JPS5988909A - ピッチ繊維の製造方法 - Google Patents

ピッチ繊維の製造方法

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JPS5988909A
JPS5988909A JP58179467A JP17946783A JPS5988909A JP S5988909 A JPS5988909 A JP S5988909A JP 58179467 A JP58179467 A JP 58179467A JP 17946783 A JP17946783 A JP 17946783A JP S5988909 A JPS5988909 A JP S5988909A
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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】 本発明は中間相ピッチから誘導し、た繊維、%c。
中間相ピッチ繊維(二関する。
従来の技術によれば、中間相ピッチを、!礎にした炭素
繊維を製造する方法は、中間相の約40重介チ〜約90
重邦−チの中間相含有量を有する中間相ピッチをピッチ
繊m(二紡ぎ、そのピッチ繊維を熱硬化し、その後、熱
硬化したピッチ繊維を炭化することより成る。従来の技
術から、少くとも約703f(、量%の中間相含有量を
有する中間相ピッチを使用することが好ましいことがわ
かっている。
少くとも40 ’jJ(量%の中間相含有量を有するこ
との必要性は、この業界で、  中間相ピッチを少くと
も40mfi:%の中間相を含有するピッチとして定捨
゛ζづけたことC二起因する。
ピッチ繊維に紡がれる中間相ピッチ中の中間相含有量が
高いと、繊維の軸C二対して平行C二並ぶ分子列が比較
的多くなり、従ってすぐれた機械的特性をもつ炭素繊維
を製造することができることは、この分野で広く知られ
ている。
本発明者等は仙究の結果、40重量%以下の中間相含有
量″を有1−るピッチから、新規な方法を使ってピッチ
繊経1を紡ぎ、しかも7ON量チをこえる中間相含有1
12を表わすピッチ繊維を得ることができることを見出
した。
従来の方法(二よれば、ピッチの中間相含有量は偏光顕
微鏡検査(二より測定されることがわかっている・一般
(二、中間相含有量を評価するの(二公知の2つの方法
がある。その1つは、温熱段階の顕微鏡(二よる偏光血
微鏡検査(二よるものである。もう1つの測定方法は、
650℃で約60分間、セラミック容器中でピッチのサ
ンプルを加熱し、その冷却ピッチの横断面を偏光顕歓鏡
で検査することよりなるものである。これらの測定方法
は双方共光学的異方性部分を探知するため(二、熱処理
を行い偏光を用いる点が共通している。もつと粒度な高
めるためC二は、これらの測定力法のり刃しを用いる。
これらの既知の方法も又、熱処理を行い、偏光を用いて
いる。
本発明者等は研究の結果、中間相含有量を測定する従来
の方法は、方向づけられ得る全ての分子の存在を示すも
のではないことをつきとめた。特(二、ピッチ繊維を紡
ぐ過程で方向づけられ得る分子が、殊C二、そのような
分子が方向づけられるように人がピッチを紡ぎ得るかど
うかを知ることは価値あることである・ 本明細V)で用いる「中間相型分子」という用語(J、
従来の測定法に従って中間相として同定されているうY
:学的異方性領域の一部を形成する分子をいう。
また、「等方性現分子」という用語は、従来の測5に法
に従って光学的異方性として同定される部分を形成する
分子をいう。
「潜伏性中間相分子」という用語は、従来の測定法のも
とて異方性型分子として現れるが、本発り)1に従った
紡ぎ条件のもとで配向され得る分子をいう。
「IJましい配向」という用語は、この分野でその意味
づけ(二従って使用され、領域を限定するためC二、相
互に分子の相対的ね形をいう。%C:、ピッチμ−k(
(″の好ましい配向は、一般C二、ピッチ繊維軸(二対
して平行な方向である。
本発明(二閂する〕′(λくべき発見の1つは、中間相
ノー11分子と潜伏性中間相分子との総合的相対量な評
価できるように、ピッチC二関して測定可能なことであ
る。
最も広範な具体化3二於て、本発明は、従来の方法(二
より測定して40ffift%以下の中間相含有量を有
し、かつ中間相型分子と潜伏性中間相分子との総含有9
−が70i量−以上であるような石油系ピッチ、又は石
炭系ピッチを選択し、そのピッチを直径が約60ミクロ
ン以下のイ戎維f二紡ぐことより成り、その際、少くと
も70I(脅チの中間相を有するピッチ繊維を生じるよ
うにそのピッチヲ流量変形と変形速度とC二もたらすこ
とより成る。
本発明は更に、ピッチ繊維を熱硬化し、その熱硬化した
ピッチ繊維を炭化することを佐官する。
ピッチ繊維の熱硬化は、従来の方法(二従った適切な条
件を使って行われる。この点で、配向された潜伏中間相
分子がその配向を崩壊することC二なる温度まで、ピッ
チ繊維の温度を上昇させるような高温を回避するようC
二注意せねばならない。この分野では、適切な熱硬化方
法が知られている。炭化段階は従来の方法に従って行わ
れ得る。
中間相型分子と714伏中間相分子との総量の測定は1
.1’iY l(’1’:抽出法を使って行われ得る。
この溶媒抽出法は1、測定法としてのみtjy用され、
新しい前、駆体ピッチを作るため、或いは紡がれるピッ
チを変形させるためC二、使用されるものではない。
米国!1′5訂第4.20 Fl、 267号明却1書
は、例えばトルエンのような溶媒を使用して、ピッチを
一般溶媒抽出し、不溶性部分を取出し、それからその不
溶性部分を加熱してそれを中間相ピッチC二変換するこ
とより成る中間相ピッチ製造法(1関する。
ここC二、この方法(1用いる溶媒は、加熱段階を使っ
て中間相含有量を1jlll定する間(二分子の配向を
抑制するような傾向のある軽量分子を除去するものであ
Z)ことが判明した。更(二、溶媒抽出法(二より得ら
れた不溶性部分は、中間相型分子と潜伏中間相分子とよ
り成るものであるから、その溶媒抽出段階はピッチの最
初のザングルC二関し、これらの分子の総量を評価する
ためf1使用され得ることが11■力了さkる。
溶p1/、抽11旨二」、り生じる゛不溶性部分の組成
は、使用する溶媒と、溶媒抽出を行う温度と【二よって
決まる。例えば、強力な81り:: (−よる溶p、抽
出では、所頴の分子部分1/:溶n弓こ・せるのでそこ
で得られた不溶性部分は中間相型分子と潜伏中間相分子
との総量を皇実土表わさないことになる。これは、使用
するピップ(二対して50 iii量つの不U物を生じ
させるような溶媒抽出法の場合C二認められ、従来の方
法により測定される不溶性部分の中間相合イi:耽#、
r、 100 *Q−係の中間+1になろ。この溶銃、
抽出条件を選択する場合、不溶性部分が、中間相型分子
と潜伏9間411分子との全てを、うまく評価できる程
既に含有していない用油性がある。この場合、ピッチC
二対する中間相型分子と潜伏中間相分子との総量は少く
とも約50ル:JFsとして評価される。
前述の場合、中間相型分子と7′11伏中間相分子との
量の測定精度を改心するため(二は、溶媒抽出法は、弱
い汀婬で行われるべきである。これは多量の不溶性物質
を生じさせること(二なる。従って、使用する溶媒抽出
法は不m性部分C1従来の方法(二従って測定した時、
100重1%以下で、好ましくに約90重B1−以上の
中間相含有量を持たせるようC二するのが好ましい。こ
のことは、全ての中1111相バ11分子とt、(r伏
中r14j相分子とが不溶性部分C二存在し、そ、bが
非中間相部分の悪影響を最少限にする傾向を増す。
ピッチ中の潜伏中間相分子の訳は、漬方性ピッチを中1
f’l相ピッチC二Ip 4f3するため公知の方法飯
二従つ”c k JI+する力)、爪こは敬布すること
なしCニビッテヲr:2L 処371 スフ’+こと(
二よって事案上、増大させることができる。)”’、 
要frことは、本発明の場合、この方6!e 11 r
’乙伏中1151相分子な配向分子C二液えるので熱イ
6.L iq4を多く行う必要はなく、これC二対して
従来の紡ぎ方法k1. jE’j伏中1i4J相のわず
かの部分しが配向分子へ外::色りない。
本発明を実施するために使用するピッチは、従来の方法
