JPS6342920A - 流動気相成長法による中空炭素繊維 - Google Patents
流動気相成長法による中空炭素繊維Info
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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。
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〕
この発明は、中空炭素繊維、殊に一群の流動気相成長炭
素繊維の90%以上が60Å以下の中空内径を有する中
空炭素繊維に関する。
素繊維の90%以上が60Å以下の中空内径を有する中
空炭素繊維に関する。
炭素繊維は、軽量且つ高強度という材料特性によって、
航空宇宙産業、スポーツ・レジ十−産業等にその利用が
急ピッチに拡大されている。
航空宇宙産業、スポーツ・レジ十−産業等にその利用が
急ピッチに拡大されている。
炭素繊維は、一般にPAN (ポリアクリロニトリル)
の紡糸、耐炎化、炭素化処理またはピッチの溶融紡糸、
不融化、炭化焼成等によって製造されている。一方、気
相成長法による炭素繊維は、不連続繊維であるが、結晶
性良好な易黒鉛化性炭素繊維であり、2800℃以上の
熱処理によって、従来の炭素繊維では達成できない極め
て機械的特性に優れた素材になることで注目を集めてい
る。
の紡糸、耐炎化、炭素化処理またはピッチの溶融紡糸、
不融化、炭化焼成等によって製造されている。一方、気
相成長法による炭素繊維は、不連続繊維であるが、結晶
性良好な易黒鉛化性炭素繊維であり、2800℃以上の
熱処理によって、従来の炭素繊維では達成できない極め
て機械的特性に優れた素材になることで注目を集めてい
る。
従来、気相法による炭素繊維は、アルミナ、黒鉛などの
基板表面に100人〜300人の全屈超微粒子触媒を担
持させて、約1000℃の加熱帯域で水素還元した後、
気相成長を行うのが一般であった。しかしながら、超微
粒子は凝簗二次粒子を形成し、その分散も容易ではない
。
基板表面に100人〜300人の全屈超微粒子触媒を担
持させて、約1000℃の加熱帯域で水素還元した後、
気相成長を行うのが一般であった。しかしながら、超微
粒子は凝簗二次粒子を形成し、その分散も容易ではない
。
また、超微粒子の二次粒子は、数百度の低温で焼結し、
大粒径になり易い。従って、現実に製造され、入手可能
な最も微細な平均粒径100人の超微粒子を使っても、
二次粒子の形成とその焼結によって実際には、100人
として機能できる触媒超微粒子は、はとんど存在しない
ことがわかっている。
大粒径になり易い。従って、現実に製造され、入手可能
な最も微細な平均粒径100人の超微粒子を使っても、
二次粒子の形成とその焼結によって実際には、100人
として機能できる触媒超微粒子は、はとんど存在しない
ことがわかっている。
気相法により炭素繊維は、中心に中空を有しているが、
その中空径は触媒超微粒子に強く依存しており、粒子径
が大きくなると中空径も大きくなる。粒径100Å以上
の触媒を使った場合、その中空径はわずかに60Å以下
のものが存在するが、二次粒子の形成による触媒の大粒
径化によって中空径のほとんどは100Å以上になる。
その中空径は触媒超微粒子に強く依存しており、粒子径
が大きくなると中空径も大きくなる。粒径100Å以上
の触媒を使った場合、その中空径はわずかに60Å以下
のものが存在するが、二次粒子の形成による触媒の大粒
径化によって中空径のほとんどは100Å以上になる。
中空径は、触媒粒子の大きさと正の相関を有するもので
あり、従来のような遷移金属の超微粒子を基材に散布し
て後水素逼元し、炭素繊維を気相生成する方法や、遷移
金属化合物を溶剤に熔かし、それを基材に塗布し、同様
の手順で炭素繊維を気相生成する方法においては、触媒
粒子径を100Å以下にすることは難しい。また、中空
径についても、触媒粒子が大きくなるために大部分は1
00Å以上であり、中には1000人程度0ものも存在
し、機械的特性に悪形響を与える。
あり、従来のような遷移金属の超微粒子を基材に散布し
て後水素逼元し、炭素繊維を気相生成する方法や、遷移
金属化合物を溶剤に熔かし、それを基材に塗布し、同様
の手順で炭素繊維を気相生成する方法においては、触媒
粒子径を100Å以下にすることは難しい。また、中空
径についても、触媒粒子が大きくなるために大部分は1
00Å以上であり、中には1000人程度0ものも存在
し、機械的特性に悪形響を与える。
出願人は、従来の基板に鉄やニッケルなどの超微粒子触
媒を形成させる手法に代えて、有機遷移金属化合物のガ
スを使用して電気炉空間で浮遊する超微粒子触媒を形成
せしめ、それにより浮遊状態で炭素繊維を成長させる製
造方法を完成し、特願昭58−162606号として出
願した(以下この方法で製造した炭素繊維を流動気相成
長法による炭素繊維という)。
媒を形成させる手法に代えて、有機遷移金属化合物のガ
スを使用して電気炉空間で浮遊する超微粒子触媒を形成
せしめ、それにより浮遊状態で炭素繊維を成長させる製
造方法を完成し、特願昭58−162606号として出
願した(以下この方法で製造した炭素繊維を流動気相成
長法による炭素繊維という)。
更に、出願人はこの流動気相成長法による炭素繊維につ
き、その複合材料としての機械的特性、高分解能透過型
電子顕微鏡観察の結果から、流動気相成長法による炭素
繊維の製造において触媒粒径のコントロールによってそ
の大部分の中空径を60Å以下にすることが可能であり
、またその中空径が小さいほど炭素繊維の成長速度が速
いばかりでなく、優れた複合材料用素材となり得ること
を突き止めた。
き、その複合材料としての機械的特性、高分解能透過型
電子顕微鏡観察の結果から、流動気相成長法による炭素
繊維の製造において触媒粒径のコントロールによってそ
の大部分の中空径を60Å以下にすることが可能であり
、またその中空径が小さいほど炭素繊維の成長速度が速
いばかりでなく、優れた複合材料用素材となり得ること
を突き止めた。
従って、本発明の目的は、従来の炭素繊維より機械的特
性に著しく優れ複合材料用素材として通した中空炭素繊
維を提供することにある。
性に著しく優れ複合材料用素材として通した中空炭素繊
維を提供することにある。
また、別の目的は、微細触媒を生成し、それによって炭
素繊維の気相生成を行うことによって、炭素繊維の成長
速度を増し、生産性をあげることである。
素繊維の気相生成を行うことによって、炭素繊維の成長
速度を増し、生産性をあげることである。
先の目的を達成するため、この発明に係る中空炭素繊維
は、一群の中空炭素繊維の90%以上が、60Å以下の
中空内径を有することを特徴とする。
は、一群の中空炭素繊維の90%以上が、60Å以下の
中空内径を有することを特徴とする。
この発明にかかる一群の流動気相成長炭素繊維の90%
以上が60Å以下の中空内径を有する中空炭素繊維は、
濃度調整された有機遷移金属化合物のガスと、キャリヤ
ガスと、必要に応じて炭素化合物のガスとの混合ガスを
加熱分解することにより連続的に製造される。
以上が60Å以下の中空内径を有する中空炭素繊維は、
濃度調整された有機遷移金属化合物のガスと、キャリヤ
ガスと、必要に応じて炭素化合物のガスとの混合ガスを
加熱分解することにより連続的に製造される。
また、この中空炭素繊維は、流動気相成長法において有
機遷移金属化合物の濃度を全混合ガスに対して0.01
%〜40%に調整する。反応温度との関係においては、
温度が高いほど低濃度にすることが好ましい。
機遷移金属化合物の濃度を全混合ガスに対して0.01
%〜40%に調整する。反応温度との関係においては、
温度が高いほど低濃度にすることが好ましい。
すなわち、より具体的にはベンゼン、メタン等の炭化水
素化合物のガスとフェロセン、鉄カルボニル等の有機遷
移金属化合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを60
0℃乃至1300℃の温度で加熱して中空炭素繊維を生
成する。
素化合物のガスとフェロセン、鉄カルボニル等の有機遷
移金属化合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを60
0℃乃至1300℃の温度で加熱して中空炭素繊維を生
成する。
本発明における炭素供給源としての炭素化合物とは、有
機鎖式化合物または有機鎖式化合物からなる有機化合物
全般が対象となるが、特に高い収率を得るには脂肪族炭
化水素、芳香族炭化水素である。しかし、炭化水素化合
物以外に窒素、酸素、硫黄、弗素、塩素、臭素、沃素、
燐、砒素等の内の一種類以上の元素を含むものも使用で
きる。特に炭素と水素と硫黄との組合せからなる場合に
は収率面で好適である。具体的な個々の化合物の例を挙
げると、メタン、エタン等のアルカン化合物、エチレン
、ブタジェ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、スチレン等の了り−
ル炭化水素化合物、インデン、ナフタリン、フェナント
レン等の縮合環を有する芳香族炭化水素、シクロプロパ
ン、シクロヘキサン等のシクロパラフィン化合物、シク
ロペンテン、シクロヘキサ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
ルチオケI・ン等の含硫脂肪族化合物、フェニルチオー
ル、ジフェニルスルフィド等の含硫芳香族化合物、ベン
ゾチオフェン、チオフェン等の含硫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。
機鎖式化合物または有機鎖式化合物からなる有機化合物
全般が対象となるが、特に高い収率を得るには脂肪族炭
化水素、芳香族炭化水素である。しかし、炭化水素化合
物以外に窒素、酸素、硫黄、弗素、塩素、臭素、沃素、
燐、砒素等の内の一種類以上の元素を含むものも使用で
きる。特に炭素と水素と硫黄との組合せからなる場合に
は収率面で好適である。具体的な個々の化合物の例を挙
げると、メタン、エタン等のアルカン化合物、エチレン
、ブタジェ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、スチレン等の了り−
ル炭化水素化合物、インデン、ナフタリン、フェナント
レン等の縮合環を有する芳香族炭化水素、シクロプロパ
ン、シクロヘキサン等のシクロパラフィン化合物、シク
ロペンテン、シクロヘキサ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
ルチオケI・ン等の含硫脂肪族化合物、フェニルチオー
ル、ジフェニルスルフィド等の含硫芳香族化合物、ベン
ゾチオフェン、チオフェン等の含硫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。
キャリヤガスとしては、周期律表O族のアルゴン、ヘリ
ウム等の希ガスおよび水素、窒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、水素ガスが最も
好ましい。主体とするという意味は、上記以外に他のガ
スを含むことが許されることを意味し、その割合はキャ
リアガス成分中20%以内である。この種の少量成分ガ
スとしては、硫化水素、二硫化炭素、酸素、オゾンが好
ましい。水素ガス以外のガスをキャリアガスとして使用
する場合、一般に炭素化合物の熱分解が促進されすぎ、
かえって炭素繊維の生成を阻害する要因になるため、炭
素化合物の濃度を大幅に低下させる必要性がでてく る
。
ウム等の希ガスおよび水素、窒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、水素ガスが最も
好ましい。主体とするという意味は、上記以外に他のガ
スを含むことが許されることを意味し、その割合はキャ
リアガス成分中20%以内である。この種の少量成分ガ
スとしては、硫化水素、二硫化炭素、酸素、オゾンが好
ましい。水素ガス以外のガスをキャリアガスとして使用
する場合、一般に炭素化合物の熱分解が促進されすぎ、
かえって炭素繊維の生成を阻害する要因になるため、炭
素化合物の濃度を大幅に低下させる必要性がでてく る
。
本発明における有機遷移金属化合物とは、遷移金属を含
む有機化合物全般を対象としている。
む有機化合物全般を対象としている。
具体的にはアルキル基と金属が結合したアルキル金属、
アリル基と金属が結合したアリル6+を体、炭素間2重
結合や3重結合等と金属とが結合した化合物に代表され
るπ結合が関与する錯体とキレート型化合物及びカルボ
ニル化合物等に代表される有機遷移金属化合物である。
アリル基と金属が結合したアリル6+を体、炭素間2重
結合や3重結合等と金属とが結合した化合物に代表され
るπ結合が関与する錯体とキレート型化合物及びカルボ
ニル化合物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、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、イリジウムまたは白金を指すも
のであるが、これらの内特に周期律表■族に屈するもの
、その内で特に鉄、ニッケル、コバルトが好適であって
、鉄が最も好適である。
、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、イリジウムまたは白金を指すも
のであるが、これらの内特に周期律表■族に屈するもの
、その内で特に鉄、ニッケル、コバルトが好適であって
、鉄が最も好適である。
有機遷移金属化合物の一部具体的例を挙げると、アルキ
ル金属として(C4119) 4 T i 。
ル金属として(C4119) 4 T i 。
CHt =ClICIr2 Mn (CO)s 、CH
3CC0゜(C2H5) 2 FeBr −(C2H3
)FeBr2 ;アリル錯体として(C6H5)3Pt
l;π結合が関与する錯体として(Cs H5)2 F
e。
3CC0゜(C2H5) 2 FeBr −(C2H3
)FeBr2 ;アリル錯体として(C6H5)3Pt
l;π結合が関与する錯体として(Cs H5)2 F
e。
(C6H6) 2 Mo、 (Cg Hr ) 2
F e。
F e。
CC5H5Fe (Co)2 )2 。
(Cs Hs F e (Co) 2 ) Cj!。
(C5H5Fe (Co)2 )CN。
Fe(Co)s
キレート型化合物として
カルボニル化合物として
Fe (Co)s ・ Fe2 (Co)9
+Ni (Co)Cr (Co)6 W (Co)6
等である。また、有機遷移金属化合物の混合物の使用も
可能である。
+Ni (Co)Cr (Co)6 W (Co)6
等である。また、有機遷移金属化合物の混合物の使用も
可能である。
本発明における製造方法を具体的に説明すると、有機遷
移金属化合物のガスとキャリヤガスと必要に応じて炭素
化合物のガスとの混合ガスを、好ましくは600℃〜1
300℃より好ましくは800℃〜1250℃、更に好
適には1ooo°C〜1200℃に加熱する。炭素化合
物、有機遷移金属化合物がガス状ならばそのまま、液体
または固体の場合は加熱蒸発または昇華させて得られる
ガスを使用し、炭素化合物のガスおよび有機遷移金属化
合物のガスの全混合ガスに占める割合は、好ましくは各
々炭素化合物のガス0〜40%、有機遷移金属化合物の
ガス0.01%〜40%、さらに好ましくは各々炭素化
合物のガス5.0%〜20%、有機遷移金属化合物のガ
ス0.05%〜5.0%である。ここで炭素化合物の濃
度がOでも良いのはを機遷移金属化合物中に十分な炭素
を含有している場合は、必ずしも炭素化合物のガスを必
要としないとりう意味である。混合ガスの加熱方法とし
ては電気炉による方法が簡便であるが、その他、レーザ
ー加熱、高周波加熱、赤外線ヒーター加熱、プラズマ加
熱等も可能である。
移金属化合物のガスとキャリヤガスと必要に応じて炭素
化合物のガスとの混合ガスを、好ましくは600℃〜1
300℃より好ましくは800℃〜1250℃、更に好
適には1ooo°C〜1200℃に加熱する。炭素化合
物、有機遷移金属化合物がガス状ならばそのまま、液体
または固体の場合は加熱蒸発または昇華させて得られる
ガスを使用し、炭素化合物のガスおよび有機遷移金属化
合物のガスの全混合ガスに占める割合は、好ましくは各
々炭素化合物のガス0〜40%、有機遷移金属化合物の
ガス0.01%〜40%、さらに好ましくは各々炭素化
合物のガス5.0%〜20%、有機遷移金属化合物のガ
ス0.05%〜5.0%である。ここで炭素化合物の濃
度がOでも良いのはを機遷移金属化合物中に十分な炭素
を含有している場合は、必ずしも炭素化合物のガスを必
要としないとりう意味である。混合ガスの加熱方法とし
ては電気炉による方法が簡便であるが、その他、レーザ
ー加熱、高周波加熱、赤外線ヒーター加熱、プラズマ加
熱等も可能である。
本発明は、炭素供給源としての炭素化合物のガスと、従
来気相成長炭素繊維の生成に不可欠な触媒となっている
金属からなる有機金属化合物のガスとを反応炉内で同時
に熱分解させる方法で実施できるが、この方法により炭
素繊維が得られたという事実から反応管内部では2段階
の反応が起っていると考える。まず、反応管の内部温度
が比較的低い部分で有機金属化合物のみが熱分解し、2
0〜60人程度の金属超微粒子が生成しく第1段階)、
次に炭素繊維が流動状態で気相生成する(第2段階)。
来気相成長炭素繊維の生成に不可欠な触媒となっている
金属からなる有機金属化合物のガスとを反応炉内で同時
に熱分解させる方法で実施できるが、この方法により炭
素繊維が得られたという事実から反応管内部では2段階
の反応が起っていると考える。まず、反応管の内部温度
が比較的低い部分で有機金属化合物のみが熱分解し、2
0〜60人程度の金属超微粒子が生成しく第1段階)、
次に炭素繊維が流動状態で気相生成する(第2段階)。
流動気相成長法においては、有機遷移金属化合物の熱分
解によって有機遷移金属化合物の65度に依存した大き
さの触媒の気相生成が起り、気相中によく分散された発
生期の金属超微粒子触媒によって炭素繊維が浮遊状態で
気相生成される。すなわち、高い温度域で発生した金属
超微粒子は、凝集二次粒子を形成しにくいため、発生期
の小さい触媒径に依存した形で炭素繊維生成が行われ、
それ故中空内径の小さい炭素繊維が得られる。また、触
媒粒子径が小さいほど炭素繊維の成長速度が速いため生
産性の増加につながって炭素繊維が高収率で得られる。
解によって有機遷移金属化合物の65度に依存した大き
さの触媒の気相生成が起り、気相中によく分散された発
生期の金属超微粒子触媒によって炭素繊維が浮遊状態で
気相生成される。すなわち、高い温度域で発生した金属
超微粒子は、凝集二次粒子を形成しにくいため、発生期
の小さい触媒径に依存した形で炭素繊維生成が行われ、
それ故中空内径の小さい炭素繊維が得られる。また、触
媒粒子径が小さいほど炭素繊維の成長速度が速いため生
産性の増加につながって炭素繊維が高収率で得られる。
実施例1
次に、この発明に係る流動気相成長法による中空炭素繊
維につきその製造及び観察の実施例を添付図面を参照し
ながら以下説明する。
維につきその製造及び観察の実施例を添付図面を参照し
ながら以下説明する。
第1図は実施例1に使用した装置の概略系統図である。
実施例1においてゆ、有機金属化合物として(C5H5
) 2 F e (7エ0 セン)を、炭素化合物と
してC6H6(ベンゼン)を、キャリヤガスとして3%
の硫化水素を含むN2ガスを用いた。反応管はアルミナ
製で内径50n、長さ1500mであり、加熱装置の加
熱部の有効長は900關、均熱帯域は約30onである
。
) 2 F e (7エ0 セン)を、炭素化合物と
してC6H6(ベンゼン)を、キャリヤガスとして3%
