JPS60173121A - 炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭素質ピッチから炭素繊維及び黒鉛繊維を製
造する方法に関する。更に詳しくは、本発明は光学的異
方性炭素質ピッチを紡糸し、不融化、炭化、黒鉛化を行
い、ロングフィラメント炭素繊維を得るための、ピッチ
繊維の焼成方法に関する。

（従来技術） 従来、自動車、航空機その他の各種産業分野にかかる広
範な技術分野において、軽量、高強度、高弾性率等の性
質を有する高性能素材の開発が要望されており、かかる
観点から炭Ｓ繊維或いは成型炭素材料が注目されている
。特に、炭素質ピッチから炭素繊維を製造する方法は、
安価で高性能の炭素繊維を製造し得る方法として重要視
さされている。

しかしながら、従来の技術によっては、ピッチ繊維の引
っ張り強度が約０．０１ＧＩ’ａと小さい上、脆いため
にその取扱が難しく、高性能製品を得るのに必要なロン
グフィラメント状の繊維を得ることは極めて回能であワ
た。

ピンチ繊維からロングフィラメント状の炭素繊維を製造
する方法としては、従来、紡糸した糸を金網のカゴの中
に落として堆積せしめ、これを金網ごと不融化し、更に
７００℃以上で第１次の熱処理を行い、糸条の引っ張り
強度が０．２ＧＰ’ａ以上の強度となるようにした上で
、該カゴから引き上げて巻き取った後若しくは巻き取り
つつ１５００℃程度の温度で炭化して、炭素繊維を得る
方法が提案されている（特公昭５１−１２７４０号）。

しかしながらこの方法では、糸を堆積せしめた場合に、
捩れ又は撚りがかかる傾向があり、父系の屈曲ができや
すく、このため炭素繊維にした時に凹凸が著しく外観の
悪い糸となる上、屈曲部の強度が著しく低下するために
糸切れが頻発し高品質の糸ができ難いという欠点があっ
た。かかる欠点は、糸を堆積せしめる場合の湾曲率を太
き（とっても本質的に改善することのできるものではな
かった。

一方、特公昭５３−４１２８号明細書には、メソフェー
スピッチを溶融紡糸し、ボビンに一度巻き取り、このう
ちの一部の糸条を全網皿に置いて２５０℃〜５００℃の
酸化性雰囲気で酸化して糸の強度を増加せしめ、糸扱い
を容易にできるようにしてから加工する方法が開示され
ている。しかしながらこの方法は４００℃〜５００℃の
温度域と酸化雰囲気で行うものであり、酸化を高温度で
行い過ぎるために最終製品炭素繊維の糸の強度が低下す
る。又、一度巻き取った糸の一部ずつを取り出しながら
酸化して行くので生産効率が悪い。

又、特開昭５５−１２８０２０号明細書には、溶融紡糸
後にゴデツトローラーで延伸した糸を不融化用の熱風炉
に０．１５ｍ／分の糸速度で連続的に通し、続いて炭化
炉へも連続的に通して炭素繊維を得る方法が開示されて
いる。しかしながらこの方法は、炭素繊維とした時に糸
の外観の良いものが得られる一方、時間当たりの製品生
産量が著しく小さいという欠点があった。

従って、糸の外観が良（取扱時に毛羽立ちが少なく、且
つ高強度、高弾性で糸の強度ムラのない高品質のピッチ
糸炭素繊維のロングフィラメントを、安価にしかも効率
良く製造する方法が切望されてきた。

（発明の目的） 本発明の第１の目的は、糸扱いしやすく、高品質のピッ
チ糸炭素繊維を製造する方法を提供することである。

本発明の第２の目的は、外観が良く、高強度、高弾性率
の高品質ピッチ糸ロングフィラメント炭素繊維を効率良
く製造する方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明のかかる諸口的は光学的異方性炭素質ピッチを溶
融紡糸し、紡糸されたピッチ繊維を通気性ボビンに巻き
取り、ボビン巻のまま酸化雰囲気下で不融化した後に、
６９０℃以下の温度の非酸化性雰囲気下で第１次の熱処
理を行い、次いで１゜０００℃以上の不活性ガス雰囲気
中に糸条を送りつつ巻き取って第２次の熱処理を行うこ
とにより達成された。

