JPH04163318A

JPH04163318A - 高熱伝導率ピッチ系炭素繊維及びその製造法

Info

Publication number: JPH04163318A
Application number: JP27943690A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hino; 日野　隆; Kikuji Komine; 小峰　喜久治; Masaharu Yamamoto; 雅晴山本
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1992-06-08

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】産業」二〇利　　野本発明は、一般には、炭素繊維に関するものであり、特
に、熱伝導率が高く、圧縮強度が大であり、しかも糸扱
い性に優れ、例えば電子機器のプリント基板、丁Ｃ基板
、ヒートシンクなどの炭素繊維強化複合材オー１として
広く使用することのできる高熱伝導率ピッチ系炭素３．
ハ雄及びその製造法に関するものである。

従来の支斐近年、例えば電子機器のプリント基板、■Ｃ基板、ヒー
トシンクなどの利料として各種の繊維強　　゛化複合利
科の使用が提案されている。このような繊＾１ｆＩ強化
複合材料に使用される繊維（ｉ、特に、熱伝導率か高い
ことか必須である。

従来、炭素繊維としては、ＰＡＮ系及びピッチ系炭素繊
維が広（製造及び使用されているが、ＰＡＮ系炭素繊維
は機械的特性は高いが熱伝導率が著しく低く、通常１０
　Ｗ　／　ｍ　／　Ｋ以下であり、７５　Ｗ　／　ｍ　
／　Ｋ以上のものは知られていない。又、熱伝導率の向
上をも期待し得す上記の繊維強化複合材料へのＰＡＮ系
炭素繊維の使用は不適である。

一方、ピッチ系炭素繊維は熱伝導率は高いものの、機械
的特性、特に圧縮強度や繊維強化複合材料を製造する際
の糸扱い性かバランスよ（十分高いものは知られていな
い。

日か？？しようとする課題上記プリント基板用炭素繊維強化複合材料などに使用さ
れる炭素繊維には、熱伝導率が高いことと同時に、機械
的特性、特に圧縮強度の増大が希求されている。

又、例えば、プリント基板の熱伝導部材或はヒートシン
ク用としての炭素繊維強化複合材料を製造する場合には
、炭素繊維束に金属材料が含浸される場合もあり、特に
このような場合には金属材料の含浸性を増大するべく、
炭素繊維束の融膠着が少ないこと、即ち、糸扱い性が良
好であることが要求される。

本発明者らは、ピッチ系炭素繊維における結晶構造に対
する熱伝導率及び機械的強度との関係を研究する過程に
おいて、炭素繊維の結晶構造、特に積層厚み（Ｌ　ＣＯ
［１２）を特定の範囲とすることで、更に詳しくいえば
、積層厚み（Ｌ　ｃ　００２）／密度（ρ）を特定の範
囲内にすることで、所定レベル以上の引張強度、引張弾
性率を具備し、しかも、熱伝導率及び圧縮強度が飛躍的
に増大した良好な高熱伝導率ピッチ系炭素繊維を得るこ
とができ、又、このような炭素ｊ＆維は、融膠着度を２
０％以下とすることにより、複合材料を製造する際の糸
扱い性に優れ、良好な炭素繊維強化複合材料を製造し得
ることが分かった。

本発明は、斯る新規な知見に基づきなされたものである
。

従って、本発明の目的は、引張強度及び引張弾性率を損
なうことなく、熱伝導率が高く、且つ圧縮強度が犬であ
り、しかも糸扱い性に優れた高熱伝導率ピッチ系炭素繊
維及びその製造法を提供することである。

課題を解決するための手段上記目的は本発明に係る高熱伝導率ピッチ系炭素繊維に
よって達成される。要約すれば本発明は、繊維軸方向の
熱伝導率が３００〜５００Ｗ／ｍ／Ｋ、積層厚み（Ｌ　
ｃ　００２）／密度（ρ）が７０〜１８０、融膠着度か
０〜２０％、そして圧縮強度が０．３〜０．５ＧＰａで
あることを特徴とする高熱伝導率ピッチ系炭素繊維であ
る。

