JPS642688B2 - - Google Patents
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- JPS642688B2 JPS642688B2 JP56044956A JP4495681A JPS642688B2 JP S642688 B2 JPS642688 B2 JP S642688B2 JP 56044956 A JP56044956 A JP 56044956A JP 4495681 A JP4495681 A JP 4495681A JP S642688 B2 JPS642688 B2 JP S642688B2
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は新規な炭素繊維の製造方法に関する。
更に詳細には、本発明はグラフアイト質原料を精
製し、精製されたグラフアイト質原料をプラズマ
中で加熱することによる炭素繊維の製造方法に関
する。
更に詳細には、本発明はグラフアイト質原料を精
製し、精製されたグラフアイト質原料をプラズマ
中で加熱することによる炭素繊維の製造方法に関
する。
本発明は次の発見および新しい知見を出発点と
して完成されたものである。すなわち、王水など
の鉱酸及び／又は塩素ガスなどのハロゲンガスで
の処理などにより精製したグラフアイト片を、直
流アークで生ずるアルゴンプラズマなどのプラズ
マ中で加熱することにより、長さ約20cm、１本の
太さが約7μｍの交叉や枝分れのないカーボンフ
イラメントの束を生成させることができるという
発見および新しい知見にもとづいて本発明はなさ
れたものである。
して完成されたものである。すなわち、王水など
の鉱酸及び／又は塩素ガスなどのハロゲンガスで
の処理などにより精製したグラフアイト片を、直
流アークで生ずるアルゴンプラズマなどのプラズ
マ中で加熱することにより、長さ約20cm、１本の
太さが約7μｍの交叉や枝分れのないカーボンフ
イラメントの束を生成させることができるという
発見および新しい知見にもとづいて本発明はなさ
れたものである。
従来、炭素質の繊維状物を製造する方法として
は、有機プレカーサー繊維を炭化する方法、一酸
化炭素、メタン、ヘプタンあるいはベンゼンのよ
うな高炭素成分化合物ガスを種々の固体物質の存
在下に加熱して熱分解させる方法などが知られて
いる。例えば、ハンストラ等による〔ジヤーナ
ル・オブ・クリスタル・グロウス第16巻71頁
（1972）〕〔J.Cryst.Growth16、71（1972）〕方法で
は、一酸化炭素を熱分解する方法でβ−炭化ケイ
素結晶上に直径３〜6μｍ、長さ１mm程度の円錘
−螺旋構造の炭素柱状物を得ている。又、小山
は、ベンゼンと水素の混合ガスの熱分解により紙
やすりで表面をこすつたグラフアイトブロツク上
に円柱渦巻状構造の炭素繊維を得ている〔炭素、
10、757（1972）〕。
は、有機プレカーサー繊維を炭化する方法、一酸
化炭素、メタン、ヘプタンあるいはベンゼンのよ
うな高炭素成分化合物ガスを種々の固体物質の存
在下に加熱して熱分解させる方法などが知られて
いる。例えば、ハンストラ等による〔ジヤーナ
ル・オブ・クリスタル・グロウス第16巻71頁
（1972）〕〔J.Cryst.Growth16、71（1972）〕方法で
は、一酸化炭素を熱分解する方法でβ−炭化ケイ
素結晶上に直径３〜6μｍ、長さ１mm程度の円錘
−螺旋構造の炭素柱状物を得ている。又、小山
は、ベンゼンと水素の混合ガスの熱分解により紙
やすりで表面をこすつたグラフアイトブロツク上
に円柱渦巻状構造の炭素繊維を得ている〔炭素、
10、757（1972）〕。
