專利名稱：制備切細(xì)的石墨纖維的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備切細(xì)了的石墨纖維工藝的改進(jìn)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用以下方法制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，即在高溫下石墨化切細(xì)的碳纖維中產(chǎn)生的切細(xì)的纖維的團(tuán)聚或粘接得以限制從而改進(jìn)了產(chǎn)物的產(chǎn)率。
為了從碳纖維制備切細(xì)了的石墨纖維，通常使用的是包括首先石墨化碳纖維，然后再切細(xì)該纖維的步驟。當(dāng)將此工藝得到的切細(xì)了的石墨纖維用于對(duì)纖維形狀的均一性或表面功能基團(tuán)的惰性不予與特別嚴(yán)格考慮的應(yīng)用(例如用于使樹脂具有導(dǎo)電性或用作水泥添加劑)時(shí)，該工藝是不成任何問(wèn)題的。但是，在功能基團(tuán)(例如羥基)不能在纖維表面存在，纖維形狀決定產(chǎn)物性質(zhì)，或不能存在外來(lái)物(例如附聚物)的使用場(chǎng)合情況下，該工藝就成為問(wèn)題。
也就是說(shuō)，在上面工藝中，當(dāng)切削石墨纖維時(shí)，纖維的斷裂截面成為活性部位，因此很容易形成功能基團(tuán)，例如羥基。此外，當(dāng)切削石墨纖維時(shí)，其石墨層斷裂引起軸向破裂，從而改變了纖維的形狀。再有，由于石墨的高硬度，切削也是很困難的。
為解決這些問(wèn)題，日本專利特許公開247729/1993提出了一種制備極短的切細(xì)了的石墨纖維的工藝，該工藝包括以下步驟，即利用壓碎機(jī)(press)切削難熔纖維或在不高于600℃溫度下熱處理難熔纖維而得到的纖維，得到極短的切細(xì)了的纖維，并將其石墨化。在此工藝中，按以上所述用難熔纖維或通過(guò)在不高于600℃溫度下熱處理難熔纖維得到的纖維作為被切削的對(duì)象，利用壓碎機(jī)或類似的機(jī)器可以容易地切削該纖維，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是很脆的。然而，在此工藝中，纖維一直被切削直至失去其原先的形狀，因此，這種工藝不適合于制備具有相對(duì)長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度的切細(xì)了的石墨纖維。
此外，通過(guò)在不高于600℃溫度下熱處理難熔纖維得到的纖維密度較低，并且該切細(xì)了的纖維的堆密度約為0.6g/cm3。因此，這一藝工藝存在著用切細(xì)了的纖維填充石墨化容器(例如坩鍋)效率差和石墨化成本變高的缺點(diǎn)。另外，還存在其它問(wèn)題，即殘留在纖維中的氧在石墨化步驟中使石墨結(jié)構(gòu)混亂，從而使纖維的石墨化程度較低。
還有一種已知的制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，它包括以下步驟在不低于600℃和不進(jìn)行石墨化的溫度(一般不高于2000℃)下熱處理纖維以制備碳纖維，切削此碳纖維得到切細(xì)了的碳纖維，然后石墨化切細(xì)了的碳纖維。在此工藝中，由于石墨化之后，不再進(jìn)行纖維的切削，因此幾乎可以完全抑制表面羥基的產(chǎn)生。此外，切削碳纖維，同時(shí)非石墨沒有怎么增大，因此在切削步驟中軸向破裂幾乎不發(fā)生。再有，切細(xì)了的纖維的堆密度可以得到升高，所以可以改進(jìn)石墨化步驟的效率。
還有，當(dāng)碳纖維被熱處理，尤其是在不低于800℃溫度下熱處理時(shí)，碳纖維的硬度急劇地增大。因此，在上面的工藝中，切削機(jī)的刀片在切削過(guò)程中很容易磨損。如果刀片磨損了，切細(xì)了的纖維的粒徑就會(huì)改變。所以在獲得具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性質(zhì)的切細(xì)了的纖維方面以上工藝存在著問(wèn)題。此外，顯然如上所制備的碳纖維的高溫石墨化會(huì)產(chǎn)生包括團(tuán)聚或粘接纖維的顆粒物質(zhì)。這樣的顆粒物質(zhì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量，因此需要另外的步驟除去該顆粒物質(zhì)。再有，產(chǎn)物的產(chǎn)率降低，生產(chǎn)成本增加。
