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炭素繊維三次元構造体及びその製造方法 UPDATE

国内特許コード P200017248
整理番号 T3-18011-T
掲載日 2020年10月20日
出願番号 特願2019-019497
公開番号 特開2020-125526
出願日 平成31年2月6日(2019.2.6)
公開日 令和2年8月20日(2020.8.20)
発明者
  • 森 正和
出願人
  • 学校法人龍谷大学
発明の名称 炭素繊維三次元構造体及びその製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】炭素繊維に表面処理を施すことなく高密度かつ多面積な炭素繊維三次元構造体を効率的に形成できる方法であって、炭素繊維の付着効率と充填率を共に高いレベルで両立することができる炭素繊維三次元構造体の製造方法、及び当該製造方法によって得られる炭素繊維三次元構造体を提供する。
【解決手段】基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、炭素短繊維は平均繊維長が130~180μmであり、炭素短繊維の繊維長分布において、繊維長が500μm以上の割合が1~5%、繊維長が50μm以下の割合が5~20%であり、エアロゾルデポジション法を用いて炭素短繊維を前記基材に吹き付けること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要

炭素繊維の優れた電気的特性及び熱的特性を活用でき、各種母材に対する強化材や触媒担体等としても利用できる三次元構造体として、炭素短繊維の集合体である三次元構造体が注目されており、その構造や製造方法が種々検討されている。

例えば、特許文献1(特開2014-240123号公報)に記載の三次元繊維構造体においては、基材に短繊維を吹き付けることにより当該短繊維を基材に結合させてなる三次元繊維構造体であって、当該基材はゲル状の固体または空隙を有する多孔質体であって、当該固体の表面又は空隙部分に短繊維を刺し込ませることにより、短繊維を基材に結合させている三次元繊維構造体、が開示されている。

上記特許文献1に記載の三次元繊維構造体では、基材に短繊維を高密度で吹き付けた三次元繊維構造体とすることができることから、高密度で多表面積の三次元繊維構造体を提供することができる、としている。

また、基材上に微細粒子からなる三次元構造体を形成させる方法としては、特許文献2(特開2010-121203号公報)に、多孔質基材上にエアロゾルデポジション法により緻密様脆性材料構造物が形成された複合構造物の製造方法であって、多孔質基材は三次元網目構造状の連続気孔を有し、且つ、多孔質基材の表面であって緻密質脆性材料構造物との界面を形成する表面は連続気孔と連通する表面気孔を有するものであり、表面気孔に選択的に脆性材料微粒子の圧粉体様構造物を形成させる第一の工程を行い、その後に、エアロゾルデポジション法により脆性材料微粒子を噴射し、表面気孔に選択的に脆性材料微粒子の圧粉体様構造物が形成された多孔質基材の表面に脆性微粒子を衝突させることで、多孔質基材の表面に脆性材料微粒子と同じ構成材料からなる緻密様脆性材料構造物を形成させる第二の工程を行なうことを特徴とする複合構造物の製造方法、が開示されている。

上記特許文献2に記載の複合構造物の製造方法においては、上記工程を有していることにより、エアロゾルデポジション法で作製することが従来困難であったセラミックスや金属の多孔質基材の表面に緻密な脆性材料の構造物が形成された複合構造物を作製することが可能となる、としている。

また、本発明者も炭素繊維からなる三次元構造体の製造方法について検討を行っており、特許文献3(特開2018-161766号公報)において、基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、炭素短繊維に対して熱処理及び/又は液相酸化法を用いた表面処理を施し、吹付用炭素短繊維を得る第一工程と、エアロゾルデポジション法を用いて吹付用炭素短繊維を基材に吹き付ける第二工程と、を有すること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法、を提案している。

上記特許文献3に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法においては、表面処理を施した炭素繊維をエアロゾルデポジション法により基材に吹き付けることで、炭素繊維の種類を問わず高密度かつ多面積な三次元構造体を効率的に形成でき、三次元繊維構造体の厚膜化を達成することができる。

産業上の利用分野

本発明は炭素繊維三次元構造体及びその製造方法に関し、より具体的には、炭素短繊維が三次元的に絡み合った炭素繊維構造体及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、
前記炭素短繊維は平均繊維長が130~180μmであり、
前記炭素短繊維の繊維長分布において、繊維長が500μm以上の割合が1~5%、繊維長が50μm以下の割合が5~20%であり、
エアロゾルデポジション法を用いて前記炭素短繊維を前記基材に吹き付けること、
を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法。

【請求項2】
前記エアロゾルデポジション法に扇形ノズルを用いること、
を特徴とする請求項1に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。

【請求項3】
前記炭素短繊維がミルドファイバーであること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。

【請求項4】
前記炭素短繊維の平均直径が5~15μmであること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。

【請求項5】
炭素短繊維同士が三次元的に絡み合った炭素繊維三次元構造体であって、
前記炭素短繊維は繊維長が500μm以上の炭素短繊維(500)と繊維長が50μm以下の炭素短繊維(50)を含み、
式(1)で求められる前記炭素繊維三次元構造体における前記炭素短繊維の充填率が0.005以上であること、
を特徴とする炭素繊維三次元構造体。
炭素繊維三次元構造体の重量(g)/炭素繊維三次元構造体の正面投影図から算出される面積(mm) (1)

【請求項6】
前記炭素繊維三次元構造体の高さ方向に前記炭素短繊維(500)が配向し、
前記炭素繊維三次元構造体の幅方向に前記炭素短繊維(50)が配向していること、
を特徴とする請求項5に記載の炭素繊維三次元構造体。

【請求項7】
前記炭素短繊維の平均直径が5~15μmであること、
を特徴とする請求項5又は6に記載の炭素繊維三次元構造体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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