JPH03206173A - 金属被覆炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属被覆炭素繊維の製造方法に関するもので
あり、詳しくは、炭素繊維束を構威している単繊維の１
本１本の表面に、均一且つ密着性に優れた金属被覆を形
威させることができる金属被覆炭素繊維の製造方法に関
するものである．（従来の技術） 周知の通り、炭素繊維は、有機高分子や金属等と複合さ
れ、いわゆる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や繊維強
化金属（ＦＲＭ）と呼ばれる複合材として色々な用途、
例えば、導電性、ｔ磁波シールド性等を必要とする用途
に使用されているが、近年、これら複合材の力学的特性
や電気的特性等を向上させる目的で、使用する炭素繊維
に金属被覆を施したものが要求されるようになってきた
．炭素繊維に金属被覆を施す方法としては、無電解めっ
き法、電気めっき法、蒸着法等が提案されているが、い
ずれの方法による場合でも、通常、炭素繊維は多数（例
えば１２０００本程度）の単繊維が集合して束状を呈し
た形態で取り扱われているため、この炭素織維束に対し
て金属被覆を施すに当たっては炭素繊維束をいかに充分
に開繊させて炭素繊維束を構威している単繊維の１本１
本の表面に均一且つ密着性に優れた金属被膜を形威させ
るかが共通の技術的課題となっている。

例えば、アクリロニトリル系重合体の繊維製品を貴金属
塩水溶液と接触させて触媒化処理を行ってから金属を無
電解めっきして金属被覆繊維を製造する方法（特開昭６
２−２１８６９号公報）を炭素繊維束に通用する場合、
貴金属塩水溶液と接触させて触媒化処理する炭素繊維が
束状の状態のものであるので、炭素繊維束を構威してい
る単繊維の１本１本の表面に均一且つ密着性に優れた金
属被覆を形威させることは極めて困難なのである。

上記技術的課題を解決する手段として、めっき液の噴流
を繊維束に対して直接衝突させることにより炭素繊維束
を開繊させると同時に均一なめっきを行うという手段が
提案されている．しかしながら、この手段には、めっき
液の噴流の力が繊維束を構威している各単繊維に均一に
当たらない場合には、一部の繊維にのみ力が加えられる
ことになり繊維が切断や損傷されるという問題がある。

（特開昭５８−１９３３９１号、特開昭６０−１４１８
９５号参照）〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は、炭素繊維束に無電解めっき法を適用するに当
って、束状を呈した炭素繊維を繊維の切断や損傷をまね
くことなく充分に開繊させて炭素繊維束を構或している
単繊維の１本１本の表面に均一且つ密着性に優れた金属
被覆を形威させることを技術的課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、前記技術的課題を解決するために長期に
亘り鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維束を開繊させるに
当って、カチオン性界面活性剤を含む水溶液を使用する
ことにより、炭素織維束を構成している単繊維の１本１
本にまで開繊させることができることを見出した。また
、この間繊処理を施した後、炭素繊維をパラジウムヒド
ロゾル中に浸漬するに際して、水溶性高分子を含有させ
たパラジウムヒドロゾルを用いれば、炭素繊維１本ｌ本
の表面に超微粒子のパラジウムコロイドを効率よく吸着
させることができることを見出した。

このものに金属を無電解めっきすれば、炭素繊維束を構
威している単繊維の１本１本の表面に均一且つ密着性に
優れた金属被覆を形威させた金属被覆炭素繊維を得るこ
とができるのである。

即ち、本発明は、炭素繊維束を水溶液中で開繊処理した
後、水洗し、続いてパラジウムヒドロゾル中に浸漬する
ことにより、当該炭素繊維の表面に超微粒子のパラジウ
ムコロイドを吸着させてから、金属を無電解めっきして
金属被覆炭素繊維を製造する方法において、前記開繊処
理時にカチオン性界面活性剤を含む水溶液を用いるとと
もに前記パラジウムヒドロゾルに水溶性高分子を含有さ
せておくことを特徴とする金属被覆炭素繊維の製造方法
である。

