JP2011241142A - Method for producing graphite film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a graphite film without (1) breakage when heated, (2) having high flatness, (3) superior electrical conductivity, and superior heat conductivity (4).SOLUTION: A method for producing a graphite film includes graphiting a raw material film. The raw material film is graphited through applying and holding it along the inner surface of a carbonaceous container. Preferably, the raw material film is graphited while applying current.

Description

本発明は、放熱フィルムとして使用されるグラファイトフィルムの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a graphite film used as a heat dissipation film.

大面積の電気伝導性、熱伝導性に優れたグラファイトフィルムを得る方法として、ポリフェニレンオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリチアゾール、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド等の高分子フィルムを円筒状炭素に巻き付け、不活性ガス中あるいは真空中、1800℃以上で加熱する事を特徴とするグラファイトフィルムの製造方法(特許文献1)が知られている。   As a method for obtaining a graphite film having a large area of electrical conductivity and excellent thermal conductivity, polyphenylene oxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polythiazole, aromatic polyamide, A method for producing a graphite film (Patent Document 1) is known in which a polymer film such as aromatic polyimide is wound around cylindrical carbon and heated in an inert gas or in vacuum at 1800 ° C. or higher.

(特許文献1)の実施例では、長さ200mm、厚さ50μmの高分子フィルムを外径68mmのグラファイト質円筒に3重巻き付けて熱処理し、大面積のグラファイトフィルムを作製している。   In the example of (Patent Document 1), a polymer film having a length of 200 mm and a thickness of 50 μm is wrapped around a graphite cylinder having an outer diameter of 68 mm and heat-treated to produce a large-area graphite film.

従来の方法を用いて、より長い10m以上高分子フィルムを熱処理する場合には、巻きつけ回数を増やす必要がある。しかし巻きつけ回数を増やすと、フィルムの巻きつけた表面近傍と内部では、熱履歴に大きな差ができ、物性が低下する場合があった。また、フィルムに加わる熱履歴が異なるために、収縮量に差がで、熱処理過程で破損したり、皺が入りやすくなったりした。さらに、円筒状グラファイト質炭素に巻きつけているため、加熱中の熱収縮が規制され、加熱中に破損する場合があった。   When heat-treating a polymer film longer than 10 m using a conventional method, it is necessary to increase the number of windings. However, when the number of windings is increased, there is a large difference in the heat history between the vicinity of the surface where the film is wound and the inside, and the physical properties may be lowered. In addition, since the heat history applied to the film was different, there was a difference in the amount of shrinkage, and the film was damaged during the heat treatment process, and wrinkles were easily formed. Furthermore, since it is wound around cylindrical graphitic carbon, thermal shrinkage during heating is restricted, and it may break during heating.

また、従来の方法を用いた場合、円筒状で熱処理するため、円筒状のまま作製される。そのため、フィルムを平面状にするため、ロールがけ等の操作が必要となり、さらにその過程で傷が入りやすくなった。   In addition, when a conventional method is used, since the heat treatment is performed in a cylindrical shape, it is produced in a cylindrical shape. Therefore, in order to make the film flat, an operation such as rolling is required, and further, scratches are easily generated in the process.

また、高分子フィルムの厚みが75μm以上に厚くなればなるほど、フィルム内の熱履歴の差が大きくなり、加熱中に破損しやすくなり、また、円筒状の履歴も残りやすくなった。   Further, as the thickness of the polymer film was increased to 75 μm or more, the difference in the thermal history in the film was increased, and it was easy to break during heating, and the cylindrical history was also likely to remain.

特公平7−88207号公報Japanese Patent Publication No. 7-88207

本発明が解決しようとする課題は、(1)加熱中に破損することなく、(2)平坦性の高い、(3)電気伝導性、熱伝導性に優れた、(4)長尺のグラファイトフィルムを得ることである。   Problems to be solved by the present invention are as follows: (1) No damage during heating, (2) High flatness, (3) Excellent electrical conductivity and thermal conductivity, (4) Long graphite To get a film.

本発明には、以下の態様を含む。   The present invention includes the following aspects.

(1)高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせて保持し、グラファイト化する、グラファイトフィルムの製造方法。   (1) A method for producing a graphite film in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and the raw material film is attached to the inner surface of a carbonaceous container and graphitized. And a method for producing a graphite film.

(2)上記(1)に記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含む、グラファイトフィルムの製造方法。   (2) A method for producing a graphite film as described in (1) above, comprising a step of graphitizing while applying voltage and applying current.

(3)上記(1)又は(2)に記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、前記容器の周辺に、カーボン粉末が存在している状態で、前記通電がなされる、グラファイトフィルムの製造方法。   (3) The method for producing a graphite film as described in (1) or (2) above, wherein the energization is performed in the presence of carbon powder around the container. .

(4)前記容器が、円筒状である(1)〜(3)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (4) The method for producing a graphite film according to any one of (1) to (3), wherein the container is cylindrical.

(5)前記容器が、内径200mm以上の円筒状容器である(1)〜(4)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (5) The method for producing a graphite film according to any one of (1) to (4), wherein the container is a cylindrical container having an inner diameter of 200 mm or more.

(6)前記高分子フィルムが、ポリイミド、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリパラフェニレンビニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリチアゾールのうちから選ばれた少なくとも一種類以上の高分子からなる、(1)〜(5)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (6) The polymer film is polyimide, polyamide, polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polyparaphenylene vinylene, polybenzimidazole, polybenzobisimidazole, The method for producing a graphite film according to any one of (1) to (5), comprising at least one polymer selected from polythiazole.

(7)前記高分子フィルムが、複屈折0.08以上のポリイミドフィルムである、(6)に記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (7) The method for producing a graphite film according to (6), wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.08 or more.

(8)前記高分子フィルムが、複屈折0.12以上のポリイミドフィルムである、(6)に記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (8) The method for producing a graphite film according to (6), wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.12 or more.

(9)前記高分子フィルムが、ピロメリット酸二無水物、p−フェニレンジアミンを含むポリアミド酸を、脱水剤とイミド化促進剤とを用いてイミド化して作製されるポリイミドフィルムである、(6)〜(8)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (9) The polymer film is a polyimide film prepared by imidizing polymellitic acid containing pyromellitic dianhydride and p-phenylenediamine using a dehydrating agent and an imidization accelerator, (6 )-(8) The manufacturing method of the graphite film in any one of.

(10)前記高分子フィルムが、ジアミンと酸二無水物を用いて前記酸二無水物を両末端に有するプレポリマを合成し、前記プレポリマに前記とは異なるジアミンを反応させてポリアミド酸を合成し、前記ポリアミド酸をイミド化して作製されるポリイミドフィルムである、(6)〜(8)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (10) The polymer film uses a diamine and an acid dianhydride to synthesize a prepolymer having the acid dianhydride at both ends, and reacts the prepolymer with a diamine different from the above to synthesize a polyamic acid. The manufacturing method of the graphite film in any one of (6)-(8) which is a polyimide film produced by imidating the said polyamic acid.

(11)前記高分子フィルムが、長さ15m以上の高分子フィルムである、(6)〜(10)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (11) The method for producing a graphite film according to any one of (6) to (10), wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m or more.

(12)前記高分子フィルムが、長さ15m以上かつ幅250mm以上の高分子フィルムである、(6)〜(10)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   (12) The method for producing a graphite film according to any one of (6) to (10), wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m or more and a width of 250 mm or more.

(1)従来の径が120mm未満の小さい円筒状グラファイト質炭素に巻き付ける方法では、径が小さすぎ、熱処理中にフィルムが破損しやすくなった。また、円筒径が小さいと巻きつけ回数が増えることになった。また、円筒状の履歴が残りやすく、平坦性に劣るグラファイトしか得られなかった。しかし、本発明の円筒の径を大きくすることで、破損せず巻きつけ、巻きつけ回数を減らせ、平坦性の高い長尺のグラファイトフィルムを得ることができた。   (1) In the conventional method of winding around a small cylindrical graphite carbon having a diameter of less than 120 mm, the diameter is too small and the film is easily damaged during the heat treatment. In addition, when the cylindrical diameter is small, the number of windings increases. In addition, only a graphite having a cylindrical history easily remaining and inferior flatness was obtained. However, by enlarging the diameter of the cylinder of the present invention, it was possible to obtain a long graphite film with high flatness by reducing the number of times of winding and winding without breaking.

さらに、大径化することで、容器及び円筒状グラファイト質炭素に加わる熱履歴の差が大きくなる場合があるが、通電加熱法と組み合わせることにより、熱履歴の均一性が高まり、品質に優れたグラファイトフィルムを得ることができた。   Furthermore, by increasing the diameter, the difference in thermal history applied to the container and the cylindrical graphitic carbon may increase, but by combining with the current heating method, the uniformity of the thermal history is increased and the quality is excellent. A graphite film could be obtained.

(2)また、従来の炭素質芯に原料フィルムを巻きつけて保持し、不活性雰囲気下や減圧下で熱処理を行う方法では、10m以上の長さを有する高分子フィルムを熱処理する場合には、10周以上に巻きつけ回数を増やす必要がある。しかし巻きつけ回数を増やすと、フィルムの巻きつけた表面近傍と内部では、熱履歴に大きな差ができ、物性が低下する場合があった。また、フィルムに加わる熱履歴が異なるために、収縮量に差がで、熱処理過程で破損したり、皺が入りやすくなったりした。さらに、円筒状グラファイト質炭素に巻きつけているため、加熱中の熱収縮が規制され、加熱中に破損する場合があった。しかし、本発明の方法では、通電可能な容器内に、炭素質芯に原料フィルムを巻きつけて保持し、容器および原料に通電して加熱するため、フィルムの内部と表面で均一かつ十分に熱履歴が加わり、従来よりも、加熱中の収縮・膨張といった変形が均一に起こり、破損することなく、電気伝導性、熱伝導性に優れた長尺のグラファイトフィルムを得ることができた。   (2) In the case of heat-treating a polymer film having a length of 10 m or more in a conventional method in which a raw material film is wrapped and held around a carbonaceous core and heat-treated in an inert atmosphere or under reduced pressure, It is necessary to increase the number of windings over 10 laps. However, when the number of windings is increased, there is a large difference in the heat history between the vicinity of the surface where the film is wound and the inside, and the physical properties may be lowered. In addition, since the heat history applied to the film was different, there was a difference in the amount of shrinkage, and the film was damaged during the heat treatment process, and wrinkles were easily formed. Furthermore, since it is wound around cylindrical graphitic carbon, thermal shrinkage during heating is restricted, and it may break during heating. However, in the method of the present invention, the raw material film is wound around and held in a container that can be energized, and the container and the raw material are energized and heated. With the addition of a history, deformation such as shrinkage and expansion during heating occurred more uniformly than before, and a long graphite film excellent in electrical conductivity and thermal conductivity could be obtained without breakage.

(3)さらにまた、従来では、径が120mm未満の小さい円筒グラファイト質炭素に巻きつけて熱処理が行われていたため、加熱中の収縮が抑制され、破損する場合があった。しかし、本発明では、円筒の内面に添わすことにより、収縮が規制されず、破損することなく、長尺のグラファイトフィルムを得ることができた。   (3) Furthermore, conventionally, since heat treatment was performed by wrapping around a small cylindrical graphitic carbon having a diameter of less than 120 mm, shrinkage during heating was suppressed, and there was a case where breakage occurred. However, in the present invention, by attaching to the inner surface of the cylinder, the shrinkage is not restricted and a long graphite film can be obtained without being damaged.

ポリイミドフィルム及びくさび形シート。Polyimide film and wedge-shaped sheet. くさび形シートの斜視図。The perspective view of a wedge-shaped sheet | seat.

(1)本発明のグラファイトフィルムの第一の製造方法は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、外径120mm以上の炭素質芯に巻きつけて、グラファイト化することを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。さらに好ましくは、黒鉛化が、電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程をであると良い。   (1) A first method for producing a graphite film of the present invention is a method for producing a graphite film in which a raw material film comprising a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and has an outer diameter of 120 mm or more. A method for producing a graphite film, characterized by being wound around a carbonaceous core and graphitized. More preferably, the graphitization is a step of graphitizing while applying voltage and applying current.

(2)本発明のグラファイトフィルムの第二の製造方法は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、通電可能な容器内に、炭素質芯に原料フィルム巻きつけて保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含むことを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (2) A second method for producing a graphite film of the present invention is a method for producing a graphite film in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and in a container that can be energized. A method for producing a graphite film, comprising the steps of: wrapping and holding a raw material film around a carbonaceous core, and applying a voltage to the container and graphitizing while energizing.

(3)本発明のグラファイトフィルムの第三の製造方法は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせて保持し、グラファイト化することを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。さらに好ましくは、黒鉛化が、電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程をであると良い。   (3) A third method for producing a graphite film of the present invention is a method for producing a graphite film in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and is an inner surface of a carbonaceous container. A method for producing a graphite film, characterized in that a raw material film is held together and graphitized. More preferably, the graphitization is a step of graphitizing while applying voltage and applying current.

<グラファイトフィルム>
本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムは、熱伝導性が高いために、例えば、サーバー、サーバー用パソコン、デスクトップパソコン等の電子機器や、ノートパソコン、電子辞書、PDA、携帯電話、PDP、ポータブル音楽プレイヤー等の携帯電子機器等の放熱材料として好適である。
<Graphite film>
Since the graphite film produced by the production method of the present invention has high thermal conductivity, for example, electronic devices such as servers, server personal computers, desktop personal computers, notebook personal computers, electronic dictionaries, PDAs, mobile phones, PDPs, It is suitable as a heat dissipation material for portable electronic devices such as portable music players.

<原料フィルム>
本発明で用いることができる原料フィルムとしては、高分子フィルムまたは炭素化した高分子フィルムである。
<Raw film>
The raw material film that can be used in the present invention is a polymer film or a carbonized polymer film.

<高分子フィルム>
本発明に用いることができる高分子フィルムとしては、特に限定はされないが、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリオキサジアゾール(POD)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾビスチアゾール(PBBT)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾビスオキサゾール(PBBO)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)、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)が挙げられ、これらのうちから選ばれる少なくとも1種を含む耐熱芳香族性高分子フィルムであることが、最終的に得られるグラファイトの電気伝導性、熱伝導性が大きくなることから好ましい。これらのフィルムは、公知の製造方法で製造すればよい。この中でもポリイミドは、原料モノマーを種々選択することによって様々な構造および特性を有するものを得ることができるために好ましい。
<Polymer film>
The polymer film that can be used in the present invention is not particularly limited, but is polyimide (PI), polyamide (PA), polyoxadiazole (POD), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBT). ), Polybenzoxazole (PBO), polybenzobisoxazole (PBBO), polyparaphenylene vinylene (PPV), polyphenylene benzimidazole (PBI), polyphenylene benzobisimidazole (PPBI), and polythiazole (PT). Of these, a heat-resistant aromatic polymer film containing at least one selected from the above is preferable because the electrical conductivity and thermal conductivity of the finally obtained graphite are increased. What is necessary is just to manufacture these films with a well-known manufacturing method. Among these, polyimide is preferable because various materials and structures can be obtained by selecting various raw material monomers.

<炭素化した高分子フィルム>
本発明で用いられる炭素化した高分子フィルムとしては、出発物質である高分子フィルムを減圧下もしくは不活性ガス中で予備加熱処理して得られる。この予備加熱は通常1000℃程度の温度で行い、例えば10℃/分の速度で昇温した場合には1000℃の温度領域で30分程度の温度の保持を行うことが望ましい。
<Carbonized polymer film>
The carbonized polymer film used in the present invention is obtained by preheating a polymer film as a starting material under reduced pressure or in an inert gas. This preheating is usually performed at a temperature of about 1000 ° C., and for example, when the temperature is raised at a rate of 10 ° C./min, it is desirable to hold the temperature for about 30 minutes in the temperature range of 1000 ° C.

<本発明の原料フィルムを炭素質芯、炭素質容器に保持する方法>
本発明の原料フィルムを保持する方法としては、(1)炭素質芯に原料フィルムを巻きつける方法、(2)炭素質容器の内面に添わせる方法が挙げられる。
<Method of holding raw material film of the present invention in carbonaceous core and carbonaceous container>
Examples of the method of holding the raw material film of the present invention include (1) a method of winding the raw material film around a carbonaceous core, and (2) a method of attaching to the inner surface of the carbonaceous container.

(1)炭素質芯に原料フィルムを巻きつける方法では、炭素質芯は円筒状がよく、炭素質芯は、外径が120mm以上、好ましくは150mm以上、さらに好ましくは200mm以上、なおさらに好ましくは250mm以上である。炭素質芯が角型の形状である場合には、原料フィルムを巻きつけた場合、フィルムに折れが入る場合があるが、炭素質芯が円筒状である場合には、原料フィルムを巻きつけた場合、フィルムに折れが入りにくくなり、破損しにくくなるため好ましい。また、従来の径が120mm未満の小さい円筒状グラファイト質炭素に巻き付ける方法では、径が小さすぎ、熱処理中にフィルムが破損する場合があった。また、円筒径が小さいと長尺のグラファイトフィルムを得る場合、10周以上に巻きつけ回数を増やす必要があり、原料フィルムに加わる熱履歴にばらつきが発生し、物性低下する場合があった。また、円筒状の履歴が残りやすく、平坦性に劣るグラファイトしか得られなかった。しかし、円筒の径を大きくすることで、破損しにくくなり、巻きつけ巻きつけ回数を減らせ、平坦性の高い長尺のグラファイトフィルムを得ることができた。但し、炭素質芯、炭素質容器を大型化すると、炭素質芯、炭素質容器に加わる熱履歴の差が大きくなる、例えば、芯の端部と中央部で熱履歴に差が大きくなる場合があるが、後に説明する通電加熱法と組み合わせることにより、熱履歴の均一性が高まり、品質に優れたグラファイトフィルムを得ることができる。   (1) In the method of winding the raw material film around the carbonaceous core, the carbonaceous core is preferably cylindrical, and the carbonaceous core has an outer diameter of 120 mm or more, preferably 150 mm or more, more preferably 200 mm or more, and still more preferably. It is 250 mm or more. When the carbonaceous core has a square shape, when the raw material film is wound, the film may be broken, but when the carbonaceous core is cylindrical, the raw material film is wound. In this case, it is preferable because the film is not easily broken and is not easily damaged. Further, in the conventional method of winding around a small cylindrical graphite carbon having a diameter of less than 120 mm, the diameter is too small and the film may be damaged during the heat treatment. In addition, when a long graphite film is obtained when the cylindrical diameter is small, it is necessary to increase the number of windings to 10 or more rounds, and the thermal history applied to the raw material film may vary, resulting in a decrease in physical properties. In addition, only a graphite having a cylindrical history easily remaining and inferior flatness was obtained. However, by increasing the diameter of the cylinder, it was difficult to break, the number of windings was reduced, and a long graphite film with high flatness could be obtained. However, when the carbonaceous core and the carbonaceous container are enlarged, the difference in the thermal history applied to the carbonaceous core and the carbonaceous container increases, for example, the difference in the thermal history between the end portion and the central portion of the core may increase. However, by combining with the electric heating method described later, the uniformity of the heat history is increased, and a graphite film having excellent quality can be obtained.

すなわち、炭素質芯、炭素質容器を単に大型化・大径化することだけでは、炭素質芯、炭素質容器に加わる熱履歴の差が大きくなり、例えば、芯の端部と中央部で熱履歴に差が大きくなる場合があるという課題が新たに発生した。その新たな課題を本発明では、通電加熱することで、120mm以上の炭素質芯でも、品質に優れるグラファイトが得られることを見出した。すなわち、芯の径120mm以上のものでは、熱処理を均一にすることが難しかったが、本発明により、鋭意検討の結果、120mm以上の炭素質芯でも、通電加熱することで、品質に優れるグラファイトが得られることを見出した。   That is, simply by increasing the size and diameter of the carbonaceous core and the carbonaceous container, the difference in the thermal history applied to the carbonaceous core and the carbonaceous container increases. For example, heat is generated at the end and center of the core. A new issue has arisen that the difference in history may increase. In the present invention, it has been found that a graphite having excellent quality can be obtained even with a carbonaceous core of 120 mm or more by conducting current heating. That is, when the core diameter is 120 mm or more, it has been difficult to make the heat treatment uniform, but as a result of intensive studies, even with a carbonaceous core having a diameter of 120 mm or more, a graphite having excellent quality can be obtained by conducting heating. It was found that it can be obtained.

(2)炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせる方法では、炭素質容器は円筒状がよく、炭素質容器は、内径が200mm以上、好ましくは250mm以上、さらに好ましくは300mm以上である。従来の径が120mm未満の小さい円筒グラファイト質炭素に巻きつけて熱処理する方法では、加熱中の収縮が抑制され、破損する場合があった。一方本発明では、円筒の内面に添わすことにより、収縮が規制されず、破損することなく、長尺のグラファイトフィルムを得ることができた。   (2) In the method of attaching the raw material film to the inner surface of the carbonaceous container, the carbonaceous container is preferably cylindrical, and the carbonaceous container has an inner diameter of 200 mm or more, preferably 250 mm or more, more preferably 300 mm or more. In the conventional method of wrapping around a small cylindrical graphitic carbon having a diameter of less than 120 mm and performing heat treatment, shrinkage during heating is suppressed, and there is a case where breakage occurs. On the other hand, in the present invention, by attaching to the inner surface of the cylinder, the shrinkage is not restricted and a long graphite film can be obtained without breakage.

以上のように、炭素質芯の外径、炭素質容器の内径を大きくすることで、グラファイトフィルムの曲率半径が大きい状態で熱処理することが可能となり、黒鉛化が平面にスムースに進行しやすくなり、熱拡散率に優れたグラファイトフィルムが得られやすくなる。また、巻き数を減らすことができ、表面と内部で均一にグラファイト化が進行しやすくなり、熱拡散率に優れたグラファイトフィルムが得られやすくなる。   As described above, by increasing the outer diameter of the carbonaceous core and the inner diameter of the carbonaceous container, it becomes possible to perform heat treatment with a large curvature radius of the graphite film, and graphitization tends to proceed smoothly on a flat surface. It becomes easy to obtain a graphite film excellent in thermal diffusivity. Further, the number of windings can be reduced, and the graphitization tends to proceed uniformly on the surface and inside, so that a graphite film having an excellent thermal diffusivity can be easily obtained.

<本発明の不活性ガス雰囲気下・減圧下でグラファイト化する方法>
本発明のグラファイト化は、炭素化した高分子フィルムを一度取り出した後、黒鉛化用の炉に移し変えてからおこなっても良いし、炭素化からグラファイト化を連続的におこなっても良い。グラファイト化は、減圧下もしくは不活性ガス中でおこなわれるが、不活性ガスとしてはアルゴン、ヘリウムが適当である。熱処理温度としては最低でも2000℃以上が必要で、最終的には2400℃以上、より好ましくは、2600℃以上さらに好ましくは2800℃以上で熱処理することが、熱伝導性に優れたグラファイトを得るためにはよい。
<Method for Graphitizing Under Inert Gas Atmosphere / Depressurized Pressure of the Present Invention>
The graphitization of the present invention may be performed after the carbonized polymer film is once taken out and then transferred to a graphitization furnace, or may be continuously performed from carbonization. Graphitization is performed under reduced pressure or in an inert gas, and argon and helium are suitable as the inert gas. The heat treatment temperature needs to be 2000 ° C. or higher at a minimum, and finally heat treatment at 2400 ° C. or higher, more preferably 2600 ° C. or higher, more preferably 2800 ° C. or higher, in order to obtain graphite having excellent thermal conductivity. Good for.

熱処理温度が高いほど良質のグラファイトへの転化が可能であるが、経済性の観点からはできるだけ低温で良質のグラファイトに転化できることが好ましい。2500℃以上の超高温を得るには、通常はグラファイトヒータに直接電流を流して、そのジュ−ル熱を利用した加熱が行なわれる。グラファイトヒータの消耗は2700℃以上で進行し、2800℃ではその消耗速度が約10倍になり、2900℃ではさらにその約10倍になる。したがって、原材料の高分子フィルムの改善によって、良質のグラファイトへの転化が可能な温度を例えば2800℃から2700℃に下げることは大きな経済的効果を生じる。なお、一般に入手可能な工業的炉において、熱処理可能な最高温度は3000℃が限界である。   The higher the heat treatment temperature is, the higher the quality can be converted to graphite, but from the viewpoint of economy, it is preferable that the conversion to high quality graphite is possible at the lowest possible temperature. In order to obtain an ultra-high temperature of 2500 ° C. or higher, heating is usually performed by passing a current directly through the graphite heater and utilizing its juule heat. The consumption of the graphite heater proceeds at 2700 ° C. or more, and the consumption rate becomes about 10 times at 2800 ° C., and further about 10 times at 2900 ° C. Therefore, by improving the raw material polymer film, lowering the temperature at which conversion to high-quality graphite can be performed, for example, from 2800 ° C. to 2700 ° C. has a great economic effect. In a generally available industrial furnace, the maximum heat-treatable temperature is 3000 ° C.

<本発明の通電しながらグラファイト化する方法>
本発明のグラファイト化方法は、高分子フィルム及び/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを後述する「電圧を印加し直接通電可能な容器」内に、原料フィルムを保持し、該通電可能な容器および原料フィルムに後述する方法で通電し、グラファイト化する工程を含むことを特徴とする。
<Method for Graphitizing While Energizing the Present Invention>
The graphitization method of the present invention is a method in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is held in a “container that can be directly energized by applying a voltage” described later, and the energization is possible. It includes a step of energizing a non-container and a raw material film by a method to be described later to graphitize.

本発明の第一の方法は、原料フィルムによって、大きく下記の3つに分類できる。   The first method of the present invention can be roughly classified into the following three types depending on the raw material film.

後述する「電圧を印加し直接通電可能な容器」内に、
(その1)「炭素化した高分子フィルム」を保持し、または、
(その2)「高分子フィルム」を予備加熱処理することで「炭素化した高分子フィルム」を得た後、その「炭素化した高分子フィルム」を保持し、または、
(その3)絶縁体である「高分子フィルム」を保持し、
該容器に電圧を印加し通電しながら、グラファイト化する工程を含むことを特徴とする。
In the “container that can be energized directly by applying voltage” described later,
(Part 1) Hold a “carbonized polymer film” or
(Part 2) After obtaining a “carbonized polymer film” by preheating the “polymer film”, holding the “carbonized polymer film”, or
(Part 3) Hold the “polymer film” as an insulator,
The method includes a step of graphitizing while applying a voltage to the vessel and energizing the vessel.

下記に、(その1)から(その3)について、具体的に説明する。   Hereinafter, (Part 1) to (Part 3) will be specifically described.

(その1)原料に炭素化した高分子フィルムを用い、該フィルムを電圧印加による直接通電が可能な容器内に保持し、該容器へ電圧印加することで通電してグラファイト化する場合、該フィルムは、発熱した容器からの直接熱伝導(1)及びフィルムの自己発熱(2)による2つの手段で加熱され、品質の優れたグラファイトフィルムとなる。詳細を説明すると以下の通りである。   (Part 1) When a carbonized polymer film is used as a raw material, the film is held in a container that can be directly energized by applying a voltage, and the film is graphitized by energizing by applying a voltage to the container. Is heated by two means by direct heat conduction from the exothermic container (1) and self-heating of the film (2), and becomes a graphite film with excellent quality. The details are as follows.

従来の通常の雰囲気及び減圧下での熱処理では、加熱は、雰囲気ガスの熱伝導及び/またはヒーターからの輻射熱によりおこなわれるため、フィルムが加熱される手段は基本的には、フィルム表面から内部への熱伝導の1つのみである。   In the conventional ordinary atmosphere and heat treatment under reduced pressure, the heating is performed by the heat conduction of the atmosphere gas and / or the radiant heat from the heater. Therefore, the means for heating the film is basically from the film surface to the inside. It is only one of the heat conductions.

しかし本発明の方法では、炭素化した高分子フィルムと導電体(容器(黒鉛製容器であってもよい)及び/又はカーボン粉末)が接している部分がフィルムの一方の表面と他方の表面であるため、電圧印加により発生したジュール熱が、炭素化した高分子フィルムの一方の表面と他方の表面の両方から直ちに伝熱する。その結果、一方の表面と他方の表面の両方から、炭素化が進行する。発熱した容器からの直接熱伝導及び後述するフィルムの自己発熱による2つの手段で加熱されフィルム内部まで十分加熱され、フィルムの表層及び内部で均一に熱処理される。   However, in the method of the present invention, the portion where the carbonized polymer film is in contact with the conductor (the container (may be a graphite container) and / or carbon powder) is on one surface and the other surface of the film. For this reason, Joule heat generated by voltage application is immediately transferred from both one surface and the other surface of the carbonized polymer film. As a result, carbonization proceeds from both one surface and the other surface. The film is heated by two means by direct heat conduction from the exothermic container and self-heating of the film, which will be described later, sufficiently heated to the inside of the film, and uniformly heat-treated in the surface layer and inside of the film.

本発明では、電圧を印加し直接通電可能な容器に通電にすると、通電による発熱が生じる。   In the present invention, when a voltage is applied and a container that can be directly energized is energized, heat is generated by energization.

また、出発原料に炭素化した高分子フィルムを用いた場合、容器に電圧を印加すると、該フィルムは既に炭素化しているために炭素化の進行に応じた電気抵抗の変化に応じて電流が流れ、黒鉛化の進行に伴い、抵抗が低くなるために、より電流が流れ、フィルム自体が発熱する。特に、電流は表層及び内部の両方に流れるため、発熱は表層及び内部の両方で同時に進行する。その結果、均一な黒鉛化が起こる。   In addition, when a carbonized polymer film is used as a starting material, when a voltage is applied to the container, a current flows in accordance with the change in electrical resistance according to the progress of carbonization because the film is already carbonized. As the graphitization proceeds, the resistance decreases, so that more current flows and the film itself generates heat. In particular, since current flows in both the surface layer and the inside, heat generation proceeds simultaneously in both the surface layer and the inside. As a result, uniform graphitization occurs.

さらに、電流は、炭素化の進行に応じた電気抵抗の変化に応じて流れ、黒鉛化の進行に伴い、抵抗が低くなるために、フィルムに流れる電流量が増え、フィルムの発熱量が増加し、黒鉛化が進行しやすくなる。特に、部分的に発熱が大きくなったとしても、フィルムそのものが発熱しかつ黒鉛化が進行するに従い熱伝導性が高まるために、フィルム全体に熱が伝わり、フィルムは均一に加熱される。   Furthermore, the current flows in accordance with the change in electrical resistance according to the progress of carbonization, and as the graphitization progresses, the resistance decreases, so the amount of current flowing through the film increases and the amount of heat generated by the film increases. , Graphitization easily proceeds. In particular, even if the heat generation is partially increased, the film itself generates heat and the thermal conductivity increases as the graphitization proceeds, so that heat is transmitted to the entire film and the film is uniformly heated.

グラファイトになる前の炭素化した高分子フィルムは、グラファイトと比べて熱伝導性に劣る傾向が有る。そのため、従来のような通常の雰囲気及び減圧下での熱処理では加熱手段が熱伝導の1つのみであることから、内部まで熱が十分伝わりにくく、表層と内部で黒鉛化の状態に差ができやすく、表層のみ黒鉛化し、内部に黒鉛化の不十分な部分が残る傾向が有る。結果、従来の方法では、高温に熱処理した場合に、内部の不十分な部分が発泡破裂し、フィルムがボロボロになった。   The carbonized polymer film before becoming graphite tends to be inferior in thermal conductivity as compared with graphite. Therefore, in conventional heat treatment under normal atmosphere and reduced pressure, the heating means is only one of heat conduction, so heat is not easily transmitted to the inside, and there is a difference in the state of graphitization between the surface layer and inside. It tends to graphitize only the surface layer and leave an insufficiently graphitized portion inside. As a result, in the conventional method, when the heat treatment was performed at a high temperature, an insufficient portion inside was foamed and burst, and the film became tattered.

