專利名稱：碳纖維層壓成形體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維層壓成形體及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明的碳纖維層壓成形體，能夠降低可用作高溫爐用隔熱材料的碳纖維層壓成形體的成本，提高加工性。另外，根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可簡(jiǎn)化制備工序。
背景技術(shù)：
碳纖維層壓成形體由于具有優(yōu)異的隔熱性能和低熱容量的特性而被廣泛用作單晶提拉爐、真空蒸鍍爐或陶瓷燒結(jié)爐等高溫爐用隔熱材料。作為上述碳纖維層壓成形體，例如已知有在碳纖維氈中浸滲碳化率高的樹(shù)脂，將層壓而成的產(chǎn)物壓縮成形，制成碳纖維氈的層壓體，將其煅燒獲得的碳纖維層壓成形體。這樣的碳纖維層壓成形體在惰性氣氛下具有高耐熱性，可經(jīng)受達(dá)3000°C左右的使用。但是，在實(shí)際使用環(huán)境中，往往在高溫爐內(nèi)產(chǎn)生氧化性的氣體或氣化的金屬，碳纖維層壓成形體與它們反應(yīng)引起消耗和劣化。為解決該問(wèn)題，提出在碳纖維層壓成形體的表面具有碳質(zhì)保護(hù)層的復(fù)合碳質(zhì)隔熱材料(專利文獻(xiàn)I)，或在碳纖維氈的層壓體上粘接有由碳纖維紗織成的織物層的含碳纖維的層壓成形體(專利文獻(xiàn)2)。特別是后者的含碳纖維的層壓成形體中的織物層，除具有使其免于氧化性氣體或氣化的金屬的保護(hù)作用外，還具有相對(duì)于來(lái)自外部的沖擊和應(yīng)力的防破損用保護(hù)功能，通過(guò)粘接于碳纖維氈的層壓體的兩面，可獲得同時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和耐剝離性的含碳纖維的層壓成形體(專利文獻(xiàn)2)。但是，對(duì)于碳纖維層壓成形體，有削減制備成本以及提高用作隔熱材料時(shí)的加工性等的要求，期待進(jìn)一步的改良。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2000-327441號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :國(guó)際公開(kāi)第2008/023777號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題
本發(fā)明人為削減制備成本，嘗試在碳纖維氈的層壓體中，僅于接觸氧化性氣體或氣化金屬的面上粘接包含一種織物的織物層。但是，由于在煅燒時(shí)織物層及粘接它的粘接劑的收縮度高于碳纖維氈層壓體的收縮度，可知織物層的粘接面一側(cè)更大地收縮，碳纖維層壓成形體翹曲。本發(fā)明人為解決該問(wèn)題而深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)將碳纖維紙粘接于粘接織物層的面的相反側(cè)的面上，可消除碳纖維層壓成形體的翹曲。此外，本發(fā)明人在碳纖維層壓成形體的制備方法中對(duì)制備工序的簡(jiǎn)化進(jìn)行深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可同時(shí)進(jìn)行碳纖維氈層壓物的壓縮成形和碳纖維氈層壓物、織物層及碳纖維 紙的粘接，由此可減少制備工序，削減制備成本。即，在專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例中，壓縮成形和煅燒的工序分別進(jìn)行2次進(jìn)行作為基材的碳纖維氈層壓物(基材)的壓縮成形及隨后的煅燒，通過(guò)粘接劑將織物層粘接于獲得的基材的兩面，進(jìn)一步進(jìn)行壓縮成形和煅燒。在本發(fā)明的方法中，壓縮成形和煅燒的工序?yàn)镮次，制備得到簡(jiǎn)化，制備成本得到削減。需說(shuō)明的是，本發(fā)明人嘗試在本發(fā)明的制備方法中使用織物層代替碳纖維紙。即，嘗試將織物層粘接于碳纖維氈層壓物(基材)的兩面，I次進(jìn)行壓縮成形和煅燒的工序。此時(shí)，由于未如以往那樣預(yù)先進(jìn)行碳纖維氈層壓物的壓縮成形及隨后的煅燒，所以碳纖維氈層壓物的上面處于柔軟的狀態(tài)。另外，可知由于織物層比較柔軟，所以若將織物層與碳纖維氈層壓物涂布粘接劑、一同壓縮成形，則往往特別是在碳纖維氈層壓物的上面層壓的織物層中形成褶皺，商品價(jià)值降低，成品率變差。在本發(fā)明中，由于在碳纖維氈層壓物的上面使用硬度較高的碳纖維紙，所以碳纖維紙上未形成褶皺，商品價(jià)值未降低，未見(jiàn)成品率降低。本發(fā)明基于這樣的見(jiàn)解而完成。
