(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な耐久性と均一な発熱を持ち、広く適用でき、電気消費量の少ない保温布地を提供する。【解決手段】光反射層を用い、表面生地１と光反射層３の間に高強度、高弾性および高導電性を有するポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２を設けることにより、保温布地の使用性と耐久性を向上させるうえ、熱エネルギーの利用効率を効果的に高めることができる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
表面生地、光反射層および前記表面生地と前記光反射層の間に設けられたポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯からなることを特徴とする保温布地。
【請求項２】
前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯のポリアクリロニトリル系炭素繊維は基質に配列・固定されていることを特徴とする請求項１に記載の保温布地。
【請求項３】
前記基質は布質であることを特徴とする請求項２に記載の保温布地。
【請求項４】
前記光反射層は前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の保温布地。
【請求項５】
前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯と前記光反射層の間にさらにライニングが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の保温布地。
【請求項６】
前記光反射層はライニングに固定されていることを特徴とする請求項５に記載の保温布地。
【請求項７】
前記光反射層の保温体と対向する側が銀色の光反射面であり、前記光反射層の前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯と対向する側がダーク色の光吸収面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の保温布地。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、保温布地に関し、更に詳しくは、発熱芯を有する保温布地に関する。
【従来の技術】
【０００２】
現在、市販品として多種の保温布地があり、その中の一種は使い捨て保温設計を用いており、金属粉末の混合酸化物を利用して化学反応（酸化）により熱エネルギーを発生させることを利用した保温布地である。該設計では温度を制御し難くて、また化学物質材料を貯蔵・保護には不織布（Ｎｏｎ Ｗｏｖｅｎ Ｆａｂｒｉｃ）および/または薄膜を使わなければならないため、使用範囲が限られている。もう一種の保温布地は発熱芯の設計を用い、電気エネルギーにより発熱するものである。金属線を真ん中に挟んで発熱させるのは一般的であるが、金属線は折れやすくて発熱が不均一なため、使用の限界性も大きくて、市場で売れるのは難しい。
【考案の概要】
【考案が解決しようする課題】
【０００３】
本考案は、前記のような保温布地の欠点に対し、良好な耐久性と均一な発熱を持ち、広く適用でき、電気消費量の少ない保温布地を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記技術課題を解決するために、本考案が採用した技術方案は、表面生地、光反射層および前記表面生地と前記光反射層の間に設けられたポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯からなることを特徴とする保温布地を提供する。
【０００５】
本考案に記載の保温布地において、前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯のポリアクリロニトリル系炭素繊維は基質に配列・固定されている。
【０００６】
本考案に記載の保温布地において、前記基質は布質である。
【０００７】
本考案に記載の保温布地において、前記光反射層は前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯に固定されている。
【０００８】
本考案に記載の保温布地において、前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯と前記光反射層の間にさらにライニングが設けられている。
【０００９】
本考案に記載の保温布地において、前記光反射層はライニングに固定されている。
【００１０】
本考案に記載の保温布地において、前記光反射層の保温体と対向する側が銀色光反射面であり、他の前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯と対向する側がダーク色光吸収面である。
【００１１】
本考案の保温布地は、光反射層を用い、表面生地と光反射層の間に高強度、高弾性および高導電性を有するポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯を設けることにより、保温布地の使用性と耐久性を向上させるうえ、熱エネルギーの利用効率を効果的に高め、電気消費量を低めることができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施例１
