JPH02187492A - 高性能炭素繊維用メソフェーズピッチの製造方法 - Google Patents
高性能炭素繊維用メソフェーズピッチの製造方法Info
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- JPH02187492A JPH02187492A JP715089A JP715089A JPH02187492A JP H02187492 A JPH02187492 A JP H02187492A JP 715089 A JP715089 A JP 715089A JP 715089 A JP715089 A JP 715089A JP H02187492 A JPH02187492 A JP H02187492A
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
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- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/145—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues
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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。
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、炭素材料とくに高性能炭素繊維の製造に有用
なメソフェーズピッチを製造する方法に関するものであ
る。
なメソフェーズピッチを製造する方法に関するものであ
る。
[従来の技術]
光学的異方性相(メソフェーズ)を連続相とするメソフ
ェーズピッチは高性能炭素繊維用紡糸ピッチとして好適
なものであり、このことは広く知られている。
ェーズピッチは高性能炭素繊維用紡糸ピッチとして好適
なものであり、このことは広く知られている。
一方光学的等方性の炭素質ピッチを350〜450℃で
熱処理するとピッチの光学的等方性マトリックス中にメ
ソフェーズが出現し、ついにはメソフェーズピッチに転
化することも知られている。ところがこの様にして得ら
れるメソフェーズピッチにおいては、メソフェーズ含有
量を高くするにつれて溶融粘度が高くなり紡糸性が著し
く低下する。一方メソフェーズの含有量が低くければ、
これを紡糸しても高性能炭素繊維を得ることはで籾ない
、また熱処理条件によってはメソフェーズ化が進み過ぎ
てキノリンネ溶分(以下QIと記す)のような超高分子
量成分が生成し、これはピッチの紡糸性そのものを困難
ならしめる他、炭素繊維性能低下の原因となる。
熱処理するとピッチの光学的等方性マトリックス中にメ
ソフェーズが出現し、ついにはメソフェーズピッチに転
化することも知られている。ところがこの様にして得ら
れるメソフェーズピッチにおいては、メソフェーズ含有
量を高くするにつれて溶融粘度が高くなり紡糸性が著し
く低下する。一方メソフェーズの含有量が低くければ、
これを紡糸しても高性能炭素繊維を得ることはで籾ない
、また熱処理条件によってはメソフェーズ化が進み過ぎ
てキノリンネ溶分(以下QIと記す)のような超高分子
量成分が生成し、これはピッチの紡糸性そのものを困難
ならしめる他、炭素繊維性能低下の原因となる。
そこでメソフェーズの含有量が高いにもかかわらず、溶
融紡糸性の優れたメソフェーズピッチの製造方法につい
ているいろな研究が進められている。
融紡糸性の優れたメソフェーズピッチの製造方法につい
ているいろな研究が進められている。
例えば、(1)水素化処理した炭素質ピッチを高温で短
時間熱処理する方法(特開昭58−196292号公報
)、(2)前駆体ピッチを比較的低温で重合させながら
メソフェーズと非メソフェーズを比重差で分離する方法
(特開昭57−88016号公報)、(3)前駆体ピッ
チを溶剤で処理し低分子量の成分を抽出除去したのち軽
度の熱処理を施す方法(特開昭57−191327号公
報、特開昭54−160427号公報、特開昭83−2
0387号公報)等が開示されている。
時間熱処理する方法(特開昭58−196292号公報
)、(2)前駆体ピッチを比較的低温で重合させながら
メソフェーズと非メソフェーズを比重差で分離する方法
(特開昭57−88016号公報)、(3)前駆体ピッ
チを溶剤で処理し低分子量の成分を抽出除去したのち軽
度の熱処理を施す方法(特開昭57−191327号公
報、特開昭54−160427号公報、特開昭83−2
0387号公報)等が開示されている。
これら従来の技術を総括すると、高性能炭素繊維用の紡
糸ピッチとして好適なメソフェーズピッチは、主として
次の2つの方針に基づいて製造されているものと言える
。すなわち ■水素化反応や接触反応等の化学的処理によってピッチ
