JP3721058B2 - 金属炭素繊維複合体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維と金属との複合体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、軽量化や機械的特性の改善等を目的として、多くの工業用途に炭素繊維と金属とを複合化させた所謂「金属炭素繊維複合体」が使用されている。この金属炭素繊維複合体は、従来より、例えば炭素繊維束に金属粒子を吹き付けたり、蒸着法により金属蒸気を炭素繊維束に付着させたり、あるいは炭素繊維束に金属融液を含浸させて製造している。
【０００３】
しかしながら、金属粒子を吹き付ける方法では、炭素繊維束の深部にまで金属粒子が入り込まないことから、金属の保持量が少なく、満足できる機械的特性を有する金属炭素繊維複合体が得られない。また、金属蒸気を付着したり、金属融液を含浸させる方法では、炭素繊維の金属に対する濡れ性が低いことから、金属と炭素繊維との付着性が悪く、炭素繊維束の深部にまで金属を導入し、保持させることが難しい。また、炭素繊維束は通常サイズ剤により束ねられており、このサイズ剤が金属との濡れ性を更に低下させている。サイズ剤を除去した後に炭素繊維束を金属と接触させることも行われているが、炭素繊維束が解れていることから、金属融液の含浸を行う含浸装置のオリフィスに炭素繊維束が詰まってラインが停止することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、金属粒子の吹き付け、金属蒸気の付着または金属融液の含浸を行う従来の各方法では、炭素繊維と金属との濡れ性の低さ及びサイズ剤の存在に起因して、炭素繊維束の深部にまで金属を導入し、保持させることは困難であった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡便かつ容易な方法で無機繊維の金属との濡れ性を高めて無機繊維束の深部にまで金属を導入し、金属保持量の多い金属炭素繊維複合体を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、炭素繊維束を、サイズ剤を除去した後、アルコキシド溶液、アルコールに順次浸漬し、その後金属融液を含浸させることを特徴とする金属炭素繊維複合体の製造方法を提供する。
【０００７】
特に上記において、金属融液の含浸を、圧力容器内に収容され、炭素繊維束の導入及び導出用のオリフィスを備える貯槽に充填された金属融液に、加圧下、アルコール浸漬後の炭素繊維束を連続的に挿通させて行うことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明方法を実施するために好適な製造装置の一例を示す概略構成図である。図示されるように、予めサイズが除去された炭素繊維束１０は、先ず貯槽１１にてアルコキシド溶液１２に浸漬される。尚、サイズ剤の除去方法は特に制限されるものではなく、公知の各種方法によることができる。例えば、アルゴンガス雰囲気中で８００℃程度に加熱することにより、炭素繊維束１０の内部のサイズ剤まで良好に除去することができる。アルコキシド溶液としては、例えばシリコン系あるいはチタン系アルコキシド溶液等を好適に使用できる。また、このアルコキシド溶液１２の濃度としては２〜２０重量％とすることが好ましい。
【００１０】
炭素繊維束１０はサイズ剤が除去されて繊維毎に解れており、アルコキシド溶液１２は繊維間並びに炭素繊維束１０の深部にまで充分に浸透して、炭素繊維束１０を構成する大部分の炭素繊維にアルコキシド溶液１２の被膜が形成される。アルコキシドは炭素繊維の濡れ性を高める作用があるため、次いで、アルコキシド溶液１２を乾燥して液中のアルコキシド成分を炭素繊維束１０の各炭素繊維に付着させる。乾燥は、浸漬後の炭素繊維束１０を十分な距離走行させてもよいが、製造ラインの短縮のためにヒータ１３に挿通させて強制的に乾燥することが好ましい。
【００１１】
上記アルコキシド成分が付着された炭素繊維束１０は、そのままでは繊維毎に解けた状態にあり、その後の金属融液の含浸処理に際してオリフィスに詰まる等の不具合を起こすおそれがある。そこで、貯槽１４にて炭素繊維束１０をアルコール１５に浸漬する。アルコール１５は、解けた炭素繊維同士を再び収束させる作用を有する。ここで、炭素繊維束１０の各炭素繊維にはアルコキシド成分が付着して濡れ性が高められており、アルコール１５は容易に繊維間に浸透して良好な収束状態を実現する。アルコール１５としてはメタノール、エタノール、プロパノール等が安価で、また揮発性が高いことから好ましく、上記において濡れ性付与のために使用されたアルコキシドの種類に応じて適宜選択される。