〔作　　用〕

本発明において最も重要な点は、炭素繊維束をカチオン
性界面活性剤を含む水溶液を使用して開繊処理した場合
には、炭素繊維束を構威している単繊維の１本１本にま
で開繊させることができ、続いて、開繊処理して得られ
たものを水溶性高分子を含有させたパラジウムヒドロゾ
ル中に浸漬し、炭素ｔａ維束を構威している単繊維の１
本１本の表面に超微粒子のパラジウムコロイドを吸着さ
せ、次いで無電解めっきを施すことによって、炭素繊維
束を構成している単繊維の１本１本の表面に均一且つ密
着性に優れた金属被覆を形成させた金属被覆炭素繊維が
得られるという事実である。

本発明者は、炭素繊維束を構成している単繊維の１本１
本の表面に均一且つ密着性に優れた金属被覆を形成させ
た金属被覆炭素繊維が得られる理由について、カチオン
性界面活性剤を含む水溶液で開繊処理を施すことにより
、炭素繊維表面に界面活性剤が単分子吸着され、これら
の静電的な反発によって、炭素繊維束を構威する単繊維
１本１本にまでほぐされている状態を維持させたまま水
溶性高分子を含有したパラジウムヒドロゾル中に浸漬さ
せている為、単繊維の１本１本の表面に超微粒子のパラ
ジウムコロイドが静電引力吸着により均一且つ強固に吸
着されている状態で無電解めっきしていることによるも
のと考えている。

次に、本発明実施にあたっての諸条件について述べる。

本発明における炭素繊維束としては、例えばレ一ヨン炭
素繊維束、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維
束、ビノチ系炭素繊維束等が使用できる。また、繊維表
面の改質を目的とした酸化処理等の表面処理が施されて
いるもの或いは施されていない繊維束のいずれもが使用
できる。

本発明における開繊処理時の水溶液とは、カチオン性界
面活性剤を含むイオン交換水溶液であり、該界面活性剤
の濃度は０．００５〜２％の範囲が好ましい。０．００
５％以下の場合には、炭素繊維束を構或している単繊維
の１本１本にまで開繊させることができない。また、２
％以上にしてもその効果に著しい向上は認められないた
め２％以上にする必要性はない。

また、界面活性剤としては、ステアリルトリメチルアン
モニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウム
クロライドなどの四級アンモニウム塩型のカチオン性界
面活性剤を用いることができる。

本発明における開繊処理は、カチオン性界面活性剤を含
む水溶液中に炭素繊維束を０〜１００゜Ｃ好ましくは室
温から６０゛Ｃの温度範囲で、１０秒〜２０分間程度浸
漬して行う。

尚、開繊処理後の水洗は、炭素繊維束に物理的に付着し
ている過剰の界面活性剤を洗い流す処理であり、イオン
交換水を用いて浸漬、シャワー散布等によって洗浄すれ
ばよい。

本発明において使用するパラジウムヒドロゾルは、水溶
性高分子の存在下で塩化パラジウム（４）、硝酸パラジ
ウム圓等のパラジウムの無機塩のイオン交換水溶液を水
素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボラン、ヒドラ
ジン、アスコルビン酸等の水溶性還元剤で還元処理する
ことにより得られる。パラジウムヒドロゾルに含有させ
る水溶性高分子は、パラジウムヒドロゾルの凝集沈澱を
防ぐ安定剤として働くと同時に、開繊された単繊維の１
本１本の表面に均一且つ強固に超微粒子のパラジウムコ
ロイドを吸着させる作用を営むものであり、例えば、ポ
リビニルビロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルエーテル、アラビアゴム及びゼラチン等が使用できる
。

水溶性高分子の濃度は、０．００２〜１％の範囲が望ま
しい。０．００２％以下の場合には、安定なパラジウム
ヒドロゾルを得ることはできない。１％以上の場合には
、水溶性高分子の安定作用が強い為、超微粒子のべラジ
ウムコロイドの炭素繊維への吸着が遅く実用的ではない
。

また、パラジウムヒドロゾル中のパラジウム濃度は０．
１　〜５ｍ　ｍｏｌ＃！の範囲が好ましい。０．１ｍｍ
ｏｌ＃！以下の場合には、安定なパラジウムヒドロゾル
を調製することができるが、超微粒子のパラジウムコロ
イドの濃度が薄いので炭素繊維への吸着に長時間を必要
とし、実用的ではない。５＋ｓｍｏｌ／ｌ以上の場合に
は安定なパラジウムヒドロゾルが得られない。