の光学的組織や紡糸性を改善すること、■過度の重合に
よって生ずるQI分に相当するような超高分子量成分の
生成をできるだけ抑制しつつピッチをメソフェーズ化し
、比較的狭い分子量分布の紡糸ピッチを得ること、 である。
糸ピッチとして好適なメソフェーズピッチは、主として
次の2つの方針に基づいて製造されているものと言える
。すなわち ■水素化反応や接触反応等の化学的処理によってピッチ
の光学的組織や紡糸性を改善すること、■過度の重合に
よって生ずるQI分に相当するような超高分子量成分の
生成をできるだけ抑制しつつピッチをメソフェーズ化し
、比較的狭い分子量分布の紡糸ピッチを得ること、 である。
[発明が解決しようとする課題]
これらの従来技術によれば、溶融紡糸が可能で且つメソ
フェーズの含有量が高いメソフェーズピッチを得ること
ができる。しかしこれらの技術によって製造される炭素
繊維の機械的特性、特に引張強度はPAN系炭素炭素繊
維れに比べて劣っており、更に次の様な問題がある。
フェーズの含有量が高いメソフェーズピッチを得ること
ができる。しかしこれらの技術によって製造される炭素
繊維の機械的特性、特に引張強度はPAN系炭素炭素繊
維れに比べて劣っており、更に次の様な問題がある。
即ち前記(1)の方法は水素化処理した炭素質ピッチを
高温で短時間熱処理するものであるが、熱処理時の反応
制御が困難であり、再現性が良くないので工業的スケー
ルでの製造には適していない、また前記(2)の方法は
石油系原料にしばしば通用される方法であり、この方法
では反応時間が長いことの他、そのために91分が大量
に生成し分子量分布が広がってしまうという問題があっ
た。
高温で短時間熱処理するものであるが、熱処理時の反応
制御が困難であり、再現性が良くないので工業的スケー
ルでの製造には適していない、また前記(2)の方法は
石油系原料にしばしば通用される方法であり、この方法
では反応時間が長いことの他、そのために91分が大量
に生成し分子量分布が広がってしまうという問題があっ
た。
さらに前記(3)の方法には次の様な問題がある。即ち
前駆体ピッチの性状に合わせて溶剤抽出条件を選定する
という煩雑な操作を要すること、メソフェーズピッチの
分子量分布が前駆体ピッチのそれに強く依存するため、
それを自由に調整することができないこと、メソフェー
ズ含有量の高いピッチの前駆体となり得る溶剤不溶分が
得られるまで溶剤抽出すると、メソフェーズピッチの軟
化点が紡糸不可能なまでに上昇してしまうこと等である
。
前駆体ピッチの性状に合わせて溶剤抽出条件を選定する
という煩雑な操作を要すること、メソフェーズピッチの
分子量分布が前駆体ピッチのそれに強く依存するため、
それを自由に調整することができないこと、メソフェー
ズ含有量の高いピッチの前駆体となり得る溶剤不溶分が
得られるまで溶剤抽出すると、メソフェーズピッチの軟
化点が紡糸不可能なまでに上昇してしまうこと等である
。
そこで本発明においてはPAN系炭素炭素繊維敵する様
な機械的特性を有する炭素繊維を得ることを目的としつ
つ、 ■煩雑な操作を必要としない、 ■狭い分子量分布のピッチを容易に調整することができ
る、 ■紡糸性に優れたピッチを再現性良く得ることができる
、 といった利点のある高性能炭素繊維用メソフェーズピッ
チ製造方法について検討した。
な機械的特性を有する炭素繊維を得ることを目的としつ
つ、 ■煩雑な操作を必要としない、 ■狭い分子量分布のピッチを容易に調整することができ
る、 ■紡糸性に優れたピッチを再現性良く得ることができる
、 といった利点のある高性能炭素繊維用メソフェーズピッ
チ製造方法について検討した。
[課題を解決するための手段]
前記課題を解決することのできた本発明とは、水素化処
理した炭素質ピッチを (A)一次溶剤抽出工程では、ベンゼン不溶分が60%
以上であり、軟化点180℃以上である一次溶剤不溶分
を得、 (B)該一次溶剤不溶分を対象とする二次溶剤抽出工程
では、ピリジン不溶分が20%以下であり、軟化点が3
00℃以下である二次溶剤可溶分を得、 (C)該二次溶剤可溶分を熱処理する ことを要旨とするものである。
理した炭素質ピッチを (A)一次溶剤抽出工程では、ベンゼン不溶分が60%
以上であり、軟化点180℃以上である一次溶剤不溶分
を得、 (B)該一次溶剤不溶分を対象とする二次溶剤抽出工程
では、ピリジン不溶分が20%以下であり、軟化点が3
00℃以下である二次溶剤可溶分を得、 (C)該二次溶剤可溶分を熱処理する ことを要旨とするものである。
[作用]
炭素質ピッチは様々な縮合多環芳香族分子の混合物であ
って、定性的にはそれらの分子の大きさや平面性がある
値以上になれば分子同士が配向しメソフェーズ化すると
考えられている。従来のメソフェーズピッチの製造方法
は、この考え方をもとにしており、製造工程において、
前駆体ピッチを熱重合や溶剤処理の工程に付すことによ
って低分子量成分を除きピッチの平均分子量を大きくし
ている。
