JPH0726425A

JPH0726425A - ピッチ系炭素繊維の製造方法

Info

Publication number: JPH0726425A
Application number: JP5168992A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakakoshi; 明中越; Iwao Yamamoto; 巌山本; Akihiko Yoshitani; 明彦葭谷
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】高特性のピッチ系炭素繊維の製造方法を提供
する。【構成】異方性ピッチから炭化及び／又は黒鉛化した
炭素繊維を製造する方法において、異方性ピッチを溶融
紡糸し、得られたピッチ単繊維を集束して得られるピッ
チ繊維トウを巻き取り、巻き取った状態のまま不融化処
理及び一次炭化処理し、得られた一次炭化繊維を、張力
を付加して線状に走行させながら、二酸化炭素を含有す
る不活性ガス雰囲気中で二次炭化処理を行って炭素繊維
を形成させる工程を包含することを特徴とするピッチ系
炭素繊維の製造方法。【効果】開繊性及びストランド強度が向上するため、
毛羽発生が防止され、製品の品質及び生産効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はピッチ系炭素繊維の製造
法に関するものであり、より詳しくは開繊性に優れ、高
ストランド強度を有し、かつ毛羽立ちのない炭素繊維の
製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維は、比強度及び比弾性率が高い
材料であり、高性能複合材料のフィラー繊維として注目
されている。現在、炭素繊維はポリアクリロニトリル
（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維とピッチ類を
原料とするピッチ系炭素繊維が製造されているが、一般
に開発が先行していたためにＰＡＮ系がより広く使用さ
れ、高強度、高弾性の高特性炭素繊維としても主にＰＡ
Ｎ系炭素繊維が種々の工夫を加えて使用されている現状
にある。

【０００３】しかしながら、ＰＡＮ系炭素繊維は、更に
高弾性化することには限界がある点で難点を有してい
る。また、その原料であるＰＡＮが高価であること、原
料当りの炭素繊維の収量が低いという難点も有してい
る。そこで、近年、より高弾性な特徴を有し、より広範
な用途の期待されるピッチ系炭素繊維の高特性化が種々
検討されている。

【０００４】ピッチ系炭素繊維の高特性化は、従来紡糸
原料として使用していた等方質ピッチの代りに、原料ピ
ッチを加熱処理して、異方性が発達し、配向しやすい分
子種が形成されたピッチ、いわゆるメソフェーズピッチ
を使用する方法（特公昭４９−８６３４号公報）が提案
されて以来、主に紡糸ピッチの性状を調節することによ
って行われている。

【０００５】例えば、特開昭４９−１９１２７号公報に
は、原料ピッチを不活性ガス雰囲気下に加熱処理して高
度に配向されたメソフェーズを形成し、このメソフェー
ズを４０〜９０重量％含有するピッチを紡糸ピッチとす
る方法が提案されている。しかし、かかる方法により等
方質の原料ピッチをメソ化するには長時間を要するの
で、特開昭５４−１６０４２７号公報には、あらかじめ
原料ピッチを十分量の溶媒で処理しておくことにより、
短時間でメソ化を行う方法を提案している。すなわち、
原料ピッチをベンゼン、トルエン等の溶媒で処理してそ
の不溶分を得、それを２３０〜４００℃の温度で１０分
以下の短時間加熱処理して、高度に配向され、光学的異
方性部分が７．５重量％以上で、キノリン不溶分が２５
重量％以下のいわゆるネオメソフェーズを形成し、この
ネオメソフェーズピッチを紡糸ピッチとする方法を提案
している。

【０００６】このようにして得られた紡糸ピッチを溶融
紡糸して、ピッチ繊維を得、次いで不融化、炭化、ある
いは、更に黒鉛化することにより高強度、高弾性等の高
特性炭素繊維が製造される。ところで、こうして得られ
る炭素繊維は、通常エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フ
ェノール樹脂等のマトリックス樹脂に含浸され、いわゆ
るプリプレグとし、これを種々の成形法にて成形し、繊
維強化プラスチックとしてレジャー・スポーツ用や、各
種工業用資材として用いられている。したがって前記炭
素繊維強化プラスチックの機械的特性を充分に発現させ
るためには、一本一本の炭素繊維自体の高強度、高弾性
等の機械的特性と同時に、炭素繊維がマトリックス樹脂
中で、良好に分散し、炭素繊維自体の機械的特性が充分
に発揮されることが重要な要因となる。

