JPH0735614B2 - 高黒鉛化炭素繊維の製造方法 - Google Patents
高黒鉛化炭素繊維の製造方法Info
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- JPH0735614B2 JPH0735614B2 JP63247524A JP24752488A JPH0735614B2 JP H0735614 B2 JPH0735614 B2 JP H0735614B2 JP 63247524 A JP63247524 A JP 63247524A JP 24752488 A JP24752488 A JP 24752488A JP H0735614 B2 JPH0735614 B2 JP H0735614B2
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- Japan
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- fiber
- carbon fiber
- producing
- fibers
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- Inorganic Fibers (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （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関し、特に、
高耐薬品性及び高電気伝導性を要する用途に適した、黒
鉛化度の高い炭素繊維およびその製造方法に関する。
高耐薬品性及び高電気伝導性を要する用途に適した、黒
鉛化度の高い炭素繊維およびその製造方法に関する。
炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維、ピッチ繊維の
ような有機繊維を熱処理して炭素化する方法で製造され
ている。熱処理は普通２段階で行われ、第１段階では比
較的低温で酸素ガス含有雰囲気中で焼成され（安定化工
程）、第２段階で比較的高温で、不活性ガス雰囲気中で
焼成される（炭素化工程）。炭素繊維の重要な用途とし
て、高度の電気伝導度および／または高度の耐薬品性
（例えば塩素飽和溶液中での使用）を要求される用途が
ある。このような用途においては、炭素繊維の黒鉛化度
をできるだけ高くすることが必要である。
ような有機繊維を熱処理して炭素化する方法で製造され
ている。熱処理は普通２段階で行われ、第１段階では比
較的低温で酸素ガス含有雰囲気中で焼成され（安定化工
程）、第２段階で比較的高温で、不活性ガス雰囲気中で
焼成される（炭素化工程）。炭素繊維の重要な用途とし
て、高度の電気伝導度および／または高度の耐薬品性
（例えば塩素飽和溶液中での使用）を要求される用途が
ある。このような用途においては、炭素繊維の黒鉛化度
をできるだけ高くすることが必要である。
このような高黒鉛化炭素繊維の製造方法としては、有機
繊維の熱処理工程（安定化工程及び／または炭素化工
程）において、繊維に緊張を与えて延伸乃至はその収縮
を抑制する方法が知られている（例えば特公昭44-2117
5、同46-10469、同54−156822、同51-16542）。しか
し、特に出発材料である有機繊維の形態が短繊維、及び
繊維集合体である場合には、このような方法を工業的に
安価に実施することは困難である。
繊維の熱処理工程（安定化工程及び／または炭素化工
程）において、繊維に緊張を与えて延伸乃至はその収縮
を抑制する方法が知られている（例えば特公昭44-2117
5、同46-10469、同54−156822、同51-16542）。しか
し、特に出発材料である有機繊維の形態が短繊維、及び
繊維集合体である場合には、このような方法を工業的に
安価に実施することは困難である。
本発明は、出発材料として用いる炭素繊維製造用有機繊
維の形態（湿式抄紙用等の短繊維あるいはその集合体、
あるいは連続繊維等）によらず安価で黒鉛化度の高い炭
素繊維およびこれを工業的に容易に製造する方法を提供
することを目的とする。
維の形態（湿式抄紙用等の短繊維あるいはその集合体、
あるいは連続繊維等）によらず安価で黒鉛化度の高い炭
素繊維およびこれを工業的に容易に製造する方法を提供
することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば、 炭素繊維製造用有機繊維に、熱硬化性樹脂の溶液を付着
させた後乾燥することによって、上記有機繊維の表面を
この有機繊維に対して乾燥重量で５重量％以上の量の上
記熱硬化性樹脂で被覆する工程、 上記熱硬化性樹脂を熱硬化させる工程、 上記被覆後の有機繊維を、酸素ガス含有雰囲気中で、15
0〜350℃の温度で５時間以上安定化処理して前駆体繊維
を作成する工程、および 前駆体繊維を、不活性ガス雰囲気中で、1800℃以上の温
度で焼成する工程を含んで成り、Franklinのｐ値が0.60
以下の黒鉛化炭素繊維を生成することを特徴とする高黒
鉛化炭素繊維の製造方法によって達成される。
させた後乾燥することによって、上記有機繊維の表面を
この有機繊維に対して乾燥重量で５重量％以上の量の上
記熱硬化性樹脂で被覆する工程、 上記熱硬化性樹脂を熱硬化させる工程、 上記被覆後の有機繊維を、酸素ガス含有雰囲気中で、15
0〜350℃の温度で５時間以上安定化処理して前駆体繊維
を作成する工程、および 前駆体繊維を、不活性ガス雰囲気中で、1800℃以上の温
