JP4323713B2 - Fiber assembly and composite material containing the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は繊維集合体及びそれを含有する複合材料に関し、更に詳しくは、繊維の縺れ及び絡み合いが少なくて繊維特性を引き出すことのできる繊維集合体及びそれを含有する複合材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
気相成長炭素繊維は、機械的性質に加え、導電性・摺動性・電波吸収性・化学安定性等に優れているので、その開発当初から複合材料として用いる事が提案され、数多く試みられてはいるが、大量に実施される迄に至っていない。
【0003】
複合材料の製造に重要な事は、母材中のフィラーの分散状態である。
【0004】
例えばフィラーが粉末の場合に、粒子径が小さくなると二次凝集を起こし、いくら一次粒子の直径が小さくても、実際は二次凝集粒子の直径の大きさとしての効果しか得られないと言った例が見られる。フィラーが繊維の場合には、繊維径が小さくなるとしなやかになり、絡み易くなる事から、更にやっかいである。
【0005】
特に繊維直径が100nm以下、特に50nm以下の気相成長炭素繊維は、繊維製造時から湾曲して絡み合った状態で得られるので、これを解きほぐして母材中に均一分散させる事は、至難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、極細気相成長炭素繊維の集合物でありながら縺れや絡みが少なくて極細気相成長炭素繊維が伸びた形態で存在することができる繊維集合体を提供することにある。
【0007】
この発明の他の目的は、極細気相成長炭素繊維の集合物でありながら、縺れや絡みが少なくて電気伝導性、熱伝導性、機械的特性を発揮することのできる繊維集合体を提供することにある。
【0008】
この発明の目的は、縺れ及び絡みの少ない繊維集合体を使用することにより、電気伝導性、熱伝導性及び機械的特性の優れた複合材料を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段は、
(1) 細径気相成長炭素繊維の集合体と大径気相成長炭素繊維の集合体とを含有し、前記細径気相成長炭素繊維の集合体の平均直径が3〜50nmであり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体の平均直径が60〜300nmであり、
前記大径気相成長炭素繊維の集合体は、その体積百分率が、気相成長炭素繊維全体の0.1〜30%であることを特徴とする繊維集合体であり、
(2) 前記細径気相成長炭素繊維の集合体は、その平均アスペクト比が小さくとも30であり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体は、その平均アスペクト比が2〜100であり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体の平均アスペクト比が前記細径気相成長炭素繊維の集合体の平均アスペクト比を超えない前記(1)に記載の繊維集合体であり、
(3) 前記細径気相成長炭素繊維の集合体及び前記大径気相成長炭素繊維の集合体はいずれも、1500〜3500℃で熱処理されて成る黒鉛化繊維である前記(1)又は(2)に記載の繊維集合体であり、
(4) 前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の繊維集合体を含有して成ることを特徴とする複合材料である。
【0010】
【発明の実施の形態】
この発明に係る繊維集合体は、平均直径が3〜50nm、好ましくは5〜30nmである細径気相成長炭素繊維と、平均直径が50を超え、かつ500nm以下、好ましくは60〜300nmである大径気相成長炭素繊維とを含有することを特徴とする。
【0011】
細径気相成長炭素繊維の平均直径が前記範囲内にあり、かつ大径気相成長炭素繊維の平均直径が前記範囲内にあると、極細気相成長炭素繊維同士が縺れたり、絡み合ったりすることが、大径気相成長炭素繊維の混入により、実用上差し支えない程度に少なくなり、しかも繊維同士の接点が多くなって導電性が良好である。
【0012】
前記細径気相成長炭素繊維は、そのアスペクト比が、通常30〜20,000であり、好ましくは50以上である。
【0013】
アスペクト比が前記範囲内にあると、繊維の接点が多く、複合材料とした時の導電性を高める事となってこの発明の目的をよく達成することができる。アスペクト比が30未満の場合は、導電性の点でやや問題がある。アスペクト比の上限については、その表現にやや問題がある。つまり、20,000というアスペクト比を実測する事は困難であって、アスペクト比1万、2万、3万という数値は、実験的には無限大と言うべきだが、有限の繊維である事から2万程度とした値だからである。以下に説明する。
【0014】
直径10nmでアスペクト比2万の繊維を実測する実験について:
この繊維の長さは10nm×2万=20万nm=200μmである。この繊維を確認するには、走査型電子顕微鏡倍率3万〜5万倍が必要である。(10nm×3〜5万=0.3〜0.5mmの太さに繊維を見る事ができる。) これより低い倍率では、繊維1本1本の判別が困難である。その時、長さは200μm×3万〜5万=6〜10mの長さに見える事になる。写真1視野の長さを10cmとすると、写真60〜100枚に亘って1本の繊維が存在する事になる。1本の繊維は単独で存在するのではなく、繊維塊中の1本であるので、常に表面の見やすい位置にある訳はない。従って、1本の繊維の一端から他端まで観察する事は、実質的には不可能である。
【0015】
アスペクト比1万、2万と称するのは、1視野に見る事のできる100本の繊維に末端が一,二箇所しか見られないといった状況から推定されたものである。
【0016】
前記大径気相成長炭素繊維は、そのアスペクト比が、通常2〜100、好ましくは5〜50である。
【0017】
大径気相成長炭素繊維のアスペクト比が前記範囲内にあると、細径気相成長炭素繊維の集合物をこの大径気相成長炭素繊維で良好に解繊することができ、複合材料を製造する際に、母材中での細径気相成長炭素繊維の分散性を良好にすることができる。
【0018】
また、大径気相成長炭素繊維が前記アスペクト比内にあるとしても、この大径気相成長炭素繊維の長さが細径気相成長炭素繊維よりも長くないことが好ましい。即ち、大径気相成長炭素繊維の平均アスペクト比が細径気相成長炭素繊維の平均アスペクト比を越えないのが良い。
【0019】
前記大径気相成長炭素繊維は、その体積百分率が、気相成長炭素繊維全体の0.1〜30%、好ましくは0.2〜20%であり、最も好ましくは0.3〜15%である。
【0020】
この大径気相成長炭素繊維の本数が前記範囲内にあると、例えば、樹脂複合材料の機械的特性、導電性、熱伝導性が著しく改善される。その理由は、樹脂との混練時に、大径気相成長炭素繊維がつっかい棒となって、細径気相成長炭素繊維の縺れ絡みを少し引き延ばす事ができ、また、大径気相成長炭素繊維が混練時の応力を受けて細径気相成長炭素繊維への応力を緩和して切れを防止する可能性が高まり、その結果、細径気相成長炭素繊維同士の接触を確保して導電性、熱伝導性を発揮しつつ、機械的特性を維持することができると推定される。換言すると、大径気相成長炭素繊維の体積百分率が気相成長炭素繊維全体の0.1%未満であったり、或いは30%を超えると、細径気相成長炭素繊維同士が絡みあい縺れ合いで導電性等が低下したり、機械的性質が悪化することがある。
【0021】
大径気相成長炭素繊維は、繊維集合体中の本数が少なくてもその体積が大きいので、この発明に係る繊維集合体においては、大径気相成長炭素繊維の繊維集合体中に占める体積百分率で制御する事が重要になる。しかし、実際の測定となると、各繊維1本1本の直径(太さ)を測定して、これから体積百分率を計算する必要がある。
【0022】
体積百分率を簡単に得るには、大径気相成長炭素繊維の平均直径d(L)と細径気相成長炭素繊維の平均直径d(S)との比ρ=d(L)/d(S)が異なる場合の大径気相成長炭素繊維の本数百分率と体積百分率の関係図を準備しておき、それを利用するのが良い。
【0023】
なお、この発明における細径気相成長炭素繊維及び大径気相成長炭素繊維は、いずれも中空であり、黒鉛網面が年輪状又は渦巻き状に繊維軸に平行に配向して成る炭素繊維である。
【0024】
前記細径気相成長炭素繊維と前記大径気相成長炭素繊維とを含有する繊維集合体は、気相成長炭素繊維製造時に同一反応装置中で同時に生成させる事により製造することができる。細径気相成長炭素繊維と大径気相成長炭素繊維とを別々に製造してからこれらを混合するような方法を採用しても、両者はなかなか混じり合わず、本発明の様な効果は得られない。
【0025】
この発明の繊維集合体を得る気相成長炭素繊維製造装置は、例えば、特開平8−301699号公報における図1、特開平11−107052公報における図1、特願平11−198731に係る明細書に添付された図1、特願平10−353628に係る明細書に添付された図1・図3、特願平10−353629に係る明細書に添付された図1・図2、特願平11−247710に係る明細書に添付された図1・図2、特願平11−290505に係る明細書に添付された図1等に示される装置である。
【0026】
これ等の装置は、原料ガス(繊維を生成する為の原料蒸気をキャリアガスで希釈したもの)供給ノズルとそれを囲繞するガス供給系を有する縦型の気相成長炭素繊維製造装置である。更に、反応管内で生成した気相成長炭素繊維が反応管外に連続的に排出される様に考慮された装置である。生成した繊維が反応管壁に付着すると、直径数〜数十μmにまで太った様な繊維ができるだけでなく、反応管の閉塞にまで至る。従って、反応管内に供給するガスを整流したり、反応後のガスを案内ガスと共にスムーズに排出する事で、反応管内のガス流れを安定にして生成繊維の反応管壁付着を防止するというのが、これらの発明装置の思想である。
【0027】
本発明の繊維集合体は、これらの装置を使用して気相成長炭素繊維製造条件を選択する事により、得られる。
【0028】
