JPH11323654A - 金属粒子含有繊維 - Google Patents

金属粒子含有繊維

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JPH11323654A
JPH11323654A JP10129235A JP12923598A JPH11323654A JP H11323654 A JPH11323654 A JP H11323654A JP 10129235 A JP10129235 A JP 10129235A JP 12923598 A JP12923598 A JP 12923598A JP H11323654 A JPH11323654 A JP H11323654A
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JP
Japan
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metal
fiber
binder resin
metal particles
magnetic
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JP10129235A
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より子 ▲たか▼井
Yoriko Takai
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Artificial Filaments (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】長さ方向の残留磁化量が、それに直角な方向の
残留磁化量より大きい金属粒子含有繊維を得ることによ
り、基板上に金属含有繊維を磁界によって林立させる工
程を経る金属多孔質体に有用な金属含有繊維を提供す
る。 【解決手段】重量平均直径3μmのNi粉75重量%と
結合樹脂であるブチラール樹脂20重量%と可塑剤を5
重量%とを溶融混練し、押し出し機により混練物をペレ
ット状に成形し、再度溶融して口金から押し出し成形
し、延伸して引き取り、得られた長繊維を長さ2mmに
切りそろえ、金属粒子含有繊維を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電池用などの電極基
板用金属多孔体の製造に用いる粒子含有金属繊維に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電池用の電極基板として用いられ
ている金属多孔体は、樹脂発泡体に化学メッキにより導
電処理した後電気メッキを行い、所要温度、所要時間加
熱し、脱煤、燒結を行って得られる金属発泡多孔体とし
ていた。しかし、この金属発泡多孔体はコストが高く、
充填する活物質に対して実質的な接触面積が大きくでき
ない等の課題を有していた。
【0003】そこで本発明者は、金属基板上に金属繊維
を磁力によって林立させた後、固定することで金属基板
の両面が剣山状になった金属多孔体を提案した(特開平
9−265991号公報)。前記林立とは、垂直方向の
磁界によって、あたかも基板上に立ち上がったような状
態をいう。これに用いる金属繊維は純金属または合金金
属であって直径数十ミクロンから数百ミクロン、長さ1
〜10mm程度のものであった。
【0004】しかしながら、このような金属繊維を用い
た場合、目付量(単位面積当たりの重量)が重くなって
しまうという問題点を有していた。また、上記の直径及
び長さの範囲での所望の大きさの金属繊維を作成するの
には、溶融した金属または合金を糸状に曳く、もしくは
バルク材から削り出す等の工程が必要となり、コストが
かかるという問題点も有していた。さらに前記範囲の大
きさの金属繊維は微小な金属針と同様な形状であるた
め、作成作業中、取り扱いに注意を要していた。
【0005】そこで、金属粉と結合剤樹脂を混合し、紡
糸もしくは印刷工法等によって得られる金属含有繊維を
金属繊維のかわりに用いることを提案した(特開平10
−46425号公報)。この提案に関しては、別の公知
例として金属または合金粉末と樹脂との混練物を押し出
し成形し、繊維状にすることが開示されている(特開平
5−25508号公報)。この金属含有繊維は、樹脂を
含むため比重が金属繊維に比べて軽く、目付を小さくす
るのに有利となる。また、紡糸工程は常温から高々数百
