JP4001291B2 - Processing method of carbon nanofiber - Google Patents
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Description
本発明は、濡れ性改善を目的としたカーボンナノファイバの処理法に関するものである。 The present invention relates to a treatment method of the carbon nanofibers for the purpose of improving wettability.
ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）、炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ）と呼ばれる繊維強化材料が種々提案されてきた。 Various fiber reinforced materials called glass fiber reinforced plastic (FRP), carbon fiber reinforced plastic (CFRP), fiber reinforced ceramics (FRC), and carbon fiber reinforced metal (CFRM) have been proposed.
近年、カーボンナノファイバと称する特殊な炭素繊維が強化材料として注目を浴び、その活用方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１は、樹脂系材料にカーボンナノファイバを混在させることで、全体的な強度向上を図ることを特徴とする。樹脂系材料とカーボンナノファイバとはリジンと称する含浸剤で結合することができるので、一体化に困難さはない。 Patent Document 1 is characterized in that the overall strength is improved by mixing carbon nanofibers in a resin-based material. Since the resin-based material and the carbon nanofiber can be bonded with an impregnating agent called lysine, there is no difficulty in integration.
一方、アルミニウムなどの金属の補強材料にカーボンナノファイバを採用しようとすると経験したことのない問題が発生した。カーボンナノファイバの詳細とその問題を次に順に説明する。 On the other hand, when trying to adopt carbon nanofibers as a reinforcing material for metals such as aluminum, problems that have not been experienced have occurred. The details of carbon nanofibers and their problems will be described next.
図５はカーボンナノファイバのモデル図であり、カーボンナノファイバ１１０は、六角網目状に配列した炭素原子のシートを筒状に巻いた形態のものであり、直径Ｄが１．０ｎｍ（ナノメートル）〜５０ｎｍであり、ナノレベルであるため、カーボンナノファイバ、カーボンナノ材料又はカーボンナノチューブと呼ばれる。なお、長さＬは数μｍ〜１００μｍである。
FIG. 5 is a model diagram of a carbon nanofiber. The
炭素原子が立方格子状に並んだものがダイヤモンドであって、ダイヤモンドは極めて硬い物質である。カーボンナノファイバ１１０は、ダイヤモンドと同様に規則的な結晶構造を有するために機械的強度は大きい。
A diamond is a very hard substance in which carbon atoms are arranged in a cubic lattice. Since the
図６はカーボンナノファイバの問題点を説明する図である。
（ａ）にて、容器１１１に媒体１１２を満たし、この媒体１１２にカーボンナノファイバ１１３を入れる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the problems of the carbon nanofiber.
In (a), the
（ｂ）にて、攪拌機１１４で充分に撹拌する。この撹拌は振動式攪拌機で行ってもよい。
（ｃ）は、一定時間放置した後の状態を示し、カーボンナノファイバ１１３が容器１１１の底に沈殿していることが分かる。
なお、媒体１１２の比重が大きければ、カーボンナノファイバ１１３の上に溜まる。
In (b), the
(C) shows a state after being left for a certain period of time, and it can be seen that the
Note that if the specific gravity of the
媒体１１２が溶融金属である場合、カーボンナノファイバ１１３が溶融金属の上に溜まるようでは、カーボンナノファイバ１１３を金属に均等に分散させることはできない。
カーボンナノファイバ１１３が溶融金属に対して、濡れ性が悪いことがその原因である。
When the
The cause is that the
本発明は、カーボンナノファイバを金属の補強材料にすることのできる処理方法を確立することを課題とする。 An object of the present invention is to establish a processing method capable of using carbon nanofibers as a metal reinforcing material.
請求項１に係る発明は、カーボンナノファイバを金属系めっき液に非イオン系の界面活性剤とともに混合するめっき液調整工程と、調整後のめっき液を用いて電気めっきを実施するめっき工程と、電極に付着した付着物を採取する採取工程とからなるカーボンナノファイバの処理方法であって、
前記電極には、アルミニウム、ステンレス、チタンから選ばれる難めっき材を用い、
前記めっき工程では、複合めっき物が板状に成長する前の段階で終了することで、金属原子の塊の表面にカーボンナノファイバが析出している塊状になるようにし、
前記採取工程では、電極に付着した付着物を、超音波振動法により電極から分離し採取することで、金属原子の塊の表面にカーボンナノファイバが析出している塊状複合めっき物を得ることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a plating solution adjusting step of mixing carbon nanofibers with a metal-based plating solution together with a nonionic surfactant, a plating step of performing electroplating using the adjusted plating solution, A method for treating carbon nanofibers comprising a collecting step for collecting deposits attached to an electrode ,
For the electrode, using a difficult plating material selected from aluminum, stainless steel, titanium,
In the plating step, the composite plating product is finished at a stage before growing into a plate shape, so that carbon nanofibers are deposited on the surface of the metal atom lump surface,
In the sampling step, the deposit adhered to the electrode is separated from the electrode by an ultrasonic vibration method and collected to obtain a massive composite plating product in which carbon nanofibers are deposited on the surface of the mass of metal atoms. Features.
