WO2006043602A1 - 炭素繊維モノフィラメント織編布帛とその用途 - Google Patents

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Kazuo Kitagawa
Hironori Fukuoka
Syoji Zaiki
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Fukuoka Kigyo Co., Ltd.
Zaiki Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a carbon fiber woven fabric using carbon fiber monofilament as a single yarn and its use.
  • Carbon fiber has a thermal conductivity with a low specific gravity and a high modulus of elasticity compared to metals, etc., and has excellent chemical resistance and heat resistance, biocompatibility, conductivity and electromagnetic shielding properties, etc. It also has the advantage that it is very wide and used for applications.
  • carbon fibers are supplied as multifilament yarns and are often used as unidirectional fibers or woven fabrics.
  • the tensile strength of the fibers is large, but the knot strength is small and there is a drawback that they are easy to break.
  • carbon fiber monofilament which is often used as a fiber bundle of about 1K to 24K as a fiber bundle for manufacturing a pre-preda, is used as a single yarn.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-268650
  • An object of the present invention is to use such a carbon fiber as a monofilament alone to develop a completely new fabric and application.
  • carbon fiber is used as a monofilament having a diameter of 10 m or less, and this is used as a single yarn to obtain a carbon fiber woven knitted fabric having a density of 5 to 1800 per inch. Solved the above problem.
  • an extremely thin cloth having a thickness of 20 m or less, and such an ultra-thin cloth is made of black carbon fiber monofilament, and is therefore assimilated to the surroundings.
  • it In the sense that it is not normally visible, it becomes a transparent fabric, It can fully exhibit the original properties of carbon fiber, such as high strength, high elastic modulus, thermal conductivity, X-ray permeability, heat ray absorption ability, and adsorption ability.
  • ultrathin reinforced plastics reinforced with strong fabrics can be used in ultra-precision equipment such as IT-related electronic equipment, aviation, space, automobiles, and sports.
  • a reinforced plastic reinforced with carbon fiber can be obtained as a sheet having a thickness of 0.5 mm or less, particularly 0.2 mm or less, V, very thin.
  • the diameter of the carbon fiber monofilament used in the present invention is usually 3 m or more, preferably 5 to LO / z m 7 to 8 m, if it is 10 ⁇ m or less.
  • the fabric using the carbon fiber monofilament to be covered may be a woven fabric, a knitted fabric, or a lace or net shape.
  • a carbon fiber monofilament as a single yarn and have a density of 5 to 1800 per inch, especially a density of about 8 to 1500.
  • the fabric comprising the carbon fiber monofilament of the present invention can be effectively used as a reinforcing material for a reinforced plastic. This is because the fabric comprising the carbon fiber monofilament is heated with, for example, epoxy resin or unsaturated polyester. It can be impregnated with, or laminated with, a curable resin or a thermoplastic resin such as nylon, polyolefin, or polyester to form an extremely thin sheet-like reinforced plastic. It is also possible to obtain a reinforced plastic product with a three-dimensional shape such as a pipe using the pre-preda. In the production of such a reinforced plastic, carbon fiber monofilaments can be aligned at the above density and used as a unidirectional reinforcing material.
  • the density should be 5 to 3600, especially 100 to 3600 per inch! /.
  • the fabric of the present invention can be used as a biocompatible fiber material.
  • the fabric is an ultra-thin fabric whose existence cannot be visually observed, and is easily assimilated into a living body.
  • the density of the filament should be about 10-500 per inch.
