JPH01282335A - ピッチ系の炭素繊維の製法 - 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、ピッチ系の炭素繊維の製法に関する。

［従来の技術］ 石油系、石炭系の重質油を溶媒抽出したピッチ、または
水素化して得られた水素化ピッチを熱処理することによ
りメソフェーズピッチを得、高強度、高弾性率炭素繊維
を得る方法は、特開昭５４−１６０４２７号、特開昭５
８−４１９１５号などでよく知られているが、３０００
　℃以上で焼成しないと高弾性率炭素繊維を得にくい問
題があった。一方、重質油の溶媒抽出や水素化処理をせ
ずに得られたメソフェーズピッチから得られる炭素繊維
は、特開昭４９−１９１２７号に記載されている様に高
弾性率の炭素繊維が得られる。

しかし、その場合、高弾性率炭素繊維を得るためには、
２８００℃以上の高温で焼成する必要がおり、経済的に
極めて不利となるとともに、圧縮強度が極めて低くなる
という問題があった。さらにその様なメソフェーズピッ
チから得た炭素繊維にホウ素化合物を接触させた後、２
０００〜２４００℃で焼成し、ホウ素の触媒作用により
高弾性率炭素繊維を得ようとする試み（特開昭５８−８
１２６号）もあるが、焼成温度が低いため、経済的には
有利となるが、弾性率が十分ではない。

また、ホウ素とカルシウムを用いる方法（特開昭５８−
８１２５号）は、カルシウムを含むため、焼成、複合材
料の補強において種々の問題がめった。また上記ホウ素
を用いる方法はいずれも炭化した後ホウ素処理を行うた
め、炭化と黒鉛化を連続して実施できないという問題が
おった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記問題点を改善し、高弾性率で圧縮特性の
良い炭素繊維を安価に得ることを目的にしている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、重質油を溶媒抽出するか、または水素化した
後蒸溜して得たメソフェーズピッチを溶融紡糸し、得ら
れたピッチ糸にホウ素化合物を付与した後、不融化し、
２５００℃以上の温度で焼成することを特徴とするピッ
チ系の炭素繊維の製法である。

メソフェーズピッチの製造方法において、重質油の抽出
に用いる溶媒は、ベンゼン、１ヘルエン、キシレンなど
が使用でき。また水素化は、水素ガス、水素供与性の有
機溶媒などが使用でき、触媒を用いて水素化するのが好
ましい。

溶媒抽出や水素化を行って得たメソフェーズピッチから
は、ホウ素と共に２５００°Ｃ以上の高温で焼成しても
圧縮特性の良好な炭素繊維が得られる。溶媒抽出や、水
素化を行って得たメソフェーズピッチは、低温で流動性
が良く、紡糸用ピッチとしては良好な特性を有するが、
黒鉛化した際の結晶性が低く、超高弾性率炭素繊維が得
にくい。

そのため、ホウ素化合物を付与して焼成する必要がある
。

ホウ素化合物は、紡糸したピッチ糸に付与する。

不融化糸に付与する方法や、炭素繊維に付与する方法は
、焼成工程の連続性を損なうので好ましくない。

ピッチの製糸方法としては、通常溶融紡糸が用いられる
。

ピッチの溶融紡糸は、通常の加圧押出し、遠心紡糸、フ
ラッシュ紡糸等が採用できる。

またピッチの引取方法および集束方法は、脆弱な糸に対
し、糸切れの原因になる様な負荷を与えない範囲で、ロ
ーラ、エアサッカー等による引取り、巻取り、トレイや
ネット上への積層などの通常の方法を採用しうる。

ホウ素化合物は、水溶液としてピッチ糸に付与するのが
好ましい。ホウ素聞は、０．２〜１．０重量％か好まし
い。またピッチ糸は、ハンドリング性が不良で必り、ホ
ウ素化合物は、油剤、集束剤と共に糸に付与する方法が
好ましく、ポリシロキサン化合物の水素エマルジョンを
用いるのがより好ましい。

