JP2008308543A - Carbon fiber composite sheet and its manufacturing method - Google Patents

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寛 原
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弘樹 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber composite sheet that exhibits high thermoconductivity and is remarkably highly loaded with a pitch-based carbon short fiber, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A sheet exhibiting high thermoconductivity having incorporated therewith a very large amount of a pitch-based carbon fiber filler is manufactured by a wet method by using an aromatic polyamide as a resin matrix. A thermoconductive sheet, an electroconductive sheet and an electrical wave-shielding item obtained by using the same are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素繊維複合シート及びその製造方法に関わる。さらに詳しくは、芳香族ポリアミドを用いてピッチ系炭素短繊維を高充填した熱伝導性に優れた炭素繊維複合材シート及びその製造方法に関わる。   The present invention relates to a carbon fiber composite sheet and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a carbon fiber composite material sheet having high thermal conductivity in which pitch-based carbon short fibers are highly filled using aromatic polyamide and a method for producing the same.

高性能の炭素繊維はポリアクリロニトリル(PAN)を原料とするPAN系炭素繊維と、一連のピッチ類を原料とするピッチ系炭素繊維に分類できる。そして炭素繊維は強度・弾性率が通常の合成高分子に比較して著しく高いという特徴を利用し、航空・宇宙用途、建築・土木用途、スポーツ・レジャー用途などに広く用いられている。   High-performance carbon fibers can be classified into PAN-based carbon fibers made from polyacrylonitrile (PAN) and pitch-based carbon fibers made from a series of pitches. Carbon fibers are widely used in aerospace applications, construction / civil engineering applications, sports / leisure applications, etc., taking advantage of their extremely high strength and elastic modulus compared to ordinary synthetic polymers.

近年、省エネルギーに代表されるエネルギーの効率的使用方法が注目されている一方で、高速化されたCPUや電子回路のジュール熱による発熱が問題になっている。これらを解決するためには、熱を効率的に処理するという、所謂サーマルマネジメントを達成する必要がある。   In recent years, while an efficient use method of energy typified by energy saving has been attracting attention, heat generation due to Joule heat in high-speed CPUs and electronic circuits has become a problem. In order to solve these problems, it is necessary to achieve so-called thermal management in which heat is efficiently processed.

炭素繊維は、通常の合成高分子に比較しての熱伝導率が高いが、さらなる熱伝導の向上が検討されている。ところが、市販されているPAN系炭素繊維の熱伝導率は通常200W/(m・K)よりも小さくサーマルマネジメントの観点からは必ずしも好適であるとは言い難い。これに対して、ピッチ系炭素繊維は黒鉛化性が高いためにPAN系炭素繊維に比べて高熱伝導率を達成しやすいと認識されている。   Carbon fibers have a higher thermal conductivity than ordinary synthetic polymers, but further improvements in thermal conductivity are being studied. However, the thermal conductivity of commercially available PAN-based carbon fibers is usually less than 200 W / (m · K) and is not necessarily suitable from the viewpoint of thermal management. On the other hand, it is recognized that pitch-based carbon fibers have a high graphitization property and thus can easily achieve high thermal conductivity compared to PAN-based carbon fibers.

一般に、熱伝導性充填剤として、酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などを充填したものが知られており、等方性材料である。また、金属材料系の充填材は比重が高く複合材としたときに重量が大きくなってしまう。その一方で、炭素系材料であるカーボンブラック等の球形材料は、添加量が高くなると、所謂粉落ちが発生し、特に電子機器においては、その導電性が機器に悪影響を与える。さらに、これらの材料は所謂煤の加工品であり、熱伝導率は高いとは言いがたい。これに対して、炭素繊維は比重が小さく金属材料系の充填材と同じ体積で添加した場合の複合材の重量を軽くできるというメリットがあるのみならず、その形状に異方性がある繊維状であることより、粉落ちが起こり難いというメリットもある。   In general, as a thermally conductive filler, metal oxides such as aluminum oxide, boron nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, quartz, aluminum hydroxide, metal nitride, metal carbide, metal hydroxide, etc. Is known and is an isotropic material. In addition, the metal-based filler has a high specific gravity and becomes heavy when used as a composite material. On the other hand, when a spherical material such as carbon black, which is a carbon-based material, is added in a high amount, so-called dusting occurs, and particularly in an electronic device, its conductivity adversely affects the device. Further, these materials are so-called processed products of soot, and it is difficult to say that their thermal conductivity is high. On the other hand, carbon fiber not only has the advantage of reducing the weight of the composite material when added in the same volume as the metallic material-based filler, but also has an anisotropic shape. Therefore, there is also an advantage that powder falling is difficult to occur.

次にサーマルマネジメントに用いる複合材の特徴について考察する。炭素繊維の高い熱伝導率を効果的に利用するためには、何らかのマトリクスを介在させた状態において炭素繊維がネットワークを形成していることが好ましい。ネットワークが三次元的に形成されている場合には、成形体の面内方向のみならず厚み方向に対しても炭素繊維の高い熱伝導が達成され、例えば放熱板の用途には非常に効果的であると考えられる。このような理想的な成形体を作製するには、熱伝導率が発現する熱伝導パスを上手く形成する必要がある。   Next, the characteristics of the composite material used for thermal management are discussed. In order to effectively use the high thermal conductivity of the carbon fiber, it is preferable that the carbon fiber forms a network in a state where some matrix is interposed. When the network is formed three-dimensionally, high heat conduction of the carbon fiber is achieved not only in the in-plane direction of the molded body but also in the thickness direction, which is very effective for applications such as a heat sink. It is thought that. In order to produce such an ideal molded body, it is necessary to successfully form a heat conduction path that exhibits thermal conductivity.

また、熱伝導に着目した場合、高い熱伝導率を達成するためには、熱伝導材料を樹脂中に高濃度で分散させる必要がある。ところが、従来のマトリクスへの熱伝導材料の添加では、到達できる添加量に限界があった。   Further, when focusing on heat conduction, in order to achieve high heat conductivity, it is necessary to disperse the heat conducting material at a high concentration in the resin. However, in the conventional addition of the heat conductive material to the matrix, there is a limit to the amount that can be reached.

複合材の熱伝導を高めることを主眼にした先行事例として、特許文献1には、一方向に引揃えた炭素繊維に黒鉛粉末と熱硬化性樹脂を含浸した機械的強度の高い熱伝導性成形品が開示されている。しかし、一方向に引揃えた炭素繊維での成形では、応用製品として考えられる複雑形状に追随させることは難しい。また、連続的な成形法も特殊な手法となってしまう。簡便に少量の炭素繊維の持つ熱伝導性をうまく発揮させるには、炭素繊維の形状を工夫することが望ましいと考えられる。   As a prior example focusing on enhancing the heat conduction of a composite material, Patent Document 1 discloses a heat conductive molding having a high mechanical strength in which carbon fibers aligned in one direction are impregnated with graphite powder and a thermosetting resin. The product is disclosed. However, in molding with carbon fibers aligned in one direction, it is difficult to follow complicated shapes that can be considered as applied products. Also, a continuous molding method becomes a special method. In order to easily demonstrate the thermal conductivity of a small amount of carbon fiber, it is considered desirable to devise the shape of the carbon fiber.

また、特許文献2においては、炭素繊維の物性の向上で熱伝導度等の物性を向上させることが開示されているが、成形体の使い易さや熱物性の明確な性能向上に関しては不明である。   Further, Patent Document 2 discloses improving physical properties such as thermal conductivity by improving the physical properties of carbon fibers, but it is unclear regarding ease of use of the molded body and clear performance improvement of thermal physical properties. .

さらに特許文献3においては、繊維長2〜12mmの炭素繊維前駆体繊維と、抄紙バインダーとを混抄して前駆体繊維粗シートを得、次いで樹脂処理して樹脂を添着させた後、焼成し炭素化する炭素繊維シートの製造方法が記載されている。   Furthermore, in Patent Document 3, a carbon fiber precursor fiber having a fiber length of 2 to 12 mm and a papermaking binder are mixed to obtain a precursor fiber coarse sheet, and then a resin treatment is performed to add a resin, followed by firing and carbonization. A method for producing a carbon fiber sheet is disclosed.

特開平5−17593号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-17593 特開平2−242919号公報JP-A-2-242919 特開2004−27435号公報JP 2004-27435 A

上記のように、炭素繊維の高熱伝導率化という観点では開発が進みつつある。しかし、サーマルマネジメントの観点からは複合材としての熱伝導性が高くなっていることが必要とされてきた。そのため、大量にマトリクスに添加できるような炭素繊維の検討が進められてきた。しかし、マトリクスによって添加量に制限が発生している点は依然として問題であった。   As described above, development is progressing from the viewpoint of increasing the thermal conductivity of carbon fibers. However, from the viewpoint of thermal management, it has been required that the thermal conductivity as a composite material is high. Therefore, studies have been made on carbon fibers that can be added to the matrix in large quantities. However, there is still a problem that the amount of addition is limited by the matrix.

そこで、複合材の熱伝導性を最大限に発揮できるようなマトリクスの選定及びそれを用いた製造方法の出現が強く望まれていた。また、特殊な技術ではなく汎用性の高い方法で、複合材の熱伝導性を向上させることが望まれていた。   Accordingly, there has been a strong demand for the selection of a matrix capable of maximizing the thermal conductivity of the composite material and the emergence of a manufacturing method using the matrix. Further, it has been desired to improve the thermal conductivity of the composite material by a highly versatile method rather than a special technique.

本発明者らは、炭素繊維複合材の熱伝導率を向上せしめるためには、大量のピッチ系炭素短繊維が添加されることが必要であることを鑑み、特にフィラーが添加されるマトリクス樹脂の種類によっても強く左右されることを見出した。その結果、マトリクスとして芳香族ポリアミド系樹脂を用いると、極めて高濃度でピッチ系炭素短繊維が添加でき、効率よく熱伝導パスが形成され、高い熱伝導性が発現するとともに、驚くべきことに、フィラーの粉落ちが抑制された炭素繊維複合シートが得られることを見出し本願発明に到達した。   In view of the fact that a large amount of pitch-based carbon short fibers need to be added in order to improve the thermal conductivity of the carbon fiber composite material, the inventors of the present invention are particularly interested in matrix resins to which fillers are added. It was found that it was strongly influenced by the type. As a result, when an aromatic polyamide-based resin is used as a matrix, pitch-based carbon short fibers can be added at an extremely high concentration, a heat conduction path is efficiently formed, high heat conductivity is expressed, and surprisingly, The present inventors have found that a carbon fiber composite sheet in which powdering of filler is suppressed is obtained.

即ち本発明は、平均繊維長が10〜700μmの範囲であるピッチ系炭素短繊維50〜94重量部と芳香族ポリアミド6〜50重量部とからなる厚み0.03〜1mmの炭素繊維複合シートである。好ましくは平均繊維径が5〜15μmであり、繊維径の分散を平均繊維径で除した値の百分率が5〜20%であり、繊維軸方向の熱伝導率が200W/(m・K)以上であり、灰分が0.2重量%以下で、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが30nm以上であり、六角網面の重なり方向に由来する結晶子サイズが20nm以上である炭素繊維複合シートである。さらに好ましくは、芳香族ポリアミドが、メタ型芳香族ジアミン及び/またはパラ型芳香族ジアミンを主骨格とした炭素繊維複合シートである。さらに好ましくは、当該炭素繊維複合シートの熱伝導率が2W/(m・K)以上である炭素繊維複合シートである。   That is, the present invention is a carbon fiber composite sheet having a thickness of 0.03 to 1 mm, comprising 50 to 94 parts by weight of pitch-based carbon short fibers having an average fiber length of 10 to 700 μm and 6 to 50 parts by weight of aromatic polyamide. is there. Preferably, the average fiber diameter is 5 to 15 μm, the percentage of the value obtained by dividing the dispersion of the fiber diameter by the average fiber diameter is 5 to 20%, and the thermal conductivity in the fiber axis direction is 200 W / (m · K) or more. A carbon fiber having an ash content of 0.2% by weight or less, a crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface of 30 nm or more, and a crystallite size derived from the overlapping direction of the hexagonal network surface of 20 nm or more. It is a composite sheet. More preferably, the aromatic polyamide is a carbon fiber composite sheet having a meta-type aromatic diamine and / or a para-type aromatic diamine as a main skeleton. More preferably, the carbon fiber composite sheet is a carbon fiber composite sheet having a thermal conductivity of 2 W / (m · K) or more.

また、有機溶剤に溶解した芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなる混合液をキャスト法で膜状に成形し、有機溶剤を除去した後、プレスすることにより本発明の炭素繊維複合シートを製造することができる。その際、当該混合液におけるピッチ系炭素短繊維と芳香族ポリアミドからなる固形分濃度は5〜30重量%であることが好ましい。またキャスト方法が、グラビアコート法、ドクターナイフ法、および押出法からなる群から選択される少なくとも1つの方法であることが好ましい。また有機溶剤が、NMP、DMAc、トルエン、キシレン、1M2P、およびMIBKよりなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。また、有機溶剤を除去する方法が乾燥であり、乾燥工程の温度が、200℃以上であることが好ましい。プレス工程が、加熱及び/または常温のロールを用いたカレンダー法、真空プレス法、常圧プレス法、およびベルトプレス法よりなる群より選ばれた少なくとも一つの工法よりなることが好ましい。また、この炭素繊維複合シートの製造方法で作製した炭素繊維複合シートにおいて、残留溶媒が0.1重量%以下であることが好ましい。本発明の炭素繊維複合シートは、熱伝導性シート、電気伝導性シート、および電波遮蔽シートとして用いることができる。   In addition, the carbon fiber composite sheet of the present invention is manufactured by forming a mixed solution composed of aromatic polyamide dissolved in an organic solvent and pitch-based carbon short fibers into a film by a casting method, removing the organic solvent, and pressing the mixture. can do. In that case, it is preferable that the solid content density | concentration which consists of the pitch-type carbon short fiber and aromatic polyamide in the said liquid mixture is 5 to 30 weight%. The casting method is preferably at least one method selected from the group consisting of a gravure coating method, a doctor knife method, and an extrusion method. The organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of NMP, DMAc, toluene, xylene, 1M2P, and MIBK. Moreover, it is preferable that the method of removing an organic solvent is drying, and the temperature of a drying process is 200 degreeC or more. It is preferable that the pressing step comprises at least one method selected from the group consisting of a calender method using heating and / or room temperature rolls, a vacuum pressing method, an atmospheric pressing method, and a belt pressing method. Moreover, in the carbon fiber composite sheet produced by this carbon fiber composite sheet manufacturing method, the residual solvent is preferably 0.1% by weight or less. The carbon fiber composite sheet of the present invention can be used as a heat conductive sheet, an electrically conductive sheet, and a radio wave shielding sheet.

本発明の炭素繊維複合シートは、ピッチ系炭素短繊維を添加してなる樹脂マトリクスとして芳香族ポリアミドを用い、また平均繊維長が10〜700μmのピッチ系炭素短繊維を用いることで、ピッチ系炭素短繊維を分散性良く高濃度で添加でき、熱伝導性に優れるともに、面状体としての加工方法にて製造ができ、種々の熱対策分野への応用が可能となるものである。   The carbon fiber composite sheet of the present invention uses an aromatic polyamide as a resin matrix to which pitch-based carbon short fibers are added, and pitch-based carbon short fibers having an average fiber length of 10 to 700 μm. Short fibers can be added at a high concentration with good dispersibility and excellent in thermal conductivity, and can be manufactured by a processing method as a planar body, and can be applied to various heat countermeasure fields.

次に、本発明の実施の形態について順次説明していく。   Next, embodiments of the present invention will be described sequentially.

本願発明で用いられるピッチ系炭素短繊維の原料としては、例えば、ナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチや石炭系ピッチといった縮合複素環化合物等が挙げられる。その中でもナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物が好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメソフェーズピッチが好ましい。これらは、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組合せて用いてもよいが、メソフェーズピッチを単独で用いることがピッチ系炭素短繊維の結晶配向を制御し熱伝導性を向上させる上で特に望ましい。   Examples of the raw material for pitch-based carbon short fibers used in the present invention include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene, and condensed heterocyclic compounds such as petroleum-based pitch and coal-based pitch. Among them, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene are preferable, and optically anisotropic pitch, that is, mesophase pitch is particularly preferable. These may be used singly or in appropriate combination of two or more. However, using mesophase pitch alone improves the thermal conductivity by controlling the crystal orientation of pitch-based carbon short fibers. Is particularly desirable.

原料ピッチの軟化点はメトラー法により求めることができ、260℃以上355℃以下が好ましい。軟化点が260℃より低いと、不融化の際に繊維同士の融着や大きな熱収縮が発生する。また、355℃より高いとピッチの熱分解が生じ糸状になりにくくなる。   The softening point of the raw material pitch can be determined by the Mettler method, and is preferably 260 ° C or higher and 355 ° C or lower. When the softening point is lower than 260 ° C., fusion between fibers or large heat shrinkage occurs during infusibility. On the other hand, when the temperature is higher than 355 ° C., thermal decomposition of the pitch occurs and it becomes difficult to form a yarn.

原料ピッチは公知の方法によって紡糸することができる。連続糸或いはメルトブロー法による短繊維が一般的である。本願発明では生産性が高いという観点よりメルトブロー法で紡糸を行うことを主眼においている。メルトブロー法により紡糸されたピッチは、3次元ランダムマット状とし、その後不融化、焼成によって3次元ランダムマット状炭素繊維となる。これを粉砕し、黒鉛化することでピッチ系炭素短繊維としている。以下各工程について説明する。   The raw material pitch can be spun by a known method. A continuous fiber or a short fiber by a melt blow method is generally used. In the present invention, from the viewpoint of high productivity, the main object is to perform spinning by the melt blow method. The pitch spun by the melt blow method is made into a three-dimensional random mat shape, and then becomes a three-dimensional random mat-like carbon fiber by infusibilization and firing. This is pulverized and graphitized to produce pitch-based carbon short fibers. Each step will be described below.

