JPS59163424A - 石油系メソフエ−ズの紡糸法 - Google Patents
石油系メソフエ−ズの紡糸法Info
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- JPS59163424A JPS59163424A JP3731283A JP3731283A JPS59163424A JP S59163424 A JPS59163424 A JP S59163424A JP 3731283 A JP3731283 A JP 3731283A JP 3731283 A JP3731283 A JP 3731283A JP S59163424 A JPS59163424 A JP S59163424A
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- Japan
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- mesophase
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- cross
- spinning
- pitch
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/145—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
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- D01F9/32—Apparatus therefor
- D01F9/322—Apparatus therefor for manufacturing filaments from pitch
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- Textile Engineering (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は長繊維の高強度高弾性炭素繊維の製造工程に於
て、その紡糸技術に依って長繊維の特に高強度高弾性炭
素繊維を製造する方法に関するものである。
て、その紡糸技術に依って長繊維の特に高強度高弾性炭
素繊維を製造する方法に関するものである。
本発明方法は減圧軽油の熱接触分解(FCC)によって
副生される残渣炭素物質の石油系ピッチを熱処理してメ
ソフェーズ(偏光顕微鏡によって測定し得る)を含有す
るピッチを製造し、これを熟成してメンフェーズのみを
融着巨大化して、 100φメソフエーズ(偏光顕微鏡
によって容易に確認することが出来る)を分離精製しこ
れを円型とは異なった断面を有する紡予ノズル(1例を
泳之りに図示するがこれのみに限定するものではない)
を使用して、紡糸温度300℃乃至330℃で溶融紡糸
し、不融化、炭化して石油系ピッチを原料とする炭素繊
維の断面の走企電子顕微鏡(E!EM)による炭素の配
列がランダム状(乱流状)且つ円形に近い断面を有する
長繊維の特に高強度且つ高弾性炭素繊維を製造する方法
である。
副生される残渣炭素物質の石油系ピッチを熱処理してメ
ソフェーズ(偏光顕微鏡によって測定し得る)を含有す
るピッチを製造し、これを熟成してメンフェーズのみを
融着巨大化して、 100φメソフエーズ(偏光顕微鏡
によって容易に確認することが出来る)を分離精製しこ
れを円型とは異なった断面を有する紡予ノズル(1例を
泳之りに図示するがこれのみに限定するものではない)
を使用して、紡糸温度300℃乃至330℃で溶融紡糸
し、不融化、炭化して石油系ピッチを原料とする炭素繊
維の断面の走企電子顕微鏡(E!EM)による炭素の配
列がランダム状(乱流状)且つ円形に近い断面を有する
長繊維の特に高強度且つ高弾性炭素繊維を製造する方法
である。
近年航空機、自動車、その他輸送機製作工業の急速な成
長の結果、それに必要な材料として特別な物質との組合
わせによって製作され、それのいくつかの物理的性質が
極めて勝れており而も特異性を発揮しつる材料を望む声
が大きくなっているが2%に強い強度及び弾性を具備し
、同時に軽量で安価な材料の出現が強く要求されている
。
長の結果、それに必要な材料として特別な物質との組合
わせによって製作され、それのいくつかの物理的性質が
極めて勝れており而も特異性を発揮しつる材料を望む声
が大きくなっているが2%に強い強度及び弾性を具備し
、同時に軽量で安価な材料の出現が強く要求されている
。
しかるに現在の技術でか\る材料を多量に安定して供給
することが出来ないので、これに答えるため複合材料(
強化樹脂)の製造に関する研究が盛んに行なわれている
。
することが出来ないので、これに答えるため複合材料(
