JPH02221199A - Graphite whisker manufacturing method - Google Patents

Graphite whisker manufacturing method

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JPH02221199A
JPH02221199A JP3997989A JP3997989A JPH02221199A JP H02221199 A JPH02221199 A JP H02221199A JP 3997989 A JP3997989 A JP 3997989A JP 3997989 A JP3997989 A JP 3997989A JP H02221199 A JPH02221199 A JP H02221199A
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JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
metal catalyst
graphite
reaction
org
Prior art date
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Pending
Application number
JP3997989A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Kuwabara
光雄 桑原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP3997989A priority Critical patent/JPH02221199A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain graphite whiskers having high tensile strength and satisfactory wettability with plastics by bringing a mixture of an org. substance generating H2 and C by thermal decomposition with carbon black and a metal catalyst into a reaction at a prescribed temp. CONSTITUTION:A metal catalyst selected among Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Mo, V, W and Ti is prepd. An org. substance generating H2 and C by thermal decomposition is also prepd. The org. substance is mixed with the metal catalyst and carbon black. This mixture is brought into a reaction at 1,400-2,000 deg.C to grow graphite crystals.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はグラファイトウィスカーの製造方法に関し、−
層詳細には、FRPに混入する繊維補強材として最適な
グラファイトウィスカーの改良製造方法に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing graphite whiskers,
More specifically, the present invention relates to an improved manufacturing method for graphite whiskers, which are most suitable as fiber reinforcing materials mixed into FRP.

[発明の背景] 近年、宇宙・航空産業を中心として軽量且つ強靭な繊維
強化プラスチック(FRP)が大量に使用されている。
[Background of the Invention] In recent years, lightweight and strong fiber reinforced plastics (FRP) have been used in large quantities mainly in the space and aviation industries.

プラスチック中に補強材として混入する繊維としては炭
素繊維、ガラス繊維、アルミナ虫維等が知られている。
Carbon fibers, glass fibers, alumina fibers, and the like are known as fibers mixed into plastics as reinforcing materials.

然しなから、いずれの繊維も多結晶繊維であるため素材
の最高強度を利用することが出来ず、また製造コストも
極めて高価なものであった。
However, since all of the fibers are polycrystalline fibers, the maximum strength of the material cannot be utilized, and the manufacturing cost is extremely high.

これらの欠点を克服するため、最近ではFRP用の補強
材としてグラファイトウィスカーを使用することが注目
されている。このグラファイトウィスカーの製造方法に
ついてはその代表例として特公昭第57−8762号が
挙げられる。ここでは、所定粒径のカーボンブラック微
粒子を単独で非酸化性雰囲気下に約2000℃以上の温
度で処理してグラファイトウィスカーを生長させている
In order to overcome these drawbacks, the use of graphite whiskers as a reinforcing material for FRP has recently attracted attention. A representative example of the method for producing graphite whiskers is Japanese Patent Publication No. 57-8762. Here, graphite whiskers are grown by treating carbon black fine particles of a predetermined particle size alone in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of about 2000° C. or higher.

本出願人はグラファイトウィスカーの製造につき改良研
究を重ねた結果、カーボンブラックと熱分解して水素お
よび炭素を発生する有機物質との併用により、従来技術
より優れた性質を有するグラファイトウィスカーを製造
し得ることを突き止め、本発明に到った。
As a result of repeated research into improving the production of graphite whiskers, the applicant has found that by using carbon black in combination with an organic substance that thermally decomposes to generate hydrogen and carbon, it has been possible to produce graphite whiskers with properties superior to those of conventional techniques. We discovered this and arrived at the present invention.

[発明の目的] 本発明の目的は、FRPの補強材として好適な優れた性
質を備えるグラファイトウィスカーの改良製造方法を提
供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide an improved method for producing graphite whiskers having excellent properties suitable as a reinforcing material for FRP.

[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明はカーボンブラッ
クとFe5Ni、Co5Cr、MnSMo。
[Means for achieving the object] In order to achieve the above object, the present invention uses carbon black, Fe5Ni, Co5Cr, and MnSMo.

V、WおよびT1よりなる群から選択される少なくとも
1種の金属触媒と、熱分解してN3およびCを発生する
少なくとも1種の有機物質とを混合し、この混合物を1
400〜2000℃の温度で反応させてグラファイトの
結晶生長を行なわせることにより達成される。
At least one metal catalyst selected from the group consisting of V, W, and T1 and at least one organic substance that generates N3 and C by thermal decomposition are mixed, and this mixture is heated to 1
This is achieved by reacting at a temperature of 400 to 2000°C to grow graphite crystals.

