JPH01207418A - 気相成長炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気相成長炭素繊維の製造方法に関する。

［従来の技術］ 気相成長炭素繊維は、有機繊維を焼成して製造されてい
るＰＡＮ系炭素繊維やメソフェーズピッチの溶融紡糸、
不融化、炭化処理して得られるピッチ系炭素繊維に比べ
、引張り強度などの機械特性にすぐれ、さらに電気抵抗
値が低いなど機能性材料としても優れた性質を有してい
る０例えば、２８００℃で熱処理された繊維は引張り強
度として７００　ｋｇ／ＭＭ２、引張り弾性率として７
０　ｔｏｎ　／ｆ１２という極めて高い値を持っている
。これらの緒特性は繊維の結晶配向性が高いためと考え
られている。従って、気相成長炭素繊維の用途は幅広く
、例えば、ＦＲＰ、ＦＲＭ、ＦＲセメント、Ｃ／Ｃコン
ボジント等の各種複合材料の繊維補強材料としての利用
がある。これらは宇宙、航空産業、自動車産業、建設、
電気産業など多くの産業に適用しうる素材であり非常に
期待が大きい、また、最近では精密機械のＯＡ化、ＦＡ
化への利用より電磁遮蔽材料の要請が高まり、気相成長
炭素繊維などの良質な素材が要求されている。このほか
、気相成長炭素繊維は黒鉛層間化合物に容易に変換でき
るが、このものは銅線にかわる伝導材料として注目され
ている。

かかる気相成長炭素繊維は従来、固定床方式とよばれる
方法で製造されていた。しかし、本方式では連続生産が
困難であるため生産性が低い欠点があった、ところが、
特開昭６０−５４９９８号で開示された方法のような流
動床方式では触媒である超微粒子金属が反応器内に浮遊
するため生産性が著しく高く、本方式が気相成長炭素繊
維の製造方法として主流になりつつある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、いずれの上記製造方式でも用いられるキ
ャリヤーガスは水素ガスが主体であり、操業上、爆発の
危険性やその純度も８０％以上（残りは不活性ガス）が
要求され、製品のコスト高の要因になるなど、大量生産
する場合に問題となる。さらに、気相成長炭素繊維の製
造では６００〜１３００℃という高温を必要とし、大量
生産する場合はその加熱方式として電気炉は使用できな
い。

燃料の燃焼ガスによる内部加熱方法も考えられるが、こ
の場合、燃焼ガス中に水分や“すす”が含まれてしまい
気相成長炭素繊維の生成が妨げられるという欠点がある
。このように従来の製造方法は固定床方式よりは生産性
は上がるものの、未だ工業規模での生産プロセスとは言
い難い。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、キャ
リヤーガスを予め熱風炉により加熱することにより、水
分、“すす”の発生を抑制し、しかも工業的規模に気相
成長炭素繊維の連続生産する製造方法を提供するもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、有機遷移化合物の存在下で６００〜１３００
℃の温度範囲でキャリヤーガス中で炭化水素を熱分解し
て気相成長炭素繊維を製造する方法において、キャリヤ
ーガスを予め熱風炉により加熱し、反応帯域を６００〜
１３００℃の温度範囲に保つことを特徴とする気相成長
炭素繊維を製造する方法である。

本発明者らは、気相成長炭素繊維を工業規格で生産する
プロセスについて鋭意研究した結果、キャリヤーガスを
予め加熱し反応帯域を６００〜１３００℃の温度範囲に
保つ方法として高炉などで使用されている熱風炉方式を
用いる方法を見出した。本方法は二つの蓄熱炉と反応器
から成る。蓄熱炉では燃焼用ガスを燃焼させ炉内に充填
された充填物を１０００〜１６００℃程度に加熱し、そ
の後、蓄熱炉より反応器に導入されるキャリヤーガスが
６００〜工３００℃になるようにキャリヤーガスを流す
。このとき、燃焼排ガス中に含まれる水分やススは燃焼
排ガスをキャリヤーガスで置換することにより除去が可
能である。また、蓄熱炉を２基用意することにより、燃
焼、排ガス置換、キャリヤーガス流通のサイクルの連続
化が可能となり、連続して６００〜１３００℃に加熱さ
れたキャリヤーガスを反応器に導入できる。また反応器
は加熱されたキャリヤーガスにより加熱され、この中に
炭化水素、フェロセンなどの有機遷移化合物を吹込むこ
とにより気相成長炭素繊維の連続生産が可能となる。

ここで、本発明にて使用する燃料用ガスは、水素、プロ
パン、ＬＮＧ、ナフサ、石油ガス、及びその混合物ある
いは、製鉄所より発生する高炉ガス、転炉ガス、コーク
ス炉ガス、及びその混合物が使用可能であるが、特に水
、“すす”の発生を抑制するためには高炉ガス、転炉ガ
ス、コークス炉ガス、およびその混合物が有用である。

また、燃料用ガスの燃焼は公知のいずれの方法が用いら
れ、バーナーも各種の物が使用可能である。使用される
充填物は１６００℃程度の高温にて安定であるものはす
べて使用可能であり、セラミックペドルなどが望ましい
。