解決課題的手段
因此，本發(fā)明涉及碳纖維層壓成形體，其特征在于包含包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙。在本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的優(yōu)選實(shí)施方式中，將上述包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙按照此順序?qū)訅?。在本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的優(yōu)選實(shí)施方式中，上述碳纖維紗為含有平均纖維直徑在12 μ m以下的芯材用碳纖維和平均纖維直徑超過(guò)12 μ m的鞘材用碳纖維的混合碳纖維紗。另外，本發(fā)明涉及包含上述碳纖維層壓成形體的高溫爐用隔熱材料。此外，本發(fā)明涉及碳纖維層壓成形體的制備方法，所述制備方法包括(a)將由混合碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物、浸滲有熱固性樹(shù)脂的碳纖維氈的層壓物和碳纖維紙通過(guò)涂布粘接劑層壓、壓縮成形的工序，和(b)煅燒獲得的壓縮成形層壓體的工序。在本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，在上述工序(a)中，將包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙按照此順序?qū)訅?。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的碳纖維層壓成形體，與在碳纖維氈層壓體的兩面具有織物層的現(xiàn)有碳纖維層壓成形體相比，通過(guò)使用碳纖維紙代替一面的織物層，可削減成本。另外，就本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的制備方法而言，壓縮成形工序和煅燒工序僅需I次即可制備，與現(xiàn)有的一般碳纖維層壓成形體的制備方法相比，可減少制備工序，削減制備成本。此外，在本發(fā)明的方法中，當(dāng)使用織物層代替碳纖維紙時(shí)，S卩，不進(jìn)行碳纖維氈層壓體的壓縮成形工序和煅燒工序，而將織物層粘接于碳纖維氈層壓體的兩面、進(jìn)行壓縮成形工序時(shí)，特別是在上面的織物層中，形成褶皺，成品率變差。在本發(fā)明的制備方法中，由于使用碳纖維紙，未見(jiàn)褶皺的產(chǎn)生，商品價(jià)值未降低，未見(jiàn)成品率降低。


[圖I]示出本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的I個(gè)實(shí)施方式的截面圖。
[圖2]示出本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的制備方法中壓縮成形工序的I個(gè)實(shí)施方式的截面圖(示意圖)。
具體實(shí)施例方式I.碳纖維層壓成形體
本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的特征在于包含包含由混合碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙；優(yōu)選將織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙按照此順序?qū)訅骸?
[織物層]
構(gòu)成本發(fā)明中織物層的碳纖維織物只要是由碳纖維紗織成的碳纖維織物，則無(wú)特殊限定。例如，作為碳纖維紗，可列舉出包含聚丙烯腈類(PAN類)碳纖維的紗、包含浙青類各向異性碳纖維的紗、包含人造絲類碳纖維的紗、包含浙青類各向同性碳纖維的紗或包含它們的組合的混合碳纖維紗，特別優(yōu)選混合碳纖維紗。作為混合碳纖維紗，例如可列舉出國(guó)際公開(kāi)第2006/090643號(hào)公報(bào)中記載的混合碳纖維紗和國(guó)際公開(kāi)第2008/023777號(hào)公報(bào)中記載的碳纖維紗。國(guó)際公開(kāi)第2008/023777號(hào)公報(bào)中記載的碳纖維紗為含有平均纖維直徑為12 μ m以下、優(yōu)選5 12 μ m的芯材用碳纖維和平均纖維直徑超過(guò)12 μ m、優(yōu)選超過(guò)12 μ m但20 μ m以下的鞘材用碳纖維的混合碳纖維紗。若芯材用碳纖維的平均纖維直徑不足5 μ m,則生產(chǎn)效率降低。