JP2985455B2 - 炭素繊維およびその製造方法 - Google Patents
炭素繊維およびその製造方法Info
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- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
- D01D4/02—Spinnerettes
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/32—Apparatus therefor
- D01F9/322—Apparatus therefor for manufacturing filaments from pitch
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維およびその製
造方法に係わるものである。本発明により製造される炭
素繊維は、それ自体著しく高い熱伝導率を示すか、また
は超高温で焼成することにより、著しく高熱伝導率の炭
素繊維を与えるものであって、かかる高熱伝導率の炭素
繊維は、高い寸法安定性、耐熱衝撃性の要求される宇宙
用構造材料や、高エネルギー密度エレクトロニックデバ
イスの放熱用材料等に好適に使用される。
造方法に係わるものである。本発明により製造される炭
素繊維は、それ自体著しく高い熱伝導率を示すか、また
は超高温で焼成することにより、著しく高熱伝導率の炭
素繊維を与えるものであって、かかる高熱伝導率の炭素
繊維は、高い寸法安定性、耐熱衝撃性の要求される宇宙
用構造材料や、高エネルギー密度エレクトロニックデバ
イスの放熱用材料等に好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】高性能の炭素繊維は、ポリアクリロニト
リル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維とピッチ
類を原料とするピッチ系炭素繊維に大別され、それぞれ
高比強度、高比弾性率という特徴を生かして、航空機用
材料、スポーツ用品用材料、建築用材料等として広く用
いられている。
リル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維とピッチ
類を原料とするピッチ系炭素繊維に大別され、それぞれ
高比強度、高比弾性率という特徴を生かして、航空機用
材料、スポーツ用品用材料、建築用材料等として広く用
いられている。
【０００３】しかし、大きな温度分布の下での寸法安定
性や、耐熱衝撃性の要求される宇宙用材料や、高エネル
ギー密度化の進み続けるエレクトロニックデバイスの放
熱用材料等の用途では、上述の機械的性質の他に高い熱
伝導率が要求され、これまでも炭素繊維の熱伝導率を向
上させるために多くの検討がなされてきた。しかし、市
販されているＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は通常２００
Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さく、電気比抵抗は６μΩｍよりも
大きい。
性や、耐熱衝撃性の要求される宇宙用材料や、高エネル
ギー密度化の進み続けるエレクトロニックデバイスの放
熱用材料等の用途では、上述の機械的性質の他に高い熱
伝導率が要求され、これまでも炭素繊維の熱伝導率を向
上させるために多くの検討がなされてきた。しかし、市
販されているＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は通常２００
Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さく、電気比抵抗は６μΩｍよりも
大きい。
【０００４】一方、ピッチ系炭素繊維は、一般にＰＡＮ
系炭素繊維に比べ、高熱伝導率、低電気比抵抗を達成し
易いと認識されているが、市販されているピッチ系炭素
繊維の熱伝導率は通常７００Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さく、
電気比抵抗は１．８μΩｍよりも大きい。最近、ピッチ
の軟化点、紡糸温度、焼成温度を規定することにより低
電気比抵抗の炭素繊維を製造する方法が提案されている
（特開平２−２４２９１９号公報）が、未だ熱伝導率が
１１００Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、電気比抵抗が１．１μ
Ωｍより小さい炭素繊維およびその製造方法は報告され
ていない。
系炭素繊維に比べ、高熱伝導率、低電気比抵抗を達成し
易いと認識されているが、市販されているピッチ系炭素
繊維の熱伝導率は通常７００Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さく、
電気比抵抗は１．８μΩｍよりも大きい。最近、ピッチ
の軟化点、紡糸温度、焼成温度を規定することにより低
電気比抵抗の炭素繊維を製造する方法が提案されている
（特開平２−２４２９１９号公報）が、未だ熱伝導率が
１１００Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、電気比抵抗が１．１μ
Ωｍより小さい炭素繊維およびその製造方法は報告され
ていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、高熱伝
導率、低電気抵抗の炭素繊維が開発されつつはあるもの
の、なお、あらゆる場合に熱伝導率が十分というわけで
はなく、更に熱伝導率の高い炭素繊維が要求されてい
た。本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討し
た結果、光学的異方性ピッチを紡糸する際、ピッチ分子
の配向性がより大きくなるような特殊な条件下で紡糸
し、非常に黒鉛結晶子の大きな炭素繊維を製造したとこ
ろ、かかる炭素繊維は、電気伝導率および熱伝導率が非
常に大きくなることを見出し、本発明に到達した。
導率、低電気抵抗の炭素繊維が開発されつつはあるもの
の、なお、あらゆる場合に熱伝導率が十分というわけで
はなく、更に熱伝導率の高い炭素繊維が要求されてい
た。本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討し
た結果、光学的異方性ピッチを紡糸する際、ピッチ分子
の配向性がより大きくなるような特殊な条件下で紡糸
し、非常に黒鉛結晶子の大きな炭素繊維を製造したとこ
ろ、かかる炭素繊維は、電気伝導率および熱伝導率が非
常に大きくなることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】すなわち、本発明の目的は、同一条件で炭
化または黒鉛化された従来の炭素繊維と比較して、著し
く大きい電気伝導率および熱伝導率を示す炭素繊維を工
業的有利に提供することに存する。
化または黒鉛化された従来の炭素繊維と比較して、著し
く大きい電気伝導率および熱伝導率を示す炭素繊維を工
業的有利に提供することに存する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】しかして、かかる本発明
の目的は、光学的異方性ピッチを、導入角αが７０°よ
りも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ／Ｄが
４より大きいノズルを用い、該光学的異方性ピッチの粘
度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸してピッチ繊維
を得、該ピッチ繊維を不融化し、炭化および／また黒鉛
化することを特徴とする炭素繊維の製造方法により容易
に達成される。
の目的は、光学的異方性ピッチを、導入角αが７０°よ
りも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ／Ｄが
４より大きいノズルを用い、該光学的異方性ピッチの粘
度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸してピッチ繊維
を得、該ピッチ繊維を不融化し、炭化および／また黒鉛
化することを特徴とする炭素繊維の製造方法により容易
に達成される。
【０００８】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明で用いる炭素繊維を得るための紡糸ピッチとしては、
配向しやすい分子種が形成されており、光学的に異方性
の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はな
い。紡糸ピッチを得るための炭素質原料としては、例え
ば、石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭
液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、または、ナ
フタレンやアントラセンの触媒反応による重合反応生成
物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、フリーカ
ーボン、未溶解石炭、灰分、触媒等の不純物が含まれて
いるが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、あるいは
溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法であらかじ
め除去しておくことが望ましい。
明で用いる炭素繊維を得るための紡糸ピッチとしては、
配向しやすい分子種が形成されており、光学的に異方性
の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はな
い。紡糸ピッチを得るための炭素質原料としては、例え
ば、石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭
液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、または、ナ
フタレンやアントラセンの触媒反応による重合反応生成
物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、フリーカ
ーボン、未溶解石炭、灰分、触媒等の不純物が含まれて
いるが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、あるいは
溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法であらかじ
め除去しておくことが望ましい。
【０００９】また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処
理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、
あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処
理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
本発明においては、４０％以上、好ましくは、７０％以
上、さらに好ましくは９０％以上の光学的異方性組織を
含む炭素質原料が好適であり、このために前述の炭素質
原料を必要によっては、通常３５０〜５００℃、好まし
くは３８０〜４５０℃で、２分から５０時間、好ましく
