JPH11124742A - 炭素繊維の製造法 - Google Patents
炭素繊維の製造法Info
- Publication number
- JPH11124742A JPH11124742A JP29295197A JP29295197A JPH11124742A JP H11124742 A JPH11124742 A JP H11124742A JP 29295197 A JP29295197 A JP 29295197A JP 29295197 A JP29295197 A JP 29295197A JP H11124742 A JPH11124742 A JP H11124742A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- pitch
- modified pitch
- solution
- spinning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
業的に有利な製造法を提供する。 【解決手段】アクリル系重合体溶媒溶液に、変性された
ピッチを0.1〜30重量%溶解混合し、紡糸・焼成す
る炭素繊維の製造法。
Description
た高性能炭素繊維製造法に関する。
比弾性率から、宇宙航空・スポーツ、レジャー産業等の
幅広い分野において、各種複合材の強化材として工業的
に利用されている。現在、工業的規模で生産されている
炭素繊維は、ポリアクリロニトリル主成分の合成繊維を
原料とするPAN系炭素繊維と、石油・石炭・合成ピッ
チ等を原料とするピッチ系炭素繊維に大きく2種類分け
られる。
優れるが、原料に由来し難黒鉛化性であることから、弾
性率が低いという欠点がある。弾性率向上を図るには2
000℃を越す高温での焼成が有効であるが、同時に強
度の低下を招く。また高温焼成による炉の低寿命化な
ど、コストアップにつながる要因が増え、工業的規模で
は不利になる。
等方性ピッチ由来のものと、異方性ピッチ由来のものが
あるが、高性能を発現するには一般的には異方性ピッチ
が用いられる。異方性ピッチ原料からの炭素繊維は、そ
の原料の易黒鉛化の性質から高弾性・高強度に優れるが
伸度が低く、工業的には炭素繊維の生産性や複合化の際
のハンドリング性に劣るという欠点がある。
チ系炭素繊維の両者の欠点を補うため、両者の複合化の
検討が種々なされている。例えばアクリル系重合体にピ
ッチを混合し紡糸・焼成する炭素繊維製造法(特開平2
−47311号)が提案されている。しかし、この方法
は基本的には単なる混合であるため、混合ピッチを非常
に微細に粉砕しておく必要があるなど、工業的規模での
利用には不利である。さらに混合するピッチが軟化点を
有するため、炭素繊維製造工程中の耐炎化時にピッチの
不融化を同時に最適に行わなければピッチが軟化溶融す
る恐れがあるなどの工程の複雑化につながり、炭素繊維
製造のコストアップの原因となりかねない。
の如き高性能炭素繊維製造の現状に鑑み、強度、弾性率
ともに優れた炭素繊維の工業的に有利な製造法を提供す
ることにある。
課題を有する炭素繊維製造法について鋭意検討した結
果、ポリアクリロニトリル系炭素繊維を製造するに際し
て、アクリル系重合体溶媒溶液に、変性されたピッチを
0.1〜30重量%溶解混合し、それを紡糸・焼成する
ことによって、従来の製造工程をほとんど変更すること
なく、強度を保持しつつ、弾性率を向上させることがで
きることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明
は、アクリル系重合体溶媒溶液に、変性されたピッチを
0.1〜30重量%溶解混合し、紡糸・焼成することを
特徴とする炭素繊維の製造法である。
ロニトリル系重合体は特に限定されるものではないが、
炭素繊維の機械的物性を考慮すると、少なくとも90モ
ル%以上のアクリロニトリルと、10モル%以下のアク
リロニトリルと共重合可能なビニル系モノマー、例えば
アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等の不飽和カル
ボン酸及びその塩類、アクリル酸メチル、アクリル酸ブ
チル、アクリルアミドや、アリルスルホン酸及びそれの
塩類などをからなるアクリロニトリル系重合体が挙げら
れる。
合方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法
である、溶液、懸濁、乳化重合を適用することができ
る。これらのアクリロニトリル系重合体は紡糸するため
に、一般的なポリアクリロニトリル系重合物の紡糸原液
に使用される溶媒である、ジメチルスルホキシド(DM
SO)、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトア
ミド等の極性有機溶媒の溶液にして用いられる。
石炭、石油、合成系のいずれのピッチも用いることがで
きる。このようなピッチは偏光顕微鏡下の光学組織で、
等方性、異方性は問わないが、本発明の目的である高性
能炭素繊維の製造には異方性が好ましく用いられる。
ッチでは原料ピッチのDMSO等の極性有機溶媒に対す
る溶解性が低く、かつ軟化点を有するため、極性溶媒に
対して溶解を有し、かつ軟化点・融点等を持たず、窒素
等不活性雰囲気中でも加熱により変形することなく炭素
化できるように変性する必要がある。変性は例えば硫酸
や酢酸等の酸水溶液中に細かく粉砕された原料ピッチを
分散し、50℃付近の温度条件で過酸化水素などの酸化
剤を添加し反応させることで達成され、該反応後、濾過
・水洗・乾燥により変性されたピッチが得られる。十分
に変性されたピッチはDMSO等の極性有機溶媒に容易
に溶解する。また、熱に対し不融でさらなる加熱にも形
態を維持しながら炭素化していき、原料ピッチが光学的
異方性である場合は処理ピッチも異方性組織を保持して
いる。
混合には、特別な操作は必要ない。溶液重合より紡糸原
液が得られる場合、従来の手順でアクリロニトリルと共
重合成分の重合を行い、これに変性されたピッチを添加
し、室温で溶解混合する。懸濁、乳化重合のように得ら
れた重合物をあらためて有機溶媒に溶解し紡糸原液とす
る場合は、その有機溶媒に変性されたピッチを溶解して
からポリマーを溶解しても良いし、その逆でもよい。
混合割合は、0.1〜30重量%、好ましくは2〜15
重量%である。0.1重量%未満ではその添加効果が明
確でなくなり、30重量%以上では紡糸工程での延伸が
困難になり、糸切れなども発生する。
素繊維の製造に利用される従来公知の方法を適用するこ
とができ、その後の延伸や乾燥緻密化により炭素繊維プ
レカーサーを得ることができる。得られたプレカーサー
の耐炎化、焼成は、溶解したピッチが熱に対して変形せ
ず炭素化することから、従来の条件をそのまま適用する
ことができる。
る。ただし本発明はこれらの実施例により制限されるも
のではない。
5モル%、イタコン酸0.5モル%のモノマー組成物
を、重合後の重合物濃度が20%付近になるようにジメ
チルスルホキシド中に仕込み、アゾビスイスブチルニト
リル(AIBN)を開始剤、ドデシルメルカプタンを連
