JPS58138782A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents

炭素繊維の製造方法

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JPS58138782A
JPS58138782A JP57021207A JP2120782A JPS58138782A JP S58138782 A JPS58138782 A JP S58138782A JP 57021207 A JP57021207 A JP 57021207A JP 2120782 A JP2120782 A JP 2120782A JP S58138782 A JPS58138782 A JP S58138782A
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JP
Japan
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pitch
mesophase
carbon fibers
prepared
oxidizing gas
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JP57021207A
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JPH054435B2 (ja
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Seiichi Kamimura
上村 誠一
Shunichi Yamamoto
山本 駿一
Takao Hirose
広瀬 隆男
Hiroaki Takashima
高島 洋明
Osamu Kato
攻 加藤
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Eneos Corp
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Nippon Oil Corp
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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】 本発明は高強度かつ高弾性率の炭素繊維を製造するのに
優れた調製されたピッチに関する。
現在、炭素繊維は主にポリアクリロニトリルを原料とし
て製造されている。しかしながらポリアクリロニトリル
を原料とした場合、原料が高価であり、また加熱炭化時
において繊維状の原形がくずれ易く、さらに炭化収率も
悪いという欠点がある。
近年、この点に着目して安価なピッチを原料として炭素
繊維を製造する方法が数多く報告されている。しかしな
がら、ピッチを原料として得られる炭素繊維は、ポリア
クリロニトリル系炭素繊維に比べ、強度が劣るという問
題がある。
最近になって、市販の石油ピッチを熱処理してメソ相(
mesophase )と呼ばれる光学的異方性の液晶
を40〜90重量饅含有するピッチを得、このメソ相を
含有するピッチを溶融紡糸した後、不融化し、次いで炭
化あるいは更に黒鉛化することにより、弾性率および強
度が向上した炭素繊維が得られることが報告された(特
開昭49〜19127号)。
しかしながら、メソ相を40重量%以上含有するピッチ
は軟化点および粘度がきわめて高いため、溶融紡糸は通
常350℃以上の高い温度で行うことが必要となる。こ
のため、溶融紡糸の過程でピッチの熱分解が起こり易く
、軽質ガスが発生するなどの問題が生じ均一な紡糸は困
難となる。
また軟化点および粘度を調整する目的で、メソ相の含有
量を低くおさえた場合には光学的に異方性の領域と等方
性の領域とが分離し、溶融特性が著しく悪化する。すな
わち、メソ相含量の低いピッチを溶融紡糸したとしても
、糸切れが頻発し、はなはだしい場合には未溶解物粒子
を連ねたような繊維となり、さらにこの繊維を公知の方
法で処理して炭素繊維を製造したとしても、高強度、高
弾性率のものは得られない。
本発明者らは、低軟化点および低粘度の特性を有するメ
ソ相含有量の低いピッチについて鋭意検討した結果、溶
融特性を改善し、均一な紡糸を可能とすることができ、
さらに高強度かつ高弾性率の炭素繊維を製造し得ること
ができたものである。
すなわち、本発明は光学的に異方性な領域を5〜35重
量%含有するピッチを酸化性ガスで接触処理することに
より調製された炭素繊維用ピッチを提供するものである
。かぐして調製された本発明のピッチを用いることによ
り、均一な紡糸が可能となり、高強度かつ高弾性率の炭
素繊維を製造することができたことは全く予期せざるこ
とであった。
メソ相f:5〜35重量%含有するピッチは、石炭系ピ
ッチ、石油系ピッチ等の炭素質ピッチを加熱処理してメ
ソ相化することにより得る。
メソ相化は、通常、常圧あるいは減圧下に温度340〜
450℃、好ましくは370〜420℃にて熱処理する
ことにより行われる。また、このときのメソ相化に際し
、窒素等の不活性ガスを通気しながら熱処理することも
好ましく用いられる。
加熱処理時間は温度、不活性ガスの通気量件の条件によ
