JPH0333221A - 炭素繊維の製造方法 - 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】 ゛　　　　　　　　１ 本発明は、炭素質ピッチから製造されるピッチ系炭素繊
維などの炭素！ａ維の製造方法に関し、特に繊維束の膠
着を解除した高品質の炭素繊維を製造することを可能と
した炭素Ｍ１１雄の製造方法に関するものである。

本明細書にて「炭素繊維」とは特に明記しない場合には
炭素繊維のみならず黒鉛繊維をも含めて使用する。

え太立且１ 現在、レーヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維並びにビー２チ
系炭素繊維は種々の技術分野にてム〈使用されるに至り
、特に、石油系ピッチ、石炭系ピー。

チ等の炭素質ピッチから製造されるピッチ系炭素繊維は
、レーヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維に比較して炭化収率
が高く、弾性率等の物理的特性も優れており、更に低コ
ストにて製造し得るという利点を有しているために近年
注目を浴びている。

現在、ピッチ系炭素Ｍｌｌ雄は、 （１）石油系ピッチ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適
した炭素質ピッチを調製し、該炭素質ビー２チを加熱溶
融して紡糸機にて紡糸し、集束してピッチ繊維束を製造
し、 （２）前記ピッチ繊ｆａ東を加熱炉（不融化炉）で酸化
性雰囲気下にて温度２００〜３５０℃までに加熱して安
定化、即ち不融化し、 （３）引き続いて、該不融化された繊維束を予備炭化炉
で不活性雰囲気下にて最高温度５００−１５００℃まで
加熱して予ＩｉＩ炭化し、（４）次いで、予４ａ炭化さ
れた繊維束を炭化炉で不活性雰囲気下にて温度１５００
〜２０００℃まで加熱して炭化し、更には３０００℃ま
で加熱して黒鉛化すること、 により製造されている。

が　　　よう　　る しかしながら、炭化或いは黒鉛化処理された炭素繊維は
、前の工程にて使用された集束剤、合糸剤（サイジング
剤）などの油剤によって、又、熱処理時に発生する分解
ガスによって、更にはピッチ繊維自体が有している成分
によって、炭素繊維を構成している１００〜１００００
０木のフィラメント（繊維単糸）が互いに融着したり、
或いはｗＩ着したりしており、炭素繊維の物性低下、複
合材料とした場合の均質性の低下などを生ぜしめる原因
となっていることが分かっている。

本明細書にて「融着」とは複数本のフィラメントが一つ
の組織を形成する程度に結合し一体化した状態を意味し
、「膠着」とは複数本のフィラメントが単に接触した状
態にて結合しており、各フィラメントの組織は一体化せ
ず別々に介在している状態を意味する。

このような問題を解決するために、炭素繊維を複数個の
ローラ或いはバー等の間を通して強制的に屈曲せしめ機
械的に炭素繊維の融着或いは膠着を解除する開繊方法が
提案されているが、このような機械的方法で良好な結果
を得るには炭素繊維を相当厳しく屈曲させる、即ち「し
ごく」ことを必要とし、炭素繊維にとって好ましくない
毛羽立ちが発生した。又、例え斯る厳しい開繊作業を行
なったとしても一旦融着したフィラメントを解きほぐす
ことは不可能であった。

このような機械的開繊方法の代りに空気酸化による開繊
方法が提案されている（特開昭６３−１７５１２２号）
、該開繊方法は、８００℃〜１２００℃にて一次炭化処
理したｍＭｉ東を酸素含有雰囲気下、３５０℃〜６５０
℃に加熱することにより繊維束の開繊、更には表面積向
上を図らんとするものであるが、本発明者らの研究実験
の結果によると、斯る空気酸化による開繊方法では、毛
羽立ちもなく炭素繊維の開繊をある程度達成し得るが、
開繊のための処理時間が１８〜２００分と長い上に、更
に空気酸化が各フィラメントの中心部まで進行すること
が多く、炭素ｍｍの物性を大きく低下せしめることが分
かった。

以上のような融着、Ｗ１着の問題は、ＰＡＮ系やレーヨ
ン系の炭素繊維の場合にも同様に生じる。

本発明者らは、上記従来の開繊方法の問題点を解決する
べく多くの研究実験を行なった結果、紡糸されたビー７
チ系等のフィラメント（繊維単糸）の集束および／また
はフィラメントが集束された繊維束の合糸をこれに使用
する油剤に黒鉛粉末を添加して行なえば、繊維束間に黒
鉛粉末が介在されていることにより、その後繊維束を安
定化したのち炭化、黒鉛化後までの所望の時期に繊維束
を良好に開繊することができ、繊維束を構成する各フィ
ラメント間に膠着及び融着が実質的に全く見受けられず
、優れた物性を示す炭素繊維を得ることができることを
見出した。

