JPH089822B2 - 炭素繊維不織布の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ）産業上の利用分野 本発明は炭素繊維不織布の製造方法に関する。本発明
は不織布構造を支える接着点が、繊維と同質の炭素であ
り、強度、寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、導電性等の
優れた不織布を製造する方法に関する。

本発明により製造される炭素繊維不織布は、繊維のみ
ならず接着点までも炭素で構成されているため、炭素の
優れた物理的、化学的特性を十分に発揮することが出来
る利点を有する。

ロ）従来の技術 繊維の自己接着を利用する不織布の製造は、合成繊維
の場合には芯に高融点のポリマー、鞘に低融点のポリマ
ーを組み合わせた複合繊維を用いて、広く実施されてい
る。

炭素繊維の場合、軟化点が実質的に存在しないため、
合成繊維と同様の方法の採用は不可能である。しかし前
駆体繊維の段階で、自己接着させることは可能である。
例えば特開昭50-101405号には、不融化処理を行わない
ピッチ繊維あるいは軽度に不融化処理したピッチ繊維を
自己接着させ、不織布に形成することが記載されてい
る。しかしこの特許では、ピッチに多量のケイ素化合物
やアルミナを混合しており、純粋のピッチ繊維とはかな
り挙動が異なると推定される。ケイ素化合物やアルミナ
は軟化点より高温状態のピッチの変形を抑制し、合成繊
維の複合繊維の芯成分のような挙動をし、繊維が液滴状
になることを防止すると推定され、純粋のピッチ繊維で
自己接着により不織布が形成出来ることは示唆していな
い。

また特開昭52-47014号には、不融化処理を行わないピ
ッチ繊維あるいは軽度に不融化処理したピッチ繊維を、
任意の形状に予備成形した後自己接着させ、多孔質成型
体とする方法が開示されている。この方法は多孔質成型
体の製造方法としては優れているが、不織布の製造方法
として評価すると、ピッチ繊維の形態変化が著しいた
め、得られる不織布の密度が大きすぎ、ファイバーボー
ド状の硬いものとなるため、布としての取り扱いが困難
な問題点がある。

ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は従来技術により、自己接着により製造された
ピッチ系炭素繊維不織布の、密度が過大で布としての取
り扱いが困難な問題点を解決し、繊維もバインダーも炭
素からなる不織布を、低コストで製造出来る方法であ
る。

ニ）問題点を解決する手段 本発明は紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融化
処理を行ったピッチ繊維と、不融化ピッチ繊維もしくは
炭化ピッチ繊維の混合物を、シート状等の形に成形した
後不活性気体中で炭化処理し、該紡糸後のピッチ繊維も
しくは不完全な不融化処理を行ったピッチ繊維により融
着し、繊維間を固定することを特徴とする炭素繊維不織
布の製造方法である。

本発明に於いて炭素繊維の自己接着を起こす成分は、
混入した紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融化処
理を行ったピッチ繊維である。ピッチ繊維は不融化処理
を行うと伸度が増加するので、力の掛かるような処理に
耐えられるようになるので、通常の繊維に行われるよう
な混繊処理を行う場合、不融化処理を行った後であるこ
とが好ましい。

しかしピッチ繊維の不融化処理は時間の掛かる工程で
あり、紡糸と連続して実施し難く、省略出来ればかなり
のコスト低減になる。主体繊維との混合が不十分でも良
ければ、紡糸後のピッチ繊維の使用が望ましい。

自己接着を起こす成分（以後バインダーと呼ぶ）とし
ての不融化ピッチ繊維は、酸素含有率が、十分に不融化
した場合の酸素含有率の90％よりも小さいものである。
十分に不融化した場合の酸素含有率の大きさは、原料ピ
ッチによって異なるが、３％〜12％の範囲にある。原料
ピッチが光学異方性のものである場合、３％〜６％の範
囲にある。

不完全な不融化処理は、処理時の昇温速度を大きくす
る方法、処理開始温度を高くする方法、処理終了温度を
低くする方法、あるいは処理時の酸素濃度を低くする方
法を用いる。

