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CN104169214B - 碳质膜的制造方法及石墨膜的制造方法 - Google Patents

碳质膜的制造方法及石墨膜的制造方法 Download PDF

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CN104169214B CN201380015309.1A CN201380015309A CN104169214B CN 104169214 B CN104169214 B CN 104169214B CN 201380015309 A CN201380015309 A CN 201380015309A CN 104169214 B CN104169214 B CN 104169214B
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Abstract

以连续生产方式所生产的碳质膜、及对该碳质膜进行热处理而获得的石墨膜有易产生褶皱的问题。本发明通过使用连续碳化装置沿高分子膜的厚度方向进行加压并在该加压状态下进行热处理，以获得褶皱得到抑制的碳质膜及石墨膜。

Description

碳质膜的制造方法及石墨膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种碳质膜及用碳质膜获得的石墨膜。
背景技术
关于用高分子煅烧法获得石墨膜的方法，目前已知有分批方式的生产(专利文献1)及连续生产方式的生产(专利文献2、专利文献3)。其中指出，相比于分批方式的生产，连续生产方式的生产的优点在于具有高生产效率(专利文献3)。
[现有技术文献]
专利文献1：日本国专利申请公报“特开平3-75211号”；1991年3月29日公开。
专利文献2：日本国专利申请公报“特开平4-149013号”；1992年5月22日公开。
专利文献3：日本国专利申请公报“特开2004-299937号”；2004年10月28日公开。
发明内容
[本发明所要解决的问题]
然而专利文献2、专利文献3记载的方法中，当如图1那样以连续生产方式对高分子膜进行热处理来生产碳质膜时，连续式碳化步骤后的膜11存在产生褶皱的问题。
本发明的目的在于解决所述问题，获得褶皱得到抑制的碳质膜。
[用以解决问题的技术方案]
即，本发明涉及一种碳质膜的制造方法，其特征在于：利用连续碳化装置，在550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下，一边搬送作为碳质膜原料的高分子膜和/或原料碳质膜，一边沿该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力。
[发明的效果]
根据本发明，可以获得褶皱得到抑制的碳质膜。
附图说明
图1是利用以往的连续生产方式完成了热处理的碳质膜。
图2是本发明的连续碳化步骤的示意图。
图3是加热处理装置的示意图。
图4是加热空间的温度设定例。
图5是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向加压的方法的一例。
图6是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向加压的方法的一例。
图7是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向加压的方法的一例。
图8是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向加压的方法的一例。
图9是对施加在膜上的力进行说明的示意图。
图10是摩擦所致的张力的测定方法的示意图。
图11是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向加压的方法的一例。
图12表示实施例、比较例的石墨化步骤中的膜设置方法。
[附图标记说明]
11连续碳化步骤后的膜
21加热处理装置
22搬送膜的装置
23高分子膜和/或原料碳质膜
24碳质膜
31经物理空间划分后的加热空间
32未经物理空间划分的加热空间
33加热空间1
34加热空间2
35加热空间3
36炉体
37高分子膜和/或原料碳质膜、及/或碳质膜
41不设冷却空间的方案
42设有冷却空间的方案
43冷却空间
51炉床
52重物
61碳质膜的卷绕物
62炉床
63重力方向
具体实施方式
本发明涉及一种碳质膜的制造方法，其特征在于：利用连续碳化装置，于550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下，一边搬送作为碳质膜的原料的高分子膜和/或原料碳质膜，一边对该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力。本发明还涉及一种石墨膜的制造方法，其对获得的碳质膜以2400℃以上的温度进行热处理来获得石墨膜。
图中的x轴、y轴、z轴规定了各图中的3维空间方向。在本说明书中，将膜的x轴方向上的长度也称为“长度”，将y轴方向上的长度也称为“宽度”，将z轴方向上的长度也称为“厚度”。另外，在本说明书中，将x轴方向也称为膜的“长度方向”，将y轴方向也称为膜的“宽度方向”，将z轴方向也称为膜的“厚度方向”。此外，x轴方向还是膜的搬送方向。
＜连续碳化装置＞
连续碳化装置例如是图2所示的由装置22和加热处理装置21组合而成且能连续地获得碳质膜24的装置，装置22用来搬送长条的高分子膜和/或原料碳质膜23，加热处理装置21具有出入口。这里的“连续地”的意思是指：在将作为原料的高分子膜和/或原料碳质膜送入加热处理装置21内的同时，还将获得的碳质膜从加热处理装置21送出，由此对原料进行热处理。另外，将利用连续碳化装置获得碳质膜的步骤称为连续碳化步骤。优选在连续碳化步骤中以不停搬送的方式进行高分子膜和/或原料碳质膜的热处理。
作为搬送膜的装置，可以在加热处理装置的前后设置卷绕机和/或退卷机，以搬送高分子膜和/或原料碳质膜。也就是说，连续碳化装置可以是例如以下结构：由退卷机和/或卷绕机来搬送长条的高分子膜和/或原料碳质膜，以将该高分子膜和/或原料碳质膜搬入至加热处理装置内部，并将经热处理后的碳质膜搬出至加热处理装置外部。
另外，如后文叙述的，在本发明中，由于一边搬送高分子膜和/或原料碳质膜，一边对该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力，因此该高分子膜和/或原料碳质膜的表面会产生摩擦所致的张力。
如上所述，使用连续碳化装置的本发明与专利文献1中记载的分批方式技术是不同的。
＜高分子膜＞
关于本发明中使用的高分子膜，从热处理时的膜强度及分解温度的观点看，可以例示选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚噁二唑、聚苯并噻唑、聚苯并二唑、聚苯并噁唑、聚苯并二噁唑、聚对苯亚乙烯、聚苯并咪唑、聚苯并二咪唑、聚噻唑中的至少一种高分子膜。
尤其优选的高分子膜是聚酰亚胺膜。其理由在于：从膜强度及热分解温度、以及作为分子配向指标的双折射率的观点看，聚酰亚胺膜与以其他有机材料为原料的高分子膜相比，易于在碳化步骤及石墨化步骤中形成石墨层结构的缘故。
本发明中所说的高分子膜，也包括经热处理而发生了减少重量且重量减少率小于10％的高分子膜。另一方面，将经热处理而发生了10％以上的重量减少的高分子膜称为碳质膜。另外，将作为本发明中所获碳质膜的原料的碳质膜，称为“原料碳质膜”。与高分子膜相比，原料碳质膜是经热处理而重量减少率为10％以上28％以下的状态的碳质膜。这里，原料碳质膜的制作方法可以是分批方式，也可以是连续生产方式，并没有特别限定。
另外，本说明书中所说的“高分子膜及原料碳质膜”是指：高分子膜的部分和原料碳质膜的部分所混在而成的膜。
以下，将高分子膜和/或原料碳质膜、以及/或者以高分子膜和/或原料碳质膜为原料而得的碳质膜，统称作膜。
在本说明书中，“碳质膜的制造方法”是指：对作为原料的高分子膜和/或原料碳质膜进行热处理，从而获得与作为原料的该高分子膜和/或原料碳质膜相比发生了10％以上重量减少的碳质膜。也就是说，本发明包括如下方法：将未经热处理的高分子膜作为原料，对该高分子膜进行热处理，从而制得发生了10％以上的重量减少的碳质膜。另外，本发明还包括如下方法：将与未经热处理的高分子膜相比发生了重量减少的高分子膜(也就是与未经热处理的高分子膜相比发生了小于10％的重量减少的高分子膜)作为原料，对该高分子膜进行热处理，从而制得与该高分子膜相比发生了10％以上的重量减少的碳质膜。再之，本发明还包括如下方法：将与未经热处理的高分子膜相比发生了10％以上28％以下的重量减少的碳质膜(也就是原料碳质膜)作为原料，对该原料碳质膜进行热处理，从而制得进一步发生了10％以上的重量减少的碳质膜。
