JPS588786A - 炭素繊維原料用ピツチの製造方法 - Google Patents

炭素繊維原料用ピツチの製造方法

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JPS588786A JP56106957A JP10695781A JPS588786A JP S588786 A JPS588786 A JP S588786A JP 56106957 A JP56106957 A JP 56106957A JP 10695781 A JP10695781 A JP 10695781A JP S588786 A JPS588786 A JP S588786A
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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】 本発明は石油系重質油を用いて高弾性率を有する炭素繊
維を製造するだめの改良された原料用ピッチの製造方法
に関するものである。
ピッチ類を原料として、強度ならびに弾性率の優れた炭
素繊維を製造する場合の原料ピッチは偏光顕微鏡によっ
て光学的異方性が観察される。すなわちメソフェーズを
含有するとしているまだこれらの炭素繊維原料用ピッチ
は単に光学的異方性を示すだけでなく、紡糸性の面にお
いても安定に、紡糸できる性状を有していることが必要
とされる。
このような点より強度ならびに弾性率の優れた炭素繊維
を製造するだめ原料ピッチの前駆原料(炭素繊維原料用
ピッチを製造するだめの原料となる物質)はどのよう々
ものでも良いと言う訳ではなく特定化された性状を有す
るものが要求される筈である。しかるに開示された多く
の特許請求の囲においては前駆原料を特定化する例は少
なく、極めて広範な前駆原料を熱処理することのみによ
って炭素繊維原料用ピッチが製造できることになってい
る。
しかし、その発明の詳細な説明および実施例を仔細に検
討すると実際にはその発明の実施例に示された前駆原料
を用いたときにのみ目的とする原料ピッチの製造が可能
であることが現実である。
例えば特許公告公報昭49−8634において原料ピッ
チすなセち炭素前1駆体を得るだめにはクリセンの如き
物質あるいは原油の高温分解の際に副生ずるタール状物
質が適しており通常一般の石油系アスファルトやコール
タールピッチはあまり適していないと記述されている。
また特許公告公報昭5’4−1810において、メソ相
ピッチの調製に対しては、約92〜96重世襲の炭素含
量及び約4〜8重世襲の水素含量を有する芳香族ベース
炭素質ピッチが一般に好適である。
酸素、硫黄及び窒素の如き炭素及び水素以外の元素は望
ましくないので約4重世襲を越えて存在すべきではない
と記述されている。
まだ同特許の実施例1.において用いられている前駆ピ
ッチは密度1.23 g/cc、軟化温度I20°C1
キノリンネ溶分0.83重量世襲炭素含量930%、水
素含量56チ、硫黄含量1.1係、灰分0.044%と
いう性状を示している。この性状の中で密度1.23 
g/ccという値だけをとっても通常の石油留分でこの
ような大きな密度を示すものはほとんどない。
その他の特許においても、実施例において特定化された
前駆原料を用いて、原料ピッチを製造していることが示
されている。
一方、実際に存在する石油系重質油の性状は基本的にそ
の起源となる原油の性状、さらには重質油に至る壕での
過程によって差はあるものの一般に前記の例に示される
ような好ましいとされている性状を有しているものはむ
しろ稀であって入手困難な場合が多い。
したがって、石油系重質油を用いて強度ならびに弾性率
の優れた炭素繊維を工業的に安定して製造するためには
、その前駆原料の性状が変動したとしても最終的に得ら
れる原料ピッチの性状が安定しているような原料ピッチ
製造方法が必要となってくる。
本発明は特定化された前駆原料だけからではな・く、通
常容易に入手可能な石油系重質残油を用いて、高弾性率
を有する炭素繊維を工業的に安定して製造するだめの改
良された原料ピッチ製造方法にかかわるものである。
すなわち、石油系重質残油を触媒の存在下で水素化処理
した後、減圧蒸留により低沸点留分を除去する。この減
圧蒸留残油を有機溶剤を用いて溶剤抽出処理し、その抽
出成分を加熱処理することによって高弾性率を有する炭
素繊維の製造に用いる原料ピッチの製造を行うものであ