本發(fā)明人已認(rèn)真地研究了包括切削碳纖維和高溫石墨化切細(xì)了的碳纖維步驟的制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，并發(fā)現(xiàn)了下列結(jié)果。
也就是說(shuō)，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種顆粒物質(zhì)，如

圖1和2所示，是由切細(xì)了的纖維和各種尺寸的球狀物組成的，它們大概是在高溫石墨化時(shí)產(chǎn)生的，并且已經(jīng)確定，纖維通過(guò)球狀物彼此粘接。此外，用次級(jí)離子質(zhì)譜已經(jīng)清楚地看到球狀物是由金屬中心核和環(huán)繞該核的碳構(gòu)成的。
當(dāng)切細(xì)了的纖維經(jīng)受高溫石墨化時(shí)，形成球狀物的碳源是大量存在的，并且很難去除它們。因此，本發(fā)明人認(rèn)為如果將構(gòu)成球狀物的金屬核除去，就能夠抑制包括團(tuán)聚或粘接纖維的顆粒物質(zhì)的產(chǎn)生，并且他們已經(jīng)對(duì)金屬成分雜質(zhì)的起因和除去該金屬成分的方法進(jìn)行了研究。
結(jié)果本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，金屬成分除了原來(lái)就在纖維中含有的外，基本上是切削過(guò)程中由金屬磨損產(chǎn)生的，并且本發(fā)明人通過(guò)高溫石墨化之前在切細(xì)了的碳纖維中所含金屬成分的量限于不大于100/1,000,000(重量比例)，已經(jīng)成功地顯著降低了包括團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維的顆粒物質(zhì)的量。
本發(fā)明的目的是提供一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，使用該工藝可以得到切細(xì)了的石墨纖維，該纖維具有惰性表面，幾乎沒有軸向破裂和幾乎沒有出現(xiàn)包括團(tuán)聚或粘接纖維的顆粒物質(zhì)。
本發(fā)明提供一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，其包括以下步驟，即切削碳纖維步驟和高溫石墨化切細(xì)了的碳纖維以制備切細(xì)了的石墨纖維的步驟，在該方法中，在石墨化之前金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于100/1,000,000(重量比)。
本發(fā)明還提供一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，包括以下步驟，即切削碳纖維步驟和高溫石墨化切細(xì)了的碳纖維以制備切細(xì)了的石墨纖維的步驟，在該方法中，在石墨化之前金屬成分(除了原先在纖維自身中含有的金屬成分外)在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于50/1,000,000(重量比)。
在本發(fā)明中，通過(guò)在不高于2000℃(碳化)溫度下熱處理難熔纖維得到的并沒有經(jīng)受石墨化的纖維稱之為“碳纖維”，而通過(guò)在不低于2000℃(高溫石墨化)熱處理碳纖維或難熔纖維得到的具有石墨結(jié)構(gòu)的纖維稱之為“石墨纖維”。
在本發(fā)明中，測(cè)定5種金屬元素，即Fe，Ni，V，Si和Al，在纖維中的含量，其總量被定義為金屬成分的量。
用等離子體發(fā)射分析進(jìn)行各金屬元素的測(cè)定。
圖1是通過(guò)篩分得自于比較例1的切細(xì)了的石墨纖維而分離出的顆粒物質(zhì)的2000倍放大倍數(shù)掃描電鏡圖。
圖2是通過(guò)篩分得自于比較例1的切細(xì)了的石墨纖維而分離出的顆粒物質(zhì)的150倍放大倍數(shù)掃描電鏡圖。