本発明は斯る新規な知見に韮ずきなされたものである。

従って、本発明の目的は、各フィラメント間に膠着及び
融着のない、優れた物性を示すピッチ系等の炭素繊維を
効率よく製造することができる炭素繊維の製造方法を提
供することである。

上記目的は本発明に係る炭素繊維の製造方法にて遠戚さ
れる。要約すれば本発明は、紡糸された繊維単糸を集束
し、前記集束された繊維束を合糸し、安定化し、予ＩＲ
１化し、炭化し、必要に吃じて更に黒鉛化することから
なる炭素繊維の製造方法において、前記繊維単糸の集束
および／または前記繊維束の合糸をこれに使用する油剤
に固体潤滑剤を添加して行ない、前記ｍ維東の安定化後
所望の時期に前記繊維束の開繊を行なうことを特徴とす
る炭素繊維の製造方法である。

本発明の一態様によれば、前記固体潤滑剤は黒鉛粉末と
される。

本発明では、紡糸されたフィラメン）　（ｍ錐単糸）は
、従来通り集束、合糸、安定化（不融化また耐炎化）、
予備炭化および炭化、必要に厄じて更に黒鉛化を経て炭
素繊維とされるが、集束および合糸を除く不融化、予備
炭化、炭化および黒鉛化は公知の方法で行なえばよい、
即ち、ピッチ系炭素繊維の場合について言えば、不融化
はピッチ繊維束を酸化性雰囲気下、温度２００℃〜３５
０℃で加熱することにより行なわれ、炭化はピッチ繊維
束を予備炭化して得られた予備炭化繊維束を不活性雰囲
気下、最高温度１５００〜２０００℃まで加熱焼成する
ことにより行なわれ、黒鉛化は更に最高温度３０００℃
まで加熱焼成することにより行なわれる。

本発明では、このように製造される炭素ｍ雑のＷ１着を
なくすために、ｍ線束の安定化後の任意の時期に繊維束
の開繊を行なうが、その開繊を良好に行なわせるために
、紡糸されたフィラメントの集束または集束された繊維
束の金糸の一方または両方を、これに使用する油剤に固
体潤滑剤、例えば黒鉛粉末を添加して行なうものである
。

通常、紡糸機により紡糸されたフイラメントは、これに
オイルリングローラを使用して油剤の集束剤を付与して
集束され、１本の糸状繊維束としてボビンに巻き取られ
る。ピー２チ系炭素繊維の場合、石油系ピッチ、石炭系
ピッチ等の炭素繊維の製造に適した炭素質ピッチを加熱
溶融して、１〜２０００本、好ましくは５０−１０００
本のフィラメントを紡糸し、これらのフィラメントが１
本の繊維束に集束される。

本発明方法の一態様によれば、このフィラメントの集束
が黒鉛粉末を添加した集束剤を用いて行なわれる。

黒鉛粉末を添加した集束剤を用いてフィラメントを集束
すると、フィラメントの表面に黒鉛粉末が付着し、フィ
ラメント間に黒鉛粉末が介在された状態で集束が行なわ
れ、またその繊維束の合糸が繊維束間に黒鉛粉末が介在
された状態で行なわれるので、繊維束の不融化、予備炭
化、炭化および黒鉛化時に繊維束間およびフィラメント
間が膠着しずらく、また膠着しても繊維束の開繊により
膠着が容易に解除される。

集束剤に添加する黒鉛粉末としては、天然黒鉛１人造黒
鉛を問わずその粉末を用いることができる。

黒鉛粉末の粒径は、０．００１−１Ｏｐ程度が好ましい
　黒鉛粉末の粒径がｌＯＩＬｍを超えると、フィラメン
ト間に黒鉛粉末を介在させた状態でフィラメントを集束
させることが難しく、また、集束時にこれを傷つけ易く
なるので好ましくない、黒鉛粉末の粒径が０．０１＃Ｌ
ｍを下回る場合は上記のような問題はないが、黒鉛粉末
の製造コストが高くなる劃りには効果の向上が余りみち
れず、経済的でない。

集束剤への黒鉛粉末の添加量は、ｏ、ｏｏｉ〜１ｗｔ％
程度が１ｗｔ％、黒鉛粉末の添加量が０．００１ｗｔ％
未満であると黒鉛粉末が少なすぎて、不融化後の繊維束
の開繊で膠着を有効に除去することができない、逆に黒
鉛粉末の添加量が１ｗｔ％を超えると黒鉛粉末が多すぎ
て、フィラメントを良好に集束することができない。

黒鉛粉末を添加した集束剤のフィラメントへの付与量は
、従来の集束剤のときと同様にすればよく、例えばピッ
チ系炭素繊維の場合には、フィラメントに対して通常０
．０１〜１０ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５ｗｔ％と
される。

