JPS62177220A - ピツチ系炭素繊維の製造方法 - Google Patents

ピツチ系炭素繊維の製造方法

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JPS62177220A
JPS62177220A JP1536386A JP1536386A JPS62177220A JP S62177220 A JPS62177220 A JP S62177220A JP 1536386 A JP1536386 A JP 1536386A JP 1536386 A JP1536386 A JP 1536386A JP S62177220 A JPS62177220 A JP S62177220A
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岡島 泰三
Tetsuo Yamada
山田 鉄男
Hiroyuki Sekiguchi
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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の製造方法に関するものであ
る。
(従来の技術) 炭素繊維は、比強度及び比弾性率が高い材料であシ、高
性能複合材料のフィラー繊維として注目されている。
現在、炭素繊維はポリアクリロニトリル(PAN)を原
料とするPAN系炭素炭素繊維ッチ類を原料とするピッ
チ系炭素繊維が製造されているが、一般に開発が先行し
ていた為にPAN系炭素炭素繊維く使用され、高強度、
高弾性の高特性炭素繊維としても主としてPAN系炭素
炭素繊維々の工夫を加えて使用されているのが現状であ
る。
しかしながら、PAN系炭素炭素繊維に高弾性化するこ
とには限界がある点で難点を有している。又、その原料
であるPANが高価であること、原料当りの炭素繊維の
収蓋が低いこと等のため高価であるという難点も有して
いる。
そこで近年より高弾性な特徴を有し、より広範な用途が
期待されるピッチ系炭素繊維の高特性化が種々検討され
ている。
一般にピッチ系炭素繊維の製造は、ピッチ類を加熱溶融
し、溶融紡糸してピッチ繊維を得、これを空気などの酸
化性雰囲気下で一〇〇〜1Ioo℃程度で加熱して不融
化繊維とし1次いで窒素などの不活性ガス芥囲気中で1
00℃以上に加熱して炭化し、更に必要に応じてコ00
0〜J000Cの高温で黒鉛化処理することによシ得ら
れる。
ところが、PANを原料とする場合に比較して、糸強度
が極めて弱いピッチ繊維を連続したフィラメント状で製
造するには、合成繊維の製造の際に用いられる巻き取シ
装置では、糸切れ、ケバ立ちを生じ易く、連続的に処理
するのは非常に困難であった。
そこで、ピッチ繊維を連続したフィラメント状で製造す
る場合には、ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維
を容器等に沈積させ、その状態で不融化並びに炭化する
方法などが行なわれていた。
しかしながら、かかる方法では、ピッチ繊維力が付与さ
れていない状態で炭化収縮が行なわれる念め、得られた
炭素繊維が直線状とはならず、ら線状あるいは波うつ等
の焼きぐせがついてしまうという問題があった。
そこで、かかる問題点を解決するために、ピッチを溶融
紡糸し集束剤を使わず気流引取装置を介して容器に引取
ることにより連続フィラメント状ピッチ繊維束を得、こ
れを不融化し、次いで特定の破断伸度まで1次炭化した
後、緊張下にさらに高温で炭化する方法(特開昭60−
lコロ3コダ号公報)が知られている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、かかる方法では、集束剤を用いずピッチ
繊維束を製造するため、静電気の作用で単繊維が互いに
反発して繊維束として非常にまとまりが悪く、更に不融
化、−次炭化において繊維束がばらけたりして取扱い上
大きな問題があった。
また、−次炭化温度が1Ioo〜りSOCと比較的に低
く、充分な炭化が進んでおらず、従って繊維の強度は1
oy7−程度と弱く取扱いに難点があった。また−次炭
化されたトウは強度が弱くそれ自身炭素繊維として利用
できるものではなく、そのすべてを2次炭化処理して強
度向上を計らねばならない。
よって−次炭化工程での負荷が大きくなり生産性の点で
も問題があった。
そこで、本発明者等は、かかる問題点を解決すべく鋭意
検討した結果、集束剤を用いてピッチ繊維を集束してト
ウを形成し、これを充分な繊維強度が達成されるまで特
