JPS6257932A - Production of carbon fiber and graphite fiber - Google Patents
Production of carbon fiber and graphite fiberInfo
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- JPS6257932A JPS6257932A JP19715085A JP19715085A JPS6257932A JP S6257932 A JPS6257932 A JP S6257932A JP 19715085 A JP19715085 A JP 19715085A JP 19715085 A JP19715085 A JP 19715085A JP S6257932 A JPS6257932 A JP S6257932A
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Abstract
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゛rる方法に関する。史に詳しくは、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炭素繊維を得るための、
ピッチ繊維の焼成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for producing carbon fibers and graphite fibers from carbonaceous pitch fibers. More specifically, the present invention involves spinning optically anisotropic carbonaceous pitch, performing infusibility, carbonization, and graphitization to obtain long filament carbon fibers.
This invention relates to a method for firing pitch fibers.
(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!!!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宙要視
され°C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. Especially carbon fiber from carbonaceous pitch! ! ! The way to build is
This method is attracting much attention as a method for producing low-cost, high-performance carbon fiber.
しかしながら、従来の技術によっては、ピッチ繊維の引
っ張り強度が約0.01GPaと小さい上、脆いために
その取扱が難しく、直性@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橿めて困難であった
。However, depending on the conventional technology, pitch fibers have a low tensile strength of about 0.01 GPa and are brittle, making them difficult to handle, and it is difficult to obtain long filament fibers necessary to obtain straight products. It was extremely difficult.
ピッチ繊維からロングフィラメント状の炭−2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、史に
700℃以−ヒで第1次の熱処理を行い、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51−12740号)。Conventionally, as a method for producing long filament-shaped charcoal-2 fibers from pitch fibers, the spun yarn is dropped into a wire mesh basket and deposited, and the wire mesh is made infusible and heated at temperatures above 700°C. After performing the first heat treatment so that the tensile strength of the yarn is 0.2 GPa or more, it is carbonized at a temperature of about 1500°C after being pulled up from the basket and wound up, or while being wound up. , a method for obtaining carbon fiber has been proposed (Japanese Patent Publication No. 12740/1983).
しかしながらこの方法では、糸を堆積せしめた場合に、
捩れ又は燻りがかかる傾向があり、父系の屈曲ができや
すく、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、屈曲部の強度が着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。かかる欠点は、糸を堆積せしめる場合の湾曲率を大
きく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。However, in this method, when the yarn is deposited,
It has a tendency to twist or smolder, and is prone to paternal bending. Therefore, when it is made into carbon fiber, it becomes a thread with extremely uneven appearance, and the strength of the bent part is seriously reduced, resulting in frequent thread breakage. The drawback was that it was difficult to produce high-quality thread. These drawbacks cannot be essentially improved even if the curvature is increased when the threads are piled up.
一方、特公昭53−4128号明細書には、メソフェー
スピンチを溶融紡糸し、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は400℃〜500’C
の温度域と酸化雰囲気で行うものであり、酸化を高温度
で行い過ぎるために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 pinch is melt-spun, wound once around a bobbin, some of the threads are placed in a net tray, and oxidized at 250°C to 500°C. A method is disclosed in which the yarn is oxidized in an atmosphere to increase the strength of the yarn, making it easier to handle the yarn, and then processing the yarn. However, this method
The oxidation process is carried out in an oxidizing atmosphere and in a temperature range of The disadvantage was that production efficiency was low because
又、特開昭55−128020号明細署には、溶融紡糸
後にゴデツトローラーで延伸した糸を不融化用の熱風炉
にO,15m/分の糸速度で連続的に通し、続いて炭化
炉へも連続的に通して炭素繊維を得る方法が開示されて
いる。しかしながらこの方法は、炭素繊維とした時に糸
の外観の良いものが得られる一方、時間当たりの製品生
産量が著しく小さいという欠点があった。In addition, JP-A No. 55-128020 discloses that after melt spinning, the yarn drawn with a godet roller is continuously passed through a hot blast furnace for infusibility at a yarn speed of 0.15 m/min, and then passed through a carbonization furnace. A method for obtaining carbon fibers by continuous threading is disclosed. However, while this method can produce yarn with a good appearance when made into carbon fibers, it has the disadvantage that the product output per hour is extremely small.
(発明が解決しようとする問題点)
特願昭59−27679J+、特開昭60−81320
号及び特開昭60−21911号明細書には、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第1
次の熱処理(予備炭化)を行う方法が開示されている。(Problems to be solved by the invention) Japanese Patent Application No. 59-27679J+, Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-81320
No. and Japanese Patent Application Laid-open No. 60-21911 discloses that the bobbin is made infusible as it is, and the
A method for carrying out the following heat treatment (pre-carbonization) is disclosed.
しかしながら、これらの方法においてはボビ石ヒのピッ
チ繊維の巻厚がIt 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フィラメント間の融着や
膠着が起こり8く、予備炭化後、ボビン上の糸巻の解舒
(巻戻)が困難になり@戻しに際し、糸の毛羽が発生し
易く、炭素繊維又は黒i0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る。However, in these methods, when the winding thickness of the pitch fibers of Bobite stone becomes It, the air permeability during infusibility or pre-carbonization is insufficient, resulting in fusion or agglutination between the filaments,8 and After carbonization, it becomes difficult to unwind (unwind) the thread on the bobbin, and when unwinding it, the thread tends to become fluffy, which has the disadvantage of significantly reducing the commercial value when made into carbon fiber or black i0 fiber. .
又、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
キが極めて太き(なるという欠点があった。Furthermore, due to insufficient air permeability, there is a large variation in the degree of infusibility, and when carbon fibers or graphite fibers are made, the strength variation is extremely large.
