JPH01282316A - Pitch-based carbon fiber and production thereof - Google Patents

Pitch-based carbon fiber and production thereof

Info

Publication number
JPH01282316A
JPH01282316A JP11400488A JP11400488A JPH01282316A JP H01282316 A JPH01282316 A JP H01282316A JP 11400488 A JP11400488 A JP 11400488A JP 11400488 A JP11400488 A JP 11400488A JP H01282316 A JPH01282316 A JP H01282316A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pitch
section
cross
slit
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11400488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadayuki Matsumoto
忠之 松本
Shigenori Komatsu
重徳 小松
Masashi Ogasawara
小笠原 正史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP11400488A priority Critical patent/JPH01282316A/en
Publication of JPH01282316A publication Critical patent/JPH01282316A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the subject high-tenacity and high elastic modulus carbon fiber having no crack by discharging a pitch with optical anisotropy through slit-shaped nozzle holes, subsequently through other nozzle holes with a circular cross section and then carrying out infusibilizing and graphitization treatment. CONSTITUTION:A pitch with optical anisotropy is initially discharged through nozzle holes 9 with a slit-shaped cross section and then through other nozzle holes 10 with a substantially circular cross section of a sectional area eta that of the above mentioned slit-shaped nozzle holes equipped in succession from the above mentioned slit-shaped nozzle holes after reducing the flow of the pitch. The resultant pitch yarn is subsequently subjected to infusibilization treatment and calcined, thus obtaining the objective carbon fiber with a circular cross section and composed of a fine structure where lamellas spread to the outside through an adjacent boundary reaching the fiber surface.

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とその製造法に関する。更に
詳しくはピッチ系炭素繊維の欠陥であるクラックの発生
を改善し、高強度を達成したものでおり、この炭素繊維
は特殊な製造法により得られるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a pitch-based carbon fiber and a method for producing the same. More specifically, this carbon fiber has achieved high strength by improving the occurrence of cracks, which are defects in pitch-based carbon fibers, and this carbon fiber is obtained by a special manufacturing method.

[従来の技術] ピッチ系炭素繊維は光学異方性をもつピッチを溶融紡糸
して得られるが、円形断面の口金孔のみから吐出された
ピッチ系炭素繊維は微細構造が繊維の中心から放射状に
配列された構造(通常ラジアル構造と呼ばれている。)
であるためにクラックが発生し易く、高強力が得られな
いという欠点があった。
[Prior art] Pitch-based carbon fibers are obtained by melt-spinning pitch with optical anisotropy, but pitch-based carbon fibers discharged only from a circular cross-section spinneret have a fine structure radiating from the center of the fiber. Arrayed structure (usually called radial structure)
Because of this, cracks are likely to occur and high strength cannot be obtained.

したがってこの欠点を改善するために、口金孔の断面構
造をかえ、ラジアル構造を乱す方策が種々提案されてい
る。
Therefore, in order to improve this drawback, various measures have been proposed to change the cross-sectional structure of the cap hole and disturb the radial structure.

たとえば特開昭59−’l 68126号公報、特開昭
61−6314号公報、Carbon  24巻 47
7頁(19,86>などにおいてはスリット状断面の口
金孔を用いて紡糸する技術が開示されている。しかしな
がら、スリット状断面を含む異形断面をもつ口金孔を用
いた場合には円形断面をもつ口金孔にくらべて製糸性、
操業性、品質ともに悪く、収率も低いという欠陥が必ら
れれると共に口金の加工も困難でおる。
For example, JP-A-59-168126, JP-A-61-6314, Carbon Vol. 24, 47
Page 7 (19, 86>) discloses a spinning technique using a spinneret hole with a slit-like cross section. However, when a spinneret hole with an irregular cross section including a slit-like cross section is used, a circular cross-section cannot be obtained. Thread-spinning properties are improved compared to the motu nozzle.
Both operability and quality are poor, the yield is low, and it is difficult to process the die.

また、これらの異形断面をもつ口金孔を介して紡出され
たピッチ系炭素繊維の断面は円形とはならず異形断面で
ある。炭素繊維は複合材料の一部に用いられ、通常樹脂
を含浸させて複合材料とするが、異形断面の炭素繊維を
用いる限り、同じ太さの繊維であっても円形断面にくら
べ最密充填の度合が低いこと、繊維の分布が均一になら
ない等の理由で複合材料の強度特性が低下する。
Furthermore, the cross section of the pitch-based carbon fibers spun through the die holes having these irregular cross sections is not circular but has an irregular cross section. Carbon fibers are used as a part of composite materials, and are usually impregnated with resin to make composite materials. However, as long as carbon fibers with irregular cross sections are used, even if the fibers have the same thickness, they will not be as close-packed as those with circular cross sections. The strength properties of the composite material are reduced due to the low strength and non-uniform distribution of fibers.

しかし前記した如く光学異方性ピッチを円形断面の口金
孔から紡糸するとラジアル構造となり、クラックが入り
繊維強度が低下する。クラックの入りにくい条件を採用
しても円形断面繊維は異形断面繊維よりも強度は低い。
However, as described above, when optically anisotropic pitch is spun through a spinneret hole having a circular cross section, it becomes a radial structure, which results in cracks and a decrease in fiber strength. Even if conditions are adopted to prevent cracks from forming, circular cross-section fibers have lower strength than irregular cross-section fibers.