集束剤としては、例えば水、エチルアルコール、プロピ
ルアルコール、インプロピルアルコール、ブチルアルコ
ール等のアルコール類または粘度５〜１０００ｃｓｔ　
（２５０℃）のジメチルポリシロキサン、アルキルフェ
ニルポリシロキサン等を、低沸点のシリコーン油（ポリ
シロキサン）またはパラフィン等の溶剤で稀釈したちの
；上記でシリコーン油等で稀釈せずに乳化剤を入れて水
に分散させたちの；界面活性剤を水で稀釈したものなど
を使用することができる。

通常、上記のボビンに巻き取られた繊維束は、ローラ接
触、スプレー塗布、泡沫塗布等により油剤の合糸剤を付
与して合糸され、より多数のフィラメントからなるより
大径の１本の繊維束として他のボビンに巻き取られる０
例えばピッチ系炭素ａｙｓの場合、複数個、例えば２〜
５０個のボビンを同時に解舒することにより、または例
えば１回目は２〜ｌＯ個のボビンを、次いで残余のボビ
ンをといったように複数階に分けて解舒することにより
、２〜５０本の繊維束が合糸され、１００〜１００００
０本、好ましくは５００−１００００木のフィラメント
からなる繊維束が製造される。

本発明方法の別の一態様によれば、このＭＡ繊維束集束
が黒鉛粉末を添加した合糸剤を用いて行なわれる。

黒鉛粉末を添加した合糸剤を用いて繊維束を合糸すると
、黒鉛粉末がＭ！Ｉ維東の表面に付着し又繊１束を構成
するフィラメント間に入ってフィラメントの表面に付着
し、繊維束の間およびその繊維束のフィラメント間に黒
鉛粉末が介在された状態で合糸が行なわれるので、繊維
束の安定化、予備炭化、炭化および黒鉛化時に繊維束間
およびフィラメント間が膠着しずらく、またＷｉｔ、て
もｌａｍ東の開繊により膠着が容易に解除される。

金糸剤に添加する黒鉛粉末は、集束剤のときと同様とさ
れ、天然黒鉛、人造黒鉛を問わずその粉末を用いること
ができ、粒径はｏ、ｏｉ−ｔｏ、ｔｍ程度とされる。黒
鉛粉末の粒径がｌＯｐｍを超えると、繊維束間およびそ
の繊維束のフィラメント間に黒鉛粉末を介在させた状態
でＭｌｌ維東を合糸させることが難しく、また、繊維を
傷つけ易くなるので好ましくない、同様に黒鉛粉末の粒
径が０　、０１　ＪＬｍを下回る場合は、黒鉛粉末の製
造コストが高くなる割りには効果の向上が余りみられず
、経済的でない。

合糸剤への黒鉛粉末の添加量は、同核に０．００１〜１
ｗｔ％程度が好ましく、添加量が０１００１ｗｔ％未満
であると黒鉛粉末が少なすぎて、安定化後の繊維束の開
繊で膠着を有効に除去することができず、添加量が１ｗ
ｔ％を超えると黒鉛粉末が多すぎて、繊維束を良好に合
糸することができない。

黒鉛粉末を添加した合糸剤の繊維束への付与量も、従来
の合糸剤のときと同様にすればよく、例えばピッチ系炭
素繊維の場合には、繊維束に対して通常ｏ、ｏｉ〜１０
ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５ｗｔ％とされる。

合糸剤は、安定化、予＠炭化、炭化および黒鉛化時の処
理を考慮して耐熱性のものが好ましく、そのような耐熱
性の合糸剤としては、アルキルフェニルポリシロキサン
、好ましくはフェニル基を５〜８０％、より好ましくは
１０〜５０％含み、またアルキル基としてメチル基、エ
チル基、プロピル基を含むものが良く、同一分子に２種
以上のアルキル記を有するものでも良い、アルキルフェ
ニルポリシロキサンの粘度は、２５℃でｌＯ〜１０００
ｃｓｔ程度のものが良く、更に後述の酸化防止剤を添加
して使用することもできる。

他の好ましい合糸剤としては、ジメチルポリシロキサン
に酸化防止剤を入れたものが使用可能であり、粘度とし
ては２５℃で５〜１ｏｏｏｃｓｔのものが好ましい、酸
化防止剤としては、アミン類、有機セレン化合物、フェ
ノール類等、例えばフェニル−α−ナフチルアミン、ジ
ラウリルセレナイド、フェノチアジン、鉄オクトレート
等を挙げることができる。これらの酸化防止剤添加する
ことにより、合糸剤の耐熱性をより高めることができる
。

更に他の好ましい合糸剤としては、上記の各合糸剤に沸
点６００℃以下の界面活性剤を用いて乳化したものを使
用することができる。界面活性剤としては、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキ
ルエステル、ポリオキシエチレン変成シリコーン、ポリ
オキシアルキレン変成シリコーン等を使用することがで
きる。　以上の黒鉛粉末を添加した集束剤によるフィラ
メントの集束および黒鉛粉末を添加した合糸剤による繊
維束の金糸は、両方行なってもいずれか一方のみ行なう
だけでも良く、いずれか一方だけ行なう場合は、他方は
黒鉛粉末を添加せずに通常通りにすればよい。

以上のようにしてフィラメントを集束し、集束された繊
維束の合糸が終了すると、合糸された繊維束は、安定化
炉で安定化（ピッチ系炭素繊維の場合不融化、ＰＡＮ系
炭素炭素繊維合耐炎化）され、予備炭化炉で予ＩｉＩ炭
化され、そして炭化炉で炭化更には必要に応じ黒鉛化さ
れて、炭素ｍ維とされる。

第１図に、合糸された繊維束がピッチ繊維束である場合
の不融化炉および予備炭化炉の一実施例を示す。

第１図において、ｌＯは合糸されたピツチ繊維束Ｆの不
融化炉で、繊維束Ｆの走行方向に直列に不融化炉ｌＯお
よび予備炭化炉３０が配置される。

本実施例で、不融化炉ｌＯは５つの個室Ｒ１−Ｒ５を有
し、入口に近接した室Ｒ１は例えば１００℃に、室Ｒ２
は２２０℃に、室Ｒ３は２５０℃に、室Ｒ４は２８０℃
に、室Ｒ５は３１０℃に加熱保持される。また不融化炉
１０内には富酸素ガス（例えば混合比５０１５０の酸素
・窒素の混合ガス）が導入され、ファンにより強制的に
攪拌される。不融化炉ｌＯの土塊には、ポビンＢから不
融化炉１０に送給されるピッチａｍ東Ｆにテンションを
かける繊維束緊張手段１２が設けられる。

予備炭化炉３０は、入口部より温度が例えば４００℃、
５００℃、６００℃、７００℃、１１００℃へと段階的
に上昇するように加熱保持される。炉３０内を不活性雰
囲気とするために例えば窒素ガスが炉３０内に供給され
る。

以上の構成にて、ポビンＢから不融化炉１０に送給され
たピツチ繊維束Ｆは、炉１０内を通糸される間に不融化
され、次いで不融化された繊維束Ｆは予備炭化炉３０に
入って、炉３ｏ内を通糸される間に予Ｉｍ炭化される。

以上のようにして不融化し、予＠炭化された繊維束Ｆは
、図示しない焼成炉で不活性雰囲気下にて１５００〜２
０００℃まで加熱して炭化し、必要にらじて更に３００
０℃まで加熱して黒鉛化し、炭素繊維に形成される。

本発明では、上述したように、繊維束の安定化後に繊維
束の開繊を行ない、ＷｉＭを解除するものである。その
開繊の時期は、安定化後ならばいつでもよく、炭化後、
黒鉛化後でもよい。

合糸された繊維束は、黒鉛粉末を添加した集束剤による
フィラメントの集束および／または黒鉛粉末を添加した
合糸剤による繊維束の合糸により、ａＳ東束間よび繊維
束を構成するフィラメント間に黒鉛粉末が介在されてい
るので、繊維束の安定化時、予備炭化時等に膠着が発生
しずらく、また発生しても解除し易い、従って、ローラ
やバー等を使用した機械的開繊で、繊維束を強くシゴク
ことなく繊維束間およびフィラメント間の膠着を８易に
解除することができる。

第２図に、機械的開繊を行なうのに好適な開繊処理装置
の一実施例を示す。

本開繊処理８置２０は、図示されるように、繊維束Ｆの
走行方向に間隔をあけて配置された１対のガイドローラ
２１ａ、２１ｂおよびその下方に配置された開繊ローラ
２２からなっており、繊維束Ｆを一方のガイドローラ２
１ａから開繊ローラ２２に掛は回して他方のガイドロー
ラ２１ｂに導くことにより、繊維束Ｆを屈曲しながら走
行させるようになっている。

これらローラ２１ａ、２１ｂ、２２は、黒鉛、テフロン
、炭素繊維強化黒鉛複合材料、炭素繊維強化樹脂複合材
料、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属等から
作られ、本実施例では黒鉛製となっている。

開繊ローラ２２は、開繊効果を上げるために直径５〜３
０ｍｍのものが良い、開繊ローラの直径が５ｍｍ未満に
なると、繊維束Ｆが予備炭化炉３０などの場合、開繊時
に繊維の毛羽立ちが出るので好ましくないく、一方３０
ｍｍを超えると、開繊効果がなくなるので好ましくない
０本実施例では直径３０ｍｍの開繊ローラ２２を使用し
てぃる。

ローラとしては、ｍ＃Ｉ東を巻付ける外周面に軸線方向
に沿って、複数の角部が形成されたローラを使用しても
よい、また、ローラは、ローラの軸線方向に対して水平
な方向あるいは垂直な方向に振動させなから開繊処理を
しても良い。

繊維束Ｆの開繊操作は、気相中で行なっても良いが、Ｊ
ａ維を湿潤状態にして行なった方が毛羽立ちもなく洲繊
効果も大きいので、好ましくは液状の開繊剤を用いて行
なわれる０本実施例では開繊剤２４として水を使用し、
水槽２３内に水からなる開繊剤２４を満たして、その開
繊剤２４中に開繊ローラ２２を浸漬している。

開繊剤としては、水の他、水に７二オン活性剤、カチオ
ン活性剤、非イオン系活性剤、両性活性剤などの界面活
性剤を入れたもの、水に易溶性のアルコール等を添加し
たもの、シリコーン油等を界面活性剤で乳化したもの、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等
のアルカリ水溶油を用いることができる。

開繊操作において、繊維束Ｆには５〜３００ｇのテンシ
ョンが付与される。テンションが小さすぎると開繊効果
が小さく、テンションが大きすぎると毛羽立ちが多くな
るので、共に好ましくない。

以上の構成にて、不融化後、炭化、黒鉛化後までの所望
の時期のＭｌｌ維東Ｆが開繊処理装置２０に導入される
と、繊維束Ｆはその１対のガイドローラ２１ａ、２１ｂ
および開繊ローラ２２の間を屈曲しながら通過する間に
機械的に開繊され、膠着が解除される。

第３図に、本発明方法の一例として、フィラメントの集
束をこれに使用する油剤に黒鉛粉末を添加して行ない、
その後予ＩｉＩ炭化後に機械的開繊を行なった場合の予
備炭化繊維束の１１着度を示す。

比較のために、フィラメントの集束を従来通り黒鉛粉末
未添加の油剤を用いて行ない、その後予備炭化後に機械
的開繊を行なった場合の結果を、第３図中に合せて示す
。

本明細書にて、ＷｉＲ度（％）は、３０００フイラメン
トから威る予ｌｉ！炭素繊維東を３ｍｍ幅に切り取り、
これをエタノールに浸漬し、３０秒間エアーを吹込み、
その後顕微鏡下で２０倍の倍率で膠着しているフイラメ
ントの総本数（Ｎ）を数えることにより次の式にて求め
られる。

Ｗｉ着度＝　（Ｎ／３０００）Ｘ１００　（％）第３図
のグラフより、機械的開繊後の予ｉｌｌ炭化繊維束の膠
着塵は、フィラメントの集束を黒鉛粉末未添加の油剤を
用いて行なう従来法の場合の７０％から、本発明の如く
、集束を黒鉛粉末添加の油剤を用いて行なうことにより
１０〜３０％に低下し得ることが分る。

本発明の炭素繊維の製造方法は以上のように構成され、
これによれば、フィラメントの集束および／または集束
された繊維束の合糸をこれに使用する油剤に黒鉛粉末を
添加して行なっているため、繊維束の合糸を繊維束間お
よび繊維束のフィラメント間に黒鉛粉末を介在させた状
態ででき、このため繊維束の安定化（不融化または耐炎
化）時、予備炭化時等に繊維束間およびフィラメント間
が膠着しずらく、また膠着しても解除し易い。

このため繊維束の安定化後に炭化後、黒鉛化後までの所
望の時期に繊維束を機械的開繊等で容易に開繊すること
ができ、その結果、繊維束間およびフィラメント間に膠
着および融着かない炭素繊維を得ることができる。従っ
て、本発明方法で得られた炭素繊維によれば、開繊を行
なわない場合は勿論１機械的開繊のみ、空気酸化による
開繊を行なう従来法に比べ、引張り強度等の諸物性が著
しく向上する。またその開繊は、フィラメントの集束ま
たは集束された繊維束の合糸に使用する油剤に黒鉛粉末
を添加する以外は、安定化後に繊維束を機械的開繊等の
簡単な方法で行なうことができ、従来の開繊方法のよう
に開繊のための特別な装置、設備を必要とせず、また特
別な開繊処理時間を採る必要もない、従って炭素繊維の
製造時間を短縮化することもできる。

