JPH06146116A - 気相法炭素繊維の製造方法 - Google Patents

気相法炭素繊維の製造方法

Info

Publication number
JPH06146116A
JPH06146116A JP19791192A JP19791192A JPH06146116A JP H06146116 A JPH06146116 A JP H06146116A JP 19791192 A JP19791192 A JP 19791192A JP 19791192 A JP19791192 A JP 19791192A JP H06146116 A JPH06146116 A JP H06146116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
carbon fiber
carbon
reaction
manganese
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP19791192A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3071571B2 (ja
Inventor
Kenji Hashimoto
健治 橋本
Takao Masuda
隆夫 増田
Shin Mukai
紳 向井
Yukinari Shibagaki
行成 柴垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP4197911A priority Critical patent/JP3071571B2/ja
Publication of JPH06146116A publication Critical patent/JPH06146116A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3071571B2 publication Critical patent/JP3071571B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【構成】 炭化水素を炭素供給源とし、炭化水素の存在
する炭素繊維析出帯域にパルス形式で導入した鉄触媒と
マンガン、ニッケル、銅又はクロム触媒とから生成され
た合金核を触媒とする気相法炭素繊維の製造方法。 【効果】 低温度反応域で、炭素繊維の成長速度が大き
く、短時間で必要な長さの繊維を得ることができ、しか
も複合材料としたときにマトリックスとの密着性に優れ
た炭素繊維を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気相法炭素繊維の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維は、ガラス繊維などに比べ、高
強度、高弾性等の優れた特性を有するために、プラスチ
ックなどの有機材料、セラミック、セメントなどの無機
材料、或いは金属材料などをマトリックスとして組合せ
た複合材料として、電子、電機、宇宙、航空、車両、建
築、レジャー用品などの広い分野で注目され、使用され
ている。
【0003】従来、炭素繊維の製造にあたっては、合成
繊維や石油ピッチ繊維等の有機繊維を炭化する方法と、
ベンゼン、メタンといった炭化水素を炭素供給源とし
て、これを触媒下で熱分解して炭素繊維を生成させる気
相法による製造法が良く知られている。気相法による炭
素繊維の製造法については、旧くは特公昭41-12091号公
報に記載されている他に、これまでに数多く報告されて
いる。しかしながら、これまでの方法では、炭素繊維の
成長速度が遅く、長い反応時間を必要とする難点があ
り、特に触媒粒子と接触し、炭素の繊維成長種微粒子の
生成と繊維成長とが同時に並行して進むために、最適な
種微粒子を得ることが非常に難しかった。また得られる
炭素繊維も表面が滑らかであり、樹枝状或いは凹凸状に
なったものや(特開昭48-41038号、特開昭57-117623号公
報)、微小絨毛を密生させたもの(特開昭58-156512号
公報)もあるが、複合材料として用いた場合にマトリッ
クスとの密着性が充分でなく、補強効果が充分に得られ
ないという欠点があった。本発明者等は先に触媒の導入
方法を種々検討した結果、触媒をパルス形式で導入する
ことにより、成長速度が大きく、短時間で、しかもマト
リックスとの密着性に優れた炭素繊維を製造する方法を
見出した(特願平4-2022号)。
【0004】一方、従来工業的に炭素繊維を得るに当っ
ては、反応温度を1150〜1300℃といった高温にしないと
実用的な成長速度が得られず、装置を非常な高温に保た
ねばならないため、装置の材料、温度コントロール、運
転コストなどの設備面での不利な点が多かった。その為
に、特開昭61-239019号や特開昭62-85028号公報に記載
のように、特定の触媒を用いて反応温度を下げることも
試みられているが、繊維の成長速度が遅いという欠点が
