JPS61179320A - グラフアイト繊維及びその製品を製造する方法 - Google Patents
グラフアイト繊維及びその製品を製造する方法Info
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- JPS61179320A JPS61179320A JP2132986A JP2132986A JPS61179320A JP S61179320 A JPS61179320 A JP S61179320A JP 2132986 A JP2132986 A JP 2132986A JP 2132986 A JP2132986 A JP 2132986A JP S61179320 A JPS61179320 A JP S61179320A
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- 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
- D01F9/32—Apparatus therefor
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
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】
本発明はグラファイト化したポリアクリロニトリル（Ｐ
ＡＮ）繊維および特に実質的に増加した弾性率を有する
ＰＡＮ繊維に関する。
ＡＮ）繊維および特に実質的に増加した弾性率を有する
ＰＡＮ繊維に関する。
グラファイトＰＡＮ繊維は他の材料と共に複合材料を形
成するために使用され、特に高い強度対密度比及び高い
弾性率対密度比が要求される場合に使用される。しかし
、そのような適用は究極的な強度、弾性率及びグラファ
イト化したＰＡＮ繊維の径によって制限される。すなわ
ち、ＰＡＮ繊維の強度及び特に弾性率を増加するための
多くの試みがなされた。
成するために使用され、特に高い強度対密度比及び高い
弾性率対密度比が要求される場合に使用される。しかし
、そのような適用は究極的な強度、弾性率及びグラファ
イト化したＰＡＮ繊維の径によって制限される。すなわ
ち、ＰＡＮ繊維の強度及び特に弾性率を増加するための
多くの試みがなされた。
ＰＡＮを基にしたグラファイト繊維の製造のための本方
法はＰＡＮの紡糸、次に酸化、炭化及び続いて得られた
ＰＡＮ繊維のグラファイト化を要する。アルクロニトリ
ルモノマーは、アセチレンへのシアン化水素の触媒によ
る直接的付加又はエチレンオキシドへＨＣＮヲ付加し、
エチレンシアノヒドリンを得て次に脱水する等を含むい
くつかの既知の方法によってつくることができる。重合
は水溶液中で一般的に行われ、ポリマーか細い白色粉末
として系から沈澱する。
法はＰＡＮの紡糸、次に酸化、炭化及び続いて得られた
ＰＡＮ繊維のグラファイト化を要する。アルクロニトリ
ルモノマーは、アセチレンへのシアン化水素の触媒によ
る直接的付加又はエチレンオキシドへＨＣＮヲ付加し、
エチレンシアノヒドリンを得て次に脱水する等を含むい
くつかの既知の方法によってつくることができる。重合
は水溶液中で一般的に行われ、ポリマーか細い白色粉末
として系から沈澱する。
純粋なポリアクリロニトリルは多くの有機溶媒に十分に
は溶解しないので紡糸するのに困難である、そしてその
繊維は容易には染色されない。従って、通常は、純粋な
ＰＡＮホモポリマー以外のポリマーが商業的に製造され
ている。すなわち、’ ＰＡＮ ’繊維は、実際にはメ
チルメタアクリレート、ビニルピリジン、ビニルクロリ
ド等の少量部と反復アクリロニトリル単位とのコポリマ
ーで本来形成されたアクリルポリマーである。これらの
コポリマーは実質的にアクリロニトリルホモポリマーに
類似の多くの性質を示す。協定によって、繊維が′１５
チより多く他の物質を含んでいない場合には、それはポ
リアクリロニトリルと呼ばれ、そして１５％より多く含
んでいる場合には、変性アクリロニトリルと呼ばれる。
は溶解しないので紡糸するのに困難である、そしてその
繊維は容易には染色されない。従って、通常は、純粋な
ＰＡＮホモポリマー以外のポリマーが商業的に製造され
ている。すなわち、’ ＰＡＮ ’繊維は、実際にはメ
チルメタアクリレート、ビニルピリジン、ビニルクロリ
ド等の少量部と反復アクリロニトリル単位とのコポリマ
ーで本来形成されたアクリルポリマーである。これらの
コポリマーは実質的にアクリロニトリルホモポリマーに
類似の多くの性質を示す。協定によって、繊維が′１５
チより多く他の物質を含んでいない場合には、それはポ
リアクリロニトリルと呼ばれ、そして１５％より多く含
