JP2015048561A - Electrically conductive ultrathin carbon fiber excellent in homogeneity and method for producing the same - Google Patents

Electrically conductive ultrathin carbon fiber excellent in homogeneity and method for producing the same Download PDF

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寿 野中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pitch-based carbon fiber that has a uniform fiber diameter and has excellent in dispersion in an aqueous solvent and an aqueous polymer.SOLUTION: The pitch-based carbon fiber has an average fiber diameter of 0.01-5 μm, a CV value of 0-10% which shows the variation in fiber diameter and a surface oxygen concentration ratio (O/C) of 0.02 or more which is defined by an abundance ratio of oxygen atom to carbon atom on the surface of the carbon fiber as measured by an X-ray photoelectron spectroscopy apparatus.

Description

本発明は、導電性に優れ、かつ均質性に優れるピッチ系極細炭素繊維に関する。   The present invention relates to a pitch-based ultrafine carbon fiber having excellent conductivity and excellent uniformity.

炭素繊維は、高い機械特性、耐薬品性、高導電性、高熱伝導性等の優れた特性を有しており、機械強度向上を目的とした航空機、自動車、レジャー用品、一般産業等さまざまな分野において広く利用されている。さらに近年では、極細サイズの繊維径をもつ炭素繊維を開発する試みもなされており、比表面積が大きく優れた性能効果が期待できる上、品位にも優れる極細炭素繊維は補強用フィラーとしてのみならず、樹脂への導電性付与材、電磁波シールド材、電極の導電助材等多くの分野での用途が期待されている。   Carbon fiber has excellent properties such as high mechanical properties, chemical resistance, high conductivity, and high thermal conductivity, and is used in various fields such as aircraft, automobiles, leisure goods, and general industries for the purpose of improving mechanical strength. Widely used. Furthermore, in recent years, attempts have been made to develop carbon fibers having an ultrafine fiber diameter, and an excellent performance effect with a large specific surface area can be expected, and the ultrafine carbon fibers having excellent quality are not only used as reinforcing fillers. Applications in many fields such as a material for imparting conductivity to a resin, an electromagnetic shielding material, and a conductive aid for electrodes are expected.

例えば、極細炭素繊維を提供する方法としては、気相法(特許文献1、特許文献2)、メルトブロー法(特許文献3、特許文献4)、エレクトロスピニング法(特許文献5、特許文献6)、および熱可塑性樹脂と炭素源樹脂との混合による混合溶融紡糸法(特許文献7、特許文献8、特許文献9)が報告されている。   For example, as a method for providing ultrafine carbon fibers, a gas phase method (Patent Literature 1, Patent Literature 2), a melt blow method (Patent Literature 3, Patent Literature 4), an electrospinning method (Patent Literature 5, Patent Literature 6), In addition, a mixed melt spinning method (Patent Document 7, Patent Document 8, and Patent Document 9) in which a thermoplastic resin and a carbon source resin are mixed has been reported.

気相法によって得られる極細炭素繊維は、繊維径が非常に小さいため凝集性が高く、また繊維表面の疎水性も高いため均一に分散させることが困難である上、生産性にも乏しいという課題があった。   The ultra-fine carbon fiber obtained by the vapor phase method has a high cohesiveness due to its very small fiber diameter, and it is difficult to uniformly disperse due to the high hydrophobicity of the fiber surface. was there.

メルトブロー法、エレクトロスピニング法、熱可塑性樹脂と炭素源樹脂との混合による混合溶融紡糸法においては、繊維径のばらつきが大きく、均質性に優れるものが得られないという問題があった。   In the melt blow method, the electrospinning method, and the mixed melt spinning method by mixing a thermoplastic resin and a carbon source resin, there is a problem that variations in fiber diameter are large and a product having excellent uniformity cannot be obtained.

フィラーおよび助剤として使用された際に均質な性能を発揮するためには、炭素繊維の繊維径および物性の均一性が高く、且つそれらが良好に均一分散されていなければならない。   In order to exhibit uniform performance when used as a filler and an auxiliary agent, the fiber diameter and physical properties of carbon fibers must be high and they must be uniformly dispersed.

繊維径がばらついていると、不融化の際の酸化反応等にムラが生じることから均質な炭素繊維が得られない。また、分散後の密度ムラを生じることから導電性能等の特性に局所的な偏りが発生する可能性があった。   If the fiber diameter is varied, unevenness occurs in the oxidation reaction at the time of infusibilization, so that a homogeneous carbon fiber cannot be obtained. Moreover, since uneven density after dispersion occurs, local bias may occur in characteristics such as conductive performance.

均一な繊維径を有する極細繊維を得る方法としては、従来から海島型複合ノズルを使用した複合紡糸法が用いられている。海島型複合繊維を形成した後、海成分を除去することにより島成分からなる極細繊維を得ることができる。特許文献10には均一な繊維径を有する極細炭素繊維が開示されている。しかしながら、この方法ではセルロース系原料を炭素繊維源として使用しているため、十分な導電性、機械的特性を得ることはできない。   As a method for obtaining ultrafine fibers having a uniform fiber diameter, a composite spinning method using a sea-island type composite nozzle has been conventionally used. After forming the sea-island type composite fiber, the sea component is removed to obtain an ultrafine fiber composed of the island component. Patent Document 10 discloses an ultrafine carbon fiber having a uniform fiber diameter. However, since this method uses a cellulosic raw material as a carbon fiber source, sufficient electrical conductivity and mechanical properties cannot be obtained.

一方、良好な均質性にて性能を付与するためには、繊維径の均一性に加えて、それらが均一に分散されることが求められる。特に、近年の環境への負荷低減が叫ばれる中においては、水系溶媒の使用が望まれており、水系溶媒および水系ポリマー溶液中において均一に分散可能なことが非常に有用である。しかし、一般的に炭素繊維は疎水性が高いため、そのままでは水系溶媒および水系ポリマー溶液への分散は困難である。   On the other hand, in order to impart performance with good homogeneity, in addition to the uniformity of the fiber diameter, it is required that they are uniformly dispersed. In particular, the use of an aqueous solvent is desired while the reduction of environmental load in recent years has been sought, and it is very useful to be able to disperse uniformly in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution. However, since carbon fibers are generally highly hydrophobic, it is difficult to disperse them in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution as they are.

極細炭素繊維を水系溶媒へ良好に分散させる方法としては、炭素繊維表面を化学修飾する方法(特許文献11)や表面にポリマー等をコートする方法(特許文献12)が開示されているが、これらの方法では表面を修飾する際に炭素繊維の導電性が一部損なわれる、あるいは煩雑な工程を必要とするため生産性に優れないという課題があった。また、界面活性剤等の分散剤を用いる方法(特許文献13、特許文献14、特許文献15)が開示されているが、十分な濃度の分散液が得られなかったり、電極等の電子部材として使用した場合に、残存する分散剤が性能に悪影響を及ぼすことがあり、用途が限られたりするという課題があった。   As a method for satisfactorily dispersing ultrafine carbon fibers in an aqueous solvent, a method of chemically modifying the carbon fiber surface (Patent Document 11) and a method of coating a polymer or the like on the surface (Patent Document 12) are disclosed. This method has a problem that when the surface is modified, the conductivity of the carbon fiber is partially impaired, or a complicated process is required, so that the productivity is not excellent. Moreover, although the method using a dispersing agent such as a surfactant (Patent Document 13, Patent Document 14, Patent Document 15) is disclosed, a dispersion with a sufficient concentration cannot be obtained, or as an electronic member such as an electrode. When used, there is a problem that the remaining dispersant may adversely affect the performance and the application is limited.

特開昭60−54998号公報JP-A-60-54998 特許第2778434号公報Japanese Patent No. 2778434 特許第2680183号公報Japanese Patent No. 2680183 特開2000−8227号公報JP 2000-8227 A 特開2009−203565号公報JP 2009-203565 A 特許第4697901号Japanese Patent No. 4697901 特開2008−169511号公報JP 2008-169511 A 特開2005−060882号公報JP-A-2005-060882 特開2005−248371号公報JP 2005-248371 A 特開2010−100969号公報JP 2010-1000096 A 特開2006−265151号公報JP 2006-265151 A 特表2004−506530号公報JP-T-2004-506530 特開2001−048511号公報JP 2001-048511 A 特開2003−238126号公報JP 2003-238126 A 特開2005−263608号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-263608

本発明の目的は、導電性に優れ、且つ均質性に優れるピッチ系極細炭素繊維を提供することである。   An object of the present invention is to provide a pitch-based ultrafine carbon fiber having excellent conductivity and excellent homogeneity.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ピッチおよび溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマーとの混合物を島成分、他の溶融しうるポリマーを海成分とし、海島型複合紡糸ノズルを用いて海島型複合繊維を得た後、該海島型複合繊維から海成分を除去し、炭素化処理を施すことによって、均質性に優れる極細炭素繊維が得られることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have made a mixture of pitch and a meltable polyvinyl alcohol polymer with an island component, and another meltable polymer with a sea component, After obtaining a sea-island type composite fiber by using the sea-island type composite fiber, it was found that an ultrafine carbon fiber excellent in homogeneity can be obtained by removing a sea component from the sea-island type composite fiber and subjecting it to a carbonization treatment. .

すなわち本発明の第1の実施形態は、ピッチ系炭素繊維であって、平均繊維径が0.01〜5μm、繊維径のばらつきを示すCV値が0〜10%であり、かつX線光電子分光装置によって測定される、炭素繊維表面の炭素原子に対する酸素原子の存在比を意味する表面酸素濃度比(O/C)が0.02以上であるピッチ系炭素繊維である。   That is, the first embodiment of the present invention is a pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 0.01 to 5 μm, a CV value indicating variation in fiber diameter of 0 to 10%, and X-ray photoelectron spectroscopy. This is a pitch-based carbon fiber having a surface oxygen concentration ratio (O / C), which means an abundance ratio of oxygen atoms to carbon atoms on the surface of the carbon fiber, measured by an apparatus, is 0.02 or more.

