JPH06316816A - 炭素繊維 - Google Patents
炭素繊維Info
- Publication number
- JPH06316816A JPH06316816A JP4002023A JP202392A JPH06316816A JP H06316816 A JPH06316816 A JP H06316816A JP 4002023 A JP4002023 A JP 4002023A JP 202392 A JP202392 A JP 202392A JP H06316816 A JPH06316816 A JP H06316816A
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- carbon fibers
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 表面に0.10〜15.0μmの微小炭素粒状体が密
集形成されている炭素繊維。 【効果】 複合材料としたときにマトリックスとの密着
性に優れる。
集形成されている炭素繊維。 【効果】 複合材料としたときにマトリックスとの密着
性に優れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維に関するもの
である。
である。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維は、ガラス繊維などに比べ、高
強度、高弾性等の優れた特性を有するために、プラスチ
ックなどの有機材料、セラミック、セメントなどの無機
材料、或いは金属材料などをマトリックスとして組合せ
た複合材料として、電子、電機、宇宙、航空、車両、建
築、レジャー用品などの広い分野で注目され、使用され
ている。
強度、高弾性等の優れた特性を有するために、プラスチ
ックなどの有機材料、セラミック、セメントなどの無機
材料、或いは金属材料などをマトリックスとして組合せ
た複合材料として、電子、電機、宇宙、航空、車両、建
築、レジャー用品などの広い分野で注目され、使用され
ている。
【０００３】従来、炭素繊維の製造にあたっては、合成
繊維や石油ピッチ繊維等の有機繊維を炭化する方法と、
ベンゼン、メタンといった炭化水素を炭素供給源とし
て、これを触媒下で熱分解して炭素繊維を生成させる気
相法による製造法が良く知られている。気相法による炭
素繊維の製造法については、旧くは特公昭41-12091号公
報に記載されている他に、これまでに数多く報告されて
いる。しかしながら、これまでの方法では、炭素繊維の
成長速度が遅く、長い反応時間を必要とする難点があ
り、特に触媒粒子と接触し、炭素の繊維成長種微粒子の
生成と繊維成長とが同時に並行して進むために、最適な
種微粒子を得ることが非常に難しかった。また得られる
炭素繊維も表面が滑らかであり、樹枝状或いは凹凸状に
なったものや（特開昭48-41038号、特開昭57-117623号公
報）、微小絨毛を密生させたもの（特開昭58-156512号
公報）もあるが、複合材料として用いた場合にマトリッ
クスとの密着性が充分でなく、補強効果が充分に得られ
ないという欠点があった。
繊維や石油ピッチ繊維等の有機繊維を炭化する方法と、
ベンゼン、メタンといった炭化水素を炭素供給源とし
て、これを触媒下で熱分解して炭素繊維を生成させる気
相法による製造法が良く知られている。気相法による炭
素繊維の製造法については、旧くは特公昭41-12091号公
報に記載されている他に、これまでに数多く報告されて
いる。しかしながら、これまでの方法では、炭素繊維の
成長速度が遅く、長い反応時間を必要とする難点があ
り、特に触媒粒子と接触し、炭素の繊維成長種微粒子の
生成と繊維成長とが同時に並行して進むために、最適な
種微粒子を得ることが非常に難しかった。また得られる
炭素繊維も表面が滑らかであり、樹枝状或いは凹凸状に
なったものや（特開昭48-41038号、特開昭57-117623号公
報）、微小絨毛を密生させたもの（特開昭58-156512号
公報）もあるが、複合材料として用いた場合にマトリッ
クスとの密着性が充分でなく、補強効果が充分に得られ
ないという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、マトリック
スとの密着性に優れた炭素繊維を提供するものである。
スとの密着性に優れた炭素繊維を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面に0.10〜
15.0μmの微小炭素粒状体が密集形成されている炭素繊
維である。
15.0μmの微小炭素粒状体が密集形成されている炭素繊
維である。
【０００６】本発明の炭素繊維は、触媒微粒子を高密度
に生成させて、触媒微粒子や繊維が成長するに至らなか
った炭素の種微粒子を、成長した繊維の表面に一面に密
に付着させ、繊維の表面に炭素を半球状に析出させ、更
にその隙間に熱ＣＶＤにより炭素を析出させて表面に微
小な炭素粒状体が密集した炭素繊維である。この微小な
粒状体は、マトリックスと複合体を作るときに強固な投
描効果を示し、繊維とマトリックスとの密着性の高い優
れた特性を発揮することが可能となる。
に生成させて、触媒微粒子や繊維が成長するに至らなか
った炭素の種微粒子を、成長した繊維の表面に一面に密
に付着させ、繊維の表面に炭素を半球状に析出させ、更
にその隙間に熱ＣＶＤにより炭素を析出させて表面に微
小な炭素粒状体が密集した炭素繊維である。この微小な
粒状体は、マトリックスと複合体を作るときに強固な投
描効果を示し、繊維とマトリックスとの密着性の高い優
れた特性を発揮することが可能となる。
【０００７】本発明の炭素繊維を得るには、触媒成分を
炭素供給源と共に定量的に流すのではなく、パルスとし
て高温の反応域に導入する方法が挙げられる。それによ
り、高密度な状態の触媒微粒子域を得ることが可能とな
り、触媒微粒子への伝熱が非常に良くなり、発生した触
媒微粒子と炭素供給源との接触が瞬時となって炭素の種
微粒子生成が最初に起こり、次いで供給されてくる炭素
供給源と種微粒子の接触により炭素繊維が成長してゆく
という過程を経るため、種微粒子生成過程と繊維成長過
程とを区別することができ、触媒微粒子と炭素供給源を
供給する量やこれらが接触するまでの時間、種微粒子が
炭素供給源と接触して繊維が成長する時間などを自由に
制御することができ、繊維成長に必要な最適の大きさの
種微粒子の生成を容易に行なうことができ、従来の方法
に比べ、数十〜数百倍の成長速度で炭素繊維を得ること
ができる。
炭素供給源と共に定量的に流すのではなく、パルスとし
て高温の反応域に導入する方法が挙げられる。それによ
り、高密度な状態の触媒微粒子域を得ることが可能とな
り、触媒微粒子への伝熱が非常に良くなり、発生した触
媒微粒子と炭素供給源との接触が瞬時となって炭素の種
微粒子生成が最初に起こり、次いで供給されてくる炭素
供給源と種微粒子の接触により炭素繊維が成長してゆく
という過程を経るため、種微粒子生成過程と繊維成長過
程とを区別することができ、触媒微粒子と炭素供給源を
供給する量やこれらが接触するまでの時間、種微粒子が
炭素供給源と接触して繊維が成長する時間などを自由に
制御することができ、繊維成長に必要な最適の大きさの
種微粒子の生成を容易に行なうことができ、従来の方法
に比べ、数十〜数百倍の成長速度で炭素繊維を得ること
ができる。
【０００８】本発明の炭素繊維を得るにあたって使用す
る炭素供給源としては、通常炭化水素が用いられ、例え
ば、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレ
ン、プロピレンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼン、トル
エン、ナフタレン、アンスラセンなどの芳香族炭化水素
などが使用される。
る炭素供給源としては、通常炭化水素が用いられ、例え
ば、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレ
ン、プロピレンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼン、トル
エン、ナフタレン、アンスラセンなどの芳香族炭化水素
などが使用される。
【０００９】触媒としては、金属触媒が用いられ、金属
としては、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、ジルコ
ン、ヴァナジウム、ニオブマンガン、ロジウム、タング
ステン、パラジウム、白金、シリコンなどであり、これ
らの金属は直接金属を蒸発させたり、有機金属化合物と
して用いたりすることができる。
としては、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、ジルコ
ン、ヴァナジウム、ニオブマンガン、ロジウム、タング
ステン、パラジウム、白金、シリコンなどであり、これ
らの金属は直接金属を蒸発させたり、有機金属化合物と
して用いたりすることができる。
【００１０】キャリーガスとしては、水素ガス、一酸化
炭素ガスといった還元性のガスを単独で、或いはこれに
窒素ガス、二酸化炭素ガスなどを混合して用いる。
炭素ガスといった還元性のガスを単独で、或いはこれに
窒素ガス、二酸化炭素ガスなどを混合して用いる。
【００１１】本発明の炭素繊維を得る方法の一例につい
て、概略図を用いて以下に詳述する。図１は、反応器部
分における繊維製造手順の一例を示すもので、反応器１
中にキャリアガスとして水素を、反応器中間部にある原
料導入口２より炭素供給源としてベンゼン蒸気を定常的
に流し（）、次いでこの状態のところへ、触媒として
鉄の有機化合物であるフェロセンをベンゼンに溶解した
溶液を定量パルスポンプ３より液パルスで打込み、反応
器壁４に衝突させる。反応器壁４は、所定の温度に加熱
されており、ここに衝突した液パルスは瞬時に熱せられ
た触媒微粒子を生成して炭素繊維析出帯域５全体に拡散
する（）。生成した触媒微粒子は、ベンゼン蒸気と接
触し、種微粒子となり、これから気相成長した炭素繊維
（ＶＧＣＦ）が短時間に成長を続け、反応器の下流に設
置された内管６にトラップされ、更に繊維は成長を続け
る（）。また、この内管はなくても反応管下流に成長
した繊維が運ばれる。その際に、一部の繊維は反応管に
付着して成長する。一定の反応時間を経過後にキャリア
ガスを窒素ガスに切替えて反応を停止し、ＶＧＣＦを回
収する（）。
て、概略図を用いて以下に詳述する。図１は、反応器部
分における繊維製造手順の一例を示すもので、反応器１
中にキャリアガスとして水素を、反応器中間部にある原
料導入口２より炭素供給源としてベンゼン蒸気を定常的
に流し（）、次いでこの状態のところへ、触媒として
鉄の有機化合物であるフェロセンをベンゼンに溶解した
溶液を定量パルスポンプ３より液パルスで打込み、反応
器壁４に衝突させる。反応器壁４は、所定の温度に加熱
されており、ここに衝突した液パルスは瞬時に熱せられ
た触媒微粒子を生成して炭素繊維析出帯域５全体に拡散
する（）。生成した触媒微粒子は、ベンゼン蒸気と接
触し、種微粒子となり、これから気相成長した炭素繊維
（ＶＧＣＦ）が短時間に成長を続け、反応器の下流に設
置された内管６にトラップされ、更に繊維は成長を続け
る（）。また、この内管はなくても反応管下流に成長
した繊維が運ばれる。その際に、一部の繊維は反応管に
付着して成長する。一定の反応時間を経過後にキャリア
ガスを窒素ガスに切替えて反応を停止し、ＶＧＣＦを回
収する（）。
【００１２】概略図に示した方法以外にも、触媒の導入
については、例えば反応器中心に極微細管から超微粒子
でパルスを噴霧するといった方法をとることもできる。
また、ベンゼン蒸気をキャリアガスと共に最初から流す
とか、反応器に予熱部を設けておくといったことも可能
である。繊維の補捉は、自重で堆積させてもよいし、反
応器外へ排出するとか、縦型で自由落下させるとかの方
法をとることもできる。
については、例えば反応器中心に極微細管から超微粒子
でパルスを噴霧するといった方法をとることもできる。
また、ベンゼン蒸気をキャリアガスと共に最初から流す
とか、反応器に予熱部を設けておくといったことも可能
である。繊維の補捉は、自重で堆積させてもよいし、反
応器外へ排出するとか、縦型で自由落下させるとかの方
法をとることもできる。
【００１３】液パルスの導入は、0.2〜4.0秒、好ましく
は0.3〜0.6秒の範囲内のパルス間隔で行なうのが良い。
通常、析出帯域の反応温度は、800〜1300℃、反応時間
は、バッチ式では10秒〜10分、連続式では成長域滞留時
間が10秒〜2分である。炭素源の供給量は、0.01〜0.1ml
／min、キャリアガスの流量は10〜60ml／minである。パ
ルス間隔、反応温度、反応時間、炭素源の種類や供給
量、溶媒の種類などを適宜選択調節することにより、炭
素繊維の成長速度、得られる炭素繊維の太さ、長さ、表
面状態などを制御することができる。炭素繊維の成長
は、100〜1500μm／secの速度で制御することができ、
繊維径1.0〜6.0μm、長さ3〜50mmのものを得ることがで
きる。炭素繊維表面に密集する微小炭素粒状体の大きさ
は、0.10〜15.0μmである。以下に実施例を示す。
は0.3〜0.6秒の範囲内のパルス間隔で行なうのが良い。
通常、析出帯域の反応温度は、800〜1300℃、反応時間
は、バッチ式では10秒〜10分、連続式では成長域滞留時
間が10秒〜2分である。炭素源の供給量は、0.01〜0.1ml
／min、キャリアガスの流量は10〜60ml／minである。パ
ルス間隔、反応温度、反応時間、炭素源の種類や供給
量、溶媒の種類などを適宜選択調節することにより、炭
素繊維の成長速度、得られる炭素繊維の太さ、長さ、表
面状態などを制御することができる。炭素繊維の成長
は、100〜1500μm／secの速度で制御することができ、
繊維径1.0〜6.0μm、長さ3〜50mmのものを得ることがで
きる。炭素繊維表面に密集する微小炭素粒状体の大きさ
は、0.10〜15.0μmである。以下に実施例を示す。
【００１４】
（実施例１）電気炉内に予熱部と反応部（炭素繊維析出
帯域）とを持つ、中間部に原料導入口のついた反応器を
設置し、30分間窒素ガスを流した後、水素ガスを60ml／
minの流量で流しておき、反応管を加熱する。予熱部の
温度800℃、反応部の温度1050℃になったところで、ベ
ンゼンを0.1ml／minの流量で原料導入口より流し、安定
したところで、フェロセンの10％ベンゼン溶液を0.025m
l単位で0.5秒間隔のパルスで１秒間原料導入口より対壁
へ打込み、打込開始後0.5分間反応経過したところでベ
ンゼン及び水素ガスの供給を停止し、窒素ガスに切替
え、反応を停止した。得られた炭素繊維は、図２に示す
ように、表面に0.18〜1.0μmの炭素粒状体が密集した、
径10〜20μm、長さ35〜45mmのものであった。
帯域）とを持つ、中間部に原料導入口のついた反応器を
設置し、30分間窒素ガスを流した後、水素ガスを60ml／
minの流量で流しておき、反応管を加熱する。予熱部の
温度800℃、反応部の温度1050℃になったところで、ベ
ンゼンを0.1ml／minの流量で原料導入口より流し、安定
したところで、フェロセンの10％ベンゼン溶液を0.025m
l単位で0.5秒間隔のパルスで１秒間原料導入口より対壁
へ打込み、打込開始後0.5分間反応経過したところでベ
ンゼン及び水素ガスの供給を停止し、窒素ガスに切替
え、反応を停止した。得られた炭素繊維は、図２に示す
ように、表面に0.18〜1.0μmの炭素粒状体が密集した、
径10〜20μm、長さ35〜45mmのものであった。
【００１５】（実施例２）実施例１において、反応部の
温度を1100℃、ベンゼン流量0.07ml／min、液パルス0.3
秒間隔で１秒間、反応経過時間0.25分とした以外は実施
例１と同様にして反応を行なった。得られた炭素繊維
は、図３に示すように、表面に1.0〜4.5μmの炭素粒状
体が密集した、径2.5〜6.0μm、長さ40〜50mmのもので
あった。
温度を1100℃、ベンゼン流量0.07ml／min、液パルス0.3
秒間隔で１秒間、反応経過時間0.25分とした以外は実施
例１と同様にして反応を行なった。得られた炭素繊維
は、図３に示すように、表面に1.0〜4.5μmの炭素粒状
体が密集した、径2.5〜6.0μm、長さ40〜50mmのもので
あった。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、複合材料としたときに
マトリックスとの密着性に優れた炭素繊維を得ることが
できる。
マトリックスとの密着性に優れた炭素繊維を得ることが
できる。
【図１】本発明の炭素繊維を得るための製法の一例を示
す概略図である。
す概略図である。
【図２】本発明の実施例１によって得られた炭素繊維の
電子顕微鏡写真である。
電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例２によって得られた炭素繊維の
電子顕微鏡写真である。
電子顕微鏡写真である。
１：反応器 ２：原料導入口 ３：定量パルスポンプ ４：反応器壁 ５：炭素繊維析出帯域 ６：内管
Claims (1)
- 【請求項１】 表面に0.10〜15.0μmの微小炭素粒状体
が密集形成されている炭素繊維。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4002023A JP3071536B2 (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4002023A JP3071536B2 (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 炭素繊維 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06316816A true JPH06316816A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3071536B2 JP3071536B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=11517737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4002023A Expired - Lifetime JP3071536B2 (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071536B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002049412A1 (en) | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Showa Denko K.K. | Branched vapor-grown carbon fiber, electrically conductive transparent composition and use thereof |
| JP2003063812A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Japan Science & Technology Corp | ビーズ付きカーボンナノチューブ及びその製造方法 |
| JP2009062670A (ja) * | 2001-08-03 | 2009-03-26 | Showa Denko Kk | 微細炭素繊維及びそれを含む組成物 |
| CN102296381A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-12-28 | 西北工业大学 | 制丝烘干机的湿蒸汽调控*** |
-
1992
- 1992-01-09 JP JP4002023A patent/JP3071536B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002049412A1 (en) | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Showa Denko K.K. | Branched vapor-grown carbon fiber, electrically conductive transparent composition and use thereof |
| US7122132B2 (en) | 2000-12-20 | 2006-10-17 | Showa Denko K.K. | Branched vapor-grown carbon fiber, electrically conductive transparent composition and use thereof |
| EP2277435A1 (en) | 2000-12-20 | 2011-01-26 | Showa Denko K.K. | Branched vapor grown carbon fiber, electrically conductive transparent composition and use thereof |
| JP2009062670A (ja) * | 2001-08-03 | 2009-03-26 | Showa Denko Kk | 微細炭素繊維及びそれを含む組成物 |
| JP2003063812A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Japan Science & Technology Corp | ビーズ付きカーボンナノチューブ及びその製造方法 |
| CN102296381A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-12-28 | 西北工业大学 | 制丝烘干机的湿蒸汽调控*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3071536B2 (ja) | 2000-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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