JPS61160422A - Infusibilization of pitch fiber - Google Patents

Infusibilization of pitch fiber

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JPS61160422A
JPS61160422A JP28131884A JP28131884A JPS61160422A JP S61160422 A JPS61160422 A JP S61160422A JP 28131884 A JP28131884 A JP 28131884A JP 28131884 A JP28131884 A JP 28131884A JP S61160422 A JPS61160422 A JP S61160422A
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pitch
fibers
fiber
molybdenum disulfide
infusible
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Atsuki Kodama
児玉 篤樹
Yojiro Hara
原 要次郎
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JFE Steel Corp
Nitto Boseki Co Ltd
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Nitto Boseki Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To produce carbon fiber in a short time, preventing the fusion of the filaments, by attaching molybdenum disulfide powder or tungsten disulfide powder to a pitch fiber and infusibilizing the fiber. CONSTITUTION:Molybdenum disulfide powder or tungsten disulfide powder (preferably 5-0.3mu diameter) is applied to a pitch fiber, and the fiber is infusibilized to obtain the objective carbon fiber. The application of the powder to the pitch fiber is carried out preferably by dispersing the powder in a dispersion medium such as hexane at a concentration of 5-50% and treating the fiber with the dispersion.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はピッチを原料とする炭素繊維の製造方法に関し
、更に詳しくは、ピッチ繊維を酸化処理して不融化繊維
に転化させる、ピッチ繊維の不融化処理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for producing carbon fibers using pitch as a raw material, and more specifically to a method for infusible pitch fibers in which pitch fibers are oxidized and converted into infusible fibers. Regarding processing method.

従来の技術 近年、ピッチを原料とする炭素繊維の製造方法が注目さ
れている。この方法には、安価なピッチを原料とするの
で安価な炭素繊維の製造が可能であること、また紡糸原
料に液晶状のピッチを用いると焼成工程で複雑な緊張処
理を行なわなくても高強度、高弾性の炭素繊維の製造が
可能であること、などの利点が有り、現在活発に研究開
発が進められている。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, methods for producing carbon fibers using pitch as a raw material have attracted attention. This method uses inexpensive pitch as a raw material, making it possible to produce carbon fiber at low cost.Also, by using liquid crystalline pitch as a spinning raw material, high strength can be achieved without complicated tension treatment in the firing process. It has advantages such as being able to produce highly elastic carbon fiber, and is currently being actively researched and developed.

ピッチを原料として炭素繊維を製造する方法は、一般的
に、まず紡糸ピッチの調製から始まる。粗原料であるコ
ールタールピッチ、あるいは石油ピッチなどに蒸留、熱
処理、口過、水素化、溶剤分別などの処理を単独でまた
は組合せて加え、ピッチ中の低沸点揮発成分、不溶性固
形分などの紡糸工程を妨害する成分を除きまた組成の均
質化、適度な重質化などを行わせて光学的に等方性また
は光学的に異方性の紡糸ピッチを得る。紡糸ピッチの性
質は、軟化点、溶融粘度、光学的構造、溶剤分別組成な
ど種々のパラメーターで測定することができ、また種々
の性質を持った紡糸ピッチを紡糸に用いることができる
が、基本的に紡糸条件で固体または気体などを含まず、
均一な流動特性を有することが紡糸ピッチとして重要で
ある。
A method for producing carbon fiber using pitch as a raw material generally begins with the preparation of spinning pitch. Distillation, heat treatment, filtration, hydrogenation, solvent fractionation, and other treatments are applied to crude raw materials such as coal tar pitch or petroleum pitch, either singly or in combination, to spin the low-boiling volatile components and insoluble solids in the pitch. Optically isotropic or optically anisotropic spinning pitch is obtained by removing components that interfere with the process, homogenizing the composition, and appropriately increasing the weight. The properties of spinning pitch can be measured using various parameters such as softening point, melt viscosity, optical structure, and solvent fractionation composition, and spinning pitches with various properties can be used for spinning, but the basic Does not contain solids or gases under spinning conditions,
It is important for the spinning pitch to have uniform flow characteristics.

次に得られた紡糸ピッチを繊維化しピッチ繊維とするが
、連続した長繊維を製造するには通常溶融紡糸法が、ま
た綿状の短繊維、あるいはその中間の長さの中繊維を引
き揃えたスライバーまたはトウを製造するには通常遠心
紡糸法が適する。紡糸温度、吐出ノズル数、吐出量、遠
心倍率などは目的に応じ、それぞれ適切な値を選択する
ことができる。紡糸されたピッチ繊維の繊維径は通常5
−30ミクロン程度であ゛す、過度に太い場合は繊維と
しての特性を損ない易く、過度に細い場合には紡糸工程
の経済性を確保することが困難になる。
Next, the obtained spun pitch is made into fibers to produce pitch fibers, but to produce continuous long fibers, melt spinning is usually used, and cotton-like short fibers or medium fibers with intermediate lengths are pulled together. Centrifugal spinning is usually suitable for producing sliver or tow. Appropriate values can be selected for the spinning temperature, the number of discharge nozzles, the discharge amount, the centrifugal magnification, etc., depending on the purpose. The fiber diameter of the spun pitch fiber is usually 5
If it is too thick (approximately -30 microns), it tends to impair the properties of the fiber, and if it is too thin, it becomes difficult to ensure the economic efficiency of the spinning process.

ピッチ繊維を炭素繊維に転化させるには、加熱炭化に先
立ち、熱可塑性のピッチII維を酸化処理し、加熱して
も溶融しない不敬化繊維に転化させる、所謂不融化工程
が必要である。通常不融化は酸素または酸化性物質をピ
ッチ繊維に付加反応させ、ピッチ分子を架橋させること
により行い、酸化剤としては種々のガスや液状のものが
提案されている。またこの様な反応は繊維表面から進む
ので、細いピッチ繊維はど迅速な不融化が期待できる。
In order to convert pitch fibers into carbon fibers, it is necessary to carry out a so-called infusible process in which thermoplastic pitch II fibers are oxidized and converted into unfavorable fibers that do not melt even when heated, prior to heating and carbonization. Normally, infusibility is achieved by adding oxygen or an oxidizing substance to the pitch fibers and crosslinking the pitch molecules, and various gases and liquids have been proposed as the oxidizing agent. Furthermore, since such a reaction proceeds from the fiber surface, it is expected that fine pitch fibers will become infusible quickly.

不融化工程でのピッチ繊維は、連続的に引き伸ばされた
形、あるいはコンベアまたはバスケットに集積された形
などで扱うが、これらの形態は目的とする繊維の最終形
態に応じ適切なものを選択することができる。
Pitch fibers used in the infusibility process are handled in a continuously stretched form, or in a form that is accumulated on a conveyor or basket, but the appropriate form is selected depending on the desired final form of the fiber. be able to.

次に不融化繊維を不活性気体中で約600−3000℃
程度に加熱処理して炭素繊維に転化させる炭化処理を行
う、(2000℃以上での処理は黒鉛化と呼ぶ場合も有
る)この処理により不融化繊維中の揮発分およびピッチ
分子中で構造が熱的に不安定な部分は分解連敗し、分子
中の六員環構造が発達して炭素分の多い、場合によって
4黒鉛結晶に近い構造になり、これによって強度、弾性
率を有する炭素繊維になる。
Next, the infusible fibers are heated to about 600-3000℃ in an inert gas.
Carbonization treatment is carried out to convert into carbon fiber by heat treatment to a certain degree (treatment at 2000℃ or higher is sometimes called graphitization).This treatment causes the structure in the volatile matter and pitch molecules in the infusible fibers to be heated up. The physically unstable parts decompose and fail, and the six-membered ring structure in the molecule develops, resulting in a structure with a high carbon content, in some cases close to a 4-graphite crystal, which results in a carbon fiber with strength and elastic modulus. .

加熱には熱風炉、あるいは種々の発熱体を用いた電気炉
、またはプラズマ炉などを用いることができるが、いず
れ゛の場合も高温のため多量のエネルギーを消費するの
で効率よく炭素化を実施することが必要である。また炭
素化は必要に応じ低温、高温の二段階またはそれ以上の
段階に分けて行うこともできる。
For heating, a hot air furnace, an electric furnace using various heating elements, a plasma furnace, etc. can be used, but in either case, the high temperature consumes a large amount of energy, so carbonization must be carried out efficiently. It is necessary. Furthermore, carbonization can be carried out in two or more stages, low temperature and high temperature, as required.

得られた炭素HNには必要に応じ表面処理、オイリング
、巻き戻し、ときには切断、解繊などの処理を行うが、
これらは一般的な工程であるので説明は省略する。
The obtained carbon HN is subjected to treatments such as surface treatment, oiling, unwinding, sometimes cutting, and fibrillation as necessary.
Since these are common steps, their explanation will be omitted.

発明が解決しようとする問題点 炭素繊維を製造するためには上記のいずれの工程も重要
であるが、中でも不融化工程は通常長時間を要すること
、また炭素繊維の性能を損なう様なトラブルを発生し易
いことから、この工程を効率よ〈実施することが、炭素
繊維を経済的に製造するために極めて重要である。
Problems to be Solved by the Invention All of the above steps are important for producing carbon fibers, but the infusibility step usually takes a long time and also causes problems that may impair the performance of carbon fibers. Because carbon fibers easily occur, it is extremely important to carry out this process efficiently in order to economically produce carbon fibers.

不融化工程の目的は、熱可塑性のピッ・チ繊維を酸化し
て熱可塑性を持たない不融化繊維に転化させ、続く炭化
工程でのIIAHの融解変形を防止することにある。こ
のため、通常はピッチiimを酸化性気体中で徐々に昇
温しながら熱処理し酸化反応を行なうが、その際しばし
ば“融着”と呼ばれる現象が発生し、この工程を困難な
ものにする。
The purpose of the infusible step is to oxidize thermoplastic pitch fibers to convert them into infusible fibers that do not have thermoplasticity, and to prevent melting and deformation of IIAH in the subsequent carbonization step. For this reason, pitch iim is usually heat-treated in an oxidizing gas while gradually increasing its temperature to carry out an oxidation reaction, but a phenomenon called "fusion" often occurs during this process, making this process difficult.

゛融着″′とは、不融化工程中に隣接するピッチ繊維同
士が溶融変形し、あるいはピッチ繊維同士が接触する部
分に何らかの物質が附着し、これによってピッチ繊維同
士が固着する現象をいう。
"Fusion" refers to a phenomenon in which adjacent pitch fibers are melted and deformed during the infusibility process, or some substance is attached to the part where the pitch fibers come into contact with each other, thereby causing the pitch fibers to adhere to each other.

融着を起したピッチ繊維は、その後炭素化して炭素繊維
にしても、繊維同士が固着したままであるため柔軟性に
欠け、商品としての価値を著しく損なうか、時には商品
としての価値を全く有ざない。
Even if the fused pitch fibers are subsequently carbonized and made into carbon fibers, the fibers remain stuck to each other and lack flexibility, resulting in a significant loss of commercial value or, in some cases, no commercial value at all. Zanai.

融着現象はピッチ繊維をトウ、またはストランドの状態
で扱う場合に起り易い。トウまたはストランドの状態で
ピッチ繊維を扱うことは連続長繊維の製造に最も適した
方法で、これ以外の方法例えば、綿状またはウール状の
ピッチ繊維を不融化後、または炭化後引き揃えて高品質
の連続炭素繊維を得ることは、工業的に極めて困難であ
る。その反面トウ状、またはストランド状で不融化を行
なうことは、融着の防止という点では不利な方法である
。なぜならば、トウ、ストランド状ではピッチ繊維が高
密度で束ねられ、かつ長さ方向に連続した多数の接点を
有するからである。この様な状態では、ピッチの酸化反
応で発生した熱がトウ、またはストランド内部に蓄積し
、部分的に高温の場所ができるために、接触したピッチ
繊維同士が溶融し、融着がおこる。また、ピッチ繊維か
ら発生した、連発性の物質、あるいはピッチ繊維からに
じみだした物質が、m離京の外に排除されず繊維の接点
に蓄積するため、これが一種の結合剤になって融着がお
こる。
The fusion phenomenon tends to occur when pitch fibers are handled in the form of tow or strands. Handling pitch fibers in the form of tows or strands is the most suitable method for producing continuous filaments. Obtaining quality continuous carbon fibers is extremely difficult industrially. On the other hand, performing infusibility in the form of a tow or strand is a disadvantageous method in terms of preventing fusion. This is because pitch fibers are bundled at high density in a tow or strand form and have a large number of continuous contact points in the length direction. In such a state, the heat generated by the oxidation reaction of the pitch accumulates inside the tow or strand, creating hot spots in some areas, causing the pitch fibers that come into contact to melt and fuse together. In addition, continuous substances generated from the pitch fibers or substances oozing from the pitch fibers are not removed from the m-ring and accumulate at the contact points of the fibers, so this acts as a kind of binder and prevents fusion. It happens.

ピッチ1lliの不融化に関しては、従来から種々の技
術が提案されている。、酸化剤溶液を用いる方法(例え
ば、特公昭47−21904号、特公昭47−2190
5など)、酸化性気体を用いる方法(例えば、特公昭4
8−42696号、特開昭49−758282号など)
両者を併用する方法(例えば、特開昭51−88729
号、特開昭59−30915号等)などがある。しかし
ながら、これらの技術が与える効果は、主として不融化
時間の短縮であり、トウ状、またはストランド状のピッ
チ繊維の融着を防止するという点では、いずれも不十分
なものである。
Various techniques have been proposed for making the pitch 1lli infusible. , a method using an oxidizing agent solution (for example, Japanese Patent Publication No. 47-21904, Japanese Patent Publication No. 47-2190)
5, etc.), methods using oxidizing gas (for example,
No. 8-42696, JP-A-49-758282, etc.)
A method of using both together (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-88729
No., JP-A-59-30915, etc.). However, the effect of these techniques is mainly to shorten the infusibility time, and they are all insufficient in terms of preventing fusing of tow-like or strand-like pitch fibers.

ピッチ繊維ストランドの融着を防止する方法として、水
溶性酸化剤、水溶性界面活性剤、グラファイト微粉末の
組合せを利用する技術も提案されている(特開昭55−
128020号)。しかしながらグラファイトは昇温速
度が速い、すなわち短時間での不融化処理、炭化処理の
際、我々の満足できる11者防止効果が得られなかった
A technique using a combination of a water-soluble oxidizing agent, a water-soluble surfactant, and fine graphite powder has also been proposed as a method for preventing the fusion of pitch fiber strands (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1986-1999).
No. 128020). However, graphite has a high temperature increase rate, that is, during infusibility treatment and carbonization treatment in a short period of time, we could not obtain the satisfactory effect of preventing X-rays.

