JPH05302215A - 多孔質炭素繊維及びその製法 - Google Patents
多孔質炭素繊維及びその製法Info
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- JPH05302215A JPH05302215A JP4106576A JP10657692A JPH05302215A JP H05302215 A JPH05302215 A JP H05302215A JP 4106576 A JP4106576 A JP 4106576A JP 10657692 A JP10657692 A JP 10657692A JP H05302215 A JPH05302215 A JP H05302215A
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素繊維の表面に０．０５μｍ〜１μｍ程度
の穴が多数存在する新規な多孔質炭素繊維を得る。 【構成】 （１）表面に平均直径が０．０５μｍ〜１μ
ｍの穴を有する多孔質炭素繊維。（２）等方性炭素繊維
を酸素の存在下で４００℃〜９００℃の温度で酸化する
多孔質炭素繊維の製法。
の穴が多数存在する新規な多孔質炭素繊維を得る。 【構成】 （１）表面に平均直径が０．０５μｍ〜１μ
ｍの穴を有する多孔質炭素繊維。（２）等方性炭素繊維
を酸素の存在下で４００℃〜９００℃の温度で酸化する
多孔質炭素繊維の製法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維の表面に、微細な穴
の開いた新規な炭素繊維、及びその製法に関するもので
あり、得られた多孔質炭素繊維はフィルター、吸着材、
吸音材、触媒担持体等の素材、或いは複合材における補
強繊維としての用途が考えられる。
の開いた新規な炭素繊維、及びその製法に関するもので
あり、得られた多孔質炭素繊維はフィルター、吸着材、
吸音材、触媒担持体等の素材、或いは複合材における補
強繊維としての用途が考えられる。
【０００２】
【従来技術】炭素質材料は、その化学的安定性、耐熱
性、導電性、力学特性、吸着性、Ｘ線透過性、振動減衰
性、耐摩耗性等の優れた特性を生かして種々の用途、例
えば超高温用断熱材、電極材、フィルター、吸音材、吸
着材、あるいは炭素繊維強化複合材料等に広く用いられ
ている。
性、導電性、力学特性、吸着性、Ｘ線透過性、振動減衰
性、耐摩耗性等の優れた特性を生かして種々の用途、例
えば超高温用断熱材、電極材、フィルター、吸音材、吸
着材、あるいは炭素繊維強化複合材料等に広く用いられ
ている。
【０００３】これらの中で、繊維界面の特性が応用製品
の特性に大きく影響する用途は多い。例えば、複合材料
の場合、炭素繊維とプラスチック、ゴム、金属等のマト
リックスとの接着強度は、その力学特性に大きく影響す
る。その接着強度を大きく向上させる手段として、炭素
繊維の表面を処理することが広く行われている。表面処
理の手段としては、以下の方法が挙げられる。即ち、
（１）酸価によるエッチングと含酸素含有官能基の導入
を兼ねるもので、その方法としては、硝酸、燐酸、クロ
ム酸等による薬液酸化法、空気、オゾン等による気相酸
化法、或いは電解酸化法等が知られている。このエッチ
ングは、繊維方向への若干の溝、或いはランダムな溝が
走る程度の凹凸を持たせるものであり、表面に多数の穴
を形成させるものではない。またこの方法によって導入
される含酸素含有官能基としては、例えばカルボキシル
基、フェノール性水酸基、カルボニル基、エーテル結
合、過酸化水素結合、或いはニトロソ結合等が挙げられ
る。（２）グラフトまたは各種のコーティングにより表
面に他の物質をつけるもので、このような例としては樹
脂によるサイジング、或いは繊維表面に気相から結晶を
成長させ表面形状を工夫する、所謂ウイスカライジング
等を挙げることが出来る。
の特性に大きく影響する用途は多い。例えば、複合材料
の場合、炭素繊維とプラスチック、ゴム、金属等のマト
リックスとの接着強度は、その力学特性に大きく影響す
る。その接着強度を大きく向上させる手段として、炭素
繊維の表面を処理することが広く行われている。表面処
理の手段としては、以下の方法が挙げられる。即ち、
（１）酸価によるエッチングと含酸素含有官能基の導入
を兼ねるもので、その方法としては、硝酸、燐酸、クロ
ム酸等による薬液酸化法、空気、オゾン等による気相酸
化法、或いは電解酸化法等が知られている。このエッチ
