JPH06264286A - 金属繊維構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属繊維骨格に微細孔を有することにより、
気孔率が高く、比表面積が大きく、軽量な金属繊維構造
体を提供する。 【構成】 不織布または織物などの布帛の繊維骨格表面
に微細孔を形成する部分を非導電性としたのち、電気メ
ッキすることにより得られる、金属繊維骨格に微細孔を
有する金属繊維構造体及びその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維骨格に微細孔を有
する金属繊維構造体及びその製造方法に関する。本発明
の金属繊維構造体は、特に気孔率が高く、比表面積が大
きく、軽量で伸びが大きいので、電池の電極基体、各種
フィルター及びその支持体、触媒担体、流体混合器、接
触反応充填材、消音材、複合材料基体、その他新規な応
用が期待される。

【０００２】

【従来技術】従来、金属で被覆した繊維及びこれから製
造した繊維製品は知られている（特開昭 58-169532号公
報等）。また、例えば炭素繊維もしくは炭素繊維の織物
または不織布の表面に金属を被覆し、その後炭素繊維を
酸化消耗させ、中空化した金属繊維または金属繊維構造
体も知られている（特開昭58-164705 号公報等）。この
ように繊維を金属で被覆することにより、軽量化が可能
となり、重量当たりの表面積が増加し、性能が向上する
ことから、上記した電池電極材、フィルターなど、広い
用途に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの金属繊維構造
体の各種用途において、最近、従来より更に高気孔率
化、軽量化、比表面積の増大化が要請されている。しか
しながら、従来の金属繊維構造体の構造では、高気孔率
化及び軽量化のために、金属皮膜の厚みを減少すると、
強度の低下を招き使用目的に耐えないという問題があ
る。また、比表面積の増加については全く解決方法がな
いのが現状である。本発明は、金属繊維構造体をなす金
属繊維骨格に微細孔を付与することにより、これらの問
題点を解決できることを見い出したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、金
属繊維骨格に微細孔を有することを特徴とする金属繊維
構造体である。また、布帛の繊維骨格表面の微細孔を形
成する部分を非導電性としたのち、電気メッキすること
を特徴とする金属繊維構造体の製造方法である。

【０００５】本発明の金属繊維構造体は、基体繊維構造
体を金属でメッキしたものであり、基体繊維構造体は、
布帛すなわち不織布、織物または編物に大別される。不
織布は、繊維集積体、フェルト、マット、ぺーパーなど
であり、織物は二次元と三次元の織物、編物、シートな
どを対象とする。本発明の金属繊維骨格とは、金属繊維
構造体を構成する単一の繊維を指し、その形態は中空の
金属繊維または基体繊維と一体化した金属複合繊維であ
る。これらの繊維を金属でメッキする方法は、電気メッ
キ方法で行う。

【０００６】以下、本発明の金属繊維構造体について説
明する。図１は、本発明の金属繊維構造体を構成する金
属繊維骨格であり、基体繊維を除去した場合の中空の金
属繊維骨格が交差した部分を模式的に表した図である。
金属繊維骨格１に微細孔２を有しており、金属繊維骨格
の内部に基体繊維を除去して得られた、連続した中空部
分３が存在し、これは微細孔２を介して外部と連通して
いる。

【０００７】図２は、図１の金属繊維同士の交差する部
分の断面図であり、交差部分を覆うように金属皮膜が形
成され、金属繊維同士が一体化した部分が存在すること
により、単なる繊維の集合体ではなく、本発明の特徴で
ある繊維の構造体を形成していることを示している。

【０００８】図３は、金属繊維構造体を製造する際に基
体として用いられる不織布の場合における繊維の状態を
示す。

【０００９】図４は、金属繊維構造体を製造する際に基
体として用いられる三次元織物の場合における繊維の状
態を示す。以上のような基体繊維構造体を以下布帛とし
て説明する。

【００１０】本発明の金属繊維構造体の骨格をなす金属
の種類、繊維同士の間隙の大きさ、金属繊維骨格の太さ
及び金属層の厚み、中空部分の太さ、微細孔の形状及び
大きさ、微細孔の骨格表面に対する存在量などは、気孔
率、比重、比表面積、機械的耐久性、伸び、強度、電気
的特性、触媒特性などの使用目的に応じて調整すること
ができる。

