y-Achse die Werte, die durch Teilung der Wärmedämmungseigenschaft (1/λ) durch die Rohdichte ρ erhalten werden ((1/λ)/ρ), zeigt. Dieses Kurvenbild veranschaulicht die Wärmedämmungseigenschaft eines thermoakustischen Dämmungsmaterials pro Einheitsrohdichte (die Wärmedämmungsqualität pro Gewicht). In 10 nimmt die Wärmedämmungseigenschaft pro Einheitsrohdichte mit der Zunahme der Rohdichte ab und bildet beinahe eine gerade Linie. Dies zeigt an, dass die Wärmedämmungsqualität pro Gewicht umso besser ist, je geringer die Rohdichte ist, und dass ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial eine bessere Wärmedämmungsqualität pro Gewicht ((1/λ)/ρ) als das aus Glasfasern (x) hergestellte Material aufweist.
• Ferner ist die Wärmedämmungsqualität pro Gewicht des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials mit einer Rohdichte von 10 kg/m³ beinahe jener des aus Glasfasern hergestellten Materials mit einer Rohdichte von 6,3 kg/m³ (x) gleich. Dieses Ergebnis zeigt, dass garantiert werden kann, dass die Wärmedämmungsqualität gleich wie oder höher als jene des aus Glasfasern hergestellten Materials (Rohdichte: 6,7 kg/m³) ist, bei dem es sich um ein typisches herkömmlich verwendetes thermoakustisches Dämmungsmaterial handelt, wenn die Rohdichte eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials 10 kg/m³ oder weniger beträgt.
• Aus den oben erwähnten Ergebnissen wird geschlossen, dass eine Rohdichte eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials vorzugsweise 3 kg/m³ bis 10 kg/m³ betragen sollte.
• Kompressionsregeneration
• Die Kompressionsregenerationsrate ist eine der Eigenschaften, die die mechanische Stärke eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials widerspiegelt. Wenn ein thermoakustisches Dämmungsmaterial mit einer kleinen Kompressionsregenerationsrate unter derartigen Bedingungen verwendet wird, dass das Material durch eine Schwingung und eine Kompressionskraft, die sich aus der Schwingung ergibt, angegriffen wird, wird die anfängliche Schall- und Wärmedämmungsqualität innerhalb eines kurzen Zeitraums verschwinden. Einer der Gründe dafür ist, dass die Fülle des Materials aufgrund der Schwingung und der Kompression allmählich abnimmt, wenn die Kompressionsregenerationsrate gering ist, was das Schrumpfen der inneren Zwischenräume des Materials verursacht und dadurch zur Verschlechterung der Qualität des Materials führt. Ein anderer Grund dafür ist, dass die Abnahme der Fülle einen Zwischenraum im Raum, in den das Material eingesetzt wurde, verursacht.
• Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial bereitzustellen, das eine Qualität aufweist, die gleich wie oder höher als jene des herkömmlichen, aus Glasfasern hergestellten Materials ist. Das Material der vorliegenden Erfindung muss daher den gleichen Grad der Kompressionsregenerationsrate wie jenen des aus Glasfasern hergestellten Materials sicherstellen. Das typische herkömmlich verwendete, aus Glasfasern hergestellte Material (Rohdichte: 6,7 kg/m³) weist eine Kompressionsregenerationsrate von 70% auf (siehe das Vergleichsbeispiel 4 in Tabelle 4, das später beschrieben werden wird).
• Deswegen sollte eine Kompressionsregenerationsrate eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials zumindest 70% oder höher oder bevorzugter 85% oder höher sein. Der Grund dafür ist, dass das Material dann, wenn die Kompressionsregenerationsrate eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials 85% oder höher ist, die äußeren Kräfte beim Anbringen und Herstellen ertragen kann und das Material auch unter derartigen Bedingungen verwendbar sein kann, dass das Material ständig durch eine Schwingung und eine Kompressionskraft angegriffen wird.
• Die Zugfestigkeitsverhältnisse in den dreidimensionalen Richtungen
