JPH03249218A - High performance carbon fiber and its production - Google Patents

High performance carbon fiber and its production

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JPH03249218A
JPH03249218A JP3848090A JP3848090A JPH03249218A JP H03249218 A JPH03249218 A JP H03249218A JP 3848090 A JP3848090 A JP 3848090A JP 3848090 A JP3848090 A JP 3848090A JP H03249218 A JPH03249218 A JP H03249218A
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JP
Japan
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pitch
spinning
carbon fiber
carbon
mesophase
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JP3848090A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Mochida
勲 持田
Yukio Sakai
幸男 酒井
Hiroyuki Otsuka
裕之 大塚
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a carbon fiber having high modulus and strength in high spinnability and yield by spinning a meso-phase pitch produced by the polymerization of a condensed polycyclic hydrocarbon, etc., in the presence of hydrogen fluoride.boron trifluorode. CONSTITUTION:The objective fiber having a tensile strength of >=200kgf/mm<2> and a modulus of >=15tf/mm<2> can be produced by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing the same in the presence of hydrogen fluoride.boron trifluoride as a polymerization catalyst, spinning the obtained meso-phase pitch, infusibilizing the fiber by heating in an oxidizing gas (usually air) at 200-370 deg.C and carbonizing by heating to 1000 deg.C in an inert gas (usually nitrogen) preferably at a heating rate of 10-20 deg.C/min.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は縮合多環炭化水素またはこれを含有する物質を
重合させて得られたメソフェースピッチより製造される
高性能炭素繊維およびその製造法に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a high-performance carbon fiber produced from mesoface pitch obtained by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing the same, and a method for producing the same. Regarding.

(従来の技術) 高性能炭素繊維は一般に工業的にPAN (ポリアクロ
ニトリル)を原料として製造されている。
(Prior Art) High-performance carbon fibers are generally manufactured industrially using PAN (polyacronitrile) as a raw material.

しかしPANは高価であり、またその炭化収率が低いこ
とが欠点である9近年、安価なピッチを原料とした場合
にも、PANと同等、もしくはそれ以上の特性を持つ高
性能炭素繊維を製造し得ることが見出され、注目されて
いる。
However, PAN is expensive and its carbonization yield is low.9 In recent years, even when using inexpensive pitch as a raw material, high-performance carbon fibers with properties equal to or better than PAN have been manufactured. It has been discovered that it can be done and is attracting attention.

炭素材料用ピッチには、等方性ピッチと異方性ピッチが
ある。等方性ピッチから製造された安価な炭素繊維は、
分子配向性が悪いため強度が低く、高性能品が得られな
い。これに対してメソフェースピッチと呼ばれる異方性
ピッチから製造された炭素繊維は、高度の分子配向性を
有しており、強度と弾性率の優れた機械的性質を示す。
Pitch for carbon materials includes isotropic pitch and anisotropic pitch. Cheap carbon fibers made from isotropic pitch are
Due to poor molecular orientation, strength is low and high performance products cannot be obtained. On the other hand, carbon fibers made from anisotropic pitch called mesoface pitch have a high degree of molecular orientation and exhibit excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus.

このため石油の接触分解油、石油タールピッチやコール
タールピッチから、高性能炭素繊維の原料であるメソフ
ェースピッチを製造する研究が広く進められている。
For this reason, extensive research is underway to produce mesoface pitch, a raw material for high-performance carbon fiber, from petroleum catalytic cracking oil, petroleum tar pitch, and coal tar pitch.

「メソフェース」とは、偏光顕微鏡で観察した際に光学
的異方性相を示す部分であり、偏光顕微鏡で観察した際
にこの光学的異方性相の面積分率を「メソフェース含有
量」と称する。このメソフェース含有量が少ない場合、
溶融状態で異方性相と等方性相が分離し紡糸操作を妨害
するため、メソフェース含有量は80%以上、できれば
10ozであることが望ましい。しかしこのメソフェー
ス含有量を多くしようとすると、一般にピッチの軟化点
と粘度が高くなり、安定した紡糸が困難となる。
"Mesophase" is a part that shows an optically anisotropic phase when observed with a polarizing microscope, and the area fraction of this optically anisotropic phase when observed with a polarizing microscope is called the "mesophase content". to be called. If this mesophase content is low,
Since the anisotropic phase and the isotropic phase separate in the molten state and interfere with the spinning operation, it is desirable that the mesophase content be 80% or more, preferably 10 oz. However, increasing the mesophase content generally increases the softening point and viscosity of the pitch, making stable spinning difficult.