本発明者らは、上述のように、ピッチを原料として熱伝
導性の良好なピッチ系炭素繊維を得るべく研究開発する
過程にて、先ず、繊維軸方向に沿った熱伝導率を増大せ
しめるには、繊維の結晶化を進めるのが必要であるか、
余りにも結晶化が進んだ場合には繊維の機械的特性、特
に圧縮強度が著しく低下してしまうことか分かった。

つまり、本発明者らは、３００〜５００　Ｗ　／　ｍ／
にの高熱伝導率を有し、しかも圧縮強度が０３〜０．５
ＧＰａとされ、且つ、引張強度が２５〜４．０ＧＰａ、
引張弾性率が７ｏｏ〜９ｏ。

ＧＰａとされるバランスのとれた機械的特性を有した高
熱伝導率のピッチ系炭素繊維を得るには、炭素繊維の結
晶構造、特に積層厚み（Ｌ　ｃ　００２）を特定の範囲
内にもたらすことが、つまり、詳しく言えば、積層厚み
（Ｌ　ｃ　００２）／密度（ρ）の値が、７０以上、１
８０以下とされる範囲内に存在しなければならないこと
を見出した。もし、積層厚み（Ｌｃ００２）／密度（ρ
）の値が７０未満である場合には熱伝導率が３００　Ｗ
　／　ｍ　／　Ｋに達せず、又、この値が１８０を越え
た場合には、圧縮強度が０．３ＧＰａより小さくなり、
引張強度及び引張弾性率とバランスのとれた機械的特性
が得られない。

更に説明すると、本発明に従った高熱伝導率ピッチ系炭
素繊維においては、上述のように結晶構造を決定するフ
ァクターの中でも特に、積層厚み（ＬｃＯＤ２）か重要
であるか、通常本発明にて積層厚み（Ｌ　ｃ　００２）
けコロ０〜４００人とされ、又、結晶長さ（’ｆ−ａ、
　Ｉ　１０）は２００〜５００人、そして層間隔（ｄ　
ｏＯ９）は３．３７〜３．４０人とされる。更に、本発
明の繊維の密度（ρ）は、一般に２１６〜２．２２　ｇ
／ｃ＋〕〕３とされる。

又、このような本発明に従ったピッチ系炭素繊維は、融
膠霜度を２０％以下とすることにより、複合材イ」を製
造する際の糸扱い性か増大し、良好な炭素繊Ｋｌ（を強
化複合材料を製造し得る。もし、融膠着度か２０％を超
えると、糸扱い性か著しく低下し、例えば、アルミニウ
ムなどの金属を炭素繊維束に含浸させて炭素繊１４１１
強化複合材料を製造する場合に、通常１００−１０００
０フィラメン１−からなる炭素繊維束中に溶融全屈か一
様に含浸されず、所望の特性を有した炭素繊維強化複合
Ａ’Ａ料を製造し得ない。

上記本発明に係る高熱伝導率ピッチ系炭素繊維は、炭素
質ピッチを紡糸して得たピッチ４５　Ｋ［Ｃを通餡通り
に不融化し、該不融化した不融化繊維な３ＯＯ〜５００
℃１好ましくは３５０〜４８０　’Ｃの酸素含有雰囲気
中に極く短詩間通して５〜１．００％の延伸熱処理を施
し、引１）、′ζいて、最高温度か５００〜７００　’
Ｃ１好ましくは５５０〜６５０℃の酸素含有雰囲気中に
短詩間通して５〜１００％の延伸予備炭化処理し、その
後、最高温度が２３００〜３０００℃の不活性ガス雰囲
気中で炭化を行なうことにより好適に製造し得ることか
分かった。

本発明の製造法によると、通常通りに酸化性雰囲気下に
て１５０〜３５０℃までに加熱して不融化された脆弱な
不融化繊維か、予備炭化する前に３００〜５００℃とい
った高調の酸素含有雰囲気中にて短時間処理されるので
、糸の表面か選択的に酸化され、他方、糸の内部ＩＪ高
記の熱にて熱重合及び炭化か進展する。その結果、不融
化繊Ｉｆｔは強くなり、該不融化繊維の予（′Ｉ？ｉｉ
炭化炉内での更に延伸処理か可能とされ、予備炭化繊維
の融膠着度か低減するものと考えられる。