鎖移動剤に用い65℃で溶液重合を行い、アクリル系重
合体を得た。一方、変性ピッチ調製用の原料ピッチには
ナフタレンからHF/BF3 触媒を用いて重合して得ら
れたメソフェーズ100%の合成ピッチを用いた。この
原料ピッチをコーヒーミルで粉砕し、50℃に加熱され
た硫酸水溶液中に攪拌下分散した。これに過酸化水素を
少しずつ添加し反応を開始した。ビッチに対して5倍量
の過酸化水素の全量を添加した後、一晩の反応を行い、
反応終了後ガラスフィルターにより濾過し、イオン交換
水で濾液が酸性を示さなくなるまで水洗を行った後、減
圧乾燥して変性ピッチを得た。得られた変性ピッチは室
温でジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミドに容
易に溶解することを確認できた。また粉末状態の変性ピ
ッチを窒素雰囲気下、環状炉を用い1000℃まで焼成
を行ったが、焼成後の粒子の融着や変形が見られず炭素
化することが確認できた。この焼成粉を樹脂埋めし研磨
した後、光学組織観察を行ったが、原料と同様メソフェ
ーズ100%であることが観察された。このようにして
調製した変性ピッチを、重合物に対し10%添加し撹拌
下溶解混合行った。溶解確認後、減圧脱泡を行いこれを
紡糸原液とした。この紡糸原液をDMSO65%よりな
る水系凝固浴中に、0.08mmφ・100Hの紡糸口
金を通し吐出した後、熱水中で3倍に延伸し、続いて1
35℃のグリセリン浴中で2倍に延伸した。その後十分
水洗し、緊張下150℃の乾燥・180℃の熱処理を行
い炭素繊維プレカーサーとした。この炭素繊維プレカー
サーを緊張下220℃で30分そして250℃で30分
の熱処理を空気中で行い耐炎化糸とした。この耐炎化糸
を緊張下、高純度窒素中毎分10℃で1000℃まで昇
温し炭素繊維を得た。得られた炭素繊維の性能は、引張
強度189kg/mm2 、弾性率18t/mm2 であっ
た。
リロニトリル系のみよりなる炭素繊維を同様に製造し
た。得られた炭素繊維の性能は、引張強度180kg/
mm2 、弾性率14t/mm2 であった。
クリロニトリル系共重合体を合成した。DMSO溶媒に
後で溶解する懸濁重合物に対し、10%の変性されたピ
ッチを添加溶解した。この変性ピッチのDMSO溶液を
50℃に保温し、これに重合物濃度が20%付近になる
ように重合物を少しずつ溶解し、全量溶解後減圧脱泡を
行い紡糸原液を調製した。この紡糸原液を実施例1と同
様に紡糸し、炭素繊維の調製を行った。得られた炭素繊
維の性能は、引張強度205kg/mm2 、弾性率20
t/mm2 であった。
リロニトリル系のみよりなる炭素繊維を同様に製造し
た。得られた炭素繊維の性能は、引張強度191kg/
mm2 、弾性率16t/mm2 であった。
発明の炭素繊維の製造方法では、従来のポリアクリロニ
トリル系炭素繊維用の重合物の重合方法、及び炭素繊維
調製方法を何ら変更することなく採用することができ、
ポリアクリロニトリル系炭素繊維の強度を下げることな
く弾性率を向上させることができる。従って本発明によ
り強度と弾性率ともに優れた高性能炭素繊維を工業的に
有利に製造することができ、本発明の工業的意義は大き
い。
Claims (3)
- 【請求項1】アクリル系重合体溶媒溶液に、変性された
ピッチを0.1〜30重量%溶解混合し、紡糸・焼成す
ることを特徴とする炭素繊維の製造法。 - 【請求項2】変性されたピッチが、ジメチルスルホキシ
ド、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド
から選ばれた一種以上の極性有機溶媒に容易に溶解する
ものである請求項1記載の炭素繊維製造法。 - 【請求項3】変性されたピッチが、異方性組織を有し、
不活性雰囲気中で加熱により変形することなく炭素化す
るものである請求項1記載の炭素繊維製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29295197A JP3994488B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 炭素繊維の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29295197A JP3994488B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 炭素繊維の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11124742A true JPH11124742A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3994488B2 JP3994488B2 (ja) | 2007-10-17 |
Family
ID=17788543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29295197A Expired - Fee Related JP3994488B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 炭素繊維の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3994488B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100759102B1 (ko) | 2006-05-29 | 2007-09-19 | 주식회사 나노테크닉스 | 전기방사법에 의한 폴리아크릴로나이트닐과 피치의 2성분계탄소 나노섬유 및 활성탄소 나노섬유 제조방법 |
| JP2012507638A (ja) * | 2008-11-06 | 2012-03-29 | インダストリー ファウンデーション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティ | スキン−コア構造を有する炭素ナノ繊維、その製造方法、および前記炭素ナノ繊維を含む製品 |
| US8865106B2 (en) | 2011-12-26 | 2014-10-21 | Industrial Technology Research Institute | Composite raw material, carbon fiber material and method for forming the same |
| CN114687011A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-01 | 广州碳加科技有限公司 | 一种低成本碳纤维原丝的制备方法 |
-
1997
- 1997-10-24 JP JP29295197A patent/JP3994488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100759102B1 (ko) | 2006-05-29 | 2007-09-19 | 주식회사 나노테크닉스 | 전기방사법에 의한 폴리아크릴로나이트닐과 피치의 2성분계탄소 나노섬유 및 활성탄소 나노섬유 제조방법 |