一方、本発明の方法では、電圧を印加し直接通電可能な容器そのものが電圧印加に伴い発熱しているのと同時に、炭素化・黒鉛化の進行に応じた電気抵抗の変化に応じて、炭素化した高分子フィルムの炭素化部分に、電流が流れ、フィルム自体が発熱する。したがって、発熱した容器からの直接熱伝導及びフィルムの自己発熱による2つの手段によって、フィルムに十分熱を供給することが可能となり、内部の熱伝導性が悪い部分にも充分熱が供給され、表層のみ黒鉛化されることなく、表層と内部が同時に黒鉛化が進行する。   On the other hand, in the method of the present invention, the container itself that can be directly energized by applying a voltage generates heat as the voltage is applied, and at the same time, according to the change in electrical resistance according to the progress of carbonization / graphitization, A current flows through the carbonized part of the polymerized film, and the film itself generates heat. Therefore, it is possible to supply sufficient heat to the film by two means by direct heat conduction from the heated container and self-heating of the film, and sufficient heat is supplied even to the portion having poor internal heat conductivity, and the surface layer The graphitization proceeds simultaneously in the surface layer and inside without being graphitized only.

さらに、フィルム面内で均一に電気伝導度が高くなるため、フィルム内で部分的な電界集中を起こすことなく、局所的な発熱が起こらず、結果として表面及び内部で均一な黒鉛化が進行する。また、熱処理後のグラファイトが結晶性に非常に優れ、耐熱性にも優れたものとなるため、電界が集中し局所的な加熱が生じたとしても破損することなく、品質の高いグラファイトとなる。   In addition, since the electric conductivity is uniformly increased in the film plane, local electric field concentration does not occur in the film, local heat generation does not occur, and as a result, uniform graphitization proceeds on the surface and inside. . In addition, since the graphite after the heat treatment is very excellent in crystallinity and excellent in heat resistance, even if the electric field is concentrated and local heating occurs, the graphite becomes high quality without being damaged.

(その2)また、原料フィルムとして絶縁体の高分子フィルムを用いる場合、該フィルムを、不活性ガス雰囲気下および/または減圧下で予備加熱処理して得られる、炭素化した高分子フィルムを使用できる。このようにして炭素化した高分子フィルムは、(その1)で上記記載したとおりの方法で、グラファイト化が可能である。   (Part 2) Also, when an insulating polymer film is used as a raw material film, a carbonized polymer film obtained by preheating the film in an inert gas atmosphere and / or under reduced pressure is used. it can. The polymer film carbonized in this way can be graphitized by the method described above in (Part 1).

(その3)また、原料フィルムとして絶縁体の高分子フィルムを用いる場合、グラファイトに至るまでの炭素化過程の最初から通電によるため、炭素化も均一に起こりやすい。また、絶縁体の高分子フィルムであっても、本発明の製造方法によれば、その絶縁体の高分子フィルムと導電体(黒鉛製容器及び/又はカーボン粉末)が接している部分がフィルムの一方の表面と他方の表面であるため、電圧印加により発生したジュール熱が、絶縁体高分子フィルムの一方の表面と他方の表面の両方から直ちに伝熱する。従って、一方の表面と他方の表面の両方から、炭素化が進行する。   (Part 3) Further, when an insulating polymer film is used as a raw material film, carbonization is likely to occur uniformly because it is energized from the beginning of the carbonization process up to graphite. Further, even in the case of an insulating polymer film, according to the manufacturing method of the present invention, the portion where the insulating polymer film is in contact with the conductor (graphite container and / or carbon powder) is the film. Since it is one surface and the other surface, Joule heat generated by voltage application is immediately transferred from both one surface and the other surface of the insulating polymer film. Therefore, carbonization proceeds from both one surface and the other surface.

このように本発明では、絶縁体の高分子フィルムであっても、両方の表面に導電体が接しているため、電圧を印加し通電して加熱する場合、当初は、フィルムの両方の表面から炭素化が進行し、引き続き、フィルム内部の炭素化の進行に応じた電気抵抗の変化に応じてフィルム内部にも電流が流れ、また炭素化の進行に伴いフィルムに流れる電流量が増え、最終的に表面及び内部での均一な発熱が起こるため、均一な黒鉛化が進行しやすくなる。またフィルム面内で均一に電気伝導度が高くなるため、フィルム内で部分的な電界集中を起すことなく、局所的な発熱が起こらず、結果として表面及び内部で均一な黒鉛化が進行する。また、熱処理後のグラファイトの結晶性に非常に優れ、耐熱性にも優れたものとなるため、電界が集中し局所的な加熱が生じたとしても破損することなく、品質の高いグラファイトとなる。   Thus, in the present invention, even in the case of an insulating polymer film, the conductor is in contact with both surfaces. As carbonization progresses, current continues to flow inside the film in response to changes in electrical resistance in accordance with the progress of carbonization inside the film, and the amount of current flowing through the film increases with the progress of carbonization. Since uniform heat generation occurs on the surface and inside, uniform graphitization easily proceeds. In addition, since the electric conductivity is increased uniformly in the film plane, local electric field concentration does not occur in the film, and local heat generation does not occur. As a result, uniform graphitization proceeds on the surface and inside. Moreover, since the crystallinity of the graphite after the heat treatment is very excellent and the heat resistance is excellent, even if the electric field is concentrated and local heating occurs, the graphite becomes high quality without being damaged.

さらに、炭素質芯、炭素質容器を大型化すると、炭素質芯、炭素質容器に加わる熱履歴の差が大きくなる、例えば、芯の端部と中央部で熱履歴に差が大きくなる場合があるが、通電加熱法と組み合わせることにより、熱履歴の均一性が高まり、品質に優れたグラファイトフィルムを得ることができる。   Furthermore, when the carbonaceous core and the carbonaceous container are enlarged, the difference in the thermal history applied to the carbonaceous core and the carbonaceous container increases, for example, the difference in the thermal history between the end portion and the central portion of the core may increase. However, when combined with the electric heating method, the uniformity of the thermal history is increased, and a graphite film having excellent quality can be obtained.

本発明によるグラファイトフィルムが従来製造方法によるグラファイトフィルムよりも優れた均一性を発現する理由や機構については、学術的詳細研究がさらに必要ではあるが、上記のとおり、推定できる。   The reason why the graphite film according to the present invention exhibits higher uniformity than the graphite film produced by the conventional production method and the mechanism can be estimated as described above, although further academic detailed research is necessary.

<通電方法/黒鉛製容器と原料フィルムとの間および/または前記黒鉛製容器の外部周辺に、カーボン粉末が充填されている状態>について。   <Energization method / state in which carbon powder is filled between a graphite container and a raw material film and / or around the outside of the graphite container>.

本発明の原料フィルムのグラファイト化プロセス、特に、通電方法について説明する。   The graphitization process of the raw material film of the present invention, particularly the energization method will be described.

本発明において、電圧を印加し通電する方法としては、交流電圧および/又は直流電圧を印加し、通電することをいう。   In the present invention, a method of applying a voltage by applying a voltage means applying an AC voltage and / or a DC voltage and applying a current.

本発明の原料フィルムのグラファイト化プロセスは、電圧を印加し直接通電可能な容器内に、該原料フィルムを保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含むことによって行なわれる。例えば次のよう方法(1)−(4)で通電されるのが好ましい。ここでは特に、黒鉛製容器の場合について記載するが、必ずしも、黒鉛製容器にのみ制約されるものではない。   The raw material film graphitization process of the present invention is carried out by including a step of holding the raw material film in a container that can be directly energized by applying a voltage, and graphitizing while energizing the container by applying a voltage to the container. . For example, it is preferable to energize by the following methods (1) to (4). Here, the case of a graphite container will be described in particular, but the present invention is not necessarily limited to the graphite container.

(1)黒鉛製容器内に、原料フィルムを保持し、該黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法。   (1) A method in which a raw material film is held in a graphite container, and a voltage is applied to the graphite container itself to energize it.

(2)黒鉛製容器内に、原料フィルムを保持し、該黒鉛製容器の外部周辺をカーボン粉末で覆い(充填し)、カーボン粉末を介して、黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法。   (2) A method of holding a raw material film in a graphite container, covering (filling) the outer periphery of the graphite container with carbon powder, and applying a voltage to the graphite container itself through the carbon powder to energize it. .

(3)黒鉛製容器内に、カーボン粉末で覆った原料フィルムを保持し(黒鉛製容器と原料フィルムとの間に、カーボン粉末が充填されている状態で、保持し)、該黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法。   (3) Hold the raw material film covered with carbon powder in the graphite vessel (hold the carbon powder between the graphite vessel and the raw material film), and the graphite vessel itself A method of applying a voltage to the energization.

(4)黒鉛製容器内に、カーボン粉末で覆った原料フィルムを保持し(黒鉛製容器と原料フィルムとの間に、カーボン粉末が充填されている状態で、保持し)、さらに該黒鉛製容器をカーボン粉末で覆い(黒鉛製容器の外部周辺にカーボン粉末が充填されてい状態で)、カーボン粉末を介して、黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法。   (4) Holding a raw material film covered with carbon powder in a graphite vessel (holding the carbon powder between the graphite vessel and the raw material film), and further, the graphite vessel Is covered with carbon powder (in the state where the outside of the graphite container is filled with carbon powder), and a voltage is applied to the graphite container itself through the carbon powder to energize it.

直接通電可能な容器及び製造されたフィルムの電気伝導性から考えて、サンプルの大きさにもよるが、通電の結果、例えば原料フィルムには10mA以上の電流が流れ、ジュ−ル熱により容器および/またはフィルムが発熱する。特に、初期絶縁体で途中から導電体に変換する場合であっても、投入電力を制御することにより急激な温度上昇を防止することで、安定的に高品質のグラファイトフィルムを製造できる。   Considering from the electrical conductivity of the container that can be directly energized and the manufactured film, depending on the size of the sample, as a result of energization, for example, a current of 10 mA or more flows through the raw material film, and the container and / Or the film generates heat. In particular, even when the initial insulator is converted to a conductor from the middle, a high-quality graphite film can be stably produced by preventing a sudden temperature rise by controlling the input power.

本発明にある電圧を印加し直接通電可能な容器内に、該原料フィルムを保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程では、結果として原料フィルムに電圧を印加し通電して加熱するため、原料フィルムそのものの発熱が寄与する。従って、フィルムの内部と表面で均一に加熱され、またフィルム周辺からも十分均一に加熱が行なわれるため、従来よりも電気伝導性、熱伝導性に優れたグラファイトフィルムを得ることができる。さらに、125μmや225μm程度の、従来より厚い原料フィルムを用いた場合にも、フィルムの内部、表面、周辺から均一に加熱されるため、表面と内部が同時に黒鉛化し、表層に分解ガスの発生を妨げる黒鉛層が形成されず、内部の分解ガスが抜けやすくなり、分解ガスによるフィルム破損が起こらず、厚みの厚い電気伝導性、熱伝導性に優れたグラファイトフィルムを得ることができる。   In the step of holding the raw material film in a container which can be directly energized by applying a voltage according to the present invention and graphitizing while energizing the container by applying a voltage to the container, as a result, a voltage is applied to the raw material film and energized. The heating of the raw material film itself contributes. Accordingly, the film is uniformly heated on the inside and the surface of the film, and is also heated sufficiently uniformly from the periphery of the film, so that it is possible to obtain a graphite film that is more excellent in electric conductivity and heat conductivity than before. Furthermore, even when using a raw material film with a thickness of about 125 μm or about 225 μm, the film is heated uniformly from the inside, the surface, and the periphery of the film. A disturbing graphite layer is not formed, the internal decomposition gas is easily released, and the film is not damaged by the decomposition gas, and a thick graphite film excellent in electrical conductivity and thermal conductivity can be obtained.

通電方法(2)である、黒鉛製容器内に、原料フィルムを保持し、該黒鉛製容器の外部周辺をカーボン粉末で覆い、カーボン粉末を介して、黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法は、通電方法(1)である黒鉛製容器内に、原料フィルムを保持し、該黒鉛製容器自体に電圧を印加し通電する方法よりも、熱伝導性が高く、特性にバラツキのない優れたグラファイトフィルムを得るうえでは、優れている。というのは、黒鉛製容器をカーボン粉末で覆うことにより、黒鉛製容器および/または原料フィルムに加わる通電および加熱が均一におこるためである。   The energization method (2), in which a raw material film is held in a graphite container, the outer periphery of the graphite container is covered with carbon powder, and a voltage is applied to the graphite container itself through the carbon powder to energize it. The method is superior to the current conduction method (1) in which the raw material film is held in a graphite container and a voltage is applied to the graphite container itself to conduct electricity and the characteristics are not varied. It is excellent in obtaining a graphite film. This is because the graphite container and / or the raw material film are uniformly energized and heated by covering the graphite container with carbon powder.

またさらに、通電方法(3)(4)にあるように、黒鉛製容器内に、カーボン粉末で覆った原料フィルムを保持することも、黒鉛製容器および/または原料フィルムに加わる通電および加熱が均一になるために好ましい。   Furthermore, as in the energization methods (3) and (4), holding the raw material film covered with the carbon powder in the graphite vessel also means that the energization and heating applied to the graphite vessel and / or the raw material film is uniform. It is preferable to become.

通電の結果生じる熱から与えられ、原料フィルムに結果として与えられる熱処理温度としては最低でも2400℃以上が必要で、好ましくは2600℃以上、最終的には2700℃以上の温度で熱処理することが好ましく、2800℃以上で熱処理することがより好ましい。   The heat treatment temperature given from the heat generated as a result of energization and given to the raw material film should be at least 2400 ° C., preferably 2600 ° C. or more, and finally heat treatment at a temperature of 2700 ° C. or more. It is more preferable to perform heat treatment at 2800 ° C. or higher.

本発明では、原料フィルムを保持した容器をさらに別の容器内に保持することで、該容器に加わる電圧および/または熱を均一化でき該容器間で作製されたグラファイトの品質には、差が生じないという特徴がある。さらに、原料フィルムを保持した該容器の外部周辺のカーボン粉末の存在密度(充填する場合には充填密度)を均一にでき、多数の該容器を用いた場合であっても、該容器間で作製されたグラファイトの品質には、差が生じないという特徴がある。   In the present invention, by holding the container holding the raw material film in another container, the voltage and / or heat applied to the container can be made uniform, and there is a difference in the quality of the graphite produced between the containers. It does not occur. Furthermore, the density of the carbon powder around the outside of the container holding the raw film can be made uniform (filling density when filling), and even when a large number of the containers are used, they are produced between the containers. The quality of the graphite produced is characterized by no difference.

なお、本発明で記載の温度は、例えば直接通電可能な容器の外壁や内部の一部などにおいて、放射温度計などを使用して計測することができる。   In addition, the temperature described in the present invention can be measured using a radiation thermometer or the like, for example, on the outer wall or a part of the inside of a container that can be directly energized.

