JP2018012912A - Carbon fiber and wire harness - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維及びワイヤハーネスに関する。 The present invention relates to a carbon fiber and a wire harness.
従来、炭素繊維に金属メッキを施すことが検討されている。しかし、炭素繊維は、メッキ液との濡れ性が悪く、金属メッキの付き周り及び密着性が悪いという課題を有していた。そこで、炭素繊維にアルカリ脱脂液を塗布することにより、炭素繊維表面の濡れ性を調整する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, it has been studied to apply metal plating to carbon fibers. However, the carbon fiber has a problem that the wettability with the plating solution is poor, and the metal plating attachment and adhesion are poor. Then, the method of adjusting the wettability of the carbon fiber surface by apply | coating alkali degreasing liquid to carbon fiber is proposed (for example, refer patent document 1).
しかし、特許文献1に記載の方法によって濡れ性が調整された炭素繊維は、メッキの付き周り(メッキ析出性)及び密着性が向上するものの、アルカリによって機械的強度が低下してしまうものであった。
However, the carbon fiber whose wettability is adjusted by the method described in
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる炭素繊維及びワイヤハーネスを提供することにある。 The present invention has been made to solve such conventional problems, and the object of the present invention is to provide a carbon fiber that can improve the plating precipitation and adhesion without reducing the mechanical strength. And providing a wire harness.
本発明の炭素繊維は、X線光電子分光法により測定したO1Sピーク強度を、前記分光法により測定したC1Sピーク強度で割り込んだ値である表面酸素量が0.097以上0.103以下であることを特徴とする。 The carbon fiber of the present invention has a surface oxygen amount of 0.097 or more and 0.103 or less, which is a value obtained by interrupting the O 1S peak intensity measured by X-ray photoelectron spectroscopy with the C 1S peak intensity measured by the spectroscopy. It is characterized by being.
本件発明者は、表面酸素量が0.097以上0.103以下であると、金属メッキに対する濡れ性が向上し、メッキ析出性及び密着性を向上できることを見出した。よって、本発明の炭素繊維によれば、表面酸素量を上記範囲とすることで、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる。しかし、表面酸素量を上記範囲とすれば良いため、アルカリを用いる必要が無く、機械的強度の低下も抑えることができる。従って、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる炭素繊維を提供することができる。 The present inventor has found that when the surface oxygen content is 0.097 or more and 0.103 or less, the wettability with respect to metal plating is improved, and the plating precipitation and adhesion can be improved. Therefore, according to the carbon fiber of this invention, plating precipitation and adhesiveness can be improved by making surface oxygen amount into the said range. However, since the surface oxygen amount may be in the above range, it is not necessary to use an alkali, and a decrease in mechanical strength can be suppressed. Accordingly, it is possible to provide a carbon fiber that can improve the plating precipitation and adhesion without reducing the mechanical strength.
本発明のワイヤハーネスは、上記に記載の炭素繊維に金属メッキを施したメッキ繊維を導体部とし、この導体部上に絶縁体を被覆した電線を備えることを特徴とする。 The wire harness of the present invention is characterized in that a plated fiber obtained by performing metal plating on the carbon fiber described above is used as a conductor portion, and an electric wire covered with an insulator is provided on the conductor portion.
本発明のワイヤハーネスによれば、上記に記載の炭素繊維に金属メッキを施したメッキ繊維を導体部とし、この導体部上に絶縁体を被覆した電線を備えるため、金属メッキが適切に施され、機械的強度の低下が抑えられたメッキ繊維を導体部とした電線を有するワイヤハーネスを提供することができる。 According to the wire harness of the present invention, the plating fiber obtained by performing metal plating on the carbon fiber described above is used as a conductor portion, and the conductor portion is provided with the electric wire covered with the insulator. Therefore, the metal plating is appropriately performed. It is possible to provide a wire harness having an electric wire using a plated fiber with reduced mechanical strength as a conductor.
本発明によれば、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる炭素繊維及びワイヤハーネスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbon fiber and wire harness which can improve plating precipitation property and adhesiveness can be provided, without reducing mechanical strength.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below, In the range which does not deviate from the meaning, it can change suitably.
図1は、本発明の実施形態に係る炭素繊維を含むワイヤハーネスである。図1に示すように、ワイヤハーネスWHは、複数の電線Wを束にしたものであり、複数の電線Wの少なくとも1本が以下に詳細説明する炭素繊維を含む電線1である。このようなワイヤハーネスWHは、例えば図1に示すように電線Wの両端部にコネクタCを備えていてもよいし、複数の電線Wをまとめるためにテープ巻き(図示せず)されていてもよい。また、ワイヤハーネスWHは、コルゲートチューブ等の外装部品(図示せず)を備えていてもよい。
FIG. 1 is a wire harness including carbon fibers according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the wire harness WH is a bundle of a plurality of electric wires W, and at least one of the plurality of electric wires W is an
図2は、本発明の実施形態に係る炭素繊維の詳細を示す断面図であり、(a)は炭素繊維の断面を示し、(b)はメッキ繊維を導体部とする電線を示している。 2A and 2B are cross-sectional views showing details of the carbon fiber according to the embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a cross-section of the carbon fiber, and FIG. 2B shows an electric wire having a plated fiber as a conductor portion.
