JP3296663B2

JP3296663B2 - 超微粒子で表面が被覆された繊維または織布の製造方法

Info

Publication number: JP3296663B2
Application number: JP14352694A
Authority: JP
Inventors: 幸良山田; 正冬木; 英輔黒田; 直人外ノ池; 英男飯田; 昭彦福島
Original assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH0813328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機材料、金属材料ま
たは単体元素の超微粒子で表面が被覆された、有機材
料、無機材料、金属材料または単体元素の繊維または織
布の製造方法に関し、特に被覆された繊維または織布の
後処理に関するものである。

【０００２】この有機材料、無機材料、金属材料または
単体元素の繊維の表面が超微粒子で被覆された繊維また
は織布は合成樹脂、接着剤などを適用した場合に繊維と
合成樹脂または接着剤との間の結合性がきわめて大きい
ことから、繊維強化複合体用の繊維または織布として、
また強化樹脂用の補強材として、さらにまた良好な接着
性を有する繊維、または織布材料として有用なものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポ
リイミド繊維などの有機の繊維材料、ガラス繊維、シリ
コンカーバイド繊維、石綿、ロックウールなどの無機の
繊維材料、炭素繊維のような単体元素の繊維、および
鉄、アルミ、チタン、銅、金、銀、ニッケル、コバル
ト、タングステンなどの金属の繊維、殊に鉄、アルミ、
チタン、タングステンなどの金属繊維、などの繊維材料
は、繊維強化複合体製造の材料であって、これに液状の
熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂を配合するか塗布す
るか、またはこれを液状の熱硬化性樹脂もしくは熱可塑
性樹脂と混練し、適当な成型手段、例えば圧縮成型、ト
ランスファー成型、射出成型、押出し成型または他の板
状体材料との積層成型などの手段によって繊維強化複合
体を製造する際の補強材として用いられる。ところでこ
の場合、補強材の材料の表面は平滑であることが多く、
熱硬化性樹脂等との接着性が充分でないことから、成型
品の強度が必ずしも満足しうるものでなかった。そして
この接着性を向上させるために繊維材料の表面処理の試
みもなされているが、繊維材料の強度を低下させたり、
処理自体に多大の費用を要したりするなどの欠点があ
り、満足すべき結果に至らない場合が多かった。

【０００４】また繊維材料、例えば炭素繊維や石綿、ガ
ラス繊維、ロックウールなどを担体とし、この表面に触
媒物質を担持させて触媒を製造することはしばしば行な
われる公知の触媒製造方法である。この場合においても
担体表面の平滑さおよび触媒物質をつなぎ止める場所
（アンカーサイト）のとぼしさから、触媒物質は容易に
担体表面から脱落することになる。

【０００５】上記したように繊維強化複合体に用いられ
る繊維または織布は繊維材料自体としての強度の他に、
マトリクスとの高い結合性も要求される。この様な点か
ら無機材料、金属材料または単体元素の超微粒子で表面
が被覆された有機材料、無機材料、金属材料または単体
元素の繊維または織布は、気相法によって生成された無
機材料、金属材料または単体元素の超微粒子が含まれる
流れの中に被覆されるべき有機材料、無機材料、金属材
料または単体元素の繊維または織布を導入し、上記の超
微粒子と上記の被覆されるべき繊維または織布とを超微
粒子が活性な状態において接触させることによって得ら
れるものであることを見出してすでに特願平３−２７３
６３３として出願した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
にして製造された繊維または織布の強度を種々検討する
と予想された強度が十分に出ない場合のあることがわか
った。この点を改良して当初の予想通りまたはそれ以上
の強度向上の方策を見出すことが求められている。

