JPS6257929A - Infusibilization treatment of pitch fiber - Google Patents

Infusibilization treatment of pitch fiber

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JPS6257929A
JPS6257929A JP19540085A JP19540085A JPS6257929A JP S6257929 A JPS6257929 A JP S6257929A JP 19540085 A JP19540085 A JP 19540085A JP 19540085 A JP19540085 A JP 19540085A JP S6257929 A JPS6257929 A JP S6257929A
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pitch
fibers
fiber
pitch fiber
talc
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Yojiro Hara
原 要次郎
Atsuki Kodama
児玉 篤樹
Mitsuo Saga
嵯峨 三男
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JFE Steel Corp
Nitto Boseki Co Ltd
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Nitto Boseki Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To infusibilize a pitch fiber safely in a short time and to obtain infusibilized pitch fiber giving a high-quality carbon fiber free from welding, by carrying out the infusibilization treatment of a pitch fiber after applying talc powder to the fiber. CONSTITUTION:Talc powder (having particle diameter of preferably about 0.5-5 mu) is dispersed in water or a solvent (preferably methanol, etc.) at a concentration of preferably 5-50% and the dispersion is applied to a pitch fiber (preferably tow or strand). The fiber coated with talc is heated in an oxidizing atmosphere (preferably air, etc.) at a heating rate of 2-10 deg.C/min and a heat-treating temperature of 300-400 deg.C to effect the infusibilization of the pitch fiber. When water is used as a dispersion medium, preferably 0.05-1.0% nonionic surfactant (e.g. polyoxyethylene alkylphenol ether) is added to the water.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はピッチを原料とする炭素繊維の製造方法に関し
、更に詳しくは、ピッチ繊維を酸化処理して不融化繊維
に転化させる、ピッチ繊維の不融化処理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for producing carbon fibers using pitch as a raw material, and more specifically to a method for infusible pitch fibers in which pitch fibers are oxidized and converted into infusible fibers. Regarding processing method.

従来の技術 近年、ピッチを原料とする炭素繊維の製造方法が注目さ
れている。この方法には、PAN (ポリアクリロニト
リル)またはレーヨン等を原料とする従来法と比較して
、安(i15なピッチを原料とするので安l11iな炭
素繊維の製造が可能であること、また紡糸原料に液晶状
のピッチを用いると焼成工程で複雑な緊張処理を行なわ
なくても高倫度、高弾性の炭素111ftの製造が可能
であること、また炭素化収率が高いこと、などの利点が
有り、現在活発に研究開発が進められている。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, methods for producing carbon fibers using pitch as a raw material have attracted attention. Compared to conventional methods that use PAN (polyacrylonitrile) or rayon as raw materials, this method uses cheaper pitch as a raw material, so it is possible to produce cheaper carbon fibers. The use of liquid crystal pitch in the firing process has the advantages of being able to produce 111 ft of high-density, high-elastic carbon without the need for complicated tension treatment in the firing process, and of having a high carbonization yield. Yes, and active research and development is currently underway.

ピッチを原料として炭素繊維を製造する方法は、一般的
に、まず紡糸ピッチの調製から始まる。粗原料であるコ
ールタールピッチ、あるいは石油ピッチなどに蒸留、熱
処理、口過、水素化、溶剤分別などの処理を単独でまた
は組合せて加え、ピッチ中の低沸点揮発成分、不溶性固
形分などの紡糸工程を妨害する成分を除きまた組成の均
質化、適度な重質化などを行わせて光学的に等方性また
は光学的に異方性の紡糸ピッチを得る。紡糸ピッチの性
質は、軟化点、溶融粘度、光学的構造、溶剤分別組成な
ど種々のパラメーターで測定することができ、また種々
の性質を持った紡糸ピッチを紡糸に用いることができる
が、基本的に紡糸条件で固体または気体などを含まず、
均一な流動特性を有することが紡糸ビツヂとして重要で
ある。
A method for producing carbon fiber using pitch as a raw material generally begins with the preparation of spinning pitch. Distillation, heat treatment, filtration, hydrogenation, solvent fractionation, and other treatments are applied to crude raw materials such as coal tar pitch or petroleum pitch, either singly or in combination, to spin the low-boiling volatile components and insoluble solids in the pitch. Optically isotropic or optically anisotropic spinning pitch is obtained by removing components that interfere with the process, homogenizing the composition, and appropriately increasing the weight. The properties of spinning pitch can be measured using various parameters such as softening point, melt viscosity, optical structure, and solvent fractionation composition, and spinning pitches with various properties can be used for spinning, but the basic Does not contain solids or gases under spinning conditions,
It is important for a spinning bit to have uniform flow characteristics.

