JPH0192421A - 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。

［従来の技術とその問題点］ 気相成長炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッブー系、レーヨン
系等の有機１！帷を焼成して得られる炭素繊維に比べて
、機械的性質に優れている。特に、これを黒鉛化した黒
鉛繊維は、引張強度として７００Ｋｑ／亀民２、引張弾
性率として７０ｔ／九島２という極めて高い値を有して
いる。さらに気相成長炭素繊維は、生体適合性に優れて
いるだけでなく、高い結晶配向性のために高電気伝導性
を有している等の特徴を有している。従って、その用途
は、構造材料をはじめとして電気・電子材料、生体材料
など幅が広い。このため気相成長炭素繊維は注目すべき
材料と言える。

かかる気相成長炭素繊維は、固定方式あるいは流動床方
式と呼ばれる方法で製造されている。特に最近では、特
開昭６０−５４９９８号に記載された連続製造が可能で
あり、生産性の高い流動床方式による製造が主流をなし
ている。この方法として、メタン、アセチレン、ベンゼ
ン等の炭素化合物のガスとフェロセンとの有機遷移金属
化合物のガスとキャリヤーガスとの混合ガスを加熱帯に
導入し、６００〜１３００℃、好ましくは１０５０〜１
２００℃で加熱反応させることにより、気相中で金属触
媒を生成し連続的に炭素繊維を製造するものがある。こ
こでキャリヤーガスとしては、水素１００％あるいは８
０％以上の水素とアルゴン、ヘリウム、窒素等との混合
ガスを使用している。

このような従来の気相成長炭素ｍ帷製造方法では、水素
ガスは少なくともキャリヤーガス成分中８０％以上必要
であり、安価な製造方法とは言い難い。

本発明は、かかる点に名みてなされたものであり、気相
成長炭素＄ｌ雑の安価な製造方法を提供するものである
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、炭素ｍｒ４原料の炭素供給源としての炭素化
合物を、一酸化炭素ガスと水素ガスを混合した混合キャ
リヤーガスと共に加熱帯に導入し、有機遷移金属化合物
から生成した金属触媒の存在下で６００〜１３００℃の
温度範囲で加熱反応させることを特徴とする気相成長炭
素繊維の製造方法である。

本発明は、これまで製鉄業界でせいぜい燃料として用ら
れているにすぎなっか転炉ガスに着目し、その主成分で
ある一酸化炭素ガスを気相成長炭素ｌＲ雑の製造時にキ
ャリヤーガスとして使用することによって、安価な気相
成長炭素繊維の製造方法を開発したものである。

すなわち、本発明方法では、炭素化合物のガスを一酸化
炭素ガスと水素ガスを混合したキャリヤーガスと共に有
機遷移金属化合物から生成した金属触媒の存在する加熱
帯に導入し、６００〜１３００℃、更に好ましくは１０
５０〜１２００℃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ものである。

ここで、本発明にて使用する一酸化炭素ガスと水素ガス
を混合したキャリヤーガスは、　Ｆａ化炭素ガスを主体
とした混合ガスであり、このガスキャリヤーガスにおけ
る水素ガスの混合機は、０．１〜５０容量％、更に好適
には１〜２０容出％である。この有機遷移金属化合物が
炭素化合物中に占める割合は、好ましくは０．０１〜４
０重恐％、更に好ましくは０．０５〜１０重量％である
。

また、本発明における炭素基Ｎ原料の炭素供給源として
の炭素化合物は、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、アナトラセン油、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、及びこれらの混合物
は、安価で天理に供給が可能であるため有用である。ざ
らにヘテロ原子を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ン類、゛チオール類及びチオフェ
ノール類を用いると、生成速度が速くなり有用である。

また、本発明における金属触媒の生成に用いる有ｔ！４
Ｍ移金属化合物としては、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、パラジウム及び白金を含有する
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］ 本発明にかかる気相成長炭素繊維の製造方法によれば、
キャリヤーガスとして一酸化炭素ガスを主体とした水素
ガスとの混合ガスを使用することにより、従来の技術よ
りも水素ガスの使用量を格段に少なくすることができ、
安価な気相成長炭素ｔｘｔの製造方法を提供できる。

