JPH02175921A - Production of mesophase pitch-based carbon fiber - Google Patents

Production of mesophase pitch-based carbon fiber

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JPH02175921A
JPH02175921A JP32591788A JP32591788A JPH02175921A JP H02175921 A JPH02175921 A JP H02175921A JP 32591788 A JP32591788 A JP 32591788A JP 32591788 A JP32591788 A JP 32591788A JP H02175921 A JPH02175921 A JP H02175921A
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JP
Japan
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fibers
treatment
pitch
fiber
atmosphere
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Application number
JP32591788A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Furuyama
古山 昌利
Yasunori Sanao
佐直 康則
Takeshi Hamada
健 濱田
Norio Tomioka
富岡 紀夫
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.)
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02175921A publication Critical patent/JPH02175921A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject carbon fiber remarkably improved in tensile strength by subjecting initial carbonized fiber to oxidation treatment in a nitrogen dioxide-containing atmosphere until a specific component is produced and then carbonization and graphitization treatment in an inert atmosphere. CONSTITUTION:A raw material pitch, such as coal tar pitch, is melt spun, then subjected to infusibilizing treatment and further calcined in an inert gas atmosphere to provide initial carbonized fiber. The resultant initial carbonized fiber is further subjected to oxidation treatment in an atmosphere containing nitrogen dioxide until a component, substantially insoluble in toluene and soluble in acetone is produced. The initial carbonized fiber subjected to the oxidation treatment is then subjected to carbonization and graphitization treatment in an inert atmosphere, such as nitrogen or argon, to afford the objective carbon fiber.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はメソフェーズピッチ系炭素繊維の製造方法に係
わり、更に詳しくはメソフェーズピッチ系炭素繊維の引
張強度の改善を目的とする新規な処理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for producing mesophase pitch carbon fibers, and more particularly to a novel treatment method for improving the tensile strength of mesophase pitch carbon fibers.

従来の技術 現在、複合材料に使用されている炭素繊維としては、ポ
リアクリロニトリル(PAN)繊維を原料として製造さ
れているPAN系炭素炭素繊維流となっている。しかし
PAN系炭素炭素繊維原料のポリアクリロニトリル(P
AN)mWが高価で、しかも炭化収率が低いために必然
的に高価格なものとなっており、その用途は、スポーツ
・レジャー関係、航空・宇宙関係などの特殊な分野が中
心となっている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Currently, the carbon fibers used in composite materials are PAN-based carbon fibers produced from polyacrylonitrile (PAN) fibers. However, polyacrylonitrile (P), which is a raw material for PAN-based carbon fibers,
AN) Since mW is expensive and the carbonization yield is low, it is inevitably expensive, and its applications are mainly in special fields such as sports and leisure, aviation and space. There is.

一方、炭素質ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維は原
料が安価で、しかも炭化収率が高いために安価に製造で
きるという特徴を持っている。特に原料としてメソフェ
ーズを80%以上含有するメソフェーズピッチを用いた
メンフェーズピッチ系炭素繊維は安価で、しかも高性崗
な炭素mM1を与える可能性を持つものとして注目され
ている。
On the other hand, pitch-based carbon fibers made from carbonaceous pitch are characterized by being inexpensive raw materials and having a high carbonization yield, so they can be manufactured at low cost. In particular, menphase pitch-based carbon fibers using mesophase pitch containing 80% or more of mesophase as a raw material are attracting attention as they are inexpensive and have the possibility of providing high-strength carbon mm1.

一般にメソフェーズピッチ系炭素s#ll維においては
、原料であるメソフェーズピッチの持つ易配向性、易黒
鉛化性を利用することによって容易に高配向で、しかも
高黒鉛化性を持つ炭素繊維が製造でき、従って弾性率の
高い繊維が製造できることが知られている。
In general, for mesophase pitch-based carbon s#ll fibers, carbon fibers that are highly oriented and have high graphitization properties can be easily produced by utilizing the easy orientation and graphitization properties of mesophase pitch, which is a raw material. Therefore, it is known that fibers with high elastic modulus can be produced.

例えば、特開昭49−19127号公報には炭素層面が
3次元的に発達し、黒鉛化性が高く、また弾性率に優れ
たメソフェーズピッチ系炭素繊維およびその製造方法が
開示されている。しかしながら、このような黒鉛化性が
高い炭素繊維は高い弾性率を有するが、引張強度は高く
なく、破断伸度も低いという欠点を持っており、このこ
とから従来メソフェーズビーフ千系炭素繊維は、弾性率
には優れるが引張強度の向上は困難であると考えられて
いた。
For example, JP-A-49-19127 discloses a mesophase pitch-based carbon fiber with a three-dimensionally developed carbon layer surface, high graphitizability, and excellent modulus of elasticity, and a method for producing the same. However, although such highly graphitizable carbon fibers have a high modulus of elasticity, they have the drawbacks of not having high tensile strength and low elongation at break. Although it has excellent elastic modulus, it was thought that it would be difficult to improve tensile strength.

