專利名稱：細碳纖維混合物及其組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含有非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳的細碳纖維混合物；更具體而言涉及具有優(yōu)異的導電性、導熱性和摩擦特性的細碳纖維，以及含有該細碳纖維的樹脂或橡膠組合物。
背景技術：
碳纖維由于其優(yōu)異的性能如高強度、高彈性模量和高導電性而用于各種復合材料中。由于用作碳材料的碳纖維除具有優(yōu)異的導電性外還具有優(yōu)異的機械性能，因此碳纖維已用于各種領域。近些年來，隨著電子技術的發(fā)展，碳纖維已經(jīng)認為是在用于生產(chǎn)電磁波屏蔽材料或抗靜電材料的導電性樹脂中有前途的填料，并且已經(jīng)認為是可用于靜電涂料的填料，它可引入樹脂中。另外，由于碳纖維的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和細結構，碳纖維已經(jīng)被認為是用于例如平面顯示的有前途的場致發(fā)射材料。另外，碳纖維還被認為是用于例如電刷和各種電阻器的有前途的耐磨導電材料。
傳統(tǒng)碳纖維，即有機碳纖維通過將有機纖維如PAN纖維、瀝青纖維或纖維素基纖維進行熱處理和碳化而生產(chǎn)。當該碳纖維用作纖維增強復合材料中的填料時，為了增加碳纖維與材料基質之間的接觸面積，理想的是降低纖維的直徑或增加纖維的長度。結果，對復合材料的增強效果得以強化。為了改進碳纖維與基質之間的粘結，碳纖維理想的是具有粗糙表面而不是光滑表面。因此，將碳纖維進行表面處理；例如將碳纖維通過于高溫下暴露在空氣中而氧化，或者將碳纖維的表面進行涂覆。
然而，傳統(tǒng)上具有小直徑的碳纖維已經(jīng)不可能生產(chǎn)，因為它的原料、即有機纖維絲的直徑為約5-10μm。此外，還有對傳統(tǒng)碳纖維的長徑比(即縱橫比)的限制。因此，對開發(fā)具有小直徑和高縱橫比的碳纖維有迫切需要。
當將碳纖維引入用于生產(chǎn)汽車身的樹脂中或引入用于生成電子元件的樹脂或橡膠中時，碳纖維必須具有與金屬相當?shù)膶щ娦?。因此，為了滿足對各種導電漆和導電樹脂的要求，要求用作填料材料的碳纖維具有改進的導電性。
為了改進碳纖維的導電性，必須將碳纖維進行石墨化。因此，通常將碳纖維于高溫下進行石墨化。然而，即使當碳纖維進行那樣的石墨化時，碳纖維也未能獲得與金屬相當?shù)膶щ娦?。因此，當將碳纖維用于前述材料時，為了彌補碳纖維的低導電性，必須將大量碳纖維引入該材料中。結果，該材料的可使用性和機械性能被削弱。鑒于前述原因，產(chǎn)生了對碳纖維導電性的進一步改進以及通過降低碳纖維直徑而增強其強度的需要。
在20世紀80年代后期，對通過與用于生產(chǎn)前述有機碳纖維的方法不同的方法生產(chǎn)的蒸氣生長碳纖維(下文縮寫為“VGCF”)進行了研究。
VGCF已知通過例如烴氣體在氣相中在有機過渡金屬催化劑存在下的熱分解而生產(chǎn)。通過該方法，可生產(chǎn)直徑為幾百nm至1μm的碳纖維。
公開了各種生產(chǎn)VGCF的方法，這包括如下方法其中將用作原料的有機化合物如苯和用作金屬催化劑的有機過渡金屬化合物如二茂鐵和載氣一起引入高溫反應爐中從而生產(chǎn)載于基質上的VGCF的方法(見日本專利申請公開號60-27700)；其中VGCF以分散態(tài)生產(chǎn)的方法(日本專利申請公開號60-54998)；以及其中VGCF在反應爐壁上生長的方法(日本專利號2778434)。
