JPS6257931A - ピツチ系炭素繊維の製造方法 - 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〉 本発明はピッチ系炭素繊維の製造方法に関し、特に紡糸
後のピッチ繊維の不融化処理に工夫を加えることにより
短時間で均質な炭素繊維を製造する方法に関するもので
ある。

〈従来技術とその問題点〉 従来、炭素繊維は製造原料Ｎ＆維（原料繊維）で分ける
と、天然繊維、合成繊維、ピッチ繊維が知られている。

このうち、ピッチ系炭素繊維は、通常ピッチ調製および
、溶融紡糸を経て、不融化処理を行ない次いでこれを炭
化もしくは、さらに黒鉛化まで進めて炭素繊維とする。

このピッチ系炭素繊維は合成繊維、例えば、ポリアクリ
ロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維に比較すると、生繊維
の強度が著しく低いため不融化処理工程での巻戻しなど
の取扱いがきわめて困難である。

またピッチ系のもので長繊維を製造するにあっては、通
常、生産性を向上するためにフィラメント数を増加して
集束させた後、不融化処理が施される。ところが、集束
されたｔａ雄は酸化性ガスによって不融化処理する場合
、酸化性ガスを集束したストランド内部のｌａｍまで完
全に均一に到達させるのに長時間が必要となるという問
題がある。

この点、比較的強度の高い、ポリアクロニトリル系炭素
繊維製造用生繊維の場合等では、機械的操作による分繊
によってストランド内部にまで酸化性ガスを浸透させる
ことができるがピッチｔａ維ではかかる分繊が容易にで
きず、短時間での均一な不融化処理は困難であった。

ピッチ繊維ストランドの融着を防止する方法としてグラ
ファイト微粉末を利用する技術も提案されている（特開
昭５５−１２８０２０号）。しかし、これは酸化性ガス
をストランド内部まで浸透させるには効果はあるが、塗
布した溶媒が残存している間は全く効果がない。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、ピッチ系炭素繊維の不融化性に劣ると
いう欠点を克服することにある。とくに集束したピッチ
繊維については、酸化性溶液を使う化学的操作により、
不融化反応を促進させ、さらにピッチ繊維間に粒子を介
在させることにより酸化性ガスをストランド内部まで容
易に浸透させ、短糸数千本単位で構成させるストランド
全体として、均一な不融化処理が短時間で達成されるピ
ッチ系炭素繊維の製造方法を提供することにある。

〈発明の構成〉 本発明者らの検討によれば、炭化に先立ち、ピッチ繊維
の安定化を図るために、ピッチ繊維中に酸素を導入する
方法として酸化剤溶液を用いれば不融化促進に効果があ
ることを見い出した。特に、集束したピッチＭＡ維につ
いては、ピッチｍｉ間に不融化温度で溶融または気発し
ない粒子を介在させると、繊維同士が融着することなく
均一な炭素繊維が調製されることを見い出した。この両
者の作用を有する処理剤を鋭意検討した結果以下に記載
する発明を考案するに至った。

すなわち、本発明は、溶融紡糸工程を経たピッチｌａ維
に、不融化温度で固体である無機酸化剤を５重量％以下
含有する溶液を塗布し、塗布後のピッチ繊維を酸化性ガ
ス雰囲気下で加熱することにより不融化させ、その後炭
化処理もしくは黒鉛化処理を施すことを特徴とする炭素
繊維の製造方法を提供することにある。

本発明はまた、溶融紡糸工程を経たピッチ繊維を、不融
化温度で固体である無機酸化剤を５重量％以下含有する
集束剤溶液を用いて集束させ、集束後のピッチＭ＆雄を
酸化性ガス雰囲気下で加熱することにより不融化させ、
その後炭化処理もしくは黒鉛化処理を施すことを特徴と
する炭素繊維の製造方法である。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

なお、本発明は不融化処理を除き、例えばピッチ調製、
溶融紡糸、炭化もしくは黒鉛化の処理はほぼ常法に従っ
て操作される、従って本発明に関する以下の説明は炭素
繊維製造工程のうち、不融化処理についてのみ説明する
。

上述したように、本発明はピッチ繊維に不融化温度で固
体である少量の無機酸化剤、例えば、水溶性の酸化剤と
して過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウムあるい
は、塩化第二鉄等を含有する水溶液を紡糸後のピッチ繊
維に塗布し、次いで、この塗布後のピッチ繊維を酸化性
ガス雰囲気、例えば空気流通下で加熱処理し、ピッチＲ
雄内に酸素原子を浸透導入することにより不融化処理を
行なうのである。

また、上記無機酸化剤を５重量％以下含有する溶液は、
溶融防止工程を経たピッチ繊維を集束させるための溶液
としても使用でき、この溶液によりピッチ！ａ維を集束
させたストランドにあっても、ピッチ繊維に塗布した場
合と同様に処理される。

無機酸化剤は溶媒が残存している時には酸化剤として作
用し、さらに溶媒が蒸発した後では、ピッチ繊維間に固
体として残存してピッチ繊維間のスペーサーとして作用
し、酸化性ガスをストランド全体まで浸透させるのに効
果を示す。

また用いる溶媒としては水、メタノール、エタノール、
などが好ましい。その理由は、溶媒が不融化処理の際に
その温度で容易に蒸発し、酸化性カスをストランド内部
まで浸透させるのに効果を示すからである。不融化に用
いる酸化性ガスは空気、酸素、オゾン、二酸化窒素、二
酸化硫黄、ハロゲンなどが使用できるが、経済的には空
気の使用が好ましい。

上述の無機酸化剤の濃度は０．１重量％以下ではほとん
ど効果はない。逆に、５重量％超の濃度ではピッチ繊維
表面だけが急激に酸化され、反応が暴走し、繊維表面が
劣化する。従って無機酸化剤の濃度は０．１重量％〜５
重量％が好ましい範囲である。

また上述の範囲にある無機酸化剤溶液の塗布量としては
、０．５重量％以下ではほとんど効果はない７逆に２０
重量％以上の塗布量では溶媒の蒸発に時間がかかり、ピ
ッチｍａ間のスペーサーとしての作用がほとんどなくな
る。従って無機酸化剤溶液の塗布量は０．５重量％〜２
０重量％が好ましい範囲である。

〈実施例〉 次に未発明を実施例および比較例につき具体的に説明す
る。

（実施例１） コールタールピッチを原料とし、ベンゼン不溶分を９２
％含む全面光学的異方性ピッチを溶融紡糸し、繊Ｍ１径
１４〜１６ＩＬｔｘ、３０００フイラメントのピッチ繊
維ストランドを得た。このストランドに０．５重量％の
塩化第二鉄を含む水溶液をストランドに対し１０重２％
塗布し、この処理ストランドを空気流通下で２００℃か
ら３００”Ｏへ１．５時間で昇温し、その温度に１時間
保持して不融化させた。

さらに、アルゴン流通下のｔｏｏｏ”ｃ雰囲気中に、１
時間保持して炭化させた。焼成された炭ＺｔａＭ１　ノ
ｌａＭ！径は１２〜１４．ｗｍ、引ｉ強度は１７０ｋｇ
／ｓｍ　２　、引張弾性率は１１．２ｔ／ｍ厘２であっ
た。

（実施例２） 実施例１で用いたのと同じピッチ繊維ストランドに、０
．３　ｉｉ％の過マンガン酸カリウムを含む水溶液をス
トランドに対し１０重量％塗布し、この処理ストランド
を空気流通下で２００℃から３００°Ｃへ１．５時間で
昇温し、その温度に１時間保持して不融化させた。

さらに、アルゴン流通下の１０００℃雰囲気中に１時間
保持して炭化させた。焼成された炭素繊維は１２〜１４
ＪＬ１１、引張強度１８２　ｋｇ／ｍｍ　２、引張りｉ
性率は１１．４ｔ／ｍｍ２であった。

（比較例１） 実施例１で用いたのと同じピッチｆａｆａに単に水を１
０重量％塗布し、この処理ストランドを、空気流通下で
２００′Ｃ〜３００°Ｃへ１．５時間で昇温し、その温
度に１時間保持してイぐ融化させた。さらに、アルゴン
流通下の１０００°Ｃ雰囲気中に１時間保持して炭化さ
せた。焼成された炭素繊維は繊維同士で融着し、繊維持
性についての測定ができなかった。

〈発明の効果〉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融紡糸工程を経たピッチ繊維に、不融化温度で
   固体である無機酸化剤を５重量％以下含有する溶液を塗
   布し、塗布後のピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気下で加熱
   することにより不融化させ、その後炭化処理もしくは黒
   鉛化処理を施すことを特徴とする炭素繊維の製造方法。
2. （２）溶融紡糸工程を経たピッチ繊維を、不融化温度で
   固体である無機酸化剤を５重量％以下含有する集束剤溶
   液を用いて集束させ、集束後のピッチ繊維を酸化性ガス
   雰囲気下で加熱することにより不融化させ、その後炭化
   処理もしくは黒鉛化処理を施すことを特徴とする炭素繊
   維の製造方法。