しかし、プラズマを用いて高度に生長した炭素
質繊維を製造する方法は全く知られていなかつ
た。
質繊維を製造する方法は全く知られていなかつ
た。
すなわち、本発明によれば、グラフアイト質原
料を精製し、精製されたグラフアイト質原料を電
子温度3400℃以上のプラズマ中で加熱することを
特徴とする炭素繊維の製造方法が提供される。
料を精製し、精製されたグラフアイト質原料を電
子温度3400℃以上のプラズマ中で加熱することを
特徴とする炭素繊維の製造方法が提供される。
本発明による炭素繊維の製造法の詳細につい
て、添付の図面を参照しながら説明する。
て、添付の図面を参照しながら説明する。
第１図は、本発明の方法による炭素繊維の製造
に用いる装置の一例を示すものであり、１は電
極、２は狭さくガス入口、３は狭さくガス入口、
４は支持体、５は精製グラフアイト、６はプラズ
マ、７は炭素繊維、８は石英管、９は冷却媒体出
入口、１０は電源である。第１図には、狭さくガ
スの一例としてアルゴンを示してある。
に用いる装置の一例を示すものであり、１は電
極、２は狭さくガス入口、３は狭さくガス入口、
４は支持体、５は精製グラフアイト、６はプラズ
マ、７は炭素繊維、８は石英管、９は冷却媒体出
入口、１０は電源である。第１図には、狭さくガ
スの一例としてアルゴンを示してある。
第１図において、一片の精製されたグラフオイ
ル（米国ユニオンカーバイド社製グラフアイトの
商品名）５を２個の炭素棒からなる電極１の間に
位置する支持体（炭素棒）４の上に載せ、つい
で、狭さくガスを約３／minの流速で狭さくガ
ス入口２，３からグラフオイル５の方向へ流しな
がら、２個の電極１によつて直流アーク中にプラ
ズマを発生させる。プラズマの焔は、狭さくガス
の流れがあるため、その流れの方向に傾いてい
る。第１図では、支持体４の上方（図面の上方）
に石英管８が取付けられているので、プラズマの
焔は石英管８の内部に沿つて長く伸びている。
ル（米国ユニオンカーバイド社製グラフアイトの
商品名）５を２個の炭素棒からなる電極１の間に
位置する支持体（炭素棒）４の上に載せ、つい
で、狭さくガスを約３／minの流速で狭さくガ
ス入口２，３からグラフオイル５の方向へ流しな
がら、２個の電極１によつて直流アーク中にプラ
ズマを発生させる。プラズマの焔は、狭さくガス
の流れがあるため、その流れの方向に傾いてい
る。第１図では、支持体４の上方（図面の上方）
に石英管８が取付けられているので、プラズマの
焔は石英管８の内部に沿つて長く伸びている。
プラズマの電子温度が約3400℃以上になると、
支持体４上に載せられたグラフアイト上から髪の
毛状の炭素繊維が束となつて生長してくる。この
生長機構は必ずしも明確ではないが、グラフアイ
ト上の根元から徐々に伸びてくるようであり、そ
の生長の度合が肉眼でも観察できるほどの速度
（例えば１cm／min）であつた。そして、図示し
た如く、炭素繊維がプラズマ中で発生し、狭さく
ガスの流れおよびプラズマの流れに沿つて生長
し、さらに石英管の内部に沿つてどんどん生長
し、支持体４上のグラフアイト５が完全に消費さ
れるまでに約20cmの長さにまで生長して行くこと
が明らかとなつた。
支持体４上に載せられたグラフアイト上から髪の
毛状の炭素繊維が束となつて生長してくる。この
生長機構は必ずしも明確ではないが、グラフアイ
ト上の根元から徐々に伸びてくるようであり、そ
の生長の度合が肉眼でも観察できるほどの速度
（例えば１cm／min）であつた。そして、図示し
た如く、炭素繊維がプラズマ中で発生し、狭さく
ガスの流れおよびプラズマの流れに沿つて生長
し、さらに石英管の内部に沿つてどんどん生長
