專利名稱：：瀝青類碳纖維、其制備方法和成形體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及瀝青類(匕、于系)碳纖維及其制備方法，該瀝青類碳纖維具有特定的纖維直徑和纖維長度，且其分布位于特定的范圍中。本發(fā)明還涉及使用了瀝青類碳纖維的熱傳導(dǎo)性良好的成形體。
背景技術(shù)：
：高性能的碳纖維可分為以聚丙烯腈(PAN)作為原料的PAN類碳纖維和以瀝青類作為原料的瀝青類碳纖維。并且，利用碳纖維的強度、彈性模量明顯比通常的合成高分子高的特征，將其廣泛用于航空、宇宙用途；建筑、土木用途；體育、休閑用途等。與通常的合成高分子相比，碳纖維熱傳導(dǎo)率高，散熱性好。碳纖維由于聲子(phonon)的移動實現(xiàn)高熱傳導(dǎo)率。聲子在晶格發(fā)達的材料中傳遞好。但市售的PAN類碳纖維不能說晶格十分發(fā)達，其熱傳導(dǎo)率通常小于200W/(m.K)，從熱管理的XC點考慮，難以i兌是一定合適的。與此相對，瀝青類碳纖維因石墨化高，晶格很發(fā)達，與PAN類碳纖維相比，容易實現(xiàn)高熱傳導(dǎo)率。近年來，隨著放熱性電子部件的高密度化、便攜式個人計算機等電子設(shè)備的小型化、薄形化和輕量化，其中使用的散熱部件的低熱阻化的要求逐漸變高，要求進一步提高散熱特性。作為散熱部件，可示例包含填充了熱傳導(dǎo)性填料的固化物的熱傳導(dǎo)性片；包含在凝膠狀物質(zhì)中填充了熱傳導(dǎo)性填料的、具有柔軟性的固化物的熱傳導(dǎo)性隔離器(spacer);在液狀基質(zhì)(matrix)中填充了熱傳導(dǎo)性填料的具有流動性的熱傳導(dǎo)性糊劑；用溶劑稀釋熱傳導(dǎo)性糊劑，進一步提高了流動性的熱傳導(dǎo)性涂料；在固化性物質(zhì)中填充了熱傳導(dǎo)性填料的熱傳導(dǎo)性粘結(jié)劑；利用了樹脂的相變化的相變型散熱部件等。為提高這些散熱部件的熱傳導(dǎo)率，可以在基質(zhì)中填充大量熱傳導(dǎo)材料。作為熱傳導(dǎo)材料，已知氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂、氧化鋅、碳化硅、石英、氫氧化鋁等金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬氫氧化物等(專利文獻l)。然而，金屬材料類的熱傳導(dǎo)材料比重高，導(dǎo)致散熱部件的重量增大。另外，在使用粉末狀的熱傳導(dǎo)材料的情況下，由于難以形成網(wǎng)絡(luò)(network)，故難以得到高的熱傳導(dǎo)性。因此，在提高熱傳導(dǎo)性中需要大量使用熱傳導(dǎo)材料，結(jié)果是散熱部件的重量增加、成本增加，很難說是一定是使用方便的材料。因此，為有效地利用熱傳導(dǎo)材料的高傳導(dǎo)率，優(yōu)選在介于合適的基質(zhì)之間的狀態(tài)中熱傳導(dǎo)材料形成網(wǎng)絡(luò)。作為容易形成網(wǎng)絡(luò)的形狀，眾所周知纖維狀物質(zhì)(專利文獻2)。纖維狀物質(zhì)有碳纖維。碳纖維因其剛性、耐熱性而被用于碳纖維強化塑料等中(專利文獻3)。另外，提出了在二次電池電極等中的應(yīng)用(專利文獻4)。還提出了在熱傳導(dǎo)材料中使用碳纖維。例如在專利文獻5中提出了，使用了平均纖維長度在30nm以上而不足300jim的石墨碳纖維的散熱片。另外，在專利文獻6中提出了，使用含有長度為10150nm的碳纖維的組合物的熱傳導(dǎo)裝置。在專利文獻7中提出了，含有被覆有強磁體的石墨化碳纖維的半導(dǎo)體裝置。然而，在專利文獻57中沒有用于提高碳纖維在基質(zhì)中的分散性的研究，存在著提高碳纖維的網(wǎng)絡(luò)形成能力和提高熱傳導(dǎo)性的余地。(專利文獻1)日本特開2005-72220號公報(專利文獻2)日本特表2002-535469號公報(專利文獻3)日本特開平7-90725號公報(專利文獻4)日本特開平7-85862號公才艮(專利文獻5)日本特開2000-192337號公報(專利文獻6)日本特開平11-279406號公報(專利文獻7)日本特開2002-146672號公報
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供適宜用于散熱部件的熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的碳纖維。另外，本發(fā)明的目的在于提供熱傳導(dǎo)性高、容易在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)的碳纖維。另外，本發(fā)明的目的在于提供該碳纖維的制備方法。另外，本發(fā)明的目的在于提供在基質(zhì)中高密度地形成碳纖維的網(wǎng)絡(luò)、熱傳導(dǎo)性高的成形體。希望在散熱部件中使用的碳纖維容易在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)，同時具有高的熱傳導(dǎo)性。本發(fā)明人研究了熱傳導(dǎo)性和網(wǎng)絡(luò)形成能力優(yōu)異的碳纖維。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在含有碳纖維及基質(zhì)的散熱部件中，作為碳纖維，如果使用結(jié)晶尺寸大的瀝青類碳纖維，則散熱部件的熱傳導(dǎo)性提高。