最近になって、メソフェーズピッチ系炭素m1IRの構
造を制御することによって、引張強度を改善する試みに
ついて報告がなされてきている0例えば、特開昭82−
104927号公報には、紡糸工程において、紡糸ノズ
ルのキャピラリ一部直上でかくはんを行うことによって
、幅方向の高配向性を保持しつつ断面方向の構造を微細
化し、黒鉛化性が低下したメソフェーズピッチ系炭素繊
維を製造できること、およびこの炭素繊維は高い弾性率
を保持しつつ、引張強度が改善できることが示されてい
る。
Recently, reports have been made on attempts to improve the tensile strength of mesophase pitch carbon m1IR by controlling its structure.
Japanese Patent No. 104927 discloses that in the spinning process, stirring is performed directly above a part of the capillary of the spinning nozzle to refine the structure in the cross-sectional direction while maintaining high orientation in the width direction, thereby producing mesophase pitch with reduced graphitizability. It has been shown that it is possible to produce carbon fibers based on carbon fibers, and that these carbon fibers can have improved tensile strength while retaining a high modulus of elasticity.

また、不融化工程において、繊維の外表面部を選択的に
不融化し、その後炭化・黒鉛化を行うことにより不融化
過程での黒鉛化性の低下を抑制し、繊維の外表層部より
内部の黒鉛化性が高く、弾性率に優れた繊維を製造する
試みがなされている(特開昭83−120112号公報
)、シかし、この方法では内部の不融化を抑制すること
に主眼がおかれており、外表面層の構造は従来の繊維の
持つ構造と変わらない。
In addition, in the infusibility process, by selectively making the outer surface of the fiber infusible and then carbonizing and graphitizing it, the decrease in graphitization during the infusibility process is suppressed, and the inner part of the fiber is lower than the outer surface layer of the fiber. Attempts have been made to produce fibers with high graphitization properties and excellent modulus of elasticity (Japanese Unexamined Patent Publication No. 83-120112).However, in this method, the main focus is on suppressing internal infusibility. The structure of the outer surface layer is the same as that of conventional fibers.

このようにメンフェーズピッチ系炭素繊維の構造制御に
よる機械物性の向上効果についての検討は、従来主とし
て紡糸工程および不融化工程での報告が中心であり、炭
化・黒鉛化工程での改善方法について報告は少なかった
In this way, studies on the effect of improving mechanical properties through structural control of menphasic pitch-based carbon fibers have traditionally focused on reports on the spinning and infusible processes, and reports on improvement methods in the carbonization and graphitization processes. There were few.

PAN系炭素炭素繊維ける処理例として、炭化処理後の
繊維を電解醸化し、次いで不活性ガス中で熱処理を施す
ことによって、繊維の超薄最外層の結晶性を低下させ、
機械物性の向上を改善する試みがなされている(特開昭
81−225330号公報)。
As an example of treatment for PAN-based carbon fibers, the fibers after carbonization are electrolytically fermented, and then heat treated in an inert gas to reduce the crystallinity of the ultra-thin outermost layer of the fibers.
Attempts have been made to improve mechanical properties (Japanese Unexamined Patent Publication No. 81-225330).

しかしながら、この方法をメソフェーズピッチ系炭素繊
維に適用しても機械的物性の向上は期待できず、逆に引
張強度が低下する場合もある。これはPAN系炭素炭素
繊維ンフェーズピッチ系炭素繊維ではその構造に大きな
違いがあるためと考えられる。
However, even if this method is applied to mesophase pitch-based carbon fibers, no improvement in mechanical properties can be expected, and on the contrary, tensile strength may decrease. This is thought to be due to the large difference in structure between PAN-based carbon fibers and phase pitch-based carbon fibers.

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、メソフェーズピッチ系炭素繊維の引張
強度を改善するための最適な処理方法を開発することで
ある。
Problems to be Solved by the Invention The purpose of the present invention is to develop an optimal treatment method for improving the tensile strength of mesophase pitch carbon fibers.

