JP2018076963A - Molded adiabatic material and process of manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成形断熱材に関し、詳しくは応力による破壊を抑制し得た成形断熱材に関する。 The present invention relates to a molded heat insulating material, and more particularly to a molded heat insulating material capable of suppressing breakage due to stress.
炭素繊維系の断熱材は、熱的安定性や断熱性能に優れ且つ軽量であることから、種々の用途で使用されている。このような断熱材には、炭素繊維を交絡してなる炭素繊維フェルトや、炭素繊維フェルトに樹脂材料を含浸させ炭素化させた炭素繊維成形断熱材がある。炭素繊維フェルトは可とう性に優れるという長所を有し、炭素繊維成形断熱材は、形状安定性に優れ、微細な加工が可能である、酸素ガスやＳｉＯガスが発生する環境で使用する場合、樹脂材料の炭素化物が炭素繊維に先んじてこれらのガスと反応するので、炭素繊維が劣化し難いという長所を有する。 Carbon fiber-based heat insulating materials are used in various applications because they are excellent in thermal stability and heat insulating performance and are lightweight. Examples of such a heat insulating material include a carbon fiber felt formed by entanglement of carbon fibers, and a carbon fiber formed heat insulating material obtained by impregnating a carbon fiber felt with a resin material and carbonizing the carbon fiber felt. Carbon fiber felt has the advantage of excellent flexibility, carbon fiber molded insulation is excellent in shape stability and can be finely processed, when used in an environment where oxygen gas or SiO gas is generated, Since the carbonized material of the resin material reacts with these gases prior to the carbon fiber, the carbon fiber is not easily deteriorated.
何れの断熱材を使用するかは、使用目的や用途に応じて適宜選択される。後者の炭素繊維成形断熱材は、熱的安定性、断熱性能に優れ且つ形状安定性に優れることから、単結晶シリコン引き上げ装置、多結晶シリコンキャスト炉、金属やセラミックスの焼結炉、真空蒸着炉等の高温炉の断熱材として使用されている。 Which heat insulating material is used is appropriately selected according to the purpose of use and application. The latter carbon fiber molded heat insulating material is excellent in thermal stability, heat insulating performance and shape stability, so it has a single crystal silicon pulling device, a polycrystalline silicon cast furnace, a metal and ceramic sintering furnace, and a vacuum evaporation furnace. It is used as a heat insulating material for high temperature furnaces.
ところで、使用状況によっては成形断熱材に応力が掛かることがあるが、応力が過剰にかかると成形断熱材に亀裂が生じる。亀裂が進行すると、成形断熱材が破壊に至ることもあり、このような場合には断熱機能を発揮できなくなってしまう。可とう性に優れた炭素繊維フェルトを用いる場合、このような問題は生じないが、形状安定性等の観点から成形断熱材を使用せざるを得ない場合もある。 By the way, although stress may be applied to the molded heat insulating material depending on the use situation, if the stress is applied excessively, the molded heat insulating material cracks. When the crack progresses, the molded heat insulating material may be destroyed, and in such a case, the heat insulating function cannot be exhibited. When using a carbon fiber felt excellent in flexibility, such a problem does not occur, but a molded heat insulating material may be inevitably used from the viewpoint of shape stability and the like.
ここで、成形断熱材に外部応力がかかる場合としては、断熱材とその周辺の部材とが接触する場合、内部応力がかかる場合としては、断熱材が局部的に急激に加熱される場合などが想定される。 Here, when the external stress is applied to the molded heat insulating material, when the heat insulating material and the surrounding members are in contact, when the internal stress is applied, the heat insulating material may be locally heated suddenly, etc. is assumed.
ところで、成形断熱材に関する技術としては、下記特許文献１が挙げられる。 By the way, the following patent document 1 is mentioned as a technique regarding a shaping | molding heat insulating material.
特許文献１の技術は、樹脂バインダーを含浸または塗布した樹脂含浸炭素繊維フェルトと炭素繊維フェルトの積層体を圧縮成形して焼成した炭素繊維断熱材に関する技術である。 The technique of Patent Document 1 is a technique related to a carbon fiber heat insulating material obtained by compression-molding and firing a laminate of a resin-impregnated carbon fiber felt impregnated or coated with a resin binder and a carbon fiber felt.
この技術によると、剛性を高くしながらも断熱性の低下を抑制したものであり、加熱炉などの壁体への施工性を容易にできる等とされる。 According to this technique, while lowering the heat insulating property while suppressing the rigidity, the workability to a wall such as a heating furnace can be facilitated.
しかしながら、この技術では、樹脂を含まない炭素繊維フェルトの部分を含むことを必須としているが、この部分は、加工性が悪く微細加工が困難である、接着に寄与する樹脂成分がないので機械的強度や接着強度が低い、炭素繊維に先んじて酸化する成分を含まないので、酸化消耗により炭素繊維の骨格が崩れて断熱性が低下してしまう、などの問題がある。 However, in this technique, it is essential to include a carbon fiber felt part that does not contain a resin. However, this part has poor processability and is difficult to finely process, and since there is no resin component that contributes to adhesion, it is mechanical. There are problems such as low strength and adhesive strength, and the absence of a component that oxidizes prior to carbon fiber, resulting in a collapse of the carbon fiber skeleton due to oxidative consumption and a decrease in heat insulation.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、応力による破壊を抑制し得た成形断熱材を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in order to solve said subject, and it aims at providing the shaping | molding heat insulating material which could suppress the fracture | rupture by stress.
上記課題を解決するための成形断熱材に係る本発明は、次のように構成されている。
炭素繊維を交絡させた繊維フェルトと、前記繊維フェルトの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなる保護炭素層と、を有し、炭素質により構成された炭素繊維シートと、不融化処理した等方性ピッチを原料とする炭素繊維を堆積させた繊維マットと、前記繊維マットの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなるマトリックスと、からなる炭素繊維層と、がそれぞれ複数積層されてなる成形断熱材であって、前記成形断熱材の少なくとも一方の表面には前記炭素繊維シートが配されており、前記炭素繊維層は連続して積層されておらず、前記炭素繊維シートは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記炭素繊維層は、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向していることを特徴とする成形断熱材。
The present invention relating to a molded heat insulating material for solving the above problems is configured as follows.
A carbon fiber sheet having a fiber felt entangled with carbon fiber and a carbonaceous protective carbon layer covering the carbon fiber surface of the fiber felt, and a carbon fiber sheet made of carbonaceous material, and an infusible treated isotropic A molded heat insulating material in which a plurality of carbon fiber layers each including a fiber mat formed by depositing carbon fibers made of a conductive pitch and a carbonaceous matrix covering the carbon fiber surface of the fiber mat are laminated. The carbon fiber sheet is arranged on at least one surface of the molded heat insulating material, the carbon fiber layer is not continuously laminated, and the carbon fiber sheet has three-dimensional carbon fibers. The carbon fiber layer is oriented randomly, and the carbon fiber is oriented in a direction perpendicular to the laminating direction.
上記構成では、成形断熱材は、いずれも炭素質からなる炭素繊維シートと炭素繊維層とにより構成されており、成形断熱材は炭素質以外の成分を含んでいない。このうち炭素繊維シートは、繊維フェルトに保護炭素層が形成されたものであり、炭素繊維が交絡されて三次元的にランダムに配向している。このように炭素繊維がランダムに配向され、保護炭素層が形成された炭素繊維シートは、強度が高く形態安定性や加工性に優れる。 In the said structure, all the shaping | molding heat insulating materials are comprised with the carbon fiber sheet and carbon fiber layer which consist of carbonaceous, and the shaping | molding heat insulating material does not contain components other than carbonaceous. Among them, the carbon fiber sheet is a fiber felt in which a protective carbon layer is formed, and the carbon fibers are entangled and randomly oriented three-dimensionally. Thus, the carbon fiber sheet in which the carbon fibers are randomly oriented and the protective carbon layer is formed has high strength and excellent shape stability and workability.
また、炭素繊維層は、不融化処理した等方性ピッチを原料とする炭素繊維からなる繊維マットに炭素質のマトリックスが形成されたものであり、炭素繊維は成形断熱材の積層方向（成形断熱材の厚み方向）に垂直な方向に配向している。このように、炭素繊維が面方向に配向した炭素繊維層は、この面に対して垂直な方向から力が加わった場合に、この力を緩和・吸収するように作用する。 The carbon fiber layer is a carbon mat formed on a fiber mat made of carbon fibers made from infusible isotropic pitch, and the carbon fibers are laminated in the direction of lamination of the molded heat insulating material (molded heat insulation). It is oriented in a direction perpendicular to the thickness direction of the material. Thus, the carbon fiber layer in which the carbon fibers are oriented in the plane direction acts to relax and absorb this force when a force is applied from a direction perpendicular to the plane.
上記本発明の構成のごとく、この炭素繊維層と炭素繊維シートとを積層してなる成形断熱材は、炭素繊維シートによって形態安定性や加工性が高められ、且つ、応力がかかった場合においては、炭素繊維層が応力の伝播を抑制し成形断熱材の亀裂の進行を防止するため、応力による成形断熱材の破壊を防止することができる。 As in the configuration of the present invention, the molded heat insulating material formed by laminating the carbon fiber layer and the carbon fiber sheet is improved in form stability and workability by the carbon fiber sheet, and when stress is applied. Since the carbon fiber layer suppresses the propagation of stress and prevents the progress of cracks in the molded heat insulating material, it is possible to prevent the molded heat insulating material from being broken by the stress.