<電圧を印加し直接通電可能な容器>
本発明の、電圧を印加し直接通電可能な容器とは、例えば、タングステン製、モリブデン製、黒鉛製の容器である。本発明のような2500℃の温度領域まで通電によって加熱されるような用途では、取り扱いの容易さや、工業的な入手の容易さ等を勘案すると、使用される容器としては、黒鉛製の容器が、特に好ましい。ここでいう黒鉛とは、上記の温度領域まで加熱することができる限りにおいて、黒鉛を主に含むような材料までを含む広い概念であるが、例えば、等方性黒鉛、押出製黒鉛、が挙げられ、電気伝導性、熱伝導性に優れ、均質性にも優れる等方性黒鉛が、電流を流しまた繰り返し用いる場合には好ましい。
<Container that can be energized by applying voltage>
The container that can be directly energized by applying a voltage according to the present invention is, for example, a container made of tungsten, molybdenum, or graphite. In applications such as the present invention where heating is performed by energization to a temperature range of 2500 ° C., considering the ease of handling, industrial availability, etc., the container used is a graphite container. Is particularly preferred. The term “graphite” as used herein is a broad concept including materials that mainly contain graphite as long as it can be heated to the above temperature range, and examples thereof include isotropic graphite and extruded graphite. Isotropic graphite having excellent electrical and thermal conductivity and excellent homogeneity is preferable when an electric current is applied and repeatedly used.

<カーボン粉末>
本発明において用いられるカーボン粉末は、本発明のような2500℃の温度領域まで(通電によって)加熱される。
<Carbon powder>
The carbon powder used in the present invention is heated (by energization) to a temperature range of 2500 ° C. as in the present invention.

ここでいうカーボン粉末とは、炭素を主に含む粉末である限りにおいて、特に限定されるものではない、広い概念である。例えば、有機物を主に含む物質や粉末や繊維を熱処理した後、粉末状に粉砕したものや、造粒したものでもよい。熱処理の温度は、200℃以上、好ましくは、500℃以上、さらに好ましくは1000℃以上や1500℃以上である。また、天然および/または人工のピッチ、コークス、カーボンブラックのような炭素を主に含む物質を用いてもよい。また、カーボン粉末は黒鉛であっても良い。ここでいうとは、上記の温度領域まで加熱することができる限りにおいて、黒鉛を主に含むような材料までを含む広い概念であるが、例えば、グラファイトクロスを粉砕したもの、等方性黒鉛を粉砕したもの、押出製黒鉛を粉砕したもの、等が挙げられる。カーボン粉末の粉末形状、粒子径、粒子径分布などは、特に制限されるものではない
<ポリイミドフィルム>
ポリイミドフィルムは、他の有機材料を原料とする原料フィルムよりもフィルムの炭化、黒鉛化が進行しやすいため、フィルムの電気伝導度が低温で均一に高くなりやすく、かつ電気伝導度そのものも高くなりやすい。その結果、電圧を印加し直接通電可能な容器内に、該原料フィルムを保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する場合には、フィルム部分に炭素化の進行に伴って均一に電流が流れ、表面及び内部での均一な発熱が起こり、厚みが薄い場合に加え、厚い場合においても熱伝導性の高いグラファイトとなる。また、出来上がるグラファイトの結晶性が優れ、耐熱性にも優れたものとなるため、電界が集中し局所的な加熱が生じたとしても破損することなく、品質の高いグラファイトとなる。
The carbon powder here is a broad concept that is not particularly limited as long as it is a powder mainly containing carbon. For example, a substance mainly containing an organic substance, powder, or fiber may be heat treated and then pulverized into a powder or granulated. The temperature of the heat treatment is 200 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher or 1500 ° C. or higher. Further, a substance mainly containing carbon such as natural pitch and / or artificial pitch, coke and carbon black may be used. The carbon powder may be graphite. As used herein, as long as it can be heated to the above temperature range, it is a broad concept including materials that mainly contain graphite. For example, a crushed graphite cloth, isotropic graphite The thing which grind | pulverized, the thing which grind | pulverized extruded graphite, etc. are mentioned. The powder shape, particle size, particle size distribution, etc. of the carbon powder are not particularly limited. <Polyimide film>
Polyimide film is more prone to carbonization and graphitization of film than raw materials made from other organic materials, so the electrical conductivity of the film is likely to increase uniformly at low temperatures, and the electrical conductivity itself increases. Cheap. As a result, when the raw material film is held in a container that can be directly energized by applying a voltage and graphitized while energizing by applying a voltage to the container, the film portion is uniform as the carbonization progresses. Current flows through the surface, and uniform heat generation occurs on the surface and inside, resulting in graphite having high thermal conductivity even when the thickness is small. In addition, since the resulting graphite has excellent crystallinity and excellent heat resistance, even if the electric field is concentrated and local heating occurs, the graphite does not break and becomes high quality graphite.

<ポリイミドフィルムと複屈折>
本発明に用いられるポリイミドフィルムにおいて、分子の面内配向性に関連する複屈折Δnは、フィルム面内のどの方向に関しても0.08以上、好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.12以上、最も好ましくは0.14以上である。
<Polyimide film and birefringence>
In the polyimide film used in the present invention, the birefringence Δn related to the in-plane orientation of the molecule is 0.08 or more, preferably 0.10 or more, more preferably 0.12 or more in any direction in the film plane. Most preferably, it is 0.14 or more.

<原料フィルムと複屈折>
複屈折が高くなるほど、フィルムの炭化(炭素化)、黒鉛化が進行しやすいため、フィルムの電気伝導度が高くなりやすい。その結果、電圧を印加し直接通電可能な容器内に、該原料フィルムを保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程では、フィルム部分に炭素化の進行に応じた電気抵抗の変化に応じて均一に電流が流れ、また炭素化の進行に伴いフィルムに流れる電流量が増え、表面及び内部での均一な発熱が起こるため、均一な黒鉛化が進行しやすくなる。またフィルム面内で均一に電気伝導度が高くなるため、フィルム内で部分的な電界集中を起すことなく、局所的な発熱が起こらず、結果として表面及び内部で均一な黒鉛化が進行する。
<Raw film and birefringence>
The higher the birefringence, the more easily the carbonization (carbonization) and graphitization of the film proceeds, and the electrical conductivity of the film tends to increase. As a result, in the step of holding the raw material film in a container that can be directly energized by applying a voltage, and graphitizing while energizing the container by applying a voltage to the container, the film portion has an electric resistance corresponding to the progress of carbonization. As the carbonization progresses, the amount of current flowing through the film increases and uniform heat generation occurs on the surface and inside, so that uniform graphitization easily proceeds. In addition, since the electric conductivity is increased uniformly in the film plane, local electric field concentration does not occur in the film, and local heat generation does not occur. As a result, uniform graphitization proceeds on the surface and inside.

また、低温で炭化(炭素化)及び黒鉛化が進行するために、低温の熱処理中からフィルムの電気伝導度が高くなり、表面及び内部での均一な発熱が起こり、均一な黒鉛化が進行しやすくなる。   In addition, since carbonization (carbonization) and graphitization proceed at a low temperature, the electrical conductivity of the film increases during the low-temperature heat treatment, uniform heat generation occurs on the surface and inside, and uniform graphitization proceeds. It becomes easy.

また、複屈折が高くなるほど、結晶性に優れ、耐熱性にも優れたものとなるため、電界が集中し局所的な加熱が生じたとしても破損することなく、品質の高いグラファイトフィルムとなる。   In addition, the higher the birefringence, the better the crystallinity and the heat resistance. Therefore, even if the electric field is concentrated and local heating occurs, the graphite film does not break and becomes a high quality graphite film.

また、原料の厚みが厚くなったとしても、表面と内部で均一に黒鉛化が進行するため、熱伝導性の優れたグラファイトが得られる。   Further, even when the thickness of the raw material is increased, graphitization is uniformly progressed on the surface and inside, so that graphite having excellent thermal conductivity can be obtained.

また、複屈折が高くなるほど、得られるグラファイトフィルムの熱伝導性が顕著に改善される。従って、通電の結果生じる熱から与えられ、原料フィルムに結果として与えられる最高処理温度を下げることが可能となり、消費電力の低減が可能となる。短時間の熱処理でも品質の高いグラファイトフィルムとなる。   Moreover, the higher the birefringence, the more significantly the thermal conductivity of the resulting graphite film. Therefore, the maximum processing temperature given from the heat generated as a result of energization and given to the raw material film can be lowered, and the power consumption can be reduced. A high quality graphite film can be obtained even with a short heat treatment.

複屈折が高くなると黒鉛化しやすくなる理由は明らかではないが、グラファイト化のためには分子が再配列する必要があり、複屈折の高い分子配向性に優れたポリイミドフィルムでは分子の再配列が最小で済むことから、ポリイミドフィルムの中でも、より配向性に優れたポリイミドフィルムの方が、比較的低温の通電処理による熱発生に伴う最高処理温度で、厚みが厚くても、結晶性の高いグラファイトフィルムになると推測される。   The reason why graphitization is likely to occur when birefringence is high is not clear, but it is necessary to rearrange the molecules for graphitization, and polyimide films with high birefringence and excellent molecular orientation have minimal molecular rearrangement. Therefore, among polyimide films, a polyimide film with better orientation is the highest processing temperature associated with heat generation due to a relatively low-temperature energization process, and a highly crystalline graphite film even if it is thick. It is estimated that

<複屈折>
ここでいう複屈折とは、フィルム面内の任意方向の屈折率と厚み方向の屈折率との差を意味し、フィルム面内の任意方向Xの複屈折Δnxは次式(数式1)で与えられる。
<Birefringence>
Birefringence here means the difference between the refractive index in an arbitrary direction in the film plane and the refractive index in the thickness direction, and the birefringence Δnx in the arbitrary direction X in the film plane is given by the following formula (Formula 1). It is done.

Figure 2011241142
Figure 2011241142

図1と図2において、複屈折の具体的な測定方法が図解されている。図1の平面図において、フィルム1から細いくさび形シート2が測定試料として切り出される。このくさび形シート2は一つの斜辺を有する細長い台形の形状を有しており、その一底角が直角である。このとき、その台形の底辺はX方向と平行な方向に切り出される。図2は、このようにして切り出された測定試料2を斜視図で示している。台形試料2の底辺に対応する切り出し断面に直角にナトリウム光4を照射し、台形試料2の斜辺に対応する切り出し断面側から偏光顕微鏡で観察すれば、干渉縞5が観察される。この干渉縞の数をnとすれば、フィルム面内X方向の複屈折Δnxは、次式(数式2)で表される。   1 and 2, a specific method for measuring birefringence is illustrated. In the plan view of FIG. 1, a thin wedge-shaped sheet 2 is cut out from the film 1 as a measurement sample. The wedge-shaped sheet 2 has an elongated trapezoidal shape having one oblique side, and its base angle is a right angle. At this time, the base of the trapezoid is cut out in a direction parallel to the X direction. FIG. 2 is a perspective view of the measurement sample 2 cut out in this way. When sodium light 4 is irradiated at right angles to the cut-out cross section corresponding to the bottom side of the trapezoidal sample 2 and observed with a polarizing microscope from the cut-out cross section side corresponding to the oblique side of the trapezoidal sample 2, the interference fringes 5 are observed. If the number of interference fringes is n, the birefringence Δnx in the film in-plane X direction is expressed by the following formula (Formula 2).

Figure 2011241142
Figure 2011241142

ここで、λはナトリウムD線の波長589nmであり、dは試料2の台形の高さに相当する試料の幅3である。   Here, λ is the wavelength 589 nm of the sodium D line, and d is the width 3 of the sample corresponding to the trapezoidal height of the sample 2.

なお、前述の「フィルム面内の任意方向X」とは、例えばフィルム形成時における材料流れの方向を基準として、X方向が面内の0゜方向、45゜方向、90゜方向、135゜方向のどの方向においても、の意味である。   The above-mentioned “arbitrary direction X in the film plane” means, for example, the X direction is the 0 ° direction, 45 ° direction, 90 ° direction, 135 ° direction in the plane with reference to the direction of material flow during film formation. In any direction.

<ポリイミドフィルムの熱的性質、機械的性質、物理的性質、化学的性質>
また、本発明に用いられるグラファイトの原料となるポリイミドフィルムは、100〜200℃の範囲において2.5×10-5/℃未満の平均線膨張係数を有しているとよい。線膨張係数が2.5×10-5/℃未満であれば、熱処理中の伸びが小さく、スムースに黒鉛化が進行し、脆くなく、種々の特性に優れたグラファイトを得ることができる。このようなポリイミドフィルムを原料に用いることで、グラファイトへの転化が2400℃から始まり、2700℃で十分結晶性の高いグラファイトに転化が生じ得る。なお、その線膨張係数は、2.0×10-5/℃以下であることがより好ましい。
<Thermal properties, mechanical properties, physical properties, and chemical properties of polyimide films>
Moreover, the polyimide film used as the raw material for graphite used in the present invention preferably has an average linear expansion coefficient of less than 2.5 × 10 −5 / ° C. in the range of 100 to 200 ° C. If the linear expansion coefficient is less than 2.5 × 10 −5 / ° C., the elongation during the heat treatment is small, the graphitization proceeds smoothly, and the graphite is not brittle and has excellent various properties. By using such a polyimide film as a raw material, the conversion to graphite starts at 2400 ° C., and the conversion can occur in graphite having sufficiently high crystallinity at 2700 ° C. The linear expansion coefficient is more preferably 2.0 × 10 −5 / ° C. or less.

なお、原料フィルムの線膨張係数は、TMA(熱機械分析装置)を用いて、まず試料を10℃/分の昇温速度で350℃まで昇温させた後に一旦室温まで空冷し、再度10℃/分の昇温速度で350℃まで昇温させ、2回目の昇温時の100℃〜200℃における平均線膨張係数を測定することによって得られる。具体的には、熱機械分析装置(TMA:セイコー電子製SSC/5200H;TMA120C)を用いて、3mm幅×20mm長のサイズのフィルム試料を所定の治具にセットし、引張モードで3gの荷重をかけて窒素雰囲気下で測定が行われる。   Note that the linear expansion coefficient of the raw material film was determined by first heating the sample to 350 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min using TMA (thermomechanical analyzer), and then air-cooling to room temperature and then 10 ° C. again. It is obtained by raising the temperature to 350 ° C. at a rate of temperature rise / min and measuring the average linear expansion coefficient at 100 ° C. to 200 ° C. during the second temperature rise. Specifically, using a thermomechanical analyzer (TMA: Seiko Electronics SSC / 5200H; TMA120C), a 3 mm wide × 20 mm long film sample is set in a predetermined jig, and a load of 3 g is applied in a tensile mode. Is measured in a nitrogen atmosphere.

また、本発明に用いられるポリイミドフィルムは、その弾性率が2.5GPa以上であれば、グラファイト化をより容易に行い得るということから好ましい。すなわち、弾性率が2.5GPa以上であれば、熱処理中のフィルムの収縮によるフィルムの破損を防止することができ、種々の特性に優れたグラファイトを得ることができる。   Moreover, the polyimide film used for this invention is preferable from the ability to graphitize more easily if the elasticity modulus is 2.5 GPa or more. That is, if the elastic modulus is 2.5 GPa or more, the film can be prevented from being damaged by the shrinkage of the film during the heat treatment, and graphite excellent in various properties can be obtained.

なお、フィルムの弾性率は、ASTM−D−882に準拠して測定することができる。ポリイミドフィルムのより好ましい弾性率は3.0GPa以上であり、好ましくは4.0GPa以上であり、さらに好ましくは5.0GPa以上である。フィルムの弾性率が2.5GPaより小さければ、熱処理中のフィルムの収縮で破損および変形しやすくなり、得られるグラファイトの結晶性は劣り、密度および熱伝導性が劣る傾向にある。   In addition, the elasticity modulus of a film can be measured based on ASTM-D-882. A more preferable elastic modulus of the polyimide film is 3.0 GPa or more, preferably 4.0 GPa or more, and more preferably 5.0 GPa or more. If the elastic modulus of the film is less than 2.5 GPa, the film tends to be damaged and deformed due to shrinkage of the film during heat treatment, and the resulting graphite has poor crystallinity and tends to have poor density and thermal conductivity.