請求項１に係る発明では、めっき工程により金属とカーボンナノファイバとの複合物を電極に堆積させることができる。電極に堆積した付着物を採取すれば、それを母材との相性のよい強化材料として利用することができる。
前記複合めっき物中において、カーボンナノファイバ表面にめっきされた金属が母材となる溶融金属との界面での濡れ性を発揮するため、結果的にカーボンナノファイバを溶融金属に均等に分散させることができる。
In the invention concerning Claim 1, the composite of a metal and carbon nanofiber can be deposited on an electrode by a plating process. If the deposit | attachment deposited on the electrode is extract | collected, it can be utilized as a reinforcement | strengthening material with compatibility with a base material.
In the composite plating product, the metal plated on the surface of the carbon nanofiber exhibits wettability at the interface with the molten metal as a base material, and as a result, the carbon nanofiber is evenly dispersed in the molten metal. Can do.
さらに請求項１に係る発明は、電気めっきの電極に難めっき材を用いることを特徴とする。電極に難めっき材を用い、好ましくは難めっき材としてアルミニウム、ステンレス、チタンを採用することで、めっき被膜と、電極との接着力を抑えることができ、電極からの剥離を容易にすることができる。 Furthermore, the invention according to claim 1 is characterized in that a hard plating material is used for the electrode of electroplating. Flame plating material used for the electrodes, preferably aluminum as the flame plating material, stainless steel, by employing titanium, and plated film, it is possible to suppress the adhesion between the electrode, to facilitate the peeling from the electrode it can.
加えて、請求項１に係る発明では、めっき工程では、複合めっき物が板状に成長する前の段階で終了し、採取工程では、超音波振動法により電極から分離した付着物を採取することを特徴とする。超音波振動法により電極から付着物を分離し採取することで、水洗いにより採取したものに比べカーボンナノファイバの割合は下がるが、効率良く分離でき、生産性の高い採取量を確保することができる。当然のことながら、超音波振動により電極から複合めっき物を全て分離するためには、析出した金属が基板を抱き込まないようにめっき工程を短くする必要がある。この場合における複合めっき物の形態は図２の混合物となる。In addition, in the invention according to claim 1, in the plating process, the composite plating product ends at a stage before growing into a plate shape, and in the sampling process, the deposit separated from the electrode is collected by an ultrasonic vibration method. It is characterized by. By separating and collecting deposits from the electrode by ultrasonic vibration method, the ratio of carbon nanofibers is lower than that collected by washing with water, but it can be separated efficiently and a high productivity can be secured. . As a matter of course, in order to separate the composite plating product from the electrode by ultrasonic vibration, it is necessary to shorten the plating process so that the deposited metal does not entrap the substrate. The form of the composite plating product in this case is the mixture shown in FIG.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るカーボンナノファイバ処理のための電気めっき設備の原理図であり、電気めっき設備１０は、めっき槽１１に正極として亜鉛板１２を下げるとともに負極として鉄板１３（アルミ板１３Ａ）を下げ、両板１２、１３に電源１４を連結し、めっき層１１に次に述べるめっき液１５を満たした設備である。めっき液１５を撹拌し循環させる撹拌手段、循環手段は必須であるが周知の手段が採用できるので説明は省略する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a principle diagram of an electroplating facility for treating carbon nanofibers according to the present invention. The
めっき液１５は、後述する試験１〜３、試験４〜６共に（水＋塩化亜鉛＋塩化アンモニウム＋界面活性剤＋カーボンナノファイバ）とした。混合比は後述する。
The
試験１〜３では、めっき液１５中の亜鉛イオンが陰極である鉄板１３に到達し、膜を形成する。消費された亜鉛イオンは、亜鉛板１２から補充される。従って、試験１〜３では亜鉛とカーボンナノファイバとが複合した形態の被膜を鉄板１３に形成することができる。
In Tests 1 to 3 , zinc ions in the
一方、試験４〜６では、亜鉛イオンとともにカーボンナノファイバが、アルミ板１３Ａに到達する。従って、試験４〜６では亜鉛とカーボンナノファイバとが複合した形態の被膜をアルミ板１３Ａに形成することができる。 On the other hand, in tests 4 to 6 , carbon nanofibers reach the aluminum plate 13A together with zinc ions. Therefore, in Tests 4 to 6 , a coating film in which zinc and carbon nanofibers are combined can be formed on the aluminum plate 13A.
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
(Experimental example)
Experimental examples according to the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to experimental examples.