って、定性的にはそれらの分子の大きさや平面性がある
値以上になれば分子同士が配向しメソフェーズ化すると
考えられている。従来のメソフェーズピッチの製造方法
は、この考え方をもとにしており、製造工程において、
前駆体ピッチを熱重合や溶剤処理の工程に付すことによ
って低分子量成分を除きピッチの平均分子量を大きくし
ている。
ここで注目すべきことは、従来、ピッチ中の比較的低分
子量の成分についてはメソフェーズ形成を阻害する成分
として、あるいはピッチの流動性(紡糸性)を高める成
分として、それらの買や量についているいろ注意が払わ
れてきたにもかかわらず、比較的高分子量の成分につい
てはほとんど考慮されておらず、例外としてQI分を低
減することが有効であると指摘されているのみである。
子量の成分についてはメソフェーズ形成を阻害する成分
として、あるいはピッチの流動性(紡糸性)を高める成
分として、それらの買や量についているいろ注意が払わ
れてきたにもかかわらず、比較的高分子量の成分につい
てはほとんど考慮されておらず、例外としてQI分を低
減することが有効であると指摘されているのみである。
この様な状況に鑑み本発明者等は高性能炭素繊維用紡糸
ピッチを得る目的で鋭意検討し、その結果衣のことを見
い出した。
ピッチを得る目的で鋭意検討し、その結果衣のことを見
い出した。
即ち低分子量成分および高分子量成分を除いた極めて狭
い分子量分布を有するピッチは、従来メソフェーズピッ
チが溶解しないと考えられた溶剤、例えばピリジンに大
部分が可溶であり、そしてこの極めて狭い分子量分布を
有するピッチは実質的に反応の起こらない様な温度に加
熱するだけでメソフェーズピッチに転化するものである
ことを見い出した。しかもこのメソフェーズピッチを紡
糸して炭素繊維を製造したところPAN系炭素炭素繊維
敵する引張強度が得られた。
い分子量分布を有するピッチは、従来メソフェーズピッ
チが溶解しないと考えられた溶剤、例えばピリジンに大
部分が可溶であり、そしてこの極めて狭い分子量分布を
有するピッチは実質的に反応の起こらない様な温度に加
熱するだけでメソフェーズピッチに転化するものである
ことを見い出した。しかもこのメソフェーズピッチを紡
糸して炭素繊維を製造したところPAN系炭素炭素繊維
敵する引張強度が得られた。
この様な事実に基づいてさらに研究を進めた結果、従来
の方法で製造されるメソフェーズピッチからはPAN系
炭素炭素繊維な高強度炭素繊維が得られなかった主たる
原因は、それらがピリジンやキノリンに不溶である様な
高分子量成分を比較的多量に含有するためであることが
判明した。そして前述した様な従来の技術ではメソフェ
ーズピッチの分子量分布を自由に調整すること、特に高
分子量成分量を調整することは困難であった。
の方法で製造されるメソフェーズピッチからはPAN系
炭素炭素繊維な高強度炭素繊維が得られなかった主たる
原因は、それらがピリジンやキノリンに不溶である様な
高分子量成分を比較的多量に含有するためであることが
判明した。そして前述した様な従来の技術ではメソフェ
ーズピッチの分子量分布を自由に調整すること、特に高
分子量成分量を調整することは困難であった。
そこで種々検討した結果、後に詳述する様に、水素化処
理した炭素質ピッチを一次溶剤抽出工程では低分子量成
分を調整し、二次溶剤抽出工程では高分子量成分を調整
し、こうして得たピッチを熱処理すると高性能炭素繊維
用のメソフェーズピッチを得ることができた。
理した炭素質ピッチを一次溶剤抽出工程では低分子量成
分を調整し、二次溶剤抽出工程では高分子量成分を調整
し、こうして得たピッチを熱処理すると高性能炭素繊維
用のメソフェーズピッチを得ることができた。
本発明における原料となる炭素質ピッチ類としては、石
炭系ピッチ、石油系ピッチ、石炭液化生成物の他、各種
の高分子化合物や芳香族化合物等を挙げることができ、
これら炭素質ピッチ類に熱処理、蒸留、水素化、溶剤分
別、混合等の処理を加えることによって得られるピッチ
類も挙げることができる。
炭系ピッチ、石油系ピッチ、石炭液化生成物の他、各種
の高分子化合物や芳香族化合物等を挙げることができ、
これら炭素質ピッチ類に熱処理、蒸留、水素化、溶剤分
別、混合等の処理を加えることによって得られるピッチ
類も挙げることができる。
本発明においては前記これらの炭素質ピッチ類をまず水
素化処理する。水素化処理は次の4つのことを目的とし
ており極めて重要である。
素化処理する。水素化処理は次の4つのことを目的とし
ており極めて重要である。
■炭素質ピッチの溶解性を向上させ、ピッチ中のメソフ
ェーズ生成を阻害する低分子量成分を一次溶剤抽出工程
によって溶解除去しやすくする。
ェーズ生成を阻害する低分子量成分を一次溶剤抽出工程
によって溶解除去しやすくする。
■ピッチ中のメソフェーズ形成に最適の成分を二次溶剤
抽出工程で溶解させ可溶分として分取しやすくすること
、 ■ピッチ構成分子中に脂肪族構造を導入し、熱処理後の
メソフェーズピッチの溶融紡糸性や不融再反応性を高め
