JPS60224815A - 気相法炭素繊維の製造法 - Google Patents

気相法炭素繊維の製造法

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JPS60224815A
JPS60224815A JP7750684A JP7750684A JPS60224815A JP S60224815 A JPS60224815 A JP S60224815A JP 7750684 A JP7750684 A JP 7750684A JP 7750684 A JP7750684 A JP 7750684A JP S60224815 A JPS60224815 A JP S60224815A
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Kohei Arakawa
公平 荒川
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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】 〔発明の属する技術分野〕 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液体状態の有機化合物と
該有機化合物に熔解しうる有機遷移金属化合物との溶液
を調製し、それを気化して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、電気的特性等において、従来の炭素繊維にみら
れない優れた特性を有し、その工業的生産が望まれる。
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ガスと水素ガス等のキャリヤガ
スとの混合ガスを導入し、1000℃〜1300℃の温
度下に炭化水素を分解せしめることにより、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って長さの不均一が起り易い
こと、また■炭素の供給源としてのガスが反応によって
消費されることにより、反応管の入口と出口との間にお
いて原料の濃度差が生じ、そ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
のみ繊維の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悪いこと、更に■超微粒子の基板
への分散、還元、成長、次いで繊維の取り出しという独
立に実施を必要とする工程があるため、連続製造が困難
であり、従って生産性が悪い等の問題点を有する。
そこで、本発明者は、上述の問題点を除去し、生産性と
品質を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を重ね、炭素化合物のガスと有
機遷移金属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開発し、特許
出願をした(特願昭58−162606号)。
その後引続き研究改良を重ねた結果、一旦有機化合物と
有機遷移金属化合物の溶液を調製し、しかる後、ガス化
して高温反応させるというプロセスによって極めて作業
性に優れ、品質の安定した炭素繊維を工業的に製造でき
ることを突止めた。
〔発明の目的〕
それ故、本発明の一般的な目的は、極めて作業性に優れ
、品質の安定した炭素繊維の連続的製造方法を提供する
にある。
〔発明の要点〕
この目的を達成するため、この発明に係る気相法炭素繊
維の製造法は、炭素供給源としての液体状態の有機化合
物と該有機化合物に溶解しうる有機遷移金属化合物との
溶液を調製し、これをキャリヤガスの存在下に気化して
得られる混合ガスを高温反応させることを特徴とする。
本発明における有機化合物とは、有機鎖式化合物または
有機環式化合物からなる有機化合物のうち液体状態のも
のが対象となる。特に安価で工業的に有用性の高いもの
としては、ベンゼン、トルエン、ガソリン、アセトン等
消防法第四類危険物第−石油類、ケロシン、テレピン油
等の第二類等であるが、有機化合物で液体状態であり(
必ずしも常温、常圧で液体である必要はない)、少なく
とも一種類以上の有機遷移金属化合物の溶媒となりうる
ちのであれば十分使用できることは特願昭58−162
606号の趣旨から明らかである。また、本発明におけ
る有機遷移金属化合物とは、遷移金属の有機化合物全般
を対象としており、例えば、アルキル基と金属が結合し
たアルキル金属、アリル基が結合したアリル金属、炭素
間2重結合や3重結合と金属とが結合したπ−コンプレ
ックス、キレート型化合物金属とカルボニルの結合した
