JPS61185588A - ピツチ系炭素繊維用紡糸ピツチの製造法 - Google Patents

ピツチ系炭素繊維用紡糸ピツチの製造法

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JPS61185588A
JPS61185588A JP2499985A JP2499985A JPS61185588A JP S61185588 A JPS61185588 A JP S61185588A JP 2499985 A JP2499985 A JP 2499985A JP 2499985 A JP2499985 A JP 2499985A JP S61185588 A JPS61185588 A JP S61185588A
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JP
Japan
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pitch
spinning
optical anisotropy
softening point
ratio
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Pending
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JP2499985A
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English (en)
Inventor
Shigeki Tomono
茂樹 友納
Tsutomu Yonemori
勉 米盛
Shinkichi Tajima
田島 新吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
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  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

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〕 本発明はピッチ系炭素繊維用紡糸ピッチの製造法に関す
るものであり、よシ詳しくは、比較的低温で紡糸てきか
つ高強度、高伸度のピッチ系炭素繊維を安定して製造し
うる紡糸ピッチの製造法に関するものである。
〔従来の技術〕
炭素繊維は、比強度、比弾性率が高い材料で、高性能複
合材料のフィラー繊維として最も注目されておシ、中で
もピッチ系炭素繊維は原料が潤沢である、炭化工程の歩
留が大きい、繊維の弾性率が高い、等ポリアクリロニ)
 IJル系炭素繊維処比べて様々な利点を持ってbる。
ところで、このような利点を有するピッチ系炭素繊維の
原料である紡糸ピッチは種々検討されて込る。
すなわち、従来紡糸ピッチとして使用していた等方質ピ
ッチの代υに、炭素質原料を加熱処理して、異方性が発
達し、配向しやすい分子種が形成されたピッチを使用す
ることによシ、高特性のピッチ系炭素繊維が得られるこ
とが報告(%公昭ダターr≦34を号)されて以来、配
向性の良好な紡糸ピッチの調製について檀々検討されて
きた。
周知の様に、重質油、タール、ピッチ等の炭素JX原料
を35θ〜!00℃に加熱すると、それら物質中に粒径
が数ミクロンから数百ミクロンの、偏光下に光学的異方
性を示す小球体が生成する。そして、さらに加熱すると
これらの小球体は成長、合体し、ついには全体が光学的
異方性を示す状態となる。この異方性組織は炭素質原料
の熱重縮合反応によシ生成した平面状高分子芳香族炭化
水素が層状に績み重なり、配向したもので、黒鉛結晶構
造の前駆体とみなされている。
この様な異方性組織を含む熱処理物は、一般的にはメソ
フェーズピッチと呼称されて込る。
かかるメンフェーズピッチを紡糸ピッチとして使用する
方法としては、例えば、石油系ピッチを静置条件下で約
310−4tjO℃で加熱処理し、4tO−90重量−
のメソフェーズを含有するピッチを得て、これを紡糸ピ
ッチとする方法が提案されている(%開昭4t9−/り
727号)。
しかし、かかる方法によシ等方質の炭素質原料をメン化
するKは長時間を喪するので、予め炭素質原料を十分量
の溶媒で処理してその不溶分を得、それをλ30〜4t
OO℃の温度で70分以下の短時間加熱処理して、高度
に配向され、光学的異方性部分が7j重1%以上で、キ
ノリンネ溶分−2!重量%以下の、所謂、ネオメツエー
スピッチを形成し、これを紡糸ピッチトスる方法が提案
されている(%開昭j4t−/104t27号)。
その他、高特性炭素繊維製造用の配向性のよい紡糸ピッ
チとしては、例えば、コールタールピッチをテトラヒド
ロキノリン存在下に水添処理し、次いで、約4tro℃
で短時間加熱処理して得られる光学的に等方性で600
℃以上に加熱することによって異方性に変わる性質を有
するピッチ、72Ir鯖、プリメソフェーズピッチ(特
開昭j / −7F4t2/号)、或いは、メソフェー
ズピッチをBirch還元法等によシ水素化処理して得
られる光学的に等方性で外力を加えるとその方向への配
向性を示すピッチ、pJT謂、ドーマントメソフェーズ
(特開昭j7−100/d’乙号)等が提案されている
この様な紡糸ピッチをノズルを通して溶融紡糸すること
によりピッチ繊維を得ることができる。次いで、このピ
ッチ繊維を不融化、炭化、さらに場合によシ黒鉛化する
事によってピッチ系の尚特性炭素繊維を得る革ができる
〔発明が解決しようとする問題点〕
このようにピッチ系炭素繊維において高特性を発現させ
るためには、配向性のよい紡糸ピッチを調製することが
必要であり、そのために上記方法が提案されている。通
常従来の方法によ)配向性のよ騒肪糸ピッチを製造する
とピッチ中の平面状高分子炭化水素の積層構造が大きく
なることにより紡糸ピッチの軟化点が上昇し紡糸温度が
高くなる。そのため溶融紡糸操作中に紡糸ピッチの一部
にコーキングが発生し紡糸操作を安定して行なうことが
できなくなる場合があった。一方等方質ピッチや低配向
性の紡糸ピッチを用いる場合はコーキングが発生しない
低温で溶融紡糸操作が可能であり紡糸性も良好となる場
合もあるが、得られたピッチ系炭素繊維は高特性が発現
しな−という欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は上記問題点に留意し、鋭意検討した結果、
光学的異方性割合が異なる2樵類のピッチを混合するこ
