(57)【要約】  本発明は、金属繊維の非焼結体を製造する方法であって、金属繊維を供給する工程と、  この金属繊維に結合剤を混合し、金属繊維と結合剤とを含むスラリーを調製する工程と、アプリケーターを用いて、支持体上に前記スラリーの層をキャストする工程と、このスラリーを固化して、金属繊維と結合剤とを含む金属繊維非焼結体を得る工程とを含む。
2007533865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属繊維の非焼結体を製造する方法であって、
金属繊維を供給する工程と、
前記金属繊維に結合剤を混合し、前記金属繊維と前記結合剤とを含むスラリーを調製する工程と、
アプリケーターを用いて、支持体上に前記スラリーの層をキャストする工程と、
前記スラリーを固化して、前記金属繊維と前記結合剤とを含む金属繊維非焼結体を得る工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記スラリーにおける金属繊維の濃度が、前記スラリーの２重量％〜４０重量％の範囲である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スラリーが、前記結合剤を溶解する溶媒を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリーから前記溶媒を全て蒸発することで、前記スラリーの固化を行う請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記溶媒が水である請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記スラリーが、前記結合剤を加熱することによって得られる請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
プレス操作によって前記金属繊維非焼結体の厚さを減少させる追加の工程を更に含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記固化したスラリーの層上に、スラリーの追加の層をキャストする追加の工程を更に含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属繊維非焼結体の厚さが０．２ｍｍ以下である請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属繊維が６μｍ未満の等価直径Ｄを有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属繊維が１０ｍｍ未満の平均繊維長Ｌを有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属繊維が１１０未満のＬ／Ｄを有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により得られる金属繊維非焼結体であって、前記金属繊維が、前記金属繊維非焼結体の０．７５重量％を超えて存在する金属繊維非焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属繊維とポリマー結合剤とを備えた金属繊維非焼結体を製造する方法に関する。また本発明は、金属繊維とポリマー結合剤とを備えた金属繊維非焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属繊維とポリマー結合剤とを備えた金属繊維非焼結体は、国際公開第９８／４３７５６号パンフレット、欧州特許出願公開第０９３３９８４号明細書、特開平１１−１３１１０５号公報、特開昭６１−２２５４００号公報および特開昭６１−２２３１０５号公報に記載されている湿式抄紙法を用いて金属繊維焼結体を製造する間の中間生産物として、従来技術において知られている。この金属繊維をスラリーとし、このスラリーをスクリーン上に注ぐ。このスクリーンを介して、スラリーから水を吸引する。次いで、金属繊維焼結体を得るために、残された脱水スラリーを焼結する。通常は結合剤を用いて金属繊維を互いに一時的に結合し、それによって輸送可能な脱水スラリーにすることができる。
【０００３】
この湿式ウェブの不利な点は、比較的細くおよび／または短い繊維を用いる場合、より短い繊維がスクリーンを介して吸引され、水と共にスラリーから除去されてしまうことである。焼結前の薄いウェブを製造する場合、脱水工程の吸引によって、焼結のための繊維がほとんど無い又は全く無い小さな穴又はより大きな穴がウェブにできるかもしれない。また、脱水の間にスラリー液を支持するために使われる支持用のネットの跡も残る。この脱水したウェブ上のネットのパターンは、反復的な薄いスポットとして発見される。薄いウェブを複数層用いても、これは不均一になるかもしれない。
【０００４】
結果として、金属繊維非焼結体である脱水スラリーは、繊維がほとんど存在していない不均一な区域を有するかもしれない。
【０００５】
