JPS62295926A - 炭素繊維チヨツプドストランドの製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 ＰＡＮ系炭素炭素繊維ピッチ系炭素繊維の主な用途は、
宇宙航空機関連材料、旧動部材、セメント補強材料など
である。さらに今後炭素繊維製造技術の向上でコストダ
ウンが可能になれば、自動車関連材料分野に進出するこ
とも期待できる。

ここで注目すべきことは、宇宙航空機関連分野を除いて
、その多くが長繊維炭素繊維あるいはトウ状炭素繊維を
ある一定の長さく例えばｉｍｍ〜２５１Ｉｌ）に切断し
、チョップ化して使用している点にある。

しかしながら、ＰＡＮ系炭素炭素繊維ある程度まで良く
集束された短小細片状のチョツプドストランドが市場に
出回っているが、ピッチ系炭素繊維では未だに成形作業
性や均一な分散性の点で十分な性状を有する！ｌ維の配
向集束性が良好なチョツプドストランドは作られていな
かった。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、成形
作業性に優れかつ高高密度に起因する輸送コストの低い
炭素ｌ１１４チヨツプドストランドを容易に得る製造方
法に関するものである。

従来の技術 ピッチ系炭素！１緒からチョツプドストランドを製造す
る場合、該ｍ維は通常遠心紡糸法や渦流法によって短線
状に紡糸されたピッチｍＨを不融化、炭化後カーシング
によってトウ状化し、その後適当な［ｆ長になるように
切断してチョップ化している。

しかし、かかる手法によって製造されたチョツプドスト
ランドは、その各繊維長が不均一であるばかりでなく、
一定の方向に引揃えられて繊維が良く配向した緻密な構
造に形成され難く、嵩高性の綿状構造のものに形成され
る。

従って、前記トウ状化物に結合剤を付与してから切断し
たとしても全体が綿状になるか、あるいは部分的に綿状
を呈し、チョツプドストランドの嵩密度を０．２（］／
Ｃｌ１１３以上にすることは不可能であった。

この嵩高性のために輸送時のコスト高や、成形時の樹脂
とのブレンド時や搬送工程の作業性が極端に悪いなど、
成形材料を製造する場合に大きな障害となっていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記したピッチ系炭素！！維チョツプドスト
ランドの綿状嵩高性に起因する成形作業性の悪さを、適
正」の結合剤を適正な方法で付与することによッテ嵩密
ａｏ、　２〜０．８ｆＪ　／ＣＧ＋３（７）緻密構造の
チョツプドストランドに形成することによって解決した
ものである。

問題を解決する手段 繊維が良好に集束配向された嵩密度の高い、繊維長が均
一で成形作業性に優れた炭素繊維チョツプドストランド
の製造方法としては、 （１）　　石油系又は石炭系ピッチを紡糸集束したスト
ランド状ピッチ繊維を所望の１〜５０＋ｕ＋＋の一定の
長さに切断した後、高密度集積状態で不融化、焼成して
得た炭素繊維チョツプドストランドに無機および／また
は有機結合剤を０．１〜３重量％付看させた後乾燥させ
るか、 （２上記ピッチｍ維に固体潤滑剤を付着させてから不融
化、焼成して得た炭素繊維ストランドに無機および／ま
たは有機結合剤を０．１〜３重量重量着付せ乾燥させて
から１〜５（Ｊｍの所望の繊維長のチョツプドストラン
ドに切断する、という２種類の方法がある。

上記２種類の方法のどちらによっても良好な性状の炭素
ｔｌ維チョツプドストランドを得ることができるが、ピ
ッチ繊維が極めて脆弱で取扱いに細心の注意を要するこ
とを考慮するならば、ピッチｔａ維形成後直ちにチョツ
プドストランド化する（１）の方法が特に好ましく、安
価かつ容易に何の障害もなく炭素繊維チョツプドストラ
ンドを製造することができる。

作用 ３０〜４，０００）−１のノズルから溶融紡糸した紡糸
直後のピッチｍ維に適当な集束剤、例えば水やメタノー
ルのような低沸点溶剤、あるいは二硫化モリブデン、二
硫化タングステン、タルク又は黒鉛のような固体潤滑剤
を含む集束剤を塗布し、集束ローうで集積後直ちに切断
装置で１〜５０ｍ＋ａ、好ましくは１〜２５０１１ｍに
切断してチョツプドストランドにしたものを、０．７！
ｊ　／ｃｍ３程度迄の集積密度で、０．５〜ｂ ２８０〜３５０℃で、保持時間Ｏ〜３０分程度で酸化雰
囲気化で不融化後引き続き不活性雰囲気下で５〜ｂ ００℃で３０分以内その温度を保持して焼成炭化を行う
。