ングは、繊維方向への若干の溝、或いはランダムな溝が
走る程度の凹凸を持たせるものであり、表面に多数の穴
を形成させるものではない。またこの方法によって導入
される含酸素含有官能基としては、例えばカルボキシル
基、フェノール性水酸基、カルボニル基、エーテル結
合、過酸化水素結合、或いはニトロソ結合等が挙げられ
る。（２）グラフトまたは各種のコーティングにより表
面に他の物質をつけるもので、このような例としては樹
脂によるサイジング、或いは繊維表面に気相から結晶を
成長させ表面形状を工夫する、所謂ウイスカライジング
等を挙げることが出来る。
【０００４】一方、吸音材、吸着材、各種フィルター用
途において繊維表面積の大きい方が性能の向上となる場
合があり、例えば、有効面積を大きくするために８００
℃付近における水蒸気処理を行い活性炭繊維にする等の
方法が広く知られている。この場合繊維表面から内部に
気孔が形作られることで表面積を大きくするが、その気
孔径は、概略０．００１〜０．０３μｍと極めて微小の
気孔である。
途において繊維表面積の大きい方が性能の向上となる場
合があり、例えば、有効面積を大きくするために８００
℃付近における水蒸気処理を行い活性炭繊維にする等の
方法が広く知られている。この場合繊維表面から内部に
気孔が形作られることで表面積を大きくするが、その気
孔径は、概略０．００１〜０．０３μｍと極めて微小の
気孔である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に炭素繊維は１０
μｍ前後の径を持つが、その原料、製法に係わらず、繊
維表面は平滑である。上述した通り、表面に溝状の凹凸
を持つ繊維、或いは直径が０．０３μｍ以下と微小の気
孔を持つ繊維は既に存在するものの、表面の直径が０．
０５〜１μｍ程度の穴を多数持ち、しかもその穴径が制
御されうる炭素繊維についてはまだその存在は知られて
いない。
μｍ前後の径を持つが、その原料、製法に係わらず、繊
維表面は平滑である。上述した通り、表面に溝状の凹凸
を持つ繊維、或いは直径が０．０３μｍ以下と微小の気
孔を持つ繊維は既に存在するものの、表面の直径が０．
０５〜１μｍ程度の穴を多数持ち、しかもその穴径が制
御されうる炭素繊維についてはまだその存在は知られて
いない。
【０００６】本発明の目的は、炭素繊維の表面に０．０
５〜１μｍ程度の穴が多数存在する、新規な多孔質炭素
繊維を提供することにある。このような繊維では複合材
料における界面接着強度の向上効果が期待できるほか、
選択的な吸音材、吸着材、フィルター、あるいは触媒の
担持体、反応補助材等の新たな用途も種々考えられる。
５〜１μｍ程度の穴が多数存在する、新規な多孔質炭素
繊維を提供することにある。このような繊維では複合材
料における界面接着強度の向上効果が期待できるほか、
選択的な吸音材、吸着材、フィルター、あるいは触媒の
担持体、反応補助材等の新たな用途も種々考えられる。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】本発明者らは、これらの課
題を解決すべく鋭意研究した結果、等方性の炭素繊維を
酸素の存在下で、加熱処理すると繊維表面に多数の穴を
有する繊維を製造でき、又、その穴の径は炭素繊維の焼
成温度を変えることで自由に制御でき、平均直径が０．
０５〜０．２μｍの穴、及び平均直径が０．２μｍ〜１
μｍの穴をそれぞれ独立に、或いは混在して繊維表面に
形成し得ることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。
題を解決すべく鋭意研究した結果、等方性の炭素繊維を
酸素の存在下で、加熱処理すると繊維表面に多数の穴を
有する繊維を製造でき、又、その穴の径は炭素繊維の焼
成温度を変えることで自由に制御でき、平均直径が０．
０５〜０．２μｍの穴、及び平均直径が０．２μｍ〜１
μｍの穴をそれぞれ独立に、或いは混在して繊維表面に
形成し得ることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。
【０００８】即ち、本発明は、表面に平均直径が０．０
５〜１μｍ以下の多数の穴を有することを特徴とする多
孔質炭素繊維及びその製法を提供することにある。
５〜１μｍ以下の多数の穴を有することを特徴とする多
孔質炭素繊維及びその製法を提供することにある。
【０００９】本発明で使われる炭素繊維には、石炭系、