【００１２】
次いで、炭素繊維束１０はアルコール１５を乾燥した後、金属融液による含浸処理に処される。尚、アルコール１５の乾燥は、浸漬後の炭素繊維束１０を十分な距離走行させてもよいが、製造ラインの短縮のためにヒータ１６に挿通させて強制的に乾燥することが好ましい。
【００１３】
金属融液による含浸処理は、図示される金属含浸装置１００を用いて行うことが好ましい。この金属含浸装置１００は、圧力チャンバ１０１と、金属融液１０２を収容する貯槽１０３とを備える。貯槽１０３はヒータ１０４により加熱される。また、貯槽１０３は、この貯槽１０３の内部に炭素繊維束１０を挿通させるための導入側オリフィス１０５及び中間オリフィス１０７とを備える。導入側オリフィス１０５は、圧力チャンバ１０１の底面１０１ａに接続しており、炭素繊維束１０を貯槽１０３の内部に導入する。中間オリフィス１０７は、金属融液１０２の液中から貯槽１０３の開口面を覆う蓋材１０６まで延びている。また、導出側オリフィス１０８は圧力チャンバ１０１の上面１０１ｂに形成されており、金属が含浸された炭素繊維束（金属炭素繊維複合体）１１０を取り出す。また、ガス供給源１０９からはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが圧力チャンバ１０１に供給され、金属融液１０２の含浸時に、圧力チャンバ１０１の内部及び貯槽１０３の内部が所定の圧力に維持される。
【００１４】
このような構成の金属含浸装置１００において、アルコール浸漬後の炭素繊維束１０は、導入側オリフィス１０５を通じて連続的に貯槽１０３に導入され、金属融液１０２と接触する。このとき、炭素繊維束１０はアルコールにより収束されており、導入側オリフィス１０５に詰まることはない。また、炭素繊維束１０はアルコキシドにより濡れ性が付与されており、一方で圧力チャンバ１０１及び貯増１０３にはガス供給源１０９から不活性ガスが供給されて加圧状態となっているため、金属融液１０２は炭素繊維束１０の繊維間へと容易に浸透していく。
【００１５】
金属含浸後の炭素繊維束１０は、中間オリフィス１０７を通じて貯蔵１０３から送り出され、次いで導出側オリフィス１０８を通じて圧力チャンバ１０１から送り出される。このとき、圧力チャンバ１０１の内部を移動する間に、繊維表面に付着した金属融液１０２及び繊維間に浸透した金属融液１０２が冷却されてその一部が固化し、更に巻取ボビン１１３に巻き取られる間に全ての金属融液１０２が固化する。
【００１６】
以上の一連の金属含浸処理を経て得られた金属炭素繊維複合体１１０は、表面が金属で被覆されているとともに、繊維束のより深部の繊維間まで金属が保持されており、従来品と比べて金属の保持量が高く、機械的特性に優れたものとなる。
【００１７】
尚、本発明において炭素繊維と複合化される金属の種類には制限がなく、用途や目的とする特性に応じて任意に選択可能である。また、炭素繊維の種類にも制限がなく、ＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維等を適宜選択して用いることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特別な装置を要することなく、簡便かつ容易な方法で、金属保持量が多く機械的特性に優れた金属炭素繊維複合体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を実施するために好適な装置の一実施形態を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１０ 炭素繊維束
１１ 貯槽
１２ アルコキシド溶液
１３ ヒータ
１４ 貯槽
１５ アルコール
１６ ヒータ
１００ 被覆装置
１０１ 圧力容器
１０２ 金属融液
１０３ 貯槽
１０５ 導入側オリフィス
１０７ オリフィス
１０８ 導出側オリフィス
１１０ 金属炭素繊維複合体
