JP2005089235A - Orientational graphite powder and its manufacturing method - Google Patents

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Toyoichi Ozaki
豊一 尾崎
Akira Taomoto
昭 田尾本
Masahiro Deguchi
正洋 出口
Motoji Shibata
元司 柴田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the graphite powder maintaining various characteristics of graphite and having high orientation and to provide a manufacturing method capable of manufacturing the powder by only a temperature process. <P>SOLUTION: The powder is formed by using a fiber material consisting of an aromatic polymer such as a polyamide as a starting raw material and only by the temperature process in which the starting raw material is fired in a prescribed atmosphere in accordance with a prescribed temperature profile. Concretely, the powder is formed by a step of preparing the aromatic polymer fiber material, a step of prefiring the fiber material at a prescribed temperature selected from a temperature range of 300-1,400°C and a step of subjecting again the fiber material to final firing at a temperature from normal temperature to a prescribed temperature near 3,000°C. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はカソード材料、水素吸蔵材料などの多岐に渡る利用が可能な配向性グラファイト粉末、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an oriented graphite powder that can be used in various fields such as a cathode material and a hydrogen storage material, and a method for producing the same.

炭素(C)からなるグラファイトは、抜群の耐熱性や耐薬品性、高導電性でかつ高熱伝導といった特性を有することから、工業材料として重要な位置を占めるものである。この様なグラファイトとしては、天然に産するものも使用されるが、生産量も限られていることから、一般的に人工的に製造したグラファイトが用いられている。例えば、ポリイミド等の芳香族高分子を出発原料として、それを焼成処理することで、シート状のグラファイトを製造する事は近年工業的にも試みられている。この人工グラファイトの応用例としては、X線用光学部品や高熱伝導シート、高周波数特性に優れた振動板などの製品が挙げられる。その製造方法等については、例えば特許文献1などに開示されている。しかし、これらは全て板状及びシート、ブロック状のものである。
特開平04−084600号公報
Graphite made of carbon (C) occupies an important position as an industrial material because it has outstanding heat resistance, chemical resistance, high conductivity and high heat conductivity. Naturally produced graphite is used as such graphite. However, since the production amount is limited, artificially produced graphite is generally used. For example, in recent years, it has been industrially attempted to produce sheet-like graphite by using an aromatic polymer such as polyimide as a starting material and firing it. Examples of applications of this artificial graphite include products such as X-ray optical parts, high thermal conductive sheets, and diaphragms having excellent high frequency characteristics. About the manufacturing method etc., it is disclosed by patent document 1, etc., for example. However, these are all plate-shaped, sheet-shaped and block-shaped.
Japanese Patent Laid-Open No. 04-084600

上記の様に従来は、焼成過程を通じて作製されるシート状あるいは板状のグラファイトのみが開示されており、サイズが揃った粉末状グラファイトを人工的に製造する方法に関しては知られていなかった。   As described above, conventionally, only sheet-like or plate-like graphite produced through a firing process has been disclosed, and a method for artificially producing powdery graphite having a uniform size has not been known.

また従来の板状及びブロック状のグラファイトを粉砕処理して粉末化する方法もあるが、グラファイトは潤滑性が高いため、微細な粉末が得難いといった課題もあった。   Further, there is a method of pulverizing conventional plate-like and block-like graphite, but there is a problem that it is difficult to obtain fine powder because graphite has high lubricity.

本発明は上記従来技術の問題点を鑑み、比較的容易な方法で所望のサイズを有する配向性グラファイト粉末を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to obtain an oriented graphite powder having a desired size by a relatively easy method.

具体的には、例えば温度プロセス工程を用いて、ポリアミドやポリイミド等の芳香族高分子(出発原料)から直接、サイズの揃った配向性の高いグラファイト粉末を製造する方法を提供するものであり、得られた配向性グラファイト粉末は、電子放射材料、水素吸蔵材料等として適用可能なものである。   Specifically, for example, using a temperature process step, directly from an aromatic polymer (starting raw material) such as polyamide or polyimide, a method for producing a highly uniform graphite powder having a uniform size is provided. The obtained oriented graphite powder can be applied as an electron emission material, a hydrogen storage material, or the like.

本発明の第1の配向性グラファイト粉末は、主組成が炭素(C)からなる配向性グラファイト粉末であって、前記粉末内部に、空孔領域を内包したことを特徴とする。これにより、電子放射や水素吸蔵等の応用に適した配向性グラファイト粉末として機能する。とりわけこの空孔は、実質的に表面積を大きくすることができるので、水素吸蔵等の応用を考慮した場合などでは特に好ましい。   The first oriented graphite powder of the present invention is an oriented graphite powder whose main composition is carbon (C), and is characterized in that a void region is included in the powder. This functions as an oriented graphite powder suitable for applications such as electron emission and hydrogen storage. In particular, since the surface area of the voids can be substantially increased, it is particularly preferable when considering applications such as hydrogen storage.

