JP2005163197A - 金属被覆炭素繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法において、電極ロールの炭素繊維マルチフィラメントと接する部分の算術平均粗さ(Ra)が0.01〜25μmである、金属被覆炭素繊維の製造方法である。
【選択図】 図6
Description
(1)金属を被覆する槽周りのロールへの炭素繊維の巻きつきを解決する方法として、
特許文献3には、炭素繊維として、電解処理やサイジング処理をしないものを使用するためにロールへの巻き付きが多発するので、送りゴムロールへの破断している炭素繊維のからみ付きを防止するために、送りゴムロールへ水のシャワーを行っている。それでも、一部の破断した炭素繊維が送りゴムロールにからみ付くことがあるため、送りゴムロールの上に、ブラシを設置するといった対策方法も記載されている。
特許文献1や特許文献4には、適当なサイジング剤を塗布した炭素繊維マルチフィラメントを酸化雰囲気中で焼成処理した後に金属メッキする方法や不活性雰囲気中で焼成処理した後に金属メッキする方法が開示されている。
特許文献2には、炭素繊維マルチフィラメントに連続的に電気メッキするに当たり、繊維束の走行方向に複数個の陰極を設け、全電流を各々の陰極での電流量がIn−1≦In≦In+1(Inはn番目陰極の電流量を表す。)の範囲になるよう分配し、多段で電気メッキする方法が開示されている。
特許文献1や4の方法では、サイジング剤等の収束剤を付着された繊維束は確かにハンドリング性が良好となるが、メッキ工程の前に除去する工程が必要であり、高コストの要因となり工程も複雑となる。また、収束剤を十分除去できないとメッキ液へ不純物を持ち込み、メッキの品質を低下させる問題があった。
電極ロールの炭素繊維マルチフィラメントと接する部分の算術平均粗さ(Ra)が0.01〜25μmである、金属被覆炭素繊維の製造方法にある。
但し、W:炭素繊維マルチフィラメントの幅(mm)、K:比例係数(0.0025)、D:炭素繊維マルチフィラメントの繊度(tex)
本発明に共通して用いる炭素繊維マルチフィラメントは、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等であり、特に制限はされない。炭素繊維としては、高強度タイプ炭素繊維よりも、いわゆる、黒鉛繊維と称される高弾性タイプ炭素繊維の方が熱伝導性が高く、好ましい場合がある。
本発明に共通して、炭素繊維マルチフィラメントに金属を被覆する方法として採用するのは、電気メッキ法である。被覆可能な金属としては、Cu、Ni、Cr、Zn、Cd、Pd、Sn、Au、Ag及びそれらの合金が挙げられる。
本発明の電気メッキ槽、その中に配置した陽極及び陰極電極ロールからなる、図1のような装置を用いる。次に図面に沿って詳細に説明する。
『第1の発明』
本件発明では、前述の電極ロールの炭素繊維マルチフィラメントと接する部分の算術平均粗さ(Ra)が0.01〜25μmであることが必要である。
電極ロール表面の算術平均粗さ(Ra)をより小さくしておくことは、一方で電極ロールのメンテナンス作業の頻度を高めることにもなるので、算術平均粗さ(Ra)を8〜20μmの範囲で設定するのがより好ましい。
第二の発明では、炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面上でトラバースすることが必要である。
この移動量は、電極ロール上での算術平均粗さ(Ra)が大きくなった幅以上であれば良い。電極ロール表面全体を有効に使用するために、この移動量を算術平均粗さ(Ra)が大きくなった幅の1〜1.5倍の範囲とするのが好ましい。
第三の発明では、炭素繊維マルチフィラメントにサイジング剤を付与することなく、電極ロールに接触させ電気メッキ槽内でメッキすることを必要とする。
第四の発明では、炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させるときの炭素繊維マルチフィラメントの幅W(mm)が、次式の範囲であることを必要とする。
但し、W:炭素繊維マルチフィラメントの幅(mm)、K:比例係数(0.0025)、D:炭素繊維マルチフィラメントの繊度(tex)
さらに、第五の発明では、電気メッキ槽内のメッキ液を吸引することにより炭素繊維マルチフィラメントを開繊拡幅することが必要である。
第一〜第五の発明に共通して好ましく用いられる炭素繊維マルチフィラメントについて説明する。
第一〜第五の発明に共通して好ましい、炭素繊維マルチフィラメントの張力について説明する。
金属被覆炭素繊維は、メッキ工程にて金属被覆する製造方法した後に、連続して乾燥工程にて乾燥する。乾燥温度は100〜400℃の範囲で設定することが好ましい。続いて、サイジング剤付与工程7にてサイジング剤に含浸させ付着させ、乾燥工程にて水などの溶媒を除去して収束したストランドを得て、巻取工程にて巻き取る。サイズ剤の付着率は0.5〜5重量%が好ましい。
以下、本発明を実施例により、説明する。
なお、線密度は、JIS R7605に準拠して測定を行ない、最大及び最小の線密度から次式により算出した値の和をメッキ厚み精度として算出した。
Mmax:最大線密度(g/m)
Mmin:最小線密度(g/m)
Ma :平均線密度(g/m)
走査型電子顕微鏡にて金属被覆した厚みを測定すると、0.15±0.02μmで毛羽等の欠陥のない良好な状態であった。また、ビスフェノールA型エポキシ樹脂水系エマルジョンの混合物で、固形物8wt%に調整したサイジング剤を質量3.5%付与した後、150℃の雰囲気で約1分乾燥後、ギロチンカッターにて6mmの長さのチョップドストランドとした。扁平率は6で、割れや毛羽もなく等もなく良好なチョップドストランドが得られ、押出機に投入する時にも良好なフィード性を有した。
(比較例1)
(比較例2)
繊維束の線密度は、1.131〜1.295g/mの範囲で平均1.191g/mとなりメッキ厚み精度は13.8%となり、開繊が過大となったため、フィラメント切れを起こし、毛羽の多いものとなった。
(比較例3)
(比較例4)
2 炭素繊維マルチフィラメント
3 予備洗浄槽
4 予備洗浄液
5 ニップロール
6 電極ロール
7 陽極
8 メッキ槽
9 メッキ液
10 ニップロール
11 メッキ洗浄槽
12 メッキ洗浄液
13 ニップロール
14 ガイドロール
15 電極ロール表面の算術平均粗さ(Ra)が25μm以上となった場所
16 開繊ガイドプレート
17 張力調整用ローラ
18 水
19 繊維束幅規制ローラ
20 水噴出口
21 繊維束幅調整槽
22 噴射口
23 補助ローラ
24 シャワー
25 循環ポンプ
26 メッキ液貯留槽
27 ポンプ
28 フィルター
29 吸引口
Claims (9)
- 炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法において、
電極ロールの炭素繊維マルチフィラメントと接する部分の算術平均粗さ(Ra)が0.01〜25μmである、金属被覆炭素繊維の製造方法。 - 炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法において、炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面上でトラバースする、金属被覆炭素繊維の製造方法。
- 炭素化炉から送り出される炭素繊維マルチフィラメントにサイジング剤を付与することなく、電極ロールに接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法
- 炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法において、炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させるときの炭素繊維マルチフィラメントの幅W(mm)が、次式の範囲である金属被覆炭素繊維の製造方法。
W≧k・D
但し、W:炭素繊維マルチフィラメントの幅(mm)、K:比例係数(0.0025)、D:炭素繊維マルチフィラメントの繊度(tex) - 炭素繊維マルチフィラメントを電極ロール周面に接触させ電気メッキ槽内でメッキする金属被覆炭素繊維の製造方法において、電気メッキ槽内のメッキ液を吸引することにより炭素繊維マルチフィラメント開繊拡幅する金属被覆炭素繊維の製造方法。
- 電極ロールに接触させ電気メッキ槽内でメッキすることに先立って、電解処理を行なう請求項1〜5のいずれか一項記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
- 炭素繊維マルチフィラメントの幅を1.05×W(mm)に開繊拡幅した後、電極ロール周面に接触させる前に、炭素繊維マルチフィラメントを幅規制ガイドローラに接触させ、炭素繊維マルチフィラメントの幅をW(mm)とする、請求項4記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
- 炭素繊維マルチフィラメントの張力を0.001〜0.015cN/dtexに制御する請求項1〜7のいずれか一項記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
- 炭素繊維マルチフィラメントを構成する単繊維の繊維断面の長径と短径との比(長径/短径)が1.05〜1.6でかつ、単繊維の表面の長手方向に延びる複数の皺を有し、単繊維の円周長さ2μmの範囲で最高部と最低部の高低差が、80nm以上である請求項1〜8のいずれか一項記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
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