は５分〜５時間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガ
ス雰囲気下、あるいは、吹き込み下に加熱処理すること
がある。
理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、
あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処
理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
本発明においては、４０％以上、好ましくは、７０％以
上、さらに好ましくは９０％以上の光学的異方性組織を
含む炭素質原料が好適であり、このために前述の炭素質
原料を必要によっては、通常３５０〜５００℃、好まし
くは３８０〜４５０℃で、２分から５０時間、好ましく
は５分〜５時間、窒素、アルゴン、水蒸気等の不活性ガ
ス雰囲気下、あるいは、吹き込み下に加熱処理すること
がある。
【００１０】本発明でいうピッチの光学的異方性組織割
合は、常温下、偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異
方性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体
的には、例えば、ピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕したもの
を、常法にしたがって２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全
面に試料片を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくま
なく偏光顕微鏡（１００倍率）下で観察し、試料の全表
面積に占める光学的異方性部分の面積の割合を測定する
ことによって求める。
合は、常温下、偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異
方性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体
的には、例えば、ピッチ試料を数ｍｍ角に粉砕したもの
を、常法にしたがって２ｃｍ直径の樹脂の表面のほぼ全
面に試料片を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくま
なく偏光顕微鏡（１００倍率）下で観察し、試料の全表
面積に占める光学的異方性部分の面積の割合を測定する
ことによって求める。
【００１１】低電気比抵抗、高熱伝導率の炭素繊維を調
製するに先立って行われた種々の検討の結果、炭素繊維
の電気比抵抗および熱伝導率は、炭素繊維を構成する黒
鉛結晶子の大きさのみに支配されていることが判明し
た。すなわち、炭素繊維は、その原料や製法によらず、
黒鉛結晶子が大きい程、格子欠陥による電気および熱の
キャリアーの散乱が小さくなり、電気伝導率および熱伝
導率が大きくなる。このような結果、炭素繊維は、ピッ
チ繊維の段階におけるピッチ分子の繊維軸方向への配向
性が良いほど、後の炭化工程において炭素繊維の黒鉛結
晶子が大きくなりやすいことを考え合わせ、本発明者等
は炭素繊維の電気伝導率および熱伝導率を大きくするた
めには、紡糸工程において配向性の良いピッチ繊維を調
製することが重要であるとの結論に至った。
製するに先立って行われた種々の検討の結果、炭素繊維
の電気比抵抗および熱伝導率は、炭素繊維を構成する黒
鉛結晶子の大きさのみに支配されていることが判明し
た。すなわち、炭素繊維は、その原料や製法によらず、
黒鉛結晶子が大きい程、格子欠陥による電気および熱の
キャリアーの散乱が小さくなり、電気伝導率および熱伝
導率が大きくなる。このような結果、炭素繊維は、ピッ
チ繊維の段階におけるピッチ分子の繊維軸方向への配向
性が良いほど、後の炭化工程において炭素繊維の黒鉛結
晶子が大きくなりやすいことを考え合わせ、本発明者等
は炭素繊維の電気伝導率および熱伝導率を大きくするた
めには、紡糸工程において配向性の良いピッチ繊維を調
製することが重要であるとの結論に至った。
【００１２】本発明では、前述のピッチからピッチ繊維
を紡糸する際に、図１に示す様にノズルの導入角αを７
０℃よりも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ
／Ｄを４より大きくすることによって、ノズル内壁から
ピッチ分子に作用する剪断力を強化し、ピッチ分子の配
向性を高めると共に、延伸による配向の乱れを小さくす
るために、吐出孔における紡糸ピッチの粘度が１５０ポ
イズ以下になる温度で紡糸を行い、非常に配向性の良い
ピッチ繊維を調製する。
を紡糸する際に、図１に示す様にノズルの導入角αを７
０℃よりも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ
／Ｄを４より大きくすることによって、ノズル内壁から
ピッチ分子に作用する剪断力を強化し、ピッチ分子の配
向性を高めると共に、延伸による配向の乱れを小さくす
るために、吐出孔における紡糸ピッチの粘度が１５０ポ
イズ以下になる温度で紡糸を行い、非常に配向性の良い
ピッチ繊維を調製する。
【００１３】このようにして得られたピッチ繊維を、常
法にしたがって不融化し、所望の温度で炭化および／ま
たは黒鉛化を行うことにより、黒鉛結晶子が大きく、電
気伝導率および熱伝導率の大きな炭素繊維を得ることが
できる。この際、炭化および黒鉛化の温度が高いほど、
また、炭化及び黒鉛化の時間が長いほど黒鉛結晶子が大
きく成長し、電気伝導率および熱伝導率の大きな炭素繊
維が得られる。黒鉛結晶子の大きさは、黒鉛結晶の層面
方向の広がりＬａを以って評価することができる。
