JPH038808A - ピッチ系炭素繊維の製造方法 - Google Patents
ピッチ系炭素繊維の製造方法Info
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- JPH038808A JPH038808A JP13722489A JP13722489A JPH038808A JP H038808 A JPH038808 A JP H038808A JP 13722489 A JP13722489 A JP 13722489A JP 13722489 A JP13722489 A JP 13722489A JP H038808 A JPH038808 A JP H038808A
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Landscapes
- Inorganic 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】
“+−1
本発明は、一般には炭素繊維(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。)の製造方法に関するもので
あり、特に、炭素質ピッチから融膠着のない高品質の炭
素繊維を製造し得るピッチ系炭素繊維の製造方法に関す
るものである。
」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。)の製造方法に関するもので
あり、特に、炭素質ピッチから融膠着のない高品質の炭
素繊維を製造し得るピッチ系炭素繊維の製造方法に関す
るものである。
従」虹皿」虹術
現在、レーヨン系やPAN系の炭素繊維並びにピッチ系
炭素繊維は種々の技術分野にて広く使用されるに至り、
特に、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質ピッチか
ら製造されるピッチ系炭素m維は、レーヨン系やPAN
系の炭素Mli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
。
炭素繊維は種々の技術分野にて広く使用されるに至り、
特に、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質ピッチか
ら製造されるピッチ系炭素m維は、レーヨン系やPAN
系の炭素Mli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、ピッチ系炭素繊維は、
(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、該炭素質ピッチを加熱溶融
して紡糸機にて紡糸し、集束してピッチ#a線束を製造
し、 (2)前記ビー2チ繊維東を不融化炉で酸化性雰囲気下
にて200〜350℃までに加熱して不融化し、 (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500〜1500”0まで加熱し
て予iIa炭化し、 (4)次いで、予備炭化された繊維束を焼成炉で不活性
雰囲気下にて1500〜2000”Oまで加熱して炭化
して、更には3000’Oまで加熱して黒鉛化すること
、 により製造されている。
した炭素質ピッチを調製し、該炭素質ピッチを加熱溶融
して紡糸機にて紡糸し、集束してピッチ#a線束を製造
し、 (2)前記ビー2チ繊維東を不融化炉で酸化性雰囲気下
にて200〜350℃までに加熱して不融化し、 (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500〜1500”0まで加熱し
て予iIa炭化し、 (4)次いで、予備炭化された繊維束を焼成炉で不活性
雰囲気下にて1500〜2000”Oまで加熱して炭化
して、更には3000’Oまで加熱して黒鉛化すること
、 により製造されている。
が しよへ る
しかしながら、炭化或いは黒鉛化(本明細書では特に明
記しない場合には炭化、黒鉛化を含めて「焼成」という
、)処理された炭素繊維は、前の工程にて使用された集
束剤、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10
0−1ooooo木の単糸(フィラメント)が互いに融
着したり、或いは膠着したりしており、炭素繊維の物性
低下、祝金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。
記しない場合には炭化、黒鉛化を含めて「焼成」という
、)処理された炭素繊維は、前の工程にて使用された集
束剤、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10
0−1ooooo木の単糸(フィラメント)が互いに融
着したり、或いは膠着したりしており、炭素繊維の物性