金属カルボニル等に代表される有機遷移金属化合物であ
る。また、ここで遷移金属としては、好ましくはスカン
ジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、
コバルト、ニッケル、イツトリウム、ジルコニウム、ニ
オブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム
、タンタル、タングステン、レニウム、イリジウム、白
金等であるが、これらのうち特に周期律表■族に属する
もの、その内で特に鉄、ニッケル、コバルト、が収率の
点から好適であって、更に鉄が最も好適である。有機遷
移金属化合物の具体的例を挙げると、アルキル金属とし
て(C4Hp )、Ti、C02Ctl CH,Mn 
(CO)1゜アリル金属として (C,Hr)jPtl ;π−コンプレックスとして(
C,H,)、tFe、(C7Hz)2Mo、 (CqH
7)、Fe。
(C(H,Fe (CO)、)、、(C6HrFe (
Co)、)、CN。
キレート化合物として 金属カルボニル結合として Fe (GO)、y 。
Fe2(CO)り、 Ni (Co)g、Cr (CO
)/、MO(CO)/W(Co)、等に代表される。
また、有機遷移金属化合物の混合物の使用も可能である
本発明の方法を具体的に説明すると、まず予め有機化合
物と有機遷移金属化合物の混合溶液を作製し、定流量ポ
ンプにて該溶液を反応管の加熱帯域まで送り、そこでキ
ャリヤガス存在下にて連続的にガス化し、高温反応を行
なう。気化後にキャリヤガスと混合されてもよいが、キ
ャリヤガス不存在下に高温にさらされる時間はできるだ
け少ない方がよい。
ここで、混合溶液は予め調製して貯えることも、連続的
に混合溶液を作製して送ることも可能である。また、キ
ャリヤガスは直接反応に関与しないガスならば全て対象
とされるためCO,ガス、N2 ガス、N2ガス、He
ガス、Arガス等の使用が可能であり、また、キャリヤ
ガス中20%以内で他のガスの混合も可能である。この
種の少量成分ガスとしては、N2.S、ハロゲン、N2
0 等限定はないが、ガスの種類によってはかえって収
率を低下させることもある。加熱帯域中でガス化された
混合溶液のガスとキャリヤガスとの混合ガスは、600
℃〜1300℃の加熱帯域中で高温で反応し、気相中で
炭素繊維が連続的に生成される。ここで生成される炭素
繊維の捕集方法には特に限定はなく、自然落下、電気集
塵、機械的集塵、各種フィルタ等多くの方法が可能であ
る。混合溶液の濃度に関しては、有機化合物、有機遷移
金属化合物の種類によって異なるため一概に限定はでき
ないが、一つの基準として、混合溶液をガス化して加熱
帯域中で有機遷移金属化合物が分解し、全ての金属が原
子状態にあると仮定したときの仮想的蒸気圧が、炭素繊
維を生成する反応温度における該金属の飽和蒸気圧の8
倍以上の蒸気圧を有することの可能な金属原子を含むよ
うに調整すれば可能である。また、有機化合物と有機遷
移金属化合物の溶液の送入量は、キャリヤガスの送入量
によって最適量が変化する。全混合ガス中において有機
化合物のガスの体積濃度が好ましくは0.5%〜40%
、更に好ましくは3%〜10%となるように溶液の導入
量の制御が望ましい。
本発明は、有機化合物のガスと有機遷移金属化合物のガ
スを各々独立に作製して混合する方法に比較して極めて
ガス濃度が安定し、従って、工程が安定となり生産性が
向上する。
各々独立にガスを作製する場合、有機化合物、有機遷移
金属化合物の液体又は個体を各々別々の加熱溶液に入れ
、そこにキャリヤガスを通じながら、一定量づつ蒸発さ
せる方法が一般であるが、この場合液体又は個体の残存
量や、キャリヤガスの流量変動、系の温度によって蒸発
量が微妙に変化するため工程が不安定になることが多か
った。予め有機化合物と有機遷移金属化合物の溶液とし
て調製し、その溶液をガス化する本発明においては、よ
り安定に均一組成の混合ガスを作製することが可能で工
程も安定した。また混合ガスを得るためには、直接反応
管に液を噴射することも、前もってガス化のための加熱
帯域を設けることも可能である。以下の実施例によって
更に詳説する。尚、本発明は、従来の炭素繊維製造技術
では得られなかった長さ2μ〜1000μ、径0.05
μ〜5μの一定アスペクト比の複合材料に最適な形状を
有する炭素繊維を製造することに適している。
〔発明の実施例〕
次に、本発明に係る気相法炭素繊維の製造方法を添付図
面を参照しながら詳説する。
実施例1 第1図は、実施例1に使用した実験装置の概略系統図で
ある。アルミナ製反応管26は内径52m+n、外径6
0III11長さ1700mmであって長さ1000a
+a+にわたりヒータが等間隔に長さ方向に3分割され