一方、光学異方性ピッチをらせん状スリット口金を用い
て紡糸し、実質的に円形断面で微細構造が渦巻状の繊維
を得る技術が特開昭61−47825号公報で開示され
ている。しかしこの技術は口金がらせん状であるという
特殊な形状で加工が極めて困難であること、多ホール化
に際しての寸法精度が低いこと、生産時の口金管理が面
倒であるなどの面にくらべ、予期した程強度の向上が望
めないという欠陥がおる。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 61-47825 discloses a technique for spinning optically anisotropic pitch using a spiral slit die to obtain fibers with a substantially circular cross section and a spiral microstructure. However, this technology is difficult to process due to the special spiral shape of the cap, low dimensional accuracy when increasing the number of holes, and troublesome cap management during production. The drawback is that it is not possible to expect a significant improvement in strength.

ざらに、光学的異方性ピッチを、異形断面を有する口金
孔の下流に、該異形断面口金孔の断面積より大きい断面
積を有する円形又は楕円形の口金孔を設けて紡糸するこ
とにより、炭素繊維のクラックを防止する方法が、特開
昭62’−268820号に開示されている。上記方法
は確かにクラックを防止する効果はめるが、上流側の異
形断面口金孔で形成したピッチの流れを半径方向に拡大
して、下流側の円形又は楕円形断面を有する口金孔でク
ラックの生じない、ランダムないしオニオンライク構造
、おるいはその中間的構造害の炭素繊維を得ることを目
的としているため、依然としてピッチ系炭素繊維の欠点
である、高強度が得られないという問題を有している。
Roughly speaking, by spinning an optically anisotropic pitch by providing a circular or elliptical die hole downstream of a die hole having an irregular cross section and having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the die hole having an irregular cross section, A method for preventing cracks in carbon fibers is disclosed in JP-A-62'-268820. Although the above method is certainly effective in preventing cracks, it expands the pitch flow formed by the irregular cross-section nozzle hole on the upstream side in the radial direction, causing cracks to occur in the nozzle hole with a circular or elliptical cross section on the downstream side. The aim is to obtain carbon fibers with a random, onion-like structure, or an intermediate structure, so it still has the problem of not being able to obtain high strength, which is a drawback of pitch-based carbon fibers. There is.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は上記した現状に鑑み、光学的異方性ピッチの紡
糸法について鋭意ω■究を重ね本発明を完成したのであ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] In view of the above-mentioned current situation, the present invention has been completed by intensive research on the spinning method of optically anisotropic pitch.

本発明の目的は上記した従来技術の欠陥を改善し、簡単
な手段によってラジアル構造をもつwi細溝構造乱し、
実質的に円形の断面をもつピッチ系炭素繊維でありなが
ら、クラックがなく高強力の新規な炭素繊維および、そ
の製造法を提供せんとするものである。
The purpose of the present invention is to improve the above-mentioned defects of the prior art, to disturb the wi thin groove structure having a radial structure by simple means, and to
The present invention aims to provide a new pitch-based carbon fiber that is free from cracks and has high strength even though it has a substantially circular cross section, and a method for producing the same.

[課題を解決するための手段] 本発明は上記の目的を達成するために次の構成からなる
ものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

すなわち、第1の発明は実質的に円形断面を有し、配列
方向の異なる複数の微細構造からなり、該微細構造は実
質的に繊維表面まで達する隣接する境界を介してラメラ
が外側に拡がっていることを特徴とするピッチ系炭素繊
維でおり、第2の発明は光学的異方性を有するピッチを
スリット状の断面を有する口金孔から吐出させ、該ス1
ノット状の口金孔に続いて設けられた該スリット状口金
孔断面積以下の断面積を有する、実質的に円形断面の口
金孔から吐出させ、しかるのち不融化、炭化処理を行う
ことを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造法を基本とす
るものである。
That is, the first invention has a substantially circular cross section and consists of a plurality of microstructures arranged in different directions, and the microstructures have lamellae extending outward through adjacent boundaries that reach substantially the fiber surface. The second invention is a pitch-based carbon fiber characterized by having an optical anisotropy, which is discharged from a die hole having a slit-like cross section,
It is characterized in that it is discharged from a substantially circular mouthpiece hole having a cross-sectional area equal to or less than the cross-sectional area of the slit-like mouthpiece hole provided subsequent to the knot-like mouthpiece hole, and then subjected to infusibility and carbonization treatment. This method is based on the manufacturing method of pitch-based carbon fiber.

本発明を更に詳しく説明する。The present invention will be explained in more detail.

第1図ないし第3図は本発明に係る炭素繊維の横断面の
状態をモデル的に示した概略図である。
FIGS. 1 to 3 are schematic diagrams schematically showing cross-sectional states of carbon fibers according to the present invention.

第1図ないし第3図に示したように本発明に係る炭素繊
維1の微細構造は複数の配列の異なる部分A、B、C・
・・・・・からなってあり、これらの部分が隣接してい
る領域には境界2を形成している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the microstructure of the carbon fiber 1 according to the present invention has a plurality of differently arranged portions A, B, C,
..., and a boundary 2 is formed in the area where these parts are adjacent to each other.

A、B、C・・・・・・の部分は細かい筋状のラメラ3
がみられ、このラメラ3は境界2から繊維表面に向かっ
て拡がるtfli造がみられる。
A, B, C... parts are fine streak-like lamella 3
This lamella 3 has a tfli structure extending from the boundary 2 toward the fiber surface.

第8図は従来のピッチ系炭素繊維の横断面をモデル的に
示した概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a model cross section of a conventional pitch-based carbon fiber.

第8図に示したものは断面円形の口金によって紡糸され
たものである。
The material shown in FIG. 8 was spun using a spinneret with a circular cross section.