• Ein weiterer beschränkender Faktor hinsichtlich eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben werden. Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, unter Verwendung extradünner Kohlefasern ein leichtgewichtiges und qualitativ hochwertiges thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial bereitzustellen.
• Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Material bereitzustellen, das unter derartigen Bedingungen verwendbar ist, dass das Material ständig durch eine Schwingung und eine Kompressionskraft angegriffen wird, wie beispielsweise an Hochgeschwindigkeitsbahnwagen und Flugzeugen. Wenn beim Herstellen eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials mit einer geringen Rohdichte jedoch extradünne Kohlefasern eingesetzt werden, führt ihre mechanische Stärke zu einem geringeren Wert als jenem des Materials, das aus mitteldünnen Fasern mit einer großen Rohdichte hergestellt ist, weshalb das aus extradünnen Fasern hergestellte Material wahrscheinlich hinsichtlich seiner Handhabbarkeit, seiner Montierbarkeit und seiner Haltbarkeit minderwertiger ist.
• Insbesondere bricht das sich ergebende Material leicht von der schwächsten Richtung her, wenn die Stärken in den dreidimensionalen Richtungen in jeder Richtung äußerst unterschiedlich sind. Nichtsdestotrotz ist es schwierig, die absolute Stärke in jeder Richtung sehr groß zu gestalten, sofern extradünne Fasern eingesetzt werden und eine geringe Rohdichte benötigt wird. Der Unterschied zwischen den Zugfestigkeiten in jeder Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse in dreidimensionalen Koordinaten (in der Folge als "drei Achsen" bezeichnet) sollte daher klein gestaltet werden, so dass das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial ein geringes Gewicht und eine geringe Rohdichte wie auch eine hervorragende Handhabbarkeit, Montierbarkeit, Haltbarkeit und Kompressionsregenerationsrate bewahren kann.
• Angesichts der obigen Gründe sollte die minimale Zugfestigkeit in der senkrechten Richtung zur Richtung der maximalen Zugfestigkeit eines thermoakustischen Dämmungsmaterials für eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleich wie oder größer als 4% der maximalen Zugfestigkeit sein. Die Zugfestigkeit in der Richtung, die senkrecht zu sowohl der Richtung der maximalen Zugfestigkeit als auch jener der minimalen Zugfestigkeit verläuft, sollte gleich wie oder größer als 35% der maximalen Zugfestigkeit sein.
• Die Gründe für diese Werte werden nachstehend unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Tabelle 2 beschrieben werden. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse der Zugfestigkeiten der thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die sich nur in ihrer Rohdichte unterschieden. Die Werte wurden in den Richtungen von drei Achsen, d. h., ihrer Längs-, Breiten- und Dickenrichtung gemessen.
• Tabelle 2 zeigt die Prozentsätze der Zugfestigkeiten in der Richtung der minimalen Zugfestigkeit zu den Zugfestigkeiten in der Richtung der maximalen Zugfestigkeit und zu den Zugfestigkeiten in der Richtung der mittleren Zugfestigkeit. Sie zeigt auch die Prozentsätze der Zugfestigkeiten in der Richtung der minimalen Zugfestigkeit zu den Zugfestigkeiten in der Richtung der mittleren Zugfestigkeit.
• Normalerweise ist die Richtung der minimalen Zugfestigkeit die Dickenrichtung des Materials und die Richtung der maximalen Zugfestigkeit die Längsrichtung oder die Breitenrichtung. Die Richtung der mittleren Zugfestigkeit ist die Richtung, die eine Zugfestigkeit zwischen der maximalen Zugfestigkeit und der minimalen Zugfestigkeit zeigt, und ist normalerweise die Breitenrichtung.
• Die Bedingungen beim Messen der Zugfestigkeit
• Die Zugfestigkeiten hierin wurden gemäß den folgenden Bedingungen mit einer Konstantquergeschwindigkeits-Zugversuchsvorrichtung gemessen.
• (1) Die Zugfestigkeiten in der Längs- und der Breitenrichtung

