JPS60185818A - 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

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JPS60185818A
JPS60185818A JP3724684A JP3724684A JPS60185818A JP S60185818 A JPS60185818 A JP S60185818A JP 3724684 A JP3724684 A JP 3724684A JP 3724684 A JP3724684 A JP 3724684A JP S60185818 A JPS60185818 A JP S60185818A
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Kohei Arakawa
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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】 〔発明の机する技術分野〕 本発明は、気相中で炭素繊維を製造する方法に関し、”
更に詳細には炭素供給源としての有機化合物のガスと触
媒形成用の有機基を含まない金朗カルボニル化合物のガ
スとキャリヤガスとの混合ガスを600〜1600℃の
範囲で加熱することを特徴とする気相法炭素繊維の製造
方法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
気相法炭素繊維は、結晶配向性に優れているため、機械
的特性、電気的特性、生化学的特性等vC訃いて、従来
の炭素繊維にみられない堤れた特性r * シsその工
業的生産が望まれている。
従来、気相法炭素繊維の製造方法としては、電気炉内に
アルミナ、黒鉛などの基板を置き、この基板表面に鉄、
ニッケルなどの超微粒子触媒を形成せしめ、この上にベ
ンゼンなどの炭化水素のガスと水素ガス等のキャリヤガ
スとの混合カスt4人し、1010’C〜1300℃の
温度Fに炭化水系を分解せしのることによυ、基板上に
炭素繊維を成長させる方法が知られている。
しかし、この方法では、■基板表面の微妙な温度ムラや
、周囲の繊維の密生度によソて長さの不均一が起り易い
こと、また■炭パの供給源とし−COガスが反応によっ
て山背されることVこよシ、反応管の入口と出口におい
て濃度差が生じ、七のため入口に近い所と出口に近い所
で繊維径が相当異なること、また■基板表面でのみ生成
が行なわれるため、反応管の中心部分は反応に関与せず
収率が恋いこと、更に■超微粒子の基板への分収、還元
、成長、仄いて繊維の取り出しという独立に笑施を必要
とする工程があるため、連続製造が不=’J能であシ、
従つ−〔生産性が悪い等の間趙点蕾Mする。
発明者等は、上述の問題点で除去し、生産性と品質金高
めることのできる気相法による炭素繊維の連続製造方法
につき鋭意研究e[ね、炭系化合物のガスとM機遷移金
ハ化合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを600〜
1300℃の範囲で加熱することを特徴とする気相法に
よる炭素繊維の連続製造方法を発明し特許出ムIした(
特願昭58−1.!52606号)。
その後引続き、発明者等は研究改良を車ねた結果、Fe
(CO)5 、 Fe2(CO)、 、 Fe5(CO
)、2゜Fe(NO) (CO) 、 Ni(CO)4
. Cr(Co)6゜2 Mo(CO)6. W(CO)6等の有機基を含まない
金属カルボニル化合物を使用することによ勺、経澹性並
びに作業性に虎れ、品質の安定した炭素繊維を工菓的に
製造できることを突止めた。
し発明の目的J それ故、本発明の一般的な目的は、経済的で、生産゛M
理性、作業安全性に昌み、優れた性質の気相法戻ぶ4截
維の連続的製造方法を提供するにある。
〔発明の要点」 この目的紫達成するため、この発明に係る気相法炭素値
維の製造方法は、有機化合物のガスと有機基を含−まな
い金属カルボニル化合物のガスとキャリヤガスとの混合
ガスを高温反応させることを惜敗とする。
本発明における有機化合物とは、有機鎖式化合物または
M機環式化合物からなる有機化合物全般が対象となるが
、lθに高い収率を得るには、脂肪族炭化水軍、芳香族
炭化水素である。また、これらの他、窒素、酸素、硫黄
、弗素、臭素、天水、燐、ヒ累等の元素を含んだ誘導体
も使用of能である。具体的な個々の化合物の例の一部
ヲ挙ケると、メタン、エタン等のアルカン化合物、エチ
レン、ゲタジエン等のアルケン化合物、アセチレン等の
アルキン化合物、ベンゼン、トルエン、スチレン等のア
リール炭化水素化合物、インデン、ナフタリン、7エナ
ントレン等の縮@壌x iする芳香族炭化水素、シクロ
プロパン。
シクロヘキセン等のシクロパラフィン化合物、シクロペ
ンテン、シクロヘキセン等のシクロオレフィン化合物、
ステロイド等の縮合環を有する脂環式炭化水素化合物、
メチルチオール、メチルエチルスルフィド、ジメチルチ
