JPH01221523A - 高性能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、高性能ピッチ系炭素繊維の製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

炭素繊維は、その優れた物性（軽量、耐熱、耐薬品性な
ど）のため、近年数多くの材料分野へ利用されている。

特に、構造材料への応用が注目されており、宇宙、航空
産業へ法尻に利用されている。

しかし、構造材料が用いられている炭素繊維は、ポリア
クリロニトリルから製造されたものが主であり、最近注
目されているピッチ系炭素繊維は未だ、物性面、信頬性
の面で、多くの利点がある反面問題もある。ピッチ系炭
素繊維は、石油、鉄鋼プロセスで副生する芳香族性に冨
むピッチから得られる。この場合、炭化収率が高く、弾
性率の高いものが得られ、安価なものになると予想され
ている。ピッチ系炭素繊維の製造方法は、数多くの提案
されている。ポリアクリロニトリルより製造された炭素
繊維と同程度のものが製造可能となっている。

例えば、特願、昭５６−１１７４７０号、特願昭５７−
８０６７０号、特願昭５７−９８１９４号、特願昭５９
−１１６４２１号等に示されるプリメソフェーズ炭素質
を原料とした方法を用いると、強度が２５０ｋｇ／ｍｕ
”以上のものが得られる。この方法は、主に２つの工程
からなリ、第１の工程では、ピッチ類をテトラヒドロキ
ノリンと３８０〜５００℃の温度で処理するか、あるい
は、ナフタリンなどの芳香族炭化水素と水素加圧下で４
３０℃以上の温度で処理するが、あるいはアントラセン
油などの二環以上の縮合芳香族化合物の混合物の存在下
、３６０〜ｓｏｏ’ｃの温度で処理するものである。第
２工程は、第１工程で得られたピッチを重質化する工程
である。この場合、減圧下、又は常圧下に４５０℃以上
の温度で処理を行う。このような方法で得られた紡糸用
ピッチは、紡糸性に優れ、巻取温度が１０００ｍ／ｍｉ
ｎ以上で紡糸可能で糸切れが非常に少ないものである。

紡糸用ピッチの変動を防ぐために、第２工程を２段で行
なう方法も提案されている。しかし、この場合、処理条
件によっては性状が異なる場合がある。このため、ピン
チの一部分が重質化し、糸切れの原因となったりし、可
紡性の著しい低下を引き起こす。また、第１工程で用い
るピッチ類の性状が異なった場合などでも、得られる紡
糸用ピッチの性状は著しく異なる。このため、この方法
で得られる炭素繊維の物性は変動する可能性があり、品
質が低下してしまう。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、コー
ルタール、コールタールピッチを水素化処理したのち、
光学的に等方性のプリメソフェーズ炭素質物を製造し、
これを紡糸、不融化したのち、炭化処理して炭素繊維を
製造する方法において、水素化度、重質化度の異なるピ
ッチから製造した。軟化点が、０〜８０℃の範囲内で一
致するプリメソフェーズ炭素質物を２種以上、混合紡糸
することを特徴とする高性能ピッチ系炭素繊維の製造方
法である。

すなわち、本発明では、コールタールピッチの内、重質
化度、水素化度が異なるピッチから製造した軟化点が、
０〜８０℃の範囲内とくに０〜１０℃の範囲内で一致す
るプリメソフェーズ炭素質物を２種以上混合紡糸し、高
性能のピッチ系炭素繊維を得るものである。

ピッチ類から、紡糸用ピンチを製造するプロセスは数多
く提案されている。而して、現在、出願されているもの
を大別するとメソフェーズピッチ、ドーマントメソフェ
ーズピッチ、ネオメソフェーズピッチ、プリメソフェー
ズピッチを製造するものの４種類の方法である。これら
の方法から得られる炭素繊維は、いずれも光学的に異方
性の繊維を有している。而して、その中間体として繊維
軸方向に結晶子が高度に配向したツメフェーズを経由す
ることに特徴がある。しかしながら、得られる炭素繊維
は一般にポリアクリロニトリルから得られるものと比べ
低品質なものであった。これに対し、プリメソフェーズ
ピッチを用いる方法は他の方法に比べて、とくに紡糸性
の高いピッチが得られる。また、得られる炭素繊維の物
性もポリアクリロニトリルから誘導されるものに匹敵す
るものが製造できる。この方法の概要を以下に記す。

この方法は、主に２つの工程がら成り、第１の工程では
ピッチ類をテトラヒドロキノリンと３８０〜５００℃の
温度で処理するが、あるいはナフタリンなどの芳香族炭
化水素と、水素加圧下で４３０℃以上の温度で処理する
か、あるいは、アントラセン油などの二環以上の縮合芳
香族化合物の混合物の存在下、３６０〜５００℃の温度
で処理するものである。第２の工程は、第１工程で得ら
れたピッチを重質化する工程である。この場合、減圧下
、又は、常圧下に４５０℃以上の温度で処理する。

本発明者らは、上記の方法で得られた紡糸用ピッチの紡
糸性の向上を目的に鋭意研究を進めた結果、軟化点が０
〜８０℃の範囲、好ましくは、０〜１０℃の範囲で一致
する紡糸用ピッチを２種類以上混合し、紡糸すると、紡
糸性の向上が認められ、しかも、得られる炭素繊維は、
単味のものに比べて高強度のものが得られることを見い
出した。

本発明に用いられる原料ピッチは、コールタールから蒸
留して得られる軟ピツチ、中ピツチ、高ピツチの他に、
適当な改質処理によって得られるコールタールピッチも
含まれる。それらの性状として、Ｈ／Ｃ（原子比）が０
．６０以下、メトシー法による軟化点が８０℃以上のも
のがあげられる。

本発明には、同じ原料ピッチから出発し、第１工程での
処理条件を変え、第２工程で軟化点を調整して、２種以
上の紡糸用ピンチを製造し、これを混合紡糸する方法と
、さらに、異なる原料ピッチを同一条件で第１工程を行
ない、第２工程で軟化点を調整して、２種以上の紡糸用
ピッチを製造し、これを混合紡糸する方法の２つが含ま
れる。

また、混合紡糸法は、各種の紡糸方法が考えられる。そ
の中で紡糸機内で、２種以上の紡糸用ピッチを混合する
方法を採用する。例えば、２軸のスクリューを有する溶
融押出紡糸機等が有用である。

本発明によると、単味の紡糸用ピッチで糸切れが多発す
るようなものでも、混合紡糸を行なうと、糸切れが単味
と同じ紡糸条件下でも、著しく少なくなり、１０００＋
ｓ／＋ｌｌ１ｎ以上の巻取が可能になった。

紡糸して得たピッチ繊維は、２５０〜４００℃、空気中
で不融化後、不活性雰囲気中、１０００℃以上の温度で
熱処理し、炭素繊維とする。得られた炭素繊維の物性は
、１０００℃の炭化物で２００〜３００ｋｇ　／　＋＋
ｎ　２と高い強度を示し、特に相乗効果が認められた。

本発明で用いた紡糸用ピッチは互いに相溶性が高いと考
えられる。しかし、本発明による本混合紡糸は、合繊業
界で知られている紡糸法と基本的には同じであり、海−
鳥の構造を有するピッチ繊維のものである。このために
、相乗効果が得られたものと予想される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

コールタールピッチ（Ａ）をＮ２気流下、４３０℃、１
時間熱処理してピッチ（Ｂ）を得る。下記第１表に示し
たように、軟化点は、メトシー法で１９６℃であった。

これをこのピッチに対し、２倍量の水素化アニドラセン
油と共に、オートクレーブに装入し、Ｎ２置換後、自生
圧下４３０℃、１０分間熱処理する。口演は１５ｎ＋Ｈ
ｇ減圧下、２５０℃の沸点留分を留出除去し、水素化ピ
ッチを製造した（第１工程）。

得られた水素化ピッチを反応容器に入れ、Ｎ２気流下、
熱処理を行なった（第２工程）。熱処理は、２段法を採
用した。１段では、４８０’Ｃ１ｏ分の処理を行ない、
その後、４３０℃で６０分の処理をしたものをピッチ（
Ｂ’）、７０分処理したものをピッチ（Ｂ＃）とした。

また、コールタール（Ａ）を出発として、第１工程、第
２工程（二段処理は４３０℃、６０分）を経て、ピッチ
（Ａ′）を製造した。これらの紡糸用ピッチＡ’、Ｂ’
。

Ｂ″の性状を下記第２表に示した。これらのピッチを混
合し、１０寵φの内径を有するピストン型紡糸装置に装
入し、溶融させる。ノズルは０．３１ｍφの径のものを
用い温度３５０℃、巻取温度８００〜１０００ｍ／ｍｉ
ｎで紡糸を行った。Ａ　／　、　　Ｂ　Ｌ”。

Ｂ“単味の紡糸は糸切れが多く、可紡性が低い。

Ｂ”−Ａ’、Ｂ“−Ａ′の組合わせの混合紡糸では、１
０００ｍ／ｍｉｎの紡糸得度でも糸切れせずに紡糸が可
能であった。このようにして得たピッチ繊維を２℃／ｍ
ｉｎ　、３２０℃、１０分間不融化し、その後、Ｎ２気
流下、１０℃／ｎ＋ｉｎ　、１０００℃、３０分間炭化
し、炭素繊維を得た。ＪＩＳ　Ｒ−７６０１に基づきそ
の物性を調べたところ、下記第３表の如く、高品質の炭
素繊維が得られた。

第１表 原料ピッチ性状 第２表 紡糸用ピッチ性状 （注）常温下、偏光顕微鏡により測定 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明方法によれば、紡糸用ピッチ
を２種以上混合して紡糸することにより、ピッチ性状の
変動を防ぎ、物性変化をなくすと共に、その混合によっ
て物性の向上を図った高品質の炭素繊維を容易に得るこ
とができるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コールタール、コールタールピッチを水素化処理したの
   ち、光学的に等方性のプリメソフェーズ炭素質物を製造
   し、これを紡糸、不融化したのち、炭化処理して炭素繊
   維を製造する方法において、水素化度、重質化度の異な
   るピッチから製造した、軟化点が、０〜８０℃の範囲内
   で一致するプリメソフェーズ炭素質物を２種以上、混合
   紡糸することを特徴とする高性能ピッチ系炭素繊維の製
   造方法。