(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一炭素フォーム材層と、前記第一炭素フォーム材層に結合される熱拡散層と、第二炭素フォーム材層と、を有し、
前記熱拡散層が、面内の熱伝導率が高い圧縮された膨張黒鉛粒子を有し、
前記熱拡散層が、前記第一炭素フォーム材層と前記第二炭素フォーム材層との間にのみ設けられている
ことを特徴とする耐火複合パネル。
【請求項２】
前記炭素フォーム材の厚さが４．０インチ未満である場合における、前記耐火複合パネルの燃焼評価が、少なくとも２時間とされることを特徴とする請求項１に記載の耐火複合パネル。
【請求項３】
前記炭素フォーム材の密度が、０．０３ｇ／ｃｃ〜０．６ｇ／ｃｃとされていることを特徴とする請求項１〜２の何れか一項に記載の耐火複合パネル。
【請求項４】
前記炭素フォーム材の熱伝導率が、室温で測定される場合において、１Ｗ／（ｍＫ）未満とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の耐火複合パネル。
【請求項５】
前記耐火複合パネルが、第一外層と第二外層とをさらに備え、
前記第一炭素フォーム材層と、前記第二炭素フォーム材層と、前記熱拡散層とが、前記第一外層と第二外層との間に挟まれるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐火複合パネル。
【請求項６】
前記第一外層及び第二外層のそれぞれが、紙、強化紙複合体、配向性ストランドボード、ファイバーボード、乾式工法の壁、石膏、石膏複合体、木材、木材複合体、合板、熱可塑性材料、プラスチック複合体、樹脂、金属、金属合金、金属複合体及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の耐火複合パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い強度対密度比及び向上した耐火性能が有用とされる、屋根、床、壁、扉、エレベータシャフト、柱、及びその他の構造などの構造物を含む応用に有用な、高い強度及び耐火性能を有する複合パネルに関する。本発明の複合パネルは、電磁干渉（ＥＭＩ）に対する遮断性を向上したものであるので、電子機器への電磁干渉の影響を遮断する必要のある環境において特に有用である。特に、本発明の複合パネルは、その断熱Ｒ値（insulating R value）が毎インチ約３（即ち炭素フォームの１インチ厚毎のＲ値が３であることを意味する。従って、厚さが６インチのフォームのブロックのＲ値は１８である）を有するものであってとともに構造断熱パネルにおいて熱拡散層と組み合わされた炭素フォームの使用に関するものであり、その熱拡散層が高い圧縮強度を維持すると同時に火、熱、湿気、及びその他の環境上のストレスに対して高い耐性を有しているものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの住居単位の構造は、木材と金属でできた釘との組み合わせにより建造されている。構造の骨組みの建造後、住居の内外間の熱伝導を制御するために、グラスファイバー断熱材などの断熱材が設置される。また、たいてい石膏ボードからなる内装用パネルを用いて、外壁と内側面との間にあるグラスファイバー断熱材の配置が維持される。このようなタイプの建造物はよく知られておりまた適切な強度を有するが、その一方で、こうした手段には時間がかかるとともに人件費がかかる。さらに、これらの建造物は、湿気や虫などの環境ストレスに対する遮断性及び耐性が低い。そうしたことから建築材として用いられる構造断熱パネル（ＳＩＰ）の人気が高まっている。本質的には、高い強度を有する外層が断熱内層に取り付けられることで強度と断熱性の両方を有するサンドイッチ層が形成されている。
【０００３】
発火には、３つの要素、即ち燃料、酸素、点火源が必要である。前記ＳＩＰ内部の酸素供給は非常に限定されたものとなっているので、該ＳＩＰ内部の発火はまれに起こる。そのため、前記ＳＩＰの主たる危険はパネルの外側で生じる火となっている。そのような火は、熱せられた表面から層間剥離によって断熱材が剥がれ落ちるまで外側表面を熱し、従ってパネル内部に空気の隙間が生じる。断熱材の自動発火温度に達するまで温度が上昇し続け、そしてパネル内部で発火が生じる。このコア部の燃焼によって近接する領域の層間剥離が引き起こされて火は急速に拡散する。断熱材のコア部までが焼き尽くされると、パネルは剛性を失って崩壊し、そして断熱材のコア部がさらされて火が拡散する。外側表面が燃えている内部へと水を到達させることを妨害して消化活動が妨げられ、結果として火事による損失が大きくなる。発火前に外側表面に穴のようなものがあるとより速くコア部がさらされることとなるので脅威が高まる。
【０００４】
ＳＩＰ開発の先行の試みとしては米国特許番号第４，１６３，３４９号のＳｍｉｔｈによる開示があるが、断熱構造物が開示されているものの適切な断熱性については開示されていない。
【０００５】
Ｈａｒｄｃａｓｔｌｅら（米国特許番号第４，４２５，３９６号）は複数の熱可塑性シートから構成される耐候性保護層を有する合成有機ポリマーフォームを用いた断熱パネルを開示している。
【０００６】
Ｃａｈｉｌｌ（米国特許番号第６，６５６，８５８号）は毎立方フィート約０．５〜約３ポンドの、低密度層とポリマー構造の強化層とで構成される軽量積層壁を開示している。この構造は軽量且つ湿気に対する耐性が低く、横風負荷に関する建築基準法の要件を満たしている。
【０００７】
Ｐｏｒｔｅｒ（米国特許番号第６，５９９，６２１号）は高い強度と耐火性及び特に水や湿気に対する高い耐性を有するＳＩＰを開示している。開示されている構造は、断熱コア部の一方の面に石膏ファイバーボードを、第二の面に配向性ストランドボードを用いた内断熱コア部を有している。断熱コア部は、好ましくは石膏ファイバーボードと配向性ストランドボードの両方に結合された発泡ポリスチレン又はウレタンなどのプラスチックフォームから構成される。
【０００８】
Ｐｏｒｔｅｒ（米国特許番号第６，５８８，１７２号）はプラスチック性含浸紙の積層をＳＩＰに盛り込むことによって湿気に対する不浸透性が与えられると同時にパネルの引張強度が高められることを開示している。この層は通常石膏ボードとプラスチックフォームのコア部の間に配置されて従来のボンド剤によって結合されている。
【０００９】
Ｐａｒｋｅｒ（米国特許番号第４，６２８，６５０号）はフォームコア部の端から張り出したオーバーハングを備えた層を用いたフォームコア部を有しているＳＩＰを開示している。オーバーハングは隣接するＳＩＰ間を容易に効率的に密封するように配置し、従ってより良い熱断熱が提供される。さらに、パネルのコア部には、梁、支柱、又は、たるき、を設置するための溝が構造を通して設けられている。
【００１０】
Ｃｌｅａｒ（米国特許番号第６，０７９，１７５号）は建造物用のセメント系材料からなるＳＩＰを開示している。ボトムアッシュ、セメント、水などの軽量充填材が２つの最外部の肋材空間の間に流し込まれ、パネルの断熱効果、強度、及び剛性が与えられることによりパネルが構成されている。このＳＩＰの利点はコストがかからない遠方又は不毛地帯で組み立て可能である点である。