另外還發(fā)現(xiàn)，如果使散熱部件中的纖維長度處于特定的范圍，抑制纖維長度的分布、盡可能使其均勻，則容易形成碳纖維的網(wǎng)絡(luò)，熱傳導(dǎo)性提高。另外還發(fā)現(xiàn)，如果使散熱部件中的纖維直徑處于特定的范圍，且使纖維直徑的分布處于特定的范圍，則熱傳導(dǎo)性進一步提高。本發(fā)明基于這些見解而完成。即，本發(fā)明為瀝青類碳纖維，其特征在于，以中間相瀝青為原料，平均纖維直徑(AD)為520jun,纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(平均繊維徑(AD)c対卞3繊維徑分散O百分率)(CVAD值)為5~15，個數(shù)平均纖維長度(number-averagefiberlenth)(NAL)為25~500nm，體積平均纖維長度(volume-averagefiberlenth)(VAL)為55~750[im，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的值為1.02~1.50。另外，本發(fā)明包括使用上述碳纖維的成形體。另外，本發(fā)明是瀝青類碳纖維的制備方法，其特征在于，用熔噴法對熔融的中間相瀝青進行紡絲，再通過不熔化(不熔化L)、燒制、粉碎來制備瀝青類碳纖維，在該方法中，紡絲時熔融的中間相瀝青的粘度為5~25Pa*S。另外，本發(fā)明包括提高含有碳纖維及基質(zhì)的散熱部件的熱傳導(dǎo)性的方法，該方法的特征在于，作為該碳纖維使用下述瀝青類碳纖維以中間相瀝青為原料，平均纖維直徑(AD)為5~20fim，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CVAD值)為5~15，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25~500fim,體積平均纖維長度(VAL)為55~750nm,用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的值為1.02~1.50。具體實施例方式接著，對本發(fā)明的實施方式進行說明。(瀝青類碳纖維)(平均纖維長度NAL、VAL)本發(fā)明碳纖維的個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25~500nm，體積平均纖維長度(VAL)為55~750nm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的值(VAL/NAL)為1.02~1.50。個數(shù)平均纖維長度(NAL)優(yōu)選為50~500nm，更優(yōu)選為100~500jim，進一步優(yōu)選為100~400nm。體積平均纖維長度(VAL)優(yōu)選為60~750nm，更優(yōu)選為100-600fim。VAL/NAL優(yōu)選為1.1~1.4，更優(yōu)選為1.15~1.35。如果個數(shù)平均纖維長度(NAL)小于25fim或體積平均纖維長度(VAL)小于55jim,則基質(zhì)中的碳纖維之間不能充分形成網(wǎng)絡(luò)，不能發(fā)揮高的熱傳導(dǎo)率。另一方面，如果個數(shù)平均纖維長度(NAL)超過500jun或體積平均纖維長度(VAL)超過750jim，則纖維的交絡(luò)(交絡(luò))明顯增大，在與樹脂混合時粘度變得非常大，處理變得困難。用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的值(VAL/NAL)是指碳纖維的纖維長度分布的廣度。在該值小于1.02的情況下，纖維長度幾乎完全相同，實際上是不可能的。另外，在大于1.50的情況下，意味著纖維長度分布非常廣，包含非常短的或非常長的碳纖維，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)率下降或粘度上升。平均纖維長度可通過粉碎條件來控制。即，能夠通過調(diào)節(jié)用切割機等粉碎時的切割機的轉(zhuǎn)速、球磨機的轉(zhuǎn)數(shù)、氣流粉碎機的氣流速度、壓碎機的碰撞次數(shù)、粉碎裝置中的停留時間，來控制平均纖維長度。另外，可以通過進行篩分等分級操作將纖維長度短的或纖維長度長的碳纖維從粉碎后的碳纖維中除去來進行調(diào)節(jié)。(在篩子上殘留的比例)希望本發(fā)明的瀝青類碳纖維在個數(shù)平均纖維長度(NAL)為100~500jim、用孔徑(目開含)為53[im的篩孑L(mesh)的篩子分級時，在篩子上殘留的比例是30~60%;在用孔徑為lOOjim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例是10~29%。在孔徑為53pm的篩孔的篩子上殘留的碳纖維，適于形成基質(zhì)，對熱傳導(dǎo)有效地起作用。另外，在lOOfim的篩孔的篩子上殘留的碳纖維，松密度高，因此在基質(zhì)中交絡(luò)而形成空隙。通過在該空隙中放入在53fim的篩孔之下殘留的短碳纖維，從而使基質(zhì)中的碳纖維的填充狀態(tài)變得良好。雖然本條件得以適當?shù)貪M足，但在用53|im的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例是30~60°/。，在用孔徑為lOOnm的篩孔的痛子分級時，在篩子上殘留的比例是10~29%?？梢酝ㄟ^控制粉碎條件及分級條件來控制在篩子上殘留的比例。作為具體的控制方法為，在粉碎后用篩子、篩狀物(mesh)除去纖維長度短的或纖維長度長的瀝青類碳纖維填料。