度の温度でできるためコストも低くて済み、硬度も金属
繊維ほどではないので取り扱いが容易になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
金属含有繊維は、純金属または合金金属繊維と比較して
磁化量が小さいため、磁界中での配向処理で図11もし
くは図12のように、立ち上がらなかったり、斜めに半
立ち状態にしかならない場合があった。
【0007】本発明は、前記した従来の問題を解決する
ため、金属粉と結合剤樹脂を混合し、紡糸によって成形
する繊維であって、磁界によって配向処理が可能な金属
粒子含有繊維を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の金属粒子含有繊維は、磁性を有する少なく
とも1種類の金属粒子と結合剤樹脂との混練物からなる
短繊維であって、長さ方向の磁気特性における残留磁化
がそれと直角方向における残留磁化より大きいことを特
徴とする。
【0009】前記金属粒子含有繊維においては、その平
均長さが0.1mm〜10mmの範囲であることが好ま
しい。また前記金属粒子含有繊維においては、金属粒子
の平均粒径が1〜50μmの範囲であることが好まし
い。
【0010】また前記金属粒子含有繊維においては、金
属粒子と結合剤樹脂との混合割合が、重量比で金属粒
子:結合剤樹脂=90:10〜60:40の範囲である
ことが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい例によれば、磁
性を有する少なくとも1種類の金属粉と結合剤となる樹
脂を十分に混練し、押し出し成形等によって繊維状に形
成し、次いで0.1〜10mm程度の範囲で所望の長さ
に切りそろえて短繊維にする。そして金属含有繊維の長
さ方向の磁気特性における残留磁化が、長さ方向に直角
な方向に対する残留磁化より大きくする。ここで、短繊
維の長さ方向、及び直角方向とは図2に示す方向をい
い、各方向における磁気特性で残留磁化とは図1に示す
部分をいう。
【0012】本発明で用いる金属粉は、少なくとも1種
類以上の磁性を有する物質である。好ましい具体的とし
ては、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(C
o)のいずれか、もしくはこれらのうちの1種以上と他
の元素の合金である。金属粉の大きさはサブミクロンか
ら数百ミクロン程度の大きさの金属粉を用いることがで
き、望ましくは数ミクロンから十数ミクロンが適してい
る。通常作成する金属繊維の太さが数百ミクロンのもの
が多いと考えられるので、この範囲以上大きい金属粉を
用いると繊維状に紡糸できなくなる。またこれ以上小さ
い金属粉は表面積が大きくなりすぎ取扱い上で爆発的に
酸素と反応するため、危険が伴ったり、結合剤との分散
が困難になる等の問題点が生じる。
【0013】形状は球状、角状、針状、板状など特に限
定はない、また数種類の形状を混合して用いてもよい。
さらに上記の磁性を有する金属粉を含んでいれば、非磁
性の他の粒子を含んでいてもかまわない。
【0014】電池電極に使用する場合は電極がNiとな
る場合が多く、従って磁性を有する金属粉としてNi粉
を用い、その他の粒子として酸化Ni粉を用いて、コス
トの低下をねらい、還元雰囲気中で燒結することでNi
繊維を形成する。
【0015】結合剤としては、好ましくは水系または有
機溶剤系の樹脂が用いられ、具体的にはポリスチレン、
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルメタアクリ
レート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラー
ル、ポリアクリルニトリル、ポリエチレングリコール、
ポリ乳酸、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、
スチレンアクリル共重合体、各種セルロース系プラスチ
ック、各種ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、熱
可塑性エラストマー、熱可塑性ポリイミドなどが挙げら
れる。必要とする性能によって各樹脂を含めて種々の中
から選ばれることになるが、これらの中でも特に脱バイ
ンダー、焼結を行う場合には不純物が残らないように金
属塩、環状結合等を含まない、酸素を含む脂肪族系炭化
水素ポリマーが望ましい。結合剤は1種類である必要は
なく、2種類以上の樹脂を混合して使用することもでき