また、上記本発明では、成形断熱材の少なくとも一方の表面には、形態安定性や加工性に優れた炭素繊維シートが配置されている。このため、微細な加工や強度が要求されうる側（例えば熱源側）に炭素繊維シートを配置することにより、従来の成形断熱材と同様の使用が可能となる。 Moreover, in the said invention, the carbon fiber sheet excellent in form stability and workability is arrange | positioned on the at least one surface of the shaping | molding heat insulating material. For this reason, the same use as the conventional shaping | molding heat insulating material is attained by arrange | positioning a carbon fiber sheet in the side (for example, heat-source side) where a fine process and intensity | strength may be requested | required.
また、炭素繊維が積層方向に対して垂直な方向に配向した炭素繊維層は、積層方向の熱伝導性が低く、断熱性能をより高めることができるという効果も奏する。 Moreover, the carbon fiber layer in which the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction has a low thermal conductivity in the stacking direction, and also has an effect that the heat insulation performance can be further improved.
また、炭素繊維層は、炭素質のマトリックスを含んでおり、このマトリックスが炭素繊維層の形態安定性や加工性、隣接する炭素繊維シートとの接着性を高める。このため、炭素繊維層は、炭素繊維フェルトのような炭素繊維のみからなる構造物よりも形態安定性や加工性、隣接する炭素繊維シートとの接着性が高い。 Moreover, the carbon fiber layer contains a carbonaceous matrix, and this matrix enhances the form stability and workability of the carbon fiber layer and the adhesion to the adjacent carbon fiber sheet. For this reason, the carbon fiber layer has higher form stability, processability, and adhesion to the adjacent carbon fiber sheet than a structure made of only carbon fibers such as carbon fiber felt.
また、成形断熱材の周囲に、不純物として混入或いは炉内で発生した活性ガス（酸素ガス、ＳｉＯガス等）が存在する場合、保護炭素層やマトリックスが炭素繊維に先んじて活性ガスと反応する。これにより、炭素繊維と活性ガスとが反応して劣化することが抑制される。 Further, when there is an active gas (oxygen gas, SiO gas, etc.) mixed as an impurity or generated in the furnace around the molded heat insulating material, the protective carbon layer and the matrix react with the active gas prior to the carbon fiber. Thereby, it is suppressed that carbon fiber and active gas react and deteriorate.
ここで、炭素質が酸素ガスと反応する場合炭酸ガスとなって除去され、ＳｉＯガスと反応する場合にはＳｉＣとなって除去されることなく残存するが、いずれの場合も炭素繊維により構成される骨格構造が維持されるので、当該骨格構造が多数の空間を形成することにより得られる断熱作用が維持される。 Here, when the carbonaceous material reacts with oxygen gas, it is removed as carbon dioxide gas, and when it reacts with SiO gas, it remains as SiC without being removed. Therefore, the heat insulating action obtained by forming a large number of spaces is maintained.
なお、炭素繊維層相互を接着することは、多量の接着成分を必要とするなどの問題があるため、炭素繊維層は連続して積層しない。つまり、炭素繊維層は、炭素繊維シート間に挟まれているか、成形断熱材の一つの表面に配置され、且つ、炭素繊維シートに接しているものである。 Note that bonding the carbon fiber layers to each other has a problem of requiring a large amount of adhesive components, and therefore, the carbon fiber layers are not continuously laminated. That is, the carbon fiber layer is sandwiched between the carbon fiber sheets or is disposed on one surface of the molded heat insulating material and is in contact with the carbon fiber sheet.
これに対し、炭素繊維シートは、連続して積層されていてもよい。ここで、個々の炭素繊維シートの厚み、個々の炭素繊維層の厚み、成形断熱材の全体厚みに占める炭素繊維シートの合計厚みの割合等は、所望とする応力緩和効果、形態安定性、断熱効果等を勘案して適宜設定すればよく、これに従い炭素繊維シートを連続して積層するかどうかを決定すればよい。積層しやすさの観点から、炭素繊維シートと炭素繊維層とを一層ずつ交互に積層する構成としてもよい。 On the other hand, the carbon fiber sheet may be laminated | stacked continuously. Here, the thickness of each carbon fiber sheet, the thickness of each carbon fiber layer, the ratio of the total thickness of the carbon fiber sheet to the total thickness of the molded heat insulating material, etc. are the desired stress relaxation effect, form stability, heat insulation What is necessary is just to set suitably in consideration of an effect etc., and what is necessary is just to determine whether a carbon fiber sheet is laminated | stacked continuously according to this. From the viewpoint of easy lamination, the carbon fiber sheets and the carbon fiber layers may be alternately laminated one by one.
また、成形断熱材を構成する炭素繊維シートは、かさ密度や厚み等がすべて異なっていてもよく、すべて同一のものであってもよい。また、成形断熱材を構成する炭素繊維層についても同様に、かさ密度や厚み等がすべて異なっていてもよく、すべて同一のものであってもよい。なお、製造面からは、炭素繊維シート、炭素繊維層ともに、かさ密度や厚み等がすべて同一であることが好ましい。 In addition, the carbon fiber sheets constituting the molded heat insulating material may all be different in bulk density, thickness, etc., or all may be the same. Similarly, the carbon fiber layers constituting the molded heat insulating material may all have different bulk densities, thicknesses, etc., or may all be the same. In terms of production, it is preferable that the bulk density and thickness of the carbon fiber sheet and the carbon fiber layer are all the same.
上記構成において、炭素繊維層における炭素繊維とマトリックスとの質量比が、１００：２〜１００：２０であることが好ましい。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the mass ratio of the carbon fiber in a carbon fiber layer and a matrix is 100: 2-100: 20.
炭素繊維層におけるマトリックスの量が増加するに従い、炭素繊維層の繊維同士の接着性が向上し、且つ、応力緩和効果が低くなっていく。両者のバランスの観点から上記範囲内であることが好ましい。 As the amount of the matrix in the carbon fiber layer increases, the adhesion between the fibers in the carbon fiber layer improves and the stress relaxation effect decreases. It is preferable that it is in the said range from a viewpoint of both balance.
上記構成において、炭素繊維層の厚さが、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the thickness of a carbon fiber layer is 0.5-5 mm.
炭素繊維層の厚みが大きくなるに従い、応力緩和効果が大きくなるとともに、機械的強度、加工性が低くなっていく。両者のバランスの観点から、一つの炭素繊維層の厚さは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。 As the thickness of the carbon fiber layer increases, the stress relaxation effect increases and the mechanical strength and workability decrease. From the viewpoint of the balance between the two, the thickness of one carbon fiber layer is preferably 0.5 to 5 mm.
なお、成形断熱材の表面に配置された炭素繊維シートに、熱分解炭素が浸透されていたり、黒鉛粒子や非晶質炭素粒子等の炭素質粒子が含まれていたりしてもよい。このような構成とすることにより、成形断熱材の損耗や発塵をさらに抑制することができる。また、これらを含ませない構成とすると、製造工程を簡略化できる。なお、炭素繊維シート、炭素繊維層は、いずれも炭素質のみで構成され、炭素質以外の成分は含まれない。 The carbon fiber sheet disposed on the surface of the molded heat insulating material may be infiltrated with pyrolytic carbon, or may contain carbonaceous particles such as graphite particles and amorphous carbon particles. By setting it as such a structure, the abrasion and dust generation of a shaping | molding heat insulating material can further be suppressed. Moreover, if it is set as the structure which does not contain these, a manufacturing process can be simplified. In addition, both a carbon fiber sheet and a carbon fiber layer are comprised only with carbonaceous, and components other than carbonaceous are not contained.
上記構成において、炭素繊維シートは、三点曲げ強度が０．３ＭＰａ以上、三点曲げ弾性率が、９ＭＰａ以上であり、炭素繊維層は、三点曲げ強度が０．２ＭＰａ以下、三点曲げ弾性率が５ＭＰａ以下であることが好ましい。 In the above configuration, the carbon fiber sheet has a three-point bending strength of 0.3 MPa or more and a three-point bending elastic modulus of 9 MPa or more, and the carbon fiber layer has a three-point bending strength of 0.2 MPa or less and a three-point bending elasticity. The rate is preferably 5 MPa or less.
炭素繊維シートは、成形断熱材の強度を維持する観点から、一定程度の強度を有することが好ましい。この観点から、炭素繊維シートの三点曲げ強度は、０．３２ＭＰａ以上であることがより好ましく、０．４５ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、０．６３ＭＰａ以上であることが最も好ましい。また、炭素繊維シートの三点曲げ弾性率は、９．４ＭＰａ以上であることがより好ましく、１５ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、１７ＭＰａ以上であることが最も好ましい。また、成形断熱材の強度（三点曲げ強度、三点曲げ弾性率）を増すためには、保護炭素層の量を増やす必要があるが、保護炭素層の量が過剰となると、その分コスト高になる。このため、炭素繊維シートの三点曲げ強度は、３ＭＰａ以下であることが好ましく、２．１ＭＰａ以下であることがより好ましく、１．３ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、１．１ＭＰａ以下であることが最も好ましい。また、炭素繊維シートの三点曲げ弾性率は、１３０ＭＰａ以下であることが好ましく、８５ＭＰａ以下であることがより好ましく、７２ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、５２ＭＰａ以下であることが最も好ましい。 The carbon fiber sheet preferably has a certain degree of strength from the viewpoint of maintaining the strength of the molded heat insulating material. From this viewpoint, the three-point bending strength of the carbon fiber sheet is more preferably 0.32 MPa or more, further preferably 0.45 MPa or more, and most preferably 0.63 MPa or more. Further, the three-point bending elastic modulus of the carbon fiber sheet is more preferably 9.4 MPa or more, further preferably 15 MPa or more, and most preferably 17 MPa or more. Moreover, in order to increase the strength (three-point bending strength, three-point bending elastic modulus) of the molded heat insulating material, it is necessary to increase the amount of the protective carbon layer. However, if the amount of the protective carbon layer is excessive, the cost is increased accordingly. Become high. For this reason, the three-point bending strength of the carbon fiber sheet is preferably 3 MPa or less, more preferably 2.1 MPa or less, further preferably 1.3 MPa or less, and 1.1 MPa or less. Is most preferred. The three-point bending elastic modulus of the carbon fiber sheet is preferably 130 MPa or less, more preferably 85 MPa or less, further preferably 72 MPa or less, and most preferably 52 MPa or less.
