(57)【要約】【課題】  炭素繊維の密度が内部で低く表層部で高い粒子状炭素繊維材料と、その製造方法を提供すること。【解決手段】  ナイロン粉末と短繊維状の気相成長炭素繊維を、高速撹拌機に投入して両材料を混合し、ナイロン粉末を核にして、この核の周囲に無数の炭素繊維が付着している混合粉末を形成する。続いて、混合粉末を、電気炉において５００℃で６０分間加熱し、核を燃焼・分解する。このような手順で形成された炭素繊維材料は、短繊維状の気相成長炭素繊維を凝集させてなる粒子状物となり、しかも、炭素繊維の密度が粒子状物の内部で低く粒子状物の表層部で高い構造になっている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維状の炭素繊維を凝集させてなる粒子状物であり、前記炭素繊維の密度が前記粒子状物の内部で低く前記粒子状物の表層部で高い構造になっている
ことを特徴とする粒子状炭素繊維材料。
【請求項２】
前記炭素繊維は、繊維径が０．０１〜０．５μｍ、繊維長が１〜５００μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子状炭素繊維材料。
【請求項３】
加熱されると燃焼・分解する材料によって形成された核の周囲に、短繊維状の炭素繊維を付着させて、前記核および前記炭素繊維を加熱することにより、前記核を燃焼・分解させてなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子状炭素繊維材料。
【請求項４】
加熱されると燃焼・分解する材料によって形成された核の周囲に、短繊維状の炭素繊維を付着させて、前記核および前記炭素繊維を加熱することにより、前記核を燃焼・分解させる
ことを特徴とする粒子状炭素繊維材料の製造方法。
【請求項５】
前記核は、２００〜７００℃に加熱されると燃焼・分解する樹脂材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の粒子状炭素繊維材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状炭素繊維材料、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、短繊維状の炭素繊維を凝集させてなる炭素繊維材料としては、例えば、下記特許文献１，２に記載されているものが知られている。
これら特許文献１，２に記載の炭素繊維材料は、短繊維状の炭素繊維を圧縮成形および加熱し、得られた成形体を解砕することによって形成された、フロック状または糸鞠状の構造体を主体とするものである。
【特許文献１】特開平９−１３２８４６号公報
【特許文献２】特開平１０−１６２８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１，２に記載された従来の炭素繊維材料は、単に炭素繊維材料を圧縮成形してから解砕したものなので、フロック状または糸鞠状の構造体中における炭素繊維の密度は、内部と表層部とで特に大差がないものと考えられる。
【０００４】
これに対し、本件発明者らは、特定の手法で粒子状の炭素繊維材料を形成すると、炭素繊維の密度が粒子状物の内部で低く粒子状物の表層部で高い構造になることを見いだした。このような密度差のある構造を持つ粒子状炭素繊維材料は、過去に類例を見ない新規なもので、この構造上の特徴を活かして様々な用途に利用できるものと期待される。
【０００５】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その目的は、炭素繊維の密度が内部で低く表層部で高い粒子状炭素繊維材料と、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、本発明の特徴的構成について説明する。
本発明の粒子状炭素繊維材料は、
短繊維状の炭素繊維を凝集させてなる粒子状物であり、前記炭素繊維の密度が前記粒子状物の内部で低く前記粒子状物の表層部で高い構造になっている
ことを特徴とする。
【０００７】
この粒子状炭素繊維材料において、炭素繊維の寸法は、所期の粒子状炭素繊維材料を形成できるのであれば特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、繊維径が０．０１〜０．５μｍ、繊維長が１〜５００μｍの炭素繊維を用いるとよい。
【０００８】
このような構造の粒子状炭素繊維材料は、加熱されると燃焼・分解する材料によって形成された核の周囲に、短繊維状の炭素繊維を付着させて、前記核および前記炭素繊維を加熱することにより、前記核を燃焼・分解させると形成することができる。
【０００９】
この場合、核は、炭素繊維を分解させない範囲内の温度条件で加熱した際に、燃焼・分解する材料によって形成されていればよく、例えば、２００〜７００℃に加熱されると燃焼・分解する樹脂材料によって形成されているとよい。
【００１０】
また、核は、燃焼・分解に伴って完全に消失してもよいが、核の一部が炭化物等の固形分となって残留しても特に問題はなく、むしろ、残留した固形分が炭素繊維間で接合剤として機能すれば、粒子状炭素繊維材料がより崩れにくいものとなる点では好ましい。
【００１１】
上記のような核が燃焼・分解すると粒子の内部は空洞化する。このとき、炭素繊維が空洞内へ崩れなければ、粒子は完全な中空構造になる。また、熔融状態となった核の流動や燃焼ガスの発生に伴い、炭素繊維がいくらか空洞内へ崩れ落ちることがあるが、その場合でも、空洞が完全に炭素繊維で埋められて表層部と内部との密度差が無くなってしまうようなことはないので、粒子内部の炭素繊維密度が低い構造になる。以上のような中空構造ないし粒子内部の炭素繊維密度が低い構造は、いずれも炭素繊維の密度が粒子状物の内部で低く粒子状物の表層部で高い構造であると考えることができるので、このような構造を有する粒子状炭素繊維材料は、すべて本発明に包含されることになる。
【００１２】
なお、核の形状については特に限定されないが、最終的に得られる粒子状炭素繊維材料の形状は、核の形状を反映したものとなるので、例えば、球形の粒子状炭素繊維材料を必要とする場合は核についても球形とすればよく、細長い形の粒子状炭素繊維材料を必要とする場合は核についても細長い形とすればよい。
【００１３】
以上のような構造の粒子状炭素繊維材料は、公知の炭素繊維材料と同様、導電性フィラーとして樹脂に添加したり、電池用の導電材として利用したり、あるいは、黒色の着色剤として塗料やトナーに配合したり、ゴム系材料の改質剤として利用することができる。また、多孔質材料としての物性も備えているので、触媒担体、微生物担体、吸着剤、脱臭剤、各種フィルター、吸音材などとしても利用できる。
【００１４】
また特に、炭素繊維の密度が粒子状物の内部で低く粒子状物の表層部で高い構造になっているので、炭素繊維の密度が均一な粒子とは異なり、内部の容量が大きく、且つ、表層部が緻密な構造になっている。したがって、例えば、薬剤を粒子内部に含浸、担持させた場合には、その担持量が多くなり、しかも、表層部が緻密な構造になっていることから、薬剤が放出量は抑制されるので、薬剤を微量ずつ長時間にわたって放出させることができる徐放性の高い薬剤担体となる。
【００１５】
また、例えば、粒子の内部にある大きな隙間は、微生物が安定して定着できる棲息空間となり得るので、粒子の内部まで細かな隙間しかない凝集体に比べ、微生物担体としても良好な性能を発揮するものと期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
８００ｇの市販ナイロン粉末（ＰＡ１２、粒径約１０〜３０μｍ）と、２００ｇの気相成長炭素繊維（昭和電工株式会社製、製品名：ＶＧＣＦ、繊維径：約０．１μｍ、繊維長：約２０μｍ）を、高速撹拌機（株式会社カワタ製、製品名：スーパーミキサー）に投入し、１０００ｒｐｍで６０分間の撹拌を行い、両材料を混合した。
【００１７】
図１に、混合後の粉末の電子顕微鏡写真を示す。図１から、ナイロン粉末を核にして、この核の周囲に無数の炭素繊維が付着している様子を見ることができる。
次に、上記混合処理後の混合粉末を、電気炉において５００℃で６０分間加熱し、その後、電気炉から取り出して室温まで冷却した。
【００１８】
図２に、電気炉から取り出した粉末の電子顕微鏡写真を示す。図２から、炭素繊維凝集体は、解砕されることなく粒子状の形態を保っていることがわかる。５００℃６０分間の加熱により、ナイロン粉末は燃焼・分解していると考えられるので、炭素繊維凝集体の内部からはナイロン粉末が消失し、ナイロン粉末が占有していた領域は空洞化しているものと考えられる。
【００１９】
もちろん、空洞化した部分にいくらかの炭素繊維が入り込んでいる可能性はあるので、炭素繊維凝集体の内部は、完全な中空構造になっているとは限らず、多少の炭素繊維で埋められている可能性はあるが、表層部と同程度まで高密度になっているとも考えられないので、少なくとも炭素繊維の密度が粒子状物の内部で低く粒子状物の表層部で高い構造になっているものと考えられる。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
上記実施形態では、炭素繊維として、気相成長炭素繊維を用いたが、他の製法によって製造された炭素繊維（例えばＰＡＮ系、ピッチ系など）であっても構わない。
【００２１】
また、上記実施形態では、ナイロン粉末を核として用いたが、他の樹脂材料からなる粉末を核として用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】核となるナイロン粉末と炭素繊維とを混合した直後の粉体（本発明の粒子状炭素繊維凝集体を製造途中にできる中間生成物）の電子顕微鏡写真。
【図２】加熱により核となるナイロン粉末を消失させた後の粉体（本発明の粒子状炭素繊維凝集体）の電子顕微鏡写真。
【図１】
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【図２】
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