JPS6257722B2 - - Google Patents

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JPS6257722B2
JPS6257722B2 JP6702186A JP6702186A JPS6257722B2 JP S6257722 B2 JPS6257722 B2 JP S6257722B2 JP 6702186 A JP6702186 A JP 6702186A JP 6702186 A JP6702186 A JP 6702186A JP S6257722 B2 JPS6257722 B2 JP S6257722B2
Authority
JP
Japan
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pitch
decant oil
approximately
mesophasic
mesophace
Prior art date
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Application number
JP6702186A
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Japanese (ja)
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JPS61215718A (en
Inventor
Deidochenko Rosuteisurafu
Chaaruzu Ruisu Aauin
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BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by BP Corp North America Inc filed Critical BP Corp North America Inc
Publication of JPS61215718A publication Critical patent/JPS61215718A/en
Publication of JPS6257722B2 publication Critical patent/JPS6257722B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/32Apparatus therefor
    • D01F9/322Apparatus therefor for manufacturing filaments from pitch
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/145Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、メソフエースピツチから炭素繊維を
製造する方法に関する。 メソフエースピツチは、炭素製品の製造に、特
に優れた機械的性質を持つ炭素繊維の製造に使用
される。メソフエースピツチから製造した炭素繊
維は、軽量で、強く、剛性および導電性を持ちか
つ化学的にもまた熱的にも不活性であることは良
く知られている。メソフエースピツチ製の炭素繊
維は複合体とした場合に効果が優れており、航空
宇宙産業および高級スポーツ用品で使用されてい
る。 本明細書において「メソフエース」とは、当業
者界で用いられているように理解されるもので、
一般に液晶と同義である。液晶は結晶固体と普通
の液体との中間の物質状態にある。普通、メソフ
エース状の物質は異方性と共に液体の性質を持
つ。 本明細書で「メソフエースピツチ」とは、メソ
フエースが約40重量%より多く含み、かつ従来技
術によりかく拌等により分散した場合に異方性連
続相を形成することのできるピツチである。 一般に、デカントオイル(decant oil)は蒸留
によりピツチに変わる。時には、蒸留の前に熱処
理工程が実施される。蒸留から得られる生成物
は、等方性ピツチであり、このピツチをメソフエ
ースピツチに変えるにはさらに処理を施さなけれ
ばならない。 等方性ピツチ原料からメソフエースピツチを製
造する従来法には、熱重合を起すためにその原料
を約350〜450℃で熱処理することが含まれてい
る。 典型的な従来法は、反応器を約400℃に約20時
間保持して行なう。生成するメソフエースピツチ
の特性は反応温度、熱処理時間および揮発速度に
より制御することができる。重合による高分子量
部分があるので、約80重量%のメソフエース含量
でメソフエースピツチの軟化点は少なくとも300
℃になる。メソフエース含量が増大するにつれて
軟化点が上昇する。典型的には、メソフエースピ
ツチを紡糸するために、メソフエースピツチの軟
化点より約30〜約50℃高い温度にする。比較的低
い温度で紡糸できることが望ましい。これは、紡
糸に用いられる狭いオリフイスを詰まらせるおそ
れのある余分な重合を避け、またエネルギー消費
を最小限にするためである。 ピツチ中のメソフエース含量は、論文、
(“Quantitative Determination of Mesophase
Content in pitch”S.Chwastiak,R.T.Lewis,
J.D.Ruggiero共著、Fifteenth Biennial
Conference on Carbon,6月1981,148頁、149
頁)に記載の方法により測定することができる。 一般に、分子量組成に関してピツチを広く特徴
づけかつ必要な紡糸温度を見積るために当業界で
は「軟化点」という用語および「融点」という用
語を交換可能に用いている。 軟化温度の測定には幾つかの方法があり、これ
らの異なる方法により測定される温度は互いにい
くらか異なつている。 メトラー軟化点測定法はピツチ評価の基準とし
て広く採用されている。この方法をメソフエース
ピツチに応用することができる。 メソフエースピツチの軟化温度をホツトステー
ジ顕微鏡検査(hot stage microscopy)によつ
て測定することもできる。この方法では、不活性
雰囲気中、顕微鏡のホツトステージ上、偏光下で
メソフエースピツチを加熱する。メソフエースピ
ツチ温度の上昇速度をコントロールしながら、そ
の温度を上げ、メソフエースピツチが変形し始め
るとき、そのときの温度を軟化温度として記録す
る。 本明細書において、「軟化点」または「軟化温
度」を交換可能に使用し、それらは前駆物質の場
合もまたメソフエースピツチの場合もメトラー測
定法により測定した温度を指すものとする。 本明細書では、水素処理前後のデカントオイル
の実験式を通常の方法により分子量および元素分
析データから得た。 デカントオイルは、メソフエースピツチに変換
すべき等方性ピツチ状の原料の製造に広く使用さ
れている。デカントオイルからピツチ前駆物質を
製造する方法は、周知であり、通常デカントオイ
ルに熱を加えながら減圧下でデカントオイルを蒸
留する工程を有している。 デカントオイルが高芳香族性でありかつ良好な
メソフエースピツチを製造するには原料中の高芳
香族性が必要であることが当業界の教える所であ
ることから、デカントオイルはメソフエースピツ
チ用のピツチ前駆物質を製造するのに特に望まし
い。P.L.Walker編集、“Chemistry and physics
of Carbon”,vol.4、261頁、262頁(1960)、
“Carbon”,12,332頁(1974)および米国特許第
4005183号明細書参照。 メソフエースピツチ用原料の製造に当業界で使
用されるデカントオイルは硫黄含量が約1〜約
2.5重量%と低い。この原料から製造されるメソ
フエースピツチは、静止加熱下で約200ミクロン
より大きい異方性領域(domain)を形成するこ
とができる。そのような大きな領域を形成するこ
とのできることは重要である。なぜならば、それ
は、メソフエースピツチが良好な機械的性質なら
びに良好な紡糸性を有する炭素繊維を製造するの
に適していることを示しているからである。 大きな異方性領域を形成することのできるメソ
フエースピツチは高い変形性を持つことが知られ
ている。 商業的に紡糸する場合、良好な炭素繊維を製造
するためにメソフエースピツチのメソフエース含
量は少なくとも70重量%、好ましくは約80重量%
である。これは、本発明の目標である。 デカントオイルの硫黄量は、商用炭素繊維の製
造にとつて重要である。約2500℃以上の処理温度
を必要とする炭素繊維では問題が生じる場合があ
る。これは、そのような高温では硫黄が追い出さ
れ、その結果生成する炭素繊維の引張強度が低下
しまた密度が小さくなるからである。 従来技術によれば、高品質炭素繊維用のメソフ
エースピツチの製造に、高硫黄デカントオイルは
不適当なものとされていた。 米国特許第4075084号または第4166026号明細書
の教示の公知方法によつて、高硫黄デカントオイ
ルを水素脱硫に供することが望ましい。一般に、
水素脱硫によつて、炭化水素油は触媒の存在下で
水素と接触する。 しかしながら、水素処理により炭化水素油の芳
香族性が低下することは良く知られており、した
がつて、水素処理したデカントオイルは紡糸性が
比較的悪いメソフエースピツチを与え、そのよう
なメソフエースピツチから製造した炭素繊維は機
械的性質が悪いことが当業界で予想されている。
P.H.Emmett編集、“Catalysis”,vol.V,
Rheinhold Publirhing Corp.,New York,
1957、出版およびC.L.Thomas編集、“Catalytic
Processes and Proven Catalysts”,Academic
Press(1970)には、水素処理により芳香族性が
低下することが指摘されている。 本明細書において、「水素処理」とは、当業界
の技術によりデカントオイルを触媒の存在下で水
素と接触させる任意の方法である。 当業界の技術の教示に反して、本発明により水
素処理されたデカントオイルは、水素処理されて
いないデカントオイルから製造したメソフエース
ピツチと比較して改良された特性を有するメソフ
エースピツチに製造するように加工できることが
新たに見い出された。 さらに、改良されたメソフエースピツチは、公
知方法により改良された特性を有する炭素繊維に
加工することができる。 これらの驚くべき結果を一般的に説明すると次
のようになる。しかしこの説明は本発明の応用に
際して考えられる指針に過ぎず限定的なものでは
ない。ピツチ前駆物質材料をメソフエースピツチ
に変換する熱重合工程に関して説明する。 典型的には、ピツチ前駆物質は比較的広い分子
量分布を有する。ピツチは、低反応性分子もまた
高反応性分子も含有する。高反応性分子による急
速重合は好ましくない。これは生成するメソフエ
ースピツチ中に非常に大きい分子量成分が生じる
からである。これらの高分子量成分により、メソ
フエースピツチの粘度が比較的大きくなつて、対
応するメソフエースピツチ領域の大きさが小さく
なる。この現象は、米国特許第3976729号明細書
で論じられている。 本発明によるデカントオイルの水素化により、
高反応性分子の反応速度を遅くし、重合反応前お
よび反応中に高反応性分子が望ましい構造転位を
受けることができるようになる。この結果、メソ
フエースピツチの粘度は比較的低くなり、異方性
領域の大きさは比較的大きくなる。 本発明により製造されるピツチ前駆物質原料
を、J.E.Zimmer,“Mesophase Transformation
in a Solvent−Extracted Pitch”,Fifteenth
Biennial Conference on Carbon,6月,1981、
146頁147頁および本明細書で引用された文献に記
載されているように溶媒抽出によりメソフエース
ピツチに変換することもできる。驚くべきこと
に、製造されるメソフエースピツチは、特性とし
て領域の大きさおよび軟化点が優れている。 水素化デカントオイルからのメソフエース収率
は、未処理デカントオイルの場合に比較して低
い。しかし、この低収率および水素処理工程に伴
うコスト増は、メソフエースピツチの品質を驚く
ほど改良することにより補償される。 最も広い実施態様において、本発明は、デカン
トオイルの平均分子当りの水素原子数が約2〜約
3個多くなるまで、デカントオイルを水素処理す
る工程、水素処理したデカントオイルを蒸留して
ピツチを形成する工程、このピツチからメソフエ
ースに変換する工程、このメソフエースピツチか
ら炭素繊維を製造する工程を含むことを特徴とす
る、炭素繊維を製造する方法に関する。 本発明の他の実施態様は、水素処理したデカン
トオイルに熱―圧力処理を施してタール残留物を
つくり、このタール残留物を蒸留してピツチを形
成するという改良に関する。 熱処理を行わない本発明方法に比較して、デカ
ントオイルに対して原料の全体収率が熱―圧力処
理により増大する。 一般に、熱―圧力処理は、米国特許願第087186
号明細書(米国特許第4317809号)(1979年10月22
日に出願され、本出願人に譲渡された)の記載の
方法によつて行なわれる。この特許出願は、特許
されておりその記載は参考として本明細書に取り
入れるものとする。この出願記載の概要は、次の
通りである。 加圧下の加熱の厳密性は、石油工業で広く使用
されている技術用語のソーキングボリユームフア
クター(soaking volume factor)により評価す
ることができる。1.0のソーキングボリユームフ
アクターは、約52.7Kgcm-2(約750psig)の圧力
および約427℃の温度で4.28時間加熱することに
相当する。温度が炭化水素の重合または分解速度
に及ぼす効果は、当業界で知られている。たとえ
ば、450℃の分解速度は、427℃の分解速度の3.68
倍である。本明細書にて示される例のほとんどは
約450℃で行つたので、熱処理の厳密性をその温
度の等価基準に基いて計算した。 バツチ式熱―圧力処理の場合、好ましい温度、
圧力およびソーキングボリユームフアクターの範
囲は前駆物質によつて決まる。デカントオイルの
場合、温度範囲は約400〜約475℃であり、圧力範
囲は約14〜約105Kgcm-2・G(約200〜約
1500psig)であり、そしてソーキングボリユーム
フアクターは約0.4〜約8.6である。ソーキングボ
リユームフアクターは、約450℃で約0.5〜約10時
間に相当する。コンラドソン炭素含量が少なくと
も約20%、好ましくは約30%より多く約65%以上
の範囲になつたらバツチ式熱―圧力処理を停止す
る。メソフエース含量は約60重量%未満であり、
不融性固体が存在する場合、高温過を行うこと
が好ましい。過する場合、生成物が液化する温
度まで上げて、それで不融性固体を過で分離す
ることができる。熱―圧力処理中、均質な分布を
維持するためカク拌を行うのが好ましい。 本発明は、バツチ処理の代りに連続式熱―圧力
処理を行う方が経済的である。連続式熱―圧力処
理の場合、温度範囲は約420〜約550℃であり、圧
力範囲は約14〜約105Kgcm-2・G(約200〜約
1500psig)であり、そしてソーキングボリユーム
フアクターは約0.4〜約2.6である。ソーキングボ
リユームフアクターは、約450℃で約0.5〜約3時
間に相当する。 被処理物質のコンラドソン炭素含量が少なくと
も約5%、好ましくは約10%より大きく約65%よ
り小さい範囲になつたら連続式熱―圧力処理を停
止する。メソフエース含量は約60重量%未満であ
る。不融性固体が存在する場合、高温過が好ま
しい。 したがつて、本発明は、数工程およびそれらの
工程の相互間の関係(これらについてはすべて以
下の記載で詳述される)および特許請求の範囲に
指摘される本発明の範囲を包含する。 本発明の性質および目的をさらに理解するため
には、添付図面を参照に下記の詳しい記載を参照
する必要がある。 本発明の例示的で限定的でない例を以下に述べ
る。本文に含まれる指針的原理および教示に照ら
して他の例を多数導き出すことは容易であろう。
本明細書に記載の例は本発明を単に説明するため
であり、本発明の実施方法を限定するものではな
い。本明細書において特に断りがない限り、部お
よび%は重量部および重量%である。 第1図でデカントオイルは次のようにして水素
処理される。 反応器1は、内径32mmのステンレス鋼管を有
し、抵抗炉(図示せず)で加熱される。反応器1
は、デカントオイル供給源2からデカントオイル
を頂部から導入してトリクル床式(trickle bed
mode)で運転される。 反応器の水素処理触媒は、石油原料の水素脱硫
に普通使用される種類のものである。100mlの触
媒ペレツトを200mlの石英チツプ(12/16メツシ
ユ)と混合し、ステンレス鋼管に装入する。得ら
れる触媒床の長さは370mmである。 新鮮な触媒床は、経路3および4から供給され
かつ弁6および7により制御される水素および硫
化水素で活性化される。 経路9から供給されかつ弁8により制御される
窒素は、溶解硫化水素を触媒から除去するために
使用される。 反応器1からの気体は経路11を通つて分離器
12に除去され、回収された水素は弁14を介し
て経路13から取り除かれる。水素処理されたデ
カントオイルは反応器1から経路16を通つて貯
蔵器17に送られる。 第2図に示す連続式熱―圧力処理は次の通りで
ある。 水素処理されたデカントオイルは供給タンク1
8に入れられる。デカントオイルを加熱してその
粘度を下げその流動性を改良するために所望によ
り供給タンク18にヒータを設けることができ
る。供給タンク18は経路19によりポンプ21
に連結し、このポンプによりデカントオイルを経
路22を介して送り、圧力計23によりモニター
する。 デカントオイルは流動砂浴24中の炉コイルを
通過する。長い処理が望ましい場合、数個の流動
砂浴を縦列に使用することができる。 処理されたデカントオイル経路26を通つて圧
力調節器29により制御されている弁27に進
み、経路31を介して生成物捕集タンク32に集
められ、本発明の以後の工程で使用される。 例 1 分析の結果デカントオイルの各平均分子あたり
水素原子数が約3個多くなるまでデカントオイル
に水素処理を施した。水素処理は通常の方法で行
つた。 約2mmHgの真空下、約260℃の最終ポツト温
度で水素処理したデカントオイルを蒸留してピツ
チに変換した。 ピツチ前駆物質の性質をメソフエースピツチ用
原料として評価するために、ピツチ前駆物質の一
部を約400℃で約24時間熱処理してメソフエース
ピツチに変換した。熱処理で生成したメソフエー
スピツチの領域の大きさを測定した所約500ミク
ロンであつた。未処理デカントオイルから同じ方
法で製造したメソフエースピツチは、典型的に
は、約250ミクロンの領域の大きさを有してい
た。本発明により製造したメソフエースピツチの
領域の大きさがより大きいことは、メソフエース
ピツチの品質が良好であることを示している。そ
して、このことにより商業的紡糸に良く適してい
ることをも期待することができる。 さらに、比較的大きい領域の大きさは、次のこ
とも示している。本発明により製造したメソフエ
ースピツチは高い変形性を有し、繊維に紡糸する
場合分子が比較的容易に配列することを期待する
ことができる。これは、炭素繊維にとつて好まし
い低配向パラメータおよび優れた機械的性質を生
む。 得られたピツチ前駆物質の収率は、デカントオ
イルに関して21重量%に達した。反応中ピツチ
0.454Kg(1pound)当り約0.14標準m3/h(約
5scfh)の速度でアルゴンを散布しかつかく拌し
ながら約390℃で約29時間通常の熱処理を加えて
ピツチ前駆物質をメソフエースピツチに変換し
た。 得られたメソフエースピツチは、約100重量%
のメソフエースピツチを含有し、ピツチ前駆物質
に関して14%収率であつた。メソフエースピツチ
のメトラー軟化点は、約289℃であつた。この軟
化点は、100%メソフエース含量の熱的生成メソ
フエースにしては驚くほど低い。さらに、このメ
ソフエースピツチは、通常の100%メソフエース
ピツチより約30〜約40℃低い温度で紡糸すること
が出来る。 デカントオイルに関してメソフエースピツチの
全体の収率は、約3重量%であつた。 例 2 例1の水素処理デカントオイルを、かく拌型オ
ートクレーブで、約28〜約35cm-2・G(約400〜
約500psig)の圧力の窒素下、約430℃の温度で約
4時間バツチ式熱―圧力処理に供した。約90重量
%に達するタール残留物が得られた。その後この
残留物を蒸留して、水素処理デカントオイルに関
して約37重量%収率に達するピツチ前駆物質を得
た。 次いで、ピツチ前駆物質を約390℃で約30時間
熱処理してメソフエースピツチ変換した。得られ
たメソフエースピツチは約100%メソフエースを
含有し、メトラー軟化点は約317℃であつた。メ
ソフエースピツチ収率はタール残留物に関して約
34重量%であり、水素処理デカントオイルに関し
てメソフエースピツチの全体の収率は約11.3重量
%であつた。 この全体収率は例1で得られた全体収率より大
幅に大きく、水素処理デカントオイルを熱―圧力
処理に供することの価値を示すものである。 得られたメソフエースピツチを、モノフイラメ
ントに紡糸し、熱硬化し、その後約1700℃で通常
の方法により炭化した。フイラメントの直径は約
8ミクロンであつた。典型的には、フイラメント
の機械的性質は優れていた。平均ヤング率は約
1.97×106Kgcm-2(約28×106psi)であり、平均引
張強度は約39400Kgcm-2(約560000psi)であつ
た。これらの値の比から、歪対破損は約2%であ
り、これは従来技術によるメソフエースピツチ製
炭素繊維の場合の約2倍であることが分る。高歪
対破損値は、多くの商業製品に有利であると考え
られる。 例 3 デカントオイルの平均分子あたり水素原子数が
約2個多くなるまで第2のデカントオイルを水素
処理した。 水素処理デカントオイルを評価するために、一
部を約400℃で24時間熱処理してメソフエースピ
ツチを製造した。メソフエースピツチの領域の大
きさは約300ミクロンであつた。 これに対し、未処理デカントオイルでは、同じ
試験で領域の大きさが約200ミクロンのメソフエ
ースピツチが生成した。 水素処理デカントオイルを、かく拌圧力型オー
トクレーブで約23Kgcm-2・G(約330psig)の圧
力、約440℃の温度で約4時間バツチ式熱―圧力
処理に供した。得られたタール残留物はデカント
オイルに関して約79重量%収率に達した。タール
残留物を2mm圧で約262℃のポツト温度に真空蒸
留した。得られた原料はタール残留物に関して58
重量%収率に達し、その後この残留物を反応器を
用いてピツチ0.454Kg(1pound)あたり約0.14標
準m3/h(約5scfh)の速度でアルゴンを散布は
ながら約390℃で約24時間通常の熱重合によりメ
ソフエースピツチに変換した。得られたメソフエ
ースピツチは、原料に関して約58重量%収率に達
し、軟化点は約332℃であつた。メソフエース含
量は約100重量%であつた。 メソフエースピツチをモノフイラメントに紡糸
し、このモノフイラメントを空気中で約375℃で
加熱して熱硬化した。熱硬化フイラメントを従来
技術により約1700℃で炭化した。炭素繊維の直径
は約18ミクロンであつた。 炭素繊維の平均ヤング率は約1.55×106Kgcm-2
(約22×106psi)であり、平均引張強度は約14.1
×103Kgcm-2(約200×103psi)であつた。比較と
して、未処理デカントオイルからのメソフエース
ピツチより得た炭素繊維の平均ヤング率は約1.55
×106Kgcm-2(約22×106psi)であり、平均引張
