【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、カーボンファイバーどうしが複雑に絡み合っ
たカーボンファイバーボール（分散質）を、液体または
樹脂などの固体の分散媒中に良好に分散させることを可
能にするための、カーボンファイバーボールの分散性改
良方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a method for well dispersing carbon fiber balls (dispersoids) in which carbon fibers are intricately intertwined with each other in a solid dispersion medium such as a liquid or a resin. This invention relates to a method for improving the dispersibility of carbon fiber balls.
従来、カーボンファイバーどうしが複雑に絡み合ったカ
ーボンファイバーボールの分散性改良方法としては、そ
の表面に界面活性剤をコーティングしたり、あるいは該
カーボンファイバーボールを含む混合物に界面活性剤を
混和させる方法が提案されている。Conventionally, methods of improving the dispersibility of carbon fiber balls in which carbon fibers are intricately intertwined have been proposed by coating the surface with a surfactant, or by mixing a surfactant into a mixture containing the carbon fiber balls. has been done.
近年、これらの方法によって分散性が改良されたカーボ
ンファイバーボールを用いて強化された、・コンクリー
ト、モルタル、ゴム、プラスチックなどの複合材料や安
定性良好な塗料が開発されている。In recent years, composite materials such as concrete, mortar, rubber, and plastics, which are reinforced using carbon fiber balls with improved dispersibility using these methods, and paints with good stability have been developed.
しかしながら、カーボンファイバーの製造工程あるいは
製造後の処理工程において、−旦、生成してしまったカ
ーボンファイバーボールは、前記界面活性剤などで処理
しても、充分に分解・分散し難く、得られる複合材料の
表面外観や強度などの物性は不充分であり、また塗料の
安定性が不充分であった。However, in the carbon fiber manufacturing process or post-manufacturing treatment process, the carbon fiber balls that have been formed are difficult to decompose and disperse sufficiently even if treated with the above-mentioned surfactant, and the resulting composite The surface appearance and physical properties of the material, such as strength, were inadequate, and the stability of the paint was insufficient.
本発明者らは、この課題を解決すべく特願昭６３−９３
７９号明細書、特願昭６３−２６７５９号明細書におい
て、紫外線を素材表面に、真空中または不活性ガス雰囲
気中で所定時間照射し、その表面に存在する所定の表面
基の破壊、除去を行う第１工程と、次いで紫外線および
／またはレーザー光線を照射しながら少なくとも１種の
反応性ガスを反応させる第２工程からなる表面特性改善
方法を提案した。しかしながら、この方法でも、複雑に
絡み合った前記カーボンファイバーボールを分散させる
には、未だに不充分なことが判明した。In order to solve this problem, the inventors of the present invention filed a patent application filed in
No. 79 and Japanese Patent Application No. 63-26759 disclose that the surface of a material is irradiated with ultraviolet rays for a predetermined period of time in a vacuum or in an inert gas atmosphere to destroy and remove predetermined surface groups present on the surface. A method for improving surface properties has been proposed, which comprises a first step of performing a reaction with at least one reactive gas while irradiating the surface with ultraviolet rays and/or a laser beam. However, it has been found that even this method is still insufficient to disperse the intricately entangled carbon fiber balls.
本発明は、前記従来技術の課題を背景になされたもので
、カーボンファイバーどうしが複雑に絡み合ったカーボ
ンファイバーボール（分散質）を、液体または樹脂など
の固体などの分散媒中に良好に分散させることを可能に
するための、カーボンファイバーボールの分散性改良方
法を提供することを目的とする。The present invention was made against the background of the above-mentioned problems of the prior art, and aims to effectively disperse carbon fiber balls (dispersoids) in which carbon fibers are intricately intertwined in a dispersion medium such as a liquid or a solid such as a resin. The purpose of this invention is to provide a method for improving the dispersibility of carbon fiber balls.
