JPS6262917A - 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】 〔座業上の利用分野〕 本発明はピッチ系炭素繊維の製造方法に関するものであ
シ、よ）詳しくは、高特性を有するピッチ系炭素繊維を
安定して製造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

炭素繊維は、比強度、比弾性率が高Ｂ材料で、高性能複
合材料のフィラー繊維として最も注目されており、中で
もピッチ系炭素繊維は原料が潤沢である、炭化工程の歩
留が大きｂ１繊維の弾性率が高ｂ、等ポリアクリロニト
リル系炭素繊維に比べて様々な利点を持っている。

ところで、このような利点を有するピッチ系炭素繊維の
原料である紡糸ピッチは種々検討されている。

すなわち、従来紡糸ピッチとして使用してｂた等方質ピ
ッチの代りに、炭素質原料を加熱処理して、異方性が発
達し、配向しやすい分子種が形成されたピッチを使用す
ることにより、高特性のピッチ系炭素繊維が得られるこ
とが報告（％公昭４ｔ？−ｔｒｔ、ｉａ号）されて以来
、配向性の良好な紡糸ピッチの調製について種々検討さ
れてきた。

周知の様に１重質油、タール、ピッチ等の炭素質原料を
３Ｊ−０−ｊ００℃に加熱すると、それら物質中に粒径
が数ミクロンから数百ミクロンの、偏光下に光学的異方
性を示す小球体が生成する。そして、さらに加熱すると
これらの小球体は成長、合体し、ついには全体が光学的
異方性を示す状態となる。この異方性組織は炭素質原料
の熱重縮合反応により生成した平面状高分子芳香族炭化
水素が層状に積み重な）、配向したもので、黒鉛結晶構
造の前駆体とみなされている。

この様な異方性組織を含む熱処理物は、一般的にはメソ
フェーズピッチと呼称されている。

かかるメソフェーズピッチを紡糸ピッチとして使用する
方法としては、種々提案されており、例えば、コールタ
ールピッチをテトラヒドロキノリン存在下に水添処理し
、次いで、約４ｔｊＯ℃で短時間加熱処理して得られる
光学的に等方性でご００℃以上に加熱することＫよって
異方性に変わる性質を有するピッチ、所請、ブリメソフ
ェーズピッチ（特開昭！！−／♂ｇ２／ｌ）等が提案さ
れている。

この様な紡糸ピッチをノズルを通して気相中へ溶ｗ１紡
糸することＫよ）ピッチ繊維を得ることができる。次−
で、このピッチ繊維を不融化、炭化、さらに場合により
黒鉛化する事によってピッチ系の高特性炭素を得る事が
できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の方法により上記の紡糸ピッチを用
騒て溶融紡糸する場合、繊維糸条を形成する紡糸ノズル
を有する紡糸口金部を紡糸ピッチの溶融状態が保持でき
るｍ度板上となるように紡糸装置全体を加熱する必要が
あった。

かかる加熱方法では紡糸口金部が直接外気と接するため
、紡糸口金部の繊維吐出面からの放熱によシ紡糸温度が
低下し、得られるピッチ繊維の特性に悪影響を与えたシ
、また逆に紡糸口金部において適正な紡糸温度と確保す
るために紡糸スピンパック外の加熱装置の加熱温度を高
くすると、紡糸ピッチが熱分解してその物性が変化した
シ、気泡やスケーリングが発生する等の問題が生じやす
く、更に紡糸口金の繊維吐出面における紡糸口金の半径
方向の温度分布も生じやすくこれも紡糸不良の一因とな
っていた。

決すべく鋭意検討した結果、紡糸口金の繊維吐出面を均
一に加熱することにより上記問題点が解決されることを
見い出し本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は高特性を有する炭素繊維を与
えるピッチ繊維を安定して製造する方法に提供するもの
である。そして、その目的化処理し、更に必要に応じて
黒鉛化処理することによりピッチ系炭素繊維を製造する
方法において、該紡糸口金の繊維吐出面に輻射熱を与え
ながら溶融紡糸することによシ容易に達成される。

以下、本発明を拝しく！５！明するに、本発明の紡糸ピ
ッチとしては配向しやすい分子種が形成されており、光
学的に異方性のピッチを与えるものであれば特に制限は
なく、前述のような従来の極々のものを使用することが
できる。

しかし、それほど高度の比強度及び比弾性率が要求され
ない場合は、アモルファスピッチを用いることもできる
。これらの紡糸ピンチを得るだめの炭素質原料としては
、例えば、石炭系のコールタール、コールタールピッチ
、石炭液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ等が挙
げられる。これらの炭素質原料には通常フＩＪ　＋カー
ボン、未ｆ＃解石炭、灰分などの不純物が含まれている
が、これらの不純物は濾過、遠心分離、あるいは溶剤を
使用する靜置沈降分艦などの周知の方法で予め除去して
おく事が望ましい。

また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処理した後特定
溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あるいは水素供
与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理するといった方
法で予備処理を行なっておいても良い。

本発明においては、前記炭素質原料あるいは予備処理を
行なった炭素質原料を、通常３６０〜２００℃、好まし
くは３１０−４ｔｊＯ℃で、λ分〜ｊ０時間、好ましく
は！分〜ｊ時間、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気
下、或いは、吹き込み下に加熱処理することによって得
られる１１以上、特に７０％以上の光学的異方性部分を
含むピッチが紡糸ピッチとして好適に使用できる。

本発明でいう紡糸ピッチの光学的異方性組織割合は、常
温下偏光顕微鏡での紡糸ピッチ試料中の光学的異方性を
示す部分の面積割合として求めた値である。

具体的には、例えばピッチ試料を数ｎ角に粉砕したもの
を常法に従って直径約λαの樹脂の表面のほぼ全面に試
料片を埋込み、表面を研磨後、表面全体をくまなく偏光
顕微鏡（１００倍率）下で観察し、試料の全表面積に占
める光学的異方性部分の面積の割合を測定する事によっ
て求める。

本発明におりては、上記紡糸ピッチを溶融紡糸する際に
紡糸口金の繊維吐出面に輻射熱を与えながら紡糸するも
のである。

ここで紡糸口金とは紡糸ピッチが紡糸される直前に流通
し、かつ糸条径を規定する細孔部、すなわち紡糸ノズル
を多数有した多孔金属製平板であって、紡糸装置の紡糸
ピッチ吐出部を形成するものである。

輻射熱源としては通常赤外線が用いられるが、好ましく
は波長６０μｍ程度から長波長側の遠赤外線を用いると
よく、紡糸口金の繊維吐出面側に与える熱量としては０
．ｔ〜八へワット／ｄ、好ましくは０．２〜八コワット
／−とするのがよい。

また具体的手段としては赤外線灯、赤外線電球等を用い
るのがよい。

第１図は本発明の実施態様を示す一例であるが、／は紡
糸口金、λは紡糸ノズル、３は紡糸ピッチ、ダは紡糸ピ
ッチ加熱用装置、！は赤外線加熱装置、７はピッチ繊維
、７は巻き取シローラーをそれぞれ示す。

ここで紡糸ピッチ３はポンプ（図示せず）により加圧さ
れながら紡糸ノズルコを流通してピッチ繊維乙に形成さ
れて巻き取りローラー７によシ巻き取られ次工程へ移送
される。その際、紡糸ピッチ３は紡糸ピッチ加熱装置弘
によシ溶融状態に保持されながら紡糸ノズルコに導入さ
れる。紡糸口金／はピッチ繊Ｍ！４が吐出される気相部
と接しているが、赤外線加熱装置ａｒによね紡糸口金／
の繊維吐出面が紡糸スピンパック内の温度と同様の温度
となるように加熱されるため、紡糸スピンパック内の溶
融状態を保持した状態で紡糸ピッチ３を紡糸することが
できるため、高温紡糸が可能となυ、紡糸性が良好とな
る。

また、赤外線加熱装ｆ！によシ幼糸ロ金／の繊維吐出面
が均一に加熱されるので該吐出面での温度分布が小さく
なり、各紡糸ノズルコから均等にピッチ繊維６を紡糸す
ることができる。

なお、輻射熱源である赤外線加熱装置！の設置位置は紡
糸口金／の繊維吐出面が均一に加熱され、かつ紡糸操作
の妨げとならない位置であれば特に限定されるものでは
なく、また設置個数も特に限定されるものではない。ま
た適当な位置に反射板あるｂはレンズ等を設置して熱効
率を上げることができる。

更に、紡糸直後のピッチ繊維は非常に脆弱であるため、
紡糸装置下部に円筒状の保論筒を設けてもよい。

上記の様にして得られたピッチ繊維は公知の方法により
不融化、炭化処理、必要に応じて黒鉛化処理することに
より高特性のピッチ系炭素繊維が得られる。

〔効　果〕

本発明によれば、紡糸口金の繊維吐出面に輻射熱を与え
ることにより、紡糸口金の繊維吐出面全面にわたシはぼ
均一に高温度に保持されるので、該吐出面の半径方向の
温度分布がなくなシ各紡糸ノズルから均等にピッチ繊維
を安定的に紡糸できる。また紡糸口金部の繊維吐出面か
らの放熱量が少なくなるので外部加熱装置における加熱
温度と紡糸ピッチの熱分解、物性変化、２′。

１３ｔの発生、スケ−リン１等の問題も解決でき、外部
・加熱装置の電力費等も削減できる。

更に紡糸口金部の繊維吐出面をよシ高温に保持できるの
で紡糸温度を高く設定でき、いわゆる高温紡糸が容易と
な力、得られるピッチ繊維の特性を向上することが可能
となる。

以下、実施例によｐ本発明を具体的に説明するが、本発
明の要旨をこえない限シ本発明は後記実施例に限定され
るものではない。

実施例／ コールタールピッチを水添処理し、吹込で窒素ガスを吹
込みながら加熱処理することにより光学的異方性割合が
７００％である紡糸用メンピッチを得た。該紡糸ピッチ
をノズル孔径０．２絹、ノズル長ｏ、４ｔｍｍ、ノズル
孔数２！０、口金直径２ｊ０１１Ｊ１の紡糸口金を用い
て溶融紡糸した。

紡糸口金（直径２ｊＯｘｙｘ）Ｋは第２図に示すように
ノズル孔コが設けられている。またノズル下方には、直
径２よθ關、長さ夕Ｏ０龍の紡糸筒を、更に該紡糸筒内
に赤外線ヒータを取付けた。赤外線ヒータは紡糸筒の円
周方向に等間隔に９個取付け、単位面積轟りの支える熱
量がＯ，タワット／ｉとして、紡糸口金の繊維吐出面の
全面を均一加熱できるようヒータの取付は角度ガスを送
９こみ冷却した。紡糸温度を３μθ℃として２０θｆｎ
Ｚ分の速度でボビンに巻きとり、単糸径／Ｑμ・、集束
本数２よ０本のピッチ繊維トウを得た。この間紡糸は極
めて安定であシコ時間にわたシ全くトラブルはなかった
。

得られたビツーチ繊維トウを空気中３１０℃で不融化し
、さらにアルゴン雰囲気下（４ｔｏ　ｏ　’ｃで炭化し
て炭素繊維を得た。得られた炭素繊維のうち任意に３０
本の単糸をサンプリングし、各単糸について強度および
弾性率を測定し、下記の結果を得た。

引張強度 弾性率 比較例／ 実施例／にお込て赤外線ヒータ！を取付けてない紡糸筒
を用いた以外は実施例／と同様の方法でピッチの溶融紡
糸を行なった。ピッチの紡糸性は不安定であり、紡糸開
始後７０〜−０分で糸切れのトラブルが発生し紡糸を中
断した。

糸切れの都度、再度紡糸操作を繰シかえし、紡糸性が比
較的安定していた間に得られたピッチ繊維トウを寄せ集
めた。

以下、実施例／と同様に不融化、炭化処理を行なった。

得られた炭素繊維のうち、３０本の単糸について＊施例
／と同様にして強度および弾性率を測定し下記の結果を
得た。

引張強度 弾性率 実施例／に比べて物性値のバラツキ（標準偏差）の大き
いことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の紡糸装置の概略を示した図であシ、第
２図は実施例／で用いた紡糸口金の繊維吐出面の概略図
である。 ／；紡糸口金 ２：紡糸ノズル ３；紡糸ピッチ グー紡糸ピッチ加熱用装置 ！：赤外線加熱装置 ６；ピッチ繊維 ７；巻き取りローラー 出　願　人　　三菱化成工業株式会社 代　理　人　　弁理士　長谷用　　− （ほか７名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）紡糸ピッチを紡糸ノズルを有する紡糸口金から溶
   融紡糸し、不融化処理を行ない、次いで炭化処理し、更
   に必要に応じて黒鉛化処理することによりピッチ系炭素
   繊維を製造する方法において、該紡糸口金の繊維吐出面
   に輻射熱を与えながら溶融紡系することを特徴とするピ
   ッチ系炭素繊維の製造方法。