JPH01221557A - 炭素繊維不織布の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）産業上の利用分野 本発明は炭素繊維不織布の製造方法に関する。

本発明は不識布構遺を支え−る接着点が、繊維と同質の
炭素であり、強度、寸法安定性、耐熱性、耐藁品性、導
電性等の優れた不織布を製造する方法に関する。

本発明により製造される炭素繊維不織布は、繊維のみな
らず接着点までも炭素で構成されているため、炭素の優
れた物理的、化学的特性を十分に発揮することが出来る
利点を有する。

口）従来の技術 繊維の自己接着を利用する不織布の製造は、合成繊維の
場合には芯に高融点のポリマー、鞘に低融点のポリマー
を組み合わせた複合繊維を用いて、広〈実施されている
。

炭素繊維′の場合、軟化点が実質的に存在しないため、
合成Ａｌ１１ＩＩと同様の方法の採用は不可能である。

しかし前駆体繊維の段階で、自己接着させることは可能
である６例えば特開昭５０−１０１４０５号には、不融
化処理を行わないピッチ繊維あるいは軽度に不融化処理
したピッチ繊維を自己接着させ、不織布に形成すること
が記載されている。しかしこの特許では、ピッチに多量
のケイ素化合物やアルミナを混合しており、純粋のピッ
チ繊維とはかなり挙動が異なると推定される。ケイ素化
合物やアルミナは軟化点より高温状態のピッチの変形を
抑制し、合成繊維の複合繊維の芯成分のような挙動をし
、繊維が液滴状になることを防止すると推定され、純粋
のピッチ繊維で自己接着により不織布が形成出来ること
は示唆していない。

また特開昭５２−４７０１４号には、不融化処理を行わ
ないピッチ繊維あるいは軽度に不融化処理したピッチ繊
維を、任意の形状に予備成形した後自己接着させ、多孔
質成型体とする方法が開示されている。

この方法は多孔質成型体の製造方法としては優れている
が、不織布の製造方法として評価すると、ピッチ繊維の
形態変化が著しいため、得られる不織布の密度が大きす
ぎ、ファイバーボード状の硬いものとなるため、布とし
ての取り扱いが困難な問題点がある。

ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は従来技術により、自己接着により製造されたピ
ッチ系炭素繊維不織布の、密度が過大で布としての取り
扱いが困難な問題点を解決し、繊維もバインダーも炭素
からなる不織布を、低コストで製造出来る方法である。

二）問題点を解決する手段 本発明は紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融化処
理を行ったピッチ繊維と、不融化ピッチ繊維もしくは炭
化ピッチ繊維の混合物を、シート状等の形に成形した後
不活性気体中で炭化処理し、該紡糸後のピッチ繊維らし
くは不完全な不融化処理を行ったピッチ繊維により融着
し、繊維間を固定することを特徴とする炭素繊維不織布
の製造方法である。− 本発明に於いて炭素繊維の自己接着を起こす成分は、混
入した紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融化処理
を行ったピッチ繊維である。ピッチ繊維は不融化処理を
行うと伸度が増加するので、力の掛かるような処理に耐
えられるようになるので、通常の繊維に行われるような
混繊処理を行う場合、不融化処理を行った後であること
が好ましい。

しかしピッチ繊維の不融・化処理は時間の掛かる工程で
あり、紡糸と連続して実施し難く、省略出来ればかなり
のコスト低減になる。主体繊維との混合が不十分でも良
ければ、紡糸後のピッチ繊維の使用が望ましい。

自己接着を起こす成分く以後バインダーと呼ぶ）として
の不融化ピッチ繊維は、酸素含有率が、十分に不融化し
た場合の酸素含有率の９０％よりも小さいものである。

十分に不融化した場合の酸素含有率の大きさは、原料ピ
ッチによって異なるが、３％〜１２％の範囲にある。原
料ピッチが光学異方性の、ものである場合、３％〜６％
の範囲にある。

不完全な不融化処理は、処理時の昇温速度を大きくする
方法、処理開始温度を高くする方法、処理終了温度を低
くする方法、あるいは処理時の酸素濃度を低くする方法
を用いる。