原料碳质膜的重量减少率是按如下方式求出的。
根据将原料碳质膜加热处理到重量呈恒定(重量不再减少)的温度时的重量减少率A、以及将未经热处理的高分子膜加热处理到重量呈恒定(重量减少停止)的温度时的重量减少率B，算出原料碳质膜的重量减少率。
重量呈恒定(重量不再减少)的温度取决于高分子膜的材料。若是聚酰亚胺，该温度则为1400℃以上。
重量减少率B是取决于高分子膜的材料的值。若是聚酰亚胺，则热处理至1400℃时的重量减少率B为52％。
＜双折射率＞
在本发明中，高分子膜的双折射率并没有特别限制。但如果双折射率为0.08以上，那么膜的碳化、石墨化就易于进行，从而容易获得具有发达的石墨层的石墨膜。特别是对于高分子膜分子配向易于混乱的连续碳化步骤的实施而言，优选双折射率高的膜。高分子膜的双折射率优选0.08以上，更优选0.10以上，进而优选0.12以上，尤其优选0.14以上。这里所说的双折射率，是指膜面内任意方向上的折射率(TE)与膜厚度方向上的折射率(TM)之间的差(TE－TM)。
＜搬送膜的装置＞
在本发明中，关于用连续碳化装置搬送膜的方法，例如可以列举用卷绕机牵拉膜的方法、用退卷机送入膜的方法、沿搬送带等传送膜的方法等。在本发明中，从膜的强度及搬送时的控制的观点看，优选通过用卷绕机牵拉膜的方法，一边控制膜的张力及搬送速度一边进行热处理。在用以控制张力及搬送速度的调整装置中，可以运用对图2所示卷绕装置的旋转轴施加扭矩的方法等。
在本发明的连续碳化步骤中若对膜施加张力，则施加于膜的拉伸强度可以为0kgf/cm2以上400kgf/cm2以下，优选5kgf/cm2以上200kgf/cm2以下，更优选30kgf/cm2以上70kgf/cm2以下，下限并没有特别设定。但通过对膜施加张力，就能有效抑制蜿蜒及褶皱的发生。另一方面，如果为400kgf/cm2以下，就能抑制因过剩张力而引起的膜破裂、膜沿伸、以及张力所致的褶皱。
＜加热处理装置＞
所说的加热处理装置，是内部具有加热空间的装置。加热空间内优选为真空、或氮气及氩气等惰性气体环境。维持真空或惰性气体环境的优选温度为400℃以上1800℃以下，更优选300℃以上1800℃以下。由于在热处理中碳质膜会与氧发生反应，因此可以从较低的温度起进行环境的调整，这样可以增加稳定性。另外，如果为1800℃以下，那么在真空中、氮气环境中、氩气环境中均能进行热处理，所以优选。本发明的加热空间的温度是指，穿过该加热空间的膜在最靠近加热器时的膜最高温度。
加热空间可以设置一个，也可以设置多个。关于设有多个加热空间的方案例，可以如图3、图4所示那样利用多个加热空间(加热空间133、加热空间234、加热空间335)来获得温度分布，以控制膜37的热分解，或可以在多个加热空间之间设置冷却空间43。图4中表示了不设冷却空间的方案41、及设有冷却空间的方案42。设有多个加热空间时，为了抑制因急剧的热分解所造成的膜褶皱及膜破裂，可以决定加热空间的数量及温度设定，以使膜在穿越加热空间的前后阶段中的重量减少率达到0％以上25％以下、优选0.5％以上20％以下、更优选1％以上15％以下、进而优选1.5％以上10％以下、最优选2％以上5％以下。重量减少率越小越优选，特别是如果使重量减少率为25％以下，那么可以缓和膜的收缩而抑制产生褶皱。另外，即便重量减少率为0％，膜也能经加热而软化，从而减轻褶皱。具体来说，近邻的加热空间的温度差可以为0℃以上200℃以下，优选3℃以上100℃以下，更优选5℃以上50℃以下，进而优选10℃以上30℃以下。即便近邻的加热空间的温度差为0℃，也能利用热处理时间的增长而实现热分解。另外，如果温度差为200℃以下，就可以减少碳质膜每次的收缩量，故能抑制产生褶皱。这里所说的近邻是指膜在多个加热空间内移动时的穿越顺序上的相邻，这也包括加热空间彼此距离较远的情况、以及2次穿过同一加热空间的情况。
如图3所示，加热空间可以是经物理空间划分后而得的加热空间31，也可以是未经物理空间划分的加热空间32(即，例如多个加热空间可以围在1个炉体36内)。
膜在穿过加热空间的前后阶段中的重量减少率是指：热处理前后阶段中的膜的减少重量相对于作为起始原料的高分子膜和/或原料碳质膜的初始重量的比率。其用以下的式子算出。另外，若膜易吸湿而导致重量增加，则优选在穿过加热空间前先通过加热等进行预干燥，然后用干燥后的重量来求出重量减少率。
重量减少率(％)＝
(即将进入加热空间入口前的膜重量－刚排出加热空间出口后的膜重量)/(高分子膜和/或原料碳质膜的重量)×100
关于热处理前的膜的重量，可以切取热处理前的膜，并用电子秤测定其重量。
热处理后的膜的重量是利用下述方法进行测定的：用油墨笔，画上与接受了重量测定的热处理前的膜呈相同大小的标记，在热处理完成后，切下该标记部分并用电子秤测定其重量。
在适当条件下将各膜的水分去除后，测定膜的重量。若是聚酰亚胺，则将热处理前及热处理后的两份膜均以200℃保持24小时，并测定取出后5分钟以内的该膜的重量。
为了避免急剧的温度变化，也可以在加热空间的入口与中央部之间，以及在中央部与出口之间形成较缓的温度梯度。可以调整加热器及隔热材料的配置方式，以控制加热空间的温度分布。另外，为了减轻膜的收缩不均，也可以沿膜的宽度方向设定温度差。
在本发明中，单个加热空间的长度为5cm以上，优选10cm以上，更优选20cm以上。如果为5cm以上，那么所穿过的膜就能获得充分的热历史。
＜冷却空间＞
所说的冷却空间，是用来对在加热空间中被加热了的膜进行冷却的空间，其温度优选设定为低于所用的高分子膜的Tg。所说的冷却空间的温度，是指穿过该冷却空间的膜的最低温度。若设置有冷却空间，则其温度低于上游紧邻的加热空间的温度且为550℃以下，优选500℃以下，更优选450℃以下，进而优选300℃以下，尤其优选100℃以下。
本发明的冷却空间包括：当如图2所示那样对接受了加热处理装置21的热处理且卷好的膜再次用加热处理装置进行热处理(再次利用加热处理装置进行热处理的温度既可以相同也可以不同)时的、各加热处理装置之间的空间；以及当如图3所示那样设置有多个加热处理装置(第1加热空间33、第2加热空间34、第3加热空间35)时的、各加热处理装置间的空间；以及加热处理装置内的具有较远的加热器间隔而使得膜温度较低的空间。
与在加热空间中被加热了的碳质膜相比，在冷却空间中被冷却了的碳质膜较硬，膜也不进行热分解且温度较低，因此能够使用跳辊(dancerroll)或夹辊等来调整膜张力及膜搬送速度，以及通过膜状态监控器来进行反馈控制等防止膜破裂的控制。
另外，使用经包含冷却空间的连续碳化步骤而获得的碳质膜，就可以容易地获得热扩散率高的石墨膜。推测其原因在于：通过设置冷却空间，可以由该冷却空间实现碳质膜的分子配向，并能在该配向状态下继而在后续的加热空间进行热处理。
本发明的冷却空间的长度为5cm以上，优选10cm以上，更优选20cm以上。如果为5cm以上，就能使穿过的膜全体地得到冷却。
＜连续碳化步骤的实施温度＞
连续碳化步骤的实施温度为300℃以上1800℃以下，更优选550℃以上800℃以下，进而优选550℃以上800℃以下这一范围内的至少一部分温度。以300℃以上进行热处理，高分子膜的重量就会开始减少，从而可以获得碳质膜。如果热处理温度为550℃以上，则重量减少就增大而更优选。另外，如果热处理温度为1800℃以下，膜强度就充分，因此膜不易破裂。尤其是如果热处理温度为800℃以下，热分解的进行就不完全，所以膜不易破裂，因此优选。
＜沿膜的厚度方向加压＞
通常如果对高分子膜进行热处理，那么随着软化会缓和膜内残留应力或在加热时发生应力，这会导致膜的延伸，而且随着热分解会发生收缩不均等，这都会导致获得有褶皱或破裂的碳质膜。
而在本发明中，在对高分子膜和/或原料碳质膜连续地进行热处理时，通过沿膜的厚度方向进行加压来抑制碳质膜的褶皱。以下，也将沿膜厚度方向的加压也称为加压。也就是说，在本发明中，利用连续碳化装置，一边搬送作为原料的高分子膜和/或原料碳质膜，一边沿该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力，由此制造碳质膜。
高分子膜经热处理而成为碳质膜后即便需要进一步进行热处理，也同样可以沿膜的厚度方向进行加压，这能有效获得褶皱得到抑制的碳质膜。
关于沿膜的厚度方向进行加压的方法，可以列举利用重物负荷及压板等机械性加压方式来沿膜的垂直方向施加应力的方法、及对膜吹送气体等流体的方法等。从压力的大小及范围的调整、装置的简便程度的观点看，尤其优选利用重物负荷进行加压。另外，在本说明书中，也将用以实施这些加压方法的机构称为加压机构。
