JPS5947424A - 炭素−炭化けい素複合繊維の製造方法 - Google Patents

炭素−炭化けい素複合繊維の製造方法

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JPS5947424A
JPS5947424A JP15705982A JP15705982A JPS5947424A JP S5947424 A JPS5947424 A JP S5947424A JP 15705982 A JP15705982 A JP 15705982A JP 15705982 A JP15705982 A JP 15705982A JP S5947424 A JPS5947424 A JP S5947424A
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JP
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compound
carbon
silicon carbide
silicon
metal
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JP15705982A
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English (en)
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Morinobu Endo
守信 遠藤
Minoru Takamizawa
高見沢 稔
Tatsuhiko Motomiya
本宮 達彦
Yasushi Kobayashi
小林 泰史
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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】 本発明は炭素−炭化けい素抜合繊維の製造方法。
特(二は炭化水素化合物と有機けい素化合物の気相熱分
解によって炭素−炭化けい素複合繊維を製造する方法(
1関するものである。
炭素繊維がレーヨン、ポリアクリロニトリル。
リグニン、レジナスピッチなどの不活性ガス中での加熱
分解によって作られること、またこれが微粉末状の金属
または金属化合物の存在下での炭化水素化合物の熱分解
によって特遺されるということはすでによく知られてい
るところであり、これについてはそれが高強度であり、
耐熱性もよいということからブラスチッ名金属との複合
材料への応用も試みられているが、この炭素繊維には高
温C二おける耐酸化性C二難点があるほか、プラスチッ
ク、金属との濡れがわるく、さらC二は高温で金属と反
応するという欠点があるため、これについては各種の材
料でこの表面処理をするということが提案されている。
他方、この種の耐熱性繊維として近年開発された炭化け
い素繊維は高温における耐酸化性が強く、プラスチック
、余情との濡れもよく、金属と反応しないという特性を
もつものであるけれども、これにはその製造原料が特殊
な有機けい素重合体とさ1℃ること、その製造(二はか
かる重合体の合成のほか、紡糸、不融化、焼成という複
雑な工程が必要とされるためC二非′屑に高価なものに
なるという欠点がある。
そのため、この耐熱性繊維C二ついては予じめ製造した
炭素繊維の表向上で有機けい素化合物を熱分解させて金
属けい素を析出させ、これを高温で焼成して炭化けい素
繊維とする方法(特開昭50−387 (10号公報参
照]が提案されているが。
これは工程が複雑であるため、未だ実用化はされていな
い。
本発明はこのような不利を解決した炭素−炭化けい素複
合繊維の製造方法に係わるものであり。
これは炭化水素化合物とその分子中を二BIX(Xはハ
ロゲン原子または酸素原子?示T)結合を有しない有機
けい素化合物と乞、金属または金與化合物の微粒子を種
触媒として存在させた加熱反応帯域中で気相熱分解させ
ることを特徴とするものである。
これン説明すると1本発明者らはさきに上記したsix
 結合を含有しない有機けい素化合物を金属または金属
化合物の微粒子音種触媒として気相熱分解させれば炭化
けい素繊維を得ることができること全見出した(特頓昭
57−113689号参照)が、これについてさらC二
検討全取ねた結果。
この炭化けい素繊維の製造方法において有機けい素化合
物C原料面で安価な炭化水素化合物乞添加し、これらを
同時に気相熱分解させるとこの炭化水素化合物の熱分解
によって生成する炭素と有機けい素化合物の熱分解ζ二
よって生成する炭化けい素が複合されて耐酸化性、プラ
スチック、金属との揚れ性がよく、シかも金属と反応し
ない炭素−炭化けい素複合繊維が容易≦1得られること
ン見出すと共に、・この有機けい素化合物としては特に
その分子中(二水素−けい誤結合を有しないものとする
ことが有利であること、この金属または金属化合物とし
ては周期律表1b族、v&族、VI族に属する元素から
選ばれる元素またはその化合物が効果的とされること、
さらC二はこの炭化水素化合物と有機けい素化合物との
配合比をその熱分解反応中に変化させれば各種の特性?
