JPH02221418A - ピッチ系炭素繊維 - Google Patents
ピッチ系炭素繊維Info
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- JPH02221418A JPH02221418A JP4030889A JP4030889A JPH02221418A JP H02221418 A JPH02221418 A JP H02221418A JP 4030889 A JP4030889 A JP 4030889A JP 4030889 A JP4030889 A JP 4030889A JP H02221418 A JPH02221418 A JP H02221418A
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- Japan
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- pitch
- layer
- corrugate
- carbon fiber
- carbon
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
- D01D4/02—Spinnerettes
-
- 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
-
- 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
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- 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〕
本発明は新規な構造を有するピッチ系炭素繊維に関する
。
。
ピッチを加熱処理してメソフェーズを形成させ、これを
溶融紡糸、不融化、炭化さらには黒鉛化処理を行うこと
により高強度、高弾性率を有する炭素繊維を製造できる
ことが知られている(特公昭60−4286、同59−
3567)。
溶融紡糸、不融化、炭化さらには黒鉛化処理を行うこと
により高強度、高弾性率を有する炭素繊維を製造できる
ことが知られている(特公昭60−4286、同59−
3567)。
この方法により100〜200#/■冨程度の引張強度
、20〜70 gos/m冨程度の弾性率を有する炭素
繊維を得ることができる。
、20〜70 gos/m冨程度の弾性率を有する炭素
繊維を得ることができる。
メソフェーズピッチを原料として得られた炭化糸をさら
に2500〜3000℃の黒鉛化領域で焼成すると黒鉛
化構造が発達し弾性率は焼成温度と共に増加する。すな
わち、焼成温度の上昇に従い、黒鉛化の尺度といえる層
間隔(dゆ)は挟まり、黒鉛化領域で焼成した場合には
d。ll。
に2500〜3000℃の黒鉛化領域で焼成すると黒鉛
化構造が発達し弾性率は焼成温度と共に増加する。すな
わち、焼成温度の上昇に従い、黒鉛化の尺度といえる層
間隔(dゆ)は挟まり、黒鉛化領域で焼成した場合には
d。ll。
は3.37A以下になることが報告されている(特開昭
49−19127)。また、X@回折パターンにおいて
は(112)クロス格子線および(100)と(101
)線の存在によって特徴づけられる多結晶黒鉛の3次元
秩序を有する。
49−19127)。また、X@回折パターンにおいて
は(112)クロス格子線および(100)と(101
)線の存在によって特徴づけられる多結晶黒鉛の3次元
秩序を有する。
一方、黒鉛化構造の発達に伴い炭素層面に収縮がおこり
、繊維に割れ(クラック)を生じさせる。このクラック
は繊維の機械的強度を低下させる原因となる。メンフェ
ーズピッチから製造された炭化糸は繊維軸方向に真直に
伸びた巨大なドメイン(炭素六角網状構造を有する炭素
層)より形成されているため黒鉛化処理すると容易にク
ラックを生じる。
、繊維に割れ(クラック)を生じさせる。このクラック
は繊維の機械的強度を低下させる原因となる。メンフェ
ーズピッチから製造された炭化糸は繊維軸方向に真直に
伸びた巨大なドメイン(炭素六角網状構造を有する炭素
層)より形成されているため黒鉛化処理すると容易にク
ラックを生じる。
このためピッチを原料とした場合、高弾性率の炭素繊維
は得られるが、より高強度(例えば250#/■1以上
)の炭素繊維を得ることは困離であった。
は得られるが、より高強度(例えば250#/■1以上
)の炭素繊維を得ることは困離であった。
本発明は従来ピッチ系炭素繊維では達成し得なかった高
強度の炭素繊維を提供することを目的とする。
強度の炭素繊維を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的達成のため鋭意研究した結果、従
来のピッチ系炭素繊維とは全く異なる新規な構造の炭素
繊維をここに開発した。本発明の炭素繊維はその特異な
構造により機械的強度の著しい向上が図られる。
来のピッチ系炭素繊維とは全く異なる新規な構造の炭素
繊維をここに開発した。本発明の炭素繊維はその特異な
構造により機械的強度の著しい向上が図られる。
すなわち、本発明はX線回折パターンにおいて(Zoo
)と(101)線が存在するが(112)線は存在せず
、層間隔d5が3.38〜3.43Aであり、炭素層が
コルゲート状であって、かつコルゲートのピッチ幅が3
00〜3000Åであることを特徴とするピッチ系炭素
繊維に関する。
)と(101)線が存在するが(112)線は存在せず
、層間隔d5が3.38〜3.43Aであり、炭素層が
コルゲート状であって、かつコルゲートのピッチ幅が3
00〜3000Åであることを特徴とするピッチ系炭素
繊維に関する。
本発明の炭素繊維はX線回折により求めた結晶子Leま
た層間間dヨは3.38〜3.43 A、好ましくは3
.39〜3.42Aであり、2500〜3000℃の黒
鉛化領域で焼成してもa、as、2以上であり、3.3
7J以下とならない点が著しい特徴である。
た層間間dヨは3.38〜3.43 A、好ましくは3
.39〜3.42Aであり、2500〜3000℃の黒
鉛化領域で焼成してもa、as、2以上であり、3.3
7J以下とならない点が著しい特徴である。
本発明の炭素繊維はX線回折パターンにおいて(100
)と(101)線は存在するが、(112)線は存在し
ない。この点も本発明の炭素繊維の特徴である。
)と(101)線は存在するが、(112)線は存在し
ない。この点も本発明の炭素繊維の特徴である。
これは本発明の炭素繊維の従来のものとは異なる新規な
構造に由来する。すなわち、本発明の炭素繊維は炭素六
角網状構造を有する炭素層のドメインが摺曲したしわ状
(コルゲート状)の構造となっており、そのため250
0〜3000℃の温度で焼成しても炭素層面の収縮は少
なく、層間隔は3.37J以下に狭まることはない。こ
のため、繊維にクラックは生じない。さらにドメインが
コルゲート状であるためドメインの一部に亀裂が生じて
も亀裂に最も近いコルゲートの山でストップし、全体が
亀裂されることはなく、その結果高強度は維持される。
構造に由来する。すなわち、本発明の炭素繊維は炭素六
角網状構造を有する炭素層のドメインが摺曲したしわ状
(コルゲート状)の構造となっており、そのため250
0〜3000℃の温度で焼成しても炭素層面の収縮は少
なく、層間隔は3.37J以下に狭まることはない。こ
のため、繊維にクラックは生じない。さらにドメインが
コルゲート状であるためドメインの一部に亀裂が生じて
も亀裂に最も近いコルゲートの山でストップし、全体が
亀裂されることはなく、その結果高強度は維持される。
一方、従来のドメインは平板状であるため一部に亀裂が
生じると直ちに他端へ波及し、全体に亀裂を生じ強度を
一気に低下させる。
生じると直ちに他端へ波及し、全体に亀裂を生じ強度を
一気に低下させる。
本発明における炭素繊維を繊維軸方向の断面について走
査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると炭素層面がコル
ゲート状に配列していることが確認できる。コルゲート
のピッチ幅は300〜3ooo、J、好ましくは500
〜2000Aである。
査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると炭素層面がコル
ゲート状に配列していることが確認できる。コルゲート
のピッチ幅は300〜3ooo、J、好ましくは500
〜2000Aである。
本発明の炭素繊維は光学的異方性ピッチを原料として製
造される。
造される。
出発原料としては石油系、石炭系の重質油が用いられ、
特に減圧軽油等の石油類を流動接触分解した際に得られ
る沸点200℃以上、特に300℃以上の石油系重質油
が好ましく用いられる。
特に減圧軽油等の石油類を流動接触分解した際に得られ
る沸点200℃以上、特に300℃以上の石油系重質油
が好ましく用いられる。
重質油中に含まれる触媒残渣等の固形不溶分は後段の紡
光用ピッチ製造工程に先立って予め分離除去しておくこ
とが望ましく、好ましくは固形不溶分含有量を50pp
m以下、より好ましくは30ppm以下とするのがよい
。分離除去法は特に制限はなくフィルターろ過、遠心分
離、その他の手段により行われる。
光用ピッチ製造工程に先立って予め分離除去しておくこ
とが望ましく、好ましくは固形不溶分含有量を50pp
m以下、より好ましくは30ppm以下とするのがよい
。分離除去法は特に制限はなくフィルターろ過、遠心分
離、その他の手段により行われる。
なお、ろ過に先立って重質油を水素化処理してもよ(、
あるいは加熱処理を施してもよい。
あるいは加熱処理を施してもよい。
固形不溶分を分離除去した重質油は、常圧もしくは減圧
下で窒素、スチーム等の不活性ガスを通気しながらある
いは通気せず、通常温度340〜450℃で1〜50時
間加熱処理を施し、光学的異方性相を含有(例えば60
〜100fot%)する紡糸用ピッチを得る。なお、紡
糸用ピッチ製造工程に先立って、固形不溶分を分離除去
した重質油圧予備加熱処理を施し軽質分を留去させてお
くことにより、紡糸用ピッチ製造時間が短縞されるので
好ましく行うことができる。
下で窒素、スチーム等の不活性ガスを通気しながらある
いは通気せず、通常温度340〜450℃で1〜50時
間加熱処理を施し、光学的異方性相を含有(例えば60
〜100fot%)する紡糸用ピッチを得る。なお、紡
糸用ピッチ製造工程に先立って、固形不溶分を分離除去
した重質油圧予備加熱処理を施し軽質分を留去させてお
くことにより、紡糸用ピッチ製造時間が短縞されるので
好ましく行うことができる。
紡糸用ピッチは通常軟化点よシも30〜80℃程度高い
温度で溶融紡糸される。
温度で溶融紡糸される。
溶融紡糸にはノズル内にノズル内壁との間に溶融物流路
となる空間を形成する縦長成形体を配置したノズルを具
備する溶融紡糸装置が用いられる。かかる縦長成形体は
高さが幅よりも長いものをいい、その形状は制限されな
い。例えば、円筒、半円筒、円錐体、多角柱、多角錐、
楕円体、板状等2よびそれらの任意の組合せからなる種
々の形状物が適用できる。これらは側面に溝もしくは突
起を有していてもよく、またこれらを有するものが好ま
しい。溝としてはドリル状やネジ状の如きらせん形状の
ものが荷に好ましlvl。
となる空間を形成する縦長成形体を配置したノズルを具
備する溶融紡糸装置が用いられる。かかる縦長成形体は
高さが幅よりも長いものをいい、その形状は制限されな
い。例えば、円筒、半円筒、円錐体、多角柱、多角錐、
楕円体、板状等2よびそれらの任意の組合せからなる種
々の形状物が適用できる。これらは側面に溝もしくは突
起を有していてもよく、またこれらを有するものが好ま
しい。溝としてはドリル状やネジ状の如きらせん形状の
ものが荷に好ましlvl。
縦長成形体をノズル内に配置した際の任意の横断面にお
いてはノズル内壁と該成形体との間に溶融物の流路とな
る空間が形成されることが必要であり、その空間の面積
はノズルの毛細管部の断面積以上であることを要する。
いてはノズル内壁と該成形体との間に溶融物の流路とな
る空間が形成されることが必要であり、その空間の面積
はノズルの毛細管部の断面積以上であることを要する。
紡糸は280〜360℃、好ましくは300〜340℃
の温度条件下にて行われる。紡糸条件下におけるピッチ
の粘度は300〜3000ポイズ、好ましくは500〜
2000ポイズ、さらに好ましぐは700〜1500ポ
イズである。
の温度条件下にて行われる。紡糸条件下におけるピッチ
の粘度は300〜3000ポイズ、好ましくは500〜
2000ポイズ、さらに好ましぐは700〜1500ポ
イズである。
溶融紡糸して得られるピッチ繊維は、好ましくは集束剤
を付与しつつ、ボビンに巻き取るか、もしくはコンテナ
等の容器に沈積させる。
を付与しつつ、ボビンに巻き取るか、もしくはコンテナ
等の容器に沈積させる。
ピッチ繊維は次いで不融化処理される。ボビンに巻き取
ったピッチ繊維はボビンに巻かれた状態でもしくはボビ
ンから繰シ出して容器に沈積されたピッチ繊維はその状
態で不融化処理が行われる。
ったピッチ繊維はボビンに巻かれた状態でもしくはボビ
ンから繰シ出して容器に沈積されたピッチ繊維はその状
態で不融化処理が行われる。
不融化は酸化性ガス雰囲気下に温度150〜380℃、
好ましくは180〜350℃で通常5分〜3時間、好ま
しくはlO分〜2時間行う。酸化性ガスとしては空気、
酸素、オゾン、窒素酸化物、ハロゲン、亜硫酸ガス等の
1棟又は2種以上(例えば、NOtを0.1〜30vo
1%含有する空気)が用いられる。
好ましくは180〜350℃で通常5分〜3時間、好ま
しくはlO分〜2時間行う。酸化性ガスとしては空気、
酸素、オゾン、窒素酸化物、ハロゲン、亜硫酸ガス等の
1棟又は2種以上(例えば、NOtを0.1〜30vo
1%含有する空気)が用いられる。
不融化処理された繊維は窒素、アルゴン等の不活性ガス
雰囲気下、1200〜3000℃にて炭化処理が施され
る。
雰囲気下、1200〜3000℃にて炭化処理が施され
る。
また炭化処理に先立って不活性ガス雰囲気下で850℃
までの温度、例、tは500〜850℃にて予備炭化処