問題点を解決するための手段 本発明者等は融着防止の問題につき鋭意検討を行なった
結果、従来技術とは異なり、融着の防止に顕著な効果を
有する本発明を完成した。また融着の問題が解消したこ
とから本発明の適用により、不融化時間を短縮できるこ
とも可能になった。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted extensive studies on the problem of preventing fusion, and as a result, have completed the present invention, which has a remarkable effect on preventing fusion, unlike the prior art. Furthermore, since the problem of fusion has been solved, application of the present invention has made it possible to shorten the infusibility time.

以下に本発明の詳細を述べる。The details of the present invention will be described below.

上記の様な効果を有する方法は驚くほど簡単で、二硫化
モリブデン微粉末または二硫化タングステン微粉末の分
散液を不融化以前にピッチ1mMに処理し、これにより
二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの微粉末が
附着した状態のまま、酸化性気体中でピッチIBMを熱
処理し、不融化を行なうことで達成できる。
The method that achieves the above effects is surprisingly simple; a dispersion of fine molybdenum disulfide or tungsten disulfide powder is treated to a pitch of 1 mM before infusibility. This can be achieved by heat-treating the pitch IBM in an oxidizing gas while the powder remains attached to it to make it infusible.

ここでいう二硫化モリブデン微粉末とは、二硫化モリブ
デン鉱石を精製、粉砕したもので、通常、潤滑剤原料と
して入手可能である。また潤滑剤としての二硫化モリブ
デンが広い範囲の条件で優れた潤滑特性を示すことはよ
く知られている。この様な粉末はあらかじめ精製されて
おり、純度は98%以上であり、有害な不純物は含まな
い。また粒子径は粉砕の程度により変るが、本発明の目
的には、平均粒子径約5ミクロン−約0.3ミクロンの
ものが好ましい。
The molybdenum disulfide fine powder referred to herein is obtained by refining and pulverizing molybdenum disulfide ore, and is usually available as a lubricant raw material. It is also well known that molybdenum disulfide as a lubricant exhibits excellent lubricating properties under a wide range of conditions. Such powders are pre-purified and have a purity of 98% or more and are free of harmful impurities. Although the particle size varies depending on the degree of pulverization, for the purpose of the present invention, an average particle size of about 5 microns to about 0.3 microns is preferred.

一方二硫化タングステンは天然に産出することは稀であ
り、通常金属タングステンと硫黄から工業的に合成され
る。その性質は二硫化モリブデンに類似しており、潤滑
性も二硫化モリブデンと同等の性質をもつことが知られ
ている。純度は合成品であるため高く、また合成条件に
より任意の粒子径のものが得られるといわれるが、本発
明の目的に関しては二硫化モリブデンの場合と同様の粒
子径のものが適する。
On the other hand, tungsten disulfide is rarely produced naturally and is usually synthesized industrially from metallic tungsten and sulfur. Its properties are similar to molybdenum disulfide, and its lubricity is also known to be equivalent to that of molybdenum disulfide. Since it is a synthetic product, its purity is high, and it is said that any particle size can be obtained depending on the synthesis conditions, but for the purpose of the present invention, particles with the same particle size as molybdenum disulfide are suitable.

ここでいう分散液とは、適当な分散媒に二硫化モリブデ
ン微粒子または二硫化タングステン微粒子を分散させた
もので、分散の安定性を助けるために、物理的方法を併
用したものでもよい。また用いる溶媒にはヘキサン、ヘ
プタン、メタノール、エタノール、アセトンなど各種の
ものが使用でき、水の使用も可能である。但しキノリン
、クロロホルム等のピッチに対する強溶媒はピッチ繊維
を傷めるため好ましくない。ベンゼンなども同じ理由に
より使用が制限される。沸点または沸点範囲が200℃
を越える溶媒は、酸化性気体の流通を妨げ好ましくない
The dispersion herein refers to a dispersion of molybdenum disulfide fine particles or tungsten disulfide fine particles dispersed in a suitable dispersion medium, and a physical method may be used in combination to help stabilize the dispersion. Various solvents such as hexane, heptane, methanol, ethanol, and acetone can be used, and water can also be used. However, strong solvents for pitch such as quinoline and chloroform are not preferred because they damage pitch fibers. The use of substances such as benzene is also restricted for the same reason. Boiling point or boiling point range of 200℃
A solvent exceeding the above range is not preferable because it impedes the flow of oxidizing gas.