度で焼成する工程を含んで成り、Franklinのｐ値が0.60
以下の黒鉛化炭素繊維を生成することを特徴とする高黒
鉛化炭素繊維の製造方法によって達成される。
本発明者は、炭素繊維製造用有機繊維を熱硬化性樹脂で
被覆した状態で充分な長時間安定化処理してから炭素化
焼成を行うと高い黒鉛化度が得られることを見出した。
被覆した状態で充分な長時間安定化処理してから炭素化
焼成を行うと高い黒鉛化度が得られることを見出した。
被覆された樹脂が、安定化処理の初期又は昇温中に硬化
し、安定化処理中および炭素化焼成時に有機繊維の収縮
を拘束することによって、従来行われていた外力による
緊張操作と同じ効果を生じて、炭素繊維の黒鉛化度を高
めると推定される。
し、安定化処理中および炭素化焼成時に有機繊維の収縮
を拘束することによって、従来行われていた外力による
緊張操作と同じ効果を生じて、炭素繊維の黒鉛化度を高
めると推定される。
すなわち、本発明の第一の重要な点は、有機繊維の表面
を熱硬化性樹脂で被覆することである。この被覆が充分
でないと、同じ熱処理条件でも、繊維の黒鉛化度は非常
に低い。被覆量は有機繊維の乾燥重量に対して５重量％
以上が必要であり、10重量％以上が望ましい。
を熱硬化性樹脂で被覆することである。この被覆が充分
でないと、同じ熱処理条件でも、繊維の黒鉛化度は非常
に低い。被覆量は有機繊維の乾燥重量に対して５重量％
以上が必要であり、10重量％以上が望ましい。
本発明の第二の重要な点は、安定化処理の時間である。
酸素ガス含有雰囲気中で150〜350℃で行う安定化処理の
時間が充分でないと、次工程の炭素化焼成工程において
黒鉛化が充分に進まない。安定化処理時間は５時間以上
が必要であり、20時間以上が望ましい。以下に、本発明
の構成を説明する。
酸素ガス含有雰囲気中で150〜350℃で行う安定化処理の
時間が充分でないと、次工程の炭素化焼成工程において
黒鉛化が充分に進まない。安定化処理時間は５時間以上
が必要であり、20時間以上が望ましい。以下に、本発明
の構成を説明する。
有機繊維 本発明に用いられる有機繊維としては、再生セルロー
ス、ピッチ繊維、ポリアクリロニトリル繊維等、通常、
炭素繊維の製造に用いられる繊維ならばいずれも使用可
能である。高黒鉛化度を得る事が容易である観点から、
ポロアクリロニトリル繊維が最も適している。繊維の太
さは細いほど黒鉛化が容易であるが、使用目的により選
択すれば良く、特に限定する必要はない。有機繊維の形
態も限定する必要はなく、短繊維、その集合体、連続繊
維等を用途に応じて使用できる。例えば、棚の上に短繊
維を散布して熱処理することも可能であり、一旦シート
状に成型した短繊維集合体について本発明の処理を施し
た後、粉砕して炭素繊維を得ることも可能である。
ス、ピッチ繊維、ポリアクリロニトリル繊維等、通常、
炭素繊維の製造に用いられる繊維ならばいずれも使用可
能である。高黒鉛化度を得る事が容易である観点から、
ポロアクリロニトリル繊維が最も適している。繊維の太
さは細いほど黒鉛化が容易であるが、使用目的により選
択すれば良く、特に限定する必要はない。有機繊維の形
態も限定する必要はなく、短繊維、その集合体、連続繊
維等を用途に応じて使用できる。例えば、棚の上に短繊
維を散布して熱処理することも可能であり、一旦シート
状に成型した短繊維集合体について本発明の処理を施し
た後、粉砕して炭素繊維を得ることも可能である。
熱硬化性樹脂 なんらかの媒体に溶解し、熱硬化性であって、熱処理に
よって炭化する性質のものならば良く、フェノール樹
脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が使用可能である。取
り扱いの容易さの点からはフェノール樹脂が最も好まし
い。
よって炭化する性質のものならば良く、フェノール樹
脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が使用可能である。取
り扱いの容易さの点からはフェノール樹脂が最も好まし
い。
被覆 （ｉ）付着方法 有機繊維を熱硬化性樹脂溶液中に浸漬する方法等の一般
的な方法でよい。乾燥後に所定被覆量が得られるように
付着量を調整する。
的な方法でよい。乾燥後に所定被覆量が得られるように
付着量を調整する。
（ii）乾燥方法 通常の熱風乾燥等を用いて行えばよい。
熱硬化 通常行われる条件で熱硬化性樹脂を硬化させる。
安定化処理 焼成に先立って、酸素ガス含有雰囲気中（たとえば空気
中）で、150〜350℃の温度で安定化処理を行う。充分な
黒鉛化度を得るために必要な安定化処理時間は、有機繊
維の種類と太さ、及び目的とする黒鉛化度によって異な
るが、Franklinのｐ値0.60以下を得るには少なくとも５
時間は必要である。黒鉛化度は安定化処理時間とともに
単調に上昇するので、必要とされる耐薬品性等の性能
と、経済性との見合いで処理時間を決定すれば良い。
中）で、150〜350℃の温度で安定化処理を行う。充分な
黒鉛化度を得るために必要な安定化処理時間は、有機繊
維の種類と太さ、及び目的とする黒鉛化度によって異な
るが、Franklinのｐ値0.60以下を得るには少なくとも５
時間は必要である。黒鉛化度は安定化処理時間とともに
単調に上昇するので、必要とされる耐薬品性等の性能
と、経済性との見合いで処理時間を決定すれば良い。
安定化処理は、前記熱硬化処理を兼ねることができる。
焼成処理 安定化処理済みの繊維を窒素、アルゴン等の不活性ガス
雰囲気中で、1800℃以上の高温で焼成する。この際、ま