り任意に変え得るものであるが、通常1分〜30時間、
好ましくは5分〜20時間で行う。
不活性ガスの通気量は07〜5、O5cfh−’lbピ
ッチが好ましい。
メソ相化によりピッチ中のメソ相割合を5〜35重量%
の範囲内となるようにall督する この範囲からはず
れた場合には本発明の効果は期待できない。
次に、メソ相を5〜35重量%含有するピッチを酸化性
ガスで接触処理する、通常、常圧あるいは加圧下に温度
150〜400℃、好ましくは   1く 200〜350℃で酸化性ガスをピッチ中に通気して処
理する。処理時間は温度、酸化性ガスの通気量等の条件
により任意に変え得るものではめるが、通常5分〜3時
間、好ましく1d10分〜2時間にて行われる。酸化性
ガスの通気量は0.5〜5、 O5cfh/lb 、好
ましくは1,0〜3.55cfh/lbである。酸化性
ガスとしては空気、酸素、オゾン、窒素酸化物、亜硫酸
ガスおよびこれらの2m以上の混合ガス等が用いられる
かくして調製されたピッチは、押出法、遠心法、霧吹法
等の公知の方法にて溶融紡糸が行われる。
溶融紡糸されて得られるピンチ繊維は、次に酸化性ガス
雰囲気下で不融化処理が施される。酸化性ガスとしては
、通常、酸素、オゾン、空気、窒素酸化物、ノ・ロケ゛
ン、亜硫酸ガス等の酸化性ガスを1種あるいは2種以上
用いる。この不融化処理は、被処理体である溶融紡糸さ
れたピッチ繊維が軟化変形l−ない温度条件下で実施さ
れる。例えば20〜360℃、好ましくは20〜300
℃の温度が採用される。また処理時間は通常、5分〜I
O時間である。
不融化処理されたピンチ繊維は、次に不活性ガス雰囲気
下で炭化あるいは更に黒鉛化を行い、炭素繊維を得る。
炭化は通常、温度800〜2500℃で行う。一般には
炭化に要する処理時間は0.5分〜10時間である。さ
らに黒鉛化を行う場合には、温度2500〜3500℃
で、通常1秒〜1時間行う。
また、不融化、炭化あるいは黒鉛化処理の除、必要であ
れば収縮や変形等を防止する目的で、被処理体に若干の
荷重あるいは張力をかけておくこともできる。
以下に実施例および比較例をあげて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに制限されるものでは々い。
実施例1 ナフサを830℃で水蒸気分解した際に副生じた沸点2
00℃以上の重質油(性状を第1表に示す)30.!i
’に対し、窒素を600 me/−’分で通気しながら
攪拌し、温度400℃で1時間熱処理を行い、軟化点2
20℃、メソ相合有量20厘量係のピッチ(1)を得た
次にこのピッチ(1) 30 gに対し、空気を600
mυ分で通気しながら攪拌し、300℃で90分間処理
を行い、軟化点260℃、メソ相含有量20重量%のピ
ッチ(2)を得た。
かく調製されたピッチ(2)をノズル径0.3+e+φ
、L/I) = 2の紡糸器を用い330℃で溶融紡糸
し、16〜19μのピッチ繊維をつくり、さらに下記に
示す条件にて不融化、炭化および黒鉛化処理して炭素繊
維を得た。
0不融化条件:空気雰囲気中で、200℃までは3℃/
分、300℃までは1℃/分の昇温速度で加熱し、30
0℃で30分間保持。
・)炭化条件二窒素雰囲気中で、5℃/分で昇温し10
00℃で30分間保持。
0黒鉛化条件:アルゴン気流中で、25℃/分の昇温速
度で、2500℃まで加熱処理。
得られた炭素繊維の引張強度は160 kg/man2
、ヤング率は30 ton/mm2であった。
第1表 重質油の性状 比較例1 実施例1で用いたピッチ(1)を酸化性ガスで処理しな
いで、実施例1と同様の方法で溶融紡糸を行ったところ
、糸切れが頻発し連続的に紡糸することができなかった
。。
実施例2 実施例1で用いた重質油を実施例1と同様の方法で窒素
を通気しながら攪拌し、4oo℃で2時間熱処理し、軟
化点230℃、メソ相含有量33重量%のピッチを得た
次に、このピッチを実施例1と同様の方法で空気を通気
しながら攪拌し、300℃で90分間処理を行い、軟化
点270℃、メソ相含有量33重量%のピッチを得た。
かく調製されたピッチを実施例1で用いた紡糸器を用い
340℃で溶融紡糸し7た後、実施例1と同様の方法で
不融化、炭化および黒鉛化処理して炭素繊維を得た。
得られた炭素繊維の引張強度は1.90 kg/am2
、ヤング率は35 ton/mm2であった。
実施例3 実施例1で用いた重質油を実施例1と同様の方法で窒素
を通気しながら攪拌し、400℃で30分間熱処理し、
軟化点198℃、メソ相含有量8重量%のピッチを得た
次に、このピッチを実施例1と同様の方法で空気を通気
しながら攪拌し、300℃で90分間処理を行い、軟化
点243℃、メン相合有量8重最多のピッチを得た。
かく調製されたピッチを実施例1で用いた紡糸器を用い
315℃で溶融紡糸した後、実施例1と同様の方法で不
融化、炭化および黒鉛化処理して炭素繊維を得た。
得られた炭素繊維の引張強度は150 k’j/111
111”、ヤング率は27 ton/mm2であった、
実施例4 アラビア系原油の減圧軽油をシリカ・アルミナ系触媒を
用いて500℃にて接触分解して得られた重質油(性状
を第2表に示す)を用い、実施例1と同様の方法で窒素
を通気しながら攪拌し、温度400℃で1.5時間熱処
理を行い、軟化点225℃、メソ相含有量32重量%の
