JPH07331536A - ピッチ系炭素繊維 - Google Patents
ピッチ系炭素繊維Info
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- JPH07331536A JPH07331536A JP7085672A JP8567295A JPH07331536A JP H07331536 A JPH07331536 A JP H07331536A JP 7085672 A JP7085672 A JP 7085672A JP 8567295 A JP8567295 A JP 8567295A JP H07331536 A JPH07331536 A JP H07331536A
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- JP
- Japan
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- carbon fiber
- pitch
- woven fabric
- thermal conductivity
- graphite
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- Inorganic Fibers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高熱伝導率と高引張弾性率、高圧縮強度を併
せ持つ炭素繊維とこれを用いた各種材料を提供するこ
と。 【構成】 繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５００Ｗ
／ｍ・ｋ、引張弾性率が８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧縮
強度が３５ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、黒鉛結晶の積層厚
みＬｃが、３０〜５０ｎｍ、Ｌａ／Ｌｃが１．５以上、
繊維軸方向断面のドメインサイズが実質的に５００ｎｍ
以下であるピッチ系炭素繊維。
せ持つ炭素繊維とこれを用いた各種材料を提供するこ
と。 【構成】 繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５００Ｗ
／ｍ・ｋ、引張弾性率が８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧縮
強度が３５ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、黒鉛結晶の積層厚
みＬｃが、３０〜５０ｎｍ、Ｌａ／Ｌｃが１．５以上、
繊維軸方向断面のドメインサイズが実質的に５００ｎｍ
以下であるピッチ系炭素繊維。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピッチ系炭素繊維および
ピッチ系炭素繊維織物およびそれらの製造方法に係わる
ものである。本発明により製造されるピッチ系炭素繊維
およびその織物は高強度で高弾性で且高熱伝導の性状を
示すものであって、高い寸法安定性、耐熱衝撃性の要求
される宇宙用構造材料や、高エネルギー密度エレクトロ
ニックデバイスの放熱用材料に好適に使用される。
ピッチ系炭素繊維織物およびそれらの製造方法に係わる
ものである。本発明により製造されるピッチ系炭素繊維
およびその織物は高強度で高弾性で且高熱伝導の性状を
示すものであって、高い寸法安定性、耐熱衝撃性の要求
される宇宙用構造材料や、高エネルギー密度エレクトロ
ニックデバイスの放熱用材料に好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】高性能の炭素繊維は、ポリアクリロニト
リル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維とピッチ
類を原料とするピッチ系炭素繊維に大別され、それぞれ
高比強度、高比弾性率という特徴を生かして航空機用材
料、スポーツ用品用材料、建築用材料等として広く用い
られている。
リル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維とピッチ
類を原料とするピッチ系炭素繊維に大別され、それぞれ
高比強度、高比弾性率という特徴を生かして航空機用材
料、スポーツ用品用材料、建築用材料等として広く用い
られている。
【０００３】しかし、大きな温度分布の下での寸法安定
性や、耐熱衝撃性の要求される宇宙用材料や、高エネル
ギー密度化の進み続けるエレクトロニックデバイスの放
熱用材料等の用途では、上述の機械的性質に加え高い熱
伝導率が要求され、これまでも炭素繊維の熱伝導率を向
上させる為に多くの検討がなされてきた。しかし、市販
されているＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ
・ｋよりも小さい。
性や、耐熱衝撃性の要求される宇宙用材料や、高エネル
ギー密度化の進み続けるエレクトロニックデバイスの放
熱用材料等の用途では、上述の機械的性質に加え高い熱
伝導率が要求され、これまでも炭素繊維の熱伝導率を向
上させる為に多くの検討がなされてきた。しかし、市販
されているＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ
・ｋよりも小さい。
【０００４】一方、ピッチ系炭素繊維は、一般にＰＡＮ
系炭素繊維に比べ、高熱伝導率を達成し易いと確認され
ているが、市販されているピッチ系炭素繊維の熱伝導率
は通常７００Ｗ／ｍ・ｋよりも小さい。最近、ピッチの
軟化点、紡糸温度、焼成温度を規定することによりさら
に高熱伝導の炭素繊維を製造する方法が提案されている
（特開平２−２４２９１９号公報、特開平４−１６３３
１８号公報、特開平４−１６３３１９号公報）。
系炭素繊維に比べ、高熱伝導率を達成し易いと確認され
ているが、市販されているピッチ系炭素繊維の熱伝導率
は通常７００Ｗ／ｍ・ｋよりも小さい。最近、ピッチの
軟化点、紡糸温度、焼成温度を規定することによりさら
に高熱伝導の炭素繊維を製造する方法が提案されている
（特開平２−２４２９１９号公報、特開平４−１６３３
１８号公報、特開平４−１６３３１９号公報）。
【０００５】しかしながら、熱伝導率５００〜１５００
Ｗ／ｍ・Ｋと高いものであって且、圧縮強度が３５ｋｇ
