JPS5959976A - 炭化けい素被覆炭素繊維の製造方法 - Google Patents

炭化けい素被覆炭素繊維の製造方法

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JPS5959976A
JPS5959976A JP16549882A JP16549882A JPS5959976A JP S5959976 A JPS5959976 A JP S5959976A JP 16549882 A JP16549882 A JP 16549882A JP 16549882 A JP16549882 A JP 16549882A JP S5959976 A JPS5959976 A JP S5959976A
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silicon carbide
carbon
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fiber
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守信 遠藤
高見沢 稔
本宮 達彦
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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】 本発明げ炭泳峨絣表面をり、す化けい素で被覆し“Cな
る炭化けい木被覆炭素偵維の製造方法に1’、4+する
ものである。
炭Mm 維がレーヨン、ポリrグリロニトリル。
リグニン−レジナスピッチなどの不活性ガス中での加部
分解で作られることは”[でによく知られたところであ
り、これは高強度、耐熱性であるといつこと刀・ら近年
工業材料とし“〔も注目を集め、こねについてはプラス
チック、金Mとの複合林料への応用も試みられている。
しかし、この炭素繊維にに商1ill+での師1酸化性
に限度があり、プラスチラグ、金1++5との濡れ性が
わるく、金属とμ高l晶で反応するという欠点がある几
め、これには神々の複雑な表面処理が行なわれている。
他方、この押の耐熱性fa#IFとして近年111光さ
牙1、た炭化けい素繊維は高温における耐酸化性が強く
ブラスチッグ、金属との濡わもよく、金属と反応しない
という特性をもつものであるけれども、これにはその製
造臘料力珪”「殊なη機けい索車合体とされること、そ
の製ス々にはID−る重合体を合成し、ついでこれを紡
糸、不融化、焼成という袂雑な工程が必要とされるため
に、これ汀非常に凸側ILものになるという欠点がある
七のために、この耐熱性繊維1でついてげ、予じめ製造
した炭素繊維の表面上で81014 、H8101jな
どのけい素化合物を熱分解させて、この繊維の表面に金
1mけい素を析出させ、ついでこれを同温で焼成して炭
化けい素繊維とする方法(特開昭50−38700号公
報参照)が提案さハ、ているが、これは工)呈が複雑で
あり、117痛を必ミ桂″とするといつことから未だ実
用化はされていない。
本発明ばこのよう/j不利を解決した炭化けいf?+1
!情炭車繊維σ〕製造方?iξに関′[るもので、これ
に1、侵素繊維上でSiX  rXt、1:ハロゲン1
阜子ま几は酸卑原モ)結合を含オない有機けい素化合物
を比較rl’J (1,& i1’、、i !!j ′
″C気相熱分解させて、炭紮繊維看面に炭化けい素を主
体とする被膜を形11νさせることを特徴とするもので
ある。
こitを説明すると、本発明者らにさきに上記したSi
X結合を含有しない有機けい卑化含馴を金1川または金
回化合物の微粒子を種触媒として気相熱分解させれば炭
化けい素繊維を得ることができることを見出した(特願
昭57−113689号参照)が、この有機けい素化合
物を予じめ製造した炭素繊維上で気相熱分解させ念とこ
ろ、炭化けい素を主体とする被膜が炭素ILll緋上に
形成され、得られた繊維に強度の低下が殆んどなく、■
・↑酸化性、プラスチック金属との濡れ性にすぐれ、金
属との反応性もなく、耐熱材料、FRM、FRPなどの
材料としてh用であることを確認して本弁明を完成させ
た。
本発明の方法で使用さに1.る炭素繊維にボリアグリロ