炭素繊維層は、成形断熱材の応力を緩和する観点から、強度（三点曲げ強度、三点曲げ弾性率）が炭素繊維シートよりも低いことが好ましい。炭素繊維層の三点曲げ強度は、０．１８ＭＰａ以下であることがより好ましく、０．１２ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、０．０６ＭＰａ以下であることが最も好ましい。また、炭素繊維シートの三点曲げ弾性率は、３．５ＭＰａ以下であることがより好ましく、２．１ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。また、炭素繊維層における炭素繊維相互の結着作用を十分に確保するためには、一定程度のマトリックスを有していることが好ましい。この観点から、炭素繊維シートの三点曲げ強度は、０．０１ＭＰａ以上であることが好ましく、０．０２ＭＰａ以上であることがより好ましく、０．０３ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。また、炭素繊維シートの三点曲げ弾性率は、０．０２ＭＰａ以上であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましく、０．７ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。 The carbon fiber layer preferably has lower strength (three-point bending strength, three-point bending elastic modulus) than the carbon fiber sheet from the viewpoint of relaxing the stress of the molded heat insulating material. The three-point bending strength of the carbon fiber layer is more preferably 0.18 MPa or less, further preferably 0.12 MPa or less, and most preferably 0.06 MPa or less. Further, the three-point bending elastic modulus of the carbon fiber sheet is more preferably 3.5 MPa or less, and further preferably 2.1 MPa or less. Further, in order to sufficiently secure the binding action between the carbon fibers in the carbon fiber layer, it is preferable to have a certain degree of matrix. From this viewpoint, the three-point bending strength of the carbon fiber sheet is preferably 0.01 MPa or more, more preferably 0.02 MPa or more, and further preferably 0.03 MPa or more. The three-point bending elastic modulus of the carbon fiber sheet is preferably 0.02 MPa or more, more preferably 0.5 MPa or more, and further preferably 0.7 MPa or more.
上記課題を解決するための本発明に係る成形断熱材の第１の製造方法は、次のように構成されている。
炭素繊維を交絡させた炭素繊維フェルトに、熱硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを作製するプリプレグ作製ステップと、等方性ピッチを不融化した不融化繊維からなる繊維マットを作製するマット作製ステップと、前記繊維マットに熱硬化前の熱硬化性樹脂を添加する樹脂添加ステップと、複数の前記プリプレグと複数の樹脂添加繊維マットとを積層して積層体を形成する積層ステップと、前記積層体を加圧しつつ加熱して、前記プリプレグ及び樹脂添加繊維マットに含まれる前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて、前記プリプレグと樹脂添加繊維マットとを結着させる結着ステップと、結着された積層体を不活性ガス雰囲気で熱処理して、熱硬化後の熱硬化性樹脂を炭素化させる炭素化ステップと、を有し、前記積層体の少なくとも一方の表面には前記プリプレグが配されており、前記プリプレグは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記繊維マットは、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している成形断熱材の製造方法。
The 1st manufacturing method of the shaping | molding heat insulating material which concerns on this invention for solving the said subject is comprised as follows.
A prepreg production step for producing a prepreg by impregnating a carbon fiber felt entangled with a carbon fiber felt before thermosetting, and a fiber mat comprising an infusible fiber having an isotropic pitch infusible. A mat making step, a resin addition step of adding a thermosetting resin before thermosetting to the fiber mat, a lamination step of laminating a plurality of the prepregs and a plurality of resin-added fiber mats to form a laminate, A bonding step in which the laminate is heated while being pressurized to thermally cure the thermosetting resin contained in the prepreg and the resin-added fiber mat, thereby binding the prepreg and the resin-added fiber mat; A carbonization step for carbonizing the thermosetting resin after thermosetting by heat-treating the attached laminate in an inert gas atmosphere, and at least the laminate The prepreg is arranged on one surface, the prepreg has carbon fibers oriented randomly in three dimensions, and the fiber mat has a molded heat insulation in which the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction. A method of manufacturing the material.
上記課題を解決するための本発明に係る成形断熱材の第２の製造方法は、次のように構成されている。
炭素繊維を交絡させた炭素繊維フェルトに、熱硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを作製するプリプレグ作製ステップと、等方性ピッチを揮発分を残存させたままで紡糸し不融化する不融化繊維作製ステップと、前記不融化繊維を用いて揮発分が残存した繊維マットを作製するマット作製ステップと、複数の前記プリプレグと複数の繊維マットとを積層して積層体を形成する積層ステップと、前記積層体を加圧しつつ加熱して、前記熱硬化性樹脂及び前記揮発分に含まれる熱硬化性樹脂を熱硬化させて、前記プリプレグと前記繊維マットとを結着させる結着ステップと、結着された積層体を不活性ガス雰囲気で熱処理して、熱硬化後の熱硬化性樹脂を炭素化させる炭素化ステップと、を有し、前記積層体の少なくとも一方の表面には前記プリプレグが配されており、前記繊維マットは連続して積層されておらず、前記繊維マットに占める前記揮発分の質量割合は、１０〜１８％であり、前記プリプレグは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記繊維マットは、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している、成形断熱材の製造方法。
The 2nd manufacturing method of the shaping | molding heat insulating material which concerns on this invention for solving the said subject is comprised as follows.
A prepreg preparation step in which a carbon fiber felt entangled with carbon fiber is impregnated with a thermosetting resin before thermosetting to prepare a prepreg, and an isotropic pitch is spun and infusible with volatile components remaining. A fused fiber producing step, a mat producing step for producing a fiber mat in which volatile components remain using the infusible fiber, and a laminating step for laminating a plurality of the prepregs and a plurality of fiber mats to form a laminate. A step of binding the prepreg and the fiber mat by heating the laminated body while pressurizing the thermosetting resin and the thermosetting resin contained in the volatile matter. A carbonized step of carbonizing the thermoset resin after thermosetting by heat-treating the bonded laminate in an inert gas atmosphere, on at least one surface of the laminate The prepreg is arranged, the fiber mat is not continuously laminated, the mass ratio of the volatile matter in the fiber mat is 10 to 18%, and the prepreg has three-dimensional carbon fibers. The fiber mat is randomly oriented, and the fiber mat has a carbon fiber oriented in a direction perpendicular to the laminating direction.
上記第１の製造方法又は第２の製造方法により、炭素繊維シートと炭素繊維層とが積層されてなる本発明に係る成形断熱材を製造することができる。 The molded heat insulating material according to the present invention in which the carbon fiber sheet and the carbon fiber layer are laminated can be manufactured by the first manufacturing method or the second manufacturing method.
上記第１の製造方法と第２の製造方法との違いは、第１の製造方法では繊維マットに熱硬化性樹脂が添加されているのに対し、第２の製造方法では熱硬化性樹脂が添加されていない代わりに、等方性ピッチを紡糸時に、繊維マットに占める揮発分の質量割合（揮発分質量／揮発分を含んだ繊維マット全質量）が１０〜１８質量％となるように揮発分を残存させている繊維マットに限定されていることである。ピッチを紡糸する際、加熱により揮発する常温（２５℃）で液状の成分や、これに溶解された熱硬化性樹脂成分等が残存するが、残存している成分によって炭素繊維の十分な結着作用が得られる場合には、繊維マットに熱硬化性樹脂の添加を行わなくてもよく（第２の製造方法）、揮発分が残存しない場合や結着に不十分な量である場合には、繊維マットに熱硬化性樹脂を添加する（第１の製造方法）。 The difference between the first manufacturing method and the second manufacturing method is that a thermosetting resin is added to the fiber mat in the first manufacturing method, whereas a thermosetting resin is used in the second manufacturing method. Instead of being added, when isotropic pitch is spun, volatilization is performed so that the mass ratio of volatile matter in the fiber mat (mass content of volatile matter / total mass of fiber mat including volatile matter) is 10 to 18% by mass. It is limited to the fiber mat which leaves the part. When spinning the pitch, the liquid component at room temperature (25 ° C) that volatilizes by heating, the thermosetting resin component dissolved in this remains, etc., but the carbon fiber is sufficiently bound by the remaining component When the effect is obtained, it is not necessary to add a thermosetting resin to the fiber mat (second production method), and when the volatile matter does not remain or the amount is insufficient for binding. Then, a thermosetting resin is added to the fiber mat (first manufacturing method).
以上に説明したように、本発明によると、応力による破壊を抑制し得た成形断熱材を実現することができる。 As described above, according to the present invention, a molded heat insulating material that can suppress breakage due to stress can be realized.