課題を解決するための手段及び作用 すなわち、本発明は初期炭化繊維の表面を二酸化窒素を
含有する雰囲気下でアセトンに可溶な成分が生成するま
で酸化処理した後、不活性雰囲気下で炭化、黒鉛化処理
することを特徴とするメソフェーズピッチ系炭素繊維の
製造方法である。
Means and Effects for Solving the Problems In other words, the present invention oxidizes the surface of an initial carbonized fiber in an atmosphere containing nitrogen dioxide until acetone-soluble components are produced, and then carbonizes it in an inert atmosphere. This is a method for producing mesophase pitch carbon fiber, which is characterized by graphitization treatment.

本発明の酸化処理によって、主に表面層の構造を制御し
たメソフェーズピッチ系炭素繊維用の中間繊維を製造す
ることができる。この中間繊維をさらに炭化・黒鉛化処
理することによって、表面層が構造制御され、引張強度
−破断伸度に優れたメソフェーズピッチ系炭素繊維を製
造することができる。
By the oxidation treatment of the present invention, it is possible to produce intermediate fibers for mesophase pitch carbon fibers in which the structure of the surface layer is mainly controlled. By further carbonizing and graphitizing this intermediate fiber, the structure of the surface layer is controlled, and a mesophase pitch carbon fiber having excellent tensile strength and elongation at break can be produced.

酸化処理は260〜380℃の温度範囲で0.1〜40
マof%の二酸化窒素を含む雰囲気下で実施し、処置後
の繊維が、実質的にトルエンに不溶で、 0.3〜5 
wt%のア七トン可溶成分を生成するまで処理すること
が好ましい。
Oxidation treatment is 0.1-40 in the temperature range of 260-380℃
The fibers after treatment are substantially insoluble in toluene and are 0.3 to 5% nitrogen dioxide.
Preferably, the treatment is performed to produce a wt % of the a7ton soluble component.

以下、本発明の内容を詳述する。Hereinafter, the content of the present invention will be explained in detail.

従来、メソフェーズピッチ系炭素繊維は黒鉛化処理を進
めることによって3次元的に発達した黒鉛層面を形成し
易いため、黒鉛化性を向上させ高弾性率な繊維を得るこ
とは容易であるが、必ずしも高強度・高伸度な繊維を得
ることは容易ではなかった。
Conventionally, mesophase pitch-based carbon fibers tend to form three-dimensionally developed graphite layer surfaces by proceeding with graphitization treatment, so it is easy to improve graphitization properties and obtain fibers with high elastic modulus. It has not been easy to obtain fibers with high strength and high elongation.

本発明者らは炭素繊維の高強度化のためには、特に繊維
の最表面層の構造を改善することが必要と考え、このた
め化学反応を利用して繊維の表面層の構造を改善するこ
とを試み本発明を完成させた。
The present inventors believe that in order to increase the strength of carbon fibers, it is necessary to particularly improve the structure of the outermost surface layer of the fibers, and for this reason, we improved the structure of the surface layer of the fibers by using chemical reactions. We attempted this and completed the present invention.

本発明者らは、ピッチ繊維を不融化処理後、さらに窒素
ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で100
0℃以下、好ましくは800℃以下で焼成して製造した
初期炭化繊維にたいして、種々の酸化性ガスを用いて酸
化処理することを検討した。
The present inventors have developed a method for making pitch fibers infusible and then subjecting them to 100% heat treatment under an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.
We investigated oxidation treatment using various oxidizing gases for initially carbonized fibers produced by firing at 0°C or lower, preferably 800°C or lower.

その結果、二酸化窒素を含む雰囲気下で、特定の条件下
で処理した繊維には、その繊維表面にカルボン酸が生成
し、その結果、トルエン・四塩化炭素など非極性溶媒に
実質的に不溶で、水−7セトンなどの極性溶媒に可溶な
成分が生成することが判明した。この成分は従来見いだ
されていない成分であり、特異な炭化φ黒鉛化挙動をと
ることが期待される。
As a result, in fibers treated under specific conditions in an atmosphere containing nitrogen dioxide, carboxylic acids are generated on the fiber surface, and as a result, they are virtually insoluble in non-polar solvents such as toluene and carbon tetrachloride. It was found that components soluble in polar solvents such as water-7cetone were produced. This component has not been previously discovered, and is expected to exhibit a unique carbonization φ graphitization behavior.

本発明者らは、このような酸化処理を施した初期炭化繊
維をさらに炭化・黒鉛化処理し炭素繊維を製造した場合
、弾性率は変化せず、強度が向上することを見いだした
The present inventors have discovered that when carbon fibers are produced by further carbonizing and graphitizing the initially carbonized fibers subjected to such oxidation treatment, the elastic modulus remains unchanged and the strength is improved.