ること、 ■黒鉛化性低下の原因となる酸素、窒素、硫黄等の元素
の含有量を低減すること、 等である。
抽出工程で溶解させ可溶分として分取しやすくすること
、 ■ピッチ構成分子中に脂肪族構造を導入し、熱処理後の
メソフェーズピッチの溶融紡糸性や不融再反応性を高め
ること、 ■黒鉛化性低下の原因となる酸素、窒素、硫黄等の元素
の含有量を低減すること、 等である。
水素化処理は公知の方法により行なうことができる。例
えば炭素質ピッチを水素化アントラセン油やテトラヒド
ロキノリン等の水素供与性溶剤と共に加熱し、水素化す
る方法、あるいは溶剤および水素化触媒と共に水素加圧
下で加熱する方法等が挙げられる。水素化処理条件は、
使用する水素供与性溶剤や触媒の種類、ピッチの性状な
どに合わせて適宜選択されるべきであるが、処理効率や
水素化程度の制御しやすさを考慮すれば処理温度は38
0〜500℃、好ましくは400〜460℃、処理時間
は120分以下、好ましくは10〜30分とする。38
0℃未溝では、極めて長時間の処理を要するだけではな
く、ピッチの水素化が不十分になるため前述の水素化の
目的を達成することができない、500℃を超えて処理
すると水素化が進みすぎ、低分子量成分が多量に生成す
るためメソフェーズピッチの収率が低下する。
えば炭素質ピッチを水素化アントラセン油やテトラヒド
ロキノリン等の水素供与性溶剤と共に加熱し、水素化す
る方法、あるいは溶剤および水素化触媒と共に水素加圧
下で加熱する方法等が挙げられる。水素化処理条件は、
使用する水素供与性溶剤や触媒の種類、ピッチの性状な
どに合わせて適宜選択されるべきであるが、処理効率や
水素化程度の制御しやすさを考慮すれば処理温度は38
0〜500℃、好ましくは400〜460℃、処理時間
は120分以下、好ましくは10〜30分とする。38
0℃未溝では、極めて長時間の処理を要するだけではな
く、ピッチの水素化が不十分になるため前述の水素化の
目的を達成することができない、500℃を超えて処理
すると水素化が進みすぎ、低分子量成分が多量に生成す
るためメソフェーズピッチの収率が低下する。
次に水素化処理した炭素質ピッチを水素化処理時に用い
た溶剤と共にあるいは溶剤を留去した後、一次溶剤抽出
工程に供する。一次溶剤抽出工程では炭素質ピッチ中の
比較的低分子量の成分を除去することを目的とする。こ
れらの成分はピッチのメソフェーズ化を阻害するのでメ
ソフェーズピッチの製造に先がけて除去しておく必要が
ある。ここで従来の様に熱処理によって低分子量成分を
除去しようとするときは熱処理条件を過酷にしなくては
ならず、ピッチの分子量分布を制御することが困難にな
ると共に化学構造の変化も避けられない、そこで本発明
においては前記の様な比較的低分子量の成分を一次溶剤
抽出工程において抽出除去し、分子量分布を調整する0
分子量分布の目安としてはベンゼン不溶分含有量および
軟化点を用いる。即ちベンゼン不溶分が60%以上であ
り、且つ軟化点が180℃以上である場合には、ピッチ
成分中の分子は、配向するのに十分な平面性と大きさを
持つ、ベンゼン不溶分が60%未満であったり、軟化点
が180℃未満の場合には、二次溶剤抽出の後でも多量
の低分子量成分を含有することになるのでメソフェーズ
の含有量の高いピッチを得ることができない、尚一次溶
剤抽出工程後の成分の性状は原料ピッチの性状や抽出条
件によって異なり、溶融状態でメソフェーズに転化する
場合や溶融粘度が高いために十分配向しない場合もある
が、次の二次溶剤抽出工程において最適な分子量分布に
調整される。
た溶剤と共にあるいは溶剤を留去した後、一次溶剤抽出
工程に供する。一次溶剤抽出工程では炭素質ピッチ中の
比較的低分子量の成分を除去することを目的とする。こ
れらの成分はピッチのメソフェーズ化を阻害するのでメ
ソフェーズピッチの製造に先がけて除去しておく必要が
ある。ここで従来の様に熱処理によって低分子量成分を
除去しようとするときは熱処理条件を過酷にしなくては
ならず、ピッチの分子量分布を制御することが困難にな
ると共に化学構造の変化も避けられない、そこで本発明
においては前記の様な比較的低分子量の成分を一次溶剤
抽出工程において抽出除去し、分子量分布を調整する0
分子量分布の目安としてはベンゼン不溶分含有量および
軟化点を用いる。即ちベンゼン不溶分が60%以上であ
り、且つ軟化点が180℃以上である場合には、ピッチ
成分中の分子は、配向するのに十分な平面性と大きさを
持つ、ベンゼン不溶分が60%未満であったり、軟化点
が180℃未満の場合には、二次溶剤抽出の後でも多量
の低分子量成分を含有することになるのでメソフェーズ
の含有量の高いピッチを得ることができない、尚一次溶
剤抽出工程後の成分の性状は原料ピッチの性状や抽出条
件によって異なり、溶融状態でメソフェーズに転化する
場合や溶融粘度が高いために十分配向しない場合もある
が、次の二次溶剤抽出工程において最適な分子量分布に
調整される。