（発明の開示） ａ〉光学的異方性炭素質ピンチ 本発明で使用する光学的異方性炭素質ピンチとは、常温
で固化したピッチ塊の断面を研磨し、反射型偏光顕微鏡
で直交ニコルを回転して光輝が認められるピッチ、即ち
実質的に光学的異方性であるピッチが大部分であるピッ
チを意味し、光輝が認められず光学的等方性であるピッ
チについては、本明細書では光学的等方性炭素質ピンチ
と呼称する。従って、本明細書における光学的異方性炭
素質ピッチには、純粋な光学的異方性炭素質ピッチのみ
ならず、光学的異方性相の中に光学的等方性相が球状又
は不定形の島状に包含されている場合も含まれる。

又、実質的に光学的異方性である場合とは、光学的異方
性炭素質ピンチと光学的等方性炭素質ピ・７チが混在す
るが、光学的等方性ピッチの量が少ないために上記偏光
顕微鏡によっては光学的等方性相（以下ＩＰとする）を
観測することができず、光学的異方性相（以下ＡＰとす
る）のみが観測される場合である。因に、一般には、Ａ
ＰとＩＰの間に明瞭な境界が観察される。

本明細書におけるＡＰは、所謂「メソ相」と同様と考え
られるが、「メソ相」にはキノリン又はピリジンに実質
上不溶のものと、キノリン又はピリジンに溶解する成分
を多く含むものとの２種類があり、本明細書でいうＡＰ
は主として後者の「メソ相」である。

上記ＡＰ相及びＩＰ相は光学的性質のみならず粘度にお
いても大きく異なるために、一般に、両者が混在するピ
ッチを紡糸することは糸切れの原因や糸の太さムラとな
るので好ましくない。このことは、光学的等方性ピッチ
が紡糸に好ましくない異物を含まない場合であっても、
ＩＰ相がＡＰ相の中に均一に分散していない場合には特
に悪い結果をもたらすことを意味する。従って、本発明
で使用する光学的異方性ピッチには実質的な均質性が要
求される。このような均質な光学的異方性ピッチは、Ｉ
Ｐ含有率が２０％以下であって、反射型顕微鏡観察でピ
ッチの断面に粒径１μｍ以上の固形粒子を検出できない
上、溶融紡糸温度で揮発物による発泡が実質上ないもの
である。

本発明においては、ＡＰとＩＰの定量は、偏光顕微鏡直
交ニコル下で観察し、写真撮影してＡＰ又はＩＰ部分の
占める面積率を測定して行うが、この面積率は統計上実
質的に体積％を表す。しかしながら、ＡＰとＩＰの比重
差は０．０５程度であり小さいので、近似的には体積％
と重量％とは等しいとして取り扱うことができる。

本発明で使用する光学的異方性ピッチは特に限定はない
が、その軟化点は低いことが好ましい。

ここに、ピッチの軟化点とはピッチの固相と液相間の転
移温度であり、差動走査型熱量計によってピッチの溶解
又は凝固する際の潜熱の吸収又は放出ピーク温度からめ
ることができる。この方法によって測定した軟化点は、
リングアンドボール法、微量融点法等の他の測定方法に
よって得られる温度と、±１０℃の範囲で一致する。

本発明においては、通常の紡糸技術を使用することがで
きる。一般に溶融紡糸に適する紡糸温度は、紡糸する物
質の軟化点より６０℃〜１００℃高い温度である。一方
、本発明で使用する光学的異方性ピッチは３８０℃以上
では熱分解重縮合がおこり分解ガスが発生したり、不融
解物が生成する場合がある。従って、本発明で使用する
光学的異方性ピッチの軟化点は３２０℃以下であること
が好ましく、後述の不融化処理工程の上からは２３０℃
以上であることが好ましい。