／ｍｍ2 以上の高圧縮強度の炭素繊維又は、引張強度が
４００ｋｇ／ｍｍ2 以上である高引張強度の炭素繊維お
よびその製造方法は報告されていない。そして上述の様
な特性を具備した炭素繊維により製織された織物も報告
されるに至っていない。
Ｗ／ｍ・Ｋと高いものであって且、圧縮強度が３５ｋｇ
／ｍｍ2 以上の高圧縮強度の炭素繊維又は、引張強度が
４００ｋｇ／ｍｍ2 以上である高引張強度の炭素繊維お
よびその製造方法は報告されていない。そして上述の様
な特性を具備した炭素繊維により製織された織物も報告
されるに至っていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように高熱伝導
率の炭素繊維が開発されつつあるものの強度面、弾性率
面で特性が不足している為に応用分野での加工性や強度
特性の不足により、使用しづらく改良が要求されてい
た。
率の炭素繊維が開発されつつあるものの強度面、弾性率
面で特性が不足している為に応用分野での加工性や強度
特性の不足により、使用しづらく改良が要求されてい
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上課題を
解決すべく、鋭意検討した結果、黒鉛結晶の積層厚みＬ
ｃと黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａとの比（Ｌａ／Ｌ
ｃ）、さらにドメインサイズが適度な大きさになる様に
調節された原料炭素繊維を特殊な条件下で黒鉛化するこ
とにより達成されることを見出し本発明に到達した。
解決すべく、鋭意検討した結果、黒鉛結晶の積層厚みＬ
ｃと黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａとの比（Ｌａ／Ｌ
ｃ）、さらにドメインサイズが適度な大きさになる様に
調節された原料炭素繊維を特殊な条件下で黒鉛化するこ
とにより達成されることを見出し本発明に到達した。
【０００８】すなわち本発明の目的は、高熱伝導率でか
つ圧縮強度と引張弾性率に同時にすぐれる炭素繊維及び
これを用いた各種材料を提供しようとするものであり、
かかる目的は、繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５０
０Ｗ／ｍ・Ｋ引張弾性率が８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧
縮強度が３５ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、黒鉛結晶の積層
厚みＬｃが３０〜５０ｎｍ、黒鉛結晶の層面方向の広が
りＬａとの比（Ｌａ／Ｌｃ）が１．５以上であり且繊維
軸方向の断面を１０００倍の倍率で偏光顕微鏡で観察さ
れるドメインサイズが実質的に５００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とするピッチ系炭素繊維により容易に達成され
る。
つ圧縮強度と引張弾性率に同時にすぐれる炭素繊維及び
これを用いた各種材料を提供しようとするものであり、
かかる目的は、繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５０
０Ｗ／ｍ・Ｋ引張弾性率が８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧
縮強度が３５ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、黒鉛結晶の積層
厚みＬｃが３０〜５０ｎｍ、黒鉛結晶の層面方向の広が
りＬａとの比（Ｌａ／Ｌｃ）が１．５以上であり且繊維
軸方向の断面を１０００倍の倍率で偏光顕微鏡で観察さ
れるドメインサイズが実質的に５００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とするピッチ系炭素繊維により容易に達成され
る。
【０００９】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明で用いる炭素繊維を得るための紡糸ピッチとしては、
配向しやすい分子種が形成されており、光学的に異方性
の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はな
い。
明で用いる炭素繊維を得るための紡糸ピッチとしては、
配向しやすい分子種が形成されており、光学的に異方性
の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はな
い。
【００１０】紡糸ピッチを得るための炭素質原料として
は、例えば、石炭系のコールタール、コールタールピッ
チ、石炭液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、ま
たは、ナフタレンやアントラセンの触媒反応による重合
反応生成物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、
フリーカーボン、未溶解石炭、灰分、触媒等の不純物が
含まれているが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、
あるいは溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法で
あらかじめ除去しておくことが望ましい。
は、例えば、石炭系のコールタール、コールタールピッ
チ、石炭液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、ま
たは、ナフタレンやアントラセンの触媒反応による重合
反応生成物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、
フリーカーボン、未溶解石炭、灰分、触媒等の不純物が
含まれているが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、
あるいは溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法で
あらかじめ除去しておくことが望ましい。
【００１１】また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処
理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、
あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処
理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
本発明においては、４０％以上、好ましくは、７０％以
上、さらに好ましくは９０％以上の光学的異方性組織を
含む炭素質原料が好適であり、このために前述の炭素質
原料を必要によっては、通常３５０〜５００℃、好まし
くは３８０〜４５０℃で、２分から５０時間、好ましく
は５分〜５時間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガ
ス雰囲気下、あるいは、吹き込み下に加熱処理すること
がある。
理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、
あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処
理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
本発明においては、４０％以上、好ましくは、７０％以
上、さらに好ましくは９０％以上の光学的異方性組織を
含む炭素質原料が好適であり、このために前述の炭素質
原料を必要によっては、通常３５０〜５００℃、好まし
くは３８０〜４５０℃で、２分から５０時間、好ましく
は５分〜５時間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガ
ス雰囲気下、あるいは、吹き込み下に加熱処理すること
がある。
【００１２】本発明でいうピッチの光学的異方性組織割
合は、常温下、偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異
方性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体
的には、例えば、ピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕したもの
を、常法にしたがって２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全
面に試料片を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくま
なく偏光顕微鏡（１００倍率）下で観察し、試料の全表
面積に占める光学的異方性部分の面積の割合を測定する
ことによって求める。
合は、常温下、偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異
方性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体
的には、例えば、ピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕したもの
を、常法にしたがって２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全
面に試料片を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくま
なく偏光顕微鏡（１００倍率）下で観察し、試料の全表
面積に占める光学的異方性部分の面積の割合を測定する
ことによって求める。
【００１３】高熱伝導率の炭素繊維を調製するに先立っ
て行われた種々の検討の結果、炭素繊維の熱伝導率は、
炭素繊維を構成する黒鉛結晶子の大きさのみに支配され
ていることが判明した。すなわち、炭素繊維は、その原
料や製法によらず、黒鉛結晶子が大きい程、格子欠陥に
よる電気および熱のキャリアーの散乱が小さくなり、熱
伝導率が大きくなる。
て行われた種々の検討の結果、炭素繊維の熱伝導率は、
炭素繊維を構成する黒鉛結晶子の大きさのみに支配され
ていることが判明した。すなわち、炭素繊維は、その原
料や製法によらず、黒鉛結晶子が大きい程、格子欠陥に
よる電気および熱のキャリアーの散乱が小さくなり、熱
伝導率が大きくなる。
【００１４】一方、ピッチ系炭素繊維の引張強度、圧縮
強度は上述の黒鉛結晶子が集合した構造、すなわち０．
１μｍから１００μｍ程度の大きさで評価される“組織
構造”によって支配される（大谷杉郎、真田雄三著、炭
素化工学の基礎オーム社（１９８０）１３０）。つまり
結晶子サイズより大きな構造体の云わば境界の様な所に
存する大きなボイドが強度を支配しており、本発明の炭
素繊維のように、３５ｋｇ／ｍｍ2 以上の高圧縮強度、
８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上の高引張弾性率にするにはこの
ボイドを極力小さく、少なくする必要がある。
強度は上述の黒鉛結晶子が集合した構造、すなわち０．
１μｍから１００μｍ程度の大きさで評価される“組織
構造”によって支配される（大谷杉郎、真田雄三著、炭
素化工学の基礎オーム社（１９８０）１３０）。つまり
結晶子サイズより大きな構造体の云わば境界の様な所に
存する大きなボイドが強度を支配しており、本発明の炭
素繊維のように、３５ｋｇ／ｍｍ2 以上の高圧縮強度、
８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上の高引張弾性率にするにはこの
ボイドを極力小さく、少なくする必要がある。
【００１５】この“組織構造”は走査型電子顕微鏡で４
０００〜１００００倍に拡大して観察することが出来、
又、偏光顕微鏡で４００〜１５００倍に拡大して“ドメ
イン”として観察することも出来る。本発明の炭素繊維
では１０００倍で観察した時に５００ｎｍ以下であるド
メインから実質的になっている。
０００〜１００００倍に拡大して観察することが出来、
又、偏光顕微鏡で４００〜１５００倍に拡大して“ドメ
イン”として観察することも出来る。本発明の炭素繊維
では１０００倍で観察した時に５００ｎｍ以下であるド
メインから実質的になっている。
【００１６】炭素繊維は、ピッチ繊維の段階におけるピ
ッチ繊維軸方向へ配向性が良いほど、後の炭化又は黒鉛
化工程において炭素繊維の黒鉛結晶子が大きくなりやす
いことと、炭素繊維の“組織構造”又は“ドメイン”が
大きくなりすぎると強度面での特性が低下することを考
え合わせ、本発明者等は炭素繊維の熱伝導率を大きくし
