JPH01260020A - 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］ 本発明はピッチ系炭素繊維を製造する方法に関する。詳
細にはピッチ系炭素繊維の製造工程において特定の処理
剤を使用することにより繊維の取扱いを容品にし、糸切
れ、毛羽立ち、繊維相互間の融着を無くして高品質の炭
素繊維を製造する方法に関する。

［従来の技術］ ピッチ系炭素繊維は炭素質ピッチを溶融紡糸して得られ
るピッチ繊維を、不融化、炭化あるいは更に黒鉛化処理
することによって得られる。

ピッチ繊維は極めて脆弱であるため不融化工程や炭化工
程での取扱いが難しく、これらの工程において毛羽立ち
、ガイドローラーへの巻き付き、糸切れ、損傷、さらに
は繊維相互間の融着を生じ易く、これらは最終的に得ら
れる炭素繊維の分繊性を低下させ、また物性にも悪影響
を及ぼす。

従来、これらの問題点を解決するためにピッチ繊維をシ
リコーン油で集束して、不融化、炭化処理する方法が報
告されている（特開昭５９−２２３３１５号公報）。

しかし、シリコーン油を用いる方法は静電気の発生を誘
発し、安定な紡糸ができず、また不融化、炭化等の焼成
工程においてシリコーン油に起因する化合物により製造
装置が著しく汚染されるという欠点がある。

一方、集束剤としてシリコーンエマルジョンを用いる方
法が報告されている（特開昭５９−１９９８７２号公報
、同８１−７００１７号公報、同［Ｉ２−１９１５８２
号公報等）。

特開昭５９−１９９８７２号公報は、シリコーン油に界
面活性剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエー
テルを使用し、さらにこれにポリオールを配合すること
により初めて効果を発揮するものであり、特開昭８１−
７００１７号公報は、シリコーン油にソルビタン脂肪酸
エステル等の乳化剤を配合するものであって、また繊維
に対する付着量も多いためハンドリング性が十分に改善
されない。特開昭６２−１９１５８２号公報は、シリコ
ーン水エマルジヨン系中のアルカリ金属含有量を一定二
以下とすることにより油剤の分解劣化を防止せんとする
ものである。

［発明が角’Ｆ決しようとする課題］ 本発明は、繊維のハンドリング性を改善し、繊維の糸切
れ、毛羽立ち、損傷を防止し、繊維相互間の合着、融着
を防止して分繊性に優れたピッチ系炭素繊維の製造方法
を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記目的は、特定のシリコーンエマルジョンを
用いることにより達成される。

すなわち、本発明は炭素質ピッチを溶融紡糸して得られ
るピッチ繊維から炭素繊維を製造する方法において、ピ
ッチ繊維を集束する前または集束する際に分子量が５０
０〜５０００でアミン価が２〜１５のアミノ変性シリコ
ーン油を用い、乳化剤として下記式［Ｉコ Ｒ−０−ｅＣＨ２ＣＨ２０辷＝Ｈ［Ｉ］［ここでＲは炭
素数８〜１２の脂肪族炭化水素を示し、ｎは３〜９の整
数である］ で示されるポリオキシエチレンアルキルエーテルをアミ
ノ変性シリコーン油に対し１〜１２ｖｔ％配合して得ら
れるシリコーン水エマルジョンをピッチ繊維に付与し、
ピッチ繊維に対し、アミノ変性シリコーン油を０．０１
〜０．８ｗｔ％付着させることを特徴とするピッチ系炭
素繊維の製造方法に関する。

本発明に用いられるアミノ変性シリコーン油とは下記一
般式［ＩＩ］で示されるものである。

［ここで、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜６のアルキル基、好
ましくは炭素数１〜４のアルキル基；Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６
は水素または炭素数１〜６、好ましくは１〜４のアルキ
ル基；Ｒ４は水素または一５ｆＲ’３；Ｚは炭素数１〜
Ｇのアルキレン基、好ましくは炭素数１〜４のアルキレ
ン基；ｘ＋　　ｙはそれぞれ１〜７０、好ましくは１〜
３０の整数をそれぞれ示す］ 本発明において用いるアミノ変性シリコーン油は、分子
量が５００〜５０００、好ましくは７００〜２０００で
あって、アミン価が２〜１５、好ましくは３〜８のもの
が用いられる。ここでアミン価はＪＩＳＫ　０１１３に
従って測定される。

アミン価が１５を超えると不融化工程において繊維間の
融着が生じ易くなり、また２より小さいとシリコーン水
エマルジョンの安定性が悪くなり、この場合に乳化剤の
量を多くして安定化を図ると後段の不融化、炭化工程に
おいて繊維に悪影響を及ぼす。