以上では、固体潤滑剤として黒鉛を、繊維束の集束時、
合糸時に添加する場合について説明したが、本発明では
、他の固体潤滑剤を使用することもできる。

即ち１本発明においては、無機系、有機系のいずれの固
体潤滑剤も使用できる。

無機系固体潤滑剤としては、黒鉛（Ｃ）の他、二硫化モ
リブデン（ＭＯＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）
、窒化はう素（ＢＮ）、ぶつ化黒鉛（ｃｐｎ）、−酸化
鉛（ＰｂＯ）、　二酸化モリブデン（Ｍｏ０２）、酸化
コバルト（Ｃｏ２０３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化す
ず（ＳｎＯ）、亜酸化銅（Ｃｕ２０）、酸化カドミウム
（ＣｄＯ）、酸化タングステン（ＷＯ２）、ふつ化カル
シラノ＾（ＣａＦ２）、ふつ化バリウム（ＢａＦ２）、
ふっ化リチウム（１，ｔＦ）、ぶつ化ナトリウム（Ｎａ
Ｆ）、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）、テルル化モリブデン
（ＭＯＴｅ２）、セレン化タングステン（ＷＳｅ２）、
テルル化タングステン（Ｗ　Ｔ　ｅ　２　）　、　二ｉ
化ニオブ（ＮｂＳ２）、βセレン化ニオブ（ＮｂＳｅ２
β）、テルル化ニオブ（ＮｂＴｅ２）、β硫化タンタル
（ＴａＳ２β）、α−セレン化タンタル（ＴａＳｅ２）
、テルル化タンタル（ＴａＴｅ２）、二硫化チタン（Ｔ
ｉＳ２）、セレン化チタ７（ＴｉＳｅ２）、テルル化チ
タン（ＴＬＴｅ２）、二辿化ジルコニウム（ＺｒＳ２）
、セレン化ジルコニウム（ＺｒＳｅ２）、テルル化ジル
コニウム（ＺｒＴｅ２）、よう化ビスマス（ＢｉＩ３）
、水酸化リチウム（Ｌ　ｉ　ＯＨ）　、よう化ニッケル
（ＮｉＩ２）、塩化カドミウム（ＣｄＣＪ１２）、よう
化カドミウム（ＣｄＩ２）、臭化カドミウム（ＣｄＢｒ
２）、硫化すず（ＳｎＳ２）、　ピロりん酸鉄、ピロり
ん酸亜鉛、ピロりん酸カルシウム、ピロりん酸すず、雲
母が挙げられる。雲母としてはシロウンモ系列のシロウ
ンモ、ベニウンモ、ンーダウンモ、セリサイト、バナジ
ウンモ、イライト、クロウンモ系列のクロウンモ、キン
ウンモ、テツウンモ、チュワルドウンモなどが挙げられ
る。

有機系固体潤滑剤としては、メラミンとシアヌール酸の
付加物、ふっ素樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

また、固体潤滑剤ではないが、黒鉛の代替として酸化け
い素（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（Ａ見２０３）、
酸化チタン（Ｔｉ０２）、炭化はう素なども使用するこ
とができる。

上記の固体潤滑剤は、単独もしくは、２種以上混合して
用いても良い。

以下、本発明に係る炭素繊維の製造方法を具体的な実施
例に即して説明する。

実施例１ 炭素繊維の製造に使用するピッチ繊維を製造するに当り
、光学的異方性相を約５５％含有し、軟化点が２３２℃
である炭素質ピッチを前駆体ピッチとして使用した。こ
の前駆体ピッチを遠心分離により光学的異方性相の多い
ピッチと光学的等方性相の多いピッチとを連続的に分離
し、それぞれ抜き出した。

得られた光学的異方性相を多く含むピッチは、光学的異
方性相を９８％含み、軟化点は２６５℃、キノリンネ溶
分は２９．５％であった。該炭素繊維用ピッチを５００
孔の紡糸口金を有する溶融紡糸機（ノズル孔径：直径０
．３ｍｍ）に通し、３５５℃で２００　ｍ　ｍ　Ｈｇの
窒素ガス圧で押し出して紡糸した。

紡糸した５００本のフィラメントはエアーサッカーで略
集束してオイリングローラに導き、黒鉛粉末を添加した
集束剤を糸に対して約０．２重量％の割合で供給して集
束し、５００フイラメントから成るピッチ繊維束を形成
した。集束剤としては、２５℃における粘度が１４ｃｓ
ｔのメチルフェニルポリシロキサンを使用し、これに最
大粒径１０ｐｍ、平均粒径３＃Ｌｍの黒鉛粉末を０．１
ｗｔ％の割りで添加した。

該ピッチｍ維東は、ノズル下部に設けた高速で回転する
直径２１０ｍｍ、幅２００ｍｍのステンレス鋼製のボビ
ンに巻き取り、約５００ｍ／分の巻き取り速度で１０分
間紡糸した。ボビン１回転当たりのトラバースのピッチ
は１０ｍｍ７１回転であった。紡糸の間に糸切れは発生
しなかった。

次いで、ピッチ繊維束を巻いた前記ボビン６個を解舒し
、そしてオイリングローラを使用して耐熱性合糸剤を付
与しながら合糸し、３０００フイラメントから成るピッ
チ繊維束を形成し、他のステンレス製ボビンに巻取った
。

合糸剤としては２５℃で４０ｃｓｔのメチルフェニルポ
リシロキサン（フェニル基含有ｉ４５モル％）を使用し
た。金糸剤には黒鉛粉末を添加しなかった０合糸剤の付
与量は糸に対し０．５％であった・ 以上の如くにして製造したピッチｍ雄東Ｆを、第１図に
示す不融化炉１０および予ｌｉｌ炭化炉３０を使用して
、それぞれ不融化および予＊炭化した。

本実施例で使用した不融化炉ｌＯは、５つの信女Ｒ１〜
Ｒ５を有し、入口に近接した室Ｒ１は１９０℃に、室Ｒ
２は２２０℃に一１室Ｒ３は２５０℃に、室Ｒ４は２８
０℃に、室Ｒ５は３１０℃に加熱し保持された。又、不
融化炉１０内には富酸素ガス（酸素・窒素の混合ガス：
混合比５０１５０）を導入し、ファンにより強制的に攪
拌した。

このときの風速は０．７ｍ／ｓｅｃとされた。そして、
毎分０．５回の割合で流通置換し炉内の古いガスを排出
した。

ピッチ繊維束Ｆは不融化炉１０内を０．３ｍ／分にて移
動され、又該繊維束Ｆには繊維束緊張手段１２を調整し
て２０ｇのテンションがかけられた。

上記構成にてピッチ繊維束Ｆを不融化処理するのに要し
た時間は１５分であった。不融化中、ボビンからのピッ
チ繊維束Ｆの解舒は円滑に行なわれた。不融化炉内での
繊維束の断糸もなく、円滑に不融化処理が実施できた。

このようにして不融化されたピッチ繊維束Ｆは、連続し
て予ｌｉｌ炭化炉３０へ送給した。

本実施例によれば、予Ｓ炭化炉３０は入口部より　　４
００　、　　５　００　、　　６００　　、　　７００
．　　　１１００　　℃へと階段状に上昇する態様にて
加熱保持され、且つ炉内を不活性雰囲気とするために窒
素ガスが供給された。

不融化ピッチ繊維束Ｆは、予ｉ＃Ｉ炭化炉３０内を通糸
される間に不活性雰囲気下での加熱により、予ｊａ炭化
された。

このようにして得られた予備炭化繊城束Ｆは。

一端ポビンＢに巻き取ったのち、第２図に示す開繊処理
装置ｉ２０にかけて、水中で機械的開繊を行ない、膠着
を解除し一旦ポビンＢに巻取った。

このときの予備炭化＃ａ雑東Ｆは、強度１．５ＧＰａ、
弾性率１２０ＧＰ　ａであった。また予ｌｉ１炭化繊維
東Ｆは、Ｓ着が除去（脱膠着）されており、しなやかな
ものであった、この予ｌｌＩ炭化繊維東Ｆの膠着度は１
４％であった。

次に、脱膠着処理された予備炭化繊維束Ｆは、通常の方
法に従って最高温度２５００℃にセットされた焼成炉に
連続的に通して焼成し、ボビンに巻取った。焼成時に繊
！ａ東には２００ｇのテンションが付与された。

このようにして得た黒鉛繊維は、黒鉛化前の予ｖａ炭化
繊維東と同様に、膠着の少ないふわふわしたしなやかな
繊維であり、膠着度は１６％であった。黒鉛化前に比較
すると膠着度は上昇しているが、実質的に黒鉛化による
膠着の増加は見られなかった。

この黒鉛繊維についてＪ　Ｉ　５−Ｒ−Ｄ６０１に規定
する樹脂含浸ストランド試験法により樹脂含浸ストラン
ドの引張強度を測定した結果、そのストランド強度は３
２０Ｋｇ／ｍｒｎ’であった。

実施例２ 黒鉛粉末をフィラメントの集束剤に添加せず、集束され
た繊維束の合糸剤に添加した以外は実施例１と同様に処
理して、黒鉛繊維を製造した。集束剤への黒鉛粉末の添
加量は０．１ｗｔ％とした。

その結果、機械的開ｍｖｋの予ｌｉｌ炭化繊維束Ｆは、
膠着が除去（脱膠着）されており、しなやかなものであ
った、この予備炭化繊維束Ｆの膠着度は１５％であった
。

また黒鉛繊維は、黒鉛化前の予備炭化繊維束と同様に、
膠着の少ないしなやかなものであり、膠着度は１６％と
実施例１のときと同様に低かった。黒鉛繊維の樹脂含浸
ストランド強度は、３２０　Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｒｎ’の
値が測定された。

