JPS61251503A - 炭素細棒及びその製造法 - Google Patents

炭素細棒及びその製造法

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JPS61251503A
JPS61251503A JP60090963A JP9096385A JPS61251503A JP S61251503 A JPS61251503 A JP S61251503A JP 60090963 A JP60090963 A JP 60090963A JP 9096385 A JP9096385 A JP 9096385A JP S61251503 A JPS61251503 A JP S61251503A
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JP
Japan
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carbon
resin
strength
stick
diameter
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JP60090963A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Yoshida
充 吉田
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder

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  • Organic Chemistry (AREA)
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は炭素細棒に関する。詳しくは、本発明は、曲げ
強度が300MPa以上、圧縮強度が250MPa以上
の高強度を有し、断面の厚み方向の径が1.0〜5.0
mmの炭素細棒及びその製造法に関する。
(従来の技術) 従来、炭素細棒は、コークス粉、黒鉛粉等をフィラーと
し、石油ピッチ、石炭ピッチ等をバインダーとして、両
者を混合、混練し、押出成形、型押成形等を用いて角柱
状、或いは円柱状に成形した後、焼成炭素化、必要に応
じて黒鉛化して得られる炭素ブロック、或いは黒鉛ブロ
ックを所望の大きさに切断し、その後切削加工、センタ
レス加工して得られている。しかしながら、これら炭素
或いは黒鉛ブロックの機械的強度は、高強度品でも高々
曲げ強度で100MPa、圧縮強度で175MPaに過
ぎず、これらを加工素材とする炭素細棒の機械的強度は
素材の機械的強度以上の高強度は望めない。それに加え
て、機械加工による炭材表面に生じるキズ、クラックの
ため、得られた製品の機械的強度はより小さくなってし
まう欠点を有している。また、炭素ブロック、或いは黒
鉛ブロックを切削する際、素材の機械的強度が小さいの
で、途中で破損したり、切削粉が飛散しやすい欠点もあ
るばかりでなく、機械加工の工程も長いのでコストが高
く、経済的にも得策でない。
一方、最近、炭素繊維を一方向に並べて、フェノール樹
脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、重合硬化後
、焼成して得られる一方向C−Cコンボシフト材が考え
られている。しかし、一方向C−Cコンボシフト材は、
曲げ強度においては炭素繊維の高強度が発現し、100
0MPa程度の強度が得られるが、焼成過程におけるバ
インダー樹脂の収縮による応力集中のために炭素繊維間
の接着力が乏しいので、圧縮応力に弱い欠点があり、1
00MPa以下の圧縮応力で炭素繊維がばらけてしまう
問題を有している。また、炭素繊維を一方向に並べて、
フェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸す
る工程において、炭素繊維がばらけないように、かつ効
率良く均一にバインダ゛  −樹脂を含浸するには、高
度な技術、技能を必要とし、炭素繊維が高価であること
も加わって、工業的に安価には得られていない。
本願発明者は、先に、塩素化塩化ビニル樹脂を主成分と
する配合組成物を混合分散し、混練した混練物を細線に
押出成形し、該成形物に炭素前駆体化処理を施した後に
、不活性雰囲気中で焼成することから成るガラス状炭素
細線の製造法を発明し、特許出願した(特願昭59−2
0627号公報参照)。しかしながら、この方法では、
配合組成物の主成分が塩素化塩化ビニル樹脂単独である
ため、成形物の炭素前駆体化速度が極めて緩慢である欠
点があり、炭素化後得られる製品の径を1、Omn+以
上とすることは極めて困難であった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、従来の方法では得られなかった、もし
くは得ることが極めて困難であった、曲げ強度が300
MPa以上、圧縮強度が250MPa以上、断面の厚み
方向の径が1.0〜5.0 m+mの炭素細棒を切削加
工、含浸操作等の面倒な方法を取らずに、簡便な方法を
用いて安価に提供することである。
(問題点を解決するための手段) 本願発明者は、上記の目的を達成するために鋭意研究の
結果、フラン樹脂のモノマー、又は初期縮合物及び含塩
素ビニル樹脂を主成分とする焼成後炭素化するバインダ
ーに炭素微粉末を配合し、均一に混合、分散した配合組
成物に高剪断力を加えて十分混練した後、棒状に押出成
形し、該成形物に不溶不融化処理を施した後に不活性雰
囲気中で焼成することによって、曲げ強度が300MP
a以上、圧縮強度が250MPa以上、断面の厚み方間
の径が1.0〜5.0mmの炭素細棒が得られることを
発見し、本発明に到達した。
本発明においては、フラン樹脂としては、フルフリルア
ルコール樹脂、フルフリルアルコール・フルフラール共
縮合樹脂、フルフラール・フェノール共縮合樹脂、フル
フラール・ケトン共縮合樹脂、フルフリルアルコール・
フェノール共縮合樹脂等の分子構造中にフラン環をもっ
た合成樹脂の一種又は二種以上が用いられるが、本発明
においては、これらの樹脂のモノマー、又は初期縮合物
を使用する。
含塩素ビニル樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩素化塩
化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂が用いられるが、得
られる炭素細棒の機械的強度、高剪断力を加えて十分に
混練した配合組成物の押出成形特性の点で、好ましくは
、500〜1500の重合度の塩化ビニル樹脂を後塩素
化法によって得られる、塩素含有率が60〜70重量%
の塩素化塩化ビニル樹脂の一種又は二種以上を用いた方
が良い。
本発明に使用する炭素微粉末としては、人造黒鉛、天然
鱗状黒鉛、天然土状黒鉛、カーボンブラック、コークス
、炭素繊維等の微粉末があるが、得られる炭素細棒の機
械的強度の点で、平均粒径において20μ−以下、好ま
しくは、10μm以下の粒径で、人造黒鉛、天然鱗状黒
鉛、天然土状黒鉛の微粉末の一種又は二種以上を用いる
と良い。
本発明においては、配合組成物中に、高剪断力を加えて
行う混練特性及び/又は押出成形特性を上げる目的で、
DOP、DBP、TCP、DOA。
DO3,DAP、プロピレンカーボネート、N−メチル
ピロリドン等の可塑剤、又は溶剤を一種又は二種以上、
及び/又は塩素化ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニ
ルコポリマー、エチレン−アクリルコポリマー、金属石
鹸、脂肪族石鹸、天然ワックス、石油系ワックス、有機
錫化合物等の成形用助剤を一種又は二種以上を、必要に
応じて、加えても良い。さらには、目的とする製品の品
質にもよるが、焼成後炭素化する副バインダーとして、
高剪断力を加えて行う混練過程で、フラン樹脂のモノマ
ー、又は初期縮合物及び含塩素ビニル樹脂と相溶可能な
ピッチ類、塩化ゴム、天然又は合成樹脂の一種又は二種
以上を少量加えても良い。
次に、上記素材を用いて炭素細棒を製造する方法を具体
的に説明する。
まず、フラン樹脂のモノマー又は初期縮合物5〜60重
量%、含塩素ビニル樹脂10〜70重量%、炭素微粉末
10〜50重量%、必要に応じて加えられる可塑剤又は
溶剤を0〜40重量%、成形用助剤を0〜10重量%、
副バインダー0〜10重量%を計量し、ヘンシェルミキ
サーのごとき高速混合機を用いて均一に混合、分散する
。次に、得られた混合物に高剪断力を加えて混練し、フ
ラン樹脂と含塩素ビニル樹脂のポリマーブレンドを行う
と共に、機械的エネルギーによって生じたメカノケミカ
ル反応の結果、焼成後炭素化するバインダーが炭素微粉
末表面に物理化学的に結合した押出成形可能な熱可塑性
を有する混練物を得る。
高剪断力を与える混線機としては、二本ロール機、三本
ロール機、加圧ニーグー、バンバリーミキサ−1二軸ス
クリュウ押出機等を用いる。混練時に含塩素ビニル樹脂
が急激な脱塩酸反応を起こさない程度に加熱しても良い
し、二種以上の混練機を用いても良い。
次に、ラム式押出成形機、或いはスクリュウ式押出成形
機を用いて、ダイヘッド部を50〜180℃に加熱し、
目的とする炭素細棒の厚みにもよるが、1.2ん8.0
LIIIllの厚みに押出成形し、所望の長さに切断し
て成形物を得る。なお、押出成形する前に、押出成形工
程における成形物からの脱気、成形物のサージングの防
止等の目的で、ラム式押出成形機を用いる場合は該混練
物の予備成形、スクリュウ式押出成形機を用いる場合は
該混練物のベレット造粒を行っても良い。また成形物の
断面形状については、本発明においては断面の厚みを1
、0〜5.0 mmと規定するが、円、三角、四角、或
いは異形形状の何れでも良い。
次に、配合組成物に可塑剤、又は溶剤を用いた場合は、
大気中、或いは減圧下で、使用した可塑剤、又は溶剤の
大部分を蒸発させた後、不溶不融化処理を施す。この不
