JPH08296192A - 繊維集積体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】繊維を誘電液体中に分散させた繊維懸濁液に電
界を作用させて繊維を静電配向させる繊維集積体の製造
方法において、繊維濃度が高い場合の配向状態の向上を
図る。 【構成】誘電液体の容器に繊維を投入する前に、図２に
示すように水を入れた容器の上方にフィルタ４２を設置
し、該フィルタ４２上に処理する繊維４４を投入し、こ
の容器４１を密閉状態として繊維４４の表面に水による
導電性液体を被着した。導電性液体を被着した繊維を攪
拌機を介して配向槽に投与した。ここで被着重量は、繊
維１Ｋｇに対して１ｇ以上２０ｇ以下となるように、密
閉状態の容器４１内の温度及び湿度を一定時間所定値に
保持した。上記導電性液体によって繊維４４の分極の速
度及び大きさが増大させられ、配向槽の最上層部で物理
的及び電気的に凝集した繊維は中和する際の解離に関与
する力で好適な解離状態を呈し、理想の配向状態を醸成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電配向法により繊維
複合材のプリフォームとしての繊維集積体を製造する方
法において、配向工程時の繊維の凝集を防止して配向性
の向上を企図した繊維集積体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電配向法による繊維集積体の製造方法
は、誘電液体中に繊維を分散させた繊維懸濁液に電界を
印加し、繊維の両端に分極を生起して一次元方向（電界
方向）に橋絡状態で配向させ、配向した繊維を順次沈降
させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、繊維複合材
は繊維量によって強度、性質等が異なり種々の用途の機
能材とされるが、従来のように誘電液体中に単に繊維を
分散させた方法では、分散させる繊維量が多い場合、繊
維同士の凝集が問題となっている。即ち、繊維が一次元
方向に配向することなく部分的に寄せ集まったまま沈降
して配向性を悪化するのである。この凝集には、電界の
作用とは関係なく繊維量が多いために複数の繊維が絡み
合う物理的凝集と、電界の作用によって分極を生じた繊
維が互いに引き寄せ合う電気的凝集とがある。

【０００４】上記繊維が高濃度の懸濁液の場合の繊維凝
集を防止するため、本発明者等は、特願平３−２４２１
４４号の明細書に記載された技術によって解決しようと
した。この明細書は、繊維を誘電液体中に分散させる前
に、繊維表面に上記誘電液体に不溶の導電性付与膜を形
成する技術を記載している。この導電性付与膜が形成さ
れた繊維は、配向工程時、その表面伝導性が電荷の移動
に寄与し、各繊維全体としての分極の速度及び大きさが
増大して一次元方向に橋絡する現象が安定して行われ、
配向性を向上させるものである。

【０００５】上記導電性付与膜は、誘電液体に不溶の界
面活性剤を繊維の表面に吸着させることにより形成す
る。具体的に、界面活性剤を溶解する分散媒中に繊維及
び界面活性剤を投入して所定時間攪拌し、分散媒を濾過
した後、繊維を取り出して乾燥させることにより導電性
付与膜を形成している。しかしながら、上記明細書で
は、繊維に対する導電性付与膜の重量比率を開示してお
らず、単に分極の速度及び大きさを増大させる効果によ
って一次元方向に橋絡する現象が安定化されることを述
べるに止まっている。

【０００６】換言すれば、上記明細書では、分極の速度
及び大きさを増大させることが繊維同士の橋絡を促進す
る考えに立つものであり、分極の速度及び大きさの増大
が物理的な凝集部分及び電気的な凝集部分に与える作用
を問題としていない。電気的な凝集部分は、電界の作用
によって生じるので、上記明細書のように分極の速度及
び大きさを増大させることが却って電気的凝集を促進す
るのか、反対に解離（以下、解繊という）を促進するの
か疑問が残るし、分極の速度及び大きさを増大させるこ
とが物理的な凝集部分をどれほど解繊させる作用に寄与
するか究明する必要がある。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、高濃度懸濁液に電界を作用させた場合において、
電気的な凝集部分及び物理的な凝集部分へ適正な解繊を
促す技術を提供することを解決すべき技術課題とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者等は、特願平３−２４２１４４号に記載さ
れた導電性付与膜の電気的な凝集部分及び物理的な凝集
部分への解繊作用を究明し、導電性付与膜の繊維に対す
る重量により両凝集部分へ適正な解繊作用が現れる範囲
があることを見いだした。即ち、請求項１の発明では、
繊維を誘電液体中に分散させた繊維懸濁液に、正負電極
間に発生させた電界を印加して該繊維を静電配向させる
と同時に橋絡させ、同配向繊維を順次沈降させて集積す
るようにした繊維集積体の製造方法において、上記繊維
を、上記誘電液体中に分散させる前に、その表面に繊維
１ｋｇ当たり、１ｇ以上２０ｇ以下の重量で上記誘電液
体に不溶の導電性液体を被着させたことを特徴とする。