另外，通過控制粉碎的強度、例如切割機的切割刀的轉(zhuǎn)數(shù)、球磨機的轉(zhuǎn)數(shù)、氣流粉碎機的氣流速度、壓碎機的碰撞次數(shù)、粉碎裝置中的停留時間等，可以控制纖維長度的分布，通過將該控制與用篩子、篩狀物(mesh)的控制進行組合，能夠更精密地控制篩子上的比例。(平均纖維直徑AD)碳纖維的平均纖維直徑(AD)為5~20fim。在不足5[im的情況下，在與基質(zhì)復(fù)合時，填料的根數(shù)變多，因此，基質(zhì)/填料的混合物的粘度變高，成形困難。如果超過20nm，則在與基質(zhì)復(fù)合時，填料的根數(shù)變少，因此，填料間就不容易接觸，在成為復(fù)合材料時不容易發(fā)揮有效的熱傳導(dǎo)。平均纖維直徑(AD)優(yōu)選為5~15fim，更優(yōu)選為713nm。纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CVAD值)為5~15。CVAD值可由下式求得這里，D是各個纖維的纖維直徑，n是測量的個數(shù)。CVAD值越小，意味著工序穩(wěn)定性高，產(chǎn)品的不均勻小。CVAD值小于5時，纖維直徑趨于一致，因此難以在填料之間插入纖維直徑小的填料，在與基質(zhì)復(fù)合時難以進行大量添加，結(jié)果很難得到高性能的復(fù)合材料。反之，在CVAD值大于15的情況下，在與基質(zhì)復(fù)合時，容易產(chǎn)生粘度不勻，分散性降低。結(jié)果，在復(fù)合材料內(nèi)部的填料的分散變得不均勻，不能產(chǎn)生均勻的熱傳導(dǎo)率。CVAD值可通過調(diào)節(jié)紡絲時的CVAU=S/AD(1)這里，S是纖維直徑分散度，AD是平均纖維直徑。另外，S可由下式(2)求得熔融的中間相瀝青的粘度來實現(xiàn)，具體地說，可以通過在利用熔噴法進行紡絲時，將紡絲時的熔融瀝青調(diào)整為525Pa'S來實現(xiàn)。(微晶大小)本發(fā)明的碳纖維，優(yōu)選來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為5nm以上。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小可以通過公知的方法求得，可以通過利用X射線衍射法所得的碳結(jié)晶的(110)面的衍射線求得。微晶大小之所以重要是因為熱傳導(dǎo)主要由聲子進行，而結(jié)晶產(chǎn)生聲子。微晶大小更優(yōu)選為20nm以上，進一步優(yōu)選為30nm以上。微晶大小的上限是100nm左右。(真密度)碳纖維的真密度優(yōu)選為1.5~2.3g/cc，更優(yōu)選為1.8~2.3g/cc，進一步優(yōu)選為2.1~2.3g/cc。在該范圍內(nèi)時，石墨化度非常高，能充分發(fā)揮熱傳導(dǎo)度，同時，用于石墨化的能量成本也與所得的碳纖維的特性相應(yīng)。(熱傳導(dǎo)率)碳纖維在纖維軸向的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為300W/m.K以上，更優(yōu)選為600~1,100W/m.K。在300W/m.K以上的情況下，在與基質(zhì)混合制備成形體的情況下可以得到充分的熱傳導(dǎo)性。(瀝青類碳纖維的制備方法)本發(fā)明的瀝青類碳纖維可以如下制得用熔噴法對熔融的中間相瀝青進行紡絲，再通過不熔化、燒制、粉碎、根據(jù)需要而分級來制備。優(yōu)選在粉碎后進行石墨化處理。(原料)作為本發(fā)明的瀝青類碳纖維的原料，例如可列舉萘、菲等稠合多環(huán)烴化合物；石油類瀝青、煤類瀝青等稠合雜環(huán)化合物等。其中，優(yōu)選萘、菲等稠合多環(huán)烴化合物。特別優(yōu)選光學(xué)各向異性瀝青，即中間相瀝青。它們可以單獨使用一種，也可以將兩種以上適當組合使用，但單獨使用中間相瀝青可使碳纖維的熱傳導(dǎo)性提高，故特別優(yōu)選。原料瀝青的軟化點可以用Mettler軟化點法。卜，一法)求得，優(yōu)選在250。C以上350"C以下。如果軟化點低于250"C，則在進行不熔化時纖維之間產(chǎn)生熔融粘著或大的熱收縮。另外，如果軟化點高于350t:，適于紡絲的溫度變高，瀝青容易發(fā)生熱分解，紡絲變得困難。(紡絲)原料瀝青可以通過在熔融后從噴嘴排出(吐出)、并將其冷卻的熔融紡絲而纖維化。作為紡絲方法并無特別限制，具體而言可舉出用巻繞機將從噴嘴(口金)排出的瀝青巻取的通常的紡絲法；采用熱風作為噴射(atomizing)源的熔噴法；利用離心力將瀝青巻取的離心紡絲法等，但出于生產(chǎn)性高等原因，優(yōu)選使用熔噴法。原料瀝青優(yōu)選在熔融紡絲后，經(jīng)過不熔化、燒制、粉碎，最后進行石墨化。下面，以熔噴法為例，對各工序進行說明。在本發(fā)明中，對作為瀝青類碳纖維原料的瀝青纖維的紡絲噴嘴的形狀并無特別限制，優(yōu)選使用的紡絲噴嘴為導(dǎo)絲角a為1090。、排出口的長度L與直徑D的比值L/D在6~20的范圍內(nèi)的噴嘴。紡絲時的噴嘴溫度，只要是能維持穩(wěn)定的紡絲狀態(tài)的溫度即可。為使纖維直徑的不均勻小，即，使CVAD處于規(guī)定的范圍內(nèi)，紡絲時的熔融瀝青的粘度優(yōu)選為5~25Pa.S，更優(yōu)選為6~22Pa.S。根據(jù)原料瀝青的組成、即易揮發(fā)性成分的含量，而使熔融瀝青的粘度的溫度依賴性不同，但具體地說，如果將熔融瀝青的溫度調(diào)整為比軟化點高4060X:的溫度，則大多可實現(xiàn)該粘度。