更に、上述のように、不融化処理後と、予備炭化処理時
の二段階にわたって延伸熱処理を行なうことにより、繊
維におＣづる配向性か改善され、特に熱伝導率を増大せ
しめ、高熱伝導率の糸か得られることか分かった。いず
れか一方の、つまり、−段の延伸熱処理では、本発明に
係る上記構成の高熱伝導率ピッチ系炭素ｌ′Ｌ’ｉ　Ｍ
ｆｔは得られない。

又、不融化処理後の第１段目の延伸熱処理時の酸素含有
雰囲気中の酸素濃度は５〜８０％とされ、炉内ｔ（；）
留［１１ｆ間は１〜２００秒（好ましくは１０〜１００
秒）、１フイラメン］・当りの張力は０．００３〜０１
７ｇか好適であり、又、予備炭化処理時の第２段階Ｌ１
の延伸熱処理時の酸素含有雰囲気中の酸累謔度Ｌ１０．
０１〜３０％とされ、炉内滞留時間は２０〜３００秒（
好ましくは５０〜２００秒）、１フィラメント当りの張
力は０．００６〜０３３ｇが好適である。

次に、本発明に係る高熱伝導率ピッチ系炭素繊維の製ｊ
告方法について更に詳しく説明する。

先ず、炭素質ピッチは当業者には周知の方法によって紡
糸できる。ｆａｌｌえは、石油系ピッチ、石炭系ピッチ
、芳香族炭化水素を原料とする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
、各フィラメントには通常使用されているオイリングロ
ーラを使用して集束剤を付与して、こＡ］ら多数のフィ
ラメントを集束し、１本の糸条としてボビンに巻き取る
。

集束剤としては、例えば水、エチルアルコール、イソプ
ロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ブチルア
ルコール、等のアルコール類又は粘度５〜１００Ｏｃｓ
ｔ　（２５℃）のジメチルポリシロキケン、アルギルフ
ェニルポリシロキケン等を、低沸点のシリコーン曲（ポ
リシロキサン）又はパラフィン油等の溶剤で稀釈したも
の、又は乳化剤を入れて水に分散させたもの；同様にク
ラファイト又はポリエチレングリコールやヒンダードエ
ステル類を分散させたもの、界面活性剤を水で稀釈した
もの、その他通常の繊維、例えばポリエステルｉｆｆ　
ｉａに使用される各種油剤の内ビッヂ繊１ｆｆｔを犯さ
ないものを使用することができる。

集束剤のピッチ繊維への付与量は、通常００１〜１０Ｍ
量％とされるが、特に０．０５〜５重量％が好ましい。

上述のようにして一旦ボビンに巻取られた多数のフィラ
メントから成る糸条は、複数個の、例え＋ｉ　２〜５０
個のボビンを同時に解舒することによって、又は複数回
に分けて、例えば１回目は２〜１０本を、次いで残余分
をといったように、解舒合糸を繰返し行なうことによっ
て、２〜５０本の糸条を合束（合糸）し、１００−１０
００００本、好ましくは５００〜１００００本のフィラ
メントからピッチ繊維束（以後単に「ピッチ繊維」とい
う。）が製造され、他のボビンに巻取られる。

斯る合糸時に、不融化時及び予備炭化時の処理を考慮し
てピッチ繊維に耐熱性の油剤が付与される。耐熱性の油
剤としては、アルキルフェニルポリシロキサンが好まし
く、フェニル基を５〜８０％、好ましくは１０〜５０％
含み、又、アルキル基としてはメチル基、エチル基、プ
ロピル基が好ましく、同一分子に２種以上のアルキル基
を有していても良い。又、粘度は２５℃にて１０〜１０
００ｃｓｔのものが使用される。更に後述するような酸
化防止剤を添加することもできる。