| JP2012507638A (ja) * | 2008-11-06 | 2012-03-29 | インダストリー ファウンデーション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティ | スキン−コア構造を有する炭素ナノ繊維、その製造方法、および前記炭素ナノ繊維を含む製品 |
| US8865106B2 (en) | 2011-12-26 | 2014-10-21 | Industrial Technology Research Institute | Composite raw material, carbon fiber material and method for forming the same |
| CN114687011A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-01 | 广州碳加科技有限公司 | 一种低成本碳纤维原丝的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3994488B2 (ja) | 2007-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102507899B1 (ko) | 폴리아크릴로니트릴 섬유의 치밀화 | |
| JP5691366B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| KR101467620B1 (ko) | 탄소섬유의 제조방법 및 탄소섬유용 전구체 섬유 | |
| JP2008308776A (ja) | ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法、炭素繊維の製造方法、および炭素繊維 | |
| US4001382A (en) | Process for producing carbon fibers having excellent physical properties | |
| WO2013050779A1 (en) | Formation of carbon nanotube-enhanced fibers and carbon nanotube-enhanced hybrid structures | |
| KR101909892B1 (ko) | 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유의 제조방법 및 탄소섬유의 제조방법 | |
| US4902452A (en) | Process for producing an acrylic fiber having high fiber characteristics | |
| JP3994488B2 (ja) | 炭素繊維の製造法 | |
| JPH05195324A (ja) | 炭素繊維製造用プリカーサーおよびその製造法 | |
| JP4887219B2 (ja) | 炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法 | |
| KR102309004B1 (ko) | 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 및 그의 제조방법 | |
| JP2015183166A (ja) | アクリロニトリル系共重合体およびポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維の製造方法 | |
| JP2595674B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| KR20120007183A (ko) | 보풀발생이 억제되는 탄소섬유의 제조방법 | |
| EP0201908B1 (en) | Acrylonitrile spinning solution and process for producing fibers therewith | |
| JP2008308777A (ja) | 炭素繊維、炭素繊維製造用ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法 | |
| JPH1036450A (ja) | 炭素材料製造用のポリアクリロニトリル−ピッチ系素原料 | |
| KR20110130186A (ko) | 보풀발생이 억제되는 탄소섬유의 제조방법 | |
| JP6048395B2 (ja) | ポリアクリロニトリル系重合体、および炭素繊維前駆体繊維ならびに炭素繊維の製造方法 | |
| CN112011855A (zh) | 碳纤维的制造方法 | |
| JP2018138628A (ja) | ポリアクリロニトリル系共重合体、炭素繊維前駆体繊維、耐炎化繊維束の製造方法および炭素繊維束の製造方法 | |
| JPH02145814A (ja) | 改良された黒鉛繊維の製造方法 | |
| JP2015183165A (ja) | アクリロニトリル系共重合体およびポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維の製造方法 | |
| JP2014167038A (ja) | ポリアクリロニトリル系重合体、および炭素繊維前駆体繊維ならびに炭素繊維の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041021 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060623 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060726 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060831 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070710 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070723 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110810 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110810 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120810 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130810 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |