JPH0781210B2 - 炭素短繊維の製造方法 - Google Patents
炭素短繊維の製造方法Info
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- JPH0781210B2 JPH0781210B2 JP2131860A JP13186090A JPH0781210B2 JP H0781210 B2 JPH0781210 B2 JP H0781210B2 JP 2131860 A JP2131860 A JP 2131860A JP 13186090 A JP13186090 A JP 13186090A JP H0781210 B2 JPH0781210 B2 JP H0781210B2
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- carbon fiber
- fibers
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は綿状のピッチ系炭素短繊維及びその製造方法に
関するものである。
関するものである。
（従来の技術） 炭素繊維は、PAN系とピッチ系に大別される。現在、工
業的にはアクリロニトリルを特定条件下で焼成し製造さ
れているPAN系炭素繊維が主に高強度材料（HPタイプ）
として利用されている。しかし、PAN系繊維は炭素の含
有量が低いため、焼成工程において分解ガスの発生があ
り、また収率が50〜60％と低く、しかも高温における黒
鉛構造が発達しにくいために、高強度品は作りやすい
が、弾性率の大きなものを作るのが困難である。
業的にはアクリロニトリルを特定条件下で焼成し製造さ
れているPAN系炭素繊維が主に高強度材料（HPタイプ）
として利用されている。しかし、PAN系繊維は炭素の含
有量が低いため、焼成工程において分解ガスの発生があ
り、また収率が50〜60％と低く、しかも高温における黒
鉛構造が発達しにくいために、高強度品は作りやすい
が、弾性率の大きなものを作るのが困難である。
一方、ピッチ系炭素繊維は、石炭、石油などのピッチを
原料としているため、紡糸した繊維中の炭素含有量が95
％程度と高く、また収率も80〜90％と高く、しかも物性
面では大きな弾性率の発現に優れた特徴があるため、急
速に開発が進められて来た。
原料としているため、紡糸した繊維中の炭素含有量が95
％程度と高く、また収率も80〜90％と高く、しかも物性
面では大きな弾性率の発現に優れた特徴があるため、急
速に開発が進められて来た。
又ピッチ系炭素繊維でも、ピッチをそのまま溶融紡糸し
焼成すると、光学的等方性の炭素繊維が出来、いわゆる
汎用タイプ（GP品）の炭素繊維として安価で一定強度が
得られるとして構造物の補強材などに利用されている。
光学的異方性（メソフェース）をもつ炭素繊維は、全面
結晶性のピッチを紡糸することによって、紡糸時の剪断
応力場で液晶配列が繊維軸方向の配列となり、これを炭
化することによって巨大黒鉛結晶が生成され、高弾性率
をもつ（HMタイプ）炭素繊維となるものである。
焼成すると、光学的等方性の炭素繊維が出来、いわゆる
汎用タイプ（GP品）の炭素繊維として安価で一定強度が
得られるとして構造物の補強材などに利用されている。
光学的異方性（メソフェース）をもつ炭素繊維は、全面
結晶性のピッチを紡糸することによって、紡糸時の剪断
応力場で液晶配列が繊維軸方向の配列となり、これを炭
化することによって巨大黒鉛結晶が生成され、高弾性率
をもつ（HMタイプ）炭素繊維となるものである。
したがって、これらのそれぞれの特徴に適合した製品応
用が進められ、炭素繊維単体としてはフィルター、触
媒、電磁遮蔽材などに用いられ、複合体としては樹脂、
金属、炭素、セラミックスなどのマトリックスに対して
補強材料として用いられ、宇宙、航空用、レジャー、ス
ポーツ用、産業用等に広範に利用されている。
用が進められ、炭素繊維単体としてはフィルター、触
媒、電磁遮蔽材などに用いられ、複合体としては樹脂、
金属、炭素、セラミックスなどのマトリックスに対して
補強材料として用いられ、宇宙、航空用、レジャー、ス
ポーツ用、産業用等に広範に利用されている。
最近ではエンジニアリングプラスチックと複合して、電
子部品、自動車部品や構造材料にするための研究が進め
られている。
子部品、自動車部品や構造材料にするための研究が進め
られている。
（発明が解決しようとする課題） これらの炭素繊維を複合材料として使用する場合、特に
構造物の補強材料として大量に使用するときには、安価
で強度の高い材料が必要となる。
構造物の補強材料として大量に使用するときには、安価
で強度の高い材料が必要となる。
前述の通り、ピッチ系炭素繊維では光学的等方性の炭素
繊維（GP品）は安価である理由から、セメントとの複合
化により高層建築物の壁補強材料としてアスベストに替
わるものとして、その利用が進められて来ている。
繊維（GP品）は安価である理由から、セメントとの複合
化により高層建築物の壁補強材料としてアスベストに替
わるものとして、その利用が進められて来ている。
又その他構造用補強材として幅広い応用が検討され実施
されている。しかし強度が低いという点から、構造部材
として高強度を求められるプラスチック、金属、セラミ
ックスなどとの複合材に応用するには、必ずしも満足の
いく結果が得られていない。
されている。しかし強度が低いという点から、構造部材
として高強度を求められるプラスチック、金属、セラミ
ックスなどとの複合材に応用するには、必ずしも満足の
いく結果が得られていない。
一方、光学的異方性の炭素繊維は、光学的等方性炭素繊
維と比べて、引張り強度も高く、かつ高い弾性率を得る
ことが出来るので、強度面では多少上述の欠陥を補うこ
とが出来るが、しかしそれでもさらに破壊靭性の高い材
料を必要とする電子工業、自動車工業、宇宙産業等の要
望は満足出来ない現状であり、さらに品質の安定性と量
産性、経済性という面で、汎用的に幅広く使用出来る状
態に至っていない。さて、光学的等方性炭素繊維の紡糸
方法に関して、等方性ピッチは、ロータリースピナー
や、エヤーサッカーで延伸する方法、渦流法など、溶融
高分子などにガラス繊維化技術が応用されており、これ
らの方法で得られる繊維は、数10〜20μｍで長さ数十〜
数百mmの繊維である。そして補強材として使用するため
にはこれをさらに切断しなければならない。一方、異方
性炭素繊維は、前述の手法で製造されることもあるが、
大部分は長繊維として巻取り延伸によりローピングファ
イバーを作り、それをチョップドファイバーとするた
め、10〜15mm程度あるいはさらに短くカットしたものを
熱可塑性プラスチックなどのマトリックス材に混合し、
補強材として用いるもので、一旦、長繊維から切断工程
を経て、一定長さに切断するという作業を行っている。
維と比べて、引張り強度も高く、かつ高い弾性率を得る
ことが出来るので、強度面では多少上述の欠陥を補うこ
とが出来るが、しかしそれでもさらに破壊靭性の高い材
料を必要とする電子工業、自動車工業、宇宙産業等の要
望は満足出来ない現状であり、さらに品質の安定性と量
産性、経済性という面で、汎用的に幅広く使用出来る状
態に至っていない。さて、光学的等方性炭素繊維の紡糸
方法に関して、等方性ピッチは、ロータリースピナー
や、エヤーサッカーで延伸する方法、渦流法など、溶融
高分子などにガラス繊維化技術が応用されており、これ
らの方法で得られる繊維は、数10〜20μｍで長さ数十〜
数百mmの繊維である。そして補強材として使用するため
にはこれをさらに切断しなければならない。一方、異方
性炭素繊維は、前述の手法で製造されることもあるが、
大部分は長繊維として巻取り延伸によりローピングファ
イバーを作り、それをチョップドファイバーとするた
め、10〜15mm程度あるいはさらに短くカットしたものを
熱可塑性プラスチックなどのマトリックス材に混合し、
補強材として用いるもので、一旦、長繊維から切断工程
を経て、一定長さに切断するという作業を行っている。
これらの炭素繊維を複合材料として使用した場合、熱可
塑性プラスチックは延性材料であり、補強繊維である炭
素繊維は、引張強さ、弾性率は大きいが、延伸性が低い
ため、脆性材料としての挙動を示すので、クラックが一
旦発生すると、そのまま最終破壊まで進んで大きな事故
につながりやすく、危険なため、破壊靭性をいかに高め
るかが大きな問題となっている。そして、これらの炭素
繊維強化プラスチックが破壊する要因は、マトリックス
の破壊、マトリックスと繊維の剥離、繊維の破断、繊維
の引き抜け等があげられ、実際の破壊ではこれらの組み