他の好ましい油剤としては、ジメヂルボリシロキサンに
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５〜１０００ｃｓｔ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は、上述し
たように、更に耐熱性を高める目的で上記アルキルフェ
ニルポリシロキサンに添加することも可能である。

更に、好ましい油剤としては、上記各油剤を沸点が６０
０℃以下の界面活性剤を用いて、乳化したものを使用す
ることもできる。このとき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、ボリオキシエチレン変性シリコーン、
ポリオキシアルキレン変性シリコーン等を使用し得る。

これら油剤は、ローラ接触、スプレー塗布、泡沫塗布等
により、ピッチ繊維に０．０１〜１０重量％、好ましく
は０．０５〜５重量％が付与される。

上述のように、合糸されたピッチ繊維に耐熱性油剤を付
与することにより、該ピッチ繊維は強度が著しく強くな
り糸扱い性が極めて向上する。

以上の如（にして製造されたピッチ繊維をボビンより解
舒して、不融化炉へと送給する。

不融化炉内の温度は１５０〜３５０℃の範囲内の成る一
定温度とすることもできるが、炉入口より炉出口にかけ
て１５０℃から３５０℃へと次第に増大する温度勾配を
有するように設定することもできる。

又、不融化炉内は酸化性雰囲気とされ、不融化炉内には
空気、酸素、空気と酸素又は空気と窒素の混合ガス等の
酸化性ガスが供給されるが、好ましいガスとして酸素濃
度３０〜９０％の富酸素ガスが使用される。

本発明に従えば、不融化処理時に、繊紺束には張力をか
けずに行なうこともできるが、不融化炉内での繊維束の
たるみによる炉底、炉壁をこすることにより生じる引き
ずり傷の発生防止、及び外観が良く且つ引張強度、引張
弾性率などの炭素繊維の物性の向上のために、１フイラ
メント当たり０．００１〜０．２ｇの張力をかけながら
不融化を行なうことが好ましい。

このようにして、不融化繊維の酸素濃度は７〜１２重量
％になるように不融化される。

本発明によれば、上述のようにして不融化された酸素濃
度７〜１２重量％の不融化繊維は、予備炭化炉にて予備
炭化処理を受ける前に、酸素含有雰囲気中で第１段目の
延伸熱処理が行なわれる。

該延伸熱処理炉内の温度は、不融化温度より１００〜２
００℃高い温度が好ましく、一般に、３００〜５００℃
の範囲内の成る一定温度とされ、例えば４５０℃とする
こともできるが、炉入口より炉出口にかけて次第に増大
する温度勾配を有するように設定することもてき、この
場合の最高調度は３００〜５００℃を超えないようにさ
オニる。

例えは、炉入口温度を３５０℃とし、次第に増大し炉出
口温度か５００　’Ｃとなるように設定し得る。もし、
該熱処理温度か５００℃を超えると、不融化繊維の酸化
か過大となり好ましくなく、又、３００　’Ｃ未満だと
熱処理時間が長（なるか、或は不融化繊ｉ′１１の表面
酸化が不十分となり、期待した効果を得るのが困難であ
る。

又、該熱処理炉内は酸素含有雰囲気とされ、炉内には空
気、空気と酸素、空気と窒素、又は窒素と酸素の混合ガ
スか供１１８されるが、酸素濃度は５〜８０％、好まし
くは１０〜５０％とされる。−般に、空気か好適に使用
される。場合によっては、空気にＮＯ，、Ｓｏ、、（１
２，などを含ませた〆見合ガスを用いてもよい。

更に、本発明によれば、該熱処理炉内における不融化繊
維のｔ（１）留時間は１〜２００秒とされ、好ましくは
１０〜１００秒である。滞留時間は上記熱処理温度との
関係で設定され、２００秒を超えると熱処理温度を３０
０℃としたとしても不融化繊維の酸化か過大となり好ま
しくなく、又、１秒未満だと熱処理温度を５００　’Ｃ
としても不融化繊維の表面酸化か不十分となり、期待し
た効果を得るのが困難である。