【００１１】
Ｐｅａｓｅ（米国特許番号第６，７２５，６１６号）は強化された断熱片に取り付けられたブロックを用いて鋳造又は構築することにより断熱性コンクリート壁を製造している。特許権所有者は、上記特許に記載のコンクリート壁表面に補強硬質フォームを固定する方法を用いた断熱壁の製造が時間と労力を抑えることができることを示している。
【００１２】
Ｐｅａｓｅ（米国特許番号第６，８９２，５０７号）は硬質フォームシートを用いてＳＩＰを製造する装置及びその製法を記載している。硬質フォームシートは多数の溝を有しその溝に補強片が設置されている。そして、補強片及び硬質フォームは補強シートによりカバーされて結合され、その補強シートは構造を支持するとともに保湿もする。
【００１３】
しかしながら、従来技術において提案されているパネルの多くは高熱又は直火への耐性を有しておらず、燃焼や極度の焦げつきが生じる。さらに、従来パネルは一般的に強度対密度比が低いために、軽量で断熱効果があり耐火性があって且つ強度の高いパネルが必要とされる応用へは適していない。
【００１４】
したがって、低密度であるとともに所望される断熱性と高い耐火性とを有し、さらに、高い強度及び高い強度対密度比とを有することで、屋根、床、ドア及び壁を含む構造の応用に有用な複合パネルが望まれる。実際、従来技術のものよりも高い強度対密度比及び圧縮強度と、また従来技術のものよりも高い耐火性及びＥＭＩの遮断性とを含む特性の組み合わせとが、住居、商業施設、航空機又は船舶を含む応用、しかしこれらに限定されない、において必要であることがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、高い強度対密度比、及び／又は、燃焼又は焦げ付きに対する高い耐性並びにＥＭＩ遮断性が要求される応用においてユニークに使用される複合パネルを提供する。本発明の耐火パネルにおいて、従来見られなかった強度及び比較的軽量の特性の組み合わせを提供するために、密度、圧縮強度及び圧縮強度対密度比が示される。さらに、熱拡散層に結合された炭素フォームの炭素格子は、湿度の高い環境から非常に低温な環境までを含む環境においても構造の完全性を維持するとともに、焦げつきと燃焼の両方に対して耐性を有する。そして、熱拡散層が存在することで、その他の使用可能な炭素フォームよりもより薄い又は低密度な（即ち軽量な）炭素フォームの使用が可能となる。さらに、炭素フォームは所望される寸法及び形状に製造することができるとともに、複合パネルに合わせて特定の寸法にするためにすぐに機械加工することが可能である。
【００１６】
特に、本発明は、フォーム密度が毎立方フィート約０．０２〜約０．６グラム（ｇ／ｃｃ）とされ、且つ、強度対密度比が約３００〜１００００ｐｓｉ／（ｇ／ｃｃ）とされる炭素フォームコアを有する。取扱い、製造及びパネル内のフォーム積層を満足に行うために最低限の強度対密度比が必要とされるものの、強度対密度比が約１００００ｐｓｉ／（ｇ／ｃｃ）以上になると構造上のさらなる利益は少なくなる。
【００１７】
パネルが有する断熱及び強度の特性がパネル全体を通して一定となるように、本発明の複合パネルは横縦両方向に対して比較的一様な密度を持つ炭素フォームコアを有するべきである。具体的には、必要とされる圧縮強度を提供するために、炭素フォームは比較的一様な細孔（pores）分布を有するべきである。フォームの密度によっては細孔は比較的等方である（等方とは細孔のアスペクト比つまり細孔の最大直径対最小直径の比が約１．０〜約２．５の間であり、より好ましくは約１．０〜約１．５の間であり、完全な球状の細孔のアスペクト比は１．０である）。さらに、炭素フォームコアの全気孔率は約６５％〜約９９％とされるべきであり、より好ましくはパネルの強度対密度比を最適化するために約７０％〜約９５％とされるべきである。
【００１８】
炭素フォームコアは、石炭、コールタールピッチ、メソフェーズピッチなどから作られるフォームを用いて生成される。本発明の複合パネル用に使用する炭素フォームを製造するために、炭素フォームコアを、ポリマーフォームブロック、特にフェノール系フォームブロックを不活性又は空気を排除した雰囲気中で約５００℃から、より好ましくは８００℃から約３２００℃の温度範囲で炭化して生成することが有利である。
【００１９】
熱拡散層はパネル内に含まれるとともに火などの局所的な熱源からパネルの広範囲に熱を急速に伝える。理想的には熱拡散層は圧縮された膨張黒鉛粒子、業界内ではフレキシブル黒鉛シートとしても知られる、から構成される。好ましい圧縮黒鉛熱拡散層においては、面内の熱伝導率が少なくとも約２００Ｗ／（ｍＫ）とされ、より好ましくは少なくとも約３００Ｗ／（ｍＫ）とされる。
【００２０】
耐火パネルの全体的な性能を向上させるために炭素フォームコアに様々なコーティング処理を施すことができる。例えば抗酸素化コーティングを炭素フォームに適用すると高い酸化状態におけるフォームの寿命が長くなる。さらに、インターカレート処理された、しかし剥離されていない黒鉛粒子を含むコーティングなどの耐火用コーティングを炭素フォームコアに適用することで、かなりの高温にさらされた際の炭素フォームコア及びパネル自体の耐火性を高めることができる。そのようなコーティングは例えば、米国特許番号第６，２２８，９１４号及び第６，４６０，３１０号に開示されており、それぞれの開示は参照により本明細書に盛り込まれる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、パネル全体が平面状に設計されているため第一及び第二炭素フォームコア外表面は単一の層で覆われている。任意的に、層は配向性ストランドボード（ＯＳＢ）又は様々な石膏ボードのうちの一つから構成されても良い。さらに、外表面の一方がＯＳＢであり他方が石膏ボードであっても良い。外層として使用するのに適するその他の材料としては、様々な熱可塑性材料、有機シート、及びファイバー補強複合ボードが含まれる。
【００２２】
複合パネルを構成するために、炭素フォームコアは外層と結合されるべきである。この結合には、外層と炭素フォームコアとの間で化学的相互作用を生じさせる接着剤又はセメントなどの材料が用いられる。これらの結合剤としては、任意的に、炭素フォーム用の特定の結合剤並びに一般的なセメント、マスチック接着剤、又は高温接着剤が含まれる。フォームと外層とを結合させる機械的方法を用いることもできる。
【００２３】
本発明の目的は、従って、高い強度対密度比が要求される構造への応用において使用可能な特性を有する複合体パネルを提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、高い圧力が加えられる構造への応用に使用するために十分に高い圧縮強度を有する炭素フォームコア構造を有する複合パネルを提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、熱拡散層と炭素フォームコアとを組み合わせることで、燃焼及び焦げつきに対する耐性が非常に高いとされる耐火バリアを提供する耐火複合パネルを提供することである。