ニトリル、レーヨン、ピッチ、リグニンナトの焼成によ
って得られる有機系炭素繊維はもとよシ、気相熱分解z
Hにより得られる繊維状炭素であってもよく、本発明の
方法にこの炭素繊維の製造工程で使用される焼成炉中で
の始発材料の炭化または黒4′()化工程に続いて、同
じ焼成炉中にi4j R,Jする有機け(゛素化合物f
導入し、気相熱分解させれはよいので、こJl、によれ
ば極めて容具に炭化けい素を主体とする補填炭素繊維f
t得ることができろという利点が与えられる。
他方1本発明の方法で使用される有機けい素化合物は、
その竹子中にSIX結合を含むものとすると、これが1
500℃以上の高温でないと充分な熱分解が行なわれず
、この場合にはその熱分解によって得られる炭化けい素
が均一な被覆とならず−これに、は微量のSiXが残漬
し、得られt被覆繊維が強度劣化を起すので、これにそ
の分子中に81X 結合を含まないものとする必要があ
る。
この41機けい素化合物は例えば一般式Rtn+t(8
1λn〔ことlcR[水素原子、またはメチル糸、エチ
ル基、プロピル基、フェニル基。
ビニル系など力λら選ばれる1価の炭化水素基、nは1
〜4の正数〕で示されるシランまたはポリシラン類、お
よび一般式 に同じ+ R’  にメチレン基またはフエニレンノk
mは1〜2の正数〕で示されろシルアルキレン化合物ま
たはシルフェニレン化合物あるいは同−分手中にこの両
名の主骨格をもつ化合物などがあげらitイ)が、これ
はその分子中に少なくとも1個の水素−けい素結合を含
むものとすると、これが比較的低い温I11で熱分解す
ることができるので、この三5iHj、%を含むものと
することがよい。なお、この有機けい素化合物としてに
べ式: %式% ( で示されろシラン、ポリ−フランが例示さ罎11、これ
らはその1棟またぼ2種かあるいは2棟以上の混合物と
して使用されるが、これらについてμ式(ここにxIゴ
正数]で示さ(するジメチルポリシランを350℃以七
の高度で熱分1?’rさせて佑られるメチルハイド自ジ
エンポリiノランイJlが好ましいものとされる。
本発明の方715に上記した有機けい理化合物を所定温
口tπ加八へ7斤炭素i% ffイfを含むノヌL+’
、、化j、、i・にj77人して9i相熱分解させるの
であるが、この反応帯域温度げ700℃す、下では有機
けい素化合物の熱分解が遅<、140(1℃思士でにこ
の熱分解が速くなって炭オニ繊維上でのムjシ化けい累
被覆の形成が均一に1.rすπく\なり、繊維の物性が
低Fするσ)で、これは700”−1400℃の+11
囲−好ましくは900〜1300℃の範囲と1−ること
がよい。また、この有機けい素化合物の反兄・帯域への
i、F;1人は。
キャリヤーガスとして71(亦ガスまたは望素、ヘリウ
ムなどの不活性ガスを使111シて行なえばよい。
この有機けい素化合物の熱分解によって生成するt、4
累けい素皮膜の厚さe′J、、そ伯、がo、oiμm以
Fでにそれが充分な耐峻化性を示さないし、これが31
+m以上になると繊維掻が太くなってその物性イ1(下
をもたらすので、この実施に当っては炭化はイ素皮1’
4が001〜3/1mの範囲となるようにこの有機けい
素化合物の導入端1反応温1娃1反応時間を調整するこ
とがよい。
1fお、本発明の方7ノニは上記した有機けい素化合物
t?:、熱分解性の炭化水素化合物を混合して、これら
を同時に熱分解させて、炭紫繊卸上に炭化けいS・、と
炭素のン昆合被OLをh貨けるようにしてもよい。
この場合の炭化水素化合物に沸点が250℃以下であれ
は飽和、不飽和のいずれであってもよく、メタン、エタ
ン、プロパン、アセチレン、ベンゼン、トルエンなどが
例示されるが、この添加−IMi炭素#A維上に形成さ
れる炭化けい素・炭素の混合被覆中における炭素/炭化
けい素のモル比が1以下となる範囲とすることがよく、
この範囲でろ旧。
ばこれによって被覆された炭素繊維が耐酸化性において
、また金庫との反応性において本発明の目的を損なうこ
とはない。
つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例 1゜ 管状−、気炉の中に内径50−1長さ1000 mの石
英製炉心管を水3ILに保ち、この炉心管の中に平均I
i4径lOIIm−比重1.75のポリアグリロニトリ
