JPS61619A - 炭素質繊維の製造法 - Google Patents

炭素質繊維の製造法

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JPS61619A
JPS61619A JP11828984A JP11828984A JPS61619A JP S61619 A JPS61619 A JP S61619A JP 11828984 A JP11828984 A JP 11828984A JP 11828984 A JP11828984 A JP 11828984A JP S61619 A JPS61619 A JP S61619A
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Mutsuaki Murakami
睦明 村上
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Japan Science and Technology Agency
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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Research Development Corp of Japan
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 a、産業上の利用分野 本発明は電導体、抵抗体、発熱体、電極の材料あるいは
FRP 、 FRHなどの複合材料用強化材として広く
使用されている炭素質繊維の製造法に関する。
b、従来技術 従来、炭素質繊維の製造法としては、(1)ポリアクリ
ロニトリル、セルローズ、ピッチなどを繊維にし、これ
を不融化し、さらに焼成する方法が広く行われている。
この方法とは別に(2)ベンゼン。
メタン、エタンなどの炭化水素ガスを熱分解して気相反
応により面接繊維を製造する方法も知られている。この
方法で製造された繊維は気相生長炭素繊維と呼ばれ、前
記(1)の方法により製造された炭素質繊維に比べて、
弾性率、引張り強度、電導度などで優れた特性を有する
。例えばポリアクリロニ) IJルから製造された炭素
質繊維の引張シ強度、弾性率、室温電気抵抗率の値は、
それぞれ、6〜12 ton /c、〜2.600 t
ofi 7c〜2.5〜l0XIO−5Ωamであるに
対し、気相生成炭素質繊維(ベンゼン原料、生成温度1
100°C)の値は、それぞれ、10〜30 ton 
7c〜2.2000〜4000 tan/cm2、I 
X 10−’ΩCTIIであって優れた特性を有してい
る。
そのため、気相生成炭素質繊維は、プラスチック、金属
、炭素材との複合材料、電導体、抵抗体、発熱体などの
エレクトロニクス材料として期待されているが、次のよ
うな欠点があるため、未だ広く一般に使用されてい力い
(1)  気相生長炭素繊維は連続した長繊維で得難く
、短繊維となシ、また欠陥があったシすることが多く、
均一な繊維が得にくい。
(2)繊維の太さが5〜50μm程度でばらつきが多く
不均一である。一般に細い繊維の方が高い強度と弾性率
を有するので、強化材料として使用する場合は細い繊維
が好ましい。しかし、5μm以下の直径の繊維を安定に
得ることは困難である。
(3)反応温度が高く、一般には1000°C以上の温
度を必要とする。
(4)生長反応を促進するためには、触媒、例えばFe
、 Ni、、C00どの超微粉末を必要とする。触媒を
使用しない時は反応の制御が鈍しく繊維が得られない場
合もある。
C1発明の目的 本発明は従来の気相生長炭素繊維の欠点を解消するため
になされたもので、その目的は400〜1000℃の低
温でも製造可能でユニークな形状を有する気相成長炭素
質繊維の製箭法を提供するにある。
d0発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結果、従来の
気相生長炭素繊維の原料としては、ベンゼン、トルエン
、メタン、エタン、オクタン等の炭化水素、あるいは低
沸点モノマーが使用され、これを触媒表面で脱水素反応
を起させながら炭素繊維を生成させている。このような
脱水素反応は一般に1000℃以上で起るので、100
0℃以上の高温を必要としている。本発明者らは、脱水
素反応以外の反応を利用して炭素質繊維を生長させるこ
とができる原料について、幅広く検討したところ、芳香
族ジイミド化合物を原料として使用し、これを気化させ
ると、イミド基の部分が解裂し、これによって生じた芳
香族炭化水素ラジカルが気相で会合して生長して繊維状
の生成物となることを知見した。このような生長のメカ
ニズムは従来の気相生長炭素繊維の生長メカニズムとは
全く異なるものであり、芳香族ジイミドの種類によって
は400°C程度の低温でも繊維に生長させることが可
能である。このような新規な知見に基いて本発明を完成
したものである。
本発明の要旨は、芳香族ジイミド化合物または加熱によ
り芳香族ジイミド化合物を生成する化合物をアルゴン、
