JPS62133123A - 炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭素質ピッチ繊維から炭素繊維及び黒鉛繊維
を製造する方法に関する。更に詳しくは、本発明は光学
的異方性炭素質ピッチを紡糸し、不融化、炭化、黒鉛化
を行い、ロングフィラメントを得るのに適した炭素繊維
及び黒鉛繊維の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、自動車、航空機その他の各種産業分野に係る広範
な技術分野において、軽量、高強度、高弾性率等の性質
を存する高性能素材の開発が要望されており、係る観点
から炭素繊維或いは成型炭素材料が注目されている。特
に、炭素質ピ・ノナから炭素繊維を製造する方法は、安
価で高性能の炭素繊維を製造し得る方法として重要視さ
れている。

しかしながら、従来の技術によっては、不融化繊維の引
っ張り強度が約０．０ＩＧＰａと小さい上、脆いために
その取扱が難しく、高性能製品を得るのに必要なロング
フィラメント状の繊維を得ることは極めて困難であった
。

ピッチ繊維からロングフィラメント状の炭素繊維を製造
する方法として、従来、紡糸した糸を金網のカゴの中に
落として堆積せしめ、これを金網ごと不融化し、更に７
００℃以上で第１次の熱処理（予備炭化）を行い、糸条
の引っ張り強度が０゜２ＧＰａ以上の強度となるように
した上で、該カゴから引き上げて巻き取った後若しくは
巻き取りつつ１５００℃程度の温度で炭化して、炭素繊
維を得る方法が提案されている（特公昭５１−１２７４
０号）。しかしながらこの方法では、糸を堆積せしめた
場合に、捩れ又は１然りがかかる傾向があり、父系の屈
曲ができやすく、このため炭素繊維にした時に凹凸が著
しく外観の悪い糸となる上、屈曲部の強度が著しく低下
するために糸切れが頻発し高品質の糸ができ難いという
欠点があった。

かかる欠点は、糸を堆積せしめる場合の湾曲率を大きく
とっても本質的に改善することのできるものではなかっ
た。

一方、特公昭５３−４１２８号明細書には、メソフェー
スピッチを熔融紡糸し、ボビンに一度巻き取り、このう
ちの一部の糸条を全網皿に置いて２５０℃〜５００℃の
酸化性雰囲気で酸化して糸の強度を増加せしめ、糸扱い
を容易にできるようにしてから加工する方法が開示され
ている。しかしながらこの方法によっては最終製品であ
る炭素繊維の糸の強度が低下する上、一度巻き取った糸
の一部ずつを取り出しながら酸化して行くので生産効率
が悪いという欠点があった。

特開昭６０−１７３１２１号、特開昭６０−８１３２０
号及び特開昭６０−２１９１１号明細書には、ボビン巻
のまま不融化して一定温度以下の非酸化性雰囲気で予備
炭化を行う方法が開示されている。しかしながら、これ
らの方法においてはボビン上のピッチ繊維の巻厚が厚く
なると、不融化中又は予備炭化中の通気性が不十分であ
るためフィラメント間の融着や膠着が起こり易く、予備
炭化後、ボビン上の糸巻の解舒（巻戻）が困難になり巻
戻しに際し、糸の毛羽が発生し易く、炭素繊維又は黒鉛
繊維にした時の商品価値を著しく低下させるという欠点
がある。

特開昭５９−１５５１７号には、メソ相炭素質ピッチ繊
維束（ヤーン）を熱分解及び炭化に用いられる温度にお
いて熱的及び機械的に安定であり、且つ不融化繊維束の
転移段階において化学的に相溶性のあるボビン上に巻繊
し、それを不活性ガス雰囲気中で、１３００℃になるま
で５０℃〜１００℃／時間で上昇させ、その後１３００
℃で約１〜２時間保持して炭化する方法が開示されてい
る。

この方法は、昇温速度が遅く炭化に時間がかかることと
、予備炭化中に融着を起こし易く、炭化後のボビンから
の解舒が困難になるという欠点があった・ （発明が解決しようとする問題点） 又、特開昭５５−１２８０２０号明細書には、熔融紡糸
後にゴデツトローラーで延伸した糸を不融化用の熱風炉
に０．１５ｍ／分の糸速度で連続的に通し、次いで炭化
炉へも連続的に通して炭素繊維を得る方法が開示されて
いる。しかしながらこの方法は、均一に不融化ができて
物性のバラツキが小さく且つ炭素繊維とした時に糸の外
観の良いものが得られる一方、時間当たりの製品生産量
が著しく小さいという欠点があった。