特に、等価直径が小さい（例えば２μｍ〜６μｍ）繊維を用いる場合に、脱水の間に水とともに繊維が吸引される現象が起こる。この理由は、多くの場合、長さがより短い繊維の量がより多いほど、繊維がより細かくなるからである。結果として、等価直径が小さな繊維の場合、より多くの短い長さの繊維が、脱水の間に水と共に吸引される。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の欠点が解消された金属繊維非焼結体の製造方法を提供することである。また、本発明の目的は、得られる金属繊維非焼結体の表面が均一な性質である金属繊維非焼結体の製造方法を提供することである。特に、本発明の目的は、比較的短いおよび／または細かい金属繊維を含む金属繊維非焼結体の表面が均一な性質である金属繊維非焼結体の製造方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、厚さが比較的薄い金属繊維非焼結体の表面が均一な性質である金属繊維非焼結体の製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明に係る金属繊維非焼結体の製造方法は、特許請求の範囲の請求項１に記載された各工程を含むものである。
【０００８】
アプリケーターを用いたキャスト又はいわゆるテープキャストのために使用されるスラリーは、スラリーの２重量％〜４０重量％の範囲内の量の金属繊維を含むことが好ましく、スラリーの５重量％〜１５重量％の範囲内の量を含むことがより好ましい。多分、このような濃度と実質的に平坦なスラリーの層を提供するテープキャストの作用との組み合わせによって、金属繊維がより均一に分散し、そして、金属繊維焼結体の表面および厚さ方向においてより均一な特性になるのであろう。スラリー内の金属繊維が多過ぎると、繊維の凝集体が生じ、それにより金属繊維焼結体の全体にわたる金属繊維の分布が不均一になるかもしれない。一方、スラリー内の金属繊維が少な過ぎると、スラリーを固化する前のキャストした金属繊維体内において不均一な分布が生じるかもしれない。
【０００９】
さらに好ましい方法として、スラリーは、結合剤を溶解する溶媒を含み、スラリーを固化する間、蒸発によって溶媒を全て除去する。このことは、この更なる工程に起因する金属繊維体の表面上および厚さ方向における金属繊維の分布の均一性に対し、更なる有利な効果を与える。
【００１０】
最初の工程では、金属繊維を供給する。この金属繊維の供給には、あらゆるタイプの金属または合金を用いることができる。金属繊維は、例えばステンレス鋼などの鋼から作られる。好ましいステンレス鋼合金としては、ＡＩＳＩ３１６ＬやＡＩＳＩ３４７等のＡＩＳＩ３００系合金またはＡＩＳＩ４００系合金、またはＦｅ、ＡｌおよびＣｒを含む合金、ＤＩＮ１．４７６７合金やＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等のクロム、アルミニウムおよび／またはニッケル、ならびに０．０５から０．３重量％のイットリウム、セリウム、ランタン、ハフニウムもしくはチタンを含むステンレス鋼がある。さらに、銅もしくは銅合金、またはチタンもしくはチタン合金を用いてもよい。金属繊維は、ニッケルまたはニッケル合金から作ることもできる。
【００１１】
金属繊維は、現在知られている金属繊維の製造方法、例えば、集束伸線法によって、特許第３０８３１４４号公報に記載されているコイル材切削法によって、ワイヤ切削法（例えばスチールウール等）によって、または融解合金浴から金属繊維を製造する方法によって、作ることができる。
【００１２】
平均長の金属繊維を供給するために、国際公開第０２／０５７０３５号パンフレットに記載されている方法を用いて金属繊維を切断してもよいし、または米国特許第４６６４９７１号明細書に記載されている金属繊維粒を供給する方法を用いてもよい。
【００１３】
この金属繊維非焼結体の製造に用いる金属繊維は、等価直径Ｄと平均繊維長Ｌを有することを特徴とする。金属繊維の等価直径とは、繊維の半径方向断面の面積と同じ面積を有する仮想の円の直径を意味する。金属繊維の等価直径Ｄは、好ましくは１００μｍ未満、例えば６５μｍ未満であり、より好ましくは３６μｍ未満、例えば３５μｍ、２２μｍまたは１７μｍである。あるいは、金属繊維の等価直径は１５μｍ未満、例えば１４μｍ、１２μｍもしくは１１μｍであり、さらに好ましくは９μｍ未満、例えば８μｍである。最も好ましくは、金属繊維の等価直径Ｄは７μｍ未満または６μｍ未満、例えば５μｍ未満、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍ、３．５μｍもしくは４μｍなどである。
【００１４】