【００２６】
本発明の別の目的は、所望される寸法及び形状に製造することができる構造体断熱パネルフォームであり、炭素フォームコアは、他の類似した炭素フォームシートと機械加工又は結合することにより、より大きな構造体炭素フォームパネルを提供する。
【００２７】
本発明の別の目的は、高い湿度及び深刻な温度変化を含む環境ストレスに対する耐性を有すると共にＥＭＩ遮断性を有する複合パネルを提供することである。
【００２８】
本発明の別の目的は、炭素フォームコアにより与えられる適切な断熱効果によりパネルの第一表面と第二表面との間の温度差が維持されることが可能となるパネルを提供することである。
【００２９】
以下の記載によって当業者に明らかとなる上記及びその他の側面は、熱拡散層を有する耐火複合パネルの提供により達成される。本発明の複合パネルは、密度が約０．０３ｇ／ｃｃ〜約０．６ｇ／ｃｃとされ、より好ましくは約０．０４ｇ／ｃｃ〜約０．１６ｇ／ｃｃとされ、且つ、気孔率が約６５％〜約９９％とされる炭素フォームコアを有する。さらに、炭素フォームコアの熱伝導率は室温において約１．０Ｗ／（ｍＫ）より低く、より好ましくは約０．３Ｗ／（ｍＫ）より低く、最も好ましくは約０．０６Ｗ／（ｍＫ）〜約０．３Ｗ／（ｍＫ）とされる。
【００３０】
炭素フォームコアとして有用な炭素フォーム材の一つは、ポリマーフォーム、特にフェノール系フォーム、を、不活性又は空気を排除した雰囲気中で炭化することで生成される。炭素フォームコアのためのフェノール系フォーム先駆体は好ましくは圧縮強度が少なくとも約１００ｐｓｉとされるべきである。
【００３１】
前述した全般的な記載及び後述の詳細な記載の両方は、発明の実施形態を提供するとともに、特許請求の範囲に記載されるように、発明の性質及び特性への理解の概要又は枠組みを提供することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】１つの炭素フォーム層と、２つのコーティング層と、２つの接着剤層と、第一及び第二外層とを有する耐火複合パネルの図である。
【図２】熱拡散層と炭素フォーム層とが、第一及び第に外層の間に挟まれている耐火複合パネルの断面図である。
【図３】熱拡散層が、第一及び第二炭素フォーム層の間に挟まれている耐火複合パネルを描写している。
【図４】第一及び第に炭素フォーム層及びその間の熱拡散層のすべてが、第一１及び第二外層の間に挟まれている耐火複合パネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の炭素フォームコアに係る炭素フォームは、ポリマーフォーム、例えばポリウレタンフォーム又はフェノール系フォームから生成され、好ましくはフェノール系フォームから生成される。フェノール系樹脂は、ポリマー及びオリゴマーを含む大きな一群であり、フェノールとホルムアルデヒドの反応生成物を基本とする多様な構造から構成される。フェノール系樹脂は、酸性又は塩基性触媒の存在下でフェノール又は置換されたフェノールと、アルデヒド、特にホルムアルデヒドとが反応することにより生成される。フェノール系樹脂フォームは、連続気泡(open cell)と独立気泡(closed cell)とからなる硬化された系(cured system)である。この樹脂は一般的に、ホルムアルデヒド：フェノールの比が、変更可能であるが好ましくは約２：１である時に水酸化ナトリウムによって触媒される水性レゾール樹脂である。捕捉剤として尿素が使用され得るものの、遊離フェノール及びホルムアルデヒド含有量は低いとされるべきである。
【００３４】
フォームは、樹脂の含水量を調節し、界面活性剤（例えばエトキシル化された非イオン系）、発泡剤（例えばペンタン、メチレンクロライド、又はクロロフルオロ炭素）、及び触媒（例えばトルエンスルホン酸又はフェノールスルホン酸）を加えることにより生成される。スルホン酸が反応に触媒作用し、樹脂中に乳化している発泡剤が発熱により蒸発してフォームが膨張する。界面活性剤により気泡のサイズ並びに連続気泡対独立気泡単位の比が調節される。バッチ式プロセス及び連続式プロセスの両製法が使用される。連続式プロセスにおける機械は連続ポリウレタンフォームに使用する機械と同様である。フォームの性質は主に密度及び気泡構造に依存する。
【００３５】
好ましいフェノールはレゾルシノールであるが、その他の、アルデヒドと縮合生成物を形成できる種類のフェノールを用いることも可能である。その様なフェノールとしては、１価フェノール及び多価フェノール、ピロカテコール、ヒドロキシン、アルキル置換されたフェノール、例えばクレゾール又はキシレノールと、多核１価フェノール又は多価フェノール、例えばナフトール、ｐ．ｐ'−ジヒドロキシ酸ビフェニルジメチルメタン又はヒドロキシアントラセンとを含む。
【００３６】
フォーム出発材の生成において使用されるフェノールは、フェノールと同じようにアルデヒドと反応可能である非フェノール系化合物と混合して使用することもできる。
【００３７】
溶液内における使用に好ましいアルデヒドはホルムアルデヒドである。その他の好適なアルデヒドとしてはフェノールと同じように反応するアルデヒドがある。これらの材料にはアセトアルデヒド及びベンズアルデヒド等が含まれる。
【００３８】
一般的に、本発明のプロセスに使用可能なフェノール及びアルデヒドは米国特許番号第３，９６０，７６１号及び第５，０４７，２２５号に開示されるものであり、これらの開示は参照として本明細書の中に盛り込まれる。
【００３９】
任意的に、炭素フォームの酸化耐性を高めるために、本発明の複合パネルの炭素フォームコアを酸化耐性を向上させるための化合物を単独で含有させて生成することができる。そのような酸化防止剤には、亜リン酸及びホウ素の化合物、例えばリン酸アンモニウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛又はホウ酸の塩類、並びに液状ポリリン酸の様々な凝縮種と、それらの組み合わせとが含まれるが、しかしこれらに限定されるものではない。酸化防止剤のさらなる特性として、酸化防止剤を炭素フォーム作成の樹脂生成段階又はフェノール系フォーム生成段階のいずれかの段階中に添加できる点が挙げられる。このうちのいずれかの方法を用いることにより、フェノール系フォームの最終的な炭化が、結果として炭素フォーム構造中に亜リン酸又はホウ素を保有させて炭素フォームの酸化率を低下させる。具体的には、最終的な炭素フォーム生成物中に亜リン酸又はホウ素が重量に対して約０．０１％〜約０．５％保有されている場合、酸化率は５０％以上低下する。
【００４０】
