JPH06146120A - 高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 - Google Patents
高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法Info
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- JPH06146120A JPH06146120A JP31570692A JP31570692A JPH06146120A JP H06146120 A JPH06146120 A JP H06146120A JP 31570692 A JP31570692 A JP 31570692A JP 31570692 A JP31570692 A JP 31570692A JP H06146120 A JPH06146120 A JP H06146120A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 引張強度及び引張弾性率が高く且つそれら強
度及び弾性率のバラツキの少ないピッチ系炭素繊維を得
ることである。 【構成】 ピッチ繊維を温度１３０〜２２０℃の酸化性
ガス雰囲気中で極く短時間前処理した後、酸化性ガス雰
囲気中で２〜４０℃／分の昇温速度で不融化し、得られ
た不融化繊維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜
５００℃まで、昇温速度を１０〜４００℃／分の範囲で
変更して昇温し、その最高温度で１〜６０分保持して予
備炭化し、その後炭化した。 【効果】 上記条件の予備炭化を経ることによって炭化
後のピッチ系炭素繊維は、真円度が０．７０〜０．９０
に低下した楕円形の断面形状を呈すると共に、真円度の
バラツキが変動係数値で５％以下と少なく、このため高
引張強度及び高引張弾性率が発現され、その強度及び弾
性率のバラツキも少ない。
度及び弾性率のバラツキの少ないピッチ系炭素繊維を得
ることである。 【構成】 ピッチ繊維を温度１３０〜２２０℃の酸化性
ガス雰囲気中で極く短時間前処理した後、酸化性ガス雰
囲気中で２〜４０℃／分の昇温速度で不融化し、得られ
た不融化繊維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜
５００℃まで、昇温速度を１０〜４００℃／分の範囲で
変更して昇温し、その最高温度で１〜６０分保持して予
備炭化し、その後炭化した。 【効果】 上記条件の予備炭化を経ることによって炭化
後のピッチ系炭素繊維は、真円度が０．７０〜０．９０
に低下した楕円形の断面形状を呈すると共に、真円度の
バラツキが変動係数値で５％以下と少なく、このため高
引張強度及び高引張弾性率が発現され、その強度及び弾
性率のバラツキも少ない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ピッチ系炭素繊維、特
に楕円形の断面形状を有する高強度、高弾性率ピッチ系
炭素繊維及びその製造方法に関する。本明細書にて、
「炭素繊維」とは特に明記しない場合には炭素繊維のみ
ならず黒鉛繊維をも含めて使用する。
に楕円形の断面形状を有する高強度、高弾性率ピッチ系
炭素繊維及びその製造方法に関する。本明細書にて、
「炭素繊維」とは特に明記しない場合には炭素繊維のみ
ならず黒鉛繊維をも含めて使用する。
【０００２】
【従来の技術】石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質
ピッチから製造されるピッチ系炭素繊維は、現在最も多
量に製造されているレ−ヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維に
比較して炭化収率が高く、弾性率等の物理的特性も優れ
ており、更に低コストにて製造し得るという利点を有し
ているために近年注目を浴びている。
ピッチから製造されるピッチ系炭素繊維は、現在最も多
量に製造されているレ−ヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維に
比較して炭化収率が高く、弾性率等の物理的特性も優れ
ており、更に低コストにて製造し得るという利点を有し
ているために近年注目を浴びている。
【０００３】現在、ピッチ系炭素繊維は、（１）石油系
ピッチ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適したメソフェ
ースピッチを調製し、該ピッチを加熱溶融して紡糸機に
て紡糸し、得られたピッチ繊維を収束して繊維束と為し
た後、（２）前記ピッチ繊維を不融化炉にて酸化性雰囲
気下にて２５０〜３５０℃までに加熱して不融化し、
（３）得られた不融化繊維を予備炭化炉にて不活性ガス
雰囲気中で４００〜１３００℃まで加熱して予備炭化
し、（４）次いで、予備炭化された予備炭化繊維を炭化
炉にて不活性ガス雰囲気下にて３０００℃以下にまで加
熱して炭化或いは黒鉛化すること、により製造されてい
る。
ピッチ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適したメソフェ
ースピッチを調製し、該ピッチを加熱溶融して紡糸機に
て紡糸し、得られたピッチ繊維を収束して繊維束と為し
た後、（２）前記ピッチ繊維を不融化炉にて酸化性雰囲
気下にて２５０〜３５０℃までに加熱して不融化し、
（３）得られた不融化繊維を予備炭化炉にて不活性ガス
雰囲気中で４００〜１３００℃まで加熱して予備炭化
し、（４）次いで、予備炭化された予備炭化繊維を炭化
炉にて不活性ガス雰囲気下にて３０００℃以下にまで加