○電気めっきにおける共通条件：
陽極：亜鉛板
めっき液温：２５℃
電流密度：５Ａ／ｄｍ２
めっき厚さ：５〜５０μｍ
めっき時間：１０秒〜３０分
○ Common conditions in electroplating:
Anode: Zinc plate Plating solution temperature: 25 ° C
Current density: 5 A / dm 2
Plating thickness: 5-50 μm
Plating time: 10 seconds to 30 minutes
○試験１〜３での電気めっきにおける条件
陰極：鉄板
めっき液の組成：
水：１．０ｍ３
塩化亜鉛：７０ｋｇ／ｍ３
塩化アンモニウム：１８０ｋｇ／ｍ３
非イオン系界面活性剤：２０００ｃｍ３／ｍ３
カーボンナノファイバ：２ｋｇ／ｍ３
○ Conditions for electroplating in tests 1 to 3 Cathode: Iron plate Composition of plating solution:
Water: 1.0m 3
Zinc chloride: 70 kg / m 3
Ammonium chloride: 180 kg / m 3
Nonionic surfactant: 2000 cm 3 / m 3
Carbon nanofiber: 2 kg / m 3
○試験４〜６での電気めっきにおける条件
陰極：アルミ板
めっき液の組成：
水：１．０ｍ３
塩化亜鉛：７０ｋｇ／ｍ３
塩化アンモニウム：１８０ｋｇ／ｍ３
非イオン系界面活性剤：２０００ｃｍ３／ｍ３
カーボンナノファイバ：２ｋｇ／ｍ３
○ Conditions for electroplating in tests 4 to 6 Cathode: Aluminum plate Composition of plating solution:
Water: 1.0m 3
Zinc chloride: 70 kg / m 3
Ammonium chloride: 180 kg / m 3
Nonionic surfactant: 2000 cm 3 / m 3
Carbon nanofiber: 2 kg / m 3
試験１〜３及び試験４〜６では、めっき液に前記の界面活性剤を加え、さらに超音波振動を付与しながら、カーボンナノファイバを混入した。これで、カーボンナノファイバの分散を促すことができた。 In Tests 1 to 3 and Tests 4 to 6 , the above-mentioned surfactant was added to the plating solution, and carbon nanofibers were mixed while applying ultrasonic vibration. This promoted the dispersion of carbon nanofibers.
表１は、試験１〜３と試験４〜６を用いて実施した試験１〜６をまとめた表である。 Table 1 is a table summarizing tests 1 to 6 performed using tests 1 to 3 and tests 4 to 6.
実験方法としては、試験１〜３、試験４〜６の各々に電流密度５Ａ／ｄｍ２の条件で電解めっき処理を行った。また、その際にめっき処理時間（１０秒、５分、３０分）と、複合めっき物の分離条件（水洗、超音波洗浄、外力による剥離）を変化させ比較実験を行った。 As an experimental method, electrolytic plating treatment was performed on each of Tests 1 to 3 and Tests 4 to 6 under a current density of 5 A / dm 2 . At that time, the plating treatment time (10 seconds, 5 minutes, 30 minutes) and the separation condition of the composite plating product (water washing, ultrasonic washing, peeling by external force) were changed, and a comparative experiment was performed.
試験１では、陰極を鉄にして、めっき処理を１０秒間行い、生成された複合めっき物を分離させた。結果としては、粒子状の複合めっき物が形成され、板状の被膜になるには至らなかった。電極からの分離に関しては、水洗いによる分離はほとんどできず、超音波洗浄によりほぼ全てを採取することができた。 In Test 1, the cathode was made of iron and the plating process was performed for 10 seconds to separate the produced composite plating product. As a result, a particulate composite plating product was formed, and a plate-like film was not obtained. Regarding separation from the electrodes, separation by washing with water was hardly possible, and almost all could be collected by ultrasonic washing.
試験１の条件のようにめっき時間が１０秒程度の短時間である場合、電極に対する析出金属の接着力が小さいため、従来鉄板のような亜鉛めっきの接着の強い素材であっても、前記の超音波振動を加えることにより、電極表面からほぼ全ての複合めっき物を採取することができた。そのため、試験１の場合には外力による剥離（外力を加えて電極を変形させることで剥離させること。以下同じ。）は、必要なかった。 When the plating time is a short time of about 10 seconds as in the condition of Test 1, since the adhesion force of the deposited metal to the electrode is small, even a material having strong adhesion of galvanization such as a conventional iron plate may be By applying ultrasonic vibration, almost all composite plating products could be collected from the electrode surface. Therefore, in the case of Test 1, peeling by external force (peeling by deforming the electrode by applying external force; the same applies hereinafter) was not necessary.
したがって、試験１では評価は、水洗いが「×」、超音波が「全採取」、外力剥離が「不要」となる。 Therefore, in Test 1, the evaluation is “x” for washing with water, “all sampling” for ultrasonic waves, and “unnecessary” for external force peeling.
しかしながら、めっき処理時間が長くなり、複合めっき物が膜状に成長してしまうと電極からの分離が非常に困難になる。そのため、陰極に鉄板を用いた場合には採取できる複合めっき物量が少なく、採取効率も悪かった。尚、試験１で採取された複合めっき物は、図２（図２の詳細は後述する。）の様な形態をしていた。 However, if the plating treatment time becomes long and the composite plating product grows into a film shape, separation from the electrode becomes very difficult. Therefore, when an iron plate is used for the cathode, the amount of composite plating that can be collected is small, and the collection efficiency is also poor. Note that the composite plated product collected in Test 1 had a form as shown in FIG. 2 (details of FIG. 2 will be described later).
試験２では、陰極を鉄にして、めっき処理を５分間行い、生成されためっき物を分離させた。結果としては、電極に板状のめっき膜が形成され、表面には凹凸ができ、凸部にカーボンナノファイバが集中して析出していた。分離に関しては、水洗いにより、極表面層の複合めっき物を微量ではあるが採取できた。超音波洗浄では、水洗いでは採取できなかった表面層の複合めっき物を少量採取することができた。外力による剥離では、めっき膜と電極との結合力が強く、ほとんどはがすことができなかった。 In Test 2, the cathode was made of iron and the plating process was performed for 5 minutes to separate the generated plated product. As a result, a plate-like plating film was formed on the electrode, the surface was uneven, and the carbon nanofibers were concentrated and deposited on the protrusion. Regarding the separation, the composite plating product of the extreme surface layer could be collected although it was a trace amount by washing with water. In ultrasonic cleaning, a small amount of composite plating on the surface layer that could not be collected by washing with water could be collected. In peeling by external force, the bonding force between the plating film and the electrode was strong, and most could not be removed.