（実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかる成形断熱材の構造を模式的に示す斜視図である。本実施の形態に係る成形断熱材１００は、炭素繊維を交絡させた繊維フェルトと、繊維フェルトの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなる保護炭素層と、を有し、炭素質からなる炭素繊維シート１と、不融化処理した等方性ピッチを原料とする炭素繊維を堆積させた繊維マットと、繊維マットの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなるマトリックスと、からなる炭素繊維層２と、がそれぞれ複数積層されてなる（図１では８枚の炭素繊維シート１と７枚の炭素繊維層２とが交互に積層されている）。成形断熱材１００の少なくとも一方の表面には炭素繊維シート１が配されており、炭素繊維層２は連続して積層されておらず、炭素繊維シート１間に挟まれているか、成形断熱材１００の一つの表面に配置され、且つ、炭素繊維シート１に接している。図１では、炭素繊維層２はすべて炭素繊維シート１間に挟まれており、成形断熱材１００の２つの表面には炭素繊維シート１が配置されている。また、炭素繊維シートは炭素繊維がランダムに配向され、炭素繊維層は炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している。
(Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a molded heat insulating material according to the present embodiment. The molded heat insulating material 100 according to the present embodiment has a fiber felt entangled with carbon fibers, and a carbonaceous protective carbon layer that covers the carbon fiber surface of the fiber felt, and is made of carbonaceous carbon fiber. A carbon fiber layer 2 comprising: a sheet 1; a fiber mat on which carbon fibers made from an infusible isotropic pitch are deposited; and a carbonaceous matrix covering the carbon fiber surface of the fiber mat; Are stacked in layers (in FIG. 1, eight carbon fiber sheets 1 and seven carbon fiber layers 2 are alternately stacked). The carbon fiber sheet 1 is arranged on at least one surface of the molded heat insulating material 100, and the carbon fiber layer 2 is not continuously laminated and is sandwiched between the carbon fiber sheets 1 or the molded heat insulating material 100. And is in contact with the carbon fiber sheet 1. In FIG. 1, all the carbon fiber layers 2 are sandwiched between the carbon fiber sheets 1, and the carbon fiber sheets 1 are disposed on the two surfaces of the molded heat insulating material 100. In the carbon fiber sheet, the carbon fibers are randomly oriented, and in the carbon fiber layer, the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction.
三次元的にランダムに配向した炭素繊維に保護炭素層が形成されている炭素繊維シート１は、強度が高く形態安定性や加工性に優れる。また、積層方向に垂直に配向した炭素繊維にマトリックスが形成されている炭素繊維層２は、積層方向から力が加わった場合に、この力を緩和・吸収するように作用し、一方面に隣接する炭素繊維シート１に亀裂が発生しても、他方面に隣接する炭素繊維シート１に亀裂が伝達されることがない。 The carbon fiber sheet 1 in which a protective carbon layer is formed on carbon fibers that are randomly oriented three-dimensionally has high strength and excellent shape stability and workability. The carbon fiber layer 2 in which a matrix is formed on carbon fibers oriented perpendicular to the stacking direction acts to relax and absorb this force when a force is applied from the stacking direction and is adjacent to one surface. Even if a crack occurs in the carbon fiber sheet 1, the crack is not transmitted to the carbon fiber sheet 1 adjacent to the other surface.
つまり、炭素繊維層２と炭素繊維シート１とを積層してなる成形断熱材１００は、炭素繊維シート１により形態安定性や加工性が高められ、且つ、応力がかかった場合においては、炭素繊維層２が亀裂の進行を防止するため、応力による破壊を防止することができる。 In other words, the molded heat insulating material 100 formed by laminating the carbon fiber layer 2 and the carbon fiber sheet 1 is improved in shape stability and workability by the carbon fiber sheet 1 and when the stress is applied, Since the layer 2 prevents the progress of cracks, the breakage due to stress can be prevented.
また、成形断熱材１００の表面には、形態安定性や加工性に優れた炭素繊維シートが配置されており、微細な加工や強度が要求されうる側（例えば熱源側）に炭素繊維シートを配置することにより、従来の成形断熱材と同様の使用が可能となる。 In addition, a carbon fiber sheet excellent in form stability and workability is disposed on the surface of the molded heat insulating material 100, and the carbon fiber sheet is disposed on the side where fine processing and strength are required (for example, the heat source side). By doing so, the same use as the conventional molded heat insulating material becomes possible.
炭素繊維層を構成する炭素繊維は、不融化処理した等方性ピッチを原料とする炭素繊維である。ピッチは、化学的には無数の縮合多環芳香族化合物の混合物であり、木材、石炭などの乾留の際に得られる液状タール、オイルサンドから得られるビチューメン、オイルシェールの乾留によって得られる油分、原油の蒸留による残渣油、石油留分のクラッキングによって生成するタールなどを熱処理、重合して得られる常温で固体状のもの等がある。具体的には、石炭由来のピッチ、石油由来のピッチ、ナフタレン等の芳香族化合物を重合した合成ピッチ等が挙げられる。 The carbon fiber constituting the carbon fiber layer is a carbon fiber made from an infusible isotropic pitch as a raw material. Pitch is a mixture of a myriad of condensed polycyclic aromatic compounds chemically, liquid tar obtained during dry distillation of wood, coal, etc., bitumen obtained from oil sand, oil obtained by dry distillation of oil shale, There are solid oils at room temperature obtained by heat treatment and polymerization of residual oil from distillation of crude oil, tar produced by cracking of petroleum fractions, and the like. Specific examples include coal-derived pitch, petroleum-derived pitch, and synthetic pitch obtained by polymerizing aromatic compounds such as naphthalene.
炭素繊維シートを構成する炭素繊維としては、特に限定されることはなく、例えば石油ピッチ系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、フェノール樹脂系、セルロース系等の炭素繊維を、単一種又は複数種混合して用いることができる。中でも、熱処理による黒鉛化が起こり難い炭素繊維（たとえば、等方性の石炭ピッチ系、等方性の石油ピッチ系、レーヨン系、フェノール樹脂系の炭素繊維）を用いることが好ましい。また、炭素繊維層と同じ炭素繊維を用いると、両者の接着性を高めることができる。 The carbon fiber constituting the carbon fiber sheet is not particularly limited. For example, carbon fibers such as petroleum pitch-based, polyacrylonitrile (PAN) -based, rayon-based, phenolic resin-based, cellulose-based, etc. It can be used as a mixture of seeds. Among these, it is preferable to use carbon fibers (for example, isotropic coal pitch-based, isotropic petroleum pitch-based, rayon-based, phenol resin-based carbon fibers) that are not easily graphitized by heat treatment. Moreover, when the same carbon fiber as a carbon fiber layer is used, both adhesiveness can be improved.
また、いずれの炭素繊維も、炭素繊維の微視的な構造としては特に限定されず、形状（巻縮型、直線型、断面形状等）が同一のもののみを用いてもよく、また異なる構造のものが混合されていてもよい。ただし、炭素繊維の種類やその微視的構造は、製造される成形断熱材の物性に影響を与えるので、用途に応じて適宜選択するのがよい。 In addition, any carbon fiber is not particularly limited as a microscopic structure of the carbon fiber, and only carbon fibers having the same shape (constriction type, linear type, cross-sectional shape, etc.) may be used, or different structures. May be mixed. However, the type of carbon fiber and its microscopic structure affect the physical properties of the molded heat insulating material to be manufactured, so it is preferable to select it appropriately according to the application.
また、炭素繊維シートを構成する繊維フェルトの形状としては特に限定されることはない。繊維フェルトとしては、例えば厚みが３〜１５ｍｍ程度のものを用いることができる。また、長さや幅は特に限定されることはない。また、炭素繊維フェルトの微視的構造としては、三次元的にランダムな方向に配向した炭素繊維が複雑に交わっているものを用いる。 Moreover, it does not specifically limit as a shape of the fiber felt which comprises a carbon fiber sheet. As the fiber felt, for example, one having a thickness of about 3 to 15 mm can be used. Further, the length and width are not particularly limited. In addition, as the microscopic structure of the carbon fiber felt, a structure in which carbon fibers oriented in a three-dimensional random direction are intricately crossed is used.
また、炭素繊維層を構成する繊維マットの形状は、特に限定されることはない。繊維マットとしては、例えば厚みが０．５〜５ｍｍ程度のものを用いることができる。また、長さや幅は特に限定されることはない。また、繊維マットの微視的構造としては、炭素繊維が積層方向に垂直な方向（面方向）に配向したものを用いる。また、炭素繊維は、二次元的に（面方向において）ランダムな方向に配向していることが好ましい。 Moreover, the shape of the fiber mat which comprises a carbon fiber layer is not specifically limited. As the fiber mat, for example, a mat having a thickness of about 0.5 to 5 mm can be used. Further, the length and width are not particularly limited. In addition, as a microscopic structure of the fiber mat, a carbon fiber in which carbon fibers are oriented in a direction (plane direction) perpendicular to the stacking direction is used. Moreover, it is preferable that the carbon fibers are oriented two-dimensionally (in the plane direction) in a random direction.
また、繊維マットを得る方法としては、特に限定されることはないが、炭素繊維が面方向に配向しやすい方法を用いる。たとえば、紡糸した繊維を開繊することなく降り積もらせる方法、溶液中で繊維を撹拌せずに抄紙網上に堆積させる方法等が例示できる。また、三次元的にランダムに配向させるニードルパンチ等の処理は行わない。 The method for obtaining the fiber mat is not particularly limited, but a method in which the carbon fibers are easily oriented in the plane direction is used. For example, there can be exemplified a method in which spun fibers are piled down without opening, a method in which fibers are deposited on a papermaking net without stirring in a solution, and the like. In addition, processing such as needle punching that randomly orients three-dimensionally is not performed.
また、繊維フェルトを得る方法としては、特に限定されることはないが、炭素繊維がランダムに配向しやすい方法を用いることが好ましい。たとえば、開繊機により開繊、空気圧で上昇させ降り積もらせた後、ニードルパンチを用いる方法、溶液中で撹拌・混合し、抄紙網上に堆積させる方法、カード機などのカーディング手段により繊維フェルトを紡出した後、ニードルパンチを用いる方法等が例示できる。 The method for obtaining the fiber felt is not particularly limited, but it is preferable to use a method in which the carbon fibers are easily oriented randomly. For example, after opening with a spreader, increasing with air pressure and dropping, then using a needle punch, stirring and mixing in solution, depositing on a papermaking net, fiber felt by carding means such as a card machine After spinning, a method using a needle punch can be exemplified.
また、保護炭素層は、繊維フェルトを構成する炭素繊維の表面全部、あるいは、炭素繊維の表面の一部を被覆しているものである。また、マトリックスは、繊維マットを構成する炭素繊維の表面全部、あるいは、炭素繊維の表面の一部を被覆しているものである。また、保護炭素層やマトリックスは炭素質（非晶質炭素や黒鉛質炭素）であればよく、非晶質炭素は難黒鉛化性、易黒鉛化性のいずれでもよい。保護炭素層やマトリックスの由来となる化合物は特に限定されることはないが、繊維フェルトや繊維マットに含浸可能な樹脂材料の炭素化物を用いることが好ましい。なかでも、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を用いると、積層した炭素繊維シート、炭素繊維層を、熱硬化及び炭素化により簡便かつ強固に結着させることができる。また、マトリックスの由来となる化合物には、等方性ピッチを紡糸・不融化する際に残存する揮発分が含まれていてもよい。 The protective carbon layer covers the entire surface of the carbon fiber constituting the fiber felt or a part of the surface of the carbon fiber. Further, the matrix covers the entire surface of the carbon fibers constituting the fiber mat or a part of the surface of the carbon fibers. Further, the protective carbon layer and the matrix may be carbonaceous (amorphous carbon or graphitic carbon), and the amorphous carbon may be either non-graphitizable or graphitizable. The compound from which the protective carbon layer and the matrix are derived is not particularly limited, but it is preferable to use a carbonized resin material that can be impregnated into fiber felt or fiber mat. Among these, thermosetting resins such as phenol resin, furan resin, polyimide resin, and epoxy resin are preferable. When a thermosetting resin is used, the laminated carbon fiber sheet and carbon fiber layer can be easily and firmly bound by thermosetting and carbonization. In addition, the compound that is the origin of the matrix may contain volatile components remaining when spinning or infusifying isotropic pitch.
ここで、熱硬化性樹脂は１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、熱硬化性樹脂は、そのまま繊維フェルトや繊維マットに含ませてもよく、溶剤で希釈して繊維フェルトに含ませてもよい。溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコールを用いることができる。 Here, only 1 type may be used for a thermosetting resin, and 2 or more types may be mixed and used for it. In addition, the thermosetting resin may be included in the fiber felt or the fiber mat as it is, or may be diluted with a solvent and included in the fiber felt. As the solvent, alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol can be used.
また、繊維フェルトや繊維マットは、長尺や長幅なものを用いて成形断熱材を作製後に切断等してもよく、成形断熱材のサイズにあらかじめ切断しておいてもよい。 Further, the fiber felt and the fiber mat may be cut or the like after producing the molded heat insulating material using a long or long one, or may be cut in advance to the size of the molded heat insulating material.
ここで、成形断熱材のかさ密度は、０．０６〜０．２５ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ3であることがより好ましく、０．１２〜０．１８ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。また、炭素繊維シートのかさ密度は、０．０７〜０．２６ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、０．１１〜０．２１ｇ／ｃｍ3であることがより好ましく、０．１３〜０．１９ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。また、炭素繊維層のかさ密度は、０．０１〜０．１０ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、０．０３〜０．０８ｇ／ｃｍ3であることがより好ましく、０．０４〜０．０６ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。 Here, the bulk density of the molded heat insulating material is preferably 0.06~0.25g / cm 3, more preferably 0.10~0.20g / cm 3, 0.12~0. More preferably, it is 18 g / cm 3 . The bulk density of the carbon fiber sheet is preferably 0.07~0.26g / cm 3, more preferably 0.11~0.21g / cm 3, 0.13~0.19g More preferably, it is / cm 3 . The bulk density of the carbon fiber layer is preferably 0.01~0.10g / cm 3, more preferably 0.03~0.08g / cm 3, 0.04~0.06g More preferably, it is / cm 3 .
また、炭素繊維シートにおける炭素繊維と保護炭素層との質量比は、１００：５〜１００：１００であることが好ましく、１００：１０〜１００：８０であることがより好ましく、１００：１５〜１００：６０であることがさらに好ましい。また、炭素繊維層における炭素繊維とマトリックスとの質量比は、１００：２〜１００：２０であることが好ましく、１００：３〜１００：１８であることがより好ましく、１００：７〜１００：１３であることがさらに好ましい。 Further, the mass ratio of the carbon fiber and the protective carbon layer in the carbon fiber sheet is preferably 100: 5 to 100: 100, more preferably 100: 10 to 100: 80, and 100: 15 to 100. : 60 is more preferable. Further, the mass ratio of the carbon fiber to the matrix in the carbon fiber layer is preferably 100: 2 to 100: 20, more preferably 100: 3 to 100: 18, and 100: 7 to 100: 13. More preferably.
また、個々の炭素繊維シートの厚さは、３〜１５ｍｍであることが好ましく、５〜１２ｍｍであることがより好ましく、６〜１０ｍｍであることがさらに好ましい。また、個々の炭素繊維層の厚さは、０．５〜５ｍｍであることが好ましく、１〜４ｍｍであることがより好ましく、２〜３ｍｍであることがさらに好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness of each carbon fiber sheet is 3-15 mm, It is more preferable that it is 5-12 mm, It is further more preferable that it is 6-10 mm. Moreover, it is preferable that the thickness of each carbon fiber layer is 0.5-5 mm, It is more preferable that it is 1-4 mm, It is further more preferable that it is 2-3 mm.
次に、成形断熱材の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of a shaping | molding heat insulating material is demonstrated.
（繊維フェルトの準備）
繊維フェルトは、公知の方法で作製したものを用いることができ、好ましくは炭素繊維が三次元的に配向しやすい方法を採用する。繊維フェルトの形成方法としては、例えば開繊機により開繊、空気圧で上昇させ降り積もらせた後、ニードルパンチを用いる方法、溶液中で撹拌・混合し、抄紙網上に堆積させる方法、カード機などのカーディング手段により繊維フェルトを紡出した後、ニードルパンチを用いる方法等が例示できる。この繊維フェルトは、厚みが３〜２５ｍｍであることが好ましく、５〜２０ｍｍであることがより好ましい。
(Preparation of fiber felt)
As the fiber felt, those produced by a known method can be used, and a method in which carbon fibers are easily oriented three-dimensionally is preferably employed. Examples of the fiber felt forming method include, for example, a method using a fiber opening machine, a method using a needle punch after raising and lowering by air pressure, a method of stirring and mixing in a solution, and depositing on a papermaking net, a card machine, etc. Examples thereof include a method using a needle punch after spinning a fiber felt by the carding means. The fiber felt preferably has a thickness of 3 to 25 mm, and more preferably 5 to 20 mm.
（プリプレグの作製）
こののち、繊維フェルトに熱硬化性樹脂溶液を噴霧し、熱硬化性樹脂溶液に浸漬し、あるいは熱硬化性樹脂溶液を塗布してプリプレグを作製する。
(Preparation of prepreg)
After that, a thermosetting resin solution is sprayed on the fiber felt and immersed in the thermosetting resin solution, or a thermosetting resin solution is applied to prepare a prepreg.
（繊維マットの作製）
繊維マットは、炭素繊維が面方向に配向しやすい公知の方法で作製したものを用いることができる。例えば、等方性ピッチを紡糸し、台上に堆積させてピッチ繊維のマットを得る。得られるマットは、概ね５〜４００ｍｍの範囲で長さが異なるピッチ繊維の集合体である。なお、紡糸の方法は特に限定されないが、溶融紡糸法が一般的である。また、渦流法による紡糸で曲状の繊維にしてもよい。このとき、炭素繊維が面方向に配向し易いように台上に繊維を降り積もらせる。このとき、揮発分が残存するように紡糸することが好ましい。揮発分には、たとえば加熱により揮発する成分これに溶解した熱硬化する成分などが含まれる。
(Production of fiber mat)
As the fiber mat, one produced by a known method in which carbon fibers are easily oriented in the plane direction can be used. For example, an isotropic pitch is spun and deposited on a table to obtain a pitch fiber mat. The resulting mat is an aggregate of pitch fibers having different lengths in a range of approximately 5 to 400 mm. The spinning method is not particularly limited, but the melt spinning method is common. Further, a curved fiber may be formed by spinning by a vortex method. At this time, the fibers are piled on the table so that the carbon fibers are easily oriented in the plane direction. At this time, it is preferable to perform spinning so that volatile components remain. The volatile component includes, for example, a component that volatilizes by heating and a component that is thermoset dissolved in the component.
得られたマットに対し、ピッチ繊維の不融化処理を行って、繊維マットとなす。不融化工程は、ピッチ繊維の表面に酸素を導入し酸化させる工程である。不融化工程の雰囲気は空気やＮＯｘとすることができる。これによって、ピッチ繊維が炭素化工程において再溶融することが防止される。不融化を十分に担保するためには、酸素含有量が７質量％以下にならないことが好ましい。 The resulting mat is subjected to infusibilization treatment of pitch fibers to form a fiber mat. The infusibilization step is a step in which oxygen is introduced into the surface of the pitch fiber and oxidized. The atmosphere of the infusibilization process can be air or NOx. This prevents the pitch fibers from being remelted in the carbonization process. In order to sufficiently secure infusibilization, the oxygen content is preferably not 7% by mass or less.
