JPH0147564B2 - - Google Patents
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- JPH0147564B2 JPH0147564B2 JP59281318A JP28131884A JPH0147564B2 JP H0147564 B2 JPH0147564 B2 JP H0147564B2 JP 59281318 A JP59281318 A JP 59281318A JP 28131884 A JP28131884 A JP 28131884A JP H0147564 B2 JPH0147564 B2 JP H0147564B2
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- JP
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- pitch
- fibers
- infusible
- carbon fibers
- molybdenum disulfide
- Prior art date
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- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はピツチを原料とする炭素繊維の製造方
法に関し、更に詳しくは、ピツチ繊維を酸化処理
して不融化繊維に転化させる、ピツチ繊維の不融
化処理方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for producing carbon fibers using pituti as a raw material, and more specifically, a method for infusible pitch fibers in which pituti fibers are oxidized and converted into infusible fibers. Regarding processing method.
従来の技術
近年、ピツチを原料とする炭素繊維の製造方法
が注目されている。この方法には、安価なピツチ
を原料とするので安価な炭素繊維の製造が可能で
あること、また紡糸原料に液晶状のピツチを用い
ると焼成工程で複雑な緊張処理を行なわなくても
高強度、高弾性の炭素繊維の製造が可能であるこ
と、などの利点が有り、現在活発に研究開発が進
められている。BACKGROUND TECHNOLOGY In recent years, a method for producing carbon fiber using pitch as a raw material has been attracting attention. This method uses inexpensive pitch as a raw material, so it is possible to produce carbon fiber at low cost.Also, when liquid crystal pitch is used as a spinning raw material, high strength can be achieved without complicated tension treatment in the firing process. It has advantages such as being able to produce highly elastic carbon fiber, and is currently being actively researched and developed.
ピツチを原料として炭素繊維を製造する方法
は、一般的に、まず紡糸ピツチの調製から始ま
る。粗原料であるコールタールピツチ、あるいは
石油ピツチなどに蒸留、熱処理、ロ過、水素化、
溶剤分別などの処理を単独でまたは組合せて加
え、ピツチ中の低沸点揮発成分、不溶性固形分な
どの紡糸工程を妨害する成分を除きまた組成の均
質化、適度な重質化などを行わせて光学的に等方
性または光学的に異方性の紡糸ピツチを得る。紡
糸ピツチの性質は、軟化点、溶融粘度、光学的構
造、溶剤分別組成など種々のパラメーターで測定
することができ、また種々の性質を持つた紡糸ピ
ツチを紡糸に用いることができるが、基本的に紡
糸条件で固体または気体などを含まず、均一な流
動特性を有することが紡糸ピツチとして重要であ
る。 A method for producing carbon fiber using pitch as a raw material generally begins with the preparation of a spinning pitch. Crude raw materials such as coal tar pitch or petroleum pitch are subjected to distillation, heat treatment, filtration, hydrogenation,
Treatments such as solvent fractionation are applied singly or in combination to remove components that interfere with the spinning process, such as low-boiling volatile components and insoluble solids in the pitch, and to homogenize the composition and make it moderately heavy. An optically isotropic or optically anisotropic spinning pitch is obtained. The properties of a spinning pitch can be measured using various parameters such as softening point, melt viscosity, optical structure, and solvent fractionation composition, and spinning pits with various properties can be used for spinning, but the basic It is important for the spinning pitch to contain no solids or gases under spinning conditions and to have uniform flow characteristics.
次に得られた紡糸ピツチを繊維化しピツチ繊維
とするが、連続した長繊維を製造するには通常溶
融紡糸法が、また綿状の短繊維、あるいはその中
間の長さの中繊維を引き揃えたスライバーまたは
トウを製造するには通常遠心紡糸法が適する。紡
糸温度、吐出ノズル数、吐出量、遠心倍率などは
目的に応じ、それぞれ適切な値を選択することが
できる。紡糸されたピツチ繊維の繊維径は通常5
−30ミクロン程度であり、過度に太い場合は繊維
としての特性を損ない易く、過度に細い場合には
紡糸工程の経済性を確保することが困難になる。 Next, the resulting spun pitch is made into fibers to produce pitch fibers, but to produce continuous long fibers, melt spinning is usually used, and cotton-like short fibers or medium fibers with intermediate lengths are pulled together. Centrifugal spinning is usually suitable for producing sliver or tow. Appropriate values can be selected for the spinning temperature, the number of discharge nozzles, the discharge amount, the centrifugal magnification, etc., depending on the purpose. The fiber diameter of spun pitch fiber is usually 5
-30 microns, and if it is too thick, it tends to impair the properties of the fiber, and if it is too thin, it becomes difficult to ensure the economic efficiency of the spinning process.