合わせによるものと考えられる。しかし、中でも炭素繊
維とプラスチックの間の剥離と繊維の引き抜けが大きな
要因をしめている。
塑性プラスチックは延性材料であり、補強繊維である炭
素繊維は、引張強さ、弾性率は大きいが、延伸性が低い
ため、脆性材料としての挙動を示すので、クラックが一
旦発生すると、そのまま最終破壊まで進んで大きな事故
につながりやすく、危険なため、破壊靭性をいかに高め
るかが大きな問題となっている。そして、これらの炭素
繊維強化プラスチックが破壊する要因は、マトリックス
の破壊、マトリックスと繊維の剥離、繊維の破断、繊維
の引き抜け等があげられ、実際の破壊ではこれらの組み
合わせによるものと考えられる。しかし、中でも炭素繊
維とプラスチックの間の剥離と繊維の引き抜けが大きな
要因をしめている。
その理由は、炭素繊維が直線性の高い材料であること、
表面がなめらかで界面での接合性に問題があることなど
が考えられる。
表面がなめらかで界面での接合性に問題があることなど
が考えられる。
又、炭素繊維を単体で使用する場合、フィルター、触媒
など一定体積内に、より多くの表面積と、より多くの空
間部を設ける必要があり、網として織るか、マット状に
つみ上げて、空間部を作るためのバインダーを用いて成
形していた。網は平面的に織られたものを重ね合わせて
も空間部を一定に保つことがむずかしく、立体構造で一
定のすきまを設けた構造体にすることは大変困難であっ
た。まして、弾力構造を必要とする用途においては全く
利用することが出来なかった。
など一定体積内に、より多くの表面積と、より多くの空
間部を設ける必要があり、網として織るか、マット状に
つみ上げて、空間部を作るためのバインダーを用いて成
形していた。網は平面的に織られたものを重ね合わせて
も空間部を一定に保つことがむずかしく、立体構造で一
定のすきまを設けた構造体にすることは大変困難であっ
た。まして、弾力構造を必要とする用途においては全く
利用することが出来なかった。
そこで、本発明は、従来の技術では解決出来なかった光
学的等方性炭素繊維、光学的異方性炭素繊維又はそれら
の複合繊維の強度を飛躍的に向上させると同時に、ねじ
れ、カールを生ぜしめ、さらに綿状とし、かつ、チョッ
プドファイバーの寸法に直接紡糸出来て、切断工程のい
らないマトリックス材料との適合性のすぐれたピッチ系
炭素短繊維及びその製造方法を提供するものである。
学的等方性炭素繊維、光学的異方性炭素繊維又はそれら
の複合繊維の強度を飛躍的に向上させると同時に、ねじ
れ、カールを生ぜしめ、さらに綿状とし、かつ、チョッ
プドファイバーの寸法に直接紡糸出来て、切断工程のい
らないマトリックス材料との適合性のすぐれたピッチ系
炭素短繊維及びその製造方法を提供するものである。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の製造方法は、光学的
等方性のピッチ、光学的異方性のピッチ又は両ピッチを
紡糸装置に供給して、ピッチ吐出孔周囲よりピッチ吐出
方向に平行に吹き出す6kg/cm2以上20kg/cm2以下の高圧
のガス圧力によって紡出することによって綿状短繊維を
得て、それを不融化処理して、次いで焼成することを特
徴とするものである。
等方性のピッチ、光学的異方性のピッチ又は両ピッチを
紡糸装置に供給して、ピッチ吐出孔周囲よりピッチ吐出
方向に平行に吹き出す6kg/cm2以上20kg/cm2以下の高圧
のガス圧力によって紡出することによって綿状短繊維を
得て、それを不融化処理して、次いで焼成することを特
徴とするものである。
（作用） 上述の如く本発明の製造方法による炭素短繊維は、綿状
であることから、マトリックス材料とのなじみが良く剥
離による破壊強度が向上した。また従来、このような綿
状の炭素短繊維を得るには、一旦、長繊維として紡糸し
た繊維をチョップドストランドにするために、切断工程
を入れて、この寸法に仕上げていたものを、本発明の方
法によれば、直接最終形状にすることが出来ることで著
しい生産性の向上が可能になった。
であることから、マトリックス材料とのなじみが良く剥
離による破壊強度が向上した。また従来、このような綿
状の炭素短繊維を得るには、一旦、長繊維として紡糸し
た繊維をチョップドストランドにするために、切断工程
を入れて、この寸法に仕上げていたものを、本発明の方
法によれば、直接最終形状にすることが出来ることで著
しい生産性の向上が可能になった。
さらに、本発明の方法によって得られた繊維強度は、従
来の紡糸法で得られているものに比較して光学的等方性
炭素繊維の場合も、光学的異方性炭素繊維も、それぞれ
従来の強度と比べて約1.4〜約2.5倍の強度が得られてい
るから、複合材料にしたときの破壊靭性を高めることが
出来る。
来の紡糸法で得られているものに比較して光学的等方性
炭素繊維の場合も、光学的異方性炭素繊維も、それぞれ
従来の強度と比べて約1.4〜約2.5倍の強度が得られてい
るから、複合材料にしたときの破壊靭性を高めることが
出来る。
さらにまた、光学的等方性炭素繊維と光学的異方性炭素
繊維との複合繊維では、それぞれの膨張率の違いによ
り、ねじれとかカールがさらに大きく生じて、そのこと
によりマトリックス材料との接合性がさらに改善され
る。そして、ねじれやカールによってみかけのかさ高さ
や弾力性があり、繊維単独でも一定のふくらみをもつ綿
状繊維として利用することも出来るものである。
繊維との複合繊維では、それぞれの膨張率の違いによ
り、ねじれとかカールがさらに大きく生じて、そのこと
によりマトリックス材料との接合性がさらに改善され
る。そして、ねじれやカールによってみかけのかさ高さ
や弾力性があり、繊維単独でも一定のふくらみをもつ綿
状繊維として利用することも出来るものである。
本発明によるピッチ系炭素繊維の製造方法ではその出発
原料に芳香族六員環構造をその分子内に多くもった重質
油、一般には石炭タール、石油分解タールおよびスチー
ムクラッカータールなどが用いられる。これらの原料の
中から純度、軟化点で最適なものを選択するか、要求に
合わない場合は溶媒抽出や熱改質などの前処理を施す。
一般に原料重質油中にはフリーカーボン等の微細固形分
が含有しており、その除去が必要である。その一つとし
て、アントラセン油等の芳香族油やキノリン等の有機溶
剤に溶解し、濾過する。他方の方法として、一次熱処理
により、ピッチ中に含まれるフリーカーボン、鉱物質の
微粒、微小固形物が十分吸着されるだけのメソカーボン
微小球体を生成せしめたあと、これを抽出濾過で除去す
る。この瀘液を濃縮して得られたピッチを、さらに二次
熱処理にかけ重縮合化させると同時に、軽質分を除い
て、軟化点を調整すと共に光学的に等方性のピッチを得
る。
原料に芳香族六員環構造をその分子内に多くもった重質
油、一般には石炭タール、石油分解タールおよびスチー
ムクラッカータールなどが用いられる。これらの原料の
中から純度、軟化点で最適なものを選択するか、要求に
合わない場合は溶媒抽出や熱改質などの前処理を施す。
一般に原料重質油中にはフリーカーボン等の微細固形分
が含有しており、その除去が必要である。その一つとし
て、アントラセン油等の芳香族油やキノリン等の有機溶
剤に溶解し、濾過する。他方の方法として、一次熱処理
により、ピッチ中に含まれるフリーカーボン、鉱物質の
微粒、微小固形物が十分吸着されるだけのメソカーボン
微小球体を生成せしめたあと、これを抽出濾過で除去す
る。この瀘液を濃縮して得られたピッチを、さらに二次
熱処理にかけ重縮合化させると同時に、軽質分を除い
て、軟化点を調整すと共に光学的に等方性のピッチを得
る。
一方、光学的異方性ピッチは、ピッチを２〜３倍量にテ
トラヒドロキノリンで稀釈し、400〜450℃の温度で、10
〜30kgf/cm2の自生圧下で溶媒水添する。これを濾過し
て、フリーカーボンなどを十分除いたあと、脱溶媒す
る。最後に450〜500℃の温度で熱処理して光学的異方性
（メソフェース）のピッチを得る。他の方法としては、
石油の軟質油の流動接触分触法でガソリンを製造する
際、副製する重質タール（FFCデカントオイル）を熱処
理して、メソフェースを成形させると共に、軽質分を除
却して軟化点を調整することによってメソフェースピッ
チを得る。
トラヒドロキノリンで稀釈し、400〜450℃の温度で、10
〜30kgf/cm2の自生圧下で溶媒水添する。これを濾過し
て、フリーカーボンなどを十分除いたあと、脱溶媒す
る。最後に450〜500℃の温度で熱処理して光学的異方性
（メソフェース）のピッチを得る。他の方法としては、
石油の軟質油の流動接触分触法でガソリンを製造する
際、副製する重質タール（FFCデカントオイル）を熱処