第8図に示したものはラメラ3が繊維の中心から半径方
向にほぼ直線状に拡がっており、典型的なラジアル構造
を示している。
The fiber shown in FIG. 8 shows a typical radial structure in which the lamellae 3 extend in a substantially straight line in the radial direction from the center of the fiber.

このように第1図ないし第3図をa群とし第8図を6群
として比較してみた場合、a群のラメラは部分的には規
則的にほぼ平行に配列されてはいるものの、繊維の横断
面全体をみれば複数の群が集合した状態におるため、不
規則な配列となっているのに対し、bgのものは極めて
規則的でラメラの配列はほぼ平行(ラジアル構造もマク
ロにみれば平行に近い)の部分が多い。したがって、ラ
メラの平行な部分においてクラックを発生しやすいこと
がわかる。
When comparing Figures 1 to 3 as group a and Figure 8 as group 6, we find that although the lamellae in group a are partially arranged regularly and almost parallel, the fibers If you look at the entire cross-section of Bg, you will see that multiple groups are gathered together, resulting in an irregular arrangement, whereas Bg is extremely regular and the lamella arrangement is almost parallel (the radial structure is also macroscopic). There are many parts that are almost parallel). Therefore, it can be seen that cracks are likely to occur in the parallel portions of the lamella.

このように本発明に係る炭素繊維“の微細構造は比較的
規則的なラメラの配列をもつ部分を複数結合させること
により全体としては乱れた状態にしたものである。した
がって、ラジアル構造にみられる規則性をかなりランダ
マイズすることができ、クラックの発生がなく、繊維自
身の強度をあげることができる。
As described above, the microstructure of the carbon fiber according to the present invention is created by bonding a plurality of portions with relatively regular lamella arrangement, resulting in a disordered overall structure. The regularity can be considerably randomized, no cracks will occur, and the strength of the fiber itself can be increased.

また本発明のピッチ系炭素繊維は、実質的に繊維表面ま
で達する隣接する境界2を介してラメラが外側に拡がっ
ていることを特徴とする。実質的に繊維表面まで達する
とは、表面から1μの深さまで達するのが好ましく、0
.8μまでがより好ましい。高強度を1qようとする場
合、ラメラ3が発達して配向していることが望ましいが
、従来の実質的に円形断面を有するピッチ系炭素繊維は
、ラメラの配向を向上させるとその界面でクラックを生
じる問題があった。
Further, the pitch-based carbon fiber of the present invention is characterized in that the lamellae extend outward through adjacent boundaries 2 that reach substantially the fiber surface. Reaching substantially to the fiber surface preferably means reaching to a depth of 1μ from the surface;
.. More preferably up to 8μ. When trying to achieve 1q of high strength, it is desirable that the lamellae 3 are developed and oriented, but conventional pitch-based carbon fibers with a substantially circular cross section tend to crack at the interface when the lamella orientation is improved. There was a problem that caused

一方、本発明では、ラメラ3は高度に配向しているが、
配列方向の異なる複数の微細構造が、実質的に繊維表面
まで達する境界2を介してラメラ3が外側に拡がる構造
であるため、クラックを生じず、かつ高強度となる。配
列方向の異なる構造A、B、C・・・・・・の数は、高
強力を得るためには3以上が好ましく、5以上がより好
ましく、6以上がさらに好ましい。公知例である特開昭
62−268820号記載の方法で得られたピッチ系炭
素繊維は、配列方向の異なる複数の微細構造からなり、
クラックは生じないが、境界2が実質的に表面まで達し
ていないため、繊維強度への寄与の大きい繊維表層部で
のラメラの配向構造の発達が悪く、高強度な炭素繊維が
得られない。
On the other hand, in the present invention, the lamellae 3 are highly oriented;
Since the structure is such that the lamella 3 spreads outward through the boundary 2 in which a plurality of microstructures arranged in different directions substantially reach the fiber surface, cracks do not occur and the fiber has high strength. In order to obtain high strength, the number of structures A, B, C, etc. having different arrangement directions is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 6 or more. The pitch-based carbon fiber obtained by the method described in JP-A No. 62-268820, which is a known example, consists of a plurality of fine structures arranged in different directions,
Although no cracks occur, since the boundary 2 does not substantially reach the surface, the lamella orientation structure in the fiber surface layer, which contributes significantly to fiber strength, is poorly developed, making it impossible to obtain high-strength carbon fibers.

上記したラメラの配向は、通常ピッチ系炭素繊維におい
ては炭化時の焼成温度を高くすると発達するので、炭素
繊維の引張強度は、引張弾性率が大きくなるほど高い値
となる。
The above-mentioned lamellar orientation usually develops in pitch-based carbon fibers when the firing temperature during carbonization is increased, so that the tensile strength of carbon fibers increases as the tensile modulus increases.

すなわち、本発明の炭素繊維の引張強度T(kgf/#
2 )と引張弾性率E(kQf/M2 )との関係は、
T≧9.1X10−4E+310でおることが好ま()
く、T≧9.1X10−4E+330であることがより
好ましい。
That is, the tensile strength T (kgf/#
2) and the tensile modulus E (kQf/M2) is:
It is preferable that T≧9.1X10-4E+310 ()
It is more preferable that T≧9.1×10 −4E+330.

さらに本発明の構造とすることにより、ピッチ系炭素繊
維のPAN系に比べての欠点である圧縮特性の改善も期
待できる。
Furthermore, by adopting the structure of the present invention, it can be expected that the compression characteristics of pitch-based carbon fibers, which are disadvantageous compared to PAN-based fibers, can be improved.