し、支持体４上のグラフアイト５が完全に消費さ
れるまでに約20cmの長さにまで生長して行くこと
が明らかとなつた。
ここで、狭さくガスは例えばアルゴンのような
不活性気体であり、プラズマの温度は、電子温度
（電子の運動エネルギーを温度に換算したもの）
として3400℃以上、好ましくは4000℃以上、最高
13000℃まで採用できる。電子温度は、常法に従
い、発光スペクトルの線巾から求められる（昭和
48年電気学会発行、“放電ハンドブツク”、326頁
参照）。
不活性気体であり、プラズマの温度は、電子温度
（電子の運動エネルギーを温度に換算したもの）
として3400℃以上、好ましくは4000℃以上、最高
13000℃まで採用できる。電子温度は、常法に従
い、発光スペクトルの線巾から求められる（昭和
48年電気学会発行、“放電ハンドブツク”、326頁
参照）。
グラフアイト上から炭素繊維の生長する速度
は、プラズマ発生装置の種類や装置の形状、電子
温度、狭さくガス量、原料グラフアイトの精製の
程度などにより異なるが、例えば第１図の装置で
狭さくガス量を３／minとしたとき、電子温度
5000℃の場合、約１cm／minの速度で生長した。
狭さくガスの圧力は特に臨界的ではなく、普通、
１気圧程度の圧で十分好ましい結果が得られる。
は、プラズマ発生装置の種類や装置の形状、電子
温度、狭さくガス量、原料グラフアイトの精製の
程度などにより異なるが、例えば第１図の装置で
狭さくガス量を３／minとしたとき、電子温度
5000℃の場合、約１cm／minの速度で生長した。
狭さくガスの圧力は特に臨界的ではなく、普通、
１気圧程度の圧で十分好ましい結果が得られる。
本発明ではグラフアイト質物質を原料に用いる
ことが必須である。グラフアイト質原料となる材
料には、天然黒鉛、石油コークスなどの易黒鉛化
炭素を黒鉛化のための加熱処理に付して得られる
通常の人造黒鉛、あるいは熱分解黒鉛などが含ま
れる。又、本発明の方法においては、グラフアイ
ト質原料を可能なかぎり精製することが必要であ
る。例えば、グラフオイル（米国ユニオンカーバ
イト社製グラフアイトの商品名）を精製して鉄分
80ppm及び8ppmとしたものを調製し、その両者
を原料として本発明の方法を実施して炭素繊維の
生長を調べたところ、80ppmでも充分の生長はみ
られたがその生長速度は比較的小さいのに対し、
8ppmのものについては大きな生長が観察された。
グラフアイト質原料の精製は、鉄、ニツケル、コ
バルトなどの鉱物質不純物（一般に不純物の99％
以上が鉄である）の含量が80ppm以下、好ましく
は50ppm以下にまでするのが好ましい。
ことが必須である。グラフアイト質原料となる材
料には、天然黒鉛、石油コークスなどの易黒鉛化
炭素を黒鉛化のための加熱処理に付して得られる
通常の人造黒鉛、あるいは熱分解黒鉛などが含ま
れる。又、本発明の方法においては、グラフアイ
ト質原料を可能なかぎり精製することが必要であ
る。例えば、グラフオイル（米国ユニオンカーバ
イト社製グラフアイトの商品名）を精製して鉄分
80ppm及び8ppmとしたものを調製し、その両者
を原料として本発明の方法を実施して炭素繊維の
生長を調べたところ、80ppmでも充分の生長はみ
られたがその生長速度は比較的小さいのに対し、
8ppmのものについては大きな生長が観察された。
グラフアイト質原料の精製は、鉄、ニツケル、コ
バルトなどの鉱物質不純物（一般に不純物の99％
以上が鉄である）の含量が80ppm以下、好ましく
は50ppm以下にまでするのが好ましい。
グラフアイト質原料の精製には既知の種々の方
法が用いられるが、本発明では特に高度の精製が