本發(fā)明將在下文中詳細(xì)地?cái)⑹觥?br> 本發(fā)明意在改進(jìn)制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，在本發(fā)明實(shí)施方案中包括各種滿足下列要素的制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝。
1.使用易石墨化的瀝青型碳纖維作為原料。
2.將碳纖維在不低于2,500℃的高溫下石墨化。
3.大部分切細(xì)了的石墨纖維是類似柱狀的，是通過(guò)將纖維在橫截方向上切成碎片得到的。
4.切細(xì)了的石墨纖維基本上不含有包括團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維的顆粒物質(zhì)。
5.切細(xì)了的石墨纖維在其表面上基本上設(shè)有功能基團(tuán)。
合乎要求的切細(xì)了的石墨纖維具有(a)小的表面積，即BET比表面積是0.1-10m2/g，優(yōu)選是0.4-4m2/g，和/或(b)小的長(zhǎng)度直徑比(纖維長(zhǎng)度與纖維直徑的比)，即長(zhǎng)度直徑比為1-20，優(yōu)選為2-10，和/或(c)相對(duì)小的纖維直徑變化，即纖維直徑變化系數(shù)為5-50％，優(yōu)選為10-30％。
切細(xì)了的纖維(切細(xì)了的石墨纖維，切細(xì)了的碳纖維，等等)是那些纖維長(zhǎng)度通常不長(zhǎng)于1mm，例如不長(zhǎng)于150μm，優(yōu)選為10-100μm的纖維。
具有上述性質(zhì)的切細(xì)了的石墨纖維的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它們用于加強(qiáng)金屬時(shí)(例如在纖維加強(qiáng)金屬組合物(MMC)中)，幾乎不降低強(qiáng)度，和當(dāng)它們被用作電極時(shí)(例如二次電池的負(fù)極)，不產(chǎn)生循環(huán)損耗。
這樣，如上所述的切細(xì)了的石墨纖維可以作為纖維加強(qiáng)物用于MMC或作為電極板材料用于二次電池。
如果在作為纖維加強(qiáng)物用于MMC的切細(xì)了的石墨纖維中含有包括團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維的顆粒物質(zhì)，則作為基體的金屬就不能均勻地滲入切細(xì)了的石墨纖維顆粒中，導(dǎo)致形成孔隙。這樣的孔隙使得形成的MMC的強(qiáng)度顯著降低。
在作為電極用于二次電池中，形成集電極的基膜(例如銅片或鋁片)用切細(xì)了的石墨纖維和粘合劑的混合物涂敷。然而在這種情況下，如果存在包括團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維的顆粒物質(zhì)，則在結(jié)合過(guò)程中顆粒物質(zhì)使基膜產(chǎn)生瑕疵，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。因此，必須將顆粒物質(zhì)除去至1％或更低。
在本發(fā)明的工藝中，先用切削機(jī)切削碳纖維，然后再在一石墨化爐中進(jìn)行高溫石墨化(石墨化處理)，以制備切細(xì)了的石墨纖維。
碳纖維優(yōu)選是那些從易于石墨化的瀝青得到的碳纖維，因?yàn)榭梢缘玫骄哂邢鄬?duì)長(zhǎng)和穩(wěn)定纖維長(zhǎng)度的纖維。
例如，易于石墨化的瀝青是光學(xué)各向異性瀝青，例如中間相瀝青，它是從石油或煤作為原料得到的。
優(yōu)選在本發(fā)明中使用的切削機(jī)的例子包括勝利(Victory)粉碎機(jī)，射流(jet)粉碎機(jī)和正交流動(dòng)粉碎機(jī)。
特別地，裝有一帶刀片的高速滾刀的機(jī)器，例如正交流動(dòng)粉碎機(jī)是最優(yōu)選的。使用這種機(jī)器時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)滾刀的轉(zhuǎn)數(shù)，刀片的角度，裝在滾刀周圍的過(guò)濾器目徑等等可以控制切細(xì)了的石墨纖維的纖維長(zhǎng)度。
