JP2018016921A - Method for manufacturing carbon fiber - Google Patents

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祥平 和田
Shohei Wada
祥平 和田
濱口 眞基
Maki Hamaguchi
眞基 濱口
聡則 井上
Toshinori Inoue
聡則 井上
聖昊 尹
Seiko In
聖昊 尹
仁 宮脇
Hitoshi Miyawaki
仁 宮脇
康治 中林
Koji Nakabayashi
康治 中林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber manufacturing method capable of manufacturing carbon fiber at relatively low cost.SOLUTION: A carbon fiber manufacturing method of the present invention includes the following steps of: obtaining ashless coal by solvent extraction treatment of coal; hydrogenating the ashless coal; performing heat treatment of the hydrogenated ashless coal; and melt spinning the heat-treated ashless coal. The molar ratio of the hydrogen content to the carbon content of the ashless coal (H/C) before the hydrogenation is 0.91 or less. The hydrogenation step includes the steps of: mixing the ashless coal with a hydrogen donor solvent; and heating the mixture obtained by the mixing, wherein the heating is preferably performed at 350°C or more and 500°C or less. The solvent extraction treatment is preferably performed at 300°C or more and 450°C or less. The heat treatment is preferably performed at 150°C or more and 350°C or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭素繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing carbon fiber.

炭素繊維は、例えば樹脂、コンクリート、セラミック等の構造材料のための強化材として広く利用されている。また、他にも炭素繊維は、例えば断熱材、活性炭原料、導電材料、伝熱材料等としても利用される。   Carbon fiber is widely used as a reinforcing material for structural materials such as resin, concrete, and ceramic. In addition, carbon fiber is also used as, for example, a heat insulating material, activated carbon raw material, conductive material, heat transfer material, and the like.

炭素繊維は、一般に、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂や、石油又は石炭から得られるピッチを紡糸により繊維状に成形し、この糸を不融化(空気酸化)及び炭素化することにより製造される。上記原料のうち、石炭ピッチは、石炭を乾留してコークスを製造する際に副生する液状物質であるコールタールから蒸留によりナフタレン等の揮発性の成分を取り出した後の残渣であり、粘稠な黒色物質である。このような石炭ピッチは、ベンゼン環をその骨格に多数含んだ芳香族化合物を多く含む多数の化合物の混合物である。   The carbon fiber is generally produced by forming a synthetic resin such as polyacrylonitrile or a pitch obtained from petroleum or coal into a fiber shape by spinning, and making the yarn infusible (air oxidation) and carbonized. Among the above raw materials, coal pitch is a residue after removing volatile components such as naphthalene by distillation from coal tar, which is a liquid material by-produced when carbon is produced by carbonization to produce coke. Black material. Such a coal pitch is a mixture of many compounds containing many aromatic compounds containing many benzene rings in their skeletons.

また、石炭の抽出物を溶融紡糸する方法も考案されている。この方法では、発明者らは安価な石炭を原料として用い、石炭からの抽出物である無灰炭からさらに抽出を行うことで不溶成分を除去してから紡糸する炭素繊維の製造方法を提案している(特願2015−53477号参照)。   A method of melt spinning a coal extract has also been devised. In this method, the inventors have proposed a method for producing carbon fiber that uses inexpensive coal as a raw material, and performs spinning from ashless coal, which is an extract from coal, to remove insoluble components and then spins. (See Japanese Patent Application No. 2015-53477).

しかしながら、上記製造方法では、2回目の抽出工程で無灰炭の成分の一部が除去されることに起因して、炭素繊維の収率が低下するため、炭素繊維の製造コストの増大が避けられない。   However, in the above production method, since the yield of carbon fiber is reduced due to the removal of a part of the components of ashless coal in the second extraction step, an increase in the production cost of carbon fiber is avoided. I can't.

特願2015−53477号Japanese Patent Application No. 2015-53477

上記不都合に鑑みて、本発明は、比較的安価に炭素繊維を製造できる炭素繊維の製造方法を提供することを課題とする。   In view of the above inconveniences, an object of the present invention is to provide a carbon fiber production method capable of producing carbon fiber at a relatively low cost.

上記課題を解決するためになされた発明は、石炭の溶剤抽出処理により無灰炭を得る工程と、上記無灰炭を水素化する工程と、上記水素化した無灰炭を熱処理する工程と、上記熱処理した無灰炭を溶融紡糸する工程とを備え、上記水素化前の無灰炭の炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)が0.91以下である炭素繊維の製造方法である。   The invention made in order to solve the above-mentioned problems includes a step of obtaining ashless coal by solvent extraction treatment of coal, a step of hydrogenating the ashless coal, a step of heat treating the hydrogenated ashless coal, A step of melt spinning the heat-treated ashless coal, and producing a carbon fiber having a hydrogen content molar ratio (H / C) of 0.91 or less to the carbon content of the ashless coal before hydrogenation Is the method.

当該炭素繊維の製造方法では、無灰炭を水素化することで、無灰炭中の紡糸阻害成分である高分子量成分を低分子量成分に変換できるため、収率の低下を抑えつつ、溶融紡糸に適した紡糸用ピッチ(無灰炭)を得ることができる。また、当該炭素繊維の製造方法は、炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)が0.91以下の無灰炭を用いることで、水素化処理後の紡糸用ピッチが過度に低分子量成分を含んで紡糸性が低下することを防止できる。これらの結果、当該炭素繊維の製造方法は、比較的安価に炭素繊維を製造することができる。   In the carbon fiber production method, the ashless coal is hydrogenated to convert the high molecular weight component, which is a spinning inhibition component in the ashless coal, into a low molecular weight component, so that melt spinning is performed while suppressing a decrease in yield. A pitch for spinning (ashless coal) suitable for the above can be obtained. Moreover, the manufacturing method of the said carbon fiber uses the ashless coal whose molar ratio (H / C) of hydrogen content with respect to carbon content is 0.91 or less, and the pitch for spinning after hydrogenation is excessive. It is possible to prevent the spinnability from being lowered by including a low molecular weight component. As a result, the carbon fiber production method can produce carbon fiber at a relatively low cost.

上記水素化工程が、無灰炭を水素供与性溶剤と混合する工程と、この混合により得た混合物を加熱する工程とを有し、上記加熱を350℃以上500℃以下で行うとよい。このような水素化工程を経ることで、より確実に無灰炭中の高分子量成分を低分子量成分に変換することができる。   The hydrogenation step may include a step of mixing ashless coal with a hydrogen donating solvent and a step of heating the mixture obtained by the mixing, and the heating may be performed at 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. By passing through such a hydrogenation step, the high molecular weight component in the ashless coal can be more reliably converted to the low molecular weight component.