必要であるため、例えば、塩酸、硝酸、フツ酸、
過塩素酸や特に王水などの１種又は２種以上の鉱
酸で洗浄する方法、更に好ましくは、上記の鉱酸
による洗浄によつて予備精製した後、あるいは予
備精製しないで、グラフアイト質原料を200℃以
上の高温度に加熱しながら、塩素、臭素、フツ
素、ヨウ素などのハロゲンガスの１種又は２種以
上の蒸気に接触する方法である。この際には、水
蒸気と共に用いるのが好ましい。又、塩化水素、
臭化水素、フツ化水素、ヨウ化水素の少くとも一
種の蒸気と接触させてもよい。特に好ましい方法
は、鉱酸、特に王水で洗浄を行なつた後、200℃
以上、好ましくは400℃以上の高温度に加熱しな
がら上記蒸気に接触せしめる方法である。又、上
記精製操作は必要に応じて何回もくり返すことが
できる。
法が用いられるが、本発明では特に高度の精製が
必要であるため、例えば、塩酸、硝酸、フツ酸、
過塩素酸や特に王水などの１種又は２種以上の鉱
酸で洗浄する方法、更に好ましくは、上記の鉱酸
による洗浄によつて予備精製した後、あるいは予
備精製しないで、グラフアイト質原料を200℃以
上の高温度に加熱しながら、塩素、臭素、フツ
素、ヨウ素などのハロゲンガスの１種又は２種以
上の蒸気に接触する方法である。この際には、水
蒸気と共に用いるのが好ましい。又、塩化水素、
臭化水素、フツ化水素、ヨウ化水素の少くとも一
種の蒸気と接触させてもよい。特に好ましい方法
は、鉱酸、特に王水で洗浄を行なつた後、200℃
以上、好ましくは400℃以上の高温度に加熱しな
がら上記蒸気に接触せしめる方法である。又、上
記精製操作は必要に応じて何回もくり返すことが
できる。
グラフアイト質原料中の鉱物質不純物の定量分
析は既知の方法で行なえばよいが、例えば、鉱物
質物質（例えば鉄分として塩化鉄）が既知量入つ
た標準グラフアイトサンプルとの比較の上で、Ｘ
線螢光分析装置（例えば理学電機製“ガイガーフ
レツクス”）によつて定量する方法が好ましく用
いられる（後で述べる実施例ではこの方法を用い
た）。又、原子吸光分光光度計（例えば、柳本社
製AA−500型）を用い各鉱物質物質を定量する
方法も用いることができる。
析は既知の方法で行なえばよいが、例えば、鉱物
質物質（例えば鉄分として塩化鉄）が既知量入つ
た標準グラフアイトサンプルとの比較の上で、Ｘ
線螢光分析装置（例えば理学電機製“ガイガーフ
レツクス”）によつて定量する方法が好ましく用
いられる（後で述べる実施例ではこの方法を用い
た）。又、原子吸光分光光度計（例えば、柳本社
製AA−500型）を用い各鉱物質物質を定量する
方法も用いることができる。
本発明の方法で得られる炭素繊維（以下“フイ
ラメント”という）の構造はＸ線回折、電子線回
折、走査型電子顕微鏡、レーザーラマン散乱
（Arイオンレーザー、励起波長488nｍ）により調
べた〔オベルリン、テリーヤ：ジヤーナル・オ
ブ・ミクロスコピ第14巻１頁（1972）；第21巻301
頁（1974）〕〔A.Oberlin and G.Terrie´re：J.
Microscopie14、１（1972）；21301（1974）〕。電気
抵抗率は直流４端子法により4.2〜300Kの範囲
で、磁気抵抗は1.7および4.2KでInterm−
agnetics超伝導マグネツトにより０〜120kOeの
範囲で測定した。
ラメント”という）の構造はＸ線回折、電子線回
折、走査型電子顕微鏡、レーザーラマン散乱
（Arイオンレーザー、励起波長488nｍ）により調
べた〔オベルリン、テリーヤ：ジヤーナル・オ
ブ・ミクロスコピ第14巻１頁（1972）；第21巻301
頁（1974）〕〔A.Oberlin and G.Terrie´re：J.
