JPH03146769A - 金属被覆炭素繊維の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属被覆炭素繊維の製造方法に関するもので
あり、詳しくは、炭素繊維束を構成している単繊維の１
本１本の表面に、均−且つ密着性に優れた金属被覆を形
成させることができる金属被覆炭素繊維の製造方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

周知の通り、炭素繊維は、有機高分子や金属等と複合さ
れ、いわゆる繊維強化プラスチアク（ＦＲＰ）や噛維強
化金属（ＦＲＭ）と呼ばれる複合材として色々な用途例
えば、導電性、電磁波シールド性等を必要とする用途に
使用されているが、近年、これら複合材の力学的特性や
電気的特性等を向上させる目的で、使用する炭素繊維に
金属被覆を施したものが要求されるようになってきた。

炭素繊維に金属被覆を施す方法としては、＠電解めっき
法、電気めっき法、蒸着法等が提案されているが、いず
れの方法による場合でも、通常、炭素繊維は多数（例え
ば１２０００本程度）０単繊維が集合して束状を呈した
形態で取り扱われているため、この炭素繊維束に対して
金属被覆を施すに当たっては炭素繊維束をいかに充分に
開繊させて炭素繊維束を構成している単繊維の１本１本
の表面に均−且つ密着性に優れた金属被膜を形成させる
かが共通の技術的課題となっている。

例えば、アクリロニトリル系重合体の繊維製品を貴金属
塩水溶液と接触させて触媒化処理を行ってから金属を無
電解めっきして金属被覆繊維を製造する方法（特開昭６
２−２１８６９号公報）を炭素繊維束に適用する場合、
貴金属塩水溶液と接触させて触媒化処理する炭素繊維が
束状の状態のものであるので、炭素繊維束を構成してい
る単繊維の１本１本の表面に均−且つ密着性に優れた金
属被覆を形成させることは極めて困難なのである。

上記技術的課題を解決する手段として、めっき液の噴流
を繊維束に対して直接衝突させることにより炭素繊維束
を開繊させると同時に均一なめっきを行うという手段が
提案されている。しかしながら、この手段には、めっき
液の噴流の力が繊維束を構成している各単繊維に均一に
当たらない場合には、一部の繊維にのみ力が加えられる
ことになり繊維が切断や損傷されるという問題がある。

（特開昭５８−１９３３９１号、特開昭６０−１４１８
９５号参照）（発明が解決しようとする課題） 本発明は、炭素繊維束に無電解めっき法を適用するに当
って、束状を呈した炭素繊維を繊維の切断や損傷をまね
くことなく充分に開繊させて炭素繊維束をｔｉ威してい
る単繊維の１本１本の表面に均−且つ密着性に優れた金
属被覆を形成させることを技術的課題とするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、前記技術的課題を解決するために長期に
亘り鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維束を開繊させるに
当って、カチオン性、アニオン性及びノニオン性界面活
性剤のいずれかを含む水溶液を使用することにより、炭
素繊維束を構成している単繊維の１本１本にまで開繊さ
せることができることを見出した。また、この開繊処理
を施した後、炭素繊維をパラジウムヒドロゾル中に浸漬
するに際して、開繊処理時に使用した界面活性剤の逆荷
電を有した界面活性剤を含有させたパラジウムヒドロゾ
ルを用いれば、炭素繊維１本１本の表面に超微粒子のパ
ラジウムコロイドを効率よく吸着させることができるこ
とを見出した。このものに金属を無電解めっきすれば、
炭素繊維束を構成している単繊維の１本１本の表面に均
−且つ密着性に優れた金属被覆を形成させた金属被覆炭
素繊維を得ることができるのである。

即ち、本発明は、炭素繊維束を水溶液中で開繊処理した
後、水洗し、続いてパラジウムヒドロゾル中に浸漬する
ことにより、当該炭素繊維の表面に超微粒子のパラジウ
ムコロイドを吸着させてから、金属を無電解めっきして
金属被覆炭素繊維を製造する方法において、前記開繊処
理時に、カチオン性界面活性剤を含む水溶液を用いた場
合には、アニオン性又はノニオン性界面活性剤を含むパ
ラジウムとドロゾルを用い、アニオン性界面活性剤を含
む水溶液を用いた場合には、カチオン性界面活性剤を含
むパラジウムヒドロゾルを用い、ノニオン性界面活性剤
を含む水溶液を用いた場合には、カチオン性界面活性剤
を含むパラジウムヒドロゾルを用いることを特徴とする
金属被覆炭素繊維の製造方法である。