上記溶剤抽出処理を300℃以上450℃以下で行うとよい。溶剤抽出処理の温度を上記範囲とすることで、無灰炭の抽出コストを低減することができる。   The solvent extraction treatment may be performed at 300 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. By setting the temperature of the solvent extraction treatment within the above range, the extraction cost of ashless coal can be reduced.

上記熱処理を150℃以上350℃以下で行うとよい。熱処理の温度を上記範囲とすることで、コストを低減しつつ炭素繊維の紡糸性を高めることができる。   The heat treatment is preferably performed at 150 ° C to 350 ° C. By setting the temperature of the heat treatment within the above range, the spinnability of the carbon fiber can be enhanced while reducing the cost.

ここで、「含有量」とは、無水無灰ベース(daf)での原子の質量割合を意味する。また、「水素含有量」とは、水素分子だけでなく他の原子と結合している原子を含む水素原子の含有量を意味し、具体的にはJIS−M8813(2004)に準拠して測定される値を意味する。   Here, “content” means the mass proportion of atoms on an anhydrous ashless base (daf). “Hydrogen content” means the content of hydrogen atoms including not only hydrogen molecules but also atoms bonded to other atoms, and specifically measured according to JIS-M8813 (2004). Means the value to be

以上のように、本発明の炭素繊維の製造方法は、比較的安価に炭素繊維を製造できる。   As described above, the carbon fiber production method of the present invention can produce carbon fiber at a relatively low cost.

本発明の一実施形態の炭素繊維の製造方法の手順を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the procedure of the manufacturing method of the carbon fiber of one Embodiment of this invention.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[炭素繊維の製造方法]
当該炭素繊維の製造方法は、図1に示すように、石炭の溶剤抽出処理により無灰炭を得る無灰炭取得工程S1と、上記無灰炭を水素化する水素化工程S2と、上記無灰炭を熱処理する熱処理工程S3と、上記熱処理した無灰炭を溶融紡糸する溶融紡糸工程S4とを備える。また、当該炭素繊維の製造方法は、上記溶融紡糸で得た糸状体を不融化する不融化工程S5と、上記不融化した糸状体を炭素化する炭素化工程S6とを備えるとよい。
[Method for producing carbon fiber]
As shown in FIG. 1, the carbon fiber manufacturing method includes an ashless coal acquisition step S1 for obtaining ashless coal by a solvent extraction process of coal, a hydrogenation step S2 for hydrogenating the ashless coal, A heat treatment step S3 for heat-treating the ash coal and a melt spinning step S4 for melt-spinning the heat-treated ashless coal are provided. The carbon fiber production method preferably includes an infusibilization step S5 for infusifying the filament obtained by the melt spinning, and a carbonization step S6 for carbonizing the infusible filament.

<無灰炭取得工程>
無灰炭取得工程S1では、原料石炭と溶剤とを混合したスラリーを原料石炭の熱分解温度以上に加熱して、熱分解した原料石炭の可溶成分を溶剤に抽出する。さらに、このスラリーから原料石炭の熱分解温度における不溶成分を分離することによって無灰炭を得る。なお、「無灰炭」とは、石炭を改質した改質炭であり、灰分含有量が5%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であるものをいう。なお、「灰分」とは、JIS−M8812(2004)に準拠して測定される値を意味する。
<Ashless coal acquisition process>
In ashless coal acquisition process S1, the slurry which mixed raw material coal and a solvent is heated more than the thermal decomposition temperature of raw material coal, and the soluble component of the pyrolyzed raw material coal is extracted to a solvent. Furthermore, an ashless coal is obtained by isolate | separating the insoluble component in the thermal decomposition temperature of raw material coal from this slurry. The “ashless coal” is a modified coal obtained by reforming coal and has an ash content of 5% or less, preferably 3% or less, more preferably 1% or less. In addition, "ash content" means the value measured based on JIS-M8812 (2004).

無灰炭の原料とされる石炭としては、石炭化度が高い順に、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭等が挙げられ、中でも中程度の石炭化度を有する瀝青炭又は亜瀝青炭が好ましい。   Examples of coal used as a raw material for ashless coal include anthracite coal, bituminous coal, subbituminous coal, lignite, and the like in order of increasing degree of coalification. Among them, bituminous coal or subbituminous coal having a moderate degree of coalification is preferable.

原料石炭の炭素含有量に対する酸素含有量のモル比(O/C)の下限としては、0.01が好ましく、0.03がより好ましい。一方、上記モル比(O/C)の上限としては、0.20が好ましく、0.12がより好ましい。上記モル比(O/C)が上記下限より小さいと、得られる無灰炭中における紡糸阻害成分である高分子量成分の含有量が増加し、紡糸が困難となるおそれがある。逆に、上記モル比(O/C)が上記上限を超えると、石炭の溶剤への抽出性が低下し、無灰炭の収率が低下するおそれがある。また、無灰炭中の低分子量成分及び酸素の割合が高くなるため、後述の熱処理において過度の熱分解が生じて紡糸用ピッチの収率が低下するおそれがある。なお、「酸素含有量」とは、酸素分子だけでなく他の原子と結合している原子を含む酸素原子の含有量を意味し、具体的にはJIS−M8813(2004)に準拠して測定される値を意味する。   As a minimum of molar ratio (O / C) of oxygen content to carbon content of raw material coal, 0.01 is preferred and 0.03 is more preferred. On the other hand, the upper limit of the molar ratio (O / C) is preferably 0.20, and more preferably 0.12. If the molar ratio (O / C) is smaller than the lower limit, the content of the high molecular weight component that is a spinning inhibiting component in the obtained ashless coal increases, and spinning may be difficult. On the other hand, when the molar ratio (O / C) exceeds the upper limit, the extractability of coal into the solvent is lowered, and the yield of ashless coal may be lowered. Moreover, since the ratio of the low molecular weight component and oxygen in ashless coal becomes high, excessive pyrolysis may occur in the heat treatment described later, which may reduce the yield of the spinning pitch. The “oxygen content” means the content of oxygen atoms including not only oxygen molecules but also atoms bonded to other atoms, and specifically measured according to JIS-M8813 (2004). Means the value to be

上記溶剤としては、原料石炭を溶解する性質を有するものであれば特に限定されず、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等の2環芳香族化合物、アントラセン等の3環芳香族化合物などを用いることができる。なお、上記2環芳香族化合物には、脂肪族鎖を有するナフタレン類や長鎖脂肪族鎖を有するビフェニル類が含まれる。   The solvent is not particularly limited as long as it has a property of dissolving the raw material coal. For example, monocyclic aromatic compounds such as benzene, toluene and xylene, bicyclic rings such as naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene and trimethylnaphthalene. Aromatic compounds, tricyclic aromatic compounds such as anthracene, and the like can be used. The bicyclic aromatic compound includes naphthalene having an aliphatic chain and biphenyl having a long aliphatic chain.