本願発明においては、ピッチ系炭素短繊維の原料となるピッチ繊維の紡糸ノズルの形状については特に制約はないが、孔径に対するノズル孔の長さの比が2よりも大きいものが好ましく用いられ、更に好ましくは5よりも大きいものが用いられる。紡糸時のノズルの温度についても特に制約はなく、安定した紡糸状態が維持できる温度、即ち、紡糸ピッチの粘度が2〜25Pa・S(20〜250Poise)、好ましくは5〜17Pa・S(50〜170Poise)になる温度であればよい。   In the present invention, there is no particular restriction on the shape of the spinning nozzle of the pitch fiber used as the raw material for the pitch-based carbon short fiber, but it is preferable that the ratio of the nozzle hole length to the hole diameter is larger than 2, Those larger than 5 are preferably used. The temperature of the nozzle at the time of spinning is not particularly limited, and the temperature at which a stable spinning state can be maintained, that is, the viscosity of the spinning pitch is 2 to 25 Pa · S (20 to 250 Poise), preferably 5 to 17 Pa · S (50 to The temperature may be 170 poise).

ノズル孔から出糸されたピッチ繊維は、100〜360℃に加温された毎分100〜10000mの線速度のガスを細化点近傍に吹き付けることによって短繊維化され、ピッチ繊維となる。吹き付けるガスは空気、窒素、アルゴンを用いることができるが、コストパフォーマンスの点から空気が望ましい。   The pitch fibers drawn out from the nozzle holes are shortened by blowing a gas having a linear velocity of 100 to 10000 m per minute heated to 100 to 360 ° C. in the vicinity of the thinning point to become pitch fibers. As the gas to be blown, air, nitrogen, or argon can be used, but air is preferable from the viewpoint of cost performance.

ピッチ繊維は、金網ベルト上に捕集され連続的なマット状になり、さらにクロスラップされることで3次元ランダムマット状となる。   The pitch fibers are collected on a wire mesh belt to form a continuous mat shape, and further cross-wrapped to form a three-dimensional random mat shape.

3次元ランダムマットとは、クロスラップされていることに加え、ピッチ繊維が三次元的に交絡しているマット状の形態をいう。この交絡は、ノズルから、金網ベルトに到達する間にチムニと呼ばれる筒において達成される。線状の繊維が立体的に交絡するために、通常一次元的な挙動しか示さない繊維の特性が三次元的に反映されるようになる。   The three-dimensional random mat refers to a mat-like form in which pitch fibers are entangled three-dimensionally in addition to being cross-wrapped. This entanglement is achieved in a cylinder called chimney while reaching the wire mesh belt from the nozzle. Since the linear fibers are entangled three-dimensionally, the characteristics of the fibers that normally exhibit only one-dimensional behavior are reflected three-dimensionally.

このようにして得られたピッチ繊維よりなる3次元ランダムマットは、公知の方法で不融化し、最終的に2000〜3500℃で黒鉛化される。   The three-dimensional random mat made of pitch fibers thus obtained is infusible by a known method and finally graphitized at 2000 to 3500 ° C.

不融化は、空気、或いはオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素、臭素を空気に添加したガスを用いて200〜350℃で達成される。安全性、利便性を考慮すると空気中で実施することが望ましい。   Infusibilization is achieved at 200 to 350 ° C. using air or a gas obtained by adding ozone, nitrogen dioxide, nitrogen, oxygen, iodine, bromine to air. Considering safety and convenience, it is desirable to carry out in air.

不融化されたピッチ繊維は、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中で形状を維持できる程度に低温焼成される。低温焼成は常圧で、且つコストの安い窒素中で実施される。低温焼成の温度は500〜1200℃程度で実施される。これは、形状を維持できる最低限の温度での低温焼成により、次いで実施する粉砕工程を容易に遂行させるためである。   The infusible pitch fiber is fired at a low temperature to such an extent that the shape can be maintained in a vacuum or in an inert gas such as nitrogen, argon or krypton. The low-temperature firing is performed at normal pressure and in low-cost nitrogen. The temperature for the low-temperature firing is about 500 to 1200 ° C. This is because the subsequent pulverization step can be easily performed by low-temperature firing at a minimum temperature capable of maintaining the shape.

焼成を行った3次元ランダムマットは、公知の方法により粉砕を行う。粉砕には回転ローター式、衝突粉砕式、ジェットミル、ボールミル、ターボミル等の粉砕機を用いることができる。また平均繊維長を制御するために適切なサイズのメッシュを置き、分級しても良い。さらに、複数の方式の粉砕を適宜組合せることができる。また、粉砕にて平均繊維長を制御することが可能である。   The fired three-dimensional random mat is pulverized by a known method. A pulverizer such as a rotary rotor type, a collision pulverization type, a jet mill, a ball mill, or a turbo mill can be used for the pulverization. Moreover, in order to control the average fiber length, a mesh of an appropriate size may be placed and classified. Furthermore, a plurality of methods of pulverization can be combined as appropriate. Further, the average fiber length can be controlled by pulverization.

このように粉砕を行った炭素短繊維は、次いで黒鉛化を行う。黒鉛化温度は、炭素繊維としての熱伝導率を高くするために、2300〜3500℃で実施することが好ましい。より好ましくは2500〜3500℃である。黒鉛化の際に黒鉛性のルツボに入れ処理すると、外部からの物理的、化学的作用を遮断でき好ましい。黒鉛製のルツボは上記の原料となる炭素短繊維を、所望の量入れることが出来るものであるならば大きさ、形状に制約はないが、黒鉛化中、または冷却中に炉内の酸化性のガス、または炭素蒸気との反応による炭素短繊維の損傷を防ぐために、フタ付きの気密性の高いものが好適に利用できる。黒鉛化は、アチソン炉等にて非酸化性雰囲気下で実施される。   The carbon short fibers thus pulverized are then graphitized. The graphitization temperature is preferably 2300 to 3500 ° C. in order to increase the thermal conductivity of the carbon fiber. More preferably, it is 2500-3500 degreeC. It is preferable to put it in a graphite crucible at the time of graphitization because the physical and chemical action from the outside can be blocked. The crucible made of graphite is not limited in size and shape as long as the desired amount of short carbon fibers used as the raw material can be added, but the oxidizing property in the furnace during graphitization or cooling is not limited. In order to prevent the short carbon fibers from being damaged by the reaction with the above gas or carbon vapor, a highly airtight one with a lid can be suitably used. Graphitization is performed in a non-oxidizing atmosphere in an Atchison furnace or the like.

本願発明で用いるピッチ系炭素繊維は、上述した工程を経て好ましく得られる炭素短繊維である。ここで、平均繊維長が1mm以下の炭素繊維を炭素短繊維と呼ぶ。このような炭素繊維は、カットファイバー或いはミルドファイバーと呼ばれることもある。そして、本発明に用いるピッチ系炭素短繊維の平均繊維長は、10〜700μmであることを特徴とする。平均繊維長が10μmを下回ると熱伝導パスの構築が困難になり、700μm以上になると樹脂側をいかようにしても高充填させることが困難になる。より望ましくは20〜500μmの範囲である。   The pitch-based carbon fiber used in the present invention is a carbon short fiber that is preferably obtained through the above-described steps. Here, carbon fibers having an average fiber length of 1 mm or less are referred to as carbon short fibers. Such carbon fibers are sometimes called cut fibers or milled fibers. And the average fiber length of the pitch-type carbon short fiber used for this invention is 10-700 micrometers, It is characterized by the above-mentioned. When the average fiber length is less than 10 μm, it is difficult to construct a heat conduction path. When the average fiber length is 700 μm or more, it is difficult to fill the resin side in any way. More desirably, it is in the range of 20 to 500 μm.

本願発明で用いるピッチ系炭素短繊維は、六角網面の重なり方向に由来する結晶子サイズが20nm以上であることが望ましい。六角網面の重なり方向に由来する結晶子サイズは公知の方法によって求めることができ、X線回折法にて得られる炭素結晶の(002)面からの回折線によって求めることができる。より望ましくは、30nm以上であり、さらに望ましくは40nm以上である。同様に、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが30nm以上である。より望ましくは50nm以上であり、さらに望ましくは70nm以上である。六角網面の成長方向での結晶子サイズはフォノンのロスを低減させるために、大きいことが求められる。   The pitch-based carbon short fibers used in the present invention preferably have a crystallite size derived from the overlapping direction of the hexagonal network surfaces of 20 nm or more. The crystallite size derived from the overlapping direction of the hexagonal mesh planes can be determined by a known method, and can be determined by diffraction lines from the (002) plane of the carbon crystal obtained by the X-ray diffraction method. More desirably, the thickness is 30 nm or more, and further desirably 40 nm or more. Similarly, the crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface is 30 nm or more. More desirably, the thickness is 50 nm or more, and further desirably 70 nm or more. The crystallite size in the growth direction of the hexagonal network surface is required to be large in order to reduce phonon loss.