本発明で使用する光学的異方性ピッチについては、その
構成成分を次のようにして、ｎ−へブタン可溶分、ヘプ
タン不溶分、ベンゼン不溶分、キノリンネ溶分に分ける
ことができる。即ち、粉末ピンチを１μｍの平均孔径を
有する円筒フィルターに入れ、ソックスレー抽出器を用
いてｎ−へブタンで２０時間熱抽出し、可溶分を定量し
てｎ−へブタン可溶分とし、不溶残をｎ−へブタン不溶
分として定量する。次に、上記不溶分をベンゼンで２０
時間熱抽出して得られる不熔残をベンゼン不溶分とする
。一方、粉末ピッチをキノリンを溶剤としてＪＩＳ−に
−２４２５に基づいて遠心分離法で不溶分を測定するこ
とによりキノリンネ溶分が得られる。又、ベンゼン不溶
でキノリン可溶の成分は、上記測定のベンゼン不溶分含
有率からキノリンネ溶分含有率を差し引いてめることが
できる。このような構成成分の分別定量は、例えば石油
学会誌、第２０巻、第１号、第４５頁（１９７７年）に
記載の方法により行うことができる。

ｂ）光学的異方性ピ・７チの製造方法 本発明で使用する光学的異方性ピ・ノチ４よ％Ｎカ為な
る製法を用いて製造してもよいが、ビ・ソチ製造用の一
般的原料である重質炭化水素油、タール、市販ピッチ等
を反応槽で３８０℃〜５００℃の温度にて攪拌し、不活
性ガスで脱気しながら十分Ｇこ熱分解重縮合して、残渣
ピ・ノチのＡＰを高める従来の方法を使用することがで
きる。しかじな力くら、この方法によってＡＰが８０％
以上のものを製造した場合には、熱分解重縮合反応が進
み過ぎ、キノリンネ溶分が７０重重量以上と太き（なり
軟化点も３３０℃以上となる場合もあるのみならず、Ｉ
Ｐも微小球状の分散状態とはなりにくく必ずしも好まし
い方法とは言えない。

従って、本発明で使用する光学的異方性ピッチの好まし
い製造方法は、熱分解重縮合反応を半ｉｆで打ち切って
その重縮合物を３５０℃〜４００℃の範囲の温度で保持
して静置し、下層に密度の大きいＡＰを成長熟成させつ
つ沈積し、これを上層の密度の小さいＩＰが多い部分よ
り分離して取り出す方法であり、この方法の詳細は特開
昭５７−１１９９８４号明細書に記載されている。

本発明で使用する光学的異方性ピンチの更に好ましい方
法は、特開昭５８−１８０５８５号明細書に記載されて
いる如く、Ａｐｔ−ｎ度に含み未だ過度に重質化されて
いない炭素質ビ・ソチを溶融状態のまま遠心分離操作に
かけ、迅速にＡＰ部分を沈降せしめる方法である。この
方法によれば、ＡＰ相は合体成長しつつ下層（遠心力方
向のＪｆｔ）に集積し、ＡＰが約８０％以上で連続層を
成し、その中に僅かにＩＰを晶状又は微小な球状体で分
散している形態のピッチが下層となり、一方上層はＩＰ
が大部分で、その中にＡＰが微小な球状態で分散してい
る形態のピッチとなる。この場合、両層の境界が明瞭で
あり、下層のみを上層から分離して取り出すことができ
、容易にＡＰ含有率が大きく紡糸しやすい光学的異方性
ピ・ノチを製造することができる。この方法によれば、
ＡＰ含有率が９５％以上で軟化点が２３０℃〜３２０　
”Ｃの炭素質ピッチを短時間に、経済的に得ることがで
きる。

このような光学的異方性炭素質ピンチは、溶融紡糸加工
特性において優れ、その均質性と高い配向性のために、
それを紡糸して得られた炭素繊維及び黒鉛ｔｌ−雑の引
っ張り強度並びに弾性率は極めて優れたものとなる。

Ｃ）繊維の製造 ｉ）紡糸 前記のような、ＡＰ含有率が高くその軟化点の低いピン
チは、公知の方法によって紡糸することができる。この
ような方法は、例えば、下方に直径０．１ｍｍ〜０．５
ｍｍの紡糸口金を有する金属製紡糸容器にピッチを張り
込み、不活性ガス雰囲気下で２８０〜３７０℃の間の一
定の温度にピッチを保持し、溶融状態に保って不活性ガ
スの圧力を数百ｍ　ｍ　ＨＨに上昇せしめて口金から溶
融ピッチを押し出し、温度及び雰囲気を制御しつつ流下
したピッチ繊維を高速で回転するボビンに巻き取り・又
は集束させて、気流で引き取りつつ下方の集積箱の中に
集積する方法である。この場合、紡糸容器へのピンチの
供給を予め溶融したピッチやギアポンプ等により加圧供
給することによって連続的に紡糸することが可能である
。更に、上記方法において、口金の近傍で、一定の温度
に制御され高速で下降するガスを用いてピンチ繊維を延
伸しつつ引き取り、下方のベルトコンベア上に長繊維を
作る方法も用いることができる。

又、周壁に紡糸口金を有する円筒状の紡糸容器を高速で
回転させ、これに溶融ピッチを連続的に供給し、円筒紡
糸器の周壁より延伸力によってピンチを押し出し、回転
の作用によって延伸されるピンチ繊維を集積するような
紡糸方法を採用することもできる。しかしながら、単に
従来の方法を採用したのみでは、ピッチ繊維の強度は約
ｏ、。

ＩＧＰａと著しく弱く且つ脆いため、次の焼成工程の段
階での糸の取扱いが問題であり、又ボビンに巻いた状態
で処理をしようとすると、ピッチ繊維の軟化点が低いた
めに不融化中或いは炭化中に糸と糸との融着を回避する
のが通常は困難である。

又、不融化時には糸が伸び、炭化中には糸が収縮するの
で糸条にズレが生じたり、これらの工程中に糸条の間に
他の糸条が入り込み巻き戻しが困難になり、或いは糸の
切断が起こる場合もある。更には、ボビン」−に糸を約
ＩＱｍｍ程度巻くために不酸化及び炭化中の焼成が不均
一となり、所６Ｗ焼きムラが発生しやすい等解決すべき
問題がある。

本発明においては、ボビンに巻いた状態で均一な焼成を
行うために紡糸時のトラバースは２〜１００ｍｍ／（ボ
ビン１回転当たり）のように大きなトラバースをかけて
巻き取り、又巻き厚は０．２〜１０ｍｘｎ好ましくは０
．５〜５ｍｍとすることが有効であるが、更に本発明で
使用する通気性のボビンも上記のような問題を解決する
うえで極めて有効である。トラバースは、生産効率を考
慮すれば２〜ｌＱｍｍ／（ボビン１回転）程度が好まし
い。

又、本発明においては、いずれの公知方法によって紡糸
する場合であっても、ＡＰ含有率が９５％以上と高いに
もかかわらず、軟化点の低い光学的異方性炭素質ピッチ
を使用するので２８０℃〜３７０℃という、従来よりも
低温で紡糸することができる。このような温度で紡糸す
る場合には熱分解や熱重合が極めて低く抑えられるので
、紡糸後のピッチ繊維は、紡糸前のピッチと殆ど同じ化
学的組成を維持することができる。従って、紡糸後の繊
維を再溶融して再度紡糸することができて便利である。

（１）通気性ボビン 本発明においては、ボビン巻きのまま不融化及び炭化を
行うので、これらの温度に耐えられる材質を選択する必
要がある。本発明においては、鉄、銅、ニッケル及びそ
の他の合金等、金属製のボビンの他、炭素／炭素繊維複
合材料、グラファイト複合材料、シリカ／アルミナ等の
セラミックボビンを使用することができるが、特に５Ｕ
Ｓ３０４．５ＵＳ３１６等のステンレス鋼、炭素鋼、黄
銅等を好ましく使用することができる。

本発明で使用するボビンは円筒形であり、通気性を良く
するために金網とし、又は穴をあけたり焼結金属炉材、
シンタードグラス等の多孔性炉材で作製したりする。

穴を開ける場合には、空間率（開孔率）１０〜８０％と
することが好ましい。空間率を８０％以上とした場合に
は、ボビンの強度が低下するので好ましくなく、２０％
以下では通気性が不十分となり、不融化や炭化中の焼成
が不均一となり好ましくない。又、均一な焼成のために
はボビンの熱容量を小さくすることが好ましく、従って
ボビンの肉厚は５ｍｍ以下であることが好ましい。本発
明においては、５ＵＳ３０４又は５ＵＳ３１６（７）金
網層のボビンを使用することが好ましく、金網は２〜３
００メソシユ、好ましくは３〜６ｏメツシユのものを使
用する。

（２）築東油剤 本発明においては、溶融紡糸したピッチ繊維はエアサン
カーを通して集束しつつオイリングローラ−に導き集束
剤（油剤）を付けて更に集束する。

この場合の集束剤としては、例えばエチルアルコール、
イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ブ
チルアルコール等のアルコール類又は粘度３〜３００ｃ
ｓｔ　（３０’Ｃ）のジメチルシリコン油、メチルフェ
ニルシリコン油等をシリコン油又はパラフィン油等の溶
剤で希釈したもの、又は乳化剤を入れ“Ｃ水に分１１に
させたもの；同様にグラファイト又はポリエチレングリ
コールやヒンダードエステル類を分散させたちの；その
他通常の繊維、例えばポリエステル繊維に使用される各
種油剤の内ピッチ繊維をおかさないものを使用すること
ができる。集束剤の繊維への付着量は通常０．０１〜１
０％であるが特に０．０５〜５％が好ましい。

ｉｉ　）ピッチ繊維の不融化 紡糸したピンチ繊維を酸化して不融性炭素質繊維とする
工程は、温度、酸化剤、反応時間について種々の組合せ
を考える必要がある。本発明においては、基本的にはこ
の不融化の条件として公知の方法を使用することができ
るが、本発明ではボビン上で集積度の大きいピッチ糸を
不融化するので、通常より低い温度からスタートして酸
化反応を行いピッチ繊維の融着や巻縮を防止する必要が
ある。本発明における不融化工程の温度は１５０℃〜４
００℃、好ましくは２００℃〜３００℃の範囲でステッ
プ状又は徐々に昇温して、通常は１〜５時間処理する。

処理時間は不融化の反応が十分に均一に進むように１日
〜３日という長時間行うことも差支えない。

不融化は、空気、酸素、空気と酸素又は窒素の混合ガス
等を使用して行うことができるが、酸素濃度をあまり高
くすることは糸巻内反応が急速に進み燃焼する恐れが生
ずるので好ましくない。

本発明においては、２００℃以下の温度でハロゲン、Ｎ
Ｏ２、オゾン等の酸化剤を含んだ雰囲気中で短時間処理
するか、又は、酸素ガス雰囲気中でピッチの軟化点より
３０〜５０℃低い温度、即ち１５０〜２４０℃の温度で
十分な不融化が得られる迄１０分〜１時間保持し、その
後必要により約３００℃まで昇温して不融化を終了せし
める方法が好ましく、特に後者の方法は容易且つ確実で
あり好ましい。

本発明においては、酸化剤を使用することなくピンチの
軟化点に応じて１５０〜２５０℃の空気中で長時間放置
し、次に短時間３００℃〜４００℃に昇温する方法を採
用することもできる。特に軟化点２８０℃以上の炭素質
ピッチを使用する場合には、２３０〜２５０℃の温度で
約３０分〜２時間保持することにより不融化することが
できて好ましい。

本発明における不融化はボビン巻きのまま行うので、紡
糸時に集束剤を使用した場合には不融化処理の前に該集
束剤の低沸点油剤を蒸発して取り除き糸と糸の間の通気
性を良（する必要がある。

このような前処理によって不融化処理におけるムラを低
減することができる。

不融化に際しては、雰囲気と同じ種類のフレッシュなガ
スを毎分０．１〜３回の割合で流通置換して、古いガス
を排出することが好ましい。ガスの置換は、円筒形の通
気性ボビンの中央部へ置換するガスを吹き込むことによ
り効率良く行うことができる。

不融化処理時の雰囲気はファンによって強制的に攪拌す
ることが好ましく、その風速は０．１〜１０ｍ／秒、好
ましくは０．５〜５ｍ／秒である。

このような強制攪拌は糸巻内へのガスの浸透を推進し、
不融化炉内の温度分布をなくして焼成を均一にする効果
がある。

ｉｉｉ　）熱処理工程 本発明における第１次の熱処理は、４００℃〜１０００
℃の温度範囲で起こる炭素質繊維の炭化の前段階乃至挽
く初期の炭化を引き起こすものである。この工程は、不
融化の工程と全（別個に行うことができるのは当然であ
るが、不融化が終了した後炉内のガスを除去して真空と
し、真空のまま、或いは窒素ガスやアルゴンガス等の不
活性ガスを導入して行っても良い。

熱処理時には、ボビンは一般の材質では加熱によって多
かれ少なかれ膨張するのに対し、ピッチ繊維は７００℃
で約６％収縮するため、ボビンごと炭化のための熱処理
をする本発明においては、熱処理温度が７００℃に達す
ると糸条の切断を生ずるが、６９０℃以下の熱処理であ
れば上記切断は生じないことを見い出した。第１次の熱
処理系の伸度は熱処理温度が５００℃付近で最も高く３
〜７％であり、７００℃では約２％に過ぎないので、第
１次の熱処理温度を５００’ｉｌｌ：程度で行うことが
好ましく、この場合には引っ張り強度が０゜１〜０．５
ＧＰａの繊維を切断を伴わずに得られる。

上記熱処理を不活性ガスの存在下で行う場合には、不融
化処理の場合と同様にガスの１部置換や糸巻内の通気、
ファンによる雰囲気の強制通気等を行うことが好ましい
。

本発明の第２次の熱処理を約１０００　”ｃ〜１９００
℃で行う場合には、所謂黒鉛繊維が得られるが、この熱
処理を特に２０００　”Ｃ〜３０００　”Ｃで行う場合
には、所謂黒鉛繊維を得ることができる。

第２次の熱処理は、第１次の熱処理によって得た炭化糸
を巻き戻し、必要に応じて合糸し、０゜１〜５０ｍ／分
、好ましくは０．５〜２０ｍ／分の速度で送り出しつつ
巻き取りながら実施される。

ｆｆ１２次の熱処理は窒素ガス及び／又はアルゴンガス
等の不活性ガスの存在下で行い、炉芯管の中に同じガス
を吹き込み一部置換しながら行うのが好ましい。特に黒
鉛繊維を製造する場合には上記不活性ガスとして、特に
アルゴンガスを使用することが好ましい。

上記第２次の熱処理工程に際しては、必要に応じて糸に
張力をかけながら行うこともできる。

〈発明の効果） 本発明は、光学的異方性炭素質の繊維をボビンに巻いた
状態で熱硬化した後、巻き戻して炭化又は黒鉛化するの
で生産上の効率が極めて高（、効率良く高強度、高弾性
率の炭素繊維を得ることができる。又、第２次の高温度
の熱処理を非常に短時間で終了させることにより、高強
度、高弾性率の黒鉛繊維を容易に得ることができる。又
、このようにして得られた繊維は、糸扱い時の毛羽立ち
が少なく、糸の外観も良い高品質のロングフィラメンイ
ト糸であり、巻き取り、巻き戻し、合糸及び織物や編物
とすることも自在であり、複合材料を製造する場合のフ
ィラメントワインディングやプリプレグの製造等に使用
することができるので、その応用範囲も広く本発明の意
義は大きい。

以下に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明
はこれにより限定されるものではない。

（実施例） 実施例１゜ 光学的異方性相（ＡＰ）を約５５％含有し、軟化点が２
３２℃である炭素質ピンチを前駆体ピッチとして使用し
た。この前駆体びっちは、キノリンネ溶分を１６．１重
量％、灰分０．２６重量％を含有しており、３７０℃に
おける粘度は２．８ボイズを示した。このピンチを内容
積２（ｌの溶融タンク中で溶融し、３７０℃に制御して
、ローター内有効容量２００ｍβの円筒型連続遠心分離
装置へ２０ｍβ／分の流量で送り、ローター温度を３７
０℃に制御□しつつ、遠心力を３０，０００ＧでＡＰ排
出口より光学的異方性相の多いピッチ（Ａピッチ）、Ｉ
Ｐ排出口より光学的等方性の多いピッチ（■ピッチ）を
連続して抜き出した。

得られた光学的異方性ピッチは、光学的異方性相を９８
％含み、軟化点２６５℃、キノリンネ溶分は２９．５％
であった。

次に、得られた光学的異方性ピッチを、８０大の紡糸口
金を有する溶融紡糸（ａ（ノズル口径：直径０．３ｍｍ
）に通し、３５５℃で約２００ｍｍＨｇの窒素ガス圧で
押し出して、ノズル下部に設けた、高速で回転する直径
２１０ｍｍ幅２００ｍｍ：１０メツシユ（空間率５５％
）のステンレス網製の金網ボビンに巻き取り、約５００
ｍ／分の巻き取り速度で１０分間紡糸した。ボビン１回
転当たりのトラバースのピッチは１０ｍｍ／１回転であ
った。紡糸の間の糸切れはなかった。この際紡糸した糸
はエアーサッカーで略集束してオイリングローラ−に導
き、糸に対して約０．５％の割合で集束用油剤を供給し
た。油剤としては、３０°Ｃにおける粘度が１４ｃｓｔ
のジメチルシリコン油を使用した。この場合の糸の巻き
厚みは約２ｍｍであった。

このようにして得た金網ボビン巻きのピンチ繊維を空気
雰囲気のファン付強制熱風循環炉に導入した。温度は１
００℃から２３０℃迄０．５℃／分の昇温速度で昇温し
、２５０℃で２時間保持した。この間炉内雰囲気を新し
い空気で０．５回／分の割合で置換した。この場合の攪
拌の風速は０゜７ｍ／秒であった。

不融化処理の終了後、炉内を１度真空にした後窒素ガス
に置換して、５℃／分の昇温速度で５００度まで昇温し
、第１次の熱処理を行った。この場合、炉内の雰囲気を
新しい窒素ガスで１分間当たり０．１回の割合で置換し
た。又雰囲気の攪拌は０．１ｍ／秒の風速で行った。

第１次の熱処理終了後、１時間で３００’Ｃ迄冷却し取
り出した。このようにして得た炭化糸は柔軟性があり、
容易に巻き戻しすることができ、８０本のフィラメント
からなる糸束を６束合糸することも容易であった。この
糸の引っ張り強度は０゜２ＧＰａ、弾性率１０ＧＰａ、
伸度は４．５％であった・ 上記第１次の熱処理系を窒素ガス雰囲気の１５００℃の
炭化炉に、２ｍ／分の速度で送り出しつつ巻き取り用ワ
イングーに巻き取りながら、なんの支障もなく焼成する
ことができた。得られた炭素繊維の引っ張り強度は２．
２０Ｐａ、弾性率は２１０ＧＰａであり、糸径は８．６
μｍであった。