したがって、試験２では評価は、水洗いが「微量」、超音波が「少量」、外力剥離が「×」となる。
全体としての複合めっき物の生産量は多かったが、採取効率としては、分離がほとんどできなかったため、悪かった。尚、試験２で採取された複合めっき物は、水洗いにより採取された複合めっき物は、図３（図３の詳細は後述する。）の形態をしており、超音波洗浄により採取された複合めっき物は、図２と図３とが混在した形態をしていた。
Therefore, in the test 2, the evaluation is “small amount” for washing with water, “small amount” for ultrasonic waves, and “x” for external force peeling.
Although the overall production volume of the composite plating was large, the collection efficiency was poor because separation was hardly possible. The composite plated product collected in Test 2 is the composite plated product collected by washing in the form of FIG. 3 (details of FIG. 3 will be described later). The plated product had a form in which FIG. 2 and FIG. 3 were mixed.
試験３では、陰極を鉄にして、めっき処理を３０分間行い、生成された複合めっき物を分離させた。結果としては、電極に厚い板状のめっき膜が形成され、表面には凹凸ができ、凸部にカーボンナノファイバが集中して析出していた。 In Test 3, the cathode was made of iron and plating was performed for 30 minutes to separate the produced composite plating product. As a result, a thick plate-like plating film was formed on the electrode, the surface was uneven, and carbon nanofibers were concentrated and deposited on the protrusion.
分離に関しては、水洗いにより極表面層の複合めっき物を少量ではあるが採取でき、超音波洗浄により水洗いでは採取できなかった表面層の複合めっき物を少量ではあるが採取することができた。外力による剥離は、複合めっき物と電極との結合力が強く、ほとんどはがすことができなかった。 Regarding the separation, a small amount of the composite plating product of the extreme surface layer could be collected by washing with water, and a small amount of the composite plating product of the surface layer that could not be collected by washing with water by ultrasonic cleaning could be collected. The peeling due to the external force has a strong bonding force between the composite plating product and the electrode, and it was hardly possible to remove it.
したがって、試験３では評価は、水洗いが「少量」、超音波が「少量」、外力剥離が「×」となる。
試験２と同様採取効率としては悪いが、水洗いによる、採取量に関しては試験１〜３の中では最も多かった。
Therefore, in the test 3, the evaluation is “small amount” for washing with water, “small amount” for ultrasonic waves, and “x” for external force peeling.
As in Test 2, the collection efficiency was poor, but the amount collected by washing with water was the highest among Tests 1 to 3.
試験４では、陰極を難めっき材であるアルミにして、めっき処理を１０秒間行い、生成された複合めっき物を分離させた。結果としては、電極に粒子状の複合めっき物が形成され、板状のめっき膜になるには至らなかった。 In Test 4, the cathode was made of aluminum, which is a difficult-to-plat material, and plating was performed for 10 seconds to separate the generated composite plating product. As a result, a particulate composite plating product was formed on the electrode and did not become a plate-like plating film.
分離に関しては、水洗いによる採取により極表面層の複合めっき物を極微量ではあるが採取でき、超音波洗浄により、容易に全てを採取することができた。 With regard to separation, it was possible to collect a very small amount of the composite plating product on the extreme surface layer by sampling by washing with water, and it was possible to collect all easily by ultrasonic cleaning.
したがって、試験４では評価は、水洗いが「超微量」、超音波が「全採取」、外力剥離が「不要」となる。
採取量としては少ないが、効率としては良好であった。尚、試験４で採取された複合めっき物の形態は、試験２及び試験３において水洗いおよび超音波洗浄により採取された複合めっき物の形態とそれぞれ同様であった。
Therefore, in Test 4, the evaluation is “ultra-trace” for washing with water, “all sampling” for ultrasonic waves, and “unnecessary” for external force peeling.
Although the amount collected was small, the efficiency was good. In addition, the form of the composite plated material collected in Test 4 was the same as the form of the composite plated material collected by water washing and ultrasonic washing in Test 2 and Test 3, respectively .
試験５では、陰極をアルミにして、めっき処理を５分間行い、生成された複合めっき物を分離させた。結果としては、電極に粒状の複合めっき物が形成され、表面には凹凸ができ、凸部にカーボンナノファイバが集中して析出していた。 In Test 5, the cathode was made of aluminum, plating was performed for 5 minutes, and the produced composite plated product was separated. As a result, a granular composite plating was formed on the electrode, the surface was uneven, and the carbon nanofibers were concentrated and deposited on the protrusion.
分離に関しては、水洗いにより極表面層の複合めっき物を少量ではあるが採取でき、超音波洗浄により水洗いでは採取できなかった表面層の複合めっき物の全てを採取することができた。そのため外力による剥離は必要なかった。 Regarding the separation, it was possible to collect a small amount of the composite plating product of the extreme surface layer by washing with water, but it was possible to collect all the composite plating product of the surface layer that could not be collected by washing with ultrasonic wave. Therefore, peeling by external force was not necessary.