【０００７】

【課題を解決する手段】この課題解決のために研究の結
果、本発明者らは、気相法により生成した無機材料、金
属材料または単体元素の超微粒子の流れの中に被覆され
るべき有機材料、無機材料、金属材料または単体元素の
繊維または織布を導入し、上記の超微粒子と上記の被覆
されるべき繊維または織布とを超微粒子が活発な状態に
おいて接触させ、得られた上記の超微粒子で表面が被覆
された繊維または織布を超音波振動液槽に通す事によっ
て強度が向上された繊維または織布が得られることを見
出して本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明の無機材料、金属材料ま
たは単体元素の超微粒子で表面が被覆された有機材料、
無機材料、金属材料または単体元素の繊維または織布
は、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法例えばＲＦプラズマ法（Ra
dio Frequency Plasma）、レーザー法などによって気相
において生成された無機材料、金属材料または単体元素
の超微粒子が含まれる流れの中に被覆されるべき有機材
料、無機材料、金属材料または単体元素の繊維または織
布を連続的にまたは半連続的に供給し、上記の超微粒子
と上記の被覆されるべき繊維または織布とを超微粒子が
活性な状態において接触させて両者を接着させた後、超
音波振動液槽を通しもって被覆されるべき有機材料、無
機材料、金属材料または単体元素の繊維または織布表面
に強固に超微粒子が結合して固着しており、しかも遊離
した超微粒子が存在しない全く新規の繊維または織布材
料として得ることができる。

【０００９】繊維または織布を気相法により生成直後の
超微粒子の流れの中に通して超微粒子を付着させる場
合、全部の超微粒子が繊維または織布の表面に固着する
のではなく遊離している超微粒子もたくさん残ることに
なり若干時間のたった後繊維に単に凝集力で付着したも
の又は単に繊維に堆積したりしたものも同時に見掛け上
繊維または織布上に付着した超微粒子としての挙動を示
すのである。そしてこのままの状態で樹脂、または接着
剤で成形体を作ると、図３Ａに示す如く、本来の強固に
付着した超微粒子Ａの他に単なる付着力（凝集力）のみ
で繊維の表面に存在したり本来の固着した超微粒子自体
に付着した超微粒子（Ｂに示す）が存在すると、図３Ａ
に示す如く、樹脂又は接着剤で成形体を作るとき、樹脂
とＢで示す付着超微粒子とは十分に強く接着するがＡで
示す超微粒子とＢで示す超微粒子の間は十分な接着力が
ないため、図３Ｂに示すような状態での繊維と樹脂との
接着が達成されず、そのために所期の効果が得られない
場合があるばかりか、むしろ逆の効果を示す場合がある
事がわかった。この遊離した超微粒子は粒径が小さいた
め凝集しやすく空気流や振動を与える等の通常の方法で
は分離させる事ができない。ところが本発明者等により
処理された繊維または織布を液中に浸し、高周波の振動
を与えると見掛け上付着した超微粒子の分離が十分に行
われ、しかも液中におく時間も数秒〜＋数秒で十分に効
果がある事がわかった。この様な処理方法は連続式に繊
維または織布と処理する事ができる点でも有利である。
液槽へ入れる振動媒体は水、アルコール等特に制限はな
く繊維の材質と超微粒子の性質により選べばよい。また
振動数は１０KHz〜１００KHzまでの高周波が効果的で特
に有効なのは３０KHz〜５０KHzである。

【００１０】本発明の超微粒子で表面が被覆される繊維
または織布には、有機材料由来のもの、例えばポリエス
テル、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニルサルファ
イドなどからの繊維またはこれらからの織布、無機材料
由来のもの、例えばガラス繊維、石綿、ロックウール、
シリコンカーバイドなどからの繊維またはこれらからの
織布、金属材料由来のもの、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗなどのフィラメントである
繊維またはこれらからの織布および単体元素由来のも
の、例えば炭素繊維またはこれからの織布などが挙げら
れる。これらの超微粒子で表面が被覆される有機材料、
無機材料、金属材料または単体元素の繊維の単繊維の状
態のものであっても、また織布状に織られた状態のもの
であっても良い。

【００１１】上記した有機材料、無機材料、金属材料ま
たは単体元素の繊維または織布の表面を被覆する超微粒
子の構成成分は、得られる超微粒子で表面が被覆された
繊維または織布に対して希望される性質および機能に応
じて、表面が被覆されるべき繊維または織布とは同一で
あるかまたは異なった種々の無機材料、金属材料または
単体元素であって、これらの具体例としては、種々の無
機物質、例えば酸化物であるＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯなど、窒化物であるＳｉ₃Ｎ₄、Ａ
ｌＮ、ＢＮなど、炭化物であるＷＣ、ＳｉＣなど、ほう
素化物であるＢＰ、ＢＮなど、単体金属、例えばＳｉ、
Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｗなど、および
金属間化合物および合金の種々のもの、並びにこれらの
材料を複合したもの単体元素、例えばＣ、Ｂなどが挙げ
られる。

【００１２】この有機材料、無機材料、金属材料または
単体元素の繊維または織布を被覆する超微粒子はその平
均粒径が１μｍ以下のもの、通常は０.１μｍ以下のも
のである。この無機材料、金属材料または単体元素の超
微粒子は公知の技術手段で生成させることができ、例え
ばアーク放電によるプラズマジェットの発生によるも
の、アーク溶解によるもの、高周波プラズマの発生によ
るもの、ガス中蒸発法によるものなどの物理的手段で生
成させるか、または無機または金属材料蒸気の還元また
は酸化を伴う化学的手段で生成させることができる。

【００１３】本発明によれば上記のようにして生成され
た無機材料、金属材料または単体元素の超微粒子が含ま
れる気体流の中に、被覆されるべき有機材料、無機材
料、金属材料または単体元素の繊維または織布を任意の
手段によって導入し、超微粒子と、被覆されるべき繊維
または織布とを超微粒子が活性な状態において接触させ
るのである。この場合、超微粒子は物理的または化学的
手段で生成せしめられたばかりのものでそれ自体はいわ
ば発生期の状態、すなわち、遊離ラジカルを有していて
活性化されている状態にあることから、繊維または織布
との接触によって繊維または織布とは共有結合的に結合
し、両者は強固に化学結合することになるが一部は未接
触または不十分な接触により強固に結合しない超微粒子
を取り除く事が必要である。このような処理をする事に
よって有機材料、無機材料、金属材料または単体元素の
表面を超微粒子が強固に被覆した形態の繊維または織布
として本発明の繊維または織布が得られるのである。

【００１４】繊維または織布の処理は通常の場合はボビ
ンまたはドラムに巻取った形のものを巻き戻してその間
に行なわれるが、本発明にあってもかかる処理手段、す
なわち供給ボビンから繊維または織布を巻き戻し（解
除）た後反対側におかれた巻取りボビンに巻き取る間に
超微粒子処理を行なった後、引き続き超音波処理を施す
ことで行なうことができ、そして場合によっては超微粒
子との接触を多重に行う事もあるがこの場合でも最終段
階で振動液槽を通して巻き取って行なわれるのである。
つぎに本発明を実施例によって説明することにする。

【００１５】実施例１炭素繊維をガラス超微粒子で被覆した粒子の製造粒度分布０.６〜１２５μｍ、平均径１８μｍのガラス
粉末をアルゴンガスを高周波加熱して得られる高温プラ
ズマ中に分散供給し、ガラス超微粒子を含む気体流を生
成させた。この気体流下部に炭素繊維を導入し、炭素繊
維をガラス超微粒子で被覆した繊維を製造した。使用し
た装置は図１に示される全体構成を有するものである。
すなわち、本装置は図１のＡで示される繊維供給装置、
Ｂで示される超微粒子被覆装置、Ｃで示される超音波振
動液槽、Ｄで示されるサイジング槽、Ｅで示される乾燥
器、Ｆで示されるフィードロールおよびＧで示される繊
維巻取り装置とからなる。

【００１６】このＢで示される超微粒子被覆装置の詳細
は図２に記載のとおりである。この超微粒子被覆装置
は、図２のＨで示されるプラズマトーチ、Ｉで示される
超微粒子原料供給装置、Ｊで示される超微粒子被覆部、
Ｋで示されるチャンバーおよびＬで示される超微粒子回
収部よりなる。プラズマトーチＨは内径５５mm、長さ１
７０mmの石英管１を主体とし、外側に高周波発振用のコ
イル（２）が取りつけられ、その外側には冷却用の外套
管（３）が設けられている。プラズマトーチの上部には
噴出方向が接線方向、軸方向および半径方向のガス噴出
口（４）、（５）、（６）が設けられ、この噴出口にガ
スの供給源（７）、（８）、（９）からアルゴン２０リ
ットル／分が供給される。この噴出ガスは印加された高
周波電源によってプラズマ化され、プラズマトーチ内で
プラズマ焔を形成する。