上記溶剤の中でも、石炭乾留生成物から精製した石炭誘導体である2環芳香族化合物が好ましい。石炭誘導体の2環芳香族化合物は、加熱状態でも安定しており、石炭との親和性に優れている。そのため、溶剤としてこのような2環芳香族化合物を用いることで、溶剤に抽出される石炭成分の割合を高めることができると共に、蒸留等の方法で容易に溶剤を回収し循環使用することができる。   Among the above solvents, a bicyclic aromatic compound which is a coal derivative purified from a coal carbonization product is preferable. The bicyclic aromatic compound of the coal derivative is stable even in a heated state and has an excellent affinity with coal. Therefore, by using such a bicyclic aromatic compound as a solvent, the ratio of coal components extracted into the solvent can be increased, and the solvent can be easily recovered and reused by a method such as distillation. .

スラリーの加熱温度(溶剤抽出処理温度)の下限としては、300℃が好ましく、350℃がより好ましく、370℃がさらに好ましい。一方、スラリーの加熱温度の上限としては、450℃が好ましく、420℃がより好ましい。スラリーの加熱温度が上記下限に満たない場合、石炭を構成する分子間の結合を十分に弱められず、溶剤に抽出される石炭成分の石炭に対する割合(以下、抽出率ともいう)が低くなり不経済となるおそれがある。逆に、スラリーの加熱温度が上記上限を超える場合、石炭の熱分解反応が非常に活発になるため、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こることで無灰炭の抽出率が低下し不経済となるおそれがある。   As a minimum of heating temperature (solvent extraction processing temperature) of slurry, 300 ° C is preferred, 350 ° C is more preferred, and 370 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature of the slurry is preferably 450 ° C, more preferably 420 ° C. When the heating temperature of the slurry is less than the above lower limit, the bond between the molecules constituting the coal cannot be sufficiently weakened, and the ratio of the coal component extracted into the solvent to the coal (hereinafter also referred to as the extraction rate) becomes low. There is a risk of economy. On the contrary, when the heating temperature of the slurry exceeds the above upper limit, the pyrolysis reaction of coal becomes very active, and the recombination of the generated pyrolysis radical occurs, resulting in a decrease in the extraction rate of ashless coal, which is uneconomical. There is a risk of becoming.

スラリーの加熱時間(上記加熱温度に保持する時間)は、例えば30分以上2時間以下とすることができる。また、溶剤抽出は、不活性ガスの存在下、例えば窒素雰囲気下で0.1MPa以上2MPa以下の圧力で行うとよい。   The heating time of the slurry (the time for maintaining the heating temperature) can be, for example, 30 minutes or more and 2 hours or less. The solvent extraction may be performed in the presence of an inert gas, for example, in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.1 MPa to 2 MPa.

溶剤抽出処理後のスラリーを例えば濾過により濾液と固形分濃縮液とに分離し、この濾液から溶剤を蒸留等により分離することで、スラリーから不溶成分が分離される。このとき分離中又は分離後のスラリーを冷却することで、固形の無灰炭を得ることができる。   The slurry after the solvent extraction treatment is separated into a filtrate and a solid content concentrate by filtration, for example, and the solvent is separated from the filtrate by distillation or the like, so that insoluble components are separated from the slurry. At this time, solid ashless coal can be obtained by cooling the slurry during or after separation.

無灰炭取得工程S1での石炭からの抽出率(無灰炭の収率)としては、原料となる石炭の品質にもよるが、石炭基準及び気乾ベースで、例えば20質量%以上60質量%以下とされる。   The extraction rate from coal in the ashless coal acquisition step S1 (the yield of ashless coal) depends on the quality of coal as a raw material, but is, for example, 20% by mass or more and 60% by mass on the basis of coal and air dry. % Or less.

無灰炭取得工程S1で得られる水素化工程S2前の無灰炭の炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)の上限としては、0.91であり、0.89が好ましく、0.85がより好ましい。上記モル比(H/C)が上記上限を超えると、無灰炭中のアルキル基の量が多い、つまり低分子量成分が多くなるため、水素化工程S2により過度に無灰炭が低分子化され、紡糸性が低下するおそれがある。なお、上記モル比(H/C)の下限は特に限定されないが、例えば0.7である。   The upper limit of the molar ratio (H / C) of the hydrogen content to the carbon content of the ashless coal before the hydrogenation step S2 obtained in the ashless coal acquisition step S1 is 0.91, preferably 0.89. 0.85 is more preferable. If the molar ratio (H / C) exceeds the above upper limit, the amount of alkyl groups in the ashless coal is large, that is, the amount of low molecular weight components increases, so the ashless coal is excessively lowered in molecular weight by the hydrogenation step S2. As a result, spinnability may be reduced. In addition, although the minimum of the said molar ratio (H / C) is not specifically limited, For example, it is 0.7.

<水素化工程>
水素化工程S2では、無灰炭取得工程S1で得られた無灰炭を水素化処理する。ここで、水素化とは、無灰炭を構成する化合物に水素を供与することを意味し、具体的には高分子量の炭化水素に水素を結合させることで、低分子量の炭化水素に置換する。
<Hydrogenation process>
In the hydrogenation step S2, the ashless coal obtained in the ashless coal acquisition step S1 is hydrogenated. Here, hydrogenation means donating hydrogen to a compound constituting ashless coal. Specifically, hydrogen is bonded to a high molecular weight hydrocarbon, thereby substituting it with a low molecular weight hydrocarbon. .

水素化の方法は特に限定されず、水素供与性溶剤による水素化、水素ガスによる水素化等を用いることができるが、水素供与性溶剤を用いることが好ましい。具体的には、水素化工程S2は、無灰炭を水素供与性溶剤と混合する混合工程と、この混合により得た混合物を加熱する加熱工程とを有するとよい。   The method for hydrogenation is not particularly limited, and hydrogenation with a hydrogen donating solvent, hydrogenation with hydrogen gas, or the like can be used, but it is preferable to use a hydrogen donating solvent. Specifically, hydrogenation process S2 is good to have a mixing process which mixes ashless charcoal with a hydrogen donating solvent, and a heating process which heats a mixture obtained by this mixing.