んでいる場合には、変性アクリロニトリルと呼ばれる。
そのようなコポリマーの例はオーロン（０ｒｌｏｎ ）
［イー、アイ、デュポン デ ネモウルス（Ｅ、 １
． Ｄｕｐｏｎｔ ｄａ Ｎｅｍｏｕｒｓ））、コーラ
ル サフ（Ｃｏｕｒｔｅｌｌｅ ＳＡＦ ） （コータ
ウルズ社（Ｃｏｕｒｔａｕｌｄｓ Ｌｔｄ、 ） ）
及びアクリラン（Ａｃｒｉｌａｎ ） Ｃ（ケムスト
ランド（Ｃｈｅｍｓｔｒａｎｄ）〕のような商品名で製
造されるＰＡＮ繊維を含む。
［イー、アイ、デュポン デ ネモウルス（Ｅ、 １
． Ｄｕｐｏｎｔ ｄａ Ｎｅｍｏｕｒｓ））、コーラ
ル サフ（Ｃｏｕｒｔｅｌｌｅ ＳＡＦ ） （コータ
ウルズ社（Ｃｏｕｒｔａｕｌｄｓ Ｌｔｄ、 ） ）
及びアクリラン（Ａｃｒｉｌａｎ ） Ｃ（ケムスト
ランド（Ｃｈｅｍｓｔｒａｎｄ）〕のような商品名で製
造されるＰＡＮ繊維を含む。
ＰＡＮ繊維をカーボン繊維に転換するために、ＰＡＮ繊
維をまず酸素又は空気、亜酸化窒素及び二酸化イオウの
ような酸素を含むガスにさらして約２２０℃に加熱する
ことによって酸化する。加熱はＣＨ，基のあるものを酸
化しそしてＨＣＮを発生させる環Ａ’Ｃ，ｋによっては
しご構造の形成を促進する。
維をまず酸素又は空気、亜酸化窒素及び二酸化イオウの
ような酸素を含むガスにさらして約２２０℃に加熱する
ことによって酸化する。加熱はＣＨ，基のあるものを酸
化しそしてＨＣＮを発生させる環Ａ’Ｃ，ｋによっては
しご構造の形成を促進する。
とのＰＡＮ繊維は約３００℃までのより高い温度でさら
に酸化できる。その後、炭化するために、酸化されたＰ
ＡＮ繊維は窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素のような
非酸化雰囲気中で３００℃〜８００℃の温度に加熱され
る。この段階で、ＰＡＮの分解反応からのＨＣＮ及び他
の生成物及び酸化の間に吸収された酸素もまたガスとし
て放出される。この放出は芳香族環構造配列された炭素
原子から主になるリボンの繊維の増成によって達成され
る。
に酸化できる。その後、炭化するために、酸化されたＰ
ＡＮ繊維は窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素のような
非酸化雰囲気中で３００℃〜８００℃の温度に加熱され
る。この段階で、ＰＡＮの分解反応からのＨＣＮ及び他
の生成物及び酸化の間に吸収された酸素もまたガスとし
て放出される。この放出は芳香族環構造配列された炭素
原子から主になるリボンの繊維の増成によって達成され
る。
これら炭化された繊維の強度及び弾性率は約１４００℃
まで急速に増化する。しかし、約１４００℃以上にさら
に加熱を続けると弾性率を増加するが、引張り強度は減
少する。
まで急速に増化する。しかし、約１４００℃以上にさら
に加熱を続けると弾性率を増加するが、引張り強度は減
少する。
その理由は明らかに炭化された繊維の構造がさらに真の
グラファイトを示すようになるからである。従って、商
業的繊維は通常低い弾性率及び高い強度をもつ炭化形で
又は高い弾性及び低い強度をもつ炭化形で提供される。
グラファイトを示すようになるからである。従って、商
業的繊維は通常低い弾性率及び高い強度をもつ炭化形で
又は高い弾性及び低い強度をもつ炭化形で提供される。
酸化の間に吸収された酸素が酸化された繊維中に存在す
ることが炭化及びグラファイト化工程においてグラファ
イト結晶構造の形成を促進する。工程の炭化及びグラフ
ァイト化段階にお込で炭素を含む化合物と同様に酸素が
、高弾性率グラファイト繊維と関連するミクロ−フィブ
リル構造の形成の間に放出される。大部分の酸素が１４
０００の炭化温度以上で放出される。１４００℃の直接
高温グラファイト化のカーボン繊維は高弾性繊維構造の
形成の間に酸素の除去が起る。全体の効果は炉材と同様
に繊維の分解である。相当な高温であるために、エネル
ギーの高入方が一定の高弾性率のグラファイト繊維を得
るために要求されている。
ることが炭化及びグラファイト化工程においてグラファ
イト結晶構造の形成を促進する。工程の炭化及びグラフ
ァイト化段階にお込で炭素を含む化合物と同様に酸素が
、高弾性率グラファイト繊維と関連するミクロ−フィブ
リル構造の形成の間に放出される。大部分の酸素が１４
０００の炭化温度以上で放出される。１４００℃の直接
高温グラファイト化のカーボン繊維は高弾性繊維構造の
形成の間に酸素の除去が起る。全体の効果は炉材と同様
に繊維の分解である。相当な高温であるために、エネル
ギーの高入方が一定の高弾性率のグラファイト繊維を得
るために要求されている。
従って、本発明の第一の目的はＰＡＮ先駆物質から製造
される改良されたグラファイト繊維を提供すること及び