本願発明に用いるピッチ系炭素短繊維の真密度は、1.5〜2.2g/ccの密度を有する。より望ましい範囲は、1.9〜2.2g/ccであり、密度が高い方が樹脂への分散性が高いと考えられる。   The true density of the pitch-based carbon short fibers used in the present invention has a density of 1.5 to 2.2 g / cc. A more desirable range is 1.9 to 2.2 g / cc, and it is considered that the higher the density, the higher the dispersibility in the resin.

ピッチ系炭素短繊維の平均繊維径は5〜20μmであることが好ましい。5μm未満の場合には、ピッチ繊維の形状が保持できなくなることがあり生産性が悪い。平均繊維径が20μmを超えると、不融化工程でのムラが大きくなり部分的に融着が起こったりするところが発生する。より望ましくは6〜15μmであり、さらに望ましくは7〜12μmである。平均繊維径の平均値に対する平均繊維径の分散値の百分率として求められるCV値は、5〜20%であることが望ましい。より望ましくは7〜17%の範囲である。CV値が20%を超えると不融化でトラブルを起こす繊維径20μmを超えるの繊維が増え生産性の観点より望ましくない。また、5%以下の揺らぎでピッチ繊維を作製は困難である。   The average fiber diameter of the pitch-based carbon short fibers is preferably 5 to 20 μm. If it is less than 5 μm, the shape of the pitch fiber may not be maintained, and productivity is poor. When the average fiber diameter exceeds 20 μm, unevenness in the infusibilization process becomes large, and a portion where fusion occurs partially occurs. More preferably, it is 6-15 micrometers, More preferably, it is 7-12 micrometers. The CV value obtained as a percentage of the dispersion value of the average fiber diameter with respect to the average value of the average fiber diameter is desirably 5 to 20%. More desirably, it is 7 to 17% of range. If the CV value exceeds 20%, fibers having a fiber diameter exceeding 20 μm causing trouble due to infusibilization increase, which is not desirable from the viewpoint of productivity. Moreover, it is difficult to produce pitch fibers with fluctuations of 5% or less.

ここで、CV値とは、下記式(I)で示される分散の平均に対する百分率である。   Here, the CV value is a percentage with respect to the average of the dispersion represented by the following formula (I).

Figure 2008308543
Figure 2008308543

ピッチ系炭素短繊維の添加量は芳香族ポリアミド6〜50重量部に対して50〜94重量部の範囲である。50重量部未満では、成形されてなる炭素繊維複合材の熱伝導率が小さい。また、94重量部超では、一部成形は可能であるものの、フィラーの落下が起る。   The addition amount of the pitch-based carbon short fibers is in the range of 50 to 94 parts by weight with respect to 6 to 50 parts by weight of the aromatic polyamide. If the amount is less than 50 parts by weight, the thermal conductivity of the molded carbon fiber composite material is small. On the other hand, if it exceeds 94 parts by weight, the filler may fall, although a part of the molding is possible.

本発明に用いるピッチ系炭素短繊維は灰分が0.2重量%以下である。より望ましくは0.1重量%以下である。灰分は残留不純物を意味し、より少ないものが、純度が高く、熱伝導性が高いピッチ系炭素短繊維となる。   The pitch-based carbon short fibers used in the present invention have an ash content of 0.2% by weight or less. More desirably, it is 0.1% by weight or less. Ash refers to residual impurities, and less is a pitch-based carbon short fiber with high purity and high thermal conductivity.

本発明に用いるピッチ系炭素短繊維の熱伝導率は、電気比抵抗より求めることができ、繊維軸方向の熱伝導率は200W/(m・K)以上であり、より好ましくは、400W/(m・K)以上、さらに好ましくは600W/(m・K)以上である。   The thermal conductivity of the pitch-based carbon short fibers used in the present invention can be determined from the electrical resistivity, and the thermal conductivity in the fiber axis direction is 200 W / (m · K) or more, more preferably 400 W / ( m · K) or more, more preferably 600 W / (m · K) or more.

ピッチ系炭素短繊維を表面処理したのちサイジング剤をピッチ系炭素短繊維100重量部に対し0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜2.5重量部添着させてもよい。サイジング剤としては通常用いられる任意のものが使用でき、具体的にはエポキシ化合物、水溶性ポリアミド化合物、飽和ポリエステル、不飽和ポリエステル、酢酸ビニル、水、アルコール、グリコールを単独又はこれらの混合物で用いることができる。このような表面処理は、嵩真密度を高くすることを鑑みると有効である。ただ、過剰のサイジング剤の添着は、熱抵抗となるため、必要とされる物性に応じてこれを実施することができる。   After the surface treatment of the pitch-based carbon short fibers, 0.01 to 10 parts by weight, preferably 0.1 to 2.5 parts by weight, may be added to the sizing agent with respect to 100 parts by weight of the pitch-based carbon short fibers. As the sizing agent, any commonly used sizing agent can be used. Specifically, an epoxy compound, a water-soluble polyamide compound, a saturated polyester, an unsaturated polyester, vinyl acetate, water, alcohol, glycol are used alone or in a mixture thereof. Can do. Such surface treatment is effective in view of increasing the bulk density. However, since the excessive sizing agent is added to the heat resistance, this can be carried out according to the required physical properties.

さらに、ピッチ系炭素短繊維は、電解酸化などによる酸化処理やカップリング剤やサイジング剤で処理することで、表面を改質させたものを用いることもできる。また、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカル法などの方法によって金属やセラミックスを表面に被覆させることもできる。   Further, the pitch-based carbon short fibers can be used in which the surface is modified by an oxidation treatment such as electrolytic oxidation, or a treatment with a coupling agent or a sizing agent. Also, by electroless plating method, electrolytic plating method, physical vapor deposition method such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition method, painting, dipping, mechanochemical method for mechanically fixing fine particles, etc. Metal or ceramics can be coated on the surface.

本願発明の炭素繊維複合シートは、樹脂マトリックスとして芳香族ポリアミドを用いることを特徴とする。芳香族ポリアミドは、1種又は2種以上の2価の芳香族基が、アミド結合により直接連結されているポリマーである。芳香族ポリアミドが、メタ型芳香族ジアミン及び/またはパラ型芳香族ジアミンを主骨格とするものであることが好ましい。芳香族ポリアミドは実質的に下記式(A)及び(B)
―NH―Ar―NH― (A)
―OC―Ar―CO― (B)
(Ar,Arは各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基を表わす)
の2つの構成単位が交互に繰り返された構造からなる。
The carbon fiber composite sheet of the present invention is characterized by using aromatic polyamide as a resin matrix. An aromatic polyamide is a polymer in which one or more divalent aromatic groups are directly linked by an amide bond. It is preferable that the aromatic polyamide has a main skeleton of a meta-type aromatic diamine and / or a para-type aromatic diamine. The aromatic polyamide is substantially represented by the following formulas (A) and (B):
-NH-Ar 1 -NH- (A)
—OC—Ar 2 —CO— (B)
(Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms)
These two structural units are alternately repeated.

上記Ar,Arは、各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基であるが、その具体例としては、メタフェニレン基、パラフェニレン基、オルトフェニレン基、2,6−ナフチレン基、2,7−ナフチレン基、4,4’−イソプロピリデンジフェニレン基、4,4’−ビフェニレン基、4,4’−ジフェニレンスルフィド基、4,4’−ジフェニレンスルホン基、4,4’−ジフェニレンケトン基、4,4’−ジフェニレンエーテル基、3,4’−ジフェニレンエーテル基、メタキシリレン基、パラキシリレン基、オルトキシリレン基等が挙げられる。 Said Ar 1, Ar 2 is each independently a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include metaphenylene group, a paraphenylene group, ortho-phenylene group, 2,6-naphthylene Group, 2,7-naphthylene group, 4,4′-isopropylidene diphenylene group, 4,4′-biphenylene group, 4,4′-diphenylene sulfide group, 4,4′-diphenylene sulfone group, 4, Examples thereof include 4′-diphenylene ketone group, 4,4′-diphenylene ether group, 3,4′-diphenylene ether group, metaxylylene group, paraxylylene group, and orthoxylylene group.

これらの芳香族基の水素原子のうち1つまたは複数がそれぞれ独立にフッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;フェニル基等の炭素数6〜10の芳香族基で置換されていてもよい。なお、上記式(A)及び/又(B)の構成単位が、2種以上の芳香族基からなる共重合体であっても差し支えない。   1 or more of hydrogen atoms of these aromatic groups are each independently halogen groups such as fluorine, chlorine, bromine; alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, hexyl group; A cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group may be substituted. In addition, the structural unit of the above formula (A) and / or (B) may be a copolymer composed of two or more aromatic groups.

これらのうち、Arはメタフェニレン基、パラフェニレン基、3,4’−ジフェニレンエーテル基が好ましく、パラフェニレン基、またはパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用したものがさらに好ましく、パラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用した場合にはそのモル比が1:0.8〜1:1.2の範囲にあることがさらに好ましい。 Of these, Ar 1 is preferably a metaphenylene group, a paraphenylene group, or a 3,4′-diphenylene ether group, and a paraphenylene group or a combination of a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group. Is more preferable, and when a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group are used in combination, the molar ratio is more preferably in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2.

Arはメタフェニレン基、パラフェニレン基、が好ましく、パラフェニレン基がさらに好ましい。 Ar 2 is preferably a metaphenylene group or a paraphenylene group, and more preferably a paraphenylene group.

芳香族ポリアミドを溶解する有機溶剤としては、NMP(Nーメチルピロリドン)、DMAc(N,N−ジメチルアセトアミド)、トルエン、キシレン、1M2P(プロピレングリコールα−モノメチルエーテル)、およびMIBK(メチルイソブチルケトン)よりなる群から選ばれた少なくとも一種を用いることができる。   Organic solvents that dissolve aromatic polyamides include NMP (N-methylpyrrolidone), DMAc (N, N-dimethylacetamide), toluene, xylene, 1M2P (propylene glycol α-monomethyl ether), and MIBK (methyl isobutyl ketone). At least one selected from the group consisting of can be used.

有機溶剤に溶解した芳香族ポリアミドの固形分濃度は6重量%程度であることがハンドリングの観点より望ましい。さらに、当該混合液は、ピッチ系炭素短繊維と芳香族ポリアミドからなる固形分濃度を5〜30重量%にすると、キャスティング時のハンドリングが良好であり望ましい。30重量%を超えると、溶剤を乾燥する際に、シートにひび割れが生じる。5重量%を下回るとシートの仕上がりが薄くなりすぎて、ピッチ系炭素短繊維を均一に分散させることが困難になる。該固形分濃度は、より望ましくは、10〜25重量%であり、特に好ましくは12〜23重量%である。   The solid content concentration of the aromatic polyamide dissolved in the organic solvent is preferably about 6% by weight from the viewpoint of handling. Furthermore, it is desirable that the mixed liquid has good handling during casting when the solid content concentration of pitch-based carbon short fibers and aromatic polyamide is 5 to 30% by weight. If it exceeds 30% by weight, the sheet will crack when the solvent is dried. If it is less than 5% by weight, the finished sheet becomes too thin and it becomes difficult to uniformly disperse the pitch-based carbon short fibers. The solid content concentration is more desirably 10 to 25% by weight, and particularly preferably 12 to 23% by weight.

このように固形分濃度を調整された芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維との混合液の粘度は、10,000〜500,000cPoise(10〜500Pa・s)程度であることが好ましい。ただし、芳香族ポリアミドの種類によっては、この限りではない。   Thus, it is preferable that the viscosity of the liquid mixture of the aromatic polyamide and the pitch-based carbon short fiber whose solid content concentration is adjusted is about 10,000 to 500,000 cPoise (10 to 500 Pa · s). However, this is not the case depending on the type of aromatic polyamide.

本発明の炭素繊維複合シートは、ピッチ系炭素短繊維と芳香族ポリアミドとを溶剤中で混合して作製するが、混合の際には、ミキサー、自公転式の撹拌機などの混合装置又は混練装置が好適に用いられる。そして、炭素繊維複合シートは、キャスト法によって作製され、かかるキャスト方法はグラビアコート法、ドクターナイフ法、および押出法からなる群から選択される少なくとも1つの方法で達成することができる。   The carbon fiber composite sheet of the present invention is produced by mixing pitch-based short carbon fibers and aromatic polyamide in a solvent. When mixing, a mixing device such as a mixer or a revolving stirrer or kneading is used. A device is preferably used. The carbon fiber composite sheet is produced by a casting method, and the casting method can be achieved by at least one method selected from the group consisting of a gravure coating method, a doctor knife method, and an extrusion method.

本発明の炭素繊維複合シートは、有機溶剤に溶解した芳香族ポリアミドとピッチ系炭素炭素繊維からなる混合液を、上述した手法により膜状に成形し、次いで有機溶剤を除去した後、プレスする工程を経て製造することができる。   The carbon fiber composite sheet of the present invention is a process in which a mixed liquid composed of an aromatic polyamide and pitch-based carbon carbon fibers dissolved in an organic solvent is formed into a film shape by the above-described method, and then the organic solvent is removed and then pressed. Can be manufactured.

有機溶剤の除去方法としては、乾燥方法や遠心分離による方法等が挙げられるが、乾燥方法が好ましく、なかでも疎乾燥した後、水洗処理に次いで最終的な乾燥工程に処することが好ましい。   Examples of the method for removing the organic solvent include a drying method and a method by centrifugation, but a drying method is preferable. In particular, after sparse drying, it is preferably subjected to a final drying step after a water washing treatment.

乾燥工程における有機溶剤の乾燥時間は、適宜決めることができるが、膜に自立性が発生するレベルになれば最終的な乾燥工程に進むことができる。有機溶剤の乾燥を急速に行うことが可能な場合は、自立性の発現後、連続的に乾燥温度を高くし最終的な乾燥を施すことができる。しかし、本発明方法において好ましく用いる有機溶剤は大量に蒸散させることがあまり好ましくない。設備として、これらを回収できれば、連続的に加温し、最終的な乾燥をすることが生産性の観点から望ましい。   Although the drying time of the organic solvent in a drying process can be determined suitably, if it becomes a level which the film | membrane becomes self-supporting, it can progress to a final drying process. When drying of the organic solvent can be performed rapidly, the final drying can be performed by continuously raising the drying temperature after the expression of self-sustainability. However, it is not preferable to evaporate a large amount of the organic solvent preferably used in the method of the present invention. If these can be recovered as equipment, it is desirable from the viewpoint of productivity to continuously heat and finally dry.

有機溶剤の乾燥を急速に行う以外のケースにおいては、疎乾燥によって膜の自立性が発現した後、水洗処理に次いで最終的な乾燥工程に処することが望ましい。水洗処理は脱溶剤を促進させる効果がある。水洗処理にて炭素繊維複合シートの含有有機溶剤量を低減した後に、最終的な乾燥に処することが好ましい。   In cases other than the case where the organic solvent is rapidly dried, it is desirable to carry out a final drying step subsequent to the water washing treatment after the film is self-supporting due to sparse drying. Washing with water has the effect of promoting solvent removal. After the amount of organic solvent contained in the carbon fiber composite sheet is reduced by washing with water, it is preferably subjected to final drying.

最終的な乾燥工程において、乾燥温度は200℃以上とすることが望ましく、より好ましくは300℃、さらに好ましくは350℃以上が望ましい。最終的な乾燥時間は、水洗処理によりどの程度の溶剤が抜けているかに依存するが、10分から120分の間で適宜実施することができる。   In the final drying step, the drying temperature is desirably 200 ° C. or higher, more preferably 300 ° C., and further preferably 350 ° C. or higher. Although the final drying time depends on how much solvent is removed by the water washing treatment, it can be appropriately carried out between 10 minutes and 120 minutes.

本発明の炭素繊維複合シートは、プレス工程によって平面性を高めることができる。プレス工程としては加熱及び/または常温のロールを用いて行うカレンダー法、真空プレス法、常圧プレス法、およびベルトプレス法よりなる群から選ばれた少なくとも一つの工法を適応することができる。炭素繊維複合シートを小回りよく作製するためには、真空プレス法、常圧プレス法を好適に用いることができる。炭素繊維複合シートを連続的に作製するためには、カレンダー法やベルトプレス法が好適に用いられる。   The carbon fiber composite sheet of the present invention can enhance planarity by a pressing process. As the pressing step, at least one method selected from the group consisting of a calendering method using a roll at normal temperature and / or room temperature, a vacuum pressing method, an atmospheric pressing method, and a belt pressing method can be applied. In order to produce the carbon fiber composite sheet with a small diameter, a vacuum pressing method and an atmospheric pressure pressing method can be suitably used. In order to continuously produce the carbon fiber composite sheet, a calendar method or a belt press method is preferably used.

プレス工程がなされた後、炭素繊維複合シートの厚みは0.03〜1mmであることが好ましい。0.03mmより厚みが薄いと、乾燥の際にピッチ系炭素短繊維がムラになり、熱伝導の性能のムラとして顕在化してしまう。厚みが1mmより厚くなると平面性が悪くなり、熱抵抗の原因となってしまう。より好ましくは、0.05〜0.2mmである。
このようにして作製された炭素繊維複合シートは、熱伝導率が2W/(m・K)以上である。より好ましくは5W/(m・K)以上である。また、残留溶媒は、0.1重量%以下である。より好ましくは、0.05重量%以下である。なお、2W/(m・K)の熱伝導率は、樹脂マトリクスに比較すると約一桁高い熱伝導率である。
After the pressing step is performed, the thickness of the carbon fiber composite sheet is preferably 0.03 to 1 mm. If the thickness is less than 0.03 mm, the pitch-based carbon short fibers become uneven during drying, which becomes manifest as uneven heat conduction performance. If the thickness is greater than 1 mm, the flatness is deteriorated, causing thermal resistance. More preferably, it is 0.05-0.2 mm.
The carbon fiber composite sheet thus produced has a thermal conductivity of 2 W / (m · K) or more. More preferably, it is 5 W / (m · K) or more. Moreover, a residual solvent is 0.1 weight% or less. More preferably, it is 0.05 weight% or less. The thermal conductivity of 2 W / (m · K) is about one digit higher than that of the resin matrix.

本発明の炭素繊維複合シートの熱伝導率は公知の方法によって測定することができるが、その中でも、プローブ法、ホットディスク法、レーザーフラッシュ法が好ましく、特にプローブ法が簡易的で好ましい。一般に炭素繊維そのものの熱伝導度は数百W/(m・K)であるが、成形体にすると、欠陥の発生・空気の混入・予期せぬ空隙の発生により、熱伝導率は急激に低減する。よって、熱伝導性成形体としての熱伝導率は実質的に1W/(m・K)を超えることが困難であるとされてきた。しかし、本発明ではマトリクス樹脂を芳香族ポリアミドとすることで、極めて高濃度にピッチ系炭素短繊維を充填することを達成し、高い熱伝導を達成している。   The thermal conductivity of the carbon fiber composite sheet of the present invention can be measured by a known method. Among them, the probe method, hot disk method, and laser flash method are preferable, and the probe method is particularly simple and preferable. In general, the thermal conductivity of carbon fiber itself is several hundred W / (m · K), but when it is molded, the thermal conductivity is drastically reduced due to defects, air contamination, and unexpected voids. To do. Therefore, it has been considered that it is difficult for the thermal conductivity of the thermally conductive molded body to substantially exceed 1 W / (m · K). However, in the present invention, by using an aromatic polyamide as the matrix resin, it is possible to fill the pitch-based carbon short fibers at an extremely high concentration and achieve high heat conduction.

本発明では、主として、ピッチ系炭素短繊維を熱伝導材料として用いているが、新たな機能を付与するために、アルミニウム、珪素、ホウ素、亜鉛からなる群より選ばれてなる金属の酸化物及び/又は窒化物及び/又は酸窒化物及び/又は炭化物の微粒子を共添してもよい。当該微粒子のサイズは1〜100μmであることが好ましいが、1〜50μmがさらに好ましい。添加量は、必要な機能にも依存するが、ピッチ系炭素短繊維の添加重量に対して10〜90%の範囲で添加しても構わない。   In the present invention, pitch-based carbon short fibers are mainly used as a heat conductive material, but in order to give a new function, a metal oxide selected from the group consisting of aluminum, silicon, boron, and zinc, and Fine particles of nitride and / or oxynitride and / or carbide may be co-added. The size of the fine particles is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm. The addition amount depends on the required function, but may be added in a range of 10 to 90% with respect to the addition weight of the pitch-based carbon short fibers.

そして、本発明の炭素繊維複合シートは、熱伝導性シートや電気伝導性シートや電波遮断シートとして用いることができる。   And the carbon fiber composite sheet of this invention can be used as a heat conductive sheet, an electrically conductive sheet, or a radio wave blocking sheet.

以下に実施例を示すが、本願発明はこれらに制限されるものではない。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
(1)ピッチ系炭素短繊維の平均繊維径は、黒鉛化を経た炭素短繊維の直径を光学顕微鏡下でスケールを用いて20本測定し、その平均値から求めた。
(2)ピッチ系炭素短繊維の平均繊維長は、黒鉛化を経た炭素短繊維の長さを光学顕微鏡下でスケールを用いて2000本測定し、その平均値から求めた。
(3)熱伝導性成形体の熱伝導率は、京都電子製QTM−500を用いプローブ法で求めた。
(4)ピッチ系炭素短繊維の結晶子サイズは、六角網面の成長方向として、X線回折に現れる(110)面、を、六角網面の重なり方向として、X線回折に現れる(002)面からの反射を学振法に準拠した方法で求めた。
(5)ピッチ系炭素短繊維の密度は、ガス置換法で求めた。
(6)ピッチ系炭素短繊維の灰分は、白金坩堝中に一定重量で仕込んだ検体を空気中で十分に燃焼させ残留した灰分の重量を測定することで求めた。
(7)ピッチ系炭素短繊維の熱伝導率は、粉砕工程を通さなかった3次元ランダムマットを黒鉛化し、黒鉛化した3次元ランダムマットから単糸を抜き取りピッチ系炭素繊維の比抵抗を測定し、特開平11−117143号公報に開示されている熱伝導率と電気比抵抗との関係を表す下記式(2)より求めた。
K=1272.4/ER−49.4 (2)
ここで、Kは黒鉛化後のピッチ系炭素短繊維の熱伝導率W/(m・K)、ERは同じピッチ系炭素短繊維の電気比抵抗μΩmを表す。
(8)炭素繊維複合シートの熱伝導率は0.3mmの同じ製造方法から作られた炭素繊維複合シートから京都電子製のQTM−500で測定した。
(9)炭素繊維複合シートの残留溶媒量は、250℃10分の熱処理の前後の重量変化から求めた。
(10)炭素繊維複合シートの粉落ちは、白色の木綿布で表面を3回軽く擦った後の、布表面の色で判断した。色が転写していないものは粉落ち無し、転写しているものは粉落ちありと判断した。
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
In addition, each value in a present Example was calculated | required according to the following method.
(1) The average fiber diameter of pitch-based carbon short fibers was determined from the average value of 20 carbon short fibers that were graphitized using a scale under an optical microscope.
(2) The average fiber length of the pitch-based carbon short fibers was determined from the average value of 2,000 carbon short fibers subjected to graphitization using a scale under an optical microscope.
(3) The thermal conductivity of the thermally conductive molded body was determined by a probe method using QTM-500 manufactured by Kyoto Electronics.
(4) The crystallite size of the pitch-based carbon short fibers appears in X-ray diffraction with the (110) plane appearing in X-ray diffraction as the growth direction of the hexagonal mesh plane and the overlapping direction of the hexagonal mesh plane as (002). The reflection from the surface was obtained by a method based on the Gakushin Law.
(5) The density of the pitch-based carbon short fibers was determined by a gas replacement method.
(6) The ash content of the pitch-based carbon short fibers was determined by measuring the weight of the residual ash by sufficiently burning the specimen charged in a platinum crucible at a constant weight in air.
(7) The thermal conductivity of the pitch-based carbon short fibers was graphitized from a three-dimensional random mat that did not pass through the pulverization process, a single yarn was extracted from the graphitized three-dimensional random mat, and the specific resistance of the pitch-based carbon fibers was measured. It was determined from the following formula (2) representing the relationship between the thermal conductivity and the electrical resistivity disclosed in JP-A-11-117143.
K = 1272.4 / ER-49.4 (2)
Here, K represents the thermal conductivity W / (m · K) of the pitch-based short carbon fiber after graphitization, and ER represents the electrical specific resistance μΩm of the same pitch-based short carbon fiber.
(8) The thermal conductivity of the carbon fiber composite sheet was measured with a QTM-500 made by Kyoto Electronics from a carbon fiber composite sheet made from the same production method of 0.3 mm.
(9) The residual solvent amount of the carbon fiber composite sheet was determined from the weight change before and after the heat treatment at 250 ° C. for 10 minutes.
(10) The powder fall of the carbon fiber composite sheet was judged by the color of the cloth surface after lightly rubbing the surface three times with a white cotton cloth. It was judged that there was no powder falling when the color was not transferred, and there was powder falling when the color was transferred.

[実施例1]
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が270℃であった。直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分5600mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均繊維径11.2μmのピッチ繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付350g/mのピッチ繊維からなる3次元ランダムマットとした。
この3次元ランダムマットを空気中で190℃から320℃まで平均昇温速度6℃/分で昇温して不融化を行った。不融化した3次元ランダムマットを800℃で焼成した。焼成後の3次元ランダムマットを回転ローターミルで粉砕しピッチ系炭素短繊維中間体とし、3000℃で黒鉛化した。黒鉛化後のピッチ系炭素短繊維の平均繊維径は8.2μm、平均繊維径に対する繊維径分散の比は13%であった。平均繊維長は200μmであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは90nmであった。六角網面の重なり方向に由来する結晶子サイズは27nmであった。密度は2.20g/ccであった。灰分は0.1重量%以下であった。電気比抵抗は1.7μΩmであり、熱伝導率は700W/(m・K)であった。これをピッチ系炭素短繊維Aとした。
芳香族ポリアミドとして、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレン・テレフタラミド(帝人テクノプロダクツ製テクノーラ(登録商標))の3%NMP溶液を樹脂マトリクスドープAとして用いた。加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維A20gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が13%の混合液Aを作製した。混合液Aの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド20重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Aは80重量部であった。
混合液AをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.3mm厚みで塗工し、110℃で20分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬した後、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートAを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちはなかった。熱伝導率は、5W/(m・K)であった。
[Example 1]
A pitch made of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 270 ° C. Using a cap with a hole with a diameter of 0.2 mmφ, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 5600 m / min, and the melt pitch was pulled to produce pitch fibers with an average fiber diameter of 11.2 μm. The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a three-dimensional random mat composed of pitch fibers having a basis weight of 350 g / m 2 by cross wrapping.
This three-dimensional random mat was heated from 190 ° C. to 320 ° C. at an average temperature rising rate of 6 ° C./min for infusibilization. The infusible three-dimensional random mat was fired at 800 ° C. The fired three-dimensional random mat was pulverized by a rotary rotor mill to obtain a pitch-based carbon short fiber intermediate and graphitized at 3000 ° C. The average fiber diameter of the pitch-based short carbon fibers after graphitization was 8.2 μm, and the ratio of the fiber diameter dispersion to the average fiber diameter was 13%. The average fiber length was 200 μm. The crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface was 90 nm. The crystallite size derived from the overlapping direction of the hexagonal mesh plane was 27 nm. The density was 2.20 g / cc. The ash content was 0.1% by weight or less. The electrical resistivity was 1.7 μΩm, and the thermal conductivity was 700 W / (m · K). This was designated as pitch-based carbon short fiber A.
As the aromatic polyamide, a 3% NMP solution of copolyparaphenylene 3,4′-oxydiphenylene terephthalamide (Technola (registered trademark) manufactured by Teijin Techno Products) was used as the resin matrix dope A. 180 g of the heated resin matrix dope A and 20 g of pitch-based carbon short fibers A were stirred so as to be uniform, and a mixed solution A having a solid content concentration of 13% was prepared. The weight of the solid content of the aromatic polyamide component in the mixed solution A was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber A was 80 parts by weight with respect to 20 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixed solution A was applied to a glass plate of A4 size with a thickness of 0.3 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 20 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. The sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus produced was pressed at 2 MPa for 1 minute in a normal pressure press to obtain a carbon fiber composite sheet A. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There was no powder falling. The thermal conductivity was 5 W / (m · K).

[実施例2]
3次元ランダムマットの粉砕を回転ローターミルからターボミルに変更した以外は、実施例1と同じ方法で、平均繊維長が50μmのピッチ系炭素短繊維を作製した。これをピッチ系炭素短繊維Bとする。
実施例1と同様に加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維B20gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が13%の混合液Bを作製した。混合液Bの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド20重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Aは80重量部であった。
混合液BをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.3mm厚みで塗工し、110℃で20分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬した後、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートBを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちはなかった。熱伝導率は、2.7W/(m・K)であった。
[Example 2]
Pitch-based carbon short fibers having an average fiber length of 50 μm were produced in the same manner as in Example 1 except that the pulverization of the three-dimensional random mat was changed from the rotary rotor mill to the turbo mill. This is referred to as pitch-based carbon short fiber B.
In the same manner as in Example 1, 180 g of heated resin matrix dope A and 20 g of pitch-based carbon short fibers B were stirred visually so as to prepare a mixed solution B having a solid content concentration of 13%. The solid content weight of the aromatic polyamide component of the mixed solution B was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber A was 80 parts by weight with respect to 20 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixed solution B was applied to a glass plate of A4 size with a thickness of 0.3 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 20 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. The sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus prepared was pressed at 2 MPa for 1 minute in an atmospheric press to obtain a carbon fiber composite sheet B. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There was no powder falling. The thermal conductivity was 2.7 W / (m · K).

[実施例3]
実施例1と同じピッチ系炭素短繊維を用いて、加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維A50gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が24%の混合液Cを作製した。混合液Cの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド10重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Aは90重量部であった。
[Example 3]
Using the same pitch-based carbon short fibers as in Example 1, the heated resin matrix dope A180 g and the pitch-based carbon short fibers A50 g were stirred so as to be uniform visually, and a mixed solution C having a solid content concentration of 24% Was made. The solid weight of the aromatic polyamide component in the mixed liquid C was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber A was 90 parts by weight with respect to 10 parts by weight of the aromatic polyamide.

混合液CをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.2mm厚みで塗工し、110℃で10分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬した後、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートCを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちはなかった。熱伝導率は、6.0W/(m・K)であった。   The mixed liquid C was applied to a glass plate of A4 size with a thickness of 0.2 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 10 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. The sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus produced was pressed at 2 MPa for 1 minute in a normal pressure press to obtain a carbon fiber composite sheet C. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There was no powder falling. The thermal conductivity was 6.0 W / (m · K).

[実施例4]
実施例2と同じピッチ系炭素短繊維を用いて、加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維B50gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が24%の混合液Dを作製した。混合液Dの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド10重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Bは90重量部であった。
混合液DをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.2mm厚みで塗工し、110℃で10分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬した後、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートDを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちはなかった。熱伝導率は、3.2W/(m・K)であった。
[Example 4]
Using the same pitch-based carbon short fibers as in Example 2, 180 g of the heated resin matrix dope A and 50 g of the pitch-based carbon short fibers B are stirred so as to be uniform, and a mixed solution D having a solid content concentration of 24%. Was made. The solid content weight of the aromatic polyamide component of the mixed solution D was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber B was 90 parts by weight with respect to 10 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixed solution D was applied to a glass plate of A4 size with a thickness of 0.2 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 10 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. The sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus prepared was pressed at 2 MPa for 1 minute in an atmospheric press to obtain a carbon fiber composite sheet D. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There was no powder falling. The thermal conductivity was 3.2 W / (m · K).

[実施例5]
加温した樹脂マトリクスドープA180gと実施例1で用いたピッチ系炭素短繊維A20gと実施例2で用いたピッチ系炭素短繊維B30gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が24%の混合液Eを作製した。混合液Eの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド10重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維AとBの合計は90重量部であった。
混合液EをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.2mm厚みで塗工し、110℃で10分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬した後、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートDを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちはなかった。熱伝導率は、6W/(m・K)であった。
[Example 5]
The heated resin matrix dope A 180 g, the pitch-based carbon short fibers A 20 g used in Example 1 and the pitch-based carbon short fibers B 30 g used in Example 2 were stirred so as to be uniform, and the solid content concentration was 24. % Mixed solution E was prepared. The solid content weight of the aromatic polyamide component in the mixed solution E was 5 g, and the total of the pitch-based carbon short fibers A and B was 90 parts by weight with respect to 10 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixed solution E was applied to a glass plate of A4 size with a thickness of 0.2 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 10 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. The sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus prepared was pressed at 2 MPa for 1 minute in an atmospheric press to obtain a carbon fiber composite sheet D. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There was no powder falling. The thermal conductivity was 6 W / (m · K).

[比較例1]
実施例1と同じピッチ系炭素短繊維を用いて、加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維A4gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が5%の混合液Fを作製した。混合液Fの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド58重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Aは42重量部であった。
混合液FをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって、1mmのクリアランスで塗工したが、110℃での疎乾燥時にピッチ系炭素短繊維の分散にムラが発生し、ヌケが生じており、粉落ちテストで粉落ちはなかったが、シートが破れてしまった。また、熱伝導率は1.2W/(m・K)であった。
[Comparative Example 1]
Using the same pitch-based carbon short fibers as in Example 1, 180 g of the heated resin matrix dope A and the pitch-based carbon short fibers A4 g were stirred so as to be uniform visually, and a mixed solution F having a solid content concentration of 5% Was made. The solid weight of the aromatic polyamide component in the mixed solution F was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber A was 42 parts by weight with respect to 58 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixture F was applied to a glass plate of A4 size by a doctor knife method with a clearance of 1 mm, but the dispersion of pitch-based carbon short fibers was uneven when drying at 110 ° C. In the powder-off test, there was no powder-off, but the sheet was torn. The thermal conductivity was 1.2 W / (m · K).

[比較例2]
実施例1と同じピッチ系炭素短繊維を用いて、加温した樹脂マトリクスドープA180gとピッチ系炭素短繊維A110gとを目視で均一になるように攪拌し、固形分濃度が39%の混合液Gを作製した。混合液Gの芳香族ポリアミド成分の固形分重量は5gであり、芳香族ポリアミド5重量部に対し、ピッチ系炭素短繊維Aは95重量部であった。
混合液GをA4サイズのガラス板上にドクターナイフ法によって0.15mm厚みで塗工し、110℃で10分間疎乾燥した。その後、流水中で溶媒であるNMPを流し、塗膜をガラス板から剥離し、芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなるシートを得た。このシートを定長下で流水中に1時間浸漬し、室温で乾燥させ、200℃に加熱した熱風乾燥機内で10分間熱処理した。このようにして作製されたシートを常圧プレス機において2MPaで1分間プレス処理し、炭素繊維複合シートGを得た。厚みは0.1mmであった。残留溶媒量は、0.1重量%以下であった。粉落ちがあり、電子部品には適さない。
[Comparative Example 2]
Using the same pitch-based carbon short fibers as in Example 1, 180 g of the heated resin matrix dope A and the pitch-based carbon short fibers A110 g were stirred so as to be uniform visually, and a mixed solution G having a solid content concentration of 39% Was made. The weight of the solid content of the aromatic polyamide component in the mixed solution G was 5 g, and the pitch-based carbon short fiber A was 95 parts by weight with respect to 5 parts by weight of the aromatic polyamide.
The mixed solution G was applied to an A4 size glass plate with a thickness of 0.15 mm by a doctor knife method, and lyophilized at 110 ° C. for 10 minutes. Then, NMP which is a solvent was poured in running water, the coating film was peeled from the glass plate, and the sheet | seat which consists of aromatic polyamide and a pitch-type carbon short fiber was obtained. This sheet was immersed in running water for 1 hour under constant length, dried at room temperature, and heat-treated for 10 minutes in a hot air dryer heated to 200 ° C. The sheet thus prepared was pressed at 2 MPa for 1 minute in an atmospheric pressure press to obtain a carbon fiber composite sheet G. The thickness was 0.1 mm. The amount of residual solvent was 0.1% by weight or less. There is powder fall and is not suitable for electronic parts.

[実施例6]
実施例3で作製した混合液Aを用いて0.1mm厚みの炭素繊維複合シート上に70℃に加温した20gの分銅を載せ150秒加熱し炭素繊維複合シートの温度を約70℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、60秒後に30℃になっていた。放熱効果が高いことがわかった。
[Example 6]
A 20 g weight heated to 70 ° C. was placed on a 0.1 mm-thick carbon fiber composite sheet using the mixed solution A prepared in Example 3, and heated for 150 seconds to bring the temperature of the carbon fiber composite sheet to about 70 ° C. . Thereafter, when the weight was removed and the heat was released, the temperature was 30 ° C. after 60 seconds. It was found that the heat dissipation effect was high.

[比較例3]
比較例1で作製した混合液Gを用いて0.1mmt厚みの炭素繊維複合シート上に70℃に加温した20gの分銅を載せ150秒加熱し炭素繊維複合シートの温度を約70℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、60秒後に55℃になっていた。放熱効果があまり高くないことがわかった。
[Comparative Example 3]
A 20 g weight heated to 70 ° C. was placed on a 0.1 mmt-thick carbon fiber composite sheet using the mixed solution G prepared in Comparative Example 1 and heated for 150 seconds to bring the temperature of the carbon fiber composite sheet to about 70 ° C. . Thereafter, when the weight was removed and the heat was released, the temperature was 55 ° C. after 60 seconds. It was found that the heat dissipation effect was not so high.

[実施例7]
実施例6で使用した炭素繊維複合シートの表面抵抗は1.4Ω/□であり、導電性シートであった。
[Example 7]
The carbon fiber composite sheet used in Example 6 had a surface resistance of 1.4Ω / □ and was a conductive sheet.

[実施例8]
実施例6で作製した炭素繊維複合シートの1〜3GHzの電波の近傍界の遮断性能を測定したところ、平均で16dBであった。
[Example 8]
When the cutoff performance of the near field of the 1 to 3 GHz radio wave of the carbon fiber composite sheet produced in Example 6 was measured, the average was 16 dB.

[比較例4]
比較例3で作製した炭素繊維複合シートの1〜3GHzの電波の近傍界の遮断性能を測定したところ、平均で8dBであった。実施例8に比較して遮蔽性能が小さかった。
[Comparative Example 4]
When the carbon fiber composite sheet produced in Comparative Example 3 was measured for the near-field blocking performance of 1 to 3 GHz radio waves, the average was 8 dB. Compared to Example 8, the shielding performance was small.

Claims (15)

平均繊維長が10〜700μmの範囲であるピッチ系炭素短繊維50〜94重量部と芳香族ポリアミド6〜50重量部とからなる厚み0.03〜1mmの炭素繊維複合シート。   A carbon fiber composite sheet having a thickness of 0.03 to 1 mm, comprising 50 to 94 parts by weight of pitch-based carbon short fibers having an average fiber length in the range of 10 to 700 μm and 6 to 50 parts by weight of aromatic polyamide. ピッチ系炭素短繊維の平均繊維径が5〜20μmであり、繊維径の分散を平均繊維径で除した値の百分率が5〜20%であり、繊維軸方向の熱伝導率が200W/(m・K)以上であり、灰分が0.2重量%以下で、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが30nm以上であり、六角網面の重なり方向に由来する結晶子サイズが20nm以上である請求項1記載の炭素繊維複合シート。   The average fiber diameter of the pitch-based carbon short fibers is 5 to 20 μm, the percentage of the value obtained by dividing the dispersion of the fiber diameter by the average fiber diameter is 5 to 20%, and the thermal conductivity in the fiber axis direction is 200 W / (m K) or more, ash content of 0.2% by weight or less, crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface is 30 nm or more, and crystallite size derived from the overlapping direction of the hexagonal network surface is 20 nm or more The carbon fiber composite sheet according to claim 1. 芳香族ポリアミドが、メタ型芳香族ジアミン及び/またはパラ型芳香族ジアミンを主骨格とする請求項1または2記載の炭素繊維複合シート。   The carbon fiber composite sheet according to claim 1 or 2, wherein the aromatic polyamide has a meta-type aromatic diamine and / or a para-type aromatic diamine as a main skeleton. 当該炭素繊維複合シートの熱伝導率が2W/(m・K)以上である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維複合シート。   The carbon fiber composite sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fiber composite sheet has a thermal conductivity of 2 W / (m · K) or more. 有機溶剤に溶解した芳香族ポリアミドとピッチ系炭素短繊維からなる混合液をキャスト法で膜状に成形し、有機溶剤を除去した後、プレスすることによる請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The mixed liquid consisting of aromatic polyamide and pitch-based carbon short fibers dissolved in an organic solvent is formed into a film by a casting method, and after removing the organic solvent, pressing is performed according to any one of claims 1 to 4. A method for producing a carbon fiber composite sheet. 当該混合液におけるピッチ系炭素短繊維と芳香族ポリアミドからなる固形分濃度が5〜30重量%である請求項5に記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The method for producing a carbon fiber composite sheet according to claim 5, wherein a solid content concentration of the pitch-based carbon short fibers and the aromatic polyamide in the mixed solution is 5 to 30% by weight. キャスト方法が、グラビアコート法、ドクターナイフ法、および押出法からなる群から選択される少なくとも1つの方法である請求項5または6に記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The method for producing a carbon fiber composite sheet according to claim 5 or 6, wherein the casting method is at least one method selected from the group consisting of a gravure coating method, a doctor knife method, and an extrusion method. 有機溶剤が、NMP、DMAc、トルエン、キシレン、1M2P、およびMIBKよりなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項5〜7のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The method for producing a carbon fiber composite sheet according to any one of claims 5 to 7, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of NMP, DMAc, toluene, xylene, 1M2P, and MIBK. 有機溶剤を除去する方法が疎乾燥した後水洗処理に次いで最終的な乾燥工程に処する方法である請求項5〜8のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The method for producing a carbon fiber composite sheet according to any one of claims 5 to 8, wherein the method of removing the organic solvent is a method of subjecting to a final drying step subsequent to a water washing treatment after lyophobic drying. 有機溶剤を除去する方法が乾燥方法であり、最終的な乾燥温度が200℃以上である請求項5〜9のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   The method for producing a carbon fiber composite sheet according to any one of claims 5 to 9, wherein the method for removing the organic solvent is a drying method, and the final drying temperature is 200 ° C or higher. プレス工程が、加熱及び/または常温のロールを用いたカレンダー法、真空プレス法、常圧プレス法、およびベルトプレス法よりなる群より選ばれた少なくとも一つの工法よりなる請求項5〜10のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法。   11. The method according to claim 5, wherein the pressing step comprises at least one method selected from the group consisting of a calendering method using heating and / or room temperature rolls, a vacuum pressing method, an atmospheric pressing method, and a belt pressing method. A method for producing a carbon fiber composite sheet according to claim 1. 請求項5〜11のいずれかに記載の炭素繊維複合シートの製造方法で作製した炭素繊維複合シートにおいて、残留溶媒が0.1重量%以下である炭素繊維複合シート。   The carbon fiber composite sheet produced with the manufacturing method of the carbon fiber composite sheet in any one of Claims 5-11 WHEREIN: A carbon fiber composite sheet whose residual solvent is 0.1 weight% or less. 請求項1〜4、12のいずれかに記載の炭素繊維複合シートを用いた熱伝導性シート。   The heat conductive sheet using the carbon fiber composite sheet in any one of Claims 1-4 and 12. 請求項1〜4、12のいずれかに記載の炭素繊維複合シートを用いた電気伝導性シート。   An electrically conductive sheet using the carbon fiber composite sheet according to claim 1. 請求項1〜4、12のいずれかに記載の炭素繊維複合シートを用いた電波遮蔽シート。   A radio wave shielding sheet using the carbon fiber composite sheet according to claim 1.
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