次に19られた紡糸ピッチを繊維化しピッチ繊維とする
が、連続した長繊維を製造するには通常溶融紡糸法が、
また綿状の短繊維、あるいはその中間の長さの中IJ&
litを引き揃えたスライバーまたはトウを製造するに
は通常遠心紡糸法が適する。紡糸温度、吐出ノズル数、
吐出m、延伸倍率などは目的に応じ、それぞれ適切な値
を選択することができる。紡糸されたピッチ繊維の繊維
径は通常5−30μ(ミク[コン)程度であり、過度に
太い場合は繊維としての特性を損ない易く、過度に細い
場合には紡糸工程の経済性を確保することが困難になる
Next, the spun pitch is made into fibers to produce pitch fibers, but melt spinning is usually used to produce continuous filaments.
In addition, cotton-like short fibers or intermediate lengths of IJ&
Centrifugal spinning is usually suitable for producing lit slivers or tows. Spinning temperature, number of discharge nozzles,
Appropriate values can be selected for the discharge m, stretching ratio, etc., depending on the purpose. The fiber diameter of the spun pitch fiber is usually about 5-30μ (Mikukon), and if it is too thick, it tends to impair the characteristics of the fiber, and if it is too thin, it is necessary to ensure the economic efficiency of the spinning process. becomes difficult.

ピッチ繊維を炭素繊維に転化させるには、加熱炭化に先
立ち、熱可塑性のピッチ繊維を酸化処理し、加熱しても
溶融しない不融化繊維に転化させる、所謂不融化工程が
必要である。通常不融化は酸素または酸化性物質をピッ
チ繊維に付加反応させ、ピッチ分子を架橋させることに
より行い、酸化剤としては種々のガスや液状のものが4
案されている。またこの様な反応は繊維表面から進むの
で、細いピッチ繊維はど迅速な不融化が1III侍でき
る。不融化工程でのピッチili![tは、連続的に引
き伸ばされた形、あるいはコンベアまたはバスケットに
集積された形などで扱うが、これらの形態は目的とする
繊維の最終形態に応じ適切なものを選択することができ
る。
In order to convert pitch fibers into carbon fibers, it is necessary to carry out a so-called infusible process in which thermoplastic pitch fibers are oxidized and converted into infusible fibers that do not melt even when heated, prior to heating and carbonization. Normally, infusibility is achieved by adding oxygen or an oxidizing substance to pitch fibers and crosslinking pitch molecules, and various gases and liquids are used as oxidizing agents.
It is being proposed. In addition, since such a reaction proceeds from the fiber surface, thin pitch fibers can be rapidly rendered infusible. Pitch ili in the infusibility process! [t is handled in a continuously stretched form or in a form that is accumulated on a conveyor or basket, and an appropriate form can be selected depending on the final form of the target fiber.

次に不融化繊維を不活性気体中で約600−3000℃
程度に加熱処理して炭素繊維に転化させる炭化処理を行
う。(2000℃以上での処理は黒鉛化と呼ぶ場合もあ
る)この処理により不融化繊維中の揮発分およびピッチ
分子中で構造が熱的に不安定な部分は分解揮散し、分子
中の六員環構造が発達して炭素分の多い、場合によって
は黒鉛結晶に近い構造になり、これによって強度、弾性
率を有する炭素繊維になる。
Next, the infusible fibers are heated to about 600-3000℃ in an inert gas.
Carbonization treatment is performed to convert the carbon fiber into carbon fiber by heat treatment to a certain degree. (Treatment at 2000℃ or higher is sometimes called graphitization.) Through this treatment, the volatile content in the infusible fibers and the thermally unstable parts in the pitch molecules are decomposed and volatilized, and the six-membered The ring structure develops, resulting in a carbon fiber with a high carbon content and, in some cases, a structure similar to that of graphite crystals, resulting in carbon fibers that have strength and elastic modulus.

加熱には熱風炉、あるいは種々の発熱体を用いた電気炉
、またはプラズマ炉などを用いることができるが、いず
れの場合も高温のため多Mのエネルギーを消費するので
効率よく炭素化を実施することが必要である。また炭素
化は必要に応じ低温、高温の二段階またはそれ以上の段
階に分けて行うこともできる。
For heating, a hot air furnace, an electric furnace using various heating elements, a plasma furnace, etc. can be used, but in either case, the high temperature consumes a large amount of energy, so carbonization must be carried out efficiently. It is necessary. Furthermore, carbonization can be carried out in two or more stages, low temperature and high temperature, as required.

得られた炭素yA雑には必要に応じ表面処理、オイリン
グ、巻き戻し、ときには切断、解繊などの処理を行うが
、これらは一般的な工程であるので説明は省略する。
The obtained carbon yA material is subjected to treatments such as surface treatment, oiling, unwinding, sometimes cutting, and fibrillation as necessary, but since these are common steps, their explanation will be omitted.

