成果報告書詳細
管理番号20110000001038
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業「高密着性金属めっきアラミド繊維による金属線代替の探索研究」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名東レ・デュポン株式会社 丸八株式会社
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約パラ系アラミド繊維は、高強力・高弾性率・高耐熱性を持つのが特長である。この繊維表面に、めっき処理を施して導電性を付与することにより、電線用銅線代替用途や電磁波遮蔽用途での展開が期待できる。
 本探索研究では、超臨界二酸化炭素を利用してめっき前処理を行って製造できる、めっきパラ系アラミド繊維を使用して金属線等既存品代替の検討を行い、適用可能な分野について調査した。
 工業化には安価な原料が好まれるが、超臨界処理時に使用する、ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)パラジウム錯体は高価である。パラジウム錯体、配位子の回収の可能性について調べたが、錯体、配位子ともに原形を留めていなかった。唯一の可能性はパラジウム金属の回収のみである。また、金属としてパラジウムよりも安価なニッケルを使用した有機金属錯体の使用も検討したが、超臨界処理によるめっき前処理には適さなかった。
 長尺品作製の検討では、1000mのチーズに、均一に超臨界処理でパラジウムを核付けするには硬度15が適することが分かった。長尺めっき繊維上にめっき膜の剥離欠陥および、厚みムラがあることで、抵抗値バラツキを生じさせている。
 めっきアラミド繊維を、銅線と同じ断面積で比較すると、重量は銅線の約4割と軽量になるが、抵抗値は約10倍であった。このめっきアラミド繊維を使用して電線の試作評価を行った。ETFE被覆電線の許容電流は同径の銅を使用した電線の約4割であった。銅を使用した電線の許容電流値と同等にするためには、めっき繊維の外径を約1.5倍から2倍にする必要がある。めっきアラミド繊維を使用した電線の耐屈曲性は高く、銅線を被覆した電線の600倍以上の耐屈曲性を示した。
 めっきアラミド織物は高い電磁波シールド性能を示し、電磁波障害回避の手段としての適用が期待できる。電磁波シールド樹脂の検討では、めっきアラミド短繊維を含有させた樹脂シートが高い電磁波シールド性能を示した。
 モーターの作製も行ったが、めっきアラミド繊維の抵抗値が高いことと、直径が太いことからコイルの巻き数が不十分で回転しなかった。
 アラミド繊維への空気中のバリア放電で、表面が改質され濡れ性が向上したことを確認できた。バリア放電処理により、アラミド繊維の強力の低下が認められたが、コスト低減の可能性が確認できた。
 銅よりも導電率の高い銀めっきをすることで、銅めっきアラミド繊維と比較して、抵抗値を約6割下げることができたが、銅線並の抵抗値を得ることはできなかった。ナノコロイド金属液をコーティングする検討を行った結果では、均一に付着させることで5割以下に抵抗値を低減できる可能性がある。銅めっきアラミド繊維にアニーリング処理をして導電率を高くする試みをしたが、うまくいかなかった。
 電線に使用するには、抵抗値が高いため電力線としては性能が不足するが、信号線やシールド線としては使えそうである。めっきアラミド繊維の特長である高強力、高耐屈曲性を活かす場所としてはFA・ロボットケーブルや車載用途での信号線やシールド線としての使用が期待できる。電磁波シールド布帛としては、耐熱性が要求される部位があれば使用が期待できる。電磁波シールド樹脂としては、電子・電気機器の筐体等に需要が有る可能性がある。モーター用巻線では、超小型モーターであれば使用できるかもしれないが、更なる細線化と導電率向上が必要。一般の産業用途で展開させるためには、更なる製造技術の向上によるコストダウンが課題となる。
英文要約Para-aramid fiber is characterized by high strength, high elasticity and high heat-resistance. By providing this fiber with an electric conductivity by metal plating, application to the electric cable and the electromagnetic shielding can be expected.
 In this research, pre-treatment of the para-aramid fiber for metal plating by super critical carbon dioxide was studied and possible scope of application of the metal plated para-aramid fiber as an alternative to metallic materials was also investigated.
 For the commercialization of product, low priced materials are preferred, however, palladium-bis(hexafluoracetylacetnate) is expensive, therefore, recovery of this palladium complex or its ligand was tried, however, neither the complex nor the ligand remained after the treatment. So the only possibility is to recover the metallic palladium itself. Organic nickel complexes, which are much inexpensive as compared to palladium complexes, were also studied, however, none of them was applicable to the pre-treatment with supercritical CO2.
 For treating uniformly 1000m length yarn wound on a cheese bobbin, preferable hardness of the cheese proved to be 15 degree. Fluctuation of the electric resistance of plated long yarn resulted from exfoliation defect and uneven thickness of the plated metal on the surface of the fiber.
 Weight per cross-sectinal area of the metal plated aramid fiber yarn is as much as 40 % of that of the copper wire, however, electric resistance of the plated yarn is ten times as muchi as that of the copper wire.
 Ampacity of the ETFE covered cable of the plated aramid yarn is as much as 40% of that of the copper cable with the same diameter. In order to realize the same ampacity as the copper cable, the outer diameter of the plated yarn should be 1.5 to 2 times as much as that of current plated yarn. Flexing endurance of the cable of the plated aramid yarn is 600 times as much as that of copper cable.
 Woven fabric of plated aramid yarn demonstrated an excellent electromagnetic shielding performance and application to the interference avoider can be expected.
In a study of electromagnetic shielding resin, a resin sheet containing chopped fiber of the metal plated aramid fiber yielded a good result.
 A motor was manufactured by using the cable of plated aramid yarn, however, the motor did not rotated because of insufficient coil turns due to high resistance and thick diameter of the cable.
 It was confirmed that the surface wettability of the aramid fiber is improved by atmospheric barrier discharge to the yarn. Strength deterioration of the fiber occurred by the barrier discharge, however, the cost reduction for processing is expectable.
 By plating the yarn with silver, which has a higher conductivity than copper, reduction of the resistance by 60% was achieved; however, the resistance equivalent to the copper cable could not be obtained.
 By additional uniform coating with nano colloidal metal on the plated yarn, there is possibility of dimidiating the resistance of the cable.
For the purpose of improving the conductivity, annealing of the copper plated yarn was tried and turned out to be unsuccessful.
 Plated aramid yarn has not sufficient performance for the power line but applicable to the signal line. Application to the signal line or shielding line in FA, robot and in-vehicle products is expected due to its futures of high strength and high flexion endurance. As an electromagnetic shielding fabric, application to the parts that require heat-resistance is expectable. As an electromagnetic shielding resin, there is possibility to meet the demand for package of electronic devices. As a motor winding, it may be applicable to microminiature motors, however, further fine line and improved conductivity are necessary.
 For the development of the general industrial application, cost reduction by further improved effective production technology is required.
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