JPH0327124A - ピツチ系炭素繊維を遠心紡糸する改良された方法 - Google Patents
ピツチ系炭素繊維を遠心紡糸する改良された方法Info
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- JPH0327124A JPH0327124A JP2068538A JP6853890A JPH0327124A JP H0327124 A JPH0327124 A JP H0327124A JP 2068538 A JP2068538 A JP 2068538A JP 6853890 A JP6853890 A JP 6853890A JP H0327124 A JPH0327124 A JP H0327124A
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Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/32—Apparatus therefor
- D01F9/322—Apparatus therefor for manufacturing filaments from pitch
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の要約
熔融ピッチをローター内の流路を通1,てロータの縁(
lip)に輸送することにより、遠心E7夕一の縁越し
( over a l ip)に遠心紡糸される,メソ
相ピッチを、コークスやタールの形或から保護ずること
ができる。
lip)に輸送することにより、遠心E7夕一の縁越し
( over a l ip)に遠心紡糸される,メソ
相ピッチを、コークスやタールの形或から保護ずること
ができる。
W」グ−″!1章
ピッチから繊維を遠心紡糸することは、既知である。米
国出願番号第07/092,217号は、繊維に優れた
熱及び電気伝導性を付与するアイソクリニック微細構造
(isoeliniCmicrostruCture)
を有する炭素繊維を遠心紡糸する方法を教示している。
国出願番号第07/092,217号は、繊維に優れた
熱及び電気伝導性を付与するアイソクリニック微細構造
(isoeliniCmicrostruCture)
を有する炭素繊維を遠心紡糸する方法を教示している。
1,かじ、該出願にて教示されている方法は、ローター
中のタール、コークス及び他の不純物の蓄積をもたらし
て連続紡糸を妨害するどころのピッチの劣化に基づく中
断が発生ずる。
中のタール、コークス及び他の不純物の蓄積をもたらし
て連続紡糸を妨害するどころのピッチの劣化に基づく中
断が発生ずる。
本発明はピッチの処理量を改善し、アイソクリニンク(
isoelinic)微細構造をもつデニール以下(
sub+−df3旧er)のピンチ系炭素繊維(該繊
維は特にボリマーマI・リックス複合体中の補強とし−
C有用である)を生み出し、且つ、その熱及び電気伝導
度の向上に有益である。
isoelinic)微細構造をもつデニール以下(
sub+−df3旧er)のピンチ系炭素繊維(該繊
維は特にボリマーマI・リックス複合体中の補強とし−
C有用である)を生み出し、且つ、その熱及び電気伝導
度の向上に有益である。
発明の概要
本発明は、メソ相ピッチから炭素繊維を遠心紡糸するた
めの改良された方法を提供する。熔融メソ相ピッチ、好
ましくはlOO%メソ相ピッチを、200〜2 5 0
0 0 g,好ましくは少なくともIO00gの遠心
力のローグーの縁越しに、375〜525℃で紡糸する
。改良点は、熔融ピッチをローター内で複数の分離した
流れに分割し、その流れは熔融ピッチを保持している中
央室から該縁まで延びているローター内の波路を通過す
ることを含んでなる。該流路は好ましくは管状導管であ
り、より好ましくは円筒状導管である。好ましい態様に
おいては、該円筒状導管は長さL1、及び直径D+の入
り口又は上流部と、それが連結した長さL,及び直径D
,の出口又は下流部とを有する。
めの改良された方法を提供する。熔融メソ相ピッチ、好
ましくはlOO%メソ相ピッチを、200〜2 5 0
0 0 g,好ましくは少なくともIO00gの遠心
力のローグーの縁越しに、375〜525℃で紡糸する
。改良点は、熔融ピッチをローター内で複数の分離した
流れに分割し、その流れは熔融ピッチを保持している中
央室から該縁まで延びているローター内の波路を通過す
ることを含んでなる。該流路は好ましくは管状導管であ
り、より好ましくは円筒状導管である。好ましい態様に
おいては、該円筒状導管は長さL1、及び直径D+の入
り口又は上流部と、それが連結した長さL,及び直径D
,の出口又は下流部とを有する。
D2は好ましくは20〜lOOミル(wits)である
。これらの変数間の好ましい関係は、L r/ D r
一(K) Lx/Dtであり、ここでKは1.5〜2、
L!/D2は5〜10及びD2/Dlは0.5又はそれ
以下である。好ましいローターでは、導管の入口部はロ
ーグーの軸に対し5〜15度の傾斜角で設定され、導管
の下流部はローターの軸に対し55〜65度の角で設定
される。本方法に有用なローターも本発明の1要素であ
る。
。これらの変数間の好ましい関係は、L r/ D r
一(K) Lx/Dtであり、ここでKは1.5〜2、
L!/D2は5〜10及びD2/Dlは0.5又はそれ
以下である。好ましいローターでは、導管の入口部はロ