當紡絲條件處于該范圍中時，原料瀝青中的剪切負荷可以使芳香環(huán)為一定程度的排列(配列)。在紡絲條件處于該范圍之外時，例如在粘度過小、或?qū)Ыz角過小、或L/D過大時等剪切負荷更強的條件下，芳香環(huán)過度地排列，在石墨化時，碳纖維容易損壞。反之，在粘度過大、或?qū)Ыz角過大、或L/D過小等剪切負荷更小的條件下，芳香環(huán)不怎么排列，因此，即使進行石墨化處理也不更提高石墨化度，不能得到高的熱傳導(dǎo)性。對于從噴嘴孔出絲的瀝青纖維，通過在細化點(細化點)附近噴射加熱至100350t:的每分鐘100~10000m的線速度的氣體而制成短纖維。氣體的溫度約高，則到瀝青固化為止的時間變長，發(fā)揮更長時間的拉伸作用，有得到更細的纖維的傾向。優(yōu)選噴射與原料瀝青的熔融溫度相近的溫度的氣體。同樣，所噴氣體的線速度越大，則發(fā)揮更強的拉伸作用，有得到更細的纖維的傾向。但是，如果氣體的線速度過高，則瀝青纖維會折斷，在后述金屬絲網(wǎng)帶(金網(wǎng)^々卜)上的損耗變大。優(yōu)選的線速度根據(jù)紡絲時的熔融粘度而不同，具體而言，在熔融粘度為100Pa.S時，線速度優(yōu)選為每分鐘3,000~7，000m。所噴的氣體可以10使用空氣、氮氣和氬氣，但從性價比方面考慮，優(yōu)選空氣。瀝青纖維被捕集于金屬絲網(wǎng)帶上，形成連續(xù)的氈狀(^5/卜狀)，進而通過交叉鋪網(wǎng)(crosslap)成為三維隨機氈。三維隨機氈是指，除了交叉鋪網(wǎng)之外，瀝青纖維還三維地交絡(luò)的氈。該交絡(luò)是在從噴嘴到金屬絲網(wǎng)帶之間的被稱為煙囪(chimney)的筒中實現(xiàn)的。因為線狀的纖維立體地交絡(luò)，所以通常僅顯示一維的行為的纖維的特性在立體中也有所反映。(不熔化)將含有如上得到的瀝青纖維的三維隨機氈，用公知的方法進行不熔化。不熔化是使用空氣或者將臭氧、二氧化氮、氮、氧、碘、溴添加于空氣中而形成的氣體，在200350'C下進行的?？紤]到安全性和^更利性，優(yōu)選在空氣中實施。(燒制)另外，將經(jīng)過不熔化的瀝青纖維在真空中或在氮氣、氬氣、氪氣等惰性氣體中，在6001，500t:下燒制。燒制多在常壓、且成本便宜的氮氣中實施。(粉碎)可以通過在不熔化之后或燒制后，粉碎纖維來得到瀝青類碳纖維。粉碎可以以公知的方法來進行。具體地說，可以使用切割機、球磨機、氣流粉碎機、壓碎機等。(分級)為除去纖維長度長的碳纖維或短的碳纖維，優(yōu)選用篩子對碳纖維進行分級。除去長的碳纖維的篩子的孔為0.8lmm左右，除去短的碳纖維的篩子的孔為2(Him左右。重復(fù)分級能夠除去短的或長的碳纖維，但僅實施一次也具有良好的效果。該分級工序在粉碎后還是在石墨化后進行均沒有區(qū)別，但粉碎機和分級裝置可以容易地組合，在粉碎后進行分級處理能夠有效地進行，故優(yōu)選。(石墨化)根據(jù)需要，將粉碎的瀝青類碳纖維分級，接著優(yōu)選進行石墨化。為提高作為碳纖維的熱傳導(dǎo)率，石墨化溫度優(yōu)選為2,000~3，500°C，更優(yōu)選為2，3oo~3，ioo°c，進一步優(yōu)選為2,8oo~3，ioor:。在石墨化時，若放入到石墨性的坩堝內(nèi)進行處理，則能隔斷來自外部的物理、化學(xué)的作用，故優(yōu)選。石墨制的坩堝只要能將上述碳纖維以期望量放入即可，其大小和形狀沒有限制，但為防止在石墨化處理中或冷卻中與爐內(nèi)的氧化性氣體或水蒸氣反應(yīng)而造成碳纖維損傷，可以適當利用帶蓋的氣密性高的坩堝。通常根據(jù)石墨化使用的爐的形式來改變惰性氣體的種類。(成形體)本發(fā)明的碳纖維與基質(zhì)復(fù)合可以得到復(fù)合物、片狀物(sheet)、油脂(grease)、粘結(jié)劑等成形體。因此，本發(fā)明包含使用該碳纖維的成形體。成形體含有碳纖維和基質(zhì)，相對于成形體100重量份，碳纖維的含有量優(yōu)選為10~70重量份，更優(yōu)選為20~60重量份。作為基質(zhì)，可以使用聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚醚酮樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、酚醛樹脂(7工乂一々系樹脂)和有機硅樹脂等。成形體可優(yōu)選作為放熱性電子部件的散熱部件。(提高熱傳導(dǎo)性的方法)本發(fā)明是提高散熱部件的熱傳導(dǎo)性的方法，該散熱部件含有碳纖維及基質(zhì)，其特征在于，作為該碳纖維使用如下的瀝青類碳纖維以中間相瀝青作為原料，平均纖維直徑(AD)為5~20nm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CVAD值)為5~15，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25~500jim，體積平均纖維長度(VAL)為55~750jim,用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的值為1.02~1.50。碳纖維及基質(zhì)如上所述。相對于散熱部件100重量份，在散熱部件中的碳纖維的含有量優(yōu)選為10~70重量份，更優(yōu)選為20~60重量份。實施例下面示出了實施例，但本發(fā)明并不限于此。實施例中的各值根據(jù)下面的方法求得。(l)碳纖維的平均纖維直徑(AD)是在光學(xué)顯微鏡下使用標度(scale)測量經(jīng)過燒制的60根碳纖維所得的平均值。