熱して炭化或いは黒鉛化すること、により製造されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにして製造
されるピッチ系炭素繊維によれば、かなり高レベルの引
張強度及び引張弾性率が得られているが、より高強度、
高弾性率の炭素繊維の出現が望まれている。
されるピッチ系炭素繊維によれば、かなり高レベルの引
張強度及び引張弾性率が得られているが、より高強度、
高弾性率の炭素繊維の出現が望まれている。
【０００５】本発明者等は、引張強度、引張弾性率がよ
り高いピッチ系炭素繊維を得るべく鋭意研究を重ねた。
その結果、次のことを知見した。
り高いピッチ系炭素繊維を得るべく鋭意研究を重ねた。
その結果、次のことを知見した。
【０００６】即ち、ピッチ系炭素繊維の横断面形状を楕
円形とし（真円度０．７０〜０．９０）、その断面形状
のバラツキを少なくした均一な断面形状を有するように
することにより、高い引張強度及び引張弾性率を発現で
きることが分った。
円形とし（真円度０．７０〜０．９０）、その断面形状
のバラツキを少なくした均一な断面形状を有するように
することにより、高い引張強度及び引張弾性率を発現で
きることが分った。
【０００７】これらのピッチ系炭素繊維は、円形の多孔
ノズルを有する溶融紡糸機により押出されて紡糸され、
紡糸されたピッチ繊維を極短時間前処理した後、ピッチ
繊維を温度１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で極
短時間不融化し、そして前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰
囲気中で２〜４０℃／分の昇温速度で更に不融化し、得
られた不融化繊維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４０
０〜５００℃までの昇温速度を１０〜４００℃／分の範
囲で変更して昇温し、その最高温度で１〜６０分保持し
て予備炭化し、引き続き２００℃／分の昇温速度で最高
温度６００〜１３００℃まで昇温して更に予備炭化し、
その後炭化することにより得られる。
ノズルを有する溶融紡糸機により押出されて紡糸され、
紡糸されたピッチ繊維を極短時間前処理した後、ピッチ
繊維を温度１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で極
短時間不融化し、そして前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰
囲気中で２〜４０℃／分の昇温速度で更に不融化し、得
られた不融化繊維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４０
０〜５００℃までの昇温速度を１０〜４００℃／分の範
囲で変更して昇温し、その最高温度で１〜６０分保持し
て予備炭化し、引き続き２００℃／分の昇温速度で最高
温度６００〜１３００℃まで昇温して更に予備炭化し、
その後炭化することにより得られる。
【０００８】通常、ピッチの溶融紡糸に使用する紡糸口
金のノズルは、ノズル加工の容易さから円形のノズル孔
を有するノズルが多用されており、このため従来は、ピ
ッチ繊維以下、最終的に得られる炭素繊維まで、その断
面形状は円形であるが、上記条件の予備炭化を経ること
により、得られる炭素繊維は楕円形の断面形状となり、
且つその断面形状のバラツキが変動係数値で５％以下の
均一な楕円形状のものとなり、そうすることで引張強度
及び引張弾性率が著しく高くなる。以上を知見した。
金のノズルは、ノズル加工の容易さから円形のノズル孔
を有するノズルが多用されており、このため従来は、ピ
ッチ繊維以下、最終的に得られる炭素繊維まで、その断
面形状は円形であるが、上記条件の予備炭化を経ること
により、得られる炭素繊維は楕円形の断面形状となり、
且つその断面形状のバラツキが変動係数値で５％以下の
均一な楕円形状のものとなり、そうすることで引張強度
及び引張弾性率が著しく高くなる。以上を知見した。
【０００９】本発明は上記知見により為されたもので、
高強度、高弾性率であり、且つそれら強度及び弾性率の
バラツキの少ないピッチ系炭素繊維及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
高強度、高弾性率であり、且つそれら強度及び弾性率の
バラツキの少ないピッチ系炭素繊維及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明に係
る高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造法に
て達成される。要約すれば本発明は、断面の真円度が
０．７０〜０．９０であり、その真円度のバラツキが変
動係数値で５％以下である均一な楕円形断面を有するこ
とを特徴とする高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維であ
る。
る高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造法に
て達成される。要約すれば本発明は、断面の真円度が
０．７０〜０．９０であり、その真円度のバラツキが変
動係数値で５％以下である均一な楕円形断面を有するこ
とを特徴とする高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維であ
る。
【００１１】又本発明は、紡糸されたピッチ繊維を温度
１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で極く短時間前