ピツチ繊維を炭素繊維に転化させるには、加熱
炭化に先立ち、熱可塑性のピツチ繊維を酸化処理
し、加熱しても溶融しない不融化繊維に転化させ
る、所謂不融化工程が必要である。通常不融化は
酸素または酸化性物質をピツチ繊維に付加反応さ
せ、ピツチ分子を架橋させることにより行い、酸
化剤としては種々のガスや液状のものが提案され
ている。またこの様な反応は繊維表面から進むの
で、細いピツチ繊維ほど迅速な不融化が期待でき
る。不融化工程でのピツチ繊維は、連続的に引き
伸ばされた形、あるいはコンベアまたはバスケツ
トに集積された形などで扱うが、これらの形態は
目的とする繊維の最終形態に応じ適切なものを選
択することができる。 In order to convert pitch fibers into carbon fibers, prior to heating and carbonization, it is necessary to perform a so-called infusible process in which the thermoplastic pitch fibers are oxidized and converted into infusible fibers that do not melt even when heated. Normally, infusibility is achieved by adding oxygen or an oxidizing substance to the pitch fibers and crosslinking the pitch molecules, and various gases and liquids have been proposed as the oxidizing agent. In addition, since such a reaction proceeds from the fiber surface, the thinner the pitch fibers, the faster the infusibility can be expected. Pitch fibers used in the infusibility process are handled in a continuously stretched form, or in a form that is accumulated on a conveyor or basket, but the appropriate form is selected depending on the final form of the desired fiber. be able to.
次に不融化繊維を不活性気体中で約600−3000
℃程度に加熱処理して炭素繊維に転化させる炭化
処理を行う。(2000℃以上での処理は黒鉛化と呼
ぶ場合も有る)この処理により不融化繊維中の揮
発分およびピツチ分子中で構造が熱的に不安定な
部分は分解揮散し、分子中の六員環構造が発達し
て炭素分の多い、場合によつては黒鉛結晶に近い
構造になり、これによつて強度、弾性率を有する
炭素繊維になる。 Next, the infusible fibers are heated in an inert gas for about 600-3000
A carbonization process is performed in which the material is heated to about ℃ and converted into carbon fiber. (Treatment at 2000℃ or higher is sometimes called graphitization.) Through this treatment, the volatile components in the infusible fibers and the thermally unstable portions in the pitch molecules are decomposed and volatilized, and the six-membered The ring structure develops, resulting in a carbon fiber with a high carbon content, and in some cases a structure close to that of graphite crystals, resulting in carbon fibers having strength and elastic modulus.
加熱には熱風炉、あるいは種々の発熱体を用い
た電気炉、またはプラズマ炉などを用いることが
できるが、いずれの場合も高温のため多量のエネ
ルギーを消費するので効率よく炭素化を実施する
ことが必要である。また炭素化は必要に応じ低
温、高温の二段階またはそれ以上の段階に分けて
行うこともできる。 For heating, a hot air furnace, an electric furnace using various heating elements, a plasma furnace, etc. can be used, but in either case, the high temperature consumes a large amount of energy, so it is difficult to carry out carbonization efficiently. is necessary. Furthermore, carbonization can be carried out in two or more stages, low temperature and high temperature, as required.
得られた炭素繊維には必要に応じ表面処理、オ
イリング、巻き戻し、ときには切断、解繊などの
処理を行うが、これらは一般的な工程であるので
説明は省略する。 The obtained carbon fibers are subjected to surface treatment, oiling, unwinding, sometimes cutting, fibrillation, and other treatments as necessary, but since these are common steps, their explanations will be omitted.