（課題を解決するための手段）本発明は、カーボンファイバーどうしが複雑に絡み合っ
たカーボンファイバーボールを、乾燥・冷却された、酸
素、酸素富化空気、二酸化炭素およびオゾンの群から選
ばれた少なくとも１種の酸化性ガスの存在下で、該カー
ボンファイバーボールに真空紫外線および／または水銀
共鳴線を照射し、該カーボンファイバー上に酸素を含む
表面基を形成させ（以下「第１工程」という）、次いで
必要に応じて該カーボンファイバーボールをアルコキシ
化合物、カルボキシル基含有化合物および／またはその
誘導体で処理することにより極性基を形成させる（以下
「第２工程」という）ことを特徴とするカーボンファイ
バーボールの分散性改良方法を提供するものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides carbon fiber balls in which carbon fibers are intricately intertwined with each other in at least one dry and cooled atmosphere selected from the group of oxygen, oxygen-enriched air, carbon dioxide, and ozone. In the presence of one type of oxidizing gas, the carbon fiber balls are irradiated with vacuum ultraviolet rays and/or mercury resonance rays to form oxygen-containing surface groups on the carbon fibers (hereinafter referred to as "first step"). , and then, if necessary, the carbon fiber ball is treated with an alkoxy compound, a carboxyl group-containing compound and/or a derivative thereof to form a polar group (hereinafter referred to as "second step"). The present invention provides a method for improving the dispersibility of.
本発明に適用されるカーボンファイバーボールとは、カ
ーボンファイバーどうしが複雑に絡み合ったものであれ
ば特に制限されるものではなく、粉体を保有するもので
あってもよい。The carbon fiber ball applied to the present invention is not particularly limited as long as carbon fibers are intricately intertwined with each other, and may contain powder.
例えば、カーボンファイバーとしては、ピッチ系、ＰＡ
Ｎ系、ウィスカー系および気相系によるものがあり、そ
れらのファイバーの直径は、ｏ、ｏｏｉ〜３０μｍであ
り、長さ／直径の比（Ｌ／Ｄ）は、通常、２０〜１０，
０００である。For example, carbon fibers include pitch type, PA
There are N-based fibers, whisker-based fibers, and gas-phase fibers, and the diameter of these fibers is o,ooi~30 μm, and the length/diameter ratio (L/D) is usually 20~10,
It is 000.
また、カーボンファイバーボール全体の平均直径は、通
常、０．１〜１．０００μｍ程度である。Further, the average diameter of the entire carbon fiber ball is usually about 0.1 to 1.000 μm.
なお、カーボンファイバーボールとしては、繊維状のも
のに限らず、通常のカーボンブラックが凝集して炭素凝
集粒を形成しているものでもよい。Note that the carbon fiber balls are not limited to those in the form of fibers, and may be those in which ordinary carbon black is aggregated to form carbon aggregate particles.
本発明では、このようなカーボンファイバーボールを、
まず乾燥冷却された酸化性ガスの存在下で真空紫外線お
よび／または水銀共鳴線を照射する。In the present invention, such a carbon fiber ball is
First, vacuum ultraviolet rays and/or mercury resonance rays are irradiated in the presence of a dry and cooled oxidizing gas.
ここで、乾燥冷却された酸化性ガスとしては、例えば露
点温度まで冷却することによって乾燥された酸化性ガス
を挙げるとかでき、具体的には相対湿度１０−３〜４０
％、好ましくは１０−３〜ｌＯ％、温度−１９６〜３０
’Ｃ１好ましくは一７０〜２０″Ｃの湿度、温度条件の
酸化性ガスが挙げられる。Here, the oxidizing gas that has been dried and cooled may include, for example, an oxidizing gas that has been dried by cooling to the dew point temperature, and specifically, the relative humidity is 10-3 to 40%.
%, preferably 10-3 to 10%, temperature -196 to 30
'C1 preferably includes an oxidizing gas under humidity and temperature conditions of -70 to 20''C.
このように、乾燥・冷却された酸化性ガスを使用する理
由は、下記■〜■の理由による。The reason why the dried and cooled oxidizing gas is used in this way is due to the following reasons (1) to (2).
■ガス中に存在する水分が紫外線をいち早く吸収し、エ
ネルギー損失を発生する（全体の紫外線エネルギー損失
を生じる）。■Moisture present in the gas quickly absorbs ultraviolet rays, causing energy loss (causing total ultraviolet energy loss).
■酸素富化空気の場合、チッ素ガスが少量存在すると、
ＮＯｘが生成され、さらに水分と反応してＨＮＯｘを生
じてしまう。■In the case of oxygen-enriched air, if a small amount of nitrogen gas is present,
NOx is produced and further reacts with moisture to produce HNOx.