とによシ、上記欠点が克服されることを見い出し、この
知見に基づいて本発明に到遅した。
すなわち、本発明の目的は、低温で紡糸が可能であシ、
かつ高特性のピッチ系炭素繊維を製造しうる紡糸ピッチ
を提供することにある。
この目的は光学的異方性割合が20%以上のピッチ(A
)と光学的異方性割合が70%未満のピッチ(E)とを
混合し、紡糸ピッチを製造することにより容易に達成さ
れる。
以下、本発明の詳細な説明するに、紡糸ピッチを得るた
めの炭素質原料としては、例えば、石炭系のコールター
ル、コールタールピッチ、石炭液化物、石油系の重質油
、タール、ピッチ等が挙げられる。これらの炭素Jx原
料には通常フリーカーボン、未溶解石炭、灰分などの不
純物が含まれているが、これらの不純物はP遇、遠心分
隠、あるいは溶剤を使用する静置沈降分離などの周知の
方法で予め除去しておく事が望ましい。
また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処理した後特定
溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あるいは水素供
与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理するといった方
法で予備処理を行なっておいても良い。
本発明においては、前記炭素質原料ある込は予備処理を
行なった炭素質原料を、通常jjO〜zoo℃、好まし
くは3?θ〜グ!θ℃で、−分〜よ0時間、好ましくは
j分〜j時間、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下
、或いは、吹き込み下に加熱処理することによって所望
の異方性割合の紡糸ピッチを製造することができる。
本発明でいう紡糸ピッチの光学的異方性組織割合は、常
温下偏光顕微鏡での紡糸ピッチ試料中の光学的異方性を
示す部分の面積割合として求めた値である。
具体的には、例えばピッチ試料を数顛角に粉砕したもの
を常法に従って直径約−個の樹脂の表面のほぼ全面に試
料片を埋込み、表面を研磨後、表面全体をくまなく偏光
顕微鏡(100倍率)下で観察し、試料の全表面積に占
める光学的異方性部分の面積の割合を測定する事によっ
て求める。
ピッチ(A)は光学的異方性割合が20%以上であれば
他の物性は特に制限されないが、トルエン不溶分90−
タデ係、軟化点2よO〜3jO℃程度のものが好ましい
。ピッチ(B)は光学的異方性割合が♂θチ未満、好ま
しくは7θチ以下、更に好ましくは60−以下であれば
よく、勿論等方法ピッチでもよい。ピッチ(B)のトル
エン不溶分は、通常20〜9!チ、軟化点はioo〜ツ
チ俸)及びピッチCB)の物性値に基づき、要求される
特性の炭素繊維が得られ、かつ紡糸が容易に実施できる
粘度となるように選定しなければの範囲から選定すれば
よい。
ところで、ピッチ俸)の軟化点が高い場合はピッチ(B
)の混合割合を多くして紡糸温度を下げることが必要で
ある。しかし過度にピッチ(B)が多すぎると高特性の
炭素繊維を得ることが困難どなる場合もあるので上記混
合割合の範囲内において適宜選択決定される。
両者の混合方法としては粉砕混合方法でも良いし、熱溶
融混合方法でも良い。但し熱溶融の時はピッチの重質化
を抑制するためにN1、アルゴン等の不活性雰囲気下に
て溶融温匪は3♂0℃以下、保持時間コhr以下が望ま
しい。
このように製造した紡糸ピッチについて従来の方法によ
って溶融紡糸し不融化処理を行ない、次いで炭化処理を
し、さらに必要に応じて黒鉛化処理することによシ高特
性のピッチ系炭素繊維を得ることができる。
〔効 果〕
本発明においては、光学的異方性割合がtr。
−以上のピッチ(ハ))、すなわち高特性に不可欠であ
る高配向した平面状高分子炭化水素を含む高軟化点のピ
ッチ休)と、同割合が10%未満のピッチ(B)、すな
わち配向性の低−1低軟化点のピッチ(B)とを混合す
ることにより、配向性の低いピッチが可塑剤として作用
して紡糸ピッチの軟化点を下げることができ、この紡糸
ピッチの溶融紡糸を行うとピッチ(A)のみを紡糸ピッ
チとした場合にくらべてはるかに低い温度で溶融紡糸が
でき、しかも得られたピッチ繊維を不融化、炭化、必要
に応じて黒鉛化することにより従来法にてfA製した同
一軟化点□の紡糸ピッチにくらべて高強度を保持し、し
かも高伸度のピッチ系炭素繊維を製造することが可能と
なった。
〔実施例〕
以下実施例を挙けて本発明を具体的に説明する。
実施例7〜3 rtt−トクレープにコールタールピッチλ榴と、水添
した芳香族油2 kgを入れ、<tjO℃で7時間加熱
処理した。この処理物を減圧蒸留して残渣ピッチを得た
。次いで、との残渣ピッf20Ofに窒素ガスをバブリ
ングしなからり3θ℃で721分間加熱処理し、ピッチ
(A)を得た。侍られたピンチGA)の異方性割合け1
00チであり、軟化点は3/♂℃であった。
次いで上記残渣ピッチを同一条件で!分間加熱処理しピ
ッチ(E)を得た。得られたピッチ(B)の異方性割合
は0%であった。
次にピッチ(A) K 、表/に示す割合のピッチ(B
)を混合し370℃で30分間窒素雰囲気中で加熱溶融
して紡糸ピッチを調製した。
得られた紡糸ピッチの軟化点を表/に示す。
次にこれらの紡糸ピッチを孔径0.3龍、長さ0、ごx
yiの紡糸口金を用いて紡糸温度324t”Cで溶融紡
糸を行い、ピッチ繊維を得た。糸径りμmのピッチ繊維
を長時間にわた多安定的に得ることができる紡糸温度の
下限を表/に示す。得られたピッチ繊維を空気中310
℃で不融化し、さらにアルゴン雰囲気下/lθ0℃で炭
化して炭素繊維を得た。この炭素繊維の引張シ強度及び
伸度を測定し、その結果を表−/に示す。
比較例/ 実施例/で用いたものと同一の紡糸ピッチGA)を実施
例/と全く同様にして紡糸を行ったところ、糸径りμの
ピッチ繊維を安定的に得ることができる紡糸温度の下限
は3!Q℃であった。
紡糸温度3!0℃で溶融紡糸して得られたピッチ繊維を
実施例/と同様にして炭素繊維を製造した。この炭素繊
維の引張シ強度及び伸度を測定し、その結果を表−/に
示す。
比較例コ 実施例/の紡糸ピッチと同一軟化点(3θ0℃1の紡糸
ピッチを従来法にて調製し実施例/と同様にして紡糸を
行ったところ糸径りμmのピッチ潅維を安定的に得るこ
とができる紡糸温度の下限は33!℃であった。紡糸温
度j3j’cで溶m紡糸して得られたピッチ繊維を実施
例/と同様にして炭素繊維を製造した。この炭素繊維の
引張り強度及び伸度を測足し、その結果を表−/に示す