在碳纖維的切削步驟中，也可以使用碾磨磨碎機(jī)如Henschel混合機(jī)、或球磨機(jī)，但是使用這樣的機(jī)器是不適宜的，因?yàn)樵诶w維直徑方向上施加壓力經(jīng)常使得纖維在纖維軸方向上產(chǎn)生軸向破裂。此外，使用這樣的機(jī)器也需要長(zhǎng)時(shí)間研磨。
碳化纖維的溫度范圍通常在500-1,300℃，優(yōu)選是600-1,200℃，更優(yōu)選是600-700℃。
通過(guò)在不高于500℃溫度下碳化得到的碳纖維是不適宜的，因?yàn)橛袝r(shí)它們被切削得是如此劇烈，以致于幾乎不能保持其原來(lái)的形狀，這取決于使用的切削機(jī)的類型。通過(guò)在不低于1300℃溫度下碳化得到的碳纖維也是不適宜的，因?yàn)樗鼈兓蚨嗷蛏俚卦诶w維的軸向方向上破裂，這取決于所用切削器的類型。
當(dāng)使用易石墨化的瀝青作為纖維原料時(shí)，碳化溫度的優(yōu)選范圍是600-1,200℃，因?yàn)榭梢缘玫较鄬?duì)長(zhǎng)和穩(wěn)定的纖維長(zhǎng)度。
從切細(xì)了的石墨纖維的性質(zhì)來(lái)看，高硬度材料(例如，氮化處理的金屬)優(yōu)選用于刀片或碾磨機(jī)的研磨零件使用，但在這種情況，材料成本通常會(huì)增加。因此，要考慮被切削的碳纖維的硬度和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)選擇切削機(jī)及其材料。
隨著碳化溫度的升高，碳纖維的硬度會(huì)急劇地增大，因此為了經(jīng)濟(jì)地選擇切削機(jī)及其材料，碳化纖維的溫度優(yōu)選不高于700℃。在高于700℃溫度下碳化得到的碳纖維硬度太高，這會(huì)引起由普通材料制成的切削機(jī)中的金屬磨損急劇增加，盡管它取決于切削機(jī)和其材料的類型。結(jié)果，金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量變得大于100/1,000,000。
在使用這種切削機(jī)的情況下，即，在通過(guò)切削機(jī)的切削零件與碳纖維的機(jī)械碰撞進(jìn)行碳纖維切削，很容易發(fā)生金屬磨損，因此，切削機(jī)的切削零件應(yīng)該由幾乎不磨損的材料制成。例如，切削零件優(yōu)選是由氮化處理的金屬制成，它幾乎不磨損。
另外，在使用這種切削機(jī)的情況下，即在主要是通過(guò)其他方式而不是機(jī)械碰撞(例如射流粉碎機(jī))進(jìn)行切削，為了避免切削機(jī)的磨損或破損，或被構(gòu)成切削機(jī)切削零件的金屬或類似物氧化物的污染，優(yōu)選地，切削機(jī)的金屬部分是用高硬度金屬(例如鈦)襯里或涂層加強(qiáng)的。
改進(jìn)操作氣氛使在切削過(guò)程中金屬成分污染降低到最低程度并且在后續(xù)過(guò)程中抑制金屬氧化物或類似物的污染也是很重要的。
如上所述，通過(guò)防止切削機(jī)金屬部分的磨損，脫落或破損，可以降低由石墨化處理得到的切細(xì)了的纖維中包括的團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維顆粒物質(zhì)。此外，由于對(duì)碳纖維的切削過(guò)程無(wú)刀片磨損，因此可在長(zhǎng)時(shí)間里制備具有穩(wěn)定粒徑分布的切細(xì)了的石墨纖維。
然后，使用，例如間歇式石墨化爐，使切細(xì)了的碳纖維經(jīng)受高溫石墨化處理，以制備切細(xì)了的石墨纖維。
從提高石墨化程度和降低功能基團(tuán)的觀點(diǎn)來(lái)看，用于高溫石墨化的溫度優(yōu)選不低于2,500℃。
根據(jù)本發(fā)明的工藝，其包括切削碳纖維步驟和高溫石墨化該切細(xì)了的碳纖維以制備切細(xì)了的石墨纖維的步驟，金屬成份在切細(xì)了的碳纖維中的含量可以被限制在不大于100/1,000,000(重量比)，從而可以抑制具有金屬中心核的球狀物的產(chǎn)生。此外，也可以抑制包括團(tuán)聚或粘接的切細(xì)了的纖維的顆粒物質(zhì)(它是由球狀物的產(chǎn)生引起的)的出現(xiàn)。結(jié)果，通過(guò)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了制備具有穩(wěn)定質(zhì)量的高產(chǎn)率的切細(xì)了的石墨纖維的技術(shù)。