图5～8表示的是在连续碳化步骤时沿膜的厚度方向进行加压的一例方法。图5表示的是利用重物负荷进行加压的一例方法。在加热处理装置21内，利用重物52对炉床51上的膜37施加负荷。这里，膜37例如从退卷机71传到加热处理装置21的内部，并被卷绕机72卷绕至加热处理装置21的外部。箭头81表示膜37的卷取方向。退卷机71及卷绕机72也可以是图2所示的用以搬送膜的装置22的一部分。
重物52也可以如图6所示那样与膜37一并被带式输送机73搬送，并在加热处理装置21的出口侧沿箭头83的方向被回收。也就是说，移动到加热处理装置21的出口侧的重物52能被回收并被重新配置到加热处理装置21的入口侧。根据该方案，重物52可以与膜37一并被搬送，所以重物52与膜37之间的摩擦较小，可抑制膜37的破裂，因此从这一点看为优选。箭头82表示带式输送机73的转动方向。
图7表示的是对膜37吹送流体76的方法。为方便起见，以箭头来表示向膜37吹送的气流方向。在利用流体的加压方法中，膜表面上的摩擦较小而能抑制膜破裂，因此从这一点看为优选。
图8表示的是利用平板78a或78b及螺栓77的加压方法。例如，可以将膜(未图示)夹入图8(a)的(i)所示的平板78a之间，并如图8(a)的(ii)所示那样用螺栓77固定平板78a，由此对膜进行加压。另外，也可以将膜(未图示)夹入图8(b)的(i)所示的带铰链的平板78b之间，并如图8(b)的(ii)所示那样用螺栓77固定平板78b，由此对膜进行加压。
实施加压时，从两面对膜进行压接是比较有效的方式，且可以利用该压接构件的粗糙度或硬度等表面特性或形状来进一步抑制褶皱及破裂。尤其优选不会阻碍膜搬送的滑动性良好的压接构件。关于压接构件的材质，其只要在高温下也很少劣化或变形，则可以是任意材质。其中优选热导率高的材料，较佳的材料为石墨、陶瓷、金属、及它们的复合材料等。通过使用这些材质，能在热处理中实现膜的均热化，因此褶皱的抑制效果很高。另外，石墨和陶瓷由于热膨胀率小而加热时不易变形，因此是适合发挥本发明效果的材料。进而，在制作机械性加压机构时，有时会要求材质加工性，对于这种要求，石墨因其加工性非常高而优选。另外，考虑到材质会与从装置开口部渗入的氧气、以及膜的热分解气体、构件中所含的杂质发生反应，就耐氧化性优异的观点来说，优选采用SiC及氧化铝等陶瓷材料。作为兼具石墨及陶瓷的优点的材料，尤其优选在石墨材料上涂布SiC等陶瓷而成的材料。
沿膜厚度方向的加压，是在能利用热分解来引起变形的加热空间内进行的。沿膜厚度方向的加压可以在连续碳化步骤的整个温度范围内进行，尤其是可以在550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下进行，更优选在550℃以上800℃以下的整个范围内进行。这里，加压时的温度优选包括能使膜发生较多重量减少的温度范围。
沿膜厚度方向的加压的压力下限值为0.1g/cm2，优选0.5g/cm2，更优选1g/cm2，进而优选2g/cm2，尤其优选5g/cm2。若膜较柔软，那么即便是0.1g/cm2程度的低压力也能表现出褶皱抑制效果，压力越大，褶皱抑制效果就越大。由于加压的压力越大褶皱抑制效果越大，所以压力上限值没有限制。另外，若膜会发生破裂，则优选以20g/cm2以下的压力进行加压。
＜摩擦所致的张力＞
在本发明中，膜的表面有可能会因沿膜厚度方向的加压而产生摩擦。伴随沿膜厚度方向的加压所引起的摩擦力，膜上可能会发生因该摩擦而导致的张力，即摩擦所致的张力(以下也称摩擦所致的张力)。
图9是对施加于膜的力进行说明的示意图。首先，例如在沿x轴方向搬送膜时，沿该方向对膜施加用以搬送膜的力。例如，若连续碳化装置具备退卷机71及卷绕机72来作为搬送膜37的装置，则利用卷绕机72沿箭头81的方向卷取膜37，由此对膜37施加搬送力。
另外，膜上还出现与所述膜的搬送力呈反向且对所述膜赋予张力的力。例如，当用卷绕机72沿箭头81的方向卷取膜37时，会沿箭头85的方向发生拉伸膜37的力，这也就是与所述膜的搬送力呈反向且对所述膜赋予张力的力。该拉伸力相当于上述＜搬送膜的装置＞项目中所述的拉伸强度。也就是说，通过对膜施加拉伸强度，可抑制住膜的松弛及褶皱。
还有，膜上还会出现上述摩擦所致的张力。在本说明书中，摩擦所致的张力也可以说是与所述膜的搬送力呈反向的、因沿所述膜的厚度方向加压而引起的摩擦所致的力。例如，在膜37与重物52之间或在膜37与炉床51之间会产生摩擦。箭头86示意性地表示了摩擦所致的张力的发生状况。另外，若使用图7所示的加压机构，则在膜与流体之间可能会产生摩擦。
在图9中，箭头87表示的是搬送膜时所需的力(膜的搬送力)，而箭头88表示的是所述拉伸强度与所述摩擦所致的张力的合力。这里，由于搬送所述膜的力大于所述拉伸强度与所述摩擦所致的张力的合力，所以能将膜沿x轴的箭头方向搬送。
以下说明摩擦所致的张力的测定流程。图10是摩擦所致的张力的测定方法的示意图。虽然图10中针对例如用重物52进行加压的情况而例示了测定方法，但对于上述＜沿膜的厚度方向加压＞栏目中所述的其他加压方法，也能同样地进行测定。
首先，测定沿膜厚度方向施有压力时(更具体来说，当在550℃以上800℃以下的加热空间内沿膜厚度方向施有压力时)的测力计值。以下，对具体的测定流程进行说明。作为测力计，使用了株式会社IMADA)制造的DS2-500N。
在对膜37进行加压及热处理的期间，停止搬送膜37。并且，沿着膜的搬送路径，分别在位置A及位置B处对着膜的长度方向而垂直切断膜。所述位置B是指：在膜37被搬入加热处理装置21的搬入侧看，自加热处理装置21的入口起，朝着与膜37的搬送方向相反的方向离开20cm的位置。所述位置A是指：在膜37被搬出加热处理装置21的搬出侧看，自加热处理装置21的出口起，朝着膜37的搬送方向离开20cm的位置。也就是说，图10中的距离a及距离b分别为20cm。若装置间(加热处理装置与退卷机和/或卷绕机之间)的距离过短而无法在离加热处理装置20cm的位置进行切断，则将膜退卷出20cm后切断。
该膜的切断按照位置A、位置B的顺序进行，且是在膜搬送停止后2～4秒的期间内进行的。膜的切断例如可以使用切割器。沿z轴方向看，按照膜长度方向与膜切断面所构成的2个夹角均为80°以上100°以下的方式，将膜切断。
接着，在膜的搬入侧(位置B)将测力计79固定到膜宽度方向的中央部。测力计79的固定是通过如下方式进行的：为了使张力均匀，在胶带80与膜37之间配置被设在测力计79头端的连接部(例如挂钩)，并在该状态下以横占膜37整个宽度方向的方式将胶带80贴在膜37上。这里，胶带80在x轴方向上的长度为50mm。胶带80在y轴方向上的长度只要与膜宽度相等即可。测力计79的头端具有连接部(例如挂钩)，该连接部只要被胶带80全体覆盖即可。测力计的固定在膜搬送停止后的6～10秒期间内进行即可。作为胶带，可以使用寺冈制作所制造的P-cuttapeNo.4140(宽度50mm、厚度0.155mm、对不锈钢的粘着力14.22N/25mm、拉伸强度97.7N/25mm)。
然后，沿着与膜搬送方向相反的方向(也就是箭头89的方向)牵拉测力计79，读取当搬运的线速度为1.0m/min时的测力计值。
以下，对线速度的测定方法进行说明。线速度是使用旋转编码器(rotaryencoder)(欧姆龙(OMRON)制造的E6C2-C型)进行测定的。以下说明具体的测定方法。
用手牵拉从加热处理装置排出的膜的一端，以使膜移动。其中，在所述加热处理装置与退卷机之间配置有自由辊，该自由辊安装在支持棒上且能自由转动。
这时，在所述自由辊与膜相接触的状态下使膜在自由辊的表面上移动。因为自由辊与膜相接触，所以自由辊与膜之间会产生摩擦。随着膜的移动，自由辊开始旋转。
在与所述自由辊接触相的状态下配置有可旋转的橡胶辊，该橡胶辊与编码器连结。因为自由辊与橡胶辊相接触，所以自由辊与橡胶辊之间会产生摩擦。随着自由辊的旋转，橡胶辊开始旋转。
也就是说，如果膜移动，那么自由辊就旋转，如果自由辊旋转，那么橡胶辊就旋转，如此可利用编码器监测该橡胶辊的旋转(具体来说是旋转数)。
于是，可以根据该橡胶辊的旋转情况、橡胶辊的圆周长、及自由辊的圆周长来算出膜的移动距离。然后，根据该膜的移动距离及该移动所耗费的时间，可以算出线速度。
牵拉测力计79的操作是在膜搬送停止后13～20秒的期间内进行的。为了在线速度稳定时读出测力计的值，而在膜搬送停止17秒后读取测力计的值。
接着，测定膜厚度方向上无施压时(更具体来说，当在550℃以上800℃以下的加热空间内不沿膜厚度方向加压时)的测力计值。以下，对具体的测定流程进行说明。
至进行测力计的固定为止，均与沿膜厚度方向施有压力时的情况同样，在施压状态下进行操作。但测力计完成固定后，则解除由加压机构沿膜厚度方向所施的压力，然后牵拉测力计。
这里，解除加压是仅在550℃以上800℃以下的加热空间内进行的。也就是说，当加热处理装置内存在例如500℃或850℃的加热空间时，500℃或850℃的加热空间中若存在加压情况，则均以该加压状态进行测定，其若不存在加压情况，则均以非加压状态进行测定。也就是说，使用所述测力计进行测定时，对于温度小于500℃的情况以及超过800℃的情况，若存在加压，则均在该加压状态下进行测定，若不存在加压，则均在非加压状态下进行测定。由此，仅在550℃以上800℃以下的条件下，通过求出存在加压时的测定值与不存在加压时的测定值的差，来求出摩擦所致的张力。
可以将按以下方式求得的值定义为“摩擦所致的张力”：从所述“膜厚度方向上存在加压时的测力计的值”中减去“膜厚度方向上不存在加压时的测力计的值”，并将得到的差值除以作为原料的膜的截面面积。
另外，计算摩擦所致的张力时，对膜厚度方向上存在加压时的测力计的值、以及膜厚度方向上不存在加压时的测力计的值均进行了3次测定，并使用其3次测定值的平均值。其中，每次测定时，均更换膜来进行了测定。
所算出的膜宽度与厚度的积就是膜的截面面积。关于膜的厚度，利用微米计而等间隔地在膜宽中取了4个点，从而将膜宽均等分为5份，并将该4点处的厚度的平均值作为了膜的厚度。关于膜宽，将膜截面的上下2个边的长度平均值作为了膜宽。
从抑制膜破裂的观点而言，摩擦所致的张力为0kgf/cm2以上420kgf/cm2以下，优选0.9kgf/cm2以上210kgf/cm2以下，更优选4.5kgf/cm2以上180kgf/cm2以下，进而优选9kgf/cm2以上90kgf/cm2以下。如果为420kgf/cm2以下，那么能在不发生破裂的情况下对膜进行搬送。摩擦所致的张力越小，膜就越不易破裂，所以优选。而且，摩擦所致的张力越小，拉伸强度调整的自由性就越大，就越能在可进而抑制褶皱的条件下实施热处理。
沿膜厚度方向的加压越大，褶皱抑制效果就越大，但摩擦所致的张力也会变大，因此优选尽量降低摩擦系数。关于降低摩擦系数的方法，可以列举如下表面加工法等：去除加压机构与膜之间的接触部的边角；打磨接触面；对接触面实施化学处理；对接触面进行涂布。或者可以例举如下设置第三部件来作为滑动材料的方法等：对接触面撒上粉末；对接触面导入滑动性良好的层。关于滑动材料的材质，较佳的有在高温下也较少劣化的碳材料、陶瓷、金属、及它们的复合材料等。
从抑制膜破裂的观点而言，拉伸强度与摩擦所致的张力的合力可以为0.9kgf/cm2以上420kgf/cm2以下，优选4.5kgf/cm2以上220kgf/cm2以下，更优选18kgf/cm2以上120kgf/cm2以下，进而优选30kgf/cm2以上75kgf/cm2以下。如果所述合力为0.9kgf/cm2以上，那么能利用张力来抑制褶皱的发生，还能减少蜿蜒而更稳定地搬送膜。另一方面，如果所述合计为420kgf/cm2以下，那么既能防止因过剩张力导致的膜破裂或延伸，又能搬送膜。
＜以分批方式制造石墨膜时的制造方法＞
关于使用本发明的碳质膜来获得石墨膜的制造方法，可以列举对碳质膜实施石墨化步骤的方法、以及按分批方式实施完碳化步骤(以下称分批碳化步骤)后再实施石墨化步骤的方法。进而，还可以在石墨化步骤后进行软化步骤。
在分批碳化步骤中，在减压下或在惰性气体中对作为起始物质的高分子膜进行热处理而使之碳化。该分批碳化步骤的热处理温度通常达到1000℃的程度。在连续碳化步骤的热处理之后，若膜的重量仍继续减少，则可以追加进行分批碳化步骤，以制成进一步完成热分解的碳质膜。若要抑制高分子膜的分子配向混乱，获得热扩散率高的石墨膜，那么该方法是很有效的。
在石墨化步骤中，对碳质膜进行更高温度的热处理来获得石墨化膜。石墨化步骤在减压下或在惰性气体中进行，惰性气体最合适采用氩气，进而优选在氩气中添加少量的氦气。尤其是由于石墨在2200℃以上的高温下会升华，因此最好是利用惰性气体来加压并进行热处理。这里所说的利用惰性气体所进行的加压，与连续碳化步骤中沿膜厚度方向所进行的加压以及软化步骤中的物理性压缩不同，其指的是导入多量气体而使环境压力成为大气压以上。石墨化步骤的热处理温度为2400℃以上，更优选2600℃以上，进而优选2800℃以上，尤其优选2900℃以上。石墨化步骤可以继分批碳化步骤之后进行。也可以在分批碳化步骤后进行冷却，并在冷却后单独进行石墨化步骤。
在软化步骤中，对经石墨化步骤后的膜赋予柔软性。经石墨化步骤后的膜因其产生出了不作为石墨骨架成分的N2、以及填料(磷酸系)等内部气体而使石墨层膨胀，从而成为发泡状态。对于处于发泡状态的石墨化膜，可以在石墨化步骤后实施压缩处理、压延处理等这类沿膜厚度方向的压缩，以提高其耐弯曲性。
本发明还包括以下方案。
(1)即，本发明涉及一种碳质膜的制造方法，其特征在于：利用连续碳化装置，在550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下，一边搬送作为碳质膜的原料的高分子膜和/或原料碳质膜，一边沿该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力。
(2)本发明还涉及根据(1)所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：沿所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向所施加的压力为0.1g/cm2以上。
(3)本发明还涉及根据(1)或(2)所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：所述高分子膜和/或原料碳质膜上施加有(a)搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力、(b)与搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力呈反向且对所述高分子膜和/或原料碳质膜赋予张力的力即拉伸强度、(c)与搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力呈反向且因所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向上的加压而引起的摩擦力即摩擦所致的张力；并且，搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力大于所述拉伸强度与所述摩擦所致的张力的合力。
(4)本发明还涉及根据(3)所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：所述拉伸强度为0kgf/cm2以上400kgf/cm2以下。
(5)本发明还涉及根据(3)或(4)所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：所述摩擦所致的张力为0.9kgf/cm2以上420kgf/cm2以下。
(6)本发明还涉及根据(3)至(5)中任一项所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：所述拉伸强度与所述摩擦所致的张力的合力为0.9kgf/cm2以上420kgf/cm2以下。
(7)本发明还涉及根据(1)至(6)中任一项所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：沿所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向所施加的压力是由重物负荷所带来的加压。
(8)本发明还涉及一种石墨膜的制造方法，其特征在于：对经(1)至(7)中任一项所述的制造方法所制得的碳质膜，以2400℃以上的温度进行热处理。
另外，本发明也可以是以下方案。
＜1＞本发明涉及一种碳质膜的制造方法，该制造方法中使用连续碳化装置，该制造方法的特征在于：于550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下且在连续碳化装置内，沿高分子膜和/或碳质膜的厚度方向施加压力。
＜2＞本发明还涉及根据＜1＞所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：沿所述高分子膜和/或碳质膜的厚度方向所施加的压力为0.1g/cm2以上。