(2)碳纖維的個數(shù)平均碳纖維長度(NAL)是用長度測量器測量經(jīng)過燒制的l，OOO根碳纖維所得的平均值。另外，求出實際測量的l，OOO根纖維的各纖維長度的平方的平均值，該平均值的平方根即為體積平均纖維長度(VAL)。(3)碳纖維的微晶大小如下求得測量來自在X射線衍射中出現(xiàn)的(IIO)面的反射，并用學(xué)振法(學(xué)振法)求得。(4)碳纖維的密度如下確定調(diào)節(jié)三溴甲烷(密度為2.卯g/cc)和1，1，2，2-四氯化乙烷(密度為1.59g/cc)的混合比，將碳纖維投入到調(diào)整了溶液密度的混合液中，根據(jù)碳纖維的沉降程度來確定。(5)碳纖維的熱傳導(dǎo)率如下求得使用銀糊劑以石墨化瀝青類碳纖維(該碳纖維是除粉碎工序之外以相同的條件制作的石墨化瀝青類碳纖維)的兩端距離為lcm的方式進行固定，用測量器測量20根(20本)兩端的電阻，使用碳纖維的半徑來計算求出電阻率，由熱傳導(dǎo)率和電阻的下述關(guān)系式(參考專利3648865號)來計算求得K=1272.4/ER-49.4(K為碳纖維的熱傳導(dǎo)率W/(m'K)，ER為碳纖維的電阻率fiftm)。(6)碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，使用京都電子公司生產(chǎn)的QTM-500用探針法求得。(7)瀝青類碳纖維填料在篩子(mesh)上殘留的比例如下求得通過將100g碳纖維用孔徑為100pm、孔徑為53fim的篩子，以震蕩機(夕于力亍y夕生產(chǎn)的R-l)進行篩分后，測量所得的碳纖維的質(zhì)量而求得。實施例1以含有稠合多環(huán)烴化合物的瀝青作為主原料。該瀝青的光學(xué)各向異性比例為100%,軟化點為283X:。4吏用直徑為0.2mm①的孔的蓋，以每分鐘5，500m的線速度從縫隙噴出加熱空氣，牽伸熔融瀝青，制作平均直徑為14.5fim的瀝青類短纖維。此時的樹脂溫度為337"C，熔融粘度為8.0Pa.S。將紡出的纖維捕集于帶上制成氈，進而通過交叉鋪網(wǎng)制作單位面積重量(目付)為320g/m2的由瀝青類短纖維形成的三維隨機趕。將該三維隨機氈在空氣中以平均升溫速度6'C/分鐘從170n升溫到285"C進行不熔化。用切割機(夕一求工業(yè)公司生產(chǎn))以800rpm將經(jīng)不熔化的三維隨機氈粉碎，用lmm的篩子分級，將所得物在3000t:下燒制。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.8nm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12%。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為200jim,體積平均纖維長度(VAL)為240nm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.20,在用孔徑為53nm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為45%，在用孔徑為10(Him的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為24%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.18g/cc，熱傳導(dǎo)率為350W/m'K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東1/.歹夕S/y3—y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在130匸下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為6.3W/(m*K)。實施例2除了將實施例1中的切割機的轉(zhuǎn)數(shù)改變?yōu)?00rpm外，以相同的方法制作碳纖維。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.6nm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12。/。。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為300nm，體積平均纖維長度(VAL)為39(Him，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.30，在用孔徑為53nm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為55%;在用孔徑為lOOjmi的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為29%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.18g/cc，熱傳導(dǎo)率為350W/m.K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東1/*歹々、>y〕一y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在130"C下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為6.6W/(m'K)。