Microscopie14、１（1972）；21301（1974）〕。電気
抵抗率は直流４端子法により4.2〜300Kの範囲
で、磁気抵抗は1.7および4.2KでInterm−
agnetics超伝導マグネツトにより０〜120kOeの
範囲で測定した。
フイラメントの表面は滑らかで断面は円であ
り、全長にわたりほぼ一定の直径をもつていた。
フイラメント軸に垂直にＸ線を入射すると、軸に
垂直方向にグラフアイトの（OOl）、ｌ＝２、４、
６に相当する回折がアーク状に拡がつたスポツト
として現われた。これからフイラメントを形成す
るグラフアイト微結晶は、そのｃ軸がフイラメン
ト軸に垂直に配列しているが必ずしも十分に配向
していないことがわかつた。また、ラマン散乱ス
ペクトルには、1590cm-1と1370cm-1附近に同程度
の強度を持つブロードなピークを示し、これは高
配向熱分解黒鉛（HOPG）で見られるピーク
（1582cm-1附近のグラフアイト特有なピークと
1360cm-1附近の小さなブロードなピーク）とは異
なるピークを示した。
り、全長にわたりほぼ一定の直径をもつていた。
フイラメント軸に垂直にＸ線を入射すると、軸に
垂直方向にグラフアイトの（OOl）、ｌ＝２、４、
６に相当する回折がアーク状に拡がつたスポツト
として現われた。これからフイラメントを形成す
るグラフアイト微結晶は、そのｃ軸がフイラメン
ト軸に垂直に配列しているが必ずしも十分に配向
していないことがわかつた。また、ラマン散乱ス
ペクトルには、1590cm-1と1370cm-1附近に同程度
の強度を持つブロードなピークを示し、これは高
配向熱分解黒鉛（HOPG）で見られるピーク
（1582cm-1附近のグラフアイト特有なピークと
1360cm-1附近の小さなブロードなピーク）とは異
なるピークを示した。
グラフアイト微結晶はその層面がフイラメント
中心軸のまわりで同心円をなしているのか、それ
とも層面が中心から放射状に配列しているのかを
明らかにするため、直径1μｍの細い電子線ビー
ム（50keV）をフイラメント軸に垂直に、しかも
その表面をかすめるように入射させ、その表面層
のみによる電子線回折を調べたところ、その部分
のグラフアイト微結晶の層面は、試料表面に平行
であることがわかつた。試料を軸のまわりに回転
しても回折像には変化がないことから、このフイ
ラメントはグラフアイト微結晶がそのｃ軸をフイ
ラメント軸に垂直に、しかもその層面が同心円を
なして配列している構造をもつていることが明ら
かになつた。さらに、1000keV電子線ビームを入
射させ、暗視野電子鏡検法でフイラメントの構造
を調べたところ、フイラメントが第２図のように
３つの部分から成つていることが明らかとなつ
た。即ち外側のシース１１と内側のシース１２お
よびコア１３からなつている。外側のシース部分
は、内側のシース部分より明るい（002）暗視野
像を示し、内側のシース部分より暗い（100）暗
視野像を示した。コア部分はいかなる電子線回折
パターンをも示さなかつた。これらのことから、
外側のシース部分は主としてグラフアイト微結晶
の層面が円周方向に配向したグラフアイト層であ
り、内側のシース部分は主に繊維軸の中心に向つ
て配向したグラフアイト層であり、コアは恐らく
わずかの結晶を含むかまたは非晶質物質からなつ
ているようである。
中心軸のまわりで同心円をなしているのか、それ
とも層面が中心から放射状に配列しているのかを
明らかにするため、直径1μｍの細い電子線ビー
ム（50keV）をフイラメント軸に垂直に、しかも
その表面をかすめるように入射させ、その表面層
のみによる電子線回折を調べたところ、その部分
のグラフアイト微結晶の層面は、試料表面に平行
であることがわかつた。試料を軸のまわりに回転
しても回折像には変化がないことから、このフイ
ラメントはグラフアイト微結晶がそのｃ軸をフイ
ラメント軸に垂直に、しかもその層面が同心円を
なして配列している構造をもつていることが明ら
かになつた。さらに、1000keV電子線ビームを入
射させ、暗視野電子鏡検法でフイラメントの構造
を調べたところ、フイラメントが第２図のように
３つの部分から成つていることが明らかとなつ
た。即ち外側のシース１１と内側のシース１２お
よびコア１３からなつている。外側のシース部分
は、内側のシース部分より明るい（002）暗視野
像を示し、内側のシース部分より暗い（100）暗
視野像を示した。コア部分はいかなる電子線回折
パターンをも示さなかつた。これらのことから、
外側のシース部分は主としてグラフアイト微結晶
の層面が円周方向に配向したグラフアイト層であ
り、内側のシース部分は主に繊維軸の中心に向つ
て配向したグラフアイト層であり、コアは恐らく
わずかの結晶を含むかまたは非晶質物質からなつ
ているようである。
本発明のカーボンフイラメントのフイラメント
軸方向の電気抵抗率は1300μΩcm（300K）であ
り、温度を下げると4.2Kまで単調に増加した。
4.2Kと300Kにおける抵抗率の比（ρ4.2／ρ300）
は1.13である。カーボンフイラメントを3000℃に
加熱すると、電気抵抗率が半分に減少したが、
3000℃で加熱した場合と3400℃で加熱した場合と
では、電気抵抗率の値に相違は認められなかつ
た。フイラメント軸に垂直にかけた磁場に対し、
1.7および4.2K、０〜120kOeの全域において、カ
ーボンフイラメントは正の横磁気抵抗を示した。
フイラメント軸のまわりに試料を回転しても、磁
気抵抗の値に相違は認められなかつた。
軸方向の電気抵抗率は1300μΩcm（300K）であ
り、温度を下げると4.2Kまで単調に増加した。
4.2Kと300Kにおける抵抗率の比（ρ4.2／ρ300）
は1.13である。カーボンフイラメントを3000℃に
加熱すると、電気抵抗率が半分に減少したが、
3000℃で加熱した場合と3400℃で加熱した場合と
では、電気抵抗率の値に相違は認められなかつ
た。フイラメント軸に垂直にかけた磁場に対し、
1.7および4.2K、０〜120kOeの全域において、カ
ーボンフイラメントは正の横磁気抵抗を示した。
フイラメント軸のまわりに試料を回転しても、磁
気抵抗の値に相違は認められなかつた。
このようにして得られた炭素繊維は、その物理
的性能において特異性があり、特に従来のそれら
と著しく異なるのは、炭素含量が実質的に100％
であるにもかかわらず、手で折り曲げるとしなや
かに曲がることがあつても折れることがないた
め、従来の炭素繊維と同様の用途に充分向いてい
るばかりか、従来の高ヤング率をもつ有機繊維、
例えばケブラー（米国デユポン社製の有機繊維の
商品名）の用途にも充分向いていることである。
的性能において特異性があり、特に従来のそれら
と著しく異なるのは、炭素含量が実質的に100％
であるにもかかわらず、手で折り曲げるとしなや
かに曲がることがあつても折れることがないた
め、従来の炭素繊維と同様の用途に充分向いてい
るばかりか、従来の高ヤング率をもつ有機繊維、
例えばケブラー（米国デユポン社製の有機繊維の
商品名）の用途にも充分向いていることである。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明は実施例の範囲に限定されるもので
はない。
るが、本発明は実施例の範囲に限定されるもので
はない。
実施例 １
一片のグラフオイルジー・テー・エー
（GRAFOIL GTA、米国ユニオンカーバイト社
製グラフアイトの商品名）を王水中に一昼夜浸漬
した。浸漬後の１片のグラフオイルはのり状の状
態を呈しており、この物質を水洗した。ついで水
洗後の物質を湿式塩素ガス雰囲気中で800℃、10
分間加熱し、この加熱操作を３回くり返し行なつ
た。得られた精製グラフオイルの鉄含量は8ppm
であつた。
（GRAFOIL GTA、米国ユニオンカーバイト社
製グラフアイトの商品名）を王水中に一昼夜浸漬
した。浸漬後の１片のグラフオイルはのり状の状
態を呈しており、この物質を水洗した。ついで水
洗後の物質を湿式塩素ガス雰囲気中で800℃、10
分間加熱し、この加熱操作を３回くり返し行なつ
た。得られた精製グラフオイルの鉄含量は8ppm
であつた。
第１図に示した装置を用いて、精製したグラフ
オイル520mgを、２個の炭素棒からなる電極１の
間に位置する炭素棒支持体４の上に載せ、ついで
直流アーク（電流30A）中に発生するアルゴンプ
ラズマによつて加熱した。この時のプラズマの温
度は電子温度として5000℃であつた。又、アルゴ
ンは狭さくガス入口２から0.5／min、狭さく
ガス入口３から２／minで流した。
オイル520mgを、２個の炭素棒からなる電極１の
間に位置する炭素棒支持体４の上に載せ、ついで
直流アーク（電流30A）中に発生するアルゴンプ
ラズマによつて加熱した。この時のプラズマの温
度は電子温度として5000℃であつた。又、アルゴ
ンは狭さくガス入口２から0.5／min、狭さく
ガス入口３から２／minで流した。
プラズマの温度が電子温度として約3400℃に達
した時、支持体上に載せてある精製グラフオイル
上から肉眼でもわかる速度でヘアー状の炭素繊維
が生長して来た。この際の生長速度はほぼ１cm／
minの早さであつた。そしてその生長は精製グラ
フオイルが完全に消費されるまで続き、生長の方
向は、プラズマの流れの中でその流れのほぼ中心
に沿つて進んだ。得られた炭素繊維の束のフイラ
メントは、ほぼ20cmの長さと約7μｍの直径をそ
れぞれもち、各フイラメントは表面形態のいたつ
て滑らかな円形の断面をもつていた。そして、そ
の円形断面の直径は全繊維長にわたつてほぼ一定
のものであり、交叉枝分かれのないものであつ
た。得られた炭素繊維のヤング率は2.1〜2.2×
1011パスカルであり、その比重は1.919×103Kg／
m3であつた。その表面の走査型電子顕微鏡（日立
製作所製Ｓ−450、以下同じ）写真を第３図に示
す。
した時、支持体上に載せてある精製グラフオイル
上から肉眼でもわかる速度でヘアー状の炭素繊維
が生長して来た。この際の生長速度はほぼ１cm／
minの早さであつた。そしてその生長は精製グラ
フオイルが完全に消費されるまで続き、生長の方
向は、プラズマの流れの中でその流れのほぼ中心
に沿つて進んだ。得られた炭素繊維の束のフイラ
メントは、ほぼ20cmの長さと約7μｍの直径をそ
れぞれもち、各フイラメントは表面形態のいたつ
て滑らかな円形の断面をもつていた。そして、そ
の円形断面の直径は全繊維長にわたつてほぼ一定
のものであり、交叉枝分かれのないものであつ
た。得られた炭素繊維のヤング率は2.1〜2.2×
1011パスカルであり、その比重は1.919×103Kg／
m3であつた。その表面の走査型電子顕微鏡（日立