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維と金属との複合体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、軽量化や機械的特性の改善等を目的として、多くの工業用途に炭素繊維と金属とを複合化させた所謂「金属炭素繊維複合体」が使用されている。この金属炭素繊維複合体は、従来より、例えば炭素繊維束に金属粒子を吹き付けたり、蒸着法により金属蒸気を炭素繊維束に付着させたり、あるいは炭素繊維束に金属融液を含浸させて製造している。
【０００３】
しかしながら、金属粒子を吹き付ける方法では、炭素繊維束の深部にまで金属粒子が入り込まないことから、金属の保持量が少なく、満足できる機械的特性を有する金属炭素繊維複合体が得られない。また、金属蒸気を付着したり、金属融液を含浸させる方法では、炭素繊維の金属に対する濡れ性が低いことから、金属と炭素繊維との付着性が悪く、炭素繊維束の深部にまで金属を導入し、保持させることが難しい。また、炭素繊維束は通常サイズ剤により束ねられており、このサイズ剤が金属との濡れ性を更に低下させている。サイズ剤を除去した後に炭素繊維束を金属と接触させることも行われているが、炭素繊維束が解れていることから、金属融液の含浸を行う含浸装置のオリフィスに炭素繊維束が詰まってラインが停止することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、金属粒子の吹き付け、金属蒸気の付着または金属融液の含浸を行う従来の各方法では、炭素繊維と金属との濡れ性の低さ及びサイズ剤の存在に起因して、炭素繊維束の深部にまで金属を導入し、保持させることは困難であった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡便かつ容易な方法で無機繊維の金属との濡れ性を高めて無機繊維束の深部にまで金属を導入し、金属保持量の多い金属炭素繊維複合体を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、炭素繊維束を、サイズ剤を除去した後、アルコキシド溶液、アルコールに順次浸漬し、その後金属融液を含浸させることを特徴とする金属炭素繊維複合体の製造方法を提供する。
【０００７】
特に上記において、金属融液の含浸を、圧力容器内に収容され、炭素繊維束の導入及び導出用のオリフィスを備える貯槽に充填された金属融液に、加圧下、アルコール浸漬後の炭素繊維束を連続的に挿通させて行うことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明方法を実施するために好適な製造装置の一例を示す概略構成図である。図示されるように、予めサイズが除去された炭素繊維束１０は、先ず貯槽１１にてアルコキシド溶液１２に浸漬される。尚、サイズ剤の除去方法は特に制限されるものではなく、公知の各種方法によることができる。例えば、アルゴンガス雰囲気中で８００℃程度に加熱することにより、炭素繊維束１０の内部のサイズ剤まで良好に除去することができる。アルコキシド溶液としては、例えばシリコン系あるいはチタン系アルコキシド溶液等を好適に使用できる。また、このアルコキシド溶液１２の濃度としては２〜２０重量％とすることが好ましい。
【００１０】
炭素繊維束１０はサイズ剤が除去されて繊維毎に解れており、アルコキシド溶液１２は繊維間並びに炭素繊維束１０の深部にまで充分に浸透して、炭素繊維束１０を構成する大部分の炭素繊維にアルコキシド溶液１２の被膜が形成される。アルコキシドは炭素繊維の濡れ性を高める作用があるため、次いで、アルコキシド溶液１２を乾燥して液中のアルコキシド成分を炭素繊維束１０の各炭素繊維に付着させる。乾燥は、浸漬後の炭素繊維束１０を十分な距離走行させてもよいが、製造ラインの短縮のためにヒータ１３に挿通させて強制的に乾燥することが好ましい。
【００１１】
上記アルコキシド成分が付着された炭素繊維束１０は、そのままでは繊維毎に解けた状態にあり、その後の金属融液の含浸処理に際してオリフィスに詰まる等の不具合を起こすおそれがある。そこで、貯槽１４にて炭素繊維束１０をアルコール１５に浸漬する。アルコール１５は、解けた炭素繊維同士を再び収束させる作用を有する。ここで、炭素繊維束１０の各炭素繊維にはアルコキシド成分が付着して濡れ性が高められており、アルコール１５は容易に繊維間に浸透して良好な収束状態を実現する。アルコール１５としてはメタノール、エタノール、プロパノール等が安価で、また揮発性が高いことから好ましく、上記において濡れ性付与のために使用されたアルコキシドの種類に応じて適宜選択される。
【００１２】