理して、メソフェースを成形させると共に、軽質分を除
却して軟化点を調整することによってメソフェースピッ
チを得る。
こうして得た光学的等方性ピッチと、光学的異方性ピッ
チでは炭素繊維化した場合の性質が異なっている。一般
に光学的等方性ピッチを紡糸し、炭素繊維化すると、炭
化後の繊維内黒鉛結晶は微細なものとなり、繊維軸方向
配列が悪くなるため、汎用タイプ（GP品）と呼ばれ、引
張強さは100kg/mm2、弾性率5 ton/mm2前後が一般的であ
る。光学的異方性の場合、原料ピッチの調製はもちろん
であるが、特に高強度高弾性炭素繊維を得るためには、
分子の配向制御が重要であり、紡糸時の温度、ノズル形
状、液晶ピッチ特有の分子配向制御が影響する。よって
その条件で機械的特性も幅があり、現在得られている炭
素繊維の引張強さは300〜500kg/mm2、弾性率30〜70ton/
mm2である。
チでは炭素繊維化した場合の性質が異なっている。一般
に光学的等方性ピッチを紡糸し、炭素繊維化すると、炭
化後の繊維内黒鉛結晶は微細なものとなり、繊維軸方向
配列が悪くなるため、汎用タイプ（GP品）と呼ばれ、引
張強さは100kg/mm2、弾性率5 ton/mm2前後が一般的であ
る。光学的異方性の場合、原料ピッチの調製はもちろん
であるが、特に高強度高弾性炭素繊維を得るためには、
分子の配向制御が重要であり、紡糸時の温度、ノズル形
状、液晶ピッチ特有の分子配向制御が影響する。よって
その条件で機械的特性も幅があり、現在得られている炭
素繊維の引張強さは300〜500kg/mm2、弾性率30〜70ton/
mm2である。
又、光学的等方性の炭素繊維は熱膨張率は1000℃で４×
10-6/K゜に対して、光学的異方性の炭素繊維は２×10-6
/K゜と半分の熱膨張係数である。
10-6/K゜に対して、光学的異方性の炭素繊維は２×10-6
/K゜と半分の熱膨張係数である。
本発明は、上述のように光学的等方性の炭素繊維及び光
学的異方性の炭素繊維のそれぞれのもつ特性を、飛躍的
に向上させ、しかも紡糸後、不融化、焼成によって最終
使用形状に成形出来る綿状ピッチ系炭素短繊維を作り出
すことを可能にしたものである。
学的異方性の炭素繊維のそれぞれのもつ特性を、飛躍的
に向上させ、しかも紡糸後、不融化、焼成によって最終
使用形状に成形出来る綿状ピッチ系炭素短繊維を作り出
すことを可能にしたものである。
（実施例） 以下本発明の具体的な実施例について説明する。
紡糸用ピッチとして、軟化点が230℃の光学的等方性ピ
ッチと軟化点が267℃の光学的異方性相を98％含有する
メソフェースピッチの２種類を用いた。紡糸装置は第１
図に示した構造のものを用いた。ここで、ピッチ吐出孔
１の内径は0.2mmであり、ガス流路用ノズル２の孔径は
0.5mmとした。上記の光学的等方性ピッチ３又は光学的
異方性ピッチ４のいずれかをピッチ溜部５に入れ、内部
を窒素ガスで置換した後、ヒーター６で加熱、溶融し
た。ピッチの温度が所定温度に達した後、ピッチ溜部５
の上部とガス導入パイプ７から、同一圧力の窒素ガスを
導入した。そして、紡糸装置の下部から吐出する繊維状
ピッチを採取した。採取した繊維状ピッチを空気中、毎
分２℃の昇温速度で320℃まで加熱し、30分間保持して
不融化処理した。次いで、窒素ガス気流中、1000℃で炭
素化し、更に、アルゴンガス気流中、2600℃で黒鉛化処
理した。
ッチと軟化点が267℃の光学的異方性相を98％含有する
メソフェースピッチの２種類を用いた。紡糸装置は第１
図に示した構造のものを用いた。ここで、ピッチ吐出孔
１の内径は0.2mmであり、ガス流路用ノズル２の孔径は
0.5mmとした。上記の光学的等方性ピッチ３又は光学的
異方性ピッチ４のいずれかをピッチ溜部５に入れ、内部
を窒素ガスで置換した後、ヒーター６で加熱、溶融し
た。ピッチの温度が所定温度に達した後、ピッチ溜部５
の上部とガス導入パイプ７から、同一圧力の窒素ガスを
導入した。そして、紡糸装置の下部から吐出する繊維状
ピッチを採取した。採取した繊維状ピッチを空気中、毎
分２℃の昇温速度で320℃まで加熱し、30分間保持して
不融化処理した。次いで、窒素ガス気流中、1000℃で炭
素化し、更に、アルゴンガス気流中、2600℃で黒鉛化処
理した。
このようにして得られた炭素繊維１本を繊維の長さが5m
mになるように台紙に貼りつけ、JISR7601に規定する単
繊維法に準拠して引張り強度を測定した。なお、繊維の
外径は同規定のレーザー回析法によって測定した。
mになるように台紙に貼りつけ、JISR7601に規定する単
繊維法に準拠して引張り強度を測定した。なお、繊維の
外径は同規定のレーザー回析法によって測定した。
ピッチの種類、紡糸条件を変えて得た炭素繊維の物性を
下記の表にまとめて示す。
下記の表にまとめて示す。
上記の表に見られるように、ピッチの温度、ガス圧力が
高くなると、繊維径が細くなると共に、その長さも短く
なる。繊維の長さは同一ロット内においても長短あり、
一概に表すことが出来ないが、実施番号１−１で最長約
50mmである。
高くなると、繊維径が細くなると共に、その長さも短く
なる。繊維の長さは同一ロット内においても長短あり、
一概に表すことが出来ないが、実施番号１−１で最長約
50mmである。
第３図は上記表実施番号２−２の炭素繊維の形状を走査
型電子顕微鏡で観察した写真（倍率500倍）である。繊
維径は大小あり、一定ではない。しかも大部分曲がって
おり、直線ではない。繊維が曲がっていることは他の実
施番号の場合も同様である。更に、この実施番号の繊維
の形状を調べるために倍率4000倍で観察した写真が第４
図である。この図に見られるように、繊維の断面形状は
円形ではなく、偏平な楕円体である。楕円体あるいは偏
平は楕円体であることが、繊維に曲がりを生じさせてい
る理由であると考えられる。
型電子顕微鏡で観察した写真（倍率500倍）である。繊
維径は大小あり、一定ではない。しかも大部分曲がって
おり、直線ではない。繊維が曲がっていることは他の実
施番号の場合も同様である。更に、この実施番号の繊維
の形状を調べるために倍率4000倍で観察した写真が第４
図である。この図に見られるように、繊維の断面形状は
円形ではなく、偏平な楕円体である。楕円体あるいは偏
平は楕円体であることが、繊維に曲がりを生じさせてい
る理由であると考えられる。
繊維径が10μｍ以下のものは長さが短く、かつ、曲がり
があるため塊状になりやすが、その感触は柔らかく弾力
性があり綿状である。しかし、解繊性は良好で、水中で
は容易に単繊維で分散する。
があるため塊状になりやすが、その感触は柔らかく弾力
性があり綿状である。しかし、解繊性は良好で、水中で
は容易に単繊維で分散する。
又、この繊維の形状は偏平状でかつねじれ、カールとラ
ンダムになっており、綿状でかさ高さがあって、一定容
器に入れると、マット状にしなくても、繊維の弾力性で
固定されるため濾過用フィルターなどにそのままの状態
でも使用出来ることが確認出来た。又弾力性のあるプラ
スチック材料との複合体を作ることによって、従来不可
能であったゴム状の炭素繊維複合体が出来、耐摩耗性が
強く弾力性のあるパッキン等が製作出来た。
ンダムになっており、綿状でかさ高さがあって、一定容
器に入れると、マット状にしなくても、繊維の弾力性で
固定されるため濾過用フィルターなどにそのままの状態
でも使用出来ることが確認出来た。又弾力性のあるプラ
スチック材料との複合体を作ることによって、従来不可
能であったゴム状の炭素繊維複合体が出来、耐摩耗性が
強く弾力性のあるパッキン等が製作出来た。
尚、光学的等方性炭素繊維と、光学的異方性炭素繊維を
組み合わせて複合した複合炭素短繊維も第２図に示す如
く仕切り板８を設けた紡糸装置により製造することが出
来る。
組み合わせて複合した複合炭素短繊維も第２図に示す如
く仕切り板８を設けた紡糸装置により製造することが出
来る。
（発明の効果） 以上の説明で判るように本発明の炭素短繊維の製造方法
は、従来ならチョップドストランドにする為、切断工程
を入れていたものを、全く必要としなくなったことで、
生産性の向上により、大きな経済効果を上げることが出
来るものである。
は、従来ならチョップドストランドにする為、切断工程
を入れていたものを、全く必要としなくなったことで、
生産性の向上により、大きな経済効果を上げることが出
来るものである。
従来、光学的等方性炭素繊維は汎用品（GP）しか作るこ
とが出来ないと考えられていたが、本発明の炭素短繊維
の製造方法によればピッチ系光学的等方性炭素繊維で強
度がピッチ系光学的異方性炭素繊維と同等又はとそれ以
