WO2008023777A1 - Article moulé stratifié contenant une fibre de carbone et son procédé de fabrication - Google Patents

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WO2008023777A1
WO2008023777A1 PCT/JP2007/066401 JP2007066401W WO2008023777A1 WO 2008023777 A1 WO2008023777 A1 WO 2008023777A1 JP 2007066401 W JP2007066401 W JP 2007066401W WO 2008023777 A1 WO2008023777 A1 WO 2008023777A1
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carbon
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Yasushi Okada
Tatsuo Kobayashi
Naohiro Sonobe
Takashi Kameyama
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Kureha Corporation
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    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5264—Fibers characterised by the diameter of the fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5272—Fibers of the same material with different length or diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/38—Fiber or whisker reinforced
    • C04B2237/385—Carbon or carbon composite
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
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    • Y10T442/3065—Including strand which is of specific structural definition
    • Y10T442/3073—Strand material is core-spun [not sheath-core bicomponent strand]

Definitions

  • the present invention relates to a carbon fiber-containing laminated molded article having sufficient tensile strength, bending strength (hereinafter simply referred to as “strength”) and peeling resistance, and particularly useful as a heat insulating material for high-temperature furnaces, and a method for producing the same. .
  • Carbon fiber laminates are used in various applications, but are particularly used as high-temperature heat insulating materials.
  • the required properties of a high-temperature heat insulating material are excellent heat insulating performance, light weight, and adequate strength.
  • the carbon fiber laminate is a material that sufficiently satisfies these required characteristics, but it is required to suppress dust generation and further improve the surface hardness.
  • Patent Document 1 a molded body in which a graphite sheet or a carbon fiber cloth (woven fabric “woven fabric”) is pasted has been proposed so far. There is a problem that the balance is not suitable, and a desired effect cannot be obtained.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3029534
  • Patent Document 2 JP-A-3-248838
  • Patent Document 3 JP-A-2-208264
  • Patent Document 4 Japanese Utility Model Publication No. 63-97797
  • Patent Document 5 Japanese Utility Model Publication No. 61-138998
  • Patent Document 6 JP-A-2005-133032
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a molded article having a sufficient strength and peeling resistance, particularly a high-temperature furnace heat insulating material.
  • the present invention includes a base material obtained by accumulating the first carbon fibers, a second carbon fiber having an average fiber diameter of 12 / xm or less, which is positioned on at least one surface of the base material, and There is provided a carbon fiber-containing laminated molded article comprising: a woven fabric layer comprising a carbon fiber spun yarn containing a third carbon fiber having an average fiber diameter exceeding 12 m.
  • the substrate used in the present invention is obtained by accumulating the first carbon fibers. Specifically, a laminate of a felt made of a first carbon fiber is impregnated with a thermosetting resin or a laminate of a felt made of a first carbon fiber is impregnated with a thermosetting resin. Thereafter, a baked carbon fiber laminate can be preferably used. A carbon fiber laminate obtained by impregnating a felt laminate made of the first carbon fiber with a thermosetting resin and then firing the laminate is more preferable because of excellent dimensional stability.
  • the first carbon fiber those having an average fiber diameter of 5 to 20 mm are preferable, and those having an average fiber diameter of 8 to 18 / m can be used. If it is less than 5 zm, the production efficiency may decrease, and if it exceeds, the heat insulating property may decrease, so the above range is preferable.
  • the fiber length of the first carbon fiber is preferably in the range of 30 to 500 mm, and more preferably in the range of 50 to 250 mm. If it is less than 30 mm, the bending strength of the substrate may be weak, and if it exceeds 500 mm, it may be difficult to uniformly disperse the fibers, and it may be difficult to make a uniform felt. preferable.
  • Preferable examples of the first carbon fiber include pitch-based isotropic carbon fiber, polyacrylonitrile-based (PAN-based) carbon fiber, rayon-based carbon fiber, and quinol carbon fiber.
  • the base material is formed by forming one type or two or more types of first carbon fibers in a felt.
  • the felt can be formed in accordance with a conventional method, and the base material may be formed of felt alone or by laminating two or more types of felts.
  • the thickness of the substrate varies depending on the application, the molded body of the present invention is used as a heat insulating material for high temperature furnace In this case, the range of 10 to 500 mm is usually preferable, and the range of 10 to 300 mm is more preferable. If the thickness of the substrate is too thick, the productivity is lowered, and if it is too thin, the heat insulation is lowered.
  • the bulk density of the substrate is from 0.05 to 0. Range of 50 g / cm 3 are preferred, 0.10 to 0. Range of 30 g / cm 3 is more preferred. If it is less than 0.05 g / cm 3 , the productivity may decrease, and if it exceeds 0.5 g / cm 3 , the thermal conductivity may increase and the heat insulation may decrease. It is preferable that
  • the fabric layer used in the present invention is positioned on at least one surface of the above-mentioned base material, and serves as a protective layer for preventing damage against external impacts and stresses, and prevents the base material from touching the product. In view of the above, it is preferable to position both sides of the substrate.
  • the fabric layer comprises a second carbon fiber having an average fiber diameter of 12 m or less, preferably 5 to 12 / m, and a third carbon fiber having an average fiber diameter of more than ⁇ m, preferably more than 12 m to 20 m. Including woven fabrics made by weaving carbon fiber spun yarn. If the average fiber diameter of the second carbon fiber is less than 5 zzm, the production efficiency decreases. On the other hand, if the average fiber diameter of the third carbon fiber exceeds 20 m, the tensile strength is lowered, or yarn breakage is likely to occur when twisted.
  • the carbon fiber spun yarn used in the present invention is preferably a spun yarn in which the second carbon fiber is an anisotropic carbon fiber and the third carbon fiber is an isotropic carbon fiber.
  • the second carbon fiber can realize a high tensile strength and a high elastic modulus
  • the third carbon fiber can realize a good adhesion to a heat-treated product with an adhesive.
  • anisotropic carbon fiber means that the tensile strength of carbon fiber is l OOOMPa or more or the tensile modulus is lOOGPa or more, and (0 0 2) the carbon layer surface is selectively oriented in the fiber axis direction. Refers to fibers that have a texture.
  • SEM scanning electron microscope
  • carbon fibers that exhibit anisotropy, or carbon fibers that have a half-value width of 50 degrees or less obtained by measuring the orientation function by Goniome-Yuichi Preferable examples include polyacrylonitrile-based (PAN-based) carbon fibers, pitch-based anisotropic carbon fibers, and rayon-based carbon fibers.
  • isotropic carbon fiber means a fiber having a structure in which the tensile strength of carbon fiber is less than lOOMPa or the tensile modulus is less than lOOGPa, and the carbon layer surface is not oriented.
  • non Carbon fiber whose isotropic structure is observed by scanning electron microscope (SEM) of carbon fiber cross-section after heat treatment in oxidizing atmosphere 2000, by polarization microscope (0 0 2) Optical by arrangement of carbon layer surface, etc.
  • SEM scanning electron microscope
  • polarization microscope (0 0 2)
  • pitch-based isotropic carbon fibers can be preferably mentioned.
  • the second carbon fiber usually has a longest fiber length of 20 m or less in the molded body.
  • an average fiber length of usually 500 mm or more is preferable, more preferably 1000 mm or more, and further preferably 3 m or more.
  • the upper limit of the average fiber length of the raw material fibers constituting the second carbon fiber is not particularly limited, and can be appropriately selected from available fiber lengths according to the application. Usually, however, continuous long fibers of 5000 m or less are used. Industrially available. In spun yarn, the longer the fiber length is used, the more the splicing points between the fibers are reduced, so that the strength of the spun yarn can be improved.
  • the average fiber length of the raw material fibers constituting the third carbon fiber is usually less than 500 mm, and is preferably 300 mm or less, more preferably 200 mm or less, which is usually industrially available. preferable. Further, carbon fiber having an average fiber length of 150 mm or more and less than 500 mm is contained in an amount of 3 to 30% by mass, preferably 5 to 20% by mass, and carbon fiber having an average fiber length of less than 150mm is contained in an amount of 97 to 70% by mass, preferably 95 to 80% by mass. Is particularly preferred.
  • Density of the second carbon fibers 1.65 to 2. Is preferably in the range of 30 g / cm 3: 1. more preferably from 70 ⁇ 2 ⁇ 00g / cm 3, 1. 70 ⁇ 1. 90 g / cm A range of 3 is particularly preferred. If the density of the second carbon fiber is too small, carbonization is insufficient, and if it is too large, crystallization proceeds too much, and in either case, the strength decreases and the strength of the fabric increases. It becomes difficult to achieve the function.
  • the density of the third carbon fibers, 1.50 to 1. 80 g / cm 3 range virtuous preferred, from 1.50 to 1. More preferably in the range of 70g / cm 3: 1.. 55 to be 70g A range of / cm 3 is particularly preferred.
  • the density of the third carbon fiber is too small, carbonization will be insufficient and the strength of the carbon fiber will be reduced. If it is too large, the wettability with the resin (adhesive) will be poor, and the fabric will adhere to the substrate. It becomes difficult to achieve the function as the third carbon fiber.
  • the mass (fineness) per 1000 m of the carbon fiber spun yarn composed of the second carbon fiber and the third carbon fiber is preferably 30 to 1000 tex, more preferably 30 to 750 tex, and even more preferably 60 to 400 tex. is there. If the amount is less than the above range, the production cost of spun yarn is required. If the amount is too large, weaving may be difficult.
  • the tensile strength of the spun yarn directly affects the bow I tensile strength of the fabric, and the bearer is the second carbon fiber, the small diameter, long 'carbon fiber.