另外，若鞘材用碳纖維的平均纖維直徑超過(guò)20 μ m，則拉伸強(qiáng)度降低，或在捻線時(shí)易發(fā)生斷線。在本發(fā)明中可使用的混合碳纖維紗優(yōu)選為如下紗芯材用碳纖維為各向異性碳纖維，鞘材用碳纖維為各向同性碳纖維。通過(guò)芯材用碳纖維可實(shí)現(xiàn)高拉伸強(qiáng)度和高彈性模量，通過(guò)鞘材用碳纖維可由粘接劑實(shí)現(xiàn)與熱處理物的良好粘接性。在本說(shuō)明書(shū)中，“各向異性碳纖維”指碳纖維的拉伸強(qiáng)度為IOOOMPa以上或拉伸彈性模量為IOOGPa以上，具有碳層面在纖維軸方向上選擇性定向的組織的纖維。具體而言，可列舉出聚丙烯腈類(PAN類)碳纖維、浙青類各向異性碳纖維或人造絲類碳纖維，特別優(yōu)選聚丙烯腈類(PAN類)碳纖維。在本說(shuō)明書(shū)中，“各向同性碳纖維”指碳纖維的拉伸強(qiáng)度不足IOOOMPa或拉伸彈性模量不足lOOGPa，具有碳層面不定向的組織的纖維，特別優(yōu)選浙青類各向同性碳纖維。上述芯材用碳纖維在成形體中通常具有20m以下的最長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度。作為構(gòu)成芯材用碳纖維的原材料纖維，通常優(yōu)選為500mm以上的平均纖維長(zhǎng)度，更優(yōu)選為IOOOmm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為3m以上。構(gòu)成芯材用碳纖維的原材料纖維的平均纖維長(zhǎng)度并無(wú)特別上限，可從能夠獲取的纖維長(zhǎng)度中根據(jù)用途適宜選擇，但通常在工業(yè)上可獲取5000m以下的連續(xù)長(zhǎng)纖維。在紗中，由于所使用的纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，纖維彼此的接合點(diǎn)減少，所以可提高紗的強(qiáng)度。另夕卜，就構(gòu)成鞘材用碳纖維的原材料纖維的平均纖維長(zhǎng)度而言，通常在工業(yè)上可獲取的長(zhǎng)度不足500mm，優(yōu)選為300mm以下，更優(yōu)選為200mm以下。此外，特別優(yōu)選含有3 30%質(zhì)量、優(yōu)選5 20%質(zhì)量的平均纖維長(zhǎng)度為150mm以上且不足500mm的碳纖維，并含有97 70%質(zhì)量、優(yōu)選9510%質(zhì)量的不足150mm的碳纖維。若平均纖維長(zhǎng)度為150mm以上的碳纖維過(guò)少，則碳纖維紗的拉伸強(qiáng)度降低，若過(guò)多，則在紡紗工序中易引起斷線，出現(xiàn)纖度的偏差，易產(chǎn)生被稱為粗節(jié)、飛花的塊狀部分，品質(zhì)降低。芯材用碳纖維的密度優(yōu)選為I. 65^2. 30g/cm3的范圍，更優(yōu)選為I. 70^2. 00g/cm3的范圍，特別優(yōu)選為I. 7(Tl. 90g/cm3的范圍。若芯材用碳纖維的密度過(guò)小，則碳化不充分，若過(guò)大，則過(guò)度結(jié)晶化，任一情況下強(qiáng)度均降低，難以達(dá)成作為加強(qiáng)織物強(qiáng)度的芯材用碳纖維的功能。另外，鞘材用碳纖維的密度優(yōu)選為I. 5(Tl. 80g/cm3的范圍，更優(yōu)選為I. 5(Tl. 70g/cm3的范圍，特別優(yōu)選為I. 55^1. 70g/cm3的范圍。若鞘材用碳纖維的密度過(guò)小，則碳化不充分，碳纖維的強(qiáng)度降低，若過(guò)大，則與樹(shù)脂(粘接劑)的潤(rùn)濕性變差，難以達(dá)成作為使織物粘接于碳纖維氈層壓體上的鞘材用碳纖維的功能。就芯材用碳纖維與鞘材用碳纖維的比例而言，芯材用碳纖維的摻混量?jī)?yōu)選為5%質(zhì)量 50%質(zhì)量，更優(yōu)選為10%質(zhì)量 30%質(zhì)量，進(jìn)一步優(yōu)選為15%質(zhì)量 25%質(zhì)量。若芯材用碳纖維的摻混量不足5%質(zhì)量，則存在紗的強(qiáng)度不足的情況，若超過(guò)50%質(zhì)量，則存在紗與碳纖維氈層壓體的粘接性降低，導(dǎo)致無(wú)法確保成形體的(彎曲)強(qiáng)度的情況。
由芯材用碳纖維和鞘材用碳纖維構(gòu)成的碳纖維紗的每IOOOm的質(zhì)量(纖度)優(yōu)選為3(Tl000tex，更優(yōu)選為3(T750tex。若少于上述范圍，則耗費(fèi)紗的制備成本，若多于上述范圍，則存在織制變得困難的情況。碳纖維紗的制備方法無(wú)特殊限定，可采用制備混合碳纖維紗的常規(guī)方法，例如可采用國(guó)際公開(kāi)第2006/090643號(hào)公報(bào)中記載的方法和國(guó)際公開(kāi)第2008/023777號(hào)公報(bào)中記載的方法。可使用上述碳纖維紗，織成在本發(fā)明中使用的碳纖維織物。例如可使用梭織機(jī)或劍桿織機(jī)，制成平紋織物、斜紋織物、緞紋織物或方平織物等織物。碳纖維織物的單位面積重量(FAW)優(yōu)選設(shè)為30(Tl200g/m2，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為40(Tl000g/m2，最優(yōu)選設(shè)為60(T800g/m2。從保護(hù)碳纖維氈層壓體的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選單位面積重量高，但由于碳纖維織物變厚，加工性降低，所以優(yōu)選設(shè)為上述范圍內(nèi)。在碳纖維織物中，紗支密度(打6込々密度)在經(jīng)向和緯向上均優(yōu)選為15 20根/英寸，更優(yōu)選為16 19根/英寸。經(jīng)向和緯向的紗支密度也可不同，但優(yōu)選具有相同的紗支密度。從保護(hù)碳纖維氈層壓體的觀點(diǎn)出發(fā)，與單位面積重量一樣，也優(yōu)選紗支密度高，但由于碳纖維織物變厚，加工性降低，所以優(yōu)選設(shè)為上述范圍內(nèi)。碳纖維織物的厚度優(yōu)選為O. 3^2. Omm,更優(yōu)選為O. 6 1. 5mm,最優(yōu)選為O. 8 1. 3_。
碳纖維織物的厚度由碳纖維紗的纖度(tex)和碳纖維織物的紗支密度等決定。因此，從保護(hù)碳纖維氈層壓體的觀點(diǎn)出發(fā)，與單位面積重量一樣，也優(yōu)選厚度厚，但若過(guò)厚，則加工性降低，所以優(yōu)選設(shè)為上述范圍內(nèi)。本發(fā)明的碳纖維層壓成形體中的織物層至少包含I種碳纖維織物。碳纖維層壓成形體雖然可含有2種以上的碳纖維織物，但從削減成本的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選包含I種碳纖維織物的織物層?？椢飳拥暮穸葍?yōu)選為O. 3^2. Omm,更優(yōu)選為O. 6" . 5mm,最優(yōu)選為O. 8" . 3mm。[碳纖維氈層壓體]
本發(fā)明的碳纖維層壓成形體中，碳纖維氈層壓體為將I種以上的碳纖維氈層壓而成。具體而言，將浸滲有樹(shù)脂的碳纖維氈層壓、在壓縮成形后煅燒而成。碳纖維氈的層數(shù)無(wú)特殊限定，可根據(jù)其用途適宜確定，例如當(dāng)用作高溫爐用隔熱材料時(shí)，優(yōu)選為廣30層，更優(yōu)選為2 20層，進(jìn)一步優(yōu)選為4 10層。
另外，碳纖維氈層壓體的厚度也根據(jù)用途而不同，無(wú)特殊限定，但當(dāng)使用本發(fā)明的成形體作為高溫爐用隔熱材料時(shí)，通常優(yōu)選5 300mm的范圍，進(jìn)一步優(yōu)選l(Tl50mm的范圍。其原因在于若碳纖維氈層壓體的厚度過(guò)厚，則生產(chǎn)能力降低，若過(guò)薄，則隔熱性降低。碳纖維氈層壓體的松密度優(yōu)選O. 05 0. 40g/cm3的范圍，進(jìn)一步優(yōu)選O. 10 0. 30g/cm3的范圍。若不足0.05g/cm3，則隔熱性降低，若超過(guò)0.40g/cm3，則成形壓力增大，所以生產(chǎn)能力降低。構(gòu)成碳纖維氈的碳纖維優(yōu)選具有5 20 μ m的平均纖維直徑，可更優(yōu)選使用具有8^18 μ m的碳纖維。若不足5 μ m,則存在生產(chǎn)效率降低的情況，若超過(guò)20 μ m,則存在隔熱性降低的情況。另外，構(gòu)成碳纖維氈的碳纖維的纖維長(zhǎng)度優(yōu)選3(T500mm的范圍，進(jìn)一步優(yōu)選5(T250mm的范圍。若不足30mm，則存在碳纖維氈層壓體的彎曲強(qiáng)度弱的情況，若超過(guò)500mm,則存在纖維難以均勻分散,難以制備均勻的租的情況。作為構(gòu)成碳纖維租的碳纖維，可列舉出浙青類各向同性碳纖維、聚丙烯腈類(PAN類)碳纖維、人造絲類碳纖維或基諾爾(Kynol,力4 7 —> )碳纖維等，但優(yōu)選浙青類各向同性碳纖維。
碳纖維氈可通過(guò)將上述碳纖維針刺來(lái)獲得。碳纖維氈的厚度優(yōu)選為5 30mm，更優(yōu)選為l(T30mm。碳纖維氈的含碳率優(yōu)選為80%以上，更優(yōu)選為90%以上，最優(yōu)選為95%以上。[碳纖維紙]
可使用在碳短纖維中加入粘合劑進(jìn)行抄紙而成的碳纖維紙，或在獲得的碳纖維紙中進(jìn)一步浸滲樹(shù)脂，通過(guò)煅燒使粘合劑碳化而成的碳纖維紙。作為碳纖維紙中使用的碳短纖維，可無(wú)特殊限制地使用聚丙烯腈類碳纖維、浙青類碳纖維或人造絲類碳纖維，但優(yōu)選浙青類碳纖維。碳短纖維的平均纖維長(zhǎng)度優(yōu)選為f 10mm。若碳短纖維的平均纖維長(zhǎng)度短于1mm，則往往抄紙工序中的凸出的纖維增多，產(chǎn)品收率降低。若碳短纖維的平均纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)于10mm，則往往由于在分散工序中分散變差，產(chǎn)生塊狀部分，所以品質(zhì)降低。碳短纖維的平均纖維直徑優(yōu)選為5 20 μ m。若碳短纖維的平均纖維直徑小于5 μ m，則往往制備成本升高。若碳短纖維的平均纖維直徑大于20 μ m，則往往由于紙強(qiáng)度降低，所以品質(zhì)降低。作為粘合劑，例如可列舉出聚乙烯醇、聚丙烯腈、纖維素或聚醋酸乙烯酯，但聚乙烯醇(PVA)因在抄紙工序中的粘結(jié)力優(yōu)異、碳短纖維的脫落少而優(yōu)選。粘合劑，相對(duì)于100質(zhì)量份的碳纖維，優(yōu)選使用5 50質(zhì)量份。碳纖維紙的抄紙方法可列舉出使碳短纖維分散于液體介質(zhì)中進(jìn)行抄制的濕法，和使碳短纖維分散于空氣中使之沉積的干法；但為了均勻混合粘合劑，優(yōu)選濕法。作為碳纖維紙中使用的樹(shù)脂，可單獨(dú)列舉出酚醛樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、密胺樹(shù)脂、酰亞胺樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、芳族聚酰胺樹(shù)脂、浙青等，或列舉出它們的混合物。就相對(duì)于碳纖維紙的樹(shù)脂的量而言，相對(duì)于100質(zhì)量份的碳短纖維，優(yōu)選浸滲Γ120的樹(shù)脂進(jìn)行煅燒。碳纖維紙的單位面積重量?jī)?yōu)選為2(T60g/m2，優(yōu)選為3(T50g/m2。其原因在于若不足20g/m2，則存在濕紙狀態(tài)(干燥 粘合劑固化前的狀態(tài))下的強(qiáng)度降低的情況，若超過(guò)60g/m2，則存在濕紙狀態(tài)下重量加重，最終因自重而破損的情況。2.碳纖維層壓成形體的制備方法
本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的制備方法包括(a)將由混合碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物、浸滲有熱固性樹(shù)脂的碳纖維氈層壓物、和碳纖維紙通過(guò)涂布粘接劑層壓、壓縮成形的工序，和(b)煅燒獲得的壓縮成形層壓體的工序；優(yōu)選將碳纖維織物、碳纖維氈層壓物和碳纖維紙按照此順序?qū)訅?。在本發(fā)明的碳纖維層壓成形體的制備方法中，所使用的碳纖維織物為由上述混合碳纖維紗織成的碳纖維織物，可使用I種或2種以上的碳纖維織物。當(dāng)使用2種以上的碳纖維織物時(shí)，用粘接劑粘接各碳纖維織物。碳纖維氈可通過(guò)將碳纖維針刺來(lái)獲得，使熱固性樹(shù)脂浸滲于I種以上的碳纖維氈中，進(jìn)行層壓，制成層壓物使用。另外，碳纖維紙可使用如上所述在碳短纖維中加入粘合劑進(jìn)行抄紙而成的有機(jī)粘合劑碳纖維紙，或進(jìn)一步浸滲樹(shù)脂，通過(guò)煅燒獲得的碳粘合劑碳纖維紙。本發(fā)明的制備方法中使用的粘接劑通過(guò)進(jìn)行煅燒而碳化，因此優(yōu)選含有大量碳成分，但并未根據(jù)碳含量做出特別限制。 具體而言，可使用將如下成分均勻地混合分散而成的粘接劑組合物6(Γ100質(zhì)量份的熱固性預(yù)聚物、2(Γ60質(zhì)量份的熱固性樹(shù)脂；5 20質(zhì)量份的短纖維長(zhǎng)度碳纖維、碳黑、碳粉或石墨粉；5 20質(zhì)量份的溶劑；和5 20質(zhì)量份的水。作為熱固性預(yù)聚物，可優(yōu)選列舉出尿素樹(shù)脂預(yù)聚物；密胺樹(shù)脂預(yù)聚物、尿素改性密胺樹(shù)脂預(yù)聚物；胍胺樹(shù)脂預(yù)聚物；胍胺改性密胺樹(shù)脂預(yù)聚物；呋喃樹(shù)脂預(yù)聚物；醇酸樹(shù)脂預(yù)聚物；酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物，例如酚醛清漆型酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、可溶酚醛型酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、酚醛清漆型烷基酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、可溶酚醛型烷基酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物及它們的二甲苯/甲醛縮合物、甲苯/甲醛縮合物，或利用密胺樹(shù)脂、胍胺樹(shù)脂或尿素樹(shù)脂的改性樹(shù)脂預(yù)聚物；環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物，例如雙酚A 二縮水甘油醚、脂環(huán)式二醇的二縮水甘油醚、雙酚A雙(α -甲基縮水甘油醚)、脂環(huán)式二醇的雙(α-甲基縮水甘油醚)等。也可根據(jù)需要混合固化劑、固化催化劑等。其中，優(yōu)選碳化成品率高的樹(shù)脂預(yù)聚物，可特別優(yōu)選使用酚醛清漆型酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、可溶酚醛型酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、酚醛清漆型烷基酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物、可溶酚醛型烷基酚醛樹(shù)脂預(yù)聚物。作為熱固性樹(shù)脂，可優(yōu)選列舉出尿素樹(shù)脂；密胺樹(shù)脂；尿素改性密胺樹(shù)脂；胍胺樹(shù)脂；胍胺改性密胺樹(shù)脂；醇酸樹(shù)脂；呋喃樹(shù)脂；不飽和聚酯樹(shù)脂；酚醛樹(shù)脂，例如酚醛清漆型酚醛樹(shù)脂、可溶酚醛型酚醛樹(shù)脂、酚醛清漆型烷基酚醛樹(shù)脂、可溶酚醛型烷基酚醛樹(shù)脂；環(huán)氧樹(shù)脂，例如雙酚A 二縮水甘油醚、脂環(huán)式二醇的二縮水甘油醚、雙酚A雙(α -甲基縮水甘油醚)、脂環(huán)式二醇的雙(α-甲基縮水甘油醚)等。其中，優(yōu)選碳化成品率高的樹(shù)脂，可特別優(yōu)選使用酚醛清漆型酚醛樹(shù)脂、可溶酚醛型酚醛樹(shù)脂、酚醛清漆型烷基酚醛樹(shù)脂、可溶酚醛型烷基酚醛樹(shù)脂。作為溶劑，可優(yōu)選使用丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮、甲醇、乙醇、2-呋喃甲醇、甲
苯、二甲苯或二甲亞砜等。粘接劑粘接碳纖維織物和碳纖維氈層壓物，以及粘接碳纖維氈層壓物和碳纖維紙。各自之間的粘接劑的使用量，相對(duì)于碳纖維織物或碳纖維氈層壓物，優(yōu)選為50(T3000g/m2，進(jìn)一步優(yōu)選為100(T2500g/m2，最優(yōu)選為120(T2200g/m2。其原因在于若不足500g/m2，則粘接力變?nèi)?，若超過(guò)3000g/m2，則在煅燒后粘接劑固化，碳纖維層壓成形體的加工性變差。粘接劑的涂布方法可采用通常的方法，例如可用刮刀、刷子或輥等涂布。
作為上述碳纖維氈中浸滲的熱固性樹(shù)脂，可列舉出尿素樹(shù)脂、密胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)月旨、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等，但優(yōu)選碳化成品率高的酚醛樹(shù)脂。使上述樹(shù)脂浸滲于碳纖維氈中，將得到目的用途所需厚度的片數(shù)層壓，調(diào)制碳纖維氈層壓物。相對(duì)于100質(zhì)量份的碳纖維氈，樹(shù)脂的浸滲量?jī)?yōu)選為1(Γ100質(zhì)量份，更優(yōu)選為15 50質(zhì)量份。[壓縮成形工序]
依據(jù)圖2對(duì)本發(fā)明的制備方法中的壓縮成形工序進(jìn)行說(shuō)明。在壓縮成形工序中，將碳纖維織物(12)安放于壓縮成形裝置(2)下面的不銹鋼板
