JPH0192422A

JPH0192422A - 気相成長炭素繊維の製造方法

Info

Publication number: JPH0192422A
Application number: JP24617387A
Authority: JP
Inventors: Morinobu Endo; 守信遠藤; Munehiro Ishioka; 宗浩石岡; Koji Nakazato; 浩二中里; Toshihiko Okada; 敏彦岡田; Yasuo Okuyama; 奥山　泰男; Kenji Matsubara; 健次松原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1989-04-11
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2586055B2

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、ピッチ系、レーヨン系
等の有機繊維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、引張強度とじて７００Ｋ（７／ｚｙａ”、引張弾
性率として７０ｔ／靜！という極めて高い値を有してい
る。さらに気相成長炭素ｌｌｌ１ｌ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ｔＪＡＭ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
〜１２００℃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８０％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紐製造方法では、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、かかる点に鑑みてなされたものであり、気相
成長炭素繊維の安価な製造方法を提供するものである。

Ｃ問題点を解決するための手段〕本発明は、炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化合
物を、一酸化炭基ガスと二酸化炭素ガスと水素ガスから
なる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ＷＡＮ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、この転炉ガス
を気相成長炭素繊維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ｌ！雑の製造
方法を開発したものである。なお、吹錬安定時の転炉ガ
スの主組成はおおよそ一酸化炭素ガスフ０〜８０％、一
酸化炭毒ガス１０〜２０％、窒素ガス１０％以下である
。

すなわち、本発明方法では、炭素化合物のガスを一酸化
炭素ガスと二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１０５０〜１２００℃で加熱反応させ、気
相中で金属触媒と炭素ｉＭｉ’ｌｔ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キャリヤーガスは、一酸化
炭素ガスを主体とした二酸化炭素ガス、水素ガスとの混
合ガスである。この混合ガスの組成は、一酸化炭素ガス
は、６０〜９５容闇％、更に好適には７０〜ｂ０．１〜４０容揚％、更に好適には１〜３０容苧％、水
素ガスは、０．１〜４０容量％、更に好適には１〜２０
容ω％である。更にこのキャリヤーガスは、窒素ガス、
アルゴンガス等の不活性ガスを含んでいても良い。また
、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０．０１〜４０重ａ％、更に好ましくは
０．０５〜１０重儂％である。

また、本発明における炭素繊維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、安価で大量に供給が可能であるため有用である。さ
らにヘテ０原了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機遷移
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ｌｌ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二酸
化炭素ガス、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繊維の製造方法を
提供できる。

特に、一酸化炭素ガスを主体とした二酸化炭素ガス、窒
素ガスとの混合ガスである転炉ガスをキャリヤーガスと
して使用することにより、更に安価な気相成長炭素ｉ１
Ｍ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。　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と高純度の二酸化炭
素ガスの混合ガス、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、流量計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。ガスボンベ１２の一
酸化炭素ガスと二酸化炭素ガスの混合割合は、一酸化炭
素ガス二酸化炭素ガス＝４＝１である。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−１００：０．５：０．２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
１ｏｏｏｍｍに亘る部分を電気炉２３内に設置している
。電気炉２３の温度は、熱雷対２４で検知して温度制御
器２５で一定湿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、二酸化炭素ガス、水素ガスの混合ガスを縮流１１
０００ｓｃｃｍにしてステンレスパイプ１８を通して反
応管２０内に導入した。キャリヤーガスの混合割合は、
一酸化炭素ガス二二酸化炭素ガス：水素ガス＝７６：１
９：５とした。更に原料油をケミカルポンプ２２を使っ
て１．Ｏｍｌ／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Ｉ１Ｍが生成する。生
成した気相成長炭素ａｍ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１ｉｕｒｔの重量は、４．２２ｇであり、収率は、
２４．０％であった。また、気相成長炭素ｍｌ１１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
相成長炭素繊維の径は、１〜２μｍであり、繊維長さは
３５０μｍ以上であった。

実施例２実施例１で用いた装置を使用し、キャリヤーガスの混合
割合を一酸化炭素ガス二二酸化炭素ガス＝７：３に変化
させた以外は実施例１と同じ条件で装置の運転を行なっ
た。この場合に得られた気相成長炭素繊維の収率は、１
８．２％であり、気相成長炭Ｍ繊帷の径及びｌ！維長さ
は実施例１のものと同じで値であった。

実施例３実施例１で用いた装置を使用し、キャリヤーガスの混合
割合を一酸化炭素ガス：二酸化炭素ガス＝９：１に変化
させた以外は実施例１と同じ条件で装置の運転を行なっ
た。この場合に得られた気相成長炭素繊維の収率は、２
１．５％であり、気相成長炭素１１雑の径及び４１維長
さは実施例１のものと同じで値であった。

ガスボンベ１２には実転炉の吹錬時に採取した排気ガス
を入れて、実施例１で用いた装置を使用して実施例１と
同じ条件で運転を行なった。２０分間の運転で得られた
気相成長炭素ｍ維の重量は、４．０８０であり、炭素ｍ
維の収率は、２３．２％であった。また、この気相成長
炭素ｌ！雑の径及びｍ１ｌｌｉ長さは実施例１〜３の場
合と同じであった。

［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繊維の
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二
酸化炭素ガス、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。特に、
一酸化炭素ガスを主体とした二酸化炭素ガスと窒素ガス
の混合ガスである転炉ガスを利用することにより、更に
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
・・・流糧計、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ｌｌ鼎。

Claims

【特許請求の範囲】

炭素繊維原料の炭素供給源としての炭素化合物を、一酸
化炭素ガスと二酸化炭素ガスと水素ガスからなる混合キ
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。