  • the fabric of the present invention has carbon fiber strength, it has excellent dimensional stability, excellent mechanical strength, and excellent properties such as biocompatibility, chemical stability, heat resistance, and conductivity. thing It is. Moreover, since carbon fibers are used as very thin monofilaments, they can be made into ultra-thin fabrics that cannot be visually observed. As a result, the biocompatible fiber material does not inhibit cell growth and is extremely high in strength. In addition, it is flexible and can be used very effectively in a state where its use is not visually perceived.
  • the reinforced plastic reinforced with an ultra-thin fabric (or a unidirectional material by aligning carbon fiber monofilaments) having a thickness of 20 m or less according to the present invention has a thickness of 0.5 mm or less.
  • a functional sheet with appropriate strength such as electrical conductivity, radio wave shielding, heat ray absorption ability, X-ray permeability, thermal conductivity, adsorption ability, etc. Widely used in fields such as space, automobiles and sports.
  • Carbon fiber monofilaments with a diameter of 7 m were made into plain weave fabrics with a density of 12 Z inches each. This fabric was confirmed by the monitoring of 10 people and all 10 people could not see its existence.
  • This fabric was used as a biocompatible anti-adhesion membrane.
  • Carbon fiber monofilaments with a diameter of 7 m were made into plain weave fabrics with a density of 24 Z inches each.
  • This woven fabric was impregnated with silicone resin to obtain a reinforced plastic having a thickness of 0.2 mm. This could be effectively used as a heat-resistant conductive sheet.
  • Carbon fiber monofilaments having a diameter of 7 m were woven in a twilled structure at a density of 1 mm pitch (10 pieces per lcm). This woven fabric also became a thin fabric whose presence could not be visually confirmed, and, like the fabric of Example 1, could be used as a biocompatible anti-adhesion membrane.
  • twills were produced at a density of 0.5 mm pitch (20 per lcm) and 0.2 mm pitch (50 per lcm), respectively. These were useful as reinforced plastics by impregnating with silicone resin.
  • Example 4 Carbon fiber monofilaments with a diameter of 7 m, with a density of lmm pitch (10 per lcm), 0.5 mm pitch (20 per lcm), 0.2 mm pitch (50 per lcm), Plain fabrics are impregnated with 15-20% by weight acrylic polyurethane urethane resin (V Top Clear, manufactured by Dainippon Paint) as a base material resin, and cured for 20 hours at room temperature. A 59-84 m carbon fiber Z-fat ultrathin sheet was obtained.
  • V Top Clear acrylic polyurethane urethane resin
  • the ultra-thin reinforced plastic using the fabric according to the present invention as a reinforcing material has a large Young's modulus and a high thermal conductivity, that is, a high heat radiation performance and an excellent electromagnetic shielding property. used.
  • the resin sheet of the comparative example has a relatively low Young's modulus and a low thermal conductivity, and thus has no heat dissipation performance.
  • epoxy resin (Epicoat 828 from Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) After blending 32phr of alicyclic polyamine (Epicure 113 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and softener as solvent, dilute the solvent to 10-15% by weight and impregnate the unidirectional material. By holding at 45 ° C for 40 minutes, a B-staged carbon fiber monofilament pre-preda was obtained. Four layers of this pre-preda were laminated in the direction of 90 °, and vacuum bag forming was performed at 160 ° C and a low pressure of 1-2 MPa to obtain a carbon fiber Z resin ultra-thin laminate.
  • Ultra-thin laminates with lmm pitch materials were useful as reinforcing members for precision jigs of precision rotating bodies.

