JP2016172941A - Additive comprising pitch-based carbon fiber, and resin composition and molding comprising the same - Google Patents

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曽我部 敏明
Toshiaki Sogabe
敏明 曽我部
昭弘 馬淵
Akihiro Mabuchi
昭弘 馬淵
芳弘 吉田
Yoshihiro Yoshida
芳弘 吉田
真一 渋谷
Shinichi Shibuya
真一 渋谷
雅和 森本
Masakazu Morimoto
雅和 森本
▲徳▼子 濃野
Noriko Koino
▲徳▼子 濃野
宜保 上田
Yoshiyasu Ueda
宜保 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an additive comprising pitch-based carbon fibers with a small average fiber diameter, and a resin composition and a molding comprising the additive.SOLUTION: The additive comprises the following (1a)-(1b): (1a) pitch-based carbon fibers using an isotropic pitch as a carbon precursor and having an average fiber diameter of 10 μm or less or (1b) pitch-based carbon fibers using an isotropic pitch as a carbon precursor, having an average fiber diameter of 10 μm or less, and containing boron 6-1000 massppm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ピッチ系炭素繊維からなる添加剤、並びにそれを含む樹脂組成物及び成形品に関する。   The present invention relates to an additive composed of pitch-based carbon fiber, and a resin composition and a molded article containing the additive.

炭素繊維とは、一般的には、有機物質の熱分解により作られ、実質的に炭素だけで構成された繊維状のものを指す。この炭素繊維は、(A)構成元素である炭素材料としての構造、組織及び特性と、(B)繊維形態であることによる特性と、をあわせ持つ。そのため、耐熱性、化学的安定性、電気・熱伝導性、低熱膨張性、低密度、摩擦・摩耗特性、X線透過性、電磁波遮蔽性、生体親和性、柔軟性等が良い等の特徴を有し、吸着性能を付加することもできる。炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維(ポリアクリロニトリル系炭素繊維)等が知られている。ピッチ系炭素繊維とは、石油又は石炭由来の重質油の蒸留残渣等のピッチを原料として製造された炭素繊維であり、大きく分けて、等方性ピッチ系炭素繊維と、異方性ピッチ系炭素繊維(メソフェーズピッチ系炭素繊維)が挙げられる。   The carbon fiber generally refers to a fiber-like material made by pyrolysis of an organic material and substantially composed of carbon. This carbon fiber has both (A) the structure, structure and characteristics as a carbon material that is a constituent element, and (B) the characteristics due to the fiber form. Therefore, features such as good heat resistance, chemical stability, electrical / thermal conductivity, low thermal expansion, low density, friction / wear characteristics, X-ray permeability, electromagnetic wave shielding, biocompatibility, flexibility, etc. It is also possible to add adsorption performance. Known carbon fibers include pitch-based carbon fibers and PAN-based carbon fibers (polyacrylonitrile-based carbon fibers). Pitch-based carbon fibers are carbon fibers that are manufactured using pitches such as distillation residues of heavy oil derived from petroleum or coal as raw materials, and are broadly divided into isotropic pitch-based carbon fibers and anisotropic pitch-based carbon fibers. Examples thereof include carbon fibers (mesophase pitch-based carbon fibers).

等方性ピッチ系炭素繊維とは、光学的に等方性である(言い換えれば、分子や分子の集団が無秩序に配向している)等方性ピッチを紡糸したピッチ繊維を焼成して得られる炭素繊維である。この等方性ピッチ系炭素繊維は、一般的に汎用炭素繊維とも呼ばれており、比較的安価に製造することができる。また、等方性ピッチ系炭素繊維は、異方性ピッチ系炭素繊維やPAN系炭素繊維と比較して、機械的強度や弾性率が高くはないが、摺動性を高める性能に優れる。そのため、等方性ピッチ系炭素繊維は、樹脂(合成樹脂等)に対する添加剤として広く使用されている(例えば、非特許文献1等)。   An isotropic pitch-based carbon fiber is obtained by firing pitch fibers obtained by spinning an isotropic pitch that is optically isotropic (in other words, molecules or groups of molecules are randomly oriented). Carbon fiber. This isotropic pitch-based carbon fiber is generally called a general-purpose carbon fiber and can be manufactured at a relatively low cost. In addition, isotropic pitch-based carbon fibers are superior in performance to improve slidability, although mechanical strength and elastic modulus are not high as compared with anisotropic pitch-based carbon fibers and PAN-based carbon fibers. For this reason, isotropic pitch-based carbon fibers are widely used as additives for resins (synthetic resins, etc.) (for example, Non-Patent Document 1).

等方性ピッチ系炭素繊維を製造する方法は、例えば以下の特許文献1に記載されている。特許文献1には、(i)渦流法によって溶融ピッチを紡糸する工程、(ii)不溶化(不融化)する工程、及び(iii)炭化する工程からなり、前記(i)工程において、予め溶融ピッチに旋回流を付与した後に溶融ピッチを流出ノズルより流出させる方法が開示されている。また、特許文献2には、炭素繊維と青銅粉末と溶融加工可能な含フッ素樹脂からなる摺動部品用樹脂組成物が開示されている。   A method for producing an isotropic pitch-based carbon fiber is described in Patent Document 1 below, for example. Patent Document 1 includes (i) a step of spinning a melt pitch by a vortex method, (ii) a step of insolubilization (infusibilization), and (iii) a step of carbonization. A method is disclosed in which a melt pitch is caused to flow out from an outflow nozzle after a swirl flow is applied thereto. Patent Document 2 discloses a resin composition for a sliding component comprising carbon fiber, bronze powder, and a fluorine-containing resin that can be melt-processed.

特開平6-235123号公報JP-A-6-235123 特許第3410487号Patent No. 3410487

カーボン用語辞典(2000年10月5日 第1版第1刷発行、アグネ承風社) p.261〜262Carbon Glossary (October 5, 2000, 1st edition, 1st edition, Agne Jofusha) p.261-262

ところで、平均繊維径(炭素繊維の直径である繊維径の平均値)の小さな等方性ピッチ系炭素繊維を、樹脂から成形されてなる摺動材(摺動部材ともいう)に対する潤滑剤として使用(添加)する場合、(a)樹脂成形時の成形性の向上、(b)成形品の摺動時に相手材を損耗させることの低減、(c)前記炭素繊維の単位体積当たりの充填本数が増えることによる、成形品の摺動特性の向上、(d)成形品中の前記炭素繊維の抜け落ちの低減、等の利点が考えられる。   By the way, an isotropic pitch-based carbon fiber having a small average fiber diameter (average fiber diameter, which is the diameter of the carbon fiber) is used as a lubricant for a sliding material (also referred to as a sliding member) formed from a resin. When (added), (a) improved moldability during resin molding, (b) reduced wear of the mating material during sliding of the molded product, (c) the number of fillers per unit volume of the carbon fiber is Increases in the sliding characteristics of the molded product and (d) a reduction in the dropout of the carbon fibers in the molded product can be considered.

以上の観点から、平均繊維径のより小さい等方性ピッチ系炭素繊維の開発が望まれている。   From the above viewpoint, development of an isotropic pitch-based carbon fiber having a smaller average fiber diameter is desired.

しかしながら、等方性ピッチ系炭素繊維は、平均繊維径が12〜18μm程度であり、平均繊維径が10μm以下である等方性ピッチ系炭素繊維は未だ得られていないのが現状である。   However, an isotropic pitch-based carbon fiber has an average fiber diameter of about 12 to 18 μm, and an isotropic pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less has not been obtained yet.

例えば、まず、遠心法による紡糸を行うことにより繊維径の小さい(細径の)ピッチ繊維を作製し、その後に前記細径のピッチ繊維を不融化及び炭素化する方法が考えられる。しかしながら、遠心法による紡糸で細径のピッチ繊維を得ることは、紡糸のエネルギーの観点等から困難性が極めて高い。仮に、平均繊維径が10μm以下である等方性ピッチ系炭素繊維が得られる程度の繊維径の小さいピッチ繊維を作製できたとしても、次工程で不融化する際に、前記ピッチ繊維が互いにくっついて固まってしまうか、又は燃えてしまう虞がある。また、特許文献1に記載された、渦流法による紡糸を行うことにより細径のピッチ繊維を作製する方法を採用しても、上記不融化の問題は依然として解消されない。   For example, a method is conceivable in which a pitch fiber having a small fiber diameter is first produced by spinning by a centrifugal method, and then the pitch fiber having a small diameter is made infusible and carbonized. However, it is extremely difficult to obtain fine pitch fibers by spinning by a centrifugal method from the viewpoint of spinning energy. Even if it is possible to produce pitch fibers with a small fiber diameter to obtain an isotropic pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less, the pitch fibers stick to each other when infusible in the next step. May harden or burn. Moreover, even if the method of producing a pitch fiber having a small diameter by performing spinning by the vortex method described in Patent Document 1, the above infusibility problem is still not solved.

一方、平均繊維径が10μmよりも大きい等方性ピッチ系炭素繊維を一旦得て、次工程で前記炭素繊維に対して平均繊維径を小さくする処理を行うことも考えられる。しかしながら、非特許文献1には、等方性ピッチ系炭素繊維に関して、「等方性の組織を持ち、高温まで熱処理しても組織、材料力学的特性に顕著な変化はない。」と記載されており、等方性ピッチ系炭素繊維に対する高温での熱処理では、前記炭素繊維の平均繊維径を設計・制御することができないと考えられてきた。   On the other hand, it is also conceivable that an isotropic pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter larger than 10 μm is once obtained, and the carbon fiber is subjected to a treatment for reducing the average fiber diameter in the next step. However, Non-Patent Document 1 describes an isotropic pitch-based carbon fiber having “isotropic structure and no significant change in structure and material mechanical properties even when heat-treated to a high temperature”. Therefore, it has been considered that the average fiber diameter of the carbon fibers cannot be designed and controlled by high-temperature heat treatment of the isotropic pitch-based carbon fibers.

一方、等方性ピッチ系炭素繊維に代えて、PAN系炭素繊維や異方性炭素繊維を使用することも考えられる。平均繊維径が10μm以下のPAN系炭素繊維や異方性炭素繊維は容易に入手できるからである。しかしながら、前記PAN系炭素繊維や異方性炭素繊維は、繊維が硬すぎるので、成形品とした際に相手材を損傷させたり、相手材の表面に形成された皮膜を削り取ってしまったりする虞がある。   On the other hand, it is also conceivable to use PAN-based carbon fibers or anisotropic carbon fibers in place of the isotropic pitch-based carbon fibers. This is because PAN-based carbon fibers and anisotropic carbon fibers having an average fiber diameter of 10 μm or less are easily available. However, since the PAN-based carbon fiber and anisotropic carbon fiber are too hard, there is a risk of damaging the mating material or scraping off the film formed on the surface of the mating material when formed into a molded product. There is.

本発明は、このような上記従来技術及び課題の下、平均繊維径の小さい等方性ピッチ系炭素繊維からなる添加剤を提供することを目的とする。また、本発明は、このような添加剤を用いた樹脂組成物及び成形品を提供することも目的とする。   An object of the present invention is to provide an additive comprising an isotropic pitch-based carbon fiber having a small average fiber diameter under the above-described conventional techniques and problems. Another object of the present invention is to provide a resin composition and a molded product using such an additive.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、特定の方法によれば平均繊維径が10μm以下である等方性ピッチ系炭素繊維が得られることを見出すとともに、前記等方性ピッチ系炭素繊維添加剤(特に樹脂用添加剤)として使用することができることを見出した。本発明者らは、更なる検討の結果、ここに本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that an isotropic pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less can be obtained according to a specific method, and It has been found that it can be used as an isotropic pitch-based carbon fiber additive (especially an additive for resins). As a result of further studies, the present inventors have completed the present invention.

即ち、本発明は、下記の樹脂組成物、及びその成形品に関する。
項1.以下の(1a):
(1a) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維
からなる添加剤。
項2.前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.5である、項1に記載の添加剤。
項3.以下の(1b):
(1b) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下であり、ホウ素を6〜1000massppm含有するピッチ系炭素繊維
からなる添加剤。
項4.前記ピッチ系炭素繊維のX線回折法から得られる黒鉛結晶のa軸方向の結晶子の大きさLaが100nm以上であり、且つ、
前記ピッチ系炭素繊維のX線回折法の(004)回折線から得られる黒鉛結晶のc軸方向の結晶子の大きさLcが100nm以上である、
項3に記載の添加剤。
項5.前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと、前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.0である、項3又は4に記載の添加剤。
項6.樹脂用添加剤である、項1〜5のいずれかに記載の添加剤。
項7.前記樹脂が四フッ化エチレン樹脂である、項5に記載の添加剤。
項8.項1〜5のいずれかに記載の添加剤、及び樹脂成分を含有する、樹脂組成物。
項9.前記樹脂成分が四フッ化エチレン樹脂である、項8に記載の樹脂組成物。
項10.前記樹脂成分の含有量が、前記樹脂組成物全体の50質量%以上である、項8又は9に記載の樹脂組成物。
項11.項8〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。
That is, this invention relates to the following resin composition and its molded article.
Item 1. The following (1a):
(1a) An additive comprising pitch-based carbon fibers having an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter of 10 μm or less.
Item 2. The pitch-based peak height of a band of Raman spectrum of 1560~1610Cm -1 obtained peak band of the Raman spectrum of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the carbon fiber and the height I D from the side surface of the carbon fiber I is the ratio of G I D / I G is 0.3 to 1.5, additive according to claim 1.
Item 3. The following (1b):
(1b) An additive comprising pitch-based carbon fibers having an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter of 10 μm or less and containing 6 to 1000 massppm of boron.
Item 4. The crystallite size La in the a-axis direction of the graphite crystal obtained from the X-ray diffraction method of the pitch-based carbon fiber is 100 nm or more, and
The crystallite size Lc in the c-axis direction of the graphite crystal obtained from the (004) diffraction line of the pitch-based carbon fiber X-ray diffraction method is 100 nm or more.
Item 4. The additive according to Item 3.
Item 5. A peak height I D of the band of the pitch-based Raman spectra of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the carbon fiber, the peak of the band 1560~1610Cm -1 of a Raman spectrum obtained from the side of the pitch-based carbon fibers is the ratio of the height I G I D / I G is additive according to which 0.3 to 1.0, claim 3 or 4.
Item 6. Item 6. The additive according to any one of Items 1 to 5, which is an additive for resin.
Item 7. Item 6. The additive according to Item 5, wherein the resin is a tetrafluoroethylene resin.
Item 8. Item 6. A resin composition comprising the additive according to any one of Items 1 to 5 and a resin component.
Item 9. Item 9. The resin composition according to Item 8, wherein the resin component is a tetrafluoroethylene resin.
Item 10. Item 10. The resin composition according to item 8 or 9, wherein the content of the resin component is 50% by mass or more of the entire resin composition.
Item 11. Item 10. A molded product obtained by molding the resin composition according to any one of Items 8 to 10.

本発明の添加剤は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維からなることを特徴とする。   The additive of the present invention is characterized by comprising the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b).

当該特徴を有する本発明の添加剤は、ピッチ系炭素繊維で形成されていつつも、平均繊維径が小さいため、他材(例えば樹脂成分)と混合する成形時における成形性に優れ、他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形品にして摺動させるときに当該他材を損耗させることが低減され、他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形品とした際に前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の単位体積当たりの充填本数を増やすことができ、結果として摺動特性に優れ、且つコストの低減にも繋がるとともに、他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形品とした際に前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の抜け落ちを低減することができ、結果として成形品の生産歩留まりを向上させることが期待できる。   Since the additive of the present invention having the characteristics is formed of pitch-based carbon fibers and has a small average fiber diameter, it has excellent moldability at the time of molding mixed with other materials (for example, resin components), and other materials ( For example, when a resin composition mixed with a resin component) is made into a molded product and slid, the wear of the other material is reduced, and when the resin composition mixed with the other material (eg resin component) is used as a molded product (1a) or (1b) can increase the number of packings per unit volume of the pitch-based carbon fiber, resulting in excellent sliding characteristics and cost reduction, and other materials (for example, resin components) When the resin composition mixed with) is used as a molded product, it is possible to reduce the dropout of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b), and as a result, it can be expected to improve the production yield of the molded product. .