また、前記ピッチ系炭素繊維は、ラマンスペクトルにおけるDバンドとGバンドの強度比Id/Igが0.1以上1.0未満であり、X線回折法における結晶格子面間隔が0.37nm以下であることが好ましい。   The pitch-based carbon fiber has an intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band in a Raman spectrum of 0.1 or more and less than 1.0, and a crystal lattice plane spacing in an X-ray diffraction method is 0.37 nm or less. Preferably there is.

さらに前記ピッチ系炭素繊維は、体積固有抵抗値が5×10−2Ω・cm以下であることが好ましい。 Further, the pitch-based carbon fiber preferably has a volume specific resistance value of 5 × 10 −2 Ω · cm or less.

本発明の第2の実施形態は、ピッチ系炭素繊維の製造方法を包含する。
前記製造方法は、島成分として溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマーとピッチとの混合物を用い、海成分として他の溶融ポリマーを用い、該島成分となるポリマーと該海成分となるポリマーをそれぞれ別々に溶融し、それぞれの溶融流を形成した後、海島型複合ノズルから吐出させ海島型複合繊維を得る紡糸工程と、該海島型複合繊維から海成分を除去して島成分からなる極細繊維を得る工程と、該海島型複合繊維に対して不融化処理を施す不融化工程と、該海島型複合繊維を炭素化および黒鉛化してピッチ系炭素繊維を得る工程と、を備える。
The second embodiment of the present invention includes a method for producing pitch-based carbon fibers.
The manufacturing method uses a mixture of a polyvinyl alcohol-based polymer that can be melted as an island component and pitch, uses another molten polymer as a sea component, and separates the island component polymer and the sea component polymer separately. A process of melting and forming each melt flow, and then discharging from a sea-island type composite nozzle to obtain a sea-island type composite fiber, and a step of removing sea components from the sea-island type composite fiber to obtain ultrafine fibers made of island components And an infusibilization step for subjecting the sea-island type composite fiber to an infusibilization treatment, and a step of carbonizing and graphitizing the sea-island type composite fiber to obtain a pitch-based carbon fiber.

前記製造方法において、溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマーが、エチレン−ビニルアルコール系共重合体であることが好ましい。   In the production method, the meltable polyvinyl alcohol polymer is preferably an ethylene-vinyl alcohol copolymer.

また、前記製造方法において、ピッチがメソフェーズピッチであることが好ましい。   In the manufacturing method, the pitch is preferably a mesophase pitch.

さらに、前記製造方法において、紡糸工程で得られた紡糸原糸をさらに延伸する延伸工程を備え、この延伸糸に対して海成分の除去処理、不融化処理が行われることが好ましい。   Further, the production method preferably includes a drawing step of further drawing the spinning yarn obtained in the spinning step, and the drawn yarn is subjected to sea component removal treatment and infusibilization treatment.

あるいは、前記製造方法において、黒鉛化処理が1200℃〜3000℃で行われることが好ましい。   Or in the said manufacturing method, it is preferable that a graphitization process is performed at 1200 to 3000 degreeC.

本発明の第3の実施形態は、前記ピッチ系炭素繊維で構成された導電性布帛を包含する。   A third embodiment of the present invention includes a conductive fabric composed of the pitch-based carbon fiber.

本発明の第4の実施形態は、前記ピッチ系炭素繊維で構成された導電性材料を包含する。   The fourth embodiment of the present invention includes a conductive material composed of the pitch-based carbon fiber.

本発明によれば、導電性に優れるだけでなく、均一な繊維径を有し、かつ水系溶媒および水系ポリマー溶液への分散性も良好であるピッチ系極細炭素繊維を提供することができる。このような炭素繊維は、化学修飾の工程や分散剤等を用いた工程を経ることなく単独で水系溶媒および水系ポリマー溶液中に分散することが可能であり、生産性、ハンドリング性に優れ、あらゆる用途において均質な機械特性、熱特性、電気特性などの諸物性を提供することができる。そして、均一な繊維径を有し、かつ分散性が良好である本発明の炭素繊維を用いることで、均質性に優れた導電性材料が得られる。   According to the present invention, it is possible to provide a pitch-based ultrafine carbon fiber having not only excellent conductivity but also a uniform fiber diameter and good dispersibility in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution. Such a carbon fiber can be dispersed in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution alone without going through a chemical modification step or a step using a dispersant, etc., and has excellent productivity and handling properties. Various physical properties such as uniform mechanical properties, thermal properties, and electrical properties can be provided in applications. And the conductive material excellent in homogeneity is obtained by using the carbon fiber of this invention which has a uniform fiber diameter and favorable dispersibility.

以下、本発明について具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described.

本発明は、ピッチ系炭素繊維であって、平均繊維径が0.01〜5μm、繊維径のばらつきを示すCV値が0〜10%であり、その表面に存在する酸素原子に由来して、X線光電子分光装置によって測定される炭素繊維表面の炭素原子に対する酸素原子の存在比を意味する表面酸素濃度比(O/C)が0.02以上である。
このピッチ系炭素繊維は、以下の方法により製造することができる。
The present invention is a pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 0.01 to 5 μm, a CV value indicating variation of the fiber diameter of 0 to 10%, derived from oxygen atoms present on the surface, The surface oxygen concentration ratio (O / C), which means the abundance ratio of oxygen atoms to carbon atoms on the carbon fiber surface, measured by an X-ray photoelectron spectrometer is 0.02 or more.
This pitch-based carbon fiber can be produced by the following method.

(混練工程)
本発明の繊維の製造方法について説明する。まずあらかじめ溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマー(以下、PVA系ポリマーと略する場合がある)とピッチを混練し、混合樹脂を作製する。ピッチは溶融状態で混練されても良いし、分散状態で混合されても良い。
(Kneading process)
The manufacturing method of the fiber of this invention is demonstrated. First, a polyvinyl alcohol polymer that can be melted in advance (hereinafter sometimes abbreviated as PVA polymer) and pitch are kneaded to prepare a mixed resin. The pitch may be kneaded in a molten state or mixed in a dispersed state.

まず、溶融しうるPVA系ポリマーについて説明する。前記PVA系ポリマーは、ビニルアルコールユニットを主成分とするものであり、ビニルアルコールユニットは、例えば、ビニルエステルを重合して得られるポリビニルエステルをケン化することにより、得ることができる。ビニルエステルとしては、例えば、酢酸ビニル、ギ酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニルなどを挙げることができるが、これらの中でも酢酸ビニルが生産性の観点から好ましい。   First, a PVA polymer that can be melted will be described. The PVA polymer has a vinyl alcohol unit as a main component, and the vinyl alcohol unit can be obtained, for example, by saponifying a polyvinyl ester obtained by polymerizing a vinyl ester. Examples of vinyl esters include vinyl acetate, vinyl formate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, vinyl versatate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate and the like. Of these, vinyl acetate is preferred from the viewpoint of productivity.

前記PVA系ポリマーの重合度は特に限定されるものではないが、工程通過性および得られる繊維の機械的特性や寸法安定性等を考慮すると、30℃水溶液の粘度から求めた平均重合度が300〜20000のものが望ましい。ポリマー製造コストや繊維化コストなどの観点から、より好ましくは、平均重合度が500〜3000である。   The degree of polymerization of the PVA polymer is not particularly limited, but considering the process passability and the mechanical properties and dimensional stability of the obtained fiber, the average degree of polymerization determined from the viscosity of the 30 ° C. aqueous solution is 300. Those of ˜20,000 are desirable. From the viewpoints of polymer production cost, fiberization cost, etc., the average degree of polymerization is more preferably 500 to 3000.

前記PVA系ポリマーのケン化度は特に限定されるものではないが、得られる繊維の力学物性の点から、88モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは98モル以上であることが好ましい。溶融しうるPVA系ポリマーのケン化度が低すぎるものを使用した場合、得られる繊維の機械的特性や工程通過性、製造コストなどの面で好ましくない。   Although the saponification degree of the PVA polymer is not particularly limited, it is 88 mol% or more, preferably 95 mol% or more, more preferably 98 mol or more, from the viewpoint of mechanical properties of the obtained fiber. preferable. When a meltable PVA polymer having a too low saponification degree is used, it is not preferable in terms of mechanical properties, process passability, production cost, and the like of the obtained fiber.

前記PVA系ポリマーにおいて、PVA系ポリマーを溶融可能にする構成単位としては、エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン類(好ましくは、炭素数2〜20のα−オレフィン類)などが挙げられる。これらの構成単位は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。好ましくは、炭素数2〜5のα−オレフィン類であり、特にエチレンが好ましい。特に、本発明のPVA系ポリマーとしては、エチレン−ビニルアルコール系共重合体が、ピッチとの混練性および紡糸性の観点から好ましい。   In the PVA polymer, examples of the structural unit that can melt the PVA polymer include olefins such as ethylene, propylene, and butylene (preferably α-olefins having 2 to 20 carbon atoms). These structural units may be used alone or in combination of two or more. Preferred are α-olefins having 2 to 5 carbon atoms, with ethylene being particularly preferred. In particular, as the PVA polymer of the present invention, an ethylene-vinyl alcohol copolymer is preferable from the viewpoint of kneading with a pitch and spinnability.

