本发明专利技术涉及一种气相生长的碳纤维，其具有８０－５００ｎｍ的平均纤维直径，１００－２００的长径比，优选具有０．０２ｇ／ｃｍ↑［２］或更低的堆积密度，其中直径在±２０％平均纤维直径的纤维丝占全部纤维丝的６５％或更多（基于根数）。制备方法包括：将碳源在８００－１３００℃下在作为催化剂、并且在１５０℃下具有０．１３ｋＰａ（１ｍｍＨｇ）或更高气压的过渡金属化合物的存在下进行热分解，并且将碳源和过渡金属化合物以气体形式喷到反应器的内壁，从而使反应进行。具有较大长径比的气相生长的碳纤维具有优异的分散性，当将其加入树脂时，比使用传统碳纤维的情况要少的碳纤维就使导电性和导热性提高。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气相生长的碳纤维。更具体地，本专利技术涉及当将其分散在例如树脂的基材中用于制备复合材料时，即使其用量是传统气相生长的碳纤维用量的一半或更低，仍表现出与传统气相生长的碳纤维相当性能的气相生长的碳纤维；还涉及制备该碳纤维的方法和包含该碳纤维的复合材料。
技术介绍
将碳纤维分散在例如树脂的基材中是一项广泛常用的提供例如导电性或导热性的技术。在将气相生长的碳纤维加入树脂的情况下，即使添加量较少，以使对所得树脂组合物的模压能力和模制品的外观没有负面影响，但树脂组合物的导电性和导热性仍可以明显改善(日本专利No.2862578，WO 91/03057)。一般而言，在将气相生长的碳纤维加入树脂等的情况下，碳纤维的长径比越大，赋予导电性和导热性的性能越高。当今商业可得的气相生长的碳纤维(VGCF，注册商标；Showa Denko K.K.的产品)具有约150nm的平均纤维直径、约45的长径比和短至约6.7μm的纤维长度。作为具有较长纤维长度的碳纤维的实例，日本专利No.1701869(WO86/03455)描述了具有100或更高长径比的碳纤维。然而，这种碳纤维具有3.5-70nm的小纤维直径，比表面积大，表面能高，因此碳纤维存在如下问题该碳纤维常常形成聚集体；该碳纤维难以分散在树脂中；由此包含该碳纤维的复合材料显示无法令人满意的特性，例如导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纤维，其中当将该碳纤维以与传统气相生长的碳纤维的情况相比要少的量加入例如树脂的基材中时，该碳纤维可以赋予其优异的导电性和导热性。另一个目的是提供用于制备碳纤维的方法。本专利技术人已经综述了碳源进行热分解制备气相生长碳纤维的反应条件，并且已经发现，当将包含碳源和作为催化剂的过渡金属化合物的均匀混合气喷到反应器的内壁时，制得的碳纤维具有特定的纤维直径和特定的长径比；还发现，当将由此制备的碳纤维加到例如树脂的基材中以制备复合材料时，即使碳纤维的添加量比传统气相生长的碳纤维的情况要少，复合材料仍显示优异的导电性和导热性。本专利技术基于这些发现完成。因此，本专利技术提供了一种气相生长的碳纤维，制备该碳纤维的方法和包含该碳纤维的复合材料，概括如下(1)气相生长的碳纤维，其具有80-500nm的平均纤维直径和100-200的长径比，其中纤维直径落在±20％平均纤维直径范围内的碳纤维丝占碳纤维所有丝的65％或更多(基于根数)。(2)如以上(1)所述的气相生长的碳纤维，其具有0.02g/cm3或更低的堆积密度。(3)如以上(1)所述的气相生长的碳纤维，其具有0.015g/cm3或更低的堆积密度。(4)如以上(1)-(3)中任意一项所述的气相生长的碳纤维，在将其压缩至0.8g/cm3的堆积密度时，所述碳纤维显示0.015Ωcm或更低的电阻率。(5)如以上(1)-(4)中任意一项所述的气相生长的碳纤维，其显示0.2或更低的Id/Ig，其中Id表示在碳纤维的拉曼散射光谱中1341-1360cm-1波段(d线)的峰高，Ig表示在所述光谱中1570-1580cm-1波段(g线)的峰高(Ig)。(6)如以上(1)-(5)中任意一项所述的气相生长的碳纤维，如通过X射线衍射测定法测得的，所述气相生长的碳纤维在(002)面具有0.339nm或更低的平均面间距(d002)。(7)如以上(1)-(6)中任意一项所述的气相生长的碳纤维，其表面经过氧化处理。(8)由以上(1)-(7)中任意一项所述的碳纤维聚集形成的气相生长的碳纤维，其具有0.04g/cm3或更高的堆积密度。