【０００９】とりわけ、上記繊維懸濁液は、上記誘電液
体１リットル当たり２０ｇ以上の高濃度繊維懸濁液繊維
をいう。請求項２の態様は、請求項１と同様の繊維集積
体の製造方法において、上記繊維懸濁液に電界を印加す
るのと同時に上記繊維懸濁液を間欠的に振動させるよう
にしたことを特徴とする。

【００１０】ここで、上記誘電液体とは、電圧の印加に
より誘電性を示す液体をいう。また、上記橋絡した配向
繊維を沈降させる際に、自然沈降により行うこともでき
るし、誘電液体を繊維の配向方向と垂直方向に濾過する
自然排出又は吸引排出により行うこともできる。この吸
引排出により、配向繊維の沈降速度を調節することが可
能である。

【００１１】

【作用】請求項１の態様では、誘電液体中に分散させる
前の繊維の表面に、繊維１ｋｇ当たり、１ｇ以上２０ｇ
以下の重量で上記誘電液体に不溶の導電性液体を被着さ
せている。この繊維に対する導電性液体の重量範囲の場
合、繊維懸濁液に電界を印加したとき、繊維の分極が生
じるが、物理的凝集部分と電気的凝集部分とでそれぞれ
繊維同士が接触しているためそれらの凝集部分で電気的
中和が起きて、この電気的中和により一旦各繊維は解繊
する。この後、解繊した繊維は、再び分極して一次元方
向に橋絡し、理想の配向状態を醸成することが実験によ
り確かめられた。

【００１２】請求項２の態様では、上記繊維懸濁液が間
欠的に加振されるので、繊維の解繊が促進され、解繊さ
れた繊維は分極して一次元方向に橋絡し、良好な配向状
態が醸成された。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。本発
明の繊維集積体の製造方法は、基本的には図１に模式的
に示すような装置により繊維集積体を製造するものであ
る。この装置は、攪拌機２１を有して繊維懸濁液２２を
保持する容器２３と、容器２３からバルブ２４を介して
繊維懸濁液２２を受給する受給部２５、誘電液体を排出
する排出部２６及び受給部２５、排出部２６間で繊維を
配向橋絡させる配向部２７を備えた配向槽２８と、該配
向槽２８の配向部２７にそれぞれ垂直方向にのび水平方
向に所定の間隔を隔てて設けられた一対の正負電極２９
と、該正負電極２９間に所定の電界を発生するための電
圧印加装置３０と、配向槽２８の排出部２６からの誘電
液体の排出を調節するバルブ３１とから構成されてい
る。なお、排出部２７には、濾過板３２及び濾過板３２
の上に載置された濾紙３３が配設されている。

【００１４】容器２３内の繊維懸濁液２２は、初めに誘
電液体例えばシリコーン油を容器２３内に汲み入れ、後
述する表面処理された繊維をそのシリコーン油に投入し
て攪拌機２１で十分に攪拌した。しかして、本発明の特
異とする工程は、容器２３内のシリコーン油に投入する
前の繊維４４を、図２に示すように、水を入れた容器４
１の上方にフィルタ４２を設置し、該フィルタ４２上に
処理する繊維４４を投入し、この容器４１を密閉状態の
恒温槽４３内に放置して繊維４４の表面に水を被着させ
た。この繊維表面の水が、本発明の導電性液体となる。

【００１５】本発明では更に上記導電性液体の被着重量
を調整するため、繊維１ｋｇに対して導電性液体の被着
重量が１ｇ以上２０ｇ以下となるように、繊維４４を投
入した容器４１を恒温槽４３内に放置する時間を、被着
重量に応じて設定する。上記被着重量を１ｇ以上２０ｇ
以下とするためには、投入前の環境湿度を８０％とした
とき、ほぼ１０ｈに設定した。

【００１６】その後、容器４１より繊維を取り出し、直
ちにシリコーン油の容器２３内に上記導電性液体が被着
された繊維４４を投与した。ここで、上記繊維４４は、
上記誘電液体１リットル当たり２０ｇ〜１００ｇの割合
とした。容器２３内に収容された誘電液体（シリコーン
油）に、上記繊維４４が投与された容器２３内のシリコ
ーン油は、攪拌機２１で十分に攪拌した。これにより繊
維４４が適度に分散された繊維懸濁液２２を得た。

