JPH01282314A - ピッチ系炭素繊維の製造法 - 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、断熱材、シール材、電気材料部品、構造部材
、摩擦材料、炭素電極などに使用されているピッチ系炭
素繊維の製造法に関する。

（従来の技術） ピッチ系炭素繊維は、素原料が安い、炭化収率が高い、
原料の物理・化学構造に起因して高弾性率が得やすいな
どの特徴があり、注目を集めている。

一般に高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維製造プロセス
は、溶融紡糸、不融化、炭化、黒鉛化という工程を経て
作られるが、不融化終了時の糸の物性は、強度が６に９
／ｍｍ２、伸度が２％程度と極めて弱くハンドリング性
に劣っている。

一方、炭化以降の処理は、その操作性及び経済性を考慮
したとき、連続糸として扱うことが好ましく、そのため
実際のプロセスでは、炭化炉に糸を投入する前に、糸を
不活性雰囲気中、数百度で焼成するいわゆる前炭化処理
を施すことが行われている。特開昭６０−２１９１１に
は、紡糸したピッチ糸をボビンに巻きとるかネット上に
堆積させたまま、不融化後ａｏｏ　’ｃ〜６５０°Ｃの
範囲で前炭化処理し、次いで糸をたちあげて、連続系で
炭化する方法が示されている。かかる方法によれば、前
炭化領域では、温度が上昇するにつれて強度が序々に増
加する一方、伸度は５００°Ｃ〜６００　°Ｃで５〜８
％の極大値をもつという特異な挙動を示し、この物性の
糸は、結節も容易で、速い送出しを行うことが可能であ
るということが示されている。

しかしながら、上述の方法においては、前炭化終了後の
処理法についての記載がなく、往々にして前炭化で１ｑ
られた高伸度がその冷却時に失われてしまうという欠点
が起っている。とくにボビン、及びネット上への積層状
態で処理し、系全体の熱容量が大きく、冷却速度が遅い
ときには、上述の問題点が無視できなくなっている。そ
のため、次の炭化、黒鉛化において、例えば張力を付与
しながら焼成をする場合など、その張力に耐えず、糸切
れにつながるという欠点を有していた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的はかかる課題を解決し、炭化、黒鉛化工程
を連続系でしかも安定に行い得るだけの十分なハンドリ
ング性を有す高伸度炭素繊維前駆体を提供することにお
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、次の構成を有する
。

すなわち本発明は、不融化糸を前炭化処理するにあたり
、前炭化の最高処理温度に到達後、ただちに８°Ｃ／ｍ
　ｉ　ｎ以上の速度で冷却することを特徴とするピッチ
系炭素繊維の製造法に関する。

以下本尭明を詳細に説明する。

本発明における不融化糸は、公知の方法で得ることがで
きる。すなわち、原料ピッチを紡糸した後、不融化する
ことで得られる。

本発明におけるピッチ系炭素繊維原料としては、石油系
ピッチ、石炭系ピッチのどちらでもかまわない。また、
光学的異方性の発達したピッチ、等方性ピッチのどちら
でもよいが、高強度の物性を有し、連続繊維として用途
のある前者のほうが本発明の特徴を最大限生かしうる。

本発明における紡糸は、通常の溶融紡糸をとり得る。巻
きとりは、脆弱な糸に対し負荷を与えなければ特に規定
はされず、ボビン形式、ネット積層方式などが可能ある
。

本発明における不融化処理は、空気酸化が代表的でおる
が、その他、亜ｆＩ酸ガス、オゾンなどの気相酸化や、
硝酸、過酸化水素水などを用いた液相酸化によっても可
能であり、溶融性のピッチを不融性にしさえすればよく
、場合によっては、電子線架橋など物理的手段でも差支
えない。

ｊｑられた不融化糸は、次いで前炭化処理が施される。

前炭化は、不活性雰囲気中、数百度、例えば４００　’
Ｃ〜８００　’Ｃで行いうる。温度が高ければ高いほど
強度は上昇するが、伸度は５００℃〜６５０℃で極大値
を持つため、炭化以降の処理条件などにより両者のかね
あいで決定されうる。すなわち、炭化時に、張力をかけ
たい場合などには、高伸度を得ることに重きを置くべき
である。前炭化における昇温速度は、速すぎると単糸間
で融着を起こすため、２０°Ｃ／ｍｉｎ以下が好ましい
。一方、昇温速度が過度に遅すぎることは、プロセス上
何等得策ではなく、より好ましくは５°Ｃ／１Ｉｌｉｎ
〜１５℃／ｍｉｎである。