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学的異方性割合が、80%以上のピッチ(A)
    と光学的異方性割合が80%未満のピッチ(B)とを混
    合し、紡糸ピッチを製造することを特徴とするピッチ系
    炭素繊維用紡糸ピッチの製造法。
  2. (2)ピッチ(B)の混合量がピッチ(A)に対し1〜
    80重量5である特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)ピッチ(B)の光学的異方性割合が0〜70%で
    ある特許請求の範囲第1又は2項に記載の方法。
  4. (4)ピッチ(B)が等方性ピッチである特許請求の範
    囲第1〜3項の何れかに記載の方法。
  5. (5)ピッチ(A)の軟化点が250〜350℃である
    特許請求の範囲第1〜4項の何れかに記載の方法。
  6. (6)ピッチ(B)の軟化点が100〜300℃である
    特許請求の範囲第1〜5項の何れかに記載の方法。
JP2499985A 1985-02-12 1985-02-12 ピツチ系炭素繊維用紡糸ピツチの製造法 Pending JPS61185588A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584577U (ja) * 1992-04-22 1993-11-16 市光工業株式会社 車両用装置における雨垂れ防止構造
JP2009030189A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Teijin Ltd 炭素繊維およびその製造方法
CN101979439A (zh) * 2010-10-29 2011-02-23 西安北方捷瑞光电科技有限公司 一种抛光沥青的预处理方法

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