図1に、本発明の繊維集合体を得る装置の別な例を示した。思想は前記と同じである。
【0029】
図1に示される様に、この気相成長炭素繊維製造装置1は、縦型炉心管2と、加熱装置3、原料液タンク4、原料液供給ポンプ5、気化器6、第1ガス流量計7、予熱器8、原料ガス供給ノズル9、第2ガス流量計10、第2ガス供給器11、整流器12、第3ガス流量計13、第3ガス供給部14、案内ガス流量計15、案内ガス供給室16、整流器17、排出管18、シール水槽19、シール水管20、繊維捕集槽21、希釈ガス導入管22、水噴霧器23、第1仕切板24、第2仕切板25、定水位排水孔26および排気ファン連絡管27を有する。
【0030】
図1に示されるように、縦型炉心管2は、軸線に直交する方向における内部断面形状が軸線方向に沿って同じに形成されてなる、例えば円筒状或いは角筒状の縦型の反応管を有する。
【0031】
この縦型炉心管2は、キャリヤーガスと共に供給された触媒金属源と炭素源ガスとを熱分解させるように設計される。
【0032】
この縦型炉心管2は、所謂反応管であって、後述するように炭素源ガス及び触媒金属源ガスが分解するに必要な高温度に加熱され、又後述するようにキャリヤーガスとして例えば水素ガスが流通するので、高温水素脆性反応及び侵炭反応に耐えることのできる耐熱性の材質、例えば炭化珪素、窒化ケイ素、アルミナ、ムライト等のセラミックで形成されるのが好ましい。
【0033】
前記加熱装置3は、縦型炉心管2内を例えば1000℃以上にできれば良く、電気ヒーターやガス燃焼による加熱が例示される。
【0034】
気相成長炭素繊維を生成させる触媒金属源を含む原料は、原料液タンク4から原料液供給ポンプ5により供給され、気化器6でガス化した後、第1ガス流量計7より供給された第1キャリアガスと共に予熱器8を経て、原料ガス供給ノズル9から縦型炉心管2へ送られる。原料液の中にベンゼン・トルエン・ヘキサンといった液状炭化水素を加えて炭素源とするか、第1ガス中にメタン・エタン・エチレン・アセチレン・プロパンや天然ガスといった気体状炭化水素を加えて、炭素源としても良い。第1ガスとしては、キャリアガス(例えば水素ガス)のみ或いは炭素源ガス(例えば天然ガス)のみの使用もあるが、キャリアガスと炭素源ガスを混合して使用する事もできる。触媒金属源というのは、蒸発可能で高温で熱分解して、金属(特に遷移金属)微粒子を形成しうる物質である。例示すると、フェロセン・ニッケロセン・コバルトセン・鉄カルボニル・アセトナート鉄といった有機金属化合物や塩化鉄などの無機金属化合物がある。気相成長炭素繊維は、直径数〜20nm程度の遷移金属微粒子を核にして生成すると見なすのが一般的である。その際、硫黄が存在すると繊維生成が助長される事から、チオフェンや硫化水素などの硫黄化合物が助触媒として添加されるのが、一般的である。
【0035】
前記触媒源・助触媒源は、従来使用されているものを使用して良く、触媒金属源としては、特開昭60−54998号公報の第3頁左上欄第9行〜同頁右上欄最下行に記載の有機遷移金属化合物、特開平9−324325号公報の段落番号[0059]に記載された有機遷移金属化合物、特開平9−78360号公報の段落番号[0049]に記載された有機遷移金属化合物等を挙げることができ、助触媒として、特開平9−78360号公報の段落番号[0051]、並びに特開平9−324325号公報の段落番号[0061]に記載された含硫黄複素環式化合物及び硫黄化合物を挙げることができる。
【0036】
この原料ガス供給ノズルから供給される前記混合ガス(触媒源、助触媒源を含み炭素源を含み、キャリアガスを含みうる)を原料ガスと称する。
【0037】
また、原料ガス供給ノズルを囲繞する第2ガス供給器11には、第2ガス流量計10から水素などのキャリアガスや天然ガスなどの炭素源ガス、あるいはその混合物が供給される。第2ガス供給器11内には整流器12(セラミック製・耐熱金属製のハニカムなど)が設置され、第2ガスを整流して原料ガスを囲繞しながら炉心管2へ供給する様になっている。
【0038】
第2ガスは、原料ガスと拡散混合しながらカーボンナノファイバーを形成する役割をする。
【0039】
更に、第3ガス供給部14には、第3ガス流量計13から水素や窒素・アルゴンなどのキャリアガスが供給される。第3ガス供給部14は、第2ガス供給器外壁と炉心管内壁の間隙であり、数mmから十数mm程度の隙間である。セラミック製・耐熱金属製のハニカムなどの整流器が設置されるのが最も好ましいが、特に狭い場合は整流器を省略しても良い。第3ガスは炉心管壁を流下し、原料ガスからの生成物が管壁に到達して付着するのを防止する。第3ガスの目的から、第3ガスに炭素源となるものは含まれない。水素を使用した場合は、炉心管壁付近の触媒源濃度・炭素源濃度・生成物濃度を下げて、反応物の炉心管壁付着を防ぐということになるので、煤などはできにくく良い製品が得られるが、壁への付着防止という点で、効果が弱まることもある。窒素・アルゴンを使用すると、壁付着は少し減少するが、煤などの非繊維物による製品品質低下が起こる。
【0040】
原料ガス・第2ガス・第3ガスは、反応管内を流下し、ガス中に生成した気相成長炭素繊維を含んだ状態(以後、反応後ガスと称する)で、排出管18入り口近傍に到達する。
【0041】
排出管周囲には、案内ガス流量計15から案内ガス供給室16、整流器17を通じて、窒素・アルゴンなどの案内ガスが、反応後ガスと対向して供給される。案内ガスで囲繞された反応後ガスは排出管から繊維捕集箱21内へ導かれ、繊維が分別採集される。
【0042】
排出管と繊維捕集箱21は、シール水槽19を持つシール水管20を介して連結される。繊維捕集槽21は、排気ファン連絡管27と連結し、排出管18出口を排気することで、案内ガス囲繞反応後ガスを引き出す。シール水槽の高さ(ヘッド)とシール水管の径の調整により、流下水によって案内ガス囲繞反応後ガスを引き出す事も可能で、その場合には排気ファンは不要か補助的使用となる。
繊維捕集箱21は、希釈ガス導入管22、水噴霧器23、第1仕切板24、第2仕切板25、定水位排水孔26および排気ファン連絡管27を有し、反応後ガスから気相成長炭素繊維を分別して取り出すと共に、反応後ガスを安全に処理する。
【0043】
炭素源ガスは、熱分解により炭素を発生させて炭素繊維質物例えば気相成長炭素繊維、特にカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブを生成させることができる化合物であれば特に制限がない。使用可能な炭素源としては、特公昭60−54998号公報の第2頁左下欄第4行〜同頁右下欄第10行に記載された炭素化合物、特開平9−324325号公報の段落番号[0060]に記載された有機化合物、特開平9−78360号公報の段落番号[0050]に記載された有機化合物等を挙げることができる。
【0044】
炭素繊維質物が生成する時に太さ成長すると熱分解炭素が多く含有されることから、この発明における極細気相成長炭素繊維を製造するには、炭素源ガスの濃度を小さくし、触媒金属源の濃度を大きくするのが良い。したがって、縦型炉心管2内に投入される炭素源ガス及び触媒金属源のガスの全混合ガスに占める割合は、好ましくは、各々0〜40%及び0.01〜40%、更に好ましくは各々0.5〜10%及び0.05〜10%である。ここで、炭素源ガスの濃度が0でも良いのは、触媒金属源である例えば有機金属化合物がその分子中に十分な炭素を含有している場合には、必ずしも炭素源ガスを必要としないという意味である。したがって、この発明においては、炭素源と触媒金属源とが同一化合物であることもある。
【0045】
前記キャリヤーガスも、炭素繊維質物例えば気相成長炭素繊維、炭素繊維あるいはカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の製造に使用される公知のガスを適宜に採用することができ、好適例として水素を挙げることができる。
【0046】
さらにまた、特開昭60−54998号公報に記載されたところの、キャリヤーガス、有機金属化合物及び炭素源ガスを使用して、この発明に係る気相成長炭素繊維製造装置1で、繊維集合体を製造することができる。
【0047】
前記原料ガス供給ノズル9は二重管構造であり、内側(中心部)を原料ガスが流れ、外側は冷却ガスが流れるジャケット構造(図示していない)である。窒素や空気等の冷却用ガスは、炉心管内部ではなく外部に排出される。原料ガスは、冷却により、触媒金属源化合物が分解せず、かつ、炉心管内で気相成長炭素繊維生成反応を起こすのに適当な温度に予熱されて、炉心管に供給される。原料ガス供給ノズル9の外側に第2ガス供給器11が配置される。第2ガス供給器内には整流器12が設置され、縦型炉心管2内に第2ガス例えば水素やメタンを層流にして、原料ガスを囲繞して噴出させる。第2ガス供給器は第2ガスの整流をすると共に、炉心管管壁からの熱で第2ガスを予熱する。原料ガス供給ノズルは、第2ガス供給器が炉心管管壁からの熱を吸収し遮るので、冷却が容易になる。第3ガス供給部は第2ガス供給器外壁と炉心管2内壁の隙間である。第3ガスたとえば水素は縦型炉心管2の内壁に沿って層流状態で流下するように形成される。第3ガス供給部にも第2ガス供給装置用整流器(セラミックあるいは金属製のハニカムなど)を設置しても良い。縦型炉心管2内における原料供給ノズル9の冷却ジャケット部直下には、デッドスペースが形成される。
【0048】
加熱装置3は、縦型炉心管2内で触媒金属源化合物の分解/触媒粒子生成反応及び炭素源ガスとの極細気相成長炭素繊維生成成長反応を行わせるに足る温度に縦型炉心管2内を加熱することができるように、形成される。
【0049】
前記加熱装置3による縦型炉心管2内の加熱温度としては、原料ガス供給ノズル9出口から排出管18入口までの温度が900〜1300℃、特に1000〜1250℃、更に好ましくは1050〜1200℃である。更に言うと、縦型炉芯管内において、原料ガス供給ノズルと同じ高さの部位から上部開口部と同じ高さの部位までの縦型炉芯管内部を上記温度範囲内における一定温度に保持するように、加熱装置を調節するのが、好ましい。このような温度に調整された縦型炉心管2内で細径気相成長炭素繊維を製造すると、炉心管内壁に繊維が付着することなく、高生産速度で細径気相成長炭素繊維が得られる。
【0050】
