JPS58126317A - 炭素繊維製造用原料組成物および炭素繊維製造法 - 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】 本発明は高強度の炭素繊維を製造するための原料組成物
および炭素繊維製造法に関する。

従来、炭素繊維製造用原料としては、天然繊維、白） 合成繊維、石油系ピッチ、石炭タールピッチなどが用い
られている。天然繊維または合成繊維の場合、出発物質
としてセルローズ繊維やポリアクリロニトリル繊維が用
いられ、非酸化性雰囲気中で高温焼成されるが、これら
の繊維はピッチ原料に比べて１０倍８度も高価であるう
え大計生産には適さない。また上記繊維材料には本質的
に熱分解を受けやすい含窒素基や含酸゛ぺ基を多く有す
るため、加熱、焼成時に著しい重ｌ減少をきたし、結果
として炭化収率が悪いという致茄的欠点を有している。

一万、工業的に安価に供給される各種ピッチ類を原料と
する炭素繊維製造法においては、コスト面で有利な方法
といえる。石炭タールピッチを原料とする場合、紡糸性
と不融化性を考慮して鎖状脂肪族炭化水素を残存させる
ことにより溶液粘度全調整するのが普通である。しかし
、加熱、焼成時における鎖状脂肪族炭化水素の熱分解に
より炭化収率が低下し、また熱分解による化分子化合物
の離脱によって繊維にミクロ的損傷を与え最終製（２） 品の強度低下を引きおこ″を原因となる問題がある。

このような問題点を解消する方法として、芳香族□化合
物に富むピッチ状物質に高圧下で水素を反応、させて原
料物質を得る方法（特公昭４５−２８０１３）および石
炭類全水素加圧下で溶剤処理した石炭解嵐合物又Ｆｉ該
解重合物と芳香性の高い歴青物の混合体を溶融紡糸して
繊維状炭素を′ＪＡ造するに際し。

石炭解沖合物と芳香性の高い歴青・物を１：０．０５〜
ｌ：１の割合で混合する方法（特開昭５５−８４４２１
）が提案されている。しかし前者の方法では使用原料全
てを高圧処理するため安価な原料となりにくく、また後
者の方法でに氷菓化物添加割合が非常に高（前者同様高
価な原料しか得られない。

本発明の１冒は、安価な原料から溶融紡糸および不融化
の各処理を容易にし、炭化処理時間を大幅に短縮して最
終的に高強肛の炭素繊維を得ることができる炭素繊維製
造用原料組成物および炭素繊維製造法を提供することに
ある。

本発明は、石炭タールピッチを、炭化収率や製品強度に
悪影ｇを及ぼす鎖状脂肪族化合物を残存させることなく
縮合多環芳香族化合物を下体となるように改質し、この
改質された石炭タールピッチに、縮合多環脂肪族化合物
を主体とする石炭類の溶剤水添抽出物音トＮ１１目的に
合致する最適条件となるように添加した原料組成物およ
びこの原料組成物を用いる炭素繊維製造法である。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

石炭タールピッチは、改質処理によって鎖状脂肪族化合
物全残存させることなく、縮合多環芳香族化合物に富む
組成物とされる。縮合多環芳香族化合物に富む組成物と
することによって経済的に妥轟な炭化収率をもった炭素
繊維とすることができる。改質条件は最終製品の強度な
どの性状を満足させ、かつ溶融紡糸、不融化、炭化の各
処理り程との関係で決定される。改質が不足すると石炭
タールピッチ中に低沸点化合物や鎖状脂肪族化合物の残
存量が多すぎるため、軟化点が低くすぎて紡糸を連続的
に行うことが゛できなくなり、寸だ加熱、焼成時に低沸
点化合物や鎖状脂肪族化合物が優先的に分解するため炭
化収率を悪化させることになる。一方、改質が過度にな
ると、石炭タールピッチの流動性が不足し、押出し紡糸
が困難となる。し、たがって改質条件を適宜設定し、か
つ持続させることが必要となる。ここで石炭タールピッ
チの改質処理としては、減圧下、不活性ガス中で熱処理
する方法が挙げられる。このような方法によって、石炭
タールピッチ中の低沸点化合物や鎖状脂肪族化合物が優
先的に除去され、縮合多環芳香族化合物を主体とする組
成物となる。

しかし、粗原料たる石炭タールピッチの組成自体不均一
で変動しやすいため、最適の改質条件は常に変ｌ１ｌＩ
Ｉを余儀なくされ、改質度が変動する。本発明において
５石炭類を溶媒中水素加圧下で処理して得られる抽出物
を、石炭タールピッチの性状とその改質度に応じて任意
に調整添加することによって、結果的に石炭タールピッ
チの改質の過不足を調整することになり、常に安定した
紡糸原料を得ることができる。

ここで抽出物を得るための石炭類とは歴青炭、（５） ｊ 亜歴青炭、褐炭を総称する。これらの石炭類のいずれを
用いるかは改質石炭タールピッチに対する抽出物の添加
量などによって選定するのがよい。

例えば、抽出物の添加量が多い場合、原料組成物のコス
トが抽出物自体のコストに依存する割合が多くなるので
、歴青炭のように石炭中酸素含有敏の低いものを用いる
方が抽出物を得るための水素消費量が少ないので経済的
に有利である。抽出物を得る方法に、抽出物中、也合多
環脂肪族化合物を主体構成成分とする限り特に限定され
るものでないが、−例として石炭’１−２ｆｌＯメツシ
ュ、８５％にまで微粉砕し、これに石炭タール中油’を
混入してスラリー状とし、５０〜２００　ｋｇ／ｍ　Ｇ
の水素加ｌモ下に３，５０〜４７５℃の温度範囲で３０
〜１８０分間加熱溶解させ、次いで遠心分離機などによ
って涙過し、溶剤を除去１．て抽出物を得ることができ
る。

石炭タールピッチに添加される抽出物の量は。

組成物全体着に対し０．５〜５０重１に％である。抽出
物の添加量が０．５重量％よりも少ないと、実用、　　
　　　　　　　　（６） 上の添加効果が認められず、抽出物の添加量が５０′市
４晴係を超えると、従来法に係る欠点を解消し・出ない
。すなわら、抽１１１！吻の添加１ｉｋ多くすることは
高価な水添抽出物を多用することとなり、また加熱過程
において、高濃度の脂環化合物の水素離脱に２Ｌる反応
１′ＩＥが増大し７、三次元構造の発達を誘発するため
、溶融紡糸過程における分子の配向性の成長を阻害する
ことになる１、改質石炭タールピッチに水添抽出物を添
加させる方法は特に限定されず、両者を十分に混合する
方法であればよい。改質石炭タールピッチと水添抽出物
との混合を十分に行う点からニ１：両者を加熱して混合
することが望ましいが、過度の加熱は紡糸性を低下させ
るので３５０°Ｃ以下に加熱し７て混合することが望ま
しい。

このよう１でして得られるＩＱ）１組成物は、次に通常
の溶融紡糸法によって紡糸される。本発明において、紡
糸原料の性状が安定しているので細繊化が可能である。

さらに細繊化によって不融化処理における加熱昇温速度
を大きくすることができ、したがって不融化処理時間が
短縮される。不融化処理時の加熱昇温速度は１０℃／分
以上とすることができ、特に石炭タールピッチの改質度
と抽出物の添加量が最適な範囲では加熱昇温速度ｅ１５
℃／分まで高めても繊維間の融着が起らない。不融化処
理は、溶融紡糸された繊維を気体中、またに液体中で酸
化することによって容易に実施゛することがセきる。

次いで不融化処理後の繊維は炭化処理される。

炭化処理−［程においてに、繊維は無緊張状態で不活性
ガス雰囲気中で焼成される。焼成時、昇温速度を２４℃
／分以下とし、８０”　０〜１５００℃のｉＭ段条件に
維持することが望ましい。昇温速度が２４’Ｃ／分を超
えると、繊維と繊維支持体との間に融着が生じ好ましく
ない。

なお、本発明による原料組成物を用いた場合、炭化時の
昇温速度を通常の方法よりも高く設定で物中に石炭抽出
物が過度に含有されると、炭化処理工程時において、低
分子化合物の逸脱によって得られる炭素繊維の材料欠陥
をひき起こす。したがって原料組成物中の石炭抽出物の
含有比率の上限（５０重量％）は以上のような理由から
も制限される。

炭化処理工程を経て得られた炭素繊維は公知の方法によ
り２５００〜３０００℃で加熱焼成することによって黒
鉛繊維とすることができる。

以上のように本発明によれば、安価な原料から容易にか
つ短い処理時間で高強度の炭素繊維を得ることができる
。

実施例１ 通常のコークス炉から得られたタールピッチを４００℃
、２５■Ｈｙの減圧下で窒素カスを吹き込みながら４０
分熱処理して改質タールピッチを得た。一方豪州産微粘
結性歴青炭を−２００メツシユ８５チ以上に微粉砕しこ
れにコールタール中油をＮ坩混合割合全】：１となるよ
５に添加してスラリーとなし、１５０　ｋｇ／ｃ＋ｄＧ
水素加圧下に４４０°Ｃで６０分加熱溶解処理して、固
形物の遠（Ｑｌ 心分離、溶媒の回収のあと抽出′物を得た。−１−記改
質タールピッチ１００重楊部に対し抽出′吻２０重量部
を添加し３５５℃加熱下に両者を混合して紡糸原料とし
た。スクリュー押出し式溶融紡糸装置を月１い１巻き取
り速度１．２００　ｒｎ　７分で紡糸した。

こｆ′Ｌを室温から２６１１　’Ｃまで空気に等量の酸
素を加えた混合気体中、１３’Ｃ／分の昇温速ＩＷで加
熱し、２６０℃で２ｂｒ保持した。これをさらＶＣＮ。

雰囲気中１０００℃藍で１２’Ｃ／分で昇温Ｌ２−（１
，５時間保持して炭素繊維を製造した。この時の炭化収
率１ｄ８６チ、炭素繊維強度１４０　ｋｇ／　１ｓｍ”
Ｇ、繊維直径８〜１２μの範囲であった。

比較のために改質タールピッチおよび石炭の水添抽出物
を各々単独で紡糸工程以下を上記に準じて処理を行なっ
たところ一石炭の水添抽出物Ｔは１２００ｍ／分の紡糸
速度では糸切れが頻発し、７００ｍ／分程鹿に耐えられ
るに過ぎなかった。

また石炭タールピッチ単独についても一ト記Ｖこ鵡じて
処理を行なったが、小融化処理工程に１？いて繊維同志
および繊維と支持台間に融着が発生し装入（ｌＯ） 量の高々２０チ程度の独立した繊維しか得られなかった
。形状の良好なもののみについて炭化したが炭化収率Ｆ
ｉ７３％、炭素繊維強度は７８　ｋｇ　７ａｍ２Ｇ、繊
維直径は１２〜２８μとかなり太いうえ変動範囲も大き
かった。

実施例２ 実施例１で得られた水添抽出物と同じロットの抽出物を
改質石炭タールピッチ１００重量部に対し、８１一部添
加し、原料組成物とした。この原料組成物を用い実施例
１に準じて溶融紡糸、不融化、炭化を行って炭素繊維ｔ
−得た。このとき炭化収率８６チ、炭素繊維強Ｗ　１３
６　ｋｇ／　ａｍ”　、繊維直径８〜１４Ａであり、ま
た従来例に比べ処理時間を大幅に短縮できた。

代理人　　鵜　沼　辰　之 （ほか２名） （１１） ８４−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　改質された石炭タールピッチに対し、石炭類
   を溶剤中水累加圧下で処理して得られる抽出物を組成物
   全体量の０，５〜５０重量％となるように添加したこと
   を特徴とする炭素繊維製造用原料組成物。
2. （２）改質された石炭タールピッチに対し、石炭類を溶
   剤中水累加圧下で処理して得られる抽出物全組成物全体
   量の０．５〜５０重ｔ％となるように添加した原料を、
   溶融紡糸、不融化、および炭化の各処理工程ケ経て炭素
   繊維とすることを特徴とする炭素繊維製造法。