処理の際には分散液をそのまま、または適当な濃度に調
整して用いる。処理の際の分数液に対する二硫化モリブ
デンまたは二硫化タングステンの濃度は5−50%が好
ましい。処理の際、溶媒系であれば、特に補助剤を加え
る必要はないが、水系の場合はピッチ繊維に対する濡れ
をよくするため、界面活性剤の使用が必要である。。界
面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性
界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれでも使用す
ることが可能で、あるが、非イオン性界面活性剤が分散
液中の他の成分のイオン性の影響を受けないという点で
好ましく、その例としてポリオキシエチレンアルキルフ
ェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ルまたはエステル、エチレンオキサイドプロピレンオキ
サイドブロック共重合物などをあげることができる。ま
た界面活性剤の使用量は、過度に多い場合には酸化性気
体の流通を妨げ好ましくなく、少な過ぎる場合には湿潤
あるいは分散効果が不足し、通常0.05−1.0%程
度が好ましい。
During the treatment, the dispersion is used as it is or after being adjusted to an appropriate concentration. The concentration of molybdenum disulfide or tungsten disulfide in the fraction solution during treatment is preferably 5-50%. During the treatment, if the treatment is solvent-based, there is no need to add any auxiliary agent, but if the treatment is water-based, it is necessary to use a surfactant to improve wetting of the pitch fibers. . As the surfactant, any of cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants can be used. It is preferable in that it is not affected by the ionicity of other components, and examples thereof include polyoxyethylene alkyl phenol ether, polyoxyethylene alkyl ether or ester, and ethylene oxide propylene oxide block copolymer. In addition, if the amount of surfactant used is too large, it will prevent the flow of oxidizing gas, which is undesirable, and if it is too small, the wetting or dispersing effect will be insufficient, so it is usually preferable to use about 0.05-1.0%. .

ピッチ繊維に対する分散液の処理は、ピッチがmta化
された直後から不融化工程の直前までの範囲で、適当な
時点で行なうことができる。また処理の方法は、スプレ
ー、回転ローラーによるコーティング、浸漬など種々の
方法が可能であるが、ピッチ繊維にできるだけ均一に二
硫化モリブデンまたは二硫化タングステンを附着させる
様にしなければならない。
The treatment of the pitch fibers with the dispersion liquid can be carried out at any appropriate time from immediately after the pitch is converted into mta to immediately before the infusibility step. Various treatment methods are possible, such as spraying, coating with a rotating roller, and dipping, but the molybdenum disulfide or tungsten disulfide must be deposited on the pitch fibers as uniformly as possible.

ピッチm維の原料である紡糸ピッチとしては、光学的に
等方性のピッチ、または光学的に異方性のピッチいずれ
を用いても、本発明の効果を得ることができる。
The effects of the present invention can be obtained by using either an optically isotropic pitch or an optically anisotropic pitch as the spinning pitch that is the raw material for the pitch m fiber.

ピッチ繊維の状態としては、ゆるく引き揃えた、所謂ト
ウ状か、緊密に引き揃えた所謂ストランド状が好ましい
。短iINがランダムに絡みあった綿状、あるいは長繊
維が一本一本に分かれて集積したウール状(スライバー
)でも適用可能であるが、この様な形態では、もともと
接点が少ないため、本発明の効果も少ない。
The pitch fibers are preferably in a loosely aligned tow shape or tightly aligned in a so-called strand shape. It is also possible to use a cotton-like structure in which short iINs are randomly intertwined, or a wool-like structure in which long fibers are separated and accumulated one by one (sliver), but since such a form originally has few contact points, it is difficult to apply the present invention. The effect is also small.

不融化に用いる酸化性気体は、空気、酸素、オゾン、二
酸化窒素、二酸化硫黄、ハロゲンなどが使用可能である
が、経済的観点から空気または酸素の使用が好ましい。
As the oxidizing gas used for infusibility, air, oxygen, ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, halogen, etc. can be used, but from an economical point of view, it is preferable to use air or oxygen.

作用および効果 本発明を適用した場合、不融化に要する時間は30−1
20分である。従来の方法では不融化に120分以上を
費やしても融着を防止することができず、高品位の炭素
繊維を得るには、ざらに長時間の不融化が必要であった
Action and Effect When the present invention is applied, the time required for infusibility is 30-1
It is 20 minutes. In the conventional method, fusion cannot be prevented even if it takes 120 minutes or more for infusibility, and in order to obtain high-quality carbon fibers, it is necessary to infusibility for a long time.

本発明による不融化糸は特に洗浄などの工程を要せずそ
のまま炭化工程に導入することができる。
The infusible yarn according to the present invention can be directly introduced into the carbonization process without requiring any special steps such as washing.

一般にフィラメントの集合束たるトウまたはストランド
は液体で濡らすとフィラメント同志が寄り合って、トウ
またはストランドとしての形状が濡らす以前と比較して
刺くなる。そして不融化工程、炭化工程でもほぼそのま
まの形状を維持する。
Generally, when a tow or strand, which is a bundle of filaments, is wetted with a liquid, the filaments come together and the shape of the tow or strand becomes more prickly than before wetting it. It also maintains almost the same shape during the infusibility process and carbonization process.

この様にフィラメント同志が寄り合うことは、一般に不
融化処理の際にフィラメント同志の融着を起させ易い原
因となるのであるが、それにもかかわらず、本発明によ
れば二硫化モリブデンの分散液で処理したピッチ繊維は
、不融化工程を経て、炭化工程の後、僅かにしごくこと
により、容易に個々のフィラメントに分離し融着のない
炭素繊維が得られる。
The fact that the filaments come together in this way is generally a cause of easy fusion of the filaments during the infusibility treatment, but in spite of this, according to the present invention, the dispersion of molybdenum disulfide The pitch fibers treated with the above process are subjected to an infusible process, and after a carbonization process, by being slightly squeezed, carbon fibers that are easily separated into individual filaments and are free from fusion can be obtained.

この様な優れた効果の理由は、ピッチ17AM間に二硫
化モリブデンの微粒子が入りこみ、ピッチ繊維間の接点
を無くすためと考えられる。
The reason for such an excellent effect is thought to be that fine particles of molybdenum disulfide enter between pitches 17AM and eliminate contact points between pitch fibers.

以下に本発明の実施例を述べる。ここに述べる例は本発
明の方法、及び効果に対する理解を容易にするためのも
ので、本発明の範囲を制限するためのものではない。
Examples of the present invention will be described below. The examples described herein are intended to facilitate understanding of the method and effects of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

実施例1 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸し、フィラメント径13
ミクロン、フィラメント数2000のピッチ繊維ストラ
ンドを得た。このストランドを、平均粒子径0.5ミク
ロンの二硫化モリブデン10重量%を含むアセトン分散
液に浸漬した。この処理ストランドを、酸素雰囲気中で
、5℃/分の昇温速度で熱処理し、1時間をかけて不融
化した。この不融化糸をアルゴン雰囲気中で1100℃
まで熱処理して炭素化し、炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維は容易に個々のフィラメントに開繊し、融着現象
は見られなかった。
Example 1 Using coal tar as a raw material, optically anisotropic pitch containing 35% quinolinous content was melt-spun, and the filament diameter was 13.
A pitch fiber strand with a micron diameter and 2000 filaments was obtained. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 10% by weight of molybdenum disulfide with an average particle size of 0.5 microns. This treated strand was heat treated in an oxygen atmosphere at a temperature increase rate of 5° C./min to make it infusible over 1 hour. This infusible thread was heated to 1100°C in an argon atmosphere.
The carbon fibers were obtained by heat treatment until carbonization. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.

実施例2 二硫化モリブデン分散液の分散媒をエチルアルコール(
99,5%)に代える他は実施例1と同じ方法で炭素!
!雑を製造した。得られた炭素繊維は容易に個々のフィ
ラメントに開繊し、融着現象は見られなかった。
Example 2 The dispersion medium of molybdenum disulfide dispersion was changed to ethyl alcohol (
Carbon!
! manufactured miscellaneous goods. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.

実施例3 二硫化モリブデン分散液の分散媒をヘプタンとし、二硫
化モリブデンの含有量を20%とする他は実施例1と同
じ方法で炭素繊維を製造した。得られた炭素繊維は容易
に個々のフィラメントに開繊し、融着現象は見られなか
った。
Example 3 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that heptane was used as the dispersion medium of the molybdenum disulfide dispersion and the content of molybdenum disulfide was 20%. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.

実施例4 粒子径の異なる4種類の二硫化モリブデン(平均粒子径
、各0.5ミクロン、0.7ミクロン、1.2ミクロン
、5ミクロン)をそれぞれアセトンに分散させ、4種類
のアセトン分散液を作った。
Example 4 Four types of molybdenum disulfide with different particle diameters (average particle diameters of 0.5 microns, 0.7 microns, 1.2 microns, and 5 microns) were each dispersed in acetone, and four types of acetone dispersions were prepared. made.

これを用いて、実施例1と同じ方法で炭素繊維を製造し
た。粒子径5ミクロンの二硫化モリブデンを用いた炭素
繊維では僅かに融着現象が起きたがその他の場合は融着
現象は見られなかった。
Using this, carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1. A slight fusion phenomenon occurred in carbon fibers using molybdenum disulfide having a particle size of 5 microns, but no fusion phenomenon was observed in other cases.

実施例5 実施例1の方法で分散液の二硫化モリブデンの含有量を
、20.1o、5.2.5重量%と変え、その他は実施
例1と同じ方法で炭素繊維を製造した。含有量20,1
0%では融着現象は起きなかつたが、5%では僅かに融
着現象が起き、2.5%では融着現象により、炭素mt
aストランドが棒状になってしまった。
Example 5 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the content of molybdenum disulfide in the dispersion was changed to 20.1° and 5.2.5% by weight. Content 20.1
At 0%, no fusion phenomenon occurred, but at 5%, a slight fusion phenomenon occurred, and at 2.5%, due to the fusion phenomenon, carbon mt
A strand has become rod-shaped.

実施例6 実施例1のピッチ繊維ストランドを、粒子径0.5ミク
ロンの二硫化モリブデン粒子20%を含むアセトン分散
液に浸漬した。このストランドを酸素雰囲気中で、10
℃/分の昇温速度で熱処理し、不融化した。この不融化
繊維を実施例1と同じ方法で炭素化し炭素繊維を製造し
た。得られた炭素繊維に融着現象は見られなかった。
Example 6 The pitch fiber strands of Example 1 were immersed in an acetone dispersion containing 20% molybdenum disulfide particles with a particle size of 0.5 microns. This strand was heated in an oxygen atmosphere for 10
It was heat-treated at a heating rate of °C/min to make it infusible. This infusible fiber was carbonized in the same manner as in Example 1 to produce carbon fiber. No fusion phenomenon was observed in the obtained carbon fibers.