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒の導入
方法に加え、用いる触媒を種々検討の結果、低い反応温
度で炭素繊維の成長速度が大きく、短時間で生成する方
法を提供するものであり、しかもマトリックスとの密着
性に優れた炭素繊維を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化水素を炭
素供給源とする気相法炭素繊維の製造方法において、炭
化水素の存在する炭素繊維析出帯域にパルス形式で導入
した鉄触媒とマンガン、ニッケル、銅又はクロム触媒と
から生成された合金核を触媒とすることを特徴とする気
相法炭素繊維の製造方法である。
【0007】本発明の最も特徴とするところは、合金核
触媒を導入するのに合金を用いて炭素供給源と共に定量
的に流すのではなく、合金を生成する個々の金属触媒成
分をパルスとして高温の反応域に導入し、微粒子状態で
合金核触媒を生成させるところにある。個々の金属触媒
成分がパルスとして反応域に導入されると高密度な状態
の触媒微粒子域を生ずるので、発生した触媒微粒子への
伝熱が良く、炭素供給源との接触も瞬時に起こり、触媒
の付着した炭素の種微粒子が生成されると共に合金化が
起こり、低温域で速い成長速度で炭素繊維を得ることが
できる。
【0008】鉄触媒とマンガン触媒とを例にとって、よ
り詳細に説明する。パルスでそれぞれの触媒を導入する
と、反応域に鉄微粒子とマンガン微粒子が先ず生成し、
鉄微粒子とマンガン微粒子とが接触し付着して合金化が
起こってゆく。炭素繊維の成長は、最初は鉄やマンガン
微粒子の触媒効果で少しずつ成長するが、鉄−マンガン
合金が生成するとより低温で溶融状態となる合金核触媒
となり、その効果で低温域でも急速に繊維成長が始ま
る。次いで供給されてくる炭素供給源との接触により炭
素繊維が成長してゆくという過程を経るため、種微粒子
生成過程と繊維成長過程とを区別することができ、触媒
微粒子と炭素供給源を供給する量やこれらが接触するま
での時間、種微粒子が炭素供給源と接触して繊維が成長
する時間などを自由に制御することができ、繊維成長に
必要な最適の大きさの種微粒子の生成を容易に行なうこ
とができる。このようにして、800〜1050℃位の低温域
であるにも拘らず、従来の方法に比べ、数十〜数百倍の
大きな成長速度で短い時間で長い炭素繊維を得ることが
できる。
【0009】また本発明によれば、触媒微粒子が高密度
に生成するため、触媒微粒子や繊維が成長するに至らな
かった種微粒子が、成長した繊維の表面に一面に密に付
着することになり、繊維の表面に炭素が半球状に析出
し、更にその隙間に熱CVDにより炭素が析出して表面
に微小な炭素粒状体が密集した炭素繊維を得ることがで
きる。この微小な粒状体は、マトリックスと複合体を作
るときに強固な投描効果を示し、繊維とマトリックスと
の密着性の高い優れた特性を発揮することが可能とな
る。
【0010】本発明において用いる触媒としては、鉄・
マンガン、鉄・ニッケル、鉄・銅、鉄・クロムの各合金
を生成し得る金属触媒を用いるが、鉄、マンガン、ニッ
ケル、銅、クロムの各金属はパルスで導入したときに金
属核、金属クラスターなどの微粒子を生成し得るもので
あればよい。通常は、それぞれの有機金属化合物が用い
られることが多いが、金属塩を用いたり、金属を蒸発さ
せたりして用いることもできる。
【0011】鉄と合金を作るマンガンなどの金属の添加
量は、金属に換算して、鉄に対して0.5〜4%、好ましく
は2〜3%である。この範囲において収率が最も良く、上
下いずれにはずれても収率は低下してしまう。
【0012】本発明において使用する炭素供給源として
は、通常炭化水素が用いられ、例えば、メタン、エタ
ン、プロパン、アセチレン、エチレン、プロピレンなど
の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、ナフタレン、
アンスラセンなどの芳香族炭化水素などが使用される。
【0013】キャリアガスとしては、水素ガス、一酸化
炭素ガスといった還元性のガスを単独で、或いはこれに
窒素ガス、二酸化炭素ガスなどを混合して用いる。
【0014】本発明の方法について、概略図を用いて以
下に詳述する。図1は、反応器部分における繊維製造手
順の一例を示すもので、反応器1中にキャリアガスとし
て水素を、反応器中間部にある原料導入口2より炭素供
給源としてベンゼン蒸気を定常的に流し()、次いで
この状態のところへ、触媒として例えば鉄の有機化合物
であるフェロセンとアセチルアセトンマンガンをベンゼ
ンに溶解した溶液を定量パルスポンプ3より液パルスで
打込み、反応器壁4に衝突させる。反応器壁4は、所定
の温度に加熱されており、ここに衝突した液パルスは瞬
時に熱せられた鉄とマンガンの触媒微粒子を生成して炭
素繊維析出帯域5全体に拡散すると共に両触媒微粒子が
互に付着して合金核触媒を形成してゆく()。生成し