実施例３ フィラメントの集束剤および集束された繊維束の合糸剤
に黒鉛粉末を添加した以外は実施例１と同様に処理して
、黒鉛繊維を製造した。集束剤への黒鉛粉末の添加量は
０．１ｗｔ％、合糸剤への黒鉛粉末の添加量は０．１ｗ
ｔ％とした。

その結果、機械的開繊後の予備炭化繊維束の膠着度は１
３％、得られた黒鉛繊維の膠着度は１３％であった。ま
た黒鉛繊維の樹脂含浸ストランド強度は３３０Ｋｇ／ｍ
ｍ″の値が得られた。

比較例１ フィラメントの集束剤および＃＆雑東の合糸剤に黒鉛粉
末を添加しなかった以外は実施例１と同様に処理して、
黒鉛繊維を得た。

この場合、機械的ＦＭ４繊後の予備炭化繊維束の膠着度
は７０％であり、２５００℃で焼成して得た黒鉛繊維の
膠着度は８０％であり、予備炭化繊維束の膠着度より更
に増加していた。黒鉛繊維は繊維束が固く硬直していた
。

このようにして製造した黒鉛繊維の樹脂含浸ストランド
強度は２８０Ｋｇ／ｍｒｎ”であった、実施例１の繊維
より物性が低下していることが明らかである。

実施例４ 予備炭化繊維束の機械的開繊を行なわず、黒鉛ｍ雑に機
械的開繊を行なった以外は実施例１と同様に処理した。

その結果、機械的開繊前の黒鉛繊維のＷｉ着度は８０％
であったのに対し、機械的開繊によりその膠着度は１８
％に低下し、又しなやかな性状となった。この黒鉛繊維
の樹脂含浸ストランド強度は３１５Ｋｇ／ｍばとなった
。

上記結果から、本発明方法では、繊維束の実際の開繊操
作は炭化後乃至黒鉛化後でも可能であることが判る。

比較例２ 予備炭化繊維束の機械的開繊を行なわず、黒鉛繊維に機
械的開繊を行なった以外は比較例１と同様に処理した。

その結果、黒鉛繊維の膠着度は機械的開繊前が８０％で
あり、機械的開繊後が６０％であり、共に高かった０機
械的開繊前後の黒鉛繊維の樹脂含浸ストランド強度は２
８５Ｋｇ／ｍｒｎ”であった。

単なる機械的開繊では膠着を解除するのに不十分である
ことが判る。

以上の実施例では、ピッチ系炭素繊維の場合について説
明したが１本発明はＰＡＮ系、レーヨン系等の炭素繊維
にも適用でき、同様な効果を奏する。

ｔＬΩ」Ｌ釆 以上説明したように、本発明の炭素繊維の製造方法によ
れば、紡糸されたフィラメント（繊維単糸）の集束およ
び／または集束された繊維束の合糸をこれに使用する油
剤に黒鉛粉末等の固体潤滑剤を添加して行なっているの
で、繊維束の安定化（不融化または耐炎化）後に炭化、
黒鉛化後までの所望の時期に機械的開繊等の筒便な開繊
を行なうことにより、繊＃Ｉ東の膠着を簡単に解除でき
、その結果、融着および膠着のない炭素繊維を容易に製
造することができる。又、本発明の方法は、繊維束の開
ｍ操作は機械的開繊で足り、特別な開繊装置や設備を必
要とすることがなく、また開繊のために炭素ｍ雑の製造
効率を低減させると言うような問題自体を生じることが
ない、従って、安定化処理から炭化、黒鉛化処理まで一
貫した炭素繊維の効率良い連続製造を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法において使用する不融化炉およ
び予４Ｉ４炭化炉の一実施例を示す構成図である。 第２図は、同じく開繊処理装置の一実施例を示す構成図
である。 第３図は、本発明の方法に従った開繊方法での機械的開
繊後の予ｉｌｌ炭素繊維東の膠着度と集束剤への黒鉛粉
末添加量との関係を示すグラフである。 ｌＯ：不融化炉 ２０：開繊処理装置 ２２：開繊ローラ ３０：予Ｓ炭化炉 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）紡糸された繊維単糸を集束し、前記集束された繊維
   束を合糸し、安定化し、予備炭化し、炭化し、必要に応
   じて更に黒鉛化することからなる炭素繊維の製造方法に
   おいて、前記繊維単糸の集束および／または前記繊維束
   の合糸をこれに使用する油剤に固体潤滑剤を添加して行
   ない、前記繊維束の安定化後所望の時期に前記繊維束の
   開繊を行なうことを特徴とする炭素繊維の製造方法。 ２）前記固体潤滑剤が黒鉛粉末である請求項１記載の炭
   素繊維の製造方法。