JPH0781210B2 - Method for producing short carbon fibers - Google Patents
Method for producing short carbon fibersInfo
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- JPH0781210B2 JPH0781210B2 JP2131860A JP13186090A JPH0781210B2 JP H0781210 B2 JPH0781210 B2 JP H0781210B2 JP 2131860 A JP2131860 A JP 2131860A JP 13186090 A JP13186090 A JP 13186090A JP H0781210 B2 JPH0781210 B2 JP H0781210B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は綿状のピッチ系炭素短繊維及びその製造方法に
関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cotton-like pitch-based short carbon fiber and a method for producing the same.
(従来の技術) 炭素繊維は、PAN系とピッチ系に大別される。現在、工
業的にはアクリロニトリルを特定条件下で焼成し製造さ
れているPAN系炭素繊維が主に高強度材料(HPタイプ)
として利用されている。しかし、PAN系繊維は炭素の含
有量が低いため、焼成工程において分解ガスの発生があ
り、また収率が50〜60%と低く、しかも高温における黒
鉛構造が発達しにくいために、高強度品は作りやすい
が、弾性率の大きなものを作るのが困難である。(Prior Art) Carbon fibers are roughly classified into PAN type and pitch type. Currently, PAN-based carbon fibers that are industrially manufactured by firing acrylonitrile under specific conditions are mainly high-strength materials (HP type).
Is used as. However, since PAN fiber has a low carbon content, decomposition gas is generated in the firing process, the yield is low at 50-60%, and the graphite structure is hard to develop at high temperatures, so it is a high strength product. Is easy to make, but it is difficult to make one with a large elastic modulus.
一方、ピッチ系炭素繊維は、石炭、石油などのピッチを
原料としているため、紡糸した繊維中の炭素含有量が95
%程度と高く、また収率も80〜90%と高く、しかも物性
面では大きな弾性率の発現に優れた特徴があるため、急
速に開発が進められて来た。On the other hand, pitch-based carbon fibers are made from pitch such as coal and petroleum, so the carbon content in the spun fiber is 95%.
%, And the yield is as high as 80 to 90%, and in terms of physical properties, it has the characteristics of exhibiting a large elastic modulus, and therefore has been rapidly developed.
又ピッチ系炭素繊維でも、ピッチをそのまま溶融紡糸し
焼成すると、光学的等方性の炭素繊維が出来、いわゆる
汎用タイプ(GP品)の炭素繊維として安価で一定強度が
得られるとして構造物の補強材などに利用されている。
光学的異方性(メソフェース)をもつ炭素繊維は、全面
結晶性のピッチを紡糸することによって、紡糸時の剪断
応力場で液晶配列が繊維軸方向の配列となり、これを炭
化することによって巨大黒鉛結晶が生成され、高弾性率
をもつ(HMタイプ)炭素繊維となるものである。In addition, pitch-based carbon fibers can also be used as a so-called general-purpose type (GP product) carbon fiber at a low cost and with a certain level of strength, if the pitch is melt-spun and fired as it is. It is used for materials.
Carbon fiber with optical anisotropy (mesoface) is made by spinning a pitch of crystalline surface, and the liquid crystal alignment becomes the fiber axis direction alignment in the shear stress field during spinning. Crystals are generated, resulting in a high elastic modulus (HM type) carbon fiber.
したがって、これらのそれぞれの特徴に適合した製品応
用が進められ、炭素繊維単体としてはフィルター、触
媒、電磁遮蔽材などに用いられ、複合体としては樹脂、
金属、炭素、セラミックスなどのマトリックスに対して
補強材料として用いられ、宇宙、航空用、レジャー、ス
ポーツ用、産業用等に広範に利用されている。Therefore, application of products suitable for each of these characteristics is promoted, carbon fiber simple substance is used for filters, catalysts, electromagnetic shielding materials, etc.
It is used as a reinforcing material for a matrix of metal, carbon, ceramics, etc., and is widely used for space, aviation, leisure, sports, industrial, etc.
最近ではエンジニアリングプラスチックと複合して、電
子部品、自動車部品や構造材料にするための研究が進め
られている。Recently, research is being conducted to combine it with engineering plastics to make electronic parts, automobile parts, and structural materials.
(発明が解決しようとする課題) これらの炭素繊維を複合材料として使用する場合、特に
構造物の補強材料として大量に使用するときには、安価
で強度の高い材料が必要となる。(Problems to be Solved by the Invention) When these carbon fibers are used as a composite material, particularly when a large amount is used as a reinforcing material for a structure, an inexpensive and high-strength material is required.
前述の通り、ピッチ系炭素繊維では光学的等方性の炭素
繊維(GP品)は安価である理由から、セメントとの複合
化により高層建築物の壁補強材料としてアスベストに替
わるものとして、その利用が進められて来ている。As mentioned above, the pitch isotropic carbon fiber is an optically isotropic carbon fiber (GP product) because it is cheap, and its use as a substitute for asbestos as a wall reinforcing material for high-rise buildings by combining it with cement. Is being promoted.
又その他構造用補強材として幅広い応用が検討され実施
されている。しかし強度が低いという点から、構造部材
として高強度を求められるプラスチック、金属、セラミ
ックスなどとの複合材に応用するには、必ずしも満足の
いく結果が得られていない。In addition, a wide range of applications have been studied and implemented as other structural reinforcing materials. However, because of its low strength, satisfactory results have not always been obtained when applied to composite materials such as plastics, metals and ceramics, which require high strength as structural members.
一方、光学的異方性の炭素繊維は、光学的等方性炭素繊
維と比べて、引張り強度も高く、かつ高い弾性率を得る
ことが出来るので、強度面では多少上述の欠陥を補うこ
とが出来るが、しかしそれでもさらに破壊靭性の高い材
料を必要とする電子工業、自動車工業、宇宙産業等の要
望は満足出来ない現状であり、さらに品質の安定性と量
産性、経済性という面で、汎用的に幅広く使用出来る状
態に至っていない。さて、光学的等方性炭素繊維の紡糸
方法に関して、等方性ピッチは、ロータリースピナー
や、エヤーサッカーで延伸する方法、渦流法など、溶融
高分子などにガラス繊維化技術が応用されており、これ
らの方法で得られる繊維は、数10〜20μmで長さ数十〜
数百mmの繊維である。そして補強材として使用するため
にはこれをさらに切断しなければならない。一方、異方
性炭素繊維は、前述の手法で製造されることもあるが、
大部分は長繊維として巻取り延伸によりローピングファ
イバーを作り、それをチョップドファイバーとするた
め、10〜15mm程度あるいはさらに短くカットしたものを
熱可塑性プラスチックなどのマトリックス材に混合し、
補強材として用いるもので、一旦、長繊維から切断工程
を経て、一定長さに切断するという作業を行っている。On the other hand, the optically anisotropic carbon fiber has a higher tensile strength and a higher elastic modulus than the optically isotropic carbon fiber, so that the above-mentioned defects can be somewhat compensated in terms of strength. Although it is possible, the demands of the electronic industry, automobile industry, space industry, etc. that require materials with higher fracture toughness are still unsatisfactory, and in terms of quality stability, mass productivity, and economic efficiency, Has not reached a state where it can be widely used. Now, regarding the spinning method of the optically isotropic carbon fiber, isotropic pitch is a rotary spinner, a method of stretching with an air sucker, a vortex method, etc., glass fiberization technology is applied to molten polymer, etc. The fibers obtained by these methods have tens to 20 μm and lengths of tens to 20 μm.
It is a fiber of several hundred mm. It must then be further cut in order to be used as a stiffener. On the other hand, the anisotropic carbon fiber may be manufactured by the above-mentioned method,
Most of them are made into long fibers by winding and stretching to make roping fibers, and to make them chopped fibers, mix them with a matrix material such as thermoplastics by cutting them about 10 to 15 mm or shorter.
It is used as a reinforcing material, and the work of once cutting the long fiber through a cutting process and cutting it into a certain length is performed.
これらの炭素繊維を複合材料として使用した場合、熱可
塑性プラスチックは延性材料であり、補強繊維である炭
素繊維は、引張強さ、弾性率は大きいが、延伸性が低い
ため、脆性材料としての挙動を示すので、クラックが一
旦発生すると、そのまま最終破壊まで進んで大きな事故
につながりやすく、危険なため、破壊靭性をいかに高め
るかが大きな問題となっている。そして、これらの炭素
繊維強化プラスチックが破壊する要因は、マトリックス
の破壊、マトリックスと繊維の剥離、繊維の破断、繊維
の引き抜け等があげられ、実際の破壊ではこれらの組み
合わせによるものと考えられる。しかし、中でも炭素繊
維とプラスチックの間の剥離と繊維の引き抜けが大きな
要因をしめている。When these carbon fibers are used as composite materials, thermoplastics are ductile materials, and carbon fibers that are reinforcing fibers have high tensile strength and elastic modulus, but have low stretchability, so they behave as brittle materials. Therefore, once a crack occurs, it is dangerous to proceed to final fracture as it is and lead to a serious accident, and it is dangerous. Therefore, how to enhance fracture toughness is a big problem. The factors that cause the destruction of these carbon fiber reinforced plastics include the destruction of the matrix, the separation of the matrix and the fibers, the fracture of the fibers, the withdrawal of the fibers, etc., and it is considered that the actual destruction is due to a combination of these. However, the peeling between the carbon fiber and the plastic and the pulling out of the fiber are major factors.
その理由は、炭素繊維が直線性の高い材料であること、
表面がなめらかで界面での接合性に問題があることなど
が考えられる。The reason is that carbon fiber is a highly linear material,
It is considered that the surface is smooth and there is a problem with the bondability at the interface.
又、炭素繊維を単体で使用する場合、フィルター、触媒
など一定体積内に、より多くの表面積と、より多くの空
間部を設ける必要があり、網として織るか、マット状に
つみ上げて、空間部を作るためのバインダーを用いて成
形していた。網は平面的に織られたものを重ね合わせて
も空間部を一定に保つことがむずかしく、立体構造で一
定のすきまを設けた構造体にすることは大変困難であっ
た。まして、弾力構造を必要とする用途においては全く
利用することが出来なかった。In addition, when using carbon fiber alone, it is necessary to provide more surface area and more space within a certain volume such as a filter and catalyst. Weave it as a net or pick it up in a mat to create a space. It was molded using a binder for making parts. It was difficult to keep the space constant even when the nets were woven flatly, and it was very difficult to make a net structure with a constant gap. Furthermore, it could not be used at all in applications requiring an elastic structure.
そこで、本発明は、従来の技術では解決出来なかった光
学的等方性炭素繊維、光学的異方性炭素繊維又はそれら
の複合繊維の強度を飛躍的に向上させると同時に、ねじ
れ、カールを生ぜしめ、さらに綿状とし、かつ、チョッ
プドファイバーの寸法に直接紡糸出来て、切断工程のい
らないマトリックス材料との適合性のすぐれたピッチ系
炭素短繊維及びその製造方法を提供するものである。Therefore, the present invention dramatically improves the strength of an optically isotropic carbon fiber, an optically anisotropic carbon fiber or a composite fiber thereof, which cannot be solved by conventional techniques, and at the same time, causes twisting and curling. (EN) Provided are pitch-based short carbon fibers having excellent compatibility with a matrix material that does not require a cutting step and can be directly spun into cotton, and can be directly spun into the dimensions of chopped fibers, and a method for producing the same.
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するための本発明の製造方法は、光学的
等方性のピッチ、光学的異方性のピッチ又は両ピッチを
紡糸装置に供給して、ピッチ吐出孔周囲よりピッチ吐出
方向に平行に吹き出す6kg/cm2以上20kg/cm2以下の高圧
のガス圧力によって紡出することによって綿状短繊維を
得て、それを不融化処理して、次いで焼成することを特
徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The production method of the present invention for solving the above problems is an optically isotropic pitch, an optically anisotropic pitch, or both pitches supplied to a spinning device to obtain a pitch. A cotton-like short fiber is obtained by spinning at a high gas pressure of 6 kg / cm 2 or more and 20 kg / cm 2 or less that is blown out in parallel to the pitch discharge direction from around the discharge hole, infusibilized, and then fired. It is characterized by doing.
(作用) 上述の如く本発明の製造方法による炭素短繊維は、綿状
であることから、マトリックス材料とのなじみが良く剥
離による破壊強度が向上した。また従来、このような綿
状の炭素短繊維を得るには、一旦、長繊維として紡糸し
た繊維をチョップドストランドにするために、切断工程
を入れて、この寸法に仕上げていたものを、本発明の方
法によれば、直接最終形状にすることが出来ることで著
しい生産性の向上が可能になった。(Operation) As described above, the short carbon fibers produced by the production method of the present invention are cotton-like, and thus have good compatibility with the matrix material and improved fracture strength due to peeling. Further, conventionally, in order to obtain such a cotton-like short carbon fiber, in order to make a fiber once spun into a chopped strand, a cutting step is added to finish the size to the present invention. According to the method of (1), the final shape can be directly obtained, which makes it possible to significantly improve the productivity.
さらに、本発明の方法によって得られた繊維強度は、従
来の紡糸法で得られているものに比較して光学的等方性
炭素繊維の場合も、光学的異方性炭素繊維も、それぞれ
従来の強度と比べて約1.4〜約2.5倍の強度が得られてい
るから、複合材料にしたときの破壊靭性を高めることが
出来る。Furthermore, the fiber strength obtained by the method of the present invention is the same as that obtained by the conventional spinning method in the case of the optically isotropic carbon fiber and the optically anisotropic carbon fiber, respectively. Since the strength is about 1.4 to about 2.5 times that of the composite material, the fracture toughness of the composite material can be increased.
さらにまた、光学的等方性炭素繊維と光学的異方性炭素
繊維との複合繊維では、それぞれの膨張率の違いによ
り、ねじれとかカールがさらに大きく生じて、そのこと
によりマトリックス材料との接合性がさらに改善され
る。そして、ねじれやカールによってみかけのかさ高さ
や弾力性があり、繊維単独でも一定のふくらみをもつ綿
状繊維として利用することも出来るものである。Furthermore, in the composite fiber of the optically isotropic carbon fiber and the optically anisotropic carbon fiber, twisting or curling is further caused due to the difference in the expansion coefficient between them, and thereby the bondability with the matrix material is increased. Is further improved. The fibers have apparent bulkiness and elasticity due to twisting and curling, and the fibers can be used alone as cotton-like fibers having a certain bulge.
本発明によるピッチ系炭素繊維の製造方法ではその出発
原料に芳香族六員環構造をその分子内に多くもった重質
油、一般には石炭タール、石油分解タールおよびスチー
ムクラッカータールなどが用いられる。これらの原料の
中から純度、軟化点で最適なものを選択するか、要求に
合わない場合は溶媒抽出や熱改質などの前処理を施す。
一般に原料重質油中にはフリーカーボン等の微細固形分
が含有しており、その除去が必要である。その一つとし
て、アントラセン油等の芳香族油やキノリン等の有機溶
剤に溶解し、濾過する。他方の方法として、一次熱処理
により、ピッチ中に含まれるフリーカーボン、鉱物質の
微粒、微小固形物が十分吸着されるだけのメソカーボン
微小球体を生成せしめたあと、これを抽出濾過で除去す
る。この瀘液を濃縮して得られたピッチを、さらに二次
熱処理にかけ重縮合化させると同時に、軽質分を除い
て、軟化点を調整すと共に光学的に等方性のピッチを得
る。In the method for producing a pitch-based carbon fiber according to the present invention, heavy oil having a large amount of aromatic six-membered ring structure in its molecule, generally coal tar, petroleum cracking tar, steam cracker tar, etc. are used as the starting material. From these raw materials, the optimum one in terms of purity and softening point is selected, or if it does not meet the requirements, pretreatment such as solvent extraction or thermal reforming is performed.
In general, raw heavy oil contains fine solids such as free carbon, which needs to be removed. As one of them, it is dissolved in an aromatic oil such as anthracene oil or an organic solvent such as quinoline and filtered. On the other hand, the primary heat treatment produces mesocarbon microspheres sufficient to adsorb free carbon, fine particles of minerals, and fine solids contained in the pitch, and then removes them by extraction filtration. The pitch obtained by concentrating the filtrate is further subjected to a secondary heat treatment to be polycondensed, and at the same time, the light component is removed to adjust the softening point and obtain an optically isotropic pitch.
一方、光学的異方性ピッチは、ピッチを2〜3倍量にテ
トラヒドロキノリンで稀釈し、400〜450℃の温度で、10
〜30kgf/cm2の自生圧下で溶媒水添する。これを濾過し
て、フリーカーボンなどを十分除いたあと、脱溶媒す
る。最後に450〜500℃の温度で熱処理して光学的異方性
(メソフェース)のピッチを得る。他の方法としては、
石油の軟質油の流動接触分触法でガソリンを製造する
際、副製する重質タール(FFCデカントオイル)を熱処
理して、メソフェースを成形させると共に、軽質分を除
却して軟化点を調整することによってメソフェースピッ
チを得る。On the other hand, the optically anisotropic pitch is diluted with tetrahydroquinoline in an amount of 2 to 3 times, and the pitch is 10 to 10 at a temperature of 400 to 450 ° C.
Hydrogenate the solvent under autogenous pressure of ~ 30 kgf / cm 2 . This is filtered to sufficiently remove free carbon and the like, and then the solvent is removed. Finally, heat treatment is performed at a temperature of 450 to 500 ° C. to obtain an optically anisotropic (mesophase) pitch. Alternatively,
When gasoline is produced by the fluid catalytic contacting method of soft oil of petroleum, heat treatment of heavy tar (FFC decant oil) produced as a by-product to form mesophase and at the same time, to remove soft matter and adjust the softening point To obtain the mesophase pitch.
こうして得た光学的等方性ピッチと、光学的異方性ピッ
チでは炭素繊維化した場合の性質が異なっている。一般
に光学的等方性ピッチを紡糸し、炭素繊維化すると、炭
化後の繊維内黒鉛結晶は微細なものとなり、繊維軸方向
配列が悪くなるため、汎用タイプ(GP品)と呼ばれ、引
張強さは100kg/mm2、弾性率5 ton/mm2前後が一般的であ
る。光学的異方性の場合、原料ピッチの調製はもちろん
であるが、特に高強度高弾性炭素繊維を得るためには、
分子の配向制御が重要であり、紡糸時の温度、ノズル形
状、液晶ピッチ特有の分子配向制御が影響する。よって
その条件で機械的特性も幅があり、現在得られている炭
素繊維の引張強さは300〜500kg/mm2、弾性率30〜70ton/
mm2である。The optically isotropic pitch thus obtained and the optically anisotropic pitch have different properties when made into carbon fiber. Generally, when an optically isotropic pitch is spun into carbon fiber, the graphite crystals in the fiber after carbonization become fine and the alignment in the fiber axis direction deteriorates, so it is called a general-purpose type (GP product) and has tensile strength. Generally, the elastic modulus is 100 kg / mm 2 , and the elastic modulus is around 5 ton / mm 2 . In the case of optical anisotropy, it is of course necessary to prepare the raw material pitch, but in order to obtain high strength and high elasticity carbon fiber,
The control of the molecular orientation is important, and the temperature during spinning, the nozzle shape, and the molecular orientation control peculiar to the liquid crystal pitch influence. Therefore, the mechanical properties have a wide range under that condition, and the tensile strength of the carbon fiber currently obtained is 300 to 500 kg / mm 2 , and the elastic modulus is 30 to 70 ton /
mm 2 .
又、光学的等方性の炭素繊維は熱膨張率は1000℃で4×
10-6/K゜に対して、光学的異方性の炭素繊維は2×10-6
/K゜と半分の熱膨張係数である。Also, the optically isotropic carbon fiber has a coefficient of thermal expansion of 4 x at 1000 ° C.
Carbon fiber with optical anisotropy is 2 × 10 -6 for 10 -6 / K °
/ K ° and half the coefficient of thermal expansion.
本発明は、上述のように光学的等方性の炭素繊維及び光
学的異方性の炭素繊維のそれぞれのもつ特性を、飛躍的
に向上させ、しかも紡糸後、不融化、焼成によって最終
使用形状に成形出来る綿状ピッチ系炭素短繊維を作り出
すことを可能にしたものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention dramatically improves the properties of the optically isotropic carbon fiber and the optically anisotropic carbon fiber as described above. It makes it possible to produce cotton-like pitch-based short carbon fibers that can be molded into.
(実施例) 以下本発明の具体的な実施例について説明する。(Examples) Specific examples of the present invention will be described below.
紡糸用ピッチとして、軟化点が230℃の光学的等方性ピ
ッチと軟化点が267℃の光学的異方性相を98%含有する
メソフェースピッチの2種類を用いた。紡糸装置は第1
図に示した構造のものを用いた。ここで、ピッチ吐出孔
1の内径は0.2mmであり、ガス流路用ノズル2の孔径は
0.5mmとした。上記の光学的等方性ピッチ3又は光学的
異方性ピッチ4のいずれかをピッチ溜部5に入れ、内部
を窒素ガスで置換した後、ヒーター6で加熱、溶融し
た。ピッチの温度が所定温度に達した後、ピッチ溜部5
の上部とガス導入パイプ7から、同一圧力の窒素ガスを
導入した。そして、紡糸装置の下部から吐出する繊維状
ピッチを採取した。採取した繊維状ピッチを空気中、毎
分2℃の昇温速度で320℃まで加熱し、30分間保持して
不融化処理した。次いで、窒素ガス気流中、1000℃で炭
素化し、更に、アルゴンガス気流中、2600℃で黒鉛化処
理した。Two types of spinning pitches were used: an optically isotropic pitch having a softening point of 230 ° C. and a mesophase pitch containing 98% of an optically anisotropic phase having a softening point of 267 ° C. The first spinning device
The structure shown in the figure was used. Here, the inner diameter of the pitch discharge hole 1 is 0.2 mm, and the hole diameter of the gas channel nozzle 2 is
It was 0.5 mm. Either the optically isotropic pitch 3 or the optically anisotropic pitch 4 was placed in the pitch reservoir 5, the inside was replaced with nitrogen gas, and then heated and melted by the heater 6. After the pitch temperature reaches a predetermined temperature, the pitch reservoir 5
Nitrogen gas having the same pressure was introduced through the upper part of the and the gas introduction pipe 7. Then, the fibrous pitch discharged from the lower part of the spinning device was collected. The collected fibrous pitch was heated to 320 ° C. in the air at a temperature rising rate of 2 ° C./min and held for 30 minutes for infusibilization. Then, carbonization was carried out at 1000 ° C. in a nitrogen gas stream, and further graphitization treatment was carried out at 2600 ° C. in an argon gas stream.
このようにして得られた炭素繊維1本を繊維の長さが5m
mになるように台紙に貼りつけ、JISR7601に規定する単
繊維法に準拠して引張り強度を測定した。なお、繊維の
外径は同規定のレーザー回析法によって測定した。One carbon fiber thus obtained has a fiber length of 5 m.
It was attached to a mount so as to be m, and the tensile strength was measured according to the single fiber method defined in JIS R7601. The outer diameter of the fiber was measured by the laser diffraction method of the same standard.
ピッチの種類、紡糸条件を変えて得た炭素繊維の物性を
下記の表にまとめて示す。The physical properties of the carbon fibers obtained by changing the pitch type and spinning conditions are summarized in the table below.
上記の表に見られるように、ピッチの温度、ガス圧力が
高くなると、繊維径が細くなると共に、その長さも短く
なる。繊維の長さは同一ロット内においても長短あり、
一概に表すことが出来ないが、実施番号1−1で最長約
50mmである。 As can be seen from the above table, as the pitch temperature and the gas pressure increase, the fiber diameter becomes smaller and the length becomes shorter. The length of the fiber is short and long even within the same lot,
Although it can not be expressed unconditionally, it is about the longest with implementation number 1-1
It is 50 mm.
第3図は上記表実施番号2−2の炭素繊維の形状を走査
型電子顕微鏡で観察した写真(倍率500倍)である。繊
維径は大小あり、一定ではない。しかも大部分曲がって
おり、直線ではない。繊維が曲がっていることは他の実
施番号の場合も同様である。更に、この実施番号の繊維
の形状を調べるために倍率4000倍で観察した写真が第4
図である。この図に見られるように、繊維の断面形状は
円形ではなく、偏平な楕円体である。楕円体あるいは偏
平は楕円体であることが、繊維に曲がりを生じさせてい
る理由であると考えられる。FIG. 3 is a photograph (magnification: 500 times) of the carbon fiber shown in Table No. 2-2 in the above, which was observed with a scanning electron microscope. The fiber diameter is large and small, and is not constant. Moreover, it is mostly curved, not straight. The fact that the fiber is bent is the same for other execution numbers. Furthermore, in order to examine the shape of the fiber of this execution number, the photograph observed at a magnification of 4000 is the fourth.
It is a figure. As seen in this figure, the cross-sectional shape of the fiber is not a circle but a flat ellipsoid. The reason why the ellipsoid or flat is an ellipsoid is considered to be the reason why the fiber is bent.
繊維径が10μm以下のものは長さが短く、かつ、曲がり
があるため塊状になりやすが、その感触は柔らかく弾力
性があり綿状である。しかし、解繊性は良好で、水中で
は容易に単繊維で分散する。Fibers having a fiber diameter of 10 μm or less have a short length and tend to be clumped due to bending, but the feel is soft, elastic and cotton-like. However, it has good defibration property and easily disperses as single fibers in water.
又、この繊維の形状は偏平状でかつねじれ、カールとラ
ンダムになっており、綿状でかさ高さがあって、一定容
器に入れると、マット状にしなくても、繊維の弾力性で
固定されるため濾過用フィルターなどにそのままの状態
でも使用出来ることが確認出来た。又弾力性のあるプラ
スチック材料との複合体を作ることによって、従来不可
能であったゴム状の炭素繊維複合体が出来、耐摩耗性が
強く弾力性のあるパッキン等が製作出来た。Also, the shape of this fiber is flat, twisted, and randomly curled, and it is cotton-like and has a high bulk, and when placed in a certain container, it is fixed by the elasticity of the fiber without forming a mat-like shape. Therefore, it was confirmed that the filter can be used as it is for filtration. Further, by making a composite with an elastic plastic material, a rubber-like carbon fiber composite, which has been impossible in the past, can be produced, and a highly wear resistant and elastic packing or the like can be produced.
尚、光学的等方性炭素繊維と、光学的異方性炭素繊維を
組み合わせて複合した複合炭素短繊維も第2図に示す如
く仕切り板8を設けた紡糸装置により製造することが出
来る。Incidentally, the composite short carbon fiber obtained by combining the optically isotropic carbon fiber and the optically anisotropic carbon fiber to form a composite can also be manufactured by a spinning device provided with a partition plate 8 as shown in FIG.
(発明の効果) 以上の説明で判るように本発明の炭素短繊維の製造方法
は、従来ならチョップドストランドにする為、切断工程
を入れていたものを、全く必要としなくなったことで、
生産性の向上により、大きな経済効果を上げることが出
来るものである。(Effect of the invention) As can be seen from the above description, the method for producing a short carbon fiber of the present invention is a chopped strand in the related art.
Greater economic effect can be achieved by improving productivity.
従来、光学的等方性炭素繊維は汎用品(GP)しか作るこ
とが出来ないと考えられていたが、本発明の炭素短繊維
の製造方法によればピッチ系光学的等方性炭素繊維で強
度がピッチ系光学的異方性炭素繊維と同等又はとそれ以
上の強度が得られることから、ピッチ原料の調整などの
製造コストが大幅に削減出来るものである。又、光学的
異方性の炭素繊維では強度が従来の紡糸法で得られた繊
維と比較して同等かそれ以上のものが得られることか
ら、高強度複合材料として電子工業、自動車工業、宇宙
産業等の用途向けに金属、カーボン、セラミックスなど
の高強度、精密度の高い構造部品として極めて有用な材
料として利用出来る。Conventionally, it was thought that only the general-purpose products (GP) can be used to produce optically isotropic carbon fibers, but according to the method for producing short carbon fibers of the present invention, pitch-based optically isotropic carbon fibers are used. Since the strength is equal to or higher than that of the pitch-based optically anisotropic carbon fiber, the manufacturing cost for adjusting the pitch raw material can be significantly reduced. In addition, since the carbon fiber having optical anisotropy has strength equal to or higher than that of the fiber obtained by the conventional spinning method, it can be used as a high-strength composite material in the electronics industry, the automobile industry, the space industry. It can be used as an extremely useful material as a structural component with high strength and high precision such as metal, carbon and ceramics for industrial applications.
又、繊維断面形状が、偏平でかつ、ねじれ、カール状に
出来ることからそのままで綿状のかさ高さがあること及
び弾力性、伸縮性を備えていることから、複合材の製作
に用いた際、柔軟なマトリックス材との適合性が良いの
で、ピッチ系炭素繊維とマトリックス材との剥離が起き
にくいものである。従って、伸縮性電導材、弾力性パッ
キン及びエンジニアリングプラスチックなどの複合材と
して応用することで従来にない高強度複合材料を作るこ
とが出来る。In addition, since the fiber cross-sectional shape is flat and can be twisted or curled, it has a cotton-like bulkiness as it is, and since it has elasticity and elasticity, it was used in the production of composite materials. At this time, since the compatibility with the flexible matrix material is good, peeling between the pitch-based carbon fiber and the matrix material does not easily occur. Therefore, by applying it as a composite material such as a stretchable conductive material, an elastic packing and an engineering plastic, it is possible to produce a high strength composite material which has never been obtained.
また本発明の炭素繊維の製造方法によれば、上記の優れ
た効果を有するピッチ系炭素短繊維を容易に、しかも一
度に大量に製造することが出来る。Further, according to the method for producing carbon fibers of the present invention, pitch-based short carbon fibers having the above-described excellent effects can be easily produced in a large amount at one time.
第1図は本発明の製造方法の一実施例を示す図、第2図
は本発明の製造方法の他の実施例を示す図、第3図は本
発明の炭素短繊維の形状を走査型電子顕微鏡で撮影した
500倍の写真、第4図は第3図の繊維を更に拡大した400
0倍の写真である。 1……ピッチ吐出孔、2……ガス流路用ノズル、3……
光学的等方性ピッチ、4……光学的異方性ピッチ、5…
…ピッチ溜部、6……ヒーター、7……ガス導入パイ
プ、8……仕切板。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the production method of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the production method of the present invention, and FIG. 3 is a scanning type of the shape of the carbon short fiber of the present invention. Taken with an electron microscope
Photograph of 500 times, Fig. 4 is a further enlarged 400 of the fiber of Fig. 400.
It is a 0x photo. 1 ... Pitch discharge hole, 2 ... Gas flow path nozzle, 3 ...
Optical isotropic pitch, 4 ... Optical anisotropic pitch, 5 ...
... Pitch reservoir, 6 ... Heater, 7 ... Gas introduction pipe, 8 ... Partition plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 進 東京都中央区日本橋茅場町2丁目6番6号 田中貴金属工業株式会社内 審査官 渕野 留香 (56)参考文献 特開 平2−169725(JP,A) 特開 昭63−85116(JP,A) 特開 平1−221556(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Susumu Shimizu 2-6-6 Nihonbashi Kayabacho, Chuo-ku, Tokyo Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. Ruka Fuchino (56) Reference JP-A-2-169725 ( JP, A) JP 63-85116 (JP, A) JP 1-222156 (JP, A)
Claims (1)
のいずれか又はそれら両ピッチを防糸装置に供給し、溶
融したピッチを吐出孔周囲よりピッチ吐出方向に平行に
吹き出す6kg/cm2以上20kg/cm2以下の高圧のガス圧力で
吹き出しながら紡糸し、不融化、焼成することを特徴と
する炭素短繊維の製造方法。1. An optically isotropic pitch, an optically anisotropic pitch, or both pitches are supplied to a yarn preventing device, and a melted pitch is blown out from the periphery of a discharge hole in parallel to the pitch discharge direction. A method for producing a short carbon fiber, which comprises spinning, infusibilizing and firing while blowing at a high gas pressure of not less than cm 2 and not more than 20 kg / cm 2 .
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1991
- 1991-05-22 EP EP19910830214 patent/EP0458765A3/en not_active Withdrawn
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