【００１１】微細孔の大きさは、骨格の太さ及び用途を
考慮して選択される。微細孔が骨格の太さに近い大きさ
の場合には、強度の低下を生ずる場合があり好ましくな
い。また、微細孔の形状は、色々な形が可能であるが強
度の点から円形や楕円形などの丸みをもった形状が好ま
しい。

【００１２】本発明の金属繊維構造体を製造する方法と
しては、布帛の繊維骨格表面に微細孔を形成する部分を
非導電性としたのち、電気メッキする方法が適用され
る。この方法で微細孔を形成する部分を非導電性とする
には、布帛が導電性であるか、又は非導電性であるかに
より異なる。布帛が導電性であれば、その表面にそのま
ま非導電性部分を形成し、布帛が非導電性であれば、先
ず導電性を付与してからその上に非導電性部分を形成す
るか、又は導電性を付与すると同時に非導電性部分をも
形成する方法が適用される。尚、電気メッキ後布帛を除
去することも用途により適用される。以下、本発明の製
造方法について具体的に説明するが、これらの方法は一
例であって、これによって制限されるものではない。

【００１３】本発明で用いる金属繊維構造体を形成する
ための基体としては、導電性又は非導電性繊維の布帛が
用いられる。導電性の布帛を構成する繊維としては、導
電性カーボン繊維、グラファイト繊維、各種金属繊維の
ほかに、無機繊維としては、導電性酸化物繊維、金属性
窒化物等の導電性窒化物繊維、導電性炭化物繊維、導電
性硼化物繊維などが挙げられる。カーボン繊維は導電性
の低いものから導電性の高いグラファイト化率の大きい
ものまで使用することができるが、導電性の高いものの
方が電気メッキ工程でメッキを均一に行いやすく好まし
い。また、布帛を除去して使用する場合は、導電性カー
ボン繊維及びグラファイト繊維が好適に用いられる。

【００１４】非導電性の布帛を構成する繊維としては、
例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチ
レン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、
セルロース、リグニン、ポリ塩化ビニリデン、ポリブタ
ジエン、ポリアセチレン、ナイロン、アクリル、ポリウ
レタン、エポキシ、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニル等
からなる各種合成繊維、或いは各種天然繊維などの有機
繊維、或いはアルミナ、ジルコニア、ムライト、シリカ
系ガラス等の各種ガラスなどからなる各種無機繊維を挙
げることができる。

【００１５】布帛のうちでも不織布は、平面状の形態に
並べられた繊維を化学的或いは物理的に接着またはかみ
合わせることにより形成されるもので、その種類は単な
る繊維の集積体、フェルト、マット、ペーパーなどが挙
げられるが、これらの製造方法は一般的な方法が適用さ
れるものであり、例えば、２〜１０cmの繊維長を紡織カ
ードで開繊するか、繊維を空気流でランダムに集積する
方式の乾式不織布製造方法、または１cm以下の繊維を水
中に分散させた後、網で漉く方式の湿式不織布製造方
法、または溶融された樹脂を紡糸し直接ランダムに支持
体に吹き付ける方式のスパンボンド製造方法などのいず
れの製造方法によってもよい。

【００１６】また、織物や編物は繊維を糸として製繊に
よって織り合わされ或いは編成によってループ状に組み
合わされ、平面状の布、シートとして形成される。本発
明に用いる織物や編物は一般に二次元或いは三次元の織
物や編物を製造する方法が用いられるもので、特に限定
されるものではない。

【００１７】布帛が導電性の場合、例えば導電性カーボ
ン繊維を例にとって以下に説明する。この場合には、繊
維骨格表面にそのまま微細孔を形成する部分を非導電性
とする方法が適用できる。もちろん、導電性がある場合
であっても導電処理を行っても差し支えない。