次に本発明に係る繊維の製造法について説明する。Next, a method for producing fibers according to the present invention will be explained.

第6図は本発明に用いる紡糸パックの主要部を示す概略
断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the main parts of the spinning pack used in the present invention.

第6図において口金バック4は機台に固定されており(
図示せず)、該パック4の下端には2枚の口金板5,6
が取付けられている。該口金板56はブロック7を介し
てバック4に締付は固定されている。口金板5にはピッ
チ導入孔8が設けられている。口金板5のピッチ導入孔
8に連続してスリット状の口金孔9が貫通されている。
In Fig. 6, the base back 4 is fixed to the machine base (
(not shown), two cap plates 5 and 6 are provided at the lower end of the pack 4.
is installed. The base plate 56 is fastened to the bag 4 via a block 7. A pitch introduction hole 8 is provided in the base plate 5. A slit-shaped cap hole 9 is passed through the pitch introduction hole 8 of the cap plate 5 continuously.

一方口金板6にはスリット状の口金孔9と対向した位置
に実質的に円形の口金孔10が貫通されている。したが
ってピッチ導入孔8と外界は口金孔9および口金孔10
を介して連通している。ピッチは加熱加圧されてピッチ
導入孔8に送られ、口金孔9、口金孔10を介して外界
に吐出され、冷却されて繊維を形成する。
On the other hand, a substantially circular base hole 10 is penetrated through the base plate 6 at a position opposite to the slit-shaped base hole 9. Therefore, the pitch introduction hole 8 and the outside world are the mouthpiece hole 9 and the mouthpiece hole 10.
communicated through. The pitch is heated and pressurized, sent to the pitch introduction hole 8, discharged to the outside through the die holes 9 and 10, and cooled to form fibers.

形成された繊維は脆弱であるから慎重に取扱われ、公知
のローラ、エアサッカ等適当な手段を介して引取られる
Since the formed fibers are fragile, they are handled with care and taken off by suitable means such as known rollers or air suckers.

第6図に示した口金板5はスリット状の口金孔9をもっ
ている。
The cap plate 5 shown in FIG. 6 has a slit-shaped cap hole 9.

ここで言うスリット状とは矩形を単独で復数個配列した
ものでよく、または矩形を適当に交差させたり、接合さ
せたりしたものであってもよい。
The slit shape mentioned here may be one in which a plurality of rectangles are arranged alone, or may be one in which rectangles are appropriately crossed or joined.

たとえば−1T、Y、C,F、+(×)、ハ、−1≠、
末、米などがあげられる。またスリットは先端を丸くす
るなど、必ずしも矩形でなくても良い。
For example, -1T, Y, C, F, +(x), Ha, -1≠,
Finally, there are foods such as rice. Further, the slit does not necessarily have to be rectangular, such as having a rounded tip.

第7図はピッチ導入孔8側からみたときの口金孔9と口
金孔10の位置関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the mouthpiece hole 9 and the mouthpiece hole 10 when viewed from the pitch introduction hole 8 side.

第7図はスリット状の口金孔9は同じ大きざの3個のス
リット状口金孔9a、9b、9cを放射状にピッチ導入
孔8の中心線11を中心として配置し、円形の口金孔1
0の中心線とを一致させている。このように点対称、も
しくは複数の対称軸をスリット状の口金孔9もしくは口
金孔群9a、9b、9C・・・・・・がもつ場合には対
称点もしくは対称軸の交点がピッチ導入孔8の中心線上
に来るように配置するとよい。対称点もしくは対称軸を
もたない口金孔9の場合にはピッチ導入孔8の中心線1
1と口金孔9の重心とを一致するようにすればよい。
FIG. 7 shows that the slit-shaped cap hole 9 has three slit-shaped cap holes 9a, 9b, and 9c of the same size arranged radially around the center line 11 of the pitch introduction hole 8, and a circular cap hole 1.
It is aligned with the center line of 0. In this way, when the slit-shaped cap hole 9 or the cap hole groups 9a, 9b, 9C, etc. have point symmetry or multiple symmetry axes, the point of symmetry or the intersection of the symmetry axes is the pitch introduction hole 8. It is best to place it so that it is on the center line. In the case of a cap hole 9 that does not have a point of symmetry or an axis of symmetry, the center line 1 of the pitch introduction hole 8
1 and the center of gravity of the cap hole 9 may be made to coincide with each other.

また本発明において口金孔9または9a、9b、9C全
体の断面積は、口金孔10の断面積以上である必要があ
る。従って9a、9b、9C仝体の外接円12から、口
金孔10の内径13との間は第6図に示すごとく口金孔
10の口金孔9と対向する側にテーパ部14を設ける。
Further, in the present invention, the cross-sectional area of the cap hole 9 or 9a, 9b, 9C as a whole needs to be greater than or equal to the cross-sectional area of the cap hole 10. Therefore, between the circumscribed circle 12 of the bodies 9a, 9b, and 9C and the inner diameter 13 of the cap hole 10, a tapered portion 14 is provided on the side of the cap hole 10 facing the cap hole 9, as shown in FIG.