この事実は、詳細な原因は不明であるが、初期炭化後の
繊維にたいして繊維表面を酸化処理し、トルエン・四塩
化炭素など非極性溶媒に実質的に不溶で、氷・アセトン
などの極性溶媒に可溶な成分を生成させることによって
繊維の最表面層を改善し強度に優れた繊維を製造できる
ことを示している。
Although the detailed cause is unknown, the fiber surface is oxidized after initial carbonization, making it virtually insoluble in non-polar solvents such as toluene and carbon tetrachloride, and resistant to polar solvents such as ice and acetone. This shows that by producing soluble components, it is possible to improve the outermost layer of fibers and produce fibers with excellent strength.

以下、具体的に本発明の製造方法を説明する。The manufacturing method of the present invention will be specifically explained below.

炭素繊維の原料ピッチとしてはコールタールピッチ、石
炭液化油などの石炭系ピッチおよびエチレンタール、デ
カントオイルピッチなどの石油系ピッチなど各種のピッ
チのいずれを用いてもよい、また前記ピッチを改質した
もの、例えば水素化処理したもの、熱処理によって改質
したもの、溶媒分別したもの、蒸留により分別したもの
、またはこれらの方法を組み合わせて改質したものなど
各種変性したピッチを使用することもできる。
As the raw material pitch for carbon fiber, any of various pitches may be used, such as coal tar pitch, coal-based pitch such as coal liquefied oil, and petroleum-based pitch such as ethylene tar and decant oil pitch. It is also possible to use various modified pitches, such as pitches that have been hydrogenated, modified by heat treatment, solvent fractionated, distilled, or modified by a combination of these methods.

本発明で用いるメソフェーズピッチとは、ピッチを熱処
理することによって得られる光学的異方性相(メソフェ
ーズ)を含有するピッチであって、光学的異方性相の割
合が80%以上のものである。また本発明に用いるメソ
フェーズピッチは軟化点240〜340℃のものが紡糸
性の観点から好ましい。
The mesophase pitch used in the present invention is a pitch containing an optically anisotropic phase (mesophase) obtained by heat-treating the pitch, and the ratio of the optically anisotropic phase is 80% or more. . Further, the mesophase pitch used in the present invention preferably has a softening point of 240 to 340°C from the viewpoint of spinnability.

ピッチMl維は前記メソフェーズピッチを公知の方法で
溶融紡糸することによって得られる0例えばメンフェー
ズピッチをその軟化点より高い温度で溶融し、粘度10
0〜3000ポイズ(P)の範囲で直径0.05〜0,
5Iのノズルから押し出しながら50〜1000■/分
で延伸することによってピッチ繊維が得られる。用いる
ノズルとしては円形に限らず、種々の構造、例えば異形
ノズルおよび流路が拡大、縮小しているノズルなど、ど
の様なものを用いてもよい。
Pitch Ml fibers are obtained by melt-spinning the mesophase pitch by a known method.For example, the mesophase pitch is melted at a temperature higher than its softening point and has a viscosity of
Diameter 0.05-0 in the range of 0-3000 poise (P),
Pitch fibers are obtained by drawing at a rate of 50 to 1000 cm/min while extruding from a 5I nozzle. The nozzle to be used is not limited to a circular one, and any structure may be used, such as an irregularly shaped nozzle, a nozzle with an enlarged or reduced flow path, etc.

ピッチM&維は続いて不融化処理される。不融化処理は
、酸化性雰囲気下において100〜400℃の温度範囲
で処理されるのが一般的である。醸化性雰囲気としては
、空気または酸素と窒素との混合ガスを用いるのがもっ
とも一般的に実施されているが、この他、オゾン、窒素
酸化物、fE黄鎖酸化物るいはハロゲンなどの他の酸化
性ガスの少量を併せて用いても構わない。
The pitch M&fiber is then subjected to an infusible treatment. The infusibility treatment is generally performed at a temperature range of 100 to 400°C in an oxidizing atmosphere. Air or a mixed gas of oxygen and nitrogen is most commonly used as the fostering atmosphere, but other gases such as ozone, nitrogen oxides, fE yellow chain oxides, or halogens are also used. A small amount of oxidizing gas may also be used.

不融化処理後の繊維は、引き続き炭化・黒鉛化処理され
るが、最絆的な炭化・黒鉛化処理に先立って、初期炭化
処理した繊維にたいしてトルエン・四塩化炭素など非極
性溶媒に実質的に不溶で、水・アセトンなどの極性溶媒
に可溶な成分を生成させるため酸化処理をする必要があ
る。
The fibers after the infusibility treatment are subsequently subjected to carbonization and graphitization treatment, but before the final carbonization and graphitization treatment, the fibers that have undergone the initial carbonization treatment are substantially immersed in non-polar solvents such as toluene and carbon tetrachloride. Oxidation treatment is necessary to generate components that are insoluble and soluble in polar solvents such as water and acetone.

ここで述べる極性溶媒・非極性溶媒とはC,M。The polar and non-polar solvents mentioned here are C and M.

Hansenによって示された溶解度パラメーターの極
性成分項(δp)で特徴づけられる0本発明で用いる極
性溶媒とはδpが4以上、好ましくは4〜6の溶媒であ
り、非極性溶媒とはδpが3以下、好ましくは、2以下
の溶媒である。
Characterized by the polar component term (δp) of the solubility parameter shown by Hansen, the polar solvent used in the present invention is a solvent with a δp of 4 or more, preferably 4 to 6, and the nonpolar solvent is a solvent with a δp of 3 or more. Hereinafter, preferably two or less solvents are used.

溶解度パラメーターの極性成分項(δp)については、
例えば、原崎勇次著「コーティングの基礎科学J、1版
、taM店出版、東京中央区、(198B)あるいは、
G、M、Hansen、Ind、 Eng、 Chew
Regarding the polar component term (δp) of the solubility parameter,
For example, Yuji Harasaki, Basic Science of Coatings J, 1st edition, taMten Publishing, Chuo-ku, Tokyo, (198B) or
G., M., Hansen, Ind., Eng., Chew.
.

Prod、 Res、 Develop、 8. pp
 2 (1!389)を参照されたい、重版の典型的な
いくつかの溶解度パラメーターの極性成分項(δp)は
以下のとうりである。水; 15.3.メタノール;f
i、0.アセトン;5、l、メチルエチルケトン;4.
4.  インプロパノ−ル; 3.0 、5ee−ブタ
ノール、2.8.クロロホルム;1.5.)ルエン、 
0.7 、四塩化炭素;0.0、ヘキサン;0.0.極
性溶媒としては適当なものとしてアセトンがあげられる
Prod, Res, Develop, 8. pp
2 (1!389), the polar component term (δp) of some typical solubility parameters of the reprint is as follows. Water; 15.3. Methanol; f
i, 0. Acetone; 5, l, methyl ethyl ketone; 4.
4. Impropanol; 3.0, 5ee-butanol, 2.8. Chloroform; 1.5. ) Luen,
0.7, carbon tetrachloride; 0.0, hexane; 0.0. A suitable polar solvent is acetone.

また非極性溶媒としてはトルエンが適当なものとしてあ
げられる0本発明は炭化・黒鉛化処理前の酸化処理を受
けた繊維が極性溶媒であるアセトンに対して0.3〜5
wt%の可溶成分を含み、非極性溶媒であるトルエンに
対しては実質的に不溶で0.1wt%以下の可溶成分し
か示さないことが重要である。
In addition, toluene is suitable as a non-polar solvent. In the present invention, the fibers that have undergone oxidation treatment before carbonization and graphitization have a 0.3 to 5
It is important that the composition contains soluble components of 0.1 wt % or less and is substantially insoluble in toluene, which is a nonpolar solvent, and exhibits only 0.1 wt % or less of soluble components.

このように極性溶媒に対して選択的な溶解性を示す成分
の存在は従来は知られてはいなかった。
The existence of a component that exhibits selective solubility in polar solvents was not previously known.

例えば、ピッチ繊維ではアセトンなどの極性溶媒に対し
て可溶な成分が存在するが、同時にトルエンなどの非極
性溶媒に対しても可溶な成分が存在する。また不融化繊
m−炭化繊維についてはアセトンなどの極性溶媒に対し
ても、トルエンなどの非極性成分に対しても実質的に不
溶である。
For example, pitch fibers have components that are soluble in polar solvents such as acetone, but also components that are soluble in non-polar solvents such as toluene. In addition, the infusible synthetic m-carbonized fiber is substantially insoluble in polar solvents such as acetone and non-polar components such as toluene.

初期炭化繊維は、不融化繊維を窒素あるいはアルゴンな
どの不活性雰囲気下で1000℃以下の温度、好ましく
は800℃以下の温度で熱処理することで得られる。 
1000℃超の温度で熱処理することは2次の酸化処理
において極性溶媒可溶成分を生成させることが困難であ
り好ましくない。
The initial carbonized fiber is obtained by heat-treating the infusible fiber at a temperature of 1000° C. or lower, preferably 800° C. or lower in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
Heat treatment at a temperature exceeding 1000° C. is not preferred because it is difficult to generate polar solvent soluble components in the secondary oxidation treatment.