また、本発明にて使用するキャリヤーガスは水素、−酸
化炭素、二酸化炭素、及び窒素、アルゴンなどの不活性
ガスさらにこれらの混合ガスが用いられる。特に、製鉄
所より発生する高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、
及びその混合物が工業的規模で気相成長炭素繊維の連続
生産する場合望ましい。

本発明における炭素供給源としての炭素化合物とは炭化
水素その他あらゆる有機化合物が対象になるが、高い収
率を得るためには脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素が望
ましい。特に、コークス炉からの副産物である粗軽油類
、ナフタリン、中油、アントラセン油、重油、ピッチ及
びコールタールならびにこれらの水素化物、およびこれ
らの混合物は、安価で大量に供給が可能であるため有用
である。さらにヘテロ原子を含有するものも使用可能で
あり、特に硫黄を含有するチオフェニン類、チオール類
およびチオフェノール類を用いると、生成速度が速くな
り有用である。

本発明における金属触媒として用いる有機遷移金属化合
物は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、ルビジウム、ロジウム、タングステ
ン、パラジウムおよび白金を含有する有機遷移金属化合
物を指すものであり、その内で特に鉄、ニッケル、コバ
ルトを含有する有機遷移金属化合物が好適であって、鉄
を含有する有機遷移金属化合物が最も好ましい。

［作　用〕 本発明によれば、炭素化合物のガスを混合キャリヤーガ
スとともに該有機遷移金属化合物から生成させた金属触
媒の存在する加熱帯に導入し、６００〜１３００℃、更
に好適には１０５０〜１２００℃で加熱反応させ、気相
中で金属触媒と炭素繊維を連続的に成長させる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明を実施するための装置の概略構成を示
す説明である。

図中１は転炉ガスホールダである。転炉ガス２は除湿装
置３により脱水され、熱交換器４を通りバーナー５を介
し熱風炉６に通じている。バーナー５には燃焼用空気が
装入される。転炉ガスが燃焼され熱風炉６が加熱された
後、再び転炉ガスを炉内に導入し、炉内部を転炉ガスに
置換後、６００〜１３００℃に昇温する。昇温された転
炉ガスは反応器７に、コークス炉ガス８、およびフェロ
センを含有する炭化水素油９と共に導入され、ここで気
相成長炭素繊維の製造がおこなわれる。反応器７の出口
と熱交換器４は接続されており、フィルター１０に通じ
ている。フィルターでは、生成した気相成長炭素繊維は
排ガスと分離される。

転炉ガス２及び空気を窒素、アルゴンなどの不活性ガス
で置換された熱風炉６に例えば２３ＯＮｒｒｒ／ｈｒ、
　３６９　Ｎ　ｒｒｒ／ｈｒの流量で導入し、バーナー
５に点火し燃焼した。このときの炉内温度は１４００℃
であった。その後、転炉ガス２を５ＯＮ％／ｈｒの流量
で炉内に導入し燃焼排ガスを置換する。次に、未加熱転
炉ガス２と混合し１１５０℃に加熱された転炉ガス２を
１０００　Ｎ　ｎ？　／　ｈｒの流量で反応器７に導入
した。熱風炉内温度が１２００℃以下に達したら、再び
、同条件で熱風炉の燃焼、転炉ガス置換、送風のサイク
ルを２塔の熱風炉６で交互に繰返し、反応器７に導入さ
れる転炉ガスの温度を１１５０℃に保った。反応器７が
予熱された後、コークス炉ガスを５４Ｎｒｒｒ／ｈｒの
流量で炉内に吹込んだ。その後、フェロセンを０．５ｗ
ｔ％含有する粗軽油を３３０ｋｇ／ｈｒの流量で吹込ん
だ。フィルター１０の下部より得られた微細な綿状物を
放出したところ、糸径０．２μｍ、繊維長１００μｍ以
上の気相成長炭素繊維であり、“すす”の混入は認めら
れなかった。−時間の運転により、１２８ｋｇの気相成
長炭素繊維１３が得られた。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明によれば、気相成長炭素繊維
の製造の熱源として熱風炉を用いた蓄熱方式を使用する
ため、“すす”の混入を妨げるとともに工業的規模で気
相成長炭素繊維の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる気相成長炭素繊維の製造に用
いられる製造装置の概略説明図である。 １・・・ガスホールダ、２・・・転炉ガス、３・・・脱
湿装置、４・・・熱交換器、５・・・バーナー、６・・
・熱風炉、７・・・反応器、８・・・コークス炉ガス、
９・・・原料油、１０・・・フィルター、１１・・・燃
焼用空気、１２・・・燃焼排ガス、１３・・・気相成長
炭素繊維。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機遷移化合物の存在下で６００〜１３００℃の温度範
   囲でキャリヤーガス中で炭化水素を熱分解して気相成長
   炭素繊維を製造する方法において、キャリヤーガスを予
   め熱風炉により加熱し反応帯域を６００〜１３００℃の
   温度範囲に保つことを特徴とする気相成長炭素繊維を製
   造する方法。