【００１７】次いで、電圧印加装置３０により正負電極
２９間に交流電界を発生しておき、バルブ２４を開いて
容器２３から繊維懸濁液２２を配向槽２８の受給部２５
に注入し、正負電極２９がほぼ没入するまで満たした。
この交流電界の作用により繊維懸濁液２２中の繊維は配
向槽２８で橋絡し一次元配向する。なお、正負電極間に
電圧を印加して発生される電界の強さは、通常約０．１
〜５ｋＶ／ｃｍ程度で、これが０．１ｋＶ／ｃｍ程度以
下では繊維の静電配向が十分でなく、また５ｋＶ／ｃｍ
程度以上においては繊維懸濁液に攪乱が生じて繊維の配
向精度が劣化する。したがって、誘電液体の攪乱を防ぎ
つつ繊維の静電配向力を高めるために、１〜２ｋＶ／ｃ
ｍ程度の電界とすることが好ましい。また、電界として
は、交流電界（ピーク電圧で、電界強度が０．２〜１．
５ｋＶ／ｃｍ程度、周波数が０．５〜１ｋＨｚ程度）と
することが好ましい。なお、実際に採用する電界として
は、用いる繊維及び誘電液体の誘電特性、並びに集積体
の厚さ等により最も好ましい範囲が設定される。

【００１８】次にバルブ３１を開いて誘電液体を排出部
２６から濾過板３２及び濾紙３３を介して排出した。こ
れにより、上記橋絡した配向繊維は、その配向状態を維
持した状態で順次沈降、集積して繊維集積体３４を得
た。本実施例の製造方法では、導電性液体としての水を
表面に被着した繊維４４を用いているので、繊維の分散
性及び配向性が向上した。

【００１９】すなわち、図３（Ｂ）は、導電性液体の被
着重量及びシリコーン油に対する繊維の重量割合を本実
施例に設定した場合の、配向部２７における繊維４４の
配向の様子を実験により確かめ模式化したものである。
図３（Ｂ）から分かるように、繊維４４に対する導電性
液体の重量範囲が繊維量１ｋｇに被着重量１ｇ〜２０ｇ
の場合、繊維懸濁液２２に電界を印加したとき、導電性
液体によって繊維４４の分極の速度及び大きさが増大さ
せられ、配向部２７の最上層部５１で物理的及び電気的
に凝集した繊維４４は一旦中和しその際生じる力で好適
な解繊状態を呈した。好適な解繊状態とは、符号５２の
点線円内に例示するように、凝集部分が適数本の繊維群
４４ａに分散する状態をいう。

【００２０】上記好適な解繊状態の繊維４４は、比較的
安定したまま沈降し、その沈降過程中に再び電界により
分極する。このとき、分散した繊維群４４ａのそれぞれ
の分極の大きさに対して繊維群４４ａ間の距離が適度で
あるため、符号５３の点線円内に例示するように、複数
に分散した繊維群４４ａは互いに橋絡し、好適な長さと
なって理想の配向状態を醸成した。

【００２１】図３（Ｃ）は、実施例と同じ繊維濃度で導
電性液体の被着重量を１ｇ以下とした場合の配向の様子
を示す比較例である。この比較例では、符号５２ａの点
線円内に例示するように、凝集した繊維４４のかたまり
４４ｂが複数に分散せず、そのまま沈降して符号５３ａ
の点線円内に例示するように、配向状態も不良となっ
た。この現象は、導電性液体の被着重量が不足している
ため、分極が小さく、電気的中和に時間を要するため解
繊があまり進行しないためと考えられる。

【００２２】また、上記比較例では符号５４の点線円内
に例示するように、電極に繊維が被着し、生成された繊
維集積体（プリフォーム）３４に変形３４ａを生じた。
図３（Ａ）は、実施例と同じ繊維濃度で導電性液体の被
着重量を２０ｇ以上とした場合の配向の様子を示す比較
例である。この比較例では、符号５２ｂの点線円内に例
示するように、凝集した繊維４４が極少数本からなる繊
維群４４ｃに分散し、解繊が過度に進行した。この現象
は、導電性液体の被着重量が過剰のため、分極が大きく
電気的中和に要する時間が短いため、解繊が過密に進行
するためと考えられる。

【００２３】そして、沈降時も繊維４４は、符号５３ａ
の点線円内に例示するように分散した状態を維持し、好
適に橋絡しなかった。これは、沈降する過程で分極して
も分散の距離が遠いため、あるいはシリコーン油の流体
抵抗を大きく受けて配向が乱れるために橋絡しないもの
と考えられる。かくして、本実施例のように、シンコー
ン油に対する繊維量及び繊維に対する導電性液体の被着
重量を管理することにより、理想的な配向状態となり、
かつ凝集を防止できた。

【００２４】また、上記導電性液体は、シリコーン油に
不溶の水により構成されているので、該水が誘電液体に
溶解して誘電液体の電気抵抗率を低下させることがほと
んどない。このため、導電性液体により静電配向が阻害
されることがない。また、導電性液体が誘電液体に溶解
して該誘電液体の電気抵抗率を低下させることがないの
で、誘電液体の再利用も有効に行うことができ、コスト
面及び環境保護面で有利となる。

【００２５】なお、誘電液体に不溶の導電性液体は、上
記水以外にも、アルコール類等の有機系液体、或いは誘
電液体に不溶の界面活性剤、例えばプライサーフＡ２０
７Ｈを繊維の表面に吸着させることにより好適に形成す
ることができる。また、誘電液体としてフロンを用いた
場合、誘電液体に不溶の界面活性剤、例えばプライサー
フＡ２１２Ｅを用いることができる。

【００２６】また、誘電液体として、四塩化炭素、ベン
ゼン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン又はフッ素塩素置
換炭化水素を用いた場合は、水、有機系液体及び界面活
性剤のいずれを用いてもよい。更に、繊維としては、短
繊維若しくはウイスカ、又はこれらの繊維を混合したも
のである。短繊維及びウイスカとしては、短繊維及びウ
イスカの範疇に入るものを全て用いることができ、その
径及び長さは特に限定されない。繊維の材質としては、
繊維懸濁液が配向槽に注入された際、誘電液体中で静電
配向するものであればよく、例えば、アルミナ、シリ
カ、アルミナ−シリカ、ベリリア、炭素、炭化珪素、ガ
ラス又は各種金属等とすることができる。

【００２７】次に図４は本発明の第２実施例を示す製造
方法であり、配向槽２８に加振装置６１を取付け、繊維
懸濁液２２に電界を印加するのと同時に間欠的に振動さ
せるようにしたものである。上記加振装置６１は、例え
ば圧電体或いは超音波振動子を間欠的な駆動パルスで駆
動する。

【００２８】従ってこの第２実施例によれば、繊維懸濁
液２２が間欠的に加振され、凝集した繊維を適度の距離
に解繊する。そして、解繊された繊維は分極して橋絡
し、良好な配向状態が醸成されることになる。なお、上
記加振装置６１を連続して稼働すると、繊維の状態が安
定してしまうため、繊維の解繊が起こりにくい。これに
対し、本実施例のように間欠的な振動とすることで、衝
撃が加わる形態で繊維が振動し、解繊が起きやすい。

【００２９】他の実施例としては、第１実施例における
繊維量及び繊維に対する導電性液体の被着重量の管理
と、第２実施例における繊維懸濁液の間欠的な加振とを
併用すれば、より効果的な繊維分散を生起し、配向状態
の向上を図ることができる。なお、第２実施例におい
て、加振装置６１は、配向部２７の上部に取付けること
ができる。これは、配向槽２８に送給された繊維懸濁液
２２は、比較的上部で凝集を生じているので、解繊作用
に極めて有効に関与する。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、誘電液体に対する繊維量及び繊維に対する導電
性液体の被着重量を管理したので、繊維懸濁液中の繊維
凝集を防止して安定した静電配向を達成し、理想的な配
向状態の繊維集積体を製造することが可能となる。

【００３１】また、請求項２の発明によれば、繊維懸濁
液を間欠的に加振するようにしたので、繊維の解繊が促
進され、解繊された繊維が分極して一次元方向に良好に
橋絡させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例に係る繊維集積体の製造方法に使用
する装置の概略図である。

【図２】 本実施例に係る繊維への導電性液体の一被着
方法を説明する概略図である。

【図３】 本実施例による配向の様子を示す模式図であ
り、（Ａ）は被着重量が２０ｇ以上の比較例を示し、
（Ｂ）は本実施例による被着重量が１ｇ以上２０ｇ以下
の比較例を示し、（Ｃ）は被着重量が２０ｇ以上の比較
例を示す。

【図４】 本発明の第２実施例に用いる装置の概略図で
ある。

【符号の説明】

２２は繊維懸濁液、２７は配向部、２８は配向槽、２９
は正負電極、３０は電圧印加装置、３４は繊維集積体、
４４は繊維、６１は加振装置であり、各共通の要素には
同一の符号を付す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短繊維、ウイスカ等の繊維を誘電液体中
   に分散させた繊維懸濁液に、正負電極間に発生させた電
   界を印加して該繊維を静電配向させると同時に橋絡さ
   せ、同配向繊維を順次沈降させて集積するようにした繊
   維集積体の製造方法において、 上記繊維は、上記誘電液体中に分散させる前に、その表
   面に繊維１ｋｇ当たり、１ｇ以上２０ｇ以下の重量で上
   記誘電液体に不溶の導電性液体を被着させたことを特徴
   とする繊維集積体の製造方法。
2. 【請求項２】 上記繊維懸濁液に電界を印加するのと同
   時に上記繊維懸濁液を間欠的に振動させるようにしたこ
   とを請求項１記載の繊維集積体の製造方法。