実施例1のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真である。2 is a magnified photograph of a pitch-based carbon fiber of Example 1. FIG. 実施例3のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真である。4 is a magnified photograph of a pitch-based carbon fiber of Example 3. FIG. 比較例2のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真である。4 is a magnified photograph of a pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2. 実施例1、実施例3及び比較例2のピッチ系炭素繊維のX線回折図形である。図4(a)が実施例1であり、図4(b)が実施例3、図4(c)が比較例2である。2 is an X-ray diffraction pattern of pitch-based carbon fibers of Example 1, Example 3, and Comparative Example 2. FIG. 4A shows the first embodiment, FIG. 4B shows the third embodiment, and FIG. 4C shows the second comparative example. 実施例1(繊維の側面)、実施例3(繊維の側面)、比較例2(繊維の側面)、比較例3(異方性炭素繊維)(側面)のラマンスペクトル図形である。参考として、天然黒鉛(鱗片状黒鉛のベーサル面)のラマンスペクトル図形も併せて示す。It is a Raman spectrum figure of Example 1 (side surface of a fiber), Example 3 (side surface of a fiber), Comparative example 2 (side surface of a fiber), and Comparative example 3 (anisotropic carbon fiber) (side surface). As a reference, the Raman spectrum of natural graphite (basal surface of scaly graphite) is also shown. 製造例で使用したアチソン炉の模式図を示す。The schematic diagram of the Atchison furnace used in the production example is shown.

≪1.添加剤≫
本発明の添加剤は、以下の(1a):
(1a) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維、又は(1b) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下であり、ホウ素を6〜1000massppm含有するピッチ系炭素繊維からなる。
<< 1. Additives >>
The additive of the present invention includes the following (1a):
(1a) Pitch-based carbon fiber having an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter of 10 μm or less, or (1b) An average fiber diameter having an isotropic pitch as a carbon precursor is 10 μm or less, and boron It consists of pitch-based carbon fiber containing 6-1000 massppm.

当該特徴を有する本発明の添加剤は、他材(例えば樹脂成分)と混合する成形時における成形性に優れていることが期待される。その理由は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径が小さい(細い)ので、例えば造粒の際に前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維が他材(例えば樹脂成分)に取り込まれやすくなり、前記他材(例えば樹脂成分)と馴染みやすくなることによるものと考えられる。   The additive of the present invention having the characteristics is expected to be excellent in moldability at the time of molding mixed with another material (for example, resin component). The reason is that since the average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is small (thin), for example, during the granulation, the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is another material. This is considered to be because it becomes easy to be taken in (for example, a resin component) and becomes familiar with the other material (for example, a resin component).

また、当該特徴を有する本発明の添加剤は、他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形して得られる成形品(例えば摺動材)を摺動させるときに、当該他材を損耗させることが低減することが期待される。   Further, the additive of the present invention having the characteristics described above is used when the molded product (for example, a sliding material) obtained by molding a resin composition mixed with another material (for example, a resin component) is slid. It is expected to reduce wear and tear.

また、当該特徴を有する本発明の添加剤は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径が小さい(細い)ので、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の単位体積当たりの充填本数を増やすことができ、結果として他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形品としたときに摺動特性に優れ、且つコストの低減にも繋がることが期待される。   Further, the additive of the present invention having the characteristics described above is the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) because the average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is small (thin) The number of fillers per unit volume can be increased, and as a result, when a resin composition mixed with other materials (for example, resin components) is used as a molded product, it has excellent sliding characteristics and can lead to cost reduction. Be expected.

また、当該特徴を有する本発明の添加剤は、他材(例えば樹脂成分)と混合した樹脂組成物を成形して得られる成形品中の前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の抜け落ちを低減することができ、結果として成形品の生産歩留まりを向上させる(成形品によるトラブルを減少させる)ことができることが期待される。   Further, the additive of the present invention having the characteristics described above is the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) in a molded product obtained by molding a resin composition mixed with another material (for example, resin component). It is expected that dropout can be reduced, and as a result, production yield of molded products can be improved (troubles caused by molded products can be reduced).

なお、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は黒鉛結晶性が高いので、例えば樹脂成分として四フッ化エチレン樹脂を主成分として得られる樹脂成形品は、特に潤滑性に優れた摺動材として使用することができることが期待される。   Since the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) has high graphite crystallinity, for example, a resin molded product obtained by using a tetrafluoroethylene resin as a main component as a resin component is particularly excellent in lubricity. It is expected that it can be used as a moving material.

また、本発明の添加剤において、ピッチ系炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.5である炭素繊維、であることが好ましい。これによって、より良い摺動特性を付与することができることが期待される。 Further, in the additive of the present invention, pitch-based carbon fibers are obtained from the peak height I D and the carbon fiber sides of the band of the Raman spectrum of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the pitch-based carbon fiber Raman It is preferable that I D / I G that is a ratio of peak height I G of the band of 1560 to 1610 cm −1 in the spectrum is 0.3 to 1.5. This is expected to give better sliding characteristics.

(1a)又は(1b)等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維
本発明の添加剤は、等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維からなる(上記及び下記において、(1a)又は(1b)の炭素繊維又は(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維ともいう)。
(1a) or (1b) Pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less with an isotropic pitch as a carbon precursor The additive of the present invention has an average fiber diameter of 10 μm with an isotropic pitch as a carbon precursor. It consists of the following pitch-based carbon fibers (in the above and below, also referred to as (1a) or (1b) carbon fiber or (1a) or (1b) pitch-based carbon fiber).

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、等方性ピッチを炭素前駆体とする炭素繊維であって、等方性ピッチ系炭素繊維である。ここで、ピッチ系炭素繊維とは、後述するピッチを原料として製造された炭素繊維である。等方性ピッチ系炭素繊維とは、前記ピッチが等方性である場合の炭素繊維である。等方性とは、光学的に等方性であって、分子や分子の集団が無秩序に配向していることを示す。炭素前駆体とは、目的とする最終炭素製品の前の段階にある一連の炭素化中間体を指す。本発明における炭素前駆体は等方性ピッチであり、前記最終炭素製品は前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)である。   The pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is a carbon fiber having an isotropic pitch as a carbon precursor, and is an isotropic pitch-based carbon fiber. Here, the pitch-based carbon fiber is a carbon fiber manufactured using a pitch described later as a raw material. An isotropic pitch-based carbon fiber is a carbon fiber when the pitch is isotropic. Isotropic means that it is optically isotropic and molecules or groups of molecules are randomly oriented. A carbon precursor refers to a series of carbonized intermediates in a stage prior to the intended final carbon product. The carbon precursor in the present invention is an isotropic pitch, and the final carbon product is the pitch-based carbon fiber (isotropic pitch-based carbon fiber) of (1a) or (1b).

炭素前駆体であるピッチとは、木材、石炭等の乾留の際に得られる液状タール、オイルサンドから得られるビチューメン、オイルシェールの乾留によって得られる油分、原油の蒸留による残渣油、石油留分のクラッキングによって生成するタール等を熱処理、重合して得られる常温で固体状のものである。具体的には、(a)石炭系ピッチ、(b)石油系ピッチ、(c)ナフタレン等の芳香族化合物を重合した合成ピッチ等が挙げられる。ピッチは、化学的には無数の縮合多環芳香族化合物の混合物である。石炭を原料として得られる石炭系ピッチとしては、コークス炉から生じるコールタールを熱処理して得られるピッチが挙げられる。   Pitch, which is a carbon precursor, refers to liquid tar obtained during dry distillation of wood, coal, etc., bitumen obtained from oil sand, oil obtained by dry distillation of oil shale, residual oil obtained by distillation of crude oil, petroleum fraction It is solid at room temperature obtained by heat treatment and polymerization of tar and the like produced by cracking. Specific examples include (a) coal pitch, (b) petroleum pitch, and (c) synthetic pitch obtained by polymerizing aromatic compounds such as naphthalene. Pitch is a mixture of a myriad of condensed polycyclic aromatic compounds chemically. Examples of the coal-based pitch obtained using coal as a raw material include pitch obtained by heat treatment of coal tar generated from a coke oven.

本発明における等方性ピッチは、特に限定されないが、石炭系等方性ピッチ(石炭を原料として得られる等方性ピッチ)が好ましい。   The isotropic pitch in the present invention is not particularly limited, but coal-based isotropic pitch (isotropic pitch obtained using coal as a raw material) is preferable.

等方性ピッチの軟化点は、特に限定されず、後述するピッチ系炭素繊維の製造方法における紡糸方法によって適宜設定することができる。   The softening point of the isotropic pitch is not particularly limited, and can be appropriately set according to the spinning method in the pitch-based carbon fiber production method described later.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、炭素前駆体(原料)である等方性ピッチから前駆体繊維を得て、次いで前記前駆体繊維に対して熱処理することにより得られる。前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の製造方法については、後述する。   The pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is obtained by obtaining a precursor fiber from an isotropic pitch that is a carbon precursor (raw material) and then heat-treating the precursor fiber. The method for producing the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) will be described later.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径は、以下の(i)〜(iii):
(i)前記(1)のピッチ系炭素繊維を拡大鏡及び画像解析装置を用いて、1000倍に拡大し、
(ii)次いで、前記(1)のピッチ系炭素繊維を任意に10点選び出し、上記10点の繊維径を測定し、
(iii)最後に、上記(ii)で得られた10点の繊維径の平均値を算出する、
を行うことにより、決定したものである。
The average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is as follows (i) to (iii):
(i) The pitch-based carbon fiber of (1) is magnified 1000 times using a magnifying glass and an image analyzer,
(ii) Next, the pitch-based carbon fiber of (1) above is arbitrarily selected 10 points, the fiber diameter of the 10 points is measured,
(iii) Finally, the average value of the 10 fiber diameters obtained in (ii) above is calculated.
It was decided by doing.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、平均繊維径が10μm以下であり、10μm未満が好ましく、9μm以下がより好ましい。平均繊維径の下限値は、6μmが好ましい。前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径が6μm以上であることにより、砕けにくく、摺動材の潤滑剤等の各種用途に対してより好適に使用することができる。   The pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) has an average fiber diameter of 10 μm or less, preferably less than 10 μm, and more preferably 9 μm or less. The lower limit value of the average fiber diameter is preferably 6 μm. When the average fiber diameter of the pitch-based carbon fibers (1a) or (1b) is 6 μm or more, the pitch-based carbon fibers are not easily crushed and can be more suitably used for various applications such as a lubricant for sliding materials.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維長は、特に限定されない。例えば、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維がミルド繊維である場合、前記平均繊維長は0.04〜3mm程度が好ましく、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維がチョップ繊維である場合、前記平均繊維長は3〜10mm程度が好ましい。なお、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維がマット繊維である場合、前記マット繊維は数cm〜数十cmの長さを有し、且つ、一定の幅のある短繊維の集合体であり、平均繊維長の概念は特に必要とされない。ここで、前記平均繊維長とは、前記繊維径とは直角方向における長さの平均値を意味する。前記平均繊維長の測定方法は、繊維径に代えて繊維長とする以外は上記平均繊維径の測定方法と同様である。   The average fiber length of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is not particularly limited. For example, when the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is a milled fiber, the average fiber length is preferably about 0.04 to 3 mm, and the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is a chopped fiber. The average fiber length is preferably about 3 to 10 mm. When the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is a mat fiber, the mat fiber has a length of several centimeters to several tens of centimeters and a set of short fibers having a certain width. The concept of average fiber length is not particularly required. Here, the average fiber length means an average length in a direction perpendicular to the fiber diameter. The method for measuring the average fiber length is the same as the method for measuring the average fiber diameter except that the fiber length is used instead of the fiber diameter.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均アスペクト比は、特に限定されない。例えば、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維がミルド繊維である場合、前記平均アスペクト比は4〜500が好ましく、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維がチョップ繊維である場合、前記平均アスペクト比は300〜1700が好ましい。ここで、前記平均アスペクト比とは、前記繊維径Rと前記繊維長Lとの比(=L/R)の平均値を意味する。前記平均アスペクト比の測定方法は、繊維径Rに代えて上記比L/Rとする以外は上記平均繊維径の測定方法と同様である。   The average aspect ratio of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is not particularly limited. For example, when the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is a milled fiber, the average aspect ratio is preferably 4 to 500, and the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is a chopped fiber. In some cases, the average aspect ratio is preferably 300-1700. Here, the average aspect ratio means an average value of the ratio (= L / R) of the fiber diameter R and the fiber length L. The method for measuring the average aspect ratio is the same as the method for measuring the average fiber diameter except that the ratio L / R is used instead of the fiber diameter R.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、X線回折法から得られる黒鉛結晶のa軸方向の結晶子の大きさLaが100nm以上であり、且つ、X線回折法の(004)回折線から得られる黒鉛結晶のc軸方向の結晶子の大きさLcが100nm以上であることが好ましい。前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の前記La及び前記Lcがそれぞれ上記範囲である場合、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維はより黒鉛構造の発達したピッチ系炭素繊維であることを意味する。   In the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b), the crystallite size La in the a-axis direction of the graphite crystal obtained from the X-ray diffraction method is 100 nm or more, and (004 ) The crystallite size Lc in the c-axis direction of the graphite crystal obtained from the diffraction line is preferably 100 nm or more. When the La and Lc of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) are in the above ranges, the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is a pitch-based carbon having a more developed graphite structure. Means fiber.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.0、特に0.4〜0.7であることが好ましい。前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の前記ID/IGが上記範囲である場合、(a)黒鉛の三次元規則性、及び、(b)光学的等方性(即ち、分子又は分子の集団(ラメラ)が無秩序に配向する性質)の性質をあわせ持つ。ここで、上記(a)及び(b)の性質を言い換えると、等方的な組織を有し、且つ、黒鉛結晶性が高い、ともいえる。このようなピッチ系炭素繊維を後述する樹脂成分とともに含有して樹脂組成物を構成する場合、黒鉛結晶性が高いことにより優れた潤滑性を付与し、且つ、等方的な組織を有することにより適度な弾性及び強度を付与する。そのため、前記ID/IGが上記範囲である前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、本発明において好ましい態様である。このような態様は、ホウ素を6〜1000massppm含有することで達成しやすい。 The pitch-based carbon fiber (1a) or (1b), a Raman spectrum obtained from the peak height I D and the carbon fiber sides of the band of the Raman spectrum of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the carbon fiber I D / I G , which is the ratio of the peak height I G of the band of 1560 to 1610 cm −1 , is preferably 0.3 to 1.0, particularly 0.4 to 0.7. When the I D / I G of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is in the above range, (a) three-dimensional regularity of graphite, and (b) optical isotropy (ie, It also has the property of a molecule or a group of molecules (lamellar) oriented randomly. Here, in other words, the properties (a) and (b) can be said to have an isotropic structure and high graphite crystallinity. When such a pitch-based carbon fiber is contained together with a resin component to be described later to constitute a resin composition, it has excellent lubricity due to high graphite crystallinity and has an isotropic structure. Gives moderate elasticity and strength. Therefore, the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) in which the I D / I G is in the above range is a preferred embodiment in the present invention. Such an embodiment is easily achieved by containing boron in an amount of 6 to 1000 massppm.