本発明に於いて、主体繊維は不融化処理したピッチ繊維
あるいは不融化および炭化処理したピッチ！ａ維である
。主体ａｍｉｉは糸状あるいはシート状の形で処理され
る。これらの主体繊維を不織布に加工するには、主体繊
維を開繊した後バインダーと混合し、シート化する方法
、あるいは主体繊維のシートの上にバインダーを散布す
る方法により、一体化したシートを作り、更にバインダ
ーにより繊維間を固定する。

主体繊維を開繊した後バインダーと混合し、アート化す
る方法では、均一で嵩高い不織布がｔａ　ラれるが、主
体繊維およびバインダー繊維の４１２　ｆｔ４、切断が
完全には抑制出来ず、繊維の損失お、シヒ浮遊ｕａ維の
混在を完全に避けることは極めて困難テある。

主体繊維のシート−の上にバインダーを散布づ・る方法
では、主体繊維のシートをいかに薄くシてもバインダー
繊維を均一に混合することは困難である。バインダー繊
維が密集した部分では、炭ｆヒ時に繊維が熔融して収縮
するため、シートの高密度化が起こり、得られた不織布
は木材の年輪状に周期的に密度が変動する。この不織布
は確かに不均一で、嵩高さはやや小さいが、寸法安定性
や耐衝撃性に優れており、複合材料の繊維質強化物とし
て優れた性能を示す、また・軟質の合成樹脂を含浸して
、振動の吸収材として優れた性能を示す、また刃物や針
のようなものの貫通に対し、均一な不織布構造物よりも
良好な抵抗性を有する。

本発明に於いて、主体繊維およびバイングー繊維を熔融
ピッチから細線状液流の形に形成し、さらにシート化す
る方法としては、通常の紡糸口金から紡出し、気流もし
くはローラーによって牽引する、スパンボンド式の紡糸
方法、高速気流の中に出口を有する紡糸孔もしくはスリ
ットから紡出する、メルトブロー式の紡糸方法、高速回
転するポットから遠心力により散布して液流化する遠心
紡糸法の、いずれも採用出来るが、特にメルトブロー法
が好ましい。

メルトブロー法にはスリット状の高速気流の吐出孔の中
に、紡糸孔を一列に並べる方法あるいはスリットを設け
る方法、および礼状の高速気流の吐出孔の中に紡糸孔を
１個ないし数個設ける方法が知られているが、本発明に
対してはいずれの方法も使用することが出来る。

本発明に使用するピッチは熔融紡糸および不融化処理が
可能な高軟化点ピッチである。好ましくは光学異方性ピ
ッチであり、最も好ましくは実質的に１００％の光学異
方性のピッチである。

本発明に使用するピッチは１種類であっても良く、また
２種類以上を用いることも可能である。

紡糸液としての２種類以上のピッチの混合は、紡糸調子
の上で好ましくないが、別々の紡糸孔から別の種類のピ
ッチを紡糸することにより、不融化反応速度の異なるピ
ッチ繊維を作りながら混合し、不融化の遅い繊維を不完
全に不融化したピッチ繊維とし、バインダーとすること
が可能である。またピッチの分子構造により、炭化処理
中の繊維の収縮が異なることを利用して、シートの嵩高
さを変更することが可能である。

本発明によって製造される炭素繊維不織布は、高度に炭
化することにより、高い電気伝導性を与えることが可能
である。高い電気伝導性を有する炭素繊維不織布は電磁
波遮蔽材、面発熱体、電極材料、触媒担体等に使用する
事が一可能である。

本発明によって製造され・る不織布には、電気伝導性、
形態安定性等の改善のため、内部あるいは表面に金網や
炭素繊維織物あるいはセラミックス料と張り合わすため
の接着剤層、あるいは粘着剤層を有していることが可能
である。また植毛、フロック加工、樹脂コーティング、
フィルムとのラミネート加工等を行うことが可能である
。

実施例　１ 軟化点２８５℃、光学異方性分率１００％の石油系ピッ
チを原料とし、内径０．３ａ＋＋ｅ外径０．６ｍｍの原
料吐出用管状ノズルを内蔵する直径０．８＋ｍｓ＋の紡
糸孔を有する口金を用い、管状ノズルの周辺から加熱空
気を噴出させて、熔融ピッチを牽引して紡糸を行った。

ピッチの吐出量、１２ｇ／８０ト分、ピッチ温度３２０
℃、口金温度４２０℃、加熱空気のｆｉ　ｉ　０．４０
ｋｇ１分、加熱空気の温度４２０℃、加熱空気の圧力１
．５ｋｇ／ｃ＋ｅ２Ｇであった。

紡出された繊維を、捕集部分が２０メツシユのステンレ
ス製金網で出来−たベルトの背面から吸引して、ベルト
上に捕集した。得られたシートを昇温速度１．０℃／分
で３００℃まで昇温させつつ不融化処理した。（シート
Ａと呼ぶ） シートＡを製造した原料と同じ原料を用い、同一の紡糸
条件で紡出した繊維をアスピレータ−で吸引しつつ、該
アスピレータ−中にシートＡを開繊したものを供給し、
アスピレータ−中で混合して、捕集部分が２０メツシユ
のステンレス製金網で出来たベルトの背面から吸引して
、ベルト上へ捕集した。得られたシートを、引き続いて
昇温速度２℃／分で２７０℃まで昇温させつつ不融化処
理した。

（シートＢと呼ぶ） シートＢの中の後から紡出した繊維は、この処理による
不融化が不完全で、更に最高温度２０００℃の不活性ガ
スｆ中で炭化処理したところ、得られた炭素繊維のシー
トは繊維の交叉点で融着しており、一体化した不織布と
なっていた。

得られた不織布の嵩比重は約０．１２で、嵩高く、弾力
性、保温性に富み、Ｐ適材料としても優れた性能を示し
た。

比較例　１ 実施例　１のシートＡを常法により炭化処理したところ
、殆ど接着点のないシートとなり、不織布としての一体
化が行われなかった。

また実施例　１のシートＡの不融化処理の条件を変え、
昇温速度２℃／分、最高温度２７０℃とした。

このシートを常法により炭化処理したところ、シートは
繊維の交叉点で融着し、一体化した不織布に形成された
が、粛比重が０．２５となり、厚紙のような手触りのも
のになった。

実施例　２ 軟化点２８７℃、光学異方性分率９９％の石油系ピッチ
を原料とし、直径０．１５＋ｏ＋ａの紡糸孔を直線状の
３列に３０００個有する口金から紡糸し、冷却後直ちに
スリット状の牽引ノズルにより吸引して、ネットコンベ
ヤー上に噴出させて堆積させ、シート状に捕集した。（
シートＣと呼ぶ） 得られたシートをネットコンベヤーに挟んで圧搾した後
、常法により不融化を行った。

得られ芙シートの上にさらにシートＣと同一条件でピッ
チ繊維を紡出して、積層した。（シートＤと呼ぶ） シートＤを５枚積層したものを作り、不融化処理を昇温
速度３℃／分、最高温度２８０℃で軽度に不融化処理し
、さらに常法により炭化処理を行った。

得られたシートは嵩比重の大きい層と小さい層とが女工
に重なり合い、反発力に富む炭７索繊維不織布となった
。

ホ）発明の作用および効果 本発明は不織布構造を支える接着点が、繊維と同質の炭
素であり、強度、寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、導電
性等の優れた炭素繊維不織布を製造する方法に関する。

本発明の炭素繊維不織布は、化学薬品や工業ガス等の濾
過材料、特に高温で使用される濾過材料、非酸化性雰囲
気での高温断熱材、電極材料、燃料電池部品、キャパシ
タ一部品、触媒担体等に使用出来る。また本発明の炭素
繊維不織布は、プラスチック、セメントモルタル、炭素
材料の強化材として使用出来る。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融化処理を行
   ったピッチ繊維と不融化ピッチ繊維もしくは炭化ピッチ
   繊維の混合物をシート状等の形に成形した後不活性気体
   中で炭化処理し、該紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全
   な不融化処理を行ったピッチ繊維により融着し、繊維間
   を固定することを特徴とする炭素繊維不織布の製造方法
   。