■第１工程の反応の際に、−酸化炭素ガスが発生し、こ
の発熱反応のために反応系の体積が膨張し、爆発の危険
があるため、反応系の温度は室温以下が好ましい。(2) During the reaction in the first step, -carbon oxide gas is generated, and due to this exothermic reaction, the volume of the reaction system expands and there is a risk of explosion, so the temperature of the reaction system is preferably below room temperature.
前記酸化性ガスとしては、酸素、酸素富化空気、二酸化
炭素および／またはオゾンが挙げられる。The oxidizing gases include oxygen, oxygen-enriched air, carbon dioxide and/or ozone.
なお、酸化性ガスの圧力は、低圧または加圧下であって
、具体的には１０−４〜２，０００Ｔｏｒｒ、好ましく
は１０−” 〜１，０００Ｔｏｒｒの範囲である。Note that the pressure of the oxidizing gas is low pressure or increased pressure, specifically in the range of 10-4 to 2,000 Torr, preferably 10-'' to 1,000 Torr.
酸化性ガスの圧力が低すぎると、反応に寄与する酸素ラ
ジカルや二酸化炭素ラジカルの量が著しく少ないためあ
まり表面改質効果が得られず、−方晶すぎると、反応空
間において分子運動が複雑になり、再現性に乏しくなり
技術的に操作困難となる。If the pressure of the oxidizing gas is too low, the amount of oxygen radicals and carbon dioxide radicals that contribute to the reaction will be extremely small, resulting in little surface modification effect; This results in poor reproducibility and is technically difficult to operate.
前記照射される真空紫外線は、電磁波のうちで波長が５
０〜２００ ｎｍまでのものであり、このような真空紫
外線は、はとんど全ての物質によって吸収され、これら
の物質に与える物理的、化学的変化は極めて大きいもの
である。該真空紫外線の波長は、好ましくは１６０〜１
９０ｎｍである。The irradiated vacuum ultraviolet rays have a wavelength of 5 among electromagnetic waves.
Vacuum ultraviolet rays have a wavelength of 0 to 200 nm, and are absorbed by almost all substances, and the physical and chemical changes they cause to these substances are extremely large. The wavelength of the vacuum ultraviolet rays is preferably 160 to 1
It is 90 nm.
また、水銀共鳴線とは、波長が１８４．９ｎｍおよび２
５３．７ｎｍの紫外線をいう。In addition, the mercury resonance line has wavelengths of 184.9 nm and 2
It refers to ultraviolet light of 53.7 nm.
なお、真空紫外線および／または水銀共鳴線の照射時間
は、通常、１分〜１時間、好ましくは１分〜３０分であ
る。Incidentally, the irradiation time of vacuum ultraviolet rays and/or mercury resonance rays is usually 1 minute to 1 hour, preferably 1 minute to 30 minutes.
かくて、密閉容器中で、カーボンファイバーボールに、
乾燥・冷却された酸化性ガス雰囲気下で真空紫外線およ
び／または水銀共鳴線を照射すると、−重項酸素が生成
され、この−重項酸素がカーボンファイバーボールの炭
素と結合して炭素と酸素の一重結合あるいは二重結合か
らなる結合基を形威し、各カーボンファイバー表面をそ
れぞれ負に帯電させることにより、カーボンファイバー
ボールの分散性を高めることになる。Thus, in a sealed container, the carbon fiber ball
When irradiated with vacuum ultraviolet rays and/or mercury resonance rays in a dry and cooled oxidizing gas atmosphere, heavyt oxygen is produced, and this heavyt oxygen combines with the carbon of the carbon fiber ball to form a bond between carbon and oxygen. By forming a bonding group consisting of a single bond or a double bond and negatively charging each carbon fiber surface, the dispersibility of the carbon fiber balls is improved.
また、酸化性ガス中に二酸化炭素ガスを混合させると、
二酸化炭素の気体冷却効果と同時に二酸化炭素ラジカル
、さらに好ましくはカルボニル基のような官能基または
その前駆体が得られ、さらに工夫によってはカルボキシ
ル基をカーボンファイバー表面上に付与することができ
るものと考えられ、より分散性を高めることができる。Also, when carbon dioxide gas is mixed with oxidizing gas,
At the same time as the gaseous cooling effect of carbon dioxide, carbon dioxide radicals, more preferably functional groups such as carbonyl groups or their precursors, can be obtained, and it is believed that carboxyl groups can be added to the surface of carbon fibers by further ingenuity. The dispersibility can be further improved.
