JPH03234821A - Method for producing high strength/high modulus inorganic fibers - Google Patents

Method for producing high strength/high modulus inorganic fibers

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JPH03234821A
JPH03234821A JP2028273A JP2827390A JPH03234821A JP H03234821 A JPH03234821 A JP H03234821A JP 2028273 A JP2028273 A JP 2028273A JP 2827390 A JP2827390 A JP 2827390A JP H03234821 A JPH03234821 A JP H03234821A
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JP
Japan
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silicon
polymer
polycyclic aromatic
fibers
pitch
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JP2028273A
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Japanese (ja)
Inventor
Taketami Yamamura
武民 山村
Junichi Kugimoto
純一 釘本
Toshihiro Ishikawa
敏弘 石川
Yasuhiro Shioji
塩路 泰広
Masaki Shibuya
昌樹 渋谷
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、不融化、焼成により、機械的性質に優れ、且
つ耐酸化性、並びに複合材用マI−’) ・ンクスに対
する濡れ性が大幅に向上した炭素系無機繊維の製造方法
に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention provides a material that has excellent mechanical properties, oxidation resistance, and wettability for composite materials through infusibility and sintering. This invention relates to a significantly improved method for producing carbon-based inorganic fibers.

(従来の技術及びその問題点) 炭素繊維は、軽量でしかも高強度、高弾性であるため、
スポーツ・レジャー用品をはじめ、航空機、自転車、建
材など広い分野に亙ってその利用が図られている。
(Conventional technology and its problems) Carbon fiber is lightweight, has high strength and high elasticity,
It is being used in a wide range of fields, including sports and leisure goods, aircraft, bicycles, and building materials.

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリルを原料とした
PAN系炭素繊維と、石油系、石炭系のピッチを原料と
する、所謂ピッチ系炭素繊維が知られている。
As carbon fibers, PAN-based carbon fibers made from polyacrylonitrile and so-called pitch-based carbon fibers made from petroleum-based and coal-based pitches are known.

ピッチ系炭素繊維は、一般に強度がPAN系炭素繊維に
比べて劣るが、原料が安価なことから、強度を高める方
法について種々の検討がなされ、例えば、特開昭59−
223316号公報には、効果的にメソフェーズを生成
させ、紡糸時に配向させる方法が開示されている。
Pitch-based carbon fibers are generally inferior in strength to PAN-based carbon fibers, but since the raw materials are cheap, various studies have been conducted on ways to increase the strength.
No. 223316 discloses a method for effectively generating mesophase and orienting it during spinning.

しかし、基本的には、炭素繊維は結晶性の繊維であるた
め、硬く、毛羽が発生し易く、また複合材料とする際マ
トリックスとの濡れ性も劣るという欠点がある。
However, since carbon fibers are basically crystalline fibers, they are hard, tend to fluff, and have poor wettability with a matrix when used as a composite material.

そこで種々の炭素繊維の表面処理法が提案され、現在知
られている方法として、繊維に柔軟性を付与するととも
に、毛羽発生を抑制する目的で、ポリビニルアルコール
、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂のようなザイ
ジング剤を表面に塗布する方法や、マトリックスとの接
着性を向上させる目的でその表面を乾式又は湿式で酸化
処理する方法等がある。
Therefore, various methods for surface treatment of carbon fibers have been proposed, and the currently known methods use materials such as polyvinyl alcohol, unsaturated polyester resins, and epoxy resins for the purpose of imparting flexibility to the fibers and suppressing the generation of fuzz. There are methods such as applying a suitable sizing agent to the surface, and dry or wet oxidation treatment of the surface for the purpose of improving adhesion to the matrix.

これらの処理のうち、特に表面酸化層を設ける方法では
、酸化時に繊維に損傷を与えるため、物性は低下する傾
向にある。更に、炭素繊維は500′Cを超える酸化雰
囲気中では、燃焼するため使用できない。
Among these treatments, the method of providing a surface oxidation layer in particular damages the fibers during oxidation, so that physical properties tend to deteriorate. Furthermore, carbon fibers cannot be used in an oxidizing atmosphere exceeding 500'C because they will burn.

このような背景から、高強度、高弾性率を有し、しかも
マトリックスとの濡れ性、接着性が良好で、従来広範囲
の分野で使用されているPAN系炭素繊維よりも安価な
新繊維の開発が強く要望されてきた。
Against this background, we are developing a new fiber that has high strength and high modulus, has good wettability and adhesion with the matrix, and is cheaper than the PAN-based carbon fiber that has been used in a wide range of fields. has been strongly requested.

また、炭素繊維のより高温での耐酸化性を向上させるこ
とが種々の分野で強く望まれている。
Furthermore, it is strongly desired in various fields to improve the oxidation resistance of carbon fibers at higher temperatures.

この要望を満たす方法として、例えば、特開昭62−2
09139号公報、特開昭61−215016号公報に
記載された方法が提案されている。
As a method to meet this demand, for example, JP-A-62-2
The methods described in Japanese Patent Application Laid-open No. 09139 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-215016 have been proposed.

これらの公報には、石炭系又は石油系ピッチ中の有機溶
媒可溶成分とポリシランを混合・加熱反応させてオルガ
ノポリアリールシランを合成し、それを紡糸、不融化、
焼成により炭化珪素繊維と炭素繊維の中間の性質を有す
る無機質繊維を製造する方法が記載されている。
These publications describe the synthesis of organopolyarylsilanes by mixing and heating reaction of organic solvent-soluble components in coal-based or petroleum-based pitches with polysilanes, which are then spun, made infusible,
A method for producing inorganic fibers having properties intermediate between silicon carbide fibers and carbon fibers by firing is described.

しかし、上記方法では、一方の出発物質として、有機溶
媒不溶分を全く含まないピッチを選び、オルガノボリア
リールシラン製造においても前記不溶分が全く生成しな
い条件下で反応を行っている。
However, in the above method, pitch, which does not contain any organic solvent insoluble matter, is selected as one of the starting materials, and the reaction is carried out under conditions in which the insoluble matter is not produced at all in the production of organoboriarylsilane.

従って、得られる生成物である紡糸原料中には、炭素繊
維の強度発現に最も重要な成分と言われているメソフェ
ーズ状態を含む前記不溶分が全く含まれていない。
Therefore, the spinning raw material that is the resulting product does not contain any insoluble matter containing the mesophase state, which is said to be the most important component for developing the strength of carbon fibers.

上記紡糸原料を、紡糸、不融化、焼成して得られる無機
質繊維は、条件によっては炭素の黒鉛結晶に相当する(
002)回折線は得られるものの、ピッチ繊維特有の配
向は認められず高弾性率のものは得られない。更に上記
公報の方法では、ピッチ成分が多くなる程、不活性ガス
中の耐熱性は向上するものの、耐酸化性は逆に低下し、
しかも機械的特性が著しく低下するという問題点がある
Depending on the conditions, the inorganic fiber obtained by spinning, infusible, and firing the above-mentioned spinning raw material corresponds to graphite crystals of carbon (
002) Although a diffraction line is obtained, the orientation peculiar to pitch fibers is not observed, and a product with a high elastic modulus cannot be obtained. Furthermore, in the method of the above-mentioned publication, as the pitch component increases, the heat resistance in inert gas improves, but the oxidation resistance decreases.
Moreover, there is a problem that mechanical properties are significantly deteriorated.

(問題点を解決するための手段) 本発明の目的は、上記問題点を解決しピッチ繊維の持つ
高弾性の特徴を有し、且つ強度、耐酸化性、複合材マト
リックスに対する濡れ性の優れた炭素系無機繊維を提供
することにある。
(Means for Solving the Problems) The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide pitch fibers which have the characteristics of high elasticity and have excellent strength, oxidation resistance, and wettability with respect to the composite matrix. The purpose of the present invention is to provide carbon-based inorganic fibers.

本発明によれば、 カルボシラン結合単位〔■〕とシラスチレン結合単位〔
■〕とから主としてなり、かつ、カルボシラン結合単位
(Nとシラスチレン結合単位〔■〕との比が7:3〜3
:7である有機珪素重合体の珪素原子の少な(とも一部
が、石油系又は石炭系のピッチあるいはその熱処理物の
芳香族環と珪素−炭素連結基を介して結合したランダム
共重合体100重量部、及び ii)石油系又は石炭系ピッチを熱処理して得られるメ
ソフェーズ又はメソフェーズと光学的等方相との両相か
らなる多環状芳香族化合物5〜50000重量部を、 200〜500℃の範囲の温度で加熱反応及び/又は加
熱溶融することを特徴とする珪素含有多環状芳香族重合
体を得る第1工程、 上記珪素含有多環状芳香族重合体の紡糸原液を調製して
紡糸する第2工程、 該紡糸原糸を張力下あるいは無張力下で不融化する第3
工程、及び 不融化した前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰
囲気中で800〜3000℃の範囲の温度で焼成する第
4工程 からなることを特徴とする実質的に炭素、珪素、酸素か
らなる高強度・高弾性率無機繊維の製造方法が提供され
る。
According to the present invention, a carbosilane bonding unit [■] and a silastyrene bonding unit [■]
■], and the ratio of the carbosilane bond unit (N to the silastyrene bond unit [■] is 7:3 to 3
: Random copolymer 100 in which a small number of silicon atoms (some of which are bonded to an aromatic ring of petroleum-based or coal-based pitch or a heat-treated product thereof via a silicon-carbon linking group) of an organosilicon polymer having 7 and ii) 5 to 50,000 parts by weight of a mesophase or a polycyclic aromatic compound consisting of both mesophase and optically isotropic phases obtained by heat treating petroleum-based or coal-based pitch at 200 to 500 °C. A first step of obtaining a silicon-containing polycyclic aromatic polymer characterized by heating reaction and/or heating melting at a temperature within a range; a first step of preparing a spinning stock solution of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer and spinning it; 2 steps, and the third step is to infusible the spun yarn under tension or under no tension.
and a fourth step of firing the infusible spun fibers at a temperature in the range of 800 to 3000°C in vacuum or in an inert gas atmosphere. A method for producing a high strength, high modulus inorganic fiber is provided.

+CR2 S1+ (I) +S i −3ii−−−−−−−−−−−−CII 
)CH3C6H5 ただし、R2は水素原子又はメチル基、R2及びR3は
メチル基、フェニル基又は水素原子である。
+CR2 S1+ (I) +S i -3ii−−−−−−−−−−−−CII
) CH3C6H5 However, R2 is a hydrogen atom or a methyl group, and R2 and R3 are a methyl group, a phenyl group, or a hydrogen atom.

本発明の無機繊維についてまず説明する。なお、以下の
記載において、「部」ばすべて「重量部」であり、成分
含有率の単位としてのパーセン1−(%)は全て「重量
%」である。
First, the inorganic fiber of the present invention will be explained. In the following description, all "parts" are "parts by weight", and all percent (%) as a unit of component content is "% by weight".

本発明の無機繊維は珪素含有多環状芳香族重合体から得
られる無機繊維であって、その構成成分が、 i)該重合体を構成するメソフェーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラシアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 11)該重合体を構成する有機溶媒不溶分を含む光学的
等方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態
の結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び 1ii)Si、C及び0から実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が500Å以下の実質的にβSfCからなる
結晶質超微粒子と非晶質の5inX (0<x≦2)か
らなる集合体であり、 構成元素の割合が、St;30〜70重景%、重量20
〜60重量%及びO; 0.5〜10重量%である5i
−C−0物質 であることを特徴とする高強度・高弾性率無機繊維であ
り、St;0.01〜29%、C;70〜99.9%及
び0.0.001〜10%、好ましくはS i ; 0
.1〜25%、C;74〜99.8%及びOiO,01
〜8%から実質的に構成されている。
The inorganic fiber of the present invention is an inorganic fiber obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, and its constituent components include i) a radial structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer; , a carbon material exhibiting at least one type of crystalline arrangement selected from the group consisting of an onion structure, a random structure, a core axial structure, a skin-onion structure, and a mosaic structure; non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from a oriented polycyclic aromatic compound, and 1ii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and 0 and/or having a particle size of It is an aggregate consisting of crystalline ultrafine particles of 500 Å or less that are substantially made of βSfC and amorphous 5in
~60% by weight and O; 5i which is 0.5-10% by weight
- A high strength and high elastic modulus inorganic fiber characterized by being a C-0 material, St: 0.01 to 29%, C: 70 to 99.9% and 0.0.001 to 10%, Preferably S i ; 0
.. 1-25%, C; 74-99.8% and OiO,01
~8%.

この無機繊維の構成成分である結晶質炭素は500Å以
下の結晶子サイズを有し、1.5人の分解能を有する高
分解能電子顕微鏡において、繊維軸方向に配向した3、
2人の(002)面に相当する微細なラティスイメージ
像が観察されうる超微粒子のグラファイト結晶である。
Crystalline carbon, which is a component of this inorganic fiber, has a crystallite size of 500 Å or less, and is oriented in the fiber axis direction in a high-resolution electron microscope with a resolution of 1.5 people.
It is an ultrafine graphite crystal in which a fine lattice image corresponding to two (002) planes can be observed.

無機繊維中の結晶質炭素は、ラジアル構造、オニオン構
造、ランダム構造、コアラシアル構造、スキンオニオン
構造、モザイク構造及び一部ラジアル構造を含むランダ
ム構造等をとることができる。これは、原料中にメソフ
ェーズ多環状芳香族化合物が存在することに起因する。
The crystalline carbon in the inorganic fibers can have a radial structure, an onion structure, a random structure, a co-radial structure, a skin-onion structure, a mosaic structure, a random structure including a partial radial structure, and the like. This is due to the presence of mesophase polycyclic aromatic compounds in the raw materials.