前記(1a)のピッチ系炭素繊維は、より炭素繊維の形状を維持するために、ホウ素含有量が少ないことが好ましい。ホウ素は、黒鉛六角網面に置換型の固溶体を作る形でドープされ、非常に強い黒鉛化触媒として知られているものの、炭素繊維を多量のホウ素存在下(11.7mass%)、2600℃程度で熱処理すると炭素繊維を構成する結晶子間の界面が消失し、炭素繊維の形状が保てないことが報告されている(T. Sogabe et al., J. Mater. Sci. Vol. 31, p.6469-6476)。上記の場合には、固溶体中に存在するホウ素濃度はB−C状態図から1mass%前後と推察される。このような観点から、本発明のピッチ系炭素繊維中のホウ素濃度は、0.0006mass%未満(6massppm未満)が好ましく、0.0001〜0.0005mass%(1〜5massppm)がより好ましい。前記(1a)のピッチ系炭素繊維中のホウ素量は、50〜100g程度のサンプルを灰化後、灰分を酸溶解し、ICP−AES(発光法)により測定するものとする。なお、石油や石炭由来の炭素前駆体から製造される人造黒鉛や炭素繊維等の炭素材料には、通常もともと不純物としてのホウ素が1〜4massppm程度含まれている。   The pitch-based carbon fiber (1a) preferably has a low boron content in order to maintain the shape of the carbon fiber. Boron is doped in the form of a substitutional solid solution on the graphite hexagonal mesh surface, and is known as a very strong graphitization catalyst, but carbon fiber is present in the presence of a large amount of boron (11.7 mass%) at about 2600 ° C. It has been reported that the interface between crystallites constituting the carbon fiber disappears upon heat treatment, and the shape of the carbon fiber cannot be maintained (T. Sogabe et al., J. Mater. Sci. Vol. 31, p. 6469-6476). In the above case, the concentration of boron present in the solid solution is estimated to be around 1 mass% from the BC phase diagram. From such a viewpoint, the boron concentration in the pitch-based carbon fiber of the present invention is preferably less than 0.0006 mass% (less than 6 massppm), and more preferably 0.0001 to 0.0005 mass% (1 to 5 massppm). The amount of boron in the pitch-based carbon fiber (1a) is measured by ICP-AES (luminescence method) after ashing a sample of about 50 to 100 g, dissolving the ash with an acid. In addition, carbon materials such as artificial graphite and carbon fiber produced from petroleum or coal-derived carbon precursors usually contain about 1 to 4 mass ppm of boron as an impurity.

前記(1b)のピッチ系炭素繊維は、ホウ素を6〜1000massppm含有することにより、(a)黒鉛構造が発達した炭素繊維であり、黒鉛の三次元規則性、及び、(b)光学的等方性(即ち、分子又は分子の集団(ラメラ)が無秩序に配向する性質)の性質をあわせ持つ。ここで、上記(a)及び(b)の性質を言い換えると、等方的な組織を有し、且つ、黒鉛結晶性が高い、ともいえる。このようなピッチ系炭素繊維を後述する樹脂成分とともに含有して樹脂組成物を構成する場合、黒鉛結晶性が高いことにより優れた潤滑性を付与し、且つ、等方的な組織を有することにより適度な弾性及び強度を付与する。そのため、前記ID/IGが上記範囲である前記(1b)のピッチ系炭素繊維は、本発明において好ましい態様である。 The pitch-based carbon fiber (1b) contains 6 to 1000 massppm of boron, and is (a) a carbon fiber having a developed graphite structure, and (b) optical isotropy. It also has the property of nature (that is, the property of molecules or groups of molecules (lamellar) randomly oriented). Here, in other words, the properties (a) and (b) can be said to have an isotropic structure and high graphite crystallinity. When such a pitch-based carbon fiber is contained together with a resin component to be described later to constitute a resin composition, it has excellent lubricity due to high graphite crystallinity and has an isotropic structure. Gives moderate elasticity and strength. Therefore, the pitch-based carbon fiber (1b) in which the I D / I G is in the above range is a preferred embodiment in the present invention.

一方、異方性ピッチ系炭素繊維は、異方的な組織(即ち、結晶子が高度に配列した組織)を有するために弾性及び強度を高くしすぎてしまう。そのため、前記異方性ピッチ系炭素繊維を含む樹脂成形品は、相手材を傷つけたり、相手材の表面に形成された皮膜を削り取ってしまったりするので、結果として摺動特性が悪くなる。   On the other hand, anisotropic pitch-based carbon fibers have an anisotropic structure (that is, a structure in which crystallites are highly arranged), so that the elasticity and strength are too high. For this reason, the resin molded product containing the anisotropic pitch-based carbon fiber damages the counterpart material or scrapes off the film formed on the surface of the counterpart material, resulting in poor sliding characteristics.

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、平均繊維径が10μm以下であることを維持するという条件の下、使用用途に応じて粉砕処理、切断処理等を行ってもよい。この操作により、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の形状を適宜変更することができる。   The pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) may be subjected to a pulverization process, a cutting process, or the like depending on the intended use under the condition that the average fiber diameter is maintained at 10 μm or less. By this operation, the shape of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) can be appropriately changed.

粉砕方法としては、特に限定されない。例えば、ジェットミル、ハンマーミル、ピンミルなどを用いて、前記炭素繊維を粉砕することができる。   The pulverization method is not particularly limited. For example, the carbon fiber can be pulverized using a jet mill, a hammer mill, a pin mill, or the like.

切断方法としては、特に限定されない。例えば、ロービングカッター、ギロチン式カッター、クロスカッター、低速せん断型スクリーン式粉砕機などを用いて、前記炭素繊維を切断することができる。   The cutting method is not particularly limited. For example, the carbon fiber can be cut using a roving cutter, a guillotine cutter, a cross cutter, a low-speed shear type screen pulverizer, or the like.

このような(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維は、例えば樹脂と混合した場合に、得られる樹脂組成物の流動性を保ち、樹脂成分の表面に摩耗摩擦の安定に好適な皮膜が形成され摺動特性の向上等炭素繊維による効果を発現することができる。このため、(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維からなる添加剤は、特に樹脂用添加剤として使用することが好ましい。   Such a pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) maintains the fluidity of the resulting resin composition, for example, when mixed with a resin, and a film suitable for stabilizing wear friction is formed on the surface of the resin component. The effect by carbon fiber, such as the improvement of a sliding characteristic formed, can be expressed. For this reason, the additive comprising the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is particularly preferably used as an additive for a resin.

(1a)のピッチ系炭素繊維の製造方法
前記(1a)のピッチ系炭素繊維の製造方法(又は、前記(1a)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径を減少させる方法ともいえる)は、等方性ピッチを炭素前駆体とするピッチ系炭素繊維であり、且つ、平均繊維径が10μm以下であるピッチ系炭素繊維の製造方法であって、前記等方性ピッチを原料として得られる前記炭素繊維の前駆体繊維を、2800〜3000℃で熱処理する工程を有することにより、好適に得られる。
< Method for producing pitch-based carbon fiber (1a) >
The production method of the pitch-based carbon fiber (1a) (or the method of reducing the average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber (1a)) is a pitch-based carbon having an isotropic pitch as a carbon precursor. A method for producing pitch-based carbon fibers that are fibers and have an average fiber diameter of 10 μm or less, wherein the carbon fiber precursor fibers obtained using the isotropic pitch as a raw material are heat-treated at 2800 to 3000 ° C. By having the process to do, it is obtained suitably.

(1b)のピッチ系炭素繊維の製造方法
前記(1b)のピッチ系炭素繊維の製造方法(又は、前記(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径を減少させる方法ともいえる)は、等方性ピッチを炭素前駆体とし、平均繊維径が10μm以下であり、且つ、ホウ素を6〜1000massppm含有するピッチ系炭素繊維の製造方法であって、前記等方性ピッチを原料として得られる前記炭素繊維の前駆体繊維を、ホウ素を含む雰囲気下、2800〜3000℃で熱処理する熱処理工程を有することにより、好適に得られる。
< Method for producing pitch-based carbon fiber (1b) >
The method for producing the pitch-based carbon fiber (1b) (or the method for reducing the average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber (1b)) can be obtained by using an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter. Is a pitch-based carbon fiber manufacturing method containing 10 to 1000 massppm of boron, and the precursor fiber of the carbon fiber obtained using the isotropic pitch as a raw material, in an atmosphere containing boron It can be suitably obtained by having a heat treatment step of heat treatment at 2800 to 3000 ° C.

前記(1b)のピッチ系炭素繊維は、より黒鉛結晶性を高めるために、ホウ素をドープしている。上記のように、ホウ素を多量に含ませると炭素繊維の形状を維持しにくいため、前記(1b)のピッチ系炭素繊維中のホウ素濃度は、0.0006〜0.1mass%(6〜1000massppm)、好ましくは0.001〜0.05mass%(10〜500massppm)である。前記(1b)のピッチ系炭素繊維中のホウ素量は、50〜100g程度のサンプルを灰化後、灰分を酸溶解し、ICP−AES(発光法)により測定するものとする。   The pitch-based carbon fiber (1b) is doped with boron in order to further enhance the graphite crystallinity. As described above, since it is difficult to maintain the shape of the carbon fiber when boron is contained in a large amount, the boron concentration in the pitch-based carbon fiber of (1b) is 0.0006 to 0.1 mass% (6 to 1000 massppm), preferably 0.001 to 0.05 mass% (10 to 500 massppm). The amount of boron in the pitch-based carbon fiber (1b) is measured by ICP-AES (luminescence method) after ashing a sample of about 50 to 100 g, dissolving the ash in acid.

なお、石油や石炭由来の炭素前駆体から製造される人造黒鉛や炭素繊維等の炭素材料には、通常もともと不純物としてのホウ素が1〜4massppm程度含まれている。   In addition, carbon materials such as artificial graphite and carbon fiber produced from petroleum or coal-derived carbon precursors usually contain about 1 to 4 mass ppm of boron as an impurity.

〔(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の前駆体繊維〕
前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の製造方法では、原料として前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の前駆体を使用する(以下、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の前駆体を、単に「前駆体繊維」ともいう)。
[(1a) or (1b) pitch-based carbon fiber precursor fiber]
In the method for producing a pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b), the precursor of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) is used as a raw material (hereinafter referred to as (1a) or (1b) The pitch-based carbon fiber precursor is simply referred to as “precursor fiber”).

前駆体繊維は、等方性ピッチを原料として得られる炭素繊維である。即ち、前駆体繊維は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維と同様、等方性ピッチ系炭素繊維である。   The precursor fiber is a carbon fiber obtained using isotropic pitch as a raw material. That is, the precursor fiber is an isotropic pitch-based carbon fiber, similar to the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b).

前駆体繊維の平均繊維径は、10μmよりも大きい。なお、前記平均繊維径の測定方法は、上述した前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径の測定方法と同様である。前駆体繊維の平均繊維径は、11〜14μmが好ましい。前駆体繊維の好ましい平均繊維径が上記範囲であることによって、後述する熱処理工程において、効率良く平均繊維径が10μm以下であるピッチ系炭素繊維を製造することができる。   The average fiber diameter of the precursor fiber is larger than 10 μm. The method for measuring the average fiber diameter is the same as the above-described method for measuring the average fiber diameter of the pitch-based carbon fibers (1a) or (1b). The average fiber diameter of the precursor fibers is preferably 11 to 14 μm. When the preferable average fiber diameter of the precursor fibers is within the above range, pitch-based carbon fibers having an average fiber diameter of 10 μm or less can be efficiently produced in the heat treatment step described later.

前駆体繊維の平均繊維長は、特に限定されず、マット繊維、ミルド繊維、チョップ繊維等のいずれも使用することができる。例えば、前駆体繊維がミルド繊維である場合、前記平均繊維長は0.04〜3mm程度が好ましく、前駆体繊維がチョップ繊維である場合、前記平均繊維長は3〜10mm程度が好ましい。なお、前駆体繊維がマット繊維である場合、前記マット繊維は数cm〜数十cmの長さを有し、且つ、一定の幅のある短繊維の集合体であり、平均繊維長さの概念は特に必要とされない。ここで、前記平均繊維長は、前駆体繊維の繊維径とは直角方向における長さの平均値を意味する。前記平均繊維長の測定方法は、上述した前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維長の測定方法と同様である。なお、最終製品としての前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維はチョップ繊維又はミルド繊維として使用されることから、前駆体繊維もまたチョップ繊維又はミルド繊維であることが好ましい。前駆体繊維がチョップ繊維又はミルド繊維である場合、加熱炉で加熱する際に後述する容器に詰め易い(より多くの量を容器に詰めることができる)という利点もある。   The average fiber length of the precursor fibers is not particularly limited, and any of mat fibers, milled fibers, chop fibers, and the like can be used. For example, when the precursor fiber is a milled fiber, the average fiber length is preferably about 0.04 to 3 mm, and when the precursor fiber is a chop fiber, the average fiber length is preferably about 3 to 10 mm. When the precursor fiber is a mat fiber, the mat fiber is an aggregate of short fibers having a length of several centimeters to several tens of centimeters and having a certain width, and the concept of average fiber length Is not particularly required. Here, the average fiber length means an average value of lengths in a direction perpendicular to the fiber diameter of the precursor fiber. The method for measuring the average fiber length is the same as the method for measuring the average fiber length of the pitch-based carbon fibers (1a) or (1b) described above. Since the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) as the final product is used as a chop fiber or a milled fiber, the precursor fiber is also preferably a chop fiber or a milled fiber. When the precursor fiber is chopped fiber or milled fiber, there is an advantage that it can be easily packed in a container to be described later when heating in a heating furnace (a larger amount can be packed in the container).

前駆体繊維の平均アスペクト比は、特に限定されない。例えば、前駆体繊維がミルド繊維である場合、前記平均アスペクト比は3〜270が好ましく、前駆体繊維がチョップ繊維である場合、前記平均アスペクト比は210〜910が好ましい。前記アスペクト比の測定方法は、前駆体繊維径R’に代えて前駆体繊維径R’と前駆体繊維長L’との比(=L’/R’)とする以外は上記前駆体繊維の平均繊維径の測定方法と同様である。   The average aspect ratio of the precursor fiber is not particularly limited. For example, when the precursor fiber is a milled fiber, the average aspect ratio is preferably 3 to 270, and when the precursor fiber is a chop fiber, the average aspect ratio is preferably 210 to 910. The method for measuring the aspect ratio is that of the precursor fiber except that the ratio of the precursor fiber diameter R ′ to the precursor fiber length L ′ (= L ′ / R ′) is used instead of the precursor fiber diameter R ′. This is the same as the method for measuring the average fiber diameter.

前駆体繊維は、市販品を使用することができる。市販品の具体例としては、
・大阪ガスケミカル(株)社製ドナカーボ・チョップ(品番:S-231, S-232)、
・大阪ガスケミカル(株)社製ドナカーボ・ミルド(品番:S-2404N, S-249K, S-241, S-242, S-243, S-244, S-246, S-247, SC-244, SG-249, SG-241)、
・大阪ガスケミカル(株)社製炭素繊維マット(品番:S-210)、
等が挙げられる。
A commercial item can be used for the precursor fiber. As a specific example of a commercial product,
・ Donakabo chops (product number: S-231, S-232) manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.
・ Donakabo Mildo (product number: S-2404N, S-249K, S-241, S-242, S-243, S-244, S-246, S-247, SC-244, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd. , SG-249, SG-241),
・ Carbon fiber mat (product number: S-210) manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.
Etc.

