JPH01282315A - 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の製造方法に関する。

［従来の技術］ ピッチから炭素繊維を得る技術は、例えば特公昭４３−
４５５０号、特開昭４９−１９１２７号などでよく知ら
れている。

ピッチ糸は焼成前に不融化する必要があるが、ピッチ糸
は酸化性気体と共に加熱して不融化する際に、低温域で
の不融化反応速度が極めて小さいため、通常不融化の進
行に合わせて昇温しながら反応させる方法が用いられる
。その際、不融化反応の進行に伴う軟化点の上昇を越え
ない範囲で昇温させる必要がある。

ピッチの不融化反応である酸化反応は発熱反応であるた
め、通常のマルチフィラメント、シート状、ボビン形態
などで糸が集束された状態で不融化する際、局部的な蓄
熱が起り、不融化処理の温度管理を行っても、隣接する
繊維同志の接着、融着が極めて起りやすいという問題を
有している。

この繊維の接着・融着は、表面欠陥となり糸物性を大幅
に低下させる。

その上、ピッチ糸表面には、紡糸時などに付着した軽質
弁、タール、ゴミ等が存在し、また特に集束剤を使用し
た場合、これらの化学的、物理的作用により、前記接着
・融着の問題が極めて容易に起り易い問題を有する。

上記性質のため、ピッチの不融化反応は、高温程反応速
度が速いにもかかわらず、極めてゆっくりとした昇温過
程を経て、不融化を完了させる必要がおる。そのため、
通常２〜８時間を要した。

即ち、ピッチ糸は、ハンドリング性不良、不融化時の接
着・融着を生じやすいという欠点のため、不融化処理時
の糸速、糸を取扱う形態、昇温速度に上限があるための
処理時間など全てに可能な限りマイルドな条件を採用す
る必要がおり、つまりはこれらの問題点が生産性、経済
性、炭素繊維物性等を低下させるという大きな欠点を有
している。

また、ピッチ糸は不融化処理時の加熱により、低分子成
分、タール等が系中から表面に出てくるため、これらが
焼成時の融着を促進させると推定される。上記物質を除
去するため不融化糸を洗浄する方法（特開昭６１−１６
７０２１号）が提案されているが、この方法は洗浄後再
び集束剤で集束させるため焼成時の融着を起こしやすい
問題があった。

また、光学的異方性のピッチを用いて高強度、高弾性率
の炭素繊維を得る場合、特に上記ハンドリング、不融化
時に生ずる欠陥が物性低下の大きな要因となるという問
題があった。。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、不融化時および焼成時のピッチ糸の融
着を防止し、短時間で効率良く不融化処理および焼成処
理を行うとともに、高物性の炭素繊維を１ｑる方法を提
供することにおる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ピッチ糸または不融化糸表面を液体で洗浄後
、開繊し、ついで不融化、焼成することを特徴とするピ
ッチ系炭素繊維の製造方法で必る。

本発明でピッチ糸または不融化糸を洗浄する液体は、糸
表面の金属イオンを主体とするイオン類、紡糸や不融化
時に表面に付着したり、系中から表面に出る低分子量物
、タールなど、紡糸、引取、不融化時に糸に付着するゴ
ミ、工程で用いる処理剤、集束剤、油剤などの様な、不
融化、焼成工程で融着の原因となる物質を洗浄できるも
のである必要がある。例えば、水、アルコール類、アセ
トン、ベンゼン、ヘキサン、メチルエチルケトン、テト
ラじドロフランなどが用いられる。但し、該液体はピッ
チと相互作用を有していたり、ピッチを溶解、膨潤させ
て、後で行う開繊を阻げたり、得られる炭素繊維物性を
低下させるものは好ましくない。水の場合は、純水、イ
オン交換水が好ましく、水道水などイオンを含むものは
好ましくない。上記問題が生じない接触時間、温度、濃
度などの条件を選ぶ必要がある。

洗浄方法は、液中に糸を走行させる、液に糸を浸漬する
、糸に液を流下、滴下したりスプレーするなどの方法が
用いられる。糸に対して大きな負荷を与える方法はピッ
チ糸を損傷するので好ましくない。

上記洗浄後、液体を糸から除去し乾燥させる。除去方法
は、気流による吹き飛ばし、加熱、振動を与えて除去す
るなどの方法があるが、同様に糸に負荷を与えない方法
が良い。

ついで、乾燥されたピッチ糸または不融化糸は、気流、
振動などの方法で開繊され、融着原因となり易い単糸間
の接合点を除去する。開繊方法は、気体を噴射して糸を
撮動させるノズルが操作性、経済性の面から好ましい。

本発明で言うピッチ系炭素繊維は、６巖系、石油系、ナ
フタレンやポリ塩化ビニルからの合成ピッチ系で、等方
性、光学異方性ピッチ、およびこれらの混合物や、高分
子化合物などの添加物を添加したピッチなどを、溶融紡
糸や、場合によっては乾・湿式紡糸し、繊維形態とした
後、必要に応じて洗浄した後、不融化し、ざらに必要に
応じて洗浄してから、必要に応じて前炭化し、ついで炭
化し、ざらに必要に応じて黒鉛化することにより得られ
る。