本発明に用いる口金は上記関係におる2種類を用いる点
に特徴がおる。この理由は本発明のピッチ系炭素繊維の
製造に用いられる光学的異方性ピッチは一般にメソフェ
ーズピッチと呼ばれ板状分子が液晶状を呈するものであ
る。したがって第6図に示した紡糸パックにおいて、口
金板6のみの円形口金孔よりピッチを吐出させた場合ピ
ッチ導入孔、円形断面の口金孔へと流れるピッチ中の板
状分子が配向させられ、円形断面口金孔で更に配向し、
ラジアル状に配列されて通過し繊維化される。したがっ
てこの繊維を処理した炭素繊維は当然のことながらラジ
アル構造をもったものとなる。
The cap used in the present invention is characterized in that two types having the above relationship are used. The reason for this is that the optically anisotropic pitch used in the production of the pitch-based carbon fiber of the present invention is generally called mesophase pitch, and the plate-like molecules exhibit a liquid crystal shape. Therefore, in the spinning pack shown in FIG. 6, when pitch is discharged from the circular nozzle hole of the nozzle plate 6 only, the plate-shaped molecules in the pitch flowing into the pitch introduction hole and the nozzle hole with a circular cross section are oriented, forming a circular shape. Further orientation with the cross-sectional mouth hole,
The fibers are arranged in a radial pattern and passed through to form fibers. Therefore, the carbon fiber obtained by processing this fiber naturally has a radial structure.

本発明においてはこのラジアル構造を乱し、かつ目的と
する構造を得るために2種類の口金を用い、先ずスリッ
ト状の口金を通過させてスリット状に合った板状分子の
配列MA造とする。そしてこの板状分子の配列構造を維
持しつつピッチの流れを縮小させ円形断面の口金孔より
吐出させることにより特殊なラメラ構造を形成し、それ
により高強力を得るようにしたものである。
In the present invention, in order to disturb this radial structure and obtain the desired structure, two types of ferrules are used. First, the plate-like molecules are arranged MA structure by passing through the slit-shaped ferrules and matching the slit shape. . Then, while maintaining the arrangement structure of the plate-like molecules, the pitch flow is reduced and discharged from the mouth hole with a circular cross section, thereby forming a special lamellar structure, thereby achieving high strength.

一方特開昭62−268820号記載の方法は、スリッ
ト状口金部断面積を、円形状口金孔断面積より小さくし
て、スリット状口金部で形成した流れを拡大することを
必須としている。そのため、スリット部で形成されたラ
メラの配列が、拡大により乱れ高い強度が得られない。
On the other hand, the method described in JP-A No. 62-268820 requires that the cross-sectional area of the slit-like mouthpiece be smaller than the cross-sectional area of the circular mouthpiece hole to enlarge the flow formed by the slit-like mouthpiece. Therefore, the arrangement of the lamellae formed at the slit portion is disrupted by the expansion, making it impossible to obtain high strength.

この乱れは、繊維の表面近傍で特に大きく、境界2も繊
維の外周部では形成されないため、本発明に比べ低強度
の炭素繊維しか得られない。
This turbulence is particularly large near the surface of the fiber, and the boundary 2 is not formed at the outer periphery of the fiber, so that only carbon fibers with lower strength can be obtained than in the present invention.

上記流れ縮小による高強力化効果と、スリット部への異
物の詰まり防止の効果から、スリット状部の断面積は、
実質的円形部面面積の1.2倍以上が好ましく、1.5
倍以上がより好ましい。スリット状部分の断面積を実質
的に円形状一部分の断面積より大きくして、ピッチの流
れを縮小させることにより、境界2を実質的に繊維表面
まで達するごとく発達させることができる。また、ピッ
チの製糸性は通常の高分子に比べ極めて低いため、吐出
孔断面積を余り大きくすることは避けたほうが良く、円
形孔の場合で通常直径を0.4#以下とするのが望まし
いが、特開昭62−268820号に記載されているよ
うに円形孔より小さい断面積の異形孔とする方法は、口
金製作上の困難さ、口金詰まりなどの問題を回避できな
い。
The cross-sectional area of the slit-shaped part is
It is preferably 1.2 times or more the area of the substantially circular part, and 1.5
More preferably, it is twice or more. By making the cross-sectional area of the slit-shaped portion substantially larger than the cross-sectional area of the circular portion and reducing the pitch flow, the boundary 2 can be developed to substantially reach the fiber surface. In addition, since the spinability of pitch is extremely low compared to ordinary polymers, it is best to avoid making the cross-sectional area of the discharge hole too large, and in the case of circular holes, it is usually desirable to have a diameter of 0.4 # or less. However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-268820, the method of forming an irregularly shaped hole having a smaller cross-sectional area than a circular hole cannot avoid problems such as difficulty in manufacturing the cap and clogging of the cap.

また第6図における両者の口金孔の間のテーパ部14は
できるだけピッチが滞溜しないような構造、容積とし、
スリット口金で配向させた板状分子の配向緩和を可能な
限り小さくすることに留意する必要がある。テーパ部1
4での滞留時間は1分以下が好ましく、30秒以下がよ
り好ましい。
In addition, the tapered part 14 between the two nozzle holes in FIG. 6 has a structure and volume that prevents the pitch from accumulating as much as possible,
Care must be taken to minimize the relaxation of the orientation of the plate-shaped molecules oriented with the slit die. Tapered part 1
The residence time at No. 4 is preferably 1 minute or less, more preferably 30 seconds or less.

本発明に用いるピッチは石炭系、石油系更にはナフタレ
ンやポリ塩化ビニルから得られる合成ピッチで、光学的
異方性ピッチおよび光学異方性を失なわない範囲で高分
子化合物などの添加物を添加したものを指す。
The pitch used in the present invention is a synthetic pitch obtained from coal-based, petroleum-based, naphthalene, or polyvinyl chloride, and it is an optically anisotropic pitch and additives such as polymer compounds are added to the extent that the optical anisotropy is not lost. Refers to added substances.