〔前駆体繊維の製造方法〕
前記前駆体繊維の製造方法は、特に限定されないが、以下の各工程:
(i) 等方性ピッチ(炭素前駆体)を紡糸する工程1、
(ii) 前記工程1で得られた紡糸(ピッチ繊維)を不融化処理する工程2、
(iii) 前記工程2で得られた不融化繊維(不融化ピッチ繊維)を炭素化処理する工程3、
を含む製造方法で前駆体繊維を製造することが好ましい。以下、各工程について説明する。
[Method for producing precursor fiber]
The method for producing the precursor fiber is not particularly limited, but the following steps:
(i) Step 1 of spinning isotropic pitch (carbon precursor),
(ii) Step 2 of infusibilizing the spinning (pitch fiber) obtained in Step 1;
(iii) Step 3 of carbonizing the infusible fiber (infusible pitch fiber) obtained in Step 2;
It is preferable to produce the precursor fiber by a production method including: Hereinafter, each step will be described.

(工程1(紡糸))
工程1では、等方性ピッチ(炭素前駆体)を紡糸する。この工程1により、紡糸(ピッチ繊維)が得られる。
(Process 1 (spinning))
In step 1, isotropic pitch (carbon precursor) is spun. By this step 1, spinning (pitch fiber) is obtained.

等方性ピッチは、上述した等方性ピッチの説明と同様である。好ましい等方性ピッチもまた、上述した等方性ピッチの説明と同様であり、石炭系等方性ピッチが好ましい。等方性ピッチの軟化点は、特に限定されず、紡糸方法によって適宜設定することができる。   The isotropic pitch is the same as that described above for the isotropic pitch. A preferable isotropic pitch is also the same as that described above for the isotropic pitch, and a coal-based isotropic pitch is preferable. The softening point of the isotropic pitch is not particularly limited, and can be appropriately set depending on the spinning method.

紡糸方法は、特に限定されず、例えば溶融紡糸が挙げられる。具体的な溶融紡糸方法としては、渦流法紡糸、スパンボンド紡糸、遠心法紡糸等が挙げられる。また、溶融紡糸する際の温度は、等方性ピッチが溶融する限り、特に限定されない。また、ノズルの形状、紡糸速度等のその他の紡糸条件についても、特に限定されず、使用用途等に応じて適宜設定することができる。なお、渦流法紡糸とは、ノズルから吐出される溶融ピッチ糸に熱ガスのジェット流を吹き当て、効率よく延伸する方法である。この紡糸方法では、不規則な曲状の紡糸(ピッチ繊維)が得られる。   The spinning method is not particularly limited, and examples thereof include melt spinning. Specific melt spinning methods include vortex spinning, spunbond spinning, and centrifugal spinning. Moreover, the temperature at the time of melt spinning is not particularly limited as long as the isotropic pitch melts. Also, other spinning conditions such as the shape of the nozzle and the spinning speed are not particularly limited, and can be set as appropriate according to the intended use. Note that the vortex spinning is a method in which a hot gas jet stream is blown onto a molten pitch yarn discharged from a nozzle to efficiently draw. In this spinning method, irregularly curved spinning (pitch fibers) can be obtained.

工程1において、溶融紡糸によりピッチ繊維を得る場合、前記ピッチ繊維は連続繊維ではなく、例えば、数cm〜数十cmの長さで、且つ一定の幅のある短繊維が得られる。   In the step 1, when the pitch fiber is obtained by melt spinning, the pitch fiber is not a continuous fiber, and for example, a short fiber having a length of several centimeters to several tens of centimeters and a certain width is obtained.

(工程2(不融化処理))
工程2では、紡糸(ピッチ繊維)を不融化処理する。この工程2により、不融化繊維が得られる。不融化処理とは、一般的には、炭素前駆体に繊維形状を与えた後、後続する炭素化(炭化)で繊維形状を維持できるように、酸化的な脱水素環化や縮合により熱硬化性とする処理をいう。本工程では、前記不融化処理をすることにより、ピッチ繊維に酸素を導入して酸素との架橋結合によって安定化させる。
(Process 2 (infusibilization process))
In step 2, the spinning (pitch fiber) is infusibilized. By this step 2, an infusible fiber is obtained. Infusibilization treatment is generally heat curing by oxidative dehydrocyclization or condensation so that the fiber shape can be maintained by subsequent carbonization (carbonization) after giving the fiber shape to the carbon precursor. It refers to the processing to be sex. In this step, by performing the infusibilization treatment, oxygen is introduced into the pitch fiber and stabilized by cross-linking with oxygen.

不融化処理の方法としては、特に限定されない。例えば、ピッチ繊維に対して熱風を当てることが挙げられる。   The method for infusibilization is not particularly limited. For example, hot air is applied to the pitch fibers.

不融化処理の際の雰囲気は、酸素含有雰囲気である。酸素の導入としては、空気を用いる他、酸化窒素や酸化硫黄などのガス状酸化剤を用いてもよい。   The atmosphere during the infusibilization treatment is an oxygen-containing atmosphere. As the introduction of oxygen, in addition to air, a gaseous oxidant such as nitrogen oxide or sulfur oxide may be used.

不融化処理の際の温度は、特に限定されない。例えば、紡糸温度前後まで加熱することができる。   The temperature during the infusibilization process is not particularly limited. For example, it can be heated to around the spinning temperature.

その他の不融化処理の条件(例えば、昇温速度、不融化処理の保持時間等)については特に限定されず、使用用途等に応じて適宜設定することができる。   Other conditions for the infusibilization treatment (for example, the rate of temperature rise, the retention time for the infusibilization treatment, etc.) are not particularly limited, and can be set as appropriate according to the intended use.

(工程3(炭素化処理))
工程3では、不融化繊維を炭素化処理する。この工程3により前駆体繊維が得られる。炭素化処理(炭化処理)とは、炭素以外の元素を放出して炭素含有率の高い固体を生成させる処理をいう。
(Process 3 (carbonization treatment))
In step 3, the infusible fiber is carbonized. By this step 3, a precursor fiber is obtained. Carbonization treatment (carbonization treatment) refers to a treatment that releases elements other than carbon to produce a solid with a high carbon content.

炭素化処理の際の温度は、特に限定されない。例えば、700〜1000℃程度で熱処理することが好ましい。   The temperature during the carbonization treatment is not particularly limited. For example, heat treatment is preferably performed at about 700 to 1000 ° C.

炭素化処理の際の雰囲気は、非酸化性ガス雰囲気が好ましく、窒素ガス雰囲気がより好ましい。   The atmosphere during the carbonization treatment is preferably a non-oxidizing gas atmosphere, and more preferably a nitrogen gas atmosphere.

その他の炭素化処理の条件(例えば、昇温速度、炭素化処理の保持時間等)については特に限定されず、使用用途等に応じて適宜設定することができる。   Other carbonization treatment conditions (for example, the rate of temperature rise, the retention time of the carbonization treatment, etc.) are not particularly limited, and can be appropriately set according to the intended use.

(その他の工程)
炭素化処理を行った後、前記前駆体繊維が得られる。一般的には、前記前駆体繊維の形態は、マット状であることが多い。前駆体繊維が得られた後、必要に応じて、前記前駆体繊維に対して、予備的な黒鉛化処理、切断処理、粉砕処理等を行ってもよい。前記切断処理及び粉砕処理は、前駆体繊維の形状を適宜変更することができる。
(Other processes)
After the carbonization treatment, the precursor fiber is obtained. In general, the precursor fiber is often in the form of a mat. After the precursor fiber is obtained, if necessary, the precursor fiber may be subjected to preliminary graphitization treatment, cutting treatment, pulverization treatment, and the like. In the cutting process and the pulverizing process, the shape of the precursor fiber can be appropriately changed.

黒鉛化処理とは、一般的には、非黒鉛質炭素が1500℃程度以上の熱処理によって主として物理的変化によってその積層構造を発達させ、黒鉛の三次元規則構造をもつ黒鉛質炭素に変換することをいう。ここで、前記予備的な黒鉛化処理を行う際の温度は、1500〜2400℃が好ましい。   In general, graphitization is a process in which non-graphitic carbon is converted into graphitic carbon having a three-dimensional regular structure of graphite by developing its laminated structure mainly by physical changes by heat treatment at about 1500 ° C or higher. Say. Here, the temperature during the preliminary graphitization treatment is preferably 1500 to 2400 ° C.

粉砕方法としては、特に限定されない。例えば、ジェットミル、ハンマーミル、ピンミル等を用いて、前駆体繊維を粉砕することができる。   The pulverization method is not particularly limited. For example, the precursor fiber can be pulverized using a jet mill, a hammer mill, a pin mill, or the like.

切断方法としては、特に限定されない。例えば、ロービングカッター、ギロチン式カッター、クロスカッター、低速せん断型スクリーン式粉砕機等を用いて、前駆体繊維を切断することができる。   The cutting method is not particularly limited. For example, the precursor fibers can be cut using a roving cutter, a guillotine cutter, a cross cutter, a low-speed shear type screen grinder, or the like.

〔前記(1a)のピッチ系炭素繊維の場合における前駆体繊維に対する熱処理工程〕
前記(1a)のピッチ系炭素繊維の製造方法では、前駆体繊維を2800〜3000℃で熱処理することにより好適に得られる。前駆体繊維を2800〜3000℃で熱処理することにより、原料である前駆体繊維の平均繊維径は小さくなり、結果として平均繊維径が10μm以下であるピッチ系炭素繊維が得られる。なお、平均繊維径が小さくなる理由は、前駆体繊維に黒鉛構造の発達化が生じることにより、炭素繊維全体が熱収縮するためと考えられている。
[Heat treatment step for precursor fiber in the case of pitch-based carbon fiber (1a)]
The pitch-based carbon fiber production method (1a) can be suitably obtained by heat-treating the precursor fiber at 2800 to 3000 ° C. By heat-treating the precursor fiber at 2800 to 3000 ° C., the average fiber diameter of the precursor fiber as a raw material is reduced, and as a result, pitch-based carbon fibers having an average fiber diameter of 10 μm or less are obtained. The reason why the average fiber diameter is reduced is considered to be that the entire carbon fiber is thermally contracted due to the development of the graphite structure in the precursor fiber.

熱処理工程における加熱方法は、特に限定されない。例えば、通電抵抗加熱、誘導加熱等が挙げられる。通電抵抗加熱としては、例えば、アチソン炉(アチソン型黒鉛化炉)、LWG炉(直接通電黒鉛化炉、Lengthwise graphitization furnace)、管状抵抗炉等の各加熱炉を使用する方法が挙げられる。誘導加熱としては、例えば、高周波誘導電流による黒鉛ケースのサセプター加熱、被加熱体の直接発熱等の方法が挙げられる。通電抵抗加熱により熱処理を行う際に使用する炉は、特に限定されず、炭素材料を熱処理できる仕様の炉を使用することができる。   The heating method in the heat treatment step is not particularly limited. For example, energization resistance heating, induction heating and the like can be mentioned. Examples of the energization resistance heating include a method using each heating furnace such as an Atchison furnace (Acheson-type graphitization furnace), an LWG furnace (direct energization graphitization furnace), a tubular resistance furnace, or the like. Examples of induction heating include methods such as susceptor heating of a graphite case by high-frequency induced current and direct heat generation of an object to be heated. The furnace used when performing heat treatment by energization resistance heating is not particularly limited, and a furnace having a specification capable of heat treating a carbon material can be used.

アチソン炉は、パッキングコークスの抵抗発熱を利用した間接通電方式で、最終的に被加熱物自体も抵抗発熱する炉である。耐火レンガ製の長方形の炉に、被熱処理品(例えば、前駆体繊維、前駆体繊維を含む容器等)をパッキングコークスで充たし、さらにその外周を熱遮蔽ライニングで断熱する。被熱処理品の周囲に詰められたパッキングコークスに対して炉長方向に通電して昇温する。LWG炉は、被熱処理品そのものに直接通電し、その抵抗発熱で熱処理する直接通電方式の炉である。被熱処理品の周りのパッキングコークスは酸化防止と断熱材の役割を果たす。前記熱処理は、アチソン炉又はLWG炉による熱処理が好ましい。   The Atchison furnace is an indirect energization method using resistance heat generation of packing coke, and finally the object to be heated itself generates resistance heat. A rectangular furnace made of refractory bricks is filled with a product to be heat-treated (for example, precursor fibers, containers containing precursor fibers, etc.) with packing coke, and the outer periphery thereof is further insulated with a heat shielding lining. The packing coke packed around the product to be heat-treated is energized in the furnace length direction to increase the temperature. The LWG furnace is a direct energization type furnace that directly energizes the product to be heat-treated and heat-treats with its resistance heat. The packing coke around the heat-treated product serves as an antioxidant and a heat insulating material. The heat treatment is preferably a heat treatment using an Atchison furnace or an LWG furnace.

熱処理工程を行う際の前駆体繊維の載置方法としては、特に限定されない。例えば、加熱炉を使用して熱処理する場合、(a)加熱炉内に直接前駆体繊維(マット、チョップ、ミルド等の繊維)を載置してもよく、また、(b)前駆体繊維を容器内に入れ(収納し)、次いで前記容器に蓋をして密閉し、その後前記容器を加熱炉内に載置してもよい。中でも、加熱炉内に詰める物(例えば、パッキングコークス等の粉体)が前記前駆体繊維と混ざることを防ぐために、前記(b)の態様、即ち、密閉された容器であって、前記容器内に前駆体繊維が存在する前記容器を加熱炉内に載置することが好ましい。この場合、前記容器は黒鉛製であることが好ましい。   There are no particular limitations on the method for placing the precursor fibers when performing the heat treatment step. For example, when heat treatment is performed using a heating furnace, (a) precursor fibers (mats, chops, milled fibers, etc.) may be placed directly in the heating furnace, and (b) precursor fibers are The container may be put (contained) in a container, then the container may be covered and sealed, and then the container may be placed in a heating furnace. Among them, in order to prevent a material to be packed in a heating furnace (for example, powder such as packing coke) from being mixed with the precursor fiber, the embodiment of (b), that is, a sealed container, It is preferable to place the container in which the precursor fiber is present in a heating furnace. In this case, the container is preferably made of graphite.

熱処理工程における前駆体繊維の雰囲気は、自己発生ガス雰囲気又は炭化水素ガス雰囲気であることが好ましく、自己発生ガス雰囲気であることがより好ましい。ここで、自己発生ガス雰囲気とは、例えば前記(b)の態様で熱処理する(即ち、前駆体繊維を容器内に入れて密閉し、前記容器を熱処理する)ことにより、前記容器の中が前駆体繊維から発生するガスで満たされた雰囲気をいい、炭化水素ガス成分を多く含み、微量の酸素も含まれる。自己発生ガス雰囲気又は炭化水素ガス雰囲気は、いずれも炭化水素ガス成分が多く存在するため、前駆体繊維の収縮が生じやすく、黒鉛の結晶性が高くなりやすいと考えられる。特に、自己発生ガス雰囲気は、前駆体繊維中の非結晶性部を前記微量の酸素で取り除きながら前駆体繊維の収縮を生じさせるとともに、黒鉛の結晶性を高めるため、好ましい態様である。なお、前記(b)の態様で熱処理する場合、加熱炉内の雰囲気は特に限定されないが、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを前記炉内に流さない方が好ましい。   The atmosphere of the precursor fiber in the heat treatment step is preferably a self-generated gas atmosphere or a hydrocarbon gas atmosphere, and more preferably a self-generated gas atmosphere. Here, the self-generated gas atmosphere is, for example, heat-treated in the mode (b) (that is, the precursor fiber is put in a container and sealed, and the container is heat-treated), whereby the inside of the container is precursor. It refers to an atmosphere filled with gas generated from body fibers, contains a large amount of hydrocarbon gas components, and contains trace amounts of oxygen. Since both the self-generated gas atmosphere and the hydrocarbon gas atmosphere have a large amount of hydrocarbon gas components, the precursor fibers are likely to shrink and the crystallinity of graphite is likely to increase. In particular, the self-generated gas atmosphere is a preferred embodiment because it causes shrinkage of the precursor fiber while removing the non-crystalline portion in the precursor fiber with the trace amount of oxygen and increases the crystallinity of graphite. In the case of performing the heat treatment in the mode (b), the atmosphere in the heating furnace is not particularly limited, but it is preferable not to flow an inert gas such as nitrogen gas or argon gas into the furnace.

