JPH04241119A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭素繊維の製造方法Info
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- JPH04241119A JPH04241119A JP41640090A JP41640090A JPH04241119A JP H04241119 A JPH04241119 A JP H04241119A JP 41640090 A JP41640090 A JP 41640090A JP 41640090 A JP41640090 A JP 41640090A JP H04241119 A JPH04241119 A JP H04241119A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石油系ピッチを原料と
して炭素繊維を製造する方法に関するものである。
して炭素繊維を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、炭素繊維は耐熱性、断熱性、耐薬品
性、剛性、導電性が優れていると共に軽量であるという
特性を利用して、断熱材、シール材、電気材料部品、構
造材、炭素電極等に広く利用されている。
性、剛性、導電性が優れていると共に軽量であるという
特性を利用して、断熱材、シール材、電気材料部品、構
造材、炭素電極等に広く利用されている。
【０００３】現在、炭素繊維は、主としてアクリロニト
リルやセルロース等の繊維を焼成することにより製造さ
れているが、これらの原料はコストが高い上に炭素収率
が低く、不融化、炭化時に有毒ガスを発生する等の欠点
がある。
リルやセルロース等の繊維を焼成することにより製造さ
れているが、これらの原料はコストが高い上に炭素収率
が低く、不融化、炭化時に有毒ガスを発生する等の欠点
がある。
【０００４】近年、多量に入手し得る石炭、石油工業の
副産物である各種ピッチを原料として炭素繊維を製造す
る方法が数多く提案されている。すなわち、軽油の流動
接触分解、あるいはナフサの分解によって副成する残査
油や石炭より得られるコールタールなどを減圧蒸留、お
よび熱改質したピッチを製造し、この原料ピッチを公知
の方法により溶融紡糸する。このピッチ繊維が軟化変化
しない温度条件で空気、または酸素雰囲気下で不融化が
実施される。
副産物である各種ピッチを原料として炭素繊維を製造す
る方法が数多く提案されている。すなわち、軽油の流動
接触分解、あるいはナフサの分解によって副成する残査
油や石炭より得られるコールタールなどを減圧蒸留、お
よび熱改質したピッチを製造し、この原料ピッチを公知
の方法により溶融紡糸する。このピッチ繊維が軟化変化
しない温度条件で空気、または酸素雰囲気下で不融化が
実施される。
【０００５】例えば、２０〜３５０℃、好ましくは２０
〜３００℃の温度が採用される。″等方性″ピッチの軟
化点は１６０〜２９０℃、好ましくは１８０〜２５０℃
が多く、″メソフェーズ″ピッチより軟化点が低いので
不融化温度を低くせねばならぬため不融化時間が長時間
を必要とする。特に、沸点４００℃以下の軽質を多く含
んだ軟化点の低い″等方性″ピッチ、ｎ−ヘキサン可溶
分が多くトルエン不溶分の少ない″等方性″ピッチなど
を紡糸したピッチ繊維は不融化処理の温度を高くできな
いため１０時間程度、あるいは１０時間以上の長い不融
化処理時間を必要とする。
〜３００℃の温度が採用される。″等方性″ピッチの軟
化点は１６０〜２９０℃、好ましくは１８０〜２５０℃
が多く、″メソフェーズ″ピッチより軟化点が低いので
不融化温度を低くせねばならぬため不融化時間が長時間
を必要とする。特に、沸点４００℃以下の軽質を多く含
んだ軟化点の低い″等方性″ピッチ、ｎ−ヘキサン可溶
分が多くトルエン不溶分の少ない″等方性″ピッチなど
を紡糸したピッチ繊維は不融化処理の温度を高くできな
いため１０時間程度、あるいは１０時間以上の長い不融
化処理時間を必要とする。
【０００６】石炭、石油系炭素繊維のポリアクリロニト
リル系に対する価格面での優位性をより明確にするため
に不融化、炭化といった熱処理工程における処理時間を
さらに短縮する必要が求められている。
リル系に対する価格面での優位性をより明確にするため
に不融化、炭化といった熱処理工程における処理時間を