ーグーの軸に対し5〜15度の傾斜角で設定され、導管
の下流部はローターの軸に対し55〜65度の角で設定
される。本方法に有用なローターも本発明の1要素であ
る。
発明の詳細な説明
本発明の製品を製造するのに採用される方法は、本質的
に重力の200倍の過剰遠心力(即ち“200g”の過
剰)で、縁越しに(over a lip)、高めら
れた温度で、メソ相ピッチを遠心紡糸することからなる
。メソ相ピッチの使用が臨界的(critical)で
あると信じられている。熔融ピッチの平坦な、剪断力配
向フィルム(a planarshear−orie
nted film)の拡大した流れを許容するため
、縁越しのような周囲抑制( c ircumfere
ntial restraint)なしでのピッチの
紡糸が臨界的であるとも信じられている。炭素繊維の望
ましいアイソクリニック微細構造を生或するのは、縁越
しの抑制なしのこの紡糸である。例えばノズルの如き、
制限的又は戊形的オリフィスを通して行う従来のピッチ
の遠心紡糸は、一般的に処理量( throughpu
t)が制限され、大きな繊維を与え、そして高度なメソ
相ピッチについては、紡糸の連続性はしばしば閉塞によ
り制約される。このような紡糸は、ラメラ繊維微細構造
をもたらすこともない。例えば従来の遠心紡糸(GB2
.095,222A)においてメソ相ピッチを使用する
と、′゛ランダムモザイク状”微細構造をもたらす。
に重力の200倍の過剰遠心力(即ち“200g”の過
剰)で、縁越しに(over a lip)、高めら
れた温度で、メソ相ピッチを遠心紡糸することからなる
。メソ相ピッチの使用が臨界的(critical)で
あると信じられている。熔融ピッチの平坦な、剪断力配
向フィルム(a planarshear−orie
nted film)の拡大した流れを許容するため
、縁越しのような周囲抑制( c ircumfere
ntial restraint)なしでのピッチの
紡糸が臨界的であるとも信じられている。炭素繊維の望
ましいアイソクリニック微細構造を生或するのは、縁越
しの抑制なしのこの紡糸である。例えばノズルの如き、
制限的又は戊形的オリフィスを通して行う従来のピッチ
の遠心紡糸は、一般的に処理量( throughpu
t)が制限され、大きな繊維を与え、そして高度なメソ
相ピッチについては、紡糸の連続性はしばしば閉塞によ
り制約される。このような紡糸は、ラメラ繊維微細構造
をもたらすこともない。例えば従来の遠心紡糸(GB2
.095,222A)においてメソ相ピッチを使用する
と、′゛ランダムモザイク状”微細構造をもたらす。
米国特許出願No.07/092.217においては、
′縁(lip)”なる用語はピッチがそれを越えて排出
されるところの、ローターの全周囲を記述するために用
いられた。ここでは、′縁(lip)″は、ピッチが流
れるところの流路( ahannel)の内側面を指し
、そこで該流路はローターの外面に到達する。縁越しの
メソ相ピッチの遠心紡糸は、細デニール繊維を製造する
ためには、比較的高い紡糸温度と遠心力を必要とする。
′縁(lip)”なる用語はピッチがそれを越えて排出
されるところの、ローターの全周囲を記述するために用
いられた。ここでは、′縁(lip)″は、ピッチが流
れるところの流路( ahannel)の内側面を指し
、そこで該流路はローターの外面に到達する。縁越しの
メソ相ピッチの遠心紡糸は、細デニール繊維を製造する
ためには、比較的高い紡糸温度と遠心力を必要とする。
ピッチはローター中の導管を通して縁に流れるが、これ
らの導管は少なくとも縁においてはピッチで充たされて
はいない。ピッチは縁で導管の一部を充たすのみである
。このように、得られる繊維のアイソクリニック微細構
造を決定するのは、縁における開口部の形状ではなくて
、流れが抑制されないということである。
らの導管は少なくとも縁においてはピッチで充たされて
はいない。ピッチは縁で導管の一部を充たすのみである
。このように、得られる繊維のアイソクリニック微細構
造を決定するのは、縁における開口部の形状ではなくて
、流れが抑制されないということである。
ローター中の導管は、バランスされた回転とするため、
ローター軸のまわりに均一に配置される。
ローター軸のまわりに均一に配置される。
各導管の入口は熔融ピッチを保持している中央室に連結
している。入口は、縁における出口よりも回転軸により
近く配置され、ローグーの回転がピッチに導管を通して
移動する力を与える。かかる導管を通してのピッチの送
液が、このような導管を有しないローグーの使用に対し
2つの有利性を提供する。第lは、ピッチの流れが広い
表面上の薄いフィルムとしての広がりでないために、ロ
ーターの高温金属面との接触によるタールやコークスの
形或やピッチの分解が最小となる。第2に、導管内にピ
ッチを閉じ込めることにより、ピッチから蒸発する揮発
性化合物がピッチを包み込み、そして、大気中の酸素と
反応することによるピッチの分解が最小になる。
している。入口は、縁における出口よりも回転軸により
近く配置され、ローグーの回転がピッチに導管を通して
移動する力を与える。かかる導管を通してのピッチの送
液が、このような導管を有しないローグーの使用に対し
2つの有利性を提供する。第lは、ピッチの流れが広い
表面上の薄いフィルムとしての広がりでないために、ロ
ーターの高温金属面との接触によるタールやコークスの