縦型炉心管2及び加熱装置3としては、特開平9−78630号公報、特開平9−229918号公報及び特開平9−324325号公報に記載された反応炉における炉芯管及び加熱ヒータを好適に使用されることができる。
【0051】
前記案内ガス供給室16は、縦型炉心管2の下部に設けられる。この案内ガス供給室16には、案内ガス例えば窒素ガス等の不活性ガスが案内ガス流量計15を経て供給される。
【0052】
前記排出管18は、前記縦型炉心管2内における均熱部に臨み、上方に向けて開口する上部開口部、案内供給室16内を貫いてその底部を貫通し、シール水槽19シール水管20を経て、繊維捕集槽21内にまで延在する管本体と、管本体18の下端部において、繊維捕集槽21内部の貯留水28に向かって開口する下部開口部とを有して成る。この排出管18は、前記原料ガス供給ノズル3の中心線と一致する中心線を有するように、縦型炉心管2内に配置される。
【0053】
気相成長炭素繊維は繊維が伸びる速度は極めて高く、繊維が太る速度は極めて遅い。文献値を引用すると、触媒粒子上から繊維の伸びる速度は1mm/min=17μm/sec程度であるが、繊維が太る速度は5μm/hr=1.4nm/sec以下であるといわれている(遠藤・小山,繊維学会誌、32,177(1976))。
【0054】
本発明の方法では、原料ガス(第2ガス、あるいは第3ガスを加えた場合も含む)が反応領域に滞在する平均時間は数秒以下である。つまり、細径気相成長炭素繊維は生成するが、大径気相成長炭素繊維はでき難いのであり、気相成長炭素繊維生成時に本発明品を得るのは困難な筈である。
【0055】
細径気相成長炭素繊維と大径気相成長炭素繊維とを含有する繊維集合体が、どの様にして得られるかについての推定を以下に述べる。
【0056】
先ず、原料ガス供給ノズル9から縦型炉心管2内に原料ガスを供給すると、原料ガス中の金属触媒源が直ちに分解して触媒粒子を形成し、炭素源ガスと作用して、気相成長炭素繊維が生成する。生成した気相成長炭素繊維は長さ方向に成長しつつキャリヤガスと共に排出管18の上部開口部に向かって下降していく(長さ反応している時間は、繊維の長さからせいぜい1秒以内と考えられる)。
【0057】
このとき、縦型炉心管2内において原料供給ノズルの冷却用ジャケットの直下はデッドスペース(図示していない)になっている。そして、このデッドスペースを挟んで縦型炉心管2壁にそって、第2ガス供給装置11から第2ガスが噴出流下し、一方、原料供給ノズル9から原料ガスが噴出しているので、前記デッドスペース内で気流の乱れが発生している。原料ガス供給ノズル9の直下で形成された気相成長炭素繊維の一部が気流の乱れによって前記デッドスペースに吸い込まれ、このデッドスペース中で一定時間滞留する。デッドスペース中に滞留する一部の気相成長炭素繊維が太さ成長をして大径気相成長炭素繊維が形成される。この大径気相成長炭素繊維は、適当な太さあるいは塊になった時、デッドスペースから流下し、細径気相成長炭素繊維と共に、排出管に導かれる。
【0058】
このデッドスペース中に直径数mmの繊維塊が数秒〜数十秒間漂う様子は、本発明者らの観察で確認されている。
【0059】
一方、案内ガス供給室16に供給された案内ガスは、排出管18の外壁に沿って、縦型炉心管2の内部を上昇していく。この上昇過程で案内ガスは、加熱装置3により加熱される。
【0060】
上昇した案内ガスは、排出管18の上部開口部に至ると、この上部開口部内に吸い込まれる。案内ガスが上部開口部から吸い込まれるのは、シール水管20から噴出する水流あるいは排気ファン連絡管27からの排気により、排出管18内の気流が縦型炉心管2内の気流よりも高速に成るからである。
【0061】
縦型炉心管2の内部を中心軸線に沿って下降してきた、気相成長炭素繊維を含有するガス(反応後ガス)は、排出管18上部開口部の上方に至ると、キャリヤガスと共に案内ガスにくるまれた状態となって上部開口部内に吸い込まれる。
【0062】
このとき、排出管18上部開口部は漏斗状になっており、上方で、下降するキャリヤガスと下降する気相成長炭素繊維含有ガス及び案内ガスが合流するので、気流の乱れ乃至部分循環などが発生する。この気流の乱れ乃至部分循環によって一部の気相成長炭素繊維の滞空浮遊時間が長くなる。その結果、一部の滞空浮遊する気相成長炭素繊維が太さ成長を起こす(漏斗状とその上部での激しい気流攪拌が確認されている。)。
【0063】
結局、排出管18内を通過していく気相成長炭素繊維は、太さ成長が殆ど起こらなかった結果としての極細気相成長繊維と太さ成長が起こった結果としての大径気相成長炭素繊維とが混合して成る繊維混合物となる。
【0064】
この混合物は排出管18下部開口部から水流と共に繊維捕集槽21中の貯留水28中に落下する。気相成長炭素繊維の真比重は1以上であるが、繊維塊は嵩高く0.1以下なので、貯留水28中に沈積せず、貯留水28上に浮遊する。貯留水28上に浮遊せず、繊維捕集槽内の空間に舞い上がる繊維は、水噴霧器23から噴霧されるシャワー水により貯留水28上に強制的に落下させられる。
【0065】
繊維捕集槽21中の貯留水28上に浮遊する繊維混合物を収集することによりこの発明に係る繊維集合体が得られる。
【0066】
この繊維集合体は、そのまま用いられる事もあるが、通常は付着しているタール分を溶剤洗浄・加熱洗浄などで除去した後、2000℃以上の不活性雰囲気中で熱処理黒鉛化して使用される。また、粉砕処理などにより繊維長を調整して、樹脂との混合を容易にする事もある。
【0067】
このようにして得られた繊維集合体は、複合材料の充填材として好適に使用されることができる。即ち、この発明に係る複合材料は、母材とこの発明に係る繊維集合体とを含有して成る。
【0068】
母材としては、ゴム、合成樹脂、金属、セラミックス等を挙げることができる。合成樹脂、ゴム及び金属と前記繊維集合体とを混合する場合、母材を加熱するなどして流動性を高めるのが、好ましい。流動性を有するプラスチックについては低粘度のプラスチックよりも高粘度のプラスチックが繊維集合体と混合するのに都合が良い。好適な合成樹脂としては、ナイロン及びポリエーテルエーテルケトンを挙げることができる。母材としてのゴムは、粘度が決めて高くて粘弾性を有するので、繊維集合体との混合を良好に行うことができる。粘弾性を有すると混合が容易であることは、ゴム弾性を有する合成樹脂と繊維集合体との混合が良好に行うことができることからも、裏付けることができる。
【0069】
母材が金属である場合、金属と繊維集合体との混合は溶湯鍛造法が採用される。金属と繊維集合体との混合を容易にするには、金属に繊維集合体に対する親和性を持たせ、或いは溶湯温度を低下させる等の工夫が必要である。このような工夫を容易に行えるという点では、母材としての金属は合金が好ましい。
【0070】
母材がセラミックスである場合、セラミックススラリーと繊維集合体とを混合する。セラミックスを母材とする複合材料を製造する場合に、高温に焼結して複合材料を製造するときには、セラミックスとして酸化物よりも炭化物、窒化物が好ましい。
【0071】
炭素を母材とする複合材料は、ピッチ、フェノール樹脂等と繊維集合体とを混合して硬化させた後に、これを非酸化性雰囲気下で加熱して炭化処理をする。炭化処理時のボイド発生に対しては、従来の炭素/炭素複合材料製造同様に、ピッチ、フェノール樹脂の再含浸といった方法が採用される。また、繊維集合体を予備成形しておき、この予備成形体中の繊維上に炭素を化学蒸着させる、所謂CVD(Chemical Vapor Deposition)またはCVI(Chemical Vapor Infiltration)といった方法も採用できる。
【0072】
母材中への繊維集合体の分散混合は、母材の種類に応じてヘンシェルミキサー、二本ロール、三本ロール、二軸押し出し機等を利用して行うことができる。
【0073】
かくして得られる各種の複合材料は、導電材料及び放電材料等として使用される。この複合材料においては極細気相成長炭素繊維が丸まった状態で母材中に分散していず、大径気相成長炭素繊維がその剛直性をもって極細気相成長炭素繊維を解繊して極細気相成長炭素繊維の母材中での分散性を良好にしている。しかも、良好に分散し、丸まっていない極細気相成長炭素繊維は相互に接触した状態になっているので、複合材料は、気相成長炭素繊維がもともと有している種々の特性、例えば電気的特性例えば導電性、熱的特性例えば熱伝導性、並びに機械的特性たとえば強度、伸度及び弾性率等が阻害されることなく、これらの特性を良好に発揮することができる。
【0074】
したがって、この発明に係る複合材料は、導電材料及び放電材料等に好適に利用される。
【0075】
【実施例】
以下、実施例により説明する。
(実施例1)
装置は、図1と同じ形状の装置を用いた。縦型炉心管(反応管)2は、内径120mm外径130mm、長さ2000mmの炭化珪素製円筒である。加熱装置3は上から1〜6ゾーンに分割された電気ヒーターで、1ゾーンが800℃、2ゾーンが900℃、3〜6ゾーンが1180℃の設定温度にした。気化器6と予熱器8はどちらも320℃に制御され、原料ガス供給ノズルは350℃に制御された。反応管およびこれに接続する供給系はすべて7・10・13のガス流量計を通じて窒素置換後水素置換され、所定流量が流されている。案内ガス供給室は案内ガス流量計15より所定窒素が流され、繊維捕集槽21には希釈ガス導入管22より窒素が流され、排気ファン連絡管27は稼働させた排気ファンと連結した。また、シール水槽19には水が供給され、シール水管20より安定して流下する様に調整され、水噴霧器23より水が噴霧された。この状態を数分維持し、排出管18出口及び繊維捕集箱21の酸素濃度が1%以下になったのを確認した後、以下の可燃性ガス導入作業を開始した。
【0076】
原料ガス供給ノズルには4L/minのメタン、第2ガス供給器11にはメタン5L/min・水素10L/minの混合ガス、第3ガス供給器14には水素15L/minを供給し、案内ガス供給室には、窒素が40L/minで供給された。排気ファンおよびシール水槽ヘッドは、第3ガス供給部14及び案内ガス供給室16に設置された微差圧計が約2〜5mm水柱分外気より低い値を示す様に制御した。
【0077】