熱処理工程の際の圧力は、特に限定されない。また、熱処理工程の時間は、特に限定されない。熱処理工程の時間は、例えば、1時間以上保持することが好ましく、5時間以上保持することがより好ましい。   The pressure during the heat treatment step is not particularly limited. Moreover, the time of the heat treatment step is not particularly limited. For example, the heat treatment step is preferably held for 1 hour or longer, more preferably 5 hours or longer.

〔前記(1b)のピッチ系炭素繊維の場合における前駆体繊維に対する熱処理工程〕
前記(1b)のピッチ系炭素繊維の製造方法では、前記(1a)のピッチ系炭素繊維の場合における前駆体繊維に対する熱処理工程に加えて、前駆体繊維をホウ素を含む雰囲気下、2800〜3000℃で熱処理する熱処理工程を有することを特徴とする。
[Heat treatment step for precursor fiber in the case of pitch-based carbon fiber (1b)]
In the method for producing the pitch-based carbon fiber of (1b), in addition to the heat treatment step for the precursor fiber in the case of the pitch-based carbon fiber of (1a), the precursor fiber is 2800 to 3000 ° C. in an atmosphere containing boron. It has the heat processing process which heat-processes by.

また、本発明のピッチ系炭素繊維にホウ素を6massppm以上含有させるため、黒鉛容器等の容器の回りを、所定量のホウ素でドープされた黒鉛粉末で覆うことが好ましい。具体的には、黒鉛容器のまわりに、1mass%程度のホウ素がドープされた黒鉛粉末で囲う(覆う)ことで、本発明のピッチ系炭素繊維にホウ素を0.02〜0.04mass%以下(200〜400massppm)程度含ませることができる。本発明のピッチ系炭素繊維中のホウ素含有量をさらに増大させるには、黒鉛容器のまわりにおおう黒鉛粉末のホウ素ドープ量をさらに増大させればよい。一方、本発明のピッチ系炭素繊維中のホウ素含有量を低減させるには、黒鉛容器等の容器を、別の黒鉛容器等の容器の中に入れ、二つの容器の隙間を黒鉛粉末で充填すればよい。本発明のピッチ系炭素繊維中のホウ素含有量をさらに低減させるには、黒鉛容器等の容器を、別の黒鉛容器等の容器の中に入れ、二つの容器の隙間を黒鉛粉末で充填しつつ、さらに、別の黒鉛容器等の容器の中に入れ、隙間を黒鉛粉末で充填することが好ましい。これにより、本発明のピッチ系炭素繊維中のホウ素ドープ量を、0.0006〜0.1mass%(6〜1000massppm)程度の範囲で所望の量に調整することが可能である。   Further, in order to make the pitch-based carbon fiber of the present invention contain boron at 6 mass ppm or more, it is preferable to cover a graphite powder or the like around a graphite powder doped with a predetermined amount of boron. Specifically, the pitch-based carbon fiber of the present invention is 0.02 to 0.04 mass% or less (200 to 400 massppm) by surrounding (covering) the graphite container with graphite powder doped with about 1 mass% boron. ) Can be included. In order to further increase the boron content in the pitch-based carbon fiber of the present invention, the boron doping amount of the graphite powder covering the graphite container may be further increased. On the other hand, in order to reduce the boron content in the pitch-based carbon fiber of the present invention, a container such as a graphite container is placed in another container such as a graphite container, and the gap between the two containers is filled with graphite powder. That's fine. In order to further reduce the boron content in the pitch-based carbon fiber of the present invention, a container such as a graphite container is placed in another container such as a graphite container, and the gap between the two containers is filled with graphite powder. Furthermore, it is preferable to put in a container such as another graphite container and fill the gap with graphite powder. Thereby, it is possible to adjust the boron dope amount in the pitch-based carbon fiber of the present invention to a desired amount within a range of about 0.0006 to 0.1 mass% (6 to 1000 massppm).

≪2.樹脂組成物≫
本発明の樹脂組成物は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維及び樹脂成分を含有する。
≪2. Resin composition >>
The resin composition of the present invention contains the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) and a resin component.

本発明の樹脂組成物において、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物に対して3〜45質量%が好ましい。前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の含有量が上記範囲内であることにより、組成物の流動性を保ち、相手材の表面に摩耗摩擦の安定に好適な皮膜が形成され摺動特性の向上等炭素繊維による効果が発現されることが期待される。   In the resin composition of the present invention, the content of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is not particularly limited, but is preferably 3 to 45% by mass with respect to the resin composition. When the content of the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) is within the above range, the fluidity of the composition is maintained, and a film suitable for stabilizing wear friction is formed on the surface of the counterpart material. It is expected that the effects of carbon fiber such as improvement of dynamic characteristics will be expressed.

なかでも、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)を樹脂成分の主成分とする樹脂組成物では、まず、紛体状のPTFEと前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維とを、ピッチ系炭素繊維の含有量が50質量%以下、特に3〜35質量%になるように配合することが好ましい。より好ましくは5〜12質量%である。ピッチ系炭素繊維の配合量がこれより少ないと、炭素繊維による効果が発現しにくくなり、それより多いと流動性が阻害され均質な組成物を得にくくなる。   In particular, in a resin composition having tetrafluoroethylene resin (PTFE) as a main component, first, powdery PTFE and the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) are mixed with pitch-based carbon. The fiber content is preferably 50% by mass or less, particularly preferably 3 to 35% by mass. More preferably, it is 5-12 mass%. If the blending amount of the pitch-based carbon fiber is less than this, the effect due to the carbon fiber is hardly expressed, and if it is more than that, the fluidity is inhibited and it becomes difficult to obtain a homogeneous composition.

(2)樹脂成分
樹脂成分としては、特に限定されず、合成樹脂、天然樹脂等のいずれであってもよい。樹脂成分としては、合成樹脂が好ましい。なお、樹脂成分は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(2) Resin component The resin component is not particularly limited, and may be a synthetic resin, a natural resin, or the like. As the resin component, a synthetic resin is preferable. In addition, a resin component can be used 1 type or in combination of 2 or more types.

合成樹脂としては、特に限定されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等のいずれであってもよい。   The synthetic resin is not particularly limited and may be a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like.

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。   As a thermosetting resin, a phenol resin, a furan resin, an epoxy resin etc. are mentioned, for example.

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリイミド樹脂(PI)、ポリアミドイミド樹脂(PAI)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリサルフォン樹脂(PSF)、ポリエステル樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)等)、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロピレン樹脂(PP)等)、各種ビニル系ポリマー(ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂等)、フッ素樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ポリスチレン樹脂(PS)、アクリル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリアセタール樹脂(POM)、ウレタン樹脂等が挙げられる。   Examples of thermoplastic resins include polyphenylene sulfide resin (PPS), polyimide resin (PI), polyamideimide resin (PAI), polyamide resin (PA), polyetheretherketone resin (PEEK), polysulfone resin (PSF), polyester Resin (eg, polyethylene terephthalate resin (PET), polybutylene terephthalate resin (PBT), etc.), polyolefin resin (eg, polyethylene resin (PE), polypropylene resin (PP), etc.), various vinyl polymers (polyvinyl chloride resin, Polyvinyl acetate resin, polyvinylidene chloride resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinyl acetal resin, etc.), fluorine resin, acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS), polystyrene resin (PS), acrylic resin, polyphenylene ether resin (PPE), Polycarbonate resin (PC), polyacetal resin (POM), and urethane resins.

前記フッ素樹脂としては、例えば、PTFE(四フッ化エチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PFA(パーフルオロアルコキシフッ素樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ETFE(エチレン・四フッ化エチレン共重合体)、ECTFE(エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、THV(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・ビニリデンフロライド共重合体)、PVF(ポリフッ化ビニル、ポリビニルフルオライド)等が挙げられる。   Examples of the fluororesin include PTFE (tetrafluoroethylene resin, polytetrafluoroethylene), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), and PFA. (Perfluoroalkoxy fluororesin, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), ETFE (ethylene / tetrafluoroethylene copolymer), ECTFE (ethylene / chlorotrifluoroethylene) Copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), THV (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer), PVF (polyvinyl fluoride, polyvinyl fluoride) and the like.

中でも、樹脂組成物中の樹脂成分としてPTFEを使用する場合、黒鉛結晶性(d002といった面間隔、La、Lcといった結晶子の大きさ)がある程度発達した炭素繊維を用いることが好ましい。 Among them, when using PTFE as the resin component of the resin composition, graphite crystalline (d 002 such surface spacing, La, a crystallite size such Lc) is preferably used a carbon fiber to some extent developed.

すなわち、例えばPTFEを主成分とする摺動部材では潤滑性を高めるために黒鉛粉末も添加する場合があるが、黒鉛粉末の添加は摺動部材の機械的強度を低下させる傾向にあると考えられている。そこで、黒鉛粉末に近い黒鉛結晶性を有する炭素繊維を添加することが好ましいと考えられる。一方、異方性ピッチ系炭素繊維は、非常に黒鉛結晶性が高いが、結晶子が高度に配列し高弾性、高強度である。このような炭素繊維は、相手材を傷つけ好ましくなく、相手材の表面に形成された皮膜を削り取ったりしてしまい摺動特性が悪くなってしまう。そこで、本発明に用いる等方性ピッチ系炭素繊維は側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.5である炭素繊維である。Gバンドは、黒鉛結晶性に起因するピークであるので、(ID/IG)はあまりあまり大きくなくより好ましくは1.0以下である。(ID/IG)が0.3以上としているのは、それより小さな値であると配向性が高く異方性が高くなりすぎて潤滑性能を損なうと考えられる。 That is, for example, graphite powder may be added to increase the lubricity in sliding members mainly composed of PTFE, but the addition of graphite powder is thought to tend to lower the mechanical strength of the sliding members. ing. Therefore, it is considered preferable to add carbon fibers having graphite crystallinity close to graphite powder. On the other hand, the anisotropic pitch-based carbon fiber has very high graphite crystallinity, but has high crystallinity and high elasticity and high strength. Such a carbon fiber is not preferable because it damages the counterpart material, and scrapes off the film formed on the surface of the counterpart material, resulting in poor sliding characteristics. Therefore, isotropic pitch-based carbon fiber for use in the present invention is a Raman spectrum obtained with the peak height I D of the band of the Raman spectrum of 1320~1370Cm -1 resulting from side to side of the carbon fiber 1560~1610Cm - peak 1 of the band which is the ratio of the height I G I D / I G is a carbon fiber is 0.3 to 1.5. Since the G band is a peak due to graphite crystallinity, (I D / I G ) is not so large and is preferably 1.0 or less. The reason why (I D / I G ) is 0.3 or more is considered to be that if the value is smaller than that, the orientation is high and the anisotropy becomes too high and the lubricating performance is impaired.

樹脂組成物中の樹脂成分の含有量は、合成樹脂の種類や用途によってことなるが、前記樹脂組成物全体の50質量%以上であることが好ましい。例えば、PTFE樹脂組成物においては、樹脂成分の含有量は、65〜97重量%、より好ましくは88〜95重量%である。樹脂成分の含有量が上記範囲内であることにより、組成物の流動性を保ち、良好な摺動特性等を得ることが期待できる。   The content of the resin component in the resin composition varies depending on the type and use of the synthetic resin, but is preferably 50% by mass or more based on the entire resin composition. For example, in the PTFE resin composition, the content of the resin component is 65 to 97% by weight, more preferably 88 to 95% by weight. When the content of the resin component is within the above range, it can be expected that the fluidity of the composition is maintained and good sliding characteristics and the like are obtained.

(3)その他の成分
本発明の樹脂組成物は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維及び前記(2)の樹脂成分の他に、各種添加剤を含有してもよい。添加剤としては、潤滑剤、補強材、フィラー、金属粉末等が挙げられる。
(3) Other Components The resin composition of the present invention may contain various additives in addition to the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) and the resin component (2). Examples of the additive include a lubricant, a reinforcing material, a filler, and a metal powder.

潤滑剤としては、人造黒鉛、天然黒鉛、二硫化モリブデン等が挙げられる。潤滑剤を含有する場合、その含有量は特に限定されないが、本発明の樹脂組成物のうちの1〜30質量%が好ましい。   Examples of the lubricant include artificial graphite, natural graphite, and molybdenum disulfide. When the lubricant is contained, the content is not particularly limited, but 1 to 30% by mass of the resin composition of the present invention is preferable.

補強材としては、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。補強材を含有する場合、その含有量は特に限定されないが、本発明の樹脂組成物のうちの1〜30質量%が好ましい。   Examples of the reinforcing material include glass fiber and aramid fiber. When the reinforcing material is contained, the content is not particularly limited, but 1 to 30% by mass of the resin composition of the present invention is preferable.

フィラーとしては、タルク、ガラスビーズ等が挙げられる。フィラーを含有する場合、その含有量は特に限定されないが、本発明の樹脂組成物のうちの1〜30質量%が好ましい。   Examples of the filler include talc and glass beads. When the filler is contained, the content is not particularly limited, but 1 to 30% by mass of the resin composition of the present invention is preferable.

金属粉末としては、銅粉、黄銅粉、青銅粉等が挙げられる。金属粉末を含有する場合、その含有量は特に限定されないが、本発明の樹脂組成物のうちの1〜10質量%が好ましい。   Examples of the metal powder include copper powder, brass powder and bronze powder. When the metal powder is contained, the content is not particularly limited, but 1 to 10% by mass of the resin composition of the present invention is preferable.

樹脂組成物の製造方法
本発明の樹脂組成物の製造方法は、特に限定されず、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維及び前記(2)の樹脂成分を含有すればよい。
Method for Producing Resin Composition The method for producing the resin composition of the present invention is not particularly limited as long as it contains the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) and the resin component (2).

前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維、及び前記(2)の樹脂成分(並びに、前記その他の成分を使用する場合は前記成分)を混合する方法としては、特に限定されないが使用する樹脂成分の種類に適した公知の方法を選択すればよい。例えば、PPS等の熱可塑性の樹脂では、二軸押出機を使用し、シリンダーの温度を前記(2)樹脂成分の溶融温度に設定しながら前記各成分を混練する方法が挙げられる。この場合、二軸押出機による混練後において、ペレット状の樹脂組成物が得られる。なお、前記ペレット状の樹脂組成物の形状、大きさ等については特に限定されない。   The method of mixing the pitch-based carbon fiber (1a) or (1b) and the resin component (2) (and the component when the other components are used) is not particularly limited, but is used. What is necessary is just to select the well-known method suitable for the kind of resin component. For example, for thermoplastic resins such as PPS, a method of kneading the respective components using a twin screw extruder while setting the cylinder temperature to the melting temperature of the resin component (2) can be mentioned. In this case, a pellet-shaped resin composition is obtained after kneading by a twin screw extruder. In addition, it does not specifically limit about the shape of the said pellet-shaped resin composition, a magnitude | size, etc.

また、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維、及び前記(2)の樹脂成分(並びに、前記その他の成分を使用する場合は前記成分)を混合する方法として、前記各成分をヘンシルミキサーを用いて均一に混合する方法が挙げられ、さらに前記混合された樹脂組成物を適宜、常温又はホットプレス機を用いて加圧しながら予備成形する方法も挙げられる。この場合、前記予備成形されたものを樹脂組成物として使用することもできる。なお、前記予備成形された樹脂組成物の形状、大きさ等については特に限定されない。また、常温又はホットプレス機における温度及び圧力についても特に限定されないが使用する樹脂成分の種類に適した公知の方法を選択すればよい。   In addition, as a method of mixing the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) and the resin component of (2) (and the component when the other components are used), the above components are mixed. The method of uniformly mixing using a sill mixer is mentioned, Furthermore, the method of preforming the said mixed resin composition, pressing suitably using normal temperature or a hot press machine is also mentioned. In this case, the preformed product can be used as a resin composition. The shape, size, etc. of the preformed resin composition are not particularly limited. Moreover, although it does not specifically limit about normal temperature or the temperature and pressure in a hot press machine, What is necessary is just to select the well-known method suitable for the kind of resin component to be used.

例えば、PTFEの樹脂組成物の製造においては、ヘンシルミキサーを用いて均一に混合し、常温プレス機を用いて40〜100kg/cm2程度の圧力で加圧しながら予備成形するのが好ましい。 For example, in the production of a PTFE resin composition, it is preferable to perform uniform molding using a Hensyl mixer and pre-molding while pressing at a pressure of about 40 to 100 kg / cm 2 using a room temperature press.

≪3.樹脂組成物を成形してなる成形品≫
本発明の成形品は、以下の(1a)と(2):
(1a) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維、及び
(2) 樹脂成分、
を含有する樹脂組成物を成形してなる。
≪3. Molded product formed by molding resin composition >>
The molded article of the present invention has the following (1a) and (2):
(1a) pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less using an isotropic pitch as a carbon precursor, and
(2) resin component,
A resin composition containing is molded.

また、他の態様における本発明の成形品は、以下の(1b) と(2):
(1b) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下であり、ホウ素を6〜1000massppm含有するピッチ系炭素繊維
(2) 樹脂成分、
を含有する樹脂組成物を成形してなる。
Further, the molded article of the present invention in another aspect is the following (1b) and (2):
(1b) A pitch-based carbon fiber having an average fiber diameter of 10 μm or less with an isotropic pitch as a carbon precursor and containing 6 to 1000 massppm of boron
(2) resin component,
A resin composition containing is molded.

当該特徴を有する本発明の成形品は、摺動させる際に相手材への損耗を低減することが期待される。また、当該特徴を有する本発明の成形品は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の平均繊維径が小さい(細い)ので、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の単位体積当たりの充填本数を増やすことができ、結果として摺動特性に優れ、且つコストの低減にも繋がることが期待される。   The molded product of the present invention having the characteristics is expected to reduce wear on the counterpart material when sliding. In addition, the molded product of the present invention having the characteristics described above has a small (thin) average fiber diameter of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b), so the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b) It is expected that the number of fillers per unit volume can be increased, resulting in excellent sliding characteristics and cost reduction.

また、当該特徴を有する本発明の成形品は、前記(1a)又は(1b)のピッチ系炭素繊維の抜け落ちを低減することができ、結果として生産歩留まりを向上させる(成形品によるトラブルを減少させる)ことが期待できる。   In addition, the molded product of the present invention having the above characteristics can reduce the dropping of the pitch-based carbon fiber of (1a) or (1b), and as a result, improves the production yield (reduces troubles caused by the molded product). ) Can be expected.

なお、前記(1b)のピッチ系炭素繊維は黒鉛結晶性が高いので、樹脂成分として四フッ化エチレン樹脂を主成分として得られる樹脂成形品は、特に潤滑性に優れた摺動材として使用することができる。   Since the pitch-based carbon fiber of (1b) has high graphite crystallinity, a resin molded product obtained by using a tetrafluoroethylene resin as a main component as a resin component is used as a sliding material particularly excellent in lubricity. be able to.

本発明の成形品(成形体又は成形物ともいう)は、具体的には、前記項目2で記載された樹脂組成物に対して、加熱、常温又はホットプレス、射出成形、押出成型等を行うことにより得られる。   Specifically, the molded product (also referred to as a molded product or a molded product) of the present invention is subjected to heating, room temperature or hot pressing, injection molding, extrusion molding, or the like for the resin composition described in the above item 2. Can be obtained.

本発明の成形品としては、自動車、家庭電化製品、各種産業機器等の摺動材、Oリング、ジョイントシール、軸受、ベアリングリテーナー、チューブ、ホース、ロッド、シート等が挙げられる。   Examples of the molded article of the present invention include sliding materials for automobiles, home appliances, various industrial equipment, O-rings, joint seals, bearings, bearing retainers, tubes, hoses, rods, sheets, and the like.

以下に実施例、比較例、製造例、比較製造例等を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例(又は製造例)の態様に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, Comparative Examples, Production Examples, Comparative Production Examples and the like. However, the present invention is not limited to the embodiment (or production example).

実施例A
以下に、実施例1〜5の等方性ピッチ系炭素繊維マット(マット繊維)からなる添加剤の実施例(実施例A)を記載する。まず、石炭系の等方性ピッチ(炭素前駆体)を出発原料とし、渦流法によって前記等方性ピッチに対して紡糸(紡糸処理)を行う。次いで、前記処理で得られたピッチ繊維に対して、空気(大気)雰囲気下で不融化処理を行う。次に、前記処理で得られた不融化繊維(不融化ピッチ繊維)に対して、不活性ガス雰囲気下で900〜1000℃の熱処理を行い、炭素化処理を行う。なお、前記紡糸処理、不融化処理、及び炭素化処理は、連続的に行われる。
Example A
Below, the Example (Example A) of the additive which consists of an isotropic pitch-type carbon fiber mat (mat fiber) of Examples 1-5 is described. First, a coal-based isotropic pitch (carbon precursor) is used as a starting material, and the isotropic pitch is spun (spun) by a vortex method. Next, an infusibilization treatment is performed on the pitch fiber obtained by the treatment in an air (atmosphere) atmosphere. Next, the infusible fiber (infusible pitch fiber) obtained by the above-described treatment is subjected to a heat treatment at 900 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere to perform a carbonization treatment. The spinning treatment, infusibilization treatment, and carbonization treatment are performed continuously.

以上により、実施例1及び2の原料である等方性ピッチ系炭素繊維マットが得られる。この手法は、強化プラスチックス(1998年)Vol. 34, No. 3, p.89-93でも示されている。   As a result, the isotropic pitch-based carbon fiber mat that is the raw material of Examples 1 and 2 is obtained. This technique is also shown in Reinforced Plastics (1998) Vol. 34, No. 3, p.89-93.

実施例1(マット繊維)
等方性ピッチ系炭素繊維マット(前駆体繊維、商品名:S-210(DONACARBO(登録商標)カタログに記載)、大阪ガスケミカル(株)製、平均繊維径13μm)を黒鉛製の容器5個(内径150mm、内側の高さ160mmの円筒)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。なお、黒鉛製の容器1個当たりに入れた等方性ピッチ系炭素繊維マットの重量は82gであった。それら5個の黒鉛容器を抵抗加熱炉に入れ、温度及び時間を2000℃且つ2時間として熱処理を行った。また、前記抵抗炉内にはアルゴンガスを流した。2000℃で熱処理後のマットのうち306gを黒鉛製の容器(内径240mm、内側の高さ310mmの円筒)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。次に、上記炭素繊維マットが入った上記容器をアチソン炉に入れて、約2900℃(2800〜3000℃)に熱した(熱処理)。この熱処理により、実施例1のピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Example 1 (mat fiber)
Isotropic pitch-based carbon fiber mat (precursor fiber, trade name: S-210 (described in the DONACARBO (registered trademark) catalog), Osaka Gas Chemical Co., Ltd., average fiber diameter 13 μm) 5 graphite containers (A cylinder with an inner diameter of 150 mm and an inner height of 160 mm), and a graphite lid was placed on the container. The weight of the isotropic pitch-based carbon fiber mat put in one graphite container was 82 g. These five graphite containers were placed in a resistance heating furnace and heat-treated at a temperature and time of 2000 ° C. for 2 hours. Argon gas was allowed to flow into the resistance furnace. Of the mat after heat treatment at 2000 ° C., 306 g was placed in a graphite container (a cylinder with an inner diameter of 240 mm and an inner height of 310 mm), and a graphite lid was placed on the container. Next, the container containing the carbon fiber mat was placed in an Atchison furnace and heated to about 2900 ° C. (2800 to 3000 ° C.) (heat treatment). By this heat treatment, an additive (particularly an additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber (isotropic pitch-based carbon fiber) of Example 1 was obtained.

上記熱処理は、少なくとも5時間以上は2800〜3000℃の温度雰囲気となっている。上記熱処理中、黒鉛製の容器中は上記炭素繊維マットから発生するガス(自己発生ガス)雰囲気となった。つまり、上記熱処理は、自己発生ガス雰囲気下で行った。   The heat treatment has a temperature atmosphere of 2800 to 3000 ° C. for at least 5 hours. During the heat treatment, the atmosphere made of the carbon fiber mat (self-generated gas) was generated in the graphite container. That is, the heat treatment was performed in a self-generated gas atmosphere.

なお、前記熱処理により得られた実施例1のピッチ系炭素繊維(マット繊維)を粉砕することにより、チョップ繊維やミルド繊維を得ることができる。   Chop fibers and milled fibers can be obtained by pulverizing the pitch-based carbon fibers (mat fibers) of Example 1 obtained by the heat treatment.

実施例2(マット繊維)
等方性ピッチ系炭素繊維マット(前駆体繊維、商品名:S-210(DONACARBO(登録商標)カタログに記載)、大阪ガスケミカル(株)製、平均繊維径13μm)125gを黒鉛製の容器(内径160mm、内側の高さ230mmの円筒であり、内容積4622cm3)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。この黒鉛容器のまわりを1mass%(10000massppm)程度ホウ素でドープされた黒鉛粉末で囲った。ホウ素は高温では拡散しやすいので、後述の熱処理により、等方性ピッチ系炭素繊維マットが入った黒鉛容器の開気孔や隙間等から、炭素繊維中にホウ素が侵入される。次に、上記炭素繊維マットが入った上記容器をアチソン炉に入れて、約2900℃(2800〜3000℃)に熱した(熱処理)。この熱処理により、実施例2のピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Example 2 (matte fiber)
Isotropic pitch-based carbon fiber mat (precursor fiber, trade name: S-210 (described in the DONACARBO (registered trademark) catalog), Osaka Gas Chemical Co., Ltd., average fiber diameter 13 μm) 125 g of graphite container ( It was a cylinder with an inner diameter of 160 mm and an inner height of 230 mm, and was placed in an internal volume of 4622 cm 3 ), and the above-mentioned container was covered with graphite. The graphite container was surrounded by graphite powder doped with about 1 mass% (10000 massppm) boron. Since boron easily diffuses at a high temperature, boron penetrates into the carbon fiber from the open pores and gaps of the graphite container containing the isotropic pitch-based carbon fiber mat by the heat treatment described later. Next, the container containing the carbon fiber mat was placed in an Atchison furnace and heated to about 2900 ° C. (2800 to 3000 ° C.) (heat treatment). By this heat treatment, an additive (particularly an additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber (isotropic pitch-based carbon fiber) of Example 2 was obtained.

上記熱処理は、少なくとも5時間以上は2800〜3000℃の温度雰囲気となっている。上記熱処理中、黒鉛製の容器中は上記炭素繊維マットから発生するガス(自己発生ガス)雰囲気となった。つまり、上記熱処理は、自己発生ガス雰囲気下で行った。   The heat treatment has a temperature atmosphere of 2800 to 3000 ° C. for at least 5 hours. During the heat treatment, the atmosphere made of the carbon fiber mat (self-generated gas) was generated in the graphite container. That is, the heat treatment was performed in a self-generated gas atmosphere.

なお、前記熱処理により得られた実施例2のピッチ系炭素繊維(マット繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を粉砕することにより、チョップ繊維やミルド繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得ることができる。   In addition, the additive (especially for resin) made of chopped fiber or milled fiber is obtained by pulverizing the additive (particularly additive for resin) made of pitch-based carbon fiber (mat fiber) of Example 2 obtained by the heat treatment. Additive).

実施例3(ミルド繊維)
等方性ピッチ系炭素繊維マット(商品名:S-210(DONACARBO(登録商標)カタログに記載)、大阪ガスケミカル(株)製、平均繊維径13μm)を用意した。次に、上記炭素繊維マットを粉砕機で粉砕することにより、ミルド炭素繊維(前駆体繊維、平均繊維長:約0.11mm(約110μm))を得た(以下、ミルド繊維ともいう)。上記ミルド繊維302gを黒鉛製の容器(内径50mm、内側の高さ90mmの円筒であり、内容積177cm3)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。この黒鉛容器のまわりを1mass%(10000massppm)程度ホウ素でドープされた黒鉛粉末で囲った。ホウ素は高温では拡散しやすいので、後述の熱処理により、等方性ピッチ系炭素繊維マットが入った黒鉛容器の開気孔や隙間等から、炭素繊維中にホウ素が侵入される。次に、上記ミルド繊維が入った上記容器をアチソン炉に入れて、約2900℃(2800〜3000℃)に熱した(熱処理)。この熱処理により、実施例3のピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Example 3 (milled fiber)
An isotropic pitch-based carbon fiber mat (trade name: S-210 (described in the DONACARBO (registered trademark) catalog), Osaka Gas Chemical Co., Ltd., average fiber diameter: 13 μm) was prepared. Next, the carbon fiber mat was pulverized with a pulverizer to obtain milled carbon fibers (precursor fibers, average fiber length: about 0.11 mm (about 110 μm)) (hereinafter also referred to as milled fibers). 302 g of the milled fiber was placed in a graphite container (inner diameter: 50 mm, inner height: 90 mm cylinder, inner volume: 177 cm 3 ), and the container was covered with a graphite lid. The graphite container was surrounded by graphite powder doped with about 1 mass% (10000 massppm) boron. Since boron easily diffuses at a high temperature, boron penetrates into the carbon fiber from the open pores and gaps of the graphite container containing the isotropic pitch-based carbon fiber mat by the heat treatment described later. Next, the vessel containing the milled fiber was placed in an Atchison furnace and heated to about 2900 ° C. (2800 to 3000 ° C.) (heat treatment). By this heat treatment, an additive (particularly an additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber (isotropic pitch-based carbon fiber) of Example 3 was obtained.

上記熱処理は、少なくとも5時間以上は2800〜3000℃の温度雰囲気となっている。上記熱処理中、黒鉛製の容器中は上記炭素繊維マットから発生するガス(自己発生ガス)雰囲気となった。つまり、上記熱処理は、自己発生ガス雰囲気下で行った。   The heat treatment has a temperature atmosphere of 2800 to 3000 ° C. for at least 5 hours. During the heat treatment, the atmosphere made of the carbon fiber mat (self-generated gas) was generated in the graphite container. That is, the heat treatment was performed in a self-generated gas atmosphere.

実施例4(ミルド繊維)
実施例3において、上記ミルド繊維を上記黒鉛製の容器に入れ、この黒鉛製の容器を、より大きな別の黒鉛製の容器(内径160mm、内側の高さ140mmの円筒)に入れ、二つの容器の隙間を黒鉛粉末で充填したこと以外は同様に処理を行った。これにより、実施例3と比較して、ピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量を低減したピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Example 4 (milled fiber)
In Example 3, the milled fiber was placed in the graphite container, and the graphite container was placed in another larger graphite container (inner diameter 160 mm, inner height 140 mm cylinder). The same treatment was performed except that the gap was filled with graphite powder. Thereby, compared with Example 3, the additive (especially additive for resin) which consists of pitch-type carbon fiber (isotropic pitch-type carbon fiber) which reduced the boron dope amount of pitch-type carbon fiber was obtained.

実施例5(ミルド繊維)
実施例4において、上記ミルド繊維を上記黒鉛製の容器に入れ、この黒鉛製の容器を、より大きな別の黒鉛製の容器(内径160mm、内側の高さ140mmの円筒)に入れ、二つの容器の隙間を黒鉛粉末で充填し、さらに、これら二つの容器を、さらに大きな別の黒鉛製の容器(内径240mm、内側の高さ245mmの円筒)に入れ、容器間の隙間を黒鉛粉末で充填したこと以外は同様に処理を行った。これにより、実施例3及び4と比較して、ピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量を低減したピッチ系炭素繊維(等方性ピッチ系炭素繊維)からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Example 5 (milled fiber)
In Example 4, the milled fiber was placed in the graphite container, and the graphite container was placed in another larger graphite container (inner diameter: 160 mm, inner height: 140 mm cylinder). Were filled with graphite powder, and these two containers were placed in another larger graphite container (a cylinder with an inner diameter of 240 mm and an inner height of 245 mm), and the gap between the containers was filled with graphite powder. The process was performed in the same manner except that. Thereby, compared with Example 3 and 4, the additive (especially additive for resin) which consists of pitch type carbon fiber (isotropic pitch type carbon fiber) which reduced the boron dope amount of pitch type carbon fiber is obtained. It was.

比較例1(マット繊維)
等方性ピッチ系炭素繊維マット(前駆体繊維、商品名:S-210(DONACARBO(登録商標)カタログに記載)、大阪ガスケミカル(株)製、平均繊維径13μm)82gを黒鉛製の容器(内径150mm、内側の高さ160mmの円筒)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。その黒鉛容器を抵抗加熱炉に入れ、温度及び時間を2400℃且つ2時間として熱処理を行った。また、前記抵抗炉内にはアルゴンガスを流した。これにより、比較例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Comparative Example 1 (mat fiber)
Isotropic pitch-based carbon fiber mat (precursor fiber, trade name: S-210 (described in the DONACARBO (registered trademark) catalog), Osaka Gas Chemical Co., Ltd., average fiber diameter 13 μm) 82 g is graphite container ( The cylinder was covered with a graphite lid with an inner diameter of 150 mm and an inner height of 160 mm. The graphite container was placed in a resistance heating furnace, and heat treatment was performed at a temperature and time of 2400 ° C. for 2 hours. Argon gas was allowed to flow into the resistance furnace. Thereby, the additive (especially additive for resin) which consists of the pitch-type carbon fiber of the comparative example 1 was obtained.

比較例2(ミルド繊維)
等方性ピッチ系炭素繊維マット(商品名:S-210(DONACARBO(登録商標)カタログに記載)、大阪ガスケミカル(株)製、平均繊維径13μm)を用意した。次に、上記炭素繊維マットを粉砕機で粉砕することにより、ミルド炭素繊維(前駆体繊維、平均繊維長:約0.11mm(約110μm))を得た(以下、ミルド繊維ともいう)。上記ミルド繊維302gを黒鉛製の容器(内径50mm、内側の高さ90mmの円筒)に入れ、上記容器に対して黒鉛製の蓋をした。その黒鉛容器を抵抗加熱炉に入れ、温度及び時間を2400℃且つ2時間として熱処理を行った。また、前記抵抗炉内にはアルゴンガスを流した。これにより、比較例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を得た。
Comparative Example 2 (milled fiber)
An isotropic pitch-based carbon fiber mat (trade name: S-210 (described in the DONACARBO (registered trademark) catalog), Osaka Gas Chemical Co., Ltd., average fiber diameter: 13 μm) was prepared. Next, the carbon fiber mat was pulverized with a pulverizer to obtain milled carbon fibers (precursor fibers, average fiber length: about 0.11 mm (about 110 μm)) (hereinafter also referred to as milled fibers). 302 g of the milled fiber was placed in a graphite container (inner diameter 50 mm, inner height 90 mm cylinder), and the container was covered with a graphite lid. The graphite container was placed in a resistance heating furnace, and heat treatment was performed at a temperature and time of 2400 ° C. for 2 hours. Argon gas was allowed to flow into the resistance furnace. This obtained the additive (especially resin additive) which consists of the pitch-type carbon fiber of the comparative example 2. FIG.

比較例3(異方性ピッチ系炭素繊維)
単に異方性ピッチ系炭素繊維(平均繊維径:11μm、平均繊維長:0.20mm)を用意した。
Comparative Example 3 (anisotropic pitch-based carbon fiber)
Simply, anisotropic pitch-based carbon fibers (average fiber diameter: 11 μm, average fiber length: 0.20 mm) were prepared.

<分析1:平均繊維径の測定>
実施例及び比較例で得られた各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の平均繊維径を測定した。具体的には、以下の(i)〜(iii)の工程を行うことにより測定した。
(i)実施例及び比較例で得られた各ピッチ系炭素繊維を、Hirox製拡大鏡及び画像解析装置を用いて、1000倍に拡大した。
(ii)次いで、各ピッチ系炭素繊維をそれぞれ任意に10点選び出し、上記10点の繊維径を測定した。
(iii)最後に、上記(ii)で得られた10点の繊維径の平均値を算出することにより、各ピッチ系炭素繊維の平均繊維径として決定した。
測定された各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の平均繊維径は、以下の通り:
・実施例1のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:5.9μm
・実施例2のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:8.7μm
・実施例3のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:8.7μm
・実施例4のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:7.2μm
・実施例5のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:8.5μm
・比較例1のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:13.4μm
・比較例2のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:13.2μm
・比較例3のピッチ系炭素繊維の平均繊維径:11μm
・実施例1のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真:図1
・実施例3のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真:図2
・比較例2のピッチ系炭素繊維の拡大鏡写真:図3
である。
<Analysis 1: Measurement of average fiber diameter>
The average fiber diameter of the additive (especially additive for resin) which consists of each pitch-type carbon fiber obtained by the Example and the comparative example was measured. Specifically, the measurement was performed by performing the following steps (i) to (iii).
(i) Each pitch-based carbon fiber obtained in Examples and Comparative Examples was magnified 1000 times using a Hirox magnifier and an image analyzer.
(ii) Next, 10 points of each pitch-based carbon fiber were arbitrarily selected, and the fiber diameters of the 10 points were measured.
(iii) Finally, by calculating the average value of the 10 fiber diameters obtained in (ii) above, the average fiber diameter of each pitch-based carbon fiber was determined.
The average fiber diameter of the additive (especially resin additive) consisting of each pitch-based carbon fiber measured is as follows:
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Example 1: 5.9 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Example 2: 8.7 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Example 3: 8.7 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Example 4: 7.2 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Example 5: 8.5 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 1: 13.4 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2: 13.2 μm
-Average fiber diameter of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 3: 11 μm
Magnifying glass photograph of pitch-based carbon fiber of Example 1: FIG.
Magnifying glass photograph of pitch-based carbon fiber of Example 3: FIG.
Magnifying mirror photo of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2: FIG.
It is.

<分析2:ホウ素ドープ量の測定>
実施例及び比較例で得られた各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のホウ素ドープ量を測定した。具体的には、実施例及び比較例で得られた炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)にドープされたホウ素の定量分析は、50程度のサンプルを灰化後、灰分を酸溶解し、ICP−AES(発光法)により行った。
<Analysis 2: Measurement of boron doping amount>
The boron dope amount of an additive (particularly an additive for resin) made of each pitch-based carbon fiber obtained in Examples and Comparative Examples was measured. Specifically, the quantitative analysis of boron doped in the carbon fiber additive (especially resin additive) obtained in the examples and comparative examples is carried out by ashing about 50 samples and then dissolving the ash with acid. And ICP-AES (luminescence method).

測定された各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のホウ素ドープ量は、以下の通り:
・実施例1のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:なし
・実施例2のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:300massppm
・実施例3のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:300massppm
・実施例4のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:40massppm
・実施例5のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:6massppm
・比較例1のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:なし
・比較例2のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:なし
・比較例3のピッチ系炭素繊維のホウ素ドープ量:なし
であった。
The boron doping amount of the additive (particularly resin additive) made of each pitch-based carbon fiber was measured as follows:
-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Example 1: None- Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Example 2: 300 massppm
-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Example 3: 300 massppm
-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Example 4: 40 massppm
-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Example 5: 6 massppm
-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 1: None-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2: None-Boron doping amount of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 3: None

<分析3:X線回折測定>
実施例1、実施例3及び比較例2の各ピッチ系炭素繊維に対してX線回折測定を行うことにより、上記各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のX線回折図形を得た(図4)。上記X線回折図形は、Siを標準物質とし、学振法(日本学術振興会第117委員会によってラウンドロビンテストを経て制定された、X線回折装置を用いて炭素材料の格子定数と結晶サイズの測定を行う場合の一般的事項について規定した手法)に準拠して得た。図4の中央の図形(図4(a))が実施例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のX線回折図形であり、図4の上側の図形(図4(b))が実施例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のX線回折図形であり、図4の下側の図形(図4(c))が比較例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のX線回折図形である。次いで、実施例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の格子定数、及び結晶サイズ(結晶子サイズ又は結晶子の大きさともいう)等を、Carbon Analyzer Version 4.10Dを用いて解析した。なお、この手法は、例えば、藤本宏之 炭素No.206(2003)p1-6でも示されている。
<Analysis 3: X-ray diffraction measurement>
By performing X-ray diffraction measurement on each pitch-based carbon fiber of Example 1, Example 3 and Comparative Example 2, X-ray diffraction of an additive (particularly an additive for resin) composed of each of the pitch-based carbon fibers. A figure was obtained (Figure 4). The above X-ray diffraction pattern uses Si as the standard substance, and the lattice constant and crystal size of carbon materials using the X-ray diffractometer established by the Japan Science and Technology Act (Japan Society for the Promotion of Science 117th round round robin test) This method was obtained in accordance with a method prescribed for general matters in the case of measurement. The central figure in FIG. 4 (FIG. 4A) is an X-ray diffraction pattern of an additive (particularly an additive for resin) made of pitch-based carbon fiber of Example 1, and the upper figure in FIG. 4 (FIG. 4). (b)) is an X-ray diffraction pattern of an additive (particularly an additive for resin) made of pitch-based carbon fiber of Example 3, and the lower figure of FIG. 4 (FIG. 4 (c)) is Comparative Example 2. 2 is an X-ray diffraction pattern of an additive (particularly an additive for resin) made of a pitch-based carbon fiber. Next, the lattice constant and crystal size (also referred to as crystallite size or crystallite size) of an additive (particularly an additive for resin) made of pitch-based carbon fiber of Example 2 were measured using Carbon Analyzer Version 4.10D. And analyzed. This technique is also shown in, for example, Hiroyuki Fujimoto, Carbon No. 206 (2003) p1-6.

図4(b)の図形から示されるように、実施例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、002回折線のピークが明確に認められた。また、図4(c)の下側の図形から示されるように、比較例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、002回折線のピークが明確に認められず、ブロードな回折線しか認められなかった。   As shown in the figure of FIG. 4 (b), the 002 diffraction line peak was clearly recognized in the additive (particularly the additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber of Example 3. Further, as shown in the lower figure of FIG. 4 (c), the additive made of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2 (particularly, the additive for resin) does not clearly show the peak of the 002 diffraction line. Only broad diffraction lines were observed.

実施例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の解析結果を以下に示す。   The analysis results of the additive (particularly resin additive) made of the pitch-based carbon fiber of Example 1 are shown below.

実施例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)における004回折線から得られるd002(002面の面間隔)は、0.3386nm(=3.386Å)であった。002回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは14nmであり、004回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは、10nm以下であった。a軸方向の結晶子サイズLaは10nm以下であった。 The d 002 (plane spacing of the 002 plane) obtained from the 004 diffraction line in the additive (particularly an additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber of Example 1 was 0.3386 nm (= 3.386 mm). The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 002 diffraction line was 14 nm, and the crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 004 diffraction line was 10 nm or less. The crystallite size La in the a-axis direction was 10 nm or less.

比較例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)における004回折線から得られるd002は、0.3424nm(=3.424Å)であった。002回折線及び004回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは、いずれも10nm以下と見積もられた。また、a軸方向の結晶子サイズLaも10nm以下と見積もられた。 D 002 obtained from the 004 diffraction line in the additive (particularly an additive for resin) made of the pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2 was 0.3424 nm (= 3.424 mm). The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 002 diffraction line and the 004 diffraction line was both estimated to be 10 nm or less. The crystallite size La in the a-axis direction was also estimated to be 10 nm or less.

実施例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、2800〜3000℃の高温で熱処理されているので面間隔は小さくなっており黒鉛結晶構造が発達し、結晶性は高くなっていることが認められた。しかし、結晶子はあまり発達していないことが認められた。   The additive (especially an additive for resin) made of pitch-based carbon fiber of Example 1 is heat-treated at a high temperature of 2800 to 3000 ° C., so the interplanar spacing is small, the graphite crystal structure is developed, and the crystallinity is It was recognized that it was high. However, it was observed that the crystallites were not well developed.

また、実施例4〜5も同様にX線回折測定を行った。実施例3〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の解析結果を以下に示す。   Moreover, the X-ray-diffraction measurement was similarly performed in Examples 4-5. The analysis results of additives (particularly additives for resins) made of pitch-based carbon fibers of Examples 3 to 5 are shown below.

004回折線から得られるd002(002面の面間隔)は、実施例3:0.3355nm(=3.355Å)、実施例4及び5:0.3356nm(=3.356Å)であった。 D 002 (plane spacing of the 002 plane) obtained from the 004 diffraction line was Example 3: 0.3355 nm (= 3.355 mm), and Examples 4 and 5: 0.3356 nm (= 3.356 mm).

002回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは、実施例3:69nm、実施例4:100nm以上、実施例5:92nmであった。   The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 002 diffraction line was Example 3: 69 nm, Example 4: 100 nm or more, and Example 5: 92 nm.

004回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは、実施例3〜5いずれも100nm以上であった。   The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 004 diffraction line was 100 nm or more in all of Examples 3 to 5.

a軸方向の結晶子サイズLaは、実施例3〜5いずれも100nm以上であった。   The crystallite size La in the a-axis direction was 100 nm or more in all of Examples 3 to 5.

112回折線から得られるL112は実施例3:15nm、実施例4:22nm、実施例5:11nmであった。この値は、3次元的な規則性を示す。 L 112 obtained from 112 diffraction lines was Example 3: 15 nm, Example 4: 22 nm, and Example 5: 11 nm. This value indicates a three-dimensional regularity.

実施例3〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の解析結果から、実施例3〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、黒鉛結晶構造が発達していることがわかった。特に、d002の値(0.3355及び0.3356nm)は、黒鉛の単結晶におけるd002の値(0.3354nm)と近い値であった。また、結晶子が発達していることが認められた。 From the analysis results of the additive (particularly resin additive) comprising the pitch-based carbon fibers of Examples 3 to 5, the additive (particularly resin additive) comprising the pitch-based carbon fibers of Examples 3 to 5 is graphite. It was found that the crystal structure was developed. In particular, the value of d 002 (.3355 and 0.3356 nm) was close to the value (0.3354 nm) of d 002 in the single crystal of graphite. It was also observed that crystallites were developed.

比較例2のピッチ系炭素繊維の解析結果を以下に示す。   The analysis results of the pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2 are shown below.