前記PVA系ポリマーにおけるオレフィン類の含有量は、その種類や求められる性質に応じて、PVA系ポリマー全体の構成単位に対して、2〜90モル%の広い範囲から選択することが可能であり、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜70モル%であってもよい。   The content of olefins in the PVA-based polymer can be selected from a wide range of 2 to 90 mol% with respect to the structural units of the entire PVA-based polymer, depending on the type and required properties. Preferably it may be 10-80 mol%, more preferably 20-70 mol%.

さらに、前記PVA系ポリマーは、本発明の効果を損なわない限り、所望により他の構成単位を有していてもかまわない。このような構成単位としては、例えば、アクリル酸及びその塩とアクリル酸メチルなどのアクリル酸エステル、メタクリル酸およびその塩、メタクリル酸メチル等のメタクリル酸エステル類、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド等のアクリルアミド誘導体、メタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等のメタクリルアミド誘導体、N−ビニルピロリドン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド等のN−ビニルアミド類、ポリアルキレンオキシドを側鎖に有するアリルエーテル類、メチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、アクリロニトリル等のニトリル類、塩化ビニル等のハロゲン化ビニル、マレイン酸およびその塩またはその無水物やそのエステル等の不飽和ジカルボン酸等がある。これらの構造単位は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。このような変性ユニットの導入法は共重合による方法でも、後反応による方法でもよい。また、本発明の効果を損なわない範囲であれば、目的に応じてポリマー中に酸化防止剤、凍結防止剤、pH調整剤、隠蔽剤、着色剤、油剤、特殊機能剤などの添加剤が含まれていてもよい。   Furthermore, the PVA polymer may have other structural units as desired as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such structural units include acrylic acid and salts thereof and acrylic esters such as methyl acrylate, methacrylic acid and salts thereof, methacrylic esters such as methyl methacrylate, acrylamides such as acrylamide and N-methylacrylamide, and the like. Derivatives, methacrylamide derivatives such as methacrylamide, N-methylol methacrylamide, N-vinyl amides such as N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl formamide, N-vinyl acetamide, allyl ethers having polyalkylene oxide in the side chain, methyl Examples include vinyl ethers such as vinyl ether, nitriles such as acrylonitrile, vinyl halides such as vinyl chloride, unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid and salts thereof, anhydrides and esters thereof, and the like. These structural units may be used alone or in combination of two or more. Such a modified unit may be introduced by copolymerization or post-reaction. In addition, an additive such as an antioxidant, an antifreezing agent, a pH adjusting agent, a concealing agent, a coloring agent, an oil agent, and a special functional agent is included in the polymer as long as the effect of the present invention is not impaired. It may be.

前記PVA系ポリマーの融点は、ピッチと混練できる限り特に限定されず、ピッチとの混練および紡糸工程における安定性を確保するためには、例えば、110℃〜250℃程度であってもよく、好ましくは120〜230℃、より好ましくは130〜210℃であってもよい。   The melting point of the PVA polymer is not particularly limited as long as it can be kneaded with pitch, and may be, for example, about 110 ° C. to 250 ° C. in order to ensure stability in the kneading and spinning process with the pitch. May be 120-230 ° C, more preferably 130-210 ° C.

次に、ピッチについて説明する。ピッチとは、石炭や石油の蒸留残渣や、ナフタレンやフェナントレンなどの多環芳香族炭化水素などから得られたものであり、溶融状態で光学的等方性を示す等方性ピッチと、溶融状態で光学的異方性相(液晶相)を形成しうるメソフェーズピッチがある。結晶性が高く、導電性を向上できる観点から、本発明にはメソフェーズピッチが使用されることが好ましい。使用するメソフェーズピッチのメソフェーズ率は特に限定されないが、高結晶性、高炭素化率の炭素繊維が得られるという観点から、例えば70〜100%、好ましくは90〜100%であってもよい。なお、メソフェーズピッチのメソフェーズ率は、溶融状態にあるピッチを偏光顕微鏡で観察することで判断することができる。   Next, the pitch will be described. Pitch is obtained from distillation residue of coal or petroleum, polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthalene and phenanthrene, and isotropic pitch that shows optical isotropy in the molten state, and molten state There is a mesophase pitch that can form an optically anisotropic phase (liquid crystal phase). From the viewpoint of high crystallinity and improvement in conductivity, it is preferable to use mesophase pitch in the present invention. The mesophase rate of the mesophase pitch to be used is not particularly limited, but may be, for example, 70 to 100%, preferably 90 to 100%, from the viewpoint of obtaining a carbon fiber having a high crystallinity and a high carbonization rate. The mesophase rate of the mesophase pitch can be determined by observing the pitch in the molten state with a polarizing microscope.

使用するピッチの軟化点は特に限定されず、例えば110℃〜400℃の幅広い範囲から選択できるが、生産性の観点から、好ましくは160〜350℃であってもよい。   The softening point of the pitch to be used is not particularly limited, and can be selected from a wide range of 110 ° C. to 400 ° C., for example, but may be 160 to 350 ° C. from the viewpoint of productivity.

前記PVA系ポリマーとピッチとの混練は公知の方法を使用することができ、例えば一軸式溶融混練押出機、二軸式溶融混練押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサー等が挙げられる。これらの中でPVA系ポリマーとピッチとを良好にミクロ分散できるという目的から、二軸溶融押出機が好ましく使用される。混練温度は、使用するPVA系ポリマーおよびピッチの種類に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、PVA系ポリマーの熱分解を抑制するとともに、PVA系ポリマーおよびピッチのミクロ分散を促進する観点から、例えば、150℃〜350℃であってもよく、好ましくは180〜300℃であってもよい。混練の時間はPVA系ポリマーとピッチの混合比率、目的とする繊維径によって適宜選択され、特に限定されない。   A known method can be used for kneading the PVA polymer and pitch, and examples thereof include a uniaxial melt kneading extruder, a biaxial melt kneading extruder, a mixing roll, and a Banbury mixer. Among these, a biaxial melt extruder is preferably used for the purpose of favorably microdispersing the PVA polymer and pitch. The kneading temperature can be appropriately selected according to the type of PVA polymer and pitch to be used, and is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the thermal decomposition of the PVA polymer and promoting the micro-dispersion of the PVA polymer and pitch, For example, 150 degreeC-350 degreeC may be sufficient, Preferably 180-300 degreeC may be sufficient. The kneading time is appropriately selected depending on the mixing ratio of the PVA polymer and pitch and the target fiber diameter, and is not particularly limited.

前記PVA系ポリマーとピッチの混合比率は特に限定はされないが、PVA系ポリマーとピッチの混合比(重量比)は、例えば、PVA系ポリマー/ピッチ=98/2〜40/60であってもよく、好ましくはPVA系ポリマー/ピッチ=90/10〜50/50であってもよい。ピッチの重量比率が2を下回ると、焼成後の収率が非常に低く、生産性に著しく乏しい上、高結晶性の炭素繊維が得られ難くなり、ピッチの重量比率が60を超えると、紡糸の際の曳糸性、ハンドリング性が損なわれるおそれがあり好ましくない。   The mixing ratio of the PVA polymer and pitch is not particularly limited, but the mixing ratio (weight ratio) of the PVA polymer and pitch may be, for example, PVA polymer / pitch = 98/2 to 40/60. Preferably, PVA polymer / pitch = 90 / 10-50 / 50 may be used. When the weight ratio of pitch is less than 2, the yield after firing is very low, the productivity is remarkably poor, and it becomes difficult to obtain highly crystalline carbon fibers. When the weight ratio of pitch exceeds 60, spinning is performed. In this case, the spinnability and handling properties may be impaired.

(紡糸工程)
次いで、この混合樹脂と他の溶融しうるポリマーとを溶融状態で海島型複合ノズルから押出し、島成分をPVA系ポリマーとピッチの混合物、海成分を他の溶融ポリマーとする海島型複合繊維を溶融紡糸する。ここで、溶融紡糸する際に海島型複合ノズルを用いて複合紡糸することが重要であり、こうして得られた海島型複合繊維から均一な繊維径を有する極細炭素繊維が得られる。海島型複合繊維の平均繊維径は、紡糸ノズルの孔径によって目的とする形状に制御することができる。溶融紡糸時の温度は、特に限定はされないが、150℃〜350℃の範囲であることが好ましく、180℃〜330℃の範囲であることがより好ましい。
(Spinning process)
Next, this mixed resin and other meltable polymer are extruded in a molten state from a sea-island composite nozzle, and a sea-island composite fiber is melted with the island component as a mixture of PVA polymer and pitch and the sea component as another melt polymer. Spin. Here, when melt spinning, it is important to perform composite spinning using a sea-island composite nozzle, and ultrafine carbon fibers having a uniform fiber diameter can be obtained from the sea-island composite fiber thus obtained. The average fiber diameter of the sea-island type composite fiber can be controlled to a desired shape by the hole diameter of the spinning nozzle. The temperature at the time of melt spinning is not particularly limited, but is preferably in the range of 150 ° C to 350 ° C, and more preferably in the range of 180 ° C to 330 ° C.