【０００７】換言すれば、炭素繊維の強度や弾性率がい
かに大きくても該繊維トウのマトリックス樹脂中での分
散が不良では、炭素繊維強化プラスチックの機械的機能
は不充分なものになってしまうということである。そこ
でまずマトリックス樹脂中での分散性に対しては使用す
る炭素繊維トウを構成する単繊維同士の融着がないこ
と、すなわち該トウが充分に開繊されなければならな
い。ここで「繊維トウ」とは、多数のフィラメントから
なる繊維の束で、よりのかかっていないもの、あるいは
よりのかかっているものをいう。

【０００８】次にマトリックス樹脂中の分散性に対して
必須の要因となる炭素繊維トウの単繊維間融着防止ある
いは該トウの開繊について述べる。前記のピッチ系炭素
繊維製造工程において不融化処理された不融化繊維ト
ウ、及び炭化又は黒鉛化処理された炭素繊維トウは、前
の工程で用いられた集束剤、サイジング剤等の油剤や各
工程での繊維自体の熱変質などのために単繊維同士が融
着し、品質むらを呈したり、マトリックス樹脂中での単
繊維分散が不均一となり、複合材料の均質性を損ったり
するので、不融化、炭化又は黒鉛化のいずれかの段階
で、しなやかで融着のない状態に開繊しなければならな
い。

【０００９】従来、融着のない炭素繊維トウを得る方法
としてはピッチ繊維表面に無機微粒子を付着させてから
不融化処理する方法（特開昭６２−２８４１１号、同６
１−１６０４２２号）、不融化処理後、高周波の機械的
振動を施して繊維の表面を浄化する方法（特公昭６２−
８５２１号）、ピッチ繊維又は不融化繊維表面を液体で
洗浄する方法（特開平１−２８２３１５号）等が提案さ
れている。

【００１０】また、不融化繊維トウ又は炭素繊維トウの
開繊方法としては、繊維トウに乱気流処理を施す方法、
バー、ワイヤー、回転ピン等のガイドにジグザグに屈曲
させながら通過させる方法、凸状の曲面を有するロール
の曲面に接触させる方法（特開昭５５−５７０１５
号）、２個以上のテーパーローラーの傾斜面に当接させ
る方法（特開昭６１−１２４６４５号）、及び流体中で
開繊する方法（特開昭５７−８９６３８号）等が提案さ
れている。また、この他に、炭素繊維又は不融化繊維の
表面を、酸素を含有するガス等で処理し、開繊又は炭素
繊維の強度を向上させる方法（特開昭６１−２１５７１
６号、同６３−１６５５２３号、同６３−１７５１２２
号）が知られている。これらはいずれも酸素を含む不活
性ガス中で炭素繊維を処理し、表面を若干エッチングす
ることにより目的を達するものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法、例えば、無機微粒子を付着させる方法や繊維表面を
洗浄する方法では、繊維表面を傷付けるため、毛羽の発
生や、繊維トウの破断、あるいは繊維トウの不ぞろい等
の問題がある。また、機械的な開繊方法では、設備コス
トが高い割には開繊効果が不充分である。

【００１２】更にまた、繊維表面を酸素を含有するガス
等で処理する方法では、酸素ガスは、炭素繊維と大きな
発熱を伴って反応するために、反応の制御が難しく、一
部のフィラメントで過酸化反応が進行し、充分に満足で
き、高いストランド強度を有する炭素繊維を得ることが
できなかった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる課題
を解決すべく鋭意検討の結果、かかる課題が製造時にあ
る特定の処理を行うことにより解決されることを見出し
本発明に到達した。すなわち本発明の目的は、これら問
題点のない、高特性のピッチ系炭素繊維の製造方法を提
供することにあり、かかる課題は、異方性ピッチから炭
化及び／又は黒鉛化した炭素繊維を製造する方法におい
て、異方性ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ単繊維
を集束して得られるピッチ繊維トウを、巻き取り、巻き
取った状態のまま不融化処理及び一次炭化処理し、得ら
れた一次炭化繊維を、張力を付加して線状に走行させな
がら、二酸化炭素を含有する不活性ガス雰囲気中で二次
炭化処理を行って炭素繊維を形成させる工程を包含する
ことを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造方法、により
容易に達成される。

