JPH0424320B2 - - Google Patents

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JPH0424320B2
JPH0424320B2 JP58134355A JP13435583A JPH0424320B2 JP H0424320 B2 JPH0424320 B2 JP H0424320B2 JP 58134355 A JP58134355 A JP 58134355A JP 13435583 A JP13435583 A JP 13435583A JP H0424320 B2 JPH0424320 B2 JP H0424320B2
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JP
Japan
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gas
substrate
carbon fibers
metallocene
reactor
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JP58134355A
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JPS6027700A (ja
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Morinobu Endo
Tsuneo Koyama
Kunio Komaki
Makoto Watanabe
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の対象) 本発明は気相法による炭素繊維の製造に係り、
とくに基板単位当りの炭素繊維の析出収量の向上
および連続化による生産性増大を可能とする炭素
繊維の気相法による製造方法に関するものであ
る。
(従来技術) 気相法炭素繊維の製法は従来バツチ(回分)式
によるのを通常とした。
この方法では一般に、セラミツク基板に鉄、ニ
ツケル等遷移金属単体またはそれらの合金から成
る微粒子を散布したものを反応炉内の反応帯域に
予め固定し、不活性雰囲気となし、炉温を一定温
度まで上昇したのち炭化水素、水素の混合ガスを
通気し、これを熱分解して炭素繊維を生成させる
方法が採られている。
上記は固定床式に属する方法であるが、更に上
記バツチ方式を一歩進めて、反応炉内を連続的に
上記微粒子散布基板を一方向に移動させる移動床
式に属する方法も採られ。
しかしながら、このような固定床式あるいは移
動床式製造法においては、反応混合ガスと基板上
の反応物質との接触反応にもとづく操作であるた
めと、反応帯域の全長にわたる温度、雰囲気濃
度、反応速度等の均一条件の保持に困難があり、
このため反応混合ガス組成の炭化水素の、比較的
低温における中間生成物への化学変化、高温帯に
おける高熱分解生成物、またはタール質、瀝青質
状粘性中間物質の生成が見られ、これらが基板へ
付着し、基板への繊維生成は著しく阻害される。
これは炭素繊維生成のため触媒的作用をする金属
微粒子が上記付着物に隠蔽されてその活性を喪失
し、かつ、反応領域内における炭化水素熱分解物
との接触が不十分になるためである。
上記の欠点は固定床式の場合に限らず、移動床
式の場合において、反応ガス流方向と基板移動方
向が同一方向の場合にも対向流の場合にも生起し
うる。
(発明の目的) 本発明は上記従来法の欠点を除去するため、微
粒状遷移金属を炭化水素、キヤリア・ガス混合ガ
スと共に同時混合して反応器に送入し、炭素繊維
析出帯域において該遷移金属の触媒作用により炭
化水素を熱分解せしめることにより、高効率にて
連続的に炭素繊維を生成する気相法炭素繊維の製
造法を提供することにある。
(発明の構成) 本発明は上記従来法による基板上への反応生成
物の粘着による反応阻害、炭素繊維の収率低下、
連続操業の不可能という欠点を除去するため種々
の改良法を試行した結果到達した方法であり、こ
の方法は、熱分解気相法炭素繊維の製造法におい
て、メタローセンを気相で炭素繊維析出帯域に導
き、該帯域で熱分解させ、メタローセン中の遷移
金属微粒子を基板上に析出させて炭素繊維を製造
することにある。
ここに遷移金属とは電子が最外殻に8個まで充
填される前に内側の殻の電子数が8個から16個ま
たは32個に増加する、原子番号21(スカンジウム)
から同29(銅)、同39(イツトリウム)から同47
(銀)、同57(ランタン)から同79(金)の元素なら
びに原子番号89(アクチニウム)以上の既知元素
のすべてを指称するものである。
次に本発明の方法を実施する操作について説明
するに、キヤリア・ガスの入口、出口双方側に基
板を入出させるための二重室を備えた反応装置に
おいて、基板はキヤリア・ガス入口より順次にセ
ツトされ、上下機構によつて反応装置レベルに押
し上げられた後水平方向移動機構により反応装置
内に連続的に装入される。
メタローセンの送入は、同時に遷移金属の散布
を行うものであるのでいわゆるSeedingと称され
るが、これは反応装置外に設けられたメタローセ
ン蒸発装置により気化したメタローセン・ガスを
水素、アルゴン、窒素ガスをキヤリア.ガスとし
てこれらと混合して連続的または定期的に反応装
置内に導入することによつて実施される。
ここにメタローセンとは一般式〔M(C5H52〕、
(ただしMは遷移金属であり前記した定義による
ものであるが、具体的にはTi、V、Cr、Fe、