上の強度が得られることから、ピッチ原料の調整などの
製造コストが大幅に削減出来るものである。又、光学的
異方性の炭素繊維では強度が従来の紡糸法で得られた繊
維と比較して同等かそれ以上のものが得られることか
ら、高強度複合材料として電子工業、自動車工業、宇宙
産業等の用途向けに金属、カーボン、セラミックスなど
の高強度、精密度の高い構造部品として極めて有用な材
料として利用出来る。
とが出来ないと考えられていたが、本発明の炭素短繊維
の製造方法によればピッチ系光学的等方性炭素繊維で強
度がピッチ系光学的異方性炭素繊維と同等又はとそれ以
上の強度が得られることから、ピッチ原料の調整などの
製造コストが大幅に削減出来るものである。又、光学的
異方性の炭素繊維では強度が従来の紡糸法で得られた繊
維と比較して同等かそれ以上のものが得られることか
ら、高強度複合材料として電子工業、自動車工業、宇宙
産業等の用途向けに金属、カーボン、セラミックスなど
の高強度、精密度の高い構造部品として極めて有用な材
料として利用出来る。
又、繊維断面形状が、偏平でかつ、ねじれ、カール状に
出来ることからそのままで綿状のかさ高さがあること及
び弾力性、伸縮性を備えていることから、複合材の製作
に用いた際、柔軟なマトリックス材との適合性が良いの
で、ピッチ系炭素繊維とマトリックス材との剥離が起き
にくいものである。従って、伸縮性電導材、弾力性パッ
キン及びエンジニアリングプラスチックなどの複合材と
して応用することで従来にない高強度複合材料を作るこ
とが出来る。
出来ることからそのままで綿状のかさ高さがあること及
び弾力性、伸縮性を備えていることから、複合材の製作
に用いた際、柔軟なマトリックス材との適合性が良いの
で、ピッチ系炭素繊維とマトリックス材との剥離が起き
にくいものである。従って、伸縮性電導材、弾力性パッ
キン及びエンジニアリングプラスチックなどの複合材と
して応用することで従来にない高強度複合材料を作るこ
とが出来る。
また本発明の炭素繊維の製造方法によれば、上記の優れ
た効果を有するピッチ系炭素短繊維を容易に、しかも一
度に大量に製造することが出来る。
た効果を有するピッチ系炭素短繊維を容易に、しかも一
度に大量に製造することが出来る。
第１図は本発明の製造方法の一実施例を示す図、第２図
は本発明の製造方法の他の実施例を示す図、第３図は本
発明の炭素短繊維の形状を走査型電子顕微鏡で撮影した
500倍の写真、第４図は第３図の繊維を更に拡大した400
0倍の写真である。 １……ピッチ吐出孔、２……ガス流路用ノズル、３……
光学的等方性ピッチ、４……光学的異方性ピッチ、５…
…ピッチ溜部、６……ヒーター、７……ガス導入パイ
プ、８……仕切板。
は本発明の製造方法の他の実施例を示す図、第３図は本
発明の炭素短繊維の形状を走査型電子顕微鏡で撮影した
500倍の写真、第４図は第３図の繊維を更に拡大した400
0倍の写真である。 １……ピッチ吐出孔、２……ガス流路用ノズル、３……
光学的等方性ピッチ、４……光学的異方性ピッチ、５…
…ピッチ溜部、６……ヒーター、７……ガス導入パイ
プ、８……仕切板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 進 東京都中央区日本橋茅場町２丁目６番６号 田中貴金属工業株式会社内 審査官 渕野 留香 (56)参考文献 特開 平２−169725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−85116（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−221556（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光学的等方性ピッチ、光学的異方性ピッチ
のいずれか又はそれら両ピッチを防糸装置に供給し、溶
融したピッチを吐出孔周囲よりピッチ吐出方向に平行に
吹き出す6kg/cm2以上20kg/cm2以下の高圧のガス圧力で
吹き出しながら紡糸し、不融化、焼成することを特徴と
する炭素短繊維の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131860A JPH0781210B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 炭素短繊維の製造方法 |
