JPS6163719A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents

炭素繊維の製造方法

Info

Publication number
JPS6163719A
JPS6163719A JP18449184A JP18449184A JPS6163719A JP S6163719 A JPS6163719 A JP S6163719A JP 18449184 A JP18449184 A JP 18449184A JP 18449184 A JP18449184 A JP 18449184A JP S6163719 A JPS6163719 A JP S6163719A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mesophase
pitch
carbon fibers
cross
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.)
Pending
Application number
JP18449184A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Takai
康之 高井
Minoru Takahata
高畠 稔
Hideyuki Nakajima
秀行 中嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kashima Oil Co Ltd
Original Assignee
Kashima Oil Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kashima Oil Co Ltd filed Critical Kashima Oil Co Ltd
Priority to JP18449184A priority Critical patent/JPS6163719A/ja
Priority to DE19843441084 priority patent/DE3441084A1/de
Priority to FR8417131A priority patent/FR2554835B1/fr
Publication of JPS6163719A publication Critical patent/JPS6163719A/ja
Priority to US07/119,602 priority patent/US4913889A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

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 本発明は炭;J繊維の製造方法に関するものでろる。更
に、詳細に述べると、本発明はピッチ系炭素44の製造
に際し、特定の電のメンフェーズを含有するピッチを原
料として特定のり造のノズル(吐出孔)を肩する紡糸口
金を使用して溶融紡糸し、欠陥のない優れた品質の高強
度高弾性炭素繊維を製造する方法に関するものである。
本発明で使用される[メソフェーズ(mesophas
e]l ’とは、ピッチ構成成分の一つであり、室温近
くで固化したピッチ塊の断面を研磨し、反射型偏光顕倣
啼で、直交ニコル下で1!察したとき、光運が認められ
る、即ち、光学異方性である部分を意味しピッチの大部
分がこの「メツフェーズ」からなるようなピッチを「メ
ソ7エーズビツチ」と称する。
t&メソフェーズピッチのメソフェーズ含有率は、反射
型偏光顕微鏡観察により、光学的異方性部分の面積率か
ら算出される。
近年、航空機工業、自動重工4t−はじめとするさまざ
まな分野において、賎黛且つ高強度高弾性の素材が要求
されるようになり、その特性を備えた炭素繊維の4要が
急速に高まっている。゛現在入手し得る高強度高弾性の
炭素憧維は、その前駆体がぼリアクリロニトリル積維が
主であることは公知の事実である。しかしこのぜリアク
リロニトリル慣維は高価であるばかりでなく、これから
得られる炭素4雌の攻究が約・喝係と低いため、最終製
品である炭素繊維の価格fI−高める臂果となっている
従来の技術 高強度高弾性炭素繊維を安価に構造する一つの方法とし
て、メソフェーズを含有するピッチを工科として製造す
る方法が特会昭54−1810に記載されており、メソ
フェーズを含有するピッチが、高強度高弾性炭素繊維の
原料として優れたものでらることは公知の事実でらる。
発明が解決しようとする問題点 然るに炭素繊維の原料としてのピッチにおいては、メソ
フェーズの含有率及びメソフェーズの物性が炭素繊維の
物性に大きな影l尋を与えるものであるが、メソフェー
ズの含有率が高い程、且つ品質の良いメソフェーズ権、
得られる炭溝燻、碓の物性が向上する。また、メンフェ
ーズ含有1の低いピッチはそれから得られる炭素+44
の強11弾性tが某に低く、高強度高弾性炭素繊維の原
料としては歯当ではない。ピッチ系炭濁″a4の横断面
檜造には大別して炭素の配列が、う/ダム状(無秩序)
、ラジアル状(放射状)、オニオン状(同心円状)等の
存在が知られている(文献例;例えば12th  Bi
enial  Co11fereace  on  C
arbon 、  July 。