低下、祝金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
ず別々に存在している状態を意味する。
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
ず別々に存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、焼成された炭素繊維
を複数個のローラ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、このように焼成された炭素繊維に対し
て機械的開繊を施し、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。
を複数個のローラ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、このように焼成された炭素繊維に対し
て機械的開繊を施し、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
。
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
。
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、不融化工程の後又
は予備炭化工程の後に、或いは不融化工程の後及び予備
炭化工程の後に開繊ローラを使用した機械的開繊を行な
うことにより、焼成工程後に行なう融膠着解除のための
炭素繊維の開繊作業を相当に緩和することができ、しか
も得られた炭素繊維の毛羽立ちを著しく減少することが
できることを見出した。
べく多くの研究実験を行なった結果、不融化工程の後又
は予備炭化工程の後に、或いは不融化工程の後及び予備
炭化工程の後に開繊ローラを使用した機械的開繊を行な
うことにより、焼成工程後に行なう融膠着解除のための
炭素繊維の開繊作業を相当に緩和することができ、しか
も得られた炭素繊維の毛羽立ちを著しく減少することが
できることを見出した。
つまり、焼成工程の前の段階にて、即ち、不融化工程の
後又は予備炭化工程の後において開繊を行ない、これに
よって、繊維束の各フィラメント間の膠着を解除し、更
に各フィラメント表面から膠着原因物質を除去すること
により、焼成工程にて焼成された各フィラメント間に再
度膠着或いは融着が発生することはないか、或いは極め
て少ないからである。
後又は予備炭化工程の後において開繊を行ない、これに
よって、繊維束の各フィラメント間の膠着を解除し、更
に各フィラメント表面から膠着原因物質を除去すること
により、焼成工程にて焼成された各フィラメント間に再
度膠着或いは融着が発生することはないか、或いは極め
て少ないからである。
又、特にローラ開繊を効率よく行なう場合には、使用さ
れる開繊ローラの直径及び該ローラに付与される開#a
液とを特定化することが重要であることが分かった。
れる開繊ローラの直径及び該ローラに付与される開#a
液とを特定化することが重要であることが分かった。
つまり、不融化工程の後の膠着解除工程は、不融化m線
束の引張強度は0.0IGPaと小さく、伸びは、例え
ば0.5〜1%程度と小さいが、未だに繊維束に付着し
ている油剤の働きにより柔軟性が維持されており、従っ
て、水・エタノール溶液中に直径5〜L5mmの小径の
開繊ローラを浸漬して厳しく行なうのが好ましく、又、
予備炭化工程の後の膠着解除工程は、予備炭化繊維束に
油剤の付着はないが、引張強度は約0.5GPa以上と
強くなっており、かつ伸びが約1.5〜5%と大きくな
っているので、従って水酸化すトリウム水溶液中に直径
5〜15mmといった小径の開繊ローラを浸漬して厳し
く行なうのが好適である。
束の引張強度は0.0IGPaと小さく、伸びは、例え
ば0.5〜1%程度と小さいが、未だに繊維束に付着し
ている油剤の働きにより柔軟性が維持されており、従っ
て、水・エタノール溶液中に直径5〜L5mmの小径の
開繊ローラを浸漬して厳しく行なうのが好ましく、又、
予備炭化工程の後の膠着解除工程は、予備炭化繊維束に
油剤の付着はないが、引張強度は約0.5GPa以上と
強くなっており、かつ伸びが約1.5〜5%と大きくな
っているので、従って水酸化すトリウム水溶液中に直径
5〜15mmといった小径の開繊ローラを浸漬して厳し
く行なうのが好適である。
一方、焼成工程の後の膠着解除工程は、炭素繊維の伸び
は0.5〜1%程度と伸びが小さいために水酸化ナトリ
ウム水溶液中に直径25〜35mmの大径の開繊ローラ
を浸漬して、緩やかに行なうのが好適であることが分か
った。
は0.5〜1%程度と伸びが小さいために水酸化ナトリ
ウム水溶液中に直径25〜35mmの大径の開繊ローラ
を浸漬して、緩やかに行なうのが好適であることが分か
った。
