碳纤维制无纺布及其制造方法技术

本发明专利技术所要解决的问题在于提供表面积大、石墨化度高、纤维直径小、并且偏差小的碳纤维(或者由上述碳纤维构成的无纺布)。本发明专利技术的碳纤维制无纺布的制造方法，具有：分散液制作工序，制作含有树脂和沥青的分散液；静电纺丝工序，通过静电纺丝由上述分散液制作由碳纤维前体构成的无纺布；和改性工序，将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布的碳纤维前体改性为碳纤维。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维制无纺布及其制造方法本申请是申请号为201080061999.0(国际申请号为PCT/JP2010/066156)、中国国家阶段进入日为2012年7月20日(国际申请日为2010年9月17日)、专利技术名称为“碳纤维制无纺布、碳纤维、以及它们的制造方法、电极、电池、以及过滤器”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及碳纤维。
技术介绍
在蓄电池(例如，锂离子电池、双电层电容器)、燃料电池的领域中，碳纤维备受瞩目。特别是作为上述电池的电极材料，碳纤维制无纺布备受瞩目。上述无纺布由纤维直径约10μm的碳纤维构成。近年来，从增大表面积的观点出发，要求由纤维直径为10μm以下(例如，约1μm)的碳纤维构成的无纺布。作为微细的纤维直径的碳纤维，已知通过气相法或电弧放电法制作的碳纳米管。但是，碳纳米管的纤维长度较短。例如，为10μm以下。另外，碳纳米管较昂贵。因此，面向电极材料的应用存在问题。由此，提出了通过熔喷法或静电纺丝法制作的碳纤维。例如，提出了通过熔喷法对含碳源(例如，沥青等)热塑性树脂进行纺丝后，将上述热塑性树脂热分解，进行碳化、石墨化的方法(专利文献1、非专利文献1)。根据该方法，得到微细纤维直径的碳纤维。但是，在熔喷法中难以控制纤维直径。通过熔喷法得到的碳纤维的纤维直径的偏差大。提出了将溶解有碳源(例如，聚丙烯腈等聚合物)的溶液进行静电纺丝后进行碳化、石墨化的方法(静电纺丝法：electrospinningmethod)(专利文献2～5、非专利文献2)。通过该方法得到的碳纤维的纤维直径的偏差小。但是，上述专利文献2～5中记载的方法中，需要将碳源溶解到溶剂中。硬沥青和中间相沥青的石墨化度高。因此，优选将硬沥青和中间相沥青用作碳源。但是，硬沥青和中间相沥青不溶于溶剂。因此，上述专利文献中，并未将硬沥青和中间相沥青用作碳源。专利文献5中，在静电纺丝后进行利用微波加热的碳化、石墨化。在此，需要炭黑。可以使用炭黑作为碳源。但是，炭黑与聚丙烯腈同样，石墨化度低。因此，仅得到石墨化度低的碳纤维。提出了使沥青熔融进行静电纺丝，然后进行碳化、石墨化的技术(专利文献6)。通过该方法得到的碳纤维的纤维直径的偏差小。并且，石墨化度也高。但是，与上述技术不同，仅使用碳化率高的碳源。因此，碳化、石墨化时的收缩少。因此，难以得到纤维直径为1μm以下的碳纤维。而且，专利文献6的技术中，仅使用熔点为300℃以下的软沥青。即，不能使用熔点为300℃以上的硬沥青和中间相沥青。对于该方法而言，原理上只能得到表面平坦的碳纤维。即，无法得到具有本专利技术的特征的碳纤维。现有技术文献非专利文献非专利文献1：H.Ono,A.Oya/Carbon44(2006)682-686非专利文献2：ChanKim,KapSeungYang,MasahitoKojima,KazutoYoshida,YongJungKim,YoongAhmKim,andMorinobuEndo/Adv.Funct.Mater16(2006)2393-2397非专利文献3：白井壮士/碳240(2009)250-252专利文献专利文献1：日本特开2009-079346专利文献2：日本特表2009-505931专利文献3：日本特开2008-270807专利文献4：日本特开2007-207654专利文献5：日本再表2006/054636专利文献6：日本特开2009-203565
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术所要解决的问题在于，提供表面积大、石墨化度高、纤维直径小、并且偏差小的碳纤维(或者由上述碳纤维构成的无纺布)。用于解决问题的方法上述课题能够通过一种碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，具有：分散液制作工序，制作含有树脂和沥青的分散液；静电纺丝工序，通过静电纺丝由上述分散液制作由碳纤维前体构成的无纺布；和改性工序，将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布的碳纤维前体改性为碳纤维。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布加热至50～4000℃的工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布中包含的树脂除去的树脂除去工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述树脂除去工序为在氧化性气体气氛下对通过上述静电纺丝工序得到的无纺布进行加热的加热工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有对上述树脂除去工序后的无纺布进行碳化处理的碳化工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有对上述碳化工序后的无纺布进行石墨化处理的石墨化工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述石墨化工序为在不活泼气体气氛下对上述无纺布进行加热的加热工序。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述加热是由对上述无纺布的通电所引起的发热(加热)。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述树脂为水溶性树脂。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述树脂为热分解性树脂。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述树脂为聚乙烯醇。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述沥青为中间相沥青。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述沥青的粒径为1nm～10μm。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述沥青的粒径为100nm～1μm。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，相对于上述树脂100质量份，上述沥青为20～200质量份。优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，相对于上述树脂100质量份，上述沥青为70～150质量份。上述课题能够通过一种碳纤维制造方法来解决，其特征在于，具备：解布工序，将通过上述碳纤维制无纺布的制造方法得到的碳纤维制无纺布解开，由此得到碳纤维。优选通过上述碳纤维制造方法来解决，其特征在于，上述解布工序为对上述无纺布进行粉碎的工序。上述课题能够通过一种碳纤维来解决，其通过上述碳纤维制造方法而得到。上述课题能够通过一种碳纤维来解决，其特征在于，上述碳纤维具有大径部和小径部，上述大径部的直径为20nm～2μm，上述小径部的直径为10nm～1μm，并且，(上述大径部的直径)＞(上述小径部的直径)。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，{(上述大径部的直径的最大值)/(上述小径部的直径的最小值)}为1.1～100。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述小径部的长度比上述大径部的直径的最小值长。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述小径部的长度比上述大径部的直径的最大值短。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述小径部的长度为10nm～10μm。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述大径部的长度为50nm～10μm。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述碳纤维具有多个上述大径部，并且具有多个上述小径部，上述碳纤维的长度为0.1μm～1000μm。优选通过上述碳纤维来解决，其特征在于，上述碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维制无纺布的制造方法，所述碳纤维具有大径部和小径部，所述制造方法的特征在于，具有：分散液制作工序，制作含有树脂和沥青的分散液；静电纺丝工序，通过静电纺丝由所述分散液制作由碳纤维前体构成的无纺布；和改性工序，将通过所述静电纺丝工序得到的无纺布的碳纤维前体改性为碳纤维。