更に、本発明に従えば、上記熱処理と同時に不融化繊ｆ
、ｆｔには張力を例与して５〜１００％の延伸処理が施
される。従って、通常、不融化繊維に付与される張力と
しては、１０〜５００ｇ／３０００フィラメント、つま
り、１フイラメント当たりＯｏ０３〜０１７ｇとされる
。

延伸は張力の大きさを調節して設定してもよいし、２個
以上のロールの差動によって調節してもよい。

上記構成によって、不融化繊維は糸表面のみが選択的に
酸化され、糸の内部は高温の熱による熱重合か更に進展
し、その結果、多数のフィラメントからなる不融化繊維
はその強度が増大する。そのために、本発明によれば不
融化繊維か予備炭化前に酸化されるが、糸の表面のみが
酸化されるだけであるので、製品である炭素繊１ｔの物
性を低下させることはない。

更に、本発明によれば、不融化繊維の表面を酸化するこ
とにより、次いで行なわれる予備炭化炉内での不融化繊
維の糸表面での融膠着度が低減される。

更に又、本発明によれば、不融化繊維の糸表面のみか選
択的に酸化され、糸の内部は熱重合が更に進展し、その
結果、不融化Ｈｈｌｔ−の強度か増大することとなり、
該不融化１′ハ維に対する延伸処理によって繊維の配向
性が改善され、得られる炭素繊維の物性が向上する。

次いで、このようにして熱処理及び延伸処理された不融
化繊ｉｉ［Ｉ−ば、予備炭化炉へと送給され、予備炭化
処理、即ち、酸素含有雰囲気中で第２段目の延伸熱処理
か施される。

予（ｌｉｉ＋炭化炉内は、最高温度が５００〜７００℃
になるように設定される。例えば入り口部から出口部に
かけて４００’Ｃ，５００’Ｃ０６００℃というように
、最高調度か５００〜７００℃の間の或る温度にまで達
するように、段階的に昇温することができる。熱処理温
度か７００℃を超えると、予備炭化繊維の酸化が過大と
なり好ましくなく、又、最高温度が５００　’Ｃ未満だ
と熱処理時間か長くなるか、或は予備炭化繊維の表面酸
化が不十分となり、期待した効果を得るのが困難である
。

又、該熱処理炉内には不活性ガスに少量の酸素又は空気
を混合して供給することにより、低濃度の酸素含有雰囲
気に維持される。酸素濃度は００１〜３０％、好ましく
は０．０５〜１０％とされる。不活性ガスとしては窒素
ガス又はアルゴンガスが使用され、酸素又は空気の代わ
りにＮＯ８、ＳＯＸ、水蒸気、炭酸ガス、ハロゲンガス
、強酸の蒸気を使用しても良い。

更に、本発明によれば、該予備炭化炉内における繊維の
滞留時間は２０〜３’　Ｏ０秒とされ、好ましくは５０
〜２００秒である。滞留時間は上記熱処理温度及び酸素
濃度との関係で設定される。

つまり、低濃度の酸素含有雰囲気の酸素含有量か０．０
１％未満であると少なすぎて、予備炭化時の短時間加熱
では不融化繊維の表面を有効に酸化させることができす
、逆に３０％を超えると多すぎて、短時間の熱処理であ
っても不融化繊維の表面のみを選択的に酸化することが
できず、酸化が繊維の内部まで進み不都合を生じる。

又、低濃度の酸素含有雰囲気下での不融化繊維の予備炭
化時の熱処理時間は、２０秒未満であると短かすぎて、
雰囲気の酸素含有量を多くしても不融化繊維の表面を有
効に酸化することができず、逆に３００秒を超えると長
すぎて、雰囲気の酸素含荷量を少なくしても不融化繊維
の内部まで酸化が起こるのを免れない。

更に、本発明に従えば、上記熱処理と同時に繊維には張
力を付与して５〜１００％の延伸処理が施される。従っ
て、通常、不融化繊維に付与される張力としては、２０
〜１０００ｇ／３０ｏＯフィラメント、つまり、１フイ
ラメント当たり０００６〜０．３３ｇとされる。延伸は
張力の大きさを調節して設定してもよいし、２個以上の
ロールの差動によって調節してもよい。