形或やピッチの分解が最小となる。第2に、導管内にピ
ッチを閉じ込めることにより、ピッチから蒸発する揮発
性化合物がピッチを包み込み、そして、大気中の酸素と
反応することによるピッチの分解が最小になる。
少なくとも2 0 0 g s好ましくは1000g以
上及び25000g程の高さの遠心力が有用であると判
明した。もし遠心力又は紡糸中の温度が低すぎると、繊
維よりも粒子だ!−Jが製造されるであろう。ビッヂの
性状と紡糸装置の特殊な構成が、最適紡糸条件を決める
であろう。ピッチの融点より少なくtもl00゜0高い
ローター温度が紡糸のために採用されるべきである。少
なくとも375℃、好ましくは450〜550゜Cの範
囲の温度が290〜325’0の融点のピッチを紡糸す
るのに有用であることがわかった。過剰な高温は、コー
クスの形成に至るので避けられるべきである。メソ相含
量が約100%のピッチは、より低いメソ相含象のピッ
チより通常高い紡糸温度が必要である。ピッチの熔融粘
度は、紡糸温度がピッチの融点を越える程度で通常決ま
る。
上及び25000g程の高さの遠心力が有用であると判
明した。もし遠心力又は紡糸中の温度が低すぎると、繊
維よりも粒子だ!−Jが製造されるであろう。ビッヂの
性状と紡糸装置の特殊な構成が、最適紡糸条件を決める
であろう。ピッチの融点より少なくtもl00゜0高い
ローター温度が紡糸のために採用されるべきである。少
なくとも375℃、好ましくは450〜550゜Cの範
囲の温度が290〜325’0の融点のピッチを紡糸す
るのに有用であることがわかった。過剰な高温は、コー
クスの形成に至るので避けられるべきである。メソ相含
量が約100%のピッチは、より低いメソ相含象のピッ
チより通常高い紡糸温度が必要である。ピッチの熔融粘
度は、紡糸温度がピッチの融点を越える程度で通常決ま
る。
本発明によれば、経済的な方法で、遠心紡糸されたメソ
相ピッチから独持のラメラ又はアイソクリニック微細構
造金もつ細デニール炭素繊維が得られる。一般的に該繊
維は、l2マイクロメーター(ミクロン)以下、通常約
2−12マイクロメ−ターの断面幅(cross “〜
see1、ional width)を有する。かか
る繊維の現実のデニールは、個別の繊維の寸法並びに密
度に依存し、高度なグラファイト構造(密度>2.0g
/cc)では数値的にはフィラメン1・当たり1.0デ
ニール(dpf)を越えるであろう。繊維輻は変動し、
既知の倍率でSEMで測定されよう。幅の変動( va
r iat ion)は、長正規分布(long n
ormal distribution)に最も良く
一致する6最も有用な繊維は2〜lO、又は好ましくは
3〜6マイクロメーターの範囲の暢を有ずる。la維長
もまた変動し、好ましくは長さ約10mmを越える。該
繊維は“頭”、即ち繊維の平均又は残余よりも大きい直
径又は縞をもつ端部を有しうる。それらはほとんどの最
終用途において何の価値も付加しないので、これら“頭
″は最小にされるのが好ましい。゜゛頭″は、繊維寸法
、特に輻(width)を測定する際には無視されるべ
きである。M頭″の寸法と形状は、紡糸中の力のレベル
、紡糸温度、ピッチの性状、紡糸装置により影響され、
同様に冷却条件にも影饗されうる。
相ピッチから独持のラメラ又はアイソクリニック微細構
造金もつ細デニール炭素繊維が得られる。一般的に該繊
維は、l2マイクロメーター(ミクロン)以下、通常約
2−12マイクロメ−ターの断面幅(cross “〜
see1、ional width)を有する。かか
る繊維の現実のデニールは、個別の繊維の寸法並びに密
度に依存し、高度なグラファイト構造(密度>2.0g
/cc)では数値的にはフィラメン1・当たり1.0デ
ニール(dpf)を越えるであろう。繊維輻は変動し、
既知の倍率でSEMで測定されよう。幅の変動( va
r iat ion)は、長正規分布(long n
ormal distribution)に最も良く
一致する6最も有用な繊維は2〜lO、又は好ましくは
3〜6マイクロメーターの範囲の暢を有ずる。la維長
もまた変動し、好ましくは長さ約10mmを越える。該
繊維は“頭”、即ち繊維の平均又は残余よりも大きい直
径又は縞をもつ端部を有しうる。それらはほとんどの最
終用途において何の価値も付加しないので、これら“頭
″は最小にされるのが好ましい。゜゛頭″は、繊維寸法
、特に輻(width)を測定する際には無視されるべ
きである。M頭″の寸法と形状は、紡糸中の力のレベル
、紡糸温度、ピッチの性状、紡糸装置により影響され、
同様に冷却条件にも影饗されうる。
本発明により製造された繊維は、従来の炭素繊維よりも
、それらが混入された複合材料にJ:り高い熱伝導率を
付与する。該繊維の積贋微1構造がこの伝導率の向上に
寄与する。また、該繊維は直径が非常に細いため、複合
構造中に混入された同一量のより大きい直径のm維より
も多数の伝導経路を提供するであろう。
、それらが混入された複合材料にJ:り高い熱伝導率を
付与する。該繊維の積贋微1構造がこの伝導率の向上に
寄与する。また、該繊維は直径が非常に細いため、複合
構造中に混入された同一量のより大きい直径のm維より
も多数の伝導経路を提供するであろう。
“メソ相ピッチ″とは、偏光顕微鏡を用いて光学的jこ
決定して少なくとも約40%のメソ相含量を有する、石
油又はコールタール由来の炭素性ピッチを意味ずる。メ
ソ相ピッチは、当業界で周知であり、とりわ(′j米国