Co、Ni、Ru、Os、Pdなどを指す)で表わされ
るビス・シクロペンタジエニル金属化合物のうち
非電解質錯体でサンドイツチ構造の分子から成る
ものを指す。MがFe、Niの場合にはそれぞれフ
エローセン、ニツケルセンと呼称されることは周
知である。
炭化水素ガスは上記キヤリア・ガスとは別異の
反応装置外の供給装置より供給される。
反応装置内壁材質はアルミナ質ムライト管を使
用するが、黒鉛、石英、コランダム質耐熱性材料
を使用することも可能である。
反応装置の主体をなす反応管は、たとえば外径
120mmφ、内径105mmφ、長さ2mのごときものが
使用される。
基板は上記寸法反応管に見合う寸法としては、
たとえば外径100mmφ、内径85mmφ、長さ30cmで
あり、2つ割りのアルミナ質ムライトが通常であ
る。
反応装置の加熱はカンタル線抵抗発熱によつて
行われ、炉はたとえば三分割炉のごとき型式が使
用される。
基板の最高温度は1120℃、均熱長さは上記装置
の場合には約1mである。
反応装置内雰囲気温度は1000〜1300℃の範囲が
最も好ましい。
また基板の送り速度は進行方向に線速度3.0
cm/min以下であるが最も好ましい範囲は1±
0.5cm/minである。
気化器におけるメタローセンの温度はM
(C5H52のMによつて一様ではないが、MがFeの
場合、すなわちフエローセンにおいては(520±
100)℃が好ましい。キヤリア・ガスの流量は
(200±50)c.c./minの範囲が好ましい。
Seedingの方法は定期的(間歇的)の場合が最
も通常であるが、この場合最適の方法はキヤリ
ア・ガスの反応装置内導入時間10分とし50分間隔
で繰り返すサイクルが最適である。
混合ガスは炭化水素ガスを水素、アルゴン、チ
ツ素ガス等で稀釈して使用されるが該稀釈ガスの
種類と量の選択はメタローセンの融点、沸点によ
つて決定される。
混合ガスの容積比の最適範囲は炭化水素2〜
50vol%である。而して、この混合ガスの流量は
300〜500c.c./minの範囲、400±50c.c./minが最
適である。
反応装置内への基板の搬入、搬出は入口、出口
部シヤツタにより空気/H2パージを行つた上で
実施されるが安全上ならびに炭素繊維生成雰囲気
上から見て支障はない。
微粒状遷移金属の粒度範囲は300Å以下が好ま
しい。
実施例 1 カンタル線発熱体を備えた電気管状炉内にアル
ミナ系ムライト質炉芯管(内径105mmφ、長さ
2000mm)を水平に配備し、炉芯管内にアルミナ基
板(内径85mmφ、長さ300mm、2つ割り、アルミ
ナ系ムライト質)を自動連続送り装置により炉外
より順次反応管(炉)内に装入し、炉内温度を
1200℃、基板温度1100℃に保持した。
炉芯管の一端はガスおよびメタローセン導入
管、他端には排気管を設ける。導入管を介してベ
ンゼン7vol%を含む水素ガスを毎分400c.c.を通し、
また気化器における温度520℃のフエローセンを
水素ガスと共に水素ガス200c.c./分の割合にて炉
内に通した。
このキヤリアガスの通気方法は10分間継続装入
後、50分間停止し、これをくり返した。
操業開始後4時間にて操業を停止し送入ガスを
アルゴンに切換えて放冷後基板を炉外に取出し、
生成した炭素繊維を剥ぎ取り秤量した。
この結果、生成炭素繊維量は1.3g/時間、平
均繊維径12.5μ、平均長さ7cmの均質な炭素繊維
が得られた。該繊維の引張強さは平均255Kg/mm2
であつた。
(比較例) バツチ式により実施例と同一の炉、同一温度、
キヤリア・ガス組成により、予め基板に遷移金属
を散布(スプレー)した上に炭化水素、水素ガス
の混合ガスを実施例と同一条件で通じて得た炭素
繊維においては生成量0.7g/時間、平均長さ3
cm繊維状のものと一部粒状のものを含む不均質な
炭素繊維を得るにすぎなかつた。繊維部分の引張
強さは最大95Kg/mm2、平均50Kg/mm2にすぎなかつ
た。
実施例 2 実施例1と同一条件において(ただし、基板は
固定式)メタローセンとしてニツケルセンを使用
した場合、得られた炭素繊維は平均径11.7μ、平
均長さ6.6cm、均質かつ均長であり、その引張強
さは平均240Kg/mm2であつた。
上記結果が示すように、基板上に予め遷移金属
を散布した固定床式に比較し、メタローセンをキ
ヤリアガス、炭化水素と共に装入して気相で炭素
繊維析出帯に導いて熱分解させる本発明の方法
は、炭素繊維生成量、生成速度、生成繊維の均質
性及び繊維の引張強度において格段の相違のある
ことは明白である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 熱分解による気相法炭素繊維の製造法におい
    て、メタローセンを気相で炭素繊維析出帯域に導
    き、該帯域で熱分解させ、遷移金属微粒子を基板
    上に析出させて炭素繊維を製造することを特徴と
    する気相法炭素繊維の製造法。
JP58134355A 1983-07-25 1983-07-25 気相法炭素繊維の製造法 Granted JPS6027700A (ja)

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JPS6027700A JPS6027700A (ja) 1985-02-12
JPH0424320B2 true JPH0424320B2 (ja) 1992-04-24

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