る。
【0016】また、結合剤としてではなく、可塑剤、分
散剤等を用いることもできる。具体的にはフタル酸ブチ
ルベンジル(DBP)、フタル酸オクチルベンジル(D
OP)等が例として挙げられる。
【0017】金属粉と樹脂の混合比率は金属粉(磁性、
非磁性を含む):樹脂が90:10から60:40まで
の範囲で使用可能であって、望ましくは85:15から
7030の範囲である。この範囲より金属粉の含有量が
多いと、混練物をペレット状にできず、紡糸が困難とな
る。またこの範囲より金属粉の含有量が少ないと樹脂リ
ッチになりすぎて金属粉の焼結に問題が生じるうえ、紡
糸後のできあがりの繊維が粘着性になって取扱いにくい
等の弊害が生じる。
【0018】次に本発明の金属含有繊維の製造工程の1
形態を示すブロック図を図9に示す。材料となる金属
粉、結合材となるバインダーを十分混練し、ペレットと
する。これらの混練にはボールミル、3本ロール、ニー
ダー、エクストルーダー等の公知の混練機を用いること
ができる。ペレットとした混練物を溶融温度まで加熱
し、口金を通して引き落とし(図9における溶融紡糸の
工程)、繊維状とする。このとき、ペレットの金属含有
量を高くし、金属粉リッチな繊維を芯部に配置し、強度
を補うためにその外側(鞘部)に樹脂を配置した複合紡
糸を行うこともできる。
【0019】紡糸ノズルの断面形状は三角、四角それ以
上の多角形、円、楕円、星形など特に限定はないが、出
来上がりの金属繊維の長さ方向の磁気特性における残留
磁化が長さ方向に直角の方向の残留磁化より大きくなる
形状でなければならない。前記要件が満たされるか否か
は、使用する金属粉の結晶的特性、非磁性金属の含有率
と分散および混練の程度、紡糸した金属繊維の構造、ノ
ズル断面積の形状、金属粉の形状及び磁気的特性、切り
そろえる長さ等で変わり、いちがいに出来上がり金属含
有繊維の形状や作成方法だけで限定することはできな
い。
【0020】この様にして紡糸した金属含有繊維を所望
の長さに切りそろえ、本発明の金属含有繊維を得る。本
発明は金属粉体と結合剤(可塑剤等の低分子添加剤を含
む)からなる短繊維でその磁気特性に特徴を持つもので
あるので、製造方法は上記紡糸法のみに限定するもので
はない。
【0021】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 (実施例1)用いた金属粉はカーボニル法によって作成
した平均粒径3μmのNi粉を用い、結合樹脂はブチラ
ール樹脂(積水化学工業(株)製:BL−1)を用いた。
これらの金属粉を75重量%とブチラール樹脂を20重
量%とでまず混合し、さらに可塑剤としてDBPを5重
量%加え十分に混練した。次いで押し出し機により、こ
の混練物をペレット状に成形した。
【0022】得られたペレットはバレルを溶融温度(約
200℃)に調節した押し出し機に供給し口金から吐出
した。吐出後はそのまま冷却して引き取るのではなく、
引き落とし倍率(巻き取り倍率)20倍で巻き取った。
この時の巻き取り速度は、約70m/分であった。
【0023】得られた長繊維を長さ2mmに切りそろ
え、金属粒子含有繊維を得た。この繊維の直径は平均1
50μmであった。 (実施例2)実施例1のNi粉と酸化Ni粉を3:1の
比率で混合して用いた。金属粉と樹脂及び可塑剤の比率
を73.2:20.1:6.7として実施例1と同様に
金属含有繊維を得た。
【0024】(実施例3)実施例2のNi粉と酸化Ni
粉を1:1の比率で混合し、金属粉と樹脂及び可塑剤の
比率を73.2:20.1:6.7として実施例1と同
様に直径200ミクロン、長さ2mmの金属含有繊維を
得た。
【0025】(実施例4)実施例2のNi粉と酸化Ni
粉を1:3の比率で混合し、金属粉と樹脂バインダー及
び可塑剤の比率を73.2:20.1:6.7として実
施例1と同様に直径200ミクロン、長さ2mmの金属
含有繊維を得た。
【0026】(比較例1)平均粒径3ミクロンのNi粉
にフェノール樹脂及び溶剤イソホロンを50:10:3
0の比率で3本ロールを用いて混合した。これを長さ2
mm、幅200ミクロンの凹版が施されたグラビアロー
ルを用いて離形処理を施したポリエチレンテレフタレー
トフィルム(PET)上に印刷し、乾燥後剥離して長さ
2mm、幅200ミクロン、厚さ8ミクロンの金属含有
繊維を得た。
【0027】(比較例2)本発明の効果をより顕著に比
較できる例として、炭素化繊維の外側にNiをコートし
た繊維の例を示す。炭素化繊維はいわゆるPAN系炭素