いずれの金属繊維も、各繊維固有の繊維長を有する。繊維長には、金属繊維の製造方法に起因する分布が存在することから、本発明に係る金属繊維非焼結体の製造方法に用いる金属繊維は、平均繊維長Ｌを有する。この長さは、適切な統計学的基準に準じてかなりの数の繊維を測定することによって決定される。金属繊維の平均繊維長は１０ｍｍ未満、例えば６ｍｍ未満であり、好ましくは１ｍｍ未満、例えば０．８ｍｍ未満または０．６ｍｍ未満、例えば０．２ｍｍ未満である。本発明によれば、金属繊維非焼結体の製造方法で用いる実質的に全ての金属繊維が金属繊維非焼結体内に存在することから、同様の方法で、金属繊維非焼結体における平均繊維長Ｌを測定することができる。
【００１５】
このようにして、金属繊維非焼結体内の金属繊維は、等価直径に対する平均繊維長の比率（Ｌ／Ｄ）が１１０未満であることが好ましく、１００未満であることがより好ましく、通常３０を超える。ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第０２／０５７０３５号パンフレットに記載されているプロセスにより得られる金属繊維の場合、６μｍまでの範囲の等価直径を有する金属繊維は、約３０〜７０のＬ／Ｄが好ましい。
【００１６】
本発明に係る方法の第二の工程では、スラリーを提供する。好ましくは、スラリーは、金属繊維、溶媒および結合剤を含み、スラリーの２重量％〜４０重量％の範囲内の濃度の金属繊維を有するが、これに限定するものではない。より好ましくは、金属繊維はスラリーの５重量％〜１５重量％である。金属繊維の等価直径が小さくなるほど、より低濃度の金属繊維を維持すべきことを見出した。また、スラリーはポリマー結合剤と金属繊維を含んでもよく、このポリマー結合剤は加熱されるとその粘度が低下する。
【００１７】
本発明の目的のための結合剤は、スラリーを濃縮するための生産物として理解すべきである。好ましくは、水可溶性結合剤、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチレンオキシドに由来するポリエーテル、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸コポリマーを用いる。好ましくはスラリーの０．５重量％〜３０重量％の濃度の結合剤を溶媒に添加する。最も好ましくは、必要な粘度を与えるために、スラリーの２０重量％未満または１５重量％未満または１０重量％未満の濃度を要求する結合剤を選択する。スラリーにとっては、１０００ｃＰｓ〜２００００ｃＰｓの間の粘度範囲を用いることが好ましい。適切な混合装置を用いて、スラリーの成分を混合する。スラリーに泡が生じる場合、少量の消泡剤成分を添加する。
【００１８】
第三の工程では、好ましくは実質的に平坦な表面上に、アプリケーター、例えばドクターブレードを備えたものを用いて、スラリーをテープキャストする。アプリケーターのクリアランスは比較的狭く維持し、このクリアランスは好ましくは０．２ｍｍ〜６ｍｍの間であり、より好ましくは０．２ｍｍ〜３ｍｍの間である。スラリーの粘度およびスラリーの組成に従って、アプリケーターの動作速度を選択する。
【００１９】
スラリー内の金属繊維の量、金属繊維非焼結体の単位表面積あたりに必要な重量、および金属繊維非焼結体の必要な密度に応じて、クリアランス及びそれによるスラリーの層の厚さを選択する。
【００２０】
次の工程では、キャストしたスラリーを固化し、結合剤および金属繊維を含むホイルを形成する。このことは、好ましくは溶媒を蒸発することによって行う。室温で容易に蒸発する溶媒を用いてもよい。あるいは、水を溶媒として用いた場合、乾燥工程として蒸発を行ってもよい。乾燥もしくは蒸発を行ってもよく、空気乾燥によって支援してもよく、またはキャストしたスラリーを強制的に加熱、例えばキャストしたスラリーの表面上に加熱した空気を強制的に送ることによって、または例えばマイクロ波もしくはＩＲ線などの照射によって加熱してもよい。溶媒（例えば水）だけが除去されることから、ここでの溶媒は結合剤と化学的に結合していなかったことがわかる。溶媒が蒸発すると、キャストしたスラリーの厚さはある程度まで薄くなることから、キャストしたスラリーの体積が減少して、ホイルの体積になることがわかる。なお、結合剤が加熱されるとその粘度が低下する場合、キャストしたスラリーを冷却することによって、結合剤が固化する。
【００２１】
あるいは、金属繊維非焼結体をプレス操作、例えば圧延操作に付して、金属繊維非焼結体の厚さをさらに薄くすることもできる。
【００２２】
あるいは、スラリーの複数の層を、一方を他方の上にテープキャストして、層状の金属繊維非焼結体を形成することもできる。これらの層は、同じ金属繊維を含むものでなくても、単位面積または体積当りの金属繊維含有量が同じでなくてもよい。これらの層は、金属繊維、金属繊維含有量、厚さ、重さおよびその他の特性の点で、互いに異なっていてよい。
【００２３】
例えばテープキャストしたスラリーを乾燥することによって結合剤を固化した後、結合剤を利用して、各金属繊維を金属繊維体内に機械的に固定する。この結合剤は、異なる金属繊維間の接着剤として作用する。金属繊維体内に結合剤が十分に存在する場合、金属繊維間の空隙は結合剤で満たされるだろう。
【００２４】
