JP4847164B2 - 微細炭素繊維構造体 - Google Patents
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Description
〔微細炭素繊維構造体〕
炭素繊維と粒状部とを有する微細炭素繊維構造体であって、当該構造体において少なくとも2つの粒状部が炭素繊維で結合されており、また、炭素繊維の外径のメディアン径をD1とし、粒状部の面積基準の円相当メディアン径をD2としたときに、D2/D1が1.3〜10であり、D2が0.05〜0.4μmであり、炭素繊維メディアン長さが20μm以下であり、粒状部は炭素繊維の成長過程で形成されたものであり、かつ炭素繊維と粒状部とは少なくとも表面においてグラフェン層が連続している炭素繊維構造体。
更に、本発明は、メタン、トルエン及び/又はキシレン、触媒並びに水素を反応炉内に供給する気相法炭素繊維の製法であって、反応炉内に供給するガス組成中のメタン/(トルエン及び/又はキシレン)のモル比が1を超え100以下であり、かつ反応炉内に供給するガス中組成中の水素容積率が70%以上、100%未満である、「本発明の微細炭素繊維構造体の要件」を満たす微細炭素繊維構造体の製法を提供するものである。
(1)微細炭素繊維構造体
本発明の微細炭素繊維構造体は、「本発明の微細炭素繊維構造体の要件」を満たすものであるが、この要件を満たした場合に、微細炭素繊維構造体は本発明が所望する極めて良好な粉体電気抵抗値を達成することができる。
次に本発明に係る微細炭素繊維構造体の製法について説明する。
メタン、ベンゼン、触媒及び水素を反応炉内に供給する場合において、反応炉内に供給する、換言すれば反応炉の入り口のガス組成中のメタン/ベンゼンのモル比が1を超え100以下、好ましくは1.1〜50、より好ましくは2〜30とし、そして反応炉に供給するガス組成中の水素容積率が10%以上、100%未満、好ましくは15〜95%、より好ましくは20〜90%となるように制御することにより「本発明の微細炭素繊維構造体の要件」を満たす微細炭素繊維構造体を得ることができる。
メタン、トルエン及び/又はキシレンを供給する場合において、反応炉内に供給する、換言すれば反応炉の入り口のガス組成中のメタン/(トルエン及び/又はキシレン)のモル比が1を超え100以下、好ましくは1.1〜50、より好ましくは2〜30とし、そして反応炉に供給するガス組成中の水素容積率が70%以上、100%未満、好ましくは75〜95%、より好ましくは78〜90%となるように制御することにより「本発明の微細炭素繊維構造体の要件」を満たす微細炭素繊維構造体を得ることができる。
本発明の炭素繊維構造体の写真をSEM(倍率1000〜5000倍)で撮影した。得られたSEM写真に基づき、各炭素繊維構造体における1本の繊維について繊維が延出する方向に対して垂直の方向から画像解析ソフトウェア WinRoof(商品名、三谷商事株式会社製)を用いて繊維の太さを求め、これを数値化し炭素繊維の外径のメディアン径D1とした。1視野で対象とできる炭素繊維構造体(60〜80本程度)を全て用い、3視野で約200本の繊維を対象とした。
本発明の炭素繊維構造体の写真をSEM(倍率1000〜5000倍)で撮影した。得られたSEM写真に基づき、各炭素繊維構造体における粒状部の中心部から延出する微細炭素繊維の末端までを含めた微細炭素繊維の長さを画像解析ソフトウェア WinRoof(商品名、三谷商事株式会社製)を用いて求め、これを数値化し炭素繊維のメディアン長さとした。1視野で対象とできる炭素繊維構造体(60〜80本程度)を全て用い、3視野で約200本の繊維を対象とした。
炭素繊維構造体の写真をSEM(倍率1000〜5000倍)で撮影し、得られたSEM写真に基づき、微細炭素繊維相互の結合点である粒状部を1つの粒子とみなして、その輪郭を、画像解析ソフトウェア WinRoof(商品名、三谷商事株式会社製)を用いてなぞり、輪郭内の面積を求め、各粒状部の面積基準の円相当メディアン径D2を計算し、これを数値化して炭素繊維構造体の各粒状部の面積基準の円相当メディアン径D2とした。
R=A×4π/L2
この場合、粒状部の輪郭が明瞭なもののみを対象とし、1視野で対象とできる粒状部(60〜80個程度)を全て用い、3視野で約200個の粒状部を対象とした。
内径70mmで分散板付透明円筒に1g粉体を充填し、圧力0.1Mpa、容量1.3リットルの空気を分散板下部から送り粉体を吹出し、自然沈降させる。5回吹出した時点で沈降後の粉体層の高さを測定する。このとき測定箇所は6箇所とることとし、6箇所の平均を求めた後、嵩密度を算出する。
堀場ジョバンイボン製LabRam800を用い、アルゴンレーザーの514nmの波長を用いて測定する。