本発明は斯る新規な知見に基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、優れた物性を示す炭素繊維を効率よく製造
するためのピッチ系炭素繊維の製造方法を提供すること
である。
融着のない、優れた物性を示す炭素繊維を効率よく製造
するためのピッチ系炭素繊維の製造方法を提供すること
である。
本発明の他の方法は、特に不融化工程から炭化、黒鉛化
にいたる焼成工程まで連続的に通糸して炭素繊維を製造
し得るピッチ系炭素繊維の製造方法を提供することであ
る。
にいたる焼成工程まで連続的に通糸して炭素繊維を製造
し得るピッチ系炭素繊維の製造方法を提供することであ
る。
るため
上記品目的は本発明に係るピッチ系炭素繊維の製造方法
にて達成される。要約すれば本発明は、紡糸されたピッ
チ繊維束を不融化するための不融化工程、該不融化工程
にて不融化された不融化繊維束を予@炭化するための予
備炭化工程、及び該予@炭化工程にて予備炭化された予
備炭化繊維束を炭化、更には黒鉛化するための焼成工程
を有する炭素繊維の製造方法において、前記不融化工程
の後及び/又は予@炭化工程の後、更に前記焼成工程の
後に開繊ローラによる膠着解除工程を設け、前記不融化
工程の後の膠着解除工程は、木・エタノール溶液中に浸
漬された直径5〜15mmの開繊ローラを使用して行な
い、前記予@炭化工程の後のrg着解除工程は、アルカ
リ水溶液中に浸漬された直径5〜15mmの開繊ローラ
を使用して行ない、前記焼成工程の後の膠着解除工程は
、アルカリ水溶液中に浸漬された直径25〜35mmの
開繊ローラを使用して行なうことを特徴とする炭素繊維
の製造方法である。
にて達成される。要約すれば本発明は、紡糸されたピッ
チ繊維束を不融化するための不融化工程、該不融化工程
にて不融化された不融化繊維束を予@炭化するための予
備炭化工程、及び該予@炭化工程にて予備炭化された予
備炭化繊維束を炭化、更には黒鉛化するための焼成工程
を有する炭素繊維の製造方法において、前記不融化工程
の後及び/又は予@炭化工程の後、更に前記焼成工程の
後に開繊ローラによる膠着解除工程を設け、前記不融化
工程の後の膠着解除工程は、木・エタノール溶液中に浸
漬された直径5〜15mmの開繊ローラを使用して行な
い、前記予@炭化工程の後のrg着解除工程は、アルカ
リ水溶液中に浸漬された直径5〜15mmの開繊ローラ
を使用して行ない、前記焼成工程の後の膠着解除工程は
、アルカリ水溶液中に浸漬された直径25〜35mmの
開繊ローラを使用して行なうことを特徴とする炭素繊維
の製造方法である。
支ムj
次に、本発明に係る炭素繊維の製造方法を図面に即して
更に詳しく説明する。
更に詳しく説明する。
第1図を参照すると、本発明に係る炭素繊維の製造方法
を実施する製造プラントの一実施例が概略図示される。
を実施する製造プラントの一実施例が概略図示される。
通常の方法に従って製造されたピッチ繊維束Fがポビン
Bから解舒し、不融化炉(不融化工程)10へと送給さ
れる。
Bから解舒し、不融化炉(不融化工程)10へと送給さ
れる。
通常ピッチ繊維束Fには、合糸時に油剤としては例えば
25℃で40cstのメチルフェニルポリシロキサン(
フェニルに含1t45モル%)カ0.05〜5重量%付
与されている。
25℃で40cstのメチルフェニルポリシロキサン(
フェニルに含1t45モル%)カ0.05〜5重量%付
与されている。
不融化炉10は一般に炉内が酸化性雰囲気にて最高温度
で280℃〜350℃に保持されるが、不融化炉内を複
数の個室に分けることにより不融化炉内の温度制御を極
めて緻密に且つ適正に行ない得るという利点がある。
で280℃〜350℃に保持されるが、不融化炉内を複
数の個室に分けることにより不融化炉内の温度制御を極
めて緻密に且つ適正に行ない得るという利点がある。
本実施例では、複数個の、限定されるものではないが、
5つの個室R1−R5を有し、例えば入口に近接した室
R1は190℃に、室R2は220℃に、室R3は25
0℃に、室R4は280℃に、室R5は310℃に加熱
し保持される。又、不融化炉10内には富酸素ガス(醜
素争窒素の混合ガス:混合比50150)を導入し、フ
ァンにより強制的に攪拌される。好ましくは、このとき
の風速は0.7m/secとされ、毎分0.5回の割合
で流通置換し炉内の古いガスを排出される。
5つの個室R1−R5を有し、例えば入口に近接した室
R1は190℃に、室R2は220℃に、室R3は25
0℃に、室R4は280℃に、室R5は310℃に加熱
し保持される。又、不融化炉10内には富酸素ガス(醜
素争窒素の混合ガス:混合比50150)を導入し、フ
ァンにより強制的に攪拌される。好ましくは、このとき
の風速は0.7m/secとされ、毎分0.5回の割合
で流通置換し炉内の古いガスを排出される。
ピッチ繊維束Fは不融化炉10内を、例えば0.3m/