一次溶剤抽出工程における抽出方法や使用する溶剤は特
に制限はないが、ベンゼン、トルエン。
に制限はないが、ベンゼン、トルエン。
キシレンあるいはこれらと同等の溶解力を有する溶剤ま
たは混合溶剤を用い、例えばピッチ1gに対し、溶剤5
〜20muを加え、室温で抽出する方法が簡便である。
たは混合溶剤を用い、例えばピッチ1gに対し、溶剤5
〜20muを加え、室温で抽出する方法が簡便である。
また溶解力のより大きい溶剤、例えばクロロホルムやア
ントラセン油をピッチに対して少量加え溶剤可溶分の飽
和濃度近くで抽出したり、逆に溶解力が低いアセトンや
ヘプタン等を用いて高温あるいは高圧下の溶解力の太き
い条件下で抽出することも可能である。即ち本工程にお
いては、ベンゼン不溶分が60%以上であり、軟化点1
80℃以上である一次溶剤不溶分を得ることが眼目であ
って使用する溶剤や抽出の方法は問わない。一次溶剤抽
出工程後の溶剤不溶分は濾過や遠心分離等の公知の方法
により、溶剤可溶分の溶液から分離した後二次溶剤抽出
工程に供する。
ントラセン油をピッチに対して少量加え溶剤可溶分の飽
和濃度近くで抽出したり、逆に溶解力が低いアセトンや
ヘプタン等を用いて高温あるいは高圧下の溶解力の太き
い条件下で抽出することも可能である。即ち本工程にお
いては、ベンゼン不溶分が60%以上であり、軟化点1
80℃以上である一次溶剤不溶分を得ることが眼目であ
って使用する溶剤や抽出の方法は問わない。一次溶剤抽
出工程後の溶剤不溶分は濾過や遠心分離等の公知の方法
により、溶剤可溶分の溶液から分離した後二次溶剤抽出
工程に供する。
二次溶剤抽出工程は、一次溶剤抽出工程で得た溶剤不溶
分から比較的高分子量の成分を除去し分子量分布をより
狭くすることを目的とする0本工程における抽出の目安
はピリジン不溶分含有量が20%以下、さらに好ましく
は10%以下となるようにし、溶剤可溶分の軟化点が3
00℃以下の範囲となる様にする。ピリジン不溶分量が
20%を超えたり、軟化点が300℃を超える場合には
、熱処理後のメソフェーズの割合が高くなる点では好ま
しいが、分子量分布が広くなり、高分子量成分を比較的
多量に含むことになるので、これらのピッチから高性能
炭素繊維を得ることはでさない。
分から比較的高分子量の成分を除去し分子量分布をより
狭くすることを目的とする0本工程における抽出の目安
はピリジン不溶分含有量が20%以下、さらに好ましく
は10%以下となるようにし、溶剤可溶分の軟化点が3
00℃以下の範囲となる様にする。ピリジン不溶分量が
20%を超えたり、軟化点が300℃を超える場合には
、熱処理後のメソフェーズの割合が高くなる点では好ま
しいが、分子量分布が広くなり、高分子量成分を比較的
多量に含むことになるので、これらのピッチから高性能
炭素繊維を得ることはでさない。
第二次溶剤抽出工程も上記の様な性状の溶剤可溶成分を
得ることが眼目であり、抽出条件や抽出用の溶剤に対し
て制限はないが、用いる溶剤としてピリジン、N−メチ
ルピロリドン、エチレンジアミンあるいはこれらと同等
の溶解力を有する溶剤あるいは混合溶剤を用いることが
好ましい。これらのうち特に好ましい溶剤としてはピリ
ジンが挙げられる。抽出方法としては例えばピッチ1g
に対して溶剤を5〜50 Ili用い、室温あるいは溶
剤の沸点以下で抽出する方法が簡便である。またキノリ
ン等の様に溶解力が極めて高い溶剤を使って、溶剤可溶
分が飽和になる様な条件で行っても良い、この二次溶剤
抽出工程においては濾過や遠心分離等の公知の方法によ
り溶剤不溶分から溶剤可溶分を分離する。
得ることが眼目であり、抽出条件や抽出用の溶剤に対し
て制限はないが、用いる溶剤としてピリジン、N−メチ
ルピロリドン、エチレンジアミンあるいはこれらと同等
の溶解力を有する溶剤あるいは混合溶剤を用いることが
好ましい。これらのうち特に好ましい溶剤としてはピリ
ジンが挙げられる。抽出方法としては例えばピッチ1g
に対して溶剤を5〜50 Ili用い、室温あるいは溶
剤の沸点以下で抽出する方法が簡便である。またキノリ
ン等の様に溶解力が極めて高い溶剤を使って、溶剤可溶
分が飽和になる様な条件で行っても良い、この二次溶剤
抽出工程においては濾過や遠心分離等の公知の方法によ
り溶剤不溶分から溶剤可溶分を分離する。
以上の様にして得た溶剤可溶分は次に、熱処理するが、
該熱処理では実質的に重合や分解等の反応が起こらない
温度に加熱し溶融させるだけで速やかにメソフェーズピ
ッチに転化する。したがって本発明における熱処理は従
来の様に反応の制御が困難な高温域で行う必要がなく、
低温、短時間でメソフェーズピッチを得ることができる
。またこのためピッチの化学構造が変化するのを最少限
に抑えることができる。
該熱処理では実質的に重合や分解等の反応が起こらない
温度に加熱し溶融させるだけで速やかにメソフェーズピ
ッチに転化する。したがって本発明における熱処理は従
来の様に反応の制御が困難な高温域で行う必要がなく、
低温、短時間でメソフェーズピッチを得ることができる