処理した後、前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中で２
〜４０℃／分の昇温速度で不融化し、得られた不融化繊
維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜５００℃ま
での昇温速度を１０〜４００℃／分の範囲で変更して昇
温し、その最高温度で１〜６０分保持して予備炭化し、
引き続き２００℃／分以上の昇温速度で最高温度６００
〜１３００℃まで昇温して更に予備炭化し、その後炭化
することを特徴とする高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊
維の製造方法である。
１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で極く短時間前
処理した後、前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中で２
〜４０℃／分の昇温速度で不融化し、得られた不融化繊
維を不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜５００℃ま
での昇温速度を１０〜４００℃／分の範囲で変更して昇
温し、その最高温度で１〜６０分保持して予備炭化し、
引き続き２００℃／分以上の昇温速度で最高温度６００
〜１３００℃まで昇温して更に予備炭化し、その後炭化
することを特徴とする高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊
維の製造方法である。
【００１２】以下、本発明について詳細に説明する。
【００１３】本発明のピッチ系炭素繊維は断面が楕円形
状をしており、０．７０〜０．９０の真円度を有する。
状をしており、０．７０〜０．９０の真円度を有する。
【００１４】本発明において、繊維断面の真円度とは、
繊維断面に当て嵌められる楕円の長軸の長さに対する短
軸の長さの比、即ち、 真円度＝短軸の長さ÷長軸の長さ として定義される。
繊維断面に当て嵌められる楕円の長軸の長さに対する短
軸の長さの比、即ち、 真円度＝短軸の長さ÷長軸の長さ として定義される。
【００１５】この繊維断面の真円度の測定方法は次の通
りである。炭素繊維をポリエステル樹脂に埋め込み、炭
素繊維の断面を露出及び研摩した後、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）により繊維の８００倍の断面写真を撮影し、
その写真上で繊維断面の長軸及び短軸の長さを測定する
ことにより求める。
りである。炭素繊維をポリエステル樹脂に埋め込み、炭
素繊維の断面を露出及び研摩した後、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）により繊維の８００倍の断面写真を撮影し、
その写真上で繊維断面の長軸及び短軸の長さを測定する
ことにより求める。
【００１６】本発明では、繊維２０本をランダムに選ん
で真円度を測定し、その２０本の繊維についての真円度
の平均と真円度のバラツキ（変動係数値）を求めた。
で真円度を測定し、その２０本の繊維についての真円度
の平均と真円度のバラツキ（変動係数値）を求めた。
【００１７】変動係数値（ＣＶ値）は、Ｓ：真円度の標
準偏差、ｘ0 ：真円度の平均値として、 ＣＶ値（％）＝Ｓ／ｘ0 ×１００ の式から求める。
準偏差、ｘ0 ：真円度の平均値として、 ＣＶ値（％）＝Ｓ／ｘ0 ×１００ の式から求める。
【００１８】本発明のピッチ系炭素繊維では、真円度が
０．７０〜０．９０の楕円形断面を呈し、且つ真円度の
変動係数値（ＣＶ値）が５％以下でバラツキが少ないた
めに、３５０ｋｇ／ｍｍ2 以上の引張強度及び５０トン
／ｍｍ2 以上の引張弾性率が容易に得られる。結果とし
て、強度及び弾性率のバラツキが少なく、本発明のピッ
チ系炭素繊維の強度及び弾性率のバラツキは、それぞれ
ＣＶ値で３％以下及び１％以下である。
０．７０〜０．９０の楕円形断面を呈し、且つ真円度の
変動係数値（ＣＶ値）が５％以下でバラツキが少ないた
めに、３５０ｋｇ／ｍｍ2 以上の引張強度及び５０トン
／ｍｍ2 以上の引張弾性率が容易に得られる。結果とし
て、強度及び弾性率のバラツキが少なく、本発明のピッ
チ系炭素繊維の強度及び弾性率のバラツキは、それぞれ
ＣＶ値で３％以下及び１％以下である。
【００１９】繊維断面の真円度が０．７０を下回る場合
は、断面形状のバラツキの変動係数値を５％以下にでき
ないため、又０．９０を上回る場合は、強度及び弾性率
の発現が十分なように断面形状を楕円形にできないため
に、所期の高い引張強度及び引張弾性率を得ることがで
きない。
は、断面形状のバラツキの変動係数値を５％以下にでき
ないため、又０．９０を上回る場合は、強度及び弾性率
の発現が十分なように断面形状を楕円形にできないため
に、所期の高い引張強度及び引張弾性率を得ることがで
きない。
【００２０】このような炭素繊維は次のようにして製造
されるが、この中で不融化繊維の予備炭化の条件が特に
重要である。
されるが、この中で不融化繊維の予備炭化の条件が特に
重要である。
【００２１】先ず、ピッチとしては、石油系の各種重質
油、熱分解タール、接触分解タール、石炭の乾溜によっ
て得られる重質油、タールなどを原料として、その熱分
解重縮合により得られるメソフェースピッチ（光学的異
方性ピッチ）を使用することができるが、好ましくは接
触分解タールを原料とするものがよい。
油、熱分解タール、接触分解タール、石炭の乾溜によっ
て得られる重質油、タールなどを原料として、その熱分
解重縮合により得られるメソフェースピッチ（光学的異
方性ピッチ）を使用することができるが、好ましくは接
触分解タールを原料とするものがよい。
【００２２】更に好ましいピッチとしては、弗化水素、
三弗化硼素触媒の存在下で芳香族炭化水素類（縮合多環
水素又はこれらを含有するピッチ原料）を重合して得ら
れるメソフェースピッチを使用することができる。
三弗化硼素触媒の存在下で芳香族炭化水素類（縮合多環
水素又はこれらを含有するピッチ原料）を重合して得ら
れるメソフェースピッチを使用することができる。
【００２３】更にメソフェースピッチとしては、上記の
接触分解重縮合により得たメソフェースピッチと、芳香
族炭化水素類を原料として弗化水素、三弗化硼素触媒の
存在下でを重合して得られるメソフェースピッチとを混
合したメソフェースピッチを使用することができる。
接触分解重縮合により得たメソフェースピッチと、芳香
族炭化水素類を原料として弗化水素、三弗化硼素触媒の
存在下でを重合して得られるメソフェースピッチとを混
合したメソフェースピッチを使用することができる。
【００２４】メソフェースピッチとして使用するピッチ
のメソフェースピッチ含有量は、メソフェースピッチが
７０〜１００％が好ましく、特に実質的に１００％のメ
ソフェースピッチを含有するピッチが好ましい。
のメソフェースピッチ含有量は、メソフェースピッチが
７０〜１００％が好ましく、特に実質的に１００％のメ
ソフェースピッチを含有するピッチが好ましい。
【００２５】メソフェースピッチの軟化点は、１８０〜
４００℃のものが使用できるが、本発明では、好ましく
は軟化点が２５０℃以上、更に好ましくは２７０℃以上
であるものがよい。
４００℃のものが使用できるが、本発明では、好ましく
は軟化点が２５０℃以上、更に好ましくは２７０℃以上
であるものがよい。
【００２６】このようなピッチを公知の溶融紡糸法によ
りピッチ繊維に紡糸する。例えば直径０．１〜０．５ｍ
ｍのノズル孔を１００〜２０００個程度有する紡糸口金
から、２８０〜３７０℃の間の所定温度に保持した溶融
ピッチを不活性ガス中に押出してピッチ繊維を紡糸す
る。紡糸されたピッチ繊維は、そのまま収束させてピッ
チ繊維束とする。
りピッチ繊維に紡糸する。例えば直径０．１〜０．５ｍ
ｍのノズル孔を１００〜２０００個程度有する紡糸口金
から、２８０〜３７０℃の間の所定温度に保持した溶融
ピッチを不活性ガス中に押出してピッチ繊維を紡糸す
る。紡糸されたピッチ繊維は、そのまま収束させてピッ
チ繊維束とする。
【００２７】次いで得られたピッチ繊維を不融化に先立
って、温度１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で急
速に昇温して極く短時間前処理する。
って、温度１３０〜２２０℃の酸化性ガス雰囲気中で急
速に昇温して極く短時間前処理する。
【００２８】酸化性ガスとしては、オゾン、ＮＯｘ、Ｓ
Ｏｘ、塩素等のハロゲンガスを含む空気を用いる。オゾ
ン、ＮＯｘ、ＳＯｘを含む空気と酸素の混合ガスを用い
てもよく、オゾン、ＮＯｘ、ＳＯｘを含む酸素ガスを使
用することもできる。
Ｏｘ、塩素等のハロゲンガスを含む空気を用いる。オゾ
ン、ＮＯｘ、ＳＯｘを含む空気と酸素の混合ガスを用い
てもよく、オゾン、ＮＯｘ、ＳＯｘを含む酸素ガスを使
用することもできる。
【００２９】オゾンを使用する場合、オゾンを含む酸化
性ガス雰囲気中のオゾン含有量は、十分な反応効果を得
るために０．１ｗｔ％以上必要であるが、１０ｗｔ％を
超えると過度の反応が起こり易く、予備的な不融化の目
的が達成されない等の問題が生じるので、０．１〜１０
ｗｔ％の範囲が良く、好ましくは０．３〜５ｗｔ％とす
る。
性ガス雰囲気中のオゾン含有量は、十分な反応効果を得
るために０．１ｗｔ％以上必要であるが、１０ｗｔ％を
超えると過度の反応が起こり易く、予備的な不融化の目
的が達成されない等の問題が生じるので、０．１〜１０
ｗｔ％の範囲が良く、好ましくは０．３〜５ｗｔ％とす
る。
【００３０】前処理の雰囲気としては、酸素濃度２０〜
１００％の酸化性ガスを用いても良い。この例として空
気、空気と酸素の混合ガス又は酸素ガスが用いられる。
１００％の酸化性ガスを用いても良い。この例として空
気、空気と酸素の混合ガス又は酸素ガスが用いられる。
【００３１】不融化の前処理における処理温度は、上記
したように１３０〜２２０℃とする。１３０℃未満であ
ると反応速度が遅く、ピッチ繊維の表面のみを選択的に
酸化するのが困難であり、逆に反応温度が２２０℃を超
えると、ピッチ繊維が融膠着を起こすので好ましくな
い。
したように１３０〜２２０℃とする。１３０℃未満であ
ると反応速度が遅く、ピッチ繊維の表面のみを選択的に
酸化するのが困難であり、逆に反応温度が２２０℃を超
えると、ピッチ繊維が融膠着を起こすので好ましくな
い。
【００３２】処理時間は、スキン層のみを反応させる必
要があることから７分以下、好ましくは０．５〜５分で
ある。
要があることから７分以下、好ましくは０．５〜５分で
ある。
【００３３】次いで前記の前処理したピッチ繊維を酸化
性ガス雰囲気中で２〜４０℃／分、好ましくは４〜２０
℃／分の昇温速度で２５０〜３５０℃まで昇温して不融
化する。
性ガス雰囲気中で２〜４０℃／分、好ましくは４〜２０
℃／分の昇温速度で２５０〜３５０℃まで昇温して不融
化する。
【００３４】酸化性ガス雰囲気としては、酸素濃度２０
〜１００％の酸化性ガスが用いられる。
〜１００％の酸化性ガスが用いられる。
【００３５】不融化の処理温度は、最高温度２５０〜３
５０℃である。最高温度が２５０℃未満ではピッチ繊維
を有効に不融化できず、逆に３５０℃を上回ると繊維の
内部まで酸化されて、繊維表面の酸化と云う不融化にな
らない。
５０℃である。最高温度が２５０℃未満ではピッチ繊維
を有効に不融化できず、逆に３５０℃を上回ると繊維の