通常碳纖維含有金屬成份的量為10/1,000,000-50/1,000,000(重量比)，盡管其量隨形成纖維的原料和處理材料的方法而變化。這就是為什么從外部引入的金屬成分的量被限于不大于50/1,000,000(重量比)的原因。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的工藝，可以得到這樣的切細(xì)了的石墨纖維其表面是惰性的，它幾乎沒有軸向破裂，并且?guī)缀鯖]有出現(xiàn)包括團(tuán)聚或粘接纖維的顆粒物質(zhì)。
參考下列實(shí)施例，本發(fā)明將被進(jìn)一步描述，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明決不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1使用軟化點(diǎn)為280℃的石油基光學(xué)各向異性中間相瀝青作為原料。用一拔絲噴嘴，該噴嘴具有一個(gè)寬度為3mm的狹縫和1,500個(gè)對(duì)準(zhǔn)該寬度為3mm狹縫的直徑為0.2mm的拔絲孔，同時(shí)從狹縫噴出熱空氣，將熔化的瀝青拉絲以制備瀝青纖維。在此過(guò)程中，拔絲瀝青的粘度是12泊。
通過(guò)從具有20個(gè)互相咬合的無(wú)應(yīng)變的鋼絲網(wǎng)帶的背面抽吸瀝青纖維而將拔絲得到的瀝青纖維收集在該鋼絲網(wǎng)帶上。
將一叢所收集的瀝青纖維在空氣中從室溫加熱至300℃，平均加熱速率為6℃/min，以非熔化瀝青纖維。
然后，將如此得到的難熔化中間相瀝青纖維在650℃碳化，得到碳纖維。
金屬成分在碳纖維中的含量，通過(guò)等離子體發(fā)射分析測(cè)定為13/1,000,000(重量比)。
金屬成分在原料瀝青中的含量，通過(guò)等離子體發(fā)射分析測(cè)定，為11/1,000,000(重量比)。
然后，將碳纖維用正交流動(dòng)型切削機(jī)切削得到切細(xì)了的碳纖維。
用激光衍射型的粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果是切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑為20μm。
金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量是40/1,000,000(重量比)，這是極低的。也就是說(shuō)，它證明了切削機(jī)刀片磨損得很少。
接著，切細(xì)了的碳纖維在2,800℃氬氣氛中經(jīng)受高溫石墨化處理得到切細(xì)了的石墨纖維。
通過(guò)一具有平均孔徑為105μm的篩子篩分切細(xì)了的石墨纖維，在篩子上得到0.2％(重量)的顆粒物質(zhì)。從這一事實(shí)可以證明，顆粒物質(zhì)產(chǎn)生的量極小。然后，用掃描電鏡(SEM)觀察顆粒物質(zhì)。結(jié)果幾乎沒有發(fā)現(xiàn)切細(xì)了的纖維的團(tuán)聚物，它證明顆粒物質(zhì)主要是由核狀擴(kuò)張顆粒構(gòu)成的。
金屬成分在切細(xì)了的石墨纖維中的含量是19/1,000,000(重量比)。
實(shí)施例2在650℃下將按與實(shí)施例1同樣方法制備的難熔中間相瀝青纖維碳化得到碳纖維。用通過(guò)氮化處理其鑄鐵固定刀片改進(jìn)了耐磨損性的正交流動(dòng)型切削機(jī)來(lái)切削碳纖維，得到切細(xì)了的碳纖維，用激光衍射型粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑是20μm。
金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量，通過(guò)等離子體發(fā)射分析測(cè)定，是32/1,000,000(重量比)，這是極低的。也就是說(shuō)，它證明了切削機(jī)刀片磨損得很少。