改良されたグラファイト繊維を製造するための方法を提
供することである。
される改良されたグラファイト繊維を提供すること及び
改良されたグラファイト繊維を製造するための方法を提
供することである。
本発明のもう１つの目的は非常に高弾性率をもつグラフ
ァイト化されたＰＡＮ繊維を提供することである。
ァイト化されたＰＡＮ繊維を提供することである。
本発明のもつと特別な目的は反復アクリロニトリル単位
から実質的になるアクリルポリマーから誘導される高弾
性率グラファイト繊維をつくるための改良された方法を
提供することである。
から実質的になるアクリルポリマーから誘導される高弾
性率グラファイト繊維をつくるための改良された方法を
提供することである。
本発明のさらに別の目的の高弾性率が同じ先駆体から実
質的に等しい弾性率のグラファイト化された繊維を製造
するのに一般的に使用される温度より低い工程温度で達
成される改良された方法を提供することである。
質的に等しい弾性率のグラファイト化された繊維を製造
するのに一般的に使用される温度より低い工程温度で達
成される改良された方法を提供することである。
これらを目的として、本発明はグラファイト化の多工程
を通して繊維温度をサイクルして酸素を除去しそして繊
維を精製し、より高い弾性率の繊維製品としそして炉の
操作寿命の延長がなされる。この多工程グラファイト化
方法は最終的な高温グラファイト化の際に雰囲気をより
純粋にする。このより純粋な雰囲気では、従来の１工程
のグラファイト化と比較して、繊維の表面層の浸食がよ
り少く、より高強度及びより高弾性率のグラファイト繊
維になる。
を通して繊維温度をサイクルして酸素を除去しそして繊
維を精製し、より高い弾性率の繊維製品としそして炉の
操作寿命の延長がなされる。この多工程グラファイト化
方法は最終的な高温グラファイト化の際に雰囲気をより
純粋にする。このより純粋な雰囲気では、従来の１工程
のグラファイト化と比較して、繊維の表面層の浸食がよ
り少く、より高強度及びより高弾性率のグラファイト繊
維になる。
本発明の他の目的は以後の説明から次第に明らかになろ
う。従って、本発明はいくつかの工程及び次の詳しい開
示で例示される特徴、性質及び要素の関連を有する１以
上の工程の関連及び順序を含んでいる方法を含む。
う。従って、本発明はいくつかの工程及び次の詳しい開
示で例示される特徴、性質及び要素の関連を有する１以
上の工程の関連及び順序を含んでいる方法を含む。
本発明の性質及び目的のより十分な理解のために、この
明細書に掲載した図面を参照として次の詳細な説明を詳
読されたい。この図面には、本発明の１実施例を行うた
めに使用される装置の略図を示しである。
明細書に掲載した図面を参照として次の詳細な説明を詳
読されたい。この図面には、本発明の１実施例を行うた
めに使用される装置の略図を示しである。
今、第１図を参照として、マルチフィラメントシート、
ウェブ又はトウ２０の形でＰＡＮフィラメント又は繊維
が、ある既知のタイプの定速装置２４によって繊維供給
スプール２２から引き出される。典型的にはローラー２
９．３０及び３１を含む張力装置２８は、巻取装置３２
と関連して、ＰＡＮ繊維を、特に酸化の間に所望の程度
まで、引張るのに十分な均一の張力をマルチフィラメン
トシート、トウ又はウェブにかけておくことを意図する
ものである。繊維トウ２０は約２４０℃〜２７５℃に維
持されている傾斜炉（ｇｒａｄｉｅｎｔｆｕｒｎａｃｅ
） のような酸化室を通して張力をかけて移動する。
ウェブ又はトウ２０の形でＰＡＮフィラメント又は繊維
が、ある既知のタイプの定速装置２４によって繊維供給
スプール２２から引き出される。典型的にはローラー２
９．３０及び３１を含む張力装置２８は、巻取装置３２
と関連して、ＰＡＮ繊維を、特に酸化の間に所望の程度
まで、引張るのに十分な均一の張力をマルチフィラメン
トシート、トウ又はウェブにかけておくことを意図する
ものである。繊維トウ２０は約２４０℃〜２７５℃に維
持されている傾斜炉（ｇｒａｄｉｅｎｔｆｕｒｎａｃｅ
） のような酸化室を通して張力をかけて移動する。
とのトウは炉中において適当な酸化（トウが炉を離れる
とき繊維中１０〜１１重量％の酸素濃度）を保証するた
めに適当な滞留時間を提供するのに十分な速さで酸化雰
囲気中炉３４を通して移動する。
とき繊維中１０〜１１重量％の酸素濃度）を保証するた
めに適当な滞留時間を提供するのに十分な速さで酸化雰
囲気中炉３４を通して移動する。
炉３４は典型的には、多くの加熱域を含むことができる
。その加熱域は好ましくは、低い約り００℃〜高い約２
６０℃までの範囲であるが、炉の入口で１８０℃程度〜
出口で３００℃まで変化できる。もちろん、１以上の加
熱域を有する一連の分離炉を一連の温度段階を確立する
ために使用することができる。
。その加熱域は好ましくは、低い約り００℃〜高い約２
６０℃までの範囲であるが、炉の入口で１８０℃程度〜
出口で３００℃まで変化できる。もちろん、１以上の加
熱域を有する一連の分離炉を一連の温度段階を確立する
ために使用することができる。
同様に、特定の温度に保持された単−加熱域炉もまた繊
維製品に望まれる最終的性質によって、適当であること
ができる。
維製品に望まれる最終的性質によって、適当であること
ができる。
酸素及び空気、亜酸化窒素及び二酸化イオウのような酸
素を含むガスを含む酸化媒体が通路３６によって炉３４
へ供給される。炉３４の入口で供給されるようにのみ示
されているけれども、酸化媒体は繊維が酸化される通路
に沿った種々なポイントで炉へ注入できる。
素を含むガスを含む酸化媒体が通路３６によって炉３４
へ供給される。炉３４の入口で供給されるようにのみ示
されているけれども、酸化媒体は繊維が酸化される通路
に沿った種々なポイントで炉へ注入できる。
圧力の除去及び酸化反応のリサイクル及びある未反応ガ
スと同様にＰＡＮＯ熱分解生成物は通路３８を通して炉
３４をガス抜きすることによって達成される。
スと同様にＰＡＮＯ熱分解生成物は通路３８を通して炉
３４をガス抜きすることによって達成される。
炉３４を離れて、酸化されたトウ２ｏは炭化炉４０を通
過する。この炭化の間に、酸化されたＰＡＮフィラメン
ト又は繊維は窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素のよう
な非酸化性雰囲気で、約３００℃から約９００℃までの
温度に、炭化炉４０中で加熱される。酸化された繊維の
強度及び弾性率は、二酸化炭素、水、−酸化炭素、ＨＣ
Ｎ、ＮＨ８及び他の生成物が放出され、そして炭素の芳
香族環構造が形成されるこの段階で急速に増加する。次
に繊維は第２炭化炉４１へ導入されて、約１４００℃の
温度で炭化を完成する。
過する。この炭化の間に、酸化されたＰＡＮフィラメン
ト又は繊維は窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素のよう
な非酸化性雰囲気で、約３００℃から約９００℃までの
温度に、炭化炉４０中で加熱される。酸化された繊維の
強度及び弾性率は、二酸化炭素、水、−酸化炭素、ＨＣ
Ｎ、ＮＨ８及び他の生成物が放出され、そして炭素の芳
香族環構造が形成されるこの段階で急速に増加する。次
に繊維は第２炭化炉４１へ導入されて、約１４００℃の
温度で炭化を完成する。
炭化された繊維を冷却し、次の工程のために貯えるか又
は不溶性ガスの下に１４００℃以上の温度で直接炭化す
ることができる。本発明では、グラファイト化は２以上
又は４以下の加熱サイクルによってサイクルで行われる
、この加熱サイクルにおいて、繊維は好ましくは急速に
（例えば、約２分〜４分）比較的低い温度（例えば、室
温又は他の便利に維持される温度、典型的には炭化温度
以下〕からグラファイト化の温度（例えば、約り８００
℃〜約２８００℃）まで上昇させられ、そのグラファイ
ト化の温度で非常に手短に維持され（例えば、１７２分
より少くそして好ましくは約１５〜２０秒）、次に急速
（例えば２〜３秒で）にほぼ最初の低い度まで冷却され
る。
は不溶性ガスの下に１４００℃以上の温度で直接炭化す
ることができる。本発明では、グラファイト化は２以上
又は４以下の加熱サイクルによってサイクルで行われる
、この加熱サイクルにおいて、繊維は好ましくは急速に
（例えば、約２分〜４分）比較的低い温度（例えば、室
温又は他の便利に維持される温度、典型的には炭化温度
以下〕からグラファイト化の温度（例えば、約り８００
℃〜約２８００℃）まで上昇させられ、そのグラファイ
ト化の温度で非常に手短に維持され（例えば、１７２分
より少くそして好ましくは約１５〜２０秒）、次に急速
（例えば２〜３秒で）にほぼ最初の低い度まで冷却され
る。
便宜的には、この工程は約１又は２フイ一ト／分（３０
，４８〜６０．９６ｃｍ１分〕で小さな〔例えば、約７
．５ ｃｍ （３“）〕高温域を通して室温の繊維を移
動することによって行われることができ、そして次に室
温の環境へ戻す。
，４８〜６０．９６ｃｍ１分〕で小さな〔例えば、約７
．５ ｃｍ （３“）〕高温域を通して室温の繊維を移
動することによって行われることができ、そして次に室
温の環境へ戻す。
従って高温域中での平均滞留時間は１０秒近くであり、
低温から高温及び高温から低温への温度勾配は非芦に急
である。各一連のサイクルにおいて達する最大グラファ
イト化温度′ が前のサイクルの最高温度より
大きい場合に優れた結果が得られる。従って）最終サイ