化繊維で、耐炎化アクリル繊維(プレカーサー)を空気
中250℃で酸化させ、いわゆる耐炎繊維を作り、その
後不活性雰囲気中1300℃で焼成することで得た。こ
れを長さ2mmに切りそろえ、ターゲットをNi板と
し、3×10-3torrのアルゴンガス中にて、炭素化繊維
の全面に平均的に付着するように、切りそろえた炭素化
繊維をゆっくりと撹拌しながら、投入電力500kWの
RFスパッタ法でNi膜を表面に付着させた。この様に
して、直径180ミクロンの炭素繊維の周囲にNiをス
パッタ法にて約0.5ミクロン付着させた長さ2mmの
金属含有繊維を得た。
【0028】これら実施例1から4まで及び比較例1、
2の磁気特性の長さ方向及びそれに直角な方向の残留磁
化の比、これらの繊維を配向磁界中にいれた場合の配向
状態を表1に示す。磁気特性は得られた繊維を長さ方向
に揃えて50本並べ固定した物(並べ方は図3参照)を
VSM(振動試料型磁化量測定器)にて最大印可磁界1
000ガウスの条件で繊維の長さ方向及びそれに直角な
方向(図2参照)の磁化曲線を測定し、長さ方向残留磁
化/直角方向残留磁化の比を求めた。実施例1のサンプ
ルの磁気特性を図1に、実施例2、3、4及び比較例
1、2の磁気特性を図4、5、6、7、8に示す。
【0029】また、繊維の配向状態は80mm×100
mm、厚さ10mmのフェライト磁石上に厚さ5mmの
ガラス板を置き、磁石の中心部分に各繊維をおいた時の
状態を記した(図10、図11及び12参照)。なお、
この時、フェライト磁石の発生する垂直方向の磁界は1
50ガウスであった。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】このように本発明は、低コストで人体に
対し安全な金属含有繊維を磁界を用いることによって基
板上に林立させることができ、金属基板上に金属含有繊
維を林立させた金属多孔体の作成に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の金属含有繊維である実施例1の磁気
特性を示す図。
【図2】 同、繊維の磁気特性の測定方向を示す図。
【図3】 同、磁気測定を行う時の繊維の並べ方を示す
図。
【図4】 本発明の実施例2の場合の磁気特性を示す
図。
【図5】 本発明の実施例3の場合の磁気特性を示す
図。
【図6】 本発明の実施例4の場合の磁気特性を示す
図。
【図7】 比較例1の場合の磁気特性を示す図。
【図8】 比較例2の場合の磁気特性を示す図。
【図9】 本発明の金属含有繊維の製造方法の1形態を
示すブロック図。
【図10】 本発明の一実施例の場合の配向磁界中にお
ける状態を示す図。
【図11】 比較例1の場合の配向磁界中における状態
を示す図。
【図12】 比較例2の場合の配向磁界中における状態
を示す図。
【符号の説明】
1 繊維の長さ方向の磁化曲線 2 1に対して直角方向の磁化曲線 3 長さ方向の磁化曲線における残留磁化量 4 直角方向の磁化曲線における残留磁化量 5 繊維の長さ方向 6 繊維の長さ方向に直角な方向 7 繊維 8 磁化測定を行う時に繊維を固定する基板(ガラス、
もしくは紙) 9 フェライト磁石 10 ガラス板 11 フェライト磁石から発生する磁界 12 本発明の実施例における金属含有繊維 13 比較例1の金属含有繊維 14 比較例2の金属繊維

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性を有する少なくとも1種類の金属粒
    子と結合剤樹脂との混練物からなる短繊維であって、 長さ方向の磁気特性における残留磁化がそれと直角方向
    における残留磁化より大きいことを特徴とする金属粒子
    含有繊維。
  2. 【請求項2】 金属粒子含有繊維の平均長さが0.1m
    m〜10mmの範囲である請求項1に記載の金属粒子含
    有繊維。
  3. 【請求項3】 金属粒子の平均粒径が1〜50μmの範
    囲である請求項1に記載の金属粒子含有繊維。
  4. 【請求項4】 金属粒子と結合剤樹脂との混合割合が、
    重量比で金属粒子:結合剤樹脂=90:10〜60:4
    0の範囲である請求項1に記載の金属粒子含有繊維。
JP10129235A 1998-05-12 1998-05-12 金属粒子含有繊維 Withdrawn JPH11323654A (ja)

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