本発明では、カーボンファイバーボールを前記第１工程
によって各ファイバーに分散させることができるが、さ
らに第２工程でアルコキシ化合物、カルボキシル基含有
化合物および／またはその誘導体で処理することにより
、分散性を一段と高めることができる。In the present invention, the carbon fiber balls can be dispersed into each fiber in the first step, but the dispersibility can be further improved by further treating with an alkoxy compound, a carboxyl group-containing compound and/or a derivative thereof in the second step. can be increased.
ここで、第２工程で使用されるアルコキシ化合物として
は、アルコキシチタネートカップリング剤、アルコキシ
ジルコネートカップリング剤、アルコキシアルミネート
カップリング剤、シランカップリング剤などが挙げられ
、またカルボキシル基含有化合物およびその誘導体とし
ては、ステアリン酸、バルミチン酸などのモノカルボキ
シル基含有化合物；無水イタコン酸、イタコン酸、スピ
クリスポール酸などの多価カルボキシル基含有化合物、
これらのカルボキシル基含有化合物がら誘導されるアル
キルアミン誘導体が挙げられる。Here, examples of the alkoxy compound used in the second step include an alkoxy titanate coupling agent, an alkoxy zirconate coupling agent, an alkoxy aluminate coupling agent, a silane coupling agent, and a carboxyl group-containing compound and Its derivatives include monocarboxyl group-containing compounds such as stearic acid and valmitic acid; polycarboxyl group-containing compounds such as itaconic anhydride, itaconic acid, and spicrysporic acid;
Examples include alkylamine derivatives derived from these carboxyl group-containing compounds.
このアルキルアミン誘導体としては、ブチルアミン、ペ
ンチルアミン、ヘキシルアミンなどの塩が挙げられる。Examples of the alkylamine derivatives include salts of butylamine, pentylamine, hexylamine, and the like.
これらのうち、多価カルボキシル基含有化合物およびそ
の誘導体が、特に好ましい。Among these, polyvalent carboxyl group-containing compounds and derivatives thereof are particularly preferred.
また、この第２工程における処理方法としては、スプレ
ー噴霧、ドライヤー処理、ヘンシェルミキサーによる処
理、ジェットアトマイザ−またはジェット旦ル中での粉
体どうしの同時コーティング法などが挙げられる。Examples of the treatment method in the second step include spray atomization, dryer treatment, treatment with a Henschel mixer, and simultaneous coating of powders in a jet atomizer or jet tank.
また、この処理条件としては、温度４０〜１００℃、添
加剤の重量比が０．０１〜１０重量％が好ましい。Further, as the processing conditions, a temperature of 40 to 100°C and a weight ratio of additives of 0.01 to 10% by weight are preferable.
この処理によって、第１工程によってカーボンファイバ
ーに形威された結合基（−ＣＯＯＨなど）に、さらにア
ルコキシ化合物が反応して、例えばＣｏ Ｔｉ（ＯＸ
ＲＹ）３ （式中、Ｘはバインダー機能グループ
、Ｒは熱硬化性樹脂機能グループ、Ｙは熱可塑性樹脂機
能グループを示す）を形威し、分散性をさらに良好にさ
せることができる。Through this treatment, the alkoxy compound further reacts with the bonding group (-COOH, etc.) formed on the carbon fiber in the first step, resulting in, for example, CoTi (OX
RY)3 (wherein, X is a binder functional group, R is a thermosetting resin functional group, and Y is a thermoplastic resin functional group), the dispersibility can be further improved.
以下、本発明を図面を用いてさらに詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using the drawings.
第１図は、本発明の第１工程に使用されるカーボンファ
イバーボールの分散装置の構成図である。FIG. 1 is a block diagram of a carbon fiber ball dispersion device used in the first step of the present invention.
まず、その構成を説明する。First, its configuration will be explained.
本発明に使用される前記分散装置は、酸素富化機１０、
冷却機２０、オゾナイザ−３０、密閉容器４０．紫外線
ランプ５０から構成される。The dispersion device used in the present invention includes an oxygen enricher 10,
Cooler 20, ozonizer 30, airtight container 40. It is composed of an ultraviolet lamp 50.
