[发明专利]对碳纤维进行镀覆的装置及方法

说明书

本发明基于并要求以下专利的优先权：在先的日本专利申请No.2009-245701，公开于2009年10月26日；No.2010-63201，公开于2010年3月18日，本文引用了两个专利的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种对碳纤维(carbon fiber)进行镀覆的装置及方法，特别涉及一种以利用了双极(bipolar)电极的通电方法，对碳纤维进行镀覆的装置及方法。

背景技术

碳纤维因轻量且在强度、弹性方面优异，所以在各种产业中被利用。例如日本碳素纤维协会网页(home page)(http://www.carbonfiber.gr.jp)(http://www.carbonfiber.gr.jp/tanso/06.html)中所示。

然而，构成碳纤维的碳素纤维细，并且断裂伸长率很小，至多只有2％，所以因使用而容易发生破损或起毛。变短的单纤维变成飞絮(fly)或粉尘，容易在空气中飞散。因此，例如将连续纤维从线轴(bobbin)取出时，与导向装置(guide)摩擦而发生起毛，如果破损可能变成飞絮。另外，在制作织物、编物、针织品、缝合的预制品(pre-form orpreform)、毛毡(punch felt)等时，因对线进行捋或摩擦，也有可能发生起毛、粉尘、飞絮。

但是，因碳素纤维具有导电性，所以存在如下问题：在如上所述地产生飞絮或线屑时，也有可能成为引起设备等的电气系统的短路的原因。另外，短纤维(short fiber)容易刺到皮肤和粘膜，存在容易对人体产生疼痛和发痒的问题。

对于这样的问题，一直以来试图通过减少所使用的导向装置的数，或者使用旋转导向装置来试图减少纱线张力，减少飞絮、粉尘。

这些问题，可以通过提高碳纤维的强度而解决。但是，在上述以往的解决对策中，没有实施任何用于提高碳纤维本身的强度的对策，因此并不能成为根本的解决对策。

因此，本申请发明的第1目的是提高碳纤维的强度，并且抑制飞絮、线屑的产生。

另一方面，虽然已知一般情况下碳纤维可作为导电性材料，但作为碳素纤维的一种的PAN系碳素纤维的导电性为17～5×10^-6Ω·m，与表1(引自化学手册基础修订5版、社团法人日本化学会、丸善株式会社)所示的金属的比电阻率相比并不能说具有充分的导电性。

表1

为了提高碳纤维的导电性，只要将比碳素纤维的导电性更优的金属混入碳纤维就可以，但简单地向碳纤维中混入金属，碳纤维的重量自然变重。碳纤维的重力若增加，在其制造、运输、利用等方面也不利。

因此，本申请发明的第2目的是并不怎么增加碳纤维的重量就将比碳素纤维导电性更优的金属混入碳纤维，由此提高碳纤维的导电性。

作为将导电性金属混入碳纤维的方法，可以考虑溅射(sputtering)法、非电解镀层法及电镀法。

但是，溅射法适用于以轻量的金属铝(aluminum)等覆盖碳纤维，且用于进行溅射的设备因必须具备真空等的特殊环境而变得昂贵，而且不适于得到微米(μm：1×10^-4cm)单位的薄膜，而是适于得到埃(1×10^-8cm)单位的薄膜的方法。

另外，非电解镀层法能够对与异物接触而容易破损的风险(risk)高的碳纤维没有损伤地进行处理，但因处理速度慢而不能成为面向量产的方法。

另一方面，相对于这些方法，通过将电源与被镀覆物连接而直接设置电触点的电镀法，其设备比较便宜，而且通过设定电流可以控制镀覆处理速度。进而，与非电解镀层法比较，能够获得明显快的处理速度。进而，如同对连接器(connector)等进行的电镀工程，通过导入连续镀覆或多段镀覆处理，可以一边原样维持属于长物的碳纤维的形态一边迅速地实施铜镀覆，因此，电镀法被认为是能够以常规的易于使用的形式向市场提供的面向量产的方法。

但是，如上所述，在电镀法中，因在碳纤维上设置接点，在接点部碳纤维可能破损。另外，碳纤维必须以10μm左右直径的碳纤维以数千条到超过1万条的聚焦状态实施铜镀覆。因此，在聚焦中心部的碳纤维上得不到接点(通电机会)的风险高。

因此，在本发明中，为了避免这些风险，作为使电源与被镀覆物不连接的方法，着眼于利用双极电极的电镀法。

发明内容

鉴于上述情况，本发明中，采取了以下的手段。