＜3＞本发明还涉及根据＜1＞或＜2＞所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：沿所述高分子膜和/或碳质膜的厚度方向所施加的压力是由重物负荷所带来的加压。
＜4＞本发明还涉及一种石墨膜的制造方法，其特征在于：对经＜1＞至＜3＞中任一项所述的制造方法所制作的碳质膜，以2400℃以上的温度进行热处理。
[实施例]
以下，通过实施例来说明本发明的实施方式例，但本发明并不限定于此。
＜高分子膜的制作方法＞
[制作树脂A的膜]
在溶解有由75摩尔％的4,4′-二氨基二苯醚(以下记载为ODA)、25摩尔％的对苯二胺(以下记载为PDA)所组成的二胺的二甲基甲酰胺(以下记载为DMF)溶液中，溶解与所述二胺呈等摩尔量的、由100摩尔％的均苯四甲酸二酐(以下记载为PMDA)所组成的酸二酐，由此获得了含有18.5wt％的聚酰胺酸的溶液。一边将该溶液冷却，一边添加相对于聚酰胺酸中的羧酸基为1当量的乙酸酐、1当量的异喹啉以及添加含有DMF的酰亚胺化催化剂，并进行脱泡。接着，将该混合溶液，以干燥后能到达规定厚度的方式涂布在铝箔上。用热风烘箱、远红外线加热器对铝箔上的混合溶液层进行了干燥。
以下说明为了使最终厚度达到75μm而需要的干燥条件。用热风烘箱，在120℃下将铝箔上的混合溶液层干燥240秒，制成了具有自我支持性的凝胶膜。将该凝胶膜从铝箔剥离，并固定于框架上。接着用热风烘箱，分阶段地按照120℃下加热30秒、275℃下加热40秒、400℃下加热43秒、450℃下加热50秒的方式对该凝胶膜进行加热来使其干燥，接着还用远红外线加热器在460℃下加热了23秒。置于其他厚度，与厚度成比例地调整了煅烧时间。例如，厚度若需要为50μm，则将煅烧时间缩短设定成75μm方案时的1/2。
按以上方式制作了树脂A的膜(双折射率0.14)。
[制作树脂C的膜]
在溶解有由100摩尔％的ODA所组成的二胺的DMF溶液中，溶解与所述二胺呈等摩尔量的由100摩尔％的PMDA所组成的酸二酐，除此以外，均按照与树脂A相同的制作方式制作了树脂C的膜(双折射率0.10)。
＜重物的调整＞
沿膜的厚度方向加压时，使用了重物。所使用的重物是长度450mm×宽度290mm的PSG石墨制重物，但重物的厚度是按条件来分开选择的。例如，沿膜的厚度方向加压的压力若为2g/cm2，则使用厚度8mm的重物(1.8kg)。重物用在加热空间内，按照重物的重心与膜的TD方向之中央部相重合的方式，将重物压盖在位于加热空间内的膜全体上。并且，使膜的MD方向与重物的长度方向相一致，且使膜的TD方向与重物的宽度方向相一致。
＜重量减少率的计算上所需的重量的测定方法＞
切取热处理前的膜，并利用电子秤测定热处理前的该膜的重量。
热处理后的膜的重量测定如下：用油墨笔，画上与接受了上述重量测定的热处理前的膜呈相同大小的标记，并在热处理完成后，切下该标记部分并用电子秤测定其重量。
在适当条件下将各膜的水分去除后，测定膜的重量。若是聚酰亚胺，则将热处理前及热处理后的两份膜均以200℃保持24小时，并测定取出后5分钟以内的该膜的重量。
＜测定双折射率＞
高分子膜的双折射率，是使用Metricon公司制造的折射率/膜厚测定系统(型号：2010PrismCoupler)进行测定的。测定时，在23℃的环境内，分别在TE模式和TM模式下用波长594nm的光源测定了折射率，然后计算了TE模式下的测定值与TM模式下的测定值之间的差分(TE－TM)。
＜加热空间及冷却空间的温度测定＞
关于加热空间及冷却空间的温度，使用φ0.5mm的套管型(sheathtype)K热电偶(山里产业株式会社制造)，使该热电偶与进入加热空间及冷却空间的膜相接触来测定了膜的实际温度。这里的加热空间的温度，是在所传送的膜上的最接近加热器的位置上所测得的温度值。
关于冷却空间的温度，成对前后2个加热空间之间的沿MD方向的范围，测定了膜的TD方向上的中央处的温度，由此找出温度为最低的位置，若该位置的温度满足了本发明中冷却空间的定义，则将其温度定为冷却空间的温度。
＜测定拉伸强度＞
在搬送膜的装置的退卷侧与加热处理装置之间设置拉力读取器，利用反馈控制来调整膜的张力并测定了张力值。
＜测定摩擦所致的张力＞
利用上述＜摩擦所致的张力＞栏目中所述的方法，测定了摩擦所致的张力。
＜连续碳化步骤后的褶皱评价(卷绕测试)＞
对连续碳化步骤后的碳质膜的褶皱进行评价。利用连续碳化步骤对长300m的高分子膜卷体进行热处理，在距离所获得的碳质膜之端头50m、150m、250m的3处，分别进行抽取。在23℃的环境下，将抽出的炭质膜在纸管上卷绕5周，确认是否有破裂。褶皱越多，那么卷绕到纸管上时就越容易破裂，因此无法卷绕在直径小的纸管上。
评价基准如下：即便卷在直径2英寸的纸管上也没有破裂，则评价为A；虽然卷在直径2英寸的纸管上时会破裂，但若卷在直径3英寸的纸管上就无破裂，则评价为B；虽然卷在直径3英寸的纸管上时会破裂，但若卷在直径4英寸的纸管上就无破裂，则评价为C；虽然卷在直径4英寸的纸管上时会破裂，但若卷在直径6英寸的纸管上就无破裂，则评价为D；若卷在直径6英寸的纸管上仍有破裂，则评价为E。
＜破裂的评价＞
根据碳质膜的破裂发生频度，评价了连续碳化步骤的稳定性。利用连续碳化步骤对长300m的高分子膜进行了热处理。若碳质膜的平均每100m范围中的破裂地点数少于1，则评价为A；若平均每100m范围中的破裂地点数为1以上且低于2，则评价为B；若平均每100m范围中的破裂地点数为2以上且低于3，则评价为C；若平均每100m范围中的破裂地点数为3以上，则评价为D。
＜测定石墨膜的热扩散率＞
石墨膜的面方向上的热扩散率的测定方式如下；使用依照光交流法的热扩散率测定装置(ULVAC理工株式会社制造的“LaserPit”)，将石墨膜切成4×40mm的大小，从而制成样品，并在23℃环境下以10Hz对该样品进行了测定。
＜石墨膜的平坦性的评价＞
平坦性较差的石墨膜会在软化步骤中受伤。尤其是若对产生了褶皱、松弛、表面波纹的膜进行压延，就会产生线状伤痕。因此根据伤痕的发生频度来评价石墨膜的平坦性。
若石墨膜的平均每1m2范围内的长5mm以上线状伤痕数低于1，则评价为A；若平均每1m2范围内的长5mm以上的线状伤痕数低于2，则评价为B；若平均每1m2范围内的长5mm以上的线状伤痕数为2以上且低于3，则评价为C；若平均每1m2范围内的长5mm以上的线状伤痕数为3以上且低于5，则评价为D；若平均每1m2范围内的长5mm以上的线状伤痕数为5以上，则评价为E。
(实施例1)
将双折射率为0.14、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂A的膜卷体设置到搬送膜的装置的退卷侧，然后一边使膜在加热处理装置中连续地移动，一边实施连续碳化步骤。
将各加热空间的MD方向上的长度定为50cm，将TD方向上的长度定为300mm，在各加热空间中充满氮气且使该空间成为氮气流通状态(2L/min)。将加热空间的设定温度划分调整为550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃。这里，调节了加热空间的温度，使得当膜与距离加热空间入口25cm处的加热器最接近时，膜上的该最接近部位的温度正好为所述设定温度，或使加热空间内的温度均匀。尤其是对于距离加热空间入口25cm的地点，将位于该地点的膜宽方向上的温度误差恒定地控制在±1℃以内。在各加热器之间设置长为50cm且沿着MD方向的区间，以作为冷却空间，并测定了邻接的加热空间内的温度测定中央位置上的温度、即膜中央温度。线速度调整为50cm/min。一边对膜施加拉伸强度为30kgf/cm2的张力，一面搬送了膜。如图11那样在炉体36内通过石墨制(PSG)平台(炉床51)以及重物52来自上而下地夹住膜，并使膜在两者间滑动，由此在加热空间中搬送膜。其中，平台与重物所覆盖的面积大于膜在加热空间内的穿越范围。石墨制的重物的尺寸取450mm×290mm×8mm，但为了使沿膜厚度方向加压的压力成为2g/cm2，对重物的厚度进行了调整。对连续碳化步骤时的膜破裂情况进行了评价。
接着，将连续碳化步骤后的膜冷却至室温(23℃)，并在评价完褶皱情况后，将盖膜卷成内径为100mm的卷体。然后如图12那样，以膜宽度方向呈铅直的方式将卷体61设置在炉床62上，并以2℃/min的升温速度升温至2900℃，以进行石墨化步骤。这里，图12中的箭头63表示重力方向。