したがって、試験５では評価は、水洗いが「少量」、超音波が「全採取」、外力剥離が「不要」となる。
試験５では陰極としてアルミを用いたことにより、複合めっき物と電極との結合力が弱く、複合めっき物を超音波洗浄により全て容易に分離することができた。
Therefore, in Test 5, the evaluation is “small amount” for washing with water, “all sampling” for ultrasonic waves, and “unnecessary” for external force peeling.
In Test 5, since aluminum was used as the cathode, the bonding strength between the composite plating product and the electrode was weak, and all of the composite plating product could be easily separated by ultrasonic cleaning.
そのため、超音波洗浄による採取量は、全試験中一番多かった。尚、試験５で採取された複合めっき物についても、前記試験例と同様に水洗いにより採取された複合めっき物は、図３の形態をしており、超音波洗浄により採取された複合めっき物は、図２と図３の形態とが混在していた。 Therefore, the amount collected by ultrasonic cleaning was the highest among all tests. As for the composite plated material collected in Test 5, the composite plated material collected by washing in the same manner as in the above test example has the form shown in FIG. 3, and the composite plated material collected by ultrasonic cleaning is 2 and FIG. 3 were mixed.
試験６では、陰極をアルミにして、めっき処理を３０分間行い、生成された複合めっき物を分離させた。結果としては、電極に厚い板状のめっき膜が形成され、表面には凹凸ができ、凸部にカーボンナノファイバが集中して析出していた。 In Test 6, the cathode was made of aluminum, plating was performed for 30 minutes, and the produced composite plated product was separated. As a result, a thick plate-like plating film was formed on the electrode, the surface was uneven, and carbon nanofibers were concentrated and deposited on the protrusion.
分離に関しては、水洗いにより極表面層の複合めっき物を少量ではあるが採取でき、超音波洗浄により水洗いでは採取できなかった表面層の複合めっき物を少量ではあるが採取することができた。外力による剥離では、試験６では陰極としてアルミを用いたことにより、複合めっき物と電極との結合力がさほど強くならないため、水洗や超音波洗浄後に残った板状のめっき被膜を比較的容易にはがすことができた。 Regarding the separation, a small amount of the composite plating product of the extreme surface layer could be collected by washing with water, and a small amount of the composite plating product of the surface layer that could not be collected by washing with water by ultrasonic cleaning could be collected. In peeling by external force, since the bonding force between the composite plating product and the electrode is not so strong because aluminum was used as the cathode in Test 6, the plate-like plating film remaining after washing with water or ultrasonic cleaning was relatively easy. I was able to peel it off.
したがって、試験６では評価は、水洗いが「少量」、超音波が「少量」、外力剥離が「全採取」となる。
水洗いにより採取された極表面層の複合めっき物の量は、試験３とほぼ同等であった。外力による剥離によって、板状の厚い複合めっき物が採取できた。
Therefore, in the test 6, the evaluation is “small amount” for washing with water, “small amount” for ultrasonic waves, and “all collected” for external force peeling.
The amount of the composite plating product of the extreme surface layer collected by washing with water was almost the same as in Test 3. A plate-like thick composite plating product could be collected by peeling due to external force.
以上の実験結果から、陰極を難めっき材にて構成することで、電極から付着物を容易に採取することができた。また、各々の採取方法により得られる複合めっき物の形態については、電子顕微鏡で詳細に観察したところ、図２〜図４に示す模式図のように異なることが判明した。それぞれの形態の詳細については以下の項目に記述する。 From the above experimental results, it was possible to easily collect deposits from the electrodes by configuring the cathode with a hard-plating material. Moreover, about the form of the composite plating thing obtained by each extraction method, when it observed in detail with the electron microscope, it turned out that it is different like the schematic diagram shown in FIGS. Details of each form are described in the following items.
次に、図２〜図４の詳細を説明する。なお、図２は本発明の実施例を説明し、図３及び図４は参考図である。
図２は実施例を説明する図（超音波洗浄により得られた複合めっき物の形を示す図）であり、超音波洗浄により分離される複合めっき物は、粒子状の形態をしていた。
複合めっき物を構成する粒子２１は、電極の一部に集中して析出した亜鉛原子が成長して５０μｍ程度の塊となった亜鉛塊２２、およびこの亜鉛塊２２の成長の際における金属イオンの析出と共に巻き込まれたカーボンナノファイバ２３とからなることが確認できた。表面に析出したカーボンナノファイバの表面には、亜鉛がコーティングされていることも確認された。
Next, details of FIGS. 2 to 4 will be described. 2 illustrates an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are reference diagrams.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example (a diagram showing the shape of a composite plating product obtained by ultrasonic cleaning ) , and the composite plating product separated by ultrasonic cleaning was in the form of particles.