【００１７】プラズマトーチの上部には超微粒子原料供
給口（１０）が設けられ超微粒子原料供給装置Ｉから供
給される原料のガラス粉末はキャリアガス５〜１５リッ
トル／分によりプラズマ焔中に導入される。チャンバー
Ｋは内径４４０mm、長さ１８００mmの管（１３）とその
外側の冷却用の外套管（１４）とからなる。Ａで示され
る原料繊維供給装置において、被覆されるべき炭素繊維
ＣＦは巻取りロールからテンションロールを経て１〜１
０ｍ／分の割合で送り出されて、Ｇで示される繊維巻取
り装置で巻取られる。

【００１８】超微粒子被覆部Ｊには原料繊維の通り孔と
して開口部が設けられており大気雰囲気に連なってい
る。この部分では超微粒子は生成したばかりの活性な状
態で繊維と接触しこれを被覆する。この時繊維との接触
が不十分でこれに十分に付着しなかったり、また超微粒
子の生成完了後時間が経過していて遊離の状態の超微粒
子となりもはや繊維に付着しなかったものであるが、凝
集力によって繊維の上に載っている状態のものができ
る。この付着程度のいろいろな状態の超微粒子のついた
繊維を水を満たした超音波槽Ｃにくぐらせる。超音波槽
の振動数は４５KHzで出力は３００Ｗである。超音波水
槽をくぐらせた繊維はサイジング槽Ｄを経て乾燥機Ｅに
通され、乾燥の後Ｆのフィードロールを経てＧで示され
る巻取り装置で巻取られる。

【００１９】実施例２実施例１で作った超音波槽を通した繊維を用いて繊維強
化複合材を調製して試料Ａとした。一方実施例１の装置
を用いるが超音波槽を通さないことのみを異にする方法
で調製した繊維を用いて同じ複合材を調製して試料Ｂと
し、また何の処理も行っていない炭素繊維より調製した
強化複合材を試料Ｃとした。試料Ａ、Ｂ、Ｃから用いた
炭素繊維以外は全く同様にして試験片を作った。その作
り方は大径のドラムにボビンより繊維を引き出して巻つ
け、これに樹脂を注入し圧力と熱を加えて円筒状に成形
しこれをドラムより外してシート化してこれを積層して
厚さ３mmとしさらに１０×１５０mmに切断したものであ
る。この試験片をＪＩＳＫ７０７４（炭素繊維強化プ
ラスチックの曲げ試験方法）およびＪＩＳＫ７０７８
(炭素繊維強化プラスチックの層間剪断力試験方法）に
より物性試験を行った。曲げ試験においては試験速度
５.０mm／分支点間距離９６mm、剪断試験においては
試験速度１.３mm／分支点間距離１２mmとした。結果
は次表の通りである。

【００２０】

【表１】超音波処理されている繊維を用いたものは無処理のもの
または、超微粒子処理しているものに比べ曲げ強度及び
剪断強度とも強化されていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置の構成を示す。

【図２】本発明を実施するための装置の一部である超微
粒子被覆装置を示す。

【図３】遊離超微粒子による接着力の低下を説明する模
式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者外ノ池直人埼玉県入間郡大井町鶴ヶ岡５丁目３番１号日清製粉株式会社生産技術研究所内 (72)発明者飯田英男埼玉県入間郡大井町鶴ヶ岡５丁目３番１号日清製粉株式会社生産技術研究所内 (72)発明者福島昭彦埼玉県入間郡大井町鶴ヶ岡５丁目３番１号日清製粉株式会社生産技術研究所内 (56)参考文献特開平５−117965（ＪＰ，Ａ) 特開平１−292173（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−263377（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06M 10/00 - 11/84

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】気相法によって生成された無機材料、金
属材料または単体元素の超微粒子が含まれる流れの中に
被覆されるべき有機材料、無機材料、金属材料または単
体元素の繊維または織布を導入し、上記の超微粒子と上
記の被覆されるべき繊維または織布とを超微粒子が活性
な状態において接触させた後超音波振動液槽を通すこと
からなる、無機材料、金属材料または単体元素の超微粒
子で表面が被覆された有機材料、無機材料、金属材料ま
たは単体元素の繊維または織布の製造方法。
【請求項２】無機材料、金属材料または単体元素の超
微粒子が含まれる流れが、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法によ
って作られるものである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】ＰＶＤ法がＲＦプラズマ法である請求項
２に記載の製造方法。
【請求項４】超音波の振動数が１０Hz〜１００Hzであ
る請求項１〜３の方法。