本発明に於いて、主体繊維は不融化処理したピッチ繊
維あるいは不融化および炭化処理したピッチ繊維であ
る。主体繊維は糸状あるいはシート状の形で処理され
る。これらの主体繊維を不織布に加工するには、主体繊
維を開繊した後バインダーと混合し、シート化する方
法、あるいは主体繊維のシートの上にバインダーを散布
する方法により、一体化したシートを作り、更にバイン
ダーにより繊維間を固定する。

主体繊維を開繊した後バインダーと混合し、シート化
する方法では、均一で嵩高い不織布が得られるが、主体
繊維およびバインダー繊維の損傷、切断が完全には抑制
出来ず、繊維の損失および浮遊繊維の混在を完全に避け
ることは極めて困難である。

主体繊維のシートの上にバインダーを散布する方法で
は、主体繊維のシートをいかに薄くしてもバインダー繊
維を均一に混合することは困難である。バインダー繊維
が密集した部分では、炭化時に繊維が熔融して収縮する
ため、シートの高密度化が起こり、得られた不織布は木
材の年輪状に周期的に密度が変動する。この不織布は確
かに不均一で、嵩高さはやや小さいが、寸法安定性や耐
衝撃性に優れており、複合材料の繊維質強化物として優
れた性能を示す。また軟質の合成樹脂を含浸して、振動
の吸収材として優れた性能を示す。また刃物や針のよう
なものの貫通に対し、均一な不織布構造物よりも良好な
抵抗性を有する。

本発明に於いて、主体繊維およびバインダー繊維を熔
融ピッチから細線状液流の形に形成し、さらにシート化
する方法としては、通常の紡糸口金から紡出し、気流も
しくはローラーによって牽引する、スパンボンド式の紡
糸方法、高速気流の中に出口を有する紡糸孔もしくはス
リットから紡出する、メルトブロー式の紡糸方法、高速
回転するポットから遠心力により散布して液流化する遠
心紡糸法の、いずれも採用出来るが、特にメルトブロー
法が好ましい。

メルトブロー法にはスリット状の高速気流の吐出孔の
中に、紡糸孔を一列に並べる方法あるいはスリットを設
ける方法、および孔状の高速気流の吐出孔の中に紡糸孔
を１個ないし数個設ける方法が知られているが、本発明
に対してはいずれの方法も使用することが出来る。

本発明に使用するピッチは熔融紡糸および不融化処理
が可能な高軟化点ピッチである。好ましくは光学異方性
ピッチであり、最も好ましくは実質的に100％の光学異
方性のピッチである。

本発明に使用するピッチは１種類であっても良く、ま
た２種類以上を用いることも可能である。紡糸液として
の２種類以上のピッチの混合は、紡糸調子の上で好まし
くないが、別々の紡糸孔から別の種類のピッチを紡糸す
ることにより、不融化反応速度の異なるピッチ繊維を作
りながら混合し、不融化の遅い繊維を不完全に不融化し
たピッチ繊維とし、バインダーとすることが可能であ
る。またピッチの分子構造により、炭化処理中の繊維の
収縮が異なることを利用して、シートの嵩高さを変更す
ることが可能である。

本発明によって製造される炭素繊維不織布は、高度に
炭化することにより、高い電気伝導性を与えることが可
能である。高い電気伝導性を有する炭素繊維不織布は電
磁波遮蔽材、面発熱体、電極材料、触媒担体等に使用す
る事が可能である。

本発明によって製造される不織布には、電気伝導性、
形態安定性等の改善のため、内部あるいは表面に金網や
炭素繊維織物あるいはセラミックス繊維製品等を含むこ
とが可能である。また他の材料と張り合わすための接着
剤層、あるいは粘着剤層を有していることが可能であ
る。また植毛、フロック加工、樹脂コーティング、フィ
ルムとのラミネート加工等を行うことが可能である。

