JPS63288220A - 炭素繊維の超短繊維化方法 - 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、炭素繊維の超短繊維化方法に関するものであ
り、得られる超短炭素繊維（繊維長１鵬以下）は摺動材
、導電材及び電極材等に代表される各種複合材料等に使
用することができる。

（従来の技術） 炭素繊維は従来、その特異な性質を巧みに利用し広範な
用途に使用されているが、その形態は織物状、連続繊維
及び短繊維等で代表されるように繊維長１ｍを超える比
較的長い繊維が大部分を占めていた。しかし最近では、
多孔質材料の補強用基材、摺動材、導電材等への炭素繊
維の利用が急速に高まってきたのに伴い、分繊が容易で
かつ繊維長１■以下の超短繊維への要求が強くなってい
る。

ところが、炭素繊維は繊維径が細く（５〜２５ｐＨ）、
嵩密度が極めて小さい上、引張強度が太き（（５０〜３
００ｋｇ／■ｚ）かつ自己潤滑性を有する炭素質素材で
あることから、通常の粉砕機等では所望の長さに切断す
ることが困難であった。

それ故、現状ではこの種の炭素繊維の微細化に関する公
知の技術は極めて少ないのが実情であるが、現在考えら
れている切断若しくは破砕等の手段で炭素繊維を微細化
する方法としては、例えば１）ギロチン式、スリッター
ナイフ式、ロータリーカツタ一式等の硬質の切断刃によ
る方法、２）スタンプミル、ボールミル、ロールミル、
ロータリーミル等の粉砕機による方法、３）炭素繊維を
液中に分散させ高速撹拌する方法、４）炭素繊維を２枚
の平板間に堆積して圧縮操作を繰り返して破砕する方法
（特開昭４９−９２３２６号公報）等がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの公知方法はいずれも要求を満足
し得ないのが実情である。以下にこれらの方法の問題点
について述べる。

先ず、１）ギロチン式等による硬質の切断刃による方法
にあっては装置の構造上、超短繊維化は困難であり、特
に剛直度の高い炭素繊維に対してはこの種の方式では切
断刃の摩耗が著しく、実用に適さないという共通の欠点
を有している。またギロチン式では長時間を要し非能率
的であり、ロータリーカッタ一式では切断に要する時間
は短縮されるが切断後の繊維長分布が広く、安定性がな
いとうい欠点も有している。

次に、２）スタンプミル、ボールミル等の粉砕機による
方法にあっては極めて非能率的で実用に適さず、またロ
ールミル、ロータリーミル等の粉砕機による方法にあっ
ては予備切断及び切断繊維束の開繊を必要とするのみな
らず、破砕後の繊維長分布が広範囲に亘り、均一化が困
難であるという量刑がある。

また、３）炭素繊維を液中に分散させ高速撹拌する方法
においても上記同様予備切断及び切断繊維束の開繊は不
可欠であり、ブロッキング等のミスカットが生じ易いと
いう問題がある。

更に、４）炭素繊維を２枚の平板間に堆積して圧縮操作
を繰り返して破砕する方法にあっては、炭素繊維の嵩密
度が小さいにもかかわらず平板間での圧縮操作を１０回
前後繰り返さなければ繊維長分布を所要範囲内に保持で
きないこと及び予備切断された短繊維の平板上への積層
操作が困難であることから、破砕に供する繊維長は自と
長くなるかもしくは平面上に拡げざるを得す、それに伴
い平板の平面寸法が必然的に大きくなるという問題があ
る。すなわち、平板面積の拡大は圧縮時の応力の分散を
意味し、破砕後の繊維長さの不均一化の原因となる。従
って、圧縮操作の繰り返しはこの影響を補填しているに
他ならない。

以上述べた如く、上記いずれの方法においても実用上不
可欠な課題を泡えているのが実情である。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解消し、所望する
繊維長さ及びその分布幅の極めて小さい高品質の超短繊
維を容易にかつ効率的に製造する方法を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 前記公知方法の問題点は総じて、繊維径が細く、見掛密
度が極めて低い上、引張強度及び剛直力が高く、その反
面剪断力に対しては極めて弱いという炭素繊維特有の性
質が効果的に発揮されていないことに起因するものであ
る。本発明者らは、この点に鑑み鋭意検討を重ねた結果
、被破砕繊維状物の見掛は密度をより高めた状態で圧縮
破砕すると、繊維の座屈が容易となりかつ圧縮時の応力
が集中する等の効果が奏せられ、破砕後の繊維長分布が
著しく縮小した超短繊維が得られることを見い出し、本
発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、炭素繊維を繊維長１ｍｍ以下に超短
繊維化するにあたり、 ■）一定方向に配列した炭素繊維をバインダーの凍結を
利用して一時的に固形化し、 ２）固形化した炭素繊維を適度な長さに切断してブロッ
ク状とした後に金型に装填し、 ３）該ブロック状物を金型を介して圧縮破砕した後バイ
ンダーを除去することを特徴とする炭素繊維の超短繊維
化方法に関するものである。

以下、本発明の各工程の詳細について説明する。

先ず第１工程では、一方向に配列したトウもしくはスト
ランド等の長繊維状の集合体をバインダーを散布しなが
ら堆積して見掛は密度を高めた後、適度に圧縮した状態
で該バインダーを凍結させて一時的に前記集合体を固形
化する。バインダーとしては最少量の水を用いるのが最
も好ましいが、融点が低く凍結後固形物を強固にし、か
つその除去が容易で該集合物を汚染しない等の特徴を有
するものであれば特に限定されるものではない。