ず窒素ガス雰囲気中、1,000℃前後の比較的低温で焼成
・炭化し、揮発分の大部分を揮発させてから、アルゴン
ガス雰囲気中、1,800℃以上で加熱処理する方法が、製
造上有利である。いずれにしても最終的には1,800℃以
上の温度が必要である。
雰囲気中で、1800℃以上の高温で焼成する。この際、ま
ず窒素ガス雰囲気中、1,000℃前後の比較的低温で焼成
・炭化し、揮発分の大部分を揮発させてから、アルゴン
ガス雰囲気中、1,800℃以上で加熱処理する方法が、製
造上有利である。いずれにしても最終的には1,800℃以
上の温度が必要である。
得られた炭素繊維の黒鉛化度はFranklinのｐ値で表され
る。この値は、Ｘ線回折図から得られる平均層間隔ｄ
（Å）を使って、次式で算出される。
る。この値は、Ｘ線回折図から得られる平均層間隔ｄ
（Å）を使って、次式で算出される。
ｄ＝3.440−0.086（１−p2） 十分な耐薬品性を得るためには、ｐ値を0.60以下とする
必要がある。
必要がある。
ｐ値を0.40以下とすると、特に優れた耐薬品性が得られ
る。
る。
以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
実施例中に部及び％とあるのはそれぞれ重量部及び重量
％である。
％である。
実施例１ 太さ10デニール、長さ100mmのポリアクリロニトリル繊
維をフェノール樹脂（群栄化学製、PL2215）のメタノー
ル溶液に浸漬し、熱風を用いて105℃で乾燥した。樹脂
の被覆量は繊維に対して乾燥重量で60％であった。これ
をルツボに入れ、空気中、220℃で６時間安定化処理を
行った後、窒素ガス雰囲気中、1,000℃で１時間、加熱
炭化した後、アルゴンガス雰囲気中、2,800℃で30分、
熱処理を行って炭素繊維を得た。
維をフェノール樹脂（群栄化学製、PL2215）のメタノー
ル溶液に浸漬し、熱風を用いて105℃で乾燥した。樹脂
の被覆量は繊維に対して乾燥重量で60％であった。これ
をルツボに入れ、空気中、220℃で６時間安定化処理を
行った後、窒素ガス雰囲気中、1,000℃で１時間、加熱
炭化した後、アルゴンガス雰囲気中、2,800℃で30分、
熱処理を行って炭素繊維を得た。
実施例２ 実施例１と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、安
定化処理時間は12時間とした。
定化処理時間は12時間とした。
実施例３ 実施例１と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、安
定化処理時間は24時間とした。
定化処理時間は24時間とした。
実施例４ 実施例１と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、安
定化処理時間は48時間とした。
定化処理時間は48時間とした。
実施例５ 実施例１と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、樹
脂被覆量は7.5％、安定化処理時間は12時間とした。
脂被覆量は7.5％、安定化処理時間は12時間とした。
実施例６ 実施例５と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、樹
脂被覆量は39.6％とした。
脂被覆量は39.6％とした。
実施例７ 実施例５と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、樹
脂被覆量は69.6％とした。
脂被覆量は69.6％とした。
実施例８ 実施例５と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、樹
脂被覆量は110.6％とした。
脂被覆量は110.6％とした。
比較例１ 実施例１と同様にして炭素繊維を製造した。ただし、安
定化処理時間は３時間とした。
定化処理時間は３時間とした。
比較例２ 太さ10デニール、長さ100mmのポリアクリロニトリル繊
維を、ルツボに入れて220℃で12時間、空気中で安定化
処理を行った後、窒素ガス雰囲気中、1,000℃で１時
間、加熱炭化し、更にアルゴンガス雰囲気中、2,800℃
で30分熱処理した。
維を、ルツボに入れて220℃で12時間、空気中で安定化
処理を行った後、窒素ガス雰囲気中、1,000℃で１時
間、加熱炭化し、更にアルゴンガス雰囲気中、2,800℃
で30分熱処理した。
実施例１〜８および比較例１〜２で得られた炭素繊維に
ついて、Franklinのｐ値の測定と耐薬品性の試験を行っ
た。
ついて、Franklinのｐ値の測定と耐薬品性の試験を行っ
た。
耐薬品性は、500mlの脱イオン水中に、炭素繊維シート
（厚さ2mm×10cm角）を浸漬し、これに塩素を吹き込み
飽和させた後、水温40℃で10日間保持し、液の色の変化
によって下記のように等級分けして判定した。等級 判定 液の色 １ 優良 透 明 ２ 良 淡黄色 ３ 可 黄色〜褐色 ４ 不可 黒 色 結果を第１表に示す。
（厚さ2mm×10cm角）を浸漬し、これに塩素を吹き込み
飽和させた後、水温40℃で10日間保持し、液の色の変化
によって下記のように等級分けして判定した。等級 判定 液の色 １ 優良 透 明 ２ 良 淡黄色 ３ 可 黄色〜褐色 ４ 不可 黒 色 結果を第１表に示す。
〔発明の効果〕 本発明により、炭素製造用有機繊維から高黒鉛化炭素繊
維の製造する際、繊維に緊張を与えながら高温度で熱処
