JP2020066812A - Composite fiber and fiber bundle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複合繊維及び繊維束に関する。 The present invention relates to composite fibers and fiber bundles.
近年、電子材料分野等における応用を目指して、炭素物質であるカーボンナノチューブを用いたカーボンナノチューブ付きSiCウィスカー、カーボンナノチューブ膜、カーボンナノチューブ膜付きSiC基板等が検討されている(例えば、特許文献1参照)。カーボンナノチューブ等の炭素物質は、高い熱伝導率及び高い電気伝導率を発揮するから、炭素物質を備えたウィスカー、膜、基板等も、熱伝導率及び電気伝導率に優れる。 In recent years, SiC whiskers with carbon nanotubes using carbon nanotubes, which are carbon substances, carbon nanotube films, SiC substrates with carbon nanotube films, and the like have been studied with the aim of application in the field of electronic materials (see, for example, Patent Document 1). ). Since carbon materials such as carbon nanotubes exhibit high thermal conductivity and high electrical conductivity, whiskers, films, substrates, etc. provided with carbon materials are also excellent in thermal conductivity and electrical conductivity.
しかし、特許文献1で提供される物の形状は、ウィスカー、膜、基板という特定形状に限定されており、応用範囲が限定されてしまう。他方、繊維は、従来から種々の用途に適用されており、その応用範囲は、一般的に広い。
そこで、炭素物質を備えた繊維が望まれているが、本発明者らが知る限りでは、この構成を備えた実用的な繊維は存在しなかった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高い熱伝導率及び高い電気伝導率を発揮する炭素物質が備えられるとともに、幅広い用途に適用可能な複合繊維及びその繊維束を提供することを目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
However, the shape of the object provided in
Therefore, a fiber provided with a carbon material is desired, but as far as the present inventors are aware, there is no practical fiber provided with this structure.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a composite fiber and a fiber bundle thereof that are provided with a carbon material that exhibits high thermal conductivity and high electrical conductivity and that can be applied to a wide range of applications. With the goal. The present invention can be realized as the following modes.
〔1〕金属炭化物の含有率が92重量%以上の金属炭化物含有繊維と、
前記金属炭化物含有繊維の表面を覆う炭素層と、を備えた複合繊維であって、
酸素含有率が、1.2重量%以下であり、
前記炭素層は、グラフェンからなり、
前記複合繊維の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数の前記グラフェンが観察されることを特徴とする複合繊維。
[1] A metal carbide-containing fiber having a metal carbide content of 92% by weight or more,
A composite fiber comprising a carbon layer covering the surface of the metal carbide-containing fiber,
The oxygen content is 1.2 wt% or less,
The carbon layer is made of graphene,
The composite fiber, wherein the graphene having different numbers of layers is observed in at least one section when the section of 30 μm is divided and observed in the longitudinal direction of the composite fiber.
〔2〕前記金属炭化物がSiCであり、
前記金属炭化物含有繊維は、3nm〜25nmのSiC粒子が結合されてなることを特徴とする〔1〕に記載の複合繊維。
[2] The metal carbide is SiC,
The composite fiber according to [1], wherein the metal carbide-containing fiber is formed by bonding SiC particles of 3 nm to 25 nm.
〔3〕平均繊維径が6μm〜50μmであることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の複合繊維。 [3] The composite fiber according to [1] or [2], which has an average fiber diameter of 6 μm to 50 μm.
〔4〕前記金属炭化物含有繊維の表面の90%以上は、前記炭素層によって覆われていることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の複合繊維。 [4] The composite fiber according to any one of [1] to [3], wherein 90% or more of the surface of the metal carbide-containing fiber is covered with the carbon layer.
〔5〕〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の前記複合繊維を15本以上束ねてなることを特徴とする繊維束。 [5] A fiber bundle comprising 15 or more of the composite fibers according to any one of [1] to [4].
本発明の複合繊維は、繊維形状であるので、幅広い用途に適用可能である。また、本発明の複合繊維によれば、金属炭化物の含有率が92重量%以上の繊維を備えているので、耐熱性、強度共に優れている。更に、複合繊維は、金属炭化物含有繊維の表面を覆うグラフェンからなる炭素層を備えているから、熱伝導率及び電気伝導率に優れる。
そして、複合繊維の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数のグラフェンが同一区間内に観察されるから、異なる層数のグラフェンの境目に、曲げ応力を逃がすことでき、複合繊維の変位に対する追従性が向上する。
更に、複合繊維の酸素含有率が、1.2重量%以下とすることで、強度がより高くなる。
金属炭化物がSiCであり、金属炭化物含有繊維は、3nm〜25nmのSiC粒子が結合されてなる場合には、変位に対して耐性を有し、通常の繊維(樹脂繊維やAl2O3−SiO2繊維等)と同様のしなやかさを有する。
複合繊維の平均繊維径が6μm〜50μmである場合には、複合繊維の強度、及び変位に対する耐性が共に良好である。
金属炭化物含有繊維の表面の90%以上が、炭素層によって覆われている場合には、複合繊維の強度がより向上する。
複合繊維を15本以上束ねて繊維束とすると、各複合繊維のバラツキが相殺されて、繊維束としての強度、熱伝導率、電気伝導率のバラツキが少なくなる。
Since the conjugate fiber of the present invention has a fiber shape, it can be applied to a wide range of applications. Further, according to the composite fiber of the present invention, since the fiber having a metal carbide content of 92% by weight or more is provided, both the heat resistance and the strength are excellent. Furthermore, since the composite fiber is provided with the carbon layer made of graphene that covers the surface of the metal carbide-containing fiber, it has excellent thermal conductivity and electrical conductivity.
Then, when observing a section of 30 μm in the longitudinal direction of the composite fiber, graphene having different numbers of layers is observed in the same section in at least one section. The stress can be released and the followability to the displacement of the composite fiber is improved.
Further, when the oxygen content of the composite fiber is 1.2% by weight or less, the strength becomes higher.
When the metal carbide is SiC, and the metal carbide-containing fiber is formed by bonding SiC particles of 3 nm to 25 nm, it has resistance to displacement, and ordinary fiber (resin fiber or Al 2 O 3 —SiO 2 2 fiber, etc.) and has the same suppleness.
When the average fiber diameter of the composite fiber is 6 μm to 50 μm, both the strength of the composite fiber and the resistance to displacement are good.
When 90% or more of the surface of the metal carbide-containing fiber is covered with the carbon layer, the strength of the composite fiber is further improved.
When 15 or more composite fibers are bundled into a fiber bundle, the dispersion of each composite fiber is offset, and the dispersion of the strength, thermal conductivity, and electric conductivity of the fiber bundle is reduced.
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10〜20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10〜20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In addition, in the present specification, the description using “to” for the numerical range includes the lower limit value and the upper limit value unless otherwise specified. For example, the description “10 to 20” includes both the lower limit “10” and the upper limit “20”. That is, “10 to 20” has the same meaning as “10 or more and 20 or less”.
