JPS63238192A

JPS63238192A - 溶融紡糸用及び炭素・炭素複合材のマトリツクス用のピツチの製造法

Info

Publication number: JPS63238192A
Application number: JP7171387A
Authority: JP
Inventors: Shozo Watabe; 渡部　正三
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-04

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】本発明はＨ８成分．Ｓ．成分、その他の組成を有する石
油系ピッチを原料として１００％メソフェーズピッチ（
それの組成、Ｈ１成分、Ｂ・成分、Ｑ−８・成分及びＱ
．ｉ．成分４３．成分）を造るための生成過程の追求を
ペースにしてより優れた紡糸用及び複合材のマトリック
ス用ピッチを得る製法に関する。

〔従来の技術〕

近年航空機、自動本、その他輸送機製作工業の急速な成
長の結果、それに必要な材料として特別な物質との組合
せに依り、そのいくつかの物理的性質が極めて勝れてお
り、而も高い強度及び強い弾性を具備し、同時に軽量で
安価な材料の出現が強く要求されている。しかるに現在
の技術でか＼る材料を多量に安定して供給することが出
来ないので、これに答えるだめの複合材（強化ｌＲ脂）
の製造に関する研究が盛んに行なわれている。

複合材に使用される最も有望な材料の一つとして長繊維
の高強度高弾性炭素繊維がある。この炭素繊維は樹脂と
の組合せると、全く類例を児ないような特性を発揮する
複合材（強化樹脂）を得ることが出来る。か＼る複合材
用の高強度高弾性炭素繊維を安価に製造する方法の研究
が種々盛んに行なわれている。

高強度高弾性炭素繊維を安価に製造する一つの方法とし
て、メソフェーズを含有するピッチを原料として高強度
高弾性炭素繊維を製造する方法が、特公昭５４−１．８
１０に記載されているので、メソフェーズを含有するピ
ッチが高強度高弾性炭素繊維の原料であることは公知の
事実である。然るにこの公知のメソフェーズを含有する
ピッチは多くの非メソピッチを含有し、高強度高弾性炭
素繊維の原料として最適と考えられない。

又特公昭５７−８８．０１．６に依ればＨ１成分約２．
０チ乃至約２０．０％、Ｂ、成分１５．０％乃至４５．
０％、残余はＣ（、Ｓ、成分のメソフェーズを約９０．
０％含有するピッチを原料とする炭素繊維の製造法が記
載され、しかもそれの物性は特公昭５７−８８．０１６
に記載される様に、それの炭化温度は１．５００℃であ
るが、高強度高弾性炭素繊維とは全く考えられない。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は溶融紡糸用の１００％メソフェーズピッ
チの組成がＨ０成分．Ｓ．成分、Ｑ、Ｓ、成分及びＱ．
ｉ．成分４３．成分が適当な割合で構造されていること
が好ましい点であることを鑑み．ｉ．成分４３ｏｏｓメ
ソフエーズぎツチの生成機構の解明を基にし、原料の石
油系ピッチの組成のＨ１成分及びＢ、成分の加熱、熟成
処理の過程を制御し低分子債且つ低揮発成分のＨ０成分
及びＢ、成分を生成過程で除去して極めて物性の安定し
た１００％メソフェーズピッチを紡糸用更らに複合材の
マトリックス用原料に提供することである。

〔問題を解決する手段〕

高強度高弾性炭素繊維用の安価な且つ複合材のマトリッ
クスとし物性の優れた１００％メソフェーズピッチを製
造する方法として、極めて安価な石油系ピッチ（Ｈ０成
分．Ｓ．成分、その他）を原料とし、その中のＨ０成分
及びＢ、成分が加熱及び熟成過程に於いて如伺なる動向
及び変化を辿るかを追求して紡糸用及び複合材のマトリ
ックス用の１００％メソフェーズピッチを合理的に製造
する本願発明の方法に依り解決する。

もつと具体的にのべると脱硫減圧軽油の熱接触分解（Ｉ
ｌ℃Ｇ　）に依り副生ずる石油系ピッチ（Ｈ０成分４８
．０　％乃至８２．０　％．Ｓ．成分１８．０　％乃至
５２．０優、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．１チ以下）を
減圧蒸留し８５％カットした留分（初留４６０℃乃至終
留５６０℃，Ｈ，成分２０．０　％乃至８３．０　％．
Ｓ．成分１６．０％乃至８０．０　％、Ｑ．ｉ．成分４
３．成分０．２％以下、このＱ．ｉ．成分４３．成分は
水添しても不溶）に非酸化性ガスを吹き込み攪拌しなが
ら温度３８０℃乃至４２０　℃で加熱処理し、メソフェ
ーズ（偏光顕微鏡にて確認）を５．０チ乃至１５．０％
含有するピッチを造り、この生成ピッチを非酸化性ガス
の下で温度３００　℃乃至３５０℃で熟成させ、ピッチ
中のメソフェーズのみを融着巨大化し、その熟成温度で
上層の全くメソフェーズを含有する非メソピッチ（偏光
顕微鏡にて確認）と下層のメソフェーズピッチとに比重
の差に依り画然と区分絹製し、前述の非メソピッチをヘ
キサン、ヘプタン、オクタン及びそれ等の混合物の脂肪
族炭化水素を用いて浴剤抽出し、得られる所謂ラフイネ
エートである非メソピッチ（Ｈ１成分１．０係以下．Ｓ
．成分１８．０多乃至２７．０％、Ｑ．Ｓ．成分７２．
Ｏチ乃至８２．０％、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．４％
→４．０％、このＱ．ｉ．成分４３．成分は水添に依り
可溶）を造り、この非メソピッチを溶融紡糸用の前駆体
として使用し、この前駆体１００部に対して後述の非メ
ソピッチ（Ｈ１成分０．５多以下、Ｂ、成分１２．０係
乃至２１．０％、Ｑ、Ｓ、成分７８．０％乃至８８．０
％、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．４チ→５．０％）を６
０部乃至１４０部混合し、この混合物に常圧下或は加圧
下で非酸化性ガスを吹き込み攪拌しながら温度３８０℃
乃至４２０℃で１時間乃至６時間加熱処理し、メソフェ
ーズを１０部乃至６０％含有するピッチを造り、得られ
た生成ピッチを非酸化性ガス下で温度３００℃乃至３５
０℃で５時間乃至４０時間熟成させピッチ中のメソフェ
ーズのみを融着巨大化し、その熟成温度で上層の全くメ
ソフェーズを含有せぬ非メソピッチ（Ｈ０成分０．５チ
以下．Ｓ．成分１２．０％乃至２１．０％、Ｑ．Ｓ、成
分７８．０％乃至８８．０％、Ｑ．ｉ．成分４３．成分
０．４％→５．０％）と下層の１００％メソフェーズぎ
ツチ（Ｈ０成分０．１　％以下．Ｓ．成分２６．０％乃
至３３．０％、Ｑ．Ｓ．成分３４．０係乃至４１．０％
、Ｑ．ｉ、成分３２．０慢乃至３６．０％、平均分子量
８４０乃至１，０４０　）とに比重の差に依り画然と区
分分離し、この分離精製した１００％メソフェーズピッ
チを芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン及
びエチルベンゼン、それ等の混合物）で溶剤抽出して得
られたラフィネートである１００悌メソフエーズピツチ
（Ｈ０成分０．０２チ以下．Ｓ．成分０．２０％以下、
Ｑ．Ｓ．成分４８．Ｏチ乃至５８．０％、Ｑ．ｉ．成分
４３．成分４３．０係乃至５２．０％、平均分子量　９
４０乃至１，１４０　）を高強度高弾性炭素繊維型造用
の原料のメソフェーズとして使用する。特に炭素・炭素
複合材のマトリックスの原料として使用する。か＼る本
願方法で得られるメソフェーズピッチは殆どＱ．Ｓ．成
分とＱ．ｉ．成分４３．成分から成り従って分子量の分
布も狭く紡糸する際紡糸孔からの揮発分蒸気も少なく極
めて紡糸性が良好である。このピッチの軟化点は２８０
℃乃至３１０℃１粘度３５０℃で１６０ポイズ乃至２４
０ポイズである。

１００％メソフェーズピッチを製造する際副生する非メ
ソピッチ（Ｈ，成分０．５　％以下．Ｓ．成分１２．。

チ乃至２１．０俤、Ｑ、ｓ、成分７８．０％乃至８８．
０％、Ｑ．ｉ。

成分０．４％→５．０　％　）は前述の前駆体の非メン
ピッｆ　（Ｈ，成分１．０係以下．Ｓ．成分１８．０１
乃至２７．０％、Ｑ、Ｓ、成分７２．０係乃至８２．０
優、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．４チ→４．０％）と混
合し、この混合物を原料として１００チメンフエーズピ
ツチを製造することが可能である。

尚１００チメソフェーズピツチ製造用の原料の第一反応
の非メソピッチ（Ｈ，成分８．０チ乃至１３．０％、Ｂ
．成分１６．０　％乃至２４．Ｏ％、Ｑ．Ｓ．成分６０
．０チ乃至７４．０％、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．５
　％以下）を製造する好ましい加熱処理条件は、温１１
ｉ　３９０　℃乃至４１０℃１時間４時間乃至８時間で
あり、好ましい熟成融層条件は、熟成温度３１０℃’乃
至３３０℃１熟成時間ＩＯ時間乃至加時間である。更ら
に１００％メソフェーズピッチの製造条件の好ましい加
熱処理及び熟成条件は共に第一反応のそれと全く同じで
ある。

これ等の加熱処理及び熟成処理に使用する非酸化性ガス
としてはエタン、プロノｑン、ブタン、沸点の低い重質
化しないナフサ留分、最も優れているガスは石油系ピッ
チを加熱処理する際副生ずる分解ガス（主として炭素数
の少ない炭化水素と水素との混合ガス、例えば水素６．
０％、メタン７４．６％、エタン１３．３％、フロノ々
７３．６％、ブタン１．３％、ヘンタン０．９％、オレ
フィン約０．３％）ヲ挙げることが出来る。

実施例１脱硫減圧野油の熱接触分解（ＦＣＣ）に依って副生され
る石油系ピッチ（Ｈ０成分７６．１８　％．Ｓ．成分２
８．８２％、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．１チ）を減圧
蒸留して８５％カットした留分（初留４６０℃乃至終留
５６０　℃）を温度４００℃で６時間加熱処理しこの加
熱処理の間加熱処理中に副生ずる分解ガスを吹きこみな
がら攪拌してメソフェーズを約１０％含有するピッチを
造り、この生成ピッチを熟成温度３２０　℃で前述の副
生ずる分解ガス気流下で加時間熟成させピッチ中のメソ
フェーズのみを融着巨大化させ、上層の全くメソフェー
ズを含有せぬ非メソピッチと下層のメソフェーズピッチ
とに比重の差にょシ画然と区分し、この分離した非メソ
ピッチ・をヘプタンで溶剤抽出して得られるラフィネー
トである非メソピッチ（Ｈ０成分０．３４憾．Ｓ．成分
２３．３３％、Ｑ．Ｓ．成分７５．８９％、Ｑ．ｉ．成
分４３．成分０．４４係、とのＱ．ｉ．成分４３．成分
は水添て依り可溶）１００部に対して後述の非メソピッ
チ（Ｈ１成分０．２１　％．Ｓ．成分１６．４２　％　
、　Ｑ、Ｓ、成分８２．７５俤、Ｑ．ｉ．成分４３．成
分０．６２優、このＱ．ｉ．成分４３．成分は水添に依
り可溶）１００部を混合し、この混合物に加熱処理の際
副生する分解ガスを吹き込み攪拌しながら温度４００℃
で２時間加熱処理し、メソフェーズを４２．５％含有す
るピッチを造り、この生成ピッチを熟成温度３２０℃で
前述の副生ずる分解ガス気流下で旬時間熟成させピッチ
中のメソフェーズのみを融着巨大化させ、上層の全くメ
ソフェーズを含有せぬ非メソピッチ（Ｈ，成分０．２１
％．Ｓ．成分１６．４２係、Ｑ、ｓ、成分８２．７５％
、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．６２％、とのＱ．ｉ．成
分４３゜成分は水添に依り可溶）と下層の１００％メソ
フェーズピッチ（Ｌ成分痕跡．Ｓ．成分２８．２９％、
Ｑ．８゜成分３８．２２係、Ｑ．ｉ．成分４３．成分３
３．４９％、このＱ．ｉ．成分４３．成分は水添に依り
可溶）とに比重の差に依り画然と分離精製し、この１０
０　％メソフェーズピッチをベンゼンで溶剤抽出して得
られるラフィネートである１００　％メソ７エーズピツ
チ（Ｈ，成分痕跡．Ｓ．成分０．０６％、　Ｑ、Ｓ、成
分５３．３０４、Ｑ．ｉ．成分４３．成分４６．６４　
％、平均分子１ｋｇ９４）が精製１００俤メソフエーズ
ピツチとして得られた。このラフィネートである１００
チメンフエーズピツチの軟化点は２８８℃１粘度は３２
０℃で２１８ポイズであった。

尚溶融紡糸用ラフィネートの原料の１００　％メソフェ
ーズピッチを製造するために使用する非メソピア　ｆ　
（Ｈ，成分０．２１％．Ｓ．成分１６．４２　％、Ｑ．
ｓ、成分８２．７５係、Ｑ．ｉ．成分４３．成分０．６
２％、このＱ．ｉ．成分４３．成分は水添に依り可溶）
としては１００　％メソフェーズピッチを造る際に比重
の差に依り上層に分離される全くメソフェーズを含有せ
ぬ非メソピッチを使用した。

このラフィネートのｉｏｏ　％メソフェーズピッチは溶
融紡糸用に使用するのにも優れたピッチであると共に炭
素・炭；ｇ４．合材のマトリックスとして使用するのに
も特に優れた特性を発揮するものである。

〔大発明の効呆〕

脱硫減圧軽油の熱接触分解（ＦＣＣ）に依り副生ずる石
油系ピッチ（Ｈ１成分．Ｓ．成分、その他の成分）を原
料として１００　％メソフェーズビツチを製造する際、
この１００４メソフエーズピツチの生成機構の究明に基
きＨ１成分を除去した非メソピッチを原料として１００
係メソフエーズピツチを造り、これからＢ、成分を除去
した溶融紡糸用及び特に炭素・炭素複合材のマ）　ＩＪ
ラックスしてのＱ、Ｓ、成分及びＱ．ｉ．成分４３．成
分のピッチを造ることが出来る。

Claims

【特許請求の範囲】１）Ｈ．成分：サンプル１０ｇからヘプタン１５０ｃｃ
で温度９８．４℃で抽出される成分。Ｂ．成分：前述のＨ．成分の溶剤抽出に依り得られるＨ
．不溶分からベンゼン１５０ｃｃで温度８０．１℃で抽出される成分。Ｑ．Ｓ．成分：前述のＢ．成分の溶剤抽出に依り得られ
るＢ．不溶分からキノリン１５０ｃｃで温度２３７℃で抽出される成分。Ｑ．ｉ．成分：前述のＱ．Ｓ．成分の溶剤抽出に依り得
られる不溶分と定義し長繊維の高強度高弾性炭素繊維用原料のメソフェーズピ
ッチ又は炭素・炭素複合材のマトリックスを製造するに
当り、脱硫減圧軽油の熱接触分解（ＦＣＣ）に依り副生
される石油系ピッチ（Ｈ．成分４８．０％乃至８２．０
％、Ｂ．成分１８．０％乃至５２．０％、Ｑ．ｉ．成分
０．１％以下）を減圧蒸留し８５％カットした留分（初
留４６０℃乃至終留５６０℃、Ｈ．成分２０．０％乃至
８３．０％、Ｂ．成分１６．０％乃至８０．０％、Ｑ．
ｉ．成分０．２％以下）に非酸化性ガスを吹き込み攪拌
しながら温度３８０℃乃至４２０℃で加熱処理しメソフ
ェーズを５％乃至１５％含有するピッチを造り、この生
成ピッチを温度３００℃乃至３５０℃で非酸化性ガス気
流下熟成させピッチ中のメソフェーズのみを融着巨大化
させその熟成温度で上層の全くメソフェーズを含有せぬ
非メソピッチ（偏光顕微鏡にて確認Ｈ．成分８．０％乃
至１３．０％、Ｂ．成分１６．０％乃至２４．０％、Ｑ
．Ｓ．成分６０．０％乃至７４．０％、Ｑ．ｉ．成分０
．５％以下）と下層のメソフェーズピッチとに比重の差
に依り画然と分離区分し、この非メソピッチをヘキサン
、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素に依る溶剤抽
出で得られる所謂ラフィネートである非メソピッチ（Ｈ
．成分１．０％以下、Ｂ．成分１８．０％乃至２９．０
％、Ｑ．Ｓ．成分７０．０％乃至８３．０％、Ｑ．ｉ．
成分０．６％以下）を造り、この非メソピッチ１００部
に対し、後述の非メソピッチ（Ｈ．成分０．５％以下、
Ｂ．成分１２．０％乃至２３．０％、Ｑ．Ｓ．成分７６
．０％乃至８９．０％、Ｑ．ｉ．成分０．４％→４．０
％）を６０部乃至１４０部混合し、この混合物に常圧或
は加圧下非酸化性ガスを吹き込み攪拌しながら温度３８
０℃乃至４２０℃で加熱処理し、メソフェーズを１０％
乃至６０％含有するピッチを造り、この生成ピッチを非
酸化性ガス気流下で温度３００℃乃至３５０℃で熟成さ
せ、ピッチ中のメソフェーズのみを融着巨大化させ、そ
の熟成温度で上層の全くメソフェーズを含有せぬ非メソ
ピッチ（Ｈ．成分０．５％以下、Ｂ．成分１２．０％乃
至２３．０％、Ｑ．Ｓ．成分７６．０％乃至８９．０％
、Ｑ．ｉ．成分０．４％→４．０％）と下層の１００％
メソフェーズピッチ（Ｈ．成分０．１％以下、Ｂ．成分
２６．０％乃至３３．０％、Ｑ．Ｓ．成分３４．０％乃
至４１．０％、Ｑ．ｉ．成分３２．０％乃至３６．０％
、平均分子量８４０乃至１，０４０）とに比重の差 ■■濶鞫Rと分離精製し、更にこの１００％メソフェー
ズピッチを芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシ
レン等、それ等の混合物）を溶剤として溶剤抽出して造
るラフィネートの１００％メソフェーズピッチ（Ｈ．成
分０．０２％以下、Ｂ．成分０．２％以下、Ｑ．Ｓ．成
分４８．０％乃至５８．０％、Ｑ．ｉ．成分４３．０％
乃至５２．０％、平均分子量９４０乃至１，１４０）を
得ることを特徴とする高強度高弾性炭素繊維又は炭素・
炭素複合材のマトリックス製造用の１００％メソフェー
ズピッチの製造法。２）長繊維の高強度高弾性炭素繊維用の１００％メソフ
ェーズピッチを製造するための原料の前述の非メソピッ
チ（Ｈ．成分０．５％以下、Ｂ．成分１２．０％乃至２
３．０％、Ｑ．Ｓ．成分７６．０％乃至８９．０％、Ｑ
．ｉ．成分１．０％以下）は、石油系ピッチを減圧蒸留
して８５％カットした留分（初留４６０℃乃至終留５６
０℃）から直接製造することなく、溶融紡糸用１００％
メソフェーズピッチを製造する際副生する上層の全くメ
ソフェーズを含有せぬ非メソピッチを使用する特許請求
の範囲の第１項の製法。