る石油系重質残油といってもその範囲は極めて広く起源
となる原油の違い及び原油から重質残油に至るまでの過
程により、その性状はかなりの差がある。水素化処理は
その差異を減少せしめるものであり、触媒の存在下で温
度370〜450°C1圧カフ 0〜210 Kgf/
cm2 、液空間速度0.4〜2.OHr ’ 水素油
比7oo〜1,7ooNm3/に1の範囲の条件下で水
素化処理を行うことにより石油系重質残油に含有されて
いる硫黄、窒素、酸素、微量金属等の成分が除去される
。まだ同時にアスファルテン分といった比較的分子量の
大きな芳香族性成分の量も水素化処理によって減少する
水素化処理を受ける石油系重質残油としては、その沸点
が通常石油工業で用いられる蒸留装置を使用し300°
C以上の留分よりなるもので、水素化処理の条件は石油
系重質残油の性状に合せ、前記の水素化処理条件の範囲
内で適切に設定する。
水素化処理を行った後の石油系重質残油は次に減圧蒸留
装置によって低沸点留分を除去する。
この場合除去する低沸点留分とは、通常石油工業で用い
られる減圧蒸留装置によって蒸留された場合の沸点約4
50°C以下、好ましくは500°C以下の留分である
次に該減圧蒸留残油をさらに有機溶剤を用いて溶剤抽出
処理を行い溶剤によって抽出された成分を取出す。
この溶剤抽出処理は減圧蒸留残油よシアスフアルテン分
相当成分の減少を行わしめるもので、前記水素化処理に
よるアスファルテン分の減少効果に加え、さらにより完
全に減少せしめることになる。
ここでアスファルテン分とは、溶剤分別成分分析法によ
って分析した場合の一成分であり、具へ7゜ 体向には溶剤分別したときのr) −憶;タンに不溶で
ベンゼンに可溶の成分である。
溶剤抽出処理は、炭素数3〜7の飽和炭化水素化合物、
すなわちプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプ
タンのいずれか1種あるいは数種の混合物を溶剤とし溶
剤対油比3:1〜15:1、温度50〜230°C1圧
力5〜50Kgf/cm2の範囲の条件で溶剤抽出し、
その抽出成分を取出す。溶剤処理の条件は、減圧蒸留残
油の性状と抽出成分の性状を考慮して適切に設定される
このように石油系重質残油から水素化処理、減圧蒸留、
溶剤処理を行うことによって最初、その性状にかな9の
差のある石油系重質残油であっても硫黄、窒素、酸素、
微量金属、及びアスファルテン分等が除去されるので最
終的には性状の差はなくなり均一な性状のものとなる。
まだ、その性状は次に行う加熱処理に際して好ましいも
のになっている。
次に該抽出成分を温度390〜430°Cの範囲ような
不融性物質を生成しない範囲に止めることが必要である
前記のごとく、石油系重質残油の性状にはかなりの差が
あり、中には直ちに高強度高弾性率の炭素繊維原料用ピ
ッチとすることが可能なものも存在するかもしれないが
一般的にはすべての石油系重質残油から直接的に高強度
高弾性率の炭素繊維原料用ピッチを製造することは困難
である。
本発明の特徴は、石油系重質残油を水素化処理しえない
ような石油系重質残油をも含め広範な石油系重質残油を
前駆原料として工業的に安定に高弾性率を有する炭素繊
維の原料ピッチを製造することを可能ならしめたもので
ある。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例] 中東系原油(A)を蒸留した沸点350°C以上の重質
残油を温度390’C,圧力160 Kgf/cm2、
液空間速度0.5I(rl、水素油比1,00ONm 
37K lの条件で水素化処理した後、減圧蒸留によっ
て沸点500°C以下の留分を除去した。
この減圧蒸留残油をヘプタンを溶剤として溶剤対油比l
O:1、温度180°C1圧力40Kgf/cm2の条
件で溶剤抽出処理を行った。
この抽出成分を温度410°Cで10時間加熱処理して
炭素繊維原料用ピッチを得た。
この場合の前駆原料である中東系原油(A)の重質残油
、溶剤抽出成分、および炭素繊維原料用ピッチの性状を
第1表に示す。
なお、該炭素繊維原料用ピッチを360°Cで溶融紡糸
し、空気雰囲気260°Cで不融化した後、]、000
°Cで焼成炭化したものは、引張り強度11 t(+n
/cm2 、弾性率]−+ OOOton/cm2であ
った。
1.000°Cで焼成炭化した繊維をさらに1,800
°Cで焼成したところ引張り強度15 ton/cm2
1弾性率2. I OOton/cm2であった0実施
例2 中東系原油(13)を蒸留した沸点350°C以上の重
質残油を温度390°C1圧力160 Kgf/cm’
4液空間速度0−51(rl水素油比1. o o o
 Nm3/Jぐ1の条件で水素化処理した後、減圧蒸留
によって沸点500°C以下の留分を除去した。この減
圧蒸留残油をヘプタンを溶剤として溶剤対油比10:1
1温度180°C1圧力40 Kgf/cm2の条件で
溶剤抽出処理を行った。この抽出成分を温度400°C
で15時間加熱処理して炭素繊維原料用ピッチを得だ。
この場合の前駆原料である中東系原油但)の重質残油、
溶剤抽出成分及び炭素繊維原料用ピッチの性状を第1表
に示す。
なお該炭素繊維原料用ピッチを370°Cで溶融、紡糸
し、空気雰囲気260°Cで不融化した後]、、 OO
OoCで焼成炭化したこのものは引張強度10 ton
/cm2 、弾性率1. OOOton/cm2であつ
だ。
比較例1゜ 中東系原油代)を蒸留した沸点350°C以上の重質残
油を減圧蒸留によって沸点500°0以下の留分を除去
する。
この減圧蒸留残油を温度4. I OoCで10時間加
熱処理した。
この場合の前駆原料である中東系原油(A、)の重質残
油及びピッチの性状を第1表に示す。
なお該ピッチを350°Cで溶融紡糸し空気雰囲気26
0°Cで不融化した後、1.、 OOOoCで焼成した
ものは引張強度5.5 ton/cm2 、弾性率35
0 tore/cm2であった0 第   1   表

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1石油系重質残油を触媒の存在下で水素化処理した後、
    減圧蒸留により低沸点留分を除去し、さらに該減圧蒸留
    残油を有機溶剤を用いて、溶剤抽出処理した抽出成分を
    加熱処理することを特徴とする炭素繊維原料用ピッチの
    製造方法。 2石油系重質残油として、沸点300°C以上の留分よ
    りなる石油系重質残油を用いることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の炭素繊維原料用ピッチの製造方
    法。 3水素化処理の条件として、温度370〜450°C1
    圧カフ0〜2IOKgf/cm2、液空間速度0、4〜
    2. OHr川、水素油比700〜1.,70ONm3
    /K11の範囲を用いることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の炭素繊維原料用ピッチの製造方法。 4減圧蒸留により沸点450°C以下の留分を除去する
    ことを特徴とする特許請求範囲第1項に記載の炭素繊維
    原料用ピッチの製造方法。 5有機溶剤として炭素数3〜7の飽和炭化水素化合物を
    用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    炭素繊維原料用ピッチの製造方法。 6溶剤抽出処理の条件として、溶剤対油比3:1〜15
    ゜11温度50〜230°C1圧力5〜50 Kg E
     7cm2の範囲を用いることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の炭素繊維原料用ピッチの製造方法。 7溶剤抽出酸分を温度390〜430°Cの範囲の条件
    下で加熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の炭素繊維原料用ピッチの製造方法。 8沸点300°C以上の留分より々る石油系重質残油を
    触媒の存在下に温度370〜450°C1圧カフ0〜2
    1OKgf/Cm2、液空間速度0.4〜2、OHr’
    水素油比700〜1,70ONm3/■ぐ1の範囲の条
    件で水素化処理した後、減圧蒸留により沸点500°C
    以下の留分を除去し、さらに該減圧蒸留残油を炭素数3
    へ−7の飽和炭化水素化合物を溶剤として、溶剤対比3
    :l−15:1、温度50〜230′C1圧力5〜50
    Kgf/cm2の範囲の条件で溶剤抽出した抽出成分を
    温度390〜430℃の範囲の条件で加熱処理すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維原
    料用ピッチの製造方法。
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