接着，将石墨化步骤后的膜冷却至室温(23℃)，在室温(23℃)下，以10MPa的压力对石墨化膜实施软化步骤，由此获得了石墨膜。在所获得的石墨膜中的3处，抽出了样本来进行热扩散率及平坦性的评价，评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例2)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为0.1g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例3)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为0.5g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例4)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为1g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例5)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为5g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例6)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为10g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例7)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为20g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例8)
将拉伸强度调整为1kgf/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例9)
将拉伸强度调整为5kgf/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例10)
将拉伸强度调整为70kgf/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例11)
将拉伸强度调整为200kgf/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例12)
将拉伸强度调整为400kgf/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表1中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例13)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为0.5g/cm2，除此以外，均与实施例10同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例14)
使用双折射率为0.10、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂B的膜(杜邦公司制造的聚酰亚胺膜：KaptonH)作为了原料，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例15)
使用双折射率为0.10、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂C的膜作为了原料，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例16)
使用双折射率为0.14、厚度为50μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂A的膜作为了原料，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例17)
使用双折射率为0.14、厚度为75μm、宽度为100mm、长度为300m的树脂A的膜作为了原料，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例18)
使用双折射率为0.14、厚度为50μm、宽度为250mm、长度为300m的树脂A的膜作为了原料，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例19)
将加热空间的设定温度划分调整为550℃、600℃、650℃、700℃，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例20)
不在各加热空间之间设置冷却空间，除此以外，均与实施例19同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例21)
将加热空间的设定温度调整为800℃，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例22)
使用双折射率为0.10、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂B的膜作为了原料，除此以外，均与实施例21同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例23)
使用双折射率为0.10、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂C的膜作为了原料，除此以外，均与实施例21同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例24)
将加热空间的设定温度调整为600℃，除此以外，均与实施例22同样地实施了连续碳化步骤，并对膜的破裂情况进行了评价。另外，还将连续碳化步骤后的膜冷却至室温(23℃)，进行褶皱评价。
接着，对所获得的膜追加实施了分批碳化步骤。分批碳化步骤中，将所获得的膜切割成正方形，并将正方形的该膜与厚200μm的天然石墨片材交替地积层，然后以膜均匀受到5g/cm2的负荷的方式，压上石墨制重物。以2℃/min的升温速度升至1400℃，由此对积层物进行了热处理。
继而，以2℃/min的升温速度升温至2900℃，由此对分批碳化步骤后的碳质膜-石墨片材积层物实施了石墨化步骤。以10MPa的压力，对石墨化步骤后的膜进行压缩，并在所获得的石墨膜中的3处抽取了样本来评价其热扩散率。评价结果示于表2中。另外，连续碳化步骤后且分批碳化步骤前的碳质膜的重量减少率为11％。
(实施例25)
使用双折射率为0.10、厚度为75μm、宽度为200mm、长度为300m的树脂C的膜作为了原料，除此以外，均与实施例24同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且分批碳化步骤前的碳质膜的重量减少率为11％。
(实施例26)
对于设定温度为800℃的加热空间，未沿膜厚度方向施加压力，除此以外均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例27)
对于设定温度为750℃的加热空间、设定温度为800℃的加热空间，未沿膜厚度方向施加压力，除此以外均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例28)
对于设定温度为550℃的加热空间、设定温度为600℃的加热空间、设定温度为650℃的加热空间、设定温度为750℃的加热空间、设定温度为800℃的加热空间，未沿膜厚度方向施加压力，除此以外均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例29)
对于设定温度为550℃的加热空间、设定温度为600℃的加热空间、设定温度为700℃的加热空间、设定温度为750℃的加热空间、设定温度为800℃的加热空间，未沿膜厚度方向施加压力，除此以外均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例30)
将拉伸强度调整为0kgf/cm2，并将沿膜的厚度方向加压的压力调整为45g/cm2，除此以外，均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例31)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为23g/cm2，除此以外，均与实施例30同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例32)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为0.1g/cm2，除此以外，均与实施例30同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例33)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为0.5g/cm2，除此以外，均与实施例30同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例34)