ピッチ(3)を得た。
次に、このピッチ(3)を実施例1と同様の方法で空気
を通気しながら攪拌し、300℃で90分間処理を行い
軟化点260℃、メン相合有蓋32重量%のピッチ(4
)を得た。
かく調製されたピッチ(4)を実施例1で使用した紡糸
器を用い、330℃で溶融紡糸を行った後、実流例1と
同様の方法で不融化、炭化および黒鉛化処理して炭素繊
維を得た。
得られた炭素繊維の引張強度は225 ky/m2、ヤ
ング率は43 ton/no++2であった。
第2表  重質油の性状 比較例2        特開昭58−138782 
(4)実施例4で用いたピッチ(3)を酸化性ガスで処
理しないで、実施例1と同様な方法で溶融紡糸を行った
ところ、糸切れが頻発し連続的に紡糸することができな
かった。
特許出願人 日本石油株式会社 代理人弁理士 伊  東  辰  雄 〃   “   伊  東  哲  也イ 手   続   補   正   書 昭和58年1月28日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願 第21207号2、発明の名
称 炭素繊維用ピッチ 3、補正をする者 事件との関係     特許出願人 任 所 東京都港区西新橋−丁目3番12号名 称 (
444)  日本石油株式会社代表者建内保興 4、代理人、〒105 住 所 東京都港区虎ノ門二丁目8番1号6、補正の対
象 「明細書の発明の詳細な説明の欄」 7、補正の内容 (1)明細書第5頁第2〜3行の“0.5〜5.0sc
4h71b、好ましくは1.0〜3 、55cfh/ 
lb”を「0.5〜5゜0scfh/lbピツチ、好ま
しくは1.0〜3.5sc4h、/Ibピッチ」に訂正
する。
(2)同書第6頁第16行の“’30g”の前に「を温
度400℃、圧力15kMcwr・Gにて3時間熱処理
した。この熱処理油を250℃/1mmHaにて蒸留し
、軽質弁を留去さぜ、軟化点82℃の原料ピッチ(A)
を得た。この原料ピッチ(A)」を加入する。
(3)同書第10頁第11行の“用い、″を「温度43
0℃、圧力15kMcwr−Gにて3時間熱処理した。
この熱処理油を250℃/lul−1gにて蒸留し、軽
質弁を留去させ、軟化点85℃の原料ピッチ(B)を得
た。この原料ピッチ(B)を1に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光学的に異方性な領域を5〜35重量%含有するピッチ
    を酸化性ガスで接触処理することを特徴とする調製され
    た炭素繊維用ピッチ。
JP57021207A 1982-02-15 1982-02-15 炭素繊維の製造方法 Granted JPS58138782A (ja)

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JP57021207A JPS58138782A (ja) 1982-02-15 1982-02-15 炭素繊維の製造方法
KR1019830000462A KR880002095B1 (ko) 1982-02-15 1983-02-07 탄소섬유용 피치
GB08303321A GB2115437B (en) 1982-02-15 1983-02-07 Pitch for carbon fibers
CA000421123A CA1192517A (en) 1982-02-15 1983-02-08 Pitch for carbon fibers
US06/465,329 US4474617A (en) 1982-02-15 1983-02-09 Pitch for carbon fibers
DE19833305055 DE3305055A1 (de) 1982-02-15 1983-02-14 Pech fuer kohlenstoffasern
FR8302407A FR2521585B1 (fr) 1982-02-15 1983-02-15 Goudron modifie pour la fabrication de fibres de carbone et son procede de fabrication

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JPH054435B2 JPH054435B2 (ja) 1993-01-20

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07194966A (ja) * 1994-08-01 1995-08-01 Osaka Gas Co Ltd 等方性ピッチの製造法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5695983A (en) * 1979-12-28 1981-08-03 Yurika Kogyo Kk Production of blown pitch

Patent Citations (1)

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JPH054435B2 (ja) 1993-01-20

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