次に第２工程では、凍結した該集合体を適度な長さに切
断してブロック状とすることにより金型への装填を容易
にする。ブロック状となった繊維の長さは１０〜１００
ｏｓの範囲内とするのが好ましい。この理由は、１１０
０ａを超えると次工程の圧縮時に繊維の配列に乱れを生
じ、破砕後の繊維長を不均一にするおそれがあるからで
ある。更に好ましくは２０〜７０ｍ＋の範囲内である。

しかる後、このように切断されたブロック状集合体をプ
レス機用の金型に装填する。金型への装填方法としては
、炭素繊維は前述した如く剛直度は大きいが剪断力に極
めて弱いが故に横装填に比べ縦装填の方が破砕効果が大
きく好ましい。

第３工程では、金型に装填されたブロック状集合体を所
要の荷重で１〜２回の圧縮操作により破砕する。繊維の
座屈及び圧型等による剪断効果を高めて繊維長を均一化
し品質の向上を図る上で、圧縮荷重は１０　ｔ　／ｃｔ
ａ”以上が適当であるが、圧縮速度は３０ｍ５／分以下
、即ち比較的緩やかな方が好結果を与える。これは、ス
タンピングの如き圧縮速度が極度に速くなると繊維の座
屈を不均一にし、繊維長分布を広くするおそれがあり好
ましくないからである。また、バインダーの性質上、若
しくは解凍と圧縮のタイミングを充分ならしめるために
金型を適度に加温しても良い。

しかる後、簡易の手段でバインダーを除去することによ
り、繊維長が極めて均一化した所望の超短繊維を容易に
得ることができる。

（作　用） 本発明の方法では、炭素繊維の特異な性質が充分に活か
されるように作用するため、繊維長分布が著しく縮小し
た超短繊維が得られる。また、本発明ではバインダーを
用いることにより、予備切断装置の切断刃の損耗を軽減
し寿命を大幅に延長するのみならず、粉塵の発生を抑え
作業性を著しく向上せしめるという利点もある。殊に、
バインダーとして水を用いる場合には、簡易な乾燥処理
を施すのみで容易にこの水を除去できるという大きな効
果を併せ持つものである。

（実施例） 次に本発明を実施例及び比較例により説明する。

ｔ　　１　　び　　“ 繊維径１７μｍ、引張強度８０　ｋｇ／ｍ”　、引張弾
性率４Ｌ／ｍａ”の特性を持つ、見掛密度２０ｋｇ／ｍ
１のトウ状炭素繊維を水を噴霧しながら積層した後、液
体窒素で急冷して水を凍結させて該炭素繊維を固形化し
た。この時の繊維集合体の見掛密度はおよそ１８０ｋｇ
／ｍ’であった。

次いで、この繊維集合体をギロチンカッターで夫々長さ
３０．５０及び１００ｍｍに切断してブロック状となし
た後、直ちにこれらをプレス機のテーブル上に設けた縦
１００ｍ、横１００ｍ５、高さ１００ｍの金型に縦向け
に装填し、２０　ｔ　／ｃｍ”の荷重下で圧縮し破砕し
た。破砕繊維は通常の乾燥装置を用いてバインダーを除
去した後ペーパーを作成し、顕微鏡を用いて数平均繊維
長及びその分布を測定し下記第１表の結果を得た。

また比較のため、前記トウ状炭素繊維をギロチンカッタ
ーで予備切断して夫々長さ３０及び５０閣のチリツブを
作成した。次いで、かかるチョップを２枚の硬質な平板
間にランダムに装填し、荷重２０　ｔ　／ｃｔ＊”で圧
縮破砕した。破砕後の繊維は前記実施例と同様に処理し
、第１表に併記する結果を得た。

１上表 傘頻度１％以上の繊維長のうち最長の繊維傘車変動率（
％）＝（標準偏差／数平均繊維長）Ｘ１００第１表に示
す測定結果より、本発明の方法にょると平板間にランダ
ムに装填した比較例に比し繊維長の変動が極めて小さく
、またブロック状となすべき被破砕繊維長は５０ｍｍ以
下が好適であることが分かる。

裏庭五１ 実施例１と同様に処理して固形化した繊維集合体から長
さ３０ｍｍのブロックを作成し、次いで装填時の繊維形
状、即ち縦向は及び横向は装填による効果並びに圧縮荷
重の影響を確認するために金型への装填形状及び圧縮荷
重を変えて破砕した繊維について実施例１と同様に処理
し、下記の第２表の結果を得た。

第２表の測定結果より、本発明方法によるブロック状繊
維集合体の破砕においては圧縮荷重１０ｔ／１２以上で
あることが繊維長の均一化により効果的であり、また装
填時の繊維形状は横向は装填よりも縦向は装填の方が効
果的であることが分かる。

（発明の効果） 炭素繊維の超短繊維はその特異な性質を活かし、摺動材
、導電材及び電極材等各種用途に益々期待が高まるのに
伴い、その品質に対してはより厳しい要求がなされてい
る。

しかるに、本発明の超短繊維化方法は上述の如く品質の
均一性はもとより、各工程を簡易化すると同時に、粉塵
の発生を極度に減じて環境汚染防止等にも著しい効果を
もたらし、極めて実用性が高く、かかる要求を充分に満
足し得るものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維を繊維長１ｍｍ以下に超短繊維化するにあ
   たり、 一定方向に配列した炭素繊維をバインダーの凍結を利用
   して一時的に固形化し、 固形化した炭素繊維を適度な長さに切断してブロック状
   とした後に金型に装填し、 該ブロック状物を金型を介して圧縮破砕した後バインダ
   ーを除去することを特徴とする炭素繊維の超短繊維化方
   法。 ２、バインダーが水である特許請求の範囲第１項記載の
   炭素繊維の超短繊維化方法。