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Abstract

炭素繊維を使用して、全く新規な実用性ある布帛を提供する。直径１０μｍ以下の炭素繊維モノフィラメントを単糸として使用し、１インチ間に５～１８００本の密度で織編布帛とした。この布帛は生体適合性ある又は導電性ある超薄シートとして、精密機器及び医療分野などに幅広く実用化できる。

Description

明 細 書
炭素繊維モノフィラメント織編布帛とその用途
技術分野
[0001] 本発明は、炭素繊維モノフィラメントを単糸として使用した炭素繊維織編布帛とその 用途に関する。
背景技術
[0002] 炭素繊維は、金属等に比べて比重が小さぐ弾性率が高ぐ熱伝導性があり、耐薬 品性や耐熱性に優れ、生体適合性があり、導電性や電磁波シールド性などにも優れ ると 、う利点があるため、非常に幅広 、用途に使用されて 、る。
[0003] 一般に、炭素繊維はマルチフィラメント糸として供給され、一方向繊維や織物にして 使用されることが多ぐ繊維の引張り強度は大きいが、結節強度が小さぐ折れやす いという欠点がある。そのため、布帛形成には、例えば特許文献 1に示されるように、 通常、 1K〜24K程度の繊維束としてプリプレダ製造用の織物などに使用されること が多ぐ炭素繊維モノフィラメントを単糸として使用したり、厚さ 100 m以下の薄布に 形成されたりすることはなカゝつた。
特許文献 1：特開 2003 - 268650号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本発明は、このような炭素繊維を、モノフィラメント単独として使用し、全く新規な布 帛及び用途を開発することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明では、炭素繊維を、直径 10 m以下のモノフィラメントとして使用し、これを 単糸として、 1インチ間に 5〜1800本の密度で有する炭素繊維織編布帛とすることに よって、上記課題を解決した。
[0006] かかる本発明では、厚さ 20 m以下というような従来になく極めて薄い布帛を得る ことが可能であり、かかる超薄布帛は、黒色の炭素繊維モノフィラメントからなるため、 周囲に同化して、通常では視認できなくなるという意味で、透明性ある布帛となるが、 高強度、高弾性率、熱伝導性、 X線透過性、熱線吸収能、吸着能など炭素繊維本来 の性能を十分に発揮しうるものである。
[0007] 更に、力かる布帛で補強した極薄強化プラスチックは、 IT関連電子機器など超精 密機器、航空、宇宙、自動車、スポーツなどの分野で用途展開が可能となる。例えば 、炭素繊維で補強した強化プラスチックを、厚さ 0. 5mm以下、特に 0. 2mm以下と V、う非常に薄 、シートとして得ることも可能である。
[0008] なお、本発明で使用する炭素繊維モノフィラメントの直径は、 10 μ m以下であれば よぐ通常 3 m以上、特に 5〜： LO /z m 7〜8 m程度であるのが好ましい。
[0009] カゝかる炭素繊維モノフィラメントを用いた布帛は、織物であっても、編物であってもよ く、レースやネット状のものであってもよい。通常、炭素繊維モノフィラメントを単糸とし て、 1インチ間に 5〜1800本の密度で有するようにするのが好ましぐ特に 8〜1500 本程度の密度であるのが好まし 、。
[0010] 本発明の炭素繊維モノフィラメントからなる布帛は、強化プラスチックの補強材とし て有効に使用できる力 これは、炭素繊維モノフィラメントからなる布帛に、例えば、ェ ポキシ榭脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性榭脂や、ナイロン、ポリオレフイン、ポ リエステル等の熱可塑性榭脂を含浸させ、又は積層して、極薄のシート状の強化ブラ スチックとすることができるのである。また、そのプリプレダを用いてパイプ状など 3次 元形状を有する強化プラスチック製品を得ることも可能である。なお、かかる強化ブラ スチックの製造に当たっては、炭素繊維モノフィラメントを前記密度で引き揃えて、一 方向の補強材として使用することもできる。
炭素繊維モノフィラメントを引き揃えで一方向材として使用する場合、その密度は 1 インチ間に 5〜3600本、特に 100〜3600本程度とするの力よ!/、。
[0011] 更に、本発明の布帛は、生体適合性繊維材料としても、使用できるが、この場合、 その存在が目視できないような超薄布で、生体に同化し易いものとするのが好ましく 、フィラメントの密度は、 1インチ間に 10〜500本程度とするのがよい。
発明の効果
[0012] 本発明の布帛は、炭素繊維力 なるため、寸法安定性に優れ、機械的強度にも優 れ、また、生体親和性、化学安定性、耐熱性、導電性など優れた特性を有するもの である。しかも、炭素繊維を非常に細いモノフィラメントとして使用しているため、目視 できないような超薄の布帛とすることができ、その結果、生体適合性繊維材料として、 細胞成長を阻害せず、超高強度で、かつ柔軟性を有し、し力もその使用を目視的に 感知させない状態で、非常に有効に使用可能となる。