(二従って測定する時、40重量%以下の’l’ ji
ij相:IiJ、えを’d”4足させねばならず、かつ
溶媒抽出法(二よって1.f’、ll力!した時、中間
相型分子と潜伏中間相分子とを少くとも70重介<チ含
有してぃたけれ番、「ならない。
本発明(二従った紡ぎ操作中のυ伏中同相分子の配向は
、虐切な流れ変形と髪形比とを設>、1すること(二よ
り達成される。紡M操作中、潜伏中間相分子を配向分子
c’J実上変換するために、流れ変形と変形比とを設定
−f Z、装((4は、り孔性本体より成る。
ここC1使用する「多孔性本体」の用Httは、屈曲通
路を有する本体であり、ピッチをピッチ繊維(二紡ぐ間
、温反と圧力との条件のもとてその構造上の児全さを保
持することができるものである。その多孔性不休は多孔
性金属本体であるのが好ましい。種々の孔をもつ多孔性
不休を!4!造する方法は公知モある・その多孔性本体
は又、多孔性セラミック等であってもよい。
多孔性本体は紡ぎ装置とは別個の部材で、その紡ぎ装置
(二組込むことができるか、又はその多孔性本体は、公
知の方法を使用することC二よって紡績突起の一部とな
るようC′−勅績突起内に形成させることができる。
一般(二、流路の方向で測定した時、多孔性本体の最低
厚みは、必要な流れ変形と変形速度とを設定するの口十
分C二すべきである。
流路方向への多孔性本体の最大厚みは、多孔性本体の4
.M断面枯(二若干関係する。その最大厚みはピッチ繊
維を製造するためC1紡がれるピッチを通Aするの(二
必、要な圧力(二よって決定される。紡績突起チャンネ
ル内(−多孔性本体を位置づけ、そのチャンネルを介し
てピッチを流してピッチ繊維を形成するようC二するこ
とが必須である。ここで使用した[紡績突起チャンネル
」は、紡績突起C:おける最後のチャンネルであって、
ピッチ繊維を紡糸する間C二、このチャンネルを介して
ピッチが通、i+、4するのである。
一般に、短かい紡績突起チャンネルの場合、多孔性金属
本体警二対する粒子サイズは、50容量チ空ljj;7
を有する約10ミクロン以上とすべきであるG長いチャ
ンネルの場合、多孔性金属本体(二対する粒子サイズは
、約60容Jii:%空隙を有する約100〜約200
メツシユの範囲C二あるべきである。一般ζ二、多孔性
金属本体C対する粒子サイズは、紡績突起チャンネルの
出口側の直径の約5%〜約60%口すべきである。
好ましくは、多孔性金め1本体は、従来の方法を使って
紡績突起チャンネルの中の適所C二装置すべきである。
多孔性本体は、約0.00フインチの大きさを有する1
00/150メツシユ粒子で製造された多孔性金属本体
である。この多孔性金属本体は約80 N xi %の
ニッケルと、約20 Q 遇、’ %のクロムとより成
る。
粒子間のポンド(きずな)は粒子サイズの約10愛であ
り、孔の平均サイズが45ミクロンでもって、60%の
体積C二面まる。孔は総て、木質的(二は、開放孔であ
る。
好ましい具体例(二おいて、本発明は連続的ピッチ繊維
を製造する方法(−関し、従来の測定法じ従って40重
量%以下の中間相型分子1を有し、かつ、中間相型分子
と潜伏中間相分子との総含有カートが約70重量−以上
であるような、石炭から誘導したピッチ、又は石油から
誘導したピッチを選択する工程と、紡M突起の内側面と
外1111面との間C二形成された紡績突起チャンネル
C二位「Jする多孔性本体ヲ;IT1つて、ピッチを通
過させること(二より、ピッチから約30ミクロン以下
の直径のピッチレ゛シ維を紡ぐエイ゛−とを特徴とし、
それC二よって、ピッチ繊維は少くとも701[j力1
゛チの中間相より成る。
本発明の趣旨と目的とを更(二理解し易くするため(二
、添付図面を関連させて次(二詳細(二説明する。
本発明を実施する際、派付図面C二例示し、明細書(二
説明するため(二、成る具体例を選択してみる。
第11ヱ1はピッチ繊維を製造するための簡単な紡ぎ鋸
装置(10)を示す。ピストン(11)は、貯槽(13
)内のピッチ(12)(二圧力をかける。貯槽(15)
は慣用の方法f2従って、加熱装置(図示省略)(二よ
ってピッチの軟化点以上の温度(二保持される。
ピッチ(12)は紡績突起チャンネル(16)を有する
紡オー゛1突起、即ち出口装置(14)を通過し、そし
てピッチ繊Iff (17)を形成する。そのチャンネ
ル(16)は紡KIIi突起、即ち出口装置(14)の
内側から外fIll(二伸長している。
典型的な簡単な紡ぎ装置は、引き伸ばしピッチ繊維(1
9)を製造するために、ピッチ繊維(17)を引き伸ば
すためのローラー(18)を有する・ トレイ(21)
を使用してピッチ繊維(19)を集める。
紡ぎ装置(10)の場合、ピストン(11)は毎分、約
0.6cmの速度で下降し、ピッチ繊維(19)は約3
0ミクロン以下の直径を有する。プランジャー速度及び
/又はチャンネル(16)の直径並びC1引き伸ばしは
、好ましい範囲として直径が約20〜約30ミクロンの
ピッチ繊維にするために、従来の方法C1従って変形す
ることができる。
ピッチ繊維(19)は配向分子を分裂させないよう口注
意しながら、公知方法を使って熱硬化することができる
第26 を二示すよう(二、多孔性金属の多孔性本体(
22)は、ピッチ繊維(19)を紡ぐ間、潜伏中間相分
子な配向分子に変えるために必要な流れ変形と変形速度
とを設定する。第2商はチャンネルの出口開口(26)
から離れた紡績突起チャンネル(16) (二位置する
多孔性本体(22)を示す。
号明Klt1〒1のよう≦二従来の方法に従って、出口
装置(14)内の%’A所(二準備した多孔性金属であ
る。ピッチ(12)を包含するよう(−示した空間(2
4)は、多子?木体(22)の形成中(2使用される材
料の収縮ζ二より生じる。この多孔性本体(22)は、
約0.00 フインテのサイズを41シ、約80重量%
のニッケルと、約20 、’5〔J’J %のクロムと
より成る、100/1’50メツシユ粒子を使って調造
した。それらの粒子は不規則な形の粒子であり、それら
の粒子間のボンドは粒子サイズの約10%であった。そ
れらの粒子は約601+積%(二固められ、孔は平均4
5ミクロンであった。基本的には、多孔性本体(22)
の孔は全部開放孔であった。それらの開放孔は紡績突起
チャンネル(16)を辿ってピッチを通過させるため(
二必要である。
gii 5図はもう1つの具体例である出口装置(47
)を示し、こ、+Lは実施例(2使用されている。多孔
性本体(48)は多孔11本体(22)と同じ組成を有
し、紡+1t”L突起チャンネルの出口開口(49)近
くで円錐部分6;位置する。その出口装9(47)の関
連寸法は次の通りである。即ち、 C4は約0.20インチ、C2は約0.40インチ、C
3は約0.25インチ、モしてC4は約0.[120イ
ンチである。
オリフィス(49)の円錐角は約60°である。
本発明の例示(これ(二限定されるものではない)を下
璽二示す。多くの他の例を、その中の案内原理や内容の
点で発Haせることかできる。ここC2示す実施例は、
本発明を例示するものであって、本発明を実施する方法
を限定するものではない。
実施例 本発明の方法を実施する陛に使用するピッチを選択した
。そのピッチは石油ピッチであって、ピッチを中間相ピ
ッチ転二変換するため(2慣用の方法(二従って散布し
ながら約400℃の温度で熱処理を行ったものである。
この熱処理は、ピッチが中間相【2実質的(二液換する
充分前(二中止した。これはピッチを中間相ピッチ(二
液換すること(二ついての従来の実験C″−基づいた。
上記処理ピッチC二ついて、中間相含有量を測定するだ
めのテストな行った。このテストは従来の方法(二従っ
て上2ミック答器内で熱焼きもどし操作を使って行った
これらの641J足法(二従った概3I中間相含有祉は
約30重1j;チであった。
次に、中間相型分子と潜伏中間相分子との含有Mを評価
するため(六熱処理したピッチの一部を取出した。この
テストの場合、溶媒抽出は、1fのピッチζ二対してl
omeのトルエンの割合で、25℃のγ都度で、トルエ
ンを1史って行った。そのγFI′、合物を1時間攪拌
し、不むダ性部分は熱処理ピッチ(二対して約78〕且
!15%となった。供用の方法(=従った中間相含有基
は、不溶物中C二90重湘チであることがわかった。
かくして、中間相型分子と1々伏中間相分子との含有r
、it、L、熱処理ピップC二対して少くとも約7O−
ITI: fa%であると結論される〇ピッチi:kQ
 Klbは、第3図(二示すような出口装置(47)を
有し、ds 11ネ1(二示すfA’5単な紡ぎ装置(
1o)に類似した装置i’+:を使って紡いだ。熱処理
ピッチは約299℃の軟化点を有し、紡ぎ温灰はそれよ
り約18℃高かった。繊維は約2[1ミクロンの]1ひ
をもつピッチ繊維τ二するために引き伸ばした。
ピッチ繊維(二ついて、加熱工程を使用しないでピッチ
繊維の横断面の光学的異方性区域をベースミニして中間
相含有量を決定するためのδIlj定を行った。その評
価をするためC二は、加熱工8は必要としなかった。
ピッチ繊維は約90重量′チの中間相を含むことが判明
した。この結果は、中間相型分子と吊体中間相分子との
含有量が、実施した溶媒抽出テストで決定したものより
ずっと多いことを示している。
この不一致は次のよう(二説明することができる。
溶媒抽出法テストの場合、不溶性部分を測定したら約9
0%の中間相を包含していた。このよう(ミ不溶性部分
(二残留する低重量分子が存在するので、従来の測定法
1二よる中間相は、約90]ci%であるとの結果とな
ったのである。同一溶媒ではあっても、もつと高い温度
で、もつと強力な溶媒系を使用して、溶媒抽出テストを
反復したならば、不溶性部分はもつと低い重量%(二な
るか、低重量分子は殆んど含まないことが予想される。
中間相のflt: 団係をもつと高めれば、熱処理ピッ
チ中の中間相ハ1!分子と酵伏中間相分子との計算上の
含有量は、予想した7 02J% 量%よりもつと高く
なるであろう。
【図面の簡単な説明】
21’x 1図は本発明を実施するための1つの具体例
としてのf41単な製画を一部断面で示す。 第2図は第1肉の出口装置の拡大図であり、第6図は本
発明を実施する出口装置の一部の好ましい具体例の拡大
図である。 〔図中符号の説明〕 (10)紡ぎ装fi’4:      (19)ピッチ
繊維(11)ピストン     (21)トレイ(12
)ピッチ      (22)多孔性本体(13)貯 
1j17      (24)空 間(14)紡、1′
・1突起     (47)出口装置(16)紡イ11
突起グヤンネル(48)多孔性本体(17)ピッチ繊天
イ1 (18)ローラー FIG、3 3.1 FIG、2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 従来の測定法(二従い、40重量%以下の中間相
    含有量を有し、且つ70重量%以上の、中間相型1分子
    と潜伏中間相分子との総合有量を有するような、石油か
    ら、又は石炭から誘導したピッチを選択し、 少くとも70重拙チの中間相を有するピッチ繊維を製造
    するためC二、流量変形及び変形速度(二そのピッチを
    従わせながら前記ピッチな、直径が約60ミクロン以下
    の繊維C二紡ぐ ことより成る工程によってピッチ繊維を製造する方法。 2、 ピッチの流量変形及び変形速度を、ピッチを多孔
    性本体を通って通過させることC二よって設定すること
    を特徴とする特許d青水の範囲第1現記l・°シの方法
    。 3、 ピンチ繊維が約30ミクロン以下の直径を有する
    ものであることをq!j徴とする特許請求の範囲第2項
    記載の方法。 4、 従来の測定法(二より40 M量%以下の中間相
    含有量を有し、且つZo重量%以上の、中間相型分子と
    潜伏中間相分子との総含有、fA:を有する、石炭から
    、又は石油から誘導したピッチを選択し、紡績突起の内
    側面と外側面との間C二形成された紡績突起チャンネル
    C二位置する多孔性本体を通って前記ピッチを通過させ
    ること(二よって前記ピッチから、約30ミクロン以下
    の直径を有するピッチ繊維を紡ぐ ことより成り、それC二よって前記ピッチ繊維が少くと
    も70重量%の中間相を有することを特徴とする、紡績
    突起から連続的fニビツテ繊維を製造する方法。
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