■する炭素−炭化けい素複合繊維乞任意f二得ることが
でき、高価な1皇料である有(幾けい素化合物の使用涜
を減少させることもできるということを確認して本発明
を完成させた。
本発明の方法に始発材料として使用される炭化水素化合
物はそれが揮発性であれば特にこれを限定する理由はな
く、これにはメタン、エタン、工fL/”/、プロピレ
ン、アセチレン、ベンゼン、トルエンなどが例示される
カー、これはその沸点が250℃以ドのものと下ること
がよく、これは飽和、不飽和のいずれであってもよい。
また、この炭化水素化合′吻と併用される有機けい素化
合物はその分子中C3iX結合を含むものとすると、こ
れが1500〜1600℃の高温でrIいと熱分解せず
、しかもこの熱分解によって得られる炭化けい素中(二
微潰のsix結合が残留して高粘度のsta Y得るこ
とが難しくなるので、これは七の分子中にsix結合を
含まないものとする必要がある。これは例えば一般式 ” 2n+2 (s i )nにこにRは水素原子また
はメチル基、エチルL 7”ロビル基、フェニル基、ビ
ニル基などから選ばれる1価の炭化水素基、nは1〜4
の正数〕で示されるシランまたはポリシラン類Rは前f
二面じ、R′ はメチレソ基、エチレン基またはフェニ
レン基1mは1〜2の正数〕で示されるシルアルキレン
化合物またはンルフエニレン化合物あるいは同一分子中
にこの両者のドi′1′格をもつ化合物などがあげられ
るが、こ)Lは七の分子中C1少なくとも1個の水素−
けい素結合(=Si−HJ幻を含むものと−することが
よく、これによれば比較的低い諷1¥でこれを熱分解す
ることがでAろ。この有機けい素化合物としては次式 
Of(SiH。
3 (CH3)2  SiH2、(OH3人SiH、(02
H5)2SiH2。
OHSin   、  OH=CH0H3SIH2、C
6H5SiH3。
3 6    3    2 0H30)J3     0H3(3H30f(30H
3CiH30H,OH,0H3 OH30H30H80H。
で示されるシラン、ポリシランが例示され、これらはそ
の1種または2種あるいは2種以上の混合物として使用
されるが、これらについては式ジメチルポリシラン43
500℃以上の温度で熱分解させて得られるメチルハイ
ドロジエンボリンラン類が好ましいものとされる。
つぎ(二1本発明の方法はL記した炭化水素化合物と有
機けい素化合′吻とを種触媒としての微粉末状の金IA
または金属化合′拘の存在下で熱分解させるのであるが
、この金属または金属化合物はその元素を特に規定−「
る必“皮はなし)。し力1し、この種触媒はこれがt記
した炭化水素化合物およびi RMけい素化合′吻の熱
分解によって生成した炭素および炭化けい素χこれらの
金属元素χ核としてその上に繊維として1戊長させてい
くという効果音もつと共に、この炭化水素化合物および
■(幾けしX素化合物の熱分解イニよる炭素および炭化
けい素の生成に触媒的効果をもつものとも考えられるの
で、これは周期律表のIb族、Val疾 Ql+疾に1
7ベ丁イ)元素から選択されることが好ましく、しにラ
ン;ってこれ(二はOu、/J、V、Nb、Ta、Fe
  、Co  、Ni 、Pd、ptなどの金+7gが
例示されるが、これはまたその化合物であってもよい。
しかし、この化合′吻一つl、Nては炭素鐵維、炭化け
い素繊維の成長核とな;!]ものが金属であるというこ
とから、これらはその反応帯域中の1111熱または1
m元によって容易に金j7ベになるもの、例えば上記金
属の酸化物、炭化′夕、塩、有機化合物などとされる。