理するという工業的に実施困難な方法によることなく、
高黒鉛化繊維を容易に、かつ安価に製造することができ
る。本発明にしたがった黒鉛化度の高い繊維は、それの
みであるいは他の材料と混用して、電気電導度または耐
薬品性の高い材料を造る原料として有用である。
維の製造する際、繊維に緊張を与えながら高温度で熱処
理するという工業的に実施困難な方法によることなく、
高黒鉛化繊維を容易に、かつ安価に製造することができ
る。本発明にしたがった黒鉛化度の高い繊維は、それの
みであるいは他の材料と混用して、電気電導度または耐
薬品性の高い材料を造る原料として有用である。
Claims (1)
- 【請求項１】炭素繊維製造用有機繊維に、熱硬化性樹脂
の溶液を付着させた後乾燥することによって、上記有機
繊維の表面をこの有機繊維に対して乾燥重量で５重量％
以上の量の上記熱硬化性樹脂で被覆する工程、 上記熱硬化性樹脂を熱硬化させる工程、 上記被覆後の有機繊維を、酸素ガス含有雰囲気中で、15
0〜350℃の温度で５時間以上安定化処理して前駆体繊維
を作成する工程、および 前駆体繊維を、不活性ガス雰囲気中で、1800℃以上の温
度で焼成する工程を含んで成り、Franklinのｐ値が0.60
以下の黒鉛化炭素繊維を生成することを特徴とする高黒
鉛化炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63247524A JPH0735614B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高黒鉛化炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63247524A JPH0735614B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高黒鉛化炭素繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0299615A JPH0299615A (ja) | 1990-04-11 |
| JPH0735614B2 true JPH0735614B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=17164775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63247524A Expired - Lifetime JPH0735614B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | 高黒鉛化炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0735614B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277644A (zh) * | 2011-06-30 | 2011-12-14 | 东华大学 | 一种酚醛树脂改性的聚丙烯腈基原丝及制备方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0416556A (ja) * | 1990-05-11 | 1992-01-21 | Nippon Oil Co Ltd | 炭素／炭素複合材料の製造法 |
| JPH0416555A (ja) * | 1990-05-11 | 1992-01-21 | Nippon Oil Co Ltd | 炭素／炭素複合材料の製造法 |
| JP2600088B2 (ja) * | 1990-09-26 | 1997-04-16 | 工業技術院長 | 黒鉛繊維の製造方法 |
| RU2605973C1 (ru) * | 2012-11-27 | 2017-01-10 | Нэшнл Инститьют Оф Эдванст Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи | Волокно-предшественник для углеродных волокон, углеродное волокно и способ получения углеродного волокна |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59137511A (ja) * | 1983-01-19 | 1984-08-07 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 黒鉛繊維の製造法 |
| JP2519042B2 (ja) * | 1987-02-20 | 1996-07-31 | 株式会社ペトカ | 炭素炭素複合材の製造方法 |
-
1988
- 1988-10-03 JP JP63247524A patent/JPH0735614B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277644A (zh) * | 2011-06-30 | 2011-12-14 | 东华大学 | 一种酚醛树脂改性的聚丙烯腈基原丝及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0299615A (ja) | 1990-04-11 |
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