次いで、炭素繊維束１０はアルコール１５を乾燥した後、金属融液による含浸処理に処される。尚、アルコール１５の乾燥は、浸漬後の炭素繊維束１０を十分な距離走行させてもよいが、製造ラインの短縮のためにヒータ１６に挿通させて強制的に乾燥することが好ましい。
【００１３】
金属融液による含浸処理は、図示される金属含浸装置１００を用いて行うことが好ましい。この金属含浸装置１００は、圧力チャンバ１０１と、金属融液１０２を収容する貯槽１０３とを備える。貯槽１０３はヒータ１０４により加熱される。また、貯槽１０３は、この貯槽１０３の内部に炭素繊維束１０を挿通させるための導入側オリフィス１０５及び中間オリフィス１０７とを備える。導入側オリフィス１０５は、圧力チャンバ１０１の底面１０１ａに接続しており、炭素繊維束１０を貯槽１０３の内部に導入する。中間オリフィス１０７は、金属融液１０２の液中から貯槽１０３の開口面を覆う蓋材１０６まで延びている。また、導出側オリフィス１０８は圧力チャンバ１０１の上面１０１ｂに形成されており、金属が含浸された炭素繊維束（金属炭素繊維複合体）１１０を取り出す。また、ガス供給源１０９からはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが圧力チャンバ１０１に供給され、金属融液１０２の含浸時に、圧力チャンバ１０１の内部及び貯槽１０３の内部が所定の圧力に維持される。
【００１４】
このような構成の金属含浸装置１００において、アルコール浸漬後の炭素繊維束１０は、導入側オリフィス１０５を通じて連続的に貯槽１０３に導入され、金属融液１０２と接触する。このとき、炭素繊維束１０はアルコールにより収束されており、導入側オリフィス１０５に詰まることはない。また、炭素繊維束１０はアルコキシドにより濡れ性が付与されており、一方で圧力チャンバ１０１及び貯増１０３にはガス供給源１０９から不活性ガスが供給されて加圧状態となっているため、金属融液１０２は炭素繊維束１０の繊維間へと容易に浸透していく。
【００１５】
金属含浸後の炭素繊維束１０は、中間オリフィス１０７を通じて貯蔵１０３から送り出され、次いで導出側オリフィス１０８を通じて圧力チャンバ１０１から送り出される。このとき、圧力チャンバ１０１の内部を移動する間に、繊維表面に付着した金属融液１０２及び繊維間に浸透した金属融液１０２が冷却されてその一部が固化し、更に巻取ボビン１１３に巻き取られる間に全ての金属融液１０２が固化する。
【００１６】
以上の一連の金属含浸処理を経て得られた金属炭素繊維複合体１１０は、表面が金属で被覆されているとともに、繊維束のより深部の繊維間まで金属が保持されており、従来品と比べて金属の保持量が高く、機械的特性に優れたものとなる。
【００１７】
尚、本発明において炭素繊維と複合化される金属の種類には制限がなく、用途や目的とする特性に応じて任意に選択可能である。また、炭素繊維の種類にも制限がなく、ＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維等を適宜選択して用いることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特別な装置を要することなく、簡便かつ容易な方法で、金属保持量が多く機械的特性に優れた金属炭素繊維複合体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を実施するために好適な装置の一実施形態を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１０ 炭素繊維束
１１ 貯槽
１２ アルコキシド溶液
１３ ヒータ
１４ 貯槽
１５ アルコール
１６ ヒータ
１００ 被覆装置
１０１ 圧力容器
１０２ 金属融液
１０３ 貯槽
１０５ 導入側オリフィス
１０７ オリフィス
１０８ 導出側オリフィス
１１０ 金属炭素繊維複合体
Claims (2)
- 炭素繊維束を、サイズ剤を除去した後、アルコキシド溶液、アルコールに順次浸漬し、その後金属融液を含浸させることを特徴とする金属炭素繊維複合体の製造方法。
- 金属融液の含浸を、圧力容器内に収容され、炭素繊維束の導入及び導出用のオリフィスを備える貯槽に充填された金属融液に、加圧下、アルコール浸漬後の炭素繊維束を連続的に挿通させて行うことを特徴とする請求項１記載の金属炭素繊維複合体の製造方法。
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