  • the tensile strength of the second carbon fiber (note that the tensile strength of the carbon fiber is in accordance with JIS R 7601-1986) is preferably lOOOMPa or more, particularly preferably in the range of 1600 MPa to 6000 MPa.
  • the tensile strength of the third carbon fiber is preferably less than lOOOMPa, and particularly preferably in the range of 300 to 900 MPa.
  • the third carbon fiber has a large diameter and a short length. Carbon fiber has a lot of fluff, so it has an anchor effect, or it has a high adhesion to the adhesive to maintain a sufficiently high adhesion to the substrate. It is considered that
  • the strength of the fabric layer is influenced not only by the tensile strength of the spun yarn but also by the weaving method and the number of burned spun yarns. For example, if the flame is applied to some extent, the bow I tension increases, but if too much twist is applied, the tensile strength decreases due to twisting or tensile stress.
  • the number of twists of carbon fiber spun yarn is preferably in the range of 50 to 400 times / m, more preferably 100 to 200 times / m. It is. If the twist is too much, the spun yarn may be broken. If the twist is too small, the tensile strength of the spun yarn tends to decrease.
  • Tensile strength of the entire fabric is 0.2 kN or more, preferably 0.2 to 2.0 kN, selection of the second carbon fiber, blending ratio of the second carbon fiber and the third carbon fiber, spinning This can be achieved by selecting the number of yarn twists, the thickness of the fabric layer, and the basis weight.
  • the bending strength of the molded body is 1.5 MPa or more and less than 5. OMPa, preferably 1.8 MPa or more and less than 5. OMpa. This bending strength can also be realized by adjusting the blending ratio of the second carbon fiber and the third carbon fiber.
  • the second carbon fiber suitable for obtaining the molded body of the present invention has an average fiber diameter of 5 / zm or more and 12 or less, a longest fiber length in the molded body of 20m or less, and a density of 1.65. ⁇ 2.
  • the third carbon fiber is preferably a spun yarn containing 3 to 30% by mass of raw material fibers having an average fiber length of less than 500 mm and 97 to 70% by mass of raw material fibers having an average fiber length of less than 150 mm.
  • the carbon fiber spun yarn includes a core-sheath structure spun yarn having the second carbon fiber as a core material and the third carbon fiber as a sheath material; a spun yarn comprising the second carbon fiber and a third carbon fiber.
  • known methods such as twill weave, plain weave, satin weave, and basket weave can be employed.
  • the blending ratio of the second carbon fiber and the third carbon fiber is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less. More preferably, it is 30 mass% or more and 70 mass% or less. If the blending amount of the second carbon fiber is less than 10% by mass, the strength of the spun yarn may be insufficient, and if it exceeds 90% by mass, the adhesion between the spun yarn and the base material will be reduced, resulting in a molded product. (Bending) strength may not be secured.
  • the woven fabric layer is made of a spun yarn made of another carbon fiber, for example, a spun yarn made of only the second carbon fiber or a third carbon fiber, as long as the desired effect of the present invention is not hindered. A spun yarn may be included.
  • the method for producing the carbon fiber spun yarn is not particularly limited.
  • the third carbon fiber bundle 32 is drawn and twisted using the spinning machine 100 shown in FIG.
  • the bundle 36 may be fed from the middle roller 37 and mixed.
  • the third carbon fiber bundle 3 2 from the product case 3 1 is guided to the back roller 3 4 through the krill stand roller 3 3, while the carbon fiber 1
  • a second carbon fiber bundle 3 6 is fed from a middle roller 3 7 through a bobbin 3 5.
  • the third carbon fiber bundle is stretched by the peripheral speed ratio between the front roller 40 and the back roller 34, and at the same time, is combined with the second carbon fiber bundle 36.
  • the bundles of the second and third carbon fibers joined together are twisted by the spindle 44 having the ring 42 and the brake pedal 43 through the snell guide 41 and wound on the winding bobbin 45. Carbon fiber spun yarn.
  • carbon fiber spun yarn woven and becomes fabric layer basis weight is preferably set to 50 to 1200 g / m 2, even more preferably a 200 to 800 g / m 2. If the fabric weight is naturally large, the number of spun yarns increases and the strength increases, but the thickness increases and the formability decreases (it is difficult to estimate the thickness allowance).
  • the thickness of the fabric layer is preferably 0.1 to 2 Omm, more preferably 0.6 to l.lmm.
  • the base material and the fabric layer are bonded via an adhesive.
  • an adhesive containing short fiber and long carbon fiber or an adhesive containing graphite powder can be used.
  • thermosetting prepolymer 60 to 100 parts by mass of thermosetting prepolymer, 20 to 60 parts by mass of thermosetting resin; 5 to 20 parts by mass of short carbon fiber, carbon black, carbon powder or graphite powder; solvent 5 to 20
  • An adhesive composition in which 5 parts by mass; and 5 to 20 parts by mass of water are uniformly mixed and dispersed can be used.
  • Thermosetting prepolymers include: urea resin prepolymers; melamine resin prepolymers, urea-modified melamine resin prepolymers; guanamine resin prepolymers; guanamine-modified melamine resin prepolymers; furan resin prepolymers; alkyd resin prepolymers; Type phenol resin prepolymers, resol type phenol resin prepolymers, nopolac type alkyl phenol resin prepolymers, resol type alkylphenol resin prepolymers and their xylene formaldehyde condensates, toluene formaldehyde condensates, melamine resins, guanamine resins or urea resins Modified resin prepolymers; epoxy resin prepolymers such as bisphenol A diglycidyl ether, Diglycidyl ethers of cyclic dialcohol, bisphenol A bis (0 - methyl Dali ether), alicyclic dialcohol bis (alpha
  • a resin prepolymer having a high carbonization yield is preferable, and a nopolac-type phenol resin prepolymer, a resol-type phenol resin prepolymer, a nopolac-type alkylphenol resin prepolymer, and a resol-type alkylphenol resin prepolymer can be particularly preferably used. .
  • Thermosetting resins include: urea resin; melamine resin; urea modified melamine resin; guanamine resin; guanamine modified melamine resin; alkyd resin; furan resin; unsaturated polyester resin: phenol resin, for example, novolak type phenol resin Resole type phenolic resin, nopolac type alkyl phenolic resin, resole type alkyl phenolic resin; epoxy resin such as bisphenol A diglycidyl ether, alicyclic dialcohol diglycidyl ether, bisphenol A bis ( ⁇ -methyldari Sidyl ether), alicyclic dialcohol bis ( ⁇ -methylglycidyl ether) and the like can be preferably mentioned.
  • phenol resin for example, novolak type phenol resin Resole type phenolic resin, nopolac type alkyl phenolic resin, resole type alkyl phenolic resin
  • epoxy resin such as bisphenol A diglycidyl ether, alicyclic dialcohol dig
  • novolak-type phenol resin resol-type phenol resin, nopolac-type alkylphenol resin, and resole-type alkylphenol resin
  • the solvent acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methanol, ethanol, 2-furyl methanol, toluene, xylene, dimethyl sulfoxide, or the like can be preferably used.
  • the amount of adhesive is preferably a 300 ⁇ 1000g / m 2 for the substrate, it is more preferable to be 400 to 800 / m 2. Further, it is preferable to be 500 ⁇ 3000g / m 2 for one fabric is more preferable to be 1000 ⁇ 2500g / m 2.
  • the molded body of the present invention include a molded heat insulating material processed into a flat plate shape, a cylindrical shape, a disk shape, a square shape, etc., particularly a high temperature furnace heat insulating material used on the inner wall of a high temperature furnace. be able to.
  • the molded body of the present invention can be produced by performing the following steps.
  • a substrate can be obtained by impregnating a carbon fiber felt with a thermosetting resin impregnating solution or the like. Alternatively, impregnating a carbon fiber felt with a thermosetting resin impregnating solution, etc., laminating a plurality of the obtained thermosetting resin-impregnated carbon fiber felts, and pressurizing and heating to a predetermined pressure and temperature at which the thermosetting resin is cured. After compression molding, the substrate can be obtained by further high-temperature treatment. wear. It is to be noted that the thickness can be adjusted by placing a spacer having a predetermined thickness around the laminated body formed by lamination and then performing compression molding, whereby the bulk density of the felt laminated body can be controlled.
  • thermosetting resin urea resin, melamine resin, phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, urethane resin, furan resin and the like can be suitably used.
  • phenol resin is preferable.
  • a predetermined carbon fiber spun yarn it can be made into a woven fabric according to a conventional method.
  • a loom that can be used for weaving ordinary carbon fibers such as a shuttle loom or a rapier loom, can be used for plain weave, twill weave, satin weave, basket weave, and the like.
  • Predetermined components are blended and uniformly mixed to prepare an adhesive composition, and a predetermined amount of the obtained adhesive is applied to both the base material and the fabric, and the two are bonded together.
  • a predetermined amount of the adhesive may be applied with a spatula, a brush, a roller, or the like.
  • the woven fabric is immersed in the adhesive in a vacuum tank and depressurized. After sufficiently impregnating the adhesive to the core of the spun yarn that constitutes the fabric, remove the fabric from the vacuum tank, and use a spatula, brush, roller, etc. You may scrape off with.
  • the carbon fiber-containing laminate molded body of the present invention is excellent in heat insulation performance and has both sufficient strength and peeling resistance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a carbon fiber-containing laminate molded body of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of the carbon fiber spun yarn used in the embodiment shown in FIG. .
  • FIG. 3 is a schematic view showing a production process of a carbon fiber spun yarn used in the present invention.