内部まで酸化されて、繊維表面の酸化と云う不融化にな
らない。
【００３６】最高温度までの昇温速度は、不融化を急速
に行なわせることから２℃／分以上必要であるが、４０
℃／分を超えると繊維の酸化が進まないので、これ以下
とされる。
に行なわせることから２℃／分以上必要であるが、４０
℃／分を超えると繊維の酸化が進まないので、これ以下
とされる。
【００３７】不融化時間は用いるガス雰囲気によって異
なるが、通常２０分以下あれば十分である。
なるが、通常２０分以下あれば十分である。
【００３８】このようにして得られた不融化繊維の断面
形状は円形であり、溶融紡糸して得られたピッチ繊維の
断面形状と変わらない。
形状は円形であり、溶融紡糸して得られたピッチ繊維の
断面形状と変わらない。
【００３９】上記のようにして得られた不融化繊維は、
次いで不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜５００℃
まで１０〜４００℃／分の範囲で昇温速度、特に４３０
℃までの昇温速度を変更して昇温を行ない、そしてその
最高温度で１〜６０分保持し、引き続き２００℃／分以
上の昇温速度で最高温度６００〜１３００℃まで昇温す
る。これにより不融化繊維の予備炭化をする。
次いで不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜５００℃
まで１０〜４００℃／分の範囲で昇温速度、特に４３０
℃までの昇温速度を変更して昇温を行ない、そしてその
最高温度で１〜６０分保持し、引き続き２００℃／分以
上の昇温速度で最高温度６００〜１３００℃まで昇温す
る。これにより不融化繊維の予備炭化をする。
【００４０】本発明では、不融化繊維にこのような条件
の予備炭化を施すことにより、その外殻のスキン層を変
形して楕円形にし、断面形状のバラツキを変動係数値で
５％以下にさせるものである。
の予備炭化を施すことにより、その外殻のスキン層を変
形して楕円形にし、断面形状のバラツキを変動係数値で
５％以下にさせるものである。
【００４１】上記の予備炭化により断面形状を制御する
ためには、最高温度４００〜５００℃までの昇温速度、
特に４３０℃までの昇温速度が極めて重要である。最高
温度４００〜５００℃、特に４３０℃までの昇温速度が
１０℃／分未満では、予備炭化処理に時間がかかるばか
りでなく、断面形状の真円度が０．９０を超え、引張強
度及び引張弾性率の発現が悪くなるので好ましくない。
一方、最高温度までの昇温速度が４００℃／分を超える
と、断面形状の真円度が０．７０未満となり、変形が大
きすぎてバラツキが多くなり、引張強度及び引張弾性率
の低下につながるので、同様に好ましくない。
ためには、最高温度４００〜５００℃までの昇温速度、
特に４３０℃までの昇温速度が極めて重要である。最高
温度４００〜５００℃、特に４３０℃までの昇温速度が
１０℃／分未満では、予備炭化処理に時間がかかるばか
りでなく、断面形状の真円度が０．９０を超え、引張強
度及び引張弾性率の発現が悪くなるので好ましくない。
一方、最高温度までの昇温速度が４００℃／分を超える
と、断面形状の真円度が０．７０未満となり、変形が大
きすぎてバラツキが多くなり、引張強度及び引張弾性率
の低下につながるので、同様に好ましくない。
【００４２】又最高温度４００〜５００℃、特に４３０
℃までの温度での保持時間は、断面形状のバラツキをな
くす上で極めて重要である。保持時間が短いと、断面形
状の真円度のバラツキが変動係数値で５％以上となり、
引張強度及び引張弾性率が低下するので好ましくなく、
又保持時間が長いと、予備炭化処理時間が長くなるので
効率的でない。このようなことから最高温度４００〜５
００℃、特に４３０℃までの温度での保持は、１〜６０
分の時間、好ましくは５〜２０分で実施される。
℃までの温度での保持時間は、断面形状のバラツキをな
くす上で極めて重要である。保持時間が短いと、断面形
状の真円度のバラツキが変動係数値で５％以上となり、
引張強度及び引張弾性率が低下するので好ましくなく、
又保持時間が長いと、予備炭化処理時間が長くなるので
効率的でない。このようなことから最高温度４００〜５
００℃、特に４３０℃までの温度での保持は、１〜６０
分の時間、好ましくは５〜２０分で実施される。
【００４３】予備炭化の開始温度は特に制限はないが、
好ましくは、不融化の最高温度と同温度以下とされる。
好ましくは、不融化の最高温度と同温度以下とされる。
【００４４】以上のように予備炭化された繊維は、引き
続き２００℃／分以上の昇温速度で６００〜１２００℃
まで昇温して更に予備炭化する。
続き２００℃／分以上の昇温速度で６００〜１２００℃
まで昇温して更に予備炭化する。
【００４５】以上の予備炭化により得られた予備炭化繊
維は、次いで不活性ガス雰囲気中で最高温度３０００℃
で炭化して炭素繊維が得られ、必要に応じて更に黒鉛化
して黒鉛繊維が得られる。
維は、次いで不活性ガス雰囲気中で最高温度３０００℃
で炭化して炭素繊維が得られ、必要に応じて更に黒鉛化
して黒鉛繊維が得られる。
【００４６】本発明の炭素繊維は以上のように製造さ
れ、上記した特異な条件の予備炭化過程を経ることによ
り、繊維断面にロングウエーブ状に形成された組織を有
し、このため本発明の炭素繊維は以上のように製造さ
れ、上記した特異な条件の予備炭化過程を経ることによ
り、真円度が０．７０〜０．９０の楕円形断面を呈し、
且つ真円度のバラツキが変動係数値で５％以下となっ
て、引張強度３５０ｋｇ／ｍｍ2、引張弾性率５０トン
／ｍｍ2 以上のより向上した物性値が容易に得られ、結
果として、その引張強度及び引張弾性率のバラツキを、
それぞれ変動係数値で例えば３％以下及び１％以下と少
なくすることができる。