図2(a)に示すように、炭素繊維10は、アクリル繊維又はピッチ(石油、石炭、コールタールなどの副生成物)を原料に高温で炭化して作った繊維である。このような炭素繊維10は、導電性を有するため、信号線等に用いることができるが、導電率が不足する場合、図2(b)に示すように、金属メッキ20が施されることがある。このような導電率を補う金属メッキ20としては、銅メッキが好ましいが、銅は炭素繊維10との濡れ性が悪く、電気メッキを行ったとしてもメッキ析出性及び密着性が悪い。
As shown in FIG. 2A, the
そこで、本実施形態に係る炭素繊維10は、超臨界状態の二酸化炭素に曝されたものを採用しており、表面酸素量が従来の炭素繊維と異なるものとなっている。ここで、本実施形態でいう表面酸素量は、X線光電子分光法により測定したO1Sピーク強度を、同分光法により測定したC1Sピーク強度で割り込んだ値(O1S/C1S)である。炭素繊維10の表面が酸化していればしているほど、X線光電子分光法により測定したO1Sピーク強度が高くなるため、表面酸素量の値が高くなる傾向にある。
Therefore, the
ここで、表面酸素原子の数と、酸性官能基の数とは、略同じ割合で増加することが知られている。また、酸性官能基は、界面接着に寄与すると考えられている。本実施形態に係る炭素繊維10において、表面酸素量は、0.097以上0.138以下となっている。表面酸素量が0.097を下回ると、銅との接着性が極端に低下してしまうためである。また、表面酸素量が0.138を上回ると、炭素繊維10の表面酸素が電気メッキを行う際の給電部との接触を阻害し、炭素繊維10に電流が流れ難くなりメッキ析出性が悪くなるためである。
Here, it is known that the number of surface oxygen atoms and the number of acidic functional groups increase at substantially the same rate. In addition, acidic functional groups are believed to contribute to interfacial adhesion. In the
図2(b)に示すように、本実施形態に係るワイヤハーネスWHでは、上記のような炭素繊維10に金属メッキ20を施したメッキ繊維を複数本束ねて導体部30を構成している。そして、この導体部30上に絶縁体40を被覆して、上記電線1としている。なお、図2(b)においてメッキ繊維は7本であるが、特に7本に限らず、例えば100本以上が束ねられるものであってもよい。さらに、上記のような炭素繊維10に金属メッキ20を施したメッキ繊維に、上記炭素繊維10や上記と異なる炭素繊維(すなわち表面酸素量が上記範囲外のもの)とを加えたものを複数本束ねて導体部30を構成してもよい。
As shown in FIG. 2B, in the wire harness WH according to the present embodiment, the
次に、本実施形態に係るメッキ方法を説明する。図3は、本実施形態に係るメッキ方法を説明するための概略図である。本実施形態において導体部30に用いられるメッキ繊維を得るためには、まず、処理槽B内に炭素繊維を投入する(第1工程)。ここで、第1工程において、本実施形態では有機金属錯体が処理槽B内に投入されていないものとする。有機金属錯体が処理槽B内に投入されていなくとも、所定のメッキ析出性及び密着性を得ることができるからである。
Next, the plating method according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic view for explaining the plating method according to the present embodiment. In order to obtain the plating fiber used for the
次に、炭素繊維が投入された処理槽B内に超臨界状態とした二酸化炭素を供給する(第2工程)。そして、超臨界状態とした二酸化炭素が供給されてから、所定時間経過後に炭素繊維を処理槽Bから取り出す(第3工程)。これにより、表面酸素量を0.097以上0.138以下とする上記の炭素繊維10を得ることができる。
Next, carbon dioxide in a supercritical state is supplied into the treatment tank B into which the carbon fiber has been charged (second step). And after the carbon dioxide made into the supercritical state is supplied, carbon fiber is taken out from the processing tank B after progress for a predetermined time (third step). Thereby, said
その後、いわゆる電気メッキを行って、炭素繊維10上に金属メッキ20(銅メッキ)を施す(第4工程)。 Thereafter, so-called electroplating is performed, and metal plating 20 (copper plating) is performed on the carbon fiber 10 (fourth step).