更に、これらの不融化繊維を予備炭化工程にかける際、
特開昭５１−１５５１７号の明細書に開示されているよ
うに、繊維束の温度が約７００〜８００℃の温度に達す
るまでに繊維束の強度が室温下における強度の約１／４
に低下するので、熱処理中繊維束が炉内で切断し易いと
いう大きな欠点があった。

そこで、予備炭化中に炉内で繊維束が切断することがな
く、糸の外観が良く、取扱い時に毛羽立ちのない、高強
度、高弾性で糸の強度ムラのない高品質のロングフィラ
メントを安価にしかも効率良＜ｆｆｉ！Ｉ令する方法が
切望されてきた。

係る欠点を解決する方法として、本発明者等は、炭素質
ピッチ繊維を通気性ボビンに巻き取り、ボビン巻のまま
酸化雰囲気下で不融化した後に第１次の熱処理を行い、
次いで不活性ガス雰囲気中に糸状を送りつつ巻き取って
、第２次の熱処理を行う方法を開示した（特開昭６０−
１７３１２１号）しかしながら、この方法の場合には、
通気性を良好なものとするために炭素質ピッチ繊維を厚
く巻くことができないため、生産効率に限界があり、更
に改良が求められていた。

本発明者等は、従来の上記の欠点を解決すべく鋭意研究
した結果、不融化繊維のフィラメント数を増大せしめ且
つｉｌＱ性の油剤を付与することにより生産効率を大輪
に向上させることができること、及び、第１次の熱処理
と第２次の熱処理の間の分離温度が最終製品の品質に重
大な影響を与えることを見い出し、本発明に到達した。

従って本発明の第１の目的は、糸扱いし易く高品質のピ
ッチ系炭素繊維を効率よく製造する方法を提供すること
である。

本発明の第２の目的は、外観が良く、高強度、高弾性率
の高品質ピッチ系ロングフィラメント炭素繊維を効率良
（製造する方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のかかる諸口的は、炭素質ピッチ繊維の不融化に
よって製造した、繊維束中のフィラメント数が１．００
０〜５０．０００フィラメントの不融化繊維に耐熱性の
油剤をつけて集束した後、熱処理開始温度４００℃以下
、最高温度１８００℃以下の温度勾配を有する非酸化性
ガス雰囲気の連続熱処理炉に、繊維束を線状で連続的に
通して第１次の熱処理を行い、次いで３０００℃以下の
不活性ガス雰囲気の連続熱処理炉に繊維束を線状で連続
的に通して巻き取る第２次の熱処理を行うことによって
炭化、黒鉛化処理することを特徴とする炭素繊維及び黒
鉛繊維の製造方法により達成された。

ａ）炭素質ピッチ 本発明に用いる炭素質ピッチは、特に限定されるもので
はなく、石炭を乾性して得られるコールタールピッチ、
石炭液化物等の石炭系ピッチ、ナフサ分解タールピッチ
、接触分解タールピッチ、常圧范留残渣、減圧茅留残渣
等の石油系ピッチ、合成樹脂を分解して得られる合成ピ
ッチ等の各種のピッチ、これらのピッチを水素又は水素
供与物で水素化したものの他、熱処理、溶剤抽出等で改
質したものも用いることができる。

これらの炭素質ピッチは、等方性ピッチであっても光学
的異方性ピッチであっても良く、ネオメソフェース、ブ
リメソフェースと言われるピッチであっても良いが、特
に、光学的異方性炭素質ピッチとして、偏光顕微鏡で測
定して約９５％以上の光学的異方性相を含有し、且つ、
軟化点が２３０〜３２０℃であるものを使用することが
、紡糸及び最終製品の品質の観点から好ましい。