酸素富化機１０は、空気を取り入れて窒素ガスを系外へ
放出し、酸素濃度を高めるための装置で、例えば孔径１
３入程度のゼオライトを充填したカラムに空気を通すこ
とで、酸素濃度が２０〜９０％の酸素富化空気が製造で
きる。The oxygen enricher 10 is a device that takes in air and releases nitrogen gas to the outside of the system to increase the oxygen concentration.
Oxygen-enriched air with an oxygen concentration of 20 to 90% can be produced by passing air through a column packed with about 3 volumes of zeolite.
なお、この酸素富化機１０は、酸素供給機１１、あるい
は空気供給機１２に代替させてもよい。Note that this oxygen enrichment machine 10 may be replaced by an oxygen supply machine 11 or an air supply machine 12.
冷却機２０は、得られる酸素富化機１０によって生成さ
れる酸素富化空気を露点まで冷却して、乾燥・冷却する
ための装置であり、通常の液体チッ素、ＬＮＧ、ドライ
アイス、液化二酸化炭素などが使用される。The cooler 20 is a device for cooling and drying the oxygen-enriched air generated by the oxygen enricher 10 to the dew point, and uses ordinary liquid nitrogen, LNG, dry ice, and liquefied dioxide. Carbon, etc. are used.
オゾナイザ−３０は、乾燥・冷却された酸素富化空気、
あるいは通常の空気をオゾン化させるための装置である
が、酸化性ガスとして酸素あるいは酸素富化空気を使用
する場合には、本発明には必ずしも必要ではない。Ozonizer 30 uses dry, cooled, oxygen-enriched air,
Alternatively, it is an apparatus for ozonizing ordinary air, but it is not necessarily necessary for the present invention when oxygen or oxygen-enriched air is used as the oxidizing gas.
密閉容器４０は、本発明においてカーボンファイバーボ
ールを酸化性ガスの存在下で紫外線照射するための容器
で、上面には後記するように紫外線ランプ５０が懸架さ
れており、さらに下面には超音波発生機４１、ガラス製
水槽４２およびサンプルトレイ４３が、順次、配置され
ており、このサンプルトレイ４３上に試料であるカーボ
ンファイバーボールＣが載置されるようになっている。The sealed container 40 is a container for irradiating carbon fiber balls with ultraviolet rays in the presence of an oxidizing gas in the present invention, and has an ultraviolet lamp 50 suspended on its upper surface as described later, and an ultrasonic generator on its lower surface. A machine 41, a glass water tank 42, and a sample tray 43 are arranged in this order, and a carbon fiber ball C, which is a sample, is placed on the sample tray 43.
また、密閉容器４０の最上部には、該容器内の温度を調
整するための熱交換器４４が配設されている。Furthermore, a heat exchanger 44 is provided at the top of the closed container 40 to adjust the temperature inside the container.
紫外線ランプ５０は、カーボンファイバーボールＣを照
射するための装置で、前記密閉容器４０の上面に懸架さ
れている。The ultraviolet lamp 50 is a device for irradiating the carbon fiber balls C, and is suspended on the upper surface of the closed container 40.
なお、第１図において、符号Ｖ ａ −Ｖ ｇはバルブ
、符号４４は熱交換器、符号４５は圧力指示調整器、符
号４６は電源、符号ＲＰはロータリーポンプ、符号６０
は活性炭吸着層である。In FIG. 1, symbols V a - V g are valves, 44 is a heat exchanger, 45 is a pressure indicating regulator, 46 is a power supply, RP is a rotary pump, and 60
is an activated carbon adsorption layer.
次に、本発明に使用されるカーボンファイバーボール分
散装置の作用について説明する。Next, the operation of the carbon fiber ball dispersion device used in the present invention will be explained.
まず、酸素富化機１０では、空気供給機１２より送られ
てきた空気を図示しない酸素富化膜によって濾過し、系
外に窒素ガスを放出させ、酸素に冨んだ空気を作り出し
て冷却機２０へと移送する。First, in the oxygen enrichment machine 10, the air sent from the air supply machine 12 is filtered by an oxygen enrichment membrane (not shown), nitrogen gas is released outside the system, and air rich in oxygen is created to feed the cooling system. Transfer to 20.
なお、この場合、酸素富化空気を使用する代わりにバル
ブＶａ、ｖｂを閉じて、バルブＶｃを開放することによ
り、酸素供給機１１より直接酸素を冷却機２０に供給し
てもよく、あるいはバルブＶｄを開放して空気を冷却機
２０へ供給してもよい。In this case, instead of using oxygen-enriched air, oxygen may be directly supplied to the cooler 20 from the oxygen supply device 11 by closing the valves Va and vb and opening the valve Vc, or by closing the valves Va and vb and opening the valve Vc. Air may be supplied to the cooler 20 by opening Vd.
次いで、冷却機２０で冷却された酸素富化空気は、オゾ
ナイザ−３０でオゾン化されて密閉容器４０へ供給され
る。Next, the oxygen-enriched air cooled by the cooler 20 is ozonized by the ozonizer 30 and supplied to the closed container 40.
この際、酸素あるいは酸素富化空気は、バルブＶｅを閉
じてバルブＶｆを開放することによって直接密閉容器４
０へ供給してもよい。At this time, oxygen or oxygen-enriched air is directly supplied to the closed container 4 by closing the valve Ve and opening the valve Vf.
It may also be supplied to 0.
密閉容器４０中では、超音波発生機４１によってガラス
製水槽４２を介してサンプルトレイ４３上にカーボンフ
ァイバーボールＣが載置されており、該超音波発生機４
１によって各カーボンファイバーが転勤された状態にあ
る。ここで、カーボンファイバーボールＣは、酸化性ガ
ス雰囲気下で紫外線ランプ５０から真空紫外線を照射さ
れ、その表面に炭素と酸素の一重結合あるいは二重結合
が形成される。In the sealed container 40 , a carbon fiber ball C is placed on a sample tray 43 via a glass water tank 42 by an ultrasonic generator 41 .
1, each carbon fiber is in a transferred state. Here, the carbon fiber ball C is irradiated with vacuum ultraviolet rays from the ultraviolet lamp 50 in an oxidizing gas atmosphere, and a single bond or a double bond between carbon and oxygen is formed on its surface.
この反応の際、−酸化炭素ガスの生成あるいは炭素中の
不純物によって発熱反応が生起する場合があり、この場
合には密閉容器４０内の温度が熱交換器４４によって５
０″Ｃ以下に保持される。During this reaction, an exothermic reaction may occur due to the production of carbon oxide gas or impurities in the carbon.
Maintained below 0″C.
なお、密閉容器４０内の圧力は、低圧下あるいは加圧下
の所定の圧力に保たれるが、これは圧力指示調整器４５
とロータリーバルブＲＰによってなされる。Note that the pressure inside the closed container 40 is maintained at a predetermined pressure under low pressure or under pressure, but this is controlled by a pressure indicating regulator 45.
and a rotary valve RP.
また、密閉容器４０で発生した排ガスは、活性炭吸着層
６０によって吸着される。Moreover, the exhaust gas generated in the closed container 40 is adsorbed by the activated carbon adsorption layer 60.
このようにしてカーボンファイバーボールは、−重項酸
素が炭素と結合して各カーボンファイバー表面を負に帯
電し、分散性が良好となる。In this way, in the carbon fiber balls, -heavyt oxygen combines with carbon to negatively charge the surface of each carbon fiber, resulting in good dispersibility.
また、二酸化炭素ラジカルが、１（−Ｃ−Ｏ−のように変化し、炭素と結合し、のように帯
電し、分散性が良好となる。In addition, carbon dioxide radicals change as shown in 1(-C-O-), bond with carbon, and become charged as in, resulting in good dispersibility.
なお、次工程である第２工程は、例えば通常の噴霧機装
置付きのヘンシェルミキサーを用い、前記のようにして
活性処理されたカーボンファイバーボールをアルコキシ
化合物、カルボキシル基含有化合物および／またはその
誘導体で処理する。In the second step, the carbon fiber balls activated as described above are treated with an alkoxy compound, a carboxyl group-containing compound, and/or a derivative thereof using, for example, a Henschel mixer equipped with an ordinary sprayer. Process.
このような処理方法としては、具体的にはカーボンファ
イバーボールをヘンシェルミキサー中へ投入し、反応温
度を４０〜ｌ ＯＯ’Ｃに設定したのち、アルコキシ化
合物のアルコール溶液あるいはシランカップリング剤水
溶液を該ミキサー中へ噴霧しつつ加熱させながらカーボ
ンファイバー上へコーティングあるはカップリングさせ
ている方法などが挙げられる。Specifically, in such a treatment method, carbon fiber balls are placed in a Henschel mixer, the reaction temperature is set at 40 to 100°C, and then an alcoholic solution of an alkoxy compound or an aqueous solution of a silane coupling agent is added to the mixture. Examples include coating or coupling onto carbon fibers while heating them while spraying them into a mixer.