マックスサイエンス製TG−DTAを用い、炭素繊維構造体を約10mg秤量し、アルミナ坩堝に入れて、空気を0.1リットル/分の流速で流通させながら、10℃/分の速度で昇温し、炭素繊維構造体の酸化温度を測定した。DTAの発熱ピークトップの温度を酸化温度として求める。
微細炭素繊維構造体1gを秤取り、樹脂製ダイス(内寸40L、10W、80Hmm)に充填圧縮し、変位および荷重を読み取る。4端子法で定電流を流して、そのときの電圧を測定し、0.9g/cm3の密度まで測定したら、圧力を解除し復元後の密度を測定した。粉体抵抗については、0.2、0.8及び0.9g/cm3に圧縮したときの抵抗を測定する。
(実施例1〜4、比較例1)
CVD法によって、図3に示す反応炉を用い、表1に示す炭素源を使用して、表1に示す条件にて、微細炭素繊維構造体を合成した。
2 導入ノズル
3 衝突部
4 原料ガス供給口
a 導入ノズルの内径
b 反応炉の内径
c 衝突部の内径
d 反応炉の上端から原料混合ガス導入口までの距離
e 原料混合ガス導入口から衝突部の下端までの距離
f 原料混合ガス導入口から反応炉の下端までの距離
Claims (10)
- 炭素繊維と粒状部とを有する微細炭素繊維構造体であって、当該構造体において少なくとも2つの粒状部が炭素繊維で結合されており、また、炭素繊維の外径のメディアン径をD1とし、粒状部の面積基準の円相当メディアン径をD2としたときに、D2/D1が1.3〜10であり、D2が0.05〜0.4μmであり、炭素繊維メディアン長さが20μm以下であり、粒状部は炭素繊維の成長過程で形成されたものであり、かつ炭素繊維と粒状部とは少なくとも表面においてグラフェン層が連続している炭素繊維構造体。
- 粒状部の円形度のメディアン値が0.5以上、1未満である請求項1に記載の炭素繊維構造体。
- 嵩密度が1×10−3〜5×10−2g/cm3である請求項1又は2に記載の炭素繊維構造体。
- 圧縮復元密度が0.1〜0.5g/cm3である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維構造体。
- ID/IG比(ID/IG比はアルゴンレーザーの514nmにてラマン分光分析した測定値より算出)が、0.1以下である請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維構造体。
- メタン、ベンゼン、触媒及び水素を反応炉内に供給する気相法炭素繊維の製法であって、反応炉内に供給するガス組成中のメタン/ベンゼンのモル比が1を超え100以下であり、かつ反応炉に供給するガス組成中の水素容積率が10%以上、100%未満である、下記の要件を満たす微細炭素繊維構造体の製法。
〔微細炭素繊維構造体〕
炭素繊維と粒状部とを有する微細炭素繊維構造体であって、当該構造体において少なくとも2つの粒状部が炭素繊維で結合されており、また、炭素繊維の外径のメディアン径をD1とし、粒状部の面積基準の円相当メディアン径をD2としたときに、D2/D1が1.3〜10であり、D2が0.05〜0.4μmであり、炭素繊維メディアン長さが20μm以下であり、粒状部は炭素繊維の成長過程で形成されたものであり、かつ炭素繊維と粒状部とは少なくとも表面においてグラフェン層が連続している炭素繊維構造体。 - メタン、トルエン及び/又はキシレン、触媒並びに水素を反応炉内に供給する気相法炭素繊維の製法であって、反応炉内に供給するガス組成中のメタン/(トルエン及び/又はキシレン)のモル比が1を超え100以下であり、かつ反応炉内に供給するガス中組成中の水素容積率が70%以上、100%未満である、下記の要件を満たす微細炭素繊維構造体の製法。
〔微細炭素繊維構造体〕
炭素繊維と粒状部とを有する微細炭素繊維構造体であって、当該構造体において少なくとも2つの粒状部が炭素繊維で結合されており、また、炭素繊維の外径のメディアン径をD1とし、粒状部の面積基準の円相当メディアン径をD2としたときに、D2/D1が1.3〜10であり、D2が0.05〜0.4μmであり、炭素繊維メディアン長さが20μm以下であり、粒状部は炭素繊維の成長過程で形成されたものであり、かつ炭素繊維と粒状部とは少なくとも表面においてグラフェン層が連続している炭素繊維構造体。 - 反応炉内に導入されたガス温度が400〜1000℃の領域において、ガスに乱流を生じさせる請求項6又は7のいずれかに記載の炭素繊維構造体の製法。
- 反応炉に供給されるメタンが、反応炉より排出される排ガス中に含まれるメタンを循環使用することにより供給されるものである請求項6〜8のいずれかに記載の微細炭素繊維構造体の製法。
- 反応炉に供給される水素が、反応炉より排出される排ガス中に含まれる水素を循環使用することにより供給されるものである請求項6〜9のいずれかに記載の微細炭素繊維構造体の製法。
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