[実施態様] 本発明方法において使用するカーボンブラックは当業界
では周知のものであって、特に限定はしないが、好まし
くは粒径100Å以下のもの、特に好ましくは50人程
度の微細なものである。
[Embodiments] The carbon black used in the method of the present invention is well known in the art, and is not particularly limited, but preferably has a particle size of 100 Å or less, particularly preferably a particle size of about 50 Å. .

使用する金属触媒はFe、 N15(:o、 Cr。The metal catalysts used are Fe, N15 (:o, Cr.

MnSMo、VSWおよびTi等、第■族および第■族
の金属から選択され、その中、1種を単独であるいは2
種以上を組み合わせて使用することが出来る。
MnSMo, VSW, Ti, etc. are selected from group Ⅰ and group Ⅰ metals, and one or both of them are selected.
More than one species can be used in combination.

さらに本発明に使用し得る有機物質としては、熱分解し
て、N2とCとを発生するもの(H2およびCOを発生
するものも包含される)である限り、任意の有機物質を
使用し得るが、炭化水素類および特に人手容易性等の観
点からポリビニルアルコールC−CH,・CH(OH)
−1、が好適である。また、有機物質は硫黄を含まず且
つ酸素含有量の低いものが望ましい。
Further, as the organic substance that can be used in the present invention, any organic substance can be used as long as it is thermally decomposed to generate N2 and C (including those that generate H2 and CO). However, from the viewpoint of hydrocarbons and especially ease of handling, polyvinyl alcohol C-CH,・CH(OH)
-1 is preferred. Further, it is desirable that the organic substance does not contain sulfur and has a low oxygen content.

本発明の方法によれば、理論的にはカーボンブラックの
不存在下においてもグラファイトウィスカーが生成する
と思われるが、有機物質のみを単独使用すると遊離炭素
の量が過多となってウィスカーの純度を低下させる傾向
を有する。
According to the method of the present invention, graphite whiskers can theoretically be generated even in the absence of carbon black, but if only organic substances are used alone, the amount of free carbon will be excessive and the purity of the whiskers will decrease. have a tendency to

他方、カーボンブラック単独では反応に要する温度が高
くなり過ぎる(例えば、特公昭第578762号参照)
。従って、カーボンブラックと有機物質との併用が推奨
される。
On the other hand, when using carbon black alone, the temperature required for the reaction becomes too high (see, for example, Japanese Patent Publication No. 578762).
. Therefore, the combination of carbon black and organic substances is recommended.

反応温度については約1000℃以上であれば、本発明
の方法に必須とされる脱水素反応(以下に説明する)が
生ずるので、特に限定はないが生成効率を考慮して14
00〜2000℃の範囲が好ましい。反応圧力は約50
気圧以上、特に約80気圧に維持することが好ましい。
Regarding the reaction temperature, if it is about 1000°C or higher, the dehydrogenation reaction (described below) that is essential to the method of the present invention will occur, so there is no particular limitation, but in consideration of production efficiency,
The temperature range is preferably from 00 to 2000°C. The reaction pressure is about 50
It is preferred to maintain the pressure above atmospheric pressure, especially about 80 atmospheres.

反応雰囲気としては不活性ガス雰囲気、特にArガス雰
囲気が好適である。反応時間については、ウィスカーの
長さ寸法等に応じて適宜選択することが出来る。
An inert gas atmosphere, particularly an Ar gas atmosphere, is suitable as the reaction atmosphere. The reaction time can be appropriately selected depending on the length of the whisker and the like.

本発明の方法によれば、例えば、有機物質としてポリビ
ニルアルコールを使用した場合、次式(1)および(2
)に従ってグラファイトウィスカーが生成する。すなわ
ち、ポリビニルアルコールが先ず最初に高温条件下で次
式(1)に従って熱分解する。
According to the method of the present invention, for example, when polyvinyl alcohol is used as the organic substance, the following formulas (1) and (2
) graphite whiskers are generated according to That is, polyvinyl alcohol is first thermally decomposed under high temperature conditions according to the following formula (1).

nC+ (−CH2−CH) 、、→CO+H2+CH
2+C2H6+C3H4+ ・・・OH(1) 次いで、熱分解により発生したC H2が高温のN2雰
囲気下で且つCr等金属触媒の存在下で次式〔2)に従
って脱水素される。
nC+ (-CH2-CH) ,,→CO+H2+CH
2+C2H6+C3H4+...OH (1) Next, C H2 generated by thermal decomposition is dehydrogenated in accordance with the following formula [2] in a high temperature N2 atmosphere and in the presence of a metal catalyst such as Cr.