ｂ）光学約１方性ピッチの製造方法 本発明で使用する光学的異方性ピッチはいがなる製法を
用いて製造してもよいが、ピッチ製造用の一般的原料で
ある重質炭化水素油、タール、市販ピッチ等を反応槽で
３８０’Ｃ〜５００ｔの温度にて攪拌し、不活性ガスで
脱気しながら十分に熱分解重縮合して、残渣ピッチの光
学的異方性相（以下ＡＰと略す）を高める従来の方法を
使用することができる。しかしながら、この方法によっ
てＡＰが８０％以上のものを製造した場合には、熱分解
重縮合反応が進み過ぎ、キノリンネ熔分が７０重量％以
上と太き（なり軟化点も３３０　”Ｃ以上となる場合も
あるのみならず、光学的等方性相（以下ＩＰと略す）も
微小球状の分散状態とはなりにくく必ずしも好ましい方
法とは言えない。

従って、本発明で使用する光学的異方性ピッチの好まし
い製造方法は、熱分解重縮合反応を半ばで打ち切ってそ
の重縮合物を３５０℃〜４００”Ｃの範囲の温度で保持
して実質的に静置し、下層に密度の大きいＡＰを成長熟
成させつつ沈積し、これを密度の小さいＩＰが多い上層
の部分より分離して取り出す方法であり、この方法の詳
細は特開昭５７−１１９９８４号明細書に記載されてい
る。

本発明で使用する光学的異方性ピッチの更に好ましい製
造方法は、特開昭５８−１８０５８５号明細書に記載さ
れている如く、ＡＰを適度に含み未だ過度に重質化され
ていない炭素質ピッチを溶融状態のまま遠心分１ｉＩｔ
操作にかけ、迅速にＡＰ部分を沈降せしめる方法である
。この方法によれば、ＡＰ相は合体成長しつつ下Ｎ（遠
心力方向の層）に集積し、ＡＰが約８０％以上で連続層
を成し、その中に僅かにＩＰを島状又は微小な球状体で
分散している形態のピッチが下層となり、一方上層はＩ
Ｐが大部分で、その中にＡＰが微小な球状態で分散して
いる形態のピッチとなる。この場合、両層の境界が明瞭
であり、下層のみを上層から分離して取り出すことがで
き、容易にＡＰ含有率が大きく紡糸しやすい光学的異方
性ピッチを製造することができる。この方法によれば、
ＡＰ含有率が９５％以上で軟化点が２３０℃〜３２０℃
の炭素質ピッチを短時間に、経済的に得ることができる
。このような光学的異方性炭素質ピッチは、溶融紡糸加
工特性において優れ、その均質性と高い配向性のために
、それを紡糸して得られた炭素繊維及び黒鉛繊維の引っ
張り強度並びに弾性率は極めて優れたものとなる。

Ｃ）Ｉｉ１１維の製造 ｉ）紡糸 炭素質ピッチの紡糸は、公知の方法によって行うことが
できる。このような方法は、例えば、直径０．１ｍｍ　
〜０．５ｍｍの紡糸口を１〜１．０００ケ有する紡糸口
金を下方に有する金属製紡糸容器にピッチを張り込み、
不活性ガス雰囲気下で２８０〜３７０℃の間の一定の温
度にピッチを保持し、熔融状態に保ったまま不活性ガス
の圧力を数百ｍｍＨＨに上昇せしめて口金から熔融ピッ
チを押し出し、温度及び雰囲気を制御しつつ流下したピ
ッチ繊維を高速で回転するボビンに巻き取るものである
。

又、紡糸口金から紡糸したピッチ繊維を簗束させて気流
で引取りつつ下方の集積ケースの中にケンス状に集積す
る方法を採用することもできる。

この場合、紡糸容器へのピッチの供給を、予め熔融した
ピッチやギアポンプ等により加圧供給することによって
連続的に紡糸することが可能である。

更に、上記方法において、口金の近傍で一定の温度に制
御され高速で下降するガスを用いてピッチ繊維を延伸し
つつ引取゛す、下方のベルトコンベア上に長繊維を作る
方法も用いることができる。

更に、周壁に紡糸口金を有する円筒状の紡糸容器を高速
で回転させ、これに熔融ピッチを連続的に供給し、円筒
紡糸器の周壁より遠心力によってピッチを押し出し、回
転の作用によって延伸されるピッチ繊維を集積するよう
な紡糸方法を採用することもできる。