なお、この金属または金属化合物はそれが繊維成長の核
となるものであるということから微粉状物とされるが、
これらは1011m以下、好ましくは5μm以下C二ま
で微粉砕したものとすることがよい。また、この種触媒
としての金属または金属化合物は加熱反応帯域を構成す
る容器内に配置されるが、これらは反応終了後の繊維の
回収などχ考慮して石英、磁訊、アルミナ、窒化けい素
、炭素などの耐熱材料で作った基板上に載itTること
がよい。
本発明の方法は上記した炭化水素化合物と有機けい素化
合物とを所定温度に加熱した管状炉などの加熱炉中≦二
導入すること(二よって行なえばよい。
しかし、この加熱はそれが700℃以下では繊維の成長
が遅く、これは1450℃以上とすると縦方向よりも横
方向への成長が大きくなり、得られる繊維が塊状物とな
るおそれがあるので、これは1450℃までの・角囲、
好ましくば10 (10〜1250 ℃の・1・1曲と
することがよく、この+lll熱反応帯域への炭化水素
化合・向および0哉けい素化合物の・!1人C二あにっ
ては、これをキャIJ−Y−ガスとしての水素ガスまた
は窒素、ヘリツノ1.アルゴンなどの不活性ガスと共に
導入することがよい。なお、この方法の実施(二おける
炭化水素化合物と打機けい素化合物との混合割合は、こ
れを任意の混合割合で広籟囲ζ二変化させることができ
るが、この両者の熱分解f二よって得られる複合繊維の
生長速度の向上、1[;1料価格の低減という而からは
炭化水素化合物tX:多くすること、また得られる複合
繊維の耐酸化性、プラスチックへの濡れ作問J−1さ1
1)(二金属との反応性低減という而からは自(幾けい
素化合物を多くすることが好ましいので、種々の性能7
f茜たす複合繊維に得るという目的においては得られる
複合繊維の外側部(二おけ石炭化けい素と炭素とのモル
比81010が偽以ヒ、さら(−好ましくは14以上と
なるようにすることがよい。
なお、このような複合繊維乞i辱る方法としては、反応
初期は炭化水素化合物を有機けい素化合′拘よりも多く
含有する混合ガスを使用してSiO/ Oのモル比の小
さい、Tなわち炭素成分の多い複合繊維夕繊維長方向(
縦方向)(二成長させ、ついで反応温度をやや上昇させ
てから順次この混合ガス中のIT 1%けい素化合物は
を増加させて打機けい素化合物が炭化水素化合物よりも
多い混合ガス組成とし、これず二よって複合繊維の81
0 / 0モル比を順次太きいものに変化させ、太らせ
ていくという方法乞とることが好ましい。
これを要するC二1本発明の方法は炭化水素化合物とS
iX結合ン含まない有機けい素化合′肉と乞金−系種触
媒上で同時にZA+ii熱分解させて炭素−炭化けい素
抜合繊維を得るものであり、これによれば高温での耐酸
化性、金属、プラスチックへの濡れ性のわるさ、金11
4と反応するという炭素繊維の欠点が解71.1された
曳合繊flfi &、炭化(ナシ)−KY銭イ1(υ)
生産にくらべて低い片ネ・■価格でしかも大、;bz牛
1シ速IWで得ることができるという′荀毛がうえらl
L7+。
なお、このようにして得られた炭素−炭化1 j L、
N −)/;複合繊維は耐熱祠ネ1として使用されイ)
か、cJulよ金属、プラスチック、セラミックなどと
θ)iu合1’+料としても任用とされる。
つぎC二本発明77 t):の実+iIj例ケあげるが
1例中θ)Meはメチル糸苓ノ不したものであイ〕。
′実施例1゜ 管状+ij’Q1炉1の中に内径50 mm、(p、さ
1 (10(1朋の石英・Y!!炉心管2を水・17.