(23)上，在碳纖維織物上涂布規(guī)定量的粘接劑(25)。當(dāng)使用2種以上的碳纖維織物時(shí)，將第2碳纖維織物層壓，在其上面也涂布規(guī)定量的粘接劑。在上述碳纖維織物上層壓浸滲有 熱固性樹(shù)脂的I種以上的碳纖維氈(14)，形成碳纖維氈層壓物(13)。在該碳纖維氈層壓物的最上面涂布規(guī)定量的粘接劑(25)，將碳纖維紙(10)層壓。獲得的包含碳纖維織物、碳纖維氈層壓物和碳纖維紙的層壓物，可在碳纖維氈層壓物中浸滲的熱固性樹(shù)脂固化的壓力和溫度下壓縮成形，使熱固性樹(shù)脂和粘接劑固化，獲得壓縮成形體。為將包含碳纖維織物、碳纖維氈層壓物和碳纖維紙的層壓物制成目標(biāo)厚度的壓縮成形體，通過(guò)在上述層壓物的周圍配置目標(biāo)厚度的隔板(22)、然后壓縮成形的方法，可調(diào)整壓縮成形體的厚度。另外，通過(guò)調(diào)整壓縮成形體的厚度，可調(diào)整碳纖維氈層壓體的松密度。壓縮成形工序中的壓力只要是使用上述隔板，則無(wú)特殊限定，例如可在O. f IMPa下進(jìn)行。另外，上述熱壓板的溫度只要是碳纖維氈中浸滲的熱固性樹(shù)脂固化的溫度，則無(wú)限定，例如可于15(T200°C進(jìn)行。此外，壓縮成形的時(shí)間也可適宜規(guī)定，例如可在10分鐘飛小時(shí)下進(jìn)行。需說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書(shū)中，碳纖維氈層壓物指浸滲有樹(shù)脂并層壓而成的層壓物，意味著壓縮成形前的層壓物和壓縮成形后的層壓物兩者。[煅燒工序]
本發(fā)明的制備方法中的煅燒工序可在非氧化氣氛中于3000°C以下進(jìn)行。作為非氧化氣氛，例如可列舉出真空狀態(tài)、氮?dú)夥障禄驓鍤夥障?。溫度只要是發(fā)生碳化的溫度，則無(wú)特殊限定。
實(shí)施例以下根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明，但它們并不限定本發(fā)明的范圍。在實(shí)施例中，紗織物的各種物性通過(guò)以下方法測(cè)定。[紗織物的拉伸強(qiáng)度]
將使用 Tensilon ( f π > )萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)[Orientec Co. , Ltd.((株)才丨J 工 >r > )制，“RTC-1310型”]在測(cè)力傳感器額定10kN、樣品長(zhǎng)150mm、樣品寬50mm、拉伸速度200mm/分的條件下拉伸紗織物時(shí)的斷裂強(qiáng)度換算成每Icm樣品寬的值，將其作為該紗織物的拉伸強(qiáng)度。[紗織物的厚度]
將樣品在距紗織物邊緣30mm以上的內(nèi)側(cè)切割出IOOmmX IOOmm見(jiàn)方，將其中央部用測(cè)微計(jì)[(株)$ 7卜3制，U字型測(cè)微計(jì)“PMU 150-2”]測(cè)定得到的值作為紗織物的厚度。《實(shí)施例I》
[碳纖維織物的制備]
將由20%質(zhì)量的包含PAN類碳纖維的芯部與80%質(zhì)量的包含浙青類碳纖維的鞘部構(gòu)成的碳纖維紗作為經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行斜織，獲得紗織物(斜織，F(xiàn)AW為700g/m2，紗支密度為經(jīng)向17. O根/英寸和緯向17. O根/英寸，拉伸強(qiáng)度為O. 32kN,厚度為I. Omm)。[粘接劑的調(diào)制]、 作為粘接紗織物和碳纖維氈層壓物并粘接碳纖維氈層壓物和碳纖維紙的粘接劑，將如下物質(zhì)均勻地混合分散而調(diào)制粘接劑15質(zhì)量份的酚醛樹(shù)脂類浸滲液[昭和高分子(株)制，“Shonol ( V a ^ 7 ) BRS-3897”]、25 質(zhì)量份的粉末酚醛樹(shù)脂[Cashew Co. , Ltd.(力'> λ々一(株))制,“Cashew (力Λ 一)樹(shù)脂No. 05，，]、10質(zhì)量份的碳短纖維[KurehaCorporation ((株)” >,、)制，Curecachop (7>力子3'77。)M-107T，平均纖維長(zhǎng)度0. 7mm，LZD = S 9 ]、10質(zhì)量份的2-呋喃甲醇[純正化學(xué)(株)制，純正I級(jí)]、40質(zhì)量份的乙醇混合溶液[Japan Alcohol Trading Co. , Ltd.(日本7 > 2 — >販売(株))制，“Solmix ( 乂卟務(wù) 7 夕 7 ) H-23”]?！秹嚎s成形工序》
使44質(zhì)量份的酚醛樹(shù)脂類浸滲液[昭和高分子(株)制，“Shonol ( V a ^BRS-3896”]浸滲于100質(zhì)量份的浙青類碳纖維租[Kureha Corporation ((株)夕h、)制，“Curecafelt ( ^ >力7 二 >卜)F-110”]中，層壓6層為平板狀，制備碳纖維氈層壓物。在壓縮成形裝置上安放上述碳纖維織物，以1200g/m2比例的基重用刷子涂布上述粘接劑。在該碳纖維織物上不加壓地層壓碳纖維氈層壓物。進(jìn)而，在碳纖維氈層壓物的最上面以1200g/m2比例的基重用刷子涂布上述粘接劑。將浸在15質(zhì)量份的酚醛樹(shù)脂類浸滲液[昭和高分子(株)制，“Shonol ( V a ^ 7 ) BRS-3896”]中的碳纖維紙[KurehaCorporation ((株)” >,、)制，“ Curecapaper ( ” > 力 一”一)E-204，，]層壓。在所形成的包含碳纖維織物、碳纖維氈層壓物和碳纖維紙的層壓物周圍，配置用以將目標(biāo)壓縮成形體的厚度調(diào)整為40mm的隔板，然后進(jìn)行壓縮和加熱，使樹(shù)脂固化，獲得壓縮成形體。《煅燒工序》