酸化処理は以下のような方法で実施することができる。The oxidation treatment can be carried out by the following method.

初期炭化した繊維にたいして二酸化窒素を含有する雰囲
気下で、極性溶媒可溶成分が生成するまで酸化処理する
。この方法において酸化処理に際しての雰囲気としては
、0.1−40マo1%の二酸化窒素を含む雰囲気が適
当である。
The initially carbonized fibers are oxidized in an atmosphere containing nitrogen dioxide until polar solvent soluble components are produced. In this method, an atmosphere containing 0.1 to 40 mmol of nitrogen dioxide at 1% is suitable for the oxidation treatment.

ここで示した濃度範囲以下では非極性溶媒には不溶で極
性溶媒に可溶な成分を生成させる効果が少なく不適であ
り、またここで示した濃度範囲以上では繊維の酸化消耗
が大きくなりゃすく好ましくない。
Below the concentration range shown here, the effect of producing components that are insoluble in non-polar solvents and soluble in polar solvents is unsuitable, and above the concentration range shown here, oxidation loss of the fibers will increase and is therefore undesirable. do not have.

酸化処理に際してのこれ以外の成分としては、不活性ガ
スあるいは空気などの酸素と不活性ガスとから成る雰囲
気が一般的であるがこれ以外の成分、例えば、水分など
を含んでいてもさしつかえない。また、酸化処理時の処
理温度としては、260〜380℃が適当である。26
0℃未満では反応の進行が遅く効率的ではなく、380
℃超では非極性溶媒には不溶で極性溶媒に可溶な成分を
生成させるのに適当でない。
Other components used in the oxidation treatment are generally an inert gas or an atmosphere consisting of oxygen and an inert gas such as air, but other components such as moisture may also be included. Furthermore, a suitable treatment temperature during the oxidation treatment is 260 to 380°C. 26
Below 0°C, the reaction progresses slowly and is not efficient;
Temperatures above 0.degree. C. are not suitable for producing components that are insoluble in non-polar solvents and soluble in polar solvents.

酸化処理後のia維は極性溶媒であるアセトンに対して
0.3〜5wt%の可溶成分を含み、非極性溶媒である
トルエンに対して実質的に不溶で0.twt%以下の可
溶成分しか示さないことが必要である。アセトン可溶成
分量が0.3%未満であると酸化処理の効果が少なく強
度向上効果が小さくなり適当ではなく、また5%超であ
ると酸化が過剰となり収率の低下あるいは強度の低下が
おき適当ではない、トルエン可溶成分が0.1wt%超
であると引き続き実施する炭化会黒鉛化処理時に繊維の
融着現象などがおき適当でない。
IA fibers after oxidation treatment contain 0.3 to 5 wt% of soluble components in acetone, which is a polar solvent, and are substantially insoluble in toluene, which is a non-polar solvent, and have a soluble content of 0.3 to 5 wt% in acetone, which is a polar solvent. It is necessary to exhibit no more than twt% of soluble components. If the amount of acetone soluble components is less than 0.3%, the effect of oxidation treatment will be small and the strength improvement effect will be small, which is not appropriate. If it exceeds 5%, oxidation will be excessive, resulting in a decrease in yield or strength. If the toluene soluble component exceeds 0.1 wt %, fiber fusion may occur during the subsequent carbonization graphitization process.

炭化処理・黒鉛化処理は窒素、アルゴンなどの不活性雰
囲気下で1000℃以上の温度で熱処理することが一般
的である。このように炭化・黒鉛化処理を実施すること
で炭素M/A雑を得ることができる。
The carbonization/graphitization treatment is generally performed by heat treatment at a temperature of 1000° C. or higher in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. By performing the carbonization/graphitization treatment in this manner, carbon M/A miscellaneous material can be obtained.

本発明によるメソフェーズピッチ系炭素繊維の製造方法
を用いることによって引張強度の優れた高強度炭素繊維
を製造することができる。
By using the method for producing mesophase pitch-based carbon fibers according to the present invention, high-strength carbon fibers with excellent tensile strength can be produced.

つぎに本発明において、ピッチ系炭素繊維及び原料ピッ
チの特性を表すのに用いた諸物性値について述べる。
Next, various physical property values used to express the characteristics of the pitch-based carbon fiber and raw material pitch in the present invention will be described.

(1)引張強度、引張弾性率 JISR7601に示された方法に準じて測定された。(1) Tensile strength, tensile modulus It was measured according to the method shown in JISR7601.

(2)粘度、軟化点 粘度はフローテスターを用いて、ハーゲン・ボアズイユ
の式により算出した。I&化点は、粘度が20000ポ
イズとなる温度である。
(2) Viscosity and softening point viscosity were calculated using the Hagen-Boiseuille formula using a flow tester. The I& point is the temperature at which the viscosity becomes 20,000 poise.

(3)メンフェーズ含有量 本発明でいうメソフェーズとは、冷却固化したピッチを
樹脂等に埋込んで表面を研磨し、偏光顕微鏡を用いて観
察することによって決定できる光学的に異方性を示す組
織をさし、またメソフェーズ含有量とは前述のようにし
てm察して認められる異方性組織の面接割合をさす。
(3) Mesophase content In the present invention, mesophase refers to an optical anisotropy that can be determined by embedding cooled and solidified pitch in resin, polishing the surface, and observing it using a polarizing microscope. The mesophase content refers to the interview ratio of anisotropic structure observed as described above.

(4) i@雑のアセトン可溶分(As)、)ルエン可
溶分(T S) m雑1gに溶媒50−をくわえ、超音波洗浄をおこなっ
たのち濾過し溶媒可溶成分を集める。溶媒不溶成分に対
して、更に溶媒の着色が認められなくなるまでこの操作
を綴り返し行ったのち、溶媒を蒸発除去し溶媒可溶成分
を集める。溶媒可溶成分を60℃で真空乾燥した後溶媒
可溶分の重量を測定する。
(4) Acetone soluble content (As), ) toluene soluble content (TS) Add 50% of solvent to 1 g of miscellaneous, perform ultrasonic cleaning, and filter to collect solvent soluble components. This operation is repeated on the solvent-insoluble components until no further coloration of the solvent is observed, and then the solvent is removed by evaporation and the solvent-soluble components are collected. After drying the solvent-soluble components under vacuum at 60° C., the weight of the solvent-soluble components is measured.

実施例 以下に実施例および比較例をあげ具体的に説明する。Example Examples and comparative examples will be given below for specific explanation.

実施例1 光学的異方性相(メソフェーズ)を34%含み、TI:
84%、QI:11%、軟化点=300℃のコールター
ルピッチ系メソフェーズピッチを直径0.2■脂φ、3
000ホールのノズルを用いて溶融紡糸して平均13g
mφのピッチ繊維を得た。
Example 1 Contains 34% optically anisotropic phase (mesophase), TI:
84%, QI: 11%, softening point = 300℃ coal tar pitch mesophase pitch with diameter 0.2 ■ fat φ, 3
Melt-spun using a 000-hole nozzle to produce an average of 13g
A pitch fiber of mφ was obtained.

ピッチ繊維を空気を用いて150〜310℃まで0.3
℃/分の昇温速度で昇温し、 310℃で50分間保持
することによって不融化処理を実施し、不融化繊維を得
た。この不融化繊維を、さらに雰囲気を窒素にνJり替
え5℃/分の昇温速度で500℃まで昇温し、500℃
で6θ分間保持することによって初期炭化繊維を得た。
Pitch fibers are heated to 150-310℃ using air at 0.3
Infusible fibers were obtained by increasing the temperature at a heating rate of 0.degree. C./min and holding the temperature at 310.degree. C. for 50 minutes. This infusible fiber was further heated to 500°C at a heating rate of 5°C/min by changing the atmosphere to nitrogen.
Initial carbonized fibers were obtained by holding for 6θ minutes.

この初期炭化繊維を5マ0!%の二酸化窒素を含む空気
を用いて310℃で50分間保持することによって酸化
処理を実施し、酸化処理繊維を得た。さらにアルゴン雰
囲気下で2100℃、1分間黒鉛化処理して炭素繊維を
得た。
5 ma0 of this initial carbonized fiber! Oxidation treatment was carried out by holding at 310° C. for 50 minutes using air containing % nitrogen dioxide to obtain oxidation treated fibers. Further, graphitization treatment was performed at 2100° C. for 1 minute in an argon atmosphere to obtain carbon fibers.

尚、溶媒可溶分の分析値は、酸化処理繊維について、A
S:1.2wt%、TS:痕跡量であり、初期炭化繊維
について、AS、TSともに痕跡量であった。
In addition, the analysis value of the solvent soluble content is A for the oxidized fiber.
S: 1.2 wt%, TS: trace amount, and both AS and TS were trace amounts for the initial carbonized fiber.

得られた炭素繊維の機械的物性値は引張強度=340k
g/am2.引張弾性率:40t/mm2テあった。
The mechanical properties of the obtained carbon fiber are tensile strength = 340k.
g/am2. Tensile modulus: 40t/mm2te.