特許第4.005.183号( Singer)及び米
国特許第4,208.267号(Diofendorf
及びRiggs)に記載されている。
決定して少なくとも約40%のメソ相含量を有する、石
油又はコールタール由来の炭素性ピッチを意味ずる。メ
ソ相ピッチは、当業界で周知であり、とりわ(′j米国
特許第4.005.183号( Singer)及び米
国特許第4,208.267号(Diofendorf
及びRiggs)に記載されている。
遠心紡糸された等方性ピッチから製造ざれた繊維は、一
般的に識別できる微細構造を発現せず、安定化に長くか
かり、しばしば比較的低い機械的特性を発現する。反対
に、本発明の方法から製造された繊維は、特に繊維が約
2000゜Cの過剰温度にさらされたあとで、X5,0
00又はそi以上の倍率で表面を観察したとき容易に見
ることができる明確なラメラ又は層状微細構造をもつ、
破断面( fracture surface)を示
す。該ラメラは断面の軸[通常主軸(majOr a
xis) ]に平行な方向iコ配置され、その周囲に広
がる。この微細構造は、非常に高度の構造的秩序及び完
全性の証拠であると信じられており、更にこのような高
度C:秩序だった構造がこのような繊維の高められた熱
的及び、電気的伝導性を説明すると信じられている。
般的に識別できる微細構造を発現せず、安定化に長くか
かり、しばしば比較的低い機械的特性を発現する。反対
に、本発明の方法から製造された繊維は、特に繊維が約
2000゜Cの過剰温度にさらされたあとで、X5,0
00又はそi以上の倍率で表面を観察したとき容易に見
ることができる明確なラメラ又は層状微細構造をもつ、
破断面( fracture surface)を示
す。該ラメラは断面の軸[通常主軸(majOr a
xis) ]に平行な方向iコ配置され、その周囲に広
がる。この微細構造は、非常に高度の構造的秩序及び完
全性の証拠であると信じられており、更にこのような高
度C:秩序だった構造がこのような繊維の高められた熱
的及び、電気的伝導性を説明すると信じられている。
本発明の繊維は、バット(打ち延べ綿)の形状で有利に
製造さI1、る。バットは、ここで予期される補強用と
いう最終用途のための面積密度( area1 de
nsity)の範囲内で製造することができ、そhは1
5〜600g/m”内にあるべきである。
製造さI1、る。バットは、ここで予期される補強用と
いう最終用途のための面積密度( area1 de
nsity)の範囲内で製造することができ、そhは1
5〜600g/m”内にあるべきである。
バットを製造”するために、該ピッチ繊維は収集ゾーン
に遠心紡糸され、そして移動多孔ベル1・上に有利に導
かれる。該繊維はバッ1・の平面スペース内に普通にラ
ンダムに配列される、即ち特別のパターンは形戊されな
い。面積密度又はバツl・の基礎重量(basis
weight)はベルト上へのピッチの推積速度(ピッ
チ処理速度)により、又は、好ましくは移動ベルトの速
度又は他の収集手段の調整により変化することができる
。
に遠心紡糸され、そして移動多孔ベル1・上に有利に導
かれる。該繊維はバッ1・の平面スペース内に普通にラ
ンダムに配列される、即ち特別のパターンは形戊されな
い。面積密度又はバツl・の基礎重量(basis
weight)はベルト上へのピッチの推積速度(ピッ
チ処理速度)により、又は、好ましくは移動ベルトの速
度又は他の収集手段の調整により変化することができる
。
バット状に該繊維を紡糸、収集した後、紡糸されたばか
りの繊維のバットを安定化に付する。驚くべきことに、
この工程は従来法で紡糸されたピッチ系炭素繊維で通常
予期されるよりかなり速い速度で進行する。本発明はよ
り低い安定化温度及びより短い安定化時間の利用を可能
とする。もし望むならば接触点又は交差点で紡糸された
ばかりのバット繊維(as−spun fibers
or the batt)の自己結合を達或す
るために安定化の条件、例えばより高温を採用すること
ができる。安定化は、通常、2 5 0 ’O〜380
℃の間の温度の空気中で、熔融なしの後期予備炭化(l
ater precarbonization)を実
現するに十分な時間、加熱することにより行われる。安
定化温度によっては、バット中の繊維は相互に自由な状
態にとどまり、後で分離することができる。より高い安
定化温度で自己結合が生起するであろう。側面束縛の採
用、例えば収縮力を相殺する最小の圧縮を加えたスクリ
ーン間にバットを配置することにより、自己結合を助け
ることができる。自己結合の結果、炭化の後の含漫に適
した構造をもたらす、繊維の三次元の均一なネットワー
クが生戊する。該自己結合バットは、繊維状断片(直線
状繊維と“X″ “Y”等の形に結合した断片の混合
物)に破壊することができ、補強用材料として用いるこ
とができる。
りの繊維のバットを安定化に付する。驚くべきことに、
この工程は従来法で紡糸されたピッチ系炭素繊維で通常
予期されるよりかなり速い速度で進行する。本発明はよ
り低い安定化温度及びより短い安定化時間の利用を可能
とする。もし望むならば接触点又は交差点で紡糸された
ばかりのバット繊維(as−spun fibers
or the batt)の自己結合を達或す
るために安定化の条件、例えばより高温を採用すること
ができる。安定化は、通常、2 5 0 ’O〜380
℃の間の温度の空気中で、熔融なしの後期予備炭化(l