  • FIG. 4 is an SEM photograph showing an enlarged cross-section (X 25) of the molded product obtained in Example 1.
  • FIG. 5 is an SEM photograph showing an enlarged cross section (X 1 5 0) of a core-sheath carbon fiber spun yarn used in Example 1.
  • FIG. 6 is an SEM photograph (X 4 0 0) showing an enlarged part of FIG.
  • FIG. 7 is an SEM photograph (X 4 3 0 0) showing an enlarged view of the second carbon fiber and the third carbon fiber portion of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a carbon fiber-containing laminate molded body of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a carbon fiber spun yarn used in the embodiment shown in FIG. is there.
  • a carbon fiber-containing laminate molded body 1 having the form shown in FIG. 1 includes a base material 10 made of a carbon fiber felt laminate, a woven fabric layer 20 made of a fabric made by twilling carbon fiber spun yarns 2 1, and a base material 1. 0 and an adhesive 30 that bonds the fabric layer 20 to each other.
  • the carbon fiber spun yarn 21 used for forming the woven fabric layer 20 in the present embodiment includes a core portion 2 2 and a sheath portion 2 that covers the outer periphery of the core portion 2 2. It consists of three.
  • the core portion 22 is formed of a second carbon fiber having a thin average fiber diameter (preferably 5 m to 12 / m), and the sheath portion 23 is a thick average fiber diameter (preferably 12 / m Excess) Made from third carbon fiber.
  • the carbon fiber spun yarn forming the woven fabric layer 20 may have a burning yarn structure instead of a core-sheath structure.
  • the tensile strength of the carbon fiber was measured according to J IS R 760 ⁇ 1986.
  • the sample was cut into a 100mm XI 00mm square 30mm or more inside from the end of the spun yarn fabric, and the center was measured with a micrometer (U-shaped micrometer "PMU 150-2" manufactured by Mitutoyo Corporation) Was the thickness of the spun yarn fabric.
  • the compression-molded laminate was graphitized in a vacuum at 2000 for 1 hour to obtain a substrate as a flat carbon fiber laminate having a thickness of 10 mm, a width of 200 mm, a length of 250 mm, and a bulk density of 0.16 g / cm 3 .
  • polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber (Tobe Tenax Co., Ltd. "Besfite HTA-3K” split, 80tex, average fiber diameter 7mm, density 1.77 g / cm 3 ) and pitch-type isotropic carbon fiber (“Kureka Sliver” 320tex, average fiber diameter 14.5 / zm, density 1.63 g / cm 3 ) manufactured by Kureha Co., Ltd.) as the third carbon fiber.
  • PAN polyacrylonitrile
  • Besfite HTA-3K pitch-type isotropic carbon fiber
  • the fiber spun yarn was twilled as warp and weft to give a spun yarn fabric (twill, FAW580g / m 2 , punching density 19.0 pieces / inch, tensile strength 0.32kN, thickness 0.88mm). Four pieces of this spun yarn fabric were cut to a width of 220 mm and a length of 270 mm to obtain a fabric forming a fabric layer. .
  • Phenol resin impregnating liquid Showa High Polymer Co., Ltd. “Showon BRS-3 8 9 7 J”) 80 parts by mass, powdered phenol resin (Cashyu Co., Ltd.) “Kashichi N o. 0 5”) 0 parts by mass, carbon short fiber (Kureha Co., Ltd. “Kureka chop M— 1 0 7 T” Average fiber length 0.4 mm, L / D 28, density 1. 63 g / cm 3 ) 13 parts by mass, 2-furylmethanol (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd., grade 1) 13 parts by mass, 11 parts by mass of water were uniformly mixed and dispersed to prepare an adhesive composed of an adhesive composition. .
  • the adhesive was applied to each side of the fabric with a brush at a basis weight of 2000 g / m 2 , and the adhesive was applied to the entire surface of the substrate with a spatula at a basis weight of 400 g / m 2 .
  • the fabric-coated adhesive surface is directed to the substrate side, and two fabrics are laminated and bonded to each surface of the substrate.
  • the compression molding machine (“F-3 7" manufactured by Shindo Metal Industry Co., Ltd.) ))
  • F-3 7 manufactured by Shindo Metal Industry Co., Ltd.
  • Polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber as the core (“BESFITE HT A-3:” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) 200tex, average fiber diameter 7 tm, density 1.77 g / cm 3 ), pitch as the sheath Isotropic carbon fiber (Kureha Co., Ltd. “Kureka Sliver” 200tex, average fiber diameter 14.5 m, density 1.63 g / cm 3 )
  • Example 1 except that a woven fabric (twill weave, FAW580g / m 2 , driving density 19.0 pieces / inch, tensile strength 0.52kN, thickness 0.88mm) was used. A molded body was obtained. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the obtained molded body.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the obtained molded body.
  • a molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carbonization treatment was carried out for 1 hour at 1200 at atmospheric pressure and nitrogen atmosphere instead of the graphitization treatment. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Example 7 A woven fabric (plain weave, FAW530g / m driving density 19.0 / inch, tensile strength 0.664kN, thickness 0.78mm) made of carbon fiber spun yarn prepared in Example 2 was used. Except for this, a molded body was obtained in the same manner as in Example 2. No peeling or swelling of the spun yarn fabric 1 was observed in the obtained molded body.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the obtained molded body.
  • Fabric obtained by changing the weaving conditions (FAW and driving density) using the carbon fiber spun yarn prepared in Example 2 (twill, FAW310g / m 2 , driving density 10.0 / inch, tensile strength 0
  • a molded body was obtained in the same manner as in Example 2 except that a thickness of 0.62 mm) was used. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Fabric obtained by changing the weaving conditions (FAW and driving density) using the carbon fiber spun yarn prepared in Example 2 (twill weaving, FAW670g / m 2 , driving density 22.0 / inch, tensile strength 0
  • a molded body was obtained in the same manner as in Example 2 except that 60 kN and a thickness of 1.08 mm) were used. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the resulting molded body. Shown in
  • a molded body was obtained in the same manner as in Example 2, except that a laminate having a thickness of 10 mm, a width of 200 mm, a length of 250 mm, and a bulk density of 0.10 g / cm 3 was used. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the obtained molded body.
  • Example 2 As a base material, three pitch-type isotropic carbon fiber felts with a bulk density of 0.08 g / cm 3 "Kureha Felt F _ 1 1 0" made by Kureha Co., Ltd., temperature 175, pressure 0.6 MPa for 80 minutes
  • a molded body was obtained in the same manner as in Example 2 except that a laminate having a thickness of 10 mm, a width of 200 mm, a length of 250 mm, and a bulk density of 0.30 g / cm 3 was used. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • a spun yarn consisting only of pitch-based isotropic carbon fiber (Kureha Co., Ltd. “Kureka Sliver SY-6 5 2” average fiber diameter 14. ⁇ 5; m, density 1.63 g / cm 3 )
  • two pieces of woven fabric (twill weave, FAW215g / m 2 , driving density 19.0 / inch, tensile strength 0.14kN, thickness 0.38mm)
  • one side of each Adhesive was applied at 1000 g / m 2 with a brush, and a molded body was formed in the same manner as in Example 1 except that one sheet was laminated on both sides of the substrate.
  • Got. No peeling or swelling of the spun yarn fabric was observed in the obtained molded body.
  • Comparative Example 4 instead of the mixture of powdered phenolic resin and carbon short fibers interposed between the carbon fiber fabric and carbon fiber laminate of Comparative Example 4, the same procedure as in Comparative Example 4 was used except that the adhesive described in Example 1 was used. A flat molded body was obtained. In the obtained molded body, peeling was observed at the interface between the felts of the carbon fiber laminate.