(混合工程)
混合工程では、無灰炭取得工程S1で得られた無灰炭に水素供与性溶剤を混合する。水素供与性溶剤は、加熱により無灰炭に水素を供与できる有機化合物であれば特に限定されず、例えばテトラリン、テトラヒドロキノリン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。
(Mixing process)
In the mixing step, a hydrogen donating solvent is mixed with the ashless coal obtained in the ashless coal acquisition step S1. The hydrogen-donating solvent is not particularly limited as long as it is an organic compound that can donate hydrogen to ashless coal by heating. For example, tetralin, tetrahydroquinoline, tetrahydrofuran, or the like can be used.

なお、無灰炭を水素供与性溶剤との混合前に粉砕することが好ましい。粉砕後の無灰炭の径としては1mm以下が好ましい。なお、「径が1mm以下」とは、JIS−Z8801−1(2006)に規定される目が1mmの金属製網篩を粒子が通過することを意味する。   The ashless coal is preferably pulverized before mixing with the hydrogen donating solvent. The diameter of the ashless coal after pulverization is preferably 1 mm or less. In addition, "diameter is 1 mm or less" means that particles pass through a metal mesh screen having a mesh size of 1 mm as defined in JIS-Z8801-1 (2006).

無灰炭100質量部に対する水素供与性溶剤の混合量の下限としては、200質量部が好ましく、300質量部がより好ましい。一方、水素供与性溶剤の混合量の上限としては、1000質量部が好ましく、700質量部がより好ましい。水素供与性溶剤の混合量が上記下限より小さいと、無灰炭の水素化が不十分となるおそれがある。逆に、水素供与性溶剤の混合量が上記上限を超えると、炭素繊維の製造コストが増大するおそれがある。   The lower limit of the mixing amount of the hydrogen donating solvent with respect to 100 parts by mass of ashless coal is preferably 200 parts by mass, and more preferably 300 parts by mass. On the other hand, the upper limit of the mixing amount of the hydrogen donating solvent is preferably 1000 parts by mass, and more preferably 700 parts by mass. If the mixing amount of the hydrogen donating solvent is smaller than the above lower limit, the ashless coal may be insufficiently hydrogenated. On the contrary, when the mixing amount of the hydrogen donating solvent exceeds the above upper limit, the production cost of the carbon fiber may increase.

(加熱工程)
加熱工程では、混合工程で得た無灰炭と水素供与性溶剤との混合物を加熱することで、無灰炭を水素化する。
(Heating process)
In the heating step, the ashless coal is hydrogenated by heating the mixture of the ashless coal and the hydrogen donating solvent obtained in the mixing step.

加熱温度の下限としては、350℃が好ましく、380℃がより好ましく、400℃がさらに好ましい。一方、加熱温度の上限としては、500℃が好ましく、450℃がより好ましい。   As a minimum of heating temperature, 350 ° C is preferred, 380 ° C is more preferred, and 400 ° C is still more preferred. On the other hand, as an upper limit of heating temperature, 500 degreeC is preferable and 450 degreeC is more preferable.

加熱時間(上記加熱温度に保持する時間)は、例えば30分以上2時間以下とすることができる。この加熱は、不活性ガスの存在下、例えば窒素雰囲気下で0.1MPa以上2MPa以下の圧力で行うとよい。   The heating time (the time for maintaining the heating temperature) can be, for example, 30 minutes or more and 2 hours or less. This heating may be performed in the presence of an inert gas, for example, in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.1 MPa or more and 2 MPa or less.

混合物の加熱後、混合物から溶剤を蒸留等により分離することで、固形の水素化した無灰炭を得ることができる。   After the mixture is heated, solid hydrogenated ashless coal can be obtained by separating the solvent from the mixture by distillation or the like.

<熱処理工程>
熱処理工程S3では、水素化工程S2で水素化した無灰炭を熱処理して揮発性成分を揮発させると共に、低温で熱分解する成分を予め分解して除去する。このように、溶融紡糸を阻害することがある揮発性成分及び分解性成分を予め除去することによって、溶融紡糸がさらに容易となり、比較的安価に引張強さに優れる炭素繊維を製造可能にする。
<Heat treatment process>
In the heat treatment step S3, the ashless coal hydrogenated in the hydrogenation step S2 is heat-treated to volatilize volatile components, and components that are thermally decomposed at low temperatures are decomposed and removed in advance. Thus, by previously removing volatile components and decomposable components that may hinder melt spinning, melt spinning becomes easier and carbon fibers having excellent tensile strength can be produced relatively inexpensively.

上記熱処理は、非酸化性ガス雰囲気中で加熱することが好ましい。このように、非酸化性ガス雰囲気中で加熱して酸化架橋を防止することで、軟化温度の上昇等の不都合を防止できる。上記非酸化性ガスとしては、無灰炭の酸化を抑制できるものであれば特に限定されないが、経済的観点から窒素ガスがより好ましい。   The heat treatment is preferably performed in a non-oxidizing gas atmosphere. Thus, by heating in a non-oxidizing gas atmosphere to prevent oxidative crosslinking, inconveniences such as an increase in softening temperature can be prevented. The non-oxidizing gas is not particularly limited as long as it can suppress the oxidation of ashless coal, but nitrogen gas is more preferable from the economical viewpoint.

また、上記熱処理は、減圧状態で行うことが好ましい。このように減圧状態で熱処理することによって、揮発性成分の蒸気及び熱分解物のガスを無灰炭から効率よく除去することができる。   The heat treatment is preferably performed in a reduced pressure state. Thus, by heat-processing in a pressure-reduced state, the vapor | steam of a volatile component and the gas of a thermal decomposition product can be efficiently removed from ashless coal.

熱処理工程S3での熱処理温度の下限としては、150℃が好ましく、170℃がより好ましく、200℃がさらに好ましい。一方、上記熱処理温度の上限としては、350℃が好ましく、320℃がより好ましく、300℃がさらに好ましい。上記熱処理温度が上記下限に満たない場合、不溶成分中の揮発性成分を十分に除去することができず、熱処理後の無灰炭(紡糸用ピッチ)の曳糸性が不十分となり、紡糸効率が低下するおそれがある。逆に、上記熱処理温度が上記上限を超える場合、不必要にエネルギーコストが増大するおそれや、有用な成分が熱分解されて炭素繊維の製造効率が低下するおそれや、さらに炭素化が進んで紡糸性が低下するおそれがある。   As a minimum of heat treatment temperature in heat treatment process S3, 150 ° C is preferred, 170 ° C is more preferred, and 200 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably 350 ° C., more preferably 320 ° C., and further preferably 300 ° C. When the heat treatment temperature is less than the lower limit, volatile components in the insoluble components cannot be sufficiently removed, and the spinnability of the ashless coal (spinning pitch) after the heat treatment becomes insufficient, and the spinning efficiency May decrease. Conversely, if the heat treatment temperature exceeds the upper limit, the energy cost may increase unnecessarily, the useful components may be thermally decomposed and the production efficiency of the carbon fiber may decrease, and the carbonization may proceed and spinning. May decrease.

