JPS6232179A - 炭素材用原料ピツチの製造方法 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は炭素材料に関し、特に紡糸性にすぐれた炭素材
用原別ピッチのｌｌｌｌｌ決方法する。

〔発明の背景〕

近年、化石燃料資源の有効利用の観点から、石油系もし
くは石炭系重質油を各種炭素材料の原料とする炭素材製
造技術に関する研究が様々な方向から進められている。

ところで、一般に炭素材料は軽ａでしかも耐熱性、耐蝕
性、導電性等にす゛ぐれる反面、機械的特性、特に引張
り強度、弾性率の点で必ずしも充分満足のいくものでは
ないという問題がある。

一方、炭素材料の中でも炭素繊維は、これら炭素材の製
造原料としてすぐれた紡糸性が要求されることから、他
の成形体を主体とする炭素材料とは異なる特異性がある
。たとえば、重質油系の原料ピッチから炭素ｍＨを製造
する場合、原料ピッチは紡糸性にすぐれ、しかも製造さ
れる炭素繊維は弾性率、強度のすぐれたものでなければ
ならない。

このような観点から、従来、重質油系ピッチを紡糸原料
とする炭素繊維の製造法が種々提案されているが（たと
えば、特公昭５５−３７６１１月公報、特公Ｅ￥１５９
−３５６７号公報等）、従来公知の炭素材用原料ビッヂ
は紡糸性の点で必ずしも満足のいくものではなく、また
、これら原料ビツチから得られる炭素材料の機械的特性
も未だ充分すぐれたものではない。

〔発明の概要〕

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、紡糸
性にすぐれた実質的に光学的異方法性部分が１００％で
ある炭素材用原料ピッチを製造する方法を提供すること
を目的とする。

本発明者らは、炭素繊緒のように、すぐれた紡糸性が要
求される炭素材用原料ピッチを得る方法を鋭意研究した
結果、二段階の加熱処理において、−微熱処理によって
生成】“るメソフェースをバルクメソフェースとして除
去したのち、二次熱処理することにより、紡糸性を阻害
する早期生成重縮合物や原料中に含まれる灰分・触媒な
どの固形分が同時に除去され、しかもキノリンネ溶分が
低く均質で紡糸性にすぐれ、かつ実質的に光学的異方性
部分が１００％である炭素材用原料ピッチが得られるこ
とを見出した。

本発明の炭素材用原料ピッチの製造方法は上記知見に基
づいてなされたものである。すなわち石油系重質油を一
次熱処理して生成するメソフェースをバルクメソフェー
スとして除去して光学的等方性ビッヂを冑、ついで減圧
下で二次熱処理を行うことにより実質的に光学的異方性
部分が１００％のビッヂを１！７ることを特徴とする。

〔発明の詳細な説明〕

以下、本発明をさらに訂細に説明する。

本発明の方法で用いる原料油としては、ＦＣＣデカント
オイル、重質残渣の熱分解によって（りられる分解重質
軽油ならびにこれらを水素化処理したものを出発原料油
とし、これら出発原ｒ１油を減圧魚油して軽質分を除去
し沸点４００℃以上の重質油に調製したものを用いる。

また、これら原料重質油は、熱処理工程に入る前に、溶
融ろ過することにより油中の残留触媒、灰分等の固形分
を除去しておくことが材料の均質化を図る上で好ましい
。

上記原料油の一次熱処理は、４００〜５００℃、好まし
くは４３０〜４８０”Ｃの温度で０．５〜１０時間、好
ましくは０．５〜３時間、撹拌しながら行うが、圧力条
件は常圧下、加圧下のいづれであってもよい。

また、この−微熱処理は、窒素ガスなどの不活性ガス雰
囲下で行う事ができる。

上記−微熱処理によって得られた熱処理物中には軟化点
が古く紡糸性に悪影響を及ぼす早期生成重縮合物や前記
溶融ろ過で除去できなかった紡糸性を阻害する灰分・触
媒などの固形分が含有されているので、−微熱処理によ
って生成したメソフェースをバルクメソフェースの形で
これらの成分とともに除去する。

バルクメソフェースを除去する方法は、前記−微熱処理
物を不活性ガス雰囲気中、２００〜３００℃好ましくは
２６０〜３００℃の温度下で６０分以内撹拌し凝集物と
して除去するが、除去するバルクメソフェースの聞は前
記原料重質油の出発原料油の伍に対して、１〜１０重串
％が好ましく、さらに好ましくは２〜７重ω％である。

このＪ：うにしてバルクメソフェースが除去された均質
な光学的等方性ピッチが得られる。

次いで、上記で得られた光学的等方性ピッチを減圧下で
二次熱処理して実質的に光学的異方性部分が１００％の
ピッチを得る。

すなわち、前記光学的等方性ピッチを、不活性ガス雰囲
気かつ１０ｍｍ１１ｇ以下、好ましくは１〜５ｔａｒａ
　ｔｌ　ｇの減圧下において、３５０〜４５０℃好まし
くは３８０〜４２０℃の温度で加熱処理する。熱処理の
時間は１〜１０時間好ましくは２〜５時間であり、また
加熱処理中は必要に応じて撹拌してもよい。

減圧下で熱処理することは、光学的異方性部分の形成を
阻害する低分子量分解留分、重合副生物を除去し、かつ
、適度な温度下での処理が可能になることから高分子量
重縮合物の生成を抑制しつつすみやかに均質（分子量分
布の狭い）な光学的異方性部分を生成する上で右利であ
る。