  • Table 1 shows the composition of the carbon fiber spun yarn used, and Table 2 shows the evaluation results for the resulting molded body. Shown in
  • Example 12 580 19.0 0.52 ⁇ 0.88 0.16 2 Normal pressure 1200 3.8
  • Male example 13 580 19.0 0.52 ⁇ 0.88 0.16 1 Vacuum 2000 3.3
  • Hffi example 14 580 19.0 0.52 ⁇ 0.88 0.16 2 Vacuum 2000 4.2
  • Example 15 580 19.0 0.52 Fine 0.88 0.16 2 Vacuum 2000 3.2 ⁇ 1 +----0.16

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Description

明細書
炭素繊維含有積層成型体及びその製造方法
技術分野
本発明は、 充分な引張強度、 曲げ強度 （以下両方を含めて単に 「強度」 という） と 耐剥離性を併せ持ち、特に高温炉用断熱材として有用な炭素繊維含有積層成型体及び その製造方法に関する。
背景技術
炭素繊維積層体は、種々の用途に用いられているが、特に高温断熱材などとして用 いられている。 高温断熱材としての要求特性は、 断熱性能に優れ、 軽くて、 適度な強 度があることである。炭素繊維積層体は、 これらの要求特性を充分満たす素材である が、 発塵抑制やさらなる表面硬さの向上が要求されている。
かかる要求に対する対策として、 これまで黒鉛シートや炭素繊維クロス （織布 '織 物） を貼り付けてなる成型体 （特許文献 1 ) が提案されているが、 かかる提案では、 いまだ性能に対する生産効率性のバランスが合わないという問題や、所望の効果が得 られないという問題がある。
特許文献 1 ：特許第 3029534号公報
特許文献 2 ：特開平 3- 248838号公報
特許文献 3 ：特開平 2-208264号公報
特許文献 4 ：実開昭 63-97797号公報
特許文献 5 ：実開昭 61-138998号公報
特許文献 6 ：特開 2005-133032号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
本発明の目的は、従来技術の課題を解消し、充分な強度と耐剥離性を併せ持つ成型 体、 特に高温炉用断熱材を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明者らは、 上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、 平均繊維径 を超 える炭素繊維のみからなる紡績糸により得られる織物は織物自身の引張強度が弱ぐ 基材及び織物層を含む成型体の表面保護効果は小さく、 また平均繊維系 以下 の炭素繊維のみからなる紡績糸により得られる織物はコスト高である上に基材と織 物層との接着性が弱く、剥離しやすいことを知見した。かかる知見に基づき更に検討 した結果、異なる平均繊維径の炭素繊維からなる炭素繊維紡績糸を含む織物を用いる ことにより上記目的を達成しうることを見出し、 本発明を完成するに至った。
すなわち、 本発明は、 第 1の炭素繊維を集積してなる基材と、 当該基材の少なくと も一方の面に位置づけられている、 平均繊維径 12 /x m以下の第 2の炭素繊維及び平 均繊維径 12 m超過の第 3の炭素繊維を含む炭素繊維紡績糸からなる織物層と、 を 含むことを特徴とする炭素繊維含有積層成型体を提供するものである。
本発明において用いられる基材は、第 1の炭素繊維を集積してなるものである。具 体的には、第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性榭脂を含浸させた積 層体又は第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸させたの ち焼成した炭素繊維積層体を好ましく用いることができる。第 1の炭素繊維からなる フェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸させたのち焼成した炭素繊維積層体である ことが寸法安定性に優れていることより、 より好ましい。
第 1の炭素繊維としては、 平均繊維径 5〜20 ΙΏを有するものが好ましく、 より好 ましくは 8〜18 / mを有するものを用いることができる。 5 z m未満であると生産効 率が低下する場合があり、 を超えると断熱性が低下する場合があるので、上記 範囲とすることが好ましい。 また、 第 1の炭素繊維の繊維長は、 30〜500mmの範囲. が好ましく、 50〜250mmの範囲が更に好ましい。 30mm未満であると基材の曲げ強 度が弱い場合があり、 500mmを超えると繊維の均一な分散が難しく、 均一なフェル トを作るのが困難な場合があるので、上記範囲とすることが好ましい。第 1の炭素繊. 維としては、 ピッチ系等方性炭素繊維、 ポリアクリロニトリル系 （P AN系） 炭素繊 維、 レーヨン系炭素繊維、 カイノール炭素繊維などが好ましく挙げられる。
基材は、 1種又は 2種以上の第 1の炭素繊維をフェルトに形成してなるものである。 フェルトは常法に従って形成することができ、基材はフェルト単独又は 2種以上のフ エル卜を積層して構成しても良い。
基材の厚さは用途によって異なるが、本発明の成型体を高温炉用断熱材として使用 する場合には、 通常 10〜500mmの範囲が好ましく、 10〜300mmの範囲が更に好ま しい。 基材の厚さが厚すぎると生産性が低下し、 薄すぎると断熱性が低下する。
基材のかさ密度は、 0. 05〜0. 50g/cm3の範囲が好ましく、 0. 10〜0. 30g/cm3の範囲が 更に好ましい。 0. 05g/cm3未満であると、 生産性が低下する場合があり、 0. 50g/cm3 を超えると、熱伝導性が高くなり、断熱性が低下する場合があるので、上記範囲内と することが好ましい。
本発明において用いられる織物層は、上述の基材の少なくとも一面に位置づけられ、 外部からの衝撃及び応力に対する破損防止用保護層としての効果、基材のゲバ立ちが 製品に触れないようにする効果を考慮して、基材の両面に位置づけることが好ましい。 織物層は、平均繊維径 12 m以下、好ましくは 5〜12 / mの第 2の炭素繊維及び平 均繊維径 \ ϊ ιι m超過、 好ましくは 12 m超過〜 20 mの第 3の炭素繊維を含む炭素 繊維紡績糸を織成してなる織物を含む。第 2の炭素繊維の平均繊維径が 5 zz m未満で は生産効率が低下する。 また、 第 3の炭素繊維の平均繊維径が 20 mを越えると、 引張強度が低下したり、 撚りをかけたときに糸切れが生じやすくなる。
本発明において用いる炭素繊維紡績糸は、第 2の炭素繊維が異方性炭素繊維であり、 第 3の炭素繊維が等方性炭素繊維である紡績糸であることが好ましい。第 2の炭素繊 維により高い引張強さ及び高い弾性率を実現することができ、第 3の炭素繊維により 接着剤による熱処理物との良好な接着性を実現することができる。 ここで、 「異方性 炭素繊維」 とは、 炭素繊維の引張強さが l OOOMPa以上又は引張弾性率が lOOGPa以上 であり、 （0 0 2 ) 炭素層面が繊維軸方向に選択的に配向している組織を有する繊維 をいう。 たとえば、 非酸化性雰囲気中 2000ででの熱処理後に、 炭素繊維断面の走査 型電子顕微鏡 （SEM) により高次構造が観察される炭素繊維、 偏光顕微鏡により （0 0 2 )炭素層面の配列による光学的異方性が観察される炭素繊維、あるいはゴニオメ —夕一による配向関数の測定から得られる半価幅が 50度以下である炭素繊維などが 該当する。 例として、 ポリアクリロニトリル系 （PAN系） 炭素繊維、 ピッチ系異方性 炭素繊維、 レーヨン系炭素繊維などを好適に挙げることができる。 一方、 「等方性炭 素繊維」 とは、 炭素繊維の引張強さが l OOOMPa未満又は引張弾性率が lOOGPa未満で あり、 （0 0 2 ) 炭素層面が配向していない組織を有する繊維をいう。 たとえば、 非 酸化性雰囲気中 2000 での熱処理後に、 炭素繊維断面の走査型電子顕微鏡 （SEM) に より等方的構造が観察される炭素繊維、偏光顕微鏡により （0 0 2 )炭素層面の配列 による光学的等方性が観察される炭素繊維、あるいはゴニオメ一夕一による配向関数 の測定から得られる半価幅が 50度超過である炭素繊維などが該当する。 例として、 ピッチ系等方性炭素繊維などを好適に挙げることができる。
第 2の炭素繊維は、 成型体中において、 通常 20m以下の最長繊維長を有する。 第 2の炭素繊維を構成する原材料繊維としては、通常 500mm以上の平均繊維長が好ま しく、 1000mm以上であることがより好ましく、 3m以上であることが更に好ましい。 第 2の炭素繊維を構成する原材料繊維の平均繊維長の上限は特になく、入手可能な繊 維長の中から用途に応じて適宜選択することができるが、 通常は 5000m以下の連続 長繊維が工業的に入手可能である。紡績糸においては、使用される繊維長が長いほど 繊維同士の繋ぎ合わせ点が減少するので紡績糸の強度を向上させることができる。ま た、第 3の炭素繊維を構成する原材料繊維の平均繊維長は、通常工業的に入手可能で あるのは 500mm未満であり、 300mm以下であることが好ましく、 200mm以下であ ることがより好ましい。 さらに、 平均繊維長が 150mm以上 500mm未満の炭素繊維 を 3〜30質量％、 好ましくは 5〜20質量％含み、 150mm未満の炭素繊維を 97〜70 質量％、 好ましくは 95〜80質量％含むことが特に好適である。 平均繊維長 150mm 以上の炭素繊維が少なすぎると炭素繊維紡績糸の引張強度が低下し、多すぎると紡績 工程で糸切れを起こしやすく繊度のばらつきが生じてスラブ、フライと呼ばれる塊状 部が発生しやすくなり品質が低下する。
