[发明专利]碳素纤维体、复合材料、导电性树脂及长度调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳素纤维体、使用该碳素纤维体的复合材料、导电性树脂、以及碳素纤维体的长度调整方法。

背景技术

以气相生长法制造的碳素纤维已经公知。

该碳素纤维是，使诸如苯或甲烷等碳氢化合物在700℃～1000℃程度的温度下热分解而得到的碳以超微粒的铁或镍等催化剂粒子为核而生成的短纤维。

作为碳素纤维，有碳素六边网层呈同心状生长的，有碳素六边网层与轴线相垂直地生长的，而通过改变催化剂、温度范围、流量等气相生长条件，还能够制造出具有碳素六边网层相对于纤维轴以一定角度倾斜地层叠的鱼骨(herring-bone)结构的。

但是，这种碳素纤维虽然多将其混入树脂等中而作为复合材料使用，但与树脂的密接性并不是很好。

可以认为，碳素六边网层(AB面)直接从内外表面露出而表面活性度低是其一个原因。此外，由于气相生长法本身的局限性，在以气相生长法制造的碳素纤维的表面上会形成未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳素堆积成的薄堆积层。该堆积层的活性度也较低，可导致与树脂的密接性差。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的是，提供边缘及表面的活性度高且与树脂等的密接性良好的碳素纤维体、使用该碳素纤维体的各种复合材料、以及碳素纤维体的长度调整方法。

P2

为解决上述问题，本发明所涉及的碳素纤维体具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构(coaxial stacking morphlogy of truncatedconical tublar graphene layers)，所说切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构，包含有一个～数百个相层叠的碳素六边网层(hexagonalcarbon layer)。

换言之，该碳素纤维体具有一个～数百个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的、杯状层叠(cup stacked)或者灯伞状层叠(lampshadestacked)结构。该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构可形成无节的中空核(a hollow core with no bridge)。根据这样的结构，各个切头圆锥筒形碳素网层呈这样的结构，即，在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从外表面侧的大直径环端及内表面侧的小直径环端露出碳素六边网层的边缘。换句话说，呈鱼骨结构的倾斜的碳素六边网层的边缘呈层状露出。

在这里，若该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构以气相生长，则其外表面或者内表面的很大范围将被过剩的热分解碳(pyrolyticcarbon)的堆积膜所覆盖。此时也同样，从外表面侧的大直径环端的至少一部分、或者内表面侧的小直径环端的至少一部分处露出碳素六边网层的边缘。

从碳素纤维体的外表面或内表面露出的碳素六边网层的边缘活性度极高，与各种材料的亲和性良好，与树脂等复合原料的密接性优良。因此，能够获得具有优异的拉伸强度、压缩强度的复合材料。

此外，由于呈无底杯形、即切头圆锥筒形的碳素六边网层一个～数百个层叠而分子量小，因此，通过对露出的边缘以适当的官能团进行化学修饰，可使其能够溶解于各种溶剂中。

作为本发明的一个形态，对于在作为碳素纤维体的基础的碳素纤维的气相生长过程中形成于其外表面或内表面的堆积膜，也可以通过之后的处理将其一部分或全部去除。这是由于，该堆积膜是未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳堆积而成，该堆积层的表面不具有活性的缘故。

作为本发明的一个形态所涉及的碳素纤维体，可通过各个大直径环端在轴向上的层叠而形成碳素纤维体的外表面。此时，只要从其外表面的2％以上、最好是7％以上的区域露出碳素六边网层的边缘即可。

此外，在碳素纤维体的外表面上各个大直径环端的位置不是对齐的，该外表面呈现出原子大小水平的微小的凹凸。

同样地，通过使各个小直径环端在轴向上层叠而形成碳素纤维体的内表面，各个小直径环端在该内表面上的位置不是对齐的，呈现出原子大小水平的微小的凹凸。

这些形状在形成中空状的同时可对树脂等复合原料起到固定的效果，可使得与复合原料的密接性更加优异，提供强度方面极为优异的复合材料。

此外，由于是由一个～数百个无底杯形碳素六边网层层叠的微小颗粒，因此，在树脂和金属中的分散性好，能够提供强度优异的各种复合材料和发色性好的油墨。

此外，本发明的一个形态所涉及的碳素纤维体具有这样的特性，即，即使以2500℃以上的高温进行热处理，也至少能够使露出碳素六边网层的边缘的部位(或者堆积层被除去的部位)不会石墨化。