た触媒微粒子は、ベンゼン蒸気と接触し、種微粒子とな
り、気相成長が始まり、合金核が形成されると気相成長
した炭素繊維(VGCF)が急速に短時間に成長を続
け、反応器の下流に設置された内管6にトラップされ、
更に繊維は成長を続ける()。また、この内管はなく
ても反応管下流に成長した繊維が運ばれる。その際に、
一部の繊維は反応管に付着して成長する。一定の反応時
間を経過後にキャリアガスを窒素ガスに切替えて反応を
停止し、VGCFを回収する()。
【0015】概略図に示した方法以外にも、触媒の導入
については、例えば反応器中心に極微細管から超微粒子
でパルスを噴霧するといった方法をとることもできる。
また、ベンゼン蒸気をキャリアガスと共に最初から流す
とか、反応器に予熱部を設けておくといったことも可能
である。繊維の補捉は、自重で堆積させてもよいし、反
応器外へ排出するとか、縦型で自由落下させるとかの方
法をとることもできる。
【0016】液パルスの導入は、0.2秒以上、好ましく
は0.3〜0.6秒の範囲内のパルス間隔で行なうのが良い。
一定時間液パルスの導入をする際には、連続的に液パル
スを導入しても良いし、0.5〜数秒といった短時間の液
パルスを間歇的に必要な回数だけ繰返し導入しても良
い。通常、析出帯域の反応温度は、800〜1050℃、反応
時間は、バッチ式では10秒〜10分、連続式では成長域滞
留時間が10秒〜5分である。炭素源の供給量は、0.01〜
0.1ml/min、キャリアガスの流量は10〜100ml/minであ
る。反応温度については、得られる合金核によって異な
るが、実用上は装置上の点から1000℃以下の低温域で行
なうことが望まれる。パルス間隔、反応温度、反応時
間、炭素源の種類や供給量、溶媒の種類などを適宜選択
調節することにより、炭素繊維の成長速度、得られる炭
素繊維の太さ、長さ、表面状態などを制御することがで
きる。炭素繊維の成長は、100〜2500μm/secの速度で
制御することができ、繊維径1.0〜15μm、長さ3〜100mm
のものを得ることができる。炭素繊維表面に密集する微
小炭素粒状体の大きさは、0.10〜15.0μmである。以下
に実施例を示す。
【0017】
【実施例】
(実施例1)電気炉内に予熱部と反応部(炭素繊維析出
帯域)とを持つ、中間部に原料導入口のついた反応器を
設置し、30分間窒素ガスを流した後、水素ガスを60ml/
minの流量で流しておき、反応管を加熱する。予熱部の
温度800℃、反応部の温度950℃になったところで、ベン
ゼンを0.05ml/minの流量で原料導入口より流し、安定
したところで、フェロセンとアセチルアセトンマンガン
とを鉄に対するマンガンの割合((g-Mn)/(g-Fe)重量
%)が3.0%となるように調整したベンゼン溶液を0.025
ml単位で0.5秒間隔のパルスで1秒間原料導入口より対
壁へ打込み、打込開始後5分間反応経過したところでベ
ンゼン及び水素ガスの供給を停止し、窒素ガスに切替
え、反応を停止した。得られた炭素繊維は、表面に0.6
〜2.0μmの炭素粒状体が付着した、径5〜15μm、長さ50
〜80mmのものであった。
【0018】(実施例2)実施例1において、液パルス
0.3秒間隔で1秒間とした以外は実施例1と同様にして
反応を行なった。得られた炭素繊維は、表面に0.5〜2.5
μmの炭素粒状体が付着した、径2.5〜10μm、長さ40〜9
0mmのものであった。
【0019】(実施例3)実施例1において、アセチル
アセトンマンガンの代りにアセチルアセトンニッケルを
用いた以外は同様にして反応を行なった。得られた炭素
繊維は、径3.5〜6.5μm、長さ30〜50mmのものであっ
た。
【0020】(実施例4)実施例1において、アセチル
アセトンマンガンの代りにアセチルアセトンクロムを用
いた以外は同様にして反応を行なった。得られた炭素繊
維は、径3.5〜10μm、長さ20〜50mmのものであっ
た。
【0021】(実施例5)実施例1において、アセチル
アセトンマンガンの代りにビス(2,4-ペンタンジオナー
ト)銅を用いて、反応温度を1000℃にした以外は同様に
して反応を行なった。得られた炭素繊維は、径2.5〜12
μm、長さ20〜30mmのものであった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、低温度反応域で、炭素
繊維の成長速度が大きく、短時間で必要な長さの繊維を
得ることができ、しかも複合材料としたときにマトリッ
クスとの密着性に優れた炭素繊維を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による炭素繊維の製法を示す一例の概略
図である。
【符号の説明】
1:反応器 2:原料導入口 3:定量パルスポンプ 4:反応器壁 5:炭素繊維析出帯域 6:内管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴垣 行成 愛知県江南市古知野町福寿138