法にしたがって不融化し、所望の温度で炭化および／ま
たは黒鉛化を行うことにより、黒鉛結晶子が大きく、電
気伝導率および熱伝導率の大きな炭素繊維を得ることが
できる。この際、炭化および黒鉛化の温度が高いほど、
また、炭化及び黒鉛化の時間が長いほど黒鉛結晶子が大
きく成長し、電気伝導率および熱伝導率の大きな炭素繊
維が得られる。黒鉛結晶子の大きさは、黒鉛結晶の層面
方向の広がりＬａを以って評価することができる。
【００１４】本発明の炭素繊維は３０００℃以上の温度
で焼成するとこの黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａが１
０００Å以上になることを特徴の１つとしている。本発
明においては、このＬａを日本学術振興会第１１７委員
会で定められた、「人造黒鉛の格子定数及び結晶子の大
きさ測定法」（大谷杉郎等 炭素繊維 近代編集（１９
８３）７０１−７１０ページ）により黒鉛の（１１０）
回折線から求めたものを用いる。本法はＬａの測定に用
いられる一般的な方法である。尚、本法では、求めたＬ
ａが１０００Åを超えていた場合にはすべて１０００Å
以上と判定する規定になっており、本発明の炭素繊維を
３０００℃で黒鉛化処理すると、Ｌａは大きく１０００
Åを超え、数千Åの値を示すが、これらの値はすべて１
０００Å以上との表現にした。
で焼成するとこの黒鉛結晶の層面方向の広がりＬａが１
０００Å以上になることを特徴の１つとしている。本発
明においては、このＬａを日本学術振興会第１１７委員
会で定められた、「人造黒鉛の格子定数及び結晶子の大
きさ測定法」（大谷杉郎等 炭素繊維 近代編集（１９
８３）７０１−７１０ページ）により黒鉛の（１１０）
回折線から求めたものを用いる。本法はＬａの測定に用
いられる一般的な方法である。尚、本法では、求めたＬ
ａが１０００Åを超えていた場合にはすべて１０００Å
以上と判定する規定になっており、本発明の炭素繊維を
３０００℃で黒鉛化処理すると、Ｌａは大きく１０００
Åを超え、数千Åの値を示すが、これらの値はすべて１
０００Å以上との表現にした。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。例中の黒鉛結晶子の
層面方向の広がりＬａは、前述の日本学術振興会第１１
７委員会で定められた、「人造黒鉛の格子定数及び結晶
子の大きさ測定法」（大谷杉郎等 炭素繊維 近代編集
（１９８３）７０１−７１０ページ）により黒鉛の（１
１０）回折線から求め、Ｌａ（１１０）と表示した。
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。例中の黒鉛結晶子の
層面方向の広がりＬａは、前述の日本学術振興会第１１
７委員会で定められた、「人造黒鉛の格子定数及び結晶
子の大きさ測定法」（大谷杉郎等 炭素繊維 近代編集
（１９８３）７０１−７１０ページ）により黒鉛の（１
１０）回折線から求め、Ｌａ（１１０）と表示した。
【００１６】電気比抵抗は、炭素繊維懇話会規格ＪＣＦ
Ｓ００２−１９８１（大谷杉郎等炭素繊維 近代編集
（１９８３）６５７−６６０ページ）に従い、約４００
０本の繊維からなるトウあるいは単繊維の電気比抵抗を
測定した。熱伝導率は、炭素繊維を直径１０ｍｍ、厚さ
３〜６ｍｍの円板状一方向炭素繊維強化プラスチック
（ＣＦＲＰ）とし、真空理工（株）製レーザーフラッシ
ュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００によって、該ＣＦＲ
Ｐの比熱と熱拡散率を測定し、次式によって算出した。
Ｓ００２−１９８１（大谷杉郎等炭素繊維 近代編集
（１９８３）６５７−６６０ページ）に従い、約４００
０本の繊維からなるトウあるいは単繊維の電気比抵抗を
測定した。熱伝導率は、炭素繊維を直径１０ｍｍ、厚さ
３〜６ｍｍの円板状一方向炭素繊維強化プラスチック
（ＣＦＲＰ）とし、真空理工（株）製レーザーフラッシ
ュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００によって、該ＣＦＲ
Ｐの比熱と熱拡散率を測定し、次式によって算出した。
【００１７】Ｋ＝Ｃｐ・α・ρ／Ｖｆ ここで、Ｋは炭素繊維の熱伝導率、ＣｐはＣＦＲＰの比
熱、αはＣＦＲＰの熱拡散率、ρはＣＦＲＰの密度、Ｖ
ｆはＣＦＲＰ中に含まれる炭素繊維の体積分率を表す。
ＣＦＲＰの厚さは、炭素繊維の熱伝導率に応じて変え、
熱伝導率の大きい試料は厚く、小さい試料は薄くした。
具体的には、レーザー照射後、試料背面の温度が上昇
し、最高温度に到達するには数１０ｍｓｅｃを要する
が、その際の温度上昇幅ΔＴｍの１／２だけ温度が上昇
するまでの時間ｔ１／２が１０ｍｓｅｃ以上（最高１５
ｍｓｅｃ）となるようにＣＦＲＰの厚さを調節した（図
２参照）。
熱、αはＣＦＲＰの熱拡散率、ρはＣＦＲＰの密度、Ｖ
ｆはＣＦＲＰ中に含まれる炭素繊維の体積分率を表す。
ＣＦＲＰの厚さは、炭素繊維の熱伝導率に応じて変え、
熱伝導率の大きい試料は厚く、小さい試料は薄くした。
具体的には、レーザー照射後、試料背面の温度が上昇
し、最高温度に到達するには数１０ｍｓｅｃを要する
が、その際の温度上昇幅ΔＴｍの１／２だけ温度が上昇
するまでの時間ｔ１／２が１０ｍｓｅｃ以上（最高１５
ｍｓｅｃ）となるようにＣＦＲＰの厚さを調節した（図
２参照）。
【００１８】比熱は、試料前面に受光板としてグラッシ
ーカーボンを貼付け、レーザー照射後の温度上昇を試料
背面中央に接着したＲ熱電対によって測定することによ
り求めた。また、測定値は、サファイアを標準試料とし
て校正した。熱拡散率は、試料の両面にカーボンスプレ
ーによってちょうど表面が見えなくなるまで皮膜を付
け、赤外線検出器によって、レーザ照射後の試料背面の
温度変化を測定し求めた。なお、炭素繊維の熱伝導率
