JPH01282346A - ピッチ系炭素繊維製造方法 - 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、ピッチ系炭素繊維製造方法に関する。

さらに詳しくは、メソフェーズピッチ糸の不融化（酸化
反応）時間の短縮に奇与し、かつ繊維横断面にクラック
を生じないピッチ系炭素繊維製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ メソフェーズピッチ系炭素繊維は、メソフェーズ原料調
製、紡糸、不融化、焼成の各工程を通してｊｑられる。

ピッチは通常１００〜ａｏｏｐｏ　ｒｓｅという低粘度
状態で紡糸され口金より吐出された後、急激に細化され
る。しかしピッチは、通常の高分子化合物とは異なり粘
度の温度依存性が極めて大きいため、紡糸雰囲気の温度
制御を十分に行っても紡糸原料であるピッチの粘度変動
の影響を大きく受け、糸切れが極めて起り易い。

このため光学異方性メンフェーズピッチを安定に溶融紡
糸するには安定製糸が可能な紡糸温度、口金みよび流路
形状を採用する必要かめる。その場合、通常は紡糸温度
はできるだけ低くして、特開昭６２−８５０３１号に記
載された発泡を回避し、安定製糸のため口金孔径を小ざ
く、孔長を艮くする方向が好ましいが、ピッチに加えら
れる剪断が大きくなるため、ラジアル構造の断面を持つ
炭素繊維となりクラックが発生して物性が低くなるとい
う問題がある。

一方うシアル構造を回避する手段として、紡糸温度を高
くすると上記した発泡の問題が生じる。

ざらに、ピッチ糸は焼成前に不融化する必要があるが、
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
い範囲で昇温させる必要がある。

このような点に留意して不融化を行わないと、ピッチの
不融化反応である酸化反応は発熱反応でおるため、集束
された糸束の状態の時、局所的な蓄熱が起り、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
が極めて起こ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。

上記性質のため、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
させる必要がおるため、不融化に要する処理時間が長く
なるという欠点を有する。

更に、不融化時に生ずる欠陥が炭素繊維物性低下の大き
な要因となると共に、焼成時の脱離成分の扱けや、炭素
網面の発達による構造形成に伴う収縮に起因して生じる
内部歪みが、特に表面近１力即ら、メソフェーズピッチ
はその原料特性により、速やかな酸化反応による不融化
処理かでき、かつ繊維横断面にクランクを生じることな
い炭素繊維を安定に製造することが極めて難しいという
欠点を有している。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明はメソフェーズピッチの特性を利用した紡糸方法
により、不融化時間も短縮でき、かつ横断面にクラック
のない炭素繊維が製造できる方法を提供することを目的
とする ［課題を解決するための手段］ 本発明は、石炭系メソフェーズピッチと石油系メソフェ
ーズピッチを混合して溶融紡糸し、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製造方法に関す
る。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明に用いられる紡糸原料メソニーズピッチは、軟化
点が２２０〜３００　’Ｃ１１〜ルエン不溶分（Ｔ　Ｉ
　）で７Ｑｗｔ％以上、光学的異方性で８００１％以上
のものが好ましい。

また、石油系メソフェーズピッチに特定割合の石炭系メ
ソフェーズピッチを混合すると、石油系のピッチの不融
化速度も高くすることができる。

石炭系／石油系メソフェーズピッチの混合割合は、５／
９５〜９５１５が好ましい。

メソフェーズピッチの製糸方法としては、通常溶融紡糸
が用いられる。

第１図に不融化処理温度と酸化反応速度の目安となる不
融化糸の酸素含有率の関係を示す。

第１図に示すように、石炭系メソフェーズピッチに石油
系メソフェーズピッチを混合することにより不融化速度
を高くすることが可能となる。

なお、酸素含有量が６％以下の不融化糸は焼成すること
により単糸間接看ないし融着する。

第２図（ａ）〜第２図（ｅ）に炭素繊維の横断面を示す
。

石炭系ピッチのみでは第２図（ａ）のごとく、ラジアル
状となり、一部クラックが見られる。

石油系ピッチのみでは第２図（ｂ）のごとくラジアル状
となり、はとんどのものがクラックを起こしている。

これらに対し、本発明の如く石油系メソフェーズピッチ
と石炭系メソフェーズピッチを混合したものは、第２図
（Ｃ）（石油系メソフェーズピッチ／石炭系メソフェー
ズピッチ８０／２０）、第２図（ｄ）（５０１５０）、
第２図（ｅ）（２０／８０）のごとく基本的に二層構造
となり、クラックの全くない炭素繊維が１ｑられる。

すなわら、石炭系メソフェーズピッチに石油系メソフェ
ーズピッチを加えると不融化速度アップとクラック防止
効果および特定の範囲で不融化速度アップの効果を有す
る。

上記効果は、メソフェーズピッチにした後、混合するこ
とにより初めて得られるものであり、特開昭５９−１１
６４２１号記載の方法のように、重質油の段階で混合し
た後メソフェーズ化しても本発明の効果が得られない。

石油系ピッチと石炭系ピッチの混合法は、メソフェーズ
ピッチを粉砕混合したり、溶融混合したりする方法が採
用できる。溶融混合する場合は各種混線装置を使用する
ことができる。また、紡糸機内で混練する場合や混合し
たメソフェーズピッチを紡糸機に供給する場合に静止型
混練装置を用いるのが好ましい。

紡糸法は特に限定されず、溶融紡糸、乾式紡糸、湿式紡
糸、乾湿式紡糸が利用できる。特に溶融紡糸が好ましい
。

不融化処理は、例えば酸素の存在下、通常空気中で２５
０〜４２０℃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、酸化イオウなとの酸化性の
気体を利用する方法や、硝酸、過酸化水素水、過マンガ
ン酸カリウムなどの酸化性の液体を使用する方法も可能
である。

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に加熱する方法があり、また黒
鉛化処理としては、例えば不活性雰囲気中で１７００°
Ｃ以上に加熱処理する方法がある。

以下本発明を実施例を挙げてざらに詳細に説明する。な
お実施例中の測定方法は以下に示す方法による。

［光学的異方性］ 試おｌをエポキシ系樹脂に包埋したあと、常法により研
磨した。研磨面を１ｅｉｔＺ社製ＯＲ丁目０ＰＬＡＮ顕
微鏡を用いて反射偏光下で観察した時の等方性部分と異
方性部分の面積比から求めた。

測定は１０回行い平均値で表示した。

［元素分析］ 柳本製作所製造ＣＨＮコーダＭ丁−３型を使用して、試
料分解炉９００〜９５０’Ｃ，酸化炉８５０′Ｃ１還元
炉５５０’Ｃ、ヘリウム流路１８０ｍ１／ｍｉｎの測定
条件の下で測定した。ｆｆ１ｌｌ定は２回行い平均値で
表示した。

［強伸度測定］ Ｊ　ｌ５−Ｒ−７６０１に規定される方法に１１（じた
。繊維の直径は、強伸度測定部に隣接した部分を走査型
電子顕微鏡を用いて測定した。また開裂した繊維はその
横断面の顕微鏡写真から面積を求めた。

［実施例］ 石炭系メソフェーズピッチ（軟化点２４５°Ｃ１Ｔｌ　
　８３ｗｔ％、異方性　８５ｖｏ　１％）と石油系メソ
フェーズピッチ（軟化点２５０’Ｃ，Ｔ１７９Ｗ１％、
異方性　９３ＶＯ１％）を用い、各々の混合率を変えた
ピッチで紡糸した。各種の紡糸温度で、口金孔径はＱ、
３ｍｍ、孔長は０゜３ｍｍの口金から吐出さｉ！６００
ｍ／ｍｉ　ｎで引取り、直径１０μのピッチ糸を得た。

ついで、空気中で５０°Ｃから０．５°Ｃ／ｍ　ｉ　ｎ
の昇温速度で所定の温度まで昇温し、不融化糸を１ｑた
。いずれも重量増加の極大は３３０’Ｃ〜３６０′Ｃ付
近にあり、この温度領域で不融化が完了していると考え
られる。　得られた不融化糸を、窒素中で１５００’Ｃ
および２５００’Ｃで焼成して、炭化糸、黒鉛化糸をｊ
Ｈだ。

不融化糸の酸素含有率、得られた炭化、黒鉛化糸の物性
を第１表に示す。

本発明例である実験ＮＯ５〜１１は、比較例である実験
ＮＯ１〜４、実験ＮＯ１２〜１６と比較して、不融化速
度が大きく、炭化糸の割れもないため、炭化糸、黒鉛化
糸共に良好な物性を示した。

［発明の効果］ 本発明は、石炭系メソフェーズピッチと石油系メソフェ
ーズピッチを混合して用いるので、いずれかの単独メソ
フェーズピッチを用いた場合よりも、酸化がより促進さ
れるという相乗効果が認められ、しかも横断面に全くク
ラックのない優れた炭素繊維を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不融化！２ａ理温度と酸化反応速度の目安とな
る不融化糸の酸素含有率との関係図、第２図（ａ、　）
は石炭系ピッチのみで得た炭素繊維の横断面を示す顕微
鏡写真、第２図（ｂ）は石油系ピッチのみで得た炭素繊
維の横断面を示す顕微鏡写真、第２図（Ｃ）〜第２図（
ｅ）は本発明の石炭系ピッデフ石油系ピッチ（第２図（
ｃ＞は８０／２０＞、（第２図（ｄ）は５０１５０）、
（第２図（ｅ）は２０／８０）を混合して冑た炭素繊維
の横断面を示す顕微ｖｌ写真でおる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭系メソフェーズピッチと石油系メソフェーズ
   ピッチを混合して溶融紡糸し、ついで不融化、焼成する
   ことを特徴とするピッチ系炭素維製造方法。