実施例１ 軟化点285℃、光学異方性分率100％の石油系ピッチを
原料とし、内径0.3mm外径0.6mmの原料吐出用管状ノズル
を内蔵する直径0.8mmの紡糸孔を有する口金を用い、管
状ノズルの周辺から加熱空気を噴出させて、熔融ピッチ
を牽引して紡糸を行った。ピッチの吐出量、12g/80H・
分、ピッチ温度320℃、口金温度420℃、加熱空気の流量
0.40kg/分、加熱空気の温度420℃、加熱空気の圧力1.5k
g/cm²Ｇであった。

紡出された繊維を、捕集部分が20メッシュのステンレ
ス製金網で出来たベルトの背面から吸引して、ベルト上
に捕集した。得られたシートを昇温速度1.0℃／分で300
℃まで昇温させつつ不融化処理した。（シートＡと呼
ぶ） シートＡを製造した原料と同じ原料を用い、同一の紡
糸条件で紡出した繊維をアスピレーターで吸引しつつ、
該アスピレーター中にシートＡを開繊したものを供給
し、アスピレーター中で混合して、捕集部分が20メッシ
ュのステンレス製金網で出来たベルトの背面から吸引し
て、ベルト上へ捕集した。得られたシートを、引き続い
て昇温速度２℃／分で270℃まで昇温させつつ不融化処
理した。（シートＢと呼ぶ） シートＢの中の後から紡出した繊維は、この処理によ
る不融化が不完全で、更に最高温度2000℃の不活性ガス
炉中で炭化処理したところ、得られた炭素繊維のシート
は繊維の交叉点で融着しており、一体化した不織布とな
っていた。

得られた不織布の嵩比重は約0.12で、嵩高く、弾力
性、保温性に富み、過材料としても優れた性能を示し
た。

比較例１ 実施例１のシートＡを常法により炭化処理したとこ
ろ、殆ど接着点のないシートとなり、不織布としての一
体化が行われなかった。

また実施例１のシートＡの不融化処理の条件を変え、
昇温速度２℃／分、最高温度270℃とした。このシート
を常法により炭化処理したところ、シートは繊維の交叉
点で融着し、一体化した不織布に形成されたが、嵩比重
が0.25となり、厚紙のような手触りのものになった。

実施例２ 軟化点287℃、光学異方性分率99％の石油系ピッチを
原料とし、直径0.15mmの紡糸孔を直線状の３列に3000個
有する口金から紡糸し、冷却後直ちにスリット状の牽引
ノズルにより吸引して、ネットコンベヤー上に噴出させ
て堆積させ、シート状に捕集した（シートＣと呼ぶ） 得られたシートをネットコンベヤーに挟んで圧搾した
後、常法により不融化を行った。

得られたシートの上にさらにシートＣと同一条件でピ
ッチ繊維を紡出して、積層した。（シートＤと呼ぶ） シートＤを５枚積層したものを作り、不融化処理を昇
温速度３℃／分、最高温度280℃で軽度に不融化処理
し、さらに常法により炭化処理を行った。得られたシー
トは嵩比重の大きい層と小さい層とが交互に重なり合
い、反発力に富む炭素繊維不織布となった。

ホ）発明の作用および効果 本発明は不織布構造を支える接着点が、繊維と同質の
炭素であり、強度、寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、導
電性等の優れた炭素繊維不織布を製造する方法に関す
る。

本発明の炭素繊維不織布は、化学薬品や工業ガス等の
過材料、特に高温で使用される過材料、非酸化性雰
囲気での高温断熱材、電極材料、燃料電池部品、キャパ
シター部品、触媒担体等に使用出来る。また本発明の炭
素繊維不織布は、プラスチック、セメントモルタル、炭
素材料の強化材として使用出来る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紡糸後のピッチ繊維もしくは不完全な不融
   化処理を行ったピッチ繊維と不融化ピッチ繊維もしくは
   炭化ピッチ繊維の混合物をシート状等の形に成形した後
   不活性気体中で炭化処理し、該紡糸後のピッチ繊維もし
   くは不完全な不融化処理を行ったピッチ繊維により融着
   し、繊維間を固定することを特徴とする炭素繊維不織布
   の製造方法。