かようにして焼成された集束状態の外観を保持している
炭素繊維チョツプドストランドを、付着ｍが０．１〜３
重量％になるように濃度を調整した無機および／または
有機結合剤液中に浸漬した後乾燥し、嵩密度０．２〜０
．８０　／ｃ＋ｎ３の集束性良好な炭素繊維チョツプド
ストランドを得ることができる。

上記の外に上記の集束剤を塗布し、集束ローうで集束後
ピッチ繊維束をエア・サッカーでバスケット中に集積密
度０．０５ｏ　／ｃｍ３以下に堆積させ、上記と同様の
条件で不融化、焼成炭化を行つて得た炭素繊維ストラン
ドにローラー・コータ一方式等で無機および／または有
機結合剤を０．１〜３重量％塗布乾燥後、切断装置で上
記の繊維長に切断して嵩密度０．２〜０．８０　／ｃｍ
３の集束性良好な炭素繊維チョツプドストランドを得る
ことができる。

なお、本発明の炭素ＩＩ、ＩＩＩチョツプドストランド
の原料としては、等方性ピッチ、メソフェースピッチの
どちらを使用しても集束性良好な高高密度のチョツプド
ストランドを得ることができる。

また、結合剤としては無機系、有機系と問わず成程度の
接着結合性を有するものなら広く採用可能であり、その
選択の基準は炭素（ｉＩｌｌチョツプドストランドの用
途によって自ら決定されるものであるが、無機結合剤の
代表的なものとしては硅酸塩、リン酸塩、コロイダルシ
リカ等があり、有機系結合剤の代表的なものとしては高
分子エマルジョン、例えばポリ酢酸ビニルエマルジョン
、ポリアクリルエマルジョン、ポリエステルエマルジョ
ン、エポキシエマルジョンやフェノール樹脂液、合成ゴ
ム液、あるいはゼラチン、アラビアゴム等の天然物等を
挙げることができる。

しかして、炭素繊維チョツプドストランドに対する上記
の結合剤の付着量は０．１〜３重量％でなければならな
い。

０．１重量％未満では、切断時にストランドの開繊が生
じたり、あるいはちょっとした振動によって開繊が起き
やすくなり、嵩密度０．２〜０、８ｏ　／ｃｓ３の良く
まとまり集束された状態を保持することができなくなり
、成形材料の素材として成形作業性の悪い扱い難い製品
になってしまう。

一方３重量％以上では、集束効果の更なる増大は認めら
れず工業的な意味がなくなり、経済的にも引き合わなく
なるだけでなく、セメントやプラスチック中での分散性
が若干低下し補強効果の向上も認められなくなる。

以下に本発明の実施例を述べる。ここに述べる例は本発
明の方法及び効果に対する理解を容易にするためのもの
で、本発明の範囲を制限するちのではない。

実施例　１ 光学的異方性ピッチをノズル孔数２，０００の紡糸装置
を使用して繊維化した繊維径１３μのピッチ繊維を、黒
鉛５重量％分散液で集束後、連続切断装置で長さ６Ｉｌ
ｌＩ８のピッチ繊維チョツプドストランドを作った。

これを集積密度０．７！；ｌ／Ｃ１３で空気中で３℃／
分の速度で昇温し、３２０℃に３０分保持し不融化機引
続き窒素雰囲気下で５℃／分の昇温速度で１，０００℃
に昇温し３０分保持して炭化した。

こうして得た外観上良好な配向集束状態を示す炭素ｉＩ
Ｎチョツプドストランドを濃度１重量％のエポキシエマ
ルジョン中に浸漬し、デカンテーション法でエポキシエ
マルジョンを排除後１２０℃で６０分乾燥した。

できあがった炭素繊維チョツプドストランドは、エポキ
シ結合剤付着量が１重量％であり、繊維長が同一でＩａ
Ｉｌｔが同一方向に引揃えられた集束状態が橿めて良好
な嵩密度Ｑ、７ｇ／ｃｍ３を有するものであった。

実施例　２ 光学的等方性ピッチをノズル孔数２．０００の紡糸装置
を使用して繊維化した繊維径１３μのピッチｌｌＨを、
黒鉛５重量％分散液で集束後、エアサッカーを用いてス
テンレスのバスケット中に０．０５（Ｊ　／ｃｍ３の集
積密度で堆積させ、空気中で１℃／分の速度で昇温し、
３００℃に３０分保持し不融化機引続き窒素雰囲気下で
１０℃／分の昇温速度でｉ、ｏｏｏ℃に昇温し３０分保
持して炭化した。

こうして得た炭素１１１ｆｆｌストランドにローラーコ
ーターを用いてケイ酸ソーダ水溶液を固形分付着量が１
．２重量％になるように塗布した後１００℃で６０分加
熱乾燥してから連続切断装置で長さ３＋ｇｍの炭素ｍｒ
４チョツプドストランドを作った。