また、第２工程で必要に応じて用いられるカルボキシル
基含有化合物およびその誘導体の場合には、通常の超音
波発振器を具備した湿式反応装置を用いるか、ジェットミルのような乾式粉砕装置を用いて処理を行う
。さらに詳述すれば、湿式法では、水または有機溶剤中
にカルボキシル基含有化合物および／またはその誘導体
の少なくとも１種を溶解させておき、その中に前記カー
ボンファイバーボールを投入し、超音波発振器によって
分散させる方法（湿式スラリー化）がある、また、乾式
法では、カーボンファイバーボールと粉状のコーティン
グ剤（カルボキシル基含有化合物および／またはその誘
導体）の量比を事前に軽量したうえで、両者を同時にジ
ェットミル中に投入し、エアージェット気流にのせ、そ
れぞれ衝突させてコーティング剤を気化させつつカーボ
ンファイバーボール表面に極薄膜をコーティングさせる
ものである。In addition, in the case of carboxyl group-containing compounds and their derivatives, which are used as necessary in the second step, a wet reaction device equipped with a normal ultrasonic oscillator or a dry grinding device such as a jet mill may be used. Perform processing. More specifically, in the wet method, at least one carboxyl group-containing compound and/or its derivative is dissolved in water or an organic solvent, the carbon fiber ball is placed therein, and an ultrasonic oscillator is used to dissolve the carbon fiber ball. There is a method of dispersing (wet slurry).Also, in the dry method, the weight ratio of carbon fiber balls and powder coating agent (carboxyl group-containing compound and/or its derivative) is reduced in advance, and then both are mixed. At the same time, they are placed in a jet mill, placed on an air jet stream, and collided with each other to vaporize the coating agent and coat the surface of the carbon fiber ball with an extremely thin film.
この場合、ナイロンなどの樹脂でコーティングされた粉
砕用のボールを用いると、粉砕助剤からの汚染が生じ難
いので好ましい。In this case, it is preferable to use a grinding ball coated with a resin such as nylon because contamination from the grinding aid is less likely to occur.
また、シリカ粉末などの無機粉末、樹脂粉末を適当量混
合して行うと、静電効果による分散性の向上も生じて良
好な結果が得られる。Furthermore, if appropriate amounts of inorganic powder such as silica powder and resin powder are mixed together, good results can be obtained due to improved dispersibility due to electrostatic effects.
以下、実施例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する
。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
実施例１〜１２、比較例１〜２カーボンファイバーボールとして、カーボンファイバー
の直径が５〜１５μｍ、長さが１〜１０ｍｍで、かつボ
ール全体の平均粒径が２〜７閤のピッチ系のカーボンフ
ァイバーボール、あるいはカーボンファイバーの直径が
０．１〜５μｍ、長さが１〜２ＩＩＩｍで、かつボール
全体の平均粒径が２〜５ ｍｍのホイスカー系のカーボ
ンファイバーボールを用い、第１工程として第１図の分
散装置を、また第２工程としては■ヘンシェル逅キサー
１■湿式分散装置あるいはジェットミルを用い、紫外線
照射、および必要に応じて第２工程としてアルコキシ化
合物、あるいはカルボキシル基含有化合物系コーティン
グ剤による処理を行った。Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 2 As carbon fiber balls, pitch-based carbon in which carbon fibers have a diameter of 5 to 15 μm, a length of 1 to 10 mm, and an average particle size of the entire ball is 2 to 7 balls. Using a fiber ball or a whisker-type carbon fiber ball with a carbon fiber diameter of 0.1 to 5 μm, a length of 1 to 2III m, and an average particle size of the entire ball of 2 to 5 mm, the first step is a Using the dispersion device shown in Figure 1, and as the second step, ■ Henschel Mixer 1 ■ wet dispersion device or jet mill, ultraviolet irradiation, and if necessary, alkoxy compound or carboxyl group-containing compound coating as the second step. treatment with a chemical agent.
結果を第１表および第２表に示す。The results are shown in Tables 1 and 2.