また、熱処理工程S3での熱処理温度は、後述の溶融紡糸工程の紡糸温度よりも高いことがより好ましい。このように、熱処理温度を紡糸温度よりも高くすることによって、溶融紡糸時に熱分解し得る成分をこの熱処理工程S3において予め熱分解して除去することができる。これにより、紡糸時に生成される熱分解物が糸状体を断線することや、これらの熱分解物が最終的に得られる炭素繊維中に欠陥を形成することを防止できる。   The heat treatment temperature in the heat treatment step S3 is more preferably higher than the spinning temperature in the melt spinning step described later. In this way, by making the heat treatment temperature higher than the spinning temperature, the components that can be thermally decomposed during melt spinning can be previously thermally decomposed and removed in the heat treatment step S3. Thereby, it can prevent that the pyrolyzate produced | generated at the time of spinning breaks a filament, and forms these defects in the carbon fiber finally obtained.

熱処理工程S3での熱処理時間(上記熱処理温度に保持する時間)の下限としては、10分が好ましく、15分がより好ましい。一方、上記熱処理時間の上限としては、120分が好ましく、90分がより好ましい。上記熱処理時間が上記下限に満たない場合、揮発性成分を十分に除去できないおそれがある。逆に、上記熱処理時間が上記上限を超える場合、不必要に処理コストが増大するおそれがある。   As a minimum of heat processing time (time to hold | maintain at the said heat processing temperature) in heat processing process S3, 10 minutes are preferable and 15 minutes are more preferable. On the other hand, the upper limit of the heat treatment time is preferably 120 minutes, and more preferably 90 minutes. When the heat treatment time is less than the lower limit, the volatile component may not be sufficiently removed. Conversely, if the heat treatment time exceeds the upper limit, the processing cost may be unnecessarily increased.

熱処理後の無灰炭(紡糸用ピッチ)の軟化温度の下限としては、150℃が好ましく、170℃がより好ましい。一方、熱処理後の無灰炭の軟化温度の上限としては、280℃が好ましく、250℃がより好ましい。熱処理後の無灰炭の軟化温度が上記下限に満たない場合、不融化処理温度を高くすることができず、不融化処理が非効率となるおそれがある。逆に、熱処理後の無灰炭の軟化温度が上記上限を超える場合、溶融紡糸温度を高くする必要があり、紡糸が不安定となるおそれや、コストが増大するおそれがある。なお、「軟化温度」とは、ASTM−D36に準拠したリングアンドボール法によって測定される値である。   The lower limit of the softening temperature of the ashless coal (spinning pitch) after the heat treatment is preferably 150 ° C, and more preferably 170 ° C. On the other hand, as an upper limit of the softening temperature of the ashless coal after heat processing, 280 degreeC is preferable and 250 degreeC is more preferable. When the softening temperature of the ashless coal after the heat treatment is less than the lower limit, the infusibilization temperature cannot be increased, and the infusibilization treatment may become inefficient. Conversely, when the softening temperature of the ashless coal after the heat treatment exceeds the above upper limit, it is necessary to increase the melt spinning temperature, which may cause spinning to become unstable and increase the cost. The “softening temperature” is a value measured by a ring and ball method in accordance with ASTM-D36.

熱処理後の無灰炭の石炭からの収率としては、石炭基準及び気乾ベースで、例えば20質量%以上50質量%以下が好ましい。   The yield of the ashless coal after the heat treatment from coal is preferably, for example, 20% by mass or more and 50% by mass or less on the basis of coal and air dry.

<溶融紡糸工程>
溶融紡糸工程S4では、熱処理工程S3で熱処理した無灰炭を紡糸用ピッチとして、公知の紡糸装置を用いて溶融紡糸する。つまり、溶融状態の無灰炭をノズル(口金)に通過させることにより糸状に成形し、冷却により無灰炭の形状を糸状に固定する。
<Melt spinning process>
In the melt spinning step S4, melt spinning is performed using a known spinning device using the ashless coal heat-treated in the heat treatment step S3 as a spinning pitch. That is, the molten ashless coal is formed into a thread shape by passing through a nozzle (cap), and the shape of the ashless coal is fixed to the thread shape by cooling.

なお、軟化点低下防止の観点から、固形の紡糸用ピッチ(無灰炭)に溶剤を混合せずに溶融紡糸を行うことが好ましい。   From the viewpoint of preventing the softening point from being lowered, it is preferable to perform melt spinning without mixing a solvent with solid spinning pitch (ashless coal).

この溶融紡糸に用いるノズルとしては、公知のものを使用すればよく、例えば直径0.1mm以上0.5mm以下、長さ0.2mm以上1mm以下のものを使用することができる。無灰炭を溶融紡糸した糸状体は、例えば直径50mm以上300mm以下程度のドラムによって巻き取られる。   As the nozzle used for the melt spinning, a known nozzle may be used. For example, a nozzle having a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm and a length of 0.2 mm to 1 mm can be used. The filamentous body obtained by melt spinning ashless coal is wound, for example, by a drum having a diameter of about 50 mm to 300 mm.

溶融紡糸温度の下限としては、180℃が好ましく、200℃がより好ましく、220℃がさらに好ましい。一方、溶融紡糸温度の上限としては、350℃が好ましく、300℃がより好ましく、280℃がさらに好ましい。溶融紡糸温度が上記下限に満たない場合、無灰炭の溶融が不十分となり安定した紡糸ができないおそれがある。逆に、溶融紡糸温度が上記上限を超える場合、無灰炭の成分が熱分解して紡糸した糸状体が断線するおそれがある。   As a minimum of melt spinning temperature, 180 ° C is preferred, 200 ° C is more preferred, and 220 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the melt spinning temperature is preferably 350 ° C, more preferably 300 ° C, and even more preferably 280 ° C. If the melt spinning temperature is less than the above lower limit, the ashless coal may be insufficiently melted and stable spinning may not be possible. On the contrary, when the melt spinning temperature exceeds the above upper limit, the spun filaments may be disconnected due to thermal decomposition of the components of ashless coal.