金属繊維非焼結体における結合剤および金属繊維の重量比を変えることによって、金属繊維非焼結体の組成を広範囲にわたって変えることができる。金属繊維は、金属繊維非焼結体の少なくとも０．７５重量％の割合で含まれる。より好ましくは、金属繊維は、金属繊維非焼結体の５重量％を超え、さらには２５重量％を超える割合で含まれる。金属繊維は、金属繊維非焼結体の９５重量％までの割合で含まれる。
【００２５】
金属繊維非焼結体の単位表面積あたりの厚さおよび重量に依存して、金属繊維非焼結体はある程度、空気透過性である。一方、金属繊維焼結体は非常に緻密になるので、空気が透過することはできず、ホイルのように挙動する。
【００２６】
スラリーをテープキャストする前に、そのスラリーに他の構成要素をさらに添加してもよい。このような構成要素としては、例えば可塑剤、フィラーまたは金属粉末がある。
【００２７】
驚くべきことに、本発明に係る方法により得られる金属繊維非焼結体は、その物理的特性、例えば厚さ、表面重量、表面平滑性ならびに媒体の表面上および深部での繊維の分散性が改善されることがわかった。
【００２８】
金属繊維非焼結体の厚さは広範囲に変えてもよいが、比較的薄い金属繊維非焼結体を得ることができ、例えば、０．２ｍｍ以下または０．１ｍｍ以下の厚さの金属繊維非焼結体を得ることができる。
【００２９】
本発明に係る金属繊維非焼結体の重量は、好ましくは５００ｇ／ｍ2未満であり、より好ましくは４００ｇ／ｍ2未満であり、さらには３００ｇ／ｍ2未満、例えば約３０ｇ／ｍ2などの１００ｇ／ｍ2未満である。
【００３０】
金属繊維非焼結体は、例えばＥＭＩ遮蔽層および／またはＥＳＤ遮蔽層として、金属繊維強化樹脂等の複合材の一部として、または燃料電池内の一部として、用いることができる。
【００３１】
ここで添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
図１に、本発明に係る一方法を示す。この方法の最初の工程１１０で、金属繊維１１１を供給する。
【００３４】
次の工程１２０で、この金属繊維と、結合剤と、溶媒（好ましくは水）とからスラリー１２１を調製する。
【００３５】
安定したスラリーを形成するためには、混合手段１２２を用いて、複数分の間このスラリーを混合する。
【００３６】
工程１３０で、ドクターブレードを備えたアプリケーター１３１にこのスラリー１２１を供給し、実質的に平坦で撥水性の表面１３２上にテープキャストを行う。これによりキャストしたスラリー１３３を得る。
【００３７】
次の工程１４０で、このキャストしたスラリー１３３を例えば室温で乾燥することで、金属繊維非焼結体１４１とする。
【００３８】
図２に示すように、工程２１０で、金属繊維非焼結体１４１を圧縮（例えば圧延）する追加の工程を行ってもよい。その他の全ての工程は、図１に示す工程と同一である。
【００３９】
本発明の実施形態は、図１および図２の方法を利用して得ることができる。
【実施例】
【００４０】
最初の工程で、集束伸線法により作製した２μｍの等価直径を有する金属繊維を供給した。国際公開第０２／０５７０３５号パンフレットの方法を用いて、エンドレスな金属繊維を平均繊維長が１０９μｍの金属繊維に切断した。この金属繊維はＡＩＳＩ  ３１６Ｌ合金であった。
【００４１】
次に、スラリーに対する重量％で、９．０９重量％の金属繊維と、１．３６重量％のメチルセルロースエーテル（結合剤）と、８９．５５重量％の水（溶媒）とからなる組成のスラリーを調製した。
【００４２】
１．５ｍｍのクリアランス（隙間）を有するドクターブレードを用いて、スラリーをテープキャストした。
【００４３】
このキャストしたスラリーを、約２４時間にわたり空気で乾燥することによって固化した。なお、ＩＲ照射を行うことで、キャストしたスラリーを加熱して、乾燥操作を支援することができる。水および金属繊維と化学的に結合した結合剤を含む金属繊維非焼結体を得た。この金属繊維非焼結体は、厚さが２５１μｍで、重量が１２７ｇ／ｍ2であった。この金属繊維非焼結体は、１３重量％の結合剤と、８７重量％の金属繊維を含んでいた。
【００４４】
同様の工程を用いて、直径が１．５μｍでＬ／Ｄが実質的に同じである金属繊維を使用して、金属繊維非焼結生成物を得た。この金属繊維非焼結体は、厚さが２５１μｍで重量が１２７ｇ／ｍ2であった。この金属繊維非焼結体も、１３重量％の結合剤と、８７重量％の金属繊維を含んでいた。
【００４５】
可塑剤を用いたことを除き、上記と同様の手順で金属繊維非焼結体を製造した。厚さも重量も特に影響を受けなかったことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る一方法の各工程を示す模式図である。
【図２】本発明に係る一方法の各工程を示す模式図である。
【図１】
2007533865.tif 000003
【図２】
2007533865.tif 000004
【国際調査報告】
2007533865.tif 000005
2007533865.tif 000006
2007533865.tif 000007