JPS62184124A - Production of carbon yarn and graphite yarn - Google Patents

Production of carbon yarn and graphite yarn

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Publication number
JPS62184124A
JPS62184124A JP2835586A JP2835586A JPS62184124A JP S62184124 A JPS62184124 A JP S62184124A JP 2835586 A JP2835586 A JP 2835586A JP 2835586 A JP2835586 A JP 2835586A JP S62184124 A JPS62184124 A JP S62184124A
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JP
Japan
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fibers
pitch
producing carbon
graphite
bobbin
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Application number
JP2835586A
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Japanese (ja)
Inventor
Kikuji Komine
小峰 喜久治
Takayuki Fukuda
孝之 福田
Osamu Hiraoka
平岡 治
Hiroyuki Kuroda
博之 黒田
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.)
Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce high-quality carbon yarn efficiently without causing fusion between yarn, by doubling pitch yarn obtained by melt spinning, winding the doubled yarn around an air-permeable bobbin and making it infusible in a bobbin wound state as it is in an oxidizing atmosphere. CONSTITUTION:Carbonaceous pitch is subjected to melt spinning to give pitch yarn (number of filaments is 50-1,000), doubled (number of filaments is 200-50,000) and wound around an air-permeable bobbin. Then, the pitch yarn is subjected to infusible treatment in a bobbin wound state in an oxidizing atmosphere. Then, the infusible yarn is provided with water or a finishing oil and further subjected to first treatment wherein the infusible yarn is continuously sent through a nonoxidizing atmosphere at <=1,800 deg.C while reeling the infusible yarn. The infusible yarn is further subjected to a second treatment wherein the infusible yarn is continuously passed through an inert gas atmosphere at <=3,000 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、炭素質ピッチ繊維から炭素繊維及び黒鉛繊維
を製造する方法に関する。更に詳しくは、本発明は光学
的異方性炭素質ピッチを紡糸し、不融化、炭化、黒鉛化
を行い、ロングフィラメントを得るのに通した炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for producing carbon fibers and graphite fibers from carbonaceous pitch fibers. More specifically, the present invention relates to a method for producing carbon fibers and graphite fibers by spinning optically anisotropic carbonaceous pitch, subjecting it to infusibility, carbonization, and graphitization to obtain long filaments.

(従来の技術) 従来、自動車、航空機その他の各種産業分野に係る広範
な技術分野において、軽量、高強度、高弾性率等の性質
を有する高性能素材の開発が要望されており、係る観点
から炭素繊維或いは成型炭素材料が注目されている。特
に、炭素質ピッチから炭素繊維を製造する方法は、安価
で高性能の炭素繊維を製造し得る方法として重要視され
ている。
(Prior art) There has been a demand for the development of high-performance materials with properties such as light weight, high strength, and high modulus of elasticity in a wide range of technical fields related to automobiles, aircraft, and various other industrial fields. Carbon fiber or molded carbon materials are attracting attention. In particular, the method of manufacturing carbon fiber from carbonaceous pitch is regarded as important as a method that can manufacture carbon fiber with low cost and high performance.

しかしながら、従来の技術によっては、不融化繊維の引
っ張り強度が約0.0IGPaと小さい上、脆いために
その取扱が難しく、高性能製品を得るのに必要なロング
フィラメント状の繊維を得ることは極めて困難であった
However, depending on the conventional technology, the tensile strength of the infusible fibers is as small as about 0.0 IGPa, and it is brittle, making it difficult to handle, and it is extremely difficult to obtain the long filament-like fibers necessary to obtain high-performance products. It was difficult.

ピッチ繊維からロングフィラメント状の炭素繊維を製造
する方法として、従来、紡糸した糸を金網のカゴの中に
落として堆積せしめ、これを金網ごと不融化し、更に7
00℃以上で第1次の熱処理(予備炭化)を行い、糸条
の引っ張り強度が0゜2GPa以上の強度となるように
した上で、該カゴから引き上げて巻き取った後若しくは
巻き取りつつ1500℃程度の温度で炭化して、炭素繊
維を得る方法が提案されている(特公昭51−1274
0号)。しかしながらこの方法では、糸を堆積せしめた
場合に、捩れ又は撚りがかかる傾向があり、父系の屈曲
ができやす(、このため炭素繊維にした時に凹凸が著し
く外観の悪い糸となる上、屈曲部の強度が著しく低下す
るために糸切れが頻発し高品質の糸ができ難いという欠
点があった。
Conventionally, as a method for producing long filament carbon fibers from pitch fibers, the spun yarn is dropped into a wire mesh basket and deposited, the wire mesh is made infusible, and then the wire mesh is infusible.
After carrying out the first heat treatment (preliminary carbonization) at 00°C or higher so that the tensile strength of the yarn is 0°2GPa or higher, the yarn is pulled up from the basket and wound up, or after being wound up, 1500°C. A method of obtaining carbon fiber by carbonization at a temperature of about ℃ has been proposed (Japanese Patent Publication No. 51-1274
No. 0). However, with this method, when the yarn is piled up, it tends to be twisted or twisted, and paternal bending is likely to occur. This has the disadvantage that the strength of the yarn is significantly reduced, resulting in frequent yarn breakage and difficulty in producing high-quality yarn.

かかる欠点は、糸を堆積せしめる場合の湾曲率を太き(
とっても本質的に改善することのできるものではなかっ
た。
This disadvantage causes the curvature when depositing threads to become thicker (
It wasn't something that could really be improved.

一方、特公昭53−4128号公報には、メソフェース
ピッチを溶融紡糸し、ボビンに一度巻き取り、このうち
の一部の糸条を全網皿に置いて250℃〜500℃の酸
化性雰囲気で酸化して糸の強度を増加せしめ、糸扱いを
容易にできるようにしてから加工する方法が開示されて
いる。しかしながらこの方法によっては最終製品である
炭素繊維の糸の強度が低下する上、一度巻き取った糸の
一部ずつを取り出しながら酸化して行くので生産効率が
悪いという欠点があった。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 53-4128 discloses that mesoface pitch is melt-spun, wound once onto a bobbin, some of the threads are placed in a net tray, and then heated in an oxidizing atmosphere at 250°C to 500°C. A method is disclosed in which the yarn is oxidized to increase the strength of the yarn, making it easier to handle the yarn, and then processing the yarn. However, this method has the disadvantage that the strength of the carbon fiber yarn that is the final product decreases, and that the production efficiency is poor because the yarn is oxidized while being taken out one by one after it has been wound.

特開昭60−173121号、特開昭60−81320
号及び特開昭60−21911号公報には、ボビン巻の
まま不融化して一定温度以下の非酸化性雰囲気で予備炭
化を行う方法が開示されている。しかしながら、これら
の方法においてはボビン上のピッチ繊維の巻厚が厚くな
ると、不融化中又は予備炭化中の通気性が不十分である
ため不融化度のバラツキが大きくなり、炭素繊維又は黒
鉛繊維にした時の強度のバラツキが穫めて大きくなると
いう欠点があった。
JP-A-60-173121, JP-A-60-81320
No. 60-21911 discloses a method in which the bobbin winding is infusible and preliminary carbonization is performed in a non-oxidizing atmosphere at a certain temperature or lower. However, in these methods, when the winding thickness of the pitch fiber on the bobbin increases, the degree of infusibility increases due to insufficient air permeability during infusibility or pre-carbonization, and the carbon fiber or graphite fiber becomes The disadvantage was that the variation in strength when applied was increased.

又、ボビン巻のまま不融化し、予備炭化まで行ってから
解舒しようとすると、繊維の強度は約0゜2GPaと強
くなっているが、通気性が不十分なため繊維間及び繊維
束間の膠着や融着がいちじるしく解舒(巻戻)が橿めて
困難になり、巻戻しに際し、糸の毛羽が発生し易く、炭
素繊維又は黒鉛繊維にした時の商品価値を著しく低下さ
せるという欠点があった。このような問題点を解決する
には、膠着や融着の度合が予備炭化繊維に比較して極め
て低い不融化の終わった段階でボビンから解舒して連続
的に線状で通糸しながら予備炭化、炭化、黒鉛化を行う
方法が考えられる。しかしながらこの方法においては、
不融化繊維の強度がまだピッチ繊維並で弱い上、不融化
中に、繊維を集束している油剤の分解や劣化が起こり、
繊維束の集束が乱れ、繊維束が極めて弱くて脆(なるた
め、不融化後のボビンからの解舒(巻戻)が著しく困難
になり、巻戻しに際し毛羽が発生し易いという欠点を有
していた。
Furthermore, if the fibers are made infusible while wound on a bobbin and then unwound after being pre-carbonized, the strength of the fibers will be as strong as approximately 0°2 GPa, but the air permeability will be insufficient, causing damage between the fibers and fiber bundles. The disadvantage is that the sticking and fusion of the yarn becomes extremely difficult and unwinding (unwinding) becomes difficult, and when unwinding, the yarn tends to become fluffy, which significantly reduces the commercial value when made into carbon fiber or graphite fiber. was there. To solve these problems, the degree of agglutination and fusion is extremely low compared to pre-carbonized fibers, and after the infusibility is complete, the fibers are unwound from the bobbin and threaded continuously in a linear manner. Possible methods include preliminary carbonization, carbonization, and graphitization. However, in this method,
The strength of the infusible fibers is still as weak as that of pitch fibers, and during infusibility, the oil that binds the fibers breaks down and deteriorates.
The convergence of the fiber bundle is disturbed and the fiber bundle becomes extremely weak and brittle, making it extremely difficult to unwind (unwind) it from the bobbin after infusibility, and it has the disadvantage that fuzz is likely to occur during unwinding. was.

又、ボビン上のピッチ繊維の巻厚が厚くなると、不融化
中の通気性が不十分なため、不融化度のバラツキが大き
くなり炭素繊維又は黒鉛繊維にした時の強度のバラツキ
が極めて大きくなるという欠点があった。
Furthermore, when the thickness of the pitch fiber on the bobbin increases, the air permeability during infusibility is insufficient, so the degree of infusibility increases, and when it is made into carbon fiber or graphite fiber, the strength varies greatly. There was a drawback.

更に、これらの不融化繊維を予備炭化及び炭化工程にか
ける際、特開昭59−15517号公報に開示されてい
る様に、繊維束の温度が700〜800℃の温度に達す
るまでに繊維束の強度が室温における強度の約1/4に
低下するので、熱処理中に繊維束の切断が起こり易く糸
扱いが困難であるという欠点を有していた。
Furthermore, when these infusible fibers are subjected to preliminary carbonization and carbonization processes, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 59-15517, the temperature of the fiber bundle reaches 700 to 800°C. Since the strength of the fibers decreases to about 1/4 of the strength at room temperature, the fiber bundles tend to break during heat treatment, making it difficult to handle the yarns.

これらの欠点は、特開昭60−173121号公報に開
示された通気性ボビンを使用する方法によって大幅に改
善されたが、尚生産効率が十分でなく更に改善が求めら
れていた。
Although these drawbacks have been greatly improved by the method using a breathable bobbin disclosed in JP-A-60-173121, the production efficiency is still insufficient and further improvements are required.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明者は、かかる欠点を解決すべく鋭意検討の結果、
通気性ボビンに巻くピッチ繊維として合糸したピッチ繊
維を使用した場合には、通気性が改善するので従来より
巻厚を厚(することができ、生産効率が改善される上、
糸の強度が大きいので不融化繊維の解舒が容易であるこ
と、及び引き続く2段階の熱処理条件を選定することに
より、高強度及び高弾性で高品質の炭素繊維のロングフ
ィラメントを、安価且つ効率良く製造することができる
ことを見いだし、本発明に到達した。
(Problems to be Solved by the Invention) As a result of intensive studies to solve these drawbacks, the inventor of the present invention has found that
When plied pitch fibers are used as pitch fibers wound on breathable bobbins, air permeability is improved and the winding thickness can be thicker than before, which improves production efficiency.
Due to the high strength of the yarn, it is easy to unwind the infusible fibers, and by selecting the conditions for the subsequent two-step heat treatment, we can produce long filaments of high-strength, high-elastic, and high-quality carbon fibers at low cost and efficiency. It has been discovered that it can be easily manufactured, and the present invention has been achieved.

従って本発明は、糸扱いし易く高品質のピッチ糸炭素繊
維及び黒鉛繊維を製造する方法を提供することを目的と
している。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing pitch yarn carbon fibers and graphite fibers that are easy to handle and have high quality.

又本発明の別の目的は、外観が良く、高強度、高弾性率
の炭素繊維及び黒鉛繊維の高品質ピッチ糸ロングフィラ
メントを効率良く製造する方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for efficiently producing high-quality pitch yarn long filaments of carbon fibers and graphite fibers that have good appearance, high strength, and high modulus of elasticity.

(問題点を解決するための手段) 本発明のかかる諸口的は、炭素質ピッチを溶融紡糸し紡
糸されたピッチait′mを合糸して、通気性ボビンに
巻き取ることにより通気性を良好なものとし、ボビン巻
のまま酸化雰囲気下で不融化した汲水又は油剤を付与し
、次いでボビン上の不融化糸を解舒しつつ1800℃以
下の非酸化性雰囲気に線状で連続的に通して第1次の熱
処理を行い、更に、3000℃以下の不活性ガス雰凹気
下に連続的に通して第2次の熱処理をし、炭化又は黒鉛
化処理を行うことにより達成された。
(Means for Solving the Problems) The aspects of the present invention are such that carbonaceous pitch is melt-spun, the spun pitch ait'm is doubled, and the spun pitch ait'm is wound into a permeable bobbin to improve air permeability. Then, while winding the bobbin, infusible water or oil is applied in an oxidizing atmosphere, and then the infusible yarn on the bobbin is unwound and continuously exposed to a non-oxidizing atmosphere at 1800°C or less in a linear manner. This was achieved by carrying out a first heat treatment through the process, followed by a second heat treatment by continuously passing it through an inert gas atmosphere of 3000° C. or lower, and performing carbonization or graphitization treatment.

a)炭素質ピッチ 本発明に用いる炭素質ピッチは、特に限定されるもので
はなく、石炭を乾溜して得られるコールタールピッチ、
石炭液化物等の石炭系ピッチ、ナフサ分解タールピッチ
、接触分解タールピッチ、常圧蒸留残渣、減圧蒸留残渣
等の石油系ピッチ、合成樹脂を分解して得られる合成ピ
ッチ等の各種のピッチ、これらのピッチを水素又は水素
供与物で水素化したものの他、熱処理、溶剤抽出等で改
質したものも用いることができる。炭素ピッチの軟化点
は、230℃〜320℃であることが好ましい。
a) Carbonaceous pitch The carbonaceous pitch used in the present invention is not particularly limited, and includes coal tar pitch obtained by dry distilling coal;
Various pitches such as coal-based pitch such as coal liquefied products, naphtha cracked tar pitch, catalytic cracking tar pitch, petroleum-based pitch such as atmospheric distillation residue, vacuum distillation residue, synthetic pitch obtained by decomposing synthetic resin, etc. In addition to those obtained by hydrogenating the pitch with hydrogen or a hydrogen donor, those modified by heat treatment, solvent extraction, etc. can also be used. The softening point of carbon pitch is preferably 230°C to 320°C.

これらの炭素質ピッチは、等方性ピッチであっても光学
的異方性ピッチであっても良く、ネオメソフェース、プ
リメソフェースと言われるピッチであっても良いが、特
に、光学的異方性炭素質ピッチとして、偏光顕微鏡で測
定して約95%以上の光学的異方性相を含有し、且つ、
軟化点が230〜320℃であるものを使用することが
、紡糸及び最終製品の品質の観点から好ましい。
These carbonaceous pitches may be isotropic pitches or optically anisotropic pitches, or may be pitches called neomesofaces or premesofaces, but especially optically anisotropic pitches. Contains about 95% or more of an optically anisotropic phase as measured by a polarizing microscope as an orthotropic carbonaceous pitch, and
It is preferable to use one having a softening point of 230 to 320° C. from the viewpoint of spinning and quality of the final product.

b−1)光学的異方性ピッチ 本発明で使用する光学的異方性炭素質ピッチとは、常温
で固化したピッチ塊の断面を研磨し、反射型偏光顕微鏡
で直交ニコルを回転して光輝が認められるピッチ、即ち
実質的に光学的異方性であるピッチが大部分であるピッ
チを意味し、光輝が認められず光学的等方性であるピッ
チについては、本明細書では光学的等方性炭素質ピッチ
と呼称する。従って、本明細書における光学的異方性炭
素質ピッチには、純粋な光学的異方性炭素質ピッチのみ
ならず、光学的異方性相の中に光学的等方性相が球状又
は不定形の島状に包含されている場合も含まれる。
b-1) Optically anisotropic pitch The optically anisotropic carbonaceous pitch used in the present invention is obtained by polishing the cross section of a pitch lump solidified at room temperature, and rotating orthogonal nicols with a reflective polarizing microscope to make it shine. In this specification, it refers to a pitch in which the majority of pitches are optically anisotropic, and a pitch in which no brilliance is observed and is optically isotropic. It is called oriented carbonaceous pitch. Therefore, the optically anisotropic carbonaceous pitch in this specification includes not only a pure optically anisotropic carbonaceous pitch but also an optically isotropic phase in which the optically anisotropic phase is spherical or non-spherical. This also includes cases where it is contained in a fixed island shape.

又、実質的に光学的異方性である場合とは、光学的異方
性炭素質ピッチと光学的等方性炭素質ピッチが混在する
が、光学的等方性ピッチの量が少ないために上記偏光顕
微鏡によっては光学的等方性相(以下IPとする)を観
測することができず、光学的異方性相(以下APとする
)のみが観測される場合である。因に、一般には、AP
、!:IPの間に明瞭な境界が観察される。
Also, the case of substantially optical anisotropy means that optically anisotropic carbonaceous pitch and optically isotropic carbonaceous pitch coexist, but because the amount of optically isotropic pitch is small, This is a case where the optically isotropic phase (hereinafter referred to as IP) cannot be observed depending on the polarizing microscope described above, and only the optically anisotropic phase (hereinafter referred to as AP) is observed. Incidentally, in general, AP
,! : A clear boundary is observed between the IPs.

本明細書におけるAPは、所謂「メソ相」と同様と考え
られるが、「メソ相」にはキノリン又はピリジンに実質
上不溶性のものと、キノリン又はピリジンに溶解する成
分を多く含むものとの2種類があり、本明細書でいうA
Pは主として後者の「メソ相」である。
AP in this specification is considered to be the same as the so-called "meso phase," but the "meso phase" includes two types: one that is substantially insoluble in quinoline or pyridine, and one that contains a large amount of components that are soluble in quinoline or pyridine. There are several types, and in this specification, A
P is mainly in the latter "meso phase".

上記AP相及びIP相は光学的性質のみならず粘度にお
いても太き(異なるために、一般に、両者が混在するピ
ッチを紡糸することは糸切れの原因や糸の太さムラとな
るので好ましくない。このことは、光学的等方性ピッチ
が紡糸に好ましくない異物を含まない場合であっても、
IP相がAP相の中に均一に分散していない場合には特
に悪い結果をもたらすことを意味する。従って、本発明
で使用する光学的異方性ピッチには実質的な均質性が要
求される。このような均質な光学的異方性ピッチは、I
P含有率が20%以下であって、反射型顕微鏡観察でピ
ッチの断面に粒径1μm以上の固形粒子を検出できない
上、溶融紡糸温度で揮発物による発泡が実質上ないもの
である。
The above AP phase and IP phase are thick not only in optical properties but also in viscosity (because they are different, it is generally undesirable to spin a pitch in which both are mixed, as it may cause yarn breakage or uneven yarn thickness. This means that even if the optically isotropic pitch does not contain foreign substances that are undesirable for spinning,
This means that particularly bad results occur if the IP phase is not homogeneously dispersed within the AP phase. Therefore, the optical anisotropic pitch used in the present invention is required to have substantial homogeneity. Such a homogeneous optically anisotropic pitch is I
The P content is 20% or less, solid particles with a particle size of 1 μm or more cannot be detected in the cross section of the pitch by reflection microscope observation, and there is substantially no foaming due to volatile matter at the melt spinning temperature.

本発明においては、APとIPの定量は、偏光顕微鏡直
交ニコル下で観察し、写真撮影してAP又はIP部分の
占める面積率を測定して行うが、この面積率は統計上実
質的に体積%を表す。しかしながら、APとIPの比重
差は0.05程度であり小さいので、近位的には体積%
と重量%とは等しいとして取り扱うことができる。
In the present invention, AP and IP are quantified by observing under a polarizing microscope with crossed Nicols, taking a photograph, and measuring the area ratio occupied by the AP or IP portion. Represents %. However, since the difference in specific gravity between AP and IP is small at about 0.05, the proximal volume%
and weight % can be treated as equal.

本発明で使用する光学的異方性ピッチは、その軟化点は
低いことが好ましい。ここに、ピッチの軟化点とはピッ
チの固相と液相間の転移温度であり、差動走査型熱量針
によってピッチの溶解又は凝固する際の潜熱の吸収又は
放出ピーク温度から求めることができる。この方法によ
って測定した軟化点は、リングアンドボール法、微量融
点法等の他の測定方によって得られる温度と、±10℃
の範囲で一致する。
The optically anisotropic pitch used in the present invention preferably has a low softening point. Here, the softening point of pitch is the transition temperature between the solid phase and liquid phase of pitch, and can be determined from the peak temperature of absorption or release of latent heat when pitch melts or solidifies using a differential scanning calorimeter needle. . The softening point measured by this method is ±10°C higher than the temperature obtained by other measurement methods such as the ring and ball method or the trace melting point method.
Match within the range.

本発明における紡糸には、通常の紡糸技術を使用するこ
とができる。一般に溶融紡糸に通する紡糸温度は、紡糸
する物質の軟化点より60℃〜100℃高い温度である
。一方、本発明で使用する光学的異方性ピッチは380
℃以上では熱分解重縮合がおこり分解ガスが発生したり
、不融解物が生成する場合がある。従って、本発明で使
用する光学的異方性ピッチの軟化点は320℃以下であ
ることが好ましく、後述の不融化処理工程の上からは2
30℃以上であるこが好ましい。
Ordinary spinning techniques can be used for spinning in the present invention. Generally, the spinning temperature for melt spinning is 60°C to 100°C higher than the softening point of the material to be spun. On the other hand, the optical anisotropy pitch used in the present invention is 380
If the temperature is higher than 0.degree. C., thermal decomposition polycondensation may occur and decomposition gas may be generated or unmelted substances may be produced. Therefore, the softening point of the optically anisotropic pitch used in the present invention is preferably 320°C or lower, and the softening point of the optically anisotropic pitch used in the present invention is preferably 320°C or lower, and the
Preferably, the temperature is 30°C or higher.

b−2)光学的異方性ピッチの製造方法本発明で使用す
る光学的異方性ピッチはいかなる製法を用いて製造して
もよいが、ピッチ製造用の一般的原料である重質炭化水
素油、タール、市販ピッチ等を反応槽で380℃〜50
0℃の温度にて攪拌し、不活性ガスで脱気しながら十分
に熱分解重縮合して、残渣ピッチの光学的異方性相(以
下APと略す)を高める従来の方法を使用することがで
きる。しかしながら、この方法によってAPが80%以
上のものを製造した場合には、熱分解重縮合反応が進み
過ぎ、キノリンネ溶分が70重量%以上と大きくなり軟
化点も330℃以上となる場合もあるのみならず、光学
的等方性相(以下IPと略す)も微小球状の分散状態と
はなりにくく必ずしも好ましい方法とは言えない。
b-2) Method for producing optically anisotropic pitch The optically anisotropic pitch used in the present invention may be produced using any production method, but heavy hydrocarbons, which are common raw materials for pitch production, may be used. Oil, tar, commercially available pitch, etc. are heated in a reaction tank at 380°C to 50°C.
Use a conventional method of sufficiently pyrolytic polycondensation while stirring at a temperature of 0°C and degassing with an inert gas to increase the optically anisotropic phase (hereinafter abbreviated as AP) of the residual pitch. I can do it. However, when a product with an AP content of 80% or more is produced by this method, the thermal decomposition polycondensation reaction proceeds too much, and the quinolinated content increases to 70% or more by weight, and the softening point may reach 330°C or more. In addition, the optically isotropic phase (hereinafter abbreviated as IP) is also difficult to form a microspherical dispersed state, which is not necessarily a preferable method.

従って、本発明で使用する光学的異方性ピッチの好まし
い製造方法は、熱分解重縮合反応を半ばで打ち切ってそ
の重縮合物を350℃〜400℃の範囲の温度で保持し
て実質的に静置し、下層に密度の大きいAPを成長熟成
させつつ沈積し、これを密度の小さいIPが多い上層の
部分より分離して取り出す方法であり、この方法の詳細
は特開昭57−119984号明細書に記載されている
Therefore, a preferred method for producing the optically anisotropic pitch used in the present invention is to terminate the pyrolysis polycondensation reaction halfway and maintain the polycondensate at a temperature in the range of 350°C to 400°C to substantially This is a method in which AP is allowed to stand still and deposited in the lower layer while growing and ripening, and this is separated and taken out from the upper layer where there is a large amount of IP with low density. It is stated in the specification.

本発明で使用する光学的異方性ピッチの更に好ましい製
造方法は、特開昭58−180585号公報に記載され
ている如く、APを適度に含み未だ過度に重質化されて
いない炭素質ピッチを溶融状態のまま遠心分離操作にか
け、迅速にAP部分を沈降せしめる方法である。この方
法によれば、AP相は合体成長しつつ下層(遠心力方向
の層)に集積し、APが約80%以上で連続層を成し、
その中に僅かにIPを晶状又は微小な球状体で分散して
いる形態のピッチが下層となり、一方上層はIPが大部
分で、その中にAPが微小な球状態で分散している形態
のピッチとなる。この場合、両層の境界が明瞭であり、
下層のみを上層から分離して取り出すことができ、容易
にAP含有率が大きく紡糸しやすい光学的異方性ピッチ
を製造することができる。この方法によれば、AP含有
率が95%以上で軟化点が230℃〜320℃の炭素質
ピッチを短時間に、経済的に得ることができる。このよ
うな光学的異方性炭素質ピッチは、溶融紡糸加工特性に
おいて優れ、その均質性と高い配向性のために、それを
紡糸して得られた炭素繊維及び黒鉛繊維の引っ張り強度
並びに弾性率は極めて優れたものとなる。
A more preferable method for producing the optically anisotropic pitch used in the present invention is a carbonaceous pitch that contains an appropriate amount of AP and is not yet excessively heavy, as described in JP-A-58-180585. In this method, the AP portion is rapidly precipitated by centrifuging it in a molten state. According to this method, the AP phase accumulates in the lower layer (layer in the direction of centrifugal force) while coalescing and growing, forming a continuous layer with about 80% or more of AP,
The lower layer has a pitch in which a small amount of IP is dispersed in the form of crystals or minute spherical bodies, while the upper layer is mostly composed of IP with AP dispersed in the form of minute spheres. The pitch will be . In this case, the boundary between both layers is clear;
Only the lower layer can be separated and taken out from the upper layer, and optically anisotropic pitch that has a large AP content and is easy to spin can be easily produced. According to this method, carbonaceous pitch having an AP content of 95% or more and a softening point of 230°C to 320°C can be obtained economically in a short time. Such optically anisotropic carbonaceous pitch has excellent melt spinning processing properties, and due to its homogeneity and high orientation, the tensile strength and elastic modulus of carbon fibers and graphite fibers obtained by spinning it are excellent. will be extremely excellent.

C)繊維の製造 i)紡糸 炭素質ピッチの紡糸は、公知の方法によって行うことが
できる。このような方法は、例えば、直径0.1mm〜
0.5mmの紡糸口を1〜1.000ケ有する紡糸口金
を下方に有する紡糸容器にピッチを張り込み、不活性ガ
ス雰囲気下で280〜370℃の間の一定の温度にピッ
チを保持し、溶融状態に保ったまま不活性ガスの圧力を
数百mmHHに上昇せしめて口金から溶融ピッチを押し
出し、温度及び雰囲気を制御しつつ流下したピッチ繊維
を高速で回転するボビンに巻き取るものである。
C) Manufacture of fibers i) Spinning Carbonaceous pitch can be spun by a known method. Such a method is applicable, for example, to a diameter of 0.1 mm to
Pitch is placed in a spinning vessel having 1 to 1,000 0.5 mm spinnerets below, and the pitch is maintained at a constant temperature between 280 and 370°C under an inert gas atmosphere to melt it. While maintaining this condition, the pressure of the inert gas is increased to several hundred mmHH to force the molten pitch out of the die, and while controlling the temperature and atmosphere, the pitch fibers that flow down are wound onto a bobbin that rotates at high speed.

又、紡糸口金から紡糸したピッチ繊維を集束させて気流
で引取りつつ下方の集積ケースの中にケンス状に集積す
る方法を採用することもできる。
It is also possible to adopt a method in which pitch fibers spun from a spinneret are collected in a can-like manner in a lower collecting case while being collected by an air current.

この場合、紡糸容器へのピッチの供給を、予め溶融した
ピッチやギアポンプ等により加圧供給することによって
連続的に紡糸することが可能である。
In this case, continuous spinning is possible by supplying pitch to the spinning container under pressure using pre-melted pitch or a gear pump or the like.

更に、上記方法において、口金の近傍で一定の温度に制
御され高速で下降するガスを用いてピッチtsmをm伸
しつつ引取り、下方のベルトコンベア上に長繊維を作る
方法も用いることができる。
Furthermore, in the above method, it is also possible to use a method in which the pitch tsm is stretched by m using a gas that is controlled at a constant temperature and descends at high speed near the die, and the long fibers are produced on the belt conveyor below. .

更に、周壁に紡糸口金を有する円筒状の紡糸容器を高速
で回転させ、これに溶融ピッチを連続的に供給し、円筒
紡糸器の周壁より遠心力によってピッチを押し出し、回
転の作用によって延伸されるピッチ繊維を集積するよう
な紡糸方法を採用することもできる。
Furthermore, a cylindrical spinning vessel having a spinneret on the peripheral wall is rotated at high speed, molten pitch is continuously supplied to the spinning vessel, the pitch is pushed out from the peripheral wall of the cylindrical spinner by centrifugal force, and the spinning vessel is drawn by the action of rotation. It is also possible to adopt a spinning method that accumulates pitch fibers.

本発明においてはボビンに巻いた状態から均一な解舒(
巻戻)を行うために、紡糸時のトラバースは2〜100
 mm/ (ボビン1回転当り)のような大きなl・ラ
バースをかけて巻き取り、巻厚は1〜1100rn好ま
しくは5〜50mmとすることが有効である。トラバー
スは、ピッチ繊維のボビンからの解舒(巻戻)性を考慮
すれば5〜20mm/(ボビン1回転)程度が好ましい
In the present invention, uniform unwinding (
In order to perform (unwinding), the traverse during spinning is 2 to 100
It is effective to wind the material with a large l rubber such as mm/(per bobbin rotation) and to have a winding thickness of 1 to 1100rn, preferably 5 to 50mm. The traverse is preferably about 5 to 20 mm/(one revolution of the bobbin) in consideration of the unwinding (unwinding) property of the pitch fibers from the bobbin.

本発明においては、いずれの公知方法によって紡糸する
場合であっても、軟化点の低い炭素質ピッチを使用する
ので、280°C〜370℃という従来よりも低温で紡
糸することができる。このような温度で紡糸する場合に
は熱分解や熱重合が極めて低(抑えられるので、紡糸後
のピッチ繊維は、紡糸前のピッチと殆ど同じ化学的組成
を維持することができる。従って、紡糸後の繊維を再溶
融して再度紡糸することができて好都合である。
In the present invention, even if spinning is performed by any known method, since carbonaceous pitch having a low softening point is used, spinning can be performed at a lower temperature of 280° C. to 370° C. than conventional methods. When spinning at such temperatures, thermal decomposition and thermal polymerization are extremely low (suppressed), so the pitch fibers after spinning can maintain almost the same chemical composition as the pitch before spinning. Advantageously, the subsequent fibers can be remelted and spun again.

本発明においては、溶融紡糸したピッチ繊維はエアサッ
カーを通して集束しつつオイリングローラ−に導き集束
剤(油剤)を付けて更に集束する。
In the present invention, the melt-spun pitch fibers are bundled through an air sucker and then guided to an oiling roller where a sizing agent (oil agent) is applied and further bundled.

この場合の集束剤としては、例えばエチルアルコール、
イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、ブ
チルアルコール等のアルコール順又は粘度3〜300c
st  (25℃)のジメキルポリシロキサン、メチル
フェニルポリシロキサン等を低沸点のシリコン油(ポリ
シロキサン)又はパラフィン油等の溶剤で希釈したもの
、又は乳化剤を入れて水に分散させたもの;同様にグラ
フディト又はポリエチレングリコールやヒンダードエス
テル類を分散させたちの;その他通常の繊維、例えばポ
リエーテル#a維に使用させる各種油剤の内ピッチ繊維
をおかさないものを使用することができる。集束剤の繊
維への付着量はiIl常0.01〜10重量%であるが
、特に0.05〜5重量%とすることが好ましい。
In this case, examples of the sizing agent include ethyl alcohol,
Alcohol order such as isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol or viscosity 3-300c
St (25℃) dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, etc. diluted with a low boiling point silicone oil (polysiloxane) or paraffin oil or other solvent, or dispersed in water with an emulsifier added; the same Graphite, polyethylene glycol, or hindered esters are dispersed in the fiber; and other ordinary fibers, such as various oils used for polyether #a fibers, which do not damage the pitch fibers can be used. The amount of the sizing agent attached to the fibers is usually 0.01 to 10% by weight, but preferably 0.05 to 5% by weight.

ii )ピッチ繊維の合糸 本発明においてはボビン上のピッチ繊維の通気性を増す
ため、不融化用ボビンにピッチ繊維を巻き取る前に合糸
を行う。
ii) Pitch fiber doubling In the present invention, in order to increase the air permeability of the pitch fibers on the bobbin, doubling is performed before winding the pitch fibers onto the infusible bobbin.

溶融紡糸機1台(1紡糸口金)から紡糸されるピッチ繊
維のフィラメント数は溶融紡糸のため限界があり、通常
は1〜2.000であり、好ましくは50−1.000
フィラメントである。
The number of pitch fiber filaments spun from one melt spinning machine (one spinneret) is limited due to melt spinning, and is usually 1 to 2,000, preferably 50 to 1,000.
It is a filament.

本発明では、溶融紡糸で得られるピッチ繊維束を2〜2
0本用いて、200〜50.000好ましくは500〜
5.000フィラメントに合糸する0合糸は、紡糸され
たピッチ繊維を複数のボビンに巻取った後、同特に解舒
し繊維束を1つに合束し1つのボビンに巻取ることによ
って行われる。
In the present invention, the pitch fiber bundle obtained by melt spinning is
Using 0, 200 to 50,000, preferably 500 to
The 0-ply yarn that is combined into 5,000 filaments is produced by winding the spun pitch fibers onto multiple bobbins, and then combining the unwound fiber bundles into one and winding them onto one bobbin. It will be done.

合糸時の巻取りトラバースはボビン1回転当り5〜10
0mmであることが好ましい、iln気性を良くするた
めにはトラバースを大きくする方が良いが、大き過ぎる
と糸が損傷し易いので好ましくない。
The winding traverse during doubling is 5 to 10 per bobbin rotation.
It is preferable that it is 0 mm.It is better to make the traverse larger in order to improve the irn temperament, but if it is too large, the thread is likely to be damaged, so it is not preferable.

ケンス状に落としたピッチ繊維を複数のカゴ又はケース
から引き上げ合糸しても良い。
Pitch fibers dropped into cans may be pulled up from a plurality of baskets or cases and spliced.

合糸は、ボビンからの解舒のみでなく複数の紡糸機又は
紡糸口金から同時に紡糸されたピッチ繊維を集束し合糸
することも可能である。
The doubling can be performed not only by unwinding from a bobbin, but also by gathering and doubling pitch fibers spun simultaneously from a plurality of spinning machines or spinnerets.

合糸は、1度に2〜20本合糸しても良いが、2〜IO
本を1回目に合糸し、更に、2〜IO本再合糸する方法
も用いられる。
You may combine 2 to 20 yarns at a time, but 2 to IO
A method is also used in which the book is first doubled, and then 2 to 10 pieces are recombined.

合糸したピッチ繊維のフィラメント数が多くなるほど通
気性は向上し、不融化の反応は均一に進むので巻厚もJ
lくすることができる。
The greater the number of filaments in the pitch fibers, the better the air permeability, and the more uniform the infusibility reaction is, the more the winding thickness can be reduced.
It can be made smaller.

合糸後の巻厚は通常は、1〜100mm、好ましくは5
〜50mmである0巻厚が厚くなりすぎると熱が蓄積し
て反応が不均一に進むのでフィラメント間の融着や膠着
が起こり、フィラメントの強度にバラツキが生じ、高品
質のフィラメントが得られないので好ましくない。
The winding thickness after doubling is usually 1 to 100 mm, preferably 5 mm.
If the 0-wrap thickness, which is ~50mm, becomes too thick, heat will accumulate and the reaction will progress unevenly, resulting in fusion and adhesion between filaments, causing variations in filament strength, and making it impossible to obtain high-quality filaments. So I don't like it.

本発明においては、ボビン巻きのまま不融化を行うので
、これらの温度に耐えられ、且つ不融化を均一に行うた
めに必要な材質、形状のボビンを選択する必要がある0
本発明においては、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム及
びその池の合金等の金属製のボビンの他、耐熱性樹脂、
炭素、セラミックス製のボビン、又は耐熱性樹脂、炭素
セラミックスと無機繊維又は有機繊維との複合材料製の
ボビンを用いることができる。
In the present invention, since infusibility is performed while winding the bobbin, it is necessary to select a bobbin that can withstand these temperatures and has the necessary material and shape to perform infusibility uniformly.
In the present invention, in addition to bobbins made of metals such as iron, copper, nickel, aluminum, and their alloys, heat-resistant resins,
A bobbin made of carbon or ceramics, or a bobbin made of a composite material of heat-resistant resin, carbon ceramics, and inorganic or organic fibers can be used.

耐熱性樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエーテルイミド等のポリイミド系樹脂、ポリサルフ
ォン、ポリエーテルケトンォン、ポリエーテルケトン、
ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド等
の芳香族ポリエーテル系樹脂、全芳香族ポリアリレート
等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリフェニレン、ポリ
テトラフルオロエチレン等を用いることができる。
Heat-resistant resins include polyimide, polyamideimide,
Polyimide resins such as polyetherimide, polysulfone, polyetherketone, polyetherketone,
Aromatic polyether resins such as polyphenylene ether and polyphenylene sulfide, aromatic polyester resins such as fully aromatic polyarylate, polyphenylene, polytetrafluoroethylene, etc. can be used.

セラミックスとしては、シリカ、アルミナ、シリコンカ
ーバイト等を用いることができる。無機繊維としては炭
素繊維、ガラス繊維、シリコンカーバイト繊維等を用い
ることができる。有機繊維としてはアラミド繊維等を用
いることができる。
As the ceramic, silica, alumina, silicon carbide, etc. can be used. Carbon fiber, glass fiber, silicon carbide fiber, etc. can be used as the inorganic fiber. As the organic fiber, aramid fiber or the like can be used.

ボビン巻のまま不融化を行うので、ボビンの外側の表面
を、カーボンファイバーと相溶性があり、熱処理に従っ
て生ずる繊維の収縮を吸収し、繊維が切断するのを防止
することができるような材料(例えば炭素材料)で被覆
することも好ましい。
Since infusibility is performed while winding the bobbin, the outer surface of the bobbin is made of a material that is compatible with carbon fiber, absorbs the shrinkage of the fibers that occurs during heat treatment, and can prevent the fibers from being cut. For example, it is also preferable to coat with a carbon material.

ボビンの外表面全体を炭素フェルトのような弾性と通気
性を兼ね備えた材料で覆うこともできる。
The entire outer surface of the bobbin can also be covered with a material that is both elastic and breathable, such as carbon felt.

本発明において、合糸時に使用するボビンは直径100
〜500mmの円筒形であり、通気性を良くするために
金網とし、又は穴をあけたり焼結金属濾材、シンタード
グラス等の多孔性濾材で炸裂したりする。
In the present invention, the bobbin used for doubling has a diameter of 100 mm.
It has a cylindrical shape of ~500 mm, and is made of a wire mesh to improve ventilation, or it is burst with holes or a porous filter medium such as sintered metal filter medium or sintered glass.

穴を開ける場合には、空間率(開口率)10〜80%と
することが好ましい、空間率を80%以上とした場合に
は、ボビンの強度が低下するので好ましくな(,10%
以下では通気性が不十分となり、不融化中の焼成が不均
一となり好ましくない。又、均一な焼成のためにはボビ
ンの熱容量を小さくすることが好ましく、従ってボビン
の肉厚は5mm以下であることが好ましい。本発明にお
いては、5US304又は5US316の金網層のボビ
ンを使用することが好ましく、金網は2〜300メツシ
ユ、好ましくは3〜60メツシユのものを使用する。
When drilling holes, it is preferable to set the void ratio (opening ratio) to 10 to 80%.If the void ratio is 80% or more, the strength of the bobbin will decrease, so it is not preferable (.10%).
Below this, the air permeability becomes insufficient and the firing during infusibility becomes uneven, which is not preferable. Further, for uniform firing, it is preferable to reduce the heat capacity of the bobbin, and therefore, it is preferable that the wall thickness of the bobbin is 5 mm or less. In the present invention, it is preferable to use a bobbin with a wire mesh layer of 5US304 or 5US316, and the wire mesh has a mesh size of 2 to 300 meshes, preferably 3 to 60 meshes.

iii )ピッチ繊維の不融化 紡糸したピッチ繊維を酸化して不融化繊維とする工程は
、温度、酸化剤、反応時間について種々の組合せを考え
る必要がある。本発明においては、基本的にはこの不融
化の条件として公知の方法を使用することができるが、
ピッチ糸を不融化するので、通常より低い温度からスタ
ートして酸化反応を行いピッチ繊維の融着を防止する必
要がある。
iii) Infusibility of pitch fibers In the step of oxidizing the spun pitch fibers to make infusibility fibers, it is necessary to consider various combinations of temperature, oxidizing agent, and reaction time. In the present invention, basically known methods can be used as the conditions for infusibility, but
Since the pitch fibers are made infusible, it is necessary to start the oxidation reaction at a lower temperature than usual to prevent the pitch fibers from fusing.

