JPH01213413A - 炭素繊維製造用紡糸口金 - Google Patents

炭素繊維製造用紡糸口金

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JPH01213413A
JPH01213413A JP3625588A JP3625588A JPH01213413A JP H01213413 A JPH01213413 A JP H01213413A JP 3625588 A JP3625588 A JP 3625588A JP 3625588 A JP3625588 A JP 3625588A JP H01213413 A JPH01213413 A JP H01213413A
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JP
Japan
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pitch
hole
spinneret
guide needle
spinning
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Pending
Application number
JP3625588A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Shimizu
進 清水
Haruki Yamazaki
春樹 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Precious Metal Technologies Co Ltd
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Tanaka Precious Metal Technologies Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tanaka Kikinzoku Kogyo KK, Tanaka Precious Metal Technologies Co Ltd filed Critical Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
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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、ピッチ系炭素繊維製造用紡糸口金の改良に関
する。
(従来の技術とその技術的課題) 炭素繊維が複合素材として実用化され、航空、宇宙から
スポーツ、レジャー分野まで幅広く採用されてきている
が、その主体は、アクリルニトリル繊維を焼成して製造
されるPAN系の炭素繊維である。
一方、石炭や石油工業の副産物であるピッチを原料とす
るピッチ系炭素繊維も研究開発が進み、特性の優れた炭
素繊維が実用化され始めている。
PAN系の炭素繊維は、その製造過程から、高強度品は
作り易く、現在すでに700kgf /−を超える製品
が製造されるに至っている。そしてこのような高強度品
は、性能を最優先とする軍用機やスポーツ、レジャー用
に対して使われているが、人工衛生向けの太陽電池パネ
ルの支柱やパラボラアンテナに使用されるCFRPの設
計では引張り強さよりも引張り弾性率を重視する。これ
は、微小重力下に置かれる機材の軽量化を図るため、部
品を薄肉化して、高弾性率品によって、剛性を高める必
要があるからである。
ところがPAN系炭素繊維は、高弾性率化することに限
界があり、要求通りの特性が得難い状況にある。
一方、ピッチ系炭素繊維は、高弾性率化し易い特徴をも
っている。それは、ピッチの中の構成分子は、縮合多環
芳香族化合物の混合物であり、これが同一平面上につな
がって、黒鉛化し易い構造になっていることによる。
ところが、引張り弾性率はすでに80tf/−を超えて
いるものができているが、引張り強度が低く、300k
gf /−が限界で引張り破断伸び率が0.5以上に上
げ難いという背景がある。
ピッチ系炭素繊維で繊維の物性を支配している構造のパ
ラメーターは、繊維軸に沿った炭素層面の配向性の度合
、繊維表面構造、クローズドボアーの形状と大きさ、炭
素六角網平面の層面間隔と平行積層の厚さ及び夫々の層
面の長さ、層面の形状、表面と内部構造の不均一性、化
学的組成、不純物の介在の有無或いはその痕跡などが、
微視的構造に関係したものとしてとり上げられる。一方
、巨視的な繊維構造も繊維物性と深い関係がある。
例えば、繊維横断面の形状とそこでの炭素層面の巨視的
配列が巨視的構造因子であり、ことに、ピッチ系HPで
は、比較的幅の広い層面になるので、その配列の仕方が
、機械的物性に大きく影響している。そして、紡糸した
ピッチ繊維の分子配向はその後の不融化、炭素化処理し
ても熱処理温度の上昇と共に発達はするが、基本的には
変化しないことが判っている。このような配向を支配す
る要因は、原料ピッチの種類や紡糸時の温度、特に軟化
点によることや紡糸に使われるノズルの形状に依存する
。炭素層面配列に与える影響が顕著に表れるのは、紡糸
条件で、その時のピッチ温度と溶融ピッチのノズルまで
の移行状態、ノズル形状によるピッチの流れ状況とノズ
ル経過後の周囲環境で変化することが知られている。
一般に紡糸時のピッチを構成する分子の配向は、ノズル
壁面に対して垂直、ガス等の自由界面に対しては表面張
力により平行配列することが知られている。
そこで一般的な紡糸ノズルは、円形又は異形断面を持つ
孔から吐出される為、ノズル壁面に垂直なラジアル構造
になり易い。このことは温度が低いと顕著に表われる。
このラジアル構造はその後の不融化、焼成処理により、
クラックが発生し易いなど機械強度を上げるには問題が
多い。そこでピッチのもう一つの特性である紡出直前の
配向を多少記憶しており、紡糸ノズルの流れの経過を工
夫することによって紡糸されるピッチ繊維の分子の配向
が変わることが判っており、一般には、障害物などを導
入孔に設置して、例えばフィルターを通過させるとかの
工夫がなされ効果を上げている。
しかしこれらの紡糸ノズルで紡糸した繊維でも焼成温度
で弾性率は容易に上げられるが、破断、引張り伸びは0
.5以下で引張強度が上らない。
(発明の目的) 本発明は上記技術的課題を解決すべくなされたもので、
ピッチ繊維の分子配向が自由表面で表面張力により平行
に配向することに着目し、ノズル出口を孔からでは針の
芯から引き出すことによって繊維表面側を自由表面にし
、オニオン配列にして内部はラジアル又はランダム配列
を持つような配向になるピッチ繊維を紡糸できる紡糸口
金を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 前記課題を解決するための本発明の炭素繊維製造用紡糸
口金は、上部を大径になし下部を小径になしたピッチ導
入孔とそれに連なる垂直なピッチ吐出孔とから成る紡糸
孔を有する紡糸口金に於いて、大径の上部の周方向に複
数のピッチ流入孔を設け且つ小径の中高部を柱状になし
さらに下部を先端尖鋭な円錐状になしたピッチ案内針が
、前記紡糸孔に嵌入されて、大径の上部がピッチ導入孔
の上部に固着され、中高部がピッチ導入孔の下部及びピ
ッチ吐出孔の上部に環状通路を形成して同心に配され、
下部がピッチ吐出孔を経て吐出面より下方に突出せしめ
られて成るものである。
(作用) このように構成された本発明の炭素繊維製造用紡糸口金
によれば、ピッチはピッチ案内針の円錐状の下部外周に
沿って流れ、尖鋭な先端より引き出され、繊維化される
。従って、ピッチは吐出孔周辺の影響を避けることがで
き、紡糸圧力、巻き取り速度などの微妙なコントロール
を容易にできる。また低温でも安定したオニオン(同心
円形)状の配列の断面の繊維が得られる。
(実施例) 本発明による炭素繊維製造用紡糸口金の一実施例を図に
よって説明すると、第1図に示す如く上部を大径になし
て下部を小径になしたピッチ導入?L 1と、それに連
なる垂直なピッチ吐出孔2とから成る紡糸孔3を有する
紡糸口金4に於いて、第2図に示す如く大径の上部5の
周方向に複数の、本例では4個の平面円弧状のピッチ流
入孔6を等間隔に設け、且つ小径の中高部7を柱状にな
し、さらに下部8を先端尖鋭な円錐状になしたピッチ案
内針9が、第3図に示す如く紡糸孔3に嵌入されて、大
径の上部5がピッチ導入孔lの大径の上部に固着され、
中高部7がピッチ導入孔1の小径の下部及びピッチ吐出
孔2の上部に環状通路10を形成して同心に配され、下
部8がピッチ吐出孔2を経て、吐出面11より下方に突
出せしめられている。
斯かる構造の本発明による炭素繊維製造用紡糸口金12
によれば、ピッチは紡糸孔3に嵌入固着されたピッチ案
内針9の大径の上部5の周方向に設けたピッチ流入孔6
を通って、環状通路10に入り、この環状通路10の先
端によりピッチ案内針9の円錐状の下部外周に沿って流
れ、尖鋭な先端より引き出され、繊維化される。従って
、ピッチは吐出孔2の周辺の影響を避けることができ、
紡糸圧力、巻き取り速度などの微妙なコントロールを容
易にできる。また低温でも安定したオニオン(同心円形
)状の配列の断面の繊維が得られる。
然して本発明の炭素繊維製造用紡糸口金を用いてピッチ
を紡糸した具体的な実施例と従来例について説明する。
先ず従来例について説明する。第5図に示す如く口金外
径30IIIIl、導入孔内径上部を211111、下
部に60°のテーパを持つピッチ導入孔1とそれに連な
る垂直な孔径0.3mm、長さの1.0園の円形のピッ
チ吐出孔2とから成る紡糸孔3を有する紡糸口金4を用
い、コールタールピッチを原料として、水素化処理、高
温短時間処理して得た軟化点291’Cの全面異方相に
したピッチを、内径20m、長さ150鵬の円筒状紡糸
器に入れ、外部より所定の温度になるように加熱し、少
な(とも30分以上保持した。紡糸可能な低温度からl
O°C単位で温度を変え、紡糸した繊維を320″C不
融化処理した後に、1000℃で炭素化処理をした。さ
らに炭素層面配列を調べる為にタンマン炉2500″C
で黒鉛化処理した。その結果、紡糸温度360°Cのと
き繊維の機械的強度は、引張り強さが300kg/gu
A、引張り弾性率が60Lf/−1破断伸び率が065
%であった。尚、断面組織はラジアル構造であり、収縮