| EP19910830214 EP0458765A3 (en) | 1990-05-22 | 1991-05-22 | Carbon short fiber and process for preparing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131860A JPH0781210B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 炭素短繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434019A JPH0434019A (ja) | 1992-02-05 |
| JPH0781210B2 true JPH0781210B2 (ja) | 1995-08-30 |
Family
ID=15067818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2131860A Expired - Lifetime JPH0781210B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 炭素短繊維の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0458765A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0781210B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013221105A (ja) * | 2012-04-17 | 2013-10-28 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 樹脂成形体及びこれを用いた樹脂製歯車 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4331620A (en) * | 1980-02-25 | 1982-05-25 | Exxon Research & Engineering Co. | Process for producing carbon fibers from heat treated pitch |
| JPH0699693B2 (ja) * | 1981-09-07 | 1994-12-07 | 東燃株式会社 | 光学的異方性炭素質ピツチおよびその製造方法 |
| JPS62170528A (ja) * | 1986-01-22 | 1987-07-27 | Nitto Boseki Co Ltd | 炭素繊維とその製造方法 |
| JPS6385116A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-15 | Dainippon Ink & Chem Inc | 炭素繊維断熱材 |
| JPH01221556A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-09-05 | Petoka:Kk | 高嵩密度炭素繊維不織布の製造方法 |
| JPH02169725A (ja) * | 1988-12-16 | 1990-06-29 | Petoka:Kk | 炭素繊維およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2131860A patent/JPH0781210B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-22 EP EP19910830214 patent/EP0458765A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0458765A3 (en) | 1993-04-07 |
| EP0458765A2 (en) | 1991-11-27 |
| JPH0434019A (ja) | 1992-02-05 |
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