本発明における開繊処理された炭素繊維束をパラジウム
ヒドロゾル中に浸漬することにより、単繊維の１本１本
の表面に超微粒子のパラジウムコロイドを吸着させる方
法としては、パラジウムヒドロゾル中に於いて０〜１０
０℃、好ましくは室温から８０℃の温度範囲で２０秒〜
３０分間程度浸漬して行うことができる。また、この場
合に単繊維の１本１本の表面への吸着に寄与しない余分
な超微粒子のパラジウムコロイドが付着している場合に
は、その後行う無電解めっきに際して、余分の超微粒子
のパラジウムコロイドが無電解めっき液中に単独分離し
て、その部分で炭素繊維とは別に無電解めっきが生起す
るため、単繊維の１本１本の表面に超微粒子のパラジウ
ムコロイドを吸着させた後、水洗して余分な超微粒子の
パラジウムコロイドを除去することもできる。

本発明における無電解めっきは、常法により行うことが
できる。即ち、超微粒子のパラジウムコロイドが吸着さ
れた炭素繊維束を金属イオン及び還元剤等を含む無電解
めっき液へ浸漬することにより、超微粒子のパラジウム
コロイドが吸着されている部分で金属イオンが還元され
て金属が析出してくるのである。

本発明における無電解めっきの為の金属イオン溶液とし
ては、電気的性質等を付与する為に通常使用される酸性
、中性又はアルカリ性のニッケル、コバルト、胴、銀等
の一種又は二種以上を使用することができる。また、還
元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒ
ド、ジメチルアミンボラン等を使用することができる。

（実施例〕 次に、実施例並びに比較例により本発明を説明する。

尚、実施例並びに比較例における体積固有抵抗は、Ｔｌ
ｌ６１４２電流発生器（■アドバンテスト製）及びＭＥ
−５４０１ｔ圧計（ＳＯＡＲ■製）を用いて、四端子法
により測定したものである。

〈開繊処理水溶液の調製〉　試料イ〜口；試料：イ カチオン性界面活性剤としてステアリルトリメチルアン
モニウムクロライド１ｇをｌＩｌのイオン交換水に溶解
させて開繊処理水溶液を得た。

試料二ロ カチオン性界面活性剤としてラウリルトリメチルアンモ
ニウムクロライド１０ｇを１１のイオン交換水に溶解さ
せて開繊処理水溶液を得た。

〈パラジウムヒドロゾルの調製〉　試料Ａ−ｃ；試料：
Ａ 塩化パラジウムｉｌｌ）０．５ｓ　ＩＩｏ！を含む水溶
液２５−ｌを９５０ｍ　ｌに希釈し、この塩化パラジウ
ム溶液を激しく攪拌しながら、該溶液中に水溶性高分子
としてポリビニルピロリドンＯ．　Ｉｇを含む水溶液１
０ｍｌ！を加え、次いで、水素化ホウ素ナトリウム２１
ＩＩＩｏｌを含む水溶液４０一Ｎを滴下すると、溶液の
色が急変し、水溶性高分子を含有する黒褐色透明なパラ
ジウムヒドロゾル１Ｎを得た。

試料：Ｂ 水溶性高分子としてポリビニルエーテルを使用した以外
は、試料Ａと同様にして水溶性高分子を含有するパラジ
ウムヒドロゾルを得た。

試料：Ｃ 水溶性高分子としてポリビニルアルコールを使用した以
外は、試料Ａと同様にして水溶性高分子を含有するパラ
ジウムヒドロゾルを得た。

〈無電解めっき液の調製〉　試料Ｉ〜■；試料：■ 硫酸ニッケル（１）０，　１　ｍｏｌ／　ｊ！、次亜リ
ン酸ナトリウム０．　１５＋ｍｏｌ／　１、クエン酸ナ
トリウム０．２　ｍｏｌ＃！、リン酸アンモニウム０．
５　ｍｏｌ／ｊ’を水に溶解しＩｆとし、該溶液に水酸
化ナトリウムを加えて溶液のｐＨを８，５に緘製した無
電解二冫ケルめっき液を得た。