次に、実施例及び比較例を説明する。図4は、実施例及び比較例を示す図表である。なお、炭素繊維はPAN系で繊維径7μmのものを用いた。図4に示す実施例1については、二酸化炭素の超臨界条件として、圧力15MPaとし、温度を100℃とし、時間を60分とした。また、実施例2については、二酸化炭素の超臨界条件として、圧力15MPaとし、温度を130℃とし、時間を60分とした。さらに、実施例3については、二酸化炭素の超臨界条件として、圧力15MPaとし、温度を150℃とし、時間を60分とした。実施例4については、二酸化炭素の超臨界条件として、圧力15MPaとし、温度を200℃とし、時間を60分とした。 Next, examples and comparative examples will be described. FIG. 4 is a chart showing examples and comparative examples. The carbon fiber used was a PAN-based fiber having a fiber diameter of 7 μm. For Example 1 shown in FIG. 4, the supercritical conditions for carbon dioxide were a pressure of 15 MPa, a temperature of 100 ° C., and a time of 60 minutes. Moreover, about Example 2, as supercritical conditions of carbon dioxide, the pressure was set to 15 MPa, the temperature was set to 130 ° C., and the time was set to 60 minutes. Further, in Example 3, as supercritical conditions of carbon dioxide, the pressure was 15 MPa, the temperature was 150 ° C., and the time was 60 minutes. For Example 4, as supercritical conditions for carbon dioxide, the pressure was 15 MPa, the temperature was 200 ° C., and the time was 60 minutes.
また、上記超臨界処理を経た実施例1〜4及び超臨界処理を行っていない比較例1について、電気メッキを行って炭素繊維上に銅メッキを施した。 Moreover, about Examples 1-4 which passed the said supercritical process, and the comparative example 1 which has not performed the supercritical process, it electroplated and copper-plated on carbon fiber.
なお、図4において、メッキ析出性について「○」とはムラがなく良好な結果が得られた場合を示し、「×」とはムラがあり良好でない結果が得られた場合を示している。また、密着力について「○」とはメッキ後の水洗中にメッキの離脱がなかったものを示し、「×」とはメッキ後の水洗中にメッキが離脱したものを示している。 In FIG. 4, “◯” indicates the case where a favorable result is obtained without unevenness, and “X” indicates the case where an unfavorable result is obtained due to unevenness. Regarding the adhesion, “◯” indicates that the plating was not detached during the water washing after plating, and “X” represents that the plating was detached during the water washing after plating.
まず、表面酸素量は実施例1について0.138であり、実施例2について0.123であり、実施例3について0.103であり、実施例4について0.097であった。このような実施例1〜4では、いずれもメッキ析出性が「○」であり、密着力も「○」であった。一方、表面酸素量は、比較例について0.159であった。このような比較例1では、メッキ析出性が「×」であり、密着力も「×」であった。なお、図4に示すように、電気メッキを行う際の電圧は実施例1〜4及び比較例1において2.0Vとした。なお、電流値は、実施例1で0.57A、実施例2で0.65A、実施例3で0.60A、実施例4で0.52A、比較例1で0.40Aとなった。 First, the amount of surface oxygen was 0.138 for Example 1, 0.123 for Example 2, 0.103 for Example 3, and 0.097 for Example 4. In Examples 1 to 4 as described above, the plating depositability was “◯” and the adhesion was “◯”. On the other hand, the surface oxygen amount was 0.159 for the comparative example. In such Comparative Example 1, the plating depositability was “x”, and the adhesion was also “x”. In addition, as shown in FIG. 4, the voltage at the time of performing electroplating was 2.0 V in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. The current values were 0.57 A in Example 1, 0.65 A in Example 2, 0.60 A in Example 3, 0.52 A in Example 4, and 0.40 A in Comparative Example 1.
以上より、表面酸素量が0.097以上0.138以下である炭素繊維は、電気メッキにより銅メッキを施した場合に、好適な結果が得られており、メッキ析出性及び密着性を向上できることがわかった。 From the above, carbon fibers having a surface oxygen content of 0.097 or more and 0.138 or less have favorable results when copper plating is performed by electroplating, and can improve plating precipitation and adhesion. I understood.