また第1の配向性グラファイト粉末においては、グラファイト粉末密度が0.60〜1.60g/cm3の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、粉末密度が0.80〜1.20g/cm3の範囲である。 In the first oriented graphite powder, the graphite powder density is preferably in the range of 0.60 to 1.60 g / cm 3 . More preferably, the powder density is in the range of 0.80 to 1.20 g / cm 3 .

また第1の配向性グラファイト粉末においては、前記グラファイト粉末組成がリン(P)、カルシウム(Ca)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)の少なくともひとつ、あるいは複数を含むことが好ましい。   In the first oriented graphite powder, the graphite powder composition may include at least one or more of phosphorus (P), calcium (Ca), silicon (Si), aluminum (Al), and magnesium (Mg). preferable.

また第1の配向性グラファイト粉末においては、炭素の六員環構造からなる平面構造(グラフェン構造)が相関を持って層状に積層されていることが好ましい。これにより、粉末状態においてもグラファイトが有する様々な特性を保持させることが出来る。   In the first oriented graphite powder, it is preferable that a planar structure (graphene structure) having a six-membered carbon structure is laminated in a layered manner with a correlation. Thereby, various characteristics of graphite can be maintained even in a powder state.

また第1の配向性グラファイト粉末においては、前記グラファイト粉末を構成する結晶子サイズが100nm以上であることが好ましい。   In the first oriented graphite powder, the crystallite size constituting the graphite powder is preferably 100 nm or more.

本発明の第1の配向性グラファイト粉末の製造方法は、出発原料として芳香族高分子繊維体を準備する工程と、前記出発原料を所定の温度プロファイルに従って所定雰囲気下で焼成する工程とからなること特徴とするものである。これにより、出発原料である繊維体の直径を制御することで、ある程度粒径の揃った配向性グラファイト粉末を直接得ることができると共に、特性が優れた配向性グラファイト粉末を様々な応用に適用することが容易になる。   The first method for producing an oriented graphite powder of the present invention comprises a step of preparing an aromatic polymer fiber body as a starting material, and a step of firing the starting material in a predetermined atmosphere according to a predetermined temperature profile. It is a feature. This makes it possible to directly obtain oriented graphite powder with a certain degree of particle size by controlling the diameter of the fibrous material that is the starting material, and to apply oriented graphite powder with excellent characteristics to various applications. It becomes easy.

また本発明の第2の配向性グラファイト粉末の製造方法は、出発原料として芳香族高分子発泡体を準備する工程と、前記出発原料を所定の温度プロファイルに従って所定雰囲気下で焼成する工程とからなることを特徴とするものである。これにより、出発原料である発泡体の発泡度を制御することで、ある程度粒径の揃った配向性グラファイト粉末を直接得ることができると共に、特性が優れた配向性グラファイト粉末を様々な応用に適用することが容易になる。   Further, the second method for producing an oriented graphite powder of the present invention comprises a step of preparing an aromatic polymer foam as a starting material and a step of firing the starting material in a predetermined atmosphere according to a predetermined temperature profile. It is characterized by this. This makes it possible to directly obtain oriented graphite powder with a certain degree of particle size by controlling the foaming degree of the starting foam, and to apply oriented graphite powder with excellent properties to various applications. Easy to do.