この無機繊維における構成成分i)及びii)の総和1
00部に対する構成成分1ii)の割合は04015〜
200部であり、且つ構成成分i)、ii)の比率は1
:0.02〜4である。
Total sum of constituent components i) and ii) in this inorganic fiber 1
The ratio of component 1ii) to 00 parts is 04015~
200 parts, and the ratio of components i) and ii) is 1
:0.02-4.

構成成分i)及びii)の総和100部に対する構成成
分1ii)の割合が0.015未満の場合は、はと0 んどピッチ繊維と変わらず、耐酸化性や濡れ性の向上は
望めず、上記割合が200部を越えた場合はグラファイ
トの微細結晶が効果的には生成せず、高弾性率の繊維が
得られない。
If the ratio of component 1ii) to 100 parts of the total of components i) and ii) is less than 0.015, the fiber is almost the same as pitch fiber, and no improvement in oxidation resistance or wettability can be expected. If the above ratio exceeds 200 parts, fine graphite crystals will not be effectively generated and fibers with a high elastic modulus will not be obtained.

本発明の無機繊維では、層間隔が小さく三次元的配列が
付与された微結晶が効果的に生成している。
In the inorganic fiber of the present invention, microcrystals with a small interlayer spacing and three-dimensional arrangement are effectively produced.

また、珪素の分布状態は、焼成時の雰囲気や原料中のメ
ソフェーズの大きさ、濃度によっても制御することがで
きる。例えば、メソフェーズを大きく成長させた場合、
珪素含有ポリマーは繊維表面相に押し出され易く、焼成
後繊維表面に珪素に富む層が生成する。
Furthermore, the distribution state of silicon can also be controlled by the atmosphere during firing and the size and concentration of mesophase in the raw material. For example, if the mesophase grows large,
The silicon-containing polymer is easily extruded into the fiber surface phase, resulting in a silicon-rich layer on the fiber surface after firing.

次に、本発明の無機繊維の製造方法を説明する。Next, the method for producing inorganic fibers of the present invention will be explained.

第1工程: 出発原料の一つである有機珪素重合体は、以下の一般式
CI)であられされるポリカルボシラスチレン共重合体
であり、特公昭63−39617号明細書に記載の方法
で調製することができる。
First step: The organosilicon polymer, which is one of the starting materials, is a polycarbosilastyrene copolymer prepared by the following general formula CI), and is prepared by the method described in Japanese Patent Publication No. 39617/1983. It can be prepared.

ただし、R,は水素原子又はメチル基、R2及びR3は
メチル基、フェニル基又は水素原子である。mは分子量
にして1000以上となる数値、Xとyはx / y 
= 3 / 7〜7/3となる数値である。上記平均分
子量は、好ましくは1500〜50000の範囲内であ
る。
However, R is a hydrogen atom or a methyl group, and R2 and R3 are a methyl group, a phenyl group, or a hydrogen atom. m is a molecular weight of 1000 or more, X and y are x / y
= 3/7 to 7/3. The average molecular weight is preferably within the range of 1,500 to 50,000.

もう一つの出発原料である多環状芳香族化合物は、石油
類の流動接触分解残渣油(FCCスラリーオイル)又は
その熱処理油より、軽質留分を除去して得られたピッチ
、ナフサクールより得られたピッチ、及びコールタール
ピッチ等石炭系ピッチであり、これらの中でも芳香族性
の高いものが適している。
The polycyclic aromatic compound, which is another starting material, is obtained from pitch obtained by removing light fractions from fluid catalytic cracking residue oil (FCC slurry oil) of petroleum or its heat-treated oil, and from naphthacool. These are coal-based pitches such as coal tar pitch and coal tar pitch, and among these, those with high aromaticity are suitable.

上記ピッチ中には、ベンゼン、トルエン、キシ1 2 レン、テトラヒドロフランなどの有機溶媒に不溶の成分
が5〜98%、特に60〜70%含まれていることが好
ましい。上記有機溶媒不溶分が5%未満のピッチを原料
として用いた場合、強度、弾性率共に優れた無機質繊維
は得られない。また、上記有機溶媒不溶分が98%より
多いピッチを原料として用いた場合は、得られた共重合
体が高融点のため紡糸困難となる。
The pitch preferably contains 5 to 98%, particularly 60 to 70%, of components insoluble in organic solvents such as benzene, toluene, xy12lene, and tetrahydrofuran. If the pitch containing less than 5% of the organic solvent insoluble content is used as a raw material, an inorganic fiber having excellent strength and elastic modulus cannot be obtained. Furthermore, if the pitch containing more than 98% of the organic solvent insoluble content is used as a raw material, the resulting copolymer will have a high melting point, making spinning difficult.

このピッチの重量平均分子it(Mt、+)は、100
〜3000である。
The weight average molecule it (Mt, +) of this pitch is 100
~3000.

重量平均分子量は以下のようにして求めた値である。即
ち、ピッチが有機溶媒不溶分を含有しない場合はそのま
まゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC)測
定し、ピッチが有機溶媒不溶分を含有する場合は、温和
な条件で水添処理し、有機溶媒不溶分を有機溶媒可溶な
成分に変えて後GPC測定する。有機溶媒不溶分を含有
する重合体の重量平均分子量は、上記と同様の処理を施
し求めた値である。
The weight average molecular weight is a value determined as follows. That is, if the pitch does not contain organic solvent-insoluble matter, it is directly measured by gel permeation chromatography (GPC), and if it contains organic solvent-insoluble matter, it is hydrogenated under mild conditions to make it organic solvent-insoluble. After changing the components to organic solvent-soluble components, GPC measurement is performed. The weight average molecular weight of the polymer containing organic solvent insoluble matter is a value obtained by performing the same treatment as above.

ランダム共重合体は、有機珪素重合体に、石油系又は石
炭系ピッチを添加し、不活性ガス中で好ましくは250
〜500℃の温度で加熱反応させることにより調製され
る。
The random copolymer is prepared by adding petroleum-based or coal-based pitch to an organosilicon polymer, and preferably reacting at 250% in an inert gas.
It is prepared by a heating reaction at a temperature of ~500°C.

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり8
3〜1900部であることが好ましい。
The ratio of pitch used is 8 parts per 100 parts of organosilicon polymer.
It is preferable that it is 3-1900 parts.

ピッチ成分の使用割合が過度に小さい場合は、有機珪素
成分が多くなり、メソフェーズ多環状芳香族化合物との
相溶性が悪化し、紡糸ドープにおける均一性が損なわれ
、焼成糸の強度、弾性率が低下する。また、その割合が
過度に多い場合は、有機珪素重合体成分が少なすぎるた
め、本発明の重合体から調製される無機繊維のマトリッ
クスに対する濡れ性、耐酸化性が低下する。
If the proportion of the pitch component used is too small, the organosilicon component will increase, the compatibility with the mesophase polycyclic aromatic compound will deteriorate, the uniformity of the spinning dope will be impaired, and the strength and elastic modulus of the fired yarn will decrease. descend. Moreover, if the proportion is too high, the organic silicon polymer component is too small, and the wettability and oxidation resistance of the inorganic fiber prepared from the polymer of the present invention to the matrix decrease.

上記反応の反応温度が過度に低いと、珪素原子と芳香族
炭素の結合が生成しにくくなり、反応温度が過度に高い
と、生成したランダム共重合体の分解及び高分子量化が
激しく起こり好ましくない。
If the reaction temperature of the above reaction is too low, it will be difficult to form bonds between silicon atoms and aromatic carbon, and if the reaction temperature is too high, the generated random copolymer will be undesirably decomposed and its molecular weight will become high. .

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が好適に使用さ
れる。
As the inert gas, nitrogen, argon, etc. are preferably used.

メソフェーズ多環状芳香族化合物は、例えば、3 4 石油系又は石炭系のピッチを不活性ガス中で、30〜5
00℃の温度に加熱し生成する軟質留分を除去しながら
縮重合することによって調製することができる。
The mesophase polycyclic aromatic compound is produced by, for example, preparing 3 4 petroleum-based or coal-based pitch in an inert gas to form a 30 to 5
It can be prepared by condensation polymerization while heating to a temperature of 00°C and removing the soft fraction produced.

メソフェーズ多環状芳香族化合物は、一般に融点が20
0〜400 ”Cの範囲にあり、また、重量平均分子量
が200〜10000である。
Mesophase polycyclic aromatic compounds generally have a melting point of 20
The weight average molecular weight is in the range of 0 to 400''C, and the weight average molecular weight is in the range of 200 to 10,000.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の中でも、20〜10
0%の光学的等方相度を有し、30〜100%のベンゼ
ン、トルエン、キシレン又はテトラヒドロフランに対す
る不溶分を含むものが、優れた無機繊維用原料である重
合体を得るために特に好ましい。
Among mesophase polycyclic aromatic compounds, 20 to 10
Particularly preferred are those having an optically isotropic phase of 0% and containing 30 to 100% of insoluble matter in benzene, toluene, xylene or tetrahydrofuran in order to obtain a polymer that is an excellent raw material for inorganic fibers.

ランダム共重合体とメソフェーズ多環状芳香族化合物を
200〜500℃で加熱反応及び/又は加熱熔融し、珪
素含有多環状芳香族重合体を得る。
The random copolymer and the mesophase polycyclic aromatic compound are reacted and/or heated and melted at 200 to 500°C to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer.

メソフェーズ多環状芳香族化合物の使用割合は、ランダ
ム共重合体100部当たり5〜50000部であること
が好ましく、5部未満では、生成重合体におけるメソフ
ェーズ含有量が不足するため、高弾性無機繊維用の重合
体が得られず、また、50000部より多い場合は、珪
素成分の不足のためマトリックスに対する濡れ性、耐酸
化に優れた無機繊維用の重合体が得られなくなる。
The usage ratio of the mesophase polycyclic aromatic compound is preferably 5 to 50,000 parts per 100 parts of the random copolymer. If it is less than 5 parts, the mesophase content in the resulting polymer will be insufficient, so If the amount is more than 50,000 parts, a polymer for inorganic fibers with excellent matrix wettability and oxidation resistance cannot be obtained due to the lack of silicon component.

上記溶融混合温度が200℃より低いと不融部分が生じ
、系が不均一となり、焼成糸の強度、弾性率に悪影響を
及ぼし、また、溶融混合温度が500℃より高いと縮合
反応が激しく進行し、生成重合体が高融点となり、重合
体の紡糸が著しく困難となる。
If the above-mentioned melt mixing temperature is lower than 200°C, unmelted parts will be generated, the system will become non-uniform, and the strength and elastic modulus of the fired yarn will be adversely affected, and if the melt mixing temperature is higher than 500°C, the condensation reaction will proceed violently. However, the resulting polymer has a high melting point, making it extremely difficult to spin the polymer.

得られた珪素含有多環状芳香族重合体は、[前記カルボ
シラン結合単位(I)と前記シラスチレン結合単位〔I
[)とから主としてなり、かつ、カルボシラン結合単位
(I)とシラスチレン結合単位〔II〕との比が7:3
〜3:7である有機珪素重合体単位」である構成成分(
A)、[骨格成分が主として締金環構造よりなり、メソ
フェーズ状態にある多環状芳香族化合物単位」である構
成成分(B)及び「骨格成分が主として締金環構造であ
り、光学的等方相の多環状芳香族化合物単位」5 6 である構成成分(C)がらなり、構成成分(A)の珪素
原子の少なくとも一部が、構成成分(B)及び/又は構
成成分(C)の芳香族環の炭素原子と結合している。構
成成分(A)と構成成分(B)及び構成成分(C)の総
和との重量比率が1:0.5〜200であり、且つ構成
成分(B)と構成成分(C)の重量比率が1:0.02
〜4であることが好ましい。
The obtained silicon-containing polycyclic aromatic polymer has [the carbosilane bond unit (I) and the silastyrene bond unit [I]
[), and the ratio of carbosilane bonding unit (I) to silastyrene bonding unit [II] is 7:3
~3:7 organosilicon polymer units" (
A), component (B) which is a polycyclic aromatic compound unit whose skeleton component is mainly a clamp ring structure and is in a mesophase state; and component (B) whose skeleton component is mainly a clamp ring structure and which is an optically isotropic phase Component (C) is a polycyclic aromatic compound unit, and at least a part of the silicon atoms of component (A) are polycyclic aromatic compound units, and at least a part of the silicon atoms of component (A) are polycyclic aromatic compound units. bonded to carbon atoms. The weight ratio of component (A) to the sum of component (B) and component (C) is 1:0.5 to 200, and the weight ratio of component (B) to component (C) is 1:0.5 to 200. 1:0.02
It is preferable that it is 4.

構成成分(A)と構成成分(B)及び構成成分(C)の
総和との重量比率が0.5未満では、珪素含有多環状芳
香族重合体中のメソフェース成分が不足し、この重合体
より得られる無機繊維は、強度、弾性率が低いものとな
り、また、上記割合が200を越えた場合は、珪素含有
多環状芳香族重合体中の有機珪素成分の不足により、こ
の重合体から得られる無機繊維の耐酸化性が低下し、さ
らに上記繊維のFRPマトリックスとの濡れ性が低くな
る。
If the weight ratio of component (A) to the sum of component (B) and component (C) is less than 0.5, the mesophase component in the silicon-containing polycyclic aromatic polymer will be insufficient, and The obtained inorganic fiber has low strength and elastic modulus, and if the above ratio exceeds 200, the inorganic fiber obtained from this polymer is due to the lack of organosilicon component in the silicon-containing polycyclic aromatic polymer. The oxidation resistance of the inorganic fibers decreases, and furthermore, the wettability of the fibers with the FRP matrix decreases.

また、(B)に対する(C)の重量比率が0.02未満
では、珪素含有多環状芳香族重合体の溶融紡糸に際し、
曳糸性の低下、ドープの粘度むらによる断糸等、紡糸が
著しく困難になり好ましくなく、上記割合が4を越えた
場合は、珪素含有多環状芳香族重合体中のメソフェーズ
成分の不足により、重合体から得られる無機繊維の強度
、弾性率が低いものとなる。
Furthermore, if the weight ratio of (C) to (B) is less than 0.02, during melt spinning of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer,
This is undesirable as spinning becomes extremely difficult due to decreased spinnability, yarn breakage due to uneven viscosity of the dope, etc. If the above ratio exceeds 4, the mesophase component in the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is insufficient. Inorganic fibers obtained from the polymer have low strength and elastic modulus.

前記珪素含有多環状芳香族重合体は、通常、珪素原子を
0.25〜30%含有しており、重量平均分子量が20
0〜11000で、融点が180〜400℃である。
The silicon-containing polycyclic aromatic polymer usually contains 0.25 to 30% silicon atoms and has a weight average molecular weight of 20%.
0 to 11,000 and a melting point of 180 to 400°C.

珪素含有多環状芳香族重合体中の珪素原子含有量が0.
25%未満では、重合体から得られる無機繊維における
Si、C10よりなる非晶相又はβSiC超微粒子の量
が少なずぎるため、FRPマトリックスに対する濡れ性
及び繊維の耐酸化性の向上が顕著に表れず、30%を越
えた場合は、上記無機繊維中のグラファイト超微粒結晶
の配向による高弾性、非酸化性雰囲気中での耐熱性向上
が達成できず、SiC繊維と何ら変わらないものになっ
てしまう。
The silicon atom content in the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is 0.
If it is less than 25%, the amount of the amorphous phase made of Si and C10 or the βSiC ultrafine particles in the inorganic fiber obtained from the polymer is too small, so the wettability to the FRP matrix and the oxidation resistance of the fiber are significantly improved. If it exceeds 30%, high elasticity due to the orientation of ultrafine graphite crystals in the inorganic fiber and improvement in heat resistance in a non-oxidizing atmosphere cannot be achieved, and the fiber becomes no different from SiC fiber. Put it away.

7 8 珪素含有多環状芳香族重合体の重量平均分子量が200
より低いものは、実質的にメソフェーズをほとんど含ん
でいないため、このような重合体からは高弾性の無機繊
維を得ることができず、11000より大きい場合は、
高融点となり紡糸困難となる。
7 8 The weight average molecular weight of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is 200
If it is lower than 11000, highly elastic inorganic fibers cannot be obtained from such polymers since they contain virtually no mesophase.
It has a high melting point, making spinning difficult.

珪素含有多環状芳香族重合体の融点が180℃より低い
場合は、実質的にメソフェーズを含んでいないうえ、こ
の重合体を紡糸して得られるプレカーサー系は不融化時
に融着しやすく、強度、弾性率の高い焼成糸は得られず
、400℃より高い場合は、この重合体を紡糸する際に
重合体の分解が起こり、紡糸が困難となる。
When the melting point of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer is lower than 180°C, it does not substantially contain mesophase, and the precursor system obtained by spinning this polymer is likely to fuse during infusibility, resulting in poor strength and A fired yarn with a high elastic modulus cannot be obtained, and if the temperature is higher than 400°C, the polymer will decompose during spinning, making spinning difficult.

また、珪素含有多環状芳香族重合体は、ベンゼン、トル
エン、キシレン、テトラヒドロフラン等の有機溶媒に対
する不溶分を10〜98%含有しており、且つ室温にお
ける光学的異方性度が5〜97%であることが好ましい
Furthermore, the silicon-containing polycyclic aromatic polymer contains 10 to 98% of insoluble matter in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran, and has an optical anisotropy of 5 to 97% at room temperature. It is preferable that

珪素含有多環状芳香族重合体の上記有機溶媒への不溶分
が10%未満又は光学的異方性度が5%未満では、重合
体を溶融紡糸する際、メソフェーズの繊維軸方向への配
向がほとんど起こらず、従って得られたプレカーサー系
を不融化、焼成しても低強度、低弾性率の繊維しか得ら
れず、また、上記有機溶媒不溶分を98%より多く含有
するか、光学的異方性度が97%より大きい場合は、重
合体中のメソフェーズが過多となり、重合体の紡糸が困
難となる。
If the insoluble content of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer in the organic solvent is less than 10% or the degree of optical anisotropy is less than 5%, the orientation of the mesophase in the fiber axis direction may occur when the polymer is melt-spun. Therefore, even if the obtained precursor system is made infusible and fired, only fibers with low strength and low modulus of elasticity can be obtained. If the degree of orientation is greater than 97%, there will be too much mesophase in the polymer, making it difficult to spin the polymer.

第2工程: 第1工程で得られる珪素含有多環状芳香族重合体である
紡糸ポリマーを加熱溶融させて、場合によってはこれを
濾過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害とな
る物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸装
置により紡糸する。
2nd step: The spinning polymer, which is a silicon-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the 1st step, is heated and melted, and in some cases, it is filtered to remove substances that are harmful during spinning, such as microgels and impurities. This is then spun using a commonly used synthetic fiber spinning device.

紡糸する際の紡糸原液の温度は原料ポリマーの軟化温度
によって異なるが、220〜420℃の範囲の温度が有
利である。
The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material polymer, but a temperature in the range of 220 to 420°C is advantageous.

前記紡糸装置において、必要に応じて紡糸筒を取付け、
該紡糸筒内の雰囲気を空気、不活性ガス、熱空気、熱不
活性ガス、スチーム、及びアンモニ9 0 アガスからなる群から選ばれる一種以上の雰囲気とした
後、巻取り速度を大きくすることにより細い直径の繊維
を得ることができる。前記溶融紡糸における紡糸速度は
原料の平均分子量、分子量分布、分子構造によって異な
るが、50〜5000m/分の範囲であることが好まし
い。
In the spinning device, a spinning tube is attached as necessary,
After setting the atmosphere in the spinning tube to one or more atmospheres selected from the group consisting of air, inert gas, hot air, hot inert gas, steam, and ammonia 90 gas, by increasing the winding speed. Fine diameter fibers can be obtained. The spinning speed in the melt spinning varies depending on the average molecular weight, molecular weight distribution, and molecular structure of the raw materials, but is preferably in the range of 50 to 5000 m/min.

第3工程: 第2工程で得られる紡糸繊維を張力又は無張力の作用も
とで不融化する。
Third step: The spun fibers obtained in the second step are made infusible under the action of tension or no tension.

代表的な不融化方法は、紡糸繊維を酸化性雰囲気中で加
熱する方法である。不融化の温度は好ましくは50〜4
00℃の範囲の温度である。不融化温度が過度に低いと
紡糸原糸を構成するポリマーのはしかけが起こらず、ま
た、この温度が過度に高いとポリマーが燃焼する。
A typical infusibility method is to heat spun fibers in an oxidizing atmosphere. The infusibility temperature is preferably 50 to 4
The temperature is in the range of 00°C. If the infusibility temperature is too low, the polymer constituting the spinning filament will not be fused, and if the temperature is too high, the polymer will burn.