溶融紡糸の線速の下限としては、特に限定されないが、100m/minが好ましく、150m/minがより好ましい。一方、溶融紡糸の線速の上限としては、500m/minが好ましく、400m/minがより好ましい。溶融紡糸の線速が上記下限に満たない場合、製造効率が低く、炭素繊維が高価となるおそれがある。逆に、溶融紡糸の線速が上記上限を超える場合、紡糸が不安定になることにより却って製造効率が低下し、炭素繊維がやはり高価となるおそれがある。   Although it does not specifically limit as a minimum of the linear velocity of melt spinning, 100 m / min is preferable and 150 m / min is more preferable. On the other hand, the upper limit of the melt spinning linear velocity is preferably 500 m / min, and more preferably 400 m / min. When the line speed of melt spinning is less than the lower limit, the production efficiency is low and the carbon fiber may be expensive. On the other hand, when the linear speed of melt spinning exceeds the above upper limit, the spinning becomes unstable, so that the production efficiency is lowered, and the carbon fiber may still be expensive.

溶融紡糸において紡糸する糸状体の平均径の下限としては、5μmが好ましく、7μmがより好ましい。一方、溶融紡糸において紡糸する糸状体の平均径の上限としては、20μmが好ましく、15μmがより好ましい。糸状体の平均径が上記下限に満たない場合、安定して紡糸できないおそれがある。逆に、糸状体の平均径が上記上限を超える場合、糸状体の可撓性が不十分となるおそれがある。   The lower limit of the average diameter of the filaments spun in melt spinning is preferably 5 μm, more preferably 7 μm. On the other hand, the upper limit of the average diameter of the filaments spun in melt spinning is preferably 20 μm and more preferably 15 μm. When the average diameter of the filamentous body is less than the lower limit, there is a possibility that spinning cannot be stably performed. On the other hand, when the average diameter of the filamentous body exceeds the above upper limit, the flexibility of the filamentous body may be insufficient.

<不融化工程>
不融化工程S5では、溶融紡糸工程S4で得られる糸状体を酸素を含む雰囲気中で加熱することにより、糸状体を架橋して不融化する。酸素を含む雰囲気としては、一般に大気が用いられる。
<Infusibilization process>
In the infusibilization step S5, the filamentous body obtained in the melt spinning step S4 is heated in an atmosphere containing oxygen to crosslink the filamentous body and make it infusible. Generally, air is used as the atmosphere containing oxygen.

不融化処理温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、不融化処理温度の上限としては、300℃が好ましく、280℃がより好ましい。不融化処理温度が上記下限に満たない場合、不融化が不十分となるおそれや、不融化処理時間が長くなり、非効率となるおそれがある。逆に、不融化処理温度が上記上限を超える場合、酸素架橋される前に糸状体が溶融するおそれがある。   The lower limit of the infusibilization treatment temperature is preferably 150 ° C, more preferably 200 ° C. On the other hand, the upper limit of the infusibilization treatment temperature is preferably 300 ° C, and more preferably 280 ° C. When the infusibilization treatment temperature is less than the lower limit, infusibilization may be insufficient, or the infusibilization treatment time may be increased, resulting in inefficiency. Conversely, when the infusibilization temperature exceeds the above upper limit, the filamentous body may be melted before oxygen crosslinking.

不融化処理時間の下限としては、10分が好ましく、20分がより好ましい。一方、不融化処理時間の上限としては、120分が好ましく、90分がより好ましい。不融化処理時間が上記下限に満たない場合、不融化が不十分となるおそれがある。逆に、不融化処理時間が上記上限を超える場合、炭素繊維の製造コストが増大するおそれがある。   The lower limit of the infusibilization time is preferably 10 minutes, and more preferably 20 minutes. On the other hand, the upper limit of the infusibilization time is preferably 120 minutes, more preferably 90 minutes. If the infusibilization time is less than the lower limit, infusibilization may be insufficient. Conversely, if the infusibilization treatment time exceeds the above upper limit, the production cost of the carbon fiber may increase.

<炭素化工程>
炭素化工程S6では、不融化工程S5で不融化した糸状体を加熱して炭素化することによって、糸状体を炭素化し、炭素繊維を得る。
<Carbonization process>
In carbonization process S6, by heating and carbonizing the filamentous material infusible in infusibilization process S5, the filamentous material is carbonized to obtain carbon fibers.

具体的には、不融化後の糸状体を電気炉等の任意の加熱装置へ装入し、内部を非酸化性ガスで置換した後、この加熱装置内へ非酸化性ガスを吹き込みながら加熱する。   Specifically, after the infusibilized filament is charged into an arbitrary heating device such as an electric furnace, the inside is replaced with a non-oxidizing gas, and then heated while blowing the non-oxidizing gas into the heating device. .

炭素化工程S6における加熱温度は、炭素繊維に求める特性により適宜設定すればよく、特に制限されないが、加熱温度の下限としては、700℃が好ましく、800℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、3000℃が好ましく、2800℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限に満たない場合、炭素化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超える場合、設備の耐熱性向上や燃料消費量の観点から製造コストが上昇するおそれがある。   The heating temperature in the carbonization step S6 may be appropriately set depending on the characteristics required for the carbon fiber, and is not particularly limited, but the lower limit of the heating temperature is preferably 700 ° C and more preferably 800 ° C. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 3000 ° C and more preferably 2800 ° C. When the said heating temperature is less than the said minimum, there exists a possibility that carbonization may become inadequate. On the other hand, when the heating temperature exceeds the upper limit, the manufacturing cost may increase from the viewpoint of improving the heat resistance of the facility and fuel consumption.

炭素化工程S6における加熱時間も炭素繊維に求める特性により適宜設定すればよく、特に制限されないが、加熱時間としては、15分以上10時間以下が好ましい。上記加熱時間が上記下限に満たない場合、炭素化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超える場合、炭素繊維の生産効率が低下するおそれがある。   The heating time in the carbonization step S6 may be appropriately set depending on the characteristics required for the carbon fiber, and is not particularly limited, but the heating time is preferably 15 minutes or longer and 10 hours or shorter. If the heating time is less than the lower limit, carbonization may be insufficient. On the other hand, when the heating time exceeds the upper limit, the production efficiency of carbon fibers may be reduced.

上記非酸化性ガスとしては、炭素繊維の酸化を抑えられるものであれば特に限定されないが、経済的観点から窒素ガスが好ましい。   The non-oxidizing gas is not particularly limited as long as the oxidation of the carbon fiber can be suppressed, but nitrogen gas is preferable from the economical viewpoint.