本発明によれば、予備炭化炉内では不融化繊維は低濃度
の酸素含有雰囲気下で短時間加熱処理され、繊維の表面
を選択的に酸化して表面を強固にしながら繊維の予備炭
化が行なわれるので、不融化繊維の予備炭化炉内での更
に延伸処理が可能とされ、予備炭化繊維の融膠着度が低
減するものと考えられる。

上述のように、不融化処理後と、予備炭化処理時の二段
階にわたって延伸熱処理を行なうことにより、炭素繊維
の融膠着度は２０％以下にまで低減される。と同時に、
繊維における配向性が改善され、特に熱伝導率を増大ぜ
しめ、高熱伝導率の糸が得られる。いずれか一方の、つ
まり、−段の延伸熱処理では、本発明に係る上記構成の
高熱伝導率ピッチ系炭素繊維は得られない。

このようにして予備炭化された繊維は次いで、炭化炉へ
と送給され、最高温度が２３００〜３゜００℃の不活性
ガス雰囲気中で炭化される。

上記製造法にて、繊維軸方向の熱伝導率が３００〜５０
０Ｗ／ｍ／に、繊維結晶構造の積層厚み（Ｌ　ｃ　００
２）／密度（ρ）が７０〜１８０、融膠着度が０〜２０
％、そして圧縮強度が０３〜０゜５ＧＰａであり、又、
引張強度は２．５−４．０ＧＰａ、引張弾性率は７００
〜９００　Ｇ　Ｐ　ａとされる、本発明に従った高熱伝
導率ピッチ系炭素繊維が好適に得られる。

尚、本明細書において、炭素繊維の特性は下記の如き測
定方法を採用した。

・熱伝導率炭素繊維束をエポキシ植（脂に含浸したサンプルをレー
ザーフラッシュ法で測定した。

・Ｘ線構造パラメータ積層厚さ（Ｌ　ｃ　００２）、積層長さ（ＬａｌｌＯ）
、層間隔（ｄｏｏ２）はＸ線回折法により求められる炭
素繊維の微細構造を表わすパラメータである。

積層厚さ（Ｌ　ｃ　００２）は炭素結晶中の（００２）
面の見掛けの積層の厚さを表わし、一般に積層厚さくＬ
ｃ００２）が大きい程結晶性が良いと見なされる。積層
長さ（Ｌ　ａ　１１０）は炭素結晶中の（１１０）面の
積層の長さを表わし、一般に積層長さ′Ｖ　　　２０（Ｌ　ａ　１１０）が大きい程結晶性が良いと見なされ
る。又、層間隔（ｄ　００２＋は結晶の（００２）面の
層間隔を表わし、層間隔（ｄｏｏ２）が小さい程結晶性
が良いと見なされる。

積層厚さ（Ｌ　ｃ　００２）、積層長さ（Ｌ　ａ　１１
０）、層間１ｔＭ（ｄｏｏ２）は炭素繊維を乳鉢で粉末
状にし、字種法［人造黒鉛の格子定数および結晶子の大
きさ測定法」に準処して測定・解析を行ない、以下の式
から求めた。

Ｌｃ００２＝にん／βａｏｓｅＬａｌｌＤ＝にん／β’　　ｃｏｓθ。

ｄｏｏ２＝χ／　２　ｓ　ｉ　ｎθ ここで、Ｋ＝１．０．　　ん＝　１．５４１８人θ　：
　　（００２）面の回折角２０より求める。

θ’　　：　　（１１０）面の回折角２θより求める。

β　　補正により求めた（　００２）面の回折帯の半価
幅。

β°　・補正により求めた（　＋１０）面の回折帯の半
価幅。

・密度（ρ）密度勾配管にて測定した。

・融膠イ１度３０００フィラメントからなる炭素繊維束を１５　ｍ　
ｍ幅に切り取り、これをエタノールに浸漬し、３０秒間
エアーを吹き込み、その後顕微鏡下で２０倍の倍率で融
膠着しているフィラメントの総本数（＋１）なりえるこ
とにより次の式にて求められる。