る各々独立に制御可能な3回路電気炉28によって覆わ
れており、1090℃に反応管内部温度を保つように設
定されている。
ll1(25℃における体積)のC,H,にla。
leの(C(Hr )、tF eを溶解した溶液を貯え
た貯留槽20には、毎分0.05g〜6.0gの速度で
反応管内に溶液を送ることの可能な低流量ポンプ(日機
装■製インフュージョンポンプIP−21”)が内蔵さ
れており、0.1g/1lrnの速度でC,II、。
(C、II、 )、 FEIの溶液を連続的にアルミナ
反応管に送った。キャリヤガス導入パイプ24からは6
70mj!/ sin (25℃)の流量で■2ガスを
反応管内に送った。実験は1時間実施し、反応管内及び
フィルタ30に捕集された炭素繊維の収量を計測した。
なお、同様の実験を10回繰り返して生産性の安定度を
評価した。結果を表−1に示す。
比較例1 第2図は、比較例1に使用した実験装置の概略系統図で
ある。反応管50、電気炉52は実施例1に使用したも
のと同様であり、反応管内温度も実施例1と同様に10
90℃に保った。
パイプ40はH2ガス導入管であり、 (Cg H()、? F eの入ついる加熱容器42の
中に入っているH、ガス50mj! /ll1in (
C,HJ−)、Pe2mj!/win (ガス流量は全
て25℃換算)の混合ガスとなるように調製した。尚、
(C、p H,r )、z F eの気化量については
加熱容器の温度関数として予め作成しておいた検量線を
もとに加熱容器の温度でコントロールした。パイプ44
もH2ガス導ズ管であり、620 ll1ll / R
Iinの流量でC〆HJ蒸発器46に送られる。そこで
C〆■6は23 mj! / minの気化がなされる
ように容器42と同様の原理でコントロールされている
。パイプ48には、 H2ガス(C、g H(>、2 
F eガス C,H。
ガスの混合ガスが流れるため、そのパイプで再度(C,
5−11,)、Fe、C,H,の凝縮が起らないように
200℃に加熱した。本実験についても1時間の実施で
10回の繰り返しを行った。結果を表−1に示す。
表−1収量 表−2 n xt s i回目の収1 (g )n : 試行回
数(10) 表−2のデータから、有意水準5%で分散の検定(片側
検定)を行った結果、実施例1と比較例1において分散
に有意差が見られた。よって、有意水準5%で実施例1
のほうが収量が安定していることが言える。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
れらの実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸
脱しない範囲内において適用され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、工程
が安定し生産性の向上が計れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る気相法炭素繊維の製造方法を実施
する装置の概略系統図、第2図は比較実験に使用した装
置の概略系統図である。 20・・・有機化合物と有機遷移金属化合物の混合溶液
の注入ポンプを内蔵し た貯留槽 22・・・混合溶液導入バイブ 24・・・キャリヤガス導入パイプ 26・・・反応管 28・・・加熱装置 30・・・炭素繊維捕集装置 32・・・排気パイプ 34・・・加熱帯域中に出口を有する溶液ノズル 40・・・キャリヤガス導入パイプ 42・・・有機遷移金属化合物気化器 44・・・キャリヤガス導入パイプ 46・・・炭化水素気化器 50・・・反応管 52・・・加熱装置 54・・・炭素繊維捕集装置 56・・・排気バイブ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. fll 有機遷移金属化合物を溶解せしめた有機化合物
    の溶液をキャリヤガス存在下に気化せしめて、該溶液と
    同一の組成の有機化合物と有機遷移金属化合物のガスと
    キャリヤガスの混合ガスを作製し、該混合ガスを加熱帯
    域中で高温反応させることを特徴とする気相法炭素繊維
    の製造法。
JP7750684A 1983-09-06 1984-04-19 気相法炭素繊維の製造法 Granted JPS60224815A (ja)

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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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