<利点>
当該炭素繊維の製造方法では、無灰炭を水素化することで、無灰炭中の紡糸阻害成分である高分子量成分を低分子量成分に変換できるため、収率の低下を抑えつつ、溶融紡糸に適した紡糸用ピッチ(無灰炭)を得ることができる。また、当該炭素繊維の製造方法は、炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)が0.91以下の無灰炭を用いることで、水素化処理後の紡糸用ピッチが過度に低分子量成分を含んで紡糸性が低下することを防止できる。これらの結果、当該炭素繊維の製造方法は、比較的安価に炭素繊維を製造することができる。
<Advantages>
In the carbon fiber production method, the ashless coal is hydrogenated to convert the high molecular weight component, which is a spinning inhibition component in the ashless coal, into a low molecular weight component, so that melt spinning is performed while suppressing a decrease in yield. A pitch for spinning (ashless coal) suitable for the above can be obtained. Moreover, the manufacturing method of the said carbon fiber uses the ashless coal whose molar ratio (H / C) of hydrogen content with respect to carbon content is 0.91 or less, and the pitch for spinning after hydrogenation is excessive. It is possible to prevent the spinnability from being lowered by including a low molecular weight component. As a result, the carbon fiber production method can produce carbon fiber at a relatively low cost.

[その他の実施形態]
当該炭素繊維の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
[Other Embodiments]
The method for producing the carbon fiber is not limited to the above embodiment.

当該炭素繊維の製造方法は、必要に応じて上述以外の工程を備えてもよい。具体的には、各工程に悪影響を与えない範囲において、各工程間又は前後に、例えば原料石炭を粉砕する工程、異物等を除去する工程等の工程があってもよい。   The method for producing the carbon fiber may include steps other than those described above as necessary. Specifically, within a range that does not adversely affect each step, there may be a step such as a step of pulverizing raw coal, a step of removing foreign matters, or the like between or before and after each step.

なお、当該炭素繊維の製造方法は、紡糸用ピッチである無灰炭の紡糸阻害成分を除去する工程を備えてもよいが、上述のように当該炭素繊維の製造方法は無灰炭の紡糸阻害成分を低減できるので、製造コスト低減の観点から紡糸阻害成分を除去する工程を備えないことが好ましい。   The carbon fiber production method may include a step of removing the spinning inhibition component of ashless coal, which is a spinning pitch. However, as described above, the carbon fiber production method includes ashless coal spinning inhibition. Since the components can be reduced, it is preferable not to include a step of removing the spinning inhibiting component from the viewpoint of reducing the production cost.

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail based on an Example, this invention is not interpreted limitedly based on description of this Example.

<炭素繊維の製造>
表1に示す性状の原料石炭(A〜D)0.5kgを1mm以下の径に粉砕し、メチルナフタレン2.0kgに混合してオートクレーブに装填し、初気圧0.2MPaの窒素雰囲気とした。次に、昇温速度10℃/minで380℃まで昇温し、380℃で1時間保持後、直ちに濾過により濾液と残渣とに分離した。得られた濾液を5mmHg、180℃の条件で蒸留し、固形分(無灰炭(A〜D))を回収した。これらの無灰炭の性状及び収率(石炭基準、気乾ベース)を表2に示す。なお、無灰炭Aは原料石炭Aから得られたものであり、無灰炭B〜Dについても同様にそれぞれ原料石炭B〜Dから得られたものである。また、表1及び表2における各原子の含有量は無水無灰ベース(daf)である。
<Manufacture of carbon fiber>
0.5 kg of raw material coals (A to D) having the properties shown in Table 1 were pulverized to a diameter of 1 mm or less, mixed with 2.0 kg of methylnaphthalene and charged in an autoclave to form a nitrogen atmosphere having an initial pressure of 0.2 MPa. Next, the temperature was raised to 380 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, held at 380 ° C. for 1 hour, and immediately separated into a filtrate and a residue by filtration. The obtained filtrate was distilled under the conditions of 5 mmHg and 180 ° C. to recover solids (ashless coal (A to D)). Table 2 shows the properties and yields of these ashless coals (coal basis, air-dry basis). The ashless coal A is obtained from the raw coal A, and the ashless coals B to D are obtained from the raw coals B to D, respectively. Moreover, content of each atom in Table 1 and Table 2 is an anhydrous ashless base (daf).

Figure 2018016921
Figure 2018016921

Figure 2018016921
Figure 2018016921

得られた無灰炭100gを1mm以下の径に粉砕し、テトラヒドロフラン(THQ)500gを加えて混合液を調整した。この混合液をオートクレーブに装填し、初気圧0.2MPaの窒素雰囲気とした。次に、昇温速度10℃/minで表3に示す温度まで昇温し、この温度で1時間保持後、冷却した。冷却した混合液を3mmHg、200℃の条件で蒸留し、固形分(水素化した無灰炭)を回収した。続けて、この水素化した無灰炭を窒素雰囲気下で230℃で熱処理し、実施例1〜7及び比較例2、3の紡糸用ピッチを得た。   100 g of the obtained ashless coal was pulverized to a diameter of 1 mm or less, and 500 g of tetrahydrofuran (THQ) was added to prepare a mixed solution. This mixed solution was charged into an autoclave to form a nitrogen atmosphere having an initial pressure of 0.2 MPa. Next, it heated up to the temperature shown in Table 3 with the temperature increase rate of 10 degree-C / min, and cooled after hold | maintaining at this temperature for 1 hour. The cooled mixed liquid was distilled under the conditions of 3 mmHg and 200 ° C. to recover the solid content (hydrogenated ashless coal). Subsequently, the hydrogenated ashless coal was heat-treated at 230 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the spinning pitches of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 and 3 were obtained.

また、比較例1として、原料石炭Bを用い実施例1等と同様の手順で得た無灰炭Bに、さらにメチルナフタレン2.0kgを加え、60℃の抽出温度で1時間攪拌することで可溶成分を抽出し、濾過により濾液と残渣とに分離した。得られた濾液を5mmHg、180℃の条件で蒸留し、固形分を回収した。この固形分を窒素雰囲気下で230℃で熱処理し、比較例1の紡糸用ピッチを得た。   In addition, as Comparative Example 1, 2.0 kg of methylnaphthalene was further added to ashless coal B obtained using raw coal B in the same procedure as in Example 1 and the like, and stirred at an extraction temperature of 60 ° C. for 1 hour. Soluble components were extracted and separated into filtrate and residue by filtration. The obtained filtrate was distilled under conditions of 5 mmHg and 180 ° C. to recover the solid content. This solid content was heat-treated at 230 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain the spinning pitch of Comparative Example 1.

