JPS62162699A - 炭素質ウイスカの製造方法 - Google Patents

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】 童朶上■皿ユ立亘 本発明は、炭素質ウィスカ、とくに複合材料等に任意の
割合で配合することのできる炭素質ウィスカの製造方法
に関する。

従来の技術 従来、炭素質繊維を製造する方法としては、炭素質化合
物を紡糸したのち熱分解する方法が知られており、たと
えばピッチの溶融紡糸を利用したり、合成繊維を炭化し
て炭素質フィラメントを製造する方法がある。しかし、
このような方法で得られる繊維は比較的に太くて長いも
のであって、複雑な形状に自由に成形することができる
合成樹脂組成物に対する補強用配合剤などに用いるため
には、短く切断する必要があり、そのような目的に対し
ては径が太すぎる。

本発明者らは、このような従来技術の欠点を克服すべく
鋭意研究した結果、別な触媒系を用いて特定の反応条件
下で炭化水素を気相分解することにより、特定形状の炭
素質ウィスカが好収率で得られることを見出し、本発明
を完成させるに至ったものである。

解決しようとする間　点 すなわち、本発明は、直径０．１〜１μｍで、アスペク
ト比（長さ／直径比）１００以上、とくに長さ１〜２鰭
程度の炭素質ウィスカを収率よく製造する方法を提供す
ることを目的とするものである。

間ｐを解決するための千Ｆ 前述のような本発明の目的は、触媒としてケイ素を含有
する物質を少くとも表面上に分布させた基材に対して、
活性化剤としてイオウを含有する物質の存在下１２００
〜１４００℃の反応温度において、還元性または不活性
のキャリヤガスと炭化水素化合物とを少くとも含む原料
混合物を接触させるに当り、該原料混合物として該キャ
リヤガス６５〜９５容量％、該炭化水素化合物２〜２５
容計％および酸イオウを含有する物質１０容量％以下か
らなる気体状混合物を適用することを特徴とする炭素質
ウィスカの製造方法によって達成される。

すなわち、本発明の炭素質ウィスカの製造方法は、炭化
水素化合物を気相熱分解するに当って、ケイ素を含有す
る物質を触媒とし、イオウを含有する物質を活性化剤と
して、１２００〜１４００℃で反応させるものである。

本発明における触媒として用いられるケイ素を含有する
物質としては、単体ケイ素、二酸化ケイ素、二硫化ケイ
素、炭化ケイ素、その他各種の金属ケイ酸塩などが利用
でき、これらの中から選択された物質を板状、管状、線
状、粒状、粉状等適宜の形状に成形あるいは更にこれを
焼結し、または黒鉛やセラミックス等の耐熱性の成形体
の表面上に前記の物質の微粉末を付着させるか沈着させ
るなどによって、触媒を少くとも表面上に分布させた基
材を形成する。このような触媒として用いうる基材とし
ては、たとえば、３ＡｌｔＯｓ　　・２ＳｉＯ□の組成
を有するムライト質の焼結体いわゆるセラミックス体が
好適に利用できる。

本発明における活性化剤であるイオウを含有する物質と
しては、単体イオウ、硫化水素、二硫化炭素、メルカプ
タンやチオエーテル等の有機チオ化合物などの物質で、
常温または高温で気体となり得るものが用いうる。

本発明において炭素質ウィスカの原料である炭化水素化
合物としては、メタン、エタン、エチレン等のような飽
和あるいは不飽和の脂肪族炭化水素、ベンゼン、キシレ
ン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、または脂環式炭化
水素などの炭化水素のみならず、分子内に酸素、窒素な
ど他の原子を含むものも用いることができ、単一物質で
あってもよいが、これらの混合物であってもよい。

本発明において使用されるキャリヤガスは、原料の炭化
水素化合物や活性化剤の濃度を所定範囲に調節しつつこ
れらを触媒上に送入し、かつ反応室内の雰囲気を還元性
状態に維持し反応の速度を制御するためのもので、たと
えば水素などの還元性ガスやアルゴン、窒素などの不活
性ガスなどを用いることができる。キャリヤガスとして
不活性ガスが用いられたときは、炭化水素化合物が分解
して発生する水素が雰囲気を還元性状態を保つのにを効
に働くことは勿論である。

このようなケイ素を含有する物質を表面に分布させた基
材を前記のようなイオウを含有する物質で活性化するに
は、たとえば電気炉などの中に設けた反応室中に前記の
基材を配置し、加熱下に気体状の活性化剤を単独または
キャリヤガスと共に送入して接触させることによって行
なうことができる。かかる活性化は、炭化水素化合物の
熱分解を開始するに先立って実施してもよく、また炭化
水素化合物に活性化剤を同伴させて熱分解の実施中に活
性化を′ｍ続して行なうようにしてもよい。