或いは石油系のピッチを出発原料として製造される引っ
張り強度が約２００Ｋｇ／ｍｍ2以下、弾性率が１０Ｔ
ｏｎ／ｍｍ2以下の汎用型炭素繊維である等方性炭素繊
維が一般的である。他の原料を使用した等方性炭素繊維
も容易に製造でき、これらも使用できる。例えば通常高
強度タイプの炭素繊維と称されるものは、ポリアクリル
ニトリル、レーヨン、ピッチ等を原料として原料調整、
紡糸、熱酸化、炭化のいずれかの工程で強度を発現させ
るために繊維に異方性を付与する処理が行われるが、こ
の工程を省くことにより等方性繊維が作られる。本発明
で使用される炭素繊維は等方性であればいずれでもよく
その原料、製法にはよらない。
或いは石油系のピッチを出発原料として製造される引っ
張り強度が約２００Ｋｇ／ｍｍ2以下、弾性率が１０Ｔ
ｏｎ／ｍｍ2以下の汎用型炭素繊維である等方性炭素繊
維が一般的である。他の原料を使用した等方性炭素繊維
も容易に製造でき、これらも使用できる。例えば通常高
強度タイプの炭素繊維と称されるものは、ポリアクリル
ニトリル、レーヨン、ピッチ等を原料として原料調整、
紡糸、熱酸化、炭化のいずれかの工程で強度を発現させ
るために繊維に異方性を付与する処理が行われるが、こ
の工程を省くことにより等方性繊維が作られる。本発明
で使用される炭素繊維は等方性であればいずれでもよく
その原料、製法にはよらない。
【００１０】本発明における酸化処理とは、酸素の存在
下での加熱処理であり、加熱方法は種々考えられるが、
例えばベルトコンベアの上に炭素繊維を均一に拡げて、
該ベルトコンベアを加熱した空気中を通す方法や、密閉
乾燥炉容器内に一定量の炭素繊維を入れ加熱した空気で
内部を攪拌してやる方法等を挙げることができるが、本
発明は特にこれらの方法に限定されるものではない。
下での加熱処理であり、加熱方法は種々考えられるが、
例えばベルトコンベアの上に炭素繊維を均一に拡げて、
該ベルトコンベアを加熱した空気中を通す方法や、密閉
乾燥炉容器内に一定量の炭素繊維を入れ加熱した空気で
内部を攪拌してやる方法等を挙げることができるが、本
発明は特にこれらの方法に限定されるものではない。
【００１１】酸化に際しては酸化による炭素繊維の減量
が５％以上、望ましくは１０％以上となる範囲がよい。
減量が５％未満では明確な穴は形成されない。炭素繊維
の酸化は一般には加熱された空気中を通すことによって
容易に行われるが、その際に酸素を補給して酸素濃度を
高めると処理温度、処理時間等を減じることができる。
又、使用する炭素繊維の焼成温度によっても異なり、低
い温度で焼成された炭素繊維は、より高い温度で焼成さ
れた炭素繊維と比較して、酸化温度は相対的に低くて済
む。
が５％以上、望ましくは１０％以上となる範囲がよい。
減量が５％未満では明確な穴は形成されない。炭素繊維
の酸化は一般には加熱された空気中を通すことによって
容易に行われるが、その際に酸素を補給して酸素濃度を
高めると処理温度、処理時間等を減じることができる。
又、使用する炭素繊維の焼成温度によっても異なり、低
い温度で焼成された炭素繊維は、より高い温度で焼成さ
れた炭素繊維と比較して、酸化温度は相対的に低くて済
む。
【００１２】処理時間を考えると加熱温度は４００℃以
上９００℃以下が望ましい。４００℃未満では処理時間
がかかりすぎ効率的ではなく、又、９００℃を越えると
酸化速度が早すぎて穴を形成するための操作の管理が困
難となる傾向がある。また酸化の際の効率をあげるため
に例えば硝酸のような酸等で前処理することも可能であ
る。
上９００℃以下が望ましい。４００℃未満では処理時間
がかかりすぎ効率的ではなく、又、９００℃を越えると
酸化速度が早すぎて穴を形成するための操作の管理が困
難となる傾向がある。また酸化の際の効率をあげるため
に例えば硝酸のような酸等で前処理することも可能であ
る。
【００１３】酸化によって減量された炭素繊維に形成さ
れた穴の大きさは、炭素繊維の焼成温度によってほぼ制
御できる。焼成温度が８００℃未満では良好な穴は形成
されないが、８００〜１４００℃で０．２μｍ以下の比
較的径の小さな穴が、更に原料焼成温度を上げていくと
０．２〜１μｍ径の穴が混在するようになる。しかし焼
成温度が２２００℃を越えると再び０．２μｍ以下の小
さな穴だけが形成されるようになる。
れた穴の大きさは、炭素繊維の焼成温度によってほぼ制
御できる。焼成温度が８００℃未満では良好な穴は形成
されないが、８００〜１４００℃で０．２μｍ以下の比