  Zugfestigkeitsversuchsgeschwindigkeit:	20 mm/min
  Probenlänge:	50 mm
  Probengröße:	50 mm × 50 mm und eine Dicke von 25 mm (siehe FIGUR 15)

• (2) Die Zugfestigkeiten in der Dickenrichtung

  Zugfestigkeitsversuchsgeschwindigkeit:	20 mm/min
  Probendicke:	25 mm
  Probengröße:	60 mm × 60 mm und eine Dicke von 25 mm (siehe FIGUR 16)

• Die Zugfestigkeiten in der Dickenrichtung wurden durch Ziehen der Platten, die an beiden Seiten eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials angebracht waren, (der Ränder in 16) in die durch die Pfeile angegebenen Richtungen gemessen. Die aus Glasfasern hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterialien, die hierin als Vergleichsgegenstand eingesetzt wurden, waren aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1 μm und einer durchschnittlichen Faserlänge von 10 mm hergestellt.
• Tabelle 1

  
• Tabelle 2

  
• Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, weisen die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien bei einem Vergleich bei gleicher Rohdichte größere Zugfestigkeiten als die aus Glasfasern hergestellten Materialien auf. Insbesondere wird bei den Zugfestigkeiten in der Breiten- und in der Dickenrichtung ein bemerkenswerter Unterschied zwischen diesen beiden Materialien bemerkt. Genauer beträgt die Zugfestigkeit des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials in der Dickenrichtung das 8,5fache derjenigen des aus Glasfasern hergestellten Materials, wenn die Rohdichte 5 kg/m³ beträgt, und das 15fache derjenigen des aus Glasfasern hergestellten Materials, wenn die Rohdichte 10 kg/m³ beträgt.
• Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 weisen die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien bei einem Vergleich jedes Zugfestigkeitsverhältnisses (Prozentsatzes) von Minimum zu Maximum, Mitte zu Maximum und Minimum zu Mitte bei der gleichen Rohdichte höhere Werte als die aus Glasfasern hergestellten Materialien (herkömmliches Material) auf. Das heißt, der Unterschied zwischen den Zugfestigkeiten in jeder Achse war bei den thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien kleiner. Insbesondere wird bemerkt, dass der Unterschied zwischen der Längsrichtung und der Breitenrichtung bei den thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien bemerkenswert klein war. Noch genauer war das Zugfestigkeitsverhältnis der Richtung der mittleren Zugfestigkeit zur Richtung der maximalen Zugfestigkeit bei den thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien mit einer Rohdichte von 3 kg /m³ bis 10 kg/m³ gleich oder größer als 86%. Das Verhältnis der Richtung der minimalen Zugfestigkeit zur Richtung der maximalen Zugfestigkeit war gleich oder größer als 5,4%.
• In Anbetracht der Haltbarkeit und der Handhabbarkeit beim Herstellen oder Anbringen thermoakustischer Dämmungsmaterialien sollte der Unterschied der Zugfestigkeit zwischen den einzelnen Richtungen in drei Achsen so klein wie möglich gemacht werden. Aufgrund bestimmter Faktoren beim Herstellen ist es jedoch äußerst schwierig, den Unterschied der Zugfestigkeiten zu beseitigen. Der Grund dafür ist, dass dann, wenn bei der Herstellung ein Verfahren zum Herstellen einer wollartigen Kohlefaseranhäufung durch Ansammeln von Kohlefasern eingesetzt wird, viele der Fasern, die das angesammelte Material bilden, in einer Richtung ausgerichtet sind, die senkrecht zur Schwerkraftrichtung verläuft, da die Fasern dazu neigen, den Ausrichtungszustand stabiler gegen die Schwerkraft zu bewahren. Mit anderen Worten neigen die Fasern dazu, in der Längs- oder Breitenrichtung ausgerichtet zu werden. Daher sind die Zugfestigkeiten des sich ergebenden thermoakustischen Dämmungsmaterials, das durch Aneinanderkleben der Fasern mit dem oben erwähnten Ausrichtungszustand hergestellt wird, in der Längs- und in der Breitenrichtung wahrscheinlich zu groß, während die Zugfestigkeit in der Dickenrichtung wahrscheinlich zu klein ist.
• Wenn der Unterschied der Zugfestigkeit eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials gleich wie oder geringer als jener eines herkömmlichen Materials ist, ist jedoch gewährleistet, dass seine Handhabbarkeit und seine Haltbarkeit jenen des herkömmlichen Materials zumindest gleich oder überlegen sind. Mit anderen Worten kann das sich ergebende Material von Tabelle 2 her beurteilt eine Handhabbarkeit, Montierbarkeit und Haltbarkeit erreichen, die dem herkömmlichen Material gleich oder überlegen ist, wenn der Prozentsatz des Minimums zum Maximum auf 4% oder mehr und der Prozentsatz der Mitte zum Maximum auf 35% oder mehr gesteuert wird. Aus den Ergebnissen in Tabelle 2 versteht man, dass das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial mit einer Rohdichte von 3 kg/m³ bis 7 kg/m³ diese Bedingungen erfüllen kann.