。またこのためピッチの化学構造が変化するのを最少限
に抑えることができる。
さらに熱処理には特別な操作を必要としないので公知の
方法を用いて行なうことができる1例えば二次溶剤抽出
工程後の二次溶剤可溶分溶液から溶剤を留去して二次溶
剤可溶分を得たあと、熱処理してメソフェーズピッチと
するか、溶剤を留去しつつ熱処理しても良い、また溶剤
留去後の二次溶剤可溶分を紡糸機に充填し、紡糸機内で
メソフェーズ化しつつ溶融紡糸を行っても良い。
方法を用いて行なうことができる1例えば二次溶剤抽出
工程後の二次溶剤可溶分溶液から溶剤を留去して二次溶
剤可溶分を得たあと、熱処理してメソフェーズピッチと
するか、溶剤を留去しつつ熱処理しても良い、また溶剤
留去後の二次溶剤可溶分を紡糸機に充填し、紡糸機内で
メソフェーズ化しつつ溶融紡糸を行っても良い。
二次溶剤抽出工程で得た溶剤可溶分を熱処理してメソフ
ェーズピッチとすると、該ピッチはピリジン不溶分含有
量が5〜30%増加するがメソフェーズ含有率が高いに
もかかわらず、溶融粘度が低く、高性能炭素繊維の製造
に適した紡糸用ピッチが再現性良く得られる。
ェーズピッチとすると、該ピッチはピリジン不溶分含有
量が5〜30%増加するがメソフェーズ含有率が高いに
もかかわらず、溶融粘度が低く、高性能炭素繊維の製造
に適した紡糸用ピッチが再現性良く得られる。
尚本発明においてベンゼン不溶分及びピリジン不溶分と
は、60メツシユ以下に粉砕したピッチ1gに対し、1
00 鳳1の溶剤を加え、前者においては65℃、後者
においては95℃で1時間抽出した時の溶剤不溶分の重
量分率を目安とした。
は、60メツシユ以下に粉砕したピッチ1gに対し、1
00 鳳1の溶剤を加え、前者においては65℃、後者
においては95℃で1時間抽出した時の溶剤不溶分の重
量分率を目安とした。
また、軟化点とは、溶剤を含まないピッチ試料を不活性
ガス雰囲気中ホットステージ付顕微鏡下で加熱しながら
観察したときに変形を始める温度とした。
ガス雰囲気中ホットステージ付顕微鏡下で加熱しながら
観察したときに変形を始める温度とした。
[実施例]
実施例1
石炭系硬ピツチ1kgと水素供与性溶剤であるテトラヒ
ドロキノリン21を、内容積51のオートクレーブに装
入し、窒素初気圧5 kgf/cm’450℃で20分
間加熱し、硬ピツチを水素化し、減圧下で溶剤を留去し
水素化ピッチを得た。
ドロキノリン21を、内容積51のオートクレーブに装
入し、窒素初気圧5 kgf/cm’450℃で20分
間加熱し、硬ピツチを水素化し、減圧下で溶剤を留去し
水素化ピッチを得た。
一次溶剤抽出工程では、前記水素化ピッチ100gを1
00 mesh以下に粉砕し、IJ2のトルエンを加え
て、室温で30分間攪拌後、N001定性濾紙で濾過し
た。得られた溶剤不溶分をさらに、1j!のトルエン、
次いで0.5fLのトルエンで洗浄し、溶剤不溶分を得
た。水素化ピッチに対する収率は26.6%であった。
00 mesh以下に粉砕し、IJ2のトルエンを加え
て、室温で30分間攪拌後、N001定性濾紙で濾過し
た。得られた溶剤不溶分をさらに、1j!のトルエン、
次いで0.5fLのトルエンで洗浄し、溶剤不溶分を得
た。水素化ピッチに対する収率は26.6%であった。
次に二次溶剤抽出工程では、前記溶剤不溶分1gに対し
て10■ぶの割合でピリジンを加え、室温で30分間攪
拌後、No、 1定性源紙で濾過した。得られたピリジ
ン不溶分をさらに、同量のピリジンで2回洗浄した。こ
うして得たピリジン溶液を合わせ、減圧下でピリジンを
留去し、ピリジン可溶分を得た。一次溶剤抽出工程で得
た溶剤不溶分に対する溶剤(ピリジン)可溶分の収率は
65.7%であフた。
て10■ぶの割合でピリジンを加え、室温で30分間攪
拌後、No、 1定性源紙で濾過した。得られたピリジ
ン不溶分をさらに、同量のピリジンで2回洗浄した。こ
うして得たピリジン溶液を合わせ、減圧下でピリジンを
留去し、ピリジン可溶分を得た。一次溶剤抽出工程で得
た溶剤不溶分に対する溶剤(ピリジン)可溶分の収率は
65.7%であフた。
次に、二次溶剤抽出工程で得たピリジン可溶分を、圧力
5 w+mHg、 380℃で1分間熱処理し、メソフ
ェーズピッチを得た。熱処理における収率は97.4%
であった。このメソフェーズピッチを固化させたものの
表面を研磨し、偏光顕微鏡で観察するとメソフェーズ含
有量は100%であることが確認された。
5 w+mHg、 380℃で1分間熱処理し、メソフ
ェーズピッチを得た。熱処理における収率は97.4%
であった。このメソフェーズピッチを固化させたものの
表面を研磨し、偏光顕微鏡で観察するとメソフェーズ含
有量は100%であることが確認された。
前記の様にして得た硬ピツチ、水素化ピッチ。
一次溶剤抽出後の溶剤不溶分、二次溶剤抽出後の溶剤可
溶分、およびメソフェーズピッチにおけるそれぞれのベ
ンゼン不溶分、ピリジン不溶分および軟化点について第
1表に示す。
溶分、およびメソフェーズピッチにおけるそれぞれのベ
