JPH0516475B2 - - Google Patents

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JPH0516475B2
JPH0516475B2 JP59056211A JP5621184A JPH0516475B2 JP H0516475 B2 JPH0516475 B2 JP H0516475B2 JP 59056211 A JP59056211 A JP 59056211A JP 5621184 A JP5621184 A JP 5621184A JP H0516475 B2 JPH0516475 B2 JP H0516475B2
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JP
Japan
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pitch
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heat treatment
temperature
softening point
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Masaaki Itoi
Masakatsu Oota
Taizo Sugioka
Kunio Yoshihara
Hiroshi Nishitani
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/145Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/002Working-up pitch, asphalt, bitumen by thermal means

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素材、特に炭素繊維の製造に適した
特定の性状を有するピツチの製造方法に関する。
従来、炭素繊維はポリアクリロニトリルから得
られる繊維を焼成して製造されてきたが、原料が
高価であり、しかも焼成時の炭化収率が低いとい
う問題があつた。このため、近年は石油ピツチや
コールタールピツチなどを原料とする炭素繊維の
製法が数多く提案されている。
このような従来法、例えば特開昭58−18421号、
同58−115120号、同58−142976号、同58−154792
号等においては、ピツチの軟化点よりも60〜130
℃高い温度で紡糸を行なつている。この紡糸温度
が高いと熱分解や発泡などの問題が生ずるため、
軟化点はできるだけ低く抑えられてきた。ピツチ
の軟化点を低くするためにピリジン不溶分或いは
キノリン不溶分の含有量を低くし、分子量も比較
的小さく、また分子量分布も広いものが採用され
ていた。しかしながら、このようにすると紡糸後
の不融化処理に時間がかかるという問題を生じ
た。
本発明はこのような従来の問題点を解消し、不
融化処理の時間を短縮できるとともに、紡糸性に
すぐれていて、強度的にすぐれた炭素繊維を得る
ことのできる炭素材用ピツチの製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
すなわち本発明は、石油系残油中の軽質油分を
除去した原料ピツチを、温度400〜460℃、圧力5
〜50mmHgの条件下で第一段熱処理した後、その
まま温度450〜500℃、圧力0.1〜5mmHgの条件下
で0.2〜30分間第二段熱処理することを特徴とす
る光学的異方性相の含有量が80〜100%であり、
かつピリジン不溶分の含有量が30〜70重量%、数
平均分子量が1000〜1400であるとともに、軟化点
が330〜380℃である炭素材用ピツチの製造方法を
提供するものである。
本発明の方法により得られる炭素材用ピツチは
メソ相の含有量が80〜100%のものであり、特に
メソ相含有量が100%のものが好ましい。ここで
メソ相含有量が80%未満であると、メソ相と等方
性相の相溶性が悪く、紡糸が困難であり、しかも
炭素繊維の強度も不十分となり好ましくない。
また、本発明の方法により得られる炭素材用ピ
ツチはピリジン不溶分の含有量が30〜70重量%、
好ましくは40〜60重量%のものである。ここでピ
リジン不溶分の含有量が30重量%未満であると、
軟化点が低く不融化処理に時間がかかり、一方、
70重量%を超えると、紡糸性が悪くなるので好ま
しくない。
しかも、本発明の方法により得られる炭素材用
