[发明专利]石墨化短纤维及其组合物

说明书

技术领域

本发明涉及沥青类石墨化短纤维。对于本发明的沥青类石墨化短纤维，其表面的结晶性优异，适合用作热传导填料、和树脂或橡胶的增强剂。其中，本发明的沥青类石墨化短纤维在由石墨化短纤维和橡胶成分制造组合物时，不会阻碍橡胶的固化，从而可提供高度填充了石墨化短纤维的橡胶组合物。

背景技术

碳纤维与其它的合成高分子相比，热传导率高。但是，在以热处理为目的的用途中，要求进一步提高碳纤维的热传导率。市售的PAN类碳纤维的热传导率通常低于200W/(m·K)。这是由于，PAN类碳纤维为所谓难石墨化性的碳纤维，极其难以提高承担热传导的石墨结晶的生长。与此相对，以中间相沥青为原料的沥青类碳纤维与PAN类碳纤维相比，易于形成大的石墨结晶，易于表现出大的热传导率。因此，以中间相沥青为原料的沥青类碳纤维具有作为高热传导性填料的可能性。

但是，利用碳纤维单体来加工成热传导性部件是极其困难的，与金属性填料同样，主流方式是与基质复合化而形成树脂组合物。另一方面，热处理中使用的成形体，以贴附在发热体的表面、或夹在发热体与散热体之间的状态使用。因此，期待对成形体赋予柔软性，以可以根据发热体的表面形状而变形。例如专利文献1中提出了填充有具有特定的尺寸分布的碳纤维、优选气相生长碳纤维的橡胶组合物。但是，气相生长碳纤维与橡胶混合时粘度大幅升高，难以进行高度填充。为了提高组合物的热传导度，有必要高度填充热传导性填料，需求表现出进一步高的热传导性的热传导性橡胶组合物。此外，对于橡胶组合物，在橡胶中加入硫化剂、硫化促进剂等而固化，但是如果欲将通常的碳纤维高度填充到橡胶中，则难以进行橡胶的固化反应，难以高度填充碳纤维。因此，要求开发不会阻碍橡胶组合物的固化的碳纤维。

专利文献1：日本特开2006-298946号公报。

发明内容

以往，如果欲将碳纤维高度填充到橡胶中，则难以进行橡胶的固化反应，因此难以高度填充碳纤维。本发明的目的在于，提供不会阻碍橡胶组合物的固化、可以高度填充的碳纤维。进一步地，本发明目的在于，提供机械强度提高、用作优异的树脂增强材料的碳纤维。此外，本发明的目的在于，提供表现出高的热传导性和柔软性的热传导性橡胶组合物。其中，提供高度填充了碳纤维的热传导性橡胶组合物。

发现通过形成具有特定形状和表面结构的沥青类石墨化碳纤维，不会阻碍在形成与橡胶的组合物时的固化，可以向橡胶中高度填充沥青类石墨化短纤维，从而完成本发明。

本发明为沥青类石墨化短纤维，其中，以中间相沥青为原料，平均纤维直径为5～20μm，纤维直径分散相对于平均纤维直径的百分率(平均繊維径に対する繊維径分散の百分率)(CV值)为8～15%，数量平均纤维长度为20～500μm，来源于六角网面的生长方向的微晶尺寸(La)为30nm以上，在利用透射型电子显微镜进行的填料端面观察中，石墨烯片（グラフェンシート）关闭，扫描型电子显微镜下观察到的表面实质上平坦，且作为由激光拉曼光谱法测定的1360cm^－1附近的拉曼谱带的强度(I_D)与1580cm^－1附近的拉曼谱带的强度(I_G)的相对强度比(I_D/I_G)的R值为0.01～0.07的范围。本发明的沥青类石墨化短纤维，还包含了由激光拉曼光谱法测定的1580cm^－1附近的拉曼谱带的半峰宽Δν_G小于20(cm^－1)。通过使用本发明的沥青类石墨化短纤维，可以提供高度填充了碳纤维的热传导性组合物，可以得到表现出高的热传导性和柔软性的成形体。

本发明的沥青类石墨化短纤维，优选通过以下步骤来制造：(1)用熔喷法由中间相沥青制造沥青类碳纤维前体网的步骤，(2)将沥青类碳纤维前体网在氧化性气体氛围下不熔化（不融化），制造氧附着量为6.0～7.5wt%的沥青类不熔化纤维网的步骤，(3)将不熔化纤维网在600～2000℃进行烧成来制造沥青类碳纤维网的步骤，(4)将沥青类碳纤维网粉碎来制造沥青类碳短纤维的步骤，(5)将沥青类碳短纤维在2300～3400℃进行烧成的步骤。

本发明的沥青类石墨化短纤维由于不阻碍橡胶组合物的固化，可以将沥青类石墨化短纤维高度填充到橡胶组合物中，可以提供与以往的热传导性橡胶组合物相比、具有高的热传导性的热传导性橡胶组合物。通过使用本发明的沥青类石墨化短纤维，可以提供机械强度优异的热传导性组合物，能够由本发明的沥青类石墨化短纤维得到表现出高的热传导性和柔软性的热传导性成形体和热传导性片。