JP2625016B2

JP2625016B2 - ウィスカーの純化方法

Info

Publication number: JP2625016B2
Application number: JP17377789A
Authority: JP
Inventors: 稔原田; 剛次村井; 一夫宮道; 俊彬野田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH0337199A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はウィスカーの純化方法に関し、さらに詳しく
言うと、ウィスカー中に混在する微小不純物を容易に除
去することのできるウィスカーの純化方法に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］針状結晶であるウィスカーは、その機械的特性が理論
値に近い値を示すことから、繊維強化複合材料の一般の
強化材、たとえばカーボンファイバー、アラミド繊維等
の繊維よりも一層優れた強化材として注目されている。

ところで、これらのウィスカーの製造工程において
は、ウィスカーの生成と同時に、微小不純物も生成され
てしまう。

そして、この微小不純物の混在しているウィスカーを
そのままマトリックス中に混合して複合材料を製造する
と、前記の微小不純物が複合材料の機械的強度を低下さ
せてしまうという問題が生じる。

そこで、通常は、ウィスカーをマトリックス中に混合
させる前に、前記微小不純物を除去する必要がある。

しかしながら、一般に、ウィスカーと、該ウィスカー
の生成と同時に生成する微小不純物とは、その比重差が
小さいので、ウィスカー中に混在する微小不純物を選択
的に除去することは困難である。

本発明は前記の事情に基いてなされたものである。

本発明の目的は、ウィスカー中に混在する微小不純物
を容易に除去することのできるウィスカーの純化方法を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記課題を解決するために、本発明者が鋭意検討を重
ねた結果、微小不純物を含有するウィスカーと、特定の
樹脂粒子とを撹乱混合すると、驚くべきことに、前記樹
脂粒子に前記微小不純物のみが選択的に付着するので、
比重差により前記微小不純物のみを除去することが可能
であることを見い出して、本発明に到達した。

本発明の構成は、微小不純物を含有するウィスカー
と、物理的付着または帯電が可能な樹脂粒子とを撹乱混
合して、前記樹脂粒子に前記微小不純物を付着させた
後、比重差により前記樹脂粒子を前記微小不純物ととも
に除去することを特徴とするウィスカーの純化方法であ
る。

以下、本発明の方法について詳述する。

本発明の方法においては、微小不純物を含有するウィ
スカーと、物理的付着または帯電が可能な樹脂粒子とを
撹乱混合する。

本発明の方法により純化することのできる前記ウィス
カーとしては、微小不純物を含有するものであればよ
く、たとえばカーボンウィスカー、グラファイトウィス
カー等の炭素質ウィスカー；アルミナウィスカー、炭化
ケイ素ウィスカー等のセラミッククスウィスカー;Crウ
ィスカー、Siウィスカー等の金属ウィスカーなどを挙げ
ることができる。

ここで「ウィスカー」なる語は広義に解釈され、必ず
しも単結晶でない、いわゆるウィスカー状繊維をも包含
する広い概念である。前記ウィスカー状繊維としては例
えば下記の方法で得られたそのままの微小繊維を挙げる
ことができる。

有機金属化合物と炭化水素と水素を含むキャリアガ
スとからなる混合ガスを800〜1,300℃に加熱することに
より、浮遊状態で得られる気相成長炭素繊維。

上記混合ガスにケイ化合物を共存させて得られる炭
素ケイ素とからなる気相成長の微小繊維。

鉄等の微粒子をセラミック等の基板に担持させ、80
0〜1300℃で水素と炭化水素との混合ガスとを前記微粒
子とを接触させて得られる、いわゆる基板法による気相
成長炭素繊維。

なお、これらは必ずしも厳密には炭結晶ウィスカーで
はないが、その製造方法や結晶性に由来するところのウ
ィスカーと同様な問題点を持っている。したがって、こ
れら繊維をウィスカーとみなして本発明の方法を適用す
ることができる。

たとえば気相成長炭素繊維は微小不純物である炭素質
副生物をある程度含有するので、本発明の方法により特
に効果的に純化することができる。なお、前記気相成長
炭素繊維としては、気相成長法により得られるものであ
れば、特に制限はなく、たとえば流動気相法により得ら
れるもの、基板法により得られるものなどをいずれも好
適に用いることができる。

さらに、本発明においては、前記気相成長炭素繊維
が、たとえば窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で前記
気相成長炭素繊維を熱処理して得られるグラファイトウ
ィスカーであってもよい。

前記ウィスカーの直径およびアスペクト比について
は、特に制限はないが、通常は、直径が0.1〜300μｍで
あり、アスペクト比が50〜200である。

前記微小不純物は、たとえば前記ウィスカーが炭素質
カーボンウィスカーであるときには、前記炭素質カーボ
ンウィスカーを製造する際に副生する炭素質結晶であ
り、たとえば炭素質ウィスカーを気相成長法により製造
すると、スス様の炭素質粒状結晶が副生することが知ら
れている。

本発明の方法において、使用に供される物理的付着ま
たは帯電が可能な樹脂粒子としては、熱可塑性樹脂およ
び熱硬化性樹脂の粒子が挙げられる。

前記熱可塑性樹脂としては、たとえばポリオレフィン
樹脂、塩化ビニル樹脂およびその共重合樹脂、塩化ビニ
リデン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリスチレンおよびそ
の共重合樹脂等の一般用樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
アセタール、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエス
テル樹脂、ポリフェニレンオキサイドおよびノリル樹
脂、ポリスルフォン等のエンジニアリングプラスチック
などが挙げられる。

さらに具体的に説明すると、前記ポリオレフィン樹脂
としては、たとえば、超高密度ポリエチレン、高密度ポ
リエチレン、中、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポ
リエチレン等のポリエチレン、アイソタクチックポリプ
ロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、アタク
チックポリプロピレン等のポリプロピレン、ポリブテ
ン、４−メチルペンテン−１樹脂等が挙げられ、また、
本発明においては、エチレンプロピレン共重合体、エチ
レン酢酸ビニル共重合体、エチレン塩化ビニル共重合
体、プロピレンをも使用することができる。

前記塩化ビニルの共重合樹脂としては、たとえば、塩
化ビニル酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル塩化ビニリデン共
重合樹脂、塩化ビニルアクリロニトリル共重合樹脂など
が挙げられる。

前記酢酸ビニル系樹脂としては、たとえば、酢酸ビニ
ル樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチ
ラールなどが挙げられる。

前記ポリスチレンの共重合樹脂としては、たとえば、
ABS樹脂、SAN樹脂、ACS樹脂などが挙げられる。

前記ポリアミド系樹脂としては、たとえばナイロン
６、ナイロン８、ナイロン11、ナイロン66、ナイロン61
0などが挙げられる。

前記ポリアセタールは、単一重合体（デルリン）であ
っても、共重合体（ジュラコン）であってもよい。

前記ポリカーボネートとしては、たとえば、ビスフェ
ノールＡとホスゲンとから得られるポリカーボネート、
ビスフェノールＡとジフェニルカーボネートとから得ら
れるポリカーボネートなどが挙げられる。

前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、たとえば、
ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタ
レートなどが挙げられる。

前記熱可塑性樹脂は、成形可能な分子量を有していれ
ば、前記各種の熱可塑性樹脂を適宜に選択して使用する
ことができる。前記各種の熱可塑性樹脂は単独で用いて
も良いし、また、２種以上を混合してポリマーブレンド
として用いても良い。

前記熱硬化性樹脂としては、たとえば、フェノール樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙
げられる。

前記樹脂粒子の粒径は、通常、５〜30μｍ、好ましく
は５〜10μｍである。樹脂粒子の粒径が５μｍ未満であ
ると、前記ウィスカーとの分離が困難になることがあ
る。また、樹脂粒子の粒径が30μｍを超えると、微小不
純物の除去が不充分になることがある。

なお、前記の物理的付着または帯電が可能な樹脂粒子
の形状については特に制限がない。

本発明の方法においては、、前記ウィスカーと前記樹
脂粒子とを、撹乱混合して、両者を摩擦することが重要
である。

具体的には、たとえば前記ウィスカーと前記樹脂粒子
との混合物を、回転あるいは振動させて撹乱混合するこ
とにより、両者を摩擦することができる。さらに具体的
には、たとえば第１図に示すように、気流の通路である
自己循環回路１、衝撃羽根２を有する回転容器３を備え
る撹乱混合装置、あるいは振動ミル等の装置に、前記ウ
ィスカーおよび前記樹脂粒子を入れて、高速回転あるい
は高速振動を与えつつ、これらを混合すればよい。この
撹乱混合に伴なう摩擦により、前記樹脂粒子が物理的に
付着し、または帯電し、該樹脂粒子に前記微小不純物が
付着するので、この微小不純物の付着した前記樹脂粒子
を除去すれば、前記ウィスカーの純化が達成される。

前記ウィスカーに対する前記樹脂粒子の使用割合は、
通常、20〜70重量％、好ましくは30〜40重量％である。
この使用割合は、分離除去しようとする微小不純物の量
や質により変わるが、一般的には、前記樹脂粒子が20重
量％未満であると、前記微小不純物の除去が不充分にな
ることがあり、また前記樹脂粒子が70重量％を超える
と、除去効率が悪くなることがある。

撹乱混合の際の回転数や振動数は、前記ウィスカーの
種類、前記樹脂粒子の種類、前記ウィスカーに対する前
記粒子の大きさや使用割合、前記ウィスカーと前記粒子
との組み合わせ等により相違するので、一様に規定する
ことはできない。

