JPH01221519A - ピッチ系炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭系ピッチ、石油系ピンチ、高分子焼成ピッ
チ等のピッチ類から炭素繊維を製造する方法に関するも
のであり、詳しくは繊維の取扱いを容易処すると同時に
繊維相互間の接着や融着のない高品質の炭素繊維を得る
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

ピッチ系炭素繊維は、通常、原料ピッチを溶融紡糸し、
得られたピッチ繊維を不融化処理及び炭化処理を行なう
ことによって製造される。

ピッチ系炭素繊維はポリアクリロニトリル系等の炭素繊
維に比較して高収率で工業的有利に製造できる利点があ
る反面、ピッチ繊維が極めて脆弱なため、不融化処理や
炭化処理での取扱いが難しく、これらの工程において繊
維の毛羽立ち、ガイドローラへの捲きつき、糸切れ等を
起こしやすい。更に不融化処理、炭化処理時にピッチ繊
維相互間の接着や融着が生じ、かつ得られた炭素繊維に
損傷を生じ易いという難点があった。

そこで、かかるピッチ系炭素繊維に特有の難点を解消し
て高品質のピッチ系炭素繊維を安定的に製造し得る方法
について種々検討し、処理剤としてシリコーンオイル水
エマルジョンを用いる方法（特開昭Ａ／−７００／７号
公報）について提案したが、この処理剤では紡糸集束工
程における繊維の毛羽立ち、ガイドローラーへの捲きつ
き、糸切れ等の問題点は解決できたが、酸化性雰囲気下
、約り００℃〜約１１００℃程度の加熱帯域で行なう不
融化処理あるいはかかる不融化処理に後続する不活性雰
囲気下で少な（ともｔＩｏｏ℃以上で加熱処理する炭化
処理において繊維相互間の融着や接着を十分に解消する
には未だ改善する余地を残していた。

このような融着あるいは接着という現象の原因は、不融
化処理あるいは炭化処理等の加熱処理時に、処理剤に含
有される界面活性剤の一部が分解あるいはタール化する
ことであることが判明した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明者等はかかる界面活性剤の繊維に対する影
響を調査・検討した結果、種々の界面活性剤のうち、脂
肪族カルボン酸アルカノールアミドあるいは脂肪族カル
ボン酸アミン塩は不融化処理あるいは炭化処理等の加熱
処理時に繊維間の融着や膠着を発生させることがないこ
とを見出した。しかし、脂肪族カルボン酸アルカノール
アミドまたは／および脂肪族カルボン酸アミン塩を用い
て得られたシリコーン油の水エマルジョンを繊維に付着
して集束させた場合、集束性が十分でな（、工程を通過
す、るものの繊維の毛羽立ち、ガイドローラーへの捲き
つき、糸切れ等の問題点が若干残り、かつ集束剤を付着
した繊維を数日乃至／週間程度保存したときこれらの問
題点がより顕著になるという難点があった。

一方、従来集束剤の界面活性剤としてよ（用いられてい
るポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いたシリコ
ーン油水エマルジョンハ集束性にすぐれ繊維の毛羽立ち
、ガイドローラーへの巻きつき、糸切れ等が非常に少く
、かつ集束剤を付着した繊維を／週間程度保存したとき
の性能劣化も少ないが、不融化処理あるいは炭化処理で
の熱処理時に繊維間の融着や膠着を発生させるという問
題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明者等はこれらの問題点を解決するため鋭意
検討を重ねた結果、界面活性剤が複数の成分からなり、
少くとも一成分がポリオキシエチレンアルキルエーテル
であり、他の成分が脂肪族カルボン酸アルカノールアミ
ドまたは／および脂肪族カルボン酸アミン塩であるシリ
コーン油水エマルジョンを用いることにより上記問題点
が解決され・ることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の要旨は、紡糸ピッチを気相中に溶融
紡糸して得られたピッチ繊維をシリコーン油の水エマル
ジョンを用いて集束後、不融化処理、炭化処理、さらに
必要に応じて黒鉛化処理を行うことによりピッチ系炭素
繊維を製造する方法において、水エマルジョン中ノ界面
活性剤が複数の成分からなり、少なくとも一成分がポリ
オキシエチレンアルキルエーテルであり、他の成分が脂
肪族カルボン酸アルカノールアミドまたは／および脂肪
族カルボン酸アミン塩であることを特徴とするピッチ系
炭素繊維の製造法に存する。