発明が解決しようとする問題点 炭素繊維を製造するためには上記のいずれの工程も重要
であるが、中でも不融化工程は通常長時間を要すること
、また炭素!a雑の性能を損なう様なトラブルを発生し
易いことから、この工程を効率よ〈実施することが、炭
素繊維を経済的に製造するために極めて重要である。
Problems to be Solved by the Invention All of the above steps are important for producing carbon fibers, but the infusibility step usually takes a long time, and carbon! Since troubles that impair the performance of carbon fibers are likely to occur, it is extremely important to carry out this process efficiently in order to economically produce carbon fibers.

不融化工程の目的は、熱可塑性のピッチ繊維を酸化して
熱可塑性を持たない不融化繊維に転化させ、続く炭化工
程での繊維の融解変形を防止することにある。このため
、通常はピッチ繊維を酸化性気体中で徐々に昇温しなが
ら熱処理し酸化反応を行なうが、その際反応の制御が不
適当であると溶融、発火などの暴走反応をおこし、また
暴走反応をおこさない場合でもしばしば゛融着″と呼ば
れる現象が発生し、この工程を困難なものにづ−る。
The purpose of the infusible step is to oxidize thermoplastic pitch fibers to convert them into infusible fibers that do not have thermoplasticity, and to prevent the fibers from melting and deforming in the subsequent carbonization step. For this reason, pitch fibers are usually heat-treated in an oxidizing gas while being gradually heated to carry out an oxidation reaction. However, if the reaction is not properly controlled during this process, runaway reactions such as melting and ignition may occur, or runaway reactions may occur. Even when no reaction occurs, a phenomenon called "fusion" often occurs, making this process difficult.

゛融着″とは、不融化工程中に隣接するピッチ繊維同士
が溶融変形し、あるいはピッチ繊維同士が接触する部分
に何らかの物質が困者し、これによってピッチIJ&雑
同士が附着する現象をいう。
"Fusion" refers to a phenomenon in which adjacent pitch fibers are melted and deformed during the infusibility process, or some substance is deposited in the area where the pitch fibers contact each other, resulting in pitch IJ and miscellaneous particles adhering to each other. .

融着を起したピッチ繊維は、その後炭素化して炭素繊維
にしても、繊維同士が附着したままであるため柔軟性に
欠け、商品としての価値を著しく損なうか、時には商品
としての価値を全く右さない。
Even if the fused pitch fibers are subsequently carbonized and made into carbon fibers, the fibers remain attached to each other, resulting in a lack of flexibility, which significantly impairs the value of the product, or in some cases, reduces the value of the product at all. I don't.

融着現象はピッチ繊維をトウ、またはス1〜ランドの状
態で扱う場合に起り易い。トウまたはス1〜ランドの状
態でピッチ繊維を扱うことは連続長繊維の製造に最も適
した方法で、これ以外の方法例えば、綿状またはウール
状のピッチ繊維を不融化後、または炭化後引き揃えて高
品質の連続炭素繊維を得ることは、工業的に楊めて困難
である。その反面トウ状、またはストランド状で不融化
を行なうことは、融着の防止という点では不利な方法で
ある。なぜならば、トウ、ストランド状ではピッチ繊維
が高密度で束ねられ、かつ長さ方向に連続した多数の接
点を有するからである。この様な状態では、ピッチの酸
化反応で発生した熱がトウ、またはストランド内部に蓄
積し、部分的に高温の場所ができるために、接触したピ
ッチ繊維同士が溶融し、PIi着がおこる。また、ピッ
チ繊維から発生した、揮発性の物質、あるいはピッチ繊
維からにじみだした物質が、繊維束の外に排除されず繊
維の接点に蓄積するため、これが一種の結合剤になって
融着がおこる。
The fusion phenomenon is likely to occur when pitch fibers are handled in a tow or stranded state. Handling pitch fibers in the form of tow or strands is the most suitable method for producing continuous filaments. Industrially, it is extremely difficult to obtain high quality continuous carbon fibers. On the other hand, performing infusibility in the form of a tow or strand is a disadvantageous method in terms of preventing fusion. This is because pitch fibers are bundled at high density in a tow or strand form and have a large number of continuous contact points in the length direction. In such a state, the heat generated by the oxidation reaction of the pitch accumulates inside the tow or strand, creating hot spots in some areas, causing the pitch fibers that come into contact to melt and cause PIi adhesion. In addition, volatile substances generated from the pitch fibers or substances exuded from the pitch fibers are not removed from the fiber bundle and accumulate at the contact points of the fibers, so this acts as a kind of binder and prevents fusion. It happens.