本発明の方法においては、前記樹脂粒子に前記微小不
純物を付着させた後、該樹脂粒子を前記微小不純物とと
もに除去する。

前記微小不純物が不着した前記樹脂粒子の分離は、比
重差を利用して行なうことができる。また、このとき、
たとえば金属粉に前記樹脂をコーティングしたものによ
り、比重差を大きくして分離し易くすることも可能であ
る。

具体的方法としては、たとえば遠心分離、湿式分級、
空気式分級などの公知の方法をいずも好適に採用するこ
とができる。

たとえば本発明の方法により純化を行なった気相成長
炭素繊維は、予想を超えて、体積含有率40％程度の高い
割合でマトリックス中に含有させることが可能になる。

その理由は定かではないが、前記樹脂粒子との撹乱混
合において、前記ウィスカー中の不純物が前記樹脂粒子
により極めて良好に除去されることによるものと推定さ
れる。

いずれにしても、本発明の方法により純化を行なった
ウィスカーは、たとえば繊維強化プラスチック（FR
P）、繊維強化セラミックス（FRC）や繊維強化金属（FR
M）製造の際の強化材に好適に利用することができる。

なお、本発明の方法により純化を行なった前記ウィス
カーを、複合材料の強化材に使用するにあたり、たとえ
ばコロナ放電処理、酸処理、金属メッキ処理、シランカ
ップリング処理等の表面処理を組み合わせることも可能
である。

［実施例］次に本発明の実施例および比較例を示し、本発明につ
いてさらに具体的に説明する。

（実施例１）炭素質粒状物を約30重量％の割合で含有する気相成長
炭素繊維と、ポリエチレン粒子［平均粒径5.2μｍ、製
鉄化学（株）製］とを、（気相成長炭素繊維）：（ポリ
エチレン粒子）との重量比が1:1になるように、振動ミ
ルに入れて、約30分間、撹乱処理を行なった。

その後、この混合物を振動ミルから取り出して電子顕
微鏡で観察したところ、ほぼ全ての炭素質粒状物はポリ
エチレン粒子表面に固定化されていた。

次いで、この混合物を風力分級機にかけたところ、炭
素質粒状物を全く含まない気相成長炭素繊維を得ること
ができた。

（比較例１）前記実施例１において、振動ミルによる撹乱混合処理
を行なわなかったほかは、前記実施例１と同様にして炭
素質粒状物と気相成長繊維との混合物について分級を行
なったところ、気相成長炭素繊維中には依然として20重
量％の炭素質粒状物が混在していた。

（実施例２）前記実施例１において、振動ミルを用いた撹乱混合処
理に代えて、第１図に示した構成の撹乱装置を用いて毎
分7200回転の条件で２分間、撹乱混合処理を行なった。

その後、この混合物を撹乱装置の回転容器から取り出
して電子顕微鏡で観察したところ、ほぼ全ての炭素質粒
状物はポリエチレン粒子表面に固定化されていた。

（実施例３前記実施例２において、ポリエチレン粒子［平均粒径
5.2μｍ、製鉄化学（株）製］に代えて、ナイロン粒子
［平均粒径5.0μｍ、東レ（株）製］を用いたほかは、
前記実施例２と同様にして撹乱混合処理を行なった。

その後、この混合物を撹乱装置の回転容器から取り出
して電子顕微鏡で観察したところ、ほぼ全ての炭素質粒
状物はナイロン粒子表面に固定化されていた。

次いで、この混合物を風力分級機にかけたところ微小
不純物を全く含まない気相成長炭素繊維を得ることがで
きた。

［発明の効果］本発明によると、（１）微小不純物を含有するウィスカーと、物理的付
着または帯電が可能な樹脂粒子とを撹乱混合することに
より、樹脂粒子がウィスカー中に混在する微小不純物が
樹脂粒子に選択的に付着するので、微小不純物の付着し
た樹脂粒子を除去すればウィスカーの純化が可能である
とともに、（２）操作が容易であり、しかもマトリックス中に含
有させたときに複合材料の機械的強度を高めることので
きる純度の高いウィスカーにすることができる、という驚くべき利点を有する工業的に有用なウィスカー
の純化方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法において好適に使用することので
きる撹乱混合装置の構成の一例を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野田俊彬東京都渋谷区恵比寿３丁目43番２号日機装株式会社内 (56)参考文献特開平２−80399（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微小不純物を含有するウィスカーと、物理
的付着または帯電が可能な樹脂粒子とを撹乱混合して、
前記樹脂粒子に前記微小不純物を付着させた後、比重差
により前記樹脂粒子を前記微小不純物とともに除去する
ことを特徴とするウィスカーの純化方法。
【請求項２】前記ウィスカーが気相成長炭素繊維である
請求項１記載のウィスカーの純化方法。