本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記出発原料がポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンテレフタルアミド(PPTA)、ポリフェニレンオキササジアゾ(POD)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾビスチアゾール(PBBO)、ポリフェニレンベンゾイミダゾール(PBI)、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール(PPBI)、ポリチアゾール(PT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)から選ばれることが好ましい。これにより、焼成工程の温度プロファイルを制御することで、容易に粉末状の配向性グラファイトを得ることができる。とりわけ、ポリイミドが制御性の点で好適である。   In the method for producing an oriented graphite powder of the present invention, the starting material is polyamide, polyimide, polyphenylene terephthalamide (PPTA), polyphenylene oxasdiazo (POD), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBO), It is preferably selected from polyphenylenebenzimidazole (PBI), polyphenylenebenzobisimidazole (PPBI), polythiazole (PT), and polyparaphenylenevinylene (PPV). Thereby, powdery oriented graphite can be easily obtained by controlling the temperature profile of the firing step. In particular, polyimide is preferable in terms of controllability.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記出発原料が前記芳香族高分子繊維体で織られた織布形状であることが好ましい。これにより、取り扱いが容易になると共に、原料充填率を上げることができる。   Moreover, in the manufacturing method of the oriented graphite powder of this invention, it is preferable that the said starting material is a woven fabric shape woven with the said aromatic polymer fiber body. Thereby, handling becomes easy and a raw material filling rate can be raised.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記焼成工程の温度プロセスが300℃〜1400℃の温度範囲から選ばれる所定の温度で予備焼成する工程と、再び常温から3000℃近傍の所定温度で本焼成する工程からなることが好ましい。これにより、配向性が高く、かつ粒径がおおよそ揃ったグラファイト粉末を直接得ることができる。   Further, in the method for producing oriented graphite powder of the present invention, the temperature process of the firing step is a pre-baking step at a predetermined temperature selected from a temperature range of 300 ° C. to 1400 ° C., and a predetermined temperature again from room temperature to around 3000 ° C. It is preferable to consist of the process of carrying out this baking. Thereby, it is possible to directly obtain a graphite powder having a high orientation and a substantially uniform particle size.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記予備焼成工程が400℃〜1200℃までを10℃/min以下の昇温速度で上げた後、1200℃で3時間以内加熱する条件であることが好ましい。これにより、得られるグラファイト粉末の配向度が高まるので好ましい。   Further, in the method for producing an oriented graphite powder of the present invention, the pre-baking step is a condition of heating at 1200 ° C. within 3 hours after increasing the temperature from 400 ° C. to 1200 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min or less. It is preferable. This is preferable because the degree of orientation of the obtained graphite powder is increased.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記予備焼成雰囲気がアルゴンあるいは窒素のいずれかか、あるいはその混合雰囲気であることが好ましい。これにより、粉末化に適した雰囲気が得られる。とりわけ出発原料がポリイミドの場合、前記予備焼成雰囲気が窒素であることが粉末化の点で好適である。   In the method for producing an oriented graphite powder of the present invention, the pre-baking atmosphere is preferably either argon or nitrogen or a mixed atmosphere thereof. Thereby, an atmosphere suitable for pulverization is obtained. In particular, when the starting material is polyimide, it is preferable in terms of pulverization that the pre-baking atmosphere is nitrogen.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記本焼成工程が2500℃〜3200℃の温度範囲から選ばれると共に、常温から前記本焼成温度までを10℃/min以下の昇温速度で上げた後、前記本焼成温度で3時間以内加熱する条件であることが好ましい。これにより、得られるグラファイト粉末の配向度が高まると共に、配向性グラファイトの粉末化が直接なされるので好ましい。とりわけ前記本焼成温度としては、2700℃近傍が好適である。   In the method for producing an oriented graphite powder of the present invention, the main firing step is selected from a temperature range of 2500 ° C. to 3200 ° C., and the temperature from normal temperature to the main firing temperature is increased at a rate of temperature increase of 10 ° C./min or less. After that, it is preferable that the heating temperature is within 3 hours at the main firing temperature. Thereby, the degree of orientation of the obtained graphite powder is increased, and the oriented graphite is directly powdered, which is preferable. In particular, the main baking temperature is preferably around 2700 ° C.

また本発明の配向性グラファイト粉末の製造方法において、前記記載の方法で配向性グラファイト粉末を作製する工程と、ジェットミル等の一般な粉砕方法で更に任意の粒径にする工程を含むことが好ましい。これにより、さらに細かい任意粒径に選択的に揃えることができるため、性能の安定性を高めることができる。   Further, the method for producing an oriented graphite powder of the present invention preferably includes a step of producing the oriented graphite powder by the above-described method and a step of further adjusting the particle size by a general grinding method such as a jet mill. . As a result, it is possible to selectively align to a finer arbitrary particle size, so that the stability of performance can be enhanced.

また本発明の第1の電子放射材料は、前記記載の配向性グラファイト粉末を用いることによって、従来よりも電子放出特性に優れたものを得ることができる。すなわち、主に電子放射デバイスなどの冷陰極材料として使用することが可能である。   Moreover, the 1st electron emission material of this invention can obtain the thing excellent in the electron emission characteristic than before by using the above-mentioned orientation graphite powder. That is, it can be used mainly as a cold cathode material such as an electron emission device.

また本発明の第1の水素吸蔵材料は、前記記載の配向性グラファイト粉末を用いることによって、従来よりも多くの水素を吸蔵することができる。すなわち、主に水素吸蔵タンクなどの構成材料に使用することが可能である。   Moreover, the 1st hydrogen storage material of this invention can occlude more hydrogen than before by using the above-mentioned orientation graphite powder. That is, it can be used mainly for constituent materials such as hydrogen storage tanks.

また本発明の第1の電池負極材料は、前記記載の配向性グラファイト粉末を用いることによって、従来よりも劣化を小さくすることができる。すなわち、主にニッケル水素等の二次電池の負極材料として使用することが可能である。   In addition, the first battery negative electrode material of the present invention can be less deteriorated than before by using the oriented graphite powder described above. That is, it can be used mainly as a negative electrode material for secondary batteries such as nickel metal hydride.

また本発明の第1の音響用振動板は、前記記載の配向性グラファイト粉末を用いることによって、高周波特性に優れた音響部材を形成することができる。すなわち、主にスピーカーにおける音響振動板の成型材料として使用することが可能である。   The first acoustic diaphragm of the present invention can form an acoustic member having excellent high frequency characteristics by using the oriented graphite powder described above. That is, it can be used mainly as a molding material for an acoustic diaphragm in a speaker.