オノトン等の金儲脂肪族化合物、クエニルチオール、ジ
フェニルスルフィド等の金儲芳香族化合物、ベンゾチオ
ノエン、チオフェン等の金儲複素環式化合物等である。
また、以上の化合物の2種以上を混合した混合物を使用
することも可能である。
また、本発明における金属カルボニル化合物とは、遷移
金属カルボニル、遷移金属ニトロシルカルボニルおよび
遷移金属ヒドロカルボニルを含む遷移金属とカルボニル
の化合物を意味する。金属カルボニル化合物は、一般に
室温で液体または低融点の固体で、かなシ揮発性を示す
ものであ勺、気化が容易である。金属カルボニル化合物
の中で、本発明で有効なものは、鉄。
ニッケル、コバルト、クロム、モリブテン、タングステ
ン等の遷移金属とカルボニルとの化合物でab、一部を
例示すると、Fe(CO)5 +Fe2(CO)、 、
 Fe(CO)2(NO)2.テトラカルボニル鉄、鉄
カルボニルハロゲン化物、ペンタシアノカルボニル鉄、
N1(CO]4.に2〔N1(CN)2(CO)2〕。
K[N1(ON)(CO)、J 、 K2CNi(CN
)2(CO)2.) 。
K、[N1(CN)、(CO)J 、 (Ni(CN)
、(Co)) 。
Cr(CO)6. Mo(CO)6. W(CO)6 
等である。
遷移金属カルボニル化合物は、大気圧下に加熱して本発
明の触媒目的に使用できる蒸気圧もしくは外層性をゼす
るので、加熱蒸気をキャリヤガスでキャリヤして使用す
ることかできる。
本発明におけるキャリヤガスとは、直接反応に関与しな
いガス全般を指すが、特に周期律表0族のアルゴン、ヘ
リウム等の希ガスおよび水素、窒素、二酸化炭素または
これらの混合ガスの中から選択されるガスを主体とした
ガスである。上記以外に、キャリヤガス成分中、好まし
くは20%以Fの割合で他のガスを混合することかり能
でるる。この種の少盆成分ガスとしては、硫化水ぶガス
または二硫化炭素等の炭素と硫黄の化合物、ハロゲン、
210ゲン化水素、水蒸気等があるが、時に瞠黄の化合
物が収率の点から好ましい。
本発明で使用される混合ガスは、一方法として、キャリ
ヤガスと有機化合物のガスとの混合ガス、およびキャリ
ヤガスと金属カルボニル化金物のガスとの混合ガス、こ
の両混合ガスを夫々別々に調製して作ることができるが
、混合ガスのi+!11 裏方法に限定はない。
−説すると、キャリヤガスと金属カルボニル化合物のガ
スとの混合ガスは、ジャケット付加熱密閉容器、または
′Gi熱加熱密閉容器に金属カルボニル化合物を入れ、
一定温度に加熱して密閉容器のヘッドスペースに一定4
度の金属カルボニル化合物のガスまたは昇華がスを発生
せしめ、一方この密閉容器上部にキャリヤガスを導入し
て、一定濃度のキャリヤガスと金A4カルボニル化合物
のガスとの混合ガスを冨閉容器よシ排出させる第1手段
と、a機化廿物が液体の場合は第1手段に準じて一定磯
匿の牛ヤリャガスと、lf機機台合物ガスとの混合ガス
お得、一方有機化合物がメタン、エタンなどのように気
体の場合は、夫々のガス葡流量計により一定割合に混合
して一定#度のギヤリヤガスと4 <MA化合物との混
合ガス?得る第2手段とよりなシ、第1手段と第2手段
によシ得られる混合ガスを一定割合に混合して目的の混
合ガス?!−調迩するニビがマ”、IFJ、金属カルボ
ニル化合物のガスの一足渚の調製は、金属カルボニル化
&物の種類、加熱密閉容器ごとに予め加熱温度と蒸発量
2重消滅またはガス分析により決定さ1する。
次に、混合ガスの加熱は、6気炉eこよシ反応管内で6
00〜1300℃、好適には1050〜120−0 ’
Cに加熱する。反応管は水平、直立いj″れの方式でも
よい。
実験rCよると、1100’C以下では主として長さの
成長〃1起り、1100℃を越えると径の成長速度が目
立ってくる。また、長さの成長範囲においては、生成す
る炭Afa維の長さが混合ガスの炉内の浦留時間にほぼ
比例するため、1.100℃以[の加熱炉と1100℃
以上の加熱炉に直列に連結することにより所望の径、長
さの炭素繊維を連続的に生成することが可能である。特
に、従来の炭素繊維からは得ることができなかった長さ
0.2μ〜2000μ、径0.05μ〜10μの範囲の
アスペクト比の揃った短遣維を高収率にかつ連続的に製
造することかり能である。
〔発明の実施例〕
次に、木タロ明に係る気4目法炭AIL維の製造方法を
添付11.1面を参照しながら詳説する。
実施例1〜11 第1□□□は、本発明の実施例νこ使用した実験装置の
概略系統図でめって、直立する内径5.2い長さ1 ’
70cmのアルミナ製反応管10はその大部分を包囲す
る電熱器12によシ約1070℃に加熱されている。入
口管14は反応v10よシ少しく隔った部分で4つに分
岐し、分岐管16は流量計18、パルプ20を介して図
示されていない1(2Sなどの少量ガス容器に連結され
、分岐管22は金属カルボニル化合物24を加熱する加
熱容器26の頂部28に連結され、頂部28に連結され
るキャリヤガス導入管30は流量計62とパルプ34を
介して図示されてないキャリヤガス6器に連結され、分
岐管36はM様化合物38を加熱す/)7JO熱d器4