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。光学的異方成分の最は
得られる炭素繊維の物性、製糸性からみて60%以上が
好ましく、80%以上がより好ましい。
The optically anisotropic pitch can be within a range that provides orientation of the liquid crystal component during spinning. The optically anisotropic component is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, in view of the physical properties and spinning properties of the carbon fibers obtained.

光学異方性成分の量、すなわちメソフェーズ量は次のよ
うにして測定する。
The amount of optically anisotropic component, ie, the amount of mesophase, is measured as follows.

すなわち、試料をエポキシ樹脂に包埋した後、常法によ
り研磨した。研磨面を1−eitZ社製0RTHOPL
AN顕微鏡を用いて反射偏光法により観察する。光学的
異方性成分の存在量は、前記した偏光下で観察した等方
性部分と異方性部分の面積比から求める。
That is, the sample was embedded in epoxy resin and then polished by a conventional method. Polished surface with 1-eitZ 0RTHOPL
Observe by reflection polarization method using an AN microscope. The amount of the optically anisotropic component present is determined from the area ratio of the isotropic portion and the anisotropic portion observed under polarized light.

上記したようなピッチを用い前記した方法に従って繊維
を形成さぜる。得られた繊維は空気中もしくは酸素中で
250〜450’Cで熱処理することにより不融化させ
る。
Fibers are formed using the pitch as described above and according to the method described above. The obtained fibers are made infusible by heat treatment at 250 to 450'C in air or oxygen.

また酸素のかわりにオゾン、酸化窒素、酸化硫黄、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、
過マンガン酸カリなどの酸化性の液体を使用することも
可能であり、場合によっては電子線架橋などの物理的手
段を利用することもできる。
There are also methods using oxidizing gases such as ozone, nitrogen oxide, sulfur oxide, etc. instead of oxygen, nitric acid hydrogen peroxide solution,
It is also possible to use oxidizing liquids such as potassium permanganate, and in some cases physical means such as electron beam crosslinking can also be used.

更に窒素カス等の不活性ガス雰囲気下または真空中で8
00〜1700″Cで熱処理して炭化させる。更に必要
に応じて窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で1700
’C以上で熱処理して黒鉛化させる。
Furthermore, under an inert gas atmosphere such as nitrogen scum or in a vacuum, 8
Carbonize by heat treatment at 00 to 1700"C. If necessary, heat treatment at 1700"C under an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
Graphitize by heat treatment at temperatures above 'C.

[実施例] 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℃で120分間反応させた。
[Examples] Example 1 Hydrogen gas was blown into coal tar in the presence of a nickel- and molybdenum-based catalyst, and the mixture was reacted at 400° C. for 120 minutes.

得られた水素化タールを1μのフィルタで濾過し固形物
を除いた後、350℃で熱面し、水素化ピッチを得た。
The obtained hydrogenated tar was filtered through a 1μ filter to remove solid matter, and then heated at 350°C to obtain hydrogenated pitch.

次いで520’C117mmt((lで7分間熱処理し
メソフェーズピッチを1qだ。
Then, it was heat-treated at 520'C117mmt((l) for 7 minutes to reduce the mesophase pitch to 1q.

)9られたメソフェーズピッチは軟化点235°Cキノ
リンネ溶分33%、ベンゼン不溶分89%メソフェーズ
量85%の特性を示した。
) The resulting mesophase pitch had a softening point of 235°C, a quinoline-soluble content of 33%, a benzene-insoluble content of 89%, and a mesophase content of 85%.

得られたピッチを第6図に示した構造の紡糸パックを用
いて紡糸した。用いた口金は次の通りで必る。
The obtained pitch was spun using a spinning pack having the structure shown in FIG. The cap used must be as follows.

口金板5の口金孔9はスリット幅0.15mm、中心か
ら先端までのスリット長0.3rnmを3ヶ組合せたY
型断面でおる。続く口金板6の口金孔10は直径0.3
mm、孔の長さ0.39++++n、口金孔9と対向す
る側の直径は0.6m、テーバ部14のテーパ角は12
0°である。
The cap hole 9 of the cap plate 5 has a slit width of 0.15 mm and a slit length of 0.3 nm from the center to the tip.
It is a cross section of the mold. The diameter of the cap hole 10 of the following cap plate 6 is 0.3
mm, the hole length is 0.39++++n, the diameter of the side facing the cap hole 9 is 0.6 m, and the taper angle of the tapered part 14 is 12
It is 0°.

紡出は330’C1600m/minで行い直径10μ
のピッチ糸を得た。
Spinning is performed at 330'C 1600m/min with a diameter of 10μ
The pitch yarn was obtained.

1qられたピッチ糸を空気中で50℃から340°Cま
で0.5°C7m1nで昇温し、340℃で15分間保
持して不融化し不融化糸とした。この不融化糸を150
0で焼成した炭素繊維は強度335に’Jf/#2、弾
性率24 、000に3f/rrwn2であった。
The 1 q pitch yarn was heated in air from 50° C. to 340° C. at 0.5° C. 7 m1n, and held at 340° C. for 15 minutes to infusible to obtain an infusible yarn. 150% of this infusible thread
The carbon fiber fired at 0% had a strength of 335'Jf/#2, an elastic modulus of 24, and 3f/rrwn2 of 000.