発明が解決しようとする問題点
炭素繊維を製造するためには上記のいずれの工
程も重要であるが、中でも不融化工程は通常長時
間を要すること、また炭素繊維の性能を損なう様
なトラブルを発生し易いことから、この工程を効
率よく実施することが、炭素繊維を経済的に製造
するために極めて重要である。Problems to be Solved by the Invention All of the above steps are important for producing carbon fibers, but the infusibility step usually takes a long time and also causes troubles that may impair the performance of carbon fibers. Because of this tendency, it is extremely important to carry out this process efficiently in order to economically produce carbon fibers.
不融化工程の目的は、熱可塑性のピツチ繊維を
酸化して熱可塑性を持たない不融化繊維に転化さ
せ、続く炭化工程での繊維の融解変形を防止する
ことにある。このため、通常はピツチ繊維を酸化
性気体中で徐々に昇温しながら熱処理し酸化反応
を行なうが、その際しばしば“融着”と呼ばれる
現象が発生し、この工程を困難なものにする。 The purpose of the infusible step is to oxidize the thermoplastic pitch fibers to convert them into infusible fibers that do not have thermoplasticity, and to prevent the fibers from melting and deforming in the subsequent carbonization step. For this reason, pitch fibers are usually heat-treated in an oxidizing gas while gradually raising the temperature to carry out an oxidation reaction, but a phenomenon called "fusion" often occurs during this process, making this process difficult.
“融着”とは、不融化工程中に隣接するピツチ
繊維同士が溶融変形し、あるいはピツチ繊維同士
が接触する部分に何らかの物質が附着し、これに
よつてピツチ繊維同士が固着する現象をいう。 “Fusion” refers to a phenomenon in which adjacent pitch fibers are melted and deformed during the infusibility process, or some substance is attached to the area where the pitch fibers come into contact, and this causes the pitch fibers to stick to each other. .
融着を起したピツチ繊維は、その後炭素化して
炭素繊維にしても、繊維同士が固着したままであ
るため柔軟性に欠け、商品としての価値を著しく
損なうか、時には商品としての価値を全く有さな
い。 Even if the fused pitch fibers are subsequently carbonized and made into carbon fibers, the fibers remain stuck to each other and lack flexibility, resulting in a significant loss of commercial value or, in some cases, no commercial value at all. I don't.
融着現象はピツチ繊維をトウ、またはストラン
ドの状態で扱う場合に起り易い。トウまたはスト
ランドの状態でピツチ繊維を扱うことは連続長繊
維の製造に最も適した方法で、これ以外の方法例
えば、綿状またはウール状のピツチ繊維を不融化
後、または炭化後引き揃えて高品質の連続炭素繊
維を得ることは、工業的に極めて困難である。そ
の反面トウ状、またはストランド状で不融化を行
なうことは、融着の防止という点では不利な方法
である。なぜならば、トウ、ストランド状ではピ
ツチ繊維が高密度で束ねられ、かつ長さ方向に連
続した多数の接点を有するからである。この様な
状態では、ピツチの酸化反応で発生した熱がト
ウ、またはストランド内部に蓄積し、部分的に高
温の場所ができるために、接触したピツチ繊維同
士が溶融し、融着がおこる。また、ピツチ繊維か
ら発生した、揮発性の物質、あるいはピツチ繊維
からにじみだした物質が、繊維束の外に排除され
ず繊維の接点に蓄積するため、これが一種の結合
剤になつて融着がおこる。 The fusion phenomenon tends to occur when pitch fibers are handled in the form of tow or strands. Handling pitch fibers in the form of tows or strands is the most suitable method for producing continuous filaments. Obtaining quality continuous carbon fibers is extremely difficult industrially. On the other hand, performing infusibility in the form of a tow or strand is a disadvantageous method in terms of preventing fusion. This is because pitch fibers in tow or strand form are bundled at high density and have a large number of continuous contact points in the length direction. In such a state, the heat generated by the oxidation reaction of the pitch accumulates inside the tow or strand, creating hot spots in some areas, causing pitch fibers that come into contact to melt and fuse together. In addition, volatile substances generated from the pitch fibers or substances oozing from the pitch fibers are not removed from the fiber bundle and accumulate at the fiber contact points, which acts as a kind of binder and prevents fusion. It happens.