比較例1 実施例1と同一の条件で製造したピッチ繊維を空気を用
いて150〜310℃まで0.9℃/分の昇温速度で昇
温し、310℃で50分間保持することによって不融化
処理を実施し、不融化繊維を得た。さらにアルゴン雰囲
気下で2100℃、1分間黒鉛化処理して炭素繊維を得
た。
Comparative Example 1 Pitch fibers produced under the same conditions as Example 1 were heated using air from 150 to 310°C at a heating rate of 0.9°C/min, and maintained at 310°C for 50 minutes. A melting treatment was performed to obtain infusible fibers. Further, graphitization treatment was performed at 2100° C. for 1 minute in an argon atmosphere to obtain carbon fibers.

尚、溶媒可溶分の分析値は、不融化繊維について、AS
、TSともに痕跡量であった。
In addition, the analysis value of the solvent soluble content is AS for the infusible fiber.
, TS were both in trace amounts.

得られた炭素繊維の機械的物性値は、引張強度: 28
0kg/腸12.引張弾性率: 40t/鵬12であっ
た。
The mechanical properties of the obtained carbon fiber are tensile strength: 28
0kg/intestine12. Tensile modulus: 40t/12.

比較例2 比較例1と同一の条件で製造した不融化繊維を、さらに
雰囲気を窒素に切り替え5℃/分の昇温速度で1300
℃まで昇温し、1300℃で80分間保持することによ
って炭化繊維を得た。この炭化繊維を5マロ1%の二酸
化窒素を含む空気を用いて310℃で50分間保持する
ことによって酸化処理を実施し、酸化処理繊維を得た。
Comparative Example 2 Infusible fibers produced under the same conditions as Comparative Example 1 were further heated to 1300°C at a heating rate of 5°C/min by changing the atmosphere to nitrogen.
Carbonized fibers were obtained by raising the temperature to 1300°C and holding it for 80 minutes. This carbonized fiber was oxidized by holding it at 310° C. for 50 minutes using air containing 1% nitrogen dioxide to obtain an oxidized fiber.

さらにアルゴン雰囲気下で2100℃、1分間黒鉛化処
理して炭素繊維を得た。
Further, graphitization treatment was performed at 2100° C. for 1 minute in an argon atmosphere to obtain carbon fibers.

尚、溶媒可溶分の分析値は、#化処理繊維について、A
S、TSともに痕跡量であった。
In addition, the analysis value of the solvent soluble content is A for the # treated fiber.
Both S and TS were in trace amounts.

得られた炭素繊維の機械的物性値は、引張強度: 20
0kg/腸−2.引張弾性率: 40t/am2であっ
た。
The mechanical properties of the obtained carbon fiber are tensile strength: 20
0kg/intestine-2. Tensile modulus: 40t/am2.

発明の詳細 な説明したように、本発明のメソフェーズピッチ系炭素
繊維の製造方法によれば、初期炭化繊維を二酸化窒素を
含む雰囲気下で、トルエンに不溶で、アセトンに可溶な
成分が生成するまで酸化処理を施した後、炭化・黒鉛化
処理することによって、従来の方法によって製造された
炭素繊維に比較して引張強度が改善される。
As described in detail of the invention, according to the method for producing mesophase pitch-based carbon fibers of the present invention, a component insoluble in toluene and soluble in acetone is generated from initially carbonized fibers in an atmosphere containing nitrogen dioxide. By performing an oxidation treatment to a maximum temperature and then a carbonization/graphitization treatment, the tensile strength is improved compared to carbon fibers produced by conventional methods.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)初期炭化繊維を、二酸化窒素を含有する雰囲気下
でトルエンに対しては実質的に不溶であり、アセトンに
対しては可溶な成分が生成するまで酸化処理した後、不
活性雰囲気下で炭化・黒鉛化処理することを特徴とする
メソフェーズピッチ系炭素繊維の製造方法。
(1) After oxidizing the initial carbonized fibers in an atmosphere containing nitrogen dioxide until a component is produced that is substantially insoluble in toluene and soluble in acetone, A method for producing mesophase pitch-based carbon fiber, which is characterized by carbonization and graphitization treatment.
JP32591788A 1988-12-26 1988-12-26 Production of mesophase pitch-based carbon fiber Pending JPH02175921A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1186646A3 (en) * 2000-09-06 2003-05-02 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Pitch composition and use thereof for producing coke, graphite and carbon material for negative electrode of non-aqueous solvent type secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1186646A3 (en) * 2000-09-06 2003-05-02 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Pitch composition and use thereof for producing coke, graphite and carbon material for negative electrode of non-aqueous solvent type secondary battery

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