一方前記した不融化糸を2500’Cで焼成した炭素繊
維は強度410に3f/rrun2 、弾性率80,0
00Kgf/m2であった。2500℃焼成糸の断面の
走査型電子顕微鏡写真を第4図に示す。
On the other hand, the carbon fiber obtained by firing the above-mentioned infusible yarn at 2500'C has a strength of 410, 3f/rrun2, and an elastic modulus of 80.0.
00Kgf/m2. FIG. 4 shows a scanning electron micrograph of the cross section of the yarn fired at 2500°C.

この両者の炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたところ
、m雄体積分率Vfを75%にまで上げることができ、
口金板5のみを用いて同一条件で紡糸し、焼成して得た
異形断面糸の70%にくらべ高い値が得られた。
When both carbon fibers were impregnated with epoxy resin, the m-male volume fraction Vf could be increased to 75%.
A value higher than 70% of the irregular cross-section yarn obtained by spinning and firing under the same conditions using only the spinneret plate 5 was obtained.

一方第6図に示す紡糸パックにおいて、口金板を上記し
た口金板6のみとして同一条件で紡糸し同一条件で焼成
したものは明瞭なラジアル構造を示し、クラックが入り
低強度のものしか得られなかった。
On the other hand, in the spinning pack shown in Fig. 6, which was spun under the same conditions and fired under the same conditions using only the above-described spindle plate 6, it showed a clear radial structure, but only a product with low strength was obtained due to cracks. Ta.

[比較例] 比較例 口金板5の口金孔9をスリット幅0.05#、中心から
先端までのスリット長0.10sのY型断面とし、口金
板6はテーパ部14を有していない形状とした以外は実
施例1と同様にして炭素繊維を得た。1500’C焼成
糸は、強度31ONyf/#2、弾性率23 、 OO
0Kfff/mm2.2500℃焼成糸は、強度350
 K!If/rrvn 2、弾性率70,000に9f
/mu2であり、実施例1より低強度であった。この炭
素繊維の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、繊
維外周部のラメラの境界が不明瞭でおり、ラメラの配列
も乱れていた。また比較例の口金では、口金詰まりが起
こりやすく長時間の安定紡糸は困難であった。
[Comparative Example] The cap hole 9 of the comparative cap plate 5 has a Y-shaped cross section with a slit width of 0.05 # and a slit length of 0.10 s from the center to the tip, and the cap plate 6 has a shape without the tapered portion 14. Carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except for the following. The 1500'C fired yarn has a strength of 31 ONyf/#2, an elastic modulus of 23, OO
0Kfff/mm2.2500℃ fired yarn has a strength of 350
K! If/rrvn 2, modulus of elasticity 70,000 to 9f
/mu2, and the strength was lower than that of Example 1. When the cross section of this carbon fiber was observed using a scanning electron microscope, it was found that the boundaries of the lamellae at the outer periphery of the fiber were unclear and the arrangement of the lamellae was also disordered. In addition, with the spindle of the comparative example, the spinneret was easily clogged and stable spinning for a long time was difficult.

実施例2 0金板5の口金孔9をスリット幅0.15m、スリット
長0.60711111の一型断面とした以外は実施例
1と同様にして炭素繊維を得た。1500’C焼成糸は
、強度331 KFlf/rrm2 、弾性率23.O
○○KFJf/#2.2500’C焼成糸は、強度38
0に3f/mm2、弾性率75.0001(yf/馴2
であった。
Example 2 Carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1, except that the die hole 9 of the gold plate 5 had a slit width of 0.15 m and a slit length of 0.60711111 mm. The 1500'C fired yarn has a strength of 331 KFlf/rrm2 and an elastic modulus of 23. O
○○KFJf/#2.2500'C fired yarn has a strength of 38
0 to 3f/mm2, elastic modulus 75.0001 (yf/mm2
Met.

2500℃焼成糸の断面の走査型電子顕微鏡写真を第5
図に示す。
The fifth scanning electron micrograph of the cross section of the yarn fired at 2500°C is
As shown in the figure.

[発明の効果] 本発明は上記の構成としたことにより次のようなすぐれ
た作用効果を奏するものである。
[Effects of the Invention] With the above configuration, the present invention provides the following excellent effects.

(1)9本発明に係る炭素繊維は配列方向の異なる微細
構造が複数個集積されているために、ラジアル構造とは
異なるラメラの配列構造となっているしたがってクラッ
クの発生がなく、高強度の炭素繊維となる。
(1) 9 The carbon fiber according to the present invention has a plurality of microstructures arranged in different directions, and has a lamellar arrangement structure that is different from a radial structure. Therefore, it does not generate cracks and has high strength. It becomes carbon fiber.

(2)、上記した構造および性質をもつ炭素繊維はメソ
フエーズピッチを紡糸するのに際し、該ピッチの流れを
スリット状口金孔より先ず吐出させ、スリット状口金孔
より出たピッチの流れによって生じた配向を乱さないよ
うに縮小した1多面面円形の口金孔より吐出させること
により1qることかできる。
(2) When spinning mesophase pitch, carbon fibers having the above-mentioned structure and properties are produced by first discharging the pitch from the slit-shaped die hole, and by the flow of the pitch coming out from the slit-shaped die hole. By discharging from a one-faced circular nozzle hole which has been reduced in size so as not to disturb the orientation, 1q can be obtained.