(二保ち、この炉心管2の中に11] 30 myn、
、 7%さ200 mm、1′−さ3 m、m C/)
 ’7’ルミナ製セラミック楠仮6を設置した・T目図
C二示17の糸板乞水素ガス気流中で1130’C11
1111熱した。
つぎ【二容器5に収容したベンゼン、/9を6C二収容
したテトラメチルジンラン全それぞれ水素ガスに搬流さ
せて、この反応装置内(二ベンゼンを10モル%含有す
る水素ガI請/分とテトラメチルジシランYIOモル%
含有する水素ガス100Ce/分と?同時に導入した。
1時間後に加熱を止めると共(−炉内への・導入ガス全
水累ガスに切りかえ、冷却後に基板を収り出したところ
、この基板上には、黒灰色の繊維状物1.25.l収率
40,3%)が生長していており、これは平均1蚤が1
1μm、平均長さが8.7αのものであった。つぎにこ
れYX線回折でしらべたところ、これはβ型SiOとO
との混合繊維でこの5iO10のモル比は1/1.5で
あり、この物性は引張り強さく常温) 246 Kp/
 mar、空気中800℃で24時間加熱後の加熱域は
1.2%、その引張り強さ234 K9/m+JYボし
、これはほとんど熱劣化しないものであることが確認さ
れた。
実施例2゜ 実施例′1と同じ反応装置4?利用し、このセラミック
基板上に前例と同じ鉄粉を散布したの仁ン、こノ哉板を
1120°CにI)「1熱し、ついでここにベンゼンン
10モル%含イ、−Tする水素ガス1.50CC/分と
テトラメチルジシランを10モル%含有する水”A H
ス5Qcc/分を同時(二40分間導入して臂人翔゛乞
成長さ−(+た。
つぎに、このセラミック糸4反の7′品度を124 (
3℃に上げ、ここCニベンゼン乞10モル%含仔する水
素ガス25011/分とテトラメチルジシランを10モ
ル%含有する水素ガス175ce/分どを同時(二20
分間・4人して繊維を径jJ−向に戊1jjさ1t。
冷却後、これを取出したところ、黒灰色の糾、b 、y
、tb状物1.62.1収率40. O’36)が得ら
れた。これは平均径が18μm、平均長さが56cTL
の繊維で、X線同折の結果、これはβ型SiOとCとの
混合繊維であり、このS i O/ Oの平均モル比は
I/3.5でその繊維表面は炭素繊維(二くらべて炭化
けい(く繊維がかなり多いものであった。
また、この繊維についての物性乞しらべたところ、この
ものの゛帛′濡における引張り強さは226KP/mr
lであツタが、これwq気気中800’C。
24時間加熱したあとの加熱減晴は1.5%、この加熱
後の引張り強さは221Ky/mntであり、これはほ
とんど熱劣化しないものであることが確認され、これは
またこのものを700℃の溶融アルミニウム浴中に浸漬
したのち冷却固化させ、この垂面…r面を走査型電子顕
微鏡で観察したが、この繊維表面には何等の変化もみら
れず、これが金属と反応しないものであることが確認さ
れた。
実姉例3〜9 実施例1と同じ反応装置を使用し、種触媒の種類、原t
iとしての炭化水素化合物および有機けい素化合物の挿
rat、反応調度、キャリヤーガスの種類を第1kに示
−[ように変更して、実施例1と同様の方法で反応させ
たところ、第1表に示したとおりの活用が得られた。
13
【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反応装置の縦1祈
而略図を示したものである。 1・・・管状屯気炉、 2・・・炉心管。 6・・・セラミックJ祝板、 4 ・11! 融媒。 5.6・・・容器。 特許出用入 信・11化学上業q式会社代理人  弁理
士 山 本 亮 −

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、炭化水素化合物とその分子中に5iX(Xはへロゲ
    ン原子または酸素原子を示1)結合Y有しないn機けい
    素化合物とを、金属または金属化合物の微粒子乞種触媒
    として存在させた加熱反応帯域中で気相熱分解させるこ
    と!特徴とする炭素−炭化けい素抜合繊維の製造方法 2、炭化水素化合物が沸点250 ’C以下の飽和また
    は不飽和の炭化水素化合物である特許請求の範囲第1項
    に記載の炭素−炭化けい素抜合繊維の製造方法 3゜n機けい素化合物がその分子中(1少なくとも1個
    の水素−けい素結合?有するものである特許請求の範囲
    第1項または第2項記載の炭素−炭化けい素抜合繊維の
    製造方法 4、金属ま゛たは金属化合物が周期律表のHb族、va
     族およびVl族に1萬する元素から選択される元素ま
    たはその化合物である特許請求の範囲第1項、第2項ま
    たは第3項記載の炭素−炭化けい素抜合繊維の製造方法 5、加熱反応帯域の温度が700〜1450℃とされる
    特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項記
    載の炭素−炭化けい素抜合繊維の製造方法 6、炭化水素化合物と有機けい素化合物との混合モル比
    を連続的に変化させることン特徴とする特許請求の範囲
    第1項、第2項、第3項、第4項または第5項記載の炭
    素−炭化けい素抜合繊維の製造方法
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Cited By (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5108729A (en) * 1989-10-02 1992-04-28 Phillips Petroleum Company Production of carbide products
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