JPS62276021A - 炭素繊維の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明はピッチを原料とする炭素繊維の製造方法に関し
、更に詳細には光学的等方性ピッチを原料とするピッチ
ｌｌ緒の不融化方法に閏する。

従来の技術 炭素繊維には高強度を有するトＩＰと普通の強度しか有
しないＧＰとがあるが、ピッチ系の炭素繊維の場合には
これは前駆体によって決まり、等方性ピッチからはＧＰ
が、異方性ピッチを使用することによりＨＰが作られる
ことはよく知られている。

しかしてＧＰを補強用月利として使用する場合には強度
を少しでも高めることが望まれていたにもかかわらず、
今迄は不融化はピッチＩｌ雑の炭化のための予備的な処
理と考えられていたにすぎない。

従って、不融化の検討は、引続く炭素化■稈が問題な〈
実施できるかとか、不融化工程をいかに効率化するかな
どを中心に行われていただけで、不融化処理の条件が最
終的な炭素！！雑の機械的特性にどのような影響を与え
るかは明らかにされていなかった。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、適切な不融化条件を決定することによ
って、不融化工程や引続く炭素化工程において繊維に欠
点が発生することを防止し、炭素繊維が本来持っている
優れた強度特性を最大限に発現させることにある。

問題を解決する手段 本発明では不融化処理の際の酸化性雰囲気用ガスとして
空気又は酸素を使用した。これらは夫々単独で、または
両者の混合物として最も一般的な不融化用酸化ガスとし
て使用されるものであるが、ピッチＩＩ緒の不融化に使
用する空気としてはダスト、ミスト、水分等を除去した
清浄なものであることが望ましい。

しかして不融化処理用酸化性気体が空気の場合、不融化
温度としては最高温度が３００〜３４０℃でな番ノれば
ならない。３００℃未満ではピッチと空気中の酸素の反
応が緩慢なため不融化の完了に長時間を必要として工業
的に不適当であり、一方不融化温度３４０℃以上では酸
化分解反応が活発となり繊維表面が粗となり微小な欠点
が発生するため得られる炭素繊維の強度が低下する。

更に最高ｍＦＩ３００〜３／ＩＯ℃の範囲において適切
な不融化条件を決定する要因として前記最高温度ととも
に最高温度における適切な保持時間が大きな問題となる
。

この保持時間は、不融化の際の最高温度が低い場合には
長く、高い場合には短く設定する必要があるが、本発明
者等は不融化最高温度とその温度での適切な保持時間（
Ｒ）との間に下式の関係を満足させた時に従来に比べ強
度特性の優れた炭素Ｉｌ雑が得られることを見出し本発
明を完成させた。

Ｒ＝［（３２０−最高温度（℃））ｘｌ、５±３０］分 この関係式では不融化最高温度３００℃以上でＲがＯ以
下になる場合があるが、その場合はＲ＝Ｏを最短保持時
間とする。

また、不融化処理用酸化性気体として酸素を使用する場
合は、不融化温度の最高温度は２４０〜３’００℃でな
ければならない。２４０℃未満では酸化反応が緩慢なた
め不融化に長時間を要し１．一方３００℃以上では前記
の理由によって高性能の炭素繊維が得られない。

更に最高温度２４０〜３００℃の範囲において適切な不
融化条件を決定する要因として前記最高温度とともに該
４痘における適切な保持時間が大きな役割を示す。

そして空気の場合と同様に下式の関係を満足す×１．５
±３０］分 ＝　５− この関係式によると最高温度２６０℃以上でＲ′がＯ以
下になる場合があるが、その場合はＲ’−０を最短保持
時間とする。

なお、不融化処理の際の酸化性気体として空気又は酸素
のいづれを使用した場合とも不融化処理時の昇温速度は
０．５〜ｂ とが好ましい。

昇温速度が０．５℃／分より遅い場合は不融化処理に長
時間を要し実用的ではなく、逆に３℃／分より速い場合
は酸化による発熱量に比べて放散熱量が小ざくなるため
炭素繊維に極部的融着が生じて強度が低下したり極端な
場合にはピッチ繊維が溶融して炭素繊維が得られないこ
とがある。

更に溶融紡糸後集束することなく直接エア勺ツカ−でバ
スケット内ヘトウ状に集積した場合は、嵩密度が可成り
低いため融着防止処理を全く必要とせずにそのまま不融
化処理を行うことができるが、溶融紡糸後一旦集束して
嵩密度の高いストランド状に形成させる場合には、ピッ
チｉａｍに黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を付
着させて−〇　− から不融化始期を行うことにより、本発明の方法によっ
て満足な性能を有する炭素繊維を得ることができる。

作用 本発明の特ＢＴ　Ｗ求の範囲に記載した不融化方法の採
用によって不敵化工程や炭化工程における繊維の欠点発
生を効采的に防止することができる。

すなわち不融化の際の最高温度を空気中では３４０’Ｃ
以下、酸素中では３００℃以下に制限することによって
上記の温度よりも高温で活発になるビツヂの酸化分解に
起因するＩＪＡＭ表面の欠点の発生を防止できる。

また最高温度における適切な保持時間の設定によって過
度の酸素付加にＪ：る強度低下あるいは酸化の不足によ
る炭化時の綴紐同志の融着を防止できる。なお、かかる
融着は後で解繊時に破壊され繊維の欠点となって残る。

更に、不融化の際に特定の範囲の不融化速度を採用すれ
ば不融化時の繊維同志の融着は完全に紡糸でき、その結
果ｌＩＨの強度の低下を防止できる。

上記の作用によって繊維の欠点の発生を防止し、炭素ｌ
１Ｍが本来布する強度を十分に発現することが可能にな
る。

実施例 実施例１ コールタールピッチを粗原料とする軟化点２３０℃の光
学的等方性プリカーサ−ピッチを５０ホールのブッシン
グで２９０℃で溶融紡糸し、１ＭＮ径１１μのピッチＪ
［をエアサッカーでバスケット内へ嵩密度０．０１ｇ／
ｃｍ３になるように集積させた。このピッチｅＪ＆Ｍを
空気雰囲気の熱風循環式不融化炉中へバスケット内へか
るく集積させた状態で入れて１５０℃から設定最高温度
まで１℃／分の昇温速度で熱処理し不融化した。

不融化処理後の繊維をアルゴン雰囲気中で１０℃／分の
昇温速度で１０００℃まで熱処理し炭化した。

得られた炭素ＩＪｉｌｆｆの強度等を単繊層について測
定した。不融化最高温度と保持時間を変化させて得た結
果を表１に示す。

また、不融化最高湿度３２０℃、保持時間０分に設定し
、昇温速度を変化させた結果を表２に示す。

なお、繊維径（φ）は顕微鏡測微計によって、また引張
強度（ＴＳ＞とヤング率（Ｅｔ）はＪＩＳ　　Ｒ７６０
１単１４１［測定に準じて測定した。

不融化最高温度３２０℃、保持時間０分、不融化時の昇
温速度１℃／分、炭化温度１０００℃の炭素ＩＭの００
２面回折線のＸ線回折図形を第１図に、上記と同一条件
で粗原料を異方性ピッチ変えただけの炭素ｍＨのＸ線回
折図形を第２図に示す。

表１ 【 表２ 実施例２ ピッチ！雑の１ｌＩＩｉ径を１２μ、酸化性雰囲気を酸
素に、不融化最高温度を２４０〜３２０℃に変えた外は
実施例１と全く同一条件で試験した結果を表３に示す。

また、不融化最高温度を２８０℃に、保持時間を０分に
設定し、昇温速度を変化させた結果を表４に示す。

表３ 表４ 発明の効果 本発明の不融化条件を採用づることによって、欠点のな
い高引張強度を有する炭素繊維を得ることができた。

すなわち、従来は等方性ピッチを粗原料とする炭素！ｌ
雑の引張強度は約１００〜１１０Ｋｇ／ＩｒｌＲ２であ
ったためコンクリートの補強用にしか使用できなかった
が、本発明の方法によって約１３（１ｇ／Ｉｍ２以上の
引張強度を有する炭素繊維を得ることが可能になったの
で、プラスチックの補強用にも使用できるようになった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の等方性ピッチから製造した炭素１ｊＡ
ＮのＸ線回折図形、第２図は従来からあった置方性ピッ
チから得た炭素繊維のＸ線回折図形である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　光学的に等方性のピッチを溶融紡糸後、酸化性雰囲気
   中で加熱することにより不融化させ、次いで不活性雰囲
   気中で前記不融化繊維を加熱し炭素化及び黒鉛化して炭
   素繊維を製造する方法において、前記不融化を、 １）不融化に使用する酸化性気体が空気の場合、不融化
   熱処理の最高温度が３００〜３４０℃で、かつ不融化熱
   処理の最高温度と最高温度における保持時間（Ｒ）がＲ
   ＝［（３２０−最高温度（℃））×１．５±３０］分 （但しＲ＜０となつた場合はＲ＝０を最短時間とする）
   、 ２）不融化に使用する酸化性気体が酸素の場合、不融化
   熱処理の最高温度が２４０〜３００℃で、かつ不融化熱
   処理の最高温度と最高温度における保持時間 （Ｒ′）がＲ′＝［（２８０−最高温度（℃））×１．
   ５±３０］分 （但しＲ＜０となつた場合はＲ＝０を最短時間とする）
   、 において実施することを特徴とする、炭素繊維の製造方
   法。