比較例1除了不進行實施例1中的用篩子進行的分級操作外，以相同的方法制作碳纖維。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.8jim，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12%。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為250^01,體積平均纖維長度(VAL)為400jun,用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.60，在用孔徑為53pm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為62%;在用孔徑為lOOjim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為33%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.19g/cc,熱傳導(dǎo)率為350W/m.K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東I/歹々少y-—;x(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在13(TC下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為3.3W/(m*K)。比較例2除了將實施例1中的切割機(cutter)的轉(zhuǎn)數(shù)改變?yōu)?200rpm外，以相同的方法制作碳纖維。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.8jim，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為13M。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為40fim，體積平均纖維長度(VAL)為50fim，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.13，在用孔徑為53jim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為18%;在用孔徑為100nm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為3%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.18g/cc，熱傳導(dǎo)率為350W/m.K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東1/歹，少];3—y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在1301C下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為1.4W/(m*K)。比較例3除了將實施例1中的切割機的轉(zhuǎn)數(shù)改變?yōu)?00rpm外，進行相同的操作制作碳纖維。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.8pm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12%。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為600jim，體積平均纖維長度(VAL)為700nm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.17，在用孔徑為53fim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為87%;在用孔徑為lOOjim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為59%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。密度為2.18g/cc,熱傳導(dǎo)率為350W/m,K。將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東I/'^夕少y〕一:/(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，但粘度高不能制得與實施例l相同的片狀物。比較例4除了將實施例1中的樹脂溫度改變?yōu)?45°C、熔融粘度改變?yōu)?.0Pa.S外，以相同的方法制作碳纖維。燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.4jim，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為19%。