【００１８】繊維骨格表面の微細孔を形成する部分に非
導電性部分を形成するには、非導電性物質を、微細孔を
形成する部分に斑点状に付着する方法が好適に適用でき
る。付着させる非導電性物質としては、電気メッキ処理
後、除去が必要な場合に除去しやすいものが好ましく、
合成樹脂などの有機物が好ましい。また、用途によって
も異なるが金属不純物等を含まないものが好ましい場合
もある。また、非導電性物質の形態は、形成したい微細
孔の形状とも関係するが、得られる金属繊維構造体の強
度の点を考慮すると、非導電性の粒子が好ましい。

【００１９】粒子形態の非導電性物質としては、各種合
成樹脂ビーズ、各種ラテックス粒子、各種エマルジョン
粒子などが挙げられる。実際にはエマルジョン粒子など
は凝集して粒子形態から種々の形状をした膜状になって
繊維骨格表面に斑点状に付着する場合もあり、粒子形態
を保持したままで球状に近い形で繊維骨格表面に付着す
る場合以外に膜状や半球状など種々の形状で繊維骨格表
面に付着する。いずれの場合も斑点状、すなわち非導電
性部分が広範囲にわたる連結部分を形成せずに非導電性
部分を形成させることが望ましい。また、非導電性粒子
の形状及び大きさは、用途によって決まる微細孔の形状
及び大きさによって適宜選択される。

【００２０】非導電性部分を形成する具体的方法として
は、前記した各種非導電性物質を含む液に布帛を浸漬し
て繊維骨格表面に付着させる方法がある。例えば合成樹
脂ビーズの分散液に布帛を浸漬させる方法である。この
際、合成樹脂ビーズの分散液に繊維骨格表面への付着を
助ける粘着剤成分や分散剤などの添加物を適宜加えるこ
とが好ましい。非導電性物質の性質、特に表面の性質と
繊維骨格表面の性質の相互関係によって繊維骨格表面へ
の付着の状態が異なるので表面の改質などの手法で非導
電性物質或いは繊維骨格の表面の性質を調整する必要が
ある場合がある。

【００２１】分散液中の非導電性物質の種類及び量や添
加物の種類及び量を調整することにより、繊維骨格表面
に形成する斑点状の非導電性部分の形状、大きさ及び繊
維骨格表面に占める割合を適宜調整することができる。
また、布帛の形状が単純な場合には非導電性物質を含む
液を噴霧して液滴を繊維骨格表面に付着させる方法など
も適用可能である。

【００２２】次に、布帛が非導電性の場合、例えば有機
繊維を例にとって以下に説明する。この場合には、有機
繊維を導電処理する際に繊維骨格表面の微細孔を形成す
る部分を非導電性とする必要がある。本発明ではこの導
電処理する際に、微細孔を形成する部分を斑点状に非導
電性部分を形成する。その手順としては、有機繊維骨格
表面に導電処理を行ったのち、斑点状に非導電性物質を
付着することにより非導電性部分を形成する方法と導電
処理と同時に非導電性部分を導入する方法とがある。

【００２３】先ず、有機繊維の導電処理方法としては、
金属、カーボンやグラファイトなどの導電性物質粉末を
分散して調整した導電性ペーストで皮膜を形成する方法
や無電解メッキや銀鏡反応などの金属塩溶液の還元反応
を利用した化学的方法などが挙げられる。この方法によ
り有機繊維の表面に導電性を付与したら、その上に導電
性繊維の場合に説明したと同様に、非導電性部分を斑点
状に形成することができる。

【００２４】次に、有機繊維に導電処理と同時に非導電
性部分を導入するには、導電性ペースト中に非導電性物
質粒子を分散させたものを用いて、導電性皮膜を形成す
ると同時に非導電性物質を有機繊維の表面に付着させて
非導電性部分を形成する方法などが挙げられる。この
際、非導電性物質の形状、大きさ及びペースト中の量を
用途に応じて適宜調整する。また、非導電性物質の表面
に導電性物質が被覆しないように表面改質或いは導電皮
膜の厚みよりも大きな非導電性物質を用いるなどの点に
留意する必要がある。

【００２５】電気メッキに使用する金属の種類、組成及
びその純度などは目的とする金属繊維構造体の用途によ
って種々選択できる。電気メッキは、通常の方法が適用
される。電気メッキにより形成する金属層の厚みは、用
途によって異なるが数μｍ〜数１００μｍである。ま
た、用途により電気メッキする際にメッキ組成を順次変
えて行うことにより、多種類の金属からなる多層構造体
を形成することも可能である。

【００２６】また、用途によっては金属のみからなる金
属繊維構造体を製造する場合には、熱分解、溶剤による
溶解或いは溶融などの方法で除去しやすいカーボン繊維
や有機繊維からなる布帛を選ぶことが好ましい。この場
合には、金属メッキしたのち、布帛を除去する。熱分解
による除去を行う際に酸化性雰囲気が必要な布帛を用い
た場合には、金属メッキ膜の酸化が起こるので用途によ
り還元処理を行うことが好ましい。例えば、有機繊維を
用いた布帛の熱分解の温度は、有機繊維の種類によって
異なるが 300〜1300℃程度である。また、還元雰囲気で
の熱処理の温度は金属の種類によって異なるがニッケル
の場合 900℃程度である。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］繊維径１７μｍのポリエチレンテレフタレ
ートを主体とする繊維を湿式法により不織布となし、こ
れを繊維溶融結合と接着樹脂結合を併用して製造した不
織布を用いた。この不織布に無電解ニッケルメッキによ
り導電処理を施したのち、ポリスチレン樹脂粒子（粒径
３〜４μｍ）及び有機系添加剤を加えた分散液に浸漬し
乾燥した。これにニッケル金属の電気メッキを行い金属
繊維構造体を得た。この際、金属層の厚みが４μｍ程度
となるようにメッキ条件を調整した。得られた金属繊維
構造体を電子顕微鏡により観察したところ、繊維骨格部
分に３〜４μｍ程度の微細孔が存在していることがわか
った。その微細孔の存在量は骨格表面全体の２０％程度
の面積であった。また、金属繊維構造体全体の空隙率は
９６％程度であった。

【００２８】［実施例２］実施例１で得られた金属繊維
構造体をさらに空気中で温度約６００℃で熱処理し基体
繊維部分を除去した後、さらに還元性雰囲気中で約９０
０℃に加熱し還元処理することにより金属のみで構成さ
れた金属繊維構造体を得た。得られた金属繊維構造体を
電子顕微鏡により観察したところ、繊維骨格内部の基体
繊維が除去された部分が空洞として見られた。また、繊
維骨格部分には熱処理前と同様の微細孔が存在し、この
微細孔を通して繊維骨格の外部表面と内部表面とが連通
していることが確認された。また、その微細孔の存在量
及び金属層の厚みは実施例１の熱処理前と変わらなかっ
た。

【００２９】［比較例１］実施例１においてポリエチレ
ン樹脂粒子の分散液による処理を行わなかった以外、実
施例１及び実施例２と同様の条件で金属繊維構造体を製
造した。得られた金属繊維構造体の骨格には微細孔は見
られなかった。金属層の厚みは４μｍ程度と実施例１と
同様であったが、金属繊維構造体の比重は実施例１に比
較して 1.3倍程度あり、軽量でないことが判明した。ま
た、骨格に微細孔がないことから外部と連通する表面積
は２分の１程度で比表面積が小さいことがわかった。

【００３０】［実施例３］繊維径１３μｍの導電性カー
ボン繊維を用いたフェルト状の不織布（空隙率９４％程
度）をポリスチレン樹脂粒子（粒径２〜３μｍ）及び有
機系添加剤を加えた分散液に浸漬したのち乾燥した。こ
れにニッケル金属の電気メッキを行い金属繊維構造体を
得た。この際、金属層の厚みが３μｍ程度となるように
メッキ条件を調整した。得られた金属繊維構造体を電子
顕微鏡により観察したところ、繊維骨格部分に２〜３μ
ｍ程度の微細孔が存在していることがわかった。その微
細孔の存在量は骨格表面全体の３０％程度の面積であっ
た。

【００３１】［実施例４］実施例３で得られた金属繊維
構造体をさらに雰囲気炉中で温度約１１００℃で熱処理
してカーボン繊維部分を除去した。得られた金属繊維構
造体を電子顕微鏡により観察したところ、繊維骨格内部
のカーボン繊維が除去された部分が空洞として見られ
た。また、繊維骨格部分には熱処理前と同様の微細孔が
存在し、この微細孔を通して繊維骨格の外部表面と内部
表面とが連通していることが確認された。また、その微
細孔の存在量及び金属層の厚みは実施例３の熱処理前と
変わらなかった。

【００３２】［比較例２］実施例３においてポリエチレ
ン樹脂粒子の分散液による処理を行わなかった以外、実
施例３及び実施例４と同様の条件で金属繊維構造体を製
造した。得られた金属繊維構造体の骨格には微細孔は見
られなかった。金属層の厚みは３μｍ程度と実施例３と
同様であったが、金属繊維構造体の比重は実施例３に比
較して 1.4倍程度あり、軽量でないことが判明した。ま
た、骨格に微細孔がないことから外部と連通する表面積
は２分の１程度で比表面積が小さいことがわかった。

【００３３】［実施例５］繊維径２０μｍの有機繊維を
用いた三次元織物に無電解ニッケルメッキにより導電処
理を施したのち、ポリスチレン樹脂粒子（粒径３〜４μ
ｍ）及び有機系添加剤を加えた分散液に浸漬し乾燥し
た。これにニッケル金属の電気メッキを行い金属繊維構
造体を得た。この際、金属層の厚みが４μｍ程度となる
ようにメッキ条件を調整した。得られた金属繊維構造体
は図４に示した構造に類似しており、電子顕微鏡により
観察したところ、繊維骨格部分に３〜４μｍ程度の微細
孔が存在していることがわかった。その微細孔の存在量
は骨格表面全体の２５％程度の面積であった。

【００３４】［実施例６］実施例５で得られた金属繊維
構造体をさらに空気中で温度約６００℃で熱処理し有機
繊維部分を除去した後、さらに還元性雰囲気中で約９０
０℃に加熱し還元処理することにより金属のみで構成さ
れた金属繊維構造体を得た。得られた金属繊維構造体を
電子顕微鏡により観察したところ、繊維骨格内部の有機
繊維が除去された部分が空洞として見られた。また、繊
維骨格部分には熱処理前と同様の微細孔が存在し、この
微細孔を通して繊維骨格の外部表面と内部表面とが連通
していることが確認された。また、その微細孔の存在量
及び金属層の厚みは実施例５の熱処理前と変わらなかっ
た。また、金属繊維構造体全体の空隙率は９０％程度で
あった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の金属繊維構造体はその金属繊維
骨格に微細孔を有するので、気孔率が高く、微細孔を通
して骨格の内部表面も外部と連通するため比表面積が非
常に大きく、軽量な構造体であるから、電池の電極基
体、各種フィルター及びその支持体、触媒担体、流体混
合器、触媒反応充填材、消音材、複合材料基体（金属ア
ルミニウムとの複合材料等）或いはその他新規な応用が
期待される新材料である。また、本発明の製造方法によ
れば、生産性高く本発明の金属繊維構造体を製造するこ
とができる。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属繊維構造体の金属繊維骨格及びそ
の交差部分の断面構造を斜めから見た部分拡大図であ
る。

【図２】図１における金属繊維同士の交差部分の断面図
である。

【図３】本発明に用いられる基体繊維構造体の不織布の
代表的構造を示す平面図である。

【図４】本発明に用いられる基体繊維構造体の三次元織
物の代表的構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 繊維骨格 ２ 微細孔 ３ 中空部分 ４ 交差部分 ５ 繊維

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属繊維骨格に微細孔を有することを特
   徴とする金属繊維構造体。
2. 【請求項２】 布帛の繊維骨格表面の微細孔を形成する
   部分を非導電性としたのち、電気メッキすることを特徴
   とする請求項１記載の金属繊維構造体の製造方法。