即ち軟化点と粘度が高いので高温での紡糸が困難となり
、ピッチの熱分解・熱縮合反応が起り易く、ガスおよび
不融性高分子物質が生成するので、安定な紡糸を長時間
継続することが困難である。
In other words, since the softening point and viscosity are high, spinning at high temperatures is difficult, and pitch thermal decomposition and thermal condensation reactions are likely to occur, producing gas and infusible polymer substances, so stable spinning cannot be continued for a long time. is difficult.

そこで工業的に効率良く炭素繊維を製造するために、こ
のようなメソフェースピッチの欠点を改良する方法が種
々提案されている。例えば特公昭59−30192号に
は、メソフェースピッチを部分的に水素化してその積層
状態を適度に弱めて等方性ピッチとして紡糸する方法が
記載されており、特開昭58−18421号には、紡糸
時には等方性であるが炭化処理時には異方性に転換する
特異なブリメソフェースを用いる方法が記載されている
。また特開昭54−160427号には、等方性ピ・ソ
チを溶媒で抽出しミその不溶分を200〜400 ’C
に加熱する方法が記載されており、特開昭58−136
835号には等方性ピッチを熱処理し、生成したメソフ
ェースを濾過分離して得たピッチを再度熱処理する方法
が記載されている。更に特開昭57−119984号に
は、ピンチを熱処理しメンフェース含有量を20〜80
2とした後、メソフェースを沈陳し回収する方法が記載
されている。
Therefore, in order to produce carbon fiber industrially and efficiently, various methods have been proposed to improve the drawbacks of mesoface pitch. For example, Japanese Patent Publication No. 59-30192 describes a method of partially hydrogenating mesophase pitch to moderately weaken the layered state and spinning it into isotropic pitch, and Japanese Patent Publication No. 58-18421 describes describes a method using a unique brimesophase which is isotropic during spinning but changes to anisotropic during carbonization. Furthermore, in JP-A-54-160427, isotropic pi-sochi is extracted with a solvent and the insoluble matter is removed at 200-400'C.
A heating method is described in JP-A-58-136.
No. 835 describes a method of heat-treating isotropic pitch, filtering and separating the generated mesophase, and heat-treating the obtained pitch again. Furthermore, in JP-A No. 57-119984, the pinch is heat treated to reduce the menface content from 20 to 80.
2, a method for settling and recovering mesophase is described.

(発明が解決しようとする課題) 前述の如く炭素繊維を工業的に効率するためにメソフェ
ースピッチを改良する試みが種々行われているが、それ
ぞれの方法において次のような問題点があり、未だ満足
すべき結果が得られていない。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, various attempts have been made to improve the mesoface pitch in order to make carbon fiber industrially efficient, but each method has the following problems. Satisfactory results have not yet been obtained.

即ち特公昭59−30192号および特開昭58−18
421号の方法においては、いずれも配向性の弱い等方
性の段階で紡糸するので、繊維中の分子の配向性が異方
性ピッチからのものより劣り、強度および弾性率等の性
能が低下する。また縮合多環芳香族が積層した粘度の高
いピッチを水素化する方法は煩雑であり、工業的に有利
な方法とは言い難い。
Namely, Japanese Patent Publication No. 59-30192 and Japanese Patent Publication No. 58-18
In the method of No. 421, since spinning is performed at an isotropic stage with weak orientation, the orientation of molecules in the fiber is inferior to that from anisotropic pitch, and performance such as strength and elastic modulus deteriorates. do. Furthermore, the method of hydrogenating a highly viscous pitch in which condensed polycyclic aromatics are laminated is complicated and cannot be said to be an industrially advantageous method.

また特開昭54−160427号の方法においては、溶
媒で抽出される不溶分が少ないので、メソフェースピッ
チの収率が低い。特開昭58−136835号の方法で
は熱処理した後の濾過操作が煩雑である。特開昭57−
119984号の方法ではメソフェースを回収するのが
技術的に困難であり、炭化収率が低い。
Furthermore, in the method of JP-A-54-160427, the yield of mesoface pitch is low because less insoluble matter is extracted with the solvent. In the method of JP-A-58-136835, the filtration operation after heat treatment is complicated. Japanese Unexamined Patent Publication 1987-
In the method of No. 119984, it is technically difficult to recover mesophase, and the carbonization yield is low.

高性能炭素繊維を効率良く製造するためには、前述の如
く強度および弾性率等の性能上メソフェース含有量を高
くする必要があるばかりでなく、ピッチの紡糸上からも
、■メソフェース含有量が高く、■紡糸時の熱安定性が
高く、■紡糸した繊維の不融化性が高く、■炭化収率が
高いことが必要である。
In order to efficiently produce high-performance carbon fiber, it is not only necessary to have a high mesoface content in terms of performance such as strength and elastic modulus as described above, but also from the perspective of pitch spinning. It is necessary that 1) the thermal stability during spinning is high, 2) the spun fiber has high infusibility, and 2) the carbonization yield is high.