• Die nachstehende Beschreibung wird nun Einzelheiten eines Herstellungsverfahrens eines thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials, das die wie in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen physikalischen Eigenschaften aufweist, ausführen.
• Zuerst wird anisotropes Pech, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird, nach einer allgemein bekannten Technik (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-146920) angefertigt. Zweitens werden durch Schmelzen des Pechs und sein anschließendes Ausstoßen aus einer Spinndüse unter gleichzeitigem Blasen eines erhitzten Gases vom Umfang der Spinndüse in die gleiche Richtung, in die das geschmolzene Pech ausgestoßen wird (vorzugsweise in die parallel zur Ausstoßrichtung verlaufende Richtung), gesponnene Fasern hergestellt. Das erhitzte Gas spielt eine Rolle beim Verhindern, dass das ausgestoßene Pech unmittelbar abgekühlt wird, und beim Erhalten von Fasern, die eine passende Länge aufweisen.
• Die oben erwähnten gesponnenen Fasern werden beispielsweise mit einem Netz gesammelt und dann einer Unschmelzbarmachungsbehandlung (Oxidationsbehandlung) unterzogen. Dadurch werden Kohlefaservorläufer hergestellt. Die Kohlefaservorläufer werden dann in einem reaktionsträgen Gas bei 650°C oder mehr einer Verkohlungsbehandlung unterzogen, und die sich ergebenden Fasern werden als Kohlefasern eingesetzt.
• Beim obigen Verfahren ist es möglich, einen durchschnittlichen Durchmesser und eine durchschnittliche Faserlänge der gesponnenen Fasern durch Verändern eines Ausstoßauslassdurchmessers der Spinndüse innerhalb des Bereichs von 0,5 mm bis 0,2 mm und durch Regulieren der Schmelzbehandlungstemperatur und der Ausstoßgeschwindigkeit des Pechs wie auch der Temperatur und der Ausstoßgeschwindigkeit des erhitzten Gases auf einen gewünschten Wert zu steuern.
• Obwohl sich die Durchmesser und die Längen der Fasern nach der Unschmelzbarmachungsbehandlung und der Verkohlungsbehandlung geringfügig verändern, besteht praktisch kein Unterschied zwischen den Größen der gesponnenen Fasern und jenen der sich ergebenden Kohlefasern, wenn der Fehlerspielraum bei den Messungen in Betracht gezogen wird. In gleicher Weise besteht praktisch kein Unterschied bei ihren durchschnittlichen Faserdurchmessern und ihren durchschnittlichen Faserlängen.
• Unter Verwendung der oben erwähnten Kohlefasern wird gemäß der folgenden Weise ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial angefertigt.
• Zuerst wird nach einem der folgenden Verfahren eine Kohlefaseranhäufung (ein gesprühtes und angesammeltes Material) angefertigt, wobei eine hitzehärtbare Harzlösung gesprüht wird. Beim ersten Verfahren werden die Kohlefasern, die durch ein Netz u. ä. gesammelt wurden, durch, beispielsweise, Blasen von Luft geöffnet und die geöffneten Fasern dann fallengelassen und angesammelt, wobei eine hitzehärtbare Harzlösung gesprüht wird (Sprüh- und Sammelverfahren). Beim zweiten Verfahren werden die geöffneten Fasern nach dem Öffnen der Kohlefasern wie beim obigen Verfahren fallengelassen und auf einer Ebene angesammelt, um eine grobe wollartige Anhäufung zu bilden, und wird danach eine hitzehärtbare Harzlösung auf die Anhäufung gesprüht (Sammel-Sprühverfahren).
• Zweitens wird durch zwei Pressplatten normalerweise von der Dickenrichtung her ein leichter Druck auf das oben erwähnte gesprühte und angesammelte Material ausgeübt, und wird das Material dann erhitzt, während es im gepressten Zustand gehalten wird, um das hitzehärtbare Harz zu härten. Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Kohlefaseraufbau gebildet, worin die Faserkontaktpunkte durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt sind. Es sollte beachtet werden, dass die Pressplatten von den Richtungen her angelegt werden können, die senkrecht zur Dickenrichtung verlaufen.
• Es versteht sich, dass die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien der vorliegenden Erfindung nur die oben erwähnten Kohlefasern und das hitzehärtbare Harz umfassen können, oder die oben erwähnten Kohlefasern als ein Hauptaufbaumaterial umfassen und andere Fasern beinhalten können, sofern die anderen Fasern die Schall- und Wärmedämmungseigenschaften des sich ergebenden Materials nicht beeinträchtigen. Einige Beispiele für derartige Fasern sind Glasfasern, Polyesterfasern, Keramikfasern u. ä.
• Genauer gesagt wird das sich ergebende thermoakustische KF-Dämmungsmaterial bei einem Ausdruck der Menge des hinzuzufügenden hitzehärtbaren Harzes durch beispielsweise b kg/m³ eine Rohdichte im Bereich von 3 kg/m³ bis weniger als 10 kg/m³ aufweisen, wenn eine Rohdichte einer Kohlefaseranhäufung zumindest auf den Bereich von (3 – b) kg/m³ bis weniger als (10 – b) kg/m³ beschränkt wird.
• In diesem Fall wird bevorzugt, eine Rohdichte einer Kohlefaseranhäufung (die Rohdichte nach dem Weglassen von b) durch Regulieren des Zwischenraums zwischen den oben erwähnten Pressplatten im Erhitzungs- und Formungsschritt auf weniger als 1,3 kg/m³ zu beschränken, um ein geformtes Material (einen dreidimensionalen Aufbau von Kohlefasern) mit einer gewünschten Rohdichte zu erhalten. Wenn die Anhäufung eine Rohdichte von weniger als 1,3 kg/m³ aufweist, was ziemlich grob ist, sind die Fasern darin ausreichend ungleichmäßig ausgerichtet. Folglich wird der sich ergebende dreidimensionale Kohlefaseraufbau voluminös (d. h., weist er eine geringe Rohdichte auf), und sind darüber hinaus nur die Kontaktpunkte der Fasern darin im Aufbau verklebt. Der so erhaltene Aufbau weist in den Richtungen der drei Achsen gleich bleibendere Zugfestigkeiten auf.
• Beim Anfertigen des oben erwähnten gesprühten und angesammelten Materials wird bevorzugt, die geöffneten Kohlefasern aus der Höhe von 100 cm auf eine Ebene fallen zu lassen. Die Fasern werden dadurch ohne Verwendung besonderer Einrichtungen ungleichmäßig ausgerichtet. Der Grund dafür ist, dass einige Fasern in der Schwerkraftrichtung ausgerichtet werden, aber einige in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung ausgerichtet werden, wenn die Fasern leichtgewichtige Kohlefasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,5 μm bis 2 μm und einer durchschnittlichen Faserlänge von 3 mm bis 8 mm sind, und die Fasern aus der Höhe von 100 cm fallen gelassen werden. Dadurch kann eine voluminöse Kohlefaseransammlung (wollartige Kohlefaseranhäufung) mit einer zufälligen Faserausrichtung erhalten werden. Demgemäß kann durch Sprühen einer hitzehärtbaren Harzlösung auf dieses angesammelte Material ein dreidimensionaler Kohlefaseraufbau mit einer zufälligen Faserausrichtung erhalten werden.
• Was das Verfahren zum Fallenlassen der Kohlefasern betrifft, können die Kohlenfasern durch freien Fall fallengelassen werden oder kann ein Luftstrom in die Aufwärtsrichtung (in die Richtung, in der die Fallgeschwindigkeit verringert wird) oder in die Abwärtsrichtung (in die Richtung, in der die Fallgeschwindigkeit erhöht wird) ausgeübt werden. Wenn der Luftstrom ausgeübt wird, ist es leichter, eine Faseranhäufung zu erhalten, die eine gewünschte Rohdichte aufweist, da die Faserausrichtung gesteuert werden kann.
• In dem Fall, in dem die Fasern wie bei Schneefall durch freien Fall allmählich auf eine Ebene fallen gelassen werden, werden die Einzelfasern ziemlich ungleichmäßig in jeder Richtung in drei Achsen ausgerichtet. Selbst dann neigen jedoch viele Fasern dazu, sich in der Richtung parallel zur Schwerkraft (der Längs- oder Breitenrichtung) auszurichten, was dazu führt, dass die Zugfestigkeit in der Dickenrichtung kleiner als die Zugfestigkeiten in der Längs- oder Breitenrichtung wird. Wenn eine besonders große Zugfestigkeit in der Dickenrichtung benötigt wird, kann im Pressschritt ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem mit einer Pressmaschine Druck aus der Längs- und/oder der Breitenrichtung ausgeübt wird. Wenn aus diesen Richtungen Druck ausgeübt wird, kann ein Material mit geringem Unterschied zwischen den Zugfestigkeiten in den Richtungen der drei Achsen erhalten werden.
• Unter den hitzehärtbaren Harzen, die beim oben erwähnten Schritt eingesetzt werden können, finden sich beispielsweise Phenolharze, Melaminharze und Silikonharze. Die verwendete Menge beträgt normalerweise 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% oder bevorzugter 20 Gew.-% bis 30 Gew.-% in Bezug auf das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial. Es ist nicht günstig, wenn der Wert 40 Gew.-% übersteigt, da die Abschnitte der Fasern außer den Kontaktpunkten aufgrund der übermäßigen Menge des Bindemittels verklebt werden. Wenn der Wert andererseits weniger als 10 Gew.-% beträgt, werden die Kontaktpunkte unzureichend verklebt, was zu geringe Zugfestigkeiten und Kompressionsregenerationsraten ergibt.
• Was Phenolharze betrifft, sollte eine Hitzebehandlungstemperatur im oben erwähnten Erhitzungs- und Formungsschritt 150°C bis 250°C und normalerweise 180°C bis 220°C betragen.
• Nach dem bis jetzt beschriebenen Herstellungsverfahren kann das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial der vorliegenden Erfindung, das die in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Eigenschaften aufweist, erhalten werden.
• Auf Basis der Beispiele wird nachstehend die weitere ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben.
• Beispiele 1 bis 4
• Pech mit einem Erweichungspunkt von 280°C wurde durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten, und das Pech wurde bei 320°C geschmolzen. Das geschmolzene Pech wurde aus einer Spinndüse ausgestoßen, die eine Ausstoßöffnung mit einem Durchmesser von 0,25 mm aufwies, und gleichzeitig wurde ein erhitztes Gas mit einer Temperatur von 320°C in die gleiche Richtung wie die Pechausstoßrichtung und parallel dazu geblasen. Das Pech wurde gesponnen und dadurch zu Fasern geformt, und dann mit einem Netz gesammelt. Die so erhaltenen Kohlefaservorläufer wiesen einen Durchmesser von 0,5 bis 3,5 μm (einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,3 μm) und eine Faserlänge von 1 bis 15 mm (eine durchschnittliche Faserlänge von 5 mm) auf. 1 zeigt eine Durchmesserverteilung der nach den obigen Bedingungen hergestellten Kohlefasern.
• Anschließend wurden die sich ergebenden Fasern durch Erhitzen in der Luft für 30 Minuten bei 300°C unschmelzbar gemacht und dann durch Erhitzen in einem reaktionsträgen Gas für 30 Minuten bei einer vorherbestimmten Temperatur (650°C, 700°C, 750°C oder 800°C) verkohlt. Auf diese Weise wurden vier Arten von Kohlefasern, die jeweils bei einer unterschiedlichen Temperatur verkohlt waren, erhalten. Die Durchmesser und Faserlängen dieser Kohlefasern waren den oben erwähnten Kohlefaservorläufern annähernd gleich.
• Aus den oben erwähnten vier Arten von Kohlefasern wurden vier Arten von thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien angefertigt. Genauer wurden die Kohlefasern durch Blasen der Luft geöffnet und die geöffneten Fasern dann nach und nach so, wie Schnee fällt, durch freien Fall aus einer Höhe von 100 cm auf eine Ebene fallen gelassen, wodurch eine wollartige Anhäufung (unverklebter Zustand) mit einer Dicke von 120 mm und einer Rohdichte von 0,7 kg/m³ erhalten wurde.
• Anschließend wurde eine 20 gew.%ige Phenolharzlösung, deren Menge 150 Gew.-% auf Basis des Gewichts dieser Kohlefaseranhäufung betrug, auf die Anhäufung gesprüht und die Anhäufung dann mit einer Pressmaschine, die mit zwei Pressplatten ausgerüstet war, gepresst, bis die Dicke der Anhäufung etwa 25 mm erreichte (in der Längs- und der Breitenrichtung wurde kein Druck ausgeübt). Die Anhäufung wurde auf 200°C erhitzt, während sie im gepressten Zustand gehalten wurde, und das Phenolharz wurde dadurch vollständig gehärtet. Demgemäß wurden dreidimensionale Kohlefaseraufbauten (vier unterschiedliche Arten) hergestellt, die eine Rohdichte von 4,8 kg/m³ und eine Größe mit einer Länge von 1,5 m, einer Breite von 0,5 m und einer Dicke von 25 mm aufwiesen, und die sich ergebenden Aufbauten wurden als thermoakustische KF-Dämmungsmaterialien eingesetzt.
• Beispiel 5
• Ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial von Beispiel 5 mit einer Rohdichte von 4,0 kg/m³ wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 1 bis 4 angefertigt, außer dass die Verkohlungstemperatur 700°C und die Dicke der Kohlefaseranhäufung 100 mm betrug. Die Größe und die Dicke des so hergestellten Materials waren die gleichen wie jene der nach Beispiel 1 bis 4 hergestellten Materialien.
• Beispiel 6
• Das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial von Beispiel 6, das eine Rohdichte von 7,0 kg/m³ aufwies, wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 1 bis 4 angefertigt, außer dass die Verkohlungstemperatur 700°C und die Dicke der Kohlefaseranhäufung 175 mm betrug. Die Größe und die Dicke des so hergestellten Materials waren die gleichen wie jene der nach Beispiel 1 bis 4 hergestellten Materialien.
• Vergleichsbeispiel 1
• Das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial von Vergleichsbeispiel 1 wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 1 bis 4 angefertigt, außer dass die Verkohlungstemperatur 850°C betrug. Die Größe, die Dicke und die Rohdichte des so hergestellten Materials waren die gleichen wie jene der nach Beispiel 1 bis 4 hergestellten Materialien.
• Vergleichsbeispiel 2
• Das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial von Vergleichsbeispiel 2 wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 1 bis 4 angefertigt, außer dass die Verkohlungstemperatur 900°C betrug. Die Größe, die Dicke und die Rohdichte des so hergestellten Materials waren die gleichen wie jene der nach Beispiel 1 bis 4 hergestellten Materialien.
• Vergleichsbeispiel 3
• Das thermoakustische KF-Dämmungsmaterial von Vergleichsbeispiel 3 wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 1 bis 4 angefertigt, außer dass die für dieses Beispiel eingesetzten Kohlefasern aus isotropem Pech hergestellt waren, das aus Kohlenteer hergestellt war, und bei 950°C verkohlt wurden, und die Kohlefasern einen Faserdurchmesser von 13 μm und eine durchschnittliche Faserlänge von 25 mm aufwiesen.
• Vergleichsbeispiel 4
• Das thermoakustische Glasfaser-Dämmungsmaterial von Vergleichsbeispiel 4 (Dicke: 25 mm, Rohdichte: 6,7 kg/m³) wurde aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,0 μm und einer durchschnittlichen Faserlänge von 10 mm und durch Verkleben der Fasern mit Phenolharz angefertigt.
• Jede Art der thermoakustischen Dämmungsmaterialien der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde nach den gleichen Verfahren geprüft, wie sie im Vorhergehenden im Abschnitt "DIE BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG" beschrieben sind. Die Versuchsergebnisse sind begleitet von den Herstellungsbedingungen der Kohlefasern in Tabelle 3 und 4 angeführt. Tabelle 3