不融化の目的は、紡糸繊維を構成するポリマーを三次元
構造の不溶・不融のはしかけ状態にし、次工程の焼成の
際に熔融せず、且つ隣接した繊維と融着しないようにす
ることである。不融化の際の酸化性雰囲気を構成するガ
スとしては、空気、オゾン、酸素、塩素ガス、臭素ガス
、アンモニアガス、及びこれらの混合ガスが挙げられる
The purpose of infusibility is to make the polymer that makes up the spun fibers into a three-dimensional structure that is insoluble and infusible, so that it does not melt during the next firing process and does not fuse with adjacent fibers. It is. Gases constituting the oxidizing atmosphere during infusibility include air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gases thereof.

上記とは別の不融化方法として、紡糸繊維に酸化性雰囲
気あるいは非酸化性雰囲気で、張力あるいは無張力で必
要に応じて低温加熱しながら、T線照射、あるいは電子
線照射して不融化する方法も採用することができる。
As an infusible method different from the above, spun fibers are infusible by T-ray irradiation or electron beam irradiation in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere, under tension or no tension, while heating at a low temperature as necessary. method can also be adopted.

このγ線あるいは電子線を照射する目的は、紡糸繊維を
形成するポリマーを、さらに重合させることによって、
紡糸原糸が融解し、繊維形状を失うことを防ぐことにあ
る。
The purpose of irradiating with gamma rays or electron beams is to further polymerize the polymer that forms the spun fibers.
The purpose is to prevent the spun yarn from melting and losing its fiber shape.

γ線あるいは電子線の照射線量は101゛〜1010ラ
ツドが適当である。
The appropriate dose of gamma rays or electron beams is 101 to 1010 rads.

照射は真空、不活性ガス雰囲気下、あるいは空気、オゾ
ン、酸素、塩素ガス、臭素ガス、アンモニアガス及びこ
れらの混合ガスのような酸化性ガス雰囲気で行うことが
できる。
Irradiation can be carried out in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixtures thereof.

照射による不融化は室温で行うこともでき、必要であれ
ば50〜200℃の温度範囲で加熱しながら行うことに
よって不融化をより短時間で達成1 2 させることもできる。
Infusibility by irradiation can be carried out at room temperature, and if necessary, infusibility can be achieved in a shorter time by heating in the temperature range of 50 to 200°C.

不融化は、無張力下で行うと、前記紡糸繊維は収縮のた
め波状の形を呈するようになるが、次工程の焼成工程で
矯正できる場合もあり、張力は必ずしも必要ないが、張
力を作用させる場合には、その張力の大きさは不融化時
に紡糸繊維が収縮して波状となることを少なくとも防止
できる以上の張力を作用させると良い結果が得られる。
If infusibility is carried out without tension, the spun fibers will shrink and take on a wavy shape, but this can sometimes be corrected in the next firing process, and tension is not necessarily required. In this case, good results can be obtained if the tension is greater than that which can at least prevent the spun fibers from shrinking and becoming wavy during infusibility.

不融化の際に、作用させる張力としては、1〜500 
g 7mm2の範囲が好ましく、1g7mm2以下の張
力を作用させても繊維をたるませないような緊張を与え
ることができず、500 g 7mm2以上の張力を作
用させると繊維が切断することがある。
The tension to be applied during infusibility is 1 to 500
A range of g 7 mm 2 is preferable, and even if a tension of 1 g 7 mm 2 or less is applied, it will not be possible to apply tension that will not cause the fibers to slack, and if a tension of 500 g 7 mm 2 or more is applied, the fibers may break.

第4工程: 第3工程で得られる不融化糸を、真空あるいは不活性ガ
ス雰囲気中で800〜3000℃の範囲の温度で焼成す
ることによって、主として炭素、珪素、酸素からなる無
機繊維が得られる。
Fourth step: By firing the infusible yarn obtained in the third step at a temperature in the range of 800 to 3000°C in a vacuum or inert gas atmosphere, inorganic fibers mainly composed of carbon, silicon, and oxygen are obtained. .

焼成工程において、張力を作用させることば必ずしも必
要ないが0.001〜100Kg/mm2の範囲で張力
を作用させながら高温焼成すると屈曲を少なくした強度
の高い無機繊維を得ることができる。
In the firing process, it is not necessarily necessary to apply tension, but high-temperature firing while applying tension in the range of 0.001 to 100 kg/mm2 makes it possible to obtain high-strength inorganic fibers with less bending.

加熱過程において、約700″Cから無機化が激しくな
り、約800℃でほぼ無機化が完了するものと推定され
る。従って、焼成は、800℃以上の温度で行うことが
好ましく、3000℃より高い温度を得るためには高価
な装置を必要とし、工業的メリットがないため、800
〜3000℃の範囲の温度で焼成するのが好ましい。
In the heating process, it is estimated that mineralization becomes intense from about 700"C and mineralization is almost completed at about 800"C.Therefore, it is preferable to perform the calcination at a temperature of 800"C or higher, and from 3000"C. In order to obtain high temperatures, expensive equipment is required and there is no industrial advantage, so 800
Preferably, the firing is carried out at a temperature in the range of -3000<0>C.

(効果) 本発明における珪素含有多環状芳香族重合体は、その成
分中にポリカルボシラスチレン単位を含有するため、同
重合体中のメソフェーズ多環状芳香族重合体との相溶性
が著しく優れており、該重合体の紡糸性が大変よくなる
ため、機械的特性の優れた無機繊維を得ることができる
(Effect) Since the silicon-containing polycyclic aromatic polymer of the present invention contains polycarbosilastyrene units in its components, it has extremely excellent compatibility with the mesophase polycyclic aromatic polymer in the same polymer. As a result, the spinnability of the polymer is very good, so inorganic fibers with excellent mechanical properties can be obtained.

本発明の無機繊維は、高温の酸化雰囲気中においても、
珪素原子の存在により炭素原子の引き抜3 4 きが良く制され、通常のピッチ系、PAN系の炭素繊維
よりも酸化分解開始温度が200〜300℃上昇する。
The inorganic fiber of the present invention can be used even in a high-temperature oxidizing atmosphere.
Due to the presence of silicon atoms, the extraction of carbon atoms is well controlled, and the oxidative decomposition start temperature is 200 to 300° C. higher than that of ordinary pitch-based or PAN-based carbon fibers.

また、本発明の無機繊維は、珪素原子の存在により、プ
ラスチック等に対する濡れ性が大幅に向上し、層間剪断
強度及び90°方向の曲げ強度の大きいプラスチック複
合材料を与えることができる。
Furthermore, the presence of silicon atoms in the inorganic fibers of the present invention greatly improves the wettability of plastics and the like, and it is possible to provide plastic composite materials with high interlaminar shear strength and high bending strength in the 90° direction.

(実施例) 以下実施例によって本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below with reference to Examples.

実施例1 ジクロロジメチルシランとジクロロメチルフェニルシラ
ンの等モルを使用し、トルエン溶媒中ナトリウム分散触
媒を用いて110℃で10時間重合反応することによっ
て得られたポリシラスチレンを410℃で15分間減圧
下で熱処理して軟化点175〜185℃のポリカルボシ
ラスチレンを得た。
Example 1 Polysilastyrene obtained by polymerizing equimolar amounts of dichlorodimethylsilane and dichloromethylphenylsilane at 110°C for 10 hours using a sodium dispersed catalyst in a toluene solvent was depressurized at 410°C for 15 minutes. The polycarbosilastyrene having a softening point of 175-185°C was obtained by heat treatment below.

石油留分のうち、軽油以上の高沸点物をシリカ・アルミ
ナ系分解触媒の存在下、500 ’Cの温度で流動接触
分解・精留を行い、その塔底より残渣を得た。以下この
残渣をFCCスラリーオイルと呼ぶ。
Among the petroleum fractions, high-boiling substances higher than light oil were subjected to fluid catalytic cracking and rectification at a temperature of 500'C in the presence of a silica-alumina cracking catalyst, and a residue was obtained from the bottom of the column. Hereinafter, this residue will be referred to as FCC slurry oil.

このFCCスラリーオイルは、元素分析の結果、炭素原
子対水素原子の原子比(C/H)が0.75で、核磁気
共鳴分析による芳香炭素率が0.55であった。
As a result of elemental analysis, this FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C/H) of 0.75, and an aromatic carbon ratio of 0.55 as determined by nuclear magnetic resonance analysis.

上記FCCスラリーオイル200gを、21.7分の窒
素ガス気流下、450’C7−0,5時間加熱し、同温
度における留出分を留去後、残渣を200 ’Cにて熱
時濾過を行い、同温度における不融部を除去し、軽質骨
除去ピッチ5’7gを得た。
200 g of the above FCC slurry oil was heated at 450'C7 for 0.5 hours under a nitrogen gas stream for 21.7 minutes, and after distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200'C. The infusible portion at the same temperature was removed to obtain 5'7 g of light bone removed pitch.

この軽質骨除去ピッチは25%のキシレン不溶分を含む
光学的に等方性のピッチであった。
This light bone removal pitch was an optically isotropic pitch containing 25% xylene insolubles.

この軽質骨除去ピッチ57gに上記ポリカルボシラスチ
レン25g及びキシレン20mを加え、攪拌しながら昇
温し、キシレンを留去後、400℃で6時間反応させ5
1.0 gのランダム共重合体を得た。
Add 25 g of the above polycarbosilastyrene and 20 m of xylene to 57 g of this light bone-removed pitch, raise the temperature while stirring, distill off the xylene, and then react at 400°C for 6 hours.
1.0 g of random copolymer was obtained.

この反応生成物は赤外線吸収スペクトル測定の結果、有
機珪素重合体中に存在する5i−H結合5 6 (IR:2100cm ’)の減少、及び新たな5tC
(ベンゼン環の炭素)結合(IR:1135c+c’)
の生成が認められることより有機珪素重合体の珪素原子
の一部が多環状芳香族環と直接結合した部分を有するラ
ンダム共重合体であることがわかった。また、この共重
合体は、キシレン不溶部を含まず、重量平均分子量が1
400で、融点が265℃で、軟化点が310℃であっ
た。
As a result of infrared absorption spectroscopy, this reaction product showed a decrease in 5i-H bonds 56 (IR: 2100 cm') existing in the organosilicon polymer and new 5tC
(Carbon of benzene ring) bond (IR: 1135c+c')
It was found that the organic silicon polymer was a random copolymer in which some of the silicon atoms were directly bonded to polycyclic aromatic rings. Additionally, this copolymer does not contain xylene-insoluble parts and has a weight average molecular weight of 1.
400, the melting point was 265°C, and the softening point was 310°C.

一方、前記軽質分除去ピッチ180gを窒素気流下、反
応により生成する軽質分を除去しながら400℃で8時
間縮重合を行い、熱処理ピッチ97.2gを得た。
On the other hand, 180 g of the pitch from which light components had been removed was subjected to condensation polymerization at 400° C. for 8 hours under a nitrogen stream while removing light components generated by the reaction to obtain 97.2 g of heat-treated pitch.

この熱処理ピッチは融点263℃1軟化点308℃、キ
シレン不溶分77%、キノリンネ溶分31%を含有して
おり、研磨面の偏光顕微鏡観察による光学的異方性が7
5%のメソフェーズ多環状芳香族化合物であった。
This heat-treated pitch has a melting point of 263°C and a softening point of 308°C, and contains 77% of xylene-insoluble content and 31% of quinoline-soluble content, and has an optical anisotropy of 7.
It was 5% mesophase polycyclic aromatic compound.

このメソフェーズ多環状芳香族化合物90gと前記ラン
ダム共重合体6.4gを混合し、窒素雰囲気下、380
℃で一時間溶融加熱し、均一な状態にある珪素含有多環
状芳香族重合体を得た。
90 g of this mesophase polycyclic aromatic compound and 6.4 g of the random copolymer were mixed, and the mixture was heated to 380 g under a nitrogen atmosphere.
The mixture was melted and heated at ℃ for one hour to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体は、融点が267℃で、軟化点が315℃で
、70%のキシレン不溶分を含んでいた。
This polymer had a melting point of 267°C, a softening point of 315°C, and contained 70% xylene insolubles.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0゜15m
mの金属製ノズルを用い、360℃で溶融紡糸を行い、
得られた紡糸原糸を、空気中、300℃で酸化、不融化
し、更にアルゴン雰囲気中、1300 ’Cで焼成を行
い、直径8μmの無機繊維を得た。
The above high molecular weight material is used as the raw material for spinning, and the nozzle diameter is 0°15m.
Melt spinning was performed at 360°C using a metal nozzle of
The obtained spun yarn was oxidized and made infusible at 300° C. in air, and further fired at 1300° C. in an argon atmosphere to obtain inorganic fibers with a diameter of 8 μm.

この繊維は引張強度が308 Kg/mm2、引張弾性
率26t/rMr12であり、破壊面の観察よりあきら
かにラジアル構造であった。
This fiber had a tensile strength of 308 Kg/mm2, a tensile modulus of elasticity of 26 t/rMr12, and an observation of the fracture surface clearly showed that it had a radial structure.

この無機繊維を粉砕後、アルカリ溶融、塩酸処理を施し
、水溶液とした後高周波プラズマ発光分光分析(ICP
)を行った結果、珪素含有率は0゜95%であった。
After pulverizing the inorganic fibers, they were melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, which was then subjected to high-frequency plasma emission spectroscopy (ICP).
), the silicon content was found to be 0.95%.

上記繊維を空気中で加熱酸化したところ、600℃にお
いても上記機械特性の低下は認められず、600 ’C
で酸化焼失する市販炭素繊維に比べ耐酸化性に優れてい
ることが確認された。
When the above fibers were heated and oxidized in air, no decrease in the above mechanical properties was observed even at 600'C.
It was confirmed that this product has superior oxidation resistance compared to commercially available carbon fibers, which are oxidized and burnt out.

7 8 また、前記無機繊維を強化材とした一方向強化エボキシ
樹脂(ビスフェノールA型)複合材料(V、i60%)
の0°、90°方向の曲げ強度はそれぞれ、208Kg
/mm2.13.1Kg/mm2であり、通常のピッチ
系炭素繊維(引張強度280Kg/nym”、引張弾性
率54 t /mm2)を用いた一方向強化エボキシ複
合材料(Vy;60%)のOo、90°方向の曲げ強度
100Kg/mmz、3.5 K g /mm2に比べ
てはるかに優れたものであった。
7 8 In addition, a unidirectionally reinforced epoxy resin (bisphenol A type) composite material (V, i60%) using the inorganic fiber as a reinforcing material
The bending strength in the 0° and 90° directions is 208 kg, respectively.
/mm2.13.1Kg/mm2, and Oo of a unidirectionally reinforced epoxy composite material (Vy: 60%) using ordinary pitch-based carbon fiber (tensile strength 280Kg/nym", tensile modulus 54 t/mm2) , the bending strength in the 90° direction was 100 Kg/mmz, which was far superior to 3.5 Kg/mm2.

比較例1 (第1工程) 実施例1で得られたFCCスラリーオイル200gを窒
素ガス気流下、420℃に加熱し、同温度における軽質
留分を留去し軽質分除去ピッチを114g得た。得られ
たピッチを、130℃のキシレン500dに溶解し、キ
シレン不溶分69gを除去した後、得られたピッチ中の
キシレン可溶部45gに実施例1で得た有機珪素重合体
45gを加え、400℃で6時間共重合を行わせ32g
の有機珪素重合体−多環状芳香族反応生成物(ランダム
共重合体)を得た。
Comparative Example 1 (First Step) 200 g of the FCC slurry oil obtained in Example 1 was heated to 420° C. under a stream of nitrogen gas, and light fractions at the same temperature were distilled off to obtain 114 g of light fraction-removed pitch. The obtained pitch was dissolved in 500 d of xylene at 130 ° C., and after removing 69 g of xylene insoluble portion, 45 g of the organosilicon polymer obtained in Example 1 was added to 45 g of the xylene soluble portion in the obtained pitch, Copolymerized at 400°C for 6 hours and 32g
An organosilicon polymer-polycyclic aromatic reaction product (random copolymer) was obtained.

(第2工程) 第1工程で得たキシレン可溶のピッチ成分200gを、
不活性雰囲気下、400℃にて6時間熱処理し熱処理ピ
ッチ41gを得た。
(Second step) 200g of the xylene soluble pitch component obtained in the first step,
Heat treatment was performed at 400° C. for 6 hours in an inert atmosphere to obtain 41 g of heat-treated pitch.

(第3工程) 第1工程で得た共重合体30gと第2工程で得た熱処理
ピッチ60gを300℃で2.5時間加熱混合した。
(Third step) 30 g of the copolymer obtained in the first step and 60 g of the heat-treated pitch obtained in the second step were heated and mixed at 300° C. for 2.5 hours.

上記反応により得られた生成物の重量平均分子量(Mい
)は1750で、珪素含有率は10.5%であったが、
融点198℃と低(、キシレン不溶分力用1%しか含ま
ない光学的異方性の重合体であった。
The weight average molecular weight (M) of the product obtained by the above reaction was 1750, and the silicon content was 10.5%.
It was an optically anisotropic polymer with a low melting point of 198° C. and containing only 1% of the xylene insoluble component.

(第4工程) 第3工程で得られた重合体を実施例1と同条件下で紡糸
、不融化、焼成を行い焼成糸を得た。得られた繊維の糸
径、引張強度、引張弾性率は、それぞれ、17μ、10
5 kg/mm2.7.1 t 7mm29 0 であった。
(Fourth Step) The polymer obtained in the third step was spun, infusible, and fired under the same conditions as in Example 1 to obtain a fired yarn. The yarn diameter, tensile strength, and tensile modulus of the obtained fibers were 17μ and 10μ, respectively.
It was 5 kg/mm2.7.1t 7mm290.

また、繊維断面は何ら配向した構造の部分を含んでいな
かった。
Further, the fiber cross section did not include any oriented structure.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 カルボシラン結合単位〔 I 〕とシラスチレン結合単位
〔II〕とから主としてなり、かつ、カルボシラン結合単
位〔 I 〕とシラスチレン結合単位〔II〕との比が7:
3〜3:7である有機珪素重合体の珪素原子の少なくと
も一部が、石油系又は石炭系のピッチあるいはその熱処
理物の芳香族環と珪素−炭素連結基を介して結合したラ
ンダム共重合体100重量部、及び ii)石油系又は石炭系ピッチを熱処理して得られるメ
ソフェーズ又はメソフェーズと光学的等方相との両相か
らなる多環状芳香族化合物5〜50000重量部を、 200〜500℃の範囲の温度で加熱反応及び/又は加
熱溶融することを特徴とする珪素含有多環状芳香族重合
体を得る第1工程、 上記珪素含有多環状芳香族重合体の紡糸原液を調製して
紡糸する第2工程、 該紡糸原糸を張力下あるいは無張力下で不融化する第3
工程、及び 不融化した前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰
囲気中で800〜3000℃の範囲の温度で焼成する第
4工程 からなることを特徴とする実質的に炭素、珪素、酸素か
らなる高強度・高弾性率無機繊維の製造方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼〔 I 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼〔II〕 ただし、R_1は水素原子又はメチル基、R_2及びR
_3はメチル基、フェニル基又は水素原子である。
[Claims] Mainly composed of carbosilane bonding units [I] and silastyrene bonding units [II], and the ratio of carbosilane bonding units [I] to silastyrene bonding units [II] is 7:
A random copolymer in which at least a part of the silicon atoms of an organosilicon polymer having a ratio of 3 to 3:7 are bonded to an aromatic ring of petroleum-based or coal-based pitch or a heat-treated product thereof via a silicon-carbon linking group. 100 parts by weight, and ii) 5 to 50,000 parts by weight of a mesophase or a polycyclic aromatic compound consisting of both mesophase and optically isotropic phases obtained by heat treating petroleum-based or coal-based pitch at 200 to 500°C. A first step of obtaining a silicon-containing polycyclic aromatic polymer characterized by heating reaction and/or heating melting at a temperature in the range of , preparing a spinning stock solution of the silicon-containing polycyclic aromatic polymer and spinning. 2nd step, 3rd step of infusible the spun yarn under tension or under no tension;
and a fourth step of firing the infusible spun fibers at a temperature in the range of 800 to 3000°C in vacuum or in an inert gas atmosphere. A method for producing high-strength, high-modulus inorganic fibers. ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼[I] ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼[II] However, R_1 is a hydrogen atom or a methyl group, R_2 and R
_3 is a methyl group, a phenyl group, or a hydrogen atom.
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