JPS61620A - 炭素繊維紡糸方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ピッチ（石油、石炭〕系炭素繊維製造の分野
に属し、この明細書で述べる技術内容は調整後のプリカ
ーサ−ピッチを高圧下に保持した後吐出紡糸するという
方法の採用に工９、安定連続溶融紡糸ｆ、実現する新規
な方法について提案するＯ 〔従来の技術〕 炭素繊維製造において、ピッチ調整工程を経て得られた
プリカーサ−ピッチは、次の溶融紡糸工程で繊維形状が
与えられかつその径も決定されるＯ一般に炭素繊維はそ
の径が小さい程強度が上昇することからかかる紡糸工程
においてより細く長い繊維を梨遺することが望ましい０ しかし、ピッチ系のものは一般的な溶融紡糸用原料であ
るポリエステルやポリプロピレン等ト比較すると、品質
の安定性保持がかなシ困難で剛性が太きいため曳糸性が
劣るという欠点がメジ、そのために１０μｒｎ程度のピ
ッチ長繊維を安定的に長時間紡糸することが困難とされ
ていた。

この意味において、ピッチ系炭素繊維の製造に当っては
、プリカーサ−ピッチの溶融紡糸時に糸切れの原因とな
る不溶物や気泡の除去を完全に行うことが（安定紡糸に
とって）重要である。特にピッチの場合、その分子量分
布が大きいため、低分子量揮発性分が紡糸温度付近でガ
ス化したり、プリカーサ−ピッチの調整過程で使用した
有機溶剤の残留分がガス化して微細な気泡となり、紡糸
中に糸切れを引き起こすことが多い。また糸切れしない
場合であっても繊維中に残留した気泡が繊維構造の欠陥
となり、炭化あるいは黒鉛化繊維の強度を著しく下げる
等の悪影響を及はす。

従ってブリカーザーピツチの溶融紡糸においては、あら
かじめ固形分の十分な除去とピッチ中に混在する気泡を
除くこと（脱泡）が重要な技術的課題となる〇 （発明が解決しようとする問題点） そこで、固形分が十分除去されている場合残るのは脱泡
であるが、この脱泡方法として従来は、静置式脱泡法が
最も一般的である。かかる静置式脱泡法とは、プリカー
サ−ピッチを粘度が１〜４０ポアズ程度となるように高
温に加熱して１５〜６０分程度保持し、該ピッチ中に混
在する気泡を浮上減圧分離する方法である。この方法を
用いると、ピッチが取り込んだ粗大な気泡はかなり効率
よく除去できる・しかし、脱泡粘度がまだ高く、そのた
めにプリカーサ−ピッチ中に混在する微細な（数μｍ程
度〕気泡を除去するためには数時間以上の保持時間が必
要となシ、１５〜６０分程度の減圧脱泡操作では不十分
である。その上、たとえば数時間をかけてこの処理を行
つｆｃ場合、プリカーサ−ピッチが高温で長時間曝され
ることになり、該ピッチは変質してその曳糸性が著しく
損なわれるという事実が確認された。

かかる欠点を克服するために粘度をｌポアズ以下になる
まで外需１ずれはいいが、これではプリカーサ−ピッチ
自身の発泡が激しいばかりでなくピッチのコークス化を
助長し不適当であった。

結局本発明者らの研究では、従来の静置式脱泡法による
数μｍ程度の気泡の効率的除去は容易でないばかりでな
く、この方法によると糸切れなく安定的に１０μｍ程度
のピッチ繊維を連続紡糸することは非常に困難であるこ
とが判った〇本発明の目的は、プリカーサ−ピッチ中に
混在する気泡、とりわけ数μｍ以下の微細な気泡を効率
良く除去することにより安定な連続紡糸を実現すること
に６Ｄ、この目的達成のための本発明の要旨とするとこ
ろは、この明細書の頭書に記載した特許請求の範囲に掲
記したとおｐである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、微細な気泡を含むプリカーサ−ピッチに
ついて研究したところ、該ピッチを数１０　ｋｙ／ｃｍ
以上の高圧下に保持すると、１０μｍ以下の微細気泡の
殆んどはピッチに溶解することをつきとめた。ただプリ
カーサ−ピッチの紡糸に好適な粘度は１５００ポアズ以
下であり、ポリエステ＃等１７）ホ１Ｊ７−の紡糸粘度
よυ低いため・ノズルヘッダ一部で数１ｏ　ｋｙ／ｃｍ
の押出し圧を与えて気泡を溶解させながら細繊維を紡糸
することは実質上困難であった。