不融化工程の温度は150℃〜400℃、好ましくは2
00℃〜300℃の範囲でステップ状又は徐々に昇温し
て、通常は1〜5時間処理する。処理時間は不融化の反
応が十分に均一に進むように1日〜3日という長時間行
うことも差支えない。
The temperature of the infusibility step is 150°C to 400°C, preferably 2
The temperature is raised stepwise or gradually in the range of 00°C to 300°C, and the treatment is usually carried out for 1 to 5 hours. The treatment time may be as long as 1 to 3 days so that the infusibility reaction proceeds sufficiently and uniformly.

不融化は、空気、酸素、空気と酸素又は空気と窒素の混
合ガス等を使用して行うことができるが、酸素濃度をあ
まり高(することは糸巻内反応が急速に進み燃焼する恐
れが生ずるので好ましくない。
Infusibility can be achieved using air, oxygen, or a mixed gas of air and oxygen or air and nitrogen, but if the oxygen concentration is too high, the reaction within the bobbin may proceed rapidly and cause combustion. So I don't like it.

又、200℃以下の温度でハロゲン、NO2、SO2、
SO3、オゾン等の酸化剤を含んだ雰囲気中で単時間処
理するか、又は、酸素ガス雰囲気中でピッチの軟化点よ
り30〜50℃低い温度、即ち150〜240℃の温度
で十分な不融化が得られる迄10分〜1時間保持し、そ
の後必要により約300℃迄昇温しで不融化を終了せし
める方法で行ってもよ(、特に後者の方法は容易且つ確
実であり好ましい。
Also, at temperatures below 200℃, halogens, NO2, SO2,
Sufficient infusibility can be achieved by treatment for a single hour in an atmosphere containing an oxidizing agent such as SO3 or ozone, or at a temperature 30 to 50 degrees Celsius lower than the softening point of pitch, i.e., 150 to 240 degrees Celsius, in an oxygen gas atmosphere. The method may be carried out by holding the mixture for 10 minutes to 1 hour until it is obtained, and then raising the temperature to about 300° C. if necessary to complete the infusibility (the latter method is particularly preferred as it is easy and reliable).

本発明においては、酸化剤を使用することなくピッチの
軟化点に応じて150〜250℃の空気中で長時間放置
し、次に短時間300〜400℃に昇温する方法を採用
することもできる。特に軟化点280℃以上の炭素質ピ
ッチを使用する場合には、230〜250℃の温度で約
30分〜2時間保持することにより不融化することがで
きて好ましい。
In the present invention, it is also possible to adopt a method of leaving the pitch in air at 150 to 250°C for a long time and then raising the temperature to 300 to 400°C for a short time, depending on the softening point of the pitch, without using an oxidizing agent. can. In particular, when carbonaceous pitch having a softening point of 280°C or higher is used, it is preferable to hold it at a temperature of 230 to 250°C for about 30 minutes to 2 hours to make it infusible.

本発明における不融化はボビン巻きのまま行うので、紡
糸時に集束剤を使用した場合には不融化処理の前に該集
束剤中の水及び低沸点油剤を蒸発して取り除き、糸と糸
の間の通気性を良くする必要がある。このような前処理
によって不融化処理におけるムラを低減することができ
る。
In the present invention, the infusibility is carried out while winding the bobbin, so if a sizing agent is used during spinning, the water and low boiling point oil in the sizing agent are evaporated and removed before the infusibility treatment. It is necessary to improve ventilation. Such pretreatment can reduce unevenness in the infusibility treatment.

不融化に際しては、雰囲気と同じ種類のフレッシュなガ
スを毎分0.1〜5回の割合で流通置換して、古いガス
を排出することが好ましい、ガスの置換は、円筒形の通
気性ボビンの中央部へ置換するガスを吹き込むことによ
り効率良く行うことができる。
For infusibility, it is preferable to replace the old gas by circulating fresh gas of the same type as the atmosphere at a rate of 0.1 to 5 times per minute.The gas replacement is performed using a cylindrical breathable bobbin. This can be done efficiently by blowing the replacing gas into the center of the tank.

不融化処理時の雰囲気はファンによって強制的に攪拌す
ることが好ましく、その風速は0.1〜10m/秒、好
ましくは0.5〜5m/秒である。
The atmosphere during the infusibility treatment is preferably forcibly stirred by a fan, and the wind speed is 0.1 to 10 m/sec, preferably 0.5 to 5 m/sec.

このような強制titt’は糸巻内へのガスの浸透を推
進し、不融化炉内の温度分布をなくして焼成を均一にす
る効果がある。
Such forced titt' promotes gas penetration into the bobbin winding, eliminates temperature distribution in the infusibility furnace, and has the effect of making firing uniform.

ボビン巻のまま不融化したピッチ繊維は、不融化中、繊
維束を集束している油剤の分解劣化により集束性が乱れ
、繊維束が極めて弱(脆(なっており繊維の膠着もある
ため、不融化後の糸巻の解舒(巻戻)が著しく困難であ
る。本発明においては、ボビン上の繊維は合糸されてい
るので、スプレー等によって水を供給してボビン上の繊
維を湿潤させるか、油剤を付与することによって集束性
が向上するので容易に解舒することがができる。
During infusibility, pitch fibers that are infusible while wound on a bobbin are disrupted due to the decomposition and deterioration of the oil that binds the fiber bundles, making the fiber bundles extremely weak (brittle) and the fibers sticking together. It is extremely difficult to unwind (unwind) the spool after infusibility.In the present invention, since the fibers on the bobbin are doubled, water is supplied by spraying or the like to moisten the fibers on the bobbin. Alternatively, by applying an oil agent, the cohesiveness is improved, so that it can be easily unwound.

油剤としては紡糸の集束油剤の項で述べたものと同様な
ものを使用することができる。
As the oil agent, those similar to those described in the section of the focusing oil agent for spinning can be used.

iv)熱処理工程 不融化によって不融性となった炭素質ピッチ繊維を、化
学的に不活性な窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気で、5
00〜1000℃迄昇温し初期の炭化を行うことによっ
て予備炭化繊維が得られ、更に1000〜2000℃迄
昇温し、炭化することによって所謂炭素繊維が得られ、
2000℃〜3000℃迄昇温し、黒鉛化することによ
って黒鉛繊維が得られる。次にこれらの方法について詳
述する。
iv) Heat treatment process The carbonaceous pitch fibers that have become infusible due to infusibility are heated in a chemically inert nitrogen gas or argon gas atmosphere for 5 minutes.
Pre-carbonized fibers are obtained by raising the temperature to 00 to 1000°C and performing initial carbonization, and by further raising the temperature to 1000 to 2000°C and carbonizing, so-called carbon fibers are obtained.
Graphite fibers are obtained by increasing the temperature to 2000°C to 3000°C and graphitizing it. Next, these methods will be explained in detail.

本発明においては、連続熱処理炉に、熱処理しようとす
る繊維を線状で連続的に通して熱処理を行う。
In the present invention, heat treatment is performed by continuously passing the fiber to be heat treated in a linear manner through a continuous heat treatment furnace.

特に本発明においては、適切な炉の温度プロファイル(
温度勾配)のもとで、不融化したピッチ繊維を予備炭化
、炭化、黒鉛化処理することによって性能の優れた製品
を効率良く得るために、2段階の熱処理を行う。一般に
、炉の長さが短いと適切な温度プロファイル(温度勾配
)を得ることは設備上回!!モあるが、一方、炉の長さ
が長くなると繊維束のたるみにより炉内をこすり、傷が
つく度合が増え、結果として製品性能が低下する。
In particular, in the present invention, a suitable furnace temperature profile (
In order to efficiently obtain a product with excellent performance by pre-carbonizing, carbonizing, and graphitizing the infusible pitch fibers under a temperature gradient), two-step heat treatment is performed. In general, it is easier to obtain an appropriate temperature profile (temperature gradient) when the length of the furnace is short. ! On the other hand, as the length of the furnace becomes longer, the slack in the fiber bundles causes the inside of the furnace to rub, increasing the degree of scratches, and as a result, product performance deteriorates.

これらの相反する問題は、熱処理炉を分割し、第1次熱
処理、第2次の熱処理という2段階の処理を行うことに
よって解決される。2つに分割することにより適切な温
度プロファイルを作り易くなり、又、繊維束のたるみに
よる傷の発生も少なくすることが可能となる。
These contradictory problems can be solved by dividing the heat treatment furnace and performing two stages of treatment: primary heat treatment and second heat treatment. By dividing the fiber bundle into two, it becomes easier to create an appropriate temperature profile, and it is also possible to reduce the occurrence of scratches due to slack in the fiber bundle.

又、このような2段階の処理を行うことによって第1次
の熱処理、第2次の熱処理を合わせた炉の長さを長くで
きるので、糸の温度の実質的な昇温速度(本明細書では
、これを熱処理の昇温速度とする)が一定の場合には、
炉への通糸速度を大きくすることができ時間当たりの生
産量を大きくすることができるので有利である。
In addition, by performing such two-stage treatment, the length of the furnace including the first heat treatment and the second heat treatment can be increased, so that the actual temperature increase rate of the yarn temperature (hereinafter referred to as So, if this is the temperature increase rate of heat treatment) is constant, then
This is advantageous because the threading speed to the furnace can be increased and the production amount per hour can be increased.