第１表から明らかなように、カーボンファイバーボール
と酸素あるいはオゾンとの接触時間が長いほど、あるい
はオゾン濃度が高いほど、得られるカーボンファイバー
の水中での分散性が良好であることが分かる。なお、Ｅ
ＳＣＡの分析結果から、Ｃ＝Ｏ結合がＣ−０結合よりも
多くなることが分かった。As is clear from Table 1, it can be seen that the longer the contact time of the carbon fiber balls with oxygen or ozone or the higher the ozone concentration, the better the dispersibility of the resulting carbon fibers in water. In addition, E
From the SCA analysis results, it was found that the number of C═O bonds was greater than the number of C-0 bonds.
また、第２表から明らかなように、特定のカルボキシル
基含有化合物またはその誘導体を第１工程で得た表面に
コーティングした場合には、未処理品に較べて優れた分
散性とポットライフが得られ、特にヘキシルアミン系化
合物が著しく効果的であった。 また、これらの薬剤も
同時に紫外線処理するとさらに効果を増すことが分かっ
た。Furthermore, as is clear from Table 2, when the surface obtained in the first step is coated with a specific carboxyl group-containing compound or its derivative, superior dispersibility and pot life are obtained compared to untreated products. Hexylamine compounds were particularly effective. It was also found that the effects of these drugs were further increased when they were treated with ultraviolet light at the same time.
一方、第１工程および第２工程の未処理品では、分散性
が本発明品に較べ極端に悪く（比較例１）、また第１工
程の未処理品では、第２工程の処理を行っても、分散性
が悪いことが分かる（比較例２）（以下余白）〔発明の効果〕本発明によれば、複雑に絡み合ったカーボンファイバー
ボールを効率よく分散媒に分散させることができるので
、カーボンファイバーを用いて樹脂と複合材料を製造す
る場合に、表面外観が良好になり、曲げ強度、圧縮強度
などの物性の低下を防止することが可能となる。On the other hand, the dispersibility of the untreated product in the first and second steps was extremely poor compared to the product of the present invention (Comparative Example 1), and the untreated product in the first step had extremely poor dispersibility compared to the product of the present invention. It can also be seen that the dispersibility is poor (Comparative Example 2) (the following is a blank space) [Effects of the Invention] According to the present invention, the intricately entangled carbon fiber balls can be efficiently dispersed in the dispersion medium. When manufacturing resin and composite materials using fibers, the surface appearance becomes good and it becomes possible to prevent deterioration of physical properties such as bending strength and compressive strength.
また、本発明によるカーボンファイバーボールを液体分
散媒に分散させる場合、分散安定性の良好な分散体が得
られる。これを塗料に応用すると、黒色あるいは導電性
塗料が得られる。Moreover, when the carbon fiber balls according to the present invention are dispersed in a liquid dispersion medium, a dispersion with good dispersion stability can be obtained. When applied to paints, black or conductive paints can be obtained.
第１図は、本発明の第１工程に使用されるカーボンファ
イバーボールの分散装置の構成図である。FIG. 1 is a block diagram of a carbon fiber ball dispersion device used in the first step of the present invention.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32134089AJPH03185176A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Method for improving dispersibility of carbon fiber ball |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32134089AJPH03185176A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Method for improving dispersibility of carbon fiber ball |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03185176Atrue JPH03185176A (en) | 1991-08-13 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32134089APendingJPH03185176A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Method for improving dispersibility of carbon fiber ball |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03185176A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2006091185A1 (en)* | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete/cement products and method of preparation |
| US7285167B2 (en)* | 2003-10-08 | 2007-10-23 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete/cement products and method of preparation |
| US7341627B2 (en) | 2005-02-18 | 2008-03-11 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete products and method of preparation |
| US7396403B1 (en) | 2006-02-17 | 2008-07-08 | Ogden Technologies, Inc. | Concrete reinforced with acrylic coated carbon fibers |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649225B2 (en)* | 1999-04-07 | 2003-11-18 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Process for the treatment of a fiber |
| US7285167B2 (en)* | 2003-10-08 | 2007-10-23 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete/cement products and method of preparation |
| WO2006091185A1 (en)* | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete/cement products and method of preparation |
| US7341627B2 (en) | 2005-02-18 | 2008-03-11 | Ogden Technologies, Inc. | Fiber reinforced concrete products and method of preparation |
| US7396403B1 (en) | 2006-02-17 | 2008-07-08 | Ogden Technologies, Inc. | Concrete reinforced with acrylic coated carbon fibers |
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