クルが最も高い温度で行われる。 。
低温から高温及び高温から低温への温度勾配は非芦に急
である。各一連のサイクルにおいて達する最大グラファ
イト化温度′ が前のサイクルの最高温度より
大きい場合に優れた結果が得られる。従って）最終サイ
クルが最も高い温度で行われる。 。
グラファイト化サイクルは、グラファイト化炉４２内で
制御された非酸化雰囲気（例えば、アルゴン、窒素、等
〕において行われることができる。その雰囲気は場合に
よりトリエチルボラン及び水素の混合物又はジボラン及
びメタンの混合物等のようなグラファイト化触媒を含む
ことができる。その触媒は工程の間に最初の繊維構造中
に残されたきす又はボイドを解消することによって明ら
かに弾性率の改良を促進する。重要なことは、フィード
スプールから巻戻すとき繊維に張力をかけることによっ
て繊維がグラファイト化の間に収縮しないようにするこ
とである。繊維を収縮させると不均一なグラファイト構
造となりそして与えられたグラファイト化温度に対して
可能な最も高い弾性率を達成できない。
制御された非酸化雰囲気（例えば、アルゴン、窒素、等
〕において行われることができる。その雰囲気は場合に
よりトリエチルボラン及び水素の混合物又はジボラン及
びメタンの混合物等のようなグラファイト化触媒を含む
ことができる。その触媒は工程の間に最初の繊維構造中
に残されたきす又はボイドを解消することによって明ら
かに弾性率の改良を促進する。重要なことは、フィード
スプールから巻戻すとき繊維に張力をかけることによっ
て繊維がグラファイト化の間に収縮しないようにするこ
とである。繊維を収縮させると不均一なグラファイト構
造となりそして与えられたグラファイト化温度に対して
可能な最も高い弾性率を達成できない。
炉４２は典型的には、室温域によって分離された複数の
間隔をおいた別個の高温域４４．４６及び４８を含み、
各高温域は温度を制御するための個々の制御手段（一般
的には５ｏ、５２及び５４で示される）を有している。
間隔をおいた別個の高温域４４．４６及び４８を含み、
各高温域は温度を制御するための個々の制御手段（一般
的には５ｏ、５２及び５４で示される）を有している。
その他、炉４２は各々が個々の熱制御を有する一連の分
離した別個の炉で形成されることができる。巻取装置６
２の形をとっている装置が、繊維が炉４２を通過すると
き繊維へあらかじめ決められた張力を与える。
離した別個の炉で形成されることができる。巻取装置６
２の形をとっている装置が、繊維が炉４２を通過すると
き繊維へあらかじめ決められた張力を与える。
サイクルグラファイト化の使用が、最終的なグラファイ
ト化サイクルの前に他の揮発性の化合物と同様に酸素を
除去させる。これは繊維の炭素濃度を９５〜１００％に
増加する目的をもつ精製工程に不可欠である。主な利点
は高弾性グラファイト構造の形成前の純粋な炭素繊維の
達成であり、高強度及び高弾性率繊維の達成であり、且
つ酸素汚染からの浸食を減少させた結果である改良され
た炉寿命の達成である。
ト化サイクルの前に他の揮発性の化合物と同様に酸素を
除去させる。これは繊維の炭素濃度を９５〜１００％に
増加する目的をもつ精製工程に不可欠である。主な利点
は高弾性グラファイト構造の形成前の純粋な炭素繊維の
達成であり、高強度及び高弾性率繊維の達成であり、且
つ酸素汚染からの浸食を減少させた結果である改良され
た炉寿命の達成である。
次の例は、さらに本発明及びそれによって得られる利益
を説明するものである。これらの例は説明のためのみに
掲げられているのであり、従ってこの発明がその例にお
いて述べられる特別な条件に限定されると解釈されるべ
きではない。基礎となる測定値を確立するために、実験
が行われた。その実験では、最初１４００℃で炭化され
たＰＡＮを基材にした繊維が窒素、水素、及びトリエチ
ルボランの雰囲気で２８００℃で直接グラファイト化さ
れた。得られた性質は次のように測定された二弾性率に
ついては５６．８ Ｘ １０’ ｐｓｉ。
を説明するものである。これらの例は説明のためのみに
掲げられているのであり、従ってこの発明がその例にお
いて述べられる特別な条件に限定されると解釈されるべ
きではない。基礎となる測定値を確立するために、実験
が行われた。その実験では、最初１４００℃で炭化され
たＰＡＮを基材にした繊維が窒素、水素、及びトリエチ
ルボランの雰囲気で２８００℃で直接グラファイト化さ
れた。得られた性質は次のように測定された二弾性率に
ついては５６．８ Ｘ １０’ ｐｓｉ。
（４Ｘ１０’障／ｄ）、引張強度については２４５Ｘ１
０’ ｐｓｉ （１７，２Ｘ１０” ＫＶ／−）。
０’ ｐｓｉ （１７，２Ｘ１０” ＫＶ／−）。
例１
基礎となる測定値を得るために使用された繊維と同じＰ