あるいは、炭化プロセスの完了後及びパネルへの取り付け前に、炭素フォーム生成物を酸化防止剤を用いて処理することができる。好ましい方法としては、ポリリン酸又は亜リン酸含有物質の水性溶液、亜リン酸含有物質としてはリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸アルミニウム又はリン酸亜鉛などを含む、に炭素フォームを含浸させて、続いて、約５００℃まで加熱すると同時に水を取り除き、亜リン酸を炭素へと固定させる方法がある。さらに、ホウ酸などの水溶性ホウ素化合物を上記のような方法に導入して耐酸化炭素フォーム生成物を生成することもできる。
【００４１】
炭素フォームコア製造の出発材として用いられるポリマーフォームは、形成すべき炭素フォームに所望される最終密度を反映するような、初期密度を有するべきである。つまり、ポリマーフォームは密度が約０．０１５ｇ／ｃｃ〜約０．６ｇ／ｃｃとされ、より好ましくは約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃ、最も好ましくは約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．１５ｇ／ｃｃとされるべきである。一つの具体的な実施形態においては炭素フォームは密度が少なくとも０．０３ｇ／ｃｃとされる。ポリマーフォームの気泡構造は独立であるとともに気孔率は約６５％〜約９９％とされ、また、比較的高い圧縮強度、即ち、最低約１００ｐｓｉ、そして上は約３００ｐｓｉ以上までの高いオーダーの圧縮強度を有するべきである。
【００４２】
上記のしたように、炭素フォームの総気孔率は約６５％〜約９５％とされるべきであり、より好ましくは約７０％〜約９５％とされるべきである。さらに、双峰細孔分布（bimodal pore distribution）即ち２つの平均細孔サイズを有し、且つ、主画分を大きいサイズの細孔、小さい画分を小さいサイズの細孔で構成することが非常に有利であることがわかった。好ましくは、上記細孔のうち、細孔容積の少なくとも約９０％、より好ましくは細孔容積の少なくとも約９５％が大きいサイズの画分とされるべきであり、細孔容積の少なくとも約１％、より好ましくは細孔容積の少なくとも約２％〜約１０％が小さいサイズの画分とされるべきである。
【００４３】
炭素フォームにおける双峰細孔分布の大きい方の細孔画分は、直径約１０〜約１５０ミクロン、より好ましくは直径約１５〜約９５ミクロン、最も好ましくは直径約２５〜約９５ミクロンであるべきである。細孔の小さい方の細孔画分は、直径約０．８〜約３．５ミクロン、より好ましくは直径約１〜約２ミクロンの細孔を含むべきである。炭素フォームの双峰性によって連続気泡フォームと独立気泡フォームとの間の中間構造が与えられ、それらがフォーム構造を維持すると同時にフォームの液体浸透性を制限する。実際、炭素フォームは約３．０ダルシー以下、より好ましくは約２．０ダルシー以下の液体浸透性を示すことが有利である（例えばＡＳＴＭ  Ｃ５７７を用いて測定される）。
【００４４】
通常、気孔率、個別の細孔のサイズ、形状などの特徴は、例えば、明視野照明を用いるエポキシマイクロスコピーマウントを使用して光学的に測定され、市販のソフトウェア、例えば、メリーランド州シルバースプリングスのＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃ社から発売されているＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｓｏｆｔｗａｒｅを用いて決定される。
【００４５】
ポリマーフォームを炭素フォームに変化させるには、温度約５００℃、より好ましくは少なくとも８００℃〜約３２００℃で、窒素存在下などの不活性又は空気を排除した雰囲気中で熱処理することによってフォームを炭化させる。ポリマーフォームは、炭化中に約５０％以上も収縮する可能性があるため、ポリマーフォームが数日間かけて所望温度へと到達するように加熱速度を調節するべきである。効果的に炭化させるにはポリマーフォームが確実に一様に加熱されるように気をつけるべきである。
【００４６】
不活性又は空気を排除した雰囲気中で熱処理されたポリマーフォームを用いることによって、密度は出発ポリマーフォームとほぼ等しいものの圧縮強度対密度比は少なくとも約３００ｐｓｉ／（ｇ／ｃｃ）〜１００００ｐｓｉ／（ｇ／ｃｃ）とされるような非黒鉛化ガラス質炭素フォームが得られる。
【００４７】
好ましくは、炭素フォームにおいてパネルを通じる熱伝導率が約１０Ｗ／（ｍＫ）以下、より好ましくは約１Ｗ／（ｍＫ）以下とされる。
【００４８】
ここで図１を参照すると、図１には炭素フォームコア１２を有する複合パネル１０の部分側面図が示される。
【００４９】
示される炭素フォームコア１２及びパネル１０は一般的に平面状であるものの様々な規格を満たすように構成されることができる。任意的に、炭素フォームコア１２は、機械加工又は型取りのいずれかの方法で所望される応用に最適とされるように屈曲されたり端を湾曲されたりすることができる。
【００５０】
パネル１０は、炭素フォームコア１２を挟んで対向している外表面に設置された第一外層１４及び第二外層１６の両方を有する。炭素フォームコア１２及びパネル１０と同様に、第一外層１４及び第二外層１６の両方は所望される応用によって様々な形状をとることができる。第一外層１４及び第二外層１６は、複合パネルの特定の構造の応用によって同一の又は異なる材料から構成されることができる。これらの材料としては、典型的な構築材料、例えば合板、配向性ストランドボード、乾式工法の壁、石膏、セメント化合物、複合木材、又はその他の様々な剛性有機又は無機建築ボードが含まれる。さらに、第一外層１４及び第二外層１６は上記の材料の含浸物でも良く、又は、熱可塑性材料、樹脂、炭素複合物、セラミック複合物又はその他の様々な人工的に生成された材料を含んでいても良い。
【００５１】
高い剛性又は摩擦耐性が要求される特定の構造の応用においては、第一外層１４及び第二外層１６の両方を設けるために様々な金属複合物が用いられる。航空機の場合においては、これらの層は、炭素フォームコア１２の周りの薄い金属又は複合皮膜を含むことができ、又は、剛性の高い船舶の場合、第一外層１４及び第二外層１６は硬化された金属複合物を含むことができる。第一外層１４及び第二外層１６は、パネル１０の特定の応用に必要とされる引っ張り強さ及び耐火性に基づいて選択される。さらに、第一外層１４及び第二外層１６はパネル１０を使用する際必要に応じて二つの異なる材料から構成されることができる。例えば、住居建造物構造において、第１の外層１４が環境ストレスに対して不浸透性となる熱可塑性材料で構成される一方で、第２の外層１６は、石膏ボードで構成されたり又は外形的に美しく住居建造物のインテリアとしてより見栄えの良いパネルであるように構成されたりすることができる。第一外層１４及び第二外層１６の両方又はいずれか一方を構成することができるその他の材料としては、これらに限定されないが、紙、強化紙複合物、配向性ストランドボード、ファイバーボード、乾式工法の壁、石膏、石膏混合物、木材、木材混合物、合板、熱可塑性材料、プラスチック混合物、樹脂、金属、金属合金、金属複合物及びそれらの組み合わせが含まれる。
【００５２】