【技术特征摘要】
2010.01.21 JP 2010-0114571.一种碳纤维制无纺布的制造方法，所述碳纤维具有大径部和小径部，所述制造方法的特征在于，具有：分散液制作工序，制作含有树脂和沥青的分散液；静电纺丝工序，通过静电纺丝由所述分散液制作由碳纤维前体构成的无纺布；和改性工序，将通过所述静电纺丝工序得到的无纺布的碳纤维前体改性为碳纤维。2.如权利要求1所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述改性工序具有将通过所述静电纺丝工序得到的无纺布加热至50～4000℃的工序。3.如权利要求1所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述改性工序具有将通过所述静电纺丝工序得到的无纺布中包含的树脂除去的树脂除去工序。4.如权利要求3所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述树脂除去工序为在氧化性气体气氛下对通过所述静电纺丝工序得到的无纺布进行加热的加热工序。5.如权利要求3所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述改性工序具有对所述树脂除去工序后的无纺布进行碳化处理的碳化工序。6.如权利要求5所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述改性工序具有对所述碳化工序后的无纺布进行石墨化处理的石墨化工序。7.如权利要求6所述的碳纤维制无纺布的制造方法，其特征在于，所述石墨化工序为在不活泼气体气氛下对所述无纺布...

【专利技术属性】
技术研发人员：北野高广，冲野不二雄，
申请(专利权)人：太克万株式会社，国立大学法人信州大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP