JPS6088198A - 導電性繊維のマツト - 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】 ＃Ｉｌｉ成された金属被覆炭素繊維から製造された導電
性繊維のマットは技術的に知られている。しかしながら
、これらのマットは、それらの製造が比較的高価であり
かつマットの導電性が異方性となる傾向があるので、商
業的に魅力がないことが証明された。

金属被覆された炭素繊維から製造された不織導電性繊維
のマットも知られている。これらのマットは繊維のバイ
ンダーとして樹脂材料を利用して製造される。このよう
な樹脂バインダーの使用は、金属被覆された炭素繊維が
マットの形成中に凝集する傾向があるために、不満足で
あることが明らかにされた。導電性が均一でなく、それ
ゆえ多くの応用に有用ではない製品が得られた。

したがって、先行技術のマットの上の欠陥を克服する導
電性繊維のマットを形成することができるならば、この
分野における進歩が達成されるであろう。

金属被覆された炭素繊維から製造される均一に導電性の
マットは、フィブリル化された繊維をバインダー材料と
して使用することにより製造された。フィブリル化され
た繊維のバインダーの使用は、マット全体を通じた金属
被覆された炭素繊維の分散を改良し、これにより一層均
−・な製品を生ずる。この均一性は、金属被覆された炭
素繊維の長さを調節することによってさらに改良される
。

本発明は、導電性を要求される複合構造体へのラミネー
トに適する、低い価格の、軽量の、高度に導電性のマッ
トを提供する。

本発明は、金属被覆された炭素繊維およびフィブリル化
バインダー＃Ｊｌｌ維の混合物のスラリーを形５− 成し、バインダー繊維の量がバインダー繊維および炭素
繊維の合計重量に基づいて約１〜１５％であり、前記ス
ラリーからｍ＃Ｉを不規則の不織ウェブとしてレイダウ
ン（ｌａｙ　ｄｏｗｎ）Ｌ、生じたウェブを乾燥するこ
とからなる導電性繊維のマットの製造方法に関する。

導電性マットを製造する本発明の方法において有用な金
属被覆された炭素繊維は、それらの製造方法と同様に、
この分野においてよく知られている。例えば、米国特許
第３．６２２．２８３号および米国特許第４，１３２，
８２８号は、それらの製造手順の典型である。炭素繊維
を被覆するために使用する金属は、それに有用である既
知のいかなる金属からなることもでき、ニッケル、銀、
亜鉛、銅、鉛、ヒ素、カドミウム、スズ、コバルト、金
、インジウム、イリジウム、鉄、パラジウム、白金、テ
ルル、タングステまたはそれらの混合物を包含するが、
それらに限定されない。

炭素繊維は、炭素ｓ＃ｌの前駆物質、例えば、６− コールタールピッチ、石油ピッチ、コールタール、石油
誘導熱タール、エチレンタール、高佛点コールタール蒸
留物、エチレンタール蒸留物、ガス油または多核芳香族
物質から製造することができる。また、前駆物質として
、ポリマー、例えば、アクリロニトリルのホモポリマー
コポリマー、ポリビニルアルコール、および天然および
合成のセルロースも有用である。本発明において有用な
炭素繊維の製造方法は、米国特許第４，０６９．２９７
号および米国特許第４，２８５，８３１号中に開示され
ており、それらの開示をここに引用によって加える。

炭素繊維はいかなる長さであることもできるが、実際的
には、約１５ｍｍより短い長さである。好ましくは、か
つさらにすぐれた均一性を達成するためには、金属被覆
された炭素繊維の大部分の長さは約３ｍｍを超えない。

最も好ましくは、金属被覆された炭素繊維の大部分の繊
維長さは約２ｍｍ１ｔ超えるべきではない。

バインダー繊維は、繊維混合物中に存在する繊維の合計
型部：み基づいて、約ｌ〜約１５重量％の範囲の量で使
用し、フィブリル化されうるいかなる繊維材料からなる
こともできる。例えば、セルロースｍ維、アクリル繊維
、ポリエステル繊維などを使用することができる。これ
らのｍ維は、この分野において認められている手順に従
い、例えば、高速剪断に従い、フィブリル化することが
できる。バインダーはいかなる実際的な長さであること
もできるが、それらは１５ｍｍを超えないことが好まし
い。

好ましいバインダー＃ｌ１Ｍは、焼結詩に分解する、す
なわち、約６００〜約８００℃の範囲の温度に加熱する
と実質的に崩壊する、フィブリル化が可能であるもので
ある。こうして、好ましいバインダー繊維はアクリロニ
トリルのホモポリマーおよびコポリマーから製造された
アクリル繊維である。

マットは繊維の混合物をそのスラリーからレイダウン（
ｌａｙ　ｄｏｗｎ）することにより製造される。スラリ
ーは水のような液体あるいは空気のようなガス中である
ことができる。例えば、ウェブは湿式レイダウン法（製
紙法）または乾式層法、すなわち、先行技術（米国特許
第４，３５３．６８６号参照）において知られているよ
うなベルトより下に加えられる減圧の助けによる有孔ベ
ルト、ｈへの空気懸濁物からの乾式層法を用いてレイダ
ウンすることができる。

いったん製造されると、マットは、なおより高い伝導性
を望む場合、前述のように、容易に焼結される。焼結は
、７００−１１００℃の範囲の温度において、圧縮下に
湿潤水素中で達成することができる。焼結はバインダー
繊維を分解し、汚染されていない表面を残し、この表面
は焼結操作をさらに促進する。

マットは、焼結の前または後に、樹脂材料、例えば、エ
ポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの中に包封すること
により複合体に形成することかで９− きる。これはマットを樹脂材料で被覆し、その中に沈め
、浸漬などし、次いで熱および／または圧力のもとに硬
化することにより達成される。

本発明の方法により製造されたマットは、広範な種類の
用途を有する。それらはＥＭＩシールド複合体、ヒータ
ーのブランケット、パッドおよび電気化学的装置、すな
わち、電池、の電極、電子のエンクロージャー、ヒータ
ーの板などとして有用である。

次の実施例は例示の目的にのみ記載され、特許請求の範
囲に記載される以外は本発明を限定するものと解釈して
はならない。すべての部および百分率は、特記しないか
ぎり、重量による。

丈池朝」 ２００ｍ１の脱イオン水中の０．１部の商業的に入手可
能なニッケルめっきした炭素繊維を、適当な剪断装置へ
添加する。繊維の大部分が約３ｍｍより短くなるまで、
繊維を３０分間剪断する。次いで１部のフィブリル化さ
れたアクリル繊１０− 維を凝集剤および表面活性剤と一緒に添加する。

追加の３．９部のニッケルめっきした炭素繊維を添加し
、そしてこの完全な系を２〜３分間剪断する。

次いで得られた繊維のスラリーを、普通の手動シート製
作機を使用して、シートのドロウダウン（ｄｒａｗ　ｄ
ｏｗｎ）する。生じたシートを水増紙の間でローリング
して過剰の水を除去したのち、ドイム乾燥する。

乾燥シートを適当な大きさに切り、組み合わせて、２枚
の乾燥シートの間に１枚の金属スクリーンを有するサン
ドインチにする。このラミネートをシムと炭素鋼との間
に配置し、約４００ｃｃ／分で流れる湿潤水素の存在下
に６０分間炉に入れる。炉温度は８００℃である。２詩
間後、炉を２００℃に冷却し、窒素ガスを炉が室温にな
るまで通す、試料を取り出し、試料は被覆された交差点
において焼結されていることがわかった。顕微鏡検査に
より、アクリル繊維の微量または残留物を発見すること
はできない。

害妻Ｉ（２ 実施例１の手順を再び反復するが、ただし７％のみのフ
ィブリル化されたアクリルａｍを使用する。シートをシ
ート製作機から回収１７、乾燥し、３０．４８ｃｍＸ３
０．４８ｃｍＸ０．０２５４ａｍ（１２”Ｘ１２”ＸＯ
，ＯＩＯ”）に切る。

面積密度は６３．０７ｇ／ｍ２　（１，８６オンス／平
方ヤード）であり、体積密度は０．２２５ｇ／　ｃ　ｍ
　”であり、そして表面抵抗は０．５Ω／口であると測
定される。２枚のガラス板２５．４ｃｍＸ３０．４８ｃ
ｍ（１０”Ｘ１２°゛）および１枚の０．２３８ｃｍ（
２／３２”）のプラスチックの型のヘッドから型を作る
。ガラス板に剥離剤を吹付け、悦気後型に商業的に入手
可能なエボギシ樹脂−硬化剤系を供給する。切った繊維
のシートを液状エポキシ樹脂の中に沈め、型全体を５０
°Ｃにおいて２時間、次いで室温において６時間硬化す
る。ガラス板を取り出し、得られたシートを２２．８６
ｃｍＸ２２．８６ｃｍ（９°２×９°゛）の試料に切る
。シートは、重郁１２０．５ｇ、密度２．３０５．６ｇ
／ｍ”　（６８オンス／平方ヤード）、体積密度１．１
６ｇ／Ｃｍ３および体積抵抗０．０８２３オーム／　ｃ
　ｍである。この値は、大抵の装置の用途について許容
されうるとして文献中に示されている値である４０ｄＢ
よりすぐれた減衰を高周波のシールドの用途において提
供する。

欠施諮Ａ 実施例２の手順を再び反復するが、フィブリル化ｙれた
セルロース繊維をアクリル繊維の代わりに使用する。同
様な結果が達成される。

丈施朝Ａ 実施例２のニッケル被Ｎ炭素ｍｗ＊の代わりに銀被覆グ
ラファイト繊維を使用すると、実質的に回等の結果が達
成される６ 交差角ｊ 実施例２のエポキシ樹脂の代わりにポリアミド１３− 樹脂を使用する。得られたシートは１実施例２のシート
と実質的に等しい。