ピツチ繊維の不融化に関しては、従来から種々
の技術が提案されている。酸化剤溶液を用いる方
法(例えば、特公昭47−21904号、特公昭47−
21905など)、酸化性気体を用いる方法(例えば、
特公昭48−42696号、特開昭49−758282号など)
両者を併用する方法(例えば、特開昭51−88729
号、特開昭59−30915号等)などがある。しかし
ながら、これらの技術が与える効果は、主として
不融化時間の短縮であり、トウ状、またはストラ
ンド状のピツチ繊維の融着を防止するという点で
は、いずれも不十分なものである。 Various techniques have been proposed for making pitch fibers infusible. A method using an oxidizing agent solution (for example, Japanese Patent Publication No. 47-21904, Japanese Patent Publication No. 47-21904,
21905, etc.), methods using oxidizing gases (e.g.
(Special Publication No. 48-42696, Japanese Patent Publication No. 758282, 1973, etc.)
A method of using both together (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-88729
No., JP-A-59-30915, etc.). However, the effect of these techniques is mainly to shorten the infusibility time, and they are all insufficient in terms of preventing the fusion of tow-like or strand-like pitch fibers.
ピツチ繊維ストランドの融着を防止する方法と
して、水溶液酸化剤、水溶性界面活性剤、グラフ
アイト微粉末の組合せを利用する技術も提案され
ている(特開昭55−128020号)。しかしながらグ
ラフアイトは昇温速度が速い、すなわち短時間で
の不融化処理、炭化処理の際、我々の満足できる
融着防止効果が得られなかつた。 A technique using a combination of an aqueous oxidizing agent, a water-soluble surfactant, and graphite fine powder has also been proposed as a method for preventing the fusion of pitch fiber strands (Japanese Patent Application Laid-Open No. 128020/1983). However, graphite has a high temperature increase rate, that is, when it is subjected to infusibility treatment and carbonization treatment in a short period of time, it was not possible to obtain the fusion prevention effect that we were satisfied with.
問題点を解決するための手段
本発明者等は融着防止の問題につき鋭意検討を
行なつた結果、従来技術とは異なり、融着の防止
に顕著な効果を有する本発明を完成した。また融
着の問題が解消したことから本発明の適用によ
り、不融化時間を短縮できることも可能になつ
た。Means for Solving the Problems The present inventors have conducted extensive studies on the problem of preventing fusion, and as a result, have completed the present invention, which has a remarkable effect on preventing fusion, unlike the prior art. Furthermore, since the problem of fusion has been solved, application of the present invention has made it possible to shorten the infusibility time.
以下に本発明の詳細を述べる。 The details of the present invention will be described below.
上記の様な効果を有する方法は驚くほど簡単
で、二硫化モリブデン微粉末または二硫化タング
ステン微粉末の分散液を不融化以前にピツチ繊維
に処理し、これにより二硫化モリブデンまたは二
硫化タングステンの微粉末が附着した状態のま
ま、酸化性気体中でピツチ繊維を熱処理し、不融
化を行なうことで達成できる。 The method that achieves the effects described above is surprisingly simple; a dispersion of fine molybdenum disulfide or tungsten disulfide powder is processed into pitch fibers before being made infusible, thereby making fine powder of molybdenum disulfide or tungsten disulfide This can be achieved by heat-treating the pitch fibers in an oxidizing gas with the powder attached to them to make them infusible.
ここでいう二硫化モリブデン微粉末とは、二硫
化モリブデン鉱石を精製し、粉砕したもので、通
常、潤滑剤原料として入手可能である。また潤滑
剤としての二硫化モリブデンが広い範囲の条件で
優れた潤滑特性を示すことはよく知られている。
この様な粉末はあらかじめ精製されており、純度
は98%以上であり、有害な不純物は含まない。ま
た粒子径は粉砕の程度により変るが、本発明の目
的には、平均粒子径約5ミクロン−約0.3ミクロ
ンのものが好ましい。 The fine molybdenum disulfide powder referred to herein is obtained by refining and pulverizing molybdenum disulfide ore, and is usually available as a raw material for lubricants. It is also well known that molybdenum disulfide as a lubricant exhibits excellent lubricating properties under a wide range of conditions.
Such powders are pre-refined, with a purity of over 98% and no harmful impurities. Although the particle size varies depending on the degree of pulverization, for the purposes of the present invention, an average particle size of about 5 microns to about 0.3 microns is preferred.
一方二硫化タングステンは天然に産出すること
は稀であり、通常金属タングステンと硫黄から工
業的に合成される。その性質は二硫化モリブデン
に類似しており、潤滑性も二硫化モリブデンと同
等の性質をもつことが知られている。純度は合成
品であるため高く、また合成条件により任意の粒
子径のものが得られるといわれるが、本発明の目
的に関しては二硫化モリブデンの場合と同様の粒
子径のものが適する。 On the other hand, tungsten disulfide is rarely produced naturally and is usually synthesized industrially from metallic tungsten and sulfur. Its properties are similar to molybdenum disulfide, and its lubricity is also known to be equivalent to that of molybdenum disulfide. Since it is a synthetic product, its purity is high, and it is said that any particle size can be obtained depending on the synthesis conditions, but for the purpose of the present invention, particles with the same particle size as molybdenum disulfide are suitable.
ここでいう分散液とは、適当な分散媒に二硫化
モリブデン微粒子または二硫化タングステン微粒
子を分散させたもので、分散の安定性を助けるた
めに、物理的方法を併用したものでもよい。また
用いる溶媒にはヘキサン、ヘプタン、メタノー
ル、エタノール、アセトンなど各種のものが使用
でき、水の使用も可能である。但しキノリン、ク
ロロホルム等のピツチに対する強溶媒はピツチ繊
維を傷めるため好ましくない。ベンゼンなども同
じ理由により使用が制限される。沸点または沸点
範囲が200℃を越える溶媒は、酸化性気体の流通
を妨げ好ましくない。 The dispersion herein refers to a dispersion of molybdenum disulfide fine particles or tungsten disulfide fine particles dispersed in a suitable dispersion medium, and a physical method may be used in combination to help stabilize the dispersion. Various solvents such as hexane, heptane, methanol, ethanol, and acetone can be used, and water can also be used. However, strong solvents for pitch such as quinoline and chloroform are not preferred because they damage pitch fibers. The use of substances such as benzene is also restricted for the same reason. Solvents with boiling points or boiling point ranges exceeding 200°C are undesirable because they impede the flow of oxidizing gases.
処理の際には分散液をそのまま、または適当な
濃度に調整して用いる。処理の際の分散液に対す
る二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの
濃度は5−50%が好ましい。処理の際、溶媒系で
あれば、特に補助剤を加える必要はないが、水系
の場合はピツチ繊維に対する濡れをよくするた
め、界面活性剤の使用が必要である。界面活性剤
としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界
面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれでも使
用することが可能であるが、非イオン性界面活性
剤が分散液中の他の成分のイオン性の影響を受け
ないという点で好ましく、その例としてポリオキ
シエチレンアルキルフエノールエーテル、ポリオ
キシエチレンアルキルエーテルまたはエステル、
エチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロツ
ク共重合物などをあげることができる。また界面
活性剤の使用量は、過度に多い場合には酸化性気
体の流通を妨げ好ましくなく、少な過ぎる場合に
は湿潤あるいは分散効果が不足し、通常0.05−
1.0%程度が好ましい。 During the treatment, the dispersion is used as it is or after being adjusted to an appropriate concentration. The concentration of molybdenum disulfide or tungsten disulfide in the dispersion during treatment is preferably 5-50%. During the treatment, if the treatment is solvent-based, there is no need to add any auxiliary agent, but if the treatment is water-based, it is necessary to use a surfactant to improve wetting of the pitch fibers. As the surfactant, any of cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants can be used, but if the nonionic surfactant is Examples thereof include polyoxyethylene alkyl phenol ether, polyoxyethylene alkyl ether or ester,
Examples include ethylene oxide propylene oxide block copolymers. Furthermore, if the amount of surfactant used is too large, it will prevent the flow of oxidizing gas, which is undesirable, and if it is too small, the wetting or dispersing effect will be insufficient, and it is usually 0.05-
About 1.0% is preferable.
ピツチ繊維に対する分散液の処理は、ピツチが
繊維化された直後から不融化工程の直前までの範
囲で、適当な時点で行なうことができる。また処
理の方法は、スプレー、回転ローラーによるコー
テイング、浸漬など種々の方法が可能であるが、
ピツチ繊維にできるだけ均一に二硫化モリブデン
または二硫化タングステンを附着させる様にしな
ければならない。 The treatment of the pitch fibers with the dispersion liquid can be carried out at any appropriate time from immediately after the pitch is turned into fibers to immediately before the infusibility step. Various treatment methods are possible, including spraying, coating with a rotating roller, and dipping.
Molybdenum disulfide or tungsten disulfide must be attached to the pitch fibers as uniformly as possible.
ピツチ繊維の原料である紡糸ピツチとしては、
光学的に等方性のピツチ、または光学的に異方性
のピツチいずれを用いても、本発明の効果を得る
ことができる。 As spinning pitch, which is the raw material for pitch fiber,
The effects of the present invention can be obtained using either an optically isotropic pitch or an optically anisotropic pitch.
ピツチ繊維の状態としては、ゆるく引き揃え
た、所謂トウ状か、緊密に引き揃えた所謂ストラ
ンド状が好ましい。短繊維がランダムに絡みあつ
た綿状、あるいは長繊維が一本一本に分かれて集
積したウール状(スライバー)でも適用可能であ
るが、この様な形態では、もともと接点が少ない
ため、本発明の効果も少ない。 The pitch fibers are preferably in a loosely aligned tow shape or tightly aligned in a so-called strand shape. It is also possible to use a cotton-like structure in which short fibers are randomly intertwined, or a wool-like structure in which long fibers are separated and accumulated one by one (sliver), but since such a form has few contact points, it is difficult to use the present invention. The effect is also small.
不融化に用いる酸化性気体は、空気、酸素、オ
ゾン、二酸化窒素、二酸化硫黄、ハロゲンなどが
使用可能であるが、経済的観点から空気または酸
素の使用が好ましい。 As the oxidizing gas used for infusibility, air, oxygen, ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, halogen, etc. can be used, but from an economical point of view, it is preferable to use air or oxygen.
作用および効果
本発明を適用した場合、不融化に要する時間は
30−120分である。従来の方法では不融化に120分
以上を費やしても融着を防止することができず、
高品位の炭素繊維を得るには、さらに長時間の不
融化が必要であつた。Actions and Effects When the present invention is applied, the time required for infusibility is
30-120 minutes. Conventional methods cannot prevent fusion even if it takes more than 120 minutes to make the material infusible.
In order to obtain high-quality carbon fibers, a longer period of infusibility was required.
本発明による不融化糸は特に洗浄などの工程を
要せずそのまま炭化工程に導入することができ
る。 The infusible yarn according to the present invention can be directly introduced into the carbonization process without requiring any special steps such as washing.
一般にフイラメントの集合束たるトウまたはス
トランドは液体で濡らすとフイラメント同志が寄
り合つて、トウまたはストランドとしての形状が
濡らす以前と比較して細くなる。そして不融化工
程、炭化工程でもほぼそのままの形状を維持す
る。この様にフイラメント同志が寄り合うこと
は、一般に不融化処理の際にフイラメント同志の
融着を起させ易い原因となるのであるが、それに
もかかわらず、本発明によれば二硫化モリブデン
の分散液で処理したピツチ繊維は、不融化工程を
経て、炭化工程の後、僅かにしごくことにより、
容易に個々のフイラメントに分離し融着のない炭
素繊維が得られる。 Generally, when a tow or strand, which is a bundle of filaments, is wetted with a liquid, the filaments come together and the shape of the tow or strand becomes thinner than before wetting it. It also maintains almost the same shape during the infusibility process and carbonization process. The fact that the filaments come together in this way generally tends to cause the filaments to fuse together during the infusibility treatment, but in spite of this, according to the present invention, the dispersion of molybdenum disulfide The treated Pitschi fiber goes through an infusible process, and after a carbonization process, it is squeezed slightly.
Carbon fibers that are easily separated into individual filaments and are free from fusion can be obtained.
この様な優れた効果の理由は、ピツチ繊維間に
二硫化モリブデンの微粒子が入り込み、ピツチ繊
維間の接点を無くすためと考えられる。 The reason for such an excellent effect is thought to be that fine particles of molybdenum disulfide enter between pitch fibers, eliminating contact points between pitch fibers.
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た
めのものではない。 Examples of the present invention will be described below. The examples described herein are intended to facilitate understanding of the method and effects of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention.
実施例 1
コールタールを原料とし、キノリン不溶分35%
を含む光学的異方性ピツチを溶融紡糸し、フイラ
メント径13ミクロン、フイラメント数2000のピツ
チ繊維ストランドを得た。このストランドを、平
均粒子径0.5ミクロンの二硫化モリブデン10重量
%を含むアセトン分散液に浸漬した。この処理ス
トランドを、酸素雰囲気中で、5℃/分の昇温速
度で熱処理し、1時間をかけて不融化した。この
不融化糸をアルゴン雰囲気中で1100℃まで熱処理
して炭素化し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊
維は容易に個々のフイラメントに開繊し、融着現
象は見られなかつた。Example 1 Coal tar is used as raw material, quinoline insoluble content is 35%
The optically anisotropic pitch fiber containing the fiber was melt-spun to obtain a pitch fiber strand with a filament diameter of 13 microns and a number of filaments of 2000. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 10% by weight of molybdenum disulfide with an average particle size of 0.5 microns. This treated strand was heat treated in an oxygen atmosphere at a temperature increase rate of 5° C./min to make it infusible over 1 hour. This infusible yarn was carbonized by heat treatment to 1100° C. in an argon atmosphere to obtain carbon fibers. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
実施例 2
二硫化モリブデン分散液の分散媒をエチルアル
コール(99.5%)に代える他は実施例1と同じ方
法で炭素繊維を製造した。得られた炭素繊維は容
易に個々のフイラメントに開繊し、融着現象は見
られなかつた。Example 2 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that ethyl alcohol (99.5%) was used as the dispersion medium for the molybdenum disulfide dispersion. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
実施例 3
二硫化モリブデン分散液の分散媒をヘプタンと
し、二硫化モリブデンの含有量を20%とする他は
実施例1と同じ方法で炭素繊維を製造した。得ら
れた炭素繊維は容易に個々のフイラメントに開繊
し、融着現象は見られなかつた。Example 3 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that heptane was used as the dispersion medium of the molybdenum disulfide dispersion and the content of molybdenum disulfide was 20%. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
実施例 4
粒子径の異なる4種類の二硫化モリブデン(平
均粒子径、各0.5ミクロン、0.7ミクロン、1.2ミク
ロン、5ミクロン)をそれぞれアセトンに分散さ
せ、4種類のアセトン分散液を作つた。これを用
いて、実施例1と同じ方法で炭素繊維を製造し
た。粒子径5ミクロンの二硫化モリブデンを用い
た炭素繊維では僅かに融着現象が起きたがその他
の場合は融着現象は見られなかつた。Example 4 Four types of molybdenum disulfide having different particle diameters (average particle diameters of 0.5 microns, 0.7 microns, 1.2 microns, and 5 microns) were respectively dispersed in acetone to prepare four types of acetone dispersions. Using this, carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1. A slight fusion phenomenon occurred in carbon fibers using molybdenum disulfide having a particle size of 5 microns, but no fusion phenomenon was observed in other cases.
実施例 5
実施例1の方法で分散液の二硫化モリブデンの
含有量を、20,10,5,2.5重量%と変え、その
他は実施例1と同じ方法で炭素繊維を製造した。
含有量20、10%では融着現象は起きなかつたが、
5%では僅かに融着現象が起き、2.5%では融着
現象により、炭素繊維ストランドが棒状になつて
しまつた。Example 5 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the content of molybdenum disulfide in the dispersion was changed to 20, 10, 5, and 2.5% by weight.
No fusion phenomenon occurred at the content of 20% and 10%, but
At 5%, a slight fusion phenomenon occurred, and at 2.5%, the carbon fiber strand became rod-shaped due to the fusion phenomenon.
