JP2007084649A - 炭素繊維複合シート及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3次元ランダムマットと熱可塑性樹脂を複合化する際に、成形体表面の当該樹脂濃度が高くなるようにする。
【選択図】なし
Description
3次元ランダムマット状炭素繊維集合体を熱可塑性樹脂によって含浸した炭素繊維複合シートであって、表面光沢度が50%以上であることを特徴とする炭素繊維複合シートによって達成される。
本願発明で用いられる3次元ランダムマット状炭素繊維集合体を構成する炭素繊維の原料としては、例えば、ナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチや石炭系ピッチといった縮合複素環化合物等が挙げられる。その中でもナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物が好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメソフェーズピッチが好ましい。これらは、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよいが、メソフェーズピッチを単独で用いることが炭素繊維の熱伝導性を向上させる上で特に望ましい。
原料ピッチはメルトブロー法により紡糸され、その後不融化、焼成することによって3次元ランダムマット状炭素繊維集合体となる。以下各工程について説明する。
3次元ランダムマットとは、クロスラップされていることに加え、ピッチ繊維が三次元的に交絡しているマットをいう。この交絡は、ノズルから、金網ベルトに到達する間にチムニと呼ばれる筒において達成される。線状の繊維が立体的に交絡するために、通常一次元的な挙動しか示さない繊維の特性が立体においても反映されるようになる。
また、熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂の安定性を向上させるために、安定剤等と添加することもできる。
本願発明の炭素繊維複合シートは、放熱部材、発熱体、電磁波シールド材として好適に用いることができる。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
(1)3次元ランダムマット状炭素繊維の直径は、焼成を経た繊維を走査型電子顕微鏡下800倍で10視野撮影し求めた。
(2)3次元ランダムマット状炭素繊維の糸長は、焼成を経た繊維を抜き取り測長器で測定した。
(3)炭素繊維複合シートの熱伝導率は、京都電子工業株式会社製QTM−500を用いプローブ法で求めた。
(4)3次元ランダムマット状炭素繊維の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは、X線回折に現れる(110)面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
(5)表面光沢度はスガ試験機株式会社製デジタル光沢計を用い、開口率を60°として測定した。
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が285℃であった。直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分5000mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径10μmのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付250g/m2のピッチ系短繊維からなる3次元ランダムマットとした。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、5W/(m・K)であった。表面光沢度は71%であり、意匠性に優れた成形体であった。
プレス成形時に25μmの宇部興産株式会社製「ユーピレックス」フィルムを成形加工面に接するように設定した以外は実施例1と同様に炭素繊維複合シートを作製した。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、5.8W/(m・K)であった。表面光沢度は67%であり、意匠性に優れた成形体であった。
実施例1と同様に作製した3次元ランダムマットと熱可塑性樹脂として帝人化成株式会社製ポリエチレンテレフタレートフィルムであるA−PETシートを用い、3次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として30%になるようにセットし、北川精機株式会社製真空プレス機にて、内のり650mmの金型で1.0mm厚になるようにプレス成形を実施した。成形用板の成形体側に米国Dupont社製の25μm厚みのポリイミドフィルム(「カプトン」フィルム)を貼り付けた。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、4.5W/(m・K)であった。表面光沢度は62%であり、意匠性に優れた成形体であった。
成形用板の成形体側にステンレス板を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維複合シートを作製した。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導性は5.1W/(m・K)であったが、表面光沢度は、10%であった。実施例に比較すると、表面がくすんでいることから意匠性は良好ではなかった。
実施例1で作製した炭素繊維複合シートを放熱材として使用したところ、十分な放熱性が得られた。
実施例1で作製した炭素繊維複合シートを電磁波シールド材として使用したところ、十分なシールド性が得られた。
Claims (10)
- 3次元ランダムマット状炭素繊維集合体を熱可塑性樹脂によって含浸した炭素繊維複合シートであって、表面光沢度が50%以上であることを特徴とする炭素繊維複合シート。
- 当該3次元ランダムマット状炭素繊維集合体を構成する炭素繊維の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが5nm以上であり、当該炭素繊維複合シートの熱伝導率が3W/(m・K)以上である、請求項1に記載の炭素繊維複合シート。
- 当該3次元ランダムマット状炭素繊維集合体を構成する炭素繊維がピッチを原料とし、その炭素繊維の平均直径が5〜20μmであり、炭素繊維の平均長さが0.01〜1000mmである請求項1または2記載の炭素繊維複合シート。
- 熱可塑性樹脂が、ポリカーボネイト類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリエチレン2,6ナフタレート類、ナイロン類、ポリプロピレン類、ポリエチレン類、ポリエポキシエーテルケトン類、ポリフェニレンスルフィド類およびポリ乳酸類からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維複合シート。
- 熱可塑性樹脂が、エラストマー類である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維複合シート。
- エラストマー類が、主としてシリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂の少なくも1種よりなる請求項5記載の炭素繊維複合シート。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維複合シートを用いた熱伝導性成形体。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維複合シートを用いた電磁波シールド性成形体。
- 3次元ランダムマット状炭素繊維集合体と熱可塑性樹脂とを積層し、熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱し、高圧をかけて成形するに際し、ポリイミドフィルムを離型材として用いることを特徴とする、表面光沢度が50%以上の炭素繊維複合シートの製造方法。
- 当該ポリイミドフィルムの厚みが、1〜100μmの範囲である請求項9に記載の炭素繊維複合シートの製造方法。
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