ここへ、炭素源を含む触媒源として、フェロセン15重量%、チオフェン6重量%、ベンゼン79重量%の液を原料液タンク4から原料供給ポンプにより、0.7cc/minの割合で供給して気化し、前記メタン4L/minと混合した状態で、原料ガス供給ノズルより反応管に流して、反応を行った。1時間後に原料液供給を停止して可燃ガスの窒素置換後、装置を大気解放して繊維捕集21内の繊維を採集し、乾燥・タール除去後、重量を測定した。重量は約80gで炭素収率は約25%であった。
【0078】
この繊維をランダムにSEM観察し、細径繊維平均直径25nm、太径繊維平均直径80nm、後者の全体に占める量は約5体積%であった。SEM写真例を写真1〜写真6に示した。
【0079】
(比較例1)
装置は、実施例1に準じた。縦型炉心管(反応管)2は、内径90mm外径100mm、長さ2000mmの炭化珪素製円筒である。加熱装置3は上から1〜6ゾーンに分割された電気ヒーターで、1ゾーンが600℃、2ゾーンが800℃、3〜6ゾーンが1120℃の設定温度にした。気化器6と予熱器8はどちらも320℃に制御され、原料ガス供給ノズルは400℃に制御された。反応管およびこれに接続する供給系はすべて7・10・13のガス流量計を通じて窒素置換後水素置換され、所定流量が流されている。案内ガス供給室は案内ガス流量計15より所定窒素が流され、繊維捕集槽21には希釈ガス導入管22より窒素が流され、排気ファン連絡管27は稼働させた排気ファンと連結した。また、シール水槽19には水が供給され、シール水管20より安定して流下する様に調整され、水噴霧器23より水が噴霧された。この状態を数分維持し、排出管18出口及び繊維捕集箱21の酸素濃度が1%以下になったのを確認した後、以下の可燃性ガス導入作業を開始した。
【0080】
原料ガス供給ノズルには水素2.44L/min、第2ガス供給器11には水素8L/min、第3ガス供給器14には水素8L/minを供給し、案内ガス供給室には、窒素が16L/minで供給された。排気ファンおよびシール水槽ヘッドは、第3ガス供給部14及び案内ガス供給室16に設置された微差圧計が約5mm水柱分外気より低い値を示す様に制御した。
【0081】
ここへ、原料液タンク4から原料供給ポンプにより、原料液を供給気化して、2.60L/minの原料ガス(組成:フェロセン0.12モル%、チオフェン0.10モル%、トルエン5.80モル%、水素93.98モル%)として原料ガス供給ノズルから反応管に流して、反応を行った。6時間後に原料液供給を停止して可燃ガスの窒素置換後、装置を大気解放して繊維捕集21内の繊維を採集し、乾燥・タール除去後、重量を測定した。重量は約24gで炭素収率は約12%であった。
【0082】
この繊維をランダムにSEM観察し、細径繊維平均直径20nm、直径50nm以上の太径繊維を見いだすのは困難で、実質的に細径繊維のみと判断した。
(実施例2)
実施例1及び比較例1を繰り返し、各々約100gの試料を得た。これをタール除去後2500℃で黒鉛化したもの及び市販の公称直径約0.1μmの黒鉛化気相成長炭素繊維(平均直径約0.1μm)を評価試験用試料として準備した。
【0083】
施例1試料を三菱化成(株)製ナイロン66樹脂ペレット「NOVAMID3010SR」と試料9重量部/樹脂91重量部の割合で混合((株)東洋精機製作所製LABOPLASTOMILLによる混練押し出し)し、繊維混合ワイヤを得、はさみで切断してペレットとした。
【0084】
新興セルビック(株)製卓上射出成型機「ハンディトライ」にて、このペレットから厚さ4mm幅10mm長さ80mmのテストピースを得た。
【0085】
比較例1試料・市販0.1μm品についても同様にしてテストピースを得た。上記3種類の繊維はすべて比重2.2であり、樹脂の比重は1.15であるので、これらのテストピースはすべて5体積%の気相成長炭素繊維を含んだものである(重量百分率から体積百分率への換算)。
【0086】
上記テストピースのJIS−K7203に準ずる3点曲げ試験、および4端子法による比抵抗測定結果を表1に示して比較した。
【0087】
【表1】

Figure 0004323713
【0088】
【発明の効果】
この発明によると、極細気相成長炭素繊維の縺れ及び絡みが少なくて極細気相成長炭素繊維に大径気相成長炭素繊維が分散してなり、極細気相成長炭素繊維が適度に接触してなる繊維集合体を提供することができる。
【0089】
この発明によると、前記繊維集合体を母材中に分散してなり、電気的特性、機械的特性及び熱的特性の向上した複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明に係る繊維集合体を製造することのできる気相成長炭素繊維製造装置を示す説明図である。
【図2】図2は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【図3】図3は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【図4】図4は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【図5】図5は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【図6】図6は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【図7】図7は、図面代用写真としての、実施例1において得られた繊維のSEM写真である。
【符号の説明】
1…気相成長炭素繊維製造装置、2…縦型炉心管、3…加熱装置、4…原料液タンク、5…原料液供給ポンプ、6…気化器、7…第1ガス流量計、8…予熱器、9…原料ガス供給ノズル、10…第2ガス流量計、11…第2ガス供給器、12…整流器、13…第3ガス流量計、14…第3ガス供給部、15…案内ガス流量計、16…案内ガス供給室、17…整流器、18…排出管、19…シール水槽、20…シール水管、21…繊維捕集槽、22…希釈ガス導入管、23…水噴霧器、24…第1仕切板、25…第2仕切板、26…定水位排水孔、27…排気ファン連絡管、28…貯留水、29…繊維(製品)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fiber assembly and a composite material containing the same, and more particularly to a fiber assembly that can bring out fiber characteristics with less fiber twisting and entanglement and a composite material containing the same.
[0002]
[Prior art]
Vapor-grown carbon fiber has excellent electrical conductivity, slidability, radio wave absorption, chemical stability, etc. in addition to its mechanical properties. However, it has not yet been implemented in large quantities.
[0003]
What is important for the production of the composite material is the dispersion state of the filler in the base material.
[0004]
For example, when the filler is powder, secondary agglomeration occurs when the particle size is small, and no matter how small the diameter of the primary particle, the effect is actually obtained only as the diameter of the secondary agglomerated particle. Is seen. In the case where the filler is a fiber, it is more troublesome because it becomes supple and easily entangled when the fiber diameter becomes small.
[0005]
In particular, vapor-grown carbon fibers having a fiber diameter of 100 nm or less, particularly 50 nm or less, are obtained in a curved and entangled state from the time of fiber production, so it is difficult to unravel this and disperse it uniformly in the base material. It was.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a fiber assembly that is an aggregate of ultrafine vapor grown carbon fibers but can be present in an elongated form with little twisting and entanglement.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a fiber assembly that is an aggregate of ultrafine vapor-grown carbon fibers and that can exhibit electrical conductivity, thermal conductivity, and mechanical properties with less twisting and entanglement. There is.