ピツチは数平均分子量が1000〜1400、好ましくは
1000〜1300のものである。ここで数平均分子量が
1000未満であると、軟化点が低く、不融化処理に
時間がかかり、一方1400を超えると、紡糸性が悪
くなるので好ましくない。
さらに、本発明の方法により得られる炭素材用
ピツチは軟化点が330〜380℃、好ましくは330〜
370℃のものである。ここで軟化点が330℃未満で
あると、不融化処理に時間がかかり、一方380℃
を超えると、紡糸性が悪くなるので好ましくな
い。
本発明の方法により得られる炭素材用ピツチに
おいては上記性状を全て具備していることが必要
であつて、いずれか一つの性状でも具備していな
いと紡糸性に劣つたものとなつたり、或いは不融
化処理に時間がかかるものとなる。
本発明の方法により得られる炭素材用ピツチは
数平均分子量が1000〜1400のものであるため、比
較的高い軟化点となるが、軟化点より10〜60℃高
い温度で紡糸が可能となるためにコーキングや熱
分解を招くおそれがなく、しかも不融化処理の時
間を短縮することができる。
本発明の方法により得られる炭素材用ピツチ
は、軟化点に近い温度、すなわちピツチの分解温
度より十分低い温度で紡糸が可能であるため、紡
糸性が良好である。しかも、本発明の炭素材用ピ
ツチによれば不融化処理の時間を短縮することが
できる。
このような炭素材用ピツチは、以下に述べる本
発明の方法により製造することができる。
すなわち本発明の方法では、石油系残油中の軽
質油分を除去した原料ピツチを、温度400〜460
℃、圧力5〜50mmHgの条件下で第一段熱処理し
た後、そのまま温度450〜500℃、圧力0.1〜5mm
Hgの条件下で0.2〜30分間第二段熱処理する。
本発明の方法に用いる原料油は、石油系残油で
あるが、ここで石油系残油としては石油留分の接
触分解残油、ナフサ等の熱分解残油など芳香族炭
化水素含量の高いものが好適に用いられる。
本発明の方法においては、このような石油系残
油を予め減圧蒸留して、沸点約400℃以下の軽質
油分を留去した残油を原料ピツチとして用いる。
なお、減圧蒸留するにあたり、予めフイルター等
により石油系残油中の灰分を除去しておくことが
好ましい。
次いで、上記原料ピツチを第一段熱処理する。
この第一段熱処理は温度400〜460℃、圧力5〜50
mmHg、好ましくは温度410〜450℃、圧力10〜50
mmHgの条件で行なわれる。なお、熱処理時間は
通常0.1〜20時間、好ましくは0.2〜10時間であ
る。ここで第一段熱処理の温度が400℃未満であ
ると、反応が遅く熱処理に長時間を要し、一方
460℃を超えると、揮発分の除去量が多くなり収
率が低下し、コーキングが発生するので好ましく
ない。また、第一段熱処理の圧力が5mmHg未満
であると、揮発分の除去量が多くなり収率が低下
し、一方50mmHgを超えると、軽質分の除去が不
十分となり分子量分布が広くなるので好ましくな
い。
本発明の方法においては、上記の如くして第一
段熱処理した後、そのまま第二段熱処理する。
このようにして得られた等方性ピツチを第二段
熱処理する。この第二段熱処理は、等方性ピツチ
或いは僅かにメソ相ピツチを含む等方性ピツチを
第一段熱処理より厳しい条件で行なうものであ
り、通常温度450〜500℃、圧力0.1〜5mmHg、好
ましくは温度460〜500℃、圧力0.5〜3mmHgの条
件で0.2〜30分間行なう。ここで第二段熱処理の
温度が450℃未満であると、軽質分の除去が困難
となつて熱処理時間が長くなり、一方500℃を超
えると、収率が低下し、コーキングが発生し反応
速度の制御が困難となるので好ましくない。ま
た、第二段熱処理の圧力が0.1mmHg未満であると
収率が低下し真空装置が大がかりなものとなり、
一方5mmHgを超えると、軽質分の除去が不十分
となり分子量分布が広くなるので好ましくない。
さらに軟化点を上げるためには圧力を低くする
か、或いは処理時間を長くすればよい。
このようにして光学的異方性相の含有量が80〜
100%であり、かつピリジン不溶分の含有量が30
〜70重量%、数平均分子量が1000〜1400であると
ともに、軟化点が330〜380℃である炭素材用ピツ
チを製造することができる。
このようにして得られたピツチからピツチ系炭
素繊維を製造するには常法によりまずこのピツチ
を紡糸し、次いで不融化処理し、さらに焼成すれ
ばよい。
本発明の方法により得られる炭素材用ピツチ
は、分子量分布が狭く比較的高い軟化点となる
が、従来のピツチとは異なり軟化点より10〜60℃