［実施例］ 実施例１ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１因は、本発明方法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１１．１２．１３は、ガスボン
ベであり、ボンベ１１には、アルゴンガス、ガスボンベ
１２には、高純度一酸化炭素ガス、ガスボンベ１３には
、高純度純度水素ガスが夫々充填されている。ガスボン
ベ１１．１２．１３には、流星計１４．１５．１６を接
続し、これにより流量制御するようになっている。

一方、原料タンク１７には、原料油として、フェロセン
とチオフェンを溶解させたベンゼンを入れるようになっ
ている。原料油の重量組成は、例えばベンゼン：フェロ
セン：チオフェン＝ｉｏｏ：０．５：０．２に設定され
ている。原料油は、ガスボンベ１１．１２．１３からの
キャリヤーガスと共に反応管２０に供給されるようにな
っている。

反応管２０は、例えば内径９４ｍｍ、長さ１３００ｍｍ
のアルミナ管であり、その内の長さ約１０００ｍｍに亘
る部分を電気炉２３内に股間している。電気炉２３の温
度は、熱雷対２４で検知して温度制御器２５で一定温度
に制御されるようになっている。電気炉２３の運転中の
温度は、例えば１１５０℃に設定されている。

而して、このような装置において運転に際して、ガスボ
ンベ１１から供給されるアルゴンガスで予め装置内を置
換しておく。次いで、キャリヤーガスとして一酸化炭素
ガスと水素ガスの混合ガスをｌａｌｆｉｌｏｏｏｓｃｃ
ｍにしてステンレスバイブ１８を通して反応管２０内に
導入した。一酸化炭素ガスと水素ガスの混合割合は、一
酸化炭素ガス：水素ガス−９５：５とした。更に原料油
をケミカルポンプ２２を使って１．０ｍｌ／分の割合で
ステンレスバイブ１９を通して反応管２０内に供給した
。反応管２０内では、原料油が熱分解し連続的に気相成
長炭素繊維が生成する。生成した気相成長炭素１！ＩＩ
Ｉは、捕集器２１で捕集した。

このような運転を２０分間行なった。得られた気相成長
炭素繊維の重滑は、３．３３０であり、収率は、１９．
８％であった。また、気相成長炭素繊維の繊維径と繊維
長さを走査電子顕微鏡で観察したところ、気相成長炭素
１１ｔＨの径は、１〜３μｍであり、繊維長さは５００
μｍ以上であった。

実施例２ 実施例１で用いた装置を使用し、キャリヤーガスの一酸
化炭素ガスと水素ガスに混合割合の影響を調べた。すな
わち、キャリヤーガスの混合割合を変化させる以外は実
施例１と同じ条件で装置の運転を行なった。キャリヤー
ガスの混合割合は、夫々、一酸化炭素ガス：水素ガス−
９＝１、一酸化炭素ガス：水素ガス−８：２、一酸化炭
素ガス：水素ガス−５：５、一酸化炭素ガス：水素ガス
−３ニアとした。この場合、２０分間の運転で得られた
気相成長炭素繊維の収率は、実施例１と比較すると実施
例１の収率が１８．９％であるのに対して、実施例２の
一酸化炭素ガス：水素ガスー９：１とした場合は、１２
．８％の収率であり、一酸化炭素ガス：水素ガス＝８＝
２、とした場合は、８．８％の収率であり、一酸化炭素
ガス：水素ガス−５＝５、とした場合は、５．６％の収
率であり、一酸化炭素ガス：水素ガス＝３＝７とした場
合は、１．３％の収率であった。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明にかかる気相成長炭素ｔｌ雑
の製造方法によれば、連続製造が可能で生産性の高い流
動床方式により、しかも、一酸化炭素ガスを主体とした
水素ガスとの混合ガスをキャリヤーガスとして用いるの
で、従来の製造方法よりも安価な気相成長炭素繊維の製
造方法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するための装置の概略構成
を示す説明である。 １１．１２．１３・・・ガスボンベ、１４．１５．１６
・・・流倦計、１７・・・原料タンク、１８．１９・・
・ステンレスバイブ、２０・・・反応管、２１・・・捕
集器、２２・・・ケミカルポンプ、２３・・・電気炉、
２４・・・熱電対、２５・・・温度制御器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化合物を、一酸
   化炭素ガスと水素ガスを混合した混合キャリヤーガスと
   共に加熱帯に導入し、有機遷移金属化合物から生成した
   金属触媒の存在下で６００〜１３００℃の温度範囲で加
   熱反応させることを特徴とする気相成長炭素繊維の製造
   方法。