前述方法可生產(chǎn)具有較小直徑和高縱橫比的碳纖維，該碳纖維具有優(yōu)異的導電性，并且適于用作填料材料。因此，大規(guī)模生產(chǎn)直徑為約100-200nm且縱橫比為約10-500的碳纖維，并將其在樹脂中用作例如導電的填料材料或在鉛蓄電池中用作添加劑。
VGCF絲的形狀和晶體結構方面的特性得以保留。VGCF絲具有圓柱結構，其包括位于其中心部分的非常小的中空空間和多個在該中空空間周圍生長以形成同心環(huán)的碳六邊形網(wǎng)絡層。
Iijima等人已發(fā)現(xiàn)了多層碳納米管，它是直徑小于VGCF的一類碳纖維，它通過在氦氣中的電弧放電而蒸發(fā)碳電極而在煙煤中生產(chǎn)。該多層碳納米管的直徑為1-30nm，它是結構與VGCF絲類似的細碳纖維絲，即該管具有圓柱結構，其包括位于其中心部分的沿著該絲擴展的中空空間和多個在該中空空間周圍生長以形成同心環(huán)的碳六邊形網(wǎng)絡層。
然而，上述通過電弧放電來生產(chǎn)納米管的方法尚未投入實踐，因為該方法不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
同時，認為通過蒸氣生長方法生產(chǎn)具有高縱橫比和高導電性的碳纖維是可行的，因此已經(jīng)嘗試改進用于生產(chǎn)具有較小直徑的碳纖維的蒸氣生長方法。例如，美國專利號4663230和日本專利公開號3-64606公開了直徑為約3.5-70nm且縱橫比為100或更高的石墨型圓柱碳原纖。該碳原纖具有這樣的結構，其中多層規(guī)則排列的碳原子連續(xù)同心地排列在原纖的圓柱軸周圍，每層的C-軸基本垂直于圓柱軸。原纖整體不包括通過熱分解沉積的熱的碳罩面層，并且該原纖具有光滑的表面。
日本專利申請公開號61-70014公開了直徑為10-500nm且縱橫比為2-30000的碳纖維，該纖維通過蒸氣生長方法來生產(chǎn)。根據(jù)該出版物，通過熱分解得到的碳層的厚度為該碳纖維直徑的20％或更小。
當將通過上述蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維用作用于生產(chǎn)具有往復電接觸點并涉及摩擦或散熱的電子產(chǎn)品如電刷和變阻器的導電性材料時，產(chǎn)生了對碳纖維的摩擦特性、導電性和導熱性的進一步改進的需要。
本發(fā)明的目的是提供一種以大規(guī)模生產(chǎn)的細碳纖維，該碳纖維的直徑為500nm或更小，縱橫比為10-15000，并具有例如優(yōu)異的摩擦特性、導電性和導熱性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明提供(1)一種通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維混合物，它包含細碳纖維，其中該纖維的每根纖維絲的外徑為1-500nm，縱橫比為10-15000，并且包括沿其中心軸擴展的中空空間和由多層碳層構成的多層鞘型結構；以及還包含非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳。
(2)根據(jù)(1)的細碳纖維混合物，其包含薄片狀或片狀非纖維狀碳。
(3)根據(jù)(1)或(2)的細碳纖維混合物，其中粒狀碳包含中空空間或位于其內(nèi)部的金屬或金屬化合物。
(4)根據(jù)(1)-(3)的細碳纖維混合物，其中細碳纖維與非纖維狀碳的質量比為10∶90至95∶5。
(5)根據(jù)(1)-(4)的細碳纖維混合物，其中非纖維狀碳的尺寸為細碳纖維直徑的0.1-500倍。
(6)根據(jù)(1)-(5)的細碳纖維混合物，其中薄片狀或片狀非纖維狀碳的厚度為細碳纖維直徑的0.01-0.5倍。
(7)根據(jù)(1)-(6)的細碳纖維混合物，其中細碳纖維具有分枝。