好ましい態様においては、炭素質ウィスカを製造するた
めの反応室中にあらかじめ基材を配置しておき、反応室
内部をキャリヤガスによって置換してから全体を高温迄
加熱し、次いで活性化剤とキャリヤガスとの混合気体ま
たは活性化剤と炭化水素化合物とキャリヤガスとの混合
気体を送入するようにする。

このようにして活性化された触媒が少くとも表面上に分
布した基材が得られるが、かかる基材に対して接触反応
させる原料混合物は、炭化水素化合物を２〜２５容贋％
、好ましくは５〜２０容贋％含み、また活性化剤である
イオウを含有する物質を１０容量％以下、好ましくは２
〜５容滑％を含み、残量がキャリヤガスであって６５〜
９５容量％、好ましくは７０〜９５容星％の範囲内にあ
るの力く適当である。

この場合、炭化水素化合物の濃度が低過ぎると炭素質ウ
ィスカの生成量が少くなり、逆に高過ぎるとフィルム状
炭素やすすの生成量が増加し、これらがウィスカの上に
堆積し品質を低下させる。

また、活性化剤が原料混合物中に含まれていないと反応
時間の経過と共に触媒の活性が低下するから、触媒の活
性を反応期間中維持するためには原料混合物中にもイオ
ウを含有する物質が存在していることが必要である。し
かし、活性化剤の濃度が高過ぎると逆にウィスカの生成
量が少くなるから、活性化剤は前記の範囲内にあること
が必要である。

このような混合割合に調整された原料混合物は、１２０
０〜１４００′Ｃの反応温度、さらに好ましくは１２５
０〜１３００℃の反応温度において基材と接触させられ
るが、反応温度がこの範囲より低いと繊維の太さが太く
かつ長くなり、また結晶性も低く、そのままで合成樹脂
等に配合してすぐれた補強性を示すような炭素質ウィス
カは得られない。一方、反応温度が高過ぎるとウィスカ
の生成量が著しく低下する。

さらに反応室内への原料混合物の導入に当っては、ガス
の圧力や流速などを変化させることにより炭素質ウィス
カの時空間収量や使用原料当りの収率等を改善し、また
得られる炭素質ウィスカの機械的や電気的特性を調整し
、また品質の均一性を改良することができる。この場合
、反応室内の圧力としては大気圧以上より減圧下までの
間から選択することができる。また供給速度としては基
材の表面に平行な方向の流速として１〜１００ｃｍ／ｍ
ｉｎの範囲から選択することができ、好ましくは５〜１
５ｃｍ／ｍｉｎ程度の流通速度を採用することができる
。

かかる本発明の方法によって得られる炭素質ウィスカは
、黒鉛化度が高くて結晶性の優れたものであり、直径が
０．１〜１μｍで長さ１〜２ａｓの極めて均一な品質の
製品である。

以下、更に実施例を示すが、本発明はこれによって何等
限定されるものではない。

実施例 横型電気炉中に内径５２龍のムライト質反応管を設置す
るとともに、その中央の反応帯域部分に管状のムライ１
−Ｙｔの基材を定置した。

電気炉により反応帯域部分を加熱し、９００″Ｃに達し
たときに先ず反応管内を水素で直換し、次いで３容量％
の硫化水素を含有する水素を少しずつ流通させながら更
に１時間かけて１３００℃迄界温させた。この後、３容
量％の硫化水素と１０容量％のベンゼン蒸気を含む水素
ガスを原料混合物として反応管内に送入し、１３００℃
で３時間反応させた。次いで、原料混合物の供給を停止
し水素のみを送入しながら冷却した。

反応終了後、基材を取り出して炭素質ウィスカを分離し
たところ、径約１μｍ、長さ約２■■の均質な炭素質ウ
ィスカが、供給ベンゼンに対して約３０％の収率で得ら
れた。

また、このウィスカをＸ線回（斤によって３周べたとこ
ろ、高結晶性のものであることが分った。

光凱傅肱栗 本発明の炭素質ライ・スカの製造方法は、合成樹脂やゴ
ム等に配合してすぐれた補強性を発揮する炭素質の補強
剤を、好収率で得ることができるという特長を有し、産
業上大きな意義を有するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　触媒としてケイ素を含有する物質を少くとも表面上に
   分布させた基材に対して、活性化剤としてイオウを含有
   する物質の存在下１２００〜１４００℃の反応温度にお
   いて、還元性または不活性のキャリヤガスと炭化水素化
   合物とを少くとも含む原料混合物を接触させるに当り、
   該原料混合物として該キャリヤガス６５〜９５容量％、
   該炭化水素化合物２〜２５容量％および該イオウを含有
   する物質１０容量％以下からなる気体状混合物を適用す
   ることを特徴とする炭素質ウィスカの製造方法。