ンゼン不溶分、ピリジン不溶分および軟化点について第
1表に示す。
こうして得られたメソフェーズピッチを、直径0.5
cm■のノズル孔を有する紡糸機に充填し、346℃で
溶融し0.015kgf/cm”の窒素圧で押し出して
高速回転するボビンに巻き取って紡糸した。
cm■のノズル孔を有する紡糸機に充填し、346℃で
溶融し0.015kgf/cm”の窒素圧で押し出して
高速回転するボビンに巻き取って紡糸した。
その結果800〜1000+/winの引取り速度でほ
とんど糸切れすることなくピッチ繊維が得られた。この
ピッチ繊維を空気中260℃で2時間熱処理し不融化し
たのち、アルゴン雰囲気中2400℃で焼成し黒鉛繊維
を得た。この黒鉛繊維の平均繊維径は5.5μm、平均
引張強度は480 kgf/am”、平均引張弾性率は
70 tf/am2であった。
とんど糸切れすることなくピッチ繊維が得られた。この
ピッチ繊維を空気中260℃で2時間熱処理し不融化し
たのち、アルゴン雰囲気中2400℃で焼成し黒鉛繊維
を得た。この黒鉛繊維の平均繊維径は5.5μm、平均
引張強度は480 kgf/am”、平均引張弾性率は
70 tf/am2であった。
実施例2
実施例1で調製した水素化ピッチを使用した。
一次溶剤抽出工程として、水素化ピッチ100gを10
0 +aesh以下に粉砕し、アセトン600mj!、
テトラヒドロフラン400m1を加えて、室温で30分
間攪拌後、No、1定性濾紙で濾過した。得られた溶剤
不溶分をさらに600■1のアセトンと400mJlの
テトラヒドロフランの混合溶剤で洗浄し溶剤不溶分を得
た。水素化ピッチに対する収率は25.3%であった。
0 +aesh以下に粉砕し、アセトン600mj!、
テトラヒドロフラン400m1を加えて、室温で30分
間攪拌後、No、1定性濾紙で濾過した。得られた溶剤
不溶分をさらに600■1のアセトンと400mJlの
テトラヒドロフランの混合溶剤で洗浄し溶剤不溶分を得
た。水素化ピッチに対する収率は25.3%であった。
次に二次溶剤抽出工程として、該溶剤不溶分1gに対し
て、10+a4の割合でエチレンジアミンを加え、室温
で30分間攪拌後N001定性濾紙で濾過した。得られ
た溶剤不溶分をさらに同量のエチレンジアミンで2回洗
浄した。こうして得たピッチのエチレンジアミン溶液を
合わせ、減圧下で溶剤を留去し、溶剤可溶分を得た。溶
剤可溶分収率は70.0%でありた。
て、10+a4の割合でエチレンジアミンを加え、室温
で30分間攪拌後N001定性濾紙で濾過した。得られ
た溶剤不溶分をさらに同量のエチレンジアミンで2回洗
浄した。こうして得たピッチのエチレンジアミン溶液を
合わせ、減圧下で溶剤を留去し、溶剤可溶分を得た。溶
剤可溶分収率は70.0%でありた。
次にこの溶剤可溶分を圧力5mmHg 、 380℃で
1分間熱処理し、メソフェーズピッチを得た。熱処理に
おける収率は96.9%であった。前記の様にして得た
一次溶剤抽出後の溶剤不溶分、二次溶剤抽出後の溶剤可
溶分およびメソフェーズピッチの分析値を第2表に示す
。
1分間熱処理し、メソフェーズピッチを得た。熱処理に
おける収率は96.9%であった。前記の様にして得た
一次溶剤抽出後の溶剤不溶分、二次溶剤抽出後の溶剤可
溶分およびメソフェーズピッチの分析値を第2表に示す
。
次にこのメソフェーズピッチを、実施例1と同じ方法で
紡糸、不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この繊維の
平均繊維径は5.2μm、平均引張強度440 kgf
/l1m2.平均引張弾性率は86tf/■ra2であ
った。
紡糸、不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この繊維の
平均繊維径は5.2μm、平均引張強度440 kgf
/l1m2.平均引張弾性率は86tf/■ra2であ
った。
実施例3
実施例1で調製した水素化ピッチを使用した。
一次溶剤抽出工程として、水素化ピッチ100gを10
0mesh以下に粉砕し、ベンゼンZo。
0mesh以下に粉砕し、ベンゼンZo。
l1ftを加えて室温で30分間攪拌後、N001定性
濾紙で濾過し、溶剤不溶分を得た。収率は27.6%で
あった。
濾紙で濾過し、溶剤不溶分を得た。収率は27.6%で
あった。
次に、二次溶剤抽出工程として該溶剤不溶分1gに対し
て1 allの割合でキノリンを加え、室温で10分
間攪攪拌後011定性濾紙で濾過した。こうして得た濾
液から、キノリンを減圧下で留去し、収率81.3%で
溶剤可溶分を得た。
て1 allの割合でキノリンを加え、室温で10分
間攪攪拌後011定性濾紙で濾過した。こうして得た濾
液から、キノリンを減圧下で留去し、収率81.3%で
溶剤可溶分を得た。
次にこの溶剤可溶分を実施例1と同じ条件で熱処理しメ
ソフェーズピッチを得た。熱処理における収率は92.
8%であった。
ソフェーズピッチを得た。熱処理における収率は92.