強化樹脂)の製造に関する研究が盛んに行なわれている
。
強化樹脂に使用される最も有望な材料の一つとして長繊
維の高強度高弾性炭素繊維がある。この材料は前述の産
業の急速な成長が始まりかけた際に現われたもので、こ
の長繊維の高強度高弾性炭素繊維と樹脂とを組合せると
他に全く類例を見ないような特性を発揮する強化樹脂を
得ることが出来る。しかし残念なことであるが2強化樹
脂用の長繊維の高強度高弾性炭素わe維は現在極め−C
高価なため、これを使用する強化樹脂が極めて顕著な特
性を発揮するにもか\わらず、その需要があまりのびて
いない。
維の高強度高弾性炭素繊維がある。この材料は前述の産
業の急速な成長が始まりかけた際に現われたもので、こ
の長繊維の高強度高弾性炭素繊維と樹脂とを組合せると
他に全く類例を見ないような特性を発揮する強化樹脂を
得ることが出来る。しかし残念なことであるが2強化樹
脂用の長繊維の高強度高弾性炭素わe維は現在極め−C
高価なため、これを使用する強化樹脂が極めて顕著な特
性を発揮するにもか\わらず、その需要があまりのびて
いない。
現在入手出来る長繊維の高強度高弾性炭素繊維はその原
料が特殊な製造法によって製糸されたポリアクリロニト
リル繊維が主であることは公知の事実である。このポリ
アクリロニトリル線維は炭素繊維の前駆体として高価で
あるばかシでなく。
料が特殊な製造法によって製糸されたポリアクリロニト
リル繊維が主であることは公知の事実である。このポリ
アクリロニトリル線維は炭素繊維の前駆体として高価で
あるばかシでなく。
この前駆体からの炭素繊維の収率が約4−5ワで極めて
悪い。この事実が優れた物性を有する高強度高弾性炭素
繊維を製造する製造装置を巨大化し。
悪い。この事実が優れた物性を有する高強度高弾性炭素
繊維を製造する製造装置を巨大化し。
更に炭化処理時にだ1j生する有4ガス(W酸ガス)の
処理費等に依って最終製品の高強度高弾性炭素繊維の製
造コストを益々高めることになっている。
処理費等に依って最終製品の高強度高弾性炭素繊維の製
造コストを益々高めることになっている。
長繊維の高強度高弾性炭素繊維を安価に製造する一つの
方法として、メソフェーズを含有するピッチから製造す
る極めて安価な方法が特公昭54−1810に記載され
て2す、メソフェーズを含有するピッチが長繕維の高強
度高弾性炭素繊維の原料として極めて優ねた原料である
ことは公知の事実である。然るに高強度高弾性炭素繊維
の原料のピッチにメソフェーズの含有前且つメソフェー
ズそのもの物性が炭素繊維の物性に大きな影響を与える
ことは通熱で9メンフエーズの含有量の高い程、且つ品
質の良いメソフェーズ程炭素繊維の!ll!/I件が向
上される。しかしながら100φメンフエーズを原料と
して断面の円形の紡糸ノズルで溶 −融紡糸し、不
融化、炭化して製造される炭素繊維製1.奴維は全く商
品価値がない。
方法として、メソフェーズを含有するピッチから製造す
る極めて安価な方法が特公昭54−1810に記載され
て2す、メソフェーズを含有するピッチが長繕維の高強
度高弾性炭素繊維の原料として極めて優ねた原料である
ことは公知の事実である。然るに高強度高弾性炭素繊維
の原料のピッチにメソフェーズの含有前且つメソフェー
ズそのもの物性が炭素繊維の物性に大きな影響を与える
ことは通熱で9メンフエーズの含有量の高い程、且つ品
質の良いメソフェーズ程炭素繊維の!ll!/I件が向
上される。しかしながら100φメンフエーズを原料と
して断面の円形の紡糸ノズルで溶 −融紡糸し、不
融化、炭化して製造される炭素繊維製1.奴維は全く商
品価値がない。
本発明の目的は断面の亀裂が全く生じない円形、に近い
Vfr面を有する長締、維の高強度高弾性炭素繊維を製
造する方法を提供することであり、この目的は次に示す
本発明によって達成される。
Vfr面を有する長締、維の高強度高弾性炭素繊維を製
造する方法を提供することであり、この目的は次に示す
本発明によって達成される。
本発明の発明者は種々研究した結果、100%メンフェ
ーズ(偏光顕微鏡によって容易に確認することが出来る
)を原料として製造される炭素繊維の0斤面のSEMに
よる炭素の配列をランダム状(乱流状)にすることによ
って亀裂を全く無くすること、及び高品質の100%メ
ンフェーズを原料として炭素繊維を製造すると、炭素繊
維の物性特に強度が顕著に向上する蛾卯があることを見
い出した。炭素繊維の断面の走査顕微鏡(SEM)によ
る炭素の配列をランダム状にする方法として。
ーズ(偏光顕微鏡によって容易に確認することが出来る
)を原料として製造される炭素繊維の0斤面のSEMに
よる炭素の配列をランダム状(乱流状)にすることによ
って亀裂を全く無くすること、及び高品質の100%メ
ンフェーズを原料として炭素繊維を製造すると、炭素繊
維の物性特に強度が顕著に向上する蛾卯があることを見
い出した。炭素繊維の断面の走査顕微鏡(SEM)によ
る炭素の配列をランダム状にする方法として。
100%メンフェーズを円型とは異った断面を有する紡
糸ノズル(4詔はその1例を図示するがこれ丈に限定さ
れない)で、紡糸温度250℃乃至350 ’Cで溶融
紡糸し、不融化、炭化して製造する炭素繊維の断面の炭
素配列がランダム状の全く亀裂が無く且つ円形に近い断
面を有する長繊維の特に高強度(強度2701’g/I
IIIII2以上)高弾性炭素繊維を製造することが出
来る。
糸ノズル(4詔はその1例を図示するがこれ丈に限定さ
れない)で、紡糸温度250℃乃至350 ’Cで溶融
紡糸し、不融化、炭化して製造する炭素繊維の断面の炭
素配列がランダム状の全く亀裂が無く且つ円形に近い断
面を有する長繊維の特に高強度(強度2701’g/I
IIIII2以上)高弾性炭素繊維を製造することが出
来る。
これに使用する円型とは異った断面の紡糸ノズルの型状
の例として蕩↓ヌ汲吾第2図に図示した□が、これに限
定するものでない。炭素繊維製造用の原料のピッチとし
て100φメソフエーズを使用するためピッチそのもの
の炭素の配向性が良好なため断面の円型の紡糸ノズルを
使用して溶融紡糸すると炭素繊維の炭素の配列がラジア
ル状となる。しかるに100%メソフェーズを溶融紡糸
する場合に異型の断面の紡糸ノズル内で100φメソフ
エーズの流れに乱流の作用を与えることのできる型の断
面を有する紡糸ノズルを使用することに依って炭素の配
列をランダム状にすることが出来る。
の例として蕩↓ヌ汲吾第2図に図示した□が、これに限
定するものでない。炭素繊維製造用の原料のピッチとし
て100φメソフエーズを使用するためピッチそのもの
の炭素の配向性が良好なため断面の円型の紡糸ノズルを
使用して溶融紡糸すると炭素繊維の炭素の配列がラジア
ル状となる。しかるに100%メソフェーズを溶融紡糸
する場合に異型の断面の紡糸ノズル内で100φメソフ
エーズの流れに乱流の作用を与えることのできる型の断
面を有する紡糸ノズルを使用することに依って炭素の配
列をランダム状にすることが出来る。
炭素繊維製造用の原料の100%メソフェーズは減圧軽
油の熱接触分解(FCC)で副生される残渣炭素物質の
石油系ピッチ(初留404℃乃至409℃以上)の留分
を非酸化性ガスに依って加熱温度360℃乃至420℃
で加熱処理して、メソフェーズを含有するピッチを製造
し、後メンフェーズを生成する条件よシ全く別の熟成条
件メソフェーズを含有するピッチを処理してメソフェー
ズのみを融着巨大化して熟成温度にて物性の差を利用し
て100メソフエーズを分離絹製して製造される。
油の熱接触分解(FCC)で副生される残渣炭素物質の
石油系ピッチ(初留404℃乃至409℃以上)の留分
を非酸化性ガスに依って加熱温度360℃乃至420℃
で加熱処理して、メソフェーズを含有するピッチを製造
し、後メンフェーズを生成する条件よシ全く別の熟成条
件メソフェーズを含有するピッチを処理してメソフェー
ズのみを融着巨大化して熟成温度にて物性の差を利用し
て100メソフエーズを分離絹製して製造される。
実施例1
減圧軽油の熱接触分解(FCC)で副生される残渣炭素
物質の石油系ピッチ(初留404°C乃至終留560℃
以下)の留分にメタンガスを送入しながら加熱温度40
0℃で2時間加熱処理して前、躯体(R&B相当軟化点
67℃)をつくシ、之を更に常圧にてメタンガスを送入
しながら加熱温度4000Cで6時間加熱処尉lしてメ
ソフェーズ全45..2饅含有するピッチをつくり、後
このメソフェーズを含有するピッチをそのま\ピッチを
生成する条件と全く別の条件で熟成してメソフェーズの
みを融着巨大化させてこの温度で比重の差を利用して1
00裂メソフエーズを分離し、之を原料として第2図に
示す紡糸ノズルを使用し、紡糸温度310℃、紡糸速度
130tn/分で紡糸し、このフィラメント原糸を30
0℃で不融化し、2,400’Cで炭化して、炭素繊維
の断面の炭素の配列がランダム状の長繊維の強度282
Kti/ mm2 、弾性率481、/mm2.伸度
0,58%の全く亀裂の無い高強度高弾性炭素繊維を製
造することが出来た。製品のSEMによる断面を第1図
に示す。がこの実験を何回でも繰返したら亀裂の全く入
っていないものが恒に得られた。
物質の石油系ピッチ(初留404°C乃至終留560℃
以下)の留分にメタンガスを送入しながら加熱温度40
0℃で2時間加熱処理して前、躯体(R&B相当軟化点
67℃)をつくシ、之を更に常圧にてメタンガスを送入
しながら加熱温度4000Cで6時間加熱処尉lしてメ
ソフェーズ全45..2饅含有するピッチをつくり、後
このメソフェーズを含有するピッチをそのま\ピッチを
生成する条件と全く別の条件で熟成してメソフェーズの
みを融着巨大化させてこの温度で比重の差を利用して1
00裂メソフエーズを分離し、之を原料として第2図に
示す紡糸ノズルを使用し、紡糸温度310℃、紡糸速度
130tn/分で紡糸し、このフィラメント原糸を30
0℃で不融化し、2,400’Cで炭化して、炭素繊維
の断面の炭素の配列がランダム状の長繊維の強度282
Kti/ mm2 、弾性率481、/mm2.伸度
0,58%の全く亀裂の無い高強度高弾性炭素繊維を製
造することが出来た。製品のSEMによる断面を第1図
に示す。がこの実験を何回でも繰返したら亀裂の全く入
っていないものが恒に得られた。
対照例1
実施例1のピッチを使用し紡糸ノズル(0゜3 )を使
用しその他同じ紡糸不融化・炭化条件で炭素繊維を製造
した。この実験も何回もが勇退したが第2図に示す様に
恒に炭素の配列が放射状で亀裂が入ったものしか得られ
なかった。
用しその他同じ紡糸不融化・炭化条件で炭素繊維を製造
した。この実験も何回もが勇退したが第2図に示す様に
恒に炭素の配列が放射状で亀裂が入ったものしか得られ
なかった。
参照例2
最適紡糸温度を決定するため250℃以下の温度で紡糸
を試みたが?切糸用原料の100φメソフエーズの粘度
が小さくなり紡糸性が悪く紡糸困難であった。 3
50°C以上の温度では紡糸用原料の100%メソフェ
ーズの粘度が大きくなり過ぎ紡糸フィラメントの糸切れ
が頻繋に生じて連続して紡糸できなくなった。
を試みたが?切糸用原料の100φメソフエーズの粘度
が小さくなり紡糸性が悪く紡糸困難であった。 3
50°C以上の温度では紡糸用原料の100%メソフェ
ーズの粘度が大きくなり過ぎ紡糸フィラメントの糸切れ
が頻繋に生じて連続して紡糸できなくなった。
第1図は本願発明で得られた炭素繊維のSPMによる断
面図を示す。 第2図は異型断面のノズルン莢狭部の断面図を示幻aL
5壕卸正み 才)脆 牙Z鵬 冴31図 1収入1 手続補正書 j印紙1 昭和積年Z月反日;、−−
−−−−−1−−−一−; 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 (特許庁審判長 殿)(特許庁審査
官 殿)1、事件の表示 昭和5
8年特許願第 37312 号2、 発明(7)名
称 石油系メソフェーズの紡糸法3、補正をする者 事4件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区紀尾井町3番6号氏名 鹿島
石油株式会社 [相]4、代理人 (5601)氏名 弁理士 佐々井彌太部(電話3
54−12856υ〜6) 5、補正命令の日付 自発補正 6、補正により増加する発明の数 増加せず7頁15行
目「これに限定するものではない」と「炭素繊維製造用
」との間に「ノズル孔の断面が円形に近いが完全な円周
から円の中心に向って滑かな曲線を画いて一様にノズル
壁が凸出し孔明き部の断面積(=1)が完全な円であっ
た場合の断面積(B′)の約50〜約80俤を占める様
にすべきである。第2図のものけ約54φ位になってい
る。 この断面積の比が上記範囲より小さくなると糸切れが起
り易くなる。
面図を示す。 第2図は異型断面のノズルン莢狭部の断面図を示幻aL
5壕卸正み 才)脆 牙Z鵬 冴31図 1収入1 手続補正書 j印紙1 昭和積年Z月反日;、−−
−−−−−1−−−一−; 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 (特許庁審判長 殿)(特許庁審査
官 殿)1、事件の表示 昭和5
8年特許願第 37312 号2、 発明(7)名
称 石油系メソフェーズの紡糸法3、補正をする者 事4件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区紀尾井町3番6号氏名 鹿島
石油株式会社 [相]4、代理人 (5601)氏名 弁理士 佐々井彌太部(電話3
54−12856υ〜6) 5、補正命令の日付 自発補正 6、補正により増加する発明の数 増加せず7頁15行
目「これに限定するものではない」と「炭素繊維製造用
」との間に「ノズル孔の断面が円形に近いが完全な円周
から円の中心に向って滑かな曲線を画いて一様にノズル
壁が凸出し孔明き部の断面積(=1)が完全な円であっ
た場合の断面積(B′)の約50〜約80俤を占める様
にすべきである。第2図のものけ約54φ位になってい
る。 この断面積の比が上記範囲より小さくなると糸切れが起
り易くなる。
Claims (2)
- (1)石油系ピッチを原料としてメソフェーズを含有す
るピッチをつくり、これを熟成してメソフェーズのみを
融着巨大化して、100%メンフェーズを分離精製し、
これを異型の断面を有する紡糸ノズルで溶融紡糸し、不
融化。 炭化して製造する炭素繊維の1新面の炭素の配列がラン
ダム状(乱流状)且つ円形に近い断面を有する長繊維の