試料：■ ０．８　ｍｏ１ａｌのロッセル塩と、０．８　ｗｏｌ＃
！の水酸化ナトリウム及び０．５　ｍｏｌ／ｊ！の硫酸
銅（１）を水に溶解して１００ｔａ　ｊ！とし、さらに
３５％ホルムアルデヒド溶液３００ｍ　ｌを混合して無
電解銅めっき液を得た。

実施例Ｉ ＰＡＮ系高弾性炭素繊維束（表面処理なし品：３０４１
８Ｆ−０８８：三菱レイヨン■製）で、長さ２０ｃｍの
ものを試料イの開繊処理水溶液５００ｍ　ｌ．中に２５
゜Ｃで５分間浸漬させ、開繊処理を施した後、イオン交
換水を用いて水洗した。

次いで、開繊処理を施した炭素繊維束を試料Ｂのパラジ
ウムヒドロゾル５００ｗｈ　１２中に７０℃で５分間浸
漬した後水洗を行い、炭素繊維束を構威している単繊維
の１本１本の表面に超微粒子のパラジウムコロイドが吸
着された炭素繊維を得た。

得られた炭素繊維束を試料Ｉの無電解ニッケルめっき液
中に９０゜Ｃで２分間漫涜した後、水洗、乾燥してニッ
ケル被覆炭素繊維を得た。

得られたニソケル被覆炭素繊維の体積固有抵抗は２．６
　ＸＩＯ−’Ω・ｃＩ１であり、電子顕微鏡観察の結果
、炭素繊維束を構威している単繊維ｌ本１本の表面に均
一且つ密着性に優れたニッケル被覆が形威されているこ
とが確認された。

実施例２〜３ 炭素繊維束の種類、開繊処理水溶液の種類並びに処理条
件、パラジウムヒドロゾルの種類並びに処理条件及び無
電解めっき液の種類を種々変化させた以外は実施例１と
同様にして金属被覆炭素繊維を得た。この時の主要製造
条件及び金属被覆された炭素繊維の体積固有抵抗を表１
に示す。

尚、実施例２〜３の各実施例で得られた金属被覆炭素繊
維のいずれもが電子顕微鏡観察の結果、炭素繊維束を構
威している単繊維１本ｌ本の表面に均一且つ密着性に優
れた金属被覆が形威されていることが確認された。

比較例１ 実施例ｌと同一の炭素繊維束を用い、開繊処理は施さず
に、，他は実施例１と同様にしてニッケル被覆炭素繊維
を得た。

得られたニッケル被覆炭素繊維の体積固有抵抗は１．５
　ＸＩＯ−’Ω・Ｃ−であり、電子顕微鏡観察の結果、
ニンケルが不均一にめっきされていることが確認された
。

〔発明の効果〕

本発明方法による場合には、前出実施例に示した通り、
炭素繊維束をカチオン性界面活性剤を含む水溶液を用い
て炭素繊維束を構威している単繊維１本１本（まで開繊
した後、次いで、水溶性高分子を含有させたパラジウム
ヒドロゾルを用いて、超微粒子のパラジウムコロイドを
吸着させ、無電解めっきを行っているため、繊維が切断
や損傷されることなしに、炭素繊維束を構或している単
繊維の１本１本の表面に均一且つ密着性に優れた金属被
覆を形威させた金属被覆炭素繊維が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は、いずれもｖＡ！解めっきを施した炭素繊維のめ
っき状態を示す電子顕微鏡写真（Ｘ３０，０００）であ
り、第１図は、本発明に於ける実施例２によって得られ
た銅めっきされた炭素繊維、第２図は比較例１によって
得られたニッケルめっきされた炭素繊維である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維束を水溶液中で開繊処理した後、水洗し
   、続いてパラジウムヒドロゾル中に浸漬することにより
   、当該炭素繊維の表面に超微粒子のパラジウムコロイド
   を吸着させてから、金属を無電解めっきして金属被覆炭
   素繊維を製造する方法において、前記開繊処理時にカチ
   オン性界面活性剤を含む水溶液を用いるとともに前記パ
   ラジウムヒドロゾルに水溶性高分子を含有させておくこ
   とを特徴とする金属被覆炭素繊維の製造方法。