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素を炭素供給源とする気相法炭素
    繊維の製造方法において、炭化水素の存在する炭素繊維
    析出帯域にパルス形式で導入した鉄触媒とマンガン、ニ
    ッケル、銅又はクロム触媒とから生成された合金核を触
    媒とすることを特徴とする気相法炭素繊維の製造方法。
JP4197911A 1992-07-24 1992-07-24 気相法炭素繊維の製造方法 Expired - Lifetime JP3071571B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4197911A JP3071571B2 (ja) 1992-07-24 1992-07-24 気相法炭素繊維の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4197911A JP3071571B2 (ja) 1992-07-24 1992-07-24 気相法炭素繊維の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06146116A true JPH06146116A (ja) 1994-05-27
JP3071571B2 JP3071571B2 (ja) 2000-07-31

Family

ID=16382327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4197911A Expired - Lifetime JP3071571B2 (ja) 1992-07-24 1992-07-24 気相法炭素繊維の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3071571B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100497775B1 (ko) * 2002-08-23 2005-06-23 나노미래 주식회사 탄소 나노 섬유 합성용 촉매 및 그 제조 방법과, 이를이용한 탄소 나노 섬유 및 그 제조 방법
KR100713609B1 (ko) * 2003-07-18 2007-05-02 (주)넥센나노텍 섬유쌍 탄소
KR100726368B1 (ko) * 2003-07-18 2007-06-11 (주)넥센나노텍 섬유상 나노탄소
JP2008138348A (ja) * 2006-11-02 2008-06-19 Shimane Pref Gov カーボンナノファイバー集合体の製造方法
CN101899726A (zh) * 2010-08-17 2010-12-01 西南交通大学 一种制备纳米碳纤维的方法
KR20140131935A (ko) 2012-03-08 2014-11-14 아사히 카본 가부시키가이샤 탄소섬유의 제조 방법 및 탄소섬유

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8062063B2 (en) 2008-09-30 2011-11-22 Belden Inc. Cable connector having a biasing element
US8157588B1 (en) 2011-02-08 2012-04-17 Belden Inc. Cable connector with biasing element

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100497775B1 (ko) * 2002-08-23 2005-06-23 나노미래 주식회사 탄소 나노 섬유 합성용 촉매 및 그 제조 방법과, 이를이용한 탄소 나노 섬유 및 그 제조 방법
KR100713609B1 (ko) * 2003-07-18 2007-05-02 (주)넥센나노텍 섬유쌍 탄소
KR100726368B1 (ko) * 2003-07-18 2007-06-11 (주)넥센나노텍 섬유상 나노탄소
JP2008138348A (ja) * 2006-11-02 2008-06-19 Shimane Pref Gov カーボンナノファイバー集合体の製造方法
CN101899726A (zh) * 2010-08-17 2010-12-01 西南交通大学 一种制备纳米碳纤维的方法
KR20140131935A (ko) 2012-03-08 2014-11-14 아사히 카본 가부시키가이샤 탄소섬유의 제조 방법 및 탄소섬유
US9475700B2 (en) 2012-03-08 2016-10-25 Asahi Carbon Co., Ltd. Method for manufacturing carbon fiber, and carbon fiber

Also Published As

Publication number Publication date
JP3071571B2 (ja) 2000-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2778434B2 (ja) 気相法炭素繊維の製造方法
JPH0424320B2 (ja)
JPS6054998A (ja) 気相成長炭素繊維の製造方法
JPS62242B2 (ja)
WO2006033367A1 (ja) カーボンナノ構造物の製造方法及び製造装置
JPH06146116A (ja) 気相法炭素繊維の製造方法
Masuda et al. The liquid pulse injection technique: a new method to obtain long vapor grown carbon fibers at high growth rates
US4970123A (en) Isotropically reinforced net-shape microcomposites
KR20020026663A (ko) 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용 기상합성 장치 및이를 사용한 합성방법
JP5364904B2 (ja) カーボンナノファイバー集合体の製造方法
JP2006057231A (ja) 気相法炭素繊維の製造方法および製造装置
JP3071536B2 (ja) 炭素繊維
JP3117523B2 (ja) 気相法炭素繊維の製造方法
JPH026617A (ja) 炭素繊維の製造方法
JPS60252720A (ja) 気相法炭素繊維の製造法
Mukai et al. The production of vapor grown carbon fibers from a mixture of benzene, toluene and xylene using the liquid pulse injection technique
JPS60231821A (ja) 炭素質繊維の製造法
CA1333547C (en) Metal coating of inorganic fibers and solid particulates
JPH0314623A (ja) 炭素繊維の製造方法
Masuda et al. Rapid vapor grown carbon fiber production using the intermittent liquid pulse injection technique
JPS6262914A (ja) 炭素質繊維の製造方法
JPS59152298A (ja) 新規な炭素繊維の製造方法
JPS6278217A (ja) 気相法炭素繊維の製造法
JPH01298214A (ja) 炭素繊維の製造法
JPH0413447B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080526

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090526

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090526

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110526

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120526

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120526

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130526

Year of fee payment: 13

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130526

Year of fee payment: 13