[0008]
An object of the present invention is to provide a composite material having excellent electrical conductivity, thermal conductivity, and mechanical properties by using a fiber assembly with less twisting and entanglement.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  Means for solving the problems are as follows:
(1) containing an aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers and an aggregate of large-diameter vapor-grown carbon fibers, and an average diameter of the aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers is 3 to 50 nm, The average diameter of the aggregate of the large-diameter vapor-grown carbon fibers is60-300nmInThe
  The aggregate of the large-diameter vapor-grown carbon fibers has a volume percentage of 0.1 to 30% of the total vapor-grown carbon fibers.A fiber assembly characterized by
(2)  The aggregate of the small-diameter vapor grown carbon fibers has an average aspect ratio of at least 30 and the aggregate of the large-diameter vapor-grown carbon fibers has an average aspect ratio of 2 to 100. The average aspect ratio of the aggregate of diameter vapor-grown carbon fibers does not exceed the average aspect ratio of the aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers(1)It is a fiber assembly of description,
(3)  The aggregate of the small-diameter vapor-grown carbon fiber and the aggregate of the large-diameter vapor-grown carbon fiber are both graphitized fibers that are heat-treated at 1500 to 3500 ° C.(1) or (2)It is a fiber assembly of description,
(4)  Said (1)-(3)A composite material comprising the fiber assembly according to any one of the above.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The fiber assembly according to the present invention has a fine vapor-grown carbon fiber having an average diameter of 3 to 50 nm, preferably 5 to 30 nm, and an average diameter of more than 50 and not more than 500 nm, preferably 60 to 300 nm. It contains a large-diameter vapor grown carbon fiber.
[0011]
If the average diameter of the small-diameter vapor-grown carbon fibers is within the above range, and the average diameter of the large-diameter vapor-grown carbon fibers is within the above-mentioned range, the ultra-fine vapor-grown carbon fibers are twisted or entangled with each other. However, the mixing of large-diameter vapor-grown carbon fibers is reduced to such an extent that it can be practically used, and the number of contact points between the fibers increases, and the conductivity is good.
[0012]
The aspect ratio of the small diameter vapor growth carbon fiber is usually 30 to 20,000, preferably 50 or more.
[0013]
When the aspect ratio is within the above range, the number of contact points of the fibers is increased, and the electrical conductivity of the composite material is increased, so that the object of the present invention can be achieved well. When the aspect ratio is less than 30, there is a slight problem in terms of conductivity. There is a slight problem with the representation of the upper limit of the aspect ratio. In other words, it is difficult to actually measure an aspect ratio of 20,000, and the numerical values of aspect ratios of 10,000, 20,000, and 30,000 should be said to be infinite experimentally, but are finite fibers. This is because the value is about 20,000. This will be described below.
[0014]
For experiments measuring a fiber with a diameter of 10 nm and an aspect ratio of 20,000:
The length of this fiber is 10 nm × 20,000 = 200,000 nm = 200 μm. In order to confirm this fiber, a scanning electron microscope magnification of 30,000 to 50,000 times is necessary. (Fibers can be seen in a thickness of 10 nm × 3 to 50,000 = 0.3 to 0.5 mm.) At lower magnifications, it is difficult to discriminate each fiber. At that time, the length appears to be 200 μm × 30,000 to 50,000 = 6 to 10 m. If the length of one field of view is 10 cm, one fiber exists over 60 to 100 photographs. Since one fiber does not exist alone but is one in the fiber mass, it is not always in a position where the surface is easy to see. Therefore, it is practically impossible to observe from one end to the other end of one fiber.
[0015]
The aspect ratio of 10,000 or 20,000 is estimated from the situation in which only one or two ends can be seen in 100 fibers that can be seen in one field of view.
[0016]
The aspect ratio of the large-diameter vapor grown carbon fiber is usually 2 to 100, preferably 5 to 50.
[0017]
When the aspect ratio of the large-diameter vapor-grown carbon fiber is within the above range, the aggregate of the small-diameter vapor-grown carbon fiber can be satisfactorily defibrated with the large-diameter vapor-grown carbon fiber, and the composite material When manufacturing, the dispersibility of the small-diameter vapor-grown carbon fiber in the base material can be improved.
[0018]
Even if the large-diameter vapor grown carbon fiber is within the aspect ratio, it is preferable that the large-diameter vapor-grown carbon fiber is not longer than the small-diameter vapor-grown carbon fiber. That is, the average aspect ratio of the large diameter vapor grown carbon fiber should not exceed the average aspect ratio of the small diameter vapor grown carbon fiber.
[0019]
The large-diameter vapor grown carbon fiber has a volume percentage of 0.1 to 30%, preferably 0.2 to 20%, most preferably 0.3 to 15% of the whole vapor grown carbon fiber. is there.
[0020]
When the number of the large-diameter vapor-grown carbon fibers is within the above range, for example, the mechanical properties, conductivity, and thermal conductivity of the resin composite material are remarkably improved. The reason is that, when kneaded with resin, the large-diameter vapor-grown carbon fiber becomes a stick and can slightly stretch the entanglement of the small-diameter vapor-grown carbon fiber. The possibility that the fibers are subjected to stress during kneading to relieve stress on the fine vapor grown carbon fibers and prevent breakage is increased, and as a result, contact between the fine vapor grown carbon fibers is ensured. It is estimated that the mechanical properties can be maintained while exhibiting the properties and thermal conductivity. In other words, if the volume percentage of the large-diameter vapor-grown carbon fiber is less than 0.1% of the total vapor-grown carbon fiber or exceeds 30%, the small-diameter vapor-grown carbon fibers are entangled and entangled with each other. As a result, the conductivity and the like may be lowered, and the mechanical properties may be deteriorated.
[0021]
Since the volume of the large-diameter vapor grown carbon fiber is large even if the number of the fiber aggregate is small, the volume occupied by the large-diameter vapor grown carbon fiber in the fiber aggregate according to the present invention is large. It becomes important to control by percentage. However, in actual measurement, it is necessary to measure the diameter (thickness) of each fiber and calculate the volume percentage from this.
[0022]
In order to easily obtain the volume percentage, the ratio of the average diameter d (L) of the large diameter vapor grown carbon fiber to the average diameter d (S) of the small diameter vapor grown carbon fiber ρ = d (L) / d ( It is good to prepare a relational diagram of the number percentage and volume percentage of large-diameter vapor-grown carbon fibers when S) is different and use it.
[0023]
Note that the small-diameter vapor-grown carbon fiber and the large-diameter vapor-grown carbon fiber in the present invention are both hollow, and are carbon fibers in which the graphite network surface is oriented in parallel with the fiber axis in an annual ring shape or a spiral shape. is there.
[0024]
The fiber aggregate containing the small-diameter vapor-grown carbon fiber and the large-diameter vapor-grown carbon fiber can be produced by simultaneously producing them in the same reaction apparatus when producing the vapor-grown carbon fiber. Even if the method of mixing these after producing small diameter vapor growth carbon fiber and large diameter vapor growth carbon fiber separately, both do not mix easily, the effect like this invention is I can't get it.
[0025]
The vapor growth carbon fiber production apparatus for obtaining the fiber assembly of the present invention includes, for example, a specification according to FIG. 1 in JP-A-8-301699, FIG. 1 in JP-A-11-107052 and Japanese Patent Application No. 11-198731. 1 attached to the specification, FIG. 1 and FIG. 3 attached to the specification related to Japanese Patent Application No. 10-353628, and FIG. 1 and FIG. 2 attached to the specification related to Japanese Patent Application No. 10-353629, 1 and FIG. 2 attached to the specification relating to 11-247710, FIG. 1 attached to the specification relating to Japanese Patent Application No. 11-290505, etc.
[0026]
These apparatuses are vertical-type vapor-grown carbon fiber manufacturing apparatuses having a source gas (a source vapor obtained by diluting source vapor for generating fibers with a carrier gas) supply nozzle and a gas supply system surrounding it. Furthermore, the apparatus is designed so that vapor grown carbon fibers generated in the reaction tube are continuously discharged out of the reaction tube. When the produced fiber adheres to the reaction tube wall, not only a fiber having a diameter of several to several tens of μm can be obtained but also the reaction tube can be blocked. Therefore, by rectifying the gas supplied into the reaction tube or smoothly discharging the gas after reaction together with the guide gas, the gas flow in the reaction tube is stabilized and the generated fibers are prevented from adhering to the reaction tube wall. These are the ideas of the inventive device.
[0027]
The fiber assembly of the present invention can be obtained by using these devices and selecting vapor growth carbon fiber production conditions.
[0028]
FIG. 1 shows another example of an apparatus for obtaining the fiber assembly of the present invention. The idea is the same as above.
[0029]
As shown in FIG. 1, this vapor growth carbon fiber production apparatus 1 includes a vertical furnace core tube 2, a heating device 3, a raw material liquid tank 4, a raw material liquid supply pump 5, a vaporizer 6, and a first gas flow meter. 7, preheater 8, source gas supply nozzle 9, second gas flow meter 10, second gas supply device 11, rectifier 12, third gas flow meter 13, third gas supply unit 14, guide gas flow meter 15, guidance Gas supply chamber 16, rectifier 17, discharge pipe 18, seal water tank 19, seal water pipe 20, fiber collection tank 21, dilution gas introduction pipe 22, water sprayer 23, first partition plate 24, second partition plate 25, constant water level A drain hole 26 and an exhaust fan communication pipe 27 are provided.
[0030]
As shown in FIG. 1, a vertical reactor core tube 2 is formed by, for example, a cylindrical or rectangular tube-shaped vertical reaction tube having the same internal cross-sectional shape in the direction orthogonal to the axis along the axis. Have
[0031]
The vertical core tube 2 is designed to thermally decompose the catalytic metal source and the carbon source gas supplied together with the carrier gas.