The
分析の結果、粒子２１の組成は、亜鉛が５０〜８０体積％で、カーボンナノファイバが２０〜５０体積％であった。
As a result of the analysis, the composition of the
尚、複合めっき物が前記のような粒子状の形態となる理由としては、以下の様なことが考えられる。つまり、基本的なめっき膜成長の原理として、金属イオンの析出は、形成されためっき膜の表面全体で均一に起こるのではなく、相対的に凸となった部分に集中する。そのような凸部に金属の析出が集中すると、凹となった部分ではほとんど析出が起こらずめっき膜の成長が乏しくなる。従って、金属の析出初期に凹凸が形成されると、めっき処理時間の延長と共に益々助長し、凹凸が激しい表面となる。 In addition, the following may be considered as the reason why the composite plating product is in the particulate form as described above. That is, as the basic principle of the plating film growth, deposition of metal ions is not happen uniformly across the surface of the formed plating film, concentrates on the portion which became relatively convex. When such projections on the metal deposition is concentrated, most precipitation growth of the plating film becomes poor not occur in a portion where a concave. Therefore , if irregularities are formed at the initial stage of metal deposition, it is further promoted as the plating time is extended , resulting in a surface with severe irregularities.
なお、今回の実験例の場合では、析出のかなり初期段階（試験４）において金属の析出が一部に集中していることが確認された。つまり、めっきの成長としては、金属は点で析出し始め、その後、各々が粒状に成長し（試験５）、それぞれが結合して面（膜）へと成長する（試験６）現象を示した。 In the case of this experimental example, it was confirmed that the metal precipitation was concentrated in a part at a considerably initial stage of the precipitation (Test 4). That is, as for the growth of plating, the metal began to precipitate at points, and thereafter, each of them grew in a granular form (Test 5), and each of them joined to grow into a surface (film) (Test 6). .
図３は参考図（水洗いにより採取された複合めっき物の形態を示す模式図）であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
水洗いにより分離された複合めっき物について電子顕微鏡観察を行った結果、カーボンナノファイバの表面に亜鉛被膜が薄くコーティングされている状態が確認できた。
FIG. 3 is a reference diagram ( schematic diagram showing the form of a composite plating product collected by washing with water ) , and (b) is a sectional view of (a).
As a result of electron microscope observation of the composite plated product separated by washing with water, it was confirmed that the surface of the carbon nanofiber was thinly coated with a zinc coating.
このように、水洗いで採取された複合めっき物については、図３に示すような金属の割合の非常に少ない形態であるため、めっき処理時に析出金属に完全に取り込まれていない状態で複合めっき物の極表層に存在していたものであると考えられる。 In this way, the composite plated product collected by washing with water is in a form with a very small proportion of metal as shown in FIG. 3, so that the composite plated product is not completely taken into the deposited metal during the plating process. It is thought that it existed in the extreme surface layer.
したがって，図３に示す複合めっき物の形態については、前記のように電極に析出した複合めっき物本体に十分に取り込まれていない状態のものが水洗いによって分離したものであると考えるのが妥当である。 Therefore, regarding the form of the composite plating product shown in FIG. 3, it is reasonable to think that the composite plating product deposited on the electrode as described above is not sufficiently taken into the main body and separated by washing. is there.
分析の結果、組成は、亜鉛が３０〜５０体積％で、カーボンナノファイバが５０〜７０体積％であった。 As a result of the analysis, the composition was 30 to 50% by volume of zinc and 50 to 70% by volume of carbon nanofibers.
本形態のものは、金属の析出の際に巻き込まれたカーボンナノファイバが、強固に被膜される前の状態であると推測される。本形態を含める３形態（図２、図３、図４）の中において、採取された複合めっき物中の金属の占める割合が最も少ない形態であると考えられる。 The thing of this form is estimated that it is a state before the carbon nanofiber wound in the case of metal precipitation is coat | covered firmly. Among the three forms (FIGS. 2, 3, and 4) including this form, it is considered that the proportion of the metal in the collected composite plating is the smallest.
図４は参考図（外力による剥離により採取された複合めっき物の形態を示す図）であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
外力による剥離により分離され、採取された複合めっき物は、表面に粒子状の凹凸が形成されていることが確認できた。
FIG. 4 is a reference diagram ( a diagram showing the form of a composite plating product collected by peeling by external force ) , and (b) is a sectional view of (a).
It was confirmed that the surface of the composite plated product separated and peeled off by the external force was formed with particulate irregularities.
分析の結果、組成は、亜鉛が８０〜９５体積％で、カーボンナノファイバが５〜２０体積％であった。 As a result of analysis, the composition was 80 to 95% by volume for zinc and 5 to 20% by volume for carbon nanofibers.
本形態のものは、前記した理由により凸部には金属イオンが集中して析出するためカーボンナノファイバも集中して析出し、逆に凹部では、金属イオンがほとんど析出しないためカーボンナノファイバの析出も比較的少ない。また、めっき処理時間を長くすればするほど、採取される複合めっき物中における金属の割合が増加するため、本形態を含めた３形態（図２、図３、図４）の中では、カーボンナノファイバの含有比率が一番少ない形態である。 In the present embodiment, the metal ions concentrate and precipitate on the convex portion for the reasons described above, and therefore the carbon nanofibers also concentrate and precipitate. Is relatively small. Moreover, since the ratio of the metal in the composite plated object to be collected increases as the plating treatment time is lengthened, in three forms (FIGS. 2, 3, and 4) including this form, carbon This is the form with the smallest content ratio of nanofibers.