004回折線から得られるd002は、0.3424nm(=3.424Å)であった。002回折線及び004回折線から得られるc軸方向の結晶子サイズLcは、いずれも10nm以下と見積もられた。また、a軸方向の結晶子サイズLaも10nm以下と見積もられた。黒鉛結晶構造が発達していないと認められる。 D 002 obtained from the 004 diffraction line was 0.3424 nm (= 3.424 mm). The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained from the 002 diffraction line and the 004 diffraction line was both estimated to be 10 nm or less. The crystallite size La in the a-axis direction was also estimated to be 10 nm or less. It is recognized that the graphite crystal structure is not developed.

<分析4:ラマンスペクトルにおけるI D /I G の測定>
実施例1(繊維の側面)、実施例3並びに比較例2及び3の各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)に対して、ラマン分光測定を行い、ラマンスペクトル(ラマン散乱スペクトル)を得た(図5)。ラマン分光測定は、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製のラマン分光装置(Raman DXR microscope)を使用した。条件は、レーザー光の出力:2mW、レーザー光の波長:532nmであった。また、25μmスリットのアパーチャーでレーザー光を絞り、対物レンズは50倍のものを使用して測定した。ラマンスペクトルから、Dバンドと呼ばれる1360cm-1付近(1320〜1370cm-1)のバンドのピーク高さIDと、Gバンドと呼ばれる1580cm-1付近(1560〜1610cm-1)のバンドのピーク高さIGとの比(即ち、ID/IG)を求めた。なお、上記ID/IGについては、(i)前記炭素繊維の側面からのID/IG、を求めた。
<Analysis 4: Measurement of I D / I G in Raman spectrum >
Example 1 (fiber side face), Example 3 and Comparative Examples 2 and 3, each additive comprising the pitch-based carbon fiber (especially an additive for resin) is subjected to Raman spectroscopic measurement, and Raman spectrum (Raman scattering). Spectrum) was obtained (FIG. 5). For Raman spectroscopic measurement, a Raman spectrometer (Raman DXR microscope) manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. was used. The conditions were laser light output: 2 mW and laser light wavelength: 532 nm. Further, the laser beam was narrowed down with an aperture of 25 μm slit, and measurement was performed using an objective lens having a magnification of 50 times. Raman spectra, band peak height of around 1360 cm -1 called the D band and the peak height I D band (1320~1370cm -1), 1580cm -1 around (1560~1610cm -1) called G band The ratio to I G (ie, I D / I G ) was determined. As for the above I D / I G , (i) I D / I G from the side surface of the carbon fiber was determined.

ここで、IGは、完全な黒鉛構造と関連づけられる比較的シャープなGバンドの強度であり、IDは上記構造の乱れの増加と対応しているブロードなDバンドの強度である。即ち、ID/IGは、黒鉛結晶のエッジや結晶粒界の比率を表す値であり、上記ID/IG値が大きいほどエッジが多く、また黒鉛構造に乱れが生じているといえる。実施例1〜5、及び比較例1〜3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)における各ID/IG値は、以下の通り:
・実施例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.45
・実施例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.53
・実施例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.40
・実施例4のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.42
・実施例5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.43
・比較例1のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:1.15
・比較例2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:1.15
・比較例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値:0.11
・(参考)天然黒鉛(鱗片状黒鉛のベーサル面側)のID/IG:0.1以下
である。
Here, I G is the intensity of the relatively sharp G band associated with the complete graphite structure, and I D is the intensity of the broad D band corresponding to the increased disturbance of the structure. In other words, I D / I G is a value that represents the ratio of the edges and grain boundaries of the graphite crystal, and the larger the I D / I G value, the more edges, and the graphite structure is disturbed. . Each ID / IG value in the additive (especially additive for resin) which consists of the pitch-type carbon fiber of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 is as follows:
-I D / I G value of the additive (particularly resin additive) comprising the pitch-based carbon fiber of Example 1: 0.45
-I D / I G value of additive (especially resin additive) comprising the pitch-based carbon fiber of Example 2: 0.53
I D / I G value, a third embodiment of the pitch-based additives consisting of carbon fiber (particularly a resin additive) 0.40
-I D / I G value of additive (especially resin additive) comprising the pitch-based carbon fiber of Example 4: 0.42
-I D / I G value of additive (especially resin additive) comprising the pitch-based carbon fiber of Example 5: 0.43
-I D / I G value of an additive (particularly an additive for resin) comprising the pitch-based carbon fiber of Comparative Example 1: 1.15
-I D / I G value of an additive (particularly an additive for resin) comprising the pitch-based carbon fiber of Comparative Example 2: 1.15
I D / I G value of Comparative Example 3 of the pitch-based additive consisting of carbon fiber (particularly a resin additive): 0.11
-(Reference) I D / I G of natural graphite (basal surface side of scaly graphite): 0.1 or less.

実施例1〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、比較例1〜2のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)よりも、結晶表面のエッジや欠陥が少ない。よって、実施例1〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、より黒鉛構造が発達していることがこの分析3でもわかった。しかしながら、実施例1〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)のID/IG値は0.40〜0.53であり、天然黒鉛と比較すると大きな値を示している。つまり、結晶子サイズLa及びLcが大きな値を示している割には、エッジや結晶欠陥が多いと考えられる。以上を纏めると、実施例1〜5のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、以下の(a)及び(b):
(a)黒鉛の三次元規則性と、
(b)光学的等方性(即ち、分子又は分子の集団が無秩序に配向する性質)と、
を併せ持つといえる。
The additive (especially additive for resin) which consists of the pitch-type carbon fiber of Examples 1-5 is a crystal surface more than the additive (especially additive for resin) which consists of the pitch-type carbon fiber of Comparative Examples 1-2. There are few edges and defects. Therefore, it was also found in Analysis 3 that the additives (particularly additives for resin) composed of the pitch-based carbon fibers of Examples 1 to 5 have a more developed graphite structure. However, the I D / I G values of the additives (particularly additives for resins) made of the pitch-based carbon fibers of Examples 1 to 5 are 0.40 to 0.53, which is a large value compared to natural graphite. That is, it can be considered that there are many edges and crystal defects for the crystallite sizes La and Lc showing large values. In summary, the additives (particularly additives for resin) made of the pitch-based carbon fibers of Examples 1 to 5 are the following (a) and (b):
(a) three-dimensional regularity of graphite;
(b) optical isotropy (i.e., the property that molecules or groups of molecules are randomly oriented);
It can be said that it has both.

また、比較例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、黒鉛結晶性が高く炭素繊維側面から得られたID/IG値は(0.11)と低い値であった。また、比較例3のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)は、結晶子が高度に配向していることを特徴としている。 Further, the additive (particularly an additive for resin) made of pitch-based carbon fiber of Comparative Example 3 has high graphite crystallinity, and the I D / I G value obtained from the side surface of the carbon fiber is as low as (0.11). It was. Moreover, the additive (especially additive for resin) which consists of the pitch-type carbon fiber of the comparative example 3 is characterized by the crystallite being highly oriented.

<分析5:見かけ密度測定>
実施例1〜2及び比較例1の各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)に対して、見かけ密度測定を行った。具体的には、気体置換法によって上記各ピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)の見かけ密度を測定した。測定装置は、マイクロメリティックス社製の乾式自動密度計アキュピック1330-03を使用した。測定に使用したガスはヘリウムガスとし、温度は25℃であった。
<Analysis 5: Apparent density measurement>
Apparent density measurement was performed on the additives (particularly additives for resin) made of the pitch-based carbon fibers of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Specifically, the apparent density of the additive (especially an additive for resin) made of each pitch-based carbon fiber was measured by a gas substitution method. As a measuring apparatus, a dry automatic densimeter Accupic 1330-03 manufactured by Micromeritics was used. The gas used for the measurement was helium gas, and the temperature was 25 ° C.

見かけ密度は、試料の質量を、試料の外形容積から開気孔(細孔)を除いた容積で割った値である。この場合、開気孔(細孔)は、ヘリウムガスが浸透する気孔(細孔)と考えられる。測定結果を以下:
・実施例1のピッチ系炭素繊維の見かけ密度:1.55g/cm3
・実施例2のピッチ系炭素繊維の見かけ密度:1.71g/cm3
・比較例1のピッチ系炭素繊維の見かけ密度:1.62g/cm3
に示す。
The apparent density is a value obtained by dividing the mass of the sample by the volume obtained by removing the open pores (pores) from the external volume of the sample. In this case, the open pores (pores) are considered to be pores (pores) through which helium gas penetrates. The measurement results are as follows:
-Apparent density of the pitch-based carbon fiber of Example 1: 1.55 g / cm 3
-Apparent density of the pitch-based carbon fiber of Example 2: 1.71 g / cm 3
-Apparent density of the pitch-based carbon fiber of Comparative Example 1: 1.62 g / cm 3
Shown in

<分析6:PTFE成形体の摺動特性の考察>
PTFE成形体の摺動特性を以下のように考察する。
<Analysis 6: Consideration of sliding characteristics of PTFE molded article>
The sliding characteristics of the PTFE molded body will be considered as follows.

四フッ化エチレン樹脂(ダイキン工業株式会社製 ポリフロン)9質量%と、比較例3の異方性ピッチ系炭素繊維のミルド繊維10質量%とを用意した。   9% by mass of a tetrafluoroethylene resin (polyflon produced by Daikin Industries, Ltd.) and 10% by mass of milled fiber of anisotropic pitch-based carbon fiber of Comparative Example 3 were prepared.

次に、前記四フッ化エチレン樹脂及び前記ミルド繊維をヘンシルミキサーで混合した(回転数1200rpm、2分間)。これにより樹脂組成物を得た。   Next, the tetrafluoroethylene resin and the milled fiber were mixed with a Hensyl mixer (rotation speed 1200 rpm, 2 minutes). This obtained the resin composition.

次いで、この樹脂組成物を常温でプレスにより予備成形することにより、縦125mm×横125mm×厚み3mmの平板を得た。この平板を、更に350℃程度の温度で加熱し、成形品を得た。成形品の密度は、2.2g/cm3であった。 Next, this resin composition was preformed by pressing at room temperature to obtain a flat plate having a length of 125 mm × width of 125 mm × thickness of 3 mm. This flat plate was further heated at a temperature of about 350 ° C. to obtain a molded product. The density of the molded product was 2.2 g / cm 3 .

この成形品を、それぞれ、縦30mm×横30mm×厚み3mmに切出すことで摺動試験用試験片を得た。次いで、この試験片に対して、(株)エー・アンド・デイ製摩擦摩耗試験機MODEL EMF-III-Fを用いてJIS K7218A法に準拠して摺動試験を行った。具体的には、限界PV値を測定した。摩耗量が急激に大きくなった時点を限界PV値とした。   Each of the molded products was cut into a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 3 mm to obtain a sliding test specimen. Next, a sliding test was performed on the test piece in accordance with the JIS K7218A method using a friction wear tester MODEL EMF-III-F manufactured by A & D Co., Ltd. Specifically, the limit PV value was measured. The point at which the wear amount suddenly increased was defined as the limit PV value.

試験環境及び試験条件、並びに測定結果は、それぞれ以下の通り:
・試験環境:23℃±2℃、50%RH±5%RH
・試験条件:速度1m/s、初期荷重50N、荷重ステップ50N/min
である。
The test environment, test conditions, and measurement results are as follows:
・ Test environment: 23 ℃ ± 2 ℃, 50% RH ± 5% RH
・ Test conditions: Speed 1m / s, initial load 50N, load step 50N / min
It is.

本PTFE成形体の限界PV値は、1000kPa・m/sであった。   The limit PV value of this PTFE molded product was 1000 kPa · m / s.

このことから、本発明のピッチ系炭素繊維からなる添加剤(特に樹脂用添加剤)を使用することにより、同じ試験における限界PV値が2000〜4000kPa・m/s若しくはそれ以上の値となることが期待される。   From this fact, the limit PV value in the same test becomes 2000 to 4000 kPa · m / s or more by using the additive (especially resin additive) made of the pitch-based carbon fiber of the present invention. There is expected.

1 アチソン炉
2 パッキングコークス
3 処理物
4 断熱層(粉体)
5 レンガ
6 水冷ジャケット
7 ブスバー(銅)
8 黒鉛電極
1 Atchison furnace 2 Packing coke 3 Processed material 4 Heat insulation layer (powder)
5 Brick 6 Water-cooled jacket 7 Busbar (copper)
8 Graphite electrode

Claims (11)

以下の(1a):
(1a) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下のピッチ系炭素繊維からなる添加剤。
The following (1a):
(1a) An additive comprising pitch-based carbon fibers having an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter of 10 μm or less.
前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと前記炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.5である、請求項1に記載の添加剤。 The pitch-based peak height of a band of Raman spectrum of 1560~1610Cm -1 obtained peak band of the Raman spectrum of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the carbon fiber and the height I D from the side surface of the carbon fiber I is the ratio of G I D / I G is 0.3 to 1.5, the additive of claim 1. 以下の(1b):
(1b) 等方性ピッチを炭素前駆体とする平均繊維径が10μm以下であり、ホウ素を6〜1000massppm含有するピッチ系炭素繊維
からなる添加剤。
The following (1b):
(1b) An additive comprising pitch-based carbon fibers having an isotropic pitch as a carbon precursor and an average fiber diameter of 10 μm or less and containing 6 to 1000 massppm of boron.
前記ピッチ系炭素繊維のX線回折法から得られる黒鉛結晶のa軸方向の結晶子の大きさLaが100nm以上であり、且つ、
前記ピッチ系炭素繊維のX線回折法の(004)回折線から得られる黒鉛結晶のc軸方向の結晶子の大きさLcが100nm以上である、
請求項3に記載の添加剤。
The crystallite size La in the a-axis direction of the graphite crystal obtained from the X-ray diffraction method of the pitch-based carbon fiber is 100 nm or more, and
The crystallite size Lc in the c-axis direction of the graphite crystal obtained from the (004) diffraction line of the pitch-based carbon fiber X-ray diffraction method is 100 nm or more.
The additive according to claim 3.
前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1320〜1370cm-1のバンドのピーク高さIDと、前記ピッチ系炭素繊維の側面から得られるラマンスペクトルの1560〜1610cm-1のバンドのピーク高さIGの比であるID/IGが、0.3〜1.0である、請求項3又は4に記載の添加剤。 A peak height I D of the band of the pitch-based Raman spectra of 1320~1370Cm -1 obtained from the side of the carbon fiber, the peak of the band 1560~1610Cm -1 of a Raman spectrum obtained from the side of the pitch-based carbon fibers it is the ratio of the height I G I D / I G is from 0.3 to 1.0, the additive according to claim 3 or 4. 樹脂用添加剤である、請求項1〜5のいずれかに記載の添加剤。 The additive according to any one of claims 1 to 5, which is an additive for resin. 前記樹脂が四フッ化エチレン樹脂である、請求項5に記載の添加剤。 The additive according to claim 5, wherein the resin is a tetrafluoroethylene resin. 請求項1〜5のいずれかに記載の添加剤、及び樹脂成分を含有する、樹脂組成物。 The resin composition containing the additive in any one of Claims 1-5, and a resin component. 前記樹脂成分が四フッ化エチレン樹脂である、請求項8に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 8, wherein the resin component is a tetrafluoroethylene resin. 前記樹脂成分の含有量が、前記樹脂組成物全体の50質量%以上である、請求項8又は9に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 8 or 9, wherein the content of the resin component is 50% by mass or more of the entire resin composition. 請求項8〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。 The molded product formed by shape | molding the resin composition in any one of Claims 8-10.
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WO2020196227A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 Mccアドバンスドモールディングス株式会社 Resin composition

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