強度は約11.6×103Kgcm-2(約165×103psi)であ
つた。 例 4 デカントオイルの平均分子あたり水素原子数が
約2個多くなるまで別のデカントオイルを水素処
理した。水素処理デカントオイルの一部を、前の
例と同様にしてメソフエースピツチに変換した。
メソフエースピツチの領域の大きさは約260ミク
ロンであつた。 これに対し、水素処理しないデカントオイルか
ら製造したメソフエースピツチの領域の大きさは
約179ミクロンであつた。 例 5 デカントオイルの平均分子あたり水素原子数が
約3個多くなるまで例1のデカントオイルを水素
処理した。水素処理デカントオイルを約123Kgcm
-2・G(約1750psig)の圧力、約525℃の温度で
約9分連続式熱―圧力処理に供した。デカントオ
イルに関して約97重量%の収率でタール残留物が
得られた。タール残留物を蒸留して軟化点104℃
のピツチ原料を得た。収率はタール残留物に関し
て約27重量%であつた。この原料を、かく拌型反
応器で、ピツチ0.454Kg(1pound)あたり約0.028
標準m3/h(約1scfh)の速度で水蒸気を散布し
ながら約400℃で約18.5時間熱処理した。得られ
たメソフエースピツチの収率は原料に関して約52
重量%であり、軟化点は約318℃であつた。メソ
フエース含量は約95重量%であつた。 メソフエースピツチをマルチフイラメントに紡
糸し、このマルチフイラメントを空気中で約375
℃に加熱して熱硬化し、次いで従来技術により不
活性雰囲気中、約2500℃で炭化した。炭素繊維の
平均特性は、ヤング率約7.0×106Kgcm-2(約100
×106psi)および引張強度約27.4×103Kgcm-2(約
390×103psi)であつた。 比較として、水素処理しなかつたデカントオイ
ルを処理してメソフエースピツチを製造した。デ
カントオイルを約70.3Kgcm-2・G(約1000psig)
の圧力で、約470℃の温度で約8分パツチ式熱―
圧力処理してタール残留物に変換した。得られた
タール残留物の収率はデカントオイルに関して
98.5重量%であつた。この残留物を蒸留して軟化
点約116℃のピツチ前駆物質を形成した。その収
率はタール残留物に関して約34重量%であつた。
このピツチを約400℃で約16.5時間加熱してメソ
フエースピツチに変換した。このメソフエースピ
ツチの収率はピツチ前駆物質に関して約56重量%
であり、軟化点は約318℃であつた。メソフエー
ス含量は約90重量%であつた。 このメソフエースピツチを、水素処理デカント
オイルからのメソフエースピツチの場合と同様に
処理して炭素フイラメントとした。得られた炭素
繊維の平均ヤング率は約4.4×106Kgcm-2(約63×
106psi)および引張強度は19.7×103Kgcm-2(約
280×103psi)であつた。 水素処理デカントオイルから得た原料で製造し
た炭素繊維は、未処理デカントオイルから得た炭
素繊維に比較して機械的性質が優れていた。 例 6 例5の水素処理デカントオイルから得たピツチ
原料を、溶媒抽出してメソフエースピツチを得
た。溶媒抽出は、固体原料をトルエンと共に室温
で1時間かく拌して行つた。原料対トルエン比は
1g:10mlであつた。8.3重量%収率で得られた
不活性部分は約85重量%のメソフエースを含有す
るメソフエースピツチであつた。このメソフエー
スピツチは、メトラー軟化点が272℃であり、異
方性領域の大きさは約500ミクロンであつた。 例の要約 第1〜6のデータの要約を示す。水素処理デカ
ントオイルはデータで示すように脱硫される。 芳香族水素含量は、通常の該磁気共鳴
(NMR)により測定した。
The present invention relates to a method for producing carbon fiber from mesophasic pitch. Mesophasic pitches are used in the production of carbon products, especially carbon fibers with excellent mechanical properties. Carbon fibers made from mesophasic pitch are well known to be lightweight, strong, stiff, electrically conductive, and chemically and thermally inert. Mesophacepitch carbon fibers are highly effective in composites and are used in the aerospace industry and high-end sporting goods. As used herein, "methophace" is understood as used in the art,
Generally synonymous with liquid crystal. Liquid crystals are in a state of matter intermediate between crystalline solids and ordinary liquids. Normally, mesophase-like materials have anisotropy and liquid properties. As used herein, "mesophase pitch" refers to a pitch that contains more than about 40% by weight of mesophase and is capable of forming an anisotropic continuous phase when dispersed by stirring or the like according to conventional techniques. Generally, decant oil is converted to pitch by distillation. Sometimes a heat treatment step is performed before distillation. The product obtained from the distillation is an isotropic pitch which must be further processed to convert it into a mesophatic pitch. Conventional methods for producing mesophase pitch from isotropic pitch raw materials include heat treating the raw materials at about 350-450°C to effect thermal polymerization. A typical conventional method is to maintain the reactor at about 400° C. for about 20 hours. The properties of the mesophase pitch produced can be controlled by the reaction temperature, heat treatment time and volatilization rate. Because of the high molecular weight portion due to polymerization, the softening point of mesophace pitch is at least 300 at a mesophace content of about 80% by weight.
It becomes ℃. As the mesophase content increases, the softening point increases. Typically, to spin the mesophase pitch, the temperature is about 30 to about 50 degrees Celsius above the softening point of the mesophase pitch. It is desirable to be able to spin at relatively low temperatures. This is to avoid excess polymerization that could clog the narrow orifices used for spinning, and to minimize energy consumption. The mesophace content in pituti is determined by the paper,
(“Quantitative Determination of Mesophase
Content in pitch”S.Chwastiak, RT Lewis,
Co-authored by JDRuggiero, Fifteenth Biennial
Conference on Carbon, June 1981, pp. 148, 149
It can be measured by the method described in p. Generally, the terms "softening point" and "melting point" are used interchangeably in the art to broadly characterize pitches in terms of molecular weight composition and to estimate the required spinning temperature. There are several methods of measuring softening temperature, and the temperatures measured by these different methods differ somewhat from each other. The Mettler softening point measurement method is widely used as a standard for pitch evaluation. This method can be applied to mesophasic pitch. The softening temperature of mesophasic pitch can also be determined by hot stage microscopy. In this method, a mesophasic pitch is heated under polarized light on a hot stage of a microscope in an inert atmosphere. The temperature of the mesophase pitch is increased while controlling the rate of increase in temperature, and when the mesophase pitch begins to deform, the temperature at that time is recorded as the softening temperature. "Softening point" or "softening temperature" are used interchangeably herein to refer to the temperature determined by the Mettler measurement method for both the precursor and the mesophase pitch. Herein, the empirical formula of the decant oil before and after hydrogen treatment was obtained from the molecular weight and elemental analysis data by conventional methods. Decanted oil is widely used in the production of isotropic pitch-like raw materials to be converted into mesophase pitch. Methods for producing pitch precursors from decant oil are well known and typically involve distilling the decant oil under reduced pressure while applying heat to the decant oil. Since decant oil is highly aromatic and the industry teaches that high aromaticity is necessary in the raw materials to produce good mesophase pitch, decant oil is suitable for use in mesophase pitch. Particularly desirable for producing pitch precursors. Edited by PL Walker, “Chemistry and physics
of Carbon”, vol. 4, pages 261, 262 (1960),
“Carbon”, 12 , p. 332 (1974) and U.S. Pat.
See specification No. 4005183. The decant oil used in the industry to make mesophace pitch raw materials has a sulfur content of about 1 to about
Low at 2.5% by weight. Mesophasic pitches made from this material can form anisotropic domains larger than about 200 microns under static heating. Being able to form such large areas is important. Because it shows that mesophasic pitch is suitable for producing carbon fibers with good mechanical properties as well as good spinnability. Mesophase pitches that can form large anisotropic regions are known to have high deformability. When commercially spun, the mesophace content of the mesophace pitch should be at least 70% by weight, preferably about 80% by weight to produce good carbon fibers.
It is. This is the goal of the present invention. The sulfur content of the decant oil is important for commercial carbon fiber manufacturing. Problems may arise with carbon fibers that require processing temperatures above about 2500°C. This is because at such high temperatures, sulfur is driven out, resulting in lower tensile strength and lower density of the resulting carbon fibers. According to the prior art, high sulfur decant oils have been deemed unsuitable for the production of mesophasic pitches for high quality carbon fibers. It is desirable to subject the high sulfur decant oil to hydrodesulfurization by known methods as taught in US Pat. No. 4,075,084 or US Pat. No. 4,166,026. in general,
Through hydrodesulfurization, hydrocarbon oil is contacted with hydrogen in the presence of a catalyst. However, it is well known that hydrotreating reduces the aromaticity of hydrocarbon oils, and therefore hydrotreated decant oils yield mesophase pitches with relatively poor spinnability; It is expected in the art that carbon fibers made from pitch will have poor mechanical properties.
Edited by PHEmmett, “Catalysis”, vol.V,
Rheinhold Publishing Corp., New York,
1957, published and edited by C.L.Thomas, “Catalytic
Processes and Proven Catalysts”,Academic
Press (1970) points out that hydrogen treatment reduces aromaticity. As used herein, "hydroprocessing" is any method of contacting decanted oil with hydrogen in the presence of a catalyst according to techniques in the art. Contrary to the teachings of the art, the hydrotreated decant oil of the present invention produces mesophasic pitch with improved properties compared to mesophasic pitch made from non-hydrotreated decant oil. It has been newly discovered that it can be processed to Additionally, the improved mesophasic pitch can be processed into carbon fibers with improved properties by known methods. A general explanation of these surprising results is as follows. However, this explanation is only a guideline that can be considered when applying the present invention, and is not intended to be limiting. A thermal polymerization process for converting pitch precursor material into mesophase pitch is described. Typically, pitch precursors have a relatively broad molecular weight distribution. Pits contain both low and high reactivity molecules. Rapid polymerization by highly reactive molecules is not preferred. This is because very large molecular weight components are generated in the mesophase pitch produced. These high molecular weight components result in a relatively high viscosity of the mesophasic pitch and a corresponding reduction in the size of the mesophasic pitch area. This phenomenon is discussed in US Pat. No. 3,976,729. Hydrogenation of decant oil according to the invention provides
It slows down the reaction rate of highly reactive molecules, allowing them to undergo desired structural rearrangements before and during the polymerization reaction. As a result, the viscosity of the mesophase pitch is relatively low and the size of the anisotropic region is relatively large. The pitch precursor raw material produced according to the present invention is described in JEZimmer, “Mesophase Transformation”.
in a Solvent-Extracted Pitch”, Fifteenth
Biennial Conference on Carbon, June, 1981,
It can also be converted to mesophasic pitch by solvent extraction as described on page 146, page 147 and in the literature cited herein. Surprisingly, the mesophasic pitches produced are characterized by excellent area size and softening point. The mesophase yield from hydrogenated decant oil is lower compared to untreated decant oil. However, this lower yield and increased cost associated with the hydrotreating step is compensated for by a surprising improvement in the quality of the mesophasic pitch. In its broadest embodiment, the invention comprises the steps of hydrotreating a decant oil until the average number of hydrogen atoms per molecule of the decant oil is increased by about 2 to about 3, and distilling the hydrotreated decant oil to produce pitch. The present invention relates to a method for producing carbon fiber, comprising the steps of forming the pitch, converting the pitch into mesophase, and producing carbon fiber from the mesophase pitch. Another embodiment of the present invention relates to an improvement in which the hydrotreated decant oil is subjected to heat-pressure treatment to create a tar residue and the tar residue is distilled to form pitch. Compared to the process of the invention without heat treatment, the overall yield of raw material for decanted oil is increased by heat-pressure treatment. Generally, heat-pressure treatment is described in U.S. Patent Application No. 087186
Specification (U.S. Pat. No. 4,317,809) (October 22, 1979)
This is done by the method described in the patent application filed in 1999 and assigned to the applicant. This patent application has been granted and is incorporated herein by reference. The outline of this application is as follows. The stringency of heating under pressure can be assessed by soaking volume factor, a technical term widely used in the petroleum industry. A soaking volume factor of 1.0 corresponds to heating at a pressure of about 750 psig and a temperature of about 427° C. for 4.28 hours. The effect of temperature on the rate of polymerization or decomposition of hydrocarbons is known in the art. For example, the decomposition rate at 450°C is 3.68 of the decomposition rate at 427°C.
It's double. Most of the examples presented herein were conducted at approximately 450°C, so the stringency of the heat treatments were calculated on an equivalent basis for that temperature. In the case of batch heat-pressure treatment, the preferred temperature,
The pressure and soaking volume factor ranges depend on the precursor. For decant oil, the temperature range is about 400 to about 475℃, and the pressure range is about 14 to about 105Kgcm -2・G (about 200 to about
1500 psig) and the soaking volume factor is about 0.4 to about 8.6. The soaking volume factor corresponds to about 0.5 to about 10 hours at about 450°C. The batch heat-pressure treatment is stopped when the Conradson carbon content is in the range of at least about 20%, preferably greater than about 30% and greater than about 65%. the mesophace content is less than about 60% by weight;
If infusible solids are present, high temperature filtration is preferred. If the product is filtrated, the temperature can be raised to liquefy the product and the infusible solids can then be separated by filtration. During the heat-pressure treatment, stirring is preferably performed to maintain homogeneous distribution. The present invention is more economical in that continuous heat-pressure treatment is used instead of batch treatment. In the case of continuous heat-pressure treatment, the temperature range is approximately 420 to approximately 550°C, and the pressure range is approximately 14 to approximately 105 Kgcm -2・G (approximately 200 to approximately
1500 psig) and the soaking volume factor is about 0.4 to about 2.6. The soaking volume factor corresponds to about 0.5 to about 3 hours at about 450°C. The continuous heat-pressure treatment is stopped when the Conradson carbon content of the treated material is at least about 5%, preferably greater than about 10% and less than about 65%. The mesophace content is less than about 60% by weight. If infusible solids are present, elevated temperatures are preferred. Accordingly, the invention encompasses the steps and their relationship to each other, all of which are detailed in the following description, and the scope of the invention as pointed out in the claims. For a further understanding of the nature and objects of the invention, reference should be made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. Illustrative, non-limiting examples of the invention are described below. Many other examples may easily be derived in light of the guiding principles and teachings contained in the text.
The examples described herein are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the manner in which the invention may be practiced. Unless otherwise specified herein, parts and percentages are by weight. In FIG. 1, the decant oil is hydrogen treated as follows. Reactor 1 has a stainless steel tube with an internal diameter of 32 mm and is heated in a resistance furnace (not shown). Reactor 1
In this case, decant oil is introduced from the top from the decant oil supply source 2 to create a trickle bed system.
mode). The reactor hydrotreating catalyst is of the type commonly used for hydrodesulfurization of petroleum feedstocks. 100 ml of catalyst pellets are mixed with 200 ml of quartz chips (12/16 mesh) and charged into a stainless steel tube. The length of the catalyst bed obtained is 370 mm. The fresh catalyst bed is activated with hydrogen and hydrogen sulfide fed from lines 3 and 4 and controlled by valves 6 and 7. Nitrogen, supplied via line 9 and controlled by valve 8, is used to remove dissolved hydrogen sulfide from the catalyst. Gas from reactor 1 is removed via line 11 to separator 12 and recovered hydrogen is removed via valve 14 via line 13. The hydrotreated decant oil is sent from reactor 1 via line 16 to storage 17 . The continuous heat-pressure treatment shown in FIG. 2 is as follows. Hydrogenated decant oil is supplied to supply tank 1.
It can be placed in 8. If desired, a heater can be provided in the supply tank 18 to heat the decant oil to reduce its viscosity and improve its flowability. Supply tank 18 is connected to pump 21 by path 19.
The pump conveys the decant oil through line 22 and is monitored by a pressure gauge 23. The decant oil passes through a furnace coil in a fluidized sand bath 24. If a long treatment is desired, several fluidized sand baths can be used in tandem. The treated decant oil passes through line 26 to valve 27 controlled by pressure regulator 29 and is collected via line 31 into product collection tank 32 for use in subsequent steps of the invention. Example 1 Decanted oil was subjected to hydrogen treatment until analysis showed that the average number of hydrogen atoms per molecule of the decanted oil increased by about 3. Hydrogen treatment was carried out in a conventional manner. The hydrogenated decant oil was distilled and converted to pitch under a vacuum of about 2 mm Hg and a final pot temperature of about 260°C. In order to evaluate the properties of the pitch precursor as a raw material for mesophase pitch, a portion of the pitch precursor was heat-treated at about 400°C for about 24 hours to convert it into mesophase pitch. The area size of the mesophasic pitch produced by the heat treatment was measured and was approximately 500 microns. Mesophasic pitches made in the same manner from unprocessed decant oil typically had a size in the area of about 250 microns. The larger area size of the mesophasic pitch produced according to the present invention indicates that the quality of the mesophasic pitch is good. And, because of this, it can be expected that it is well suited for commercial spinning. Furthermore, the relatively large area size also indicates that: The mesophasic pitch produced according to the present invention has high deformability, and when spun into fibers, it can be expected that the molecules will align relatively easily. This results in favorable low orientation parameters and excellent mechanical properties for carbon fibers. The yield of pitch precursor obtained reached 21% by weight with respect to the decant oil. Reacting pitch
Approximately 0.14 standard m 3 /h (approx.
The pitch precursor was converted to mesophasic pitch by conventional heat treatment at about 390° C. for about 29 hours with argon sparging and stirring at a rate of 5 scfh). The resulting mesophace pitch is approximately 100% by weight.
of mesophase pitch, with a yield of 14% with respect to the pitch precursor. The Mettler softening point of Mesophace pitch was approximately 289°C. This softening point is surprisingly low for a thermally generated mesophase with 100% mesophase content. Furthermore, this mesophasic pitch can be spun at a temperature about 30 to about 40° C. lower than that of conventional 100% mesophasic pitch. The overall yield of mesophasic pitch relative to the decant oil was approximately 3% by weight. Example 2 Hydrogenated decant oil from Example 1 was heated in a stirred autoclave at approximately 28 to 35 cm -2・G (approximately 400 to
Batch heat-pressure treatment was carried out at a temperature of about 430° C. for about 4 hours under nitrogen at a pressure of about 500 psig. A tar residue amounting to approximately 90% by weight was obtained. The residue was then distilled to yield pitch precursors reaching a yield of about 37% by weight on the hydrotreated decant oil. The pitch precursor was then heat treated at about 390° C. for about 30 hours to convert it into mesophase pitch. The resulting mesophace pitch contained about 100% mesophace and had a Mettler softening point of about 317°C. The mesophase pitch yield is approximately
34% by weight, and the overall yield of mesophasic pitch was about 11.3% by weight on the hydrotreated decant oil. This overall yield is significantly greater than that obtained in Example 1 and demonstrates the value of subjecting the hydrotreated decant oil to heat-pressure treatment. The resulting mesophasic pitch was spun into a monofilament, thermosetted, and then carbonized at about 1700° C. in a conventional manner. The diameter of the filament was approximately 8 microns. Typically, the mechanical properties of the filaments were excellent. The average Young's modulus is approximately
The average tensile strength was about 39400 Kgcm -2 ( about 560000 psi) . The ratio of these values shows that the strain to failure is approximately 2%, which is approximately twice that for prior art mesophasic carbon fibers. High strain-to-failure values are considered advantageous for many commercial products. Example 3 A second decant oil was hydrotreated until the average number of decant oil molecules increased by about 2 hydrogen atoms. To evaluate the hydrotreated decant oil, a portion was heat treated at approximately 400°C for 24 hours to produce mesophasic pitch. The area size of the mesophasic pitch was about 300 microns. In contrast, untreated decant oil produced mesophasic pitches with an area size of about 200 microns in the same test. The hydrotreated decant oil was subjected to batch heat-pressure treatment in an agitated pressure autoclave at a pressure of about 23 Kgcm -2 ·G (about 330 psig) and a temperature of about 440° C. for about 4 hours. The resulting tar residue reached a yield of about 79% by weight with respect to the decant oil. The tar residue was vacuum distilled at 2 mm pressure to a pot temperature of about 262°C. The raw material obtained is 58% in terms of tar residues.
After reaching a weight percent yield, this residue was heated in a reactor at about 390° C. for about 24 hours while sparging with argon at a rate of about 0.14 standard m 3 /h (about 5 scfh) per pound of pitch. It was converted into mesophasic pitch by conventional thermal polymerization. The resulting mesophacetic pitch reached a yield of about 58% by weight with respect to the raw material and had a softening point of about 332°C. The mesophace content was approximately 100% by weight. The mesophasic pitch was spun into a monofilament, and the monofilament was heat cured by heating at about 375° C. in air. The thermoset filament was carbonized at approximately 1700°C using conventional techniques. The carbon fiber diameter was approximately 18 microns. The average Young's modulus of carbon fiber is approximately 1.55×10 6 Kgcm -2
(approximately 22 × 10 6 psi), and the average tensile strength is approximately 14.1
×10 3 Kgcm -2 (approximately 200 × 10 3 psi). As a comparison, the average Young's modulus of carbon fibers obtained from mesophase pitch from untreated decanted oil is approximately 1.55.
×10 6 Kgcm -2 (approximately 22 × 10 6 psi), and the average tensile strength was approximately 11.6 × 10 3 Kgcm -2 (approximately 165 × 10 3 psi). Example 4 Another decant oil was hydrotreated until the average number of decant oil molecules was approximately 2 more hydrogen atoms per molecule. A portion of the hydrotreated decant oil was converted to mesophasic pitch as in the previous example.
The area size of the mesophasic pitch was approximately 260 microns. In contrast, the area size of mesophasic pitches made from unhydrogenated decant oil was approximately 179 microns. Example 5 The decant oil of Example 1 was hydrotreated until the average number of hydrogen atoms per molecule of the decant oil increased by about 3. About 123Kgcm of hydrogen treated decant oil
It was subjected to continuous heat-pressure treatment at a pressure of -2 ·G (about 1750 psig) and a temperature of about 525° C. for about 9 minutes. A tar residue was obtained with a yield of approximately 97% by weight relative to the decant oil. Distillation of tar residue to softening point 104℃
The raw material for pituti was obtained. The yield was about 27% by weight with respect to tar residue. Approximately 0.028 kg/0.454 kg (1 pound) of this raw material is mixed in a stirred reactor.
Heat treatment was carried out at about 400° C. for about 18.5 hours while sparging steam at a standard m 3 /h (about 1 scfh) rate. The yield of mesophacetic pitch obtained was approximately 52% with respect to the raw material.
% by weight, and the softening point was about 318°C. The mesophace content was approximately 95% by weight. The mesophasic pitch is spun into a multifilament, and this multifilament is spun in the air at approximately 375 mm.
It was thermoset by heating to 0.degree. C. and then carbonized by conventional techniques at about 2500.degree. C. in an inert atmosphere. The average property of carbon fiber is Young's modulus of approximately 7.0×10 6 Kgcm -2 (approximately 100
×10 6 psi) and tensile strength approximately 27.4 × 10 3 Kgcm -2 (approximately
390×10 3 psi). As a comparison, mesophasic pitch was produced by processing decant oil that had not been hydrotreated. Decant oil to about 70.3Kgcm -2・G (about 1000psig)
Patch-type heating at a pressure of about 470℃ for about 8 minutes.
It was converted to a tar residue by pressure treatment. The yield of the tar residue obtained is with respect to the decant oil
It was 98.5% by weight. This residue was distilled to form a pitch precursor with a softening point of about 116°C. The yield was about 34% by weight with respect to tar residue.
This pitch was heated at about 400°C for about 16.5 hours to convert it into mesophasic pitch. The yield of this mesophase pitch is approximately 56% by weight with respect to the pitch precursor.
The softening point was approximately 318°C. The mesophace content was approximately 90% by weight. This mesophase pitch was processed into carbon filaments in the same manner as the mesophase pitch from hydrotreated decant oil. The average Young's modulus of the obtained carbon fibers was approximately 4.4×10 6 Kgcm -2 (approximately 63×
10 6 psi) and tensile strength is 19.7×10 3 Kgcm -2 (approx.
280×10 3 psi). Carbon fibers made with feedstock obtained from hydrotreated decant oil had superior mechanical properties compared to carbon fibers obtained from untreated decant oil. Example 6 The pitch raw material obtained from the hydrotreated decant oil of Example 5 was subjected to solvent extraction to obtain mesophase pitch. Solvent extraction was performed by stirring the solid raw material with toluene for 1 hour at room temperature. The raw material to toluene ratio was 1 g:10 ml. The inert portion obtained with a yield of 8.3% by weight was mesophace pitch containing approximately 85% by weight mesophace. This mesophase pitch had a Mettler softening point of 272°C and an anisotropic region size of about 500 microns. Summary of Examples A summary of the data of Nos. 1 to 6 is shown. The hydrotreated decant oil is desulfurized as shown in the data. Aromatic hydrogen content was determined by conventional magnetic resonance (NMR).

【表】 本発明は図示記載された正確な説明に限定され
るものではない。当業者が自明な修正を想起する
からである。
Table The invention is not to be limited to the precise description shown and described. This is because obvious modifications will occur to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、デカントオイルの水素処理を示す図
であり、第2図は、連続式熱―圧力処理を示す図
である。 1…反応器、2…デカントオイル供給源、3…
経路、4…経路、6…弁、7…弁、8…弁、9…
経路、11…経路、12…分離器、13…経路、
14…弁、16…経路、17…貯蔵器、18…供
給タンク、19…経路、21…ポンプ、22…経
路、23…圧力計、24…流動砂浴、26…経
路、27…弁、29…圧力制御弁、31…経路、
32…生成物捕集タンク。
FIG. 1 is a diagram showing hydrogen treatment of decant oil, and FIG. 2 is a diagram showing continuous heat-pressure treatment. 1... Reactor, 2... Decant oil supply source, 3...
Route, 4... Route, 6... Valve, 7... Valve, 8... Valve, 9...
route, 11... route, 12... separator, 13... route,
14... Valve, 16... Route, 17... Storage device, 18... Supply tank, 19... Route, 21... Pump, 22... Route, 23... Pressure gauge, 24... Fluidized sand bath, 26... Route, 27... Valve, 29 ...pressure control valve, 31...pathway,
32...Product collection tank.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記の工程を含むとを特徴とする、炭素繊維
の製造法。 (イ) デカントオイルの平均1分子あたり水素原子
数が2〜3個多くなるまでデカントオイルを水
素処理する工程 (ロ) 水素処理されたデカントオイルを蒸留してピ
ツチを形成する工程 (ハ) このピツチからメソフエースピツチ(ただ
し、少なくとも70重量%のメソフエース含量を
有するものとする)に変換する工程 (ニ) このメソフエースピツチから炭素繊維を製造
する工程 2 下記の工程を含むことを特徴とする、炭素繊
維の製造法。 (イ) デカントオイルの平均1分子あたり水素原子
数が2〜3個多くなるまでデカントオイルを水
素処理する工程 (ロ) 水素処理されたデカントオイルに熱−圧力処
理を施してタール残留物をつくる工程 (ハ) このタール残留物を蒸留してピツチを形成す
る工程 (ニ) このピツチからメソフエースピツチ(ただ
し、少なくとも70重量%のメソフエース含量を
有するものとする)に変換する工程 (ホ) このメソフエースピツチから炭素繊維を製造
する工程
[Scope of Claims] 1. A method for producing carbon fiber, which comprises the following steps. (b) A process of hydrogen-treating the decant oil until the average number of hydrogen atoms per molecule of the decant oil increases by 2 to 3. (b) A process of distilling the hydrogen-treated decant oil to form pitch. (c) This process Step (d) of converting pitch into mesophace pitch (provided that it has a mesophace content of at least 70% by weight); Step 2 of producing carbon fiber from this mesophace pitch; characterized by comprising the following steps: , Carbon fiber manufacturing method. (a) A process of hydrogen-treating the decant oil until the average number of hydrogen atoms per molecule of the decant oil increases by 2 to 3. (b) A process of subjecting the hydrogen-treated decant oil to heat-pressure treatment to create a tar residue. Step (c) A step of distilling this tar residue to form pitch. (d) A step of converting this pitch into mesophace pitch (provided that it has a mesophace content of at least 70% by weight). The process of producing carbon fiber from mesophasic pitch
JP6702186A 1981-09-24 1986-03-25 Production of carbon fiber Granted JPS61215718A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4590055A (en) * 1982-08-24 1986-05-20 Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology Pitch-based carbon fibers and pitch compositions and precursor fibers therefor
JPS62270685A (en) * 1986-05-19 1987-11-25 Maruzen Petrochem Co Ltd Production of mesophase pitch
US4959139A (en) * 1989-01-09 1990-09-25 Conoco Inc. Binder pitch and method of preparation
JPH052680U (en) * 1991-06-27 1993-01-19 株式会社シマノ Single bearing reel
CN111363578B (en) * 2020-04-14 2021-04-02 湖南东映长联科技有限公司 Method for refining mesophase pitch by hydrogenation and chain transfer modification
WO2023192103A1 (en) * 2022-03-28 2023-10-05 ExxonMobil Technology and Engineering Company Pitch compositions and methods related thereto

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4842696B1 (en) * 1969-02-13 1973-12-14
JPS5243213B2 (en) * 1972-11-04 1977-10-28
US4317809A (en) * 1979-10-22 1982-03-02 Union Carbide Corporation Carbon fiber production using high pressure treatment of a precursor material
JPS585227B2 (en) * 1980-01-18 1983-01-29 工業技術院長 Hydrotreatment method for heavy bituminous materials

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