JPH01282325A - ピッチ系炭素繊維シート及びその製造方法 - 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シートおよびその製造方法に
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。

ピッチは、他の炭素繊維用前駆体であるポリアクリロニ
トリル、フェノール樹脂などに比へて炭化収率が高く、
粗原料が安いことと必わせで、炭素繊維の低コスト化が
期待されている。

しかし、紡糸用原料ピッチは、必ずしも安く製造できな
いこと、および従来の方法は一度連続繊維を製造した後
、繊維を切断してマット状にしたプリフォームに樹脂を
含浸させたり、シートモールデイングとして用いたりし
ていたため、使用する炭素繊維が極めて高価なものとな
っていた。

この点を改善するため、紡糸から直接シート状の炭素繊
維を特徴とする特開昭６２−１７７２２１　＠記載の方
法も提案されている。

しかしながら、従来の方法で得られた炭素繊維マットや
シートは、構成単糸が太く、繊維が実質的に２次元方向
に配列しているため、シートのハンドリング性、３次元
方向への補強効果等が十分でなかった。また、繊維が密
集しており樹脂の含漫性も良くないという問題を有して
いる。

上記問題点は、高強度、高弾性率を目的とする光学異方
性炭素繊維の場合より大きな問題であった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、構成繊維が３次元配向して高性能であ
り、低コストである炭素繊維シート及びその製造方法を
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、次の構成を有する。

＜１）０．３デニール以下の炭素繊維からなるピッチ系
炭素繊維シート。

（２）　　ピッチを０．３３デニール以下に紡糸した後
シートを形成し、シーミル形態のまま不融化、炭化する
ことを特徴とするピッチ系炭素繊維シートの製造方法。

（３）紡糸が、フラッシュ紡糸、遠心紡糸、ジェット紡
糸から選ばれた１種の方法で行なわれる請求項１に記載
のピッチ系炭素繊維シートの製造方法。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、構成単糸が０．３デニール以下の炭素繊維か
らなるピッチ系炭素繊維シートであり、構成単糸を０．
３デニール以下とすることによりシート内の単糸が３次
元に配向した溝造にできる。

ざらに、炭素繊維強伸度特性は、繊維径の依存性があり
、表面欠陥による悪影響を与えない範囲では、低繊度の
方が高強力となる。

また、構成単糸が細いと、不融化、焼成速度が速くなる
利点が必る。

単糸が０．３デニール以下の炭素繊維シートを製造する
には、以下の方法で行なわれる。

即ち、ピッチを溶融紡糸する際、フラッシュ紡糸、遠心
紡糸、ジェット紡糸などの方法で必り、繊維の細化に気
流の力を併用する方法が好ましく、特にフラッシュ紡糸
、ジェット紡糸がより好ましい。通常の加圧押出しを行
なって、ロール、エジェクタなどで引取る方法では、０
．３デニール以下のピッチ糸を工業的に安定に製糸する
ことはできない。

紡糸するピッチ糸の繊度は０．３３デニール以下とする
必要があり、これを越えると焼成後０゜３デニール以下
の炭素繊維が得られない。

紡糸した繊維は、気流の作用で切断され、短繊維化され
るが、この短繊維を落下させ堆積させることによりシー
トを形成する。その際、エジェクターなどの気流の作用
で吹き付けても良いが、繊維の３次元配向を阻げない流
速とする必要がある。

また、通気性のコンベア等に堆積させ下から吸引する方
法も好ましい。

堆積させたシートは、トレイ、ケンス等の容器に収納す
るか、連続して移動するコンベア上に載せて、バッチ式
または連続式で不融化する必要がある。ピッチ糸を酸化
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
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
で昇温ざける必要がおる。

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、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なっても、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
分、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ある。

即ち、シート内部での蓄熱による融着ヤ糸の燃焼が起ら
ない範囲の昇温速度と、温度の均一化のための酸化性気
体の循環速度とを適宜選ぶ。

昇温速度としては、（軟化点＋１０　）　°Ｃまては２
°Ｃ／ｍｉｎ以下、それ以上は５°Ｃ／ｍｉｎ以下が好
ましい。

その際シートの嵩密度も重要な要因となる。

不融化処理は、たとえば酸素の存在下、通常空気中で２
５０〜４２０’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、過マン
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。

ついで、得られたシートを炭化および必要に応じて黒鉛
化する。

炭化処理は、たとえば不活性気体雰囲気中または真空中
で８００〜１７００’Ｃに加熱する方法があり、また黒
鉛化処理としては、たとえば不活性気体雰囲気中で１７
００°Ｃ以上に加熱処理する方法がある。

上記不融化、焼成工程で、ポリアクリロニトリル系では
、糸を緊張しないと物性が低下する問題があるが、ピッ
チの場合は、等方性、異方性共に弛緩状態で処理するこ
とができるので、本発明の方法が好ましく適用できる。

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
量は、ｊｑ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。

［実施例］ 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分反不反応た。

得られた水素化タールを１μのフィルターでシ濾過し固
形物を除いた後３５０°Ｃで熱温し水素化ピッチを得た
。

次いで５２０℃、１７ｍｍＨｇで７分間熱処理シメソフ
エーズピッチを得た。得られたメソフェーズピッチは軟
化点２３５°Ｃ，０１３３％、ＢＩ３９％、異方性８５
％であった。

得られたピッチを、ベントエクストルーダを用いて３０
５°Ｃ１６０ｍｍＨｇテ溶融、ｌ］ｌ’］ＬＵ］ＪｉＵ
、直径Ｑ、２１１１１１１、孔長０．３ｍｍの１００Ｈ
口金から空気流と共に０．３デニール以下になるように
噴出させ、フラッシュ紡糸を行なった。ピッチ糸は、口
金下方に設けた、ステンレス金網製ネットコンベア上に
堆積させ、ピッチ糸シートを形成させた。

得られたシートは長さ０．５ｍ毎にギロチンカッターで
切断した。

得られたシートを金網トレイ上に載せて、２５Ｃｍ／　
ＳｅＣの空気中で５０’Ｃから２４０℃までを２’Ｃ／
ｍｉｎ　、２４０’Ｃから３４０’Ｃまでを５°Ｃ／ｍ
ｉｎで昇温し、３４０’Ｃで１５分間保持して不融化し
、不融化シートを得た。

次いで、不融化シートを、窒素中で１５００’Ｃおよび
２５００°Ｃで焼成して、炭化シート、黒鉛化シートを
得た。

得られたシートの単繊維物性は、繊度０．２９デニール
、炭化糸強度２３０ｋＭｍｍ２　、弾性率１５　ｔｏｎ
／ｍｍ２　、黒鉛化糸強度２９０ｋ（］／ｍｍ２　、弾
性率６０　ｊｏｎ／ｌｌ１ｍ２と良好な物性を示した。

また、シート中の繊維は３次元方向にランダムに配向し
ており、プリフォームとして使用した場合、樹脂の含浸
性も良好であった。

［発明の効果］ 本発明のピッチ系炭素繊維シートは、ハンドリング性、
物性、生産性が良いので、構造材料用補強部材に適して
いる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　０．３デニール以下の炭素繊維からなるピッチ
   系炭素繊維シート。
2. （２）　ピッチを０．３３デニール以下に紡糸した後シ
   ートを形成し、シート形態のまま不融化、炭化すること
   を特徴とするピッチ系炭素繊維シートの製造方法。
3. （３）　紡糸が、フラッシュ紡糸、遠心紡糸、ジエット
   紡糸から選ばれた１種の方法で行なわれる請求項１に記
   載のピッチ系炭素繊維シートの製造方法。