実施例7 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分1%、ベンゼ
ン不溶分70%を含む光学的に等方性のピッチを溶融紡
糸し、フィラメント径14ミクロン、フィラメント数2
000のピッチ繊維ストランドを得た。このストランド
を、粒子径0.5ミクロンの二硫化モリブデン10重量
%含むアセトン分散液に浸漬した。この処理ストランド
を空気中、2℃/分の昇温速度で熱処理し、2時間をか
けて不融化した。この不融化糸をアルゴン雰囲気中で1
100℃まで熱処理して炭素化し、炭素繊維を得た。得
られた炭素繊維は容易に個々のフィラメントに開繊し、
融着現象は見られなかった。
Example 7 Using coal tar as a raw material, an optically isotropic pitch containing 1% of quinolinated content and 70% of benzene insoluble content was melt-spun, and the filament diameter was 14 microns and the number of filaments was 2.
000 pitch fiber strands were obtained. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 10% by weight of molybdenum disulfide with a particle size of 0.5 microns. This treated strand was heat treated in air at a temperature increase rate of 2° C./min to make it infusible over 2 hours. This infusible thread was heated for 1 hour in an argon atmosphere.
Carbonization was performed by heat treatment to 100° C. to obtain carbon fibers. The obtained carbon fibers can be easily opened into individual filaments,
No fusion phenomenon was observed.

実施例8 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸しながら、紡糸炉直下で
、粒子径0.5ミクロンの二硫化モリブデン10重量%
を含む水分散液を回転ローラーを用いてフィラメントに
塗布し、フィラメント径13ミクロン、フィラメント数
2000の処理ストランドを得た。これを実施例1と同
じ方法で不融化、炭素化したところ、融着現象のない炭
素繊維が得られた。
Example 8 Coal tar was used as a raw material, and 10% by weight of molybdenum disulfide with a particle size of 0.5 microns was melt-spun directly under the spinning furnace while optically anisotropic pitch containing 35% quinolinous content was melt-spun.
An aqueous dispersion containing the above was applied to the filaments using a rotating roller to obtain a treated strand with a filament diameter of 13 microns and a number of filaments of 2000. When this was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, carbon fibers without any fusion phenomenon were obtained.

実施例9 実施例1のピッチ繊維ストランドに市販の二硫化モリブ
デン分散液スプレー(商品名スリーボンド1910)を
用い、二硫化モリブデン分散液を噴霧塗布した。得られ
た処理ストランドを実施例1と同じ方法で不融化、炭素
化したところ、融着現象のない炭素繊維が得られた。
Example 9 A molybdenum disulfide dispersion was spray applied to the pitch fiber strand of Example 1 using a commercially available molybdenum disulfide dispersion spray (trade name: ThreeBond 1910). When the obtained treated strand was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, carbon fibers without any fusion phenomenon were obtained.

実施例10 実施例1のピッチ繊維ストランドを、粒子径0.5ミク
ロンの二硫化モリブデン20%と界面活性剤0.5%を
含む水分散液に浸漬処理し、その後実施例1と同様の方
法で不融化、炭化した。
Example 10 The pitch fiber strands of Example 1 were immersed in an aqueous dispersion containing 20% molybdenum disulfide with a particle size of 0.5 microns and 0.5% surfactant, and then treated in the same manner as in Example 1. It became infusible and carbonized.

界面活性剤として、アルキルベンゼンスルホネート、ま
たはアルキルトリメチルアンモニウムクロライド、また
はポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルを用
いたが、いずれの場合も融着のない炭素繊維が得られた
Although alkylbenzene sulfonate, alkyltrimethylammonium chloride, or polyoxyethylene alkylphenol ether was used as the surfactant, carbon fibers without fusion were obtained in all cases.

実施例11 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸し、フィラメント径13
ミクロン、フィラメント数2000のピッチ繊維ストラ
ンドを得た。このストランドを平均粒子径0.7ミクロ
ンの二硫化タングステン20重量%を含むアセトン分散
液に浸した。この処理ストランドを、酸素雰囲気中で、
5℃/分の昇温速度で熱処理し、1時間をかけて不融化
した。この不融化糸をアルゴン雰囲気中で1100℃ま
で熱処理して炭素化し、炭素繊維をえた。得られた炭素
uA雑は容易に個々のフィラメントに開繊し、融着現象
は見られなかった。
Example 11 Coal tar was used as a raw material, and optically anisotropic pitch containing 35% quinolinous content was melt-spun, and the filament diameter was 13.
A pitch fiber strand with a micron diameter and 2000 filaments was obtained. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 20% by weight of tungsten disulfide with an average particle size of 0.7 microns. This treated strand is treated in an oxygen atmosphere.
Heat treatment was performed at a heating rate of 5° C./min to infusible over 1 hour. This infusible yarn was carbonized by heat treatment to 1100° C. in an argon atmosphere to obtain carbon fibers. The obtained carbon uA miscellaneous was easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.

実施例12 上の実施例の、二硫化タングステン20%アセトン分散
液を、二硫化タングステン20重量%、ポリオキシエチ
レンノニルフェノールエーテル(界面活性剤)0.5%
を含む水分散液に代え、他は上の実施例と同様の操作を
行ったところ、得られた炭素繊維は容易に個々のフィラ
メントに開繊し、融着現象は見られなかった。
Example 12 The 20% acetone dispersion of tungsten disulfide in the above example was mixed with 20% by weight of tungsten disulfide and 0.5% polyoxyethylene nonylphenol ether (surfactant).
When the same operation as in the above example was carried out except for using an aqueous dispersion containing .

比較例1 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸しながら、紡糸炉直下で
、水、エチルアルコールまたはシリコンオイル(沸点範
囲150−200℃)を回転ローラーを用いてフィラメ
ントに塗布し、フィラメント径13ミクロン、フィラメ
ント数2000の処理ストランドを得た。これを実施例
1と同じ方法で不融化、炭素化したところ、いずれの場
合も融着現象により棒状の炭素繊維になってしまった。
Comparative Example 1 Water, ethyl alcohol, or silicone oil (boiling point range 150-200°C) was rotated directly under the spinning furnace while melt-spinning an optically anisotropic pitch made from coal tar and containing 35% quinolinous content. It was applied to filaments using a roller to obtain a treated strand with a filament diameter of 13 microns and a number of filaments of 2000. When this was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, rod-shaped carbon fibers were formed due to the fusion phenomenon in both cases.

比較例2 実施例1と同じ方法で、二硫化モリブデンの分散媒をキ
ノリン、クロロホルムおよびベンゼンに代え炭素繊維を
製造した。キノリンを用いた場合は、不融化の途中でピ
ッチ繊維が溶融し、不融化繊維が得られなかった。クロ
ロホルムおよびベンゼンの場合は炭素化まで可能であっ
たが、得られた炭素繊維は、融着現象のため個々のフィ
ラメントに開繊することが、著しく困難であった。
Comparative Example 2 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that the molybdenum disulfide dispersion medium was replaced with quinoline, chloroform, and benzene. When quinoline was used, the pitch fibers melted during infusibility, and no infusible fibers were obtained. In the case of chloroform and benzene, carbonization was possible, but it was extremely difficult to open the obtained carbon fibers into individual filaments due to the fusion phenomenon.

なお、特開昭55−128020号の方法を本発明の比
較例のとしてトレースを試みたところ(比較例3)、不
融化時の昇温速度が速い場合には十分な融着防止効果が
得られず、本発明の優位性が明らかである。
In addition, when we tried to trace the method of JP-A-55-128020 as a comparative example of the present invention (Comparative Example 3), we found that a sufficient fusion prevention effect was obtained when the temperature increase rate during infusibility was fast. The superiority of the present invention is clear.

比較例3 実施例1のピッチ繊維ストランドを粒子径0.7ミクロ
ンのグラファイト微粒子3.6%、過硫酸アンモニウム
0.8%、非イオン形界面活性剤〔ポリオキシエチレン
ノニルフェノールエーテル(花王アトラス社製エマルゲ
ン910))0.4%を含む水分散液に浸漬処理した。
Comparative Example 3 The pitch fiber strands of Example 1 were mixed with 3.6% graphite fine particles with a particle size of 0.7 microns, 0.8% ammonium persulfate, and a nonionic surfactant [polyoxyethylene nonylphenol ether (Emulgen, manufactured by Kao Atlas Co., Ltd.). 910)) was immersed in an aqueous dispersion containing 0.4%.

このストランドを酸素雰囲気中で、不融化時の昇温速度
5℃/分(不融化所用時間60分)および昇温速度10
℃/分(不融化所用時間3o分)で不融化し、その後実
施例1の方法で炭化したところ、いずれの場合も融着が
起り、容易に個々のフィラメントに開繊する炭S繊維は
得られなかった。
This strand was heated in an oxygen atmosphere at a temperature increase rate of 5°C/min (required time for infusibility: 60 minutes) and a temperature increase rate of 10°C/min.
C/min (required infusibility time: 30 min) and then carbonized by the method of Example 1. In both cases, fusion occurred and charcoal S fibers that were easily spread into individual filaments were obtained. I couldn't.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  ピッチ系炭素繊維の製造において、ピッチ繊維に二硫
化モリブデン粉末または二硫化タングステン粉末を附着
させてから不融化処理することを特徴とする、ピッチ繊
維の不融化処理方法。
1. A method for making pitch fibers infusible, which comprises applying molybdenum disulfide powder or tungsten disulfide powder to pitch fibers and then subjecting them to infusibility treatment, in the production of pitch-based carbon fibers.
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