本発明において乳化剤として用いるポリオキシエチレン
アルキルエーテルは前記一般式［Ｉ　’］で示される化
合物である。

式中、Ｒは炭素数８〜１２の脂肪族炭化水素であり、好
ましくは直鎖の脂肪族炭化水素である。またｎは３〜９
であり、好ましくは５〜７のものである。

Ｒ，ｎの値が大きすぎると酸化劣化を受は易く、ハンド
リング性が低下し、小さすぎると乳化力が低下する。

本発明において、ポリオキシエチレンアルキルエーテル
はアミノ変性シリコーン油に対し　１〜１２ｖｔ％、好
ましくは１〜６ｗｔ％配合する。

従来、ノニオン系界面活性剤を乳化剤として使用する場
合、ベースオイルに対して通常１５〜３０ｗｔ％の範囲
で用いられる。

本発明においては、シリコーン水エマルジョンの安定性
を損わない範囲で乳化剤の使用量をできるだけ抑える方
法を検討した結果、特定のアミノ変性シリコーン油と特
定のポリオキシエチレンアルキルエーテルを組み合わせ
たときに、乳化剤の使用量を著しく低減させることに成
功したものである。

シリコーン水エマルジョンは通常アミノ変性シリコーン
油を水に対して０，０１〜ｌＯνｔ％、好ましくは０．
０５〜５ｗｔ％の濃度として用いる。

本発明において、集束剤としてのシリコーン水エマルジ
ョンはピッチ繊維に付与し、ピッチ繊維に対しアミノ変
性シリコーン油を０．０１〜０．８νｔ％、好ましくは
０．０５〜Ｑ　、　５ｖｔ％付着させる。

本発明においてはアミノ変性シリコーン油の骨管量がき
わめて少量であることも本発明の特徴である。例えば、
特開昭０ｆ−７００１７号公報においてはピッチ繊維に
対してシリコーン油を１〜１５ｗｔ％付着させることを
要するのに対し、本発明においては上記のようにきわめ
て少量で効果を発揮する。

シリコーン水エマルジョン（集束剤）をピッチ繊維に付
与する方法は特に限定されず公知の方法を用いることが
できる。例えば、スプレーにより吹き付ける方法、ロー
ラーにて塗布する方法、浸漬法、カニツメにより付与す
る方法、あるいはこれらを組合せた方法等を用いること
ができる。

ピッチ繊維とは炭素質ピッチを溶融紡糸して得られるも
のである。炭素質ピッチとしては石油系ピッチあるいは
石炭系ピッチ等が用いられ、特に光学的異方性ピッチが
好ましい。溶融紡糸は公知の方法で行われる。

本発明におけるシリコーン水エマルジョン（集束剤）を
付与したピッチ繊維は次に酸化性ガス雰囲気下にて不融
化処理される。不融化処理は通常４００℃以下において
行われ、好ましくは１５０〜３８０℃であり、より好ま
しくは２００〜３５０℃である。処理温度が低すぎる場
合には処理時間が長くなり、また処理温度が高すぎる場
合には、ピッチ繊維の融着あるいは消耗といった現象を
生ずるため好ましくない。酸化性ガスとしては、通常、
酸素、オゾン、空気、窒素酸化物、亜硫酸ガスあるいは
ハロゲン等の酸化性ガスを１種あるいは２種以上用いる
。

不融化処理されたピッチ繊維は、次に不活性ガス雰囲気
下で炭化処理あるいは更に黒鉛化処理を行い、炭素繊維
を得る。炭化処理は通常、温度８００〜２０００℃で行
う。一般には炭化に要する処理時間は０．１分〜１０時
間である。さらに黒鉛化を行う場合には、温度２０００
〜３５００℃で、通常１秒〜１時間行う。

［実施例］ 以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものでは
ない。

実施例１ 光学的異方性相を９０ｖｏＪ％含有し、軟化点が２８０
℃である石油系ピッチを溶融紡糸し、１０００フィラメ
ント平均糸径１２μｍのピッチ繊維を得た。

紡糸は１０００孔口金より押し出された繊維に０．２〜
０．５ｗｔ％濃度の集束剤（シリコーン水エマルジョン
）を、スプレー法で３０〜５０ｃｃ／分吹きつけた後、
さらにカニツメ状集束器で２０〜３０ｃｃ／分付与した
。ピッチ繊維への集束剤の付Ｗｆｆｉは０，１〜０．２
ν【％であった。

この集束剤のベースオイルとして分子＝ｉｓｏｏ、アミ
ン価５のアミノ変性ジメチルシロキサン、乳化剤として
Ｃ１゜Ｈ２，０→ＣＨ２ＣＨ２０−云７Ｈで示される直
鎖のポリオキシエチレンアルキルエーテルをそれぞれ用
い、オイルと乳化剤の配合比を９５：５（重量比）とし
た。