さらに、図4に示すように、実施例1〜4及び比較例1に係る炭素繊維について、強度(N/本)を測定すると共に、ラマン分光法による構造分析を行った。ここで、強度については、JIS R 7606に準拠する単繊維の引張試験を行い、断線時における引張強度を測定した結果を示している。また、ラマン分光法では、炭素繊維のラマンスペクトルを確認するため、波長532nmのレーザを照射し、得られたラマンスペクトルのG/D比、半値幅及びピークシフトについて測定した結果を示している。なお、G/D比は値が高いほど結晶性が高いことを示す。また、半値幅は結晶の完全性を示す値であり、ピークシフトは原子配置の歪みを示す値である。 Furthermore, as shown in FIG. 4, the carbon fibers according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were measured for strength (N / piece) and subjected to structural analysis by Raman spectroscopy. Here, about the intensity | strength, the result of having performed the tensile test of the single fiber based on JISR7606, and measuring the tensile strength at the time of a disconnection is shown. In Raman spectroscopy, in order to confirm the Raman spectrum of the carbon fiber, a laser having a wavelength of 532 nm is irradiated, and the G / D ratio, half-value width, and peak shift of the obtained Raman spectrum are measured. In addition, it shows that crystallinity is so high that a G / D ratio is high. The half width is a value indicating the completeness of the crystal, and the peak shift is a value indicating the distortion of the atomic arrangement.
図4に示すように、炭素繊維の強度は、実施例1〜4及び比較例1について0.2N/本であった。このように、これらは同じ値を示しており、機械的強度に差異は見られなかった。 As shown in FIG. 4, the strength of the carbon fibers was 0.2 N / fiber for Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Thus, they showed the same value and no difference was found in the mechanical strength.
さらに、実施例1〜4及び比較例1について、G/D比は0.90〜0.93であり、半値幅は110.3〜111.5であり、ピークシフトは1580〜1584.7であった。すなわち、これらの値にも大きな差異は見られなかった。 Further, for Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the G / D ratio is 0.90 to 0.93, the half width is 110.3 to 111.5, and the peak shift is 1580 to 1584.7. there were. That is, there was no significant difference in these values.
このように、超臨界処理の有無によって(すなわち、表面酸素量が0.097以上0.138以下であるか否かに拘わらず)、炭素繊維には構造的な変化が見られず、機械的強度の低下も見られなかった。 As described above, no structural change is observed in the carbon fiber depending on the presence or absence of the supercritical treatment (that is, regardless of whether the surface oxygen amount is 0.097 or more and 0.138 or less). There was no decrease in strength.
よって、実施例1〜4に係る炭素繊維は、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させることができるものであることがわかった。 Therefore, it turned out that the carbon fiber which concerns on Examples 1-4 can improve plating precipitation and adhesiveness, without reducing mechanical strength.
このようにして、本実施形態に係る炭素繊維10において、本件発明者は、表面酸素量が0.097以上0.138以下であると、金属メッキに対する濡れ性が向上し、メッキ析出性及び密着性を向上できることを見出した。よって、本実施形態に係る炭素繊維10によれば、表面酸素量を上記範囲とすることで、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる。しかし、表面酸素量を上記範囲とすれば良いため、アルカリを用いる必要が無く、機械的強度の低下も抑えることができる。従って、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させることができる炭素繊維10を提供することができる。
Thus, in the
また、本実施形態に係るワイヤハーネスWHによれば、上記に記載の炭素繊維10に金属メッキ20を施したメッキ繊維を導体部30とし、この導体部30上に絶縁体40を被覆した電線1を備えるため、金属メッキ20が適切に施され、機械的強度の低下が抑えられたメッキ繊維を導体部30とした電線1を有するワイヤハーネスWHを提供することができる。
Moreover, according to the wire harness WH which concerns on this embodiment, the plating fiber which gave the metal plating 20 to the
また、本実施形態に係るメッキ方法において、本件発明者は、超臨界状態とした二酸化炭素に炭素繊維10を曝すことで、炭素繊維10の表面酸素量を変化させることができ、表面酸素量を0.097以上0.138以下とすることができることを見出した。よって、本実施形態に係るメッキ方法によれば、上記のような表面酸素量を有する炭素繊維10を第1〜第3工程において製造し、その後第4工程において電気メッキを行うことで、炭素繊維10に好適に金属メッキ20を施せることを見出した。よって、機械的強度を低下させることなく、メッキ析出性及び密着性を向上させて適切な金属メッキを行うことができるメッキ方法を提供することができる。
Moreover, in the plating method according to the present embodiment, the present inventors can change the surface oxygen amount of the
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。 As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention.
WH :ワイヤハーネス
W :電線
1 :電線
10 :炭素繊維
20 :金属メッキ
30 :導体部
40 :絶縁体
WH: Wire harness W: Electric wire 1: Electric wire 10: Carbon fiber 20: Metal plating 30: Conductor portion 40: Insulator
Claims (2)
ことを特徴とする炭素繊維。 A surface oxygen amount which is a value obtained by interrupting the O 1S peak intensity measured by X-ray photoelectron spectroscopy with the C 1S peak intensity measured by the spectroscopic method is 0.097 or more and 0.103 or less. fiber.
ことを特徴とするワイヤハーネス。 A wire harness comprising: a plated fiber obtained by subjecting the carbon fiber according to claim 1 to metal plating as a conductor portion;
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