また、本発明の海島型複合繊維の海成分に用いる溶融ポリマーは、溶融しうるポリマーであれば特に限定されないが、例えば水および溶剤により除去が可能なポリマーや熱により分解除去が可能なポリマーを用いることができる。水および溶剤により除去が可能なポリマーとしては、PVA系ポリマー、ポリエチレングリコール及び/またはスルホン酸アルカリ金属塩を共重合成分として含有する変性ポリエステル、ポリエチレンオキシド等が挙げられるが、特に紡糸性に優れている点でPVA系ポリマーが好ましく使用される。熱分解除去が可能なポリマーとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマーを用いることができる。   Further, the molten polymer used for the sea component of the sea-island composite fiber of the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer that can be melted. For example, a polymer that can be removed by water and a solvent or a polymer that can be decomposed and removed by heat is used. Can be used. Examples of the polymer that can be removed with water and a solvent include PVA-based polymers, polyethylene glycol and / or modified polyester containing a sulfonic acid alkali metal salt as a copolymerization component, and polyethylene oxide. In view of this, a PVA polymer is preferably used. As a polymer that can be removed by thermal decomposition, for example, a polyolefin-based polymer such as polyethylene and polypropylene can be used.

(延伸工程)
さらに、目的に応じて、紡糸ノズルより得られた繊維を、溶融状態もしくは軟化状態において延伸することによって、島成分の直径を小さくすることができる。延伸倍率は、例えば、1.1〜30倍の広い範囲から選ぶことができ、好ましくは3〜20倍、より好ましくは5〜15倍であってもよい。延伸倍率を適宜選択することにより、島成分の直径を制御することが可能となる。
(Stretching process)
Further, depending on the purpose, the diameter of the island component can be reduced by stretching the fiber obtained from the spinning nozzle in a molten state or a softened state. The draw ratio can be selected from a wide range of 1.1 to 30 times, for example, and preferably 3 to 20 times, more preferably 5 to 15 times. By appropriately selecting the draw ratio, it is possible to control the diameter of the island component.

(海成分の除去工程)
このようにして得られた海島型複合繊維から、海成分であるポリマーを除去することによって、PVA系ポリマーとピッチの混合物からなる極細繊維を得ることができる。海成分の除去方法は特に限定されないが、海成分が溶出可能な溶媒を使用して溶出除去する方法、熱分解によって除去する方法等を用いることができる。海成分の除去は後述する不融化工程の前に行っても良いし、不融化工程と同時に行っても良く、さらには不融化工程の後に行っても良い。
(Sea component removal process)
By removing the sea component polymer from the sea-island composite fiber thus obtained, ultrafine fibers made of a mixture of PVA polymer and pitch can be obtained. Although the removal method of a sea component is not specifically limited, The method of elution removal using the solvent which can elute a sea component, the method of removing by thermal decomposition, etc. can be used. The removal of the sea component may be performed before the infusibilization process described later, may be performed simultaneously with the infusibilization process, or may be performed after the infusibilization process.

(不融化工程)
PVA系ポリマーとピッチの混合物からなる島成分は、不融化処理を施すことによって熱安定性が付与され、炭素繊維前駆体が得られる。不融化処理は、空気、酸素、オゾン、二酸化窒素、ハロゲン等のガス気流下における熱処理によって行われるが、取り扱い性の容易さから空気もしくは酸素の単独ガスまたはこれらを含む混合ガスであることが好ましい。ガス気流下における不融化の具体的な方法としては、好ましくは100〜350℃、より好ましくは130〜300℃の温度において、0.5〜24時間程度熱処理することが好ましい。
(Infusibilization process)
The island component consisting of a mixture of a PVA polymer and pitch is imparted with heat stability by applying an infusible treatment, and a carbon fiber precursor is obtained. The infusibilization treatment is performed by heat treatment under a gas stream of air, oxygen, ozone, nitrogen dioxide, halogen, etc., but it is preferably air or oxygen alone or a mixed gas containing these for ease of handling. . As a specific method of infusibilization under a gas stream, heat treatment is preferably performed at a temperature of 100 to 350 ° C., more preferably 130 to 300 ° C. for about 0.5 to 24 hours.

(炭素化および黒鉛化工程)
上記のように海成分を除去、不融化して得たピッチ系炭素繊維前駆体をさらに不活性ガス雰囲気下で炭素化することにより、本発明におけるピッチ系炭素繊維が得られる。炭素化は最高到達温度500℃〜1500℃であることが好ましく、600℃〜1000℃であることが更に好ましい。炭素化した繊維はさらに、好ましくは1200℃〜3000℃、より好ましくは1500℃〜2500℃程度の温度で黒鉛化処理することにより、黒鉛化繊維とすることができる。このとき処理温度が1200℃未満では高い導電性能を有する高結晶性炭素繊維が得られず、3000℃を超える場合には表面官能基の残存量が極めて少なくなり、良好な分散性が得られにくくなる。
(Carbonization and graphitization process)
The pitch-based carbon fiber in the present invention is obtained by further carbonizing the pitch-based carbon fiber precursor obtained by removing and infusibilizing the sea component as described above in an inert gas atmosphere. The carbonization is preferably performed at a maximum temperature of 500 ° C to 1500 ° C, and more preferably 600 ° C to 1000 ° C. The carbonized fiber can be converted into a graphitized fiber by graphitizing at a temperature of preferably 1200 ° C. to 3000 ° C., more preferably 1500 ° C. to 2500 ° C. At this time, if the treatment temperature is less than 1200 ° C., highly crystalline carbon fibers having high electrical conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 3000 ° C., the residual amount of surface functional groups is extremely small, and it is difficult to obtain good dispersibility. Become.

なお、本発明のピッチ系炭素繊維は、海島型複合繊維を用いて、張力下で連続的に不融化処理、海成分の除去、炭素化・黒鉛化処理することにより得てもよい。または、海島型複合繊維でいったん織布または不織布を作製し、その織布または不織布を用いて、不融化処理、海成分の除去、炭素化・黒鉛化処理することにより、本発明のピッチ系炭素繊維を得てもよい。   Note that the pitch-based carbon fiber of the present invention may be obtained by continuously infusibilizing, removing sea components, and carbonizing / graphitizing under tension using a sea-island composite fiber. Alternatively, the pitch-based carbon of the present invention can be obtained by once producing a woven or non-woven fabric with sea-island type composite fibers and using the woven or non-woven fabric for infusibilization, removal of sea components, carbonization / graphitization. Fibers may be obtained.

(ピッチ系炭素繊維)
本発明のピッチ系炭素繊維は、工程性、加工性等の取り扱い性および品位を阻害することなく高性能が発揮できる点から、平均繊維径が0.01〜5μmであることが重要であり、紡糸ノズルの孔径、延伸率を適宜調整することにより、黒鉛化処理後の炭素繊維の平均繊維径を適宜調整することが可能である。好ましくは0.05〜3μmであり、より好ましくは0.1〜2μmである。
(Pitch carbon fiber)
The pitch-based carbon fiber of the present invention is important in that the average fiber diameter is 0.01 to 5 μm from the viewpoint that high performance can be exhibited without hindering handling properties and quality such as processability and workability, By appropriately adjusting the hole diameter and the draw ratio of the spinning nozzle, it is possible to appropriately adjust the average fiber diameter of the carbon fibers after the graphitization treatment. Preferably it is 0.05-3 micrometers, More preferably, it is 0.1-2 micrometers.

また、本発明において、海島型複合ノズルを使用することにより、繊維径のばらつきが少ない極細炭素繊維を得ることができる。本発明のピッチ系炭素繊維は、繊維径のばらつきを示すCV値が0〜10%であることが重要であり、このような範囲の平均繊維径とそのばらつきを有する極細炭素繊維は、導電性、力学特性等の性能のばらつきが少なく、導電性材料に均質な性能を提供することが可能となる。好ましくは0〜9%であり、より好ましくは0〜8%である。   Further, in the present invention, by using the sea-island type composite nozzle, it is possible to obtain ultrafine carbon fibers with little variation in fiber diameter. In the pitch-based carbon fiber of the present invention, it is important that the CV value indicating the variation in fiber diameter is 0 to 10%. The average fiber diameter in such a range and the ultrafine carbon fiber having the variation are electrically conductive. In addition, there is little variation in performance such as mechanical characteristics, and it is possible to provide homogeneous performance to the conductive material. Preferably it is 0 to 9%, More preferably, it is 0 to 8%.

さらに、本発明のピッチ系炭素繊維は、X線光電子分光装置によって測定される、炭素繊維表面の炭素原子に対する酸素原子の存在比を意味する表面酸素濃度比(O/C)が0.02以上であることが重要である。上述したように、本発明における海島型複合繊維の島成分にポリビニルアルコール系ポリマーが含有されていることによって、一部の極性官能基が残存していることから水系溶媒および水系ポリマー溶液へも均一に分散することができ、導電性材料に均質な性能を付与することが可能となる。好ましくは0.025以上であり、より好ましくは0.03以上である。   Furthermore, the pitch-based carbon fiber of the present invention has a surface oxygen concentration ratio (O / C) of 0.02 or more, which means an abundance ratio of oxygen atoms to carbon atoms on the carbon fiber surface, as measured by an X-ray photoelectron spectrometer. It is important that As described above, since the polyvinyl alcohol-based polymer is contained in the island component of the sea-island type composite fiber in the present invention, some polar functional groups remain, so the aqueous solvent and the aqueous polymer solution are uniform. It is possible to disperse the conductive material in a uniform manner and to impart a homogeneous performance to the conductive material. Preferably it is 0.025 or more, More preferably, it is 0.03 or more.

ここで、上述した本発明のピッチ系炭素繊維の平均繊維径およびCV値、表面酸素濃度比(O/C)は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。   Here, the average fiber diameter, CV value, and surface oxygen concentration ratio (O / C) of the pitch-based carbon fiber of the present invention described above are values measured by the method described in Examples described later.