の硫化水素を含むN2ガスを用いた。反応管はアルミナ
製で内径50n、長さ1500mであり、加熱装置の加
熱部の有効長は900關、均熱帯域は約30onである
。
まず、気化器42及び46には、それぞれ(C5H5)
2 F e及びC,H6を貯えた。ガス導入管49か
ら500m#/minの流量で反応管内にN2ガスを送
りながら加熱器52を昇温した。温度が一定に達してか
ら、ガス導入管49よりN2ガスを1000mj2/m
inの流量で反応管に送りガス置換を行った。30分の
ガス置換後、キャリヤガス導入管40及び44にN2ガ
スを導入しガス導入管49よりH2Sガスを導入した。
2 F e及びC,H6を貯えた。ガス導入管49か
ら500m#/minの流量で反応管内にN2ガスを送
りながら加熱器52を昇温した。温度が一定に達してか
ら、ガス導入管49よりN2ガスを1000mj2/m
inの流量で反応管に送りガス置換を行った。30分の
ガス置換後、キャリヤガス導入管40及び44にN2ガ
スを導入しガス導入管49よりH2Sガスを導入した。
反応管に入る直前におけるガスの組成は、H2:H2S
: (C5H5)2 Fe:C6H6=85.3:2
.6:0.3:11.8で、総流量は1168mj2/
min (常温、常圧換算)であった。均熱部の温度
は1100℃であり、生成した炭素繊維は繊維捕集装置
54として全屈繊維フィルターを使用し、そこで捕集し
た。
: (C5H5)2 Fe:C6H6=85.3:2
.6:0.3:11.8で、総流量は1168mj2/
min (常温、常圧換算)であった。均熱部の温度
は1100℃であり、生成した炭素繊維は繊維捕集装置
54として全屈繊維フィルターを使用し、そこで捕集し
た。
反応管内及びステンレス繊維フィルターで捕集された炭
素繊維の高分解能透過型電子顕微鏡観察を行ったところ
、直径0.1μm、長さ約40μm、中空径約40人の
微細炭素繊維が得られた。またこの時の収率は58%で
あった。繊維20本につき中空径を計測したところ、全
て60Å以下であり値を統計的に処理すると、39人±
5人(95%信頼限界)であった。
素繊維の高分解能透過型電子顕微鏡観察を行ったところ
、直径0.1μm、長さ約40μm、中空径約40人の
微細炭素繊維が得られた。またこの時の収率は58%で
あった。繊維20本につき中空径を計測したところ、全
て60Å以下であり値を統計的に処理すると、39人±
5人(95%信頼限界)であった。
比較例1
第2図は比較例1に使用した装置の概略系統図である。
第2図に示した加熱器72および反応管68は実施例1
で使用したものと同様のものを用いた。また気化器60
にはC6■(6を貯えた。反応管の中心には、内径45
mm、長さ300璽鳳のアルミナ裂パイフ゛を2つに割
って半円状にした基板70を匿いた。この基板には予め
次のような処理をした。平均粒径100人の鉄の超微粒
予約1gを1000m!lのアルコールに1慧濁し、上
澄液を採取しスプレーにて基板表面に該上澄液を散布し
て乾燥した。
で使用したものと同様のものを用いた。また気化器60
にはC6■(6を貯えた。反応管の中心には、内径45
mm、長さ300璽鳳のアルミナ裂パイフ゛を2つに割
って半円状にした基板70を匿いた。この基板には予め
次のような処理をした。平均粒径100人の鉄の超微粒
予約1gを1000m!lのアルコールに1慧濁し、上
澄液を採取しスプレーにて基板表面に該上澄液を散布し
て乾燥した。
まず、ガス導入管66よりN2ガスを500mff1/
minの液口で送りながら加熱器72を昇温した。一定
温度に達してからガス導入管66にはN2ガスのかわり
にH2ガス500mA/minを流した。30分のガス
置換後ガス導入管66は閉めて、キャリヤガス導入管6
2よりN2ガスを100mj2/minの流量で送った
。ガス導出管64におけるガス組成は、H2:C6H6
=97.6:2.4で、総流量は102.5mj!/m
inであった。均熱部の温度は、109ろ°Cとして、
20分間運転した。加熱器が冷却してから基板を取出し
たところ、基板表面に直径0.2μm長さ約5 mの炭
素繊維が生成していた。基板より炭素繊維を削りとり高
分解能透過型電子顕微鏡で中空内径を20本につき測定
したところ、170人±42人(95%信頼限界)であ
った。
minの液口で送りながら加熱器72を昇温した。一定
温度に達してからガス導入管66にはN2ガスのかわり
にH2ガス500mA/minを流した。30分のガス
置換後ガス導入管66は閉めて、キャリヤガス導入管6
2よりN2ガスを100mj2/minの流量で送った
。ガス導出管64におけるガス組成は、H2:C6H6
=97.6:2.4で、総流量は102.5mj!/m
inであった。均熱部の温度は、109ろ°Cとして、
20分間運転した。加熱器が冷却してから基板を取出し
たところ、基板表面に直径0.2μm長さ約5 mの炭
素繊維が生成していた。基板より炭素繊維を削りとり高
分解能透過型電子顕微鏡で中空内径を20本につき測定
したところ、170人±42人(95%信頼限界)であ
った。
比較例2
Fe (NOl)t Igを100100Oのアルコー
ルに溶解し、比較例1に使用した。アルミナ製基板に塗
り、比較例1と同様の手順で炭素繊維を作った。生成し
た繊維は直径0.2μm長さ約5 amで20本の繊維
について高分解能透過型電子顕微鏡で中空内径を測定し
たところ、81人±23人(95%信頼限界)であった
。
ルに溶解し、比較例1に使用した。アルミナ製基板に塗
り、比較例1と同様の手順で炭素繊維を作った。生成し
た繊維は直径0.2μm長さ約5 amで20本の繊維
について高分解能透過型電子顕微鏡で中空内径を測定し
たところ、81人±23人(95%信頼限界)であった
。
実施例2
H2:H2S: (C5Hs)2Fe:C6H6−7
4:3.O:3.0 :15.2 総流ff11350m6/minとした他実施例1と同
様。得られた繊維は直径0.3μm1長さ13μmであ
り、20本の繊維の中空内径の測定結果は48人±7人
(95%信頼限界)であった。
4:3.O:3.0 :15.2 総流ff11350m6/minとした他実施例1と同
様。得られた繊維は直径0.3μm1長さ13μmであ
り、20本の繊維の中空内径の測定結果は48人±7人
(95%信頼限界)であった。
60Å以上は1本であった。
実施例3
実施例1で得られた炭素繊維をそれぞれJrS、に−7
113に従う引張試験法により試験した。引張試験は次
の条件で行った。
113に従う引張試験法により試験した。引張試験は次
の条件で行った。
fil マトリックスプラスチック:シェアケミカル
社製のエポキシエビコート828の100重量部に対し
5重量部のBF3 MEAを混合したものを使用した。
社製のエポキシエビコート828の100重量部に対し
5重量部のBF3 MEAを混合したものを使用した。
(2)炭素繊維の表面処理:アルゴス中で2900’C
30分の熱処理後リフラックス濃硝酸で5時間にわたり
表面処理をした。
30分の熱処理後リフラックス濃硝酸で5時間にわたり
表面処理をした。
(3) Vf(複合材料中の繊維の占める体積割合)
25% (4)硬化法:125℃かつ圧力10kg/■■2の条
件下で1時間硬化させた。
25% (4)硬化法:125℃かつ圧力10kg/■■2の条
件下で1時間硬化させた。
比較例3
比較例2で得た炭素繊維につき、実施例2と同様の方法
で試験した。試験の結果を第1表に示す。
で試験した。試験の結果を第1表に示す。
表−1
σ n−1;標準偏差
上記の結果から、中空内径90%以上が60Å以下であ
る本発明による浮遊気相成長炭素繊維は優れた機械的性
質を有することが判る。
る本発明による浮遊気相成長炭素繊維は優れた機械的性
質を有することが判る。
実施例4
混合ガスとして水素:アセチレン:
(C5H5)2 N1=84.5:15.0:0.5、
総流量1100m17分(25℃換算)、電気炉温度1
080℃の条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.2
μm×36μm流動気相成長炭素繊維が得られた。繊維
20本につき中空径を計測したところ、全て60Å以下
であり値を統計的に処理すると、41人±5人(95%
信頼限界)であった。
総流量1100m17分(25℃換算)、電気炉温度1
080℃の条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.2
μm×36μm流動気相成長炭素繊維が得られた。繊維
20本につき中空径を計測したところ、全て60Å以下
であり値を統計的に処理すると、41人±5人(95%
信頼限界)であった。
実施例5
混合ガスとして窒素:ベンゾチオフェン:(Cs H5
Fe (CO) 2 ) 2 =95.6 : 3.4
:1.0、総流Et1080mj!/分(25°C換
算)、電気炉温度1065℃の条件で実施し、炭素繊維
(径×長さ)0.1μm X 27.0μmの流動気相
成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を計
測したところ、全て60Å以下であり値を統計的に処理
すると、47人±6人(95%信頼限界)であった。
Fe (CO) 2 ) 2 =95.6 : 3.4
:1.0、総流Et1080mj!/分(25°C換
算)、電気炉温度1065℃の条件で実施し、炭素繊維
(径×長さ)0.1μm X 27.0μmの流動気相
成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を計
測したところ、全て60Å以下であり値を統計的に処理
すると、47人±6人(95%信頼限界)であった。
実施例6
混合ガスとしてアルゴン: CHや =C6HI35C
C−J00=93.2 : 6.1 : 0.7、総流
量1100m11分(25℃換算)、電気炉温度106
5℃の条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.2μm
X 2.0μmの流動気相成長炭素繊維が得られた。
C−J00=93.2 : 6.1 : 0.7、総流
量1100m11分(25℃換算)、電気炉温度106
5℃の条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.2μm
X 2.0μmの流動気相成長炭素繊維が得られた。
繊維20本につき中空径を計測したところ、全て60Å
以下であり値を統計的に処理すると、51人±5人(9
5%信頼限界)であった。
以下であり値を統計的に処理すると、51人±5人(9
5%信頼限界)であった。
実施例7
混合ガスとして水素:チオフエン:
C7OH7□B r2 Z r=93.4 : 6.1
: 0.5、総流ffi1200mA/分(25°C
換算)、電気炉温度1080 ’cの条件で実施し、炭
素繊維(径×長さ)0.2μmX1.3μmの流動気相
成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を計
測したところ、全て60Å以下であり値を統計的に処理
すると、48人±7人(95%(8M限界)であった。
: 0.5、総流ffi1200mA/分(25°C
換算)、電気炉温度1080 ’cの条件で実施し、炭
素繊維(径×長さ)0.2μmX1.3μmの流動気相
成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を計
測したところ、全て60Å以下であり値を統計的に処理
すると、48人±7人(95%(8M限界)であった。
実施例8
混合ガスとして水素:ベンゼン: Coo H+o V
=81.9 : 18.0 : 0.1、総流ffll
loomj!/分(25°C換算)、電気炉温度108
0°Cの条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.5μ
m×2.5μmの流動気相成長炭素繊維が得られた。
=81.9 : 18.0 : 0.1、総流ffll
loomj!/分(25°C換算)、電気炉温度108
0°Cの条件で実施し、炭素繊維(径×長さ)0.5μ
m×2.5μmの流動気相成長炭素繊維が得られた。
繊維20本につき中空径を計測したところ、全て60Å
以下であり値を統計的に処理すると、38人±5人(9
5%信頼限界)であった。
以下であり値を統計的に処理すると、38人±5人(9
5%信頼限界)であった。
実施例9
混合ガスとして水素:アセチレン:
(C6H6) 2 Mo=89.O: 10.0
: 1.0、総流ffi1130mA/分(25
℃換算)、電気炉温度1070℃の条件で実施し、炭素
繊維(径×長さ)0.3μm X 3.0μmの流動気
相成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を
計測したところ、19本が60Å以下であり値を統計的
に処理すると、51人±4人(95%信頼限界)であっ
た。
: 1.0、総流ffi1130mA/分(25
℃換算)、電気炉温度1070℃の条件で実施し、炭素
繊維(径×長さ)0.3μm X 3.0μmの流動気
相成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空径を
計測したところ、19本が60Å以下であり値を統計的
に処理すると、51人±4人(95%信頼限界)であっ
た。
実施例10
混合ガスとして水素:C2H50H:
(Cs Hs ) 2 ReH=89.3 : 10.
0 : 0.7、総流fit 1060 m l 7分
(25℃換算)、電気炉温度1090℃の条件で実施し
、炭素繊維(径×長さ)0.3μ’mX3.5μmの流
動気相成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空
径を計測したところ、全て60Å以下であり値を統計的
に処理すると、50人±4人(95%信頼限界)であっ
た。
0 : 0.7、総流fit 1060 m l 7分
(25℃換算)、電気炉温度1090℃の条件で実施し
、炭素繊維(径×長さ)0.3μ’mX3.5μmの流
動気相成長炭素繊維が得られた。繊維20本につき中空
径を計測したところ、全て60Å以下であり値を統計的
に処理すると、50人±4人(95%信頼限界)であっ
た。
実施例11
混合ガスとして水素:酸素: (C5H,) 2Fe
: Cb=82.3 : 0.5 : 0.2二17.
0、総流量1090mβ/分(25℃換算)、電気炉温
度1065℃の条件で実施し、収率60%、炭素繊維(
径×長さ)0.1μm×5μmの流動気相成長炭素繊維
が得られた。繊維20本につき中空径を計測したところ
、全て60Å以下であり値を統計的に処理すると、37
人±4人(95%信頼限界)であった。
: Cb=82.3 : 0.5 : 0.2二17.
0、総流量1090mβ/分(25℃換算)、電気炉温
度1065℃の条件で実施し、収率60%、炭素繊維(
径×長さ)0.1μm×5μmの流動気相成長炭素繊維
が得られた。繊維20本につき中空径を計測したところ
、全て60Å以下であり値を統計的に処理すると、37
人±4人(95%信頼限界)であった。
実施例12
混合ガスとして、水素:酸素: (C3Hr ) 2
F e:CHや : 80.0 : 0.5 : 2
.5 : 17.0とした他、実施例10と同様で行っ
た。この結果、収率38%、0.3μm×17μm、中
空径55人±6人(95%信頼限界)であった。
F e:CHや : 80.0 : 0.5 : 2
.5 : 17.0とした他、実施例10と同様で行っ
た。この結果、収率38%、0.3μm×17μm、中
空径55人±6人(95%信頼限界)であった。
炭素繊維の中空内径を小さくすることにより(その90
%以上が60Å以下)、炭素繊維の緻密度を高め、機械
的特性が上昇する。また中空内径が小さくなることによ
って比表面債の大きい微細な炭素繊維の製造も可能とな
り、複合材料用素材としてのメリットが増大する。
%以上が60Å以下)、炭素繊維の緻密度を高め、機械
的特性が上昇する。また中空内径が小さくなることによ
って比表面債の大きい微細な炭素繊維の製造も可能とな
り、複合材料用素材としてのメリットが増大する。
実施例1−12で得られた炭素繊維を透過型電子顕微鏡
写真によって観察した結果、該炭素繊維は先端に60Å
以下の球形超微粒子を有し、繊維の中央に繊維軸にそっ
て中空を有することがわかった。
写真によって観察した結果、該炭素繊維は先端に60Å
以下の球形超微粒子を有し、繊維の中央に繊維軸にそっ
て中空を有することがわかった。
第1図は本発明に係る流動気相成長法による中空炭素繊
維の製造に使用する装置の一実施例を示す概略系統図、
第2図は従来の気相法による炭素繊維の製造に使用する
一般的装置の概略系統図である。 40.44・・・キャリヤガス導入管 42・・・有機金属化合物用気化器 46・・・炭素化合物用気化器
維の製造に使用する装置の一実施例を示す概略系統図、
第2図は従来の気相法による炭素繊維の製造に使用する
一般的装置の概略系統図である。 40.44・・・キャリヤガス導入管 42・・・有機金属化合物用気化器 46・・・炭素化合物用気化器
Claims (3)
- (1)一群の流動気相成長炭素繊維に於て、その90%
以上が60Å以下の中空内径を有することを特徴とする
中空炭素繊維。 - (2)濃度調整された有機遷移金属化合物のガスと、キ
ャリヤガスと、必要に応じて用いる炭素化合物のガスと
の混合ガスを高熱反応させることによって生成する特許
請求の範囲第1項記載の一群の流動気相成長炭素繊維の
90%以上が60Å以下の中空内径を有する中空炭素繊
維。 - (3)濃度調整された有機遷移金属化合物のガスと、キ
ャリヤガスと、必要に応じて用いる炭素化合物の混合ガ
スとを高温反応帯域に導入し、有機遷移金属化合物の熱
分解によって生成した触媒として機能し得る還元及び分
散の必要のない発生期の遷移金属の流動状態の微粒子を
触媒とする気相成長によって生成する特許請求の範囲第
1項記載の一群の流動気相成長炭素繊維の90%以上が
60Å以下の中空内径を有する中空炭素繊維。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61180071A JP2670040B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61180071A JP2670040B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6126695A Division JPH0813254A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6342920A true JPS6342920A (ja) | 1988-02-24 |
JP2670040B2 JP2670040B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=16076951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61180071A Expired - Lifetime JP2670040B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2670040B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0813254A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-01-16 | Nikkiso Co Ltd | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
WO2012015044A1 (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 保土谷化学工業株式会社 | 気相成長炭素繊維集合体 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61132630A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-20 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 炭素質繊維 |
-
1986
- 1986-08-01 JP JP61180071A patent/JP2670040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61132630A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-20 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 炭素質繊維 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0813254A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-01-16 | Nikkiso Co Ltd | 流動気相成長法による中空炭素繊維 |
WO2012015044A1 (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 保土谷化学工業株式会社 | 気相成長炭素繊維集合体 |
CN103154341A (zh) * | 2010-07-30 | 2013-06-12 | 保土谷化学工业株式会社 | 气相生长碳纤维集合体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2670040B2 (ja) | 1997-10-29 |
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Legal Events
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