本発明における2段階の熱処理に際する熱処理の分離温
度は、不融化したピッチ繊維の予備炭化、及び炭化中に
発生する反応生成ガス、タール状物質の製品性能への影
響を最小にするために、第1次の熱処理温度を、繊維束
強度も考慮して1800℃以下、好ましくは600〜1
500℃の間で行われる。ガスの発生量は500℃前後
で最も多いので、600℃以上であることが好ましく、
約1500℃では反応生成ガスが少量になるので好まし
い。
The separation temperature of the heat treatment in the two-step heat treatment in the present invention is set in order to minimize the influence of the reaction product gas and tar-like substance generated during pre-carbonization of the infusible pitch fibers and carbonization on the product performance. , the first heat treatment temperature is 1800°C or less, preferably 600-1
The temperature is between 500°C and 500°C. The amount of gas generated is greatest at around 500°C, so it is preferably 600°C or higher.
A temperature of about 1500° C. is preferable because the reaction product gas is small.

第1次の熱処理は、ボビン巻のまま不融化した不融化繊
維をボビンから解舒しつつ、必要に応じて更に合糸しな
がら実施することが好ましい。
The first heat treatment is preferably carried out while unwinding the infusible fibers, which have been infusible while wound on the bobbin, from the bobbin and, if necessary, while further doubling the fibers.

第1次の熱処理は、窒素ガス及び/又はアルゴンガスの
ような非酸化性ガス雰囲気下に線状で連続的に通して行
う。雰囲気ガスは、不融化繊維から生成した排ガスを除
去するため、0.05〜1回/分の割合で流通置換する
。これらのガスの一部をリサイクルし、或いは精製して
全部を再び使用することも可能である。
The first heat treatment is performed by continuous linear passage under a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen gas and/or argon gas. The atmospheric gas is circulated and replaced at a rate of 0.05 to 1 time/min in order to remove exhaust gas generated from the infusible fibers. It is also possible to recycle some of these gases or to purify them and use them all again.

第1次の熱処理をいきなり高い温度から行うと、繊維の
溶融及び/又は融着により繊維束の切断や部分的な糸切
れが起こる。これを避けるため、熱処理の開始を400
℃以下、好ましくは300℃以下から開始する。第1次
の熱処理の昇温速度は、徐々に炭化を行い繊維束の軟化
点を少しずつ上昇させることにより融着による繊維束の
切断を避けるため、20〜2000℃/分好ましくは5
0〜b 昇温速度を、遅くすれば通糸は容易になるが、経済的で
ない、第1次の熱処理温度(最高温度)は先に述べた理
由により、1800℃以下好ましくは600〜1500
℃で行う。最高温度到達後、1時間以内保持することも
行われる。
If the first heat treatment is performed suddenly at a high temperature, the fiber bundles will be cut or the fibers will be partially broken due to melting and/or fusing of the fibers. To avoid this, the start of heat treatment was
Start at a temperature below 300°C, preferably below 300°C. The temperature increase rate of the first heat treatment is preferably 20 to 2000°C/min, in order to avoid cutting of the fiber bundle due to fusion by gradually carbonizing and raising the softening point of the fiber bundle little by little.
0-b If the heating rate is slowed down, threading becomes easier, but it is not economical.The first heat treatment temperature (maximum temperature) is 1800°C or lower, preferably 600-1500°C, for the reasons mentioned above.
Perform at °C. After the maximum temperature is reached, it may be held for less than one hour.

第1次の熱処理は張力をかけずに行うこともできるが、
繊維束のたるむことによって、熱処理炉の炉底や炉壁で
糸がこすれて発生する損傷を防ぐと共に、張力下に糸条
を焼成することによって、炭素繊維又は黒鉛繊維の物性
を上げるため、■フィラメント当たり0.001〜0.
2gの張力をかけて行うことが好ましい、 第1次の熱
処理は、通常0.1〜20m/分の速度で連続的に焼成
炉を通して行う。
The first heat treatment can be performed without applying tension, but
In order to prevent damage caused by the yarn rubbing against the bottom and walls of the heat treatment furnace due to the slack of the fiber bundle, and to increase the physical properties of carbon fiber or graphite fiber by firing the yarn under tension, 0.001 to 0.00 per filament.
The first heat treatment, which is preferably carried out under a tension of 2 g, is carried out continuously through a firing furnace at a speed of usually 0.1 to 20 m/min.

第2次の熱処理は、アルゴンガス及び/又は窒素ガス等
の不活性ガス雰囲気の連続熱処理炉に通して行う、雰囲
気ガスは、黒鉛繊維を作る場合は特にアルゴンガスが好
ましい。雰囲気ガスは、繊維から生成したガスを除去す
るため0.05〜1回/分の割合で流通置換する。必要
に応じて雰囲気ガスをリサイクルし、又は精製して再使
用することも行う。
The second heat treatment is performed by passing through a continuous heat treatment furnace in an atmosphere of an inert gas such as argon gas and/or nitrogen gas. Argon gas is particularly preferred as the atmospheric gas when producing graphite fibers. The atmospheric gas is circulated and replaced at a rate of 0.05 to 1 time/min in order to remove gas generated from the fibers. If necessary, the atmospheric gas may be recycled or purified and reused.

第2次の熱処理は、最高温度が1000〜3000℃の
範囲となるように行う。最高温度到達後30分以内保持
することも行われる。
The second heat treatment is performed so that the maximum temperature is in the range of 1000 to 3000°C. It is also possible to hold the temperature within 30 minutes after reaching the maximum temperature.

第2次の熱処理の開始温度は1000℃以下であり、そ
こから第2次の熱処理の最高温度迄の昇温速度は、10
0〜b 第2次の熱処理は、張力をかけずに行うことができるが
、通炉中の糸の損傷を防ぎ、且つ張力下で処理して炭素
t、a is及び黒鉛t1維の物性を向上せしめるため
lフィラメント当たりo、oot−o。
The starting temperature of the second heat treatment is 1000°C or less, and the temperature increase rate from there to the maximum temperature of the second heat treatment is 10
0-b The second heat treatment can be performed without applying tension, but it is necessary to prevent damage to the yarn during passing through the furnace, and to improve the physical properties of carbon t, ais and graphite t1 fibers by treating under tension. o, oot-o per filament to improve.

2gの張力をかけて行うことが好ましい。It is preferable to apply a tension of 2 g.

第2次の熱処理は、第1次の熱処理ですでに炭素繊維又
はそれに近い強度の繊維となっているので、すでに公知
となっているポリアクリロニトリル系炭素繊維の場合の
焼成法によって焼成することができる(例えば、米国特
許第3,700..511号、同第3,764,662
号、同第3.900.556号、同第3,954,75
0号、同第4,301,136号、英国特許第t、tt
o。
In the second heat treatment, since the first heat treatment has already turned into carbon fiber or a fiber with a strength similar to that, it can be fired using the already known firing method for polyacrylonitrile carbon fiber. (e.g., U.S. Pat. No. 3,700..511, U.S. Pat. No. 3,764,662)
No. 3,900.556, No. 3,954,75
No. 0, No. 4,301,136, British Patent No. t, tt
o.

791号、同第1.215.005号、特公昭45−1
2540号、同45−19415号、同47−2673
3号、同47−36463号、特開昭46−2961号
、同47−716号、同60−99010号参照)。
No. 791, No. 1.215.005, Special Publication No. 1979-1
No. 2540, No. 45-19415, No. 47-2673
3, 47-36463, JP-A-46-2961, JP-A-47-716, and JP-A-60-99010).

第2次の熱処理炉を出た糸は、必要に応じて集束剤、サ
イジング剤等を付与した上、ボビンに巻き取る。
The yarn leaving the second heat treatment furnace is treated with a sizing agent, a sizing agent, etc. as necessary, and then wound onto a bobbin.

尚、本発明における第1次の熱処理、第2次熱処理の結
果は、予備炭化、炭化、黒鉛化の言葉で下記のように表
現することができる。
Note that the results of the first heat treatment and the second heat treatment in the present invention can be expressed in terms of preliminary carbonization, carbonization, and graphitization as follows.

五上久五区埋      五1人然亘理予備炭化   
     炭化 予備炭化/炭化     炭化 予備炭化        炭化/黒鉛化予備炭化/炭化
     炭化/黒鉛化予備炭化/炭化     黒鉛
化 (発明の効果) 本発明の方法によれば、ピッチ繊維を合糸して通気性ボ
ビンに巻き取った後不融化するので、通気性が著しく向
上し、ボビン上に厚くピッチ繊維を巻いた場合でも、均
一な不融化が可能であり、フィラメント間の融着や膠着
を生ずることなく、高品質のロングフィラメント糸を得
ることができる。
Gokamikugo Ward Buried 51 People Watari Preliminary Carbonization
Carbonization Pre-carbonization / Carbonization Carbonization Pre-carbonization Carbonization / Graphitization Pre-carbonization / Carbonization Carbonization / Graphitization Pre-carbonization / Carbonization Graphitization (Effects of the Invention) According to the method of the present invention, pitch fibers are doubled into a breathable bobbin. Since the pitch fibers are infusible after being wound up, air permeability is significantly improved, and even when pitch fibers are wound thickly on the bobbin, uniform infusibility is possible, and there is no fusion or agglutination between the filaments, resulting in a high You can get quality long filament yarn.

又、本発明の方法によれば不融化後の繊維束の集束性及
び強度が向上するので、ボビンからの不融化繊維の解舒
が容易にでき、その後連続的に線状で通糸しなから熱処
理を円滑に行うことができる。更に、本発明は、炭素質
ピッチ繊維を合糸後ボビンに巻いた状態で不融化した後
、巻き戻して炭化する方法であるので、生産上の能率が
極めて高い。更に光学的異方性炭素質ピッチ繊維を用い
る時は、高強度、高弾性の炭素繊維又は黒鉛繊維を得る
ことができる。
Furthermore, according to the method of the present invention, the cohesiveness and strength of the fiber bundle after infusibility are improved, so that the infusible fibers can be easily unwound from the bobbin, and after that, the infusible fibers can be threaded continuously in a linear manner. Heat treatment can be carried out smoothly. Furthermore, the present invention is a method in which the carbonaceous pitch fibers are wound around a bobbin after being doubled, infusible, and then rewound and carbonized, resulting in extremely high production efficiency. Furthermore, when optically anisotropic carbonaceous pitch fibers are used, carbon fibers or graphite fibers with high strength and high elasticity can be obtained.

又、繊維束を連続して線状で第1次の熱処理をするので
、焼成ムラのない均一な物性の1Jli維を得ることが
でき、第2次の高温度の熱処理を非常に短時間で終了さ
せることにより高強度、高弾性率の黒鉛繊維を容易に得
ることができる。このようにして得られた繊維は、糸扱
い時の毛羽立ちが少なく、糸の外観も良い高品質のロン
グフィラメント糸であり、巻き取り、巻き戻し、合糸が
自在であるのみならず、織物や編物とすることも自在で
あり、複合材料を製造する場合のフィラメントワインデ
ィングやプリプレグの製造等に使用することができるの
で、その応用範囲も広く本発明の意義は大きい。
In addition, since the fiber bundle is continuously subjected to the first heat treatment in a linear form, it is possible to obtain 1Jli fibers with uniform physical properties without firing unevenness, and the second high temperature heat treatment can be performed in a very short time. By terminating the process, graphite fibers with high strength and high modulus of elasticity can be easily obtained. The fibers obtained in this way are high-quality long filament yarns that have little fuzz when handled and have a good appearance.They are not only windable, unwindable, and doubled, but can also be used for textiles. It can also be made into a knitted fabric, and can be used for filament winding in the production of composite materials, prepreg production, etc., so the scope of its application is wide and the significance of the present invention is great.

以下に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明
はこれにより限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例) 実施例1゜ 光学的異方性相(AP)を約55%含有し、軟化点が2
32℃である炭素質ピッチを前駆体ピッチとして使用し
た。この前駆体ピッチは、キノリンネ溶分16.1重量
%と灰分0.26重量%を含有しており、370℃にお
ける粘度は2.8ポイズであった。このピッチを内容@
’t201の溶融タンク中で溶融し、370℃に制御し
て、ローター内有効容f!200m1の円筒型連続遠心
分離装置へ20m11分の流量で送り、ロータ一温度を
370℃に制御しつつ、遠心力を30.0OOGでAP
排出口より光学的異方性相の多いピッチ(Aピッチ)、
IP排出口より光学的等方性相の多いビッナ(iピッチ
)を連続して抜き出した。
(Example) Example 1 Contains approximately 55% optically anisotropic phase (AP) and has a softening point of 2
Carbonaceous pitch at 32°C was used as precursor pitch. This precursor pitch contained 16.1% by weight of quinoline solubility and 0.26% by weight of ash, and the viscosity at 370°C was 2.8 poise. Contents of this pitch @
It is melted in the melting tank of 't201, controlled at 370°C, and the effective volume in the rotor f! It was sent to a 200 m1 cylindrical continuous centrifugal separator at a flow rate of 20 m11 minutes, and the centrifugal force was controlled at 30.0 OOG while controlling the rotor temperature at 370 °C.
A pitch with more optically anisotropic phase than the outlet (A pitch),
Bina (i-pitch) containing a large amount of optically isotropic phase was continuously extracted from the IP outlet.

得られた光学的異方性ピッチは、光学的異方性相を98
%含み、軟化点265℃、キノリンネ溶分は29.5%
であった。
The optically anisotropic pitch obtained is 98 times the optically anisotropic phase.
%, softening point 265℃, quinoline solubility 29.5%
Met.

次に、得られた光学的異方性ピッチを、500大の紡糸
口金を有する溶融紡糸機(ノズル孔径:直径0.3mm
)に通し、355℃で約200mmHHの窒素ガス圧で
押し出して、ノズル下部に設けた、高速で回転する直径
210mm幅200mmのステンレス網製の金網ボビン
に巻き取り、約500m/分の巻き取り速度で10分間
紡糸した。ボビン1回転当たりのトラバースのピッチは
10mm/1回転であった。紡糸の間の糸切れはなかっ
た。この際紡糸した糸はエアーサンカーで略集束してオ
イリングローラ−に導き、糸に対して約0.5[t%の
割合で集束用油剤を供給した。
Next, the obtained optically anisotropic pitch was transferred to a melt spinning machine having a 500-sized spinneret (nozzle hole diameter: 0.3 mm in diameter).
), extruded at 355°C under a nitrogen gas pressure of about 200 mmHH, and wound onto a stainless steel wire mesh bobbin with a diameter of 210 mm and a width of 200 mm that rotates at high speed provided at the bottom of the nozzle at a winding speed of about 500 m/min. Spinning was carried out for 10 minutes. The pitch of the traverse per revolution of the bobbin was 10 mm/rotation. There was no yarn breakage during spinning. At this time, the spun yarn was approximately converged by an air sunker and guided to an oiling roller, and a convergence oil was supplied at a ratio of about 0.5 t% to the yarn.

油剤としては、25℃における粘度が14cstのジメ
チルポリシロキサンを使用した。
As the oil agent, dimethylpolysiloxane having a viscosity of 14 cst at 25° C. was used.

ピッチ繊維を巻いたボビン6個を、トラバースのピッチ
を20mm/1回転として合糸し、3゜000フィラメ
ントとして、10メツシュ(空間率55%)のステンレ
ス製の金網ボビンに巻き取った。この場合の糸の巻き厚
みは、約15mmであった。
Six bobbins wound with pitch fibers were combined at a traverse pitch of 20 mm/rotation, and wound into a 3°,000 filament around a 10-mesh (porosity: 55%) stainless steel wire mesh bobbin. The winding thickness of the thread in this case was about 15 mm.

このようにして得た金網ボビン巻きのピッチ繊維を、空
気雰囲気のファン付強制熱風循還炉に導入した。温度は
150℃から230℃迄0.5℃/分の昇温速度で昇温
し、250℃で2時間保持して不融化した。この間炉内
雰囲気を新しい空気で0.5回/分の割合で置換した。
The wire mesh bobbin-wound pitch fiber thus obtained was introduced into a fan-equipped forced hot air circulation furnace in an air atmosphere. The temperature was increased from 150°C to 230°C at a rate of 0.5°C/min, and the temperature was maintained at 250°C for 2 hours to make it infusible. During this time, the atmosphere in the furnace was replaced with fresh air at a rate of 0.5 times/minute.

この場合の攪拌の風速は0.7m/秒であった。The wind speed for stirring in this case was 0.7 m/sec.

不融化処理の終了後、紡糸に用いたと同じジメチルポリ
シロキサンに乳化剤を入れて水に分散させた油剤をスプ
レーを用いて付与した。
After the infusibility treatment was completed, an oil agent prepared by adding an emulsifier to the same dimethylpolysiloxane used for spinning and dispersing it in water was applied using a sprayer.

油剤付与した糸巻を、第1次熱処理を行う連続焼成炉の
入口にセントした。次いで、糸巻を解舒しつつ線状で連
続的に第1次の熱処理及び第2次の熱処理を行ったが、
この間ボビンからの糸巻の解舒は円滑に行われた。
The thread to which the oil was applied was placed at the entrance of a continuous firing furnace where the first heat treatment was performed. Next, the first heat treatment and the second heat treatment were performed continuously in a linear manner while unwinding the bobbin.
During this time, unwinding of the thread from the bobbin was carried out smoothly.

第1次の熱処理は、炉入口温度300℃、最高温度80
0℃の温度の窒素ガス雰囲気の連続焼成炉で行った。昇
温速度は200℃/分、通糸速度は、1m/分で行った
。第2次の熱処理は、窒素ガス雰囲気で、最高温度15
00℃で行い、この時の昇温速度は500℃/分、通糸
速度は1m/分であった。第2次の熱処理炉の出口で繊
維を巻取り、炭素繊維を得た0通炉中のテンションは1
フィラメント当り、0.01gで行った。
The first heat treatment was performed at a furnace inlet temperature of 300°C and a maximum temperature of 80°C.
The firing was carried out in a continuous firing furnace in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 0°C. The temperature increase rate was 200° C./min, and the threading speed was 1 m/min. The second heat treatment is performed at a maximum temperature of 15% in a nitrogen gas atmosphere.
The heating rate was 500°C/min, and the threading speed was 1 m/min. The fiber was wound up at the exit of the second heat treatment furnace to obtain carbon fiber.The tension during the furnace was 1.
0.01 g per filament was used.

得られた炭素繊維の引張強度は、2.2GPa。The tensile strength of the obtained carbon fiber was 2.2 GPa.

弾性率は260GPaであり、糸径は9.9μmであっ
た。
The elastic modulus was 260 GPa, and the thread diameter was 9.9 μm.

このようにして得た炭素繊維は、巻戻し、巻取り、合糸
等を自在に行うことができた。
The carbon fiber thus obtained could be freely unwound, wound up, and doubled.

実施例2゜ 第2次の熱処理を2500℃、アルゴンガス雰囲気で行
った他は実施例1と同様にして黒鉛繊維を得た。その時
の引張強度は、2.3GPa、弾性率は650GPaと
なり、糸径は9.6μmであった。
Example 2 Graphite fibers were obtained in the same manner as in Example 1, except that the second heat treatment was carried out at 2500° C. in an argon gas atmosphere. At that time, the tensile strength was 2.3 GPa, the elastic modulus was 650 GPa, and the thread diameter was 9.6 μm.

このようにして得た黒鉛繊維は、巻戻し、巻取り、合糸
等を自在に行うことができた。
The graphite fiber thus obtained could be freely unwound, wound up, thread-paired, etc.

比較例1゜ 合糸を行わなかった他は、実施例1と同様に処理した。Comparative example 1゜ The process was carried out in the same manner as in Example 1, except that the yarns were not doubled.

このようにして得た不融化後のピッチ繊維は糸巻の表層
部での糸の融着は僅かであったが、糸巻の中層部では、
ピッチ繊維が激しく融着し、プレート状に厚く固化して
おり、不融化繊維を得ることができなかった。
In the thus obtained infusible pitch fiber, the threads were only slightly fused in the surface layer of the bobbin, but in the middle layer of the bobbin.
The pitch fibers were intensely fused and solidified into a thick plate shape, making it impossible to obtain infusible fibers.

比較例2゜ 不融化後、油剤をつけなかった他は、実施例1と同様に
処理した。このようにして得たボビン上の不融化繊維の
繊維束は直ぐ切断し、解舒することができなかった。
Comparative Example 2 The process was carried out in the same manner as in Example 1, except that no oil was applied after infusibility. The fiber bundle of infusible fibers on the bobbin thus obtained could not be immediately cut and unwound.

実施例3゜ 軟化点265℃の光学的等方性の前駆体ピッチを実施例
1と同じ装置で溶融紡糸した。このピッチを実施例1と
同じ方法で合糸、不融化、第1次熱処理を行い、第2次
熱処理は、最高温度を1500℃で行った。
Example 3 An optically isotropic precursor pitch having a softening point of 265°C was melt-spun using the same equipment as in Example 1. This pitch was subjected to doubling, infusibility, and first heat treatment in the same manner as in Example 1, and the second heat treatment was performed at a maximum temperature of 1500°C.

この時得られた炭素繊維の引張強度は1.2GPa、引
張弾性率は90GPa、糸径は9.9μmであった。
The carbon fiber obtained at this time had a tensile strength of 1.2 GPa, a tensile modulus of 90 GPa, and a thread diameter of 9.9 μm.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)炭素質ピッチを溶融紡糸し、ピッチ繊維を合糸して
通気性ボビンに巻き、ボビン巻のまま酸化雰囲気下で不
融化した後、水又は油剤を付与し、次いでボビン上の不
融化糸を解舒しつつ、1800℃以下の非酸化性ガス雰
囲気中に線状で連続的に通して第1次の熱処理を行い、
更に3000℃以下の不活性ガス雰囲気中に連続的に通
して第2次の熱処理を行うことにより炭化、又は黒鉛化
処理することを特徴とする炭素繊維及び黒鉛繊維の製造
方法。 2)紡糸した合糸前のピッチ繊維のフィランメント数が
50〜1,000フィラメントであり、合糸後のピッチ
繊維のフィラメント数が200〜50,000フィラメ
ントであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 3)所定のフィラメント数を有する合糸したピッチ繊維
が、紡糸されたピッチ繊維を一旦複数のボビンに巻き取
った後、これらを解舒して合糸することにより得られる
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の炭素繊
維及び黒鉛繊維の製造方法。 4)所定のフィラメント数を有する合糸したピッチ繊維
が、紡糸されたピッチ繊維を集束後気流で引取りケンス
状に集積容器の中に集積した後、解舒しつつ合糸するこ
とにより得られることを特徴とする特許請求の範囲第2
項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 5)所定のフィラメント数を有する合糸したピッチ繊維
が、複数の紡糸機の紡糸口金から紡糸したピッチ繊維を
、紡糸しながら連続的に合糸することにより得られるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 6)第1次の熱処理が施される所定のフィラメント数を
有する合糸したピッチ繊維が、一度合糸したピッチを再
解舒して、再合糸を行うことにより得られることを特徴
とする特許請求の範囲第2項に記載の炭素繊維及び黒鉛
繊維の製造方法。 7)合糸時のトラバースを5〜100mm/(ボビン1
回転)とすることを特徴とする特許請求の範囲第2項に
記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 8)合糸後のボビンへのピッチ繊維の巻き厚が1〜10
0mmであることを特徴とする特許請求の範囲第2項に
記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 9)不融化処理を150℃〜400℃の温度範囲で、且
つ空気、酸素又は、空気と酸素若しくは空気と窒素の混
合ガス雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 10)雰囲気ガスを0.1〜5回/分の割合で流通置換
することを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載の炭
素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 11)雰囲気ガスを円筒ボビンの中心部に吹き込むこと
を特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 12)雰囲気を、風速が0.1〜10m/秒の速度とな
るように強制攪拌することを特徴とする特許請求の範囲
第9項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 13)通気性ボビンが直径100〜500mmの多孔性
の円筒ボビンであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 14)通気性ボビンの空間率が10〜80%となるよう
に小孔を全面に開けた金属性孔あきボビン又は金網ボビ
ンであることを特徴とする特許請求の範囲第13項に記
載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 15)通気性ボビンの材料組成が焼結金属材料であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第14項に記載の炭素繊
維及び黒鉛繊維の製造方法。 16)通気性ボビンが、耐熱性性樹脂、炭素又はセラミ
ックス、若しくは、耐熱性樹脂、炭素又はセラミックス
と炭素繊維又はセラミック繊維等の無機繊維との複合材
料であることを特徴とする特許請求の範囲第13項に記
載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 17)耐熱性樹脂が、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエーテルイミド等のポリイミド系樹脂、ポリスルフ
ォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルケトン、
ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンスルフィド等の
芳香族ポリエーテル系樹脂、全芳香族ポリアリレート等
の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリフェニレン、ポリテ
トラフルオロエチレンから選択された1種又は2種以上
の材料からなる特許請求の範囲第16項に記載の炭素繊
維及び黒鉛繊維の製造方法。 18)第1次の熱処理を窒素ガス及び/又はアルゴンガ
スの雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 19)第1次の熱処理の雰囲気ガスを0.05〜1回/
分の割合で流通置換することを特徴とする特許請求の範
囲第18項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 20)第1次の熱処理における最高温度が、600〜1
500℃である特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 21)第1次の熱処理開始温度が、400℃以下であり
、該開始温度から第1次の熱処理の最高温度までの昇温
速度が20〜2000℃/分であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製
造方法。 22)第1次の熱処理の昇温速度が50〜500℃/分
であることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載
の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 23)第1次の熱処理を、1フィラメント当り0.00
1〜0.2gの張力をかけながら焼成することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊
維の製造方法。 24)第2次の熱処理をアルゴンガス及び/又は窒素ガ
スの雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 25)第2次の熱処理の雰囲気ガスを0.05〜1回/
分の割合で流通置換することを特徴とする特許請求の範
囲第24項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 26)第2次の熱処理における最高温度が、1000〜
3000℃であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 27)第2次の熱処理開始温度が、1000℃以下であ
り、該開始温度から第2次の熱処理の最高温度迄の昇温
速度が100〜2000℃/分であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の
製造方法。 28)第2次の熱処理を、1フィラメント当り0.00
1〜0.2gの張力をかけながら焼成することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊
維の製造方法。 29)炭素質ピッチが光学的異方性ピッチであり光学的
異方性炭素質ピッチが、約95%以上の光学的異方性相
を含有し、且つ軟化点が約230〜320℃であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維及
び黒鉛繊維の製造方法。
[Claims] 1) Carbonaceous pitch is melt-spun, pitch fibers are doubled and wound around an air permeable bobbin, the bobbin is infusible in an oxidizing atmosphere, water or an oil agent is applied thereto, and then While unwinding the infusible yarn on the bobbin, the first heat treatment is performed by continuously passing it through a non-oxidizing gas atmosphere at 1800 ° C or less in a linear manner,
A method for producing carbon fibers and graphite fibers, which further comprises carbonizing or graphitizing the fibers by continuously passing them through an inert gas atmosphere of 3000° C. or lower to perform a second heat treatment. 2) A patent claim characterized in that the number of filaments of the pitch fibers before spinning is 50 to 1,000 filaments, and the number of filaments of the pitch fibers after spinning is 200 to 50,000 filaments. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to scope 1. 3) A patent characterized in that the spun pitch fibers having a predetermined number of filaments are obtained by winding the spun pitch fibers around a plurality of bobbins, and then unwinding and doubling the spun pitch fibers. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 2. 4) Pounded pitch fibers having a predetermined number of filaments are obtained by collecting the spun pitch fibers using an air current after convergence, accumulating them in a can-like accumulation container, and then unraveling them and doubling them. The second claim characterized in that
The method for producing carbon fibers and graphite fibers as described in 2. 5) Pounded pitch fibers having a predetermined number of filaments are obtained by continuously doubling pitch fibers spun from spinnerets of a plurality of spinning machines while spinning. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to Scope 2. 6) Pounded pitch fibers having a predetermined number of filaments that are subjected to the first heat treatment are obtained by re-unraveling the once-spliced pitch and performing re-splitting. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 2. 7) Traverse at the time of doubling 5 to 100 mm/(Bobbin 1
3. The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 2, wherein the method comprises: rotation). 8) The pitch fiber winding thickness on the bobbin after doubling is 1 to 10
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 2, wherein the thickness is 0 mm. 9) Claim 1, characterized in that the infusibility treatment is carried out at a temperature range of 150°C to 400°C in an atmosphere of air, oxygen, or a mixed gas of air and oxygen or air and nitrogen. A method for producing carbon fiber and graphite fiber. 10) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 9, characterized in that atmospheric gas is circulated and replaced at a rate of 0.1 to 5 times/minute. 11) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 10, characterized in that atmospheric gas is blown into the center of the cylindrical bobbin. 12) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 9, wherein the atmosphere is forcibly stirred at a wind speed of 0.1 to 10 m/sec. 13) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the breathable bobbin is a porous cylindrical bobbin with a diameter of 100 to 500 mm. 14) The carbon according to claim 13, which is a metal perforated bobbin or a wire mesh bobbin in which small holes are opened throughout the entire surface so that the air permeability bobbin has a porosity of 10 to 80%. Method for producing fibers and graphite fibers. 15) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 14, wherein the material composition of the breathable bobbin is a sintered metal material. 16) Claims characterized in that the breathable bobbin is a heat-resistant resin, carbon or ceramics, or a composite material of a heat-resistant resin, carbon or ceramics and inorganic fibers such as carbon fibers or ceramic fibers. The method for producing carbon fiber and graphite fiber according to item 13. 17) The heat-resistant resin is polyimide, polyamideimide,
Polyimide resins such as polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone,
A patent claim consisting of one or more materials selected from aromatic polyether resins such as polyphenyl ether and polyphenylene sulfide, aromatic polyester resins such as fully aromatic polyarylate, polyphenylene, and polytetrafluoroethylene. The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to item 16. 18) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the first heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen gas and/or argon gas. 19) Atmospheric gas for the first heat treatment 0.05 to 1 time/
19. The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 18, wherein the carbon fibers and graphite fibers are replaced by circulation at a rate of 100%. 20) The maximum temperature in the first heat treatment is 600 to 1
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the temperature is 500°C. 21) A patent claim characterized in that the first heat treatment start temperature is 400°C or less, and the temperature increase rate from the start temperature to the maximum temperature of the first heat treatment is 20 to 2000°C/min. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to item 1. 22) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 21, wherein the temperature increase rate in the first heat treatment is 50 to 500°C/min. 23) The first heat treatment was performed at 0.00% per filament.
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the firing is performed while applying a tension of 1 to 0.2 g. 24) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed in an atmosphere of argon gas and/or nitrogen gas. 25) Atmospheric gas for the second heat treatment 0.05 to 1 time/
25. The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 24, wherein the carbon fibers and graphite fibers are replaced by circulation at a rate of 100%. 26) The maximum temperature in the second heat treatment is 1000~
Claim 1 characterized in that the temperature is 3000°C.
The method for producing carbon fibers and graphite fibers as described in 2. 27) A patent claim characterized in that the start temperature of the second heat treatment is 1000°C or less, and the temperature increase rate from the start temperature to the maximum temperature of the second heat treatment is 100 to 2000°C/min. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to item 1. 28) The second heat treatment was performed at a rate of 0.00 per filament.
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the firing is performed while applying a tension of 1 to 0.2 g. 29) The carbonaceous pitch is an optically anisotropic pitch, and the optically anisotropic carbonaceous pitch contains about 95% or more of an optically anisotropic phase, and has a softening point of about 230 to 320°C. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1.
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