れ、上記した特異な条件の予備炭化過程を経ることによ
り、繊維断面にロングウエーブ状に形成された組織を有
し、このため本発明の炭素繊維は以上のように製造さ
れ、上記した特異な条件の予備炭化過程を経ることによ
り、真円度が０．７０〜０．９０の楕円形断面を呈し、
且つ真円度のバラツキが変動係数値で５％以下となっ
て、引張強度３５０ｋｇ／ｍｍ2、引張弾性率５０トン
／ｍｍ2 以上のより向上した物性値が容易に得られ、結
果として、その引張強度及び引張弾性率のバラツキを、
それぞれ変動係数値で例えば３％以下及び１％以下と少
なくすることができる。
【００４７】以下、本発明を実施例により更に説明す
る。
る。
【００４８】
実施例１ 接触分解タールを原料として熱分解重縮合により得た、
光学的異方性相９７％からなる軟化点２６７℃の炭素繊
維用メソフェースピッチを、５００孔のノズル孔（円
形、直径０．３ｍｍ）を設けた紡糸口金を有する溶融紡
糸機に通し、温度３５０℃で押出してピッチ繊維を溶融
紡糸した。押出されたピッチ繊維は合糸して、３０００
フィラメントのピッチ繊維束とされた。
光学的異方性相９７％からなる軟化点２６７℃の炭素繊
維用メソフェースピッチを、５００孔のノズル孔（円
形、直径０．３ｍｍ）を設けた紡糸口金を有する溶融紡
糸機に通し、温度３５０℃で押出してピッチ繊維を溶融
紡糸した。押出されたピッチ繊維は合糸して、３０００
フィラメントのピッチ繊維束とされた。
【００４９】このピッチ繊維を、不融化に先立って、１
９０℃の空気雰囲気中に導入して、３分間前処理した。
９０℃の空気雰囲気中に導入して、３分間前処理した。
【００５０】次いで前処理したピッチ繊維を酸素／窒素
＝６０／４０の富酸素雰囲気に導入して、１９０℃から
３００℃までの昇温速度８℃／分で昇温し、不融化を行
なった。不融化時間は１４分であった。このようにして
得られた不融化繊維の断面は、真円度０．９９であっ
た。
＝６０／４０の富酸素雰囲気に導入して、１９０℃から
３００℃までの昇温速度８℃／分で昇温し、不融化を行
なった。不融化時間は１４分であった。このようにして
得られた不融化繊維の断面は、真円度０．９９であっ
た。
【００５１】次に上記の不融化繊維を窒素含有雰囲気中
に導入し、３００℃から４２５℃まで２００℃／分で昇
温し、その後４００℃で１０分間保持して予備炭化処理
した。
に導入し、３００℃から４２５℃まで２００℃／分で昇
温し、その後４００℃で１０分間保持して予備炭化処理
した。
【００５２】次いで２００℃／分の昇温速度で２０００
℃まで昇温して炭素繊維を得た。
℃まで昇温して炭素繊維を得た。
【００５３】このようにして得られた炭素繊維の断面の
真円度は０．８０であり、真円度のバラツキのＣＶ値は
４．０％であった。
真円度は０．８０であり、真円度のバラツキのＣＶ値は
４．０％であった。
【００５４】ＪＩＳＲ７６０１に基づく引張強度は３６
５ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は５８トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは１．２％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．８％（ＣＶ値）と小さかっ
た。
５ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は５８トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは１．２％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．８％（ＣＶ値）と小さかっ
た。
【００５５】実施例２ 不融化繊維を窒素雰囲気中に導入し、３００℃から４２
５℃まで４００℃／分で昇温し、その後４００℃で１０
分間保持した以外は、実施例１と同様に処理した。
５℃まで４００℃／分で昇温し、その後４００℃で１０
分間保持した以外は、実施例１と同様に処理した。
【００５６】このようにして得られた炭素繊維の断面の
真円度は０．７２であり、真円度のバラツキは４．５％
（ＣＶ値）であった。
真円度は０．７２であり、真円度のバラツキは４．５％
（ＣＶ値）であった。
【００５７】ＪＩＳＲ７６０１に基づく引張強度は３８
０ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は６０トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは２．４％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．９％（ＣＶ値）と少なかっ
た。
０ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は６０トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは２．４％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．９％（ＣＶ値）と少なかっ
た。
【００５８】実施例３ 不融化繊維を窒素雰囲気中に導入し、３００℃から４２
５℃まで５０℃／分で昇温し、その後４００℃で１０分
間保持した以外は、実施例１と同様に処理した。
５℃まで５０℃／分で昇温し、その後４００℃で１０分
間保持した以外は、実施例１と同様に処理した。
【００５９】このようにして得られた炭素繊維の断面の
真円度は０．９２であり、真円度のバラツキは３．１％
（ＣＶ値）であった。
真円度は０．９２であり、真円度のバラツキは３．１％
（ＣＶ値）であった。