【００１４】更にかくして得られた炭素繊維を、二酸化
炭素気を含有しない不活性ガス雰囲気下、前記二酸化炭
素炭化処理の温度より高い温度で三次炭化処理及び／又
は黒鉛化処理することにより繊維トウの強度、弾性率を
その使用目的に応じて自由に制御することができること
を見出し、本発明を完成した。以下本発明をより詳細に
説明する。

【００１５】尚、一般的な炭素繊維トウの引張強度を、
マトリックス樹脂中での分散性を含めて評価する方法と
して、炭素繊維の樹脂含浸ストランドの試験法（ＪＩＳ
Ｒ７６０１−１９８６６．６．２）があり、本発明
はこの方法での強度が、高強度である炭素繊維の製造方
法に関するものであり、あるいは炭素繊維の単繊維の試
験法（ＪＩＳＲ７６０１−１９８６６．６．１）
により求めた単繊維自体の強度に匹敵する樹脂含浸スト
ランド強度を発現する炭素繊維の製造法に関するもので
ある。

【００１６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いる炭素繊維を得るための紡糸ピッチとしては、配向
しやすい分子種が形成されており、光学的に異方性の炭
素繊維を与えるようなものであれは特に制限はなく、前
記のような従来の種々のものが使用できる。これら紡糸
ピッチを得るための炭素質原料としては、例えば、石炭
系のコールタール、コールタールピッチ、石炭液化物、
石油系の重質油、タール、ピッチ又はナフタレンやアン
トラセン等の芳香族炭化水素の触媒反応による重合反応
生成物等が挙げられる。

【００１７】これらの炭素質原料にはフリーカーボン、
未溶解石炭、灰分、触媒等の不純物が含まれているが、
これらの不純物はろ過、遠心分離、あるいは溶剤を使用
する静置沈降分離などの周知の方法があらかじめ除去し
ておくことが望ましい。また、前記炭素質原料を例え
ば、加熱処理した後、特定溶剤で可溶分を抽出する方
法、あるいは水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水素
添加する方法等で予備処理を行っておいても良い。

【００１８】本発明においては、４０％以上、好ましく
は７０％以上、更に好ましくは９０％以上の光学的異方
性組織を含む炭素質原料が好適である。このためには前
記炭素質原料あるいは予備処理を行った炭素質原料を、
必要に応じて通常３５０〜５００℃、好ましくは３８０
〜４５０℃で、２分〜５０時間、好ましくは５分〜５時
間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガス雰囲気下、
あるいは、吹込み下に加熱処理することもできる。

【００１９】本発明でいうピッチの光学的異方性組織割
合は、常温下、偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異
方性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体
的には、例えばピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕したものを
常法に従って約２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全面に試
料片を埋込み、表面を研磨した後、表面全体をくまなく
偏光顕微鏡（倍率１００倍）下で観察し、試料の全表面
積に占める光学的異方性部分の面積の割合を測定するこ
とによって求める。

【００２０】上記のような紡糸ピッチを用いて溶融紡糸
し、ピッチ繊維を得るのであるが、ピッチ単繊維の断面
構造はランダム配向であることが望ましい。ここでラン
ダム配向であるとは、実質的にラジアル配向でないこと
を意味する。これは後で述べる二酸化炭素炭化処理を行
う際に繊維軸方向に伸びるくさび状のクラックの発生を
抑えるために重要である。

【００２１】このようなランダム配向を有するピッチ繊
維を得る紡糸方法としては、例えば、紡糸ピッチを網目
層を通過させた後、紡糸ノズルへ供給し紡糸する方法が
ある。ここで網目層とは、紡糸ピッチ流通路内であっ
て、紡糸ノズルより上流部に配設されたものであり、溶
融状態の紡糸ピッチが該層を通過することにより、紡糸
ピッチの流れを細分化し、かつ該層を通過する間に紡糸
ピッチのメソフェーズの積層状態が乱れ、その結果実質
的にラジアル配向でない繊維断面構造を有するピッチ繊
維を与えるものである。網目層を構成する網としては、
具体的には３５０〜４００℃程度の温度に充分耐えられ
るような、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の金属材
料、又はセラミック、ガラス、黒鉛等の無機質材料の微
細な繊維を平織、綾織あるいは畳織したものである。