将拉伸强度调整为4kgf/cm2，除此以外，均与实施例2同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表3中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例1)
追加实施了特开平4-149013(日本专利申请公开公报)中的实施例1。
实施中，除以下事项之外，均与实施例1同样地制造了石墨膜并进行各种评价：使用双折射率为0.10、厚度为50μm、宽度为50mm、长度为300m的树脂B的膜作为了原料；将加热空间的设定温度调整为1000℃；对膜施加了2kgf/cm2的拉伸强度；为了能以25℃/min的升温速度升温至1000℃，将线速度改为了1.25cm/min；加热空间内不设炉床，也不施加负荷。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为50％。
(比较例2)
追加实施了特开2004-299937(日本专利申请公开公报)中的实施例2。
实施中，除以下事项之外，均与实施例1同样地制造了石墨膜并进行各种评价：使用双折射率为0.10、厚度为50μm、宽度为50mm、长度为300m的树脂C的膜作为了原料；将温度调整为800℃；对膜施加了0.1kgf/cm2以下的拉伸强度；以1.66cm/min的线速度搬送膜；加热空间内未施加负荷。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例3)
除了未施加负荷以外，其他均与实施例1同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例4)
除了未施加负荷以外，其他均与实施例21同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例5)
将设定温度为850℃的加热空间换成设定温度为800℃的加热空间，且在设定温度为850℃的该加热空间内沿膜厚度方向施加压力，除此以外，均与比较例3同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例6)
将设定温度为550℃的加热空间换成设定温度为500℃的加热空间，且在设定温度为500℃的该加热空间内沿膜厚度方向施加压力，除此以外，均与比较例3同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表4中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例35)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为3g/cm2，除此以外，均与实施例19同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例36)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为3g/cm2，除此以外，均与实施例20同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例37)
仅在650℃的加热空间与700℃的加热空间之间设置冷却空间，除此以外，均与实施例36同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例38)
仅在550℃的加热空间与600℃的加热空间之间设置冷却空间，除此以外，均与实施例36同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例39)
仅在600℃的加热空间与650℃的加热空间之间设置冷却空间，除此以外，均与实施例36同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为31％。
(实施例40)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例21同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例41)
将加热空间的设定温度调整为600℃，除此以外，均与实施例40同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为11％。
(实施例42)
将厚度为75μm、宽度为190mm的经实施例41所制得的原料碳质膜用作了原料，除此以外，均与实施例1同样地制造了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为30％。
(比较例7)
除了未施加负荷以外，其他均与实施例42同样地制造了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为30％。
(实施例43)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例22同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例44)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例23同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例45)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例24同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表5中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为11％。
(实施例46)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例25同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为11％。
(实施例47)
将厚度为75μm、宽度为190mm的经实施例46所制得的原料碳质膜用作了原料，除此以外，均与实施例1同样地制造了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为30％。
(比较例8)
除了未施加负荷以外，其他均与实施例47同样地制造了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为30％。
(实施例48)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为2.4g/cm2，除此以外，均与实施例26同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例49)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为3g/cm2，除此以外，均与实施例27同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例50)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例28同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(实施例51)
将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2，除此以外，均与实施例29同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例9)