また本発明の第1の熱放射材料は、前記記載の配向性グラファイト粉末を用いることによって、熱伝導特性に優れた熱放射材を形成することができる。すなわち、主にヒートシンク等の成型材料として使用することが可能である。   Moreover, the 1st heat radiation material of this invention can form the heat radiation material excellent in the heat conductive characteristic by using the orientation graphite powder described above. That is, it can be used mainly as a molding material such as a heat sink.

芳香族族高分子繊維体及び発泡体を焼成処理することで、粒径の揃った配向性グラファイト粉末を容易に得ることができる。さらにその粉末を利用して、電子放出素子などの冷陰極や水素吸蔵、電池などへの多岐の応用分野が広がる可能性がある。更に、これと組み合わせた新しい複合材の展開も可能である。   By subjecting the aromatic polymer fiber body and the foam to a firing treatment, an oriented graphite powder having a uniform particle diameter can be easily obtained. Furthermore, by using the powder, there is a possibility that a wide range of application fields such as cold cathodes such as electron-emitting devices, hydrogen storage, and batteries may be expanded. Furthermore, the development of new composite materials combined with this is also possible.

芳香族高分子材料であるポリアミドやポリイミドの繊維体及び発泡体を不活性ガス中等で熱処理し、配向性のグラファイト構造からなる粉末状生成物を形成する基本的なプロセスは、既知のシート状あるいは板状グラファイトを作製する場合とほぼ同様である。   The basic process for forming a powdered product having an oriented graphite structure by heat-treating a fiber or foam of an aromatic polymer material such as polyamide or polyimide in an inert gas or the like is a known sheet or This is almost the same as the case of producing plate-like graphite.

シート形状のグラファイトの形成の場合、シート形状を維持するための焼成条件制御が重要であるが、本実施形態の粉末状グラファイトを得るためには、2000℃以上の高温焼成領域でのグラファイト層状化が進むプロセス温度/時間などを最適化することで、所望の形状を有する配向性グラファイト粉末を直接得ることができる。   In the case of the formation of sheet-shaped graphite, it is important to control the firing conditions to maintain the sheet shape, but in order to obtain the powdery graphite of this embodiment, the layering of graphite in a high-temperature firing region of 2000 ° C. or higher By optimizing the process temperature / time, etc., on which orientation proceeds, oriented graphite powder having a desired shape can be obtained directly.

より詳細にいえば、出発材料を芳香族高分子材料の繊維体/発泡体を用いることによって、従来必要であった2000℃程度の温度域で一定温度に保持する中間保持工程(通常、1時間以上)を経ることなしに、配向性グラファイト粉末を作製することが出来る。さらにより良質なものを得るためには、予備焼成工程も含めて焼成温度プロファイルと焼成雰囲気を精密に制御するも重要である。   More specifically, by using an aromatic polymer material fiber / foam as the starting material, an intermediate holding step (usually 1 hour) which is held at a constant temperature in a temperature range of about 2000 ° C., which has been required conventionally. The oriented graphite powder can be produced without going through the above. In order to obtain a higher quality product, it is also important to precisely control the firing temperature profile and firing atmosphere including the preliminary firing step.

以下、実施の形態を用いてより具体的に本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to embodiments.

(第1の実施の形態)
まず出発原料として、太さが約15μmのポリアミド繊維体(東レ・デュポン製商品名:KEVLAR(登録商標))を使用して、配向性グラファイト粉末を作製した例について記載する。
(First embodiment)
First, an example in which an oriented graphite powder was produced using a polyamide fiber body (trade name: KEVLAR (registered trademark) manufactured by Toray DuPont) having a thickness of about 15 μm as a starting material will be described.

KEVLAR(登録商標)はパラ系全芳香族アミド繊維である。最初に、準備されたこのアミド繊維体を予備焼成炉で予備焼成した。まず室温から1200℃までを3℃/minの昇温速度で加熱した後、予備焼成温度:1200℃で3時間保持した。加熱する際の昇温速度は、10℃/min以下の範囲が望ましく、一般には試料の分子式などを勘案して昇温速度を決定する。   KEVLAR® is a para-type wholly aromatic amide fiber. First, the prepared amide fiber body was pre-fired in a pre-baking furnace. First, from room temperature to 1200 ° C. was heated at a rate of temperature increase of 3 ° C./min, and then pre-baked at 1200 ° C. for 3 hours. The heating rate during heating is desirably in the range of 10 ° C./min or less. Generally, the heating rate is determined in consideration of the molecular formula of the sample.