そこで、糸の外観が良く取扱時に毛羽立ちが少なく、且
つ高強度、高弾性で糸の強度ムラのない高品質のピッチ
糸炭素繊維のロングフィラメントを、安価にしかも効率
良く製造する方法が切望されてきた。Therefore, there is a strong need for a method to inexpensively and efficiently produce long filaments of pitch yarn carbon fibers that have a good appearance and less fuzz when handled, and have high strength, high elasticity, and uniform yarn strength. Ta.
従ゲζ本発明は、従来の技術の上記欠点を解決し、糸扱
いし呂く高品質のピッチ糸炭素繊維を製造する方法を提
供することを目的としている。The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology and provide a method for producing pitch yarn carbon 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
の高品質ピッチ糸ロングフィラメント炭素繊維を効率良
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 filament carbon fibers that have a good appearance, high strength, and high elastic modulus.
(問題点を解決するための手段)
本発明の係る諸口的は光学的異方性炭素質ピッチを熔融
紡糸し、紡糸されたピッチ繊維を合糸後通気性ボビンに
巻き取り、ボビン巻のまま酸化雰囲気下で不融化した後
に、690℃以下の温度の非酸化性雰囲気下で第1次の
熱処理を行い、次いで1.000℃以上の不活性ガス雰
囲気中で通気性ボビン巻きのまま、又は糸条を送りつつ
巻き取って第2次の熱処理を行うことにより達成された
。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, optically anisotropic carbonaceous pitch is melt-spun, the spun pitch fibers are wound onto an air permeable bobbin after doubling, and the bobbin-wound fibers are wound as they are. After being infusible in an oxidizing atmosphere, a first heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 690°C or lower, and then the material is left wound on a breathable bobbin in an inert gas atmosphere at a temperature of 1,000°C or higher, or This was achieved by winding the yarn while feeding it and performing a second heat treatment.
a)光学的異方性炭素質ピッチ
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、反射型変更顕微鏡
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、不明細署では光学的等方性炭素質ピンチ
と呼称する。従って、不明myにおける光学的異方性炭
素質ピンチには、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。a) Optically anisotropic carbonaceous pitch The optically anisotropic carbonaceous pitch used in the present invention is produced by polishing the cross section of a pitch lump solidified at room temperature, and rotating orthogonal nicols with a reflection-type changing microscope. In other words, pitches in which most of the pitches are optically anisotropic, and pitches in which no brilliance is observed and are optically isotropic are considered to be optically isotropic in unknown details. This is called a directional carbonaceous pinch. Therefore, in the optically anisotropic carbonaceous pinch in unknown my, not only the pure optically anisotropic carbonaceous pitch but also the optically isotropic phase in the optically anisotropic phase has a spherical or amorphous shape. This also includes cases where it is included in an 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
と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 IP and IP.
不明myにおけるAPは、所iil#「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2titsがあり、不明綱
畜でいうAPは主として後者の「メソ相」である。The AP in unknown my is considered to be the same as the "meso phase" in place III#, but the "meso phase" includes a component that is substantially insoluble in quinoline or pyridine, and a component that is soluble in quinoline or pyridine. There are two tits, and AP in animals of unknown class is mainly the "mesophase" of the latter.
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lPali
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■差は0.05程度であり小さいので、近似的には体
積%と電量%とは等しいとして取り扱うことができる。In the present invention, the quantification of AP and IP is performed by observing under a polarizing microscope with crossed Nicols, and taking a photograph to quantify AP or IP.
This is done by measuring the area ratio occupied by the area, but statistically this area ratio actually represents the volume %. % and electric power % can be treated as being equal.
本発明で使用する光学的異方性ピッチは特に限定はない
が、その軟化点は低いことが好ましい。The optically anisotropic pitch used in the present invention is not particularly limited, but preferably has a low softening point.
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P!!)置針によってピッチ
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
定方法によって得られる温度と、±10℃の範囲で一致
する。Here, the softening point of the pitch is the transition temperature between the solid phase and the liquid phase of the pitch, and the pitch softening point is the transition temperature between the solid phase and the liquid phase of the pitch. ! ) It can be determined from the peak temperature at which latent heat is absorbed or released when pitch is melted or solidified using a positioning needle. The softening point measured by this method agrees within a range of ±10° C. with the temperature obtained by other measurement methods such as the ring and ball method and the micro melting point method.
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。一般に溶融紡糸に適する紡糸温度は、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ンチは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℃以上であることが好ましい。Ordinary spinning techniques can be used for spinning in the present invention. Generally, the spinning temperature suitable 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 pinch 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
The temperature is preferably 30°C or higher.
本発明で使用する光学的異方性ピッチについては、その
構成成分を次のようにして、n−へブタン可溶分、ヘプ
タン不溶分、ベンゼン不溶分、キノリンネ溶分に分ける
ことができる。即ち、粉末ピッチを1μmの平均孔径を
有する円筒フィルターに入れ、ソックスレー抽出器を用
いてn−へブタンで20時間熱抽出し、可溶分を定量し
てn−へブタン可溶分とし、不溶残をn−へブタン不溶
分として定量する。次に、上記不溶分をベンゼンで20
時間熱抽出して得られる不溶残をベンゼン不溶分とする
。一方、粉末ピッチをキノリンを溶剤としてJIS−に
−2425に基づいて遠心分離法で不溶分を測定するこ
とによりキノリンネ溶分が得られる。又、ベンゼン不溶
でキノリン可溶の成分は、上記測定のベンゼン不溶分含
有率からキノリンネ溶分含有率を差し引いて求めること
ができる。このような構成成分の分別定量は、例えば石
油学会誌、第20巻、第1号、第45頁(1977年)
に記載の方法により行うことができる。The constituent components of the optically anisotropic pitch used in the present invention can be divided into n-hebutane soluble, heptane insoluble, benzene insoluble, and quinoline soluble as follows. That is, powdered pitch was placed in a cylindrical filter having an average pore size of 1 μm, and heat extracted with n-hebutane using a Soxhlet extractor for 20 hours, and the soluble content was determined to be the n-hebutane soluble content, and the insoluble content was The remainder is determined as n-hebutane insoluble matter. Next, remove the above insoluble matter with benzene for 20
The insoluble residue obtained by time-heat extraction is defined as the benzene insoluble matter. On the other hand, a quinoline soluble content can be obtained by measuring the insoluble content of powdered pitch using a centrifugal separation method based on JIS-2425 using quinoline as a solvent. Furthermore, the benzene-insoluble and quinoline-soluble component can be determined by subtracting the quinoline-soluble content from the benzene-insoluble content measured above. Such fractional quantification of constituent components is described, for example, in Journal of the Japan Petroleum Institute, Vol. 20, No. 1, p. 45 (1977).
This can be carried out by the method described in .
b)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
ある寅質炭化水素油、タール、市販ピッチ等を反応槽で
380℃〜500℃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11111合して、残渣ピッチ
のAP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街量%以上と大きくなり軟化点も3
30℃以上となる場合もあるのみならず、IP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) Method for producing optically anisotropic pitch The optically anisotropic pitch used in the present invention may be produced using any production method, but it may be produced by using a common raw material for pitch production, such as a hard hydrocarbon oil, A conventional method is used in which tar, commercially available pitch, etc. are stirred in a reaction tank at a temperature of 380°C to 500°C, and thoroughly thermally decomposed while degassing with an inert gas to increase the AP of the residual pitch. be able to. 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, the quinoline solubility increases to 70% or more, and the softening point also increases to 3.
Not only can the temperature be 30° C. or higher, but also IP is difficult to form a microspherical dispersed state, so it 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うてそ
の重縮金物を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、これを上層の密度の小さいIPが多い
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[111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 hold the polycondensed metal at a temperature in the range of 350°C to 400°C to substantially This is a method in which AP with a high density is left to stand still in the lower layer while growing and ripening, and this is separated from the upper layer where there is a large amount of IP with a lower density. It is described in No. 111.
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号明細書に記載さ
れている如く、APを適度に含み未だ過度にm資化され
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相は合体成度しつつ下I−(遠心力
方向のl1li)に集積し、APが約80%以上で連続
I−を成し、その中に僅かにIPを縞状又は微小な球状
体で分散している形態のピンチが下層となり、一方上I
−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ンチとなる。この場合、jljf−
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8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−C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“ζ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°C優れ
たものとなる。A more preferable method for producing the optically anisotropic pitch used in the present invention is to use a carbonaceous material that contains an appropriate amount of AP and is not yet excessively utilizable, as described in JP-A-58-180585. In this method, the pitch is centrifuged in a molten state to rapidly sediment the AP portion. According to this method, the AP phase coalesces and accumulates in the lower I- (l1li in the direction of centrifugal force), forming a continuous I- with about 80% or more of AP, and a slight stripe of IP in it. The pinches in the form of spherical or minute spherical bodies form the lower layer, while the upper layer I
- is a pinch in which IP is the majority, and AP is dispersed therein in the form of minute spheres. In this case, jljf−
The boundaries between the two layers are clear, and only the lower layer can be separated and taken out from the upper layer, making it possible to produce optically anisotropic pitch that has a large AP content and is easy to spin. According to this method, when the AP content is 95% or more, the softening point is 230.
C. to 320-C carbonaceous pitch 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, it can be spun to improve the tensile strength and elasticity of the resulting carbon fibers and graphite fibers. The rate is extremely good.
C)繊維の製造
i)紡糸
前記のような、AP含有率が高くその軟化点の低いピッ
チは、公知の方法によって紡糸することができる。この
ような方法は、例えば、下方1〜1.000ケの直径0
.1mm 〜0.5mmの紡糸口金を有する金属製紡糸
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ンチを保持し、溶融状
態に保って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 The above pitch having a high AP content and a low softening point can be spun by known methods. Such a method can be used, for example, to
.. Pitch was placed in a metal spinning container with a spinneret of 1 mm to 0.5 mm, and the pitch was heated to 280 mm under an inert gas atmosphere.
The pinch is held at a constant temperature between ~370°C, kept in a molten state, and the pressure of the inert gas is increased to several hundred mmHH to push the molten pitch out of the nozzle, and the pitch flows down while controlling the temperature and atmosphere. The fiber is wound onto a bobbin that rotates at high speed.
本発明においてはボビンに巻いた状態から均一な解舒(
S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)のような大きなトラバース
をかけて巻き取り1巻厚は1〜100mm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 S return), the traverse during spinning is 2 to 100
The thickness of one winding is 1 to 100 mm, preferably 5 mm/(per bobbin rotation).
It is effective to set the distance to 50 mm. The traverse is 5, considering the unwinding (unwinding) of the pitch fiber from the bobbin.
Approximately 20 mm/(one rotation of the bobbin) is preferable.
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繊維を延伸
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 fibers are drawn and drawn using gas that is controlled at a constant temperature and descends at high speed in the vicinity of the die, and 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
紡糸器の周壁より延伸力によってピンチを押し出し、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ごともできる。Furthermore, a cylindrical spinning container having a spinneret on the peripheral wall is rotated at high speed, molten pitch is continuously supplied to the spinning container, and the pinch is pushed out from the peripheral wall of the cylindrical spinning device by a drawing force, and the spinning is performed by the action of rotation. It is also possible to adopt a spinning method that accumulates pitch fibers.
又、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、AP含有率が95%以上と高いに
もかかわらず、280°C〜370℃という軟化点の低
い光学的異方性炭素質ピッチを使用1°るので、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直合が極めて低く抑えられる
ので、紡糸後のピンチ繊維は、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
の繊維を匹熔融して鮮度紡糸することができ°ζ好都合
である。Furthermore, in the present invention, even when spinning by any known method, optical anisotropy with a low softening point of 280°C to 370°C is achieved despite the AP content being as high as 95% or more. Since carbonaceous pitch is used at a temperature of 1°, spinning can be performed at a lower temperature than before. When spinning at such temperatures, thermal decomposition and thermal aggregation are kept to a very low level, so that the spun pinch fibers can maintain almost the same chemical composition as the pitch before spinning. Therefore, the fibers after spinning can be melted and freshly spun, which is advantageous.
if ) ピッチ繊にイ1の合糸
本発明においてはボビン上のピン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?+1に
合糸を行う。if) Pitch fiber and yarn of A1 In the present invention, in order to increase the air permeability of the pinched fiber on the bobbin, the pitch fiber is wound around the infusible bobbin. Perform doubling at +1.
溶融紡糸#R1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
′富は1〜2.000であり、好ましくは50〜1.0
00フィラメントである。Melt spinning #R The number of filaments of pitch fiber spun from one machine (one spinneret) is limited due to melt spinning, and the number of filaments is 1 to 2,000, preferably 50 to 1.0.
00 filament.
本発明では、溶融紡糸で得られるピッチ繊維を2〜20
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。In the present invention, 2 to 20 pitch fibers obtained by melt spinning are used.
200 to 50,000, preferably 500 to 5
,000 filaments.
合糸時のトラバースはボビン1回転当り5〜100mm
であることが好ましい0通気性を良(するためにはトラ
バースを大きくする方が良いが、大き過ぎると糸が田傷
し易いので好ましくない。Traverse during doubling is 5 to 100 mm per bobbin rotation
It is preferable that 0. In order to have good air permeability, it is better to make the traverse large, but if it is too large, it is not preferable because the thread is easily damaged.
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(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。Doubling is not only done by unwinding from a bobbin (it is also possible to bundle pitch fibers spun simultaneously from a plurality of spinning machines or spinnerets and doubling them).
合糸は、1度に2〜20本合糸しても良いが、2〜10
本を1回目に合糸し、これらを史に2〜10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 10 yarns may be combined at a time.
A method is also used in which the books are first doubled and then 2 to 10 pieces are recombined each time.
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−ヒし、不融化予備炭化の反応は均一に進むの
で巻厚も厚くすることができる。As the number of filaments of the pitch fibers increases, the air permeability improves, and the reaction of infusibility and pre-carbonization proceeds more uniformly, so the winding thickness can be increased.
合糸後の巻厚は通常は1〜100mm、好ましくは5〜
59mmである6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 to 100 mm.
If the thickness of 6 turns (59 mm) is too thick, heat will accumulate and the reaction will proceed unevenly, causing fusion and sticking between filaments, causing variations in the strength of the filaments, and making it impossible to obtain high quality filaments. Undesirable.
本発明においては、ボビン巻きのまま不融化及び炭化を
行うので、ボビンにはこれらの温度に耐えられる材質を
選択する必要がある。本発明においては、鉄、銅、ニッ
ケル及びその他の合金等、金属製のボビンの他、炭素/
炭素繊維複合材料、グラファイト複合材料、シリカ/ア
ルミナ等のセラミックボビンを使用することができるが
、特に5US304.5US316等のステンレス鋼、
炭素鋼、黄銅等を好ましく使用することができる。In the present invention, since infusibility and carbonization are performed while winding the bobbin, it is necessary to select a material for the bobbin that can withstand these temperatures. In the present invention, in addition to metal bobbins such as iron, copper, nickel, and other alloys, carbon/
Ceramic bobbins such as carbon fiber composites, graphite composites, silica/alumina can be used, but in particular stainless steels such as 5US304.5US316,
Carbon steel, brass, etc. can be preferably used.
ボビン巻のまま、1000℃以上の熱処理を行う場合に
は、ボビンの少なくとも外側の表面を、カーボンファイ
バーと相溶性があり、熱処理にしたがって生ずる繊維の
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)で被覆することが好ま
しい。When heat treatment is performed at 1000℃ or higher while the bobbin is still wound, at least the outer surface of the bobbin must be compatible with carbon fiber, absorbing the shrinkage of the fibers that occurs during the heat treatment, and preventing the fibers from being cut. It is preferable to coat it with a material (for example, a carbon material) that can be used.
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
り焼結金属炉材、シンタードグラス等の多孔性炉材で作
製したりする。In the present invention, the bobbin used for doubling is cylindrical, and may be made of wire mesh to improve ventilation, or may be made with holes or porous material such as sintered metal furnace material or sintered glass. .
穴を開ける場合には、空間率(開孔率)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く、20%
以下では通気性が不十分となり、不融化や炭化中の焼成
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0本発
明においては、SUS 304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2〜30
0メツシユ、好ましくは3〜60メツシユのものを使用
する。When making 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,
If it is below, the air permeability will be insufficient and the firing during infusibility and carbonization will be uneven, which is undesirable.Also, for uniform firing, it is preferable to reduce the heat capacity of the bobbin, so the wall thickness of the bobbin should be 5 mm or less. In the present invention, it is preferable to use a bobbin with a wire mesh layer of SUS 304 or 5US316, and the wire mesh has a thickness of 2 to 30.
0 mesh, preferably 3 to 60 mesh.
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類又は粘度3〜300c
at (30℃)のジメチルシリコン油、メチルフェ
ニルシリコン油等をシリコン油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
ちの;同様にグラファイ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、例えばポリエステル繊維に使用される各種油剤
の内ピン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・\の付肴菅ば通常0.01〜10%
であるが特に0.05〜5%が好ましい。In this case, examples of the sizing agent include ethyl alcohol,
Alcohols such as isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol or viscosity 3-300c
Dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, etc. at (30℃) diluted with a solvent such as silicone oil or paraffin oil, or dispersed in water with an emulsifier added; Similarly, graphite, polyethylene glycol, or hindered Among the various oils used for other ordinary fibers such as polyester fibers, those that do not damage pinched fibers can be used. Fiber of sizing agent/\ accompaniment usually 0.01-10%
However, 0.05 to 5% is particularly preferred.
iii )ピッチ繊維の不融化
紡糸したビフチtJ!i維を酸化して不融性炭素JR線
繊維する工程は、温度、酸化剤、反応時間等について種
々の組合せを考える必要がある0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、本発明ではボビン上で集積度の大きい
ピン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や巻縮を防止
する必要がある0本発明における不融化工程の温度は1
50℃〜400℃、好ましくは200℃〜300℃の範
囲でステップ状又は除々に昇温しで、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日という置時間行うことも差支えない。iii) Bifuchi tJ made from infusible spun pitch fibers! In the process of oxidizing i-fibers to make them into infusible carbon JR wire fibers, it is necessary to consider various combinations of temperature, oxidizing agent, reaction time, etc. In the present invention, basically, the conditions for infusibility are as follows: Although known methods can be used, in the present invention, since pinch yarns with a large degree of accumulation are infusible on the bobbin, the oxidation reaction starts at a lower temperature than usual to prevent fusing and crimping of the pitch fibers. The temperature of the infusibility step in the present invention is 1 which needs to be prevented.
The temperature is raised stepwise or gradually in the range of 50°C to 400°C, preferably 200°C to 300°C, and the treatment is usually carried out for 1 to 5 hours. The treatment time may be 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
く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 nitrogen, but it is not preferable to make the oxygen concentration too high because the reaction within the bobbin spool will proceed rapidly and there is a risk of combustion. .
本発明においては、200℃以下の温度でハロゲン、N
O2、オゾン等の酸化剤を含んだ雰囲気中で短時間処理
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℃まで昇温しで不融化を終了せし
める方法が好ましく、特に!&者の方法は容易且つ確実
であり好ましい。In the present invention, halogen and N
Sufficient infusibility can be obtained by treatment for a short time in an atmosphere containing an oxidizing agent such as O2 or ozone, or at a temperature 30 to 50 degrees Celsius lower than the softening point of pitch, i.e., at a temperature of 150 to 240 degrees Celsius, in an oxygen gas atmosphere. It is preferable to maintain the temperature for 10 minutes to 1 hour until the temperature is obtained, and then raise the temperature to about 300°C if necessary to complete the infusibility. The method of & is preferred because 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, a method is adopted in which the pitch is left in air at a temperature of 150 to 250°C for a long time depending on the softening point of the pitch, and then the temperature is raised to 300°C to 400°C for a short time without using an oxidizing agent. You can also do it. 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0.1〜3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 3 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.
このような強制攪拌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 stirring promotes gas penetration into the bobbin,
This has the effect of eliminating temperature distribution within the infusibility furnace and making firing uniform.
iv)熱処理工程
本発明における第1次の熱処理は、400℃〜1000
℃の温度範囲で起こる炭素質繊維の炭化の前段階乃至極
く初期の炭化を引き起こすものである。この工程は、不
融化の工程と全く別個に行うことができるのは当然であ
るが、不融化が終了した後炉内のガスを除去して真空と
し、真空のまま、或いは窒素ガスやアルゴンガス等の不
活性ガスを導入して行っても良い。iv) Heat treatment step The first heat treatment in the present invention is performed at 400°C to 1000°C.
It causes carbonization in the preliminary stage or very early stage of carbonization of carbonaceous fibers that occurs in the temperature range of .degree. Of course, this process can be performed completely separately from the infusibility process, but after the infusibility process is complete, the gas in the furnace is removed to create a vacuum, or the furnace is left in a vacuum, or nitrogen gas or argon gas is used. Alternatively, an inert gas such as the like may be introduced.
第1次の熱処理系の伸度は熱処理温度が500℃付近で
最も高く3〜7%であり、700℃では約2%に過ぎな
いので、第1次の熱処理温度を500℃程度で行うこと
が好ましく、この場合には引っ張り強度が0.1〜0,
5GPaの#JA維を切断を伴わずに容易に得ることが
できる。The elongation of the first heat treatment system is highest at 3 to 7% when the heat treatment temperature is around 500℃, and is only about 2% at 700℃, so the first heat treatment should be performed at a temperature of about 500℃. is preferable, and in this case, the tensile strength is 0.1 to 0,
#JA fibers of 5 GPa can be easily obtained without cutting.
上記熱処理を不活性ガスの存在下で行う場合には、不融
化処理の場合と同様にガスの1部置換や糸巻内の通気、
ファンによる雰囲気の強制通気等を行うことが好ましい
。When the above heat treatment is performed in the presence of an inert gas, partial replacement of the gas, ventilation inside the bobbin, etc., as in the case of infusibility treatment,
It is preferable to perform forced ventilation of the atmosphere using a fan.
本発明の第2次の熱処理を約1000℃〜1900℃で
行う場合には、所謂炭素繊維が得られるが、この熱処理
を特に2000℃〜3000℃で行う場合には、所謂黒
鉛繊維を得ることができる。When the second heat treatment of the present invention is performed at about 1000°C to 1900°C, so-called carbon fibers are obtained, but when this heat treatment is performed particularly at 2000°C to 3000°C, so-called graphite fibers are obtained. I can do it.
第2次の熱処理は、第1次の熱処理によって得た炭化糸
を巻き戻し、必要に応じて更に合糸し、通気性ボビンに
巻いたまま、又は、0.1〜50m/分、好ましくは0
.5〜20m/分の速度で送り出しつつ巻き取りながら
実施される。The second heat treatment is performed by unwinding the carbonized yarn obtained by the first heat treatment, further doubling if necessary, and winding it on an air-permeable bobbin, or at a rate of 0.1 to 50 m/min, preferably. 0
.. It is carried out while being fed out and wound up at a speed of 5 to 20 m/min.
第2次の熱処理は窒素ガス及び/又はアルゴンガス等の
不活性ガスの存在下で行い、炉芯管の中に同じガスを吹
き込み、一部置換しながら行うのが好ましい、特に黒鉛
繊維を製造する場合には上記不活性ガスとして、アルゴ
ンガスを使用することが最も好ましい。The second heat treatment is preferably carried out in the presence of an inert gas such as nitrogen gas and/or argon gas, and the same gas is blown into the furnace core tube, and it is preferably carried out while partially displacing the gas, especially for the production of graphite fibers. In this case, it is most preferable to use argon gas as the inert gas.
上記第2次の熱処理工程に際しては、必要に応じて糸に
張力をかけながら行うこともできる。The second heat treatment step can be performed while applying tension to the yarn, if necessary.
(発明の効果)
本発明の方法によれば通気性が著しく向上するので、ボ
ビン上に厚くピンチ繊維を巻いた場合でも、均一な不融
化及び予備炭化が可能であり、フィラメント間の融着や
11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。(Effects of the Invention) Since the method of the present invention significantly improves air permeability, even when pinch fibers are wound thickly on a bobbin, uniform infusibility and pre-carbonization are possible, and fusion between filaments can be prevented. High quality long filament yarn can be obtained without producing 11 pieces.
又、本発明は、光学的異方性炭素質の繊維を合糸後ボビ
ンに巻いた状態で熱硬化した後、巻き戻して炭化又は黒
鉛化することができるのみならず、ボビン巻きのまま炭
化又は黒鉛化することができるので生産上の効率が極め
て高く、効率良く高強度、高弾性率の炭@繊維を得るこ
とができる。又、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, the present invention not only allows optically anisotropic carbonaceous fibers to be thermally hardened while being wound around a bobbin after doubling, and then to be unwound and carbonized or graphitized. Alternatively, since it can be graphitized, production efficiency is extremely high, and charcoal with high strength and high modulus of elasticity can be obtained efficiently. Further, by completing the second high-temperature heat treatment in a very short time, 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史に詳述するが、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 detail below using Examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例)
実施例1゜
光学的異方性相(A13)を約5594i含有し、軟化
点が232℃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、キノリンネ溶分を16
.1iti1%、灰分o、 26g猾%を含有してお
り、370 ’Cにおける粘度は2.8ボイズを示した
。このビソナを内容4W2opの熔融タンク中で熔融し
、370°Cに制御して、ローター内有効容積200r
nlの円筒型連続遠心分離具;lへ20m17分の原油
で送り、ロータ一温度を370℃に制御しつつ、遠心力
を30,000GでAP排出1コ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
の多いピッチ(Iピッチ)を連続しζtUき出した。(Example) Example 1 A carbonaceous pitch containing about 5594i of optically anisotropic phase (A13) and having a softening point of 232° C. was used as a precursor pitch. This precursor pitch has a quinoline solubility of 16
.. It contained 1% ash, 26g% ash, and a viscosity of 2.8 voids at 370'C. This bisona was melted in a melting tank with a content of 4W2OP, and the temperature was controlled at 370°C, and the effective volume inside the rotor was 200r.
NL cylindrical continuous centrifugal separator; send 20 m 17 minutes of crude oil to NL, control the rotor temperature at 370°C, and apply a centrifugal force of 30,000 G to a pitch with more optically anisotropic phase than AP discharge 1 (A pitch) and ζtU were continuously ejected from the IP outlet with a pitch (I pitch) with more optical isotropy.
11られた光学的異方性ピッチは、光学的異方性相を9
8%含み、軟化点265℃、キノリンネ溶分は29.5
!16であった。The optically anisotropic pitch of 11 makes the optically anisotropic phase 9
Contains 8%, softening point 265℃, quinoline solubility 29.5
! It was 16.
次に、得られた光学的異方1!l:ピッチを、500大
の紡糸口金を存する熔融紡糸隠(ノズル孔1吊;直径0
、 3 +n +n)に通し、355°(:で約2
fl O+nm If ITの窒素ガス圧で押し出し7
て、ノズルドm++に設けた、高速で回転するji’t
l吊210 m ml1%% 200rnmのステンレ
ス網製の金網ボビンに巻き取り、約5UUm/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1 (l m nt / 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
糸はエアーサッカーで略集束し゛ζオイリングローラー
に導き、糸に対して約0.5%の割合で集束用油剤を供
給した。油剤としCは、30℃における粘度が14 c
s tのジメチルシリコン油を使用した。Next, the obtained optical anisotropy 1! l: Pitch, melt spinning with 500 large spinnerets (1 nozzle hole; diameter 0
, 3 + n + n), and pass through 355° (about 2
fl O+nm If IT extrusion with nitrogen gas pressure 7
ji't installed on the nozzle m++ and rotating at high speed.
It was wound onto a wire mesh bobbin made of stainless steel with a hanging length of 210 m, ml, 1%%, and 200 nm, and spun for 10 minutes at a winding speed of about 5 UUm/min. The traverse pitch per one revolution of the bobbin was 1 (l m nt / 1 revolution. There was no yarn breakage during spinning. At this time, the spun yarn was approximately converged by an air sucker and guided to the ζ oiling roller, and the yarn was The focusing oil was supplied at a ratio of about 0.5% to the oil.The oil C had a viscosity of 14 c
s.t. dimethyl silicone oil 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゛IIO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IQrtznであった。Six bobbins wound with pitch fibers were combined with a traverse pitch of 20 mm/rotation, and 3,000 filaments were wound onto a stainless steel wire mesh bobbin of IIO mesh (void ratio 55%). The winding thickness of the thread in this case was about IQrtzn.
このようにして[#た金網ボビン巻きのピッチ繊^イト
を、空気雰囲気のファン付強制熱風(盾環炉に導入した
。温度は150℃から230’C迄0.5℃/分の昇温
速度で昇温し、250°(]で22時間呆持した。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。この場合の攪拌の風速は0.7m/秒であった。In this way, the wire mesh bobbin-wound pitch fibers were introduced into a fan-equipped forced hot air (shield ring furnace) in an air atmosphere.The temperature was increased from 150°C to 230'C by 0.5°C/min The temperature was raised at a speed of 250° and held for 22 hours. During this time, the atmosphere in the furnace was replaced with fresh air at a rate of 0.5 times/min. The stirring air speed in this case was 0.7 m/sec. there were.
不融化処理の終了後、炉内をif真空にした後窒素ガス
に置換して、5℃/分の昇温速度で500℃まで昇温し
、第1次の熱処理を行った。この場合、炉内の雰囲気を
新しい窒素ガスで1分間当たり0.1回の割合で置換し
た。又雰囲気の攪押はO,1m/秒の風速で行った。After the infusibility treatment was completed, the inside of the furnace was made into an IF vacuum, replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 500° C. at a rate of 5° C./min to perform a first heat treatment. In this case, the atmosphere in the furnace was replaced with fresh nitrogen gas at a rate of 0.1 times per minute. Further, the atmosphere was stirred at O and at a wind speed of 1 m/sec.
第1次の熱処理終了後、1時間で300℃迄冷却し取り
出した。このようにして得た炭化糸は柔軟性があり、容
易に巻き戻しすることができた。After the first heat treatment was completed, it was cooled to 300° C. in 1 hour and taken out. The carbonized yarn thus obtained was flexible and could be easily rewound.
3.000本のフィラメントからなる糸束を6束合糸す
ることも容易であった。この糸の引っ張り強度は0.2
0Pa、lljl重性率 に p a 、伸度は5.2
%であった。It was also easy to combine 6 bundles of yarn consisting of 3,000 filaments. The tensile strength of this thread is 0.2
0 Pa, lljl weight ratio to pa, elongation is 5.2
%Met.
上記第1次の熱処理系を窒素ガス雰囲気の1500℃の
炭化炉に、2m/分の速度で送り出しつつ巻き取り用ワ
インダーに巻き取りながら、なんの支障もなく10mm
の巻厚の糸を全量焼成することができた。得られた炭素
繊維の引っ張り強度は2.2GPa、弾性率は250G
Paであり、糸径は10.1μmであった。The first heat treatment system was sent to a carbonization furnace at 1500°C in a nitrogen gas atmosphere at a speed of 2 m/min, and was wound up on a winder for 10 mm without any trouble.
It was possible to fire the entire amount of yarn with a winding thickness of . The obtained carbon fiber has a tensile strength of 2.2 GPa and an elastic modulus of 250 G.
Pa, and the thread diameter was 10.1 μm.
この糸を更に25(jO℃で黒鉛化処理した所、その引
っ張り強度は2.20Pa、弾性率600G P aと
なり、糸径は9.8.umであった。When this yarn was further graphitized at 25° C., the tensile strength was 2.20 Pa, the elastic modulus was 600 G Pa, and the yarn diameter was 9.8 μm.
このようにして、500℃で処理した炭化繊維、150
0℃で処理した炭素繊維、25UO’Cで処理した黒鉛
繊維の何れの場合も、その巻き戻し、巻き取り、合糸等
は容易に自在に行うことができることが実1正された。In this way, carbonized fibers treated at 500°C, 150°C
It has been confirmed that in both cases of carbon fibers treated at 0° C. and graphite fibers treated at 25UO'C, unwinding, winding, doubling, etc. can be easily and freely performed.
実施例2゜
第1次の炭化の温度を650℃で行った他は、実施例1
と同様にして炭化繊にi及び炭#5繊維を製造した。6
50℃で第1次の炭化を行った際、ボビン上の糸条の切
断は見られなかった。この時のfIs 1次の炭化糸の
引っ張り強度は0.4GPa、弾性率はl 5 G P
a 、 (+l+度は2.7%であった。Example 2゜Same as Example 1 except that the first carbonization temperature was 650°C.
In the same manner as above, carbon fibers i and charcoal #5 fibers were produced. 6
When the first carbonization was performed at 50° C., no breakage of the yarn on the bobbin was observed. At this time, fIs The tensile strength of the primary carbonized yarn is 0.4 GPa, and the elastic modulus is l 5 GPa
a, (+l+ degree was 2.7%.
この時の巻き戻しは500℃で炭化した実施例1の場合
よりも若干困り饅であった。更に、1500C:で炭化
した炭素繊維の引っ張り強度は2.3GP a 、 弾
性率250GPaであった。The unwinding at this time was slightly more difficult than in Example 1, which was carbonized at 500°C. Furthermore, the tensile strength of the carbon fiber carbonized at 1500C was 2.3 GPa, and the elastic modulus was 250 GPa.
比!交仔す1゜
通気性でないステンレス性のボビンを使用した他は、実
施例1と同様にして炭化繊維を製造した。ratio! Carbonized fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that a stainless steel bobbin with no air permeability was used.
このようにして得た第1次の熱処理した炭化繊維の巻き
戻しを行ったところ、巻厚で約1mmはど巻き戻したと
ころで糸条は切断した。When the first heat-treated carbonized fiber thus obtained was unwound, the yarn was cut after unwinding to a thickness of approximately 1 mm.
Claims (1)
たピッチ繊維を合糸した後通気性ボビンに巻き取り、ボ
ビン巻のまま酸化雰囲気下で不融化した後に、690℃
以下の温度の非酸化性雰囲気下で第1次の熱処理を行い
、次いで1,000℃以上の不活性ガス雰囲気中で第2
次の熱処理を行うことを特徴とする炭素繊維及び黒鉛繊
維の製造方法。 2)第2次の熱処理を、合糸したピッチ繊維を通気性ボ
ビンに巻いたまま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。 3)第2次の熱処理を、通気性ボビンから合糸したピッ
チ繊維を解舒して糸条を送りつつ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。 4)溶融紡糸機で紡糸した合糸前のピッチ繊維のフィラ
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200〜50,00
0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項乃至第3項の何れか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、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範囲第4項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 6)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4
項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 7)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4項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 8)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繊維
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4項に記載の炭素繊維及び
黒鉛繊維の製造方法。 9)第1次の熱処理が400℃〜690℃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。 10)第1次の熱処理が500℃〜550℃であること
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)第1次の熱処理の昇温速度が2〜10℃/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。 12)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。 13)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12項に記載
の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 14)第1次の熱処理を10^−^1mmHg以下の真
空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。 15)不融化処理を150℃〜400℃の温度範囲で、
且つ空気、酸素又は、空気と酸素又は窒素の混合ガス雰
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。 16)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15項に記載の
炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 17)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15項に記載の炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法。 18)雰囲気を、風速が0.1〜5m/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
15項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 19)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。 20)通気性ボビンの空間率が10〜75%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19項に記
載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 21)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19項に記載の炭素繊
維及び黒鉛繊維の製造方法。 22)紡糸時のトラバースを2〜100mm/(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4項
に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 23)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4項
に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 24)合糸後のボビンへのピッチ繊維の巻き厚が1〜1
00mmであることを特徴とする特許請求の範囲第4項
に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 25)第2次の熱処理を1,000〜3,000℃の温
度範囲で、且つ窒素及び/又はアルゴン雰囲気中で行う
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。 26)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。[Scope of Claims] 1) Optically anisotropic carbonaceous pitch is melt-spun, the spun pitch fibers are doubled and wound onto a breathable bobbin, and the bobbin is infusible under an oxidizing atmosphere. ,690℃
The first heat treatment is carried out in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of:
A method for producing carbon fibers and graphite fibers, which comprises performing the following heat treatment. 2) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed while the spun pitch fibers are wound around an air permeable bobbin. 3) The second heat treatment is carried out by unwinding the pitch fibers spun from an air-permeable bobbin and feeding the yarn. Production method. 4) The number of filaments of the pitch fibers before spinning by a melt spinning machine is 50 to 1,000 filaments, and the number of filaments of the pitch fibers after spinning is 200 to 50,000 filaments.
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fibers are zero filaments. 5) 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 4. 6) 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 shape in an accumulation container, and then unrolling them and doubling them. Claim 4 is characterized in that
The method for producing carbon fibers and graphite fibers as described in 2. 7) A patent claim characterized in that the combined 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 4. 8) 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 fibers and performing re-splitting. A method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 4. 9) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the first heat treatment is performed at 400°C to 690°C. 10) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 9, wherein the first heat treatment is performed at 500°C to 550°C. 11) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the temperature increase rate in the first heat treatment is 2 to 10°C/min. 12) 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. 13) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 12, characterized in that atmospheric gas is circulated and replaced at a rate of 0.05 to 1 time/min. 14) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the first heat treatment is performed under a vacuum of 10^-^1 mmHg or less. 15) Infusibility treatment at a temperature range of 150°C to 400°C,
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the method is carried out in an atmosphere of air, oxygen, or a mixed gas of air and oxygen or nitrogen. 16) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 15, characterized in that atmospheric gas is circulated and replaced at a rate of 0.1 to 5 times/minute. 17) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 15, characterized in that atmospheric gas is blown into the center of the cylindrical bobbin. 18) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 15, wherein the atmosphere is forcibly stirred at a wind speed of 0.1 to 5 m/sec. 19) 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. 20) The carbon according to claim 19, which is a metal perforated bobbin or a wire mesh bobbin in which small holes are made throughout the entire surface so that the air permeable bobbin has a porosity of 10 to 75%. Method for producing fibers and graphite fibers. 21) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 19, wherein the material composition of the breathable bobbin is a sintered metal material. 22) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 4, characterized in that the traverse during spinning is 2 to 100 mm/(one revolution of the bobbin). 23) The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 4, characterized in that the traverse during doubling is 5 to 100 mm/(one revolution of the bobbin). 24) The pitch fiber winding thickness on the bobbin after doubling is 1 to 1
4. The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 4, wherein the carbon fibers and graphite fibers have a diameter of 0.00 mm. 25) The carbon fiber and graphite according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed in a temperature range of 1,000 to 3,000°C and in a nitrogen and/or argon atmosphere. Fiber manufacturing method. 26) 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.
The method for producing carbon fibers and graphite fibers according to claim 1, wherein the temperature is .degree.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19715085A JPS6257932A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Production of carbon fiber and graphite fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19715085A JPS6257932A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Production of carbon fiber and graphite fiber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6257932A true JPS6257932A (en) | 1987-03-13 |
Family
ID=16369594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19715085A Pending JPS6257932A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Production of carbon fiber and graphite fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6257932A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62133121A (en) * | 1985-12-04 | 1987-06-16 | Nippon Oil Co Ltd | Production of pitch carbon fiber |
JPS63264917A (en) * | 1987-04-23 | 1988-11-01 | Toa Nenryo Kogyo Kk | Production of carbon fiber and graphite fiber |
JPH0437708A (en) * | 1990-06-01 | 1992-02-07 | Nec Corp | Lens fixing structure |
WO1998024721A1 (en) * | 1996-12-05 | 1998-06-11 | Toray Industries, Inc. | Carbon fiber package and carbon fiber package body |
-
1985
- 1985-09-06 JP JP19715085A patent/JPS6257932A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62133121A (en) * | 1985-12-04 | 1987-06-16 | Nippon Oil Co Ltd | Production of pitch carbon fiber |
JPS63264917A (en) * | 1987-04-23 | 1988-11-01 | Toa Nenryo Kogyo Kk | Production of carbon fiber and graphite fiber |
JPH0437708A (en) * | 1990-06-01 | 1992-02-07 | Nec Corp | Lens fixing structure |
WO1998024721A1 (en) * | 1996-12-05 | 1998-06-11 | Toray Industries, Inc. | Carbon fiber package and carbon fiber package body |
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