ル糸【h@度炭素長繊維トレカT−30OA〔東しC株
)社製・商品名)0.213gを充填し、窒累ガス中で
1030℃に加熱した。つぎにこの炉心清にジメチルシ
ラン((OHy)MS I Hz )をlO谷財係含む
水素ガスをI O(l CD、7分の割合で30分間佛
人したのら、加熱を止めて炉内に氷水ガスだけfr−導
入(ッ、冷却後に繊維を取り出した。
この繊維にや\艶の7.Cい黒色を呈しており、こJl
を電子顕微鏡で観察すると共VcX 獅回折でしらべた
ところ−これは炭素繊維表面に約0,4μmのβ−8i
O被覆をもつものであり、これについての′吻性をδ用
了したところ、このものの弓目1うり強度は始発刑とし
ての炭素繊維の引張り強度265Kf/−と殆んど変り
ない263ド2/−であり、これは800℃で24時間
加熱後も258Kp/−の値を示し、耐酸化性にすぐれ
たものであった。
実施例 2゜ 実施例1と同じ反応待買を使用し、この炉心管中にピッ
チ系の高弾性炭素長繊維KCF−200〔呉羽化学(株
)社製・商品名〕を約0.21介崩し、これを980℃
に加熱した。つぎに−この炉心管にテトラメチルジシラ
ン 1 0、T(s  OHy 5容箪%を含む水素ガスを100 a、e、 7分の割
合で40分間1人したのら、加熱を止y)で炉内に水素
ガスだけを水入し、冷却後にこの繊維を取シfilした
この繊維を市5子顕微梯およびX F!?回折でしらべ
たところ、これは炭素繊維表面に約0.311m のβ
S x O被覆をもつものであり、このものは炭素繊維
の初期の引張り強さ208PFp/−にくらべて2tO
Kp/−の引張り怖さを示し、こ引、σまたこれを80
0℃で24時間加部した後の引張勺強さもlqR並/−
で耐酸化性のすぐれたものであったO なお、この処理繊維はこれを680℃で加熱溶融してい
る金jF@アルミニウム浴中に30分間浸漬し、冷却後
その破衛面を走査型窄、千M微鏡で観察し7たが、この
繊維表面には全く異1償が認められず。
こ矛1はアルミニウムと反1心しないものであることが
確認さji、た。
なお、比較のために間挿のに′f晴と原料を月1いたが
、この反応温度を680℃としたところ、炭素繊維表面
には殆んど炭化けい素の被視が得られず、このものは強
度劣化はないけれども草気中で800℃に加熱すると激
しく酸化さハ、て繊維形状を失なった。また、同様な方
法でこの反応温度を1450℃としたところ、この場合
には炭化けい素で被)■された炭素繊維が得られたが、
これはその強度が130Kp/−と大rjJK、低トし
たものであり、この繊維表面を電子顕微鏡で観察したと
ころ。
コレハネ均一に炭化けい素でWQ fWされているもの
であった。
実施例 実施イダh同じ反影【シ装置を便り1ル、この炉心管の
中ic il+触媒としての鉄の微粉末をその表向に均
一に散布したrIJ30 咽X長さ200慴×厚さ3闘
のアルミナ基根を設置して、これを1080℃に加熱し
、ここにベンゼンを10容量含有する水素ガスを700
 a、a、7分の割合で1時間導入したところ、この種
触媒上に炭素繊維の生成さす1.ていることがに忍めら
れた。
つぎに、この反応帯域の温度を1210℃に上げ、こ″
>にジメチルシランを5容@チ含む水素ガスを2000
.0.7分の割合で1時間心人してから。
加熱を止め、水素ガスだけを導入して冷却後、得られt
繊維状物をとり出してその物性をしらべたところ、これ
は平均繊維径14μm、平均長さ10.5ノ+771−
引張り強さz48Kp/−のもので、X線回折でしらべ
た結果、炭素繊細の表面に約1μmのβ−8iO層が被
覆されたものであった。
!t ft1コ(’)1f+Mrxs o o℃’) 
’J % 中テL7J 2411間711J熱後の引張
ヤ強さは242KF/−で7111熱前と殆んど変化が
なく、こ引、はまた6801:に保持されている溶融ア
ルミニウム浴中に30分間浸γパ後本異常がなく、アル
ミニウムと反1心しないものであった。
実施例 4゜ 実〃l+ml tと同様の反応装rwlを使用し、この
炉心77の中にポリアグリロニ) IJル糸高強度炭素
長繊維(Flit +11 )約2.5gを充填し、こ
青1.を1170℃1’U ノ111 Mしてから、こ
こにメプールシラン(OH5siHs )とメタンとを
それぞJl、5容童含有する水素ガスを2000.0.
7分の割合で30分間勾入したのら、加熱を止めて水素
ガスだけを9人して冷却させ、ついで、この用糾を取り
出して、こり、 ft箪子顕微鈍とX線回折でしらべた
ところ、これは炭素繊維の表面に約0.3 pmのβ−
81o とCとモル比が2/lである炭化けい素−炭素
の混合物で吸温されたものであることが4111誌され
た。
ツキvc、−この物性をしらべたところ、これは27 
(l Kg/ d)引張り強さを示し、これrX、t 
ft、 −800℃、24時曲の空気中での加熱後もそ
の引張り強さか262Kp/−で、耐酸化性に1−ぐ1
1.たものであっ7t。
なお、比較のために上記における反応ガスをジメチルシ
ランとベンゼンとをそjlぞ」]、5容惜係含有する水
素ガス2000.(4,/ ′ftとしたところ、得ら
れた繊維は炭素繊維の表面にβ−310とCのモル比が
l/35と炭素分の多い炭化けい素−炭紮のU合物で被
覆されたものとなり、このものに800℃、24時間の
空気中での加熱後に熱酸化されて著しく劣化し、繊B形
状は保っていたが強Utは全くなくなり、こ」1.はま
たlを融アルミニウム浴中に浸漬するとアルミニウムと
激しく反1心してηjli ili形状を失った、。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、炭素繊維上でSiX  (Xにハロゲン心子i几に
    酸素原子を示すン結合を含まない有機けい素化合物を気
    相熱分解させて、炭素繊維表面に炭化けい素を主体とす
    る被#に!全形11.させることを特徴とする炭化けい
    素被梢炭禦紙絣の製造方法。 2 有ハスけい素化合物がその分子中に少1cくとも1
    個の水素−けい&−結合を有するものである特if’l
    ’i4求の頓囲第1項記載の炭化けい素被〜炭素φ紐の
    製造方法。 3、有1ζすけい素化合物′ft700〜1400℃の
    温度で気相熱ケt))1イさ→すること全特徴と−「る
    特許請求の範囲第1項または第2項記載の炭化けい素被
    勾炭素鞄i11の製造方法。 4、有機けい素化合物に炭化水素化合物をそれらの気相
    熱分解により生成、する炭素と炭化けい累とのモル比が
    l以、下となる範囲で添J1(1することを特徴とする
    特n”(″請求の幀v+(ss t 」;q、第2項ま
    たは第3項記載の炭化けい素破侍炭素繊維の製造方法。
JP16549882A 1982-09-22 1982-09-22 炭化けい素被覆炭素繊維の製造方法 Granted JPS5959976A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4855091A (en) * 1985-04-15 1989-08-08 The Dow Chemical Company Method for the preparation of carbon filaments
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JP2003516476A (ja) * 1999-12-06 2003-05-13 スネクマ・プロピュルシオン・ソリド 有機ケイ素化合物の存在下でのセルロース系繊維状材料の炭化処理法

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