(9)制备气相生长的碳纤维的方法，包括将碳源在800-1300℃下在作为催化剂的过渡金属化合物的存在下进行热分解；将碳源和过渡金属化合物以气体形式喷到反应器的内壁上，从而使反应进行，其中过渡金属化合物在150℃下具有0.13kPa(1mmHg)或更高的气压。(10)如以上(9)所述的制备气相生长碳纤维的方法，其中将载气与包含碳源和过渡金属化合物的原料气体混合，使得所述载气的量基于作为碳源的1mol有机化合物为1-100mol，随后将所得气体混合物送入反应器中。(11)如以上(9)或(10)所述的制备气相生长碳纤维的方法，其中将在50℃下具有1.3kPa(10mmHg)或更高气压的含硫化合物与碳源和过渡金属化合物一起以气体形式送入反应器。(12)如以上(9)所述的制备气相生长碳纤维的方法，其中将包含碳源、过渡金属化合物和含硫化合物的溶液加热到200-700℃，从而将溶液气化；将所得气化产物与载气混合；并且将所得气体混合物喷到其温度已调节到800-1300℃的反应器的内壁上。(13)由以上(9)-(12)中任意一项所述的气相生长的碳纤维制备方法制备的气相生长的碳纤维，所述气相生长的碳纤维具有80-500nm的平均纤维直径和100-200的长径比，其中纤维直径落在±20％平均纤维直径范围内的碳纤维丝占碳纤维所有丝的65％或更多(基于根数)。(14)一种复合材料，包含选自树脂、金属和陶瓷材料的基材和以上(1)-(8)和(13)中任意一项所述的气相生长的碳纤维，所述气相生长的碳纤维分散在基材中。附图说明图1表示本专利技术的气相生长碳纤维的制备方法的设备流程图。图2是表示在实施例2和对比例2中制备的复合材料的体积电阻率的图，并且体积电阻率通过四探针法测得。图3表示在实施例1中制备的碳纤维的纤维直径分布图。图4表示在对比例1中制备的碳纤维的纤维直径分布图。图5表示在实施例4中制备的碳纤维的纤维直径分布图。具体实施例方式本专利技术的气相生长的碳纤维具有80-500nm，优选80-140nm，更优选80-110nm的平均纤维直径。该碳纤维的丝的纤维直径变化小，并且纤维直径落在±20％平均纤维直径范围内的碳纤维丝占碳纤维全部丝的65％(基于根数)或更高，优选占70％(基于根数)或更高，更优选占75％(基于根数)或更高。“纤维直径落在±20％平均纤维直径范围内的碳纤维丝占碳纤维全部丝的65％(基于根数)或更高”指这种情况例如，当平均纤维直径为100nm时，纤维直径为80-120nm的碳纤维丝占碳纤维的全部纤维丝的65％或更高。具有上述特征的本专利技术的碳纤维具有100-200的平均长径比。本专利技术的气相生长的碳纤维优选具有0.02g/cm3或更低，更优选0.015g/cm3或更低的堆积密度。当堆积密度超过0.02g/cm3时，即使添加到树脂中的碳纤维的量为约3质量％，在某些情况下几乎没有观察到所得复合材料中导电性增强。同时，当碳纤维的堆积密度过低时，碳纤维与树脂形成的复合材料的产率降低。因此，碳纤维的堆积密度优选为0.005g/cm3或更高。为了提高堆积密度测量的重现性，碳纤维的堆积密度通过如下过程得到将制备的碳纤维在1000℃下于氩气氛中加热15分钟；使用混合器(MX-X62，Matsushita Electric Industrial Co.Ltd的产品)将由此加热的碳纤维碾磨1分钟；将由此磨得的碳纤维置于测量圆筒中，然后使用振动器(Touch Mixer MT-31，Yamato Scientific Co.，Ltd的产品)振动1分钟；随后，测量所得碳纤维的体积，并计算碳纤维的堆积密度。在本专利技术的气相生长的碳纤维中，优选地，在碳纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气相生长的碳纤维，其具有８０－５００ｎｍ的平均纤维直径和１００－２００的长径比，其中纤维直径落在±２０％所述平均纤维直径范围内的碳纤维丝占所述碳纤维的全部丝的６５％或更多（基于根数）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：矢野幸太郎，山本龙之，森田利夫，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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