ater precarbonization)を実
現するに十分な時間、加熱することにより行われる。安
定化温度によっては、バット中の繊維は相互に自由な状
態にとどまり、後で分離することができる。より高い安
定化温度で自己結合が生起するであろう。側面束縛の採
用、例えば収縮力を相殺する最小の圧縮を加えたスクリ
ーン間にバットを配置することにより、自己結合を助け
ることができる。自己結合の結果、炭化の後の含漫に適
した構造をもたらす、繊維の三次元の均一なネットワー
クが生戊する。該自己結合バットは、繊維状断片(直線
状繊維と“X″ “Y”等の形に結合した断片の混合
物)に破壊することができ、補強用材料として用いるこ
とができる。
適当に安定化されたバットは、後加工を容易にするため
に合体することもできる。例えば、バットを貯え(la
id up) 、層剥離を防止するため針縫いし、そ
の後従来通り加工することができる。
に合体することもできる。例えば、バットを貯え(la
id up) 、層剥離を防止するため針縫いし、そ
の後従来通り加工することができる。
安定化後、該繊維又はバットは、500’C−1o o
o ’aの間、好ましくは600℃〜800℃の間の
温度で、不活性ガス雰囲気(窒素、アルゴン、等)下、
デポラティライズ(devolatilize)され、
又は“予備炭化( precarbonize)”され
る。この工程は、安定化の際に取り込まれた酸素を、該
繊維から制御された方法で除去し、炭素一水素比を増大
させ、それより融点をあげる。通常該繊維及びバットは
当業界で認知された手順(即ち、不活性雰囲気下、少な
くとも20秒間、約1600℃〜3 0 0 0 ’O
の温度)に従って炭化或は炭化及びグラファイト化され
る。前に引用したラメラ構造を発現するのは、該炭化或
は炭化及びグラ7アイト化された繊維である。該バット
は公知の方法で表面処理し、最終的に利用、適用される
複合体中での繊維一マトリックス間の接着性を高めるこ
とができる。バット中の繊維は接着剤を用いて相互に結
合させることができ、そしてこの結合バットを貯え(l
aid up) 、更に相互に結合させることができ
る。もし所望なら、該繊維又はバットを他の繊維(例え
ば、ガラス、アラミ下、等)又はそれらのバットと結合
させ、′ハイブリッド”バット、混合積層物(mixe
d larninate) 、等を得ることもできる
。
o ’aの間、好ましくは600℃〜800℃の間の
温度で、不活性ガス雰囲気(窒素、アルゴン、等)下、
デポラティライズ(devolatilize)され、
又は“予備炭化( precarbonize)”され
る。この工程は、安定化の際に取り込まれた酸素を、該
繊維から制御された方法で除去し、炭素一水素比を増大
させ、それより融点をあげる。通常該繊維及びバットは
当業界で認知された手順(即ち、不活性雰囲気下、少な
くとも20秒間、約1600℃〜3 0 0 0 ’O
の温度)に従って炭化或は炭化及びグラファイト化され
る。前に引用したラメラ構造を発現するのは、該炭化或
は炭化及びグラ7アイト化された繊維である。該バット
は公知の方法で表面処理し、最終的に利用、適用される
複合体中での繊維一マトリックス間の接着性を高めるこ
とができる。バット中の繊維は接着剤を用いて相互に結
合させることができ、そしてこの結合バットを貯え(l
aid up) 、更に相互に結合させることができ
る。もし所望なら、該繊維又はバットを他の繊維(例え
ば、ガラス、アラミ下、等)又はそれらのバットと結合
させ、′ハイブリッド”バット、混合積層物(mixe
d larninate) 、等を得ることもできる
。
図の説明
第1図に関していえば、固形ピッチを供給手段2(図示
された態様では、スクリューフィーダー)により、紡糸
ローターlに導入(計量)する。紡糸ローターlは駆動
軸3に設置されており、一方該駆動軸は、駆動手段4に
より高回転速度で駆動される。紡糸ローター1は加熱手
段5でとりまがれており、該加熱手段は本態様では電気
誘導コイルとして描写されている。該ピッチを加熱手段
5によってローター1内で熔融し、遠心紡糸して繊維(
その軌跡は矢印6で示される)とし、ローターの下に鉛
直に置かれた、ローター1のまわりに備えられた、頂点
付きの円錐状容器である収集手段7中に導く。該頂点は
出口チャンネルに連結している。円錐状容器の最大直径
は、ローターの直径より少なくとも5〜l2@大きくな
ければならない。上部における周囲に、そして上部開口
を通し、且つローターのまわりにガス(例えば、空気又
は窒素;加熱されていても、いなくてもよい)を導入す
るための開口を除き、該容器はカバー(カバーは示され
ていない)される。無限スクリーン搬送ベルト8は出口
チャンネルの通路中におかれ、該チャンネルは真空源9
に結合している。
された態様では、スクリューフィーダー)により、紡糸
ローターlに導入(計量)する。紡糸ローターlは駆動
軸3に設置されており、一方該駆動軸は、駆動手段4に
より高回転速度で駆動される。紡糸ローター1は加熱手
段5でとりまがれており、該加熱手段は本態様では電気
誘導コイルとして描写されている。該ピッチを加熱手段
5によってローター1内で熔融し、遠心紡糸して繊維(
その軌跡は矢印6で示される)とし、ローターの下に鉛
直に置かれた、ローター1のまわりに備えられた、頂点
付きの円錐状容器である収集手段7中に導く。該頂点は
出口チャンネルに連結している。円錐状容器の最大直径
は、ローターの直径より少なくとも5〜l2@大きくな
ければならない。上部における周囲に、そして上部開口
を通し、且つローターのまわりにガス(例えば、空気又
は窒素;加熱されていても、いなくてもよい)を導入す
るための開口を除き、該容器はカバー(カバーは示され
ていない)される。無限スクリーン搬送ベルト8は出口
チャンネルの通路中におかれ、該チャンネルは真空源9
に結合している。
該繊維はベル1・8上に不規則( random)バッ
}10の形で集められ、該バットlOを通過するガスが
繊維推積を制御する。
}10の形で集められ、該バットlOを通過するガスが
繊維推積を制御する。
バット中に積まhた時の繊維は比較的短い長さである。
供給速度又は処理量を減少させると、長さが増大した繊
維を生或ずることが判明した。ピッチの温度は、外部加
熱手段(例えば誘導コイル)で調整することができ、そ
れによりその粘度を変えることができる。
維を生或ずることが判明した。ピッチの温度は、外部加
熱手段(例えば誘導コイル)で調整することができ、そ
れによりその粘度を変えることができる。
約8インチの直径のローターが戊功裏に用いられた。も
し望むなら、該ローターを出た熔融ピッチの固化を促進
又は遅延させるためのクエンチングガス(queneh
iB gas)を紡糸装置に供給することができる。
し望むなら、該ローターを出た熔融ピッチの固化を促進
又は遅延させるためのクエンチングガス(queneh
iB gas)を紡糸装置に供給することができる。
第2図に関していえば、ローターlは駆動@3に取り付
けられている。ローター1は、周囲に規則的に間隔づ(
づられたピッチ供給穴20(同数のピッチ紡糸穴2lに
供給する)を複数個もつ固体部分である。各ピッチ供給
穴20は、そのij!径(DI)、長さ(L,)及び鉛
直からの角度α″で特徴づけられる。対応する各ピッチ
紡糸穴2lは、その直径Do、長さL2及び鉛直からの
角度“β″で同様に特徴づけられる。好ましくは角度“
a“は約10度、角度′゛β′″は約60度である。粉
体ピッチはローターlの上部室l5に供給される。その
後、該熔融物はタールやコークスの形或につながる大気
との接触を最小にするため、供給穴2l及び紡糸穴22
に収容され、それにより紡糸の連続性の向上が達成され
る。ピッチは紡糸穴2lのオリフィス23の上部周辺2
2から紡出され、その条件は下記の設計要件によりj7
F適なものとなる:D2は20−100ミル(mils
);I−+ /D+ − (K)Lx /D2 (こ
こでKは165〜2); I,/D.=5〜IO、及び
D2/D,は0.5又はそれ未満である。第2図のロー
ターについての更なる詳細については、実施例lで提供
される。
けられている。ローター1は、周囲に規則的に間隔づ(
づられたピッチ供給穴20(同数のピッチ紡糸穴2lに
供給する)を複数個もつ固体部分である。各ピッチ供給
穴20は、そのij!径(DI)、長さ(L,)及び鉛
直からの角度α″で特徴づけられる。対応する各ピッチ
紡糸穴2lは、その直径Do、長さL2及び鉛直からの
角度“β″で同様に特徴づけられる。好ましくは角度“
a“は約10度、角度′゛β′″は約60度である。粉
体ピッチはローターlの上部室l5に供給される。その
後、該熔融物はタールやコークスの形或につながる大気
との接触を最小にするため、供給穴2l及び紡糸穴22
に収容され、それにより紡糸の連続性の向上が達成され
る。ピッチは紡糸穴2lのオリフィス23の上部周辺2
2から紡出され、その条件は下記の設計要件によりj7
F適なものとなる:D2は20−100ミル(mils
);I−+ /D+ − (K)Lx /D2 (こ
こでKは165〜2); I,/D.=5〜IO、及び
D2/D,は0.5又はそれ未満である。第2図のロー
ターについての更なる詳細については、実施例lで提供
される。
第3図は前述の議論に従い縁(lip)から遠心紡糸さ
れたピッチ系炭素繊維の破断面( fractures
urface)の断面を示す。該繊維をカミソリ( r
azor blade)で、微m構造の特徴をよく示
すように切断し( sect ionod)、10.0
00倍でSEM写真をとった。
れたピッチ系炭素繊維の破断面( fractures
urface)の断面を示す。該繊維をカミソリ( r
azor blade)で、微m構造の特徴をよく示
すように切断し( sect ionod)、10.0
00倍でSEM写真をとった。
ラメラ構造が容易に現れる。全体の繊維断面は楕円状で
あり、ラメラは一般的に楕円の主軸に平行にあり、それ
らは繊維の周週に延びている。ラメラ間の横間隔は、規
則的であるようには見えないが、ラメラの群れは相互に
“平行(p3ra11ei)“の煩向があり、通常アイ
ソクリニック[即ち、外形依存形(contour−f
ollowing) ]関係にある。
あり、ラメラは一般的に楕円の主軸に平行にあり、それ
らは繊維の周週に延びている。ラメラ間の横間隔は、規
則的であるようには見えないが、ラメラの群れは相互に
“平行(p3ra11ei)“の煩向があり、通常アイ
ソクリニック[即ち、外形依存形(contour−f
ollowing) ]関係にある。
実施例
デカントオイル(decant oil)の貯蔵品を
、窒素散布下ヒートソーク(heat soak)
L/、軟化点276℃、融点305.5℃の100%メ
ソ相ピッチを得た。該ピッチを誘導加熱壁a530゜C
の第2図に示ざれたローターを用い、他は第1図の装置
を用いて遠心紡糸した。ローター直径は3.25インチ
であり、121’!]の供給穴20はl、5インチ長、
0.159インチ直径で、鉛直からlO度の傾きであり
;対応する紡糸穴2lは0.375インチ長、0.05
95インチ直径(c3.1500マイクロメーター)及
び鉛直から60度傾斜していた。回転速度は、17,O
OOrpm(13.340g)であり、ローターへのピ
ッチの供給速度は1.0ボンド/時間であった。紡糸直
後( aS Splλn)繊維は移動ワイヤースクリー
ン上に集められ、面積密度200g/m”のバットを与
えた。個々の繊維は、断面はほぼ円形であり、平均幅(
width) 4マイクロメーター及び平均長さlOc
m超であった。このような繊維をバノト形状に一貫して
中断なしに製造する紡糸を2時間続けた。このバットの
試料を240℃5分間、次いで300゜C25分間空気
中で安定化した。予備炭化、炭化及びグラファイト化を
、アルゴン雰囲気含有オーブン中で室温〜2850゜C
に加熱し、次いで該温度で5分間保持することにより達
戊した。得られたグラファイト化バットを切断した。
、窒素散布下ヒートソーク(heat soak)
L/、軟化点276℃、融点305.5℃の100%メ
ソ相ピッチを得た。該ピッチを誘導加熱壁a530゜C
の第2図に示ざれたローターを用い、他は第1図の装置
を用いて遠心紡糸した。ローター直径は3.25インチ
であり、121’!]の供給穴20はl、5インチ長、
0.159インチ直径で、鉛直からlO度の傾きであり
;対応する紡糸穴2lは0.375インチ長、0.05
95インチ直径(c3.1500マイクロメーター)及
び鉛直から60度傾斜していた。回転速度は、17,O
OOrpm(13.340g)であり、ローターへのピ
ッチの供給速度は1.0ボンド/時間であった。紡糸直
後( aS Splλn)繊維は移動ワイヤースクリー
ン上に集められ、面積密度200g/m”のバットを与
えた。個々の繊維は、断面はほぼ円形であり、平均幅(
width) 4マイクロメーター及び平均長さlOc
m超であった。このような繊維をバノト形状に一貫して
中断なしに製造する紡糸を2時間続けた。このバットの
試料を240℃5分間、次いで300゜C25分間空気
中で安定化した。予備炭化、炭化及びグラファイト化を
、アルゴン雰囲気含有オーブン中で室温〜2850゜C
に加熱し、次いで該温度で5分間保持することにより達
戊した。得られたグラファイト化バットを切断した。
ほとんどの繊維は第3図に示したのと同様の特徴的ラメ
ラ構造を示した。
ラ構造を示した。
しかして本発明の実施態様として以下のものが挙げられ
る。
る。
■.熔融メソ相ピッチを375℃〜550℃の温度で、
200〜25000gの遠心力のローターの縁越しに遠
心的に紡糸することを含んでなる、メソ相ピッチから炭
素繊維を製造する方法であって、該熔融ピッチをロータ
ー内で多数の不連続の流れに分割し、該流れを該縁まで
伸びている流路に閉じ込めることを特徴とする方法。
200〜25000gの遠心力のローターの縁越しに遠
心的に紡糸することを含んでなる、メソ相ピッチから炭
素繊維を製造する方法であって、該熔融ピッチをロータ
ー内で多数の不連続の流れに分割し、該流れを該縁まで
伸びている流路に閉じ込めることを特徴とする方法。
2.流路(channel)が管状導管である、第l項
の方法。
の方法。
3.流路(channel)が円筒状導管である、第1
項の方法。
項の方法。
4.流路(channel)が2個の連結した円筒状部
分を含有してなり、大直径の上流部が長さLls直径D
,であり、小直径の下流部が長さL,、直径D,である
、第3項の方法。
分を含有してなり、大直径の上流部が長さLls直径D
,であり、小直径の下流部が長さL,、直径D,である
、第3項の方法。
5.D,が20〜100ミル(mils) 、L r/
D I− (K)t* /Dx 、但し、Kは1.5
〜2であり、L z / D zは5〜lOに等しく、
D ! / D Iは0.5又はそれ未満であり、流路
( channe 1 )の上流部はローターの軸に対
し5〜l5度の傾斜角であり、流路( channel
)の下流部はローターの軸に対し55〜65度の傾斜角
である、第4項の方法。
D I− (K)t* /Dx 、但し、Kは1.5
〜2であり、L z / D zは5〜lOに等しく、
D ! / D Iは0.5又はそれ未満であり、流路
( channe 1 )の上流部はローターの軸に対
し5〜l5度の傾斜角であり、流路( channel
)の下流部はローターの軸に対し55〜65度の傾斜角
である、第4項の方法。
6.ピッチが100%メン相であり、少なくとも100
0gの遠心力で紡糸される、第1、2、3、4又は5項
の方法。
0gの遠心力で紡糸される、第1、2、3、4又は5項
の方法。
7.ローターから排出されるピッチが横切る縁(lip
)を有し、ローグーの縁(lip)に至る多数の導管(
conduit)がそこから出ているところの中央室を
有する、メソ相ピッチから炭素繊維を遠心紡糸するため
のローター 8.導管が円筒状であり、且つ2個の連結した円筒部か
らなり、その大直径の上流部は長さL,及び直径D1で
あり、小直径の下流部は長さL2及び直径D2である、
第7項のローター 9.D,が20〜lOOミル(mils) 、L ./
