JPS6030393B2

JPS6030393B2 - 金属被覆炭素繊維短繊維の製造方法

Info

Publication number: JPS6030393B2
Application number: JP5344277A
Authority: JP
Inventors: 和夫吉田; 晋作多田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1985-07-16
Also published as: JPS53139896A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、金属被覆炭素繊維短繊維の製造方法に関す
る。

炭素繊維は、長繊維（連続糸）や短繊維の形で樹脂や金
属と複合され、炭素繊維強化樹脂（ＯＦＲＰ）が炭素繊
維強化金属（ＣＦＲＭ）と呼ばれる複合材としているい
るな用途に用いられている。

そして、炭素繊維を長繊維の形で用いた場合には、炭素
繊維の特長である高強度、高弾性率、低比重などの性質
が最も効果的に発揮されるが、炭素繊維と樹脂や金属な
どのマトリックスとを複合する工程において高度の技術
が要求され、しかもあまり複雑な形状の複合材は製造困
難であるという問題がある。

一方、炭素繊維を短繊維の形で用いると、長繊維の形で
用いる場合にくらべて補強効果は若干減少するが、流動
性を有するマトリックス中に分散させた状態で取り扱う
ことができるため、複合材としての加工工程が極めて容
易になり、また溶融押出法やキャスティング法の採用も
可能であるので、複雑な形状の複合材をも容易に製造す
ることができるという利点がある。そのため、炭素繊維
の短繊維は、長繊維の場合と同様その応用分野が拡がり
つつある。炭素繊維の短繊維を使用した代表的な複合材
として、これを熱可塑性樹脂中に均一に分散させた、い
わゆるＣＦＲＴＰと称されるものがある。

このＣＦＲＴＰは、スポーツ用品や機械部品などに用い
られ、軽量かつ高強度で、弾性率が高く、しかも寸法安
定性や耐磨耗性に優れているという特長を有している。
最も大きな特長は、炭素繊維によってこれに電気伝導性
が与えられるということであり、また帯電防止性能や電
磁遮へい性能も著しく向上することが知られている。炭
素繊維の短繊維の他の使用例は、これをセラミック粉末
中に分散せしめ、キャスティングまたは焼結によって成
形し、セラミックの力学特性を改善するということであ
る。

さらに他の使用例は、蓄電池の電極板に担持されている
宿物質中に混入し、これを補強するとともに、集電効果
を向上せしめて電池の性能を改善するということである
。これらの使用例においては、炭素繊維の短繊維は加工
時の流動性を維持するために、ＩＱ■以下の長さで使用
されることが多い。このように、炭素繊維の短繊維は急
速にその応用分野を拡げつつあるが、前述した電気的特
性や力学的特性をさらに改善する目的で、近年表面に金
属または金属化合物を被覆したものが要求されるように
なってきた。

たとえば、侍関昭５１−９０３巡号公報には、金属被覆
炭素繊維の短繊維を樹脂中に分散させて電気伝導性を改
善することが記載されている。また、炭素繊維の短繊維
の表面に、金属または金属化合物が凹凸をもつ形で被覆
されている場合には、マトリックス中で投錨効果を発揮
し、補強効果が向上するということも知られている。こ
のような金属被覆炭素繊維の短繊維は、従釆炭素繊維の
長繊維東に金属または金属化合物を鰭着した後、これを
目的とする長さに切断するという方法によって製造され
ていたが、このような方法は、以下に説明するような欠
点を有していた。

すなわち、まず第１に、炭素総総の長繊維東の内部にま
で均一な亀着を施すことが困難であり、この問題を解決
しようとすれば、生産性を箸しく犠性にしなければなら
ないということである。第２に、電着された物質が粘性
を有している場合、切断時にカットミスが増加し、後の
加工工程においているいるなトラブルを起こす原因にな
るということである。また、雷着された物質がもろい性
質を有する場合には、切断時にこれが粉状になって飛散
し、作業環境を悪化させるということである。これに対
する防塵処理は極めて難しく、しかも金属や金属化合物
の中には強い毒性を有するものも多いので、粉塵対策は
極めて深刻な問題であつた。この発明の目的は、従来の
方法の上記欠点を解決し、電気伝導性や投錨効果の高い
金属被覆炭素繊維短繊維を簡単かつ生産性よく製造する
方法を提供するにある。