使用するガスはアルゴンか窒素の不活性ガスのいずれかであり、場合よっては両者の混合も使用する。一般的な傾向としてアルゴンより窒素ガスの方が良質な粉末グラファイトが得られやすいデータが得られている。本実施の形態では、窒素ガスを用いた。   The gas used is either an argon or nitrogen inert gas, and in some cases a mixture of both is also used. As a general tendency, data has been obtained that makes it easier to obtain powdered graphite with better quality of nitrogen gas than argon. In this embodiment, nitrogen gas is used.

続いて、1200℃/3時間の予備焼成の後、室温まで温度を下降させた。本実施の形態では、下降速度として5℃/minで行なった。冷却する際の下降速度に関しては、昇温速度ほど厳密に制御する必要はないが、一般的には10℃/min以下が好ましい。   Subsequently, after pre-baking at 1200 ° C./3 hours, the temperature was lowered to room temperature. In this embodiment, the descending speed is 5 ° C./min. Although it is not necessary to control the descending speed at the time of cooling as strictly as the temperature rising speed, it is generally preferably 10 ° C./min or less.

この予備焼成工程では、出発原料が熱分解し、窒素や酸素が抜け、重量比で出発原料の5割から6割となりグラファイト前駆体と変化する。この工程は、本焼成においてグラファイト化の促進を図るものである。   In this pre-baking step, the starting material is thermally decomposed, nitrogen and oxygen are released, and the weight ratio changes from 50% to 60% of the starting material and changes to the graphite precursor. This step is intended to promote graphitization in the main firing.

さらに、予備焼成を終えた試料を超高温炉に移し変えて、図2(b)に示した本焼成の温度プログラム例に従って焼成を行なった。本実施の形態では、1000℃までは、昇温速度10℃/minで行ない、その後は2700℃までは5℃/minとした。本焼成温度は2700℃とし、その保持時間は1時間である。この保持時間を制御することで得られる粉末の粒径を制御することができるが、サンプルの種類などを勘案して本実施の形態では時間を決定している。   Further, the pre-baked sample was transferred to an ultra-high temperature furnace, and baked according to the temperature program example of the main baking shown in FIG. 2 (b). In the present embodiment, the heating rate is 10 ° C./min up to 1000 ° C., and then 5 ° C./min up to 2700 ° C. The main baking temperature is 2700 ° C., and the holding time is 1 hour. Although the particle size of the powder obtained can be controlled by controlling the holding time, the time is determined in the present embodiment in consideration of the type of sample and the like.

本焼成後の冷却は、2200℃までは下降速度:10℃/minで行ない、その後は1300℃までは20℃/minとした。さらに常温までの冷却は、水冷のみでやはり20℃/minである。   Cooling after the main firing was performed at a descending rate of 10 ° C./min up to 2200 ° C., and then 20 ° C./min up to 1300 ° C. Furthermore, cooling to room temperature is only 20 ° C / min with only water cooling.

上記の工程を経て得られた配向性グラファイト粉末の粒径分布は、ほぼ5〜10μmであり、上記のような温度プロファイルを構成することで繊維体出発原料を直接粉末化できた。また得られた配向性グラファイト粉末を調べてみると、粉末内部に空孔領域が多数存在していた。この形成メカニズムは定かではないが、本焼成プログラムに起因するものと考えられ、結果として各種応用に有利に作用した。またX線回折等で得られたグラファイト粉末の配向度を評価した結果、結晶子サイズが100nm以上で、かつグラフェン構造が層状に積層されている様子が確認された。   The particle size distribution of the oriented graphite powder obtained through the above steps was about 5 to 10 μm, and the fiber starting material could be directly powdered by configuring the temperature profile as described above. Further, when the obtained oriented graphite powder was examined, many pore regions existed inside the powder. Although the formation mechanism is not clear, it is considered to be caused by the present firing program, and as a result, it has an advantageous effect on various applications. As a result of evaluating the degree of orientation of the graphite powder obtained by X-ray diffraction or the like, it was confirmed that the crystallite size was 100 nm or more and the graphene structure was laminated in layers.

更に細かい任意の粒径にするには一般的な粉砕装置、例えばジェットミルを使用すると5μm以下の均質な配向性グラファイト粉末を得ることができた。   In order to obtain an arbitrary finer particle size, when using a general pulverizer such as a jet mill, homogeneous oriented graphite powder of 5 μm or less could be obtained.

(第2の実施の形態)
上記実施の形態で用いた出発原料はアミド繊維体であったが、本実施の形態ではアミド繊維体を織布状にしたものを出発原料とした。この様にすることで取り扱いが容易になると共に、原料充填率を上げることが出来るため好ましい。
(Second Embodiment)
Although the starting material used in the above embodiment is an amide fiber body, in this embodiment, the amide fiber body in a woven fabric is used as the starting material. This is preferable because the handling becomes easy and the raw material filling rate can be increased.

実施の形態1と同様の温度プロファイルを用いて、アミド織布を粉末グラファイト化した結果、第1の実施形態と同様、粒径がほぼ揃った配向性グラファイト粉末を得ることができた。   As a result of converting the amide woven fabric into powder graphite using the same temperature profile as in the first embodiment, an oriented graphite powder having a substantially uniform particle size was obtained as in the first embodiment.

(第3の実施の形態)
上記実施の形態1で用いた出発原料はアミド繊維体であったが、それ以外の高分子繊維材料でも、上記と同様の製法で粉末化が可能であることを確認した。具体的には、若干の温度プロファイルは異なるものの、ポリイミド、ポリフェニレンテレフタルアミド(PPTA)、ポリフェニレンオキササジアゾ(POD)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾビスチアゾール(PBBO)、ポリフェニレンベンゾイミダゾール(PBI)、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール(PPBI)、ポリチアゾール(PT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)などの高分子繊維体で配向性グラファイト粉末が得られた。
(Third embodiment)
Although the starting material used in the first embodiment was an amide fiber body, it was confirmed that other polymer fiber materials could be pulverized by the same production method as described above. Specifically, although the temperature profiles are slightly different, polyimide, polyphenylene terephthalamide (PPTA), polyphenylene oxazadiazo (POD), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBO), polyphenylene benzimidazole (PBI) ), Polyphenylenebenzobisimidazole (PPBI), polythiazole (PT), polyparaphenylene vinylene (PPV), etc., and oriented graphite powder was obtained.

(第4の実施の形態)
上記実施の形態1で用いた出発原料は繊維体であったが、本実施の形態ではポリイミド発泡体を出発原料とした。これは高分子フィルム等を発泡処理することで多孔質化した、いわゆるスポンジ状の構造体である。用いたポリイミド発泡体の固体骨格部の太さは、数μmから数10μmであった。この場合も、出発原料に繊維体単独で用いた場合よりも取り扱いが容易になると共に、原料充填率を上げることが出来る。
(Fourth embodiment)
Although the starting material used in the first embodiment is a fibrous body, a polyimide foam is used as a starting material in this embodiment. This is a so-called sponge-like structure that is made porous by foaming a polymer film or the like. The thickness of the solid skeleton part of the used polyimide foam was several μm to several tens of μm. In this case as well, the handling becomes easier and the filling rate of the raw material can be increased as compared with the case of using the fiber body alone as the starting raw material.

実施の形態1と同様の温度プロファイルを用いて、ポリイミド発泡体をグラファイト化した結果、多孔質構造が分解し、第1の実施形態と同様、粒径がほぼ揃った配向性グラファイト粉末を得ることができた。   As a result of graphitizing the polyimide foam using the same temperature profile as in the first embodiment, the porous structure is decomposed and, as in the first embodiment, an oriented graphite powder having a substantially uniform particle size is obtained. I was able to.

(第5の実施の形態)
第1の実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末の電子放射特性について調べた。比較として、通常のグラファイト粉末を用いた。いずれも粉末も導電性の基板に同量だけ塗布し、真空装置内に設置して電界放射特性を測定した。
(Fifth embodiment)
The electron emission characteristics of the oriented graphite powder obtained in the first embodiment were examined. For comparison, ordinary graphite powder was used. In either case, the same amount of powder was applied to a conductive substrate and placed in a vacuum apparatus to measure the field emission characteristics.

その結果、本実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末の方が従来グラファイト粉末と比べて10%以上電子を放射することが確認された。   As a result, it was confirmed that the oriented graphite powder obtained in the present embodiment emits 10% or more electrons compared to the conventional graphite powder.

(第6の実施の形態)
第1の実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末の水素吸蔵特性についても調べた。先と同様に比較として、通常のグラファイト粉末を用いた。
(Sixth embodiment)
The hydrogen storage characteristics of the oriented graphite powder obtained in the first embodiment were also examined. As in the previous example, ordinary graphite powder was used for comparison.

その結果、本実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末の方が従来グラファイト粉末と比べて重量比率で1.5倍程度水素を多く吸蔵することが確認された。   As a result, it was confirmed that the oriented graphite powder obtained in the present embodiment occludes about 1.5 times more hydrogen by weight ratio than the conventional graphite powder.

(第7の実施の形態)
第1の実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末を二次電池の負極材として用いた場合の劣化特性についても調べた。先と同様に比較として、通常のグラファイト粉末の場合も検討した。
(Seventh embodiment)
The deterioration characteristics when the oriented graphite powder obtained in the first embodiment was used as a negative electrode material for a secondary battery were also examined. As a comparison, the case of ordinary graphite powder was also examined as in the previous example.

その結果、本実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末の方が従来グラファイト粉末と比べて10%程度電池の出力劣化が少ないことが確認された。   As a result, it was confirmed that the oriented graphite powder obtained in the present embodiment is less about 10% of the battery output deterioration than the conventional graphite powder.