(8)根據(jù)(1)-(7)的細碳纖維混合物，其中至少部分非纖維狀碳與細碳纖維連接。
(9)一種包含樹脂或橡膠和如(1)-(8)所述的細碳纖維混合物的組合物。
(10)一種包含如(9)所述的組合物的導電性制品。
(11)一種包含如(9)所述的組合物的滑動制品。


圖1是表示用于生產(chǎn)實施例的細碳纖維的設備的示意圖。
圖2顯示實施例的細碳纖維的透射電鏡顯微照片。
圖3顯示實施例的細碳纖維的透射電鏡顯微照片。
圖4顯示實施例的細碳纖維的透射電鏡顯微照片。
圖5顯示實施例的細碳纖維的透射電鏡顯微照片。
本發(fā)明的最佳實施方式下面將詳細描述本發(fā)明。
為了獲得細碳纖維，該纖維的每根纖維絲的外徑為500nm或更小且具有高導電性，本發(fā)明人對蒸氣生長的細碳纖維(VGCF)的生產(chǎn)條件進行了廣泛研究，并發(fā)現(xiàn)含有細碳纖維和非纖維狀碳的細碳纖維混合物—該混合物尚不已知—在特定生產(chǎn)條件下生產(chǎn)，以及該細碳纖維混合物是具有高導電性、優(yōu)異的摩擦特性和優(yōu)異的導熱性的碳纖維材料。本發(fā)明的細碳纖維混合物是一種含有在生產(chǎn)蒸氣生長的細碳纖維(VGCF)的過程中產(chǎn)生的非纖維狀碳的碳纖維混合物。
下面將描述本發(fā)明的細碳纖維混合物。
與傳統(tǒng)細碳纖維相同，本發(fā)明的細碳纖維混合物中含有的細碳纖維的每根纖維絲的直徑為約1-500nm，優(yōu)選5-200nm，縱橫比為10-15000，優(yōu)選10-10000，并且該纖維絲具有沿其中心軸擴展的中空空間和由多層碳層構成的多層鞘型結構，其中這些碳層形成同心環(huán)。本發(fā)明的細碳纖維混合物中含有的細碳纖維絲沿該纖維絲或在該纖維絲的末端具有球形部。此外，該細碳纖維可具有分枝。
本發(fā)明的細碳纖維混合物的特有特征在于該混合物含有通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維并且還含有在生產(chǎn)該碳纖維的同時通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的非纖維狀碳。
可以想像得到的是，非纖維狀碳在某些生產(chǎn)條件下在通過蒸氣生長方法生產(chǎn)細碳纖維的過程中產(chǎn)生。例如，當用作促進劑的硫化合物的量不足時，細碳纖維生長不充分，而非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳生長。術語“非纖維狀碳”包括薄片狀碳、粒狀碳和片狀碳。該非纖維狀碳的尺寸是同時生產(chǎn)的細碳纖維的直徑的約0.1-500倍。具體而言，粒狀碳假定是相對各向同性的形狀，并且在三維方向上的尺寸為細碳纖維的直徑的約0.1-50倍；片狀碳是薄物質，并且在二維方向上的尺寸為細碳纖維直徑的約20-500倍；以及薄片狀碳是薄物質，并且在二維方向上的尺寸為細碳纖維直徑的約1-50倍。薄片狀碳或片狀碳的厚度不能通過使用透射電子顯微鏡來測量，但認為是細碳纖維直徑的約0.01-0.5倍。
由于非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳通過蒸氣生長方法來生產(chǎn)，因此該非纖維狀碳的整個表面被碳層以較規(guī)則的方式覆蓋。非纖維狀碳的晶體結構明顯不同于具有碎裂表面的碳纖維碎片的結構。非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳與所謂的碳黑在尺寸和碳晶體結構方面不同。不必說，非纖維狀碳不同于無定形碳。