そこで本発明においては、紡糸装置のとくにノズルヘッ
ダ一部の直前に刀０圧部を設け、ここでプリカーサ−ピ
ッチを加圧して微細気泡を溶解させ、その状態を保持し
たまま該ピッチをノズル孔より吐出させてポビンに巻取
るという方法を採用した。

その結果糸切れの殆んど無い安定した紡糸を行′うこと
ができたのである。

かかる本発明方法で行う加圧の程度は、プリカーサ−ピ
ッチの種類にも依存するが、５０　ｋｇ／１ｗｒ”以上
、好甘しくは８０　ｋｇ／ａｎ以上の圧力をプリカーサ
−ピッチに付与し、しかもその加圧部に滞留させる時間
は１０分以上、好捷しくけ２０分以上とすれば、気泡は
溶解して殆んど消失する、そして、気泡が溶解し７た状
態を保持してプリカーサ−ピッチの紡糸を実現するには
、該ピッチを加圧部通過後１０分以内、好ましくは５分
以内にノズルヘッダ一部に送り込みノズル孔から吐出紡
糸しボビンに巻取る必要がある。加圧部を経たプリカー
サ−ピッチがノズルヘッダ一部でｌＯ分以上滞留すると
溶解した気泡が再び現出して糸切れを誘発したり繊維構
造の欠陥となシ、炭化、黒鉛化繊維の強度を低下させる
という事実を見出した。

（作用） 次に、本発明方法の実施に用いる装置の説明にあわせて
上記の数値限定の限拠について明らかにする。

第１図に本発明にかかる紡糸装置の全体図を示す０図中
のＩＦｉメルターであり、このメルク−１においてプリ
カーサ−ピッチがｌＯポアズの低粘度を示すようになる
温度まで昇温しＸ８０分間保持して静置脱泡を行う。図
示の２はギヤポンプで、上記処理を施したプリカーサ−
ピッチを次の段階の加圧部８に送シ込み、所定の圧力に
加圧して微細気泡を該ピッチ中に溶解させる０この加圧
部でのプリカーサ−ピッチの滞留時間は２０分とし、下
流側の別のギヤポンプ番を使いブリカーザーピツチを４
　ＣＣ／ｍｉｎの流量でノズルヘッダ一部５へ送り出す
０この時該ピッチがノズル孔から吐出するのに要した時
間、すなわちノズルヘッダ一部テノ滞留時間は６分を採
用した。用いるノズル６はノズル孔径Ｄ　＝　０．８　
ｍｍφ、％＝８．５０ホールで、そして吐出させたプリ
カーサ−ピッチは集束器７を介して巻取りボビン８で５
００　ｍ／ｍｉｎの速度で連続的に巻き取った。

第２図は上記加圧部８の断面図を示す。この加圧部８は
気泡溶解部９、圧力センサー１０．１０μｍフィルター
１１、バッファープレート１２、ギヤポンプ番で構成さ
れている。バッファープレート１２はｌ　ｍｍφの細孔
を４個有し、この部分での圧力損失を大きく取ってギヤ
ポンプ４への入口圧を高くなりすぎないように設計しで
ある０このバッファープレートがないとギヤポンプ４へ
の入口圧が高くなりすぎ、ギヤのクリアランスからプリ
カーサ−ピッチが流出してその流量制御が非常に困難と
なる。

上記装置を用いて加圧部における好適な圧力レベルにつ
いて検討した。この検討に当って用いたプリカーサ−ピ
ッチは、軟化点２５１　℃、ベンゼン不溶分５’７．２
　％で微量のキノリンネ溶分を含む光学的等方性ピッチ
である◇第１表に加圧部で８０にり／ｃｒｐｒ”　ｓ　
５０　ｋｇ／ｃｍｇ％　８０　ｋｇ／ｌｙｎ”、１００
　ｋ４７ｃｍ”の圧力を加えた時の紡糸試験結果を示す
０表中の糸切れ時間は、巻取りを開始してから１本の繊
維が破線するまでの時間を表わす。