製作所製Ｓ−450、以下同じ）写真を第３図に示
す。
得られた繊維の構造はｘ線回折、電子線回折、
レーザーラマン散乱（Arイオンレーザー、488n
ｍ）などにより調べた。その結果得られたフイラ
メントの構造は、第２図のようにいずれの場合も
基本的に３つの部分から成つていることが明らか
となつた。即ち外側のシース１１と内側のシース
１２およびコア１３からなつている。外側のシー
スの厚みは約0.7μｍであり、主としてグラフアイ
ト微結晶の層面が円周方向に沿つて配向したグラ
フアイト層であり、内側のシースの厚みは、約
1.4μｍであり、主に繊維軸の中心に向つて配向し
たグラフアイト層であるが、外側のシース及び内
側のシースにおけるグラフアイト微結晶の層面は
本発明のカーボン繊維を2500℃以上の温度で加熱
処理して得られるグラフアイト繊維に比べ必ずし
も十分に配向していなかつた。又、コアは約2.8μ
ｍの径をもち、この部分はいかなる電子線回折パ
ターンをも示さなかつたのである。恐らくわずか
の結晶を含むかまたは非晶質部分からなつている
ようであつた。
レーザーラマン散乱（Arイオンレーザー、488n
ｍ）などにより調べた。その結果得られたフイラ
メントの構造は、第２図のようにいずれの場合も
基本的に３つの部分から成つていることが明らか
となつた。即ち外側のシース１１と内側のシース
１２およびコア１３からなつている。外側のシー
スの厚みは約0.7μｍであり、主としてグラフアイ
ト微結晶の層面が円周方向に沿つて配向したグラ
フアイト層であり、内側のシースの厚みは、約
1.4μｍであり、主に繊維軸の中心に向つて配向し
たグラフアイト層であるが、外側のシース及び内
側のシースにおけるグラフアイト微結晶の層面は
本発明のカーボン繊維を2500℃以上の温度で加熱
処理して得られるグラフアイト繊維に比べ必ずし
も十分に配向していなかつた。又、コアは約2.8μ
ｍの径をもち、この部分はいかなる電子線回折パ
ターンをも示さなかつたのである。恐らくわずか
の結晶を含むかまたは非晶質部分からなつている
ようであつた。
実施例 ２
原料グラフオイルの精製を、グラフオイルを王
水で一昼夜浸漬しただけで鉄含量80ppmにしたも
のをプラズマ中で加熱した以外は、実施例１と同
様に行なつた。得られた炭素繊維の束の各フイラ
メントは約0.2cmの長さを持ち、直径は約１〜5μ
ｍのものが得られた。
水で一昼夜浸漬しただけで鉄含量80ppmにしたも
のをプラズマ中で加熱した以外は、実施例１と同
様に行なつた。得られた炭素繊維の束の各フイラ
メントは約0.2cmの長さを持ち、直径は約１〜5μ
ｍのものが得られた。
比較例 １
原料グラフオイルの精製を全く行なわないで、
原料グラフオイル（鉄含量1300±300ppm）をそ
のままプラズマ中で加熱したところ、炭素繊維は
全く成長しなかつた。
原料グラフオイル（鉄含量1300±300ppm）をそ
のままプラズマ中で加熱したところ、炭素繊維は
全く成長しなかつた。
第１図は本発明による炭素繊維の製造に用いる
装置の一例であり、第２図は本発明によつて得ら
れた繊維の一例の断面拡大図であり、第３図は本
発明の方法で得られた炭素繊維表面の走査型電子
顕微鏡写真（8000倍）である。 １……電極、２，３……狭さくガス入口、５…
…精製グラフアイト、６……プラズマ、７……炭
素繊維束。
装置の一例であり、第２図は本発明によつて得ら
れた繊維の一例の断面拡大図であり、第３図は本
発明の方法で得られた炭素繊維表面の走査型電子
顕微鏡写真（8000倍）である。 １……電極、２，３……狭さくガス入口、５…
…精製グラフアイト、６……プラズマ、７……炭
素繊維束。
Claims (1)
- １ グラフアイト質原料を精製し、精製されたグ
ラフアイト質原料をプラズマ中で加熱することを
特徴とする炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56044956A JPS57161129A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Production of carbon fiber and its derivative |
| US06/299,604 US4435375A (en) | 1981-03-27 | 1981-09-04 | Method for producing a carbon filament and derivatives thereof |
| CA000385322A CA1179479A (en) | 1981-03-27 | 1981-09-04 | Method for producing a carbon filament and derivatives thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56044956A JPS57161129A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Production of carbon fiber and its derivative |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21136681A Division JPS57161130A (en) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | Production of graphite fiber |