〔作　　用〕

本発明において最も重要な点は、炭素繊維束をカチオン
性、アニオン性及びノニオン性界面活性剤を含む水溶液
を使用して開繊処理した場合には、炭素繊維束を構成し
ている単繊維の１本１本にまで開繊させることができ、
続いて、開繊処理して得られたものを開繊処理時に使用
した界面活性剤の逆荷電を有した界面活性剤を含有した
パラジウムヒドロゾル中に浸漬し、炭素繊維束を構成し
ている単繊維の１本１本の表面に超微粒子のパラジウム
コロイドを吸着させ、次いで無電解めっきを施すことに
よって、炭素繊維束を構成している単繊維の１本１本の
表面に均−且つ密着性に優れた金属被覆を形成させた金
属Ｐ１１覆炭素繊維が得られるという事実である。

本発明者は、炭素繊維束を構成している単繊維の１本１
本の表面に均−且つ密着性に優れた金属被覆を形成させ
た金属被覆炭素繊維が得られる理由について、上記界面
活性剤を含む水溶７＆で開繊処理を施すことにより、炭
素繊維表面に界面活性剤が単分子吸着され、これらの静
電的な反発によって、炭素繊維束を構成する単繊維１本
１本にまでほぐされている状態を維持させたままパラジ
ウムヒドロゾル中に浸漬させている為、単繊維の１本１
本の表面に超微粒子のパラジウムコロイドが静電引力吸
着により均−且つ強固に吸着されている状態で無電解め
っきしていることによるものと考えている。

次に、本発明実施にあたっての諸条件について述べる。

本発明における炭素繊維束としては、例えばレーヨン炭
素繊維束、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維
束、ピッチ系炭素繊維束等が使用できる。また、繊維表
面の改質を目的とした酸化処理等の表面処理が施されて
いるもの或いは施されていない繊維束のいずれもが使用
できる。

本発明における開繊処理時の水溶液とは、カチオン性、
アニオン性及びノニオン性界面活性剤のいずれかを含む
イオン交換水溶液であり、界面活性剤の濃度はｏ、ｏｏ
ｓ〜２％の範囲が好ましい。０゜００５％以下の場合に
は、炭素繊維束を構成している単繊維の１本１本にまで
開繊させることができない。また、２％以上にしてもそ
の効果に著しい向上は認められないため２％以上にする
必要性はない。

また、界面活性剤としては、ステアリルトリメチルアン
モニウムクロライドなどの四級アンモニウム塩型のカチ
オン性界面活性剤、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリ
ウム等のアニオン性界面活性剤及びポリオキシエチレン
ノニルフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤を用
いることができる。

本発明における開繊処理は、カチオン性、アニオン性及
びノニオン性界面活性剤のいずれかを含む水溶液中に炭
素繊維束をｏ−１ｏｏ’ｃ好ましくは室温から６０°Ｃ
の温度範囲で、１０秒〜２０分間程度浸漬して行う。

尚、開繊処理後の水洗は、炭素繊維束に物理的に付着し
ている過剰の界面活性剤を洗い流す処理であり、イオン
交換水を用いて浸漬、シャワー散布等によって洗浄すれ
ばよい。

本発明において使用するパラジウムヒドロゾルは、カチ
オン性、アニオン性及びノニオン性界面活性剤のいずれ
かの界面活性剤の存在下で塩化パラジウム（１’ｌ、硝
酸パラジウム（Ｉ′１等のパラジウムの無機塩のイオン
交換水溶液を水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミン
ボラン、ヒドラジン、アスコルビン酸等の水溶性還元剤
で還元処理することにより得られる。パラジウムヒドロ
ゾルに添加する界面活性剤は、パラジウムヒドロゾルの
凝集沈澱を防ぐ安定剤として働くと同時に、開繊された
単繊維の１本１本の表面に均−且つ強固に超微粒子のパ
ラジウムコロイドを吸着させる作用を営むものであり、
開繊処理時に用いた界面活性剤の逆荷重を有した界面活
性剤を使用する。

例えば、開繊処理時に、カチオン性界面活性剤を含む水
溶液を用いた場合には、アニオン性又はノニオン性界面
活性剤を用い、アニオン性界面活性剤を含む水溶液を用
いた場合には、カチオン性界面活性剤を用い、ノニオン
性界面活性剤を含む水？８液を用いた場合には、カチオ
ン性界面活性を用いることができる。

界面活性剤の濃度は、０．００２〜１％の範囲が望まし
い。０．００２％以下の場合には、安定なパラジウムヒ
ドロゾルを得ることはできない。１％以上の場合には、
界面活性剤の安定作用が強い為、超微粒子のパラジウム
コロイドの炭素繊維への吸着が遅く実用的ではない。