第１表 第１表より、加圧部で付与すべき圧力としては５０にり
７ｍ以上が良く、より好ましくは８０１ｖ／備２以上が
よいことがわかる。

次に同じ紡糸装置、プリカーサ−ピッチを使用して加圧
部での滞留時間について検討した◇これは滞留時間を変
化させて紡糸試験を行った例であるが１．この時の加圧
部でのピッチ圧力（７６，７９゜８０）呻／ｅｌＮ”は
約８月９偽２加圧時に気泡溶解部の内容積を変化させる
ことによって変化させた０その他の紡糸条件は上述の例
と同じでろる０その結果を第２表に示す。第２表より安
定紡糸を行うためには、加圧部での滞留時間が少なくと
も１０分以上必要なことがわかる〇 第２表 さらに同じ紡糸装置、プリカーサ−ピッチを使用し、プ
リカーサ−ピッチのノズルヘッダ一部テの滞留時間が本
発明の効果に及ばず影響について調べた。具体的方法と
しては、ノズルプレート上に円錐状の容器を組み入れる
ことでノズルヘッダー内容積を変化させ、そこでの滞留
時間を変化させた紡糸試験である。このときの加圧部で
のビッチ圧力は８０　ｋｇ／　２、そこでの滞留時間は
２０分Ｏｎ とした。その結果を第８表に示すが、安定な連続紡糸を
行うにはノズルヘッダ一部でのプリカーサ−ピッチの滞
留時間は多くとも１０分以内にする必要があることがわ
かるＯ 第８表 なお、上述した紡糸装置中の加圧部を取りはずしてメル
ターのノズルヘッダ一部を直結して紡糸試験を行ったと
ころ、８〜６分の間に１回の割合で糸切れが発生し、良
好な紡糸を行うことができなかった。

（実施例） 軟化点２５１℃、ベンゼン不溶分５７．２％で微量のキ
ノリンネ溶物を含む光学的等方性ピッチであるプリカー
サ−ピッチを用い、第１，２図に示す装置を使用して、
該ピッチに８０．５０．　８０に９／ｃｘの圧力を与え
た場合に、該ピッチ中に混在する気泡の径がどのように
経時変化するかを第８〜５図に示した。なお、この実施
例に当っては一定時間加圧処理したプリカーサ−ピッチ
を急冷してサンプリングし、混在する気泡の径を測定し
て気泡径分布曲線を求めた。これを加圧処理しないプリ
カーサ−ピッチの気泡径分布曲線と比較対応させ、気泡
径の経時変化を追跡した◎ これらの図よシ、少なくとも５０　ｋｇ／ｃｍの圧力を
１０分以上グリカーサ−ピッチに付与すれば、１　（１
μ情程度の気泡はその径を１μｍ以下に減するか或いは
完全に消失してし唸うことが確認された。

このため、上記の処理を施したプリカーサ−ピッチの紡
糸では、気泡が原因となる糸切れを起こさず、安定な長
時間紡糸を行うことが可能であった〇これに対し、上記
紡糸装置中の加圧部を取シはずして・メルターとノズル
ヘッダ一部を直結し、同じ紡糸条件、プリカーサ−ピッ
チで紡糸試験を行ったところ、８〜６分の間に１回の割
合で糸切れが発生し、良好な紡糸を行うことはできなか
ったＯ （発明の効果） 以上説明した本発明紡糸方法によれば、ピッチ中に混在
する気泡を完全に脱泡ないしは溶解消滅させ得るので、
糸切れすることのない安定した連続紡糸が可能となり、
しかも強度の高い炭素繊維を得ることができる０

【図面の簡単な説明】

ｉ１図は１本発明方法の実施に用いる紡糸装置の路線図
、 第２図の（ａ）、（１））は、本発明で採用する加圧部
の構造を例示する断面図、 第８．４および５図は、いずれも加圧する圧力を変化さ
せた場合の気泡径の経時変化を示すグラフである０ １・・・メルター　　　・　２・・・ギヤポンプ８・・
・加圧部　　　　　　番・・・ギヤポンプ５・・・ノズ
ルヘッダー　　　６・・・ノズルグレート７・・・集束
器　　　　　　８・・・巻取りボビン９・・・気泡溶解
部　　　　１０・・・圧力センサー１１・・・１０μ惧
フイルター　１２・・・バッファープレートＯ第３図 録Ａ　Ｔｌｆ　ｆａｌ　（ｍｉり 第４図 杼旦時間（ｍｉｎ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プリカーサーピッチを溶融紡糸、不融化処理、炭化
   処理しもしくはさらに黒鉛化させて炭素繊維を製造する
   プロセスにおける上記プリカーサーピッチの溶融紡糸に
   当り、溶融後のプリカーサーピッチにつき、紡糸装置に
   設けた加圧部に導入して高圧に保持することにより気泡
   溶解を果してから吐出紡糸することを特徴とする炭素繊
   維の紡糸方法。 ２、プリカーサーピッチの加圧部内高圧保持の圧力を５
   ０ｋｇ／ｃｍ＾２以上とすることを特徴とする特許請求
   の範囲１に記載の紡糸方法。 ３、プリカーサーピッチを高圧の加圧部に滞留させる時
   間として１０分以上とし、その加圧部通過後のプリカー
   サーピッチは１０分以内にノズル孔から吐出させて紡糸
   することを特徴とする特許請求の範囲１に記載の紡糸方
   法。