によるクランクの発生が認められたが、紡糸温度370
℃ではクラックの発生はなくなった。しかし機械的強度
はほぼ同等であった。
次に本発明の具体的な実施例について説明する。
第3図に示す如く紡糸口金4の紡糸孔3に、外径30閣
の上部5の周方向に長さ4mm、幅1.5mmの平面円
弧状のピッチ流入孔6を4ケ所等間隔に設け、且つ3閣
の中高部7を長さ1mの柱状になし、さらに下部8を外
径0.5++n、先端角35°の尖鋭な円錐状になした
ピッチ案内針9を嵌入し、大径の上部5をピッチ導入孔
3の大径の上部に固着し、中高部7をピッチ導入孔lの
小径の下部及びピッチ吐出孔2の上部に幅3.5mの環
状通路3を形成して同心に配され、下部8をピッチ吐出
孔2を経て吐出面11より0.5mm下方に突出して成
る紡糸口金12を用い、前記従来例と同じピッチを同じ
条件でピッチ案内針9に沿わせて紡糸し、同様に黒鉛化
処理まで行った結果、繊維の機械的強度は、引張り強さ
が400kg/j、引張り弾性率が約40tf/md、
破断伸び率が1%を超えた。尚、断面組織は外周がオニ
オン状で、内部中心付近に一部うシアルが含まれる組織
になっていて、非常に緻密な構造になっていることが観
察され、クラックの発生はまったく無かった。
本発明の炭素繊維製造用紡糸口金12に於けるピッチ案
内針9は、前記実施例のものに限るものではなく、第4
図aに示す如く尖鋭な先端をカットしたものでも良く。
また第4図す、c、dに示す如く断面形状をY字状、十
字状、扁平状にして先端尖鋭にしたものでも良い。そし
てこれらのピッチ案内針9a、9b、9C19dのテー
パ角度は適宜所要角度のものを使用するものである。こ
れらのピッチ案内針9a、9b、9C19dを備えた炭
素繊維製造用紡糸口金を使用して紡糸した場合は、前記
実施例と同様の結果が得られることは勿論である。
さらに本発明の炭素繊維製造用紡糸口金12に於けるピ
ッチ吐出孔2の吐出面ll側にテーパを付して拡開する
と、紡糸性が一層改善されるものである。
(発明の効果) 以上の説明で判るように本発明の炭素繊維製造用性紡糸
口金を用いてピッチを紡糸すると、ピッチはピッチ案内
針の円錐状の下部外周に沿って流れ、尖鋭な先端より引
き出され、繊維化される。
従って、ピッチは吐出孔周辺の影響を受けることがなく
、紡糸圧力、巻き取り速度などの微妙なコントロールも
容易にできる。また低温でも安定したオニオン(同心円
形)状の配列の断面の繊維が得られること並びに高い弾
性率をもちかつ高強度で引張破断伸びが1%を越えるす
ぐれた機械強度をもつ繊維から得られる等の効果等があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の炭素繊維製造用紡糸口金の本体を示す
図、第2図は本発明の紡糸口金におけるピッチ案内針を
示す斜視図、第3図は本発明の炭素繊維製造用紡糸口金
の断面図、第4図a乃至dは本発明の紡糸口金における
ピッチ案内針の他の例を示す要部斜視図、第5図は従来
の炭素繊維製造用紡糸口金を示す断面図である。 出願人  田中貴金属工業株式会社 第1図    第2図 第4図 (Q) (b)  (C) (d) 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 上部を大径になし下部を小径になしたピッチ導入孔とそ
    れに連なる垂直なピッチ吐出孔とから成る紡糸孔を有す
    る紡糸口金に於いて、大径の上部の周方向に複数のピッ
    チ流入孔を設け且つ小径の中高部を柱状になしさらに下
    部を先端尖鋭な円錐状になしたピッチ案内針が、前記紡
    糸孔に嵌入されて、大径の上部がピッチ導入孔の上部に
    固着され、中高部がピッチ導入孔の下部及びピッチ吐出
    孔の上部に環状通路を形成して同心に配され、下部がピ
    ッチ吐出孔を経て吐出面より下方に突出せしめられて成
    る炭素繊維製造用紡糸口金。
JP3625588A 1988-02-18 1988-02-18 炭素繊維製造用紡糸口金 Pending JPH01213413A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102839431A (zh) * 2012-09-28 2012-12-26 北京化工大学 熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置及工艺
CN111575810A (zh) * 2020-07-08 2020-08-25 厦门厦芝科技工具有限公司 一种喷丝板

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JPS61248317A (ja) * 1985-04-24 1986-11-05 松下電工株式会社 単安定型有極ソレノイド
JPS62215867A (ja) * 1986-03-12 1987-09-22 Fuji Photo Film Co Ltd 核酸の塩基配列決定のためのオ−トラジオグラフ解析方法

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