上記目的を達成するためのこの発明は、電解液を収容す
る電解槽内に設けた網状床上に炭素繊維の短繊維の堆積
層を形成し、前記電解槽の上部から下部に向かって電解
液を移動させながら、前記網状床または前記堆積槽中に
網状床とは別に設けた絹状体を集電極として前記短繊維
に金属または金属化合物を露着する金属被覆炭素繊維短
繊維の製造方法を特徴とするものである。

次に、この発明をその一実施例に塞いて図面を用いて説
明する。

図面は、この発明の金属被覆炭素繊維短繊維の製造方法
を好ましく実施する装置の一実施例を示す概略正面図で
ある。

図面において、符号１は任意の電解液２を収容する電解
槽であり、その下部に設けたフランジ３には、導電性の
材料で作られた網状床４が取り付けれている。

この網状床４と、電解槽１の上部でかつ電解液２中に浸
潰して設けた対極５とは、篭着用の直流電源６に接続さ
れている。電解槽１内に収容されている電解液２は、電
解槽１の下部から配管７を通って貯槽８に至り、さらに
配管９、ポンプ１０、配管１１を通って上部から再び電
解槽１内に循環せしめられる。すなわち、電解液２は電
解槽１の上部から下部に向って絶えず移動するようにな
っている。電解液２の移動速度は、コントローラ１２に
よって制御されるポンプｌｏの回転速度に依存している
。符号１３は、網状床４上に層状に堆積された炭素繊維
の短繊維である。

この炭素繊維の短繊維１３は、モータ１４によって駆動
される凝梓器１５によって必要に応じて鷹拝される。な
お、符号１６は電解液２のリークバルブを、また符号１
７は電解液２のオーバフロー用配管をそれぞれ示してい
る。さて、電解液２が電解槽１の上部から下部に向かっ
て移動している間に、直流電源６を作動させ網状床４と
対極５との間に電圧を印加する。

すると、網状床４を集電極としてこの上に堆積している
炭素繊維の短繊維１３に電着反応が起こり、その全外表
面に雷着が施される。このとき、電流は炭素繊維の短繊
維相互の電気的接触によって伝達されるが、相互の接触
が悪いと、網状床からみて遠方にある炭素繊維の短繊維
には電着反応が起こりにくくなる。たとえば、霞着反応
と同時に気体が発生するような場合、炭素繊維の短繊維
の堆積層中に気泡が蓄積され、相互の接触が悪くなる。
また、著しい場合には、炭素繊維の短繊維が微細な気泡
を吸収して浮き上がってしまうこともある。しかしなが
ら、この発明にあっては、前述したように電解液２が電
解槽１の上部から下部に向かって移動しているので、炭
素繊維の短繊維１３が絹状床４に押し付けられることに
なり、炭素繊維の短繊維１３相互の接触性が向上し、電
流効率が著しく向上し、均一かつ迅速な雷着を行なうこ
とができる。上記のような電解液の積極的な移動は、炭
素繊維の短繊維の堆積層中における電解液の拡散をも良
好にするので、函着反応が電解液の組成を変化させるよ
うな場合にも極めて有効である。モーター４で駆動され
る蝿伴器１５によって、炭素繊維の短繊維１３の均一か
つ迅速な電着を目的として、電解中に堆積層を櫨拝する
ことは好ましいが、過度の縄梓は炭素繊維の短繊維１３
を舞い上がらせ、相互の電気的接触を絶つことになるの
で避けるべきである。

炭素繊維の短繊維に雷着（被覆）する金属または金属化
合物は、平滑な電着面を容易に形成し得るニッケルや銅
、凹凸を有する亀着面を形成し得る鉛た亜鉛、鱗片状や
ビ−ズ状、睡魔状、小球集合体状、段丘状のような変化
に富んだ亀着面を形成し得る水酸化ニッケル、酸化鉛、
水酸化カドミウムなどである。