第一外層１４及び第二外層１６は結合剤又は接着剤１８によって炭素フォームコア１２に結合される。この結合剤又は粘着剤１８には高温状態や酸性の環境に露出されるような特定の応用に好適な化学結合剤が含まれる。種々の化学結合剤としては、粘着剤、のり、セメント及びマスチック接着剤がある。任意的に、第一外層１４及び第二外層１６を機械的な材料を用いて炭素フォームコア１２に組み付けることができる。この方法は炭素フォームコア１２の統合性及び一様な特性に影響が及ぶ一方で、コストが抑えられるとともに非常に早く完了させることができる。第一外層１４及び第二外層１６の両方を炭素フォームコア１２に組み付けるための様々な機械組み付け法としては、次に限定されるものではないが、釘、止め金具、ネジ、補強材、支柱、ファスナー、ホチキス、及びそれらの組み合わせを用いる方法がある。さらに、第一外層１４及び第二外層１６と炭素フォームコアとに一連の高圧縮処理を施すことで第一外層１４及び第二外層１６を炭素フォームコアに圧縮して結合させることができる。このタイプの結合は機械又は化学結合の何れかの任意的な結合よりも長持ちはしないものの、余計な化学化合物を導入しないので化学又は機械結合方法のように炭素フォームコア１２の構造統合性を弱化させることがない。
【００５３】
パネル１０はさらに、第一コーティング２０及び第二コーティング２２の何れか一つ又は両方を有することができ、これらのコーティングは炭素フォームコア１２の性質を変化させるために炭素フォームコア１２に適用される。具体的には、第一コーティング２０及び第二コーティング２２は炭素フォームコア１２の状態及び必要とされる性質によって同一の又は異なるものとされることができ、また、炭素フォームコア１２の耐火性を向上させる耐火性向上コーティング又は酸化防止コーティングなどとされることができる。
【００５４】
ＳＩＰなどの複合パネル１０の断熱層として炭素フォームコア１２を有することによりパネル１０は固有の難燃性／耐火性を有することとなる。他の断熱材がＳＩＰのコア部構造から単に酸素を排除するだけであるところ、炭素フォームコア１２はそれ自体が燃焼に対して耐性があるので火事状況下では全く又は少ししか煙を生じさせない。具体的には、炭素フォームコア１２は主にフォーム構造内に比較的少なく存在している他の要素と連結した炭素から形成されている。そのため、炭素フォームコア１２の単純な酸化が原因となる燃焼又は発煙の場合を除いては燃焼や発煙の原因となる材料の存在が少ない。例えば、本発明で用いられる炭素フォームコアにおいては、ＡＳＴＭ  Ｅ−８４トンネルテストの火事状況下において全ての密度で発煙率がゼロである。事実、重大な酸化が起こすためには温度が高温まで到達しなければならないことから、炭素フォームコア１２は耐火性を有する構造であることが要求される商業施設及び住居建造物に適している。
【００５５】
同様にして、炭素フォームコア１２は、昆虫、湿気、及び熱を含む多くの環境ストレスに対して耐性がある。炭素フォームは非常に固い材料であるので、昆虫が住むのには適していないとともに、湿気変化による化学的及び構造的性質の変化がほとんど起こらない。さらに、複合パネル１０がさらされることとなる特定の環境下の応用に応じて第一外層１４及び第二外層１６を選択することができる。
【００５６】
熱拡散層及び難燃性について
熱拡散層をパネル１０に組み込むことによりパネルの難燃性が大きく向上する。前述したとおり、複合パネル内で火が誘発されるということの主な意味は、外表面の層間剥離を介して生じるということ、そしてパネル材料の層間剥離した位置で自動発火温度に到達するまで加熱がされるということである。本発明に係る熱拡散層は発火点である場所からパネル全体に渡って熱を急速に伝えて拡散させる。これにより、何れの場所の温度も効率よく低下されて外表面における熱によって誘発される層間剥離発生までの時間が延ばされる。さらに、パネル内部の温度上昇はよりゆっくり、より一様となるので、コア部が燃焼又は酸化し始めるまでの時間が延ばされる。熱拡散層はさらに、火からの熱を、パネルの火がある側へと放射又は反射し戻す役割を果たすことから火の無い側のパネル表面の温度上昇を減少させる。
【００５７】
熱拡散層としての使用に好適な材料としては、熱分解性黒鉛材料、例えば特定のポリマーフィルムの熱分解とそれに続く黒鉛化により得られるようなものがある。しかしながらこれらの材料は好ましいとはいえず、その理由としては、これらの材料が莫大なコストがかかるものであり、また市販されているものは単層厚さ０．１５ｍｍ以下のもののみであるためパネル表面を連続的な一片で被覆するのに十分なシートサイズのものは入手できないことが挙げられる。
【００５８】
熱拡散層としての使用に最も好ましい材料は圧縮された膨張黒鉛粒子からなるシートであり、その理由は圧縮膨張黒鉛粒子シートが有する異方性のある熱性質にある。圧縮膨張黒鉛シートはその縦幅方向に対しては優れた熱伝導率を有するもののシートの厚さ方向に対しては熱はゆっくりと伝わる。そのため熱は発火点からパネルの表面全体に渡って拡散する。また、パネルの火のある側へと熱が後方反射されるために熱はパネルを通過しないので、パネルを介して火にさらされていない反対側の外表面へと熱が伝達されることが制限される。さらに圧縮膨張黒鉛は化学的及び熱的攻撃に対して高い耐性を有している。
【００５９】
好適な膨張黒鉛（業界内では度々「フレキシブル黒鉛」とされる）の圧縮された粒子からなるシートの生成においては、まず、黒鉛フレークを、例えば硝酸と硫酸の混合液などの溶液を用いてインターカレート処理し、熱にさらして膨張又は剥離させ、そして膨張したフレークを圧縮することで密着したシートを形成する。圧縮膨張黒鉛粒子シートの生成については例えば米国特許番号第ＵＳ−２００５−００７９３５５−Ａ１号に記述がありその中で開示されるものは参照として本明細書に盛り込まれる。
【００６０】
本発明に係る発明に使用されるのに好適なフレキシブルシートのための黒鉛出発材としては、有機及び無機酸並びにハロゲンがインターカレートされることが可能であるとともに熱にさらされた時に膨張可能な高黒鉛状炭素質材料が含まれる。上記高黒鉛状炭素質材料は最も好ましくは黒鉛化度約１．０を有する。本開示の中で用いられるように、「黒鉛化度」とは次式に従うｇ値である。
ｇ=(3.45-d(002))/0.095
ここで、ｄ（００２）は結晶構造内の炭素の黒鉛層間の空間であり、測定単位はアームストロングである。黒鉛層間の空間ｄはスタンダードなＸ線回折技法により測定される。ミラー指数（００２）、（００４）及び（００６）に対応する回折ピークの位置が測定されて標準最小二乗技法が適用されることにより、これらの全ピークの総エラーを最小化するような空間が導出される。高黒鉛状炭素質材料としては例えば、様々な原料から得られる天然黒鉛並びに、化学蒸着、ポリマーの高温熱分解、又は融解した金属溶液の結晶化より生成される黒鉛などを含むその他の炭素化材料が含まれる。天然黒鉛が最も好ましい。
【００６１】