また、本発明の厚さ 20 m以下というような超薄布帛（又は炭素繊維モノフィラメン トの引き揃えによる一方向材)で補強した強化プラスチックは、厚さ 0. 5mm以下とい うような薄さでも、適度の強度を有し、しかも電導性、電波遮蔽性、熱線吸収能、 X線 透過性、熱伝導性、吸着能などの機能性あるシートとして、 IT関連電子機器など超 精密機器、航空、宇宙、自動車、スポーツなどの分野で、広く使用されるものとなる。 発明を実施するための最良の形態
[0013] 実施例 1
直径 7 mの炭素繊維モノフィラメントを、経緯にそれぞれ 12本 Zインチの密度で 平織組織の織物とした。この織物は、 10名のモニター確認によって、 10名全てがそ の存在を視認できな力つた。
この織物を生体適合性ある癒着防止膜として使用した。
[0014] 実施例 2
直径 7 mの炭素繊維モノフィラメントを、経緯にそれぞれ 24本 Zインチの密度で 平織組織の織物とした。
この織物に、シリコン榭脂を含浸して、厚さ 0. 2mmの強化プラスチックとした。これ は耐熱性ある電導シートとして効果的に使用できた。
[0015] 実施例 3
直径 7 mの炭素繊維モノフィラメントを、経緯にそれぞれ lmmピッチ（lcm間に 1 0本)の密度で綾織組織の織物とした。この織物も、その存在を視認できない薄布と なり、実施例 1のものと同様、生体適合性ある癒着防止膜として使用できた。
更に、同様の炭素繊維モノフィラメントを使用して、経緯にそれぞれ 0. 5mmピッチ (lcm間に 20本)及び 0. 2mmピッチ（lcm間に 50本）の密度で、綾織物を製造した 。これらは、シリコン榭脂を含浸して、強化プラスチックとして、有用であった。
[0016] 実施例 4 直径 7 mの炭素繊維モノフィラメントを、経緯にそれぞれ lmmピッチ（lcm間に 1 0本）、 0. 5mmピッチ（lcm間に 20本）、 0. 2mmピッチ（lcm間に 50本）の密度で、 平織物とし、それぞれに、母材榭脂として 15— 20重量％に溶剤希釈したアクリルポリ ウレタン榭脂（大日本塗料製の Vトップクリア)を含浸した後、常温で 20時間硬化させ て、厚さ 59— 84 mの炭素繊維 Z榭脂極薄シートを得た。
本発明に従った布帛を補強材とした、極薄強化プラスチックは、ヤング率が大きぐ 熱伝導性、即ち放熱性能が高ぐ電磁波シールド性にも優れており、電子デバイスの 有効放熱間材として使用した。しかし、比較例の榭脂シートは相対的にヤング率が低 ぐ熱伝導性も低ぐ放熱性能は得られなカゝつた。
なお、製造した強化プラスチックの種類を下記に示す。
平織物 強化プラスチック (榭脂シート)
ピッチ（mm) 厚さ m)
1 59、 60、 61、 65、 63、 67
0. 5 71、 70、 69、 73、 75、 71
0. 2 82、 84、 79、 78、 81、 83
. 布帛なし（比較例;） 50, 49, 51, 47, 48, 48
実施例 5
直径 7 mの炭素繊維モノフィラメントを 0. 5-0. lmmピッチで一方向に引揃えた 一方向材を用いて、母材榭脂としてエポキシ榭脂（ジャパンエポキシレジン社製の ェピコート 828)、硬ィ匕剤として脂環式ポリアミン (ジャパンエポキシレジン社製のェピ キュア 113)を 32phr及び柔軟剤を配合したものを、 10— 15重量％に溶剤希釈し、 前記一方向材に含浸させた後、 45°Cにて 40分間保持することで、 Bステージィ匕した 炭素繊維モノフィラメントプリプレダを得た。このプリプレダを士 90度方向に 4層積層 させて、 160°C、 l— 2MPaの低圧で真空バグ成形することにより、炭素繊維 Z榭脂極 薄積層体を得た。
0. lmmピッチ材による極薄積層体は、精密回転体の微小治具の補強部材として 有用であった。
製造した積層体の種類を下記に示す。 フィラメント引き揃え 積層体
ピッチ（mm) 厚さ m)
0. 50 190、 180、 208、 210、 199、 220
0. 25 241、 232、 228、 240、 239、 243
0. 10 308、 299、 310、 315、 288、 285

Claims

請求の範囲
[1] 直径 10 /z m以下の炭素繊維モノフィラメントを単糸として、 1インチ間に 5〜1800本 の密度で有する炭素繊維織編布帛。
[2] 前記布帛の厚さが 20 m以下である請求項 1の炭素繊維織編布帛。
[3] 請求項 1又は 2の炭素繊維織編布帛で補強した極薄強化プラスチック。
[4] 前記積層体の厚さが 0. 5mm以下である請求項 3の強化プラスチック。
[5] 直径 10 m以下の炭素繊維モノフィラメントを単糸として使用し、 1インチ間に 5〜36
00本の密度で引き揃えたものを補強材とする極薄強化プラスチック。
[6] 請求項 1又は 2の炭素繊維織編布帛からなる生体適合性繊維材料。
[7] 前記布帛における炭素繊維モノフィラメントの密度が 1インチ間 10〜500本である請 求項 6の生体適合性繊維材料。
PCT/JP2005/019224 2004-10-19 2005-10-19 炭素繊維モノフィラメント織編布帛とその用途 WO2006043602A1 (ja)

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