得られた紡糸用ピッチを直径0.2mm、長さ0.4mmのノズルを有する紡糸器に充填し、窒素で加圧しながら、250℃で溶融紡糸を行った。このとき得られる糸状体を600rpmで回転する直径100mmのドラムに巻き取った。巻き取った糸状体を250℃で1時間空気中で加熱することで不融化した後、800℃で炭素化処理を行い、実施例1〜7及び比較例1〜3の炭素繊維の製造を行った。なお、比較例2、3は、巻き取る際に糸が切れてしまい、紡糸を行うことができなかった。   The obtained spinning pitch was filled in a spinning machine having a nozzle having a diameter of 0.2 mm and a length of 0.4 mm, and melt spinning was performed at 250 ° C. while applying pressure with nitrogen. The filamentous body obtained at this time was wound up on a drum having a diameter of 100 mm rotating at 600 rpm. The wound filaments were infusibilized by heating in air at 250 ° C. for 1 hour, and then carbonized at 800 ° C. to produce the carbon fibers of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3. It was. In Comparative Examples 2 and 3, the yarn was broken during winding, and spinning could not be performed.

<評価>
得られた炭素繊維について、引張強度をJIS−L1013(2010)に準拠して測定した。この結果を表3に示す。なお、比較例2、3は炭素繊維が得られなかったので引張強度の測定はしていない。また、紡糸用ピッチ(水素化及び熱処理後の無灰炭)の収率(石炭基準、気乾ベース)も表3に合わせて示す。
<Evaluation>
About the obtained carbon fiber, the tensile strength was measured based on JIS-L1013 (2010). The results are shown in Table 3. In Comparative Examples 2 and 3, since no carbon fiber was obtained, the tensile strength was not measured. In addition, Table 3 also shows the yield (coal basis, air-dry basis) of spinning pitch (ashless coal after hydrogenation and heat treatment).

Figure 2018016921
Figure 2018016921

表3から、水素化前の炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)が0.91以下である無灰炭A〜Cを水素化及び熱処理した紡糸用ピッチを溶融紡糸することで、紡糸阻害成分を除去する工程を要することなく、比較的高い収率で一定の品質の炭素繊維が得られることがわかる。   From Table 3, melt spinning a spinning pitch obtained by hydrogenating and heat-treating ashless coal A to C having a molar ratio of hydrogen content to carbon content before hydrogenation (H / C) of 0.91 or less. Thus, it can be seen that carbon fiber of a certain quality can be obtained with a relatively high yield without requiring a step of removing the spinning inhibiting component.

また、無灰炭A、Bを用い、かつ水素化の加熱温度を400℃以上とすることで、引張強度に優れる炭素繊維を高い収率で製造することができることがわかる。   Moreover, it turns out that the carbon fiber which is excellent in tensile strength can be manufactured with a high yield by using the ashless coal A and B and making the heating temperature of hydrogenation 400 degreeC or more.

一方、水素化を行う代わりに2段階抽出を行った比較例1は、同じ原料石炭Bを用いた実施例4、5よりもピッチの収率が低かった。   On the other hand, Comparative Example 1 in which two-stage extraction was performed instead of hydrogenation had a lower pitch yield than Examples 4 and 5 using the same raw material coal B.

また、上記モル比(H/C)が0.91超の無灰炭Dを用いた比較例2、3では、ピッチの収率が低く、さらには紡糸を行うことができなかった。これは、無灰炭D中に低分子量成分が多く含まれており、水素化によってさらに低分子量成分が増大したことにより、ピッチの粘性が低くなり過ぎたことによると考えられる。また、比較例2、3の収率の低下は、熱処理において揮発する低分子量成分が増加したことによると考えられる。   In Comparative Examples 2 and 3 using ashless coal D having a molar ratio (H / C) of more than 0.91, the pitch yield was low and spinning could not be performed. This is probably because the ashless coal D contains a lot of low molecular weight components, and the low molecular weight components are further increased by hydrogenation, so that the pitch viscosity becomes too low. Moreover, it is thought that the fall of the yield of Comparative Examples 2 and 3 is due to an increase in low molecular weight components that volatilize in the heat treatment.

本発明の炭素繊維の製造方法は、比較的安価に炭素繊維を製造できるので、炭素繊維を原料とする製品に好適に利用できる。   Since the carbon fiber production method of the present invention can produce carbon fiber at a relatively low cost, it can be suitably used for products using carbon fiber as a raw material.

S1 無灰炭取得工程
S2 水素化工程
S3 熱処理工程
S4 溶融紡糸工程
S5 不融化工程
S6 炭素化工程
S1 Ashless coal acquisition step S2 Hydrogenation step S3 Heat treatment step S4 Melt spinning step S5 Infusibilization step S6 Carbonization step

Claims (4)

石炭の溶剤抽出処理により無灰炭を得る工程と、
上記無灰炭を水素化する工程と、
上記水素化した無灰炭を熱処理する工程と、
上記熱処理した無灰炭を溶融紡糸する工程と
を備え、
上記水素化前の無灰炭の炭素含有量に対する水素含有量のモル比(H/C)が0.91以下である炭素繊維の製造方法。
Obtaining ashless coal by solvent extraction treatment of coal;
Hydrogenating the ashless coal;
Heat treating the hydrogenated ashless coal;
A step of melt spinning the heat-treated ashless coal,
The manufacturing method of the carbon fiber whose molar ratio (H / C) of hydrogen content with respect to carbon content of the ashless coal before the said hydrogenation is 0.91 or less.
上記水素化工程が、
無灰炭を水素供与性溶剤と混合する工程と、
この混合により得た混合物を加熱する工程と
を有し、
上記加熱を350℃以上500℃以下で行う請求項1に記載の炭素繊維の製造方法。
The hydrogenation step is
Mixing ashless coal with a hydrogen-donating solvent;
Heating the mixture obtained by this mixing, and
The manufacturing method of the carbon fiber of Claim 1 which performs the said heating at 350 to 500 degreeC.
上記溶剤抽出処理を300℃以上450℃以下で行う請求項1又は請求項2に記載の炭素繊維の製造方法。   The carbon fiber manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the solvent extraction treatment is performed at 300 ° C or higher and 450 ° C or lower. 上記熱処理を150℃以上350℃以下で行う請求項1、請求項2又は請求項3に記載の炭素繊維の製造方法。   The method for producing a carbon fiber according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
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