較的径の小さな穴が、更に原料焼成温度を上げていくと
０．２〜１μｍ径の穴が混在するようになる。しかし焼
成温度が２２００℃を越えると再び０．２μｍ以下の小
さな穴だけが形成されるようになる。
【００１４】本発明の多孔質炭素繊維は、炭素繊維を酸
素存在下で加熱処理して得るが、必要とあれば該処理後
の炭素繊維を再び焼成して得たものでも良い。この際の
再焼成温度は酸化処理以前の焼成温度より通常高く設定
する。
素存在下で加熱処理して得るが、必要とあれば該処理後
の炭素繊維を再び焼成して得たものでも良い。この際の
再焼成温度は酸化処理以前の焼成温度より通常高く設定
する。
【００１５】
【実施例】次いで本発明を実施例によって更に説明す
る。尚、例中の％は特に断りのない限り重量基準であ
る。
る。尚、例中の％は特に断りのない限り重量基準であ
る。
【００１６】実施例１ ピッチ系汎用炭素繊維の１２００℃焼成ミルド（繊維径
１３．５μｍ、平均繊維長１３０μｍ）１００ｇを１ｍ
ｍの厚さでステンレス板の上に均一に拡げた。該ステン
レス板を５４０℃に保たれた熱風乾燥に入れ、１０分保
持した後取り出した。炭素繊維ミルドは８８．５ｇまで
減量していた。
１３．５μｍ、平均繊維長１３０μｍ）１００ｇを１ｍ
ｍの厚さでステンレス板の上に均一に拡げた。該ステン
レス板を５４０℃に保たれた熱風乾燥に入れ、１０分保
持した後取り出した。炭素繊維ミルドは８８．５ｇまで
減量していた。
【００１７】得られた炭素繊維ミルドの表面を走差型電
子顕微鏡で観察したところ、平均直径０．１μｍの穴が
多数形成されていた。
子顕微鏡で観察したところ、平均直径０．１μｍの穴が
多数形成されていた。
【００１８】実施例２ ピッチ系汎用炭素繊維の９００℃焼成ミルド（繊維径１
３．５μｍ、平均繊維長３７０μｍ）１００ｇを加熱炉
にいれ６５０℃の空気で２０分間加熱攪拌した。炭素繊
維ミルドは８７ｇまで減量していた。
３．５μｍ、平均繊維長３７０μｍ）１００ｇを加熱炉
にいれ６５０℃の空気で２０分間加熱攪拌した。炭素繊
維ミルドは８７ｇまで減量していた。
【００１９】得られた炭素繊維ミルドの表面を走差型電
子顕微鏡で観察したところ、図−１に示すように平均直
径０．５μｍの穴と平均直径０．１５μｍの穴が混在し
多数形成されていた。
子顕微鏡で観察したところ、図−１に示すように平均直
径０．５μｍの穴と平均直径０．１５μｍの穴が混在し
多数形成されていた。
【００２０】実施例３ ピッチ系汎用炭素繊維の２８００℃焼成チョップ（繊維
径１３．５μｍ、平均繊維長３ｍｍ）１００ｇを実施例
１と同様な方法で７５０℃で２０分加熱処理した。炭素
繊維ミルドは８８．３ｇまで減量していた。
径１３．５μｍ、平均繊維長３ｍｍ）１００ｇを実施例
１と同様な方法で７５０℃で２０分加熱処理した。炭素
繊維ミルドは８８．３ｇまで減量していた。
【００２１】得られた炭素繊維ミルドの表面を走差型電
子顕微鏡で観察したところ、平均直径０．１μｍの穴が
多数形成されていた。
子顕微鏡で観察したところ、平均直径０．１μｍの穴が
多数形成されていた。
【００２２】
【発明の効果】本発明によって得られた多孔質炭素繊維
は、従来存在しなかった形状、即ち表面に平均直径０．
０５〜１μｍの穴を有する全く新しい炭素質素材であ
り、今後その表面特性を生かした様々な用途への応用が
期待できる。
は、従来存在しなかった形状、即ち表面に平均直径０．
０５〜１μｍの穴を有する全く新しい炭素質素材であ
り、今後その表面特性を生かした様々な用途への応用が
期待できる。
【００２３】
【図１】実施例２で得た多孔質炭素繊維の走差型電子顕
微鏡写真である。
微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｃ
Claims (7)
- 【請求項１】 表面に平均直径０．０５〜１μｍ以下の
穴を有することを特徴とする多孔質炭素繊維。 - 【請求項２】 炭素繊維が、等方性炭素繊維である請求
項１記載の繊維。 - 【請求項３】 平均直径が０．２μｍ〜１μｍの穴と平
均直径０．２μｍ未満の穴が混在してしている請求項
１、又は２記載の繊維。 - 【請求項４】 穴の平均直径が０．２μｍ未満である請
求項１、又は２記載の繊維。 - 【請求項５】 炭素繊維を酸素の存在下で加熱処理する
ことを特徴とする多孔質炭素繊維の製法。 - 【請求項６】 炭素繊維が、等方性炭素繊維である請求
項５記載の製法。 - 【請求項７】 加熱処理温度が、４００〜９００℃であ
る請求項５記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4106576A JPH05302215A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 多孔質炭素繊維及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4106576A JPH05302215A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 多孔質炭素繊維及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302215A true JPH05302215A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14437062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4106576A Pending JPH05302215A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 多孔質炭素繊維及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302215A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006503702A (ja) * | 2002-10-28 | 2006-02-02 | ジーイーオー２ テクノロジーズ，インク． | セラミックディーゼル排気フィルタ |
| JPWO2017057527A1 (ja) * | 2015-09-30 | 2018-05-24 | 帝人株式会社 | ピッチ系極細炭素繊維、その製造方法、該ピッチ系極細炭素繊維を用いた非水電解質二次電池用負極及び当該非水電解質二次電池用負極を具備する非水電解質二次電池 |
| JP2018161766A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 学校法人 龍谷大学 | 炭素繊維三次元構造体及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP4106576A patent/JPH05302215A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006503702A (ja) * | 2002-10-28 | 2006-02-02 | ジーイーオー２ テクノロジーズ，インク． | セラミックディーゼル排気フィルタ |
| JP4746321B2 (ja) * | 2002-10-28 | 2011-08-10 | ジーイーオー２ テクノロジーズ，インク． | セラミックディーゼル排気フィルタ |
| JPWO2017057527A1 (ja) * | 2015-09-30 | 2018-05-24 | 帝人株式会社 | ピッチ系極細炭素繊維、その製造方法、該ピッチ系極細炭素繊維を用いた非水電解質二次電池用負極及び当該非水電解質二次電池用負極を具備する非水電解質二次電池 |
| EP3358072A4 (en) * | 2015-09-30 | 2018-11-07 | Teijin Limited | Pitch-based ultrafine carbon fibers, method for producing same, non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode using said pitch-based ultrafine carbon fibers, and non-aqueous electrolyte secondary battery having said non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode |
| JP2018161766A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 学校法人 龍谷大学 | 炭素繊維三次元構造体及びその製造方法 |
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