min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る。
min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る。
このようにして得られた不融化繊維束Fは、ローラ開繊
装置20Aにて膠着が解除された後、連続して予4IA
炭化炉(予備炭化工程)30へと供給される。
装置20Aにて膠着が解除された後、連続して予4IA
炭化炉(予備炭化工程)30へと供給される。
ローラ開繊装置20Aの一実施例が第2図に示される0
本実施例によると、ローラ開繊装M2゜Aは、少なくと
も1個の1本実施例では2個の平行に配置された開繊ロ
ーラ21(21a、21b)と、該開繊ローラ21へと
繊維束Fを導くために開繊ローラ21の上方に配置され
た3個の案内ローラ22(22a、22b、22C)と
を有する0本実施例で、不融化工程を終えた不融化繊維
束Fは入口案内ローラ22aから第1の開繊ローラ21
aへと案内され、次いで中間案内ローラ22b、第2の
開繊ローラ21b、出口案内ローラ22cへと交互に巻
回されて、次の工程、即ち予備炭化工程30へと案内さ
れる。
本実施例によると、ローラ開繊装M2゜Aは、少なくと
も1個の1本実施例では2個の平行に配置された開繊ロ
ーラ21(21a、21b)と、該開繊ローラ21へと
繊維束Fを導くために開繊ローラ21の上方に配置され
た3個の案内ローラ22(22a、22b、22C)と
を有する0本実施例で、不融化工程を終えた不融化繊維
束Fは入口案内ローラ22aから第1の開繊ローラ21
aへと案内され、次いで中間案内ローラ22b、第2の
開繊ローラ21b、出口案内ローラ22cへと交互に巻
回されて、次の工程、即ち予備炭化工程30へと案内さ
れる。
第3図に図示されるように、開繊ローラ21への巻き付
は角度(θ)は、通常180’以下とされるが、所望に
応じては270°程度にまで増大することも可能である
。。
は角度(θ)は、通常180’以下とされるが、所望に
応じては270°程度にまで増大することも可能である
。。
不融化工程を終えた繊維束Fは、例えば0.5〜1%程
度の伸びしか有していないが、未だに繊維束には油剤が
付着しており、その働きにより成る程度の柔軟性が保証
されるために、開繊ローラ21としては直径(d)が5
〜15mmといった小径のローラを使用し、厳しい機械
開繊を行なことができる。案内ローラ22は、任意の径
のローラを使用することができ、通常直径(D)は40
mm程度のローラとされる。開繊ローラ21及び案内ロ
ーラ22は、任意の材料にて形成し得るが、黒鉛、炭素
m維強化黒鉛複合材料、ステンレス鋼にて作製されるの
が好ましい。
度の伸びしか有していないが、未だに繊維束には油剤が
付着しており、その働きにより成る程度の柔軟性が保証
されるために、開繊ローラ21としては直径(d)が5
〜15mmといった小径のローラを使用し、厳しい機械
開繊を行なことができる。案内ローラ22は、任意の径
のローラを使用することができ、通常直径(D)は40
mm程度のローラとされる。開繊ローラ21及び案内ロ
ーラ22は、任意の材料にて形成し得るが、黒鉛、炭素
m維強化黒鉛複合材料、ステンレス鋼にて作製されるの
が好ましい。
本発明によれば、開繊ローラ21a、21bは開繊液2
3が貯溜された計槽24内に配置される。開繊液23は
、開繊ローラ21による開繊作用によって繊維束より除
去されたS着原因物質及び繊維束に付着している油剤を
溶解し易い溶液が好適であり、不融化工程後の開繊にお
いては、水とエタノールを50150(重量%)の割合
で混合した溶液が使用される。必要に応じて、貯槽内に
超音波装置を設置し、開繊液23に超音波振動を与える
こともできる。
3が貯溜された計槽24内に配置される。開繊液23は
、開繊ローラ21による開繊作用によって繊維束より除
去されたS着原因物質及び繊維束に付着している油剤を
溶解し易い溶液が好適であり、不融化工程後の開繊にお
いては、水とエタノールを50150(重量%)の割合
で混合した溶液が使用される。必要に応じて、貯槽内に
超音波装置を設置し、開繊液23に超音波振動を与える
こともできる。
上記ローラ開繊により不融化繊維束Fの膠着度は3%以
下にまで減少される。
下にまで減少される。
次いで、不融化m線束Fは、予備炭化炉(予備炭化工程
)30へと供給される。
)30へと供給される。
予#li炭化炉30は、500 N1100℃に加熱さ
れ、且つ炉内は不活性雰囲気とされるために、化学的に
不活性な窒素ガス又はアルゴンガスが供給される。好ま
しくは、予備炭化炉30は入口部より400,500.
5OO1700,1100℃へと階段状に上昇する態様
にて加熱保持される。
れ、且つ炉内は不活性雰囲気とされるために、化学的に
不活性な窒素ガス又はアルゴンガスが供給される。好ま
しくは、予備炭化炉30は入口部より400,500.