この糸を更に２５００℃で黒鉛化処理した所、その引っ
張り強度は２．０ＧＰａ、弾性率４３０ＧＰａとなり、
糸径は８．１μｍであった。

このようにして、５００℃で処理した炭化繊維、１５０
０℃で処理した炭素繊維、２５００℃で処理した黒鉛繊
維の何れの場合も、その巻き戻し、巻き取り、合糸等は
容易に自在に行うことができることが実証された。

実施例２゜ 第１次の炭化の温度を６５０℃で行った他は、実施例１
と同様にして炭化繊維及び炭素繊維を製造した。６５０
℃で第１次の炭化を行った際、ボビン上の糸条の切断は
見られなかった。この時の第１次の炭化糸の引っ張り強
度は０．３ＧＰａ、弾性率は５００ＧＰａ、伸度は２．
５％であった。

この時の巻き戻しは５００　’ｃで炭化した実施例１の
場合よりも若干困難であった。更に、１５００℃で炭化
した炭素繊維の引っ張り強度は２，３ＧＰａ、弾性率２
２００Ｐａであった。

比較例１゜ 実施例１の第１次の炭化の温度を７ｏｏ℃で行った場合
には、ボビン上の糸条は切断され、長繊維を１辱ること
はできなかった。

特許出願人　東亜燃料工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光学的異方性炭素質ピッチを溶融紡糸し、紡糸され
   たピッチ繊維を通気性ボビンに巻き取り、ボビン巻のま
   ま酸化雰囲気下で不融化した後に、６９０℃以下の温度
   の非酸化性雰囲気下で第１次の熱処理を行い、次いで１
   ，０００℃以上の不活性ガス雰囲気中に糸条を送りつつ
   巻き取ることにより第２次の熱処理を行うことを特徴と
   する炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ２）第１次の熱処理が４００℃〜６９０℃であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維及び
   黒鉛繊維の製造方法。 ３）第１次の熱処理が５００℃〜５５０℃であることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の炭素繊維及び
   黒鉛繊維の製造方法。 ４）第１次の熱処理の昇温速度が２〜ｂであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の炭素繊維及び黒
   鉛繊維の製造方法。 ５）第１次の熱処理を窒素ガス及び／又はアルコボンガ
   スの雰囲気下で行う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及び黒鉛繊維の製造方法。 ６）雰囲気ガスを０．０５〜１回／分の割合で流通置換
   することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の炭
   素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ７）第１次の熱処理を１０−ｌｍｍＨｇ以下の真空下で
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の炭
   素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ８）不融化処理を１５０℃〜４００℃の温度範囲で、且
   つ空気、酸素又は、空気と酸素又は窒素の混合ガス雰囲
   気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ９）雰囲気ガスを０．１〜５回／分の割合で流通置換す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の炭素
   繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １０）雰囲気ガスを円筒ボビンの中心部に吹き込むごと
   を特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の炭素繊維及
   び黒鉛繊維の製造方法。 １１）雰囲気を、風速が０．１〜５ｍ／秒の速度となる
   ように強制攪拌することを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １２）通気性ボビンが直径１００〜５００ｍｍの多孔性
   の円筒ボビンであ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及び黒鉛繊維の製造方法。 １３）通気性ボビンの空間率が１０〜７５％となるよう
   に小孔を全面に開けた金属性孔あきボビン又は金網ボビ
   ンであることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記
   載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １４）通気性ボビンの材料組成が焼結金属材料であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の炭素繊
   維及び黒鉛繊維の製造方法。 １５）紡糸時のトラバースを２〜１００ｍｍ／（ボビン
   １回転）とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １６）ボビンへのビフチＳａＷの巻き厚が１０ｒｎｍ以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記
   載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １７）第２次の熱処理を１ｏｏｏ〜３ｏｏｏ℃の温度範
   囲で、且つ窒素及び／又はアルゴン雰囲気中で行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維及
   び黒鉛繊維の製造方法。 １８）光学的異方性炭素質ピッチが、約９５％以上の光
   学的異方性相を含有し、且つ軟化点が約２３０〜３２０
   ℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。