ピッチ繊維の不融化に関しては、従来から種々の技術が
提案されている。酸化剤溶液を用いる方法(例えば、特
公昭47−21904号、特公昭47−21905など
)、酸化性気体を用いる方法(例えば、特公昭48−4
2696号、特開昭49−75828号など)両者を併
用する方法(例えば、特開昭51−88729号、特m
1昭59−30915号等)などがある。しかしながら
、これらの技術が与える効果は、主として不融化時間の
短縮であり、トウ状、またはストランド状のピッチ繊維
の融着を防止するという点では、いずれも不十分なもの
であり、また過酸化水素、クロム酸等の酸化剤の使用は
プロセスの安全上好ましくない。
Various techniques have been proposed for making pitch fibers infusible. A method using an oxidizing agent solution (for example, Japanese Patent Publication No. 47-21904, Japanese Patent Publication No. 47-21905, etc.), a method using an oxidizing gas (for example, Japanese Patent Publication No. 48-48)
No. 2696, JP-A No. 49-75828, etc.) A method of using both together (e.g., JP-A No. 51-88729, JP-A-49-75828, etc.)
No. 1, 1983-30915, etc.). However, the effect of these techniques is mainly to shorten the infusibility time, and they are insufficient in terms of preventing the fusion of pitch fibers in the form of tows or strands. The use of oxidizing agents such as hydrogen and chromic acid is undesirable from the viewpoint of process safety.

ピッチ繊維ストランドの融着を防止する方法として、水
溶性酸化剤、水溶性界面活性剤、グラファイト微粉末の
組合せを利用する技術も提案されている(特開昭55−
128020号)。しかしこの技術も酸化剤を使用する
ので、前述の如く安全上好ましくない。
A technique using a combination of a water-soluble oxidizing agent, a water-soluble surfactant, and fine graphite powder has also been proposed as a method for preventing the fusion of pitch fiber strands (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1986-1999).
No. 128020). However, since this technique also uses an oxidizing agent, it is unfavorable from a safety standpoint as described above.

前述の従来技術の有する種々な問題を解決するために、
本発明者等は、二硫化モリブデン粉末または二硫化タン
グステン粉末を用いる方法を開発したく特願昭59−2
813181゜しかし、これらの物質は比重が重< (
MoS  :4.8、WSニア、5>、安定な分散液を
得るためには、粒子径の小さいものを用いる、強い機械
攪拌を併用する、などが必要であった。  ゛ 従って、本発明の目的は、安全上問題のある過酸化物を
用いない、かつ固体粒子分散液の沈降分離を防止して、
安全な処理を可能にする、例えばトウ又はストランド状
のピッチ繊維の不融化処理時の遊着を防止する、などの
効果を有する、ピッチ繊維の不融化処理方法を提供する
ことである。
In order to solve the various problems of the above-mentioned prior art,
The present inventors wish to develop a method using molybdenum disulfide powder or tungsten disulfide powder, and filed a patent application No. 59-2.
813181゜However, these substances have a specific gravity of < (
MoS: 4.8, WS near, 5> In order to obtain a stable dispersion, it was necessary to use particles with a small particle size and to use strong mechanical stirring in combination. Therefore, an object of the present invention is to avoid using peroxides that pose a safety problem, and to prevent sedimentation and separation of solid particle dispersions.
It is an object of the present invention to provide a method for infusible treatment of pitch fibers, which has the effect of enabling safe treatment, for example, preventing stray pitch fibers in the form of tows or strands during infusibility treatment.

問題点を解決するための手段 本発明者等は融着防止の問題につぎ鋭意検討を行なった
結果、従来技術とは異なり、前述の如き融着の防止に顕
著な効果を有する本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies on the problem of preventing fusion, and have completed the present invention, which has a remarkable effect on preventing fusion as described above, unlike the prior art. did.

上記の様な効果を有する方法は驚くほど簡単で、タルク
微粉末の水または溶媒分散液を、不融化以前(溶融防止
から不融化までの適当な時)にピッチ繊維に処理し、こ
れによりタルクの微粉末が附着した状態のまま、酸化性
気体中でピッチ繊維を熱処理し、不融化を行なうことに
より)ヱ成できる。
The method that achieves the above effects is surprisingly simple. A dispersion of fine talc powder in water or a solvent is processed into pitch fibers before infusibility (at an appropriate time from prevention of melting to infusibility). Pitch fibers are heat-treated in an oxidizing gas to make them infusible while still having fine powder attached to them.