融膠着度二（Ｎ／３０００）ｘ　ｌ　００　（％）・圧
縮強度炭素繊維束をエポキシ樹脂に含浸したケンプルをＡＳＴ
Ｍ　　Ｄ３４１０に従って測定した。

以下、本発明に係る高りＪ）伝導率ピッチ系炭素繊維の
製造方法を実施例について説明する。

実施例１ピッチ繊ｔａｒｐを製造するに当り、光￥的異方性相を
４５％含有し、軟化点か２２６℃である戻素質ピッチを
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Ｅｉ［＋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１００％含み、軟化点Ｃま２７０℃、ギノリン
不溶分は２８０重量％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ｌ容
融紡糸機（ノズル孔径　直径０．３ｍｍ）に通し、３３
５℃で紡糸した。

紡糸した５００本のフィラメン１〜はエアーザラカーで
略集束してオイリングローラルこ導き、糸（こ対して約
０，２重量％の割合で集束用油剤を供給し、５００フィ
ラメン１−から成るピッチｌ１Ｍ維を形成した。油剤と
しては、２５℃における粘度か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５００　ｍ　７分の巻き取り速度で１０
分間紡糸した。ボビン１回転当たつのトラバースのビッ
グ−ζ：Ｉ：　Ｉ　Ｏｍ　ｍ　／　１回転であった。紡
糸の間に糸切れば発生しなかった。

次いで、ピッチ繊Ｓ（（を巻いた前記ボビン６個を解舒
し、そしてオイリンクローラを使用して耐熱性油剤を付
巧しなから合糸し、３０００フィラメントから成るピッ
チ１ｆｆｉ＃　維を形成し、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。イ」重量は糸に対し、０５％であった。

このようにして得た、ボビン巻のピッチ繊維をボビンか
ら解舒しつつ、炉入口温度１８０″Ｇ、最高温度２９５
℃の温度勾配を持つ富酸素雰囲気（酸素／窒素＝６０／
４０）の連続不融化炉に線状て連続的に導入した。胃温
速度は６℃／分てあり、不融化時間１ｊ１９分であった
。繊維にかけた張力は１フイラメント当たり０．００７
ｇ　（３０００フイラメンｊ・の１′Ｍ糸１１束に文・
１して２０ｇ）であった。不融化後の不融化繊：ｉｌｌ
の酸素濃度は９５重量％であった。

不融化中、ホビンからのビッグ−繊）１￥の解舒は円滑
に行なわれ、不融化炉内での繊維束の断糸もなく円滑に
不融化処理かできた。

このようにして得られた不融化繊維は、予（Ｉｉｉｉ炭
化炉へと通糸する前に、４５０℃に保持された熱処理炉
へと供給した。ｇ６．’Ａ　ＧＩには張力が１フイラメ
ント当たり０．００７ｇ（”Ｉ加された。炉内に（′：
ｒ空気か導入された。

上記構成にて、不融化４６ｊ　ＩＩＩを熱処理するのに
要した時間は２５秒であった。

熱処理炉内での繊１１Ｆの断糸もなく円滑に熱処理がで
きた。この熱処理に、おける糸の延伸率は２０％であっ
た。

この酸素含有雰囲気下で熱処理した繊維は、炉入口温度
４００℃，最高温度６００℃の温度勾配を有する酸素含
有雰囲気（酸素／窒素＝　５　／　９５）の予備炭化炉
に線状で連続的に導入した。繊維にＣ」、１フィラメン
ト当たり０．０１７ｇの張力が１」与され延伸率は１５
％であった。予備炭化時問は２５秒であった。２４時間
連続に処理したが、この間、炉内での断糸、糸切れは全
く生じなかった。

この予備炭化ｉハ維をアルゴンガス雰囲気中で２５００
℃まで昇温しで炭素繊維を得た。糸径ば８．７μｍであ
った。

この炭素繊維の特性は表１に示す。

実施例２実施例１と同様の材料及び方法にて不融化繊維を製造し
、この不融化繊維を実施例１と同様に、予備炭化炉へと
通糸する前に、４５０℃に保持された熱処理炉へと供給
した。繊維には張力が１フイラメント当たり０．００７
ｇ付加され、２５秒間熱処理を行なった。炉内には空気
が導入された。