第 2の炭素繊維の密度は、 1. 65〜2. 30g/cm3の範囲が好ましく、 1. 70〜2· 00g/cm3 の範囲がより好ましく、 1. 70〜1. 90 g/cm3の範囲が特に好ましい。 第 2の炭素繊維の 密度が小さすぎると炭化が不充分で、大きすぎると結晶化が進みすぎて、 いずれの場 合も強度が低下し、織物の強度を強めるという第 2の炭素繊維としての機能を達成す ることが困難になる。 また、 第 3の炭素繊維の密度は、 1. 50〜1. 80g/cm3の範囲が好 ましく、 1. 50〜1. 70g/cm3の範囲がより好ましく、 1. 55〜し 70g/cm3の範囲が特に好ま しい。第 3の炭素繊維の密度が小さすぎると炭化が不充分で炭素繊維の強度が低下し、 大きすぎると樹脂（接着剤） との濡れ性が悪くなり、 織物を基材に接着させるという 第 3の炭素繊維としての機能を達成することが困難になる。
第 2の炭素繊維及び第 3の炭素繊維から構成される炭素繊維紡績糸の 1000m当り の質量（繊度） は、 好ましくは 30〜1000tex、 より好ましくは 30〜750tex、 更に好ま しくは 60〜400texである。 上記の範囲より少ないと紡績糸の製造コストがかかり、 多いと製織が困難になる場合があるので上記範囲内とするのが好ましい。
紡績糸の引張強さはそのまま織物の弓 I張強さに影響し、その担い手は第 2の炭素繊 維である細径，長'炭素繊維である。 第 2の炭素繊維の引張強さ （なお、 炭素繊維の 引張強さは J IS R 7601-1986による）は lOOOMPa以上であることが好ましく、 1600MPa 〜6000MPaの範囲が特に好ましい。 第 3の炭素繊維の引張強さは、 lOOOMPa未満であ ることが好ましく、 300〜900MPaの範囲が特に好ましい。第 3の炭素繊維は太径'短. 炭素繊維で毛羽が多いためにアンカー効果を発揮、あるいは接着剤との高い接着性に より基材との密着性が充分に高い状態に維持される機能を発揮するものと考えられ る。
しかし、織物層の強さは、紡績糸の引張強さだけでなく、織り方や紡績糸の燃り数 などによっても影響を受ける。 例えば燃りは、 ある程度かけると弓 I張強さが増すが、 撚りをかけすぎるとねじれや引張ストレスにより却って引張強さが低下する。炭素繊 維紡績糸の撚り数 (紡績糸をまとめて、紡績糸に引張強さを供与するためのもの）は、 好ましくは 50〜400回/ m、 より好ましくは 100〜200回/ mの範囲である。 撚りが多 すぎると紡績糸が破壊される恐れがあり、撚りが少ないと紡績糸の引張強さが低下す る傾向にあるので上記範囲内とするのが好ましい。織物全体の引張強さは 0. 2kN以上、 好ましくは 0. 2〜2. 0kNの範囲が好ましく、 第 2の炭素繊維の選択、 第 2の炭素繊維 と第 3の炭素繊維の配合比、紡績糸の撚り数、織物層の厚さ、 目付の選択によって実 現することができる。
成型体の曲げ強度は 1. 5MPa以上 5. OMPa未満、好ましくは 1. 8MPa以上 5. OMpa未満 が好ましい。この曲げ強度も、第 2の炭素繊維及び第 3の炭素繊維の配合比を調節す ることで実現することができる。本発明の成型体を得るために好適な第 2の炭素繊維 は、具体的には、平均繊維径が 5 /z m以上 12 以下、成型体中において最長繊維長 が 20m以下、 密度が 1. 65〜2. 30g/cm3の範囲、 引張強さが l OOOMPa以上 6000MPa以 下のピッチ系異方性炭素繊維 （長繊維)、 ポリアクリロニトリル系 （PAN 系） 炭素繊 維およびレーヨン系炭素繊維からなる高強度 ·細径 ·長 ·炭素繊維群から選択され、 第 3の炭素繊維は、 具体的には、 平均繊維系が 12 /^ m超過 20 // m以下、 密度が 1. 50 〜1. 80g/cm3の範囲、 引張強さが l OOOMPa未満のピッチ系等方性炭素繊維 （短繊維） からなる低強度 ·太径 ·短 ·炭素繊維群から選択されることが望ましい。 第 3の炭素 繊維は、 平均繊維長 500mm未満の原材料繊維を 3〜30質量％と平均繊維長 150mm 未満の原材料繊維を 97〜70質量％含む紡績糸であることが好ましい。
より好適には、炭素繊維紡績糸は、 第 2の炭素繊維を芯材とし、 第 3の炭素繊維を 鞘材とする芯鞘構造紡績糸；第 2の炭素繊維からなる紡績糸と第 3の炭素繊維からな る紡績糸との合撚紡績糸;第 2の炭素繊維を芯材とし第 3の炭素繊維を鞘材とする芯 鞘構造紡績糸の合撚紡績糸；及びこれらの組み合わせである。 これらの紡績糸の織り 方は、 綾織り、 平織り、 朱子織り、 バスケット織りなど公知の方法を採用することが できる。
第 2の炭素繊維と第 3の炭素繊維との配合割合は、好ましくは第 2の炭素繊維の配 合量を 10質量％以上 90質量％以下、 より好ましくは 20質量％以上 80質量％以下、 さらに好ましくは 30質量％以上 70質量％以下である。 第 2の炭素繊維の配合量が 10質量％未満であると、紡績糸の強度が不足する場合があり、 90質量％を超えると、 紡績糸と基材との接着性が低下して成型体の（曲げ）強さが確保できなくなる場合が ある。 なお、 当該織物層は、 本発明の所望の効果を妨げない範囲で、 他の炭素繊維か らなる紡績糸、たとえば第 2の炭素繊維だけからなる紡績糸や第 3の炭素繊維だけか らなる紡績糸を含んでいてもよい。
炭素繊維紡績糸の製造方法は特に制限されず、例えば、図 3に示す精紡機 100を用 いて、 第 3の炭素繊維の束 3 2を延伸 ·加撚する際に、第 2の炭素繊維の束 3 6をミ ドルローラ 3 7から投入して混紡してもよい。図 3に示す精紡機 1 0 0では、製品ケ ース 3 1より第 3の炭素繊維の束 3 2がクリルスタンドローラ 3 3を経て、バック口 ーラ 3 4に導かれ、一方、炭素繊維ボビン 3 5より第 2の炭素繊維の束 3 6がミドル ローラ 3 7から投入される。 第 2及び第 3の炭素繊維の束は、 エプロンローラ 3 8、 ボトムローラ 3 9及びフロントローラ 4 0の間を送通される間に、第 3の炭素繊維の 束 3 2はフロントローラ 4 0とバックローラ 3 4との間の周速比により延伸される と同時に第 2の炭素繊維束 3 6と一緒になる。次いで、一緒に合わされた第 2及び第 3の炭素繊維の束はスネルガイド 4 1を経て、リング 4 2及びブレーキペダル 4 3を 備えるスピンドル 4 4により加撚され、巻き取りボビン 4 5に巻き取られ、炭素繊維 紡績糸となる。
こうして得られる炭素繊維紡績糸を織成してなる織物層の目付け （FAW) は、 50〜 1200g/m2とするのが好ましく、 200〜800g/m2とするのが更に好ましい。 目付けは当 然多い方が紡績糸の本数が多くなり強度は増すが、厚みが出て成形性が低下（厚み代 の見込みが難しい） するので上記範囲内とするのが好ましい。 織物層の厚さは、 0. 1 〜2. Ommとするのが好ましく、 0. 6〜l . lmmとするのが更に好ましい。
本発明の成型体において、上述の基材と上述の織物層とは接着剤を介して接合され ていることが好ましい。 この際用いることができる接着剤としては、短繊維長炭素繊 維を含有する接着剤や黒鉛粉末を含有する接着剤を用いることができる。
接着剤としては、 熱硬化性プレボリマー 60〜100質量部、 熱硬化性樹脂 20〜60質 量部；短繊維長炭素繊維、 カーボンブラック、 炭素粉末又は黒鉛粉末 5〜20質量部； 溶剤 5〜20質量部;及び水 5〜20質量部を均一に混合分散させた接着剤組成物を用い ることができる。熱硬化性プレボリマーとしては、 尿素樹脂プレボリマ一；メラミン 樹脂プレボリマー、尿素変性メラミン樹脂プレボリマー；グァナミン樹脂プレボリマ 一；グアナミン変性メラミン樹脂プレボリマ一；フラン樹脂プレボリマー；アルキド 樹脂プレボリマ一；フエノール樹脂プレボリマ一、例えばノポラック型フエノール榭 脂プレボリマー、 レゾール型フエノール樹脂プレボリマー、 ノポラック型アルキルフ ェノール樹脂プレボリマー、レゾール型アルキルフェノール樹脂プレボリマー及びこ れらのキシレン ホルムアルデヒド縮合物、 トルエン ホルムアルデヒド縮合物、又 はメラミン樹脂、 グァナミン樹脂もしくは尿素樹脂による変性樹脂プレボリマー；ェ ポキシ樹脂プレボリマー、例えばビスフエノール Aジグリシジルエーテル、脂環式ジ アルコールのジグリシジルエーテル、 ビスフエノール Aビス（0!—メチルダリシジル エーテル）、 脂環式ジアルコールのビス （α—メチルダリシジルエーテル） 等を好ま しく挙げることができる。 必要に応じて、 硬化剤、 硬化触媒等を混合してもよい。 こ れらの中でも、炭化歩留まりが高い樹脂プレボリマーが好ましく、 ノポラック型フエ ノール樹脂プレボリマ一、 レゾール型フエノール樹脂プレボリマー、 ノポラック型ァ ルキルフエノール樹脂プレボリマー、レゾール型アルキルフエノール樹脂プレボリマ 一を特に好ましく用いることができる。熱硬化性樹脂としては、 尿素樹脂；メラミン 樹脂；尿素変性メラミン樹脂；グァナミン樹脂；グァナミン変性メラミン樹脂；アル キド樹脂；フラン樹脂；不飽和ポリエステル樹脂；フヱノール樹脂、 例えばノボラッ ク型フエノ一ル榭脂、 レゾール型フエノール樹脂、 ノポラック型アルキルフエノール 樹脂、 レゾ一ル型アルキルフエノール樹脂；エポキシ樹脂、 例えばビスフエノール A ジグリシジルエーテル、脂環式ジアルコールのジグリシジルエーテル、 ビスフエノー ル Aビス （α—メチルダリシジルエーテル）、 脂環式ジアルコールのビス （α—メチ ルグリシジルェ一テル）等を好ましく挙げることができる。 これらの中でも、炭化歩 留まりが高い樹脂が好ましく、 ノボラック型フエノール榭脂、 レゾール型フエノール 樹脂、 ノポラック型アルキルフエノール樹脂、 レゾ一ル型アルキルフエノール樹脂を 特に好ましく用いることができる。 溶剤としては、 アセトン、 メチルェチルケトン、 メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、 2-フリルメタノール、 トルエン、 キシレン又はジメチルスルホキシド等を好ましく用いることができる。接着剤の使用 量は、 基材に対しては 300〜1000g/m2とするのが好ましく、 400〜800g/m2とするの が更に好ましい。 また、 織物 1枚に対しては 500〜3000g/m2とするのが好ましく、 1000〜2500g/m2とするのが更に好ましい。