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為180jim，體積平均纖維長度(VAL)為240nm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.33,在用孔徑為53jim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為49%;在用孔徑為lOOjim的篩孔的痛子分級時，在篩子上殘留的比例為23%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.18g/cc,熱傳導(dǎo)率為350W/m.K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東^^夕、>yrr—:/(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物，但碳纖維分散不均勻，得到不均勻的成形體。比較例5除了將實施例1中的3000。C的燒制工序改變?yōu)樵诜鬯榍斑M行之外，以相同的方法制作碳纖維。16燒制后的碳纖維的平均纖維直徑(AD)為8.1fim,纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為18。/。。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為210nm,體積平均纖維長度(VAL)為300nm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.43,在用孔徑為53jim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為48%;在用孔徑為lOOpm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為26%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。真密度為2.18g/cc,熱傳導(dǎo)率為350W/m'K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東l/'歹夕、乂U〕一y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在130X:下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物，但粘度高不能制得與實施例l相同的片狀物。實施例1~2、比較例15的結(jié)果如表1和表2所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>AD:平均纖維直徑；NAL:個數(shù)平均纖維長度；VAL:體積平均纖維長度表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實施例3以含有稠合多環(huán)烴化合物的瀝青作為主原料。該瀝青的光學(xué)各向異性的比例為100%,軟化點為283°C。使用直徑為0.2mm①的孔的蓋，以每分鐘5，500m的線速度從縫隙噴出加熱空氣，牽伸熔融的瀝青，制作平均直徑為14.5fim的瀝青類短纖維。此時的樹脂溫度為337°C，熔融粘度為8.0Pa.S。將紡出的纖維捕集于帶上制成氈，進而通過交叉鋪網(wǎng)制作單位面積重量為320g/n^的由瀝青類短纖維形成的三維隨機氈。將該三維隨機氈在空氣中以平均升溫速度6。C/分鐘從170。C升溫到285。C進行不熔化。用切割機(夕一求工業(yè)^iS司生產(chǎn))以800rpm將經(jīng)不熔化的三維隨機氈粉碎，用孔徑為lmm的篩子分級，將所得物在300(TC下燒制。燒制后的瀝青類碳纖維填料的平均纖維直徑(AD)為8.8nm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為200[im，在用孔徑為53jim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為45%;在用孔徑為lOOjim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為24%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。密度為2.18g/cc，熱傳導(dǎo)率為350W/m'K。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東1/歹夕3—y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在130。C下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為5.6W/(m'K)。實施例4除了將實施例1中的切割機的轉(zhuǎn)數(shù)改變?yōu)槊甇rpm外，以相同的方法制作瀝青類碳纖維填料。燒制后的瀝青類碳纖維填料的平均纖維直徑(AD)為8.8fim，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV值)為12。個數(shù)平均纖維長度(NAL)為160jim，在用孔徑為53jim的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為35%;在用孔徑為lOOpm的篩孔的篩子分級時，在篩子上殘留的比例為20%。來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為70nm。密度為2.18g/cc，熱傳導(dǎo)率為350W/nrK。通過將25重量份所得的碳纖維、75重量份有機硅樹脂(東1/*夂夕、>y3—y(株)生產(chǎn)的SE1740)混合，并在130。