[0032]
This vertical reactor core tube 2 is a so-called reaction tube, which is heated to a high temperature necessary for decomposition of the carbon source gas and the catalytic metal source gas as will be described later, and as a carrier gas, for example, hydrogen gas as will be described later. Therefore, it is preferably formed of a heat resistant material that can withstand high temperature hydrogen embrittlement reaction and carburization reaction, for example, ceramic such as silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite.
[0033]
The heating device 3 only needs to be able to raise the inside of the vertical furnace core tube 2 to, for example, 1000 ° C. or more, and heating by an electric heater or gas combustion is exemplified.
[0034]
The raw material containing the catalytic metal source for generating the vapor growth carbon fiber is supplied from the raw material liquid tank 4 by the raw material liquid supply pump 5, gasified by the vaporizer 6, and then supplied from the first gas flow meter 7. One carrier gas passes through the preheater 8 and is sent from the source gas supply nozzle 9 to the vertical furnace core tube 2. Add liquid hydrocarbons such as benzene, toluene, and hexane to the raw material liquid to make a carbon source, or add gaseous hydrocarbons such as methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, and natural gas to the first gas. It may be a source. As the first gas, only a carrier gas (for example, hydrogen gas) or a carbon source gas (for example, natural gas) may be used, but a carrier gas and a carbon source gas may be mixed and used. A catalytic metal source is a substance that can be evaporated and thermally decomposed at high temperatures to form metal (particularly transition metal) particulates. Illustrative examples include organic metal compounds such as ferrocene, nickelocene, cobaltcene, iron carbonyl, and acetonate iron, and inorganic metal compounds such as iron chloride. Vapor-grown carbon fibers are generally considered to be produced with transition metal fine particles having a diameter of about 20 nm as a nucleus. At that time, since the fiber formation is promoted when sulfur is present, a sulfur compound such as thiophene or hydrogen sulfide is generally added as a promoter.
[0035]
As the catalyst source / co-catalyst source, those conventionally used may be used, and as the catalyst metal source, JP-A-60-54998, page 3, upper left column, line 9 to upper right column of the same page. Organic transition metal compounds described in the lower row, organic transition metal compounds described in paragraph [0059] of JP-A-9-324325, organic transitions described in paragraph [0049] of JP-A-9-78360 Examples of the co-catalyst include sulfur-containing heterocyclic compounds described in paragraph No. [0051] of JP-A-9-78360 and paragraph No. [0061] of JP-A-9-324325. Mention may be made of compounds and sulfur compounds.
[0036]
The mixed gas supplied from the source gas supply nozzle (including a catalyst source and a promoter source, including a carbon source and including a carrier gas) is referred to as a source gas.
[0037]
The second gas supply unit 11 surrounding the source gas supply nozzle is supplied with a carrier gas such as hydrogen, a carbon source gas such as natural gas, or a mixture thereof from the second gas flow meter 10. A rectifier 12 (such as a ceramic or refractory metal honeycomb) is installed in the second gas supply device 11 so as to rectify the second gas and supply the raw material gas to the core tube 2 while surrounding it. .
[0038]
The second gas serves to form carbon nanofibers while being diffusively mixed with the source gas.
[0039]
Furthermore, a carrier gas such as hydrogen, nitrogen, or argon is supplied from the third gas flow meter 13 to the third gas supply unit 14. The third gas supply unit 14 is a gap between the outer wall of the second gas supply unit and the inner wall of the core tube, and is a gap of several mm to several tens of mm. Although it is most preferable to install a rectifier such as a honeycomb made of ceramic or heat-resistant metal, the rectifier may be omitted particularly in a narrow case. The third gas flows down the core tube wall and prevents the product from the raw gas from reaching the tube wall and adhering. For the purpose of the third gas, the third gas does not include a carbon source. When hydrogen is used, the catalyst source concentration, carbon source concentration, and product concentration in the vicinity of the core tube wall will be lowered to prevent the reactant from adhering to the core tube wall. Although it is obtained, the effect may be weakened in terms of preventing adhesion to the wall. When nitrogen and argon are used, the wall adhesion is slightly reduced, but the product quality is reduced by non-fibres such as soot.
[0040]
The source gas, the second gas, and the third gas flow down through the reaction tube and reach the vicinity of the inlet of the discharge tube 18 in a state that includes vapor-grown carbon fibers generated in the gas (hereinafter referred to as post-reaction gas). To do.
[0041]
Around the discharge pipe, a guide gas such as nitrogen and argon is supplied from the guide gas flow meter 15 through the guide gas supply chamber 16 and the rectifier 17 so as to face the post-reaction gas. The post-reaction gas surrounded by the guide gas is guided into the fiber collection box 21 from the discharge pipe, and the fibers are collected separately.
[0042]
The discharge pipe and the fiber collection box 21 are connected via a seal water pipe 20 having a seal water tank 19. The fiber collection tank 21 is connected to the exhaust fan communication pipe 27 and exhausts the outlet of the discharge pipe 18 to draw out the gas after the guide gas surrounding reaction. By adjusting the height of the sealing water tank (head) and the diameter of the sealing water pipe, it is possible to draw out the gas after the reaction of the guide gas by the flowing water.
The fiber collection box 21 includes a dilution gas introduction pipe 22, a water sprayer 23, a first partition plate 24, a second partition plate 25, a constant water level drain hole 26, and an exhaust fan communication pipe 27. The grown carbon fiber is separated and removed, and the reaction gas is treated safely.
[0043]
The carbon source gas is not particularly limited as long as it is a compound capable of generating carbon by pyrolysis to generate a carbon fiber material such as vapor-grown carbon fiber, particularly carbon nanofiber and carbon nanotube. Examples of usable carbon sources include carbon compounds described in JP-B-60-54998, page 2, lower left column, line 4 to same page, lower right column, line 10; JP-A-9-324325, paragraph number Examples thereof include organic compounds described in [0060] and organic compounds described in paragraph [0050] of JP-A-9-78360.
[0044]
Since a large amount of pyrolytic carbon is contained when the fiber grows when it grows in thickness, the concentration of the carbon source gas is reduced to produce the ultrafine vapor-grown carbon fiber in this invention. It is better to increase the concentration. Therefore, the ratio of the carbon source gas and the catalyst metal source gas charged into the vertical core tube 2 to the total mixed gas is preferably 0 to 40% and 0.01 to 40%, respectively, more preferably each. 0.5 to 10% and 0.05 to 10%. Here, the concentration of the carbon source gas may be 0 because the carbon source gas is not necessarily required when, for example, the organometallic compound that is the catalyst metal source contains sufficient carbon in the molecule. Meaning. Therefore, in the present invention, the carbon source and the catalytic metal source may be the same compound.
[0045]
As the carrier gas, a known gas used for the production of carbon fiber material such as vapor-grown carbon fiber, carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, etc. can be appropriately employed, and hydrogen is mentioned as a preferred example. Can do.
[0046]
Furthermore, in the vapor-grown carbon fiber production apparatus 1 according to the present invention, a fiber assembly using a carrier gas, an organometallic compound and a carbon source gas as described in JP-A-60-54998. Can be manufactured.
[0047]
The source gas supply nozzle 9 has a double-pipe structure, and has a jacket structure (not shown) in which the source gas flows on the inner side (center) and the outer side flows a cooling gas. A cooling gas such as nitrogen or air is discharged to the outside rather than inside the core tube. The raw material gas is supplied to the core tube after cooling to a temperature suitable for causing the vapor-grown carbon fiber formation reaction in the core tube without causing decomposition of the catalyst metal source compound. A second gas supplier 11 is disposed outside the source gas supply nozzle 9. A rectifier 12 is installed in the second gas supply device, and a second gas, for example, hydrogen or methane is made into a laminar flow in the vertical furnace core tube 2 so as to surround and blow out the source gas. The second gas supplier rectifies the second gas and preheats the second gas with heat from the core tube wall. The source gas supply nozzle can be easily cooled because the second gas supplier absorbs and blocks heat from the core tube wall. The third gas supply unit is a gap between the outer wall of the second gas supply unit and the inner wall of the core tube 2. The third gas, for example hydrogen, is formed so as to flow down in a laminar flow state along the inner wall of the vertical core tube 2. A rectifier for the second gas supply device (such as a ceramic or metal honeycomb) may also be installed in the third gas supply unit. A dead space is formed immediately below the cooling jacket portion of the raw material supply nozzle 9 in the vertical furnace core tube 2.
[0048]
The heating device 3 has a vertical reactor core tube 2 at a temperature sufficient to cause the catalytic metal source compound decomposition / catalyst particle generation reaction and the ultrafine vapor phase growth carbon fiber generation growth reaction with the carbon source gas in the vertical reactor core tube 2. It is formed so that the inside can be heated.
[0049]
The heating temperature in the vertical furnace core tube 2 by the heating device 3 is 900 to 1300 ° C., particularly 1000 to 1250 ° C., more preferably 1050 to 1200 ° C. It is. Furthermore, in the vertical furnace core tube, the inside of the vertical furnace core tube from the same height as the source gas supply nozzle to the same height as the upper opening is maintained at a constant temperature within the above temperature range. Thus, it is preferable to adjust the heating device. When a thin vapor-grown carbon fiber is produced in the vertical core tube 2 adjusted to such a temperature, the fine vapor-grown carbon fiber is obtained at a high production rate without the fibers adhering to the inner wall of the core tube. It is done.
[0050]
As the vertical core tube 2 and the heating device 3, the furnace core tube and the heater in the reactor described in JP-A-9-78630, JP-A-9-229918, and JP-A-9-324325 are suitable. Can be used to.
[0051]
The guide gas supply chamber 16 is provided in the lower part of the vertical core tube 2. The guide gas supply chamber 16 is supplied with an inert gas such as a nitrogen gas through a guide gas flow meter 15.
[0052]
The discharge pipe 18 faces the heat equalizing section in the vertical core tube 2, passes through the upper opening that opens upward, the guide supply chamber 16, and penetrates the bottom thereof. And a tube main body extending into the fiber collection tank 21 and a lower opening that opens toward the stored water 28 inside the fiber collection tank 21 at the lower end of the pipe main body 18. . The discharge pipe 18 is disposed in the vertical core tube 2 so as to have a center line that coincides with the center line of the source gas supply nozzle 3.
[0053]
Vapor-grown carbon fibers have a very high rate of fiber elongation and a very slow rate of fiber thickening. When citing literature values, the speed at which the fibers extend from the catalyst particles is about 1 mm / min = 17 μm / sec, but the speed at which the fibers are thickened is said to be 5 μm / hr = 1.4 nm / sec or less (Endo).・ Oyama, Textile Society Journal,32, 177 (1976)).
[0054]
In the method of the present invention, the average time that the source gas (including the case where the second gas or the third gas is added) stays in the reaction region is several seconds or less. That is, although a small diameter vapor growth carbon fiber is produced, a large diameter vapor growth carbon fiber is difficult to produce, and it is difficult to obtain the product of the present invention when producing the vapor growth carbon fiber.
[0055]
The estimation of how the fiber aggregate containing the small diameter vapor grown carbon fiber and the large diameter vapor grown carbon fiber is obtained will be described below.
[0056]
First, when a raw material gas is supplied from the raw material gas supply nozzle 9 into the vertical furnace core tube 2, the metal catalyst source in the raw material gas is immediately decomposed to form catalyst particles, acting on the carbon source gas, and vapor phase growth. Carbon fiber is produced. The produced vapor growth carbon fiber grows in the length direction and descends toward the upper opening of the discharge pipe 18 together with the carrier gas (the length reaction time is at most 1 second from the length of the fiber). Is considered within).
[0057]
At this time, a dead space (not shown) is provided immediately below the cooling jacket of the raw material supply nozzle in the vertical furnace core tube 2. Then, the second gas is jetted down from the second gas supply device 11 along the wall of the vertical reactor core tube 2 across the dead space, while the source gas is jetted from the source supply nozzle 9, Airflow turbulence occurs in the dead space. A part of the vapor growth carbon fiber formed directly under the source gas supply nozzle 9 is sucked into the dead space due to the turbulence of the air current, and stays in the dead space for a certain time. A part of the vapor-grown carbon fibers staying in the dead space grows in thickness to form a large-diameter vapor-grown carbon fiber. When the large diameter vapor grown carbon fiber has an appropriate thickness or lump, it flows down from the dead space and is led to the discharge pipe together with the small diameter vapor grown carbon fiber.
[0058]
It has been confirmed by observations of the present inventors that a fiber lump having a diameter of several mm drifts in this dead space for several seconds to several tens of seconds.
[0059]
On the other hand, the guide gas supplied to the guide gas supply chamber 16 rises in the vertical core tube 2 along the outer wall of the discharge pipe 18. In this ascending process, the guide gas is heated by the heating device 3.
[0060]
When the rising guide gas reaches the upper opening of the discharge pipe 18, it is sucked into the upper opening. The guide gas is sucked from the upper opening because the air flow in the exhaust pipe 18 becomes faster than the air flow in the vertical core tube 2 due to the water flow ejected from the seal water pipe 20 or the exhaust from the exhaust fan communication pipe 27. Because.
[0061]
The gas (post-reaction gas) containing the vapor-grown carbon fiber that has descended along the central axis in the interior of the vertical core tube 2 reaches the upper portion of the upper opening of the discharge pipe 18 and guide gas together with the carrier gas. It becomes a state wrapped in and is sucked into the upper opening.
[0062]
At this time, the upper opening of the discharge pipe 18 has a funnel shape, and since the descending carrier gas and the descending vapor-grown carbon fiber-containing gas and the guide gas are merged, air current disturbance or partial circulation is caused. appear. Due to the turbulence or partial circulation of the air flow, the air suspension time of some vapor-grown carbon fibers becomes longer. As a result, some vapor-grown carbon fibers floating in the air cause growth in thickness (a funnel-like shape and vigorous air flow agitation in the upper part thereof have been confirmed).
[0063]
Eventually, the vapor-grown carbon fiber passing through the discharge pipe 18 has an ultrafine vapor-grown fiber as a result of little thickness growth and a large-diameter vapor-grown carbon as a result of thickness growth. A fiber mixture is formed by mixing the fibers.
[0064]
This mixture falls from the lower opening of the discharge pipe 18 into the stored water 28 in the fiber collecting tank 21 together with the water flow. The true specific gravity of the vapor grown carbon fiber is 1 or more, but the fiber lump is bulky and 0.1 or less, so it does not settle in the stored water 28 and floats on the stored water 28. The fibers that do not float on the stored water 28 and rise to the space in the fiber collecting tank are forcibly dropped onto the stored water 28 by the shower water sprayed from the water sprayer 23.
[0065]
By collecting the fiber mixture floating on the stored water 28 in the fiber collection tank 21, the fiber assembly according to the present invention is obtained.
[0066]
This fiber assembly may be used as it is, but usually it is used after removing the adhering tar content by solvent cleaning, heat cleaning, etc., and then heat-treating it in an inert atmosphere at 2000 ° C. or higher. . Further, the fiber length may be adjusted by pulverization or the like to facilitate mixing with the resin.
[0067]
The fiber assembly thus obtained can be suitably used as a filler for composite materials. That is, the composite material according to the present invention includes the base material and the fiber assembly according to the present invention.
[0068]
Examples of the base material include rubber, synthetic resin, metal, ceramics, and the like. When the synthetic resin, rubber and metal are mixed with the fiber assembly, it is preferable to improve the fluidity by heating the base material. For plastics with fluidity, higher viscosity plastics are more convenient for mixing with fiber assemblies than lower viscosity plastics. Suitable synthetic resins include nylon and polyetheretherketone. Since the rubber as a base material has a high viscosity and has viscoelasticity, it can be mixed well with the fiber assembly. The fact that mixing is easy when viscoelastic can be supported by the fact that the synthetic resin having rubber elasticity and the fiber assembly can be mixed well.
[0069]
When the base material is a metal, a melt forging method is employed for mixing the metal and the fiber assembly. In order to facilitate mixing of the metal and the fiber assembly, it is necessary to devise measures such as giving the metal an affinity for the fiber assembly or lowering the molten metal temperature. The metal as the base material is preferably an alloy in that such a device can be easily made.
[0070]
When the base material is ceramic, the ceramic slurry and the fiber assembly are mixed. When manufacturing a composite material using ceramics as a base material, when the composite material is manufactured by sintering at a high temperature, carbides and nitrides are preferable to oxides rather than oxides.
[0071]
A composite material containing carbon as a base material is mixed and cured with pitch, phenol resin, and the like, and then heated and carbonized in a non-oxidizing atmosphere. For the generation of voids during the carbonization treatment, a method such as reimpregnation with pitch and phenol resin is adopted as in the conventional carbon / carbon composite material production. Further, a so-called CVD (Chemical Vapor Deposition) or CVI (Chemical Vapor Infiltration) method in which a fiber assembly is preformed and carbon is chemically vapor-deposited on the fibers in the preform may be employed.
[0072]
The fiber assembly can be dispersed and mixed in the base material using a Henschel mixer, a two-roll, a three-roll, a twin-screw extruder, or the like depending on the kind of the base material.
[0073]
Various composite materials thus obtained are used as conductive materials, discharge materials and the like. In this composite material, the ultrafine vapor-grown carbon fibers are curled up and not dispersed in the base material. The dispersibility of the phase-grown carbon fiber in the base material is improved. Moreover, since the finely grown vapor-grown carbon fibers that are well dispersed and not rounded are in contact with each other, the composite material has various properties inherent to vapor-grown carbon fibers, such as electrical properties. Properties such as conductivity, thermal properties such as thermal conductivity, and mechanical properties such as strength, elongation, elastic modulus and the like can be satisfactorily exhibited.
[0074]
Therefore, the composite material according to the present invention is suitably used for conductive materials, discharge materials, and the like.
[0075]
【Example】
Hereinafter, an example explains.
Example 1
The apparatus used was the same shape as in FIG. The vertical reactor core tube (reaction tube) 2 is a silicon carbide cylinder having an inner diameter of 120 mm, an outer diameter of 130 mm, and a length of 2000 mm. The heating device 3 was an electric heater divided into 1 to 6 zones from the top, and the 1 zone was set to 800 ° C, the 2 zones were set to 900 ° C, and the 3 to 6 zones were set to 1180 ° C. Both the vaporizer 6 and the preheater 8 were controlled at 320 ° C., and the raw material gas supply nozzle was controlled at 350 ° C. The reaction tube and the supply system connected to the reaction tube are all purged with nitrogen after passing through a gas flow meter of 7, 10, 13 and then replaced with hydrogen, and a predetermined flow rate is applied. The guide gas supply chamber was supplied with predetermined nitrogen from the guide gas flow meter 15, nitrogen was supplied to the fiber collection tank 21 from the dilution gas introduction pipe 22, and the exhaust fan communication pipe 27 was connected to the activated exhaust fan. Further, water was supplied to the seal water tank 19, adjusted so as to flow stably from the seal water pipe 20, and water was sprayed from the water sprayer 23. This state was maintained for several minutes, and after confirming that the oxygen concentration at the outlet of the discharge pipe 18 and the fiber collection box 21 became 1% or less, the following combustible gas introduction work was started.
[0076]
The source gas supply nozzle is supplied with 4 L / min of methane, the second gas supply unit 11 is supplied with a mixed gas of methane 5 L / min and hydrogen 10 L / min, and the third gas supply unit 14 is supplied with 15 L / min of hydrogen. Nitrogen was supplied to the gas supply chamber at 40 L / min. The exhaust fan and the seal water tank head were controlled so that the micro differential pressure gauge installed in the third gas supply unit 14 and the guide gas supply chamber 16 showed a value lower than the outside air by about 2 to 5 mm.
[0077]
Here, as a catalyst source including a carbon source, a liquid of 15% by weight of ferrocene, 6% by weight of thiophene, and 79% by weight of benzene is supplied from the raw material liquid tank 4 by a raw material supply pump at a rate of 0.7 cc / min. The mixture was mixed with 4 L / min of methane and flowed through a reaction tube from a source gas supply nozzle to carry out the reaction. One hour later, the supply of the raw material liquid was stopped and the combustible gas was replaced with nitrogen. Then, the apparatus was released to the atmosphere, and the fibers in the fiber collection 21 were collected. After drying and tar removal, the weight was measured. The weight was about 80 g and the carbon yield was about 25%.
[0078]
This fiber was randomly observed by SEM. The average diameter of the fine fibers was 25 nm, the average diameter of the thick fibers was 80 nm, and the amount of the latter was about 5% by volume. Examples of SEM photographs are shown in Photos 1 to 6.
[0079]
(Comparative Example 1)
The apparatus conformed to Example 1. The vertical reactor core tube (reaction tube) 2 is a silicon carbide cylinder having an inner diameter of 90 mm, an outer diameter of 100 mm, and a length of 2000 mm. The heating device 3 was an electric heater divided into 1 to 6 zones from the top, and the 1 zone was set to 600 ° C, the 2 zones were set to 800 ° C, and the 3 to 6 zones were set to 1120 ° C. Both the vaporizer 6 and the preheater 8 were controlled at 320 ° C., and the raw material gas supply nozzle was controlled at 400 ° C. The reaction tube and the supply system connected to the reaction tube are all purged with nitrogen after passing through a gas flow meter of 7, 10, 13 and then replaced with hydrogen, and a predetermined flow rate is applied. The guide gas supply chamber was supplied with predetermined nitrogen from the guide gas flow meter 15, nitrogen was supplied to the fiber collection tank 21 from the dilution gas introduction pipe 22, and the exhaust fan communication pipe 27 was connected to the activated exhaust fan. Further, water was supplied to the seal water tank 19, adjusted so as to flow stably from the seal water pipe 20, and water was sprayed from the water sprayer 23. This state was maintained for several minutes, and after confirming that the oxygen concentration at the outlet of the discharge pipe 18 and the fiber collection box 21 became 1% or less, the following combustible gas introduction work was started.
[0080]
The source gas supply nozzle is supplied with 2.44 L / min of hydrogen, the second gas supplier 11 with 8 L / min of hydrogen, the third gas supplier 14 with 8 L / min of hydrogen, and the guide gas supply chamber with nitrogen. Was supplied at 16 L / min. The exhaust fan and the seal water tank head were controlled so that the micro differential pressure gauge installed in the third gas supply unit 14 and the guide gas supply chamber 16 showed a value lower than the outside air by about 5 mm.
[0081]
Here, the raw material liquid is supplied and vaporized from the raw material liquid tank 4 by a raw material supply pump, and 2.60 L / min of raw material gas (composition: ferrocene 0.12 mol%, thiophene 0.10 mol%, toluene 5.80). (Mole%, hydrogen 93.98 mol%) from the source gas supply nozzle to the reaction tube to carry out the reaction. After 6 hours, the supply of the raw material liquid was stopped, the combustible gas was replaced with nitrogen, the apparatus was opened to the atmosphere, the fibers in the fiber collection 21 were collected, the weight was measured after drying and tar removal. The weight was about 24 g and the carbon yield was about 12%.
[0082]
This fiber was randomly observed by SEM, and it was difficult to find a large diameter fiber having an average diameter of 20 nm and a diameter of 50 nm or more.
(Example 2)
Example 1 and Comparative Example 1 were repeated to obtain about 100 g of each sample. A graphitized vapor-grown carbon fiber (average diameter of about 0.1 μm) having a nominal diameter of about 0.1 μm and a graphitized product at 2500 ° C. after tar removal were prepared as samples for evaluation tests.
[0083]
Example 1 Nylon 66 resin pellet "NOVAMID3010SR" manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd. was mixed with 9 parts by weight of the sample / 91 parts by weight of the resin (kneading extrusion using LABOPLASTOMILL manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), and a fiber mixed wire And cut with scissors into pellets.
[0084]
A test piece having a thickness of 4 mm, a width of 10 mm, and a length of 80 mm was obtained from the pellets using a tabletop injection molding machine “Handy Try” manufactured by Shinsei Servik.
[0085]
Test pieces were obtained in the same manner for the sample of Comparative Example 1 and a commercially available 0.1 μm product. The above three types of fibers all have a specific gravity of 2.2 and the resin has a specific gravity of 1.15. Therefore, all of these test pieces contained 5% by volume of vapor-grown carbon fiber (from the weight percentage). Conversion to volume percentage).
[0086]
Table 1 shows the results of the specific resistance measurement by the three-point bending test according to JIS-K7203 and the four-terminal method.
[0087]
[Table 1]
Figure 0004323713
[0088]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is little twisting and entanglement of the ultrafine vapor growth carbon fiber, the large vapor growth carbon fiber is dispersed in the ultrafine vapor growth carbon fiber, and the ultrafine vapor growth carbon fiber is in proper contact. A fiber assembly can be provided.
[0089]
According to the present invention, it is possible to provide a composite material in which the fiber aggregate is dispersed in a base material and electrical characteristics, mechanical characteristics, and thermal characteristics are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a vapor growth carbon fiber production apparatus capable of producing a fiber assembly according to the present invention.
FIG. 2 is an SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
FIG. 3 is a SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
FIG. 4 is a SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
FIG. 5 is a SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
FIG. 6 is a SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
FIG. 7 is a SEM photograph of the fiber obtained in Example 1 as a drawing substitute photograph.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vapor growth carbon fiber manufacturing apparatus, 2 ... Vertical furnace core tube, 3 ... Heating apparatus, 4 ... Raw material liquid tank, 5 ... Raw material liquid supply pump, 6 ... Vaporizer, 7 ... 1st gas flow meter, 8 ... Preheater, 9 ... Raw material gas supply nozzle, 10 ... Second gas flow meter, 11 ... Second gas supply device, 12 ... Rectifier, 13 ... Third gas flow meter, 14 ... Third gas supply unit, 15 ... Guide gas Flow meter, 16 ... guide gas supply chamber, 17 ... rectifier, 18 ... discharge pipe, 19 ... sealed water tank, 20 ... sealed water pipe, 21 ... fiber collecting tank, 22 ... dilution gas introduction pipe, 23 ... water sprayer, 24 ... 1st partition plate, 25 ... 2nd partition plate, 26 ... Constant water level drainage hole, 27 ... Exhaust fan connecting pipe, 28 ... Reserved water, 29 ... Fiber (product).

Claims (4)

細径気相成長炭素繊維の集合体と大径気相成長炭素繊維の集合体とを含有し、前記細径気相成長炭素繊維の集合体の平均直径が3〜50nmであり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体の平均直径が60〜300nmであり、
前記大径気相成長炭素繊維の集合体は、その体積百分率が、気相成長炭素繊維全体の0.1〜30%であることを特徴とする繊維集合体。
Containing an aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers and an aggregate of large-diameter vapor-grown carbon fibers, the average diameter of the aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers is 3 to 50 nm, The average diameter of the aggregate of vapor-grown carbon fibers is 60 to 300 nm,
The aggregate of large-diameter vapor-grown carbon fibers has a volume percentage of 0.1 to 30% of the total vapor-grown carbon fibers .
前記細径気相成長炭素繊維の集合体は、その平均アスペクト比が小さくとも30であり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体は、その平均アスペクト比が2〜100であり、前記大径気相成長炭素繊維の集合体の平均アスペクト比が前記細径気相成長炭素繊維の集合体の平均アスペクト比を超えない前記請求項1に記載の繊維集合体。The aggregate of the small-diameter vapor grown carbon fibers has an average aspect ratio of at least 30 and the aggregate of the large-diameter vapor-grown carbon fibers has an average aspect ratio of 2 to 100. 2. The fiber assembly according to claim 1, wherein an average aspect ratio of the aggregate of diameter vapor-grown carbon fibers does not exceed an average aspect ratio of the aggregate of small-diameter vapor-grown carbon fibers. 前記細径気相成長炭素繊維の集合体及び前記大径気相成長炭素繊維の集合体はいずれも、1500〜3500℃で熱処理されて成る黒鉛化繊維である前記請求項1又は2に記載の繊維集合体。The Both assemblies and the large径気-grown carbon fiber aggregate of the thin vapor-grown carbon fibers, according the to claim 1 or 2 which is graphitized fibers formed by heat treatment at 1,500 to 3,500 ° C. Fiber assembly. 前記請求項1〜のいずれか1項に記載の繊維集合体を含有して成ることを特徴とする複合材料。A composite material comprising the fiber assembly according to any one of claims 1 to 3 .
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Kim et al. GROWTH OF CARBON NANOTUBES ON ACTIVATED CARBON FIBERS

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