【００２２】また金属の平板に無数の小孔を打ち抜いた
もの、あるいは金属板に成型工具でスリットを入れて、
それを引張って得られるいわゆるエキスバンドメタルの
ようなものも使用される。網目の大きさは、目開きが大
きすぎると得られる繊維の断面構造を細分化してラジア
ル配向でない構造とする効果が減少するので、目開きは
小さいもの程好ましい。具体的には目開きが５０メッシ
ュより小さいもの、好ましくは１００メッシュより小さ
いもの、更に好ましくは２００メッシュより小さなもの
が用いられる。これらの網は１枚でもよく、５枚程度ま
で重ねて用いることもできるが、網目層の厚さとして２
ｍｍ以下となるよう構成することが好ましい。

【００２３】溶融紡糸によって得られたピッチ繊維は、
単繊維としての破断強度が低く、ガイド、ローラー等で
の毛羽の発生を防止するため、集束剤で集束してピッチ
繊維トウを得る。ここで集束剤としては、ピッチ繊維の
一部を溶解したり、不融化処理の際に繊維同士を接着又
は融着させたりすることの少ないものが必要であり、例
えばシリコーン油の水エマルジョンが好ましい。

【００２４】またシリコーン油のみで使用することも可
能であるが、ピッチ繊維に対するシリコーン油の付着量
を制御するためにはシリコーン油の水エマルジョンとし
て使用することが望ましい。具体的なシリコーン油とし
ては、通常ジメチルポリシロキサンが用いられるが、こ
のジメチルポリシロキサンに種々の基を導入して変性し
たものも用いられる。具体的には、例えばメチルフェニ
ルポリシロキサン、ハイドロジェンポリシロキサンが挙
げられるが、その他エポキシ基、エチル基、プロピル基
等のアルキル基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキ
シ基、フェニル基、ポリエーテル基の１種又は２種以上
で変性したものが用いられる。また、これらのシリコー
ン油は、１種又は２種以上の混合物を用いてもよい。

【００２５】シリコーン油の水エマルジョンは周知の混
合装置、例えば高速ミキサー、コロイドミル、ホモゲナ
イザー等を用いてシリコーン油が０．１〜３５重量％と
なるように水と混合することによって調製される。エマ
ルジョンの形成に当っては、シリコーン油の濃度が高く
なって良好なエマルジョン状態が維持できなくなる場合
は乳化剤を０．２５〜２重量％添加すればよい。乳化剤
は従来公知のものでよく、ソルビタン脂肪酸エステル、
例えばソルビタンパルミチン酸エステル、ソルビタンス
テアリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂
肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンカプロン
酸エステル、ポリオキシエチレンラウリン酸エステル、
アセチル化モノグリセリド、アセチル化グリセリルモノ
ステアレート及びポリオキシエチレンラノリン誘導体等
の非イオン系乳化剤、アルキル硫酸エステル、ナトリウ
ムラウリルサルフェート、ナトリウムセチルサルフェー
ト、ジアルキルスルホサクシネート、ジ−２−エチルヘ
キシルスルホサクシネート（ナトリウム塩）等のアニオ
ン系乳化剤、又は塩化アルキルピリジニウム等のカチオ
ン系乳化剤が例示される。

【００２６】次に上記のピッチ繊維トウをボビン等に巻
き取る。ボビンの材質としては、次に行われる不融化処
理及び／又は一次炭化処理に耐えるものであればよく、
例えば、金属材質のもの、セラミック材質のもの等が挙
げられ、形状としては処理を均一に行わせるため、網状
のものが望ましい。ボビンに巻き取る際にピッチ繊維に
かかる張力は３０〜３００ｇ／ｍｍ²であることが好ま
しい。張力が３０ｇ／ｍｍ²未満であると、巻き形状を
保持することが困難であるし、３００ｇ／ｍｍ²を超え
ると、ピッチ繊維の損傷が発生する場合がある。ピッチ
繊維を巻き取る際の巻き密度は１ｋｇ／ｌ以下であるこ
とが好ましい。巻き密度が１ｋｇ／ｌを超えると、不融
化処理の際に酸化性ガスの拡散が不十分になりやすく、
均質な処理の達成が困難である。ピッチ繊維を巻き取る
際の巻き厚みは５０ｍｍ以下であることが望ましい。巻
き厚みが５０ｍｍを超えると不融化処理の際のやはり酸
化性ガスの拡散が不十分になりやすく、均質な処理の達
成が困難である。