5OO1700,1100℃へと階段状に上昇する態様
にて加熱保持される。
このようにして得られた予備炭化繊維束Fは、膠着度が
60〜80%であり、ローラ開繊装置20Bにて膠着が
解除された後、連続して焼成炉(焼成工程)40へと供
給される。
60〜80%であり、ローラ開繊装置20Bにて膠着が
解除された後、連続して焼成炉(焼成工程)40へと供
給される。
予(II炭化工程後のローラBf!繊装置20Bは、不
融化工程後に設けられるローラ開繊装置2OAと同じ構
成とされ、ただ開繊液23として水酸化ナトリウム水溶
液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を使用
する点でのみ相違する。
融化工程後に設けられるローラ開繊装置2OAと同じ構
成とされ、ただ開繊液23として水酸化ナトリウム水溶
液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を使用
する点でのみ相違する。
予備炭化工程を終えた繊維束Fは、油剤の付着はないも
のの1例えば1.5〜5%といった大きな伸びを有して
おり、開繊ローラ21としては直径5〜15 m mと
いった小径のローラを使用し、厳しい機械開繊を行なこ
とができる。ただ、開繊液23としては、開繊ローラに
よる開繊作用によってam東より除去された膠着原因物
質を溶解し易い溶液が好適であり、好ましくは0〜80
℃、5〜50%の水酸化ナトリウム水溶液が使用される
。必要に応じて、貯槽内に超音波装置を設置し、開繊液
23に超音波振動を与えることもできる。
のの1例えば1.5〜5%といった大きな伸びを有して
おり、開繊ローラ21としては直径5〜15 m mと
いった小径のローラを使用し、厳しい機械開繊を行なこ
とができる。ただ、開繊液23としては、開繊ローラに
よる開繊作用によってam東より除去された膠着原因物
質を溶解し易い溶液が好適であり、好ましくは0〜80
℃、5〜50%の水酸化ナトリウム水溶液が使用される
。必要に応じて、貯槽内に超音波装置を設置し、開繊液
23に超音波振動を与えることもできる。
上記ローラ開繊により予@炭化繊線束Fの膠着度は20
〜40%にまで減少される。
〜40%にまで減少される。
次いで、予備炭化繊維束Fは、焼成炉(焼成工程)40
へと供給される。
へと供給される。
焼成炉40は、t ooo〜2000℃(炭化処理)に
、又は1000〜3000℃(黒鉛化処理)に加熱され
、例えば、2000℃とか、2500℃とか、或いは3
000℃といった一定温度に加熱保持され、且つ炉内は
不活性雰囲気とされるために、化学的に不活性な窒素ガ
ス又はアルゴンガスが供給される。
、又は1000〜3000℃(黒鉛化処理)に加熱され
、例えば、2000℃とか、2500℃とか、或いは3
000℃といった一定温度に加熱保持され、且つ炉内は
不活性雰囲気とされるために、化学的に不活性な窒素ガ
ス又はアルゴンガスが供給される。
このようにして得られた炭素繊維束Fは、ローラ開繊装
置a20Cにて膠着が解除された後、連続してローラ開
繊装置120cへと案内される。ローラ開繊装置20C
は、不融化工程後に設けられるローラ開繊装置20Aと
同じ構成とされ、ただ開繊ローラ21の直径を25〜3
5mm、開繊液23として水酸化ナトリウム水溶液、水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を使用する点
で相違する。
置a20Cにて膠着が解除された後、連続してローラ開
繊装置120cへと案内される。ローラ開繊装置20C
は、不融化工程後に設けられるローラ開繊装置20Aと
同じ構成とされ、ただ開繊ローラ21の直径を25〜3
5mm、開繊液23として水酸化ナトリウム水溶液、水
酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を使用する点
で相違する。
焼成工程を終えた繊維束Fは、膠着度が50〜70%に
上昇しており、伸びが例えば0.5〜1%といった小さ
なものであり、厳しい機械開繊を行なうと、繊維束が切
断され1毛羽立ちが多く発生する。従って、開繊ローラ
21としては直径25〜35mmといった大径のローラ
を使用し、lsかな機械開繊を行なことが必要とされる
。又、開繊液23としては、開繊ローラによる開繊作用
によって繊維束より除去された膠着原因物質を溶解し易
い溶液が好適であり、好ましくは0〜80℃、5〜50
%の水酸化ナトリウム水溶液が使用される。必要に応じ
て、貯槽内に超音波装置を設置し、開繊液23に超音波
振動を与えることもできる。
上昇しており、伸びが例えば0.5〜1%といった小さ
なものであり、厳しい機械開繊を行なうと、繊維束が切
断され1毛羽立ちが多く発生する。従って、開繊ローラ
21としては直径25〜35mmといった大径のローラ
を使用し、lsかな機械開繊を行なことが必要とされる
。又、開繊液23としては、開繊ローラによる開繊作用
によって繊維束より除去された膠着原因物質を溶解し易
い溶液が好適であり、好ましくは0〜80℃、5〜50
%の水酸化ナトリウム水溶液が使用される。必要に応じ
て、貯槽内に超音波装置を設置し、開繊液23に超音波
振動を与えることもできる。
上記ローラ開繊により炭素繊維束Fの膠着度は15〜3
0%にまで減少される。
0%にまで減少される。
上記実施例では、ローラ開繊が、不融化工程の後及び予
備炭化工程の後にそれぞれ行なわれるものとして説明し