高強度高弾性炭素繊維を製造する方法。 - (2)石油系ピッチを原料としてメソフェーズを含有す
るピッチをつくり、これを熟成してメンフェーズのみを
融着巨大化して、100%メソフェーズを分離’r*製
し、これを円型とは異なった1折面の紡糸ノズルを使用
し、紡糸温度250℃乃至350℃で溶融紡糸し、不融
化。 炭化して製造する炭素#維の断面の炭素の配列がランダ
ム状(乱流状)且つ円形に近い断
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3731283A JPS59163424A (ja) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | 石油系メソフエ−ズの紡糸法 |
DE19833346256 DE3346256C2 (de) | 1983-03-09 | 1983-12-21 | Verfahren zur Herstellung von Endlosgarnen aus Kohlenstoffasern |
FR8400184A FR2542329B1 (fr) | 1983-03-09 | 1984-01-06 | Procede de filage d'une mesophase d'origine petroliere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3731283A JPS59163424A (ja) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | 石油系メソフエ−ズの紡糸法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59163424A true JPS59163424A (ja) | 1984-09-14 |
JPS6246645B2 JPS6246645B2 (ja) | 1987-10-03 |
Family
ID=12494167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3731283A Granted JPS59163424A (ja) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | 石油系メソフエ−ズの紡糸法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59163424A (ja) |
DE (1) | DE3346256C2 (ja) |
FR (1) | FR2542329B1 (ja) |
Cited By (6)
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JPS61113827A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-05-31 | Teijin Ltd | 高性能ピツチ系炭素繊維の製造方法 |
JPS62160970A (ja) * | 1986-01-09 | 1987-07-16 | Honda Motor Co Ltd | 自動車車体の組立装置 |
JPS62170526A (ja) * | 1986-01-22 | 1987-07-27 | Osaka Gas Co Ltd | 楕円形断面を有する炭素繊維の製造方法 |
US4915926A (en) * | 1988-02-22 | 1990-04-10 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Balanced ultra-high modulus and high tensile strength carbon fibers |
US5037589A (en) * | 1988-11-18 | 1991-08-06 | Nippon Steel Corporation | Method of producing mesophase pitch type carbon fibers and nozzle for spinning same |
US5145616A (en) * | 1988-06-10 | 1992-09-08 | Teijin Limited | Process for the preparation of pitch-based carbon fiber |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0781211B2 (ja) * | 1983-11-10 | 1995-08-30 | 株式会社ペトカ | 炭素繊維の製造方法 |
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