JPH01282321A - ピッチ系炭素繊維の不融化方法 - 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不融化方法に関する。

［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、不融化
糸もピッチ糸と同様に極めて脆弱でおりハンドリング性
が悪い。その上、さらに、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だ昇温過
程を経て、不融化を完了させる必要がある。そのため、
通常２〜８時間を要した。

即も、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
る必要があり、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、ピッチ糸に固体粉末の分散液を付与して融着を防
止する方法も、特開昭６２−２８４１１．２８４１２．
１１０９２３号などで知られている。

しかし、固体粉末を液状物と共にピッチ糸に付与し、ピ
ッチ糸を集束ざぜてしまうと、ピッチ糸の融着が起こり
やすく、十分な効果が得られていない。また、固体粉末
分散液をピッチ糸に付与する際、ピッチ糸に隙過や張力
負荷を加える原因となり糸切れが起り易いという問題も
めった。

［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を行うとともに、高物性の
炭素繊維を得る方法を提供する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、気体で流動化させた固体粉末中にピッチ糸を
通して固体粉末を付与した後、酸化性雰囲気中で不融化
することを特徴とするピッチ系炭素繊維の不融化方法で
おる。

ピッチ糸に付着させる固体粉末は、液状物や粘着物を含
まない状態、即ち気体で流動化し得る状態のものを用い
る。特に空気などの気体で流動化している中を通すのが
、繊維を開繊させつつ、繊維間に粉末を挿入できるので
より好ましい。

固体粉末としては、ピッチ糸の不融化温度１００〜４５
０’Ｃにおいて、ピッチ糸に対し不活性であれば良い。

固体粉末の粒子径は、均一に付着させるため３μ以下が
好ましく、１μ以下であるものがより好ましい。

また固体粉末の粒子形状は、表面が滑らかなものが好ま
しく、ピッチ糸に損傷を与える恐れの必る、鋭角な突起
を有するものは好ましくない。

粒子の種類は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チ
タン、炭化ホウ素、窒化ホウ素、臭化コバルトなどの１
０００°Ｃ以上の炭化温度で、炭素と反応性を有するも
の、及び、黒鉛、炭素粉末、活性炭素粉末、カーボンブ
ラックなどの炭化温度で炭素に不活性なもののいずれも
使用できる。

しかし、炭化温度で炭素と反応するものは、固体粉末粒
子をイ」着させたまま焼成すると、炭素繊維表面が微細
な凹凸状になったり、表面にカーバイドを形成して、炭
素繊維の物性を低下させるので、炭化処理の前に洗浄し
て除去するのが好ましい。

また、炭素に不活性な粒子は上記問題はないが、得られ
た炭素繊維を補強繊維などに使用する際は、これらの粒
子が付着していると、繊維とマトリックス樹脂の接着性
低下などの問題を起すので、粉末は除去しておくのが好
ましい。しかし、炭化焼成時の融着防止の意味からは、
焼成後に除去するのがより好ましく、炭化時に炭素と不
活性な炭素系の粒子を用いるのがより好ましい。

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、これらを
吸着除去できる活性炭素粒子を使用するのが特に好まし
い。活性炭素粒子は、昇温速度を速くして、短時間で不
融化処理を完了できるが、これは、上記した様な融着を
促進させる物質を除去する効果があるためと推定される
。

粉末の付与は、紡糸工程、引取工程、不融化前に糸を走
行させる工程など、不融化処理以前で必ればいずれでも
良いが、不融化時の均一付着のためには、不融化処理の
直前に付与するのが好ましい。

粉末は、糸の集束を高める様な液状物、例えば油剤、集
束剤などと混合使用するのは好ましくないが、上記液状
物を付与した後の糸に粉末を付着させるのは、融着が防
止されるので差支えない。

ピッチ成分とは、石炭系、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
通は、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、通常溶融紡糸で行なわれる
が、目的に応じて軟式、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。

本発明で得た不融化糸の炭化処理は、例えば不活性気体
雰囲気中または真空中で８００〜１７００℃に加熱する
方法が好ましく採用できる。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以上に加熱処
理する方法が好ましく採用できる。

［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分反不反応た。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℃で熱温し水素化ピッチを得た。次い
で５２０℃、’１７ｍｍＨｇ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℃、ＱＩ３
３％、ＢＩ３９％、異方性８５％であった。

１ｑられたピッチを、ベントエクストルーダを用いて３
０５℃、５　Ｑ　ｍｍＨｇで溶融、脱ガス処理復、直径
０．２ＩＩＩｍ１孔長Ｑ、３ｍｍの１００１−１０金か
ら吐出させ、集束剤で集束させて、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、解舒し、空気で流動化させた各種
の固体粉末層の表面から１ｍｍの深さの位置を走行させ
て、ピッチ糸に固体粉末を付着させた。

ついで、４段階の温度に設定した加熱部長さが各々５０
ｃｍの不融化炉中を各種の糸速型で連続して走行させて
不融化処理を行った。

得られた不融化糸を窒素中で２５００℃で焼成した。な
お二酸化ケイ素、臭化コバルトの粉末で処理した不融化
糸を、そのまま焼成すると、極めて低強度となったので
、不融化糸をメタノールで洗浄して粉末を除去してから
焼成したところ、炭素系粉末を使用した場合と同様の結
果が得られた。

結果を表１に示す。

比較例 実施例と同様にピッチを紡糸し、黒鉛粉末、二酸化ケイ
素粉末を水中に分散させた集束剤を付与しながら、ピッ
チ糸を得た。固体粉末付着層は、ピッチ糸に対し１重母
％とじた。

得られたピッチ糸を、実施例実験Ｎｏ３と同じ不振化温
度で糸速度を変更しながら不融化処理したところ、融着
が生じない最短の不融化時間は１１０分であり、実施例
に比べ融着が起り易いことがわかった。

［発明の効果コ 本発明はピッチ糸に固体粉末を付着させて不融化するの
で、不融化時の単糸間の接合を防止しながら効率良く不
融化できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体で流動化させた固体粉末中にピッチ糸を通し
   て固体粉末を付与した後、酸化性雰囲気中で不融化する
   ことを特徴とするピッチ系炭素繊維の不融化方法。