定温度で炭化処理し、その後高温直下連続的に熱処理す
ることによシ上記問題点が解決できることを見い出し本
発明に到達したものである。
すなわち、本発明の目的は直線状の連続フィラメント状
ピッチ系炭素繊維を簡便に製造するソチ繊維を集束剤を
用いてピッチ繊維束とした後、不融化処理、炭化処理、
更に必要に応じて黒鉛化処理することKよシビツテ系炭
素繊維をし、次いで強制的に張力を付与しながら、該炭
化処理温度よシもs −A o o℃高い温度で連続的
に加熱処理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。本発明で用いる炭素繊
維を得るためのピッチとしては、配向しやすい分子種が
形成されておシ、光学的に異方性の炭素繊維を与えるよ
うなものであれば特に制限はなく、従来の種々のものが
使用できる。
これらピッチを得るための炭素質原料としては、例えば
1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
。これらの炭素質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
純物は濾過、遠心分離、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ことが望ま
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いは予備処理を
行なった炭素質原料を、通常3jO〜zoo℃、好まし
くは310〜ダso℃で、コ分〜、tO時間、好ましく
はj分〜S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得
られる11以上、好ましくは、70%以上の光学的異方
性組織を含み、かつキノリンネ溶分がIio重量重量子
以下ましくは35重[96以下のメソフェーズピッチが
好適である。
本発明でいうメソフェーズ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メソフェーズピッチ試料中
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、例えばメンフェーズピッチ試料を数鵡角に
粉砕したものを常法に従って約1百直径の樹脂の表面の
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(ioo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
することによって求める。
上記の様なピッチを用いて常法により溶融紡糸してピッ
チ繊維を得て、これに集束剤を用いてピッチ4a維束を
形成する。
集束剤としては特に限定されるものではないが、各種の
界面活性剤や合成樹脂あるいはシリコンオイル等を含む
油剤が用いられるが好ましくハシリコンオイル、シリコ
ンオイル誘導体ヲ含む油剤を用いるとよい。得られたピ
ッチ繊維束は、実質的に非張力下で酸化性雰囲気中で不
Cで炭化処理(/袂炭化処理)される。
ここで非張力下での加熱処理とは、ピッチ繊維束に対し
外部から強制的な張力を付与しない状態で不融化及び炭
化処理を行なうことを意味するものであり、具体的には
、ピッチ繊維束を連続フィラメントの状態で容器に沈積
させ、その状態のままで不融化並びに上記温度で炭化処
理する、いわゆる1回分法lで行なうことを意味する。
1次炭化処理の昇温速度は、roo−joo。
℃/時間、処理時間はO,S〜io時間の範囲から選択
するのが好ましい。
この1次炭化処理によシ強度100〜コ00kp / 
ml、伸度l−コチの炭素繊維が得られるように温度、
処理時間等を制御するのが好ましい。
このような方法で得られた炭素繊維のトウを次いで強制
的に張力を付与しながら、前記炭化処理温度よシもS〜
booc、好ましくはIQ〜uooc高い温式で連続的
に加熱処理する。
かかる加熱処理すること忙よシ糸ぐせ(焼きぐせ)等が
ついていた炭素繊維が直線状となる。
強制的に張力を付与する手段としてはローラ等を介して
繊維軸方向に引張るようにして張力を付与すればよく、
また張力としてはトウの集束状態、炭化温度、トウ強度
などにょシ左右されるが、通常θ−01−!LAP/d
s好ましくは0、 /−/ f / dの範囲から選択
される。
また、加熱処理は炭化処理から引続いて連続的に行なっ
てもよいし、それぞれを別個に行なってもよい。
加熱処理の時間は糸ぐせをとることのみを目的とする場
合はj秒〜1分程麻でよい。また強度および弾性率を同