チッ素、ヘリウム、水素及びこれらの混合ガスから選ば
れたガス雰囲気中あるいは真空中で加熱気化させて気相
生長させることを特徴とする炭素質繊維の製造法にある
芳香族ジイミドの代表的な化合物としては、次のような
化合物が挙げられる。
ピロメリットジイミド(PMDIと略す);1゜4 、
5 、8ナフタレンジイミド(N’I’DI −1と略
す);2,3,6,7.ナフタレンジイミド(NTDニ
ー2と略す);3,4,9,10.ペリレンジイミド(
PTDI −1と略す) ; 1 、12 、6 、7
゜ペリレンジイミド(PTDI −2と略す) ; 3
 、4゜8.9.アントラセンジイミド(ATD工と略
す);3.4,8,9.ピレンジイミド(PyTDIと
略す)などがあり、さらに有機顔料であるC91.ピグ
メントレッド123 、 Vatレッド23 、 Va
tレッド29などがある。しかし、これら例示の化合物
に限定されるものではない。
更にまた、本発明における出発原料としては、加熱によ
り前記芳香族ジイミドを生成する化合物、例えば加熱に
より脱水反応を起して、芳香族ジイミドを生ずる芳香族
アミド酸も同様に使用することができる。
芳香族ジイミドを原料として気相生長炭素繊維の生長さ
せるメカニズムにおいては、本質的には生長促進のだめ
の触媒を必要としない。実際に多くの芳香族ジイミド化
合物は単に加熱するだけで繊維状生成物を製造すること
ができる。しかしながら、BTDI (融点約350℃
〕のような融点が比較的低い化合物の場合は、触媒の存
在がイミド基の解裂反応を促進するので触媒の存在が好
ましい。
このような場合に使用される触媒としては、Fe。
Co、Ni、Vl Nb1 Ta、またはこれらの炭化
物、窒化物々どの化合物を初めとして、通常の気相生長
炭素繊維の?!!造に使用される触媒も使用することが
できる。これらの触媒は炭素質繊維が析出する加熱帯域
中に置かれ、特に超微粉末である場合が有効である。
生長反応は、アルゴン、窒素、ヘリウム、水素及びそれ
らの混合ガスから選ばれたガス雰囲気中あるいは真空中
で行う。特に気化する温度が高い原料を用いる場合は真
空中で行うのが有効である。
逆に気化温度が低い原料を用いる場合は、オートクレー
ブを、用いて前記ガスの加圧下で行うのが有効である。
水素の存在は一般に生長反応をおそくする傾向があるが
、場合によっては特異方形状の繊維が得られる場合があ
る。まだ触媒を共存させて生長反応を行う重合は水素を
存在させることが好ましい。この場合、水素は触媒の活
性を保持するのに有効に働くものと考えられる。少量の
酸素の存在は生長反応を促進する効果があるが、10%
以上の酸素の存在は生長反応を阻害する。酸素の多量の
存在は燃焼を起こさせてスス状炭素を発生させ、これが
生長反応を阻害するものと考えられる。
次に芳香族ジイミド化合物の内殻も典型的化合物である
DTDI−1を用いた場合における炭素繊維の生成メカ
ニズムについて述べる。
PTDI −1は650°Cで減量反応が開始し、この
温度附近から急激な酸素及びチッ素の減少が観察される
。これによシジイミド置換基の解裂が起って酸素がぬけ
、ペリレンラジカルが生成するものと考えられる。実際
アルゴン中で800℃、 1000が、芳香族化合物の
δG−H,¥0=Gに基づく吸収は存在している。
この様な結果から繊維はPTDIの分解により生成した
ペリレンラジカルが重合することによシ生長するものと
考えられる。
以上はPTDI −1を原料とした場合における生成メ
カニズムと繊維の基本的構造について述べたが、他の原
料を使用した場合も、その原料に対応して同様な生成メ
カニズムとそれに対応した繊維構造のものが得られる。
この様にして得られた繊維の最も大きな特徴はのちに述
べる様に(第1図参照)繊維が互いにがら1つたり、枝
わかれした様な複雑外形状をもつことである。この様な
繊維の形状はFRM 、 FRP 7!zどの複合材料
用強化材として、又、大面積の必要な電池用電極として
特に有効である。
e、実施例 実施例1゜ ベレット状にプレス加工した各種の芳香族ジイミド化合
物(ベレット径13調、厚さI Nl)を加熱炉rg−
セットし10°C/minの速度で300〜1oo。
℃の間のあらかじめ設定した温度まで昇温し、1時間そ
の温度に保持した後40 ’C/ minの速度で降温
した。反応はすべてアルゴン気流中で行ない、反応終了
後ペレット表面を観察して生成物の有無を確かめた。生
成物の存在の認められる最低の温度を生成温度とし、こ
の生成温度と1000’Cの間の温度で生成した繊維の
一般的な形状(径と長さ)を電子顕微鏡で測定した。そ
の結果を第1表に示す。いずれの場合にも繊維状生成物
が得られた。
生成温度は原料の気化反応が起こる温度にほぼ対応して
おり、これらの反応が気相反応である事を示している。
表1に示した各種の原料のうちでもつとも多聞の繊維状
生成物が得られたのはPTDI −1であった。PTD
I −1の800℃の熱処理により生成する繊維状生成
物の電子顕微鏡写真を第1図に示す〇第1図に示すよう
に得られた繊維の径は0.1〜0.4μmで、長さは3
鰐程度で、非常に複雑な形状の繊維が得られた。
比較例1゜ ジイミド置換基を有しないペリレン、アントラセン、ピ
レンのベレットを使用して実施例1と同様に加熱処理し
たが、繊維状生成物は全く得られなかった。従って、芳
香族ジイミド化合物であることが必要であることが分か
る。
実施例2゜ 実施例1と同じ方法でペレット状にプレス加工したFT
DI −1を処理温度、処理時間、雰囲気を変えて熱処
理した。結果を第2表に示す。PTOD−1は650°
C未満の温度では繊維状の生成物は得られず生成には6
50°C以上の温度が必要である事が分る。繊維の生長
は比較的低温650〜750°Cで起こりこれ以上の温
度では太さ方向の生長がおこる(800〜1000℃)
。長時間の処理により長さ方向及び太さ方向の生長が進
むがそれはあまり大きくない。また、 ArとTie 
、 N2.真空中での生長はいずれも同じ様に起こシ差
はほとんど認められない。水素の存在下で処理すれば平
板状の形状をもつ特異な繊維が生成する。少量(5%)
の酸素の存在は繊維の生長をさまたげずむしろ促進する
効果をもっている。
実施例3゜ 原料の加熱(第−炉〕と基板の加熱(第二炉)を独立に
行なえる炉を使用し、第−炉で気化した原料を触媒のお
かれた第二炉中の基板上で分解し繊維状の生成物が得ら
れるかどうか実験を行ったσ触媒としてはFeの超微粉
末を使用しメタノール中に分散したFe超微粉末をセラ
ミック基板上にスプレーし熱処理して基板担体とした。
第−炉に設置された芳香族ジイミド化合物(BTDI 
、 NTDI −1、FTDI −1、Vat、 vラ
ド23)を10°C/minの速度でsoo’cまで加
熱し気化成分をアルゴン又はアルゴン・水素の混合キャ
リヤーガスと共に800℃に加熱された基板担体上にみ
ちびいた。800°Cで1時間保った後炉を冷却し、基
板上に繊維状の生成物が生成しているかどうかを調べた
。キャリヤーガスがアルゴンのみの場合には繊維状の生
成物は得られず黒色皮膜が生成した。これは触媒活性が
低下したことによるものと考えられる。一方、アルゴン
・水素の混合ガスをキャリヤーガスとして使用した場合
には繊維状の生成物が生じた。
生成した繊維は0.1〜5μmの径をもち0.1〜20
鱈の長さであって出願原料による差はほとんど認められ
浸かった。
比較例2゜ 実施例3と同じ方法でベンゼンを原料として炭素繊維の
生成を試みたが800℃では生成物は得られなかった。
f1発明の効果 以上のように、本発明の方法によると、従来の気相生長
炭素繊維の原料を異にする芳香族ジイミドを使用するこ
とによシ、触媒を必ずしも必要とせず、従来法における
気相生長炭素繊維の生成温度よりもはるかに低温で生成
し得られ、また得られる炭素質繊維は従来法により得ら
れる気相生長炭素繊維よシもはるかに細く、しかも特異
な形状を有する繊維であり複合強化材、及び電池用電極
用として好適である優れた効果を奏し得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法で製造した炭素質繊維の電子顕微
鏡写真である。 図1Of(ハ浄占Q内q& i: )ρ5、東ないpm 手続補正書 昭和59年10月g日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 芳香族ジイミド化合物または加熱により芳香族ジイミド
    化合物を生成する化合物をアルゴン、チッ素、ヘリウム
    、水素及びこれらの混合ガスから選ばれたガス雰囲気中
    あるいは真空中で加熱気化させて気相生長させることを
    特徴とする炭素質繊維の製造法。
JP11828984A 1984-06-11 1984-06-11 炭素質繊維の製造法 Granted JPS61619A (ja)

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JPS639044B2 JPS639044B2 (ja) 1988-02-25

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4777821A (en) * 1985-10-18 1988-10-18 Andreas Gerve Measuring apparatus for measuring the alteration of a liquid quantity, especially the quantity of oil in an internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4777821A (en) * 1985-10-18 1988-10-18 Andreas Gerve Measuring apparatus for measuring the alteration of a liquid quantity, especially the quantity of oil in an internal combustion engine

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