JPS6081320A - 炭素繊維の製造方法 - 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】 本発明は、ピッチ系炭素繊維の製造方法に関する。

ピッチを原料として炭素繊維を製造する方法は、原料が
安価であり、捷た炭化収率が高いためポリアクリロニト
リル系に比べ有利であり、さらに紡糸後の不融化、炭化
あるいは黒鉛化といった熱処理工程における処理速度を
大きくすることができればポリアクリロニトリル系に対
する価格面での優位性全一層明確にすることができる。

これまで、処理速度を太き、くするために各種の試みが
なされている。まず不融化処理時間を短縮する試みとし
ては、各種促進剤、酸化性の強い雰囲気ガスの使用など
が提案されている。また処理１ｔｔ−多くする方法とし
ては、紡糸後のピッチ繊維を受器に沈積させ、これを不
融化、焼成処理を行いその後連続フィラメント状繊維を
沈積状態から引き出す方法（特公昭５１−１２７４０号
）、同じくピッチ繊維をベルトコンペア上に沈積させ、
不融化、焼成する方法（特公昭５１−３７９６７号、特
開昭５５−９０６２１号）、ピッチ繊維をバー上に懸垂
させて不融化する方法（特開昭５５−６５４７号）、不
融化繊維をボビンに巻取シ炭化する方法（米国特許第４
３５１８１６号）などが提案されているが、これらの方
法はいずれも一長一短であり、特に脆弱なピッチ繊維あ
るいは不融化繊維を取扱うため、繊維が損傷を受けやす
く、毛羽立ちの原因となった９、あるいは焼成後の繊細
の性能が不十分となる。

本発明の目的は、処理中の繊維を損傷することなく、不
融化、炭化および黒鉛化の処理速度全土げることにある
。

前記本発明の目的は、炭素質ピッチを溶融紡糸して得ら
れるピッチ繊維をボビンに巻取り、このボビンに巻取っ
たピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気下にて不融化処理し、
次いで不活性ガス雰囲気下、８００℃以下において処理
して前炭化繊維とした後に、この前炭化繊維衡ボビンよ
り巻出し、炭化あるいはさらに黒鉛化処理することによ
り達成される。

以下に本発明全詳述フ−る。

本発明に用いる炭素質ピッチとしてはコールタールピッ
チ、ＳＲＣなどの石炭系ピッチ、エチレンタールピッチ
、デカントオイルピッチ等の石油系ピッチあるいは合成
ピッチなど各秤のピッチを包含するが、特に石油系ピッ
チが好オしい。

前記ピッチを変性したもの、例えばテトラリンなどの水
素供与物で処理したもの、２０〜３５０Ｋｇ／ｃＪの水
素加圧下に水素化したもの、熱処理によυ改質したもの
、溶剤抽出などの手段により改質したもの、あるいはこ
れらの方法を適宜組み合わせて改質したもの等の各種変
性ピッチも本発明でいう炭素質ピッチである。

すなわち、本発明の炭素質ピッチとはピッチ繊維全形成
し得る前５駆体ピッチを総称する意味に用いられる。

本発明の炭素質ピンチは、光学的に等方性のピッチであ
っても工いし、また光学的に異方性のピッチであっても
よい。

光学的に等方性のピッチである場合、反射率が９．０〜
１１．０−の範囲内の値を示すものが好ましい。ここで
反射率とは、アクリル樹脂等の樹脂中にピッチを包埋せ
しめたのち研磨し、反射率測定装置により空気中にて測
定される。

光学的に異方性のピッチとは、ピッチを常圧もしくは減
圧下に窒素等の不活性ガスを通気しながら通常３４０〜
４５０’Ｃにて加熱処理全行うことにより得られる光学
的異方性相（いわゆるメンフェース）を含有するピッチ
であシ、特にメンフェース含ｔが５〜１００％のものが
好ましい。

本発明に用いる炭素質ピッチは軟化点が２４０〜４００
℃のものが好ましく、２６０〜３００℃のものが特に好
ましい。

ピッチ繊維は前記炭素質ピッチを公知の方法にて溶融紡
糸を行うことにより得られる。例えば、炭素質ピッチを
その軟化点よりも３０〜８０℃高い温度にて溶融し、直
径０．１〜０．５調のノズルから押し出しながら１００
〜２０００　ｍ１９でボビンに巻取ることによりピッチ
繊維１得る。

ボビンの大きさは特に限定されないが、通常Ｉ′ｉ直径
５ｃｒｎ〜４０ｍ１巾１０ｃｒｎ〜１００ｃｒｎである
。また、材質はステンレス、セラミックあるいは黒鉛な
どが使用できる。巻取りに際し、後段の不融化処理にお
ける酸化性雰囲気ガスの繊維束内への拡散、あるいは前
炭化処理後の巻出し時の作業性の見地から、巻取りにト
ラバース會かけることが好ましい。トラバース角度は適
宜選択できるが、通常１〜３ｏ０、好ましくは６〜１０
°である１、 ボビンに巻取られたピッチ繊維はそのまま酸化性ガス雰
囲気下にて不融化処理される。不融化処理は通常４００
Ｃ以下において行われ、好ましくは１５０〜３８（Ｉｃ
であり、より好ましくは２００〜３５０ｃである。処理
温度が低すぎる場合には処理時間が長くなシ、また処理
温度が高すぎる場合には、ピッチ繊維の融着あるいは消
耗といった現象を生ずるため好ましくない。また処理時
間は、１分〜２０時間、好ましくは２分〜１０時間であ
る。酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、空気、窒素酸
化物、亜硫酸ガスあるいはハロゲン等の酸化性ガスを１
種あるいｆｄ２種以上用いる。

ボビン上の不融化繊維は、そのまま不活性ガス雰囲気下
、８００℃以下、好ましくは４５０〜６００Ｃにて処理
して前炭化繊維とする。処理時間は限定されないが、通
常１０秒〜２時間、好ましくは１分〜１時間である。

ボビン上の前炭化繊維全ボビンよ９巻出し、８ｏｏ〜２
０００℃で炭化あるいはさらに２０００〜３０００　℃
で黒鉛化処理する。

炭化の処理時間は１０秒〜１０時間、黒鉛化の処理時間
Ｉ″ｉ１秒〜１秒間１時間。本発明において、前炭化処
理の後にボビンより繊維全巻出すことがきわめて重量で
あり、例えばこれケ不融化処理後に行うと、９維が脆弱
であるため、円滑な作業が行えず、繊維の損傷の原因と
なる。その一方、不融化後に巻取りを行い、これを炭化
処理する場合においても、前記と同じ理由により、得ら
れる繊維の物件が低下する。

以下に実施例および比較例をあげ本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではな
い。

実施例　１、 光学的異方性相全８０チ含有し、軟化点が２８０℃であ
る石油系前駆体ピッチを溶融紡糸し、平均糸径１３μの
ピッチ繊維を直径６６ｎの黒鉛製ボビンに巻取った。こ
のボビンに巻取ったピッチ繊維を酸素雰囲気下、２４０
℃で１時間処理して不融化繊維としたのち、次いで窒素
雰囲気下、３０℃／分で５００℃まで昇温しで前炭化繊
維とした。この前炭化繊維をボビンより巻出し、窒素雰
囲気下２５００℃で６０秒間処理して黒鉛化繊維とした
。得られた黒鉛化繊維には、毛羽立ち、糸切れなどは見
られず、その物性は、弾性率５０７’αシ〜−１引張強
度２２０にり／ｍｒｒ？であった。

比較例　１゜ 実施例１におけるピッチ繊維を、ボビンに巻取らず、そ
のままの状態で不融化し、次いで不融化繊維全直径６−
の黒鉛製ボビンに巻取った。このボビンに巻取った不融
化繊維の前炭化および黒鉛化を行った。なお、不融化、
前炭化および黒鉛化の条件は実施例１と同じである。得
られた黒鉛化繊維は、弾性率は５０１’ＯＮ／ｍＪｒ？
であったが、引張強度は１９０Ｋｇ／ｒｎｒｒ？であっ
た。繊維を走査型電子顕微鏡で観察したところ、その表
面には小さな損傷がみられ、これらは脆弱な不融化繊維
をボビンに巻取る際に発生した損傷と考えられる。

比較例　２゜ 実施例１におけるピッチ繊維を、直径６ｃｍの黒鉛製ボ
ビンに巻取り、これを実施例１と同じ条件、すなわち酸
素雰囲気下、２４０℃で１時間処理を行って不融化繊維
とした。この不融化繊維をボビンよ９巻出し、窒素雰囲
気下、３０℃／分で５００℃まで昇温して前炭化繊維と
した後、窒素雰囲気下、２５００℃で６０秒間処理して
黒鉛化繊維とした。得られた黒鉛化繊維は、弾性率５０
ＴＯＮ／ｍｒｒ？、引張強度は２００Ｋｉｒｍ？　ｆ有
していたが、毛羽あるいは糸切れが多く、実用に供し得
ないものであった。この原因は、脆弱な不融化繊維をボ
ビンより巻出したためと考えられる。

実施例　２゜ 反射率１０．３％、軟化点２７０Ｃの光学的に等方性の
石油系前駆体ピンチを溶融紡糸し、平均糸径１２μのピ
ッチ繊維金、直径１０（７１１の黒鉛製ボビンに巻取っ
た。ボビンに巻取ったピッチ繊維を、空気中、２２５℃
で８時間処理して不融ｆヒ繊維としたのち、次いで窒素
雰囲気下、２５℃／分で５００℃まで昇温して前炭化繊
維とした。この油戻化繊に１■をボビン上り巻出し、窒
素雰囲気下２５００　Ｃで１０昨少間処理して黒鉛化繊
維とした。得られた黒鉛化：ｍｉ、「には毛羽立ち、糸
切れなどは見られず、またその物件は、弾性率４０ＴＯ
Ｎ／ｍｒイ、引張強度２２０　Ｋｇ／１ｒｒｒｒ？でち
ッｆｌ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素質ピンチを溶融紡糸して得られるピッチ繊維をボビ
   ンに巻取り、このボビンに巻取ったピッチ繊維を酸化性
   ガス雰囲気下にて不融化処理し、次いで不活性ガス雰囲
   気下、８００℃以下において処理して前炭化繊維とした
   後に、この前炭化繊維をボビンより巻出し、炭化あるい
   はさらに黒鉛化処理することを特徴とする炭素繊維の製
   造方法。