1.複合繊維1
複合繊維1は、図1,2に示されるように、金属炭化物の含有率が92重量%以上の金属炭化物含有繊維3と、金属炭化物含有繊維3の表面3Aを覆う炭素層5と、を備える。
複合繊維1は、酸素含有率が、1.2重量%以下である。炭素層5は、グラフェンからなる。複合繊維1の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数のグラフェンが同一区間内に観察される。
1.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
(1)平均繊維径、アスペクト比
複合繊維1の平均繊維径は、特に限定されない。平均繊維径は、強度と柔軟性の観点から、6μm〜50μmであることが好ましく、10μm〜30μmであることがより好ましい。
複合繊維1の平均長さは、特に限定されない。平均長さは、通常200μm以上であり、1mm以上であることが好ましい。
複合繊維1のアスペクト比は、特に限定されない。アスペクト比は、通常20以上である。
(1) Average Fiber Diameter, Aspect Ratio The average fiber diameter of the
The average length of the
The aspect ratio of the
(2)複合繊維1の折り曲げ時の特徴
本発明の複合繊維1は、折り曲げ角度が60°になるまで折り曲げても折れないという性質を有していることが好ましい。
(2) Characteristics of Bending of
(3)金属炭化物
金属炭化物は、金属の炭化物であれば特に限定されない。金属の炭化物を構成する金属は、Si(ケイ素)、Zr(ジルコニウム)、及びTi(チタン)からなる群より選ばれた1種以上が好ましい。金属炭化物は、複合繊維1の耐熱性及び強度向上の観点から、SiC、ZrC、及びTiCからなる群より選ばれた1種以上が好ましく、特にSiCが好ましい。なお、金属炭化物含有繊維3に含有される金属炭化物の種類は、EPMA(電子プローブマイクロアナライザ)による組成分析の結果と、XRD測定の結果との組み合わせから特定できる。なお、金属炭化物がSiCである場合には、金属炭化物含有繊維3は、柔軟性を有するという観点から、3nm〜25nmのSiC粒子が結合されて形成されていることが好ましい。このような金属炭化物含有繊維3は、粒界を有している。
金属炭化物含有繊維3が、複数の金属炭化物粒子の集合体の場合には、金属炭化物含有繊維3は、しなやかさを有している。他方、ウィスカーは、1つの粒子が成長した単結晶でかたい(しなやかさがない)。このように、金属炭化物粒子の集合体である金属炭化物含有繊維3と、ウィスカーとは異なる。
金属炭化物含有繊維3における金属炭化物の含有率、すなわち、金属炭化物含有繊維3における金属炭化物の純度は、92重量%以上である。金属炭化物含有繊維3における金属炭化物の含有率は、95重量%以上であることが好ましい。金属炭化物の含有率は、100重量%であってもよい。
なお、金属炭化物含有繊維3における金属炭化物の含有量は、次のようにして求めることができる。金属炭化物含有繊維3における金属量をICP発光分光分析法によって測定する。金属炭化物含有繊維3における炭素量を炭素含有量分析によって測定する。この炭素含有量分析は、JIS1616の炭化ケイ素の化学分析に準じて行う。
これらの測定結果から、金属炭化物含有繊維3に含まれる金属原子数、及び炭素原子数が求まる。そして、金属炭化物の組成式における金属原子数と炭素原子数の比を考慮して、金属炭化物含有繊維3において金属炭化物の構成に関与する金属原子と炭素原子を求めて、金属炭化物含有繊維3内の金属炭化物の含有量を決定する。例えば、金属炭化物含有繊維3に含まれる金属炭化物がSiCの場合には、SiCを構成する金属原子数(Siの原子数)と炭素原子数の比は「1:1」である。ここで、測定により数が求められた金属炭化物含有繊維3に含まれる金属原子(Si原子)、及び炭素原子のうち、金属炭化物の構成に関与するものは、金属原子(Si原子)1つに対して、炭素原子1つであって、金属原子(Si原子)と炭素原子とが対になるものである。よって、金属原子(Si原子)と炭素原子とが対を構成できずに、余剰となる原子は、金属炭化物を構成しないと考える。具体的には、例えば、測定によって求まった金属原子数(Siの原子数)が100、炭素原子数が105とすると、100の金属原子(Si原子)と100の炭素原子とがSiCを形成しており、余剰の5の炭素原子は、SiCを形成しないと考える。このようにして、SiCを構成する金属原子(Si原子)と炭素原子の量が分かるから、金属炭化物含有繊維3に含まれる金属炭化物(SiC)の含有量が計算できる。そして、この金属炭化物の含有量と、金属炭化物含有繊維3の重量から、金属炭化物の含有率が計算される。
(3) Metal Carbide The metal carbide is not particularly limited as long as it is a metal carbide. The metal constituting the metal carbide is preferably one or more selected from the group consisting of Si (silicon), Zr (zirconium), and Ti (titanium). From the viewpoint of improving the heat resistance and strength of the
When the metal carbide-containing
The content rate of the metal carbide in the metal carbide-containing
The content of metal carbide in the metal carbide-containing
From these measurement results, the number of metal atoms and the number of carbon atoms contained in the metal carbide-containing
(4)炭素層5
本発明の複合繊維1では、炭素層5は、金属炭化物含有繊維3の表面3Aを覆っている。炭素層5は、熱伝導率及び電気伝導率をより高めるとの観点から、金属炭化物含有繊維3の表面3Aの90%以上を覆っていることが好ましく、95%以上を覆っていることがより好ましい。炭素層5は、金属炭化物含有繊維3の表面3Aの100%を覆っていてもよい。
炭素層5は、グラフェンからなる。炭素層5を構成するグラフェンは、炭素原子が蜂の巣状に配列した構造を有する。すなわち、グラフェンは、炭素原子によって形成される六員環ネットワークを有している。グラフェンは、炭素原子によって形成される六員環のみならず、炭素原子によって形成される5員環や、炭素原子によって形成される7員環を含んでもよい。
(4)
In the
The
本発明の複合繊維1では、金属炭化物含有繊維3の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数のグラフェンが同一区間内に観察される。この構造の概念が図3に示されている。図3では、30μmの区間内に、左から順に、5層のグラフェン、4層のグラフェン、7層のグラフェン、2層のグラフェン、3層のグラフェンが順に並んでいる様子を示している。30μmの区間内に観察される層数は、2種以上であればよい。図3は、5種が観察されている例である。また、異なる層数のグラフェンの並び順は、特に限定されない。
異なる層数のグラフェンが30μmの同一区間内に観察される構成では、複合繊維1の変位に対する追従性が向上する。より詳細に説明すると、次の現象が起きるものと推測される。まず、この要件を満たさない場合、すなわち、グラフェンの層数が複合繊維1の長手方向で同じ場合には、複合繊維1に曲げ応力をかけると、曲げ応力はグラフェンにそのままかかり、グラフェンの構造が破壊されやすいと推測される。他方、異なる層数のグラフェンが30μmの同一区間内に観察される構成では、曲げ応力を、異なる層数のグラフェンの境目に逃がすことができるから、グラフェンの構造が破壊されにくくなるものと推測される。
同一区間内に観察される異なる層数のグラフェンのうち、最小層数を有するグラフェンと、最大層数を有するグラフェンとの層数の差は、特に限定されないが、例えば3層以上が好ましい。なお、この層数の差の上限値は、限定されないが、通常100層である。
In the
In the configuration in which graphene having different numbers of layers is observed in the same section of 30 μm, the followability to the displacement of the
Among the graphenes having different numbers of layers observed in the same section, the difference in the number of layers between the graphene having the minimum number of layers and the graphene having the maximum number of layers is not particularly limited, but for example, 3 or more layers are preferable. The upper limit of the difference in the number of layers is not limited, but is usually 100 layers.
グラフェンにおける炭素原子が蜂の巣状に配列した構造である六員環ネットワークのなす面は、金属炭化物含有繊維3の表面3Aと略平行になっていることが好ましい。
すなわち、炭素層5のグラフェンのシート面は、金属炭化物含有繊維3の表面3Aと略平行になっていることが好ましい。図3は、グラフェンのシート7のシート面が、金属炭化物含有繊維3の表面3Aと略平行になっているようすを模式的に示している。なお、図3では、グラフェンのシート7が金属炭化物含有繊維3の長手方向に伸張している様子も示されている。この構造は、複合繊維1の熱伝導率及び電気伝導率の向上に寄与する。
It is preferable that the surface of the six-membered ring network, which is a structure in which carbon atoms in graphene are arranged in a honeycomb shape, is substantially parallel to the
That is, the graphene sheet surface of the
炭素層5の複合繊維1の径方向の平均厚みは、特に限定されない。この径方向の平均厚みは、10nm〜500nmであることが好ましく、30nm〜100nmであることがより好ましい。この範囲内では、複合繊維1を折り曲げた際の、炭素層5の破損が抑制される。また、平均厚みがこの範囲では、炭素層5が厚すぎることに起因する、炭素層5と金属炭化物含有繊維3の界面でのクラック(剥がれ)が抑制される。
The average radial thickness of the
(5)複合繊維1の酸素含有率
複合繊維1の酸素含有率は、1.2重量%以下であり、0.8重量%以下であることがより好ましい。複合繊維1の酸素含有率は、0重量%であってもよい。
複合繊維1の酸素含有率をこの範囲内にすると、複合繊維1が発熱体に使用されて、実際に発熱した際に抵抗値変化が起きにくくなる。
(5) Oxygen Content of
When the oxygen content of the
(6)金属炭化物含有繊維3の気孔率
金属炭化物含有繊維3の気孔率は、特に限定されない。金属炭化物含有繊維3の気孔率は、金属炭化物含有繊維3の強度と変位性の観点から5%〜20%であることが好ましく、8%〜15%であることがより好ましい。
金属炭化物含有繊維3の気孔率は、JIS R 7603:1999 炭素繊維−密度の試験方法によって測定される。
(6) Porosity of Metal Carbide-Containing
The porosity of the metal
2.繊維束
本発明の繊維束は、上述の複合繊維1を15本以上束ねてなる。繊維束を構成する複合繊維1の本数の上限値は限定されないが、通常50本である。
2. Fiber Bundle The fiber bundle of the present invention is made by bundling 15 or more of the above-mentioned
3.複合繊維1の製造方法
本発明の複合繊維1は、例えば次の方法で製造できる。複合繊維1は、金属炭化物を含有した原料繊維(金属炭化物含有繊維)を、減圧下にて加熱する製造方法で製造できる。
減圧条件としては、例えば、真空度が10−2Torr〜10−4Torrの条件を好適に採用できる。真空度は、好ましくは10−3Torr〜10−4Torrとすることができる。
加熱温度は、例えば、1650℃〜1950℃が好ましく、1700℃〜1800℃が好ましい。
なお、複合繊維1を製造する雰囲気中には、酸素が含まれないことが望ましい。
上記加熱温度での保持時間は、1分間〜300分間で適宜調整される。複合繊維1の長手方向の30μmの区間内に観察される層数の種類数は、上記真空度及び上記保持時間によって影響される。真空度が高く、かつ保持時間が短くなると、層数の種類数が減少する傾向にある。
複合繊維1を製造する際に、単数(1本)の原料繊維を減圧下で加熱してもよいし、複数の原料繊維を束ねて減圧下で加熱してもよい。また、原料繊維をカーボン製の棒状体に巻き付けた状態とし、減圧下で加熱してもよい。
3. Method for producing
As the depressurization condition, for example, a condition where the degree of vacuum is 10 −2 Torr to 10 −4 Torr can be preferably adopted. The degree of vacuum can be preferably 10 −3 Torr to 10 −4 Torr.
The heating temperature is, for example, preferably 1650 ° C to 1950 ° C, and preferably 1700 ° C to 1800 ° C.
It should be noted that it is desirable that the atmosphere for producing the
The holding time at the heating temperature is appropriately adjusted to 1 minute to 300 minutes. The number of types of layers observed in a 30 μm section in the longitudinal direction of the
When manufacturing the
実施例により本発明を更に具体的に説明する。
なお、実験例1〜20が実施例に相当し、実験例21〜25は比較例である。比較例については、表1において、実験例の番号を示す数字の後に「21*」のように「*」を付している。
The present invention will be described in more detail by way of examples.
Note that Experimental Examples 1 to 20 correspond to Examples, and Experimental Examples 21 to 25 are Comparative Examples. For the comparative example, in Table 1, “*” is added after the number indicating the number of the experimental example, such as “21 *”.
1.複合繊維1の調製
(1)実験例1〜25
実験例1〜25では、表1に記載の各種原料繊維12(金属炭化物含有繊維)を図4に示すように、SiCのバルク10で保持した。この状態で、原料繊維12を高温炉に入れ、真空度1×10−4Torr、1750℃の条件で加熱し、各実験例の複合繊維1を得た。
表1に記載の各原料繊維の詳細は、以下の通りである。
「TiC繊維」は、平均繊維径30μmのTiC繊維を意味する。
「ZrC繊維」は、平均繊維径30μmのZrC繊維を意味する。
「CrC繊維」は、平均繊維径30μmのCrC繊維を意味する。
「SiC繊維」は、平均繊維径30μmのSiC繊維を意味する。
なお、これらの各原料繊維は、表1の「金属炭化物含有繊維を構成する粒子の粒子径」の欄に記載された平均粒子径を有する粒子の結合体である。
1. Preparation of Composite Fiber 1 (1) Experimental Examples 1 to 25
In Experimental Examples 1 to 25, various raw material fibers 12 (metal carbide-containing fibers) shown in Table 1 were held in the
Details of each raw material fiber shown in Table 1 are as follows.
“TiC fiber” means TiC fiber having an average fiber diameter of 30 μm.
“ZrC fiber” means a ZrC fiber having an average fiber diameter of 30 μm.
“CrC fiber” means CrC fiber having an average fiber diameter of 30 μm.
“SiC fiber” means a SiC fiber having an average fiber diameter of 30 μm.
Each of these raw material fibers is a bonded body of particles having an average particle diameter described in the column of "particle diameter of particles constituting metal carbide-containing fiber" in Table 1.