0の頂部42に連結され、頂f11s4’2に連結され
るギヤリヤガス導入管44は流量計46とパルプ48を
介して図示されないキャリヤガス容器に連結され、更に
頂部42に連結される気体有機化合物導入管5oは流量
計52とパルプ54を介して図示きれない気体IU化合
物容器に連結さ扛る。反応管1oの上部には、ステンレ
ス繊維フィル2部56t−介して排出管58が連結され
る。加熱容器(26゜40)は、ジャケットを有し、熱
媒体、蒸気または電熱などにより一定温度に加熱される
。有機化介物が7戊体の場合は、加熱容器4oに収容し
て加熱して気化させ、一方気体有機化合物の場合は、加
熱容器40は空にしてパルプ54を流r計52により調
節して一定流縄の重機化合物のガスを容器40に導入す
ると共にパルプ48と流1計46によジ一定流量のキャ
リヤガスを容器40に導入して一定濃度のキャリヤガス
と4−1−9化付物のガスの混合ガスを得、分岐管36
を介して入口管14に流入させる。一方、加熱容器26
に金属カルボニル化合物を収容し、所定温度に加熱して
容器26のヘッドスペースに金属カルボニル化合物の蒸
気を充満せしめると共に、パルプ34と流量計32とに
ょシ一定流量のキャリヤガスを容器26に導入し、キャ
リヤガスと蛍属カルボニルのガスとの所定濃度の混合ガ
ス全骨て分岐管22′f!:介して入口管14に流入さ
せる。必要に応じ、パルプ2oと流量計18によシ一定
流量の食用ガス(例えばH2S)を入口管14に流入さ
せ、入口管には所定濃度のキャリヤガスと441化合物
のガスと金、叫カルボニルのガスと必要に応じH2Sの
ガスが調製され、反応・R10に導入される。金属カル
ボニル化合物の加熱により、所定濃度のキャリヤガスと
金属カルボニル化合物の混合ガスを調製するには、予め
試験にょシ加熱視度、ギヤリヤガス流量を決定する。本
実施例の場合、例えばFe (CO) 、6を加熱容器
26に収容し、加熱オイルによfi150℃に加熱しテ
Fe (co ) 6 昇華ガスを生成せしめ、キャリ
ヤガス氷菓にょシ3.1容量%に希釈した。M様化合物
としてベンゼンを使用し、キャリヤガスにより5.2容
量%に希釈した。第1表には、第1図に示される実験装
置kを使用して実施例1〜11の夫々の実験パラメータ
を示した。
表中、ガス流量は標準状態に換算した値、収量はステン
レス繊維フィルタ部に2ける補集量と反応4内の残留量
の総不口である。
以上、本発明の好適な実施例VCついて説明したが、本
発明はこれらの実施例に限定されること’x < 、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において神々の組合せや
変更をなし得ることは勿論である。
〔発明の効果〕
本発明に係る気相法炭素繊維の製造方法によると、均一
で性質の優れた気相法炭素繊維全工業的に連続して容易
にかつ経びV的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は気相法炭素4截維の製造に使用した実験装置の
系統図である。 10・・・反 応 管 12・・・電 気 炉14・・
・入 口 管 1A−99−べA 01.4 1fk 筈18.32,
46.52・・・流量計 20.34.48.54・・・パルプ 24・・・金属カルボニル化合物 26.40・・・加熱容器 28゜42・・・頂 部3
0.44・・・キャリヤガス導入管 38・・・液体有機化合物 50・・・気体上様化合物導入管 56・・・ステンレス繊維フィルタ部 58・・・排出I庁 特許出願人 日機装株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イ(磯化介拗のガスと・1機基を含まない金属カ
    ルボニル化合物のガスとキャリヤカスとの混むガスを高
    温反応させることを特徴とする気相法炭素繊維の製造方
    法。
JP3724684A 1983-09-06 1984-03-01 気相法炭素繊維の製造方法 Granted JPS60185818A (ja)

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US06/638,941 US4572813A (en) 1983-09-06 1984-08-08 Process for preparing fine carbon fibers in a gaseous phase reaction
DE8484109710T DE3463529D1 (en) 1983-09-06 1984-08-16 A process for preparing fine carbon fibers in a gaseous phase reaction
EP84109710A EP0136497B2 (en) 1983-09-06 1984-08-16 A process for preparing fine carbon fibers in a gaseous phase reaction

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