本発明において使用されるフレキシブルシートの黒鉛出発材は、必要とされる黒鉛化度を有する結晶構造を有しているとともに膨張可能である限りは、非黒鉛化合物を含むことができる。一般的に、必要とされる黒鉛化度を有する結晶構造を有しているとともに膨張可能な炭素含有材料であれば、どのような炭素含有材料も本発明での使用に適している。そのような黒鉛は、好ましくは灰含有量が２０重量パーセント以下とされる。より好ましくは本発明で使用される黒鉛は少なくとも純度９４％とされる。最も好ましい実施形態においては使用される黒鉛は少なくとも純度約９８％とされる。
【００６２】
黒鉛シートを製造する一般的な方法はＳｈａｎｅらによる米国特許番号第３，４０４，０６１号に開示されておりこの開示は参照として本明細書に盛り込まれる。Ｓｈａｎｅらの方法の典型的な実施例では、例えば硝酸及び硫酸の混合物を含む溶液、黒鉛フレーク１００重量パーツあたりインターカラント溶液約２０〜約３００重量パーツ（ｐｐｈ）のレベルで含む溶液が有利とされる、の中にフレークを分散させることにより天然黒鉛フレークをインターカレート処理する。インターカラント溶液にはこの分野で知られる酸化剤及びその他のインターカラントが含まれる。例えば、酸化剤及び酸化性混合物を含む溶液、例えば硝酸、塩素酸カリウム、クロム酸、過マンガン酸カリウム、クロム酸カリウム、二クロム酸カリウム、過塩素酸等、又は混合物、例えば、濃硝酸と塩素酸塩、クロム酸とリン酸、硫酸と硝酸、又は強有機酸の混合物、例えばトリフルオロ酢酸、及び有機酸に可溶な強酸化剤、を含む溶液が挙げられる。あるいは、電位を利用して黒鉛を酸化させることもできる。電解酸化を用いて黒鉛結晶中に導入させることができる化学種としては硫酸並びにその他の酸がある。
【００６３】
好ましい実施形態においては、インターカラントは硫酸、又は硫酸及びリン酸、と酸化剤、即ち硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、ヨウ素酸又は過ヨウ素酸等の混合物の溶液とされる。あまり好ましくはないが、インターカラント溶液は、塩化第二鉄などの金属ハロゲン化物、及び硫酸と混合した塩化第二鉄、又はハロゲン化物、例えば、臭素と硫酸の溶液又は有機溶剤中の臭素としての臭素、を含むこともできる。
【００６４】
インターカラント溶液の量は、約２０〜約３５０ｐｐｈ、より典型的には約４０〜約１６０ｐｐｈの範囲とされる。フレークをインターカレート処理した後、全ての余分な溶液がフレークから取り除かれてそしてフレークが水洗される。
【００６５】
あるいは、インターカラント溶液の量を約１０〜約４０ｐｐｈに制限することができ、これによって、ここにその開示を参考として盛り込む米国特許第４，８９５，７１３号に教示されている様に洗浄工程を省くことができる。
【００６６】
インターカラント溶液を用いて処理された黒鉛フレークの粒子は、例えば混合することによって、温度２５℃〜１２５℃で酸化性インターカラント溶液の表面被膜と反応可能なアルコール、糖、アルデヒド及びエステルの中から選択される有機還元剤と任意的に接触させることができる。具体的な好適な有機試剤としては、ヘキサデカノール、オクタデカノール、１−オクタノール、２−オクタノール、デシルアルコール、１，１０デカンジオール、デシルアルデヒド、１−プロパノール、１，３−プロパンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、デキストロース、フルクトース、ラクトース、スクロース、ジャガイモデンプン、エチレングリコールモノステアレート、ジエチレングリコールジベンゾエート、プロピレングリコールモノステアレート、グリセロールモノステアレート、ジメチルオキシレート、ジエチルオキシレート、メチルホルメート、エチルホルメート、アスコルビン酸及びリグニンに由来する化合物、例えばリグノ硫酸ナトリウムがある。有機還元剤の量は黒鉛フレーク粒子の約０．５〜４重量％とされることが適切である。
【００６７】
インターカレート処理の前及び最中又は直後に膨張助剤を用いることにより様々な改善がなされる。中でも特に、膨張温度の低下及び膨張体積（「ウォーム(worm)体積」）の増加がある。膨張における改善のために本明細書における膨張助剤はインターカラント溶液に十分に可溶な有機材料であることが有利である。具体的には、好ましくは前記のタイプの有機材料であって、且つ、炭素、水素及び酸素だけを含むものを用いても良い。カルボン酸が特に効果的であることが分かっている。膨張助剤として有用な、適切なカルボン酸は、少なくとも一個の炭素原子、好ましくは約１５個までの炭素原子を有するとともに、インターカラント溶液中に、膨張における特性のうちの一つ以上の特性を大きく向上するのに有効とされる量で溶解し得る、芳香族、脂肪族又は環状脂肪族、直鎖状又は分岐鎖状の、飽和及び不飽和モノカルボン酸、ジカルボン酸及びポリカルボン酸の中から選択される。有機膨張助剤のインターカラント溶液中での溶解度を向上させるために適切な有機溶剤を使用することができる。
【００６８】
飽和脂肪族カルボン酸の代表例は、例えば式Ｈ（ＣＨ2）nＣＯＯＨでｎは０から約５の数である酸であり、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、等が含まれる。カルボン酸の代わりにアルキルエステルなどの酸無水物又は反応性カルボン酸誘導体も使用できる。アルキルエステルの代表例はギ酸メチル及びギ酸エチルである。硫酸、硝酸及び他の公知の水性インターカラントはギ酸を最終的に水及び二酸化炭素に分解する能力を有する。このため、水性インターカラント溶液にフレークを浸漬する前に、ギ酸及び他の敏感な膨張助剤と黒鉛フレークとを接触させることが有利である。ジカルボン酸の代表例は、２〜１２個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸、特にシュウ酸、フマル酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、１，５−ペンタンジカルボン酸、１，６−ヘキサンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、シクロヘキサン−１，４−ジカルボン酸、及びフタル酸又はテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸である。アルキルエステルの代表例はシュウ酸ジメチル及びシュウ酸ジエチルである。環状脂肪族酸の代表例はシクロヘキサンカルボン酸であり、芳香族カルボン酸の代表例は安息香酸、ナフトエ酸、アントラニル酸、ｐ−アミノ安息香酸、サリチル酸、ｏ−、ｍ−及びｐ−トリル酸、メトキシ及びエトキシ安息香酸、アセトアセタミド安息香酸及びアセトアミド安息香酸、フェニル酢酸及びナフトエ酸である。ヒドロキシ芳香族酸の代表例はヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、４−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸及び７−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸である。ポリカルボン酸の中ではクエン酸が特記される。