本発明の成型体の具体例としては、 平板状、 円筒状、 円盤状、 角型状などに加工し た成形断熱材、特に高温炉の内壁に裏打ちして用いる高温炉用断熱材などを挙げるこ とができる。
本発明の成型体は、 以下各工程を行うなどして製造することができる。
[基材製造工程]
炭素繊維フェルトに熱硬化性樹脂含浸液などを含浸させて基材を得ることができ る。 あるいは、 炭素繊維フェルトに熱硬化性樹脂含浸液などを含浸させ、 得られた熱 硬化性樹脂含浸炭素繊維フェルトを複数枚積層させ、熱硬化性樹脂が硬化する所定圧 力及び温度に加圧加熱して圧縮成形した後、さらに高温処理して基材を得ることがで きる。なお、積層して形成した積層体の周囲に所定厚みのスぺーサ一を配置した後圧 縮成形することにより厚さの調整が可能となり、それによりフェルト積層体のかさ密 度が制御できる。
熱硬化性樹脂としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フエノ一ル樹脂、エポキシ樹脂、 不飽和ポリエステル樹脂、 アルキド樹脂、 ウレタン樹脂、 フラン樹脂などを好適に用 いることができる。 中でも、 フエノール樹脂が好ましい。
[織物製造工程]
所定の炭素繊維紡績糸を用いて、 常法に従い織物とすることができる。例えば、 通 常炭素繊維を織成する際に使用することができる織機、例えばシャトル織機ゃレピア 織機を用いて、 平織り、 綾織り、 朱子織り、 バスケット織りなどの織物とすることが できる。
[接着工程]
所定の成分を配合して均一に混合して接着剤組成物を調製し、得られた接着剤を基 材及び織物の両方に所定量塗工し、 両者を貼り合わせる。 なお、 接着剤を織物に塗工 する方法としては、 接着剤をヘラ、 刷毛又はローラなどで所定量塗布してもよく、 あ るいは減圧槽中で織物を接着剤に浸漬させて減圧脱法し、織物を構成する紡績糸の芯 部まで接着剤を十分に含浸させた後、織物を減圧槽から取り出し、織物に過剰に付着 した接着剤を所定の塗布量になるまでヘラ、刷毛又はローラなどで削り取ってもよい。
[焼成工程]
基材と織物とを接着した後、所定圧力及び温度に加圧加熱して圧縮成形し、更に非 酸化性雰囲気中にて 3000 以下で熱処理する。
発明の効果
本発明の炭素繊維含有積層成型体は、断熱性能に優れ、充分な強度と耐剥離性を併 せ持つものである。
図面の簡単な説明
[図 1 ]図 1は、 本発明の炭素繊維含有積層成型体の一実施形態を示す断面図である。
[図 2 ]図 2は、図 1に示す実施形態において用いられる炭素繊維紡績糸の一実施形態 を示す断面図である。 . [図 3 ]図 3は、 本発明で用いる炭素繊維紡績糸の製造工程を示す概略図である。
[図 4 ]図 4は、実施例 1で得られた成型体の拡大断面（X 2 5 ) を示す SEM写真であ る。
[図 5 ]図 5は、 実施例 1で用いた芯鞘構造の炭素繊維紡績糸の拡大断面 （X 1 5 0 ) を示す SEM写真である。
[図 6 ]図 6は、 図 5の一部を拡大して示す SEM写真 （X 4 0 0 ) である。
[図 7 ]図 7は、 図 5の第 2の炭素繊維及び第 3の炭素繊維部分を拡大して示す SEM 写真 （X 4 3 0 0 ) である。
符号の説明
1 炭素繊維含有積層成型体
1 0 基材
2 0 織物層
3 0 接着剤 、
2 1 炭素繊維紡績糸
2 2 芯部
2 3 鞘部
1 0 0 精紡機
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を添付図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれらに 限定されるものではない。
図 1は、本発明の炭素繊維含有積層成型体の一実施形態を示す断面図であり、図 2 は、図 1に示す実施形態において用いられる炭素繊維紡績糸の一実施形態を示す断面 図である。
図 1に示す形態の炭素繊維含有積層成型体 1は、炭素繊維フェルト積層体からなる 基材 1 0、炭素繊維紡績糸 2 1を綾織りしてなる織物からなる織物層 2 0及び基材 1 0と織物層 2 0とを接着している接着剤 3 0からなる。
そして、図 2に示すように、本実施形態で織物層 2 0を形成するために用いられて いる炭素繊維紡績糸 2 1は、 芯部 2 2と芯部 2 2の外周を覆う鞘部 2 3とからなる。 芯部 2 2は平均繊維径の細い （好適には 5 m〜12 / m) 第 2の炭素繊維から形成さ れており、 鞘部 2 3は平均繊維径の太い （好適には 12 / m超過） 第 3の炭素繊維か ら形成されている。
なお、本発明は上記の実施形態になんら制限されるものではなく、本発明の趣旨を 逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、織物層 2 0を形成する炭素繊維紡績糸は芯鞘構造ではなく、燃り糸構造と してもよい。
実施例
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるも のではない。 実施例において行った評価は、 以下に示す通りである。
[炭素繊維の密度]
塩化亜鉛と 1 %塩酸の所定量をビーカ一に計量した後、混合して混合液とし、混合 液 500m 1のメスシリンダーに移し替え、 20 ± 1. の低温恒温水槽に浸して 20 ± 1. 0で の温度とした後に比重計を浮かべて比重を測定した。塩化亜鉛と 1 %塩酸との相対量 を適宜変えて 10種類の比重液を調製した。
この 10種類の比重液を比重の高い順番に各々 2mlを、 20mlのメスシリンダーに静 かに管壁を伝わらせながら注ぎ入れ、 密度勾配管を作った。一方、 乳鉢ですり潰して 目開き 150 / mの標準篩を通過させた炭素繊維試料約 0. lgを少量のエタノールに分 散させて試料分散液を得た。密度勾配管を 20土 1. 0 の低温恒温水槽に浸し、 30分経 過後、 試料分散液を密度勾配管に静かに入れて 12時間以上静置した後、 密度勾配管 中の試料の位置を読みとり、 密度換算表を用いて試料の密度を求めた。
[炭素繊維の引張強さ]
炭素繊維の引張強さは、 J IS R 760卜 1986により単繊維の引張強さを測定した。
[紡績糸織物の引張強さ]
紡績糸織物をテンシロン万能試験機（(株） オリエンテック製、 「R T C— 1 3 1 0 型」） を用いて、 ロードセル定格 10kN、試料長 150mm、試料幅 50mm、 引張速度 200 mm/分の条件で引っ張ったときの破断強度を試料幅 l cm あたりに換算した値をそ の紡績糸織物の引張強さとした。 [紡績糸織物の厚み]
試料を紡績糸織物の端から 30mm以上内側のところで 100mm XI 00mm角に切り 出し、 その中央部をマイクロメーター （(株） ミツトヨ製、 U字型マイクロメーター 「PMU 150— 2」） で測定した値を紡績糸織物の厚みとした。
[曲げ強度]
得られた炭素繊維含有積層成型体から、 幅 10mm、 厚み 13〜15mm、 長さ 100m mの大きさのサンプル 5個を切削加工を施して切り出した。サンプルをォ一トグラフ (島津製作所製、 「島津オートグラフ AGS— H 5 kNj) を用いて、 支点スパン 80mm, クロスヘッドスピード l.OmmZ分、 プラスチック用支点と半径 r =5mm のボンチの条件で、 中央集中荷重による曲げ試験を実施し、最大破壊荷重に基づいて 曲げ強度を求めた。
実施例 1
[基材製造工程]
2種のかさ密度 0.08g/cm3のピッチ系等方性炭素繊維フェルト （(株） クレハ製「ク レカフェルト F— 105」 及び 「クレ力フェルト F_ 1 10」） 各 100質量部に市販 のフェール系樹脂含浸液 （昭和高分子 （株） 製 「ショウノール BRS— 3897」） 44質量部を含浸させた後に各 1枚を積層して積層体を形成し、 形成された積層体の 周囲に、基材の厚みを 10mmに調整するためのスぺーサーを配置した後、温度 175で、 圧力 0.5MPa で 35 分間、 平板状に圧縮成形した。 圧縮成形した積層体を真空中で 2000で、 1時間、 黒鉛化処理し、 厚み 10mm、 幅 200mm、 長さ 250mm、 かさ密度 0.16g/cm3の平板状炭素繊維積層体として基材を得た。
[織物製造工程]
図 3に示す精紡機を用いて、第 2の炭素繊維としてポリアクリロニトリル系（ P A N系）炭素繊維（東邦テナックス（株）製「ベスフアイト HTA— 3K」分割、 80tex、 平均繊維径 7 ΠΙ、 密度 1.77g/cm3) を用い、 第 3の炭素繊維としてピッチ系等方性 炭素繊維 （(株） クレハ製 「クレカスライバー」 320tex、 平均繊維径 14.5/zm、 密度 1.63g/cm3) を用いて、 第 2の炭素繊維からなる芯部 20質量％と第 3の炭素繊維か らなる鞘部 80質量％で構成される芯鞘構造の炭素繊維紡績糸を調製した。 この炭素 繊維紡績糸を経糸及び緯糸として綾織りして紡績糸織物 （綾織、 F AW580g/m2、 打 ち込み密度 19. 0本/ inch、 引張り強さ 0. 32kN、 厚み 0. 88mm) とした。 この紡績糸 織物を幅 220mm、 長さ 270mmに 4枚カッティングして織物層を形成する織物を得 た。 .