もちろん、これらは水溶液から亀折し得る物質でなけれ
ばならない。なお、炭素繊維の短繊維としては、あらか
じめ長さ１０肌程度以下に切断したものを用いる。

また、上記実施例においては、導電性の絹状床をそのま
ま集電極としても使用する場合について説明したが、炭
素繊維の短繊維の堆積層中に上記絹状床とは別に導電性
絹状体を設けてそれを集電極として使用するようにして
も同様の効果を得ることができる。この場合は、網状床
は単に炭素繊維の短繊維を電解液中に支えるということ
のみに使用される。以上説明したように、この発明の金
属被覆炭素繊維短繊維は、その全外表面が金属または金
属化合物で被覆されているので、これを樹脂などのマト
リックス中に分散させて用いた場合、電気伝導性の低下
や、マトリックスへの投錨効果の低下を有効に防止する
ことができる。

また、この発明の金属被覆炭素繊維短繊維の製造方法は
、電解液を収容する電解槽内に炭素繊維の短繊維の堆積
層を形成せしめ、電解槽の上部から下部に向かって電解
液を移動させるので、炭素繊維の短繊維相互の接触性が
向上し電流効率が向上する。

そのため、均一かつ迅速な露着が可能となり、生産性が
著しく向上する。また、炭素繊維の短繊維そのものに電
着を施すので、長繊維に亀着を施した後これを切断する
という従来の方法の欠点であったカットミスを起こすこ
とがないので、均一な金属被覆炭素繊維短繊維を得るこ
とができ、切断時に纏着物質が粉状になって飛散すると
いったことも起こり得ないので、防塵処理が不要になる
とともに作業環境が改善される。さらにまた、炭素繊維
の長繊維に連続的に亀着を施す場合のように、電解液が
系外に運び去られることがないので環境汚染が防止され
、廃水処理も容易になるなど、、極めて顕著な作用効果
を奏する。〔実施例１〕東レ■製炭素繊維“トレカ”
を長さ２肋に切断した短繊維となし、これに水中で超音
波を加えて均一に分散せた後、その５ｇを図面に示す電
解槽１内の網状床４上に堆積させた。電解液２として、
硝酸鉛３雌を１規定の水酸化カリウム４〆に溶解したも
のを用いた。

また、網状床４として炭素繊維織物と炭素繊維紙を貼り
合わせたものを、対極５として鉛板をそれぞれ用い、コ
ントローラ１２によってポンプ１０の吐出量を調節しな
がら直流電源６を入れ、網状床４を陽極として、対極５
を陰極としてＩＡで１．７虫時間電解した。この間１５
分ごとに一時的に直流電源６を切り、モーター４を作動
させ、縄梓器１５によって短繊維を燭拝し、舞い上がっ
た短繊維が再び絹状床４上に堆積するのを待って直流電
源６を入れるという操作を繰り返した。次いで、短繊維
を電解槽１内から取り出し水洗、乾燥した後秤量したと
ころ９．０ｇであり、短繊維の表面に露着された酸化鉛
の量は４０ｇであった。

このようにして得られた酸化鉛被覆炭素繊維短繊維の表
面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、酸化鉛は短繊
維の両端面を含む全外表面に均一に亀着されていた。

〔実施例２〕電解液として水１そに対して硫酸ニッケル１５雌、塩化
アンモニウム１諺、ホゥ酸１５ｇの割合で溶解したもの
４〆を、対極５としてニッケル板をそれぞれ用い、電解
条件をＩＡ，１時間としたほかは、実施例１全く同一条
件で実施した。

次いで、短繊維を電解槽１内から取り出した水洗乾燥後
秤量したところ５．６ｇであり、短繊維の表面に露着さ
れたニッケルの量は０．６ｇであった。走査型電子顕微
鏡による観察でも、ニッケルが短繊維の両端面を含む全
外に均一に電着されていることが認められた。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の金属被覆炭素繊維短繊維の製造方法
を好ましく実施する装置の一実施例を示す概略正面図で
ある。符号の説明、１・・・電解槽、２・・・電解液、４・・
・網状床（集電極）、１３・・・炭素繊維の短繊維。

Claims

【特許請求の範囲】

１電解液を収容する電解槽内に設けた網状床上に炭素
繊維の短繊維の堆積層を形成し、前記電解槽の上部から
下部に向かつて電解液を移動させながら、前記網状床ま
たは前記堆積堆積層中に網状床とは別に設けた網状体を
集電極として前記短繊維に金属または金属化合物を電着
することを特徴とする金属被覆炭素繊維短繊維の製造方
法。