前記で分離され、採取された複合めっき物における、金属とカーボンナノファイバの割合は、種々の条件により制御でき、同条件においてめっき液中のカーボンナノファイバの添加量を増加させていくことにより複合めっき物におけるカーボンナノの割合を増やすことも可能である。 The ratio of metal and carbon nanofibers in the composite plating product separated and collected as described above can be controlled by various conditions, and the composite is obtained by increasing the amount of carbon nanofibers added in the plating solution under the same conditions. It is also possible to increase the proportion of carbon nano in the plated product.
また、前記したようにめっき処理時間を制御することにより、目的とする形状の採取物を効率良く得ることができる。 Further, by controlling the plating processing time as described above, it is possible to efficiently obtain a sample having a target shape.
具体的には、めっき処理時間を少なくすれば、超音波洗浄により粒子状の採取物を効率良く得られ、めっき処理時間を長くし、極表面層に付着した複合めっき物を水洗いにより採取することで、カーボンナノファイバに金属が薄くコーティングされた複合めっき物が得られる。 Specifically, if the plating treatment time is reduced, the particulate collection can be efficiently obtained by ultrasonic cleaning, the plating treatment time is lengthened, and the composite plating attached to the extreme surface layer is collected by washing with water. Thus, a composite plating product in which a metal is thinly coated on carbon nanofibers can be obtained.
また、めっき処理時間を長くして板状に成長した複合めっき物に外力による剥離を施すことにより、板状の複合めっき物を分離して採取することができる。
すなわち、単純に生産量を確保するにはめっき処理時間を延ばし、剥離性を確保するにはめっき処理時間を短くする必要がある。
In addition, the plate-shaped composite plated product can be separated and collected by applying peeling to the composite plated product grown in a plate shape by extending the plating treatment time.
That is, it is necessary to extend the plating process time to simply secure the production amount, and to shorten the plating process time to ensure the peelability.
しかしながら、目的となる形態によってそれぞれ最適な条件が存在するため、めっき処理時間については目的とする複合めっき物の形態によっても最適な条件を考慮する必要がある。
具体的に本実施例の場合では、図２の形態の場合には複合めっき物が板状に成長する前の段階で処理を終了しなければならない。したがって、処理時間は数秒から数分程度とする必要がある。
However, there are optimum conditions for each target form, and therefore it is necessary to consider the optimum conditions for the plating treatment time depending on the form of the target composite plating product.
Specifically, in the case of the present embodiment, in the case of the embodiment shown in FIG. 2, the processing must be terminated at a stage before the composite plating product grows into a plate shape. Therefore, the processing time needs to be several seconds to several minutes.
これに対し、図３の形態の場合には水洗いによって採取される複合めっき物についてはめっき処理時間にほぼ比例して増加するため、ある程度の長い時間めっき処理をすることが望ましい。また、この場合、水洗後に電極には板状に成長した複合めっき物が残っているはずであるが、これについては外力を加えて分離し、別の用途に用いればよい。 On the other hand, in the case of the embodiment shown in FIG. 3, the composite plating product collected by washing increases in proportion to the plating processing time. Further, in this case, the composite plating product that has grown in a plate shape should remain on the electrode after washing with water, but this may be separated by applying an external force and used for another purpose.
図４の形態については、複合めっき物が板状になるめっき処理時間だけ処理を行う必要がある。参考例では３０分程度処理を行えば十分板状に成長した。 About the form of FIG. 4, it is necessary to process only for the plating processing time when a composite plating thing becomes plate shape. In the reference example, if the treatment was performed for about 30 minutes, it was sufficiently grown into a plate shape.
本発明では電極表面から複合めっき物を分離しているため、電極については、ある程度の再利用が可能である。再利用回数の目安としては、何度も処理を行って基板が痛んだ場合や、複合めっき物の分離が困難になってきたら交換すれば良い。 In the present invention, since the composite plating product is separated from the electrode surface, the electrode can be reused to some extent. As a guideline for the number of times of reuse, replacement may be performed when the substrate is damaged due to repeated processing or when it becomes difficult to separate the composite plating product.
水洗いにより分離され、採取された複合めっき物の割合は種々の条件により上下するが、めっき金属の割合が３０〜５０体積％、カーボンナノファイバが５０〜７０体積％の範囲の物を得ることができる。 The ratio of the composite plating product separated and collected by water washing varies depending on various conditions, but it is possible to obtain a plating metal ratio of 30-50% by volume and carbon nanofibers of 50-70% by volume. it can.
超音波洗浄により分離され、採取された複合めっき物の割合については、めっき金属の割合が５０〜８０体積％、カーボンナノファイバが２０〜５０体積％の範囲の物を得ることができる。 As for the ratio of the composite plating product separated and collected by ultrasonic cleaning, it is possible to obtain a plating metal ratio of 50 to 80% by volume and carbon nanofibers of 20 to 50% by volume.
外力による剥離により分離される複合めっき物の割合については、めっき金属の割合が８０〜９５体積％、カーボンナノファイバが５〜２０体積％の範囲の物を得ることができる。 About the ratio of the composite plating thing isolate | separated by peeling by external force, the thing of the range whose ratio of a plating metal is 80-95 volume% and carbon nanofiber is 5-20 volume% can be obtained.