【００６０】ＪＩＳＲ７６０１に基づく引張強度は３５
１ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は５６トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは２．１％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．４％（ＣＶ値）と少なかっ
た。
１ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は５６トン／ｍｍ2 と高
く、その引張強度のバラツキは２．１％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは０．４％（ＣＶ値）と少なかっ
た。
【００６１】比較例１ 不融化繊維を３００℃から４２５℃まで２００℃／分で
昇温したが、実施例１と異なり、その後の４００℃、１
０分間の保持は行なわなかった。それ以外は実施例１と
同様に処理した。
昇温したが、実施例１と異なり、その後の４００℃、１
０分間の保持は行なわなかった。それ以外は実施例１と
同様に処理した。
【００６２】この場合、得られた炭素繊維の断面の真円
度は０．８１であったが、真円度のバラツキは２１％
（ＣＶ値）であり、極めてバラツキの多いものであっ
た。
度は０．８１であったが、真円度のバラツキは２１％
（ＣＶ値）であり、極めてバラツキの多いものであっ
た。
【００６３】ＪＩＳＲ７６０１に基づく引張強度は３３
０ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は４８トン／ｍｍ2 と低
く、又その引張強度のバラツキは１０％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは６．１％（ＣＶ値）と高いもので
あった。
０ｋｇ／ｍｍ2 、引張弾性率は４８トン／ｍｍ2 と低
く、又その引張強度のバラツキは１０％（ＣＶ値）、引
張弾性率のバラツキは６．１％（ＣＶ値）と高いもので
あった。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、不融
化繊維の予備炭化を特異な条件で行なうことにより、炭
化後に得られるピッチ系炭素繊維は、繊維断面が楕円形
状を呈すると共に、真円度のバラツキが変動係数値で５
％以下と少なく、このため引張強度及び引張弾性率が高
く、且つそれら強度及び弾性率のバラツキが少ない。
化繊維の予備炭化を特異な条件で行なうことにより、炭
化後に得られるピッチ系炭素繊維は、繊維断面が楕円形
状を呈すると共に、真円度のバラツキが変動係数値で５
％以下と少なく、このため引張強度及び引張弾性率が高
く、且つそれら強度及び弾性率のバラツキが少ない。
Claims (2)
- 【請求項１】 断面の真円度が０．７０〜０．９０であ
り、その真円度のバラツキが変動係数値で５％以下であ
る均一な楕円形断面を有することを特徴とする高強度、
高弾性率ピッチ系炭素繊維。 - 【請求項２】 紡糸されたピッチ繊維を温度１３０〜２
２０℃の酸化性ガス雰囲気中で極く短時間前処理した
後、前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中で２〜４０℃
／分の昇温速度で不融化し、得られた不融化繊維を不活
性ガス雰囲気中で最高温度４００〜５００℃までの昇温
速度を１０〜４００℃／分の範囲で変更して昇温し、そ
の最高温度で１〜６０分保持して予備炭化し、引き続き
２００℃／分以上の昇温速度で最高温度６００〜１３０
０℃まで昇温して更に予備炭化し、その後炭化すること
を特徴とする高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570692A JPH06146120A (ja) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | 高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570692A JPH06146120A (ja) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | 高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06146120A true JPH06146120A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=18068565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31570692A Pending JPH06146120A (ja) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | 高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06146120A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229573A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Toho Tenax Co Ltd | ポリアクリロニトリル系炭素繊維ストランド及びその製造方法 |
| EP2628827A4 (en) * | 2010-10-13 | 2014-07-09 | Mitsubishi Rayon Co | CARBON FIBER PRE-RUNNER FIBER BUNDLE, CARBON FIBER BUNDLE AND USES THEREOF |
| WO2014132993A1 (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-04 | Nok株式会社 | 中空糸状炭素膜の製造方法 |
| JPWO2013147257A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-12-14 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維熱可塑性樹脂プリプレグ、炭素繊維複合材料、ならびに製造方法 |
| WO2025239408A1 (ja) * | 2024-05-17 | 2025-11-20 | 株式会社クラレ | 織物および樹脂含浸織物 |
-
1992
- 1992-10-31 JP JP31570692A patent/JPH06146120A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229573A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Toho Tenax Co Ltd | ポリアクリロニトリル系炭素繊維ストランド及びその製造方法 |
| EP2628827A4 (en) * | 2010-10-13 | 2014-07-09 | Mitsubishi Rayon Co | CARBON FIBER PRE-RUNNER FIBER BUNDLE, CARBON FIBER BUNDLE AND USES THEREOF |
| US11332852B2 (en) | 2010-10-13 | 2022-05-17 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon-fiber-precursor fiber bundle, carbon fiber bundle, and uses thereof |
| JP5682570B2 (ja) * | 2010-10-13 | 2015-03-11 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維前駆体繊維束、炭素繊維束、及びそれらの利用 |
| US10662556B2 (en) | 2010-10-13 | 2020-05-26 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon-fiber-precursor fiber bundle, carbon fiber bundle, and uses thereof |
| US9920456B2 (en) | 2010-10-13 | 2018-03-20 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon-fiber-precursor fiber bundle, carbon fiber bundle, and uses thereof |
| US10233569B2 (en) | 2010-10-13 | 2019-03-19 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon-fiber-precursor fiber bundle, carbon fiber bundle, and uses thereof |
| US10370507B2 (en) | 2012-03-29 | 2019-08-06 | Mistubishi Chemical Corporation | Carbon fiber thermoplastic resin prepreg, carbon fiber composite material and producing method |
| JPWO2013147257A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-12-14 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維熱可塑性樹脂プリプレグ、炭素繊維複合材料、ならびに製造方法 |
| US10370506B2 (en) | 2012-03-29 | 2019-08-06 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon fiber thermoplastic resin prepreg, carbon fiber composite material and producing method |
| JP2014161816A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Nok Corp | 中空糸状炭素膜の製造方法 |
| US9731250B2 (en) | 2013-02-27 | 2017-08-15 | Nok Corporation | Method for producing hollow fiber carbon membrane |
| WO2014132993A1 (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-04 | Nok株式会社 | 中空糸状炭素膜の製造方法 |
| WO2025239408A1 (ja) * | 2024-05-17 | 2025-11-20 | 株式会社クラレ | 織物および樹脂含浸織物 |
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