ｉｉ　＞ピッチ繊維の不融化 本発明で使用する不融化繊維は、連続不融化炉に炭素質
ピッチ繊維の繊維束を連続的に線状で通して作ったもの
でも良く、ピッチ繊維をボビン巻のまま不融化したもの
、金網のカゴの中にケンス状に堆積せしめ不融化したも
の、或いはベルトコンベア上にピッチ繊維を落とし不融
化したもの等何れであっても差支えない。

紡糸したピッチ繊維を酸化して不融化繊維とする工程は
、温度、酸化剤、反応時間について種々の組合せを考え
る必要がある０本発明においては、基本的にはこの不融
化の条件として公知の方法を使用することができるが、
ピッチ糸を不融化するので、通常より低い温度からスタ
ートして酸化反応を行いピッチ繊維の融着を防止する必
要がある。

不融化工程の温度は１５０℃〜４００℃、好ましくは２
００℃〜３００℃の範囲でステップ状又は徐々に昇温し
で、通常は１〜５時間処理する。処理時間は不融化の反
応が十分に均一に進むように１日〜３日という長時間行
うことも差支えない。

不融化は、空気、酸素、空気と酸素又は窒素の混合ガス
等を使用して行う。

又、２００℃以下の温度でハロゲン、ＮＯ２、オゾン等
の酸化剤を含んだ雰囲気中で単時間処理するか、又は、
酸素ガス雰囲気中でピッチの軟化点より３０〜５０℃低
い温度、即ち１５０〜２４０℃の温度で十分な不融化が
得られる迄１０分〜１時間保持し、その後必要により約
３ｏｏ℃迄昇温して不融化を終了せしめる方法で行って
もよ（、特に後者の方法は容易且つ確実であり好ましい
。

ｉｉｉ　）熱処理工程 不融化によって不融性となった炭素質ピッチ繊維を、化
学的に不活性な窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気で、５
００〜１０００″Ｃ迄昇温し初期の炭化を行うことによ
って予備炭化繊維が得られ、更に１０００〜２０００℃
迄昇温し、炭化することによって所謂炭素繊維が得られ
、２０００’Ｃ〜３０００℃迄昇温し、黒鉛化すること
によって黒鉛繊維が得られる。これらの方法について詳
述する。

本発明においては、第１次熱処理炉へ連続して安定に通
糸するため、繊維束のフィラメント数は１．０００〜５
０，０００フィラメントと、繊維束強度を強くした上で
行う。

不融化繊維の繊維束のフィラメント数が５０〜５．００
０フィラメントと少ない場合、繊維束強度を上げて生産
速度を向上するため、必要に応じて不融化繊維の合糸を
行い、そのフィラメント数が、１．０００〜５０，００
０フィラメントになるようにしてから行う。繊維束中の
フィラメント数が多すぎると、生産性の面では良いが炭
化のムラが起こるので好ましくない。

合糸は、第１次熱処理炉に通糸する前に行っても良く、
第１次熱処理炉に通糸しながら行っても良い。合糸は、
複数のボビン上にある不融化繊維を同時に解舒し、１つ
の繊維束に合束して１つのボビンに巻き取ることによっ
て行われる。

合糸時の巻取トラバースはボビン１回転当たり５〜１０
０ｍｍであることが好ましい。ボビンからの解舒性を良
くするためには、トラバースを大きくする方が良いが、
大き過ぎると糸が損傷し易いので好ましくない。

ケンス状に落とした不融化した繊維を複数のカゴ又はケ
ースから引き上げて合糸しても良い。

合糸は一度に２〜２０本合糸しても良いが、２〜１０本
を１回目に合糸し、更に２〜ｌＯ本合糸する方法も用い
られる。

合糸性を上げ、又、不融化中の集束性を上げるため、必
要に応じて合糸する段階で０．１〜３０回／ｍ、好まし
くは１〜５回／ｍのｔ熱りが加えられる。

本発明では、第１次熱処理炉への安定な通糸性を確保す
るため、通糸に先立ち耐熱性のある油剤を付与する。

油剤としては、２５℃で１０〜１ｏｏｏｃｓｔの粘度を
有するジメチルボリシつキサン、アルキルフェニルポリ
シロキサンを、低沸点のシリコーン油、アルコール類、
ケトン類、エーテル類で希釈したものを用いることもで
きる。

しかしながら上記の油剤では溶剤を扱うので、作業性、
環境面、製造コストの面から大きな問題があるため、本
発明においては耐熱性のある特殊な水エマルジョン系の
油剤を使用することが好ましい。

本発明で付与する水エマルジヨン系油剤は、非イオン系
界面活性剤を減圧蒸留して得た沸点６００℃以下（大気
圧換算）の留出物を乳化剤とし、２５℃で１０〜１００
０ｃｓｔの粘度を有するアルキルフェニルポリシロキサ
ンを乳化したものを使用することが好ましい。

非イオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル
等が用いられる。

アルキルフェニルポリシロキサンとしては、フェニル基
を５〜８０モル％含むものが好ましく、特に１０〜５０
モル％含むものが好ましい。又アルキル基としては、メ
チル基、エチル基、プロピル基が好ましく、−分子中に
２以上の異なるアルキル基を有していても良い。

この組合せのものは、第１次熱処理中、繊維束の強度が
弱い約７００℃以下での繊維束の集束性を保ち、通糸に
必要な強度を保持する効果がある。

非イオン系界面活性剤を蒸留しないものを使用した場合
には、第１次熱処理中繊維の切断が起こり易く、又、炭
素繊維にした時の融着、膠着が著しく好ましくない。

油剤の付与は、ローラー接触、スプレー等、何れの方式
で行っても良い。

本発明においては、連続熱処理炉に熱処理しようとする
繊維を線状で連続的に通して熱処理を行うことが好まし
い。

特に本発明においては、適切な炉の温度プロファイル（
温度勾配）のもとで、不融化したピッチ繊維を予備炭化
、炭化、黒鉛化処理することによって性能の優れた製品
を効率良く得るために、２段階の熱処理を行う。炉の長
さが短いと適切な温度プロファイル（温度勾配）を得る
ことは設備上困難であるが、一方、炉の長さが長くなる
と繊維束のたるみにより炉内をこすり、傷がつく度合が
増え、結果として製品性能が低下する。これらの相反す
る問題は、熱処理炉を分割し、第１次熱処理、第２次の
熱処理という２段階の処理を行うことによって解決され
る。２つに分割することにより適切な温度プロファイル
を作り易くなり、又、繊維束のたるみによる傷発生も少
なくすることが可能となる。

又、このような２段階の処理を行うことによって第１次
熱処理、第２次の熱処理を合わせた炉の長さを長くでき
るので、糸の温度の実質的な昇温速度（本明細書では、
これを熱処理の昇温速度とする）が一定の場合には、炉
への通糸速度を速くでき時間当たりの生産量を大きくす
ることができるので有利である。

本発明においては、２段階の熱処理を行うが、熱処理の
分離温度は、不融化したピッチ繊維の予備炭化、及び炭
化中に発生する反応生成ガス、タール状物質の１次的、
２次的ｙ５響による製品性能への影響を最小にするため
に、第１次の熱処理温度は、繊維束強度も考慮して１８
００℃以下、好ましくは６００〜１５００℃の間で行わ
れる。ガスの発生量は５００℃前後で最も多いので、６
００℃以上であることが好ましく、約１５００℃では反
応生成ガスが少量になるので好ましい。　第１次の熱処
理は、窒素ガス及び／又はアルゴンガスのような非酸化
性ガス雰囲気下に線状で連続的に通して行う。雰囲気ガ
スは、不融化繊維から生成した排ガスを除去するため、
０．０５〜１回／分の割合で流通置換する。これらのガ
スの一部はリサイクルし、或いは精製して再び使用する
ことも可能である。

第１次の熱処理においては、いきなり高い温度から行う
と、繊維の熔融／融着により繊維束の切断や部分的な糸
切れが起こる。これを避けるため、熱処理の開始を４０
０℃以下、好ましくは３００℃以下から開始する。第１
次の熱処理の昇温速度は、徐々に炭化を行い繊維束の軟
化点を少しずつ上昇させて、融着による繊維束の切断を
避けるため２０〜ｂ 繊維束が弱いのは約７００℃以下の領域であるため、４
００℃〜７００℃の間の昇温速度を２０〜ｂ を、遅くすれば通糸は容易になるが、経済的でない。第
１次の熱処理温度（最高温度）は先に述べた理由により
、１８００℃以下好ましくは６００〜１５００℃で行う
。最高温度到達後、１時間以内保持することも行われる
。