また、本発明のピッチ系炭素繊維は、長繊維であっても短繊維(チョップドファイバー、ミルドファイバーなど)であってもよく、目的に応じて、繊維長を適宜選択できる。短繊維の場合、繊維を切断、粉砕などすることにより繊維長を調節することができる。例えば、分散性を高める観点から、炭素繊維は、平均繊維長が10μm以下であってもよく、好ましくは7μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。   The pitch-based carbon fiber of the present invention may be a long fiber or a short fiber (chopped fiber, milled fiber, etc.), and the fiber length can be appropriately selected according to the purpose. In the case of short fibers, the fiber length can be adjusted by cutting, pulverizing, etc. the fibers. For example, from the viewpoint of enhancing dispersibility, the carbon fiber may have an average fiber length of 10 μm or less, preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less.

一方、炭素材料のラマンスペクトルにおいては、1350cm−1付近の非晶炭素等の欠陥部に由来するDバンドと、1590cm−1付近の結晶性グラファイトに由来するGバンドとが観測される。これらのバンドピークの強度比であるId/Igは結晶性の指標として用いられている。特に樹脂への導電性付与材、導電助材等の用途においては、高い導電性を発揮するため高結晶性であることが求められる。そのため、本発明のピッチ系炭素繊維は、特定の結晶構造を有しているのが好ましく、ラマンスペクトルにおけるDバンドとGバンドの強度比Id/Igが0.1以上1.0未満であることが好ましく、より好ましくは0.1以上0.5未満である。ここで、前記DバンドとGバンドの強度比Id/Igは、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。 On the other hand, in the Raman spectrum of the carbon material, the D band derived from the defective portion of the amorphous carbon and the like in the vicinity of 1350 cm -1, and the G band derived from the crystalline graphite near 1590 cm -1 it is observed. The intensity ratio of these band peaks, Id / Ig, is used as an index of crystallinity. In particular, in applications such as a material for imparting conductivity to a resin and a conductive additive, high crystallinity is required to exhibit high conductivity. Therefore, the pitch-based carbon fiber of the present invention preferably has a specific crystal structure, and the intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band in the Raman spectrum is 0.1 or more and less than 1.0. Is more preferable, and more preferably 0.1 or more and less than 0.5. Here, the intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band indicates a value measured by a method described in Examples described later.

また、X線回折による結晶格子面間隔d(002)も黒鉛の結晶性の指標として用いられている。本発明のピッチ系炭素繊維は、X線回折法における結晶格子面間隔が0.37nm以下であることが好ましく、より好ましくは0.35以下である。このような高結晶性の炭素繊維は、導電性に優れた材料となる。ここで、前記結晶格子面間隔は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。   Further, the crystal lattice spacing d (002) by X-ray diffraction is also used as an index of the crystallinity of graphite. The pitch-based carbon fiber of the present invention preferably has a crystal lattice spacing of 0.37 nm or less in the X-ray diffraction method, more preferably 0.35 or less. Such a highly crystalline carbon fiber is a material having excellent conductivity. Here, the spacing between the crystal lattice planes indicates a value measured by a method described in Examples described later.

また、本発明におけるピッチ系炭素繊維の体積固有抵抗値は、5×10−2Ω・cm以下であることが好ましく、より好ましくは4×10−2Ω・cm以下である。上述したように、本発明における海島型複合繊維の島成分にピッチが含有されていることにより、得られる極細炭素繊維は導電性に優れる。体積固有抵抗値の下限値は、特に限定されないが、1×10−5程度であってもよい。ここで、体積固有抵抗値は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。 In addition, the volume specific resistance value of the pitch-based carbon fiber in the present invention is preferably 5 × 10 −2 Ω · cm or less, and more preferably 4 × 10 −2 Ω · cm or less. As described above, when the pitch is contained in the island component of the sea-island type composite fiber in the present invention, the obtained ultrafine carbon fiber is excellent in conductivity. The lower limit value of the volume resistivity value is not particularly limited, but may be about 1 × 10 −5 . Here, the volume resistivity value indicates a value measured by a method described in Examples described later.

(導電性布帛)
また、このようにして得られる本発明のピッチ系炭素繊維は、導電性布帛を作製するために好適に用いられる。例えば、導電性布帛は、(i)海島型複合繊維の状態で布帛とし、それを不融化、炭素化、黒鉛化することにより得られた導電性布帛であってもよく、(ii)長繊維からなる炭素繊維を一部または全部に用いて得られた導電性布帛であってもよく、また、(iii)ピッチ系炭素繊維からなる短繊維を布帛基材に混合して得られた導電性布帛であってもよい。なお上記(iii)の場合、混合比率としては布帛全体に対し0.1〜50%であることが導電性向上効果の点から好ましい。
(Conductive fabric)
In addition, the pitch-based carbon fiber of the present invention obtained in this way is suitably used for producing a conductive fabric. For example, the conductive fabric may be (i) a conductive fabric obtained by forming a fabric in the state of a sea-island type composite fiber, and making it infusible, carbonized, or graphitized, and (ii) long fibers The conductive fabric obtained by using a part or all of the carbon fiber made of the above may be used, and (iii) the conductive fabric obtained by mixing the short fiber made of the pitch-based carbon fiber with the fabric base material. It may be a fabric. In the case of (iii), the mixing ratio is preferably 0.1 to 50% with respect to the entire fabric from the viewpoint of the effect of improving the conductivity.

前記導電性布帛としては、織物、編物、織編物、不織布などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。   Examples of the conductive fabric include woven fabric, knitted fabric, woven and knitted fabric, and non-woven fabric, but are not necessarily limited thereto.

(導電性材料)
本発明のピッチ系炭素繊維は、高い導電性を有するとともに、水系溶媒および水系ポリマー溶液における良好な分散性を有する。そのため、従来炭素繊維の適用が困難であった各種分野において、導電性材料として好適に用いることができ、例えば、樹脂への導電性付与剤、電磁波シールド材、電極の導電付与材等の材料が挙げられる。
(Conductive material)
The pitch-based carbon fiber of the present invention has high conductivity and good dispersibility in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution. Therefore, it can be suitably used as a conductive material in various fields where application of carbon fiber has been difficult in the past. For example, materials such as a conductivity imparting agent to a resin, an electromagnetic wave shielding material, a conductivity imparting material for an electrode, etc. Can be mentioned.

このような導電性材料は、高い均質性を有するものが好適に用いられ、その導電性のばらつきを示す体積固有抵抗値のCV値が10%以下であることが望ましい。本発明のピッチ系炭素繊維は、高い導電性に加え、均一な繊維径を有し、かつ水系溶媒および水系ポリマー溶液への分散性も良好であることから好適に用いられ、均質性の高い導電性材料が得られる。   As such a conductive material, a material having high homogeneity is suitably used, and it is desirable that the CV value of the volume specific resistance value indicating variation in the conductivity is 10% or less. The pitch-based carbon fiber of the present invention is preferably used because it has a uniform fiber diameter and good dispersibility in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution in addition to high electrical conductivity. Material is obtained.

以下に、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は本実施例により何等限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

[平均繊維径 (μm)およびCV値 (%)]
黒鉛化を経たピッチ系炭素繊維を走査型電子顕微鏡を用いて観察および写真撮影を行い、無作為に選択された50箇所の繊維径の平均値、標準偏差値およびCV値を算出した。CV値は該標準偏差値を該平均値で割った値を百分率(%)で表した値であり、これにより繊維径の均一性を評価した。
[Average fiber diameter (μm) and CV value (%)]
The graphitized pitch-based carbon fibers were observed and photographed using a scanning electron microscope, and an average value, standard deviation value, and CV value of fiber diameters at 50 randomly selected locations were calculated. The CV value is a value obtained by dividing the standard deviation value by the average value and expressed as a percentage (%), thereby evaluating the uniformity of the fiber diameter.

[表面酸素濃度比(O/C)]
表面酸素濃度比(O/C)は、次の手順に従ってX線光電子分光装置(XPS)によって求めることができる。測定には、アルバック・ファイ(株)製Quantera SXMを使用した。X線源を単色化したAlKα線(25W 15kV)、光電子取り出し角度45度として測定を行った。結合エネルギーはC1sスペクトルにおけるC−Cに帰属されるシグナルのピークトップ位置を284.8eVに合わせて補正を行った。O1sピーク面積は、528〜540eVの範囲でShirleyの方法に従ってベースラインを引くことにより求め、C1sピーク面積は、282〜292eVの範囲でShirleyの方法に従ってベースラインを引くことにより求めた。繊維表面の表面酸素濃度比O/Cは、上記O1sピーク面積およびC1sピーク面積をそれぞれの装置に固有の感度係数で補正した強度の比から算出した。
[Surface oxygen concentration ratio (O / C)]
The surface oxygen concentration ratio (O / C) can be determined by an X-ray photoelectron spectrometer (XPS) according to the following procedure. For the measurement, Quantera SXM manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used. The measurement was carried out with a monochromatic AlKα ray (25 W 15 kV) and a photoelectron extraction angle of 45 degrees. The binding energy was corrected by adjusting the peak top position of the signal attributed to C-C in the C1s spectrum to 284.8 eV. The O 1s peak area was determined by drawing a baseline according to the Shirley method in the range of 528 to 540 eV, and the C 1s peak area was determined by drawing the baseline according to the Shirley method in the range of 282 to 292 eV. The surface oxygen concentration ratio O / C on the fiber surface was calculated from the intensity ratio obtained by correcting the O 1s peak area and the C 1s peak area with a sensitivity coefficient specific to each device.