また、パラジウムヒドロゾル中のパラジウム濃度は０．
１〜５ｍ　ｍｏｌ／ｌの範囲が好ましい。０．１ｍｍｏ
ｌ／ｉ以下の場合には、安定なパラジウムヒドロゾルを
調製することができるが、超微粒子のパラジウムコロイ
ドの濃度が薄いので炭素繊維への吸着に長時間を必要と
し、実用的ではない。５ＩｌｌｌＩ。

１＃！以上の場合には安定なパラジウムヒドロゾルが得
られない。

本発明における開繊処理された炭素繊維束をパラジウム
ヒドロゾル中に浸漬することにより、単噛維の１本１本
の表面に超微粒子のパラジウムコロイドを吸着させる方
法としては、パラジウムヒドロゾル中に於いて０〜１０
０’Ｃ，好ましくは室温から８０°Ｃの温度範囲で２０
秒〜３０分間程度浸漬して行うことができる。また、こ
の場合に単繊維の１本１本の表面への吸着に寄与しない
余分な超微粒子のパラジウムコロイドが付着している場
合には、その後行う無電解めっきに際して、余分の超微
粒子のパラジウムコロイドが無電解めっき液中に単独分
離して、その部分で炭素繊維とは別に無電解めっきが生
起するため、単繊維の１本１本の表面に超微粒子のパラ
ジウムコロイドを吸着させた後、水洗して余分な超微粒
子のパラジウムコロイドを除去することもできる。

本発明における無電解めっきは、常法により行うことが
できる。即ち、超微粒子のパラジウムコロイドが吸着さ
れた炭素繊維束を金属イオン及び還元剤等を含む無電解
めっき液へ浸漬することにより、超微粒子のパラジウム
コロイドが吸着されている部分で金属イオンが還元され
て金属が析出してくるのである。

本発明における無電解めっきの為の金属イオン溶液とし
ては、電気的性質等を付与する為に通常使用される酸性
、中性又はアルカリ性のニッケル、コバルト、銅、根等
の一種又は二種以上を使用することができる。また、還
元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒ
ド、ジメチルアミンボラン等を使用することができる。

〔実施例〕

次に、実施例並びに比較例により本発明を説明する。

尚、実施例並びに比較例における体積固有抵抗は、ＴＲ
６１４２電流発生器（■アトパンテスト製）及びＭＥ−
５４０電圧計（ＳＯ＾Ｒ＠製）を用いて、四端子法によ
り測定したものである。

〈開繊処理水溶液の調製〉　試料イ〜ハ；試料：イ カチオン性界面活性剤としてステアリルトリメチルアン
モニウムクロライドＩｇｌＱのイオン交換水に溶解させ
て開繊処理水溶液を得た。

試料：ロ アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン
酸ナトリウム１０ｇを１１のイオン交換水に溶解させて
開繊処理水溶液を得た。

試料：ハ ノニオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンノニル
フェニルエーテルＩｇを１１のイオン交換水に溶解させ
て開繊処理水溶液を得た。

くパラジウムヒドロゾルの調製〉　試料Ａ〜Ｃ；試料：
Ａ 塩化パラジウムｆｌｎ０．５ｍ　ｍｏｌを含む水溶液２
５＋１を９５０１１Ｑに希釈し、この塩化パラジウム溶
液を激しく攪拌しながら、該溶液中に界面活性剤として
ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド０゜１ｇ
を含む水溶液ｌ０ＩＩｌＮを加え、次いで、水素化ホウ
素ナトリウム’１ｍ　ｍｏｌを含む水溶液４０１ＩＮを
滴下すると、溶成の色が急変し、黒褐色透明なカチオン
性界面活性剤を含有するパラジウムヒドロゾル１１を得
た。

試料：Ｂ 界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムを使用した以
外は、試料Ａと同様にしてアニオン性界面活性剤を含有
するパラジウムヒドロゾルを得た。

試料：Ｃ 界面活性剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエ
ーテルを使用した以外は、試料Ａと同様にしてノニオン
性界面活性剤を含有するパラジウムヒドロゾルを得た。

〈無電解めっき液の調製〉　試料１〜■；試料＝１ 硫酸ニッケルｆＩｎｏ、１　ｍｏｌ／ｌ、次亜リン酸ナ
トリウム０．１５ｎ＋ｏｌ／　ｌ　、クエン酸ナトリウ
ム０．２　ｍｏｌ／　ｌ　。