ピッチ糸を得るためのピッチ成分とは、石炭系、石油系
、ナフタレンヤボリ塩化ビニルからの合成ピッチ系で、
等方性、光学異方性ピッチ、およびこれらの混合物や、
高分子化合物などの添加物を添加したピッチをを意味す
る。

光学的異方性ピッチは、紡糸時に液晶成分の配向性を有
している範囲のものが使用できる。光学的異方性成分の
量は、得られる炭素繊維の物性、製糸性から、６０％以
上が好ましく、８０％以上がより好ましい。

ピッチの製糸方法としては、通常溶融紡糸が用いられる
が、目的に応じて乾式、湿式、乾湿式などの紡糸方法も
用いることができる。

ピッチの溶融紡糸は、通常の加圧押出し、遠心紡糸、フ
ラッシュ紡糸等が採用できる。

また、ピッチの引取方法及び集束方法は、脆弱な糸に対
し、糸切れの原因になる様な負荷を与えない範囲でロー
ラ、エアサッカー等による引取り、巻取り、トレイやネ
ット上への積層などの通常の方法を採用しうる。

不融化処理は、例えば酸素の存在下、通常空気中で２５
０〜４２０’Ｃで酸化させる方法が適用できる。また酸
素としてオゾン、酸化窒素、酸化イオウなどの酸化性の
気体を使用する方法や、硝酸、過酸化水素水、化マンガ
ン酸カリなどの酸化性の液体を使用する方法も可能であ
り、場合によっては、電子線架橋などの物理的手段でも
差支えない。

炭化処理は、例えば不活性気体雰囲気中または真空中で
８００〜１７００’Ｃに加熱する方法がおり、また黒鉛
化処理としては、例えば不活性気体雰囲気中で１７００
’Ｃ以上に加熱する方法がある。

以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

なお、実施例中の測定方法は下記によった。

分散テスト 中性界面活性剤ノイゲンの０．０１重量％溶液１００ｄ
を１００ＣＣビーカに入れる。その中に長さ５ｍｍに切
断した糸を１　ｍｇ入れ、１１００ｒｐで１分間撹拌す
る。

得られた分散液を濾紙を通過させ、接合している単糸数
を数える。接合度合いは、１　ｍｇ当りの接合本数で表
わす。

［実施例１ 実施例１ コールタールにニッケル・モリブデン系触媒の存在下で
水素ガスを吹込み４００’Ｃで１２０分反応させた。得
られた水素化タールを１μのフィルターで濾過し固形物
を除いた後、３５０’Ｃで蒸溜し水素化ビッヂを得た。

次いで５２０’Ｃ１１７ｍｍｈｇで７分間熱処理しメソ
フェーズピッチを得た。

得られたメソフェーズピッチは軟化点２３５°Ｃ１Ｑ１
３３％、Ｂ１．８９％、異方性８５％であった。

ｊｑられたピッチを、ベントエクストルーダを用いて３
０５°Ｃ１６０Ｃ１６Ｏテ溶融、脱ｊｊ’　ス％　Ｍ　
後、直径０．２ｍｍ、孔長Ｑ、３ｍｍの１００Ｈ口金か
ら吐出させ、水で集束させて、４５０ｍ／ｍｉｎで引取
り、直径１０μのピッチ糸を得た。

得られたピッチ糸を、各種条件で洗浄し、ひきつづき加
熱域が中央部０．５ｍでおる中空ヒータを４本連続した
不融化炉を糸速２．５Ｃｍ／ｍｉｎで走行させ不融化処
理後巻取った。炉の温度は入口側から、１５０，２００
，２５０．３２０°Ｃとした。また乾燥および開繊は、
中央部に向って、４個の穴から空気を噴射するリングノ
ズルの中心部に糸を走行させて行った。

得られた不融化糸の分散テスト結果、および窒素中で２
５００’Ｃで焼成した炭素繊維物性を表１に示す。

本発明例でおる実験ＮＯ４，、５，７〜９は不融化糸の
融着もなく、黒鉛化糸物性も良好でめった。

比較例である、実験Ｎｏ１〜３．６は不融化糸の融着か
多く、黒鉛化糸物性も低い。

実施例２ 実施例１のピッチ糸を空気中５０’Ｃから３４０°Ｃま
で０．５°Ｃ／ｍｉｎで昇温し、３４０’Ｃで１５分間
保持して不融化し、不融化糸を得た。得られた不融化糸
を解舒し実施例１と同様に各種条件で洗浄、開繊処理し
た。ついで、長さ１ｍ、１５００℃のタンマン炉で窒素
中で焼成し炭素繊維を得た。１５００’Ｃの均熱部は炉
の中央０．３ｍでおり、糸速０．１５ｍ／ｍｉｎで走行
させた。

得られた炭素繊維の分散テストと糸物性の結果を表２に
示す。

本発明例の実験Ｎｏ１１，１３．１４は炭素繊維の融着
もなく、炭素繊維物性も良好であった。

比較例の、実験Ｎｏ１０，１２は融着が多く、糸物性も
低い。

［発明の効果コ 本発明は、糸表面の融着促進物質を洗浄除去後単糸を開
繊し、ついで不融化および、または焼成するので単糸間
の融着がなく、高物性の炭素繊維が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピッチ糸または不融化糸表面を液体で洗浄後、開
   繊し、ついで不融化後、焼成することを特徴とするピッ
   チ系炭素繊維の製造方法。