(3〉、スリブ1〜状口金孔と断面円形の口金孔を直列
に配置した2段口金という簡単な紡糸方法を採用するこ
とにより、クラックのない高強力、高弾性率のピッチ系
炭素繊維が得られる。
(3) By adopting a simple spinning method with a two-stage spinneret in which a sleeve-shaped spinneret hole and a circular cross-section spinneret hole are arranged in series, pitch-based carbon fibers with high strength and high elastic modulus without cracks can be produced. can get.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第3図は本発明に係る炭素繊維の横断面の
状態をモデル的に示した概略図である。 第4図および第5図は本発明のピッチ系炭素繊維の横断
面の走査型電子顕微鏡写真である。 第6図は本発明に用いる紡糸パックの主要部を示す概略
断面図である。 第7図はピッチ導入孔8側からみたときの口金孔9と口
金孔10の位置関係を示す図である。 第8図は従来のピッチ系炭素繊維の横断面をモデル的に
示した概略図である。 1:炭素繊維   2:堺界 3:ラメラ    4:口金バック 5;6:口金板  7:ブロック 8:ピッチ導入孔 9ニスリツト状の口金孔10:円形
の口金孔 11:ピッチ導入孔の中心線 12二ロ金孔9の外接円 13:口金孔10の内径 14:テーバ一部
FIGS. 1 to 3 are schematic diagrams schematically showing cross-sectional states of carbon fibers according to the present invention. FIGS. 4 and 5 are scanning electron micrographs of cross sections of pitch-based carbon fibers of the present invention. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the main parts of the spinning pack used in the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the mouthpiece hole 9 and the mouthpiece hole 10 when viewed from the pitch introduction hole 8 side. FIG. 8 is a schematic diagram showing a model cross section of a conventional pitch-based carbon fiber. 1: Carbon fiber 2: Sakaikai 3: Lamella 4: Base back 5; 6: Base plate 7: Block 8: Pitch introduction hole 9 Slit-shaped base hole 10: Circular base hole 11: Center line of pitch introduction hole 12 Circumscribed circle 13 of the two-way metal hole 9: Inner diameter 14 of the mouthpiece hole 10: Part of the taber

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、実質的に円形断面を有し、配列方向の異なる複
数の微細構造からなり、該微細構造は実質的に繊維表面
まで達する隣接する境界を介してラメラが外側に拡がっ
ていることを特徴とするピッチ系炭素繊維。
(1) It is composed of a plurality of microstructures that have a substantially circular cross section and are arranged in different directions, and the microstructures have lamellae extending outward through adjacent boundaries that reach substantially the fiber surface. Characteristic pitch-based carbon fiber.
(2)、光学的異方性を有するピッチをスリット状の断
面を有する口金孔から吐出させ、該スリット状の口金孔
に続いて設けられた該スリット状口金孔断面積以下の断
面積を有する、実質的に円形断面の口金孔から吐出させ
、しかるのち不融化、炭化処理を行うことを特徴とする
ピッチ系炭素繊維の製造法。
(2) A pitch having optical anisotropy is discharged from a die hole having a slit-shaped cross section, and the pitch has a cross-sectional area equal to or less than the cross-sectional area of the slit-shaped die hole provided following the slit-shaped die hole. A method for producing pitch-based carbon fibers, which comprises discharging pitch-based carbon fibers from a die hole having a substantially circular cross section, followed by infusibility and carbonization treatment.
JP11400488A 1988-05-10 1988-05-10 Pitch-based carbon fiber and production thereof Pending JPH01282316A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11400488A JPH01282316A (en) 1988-05-10 1988-05-10 Pitch-based carbon fiber and production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11400488A JPH01282316A (en) 1988-05-10 1988-05-10 Pitch-based carbon fiber and production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01282316A true JPH01282316A (en) 1989-11-14

Family

ID=14626651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11400488A Pending JPH01282316A (en) 1988-05-10 1988-05-10 Pitch-based carbon fiber and production thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01282316A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022255466A1 (en) * 2021-06-02 2022-12-08 日本製鉄株式会社 Pitch-based carbon fiber, method for producing same, and fiber-reinforced plastic

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022255466A1 (en) * 2021-06-02 2022-12-08 日本製鉄株式会社 Pitch-based carbon fiber, method for producing same, and fiber-reinforced plastic

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100783490B1 (en) Preparation method of c-type carbon nanofibers by electrospinning
JPH0790725A (en) Milled meso-phase pitch carbon fiber and production thereof
JPH10298829A (en) Production of pitch-based carbon fiber
JPH01282316A (en) Pitch-based carbon fiber and production thereof
JPH0545685B2 (en)
JPH0781211B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
JP2894880B2 (en) Spinnerets for pitch-based carbon fiber spinning
JP4601875B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
JPH0718057B2 (en) Pitch-based fiber manufacturing method
JPH07116643B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
JPH01282325A (en) Pitch-based carbon fibersheet and production thereof
JPS6175821A (en) Production of pitch carbon fiber
JPH0329890B2 (en)
JPS60259631A (en) Production of pitch carbon fiber
JPH0791697B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
JP3164704B2 (en) Method for producing pitch-based high compressive strength carbon fiber
JPH02216221A (en) High-strength, high-modulus activated carbon fiber
JP2722270B2 (en) Carbon fiber and non-woven fabric containing it as a main component
JP2665118B2 (en) Method for producing fine pitch-based carbon fiber and spinning nozzle
JP2708684B2 (en) Pitch-based carbon fiber bundle
JPS616316A (en) Graphite fiber
JPS59168125A (en) Production of carbon fiber
JPS62268820A (en) Production of pitch based carbon fiber
JPH0518922B2 (en)
EP0387829A2 (en) Carbon fibers and non-woven fabrics