【００６９】
インターカラント溶液は水性であり、好ましくは約１〜１０％の膨張助剤、これは膨張促進するのに有効な量である、が含まれる。膨張助剤と黒鉛フレークとを水性インターカラント溶液に浸漬する前又は後に接触させるような実施形態においては、膨張助剤を、黒鉛と、典型的には黒鉛フレークの約０．２〜約１０重量％の量で、適切な手段、例えばＶ−ブレンダーを用いて混合することができる。
【００７０】
黒鉛フレークをインターカレート処理した後、インターカレート処理した黒鉛フレークと有機還元剤とを混合し、その後、その混合物を温度２５℃〜１２５℃にさらし、還元剤とインターカレート処理した黒鉛フレークとの反応を促進させる。加熱期間は約２０時間までとされ、上記範囲内でも高温であれば加熱時間はより短く、例えば少なくとも約１０分間とされる。高温では、３０分以下、例えば１０〜２５分間のオーダーの時間でもよい。
【００７１】
黒鉛フレークをインターカレート処理して膨張させるための上記方法は、黒鉛フレークを黒鉛化温度、即ち約３０００℃以上の温度範囲で前処理して潤滑性添加剤のインターカラント溶液に含漬することで、その効果が向上される。
【００７２】
黒鉛フレークを前処理、つまりアニーリング処理することによって、後続のインターカレート処理及び膨張処理時にフレークの膨張が大幅に増大される（即ち膨張体積が３００％以上増加される）。実際、アニーリング工程を含まない同様の処理と比較すると膨張は少なくとも約５０％増大される。アニーリング工程で使用される温度は、１００℃低いだけでも膨張を実質的に減少させてしまうので３０００℃を大きく下回るべきではない。
【００７３】
本発明のアニーリングは、インターカレート処理及び後続の膨張処理においてより大きな膨張度を有するフレークを得るために十分な時間行われる。典型的には、要される時間は１時間以上、好ましくは１〜３時間とされ、不活性環境中で行うのが最も有利とされる。最大限有利な結果を得るためには、アニーリング処理した黒鉛フレークを、この分野で公知の他の処理、即ち有機還元剤及び有機酸などのインターカレーション助剤存在下でのインターカレート処理及び後続の界面活性剤洗浄処理をも施して膨張度を増大させる。さらに、インターカレート処理工程を繰り返すことで最大限有利な結果が得られる。
【００７４】
本発明において採用される温度、３０００℃の範囲、は、黒鉛化プロセスにおける温度範囲の上限であることから、本発明のアニーリング工程は誘導炉又は黒鉛化分野で周知及び認知されている装置を用いて行っても良い。
【００７５】
黒鉛をインターカレート処理前にアニーリング処理することで生成されるウォームは、時に互いに「凝集」して坪量(area weight)の均一性に悪影響を及ぼすので、「自由流動性（free flowing）」を有するウォームの形成を補助する添加剤の使用が非常に望まれる。インターカラント溶液に潤滑性添加剤を加えることにより、圧縮装置の台（例えば、黒鉛のウォームをフレキシブル黒鉛シートに圧縮、又は「カレンダー加工」するために従来用いられるカレンダー加工装置の台）全体にウォームをより均一に分布させることができる。従って、出発材として用いる黒鉛粒子が従来用いられるものよりも小さくても、結果として得られるシートは高い坪量均一性と大きな引張強度とを有する。潤滑性添加剤は好ましくは長鎖炭化水素である。他の官能基が存在する場合でも長鎖炭化水素基を有する他の有機化合物もまた用いることができる。
【００７６】
より好ましい潤滑性添加剤は油とされ、特に不快臭や臭気を発しにくいことを考えると鉱油が最も好ましく、これは長期間貯蔵の点で重要であると考えられる。上で詳細に記載した膨張助剤の一部も潤滑性添加剤として定義されることに注意されたい。これらの材料を膨張助剤として使用する場合は別の潤滑性添加剤をインターカラントに含まなくとも良い。
【００７７】
潤滑性添加剤の量は、インターカラント中に少なくとも約１．４ｐｐｈ、より好ましくは少なくとも約１．８ｐｐｈとされる。潤滑性添加剤を含む上限は下限ほど重要ではないものの、約４ｐｐｈを超えるレベルで潤滑性添加剤を含ませてもさらなる利点はあまりない。
【００７８】
この様に処理された黒鉛粒子は「インターカレート処理された黒鉛粒子」とも称される。高温にさらされることにより、例えば少なくとも約１６０℃、特に約７００℃〜１０００℃以上の温度にさらされることにより、インターカレート処理された黒鉛粒子は、ｃ−方向即ち構成する黒鉛粒子の結晶面に対して直角方向に、アコーディオン状に、本来の体積の約８０〜１０００倍以上にも膨張する。膨張した膨張黒鉛粒子は、蠕（ぜん）虫状の外観をしているために一般的にウォームと称される。これらのウォームを一緒に圧縮型で圧縮成形させてフレキシブルシートが形成されるが、これらのシートは本来の黒鉛フレークとは異なり、後述するように、様々な形状に成形及び裁断することができる。
【００７９】
あるいは本発明のフレキシブル黒鉛シートは、例えば本明細書に参照としてその開示が盛り込まれる米国特許出願第６，６７３，２８９号に開示されているように、新しく膨張させられたウォームよりもむしろ再粉砕されたフレキシブル黒鉛シートの粒子を利用しても良い。シートは、新しく形成されたシート材料、リサイクルされたシート材料、スクラップシート材料又はその他の適切な材料でもよい。
【００８０】
フレキシブル黒鉛シート及びホイルは良好な取扱強度で密着し、例えば圧縮型を用いて圧縮成形されて、厚さ約０．０２５ｍｍ〜３．７５ｍｍ及び典型的な密度約０．１〜１．５グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）とされる。任意的に、黒鉛シートはファイバー及び／又は塩類が盛り込まれたり又は様々な樹脂に含浸されたりすることでその扱いやすさ及び耐久性が向上する。さらに、その性質（粘着性、材料流れ、疎水性など）を修正するために反応性又は非反応性添加物を用いてもよい。黒鉛シートを処理してシートの空隙状態を変化させることができる。空隙状態とは通常捕捉された空気の形とされる空隙がシートを占めるパーセンテージを意味する。シートの空隙状態を変えるための処理は通常、例えばカレンダー加工製粉機又は取り付け盤プレスを用いて、シート内の空隙レベルを減少させるようにシートに圧力を加えること（これによりシートの密度もまた高められる）により達成される。黒鉛シートは少なくとも１．３ｇ／ｃｃの密度まで圧縮ことが有利である（しかしながら、記載したとおりに樹脂に含浸されることで非常に高いレベルまで高密度化させることを必要とせずに空隙を減少させることができる）。
【００８１】
一実施形態においては、図２に示されるように、熱拡散層２４は炭素フォームコア１２に結合されている。様々な層を結合するという意味は前記のとおりである。この熱拡散層２４は、炭素フォームコア１２の片方の側又は両側のいずれかに配置されることができるとともに、外層１４、外層１６、炭素フォームコア１２のいずれかの間に配置されることができる。