ＡＮを基材にした先駆物質カーボン繊維（あらかじめ１
４００℃までに熱せられている）を２３００℃にして約
１５〜２０秒間グラフアイ゛ト化して、ただちに室温に
置いて冷却し、次に２８００℃にしてグラファイト化し
、そして次に急速に室温までに冷却する。上昇した温度
では両方共に、炉の雰囲気は窒素、水素、及びトリエチ
ルボランを含んでいた。各温度で工程を行った繊維につ
いて測定された性質は次の通りである。
ＡＮを基材にした先駆物質カーボン繊維（あらかじめ１
４００℃までに熱せられている）を２３００℃にして約
１５〜２０秒間グラフアイ゛ト化して、ただちに室温に
置いて冷却し、次に２８００℃にしてグラファイト化し
、そして次に急速に室温までに冷却する。上昇した温度
では両方共に、炉の雰囲気は窒素、水素、及びトリエチ
ルボランを含んでいた。各温度で工程を行った繊維につ
いて測定された性質は次の通りである。
１４００ ℃
弾性率 ４０刈０’ ｐｓ ｉ （２，８Ｘ１
０’し一〕引張強度 ５００Ｘ１０” ｐｓ ｉ
（３５刈０５Ｋｇ／ＣＩＡ）２３００ ℃ 弾性率 ５０．６刈０’ｐｓｉ（３，５６刈０
’Ｋ（ｍ）引張強度 ３９０Ｘ１０” ｐｇ ｉ
（２７，４２Ｘ１０’レー）２８００ ℃ 弾性率 ６９．５Ｘ１０’ ｐａ ｉ （４，
９Ｘ１０’ Ｋｇ々り引張強度 ３６８刈０’
ｐ ｓ ｉ （２５，９Ｘ１０’陵−）明らかに、最終
温度で工程を行うことによって得られた弾性率は基礎と
なる測定値と比較して相当に改良された。
０’し一〕引張強度 ５００Ｘ１０” ｐｓ ｉ
（３５刈０５Ｋｇ／ＣＩＡ）２３００ ℃ 弾性率 ５０．６刈０’ｐｓｉ（３，５６刈０
’Ｋ（ｍ）引張強度 ３９０Ｘ１０” ｐｇ ｉ
（２７，４２Ｘ１０’レー）２８００ ℃ 弾性率 ６９．５Ｘ１０’ ｐａ ｉ （４，
９Ｘ１０’ Ｋｇ々り引張強度 ３６８刈０’
ｐ ｓ ｉ （２５，９Ｘ１０’陵−）明らかに、最終
温度で工程を行うことによって得られた弾性率は基礎と
なる測定値と比較して相当に改良された。
例２
例１で使用された繊維と同じＰＡＮを基材にした先駆物
質カーボン繊維が、室温から工程温度までそして急速に
室温へ戻る３サイクルにおいて、それぞれ１８００℃、
２３００℃及び２８００℃で各々約１５〜２０秒の３サ
イクルによって、醒化された。３つ温度ｒ１８ＱＯ℃、
２３００℃及び２８００℃）すべてにおいて、炉の雰囲
気は窒素、水素及びトリエチルボランを含んでいた。１
８００℃での性質は測定されなかった。２３００℃及び
２８００℃での性質は次のとおりであった。
質カーボン繊維が、室温から工程温度までそして急速に
室温へ戻る３サイクルにおいて、それぞれ１８００℃、
２３００℃及び２８００℃で各々約１５〜２０秒の３サ
イクルによって、醒化された。３つ温度ｒ１８ＱＯ℃、
２３００℃及び２８００℃）すべてにおいて、炉の雰囲
気は窒素、水素及びトリエチルボランを含んでいた。１
８００℃での性質は測定されなかった。２３００℃及び
２８００℃での性質は次のとおりであった。
２３００℃
弾性率 ５９．１刈０” ｐｓ ｉ （４，１
５Ｘ１０’に州）引張強度 ４０５Ｘ１０’ ｐ
ｓ ｉ （２８，５刈０３陸佃）２８００℃ 弾性率 ７２．０Ｘ１０’ ｐｓ ｉ （５，
ｌＸ１０’階ダ）引張強度 ３６９刈０’ ｐｓ
ｉ （２５，９Ｘ１０３Ｋｆ／ｆｆ１）１８００℃に
する最初の加熱サイクルの付加によって例１の対応する
製品と比較して弾性率が著しく改良されたことは注目に
値いする。
５Ｘ１０’に州）引張強度 ４０５Ｘ１０’ ｐ
ｓ ｉ （２８，５刈０３陸佃）２８００℃ 弾性率 ７２．０Ｘ１０’ ｐｓ ｉ （５，
ｌＸ１０’階ダ）引張強度 ３６９刈０’ ｐｓ
ｉ （２５，９Ｘ１０３Ｋｆ／ｆｆ１）１８００℃に
する最初の加熱サイクルの付加によって例１の対応する
製品と比較して弾性率が著しく改良されたことは注目に
値いする。
例３
同じ型のＰＡＮを基材にした先駆物質カーボン繊維をそ
れぞれ１８００℃、２３００℃及び２８００℃で各々１
５〜２０秒間本発明に従ってサイクルでグラファイト化
した。
れぞれ１８００℃、２３００℃及び２８００℃で各々１
５〜２０秒間本発明に従ってサイクルでグラファイト化
した。
１８００℃での炉雰囲気は窒素だけであり、そして２３
００℃及び２８００℃では窒素、水素及びトリエチルポ
ランであった。３つの工程温度すべてについて測定され
た結果は次のようであった。
００℃及び２８００℃では窒素、水素及びトリエチルポ
ランであった。３つの工程温度すべてについて測定され
た結果は次のようであった。
１８００℃
弾性率 ４３．６刈０’ ｐａｔ（３，ｌＸ１
０”階−）引張強度 ３３０Ｘ１０３ｐｓ ｉ