CH2−”  C(act)  +H。CH2-” C (act) +H.

〔ここで、C(act)は活性化した炭素原子を意味する〕[Here, C (act) means an activated carbon atom]

かくして、式(2)の左側から右側への反応が進行して
、活性化された炭素原子が単結晶のグラファイトウィス
カーを形成する。
Thus, the reaction proceeds from the left side to the right side of equation (2), and the activated carbon atoms form a single crystal graphite whisker.

[実施例] 以下、限定はしないが実施例により本発明を説明する。[Example] The invention will now be explained by way of non-limiting examples.

実施例1 ポリビニルアルコールに粒径50人のカーボンブラック
と触媒としての微量の粉末Crとを混練し、これを、A
r雰囲気の反応器において温度1700℃且つ圧力80
気圧に維持した。
Example 1 Carbon black with a particle size of 50 mm and a small amount of powdered Cr as a catalyst were kneaded with polyvinyl alcohol, and this was mixed with A
Temperature 1700℃ and pressure 80℃ in a reactor with r atmosphere
Maintained at atmospheric pressure.

かくして、上記式(1)および(2)の反応に従い単結
晶のグラファイトウィスカーが生成した。得られたグラ
ファイトウィスカーを常法により諸性質につき分析して
、次の結果を得た。
In this way, single-crystal graphite whiskers were produced according to the reactions of formulas (1) and (2) above. The obtained graphite whiskers were analyzed for various properties by conventional methods, and the following results were obtained.

引張強度 :  2000kg/mm’比   重  
:2.2 濡れ性 : プラスチックに対し良好 [発明の効果] 以上のように、本発明の方法により生成されたグラファ
イトウィスカーは単結晶であって、2000 kg/ 
mm2 という極めて大きい引張強度を有すると共に、
その比重はSiCの3.18 と対比して2.2 と小
さく、さらにプラスチック材料に対する濡れ性が極めて
良好であるためFRP用の補強材繊維として極めて好適
である。
Tensile strength: 2000kg/mm' specific gravity
:2.2 Wettability: Good for plastics [Effects of the invention] As described above, the graphite whisker produced by the method of the present invention is a single crystal, and has a weight of 2000 kg/
It has extremely high tensile strength of mm2,
Its specific gravity is 2.2, compared to 3.18 for SiC, and its wettability with plastic materials is extremely good, making it extremely suitable as a reinforcing fiber for FRP.

以上、本発明を好適実施例につき説明したが本発明はこ
れのみに限定されず、例えば、ポリビニルアルコール以
外の炭化水素のような有機物質を単独であるいは組み合
わせて使用したり、または金属触媒としてCr以外に周
期律表第■族および第■族の金属を単独であるいは組み
合わせて使用し得ることは勿論である。従って、本発明
の思想および範囲を逸脱することなく、種々の改変をな
し得ることが可能である。
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, organic substances such as hydrocarbons other than polyvinyl alcohol may be used alone or in combination, or Cr may be used as a metal catalyst. It goes without saying that metals from Groups 1 and 2 of the Periodic Table may be used alone or in combination. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)カーボンブラックとFe、Ni、Co、Cr、M
n、Mo、V、WおよびTiよりなる群から選択される
少なくとも1種の金属触媒と、熱分解してH_2および
Cを発生する少なくとも1種の有機物質とを混合し、こ
の混合物を1400〜2000℃の温度で反応させてグ
ラファイトの結晶生長を行なわせることを特徴とするグ
ラファイトウィスカーの製造方法。
(1) Carbon black and Fe, Ni, Co, Cr, M
At least one metal catalyst selected from the group consisting of n, Mo, V, W, and Ti and at least one organic substance that generates H_2 and C by thermal decomposition are mixed, and this mixture is heated to A method for producing graphite whiskers, which comprises causing graphite crystal growth by reacting at a temperature of 2000°C.
(2)請求項1記載の方法において、有機物質がポリビ
ニルアルコールであることを特徴とするグラファイトウ
ィスカーの製造方法。
(2) A method for producing graphite whiskers according to claim 1, wherein the organic substance is polyvinyl alcohol.
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