【００２７】次にボビン等に巻き取られたピッチ繊維ト
ウは巻き取られたまま不融化処理される。ピッチ繊維の
段階では糸の強度が１〜５ｋｇ／ｍｍ²程度と低く、張
力をかけて取扱うとフィラメントの切断が避け難いた
め、巻き取られたまま処理することが毛羽立ちのない炭
素繊維を得るのに有効である。不融化処理は通常空気、
オゾン、二酸化窒素等の酸化性雰囲気中で行う。処理温
度としては１５０〜３００℃が望ましい。１５０℃未満
では反応速度が遅いため、極めて長時間を要し、工業的
に不利である。また３００℃を超える温度では酸化によ
る発熱量が大きくなりすぎて除熱がうまくできず、均質
な処理が困難である。

【００２８】また１００℃以上の温度域での昇温速度
は、０．１℃／分以下であることが望ましい。０．１℃
／分を超える速度で昇温を行った場合、単位時間当りの
発熱量が大きくなったりあるいは酸化が不十分になった
りしやすく、均質な処理が困難である。不融化処理によ
って得られた不融化繊維トウは、巻き取った状態のま
ま、不活性ガス雰囲気中又は真空下にて熱処理して一次
炭化繊維トウを得る。

【００２９】一次炭化処理は後で述べる二酸化炭素炭化
処理の際に付加する張力に対して充分な破断強度を得さ
せるために行うもので、不活性雰囲気中で、通常４００
〜５５０℃で処理する。上記の一次炭化繊維トウを、張
力を付加して線状に走行させながら、二酸化炭素を含有
する不活性ガス雰囲気中での二次炭化処理、すなわち二
酸化炭素炭化処理を行って炭素繊維トウを得る。この
時、一次炭化繊維トウにあらかじめよりをかけておくこ
とも必要に応じて行うことができる。

【００３０】一次炭化繊維に付加する張力は１５０〜３
０００ｇ／ｍｍ²であることが望ましい。付加する張力
が１５０ｇ／ｍｍ²未満であると得られた炭素繊維トウ
の糸ぞろいが不十分となり、３０００ｇ／ｍｍ²を超え
ると繊維トウ内で部分的な破断を生じ毛羽の発生が増大
する。一次炭化繊維に張力を付加する際に、一次炭化繊
維に工程油を添着すると毛羽の発生を防止するのに更に
効果的である。これは工程油を添着することにより、単
繊維間の滑りが良くなり張力が均一にかかりやすくなる
ばかりでなく、ガイド、ローラーに対する滑りも良くな
り、ガイド、ローラーとのこすれによる毛羽発生が防止
されるためである。工程油としては、例えばシリコーン
油又はシリコーン油の水エマルジョン、多価アルコー
ル、エーテル類、ワックス等を用いることができる。

【００３１】二次炭化処理である二酸化炭素炭化処理を
行う際に一次炭化繊維を昇温する速度は、１０００℃／
秒以下、好ましくは２５０℃／秒以下にすることが望ま
しい。これは、一次炭化繊維中には酸素等の揮発成分が
残っており、７００〜１２０００℃の温度域でこの揮発
成分が繊維から抜ける時、繊維は収縮するため１０００
℃／秒を超える急激な昇温を行うと、欠陥が生じやすく
なるためである。

【００３２】次に二酸化炭素炭化処理は、窒素ガス、ア
ルゴンガス等の不活性ガスと二酸化炭素濃度が通常１％
以上、好ましくは１０％以上の二酸化炭素との混合ガス
雰囲気下で、通常５００〜１８００℃、好ましくは１１
００〜１３００℃の温度範囲において通常０．１秒〜２
０分、好ましくは５秒〜１分の時間で加熱処理される。
以上のような方法で一次炭化繊維を水蒸気含有雰囲気下
で加熱処理することにより、該繊維の開繊及びストラン
ド強度の大幅な向上が達成される。

【００３３】本発明の方法によれば、繊維がよく開繊さ
れ、各単繊維のマトリックス樹脂中での分散性が向上
し、ストランド強度が向上するが、また各単繊維単位で
みる単繊維強度も向上しており、これは、単繊維間の融
着により発生した表面欠陥を二酸化炭素がエッチングに
より除去したことによる効果も含まれていると推定され
る。

【００３４】従来技術でも表面欠陥等をエッチングによ
り除去しようとした試みは前述のごとくなされてきた
が、いずれも酸素ガス等の大きな発熱を伴う方法による
ものであった。本発明で用いる二酸化炭素が、特に大き
な効果を示すのは、炭素繊維表面の炭素と二酸化炭素と
の反応が、５００〜１８００℃程度の温度では吸熱反応
か又は微少な発熱反応であることにより、特に過酸化等
による強度劣化を起こさないためであると推定される。
ここで二酸化炭素による反応効果の指標として下記式
（数１）で定義される「二酸化炭素反応重量減少率」を
用いることができる。