D +− (K)L,/D, 、但し、Kは1.5〜
2であり、Lx/D2は5〜10に等しく、D2/DI
は0.5又はそれ未満であり、流路(channel)
の上流部はローグーの軸に対し5〜15度の傾斜角であ
り、流路− ( channe l)の下流部はロータ
ーの軸に対し55〜65度の傾斜角である、第8項のロ
ーター
)を有し、ローグーの縁(lip)に至る多数の導管(
conduit)がそこから出ているところの中央室を
有する、メソ相ピッチから炭素繊維を遠心紡糸するため
のローター 8.導管が円筒状であり、且つ2個の連結した円筒部か
らなり、その大直径の上流部は長さL,及び直径D1で
あり、小直径の下流部は長さL2及び直径D2である、
第7項のローター 9.D,が20〜lOOミル(mils) 、L ./
D +− (K)L,/D, 、但し、Kは1.5〜
2であり、Lx/D2は5〜10に等しく、D2/DI
は0.5又はそれ未満であり、流路(channel)
の上流部はローグーの軸に対し5〜15度の傾斜角であ
り、流路− ( channe l)の下流部はロータ
ーの軸に対し55〜65度の傾斜角である、第8項のロ
ーター
第1図は、所望の微細構造の繊維を製造するための紡糸
およびレイダウン( laydown)装置の斜視図で
ある。 第2図は、第1図に示された紡糸ローターの駆動軸を含
む平面でとらえた断面図である。 第3図は、本発明の製品の繊維断面に観察される明確な
繊維の破断表面のS E M (scanning
electron phoLomicrograph
)である。 図中、1・・・紡糸ローター 2・・・供給手段、3・
・・駆動軸、4・・・駆動手段、5・・・加熱手段、7
・・・収集手段、8・・・搬送ベルト、9・・・真空源
、10・・・バット。
およびレイダウン( laydown)装置の斜視図で
ある。 第2図は、第1図に示された紡糸ローターの駆動軸を含
む平面でとらえた断面図である。 第3図は、本発明の製品の繊維断面に観察される明確な
繊維の破断表面のS E M (scanning
electron phoLomicrograph
)である。 図中、1・・・紡糸ローター 2・・・供給手段、3・
・・駆動軸、4・・・駆動手段、5・・・加熱手段、7
・・・収集手段、8・・・搬送ベルト、9・・・真空源
、10・・・バット。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、熔融メソ相ピッチを375℃〜550℃の温度で、
200〜25000gの遠心力のローターの縁越しに遠
心的に紡糸することを含んでなるメソ相ピッチから炭素
繊維を製造する方法であって、該熔融ピッチをローター
内で複数の分離した流れに分割し、該流れを該縁まで伸
びている流路に閉じ込めることを特徴とする方法。 2、ピッチがローターから流出する際に横切る縁(li
p)を有し、該ローターの縁に通じる複数の導管が出て
いる中央室を有する、メソ相ピッチから遠心的に炭素繊
維を紡糸するためのロータ
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/326,554 US5066430A (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Process for centrifugally spinning pitch carbon fibers |
US326554 | 1989-03-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0327124A true JPH0327124A (ja) | 1991-02-05 |
JP2855597B2 JP2855597B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=23272716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2068538A Expired - Lifetime JP2855597B2 (ja) | 1989-03-20 | 1990-03-20 | ピツチ系炭素繊維を遠心紡糸する改良された方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5066430A (ja) |
EP (1) | EP0394667B1 (ja) |
JP (1) | JP2855597B2 (ja) |
CA (1) | CA2012191C (ja) |
DE (1) | DE69019415T2 (ja) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4315609A1 (de) * | 1993-05-11 | 1994-11-17 | Basf Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern nach einem Zentrifugalspinnverfahren |
US5907273A (en) * | 1993-11-24 | 1999-05-25 | Rochester Gauges, Inc. | Linear positioning indicator |
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