(課題を解決するための手段) 発明者等は先に特開平1−139621号、特開平1−
254796号および特願平1〜309482号におい
て、弗化水素・三弗化硼素の存在下、縮合多環炭化水素
またはこれを含有する物質を重合させたメソフェースピ
ッチを見出した。
(Means for solving the problem) The inventors have previously disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-139621 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1999.
No. 254,796 and Japanese Patent Application No. 1 to 309,482, mesoface pitch was discovered in which a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing the same was polymerized in the presence of hydrogen fluoride and boron trifluoride.

発明者等は更に、このメソフェースピッチを紡糸し、低
温で不融化し、炭化処理することにより、高性能の炭素
繊維が容易に得られることを見出し、本発明に至った。
The inventors further discovered that high-performance carbon fibers can be easily obtained by spinning this mesoface pitch, making it infusible at low temperatures, and carbonizing it, leading to the present invention.

即ち本発明は、弗化水素・三弗化硼素の存在下、縮合多
環炭化水素またはこれを含有する物質を重合させて得ら
れたメソフェースピッチより製造される引張強度200
kgf 7mm2以上、弾性率15tf/mm”以上の
高性能炭素繊維、および、弗化水素・三弗化硼素の存在
下、縮合多環炭化水素またはこれを含有する物質を重合
させて得られたメソフェースピンチを紡糸し、酸化性ガ
ス中で200〜370℃まで昇温して不融化処理した後
、不活性ガス中で加熱して炭化処理することを特徴とす
る高性能炭素繊維の製造法である。
That is, the present invention provides a mesoface pitch with a tensile strength of 200% obtained by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing the same in the presence of hydrogen fluoride and boron trifluoride.
kgf 7mm2 or more, elastic modulus 15tf/mm” or more, and mesocarbon fibers obtained by polymerizing condensed polycyclic hydrocarbons or substances containing them in the presence of hydrogen fluoride and boron trifluoride. A method for producing high-performance carbon fiber, which is characterized by spinning face pinch, heating it to 200 to 370°C in an oxidizing gas to make it infusible, and then heating it in an inert gas to carbonize it. be.

なお本発明におけるメソフェースピッチは、ナフテン系
炭素が7%以上、或いは全炭素中のメチル基の炭素が4
z以上含まれており、炭素に対する水素の原子比が0.
5〜1.0であるピッチである。この炭素および水素量
は、燃焼ガスの熱電導度による検出などの技術を応用し
た自動分析袋fi (CONコーダー)を用いて測定さ
れる。またナフテン系炭素およびメチル基の炭素量はN
MRにより測定される。
Note that the mesoface pitch in the present invention has a naphthenic carbon content of 7% or more, or a methyl group carbon content of 4% in all carbons.
z or more, and the atomic ratio of hydrogen to carbon is 0.
The pitch is between 5 and 1.0. The amounts of carbon and hydrogen are measured using an automatic analysis bag fi (CON coder) that applies technology such as detection based on thermal conductivity of combustion gas. In addition, the carbon content of naphthenic carbon and methyl group is N
Measured by MR.

このピッチの光学的異方性相(メソフェース)は、前述
の如く偏光顕微鏡で測定される。このピッチのメソフェ
ース含有量は80%以上、好ましくは90%以上であり
、実質上全てがメソフェースであることが好ましい。メ
ソフェース含有量が80χ未満のものでは、炭素繊維と
した場合の強度および弾性率が低くなる。また前述の如
く紡糸上もメソフェース含有量を高くする必要がある。
The optically anisotropic phase (mesophase) of this pitch is measured using a polarizing microscope as described above. The mesophase content of this pitch is 80% or more, preferably 90% or more, and it is preferred that substantially all of the pitch is mesophase. If the mesophase content is less than 80χ, the strength and elastic modulus of the carbon fiber will be low. Furthermore, as mentioned above, it is necessary to increase the mesophase content during spinning.

本発明の炭素繊維の製造に用いられるメソフェースピッ
チは、縮合多環炭化水素またはこれを含有する物質を重
合させて得られるものである。この縮合多環炭化水素と
してはナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ア
セナフチレン、ピレン等が挙げられ、及びこれらの骨格
を有する炭化水素が含まれる。またこれを含有する物質
としては、種々の石油留分、石油加工工程の残油および
石炭タール留分等がある。
The mesoface pitch used in producing the carbon fiber of the present invention is obtained by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing the same. Examples of the condensed polycyclic hydrocarbons include naphthalene, anthracene, phenanthrene, acenaphthylene, pyrene, and hydrocarbons having these skeletons. Substances containing this include various petroleum fractions, residual oils from petroleum processing processes, and coal tar fractions.

本発明に用いられるメソフェースピッチを製造するには
、重合触媒として弗化水素・三弗化硼素を用いる。重合
触媒量は、縮合多環炭化水素1モルに対し弗化水素0.
1〜20モル、三弗化硼素0.05〜1.0モルであり
、温度250〜320℃で重合反応を行うことによって
好適なメソフェースピッチが得られる。縮合多環炭化水
素(Ar)は、触媒と重合することにより錯体を形成し
、速やかに重合し、重合物の錯体を形成する。
To produce the mesoface pitch used in the present invention, hydrogen fluoride/boron trifluoride is used as a polymerization catalyst. The amount of polymerization catalyst is 0.00% hydrogen fluoride per mole of condensed polycyclic hydrocarbon.
A suitable mesoface pitch can be obtained by carrying out the polymerization reaction at a temperature of 250 to 320°C. The condensed polycyclic hydrocarbon (Ar) forms a complex by polymerizing with a catalyst, and rapidly polymerizes to form a polymer complex.

HF +  BF3 ÷ (Nd)   =   H”
  (Nd)、、BF4この重合物の錯体は平衡関係を
保っており、揮発成分であるHF、BF3は重合終了後
その温度で留去され、触媒として回収される。この時に
若干の低沸油が回収されると同時に、重合ピッチが分離
される。
HF + BF3 ÷ (Nd) = H”
(Nd), BF4 This polymer complex maintains an equilibrium relationship, and the volatile components HF and BF3 are distilled off at the same temperature after the completion of polymerization and recovered as a catalyst. At this time, some low-boiling oil is recovered and, at the same time, polymerized pitch is separated.

この重合反応で得られたピッチは、実質100χ異方性
のメソフェースピッチであり、融点が低く、260〜3
40″Cで容易に紡糸できる。紡糸法は、溶融紡糸、押
し出し紡糸、吹き出し紡糸等の何れの方法を用いても良
い。例えば溶融紡糸を行う場合には0.1〜0.5mm
のノズル口径を持つ紡糸器にピッチを入れ、260〜3
40″Cに加熱し、ピッチ上部より加圧し、紡糸速度1
00〜1000m/minで紡糸できる。
The pitch obtained by this polymerization reaction is mesophase pitch with substantially 100χ anisotropy, and has a low melting point of 260 to 3
It can be easily spun at 40''C.The spinning method may be any method such as melt spinning, extrusion spinning, blow spinning, etc.For example, when performing melt spinning, the thickness is 0.1 to 0.5 mm.
Put a pitch in a spinner with a nozzle diameter of 260~3
Heat to 40"C, apply pressure from the top of the pitch, and reduce the spinning speed to 1.
Can be spun at 00 to 1000 m/min.

紡糸したピッチ繊維の不融化処理は、酸化性ガス中で2
00〜370℃まで昇温することにより行われる。酸化
性ガスとしては空気が通常用いられ、昇温速度は1〜5
℃/minである。
The spun pitch fibers are made infusible by 2 seconds in an oxidizing gas.
This is carried out by raising the temperature to 00 to 370°C. Air is usually used as the oxidizing gas, and the heating rate is 1 to 5.
°C/min.

不融化後の炭化処理は不活性ガス中で900’C以上に
昇温することにより行われる。不活性ガスとしは窒素ガ
スが通常用いられ、昇温速度はlO〜20’C/min
で、一般に1000℃程度に昇温する。
The carbonization treatment after infusibility is carried out by raising the temperature to 900'C or higher in an inert gas. Nitrogen gas is usually used as the inert gas, and the temperature increase rate is 1O~20'C/min.
The temperature is generally raised to about 1000°C.

なお本発明の炭素繊維は、不活性ガス中で2000゛C
以上に昇温することによる黒鉛化処理によっても得るこ
とができる。
The carbon fiber of the present invention can be heated at 2000°C in an inert gas.
It can also be obtained by graphitization treatment by increasing the temperature above.

本発明の特徴は低い温度で紡糸を行い、不融化処理を容
易に行うことができ、炭化収率が高く、安定した品質の
高性能炭素繊維が得られることである。これは原料ピッ
チのメソフェース含有量がほぼ100χであり均質であ
ること、またH/C原子比が高く、全炭素に対するナフ
テン系炭素またはメチル基の炭素の割合が高いことによ
るものと見られる。
The characteristics of the present invention are that spinning can be performed at a low temperature, that infusibility treatment can be easily performed, that carbonization yield is high, and that high-performance carbon fibers of stable quality can be obtained. This seems to be due to the mesophase content of the raw material pitch being approximately 100x and homogeneous, the H/C atomic ratio being high, and the ratio of naphthenic carbon or methyl group carbon to total carbon being high.

(発明の効果) 本発明の炭素繊維およびその製造法は、次のような特徴
を有する。
(Effects of the Invention) The carbon fiber and the method for producing the same of the present invention have the following characteristics.

(1)実質上100χのメソフェースピッチを紡糸する
ため、本発明の炭素繊維は繊維軸方向の配向性が良く発
達しており、高弾性率を有する。
(1) Since the mesoface pitch of substantially 100x is spun, the carbon fiber of the present invention has well-developed orientation in the fiber axis direction and has a high elastic modulus.

(2)原料メソフェースピッチの熱分解或いは縮合が顕
著に進行する温度(約400℃)よりはるかに低い温度
(260〜340℃)で紡糸を行うので、紡糸が良好で
あり、従って紡糸中の変質が生じないため安定した品質
が得られる。
(2) Since spinning is carried out at a temperature much lower (260 to 340°C) than the temperature at which the thermal decomposition or condensation of the raw mesophase pitch significantly proceeds (approximately 400°C), the spinning is good, and the Stable quality can be obtained because no deterioration occurs.

(3)原料メソフェースピッチを紡糸するに際しては、
分解ガスの発生および不融物の生成が殆ど無いので、高
速紡糸を行うことができ、且つ紡糸された繊維の欠陥が
少なく、炭素繊維の強度が高い。
(3) When spinning the raw material mesoface pitch,
Since there is almost no generation of cracked gas or infusible matter, high-speed spinning can be performed, and the spun fibers have few defects and have high strength.

(4)原料メソフェースピッチのH/C原子比が高く、
また全炭素に対するナフテン系炭素またはメチル基炭素
の割合が高いので不融化性に冨んでいる。また高い炭化
収率が得られる。
(4) The raw material mesoface pitch has a high H/C atomic ratio,
Furthermore, since the ratio of naphthenic carbon or methyl group carbon to the total carbon is high, it is highly infusible. Also, a high carbonization yield can be obtained.

以上の如く本発明により、高性能の炭素繊維が高収率で
容易に得られるので、本発明の工業的意義が大きい。
As described above, according to the present invention, high-performance carbon fibers can be easily obtained at a high yield, and therefore the present invention has great industrial significance.

(実施例) 次に実施例により本発明を更に具体的に説明する。もち
ろん本発明はこれらの実施例により制限されるものでは
無い。
(Example) Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Of course, the present invention is not limited to these examples.

実施例1 ナフタレン1モル、肝0.5モル、BF30.5モルを
500m lの耐酸オートクレーブに仕込み、反応圧力
を25kg/cm2Gに保ちながら260℃に昇温後、
2時間反応した。その後オートクレーブの放出弁を開け
、常圧において実質的に全量のIP、BF3をガス状で
回収した後、窒素を吹き込み、低沸点成分を除去したピ
ッチを得た。得られたピッチの収率は原料ナフタレンに
対する重量比で76χであった。
Example 1 1 mol of naphthalene, 0.5 mol of liver, and 30.5 mol of BF were charged into a 500 ml acid-resistant autoclave, and the temperature was raised to 260°C while maintaining the reaction pressure at 25 kg/cm2G.
It reacted for 2 hours. Thereafter, the discharge valve of the autoclave was opened, and substantially all of the IP and BF3 were recovered in gaseous form at normal pressure, and then nitrogen was blown into the autoclave to obtain pitch from which low-boiling components had been removed. The yield of the pitch obtained was 76x in terms of weight ratio to the raw material naphthalene.

またこのピッチは偏光顕微鏡により100χの異方性を
有するメソフェースであることが確認された。
Further, this pitch was confirmed by a polarizing microscope to be a mesophase having an anisotropy of 100χ.

このピッチの軟化点は216℃、H/C原子比は0.6
7、ナフテン系炭素の比率は14χであった。
The softening point of this pitch is 216℃, and the H/C atomic ratio is 0.6.
7. The ratio of naphthenic carbon was 14χ.

このメソフェースピッチを0.25mm径のノズルを有
する溶融紡糸器に入れ280℃で紡糸した。500m/
mtnの巻取速度で糸切れ無く紡糸することができ、空
気中5℃/minの速度で270”Cまで昇温すること
により容易に不融化できた。
This mesoface pitch was put into a melt spinning machine having a nozzle with a diameter of 0.25 mm and spun at 280°C. 500m/
It was possible to spin the yarn without yarn breakage at a winding speed of mtn, and it was easily made infusible by raising the temperature to 270''C at a rate of 5°C/min in air.

次にこの不融化した糸を窒素ガス中10″C/minの
昇温速度で1000℃まで昇温し、糸径12μの炭素繊
維を得た。この炭化処理する際の炭化収率は90χであ
り、炭素繊維の引張強度は230kgf/mmz、弾性
率は20tf/mがであった。
Next, this infusible thread was heated to 1000°C at a heating rate of 10''C/min in nitrogen gas to obtain carbon fibers with a thread diameter of 12μ.The carbonization yield during this carbonization treatment was 90χ. The carbon fiber had a tensile strength of 230 kgf/mmz and an elastic modulus of 20 tf/m.

叉隻開I ナフタレン7モル、HF 3モル、BP、 1.4モル
を31の耐酸オートクレーブに仕込み、260℃に昇温
し2時間反応を行った。次いで実施例1と同様の操作に
より、ナフタレンに対して76χの重量収率でピッチを
得た。このピッチは偏光顕微鏡により100χの異方性
を有するメソフェースであることが確認され、軟化点は
229℃,H/C原子比は0.66、ナフテン系炭素の
比率は13χであった。
Fork opening I 7 moles of naphthalene, 3 moles of HF, and 1.4 moles of BP were placed in a No. 31 acid-resistant autoclave, heated to 260° C., and reacted for 2 hours. Then, by the same operation as in Example 1, pitch was obtained at a weight yield of 76χ based on naphthalene. This pitch was confirmed by a polarizing microscope to be a mesophase having an anisotropy of 100.chi., the softening point was 229.degree. C., the H/C atomic ratio was 0.66, and the ratio of naphthenic carbon was 13.chi.

このメソフェースピッチを0.25mm径のノズルを有
する溶融紡糸器に入れ310℃で紡糸した。500m/
n+inの巻取速度で糸切れ無く紡糸することができ、
空気中5°(/minの速度で280℃まで昇温するこ
とにより容易に不融化できた。
This mesoface pitch was put into a melt spinning machine having a nozzle with a diameter of 0.25 mm and spun at 310°C. 500m/
Can be spun without yarn breakage at a winding speed of n+in.
It could be easily made infusible by heating up to 280° C. at a rate of 5°/min in air.

次にこの不融化した糸を窒素ガス中10℃/ll1in
の昇温速度で2000℃まで昇温し、糸径9μの炭素繊
維を得た。この炭化処理する際の炭化収率は90χであ
り、炭素繊維の引張強度は320kgf/mm2、弾性
率は50tf/mm”であった・ 比較例1 ナフタレン1モル、)IF 3モル、BF30.5モル
を3rの耐酸オートクレーブに仕込み、80℃に昇温し
3時間反応を行った。その後オートクレーブの放出弁を
開け、常圧において180〜200℃まで徐々に加熱し
、実質的に全量のHF BF3をガス状で回収後、溶融
状態でピッチを抜き出した。このピッチの軟化点は72
℃であり、メソフェース含有量は0χであった。
Next, this infusible thread was heated at 10℃/11in in nitrogen gas.
The temperature was raised to 2000° C. at a heating rate of 2,000° C. to obtain carbon fibers with a thread diameter of 9 μm. The carbonization yield during this carbonization process was 90χ, the tensile strength of the carbon fiber was 320kgf/mm2, and the elastic modulus was 50tf/mm'' Comparative Example 1 1 mol of naphthalene, 3 mol of IF, 30.5 mol of BF mol was placed in a 3R acid-resistant autoclave, heated to 80°C, and reacted for 3 hours.Then, the discharge valve of the autoclave was opened, and the autoclave was gradually heated to 180-200°C at normal pressure, and substantially the entire amount of HF BF3 was removed. After recovering the gas in a gaseous state, the pitch was extracted in a molten state.The softening point of this pitch was 72
℃, and the mesophase content was 0χ.

このピッチを常圧下475℃で50分間、10Torr
の減圧下420℃で30分間熱処理してメソフェース含
有量100χ、軟化点250℃のピッチをナフタレン基
準50χの収率で得た。
This pitch was heated under normal pressure at 475°C for 50 minutes at 10 Torr.
The pitch was heat-treated at 420° C. under reduced pressure for 30 minutes to obtain pitch having a mesophase content of 100× and a softening point of 250° C. at a yield of 50× based on naphthalene.

このピッチのH/C原子比は0.51、ナフテン系炭素
の比率は4χであった。このピッチを360℃で紡糸し
たところ、300m/minの巻取速度での紡糸は可能
であったが、500m/minの高速紡糸は不可能であ
った。300m/minの巻取速度での紡糸で得られた
ピッチ繊維を5℃/minの速度で270℃まで昇温し
だが不融化できなかった。
The H/C atomic ratio of this pitch was 0.51, and the naphthenic carbon ratio was 4χ. When this pitch was spun at 360° C., it was possible to spin at a winding speed of 300 m/min, but high-speed spinning at 500 m/min was impossible. The pitch fiber obtained by spinning at a winding speed of 300 m/min was heated to 270° C. at a speed of 5° C./min, but could not be made infusible.

この比較例においては、HF BF3触媒を用いてナフ
タレンを重合し、熱処理してメソフェースピッチを得た
が、ナフテン系炭素の比率が低い場合に高速紡糸および
不融化処理ができないことが分かる。
In this comparative example, naphthalene was polymerized using an HF BF3 catalyst and mesophase pitch was obtained by heat treatment, but it can be seen that high-speed spinning and infusibility treatment cannot be performed when the ratio of naphthenic carbon is low.

ス11汁l α−メチルナフタレン1モル、HF 0.5モル、BF
11 juice l α-methylnaphthalene 1 mol, HF 0.5 mol, BF
.

0.2モルを0.542の耐酸オートクレーブに仕込み
270℃に昇温後、4時間反応した。
0.2 mol was charged into a 0.542 acid resistant autoclave, heated to 270°C, and reacted for 4 hours.

その後オートクレーブの放出弁を開け、常圧において実
質的に全量のHF BF:lをガス状で回収した後、窒
素を吹き込み、低沸点成分を除去したピッチを得た。得
られたピッチの収率は原料のα−メチルナフタレンに対
する重量比で76χであった。
Thereafter, the discharge valve of the autoclave was opened, and substantially the entire amount of HFBF:l was recovered in gaseous form at normal pressure, and then nitrogen was blown into the autoclave to obtain pitch from which low boiling point components had been removed. The yield of the pitch obtained was 76x in terms of weight ratio to the raw material α-methylnaphthalene.

またこのピッチは偏光顕微鏡により100χの異方性を
有するメソフェースであることが確認され、軟化点は2
40℃,H/C原子比は0.65、メチル基炭素の比率
は6zであった。
In addition, this pitch was confirmed to be a mesophase with an anisotropy of 100χ by a polarizing microscope, and the softening point was 2.
The temperature was 40°C, the H/C atomic ratio was 0.65, and the methyl group carbon ratio was 6z.

このメソフェースピッチを0.25mm径のノズルを有
する溶融紡糸器に入れ310℃で紡糸した。500m/
akinの巻取速度で糸切れ無(紡糸することができ、
空気中5℃/minの速度で270℃まで昇温すること
により容易に不融化できた。
This mesoface pitch was put into a melt spinning machine having a nozzle with a diameter of 0.25 mm and spun at 310°C. 500m/
No yarn breakage at akin winding speed (can be spun,
It was easily made infusible by increasing the temperature to 270°C at a rate of 5°C/min in air.

次にこの不融化した糸を窒素ガス中10°(: /n+
inの昇温速度で1000’Cまで昇温し、糸径12μ
の炭素繊維を得た。この炭化処理する際の炭化収率は9
0χであり、炭素繊維の引張強度は230kgf/mm
2、弾性率は20tf/mm”であった。
Next, this infusible thread was heated at 10° in nitrogen gas (: /n+
The temperature was raised to 1000'C at a heating rate of in, and the yarn diameter was 12μ.
of carbon fiber was obtained. The carbonization yield during this carbonization treatment is 9
0χ, and the tensile strength of carbon fiber is 230 kgf/mm
2. The elastic modulus was 20tf/mm''.

ル較1 α−メチルナフタ171モル、HF 3モル、BF。comparison 1 α-Methyl naphtha 171 mol, HF 3 mol, BF.

0.5モルを3j2の耐酸オートクレーブに仕込み、8
0℃に昇温し3時間反応を行った。その後オートクレー
ブの放出弁を開け、常圧において180〜200℃まで
徐々に加熱し、実質的に全量のHF BF3をガス状で
回収後、溶融状態でピッチを抜出した。
Pour 0.5 mol into a 3j2 acid-resistant autoclave,
The temperature was raised to 0°C and the reaction was carried out for 3 hours. Thereafter, the discharge valve of the autoclave was opened, and the autoclave was gradually heated to 180 to 200° C. at normal pressure to recover substantially the entire amount of HF BF3 in gaseous form, and then the pitch was extracted in a molten state.

このピッチの軟化点は72℃であり、メソフェース含有
量はOχであった。
The softening point of this pitch was 72°C, and the mesophase content was Ox.

このピッチを常圧下475℃で50分間、10Torr
の減圧下420℃で30分間熱処理してメソフェース含
有量10oz、軟化点250℃のピッチをナフタレン基
準50χの収率で得た。
This pitch was heated under normal pressure at 475°C for 50 minutes at 10 Torr.
A pitch with a mesophase content of 10 oz and a softening point of 250°C was obtained at a yield of 50χ based on naphthalene.