以下本発明の詳細な説明するに、本発明に用いられる紡
糸ピッチとしては、コールタールピッチ、石炭液化物等
の石炭系ピッチ、原油の常圧蒸留残油、減圧蒸留残油、
またはその熱処理物、ナフサの熱分解副生タールの熱処
理物等の石油系ピッチ及び合成樹脂や天然樹脂を乾留す
ることによって得られる高分子焼成ピッチ等が挙げられ
る。

紡糸ピッチの溶融紡糸は通常の合成繊維の乾式性溶融紡
糸と同様に行なうことができ、特に制限はなく、溶融し
た紡糸ピンチを下向きの紡糸口金から気相中に押し出し
冷却固化させる方法を採用する。紡糸口金としては吐出
孔の孔径が０．７〜０．５羽根度のものを用いる。紡糸
口金の温度は原料ピッチの種類に依存し紡糸に適当な溶
融粘度を考慮して決められるが、通常は２Ｓθ〜３３０
℃の範囲が適当である。紡糸口金の下には保温筒を設け
てお（と紡糸状態の安定化に有効である。

本発明においては、上記の方法で紡糸されたピッチ繊維
に対して付着使用する、シリコーン油を界面活性剤によ
り水中に分散した処理剤が用いられるが、界面活性剤は
複数の成分から成り、少なくとも一成分がポリオキシエ
チレンアルキルエーテルであり、他の成分が脂肪族カル
ボン酸アルカノールアミドまたは／および脂肪族カルボ
ン酸アミン塩から成るものを用いるのが重要である。

かかる界面活性剤の成分であるポリオキシエチレンアル
キルエーテルとしてはラウリル、セチル、オレイルおよ
び牛脂肪アルコール等の動植物系アルコール、オキソア
ルコール、ガーベノトアルコール等の合成アルコール、
１ｔｔ脂フルコールなどの脂肪族アルコールに酸化エチ
レンを付加重合させたものが挙げられ、−故人％式％） （ここでＲはＣ８〜Ｃ２ｏの置換されていてもよいアル
キル基又はアルケニル基、ｎは１〜コＯの　。

整数）で示される。

一方、脂肪族カルボン酸アルカノールアミドとしてはカ
プリン酸、ラウリン酸、ヤシ脂肪酸、ミリスチン酸、ス
テアリン酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸とモノエ
タノールアミン、ジェタノールアミン、モノイソプロパ
ツールアミン、ジイソプロパツールアミンなどの縮合生
成物が挙げられ、−故人 ％式％） （ただしＲ１はＣ８〜Ｃ２２の置換されていてもよいア
ルキル基又はアルケニル基を、Ｒ２、Ｒ３はＣ１〜Ｃ４
の置換されていてもよいアルキレン基を、ｎおよびｍは
／〜２０の整数を示す。）で示される。

市販のアルカノールアミドには製法によりアルカノール
アミンと脂肪族カルボン酸の比率が２：／型のものおよ
び／：ｌ型のものがあるがそのどちらも用いることがで
きる。

脂肪族カルボン酸アミン塩としては一般式（Ｒ１ハＣ，
〜Ｃ２Ｇの置換されていてもよいアルキル基、アルケニ
ル基を、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ置換されていても
よい０１〜Ｃ！ｏのアルキル基、アルケニル基、ヒドロ
キシアルキル基、ポリオキシアルキル基又は水素原子を
表わす）で表わされる脂肪族カルボン酸と７〜３級アミ
ンの塩で示される。具体的には脂肪族カルボン酸として
はオクタン酸、デカン酸、ラウリル酸、パルミチン酸、
ステアリン酸等が、アミンとしてはメチルアミン、ジメ
チルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、モ
ノエタノールアミン、ジェタノールアミン、トリエタノ
ールアミン、モルホリン、ジメチルアミノプロピルアミ
ン、モノイソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、
トリイソプロピルアミン、ブチルジェタノールアミン、
ジブチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールア
ミン、ペンチルジェタノールアミン等が挙げられる。

シリコーン油としてはジメチルポリシロキサン、メチル
フェニルポリシロキサンあるいは種々の変性ポリシロキ
サン等が挙げられ、好しくは使用するのがよい。またシ
リコーン油は２種以上の混合物を用いてもよい。

界面活性剤の使用量はシリコーン油に対して総量で／ｗ
ｔ％〜２　！；　ｗｔ％が好ましい。／ｗｔ％未満では
シリコーン油の安定な水エマルジョンが得られず、２＆
ｗｔ％より多いと不融化あるいは炭化後の繊維の性状に
悪影響を及ぼすことがある。また界面活性剤の内、ポリ
オキシエテレンアルキルエーテルの量は好しくはシリコ
ーン油に対して０．　／　ｗｔ％〜Ａｗｔ％程度、更に
好しくはＯ１Ｊｗｔ％〜、２ｗｔ％程度である。少なす
ぎると集束性が十分でな（、多すぎると不融化あるいは
炭化後の繊維性状に悪影響を及ぼすことがある。

更に、脂肪族カルボン酸アルカノールアミドまたは／お
よび脂肪族カルボン酸アミン塩はシリコーン油に対して
０１１ｗｔ％〜ＪＩＩｗｔ％程度とするのが好しい。

また、種々の目的のために本発明の効果を害さない範囲
で従来公知の乳化剤、静電気防止剤、防錆剤、抗菌剤等
を含有することは可能である。

以上の組成より成る処理剤は通常オイル分（シリコーン
油と界面活性剤の総量）が０．／　ｗｔ％〜３θｗｔ％
の水エマルジョンとして使用するが、ピッチ繊維に対す
る添着量はオイル分として０．０２　ｗｔ％〜／　ｊ　
ｗｔ％、好しくはＯ，コｗｔ％〜＆ｗｔ％とするのがよ
い。０．０２　ｗｔ％未満では集束性が得られず、／＆
ｗｔ％を超えると不融化あるいは炭化後の繊維性状に悪
影響を及ぼすことがある。

処理剤を繊維に添着する方法としては、紡糸口金を出た
走行糸にスプレーにより吹付ける方法、ローラーに付け
て接触させる方法、カラス口に付けて接触させる方法等
より適宜選択することができる。

処理剤が付与され、集束されたピッチ繊維は周知の方法
に従って不融化処理及び炭化処理が行なわれる。例えば
不融化処理は繊維を酸素、オゾン、空気、窒素酸化物、
ハロゲン、亜硫酸ガス等の酸化性雰囲気下、１５ｏ〜３
ＡＯＴ：、の温度にＳ分〜１０時間加熱することによっ
て行われる。

炭化処理は繊維を窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気
下、１Ｉｏｏ〜５ｏｏｏ℃の温度に０．５〜／θ時間加
熱することによって行われる。

さらに黒鉛化処理を行う場合にはａｏｏｏ〜３！；００
℃の温度に／秒〜１時間程度加熱保持すればよい。

また不融化、炭化あるいは黒鉛化処理の際、必要であれ
ば収縮や変形等を防止する目的で被処理体に張力をかけ
てお（こともできる。

このようにして得られた炭素繊維又は黒鉛化繊維は必要
により表面処理又は／およびサイジング処理した後、そ
れぞれの用途に用いられる。

（実施例） 次に本発明を実施例により更に具体的に説明するが本発
明はその要旨をこえない限り以下の実施例に限定される
ものではない。

実施例／〜グ タール系の原料ピッチ（光学的異方性１００％のメソ相
ピッチ）を紡糸口金温度３’ｌＯ℃で気相中へ溶融紡糸
し、得られた糸径７０μｍ、１００θフイラメントのピ
ッチ繊維に、第１表に示す処理剤をオイリングガイドを
用いて付着させ集束した。次いで７５０℃より３５θ℃
まで２時間ｔｉｏ分を要して昇温した後、その温度に３
０分間保持して不融化処理を行なった。その後アルゴン
中において、室温より７７００℃までに２時間２０分を
要して昇温した後その温度に１時間保持して炭化処理を
行ない炭素繊維を得た。炭素繊維製造工程における糸の
集束状態、不融化繊維の性状、単糸の融着状態を観察し
た。その結果を第７表に記載する（％はｗｔ％を示す）
。

比較例／〜弘 集束剤種を変えて実施例／と同様に実施した結果を第１
表に示す。

第１表の結果からも、本発明に係る処理剤の優れた諸性
能は明らかである。

〔発明の効果フ 以上詳述したように、本発明ではシリコーン油を特定の
界面活性剤で水中に分散してなる炭素繊維用処理剤を用
いることにより、簡単な操作で脆弱な繊維の取扱いを容
易ならしめると同時に繊維相互間の接着や融着が防止さ
れ、性状の良好なピッチ系炭素繊維を連続フィラメント
状で工業的に有利な条件下で製造できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）原料ピッチを気相中に溶融紡糸して得られたピッチ
   繊維をシリコーン油の水エマルジョンを用いて集束後、
   不融化処理、炭化処理、さらに必要に応じて黒鉛化処理
   を行うことによりピッチ系炭素繊維を製造する方法にお
   いて、水エマルジョン中の界面活性剤が複数の成分から
   なり、少なくとも一成分がポリオキシエチレンアルキル
   エーテルであり、他の成分が脂肪族カルボン酸アルカノ
   ールアミドまたは／および脂肪族カルボン酸アミン塩で
   あることを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造方法。