2.評価方法
(1)複合繊維1のうち、炭素層5よりも内側部分(金属炭化物含有繊維3)における金属炭化物の含有率は、上述の「(3)金属炭化物」の欄で記載の方法により求めた。この金属炭化物の含有率(%)は、実験例1〜25では、いずれも92重量%以上であった。
(2)炭素層5が金属炭化物含有繊維3の表面を覆っている割合たる被覆率は、複合繊維1 10本をSEMにて観察し、画像解析によって平均被覆率として算出した。
(3)複合繊維1の酸素含有率は、JIS1616:2007の13項記載の方法を用いて求めた。
(4)金属炭化物含有繊維3を構成する粒子の粒子径は、以下の要領で求めた。SEM観察により0.5μm×0.5μmの視野で観察し、観察画像の対角線を結ぶ。対角線上に存在する粒子の長辺と短辺を足し2で割ったものを粒子径とする。対角線上に存在する粒子全てにそれをおこない平均化したものを平均粒径とする。
(5)金属炭化物含有繊維3の気孔率は、JIS R 7603:1999 炭素繊維−密度の試験方法によって測定した。
(6)異なる層数のグラフェンが30μmの同一区間内に観察されることの確認は、TEM観察により行った。すなわち、複合繊維1の縦断面をTEMで観察して、複合繊維1の長手方向に30μmの区間を複数区切って観察した。区間の数は、3とした。表1では、観察したいずれかの区間内に異なる層数のグラフェンが観察された場合を「〇」、観察されない場合を「×」とした。「×」の場合は、いずれの区間でも同一区間内は特定の層数のグラフェンのみが観察された。
2. Evaluation method (1) In the
(2) The coverage, which is a ratio of the
(3) The oxygen content of the
(4) The particle diameter of the particles forming the metal carbide-containing
(5) The porosity of the metal
(6) It was confirmed by TEM observation that graphene having different numbers of layers was observed in the same section of 30 μm. That is, the longitudinal section of the
(7)変位性
複合繊維1に、曲げ疲労を10回加えた後に抵抗値を測定した。曲げ疲労後の抵抗値について、初期の抵抗値に対する変化率を求め、これを変位性として評価した。評価は以下のようにした。なお、この変位性が少ないほど性能がよい。
「△」…20%以上
「〇」…10%以上20%未満
「◎」…5%以上10%未満
「★」…5%未満
(7) Displacement The
"△" ... 20% or more "○" ... 10% or more and less than 20% "◎" ... 5% or more and less than 10% "★" ... less than 5%
(8)引張強度、引張弾性率
引張強度、引張弾性率は、JIS7606:2000 炭素繊維−単繊維の引張特性の試験方法に準じて評価した。
評価は以下のようにした。
引張強度
「△」…2.1GPa以上2.4GPa未満
「〇」…2.4GPa以上2.7GPa未満
「◎」…2.7GPa以上3.0GPa未満
「★」…3.0GPa以上
引張弾性率
「△」…200GPa未満
「〇」…200GPa以上250GPa未満
「◎」…250GPa以上300GPa未満
「★」…300GPa以上
(8) Tensile Strength and Tensile Elastic Modulus Tensile strength and tensile elastic modulus were evaluated according to JIS 7606: 2000 Carbon Fiber-Single Fiber Tensile Property Test Method.
The evaluation is as follows.
Tensile strength "△" ... 2.1 GPa or more and less than 2.4 GPa "○" ... 2.4 GPa or more and less than 2.7 GPa "◎" ... 2.7 GPa or more and less than 3.0 GPa "★" ... 3.0 GPa or more
Tensile elastic modulus "△" ... less than 200 GPa "○" ... 200 GPa or more and less than 250 GPa "◎" ... 250 GPa or more and less than 300 GPa "★" ... 300 GPa or more
3.評価結果
表1に評価結果を併記する。
3. Evaluation results Table 1 also shows the evaluation results.
実施例である実験例1〜20は、次の〔1〕〜〔4〕の全ての要件を満たしている。
〔1〕複合繊維1は、金属炭化物の含有率が92重量%以上の金属炭化物含有繊維3と、金属炭化物含有繊維3の表面3Aを覆う炭素層5と、を備える。
〔2〕酸素含有率は、1.2重量%以下である。
〔3〕炭素層5は、グラフェンからなる。
〔4〕複合繊維1の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数のグラフェンが観察される。
これに対して、比較例である実験例21〜25は以下の要件を満たしていない。
実験例21〜23では、〔2〕の要件を満たしてない。すなわち、実験例21〜23では、酸素含有率が、1.2重量%よりも大きい。
実験例24〜25では、〔4〕の要件を満たしてない。すなわち、実験例24〜25では、30μmの区間を区切って観察したいずれの区間でも、同一区間内では特定の1種の層数のグラフェンのみが観察された。
Experimental Examples 1 to 20, which are working examples, satisfy all the following requirements [1] to [4].
