碳化布的制造方法以及由其制得的碳化布技术

本发明专利技术涉及碳化布的制造方法，是以由纤维素系纤维的纱线构成的织布、编布或编织布为原料纤维布，将其加热碳化而制造碳化纤维布的方法，其特征在于，从该布的纵或横的任一方向对含水率小于２５％的干燥状态的原料纤维布进行束缚并保持，在这种状态下，在加热炉内氧分压为５０ｍｍＨｇ以上的氧化性气氛下，以５０～２００℃／小时升温到２５０～３５０℃的温度范围，然后以氧分压小于５０ｍｍＨｇ的非氧化性气氛，以５０～２００℃／小时的升温速度连续升温到４００～７５０℃的最终加热温度范围，以最终加热温度保持规定时间以进行加热。采用该方法，能够比较容易且经济地制造气味吸附性、绝缘性、耐热性等优异，而且机械强度和柔软性优异的碳化布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及碳化布的制造方法以及由其制得的碳化布。详细地说，本 专利技术涉及以纤维素系纤维布为原料，成品率良好且经济地制造碳化布的方 法，该碳化布由于机械强度、柔软性、耐化学品性、耐洗涤强度等优异， 因此处理容易，并且由于气味吸附性、绝缘性、耐热性等优异，因此能够 应用于各种用途。
技术介绍
众所周知，碳对于气味、有害物质、微生物等具有良好的吸附性乃至 捕捉性。以往，作为这样的用途，使用活性炭和木炭等，但由于赋形性差，限 制了商品的拓展。因此，大量存在例如使这样的活性炭和木炭粉含于片材乃至膜或纤维 中而实现制品化的情况，但这样的情况存在比本来的碳自身所具有的特性 差的趋势。此外，以PAN系、沥青系为代表的碳纤维，虽然主要作为构造用复合 材料用途使用，但也可以期待在某种程度上具有吸附特性和催化特性等， 尽管也在研究向这样的用途拓展，但其性能不充分，而且在具有高刚性的 同时，断裂伸长率小，具有不耐弯曲的问题，难以加工成片状，而且由于 价格高，除了相当特殊的用途以外不能拓展。然而，除了作为构造材料用途的上述已广泛实用化的PAN系、沥青系 的碳纤维以外，迄今进行了想要以各种有机高分子为原料获得碳化纤维的 尝试。例如，将以AJt丝为中心的纤维素系纤维作为原料而获得碳化纤维 的方法也是其中的一种。再有，纤维素系纤维的情况与PAN系、沥青系的情况不同，由于通过 碳化处理时的加热没有熔融而是外表碳化，因此作为其制造工艺，当然也 需要不同的工艺。例如，专利文献1中公开了在惰性气氛下在300°F(约146。C ) ~ 500°F (约260°C)的温度范围对粘^AJt丝等纤维素系纤维进行加热，用规定 时间加热到500°F，进行部分碳化，从而得到固有纤维密度和拉伸强度良 好的半导性碳化纤维。此外，专利文献2中公开了以下内容以约10。C/小时 约50。C/小时 的緩慢升温速度将Ait丝纤维从100。C加热到450。C，接着以约100。C/小 时以上的升温速度加热到900。C,进而加热到约3000。C直至产生实质性的 石墨化，从而制造布状柔软的纤维状石墨。专利文献1和2中所示的技术中，例如，边通入氮气边在惰性气氛下 緩慢升温，可靠地进行纤维素的分解反应，但由于该分解反应是放热反应， 因此热容易蓄积在原料纤维中，容易产生所谓的失控反应，为了防止这种 情况，在惰性气氛下其处理需要非常长的时间。此外，在碳化'煅烧工序中， 随着热分解的进行，纤维产生大的结构变化，纤维产生收缩，而与收缩相 伴的较大应力集中在结构弱部，碳化煅烧时产生结构弱部的破损或破坏， 结果使得到的碳化纤维的机喊特性降低。此外，不仅长时间的加热产生能 量的消耗，而且需要长时间不断地通入氮气等惰性气体，因此导致制造成 本的增加。此外，专利文献3中，/〉开了如下寺支术将纤维素系纤维布浸渍于磷 酸等酸溶液中，进行干燥将溶剂除去后，在氧化气氛中以约100 350。C进 行加热，从而部分地且选择性地分解纤维素系物质，得到恒久地脱水的热 处理物质，然后，边防止氧化边将该物质加热到碳化温度进行碳化，再利 用经氮气净化后的电炉对已碳化的物质进行加热，从而石墨化。专利文献3中记载的技术如下，即，纤维素系纤维含有与大气中的 湿度平衡的通常为约5~20%左右的水分，该水分通过加热而脱去，但 在冷却时水分会以非常短的时间被再吸收，而且吸收的水分促进纤维物质的各个长丝上焦油状的表面析出物的形成，妨碍挠性碳质纤维物质的 制造，这些焦油状析出物在进一步的热分解中分解，其结果是各个长丝 与其他长丝，特别是存在交叉关系的其他长丝粘着，其结果是形成脆、 弱的制品，因此如上所述，想要通过得到最初完全脱水的纤维素系纤维， 来将其消除。除了专利文献3中所示的通过使用了磷酸等酸的脱水进行结构变化的方法以外，还已知使用金属氯化物，或如专利文献4中所示那样，使用溴 化镁等金属溴化物和硫脲、硫酸铵等氮化合物，在惰性气氛下加热，进行 阻燃化的方法。但是，使用专利文献3中所示的酸溶液、专利文献4中所示的金属溴 化物、或金属氯化物处理等的药剂进行纤维素系纤维的前处理的方法，虽 然实现了纤维素系纤维的阻燃化所需的加热时间的缩短，但由于成为属于 固相的纤维体这样不均一系纤维的处理，因此纤维表面的分子和内部的分 子的^^应性不同，在极端的情况下，药剂不能到达固体的内部，内部的分 子完全不能Jl应。因此，其改性在纤维的各部位具有不均匀的分布，结果 在得到的碳化纤维中其特性在纤维的各部位变得不均匀。此外，由于纤维素系纤维暴露于专利文献3所示的酸溶液中，因此原 料纤维强度降低，结果是得到的碳化纤维的强度等有时也会降低。此外， 使用金属氯化物或如专利文献4中所示使用^r属溴化物等，釆用卣素取代 而进行阻燃化时，有时会在碳化处理时产生有毒的气体。此外，为了提高纤维素系碳纤维的机械强度，还已知使原料纤维含浸 硅化合物后，进行碳化处理(例如，参照专利文献5~7。)。即，已知如下方法将纤维素系原料纤维浸渍于有机聚硅氧烷等有机 珪化合物的有机溶剂溶液中，然后在120 300。C下加热0.4~2小时，用 0.050 ~ 0.2小时冷却到18~30。C，以变形度0 ~-10%在上述条件下再次加 热，保持在300 ~ 400'C区间的变形度-25 ~ +30%加热到180 ~ 600。C进行碳 化，以及保持-10 ~+25%的变形度在900 2800。C下进行石墨化的方法(专 利文献5);将含有硅的含水纤维素纤维进一步浸渍于安替比林溶液中，在 空气中100 ~ 150'C下进行热处理，再在惰性气体气氛中在300 ~卯OPa的 真空压下以从150。C緩和升温到300 ~600。C来进行碳化，然后在惰性气体 气氛中在1000 2000'C下进行热处理的方法(专利文献6);此外，将纤维 素系原料纤维浸渍于有机硅化合物的有机溶剂溶液中，进行包括下列各阶 段的热处理的方法(专利文献7)，即，以10。C/分 60。C/分的升温iUL达 到250。C 350'C的温度范围的初期阶段、以2'C/分 10'C/分的升温速度 达到350。C 500。C的温度范围的中间阶段、以5。C/分 40。C/分的升温速 度升温到500。C ~750。C的最终阶段(然后可以进行1000°C ~2800。C范围的 高温热处理)。5这样含浸硅化合物得到的碳化纤维，虽然确实期待其机械强度的提高， 但在纤维的柔软性方面没有达到满足需要的水平，而且由于碳化纤维中残留有硅成分，因此从纤维的热、电或化学特性方面出发，不能期待太良好 的碳化纤维。作为纤维素系纤维的碳化处理，以往，如专利文献1 6中记载那样， 已知以"绞纱"状态将纤维素系纤维纱线;^加热炉内以间歇式进行，或者 边将纤维纱线在配置于加热炉内的辊等之间牵绕边使其通过而以连续式 进行的方法，但与PAN系、沥青系的碳纤维的情况相同，碳化处理后进行 织造等而制成布非常地困难。还进行了使用纤维素系纤维布作为原料，直接对其进行碳化处理而要 得到碳化纤维布的尝试。例如，专利文献8的实施例中，还示出了将磷酸 溶液处理后的原料布夹持在2片石墨板中，埋入焦炭填料(packing cokes ) 中，在非氧化性气氛下用1周的时间在卯0。C下进行碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化布的制造方法，是以由纤维素系纤维的纱线构成的织布、编布或编织布为原料纤维布，将其加热碳化而制造碳化纤维布的方法，其特征在于，　对含水率小于２５％的干燥状态的原料纤维布，从该布的纵或横的任一方向进行束缚并保持，在这种状态下，在加 热炉内，在氧分压为５０ｍｍＨｇ以上的氧化性气氛下，以５０～２００℃／小时的升温速度升温到２５０～３５０℃的温度范围，然后形成氧分压小于５０ｍｍＨｇ的非氧化性气氛，以５０～２００℃／小时的升温速度连续升温到４００～７５０℃的最终加热温度范围，以最终加热温度保持规定时间以进行加热。

【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：木村武司，
申请(专利权)人：新日本特克斯株式会社，朝阳贸易株式会社，株式会社三井物产战略研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]