JPH0791695B2 - Carbon fiber manufacturing equipment - Google Patents
Carbon fiber manufacturing equipmentInfo
- Publication number
- JPH0791695B2 JPH0791695B2 JP61234896A JP23489686A JPH0791695B2 JP H0791695 B2 JPH0791695 B2 JP H0791695B2 JP 61234896 A JP61234896 A JP 61234896A JP 23489686 A JP23489686 A JP 23489686A JP H0791695 B2 JPH0791695 B2 JP H0791695B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- carbon fiber
- laser
- gas
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は炭素繊維を気相成長法により製造するための装
置に係り、特にレーザビームを利用した装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for producing carbon fibers by a vapor growth method, and more particularly to an apparatus using a laser beam.
［従来の技術］ 炭素繊維は、従来からPAN系、ピッチ系のものが商業生
産されている。しかし、PAN系は高価であり、ピッチ系
はプロセスが複雑で品質の制御がむずかしいなどの致命
的な欠点がある。[Prior Art] Carbon fibers have conventionally been commercially produced in PAN and pitch types. However, the PAN system is expensive, and the pitch system has a fatal defect that the process is complicated and quality control is difficult.
一方、近年気相成長法は提案されている。従来、気相成
長炭素繊維は、電気炉内にアルミナなどの磁器、黒鉛な
どの基板を置き、これに炭素成長核、鉄、ニッケルなど
の超微粒子触媒を形成せしめ、この上にベンゼンなどの
炭化水素のガスと水素キャリヤガスの混合ガスを導入
し、950゜〜1300℃の温度下に炭化水素を分解せしめる
ことにより、基板上に炭素繊維を成長させる方法が知ら
れている。On the other hand, in recent years, a vapor phase growth method has been proposed. Conventionally, vapor-grown carbon fibers have a porcelain such as alumina and a substrate such as graphite placed in an electric furnace, and an ultrafine particle catalyst such as carbon growth nuclei, iron and nickel are formed on this, and carbonized such as benzene. A method is known in which a mixed gas of hydrogen gas and a hydrogen carrier gas is introduced to decompose hydrocarbons at a temperature of 950 ° to 1300 ° C to grow carbon fibers on a substrate.
しかし、このような方法では、基板表面の微妙な温度
ムラや、周囲の繊維の密生度によって長さの不均一が起
り易いこと、また炭素の供給源としてのガスが反応に
よって消費されることにより反応管の入口に近い所と出
口に近い所で繊維径が相当異なること、基板表面での
み生成が行なわれるため、反応管の中心部分は反応に関
与せず収率が悪いこと、超微粒子の基板への分散、還
元、成長次いで繊維の取出しという独立に実施を必要と
するプロセスがあるため、連続製造が不可能であり、従
って生産性が悪いなどの問題点を有する。However, in such a method, due to subtle temperature unevenness of the substrate surface, unevenness of length easily occurs due to the density of surrounding fibers, and the gas as a carbon source is consumed by the reaction. Since the fiber diameters near the inlet and the outlet of the reaction tube are considerably different, and the production occurs only on the substrate surface, the central part of the reaction tube does not participate in the reaction and the yield is poor. Since there are processes that need to be carried out independently, such as dispersion on a substrate, reduction, growth, and then take-out of fibers, continuous production is impossible, and therefore, there are problems such as poor productivity.
そこで、炭素化合物のガスと無機もしくは有機遷移金属
化合物のガスとキャリヤガスとの混合ガスを高温反応さ
せる炭素繊維の製造方法が提案された（特開昭60−5499
8、60−224816など）。Therefore, a method for producing carbon fibers has been proposed in which a mixed gas of a carbon compound gas, an inorganic or organic transition metal compound gas, and a carrier gas is reacted at a high temperature (JP-A-60-5499).
8, 60-224816 etc.).
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の特開昭60−54998、224816などの
方法では、反応容器も加熱されるところから、器壁に副
生物が付着し、収率が低下したり、連続運転が困難であ
る等の問題が生じていた。また、スケールアップも容易
ではなく、大量生産に不向きである、あるいは加熱に電
気炉を使用しており、エネルギーコストが高い等の問題
があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the method described in JP-A-60-54998 and 224816, since the reaction vessel is also heated, by-products adhere to the vessel wall and the yield decreases. However, there have been problems such as continuous operation being difficult. Further, scale-up is not easy, and it is not suitable for mass production, or an electric furnace is used for heating, which causes a problem of high energy cost.
［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明は上記の問題を解決するために、 内部を反応ゾーンとする反応容器と、 該反応ゾーンへ向けてレーザビームを照射するレーザ装
置と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の一方の側に連設された
キャリアガスの導入手段、炭素化合物ガスの導入手段及
び触媒粒子又は触媒原料ガスの導入手段と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の他方の側に連設された
炭素繊維の捕集手段とを備える炭素繊維の製造装置であ
って、反応容器内に、該反応ゾーンをはさんで該レーザ
装置と対峙するように設けられた反射板などの、レーザ
ービームの光路長を延長するための反射器を備えること
を特徴とする炭素繊維の製造装置、 を提供するものである。[Means and Actions for Solving Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a reaction container having a reaction zone inside, a laser device for irradiating the reaction zone with a laser beam, Carrier gas introducing means, carbon compound gas introducing means, and catalyst particles or catalyst raw material gas introducing means that are connected to one side of the reaction vessel across the reaction zone, and the other side of the reaction vessel across the reaction zone. A carbon fiber manufacturing apparatus comprising a carbon fiber collecting means continuously provided on the side of the reflection plate, the reflection plate being provided in the reaction container so as to face the laser device across the reaction zone. And a carbon fiber manufacturing apparatus including a reflector for extending the optical path length of a laser beam.
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明における炭素化合物とは、ガス化可能な炭素化合
物全般を対象としており、CCl4、CHCl3CH2Cl2、CH3Cl、
CO、CS2等の無機化合物と有機化合物全般を対象とす
る。特に有用性の高い化合物は、脂肪族炭化水素、芳香
族炭化水素である。また、これらの他窒素、酸素、硫
黄、弗素、沃素、燐、砒素等の元素を含んだ誘導体も使
用可能である。具体的な個々の化合物の例の一部を挙げ
ると、メタン（天然ガスでも良い。）、エタン等のアル
カン化合物、エチレン、ブタジエ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、スチレン等のアリール炭化水素化合物、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、シクロヘキセン等
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、ジメチルチオケトン等の含硫黄脂肪族
化合物、フェニルチオール、ジフェニルスルフィド等の
含硫黄芳香族化合物、ベンゾチオフェン、チオフェン等
の含硫黄複素環式化合物、また単体ではないがガソリン
等の消防法危険物第四類、第一石油類、ケロシン、テレ
ピン油、樟脳油、松根油等の第二石油類、重油等の第三
石油類、ギヤー油、シリンダ油等の第四石油類も有効に
使用できる。また、これら混合物も使用できることは言
うに及ばない。The carbon compound in the present invention is intended for all gas compounds that can be gasified, CCl 4 , CHCl 3 CH 2 Cl 2 , CH 3 Cl,
Inorganic compounds such as CO and CS 2 and all organic compounds are targeted. Particularly useful compounds are aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons. In addition to these, a derivative containing an element such as nitrogen, oxygen, sulfur, fluorine, iodine, phosphorus or arsenic can also be used. Some examples of specific individual compounds are methane (natural gas may be used), alkane compounds such as ethane, alkene compounds such as ethylene and butadiene, alkyne compounds such as acetylene, benzene, toluene, styrene, etc. Of aryl hydrocarbon compounds, indene,
Naphthalene, aromatic hydrocarbons having a condensed ring such as phenanthrene, cyclopropane, cycloparaffin compounds such as cyclohexane, cyclopentene, cycloolefin compounds such as cyclohexene, alicyclic hydrocarbon compounds having a condensed ring such as steroids, methylthiol, Sulfur-containing aliphatic compounds such as methyl ethyl sulfide and dimethyl thioketone; Sulfur-containing aromatic compounds such as phenylthiol and diphenyl sulfide; Sulfur-containing heterocyclic compounds such as benzothiophene and thiophene; Legal dangerous substances Class 4, Class 1 petroleum, kerosene, turpentine oil, camphor oil, pine oil and other secondary oils, heavy oil and other tertiary oils, gear oil, cylinder oil and other quaternary oils are also effective Can be used for It goes without saying that these mixtures can also be used.
本発明において、触媒としては、無機遷移金属化合物、
Siの無機化合物、有機遷移金属化合物、Siの有機化合物
などが挙げられる。この無機遷移金属化合物とは、単独
で気化が可能な遷移金属の無機化合物又は水もしくは少
なくとも一種以上の水もしくは有機溶媒（この有機溶媒
としては炭素原料化合物を用いても良い。）に可溶なも
しくは微粒子として懸濁可能な遷移金属の無機化合物が
対象となる。遷移金属としては、鉄、ニッケル、コバル
ト、モリブデン、バナジウム、パラジウム等が好まし
く、特に鉄が好ましい。前者の単独で気化が可能な無機
遷移金属化合物としては、Fe（No）4,FeCl3,Fe（NO）3C
l,Fe（NO）2,Fe（NO）2IFeF3等に代表される。また後者
としては、前者として挙げた化合物の他に、Fe（N
O3）2,FeBr3,Fe（HCOO）3,C27H42FeN9O12,Fe（SO4）3Fe
（SCN）3,Fe（NO）3NH3,CO（NO）2Cl,Ni（NO）Cl,Pd（N
O）2Cl2,NiCl2等が代表としてあげられる。In the present invention, as the catalyst, an inorganic transition metal compound,
Inorganic compounds of Si, organic transition metal compounds, organic compounds of Si and the like can be mentioned. The inorganic transition metal compound is soluble in an inorganic compound of a transition metal which can be vaporized alone, or water or at least one kind of water or an organic solvent (a carbon source compound may be used as the organic solvent). Alternatively, an inorganic compound of a transition metal that can be suspended as fine particles is targeted. As the transition metal, iron, nickel, cobalt, molybdenum, vanadium, palladium and the like are preferable, and iron is particularly preferable. The former inorganic transition metal compounds that can be vaporized alone include Fe (No) 4 , FeCl 3 , Fe (NO) 3 C
Typical examples are l, Fe (NO) 2 and Fe (NO) 2 IFeF 3 . As the latter, in addition to the compounds listed as the former, Fe (N
O 3) 2, FeBr 3, Fe (HCOO) 3, C 27 H 42 FeN 9 O 12, Fe (SO 4) 3 Fe
(SCN) 3 , Fe (NO) 3 NH 3 , CO (NO) 2 Cl, Ni (NO) Cl, Pd (N
O) 2 Cl 2 and NiCl 2 are typical examples.
本発明における有機遷移金属化合物とは、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
たアリル錯体、炭素間２重結合や３重結合と金属とが結
合したπ−コンプレックスとキレート型化合物等に代表
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、パナジウム、クロ
ム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、イットリウ
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、白金を指すものであるが、これらの
内特に周期律表VIII族に属するもの、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。The organic transition metal compound in the present invention means an alkyl metal in which an alkyl group and a metal are bound, an allyl complex in which an allyl group and a metal are bound, a π-complex and a chelate in which a carbon-carbon double bond or a triple bond is bound to a metal. Organic transition metal compounds represented by type compounds and the like. Further, here, as the transition metal, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium,
It refers to rhodium, palladium, tantalum, tungsten, rhenium, iridium, platinum, among these, especially those belonging to Group VIII of the Periodic Table, of which iron is particularly
Nickel and cobalt are preferred, and iron is most preferred.
また、含硫黄炭素化合物または無機硫黄化合物の存在下
では、シリコンの無機化合物も用いることができる。例
えば、上記無機金属化合物において金属をSiに置換した
ものや炭化珪素を用い得る。さらに、各種の有機珪素化
合物をも用い得る。Further, in the presence of a sulfur-containing carbon compound or an inorganic sulfur compound, an inorganic compound of silicon can also be used. For example, the above-mentioned inorganic metal compound in which the metal is replaced by Si or silicon carbide can be used. Furthermore, various organosilicon compounds can also be used.
有機珪素化合物としては、珪素−炭素結合をもつ有機化
合物の他にシラン、ハロゲンシランを便宜上含むものと
する。炭素−珪素結合を持つ有機化合物としては、テト
ラメチルシラン、メチルトリフェニルシラン等のオリガ
ノシラン、クロルジフルオルメチルシラン、プロムトリ
プロピルシラン等のオルガノハロゲンシラン；メトキシ
トリメチルシラン、トリメチルフェノキシシラン等のオ
ルガノアルコキシシラン；ジアセトキシジメチルシラ
ン、アセトキシトリプロピルシラン等のオルガノアセト
キシシラン；ヘキサエチルジシラン、ヘキサフェニルジ
シラン、オクタフェニルシクロテトラシラン等のオルガ
ノポリシラン；ジメチルシラン、トリフェニルシラン等
のオルガノヒドロゲノシラン；（SiH2）ｎで表示される
シクロシラン；トリフェニルシラザン、ヘキサエチルジ
シラザン、ヘキサフェニルシクロトリシラザン等のオル
ガノシラザン、（SiH2NH）ｎで表示されるシクロシラザ
ンジエチルシランジオール、トリフェニルシラノール等
のオルガノシラノール；トリメチルシリル酢酸、トリメ
チルシリルピロピオン酸等のオルガノシラノール；トリ
メチルシリル酢酸、トリメチルシリルプロピオン酸等の
オルガノシランカルボン酸；トリメチルシリコンイソシ
アナート、ジフェニルシリコンジイソシアナート等のシ
リコンイソシアナート；トリメチルシリコンイソチオシ
アナート、ジフェニルシリコンジイソチオシアナート等
のオルガノシリコンイソチオシアナート；シアン化トリ
エチルシリル等のオルガノシリコンエステル；ヘキサメ
チルジシルチアン、テトラメチルシクロジシルチアン等
のシルチアン；（SiH2S）ｎで表示されるシクロシルチ
アン；ヘキサメチルジシルメチレン、オクタメチルトリ
シルメチレン等のオルガノシルメチレン；ヘキサメチル
ジシロキサン、ヘキサプロピルジシロキサン等のオルガ
ノシロキサン等が挙げられるが、その他の炭素−珪素結
合を含む化合物であってもよい。また、これらの混合物
の使用も可能である。As the organic silicon compound, in addition to the organic compound having a silicon-carbon bond, silane and halogensilane are included for convenience. Organic compounds having a carbon-silicon bond include organosilanes such as tetramethylsilane and methyltriphenylsilane, organohalogensilanes such as chlorodifluoromethylsilane and promtripropylsilane, and organohalogenates such as methoxytrimethylsilane and trimethylphenoxysilane. Alkoxysilane; Organoacetoxysilane such as diacetoxydimethylsilane and acetoxytripropylsilane; Organopolysilane such as hexaethyldisilane, hexaphenyldisilane and octaphenylcyclotetrasilane; Organohydrogenosilane such as dimethylsilane and triphenylsilane; Cyclosilane represented by SiH 2 ) n ; organosilazanes such as triphenylsilazane, hexaethyldisilazane, hexaphenylcyclotrisilazane, etc. (SiH 2 NH) Organosilanols represented by n such as cyclosilazane diethylsilanediol and triphenylsilanol; organosilanols such as trimethylsilylacetic acid and trimethylsilylpyropionic acid; organosilanecarboxylic acids such as trimethylsilylacetic acid and trimethylsilylpropionic acid; trimethylsilicon isocyanate and diphenyl Silicon isocyanate such as silicon diisocyanate; Organosilicon isothiocyanate such as trimethylsilicon isothiocyanate and diphenylsilicon diisothiocyanate; Organosilicon ester such as triethylsilyl cyanide; Hexamethyldisylthiane, tetramethylcyclodiocyanate Shiruchian such Shiruchian; cycloalkyl sill thian represented by (SiH 2 S) n; hexamethyldisilazide methylene, octamethylene Organo sill methylene such as tilt lysyl methylene; hexamethyldisiloxane, although organosiloxane such as hexapropylphosphorustriamide disiloxane are exemplified, other carbon - may be a compound containing silicon-bonded. It is also possible to use mixtures of these.
なお、本発明では、予め微粒子として生成された触媒粒
子（例えば乾燥した微粉末）を反応容器内に導入するよ
うにしても良い。In addition, in the present invention, catalyst particles (for example, dried fine powder) generated as fine particles in advance may be introduced into the reaction vessel.
本発明におけるキャリアガスとは、直接反応に関与しな
いガス全般を対象としている。例示すれば、H2ガス、N2
ガス、NH3ガス、Arガス、Heガス、Krガス、又はこれら
の混合ガスを主体とするガスである。このうち、H2ガス
が通常の場合用いられる。The carrier gas in the present invention covers all gases that are not directly involved in the reaction. For example, H 2 gas, N 2
The gas is mainly gas, NH 3 gas, Ar gas, He gas, Kr gas, or a mixed gas thereof. Of these, H 2 gas is usually used.
また、キャリアガスなど、容器内に導入されるガスにレ
ーザの吸収効果を高めるための成分を添加しても良い。
この場合、添加成分は使用するレーザの波長によるが、
例えばCO2レーザに対してはNH3やC2H4をレーザ吸収効果
向上剤として添加することができる。Further, a component such as a carrier gas for enhancing the laser absorption effect may be added to the gas introduced into the container.
In this case, the additive component depends on the wavelength of the laser used,
For example, for CO 2 laser, NH 3 or C 2 H 4 can be added as a laser absorption effect improving agent.
以下本発明について図面に示す好適な態様を参照しなが
ら詳細に説明する。The present invention will be described below in detail with reference to the preferred embodiments shown in the drawings.
第１図は本発明を実施するに好適な装置の一例を示す概
略的な断面図である。符号10は反応容器（本実施例では
反応管）であり、その一端側にレーザビームを照射する
ためのレーザ発振器12が設置され、他端側には反射板14
が設置されている。また、前記一端側には、触媒粒子と
なる物質を含む化合物の供給用配管16と、キャリアガス
の供給用配管18と、炭素化合物のガスを供給するための
配管20とが接続され、これら配管16、18、20の途中にそ
れぞれ流量制御装置16a、18a、20aが設けられている。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus suitable for carrying out the present invention. Reference numeral 10 is a reaction container (reaction tube in this embodiment), a laser oscillator 12 for irradiating a laser beam is installed at one end side thereof, and a reflection plate 14 at the other end side thereof.
Is installed. Further, a pipe 16 for supplying a compound containing a substance to be a catalyst particle, a pipe 18 for supplying a carrier gas, and a pipe 20 for supplying a gas of a carbon compound are connected to the one end side, and these pipes are connected. Flow control devices 16a, 18a, 20a are provided in the middle of 16, 18, 20 respectively.
また、反応管10の他端側には炭素繊維捕集器22が接続さ
れ、この炭素繊維捕集器22には排ガスの抜出管24が接続
されている。Further, a carbon fiber collector 22 is connected to the other end of the reaction tube 10, and an exhaust gas extraction pipe 24 is connected to the carbon fiber collector 22.
なお、本発明において上記のレーザ発振器12としては、
波長が0.1〜1000μｍ程度の範囲の光を出すものが好適
であり、具体的には例えばCO2、YAG、ルビー、半導体、
エキシマレーザ等を採用することができる。In addition, in the present invention, as the above laser oscillator 12,
It is preferable to emit light having a wavelength in the range of about 0.1 to 1000 μm. Specifically, for example, CO 2 , YAG, ruby, semiconductor,
An excimer laser or the like can be used.
上記の如く構成された炭素繊維製造装置において、反応
容器内に導入された触媒粒子となる物質を含む化合物
は、レーザビームによって励起されて分解し、遷移元素
又はSiCなどの触媒粒子（通常の粒径は0.1〜10μｍ程度
である）が生成する。更に、レーザビームによって励
起、分解された原料の炭素化合物がこの微粒子に析出
し、炭素繊維が成長する。In the carbon fiber manufacturing apparatus configured as described above, the compound containing the substance to be the catalyst particles introduced into the reaction vessel is excited and decomposed by the laser beam, and the catalyst particles such as transition elements or SiC (normal particles Diameter is about 0.1 to 10 μm). Further, the raw material carbon compound excited and decomposed by the laser beam is deposited on the fine particles to grow the carbon fiber.
本発明において、微粒子が生成し、これを成長点として
炭素繊維が生成する反応容器の器壁の温度は従来の外熱
式の電気炉を用いた反応容器のそれよりも相当に低く、
器壁に副生物を付着することはない。従って、本発明で
は、反応容器の材質を高価な高耐食性あるいは高耐熱性
のものに限定する必要はない。また、レーザビームを採
用しているので、一般の外熱式の電気炉よりもエネルギ
ー消費が少なく、エネルギーコストが低廉である。ただ
し、本発明では必要に応じ外熱式の電気炉等の外部加熱
手段を、反応容器を取り巻くように設け、反応ゾーンの
器壁を加熱してもよい。この場合、器壁への生成物の付
着を防止するために、器壁温度が600℃未満とりわけ550
℃以下となるように外部加熱するのが好適である。In the present invention, the temperature of the vessel wall of the reaction vessel in which the fine particles are generated and carbon fibers are generated using this as a growth point is considerably lower than that of the reaction vessel using the conventional externally heated electric furnace,
By-products do not adhere to the vessel wall. Therefore, in the present invention, it is not necessary to limit the material of the reaction vessel to expensive one having high corrosion resistance or high heat resistance. Further, since the laser beam is adopted, the energy consumption is lower and the energy cost is lower than that of a general external heating type electric furnace. However, in the present invention, if necessary, an external heating means such as an externally heated electric furnace may be provided so as to surround the reaction container to heat the vessel wall of the reaction zone. In this case, in order to prevent the product from sticking to the wall, the wall temperature should be below 600 ° C, especially 550 ° C.
It is preferable to externally heat so that the temperature becomes not higher than ° C.
本発明において、触媒粒子の大きさ或いは炭素繊維の直
径及び長さ等は、原料ガスの分圧、滞留時間、レーザ強
度等を制御することによって調節が可能である。In the present invention, the size of the catalyst particles or the diameter and length of the carbon fibers can be adjusted by controlling the partial pressure of the raw material gas, the residence time, the laser intensity and the like.
反応容器内における反応の順序は、上述の如く触媒微粒
子の生成、炭素繊維の成長となるのであるが、反応容器
内を特に微粒子生成ゾーンと炭素繊維成長ゾーンとにあ
えて分割する必要はない。ただし、必要により上記の如
く適当な外部加熱手段を併設すること等により、炭素繊
維成長ゾーンを形成するようにしてもよい。The reaction sequence in the reaction vessel is the production of catalyst fine particles and the growth of carbon fibers as described above, but it is not necessary to divide the reaction vessel into a fine particle production zone and a carbon fiber growth zone. However, the carbon fiber growth zone may be formed by providing an appropriate external heating means as described above if necessary.
反応容器内において生成した炭素繊維は、キャリアガス
と共に炭素繊維捕集器22内に導入される。この捕集方法
は従来から知られている重力沈降法、電気集塵法等の各
種方法を採用することができる。なお、炭素繊維捕集器
22は、生成した炭素繊維を冷却する役割をも果たす。本
発明によれば、通常長さ0.1〜500mm程度であり、直径が
0.1〜300μｍ程度の炭素繊維を容易に製造することがで
きる。The carbon fibers produced in the reaction vessel are introduced into the carbon fiber collector 22 together with the carrier gas. As the collecting method, various methods such as a gravity settling method and an electrostatic precipitating method which are conventionally known can be adopted. In addition, carbon fiber collector
22 also serves to cool the produced carbon fiber. According to the present invention, the length is usually about 0.1 ~ 500 mm, the diameter is
It is possible to easily manufacture a carbon fiber having a thickness of about 0.1 to 300 μm.
炭素繊維捕集器22から抜き出されたキャリアガスは、そ
のまま排気処理手段に導入して放出してもよいのである
が、精製後再循環させて用いるようにしてもよい。The carrier gas extracted from the carbon fiber collector 22 may be directly introduced into the exhaust treatment means and discharged, but it may be recycled after being purified and used.
上記の装置では、反応管10の端部に反射板14を置いてレ
ーザビームの光炉長を長くするように構成しているた
め、炭素繊維を効率良く製造できる。In the above apparatus, the reflection plate 14 is placed at the end of the reaction tube 10 to increase the photo furnace length of the laser beam, so that the carbon fiber can be efficiently manufactured.
第２図は本発明の異なる実施例に係る炭素繊維製造装置
の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a carbon fiber manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
符号30は反応容器であり、本実施例では反応管32、34、
36、38を四角形の枠状に接続して組み立ててある。そし
て、この四角形の隅角部にはそれぞれプリズム39を設け
ると共に、反応管32と38との隅角部にはレーザ発振器12
を設置してある。また、この反応管32と38の接続部には
ZnSeなどレーザビームのみを透過させる窓板が設けられ
ており、反応管32と38とを遮断している。同様の窓板42
は反応管34と36との接続部にも配置されている。Reference numeral 30 is a reaction vessel, and in this embodiment, reaction tubes 32, 34,
It is assembled by connecting 36 and 38 in a rectangular frame shape. A prism 39 is provided at each corner of the quadrangle, and a laser oscillator 12 is provided at each corner of the reaction tubes 32 and 38.
Is installed. Also, at the connection between the reaction tubes 32 and 38
A window plate that transmits only a laser beam such as ZnSe is provided to block the reaction tubes 32 and 38. Similar window board 42
Is also arranged at the connection between the reaction tubes 34 and 36.
反応管32と36の一端側には、それぞれ触媒粒子となる物
質を含む化合物の供給用配管16、キャリヤガス供給用配
管18、炭素化合物の供給用配管20がそれぞれ接続されて
おり、これら配管の途中には流量制御装置16a、18a、20
aが設けられている。At one end side of the reaction tubes 32 and 36, a supply pipe 16 for supplying a compound containing a substance to be catalyst particles, a pipe 18 for supplying a carrier gas, and a supply pipe 20 for supplying a carbon compound are respectively connected. Flow control devices 16a, 18a, 20
a is provided.
また、反応管34の反応管36側の端部及び反応管38の反応
管32側の端部にはそれぞれ炭素繊維捕集器22a、ｂが接
続され、該捕集器22a、ｂには排ガス抜出口24が接続さ
れている。Further, carbon fiber collectors 22a and 22b are connected to the reaction tube 36 side end of the reaction tube 34 and the reaction tube 38 side end of the reaction tube 38, respectively, and exhaust gas is collected in the collectors 22a and 22b. The outlet 24 is connected.
このように構成された第２図の装置において、配管16、
18及び20から導入されたガスが反応管32、34内で反応し
炭素繊維を生成させ、この炭素繊維は捕集器22aにて捕
集される。また、反応管36、38内にて生じた炭素繊維
は、同様に捕集器22bで捕集される。この第２図の装置
では、レーザビームの光路長が大きく、効率よく炭素繊
維を製造できる。なお、上記実施例では四角形状に反応
管を接続して反応容器を構成しているが、これは五角
形、六角形など他の形状としてもよい。また、第３図に
示す如くつづら折状に往復させる接続方式や、第４図に
示す如く反応管32を並列的に配置したマルチ式の接続方
式など各種の接続方式を採用してもよい。In the apparatus of FIG. 2 configured in this way, the pipe 16,
The gases introduced from 18 and 20 react in the reaction tubes 32 and 34 to generate carbon fibers, which are collected by the collector 22a. Further, the carbon fibers generated in the reaction tubes 36 and 38 are similarly collected by the collector 22b. In the apparatus shown in FIG. 2, the optical path length of the laser beam is large, and the carbon fiber can be efficiently manufactured. Although the reaction tube is connected in a quadrangular shape in the above embodiment to form the reaction vessel, it may have another shape such as a pentagon or a hexagon. Further, various connection methods such as a connection method in which the reaction tube is reciprocated in a zigzag shape as shown in FIG. 3 and a multi-connection method in which the reaction tubes 32 are arranged in parallel as shown in FIG. 4 may be adopted.
第５図は本発明の異なる実施例に係る炭素繊維製造装置
の構成を示す斜視図である。本実施例では２枚の平板4
0、42と、レーザ反射板44、46及びレーザ吸収板48で反
応容器50を構成してある。この反応容器50においては、
ガス導入側50aから、炭素化合物のガス、キャリアガス
と及び触媒粒子となる物質を含む化合物のガスが導入さ
れ、レーザ発振器12がレーザ反射板44に向けてレーザを
照射している。このレーザは、第６図に示す如く反射板
44と46との間で複数回反射され、やがてレーザ吸収板48
で吸収されるが、この途中において上記のガスを励起さ
せ、炭素繊維を生成させる。生成した炭素繊維は、キャ
リアガス及び残余の原料ガス等と共に反応容器50の出口
側50bから排出され、炭素繊維は適宜の捕集手段にて捕
集される。FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a carbon fiber manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, two flat plates 4
A reaction container 50 is constituted by 0, 42, laser reflection plates 44, 46 and laser absorption plate 48. In this reaction container 50,
From the gas introduction side 50a, a gas of a carbon compound, a carrier gas and a gas of a compound containing a substance to be catalyst particles are introduced, and the laser oscillator 12 irradiates the laser reflecting plate 44 with a laser. This laser has a reflector plate as shown in FIG.
It is reflected multiple times between 44 and 46, and eventually the laser absorption plate 48
However, the gas is excited during this process to generate carbon fibers. The produced carbon fibers are discharged from the outlet side 50b of the reaction vessel 50 together with the carrier gas, the remaining raw material gas, etc., and the carbon fibers are collected by an appropriate collecting means.
なお、レーザ発振器12は反応容器50の長手方向に首を振
るように運動させてもよい。このようにすれば反応容器
50内をくまなくレーザビームにて照射することができ、
炭素繊維生成反応が一層促進されている。The laser oscillator 12 may be moved so as to shake its head in the longitudinal direction of the reaction container 50. In this way the reaction vessel
You can irradiate the inside of 50 with a laser beam all over,
The carbon fiber formation reaction is further promoted.
また、レーザ発振器12を首振り運動させる代りに、第７
図に示す如くレーザ発振器12としてレーザビームを拡散
方向に照射するものを用いてもよい。この場合には反応
容器50内のレーザ吸収板設置部以外を全て鏡面としレー
ザビームを反射させる必要がある。また、第８図の如
く、レーザ反射板44として曲面鏡を採用することによ
り、該レーザ反射板44に向けてレーザ光束を放射させる
ようにしてもよい。この第８図の場合でも、レーザ吸収
板以外の部分の反応容器内面を鏡面とする必要がある。Also, instead of swinging the laser oscillator 12,
As shown in the figure, the laser oscillator 12 that emits a laser beam in the diffusion direction may be used. In this case, it is necessary to make the entire surface of the reaction container 50 other than the laser absorption plate installation portion a mirror surface to reflect the laser beam. Further, as shown in FIG. 8, a curved mirror may be adopted as the laser reflection plate 44 so that the laser light flux is emitted toward the laser reflection plate 44. Also in the case of FIG. 8, it is necessary to make the inner surface of the reaction container other than the laser absorption plate a mirror surface.
［実施例］ 以下、好適な製造実施例について説明する。[Examples] Preferred manufacturing examples will be described below.
実施例１ 第１図に示す装置において、下記の条件にて炭素繊維の
製造を行なった。Example 1 In the apparatus shown in FIG. 1, carbon fiber was manufactured under the following conditions.
レーザー:CO2レーザー（10.591μｍ） 原料:C2H4 触媒粒子となる物質を含む化合物： FeCl3水溶液 キャリアーガス:H2 圧力：常圧 滞留時間:1分 原料濃度:5vol％inH2 反応器:20mmID×450mmL （石英製） 結果は次の通りであった。Laser: CO 2 laser (10.591 μm) Raw material: C 2 H 4 Compound containing the substance that becomes catalyst particles: FeCl 3 aqueous solution Carrier gas: H 2 Pressure: Normal pressure Residence time: 1 minute Raw material concentration: 5 vol% inH 2 Reactor : 20mmID × 450mmL (made of quartz) The results were as follows.
実験結果： 生長繊維:0.1〜1.0μｍφ 100〜1000μmL 収率:30wt％ 実施例２ 第２図に示す装置を用い、炭素繊維の製造を行なった。
主な条件と結果を次に示す。Experimental result: Growth fiber: 0.1 to 1.0 μm φ 100 to 1000 μmL Yield: 30 wt% Example 2 Carbon fiber was produced using the apparatus shown in FIG.
The main conditions and results are shown below.
実験条件 レーザー:YAGレーザー（1.06μｍ） 原料：ベンゼン 触媒粒子となる物質を含む化合物： FeSO4水溶液 キャリアーガス:H2 圧力：常圧 滞留時間:5分（１ループ） 原料濃度:5vol％inH2 反応器:20mmID×500mmL×４ （石英製） 実験結果： 生長繊維:0.1〜1.0μｍφ 100〜2000μmL 収率:30〜35wt％ 実施例３ 第５図に示す装置を用いて炭素繊維を製造した。主な条
件と結果を下記に示す。Experimental conditions Laser: YAG laser (1.06μm) Raw material: Benzene Compound containing catalyst particles: FeSO 4 aqueous solution Carrier gas: H 2 Pressure: Normal pressure Residence time: 5 minutes (1 loop) Raw material concentration: 5vol% inH 2 Reactor: 20 mm ID × 500 mm L × 4 (made of quartz) Experimental results: Growing fiber: 0.1-1.0 μm φ 100-2000 μmL Yield: 30-35 wt% Example 3 Carbon fiber was produced using the apparatus shown in FIG. The main conditions and results are shown below.
実験条件 レーザー:CO2レーザー（10.591μｍ） 原料:C3H6＋H2S 触媒粒子となる物質を含む化合物： FeBr3水溶液 キャリアーガス:H2 圧力：常圧 滞留時間:20秒 原料濃度:7.5vol％inH2 反応器:d＝10mm、ｈ＝1000mm、 ｌ＝200mm （石英製） 実験結果 生長繊維:0.1〜1.0μｍφ、 100〜2000μmL 収率:35〜45wt％ なお、これらの実施例１〜３において、いずれも器壁へ
の付着物は認められなかった。Experimental condition Laser: CO 2 laser (10.591 μm) Raw material: C 3 H 6 + H 2 S Compound containing catalyst particles: FeBr 3 aqueous solution Carrier gas: H 2 Pressure: Normal pressure Residence time: 20 seconds Raw material concentration: 7.5 vol% inH 2 Reactor: d = 10 mm, h = 1000 mm, l = 200 mm (made of quartz) Experimental results Growing fiber: 0.1-1.0 μmφ, 100-2000 μmL Yield: 35-45 wt% In addition, these Examples 1- In No. 3, no deposits were observed on the vessel wall.
［発明の効果］ 以上の通り、本発明の炭素繊維の製造装置は、反射器に
より光路長を延長したレーザビームを利用して気相法に
より炭素繊維を製造するものであり、 エネルギー消費が少なく、製造コストが廉価であ
る。[Advantages of the Invention] As described above, the carbon fiber production apparatus of the present invention produces carbon fiber by a vapor phase method using a laser beam whose optical path length is extended by a reflector, and thus consumes less energy. , The manufacturing cost is low.
反応容器の内壁面は低温であり、その材質も廉価な
材質のもので足りる。The inner wall surface of the reaction vessel has a low temperature, and the material thereof is inexpensive.
反応容器内面に副生物が付着しにくく、連続運転及
び大型反応容器の稼動に好適である。By-products are unlikely to adhere to the inner surface of the reaction vessel, which is suitable for continuous operation and operation of large reaction vessels.
反応容器内の圧力、各ガスの分圧、滞留時間、レー
ザ強度等を調節することにより得られる炭素繊維の品質
を容易に制御することができる。The quality of the obtained carbon fiber can be easily controlled by adjusting the pressure in the reaction vessel, the partial pressure of each gas, the residence time, the laser intensity, and the like.
大量生産、スケールアップが容易である。 Easy mass production and scale up.
等の優れた効果が奏される。And so on.
第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例装置の構成
説明図、第３図及び第４図は反応管接続方式を説明する
線図、第５図は異なる実施例装置を示す斜視図、第６図
は同装置におけるレーザビームの反射を示すレーザビー
ム光路説明図、第７図及び第８図はそれぞれ異なる実施
例装置を説明する断面図である。 10……反応容器、12……レーザ発振器、 16……触媒供給管、 18……キャリアガス供給管、 20……炭素化合物供給管、 22、22a、22b……炭素繊維捕集器。FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory views of the constitution of the apparatus of the embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the reaction tube connection system, and FIG. 5 is a perspective view showing the apparatus of a different embodiment. FIG. 6 is an explanatory view of a laser beam optical path showing reflection of a laser beam in the same apparatus, and FIGS. 7 and 8 are sectional views for explaining different embodiment apparatuses. 10 ... Reaction vessel, 12 ... Laser oscillator, 16 ... Catalyst supply pipe, 18 ... Carrier gas supply pipe, 20 ... Carbon compound supply pipe, 22, 22a, 22b ... Carbon fiber collector.
Claims (1)
置と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の一方の側に連設され
た、キャリアガスの導入手段、炭素化合物ガスの導入手
段及び触媒粒子又は触媒原料ガスの導入手段と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の他方の側に連設された
炭素繊維の捕集手段とを備える炭素繊維の製造装置であ
って、 反応容器内に、該反応ゾーンをはさんで該レーザ装置と
対峙するように設けられた、レーザビームの光路長を延
長するための反射器を備えることを特徴とする炭素繊維
の製造装置。1. A reaction vessel having a reaction zone inside, a laser device for irradiating a laser beam toward the reaction zone, and a carrier gas connected to one side of the reaction vessel across the reaction zone. Of carbon fiber, a carbon compound gas introducing means, a catalyst particle or catalyst raw material gas introducing means, and a carbon fiber collecting means connected to the other side of the reaction vessel across the reaction zone. The manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising: a reflector provided inside the reaction container so as to face the laser device across the reaction zone and to extend the optical path length of the laser beam. Carbon fiber manufacturing equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234896A JPH0791695B2 (en) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | Carbon fiber manufacturing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234896A JPH0791695B2 (en) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | Carbon fiber manufacturing equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6392727A JPS6392727A (en) | 1988-04-23 |
| JPH0791695B2 true JPH0791695B2 (en) | 1995-10-04 |
Family
ID=16978002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61234896A Expired - Lifetime JPH0791695B2 (en) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | Carbon fiber manufacturing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791695B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05339818A (en) * | 1992-06-11 | 1993-12-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Carbon fiber made by activated vapor phase |
| KR102299019B1 (en) | 2018-07-23 | 2021-09-08 | 주식회사 엘지화학 | Device for synthesis of nanoparticle and synthesizing method for nanoparticle using the same |
| CN110042505B (en) * | 2019-03-29 | 2021-10-22 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | High efficiency carbon fiber apparatus for producing |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60231822A (en) * | 1984-04-25 | 1985-11-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Production of carbonaceous fiber |
-
1986
- 1986-10-02 JP JP61234896A patent/JPH0791695B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6392727A (en) | 1988-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4876078A (en) | Process for preparing carbon fibers in gas phase growth | |
| US7651668B2 (en) | Production method and production device for carbon nano structure | |
| JP4619539B2 (en) | Crystal nucleation and growth of single-walled carbon nanotubes from high temperature carbon monoxide gas | |
| EP1390294B1 (en) | Synthesis of nanoscaled carbon materials | |
| US20090191352A1 (en) | Combustion-Assisted Substrate Deposition Method For Producing Carbon Nanosubstances | |
| JPH0424320B2 (en) | ||
| JP2004339676A (en) | Method for producing carbon fiber from vapor phase | |
| JP5364904B2 (en) | Method for producing carbon nanofiber aggregate | |
| JPH0791695B2 (en) | Carbon fiber manufacturing equipment | |
| KR20020009875A (en) | Apparatus of vapor phase synthesis for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same | |
| JPH0246691B2 (en) | ||
| JPH0440450B2 (en) | ||
| JPH0440451B2 (en) | ||
| JP3628290B2 (en) | Method for producing catalytic carbon nanofibers by decomposition of hydrocarbon and catalyst thereof | |
| JPH0519341Y2 (en) | ||
| JPH01104834A (en) | Production of carbon fiber | |
| JPH026617A (en) | Production of carbon fiber | |
| JP4000258B2 (en) | Method for producing vapor grown carbon fiber | |
| JPS61194223A (en) | Production of carbon fiber by gaseous phase method | |
| JPH0524956A (en) | Apparatus and method for production of high-density fiber reinforced composite material | |
| EP0424922B1 (en) | Carbonaceous fibers and production process therefor | |
| JPH0621377B2 (en) | Production method of vapor grown carbon fiber | |
| JPH0413448B2 (en) | ||
| JPH02127523A (en) | Carbon fiber of vapor growth | |
| KR100881878B1 (en) | Highly efficient process for producing carbon nanostructure through raw material blasting and apparatus therefor |