理してSくこともできる。
までの温度、例、tは500〜850℃にて予備炭化処
理してSくこともできる。
以下に実施例を挙げ本発明を具体的に説明する。
実施例1゜
光学的異方性相95vo1%の紡糸用ピッチをドリル状
の縦長成形体を配置したノズルを有する#I融紡糸装置
を用い、温度320℃、紡糸粘度1.000ポイズに溶
融紡糸を行いピッチfR維を得た。
の縦長成形体を配置したノズルを有する#I融紡糸装置
を用い、温度320℃、紡糸粘度1.000ポイズに溶
融紡糸を行いピッチfR維を得た。
ピッチ繊維は次いでNO,を5シojチ含有する空気雰
囲気下、240℃にて1時間不融化処理を行った。得ら
れた不融化繊維を不活性ガス雰囲気下、700℃で1時
間焼成処理した仮、2250℃にて炭化処理を行い、炭
素繊維を得た。
囲気下、240℃にて1時間不融化処理を行った。得ら
れた不融化繊維を不活性ガス雰囲気下、700℃で1時
間焼成処理した仮、2250℃にて炭化処理を行い、炭
素繊維を得た。
この炭素繊維の引張強度は43011:111/關2、
引張弾性率は65 ton/H2テアツタ。
引張弾性率は65 ton/H2テアツタ。
この炭素繊維の断面構造を第1図に示す。各ドメインは
コルゲート状に摺曲していることがわかる。コルゲート
のピッチ幅は平均約70OAであった。X?/M回折パ
ターンにおいては(100)と(101)線は存在して
いたが、(112)線は存在せず、J−間隔d。ox
ill:3.41 Aであった。
コルゲート状に摺曲していることがわかる。コルゲート
のピッチ幅は平均約70OAであった。X?/M回折パ
ターンにおいては(100)と(101)線は存在して
いたが、(112)線は存在せず、J−間隔d。ox
ill:3.41 Aであった。
本発明のピッチ系炭素線aは新規な構造を有し5、その
構造により高弾性でかつ機械的強度の著しく蔦い、例え
ば引張強度が400に9/ysm2 以上の炭素繊維
となる。
構造により高弾性でかつ機械的強度の著しく蔦い、例え
ば引張強度が400に9/ysm2 以上の炭素繊維
となる。
第1図は本発明の炭素線A′41の断面構造を示す電子
顕徴税写真であり、第2図はそれを拡大lまたものであ
る。 代 理 人
顕徴税写真であり、第2図はそれを拡大lまたものであ
る。 代 理 人
Claims (2)
- (1)X線回折パターンにおいて(100)と(101
)線が存在するが(112)線は存在せず、層間隔d_
0_0_2が3.38〜3.43Åであり、炭素層がコ
ルゲート状であつて、かつコルゲートのピッチ幅が30
0〜3000Åであることを特徴とするピッチ系炭素繊
維。 - (2)光学的異方性ピッチを縦長成形体を配置したノズ
ルを具備する溶融紡糸装置を用い、溶融紡糸粘度300
〜3000ポイズの条件下にて溶融紡糸して得られるピ
ッチ繊維を不融化、炭化処理して請求項第1項に規定す
るピッチ系炭素繊維を製造する方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040308A JP2640528B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | ピッチ系炭素繊維 |
| DE1990620185 DE69020185T2 (de) | 1989-02-22 | 1990-02-22 | Pechbasierte Kohlenstoffasern und Verfahren zu deren Herstellung. |
| EP19900301916 EP0384761B1 (en) | 1989-02-22 | 1990-02-22 | Pitch based carbon fibres and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040308A JP2640528B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | ピッチ系炭素繊維 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221418A true JPH02221418A (ja) | 1990-09-04 |
| JP2640528B2 JP2640528B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=12576990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1040308A Expired - Lifetime JP2640528B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | ピッチ系炭素繊維 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0384761B1 (ja) |