前炭化処理における糸形態は、糸に過度の負荷がかから
なければよく、ボビン形態、ネット上に堆積した状態な
ど、不融化処理と同じ形態でされうる。

本発明における最大の特徴は、前記前炭化温度に到達後
、直ちに８°Ｃ／ｍｉｎ以上の速度で冷却することにあ
る。前炭化温度に到達後、その温度で糸を保持したり、
徐冷した場合には、強度はそれほど上昇しない一方で伸
度が低下してしまい、せっかく（ｑられたハンドリング
可能な物性が失われてしまうからである。本発明でいう
徐冷とは、８°Ｃ／ｍｉｎ以下の速度での冷却を指す。

８℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却する方法は特に規定され
ない。系全体の熱容量が小さい場合には、ヒーターを切
るだ【ブの自然冷却で達成され得る。また、系の熱容量
が大きい場合には、強制的に冷却することが必要となり
、それは、不活性ガスを系内へ吹込む、掌温なと低温の
不活性雰囲気中に糸を移動させる、炉全体をファンを用
いて冷やす、などにより達成される。

かかる方式で得られた前炭化糸の物性は、前炭化温度に
到達した瞬間に得られた高伸度を維持し、ハンドリング
性も高いままである。したがって、次いで炭化、黒鉛化
を連続方式でより安定に、さらには、張力付与下での安
定炭化、黒鉛化を可能にするものである。

以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明する。

（実施例） 実施例１ 石炭系ピッチ（光学的異方性９０％）をホール数１００
の紡糸機で溶融紡糸し、ネット上へ積層した。

糸に負荷を与えないようネットごとオーブン中へ移し、
空気雰囲気下で不融化処理を行った。不融化条件は、０
．５℃／ｍｉｎで３００　’Ｃまで昇温し、１０分保持
した後、自然冷却するものであった。得られた不融化糸
の物性は、強度６ｋｑ／ｍｍ２、伸度１，５％と弱く、
ローラーでたちあげることはできなかった。ついで１ｑ
られた不融化糸をネット上に積層したまま、不活性雰囲
気中、昇温速度１０℃／ｍｉｎで６００°Ｃまで昇温し
、前炭化処理を行った。６００　’Ｃに到達後、直ちに
ヒーターを切り、炉内に室温の窒素を吹込み、系全体を
強制冷却させた。このときの冷却速度は、１５℃／ｍｉ
ｎであった。得られた前炭化糸の物性は、強度２８　ｋ
ｇ　７ｒｒｍ２、伸度６．６％であり、ローラーで送出
し、巻きとりができるだけの十分なハンドリング性を有
していた。しだがって、次工程の炭化を、安定した連続
系で行うことが可能であった。

実施例２ 実施例１と同様、光学的異方性９０％の石炭系ピッチを
溶融紡糸し、糸を耐熱性のボビンに８００　ｍ／ｍｉｎ
の速度で巻きとった。ついでボビンごと実施例１のごと
く不融化を行ったところ、得られた不融化糸は糸物性が
弱く、ボビンから解じょしようとすると、その張力に耐
えず、糸切れを生じた。

この不融化糸をボビンごと実施例１と同条件で前炭化し
、終了接直ちに窒素を吹込み、強制冷却した。このとき
の冷却速度は、１５°Ｑ／ｍｉｎであった。

１ｑられた前炭化糸の物性は、強度３０ｋｌ　／　ｍｍ
　２　、伸度７．０％であり、ボビンから解じょしても
糸切れしないだ【プのハンドリング性を有していた。し
たがって、次工程の炭化を、安定した連続系で行うこと
が可能であった。

比較例 実施例１において得られた前炭化糸を強制冷却せず、自
然冷却としたところ、その冷却速度は４°Ｃ／ｍｉｎで
あった。この前炭化糸の物性を測定したところ、強度３
１ｋＣＪ／ｍｍ２　、伸度３．２％でおり、伸度が実施
例１に比べて低下しているのが認められた。引続いて、
この糸をローラーを用いた連続炉で炭化・黒鉛化したと
ころ、多数のケバが認められた上に、糸切れも頻繁に発
生した。

（発明の効果） 本発明は、炭化、黒鉛化工程を連続系でしかも安定に行
い得るだけの十分なハンドリング性を有する高伸度ピッ
チ系炭素繊維が提供できる。本発明により、緊張状態で
の炭化、黒鉛化も可能となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）不融化糸を前炭化処理するにあたり、前炭化の最
   高処理温度に到達後、ただちに８℃／ｍｉｎ以上の速度
   で冷却することを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造法
   。