然后，切細(xì)了的碳纖維在2,800℃下經(jīng)受高溫石墨化，得到切細(xì)了的石墨纖維。
通過(guò)一具有平均孔徑為105μm的篩子篩分切細(xì)了的石墨纖維，在篩子上得到0.05％(重量)的顆粒物質(zhì)。與實(shí)施例1相類似，它證明顆粒物質(zhì)產(chǎn)生的量極小。然后，用SEM觀察顆粒物質(zhì)。結(jié)果，類似于實(shí)施例1，它證明了顆粒物質(zhì)主要是由核狀擴(kuò)張顆粒構(gòu)成的。
金屬成分在切細(xì)了的石墨纖維中的含量是18/1,000,000(重量比)。
實(shí)施例3將按與實(shí)施例1同樣方法制備的難熔中間相瀝青纖維在1,1000C下碳化，得到碳纖維。將碳纖維用通過(guò)氮化處理其鑄鐵固定刀片改進(jìn)了耐磨損性和通過(guò)在其內(nèi)部和各個(gè)粉末輸送線上浸漬襯層防止了金屬氧化物或類似物污染的正交流動(dòng)型切削機(jī)切削，得到切細(xì)了的碳纖維。用激光衍射型粒徑布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑是20μm。
金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量，通過(guò)等離了體發(fā)射分析測(cè)定，是52/1,000,000(重量比)，它是極低的。也就是說(shuō)，它證明了改進(jìn)切削機(jī)刀片的耐磨損性從而降低金屬成分的污染。
然后，切細(xì)了的碳纖維在2,800℃經(jīng)受高溫石墨化處理得到切細(xì)了的石墨纖維。
通過(guò)一具有平均孔徑為105μm的篩子篩分切細(xì)了的石墨纖維，在篩子上得到0.3％(重量)的顆粒物質(zhì)。與實(shí)施例1相類似，它證明了顆粒物質(zhì)產(chǎn)生的量極小。然后，用SEM觀察顆粒物質(zhì)。結(jié)果，主要發(fā)現(xiàn)的是如圖1和圖2中所示那樣的顆粒物質(zhì)，并且沒有發(fā)現(xiàn)任何核狀擴(kuò)張顆粒。
金屬成分在切細(xì)了的石墨纖維中的含量是46/1,000,000(重量比)。
比較例1將按與實(shí)施例1同樣方法制備的難熔中間相瀝青纖維在950℃下碳化得到碳纖維。
金屬成分在碳纖維中的含量是12/1,000,000(重量比)。
用一裝有鑄鐵固定刀片的正交流動(dòng)型切削機(jī)切削碳纖維，得到切細(xì)了的碳纖維。用激光衍射型粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑是20μm。
金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量增加了，為1,445/1,000,000(重量比)，也就是說(shuō)，它證明刀片磨損得很嚴(yán)重。
然后，切細(xì)了的碳纖維在2,800℃經(jīng)受高溫石墨化，得到切細(xì)了的石墨纖維。通過(guò)一具有平均孔徑為105μm的篩子篩分切細(xì)了的石墨纖維，在篩子上得到3.5％(重量)的顆粒物質(zhì)。也就是說(shuō)，它證明形成的顆粒物質(zhì)增加了。
金屬成分在切細(xì)了的石墨纖維中的含量為119/1,000,000(重量比)。金屬成分在顆粒物質(zhì)中的含量為689/1,000,000(重量比)。
然后，用SEM觀察顆粒物質(zhì)。結(jié)果，如圖1和2所示，它證明顆粒物質(zhì)是由切細(xì)了的纖維和各種尺寸的球狀物(推測(cè)定是新生成的)組成的。
參考例1用常規(guī)的方法將易石墨化的瀝青拉絲，然后在300℃非熔化得到非熔化的纖維。
金屬成分在非熔化纖維中的含量，通過(guò)等離子體發(fā)射分析測(cè)定，為12/1,000,1000(重量比)。
用正交流動(dòng)型切削機(jī)在與實(shí)施例1相同的條件下切削非熔化纖維得到切細(xì)了的纖維。用激光衍射型粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的纖維的平均粒徑是10μm，這證明該纖維已被切的非常細(xì)了。
