JP2011500978A5

JP2011500978A5 -

Info

Publication number: JP2011500978A5
Application number: JP2010529090A
Authority: JP
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2011-11-24

Claims

カーボンファイバを製造する方法であって、
一次成分および二次成分を含む二成分ポリマーファイバを形成するために、二成分押出装置によって一次成分の溶液および二次成分の溶液を押出すステップと、
延伸された二成分ポリマーファイバを形成するために二成分ポリマーファイバを延伸するステップとを含み、
一次成分はアクリロニトリル含有ポリマーを含む、方法。
延伸された二成分ポリマーファイバを安定化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
延伸または安定化された二成分ポリマーファイバにおいて一次成分を二次成分から分離するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
二成分ポリマーファイバの一次成分を炭化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
二成分ポリマーファイバの炭化された一次成分をグラファイト化するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
押出すステップはゲル押出または溶液押出を含む、請求項１に記載の方法。
延伸された二成分ポリマーファイバは、約１００ナノメートルから約１ミリメートルの平均直径を有する、請求項１に記載の方法。
安定化するステップは延伸されたポリマーファイバを引張状態で安定化するか、延伸されたポリマーファイバを酸化環境で安定化するか、及び／または延伸されたポリマーファイバを約３６時間以下で約２００℃から約４００℃で安定化することを含む、請求項２に記載の方法。
分離するステップは、二次成分を延伸または安定化された二成分ポリマーファイバから溶解し、延伸または安定化された二成分ポリマーファイバを超音波処理して一次成分と二次成分との間の界面相互作用を減らし、加熱して第２の成分を延伸または安定化した二成分ポリマーファイバから溶融し、加熱して第２の成分を延伸または安定化した二成分ポリマーファイバから燃焼させる、または前記の少なくとも２つを含む組合せを含む、請求項３に記載の方法。
分離するステップおよび安定化するステップは同時に起こる、請求項３に記載の方法。
炭化するステップは安定化されたポリマーファイバを引張状態で炭化するか、ポリマーファイバを不活性環境で炭化するか、及び／またはポリマーファイバを約２時間以下で約５００℃から約１８００℃で炭化することを含む、請求項４に記載の方法。
グラファイト化するステップは炭化ポリマーファイバを引張り状態でグラファイト化するか、窒素を含有しない不活性環境において炭化ポリマーファイバをグラファイト化するか、及び／または炭化ポリマーファイバを約１時間以下で約１８００℃から約２８００℃でグラファイト化することを含む、請求項５に記載の方法。
カーボンファイバまたはフィルムを製造する方法であって、
炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）をアクリロニトリル含有ポリマーと接触させて一次成分溶液を形成するステップと、
一次成分溶液および二次成分溶液を押出して、一次成分および二次成分を含む二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムの前駆体を形成するステップと、
延伸された二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを形成するために、二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルム前駆体を延伸するステップとを含む、方法。
延伸された二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを安定化するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
延伸または安定化された二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムにおいて一次成分を二次成分から分離するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムの一次成分を炭化するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムの炭化一次成分をグラファイト化するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
ＣＮＴは、二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムの前駆体の合計重量において、約０．００１重量パーセントから約４０重量パーセントの二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムの前駆体を含むか、またはカーボンファイバまたはフィルムの合計重量においてＣＮＴは約０．００１重量％から約８０重量％のカーボンファイバまたはフィルムを含む請求項１３に記載の方法。
延伸されたポリマー−ＣＮＴファイバは約１００ナノメートルから約１ミリメートルの平均直径を有し、延伸されたポリマーＣＮＴフィルムは、平均厚さが約５０ナノメータから約５０マイクロメータである、請求項１３に記載の方法。
安定化するステップは延伸されたポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを引張状態で安定化するか、延伸されたポリマーファイバまたはフィルムを酸化環境で安定化するか、及び／または延伸されたポリマーファイバを約３６時間以下で約２００℃から約４００℃で安定化することを含む、請求項１４に記載の方法。
分離するステップは、二次成分を延伸または安定化された二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムから溶解し、延伸または安定化された二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを超音波処理して一次成分と二次成分との間の界面相互作用を減らし、加熱して第２の成分を延伸または安定化した二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムから溶融し、加熱して第２の成分を延伸または安定化した二成分ポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムから燃焼させる、または前記のうちの少なくとも２つを含む組合せを含む、請求項１５に記載の方法。
分離するステップおよび安定化するステップは同時に起こる、請求項１５に記載の方法。
炭化するステップは安定化されたポリマーＣＮＴファイバまたはフィルムを引張状態で炭化するか、安定化されたポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを不活性環境で炭化するか、および／または安定化されたポリマー−ＣＮＴファイバまたはフィルムを約２時間以下で約５００℃から約１８００℃で炭化することを含む、請求項１６に記載の方法。
グラファイト化するステップは炭化ポリマーファイバまたはフィルムを引張状態でグラファイト化するか、窒素を含有しない不活性環境において炭化ポリマーファイバまたはフィルムをグラファイト化するか、及び／または炭化ポリマーファイバを約１時間以下で約１８００℃から約２８００℃でグラファイト化することを含む、請求項１７に記載の方法。
カーボンファイバは約１０ナノメートルから約１０マイクロメートルの平均直径を有し、カーボンフィルムは平均厚さが約２５ナノメータから約２５マイクロメータである請求項１３に記載の方法。
カーボンファイバまたはフィルムにあるＣＮＴは剥離される、請求項１３に記載の方法。
カーボンファイバまたはフィルムは、各ＣＮＴの壁から約０．３４ナノメートルから約５０ナノメートル半径方向に延在する結晶化されたグラファイト領域を含む、請求項１３に記載の方法。
結晶化されたグラファイト領域は各ＣＮＴの壁から少なくとも約２ナノメートル半径方向に延在する、請求項２７に記載の方法。
カーボンファイバまたはフィルムはＣＮＴを含まないカーボンファイバまたはフィルムよりも少なくとも２５％高い導電率を有し、カーボンファイバまたはフィルムは、ＣＮＴなしで製造されたカーボンファイバまたはフィルムよりも引張強度が、少なくとも０．５ＧＰａ以上高く、及び／またはカーボンファイバまたはフィルムは、ＣＮＴなしで製造されたカーボンファイバまたはフィルムよりも引張り係数が、少なくとも５０ＧＰａ以上高い、請求項１３に記載の方法。
押出すステップはゲル押出または溶液押出を含む、請求項１３に記載の方法。
カーボンファイバまたはフィルムを製造する方法であって、
グラファイトシートをアクリロニトリル含有ポリマーと接触させて一次成分溶液を形成するステップと、
一次成分溶液および二次成分溶液を押出して、一次成分および二次成分を含む二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルム前駆体を形成するステップと、
延伸されたポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルムを形成するために、二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルム前駆体を延伸するステップとを含む、方法。
延伸された二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルムを安定化するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
延伸または安定化された二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルムにおいて一次成分を二次成分から分離するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルムの一次成分を炭化するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
二成分ポリマー−グラファイトシートファイバまたはフィルムの炭化一次成分をグラファイト化するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
グラファイトシートは約０．５ナノメートルから約１００ナノメートルの平均幅を有し、約０．５ナノメータから約２５ナノメータの平均厚さを有し、及び／または約１０ナノメータ以上の平均長さを有する、請求項３１に記載の方法。
炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）およびアクリロニトリル含有ポリマーか、またはグラファイトシートおよびアクリロニトリル含有ポリマーからなる、カーボンファイバまたはフィルムであって、
カーボンファイバは約１０ナノメートルから約１０マイクロメートルの平均直径を有し、カーボンフィルムは約２５ナノメータから約２５マイクロメータの平均厚さを有し、
各ＣＮＴの壁またはグラファイトシートから約０．３４ナノメートルから約５０ナノメートル半径方向に延在する結晶化されたグラファイト領域を含み
カーボンファイバまたはフィルムはＣＮＴまたはグラファイトシーとを含まずに形成されたカーボンファイバまたはフィルムよりも少なくとも約０．６５ＧＰａ高い引張り強度を有し、
カーボンファイバまたはフィルムはＣＮＴまたはグラファイトシーとを含まずに形成されたカーボンファイバまたはフィルムよりも少なくとも約７５ＧＰａ高い引張り係数を有する、カーボンファイバまたはフィルム。