たが、不融化工程の後、或いは予備炭化工程の後の一方
のローラ開繊は省略することも可能である。予備炭化繊
維開繊工程を終えた繊維束Fは次の工程へと通糸される
前に、繊維束に付着した開繊液を除去するために洗浄液
、通常水にて洗浄されるのが好ましい。
備炭化工程の後にそれぞれ行なわれるものとして説明し
たが、不融化工程の後、或いは予備炭化工程の後の一方
のローラ開繊は省略することも可能である。予備炭化繊
維開繊工程を終えた繊維束Fは次の工程へと通糸される
前に、繊維束に付着した開繊液を除去するために洗浄液
、通常水にて洗浄されるのが好ましい。
本明細書にて、膠着度(%)は、3000フイラメント
から成る繊維束を3 m m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m微
鏡下で20倍の倍率で膠着しているフィラメントの総本
数(N)を数えることにより次の式にて求められる。
から成る繊維束を3 m m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m微
鏡下で20倍の倍率で膠着しているフィラメントの総本
数(N)を数えることにより次の式にて求められる。
膠着度= (N/3000)X100 (%)本発明に
従って製造された、膠着が解除された炭素繊維は、従来
の開繊することなく製造した膠着及び融着の存在する炭
素繊維、及び焼成工程の後にのみ開繊を行なった炭素繊
維より物性が向上した。
従って製造された、膠着が解除された炭素繊維は、従来
の開繊することなく製造した膠着及び融着の存在する炭
素繊維、及び焼成工程の後にのみ開繊を行なった炭素繊
維より物性が向上した。
以下、本発明に係るピッチ系炭素繊維の製造方法を実施
例について更に詳しく説明する。
例について更に詳しく説明する。
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。
、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#a雑用ピッチを50
0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200mmHHの窒素
ガス圧で押し出して紡糸した。
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#a雑用ピッチを50
0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200mmHH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、糸に対して約0.2
重量%の割合で集束用油剤を供給し、500フイラメン
トから成るピッチ繊維束を形成した。油剤としては、2
5℃における粘度が14cStのメチルフェニルポリシ
ロキサンを使用した。
集束してオイリングローラに導き、糸に対して約0.2
重量%の割合で集束用油剤を供給し、500フイラメン
トから成るピッチ繊維束を形成した。油剤としては、2
5℃における粘度が14cStのメチルフェニルポリシ
ロキサンを使用した。
該ピッチ繊維束は、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l Om m / 1回転であった。紡糸の間に糸切
れは発生しなかった。
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l Om m / 1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油剤を付与
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。
、そしてオイリングローラを使用して耐熱性油剤を付与
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。
合糸時に油剤としては25℃で40cstのメチルフェ
ニルポリシロキサン(フェニル基含有量45モル%)を
使用した。付与量は糸に対し0゜5%であった・ 上述にて製造されたピッチ繊維束Fを、第1図に図示し
説明した装置を使用して炭素m維とした。
ニルポリシロキサン(フェニル基含有量45モル%)を
使用した。付与量は糸に対し0゜5%であった・ 上述にて製造されたピッチ繊維束Fを、第1図に図示し
説明した装置を使用して炭素m維とした。
つまり、先ず、ピッチ繊維束Fは、上述した態様にて、
即ち、入口に近接した室R1は190℃に、室R2は2
20℃に、室R3は250℃に、室R4は280℃に、
室R5は310℃に加熱して保持し、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50
150)を導入し、ファンにより強制的に攪拌すること
により不融化処理した。
即ち、入口に近接した室R1は190℃に、室R2は2
20℃に、室R3は250℃に、室R4は280℃に、
室R5は310℃に加熱して保持し、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50
150)を導入し、ファンにより強制的に攪拌すること
により不融化処理した。
このとき、ピッチ繊維束Fは不融化炉10内を、0.3
m/minにて移動させ、又該繊維束Fには繊維束緊張
手段12にて20gのテンションをかけた。