このようにして得られる本発明の炭素材用原料ピッチの
性状は、軟化点２４０〜３１０℃、光学的異方性部分が
実質的に１００％であり、かつ紡糸性に１ぐれたもので
ある。

１５１られた炭素材用原料ピッチは、従来公知の方法で
紡糸、不融化処理、炭化処理（必要に応じて黒鉛化処理
等）を紅で、強度、弾性率の双方にすぐれた炭素！１Ｉ
ｌｔが得られる。

また、本発明の方法′ｃ１：ｔられる炭素材用原料ピッ
チは、炭素繊維の原料の他、炭素フィルムやその他の炭
素材料、各種複合材料の充填材としても広く使用し得る
。

（発明の実施例） 以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるらのではない。

実施例１　′ ＦＣＣデカントオーイルを減圧蒸溜して得た沸点４００
℃以上の重質留分を、８０〜１００℃で０．６μｍのフ
ィルターにより溶融ろ過し触媒等を除去して原料重質油
を得た。この原料重質油の性状を下記第１表に示す。

次いで、この原料重質油を、窒素気流中で撹拌（５Ｑｒ
、ｐ、ｍ　）　Ｌ／ながら常圧下において、反応温度４
５０℃反応時間４２分の条件で熱改質反応を行なった。

その後、２８０℃で６０分間撹拌（５０ｒ、Ｉ）、ｆｆ
ｌ　）を行ない、凝集した一次バルクメソフェースを５
．８ｗｔ％（対デカントオイル）除去して光学的等方性
ピッチを１９だ。この光学的等方性ピッチの性状を下記
第２表に示す。

次いでこの光学的等方性ピッチを窒素雰囲気下、圧力５
１１１１ｇ、反応温度３９０℃の条件で、５時間加熱処
理して実質的に光学的異方性部分が１００％である炭素
材用原料ピッチを得た。炭素材用原料ピッチの性状を第
２表に示すが、キノリンネ溶分は５重り％以下と低くし
かも光学的異方性部分も１００％である。

このピッチを、孔径０．３＃ｌφの紡糸ノズルを用いて
紡糸温度３６０℃で溶融紡糸したところ、巻取速度４０
０７ＦＬ／ｓｉｎで８分間に１回の糸切れも生じないで
、直径１０μｍの繊維の紡糸が可能であった。

このｍ雑を、空気雰囲気中で２７０℃で、３０分間不融
化した後、窒素雰囲気中、１０００℃で６０分間炭化処
理を行なった。

こうして得られた炭素繊維は、引張り強度２１０Ｋｆｆ
／ｉ、弾性率２０ｔｏｎ／ＩＩｒＩＡであった。

実施例２ 常法に従い接触水素化処理したＦＣＣデカントオイルを
減圧蒸溜して得た沸点４００℃以上の重質留分を調製し
、さらにこれを溶融ろ過することにより触媒等を除去し
て原料重質油を冑た。この原料重質油の性状を下記第１
表に示ず。

次いで窒素気流中で撹拌（５０ｒ、ｐ、ｅ　）を行ない
ながら常圧下において反応温度４５０℃反応時間２時間
の条件で熱改質反応を行なった。

その後、実施例１と同条件で、−次バルクメソフェース
を除去して光学的等方性ピッチを得た。これを窒素雰囲
気下、圧力２　ｍｍＨｇ、反応温度４００℃で３時間加
熱処理して実質的に光学的異方性部分が１００％である
炭素材用ＵＡｆ＞ｌビッヂを１ｑた。炭素材用原料ピッ
チの性状を下記第２表に承りがキノリンネ溶分は１２重
量％以下と低くしから光学的異方性部分は１００％であ
る。

このピッチを孔径０．３＃ｌφの紡糸ノズルを用いて紡
糸温度３７６０℃で溶融紡糸したところ、巻取速度３８
０ｍ／ｍｉｎで１０分間に１回の糸切れも生じないで、
直径８μの“繊維の紡糸が可能であった。

このｔａＭを、実施例１と同条件で、不融化、炭化処理
した。１０００℃で焼成した炭素！ｌｖＬは、引張り強
度２４０ＰＣ！Ｉ／ａｊ、引張り弾性率２０　ｔｏｎ／
−であった。

■−ＪＬＪｉ 実施例１と同じ原料重質油を用い同程度の軟化点になる
ように窒素雰囲気下圧力１１ＩｌｌＩ１１１ｇ、反応温
度３９０℃で８時間加熱処理して炭素材用原料ピッチを
得た。性状を第２表に示１−０ このピッチを実施例１と同一条件で溶融紡糸したが、Ｉ
Ｉ雑径が１３μと太く且つ糸切れが多かった。

このピッチ！１ｌＩｌｆについて実施例１と同一条件で
不融化炭化処理を行なった。１０００℃で焼成した炭素
繊維の引張強度は１６ＯＮ９／−であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石油系重質油を一次熱処理することによって生成するメ
   ソフェースをバルクメソフェースとして除去して光学的
   等方性ピッチを得、次いで減圧下で二次熱処理を行うこ
   とにより実質的に光学的異方性部分が１００％のピッチ
   を得ることを特徴とする、炭素材用原料ピッチの製造方
   法。