は、炭素繊維の熱伝導率と電気伝導率の間の非常に良い
相関関係を利用して、電気伝導率から推算することもで
きる。
ーカーボンを貼付け、レーザー照射後の温度上昇を試料
背面中央に接着したＲ熱電対によって測定することによ
り求めた。また、測定値は、サファイアを標準試料とし
て校正した。熱拡散率は、試料の両面にカーボンスプレ
ーによってちょうど表面が見えなくなるまで皮膜を付
け、赤外線検出器によって、レーザ照射後の試料背面の
温度変化を測定し求めた。なお、炭素繊維の熱伝導率
は、炭素繊維の熱伝導率と電気伝導率の間の非常に良い
相関関係を利用して、電気伝導率から推算することもで
きる。
【００１９】（実施例１）コールタールピッチより、偏
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径１２μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を空気中３１０℃で３０分間加熱処理することによ
り、不融化繊維を得た。この不融化繊維をアルゴンガス
中３２５０℃で１７分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。こ
の炭素繊維は、Ｌａ（１１０）１０００Å以上、電気比
抵抗１．０７μΩｍ、熱伝導率１１４０Ｗ／ｍ・Ｋであ
った。
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径１２μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を空気中３１０℃で３０分間加熱処理することによ
り、不融化繊維を得た。この不融化繊維をアルゴンガス
中３２５０℃で１７分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。こ
の炭素繊維は、Ｌａ（１１０）１０００Å以上、電気比
抵抗１．０７μΩｍ、熱伝導率１１４０Ｗ／ｍ・Ｋであ
った。
【００２０】（実施例２）コールタールピッチより、偏
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３１０℃
で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維を得
た。この不融化繊維をアルゴンガス中２４００℃で１分
間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、Ｌａ
（１１０）４００Å、電気比抵抗２．９６μΩｍ、熱伝
導率３８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。この炭素繊維をさらに
アルゴンガス中３０００℃で６０分間焼成した結果、Ｌ
ａ（１１０）１０００Å以上、電気比抵抗１．０７μΩ
ｍ、熱伝導率１１４０Ｗ／ｍ・Ｋとなった。
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３１０℃
で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維を得
た。この不融化繊維をアルゴンガス中２４００℃で１分
間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、Ｌａ
（１１０）４００Å、電気比抵抗２．９６μΩｍ、熱伝
導率３８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。この炭素繊維をさらに
アルゴンガス中３０００℃で６０分間焼成した結果、Ｌ
ａ（１１０）１０００Å以上、電気比抵抗１．０７μΩ
ｍ、熱伝導率１１４０Ｗ／ｍ・Ｋとなった。
【００２１】（実施例３）コールタールピッチより、偏
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３１０℃
で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維を得
た。この不融化繊維をアルゴンガス中３２５０℃で１７
分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、Ｌａ
（１１０）１０００Å以上、電気比抵抗０．９９μΩ
ｍ、熱伝導率１２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
光顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光
学的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角６０°、Ｌ／Ｄ＝５のノズルを用い、吐出孔
でのピッチの粘度が１２０ポイズになるようにして紡糸
し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピッチ繊
維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３１０℃
で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維を得
た。この不融化繊維をアルゴンガス中３２５０℃で１７
分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、Ｌａ
（１１０）１０００Å以上、電気比抵抗０．９９μΩ
ｍ、熱伝導率１２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２２】（比較例）コールタールピッチより、偏光
顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光学
的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角１５０°、Ｌ／Ｄ＝０．５のノズルを用い、
吐出孔でのピッチの粘度が３１０ポイズになるようにし
て紡糸し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピ
ッチ繊維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３
１０℃で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維
を得た。この不融化繊維をアルゴンガス中３２５０℃で
１７分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、
Ｌａ（１１０）６４０Å、電気比抵抗１．８１μΩｍ、
熱伝導率６５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
顕微鏡下で観察した光学的異方性割合が１００％の光学
的異方性ピッチを調製した。この光学的異方性ピッチ
を、導入角１５０°、Ｌ／Ｄ＝０．５のノズルを用い、
吐出孔でのピッチの粘度が３１０ポイズになるようにし
て紡糸し、繊維径２４μｍのピッチ繊維を得た。このピ
ッチ繊維を、空気中２５０℃で２４０分間、引続き、３
１０℃で３０分間加熱処理することにより、不融化繊維
を得た。この不融化繊維をアルゴンガス中３２５０℃で
１７分間黒鉛化し、炭素繊維を得た。この炭素繊維は、
Ｌａ（１１０）６４０Å、電気比抵抗１．８１μΩｍ、
熱伝導率６５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２３】
【発明の効果】本発明の炭素繊維は、同一条件で炭化ま
たは黒鉛化された従来の炭素繊維と比較して、著しく大
きい電気伝導率および熱伝導率を示し、また、本発明の
炭素繊維の製造方法によれば、かかる大きな電気伝導率
および熱伝導率を示す炭素繊維を容易に製造することが
でき、多大な工業的利益を提供するものである。
たは黒鉛化された従来の炭素繊維と比較して、著しく大
きい電気伝導率および熱伝導率を示し、また、本発明の
炭素繊維の製造方法によれば、かかる大きな電気伝導率
および熱伝導率を示す炭素繊維を容易に製造することが
でき、多大な工業的利益を提供するものである。
【図１】図１は本発明の炭素繊維の製造方法に用いる紡
糸ノズルの断面説明図である。
糸ノズルの断面説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例中、真空理工（株）製レ
ーザーフラッシュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００を用
いて熱伝導率を決定する際の、レーザー照射後の経過時
間と試料背面の温度の関係を表わすグラフである。
ーザーフラッシュ法熱定数測定装置ＴＣ−３０００を用
いて熱伝導率を決定する際の、レーザー照射後の経過時
間と試料背面の温度の関係を表わすグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 光学的異方性ピッチを、導入角αが７０
°よりも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ／
Ｄが４より大きいノズルを用い、該光学的異方性ピッチ
の粘度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸してピッチ
繊維を得、該ピッチ繊維を不融化し、炭化および／また
は黒鉛化することを特徴とする炭素繊維の製造方法。 - 【請求項２】 光学的異方性ピッチを、導入角αが７０
°よりも小さく、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ／
Ｄが４より大きいノズルを用い、該光学的異方性ピッチ
の粘度が１５０ポイズ以下になる温度で紡糸してピッチ
繊維を得、該ピッチ繊維を不融化し、炭化および／また
は黒鉛化してなる黒鉛結晶子の層面方向の広がりＬａが
１０００Åより大きく、電気比抵抗が１．１μΩｍより
小さく、熱伝導率が１１００Ｗ／ｍ・Ｋより大きいこと
を特徴とする炭素繊維。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335271A JP2985455B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 炭素繊維およびその製造方法 |
| DE69219751T DE69219751T2 (de) | 1991-12-18 | 1992-12-17 | Kohlenstoffasern und Verfahren zu deren Herstellung |
| EP92121504A EP0550858B1 (en) | 1991-12-18 | 1992-12-17 | Carbon fibers and process for their production |
| US08/322,376 US5612015A (en) | 1991-12-18 | 1994-10-13 | Carbon fibers and process for their production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335271A JP2985455B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 炭素繊維およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05163619A JPH05163619A (ja) | 1993-06-29 |
| JP2985455B2 true JP2985455B2 (ja) | 1999-11-29 |
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ID=18286651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3335271A Expired - Fee Related JP2985455B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 炭素繊維およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5612015A (ja) |
| EP (1) | EP0550858B1 (ja) |
| JP (1) | JP2985455B2 (ja) |
| DE (1) | DE69219751T2 (ja) |
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| PL3312316T3 (pl) * | 2015-06-18 | 2020-12-14 | Teijin Limited | Węgiel włóknisty, sposób jego wytwarzania, warstwa mieszaniny elektrodowej do baterii akumulatorowej z niewodnym elektrolitem, elektroda w baterii akumulatorowej z niewodnym elektrolitem oraz bateria akumulatorowa z niewodnym elektrolitem |
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|---|---|---|---|---|
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| DE2141285A1 (de) * | 1971-08-18 | 1973-03-01 | Davy Ashmore Ag | Verfahren zur herstellung hochmolekularer endlosfaeden aus polyestern und spinnduesenplatte zur durchfuehrung des verfahrens |
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| JPS59163422A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Kashima Sekiyu Kk | 石油系メソフエ−ズの紡糸法 |
| US4576811A (en) * | 1983-11-03 | 1986-03-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for adjusting the fiber structure of mesophase pitch fibers |
| US5266294A (en) * | 1984-04-30 | 1993-11-30 | Amoco Corporation | Continuous, ultrahigh modulus carbon fiber |
| JPS6245724A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-27 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 炭素繊維の製造方法 |
| US4980250A (en) * | 1986-05-13 | 1990-12-25 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Secondary battery |
| US5217657A (en) * | 1989-09-05 | 1993-06-08 | Engle Glen B | Method of making carbon-carbon composites |
-
1991
- 1991-12-18 JP JP3335271A patent/JP2985455B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-12-17 DE DE69219751T patent/DE69219751T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-17 EP EP92121504A patent/EP0550858B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-10-13 US US08/322,376 patent/US5612015A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69219751T2 (de) | 1997-08-28 |
| US5612015A (en) | 1997-03-18 |
| EP0550858A1 (en) | 1993-07-14 |
| DE69219751D1 (de) | 1997-06-19 |
| JPH05163619A (ja) | 1993-06-29 |
| EP0550858B1 (en) | 1997-05-14 |
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