m/minにて移動させ、又該繊維束Fには繊維束緊張
手段12にて20gのテンションをかけた。
このようにして得られた不融化繊維束Fは連続してo−
ラ開繊装置20Aに0.3m/minにて通糸した。繊
維束Fには、20gのテンションがかけられた。
ラ開繊装置20Aに0.3m/minにて通糸した。繊
維束Fには、20gのテンションがかけられた。
開繊ローラ21の直径はlomm、′!!5き付は角度
(θ)は180°であった。又、開繊液23は、水/エ
タノールが50150にて調製された。
(θ)は180°であった。又、開繊液23は、水/エ
タノールが50150にて調製された。
このようにして得られた不融化繊維束Fは、膠着が除去
(脱膠着)され、しなやかなものであった、この不融化
繊維束Fの膠着度は0%であった。
(脱膠着)され、しなやかなものであった、この不融化
繊維束Fの膠着度は0%であった。
先に説明した態様にて構成された予@炭化炉30を入口
部より400.500.5OO1700,1100℃へ
と階段状に上昇する態様にて加熱保持し、更に炉内に窒
素ガスを供給しながら、速度0.3m/minにて不融
化繊維束を通糸した。予@炭化時に繊維束には20gの
テンションが付与された。この予@炭化繊維の膠着度は
55%であった・ 引続き、予@炭化された繊維束Fは、ローラ開繊装置2
0Bに0.3m/minにて通糸した。
部より400.500.5OO1700,1100℃へ
と階段状に上昇する態様にて加熱保持し、更に炉内に窒
素ガスを供給しながら、速度0.3m/minにて不融
化繊維束を通糸した。予@炭化時に繊維束には20gの
テンションが付与された。この予@炭化繊維の膠着度は
55%であった・ 引続き、予@炭化された繊維束Fは、ローラ開繊装置2
0Bに0.3m/minにて通糸した。
繊維束Fには、200gのテンションがかけられた。
開繊ローラ21の直径は10mm、巻き付は角度(θ)
は180°であった。又、開繊液23は、60℃、濃度
15%(重量)の水酸化ナトリウム水溶液を使用した。
は180°であった。又、開繊液23は、60℃、濃度
15%(重量)の水酸化ナトリウム水溶液を使用した。
このようにして得られた予Iil炭化繊線束Fは膠着度
は30%であり、しなやかなものであった。
は30%であり、しなやかなものであった。
このようにして得られた予vA炭化繊維は、水洗して開
繊液を除去後、通常の方法に従って最高温度2500℃
にセットされた炉に連続的に通して焼成しボビンに巻取
った。焼成時に繊維束には、200gのテンションが付
与された。この繊維の膠着度は59%であった。
繊液を除去後、通常の方法に従って最高温度2500℃
にセットされた炉に連続的に通して焼成しボビンに巻取
った。焼成時に繊維束には、200gのテンションが付
与された。この繊維の膠着度は59%であった。
引続き、この炭化されたm線束は、ローラ開繊装置20
Cに0.3m/minにて通糸した。ローラは黒鉛製で
開繊ローラの直径は30mm、巻付は角(θ)は180
’であった。開繊液は60℃、濃度15重量%の水酸化
ナトリウム水溶液を使用した。引続き水洗を行なって開
繊液を除去して炭素繊維を得た。
Cに0.3m/minにて通糸した。ローラは黒鉛製で
開繊ローラの直径は30mm、巻付は角(θ)は180
’であった。開繊液は60℃、濃度15重量%の水酸化
ナトリウム水溶液を使用した。引続き水洗を行なって開
繊液を除去して炭素繊維を得た。
この炭素繊維束Fの膠着度は21%であった。
この炭素繊維についてJIS−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320K
g/mrn’であった。
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320K
g/mrn’であった。
比較例1
不融化繊維、予Iil炭化繊維、黒鉛繊維のいずれの繊
維束にも開繊操作を行なわなかった以外は実施例1と同
様に処理した。
維束にも開繊操作を行なわなかった以外は実施例1と同
様に処理した。
この場合、2500℃で焼成後の黒鉛繊維の膠着度は7
0%であった。この炭素繊維の樹脂含浸ストランド試験
法による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280 K g / mばであ
った・ 比較例2 不融化繊維、予@炭化繊維に対する開繊操作を行なわな
かった以外は実施例1と同様に処理した。
0%であった。この炭素繊維の樹脂含浸ストランド試験
法による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280 K g / mばであ
った・ 比較例2 不融化繊維、予@炭化繊維に対する開繊操作を行なわな
かった以外は実施例1と同様に処理した。
この場合2500℃で焼成後の黒鉛繊維の膠着度は70
%であり、この黒鉛繊維に開繊操作を行なった後の膠着
度は60%であった。
%であり、この黒鉛繊維に開繊操作を行なった後の膠着
度は60%であった。
この炭素繊維についてJIS−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285K
g/mrn”であった。
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285K
g/mrn”であった。
実施例2
予備炭化繊維の開m操作を行なわなかった以外は実施例