且圧縮強度、引張強度の高いものを製造する為には、ま
ず紡糸工程において配向性の良いピッチを用い且つ必要
以上に大きな“ドメイン”を有するピッチ繊維にならな
い様にすることが重要であり具体的にはドメインサイズ
が５００ｎｍ以下になる様にする必要があり、そのため
には、例えば前述のピッチからピッチ繊維を紡糸する際
に、ピッチ分子の配向性を高めるとともに、延伸による
配向の乱れを小さくするために、吐出孔における紡糸ピ
ッチの粘度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸を行な
い非常に配向性の良いピッチ繊維を調製する。その際の
温度は通常ピッチのメトラー軟化点より３２℃以上、４
５℃以下、好ましくは３６０℃以上４２℃以下の温度で
あるのが望ましい。
ッチ繊維軸方向へ配向性が良いほど、後の炭化又は黒鉛
化工程において炭素繊維の黒鉛結晶子が大きくなりやす
いことと、炭素繊維の“組織構造”又は“ドメイン”が
大きくなりすぎると強度面での特性が低下することを考
え合わせ、本発明者等は炭素繊維の熱伝導率を大きくし
且圧縮強度、引張強度の高いものを製造する為には、ま
ず紡糸工程において配向性の良いピッチを用い且つ必要
以上に大きな“ドメイン”を有するピッチ繊維にならな
い様にすることが重要であり具体的にはドメインサイズ
が５００ｎｍ以下になる様にする必要があり、そのため
には、例えば前述のピッチからピッチ繊維を紡糸する際
に、ピッチ分子の配向性を高めるとともに、延伸による
配向の乱れを小さくするために、吐出孔における紡糸ピ
ッチの粘度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸を行な
い非常に配向性の良いピッチ繊維を調製する。その際の
温度は通常ピッチのメトラー軟化点より３２℃以上、４
５℃以下、好ましくは３６０℃以上４２℃以下の温度で
あるのが望ましい。
【００１７】さらにドメインサイズを小さくする為にノ
ズル孔内部に液晶ピッチの流路を分断する為の充填物を
設置しておくことが好ましい。この充填物としては４０
〜２０００メッシュ、好ましくは１００〜１０００メッ
シュのフィルターを用いることが出来る。この充填物は
ノズル孔内の流路を分断する機能をもつものであれば何
でも用いることが出来る。例えば金属やセラミックガラ
スのビーズ状のもの、剪断濾過材として使用されるメタ
ルパウダーなどでも用いることが可能である。
ズル孔内部に液晶ピッチの流路を分断する為の充填物を
設置しておくことが好ましい。この充填物としては４０
〜２０００メッシュ、好ましくは１００〜１０００メッ
シュのフィルターを用いることが出来る。この充填物は
ノズル孔内の流路を分断する機能をもつものであれば何
でも用いることが出来る。例えば金属やセラミックガラ
スのビーズ状のもの、剪断濾過材として使用されるメタ
ルパウダーなどでも用いることが可能である。
【００１８】このようにして得られたピッチ繊維を、常
法にしたがって不融化し、所望の温度で炭化および／ま
たは黒鉛化を行うことにより本発明の炭素繊維の“原料
となる炭素繊維”を得る。
法にしたがって不融化し、所望の温度で炭化および／ま
たは黒鉛化を行うことにより本発明の炭素繊維の“原料
となる炭素繊維”を得る。
【００１９】具体的にはピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気
中で、３００〜３８０℃で加熱処理することにより、不
融化繊維トウを得る。更にこの不融化繊維トウを窒素、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気中通常、８００〜３００
０℃で炭化、黒鉛化される。この際の炭化、黒鉛化処理
は得られた炭化又は黒鉛化繊維の炭素含有量が９７％以
上になる温度、好ましくは９９％以上になる温度で処理
される。この様な温度で処理しておくことで次工程での
黒鉛化処理での炭素繊維の炭素化収縮による寸法変化を
極力小さく抑制し、糸傷みによる炭素繊維強度の低下を
未然に防止することが出来る。
中で、３００〜３８０℃で加熱処理することにより、不
融化繊維トウを得る。更にこの不融化繊維トウを窒素、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気中通常、８００〜３００
０℃で炭化、黒鉛化される。この際の炭化、黒鉛化処理
は得られた炭化又は黒鉛化繊維の炭素含有量が９７％以
上になる温度、好ましくは９９％以上になる温度で処理
される。この様な温度で処理しておくことで次工程での
黒鉛化処理での炭素繊維の炭素化収縮による寸法変化を
極力小さく抑制し、糸傷みによる炭素繊維強度の低下を
未然に防止することが出来る。
【００２０】次に通常の方法で表面処理したのちサイジ
ング剤を繊維に対し０．２〜１０重量％、好ましくは
０．５〜７重量％添着し炭素繊維を得る。サイジング剤
としては通常用いられる任意のものが使用でき、具体的
にはエポキシ化合物、水溶性ポリアミド化合物、飽和又
は不飽和ポリエステル、酢酸ビニル、水又はアルコー
ル、グリコール単独又はこれらの混合物があげられる。
こうして、得られた炭素繊維は、紡糸時の粘度の低さ
や、フィルター等の存在により、容易に引張弾性率８５
ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧縮強度３５ｋｇ／ｍｍ2 以上、
繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５００Ｗ／ｍ・Ｋの
炭素繊維となる。又、炭素繊維中の黒鉛繊維の積層厚み
Ｌｃが３０〜５０ｎｍ、黒鉛結晶の層面方向の広がりＬ
ａとの比（Ｌａ／Ｌｃ）が１．５倍以上となる。そして
後述する方法で繊維軸方向の断面のドメインサイズが５
００ｎｍ以下となっている。
ング剤を繊維に対し０．２〜１０重量％、好ましくは
０．５〜７重量％添着し炭素繊維を得る。サイジング剤
としては通常用いられる任意のものが使用でき、具体的
にはエポキシ化合物、水溶性ポリアミド化合物、飽和又
は不飽和ポリエステル、酢酸ビニル、水又はアルコー
ル、グリコール単独又はこれらの混合物があげられる。
こうして、得られた炭素繊維は、紡糸時の粘度の低さ
や、フィルター等の存在により、容易に引張弾性率８５
ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧縮強度３５ｋｇ／ｍｍ2 以上、
繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５００Ｗ／ｍ・Ｋの
炭素繊維となる。又、炭素繊維中の黒鉛繊維の積層厚み
Ｌｃが３０〜５０ｎｍ、黒鉛結晶の層面方向の広がりＬ
ａとの比（Ｌａ／Ｌｃ）が１．５倍以上となる。そして
後述する方法で繊維軸方向の断面のドメインサイズが５
００ｎｍ以下となっている。
【００２１】更に、本発明の炭素繊維織物を得るには上
記の“原料となる炭素繊維”トウを用いて例えばシャト
ル織機やレピア織機を使用して、予め平織あるいは朱子
織の織物の製織を行いＦＡＷ（Ｆｉｂｅｒ Ａｒｅａｌ
Ｗｅｉｇｈｔ：織物の単位面積当たりの重さ）５０〜
２５０ｇ／ｍ2 の“原料となる炭素繊維織物”を製造し
ておく。
記の“原料となる炭素繊維”トウを用いて例えばシャト
ル織機やレピア織機を使用して、予め平織あるいは朱子
織の織物の製織を行いＦＡＷ（Ｆｉｂｅｒ Ａｒｅａｌ
Ｗｅｉｇｈｔ：織物の単位面積当たりの重さ）５０〜
２５０ｇ／ｍ2 の“原料となる炭素繊維織物”を製造し
ておく。
【００２２】次に本発明では上述の“原料となる炭素繊
維”又は“原料となる炭素繊維織物”を予め黒鉛化処理
されたパッキングコークスとともに黒鉛製のルツボの中
に入れ黒鉛化処理する。黒鉛製のルツボは上記の炭素繊
維又は炭素繊維織物を所望の量入れることが出来るもの
であるならば大きさ形状に特に制約はないが、黒鉛化処
理中又は冷却中に焼成炉内の酸化性のガス又は炭素蒸気
との反応による炭素繊維又は炭素繊維織物の損傷を防ぐ
ために、フタ付きの、気密性の高いものが好まれる。
維”又は“原料となる炭素繊維織物”を予め黒鉛化処理
されたパッキングコークスとともに黒鉛製のルツボの中
に入れ黒鉛化処理する。黒鉛製のルツボは上記の炭素繊
維又は炭素繊維織物を所望の量入れることが出来るもの
であるならば大きさ形状に特に制約はないが、黒鉛化処
理中又は冷却中に焼成炉内の酸化性のガス又は炭素蒸気
との反応による炭素繊維又は炭素繊維織物の損傷を防ぐ
ために、フタ付きの、気密性の高いものが好まれる。
【００２３】炭素繊維又は炭素繊維織物は黒鉛製のボビ
ン又は芯材に巻きつけて黒鉛ルツボに充填される黒鉛ル
ツボに一緒に充填されるパッキングコークスは予め黒鉛
化処理しておいたものを用い該黒鉛化温度はパッキング
コークスの脱揮発分が達成される温度以上であることが
必要により１４００℃以上３５００℃以下、好ましくは
２５００℃以上３５００℃以下で黒鉛化処理されたもの
である。
ン又は芯材に巻きつけて黒鉛ルツボに充填される黒鉛ル
ツボに一緒に充填されるパッキングコークスは予め黒鉛
化処理しておいたものを用い該黒鉛化温度はパッキング
コークスの脱揮発分が達成される温度以上であることが
必要により１４００℃以上３５００℃以下、好ましくは
２５００℃以上３５００℃以下で黒鉛化処理されたもの
である。
【００２４】粒径は平均粒径で０．１ｍｍ以上１００ｍ
ｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下のものを用
いる。黒鉛化処理は２５００℃以上３５００℃以下、好
ましくは２８００℃以上３３００℃以下、より好ましく
は２９００℃以上３１００℃以下の温度で行なわれる。
ｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下のものを用
いる。黒鉛化処理は２５００℃以上３５００℃以下、好
ましくは２８００℃以上３３００℃以下、より好ましく
は２９００℃以上３１００℃以下の温度で行なわれる。
【００２５】又黒鉛化処理する設備としては生産効率の
面からアチソン抵抗加熱炉を用いるのが特に好ましい
が、２５００℃以上の温度で処理することが出来るもの
で、上述の黒鉛ルツボを加熱炉内部に設置出来るもので
あるならば特に制約はない。黒鉛化時間は２５００℃以
上の温度で存する時間が１時間以上３００日以下、好ま
しくは４時間以上３０日以内である。かくして本発明の
炭素繊維又は炭素繊維織物を得ることが出来る。
面からアチソン抵抗加熱炉を用いるのが特に好ましい
が、２５００℃以上の温度で処理することが出来るもの
で、上述の黒鉛ルツボを加熱炉内部に設置出来るもので
あるならば特に制約はない。黒鉛化時間は２５００℃以
上の温度で存する時間が１時間以上３００日以下、好ま
しくは４時間以上３０日以内である。かくして本発明の
炭素繊維又は炭素繊維織物を得ることが出来る。
【００２６】そして、これらの炭素繊維又は炭素繊維織
物を常法に従って熱硬化性樹脂を含浸することにより耐
熱性に優れ（放熱性に優れている）、又、高強度、ある
いは軽量化が計れる炭素繊維強化樹脂を得ることができ
る。かかる炭素繊維強化樹脂は、熱伝導率が高いため、
温度上昇が素子の破壊や効率の低下に直結するＩＣ用基
板や、太陽電池用基板として特に好適に利用することが
できる。特に炭素繊維強化樹脂の強度、軽さ、高熱伝導
性のすべてが必要とされる宇宙機用の太陽電池基板とし
てすぐれた効果を発揮する。
物を常法に従って熱硬化性樹脂を含浸することにより耐
熱性に優れ（放熱性に優れている）、又、高強度、ある
いは軽量化が計れる炭素繊維強化樹脂を得ることができ
る。かかる炭素繊維強化樹脂は、熱伝導率が高いため、
温度上昇が素子の破壊や効率の低下に直結するＩＣ用基
板や、太陽電池用基板として特に好適に利用することが
できる。特に炭素繊維強化樹脂の強度、軽さ、高熱伝導
性のすべてが必要とされる宇宙機用の太陽電池基板とし
てすぐれた効果を発揮する。
【００２７】
【実施例】以下、実施例を用いてより詳細に本発明を説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、実施例に
限定されるものではない。例中の黒鉛結晶子の積層厚み
Ｌｃ、黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａは日本学術振興
会第１１７委員会で定められた「人造黒鉛の格子定数及
び結晶子の大きさの測定法」（大谷杉郎等炭素繊維近代
編集（１９８６）Ｐ７３３〜７４０）により黒鉛の（０
０２）回折線と（１１０）回折線から求めた。
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、実施例に
限定されるものではない。例中の黒鉛結晶子の積層厚み
Ｌｃ、黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａは日本学術振興