こうして得たチョツプドストランドを普通のポルトラン
ドセメントに２．５１ｆｆｉ％添加し、１０（のオムニ
ミキサーで混練して、強化セメント材料を試作した。

得られた成形材料の曲げ強さは７２０　ｋａ／　ｃｍ２
であった。

なお、上記の混線操作中炭素繊維の飛散は全くなく、作
業性は良好であった。

実施例　３ 光学的等方性ピッチを紡糸原料として用い、不融化条件
を昇温速度１℃／分に、３００℃で３０分保持するよう
に変えた外は実施例１と全く同様にして炭素繊維チョツ
プドストランドを作った。

この炭素繊維チョツプドストランドをＡＢＳ樹脂に２０
０重量トライブレンドして押出機に供給した。

トライブレンドしても炭素Ｉｌ雑チョツプドストランド
は全く解織されることがなく、ホッパ中へ円滑に挿入供
給可能で、喰い込み作業性は良好であった。

比較例　１ 遠心紡糸弘によって繊維化した類綿状の光学的等方ピッ
チ繊維を、空気中で１℃／分の速度で昇温し、３００℃
に３０分保持し不融生後引続き窒素雰囲気下で５℃／分
の昇温速度で、１，０００℃に昇温し３０分保持して炭
化した。

こうして得た短線状炭素繊維をカードにかけスライバを
作り、エポキシ樹脂エマルジョンを固形分付看聞２重量
％になるよう塗布、乾燥’１３　ｍｍに切断してチョツ
プドウールを得た。

このチョツプドウールの嵩密度は０．１１ｇ／ＣＩ３と
低く、しかも肉眼観察でも！！維長が不揃いでウェーブ
がかかった状態であることが一見してわかるものであっ
た。

このものをＡＢＳ樹脂に２００重量トライブレンドした
が、繊維が開繊され綿状になり、一部毛玉が発生した。

そして、これを押出機に挿入供給したが、スクリュー内
へ喰い込んでいかず、ベレット化できなかった。

比較例　２ 実施例１と全く同様の方法で繊Ｈ長３ｍｍの炭素繊維チ
ョツプドストランドを作り、濃度１重量％のポリエステ
ル樹脂エマルジョン中に浸漬し、デカンテーション法で
過剰の液を排除後１２０℃で６０分乾燥し、固形分付着
ｍｏ、ｏｓ％の炭素繊維チョツプドストランドを得た。

このものを比較例１と同様にＡＢＳ樹脂にトライブレン
ドしたところ、ブレンド中にチョツプドストランドがフ
ィラメント状に開繊し、毛玉を生じ、押出機のスクリュ
ー内へ喰い込まず、ベレット化できなかった。

比較例　３ 実施例１と同様の方法で作った！Ｉ雑長３ｍｍの炭素繊
維チョツプドストランドを濃度４．５重量％のポリウレ
タンエマルジョン中に１ｌｊｌし、デカンテーション法
で過剰のエマルジョンを排除後１２０℃で６０分乾燥し
て付着量４，１％の炭素！Ｉ維チョツプドストランドを
得た。

このチョツプドストランドが３０重量％になるように６
−ナイロンとトライブレンドし、押出機へ供給しベレッ
トを作った。

ベレット中への炭素繊維の分散不良が若干認められる外
は作業性は良好であった。

しかし、炭素繊維チョツプドストランドにポリウレタン
を４６１％付着させると乾燥前のチョツプドストランド
にはペタツキが生じ、乾燥の際の作業性は良くなかった
。

また、成形時の作業性にも実施例１〜３に示したものに
比べて何等の利点が認められなかった。

発明の効果 無機又は有機結合剤が０．１〜３重量％固着している繊
維が一方向に引揃い、繊維長が均一で、集束性が良好な
、嵩密度が０．２〜０．８（＋／Ｃｍ３の本発明の炭素
繊維チョツプドストランドは、嵩密度が高いため輸送コ
ストが低減でき、また集束性が良いためセメント材料や
強化複合材料の強化材として使用する場合、特に熱可塑
性複合材料のベレット形成工程での作業性を大きく改善
するという効果を奏する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）石油系あるいは石炭系ピッチを原料として炭素繊
   維を製造するに当り、前記ピッチを紡糸して得たピッチ
   繊維を所望の一定の長さに切断した後、高密度集積状態
   で常法により不融化、炭素化及び黒鉛化して得た炭素繊
   維又は黒鉛繊維のチョップドストランドに無機および／
   または有機結合剤を０．１〜３重量％含有固着させるこ
   とを特徴とする、炭素繊維チョップドストランドの製造
   方法。
2. （２）石油系あるいは石炭化ピッチを原料として炭素繊
   維を製造するに当り、前記ピッチを紡糸して得たピッチ
   繊維を常法により不融化、炭素化及び黒鉛化して得た炭
   素繊維又は黒鉛繊維のストランドに無機および／または
   有機結合剤を０．１〜３重量％含有固着させた後所望の
   一定の長さに切断することを特徴とする、炭素繊維チョ
   ップドストランドの製造方法。