[DバンドとGバンドの強度比Id/Ig]
DバンドとGバンドの強度比Id/Igは、次の手順に従ってレーザーラマン装置によって求めることができる。測定には、(株)堀場製作所製LabRAM ARAMIS(レーザー波長532nm、照射時間:10秒、積算回数:5回)を使用した。Id/Igは、得られたラマンスペクトルをピーク分離した後、1580cm−1のGバンド強度に対する1360cm−1のDバンド強度の比として算出した。
[D band and G band intensity ratio Id / Ig]
The intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band can be obtained by a laser Raman apparatus according to the following procedure. For the measurement, LabRAM ARAMIS (laser wavelength: 532 nm, irradiation time: 10 seconds, integration number: 5 times) manufactured by Horiba, Ltd. was used. Id / Ig, after peak separation the resulting Raman spectrum was calculated as the ratio of D band intensity of 1360 cm -1 relative to G band intensity of 1580 cm -1.

[結晶格子面間隔d(002) (nm)]
結晶格子面間隔d(002)は、広角X線回折装置によって求めることができる。測定には(株)リガク製Smartlabを使用し、CuKα線をX線源として測定した。封入管電圧は45kV、電流は200mAとした。測定により得られた回折プロファイルより、回折角2θ=24〜26度付近に現れる炭素002面に対応した回折ピークより、ブラッグの式を用いて算出した。
[Crystal lattice spacing d (002) (nm)]
The crystal lattice plane distance d (002) can be obtained by a wide angle X-ray diffractometer. For measurement, Rigaku Co., Ltd. Smartlab was used, and CuKα rays were measured as an X-ray source. The enclosure tube voltage was 45 kV and the current was 200 mA. From the diffraction profile obtained by the measurement, it was calculated from the diffraction peak corresponding to the carbon 002 plane appearing in the vicinity of the diffraction angle 2θ = 24 to 26 degrees using the Bragg equation.

[炭素繊維の体積固有抵抗値 (Ω・cm)]
ピッチ系炭素繊維の体積固有抵抗値は、試料を直径0.5cmの円筒中で0.8g/cmに圧密し、両端に10Vの電圧をかけた際の抵抗値から、以下の式により算出した。
体積固有抵抗値(Ω・cm)=抵抗値(Ω)×試料の断面積(cm)/試料間の長さ(cm)
前記抵抗値の測定には三和電気計器(株)製デジタルマルチメーターPM3を使用し、無作為に選択された10箇所の体積固有抵抗値の平均値を算出し、炭素繊維の導電性を評価した。
[Volume resistivity of carbon fiber (Ω · cm)]
The volume specific resistance value of the pitch-based carbon fiber is calculated by the following formula from the resistance value when the sample is consolidated to 0.8 g / cm 3 in a cylinder having a diameter of 0.5 cm and a voltage of 10 V is applied to both ends. did.
Volume resistivity (Ω · cm) = resistance value (Ω) × sample cross-sectional area (cm 2 ) / length between samples (cm)
For the measurement of the resistance value, a digital multimeter PM3 manufactured by Sanwa Denki Keiki Co., Ltd. was used, and an average value of 10 volume specific resistance values selected at random was calculated to evaluate the conductivity of the carbon fiber. did.

[炭素繊維の分散性]
水溶性PVAポリマー((株)クラレ製PVA−217)10部を水90部に溶解し、10重量%のPVA水溶液を作製した。作製したPVA水溶液100部に対して、得られた炭素繊維1部を添加して分散液を調製し、10分間撹拌後静置し、30分間経過後の繊維の分散状態を目視により判断した。繊維が全体に均一に分散されている状態を「○」、凝集物等がみられ均一に分散されていない状態を「×」と表現した。
[Dispersibility of carbon fiber]
10 parts of a water-soluble PVA polymer (PVA-217 manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was dissolved in 90 parts of water to prepare a 10% by weight PVA aqueous solution. To 100 parts of the prepared PVA aqueous solution, 1 part of the obtained carbon fiber was added to prepare a dispersion, which was allowed to stand after stirring for 10 minutes, and the dispersion state of the fibers after 30 minutes was visually determined. The state in which the fibers were uniformly dispersed throughout was expressed as “◯”, and the state in which aggregates were observed and not uniformly dispersed was expressed as “x”.

[導電性フィルムの体積固有抵抗値 (Ω・cm)およびCV値 (%)]
上記分散液をポリエチレンテレフタレートプレート上にキャストして自然乾燥した後、50℃の真空乾燥にて8時間乾燥させ、膜厚0.4mmの導電性フィルムを作製した。該導電性フィルムの体積固有抵抗値は、5mm巾×50mm長さにカットした試料の両端に銀ペーストを塗布し、両端に10Vの電圧をかけた際の抵抗値から、前記の炭素繊維の体積固有抵抗値と同様の方法にて計算して求めた。導電性フィルムの体積固有抵抗値に関しては、10点測定の平均値、標準偏差値およびCV値を算出した。CV値は該標準偏差値を該平均値で割った値を百分率(%)で表した値である。これにより導電性フィルムの導電性、およびその均質性を評価した。
[Volume Specific Resistance Value (Ω · cm) and CV Value (%) of Conductive Film]
The dispersion was cast on a polyethylene terephthalate plate and naturally dried, and then dried at 50 ° C. under vacuum for 8 hours to produce a conductive film having a thickness of 0.4 mm. The volume specific resistance value of the conductive film was determined by applying the silver paste to both ends of a sample cut to 5 mm width × 50 mm length and applying a voltage of 10 V to both ends. It calculated and calculated | required by the method similar to a specific resistance value. Regarding the volume resistivity value of the conductive film, an average value, standard deviation value, and CV value of 10-point measurement were calculated. The CV value is a value obtained by dividing the standard deviation value by the average value and expressed as a percentage (%). This evaluated the electroconductivity of the electroconductive film, and its homogeneity.

[実施例1]
エチレン変性量が44モル%、ケン化度99.5モル%のエチレン−ビニルアルコール系ポリマー(融点:161℃)と、軟化点170℃のメソフェーズピッチ(JFEケミカル社製MCP−165)とを250℃で溶融混練し、エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を得た。エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチとの混合比は重量比で85/15であった。
[Example 1]
An ethylene-vinyl alcohol polymer (melting point: 161 ° C.) having an ethylene modification amount of 44 mol% and a saponification degree of 99.5 mol% and a mesophase pitch (MCP-165 manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) having a softening point of 170 ° C. The mixture was melt-kneaded at 0 ° C. to obtain a mixture of an ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch. The mixing ratio of the ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch was 85/15 by weight.

該エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を島成分、粘度平均重合度200、エチレン変性量8.5モル%、ケン化度98.5モル%の水溶性ポリビニルアルコール系ポリマーを海成分として、島数100の海島型複合ノズルを使用して240℃で溶融複合紡糸した。これを80℃の熱水中で処理することにより海成分を除去し、平均繊維径3.0μmの極細繊維を得た。これに硫酸処理を施し耐熱性を向上させた後、空気中において300℃で4時間保持させることによって不融化繊維を得た。   A mixture of the ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch is used as an island component, a water-soluble polyvinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree of 200, an ethylene modification amount of 8.5 mol%, and a saponification degree of 98.5 mol% as a sea component. Using a sea-island type composite nozzle having 100 islands, melt composite spinning was performed at 240 ° C. By treating this in hot water at 80 ° C., sea components were removed, and ultrafine fibers having an average fiber diameter of 3.0 μm were obtained. This was treated with sulfuric acid to improve heat resistance, and then kept in air at 300 ° C. for 4 hours to obtain an infusible fiber.

次に、この繊維を窒素雰囲気下において、2℃/分の昇温速度で800℃まで昇温して炭素化を行い、さらに、アルゴンガス雰囲気下において2500℃まで焼成することにより、極細炭素繊維を得た。得られた極細炭素繊維は、平均繊維径が2.2μm、繊維径のCV値が6.8%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.036であった。また、DバンドとGバンドの強度比Id/Igは0.248であり、結晶格子面間隔は0.344nmであった。   Next, this fiber is heated to 800 ° C. at a temperature rising rate of 2 ° C./min in a nitrogen atmosphere, carbonized, and further fired to 2500 ° C. in an argon gas atmosphere, thereby obtaining an ultrafine carbon fiber. Got. The obtained ultrafine carbon fiber had an average fiber diameter of 2.2 μm, a fiber diameter CV value of 6.8%, and a surface oxygen concentration ratio O / C of 0.036. The intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band was 0.248, and the crystal lattice spacing was 0.344 nm.

得られた繊維の体積固有抵抗値の平均値は、3.2×10−2Ω・cmであった。また、PVA水溶液中における繊維の分散状態を目視にて評価したところ、全体に均一に分散されており良好な分散状態であった。 The average value of the volume resistivity value of the obtained fiber was 3.2 × 10 −2 Ω · cm. Moreover, when the dispersion state of the fiber in PVA aqueous solution was evaluated visually, it was uniformly disperse | distributed to the whole and was a favorable dispersion state.

さらに、この分散液から得られた導電性フィルムに関して、10点サンプリングして体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。これらの測定結果より、導電性のばらつきが小さく、均質性に優れる導電性フィルムが得られたといえる。   Furthermore, with respect to the conductive film obtained from this dispersion, 10 points were sampled and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value and CV value are shown in Table 1. From these measurement results, it can be said that a conductive film having a small variation in conductivity and excellent in homogeneity was obtained.

[実施例2]
エチレン変性量が44モル%、ケン化度99.5モル%のエチレン−ビニルアルコール系ポリマー(融点:161℃)と、粉砕処理を施した軟化点350℃のメソフェーズピッチ(JFEケミカル(株)製MCP−350)とを250℃で混練し、エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を得た。エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチとの混合比は重量比で85/15であった。
[Example 2]
An ethylene-vinyl alcohol polymer (melting point: 161 ° C.) having an ethylene modification amount of 44 mol% and a saponification degree of 99.5 mol%, and a mesophase pitch having a softening point of 350 ° C. (manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) MCP-350) was kneaded at 250 ° C. to obtain a mixture of an ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch. The mixing ratio of the ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch was 85/15 by weight.

該エチレン−ビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を島成分、粘度平均重合度200、エチレン変性量8.5モル%、ケン化度98.5モル%の水溶性ポリビニルアルコール系ポリマーを海成分として、島数100の海島型複合ノズルを使用して240℃で溶融複合紡糸した。得られた繊維をさらに140℃で10倍延伸することにより、海島型複合繊維を得た。これを80℃の熱水中で処理することにより海成分を除去し、平均繊維径2.2μmの極細繊維を得た。これに硫酸処理を施し耐熱性を向上させた後、空気中において300℃で4時間保持させることによって不融化繊維を得た。   A mixture of the ethylene-vinyl alcohol polymer and mesophase pitch is used as an island component, a water-soluble polyvinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree of 200, an ethylene modification amount of 8.5 mol%, and a saponification degree of 98.5 mol% as a sea component. Using a sea-island type composite nozzle having 100 islands, melt composite spinning was performed at 240 ° C. The obtained fiber was further stretched 10 times at 140 ° C. to obtain a sea-island type composite fiber. By treating this in hot water at 80 ° C., sea components were removed, and ultrafine fibers having an average fiber diameter of 2.2 μm were obtained. This was treated with sulfuric acid to improve heat resistance, and then kept in air at 300 ° C. for 4 hours to obtain an infusible fiber.

実施例1と同様の方法にて炭素化、黒鉛化を施し、平均繊維径が1.8μm、繊維径のCV値が7.2%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.036である極細炭素繊維を得た。得られた繊維のDバンドとGバンドの強度比Id/Igは0.232であり、結晶格子面間隔は0.342nmであった。   Carbonization and graphitization were performed in the same manner as in Example 1, the average fiber diameter was 1.8 μm, the CV value of the fiber diameter was 7.2%, and the surface oxygen concentration ratio O / C was 0.036. An ultrafine carbon fiber was obtained. The resulting fiber had a D band to G band intensity ratio Id / Ig of 0.232 and a crystal lattice spacing of 0.342 nm.

得られた繊維の体積固有抵抗値の平均値は、2.9×10−2Ω・cmであった。また、PVA水溶液中における繊維の分散状態を目視にて評価したところ、全体に均一に分散されており良好な分散状態であった。 The average volume resistivity value of the obtained fibers was 2.9 × 10 −2 Ω · cm. Moreover, when the dispersion state of the fiber in PVA aqueous solution was evaluated visually, it was uniformly disperse | distributed to the whole and was a favorable dispersion state.

さらに、該分散液から導電性フィルムを作製して体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。これらの測定結果より、導電性のばらつきが小さく、均質性に優れる導電性フィルムが得られたといえる。   Furthermore, a conductive film was prepared from the dispersion, and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value, and CV value are shown in Table 1. From these measurement results, it can be said that a conductive film having a small variation in conductivity and excellent in homogeneity was obtained.

[実施例3]
粘度平均重合度200、エチレン変性量8.5モル%、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコール系ポリマーと粉砕処理を施した軟化点350℃のメソフェーズピッチ(JFEケミカル(株)製MCP−350)とを250℃で混練し、ポリビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を得た。ポリビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチとの混合比は重量比で85/15であった。
[Example 3]
A polyvinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree of 200, an ethylene modification amount of 8.5 mol% and a saponification degree of 98.5 mol%, and a mesophase pitch having a softening point of 350 ° C. (MCP manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) 350) at 250 ° C. to obtain a mixture of a polyvinyl alcohol polymer and mesophase pitch. The mixing ratio of the polyvinyl alcohol polymer to the mesophase pitch was 85/15 by weight.

該ポリビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を島成分、ポリプロピレンを海成分として、島数100の海島型複合ノズルを使用して240℃で溶融複合紡糸した。得られた繊維をさらに140℃で10倍延伸することにより、平均繊維径2.6μmの海島型複合繊維を得た。これを空気中において160℃から200℃まで24時間かけて昇温させ、200℃で7時間処理した後、さらに不活性ガス雰囲気下において400℃で5時間処理することによって海成分を熱分解除去すると同時に島成分の不融化処理を行った。   A mixture of the polyvinyl alcohol polymer and mesophase pitch was used as an island component and polypropylene as a sea component, and melt compound spinning was performed at 240 ° C. using a sea-island type composite nozzle having 100 islands. The obtained fiber was further stretched 10 times at 140 ° C. to obtain a sea-island type composite fiber having an average fiber diameter of 2.6 μm. This is heated in air from 160 ° C to 200 ° C over 24 hours, treated at 200 ° C for 7 hours, and further treated at 400 ° C for 5 hours in an inert gas atmosphere to thermally remove the sea components. At the same time, the island components were infusibilized.

得られた不融化繊維を実施例1と同様の方法にて炭素化、黒鉛化処理し、平均繊維径が2.0μm、繊維径のCV値が6.9%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.034である極細炭素繊維を得た。得られた繊維のDバンドとGバンドの強度比Id/Igは0.234であり、結晶格子面間隔は0.342nmであった。   The obtained infusible fiber was carbonized and graphitized in the same manner as in Example 1, the average fiber diameter was 2.0 μm, the fiber diameter CV value was 6.9%, and the surface oxygen concentration ratio O An ultrafine carbon fiber having a / C of 0.034 was obtained. The resulting fiber had a D band to G band intensity ratio Id / Ig of 0.234 and a crystal lattice spacing of 0.342 nm.

得られた繊維の体積固有抵抗値の平均値は、3.0×10−2Ω・cmであった。また、PVA水溶液中にて繊維の分散状態を目視にて評価したところ、全体に均一に分散されており良好な分散状態であった。 The average value of the volume resistivity of the obtained fiber was 3.0 × 10 −2 Ω · cm. Moreover, when the dispersion state of the fiber was visually evaluated in the PVA aqueous solution, it was uniformly dispersed throughout and was in a good dispersion state.

さらに、該分散液から導電性フィルムを作製して体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。これらの測定結果より、導電性能のばらつきが小さく、均質性に優れる導電性フィルムが得られたといえる。   Furthermore, a conductive film was prepared from the dispersion, and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value, and CV value are shown in Table 1. From these measurement results, it can be said that a conductive film having a small variation in conductive performance and excellent in homogeneity was obtained.

[比較例1]
粘度平均重合度200、エチレン変性量8.5モル%、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコール系ポリマーと、軟化点170℃のメソフェーズピッチ(JFEケミカル(株)製MCP−165)とを250℃で溶融混練し、ポリビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチの混合物を得た。ポリビニルアルコール系ポリマーとメソフェーズピッチとの混合比は重量比で95/5であった。これを二軸押出機にて240℃で溶融混合紡糸し、さらに140℃で10倍延伸することにより、海成分がポリビニルアルコール系ポリマー、島成分がメソフェーズピッチである海島型複合繊維を得た。これを80℃の熱水中で処理することにより海成分を除去し、平均繊維径0.9μmの極細繊維を得た。これに硫酸処理を施し耐熱性を向上させた後、空気中において300℃で4時間保持させることによって不融化繊維を得た。
[Comparative Example 1]
A polyvinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree of 200, an ethylene modification amount of 8.5 mol%, a saponification degree of 98.5 mol%, and a mesophase pitch (MCP-165 manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) having a softening point of 170 ° C. The mixture was melt-kneaded at 250 ° C. to obtain a mixture of a polyvinyl alcohol polymer and mesophase pitch. The mixing ratio of the polyvinyl alcohol polymer to the mesophase pitch was 95/5 by weight. This was melt-mixed and spun at 240 ° C. with a twin-screw extruder, and further stretched 10 times at 140 ° C. to obtain a sea-island composite fiber in which the sea component was a polyvinyl alcohol polymer and the island component was a mesophase pitch. By treating this in hot water at 80 ° C., sea components were removed, and ultrafine fibers having an average fiber diameter of 0.9 μm were obtained. This was treated with sulfuric acid to improve heat resistance, and then kept in air at 300 ° C. for 4 hours to obtain an infusible fiber.

実施例1と同様の方法にて炭素化、黒鉛化を施したところ、平均繊維径が0.7μm、繊維径のCV値が48.2%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.036である極細炭素繊維が得られた。また、DバンドとGバンドの強度比Id/Igは0.246であり、結晶格子面間隔は0.344nmであった。   When carbonization and graphitization were performed in the same manner as in Example 1, the average fiber diameter was 0.7 μm, the CV value of the fiber diameter was 48.2%, and the surface oxygen concentration ratio O / C was 0.00. An ultrafine carbon fiber of 036 was obtained. The intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band was 0.246, and the crystal lattice spacing was 0.344 nm.

得られた繊維の体積固有抵抗値の平均値は、3.2×10−2Ω・cmであった。また、PVA水溶液中にて繊維の分散状態を目視にて評価したところ、全体に均一に分散されており分散性は実施例と同等の良好な結果であった。 The average value of the volume resistivity value of the obtained fiber was 3.2 × 10 −2 Ω · cm. Further, when the dispersion state of the fibers was visually evaluated in the PVA aqueous solution, the fibers were uniformly dispersed throughout, and the dispersibility was as good as that of the example.

さらに、該分散液から導電性フィルムを作製して体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。該導電性フィルムは、導電性のばらつきが大きく、均質性に劣る結果となった。   Furthermore, a conductive film was prepared from the dispersion, and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value, and CV value are shown in Table 1. The conductive film had a large variation in conductivity and resulted in poor homogeneity.

[比較例2]
軟化点290℃のピッチ(JFEケミカル(株)製FP−280)を島成分、粘度平均重合度200、エチレン変性量8.5モル%、ケン化度98.5モル%の水溶性ポリビニルアルコール系ポリマーを海成分として、島数100の海島型複合ノズルを使用して240℃で溶融複合紡糸した。これを80℃の熱水中で処理することにより海成分を除去し、平均繊維径3.0μmの極細繊維を得た。これに硫酸処理を施し耐熱性を向上させた後、空気中において300℃で4時間保持させることによって不融化繊維を得た。
[Comparative Example 2]
A water-soluble polyvinyl alcohol system having a pitch of 290 ° C. (FP-280 manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) with an island component, a viscosity average polymerization degree of 200, an ethylene modification amount of 8.5 mol%, and a saponification degree of 98.5 mol%. The polymer was used as a sea component, and melt compound spinning was performed at 240 ° C. using a sea-island type composite nozzle having 100 islands. By treating this in hot water at 80 ° C., sea components were removed, and ultrafine fibers having an average fiber diameter of 3.0 μm were obtained. This was treated with sulfuric acid to improve heat resistance, and then kept in air at 300 ° C. for 4 hours to obtain an infusible fiber.

実施例1と同様の方法にて炭素化、黒鉛化を施し、平均繊維径が1.9μm、繊維径のCV値が7.8%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.008である極細炭素繊維を得た。得られた繊維のDバンドとGバンドの強度比Id/Igは0.332であり、結晶格子面間隔は0.351nmであった。   Carbonization and graphitization were performed in the same manner as in Example 1, the average fiber diameter was 1.9 μm, the fiber diameter CV value was 7.8%, and the surface oxygen concentration ratio O / C was 0.008. An ultrafine carbon fiber was obtained. The resulting fiber had a D band to G band intensity ratio Id / Ig of 0.332 and a crystal lattice spacing of 0.351 nm.

得られた繊維の体積固有抵抗値の平均値は、3.9×10−2Ω・cmであった。また、PVA水溶液中にて繊維の分散状態を目視にて評価したところ、凝集物が多数見られ、全体に均一に分散されていなかった。これは、表面酸素濃度比O/Cが低いためである。 The average value of the volume resistivity value of the obtained fiber was 3.9 × 10 −2 Ω · cm. In addition, when the dispersion state of the fibers was visually evaluated in the PVA aqueous solution, a large number of aggregates were observed, and they were not uniformly dispersed throughout. This is because the surface oxygen concentration ratio O / C is low.

さらに、該分散液から導電性フィルムを作製して体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。該導電性フィルムは、導電性のばらつきが大きく、均質性に劣る結果となった。   Furthermore, a conductive film was prepared from the dispersion, and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value, and CV value are shown in Table 1. The conductive film had a large variation in conductivity and resulted in poor homogeneity.

[比較例3]
平均繊維径が0.18μm、繊維径のCV値が29.5%であり、表面酸素濃度比O/Cが0.009、DバンドとGバンドの強度比Id/Igが0.101、結晶格子面間隔が0.339nmである気相成長極細炭素繊維(昭和電工(株)製VGCF−H)の体積固有抵抗値を10点測定したところ、平均値は8.0×10−3Ω・cmであった。また、PVA水溶液中にて繊維の分散状態を目視にて評価したところ、凝集物が多数見られ、全体に均一に分散されていなかった。これは、比較例2と同様に、表面酸素濃度比O/Cが低いことに起因する。
[Comparative Example 3]
Average fiber diameter is 0.18 μm, fiber diameter CV value is 29.5%, surface oxygen concentration ratio O / C is 0.009, D band to G band intensity ratio Id / Ig is 0.101, crystal When the volume resistivity value of vapor grown ultrafine carbon fiber (VGCF-H manufactured by Showa Denko KK) having a lattice spacing of 0.339 nm was measured at 10 points, the average value was 8.0 × 10 −3 Ω · cm. In addition, when the dispersion state of the fibers was visually evaluated in the PVA aqueous solution, a large number of aggregates were observed, and they were not uniformly dispersed throughout. This is due to the low surface oxygen concentration ratio O / C, as in Comparative Example 2.

さらに、該分散液から導電性フィルムを作製して体積固有抵抗値を測定し、その平均値、標準偏差値およびCV値を表1に示した。該導電性フィルムは、導電性のばらつきが大きく、導電性の均質性に劣る結果となった。   Furthermore, a conductive film was prepared from the dispersion, and the volume resistivity value was measured. The average value, standard deviation value, and CV value are shown in Table 1. The conductive film had a large variation in conductivity, resulting in poor conductivity homogeneity.

Figure 2015048561
Figure 2015048561

本発明によれば、優れた導電性を有するとともに、繊維径が均一で、且つ水系溶媒および水系ポリマー溶液への分散性にも優れ、性能にばらつきの少ない極細炭素繊維を生産性に優れた方法にて提供できるため、樹脂への導電性付与剤、電磁波シールド材、電極の導電助材等の用途に好適に使用される。   According to the present invention, a method for producing an ultrafine carbon fiber having excellent conductivity, uniform fiber diameter, excellent dispersibility in an aqueous solvent and an aqueous polymer solution, and less variation in performance. Therefore, it is suitably used for applications such as a conductivity-imparting agent for resin, an electromagnetic shielding material, and a conductive aid for electrodes.

Claims (10)

ピッチ系炭素繊維であって、平均繊維径が0.01〜5μm、繊維径のばらつきを示すCV値が0〜10%であり、かつX線光電子分光装置によって測定される炭素繊維表面の炭素原子に対する酸素原子の存在比を意味する表面酸素濃度比(O/C)が0.02以上であるピッチ系炭素繊維。   Pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 0.01 to 5 μm, a CV value indicating variation in fiber diameter of 0 to 10%, and carbon atoms on the surface of the carbon fiber measured by an X-ray photoelectron spectrometer A pitch-based carbon fiber having a surface oxygen concentration ratio (O / C) which means an abundance ratio of oxygen atoms with respect to 0.02 or more. ラマンスペクトルにおけるDバンドとGバンドの強度比Id/Igが0.1以上1.0未満であり、およびX線回折法における結晶格子面間隔が0.37nm以下である、請求項1に記載のピッチ系炭素繊維。   The intensity ratio Id / Ig between the D band and the G band in the Raman spectrum is 0.1 or more and less than 1.0, and the crystal lattice spacing in the X-ray diffraction method is 0.37 nm or less. Pitch-based carbon fiber. 体積固有抵抗値が5×10−2Ω・cm以下である、請求項1または2に記載のピッチ系炭素繊維。 The pitch-based carbon fiber according to claim 1 or 2, wherein the volume resistivity value is 5 × 10 -2 Ω · cm or less. 島成分として溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマーとピッチとの混合物を用い、海成分として他の溶融ポリマーを用い、該島成分となるポリマーと該海成分となるポリマーをそれぞれ別々に溶融し、それぞれの溶融流を形成した後、海島型複合ノズルから吐出させ海島型複合繊維を得る紡糸工程と、
この海島型複合繊維から海成分を除去して島成分からなる極細繊維を得る工程と、
この海島型複合繊維に対して不融化処理を施す不融化工程と、
この炭素繊維前駆体を炭素化および黒鉛化してピッチ系炭素繊維を得る工程と、
を備えるピッチ系炭素繊維の製造方法。
Using a mixture of a polyvinyl alcohol polymer that can be melted as an island component and pitch, and using another molten polymer as a sea component, the polymer that becomes the island component and the polymer that becomes the sea component are melted separately, After forming the melt flow, spinning from the sea-island composite nozzle to obtain a sea-island composite fiber; and
Removing sea components from the sea-island type composite fiber to obtain ultrafine fibers composed of island components;
An infusibilization step for infusibilizing the sea-island type composite fiber;
A step of carbonizing and graphitizing the carbon fiber precursor to obtain pitch-based carbon fibers;
A method for producing pitch-based carbon fiber comprising:
溶融しうるポリビニルアルコール系ポリマーが、エチレン−ビニルアルコール系共重合体である、請求項4に記載の製造方法。   The production method according to claim 4, wherein the meltable polyvinyl alcohol polymer is an ethylene-vinyl alcohol copolymer. ピッチがメソフェーズピッチである、請求項4または5に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 4 or 5 whose pitch is a mesophase pitch. 紡糸工程で得られた紡糸原糸をさらに延伸する延伸工程を備え、この延伸糸に対して海成分を除去する処理および不融化処理が行われる、請求項4〜6のいずれか一項に記載の製造方法。   The spinning process according to claim 4, further comprising a drawing step for drawing the spinning yarn obtained in the spinning step, wherein the drawn yarn is subjected to a treatment for removing sea components and an infusibilization treatment. Manufacturing method. 黒鉛化処理が1200℃〜3000℃で行われる、請求項4〜7のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 4-7 with which a graphitization process is performed at 1200 to 3000 degreeC. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のピッチ系炭素繊維で構成された導電性布帛。   The electroconductive cloth comprised with the pitch-type carbon fiber as described in any one of Claims 1-3. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のピッチ系炭素繊維で構成された導電性材料。   The electroconductive material comprised with the pitch-type carbon fiber as described in any one of Claims 1-3.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115135822A (en) * 2020-03-03 2022-09-30 帝人株式会社 Pitch-based ultrafine carbon fibers and pitch-based fine carbon fiber dispersion
CN115135822B (en) * 2020-03-03 2024-04-30 帝人株式会社 Pitch-based ultrafine carbon fiber and pitch-based ultrafine carbon fiber dispersion

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