(第8の実施の形態)
第1の実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末を成形加工して、スピーカーの振動板を作製し、その高周波特性について調べた。比較として、同様の熱処理プロセスで作製したグラファイトシートのものを準備した。
(Eighth embodiment)
The oriented graphite powder obtained in the first embodiment was molded to produce a loudspeaker diaphragm, and its high frequency characteristics were examined. For comparison, a graphite sheet prepared by the same heat treatment process was prepared.

その結果、シート状グラファイトから形成された振動板は、面方向配向度が優れているため、本実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末から形成されたものより良好の特性を示した。しかしながら、一般的にシート状のものを作製することは粒子状を形成するよりも困難であり、コスト面や大面積化を考慮すると不利である。このような観点で配向性グラファイト粉末を成形加工した振動板を評価すると、若干シート状グラファイトのものよりも特性は劣るものの、他材料で作製した場合よりも優れていることから、量産性/低コスト/作製自由度等の点で音響用振動板材料として好適であることを確認した。   As a result, the diaphragm formed from the sheet-like graphite exhibited better characteristics than those formed from the oriented graphite powder obtained in the present embodiment because of the excellent degree of orientation in the plane direction. However, it is generally more difficult to produce a sheet-like material than to form a particle shape, which is disadvantageous in view of cost and area increase. From this point of view, when the diaphragm formed by processing oriented graphite powder is evaluated, it is slightly inferior to that of sheet-like graphite, but is superior to the case of using other materials. It was confirmed that it is suitable as an acoustic diaphragm material in terms of cost / freedom of production.

(第9の実施の形態)
第1の実施の形態で得られた配向性グラファイト粉末を成形加工して、ヒートシンクを作製し、その熱伝導性について調べた。
(Ninth embodiment)
The oriented graphite powder obtained in the first embodiment was molded to produce a heat sink, and the thermal conductivity was examined.

その結果、シート状グラファイトの熱伝導性には及ばないものの、銅の1.5倍程度の熱伝導度を有しており、量産性/低コスト/作製自由度等の点で熱放射材料として好適であることを確認した。   As a result, although it does not reach the thermal conductivity of sheet-like graphite, it has a thermal conductivity of about 1.5 times that of copper and is suitable as a heat radiation material in terms of mass productivity, low cost, and freedom of production. I confirmed that there was.

芳香族族高分子繊維体及び発泡体を焼成処理することで、粒径の揃った配向性グラファイト粉末を容易に得ることができる。さらにその粉末を利用して、電子放出素子などの冷陰極や水素吸蔵、電池などへの多岐の応用分野が広がる可能性がある。更に、これと組み合わせた新しい複合材の展開も可能である。   By subjecting the aromatic polymer fiber body and the foam to a firing treatment, an oriented graphite powder having a uniform particle size can be easily obtained. Furthermore, by using the powder, there is a possibility that a wide variety of application fields such as cold cathodes such as electron-emitting devices, hydrogen storage, and batteries may be expanded. Furthermore, it is possible to develop new composite materials combined with this.

Claims (19)