329 (1975)、Pittaburgh ;及び
セラミックス11 (1976)7号、 612−62
1 )。これらの構造は1桑科ピツチの物性に大きく依
存している。通常用いられるノズル内部の#一ピツチの
通路の細管部が直管状で且つその断面が円形の2紡糸口
金を用いて溶融紡糸した場合、原料ピッチのメン7エー
ズ含南家が高ければ高い程、溶融紡糸してつくられるフ
ィラメントの炭素質の配向度が高いため、炭素貞がラジ
アル状VC記向した構造のピッチ繊維となり、これを不
融化処理後炭化処理すると、得られる炭R繊維はラジア
ル構造が*m 4Fとなる。ラジアル構造をもつ炭素4
Iaは周囲から嫉維中心部に向って大きな亀裂を生じて
いる場合が多く、全く商品価値を失う。本発明は上記の
様な従来技術によるピッチ系炭素峨砲の製造方法の問題
点を解決し、亀裂のない優れた品・質の炭素繊維を安定
して製造する方法′4−鴫供することを目的とするもの
であり、この目的は本発明の方法により達成される。
本願の発明者はメソフェーズ含有率が70幅以上ノメン
フエーズピツチを啜料として製造される炭素1碓の断面
の亀裂を全く無くすことにより、炭5!噌推の物性を顕
著に向上せしめ得ることを見い出した。炭素t&碓の断
mlのF[を無くする方法として、メソフェーズピッチ
をノズル内部の細J部の熾夫部断面績よりも大きなノズ
ル出口部所【重積を有し、好ましくは、ノズル出口部I
ff面績の細管g5呟狭部のPj?面積に対する比が2
倍以上である紡糸口金(第1図、第2図、礪3図学照)
を使用し、そのメソフェーズピッチの軟化点(高化式フ
ローテスターにより測定される軟化点)より40〜14
0℃、好ましくは団〜120℃高い温度で溶融紡糸し、
通常の方法により不融化処理後炭化処理することによっ
てM&維断1fiK全く亀裂のない優れた品質の炭素線
維の製造方法を完成したのである。
問、本発明の方法による紡糸−J!A度について詳細に
述べると、メソフェーズピッチのメンフェーズ含有寛、
或はメン7エーズの物性により最適紡糸温度は若干異な
るが、実験の結果メソフェーズピッチの軟化点より40
℃以上高くない温度で紡糸すると、メンフェーズピッチ
の粘度が高すぎ、曳糸性が悪く紡糸が困難となり、他方
メツ7エーズピツチの軟化点より140℃以上高い@変
で紡糸すると、メンフェーズピッチの粘度の低下、紡糸
口金の汚れの増加、メソフェーズピッチの変質等により
、断糸頻度が増大し安定した紡糸が不可能となる。従っ
てメソフェーズピッチの紡糸温度はメンフェーズピッチ
の軟化点よシ40〜140℃、好ましくは55〜120
℃高い温度範囲が適当である。(メソフェーズの欧化点
は190〜240’C)本発明において用いられるメン
フェーズピッチの原料としては、石油の常圧蒸留残油、
減圧蒸留残油、減圧軽油の熱接触分解残油及びこれら残
油の熱処理によって副生ずるタールやピッチなどの石油
系重質油、コールタール、コールタールピッチ、石炭液
化物などの石炭系重質油がらげられる。
この原料を非酸化性雰囲気で加熱処理し、メソフェーズ
を生成せしめ、これを成長させ、大部分がメンフェーズ
であるような部分を分離し、メソフェーズピッチを製造
することができる。本@発明の発明者は、メソフェーズ
ピッチのメソフェーズ含有率が70%以上、好ましくは
90%以上でられば。
本発明の方法により優れた品質の炭素権維を安価に製造
することができることを見い出した。メンフェーズピッ
チのメソフェーズ含有率が70%以下であればこれを通
常の方法で紡糸し、不融化処理後炭化処理しても、得ら
れる炭素IJ1mは炭素の配向度が低いためその断面は
ラジアル構造とはならず、従って亀裂も入らないが、引
張強度1弾性率が低く商品価値が小さい。炭素繊維の原
料としてメソフェーズピッチを用いる場合、そのメソフ
ェーズ含有率は高ければ高い程好ましく、メソフェーズ
含有″470%以上、好ましくは90%以上のメンフェ
ーズピッチを溶融紡糸する際にノズル内部の細管部の最
決部断面積よりも大きいノズル出口部断面積を有し、好
ましくはその面積比が2倍以上である紡糸口金を用い、
ノズル内のメソフェーズピッチの流れに速度変化を生じ
させ、メソフェーズピッチの炭素質の配向に乱れを与え
ることにより断面に亀裂のない炭素線維が製造できる。
本発明方法に使用する紡糸口金のノズル形状の例を第1
図、第2図、第3図に図示するが、形状はこれだけに限
定されbものでなく、且つノズルの断面も円形に限定さ
れず、特許請求の範囲に示す条件のみに限定される。@
1図、第2図、第3図はノズル中心を通る断面図で6す
、各図中、lは紡糸液導入部、2は最狭細V!邪、3は
吐出孔出口部を示す。
実施例1 減圧軽油の熱接触分解残油の初留404℃以上の留分に
メタンガスを送入しながら420℃で2時間加熱処理し
て、これをさらに320℃で16時間加熱してメソフェ
ーズを成長させ大部分がメソフェーズからなる部分を分
離した。このメンフェーズピッチのメソフェーズ含有(
は反射型乍光I/i微攬による測定の結果91チで、軟
化点(高化式フローテスターによる)は215℃であっ
た。このメンフェーズピッチを原料として第1図のノズ
ルを有する紡糸口金(吐出孔a ioo 、紡糸液導入
部の径2.5謂φ、最狭細管部の径0.15簡φ、最狭
細管部の長さ0.3龍、出口部へ拡がる円錐の素置90
6.出口邪の径0.3wφ)を用い、紡糸温度300℃
、紡糸速量210 z/分で紡糸し、このピッチ繊維を
300℃で不融化処理伊2500℃で炭化処理して炭素
線維を得た。
この炭素繊維の断面を走査型電子顕微清で@察したとこ
ろ第4図に示すように、@面にラジアル状構造をしてお
妙、亀裂は全く生じていなかった。
またこの炭素繊維は引張強度278ゆ/ yz”、弾性
率49W/鶴2,1甲度0.57チでめった。
実施例2           、、。
実施例1のメンフェーズピッチを原料とし、第1図のノ
ズルを有する紡糸口金(吐出孔数100、紡糸液導入部
の径2.5謂φ、最狭細管部の径0 、1mφ。
i&央細*部の長さ0.1陀、出口部へ拡がる円錐の角
11c45’、出口部の径0.2れφ)を用い、紡糸温
度307℃、紡糸速2soom/分で紡糸し、実施例1
と同じ処理をして炭素vlImを得た。この噺素嗜癖の
断面を走査型電子頭微境で〜察したところ第5図に示す
ようにオニオン状の断面構造をしでおり1裂は@宜され
なかった。
実施例3 実施例1のメソフェーズピッチを用い、肩2図のノズル
を有する紡糸口金(吐出孔数100、紡糸液導入部の径
2.5flφ、貴侠細管部の径0.1wφ1.最狭縄’
IsF邪の長さ0.1電6、出口部へ拡がる半球の出口
部の直径0.25冨φ)を使用し、紡糸温間280℃、
紡糸速度180@/分で紡糸し実施例1と同じ操作を行
ったところ得られた炭素繊維の代表的断thi構造は第
6図に示すように、ラジアル状、オニオン状、ランダム
状の混在した構造で、亀裂は全くなかった。
実施例4 メソフェーズピッチの分離に長時間を費やした点を除い
ては、実施例lと同じ操作を行って、軟化点235℃の
1004メンフエーズピツチを得’It。
このピッチ?′#淘例2で用いた紡糸口金を使用し7、
紡糸温曜304℃、妨糸速関1!Son/分で紡糸し。
実施例1と同じ処理をして炭素NII碓を得た。代表的
断面構造は填7図に示すようにラジアル状とランダム状
が洪在した構造をしており1%裂は全くなかりな。
比較例1 実施例1で用いたメソ7エーズピツチf原料として吐出
孔内部の細+1fI31Sが直管状でその断面の礒が0
.31φ、細管部の長さ0.3旗で出口部の4も0.3
mφである吐出孔を有する紡糸口金を使用して、実施例
1と同じ紡糸条件、不融化条件、炭化条件で炭素gt維
を製造した。この炭素峨雉の断面金走;i盤成子顧a境
で復祭したところ第8図に示すように断面の構造はラジ
アル状でめり、約4の角度で亀裂を生じていた。ま九こ
の炭素繊維は引張強度157 kg/*m”、弾性藁あ
1/−1伸度0.41悌で塾った。
比較例2 実施例4で用いた1004メソ7エーズビツチを原料と
し、吐出孔内部の細管部が直管状で、その断面の径が0
.1flφ、細管部の長さ0.1 waで出口部の径も
0.1wφである吐出孔を有する紡糸口金を使用して、
実施例4と同じ紡糸条件、不融化条件、炭化条件で炭素
4!#をW造した。この炭素繊維は比較例1と同じラジ
ア竺状の断面構造で亀裂を生じていた。
【図面の簡単な説明】
萬1図は本発明の1形状のノズル中心を通る縦断面図で
ある。第2図も本発明の他の形状のノズルの中心を通る
N&断面図である。填3図も本発明の文例の形状のノズ
ルの中心を通る縦断面図で6る。第4〜7図は本発明の
ノズルで造られ九R素噴i4を走査型成子顕微鏡で観察
した断面4にでbる。@8図は比較例のノズルで造られ
た炭素繊維を走*m電子顕41−で観察した断面写真で
める。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、メソフェーズを含有するピッチを溶融紡糸し、これ
    を不融化し、炭化して炭素繊維を製造するに当たりメソ
    フェーズ含有率が70%以上のメソフェーズピッチを原
    料とし、これをノズル内部の細管部の最狭部断面積より
    もノズルの出口部断面積が大きい紡糸口金を用いて、溶
    融紡糸することを特徴とする炭素繊維の製造方法。 2、メソフェーズピッチの軟化点より55〜120℃高
    い温度で溶融紡糸する特許請求の範囲第1項記載の炭素
    繊維の製造方法。 3、メソフェーズを含有するピッチを溶融紡糸し、これ
    を不融化し、炭化して炭素繊維を製造するに当たり、メ
    ソフェーズ含有率が100%であるメソフェーズピッチ
    を原料とする、特許請求の範囲第1項記成の炭素繊維の
    製造方法。 4、メソフェーズを含有するピッチを溶融紡糸し、これ
    を不融化し、炭化して炭素繊維を製造するに当たり、メ
    ソフェーズ含有率が100%に達しない70%以上のメ
    ソフェーズピッチを原料とする特許請求の範囲第1項記
    載の炭素繊維の製造方法。 5、炭素繊維の断面構造がラジアル状である特許請求の
    範囲第1項記載の炭素繊維の製造方法。 6、炭素繊維の断面構造がランダム状である特許請求の
    範囲第1項記載の炭素繊維の製造方法。 7、炭素繊維の断面構造がオニオン状である特許請求の
    範囲第1項記載の炭素繊維の製造方法。 8、炭素繊維の断面構造が一部ラジアル状あるいは一部
    ランダム状あるいは一部オニオン状、あるいはそれらの
    構造の混在したものである特許請求の範囲第1項記載の
    炭素繊維の製造方法。