  

  Tabelle 4

  

P1:

Zugfestigkeit in der Längsrichtung (maximale Zugfestigkeit)

P2:

Zugfestigkeit in der Breitenrichtung

P3:

Zugfestigkeit in der Dickenrichtung (minimale Zugfestigkeit)

*:

nicht gemessen

• Wie in Tabelle 3 ersichtlich ist, betragen die galvanischen Ströme bei den Beispielen 1 bis 5 0,2 μA bis 17 μA und wurde bei den Beispielen 2 bis 6 keine galvanische Korrosion beobachtet, während bei Beispiel 1 eine sehr geringe galvanische Korrosion erkannt wurde.
• Im Gegensatz dazu wurde bei Vergleichsbeispiel 1 (Verkohlungsbehandlung: 850°C, galvanischer Strom: 56 μA), Vergleichsbeispiel 2 (Verkohlungsbehandlung: 900°C, galvanischer Strom: 110 μA) und Vergleichsbeispiel 3 (Verkohlungsbehandlung: 950°C, galvanischer Strom: 36 μA) eine deutliche galvanische Korrosion beobachtet. Der Grund dafür, dass bei Vergleichsbeispiel 4 keine galvanische Korrosion erkannt wurde, ist, dass Glasfasern keinen galvanischen Strom erzeugen.
• Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, betrugen die Zugfestigkeitsverhältnisse (Prozentsätze) der Beispiele 1 bis 6 P2/P1 = 82 bis 100 und P3/P1 = 5,6 bis 6,3. Verglichen damit betrugen die Verhältnisse in Vergleichsbeispiel 4 P2/P1 = 33 und P3/P1 = 2,5, was anzeigt, dass das Material von Vergleichsbeispiel 4 einen weit größeren Unterschied bei den Zugfestigkeiten in den drei Achsen als jenen des thermoakustischen KF-Dämmungsmaterials der vorliegenden Erfindung aufweist.
• Was die Wärmeleitfähigkeit (W/m·°C) betrifft, betrugen die Wärmeleitfähigkeiten bei den Beispielen 1 bis 4, bei denen die Materialien eingesetzt wurden, die eine Rohdichte von 4,8 kg/m³ aufwiesen, 0,035 bis 0,037. Bei Beispiel 5, bei dem das Material eingesetzt wurde, das eine Rohdichte von 4,0 kg/m³ aufwies, betrug der Wert 0,037, und bei Beispiel 6, bei dem das Material eingesetzt wurde, das eine Rohdichte von 7,0 kg/m³ aufwies, 0,033. Verglichen damit betrug der Wert bei Vergleichsbeispiel 4 (dem aus Glasfasern hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterial), bei dem das Material eingesetzt wurde, das eine Rohdichte von 6,7 kg/m³ aufwies, 0,039. Diese Ergebnisse zeigen, dass die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem aus Glasfasern hergestellten Material eine höhere Wärmedämmungsqualität mit einer geringeren Rohdichte erreichen können. Es ist anzumerken, dass die Wärmedämmungsqualität umso besser ist, je geringer die Wärmeleitfähigkeit ist.
• Was das akustische Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen bei 1000 Hz (%) bei einer Dicke von 25 mm betrifft, betragen die Werte bei den Beispielen 1 bis 4 mit den Materialien, die eine Rohdichte von 4, 8 kg/m³ aufwiesen, 52 bis 55, bei Beispiel 5 mit dem Material, das eine Rohdichte von 4,0 kg/m³ aufwies, 50, und bei Beispiel 6 mit dem Material, das eine Rohdichte von 7,0 kg/m³ aufwies, 60. Verglichen damit beträgt der Wert bei Vergleichsbeispiel 4 (dem aus Glasfasern hergestellten thermoakustischen Dämmungsmaterial) mit dem Material, das eine Rohdichte vom 6,7 kg/m³ aufwies, 48. Ähnlich wie die obigen Ergebnisse zeigen auch diese Ergebnisse, dass die thermoakustischen KF-Dämmungsmaterialien der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem aus Glasfasern hergestellten Material bei einer geringeren Rohdichte eine größere Schalldämmungswirkung erreichen können.
• INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
• Wie beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung jede der im Vorhergehenden erwähnten Aufgaben zufrieden stellend erfüllen. Nach der vorliegenden Erfindung kann ein thermoakustisches Dämmungsmaterial erhalten werden, das einen hohen Grad an Wärme- und Schalldämmungsqualität wie auch eine hervorragende Zugfestigkeit und Kompressionselastizität aufweist. Da das thermoakustische Dämmungsmaterial der vorliegenden Erfindung Kohlefasern als ein Hauptaufbaumaterial aufweist, weist das sich ergebende Material darüber hinaus günstige Eigenschaften, die Kohlefasern zu eigen sind, auf, wie etwa Leichtigkeit, chemische Stabilität, Unbrennbarkeit, Nichthygroskopizität und derartige Eigenschaften, dass das Material im Fall eines Feuers keine giftigen Dämpfe erzeugt. Darüber hinaus bewahrt das Material der vorliegenden Erfindung verbesserte Qualitäten hinsichtlich der galvanischen Korrosivität und der nichtelektrischen Leitfähigkeit, die beide Nachteile der Kohle fasern umfassenden thermoakustischen Dämmungsmaterialien darstellen. Zusätzlich besitzt das Material der vorliegenden Erfindung bemerkenswert verbesserte mechanische Eigenschaften wie etwa eine hervorragende Zugfestigkeit und Kompressionsregenerationsrate.
• Das thermoakustische Dämmungsmaterial als solches zeichnet sich nicht nur durch die Wärme- und Schalldämmungsqualität bei seiner anfänglichen Anbringung aus, sondern erfährt sogar nach einer langen Verwendung auch keine Verschlechterung der Qualität. Ferner verursacht das Material keine galvanische Korrosion in Bezug auf die Elemente, die es umgeben, und bewirkt es keine Kurzschlüsse durch das Material selbst oder die vom Material gelösten Fasern in den umgebenden elektrischen Schaltkreisen.
• Die vorliegende Erfindung weist einen bedeutenden Wert hinsichtlich der industriellen Anwendbarkeit auf, indem sie ein thermoakustisches KF-Dämmungsmaterial bereitstellen kann, das nicht nur für ein Element verwendbar ist, das fähig ist, den Energieverbrauch in Behausungen u. ä. einzusparen, sondern auch für Flugzeuge, Hochgeschwindigkeitsbahnwagen, Raumfahrzeuge u. ä., bei denen eine ständige Schwingung vorhanden ist, eine große Menge an Metallmaterial verwendet wird, und verschiedenste elektrische Einrichtungen angebracht sind, passend verwendbar ist.

Claims (24)