不融化処理は、たとえば酸素の存在下、通常空気中で２
５０〜４２０℃で酸化させる方法が適用できる。また酸
素としてオゾン、酸化窒素、酸化イオウなどの酸化性の
気体を使用する方法や、硝酸、過酸化水素水、過マンガ
ン酸カリなどの酸化性の液体を使用する方法も可能であ
り、場合によっては、電子線架橋などの物理的手段でも
差支えない。

焼成処理は、たとえば不活性気体雰囲気中または真空中
で２５００℃以上に加熱する方法があり、２５００″Ｃ
より低温では十分な高弾性率糸が得られない。

［実施例］ 実施例１ コールタールにニッケル・モリブデン系触媒の存在下で
水素ガスを吹込み４００℃で１２０分反不反応た。１ｑ
られた水素化タールを１μのフィルターで；濾過し、固
形物を除いた後、３５０℃で熱温し水素化ピッチを得た
。次いで５２０℃、１７ｍｍ１１ｇで７分間熱処理しメ
ソフェーズピッチを１ｑた。

ｊｑられたメソフェーズピッチは軟化点２３５°Ｃ１Ｑ
Ｉ３３％、ＢＩ３９％、異方性８５％であった。

ｉｑられだピッチを、ペン１〜エクストルーダを用いて
３０５°Ｃ１６０ｍｍＨｃ＋テ溶融、脱カス９ａｌＨ１
、直径Ｑ、２ｍｍ、孔長Ｑ、３ｍｍの１００ロロ金から
吐出させ、４５０ｍ／ｍｉｎで引取り、直径１０μのピ
ッチ糸を得た。引取りの際、表面にジメチルポリシロキ
サンの水エマルジョンを流下したセラミックスガイドを
用いて集束した。その際、ホウ酸を濃度４％になる様に
該エマルジョン中に添加したものと、ホウ酸を添加しな
いものとを用いた。

引取ったピッチ糸は、６０°Ｃで２４時間処理した。

ついで空気中で５０°Ｃから３４０℃まで０．５℃／　
ｍ　ｉ　ｎで昇温し、３４０℃で１５分間保持して不融
化して不融化糸を１５１だ。

得られた不融化糸を、窒素中で各種温度で焼成して、炭
素繊維を１ｑた。

ｊｑられた炭素繊維の引張特性および繊維含有率６０Ｖ
Ｏ１％でエポキシを含浸させた時の複合材料の圧縮強度
を表１に示す。

本発明例の実験ＮＯ２，３は高い引張弾性率が得られる
と共に、引張強度、圧縮強度共高かった。

比較例の実験ＮＯ１は焼成温度が低く、また実験ＮＯ４
はホウ素処理をしていないので共に引張弾性率が本発明
例に比へ低い。

比較例１ 水素化を行わず、コールタールからメソフェーズピッチ
を１ｑだ。メソフェーズピッチの軟化点３１０℃，ＱＩ
３８％、ＢＩ９２％、異方性８０％でめった。ｊｑられ
たメソフェーズピッチをベント条件３５０℃１５Ｑ　ｍ
ｍＨｇとした以外は実施例１と同様にして紡糸、不融化
し、２７００℃で黒鉛化したところ、引張強度２５０ｋ
Ｍｍｍ２　、引張弾性率８０　ｔｏｎ／ｍｍ２の黒鉛化
糸が得られた。繊維含有率６０ｖｏ１％でエポキシを含
浸させた時の圧縮強度は、２８　ｋｇ／ｍｍ２で、本発
明例の実験肋２．３に比べ著しく低強度であった。

［発明の効果１ 本発明により、高弾性率で圧縮特性の良いピッチ系炭素
繊維を安価に１ｑることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重質油を溶媒抽出するか、または水素化した後蒸
   溜して得たメソフェーズピッチを溶融紡糸し、得られた
   ピッチ糸にホウ素化合物を付与した後、不融化し、２５
   ００℃以上の温度で焼成することを特徴とするピッチ系
   の炭素繊維の製法。