【００８２】
第２の実施形態では、図３に描写されるように、熱拡散層２４は炭素フォーム材料２６及び２８の第１及び第２層の間にそれぞれ挟まれている。
【００８３】
図４はもう一つの実施形態を描写し、この実施形態においては、熱拡散層２４は第一炭素フォーム材層２６及び第二炭素フォーム材層２８の間に配置されるとともにそれら全てが第一外層１４及び第二外層１６の間に挟まれている（それぞれ挟まれている様子は図示せず）。さらなる熱拡散層２４を外層１４又は１６及び炭素フォーム層２６又は２８のいずれかの間に含むとすることができる。第一及び第二炭素フォーム層２６及び２８の間に熱拡散層２４が含まれることで、結果として、熱拡散層２４の後に、少なくとも外層及び炭素フォーム層が、常にパネルの火にさらされていない冷えた側にあるような耐火複合パネルが得られる。
【００８４】
熱拡散層２４の熱拡散性能によって、熱拡散層を使用しない構造に比べてより低密度な炭素フォームを炭素フォームコア１２として用いることが可能となる。あるいは熱拡散層２４を用いることで優れた耐火性を維持すると同時に炭素フォーム層の厚さを減少させることができる。どちらの方法でも熱拡散層を使用せずに製造されたパネルに比べて重量及び耐火性の点で有利となる。
【００８５】
本発明の１つの有利な実施形態においては、熱拡散２４が図２に示されるように取り付けられ、炭素フォーム層１２が好ましくは約０．５インチ〜約６インチの厚さであるとされ、より好ましくは約３インチ〜約４インチの厚さとされる。図３及び図４の実施形態においては、第１及び第２炭素フォーム層２６及び２８の厚さは全体としての耐火性が維持される限り異なるものとされることができる。１又は２つの炭素フォーム層が用いられたかどうかによって炭素フォームは密度が約０．０１５ｇ／ｃｃ〜約０．１６ｇ／ｃｃとされるべきであり、また圧縮強度対密度比が約３００ｐｓｉ（ｇ／ｃｃ）〜約１０，０００ｐｓｉ／（ｇ／ｃｃ）とされるべきである。前述の耐火性を向上させる又は酸化耐性を高めるようなタイプのコーティングは、単一の炭素フォーム層１２又は第一及び第二炭素フォーム層２６及び２８上であって熱拡散層２４とフォームの間又は熱拡散層２４と外層１４及び１６の間のいずれかに施すことができる。
【００８６】
パネル１０とその優れた強度対密度比並びに耐火性によって、パネルは幅広い構造の応用において好適となる。特に、複合パネル１０は軽量であり且つ強度を有する材料が要求される建造物、さらに耐火性に関する規定が与えられている建造物の建設において非常に有用である。さらに本発明によるパネル１０は所望される熱耐性を有するので建造物内の調節された気候の維持に役立つ。さらに高い圧縮強度対密度比を有するパネル１０は軽量であり且つ強度を有する構造であることが要求される船舶においても理想的である。具体的には、船舶の動きを維持するようできる限り軽量であるべきにもかかわらずかなりの加圧が予想されるような航空機運搬デッキにおいて、パネル１０を採用することができる。さらに、パネル１０を航空機運搬デッキに採用することによりデッキパネルの中に耐火要素が直接取り入れることとなる。パネル１０はさらに、剛性が高く強度もある一方で軽量な材料であることが有用である航空機においても使用することができる。
【００８７】
ある実施形態においては第一及び第二炭素フォーム層は少なくとも約０．２５インチの厚さを有するとされる。他の実施形態において炭素フォーム層は実質的に等しい厚さを有するとされる。さらなる実施形態においては第一及び第二炭素フォーム層は２．０インチまでの範囲内の厚さを有するとされる。さらなる実施形態においては第一及び第二炭素フォーム層は少なくとも０．２５インチ〜約３インチの厚さを有するとされる。さらなる実施形態においては第一及び第二炭素フォーム層の足し合わせの厚さは少なくとも約４インチとされる。
【００８８】
下記の実施例は、本発明のさらなる描写及び説明のためにされるもので、何れの関連事項をも限定するものではない。
【００８９】
例１
表１で記載されるように製造された構造断熱パネルが準備される。各パネルについて、空気／プロパン松明を用いてデータが取得され、ここでパネル表面から炎の先端までは約３インチの間隔が維持されているとする。松明が構造物を完全に燃やしつくすまでの時間が測定されて表１に記載されている。
【００９０】
【表１】
0005557184.tif 000002
【００９１】
表１に示される結果は、熱拡散層を炭素フォームコアと結合させて使用した場合に耐火性能が向上したことを示している。１インチ厚のフォームは何れの密度を有するものでも比較的はやく燃え尽きてしまうが、本発明による熱拡散層と結合されたフォームの場合には、最も低い密度を有するものでも１時間以上燃え尽きることなく残る。
【００９２】
例２
大規模な燃焼試験では、タイプＸの石膏ボードの外層１６と結合された３．５インチ厚の炭素フォームコア１２の何れかの側に熱拡散層２４を使用して燃焼試験が行われ、パネルは少なくとも約２時間というＡＳＴＭ  Ｅ−１１９燃焼評価を得た。
【００９３】
熱拡散層、特に圧縮された膨張黒鉛粒子からなる熱拡散層を組み入れることによって、耐火性能が向上した複合パネルが製造される。圧縮膨張黒鉛シートの異方性を有する熱性質により、ユニークに適用される熱拡散層が提供される。熱拡散層と組み合わせて使用される非常に安定した温度状態にある炭素フォームによって、特に優れた耐火性を有するパネルが提供される。本発明のパネルの強度と耐火性能とを組み合わせることにより、幅広く使用可能な、大きくな改善がなされた製品が提供される。
【００９４】
従って、本発明を実行することによりこれまでには認識されていなかった特性を有する炭素フォームコア及び熱拡散層を備える複合パネルが製造される。これらのパネルは、非常に高い圧縮強度密度比、大幅に向上した耐火性及び環境安定性並びにＥＭＩ遮断性を示すことから、住居構造から航空機及び船舶構造単位の範囲にまで渡る構造の応用において他に類をみないほど有効である。
【００９５】
本応用において参照した全ての参考特許及び発行物の開示は、本明細書に参照して盛り込まれる。
【００９６】
上記により、当業者による本発明の実施が可能となることが意図される。本明細書を読む上で当業者にとって自明である可能な変更及び修正の全てを詳細に記すことは意図されていない。しかしながら、そのような修正及び変更の全てが、次の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることが意図される。逆の意味であることが特に示されない限り、特許請求の範囲は、本発明で意図される目的を満たすことのできるいずれの取り合わせ又は順序の中の、示される構成要素及び段階をカバーすることが意図される。
【図１】
0005557184.tif 000003
【図２】
0005557184.tif 000004
【図３】
0005557184.tif 000005
【図４】
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