火施剌ｊ 実施例１の繊維混合物を凝集剤および表面活性剤の不存
在下に空気レイング（ａｉｒ−１ａｙｉｎｇ）すると、
同等の性質を有する極めて優れた不織ウェブが得られる
。

丈施舊１ 実施例１の試料のシー）・を、アール・エル・ベウチャ
ンプの方法（Ｒ，Ｌ、Ｂｅａｕｃｈａｍｐ、Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｍｅｅｔｉｎ
ｇ、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ、Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　＃６５，
０ｃｔｏｂｅｒ　１９７０　、ＰＰ、１６１）に従い、
ニッケルーカドミウム電池の用途に要求される活性材料
で含浸し、そして水酸化物に転化し１次いでディー・エ
フ・ビケットの方法（Ｄ、Ｆ、Ｐｉｃｋｅｔｔ　。

”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎ１ｃｋｅｌ−Ａｌｋ１４− ａｌｉｎｅ　Ｃｅ１ｌｓ”　、、Ｐａｒｔ　Ｉ、ＡＦＡ
ＦＬ−ＴＲ−７５−３４，１９７４）に従い、ジΦエア
ー舎フォース・アズトロ−プロパル９１フ Ａｓｔｒｏ−Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　Ｌａｂ。

ｒａｔｏｒｙ）において精製する。シートを保持フレー
ム中の２つのニッケル電極の間に配置し、これによりシ
ートがいずれの電極にも接触しないようにする。このフ
レームを１．８モルの硝酸ニッケルおよび０．２モルの
硝酸コバルトを含有する５０７５０水−エタノール溶液
中に沈める。

このシートを０　、０７８アンペア／　ｃ　ｍ２（　０
　。

５アンペア／平方インチ）において約２時間陰極処理（
ｃａｔｈｏｄｉｚｅ）する。次に、コノシートを１１１
記溶液から取り出し、脱イオン水で洗節し、３．５重量
％の水酸化ナトリウム溶液中に入れる。このシートの陰
極処理を０．０７８アンペア／Ｃｍ２　（０．５アンペ
ア／平方インチ）において２０分間実施し，極性を逆転
し、次いでこのシートを同一の′１１ｉ流一時間のスケ
ジュールを用いて陽極酸化する。この陰極処理および陽
極酸化の方性を数回反復し、その後シートを脱イオン水
中で洗浄し，乾燥し、そして板に切る。得られたニッケ
ル′屯池の板を、釣り合う数の商用カドミウム板および
ナイロン織成セパレーターを使用して、組み合わせてニ
ッケルー力ドウミウム電池にする。きわめて優れる電池
が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、ａ）　金属被覆された炭素繊維およびフィブリル化
   バインダー繊維の混合物の スラリーを形成し、バインダー繊維 の量はバインダー繊維および炭素繊 維の合計重量に基づいて約１−１５ 重量％あり、 ｂ）　前記スラリーから繊維の混合物を不規則の不織ウ
   ェブとしてレイダウン し、そして Ｃ）　得られたウェブを乾燥する、 ことを特徴とする導電性ｍ維のマットの製造方法。 ２、バ・インダーｍ維がセルロースｍ維である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３、バインダー繊維がアクリル繊維である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４、金属被覆された炭素繊維がニッケル被覆されている
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、乾燥したウェブを焼結する特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ６、乾燥したウェブを包封樹脂中に包封し、そして硬化
   することにより複合体に形成する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ７、焼結したウェブを包封樹脂中に包封し、そして硬化
   することにより複合体に形成する特許請求の範囲第５項
   記載の方法。 ８、金属被覆された炭素繊維の大部分が約３ｍｍより短
   い長さである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９、被覆された炭素繊維およびフィブリル化されたバイ
   ンダー繊維の混合物の乾燥シートからなり、バインダー
   繊維の量はバインダーａｍおよび炭素繊維の合計重量に
   基づいて約１−１５重量％あることを特徴とするウェブ
   。 １０、バインダー繊維がセルロース繊維である特許請求
   の範囲第９項記載のウェブ。 １１、バインダー繊維がアクリル繊維である特許請求の
   範囲第９項記載のウェブ。 １２、金属被覆された炭素繊維がニッケル被覆されてい
   る特許請求の範囲第９項記載のウェブ。 １３、シートが焼結されている特許請求の範囲第９項記
   載のウェブ。 １４、硬化された包封樹脂中に包封されている特許請求
   の範囲第９項記載のウェブからなる複合体。 １５、バインダー繊維がアクリル繊維である特許請求の
   範囲第１４項記載の複合体。 １６、バインダー繊維がセルロース繊維である特許請求
   の範囲第１４項記載の複合体。 １７、金属被覆された炭素繊維がニッケル被覆されてい
   る特許請求の範囲第１４項記載の複合体。 １８、包封されたウェブが焼結されている特許請求の範
   囲第１４項記載の複合体。 １９、電池の板の形である特許請求の範囲第１３項記載
   の複合体。 ２０、高周波シールドの形である特許請求の範囲第１４
   項記載の複合体。