不融化繊維を加圧した際に、炭素繊維同士が十分接着するためには、マット中の揮発分の量が１２質量％以上であることが好ましい。ここで、揮発分の量とは、窒素ガス雰囲気中６００℃まで加熱したときの重量減少量（（不融化後の繊維マット質量−加熱後の繊維マット質量）÷不融化後の繊維マット質量）と定義する。なお、揮発分の量が少ない場合には、プリプレグ作製時と同様に、繊維マットに熱硬化性樹脂溶液を添加する。 When the infusible fibers are pressed, the amount of volatile components in the mat is preferably 12% by mass or more so that the carbon fibers are sufficiently bonded to each other. Here, the amount of volatile matter is the amount of weight decrease when heated to 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere ((fiber mat mass after infusibilization−fiber mat mass after heating) ÷ fiber mat mass after infusibilization) It is defined as When the amount of volatile components is small, a thermosetting resin solution is added to the fiber mat in the same manner as when preparing the prepreg.
（積層ステップ）
上記により作製したプリプレグ上に繊維マット（樹脂添加または不添加）を、繊維マット上にプリプレグを、所望の厚みとなるように順次積層する。このとき、プリプレグは少なくとも一つの表面となるように配する。また、プリプレグは連続して積層してもよいが、繊維マットは連続して積層しない。
(Lamination step)
The fiber mat (with or without resin added) is laminated on the prepreg produced as described above, and the prepreg is laminated on the fiber mat so as to have a desired thickness. At this time, the prepreg is arranged so as to be at least one surface. The prepreg may be laminated continuously, but the fiber mat is not laminated continuously.
（結着・炭素化）
上記のようにして作製した積層体を加圧しつつ加熱して熱硬化性樹脂を熱硬化させる。この後、不活性ガス雰囲気で１５００〜２５００℃で所定の時間（例えば、１〜２０時間）加熱し、熱硬化性樹脂を炭素化させて、成形断熱材を得る。
(Binding / carbonization)
The laminated body produced as described above is heated while being pressurized to thermally cure the thermosetting resin. Thereafter, heating is performed at 1500 to 2500 ° C. in an inert gas atmosphere for a predetermined time (for example, 1 to 20 hours), and the thermosetting resin is carbonized to obtain a molded heat insulating material.
ここで、本明細書でいう炭素化とは、黒鉛化を含んだ広義のものを意味する。例えば、特に２０００℃以上の温度で熱処理する場合、黒鉛構造が発展することが考えられるが、本発明では、成形断熱材を構成する炭素質は、非晶質炭素、黒鉛質炭素のいずれでもよい。 Here, the carbonization referred to in this specification means a broad meaning including graphitization. For example, it is considered that the graphite structure develops particularly when heat treatment is performed at a temperature of 2000 ° C. or higher. However, in the present invention, the carbonaceous material constituting the molded heat insulating material may be either amorphous carbon or graphitic carbon. .
実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。 The invention is explained in more detail on the basis of examples.
（実施例１）
（炭素繊維の作製）
石炭由来の等方性ピッチを渦流法により溶融紡糸して、曲状のピッチ繊維からなるマットを得た。ピッチ繊維は概ね１０〜３００ｍｍの長さであり、この繊維が集合してマット状となった。このマットを空気雰囲気下、常温から約２５０〜３００℃まで、合計３０分間熱処理してピッチ繊維を不融化し、繊維マットを得た。この繊維マットを不活性ガス雰囲気下、約１０００℃で炭素化し、等方性ピッチ系炭素繊維（平均直径１３μｍ）のマットを得た。
Example 1
(Production of carbon fiber)
An isotropic pitch derived from coal was melt-spun by a vortex method to obtain a mat made of curved pitch fibers. The pitch fibers were approximately 10 to 300 mm long, and the fibers gathered to form a mat. The mat was heat-treated from normal temperature to about 250 to 300 ° C. for 30 minutes in total in an air atmosphere to infusate the pitch fibers to obtain a fiber mat. This fiber mat was carbonized at about 1000 ° C. in an inert gas atmosphere to obtain a mat of isotropic pitch-based carbon fibers (average diameter: 13 μm).
（繊維フェルトの作製）
等方性ピッチ系炭素繊維のマットを開繊した後、ニードルパンチ法により、かさ密度０．０５ｇ／ｃｍ3の繊維フェルト（厚み１０ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を得た。
(Production of fiber felt)
After opening a mat of isotropic pitch-based carbon fibers, fiber felt (thickness 10 mm, width 400 mm, length 400 mm) having a bulk density of 0.05 g / cm 3 was obtained by a needle punch method.
（プリプレグの作製）
この繊維フェルトにレゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液に浸漬して、プリプレグを作製した。このとき、２０００℃で熱処理した場合における熱硬化性樹脂が炭素化してなる炭素質量が、炭素繊維１００質量部に対して４４質量部となるように、フェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液量を添加した。
(Preparation of prepreg)
The fiber felt was immersed in a resol type phenolic resin thermosetting resin solution to prepare a prepreg. At this time, the phenol resin thermosetting resin solution amount is added so that the carbon mass formed by carbonizing the thermosetting resin when heat-treated at 2000 ° C. is 44 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber. did.
（繊維マットの作製）
上記の炭素繊維の作製と同様にして、開繊前の不融化されたピッチ繊維の繊維マットを得た。なお、繊維マットにおける不融化繊維の酸素含有量は８質量％であり、揮発分は１２質量％であった。
(Production of fiber mat)
A fiber mat of infusible pitch fibers before opening was obtained in the same manner as in the preparation of the carbon fibers. The infusible fiber in the fiber mat had an oxygen content of 8% by mass and a volatile content of 12% by mass.
（積層ステップ）
プリプレグ上に、繊維マット３７ｇをほぼ均一に配置し、この繊維マットにプリプレグの作製に用いたレゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液４２ｇを、ほぼ均一にスプレーを用いて噴霧した。この場合、２０００℃の熱処理後における炭素繊維層のマトリックスが炭素繊維層１００質量部に対して概ね１３質量部となる。
プリプレグ、フェノール樹脂添加繊維マットを交互に７回積層し、さらにその上にプリプレグを積層した。すなわち、プリプレグ８枚と不融化炭素繊維マット７枚を、プリプレグが両方の表面になるように、交互に１枚ずつ重ね合わさった積層体を作製した。
(Lamination step)
The fiber mat 37g was disposed almost uniformly on the prepreg, and the resol type phenolic resin thermosetting resin solution 42g used for the preparation of the prepreg was sprayed on the fiber mat almost uniformly using a spray. In this case, the matrix of the carbon fiber layer after heat treatment at 2000 ° C. is approximately 13 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber layer.
A prepreg and a phenol resin-added fiber mat were alternately laminated seven times, and a prepreg was further laminated thereon. That is, a laminate was produced in which 8 prepregs and 7 infusible carbon fiber mats were alternately stacked one by one so that the prepregs were on both surfaces.
（結着・炭素化ステップ）
この積層体を、ホットプレス機を用いて約２００℃で１時間保持し、フェノール樹脂を熱硬化させて結着し、厚み約４３ｍｍの成形体を得た。得られた成形体を、熱処理炉を用いて不活性雰囲気下２０００℃で熱処理し、実施例１に係る成形断熱材を得た。この成形断熱材において、１つの炭素繊維層の厚みは１．５〜２ｍｍ程度であり、１つの炭素繊維シートの厚みは７ｍｍ程度であり、得られた成形断熱材のかさ密度は、０．１４ｇ／ｃｍ3であった。
(Binding / carbonization step)
This laminate was held at about 200 ° C. for 1 hour using a hot press machine, and the phenol resin was thermally cured and bound to obtain a molded body having a thickness of about 43 mm. The obtained molded body was heat-treated at 2000 ° C. in an inert atmosphere using a heat treatment furnace to obtain a molded heat insulating material according to Example 1. In this molded heat insulating material, the thickness of one carbon fiber layer is about 1.5 to 2 mm, the thickness of one carbon fiber sheet is about 7 mm, and the bulk density of the obtained molded heat insulating material is 0.14 g. / Cm 3 .
（実施例２）
積層ステップにおいて、レゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液を添加していない繊維マットを用いたこと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２に係る成形断熱材を得た。この成形断熱材の炭素繊維層のマトリックスは、炭素繊維層１００質量部に対して概ね２質量部であり、１つの炭素繊維層の厚みが２〜５ｍｍ程度であり、１つの炭素繊維シートの厚みは８ｍｍ程度であった。また、得られた成形断熱材のかさ密度は、０．１２ｇ／ｃｍ3であった。
(Example 2)
In the lamination step, a molded heat insulating material according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a fiber mat to which no resol type phenol resin thermosetting resin solution was added was used. The matrix of the carbon fiber layer of this molded heat insulating material is approximately 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber layer, the thickness of one carbon fiber layer is about 2 to 5 mm, and the thickness of one carbon fiber sheet Was about 8 mm. Moreover, the bulk density of the obtained molded heat insulating material was 0.12 g / cm 3 .
（比較例１）
上記プリプレグを８枚積層したプリプレグ積層体を炭素化したこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る成形断熱材を作製した。得られた成形断熱材のかさ密度は、０．１３ｇ／ｃｍ3であり、１つの炭素繊維シートの厚みは８ｍｍ程度であった。
(Comparative Example 1)
A molded heat insulating material according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepreg laminate obtained by laminating 8 prepregs was carbonized. The bulk density of the obtained molded heat insulating material was 0.13 g / cm 3 , and the thickness of one carbon fiber sheet was about 8 mm.
（三点曲げ試験）
実施例１、比較例１に係る成形断熱材を、長さ２５０ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さ４０ｍｍに裁断して試験片２００となした。図２に示すように、この試験片２００を、支点間距離が２００ｍｍに設定された台１０の上に置いた。この試験片２００に、圧子２０により圧力をかけ、圧力と変位量の関係を測定した。この結果を図３に示す。
(Three point bending test)
The molded heat insulating material according to Example 1 and Comparative Example 1 was cut to a length of 250 mm, a width of 40 mm, and a height of 40 mm to obtain a test piece 200. As shown in FIG. 2, this test piece 200 was placed on a table 10 in which the distance between fulcrums was set to 200 mm. A pressure was applied to the test piece 200 with the indenter 20, and the relationship between the pressure and the displacement was measured. The result is shown in FIG.
比較例１では、最大応力は０．６３ＭＰａと大きいが、最大荷重に至ると直ちに成形断熱材の破壊に至った。一方、実施例１では、最大荷重は０．１７ＭＰａであり、比較例よりも低いものの、変位が６０％まで達しても成形断熱材は破壊されていない。これは、次のように考えられる。 In Comparative Example 1, the maximum stress was as large as 0.63 MPa, but when the maximum load was reached, the molded heat insulating material was immediately destroyed. On the other hand, in Example 1, although the maximum load is 0.17 MPa, which is lower than the comparative example, the molded heat insulating material is not destroyed even when the displacement reaches 60%. This is considered as follows.
比較例１では、剛性の高い炭素繊維シートが連続して積層されているため強度が高く、最大応力が高くなる。しかしながら、一つの炭素繊維シートで生じた亀裂は、他の炭素繊維シートにまで連続して進行し易く、一気に成形断熱材の破壊へと至ってしまう。 In Comparative Example 1, since carbon fiber sheets having high rigidity are continuously laminated, the strength is high and the maximum stress is high. However, cracks generated in one carbon fiber sheet are likely to proceed continuously to other carbon fiber sheets, leading to destruction of the molded heat insulating material at a stretch.
他方、実施例１では、剛性の高い炭素繊維シートに加えて、剛性は低いもののクッション性の高い炭素繊維層が積層されている。このため、比較例１よりも強度及び最大応力が低くなる。しかしながら、クッション性の高い炭素繊維層が、一方面で隣接する炭素繊維シートで生じた亀裂が他方面で隣接する炭素繊維シートにまで進行することを防止するように作用する。このため、強度や最大応力は低いものの破壊が起こりにくい成形断熱材となる。 On the other hand, in Example 1, in addition to the carbon fiber sheet having high rigidity, a carbon fiber layer having low cushioning properties but low rigidity is laminated. For this reason, the strength and the maximum stress are lower than those of Comparative Example 1. However, the carbon fiber layer having a high cushioning effect acts to prevent a crack generated in the carbon fiber sheet adjacent on one side from proceeding to the carbon fiber sheet adjacent on the other side. For this reason, although it is low in strength and maximum stress, it becomes a molded heat insulating material that does not easily break.
なお、実施例１、２に係る成形断熱材は、実用上十分な強度、自立性及び加工性を有していた。 In addition, the shaping | molding heat insulating material which concerns on Example 1, 2 had intensity | strength, self-supporting property, and workability sufficient practically.
図４に、実施例１に係る成形断熱材の表面層近傍の断面顕微鏡写真を示す。図４は、実施例１にかかる成形断熱材の顕微鏡断面写真であって、図４（ａ）は炭素繊維シートと炭素繊維層との界面近傍、図４（ｂ）は炭素繊維シート、図４（ｃ）は炭素繊維層をそれぞれ示す。図４（ｂ）に示すように、炭素繊維シート１には、積層方向に平行な繊維が多く含まれ、全体として三次元的にランダムに配向していることが分かる。また、図４（ｃ）に示すように、炭素繊維層２は、積層方向に平行な繊維が炭素繊維シート１よりもはるかに少なく、炭素繊維が面方向（積層方向に垂直な方向）に配向していることが分かる。そして、図４（ａ）に示すように、成形断熱材において、炭素繊維の配向性が異なる２種類のシート（炭素繊維シート１と炭素繊維層２）が積層されていることが確認できる。 In FIG. 4, the cross-sectional microscope picture of the surface layer vicinity of the shaping | molding heat insulating material which concerns on Example 1 is shown. 4 is a microscopic cross-sectional photograph of the molded heat insulating material according to Example 1. FIG. 4 (a) is the vicinity of the interface between the carbon fiber sheet and the carbon fiber layer, FIG. 4 (b) is the carbon fiber sheet, and FIG. (C) shows a carbon fiber layer, respectively. As shown in FIG. 4B, it can be seen that the carbon fiber sheet 1 contains many fibers parallel to the lamination direction and is randomly oriented as a whole in three dimensions. Further, as shown in FIG. 4 (c), the carbon fiber layer 2 has far fewer fibers parallel to the lamination direction than the carbon fiber sheet 1, and the carbon fibers are oriented in the plane direction (direction perpendicular to the lamination direction). You can see that And as shown to Fig.4 (a), it can confirm that two types of sheets (the carbon fiber sheet 1 and the carbon fiber layer 2) from which the orientation of carbon fiber differs are laminated | stacked in a shaping | molding heat insulating material.
（実験例１〜５）
上記実施例１と同様にしてプリプレグを作製した。このプリプレグを適宜４〜９層積層し、ホットプレス機を用いて約２００℃で１時間３０分保持し、フェノール樹脂を熱硬化させて、厚み３２ｍｍの熱硬化プリプレグを得た。得られた熱硬化プリプレグを、熱処理炉を用いて不活性雰囲気下２０００℃で熱処理して炭素繊維シートを得た。ここで、プリプレグ作製時のレゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液量を変化させて、下記表１に示すように、炭素繊維と保護炭素層との質量比の異なる５種類の炭素繊維シート（実験例１〜５）を作製した。
(Experimental Examples 1-5)
A prepreg was produced in the same manner as in Example 1 above. 4 to 9 layers of this prepreg were appropriately laminated, held at about 200 ° C. for 1 hour and 30 minutes using a hot press machine, and the phenol resin was thermally cured to obtain a thermosetting prepreg having a thickness of 32 mm. The obtained thermosetting prepreg was heat-treated at 2000 ° C. in an inert atmosphere using a heat treatment furnace to obtain a carbon fiber sheet. Here, by changing the amount of the resol type phenolic resin thermosetting resin solution at the time of preparing the prepreg, as shown in Table 1 below, five types of carbon fiber sheets having different mass ratios of the carbon fiber and the protective carbon layer are used. (Experimental examples 1 to 5) were produced.
（実験例６〜１０）
上記実施例１と同様にして開繊前の不融化されたピッチ繊維の繊維マットを得た。繊維マットにおける不融化繊維の酸素含有量は８質量％であり、揮発分は１２質量％であった。台上に、繊維マットをほぼ均一に配置し（厚み約１７０ｍｍ）、この繊維マットにプリプレグの作製に用いたレゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液を、ほぼ均一にスプレーを用いて噴霧した。この樹脂添加繊維マットを、型枠の中に均等に配置し、乾燥機を用いて約２００℃で１時間３０分保持し、フェノール樹脂を熱硬化させて、厚み３５ｍｍの熱硬化繊維マットを得た。得られた熱硬化繊維マットを、熱処理炉を用いて不活性雰囲気下２０００℃で熱処理して炭素繊維マットを得た。ここで、レゾールタイプのフェノール樹脂系熱硬化性樹脂溶液量を変化させて、下記表２に示すように、炭素繊維とマトリックスとの質量比の異なる５種類の炭素繊維マット（実験例６〜１０）を作製した。
(Experimental Examples 6 to 10)
In the same manner as in Example 1, an infusible pitch fiber fiber mat before opening was obtained. The oxygen content of the infusible fiber in the fiber mat was 8% by mass, and the volatile content was 12% by mass. The fiber mat was arranged almost uniformly on the table (thickness: about 170 mm), and the resol type phenolic resin thermosetting resin solution used for the preparation of the prepreg was sprayed on the fiber mat almost uniformly using a spray. . This resin-added fiber mat is evenly arranged in a mold, and is held at about 200 ° C. for 1 hour and 30 minutes using a dryer, and the phenol resin is thermally cured to obtain a thermosetting fiber mat having a thickness of 35 mm. It was. The obtained thermosetting fiber mat was heat-treated at 2000 ° C. in an inert atmosphere using a heat treatment furnace to obtain a carbon fiber mat. Here, by changing the amount of the resol-type phenol resin thermosetting resin solution, as shown in Table 2 below, five types of carbon fiber mats having different mass ratios of carbon fiber and matrix (Experimental Examples 6 to 10) ) Was produced.
（三点曲げ試験）
実験例１〜５にかかる炭素繊維シート、および実験例６〜１０に係る炭素繊維マットを、それぞれ長さ２００ｍｍ、幅３０ｍｍ、高さ３０ｍｍに裁断して試験片２００となした。この試験片２００を、図２に示すように、支点間距離が１５０ｍｍに設定された台１０の上に置いた。この試験片２００に、圧子２０により圧力をかけ、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。この結果を、実験例１〜１０にかかる炭素繊維シート、炭素繊維マットのかさ密度とあわせて下記表１、２に示す。
(Three point bending test)
The carbon fiber sheets according to Experimental Examples 1 to 5 and the carbon fiber mat according to Experimental Examples 6 to 10 were cut into a length 200 mm, a width 30 mm, and a height 30 mm, respectively, to form a test piece 200. As shown in FIG. 2, the test piece 200 was placed on a table 10 having a distance between supporting points set to 150 mm. A pressure was applied to the test piece 200 with the indenter 20, and the bending strength and the flexural modulus were measured according to JIS K7074. The results are shown in Tables 1 and 2 below together with the bulk density of the carbon fiber sheets and carbon fiber mats according to Experimental Examples 1 to 10.
以上の結果から、炭素繊維に対する保護炭素層の質量が増加するに伴い、炭素繊維シートの三点曲げ強度、三点曲げ弾性率が高くなっていくことが分かる。また、炭素繊維に対するマトリックスの質量が増加するに伴い、炭素繊維層の三点曲げ強度、三点曲げ弾性率が高くなっていくことが分かる。 From the above results, it can be seen that the three-point bending strength and the three-point bending elastic modulus of the carbon fiber sheet increase as the mass of the protective carbon layer with respect to the carbon fibers increases. Moreover, it turns out that the three-point bending strength of a carbon fiber layer and a three-point bending elastic modulus become high as the mass of the matrix with respect to carbon fiber increases.
ここで、炭素繊維シートにおける保護炭素層の占める割合や、炭素繊維層におけるマトリックスの占める割合は、所望とする強度やかさ密度、予想される応力などに応じて適宜設定すればよい。炭素繊維と保護炭素層との質量比は１００：５〜１００：１００であることが好ましく、炭素繊維とマトリックスとの質量比が１００：２〜１００：２０であることが好ましい。 Here, the ratio of the protective carbon layer in the carbon fiber sheet and the ratio of the matrix in the carbon fiber layer may be appropriately set according to the desired strength, bulk density, expected stress, and the like. The mass ratio between the carbon fiber and the protective carbon layer is preferably 100: 5 to 100: 100, and the mass ratio between the carbon fiber and the matrix is preferably 100: 2 to 100: 20.
また、炭素繊維シートの三点曲げ強度は０．３〜３ＭＰａであることが好ましく、三点曲げ弾性率は９〜１３０ＭＰａであることが好ましい。また、炭素繊維層の三点曲げ強度は０．０１〜０．２ＭＰａであることが好ましく、三点曲げ弾性率は０．０２〜５．０ＭＰａであることが好ましい。 The three-point bending strength of the carbon fiber sheet is preferably 0.3 to 3 MPa, and the three-point bending elastic modulus is preferably 9 to 130 MPa. The three-point bending strength of the carbon fiber layer is preferably 0.01 to 0.2 MPa, and the three-point bending elastic modulus is preferably 0.02 to 5.0 MPa.
本発明に係る成形断熱材は、強度、自立性及び加工性に優れ、且つ応力緩和効果が高い。このような性質の成形断熱材は、応力破壊の起きやすい環境で使用するのに特に適しており、その産業上の意義は大きい。 The molded heat insulating material according to the present invention is excellent in strength, self-supporting property and workability, and has a high stress relaxation effect. The molded heat insulating material having such a property is particularly suitable for use in an environment where stress fracture easily occurs, and its industrial significance is great.
１ 炭素繊維シート
２ 炭素繊維層
１０ 台
２０ 圧子
１００ 成形断熱材
２００ 試験片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon fiber sheet 2 Carbon fiber layer 10 stand 20 Indenter 100 Molding heat insulating material 200 Test piece
Claims (6)
不融化処理した等方性ピッチを原料とする炭素繊維を堆積させた繊維マットと、前記繊維マットの炭素繊維表面を被覆する炭素質からなるマトリックスと、からなる炭素繊維層と、がそれぞれ複数積層されてなる成形断熱材であって、
前記成形断熱材の少なくとも一方の表面には前記炭素繊維シートが配されており、
前記炭素繊維層は連続して積層されておらず、
前記炭素繊維シートは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記炭素繊維層は、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している、
ことを特徴とする成形断熱材。 A fiber felt entangled with carbon fibers, and a protective carbon layer made of carbonaceous material covering the carbon fiber surface of the fiber felt, and a carbon fiber sheet composed of carbonaceous matter,
A plurality of carbon fiber layers each including a fiber mat formed by depositing carbon fibers made from infusible isotropic pitch as a raw material and a matrix made of carbon that covers the carbon fiber surface of the fiber mat. A molded heat insulating material,
The carbon fiber sheet is disposed on at least one surface of the molded heat insulating material,
The carbon fiber layer is not continuously laminated,
In the carbon fiber sheet, carbon fibers are randomly oriented three-dimensionally, and in the carbon fiber layer, the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction.
A molded insulation characterized by that.
ことを特徴とする請求項１に記載の成形断熱材。 The mass ratio of the carbon fiber to the matrix in the carbon fiber layer is 100: 2 to 100: 20.
The molded heat insulating material according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形断熱材。 The carbon fiber layer has a thickness of 0.5 to 5 mm.
The molded heat insulating material according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記炭素繊維層は、三点曲げ強度が０．２ＭＰａ以下、三点曲げ弾性率が５ＭＰａ以下である、
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の成形断熱材。 The carbon fiber sheet has a three-point bending strength of 0.3 MPa or more, a three-point bending elastic modulus of 9 MPa or more,
The carbon fiber layer has a three-point bending strength of 0.2 MPa or less and a three-point bending elastic modulus of 5 MPa or less.
The molded heat insulating material according to claim 1, 2, or 3.
等方性ピッチを不融化した不融化繊維からなる繊維マットを作製するマット作製ステップと、
前記繊維マットに熱硬化前の熱硬化性樹脂を添加する樹脂添加ステップと、
複数の前記プリプレグと複数の樹脂添加繊維マットとを積層して積層体を形成する積層ステップと、
前記積層体を加圧しつつ加熱して、前記プリプレグ及び樹脂添加繊維マットに含まれる前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて、前記プリプレグと樹脂添加繊維マットとを結着させる結着ステップと、
結着された積層体を不活性ガス雰囲気で熱処理して、熱硬化後の熱硬化性樹脂を炭素化させる炭素化ステップと、を有し、
前記積層体の少なくとも一方の表面には前記プリプレグが配されており、
前記繊維マットは連続して積層されておらず、
前記プリプレグは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記繊維マットは、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している、
成形断熱材の製造方法。 A prepreg production step of producing a prepreg by impregnating a carbon fiber felt entangled with carbon fiber with a thermosetting resin before thermosetting;
A mat production step for producing a fiber mat made of infusible fibers in which isotropic pitch is infusible;
A resin addition step of adding a thermosetting resin before thermosetting to the fiber mat;
A laminating step of laminating a plurality of the prepregs and a plurality of resin-added fiber mats to form a laminate;
A heating step of pressurizing the laminate to thermally cure the thermosetting resin contained in the prepreg and the resin-added fiber mat, and binding the prepreg and the resin-added fiber mat;
A carbonization step of heat-treating the bonded laminate in an inert gas atmosphere to carbonize the thermosetting resin after thermosetting,
The prepreg is disposed on at least one surface of the laminate,
The fiber mat is not continuously laminated,
In the prepreg, carbon fibers are randomly oriented three-dimensionally, and in the fiber mat, the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction.
A method of manufacturing a molded heat insulating material.
等方性ピッチを揮発分を残存させたままで紡糸し不融化する不融化繊維作製ステップと、
前記不融化繊維を用いて揮発分が残存した繊維マットを作製するマット作製ステップと、
複数の前記プリプレグと複数の繊維マットとを積層して積層体を形成する積層ステップと、
前記積層体を加圧しつつ加熱して、前記熱硬化性樹脂及び前記揮発分に含まれる熱硬化性樹脂を熱硬化させて、前記プリプレグと前記繊維マットとを結着させる結着ステップと、
結着された積層体を不活性ガス雰囲気で熱処理して、熱硬化後の熱硬化性樹脂を炭素化させる炭素化ステップと、を有し、
前記積層体の少なくとも一方の表面には前記プリプレグが配されており、
前記繊維マットは連続して積層されておらず、
前記繊維マットに占める前記揮発分の質量割合は、１０〜１８％であり、
前記プリプレグは、炭素繊維が三次元的にランダムに配向され、前記繊維マットは、炭素繊維が積層方向に垂直な方向に配向している、
成形断熱材の製造方法。 A prepreg production step of producing a prepreg by impregnating a carbon fiber felt entangled with carbon fiber with a thermosetting resin before thermosetting;
An infusible fiber production step of spinning and infusifying isotropic pitch with volatile components remaining; and
A mat production step for producing a fiber mat in which volatile matter remains using the infusible fiber;
A laminating step of laminating a plurality of the prepregs and a plurality of fiber mats to form a laminate;
A heating step of pressurizing the laminated body to thermally cure the thermosetting resin and the thermosetting resin contained in the volatile matter, and binding the prepreg and the fiber mat;
A carbonization step of heat-treating the bonded laminate in an inert gas atmosphere to carbonize the thermosetting resin after thermosetting,
The prepreg is disposed on at least one surface of the laminate,
The fiber mat is not continuously laminated,
The mass ratio of the volatile matter in the fiber mat is 10 to 18%,
In the prepreg, carbon fibers are randomly oriented three-dimensionally, and in the fiber mat, the carbon fibers are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction.
A method of manufacturing a molded heat insulating material.
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