フィルムの吸水率は、下記のごとく測定した。フィルムを絶乾するために、100℃で30分乾燥して、25μm厚み10cm角のサンプルを作製した。この重量を測定してA1とする。25μm厚み10cm角のサンプルを蒸留水に23℃で24時間浸漬し、表面の水を拭いて除去し直ちに重量を測定した。この重量をA2とする。下記式より吸水率を求めた。   The water absorption rate of the film was measured as follows. In order to dry the film completely, it was dried at 100 ° C. for 30 minutes to prepare a sample having a 25 μm thickness and a 10 cm square. This weight is measured and designated as A1. A 25 μm-thick 10 cm square sample was immersed in distilled water at 23 ° C. for 24 hours, and the surface water was wiped away and the weight was immediately measured. This weight is A2. The water absorption was determined from the following formula.

吸水率(%)=(A2−A1)÷A1×100
<ポリイミドフィルムの作製方法>
本発明で用いられるポリイミドフィルムは、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の有機溶液をイミド化促進剤と混合した後、エンドレスベルトまたはステンレスドラムなどの支持体上に流延し、それを乾燥および焼成してイミド化させることにより製造され得る。
Water absorption rate (%) = (A2−A1) ÷ A1 × 100
<Preparation method of polyimide film>
The polyimide film used in the present invention is prepared by mixing an organic solution of polyamic acid, which is a polyimide precursor, with an imidization accelerator, and then casting it on a support such as an endless belt or a stainless drum, followed by drying and baking. Can be produced by imidization.

本発明に用いられるポリアミド酸の製造方法としては公知の方法を用いることができ、通常は、芳香族酸二無水物の少なくとも1種とジアミンの少なくとも1種が実質的に等モル量で有機溶媒中に溶解させられる。そして、得られた有機溶液は酸二無水物とジアミンの重合が完了するまで制御された温度条件下で攪拌され、これによってポリアミド酸が製造され得る。このようなポリアミド酸溶液は、通常は5〜35wt%、好ましくは10〜30wt%の濃度で得られる。この範囲の濃度である場合に、適当な分子量と溶液粘度を得ることができる。   As a method for producing the polyamic acid used in the present invention, a known method can be used. Usually, at least one kind of aromatic dianhydride and at least one kind of diamine are substantially equimolar amounts in an organic solvent. Dissolved in. The obtained organic solution is stirred under controlled temperature conditions until the polymerization of the acid dianhydride and the diamine is completed, whereby a polyamic acid can be produced. Such a polyamic acid solution is usually obtained at a concentration of 5 to 35 wt%, preferably 10 to 30 wt%. When the concentration is in this range, an appropriate molecular weight and solution viscosity can be obtained.

重合方法としてはあらゆる公知の方法を用いることができるが、例えば次のような重合方法(1)−(5)が好ましい。   Any known method can be used as the polymerization method. For example, the following polymerization methods (1) to (5) are preferable.

(1) 芳香族ジアミンを有機極性溶媒中に溶解し、これと実質的に等モルの芳香族テトラカルボン酸二無水物を反応させて重合する方法。   (1) A method in which an aromatic diamine is dissolved in an organic polar solvent, and this is reacted with a substantially equimolar aromatic tetracarboxylic dianhydride for polymerization.

(2) 芳香族テトラカルボン酸二無水物とこれに対して過小モル量の芳香族ジアミン化合物とを有機極性溶媒中で反応させ、両末端に酸無水物基を有するプレポリマを得る。続いて、芳香族テトラカルボン酸二無水物に対して実質的に等モルになるように芳香族ジアミン化合物を用いて重合させる方法。   (2) An aromatic tetracarboxylic dianhydride is reacted with a small molar amount of an aromatic diamine compound in an organic polar solvent to obtain a prepolymer having acid anhydride groups at both ends. Then, the method of superposing | polymerizing using an aromatic diamine compound so that it may become substantially equimolar with respect to aromatic tetracarboxylic dianhydride.

これは、請求項11で記載した、ジアミンと酸二無水物を用いて前記酸二無水物を両末端に有するプレポリマを合成し、前記プレポリマに前記とは異なるジアミンを反応させてポリアミド酸を合成する方法と同様である。   In this method, the prepolymer having the acid dianhydride at both ends is synthesized using the diamine and the acid dianhydride described in claim 11, and the polypolymer is synthesized by reacting the prepolymer with a diamine different from the above. It is the same as the method to do.

(3) 芳香族テトラカルボン酸二無水物とこれに対し過剰モル量の芳香族ジアミン化合物とを有機極性溶媒中で反応させ、両末端にアミノ基を有するプレポリマを得る。続いて、このプレポリマに芳香族ジアミン化合物を追加添加後に、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン化合物が実質的に等モルとなるように芳香族テトラカルボン酸二無水物を用いて重合する方法。   (3) An aromatic tetracarboxylic dianhydride and an excess molar amount of the aromatic diamine compound are reacted in an organic polar solvent to obtain a prepolymer having amino groups at both ends. Subsequently, after adding an aromatic diamine compound to the prepolymer, polymerization was performed using the aromatic tetracarboxylic dianhydride so that the aromatic tetracarboxylic dianhydride and the aromatic diamine compound are substantially equimolar. how to.

(4) 芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機極性溶媒中に溶解および/または分散させた後に、その酸二無水物に対して実質的に等モルになるように芳香族ジアミン化合物を用いて重合させる方法。   (4) After dissolving and / or dispersing aromatic tetracarboxylic dianhydride in an organic polar solvent, an aromatic diamine compound is used so as to be substantially equimolar with respect to the acid dianhydride. Polymerization method.

(5) 実質的に等モルの芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンの混合物を有機極性溶媒中で反応させて重合する方法。   (5) A method of polymerizing by reacting a substantially equimolar mixture of aromatic tetracarboxylic dianhydride and aromatic diamine in an organic polar solvent.

これらの中でも(2)、(3)に示すプレポリマを経由するシーケンシャル制御(シーケンスコントロール)(ブロックポリマー同士の組み合わせ・ブロックポリマー分子同士の繋がりの制御)をして重合する方法が好ましい。というのは、この方法を用いることで、複屈折が大きく、線膨張係数が小さいポリイミドフィルムが得られやすく、このポリイミドフィルムを熱処理することにより、結晶性が高く、密度および熱伝導性が優れたグラファイトを得やすくなるからである。また、規則正しく、制御されることで、芳香環の重なりが多くなり、低温の熱処理でもグラファイト化が進行しやすくなると推定される。また複屈折を高めるために、イミド基含有量を増やすと、樹脂中の炭素比率が減り、黒鉛処理後の炭素化収率が減るが、シーケンシャル制御をして合成されるポリイミドフィルムは、樹脂中の炭素比率を落とすことなく、複屈折を高めることが出来るために好ましい。   Among these, a method of performing polymerization by performing sequential control (sequence control) (combination of block polymers / control of connection between block polymer molecules) via the prepolymer shown in (2) and (3) is preferable. By using this method, it is easy to obtain a polyimide film having a large birefringence and a small linear expansion coefficient. By heat-treating this polyimide film, the crystallinity is high, and the density and thermal conductivity are excellent. This is because it becomes easier to obtain graphite. Further, it is presumed that, when controlled regularly, the aromatic rings overlap, and graphitization is likely to proceed even at low temperature heat treatment. Also, increasing the imide group content to increase birefringence decreases the carbon ratio in the resin and decreases the carbonization yield after graphite treatment, but the polyimide film synthesized with sequential control is This is preferable because the birefringence can be increased without reducing the carbon ratio.

本発明においてポリイミドの合成に用いられ得る酸二無水物は、ピロメリット酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、p−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、エチレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、ビスフェノールAビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、およびそれらの類似物を含み、それらを単独でまたは任意の割合の混合物で用いることができる。   Acid dianhydrides that can be used for the synthesis of polyimide in the present invention are pyromellitic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl. Tetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalene tetracarboxylic dianhydride, 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4 ′ -Benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride, bis (3,4- Dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, 1,1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, bis (2 , 3-Zical Xylphenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, oxydiphthalic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, p-phenylenebis (trimerit Acid monoester acid anhydride), ethylene bis (trimellitic acid monoester acid anhydride), bisphenol A bis (trimellitic acid monoester acid anhydride), and the like, which may be used alone or in any It can be used in a mixture of proportions.

本発明においてポリイミドの合成に用いられ得るジアミンとしては、4,4’−オキシジアニリン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、3,3’−ジクロロベンジジン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−オキシジアニリン)、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル(3,3’−オキシジアニリン)、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(3,4’−オキシジアニリン)、1,5−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノジフェニルN−メチルアミン、4,4’−ジアミノジフェニル N−フェニルアミン、1,4−ジアミノベンゼン(p−フェニレンジアミン)、1,3−ジアミノベンゼン、1,2−ジアミノベンゼンおよびそれらの類似物を含み、それらを単独でまたは任意の割合の混合物で用いることができる。   Examples of the diamine that can be used in the synthesis of the polyimide in the present invention include 4,4′-oxydianiline, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylpropane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, benzidine, 3,3. '-Dichlorobenzidine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl ether (4,4'-oxydianiline), 3,3'-diaminodiphenyl ether (3,3'-oxydianiline), 3,4'-diaminodiphenyl ether (3,4'-oxydianiline), 1,5-diaminonaphthalene, 4,4'-diaminodiphenyl Diethylsilane, 4,4'-diaminodiphenylsilane, 4,4 ' Diaminodiphenylethylphosphine oxide, 4,4′-diaminodiphenyl N-methylamine, 4,4′-diaminodiphenyl N-phenylamine, 1,4-diaminobenzene (p-phenylenediamine), 1,3-diaminobenzene, Including 1,2-diaminobenzene and the like, which can be used alone or in any proportion of the mixture.

特に、線膨張係数を小さくして弾性率を高くかつ複屈折を大きくし得るという観点から、本発明におけるポリイミドフィルムの製造では、下記式(1)で表される酸二無水物を原料に用いることが好ましい。   In particular, from the viewpoint of increasing the elastic modulus and increasing the birefringence by decreasing the linear expansion coefficient, the acid dianhydride represented by the following formula (1) is used as a raw material in the production of the polyimide film in the present invention. It is preferable.

Figure 2011241142
Figure 2011241142

ここで、R1は、下記の式(2)〜式(14)に含まれる2価の有機基の群から選択されるいずれかであって、 Here, R 1 is any one selected from the group of divalent organic groups included in the following formulas (2) to (14),

Figure 2011241142
Figure 2011241142

ここで、R2、R3、R4、およびR5の各々は−CH3、−Cl、−Br、−F、または−OCH3の群から選択されるいずれかであり得る。 Here, each of R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 can be any selected from the group of —CH 3 , —Cl, —Br, —F, or —OCH 3 .

上述の酸二無水物を用いることによって比較的低吸水率のポリイミドフィルムが得られ、このことはグラファイト化過程において水分による発泡を防止し得るという観点からも好ましい。   By using the above-mentioned acid dianhydride, a polyimide film having a relatively low water absorption can be obtained, which is also preferable from the viewpoint that foaming due to moisture can be prevented in the graphitization process.

特に、酸二無水物におけるR1として式(2)〜式(14)に示されているようなベンゼン核を含む有機基を使用すれば、得られるポリイミドフィルムの分子配向性が高くなり、線膨張係数が小さく、弾性率が大きく、複屈折が高く、さらには吸水率が低くなるという観点から好ましい。 In particular, when an organic group containing a benzene nucleus as shown in the formulas (2) to (14) is used as R 1 in the acid dianhydride, the molecular orientation of the resulting polyimide film increases, This is preferable from the viewpoints of low expansion coefficient, high elastic modulus, high birefringence, and low water absorption.

さらに線膨張係数を小さく、弾性率を高く、複屈折を大きく、吸水率を小さくするためには、本発明におけるポリイミドの合成に下記式(15)で表される酸二無水物を原料に用いればよい。   In order to further reduce the linear expansion coefficient, increase the elastic modulus, increase the birefringence, and decrease the water absorption, an acid dianhydride represented by the following formula (15) is used as a raw material for the synthesis of the polyimide in the present invention. That's fine.

Figure 2011241142
Figure 2011241142

特に、2つ以上のエステル結合でベンゼン環が直線状に結合された構造を有する酸二無水物を原料に用いて得られるポリイミドフィルムは、屈曲鎖を含むけれども全体として非常に直線的なコンフォメーションをとりやすく、比較的剛直な性質を有する。その結果、この原料を用いることによってポリイミドフィルムの線膨張係数を小さくすることができ、例えば1.5×10-5/℃以下にすることができる。また、弾性率は5GPa以上に大きくすることができ、吸水率は1.5%以下に小さくすることができる。 In particular, a polyimide film obtained by using an acid dianhydride having a structure in which a benzene ring is linearly bonded by two or more ester bonds as a raw material has a very linear conformation as a whole although it contains a bent chain. It has a relatively rigid property. As a result, the linear expansion coefficient of the polyimide film can be reduced by using this raw material, for example, 1.5 × 10 −5 / ° C. or less. Further, the elastic modulus can be increased to 5 GPa or more, and the water absorption can be decreased to 1.5% or less.

さらに線膨張係数を小さく、弾性率を高く、複屈折を大きくするためには、本発明におけるポリイミドは、p−フェニレンジアミンを原料に用いて合成されることが好ましい。   In order to further reduce the linear expansion coefficient, increase the elastic modulus, and increase the birefringence, the polyimide in the present invention is preferably synthesized using p-phenylenediamine as a raw material.

また、本発明においてポリイミドの合成に用いられる最も適当なジアミンは4,4’−オキシジアニリンとp−フェニレンジアミンであり、これらの単独または2者の合計モルが全ジアミンに対して40モル%以上、さらには50モル%以上、さらには70モル%以上、またさらには80モル%以上であることが好ましい。さらに、p−フェニレンジアミンが10モル%以上、さらには20モル%以上、さらには30モル%以上、またさらには40モル%以上を含むことが好ましい。これらのジアミンの含有量がこれらのモル%範囲の下限値未満になれば、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数が大きく、弾性率が小さく、複屈折が小さくなる傾向になる。但し、ジアミンの全量をp−フェニレンジアミンにすると、発泡の少ない厚みの厚いポリイミドフィルムを得るのが難しくなるため、4,4’−オキシジアニリンを使用するのが良い。   In the present invention, the most suitable diamines used for the synthesis of polyimide are 4,4′-oxydianiline and p-phenylenediamine, and the total moles of these alone or the two are 40% by mole based on the total diamines. More preferably, it is 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and even more preferably 80 mol% or more. Furthermore, it is preferable that p-phenylenediamine contains 10 mol% or more, further 20 mol% or more, further 30 mol% or more, and further 40 mol% or more. If the content of these diamines is less than the lower limit of these mol% ranges, the resulting polyimide film tends to have a high linear expansion coefficient, a low elastic modulus, and a low birefringence. However, if the total amount of diamine is p-phenylenediamine, it is difficult to obtain a thick polyimide film with less foaming, so 4,4'-oxydianiline is preferably used.

本発明においてポリイミドフィルムの合成に用いられる最も適当な酸二無水物はピロメリット酸二無水物および/または式(15)で表されるp−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸二無水物)であり、これらの単独または2者の合計モルが全酸二無水物に対して40モル%以上、さらには50モル%以上、さらには70モル%以上、またさらには80モル%以上であることが好ましい。これら酸二無水物の使用量が40モル%未満であれば、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数が大きく、弾性率が小さく、複屈折が小さくなる傾向になる。   In the present invention, the most suitable acid dianhydride used for the synthesis of the polyimide film is pyromellitic dianhydride and / or p-phenylenebis represented by the formula (15) (trimellitic acid monoester dianhydride). And the total mole of these alone or the two is 40 mole% or more, further 50 mole% or more, further 70 mole% or more, or even 80 mole% or more based on the total acid dianhydride. Is preferred. If the amount of these acid dianhydrides used is less than 40 mol%, the resulting polyimide film tends to have a large linear expansion coefficient, a small elastic modulus, and a small birefringence.