[接着工程]
基材と紡績糸織物を接着させる接着剤としてフエノール系樹脂含浸液 (昭和高分子 (株） 製 「ショウノール B R S— 3 8 9 7 J) 80質量部、 粉末フエノール樹脂 （カシ ユー （株） 製 「カシュ一 N o . 0 5」） 0 質量部、 炭素短繊維 （(株） クレハ製 「ク レカチョップ M— 1 0 7 T」 平均繊維長 0. 4mm、 L /D 28、 密度 1. 63g/cm3) 13 質量部、 2—フリルメタノール （純正化学 （株） 製、 純正 1級） 13質量部、 水 11質 量部を均一に混合分散させて接着剤組成物からなる接着剤を調製した。織物のそれぞ れの片面に接着剤を刷毛で 2000g/m2の坪量で塗布し、 かつ基材の両面全面に接着剤 をヘラで 400g/m2の坪量で塗布した。織物の接着剤を塗布した面を基材側に向けて、 基材の各面に織物を 2枚ずつ積層して接着させ、 圧縮成形機 （(株） 神藤金属工業所 製 「F—3 7」） を用いて温度 175 、 圧力 O. lMPa以下で 60分間圧縮成形した。
[焼成工程]
さらに、 真空中で 2000で、 1時間で黒鉛化処理し、 基材の両面に紡績糸織物層を 各 2枚積層した平板状の炭素繊維含有積層成型体を得た。得られた成型体には紡績糸 織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
得られた成型体の断面を示す写真を図 4に示す。また、用いた炭素繊維紡績糸の拡 大断面写真を図 5〜図 7に示す。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 2
芯部としてポリアクリロニトリル系 （P AN系） 炭素繊維 （東邦テナックス （株） 製 「ベスフアイト HT A—3 ：」 200tex、 平均繊維径 7 t m、 密度 1. 77g/cm3)、 鞘部 としてピッチ系等方性炭素繊維 （(株） クレハ製 「クレカスライバー」 200tex、 平均 繊維径 14. 5 m、 密度 1. 63g/cm3) を用い、 両者の配合比をそれぞれ 50質量％とし た紡績糸を用いて形成した織物 （綾織、 FAW580g/m2、 打ち込み密度 19. 0本/ inch、 引張り強さ 0. 52kN、 厚み 0. 88mm) を用いた以外は実施例 1と同様にして成型体を 得た。得られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 3
芯部としてポリアクリロニトリル系 （P AN系） 炭素繊維 （東邦テナックス （株） 製 「ベスフアイト HT A— 6 K」 分割、 320tex、 平均繊維径 7 / m、 密度 1. 77g/cm3) を用い、 鞘部としてはピッチ系等方性炭素繊維 （(株） クレハ製「クレカスライバー」 80tex、 平均繊維径 14. 5 / m、 密度 1. 63g/cm3) を用い、 両者の配合比を 80質量％： 20質量％とした紡績糸を用いて形成した織物（綾織、 FAW580g/m2,打ち込み密度 19. 0 本/ inch、 引張り強さ 0. 70kN、 厚み 0. 88mm) を用いた以外は実施例 2と同様にして 成型体を得た。 得られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。 用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 4
織物の積層枚数を、基材の両面に 1枚ずっとした以外は実施例 2と同様にして成型 体を得た。 得られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 5
焼成工程を、 黒鉛化処理に代えて、 常圧、 窒素雰囲気中で 1200で、 1時間で炭素 化処理を行うこととした以外は実施例 4と同様にして成型体を得た。得られた成型体 には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 6
芯部としてピッチ系異方性炭素繊維 （三菱化学産資 （株） 製 「ダイアリード K 3 2 1 1 2」 分割、 200 tex、 平均繊維径 10 ΠΙ、 密度 1. 93g/cm3)、 鞘部としてピッチ系 等方性炭素繊維（(株）クレハ製「クレカスライバー」 200 tex、平均繊維径 14. 5 m、 密度 1. 63g/cm3)を用い、両者の配合比をそれぞれ 50質量％とした紡績糸を用いて形 成した織物 （綾織、 FAW580g/m2、 打ち込み密度 19. 0本/ inch、 引張り強さ 0. 28kN、 厚み 0. 88mm) を用いた以外は、 実施例 2と同様にして成型体を得た。 得られた成 型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 7 . 実施例 2で調製した炭素繊維紡績糸を平織した織物 （平織、 FAW530g/m 打ち込 み密度 19. 0本/ inch、 引張り強さ 0. 64kN、 厚み 0. 78mm) を用いた以外は実施例 2 と同様にして成型体を得た。得られた成型体には紡績糸織 ¾1の剥離、膨れは観察され なかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 8
実施例 2で調製した炭素繊維紡績糸を用いて、 製織条件 （FAW及び打ち込み密度） を代えて得られた織物 （綾織、 FAW310g/m2、 打ち込み密度 10. 0本/ inch、 引張り強 さ 0. 、 厚み 0. 62mm) を用いた以外は実施例 2と同様にして成型体を得た。 得 られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 9
実施例 2で調製した炭素繊維紡績糸を用いて、 製織条件 （FAW及び打ち込み密度） を代えて得られた織物 （綾織、 FAW670g/m2、 打ち込み密度 22. 0本/ inch、 引張り強 さ 0. 60kN、 厚み 1. 08mm) を用いた以外は実施例 2と同様にして成型体を得た。 得 られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 0
基材として、 力 密度 0. 08g/cm3のピッチ系等方性炭素繊維フェルト （株） クレハ 製 「クレ力フェルト F— 1 1 0」 1枚を温度 175で、 圧力 0. 5MPaで 25分間、 平板状 に圧縮成形した積層体で調整した厚み 10mm、 幅 200mm、 長さ 250mm、 かさ密度 0. 10g/cm3のものを用いた以外は実施例 2と同様にして成型体を得た。 得られた成型 体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 1
基材として、 かさ密度 0. 08g/cm3のピッチ系等方性炭素繊維フェルト （株） クレハ 製 「クレ力フェルト F _ 1 1 0」 3枚を温度 175 ：、 圧力 0. 6MPaで 80分間、 平板状 に圧縮成形した積層体で調整した厚み 10mm、 幅 200mm、 長さ 250mm、 かさ密度 0. 30g/cm3のものを用いた以外は実施例 2と同様にして成型体を得た。 得られた成型 体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 2
炭素繊維含有積層体の焼成工程を、 黒鉛化処理に代えて、 常圧、 窒素雰囲気中で 1200で、 1時間で炭素化処理を行うこととした以外は実施例 2と同様にして成型体を 得た。 得られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 3
接着剤として、 炭素短繊維 （(株） クレハ製 「クレ力チョップ M_ l 0 7 T」 平均 繊維長 0. 4mm、 L /D =28, 密度 1. 63g/cm3) 13質量部に代えて、 黒鉛粉末 （日本 黒鉛工業 （株） 製 「HA G— 1 5 J) 13質量部を用いた接着剤を使用した以外は実施 例 4と同様にして成型体を得た。得られた成型体には紡績糸織物の剥離、膨れは観察 されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 4
接着剤として炭素短繊維 （(株） クレハ製 「クレ力チョップ M— 1 0 7 T」 平均繊 維長 0. 4mm、 L /D = 28, 密度 1. 63g/cm3) 13質量部に代えて、 黒鉛粉末 （日本黒 鉛工業 （株） 製 「HA G— 1 5」） 13質量部を用いた接着剤を使用した以外は実施例 2と同様にして成型体を得た。得られた成型体には紡績糸織物の剥離、膨れは観察さ れなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
実施例 1 5 .