このピッチのH/C原子比は0.51、メチル基炭素の
比率は2χであった。このピッチを360”Cで紡糸し
たところ、300m/minの巻取速度での紡糸は可能
であったが、500m/minの高速紡糸は不可能であ
った。300m/minの巻取速度での紡糸で得られた
ピッチ繊維を5℃/minの速度で270℃まで昇温し
たが不融化できなかった。
The H/C atomic ratio of this pitch was 0.51, and the ratio of methyl group carbon was 2χ. When this pitch was spun at 360"C, it was possible to spin at a winding speed of 300 m/min, but high speed spinning at 500 m/min was impossible. The pitch fiber obtained by spinning was heated to 270°C at a rate of 5°C/min, but it could not be made infusible.

この比較例においては、HF BF、触媒を用いてαメ
チルナフタレンを重合し、熱処理してメソフェースピッ
チを得たが、メチル基炭素の比率が低い場合に高速紡糸
および不融化処理ができないことが分かる。
In this comparative example, α-methylnaphthalene was polymerized using HF BF and a catalyst, and mesophase pitch was obtained by heat treatment, but high-speed spinning and infusibility treatment were not possible when the ratio of methyl group carbon was low. I understand.

尖施拠↓ アントラセン7モル、IP 3.5モル、BF31.0
モルを31の耐酸オートクレーブに仕込み240℃に昇
温し3時間反応を行った。
Tips ↓ Anthracene 7 mol, IP 3.5 mol, BF 31.0
The moles were charged into a No. 31 acid-resistant autoclave, heated to 240°C, and reacted for 3 hours.

次いで実施例1と同様の操作により、アントラセンに対
して90χの重量収率でピンチを得た。このピッチは偏
光顕微鏡により100χの異方性を有するメソフェース
であることが確認され、軟化点は235℃X H/C原
子比は0.6、ナフテン系炭素の比率は11χであった
Then, by the same operation as in Example 1, a pinch was obtained with a weight yield of 90x based on anthracene. This pitch was confirmed by a polarizing microscope to be a mesophase having an anisotropy of 100χ, a softening point of 235°C, an H/C atomic ratio of 0.6, and a naphthenic carbon ratio of 11χ.

このメソフェースピッチを0 、25mm径のノズルを
有する溶融紡糸器に入れ315℃で紡糸した。500m
/minの巻取速度で糸切れ無く紡糸することができ、
空気中5℃/minの速度で300℃まで昇温すること
により容易に不融化できた。
This mesoface pitch was put into a melt spinning machine having a nozzle with a diameter of 0.25 mm and spun at 315°C. 500m
Can be spun without yarn breakage at a winding speed of /min.
It was easily made infusible by raising the temperature to 300°C at a rate of 5°C/min in air.

この不融化した糸を窒素ガス中10℃/minの昇温速
度で1000℃まで昇温し、糸径10μの炭素繊維を得
た。この炭素繊維の引張強度は210kgf/mm2弾
性率は16tf/mm”であった。
This infusible yarn was heated to 1000° C. at a rate of 10° C./min in nitrogen gas to obtain carbon fibers with a yarn diameter of 10 μm. The tensile strength of this carbon fiber was 210 kgf/mm2, and the elastic modulus was 16 tf/mm''.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)弗化水素・三弗化硼素の存在下、縮合多環炭化水
素またはこれを含有する物質を重合させて得られたメソ
フェースピッチより製造される引張強度200kgf/
mm^2以上、弾性率15tf/mm^2以上の高性能
炭素繊維
(1) A tensile strength of 200 kgf/ produced from mesoface pitch obtained by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing it in the presence of hydrogen fluoride and boron trifluoride.
High-performance carbon fiber with elastic modulus of 15tf/mm^2 or more
(2)弗化水素・三弗化硼素の存在下、縮合多環炭化水
素またはこれを含有する物質を重合させて得られたメソ
フェースピッチを紡糸し、酸化性ガス中で200〜37
0℃まで昇温して不融化処理した後、不活性ガス中で加
熱して炭化処理することを特徴とする高性能炭素繊維の
製造法
(2) In the presence of hydrogen fluoride and boron trifluoride, mesophase pitch obtained by polymerizing a condensed polycyclic hydrocarbon or a substance containing it is spun, and in an oxidizing gas,
A method for producing high-performance carbon fiber, characterized by heating it to 0°C to make it infusible and then heating it in an inert gas to carbonize it.
(3)全炭素中のナフテン系炭素が7%以上、或いは全
炭素中のメチル基の炭素が4%以上含まれ、炭素に対す
る水素の原子比が0.5〜1.0であるメソフェースピ
ッチを紡糸する請求項2の高性能炭素繊維の製造法
(3) Mesoface pitch that contains 7% or more of naphthenic carbon in all carbons, or 4% or more of methyl group carbon in all carbons, and has an atomic ratio of hydrogen to carbon of 0.5 to 1.0. The method for producing high-performance carbon fiber according to claim 2, which comprises spinning
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