また、ポリイミドフィルム、ポリアミド酸、ポリイミド樹脂に対して、カーボンブラック、グラファイト等の添加剤を添加しても良い。   Moreover, you may add additives, such as carbon black and a graphite, with respect to a polyimide film, a polyamic acid, and a polyimide resin.

ポリアミド酸を合成するための好ましい溶媒は、アミド系溶媒であるN,N−ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどであり、N,N−ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドが特に好ましく用いられ得る。   Preferred solvents for synthesizing the polyamic acid are amide solvents N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide can be used particularly preferably.

次に、ポリイミドの製造方法には、前駆体であるポリアミド酸を加熱でイミド転化する熱キュア法、またはポリアミド酸に無水酢酸等の酸無水物に代表される脱水剤やピコリン、キノリン、イソキノリン、ピリジン等の第3級アミン類をイミド化促進剤として用いてイミド転化するケミカルキュア法のいずれを用いてもよい。中でも、イソキノリンのように沸点の高いものほど好ましい。というのは、フィルム作製中の初期段階では蒸発せず、乾燥の最後の過程まで、触媒効果が発揮されやすいため好ましい。特に、得られるフィルムの線膨張係数が小さく、弾性率が高く、複屈折が大きくなりやすく、また比較的低温で迅速なグラファイト化が可能で、品質のよいグラファイトを得ることができるという観点からケミカルキュアの方が好ましい。特に、脱水剤とイミド化促進剤を併用することは、得られるフィルムの線膨張係数が小さく、弾性率が大きく、複屈折が大きくなり得るので好ましい。また、ケミカルキュア法は、イミド化反応がより速く進行するので加熱処理においてイミド化反応を短時間で完結させることができ、生産性に優れた工業的に有利な方法である。   Next, a polyimide production method includes a heat curing method in which polyamic acid as a precursor is converted to imide by heating, or a polyhydric acid such as acetic anhydride and other dehydrating agents, picoline, quinoline, isoquinoline, Any of the chemical curing methods in which imide conversion is performed using a tertiary amine such as pyridine as an imidization accelerator may be used. Among them, a higher boiling point such as isoquinoline is preferable. This is preferable because it does not evaporate in the initial stage of film production, and the catalytic effect is easily exhibited until the last step of drying. In particular, the resulting film has a low coefficient of linear expansion, high modulus of elasticity, high birefringence, and can be rapidly graphitized at a relatively low temperature to obtain high-quality graphite. Cure is preferred. In particular, the combined use of a dehydrating agent and an imidization accelerator is preferable because the resulting film has a small linear expansion coefficient, a large elastic modulus, and a large birefringence. In addition, the chemical cure method is an industrially advantageous method that is excellent in productivity because the imidization reaction proceeds faster and the imidization reaction can be completed in a short time in the heat treatment.

具体的なケミカルキュアによるフィルムの製造においては、まずポリアミド酸溶液に化学量論以上の脱水剤と触媒からなるイミド化促進剤を加えて、支持板、PET等の有機フィルム、ドラム、またはエンドレスベルト等の支持体上に流延または塗布して膜状にし、有機溶媒を蒸発させることによって自己支持性を有する膜を得る。次いで、この自己支持性膜をさらに加熱して乾燥させつつイミド化させてポリイミド膜を得る。この加熱の際の温度は、150℃から550℃の範囲内にあることが好ましい。加熱の際の昇温速度には特に制限はないが、連続的もしくは段階的に、徐々に加熱して最高温度がその所定温度範囲内になるようにするのが好ましい。加熱時間はフィルム厚みや最高温度によって異なるが、一般的には最高温度に達してから10秒から10分の範囲が好ましい。さらに、ポリイミドフィルムの製造工程中に、収縮を防止するためにフィルムを固定したり延伸したりする工程を含めば、得られるフィルムの線膨張係数が小さく、弾性率が高く、複屈折が大きくなりやすい傾向にあるので好ましい。   In the production of a film by a specific chemical cure, first, an imidization accelerator comprising a dehydrating agent and a catalyst of a stoichiometric amount or more is added to a polyamic acid solution, an organic film such as a support plate, PET, a drum, or an endless belt A film having self-supporting properties is obtained by casting or coating on a support such as a film to evaporate the organic solvent. Next, the self-supporting film is further heated and dried to be imidized to obtain a polyimide film. The temperature during the heating is preferably in the range of 150 ° C to 550 ° C. There is no particular limitation on the rate of temperature increase at the time of heating, but it is preferable to gradually heat in a continuous or stepwise manner so that the maximum temperature falls within the predetermined temperature range. Although the heating time varies depending on the film thickness and the maximum temperature, it is generally preferably in the range of 10 seconds to 10 minutes after reaching the maximum temperature. Furthermore, if the process of fixing or stretching the film to prevent shrinkage is included in the polyimide film manufacturing process, the resulting film has a low coefficient of linear expansion, a high elastic modulus, and a high birefringence. It is preferable because it tends to be easy.

<ポリイミドフィルムを含む、原料フィルムのグラファイト化>
グラファイト化処理では、熱処理により炭素化した後、グラファイト構造に転化させられるが、その際には炭素−炭素結合の開裂と再結合が起きなければならない。グラファイト化をできる限り起こしやすくするためには、その開裂と再結合が最小のエネルギーで起こるようにする必要がある。出発原料フィルム(例えば、上記に列記した高分子フィルム、特にポリイミドフィルム)の分子配向は炭素化フィルム中の炭素原子の配列に影響を与え、その分子配向はグラファイト化の際に炭素−炭素結合の開裂と再結合化のエネルギーを少なくする効果を生じ得る。したがって、高度な分子配向が生じやすくなるように分子設計を行うことによって、比較的低温でのグラファイト化が可能になる。この分子配向の効果は、フィルム面に平行な二次元的分子配向とすることによって一層顕著になる。
<Graphitization of raw material film including polyimide film>
In the graphitization treatment, after carbonization by heat treatment, it is converted into a graphite structure, and in that case, the carbon-carbon bond must be cleaved and recombined. In order to make graphitization as easy as possible, its cleavage and recombination must occur with minimal energy. The molecular orientation of the starting material film (for example, the polymer film listed above, particularly the polyimide film) affects the arrangement of carbon atoms in the carbonized film, and the molecular orientation of the carbon-carbon bond during graphitization. It can have the effect of reducing the energy of cleavage and recombination. Therefore, graphitization at a relatively low temperature becomes possible by designing a molecule so that a high degree of molecular orientation is likely to occur. The effect of this molecular orientation becomes more prominent by adopting a two-dimensional molecular orientation parallel to the film surface.

グラファイト化反応における第二の特徴は、原料フィルムが厚ければ低温でグラファイト化が進行しにくいということである。したがって、厚い原料フィルムをグラファイト化する場合には、表面層ではグラファイト構造が形成されているのに内部ではまだグラファイト構造になっていないという状況が生じ得る。原料フィルムの分子配向性はフィルム内部でのグラファイト化を促進し、結果的により低温で良質のグラファイトへの転化を可能にする。   The second feature of the graphitization reaction is that if the raw material film is thick, the graphitization hardly proceeds at a low temperature. Therefore, when a thick raw material film is graphitized, a situation may occur in which a graphite structure is formed in the surface layer but is not yet formed into a graphite structure. The molecular orientation of the raw film promotes graphitization inside the film, and as a result, it can be converted into good quality graphite at a lower temperature.

原料フィルムの表面層と内部とでほぼ同時にグラファイト化が進行するということは、内部から発生するガスのために表面層に形成されたグラファイト構造が破壊されるという事態を避けることにも役立ち、より厚いフィルムのグラファイト化を可能にする。本発明において作製される原料フィルム(例えば、上記に列記した高分子フィルム、特にポリイミドフィルム)は、まさにこのような効果を生じるのに最適な分子配向を有していると考えられる。   The fact that the graphitization proceeds almost simultaneously in the surface layer and inside of the raw film also helps to avoid the situation where the graphite structure formed in the surface layer is destroyed due to the gas generated from the inside. Enables graphitization of thick films. The raw material films produced in the present invention (for example, the polymer films listed above, particularly polyimide films) are considered to have the optimal molecular orientation for producing such an effect.

<グラファイトフィルムの厚み、長さ、幅>
本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムの厚みの具体的レベルは、20μm以上、好ましくは50μm以上、さらに好ましくは90μm以上であると良い。特に90μm以上になると、熱輸送量が増えるために、発熱機器から熱を逃がしやすくなり、温度上昇を抑えることが可能となる。
<Thickness, length, width of graphite film>
The specific level of the thickness of the graphite film produced by the production method of the present invention is 20 μm or more, preferably 50 μm or more, and more preferably 90 μm or more. In particular, when the thickness is 90 μm or more, the amount of heat transport increases, so that heat can be easily released from the heat generating device, and the temperature rise can be suppressed.

本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムの長さの具体的レベルは、10m以上、好ましくは20m以上、さらに好ましくは30m以上である。また、本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムの幅の具体的レベルは、200mm以上、好ましくは300mm以上、さらに好ましくは400mm以上である。このように、大面積でグラファイトフィルムが得られるため、実際にグラファイトフィルムを放熱材料として用いる場合、特に、電子機器の形状や機構に合わせて、様々な大きさで様々な形状のグラファイトフィルムをカットする際に、カットの組み合わせの自由度を上げることができ、カットで発生する不要部分を減らすことができる。   The specific level of the length of the graphite film produced by the production method of the present invention is 10 m or more, preferably 20 m or more, more preferably 30 m or more. Moreover, the specific level of the width of the graphite film produced by the production method of the present invention is 200 mm or more, preferably 300 mm or more, and more preferably 400 mm or more. In this way, since a graphite film can be obtained in a large area, when using a graphite film as a heat dissipation material, cut various shapes of graphite film in various sizes, especially in accordance with the shape and mechanism of electronic equipment. In doing so, it is possible to increase the degree of freedom of the combination of cuts, and it is possible to reduce unnecessary portions generated in the cuts.

<グラファイトフィルムの熱拡散率>
本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムの熱拡散率は、7.0×10-42/S以上、好ましくは7.5×10-42/S以上、さらに好ましくは8.0×10-42/S以上であると良い。7.0×10-42/S以上になると、熱伝導性が高いために、発熱機器から熱を逃がしやすくなり、発熱機器の温度上昇を抑えることが可能となる。一方、7.0×10-42/S未満になると、熱伝導性が悪いために、発熱機器から熱を逃がすことができなくなり、発熱機器の温度上昇を抑えることができなくなる。
<Thermal diffusivity of graphite film>
The thermal diffusivity of the graphite film produced by the production method of the present invention is 7.0 × 10 −4 m 2 / S or more, preferably 7.5 × 10 −4 m 2 / S or more, more preferably 8. It is good that it is 0 × 10 −4 m 2 / S or more. When it is 7.0 × 10 −4 m 2 / S or more, the heat conductivity is high, so that heat is easily released from the heat generating device, and the temperature rise of the heat generating device can be suppressed. On the other hand, if it is less than 7.0 × 10 −4 m 2 / S, the heat conductivity is poor, so heat cannot be released from the heat generating device, and the temperature rise of the heat generating device cannot be suppressed.

以上のように、本発明の原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、
(1)外径120mm以上の炭素質芯に巻きつけて、グラファイト化する。好ましくは、黒鉛化が通電しながらグラファイト化する。
(2)通電可能な容器内に、炭素質芯に原料フィルムを巻きつけて保持し、通電しながらグラファイト化する。
(3)炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせて保持し、グラファイト化する。好ましくは、黒鉛化が通電しながらグラファイト化する。
ことによって、(1)加熱中に破損することなく(2)平坦性の高い(3)電気伝導性、熱伝導性に優れた(4)長尺のグラファイトフィルムを得ることが可能となる。
As described above, a method for producing a graphite film for graphitizing the raw material film of the present invention,
(1) Wrapped around a carbonaceous core having an outer diameter of 120 mm or more, and graphitized. Preferably, the graphitization is performed while the graphitization is energized.
(2) A raw material film is wound around a carbonaceous core in a container that can be energized, and graphitized while energized.
(3) The raw material film is held on the inner surface of the carbonaceous container and graphitized. Preferably, the graphitization is performed while the graphitization is energized.
This makes it possible to obtain (1) a long graphite film without breakage during heating, (2) high flatness, (3) excellent electrical conductivity and thermal conductivity, and (4) a long graphite film.

<用途など>
本発明の製造方法で作製されるグラファイトフィルムは、熱伝導性、電気伝導性が高いために、例えば、サーバー、サーバー用パソコン、デスクトップパソコン等の電子機器、ノートパソコン、電子辞書、PDA、携帯電話、ポータブル音楽プレイヤー等の携帯電子機器、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、LED、有機EL、無機EL、液晶プロジェクタ、時計等の表示機器、インクジェットプリンタ(インクヘッド)、電子写真装置(現像装置、定着装置、ヒートローラ、ヒートベルト)等の画像形成装置、半導体素子、半導体パッケージ、半導体封止ケース、半導体ダイボンディング、CPU、メモリ、パワートランジスタ、パワートランジスタケース等の半導体関連部品、リジッド配線板、フレキシブル配線板、セラミック配線板、ビルドアップ配線板、多層基板等の配線基板(以上左記の配線板とは、プリント配線板なども含む)、真空処理装置、半導体製造装置、表示機器製造装置等の製造装置、断熱材、真空断熱材、輻射断熱材等の断熱装置、DVD(光ピックアップ、レーザー発生装置、レーザー受光装置)、ハードディスクドライブ等のデータ記録機器、カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、顕微鏡、CCD等の画像記録装置、充電装置、リチウムイオン電池、燃料電池等のバッテリー機器等の放熱材料、放熱部品、冷却部品、温度調節部品、電磁シールド部品として好適である。
<Applications>
Since the graphite film produced by the production method of the present invention has high thermal conductivity and electrical conductivity, for example, electronic devices such as servers, server personal computers, desktop personal computers, notebook personal computers, electronic dictionaries, PDAs, mobile phones , Portable electronic devices such as portable music players, liquid crystal displays, plasma displays, LEDs, organic EL, inorganic EL, liquid crystal projectors, display devices such as watches, ink jet printers (ink heads), electrophotographic devices (developing devices, fixing devices, Image forming apparatuses such as heat rollers and heat belts, semiconductor elements, semiconductor packages, semiconductor sealing cases, semiconductor die bonding, CPU, memory, power transistors, power transistor cases, and other semiconductor related parts, rigid wiring boards, flexible wiring boards ,ceramic Wiring boards such as wire boards, build-up wiring boards, and multilayer boards (the above-mentioned wiring board includes a printed wiring board), vacuum processing equipment, semiconductor manufacturing equipment, manufacturing equipment such as display equipment manufacturing equipment, and heat insulating materials , Heat insulation devices such as vacuum insulation materials and radiation insulation materials, DVD (optical pickup, laser generator, laser receiver), data recording equipment such as hard disk drives, cameras, video cameras, digital cameras, digital video cameras, microscopes, CCDs It is suitable as a heat radiating material, a heat radiating component, a cooling component, a temperature adjusting component, and an electromagnetic shielding component such as an image recording device such as a battery charger, a battery device such as a lithium ion battery and a fuel cell.

<使用形態など>
また、使用において、発熱体、ヒートシンク、ヒートパイプ、水冷冷却装置、ペルチェ素子、筐体、ヒンジとの固定、熱拡散性、放熱性、取り扱い性を改善するために、片面および/または両面に樹脂層、セラミック層、金属層、絶縁層、導電層を形成しても良い。
<Usage etc.>
Also, in use, resin on one side and / or both sides to improve heating element, heat sink, heat pipe, water cooling system, Peltier element, housing, hinge fixing, thermal diffusibility, heat dissipation, and handling A layer, a ceramic layer, a metal layer, an insulating layer, or a conductive layer may be formed.

以下において、本発明の種々の実施例がいくつかの比較例と共に説明されるが、本発明は、これら実施例にのみ限定されるわけではない。   In the following, various examples of the present invention will be described together with some comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

なお、本発明には、以下の態様が含まれていてもよい。   The present invention may include the following aspects.

