专利名称：碳纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及碳纤维及其制造方法，更详细地说本发明涉及兼具高结晶性和高导电 性、且没有分支结构的极细的碳纤维。
背景技术：
碳纤维具有高结晶性、高导电性、高强度、高弹性模量、质量轻等优异的特性，特别 是极细的碳纤维(碳纳米纤维)被用作高性能复合材料的纳米填料。其用途不仅限于一直 以来以提高机械强度为目的的增强用纳米填料，利用碳材料所具备的高导电性，作为各种 电池中的电极添加材料、电容器中的电极添加材料、电磁波屏蔽材料、防静电材料用的导电 性树脂纳米填料或者作为用于树脂中的静电涂料的纳米填料的用途也备受期待。另外，还 期待利用碳材料的化学稳定性、热稳定性和微细结构的特征，作为平板显示器等的场致电 子发射材料(電界電子放出材料)的用途。作为这种作为高性能复合材料的极细碳纤维的制造方法，报告了以下2种方法 1)使用气相法的碳纤维(Vapor Grown carbon Fiber ；以下简称为VGCF)制造方法、2)由 树脂组合物(混合物)的熔融纺丝进行制造的方法。作为使用气相法的制造方法，例如公开了以苯等有机化合物为原料，作为催化剂 将二茂铁等有机过渡金属化合物与载气一同导入高温的反应炉，在基盘上生成的方法(例 如参照专利文献1)、以浮游状态生成VGCF的方法(例如参照专利文献2)、或者使其在反应 炉壁上成长的方法(例如参照专利文献3)等。但是，通过这些方法得到的极细碳纤维虽然 具有高强度、高弹性模量，但具有纤维的分支多，作为增强用填料性能低的问题。另外，从生 产性角度考虑还具有成本高的问题。进而，在使用气相法的制造方法中，由于金属催化剂、 杂质碳质共存在VGCF中，因此根据其应用领域的不同有进行纯化的必要，还具有用于该纯 化的成本负担增大的问题。另一方面，作为由树脂组合物(混合物)的熔融纺丝制造碳纤维的方法，公开了由 酚醛树脂和聚乙烯的复合纤维制造极细碳纤维的方法(例如参照专利文献4)。该方法虽然 可得到分支结构少的极细碳纤维，但由于酚醛树脂是完全的非晶质的，因此难以形成取向， 且由于是难石墨化性的，因而具有无法期待表达所得极细碳纤维的强度、弹性模量等的问 题。另外，由于通过聚乙烯在酸性溶液中进行酚醛树脂的不溶化(稳定化)，因而酸性溶液 向聚乙烯中的扩散变成支配速率的因素，具有不溶化需要很多时间等的问题。(专利文献1)日本特开昭60-27700号公报(公报第2_3页)(专利文献2)日本特开昭60-54998号公报(公报第1_2页)(专利文献幻日本特许第2778434号公报(公报第1_2页)(专利文献4)日本特开2001-732 号公报(公报第3_4页)
发明内容
本发明的课题在于解决上述现有技术所具有的问题，提供没有分支结构的高结晶·高导电率、极细的碳纤维。进而，本发明的其它目的在于提供上述碳纤维的制造方法。本发明人鉴于上述现有技术进行了深入研究，结果完成了本发明。以下示出本发 明的构成。1. 一种碳纤维，其为利用X射线衍射法测定·评价的晶面间距(d002)处于 0. 336nm 0. 338nm的范围、微晶尺寸(Lc002)处于50nm 150nm的范围、纤维直径处于 IOnm 500nm的范围、且没有分支结构的碳纤维。2.上述1所述的碳纤维，其使用4探针方式的电极单元测定的体积电阻率(ER)处 于 0.008 Ω .cm 0.015 Ω .cm 的范围。3.上述1所述的碳纤维，其纤维长(L)和纤维直径(D)满足下述关系式(a)30 < L/D (a)4.上述(1) ( 任一项所述的碳纤维的制造方法，其经由以下工序(1)由混合物形成前体纤维的工序，所述混合物由热塑性树脂100质量份和选自 浙青、聚丙烯腈、聚碳二亚胺、聚酰亚胺、聚苯并唑和芳族聚酰胺中的至少1种热塑性碳前 体1 150质量份制造；(2)将前体纤维进行稳定化处理，使前体纤维中的热塑性碳前体稳定化，形成稳定 化树脂组合物的工序；(3)在减压下从稳定化树脂组合物中除去热塑性树脂，形成纤维状碳前体的工 序；(4)将纤维状碳前体碳化或石墨化的工序。5.上述4所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性树脂用下述式(I)表示
权利要求
1.一种碳纤维，其为利用X射线衍射法测定 评价的晶面间距((100 处于0.336nm 0. 338nm的范围、微晶尺寸(Lc002)处于50nm 150nm的范围、纤维直径处于IOnm 500nm 的范围、且没有分支结构的碳纤维。
2.权利要求1所述的碳纤维，其使用4探针方式的电极单元测定的体积电阻率(ER)处 于 0.008 Ω .cm 0.015 Ω .cm 的范围。
3.权利要求1所述的碳纤维，其纤维长(L)和纤维直径(D)满足下述关系式(a)30 < L/D (a)
4.权利要求1 3任一项所述的碳纤维的制造方法，其经由以下工序(1)由混合物形成前体纤维的工序，所述混合物由热塑性树脂100质量份和选自浙青、 聚丙烯腈、聚碳二亚胺、聚酰亚胺、聚苯并唑和芳族聚酰胺中的至少1种热塑性碳前体1 150质量份制造；(2)将前体纤维进行稳定化处理，使前体纤维中的热塑性碳前体稳定化，形成稳定化树 脂组合物的工序；(3)在减压下从稳定化树脂组合物中除去热塑性树脂，形成纤维状碳前体的工序；(4)将纤维状碳前体碳化或石墨化的工序。
5.权利要求4所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性树脂用下述式(I)表示
6.权利要求4所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性树脂在βδΟ ΑΟΟ Γ1下的测定中， 熔融粘度为5 IOOPa · S。
7.权利要求5或6所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性树脂为聚乙烯。
8.权利要求4所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性碳前体为选自中间相浙青、聚丙 烯腈中的至少一种。
9.权利要求4所述的碳纤维的制造方法，其中热塑性树脂是在βδΟ ΑΟΟ Γ1下的测定 中熔融粘度为5 IOOPa · s的聚乙烯，热塑性碳前体是中间相浙青。
全文摘要
本发明提供利用X射线衍射法测定·评价的晶面间距(d002)处于0.336nm～0.338nm的范围、微晶尺寸(Lc002)处于50nm～150nm的范围、纤维直径处于10nm～500nm的范围、且没有分支结构的碳纤维。
文档编号D01F9/14GK102057086SQ20098012144
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月6日 优先权日2008年4月8日
发明者三好孝则, 安田荣一, 小村伸弥, 角田三尚 申请人:国立大学法人东京工业大学, 帝人株式会社