さらに短縮する必要が求められている。
【０００７】これまで、不融化処理時間を短縮するため
に、例えば特開昭５９−１７２３号、特開昭６０−１６
７９２８号公報に開示されているように、オゾン、塩素
、亜硫酸ガス、その他窒素酸化物などの酸化力の大きな
物質、またはそれを含むガスで処理することは不融化処
理に有効であるが、それらの物質は有毒であり、不融化
装置の密閉性や排気ガスの処理問題が発生し、工程が複
雑となり経済的な方法とはいい難い。
に、例えば特開昭５９−１７２３号、特開昭６０−１６
７９２８号公報に開示されているように、オゾン、塩素
、亜硫酸ガス、その他窒素酸化物などの酸化力の大きな
物質、またはそれを含むガスで処理することは不融化処
理に有効であるが、それらの物質は有毒であり、不融化
装置の密閉性や排気ガスの処理問題が発生し、工程が複
雑となり経済的な方法とはいい難い。
【０００８】また、特開昭６０−８１３１９号公報には
溶剤に融かした臭化コバルトをピッチ紡糸繊維に付与し
た後に不融化処理し、不融化効果を向上させる試みがな
されているが、溶媒の除去工程が必要となるなどコスト
面で満足できるものとは言えない。
溶剤に融かした臭化コバルトをピッチ紡糸繊維に付与し
た後に不融化処理し、不融化効果を向上させる試みがな
されているが、溶媒の除去工程が必要となるなどコスト
面で満足できるものとは言えない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の石油系炭素繊維
は原料が安価であるが、前述のように複雑な工程、ある
いは長い処理時間を必要とするため必ずしも経済的では
なかった。本発明の目的は、石油系原料から出発し、簡
単な製造工程で、かつ従来の製造工程を短縮して汎用グ
レード炭素繊維を製造することである。
は原料が安価であるが、前述のように複雑な工程、ある
いは長い処理時間を必要とするため必ずしも経済的では
なかった。本発明の目的は、石油系原料から出発し、簡
単な製造工程で、かつ従来の製造工程を短縮して汎用グ
レード炭素繊維を製造することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
ピッチを原料とし、繊維強度に優れ、しかも処理時間を
短縮した炭素繊維を製造する方法を鋭意検討した結果、
限定された性状を有する石油炭化水素系前駆体ピッチを
溶融紡糸し、かつ得られたピッチ繊維を酸素含有ガス或
は酸素ガス雰囲気下、１２０〜２５０℃の間で１０分間
以上の温度保持を１回以上行なう不融化処理することに
より繊維強度に優れた炭素繊維を処理時間を短縮して製
造できる本発明に到着したものである。
ピッチを原料とし、繊維強度に優れ、しかも処理時間を
短縮した炭素繊維を製造する方法を鋭意検討した結果、
限定された性状を有する石油炭化水素系前駆体ピッチを
溶融紡糸し、かつ得られたピッチ繊維を酸素含有ガス或
は酸素ガス雰囲気下、１２０〜２５０℃の間で１０分間
以上の温度保持を１回以上行なう不融化処理することに
より繊維強度に優れた炭素繊維を処理時間を短縮して製
造できる本発明に到着したものである。
【００１１】すなわち、本発明は軟化点１６０〜２９０
℃である石油系炭化水素前駆体等方性ピッチを溶融紡糸
し、得られたピッチ繊維を酸素含有ガスあるいは酸素ガ
ス雰囲気下において、該ピッチ繊維が軟化して変形しな
い最高温度領域で不融化処理した後、これを炭化処理或
は必要に応じてさらに黒鉛化処理することを特徴とする
炭素繊維の製造方法に関する。
℃である石油系炭化水素前駆体等方性ピッチを溶融紡糸
し、得られたピッチ繊維を酸素含有ガスあるいは酸素ガ
ス雰囲気下において、該ピッチ繊維が軟化して変形しな
い最高温度領域で不融化処理した後、これを炭化処理或
は必要に応じてさらに黒鉛化処理することを特徴とする
炭素繊維の製造方法に関する。
【００１２】以下、本発明による炭素繊維の製造方法に
ついて具体的に説明する。本発明のいう石油炭化水素前
駆体等方性ピッチとは、石油炭化水素から誘導され、軟
化点１６０〜２９０℃、好ましくは１８０〜２９０℃で
あるピッチである。本発明の石油炭化水素系等方性前駆
体ピッチを製造する方法は公知の方法を採用することが
できる。すなわち、流動接触分解油を脱触媒し、４００
℃以下の軽質留分を予備蒸留した後、さらに分子蒸留で
５００℃以下の軽質留分の除去を行って炭化水素系等方
性前駆体ピッチを製造する。
ついて具体的に説明する。本発明のいう石油炭化水素前
駆体等方性ピッチとは、石油炭化水素から誘導され、軟
化点１６０〜２９０℃、好ましくは１８０〜２９０℃で
あるピッチである。本発明の石油炭化水素系等方性前駆
体ピッチを製造する方法は公知の方法を採用することが
できる。すなわち、流動接触分解油を脱触媒し、４００
℃以下の軽質留分を予備蒸留した後、さらに分子蒸留で
５００℃以下の軽質留分の除去を行って炭化水素系等方
性前駆体ピッチを製造する。
【００１３】本発明で云う、ピッチ繊維とは、前記の石
油炭化水素等方性前駆体ピッチを溶融紡糸することによ
り得られるものである。溶融紡糸の方法は従来より公知
の技術である押出し法、遠心法、霧吹き法等が適用でき
る。
油炭化水素等方性前駆体ピッチを溶融紡糸することによ
り得られるものである。溶融紡糸の方法は従来より公知
の技術である押出し法、遠心法、霧吹き法等が適用でき
る。
【００１４】前記ピッチ繊維を３５０℃以下において酸
素含有ガスあるいは酸素ガス雰囲気下で、不融化処理す
るに際して、反応温度を徐々に上げていくが、１４０〜
２５０℃の間でピッチの軟化点より３０〜５０℃低い温
度までは、いかなる昇温速度も可能であるが、軟化点よ
り３０〜５０℃低い処理温度において一定時間保持する
ことが大切である。
素含有ガスあるいは酸素ガス雰囲気下で、不融化処理す
るに際して、反応温度を徐々に上げていくが、１４０〜
２５０℃の間でピッチの軟化点より３０〜５０℃低い温
度までは、いかなる昇温速度も可能であるが、軟化点よ
り３０〜５０℃低い処理温度において一定時間保持する
ことが大切である。
【００１５】すなわち、溶融紡糸されたピッチ繊維が軟
化して変形しない最高温度領域で不融化処理することに
より、ピッチの軟化点をより高い軟化点を有するピッチ
に改質でき、さらに、この高い軟化点より３０〜５０℃
低い温度に処理温度を上昇させて一定時間保持すること
を必要回数繰り返すことにより、全体として処理時間が
短縮できるのである。
化して変形しない最高温度領域で不融化処理することに
より、ピッチの軟化点をより高い軟化点を有するピッチ
に改質でき、さらに、この高い軟化点より３０〜５０℃
低い温度に処理温度を上昇させて一定時間保持すること
を必要回数繰り返すことにより、全体として処理時間が
短縮できるのである。
【００１６】なお、不融化処理時の１２０〜３５０℃間
における各回毎の昇温速度は０．３〜７℃／分、好まし
くは０．３〜５℃／分である。
における各回毎の昇温速度は０．３〜７℃／分、好まし
くは０．３〜５℃／分である。
【００１７】表１は原料Ａを紡糸した繊維、および原料
Ｂを紡糸した繊維についてそれぞれの不融化処理温度に
おける軟化点の測定結果を示し、表２は、原料ピッチＡ
を用いた繊維、および原料Ｂを用いた繊維Ｂについての
不融化処理温度１７０℃における保持時間と軟化点に関
しての測定結果を示す。
Ｂを紡糸した繊維についてそれぞれの不融化処理温度に
おける軟化点の測定結果を示し、表２は、原料ピッチＡ
を用いた繊維、および原料Ｂを用いた繊維Ｂについての
不融化処理温度１７０℃における保持時間と軟化点に関
しての測定結果を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】室温２０℃から１００℃までは昇温速度５
℃／分で、１００℃からそれ以上の温度への加熱はいず
れも昇温速度０．３℃／分で加温し、それぞれ所定温度
で１０分間保持後軟化点を測定した。
℃／分で、１００℃からそれ以上の温度への加熱はいず
れも昇温速度０．３℃／分で加温し、それぞれ所定温度
で１０分間保持後軟化点を測定した。
【００２０】
【表２】
【００２１】不融化温度１７０℃における保持時間と軟
化点。
化点。
【００２２】昇温速度が速すぎる場合は昇温過程中で繊
維が融着するため好ましくなく、遅すぎる場合は処理時
間が必要以上に長くなり経済面から好ましくない。
維が融着するため好ましくなく、遅すぎる場合は処理時
間が必要以上に長くなり経済面から好ましくない。
【００２３】また、酸素含有ガス或は酸素ガス雰囲気下
での処理に先立ち、有機酸、無機酸、あるいはこれらの
金属塩、アンモニウム塩、金属酸化物などで処理、ある
いはこれらを付着させることもできる。
での処理に先立ち、有機酸、無機酸、あるいはこれらの
金属塩、アンモニウム塩、金属酸化物などで処理、ある
いはこれらを付着させることもできる。
【００２４】不融化処理されたピッチ繊維は、次に不活
性ガス雰囲気下で炭化処理を行い、炭素繊維を得る。炭
化処理は通常、温度８００〜２５００℃で行う。
性ガス雰囲気下で炭化処理を行い、炭素繊維を得る。炭
化処理は通常、温度８００〜２５００℃で行う。
【００２５】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、これに限定されるものではない。 実施例１ トルエン不溶分３１．６％、キノリン不溶分３．０％を
含有し、軟化点が２１５℃である石油炭化水素系等方性
ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を空気雰囲気化で１００℃までは５℃／分で昇温し、
軟化点より４０℃低い１７５℃まで２℃／分で昇温した
後、１７５℃で３０分間、１回目の保持をし、２℃／分
で２００℃まで昇温して３０分間、２回目の保持をし、
さらに２℃／分で２３０℃まで昇温して３０分間、３回
目の保持をした後、３００℃まで２℃／分で昇温して１
０分間保持し不融化処理した。不融化処理に要した時間
は２７４分（４時間３４分）であった。ついで、１００
０℃で窒素雰囲気下で炭化処理して炭素繊維を製造した
。得られた炭素繊維は、平均糸径１３．２μ、弾性率４
．３ｔｏｎ／ｍｍ２、引っ張り強度７９．６ｋｇ／ｍｍ
２であった。
るが、これに限定されるものではない。 実施例１ トルエン不溶分３１．６％、キノリン不溶分３．０％を
含有し、軟化点が２１５℃である石油炭化水素系等方性
ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を空気雰囲気化で１００℃までは５℃／分で昇温し、
軟化点より４０℃低い１７５℃まで２℃／分で昇温した
後、１７５℃で３０分間、１回目の保持をし、２℃／分
で２００℃まで昇温して３０分間、２回目の保持をし、
さらに２℃／分で２３０℃まで昇温して３０分間、３回
目の保持をした後、３００℃まで２℃／分で昇温して１
０分間保持し不融化処理した。不融化処理に要した時間
は２７４分（４時間３４分）であった。ついで、１００
０℃で窒素雰囲気下で炭化処理して炭素繊維を製造した
。得られた炭素繊維は、平均糸径１３．２μ、弾性率４
．３ｔｏｎ／ｍｍ２、引っ張り強度７９．６ｋｇ／ｍｍ
２であった。
【００２６】比較例１
実施例１に用いた石油炭化水素系等方性ピッチを溶融紡
糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を空気雰囲気
下で１００℃までは５℃／分で昇温し、その後、２５０
℃まで０．３℃／分で昇温した後、３００℃まで２℃／
分で昇温し不融化処理した。不融化処理に要した時間は
５３１分（８時間５１分）であった。ついで、窒素雰囲
気下で炭化処理して炭素繊維を製造した。得られた炭素
繊維は平均糸径１２．９μ、弾性率４．０ｔｏｎ／ｍｍ
２、引っ張り強度７７．１ｋｇ／ｍｍ２であった。
糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を空気雰囲気
下で１００℃までは５℃／分で昇温し、その後、２５０
℃まで０．３℃／分で昇温した後、３００℃まで２℃／
分で昇温し不融化処理した。不融化処理に要した時間は
５３１分（８時間５１分）であった。ついで、窒素雰囲
気下で炭化処理して炭素繊維を製造した。得られた炭素
繊維は平均糸径１２．９μ、弾性率４．０ｔｏｎ／ｍｍ
２、引っ張り強度７７．１ｋｇ／ｍｍ２であった。
【００２７】比較例２
実施例１に用いた石油炭化水素系等方性ピッチを溶融紡
糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を空気雰囲気
下で１００℃までは５℃／分で昇温し、その後２５０℃
まで０．６５℃／分で昇温した後、３００℃まで２℃／
分で昇温し不融化処理した。不融化処理に要した時間は
２７１分（４時間３１分）であった。ついで、窒素雰囲
気下１０００℃で炭化処理して炭素繊維を製造した。得
られた炭素繊維は融着しており、脆いため繊維の強度測
定が不可能であった。
糸してピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を空気雰囲気
下で１００℃までは５℃／分で昇温し、その後２５０℃
まで０．６５℃／分で昇温した後、３００℃まで２℃／
分で昇温し不融化処理した。不融化処理に要した時間は
２７１分（４時間３１分）であった。ついで、窒素雰囲
気下１０００℃で炭化処理して炭素繊維を製造した。得
られた炭素繊維は融着しており、脆いため繊維の強度測
定が不可能であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明で原料として軟化点１６０〜２９
０℃であるピッチを溶融紡糸して得られたピッチ繊維を
酸素含有ガス或は酸素ガス雰囲気下で３５０℃以下で不
融化する際、１２０〜２５０℃の間で１０分間以上、該
ピッチ繊維が軟化して変形しない最高温度領域に一定時
間保持することを１回以上行った後、炭化処理を行うこ
とによって、少ない工程と同時に処理時間の短縮を行う
ことができた。この結果、従来の方法に比較して経済的
、かつ安全性に優れた方法で炭素繊維を製造することが
できた。
０℃であるピッチを溶融紡糸して得られたピッチ繊維を
酸素含有ガス或は酸素ガス雰囲気下で３５０℃以下で不
融化する際、１２０〜２５０℃の間で１０分間以上、該
ピッチ繊維が軟化して変形しない最高温度領域に一定時
間保持することを１回以上行った後、炭化処理を行うこ
とによって、少ない工程と同時に処理時間の短縮を行う
ことができた。この結果、従来の方法に比較して経済的
、かつ安全性に優れた方法で炭素繊維を製造することが
できた。
Claims (2)
- 【請求項１】 軟化点が１６０〜２９０℃である石油
系前駆体等方性ピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊
維を酸素含有ガスあるいは酸素ガス雰囲気下において、
該ピッチ繊維を２０〜３５０℃の温度領域で不融化処理
した後、炭化して炭素繊維を製造する方法。 - 【請求項２】 前記不融化処理において、ピッチ繊維
を２０〜３５０℃の温度領域で１０分間以上の温度保持
を１回以上行い、かつ各回毎の昇温速度を０．３〜７℃
／分で行なうことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41640090A JPH04241119A (ja) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | 炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41640090A JPH04241119A (ja) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | 炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04241119A true JPH04241119A (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=18524624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41640090A Pending JPH04241119A (ja) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | 炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04241119A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102560744A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-07-11 | 鞍山塞诺达碳纤维有限公司 | 一种通用级沥青基碳纤维的制备方法 |
-
1990
- 1990-12-29 JP JP41640090A patent/JPH04241119A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102560744A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-07-11 | 鞍山塞诺达碳纤维有限公司 | 一种通用级沥青基碳纤维的制备方法 |
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