(1)第1は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、外径120mm以上の炭素質芯に原料フィルムを巻きつけて、グラファイト化することを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (1) The first is a method for producing a graphite film in which a raw material film comprising a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and the raw material film is wound around a carbonaceous core having an outer diameter of 120 mm or more. A method for producing a graphite film, characterized by being graphitized.

(2)第2は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、通電可能な容器内に、炭素質芯に原料フィルムを巻きつけて保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含むことを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (2) The second is a method for producing a graphite film in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and the raw material film is placed on a carbonaceous core in an energizable container. A method for producing a graphite film, comprising the steps of: wrapping and holding, and applying a voltage to the container to graphitize while energizing.

(3)第3は、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせて保持し、グラファイト化することを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (3) The third is a method for producing a graphite film in which a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, and the raw material film is held on the inner surface of the carbonaceous container. A method for producing a graphite film, characterized by being graphitized.

(4)第4は、(1)、(3)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含むことを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (4) Fourth, the method for producing a graphite film according to any one of (1) and (3), comprising a step of graphitizing while applying a voltage and energizing the graphite film. Manufacturing method.

(5)第5は、(1)〜(4)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、前記容器の周辺に、カーボン粉末が存在している状態で、前記通電がなされることを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法、である。   (5) Fifth is the method for producing a graphite film according to any one of (1) to (4), wherein the energization is performed in a state where carbon powder is present around the container. A method for producing a graphite film, wherein

(6)第6は、前記容器および/または前記炭素質芯が、円筒状であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (6) Sixth is the method for producing a graphite film according to any one of (1) to (5), wherein the container and / or the carbonaceous core is cylindrical.

(7)第7は、前記容器が、内径200mm以上の円筒状容器であることを特徴とする、(2)〜(6)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (7) Seventh is the method for producing a graphite film according to any one of (2) to (6), wherein the container is a cylindrical container having an inner diameter of 200 mm or more.

(8)第8は、前記炭素質芯が、外径150mm以上の炭素質芯であることを特徴とする、(1)、(2)、(4)〜(7)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (8) Eighth, the carbonaceous core is a carbonaceous core having an outer diameter of 150 mm or more, according to any one of (1), (2), and (4) to (7). It is a manufacturing method of a graphite film.

(9)第9は、前記高分子フィルムが、ポリイミド、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリパラフェニレンビニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリチアゾールのうちから選ばれた少なくとも一種類以上の高分子からなることを特徴とする、(1)〜(8)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (9) Ninth, the polymer film is made of polyimide, polyamide, polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polyparaphenylene vinylene, polybenzimidazole, poly The method for producing a graphite film according to any one of (1) to (8), comprising at least one polymer selected from benzobisimidazole and polythiazole.

(10)第10は、前記高分子フィルムが、複屈折0.08以上のポリイミドフィルムであることを特徴とする、(9)に記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (10) Tenth is the method for producing a graphite film according to (9), wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.08 or more.

(11)第11は、前記高分子フィルムが、複屈折0.12以上のポリイミドフィルムであることを特徴とする、(9)に記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (11) The eleventh aspect is the method for producing a graphite film according to (9), wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.12 or more.

(12)第12は、前記ポリイミドフィルムが、ピロメリット酸二無水物、p−フェニレンジアミンを含むポリアミド酸を、脱水剤とイミド化促進剤とを用いてイミド化して作製されるポリイミドフィルムであることを特徴とする、(9)〜(11)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (12) The twelfth aspect is a polyimide film in which the polyimide film is prepared by imidizing polymellitic acid containing pyromellitic dianhydride and p-phenylenediamine using a dehydrating agent and an imidization accelerator. It is the manufacturing method of the graphite film in any one of (9)-(11) characterized by the above-mentioned.

(13)第13は、前記ポリイミドフィルムが、ジアミンと酸二無水物を用いて前記酸二無水物を両末端に有するプレポリマを合成し、前記プレポリマに前記とは異なるジアミンを反応させてポリアミド酸を合成し、前記ポリアミド酸をイミド化して作製されるポリイミドフィルムであることを特徴とする、(9)〜(11)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (13) In the thirteenth, the polyimide film synthesizes a prepolymer having the acid dianhydride at both ends using a diamine and an acid dianhydride, and the prepolymer is reacted with a diamine different from the above to form a polyamic acid. The method for producing a graphite film according to any one of (9) to (11), which is a polyimide film produced by synthesizing and imidizing the polyamic acid.

(14)第14は、前記高分子フィルムが、長さ15m以上の高分子フィルムであることを特徴とする(9)〜(13)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (14) The fourteenth aspect is the method for producing a graphite film according to any one of (9) to (13), wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m or more.

(15)第15は、前記高分子フィルムが、長さ15mかつ幅250mm以上の高分子フィルムであることを特徴とする(9)〜(13)のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法、である。   (15) The method for producing a graphite film according to any one of (9) to (13), wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m and a width of 250 mm or more, It is.

(16)第16は、(1)〜(15)のいずれかに記載の製造方法で製造されたことを特徴とする、グラファイトフィルム、である。   (16) Sixteenth is a graphite film produced by the production method according to any one of (1) to (15).

(17)第17は、(1)〜(16)のいずれかに記載の製造方法で製造されたことを特徴とする、グラファイトフィルムであって、長さ10mかつ幅200mm以上、面方向の熱拡散率が7.5×10-42/S以上であることを特徴とする、グラファイトフィルム、である。 (17) The seventeenth is a graphite film manufactured by the manufacturing method according to any one of (1) to (16), wherein the film has a length of 10 m, a width of 200 mm or more, and heat in a plane direction. A graphite film having a diffusivity of 7.5 × 10 −4 m 2 / S or more.

(ポリイミドフィルムAの作製方法)
4,4’−オキシジアニリンの1当量を溶解したDMF(ジメチルフォルムアミド)溶液に、ビロメリット酸二無水物の1当量を溶解してポリアミド酸溶液(18.5wt%)を得た。
(Preparation method of polyimide film A)
In a DMF (dimethylformamide) solution in which 1 equivalent of 4,4′-oxydianiline was dissolved, 1 equivalent of pyromellitic dianhydride was dissolved to obtain a polyamic acid solution (18.5 wt%).

この溶液を冷却しながら、ポリアミド酸に含まれるカルボン酸基に対して、1当量の無水酢酸、1当量のイソキノリン、およびDMFを含むイミド化触媒を添加し脱泡した。次にこの混合溶液が、乾燥後に所定の厚さになるようにアルミ箔上に塗布された。アルミ箔上の混合溶液層は、熱風オーブン、遠赤外線ヒーターを用いて乾燥された。   While this solution was cooled, an imidation catalyst containing 1 equivalent of acetic anhydride, 1 equivalent of isoquinoline, and DMF was added to the carboxylic acid group contained in the polyamic acid to degas. Next, this mixed solution was applied onto an aluminum foil so as to have a predetermined thickness after drying. The mixed solution layer on the aluminum foil was dried using a hot air oven and a far infrared heater.

出来上がり厚みが75μmの場合におけるフィルム作製用の乾燥条件を示す。アルミ箔上の混合溶液層は、熱風オーブンで120℃において240秒乾燥されて、自己支持性を有するゲルフィルムにされた。そのゲルフィルムはアルミ箔から引き剥がされ、フレームに固定された。さらに、ゲルフィルムは、熱風オーブンにて120℃で30秒、275℃で40秒、400℃で43秒、450℃で50秒、および遠赤外線ヒーターにて460℃で23秒段階的に加熱されて乾燥された。   The drying conditions for film production when the finished thickness is 75 μm are shown. The mixed solution layer on the aluminum foil was dried in a hot air oven at 120 ° C. for 240 seconds to form a self-supporting gel film. The gel film was peeled off from the aluminum foil and fixed to the frame. Furthermore, the gel film is heated stepwise in a hot air oven at 120 ° C. for 30 seconds, 275 ° C. for 40 seconds, 400 ° C. for 43 seconds, 450 ° C. for 50 seconds, and a far infrared heater at 460 ° C. for 23 seconds. And dried.

以上のようにして、厚さ75μmのポリイミドフィルム(ポリイミドフィルムA:弾性率3.1GPa、吸水率2.5%、複屈折0.10、線膨張係数3.0×10-5/℃)が製造された。なお、その他厚みのフィルムを作製する場合には、厚みに比例して焼成時間が調整された。例えば厚さ、225μmのフィルムの場合には、75μmの場合よりも焼成時間を3倍に設定した。また、厚みか厚い場合には、ポリイミドフィルムの溶媒やイミド化触媒蒸発による発泡を防ぐために低温での焼成時間を十分とる必要がある。 As described above, a polyimide film having a thickness of 75 μm (polyimide film A: elastic modulus 3.1 GPa, water absorption 2.5%, birefringence 0.10, linear expansion coefficient 3.0 × 10 −5 / ° C.) manufactured. In addition, when producing films with other thicknesses, the firing time was adjusted in proportion to the thickness. For example, in the case of a film having a thickness of 225 μm, the firing time was set to three times that in the case of 75 μm. Further, when the thickness is thick, it is necessary to take a sufficient baking time at a low temperature in order to prevent foaming due to evaporation of the solvent or imidization catalyst of the polyimide film.

実際のグラファイト化においては、上記方法と同様にして作製された(株)カネカ製・アピカルAHの厚さ75、125μmのポリイミドフィルムを用いた。   In actual graphitization, a polyimide film having a thickness of 75 μm and 125 μm made by Apical AH manufactured by Kaneka Corporation was used in the same manner as described above.

(ポリイミドフィルムBの作製方法)
ポリアミド酸に4,4’−オキシジアニリンの3当量を溶解したDMF溶液にピロメリット酸二無水物の4当量を溶解して、両末端に酸無水物を有するプレポリマが合成された後、そのプレポリマを含む溶液にp−フェニレンジアミンの1当量を溶解することによって得られたポリアミド酸を用いた以外はポリイミドフィルムAと同様にして厚さ75μmのポリイミドフィルム(ポリイミドフィルムC:弾性率4.1GPa、吸水率2.1%、複屈折0.14、線膨張係数1.6×10-5/℃)が製造された。
(Preparation method of polyimide film B)
After 4 equivalents of pyromellitic dianhydride was dissolved in a DMF solution in which 3 equivalents of 4,4′-oxydianiline was dissolved in polyamic acid, a prepolymer having acid anhydrides at both ends was synthesized. A polyimide film with a thickness of 75 μm (polyimide film C: elastic modulus 4.1 GPa) was used in the same manner as polyimide film A except that polyamic acid obtained by dissolving 1 equivalent of p-phenylenediamine in a solution containing a prepolymer was used. , Water absorption 2.1%, birefringence 0.14, linear expansion coefficient 1.6 × 10 −5 / ° C.).

実際の黒鉛化においては、上記方法と同様にして作製された(株)カネカ製・アピカルNPIの厚さ75μmのポリイミドフィルムを用いた。   In actual graphitization, a polyimide film with a thickness of 75 μm made by Apical NPI (manufactured by Kaneka Corporation) produced in the same manner as described above was used.

(参考例1)
長さ20m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを外径150mmの円筒状炭素質芯に巻きつけ、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、1000℃まで昇温された後、1000℃で1時間熱処理して炭化処理(炭素化処理)が行われた。引き続いて、超高温炉を用いてアルゴン雰囲気下で2800℃まで昇温され、その最高温度で1時間保持された。その後に冷却され、グラファイトフィルムが得られた。
(Reference Example 1)
A polyimide film A having a length of 20 m, a width of 250 mm and a thickness of 75 μm is wound around a cylindrical carbonaceous core having an outer diameter of 150 mm, heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere using an electric furnace, and then at 1000 ° C. Carbonization treatment (carbonization treatment) was performed by heat treatment for 1 hour. Subsequently, the temperature was raised to 2800 ° C. in an argon atmosphere using an ultrahigh temperature furnace, and the maximum temperature was maintained for 1 hour. Thereafter, it was cooled to obtain a graphite film.

(参考例2)
ポリイミドフィルムに長さ30m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径250mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例1と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 2)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 1, except that polyimide film A having a length of 30 m, a width of 250 mm, and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 250 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(実施例3)
長さ20m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを内径300mmの円筒状容器炭の内面に添わせ、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、1000℃まで昇温された後、1000℃で1時間熱処理して炭化処理(炭素化処理)が行われた。引き続いて、超高温炉を用いてアルゴン雰囲気下で3000℃まで昇温され、その最高温度で1時間保持された。その後に冷却され、グラファイトフィルムが得られた。
(Example 3)
A polyimide film A having a length of 20 m, a width of 250 mm and a thickness of 75 μm is attached to the inner surface of a cylindrical container charcoal having an inner diameter of 300 mm, heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere using an electric furnace, and then at 1000 ° C. Carbonization treatment (carbonization treatment) was performed by heat treatment for 1 hour. Subsequently, the temperature was raised to 3000 ° C. under an argon atmosphere using an ultra-high temperature furnace, and the maximum temperature was maintained for 1 hour. Thereafter, it was cooled to obtain a graphite film.

(参考例4)
長さ20m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを外径150mmの円筒状炭素質芯に巻きつけ、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、1000℃まで昇温された後、1000℃で1時間熱処理して炭化処理(炭素化処理)が行われた。引き続いて、炭素質芯に炭素化フィルムを巻きつけたものを黒鉛製容器に保持し、コークスを主成分とするカーボン粉末で覆った後、さらに、内径450mmの黒鉛製の通電可能な容器に保持し、カーボン粉末で覆った。その後、雰囲気加熱ではなく、容器及びカーボン粉末全体に直流電圧を通電することで3000℃まで加熱し、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 4)
A polyimide film A having a length of 20 m, a width of 250 mm and a thickness of 75 μm is wound around a cylindrical carbonaceous core having an outer diameter of 150 mm, heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere using an electric furnace, and then at 1000 ° C. Carbonization treatment (carbonization treatment) was performed by heat treatment for 1 hour. Subsequently, a carbonized core wrapped with a carbonized film is held in a graphite container, covered with carbon powder mainly composed of coke, and then held in a graphite energizable container having an inner diameter of 450 mm. And covered with carbon powder. Thereafter, the atmosphere was not heated, and a DC voltage was applied to the entire container and carbon powder to heat to 3000 ° C., and a graphite film was produced.

(参考例5)
ポリイミドフィルムに長さ30m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径250mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例4と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 5)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 4 except that a polyimide film A having a length of 30 m, a width of 250 mm, and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 250 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(参考例6)
ポリイミドフィルムに長さ45m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径250mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例4と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 6)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 4 except that polyimide film A having a length of 45 m, a width of 250 mm, and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 250 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(参考例7)
ポリイミドフィルムに長さ30m・幅250mm・厚さ125μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径250mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例4と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 7)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 4 except that a polyimide film A having a length of 30 m, a width of 250 mm, and a thickness of 125 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 250 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(参考例8)
長さ20m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを外径300mmの円筒状炭素質芯に巻きつけ、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、1000℃まで昇温された後、1000℃で1時間熱処理して炭化処理(炭素化処理)が行われた。得られた炭素化フィルムを外径250mmの炭素質芯に巻き替え、炭素質芯と炭素化フィルムを巻きつけたものを黒鉛製容器に保持し、コークスを主成分とするカーボン粉末で覆った後、さらに、内径450mmの黒鉛製の通電可能な容器に保持し、カーボン粉末で覆った。その後、雰囲気加熱ではなく、容器及びカーボン粉末全体に直流電圧を通電することで3000℃まで加熱し、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 8)
A polyimide film A having a length of 20 m, a width of 250 mm, and a thickness of 75 μm is wound around a cylindrical carbonaceous core having an outer diameter of 300 mm, heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere using an electric furnace, and then at 1000 ° C. Carbonization treatment (carbonization treatment) was performed by heat treatment for 1 hour. After the obtained carbonized film was wound around a carbonaceous core having an outer diameter of 250 mm, the carbonaceous core and the carbonized film wound around were held in a graphite container and covered with carbon powder mainly composed of coke. Furthermore, it was held in a graphite energizable container having an inner diameter of 450 mm and covered with carbon powder. Thereafter, the atmosphere was not heated, and a DC voltage was applied to the entire container and carbon powder to heat to 3000 ° C., and a graphite film was produced.