このようにして得られた１０００フイラメントのピッチ
繊維を空気中２７０℃で不融化した後、窒素中６５０℃
で予備炭化し、さらに窒素中２５００℃で黒鉛化して炭
素繊維を得た。

得られた炭素繊維の分離度は９８であった。

ここで、分離度は炭素繊維の分繊の度合を示すもので、
以下の方法により判定した。

すなわち、繊維束をｉｏａｍの長さに切断した後、アル
コール等の溶液中に入れてゆるやかに振とうした後、静
置し、分離した繊維の本数を数え（分離していない束は
１つと数える）、これをもとの繊維１００本あたりの本
数に換算し、分離度とした。

実施例２ 集束剤のベースオイルとして分子量１０００、アミン価
５のアミノ変性ジメチルシロキサン、乳化剤としてＣ６
Ｈ１ｔＯ−ｆ−ＣＨ２ＣＨ２０〒”ｒＨで示される直鎖
のポリオキシエチレンアルキルエーテルをそれぞれ用い
、オイルと乳化剤の配合比を９５：５（重量比）とした
。

この集束剤を用いる以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は９５であった
。

実施例３ 集束剤のベースオイルとして分子ｍ　３０００、アミン
価８のアミノ変性シリコーン、乳化剤として実施例１と
同じものをそれぞれ用い、ベースオイルと乳化剤の配合
比を９０：１０（重量比）とした。

この集束剤を用いる以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は９０であった
。

比較例１ 集束剤のベースオイルとして分子量１００００、アミン
価５のアミノ変性ジメチルシロキサン、乳化剤として実
施例１と同じものをそれぞれ用い、ベースオイルと乳化
剤の配合比を、エマルジョンの安定性を損わない範囲で
乳化剤の量を少なく抑え８５：１５（重量比）とした。

この集束剤を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は３５であった
。

比較例２ 集束剤のベースオイルとして実施例１と同じもの、乳化
剤として一般に用いられているポリオキシエチレンノニ
ルフェニルエーテルをそれぞれ用い、ベースオイルと乳
化剤の配合比を、エマルジョンの安定性を損わないとい
う点から８５：１５（重量比）とした。

この集束剤を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は２３であった
。

比較例３ 集束剤のベースオイルとして分子量１５００のジメチル
シロキサン（アミン価０）、乳化剤として実施例１と同
じものをそれぞれ用い、ベースオイルと乳化剤の配合比
を、エマルジョンの安定性を損わないという点から８５
：１５（重量比）とした。

この集束剤を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は２５であった
。

比較例４ 集束剤のベースオイルとして分子量１５００、アミン価
８０のアミノ変性ジメチルシロキサン、乳化剤として実
施例１と同じものをそれぞれ用い、オイルと乳化剤の配
合比を９５：５（重量比）とした。

この集束剤を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維の分離度は９と著しく悪
く、また硬着が見られた。

比較例５ 集束剤のベースオイル、乳化剤として、共に実施例１と
同じものを用い、オイルと乳化剤の配合比を８０　：　
２０　（重量比）とした。

これ以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維を得た。得
られた炭素繊維の分離度は１２であった。

比較例６ 集束剤として実施例１と同じものを用い、付与する集束
剤の濃度を１０％とし、ピッチ繊維への集束剤の付着量
が３ｖｔ％になるようにした。

これ以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維を得た。得
られた炭素繊維の分離度は５と著しく悪く、また硬着が
見られた。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の製造方法によって、取扱
いが容易で、しかも糸切れ、毛羽立ち、損傷を防止し、
また繊維相互間の融着を無くして分繊性に優れた高品質
のピッチ系炭素繊維が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素質ピッチを溶融紡糸して得られるピッチ繊維か
   ら炭素繊維を製造する方法において、ピッチ繊維を集束
   する前または集束する際に、分子量が５００〜５０００
   でアミン価が２〜１５のアミノ変性シリコーン油を用い
   、乳化剤として下記式［ I ］▲数式、化学式、表等が
   あります▼［ I ］ ［ここでＲは炭素数８〜１２の脂肪族炭化水素を示し、
   ｎは３〜９の整数である］ で示されるポリオキシエチレンアルキルエーテルをアミ
   ノ変性シリコーン油に対し１〜１２ｗｔ％配合して得ら
   れるシリコーン水エマルジェンをピッチ繊維に付与し、
   ピッチ繊維に対しアミノ変性シリコーン油を０．０１〜
   ０．８ｗｔ％付着させることを特徴とするピッチ系炭素
   繊維の製造方法。