| JP21136781A Division JPS57161131A (en) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | Production of interlaminar compound between alkali metal and carbon fiber or graphite fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57161129A JPS57161129A (en) | 1982-10-04 |
| JPS642688B2 true JPS642688B2 (ja) | 1989-01-18 |
Family
ID=12705931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56044956A Granted JPS57161129A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Production of carbon fiber and its derivative |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4435375A (ja) |
| JP (1) | JPS57161129A (ja) |
| CA (1) | CA1179479A (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59187622A (ja) * | 1983-04-05 | 1984-10-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 高導電性グラフアイト長繊維及びその製造方法 |
| US4855091A (en) * | 1985-04-15 | 1989-08-08 | The Dow Chemical Company | Method for the preparation of carbon filaments |
| JPS62117820A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-05-29 | Nitto Boseki Co Ltd | 炭素繊維チヨツプドストランドの製造方法 |
| US4923637A (en) * | 1987-06-24 | 1990-05-08 | Yazaki Corporation | High conductivity carbon fiber |
| US5106606A (en) * | 1989-10-02 | 1992-04-21 | Yazaki Corporation | Fluorinated graphite fibers and method of manufacturing them |
| US5224030A (en) * | 1990-03-30 | 1993-06-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Semiconductor cooling apparatus |
| US7494638B1 (en) * | 1990-08-30 | 2009-02-24 | Mitsubishi Corporation | Form of carbon |
| US5591312A (en) * | 1992-10-09 | 1997-01-07 | William Marsh Rice University | Process for making fullerene fibers |
| JPH07206585A (ja) * | 1994-01-13 | 1995-08-08 | Fujitsu Ltd | 炭素分子線源セル |
| US5686182A (en) * | 1995-09-28 | 1997-11-11 | Xerox Corporation | Conductive carrier compositions and processes for making and using |
| JPH09249407A (ja) * | 1996-03-14 | 1997-09-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 黒鉛複合物およびその製造方法 |
| US7132161B2 (en) * | 1999-06-14 | 2006-11-07 | Energy Science Laboratories, Inc. | Fiber adhesive material |
| US6913075B1 (en) | 1999-06-14 | 2005-07-05 | Energy Science Laboratories, Inc. | Dendritic fiber material |
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