1. Thermoakustisches Dämmungsmaterial, umfassend eine wollartige Kohlefaseranhäufung, die aus Kohlefasern besteht, welche einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,5 μm bis 5 μm und eine durchschnittliche Faserlänge von 1 mm bis 15 mm aufweisen, und wobei die Fasern durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt sind.
2. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach Anspruch 1, wobei ein galvanischer Strom in einer galvanischen Zelle, aufweisend eine Elektrode, die aus dem thermoakustischen Dämmungsmaterial besteht, eine andere Elektrode, die aus einer Aluminiumplatte besteht, und eine Elektrolytlösung, die aus einer 0,45 gew.%igen wäßrigen Natriumchloridlösung besteht, 10 μA oder weniger beträgt.
3. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, das eine Rohdichte von 3 kg/m³ bis 10 kg/m³ aufweist.
4. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine maximale Zugfestigkeit von 1,0 g/mm² oder höher aufweist.
5. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine Kompressionsregenerationsrate von 70% oder höher aufweist.
6. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine minimale Zugfestigkeit der senkrechten Richtung zur maximalen Zugfestigkeit das 0,04fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt, und gleichzeitig eine Zugfestigkeit der senkrechten Richtung zu sowohl der Richtung der maximalen Zugfestigkeit als auch der Richtung der minimalen Zugfestigkeit das 0,76fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt.
7. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,039 W/m·°C oder weniger aufweist.
8. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein akustisches Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen bei einer Frequenz von 1000 Hz des thermoakustischen Dämmungsmaterials mit einer Dicke von 25 mm 48 oder mehr beträgt.
9. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kohlefasern aus anisotropem Pech hergestellt werden, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischen Kohlenwasserstoff erhalten wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials, das folgende Schritte umfaßt: einen Spinnschritt zum Herstellen von gesponnenen Fasern durch Erhitzen und Schmelzen von anisotropem Pech, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischem Kohlenwasserstoff erhalten wird, und dann Ausstoßen des geschmolzenen Materials aus einer Spinndüse und gleichzeitiges Blasen eines erhitzten Gases vom Umfang der Spinndüse aus in die gleiche Richtung, in die das geschmolzene Material ausgestoßen wird, einen Kohlefaserherstellungsschritt zum Herstellen nicht galvanisch korrosiver Kohlefasern durch Unschmelzbarmachen der gesponnenen Fasern und danach Verkohlen der Fasern bei nicht weniger als 550°C aber weniger als 800°C, einen Sprüh- und Sammelschritt zum Ansammeln der nicht galvanisch korrosiven Kohlefasern auf einer Ebene, um ein wollartiges Material zu bilden, wobei eine hitzehärtbare Harzlösung auf die Fasern gesprüht wird, und einen Hitzeformungsschritt zum Formen des wollartigen Materials, wobei Hitze ausgeübt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials nach Anspruch 10, wobei der Sprüh- und Sammelschritt einen Sammelschritt zum Ansammeln der nicht galvanisch korrosiven Kohlefasern, um ein wollartiges Material aus angesammelten Kohlefasern zu bilden, und einen Sprühschritt zum Sprühen einer hitzehärtbaren Harzlösung auf das wollartige Material aus angesammelten Kohlefasern umfaßt.
12. Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein Verfahren des Ansammelns der Kohlefasern im Sprüh- und Sammelschritt dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kohlefasern durch ein Fallenlassen der durch die Luft geöffneten Kohlefasern aus einer Höhe von zumindest 100 cm oder mehr auf eine Ebene angesammelt werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials nach Anspruch 11 und 12, wobei das wollartige Material aus angesammelten Kohlefasern eine Rohdichte von 1,3 kg/m³ oder weniger aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung eines thermoakustischen Dämmungsmaterials nach Anspruch 10, wobei eine Temperatur zum Verkohlen der gesponnenen Fasern nicht geringer als 650°C, aber geringer als 750°C ist.
15. Thermoakustisches Dämmungsmaterial, umfassend eine wollartige Kohlefaseranhäufung, die aus Kohlefasern besteht, die durch ein hitzehärtbares Harz aneinandergeklebt sind, wobei das thermoakustische Dämmungsmaterial einen galvanischen Strom von 20 Mikroampere oder weniger in einer galvanischen Zelle bedeutet, in der eine Elektrode aus dem thermoakustischen Dämmungsmaterial besteht, die andere Elektrode aus einer Aluminiumplatte besteht, und die Elektrolytlösung eine 0,45 gew.%ige wäßrige Natriumchloridlösung ist.
16. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach Anspruch 15, wobei der galvanische Strom 10 Mikroampere oder weniger beträgt.
17. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach Anspruch 15 oder 16, wobei ein durchschnittlicher Faserdurchmesser der Kohlefasern 0,5 μm bis 5 μm und eine durchschnittliche Faserlänge der Kohlefasern 1 mm bis 15 mm beträgt.
18. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach Anspruch 15, 16 oder 17, das eine Rohdichte von 3 kg/m³ bis 10 kg/m³ aufweist.
19. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 18, das eine maximale Zugfestigkeit von 1,0 g/mm² oder höher aufweist.
20. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das eine Kompressionsregenerationsrate von 70% oder höher aufweist.
21. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei eine minimale Zugfe stigkeit der senkrechten Richtung zur maximalen Zugfestigkeit das 0,04fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt, und gleichzeitig eine Zugfestigkeit der senkrechten Richtung zu sowohl der Richtung der maximalen Zugfestigkeit als auch der Richtung der minimalen Zugfestigkeit das 0,76fache oder mehr der maximalen Zugfestigkeit beträgt.
22. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 21, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,039 W/m·°C oder weniger aufweist.
23. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei ein akustisches Senkrechteinfalls-Absorptionsvermögen bei einer Frequenz von 1000 Hz des thermoakustischen Dämmungsmaterials mit einer Dicke von 25 mm 48 oder mehr beträgt.
24. Thermoakustisches Dämmungsmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei die Kohlefasern aus anisotropem Pech hergestellt werden, das durch Polymerisieren von kondensiertem polyzyklischen Kohlenwasserstoff erhalten wird.