会第１１７委員会で定められた「人造黒鉛の格子定数及
び結晶子の大きさの測定法」（大谷杉郎等炭素繊維近代
編集（１９８６）Ｐ７３３〜７４０）により黒鉛の（０
０２）回折線と（１１０）回折線から求めた。
【００２８】ドメインサイズは炭素繊維を樹脂に埋め込
み炭素繊維軸方向に平行な断面が表面になる様に試料片
を成型し、研磨後１０００倍の倍率の偏光顕微鏡下で測
定する。ドメインサイズは偏光顕微鏡下試料を試料台上
にて最低１０°ずつ以上回転させながら各角度で炭素繊
維軸方向に帯状に観察される明るい部分と暗い部分の各
々の巾の平均値として求める。
み炭素繊維軸方向に平行な断面が表面になる様に試料片
を成型し、研磨後１０００倍の倍率の偏光顕微鏡下で測
定する。ドメインサイズは偏光顕微鏡下試料を試料台上
にて最低１０°ずつ以上回転させながら各角度で炭素繊
維軸方向に帯状に観察される明るい部分と暗い部分の各
々の巾の平均値として求める。
【００２９】熱伝導率は、炭素繊維を直径１０ｍｍ、厚
さ３〜６ｍｍの円板状一方向炭素繊維強化プラスチック
（ＣＦＲＰ）とし、真空理工（株）製レーザーフラッシ
ュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００によって、該ＣＦＲ
Ｐの比熱と熱拡散率を測定し、次式によって算出した。
さ３〜６ｍｍの円板状一方向炭素繊維強化プラスチック
（ＣＦＲＰ）とし、真空理工（株）製レーザーフラッシ
ュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００によって、該ＣＦＲ
Ｐの比熱と熱拡散率を測定し、次式によって算出した。
【００３０】Ｋ＝Ｃｐ・α・ρ／Ｖｆ ここで、Ｋは炭素繊維の熱伝導率、ＣｐはＣＦＲＰの比
熱、αはＣＦＲＰの熱拡散率、ρはＣＦＲＰの密度、Ｖ
ｆはＣＦＲＰ中に含まれる炭素繊維の体積分率を表す。
熱、αはＣＦＲＰの熱拡散率、ρはＣＦＲＰの密度、Ｖ
ｆはＣＦＲＰ中に含まれる炭素繊維の体積分率を表す。
【００３１】ＣＦＲＰの厚さは、炭素繊維の熱伝導率に
応じて変え、熱伝導率の大きい試料は厚く、小さい試料
は薄くした。具体的には、レーザー照射後、試料背面の
温度が上昇し、最高温度に到達するには数１０ｍｓｅｃ
を要するが、その際の温度上昇幅ΔＴｍの１／２だけ温
度が上昇するまでの時間ｔ１／２が１０ｍｓｅｃ以上
（最高１５ｍｓｅｃ）となるようにＣＦＲＰの厚さを調
節した（図１参照）。
応じて変え、熱伝導率の大きい試料は厚く、小さい試料
は薄くした。具体的には、レーザー照射後、試料背面の
温度が上昇し、最高温度に到達するには数１０ｍｓｅｃ
を要するが、その際の温度上昇幅ΔＴｍの１／２だけ温
度が上昇するまでの時間ｔ１／２が１０ｍｓｅｃ以上
（最高１５ｍｓｅｃ）となるようにＣＦＲＰの厚さを調
節した（図１参照）。
【００３２】比熱は、試料前面に受光板としてグラッシ
ーカーボンを貼付け、レーザー照射後の温度上昇を試料
背面中央に接着したＲ熱電対によって測定することによ
り求めた。また、測定値は、サファイアを標準試料とし
て校正した。熱拡散率は、試料の両面にカーボンスプレ
ーによってちょうど表面が見えなくなるまで皮膜を付
け、赤外線検出器によって、レーザ照射後の試料背面の
温度変化を測定し求めた。なお、炭素繊維の熱伝導率
は、炭素繊維の熱伝導率と電気伝導率の間の非常に良い
相関関係を利用して、電気伝導率から推算することもで
きる。
ーカーボンを貼付け、レーザー照射後の温度上昇を試料
背面中央に接着したＲ熱電対によって測定することによ
り求めた。また、測定値は、サファイアを標準試料とし
て校正した。熱拡散率は、試料の両面にカーボンスプレ
ーによってちょうど表面が見えなくなるまで皮膜を付
け、赤外線検出器によって、レーザ照射後の試料背面の
温度変化を測定し求めた。なお、炭素繊維の熱伝導率
は、炭素繊維の熱伝導率と電気伝導率の間の非常に良い
相関関係を利用して、電気伝導率から推算することもで
きる。
【００３３】（実施例１）コールタールピッチより偏光
顕微鏡下で観察した光学異方性割合が１００％でメトラ
法で求めた軟化点が３０２℃のメソフェーズピッチを調
製した。このメソフェーズピッチをノズルの吐出孔にお
けるノズル径０．１ｍｍ、ノズル孔の最細径部に４００
メッシュのフィルターを要する孔数２０００の紡糸口金
で、紡糸ノズルの吐出孔における紡糸温度が３４０℃で
溶融粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸して、糸
径１２μｍのピッチ繊維のトウを得た。
顕微鏡下で観察した光学異方性割合が１００％でメトラ
法で求めた軟化点が３０２℃のメソフェーズピッチを調
製した。このメソフェーズピッチをノズルの吐出孔にお
けるノズル径０．１ｍｍ、ノズル孔の最細径部に４００
メッシュのフィルターを要する孔数２０００の紡糸口金
で、紡糸ノズルの吐出孔における紡糸温度が３４０℃で
溶融粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸して、糸
径１２μｍのピッチ繊維のトウを得た。
【００３４】このピッチ繊維を空気中３６０℃まで約１
℃／分の速度でゆっくりと昇温し、加熱処理することに
より不融化繊維を得た。更にこの不融化繊維を不活性ガ
ス中で最高温度２７００℃まで焼成し予備黒鉛化した。
このものの炭素含有量は９９％以上であった。次いで表
面処理した後、エポキシ系のサイジング剤を２％添着し
炭素繊維トウを得た。この炭素繊維は糸径９μｍ、スト
ランド引張弾性率８７ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度
２９０ｋｇ／ｍｍ2 で熱伝導率は２９０Ｗ／ｍ・Ｋであ
った。
℃／分の速度でゆっくりと昇温し、加熱処理することに
より不融化繊維を得た。更にこの不融化繊維を不活性ガ
ス中で最高温度２７００℃まで焼成し予備黒鉛化した。
このものの炭素含有量は９９％以上であった。次いで表
面処理した後、エポキシ系のサイジング剤を２％添着し
炭素繊維トウを得た。この炭素繊維は糸径９μｍ、スト
ランド引張弾性率８７ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度
２９０ｋｇ／ｍｍ2 で熱伝導率は２９０Ｗ／ｍ・Ｋであ
った。
【００３５】この炭素繊維をさらに黒鉛製のボビンに巻
きとり、これを予め黒鉛化処理されたパッキングコーク
ス中に埋め込む様にして黒鉛ルツボ中に入れ、アチソン
抵抗加熱炉で３０００℃で黒鉛化処理した。結果糸径９
μｍ、熱伝導率６４０Ｗ／ｍ・ｋ、ストランド引張弾性
率９６ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度４４０ｋｇ／ｍ
ｍ2 、ＡＳＴＭ Ｄ３４１０法で測定したＶｆ６０％の
ＦＲＰの圧縮強度４０ｋｇ／ｍｍ2 であった。更にこの
炭素繊維の黒鉛結晶のＸ線パラメーターＬｃは３５０
Å、Ｌａ／Ｌｃ＝１．７５でありドメインサイズは３３
０ｎｍであった。
きとり、これを予め黒鉛化処理されたパッキングコーク
ス中に埋め込む様にして黒鉛ルツボ中に入れ、アチソン
抵抗加熱炉で３０００℃で黒鉛化処理した。結果糸径９
μｍ、熱伝導率６４０Ｗ／ｍ・ｋ、ストランド引張弾性
率９６ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度４４０ｋｇ／ｍ
ｍ2 、ＡＳＴＭ Ｄ３４１０法で測定したＶｆ６０％の
ＦＲＰの圧縮強度４０ｋｇ／ｍｍ2 であった。更にこの
炭素繊維の黒鉛結晶のＸ線パラメーターＬｃは３５０
Å、Ｌａ／Ｌｃ＝１．７５でありドメインサイズは３３
０ｎｍであった。
【００３６】（実施例２）実施例１と同様にして、糸径
９．５μｍのピッチ繊維のトウを得た。このピッチ繊維
を不融化処理した後、不活性ガス雰囲気中で最高温度２
７００℃まで焼成し、予備黒鉛化した。このものの炭素
含有率は９９％以上であった。次いで表面処理した後、
エポキシ系のサイジング剤を２％添着し炭素繊維トウを
得た。この炭素繊維は糸系７μｍ、ストランド引張弾性
率７９ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度３８０ｋｇ／ｍ
ｍ2で熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・ｋであった。
９．５μｍのピッチ繊維のトウを得た。このピッチ繊維
を不融化処理した後、不活性ガス雰囲気中で最高温度２
７００℃まで焼成し、予備黒鉛化した。このものの炭素
含有率は９９％以上であった。次いで表面処理した後、
エポキシ系のサイジング剤を２％添着し炭素繊維トウを
得た。この炭素繊維は糸系７μｍ、ストランド引張弾性
率７９ｔ／ｍｍ2 、ストランド引張強度３８０ｋｇ／ｍ
ｍ2で熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・ｋであった。
【００３７】この炭素繊維トウをレピア織機を用いて製
織し、ＦＡＷ８０ｇ／ｍ2 の炭素繊維織物を得た。続い
て、この炭素繊維織物をさらに黒鉛製のボビンに巻取
り、これを予め黒鉛化処理されたパッキングコークス中
に埋め込む様にして黒鉛ルツボに入れ、アチソン抵抗加
熱炉で３０００℃で黒鉛化処理した。得られた炭素繊維
織物のＦＡＷは、８２ｇ／ｍ2 であった。
織し、ＦＡＷ８０ｇ／ｍ2 の炭素繊維織物を得た。続い
て、この炭素繊維織物をさらに黒鉛製のボビンに巻取
り、これを予め黒鉛化処理されたパッキングコークス中
に埋め込む様にして黒鉛ルツボに入れ、アチソン抵抗加
熱炉で３０００℃で黒鉛化処理した。得られた炭素繊維
織物のＦＡＷは、８２ｇ／ｍ2 であった。
【００３８】この織物の炭素繊維は糸径７μｍ、熱伝導
率６００Ｗ／ｍ・Ｋ、引張弾性率８９ｔ／ｍｍ2 、引張
強度３９０ｋｇ／ｍｍ2 、黒鉛結晶のＸ線パラメーター
Ｌｃは３３ｎｍ、Ｌａ／Ｌｃ＝１．７でありドメインサ
イズは３３０ｎｍであった。この炭素繊維織物に熱硬化
性樹脂を含浸し成型、硬化させたＶｆ＝５０％の複合材
の曲げ弾性率は１９ｔ／ｍｍ2 であった。
率６００Ｗ／ｍ・Ｋ、引張弾性率８９ｔ／ｍｍ2 、引張
強度３９０ｋｇ／ｍｍ2 、黒鉛結晶のＸ線パラメーター
Ｌｃは３３ｎｍ、Ｌａ／Ｌｃ＝１．７でありドメインサ
イズは３３０ｎｍであった。この炭素繊維織物に熱硬化
性樹脂を含浸し成型、硬化させたＶｆ＝５０％の複合材
の曲げ弾性率は１９ｔ／ｍｍ2 であった。
【００３９】かかる複合材を人工衛星用太陽電池板とし
て用いるため、１０×２ｍのサイズの太陽電池板を２枚
作成した。各々の板は、両面上にかかる複合材を用い、
かつ一枚の複合材は炭素繊維クロスを２枚積層して用い
た。従って使用した炭素繊維クロスの大きさは、１０×
２（１枚の面積）×２（複合材１枚当たりのクロスの枚
数）×２（表面と裏面）×２（通常人工衛星は２枚の太
陽電池を有する）＝１６０ｍ2 となる。この２枚の太陽
電池板の重量は、約２０ｋｇであった。
て用いるため、１０×２ｍのサイズの太陽電池板を２枚
作成した。各々の板は、両面上にかかる複合材を用い、
かつ一枚の複合材は炭素繊維クロスを２枚積層して用い
た。従って使用した炭素繊維クロスの大きさは、１０×
２（１枚の面積）×２（複合材１枚当たりのクロスの枚
数）×２（表面と裏面）×２（通常人工衛星は２枚の太
陽電池を有する）＝１６０ｍ2 となる。この２枚の太陽
電池板の重量は、約２０ｋｇであった。
【００４０】
【発明の効果】高熱伝導率と、高引張弾性率、高圧縮強
度を併せもつ炭素繊維と、これを用いた各種材料を提供
できる。
度を併せもつ炭素繊維と、これを用いた各種材料を提供
できる。
【図１】本発明の実施例中、真空理工（株）製レーザー
フラッシュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００を用いて熱
伝導率を決定する際の、レーザー照射後の経過時間と試
料背面の温度の関係を表わすグラフである。
フラッシュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００を用いて熱
伝導率を決定する際の、レーザー照射後の経過時間と試
料背面の温度の関係を表わすグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白崎 一男 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三 菱化成株式会社総合研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 繊維軸方向の熱伝導率が５００〜１５０
０Ｗ／ｍ・Ｋ引張弾性率が８５ｔｏｎ／ｍｍ2 以上、圧
縮強度が３５ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、黒鉛結晶の積層
厚みＬｃが３０〜５０ｎｍ、黒鉛結晶の層面方向の広が
りＬａとの比（Ｌａ／Ｌｃ）が１．５以上であり且繊維
軸方向の断面を１０００倍の倍率で偏光顕微鏡で観察さ
れるドメインサイズが実質的に５００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とするピッチ系炭素繊維。 - 【請求項２】 引張強度が４００ｋｇ／ｍｍ2 以上であ
ることを特徴とする請求項１記載のピッチ系炭素繊維。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のピッチ系炭素繊維
からなるトウで製織された炭素繊維織物であってＦＡＷ
（織物の単位面積当たりの重さ）が５０〜２５０ｇ／ｍ
2 であることを特徴とする炭素繊維織物。 - 【請求項４】 黒鉛製のルツボの中に炭素繊維含有率９
７％以上のピッチ系炭素繊維又は該ピッチ系炭素繊維で
製織された炭素繊維織物を入れ、予め黒鉛化処理された
パッキングコークスを充填した後この黒鉛製ルツボを２
５００℃以上の温度で黒鉛化することにより請求項１又
は２記載の炭素繊維又は請求項３記載の炭素繊維織物を
製造することを特徴とするピッチ系炭素繊維又は炭素繊
維織物の製造方法。 - 【請求項５】 アチソン抵抗加熱炉で黒鉛化することを
特徴とする請求項４記載のピッチ系炭素繊維又は炭素繊
維織物の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１もしくは２記載の炭素繊維又は
請求項３記載の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸した
プリプレグ。 - 【請求項７】 請求項６記載のプリプレグを成型、硬化
して得られる炭素繊維強化プラスチックを主たる材料と
する太陽電池用基板。 - 【請求項８】 請求項６記載のプリプレグを成型、硬化
して得られた炭素繊維強化プラスチックを主たる材料と
するＩＣ用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7085672A JP3031197B2 (ja) | 1994-04-11 | 1995-04-11 | ピッチ系炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218294 | 1994-04-11 | ||
| JP6-72182 | 1994-04-11 | ||
| JP7085672A JP3031197B2 (ja) | 1994-04-11 | 1995-04-11 | ピッチ系炭素繊維 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07331536A true JPH07331536A (ja) | 1995-12-19 |
| JP3031197B2 JP3031197B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=26413305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7085672A Expired - Lifetime JP3031197B2 (ja) | 1994-04-11 | 1995-04-11 | ピッチ系炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3031197B2 (ja) |
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| JP2004515610A (ja) * | 2000-12-12 | 2004-05-27 | シュリ ディクシャ コーポレイション | 伝導性制約コアを含む軽量回路板 |
| JP2008208490A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Teijin Ltd | ピッチ系炭素繊維及び炭素繊維強化複合材料 |
| EP2191982A1 (en) | 2008-12-01 | 2010-06-02 | Sumitomo Rubber Industries, Ltd. | Rubber composition for sidewall reinforcing layer or sidewall, and tire |
| WO2010143644A1 (ja) | 2009-06-12 | 2010-12-16 | 住友ゴム工業株式会社 | 車両 |
| WO2011021466A1 (ja) | 2009-08-20 | 2011-02-24 | 住友ゴム工業株式会社 | ランフラットタイヤ |
| JP2011037979A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | インナーライナー用ゴム組成物及び空気入りタイヤ |
| JP2011037980A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | カーカス用ゴム組成物、空気入りタイヤ及び空気入りタイヤの製造方法 |
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| EP3412719A1 (en) | 2017-06-05 | 2018-12-12 | Sumitomo Rubber Industries, Ltd. | Pneumatic tire comprising outer apex |
| EP3434498A1 (en) | 2017-07-28 | 2019-01-30 | Sumitomo Rubber Industries, Ltd. | Pneumatic tire comprising outer apex |
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| JPH04163319A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-06-08 | Tonen Corp | 超高熱伝導率ピッチ系炭素繊維及びその製造法 |
-
1995
- 1995-04-11 JP JP7085672A patent/JP3031197B2/ja not_active Expired - Lifetime
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