8%であった。
前記工程で得た各ピッチの分析結果を第3表に示す。
次にこのメゾフェーズピッチを実施例1と同じ方法で、
紡糸、不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この繊維の
平均繊維径は6.8μm、平均引張強度は410 kg
f/ll1m” 、平均引張弾性率は71tf/mm2
であツタ。
紡糸、不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この繊維の
平均繊維径は6.8μm、平均引張強度は410 kg
f/ll1m” 、平均引張弾性率は71tf/mm2
であツタ。
比較例1
実施例1の一次溶剤抽出工程で得た溶剤不溶分を圧力5
ms+Hg、 380℃で1分間熱処理し、メソフェ
ーズピッチを得た。熱処理における収率は99.2%で
あり、このピッチはベンゼン不溶分を96.2%、ピリ
ジン不溶分を49,1%含有し、軟化点は283℃であ
った0次に、このピッチを直径0.5++usのノズル
孔を有する紡糸機に充填し、369℃で溶融させ0.O
15kgf/cm2の窒素圧で押し出し高速で回転する
ボビンに巻き取って紡糸したところ、600〜800I
l/ll1nの引取り速度で糸切を起すことなく安定し
てピッチ繊維が得られた。このピッチ繊維を、実施例1
と同じ方法で不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この
m維の平均繊維径は9.5μ1.平均引張強度は280
kgf/II2.平均引張弾性率は64 tf/mm
2であフた。
ms+Hg、 380℃で1分間熱処理し、メソフェ
ーズピッチを得た。熱処理における収率は99.2%で
あり、このピッチはベンゼン不溶分を96.2%、ピリ
ジン不溶分を49,1%含有し、軟化点は283℃であ
った0次に、このピッチを直径0.5++usのノズル
孔を有する紡糸機に充填し、369℃で溶融させ0.O
15kgf/cm2の窒素圧で押し出し高速で回転する
ボビンに巻き取って紡糸したところ、600〜800I
l/ll1nの引取り速度で糸切を起すことなく安定し
てピッチ繊維が得られた。このピッチ繊維を、実施例1
と同じ方法で不融化および焼成し黒鉛繊維を得た。この
m維の平均繊維径は9.5μ1.平均引張強度は280
kgf/II2.平均引張弾性率は64 tf/mm
2であフた。
二次溶剤抽出をおこなわなかったピッチは、ピリジン不
溶分を大量に含んでおり、高性能炭素繊維は得られなか
った。
溶分を大量に含んでおり、高性能炭素繊維は得られなか
った。
比較例2
実施例1で調製した水素化ピッチを使用した。
一次溶剤抽出工程として、水素化ピッチ100gをlo
o■ash以下に粉砕し、アセトン1f1.を加えて室
温で30分間攪拌後、No、1定性濾紙で濾過し溶剤不
溶分を得た。収率は34.8%であった。
o■ash以下に粉砕し、アセトン1f1.を加えて室
温で30分間攪拌後、No、1定性濾紙で濾過し溶剤不
溶分を得た。収率は34.8%であった。
次にこの溶剤不溶分を用い、実施例1と同じ条件で、二
次溶剤抽出および熱処理をおこないメソフェーズピッチ
を得た。収率は各々73.1%、 89.3%であった
。
次溶剤抽出および熱処理をおこないメソフェーズピッチ
を得た。収率は各々73.1%、 89.3%であった
。
第4表に、各工程におけるピッチの分析値を示す。
次にこのピッチを用い、実施例1と同じ方法で黒鉛繊維
を調製したところ、平均繊維径は6.8μm、平均引張
強度は220 kgf/+m2.平均引張弾性率は53
tf/+m’であった。
を調製したところ、平均繊維径は6.8μm、平均引張
強度は220 kgf/+m2.平均引張弾性率は53
tf/+m’であった。
比較例3
水素化していない硬ピツチを原料として、実施例1と同
じ条件で、一次溶剤抽出、二次溶剤抽出および熱処理を
おこない紡糸ピッチを調製した。
じ条件で、一次溶剤抽出、二次溶剤抽出および熱処理を
おこない紡糸ピッチを調製した。
各工程での収率は、各々49.7%、 40.6%、
91.6%であった。各工程におけるピッチの分析値を
第5表に示す。
91.6%であった。各工程におけるピッチの分析値を
第5表に示す。
次にこのピッチを用い、実施例1と同様にして黒鉛繊維
を調製したところ、平均繊維径は9.4μm、平均引張
強度63 kgf/mm2.平均引張弾性率は4.5t
f/m+a’であった。この例で理解されるように水素
化しないピッチからは高性能炭素!a維は得られない。
を調製したところ、平均繊維径は9.4μm、平均引張
強度63 kgf/mm2.平均引張弾性率は4.5t
f/m+a’であった。この例で理解されるように水素
化しないピッチからは高性能炭素!a維は得られない。
第
第
表
表
(実施例1)
(実施例2)
第
第
表
表
(実施例3)
(比較例2)
[発明の効果]
本発明は以上の様に構成されているので本発明によれば
■煩雑な操作を要することがない。
■狭い分子量分布のピッチを容易に調製できる。
■紡糸性に優れたピッチを再現性良く得ることができる
。
。
そして得られるメソフェーズピッチからはPAN系炭素
炭素繊維敵する機械的特性を有する炭素繊維を製造する
ことができる。
炭素繊維敵する機械的特性を有する炭素繊維を製造する
ことができる。
Claims (2)
- (1)水素化処理した炭素質ピッチを (A)一次溶剤抽出工程では、ベンゼン不溶分が60%
以上であり、軟化点180℃以上 である一次溶剤不溶分を得、 (B)該一次溶剤不溶分を対象とする二次溶剤抽出工程
では、ピリジン不溶分が20%以 下であり、軟化点が300℃以下である二 次溶剤可溶分を得、 (C)該二次溶剤可溶分を熱処理する ことを特徴とする高性能炭素繊維用メソフェーズピッチ
の製造方法。 - (2)二次溶剤抽出工程で、ピリジン不溶分が10%以
下である二次溶剤可溶分を得ることを特徴とする請求項
(1)記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP715089A JPH02187492A (ja) | 1989-01-14 | 1989-01-14 | 高性能炭素繊維用メソフェーズピッチの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP715089A JPH02187492A (ja) | 1989-01-14 | 1989-01-14 | 高性能炭素繊維用メソフェーズピッチの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02187492A true JPH02187492A (ja) | 1990-07-23 |
Family
ID=11658043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP715089A Pending JPH02187492A (ja) | 1989-01-14 | 1989-01-14 | 高性能炭素繊維用メソフェーズピッチの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02187492A (ja) |
-
1989
- 1989-01-14 JP JP715089A patent/JPH02187492A/ja active Pending
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