リン酸アンモニウム０．５　ｍｏｌ＃！を水に溶解し１
２とし、該溶液に水酸化ナトリウムを加えて溶液のｐｌ
＋を８．５に調製した無電解ニッケルめっき液を得た。

試料：■ ０．８　ｍｏｌ／４２のロンセル塩と、０．８　ｍｏｌ
／　Ｉｔの水酸化ナトリウム及び０．５　ｍｏｌ／ｌの
硫酸銅（１）を水に溶解して７００ｍ　ｌとし、さらに
３５％ホルムアルデヒド溶液３００ｍ　ｌをＺ見合して
無電解銅めっき液を得た。

実施例１ ＰＡＮ系高弾性表面処理なしの炭素繊維束（三菱レイヨ
ン■製）で、長さ２０ｃｍのものを試料イの開繊処理水
溶液５００ｍ　ｌ中に２５°Ｃで５分間浸漬させ、開繊
処理を施した後、イオン交換水を用いて水洗した。

次いで、開繊処理を施した炭素繊維束を試料Ｂのパラジ
ウムヒドロゾル５００ｍ　ｌ！中に７０°Ｃで５分間浸
漬した後水洗を行い、炭素繊維束を構成している単繊維
の１本１本の表面に超微粒子のパラジウムコロイドが吸
着された炭素繊維を得た。

得られた炭素繊維束を試料■の無電解ニッケルめっき液
中に９０°Ｃで２分間浸漬した後、水洗、乾燥してニッ
ケル被覆炭素繊維を得た。

得られたニッケル被覆炭素繊維の体積固有抵抗は２．３
　Ｘｌ０−’Ω・ｃｍであり、電子顕微鏡観察の結果、
炭素繊維束を構成している単繊維１本１本の表面に均−
且つ密着性に優れたニッケル被覆が形成されていること
が確認された。

実施例２〜４ 炭素繊維束の種類、開繊処理水溶液の種類並びに処理条
件、パラジウムヒドロゾルの種類並びに処理条件及び無
電解めっき液の種類を種々変化させた以外は実施例１と
同様にして金属被覆炭素繊維を得た。この時の主要製造
条件及び金属被覆された炭素繊維の体積固有抵抗を表１
に示す。

尚、実施例２〜４の各実施例で得られた金属被覆炭素繊
維のいずれもが電子ｉ！Ｊｉ微鏡観察の結果、炭素繊維
束を構成している単繊維ｌ＊１本の表面に均−且つ密着
性に優れた金属被覆が形成されていることが確認された
。

比較例１ 実施例１と同一の炭素繊維束を用い、開繊処理は施さず
に、他は実施例１と同様にしてニッケル被覆炭素繊維を
得た。

得られたニッケル被覆炭素繊維の体積固有抵抗は１．１
　Ｘｌ０−”Ω・Ｃ１１であり、電子顕微鏡観察の結果
、ニッケルが不均一にめっきされていることが確認され
た。

比較例２ 実施例２と同一の炭素繊維束を用い、パラジウムヒドロ
ゾルとして試料Ｂを用いた以外は実施例２と同様な処理
を施したがめつき反応が惹起しなかった。

〔発明の効果〕

本発明方法による場合には、前出実施例に示した通り、
炭素繊維束をカチオン性、アニオン性及びノニオン性界
面活性剤のいずれかを含む水溶液を用いて炭素繊維束を
構成している単繊維１本１本にまで開繊した後、次いで
超微粒子のパラジウムコロイドを吸着させ、無電解めっ
きを行っているため、繊維が切断や損傷されることなし
に、炭素繊維束をＩ＃！威している単繊維の１本１本の
表面に均−且つ密着性に優れた金属被覆を形成させた金
属被覆炭素繊維が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は、いずれも無電解めっきを施した炭素繊維のめっ
き状態を示す電子顕微鏡写真（ｘ　３０．０００）であ
り、第１図は、本発明に於ける実施例１によって得られ
たニッケルめっきされた炭素繊維、第２図は比較例１に
よって得られたニッケルめっきされた炭素繊維である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維束を水溶液中で開繊処理した後、水洗し
   、続いてパラジウムヒドロゾル中に浸漬することにより
   、当該炭素繊維の表面に超微粒子のパラジウムコロイド
   を吸着させてから、金属を無電解めっきして金属被覆炭
   素繊維を製造する方法において、前記開繊処理時に、カ
   チオン性界面活性剤を含む水溶液を用いた場合には、ア
   ニオン性又はノニオン性界面活性剤を含むパラジウムヒ
   ドロゾルを用い、アニオン性界面活性剤を含む水溶液を
   用いた場合には、カチオン性界面活性剤を含むパラジウ
   ムヒドロゾルを用い、ノニオン性界面活性剤を含む水溶
   液を用いた場合には、カチオン性界面活性剤を含むパラ
   ジウムヒドロゾルを用いることを特徴とする金属被覆炭
   素繊維の製造方法。