1と同様に処理した。
1と同様に処理した。
この時予(#l炭化繊維の膠着度は55%であった。2
500℃で焼成後の黒鉛繊維の膠着度は65%であり、
この黒鉛繊維に開繊操作を行なった後の膠着度は29%
であった。
500℃で焼成後の黒鉛繊維の膠着度は65%であり、
この黒鉛繊維に開繊操作を行なった後の膠着度は29%
であった。
この炭素繊維についてJIS−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315K
g/mrn’であった。
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315K
g/mrn’であった。
l見立上j
以上説明したように、本発明に係るピッチ系炭素繊維の
製造方法によると、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炭素繊維を効率よく製
造することができる。又、本発明の方法は、特に不融化
工程から炭化、黒鉛化にいたる焼成工程まで連続的に通
糸してピッチ系炭素繊維を極めて効率よく製造し得ると
いう特長を有する。
製造方法によると、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炭素繊維を効率よく製
造することができる。又、本発明の方法は、特に不融化
工程から炭化、黒鉛化にいたる焼成工程まで連続的に通
糸してピッチ系炭素繊維を極めて効率よく製造し得ると
いう特長を有する。
第1図は、本発明の方法を実施する際に使用される炭素
繊維製造装置の概略構成図である。 第2図は、a−ラPJ4m装置の一実施例の概略構成図
である。 第3図は、開繊ローラにおける繊維束の巻き付は角度を
説明する説明図である。 10:不融化炉 20:ローラ開繊装置 21:開繊ローラ 22:案内ローラ 23:開繊液 30:予f!a炭化炉 40:焼成炉 第2図 1 第3図
繊維製造装置の概略構成図である。 第2図は、a−ラPJ4m装置の一実施例の概略構成図
である。 第3図は、開繊ローラにおける繊維束の巻き付は角度を
説明する説明図である。 10:不融化炉 20:ローラ開繊装置 21:開繊ローラ 22:案内ローラ 23:開繊液 30:予f!a炭化炉 40:焼成炉 第2図 1 第3図
Claims (1)
- 1)紡糸されたピッチ繊維束を不融化するための不融化
工程、該不融化工程にて不融化された不融化繊維束を予
備炭化するための予備炭化工程、及び該予備炭化工程に
て予備炭化された予備炭化繊維束を炭化、更には黒鉛化
するための焼成工程を有する炭素繊維の製造方法におい
て、前記不融化工程の後及び/又は予備炭化工程の後、
更に前記焼成工程の後に開繊ローラによる膠着解除工程
を設け、前記不融化工程の後の膠着解除工程は、水・エ
タノール溶液中に浸漬された直径5〜15mmの開繊ロ
ーラを使用して行ない、前記予備炭化工程の後の膠着解
除工程は、アルカリ水溶液中に浸漬された直径5〜15
mmの開繊ローラを使用して行ない、前記焼成工程の後
の膠着解除工程は、アルカリ水溶液中に浸漬された直径
25〜35mmの開繊ローラを使用して行なうことを特
徴とするピッチ系炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13722489A JPH038808A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | ピッチ系炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13722489A JPH038808A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | ピッチ系炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH038808A true JPH038808A (ja) | 1991-01-16 |
Family
ID=15193682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13722489A Pending JPH038808A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | ピッチ系炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH038808A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998045515A1 (fr) * | 1997-04-10 | 1998-10-15 | Toray Industries, Inc. | Procede et appareil permettant d'ouvrir un faisceau de fibres renforcees et procede de fabrication d'un preimpregne |
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1989
- 1989-05-30 JP JP13722489A patent/JPH038808A/ja active Pending
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