【００３５】

【数１】二酸化炭素反応重量減少率（％）＝｛１−Ｗ_B
／Ｗ_A｝×１００Ｗ_A：不活性ガス雰囲気中で炭化処理した繊維の単位長
さ当りの重量Ｗ_B：不活性ガス雰囲気に二酸化炭素を加えた雰囲気中
で二酸化炭素炭化処理した繊維の単位長さ当りの重量

【００３６】本発明における効果として、開繊性に優
れ、かつ高ストランド強度を有する炭素繊維を得るに
は、この二酸化炭素炭化処理での重量減少率の値が、通
常１％以上、好ましくは３％以上となるように二酸化炭
素炭化処理の温度と時間を組合せて設定することが望ま
しい。以上のように水蒸気炭化処理を行って得られた炭
素繊維は、更に弾性率を高める等のために必要に応じて
さらに二酸化炭素を含有しない不活性ガス雰囲気中での
三次炭化処理及び／又は黒鉛化処理を行うことができ
る。効率的にこれらの処理を行うには二酸化炭素炭化処
理の後、巻き取ることなく一貫して走行させ、二酸化炭
素を含有しない不活性ガス雰囲気中での三次炭化処理及
び／又は黒鉛化処理を行うことも可能である。また、三
次炭化処理及び／又は黒鉛化処理の後、必要に応じて、
表面処理及び／又はサイジング処理を周知の方法に従っ
て行うこともできる。

【００３７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例
によって限定されるものではない。

【００３８】実施例１コールタールピッチを熱処理することにより軟化点３０
０℃、かつ偏光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が
９５％の紡糸ピッチを調製した。これをノズル径０．１
ｍｍ、孔数４０００の紡糸口金を用い口金温度３３０℃
で溶融紡糸し、得られた１２μｍのピッチ繊維にシリコ
ーン系の油剤を付着させ集束した。このピッチ繊維トウ
を７０ｇ／ｍｍ²の張力下において、ステンレス鋼製で
３００ｍｍφ径の金網ボビンに７０００ｍ巻き取った。
ピッチ繊維の巻き厚さは２５ｍｍで、巻き密度は０．８
ｋｇ／ｌであった。このピッチ繊維トウを巻き取ったボ
ビンを、空気中で１５０℃より０．０２℃／分の昇温速
度で２４０℃まで昇温して不融化処理を行い、更に窒素
雰囲気中で４５０℃で２時間熱処理して一次炭化繊維ト
ウを得た。

【００３９】この一次炭化繊維トウを、１０００ｇ／ｍ
ｍ²の張力を付加して二酸化炭素を３０％含む窒素ガス
雰囲気中で１２００℃、滞留時間１８秒の条件で加熱処
理した。水蒸気反応重量減少率は８．５％であった。か
くして得られた炭素繊維は繊維同士の融着がなくマトリ
ックスのエポキシ樹脂中に含浸し、１３０℃、３０分で
乾燥硬化させ、該トウの長手方向に対する横断面を顕微
鏡により観察すると単繊維がエポキシ樹脂マトリックス
中に均一に分散し、優れた均質性を示し、かつ毛羽立ち
もなく、また取扱い性も良好であった。

【００４０】また、得られた繊維トウの単繊維物性及び
樹脂含浸ストランド物性をＪＩＳＲ７６０１の方法に
より測定したところ下記の通りであった。

【表１】単繊維物性糸径１０．４ μｍ引張り強さ３２５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率２０ｔｏｎｆ／ｍｍ² 樹脂含浸ストランド物性引張り強さ３３０ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率２１ｔｏｎｆ／ｍｍ² 更にこの炭素繊維をアルゴン雰囲気中で２５００℃、滞
留時間３０秒で黒鉛化処理した。

【００４１】得られた繊維は、毛羽立ちがなく、取扱い
性に優れたものであった。得られた繊維の物性は下記の
通りであった。

【表２】単繊維物性糸径９．６ μｍ引張り強さ４２５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率６４ｔｏｎｆ／ｍｍ² 樹脂含浸ストランド物性引張り強さ４１４ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率６７ｔｏｎｆ／ｍｍ²

【００４２】実施例２実施例１で得られたピッチ繊維トウを１２０ｇ／ｍｍ²
の張力化において、セラミック製で３００ｍｍφ径のボ
ビンに７０００ｍ巻き取った。ピッチ繊維の巻き厚さは
２３ｍｍで、巻き密度は０．８７ｋｇ／ｌであった。こ
のピッチ繊維トウを巻き取ったボビンを空気中で１４０
℃より０．０１℃／分の昇温速度で２２０℃まで昇温し
て不融化処理を行い、更に窒素雰囲気中で４５０℃、２
時間熱処理をして一次炭化繊維トウを得た。この一次炭
化繊維トウをボビンより巻き戻しながら８００ｇ／ｍｍ
²の張力を付加して二酸化炭素を２５％含む窒素ガス雰
囲気中で１２００℃、滞留時間５０秒の条件で加熱処理
した。水蒸気反応重量減少率は１１．５％であった。

【００４３】得られた繊維トウの物性は、下記の通りで
あった。

【表３】単繊維物性糸径１０．１ μｍ引張り強さ３４５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率２２ｔｏｎｆ／ｍｍ² 樹脂含浸ストランド物性引張り強さ３３５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率２３ｔｏｎｆ／ｍｍ² 更にこの炭素繊維をアルゴン雰囲気中で２６００℃、滞
留時間３０秒で黒鉛化処理した。得られた繊維は毛羽立
ちがなく、取扱い性に優れたものであった。

【００４４】得られた繊維の物性は下記の通りであっ
た。

【表４】単繊維物性糸径９．１ μｍ引張り強さ４６５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率８２ｔｏｎｆ／ｍｍ² 樹脂含浸ストランド物性引張り強さ４５５ｋｇｆ／ｍｍ² 引張り弾性率８４ｔｏｎｆ／ｍｍ²

【００４５】比較例１実施例１で得られたピッチ繊維トウを１０００ｇ／ｍｍ
²の張力下において、ステンレス鋼製で３００ｍｍφ径
の金網ボビンに７０００ｍ巻き取った。ピッチ繊維の巻
き厚さは２０ｍｍで、巻き密度は１．０２ｋｇ／ｌであ
った。このピッチ繊維トウを巻き取ったボビンを、空気
中で１５０℃より０．０２℃／分の昇温速度で２４０℃
まで昇温して不融化処理を行い、更に窒素雰囲気中で４
５０℃で２時間熱処理して一次炭化繊維トウを得た。こ
の一次炭化繊維トウをボビンから巻き戻しながら１００
０ｇ／ｍｍ²の張力を付加して二酸化炭素炭化処理しよ
うとしたが、ボビンから巻き戻すところで繊維トウが破
談してしまい、処理できなかった。

【００４６】比較例２実施例１で得られた一次炭化繊維トウを、ボビンに巻い
た状態のまま二酸化炭素を１５％含む窒素ガス雰囲気中
で９５０℃、滞留時間５分の条件で二酸化炭素炭化処理
したが、ボビンの上で繊維トウの糸切れが激しく発生し
たため、繊維物性を測定するに至らなかった。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、ピッチ系炭素繊維の弱
点の一つとされてきた開繊性とストランド強度に対して
大幅な向上が達成される。また、ぜい弱なピッチ繊維の
取扱いに対して、充分配慮することにより、工程中での
毛羽発生が防止され製品の品質が向上するばかりでな
く、生産効率が向上し、製造コストの大幅な低減化を実
現することができる。また、本発明で得られた炭素繊維
は開繊性に優れているので、加工中に単繊維の一部が切
断したり、毛羽立ったりすることがなく、各種繊維強化
複合材に非常に有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異方性ピッチから炭化及び／又は黒鉛化
した炭素繊維を製造する方法において、異方性ピッチを
溶融紡糸し、得られたピッチ単繊維を集束して得られる
ピッチ繊維トウを、巻き取り、巻き取った状態のまま不
融化処理及び一次炭化処理し、得られた一次炭化繊維
を、張力を付加して線状に走行させながら、二酸化炭素
を含有する不活性ガス雰囲気中で二次炭化処理を行って
炭素繊維を形成させる工程を包含することを特徴とする
ピッチ系炭素繊維の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の工程で得た炭素繊維
を、さらに二酸化炭素を含有しない不活性ガス雰囲気中
で三次炭化処理及び／又は黒鉛化処理する請求項１に記
載のピッチ系炭素繊維の製造方法。