（２３，２Ｘ１０３曙ダ〕２３００℃ 弾性率 ５５．４Ｘ１０’ ｐｓ ｉ （３，
９Ｘ１０’Ｋｇ／ｃｒＩ）引張強度 ２９８ＸＩ
Ｑ３ｐｓ ｉ （２０，９Ｘ１西肩）２８００℃ 弾性率７７、ＯＸｌ ０’ ｐ ｓ ｉ （５，４１Ｘ
１０’に９／ｃａｌ）引張強度 ３０４Ｘ１０３
ｐｓ ｉ （２１３７刈０”Ｋｑ／ｄ）ここに含まれた
発明の範囲から逸脱することなしに前記の工程にある種
の変更を加えることができるので、前記において含まれ
るすべての事項又は掲げである図面に示されるすべての
事項は説明するためのものであって、制限するものでは
ない。
０”階−）引張強度 ３３０Ｘ１０３ｐｓ ｉ
（２３，２Ｘ１０３曙ダ〕２３００℃ 弾性率 ５５．４Ｘ１０’ ｐｓ ｉ （３，
９Ｘ１０’Ｋｇ／ｃｒＩ）引張強度 ２９８ＸＩ
Ｑ３ｐｓ ｉ （２０，９Ｘ１西肩）２８００℃ 弾性率７７、ＯＸｌ ０’ ｐ ｓ ｉ （５，４１Ｘ
１０’に９／ｃａｌ）引張強度 ３０４Ｘ１０３
ｐｓ ｉ （２１３７刈０”Ｋｑ／ｄ）ここに含まれた
発明の範囲から逸脱することなしに前記の工程にある種
の変更を加えることができるので、前記において含まれ
るすべての事項又は掲げである図面に示されるすべての
事項は説明するためのものであって、制限するものでは
ない。
第１図は本発明による方法及び装置を説明するための模
式図である。 ２０・・・・・シートウェブ又はトウ ２２・・・・・スプール ２４・・・・・定速装置 ２８・・・・・張力装置 ２９・・・・・ローラー ３０・・・・・ローラー ３１・・・・・ローラー ３２・・・・・巻取装置 ３４・・・・・傾斜炉 ３６・・・・・ガス通路 ３８・・・・・ガス通路 ４０・・・・・炭化炉 ４１・・・・・第２炭化炉 ４２・・・・・グラファイト化炉 ４４・・・・・高温域（グラファイト化）４６・・・・
・高温域（グラファイト化）４８・・・・・高温域（グ
ラファイト化）５０・・・・・温度制御手段 ５２・・・・・温度制御手段 ５４・・・・・温度制御手段 ６２・・・・・・巻取装置 出願人 ： ファイバー マテリアルズ。 インコーポレーテツド
式図である。 ２０・・・・・シートウェブ又はトウ ２２・・・・・スプール ２４・・・・・定速装置 ２８・・・・・張力装置 ２９・・・・・ローラー ３０・・・・・ローラー ３１・・・・・ローラー ３２・・・・・巻取装置 ３４・・・・・傾斜炉 ３６・・・・・ガス通路 ３８・・・・・ガス通路 ４０・・・・・炭化炉 ４１・・・・・第２炭化炉 ４２・・・・・グラファイト化炉 ４４・・・・・高温域（グラファイト化）４６・・・・
・高温域（グラファイト化）４８・・・・・高温域（グ
ラファイト化）５０・・・・・温度制御手段 ５２・・・・・温度制御手段 ５４・・・・・温度制御手段 ６２・・・・・・巻取装置 出願人 ： ファイバー マテリアルズ。 インコーポレーテツド
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、先駆物質ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を基材に
した炭化繊維からグラファイト繊 維を製造する方法であつて、非酸化雰囲気 においてグラファイト化温度と比較的によ り低い温度との間で、少なくとも２サイク ルによつて、前記繊維をサイクルで加熱し 及び冷却する工程を含む方法。 ２、前記サイクルの加熱及び冷却が４サイクル以下によ
つて行われる特許請求の範囲第 １項の方法。 ３、前記比較的により低い温度が前記炭化繊維を形成す
る炭化温度より低い特許請求の 範囲第１項の方法。 ４、前記炭化温度が約１４００℃である特許請求の範囲
第３項の方法。 ５、前記繊維が前記グラファイト化温度で各サイクルの
間約１／２分より短い間維持さ れる特許請求の範囲第１項の方法。 ６、前記繊維が前記グラファイト化温度に各サイクルの
間約１５〜２０秒間維持される 特許請求の範囲第５項の方法。 ７、前記繊維の温度が前記比較的により低い温度と前記
グラファイト化温度との間を数 秒間で変えられる特許請求の範囲第５項の 方法。 ８、各一連のサイクルにおけるグラファイト化温度が次
のより前のサイクルのグラファ イト化温度より高い特許請求の範囲第１項 の方法。 ９、最終サイクルのグラファイト化温度が約２８００℃
である特許請求の範囲第８項の 方法。 １０、グラファイト化の間前記繊維に長さの収縮を防止
するのに十分な張力をかける工程 を含む特許請求の範囲第１項の方法。 １１、先駆物質ポリアクリロニトリルを基材にした繊維
