[發明專利]碳素纖維及使用碳素纖維的復合材料

有效

• 申請號: 02107496.8
• 申請日: 2002-03-21
• 公開（公告）號: CN1381621A
• 公開（公告）日: 2002-11-27
• 發明（設計）人: 柳澤隆;遠藤守信;M·L·拉克
• 申請（專利權）人: 納米黑鉛材料有限公司;遠藤守信
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;C08K7/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張天安

本申請包含2001年3月21日提出的日本專利申請2001-81734和2001年8月29日提出的日本專利申請2001-260403中的內容。

技術領域

本發明涉及碳素纖維及使用碳素纖維的復合材料，更具體地說，涉及一種由多個呈無底杯形的碳素六邊網層層疊而成的、具有魚骨結構的碳素纖維，是碳素六邊網層的邊緣露出的碳素纖維及混合有該碳素纖維的復合材料。

背景技術

以氣相生長法制造的碳素纖維已經公知。

該碳素纖維是，使諸如苯或甲烷等碳氫化合物在700℃～1000℃程度的溫度下熱分解而得到的碳，以超微粒的鐵或鎳等催化劑粒子為核而生成的短纖維。

作為碳素纖維，有碳素六邊網層呈同心狀生長的，有碳素六邊網層與軸線相垂直地生長的，而通過改變催化劑、溫度范圍、流量等氣相生長條件，還能夠制造出具有碳素六邊網層相對于纖維軸以一定角度傾斜地層疊的魚骨(herring-bone)結構的。

但是，這種碳素纖維雖然多將其混入樹脂等中而作為復合材料使用，但與樹脂的密接性并不是很好。

可以認為，碳素六邊網層(AB面)直接從內外表面露出而表面活性度低是其一個原因。此外，由于氣相生長法本身的局限性，在以氣相生長法制造的碳素纖維的表面上會形成未充分結晶的、呈非晶形形狀的過剩碳素堆積成的薄堆積層。該堆積層的活性度也較低，可導致與樹脂的密接性差。

發明內容

本發明是為解決上述問題而提出的，其目的是，提供表面活性度高、與樹脂等的密接性良好的碳素纖維及采用該碳素纖維的復合材料。

為解決上述問題，本發明的一個形態所涉及的碳素纖維具有切頭圓錐筒形碳素網層的同軸層疊結構(coaxial?stacking?morphlogy?oftruncated?conical?tubular?graphene?layers?or?truncatedgraphene?cone’s?morphology)，所說切頭圓錐筒形碳素網層各個含有碳素六邊網層(hexagonal?carbon?layer)。

換言之，該碳素纖維具有，由多個呈無底杯形的碳素六邊網層層疊的、杯狀層疊(cup?stacked)或者燈傘狀層疊(lampshadestacked)結構。該切頭圓錐筒形碳素網層的同軸層疊結構可形成無節的中空核(a?hollow?core?with?no?bridge)。根據這樣的結構，各個切頭圓錐筒形碳素網層呈這樣的結構，即，在軸向的兩端具有大直徑環端和小直徑環端，從外表面側的大直徑環端及內表面側的小直徑環端露出碳素六邊網層的邊緣。換句話說，呈魚骨結構的傾斜的碳素六邊網層的邊緣呈層狀露出。

另外，通常的魚骨結構碳素纖維是多個呈有底杯形的碳素六邊網層層疊的結構，而本發明的一個形態所涉及的碳素纖維，在數十nm～數十μm長度的范圍內不具有節，呈中空狀。

在這里，若該切頭圓錐筒形碳素網層的同軸層疊結構以氣相生長，則其外表面或者內表面的很大范圍將被過剩的熱分解碳(pyrolytic?carbon)的堆積膜所覆蓋。此時也同樣，從外表面側的大直徑環端的至少一部分、或者內表面側的小直徑環端的至少一部分處露出碳素六邊網層的邊緣。

從碳素纖維的外表面或內表面露出的碳素六邊網層的邊緣活性度極高，與各種材料的親和性良好，與樹脂等復合原料的密接性優良。因此，能夠獲得具有優異的拉伸強度、壓縮強度的復合材料。

作為本發明的另一個形態，對于在碳素纖維的氣相生長過程中形成于其外表面或內表面的堆積膜，也可以通過之后的處理將其一部分或全部去除。這是由于，該堆積膜是未充分結晶的、呈非晶形形狀的過剩碳堆積而成，該堆積層的表面不具有活性的緣故。

作為本發明的一個形態所涉及的碳素纖維，可通過各個大直徑環端在軸向上的層疊而形成碳素纖維的外表面。此時，只要從其外表面的2％以上、最好是7％以上的區域露出碳素六邊網層的邊緣即可。

此外，在碳素纖維的外表面上各個大直徑環端的位置不是對齊的，該外表面呈現出原子大小水平的微小的凹凸。

同樣地，通過使各個小直徑環端在軸向上層疊而形成碳素纖維的內表面，各個小直徑環端在該內表面上的位置不是對齊的，呈現出原子大小水平的微小的凹凸。

這些形狀在形成中空狀的同時可對樹脂等復合原料起到固定的效果，可使得與復合原料的密接性更加優異，提供強度方面極為優異的復合材料。