C下進行熱固化處理，得到碳纖維/有機硅復(fù)合物。測量所制作的碳纖維/有機硅復(fù)合物的熱傳導(dǎo)率，結(jié)果為4.8W/(m'K)。實施例3和4的結(jié)果如表3和表4所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>AD:平均纖維直徑；NAL:個數(shù)平均纖維長度；VAL:體積平均纖維長度表4<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>發(fā)明的效果本發(fā)明的碳纖維熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，可用于散熱部件。本發(fā)明的碳纖維熱傳導(dǎo)性高，容易在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的碳纖維的制備方法，可以將該碳纖維制成無纖維直徑不均的碳纖維。另外，本發(fā)明的成形體，在基質(zhì)中高密度地形成碳纖維網(wǎng)絡(luò)，熱傳導(dǎo)性高。工業(yè)適用性本發(fā)明的碳纖維可用于放熱性電子部件的散熱部件等。權(quán)利要求1.瀝青類碳纖維，其特征在于，以中間相瀝青作為原料，平均纖維直徑(AD)為5～20μm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CVAD值)為5～15，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25～500μm，體積平均纖維長度(VAL)為55～750μm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.02～1.50。2.權(quán)利要求1所述的碳纖維，其特征在于，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為50~500,。3.權(quán)利要求1所述的碳纖維，其特征在于，在用孔徑為53pm的篩孔的篩子分級時，篩子上殘留的比例為30~60%;在用孔徑為100nm的篩孔的篩子分級時，篩子上殘留的比例為10~29%。4.權(quán)利要求l所述的碳纖維，其特征在于，來源于六角網(wǎng)面的生長方向的微晶大小為5nm以上。5.權(quán)利要求l所述的碳纖維，其特征在于，真密度為1.5~2.3g/cc的范圍，纖維軸向的熱傳導(dǎo)率為300W/(m'K)以上。6.成形體，該成形體使用權(quán)利要求1-5中任一項所述的碳纖維。7.成形體，該成形體含有權(quán)利要求1-5中任一項所述的碳纖維及基質(zhì)，相對于成形體100重量份，碳纖維的含量為10~70重量份。8.權(quán)利要求7所述的成形體，其中，基質(zhì)為選自聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚醚酮樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂和有機硅樹脂中的至少一種。9.權(quán)利要求7所述的成形體，該成形體為散熱部件。10.權(quán)利要求l所述的瀝青類碳纖維的制備方法，其特征在于，用熔噴法對熔融的中間相瀝青進行紡絲，再通過不熔化、燒制、粉碎來制備瀝青類碳纖維，在該方法中，紡絲時熔融的中間相瀝青的粘度為5~25PaS。11.權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，在粉碎后，在2300~3100°C下進行石墨化。12.權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，在粉碎后進行分級。13.提高含有碳纖維和基質(zhì)的散熱部件的熱傳導(dǎo)性的方法，其特征在于，作為該碳纖維使用如下的瀝青類碳纖維以中間相瀝青為原料，平均纖維直徑(AD)為52(Him，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CVAD值)為5~15，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25~500jim,體積平均纖維長度(VAL)為55~750nm,用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)的所得的值為1.02~1.50。全文摘要本發(fā)明的目的在于提供碳纖維及其成形體，該碳纖維具有高的熱傳導(dǎo)性，容易在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)，適用于散熱部件。本發(fā)明是瀝青類碳纖維、其制備方法及其成形體，該瀝青類碳纖維的特征在于，以中間相瀝青作為原料，平均纖維直徑(AD)為5～20μm，纖維直徑分散相對于平均纖維直徑(AD)的百分率(CV^AD值)為5～15，個數(shù)平均纖維長度(NAL)為25～500μm，體積平均纖維長度(VAL)為55～750μm，用體積平均纖維長度(VAL)除以個數(shù)平均纖維長度(NAL)所得的值為1.02～1.50。文檔編號C08L101/00GK101646814SQ20088000705公開日2010年2月10日申請日期2008年3月4日優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日發(fā)明者佐野弘樹,寬原申請人:帝人株式會社