からグラファイト繊維を製造する 装置であつて； 前記繊維を張力の下に約１４００℃まで の温度で加熱して前記繊維の炭化を行う手 段；及び グラファイト化温度と約１４００℃より 低い温度との間で、張力の下に少くとも２ サイクルによつて、前記炭化された繊維を サイクル的に急速に加熱し及び急速に冷却 する手段とを組合せにおいて含む装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US69797885A | 1985-02-04 | 1985-02-04 | |
| US697978 | 1985-02-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61179320A true JPS61179320A (ja) | 1986-08-12 |
Family
ID=24803392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2132986A Pending JPS61179320A (ja) | 1985-02-04 | 1986-02-04 | グラフアイト繊維及びその製品を製造する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61179320A (ja) |
| DE (1) | DE3602330A1 (ja) |
| FR (1) | FR2576922A1 (ja) |
| GB (1) | GB2170491A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US4990285A (en) * | 1988-02-22 | 1991-02-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Balanced ultra-high modulus and high tensile strength carbon fibers |
| DE102017107597B4 (de) | 2017-04-07 | 2019-05-02 | Bernd Burchard | Bauelemente mit einer bei Raumtemperatur supraleitenden Teilvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| DE102017109759A1 (de) | 2017-04-07 | 2018-10-11 | Bernd Burchard | Magnetfeld sensitives Bauelement mit einer bei Raumtemperatur supraleitenden Teilvorrichtung |
| DE112018001893A5 (de) | 2017-04-07 | 2020-01-02 | Bernd Burchard | Material für Raumtemperatur-Supraleitung und dessen Anwendung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1093084A (en) * | 1965-03-16 | 1967-11-29 | Union Carbide Corp | Manufactured graphite yarn |
| US3539295A (en) * | 1968-08-05 | 1970-11-10 | Celanese Corp | Thermal stabilization and carbonization of acrylic fibrous materials |
-
1986
- 1986-01-02 GB GB08600020A patent/GB2170491A/en not_active Withdrawn
- 1986-01-27 DE DE19863602330 patent/DE3602330A1/de not_active Withdrawn
- 1986-02-03 FR FR8601449A patent/FR2576922A1/fr not_active Withdrawn
- 1986-02-04 JP JP2132986A patent/JPS61179320A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2170491A (en) | 1986-08-06 |
| FR2576922A1 (fr) | 1986-08-08 |
| DE3602330A1 (de) | 1986-08-07 |
| GB8600020D0 (en) | 1986-02-12 |
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