[1] The
[2] The oxygen content is 1.2% by weight or less.
[3] The
[4] When the section of 30 μm is divided in the longitudinal direction of the
On the other hand, Experimental Examples 21 to 25, which are comparative examples, do not satisfy the following requirements.
Experimental Examples 21 to 23 do not satisfy the requirement [2]. That is, in Experimental Examples 21 to 23, the oxygen content rate is higher than 1.2% by weight.
Experimental Examples 24 to 25 do not satisfy the requirement [4]. That is, in Experimental Examples 24 to 25, in any of the sections observed by dividing the section of 30 μm, only one specific type of graphene was observed in the same section.
実施例である実験例1〜20は、比較例である実験例21〜23と比較して、引張強度及び引張弾性率が優れていた。
実施例である実験例1〜20は、比較例である実験例24と比較して、変位性及び引張弾性率が優れていた。
実施例である実験例1〜20は、比較例である実験例25と比較して、変位性が優れていた。
Experimental Examples 1 to 20, which are Examples, were superior in tensile strength and tensile elastic modulus as compared with Experimental Examples 21 to 23 which were Comparative Examples.
Experimental Examples 1 to 20, which are Examples, were excellent in displaceability and tensile elastic modulus as compared with Experimental Example 24 which was a Comparative Example.
Experimental Examples 1 to 20, which are Examples, were excellent in displaceability as compared with Experimental Example 25 which was a Comparative Example.
また、実施例である実験例1〜20のうち、金属炭化物含有繊維3がSiC繊維であり、3nm〜25nmの粒子(SiC粒子)が結合されてなる実験例5〜20は、変位性、引張強度、及び引張弾性率が特に優れていた。
Moreover, among Experimental Examples 1 to 20 which are Examples, Experimental Examples 5 to 20 in which the metal carbide-containing
また、実施例である実験例1〜20のうち、平均繊維径が6μm〜50μmである実験例9〜20は、変位性が極めて優れていた。 Moreover, among Experimental Examples 1 to 20 which are Examples, Experimental Examples 9 to 20 having an average fiber diameter of 6 μm to 50 μm were extremely excellent in displaceability.
また、実施例である実験例1〜20のうち、被覆率が90%以上である実験例14〜20は、変位性、引張強度、及び引張弾性率が極めて優れていた。 Further, among Experimental Examples 1 to 20 which are Examples, Experimental Examples 14 to 20 having a coverage of 90% or more were extremely excellent in displaceability, tensile strength, and tensile elastic modulus.
<他の実施形態(変形例)>
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
<Other Embodiments (Modifications)>
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the spirit of the invention.
本発明の複合繊維は、電気伝導、熱伝導の媒体として使用することができる。具体的には、複合繊維は、トランス、モーター、配線基板、放熱基板、線材等に利用可能である。 The conjugate fiber of the present invention can be used as a medium for electric conduction and heat conduction. Specifically, the composite fiber can be used for a transformer, a motor, a wiring board, a heat dissipation board, a wire, and the like.
1 …複合繊維
3 …金属炭化物含有繊維
3A…表面
5 …炭素層
7 …グラフェンのシート
10…SiCのバルク
12…原料繊維
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記金属炭化物含有繊維の表面を覆う炭素層と、を備えた複合繊維であって、
酸素含有率が、1.2重量%以下であり、
前記炭素層は、グラフェンからなり、
前記複合繊維の長手方向に30μmの区間を区切って観察したときに、少なくとも一つの区間では、異なる層数の前記グラフェンが観察されることを特徴とする複合繊維。 A metal carbide-containing fiber having a metal carbide content of 92% by weight or more;
A composite fiber comprising a carbon layer covering the surface of the metal carbide-containing fiber,
The oxygen content is 1.2 wt% or less,
The carbon layer is made of graphene,
The composite fiber, wherein the graphene having different numbers of layers is observed in at least one section when the section of 30 μm is divided and observed in the longitudinal direction of the composite fiber.
前記金属炭化物含有繊維は、3nm〜25nmのSiC粒子が結合されてなることを特徴とする請求項1に記載の複合繊維。 The metal carbide is SiC,
The composite fiber according to claim 1, wherein the metal carbide-containing fiber is formed by bonding SiC particles of 3 nm to 25 nm.
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