(参考例9)
ポリイミドフィルムに長さ30m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムBを用い、円筒状炭素質芯に外径250mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例4と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Reference Example 9)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 4 except that polyimide film B having a length of 30 m, a width of 250 mm, and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 250 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(実施例10)
長さ20m・幅250mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを内径300mmの円筒状容器炭の内面に添わせ、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、1000℃まで昇温された後、1000℃で1時間熱処理して炭化処理(炭素化処理)が行われた。引き続いて、参考例4と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Example 10)
A polyimide film A having a length of 20 m, a width of 250 mm and a thickness of 75 μm is attached to the inner surface of a cylindrical container charcoal having an inner diameter of 300 mm, heated to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere using an electric furnace, and then at 1000 ° C. Carbonization treatment (carbonization treatment) was performed by heat treatment for 1 hour. Subsequently, a graphite film was produced in the same manner as in Reference Example 4.

(比較例1)
ポリイミドフィルムに長さ20m・幅180mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径60mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例1と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Comparative Example 1)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 1 except that a polyimide film A having a length of 20 m, a width of 180 mm, and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 60 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(比較例2)
ポリイミドフィルムに長さ30m・幅180mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを用い、円筒状炭素質芯に外径100mmの円筒状炭素質を用いた以外は、参考例1と同様にして、グラファイトフィルムが作製された。
(Comparative Example 2)
Graphite film in the same manner as in Reference Example 1 except that a polyimide film A having a length of 30 m, a width of 180 mm and a thickness of 75 μm was used for the polyimide film, and a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 100 mm was used for the cylindrical carbonaceous core. Was made.

(比較例3)
長さ20m・幅180mm・厚さ75μmのポリイミドフィルムAを炭素化したフィルムを、外径100mmの円筒状炭素質に巻き付けることを試みたものの、巻きつけ時に破損した。
(Comparative Example 3)
Although an attempt was made to wind a carbonized polyimide film A having a length of 20 m, a width of 180 mm, and a thickness of 75 μm around a cylindrical carbonaceous material having an outer diameter of 100 mm, the film was damaged at the time of winding.

参考例1,2,4〜9、実施例3,10、比較例1〜3で得られたグラファイトフィルムの熱拡散率が表1に示されている。   Table 1 shows the thermal diffusivities of the graphite films obtained in Reference Examples 1, 2, 4 to 9, Examples 3 and 10, and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2011241142
Figure 2011241142

グラファイト化の進行状況は、フィルム面方向の熱拡散率を測定することによって判定され、熱拡散率が高いほど、グラファイト化が顕著であることを意味している。熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置(アルバック理工(株)社から入手可能な「LaserPit」)を用いて、20℃の雰囲気下、10Hzにおいて測定された。
グラファイトフィルムの平坦性は、炭素質芯に巻きつけて黒鉛化させた場合または炭素質容器の内面に添わせて黒鉛化させた場合において、皺や折れが発生することなくまたロールがけすることなく容易に円筒状の履歴を引き伸ばすことが可能なものを「○」、円筒状の履歴を引き伸ばすことが出来ず、ロールがけを必要とするものを「×」とした。
The progress of graphitization is determined by measuring the thermal diffusivity in the film surface direction, and the higher the thermal diffusivity, the more remarkable the graphitization. The thermal diffusivity was measured at 10 Hz in an atmosphere of 20 ° C. using a thermal diffusivity measuring apparatus (“LaserPit” available from ULVAC Riko Co., Ltd.) by an optical alternating current method.
The flatness of the graphite film does not cause wrinkles or breakage or roll when it is graphitized by wrapping around a carbonaceous core or graphitized along the inner surface of a carbonaceous container. “○” indicates that the cylindrical history can be easily stretched, and “×” indicates that the cylindrical history cannot be stretched and needs to be rolled.

参考例1,2,4〜9、実施例3,10で得られたグラファイトフィルムの熱拡散率は、いずれの水準も7.5×10-42/S以上と高い熱伝導性を示し、黒鉛化円筒状の履歴を残しているが、ロールがけをすることなく、容易に円筒状の履歴を取り除くことが出来た。一方で、比較例1、2で得られたグラファイトフィルムの熱拡散率は、いずれの水準も6.9×10-42/S以下と参考例1,2,4〜9、実施例3,10に劣るものであり、円筒状の履歴も強く残っており、ロールがけをする必要があった。また巻きつけ回数が多いために、炭化、黒鉛化等の熱処理後に部分的に皺が入っていた。特に、巻きの内側ほど、皺が大きく、一部融着も確認された、
また、参考例1、2、実施例3と比較例1、2を比較すると、熱拡散率は、比較例1、比較例2、参考例1、参考例2、実施例3の順で概ね増加していた。この理由としては、比較例1、2では、原料フィルムを巻き付ける炭素質芯に外径60、80mmの炭素質芯を用いているのに対し、参考例1、2、実施例3では、外径150、250mmの炭素質芯及び内径300mmの炭素質容器を用いており、炭素質芯及び炭素質容器の外径、内径が大きくなっていることが挙げられる。外径、内径が増加することで、熱拡散率が増加する理由としては、原料フィルムの曲率が小さい状態でグラファイト化されるために、黒鉛化がスムースに進行し、グラフェン層が平面状に発達しやすくなったためと考える。また、径が大きくなることで巻きつけ回数を減らすことが可能となり、熱処理中にフィルムに加わる熱履歴にばらつきが発生し、物性が低下したものと考える。
The thermal diffusivity of the graphite films obtained in Reference Examples 1, 2, 4 to 9, and Examples 3 and 10 shows high thermal conductivity of 7.5 × 10 −4 m 2 / S or more at any level. Although the graphitized cylindrical history remained, the cylindrical history could be easily removed without rolling. On the other hand, the thermal diffusivity of the graphite films obtained in Comparative Examples 1 and 2 was 6.9 × 10 −4 m 2 / S or less at any level, and Reference Examples 1, 2, 4 to 9, and Example 3 , 10 is inferior, and the cylindrical history remains strongly, and it was necessary to roll. In addition, due to the large number of windings, wrinkles were partially contained after heat treatment such as carbonization and graphitization. In particular, the inner side of the winding, the larger the wrinkles, and some fusion was also confirmed,
In addition, comparing Reference Examples 1 and 2 and Example 3 with Comparative Examples 1 and 2, the thermal diffusivity generally increases in the order of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Reference Example 1, Reference Example 2, and Example 3. Was. The reason for this is that in Comparative Examples 1 and 2, a carbonaceous core having an outer diameter of 60, 80 mm is used as the carbonaceous core around which the raw material film is wound, whereas in Reference Examples 1, 2, and Example 3, the outer diameter is used. A carbonaceous core having a diameter of 150, 250 mm and a carbonaceous container having an inner diameter of 300 mm are used, and the outer diameter and inner diameter of the carbonaceous core and the carbonaceous container are increased. The reason why the thermal diffusivity increases by increasing the outer diameter and inner diameter is that graphitization proceeds smoothly and the graphene layer develops flat because the raw film is graphitized with a small curvature This is because it is easier to do. In addition, the increase in the diameter makes it possible to reduce the number of windings, and the heat history applied to the film during the heat treatment varies, which is considered to have deteriorated the physical properties.

また、参考例4〜9,実施例10で得られたグラファイトフィルムは、参考例1,2,実施例3で得られたグラファイトフィルムよりも熱拡散率に優れていた。これら実施例・参考例では、通電可能な容器内に、該原料フィルムを保持し、該容器に電圧を印加し通電しながらグラファイト化するため、原料フィルムに通電して加熱を行っているため、原料フィルムそのものの発熱が寄与し、フィルムの内部と表面で均一に加熱され、またフィルム周辺からも十分均一に加熱が行なわれるため、従来よりも電気伝導性、熱伝導性に優れたグラファイトフィルムを得ることができたと考える。さらに、125μm程度の、従来より厚い原料フィルムを用いた場合にも、フィルムの内部、表面、周辺から均一に加熱されるため、表面と内部が同時に黒鉛化し、表層に分解ガスの発生を妨げる黒鉛層が形成されず、内部の分解ガスが抜けやすくなり、分解ガスによるフィルム破損が起こらず、厚みの厚い電気伝導性、熱伝導性に優れたグラファイトフィルムを得ることができたと考える。また、今回の実施例・参考例のように、外径・内径が150mmを超えるような大きな炭素質芯、炭素質容器を用いた場合では、雰囲気加熱で黒鉛化を行う場合、熱処理中に温度のばらつきが発生する場合があったが、参考例4〜9,実施例10では、通電加熱により黒鉛化を行っているため、炭素質芯、炭素質容器が均一に加熱され、品質に優れたグラファイトが得られたものと考える。   Moreover, the graphite films obtained in Reference Examples 4 to 9 and Example 10 were superior in thermal diffusivity to the graphite films obtained in Reference Examples 1 and 2 and Example 3. In these examples and reference examples, the raw material film is held in a container that can be energized, and the material film is graphitized while being energized by applying voltage to the container. The heat generated by the raw material film itself contributes, and the film is heated uniformly inside and on the surface, and is heated evenly from the periphery of the film, so a graphite film with better electrical and thermal conductivity than before can be obtained. I think I was able to get it. Furthermore, even when a raw material film having a thickness of about 125 μm is used, since the film is uniformly heated from the inside, the surface, and the periphery of the film, the surface and the inside are graphitized at the same time to prevent generation of decomposition gas on the surface layer. It is thought that a graphite film excellent in electrical conductivity and thermal conductivity with a large thickness could be obtained without forming a layer, making it easy for the cracked gas inside to escape, and causing no film breakage due to the cracked gas. In addition, when using a large carbonaceous core or carbonaceous container with an outer diameter / inner diameter exceeding 150 mm as in the present example / reference example, when graphitizing by atmospheric heating, the temperature during the heat treatment However, in Reference Examples 4 to 9 and Example 10, since graphitization was performed by energization heating, the carbonaceous core and the carbonaceous container were uniformly heated, and the quality was excellent. I think that graphite was obtained.

一方、比較例1、2では加熱を不活性ガス雰囲気で行っているため、ヒーターと接触している部分や雰囲気ガスの熱伝導、ヒーターからの輻射熱によって原料フィルムの表面からおこなわれ、フィルムの内部と表面で不均一に黒鉛化が進行し、フィルム全体としての熱伝導性が低下したと考えられる。特に、原料フィルムが厚い場合には、表面から黒鉛化が進行することで、内部からの分解ガスが出にくくなり、無理な分解ガス放出により、フィルムが破壊しやすくなった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since the heating is performed in an inert gas atmosphere, the heating is performed from the surface of the raw material film by the heat conduction of the portion in contact with the heater and the atmospheric gas, and the radiant heat from the heater. It is thought that graphitization progressed unevenly on the surface, and the thermal conductivity of the entire film was lowered. In particular, when the raw material film is thick, graphitization proceeds from the surface, so that it is difficult for the decomposition gas to be emitted from the inside, and the film is easily broken due to excessive decomposition gas release.

参考例5、9で得られたグラファイトフィルムでは、参考例9の方が優れていた。参考例9が優れていた理由としては、参考例8の方が出発原料の面配向が高く、シーケンスコントロールされて製造されているため、黒鉛化中の分子の再配列を容易にしたものと考える。また、出発原料の面配向度合いが高いほど炭素比率が高いために、分解ガスの発生量が少なく、スムースに黒鉛化が進行したものと考える。   In the graphite films obtained in Reference Examples 5 and 9, Reference Example 9 was superior. The reason why Reference Example 9 was superior was that Reference Example 8 had a higher surface orientation of the starting material and was manufactured under sequence control, and therefore, it was considered that the rearrangement of molecules during graphitization was facilitated. . Moreover, since the carbon ratio is higher as the degree of surface orientation of the starting material is higher, it is considered that the amount of cracked gas generated is small and graphitization proceeds smoothly.

1 ポリイミドフィルム
2 くさび形シート
3 くさび形シートの幅
4 ナトリウム光
5 干渉縞

1 Polyimide film 2 Wedge-shaped sheet 3 Wedge-shaped sheet width 4 Sodium light 5 Interference fringes

Claims (12)

高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムをグラファイト化するグラファイトフィルムの製造方法であって、炭素質容器の内面に原料フィルムを添わせて保持し、グラファイト化することを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法。   A method for producing a graphite film, wherein a raw material film comprising a polymer film and / or a carbonized polymer film is graphitized, wherein the raw material film is held on the inner surface of a carbonaceous container and graphitized. A method for producing a graphite film. 請求項1に記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、電圧を印加し通電しながらグラファイト化する工程を含むことを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to claim 1, comprising a step of graphitizing while applying voltage and applying current. 請求項1又は2に記載のグラファイトフィルムの製造方法であって、前記容器の周辺に、カーボン粉末が存在している状態で、前記通電がなされることを特徴とする、グラファイトフィルムの製造方法。   3. The method for producing a graphite film according to claim 1, wherein the energization is performed in a state where carbon powder is present around the container. 4. 前記容器が、円筒状であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The said container is cylindrical shape, The manufacturing method of the graphite film in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記容器が、内径200mm以上の円筒状容器であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to claim 1, wherein the container is a cylindrical container having an inner diameter of 200 mm or more. 前記高分子フィルムが、ポリイミド、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリパラフェニレンビニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリチアゾールのうちから選ばれた少なくとも一種類以上の高分子からなることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The polymer film is made of polyimide, polyamide, polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polyparaphenylene vinylene, polybenzimidazole, polybenzobisimidazole, polythiazole. It consists of at least 1 or more types of polymer chosen from the inside, The manufacturing method of the graphite film in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記高分子フィルムが、複屈折0.08以上のポリイミドフィルムであることを特徴とする、請求項6に記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to claim 6, wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.08 or more. 前記高分子フィルムが、複屈折0.12以上のポリイミドフィルムであることを特徴とする、請求項6に記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to claim 6, wherein the polymer film is a polyimide film having a birefringence of 0.12 or more. 前記高分子フィルムが、ピロメリット酸二無水物、p−フェニレンジアミンを含むポリアミド酸を、脱水剤とイミド化促進剤とを用いてイミド化して作製されるポリイミドフィルムであることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The polymer film is a polyimide film produced by imidizing pyromellitic dianhydride and polyamic acid containing p-phenylenediamine using a dehydrating agent and an imidization accelerator, The manufacturing method of the graphite film in any one of Claims 6-8. 前記高分子フィルムが、ジアミンと酸二無水物を用いて前記酸二無水物を両末端に有するプレポリマを合成し、前記プレポリマに前記とは異なるジアミンを反応させてポリアミド酸を合成し、前記ポリアミド酸をイミド化して作製されるポリイミドフィルムであることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The polymer film uses a diamine and an acid dianhydride to synthesize a prepolymer having the acid dianhydride at both ends, and reacts the prepolymer with a diamine different from the above to synthesize a polyamic acid. It is a polyimide film produced by imidating an acid, The manufacturing method of the graphite film in any one of Claims 6-8 characterized by the above-mentioned. 前記高分子フィルムが、長さ15m以上の高分子フィルムであることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to any one of claims 6 to 10, wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m or more. 前記高分子フィルムが、長さ15m以上かつ幅250mm以上の高分子フィルムであることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のグラファイトフィルムの製造方法。   The method for producing a graphite film according to any one of claims 6 to 10, wherein the polymer film is a polymer film having a length of 15 m or more and a width of 250 mm or more.
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