第１次の熱処理は張力をかけずに行うこともできるが、
繊維束のたるみによる熱処理炉の炉底や炉壁での糸のこ
すれによる損傷を防ぐと共に、張力下に糸条を焼成し、
炭素繊維、黒鉛繊維の物性を上げるため、１フィラメン
ト当たりｏ、ｏｏｉ〜０．２ｇの張力をかけて行うこと
が好ましい。

第１次の熱処理は、適音０．１〜２０ｍ／分の速度で連
続的に焼成炉を通して行う。

第２次の熱処理は、アルゴンガス及び／又は窒素ガス等
の不活性ガス雰囲気の連続熱処理炉に通して行う。雰囲
気ガスは、黒鉛繊維を作る場合はアルゴンガスが好まし
い。雰囲気ガスは、繊維から生成したガスを除去するた
め０．０５〜１回／分の割合で流通置換する。必要に応
して雰囲気ガスをリサイクル及び精製して再使用するこ
とも行う。

第２次の熱処理は、３０００℃以下で行うが通常１００
０〜３０００℃の範囲の熱処理温度（最高温度）で行う
。最高温度到達後３０分以内保持することも行われる。

第２次の熱処理の開始温度は、１０００℃以下であり、
そこから第２次の熱処理の最高温度迄の昇温速度は、１
００〜ｂ 第２次の熱処理は、張力をかけずに行うことができるが
、通炉中の糸のＦ）　（ＩＡを防ぎ、且つ張力下で処理
して炭素繊維及び黒鉛繊維の物性を向上せしめるため１
フィラメン１−当たり０．００１〜０゜２ｇの張力をか
けて行ミ゛・ことが好ましい。

第２次の熱処理は、第１次の熱処理ですでに炭素繊維又
はそれに近い強度の繊維となっているので、すでに公知
となっている焼成法（ＰＡＮ系）で焼成することができ
る（例えば、米国特許第３゜７００．５１１号、同第３
，７６４，６６２号、同第３，９００，５５６号、同第
３，９５４，７５０号、同第４．３０１，１３６号、英
国特許第１．１１０，７９１号、同第１，２１５，００
５号、特公昭４５−１２５４０号、同４５−１９４１５
号、同４７−２６７３３号、同４’ｌ−３６４６３号、
特開昭４６−２９６１号、同４７−７１６号、同Ｇｏ−
９９０１０号参照）。

第２次の熱処理炉を出た糸は必要に応じて簗束剤、サイ
ジング剤等を付与した上、ボビンに巻き取る。

尚、本発明における第１次の熱処理、第２次熱処理の結
果は、予備炭化、炭化、黒鉛化の言葉で下記のように表
現することができる。

■土久塾処理　　　　　　工１久然処理予備炭化　　　
　　　　　炭化 予備炭化／炭化　　　　　炭化 予備炭化　　　　　　　　炭化／黒鉛化予備炭化／炭化
　　　　　炭化／黒鉛化予備炭化／炭化　　　　　黒鉛
化 （発明の効果） 本発明は、不融化繊維を必要に応じて合糸し繊維束中の
フィラメント数を１，０００〜５０，０００フィラメン
トにし、且つ耐熱性の油剤を付与して簗束性を上げ繊維
束強度を強くしてから第１次の熱処理を行うので、第１
次の熱処理炉中での繊維束の切断がなく円滑に焼成でき
る。又、フィラメント数が１，０００〜５０．０００フ
ィラメントで行うので生産速度が大きく、生産効率が高
い。

特に、繊維束を連続して線状で熱処理炉を通した場合に
は、外観の良い繊維が得られるばかりでなく、均一で引
張強度、引張弾性率が高い炭素繊維、黒鉛繊維を得るこ
とができる。更に、光学的異方性炭素質ピッチを用いた
場合には、極めて高強度、高弾性率の炭素繊維、黒鉛繊
維を得ることができる。

第１次の熱処理、第２次の熱処理も繊維束を線状で連続
的に焼成できるので設備の連続化が容易であり、生産上
の効率が極めて高く、効率良く高強度、高弾性率の炭素
繊維、黒鉛繊維を得ることができる。

以下本発明を、実施例により更に説明するが、本発明は
これによって限定されるものではない。

（実施例） 実施例１゜ 光学的異方性相（ＡＰ）を約５５％含有し軟化点が２３
２℃である炭素質ピッチを前駆体とし、この前駆体ピッ
チを、３７０℃で円筒型遠心分離装置で分離して光学的
異方性相の多いピッチを得た。得られた光学的異方性ピ
ッチは、光学的異方性相を９８％含み、軟化点は２６５
℃であった。

得られた光学的異方性ピッチを５００穴の紡糸口金を有
する紡糸機に通し、３５５℃で２００ｍｍＨＨの窒素ガ
ス圧で押し出して紡糸した。

このピッチ繊維を１５０〜２７０℃の空気雰囲気下で不
融化し、不融化繊維を得た。

この５００フィラメントの不融化繊維束を６本合糸し、
３，０００フィラメントの不融化繊維束を得た０合糸後
、非イオン系界面活性剤である平均分子ｍｉ、ｏｏｏの
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを減圧蒸留し、沸
点６００℃（大気圧換算沸点）以下の留出分を乳化剤と
し、２５℃で４０ｃｓｔの粘度を有するメチルフェニル
ボリシロキサン（フェニル基含有量４５モル％）を乳化
した水エマルジヨン系油剤を付与した。水エマルジヨン
系油剤の濃度は０．５％であり、ローラーの接触で付与
した付着量は０．２５％であった。

第１次の熱処理は、炉入口温度３００℃、最高温度８０
０℃の温度の窒素ガス雰囲気の連続熱処理炉に、繊維束
を連続的に線状で通して行った。

昇温速度は２００℃／分、通糸速度は１ｍ／分で行った
。

第２次の熱処理は、窒素ガス雰囲気で最高温度１５００
℃で行い、この時の昇温速度は５００℃／分、通糸速度
は１ｍ／分であった。通炉中のテンションは１フィラメ
ント当たり０．０１ｇで行い、第２次の熱処理の出口で
巻き取り炭素繊維を得た。

得られた炭素繊維の引張強度は、２．５ＧＰａ、引張弾
性率は２４５ＧＰａであり糸径は１０．０μｍであった
。

このようにして得た炭素繊維は、その巻戻し、巻取り、
合糸等は自在に行うことができた。

実施例２゜ 実施例１で行った第２次の熱処理を２５００℃、アルゴ
ンガス雰囲気で行った他は実施例１と全く同様にして黒
鉛化繊維を得た。得られた黒鉛繊維の引張強度は２．４
ＧＰａ、引張弾性率は７０２ＧＰａとなり、糸径は９．
８μｍであった。

実施例３゜ 実施例１で行った第１次の熱処理を、炉入口温度３００
℃、最高温度１４００℃で行い、第２次の熱処理を、最
高温度１７００℃で行った他は、実施例１と全く同様に
処理した。

得られた炭素繊維の引張強度は、２．６ＧＰａであり、
引張弾性率は３５０ＧＰａであり、糸径は１０００μｍ
であった。

このようにして得た繊維は、毛羽立ちもなく、その巻戻
し、巻取り、合糸等は、自在に行うことができた。

実施例４゜ 実施例３で行った第２次の熱処理を、２５００℃アルゴ
ンガス雰囲気で行った他は、実施例３と同様に処理して
、黒鉛繊維を得た。

得られた黒鉛繊維の引張強度は、２．６ＧＰａ弾性率は
７５０ＧＰａであり、糸径は、９．８μｍであった。

比較例１゜ 不融化帳維の合糸を行わなかった他は実施例１と同様に
処理した。

この不融化繊維は、第１次熱処理中、炉内で繊維束が切
断し、長繊維の炭素繊維を得ることができなかった。

比較例２゜ 蒸留しない界面活性剤を乳化剤として水エマルジヨン系
油剤を付与した他は、実施例１と同様に処理した。この
場合も、第１次熱処理炉内維束が切断し、長繊維の炭素
繊維が得られなかった。比較例３゜ 第１次の熱処理の開始温度を５００℃とした他は実施例
１と同様に処理した。