2種のかさ密度 0. 08g/cm3のピッチ系等方性炭素繊維フェルト （(株）クレハ製「ク レカフェルト F— 1 0 5」 及び「クレ力フェルト F— 1 1 0」各 100質量部に市販の フエノール系樹脂含浸液 （昭和高分子 （株） 製 「ショウノール B R S— 3 8 9 7」） 44 質量部を含浸させた後に、 各 1枚を積層して積層体を形成し、 得られた積層体を 基材とした以外は、実施例 2と同様にして成型体を得た。得られた成型体には紡績糸 織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
比較例 1
実施^ J 1で基材として用いた平板状炭素繊維積層体（10mm、幅 200mm、長さ 250 mm、 かさ密度 0. 16g/cm3) のみとして成型体を得た。 得られた成型体についての評 価結果を表 2に示す。
比較例 2
織物として、 ピッチ系等方性炭素繊維 （(株） クレハ製 「クレカスライバー S Y— 6 5 2」 平均繊維径 14.· 5 ; m、 密度 1. 63g/cm3) のみで構成される紡績糸を用いて形 成した織物 （綾織、 FAW215g/m2、 打ち込み密度 19. 0本/ inch、 引張り強さ 0. 14kN、 厚み 0. 38mm) を 2枚裁断したものを用い、 かつ、 それぞれの片面に接着剤を刷毛 で 1000g/m2塗布し、 基材の両面に 1枚積層した以外は実施例 1と同様にして成型体 を得た。 得られた成型体には紡績糸織物の剥離、 膨れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
比較例 3
比較例 2の平板状炭素繊維積層体の両面に紡績糸織物を 1枚積層した条件に代え て、平板状炭素繊維積層体の両面に紡績糸織物を 2枚積層した平板状成型体とした以 外は比較例 2と同様にして成型体を得た。得られた成型体には紡績糸織物の剥離、膨 れは観察されなかった。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
比較例 4
織物としてポリアクリロニトリル系（ P A N系)炭素繊維織物 (東邦テナックス (株） 製べスフアイト織物 「W— 3 1 6 1」） 100質量部にフエノール樹脂を 40質量部含浸 処理させたものを 4枚準備し、基材の両面に各 2枚ずつ積層すると共に、炭素繊維織 物の間及び炭素繊維織物と炭素繊維積層体の間に接着剤として粉末フエノール樹脂 (カシュ一 （株） 製 「カシュ一 N o . 0 5 j) と炭素短繊維 （(株） クレハ製 「クレ力 チョップ M_ 1 0 7 T」 平均繊維長 0. 4mm、 L /D = 28, 密度 1. 63g/cm3) を 1 ： 1 (質量比）で均一に混合分散させた混合物を介在させた以外は実施例 1と同条件で 圧縮成形、 黒鉛化処理して平板状成型体を得た。得られた成型体には、基材と織物層 との界面に剥離が観察された。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
比較例 5
比較例 4の炭素繊維織物と炭素繊維積層体の間に介在させる粉末フエノール樹脂 と炭素短繊維との混合物に代えて、実施例 1に記載の接着剤を用いた以外は比較例 4 と同様に行い平板状成型体を得た。得られた成型体には、炭素繊維積層体のフェルト 同士の界面に剥離が観察された。
用いた炭素繊維紡績糸の組成を表 1に、得られた成型体についての評価結果を表 2 に示す。
第 2の炭素繊維 第 3の炭素繊維 紡績糸 炭素繊維 炭素繊維 糸径 割合 糸径 割合 繊度 引張強さ 引張強さ
(MPa) (質量％) ί μ τη) (MPa) (質量％) (tex) 実施例 1 7 3920 20 14.5 820 80 400 実施例 2 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 3 7 3920 80 14.5 820 20 400 実施例 4 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 5 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 6 10 1600 50 14.5 820 50 400 実施例 7 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 8 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 9 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 10 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 11 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 12 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 13 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 14 7 3920 50 14.5 820 50 400 実施例 15 7 3920 50 14.5 820 50 400 比較例 1 - ― ― - ― ― 一 比較例 2 - ― - 14.5 820 100 140 比較例 3 - ― - 14.5 820 100 140 比較例 4 7 3920 100 一 ― ― ― 比較例 5 7 3920 100 ― ― ― ― 表 2
繊糸纖 腿体
炭素難
打ち込み 雌糸麵 曲げ
FAW 引 さ 繊 厚み 蘭体の 歸 as 密度
かさ密度
(g/m2) (本 inch) (kN) (.mm) (g/cm3) (枚） CC) (MPa) 雄例 1 580 19.0 0.32 繊 0.88 0.16 2 真空 2000 2.0 諭例 2 580 19.0 0.52 繊 0.88 0.16 2 真空 2000 3.2 雄例 3 580 19.0 0.70 繊 0.88 0.16 2 真空 2000 4.3 例 4 580 19.0 0.52 編 0.88 0.16 1 真空 2000 2.3 雄例 5 580 19.0 0.52 纖 0.88 0.16 1 常圧 1200 2.6 雄例 6 580 19.0 0.28 難 0.88 0.16 2 真空 2000 1.8 例 7 530 19.0 0.64 職 0.78 0.16 2 真空 2000 2.8 雄例 8 310 10.0 0.26 繊 0.62 0.16 2 真空 2000 1.9 魏例 9 670 22.0 0.60 纖 1.08 0.16 2 真空 2000 3.7 例 10 580 19.0 0.52 麵 0.88 0.10. 2 真空 2000 2.7 雄例 11 580 19.0 0.52 繊 0.88 0.30 2 真空 2000 4.1
«例 12 580 19.0 0.52 賺 0.88 0.16 2 常圧 1200 3.8 雄例 13 580 19.0 0.52 隱 0.88 0.16 1 真空 2000 3.3
Hffi例 14 580 19.0 0.52 纖 0.88 0.16 2 真空 2000 4.2 魏例 15 580 19.0 0.52 繊 0.88 0.16 2 真空 2000 3.2 瞧 1 + - - - - 0.16 一 一 - 0.6
!:■112 215 19.0 0.1！ 繊 0.38 0.16 1 真空 2000 1.0
215 19.0 0.14 繊 0.38 0.16 2 真空 2000 1.4
200 12.3 - 纖 0.25 0.16 2 真空 2000 -
200 12.3 - 繊 0.25 0.16 2 真空 2000 -

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の炭素繊維を集積してなる基材と、
当該基材の少なくとも一方の面に位置づけられている、 平均繊維径 12 /z m以下の 第 2の炭素繊維及び平均繊維径 12 m超過の第 3の炭素繊維を含む炭素繊維紡績糸 を織成してなる織物層と、
を含むことを特徴とする炭素繊維含有積層成型体。
[2] 前記基材は、 第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸 させた積層体又は第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸 させた後焼成した炭素繊維積層体である、請求項 1に記載の炭素繊維含有積層成型体。
[3] 前記第 2の炭素繊維は異方性炭素繊維であり、 前記第 3の炭素繊維は等方性炭 素繊維である、 請求項 1に記載の炭素繊維含有積層成型体。
[4] 前記炭素繊維紡績糸は、 前記第 2の炭素繊維を芯材とし、 前記第 3の炭素繊維 を鞘材とする芯鞘構造紡績糸；前記第 2の炭素繊維からなる紡績糸と前記第 3の炭素 繊維からなる紡績糸との合撚紡績糸;前記第 2の炭素繊維を芯材とし前記第 3の炭素 繊維を鞘材とする芯鞘構造紡績糸の合撚紡績糸；及びこれらの組み合わせから選択さ れる、 請求項 1に記載の炭素繊維含有積層成型体。
[5] 前記第 2の炭素繊維は異方性炭素繊維であり、 前記第 3の炭素繊維は等方性炭 素繊維である、 請求項 4に記載の炭素繊維含有積層成型体。
[6] 前記織物層を構成する紡績糸織物の引張強さは 0. 2kN以上である請求項 1に記 載の炭素繊維含有積層成型体。
[7] 1. 5MPa以上 5. OMPa未満である曲げ^度を有する請求項 1に記載の炭素繊維含 有積層成型体。
[8] 第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸させた積層体 又は第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹脂を含浸させた後焼成 した炭素繊維積層体と、
当該炭素繊維積層体の少なくとも一方の面に位置づけられている織物層であって、 平均繊維径 以下の第 2の炭素繊維を芯材とし、 平均繊維径 12 m超過の第 3 の炭素繊維を鞘材とする芯鞘構造紡績糸;前記第 2の炭素繊維からなる紡績糸と前記 第 3の炭素繊維からなる紡績糸との合撚紡績糸；前記第 2の炭素繊維を芯材とし前記 第 3の炭素繊維を鞘材とする芯鞘構造紡績糸の合撚紡績糸;及びこれらの組み合わせ から選択される紡績糸を織成してなる織物層と、
を含むことを特徴とする炭素繊維含有積層成型体。
[9] 前記第 2の炭素繊維は異方性炭素繊維であり、 前記第 3の炭素繊維は等方性炭 素繊維である、 請求項 8に記載の炭素繊維含有積層成型体。
[10] 前記織物層を構成する紡績糸織物の引張強さは 0. 2kN以上である請求項 8に 記載の炭素繊維含有積層成型体。
[1 1] 1. 5MPa以上 5. OMPa未満である曲げ強度を有する請求項 8に記載の炭素繊維含 有積層成型体。
[12] 請求項 1〜 7のいずれかに記載の炭素繊維含有積層成型体からなる断熱材。
[13] 請求項 8〜1 1のいずれかに記載の炭素繊維含有積層成型体からなる断熱材。
[14] 第 1の炭素繊維を集積して基材を調製する基材調製工程と、
平均繊維径 12 /i m以下の第 2の炭素繊維を及び平均繊維径 12 超過の第 3の炭 素繊維を紡績して炭素繊維紡績糸を調製し、得られた炭素繊維紡績糸から織物を形成 する織物形成工程と、
接着剤を用いて当該基材の少なくとも一方の面に当該織物を少なくとも 1枚貼り 合わせて、 基材と織物層とを有する炭素繊維含有積層体を形成する接着工程と、 当該炭素繊維含有積層体を圧縮成形し、 次いで熱処理する焼成工程と、
を含む炭素繊維含有積層成型体の製造方法。
[i5] 前記基材調製工程は、第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性樹 脂を含浸させて積層体を形成することを含む、 請求項 1 4に記載の製造方法。
[16] 前記基材調製工程は、第 1の炭素繊維からなるフェルトの積層物に熱硬化性榭 脂を含浸させた後、 焼成することを含む、 請求項 1 4に記載の製造方法。
[17] 前記第 2の炭素繊維は異方性炭素繊維であり、前記第 3の炭素繊維は等方性炭 素繊維である、 請求項 1 4に記載の製造方法。
[18] 前記炭素繊維紡績糸は、前記第 2の炭素繊維を芯材とし、前記第 3の炭素繊維 を鞘材とする芯鞘構造紡績糸；前記第 2の炭素繊維からなる紡績糸と前記第 3の炭素 繊維からなる紡績糸との合撚紡績糸;前記第 2の炭素繊維を芯材とし前記第 3の炭素 繊維を鞘材とする芯鞘構造紡績糸の合撚紡績糸；及びこれらの組み合わせから選択さ れる請求項 1 4に記載の製造方法。
[19] 前記第 2の炭素繊維は異方性炭素繊維であり、前記第 3の炭素繊維は等方性炭 素繊維である、 請求項 1 8に記載の製造方法。、
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