熱処理炉内での繊維の断糸もなく円滑に熱処理ができた
。この熱処理における糸の延伸率は２０％であった。

この酸素含有雰囲気下で熱処理した繊維は、実施例１と
同じく炉入口温度４００℃１最高温度６ＯＯ℃の温度勾
配を有する酸素含有雰囲気（酸素／窒素＝５／９５）の
予備炭化炉に線状で連続的に導入した。このとき繊維に
は、実施例１と異なりｌフィラメント当たり０．０６７
ｇの弓長力がイ月与され延伸率は１９％であった。予備
炭化時間は２５秒であった。２４時間連続に処理したが
、この間、炉内での断糸、糸切れば全く生じなかった。

この予備炭化縁オ、「をアルゴンガス雰囲気中で２８０
０℃まで昇温して炭素１’Ｍ　ｔＩを得た。糸径は８４
μｍであった。

この炭素繊維の特性は表１に示す。

比較例１実施例１と同様の材料及び方法にて不融化繊維を製造し
、この不融化ｊハ維を、予備炭化の前の熱処理を行なわ
ずに、直接酸素含有雰囲気（酸素／窒素＝５／９５）の
予備炭化炉内へと線状で連続的に導入し、予備炭化を行
なった。予備炭化炉は、炉入口温度が４００　’Ｃ１最
高温度か９００　’Ｃの温度勾配を有しており、２５０
秒間かけて予備炭化処理を行なった。繊維には、張力が
１フイラメント当たり０．０１７ｇ付与され、この時延
伸率は１５％であった。

この予備炭化繊維をアルゴンガス雰囲気中で２５００℃
まで昇温しで、糸径９５μｍの炭素繊維を得た。

この炭素繊維の特性は表１に示す。

比較例２実施例１と同様の材料及す方法にて不融化繊維を製造し
た。この不融化繊維を、実施例１と同様に、４５０℃に
保持された熱処理炉へと供給し、繊維に１フイラメント
当たり０．００７ｇの張力を付与しなから、２５秒間熱
処理を行なった。炉内には空気が導入された。この熱処
理における糸の延伸率は２０％であった。

この酸素含有雰囲気下で熱処理した繊維は、実施例１と
異なり、直ちにアルゴンガス雰囲気中で２５００　’Ｃ
まで昇温しで炭素繊維を得た。糸径は９２μｍであった
。

この炭素繊維の特性は表１に示す。

４豆至吃浬以上説明した如（本発明に係る高熱伝導率ピッチ系炭素
繊維は、引張強度及び引張弾性率を損なうことなく、熱
伝導率が高く、且つ圧縮強度が大であり、しかも糸扱い
性に優れているという特長を有している。

Claims

【特許請求の範囲】１）繊維軸方向の熱伝導率が３００〜５００Ｗ／ｍ／Ｋ
、繊維結晶構造の積層厚み（Ｌｃ００２）／密度（ρ）
が７０〜１８０、融膠着度が０〜２０％、そして圧縮強
度が０．３〜０５ＧＰａであることを特徴とする高熱伝
導率ピッチ系炭素繊維。２）引張強度は２．５〜４．０ＧＰａ、引張弾性率は７
００〜９００ＧＰａである請求項１記載の高熱伝導率ピ
ッチ系炭素繊維。３）炭素質ピッチを紡糸して得たピッチ繊維を不融化し
、該不融化した不融化繊維を３００〜５００℃の酸素含
有雰囲気中に１〜２００秒間通して５〜１００％の延伸
熱処理を施し、引続いて、最高温度が５００〜７００℃
の酸素含有雰囲気中に２０〜３００秒間通して５〜１０
０％の延伸予備炭化処理し、その後、最高温度が２３０
０〜３０００℃の不活性ガス雰囲気中で炭化を行なうこ
とを特徴とする高熱伝導率ピッチ系炭素繊維の製造法。