図１に示されたように、保温布地は表面生地１、ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２、及びポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２の上に被覆する光反射層３を含む。ここで、ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２は表面生地１の裏表面に覆い、光反射層３は縫い付け、熱圧、貼り付けまたはスプレーコーティングなどの方法でポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２に固定されることができる。光反射層３の保温体と対向する面は銀色の光反射面３０１であり、銀色が熱輻射に対する反射機能を利用して保温体の熱エネルギーの散失を減少するためにある。その他、光反射層３のポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２と対向する面はダーク色の光吸収面３０２であり、ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２から発熱したエネルギーを吸収するためにある。前記ダーク色の光吸収面３０２のダーク色としては、特に制限されていないが、ブラック、ダークブルー、ダークブラウンなどであっても良い。ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯２は電源をつなぐと使用できるようになる。
【００１３】
本考案の保温布地において、ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が使用の需要に応じて布質またはその他の媒質の中に配列・固定されることにより製造されたものである。ポリアクリロニトリル系炭素繊維の英語表示はＰＯＬＹＡＣＲＹＬＯＮＩＴＲＩＬＥ ＣＡＲＢＯＮ ＦＩＢＥＲまたはＰＡＮ-ＢＡＳＥＤ ＣＡＲＢＯＮ ＦＩＢＥＲ（以下はＰＡＮ系炭素繊維と略称する）である。ＰＡＮ系炭素繊維は高強度、高弾性、低重量、耐高温性、耐食、および優れた導電性を有するという利点がある。ＰＡＮ系炭素繊維の発熱原理は内部炭素又はグラファイトの固有の導電発熱の特性に基づいたものであるため、既存の一般的な金属抵抗または構造的導電高分子重合体の導電発熱とは極めて異なる。
【００１４】
本考案の保温布地に用いられるＰＡＮ系炭素繊維の製造過程は、ポリアクリロニトリル繊維の製造、安定化工程（耐炎化）、炭素化工程、表面処理とのり付け工程、グラファイト化工程などの五つの工程に分けられる。まず、ポリアクリロニトリル重合体を繊維に織り上げ、炭素繊維用前駆体（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）として、２００〜３００℃で空気中１０〜２０時間加熱することは安定化（耐炎化）加工といい、その主な反応は二トリルの重合と脂肪族炭素の酸化であるゆえ、表１に示されたように、酸化繊維が得られる。次に３００〜４００℃で窒素中加熱して前炭素化工程を行い、この時直鎖状重合体切断反応と架橋反応が始まる。そして４００〜９００℃で窒素中加熱し続け、その主な反応は脱ＨＣＮであり、はしご状環化数が増加し、この時ＮＨ3、ＣＨ4、Ｈ2と高分子分解物が生成する。その後９００（１０００）〜１５００℃で窒素中炭素化工程を行い、５０〜１００℃／時間の昇温で、脱窒素により環化数が増加し、ターボストラティック構造を生成し、高強力の炭素繊維を形成する。最後に、１０００℃／時間以上の昇温で、不活性気体中に２３００〜３０００℃までに加熱し、グラファイト結晶化させることをグラファイト化工程といい、得た製品は高弾性率の炭化繊維である。ＰＡＮ系炭素繊維を製造する時の化学反応において、そのシート状グラファイト網面が重複する微結晶は繊維軸方向に配列し、前記格子状のグラファイト網面は、一般的な線状高分子鎖有機繊維より高強力と高弾性率を有する原因となる。
【化１】
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【００１５】
次はステップステップごとにＰＡＮ系炭素繊維の製造過程を詳細に説明する。
【００１６】
（１）ポリアクリロニトリル繊維の製造
ポリアクリロニトリル前駆体（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）の重合体としては、高分子量、適宜な分子量分布、最小の分子と繊維欠陥および適当な繊維直径（０．７〜５ｄｅｎｉｅｒ）を備えることは必要であり、高強度、高弾性率および高炭素繊維収束率が期待される。服装用などのＰＡＮ系繊維としては優れた柔軟性が必要なので、アクリル酸や、メタクリル酸およびイタコン酸などのような酸基単量体を含む共重合体を２〜５％以上添加することになり、しかも安定化処理の際に延伸しやすく、酸化開始温度を下げ、繊維の配向性と強度を高めることができる。または後紡糸の段階で、たとえば、表面にその他の樹脂、潤滑油、乳化剤などを塗付したり、酢酸、カルボン酸、ＤＭＦなどの可塑剤あるいはＫＭｎＯ4などの触媒を添加したりするような表面改質処理をしても良い。
【００１７】
（２）安定化加工