JP18449184A 1983-03-09 1984-09-05 炭素繊維の製造方法 Pending JPS6163719A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18449184A JPS6163719A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 炭素繊維の製造方法
DE19843441084 DE3441084A1 (de) 1983-11-10 1984-11-09 Verfahren zur herstellung von endlosgarnen aus kohlefasern
FR8417131A FR2554835B1 (fr) 1983-11-10 1984-11-09 Procede de production de fibres de carbone
US07/119,602 US4913889A (en) 1983-03-09 1987-11-12 High strength high modulus carbon fibers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18449184A JPS6163719A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 炭素繊維の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6163719A true JPS6163719A (ja) 1986-04-01

Family

ID=16154104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18449184A Pending JPS6163719A (ja) 1983-03-09 1984-09-05 炭素繊維の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6163719A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61282406A (ja) * 1985-05-31 1986-12-12 Nitto Boseki Co Ltd ピツチ繊維の紡糸ノズル及び二重構造炭素繊維
JPS62250226A (ja) * 1986-04-18 1987-10-31 Mitsubishi Chem Ind Ltd 炭素繊維の製造法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61282406A (ja) * 1985-05-31 1986-12-12 Nitto Boseki Co Ltd ピツチ繊維の紡糸ノズル及び二重構造炭素繊維
JPS62250226A (ja) * 1986-04-18 1987-10-31 Mitsubishi Chem Ind Ltd 炭素繊維の製造法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4746470A (en) Process for the preparation of carbon fibers having structure reflected in cross sectional view thereof as random mosaic
US4115527A (en) Production of carbon fibers having high anisotropy
JPS59163422A (ja) 石油系メソフエ−ズの紡糸法
US4913889A (en) High strength high modulus carbon fibers
US5213677A (en) Spinning pitch for carbon fibers and process for its production
JPS6246645B2 (ja)
JPS6163719A (ja) 炭素繊維の製造方法
JPS60104528A (ja) 炭素繊維の製造方法
US5114697A (en) High strength, high modulus pitch-based carbon fiber
JPH0781211B2 (ja) 炭素繊維の製造方法
JPH0545685B2 (ja)
JPH0718057B2 (ja) ピッチ系繊維の製造方法
JPS6175821A (ja) ピツチ系炭素繊維の製造法
JPH02216221A (ja) 高強度,高弾性率活性炭繊維
JPS61186520A (ja) ピツチ系炭素繊維の製造方法
JPS6278220A (ja) リボン状炭素繊維の製造方法
JPS60259631A (ja) ピツチ系炭素繊維の製造法
JP3164704B2 (ja) ピッチ系高圧縮強度炭素繊維の製造方法
JP2766530B2 (ja) ピッチ系炭素繊維の製造方法
JPS61258024A (ja) ピツチ系炭素繊維の製造方法
JP4601875B2 (ja) 炭素繊維の製造方法
JPH0316403B2 (ja)
JPH0518922B2 (ja)
JP2766521B2 (ja) ピッチ系炭素繊維の製造方法
JPS59168113A (ja) 炭素繊維用マルチフイラメントの溶融紡糸方法