粒狀碳可能具有在其內(nèi)部含有空腔的結構。粒狀碳的空腔被認為是粒狀碳(即非纖維狀碳)通過細碳纖維在碳纖維生長過程中變形而產(chǎn)生的證據(jù)。在某些情況下，非纖維狀碳纖維在其空腔中含有無定形碳或金屬化合物(例如金屬催化劑化合物如碳化物)。可以想像得到的是，由于存在這種催化劑物質，非纖維狀碳在細碳纖維生長的過程中產(chǎn)生；或者由于非纖維狀碳通過碳的異常生長而變形，該催化劑物質嵌入非纖維狀碳中。在某些情況下，將嵌入非纖維狀碳中的催化劑物質氣化并在燃燒步驟中消失。然而，可以想像得到的是，完全嵌入非纖維狀碳中的催化劑物質未消失，并傾向于保留在其中。
片狀碳被認為是通過在氣相中晶核周圍的碳在細碳纖維表面上沉積而形成，不涉及催化劑物質。
前述非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳在細碳纖維通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的同時而產(chǎn)生。一般而言，細碳纖維和非纖維狀碳分開存在。然而，取決于生產(chǎn)過程之中或之后的條件，至少部分非纖維狀碳可能沉積在細碳纖維上。
本發(fā)明的細碳纖維混合物尚未通過用于生產(chǎn)細碳纖維的傳統(tǒng)蒸氣方法來生產(chǎn)；即認為該細碳纖維混合物是新穎的。具體而言，含有預定量或更多的在生產(chǎn)細碳纖維的同時產(chǎn)生的薄片狀碳或片狀碳的蒸氣生長細碳纖維混合物是新穎的。
不象傳統(tǒng)細碳纖維，本發(fā)明的細碳纖維混合物含有非纖維狀碳。因此，與通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維相比，該細碳纖維混合物具有改進的導電性、導熱性和摩擦特性。
當本發(fā)明的細碳纖維混合物含有至少5質量％、優(yōu)選5-95質量％、更優(yōu)選10-70質量％、非常更優(yōu)選10-50質量％的非纖維狀碳時，由于非纖維碳的結構特征，更有效地得到前述效果。
由于本發(fā)明的細碳纖維混合物中含有的細碳纖維的每根纖維絲都較長，并且外徑為1-500nm，縱橫比為10-15000，因此可將碳纖維混合物作為填料大量引入材料中，該碳纖維混合物具有優(yōu)異的增強效果。
下面將描述生產(chǎn)本發(fā)明的細碳纖維混合物的優(yōu)選方法。
一般而言，本發(fā)明的細碳纖維可通過在過渡金屬催化劑存在下熱分解有機化合物、特別是烴而生產(chǎn)。優(yōu)選將所得的細碳纖維于900-1300℃下進行熱處理以除去沉積在該纖維表面上的焦油等。通常將所得的細碳纖維通過于2000-3500℃下、優(yōu)選于2500-3500℃下的進一步熱處理而石墨化。
也就是說，細碳纖維可通過在過渡金屬催化劑存在下熱分解有機化合物、特別是烴而生產(chǎn)。
可用作碳纖維的原料的有機化合物的實例包括有機化合物，例如苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、萘、菲、環(huán)戊烷、環(huán)戊烯和環(huán)己烷；汽油；煤油；氣體如CO、天然氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和丁二烯；及其混合物。在這些當中，特別優(yōu)選芳族化合物如苯、甲苯和二甲苯。
有機過渡金屬化合物含有作為催化劑的過渡金屬，并且是含有作為過渡金屬的屬于元素周期表IVa、Va、VIa、VIIa或VIII族的金屬的有機化合物。優(yōu)選有機過渡金屬化合物如二茂鐵或二茂鎳。作為催化劑的有機過渡金屬化合物引入有機化合物中的量基于該有機化合物的碳含量計為0.01-15質量％，優(yōu)選0.03-10質量％，更優(yōu)選0.1-5質量％。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當適當確定和調(diào)節(jié)反應器的形式、反應體系、反應條件、有機化合物和用作催化劑的有機過渡金屬化合物的類型和用量以及促進劑的類型和用量時，可生產(chǎn)具有球形部的本發(fā)明的細碳纖維。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，優(yōu)選將選自苯、甲苯、乙炔、乙烯、丁二烯及其混合物的有機化合物與選自二茂鎳和二茂鐵的有機過渡金屬化合物聯(lián)合使用。更優(yōu)選聯(lián)合使用苯和二茂鐵。
在本發(fā)明中，促進劑不限于硫化合物。然而，當采用硫化合物作為促進劑時，與生產(chǎn)傳統(tǒng)碳纖維相比硫化合物的用量降低，本發(fā)明的細碳纖維混合物可以特別有利的方式生產(chǎn)。對于硫化合物的類型沒有特別限制，只要該硫化合物可溶于用作碳源的有機化合物中即可?？墒褂玫牧蚧衔锏膶嵗ㄠ绶?、硫醇和無機硫。硫化合物折算成原子硫的量基于所有有機化合物(即碳原料如烴)計為3-10質量％，優(yōu)選4-10質量，更優(yōu)選4-8質量％。當硫量低于3質量％時，細碳纖維生長得快，難以得到非纖維狀碳。相反，當硫量高于10質量％時，細碳纖維生長得慢，不能有效地得到足量的碳纖維。
傳統(tǒng)上尚未公知的是，當適當確定和調(diào)節(jié)反應體系，特別是有機化合物和用作催化劑的有機過渡金屬化合物的類型和用量以及促進劑的類型和用量時，可生產(chǎn)具有特定組成的細碳纖維混合物。另外，尚未公知使用本發(fā)明的細碳纖維混合物。因此，具有由本發(fā)明提供的新穎結構的細碳纖維混合物可工業(yè)應用。
將典型還原氣體如氫氣用作載氣。優(yōu)選將載體預先加熱至500-1300℃。預熱載氣的原因是為了產(chǎn)生用作催化劑的金屬，并同時提供通過在反應過程中熱分解碳化合物得到的碳源，以使反應即刻進行，從而生產(chǎn)細碳纖維。對于將載氣與用作原料的碳化合物混合的情況，當載氣的溫度低于500℃時，該原料不易于熱分解。相反，當載氣的溫度超過1300℃時，碳纖維沿其徑向生長，并且纖維的直徑趨于變大。
載氣的用量基于1.0摩爾份用作碳源的有機化合物計適當?shù)貫?-70摩爾份。所生產(chǎn)的碳纖維的直徑可通過改變碳源與載氣之間的比例來調(diào)節(jié)。
碳纖維的原料通過將有機過渡金屬化合物和用作促進劑的硫化合物溶于用作碳源的有機化合物中而制備?？赏ㄟ^使用載氣而將原料以液體形式噴射到反應爐中。另外，可通過使用吹掃用氣體(即部分載氣)而將原料氣化，之后，將如此氣化的原料供入反應爐中，從而使反應進行。為了生產(chǎn)小直徑的碳纖維，優(yōu)選將原料氣化，并然后供入反應爐中。
通常將立式電爐用作反應爐。反應爐的溫度為800-1300℃，優(yōu)選為1000-1300℃。將原料流體與載氣的混合物或者氣化的原料與載氣的混合物供入加熱到預定溫度的反應爐中，以使反應進行，從而生產(chǎn)碳纖維。
將供入到反應爐中的原料氣按如上所述熱分解，將有機化合物用作碳源，過渡金屬顆粒(即催化劑)由有機過渡金屬化合物產(chǎn)生，以及細碳纖維在用作晶核的過渡金屬顆粒周圍生長。在細碳纖維的生長過程中，在特定反應條件(特別是在其中硫化物量降低的反應條件下)，細碳纖維的生長部分受阻，以及生長含有金屬催化劑的粒狀碳或顆粒，從而生產(chǎn)本發(fā)明的細碳纖維混合物。
優(yōu)選將所得的細碳纖維混合物于900-1500℃下在惰性氣體如氦氣或氬氣的氣氛中進行熱處理，并然后于2000-3500℃下進一步進行熱處理；或者作為選擇，甚至更優(yōu)選將所生長的細碳纖維的混合物于2000-3500℃下在惰性氣體氣氛中進行熱處理。
可將如此生長的細碳纖維的混合物或者已于900-1500℃下在惰性氣體氣氛中進行熱處理的細碳纖維混合物與硼化合物如碳化硼(B4C)、氧化硼(B2O3)、元素硼、硼酸(H3BO3)或硼酸鹽混合，并然后于2000-3500℃下在惰性氣體氣氛中進一步進行熱處理。對添加到細碳纖維混合物中的硼化合物的量沒有特別限制，因為硼化合物的量因該硼化合物的化學性質和物理性質而異。例如，當使用碳化硼(B4C)時，碳化硼的用量基于整個細碳纖維混合物計為0.05-10質量％，優(yōu)選0.1-8質量％，更優(yōu)選0.5-5質量％。
實施例下面將通過實施例來描述本發(fā)明。
(實施例)如圖1示意所示，用于加入已在原料氣化裝置5中氣化的原料的原料進料管4和載氣進料管6設置在立式加熱爐1(內(nèi)徑170mm，長度1500mm)的頂部。
將含有二茂鐵(4質量％)和噻吩(5質量％(折算成原子硫為1.9質量％))的苯氣化，將氣化產(chǎn)物以15g/分鐘的速率經(jīng)由原料進料管4供入，同時將該產(chǎn)物的溫度保持為200℃，并將用作載氣的氫氣以180升/分鐘的速率供入，從而使反應進行。
將通過上述反應生產(chǎn)的細碳纖維于1300℃下在氬氣(Ar)氣氛中進行熱處理。將如此處理的細碳纖維于2800℃下在Ar氣氛中進一步進行熱處理，從而生產(chǎn)細碳纖維混合物(經(jīng)熱處理的質量產(chǎn)率90％)。
圖2-5顯示如此生產(chǎn)的細碳纖維混合物的不同部位的透射電鏡顯微照片。圖2-5各圖中所示的碳纖維混合物中含有的細碳纖維具有沿其中心軸擴展的中空空間和由多層碳層構成的多層鞘型結構。該細碳纖維的外徑為5-200nm，縱橫比為2000或更高。
圖2顯示基本呈圓形的碳粒，以及細碳纖維絲。每根細碳纖維絲的直徑為約5-20nm，并且每個碳粒的尺寸為約5-50nm。碳粒在其內(nèi)部具有空腔。碳粒相互粘附或沉積在細碳纖維絲的表面上。
圖3表示圖2所示的碳粒。圖3中所示的碳粒在其內(nèi)部含有金屬或金屬化合物。
如圖4所示，在細碳纖維絲之間存在碳片(碳膜)。每個碳片的尺寸為約100nm×約100nm至約10000nm×約10000nm。這些片大范圍存在于細碳纖維絲之間。每個片的厚度不清楚。盡管認為薄碳片的厚度小于細碳纖維絲的直徑，但可能存在厚度大于纖維絲直徑的碳片。薄片狀碳具有發(fā)達的碳晶體結構，并且具有多層結構。
同時，片狀碳具有無定形結構，并且具有不充分發(fā)展的碳晶體結構。
圖5顯示于1300℃下已進行熱處理的細碳纖維的透射電鏡照片。如圖5所示，大量碳粒相互粘附在一起，形成附聚體。
(對比例)如圖1示意所示，用于加入已在原料氣化裝置5中氣化的原料的原料進料管4和載氣進料管6設置在立式加熱爐1(內(nèi)徑170mm，長度1500mm)的頂部。
將含有二茂鐵(4質量％)和噻吩(0.5質量％(折算成原子硫為0.4質量％))的苯氣化，將氣化產(chǎn)物以15g/分鐘的速率經(jīng)由原料進料管4供入，同時將該產(chǎn)物的溫度保持為200℃，并將用作載氣的氫氣以180升/分鐘的速率供入，從而使反應進行。
將通過上述反應生產(chǎn)的細碳纖維于1300℃下在氬氣(Ar)氣氛中進行熱處理。將如此處理的細碳纖維于2800℃下在Ar氣氛中進一步進行熱處理，從而生產(chǎn)細碳纖維混合物(經(jīng)熱處理的質量產(chǎn)率90％)。
在透射電子顯微鏡下的觀測發(fā)現(xiàn)，對比例的細碳纖維具有與實施例的細碳纖維混合物中含有的細碳纖維相同的結構，不同的是對比例的細碳纖維具有均一直徑，并且不含非纖維狀碳。
(復合材料的制備)由聚縮醛以及實施例和對比例的每種細碳纖維制備復合材料，并將所得的復合材料根據(jù)JIS-K-7125(摩擦系數(shù))和JIS-K-7194(體積電阻率)進行測定。結果示于表1中。
表1

由表1可見，當適當選擇反應條件時，形成了非纖維狀碳和細碳纖維，由樹脂和所得的細碳纖維混合物制備的復合材料具有優(yōu)異的摩擦特性。
工業(yè)應用性根據(jù)本發(fā)明，可提供含有非纖維狀碳和細碳纖維的細碳纖維混合物，其中該纖維的每根纖維絲的外徑為1-500nm，縱橫比為10-15000，其中該細碳纖維不同于傳統(tǒng)碳纖維或蒸氣生長的碳纖維。該細碳纖維混合物可用作例如導電材料、導熱材料、電力滑動材料、電力摩擦材料等中使用的填料材料，并且可用于電力設備部件、汽車部件和機械部件。
權利要求
1.一種通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維混合物，它包含細碳纖維，其中該纖維的每根纖維絲的外徑為1-500nm，縱橫比為10-15000，并且包括沿其中心軸擴展的中空空間和由多層碳層構成的多層鞘型結構；以及還包含非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳。
2.根據(jù)權利要求1所述的細碳纖維混合物，其包含薄片狀或片狀非纖維狀碳。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的細碳纖維混合物，其中粒狀碳包含中空空間或位于其內(nèi)部的金屬或金屬化合物。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的細碳纖維混合物，其中細碳纖維與非纖維狀碳的質量比為10∶90至95∶5。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的細碳纖維混合物，其中非纖維狀碳的尺寸是細碳纖維直徑的0.1-500倍。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的細碳纖維混合物，其中薄片狀或片狀非纖維狀碳的厚度是細碳纖維直徑的0.01-0.5倍。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的細碳纖維混合物，其中細碳纖維具有分枝。
8.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的細碳纖維混合物，其中至少部分非纖維狀碳與細碳纖維連接。
9.一種包含樹脂或橡膠和如權利要求1-8任一項所述的細碳纖維混合物的組合物。
10.一種包含如權利要求9所述的組合物的導電性制品。
11.一種包含如權利要求9所述的組合物的滑動制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過蒸氣生長方法生產(chǎn)的細碳纖維混合物，它包含細碳纖維，其中該纖維的每根纖維絲的外徑為1－500nm，縱橫比為10－15000，并且包括沿其中心軸擴展的中空空間和由多層碳層構成的多層鞘型結構；以及還包含非纖維狀碳如薄片狀碳、粒狀碳或片狀碳。本發(fā)明還涉及包含樹脂或橡膠和如上所述的細碳纖維混合物的組合物。本發(fā)明還涉及包含所述組合物的導電性制品或滑動制品。
文檔編號C08K7/06GK1555435SQ0281830
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月17日 優(yōu)先權日2001年9月20日
發(fā)明者森田利夫, 山本龍之, 井上齊, 大嶋哲, 湯村守雄, 之, 雄 申請人:昭和電工株式會社, 獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所