安定化加工の温度は大体２００〜３００（４００）℃で、主に脱水素、環化と酸化などの化学反応であり、しだいにはしご状構造を形成する。構造が変わる際、熱エネルギーを約７２Ｋｃａｌ/ｍｏｌを放熱し、実際には１ｋｇのＰＡＮ安定化処理時、約１０００Ｋｃａｌの熱エネルギーが生ずる。それに周囲の雰囲気の影響によって、程度の異なる物理的、化学的な収縮が生じる。その中では、酸素（Ｏ2）による収縮がもっとも大きく、ついでは空気（Ａｉｒ）で、窒素（Ｎ2）による収縮がもっとも小さい。Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ式、すなわちｔ１ = ｔ２ ｅｘｐ[Ｅ/Ｒ(１/Ｔ１ - １/Ｔ２)]でＰＡＮ安定化反応を説明することができる。式中、ｔは反応時間を示し、Ｔは反応温度（絶対温度）を示し、Ｅは活性化エネルギー（３０２００  ｃａｌ．ｍｏｌ-ｌ）を示し、Ｒは気体常数（１．９９  ｃａｌ．ｍｏｌ-ｌ．ｄｅｇ-１）を表す。前記式を利用して予期推定の反応温度または反応時間を求めることができる。しかしながら、反応温度が２８５℃を超えると、実際の測定値は計算値より大きいのは、内外層の二重構造差により、酸素が中心部分に浸透する速度は遅くなり、そして全体の反応速度が遅くなることによるものであろう。
【００１８】
（３）炭素化加工
炭素化加工の処理温度は約４００〜１３００（１５００）℃で、主反応の温度は１０００℃以下であり、４００〜６００℃の時主に脱水素、脱水反応で、６００〜１３００℃の時主に脱ＨＣＮと脱窒素反応である。その化学反応において相変わらずＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４またはその他の化合物が生成するため、その炭素化収束率は理論値である５９〜６８％より低い。６００℃以上で炭素化して、生じた気体を十分な量で分析すると、副産物としての該気体は低炭素化収束率の原因となる。炭素化温度と炭素繊維の強度、弾性率との関係については、温度の上昇につれて弾性率は高くなるが、強度としては、炭素化温度が１３００℃以上に上昇した場合には、強度は温度の上昇につれて平行移動し、ひいてはかすかに低くなる。
【００１９】
（４）グラファイト化工程
炭素化工程において分解された気体を繊維の外部に放出するが、窒素などの一部分の気体は繊維の中に生じて、繊維の外側に拡散する際、もし昇温が速すぎると、繊維に気泡が膨張し、微孔という欠点を形成する。そこで、炭素化初期の昇温速度はわずか１℃/分以下であり、後期になっていから昇温速度を上げる。小角散乱を利用して観察すると、微孔はよく繊維の外側に発生することがわかる。これは、分解された気体の透過率の高いものであろう。温度が１４００〜１５００℃の時、部分の窒素原子が相変わらず繊維にあり、１７５０℃くらいまで上昇した時、窒素原子は完全に釈放される。それは、表２に示されたように、１３００〜１５００℃の時、脱窒素の縮合反応が終了したらしく、しかもグラファイト化構造を形成したとはいえ、１５００〜１７５０℃の範囲ではパラシアン（ＰＡＲＡＣＹＡＮ）が生成し、第四級窒素原子の跡もあるので、２３００〜３０００℃というもっと高い温度で処理する必要があり、構造させてから配列させ、グラファイト結晶の成長を完成させる。
【化２】
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【００２０】
ＰＡＮ系炭素繊維を高温グラファイト化して導体に形成して、予め二酸化チタン（ＴｉＯ２）等の成分を含む溶液に含浸させて、発熱時の赤外特性を変える。二酸化チタンの融点は１８７０℃であるため、またその抗老化能力、抗粉化能力、耐候性と製品の強度により、ＰＡＮ系炭素繊維の使用性および耐久性をさらに強化することができ、その熱エネルギーが人体などに吸収されやすくなる。前記ＰＡＮ系炭素繊維が使用の需要に応じて布質またはその他の媒質の中に配列・固定されることにより製造される発熱製品は、発熱量の利用効率を効果的に高めることができる。
【００２１】
実施例２
図２を参考に、実施の形態１において、ＰＡＮ系炭素繊維発熱芯２と光反射層３’との間にライニング４が設けられている以上は、実施の形態１の保温素材と大体同じようにして得られる。この時の光反射層３’は銀色の滑らかな表面であり、保温体の熱エネルギーの散失の抑制に用いられる。光反射層３’は縫い付け、熱圧、貼り付けまたはスプレーコーティングなどの方法でライニングに固定されてもよい。
【００２２】
なお、以上の記述は、本考案のより良い具体的な実施の形態であり、本考案の保護範囲はこれに限定されるものではない。当業者が本考案で披露された技術範囲内で、容易に想到できる変更または取替えは、本考案の保護範囲に含まれるべきである。そのゆえ、本考案の保護範囲は請求の範囲の保護範囲に依拠すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の保温布地の実施の形態１の構造を示す図である。
【図２】本考案の保温布地の実施の形態２の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      表面生地
２      ポリアクリロニトリル系炭素繊維発熱芯
３      光反射層
３０１  銀色の光反射面
３０２  ダーク色の光吸収面
３’    光反射層
４      ライニング
【図１】
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【図２】
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