將獲得的壓縮成形體在真空氮?dú)夥罩杏?000°C進(jìn)行I小時(shí)的石墨化處理，獲得在碳纖維氈層壓體的一面層壓有織物層、另一面層壓有碳纖維紙的平板狀碳纖維層壓成形體?！秾?shí)施例2》
除使用紗織物(斜織，F(xiàn)AW為785g/m2，紗支密度為經(jīng)向18. O根/英寸和緯向18. O根/英寸，拉伸強(qiáng)度為0. 34kN，厚度為I. Imm)外，與實(shí)施例I同樣操作，獲得含碳纖維的層壓成形體。《實(shí)施例3》
除使用紗線織物(斜織，F(xiàn)Aff為700g/m2，紗支密度為經(jīng)向16. O根/英寸和緯向18. O根/英寸，拉伸強(qiáng)度為0. 32kN，厚度為1.0mm)外，與實(shí)施例I同樣操作，獲得含碳纖維的層壓成形體。
實(shí)施例廣3中的任一含碳纖維的層壓成形體的紗織物層均平坦，未見(jiàn)褶皺的產(chǎn)生。另外，也未發(fā)現(xiàn)翹曲等異常。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的含碳纖維的層壓成形體可用作晶體提拉爐、真空蒸鍍爐或陶瓷燒結(jié)爐等高溫爐用隔熱材料。以上依據(jù)特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的變體或改良也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。符號(hào)說(shuō)明 I· · ·碳纖維層壓成形體；
10· · 碳纖維紙；
11· · 碳纖維氈層壓體；
12· · ·碳纖維織物；
13· · 碳纖維氈層壓物；
14· · ·碳纖維租；
2· · 壓縮成形裝置；
21· · ·熱壓板(上面)；
22· · ·隔板；
23· · ·不銹鋼板；
24· · ·熱壓板板(下面)；
25· · 粘結(jié)劑。
權(quán)利要求
1.碳纖維層壓成形體，其特征在于包含包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙。
2.權(quán)利要求I的碳纖維層壓成形體，其中，上述包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙按照此順序?qū)訅骸?br> 3.權(quán)利要求I或2的碳纖維層壓成形體，其中，上述碳纖維紗為混合碳纖維紗，所述混合碳纖維紗含有平均纖維直徑在12 μ m以下的芯材用碳纖維和平均纖維直徑超過(guò)12 μ m的鞘材用碳纖維。
4.高溫爐用隔熱材料，所述材料包含權(quán)利要求廣3中任ー項(xiàng)的碳纖維層壓成形體。
5.碳纖維層壓成形體的制備方法，所述制備方法包括 (a)將由混合碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物、浸滲有熱固性樹(shù)脂的碳纖維氈的層壓物和碳纖維紙通過(guò)涂布粘接劑層壓、壓縮成形的エ序，和 (b)煅燒獲得的壓縮成形層壓體的エ序。
6.權(quán)利要求5的碳纖維層壓成形體的制備方法，其中，在上述エ序(a)中，將包含由碳纖維紗織成的至少I種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙按照此順序?qū)訅骸?br> 全文摘要
本發(fā)明提供能夠降低可用作高溫爐用隔熱材料的碳纖維層壓成形體的成本、提高加工性的碳纖維層壓成形體及其制備方法。碳纖維層壓成形體的特征在于包含包含由碳纖維紗織成的至少1種碳纖維織物的織物層、碳纖維氈層壓體和碳纖維紙。碳纖維層壓成形體的制備方法包括以下工序(a)將由混合碳纖維紗織成的至少1種碳纖維織物、浸滲有熱固性樹(shù)脂的碳纖維氈的層壓物和碳纖維紙通過(guò)涂布粘接劑層壓、壓縮成形的工序，和(b)煅燒獲得的壓縮成形層壓體的工序。
文檔編號(hào)B32B5/02GK102712168SQ201180006
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者岡田康, 有本嘉裕, 遊佐勝弘, 長(zhǎng)山啟二, 龜山貴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社吳羽