尚、本実施例においては、電流密度を５Ａ／ｄｍ２としたが、１〜１０Ａ／ｄｍ２において制御することが可能である。１Ａ／ｄｍ ２ にて制御した場合は表面に凹凸のない平滑な被膜を得ることができるが、カーボンナノファイバの析出比率は少なくなる。逆に１０Ａ／ｄｍ２にて制御する場合には、被膜の形成速度は速いが水素等の発生により同様にカーボンナノファイバの析出が少ないことが確認された。従ってより好適に制御するに当たっては、２〜５Ａ／ｄｍ２で制御することが好ましい。 In this embodiment, the current density is 5 A / dm 2 , but it can be controlled at 1 to 10 A / dm 2 . When controlled at 1 A / dm 2 , a smooth coating without irregularities on the surface can be obtained, but the deposition ratio of carbon nanofibers decreases. On the other hand, when controlling at 10 A / dm 2, it was confirmed that the formation rate of the coating film was high, but the deposition of carbon nanofibers was similarly reduced due to the generation of hydrogen or the like. Therefore, for more suitable control, it is preferable to control at 2 to 5 A / dm2.
また、本実施例においては、アルミ板を電極として用いたが、ステンレス、チタン等の難めっき材であれば、好適に使用することができる。 In the present embodiment, an aluminum plate is used as an electrode, but any material that is difficult to plate such as stainless steel or titanium can be preferably used.
本実施例において採取した複合めっき物は、以下の用途に好適に用いることができる。
水洗いにより得られた複合めっき物は、金属の比率が最も低いため、そのまま樹脂や金属の強化材として使用することもできるし、導電性材料としての使用にも好適であると考えられる。この形態の複合めっき物については、母材の組成への影響を最小限に抑えたい場合に用いれば良い。
The composite plated product collected in this example can be suitably used for the following applications.
Since the composite plating product obtained by washing with water has the lowest metal ratio, it can be used as it is as a resin or metal reinforcing material, or is considered suitable for use as a conductive material. The composite plated product of this form may be used when it is desired to minimize the influence on the composition of the base material.
超音波洗浄により得られた粒子状の複合めっき物は、亜鉛とカーボンナノファイバとの複合物であり、金属や樹脂に混ぜる補強材として使用できる。すなわち、カーボンナノファイバは各種母材に対して濡れ性が悪いが、亜鉛は濡れ性が良いため、亜鉛が母材金属との結合材としてはたらく。これにより、母材金属にカーボンナノファイバを均一に分散することができる。 The particulate composite plated product obtained by ultrasonic cleaning is a composite of zinc and carbon nanofiber, and can be used as a reinforcing material mixed with metal or resin. That is, carbon nanofibers have poor wettability with respect to various base materials, but zinc has good wettability, so that zinc serves as a binder with the base metal. Thereby, carbon nanofibers can be uniformly dispersed in the base metal.
また、本形態はカーボンナノファイバを含んだ粒状の形態であるため粉末冶金のような成形法によって成形することにより、容易にカーボンナノファイバを含んだ成形体を得ることも可能である。さらに、この場合に他の金属粉末を添加すれば容易にカーボンナノファイバ複合合金が成形できる。 Moreover, since this form is a granular form containing carbon nanofibers, it is possible to easily obtain a molded body containing carbon nanofibers by molding by a molding method such as powder metallurgy. In this case, a carbon nanofiber composite alloy can be easily formed by adding another metal powder.
また、本発明方法で処理したカーボンナノファイバは、金属用補強材、コンクリート用補強材、樹脂用補強材の何れに供してもよい。 The carbon nanofibers treated by the method of the present invention may be used for any of a metal reinforcing material, a concrete reinforcing material, and a resin reinforcing material.
本発明の処理方法は、溶融金属に補強材料として混入するカーボンナノファイバの処理方法に好適である。 The processing method of this invention is suitable for the processing method of the carbon nanofiber mixed as a reinforcing material in molten metal.
１５…めっき液、２３…カーボンナノファイバ。 15 ... plating solution, 23 ... carbon nanofiber.
Claims (1)
前記電極には、アルミニウム、ステンレス、チタンから選ばれる難めっき材を用い、
前記めっき工程では、複合めっき物が板状に成長する前の段階で終了することで、金属原子の塊の表面にカーボンナノファイバが析出している塊状になるようにし、
前記採取工程では、電極に付着した付着物を、超音波振動法により電極から分離し採取することで、金属原子の塊の表面にカーボンナノファイバが析出している塊状複合めっき物を得ることを特徴とするカーボンナノファイバの処理方法。 A plating solution adjustment process in which carbon nanofibers are mixed with a metal plating solution together with a nonionic surfactant, a plating process in which electroplating is performed using the adjusted plating solution, and deposits attached to the electrodes are collected. A method of processing carbon nanofibers comprising a sampling step of :
For the electrode, using a difficult plating material selected from aluminum, stainless steel, titanium,
In the plating step, the composite plating product is finished at a stage before growing into a plate shape, so that carbon nanofibers are deposited on the surface of the metal atom lump surface,
In the sampling step, the deposit adhered to the electrode is separated from the electrode by an ultrasonic vibration method and collected to obtain a massive composite plating product in which carbon nanofibers are deposited on the surface of the mass of metal atoms. A method for treating carbon nanofibers.
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