| JP (1) | JP2640528B2 (ja) |
| DE (1) | DE69020185T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0314624A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-23 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 炭素繊維の製造方法 |
| JPH0571018A (ja) * | 1991-09-06 | 1993-03-23 | Nippon Oil Co Ltd | ピツチ系炭素繊維 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140357761A1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-04 | James Kelly Williamson | Carbon fiber tubule rod reinforced concrete |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62177222A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-04 | Nippon Steel Corp | ピツチ系炭素繊維の製造方法 |
| JPS63303120A (ja) * | 1987-05-31 | 1988-12-09 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 高強度、超高弾性率炭素繊維 |
| JPH026628A (ja) * | 1988-06-10 | 1990-01-10 | Teijin Ltd | ピッチ糸炭素繊維の製造法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4016247A (en) * | 1969-03-31 | 1977-04-05 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Production of carbon shaped articles having high anisotropy |
| JPS60259609A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-21 | Nippon Oil Co Ltd | 紡糸用ノズル |
| US5154908A (en) * | 1985-09-12 | 1992-10-13 | Clemson University | Carbon fibers and method for producing same |
-
1989
- 1989-02-22 JP JP1040308A patent/JP2640528B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-02-22 EP EP19900301916 patent/EP0384761B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-22 DE DE1990620185 patent/DE69020185T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62177222A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-04 | Nippon Steel Corp | ピツチ系炭素繊維の製造方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0384761A3 (en) | 1991-09-04 |
| EP0384761B1 (en) | 1995-06-21 |
| JP2640528B2 (ja) | 1997-08-13 |
| DE69020185T2 (de) | 1995-11-02 |
| EP0384761A2 (en) | 1990-08-29 |
| DE69020185D1 (de) | 1995-07-27 |
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