然后，用SEM觀察切細(xì)了的纖維。結(jié)果證明該纖維始終被切削直到失去其原有的纖維形狀。
參考例2將按與實(shí)施例1相同方法制備的難熔中間相瀝青纖維在1,350℃碳化，得到碳纖維。用通過(guò)氮化處理其鑄鐵固定刀片改進(jìn)了耐磨損性和通過(guò)在其內(nèi)部和各個(gè)粉末輸送線浸漬襯層防止了金屬氧化物或類似物污染的正交流動(dòng)型切削機(jī)切削碳纖維，得到切細(xì)了的碳纖維。用激光衍射型粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑是18μm。
然后，用SEM觀察切細(xì)了的碳纖維。結(jié)果證明，在軸向上破裂的切細(xì)的碳纖維和在軸向上斷裂的切細(xì)的碳纖維存在的總量為42％(重量)。
比較例2將按與實(shí)施例1相同方法制備的難熔中間相瀝青纖維在1,110℃碳化得到碳纖維。用通過(guò)氮化處理其鑄鐵固定刀片改進(jìn)了耐磨損性和通過(guò)在其內(nèi)部和各個(gè)粉末輸送線浸漬襯層防止了金屬氧化物或類似物污染的正交流動(dòng)型切削機(jī)切削碳纖維，得到切細(xì)了的碳纖維。用激光衍射型粒徑分布測(cè)量?jī)x器測(cè)定切細(xì)了的碳纖維的粒徑。結(jié)果，切細(xì)了的碳纖維的平均顆粒直徑是20μm。
金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量，用等離子體發(fā)射分析測(cè)定，是105/1,000,000(重量比)。
然后，切細(xì)了的碳纖維在2,800℃下經(jīng)受高溫石墨化得到切細(xì)了的石墨纖維。通過(guò)一具有平均孔徑為105μm的篩子篩分切細(xì)了的石墨纖維，在篩子上得到2.5％(重量)的顆粒物質(zhì)。然后用SEM觀察該顆粒物質(zhì)。結(jié)果證明，該顆粒物質(zhì)由切細(xì)了的纖維的各種尺寸的球狀物質(zhì)(推測(cè)它是新產(chǎn)生的)組成。
金屬成分在切細(xì)了的石墨纖維中的含量為110/1,000,000(重量比)。
權(quán)利要求
1.一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，包括以下步驟即切削碳纖維步驟，和高溫石墨化該切細(xì)了的碳纖維以制備切細(xì)了的石墨碳纖維如步驟，在該工藝中，在石墨化之前，金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于100/1,000,000(重量比)。
2.一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，包括以下步驟即切削碳纖維步驟，和高溫石墨化該切細(xì)了的碳纖維以制備切細(xì)了的石墨碳纖維的步驟，在該工藝中，在石墨化之前，金屬成分除在纖維本身中原含有的之外，在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于50/1,000,000(重量比)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，在該工藝中，在石墨化之前，金屬成分在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于100/1,000,000(重量比)。還公開了一種制備切細(xì)了的石墨纖維的工藝，其中在石墨之前，金屬成分除了在纖維本身中原含有的之外，在切細(xì)了的碳纖維中的含量被限于不大于50/1,000,000(重量比)。根據(jù)這些工藝，可以得到這樣的切細(xì)了的石墨纖維其表面是惰性的，它幾乎沒有軸向破裂，和它幾乎沒有出現(xiàn)包括團(tuán)聚或粘接纖維的顆粒物質(zhì)。
文檔編號(hào)D01F9/145GK1126773SQ95118690
公開日1996年7月17日 申請(qǐng)日期1995年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月29日
發(fā)明者玉木敏夫, 田卷稔, 勝田也寸志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社佩托卡