ここでいうタルク微粉末とは、通常のタルク微粉末であ
って、いかなるタルク微粉末でも使用できる。例えば、
石灰石、大理石等の夾雑物を除去した礫石(5teat
 i te )を微粉砕し、特殊サイクロンで夾雑物を
更に除去し、粒子を揃えた物で、本発明の目的には、平
均粒子径約0.5μ〜約5μのものが好ましい。タルク
は、軟質(モース硬度1)であって、ぜい弱なピッチ繊
維を傷つけない、比tii(2,8)が軽い、また二硫
化モリブデンと比較して安価である、等の利点を有する
。また、融着防止の機構が、ピッチ繊維間にすき間を形
成させることに有するため、ある程度から細かい粒子、
例えば約0.5μより小さい粒子は、融着防止効果が落
ちる。また、必要以上に細かい粒子を用いることは経済
的に得策でない。ピッチ繊維の繊維径が通常5μ〜30
μ程度であるため、粒子が粗大、例えば、約5μより大
きい場合は、繊維間に均一に浸透させることが困難にな
る。また、粗大な粒子は分散液の安定性を保つことが難
かしい。
The fine talc powder mentioned here is a normal fine talc powder, and any fine talc powder can be used. for example,
Gravel stone from which impurities such as limestone and marble have been removed (5teat
ite) is finely pulverized, impurities are further removed using a special cyclone, and the particles are made uniform, and for the purpose of the present invention, those having an average particle diameter of about 0.5 μ to about 5 μ are preferable. Talc has advantages such as being soft (Mohs hardness 1), not damaging the fragile pitch fibers, having a light ratio tii(2,8), and being cheaper than molybdenum disulfide. In addition, since the mechanism to prevent fusion is to form gaps between pitch fibers, fine particles,
For example, particles smaller than about 0.5 μm are less effective in preventing fusion. Furthermore, it is not economically advisable to use particles that are finer than necessary. The fiber diameter of pitch fiber is usually 5μ to 30
If the particles are coarse, for example larger than about 5μ, it will be difficult to uniformly penetrate between the fibers. In addition, it is difficult to maintain the stability of the dispersion with coarse particles.

ここでいう分散液とは、適当な分散媒に、タルり粉末を
分散させたもので、分散の安定性を助けるために、物理
的方法を併用したものでもよい。
The dispersion herein refers to a dispersion of tari powder in a suitable dispersion medium, and a physical method may also be used in order to improve the stability of the dispersion.

また用いる溶媒にはへキサン、ヘプタン、メタノール、
エタノール、アセトン、好ましくはメタノール、エタノ
ール、など各種のものが使用でき、水の使用も可能であ
る。但しキノリン、クロロホルム等のピッチに対する強
溶媒はピッチIIMiを傷めるため好ましくない。ベン
ゼンなども同じ理由により使用が制限される。沸点また
は沸点範囲が200℃を越える溶媒は、酸化性気体の流
通を妨げ好ましくない。分散液として用いることは、粉
体のスプレーなどに比較して、均一処理が容易かつSa
W間に浸透し易いからである。
The solvents used include hexane, heptane, methanol,
Various substances such as ethanol, acetone, preferably methanol and ethanol can be used, and water can also be used. However, strong solvents for pitch such as quinoline and chloroform are not preferred because they damage pitch IIMi. The use of substances such as benzene is also restricted for the same reason. Solvents with boiling points or boiling point ranges exceeding 200°C are not preferred because they impede the flow of oxidizing gases. Compared to spraying powder, using it as a dispersion makes it easier to process uniformly and
This is because it easily penetrates between W.

処理の際には分散液をそのまま、または適当な濃度に調
整して用いる。処理の際の分散液に対するタルク粉末の
濃度は5−50%が好ましい。処理の際、溶媒系であれ
ば、特に補助剤を加える必要はないが、水系の場合はピ
ッチm維に対する濡れをよくするため、界面活性剤の使
用が必要である。界面活性剤としては、陽イオン性界面
活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤
のいずれでも使用することが可能であるが、非イオン性
界面活性剤が分散液中の伯の成分のイオン性の影響を受
けないという点で好ましく、その例としてポリオキシエ
チレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテルまたはエステル、エヂレンオキサイ
ドプロピレンオキサイドブロック共重合物などをあげる
ことができる。また界面活性剤の使用[dは、過度に多
い場合には酸化性気体の流通を妨げ好ましくなく、少な
過ぎる場合には湿潤あ゛るいは分散効果が不足し、通常
0.05−1.0%程度が好ましい。
During the treatment, the dispersion is used as it is or after being adjusted to an appropriate concentration. The concentration of talc powder in the dispersion during treatment is preferably 5-50%. During the treatment, if it is a solvent-based treatment, there is no need to add any auxiliary agent, but if it is a water-based treatment, it is necessary to use a surfactant to improve wetting of the pitch m fibers. As the surfactant, any of cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants can be used, but nonionic surfactants may Examples thereof include polyoxyethylene alkyl phenol ether, polyoxyethylene alkyl ether or ester, and ethylene oxide propylene oxide block copolymer. In addition, the use of a surfactant (d) is undesirable if it is too large because it prevents the flow of oxidizing gas, and if it is too small, the wetting or dispersing effect is insufficient, and it is usually 0.05-1.0. % is preferable.

ピッチ繊維に対する分散液の処理は、ピッチがm維化さ
れた直後から不融化工程の直前までの範囲で、適当な時
点で行なうことができる。また処理の方法は、スプレー
、回転ローラーによるコーティング、浸漬など種々の方
法が可能であるが、ピッチ!l維にできるだけ均一にタ
ルクを粉末を附着させる様にしなければならない。
The treatment of the pitch fibers with the dispersion liquid can be carried out at any appropriate time from immediately after the pitch is turned into m-fibers to immediately before the infusibility step. Various treatment methods are possible, including spraying, coating with a rotating roller, and dipping, but Pitch! The talc powder must be applied to the fibers as uniformly as possible.

ピッチ繊維の原料である紡糸ピッチとしては、光学的に
等方性のピッチ、または光学的に異方性のピッチいずれ
を用いても、本発明の効果を得ることができる。
The effects of the present invention can be obtained regardless of whether optically isotropic pitch or optically anisotropic pitch is used as the spinning pitch that is the raw material for pitch fibers.

ピッチ繊維の状態としては、ゆるく引き揃えた、所謂1
〜つ状か、緊密に引き揃えた所謂ストランド状が好まし
い。PEl繊維がランダムに絡みあった綿状、あるいは
長繊維が一本一本に分かれて集積したウール状(スライ
バー)でも適用可能である。
The state of the pitch fibers is loosely aligned, so-called 1.
A so-called strand shape in which the fibers are closely aligned is preferably used. It is also possible to use a cotton-like material in which PEL fibers are randomly entangled, or a wool-like material (sliver) in which long fibers are separated and accumulated one by one.

しかし、この様な形態では、もともと接点が少ないため
、本発明の効果も少ない。
However, in such a configuration, since there are originally few contact points, the effect of the present invention is also small.

タルク粉末を附着させた後の不融化処理は、酸化性気体
中で、昇温しながら熱処理を加えることで行なう。不融
化に用いる酸化性気体は、空気、酸素、オゾン、二酸化
窒素、二酸化硫黄、ハロゲンなどが使用可能であるが、
経済的観点から空気またtit酸素の使用が好ましい。
The infusibility treatment after depositing the talc powder is carried out by applying heat treatment while increasing the temperature in an oxidizing gas. The oxidizing gas used for infusibility can be air, oxygen, ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, halogen, etc.
From an economic point of view, the use of air or titanium oxygen is preferred.

昇温速度は2〜10’C/分程度が適当であり、処理温
度の量高は300℃〜400℃である。
The temperature increase rate is suitably about 2 to 10'C/min, and the processing temperature is 300 to 400C.

作用a3よび効果 本発明を適用した場合、従来法で用いる酸化剤の使用を
排除し、極めて安全に操作できるが、なお前記昇温速度
の適用により、不融化に要する時間を適当に選ぶことも
できる。例えば不融化に要する時間を30−1 ′20
分の叩く短時間にすることもできる。なお、酸化剤を用
いる従来の方法では不融化に120分以上を費やしても
融着を防止することができず、高品位の炭素繊維を得る
には、さらに長時間の不融化が必要であった。
Effect A3 and Effect When the present invention is applied, the use of the oxidizing agent used in the conventional method is eliminated and the operation is extremely safe. However, by applying the temperature increase rate mentioned above, the time required for infusibility can be appropriately selected. can. For example, the time required for infusibility is 30-1'20
It is also possible to shorten the time to just a minute. In addition, in the conventional method using an oxidizing agent, it is not possible to prevent fusion even if it takes more than 120 minutes for infusibility, and in order to obtain high-quality carbon fibers, it is necessary to infusibility for an even longer time. Ta.

本発明による不融化糸は特に洗浄などの工程を要せずそ
のまま炭化工程に導入することができる。
The infusible yarn according to the present invention can be directly introduced into the carbonization process without requiring any special steps such as washing.

一般にフィラメントの集合束たるトウまたはストランド
は液体で濡らすとフィラメント同志が寄り合って、トウ
またはストランドとしての形状が濡らす以前と比較して
細くなる。そして不融化工程、炭化工程でもほぼそのま
まの形状をIIt持する。
Generally, when a tow or strand, which is a bundle of filaments, is wetted with liquid, the filaments come together and the shape of the tow or strand becomes thinner than before wetting it. And it maintains almost the same shape even in the infusible process and the carbonization process.

この様にフィラメント同志が寄り合うことは、一般に不
融化処理の際にフィラメント同志の融着を起させ易い原
因となるのであるが゛、それにもかかわらず、本発明に
よればタルク粉末の分散液で処理したピッチ繊維は、不
融化工程を経て、炭化工程の後、僅かにしごくことによ
り、容易に個々のフィラメントに分離し融着のない炭素
繊維が得られる。
Although the filaments coming together in this way generally tends to cause the filaments to fuse together during the infusibility treatment, in spite of this, according to the present invention, the talc powder dispersion The pitch fibers treated with the above process are subjected to an infusible process, and after a carbonization process, by being slightly squeezed, carbon fibers that are easily separated into individual filaments and are free from fusion can be obtained.

この様な優れた効果の理由は、ピッチ繊維にタルク粉末
を均一に附着させることにより、例えばストランド状に
束ねられたピッチ1lliiff間にタルク粉末が入り
こみ、微細なすき間を形成し、これにより融着の原因と
なるピッチ繊維間の接点を無くし、また、酸化性のガス
が繊維間を流れる様になることから、酸化反応を均一に
進めることができ、かつ、不融化時にピッチ繊維から発
生する揮発性物質を速やかに除去することができるから
である。
The reason for this excellent effect is that by uniformly applying talc powder to the pitch fibers, the talc powder will enter between the pitches bundled in a strand shape, forming fine gaps, which will cause the fusion. This eliminates the contact points between pitch fibers that cause oxidation, and allows oxidizing gas to flow between the fibers, allowing the oxidation reaction to proceed uniformly and reducing the volatilization generated from the pitch fibers during infusibility. This is because sexual substances can be quickly removed.

以下に本発明の実施例を述べる。ここに述べる例は本発
明の方法、及び効果に対する理解を容易にするためのも
ので、本発明の範囲を制限するためのものではない。
Examples of the present invention will be described below. The examples described herein are intended to facilitate understanding of the method and effects of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

実施例1 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸し、フイラメン1−径1
3ミクロン、フィラメント数2000のピッチ繊維スト
ランドを得た。このようにして3種のストランドを造り
、その夫々のストランドを、平均粒子径1.4μのタル
クの(イ)5重量%、(ロ)10重量%、および(ハ>
20重量%を夫々含むエタノール分散液(この分散液は
1時間安定であった)に夫々浸漬した。これらの処理ス
トランドを、夫々酸素雰囲気中で、5°C/分の昇温速
度で熱処理し、1時間をかけて不融化した。この不融化
系をアルゴン雰囲気中で1100℃まで熱処理して炭素
化し、炭素繊維を得た。得られた炭素1JiIltは容
易に個々のフイラメン1〜に開繊し、前記(イ)、(ロ
)、および(ハ)の場合に、夫々融着現象は見られなか
った。
Example 1 Using coal tar as a raw material, optically anisotropic pitch containing 35% of quinolinous content was melt-spun, and filament 1-diameter 1 was formed.
A pitch fiber strand of 3 microns and 2000 filaments was obtained. In this way, three types of strands were made, and each strand was mixed with (a) 5% by weight, (b) 10% by weight, and (c>
Each was immersed in an ethanol dispersion containing 20% by weight (the dispersion was stable for 1 hour). Each of these treated strands was heat treated in an oxygen atmosphere at a heating rate of 5°C/min to make it infusible over 1 hour. This infusible system was carbonized by heat treatment to 1100° C. in an argon atmosphere to obtain carbon fibers. The obtained carbon 1Jilt was easily spread into individual filaments 1 to 1, and no fusion phenomenon was observed in each of the cases (a), (b), and (c).

実施例2 タルクの平均粒子径を5μに代える他は実施例1と同じ
方法で3種の炭素繊維を製造した。得られた3種の炭素
繊維は容易に個々のフィラメントに開繊し、融着現象は
見られなか、つた。なお、使用した分散液は30分間安
定であった。
Example 2 Three types of carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that the average particle size of talc was changed to 5 μm. The three types of carbon fibers obtained were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed. Note that the dispersion used was stable for 30 minutes.

実施例3 実施例1のピッチ繊維ストランドの2種を、(ハ)粒子
径1.4μのタルク10%と界面活性剤0.5%を含む
水分散液、および(ニ)粒子径5μのタル910%と界
面活性剤0.5%を含む別の水分散液に夫々浸漬処理し
、その後実施例1と同様の方法で夫々不融化、炭化した
。界面活性剤として、アルキルベンげンスルホネート、
またはアルキル1ヘリメチルアンモニウムクロライド、
またはポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル
を用いたが、前記(ハ)と(二〉のいずれの場合、そし
て界面活性剤のいずれの場合も融着のない炭素繊維が得
られた。
Example 3 Two types of pitch fiber strands of Example 1 were mixed into (c) an aqueous dispersion containing 10% talc with a particle size of 1.4μ and 0.5% of a surfactant, and (d) talc with a particle size of 5μ. They were each immersed in another aqueous dispersion containing 910% surfactant and 0.5% surfactant, and then infusible and carbonized in the same manner as in Example 1. As a surfactant, alkylbenzene sulfonate,
or alkyl 1-helimethylammonium chloride,
Alternatively, polyoxyethylene alkylphenol ether was used, but carbon fibers without fusion were obtained in both cases (c) and (2) above, and in both cases of surfactants.

比較例1 コールタールを原料とし、キノリンネ溶分35%を含む
光学的異方性ピッチを溶融紡糸しながら、紡糸炉直下で
、水を回転ローラーを用いてフイラメンl−に塗布し、
フイラメン1へ径13ミクロン、フィラメン1〜数20
00の処理ストランドを得た。
Comparative Example 1 While melt-spinning an optically anisotropic pitch containing 35% quinolinated content using coal tar as a raw material, water was applied to the filament l- using a rotating roller immediately below the spinning furnace.
Diameter 13 microns to filament 1, filament 1 to number 20
00 treated strands were obtained.

これを実施例1と同じ方法で不融化、炭素化したところ
、いずれの場合も融着現象により棒状の炭素繊維になっ
てしまった。
When this was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, rod-shaped carbon fibers were formed due to the fusion phenomenon in both cases.

比較例2 水をエタノールに代える他は、比較例1と同じ方法で炭
素繊維を装・造した。@着現象が生起し、棒状の炭素繊
維になってしまった。
Comparative Example 2 Carbon fibers were loaded and produced in the same manner as Comparative Example 1, except that water was replaced with ethanol. The @ deposition phenomenon occurred and the carbon fiber became rod-shaped.

比較例3 実施例1と同じ方法で、タルクの分散媒をキノリン、ク
ロロホルムおよびベンゼンに代え炭素繊維を製造した。
Comparative Example 3 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that the dispersion medium for talc was replaced with quinoline, chloroform, and benzene.

キノリンを用いた場合は、不融化の途中でピッチ繊維が
溶融し、不融化繊維が得られなかった。クロロホルムお
よびベンゼンの場合は炭素化まで可能であったが、得ら
れた炭素繊維は、融着現象のため個々のフィラメントに
開繊することが、著しく困難であった。
When quinoline was used, the pitch fibers melted during infusibility, and no infusible fibers were obtained. In the case of chloroform and benzene, carbonization was possible, but it was extremely difficult to open the obtained carbon fibers into individual filaments due to the fusion phenomenon.

なお、特開昭55−128020号の方法を本発明の比
較例としてl・レースを試みたところ(比較例4)、不
融化時の昇温速度が速い場合には十分な融着防止効果が
得られなかった。
In addition, when we tried the method of JP-A-55-128020 as a comparative example of the present invention (Comparative Example 4), we found that when the temperature increase rate during infusibility was fast, there was no sufficient fusion prevention effect. I couldn't get it.

比較例4 実施例1のピッチ繊維ストランド状ド子径0.7μのグ
ラファイト微粒子3.6%、過硫酸アンモニウム0.8
%、非イオン形界面活性剤〔ポリオキシエチレンノニル
フェノールエーテル(花王71−ラス社製エマルゲン9
10))0.4%を含む水分散液に浸漬処理した。この
ス1−ランドを酸素雰囲気中で、不融化時の昇温速度5
℃/分(不融化所用時間60分)おJ:び昇温速度10
℃/分(不融化所用時間30分)で不融化し、その後実
施例1の方法で炭化したところ、いずれの場合らFfA
Sが起り、容易に個々のフィラメントに開繊する炭素繊
維は得られなかった。
Comparative Example 4 3.6% of graphite fine particles of pitch fiber strand-shaped dot diameter of 0.7μ of Example 1, ammonium persulfate 0.8%
%, nonionic surfactant [polyoxyethylene nonylphenol ether (Kao 71-Las Co., Ltd. Emulgen 9)
10)) It was immersed in an aqueous dispersion containing 0.4%. This land is heated in an oxygen atmosphere at a heating rate of 5
°C/min (required time for infusibility: 60 minutes) and heating rate: 10
C/min (required time for infusibility: 30 minutes), and then carbonized by the method of Example 1. In both cases, FfA
S occurred, and carbon fibers that could be easily opened into individual filaments could not be obtained.

比較例5 平均粒子径1.2μの二硫化モリブデンの10fflt
h%を含むエタノール分散液、および10μのタルクの
10重量%を含むエタノール分散液を夫夫造り、粒子の
沈降試験を行った。両分散液中の粒子は5分後に沈殿し
た。
Comparative Example 5 10fflt of molybdenum disulfide with an average particle size of 1.2μ
Ethanol dispersions containing 10 μm of talc and 10% by weight of 10μ talc were prepared and subjected to particle sedimentation tests. Particles in both dispersions precipitated after 5 minutes.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ピッチ系炭素繊維の製造において、ピッチ繊維に
タルク粉末を附着させてから不融化処理することを特徴
とする、ピッチ繊維の不融化処理方法。
(1) In the production of pitch-based carbon fibers, a method for infusible treatment of pitch fibers, which comprises applying talc powder to pitch fibers and then performing infusibility treatment.
(2)タルク粉末の粒子径が約0.5μ〜約5μであり
、タルクの水または溶媒分散液で処理することよりタル
クを附着させる、上記第1項記載の方法。
(2) The method according to item 1 above, wherein the talc powder has a particle size of about 0.5 μm to about 5 μm, and the talc is deposited by treatment with water or a solvent dispersion of talc.
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