高い温度で紡糸できるため、コーキングや熱分解
を招くおそれがなく、きわめて紡糸性が良好であ
る。しかも、このように比較的軟化点が高いた
め、不融化処理の時間を従来に比し大幅に短縮す
ることができる。また、本発明の炭素材用ピツチ
から得られる炭素繊維は引張強度等が高く非常に
すぐれたものである。
したがつて、本発明は炭素材料、特に炭素繊維
をはじめ、炭素フイルム、フイラメント、ヤーン
など各種炭素製品の製造に有利に利用することが
できる。
次に、本発明を実施例により説明する。
実施例 1 重質軽油の接触分解装置から得られた接触分解
残油をフイルターにより灰分を除去し、次いで減
圧蒸留により軽質油分を留去した残油(常圧換算
沸点430℃以上)を原料ピツチとして用いた。こ
の原料ピツチを温度420℃、圧力10mmHgにおいて
30分間第一段熱処理を行ない、トルエン不溶分40
重量%の等方性ピツチを得た。引き続き、この等
方性ピツチを温度460℃、圧力1mmHgにおいて20
分間第二段熱処理を行ない、光学的異方性相の含
有量が100%のピツチを得た。ここで得られたピ
ツチは数平均分子量が1130であり、ピリジン不溶
分の含有量が63.3重量%、軟化点が345℃であつ
た。
次に、このピツチを用いて紡糸温度368℃、紡
糸速度500m/分において糸径7μの繊維に紡糸し
たのち、200〜400℃まで20℃/minで昇温し10分
間で不融化処理を完了した。次いで、1500℃で10
分間焼成し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維
の引張強度は253Kg/mm2であつた。
実施例 2 実施例1において、第二段熱処理を15分間行な
つたこと以外は実施例1と同様にして光学的異方
性相の含有量が100%のピツチを得た。ここで得
られたピツチは数平均分子量が1080であり、ピリ
ジン不溶分の含有量が42.4重量%、軟化点が335
℃であつた。
次に、このピツチを実施例1と同様に紡糸し、
不融化処理後、焼成することによつて炭素繊維を
得た。得られた炭素繊維の引張強度は250Kg/mm2
であつた。
比較例 1 実施例1において、第二段熱処理を40分間行な
つたこと以外は実施例1と同様にして光学的異方
性相の含有量が100%のピツチを得た。ここで得
られたピツチは数平均分子量が1200であり、ピリ
ジン不溶分の含有量が75重量%、軟化点が370℃
であつた。このピツチは紡糸温度が400℃以上と
なり、紡糸がかなり困難であつた。実施例1と同
様に焼成して得た炭素繊維の引張強度は160Kg/
mm2であつた。なお、不融化処理時間は10分間であ
つた。
比較例 2 重質軽油の接触分解装置から得られた接触分解
残油をフイルターにより灰分を除去し、次いで減
圧蒸留により軽質油分を留去した残油(常圧換算
沸点420℃以上)を原料ピツチとして用いた。こ
の原料ピツチを温度440℃、圧力は常圧において
4時間第一段熱処理を行ない、等方性ピツチのト
ルエン不溶分の含有量が75重量%のピツチを得
た。引き続き、このピツチを温度460℃、圧力10
mmHgにおいて30分間第二段熱処理を行ない、光
学的異方性相の含有量が85%のピツチを得た。こ
こで得られたピツチは数平均分子量が950であり、
ピリジン不溶分の含有量が65重量%、軟化点が
260℃であつた。
次に、このピツチを用いて実施例1と同様に紡
糸、不融化、焼成して炭素繊維を得た。紡糸時に
糸切れがしばしば生じ、また得られた炭素繊維の
引張強度は155Kg/mm2であつた。なお、不融化処
理時間は120分間であつた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 石油系残油中の軽質油分を除去した原料ピツ
    チを、温度400〜460℃、圧力5〜50mmHgの条件
    下で第一段熱処理した後、そのまま温度450〜500
    ℃、圧力0.1〜5mmHgの条件下で0.2〜30分間第二
    段熱処理することを特徴とする光学的異方性相の
    含有量が80〜100%であり、かつピリジン不溶分
    の含有量が30〜70重量%、数平均分子量が1000〜
    1400であるとともに、軟化点が330〜380℃である
    炭素材用ピツチの製造方法。
JP59056211A 1984-03-26 1984-03-26 炭素材用ピッチの製造方法 Granted JPS60202189A (ja)

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