(In Japanese)炭素繊維三次元構造体及びその製造方法

• (In Japanese)森 正和

• (In Japanese)学校法人龍谷大学

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。

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。

• C23C  24/04      Impact or kinetic deposition of particles
• D04H   1/4242    Carbon fibres
• B32B   5/24      one layer being a fibrous or filamentary layer
• B32B   9/00      Layered products essentially comprising a particular substance not covered by groups B32B0011000000-B32B0029000000

• 4F100AD11 Carbon products (i.e., ceramic)
• 4F100AT00 Base material, film and molded product
• 4F100BA02 Two layer structure laminated body
• 4F100BA07 Laminated body of asymmetrical structure (ABC)
• 4F100BA10 External layer
• 4F100DG03 Short fibers
• 4F100DG15 Non-woven cloth and felt
• 4F100EH61 Spraying
• 4K044AA16 Organic substances
• 4K044BA18 Boron (B), carbon (C), nitrogen (N), and compounds containing boron (B), carbon (C), or nitrogen (N)
• 4K044BC05 Coating adhesiveness, degradation-resistance, and processing properties
• 4K044CA23 Use of pressure
• 4K044CA27 Components of coatings and manufacture of coatings
• 4K044CA29 Powder treatments, powder shapes, powder structures, and powder structural materials
• 4L047AA03 Carbon fibers
• 4L047CA02 Lamination with webbing
• 4L047CB04 Thermal properties
• 4L047CB10 Others