JPS6254788A - 炭素繊維用プリカ−サ−ピツチの製造方法 - Google Patents

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〉 本発明は炭素繊維製造用の原料である低粘度□等方性プ
リカーサーピッチの新規な製造方法に関するものである
。

〈従来技術とその問題点〉 炭素ｔａ維の製造方法は、ポリアクリロニトリル、セル
ロース等の合成繊維を焼成する方法と。

石油、石炭系のタールピッチ状物質を原料として紡糸、
不融化、炭化する方法に大別することができる。これら
二つの方法のうち前者は、原料コストが高く、かつ炭化
収率が低いという欠点がある。

一方、後者の方法によると、原料となる各種ピッチは１
石炭、石油工業の副産物であるため大璧に入手が可能で
あり、低コストであるという利″点があるが、原料ピッ
チから炭素繊維の前駆体であるプリカーサービッチを調
製する工程が必要であり、工業的に実施するにはまだ数
多くの問題が残されている。

一方、このプリカーサービッチは、目的とする炭素Ｈｈ
Ｈの特性に応じて、光学的に等方性のものと、異方性の
メソフェーズピッチに分類されるが、後者の異方性プリ
カーサービッチについては、後工程の紡糸を円滑に行う
ための低粘度化に関して、水素化処理により目的の低粘
度メソフェーズピッチが得られることが、特公昭４５−
２８０１３号、特公昭４９−８６３４号、特開昭５８−
１８４２１号、特公昭６０−２３５２号に提案されてい
るが、前者の等方性プリカーサービッチについてはまだ
解決されていないのが現状である。

紡糸性のすぐれた炭素ＦＩｉ維製造用の低粘度等方性プ
リカーサービッチとしては、ベンゼン不溶分が約５０〜
６５重量％、キノリン不溶分が痕跡場、軟化点が約２０
０〜２４０℃であり、メソフェーズが存在しないという
特性を有しているものが好ましい。

〈発明の１］的〉 本発明は、上述する問題点を有利に解決するものであり
、ピッチ類の熱処理を、急速加熱により比較的高温で短
時間行うことにより、低粘度で紡糸性にすぐれた汎用炭
素繊維用の等方性プリカーサービッチの製造方法を提供
することを目的とする。

〈発明の構成〉 本発明は、タールあるいはタールピッチ中に存在する熱
反応性の高い高分子量成分を溶剤抽出で分離除去したピ
ー、チを用い、急速昇温により高温まで達せしめ、この
温度において短時間処理することにより１等方性のピッ
チにおいても低粘度で紡糸性に優れたプリカーサービッ
チを製造することができるという新規知見に立脚するも
のである。

すなわち、本発明は、ベンゼン不溶分が５０〜６０ｗｔ
％、キノリン不溶分が痕跡量、軟化点が２００〜２４０
℃であり、かつメンフェーズが実質的に存在しない炭素
繊維用プリカーサービッチを製造するに際し、 タールあるいはタールピッチを溶剤により溶解した後、
キノリン不溶分を痕跡量となるまで除去し、更に同時に
ピリジン不溶分を５重量％以下となるまで除去したピッ
チを得、次いでこの得られたピッチに、２０　ｍｍＨｇ
以下の減圧下で不活性ガスを流通させながら、７℃／ｗ
ｉｎ以上で昇温させて３５０〜４８０″Ｃの最高処理温
度で加熱処理を施すことを特徴とする炭素繊維用プリカ
ーサービッチの製造方法を提供するものである。

以下１本発明について詳細に説明する。

本発明に用いる原料はタールあるいはタールピッチ（以
下ピッチという）を用いる。これはまず石炭系のタール
中油、軽油のような比較的軽質の芳香族系溶剤などの適
当な溶剤により抽出して溶剤不溶分となるピッチ中に存
在するフリーカーボンを主体とするキノリン不溶分およ
び無機質を実質的に分離するとともに、高分子量成分で
あるピリジン不溶分を５屯賃％以下まで除去する。キノ
リン不溶分を実質的に分離除去して痕跡量とするのは、
このキノリン不溶分は、溶融紡糸の際に溶解せず固形分
として存在するためノズル閉塞の原因となり、さらに焼
成後ｍ維中に残存すると異物として強度の低下をもたら
す原因となるものだからである。またピリジン不溶分を
５重量％となるまで除去する理由は、ピリジン不溶分は
熱反応性が高く、熱処理により容易にメソフェーズを生
成し易く、このメソフェーズが２次的なＱＩとして紡糸
の阻害原因となるからである。

すなわち、本発明は、原料ピッチ中の熱的に不安定で反
応性に富む高分子９Ｑ分を除去することにより、これを
加熱処理してプリカーサービッチを製造する際に、高温
で処理してもキノリン不溶分となるメソフェーズの生成
を抑制することができ、しかもベンゼン不溶分を目的と
する範囲まで高めるととができるものである。

元来ピッチは、熱処理すればその処理温度が高温になる
ほど、メソフェーズが生成しやすくなる。しかし１本発
明の目的である低粘度のプリカーサービッチを製造する
ためには、低温で長時間処理するよりも、高温で短時間
処理しなければならないため、原料中のメソフェーズを
生成しやすい高分子徴成分を熱処理する前に除去してお
き、熱安定性にすぐれた原料ピッチを用いる必要がある
。

プリカーサービッチ中にヒ述したメソフェーズが存在す
ると、ピッチが不均質となり、溶融紡糸を行うと、ノズ
ルの閉塞を起こしたり、繊維上にビーズ状のふくらみが
発生する原因となるため、紡糸を非常に困難にする、も
のである。

また１本発明の低粘度等方性プリカーサービッチを製造
するためには、上記のごとき原料ピッチを用いることと
、さらにこの原料ピッチの加熱処理方法の選択が重要で
ある。すなわち、原料ピッチを３５０〜４８０℃の高温
まで７℃／ｓｉｎ以上で急速に昇温し、その温度で短時
間処理しなければならない、つまり、長時間加熱処理す
ると、過度の重縮合反応が起こり、ピッチが高分子化し
、粘度が高くなるため１本発明の目的とする低粘度プリ
カーサービッチを達成できなくなるからである。昇温速
度が７℃／ｗｉｎ未満であると、熱処理時間を長くしな
ければならず、その結果ピッチが高粘度となり、最高処
理温度が３５０〜４８０℃の範囲をはずれると、低温側
であると、低分子成分の残存により不融化が困難となり
、高温側であると前述したメソフェーズが生成し易くな
るためである。

また、加熱処理は、２０ｍｍＨｇ以下の減圧下で、窒素
あるいはアルゴンの如き不活性ガスを流通させながら行
ない、熱処理中、熱分解により生成した低分子量成分及
び原料中に元来存在する低分子量成分を積極的に反応系
から除去する必要がある。この低分子量成分がプリカー
サービッチ中に残存すると溶融紡糸の際に、揮発し、気
泡となり、円滑な紡糸を行うのが困難となるからである
。減圧を２０ｓｓＨｇより小さくすると、紡糸後の不融
化工程で繊維の融着の原因となる低分子成分を十分除去
できるためである。

以上のようにして調製されたプリカーサービッチは、ベ
ンゼン不溶分が５０〜６５重量％、キノリン不溶分が痕
跡量、軟化点が２００〜２４０℃の特性を有したもので
あり、このプリカーサービッチは通常の溶融紡糸方法に
より円滑に紡糸することができる。

〈実施例〉 （実施例１） 石炭系タールピッチ（軟化点＝８０℃、キノリン不溶分
：３％、ピリジン不溶分ニア％）をピリ゛ジンを溶剤と
して５倍量加え抽出後、癌過分離し溶剤不溶分を除去し
た後、蒸留して軟化点７５℃、キノリン不溶分痕跡量、
ピリジン不溶分２％、のピッチを得た。該ピッチを窒素
ガス流通下、１０ａ＋ｍ）Ｉｇの減圧下において８．５
℃／ｓｉｎの昇温速度で昇温し４６０°Ｃに達した後、
ただちに放冷した。該ピッチの分析結果を表１−Ａに示
した。

（実施例２） 実施例１と同じ方法で溶剤不溶分を除去したピッチを窒
素ガス流通下、１０ｍｍＨＨの減圧下において１０．９
℃／ａｋｉｎの昇温速度で４７５℃まで昇温し、ただち
に放冷した。該ピッチの分析結果を表１−Ｈに示した。

実施例１．２で得られたピッチは、いずれも高温で処理
したにもかかわらず、偏光顕微鏡で観察したところメソ
フェーズの生成はなく、全面等方性を示した。

これらのピッチＡ、Ｂをノズル径０．３ｍｍ　、　Ｌ／
Ｄ＝３の円筒型のモノホール紡糸装置により窒素加圧で
それぞれ２８１”０．２８８℃の温度で溶融紡糸しピッ
チ繊維を得た。

さらに、ピッチＡ、Ｂより得られたピッチ繊維を、空気
中３００℃で不融化した後、さらにアルゴンガス中でｉ
　ｏｏｏ℃で炭化して得られた炭化繊維の特性値を表２
に示した。

（比較例１） 実施例１で用いたの左同じタールピッチをキノリンを溶
剤として抽出し濾過、蒸留してキノリン不溶分痕跡量、
ピリジン不溶分７％、軟化点７８°Ｃのピッチを得た。

該ピッチを実施例１と同じ熱処理条件で処理して得られ
たピッチＣの分析結果を表１−Ｃに示した。

該ピッチＣは偏光顕微鏡で観察すると、数−のメソフェ
ーズ球体が観察され紡糸はできなかった。

（比較例２） 実施例１と同じ方法で溶剤不溶分を除去したピッチを用
い、窒素ガス流通下、１０ｍｍＨｇの減圧下において１
．２℃／ｒａ　ｉｎの昇温速度で３７０℃で処理した。

該ピッチの分析結果を表１−Ｄに示した。　ついで該ピ
ッチを実施例と同様に紡糸、不融化、炭化して得られた
炭化繊維の特性値を表２−Ｄに示した。該ピッチの紡糸
温度は３０７℃と高く、繊維径の太い繊維しか得られな
かった。

表　　　　　　　１ 表　　　　　　２ 〈発明の効果〉 以ヒの説明から明らかなように、本発明の方法により調
製された等方性プリカーサービッチは粘度が低く、低温
で紡糸を行うことが可能であり、さらに、該ピッチから
得られた炭素繊維は比較例２で示した繊維と比較しても
強度的に十分なものであった。すなわち、本発明の方法
により汎用炭素繊維製造用の等方性プリカーサービッチ
に関し、より低粘度で、紡糸性の良好なものが製造でき
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベンゼン不溶分が５０〜６０ｗｔ％、キノリン不
   溶分が痕跡量、軟化点が２００〜２４０℃であり、かつ
   メソフェーズが実質的に存在しない炭素繊維用プリカー
   サービッチを製造するに際し、 タールあるいはタールピッチを溶剤により溶解した後、
   キノリン不溶分を痕跡量となるまで除去し、更に同時に
   ピリジン不溶分を５重量％以下となるまで除去したピッ
   チを得、次いでこの得られたピッチに、２０ｍｍＨｇ以
   下の減圧下で不活性ガスを流通させながら、７℃／ｍｉ
   ｎ以上で昇温させて３５０〜４８０℃の最高処理温度で
   加熱処理を施すことを特徴とする炭素繊維用プリカーサ
   ーピッチの製造方法。