時に向上させることを目的とする場合はl−コO分程度
所定の高温度に保持することが必要である。
の範囲から選択される。この温度は高温側であるほど強
硬、弾性率は大幅に向上するものである。
(効果) 本発明によれば、不融化繊維トウを通気孔を有する容器
に収納された充填密度の高い状態で生産性よく炭化処理
することができ、引続いて張力付与下に連続的に高温加
熱処理することにより、糸ぐせのない高強度、高弾性率
の炭素繊維を容易に得ることができる。1次炭化された
ものは、糸ぐせは残っているものの相当の強度を保有し
ているのでセメント材配合用のチョツプドファイバーな
どKそのママ応用することができる。更に、張力付与下
の高温加熱処理の温度を調整することによシ最終炭素繊
維の強度および弾性率を、それぞれの目的、用途に応じ
て広い範囲から任意に選択することができ、工業的生産
性に優れた発明である。
以下、本発明を実施例によυ具体的に説明するが、その
要旨をこえない限U、本発明は下記の実施例に限定され
るものではない。
実施例! コールタールピッチを水添し、熱処理して得られた光学
的異方性割合100%のピッチを得、これを孔数コ50
、孔径o、1resの口金を用いて温度300℃で単糸
径10μとなるよう溶融紡糸し、シリコン系集束剤を用
いて集束し、ピッチ繊維トウを得た。
得られた集束本数−SO本のピッチ線維トウをダ本合糸
して単繊維7000本のトウとし、これを通気孔を有す
る容器に収納された状態で、空気雰囲気下、3rocで
30分加熱することにより不融化繊維トウを得た。不融
化繊維トウの強度はユに47 td、伸度はへlチであ
った。
次いで不融化繊維トウを同一の容器に保持したまま、窒
素雰囲気下炭化炉に入れ、1時間かけて900Cまで昇
温し、同温度で更に1時間保持し、コ時間かけて冷却し
室温下に取出した。
得られ九炭素繊維の強度はlコOkg / tpd、伸
度はt、s%で6つ九。容器から炭素繊維をとり出し、
ローラを介してボビンに巻きとったが、炭化時に形成さ
れた繊維トウの屈曲が明らかに残っておシ、ボビン上に
周期的な糸グセ(焼きグセ)が観察された。
ボビンに巻きとった炭素繊維トウを、14100℃に保
持された連続式炭化炉に供給し、0.3?/dの張力を
かけながら炉内での滞留時間を5分として加熱処理した
。該加熱処理された炭素繊維トウを再びボビンに巻きと
ったが糸グセは全く見られず、極めてなめらかに巻きと
ることができた。また、このトウの強度は3コOkt/
−1弾性率はajT/−であシ、加熱処理前に比べて格
段に物性が向上していた。
出願人  三菱化成工業株式会社 代理人  弁理士 長谷用  − (ほか1名′)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得、該ピッチ
    繊維を集束剤を用いてピッチ繊維トウとした後、不融化
    処理、炭化処理、更に必要に応じて黒鉛化処理すること
    によりピッチ系炭素繊維を製造する方法において、該不
    融化繊維トウを非張力下800〜1500℃の温度で炭
    化処理し、次いで強制的に張力を付与しながら、該炭化
    処理温度よりも5〜600℃高い温度で連続的に加熱処
    理することを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造方法。
  2. (2)加熱処理温度が炭化処理温度よりも10〜400
    ℃高い温度であることを特徴とする特許請求の範囲第(
    1)項記載の方法。
  3. (3)炭化処理を900〜1200℃で行ない、得られ
    た炭素繊維の伸度が1〜2%であることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の方法。
  4. (4)炭化処理を900〜1200℃で行ない、得られ
    た炭素繊維の強度が100〜200kg/mm^2であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の方
    法。
  5. (5)強制的に付与する張力が001〜5g/dである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項ないし第(
    4)項のいずれかに記載の方法。
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Cited By (2)

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