除以下事项以外，均与比较例4同样地制作了石墨膜并进行了各种评价：将加热空间的设定温度调整为810℃；将拉伸强度调整为410kgf/cm2；将沿膜的厚度方向加压的压力调整为12g/cm2。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
(比较例10)
将加热空间的设定温度划分调整为550℃、600℃、650℃、750℃、800℃、850℃，除此以外，均与比较例5同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为39％。
(比较例11)
将加热空间的设定温度划分调整为500℃、550℃、600℃、650℃、750℃、800℃，除此以外，均与比较例6同样地制作了石墨膜，并进行了各种评价。评价结果示于表6中。另外，连续碳化步骤后且石墨化步骤前的碳质膜的重量减少率为38％。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
以上表1～6中所说的重量保持率，是在将连续碳化步骤前的膜重量设为100％的情况下，从该100％中减去出炉重量减少率而得的差值。
＜沿膜的厚度方向加压的效果＞
将实施例1～实施例51与比较例1～比较例6、比较例10、比较例11进行比较。比较例1～比较例6中，因产生了大量的褶皱而无法卷到纸管上。而另一方面，得知在550℃以上800℃以下的温度范围内沿膜厚度方向进行加压的实施例1～实施例51能在各条件下均抑制住褶皱。尤其是根据实施例1～实施例7得知，当加压的压力为5g/cm2以上时，褶皱的抑制效果尤其大。另外，根据实施例1及实施例21得知，通过阶段性地进行热处理可以进一步抑制褶皱。进而，根据实施例26～实施例29及比较例3得知，沿厚度方向施加压力时的温度也发挥了部分的褶皱抑制效果。另外，根据实施例1及比较例5、比较例6、比较例10、比较例11得知，若是在550℃以上800℃以下的温度范围外，那么即使沿膜的厚度方向进行加压，也无褶皱抑制效果。
进而，将实施例20～实施例23、实施例29与实施例40、实施例43～44、实施例51进行比较，得知加压的压力越大，褶皱抑制的效果就有越大的倾向。
＜平坦性＞
根据实施例1～实施例23、实施例26～实施例29、实施例31～40、实施例43～44、实施例48～51、比较例1～比较例6得知，从碳质膜的褶皱评价结果以及石墨膜的平坦性结果看，各实施例大致接近，且用褶皱得到抑制的碳质膜所制作的石墨膜表现出良好的平坦性。另外，在实施例30中，从碳质膜的褶皱评价结果以及石墨膜的平坦性结果看，也大致接近。
另外，在如实施例41、实施例45、实施例46那样将加热空间的设定温度均调整为600℃的情况下，即便褶皱评价良好，石墨膜的平坦性也有较差的情况。但即便如此，若如实施例42及实施例47所述那样进而进行连续碳化步骤，石墨膜的平坦性就得到了改善。但如比较例7及8所述那样不进行加压，石墨膜的平坦性就未能得到改善。
＜拉伸强度的效果＞
将拉伸强度不同的实施例1、实施例8～实施例12进行比较。各实施例的褶皱抑制效果、破裂产生频度均良好，且发现尤其当拉伸强度为30kgf/cm2以上200kgf/cm2以下时，褶皱抑制效果就大。另外发现，拉伸强度越大，就越容易破裂。
进而，将实施例3、实施例13进行比较得知，即便沿膜厚度方向加压的压力相同，也能通过改变拉伸强度，而在不导致破裂产生频度发生变化的情况下进一步抑制褶皱。
另外，根据实施例30～33得知，通过本发明的碳质膜的制造方法及石墨膜的制造方法，即便拉伸强度为0kgf/cm2，也能抑制褶皱及破裂。
＜摩擦所致的张力的效果＞
通过对摩擦所致的张力不同的实施例1～7进行相互比较，以及对实施例30～33进行相互比较得知，若摩擦所致的张力为0.9kgf/cm2以上207kgf/cm2以下，则尤其能抑制破裂产生频度。另外得知，若摩擦所致的张力为4.5kgf/cm2以上180kgf/cm2以下，可以在不导致破裂产生频度发生变化的情况下进一步抑制褶皱。尤其得知，当拉伸强度为30kgf/cm2以上70kgf/cm2以下时，如果摩擦所致的张力在9kgf/cm2以上90kgf/cm2以下，那么褶皱的抑制效果及破裂产生频度的抑制效果均优异。
另外，将原料、各加热区域的温度、有无加压的这些条件相同的实施例1～实施例13、实施例30～实施例34进行比较得知，若拉伸强度为30kgf/cm2以上70kgf/cm2以下，摩擦所致的张力为9kgf/cm2以上90kgf/cm2以下，且拉伸强度和摩擦所致的张力的合计为39kgf/cm2以上120kgf/cm2以下，则褶皱的抑制效果及破裂产生频度的抑制效果均特别优异。
另外，将原料、拉伸强度、摩擦所致的张力相同的实施例1、实施例35～实施例41、实施例48～51进行比较得知，在550℃以上800℃以下的设定温度范围内即使改变加热空间的设置方案，也能在褶皱及破裂的抑制上获得良好结果。
＜双折射率的效果＞
根据原料膜的双折射率不同的实施例1、实施例14、实施例15、实施例21～实施例25得知，通过将双折射率为0.08以上的、易用于获得石墨膜的高分子膜用作原料并沿膜的厚度方向进行加压，就能获得褶皱得到了抑制的碳质膜及石墨膜。
根据实施例1、实施例14、实施例15、实施例21～实施例23得知，在通过分批式石墨膜制造法中的石墨化步骤来获得高热扩散率的石墨膜之前，将双折射率为0.14以上的高分子膜用作原料来进行的连续碳化步骤适合作为该石墨化步骤的前步骤。
另外，根据实施例14、实施例15、实施例22～实施例25得知，通过组合连续碳化步骤与分批碳化步骤，就能用双折射率为0.08以上且低于0.14的高分子膜来获得高热扩散率的石墨膜。
[产业上的可利用性]
通过利用本发明的碳质膜的制造方法及石墨膜的制造方法，例如能较好地以连续生产方式对高分子膜进行热处理来生产碳质膜及石墨膜。

Claims (7)

1.一种碳质膜的制造方法，其特征在于：
利用连续碳化装置，在550℃以上800℃以下的范围内的至少一部分温度下，一边搬送作为碳质膜的原料的高分子膜和/或原料碳质膜，一边沿该高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向施加压力；
所述高分子膜和/或原料碳质膜在施加了由所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向上的加压而引起的摩擦产生的力的状态下进行搬送；
沿所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向所施加的压力为0.1g/cm2以上。
2.根据权利要求1所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：
所述高分子膜和/或原料碳质膜上施加有：
搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力；
与搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力呈反向且对所述高分子膜和/或原料碳质膜赋予张力的力；和
与搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力呈反向且因所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向上的加压而引起的摩擦产生的力；
并且，搬送所述高分子膜和/或原料碳质膜的力大于所述赋予张力的力与所述摩擦产生的力的合力。
3.根据权利要求2所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：
所述赋予张力的力为0kgf/cm2以上400kgf/cm2以下。
4.根据权利要求2或3所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：
所述摩擦产生的力为0kgf/cm2以上420kgf/cm2以下。
5.根据权利要求2或3所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：
所述赋予张力的力与所述摩擦产生的力的合力为0.9kgf/cm2以上420kgf/cm2以下。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的碳质膜的制造方法，其特征在于：
沿所述高分子膜和/或原料碳质膜的厚度方向所施加的压力是由重物负荷所带来的加压。
7.一种石墨膜的制造方法，其特征在于：
对经权利要求1～3中任一项所述的制造方法而制得的碳质膜，以2400℃以上的温度进行热处理。
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