この場合、繊維が融着しボロボロになり第１次熱処理炉
内で繊維束が切断した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）炭素質ピッチ繊維の不融化によって製造した、繊維
   束中のフィラメント数が１，０００〜５０，０００フィ
   ラメントの不融化繊維に耐熱性の油剤をつけて集束した
   後、熱処理開始温度４００℃以下で最高温度１８００℃
   以下の、温度勾配を有する非酸化性ガス雰囲気の連続熱
   処理炉に、繊維束を線状で連続的に通して第１次の熱処
   理を行い、次いで３０００℃以下の不活性ガス雰囲気の
   連続熱処理炉に繊維束を線状で連続的に通して巻き取る
   第２次の熱処理を行うことによって炭化、黒鉛化処理す
   ることを特徴とする炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ２）繊維束中のフィラメント数が１，０００〜５０，０
   ００フィラメントの不融化繊維が、繊維束中のフィラメ
   ント数が５０〜５，０００の不融化繊維を合糸したもの
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ３）合糸が、複数のボビンにある不融化繊維を同時に解
   舒して１つの繊維束にすることにより行われることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の炭素繊維及び黒
   鉛繊維の製造方法。 ４）合糸が、紡糸されたピッチ繊維を集束した後気流で
   引取りケンス状に集積容器の中に集積したまま不融化し
   た後、解舒しつつ行われることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ５）第１次の熱処理が施される所定のフィラメント数を
   有する合糸した不融化繊維が、一度合糸した不融化繊維
   を再解舒して、再合糸を行うことにより得られることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の炭素繊維及び
   黒鉛繊維の製造方法。 ６）合糸時のトラバースを５〜１００ｍｍ／（ボビン１
   回転）とすることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ７）合糸時、１ｍ当たり０．１〜３０回の撚りをかける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の炭素繊
   維及び黒鉛繊維の製造方法。 ８）不融化繊維に付与する耐熱性の油剤が非イオン系界
   面活性剤を減圧蒸留して得た沸点６００℃以下（大気圧
   換算沸点）の留出物を乳化剤とし、２５℃で１０〜１，
   ０００ｃｓｔの粘度を有するアルキルフェニルポリシロ
   キサンを乳化したものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法
   。 ９）アルキルフェニルポリシロキサンが、フェニル基を
   ５〜８０モル％含むものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方
   法。 １０）非イオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレンア
   ルキルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルエステ
   ルであることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載
   の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １１）第１次の熱処理を窒素ガス及び／又はアルゴンガ
   スの雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １２）第１次の熱処理の雰囲気ガスを０．０５〜１回／
   分の割合で流通置換することを特徴とする特許請求の範
   囲第１１項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １３）第１次の熱処理の最高温度が６００〜１５００℃
   である、特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維及び黒
   鉛繊維の製造方法。 １４）第１次の熱処理開始温度が４００℃以下であり、
   繊維束の昇温速度が２０〜２０００℃／分となるように
   熱処理されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １５）昇温速度が、５０〜５００℃／分である特許請求
   の範囲第１４項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方
   法。 １６）第１次の熱処理を、１フィラメント当たり０．０
   ０１〜０．２ｇの張力をかけながら焼成することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維及び黒鉛
   繊維の製造方法。 １７）第２次の熱処理を窒素ガス及び／又はアルゴンガ
   スの雰囲気下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １８）第２次の熱処理の雰囲気ガスを０．０５〜１回／
   分の割合で流通置換することを特徴とする特許請求の範
   囲第１７項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 １９）第２次の熱処理の最高温度が、１０００〜３００
   ０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。 ２０）第２次の熱処理開始温度が、１０００℃以下であ
   り、繊維束の昇温速度が１００〜２０００℃／分となる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊
   維及び黒鉛繊維の製造方法。 ２１）第２次の熱処理を１フィラメント当たり０．００
   １〜０．２ｇの張力をかけながら焼成することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊
   維の製造方法。 ２２）炭素質ピッチが、光学的異方性ピッチであり、約
   ９５％以上の光学的異方性相を含有し、且つ軟化点が約
   ２３０〜３２０℃であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の炭素繊維及び黒鉛繊維の製造方法。