主組成が炭素(C)からなる配向性グラファイト粉末であって、
前記粉末内部に、空孔領域を内包した配向性グラファイト粉末。
An orientational graphite powder having a main composition composed of carbon (C),
Oriented graphite powder containing pore regions inside the powder.
請求項1に記載の配向性グラファイト粉末において、
前記グラファイト粉末の密度が、0.60〜1.60g/cm3の範囲である配向性グラファイト粉末。
In the oriented graphite powder according to claim 1,
An oriented graphite powder having a density of the graphite powder in the range of 0.60 to 1.60 g / cm 3 .
請求項1に記載の配向性グラファイト粉末において、
前記グラファイト粉末組成が、リン(P)、カルシウム(Ca)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)の少なくともひとつ、あるいは複数を含む配向性グラファイト粉末。
In the oriented graphite powder according to claim 1,
Oriented graphite powder wherein the graphite powder composition contains at least one or more of phosphorus (P), calcium (Ca), silicon (Si), aluminum (Al), magnesium (Mg).
請求項1に記載の配向性グラファイト粉末において、
炭素の六員環構造からなる平面構造(グラフェン構造)が、相関を持って層状に積層されている配向性グラファイト粉末。
In the oriented graphite powder according to claim 1,
Oriented graphite powder in which a planar structure (graphene structure) consisting of a six-membered carbon structure is layered in a correlated manner.
請求項1に記載の配向性グラファイト粉末において、
前記グラファイト粉末を構成する結晶子サイズが、100nm以上である請求項1記載の配向性グラファイト粉末。
In the oriented graphite powder according to claim 1,
The oriented graphite powder according to claim 1, wherein a crystallite size constituting the graphite powder is 100 nm or more.
配向性グラファイト粉末の製造方法であって
出発原料として芳香族高分子繊維体を準備する工程と、前記出発原料を所定の温度プロファイルに従って所定雰囲気下で焼成する工程とからなる配向性グラファイト粉末の製造方法。
A method for producing oriented graphite powder, comprising: preparing an aromatic polymer fiber as a starting material; and firing the starting material in a predetermined atmosphere according to a predetermined temperature profile Method.
配向性グラファイト粉末の製造方法であって
出発原料として芳香族高分子発泡体を準備する工程と、前記出発原料を所定の温度プロファイルに従って所定雰囲気下で焼成する工程とからなる配向性グラファイト粉末の製造方法。
A method for producing oriented graphite powder, comprising: preparing an aromatic polymer foam as a starting material; and firing the starting material in a predetermined atmosphere according to a predetermined temperature profile Method.
請求項6あるいは7に記載の配向性グラファイト粉末の製造方法において、
前記出発原料が、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンテレフタルアミド(PPTA)、ポリフェニレンオキササジアゾ(POD)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾビスチアゾール(PBBO)、ポリフェニレンベンゾイミダゾール(PBI)、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール(PPBI)、ポリチアゾール(PT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)から選ばれる配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the oriented graphite powder of Claim 6 or 7,
The starting material is polyamide, polyimide, polyphenylene terephthalamide (PPTA), polyphenylene oxazadiazo (POD), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBO), polyphenylene benzimidazole (PBI), polyphenylene benzobisimidazole A method for producing an oriented graphite powder selected from (PPBI), polythiazole (PT), and polyparaphenylene vinylene (PPV).
請求項6に記載の配向性グラファイト粉末の製造方法において、
前記出発原料が、前記芳香族高分子繊維体で織られた織布形状である配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the orientation graphite powder of Claim 6,
A method for producing oriented graphite powder, wherein the starting material is in the form of a woven fabric woven with the aromatic polymer fiber body.
請求項6あるいは7に記載の配向性グラファイトの製造方法において、
前記焼成工程の温度プロセスが、300℃〜1400℃の温度範囲から選ばれる所定の温度で予備焼成する工程と、再び常温から3000℃近傍の所定温度で本焼成する工程からなる配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the oriented graphite of Claim 6 or 7,
A temperature process of the firing step is a process of pre-baking at a predetermined temperature selected from a temperature range of 300 ° C. to 1400 ° C., and a step of main firing again at a predetermined temperature from room temperature to around 3000 ° C. Production method.
請求項10に記載の配向性グラファイトの製造方法において、
前記予備焼成工程が、400℃〜1200℃までを10℃/min以下の昇温速度で上げた後、1200℃で3時間以内加熱する条件である配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the orientation graphite of Claim 10,
The method for producing oriented graphite powder, wherein the pre-baking step is a condition of heating at 400 ° C. to 1200 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min or less and then heating at 1200 ° C. for 3 hours.
請求項10に記載の配向性グラファイトの製造方法において、
前記予備焼成雰囲気が、アルゴン(Ar)あるいは窒素(N2)のいずれかか、あるいはその混合雰囲気である配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the orientation graphite of Claim 10,
A method for producing oriented graphite powder, wherein the pre-firing atmosphere is either argon (Ar) or nitrogen (N 2 ), or a mixed atmosphere thereof.
請求項6あるいは7に記載の配向性グラファイトの製造方法において、
前記本焼成工程が、2500℃〜3200℃の温度範囲から選ばれると共に、常温から前記本焼成温度までを10℃/min以下の昇温速度で上げた後、前記本焼成温度で3時間以内加熱する条件である配向性グラファイト粉末の製造方法。
In the manufacturing method of the oriented graphite of Claim 6 or 7,
The main baking step is selected from a temperature range of 2500 ° C. to 3200 ° C., and the temperature is increased from room temperature to the main baking temperature at a heating rate of 10 ° C./min. A method for producing an oriented graphite powder, which is a condition to perform.
請求項6から請求項13に記載の方法で配向性グラファイト粉末を作製する工程と、ジェットミル等の一般な粉砕方法で更に任意の粒径にする工程を含む配向性グラファイト粉末の製造方法。 A method for producing an oriented graphite powder, comprising a step of producing an oriented graphite powder by the method according to claim 6 and a step of obtaining an arbitrary particle size by a general grinding method such as a jet mill. 請求項1に記載の配向性グラファイト粉末を用いた電子放射材料。 An electron emission material using the oriented graphite powder according to claim 1. 請求項1に記載の配向性グラファイト粉末を用いた水素吸蔵材料。 A hydrogen storage material using the oriented graphite powder according to claim 1. 請求項1に記載の配向性グラファイト粉末を用いた電池負極材料。 A battery negative electrode material using the oriented graphite powder according to claim 1. 請求項1に記載の配向性グラファイト粉末を使用した音響用振動板。 An acoustic diaphragm using the oriented graphite powder according to claim 1. 請求項1に記載の配向性グラファイト粉末を使用した熱放射材料。 A heat radiation material using the oriented graphite powder according to claim 1.
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