溶不融化処理の方法は、空気またはオゾン等の酸化性雰
囲気中で 150〜300℃まで加熱処理する方法、ア
ンモニアガス又は塩素ガス等の腐食性ガス雰囲気中で 
50〜300℃まで加熱処理する方法、放射線を照射す
る方法等がある。本発明においては、不溶不融化処理の
方法は格別に限定しないが、不溶不融化処理のエンドポ
イントは、ポリマーブレンドされたフラン樹脂と含塩素
ビニル樹脂において、含塩素ビニル樹脂に脱塩酸反応を
生じさせて遊離した塩化水素によってフラン樹脂が硬化
すると共に、含塩素ビニル樹脂が脱塩酸反応とそれに続
くポリ塩化反応によって熱可塑性を失い、押出成形物全
体として熱硬化性を呈する点とする。
次に、不溶不融化処理された成形物は、窒素又はアルゴ
ンガス等の不活性雰囲気中で室温から徐々に昇温し、7
00℃以上、好ましくは、1100〜1500℃に加熱
して炭化し、冷却後取り出して製品を得る。
(実施例) 次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
スX−よ フラン樹脂の初期縮合物〔日立化成工業■製ヒタフラン
VF−302)25重量%、塩素化度65重量%の塩素
化塩化ビニル樹脂〔日本カーバイド工業■製二カテンプ
T−742)25重量%、天然鱗状黒鉛粉末(日本黒鉛
工業■製C3P)35重量%、DBP15重量%から成
る配合組成物をヘンシェルミキサーを用いて十分に混合
分散し、加圧ニーグーを用いて120℃の加熱下で40
分間混練した後、さらに、ロール表面を125℃に保持
した三本ロール機を用いて40分間混練した。
次に、混練物を取り出して、ベレット製造機により押出
成形用ペレットを得、単軸スクリュウ押出成形機を用い
てグイヘッド部を120℃に加熱して押出成形し、直径
4IIIInの円形の断面を有する成形物を得た。この
成形物を20cmの長さに切断し、緊張下、150℃の
加熱オーブン中でDBPの大部分を蒸発させた後、引き
続き、5℃の昇温速度で、180℃まで昇温し、180
℃に60時間保持して不溶不融化処理を行った。その後
、窒素ガス雰囲気中で室温から300℃までは10℃/
時間、300〜600℃は30℃/時間、600〜12
00℃は100℃/時間で昇温し、炭素化処理を施し、
冷却後製品を取り出した。
得られた炭素細棒は、直径3.3III11、゛曲げ強
度は450MPa、圧縮強度は360とPaの高い強度
を示した。
ス11殊−」ユ フラン樹脂の初期縮合物〔武田薬品工業■製ブロミネー
トQ−1001)20重量%、フルフリルアルコール1
0重量%、塩素化度65重量%の塩素化塩化ビニル樹脂
〔日本カーバイド工業■製ニカテンプT−742)30
重量%、天然土状黒鉛微粉末〔日本黒鉛工業■製ASP
330重量%、N−メチルピロリド210重量%から成
る配゛合組成物をヘンシェルミキサーを用いて十分に混
合分散し、加圧ニーダ−を用いて120℃の加熱下で4
0分間混練した後、更に、ロール表面を125℃に保持
した三本ロール機を用いて40分間混練した。次に、混
練物を取り出して真空脱気装置の付いた油圧プレス機を
用いて成形し、円柱形の予備成形物を得、ラム押出成形
機を用いてグイヘッド部を120℃に加熱して押出成形
し、厚さ301111%幅30mmの断面を有する成形
物を得た。この成形物を20cmの長さに切断し、緊張
下、150’Cの加熱オーブン中でN−メチルピロリド
ンの大部分を蒸発させた後、引き続き、5℃の昇温速度
で、180℃まで昇温し、180℃に80時間保持して
不溶不融化処理を行った。その後、窒素ガス雰囲気中で
実施例1と同一条件で昇温し、炭素化処理を施し、冷却
後製品を取り出した。
得られた炭素細棒は、直径2.3mm、幅24mmの断
面を有する角柱状で、曲げ強度は400MPa。
圧縮強度は340)IPaの高い強度を示した。
(発明の効果) 本発明の炭素細棒は、従来の方法では得られなかった高
い機械的強度を有するものであり、がっ炭素材本来の耐
蝕性、耐高温特性、電気伝導性等を合わせ持つことから
、腐食性雰囲気中、高温雰囲気中等における構造用部材
、電気用部材、或いは生体拒否反応を示さない特性を利
用して生体用部材として有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)曲げ強度が300MPa以上、圧縮強度が250M
    Pa以上、断面の厚み方向の径が1.0〜5.0mmの
    炭素細棒。 2)フラン樹脂のモノマー又は初期縮合物及び含塩素ビ
    ニル樹脂を主成分とする焼成後炭素化するバインダーに
    炭素微粉末を配合し、均一に混合、分散した配合組成物
    に高剪断力を加えて十分混練した後、棒状に押出し成形
    し、該成形物に不溶不融化処理を施した後に不活性雰囲
    気中で焼成することから成ることを特徴とする炭素細棒
    の製造法。
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