実施例 6
実施例1のピツチ繊維ストランドを、粒子径
0.5ミクロンの二硫化モリブデン粒子20%を含む
アセトン分散液に浸漬した。このストランドを酸
素雰囲気中で、10℃/分の昇温速度で熱処理し、
不融化した。この不融化繊維を実施例1と同じ方
法で炭素化し炭素繊維を製造した。得られた炭素
繊維に融着現象は見られなかつた。Example 6 The pitch fiber strands of Example 1 were
It was immersed in an acetone dispersion containing 20% 0.5 micron molybdenum disulfide particles. This strand is heat treated in an oxygen atmosphere at a heating rate of 10°C/min.
It became infusible. This infusible fiber was carbonized in the same manner as in Example 1 to produce carbon fiber. No fusion phenomenon was observed in the obtained carbon fibers.
実施例 7
コールターを原料とし、キノリン不容分1%、
ベンゼン不溶分70%を含む光学的に等方性のピツ
チを溶融紡糸し、フイラメント径14ミクロン、フ
イラメント数2000のピツチ繊維ストランドを得
た。このストランドを、粒子径0.5ミクロンの二
硫化モリブデン10重量%含むアセトン分散液に浸
漬した。この処理ストランドを空気中、2℃/分
の昇温速度で熱処理し、2時間をかけて不融化し
た。この不融化糸をアルゴン雰囲気中で1100℃ま
で熱処理して炭素化し、炭素繊維を得た。得られ
た炭素繊維は容易に個々のフイラメントに開繊
し、融着現象は見られなかつた。Example 7 Coulter was used as raw material, quinoline insoluble content was 1%,
Optically isotropic pitch containing 70% benzene insoluble matter was melt-spun to obtain pitch fiber strands with a filament diameter of 14 microns and a number of filaments of 2000. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 10% by weight of molybdenum disulfide with a particle size of 0.5 microns. This treated strand was heat treated in air at a temperature increase rate of 2° C./min to make it infusible over 2 hours. This infusible yarn was carbonized by heat treatment to 1100° C. in an argon atmosphere to obtain carbon fibers. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
実施例 8
コールタールを原料とし、キノリン不溶分35%
を含む光学的異方性ピツチを溶融紡糸しながら、
紡糸炉直下で、粒子径0.5ミクロンの二硫化モリ
ブデン10重量%を含む水分散液を回転ローラーを
用いてフイラメントに塗布し、フイラメント径13
ミクロン、フイラメント数2000の処理ストランド
を得た。これを実施例1と同じ方法で不融化、炭
素化したところ、融着現象のない炭素繊維が得ら
れた。Example 8 Coal tar is used as raw material, quinoline insoluble content is 35%
While melt spinning an optically anisotropic pitch containing
Directly below the spinning furnace, an aqueous dispersion containing 10% by weight of molybdenum disulfide with a particle size of 0.5 microns was applied to the filament using a rotating roller.
A treated strand with a filament count of 2000 microns was obtained. When this was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, carbon fibers without any fusion phenomenon were obtained.
実施例 9
実施例1のピツチ繊維ストランドに市販の二硫
化モリブデン分散液スプレー(商品名スリーボン
ド1910)を用い、二硫化モリブデン分散液を噴霧
塗布した。得られた処理ストランドを実施例1と
同じ方法で不融化、炭素化したところ、融着現象
のない炭素繊維が得られた。Example 9 A commercially available molybdenum disulfide dispersion spray (trade name: ThreeBond 1910) was used to spray coat the pitch fiber strand of Example 1 with a molybdenum disulfide dispersion. When the obtained treated strand was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, carbon fibers without any fusion phenomenon were obtained.
実施例 10
実施例1のピツチ繊維ストランドを、粒子径
0.5ミクロンの二硫化モリブデン20%と界面活性
剤0.5%を含む水分散液に浸漬処理し、その後実
施例1と同様の方法で不融化、炭化した。界面活
性剤として、アルキルベンゼンスルホネート、ま
たはアルキルトリメチルアンモニウムクロライ
ド、またはポリオキシエチレンアルキルフエノー
ルエーテルを用いたが、いずれの場合も融着のな
い炭素繊維が得られた。Example 10 The pitch fiber strands of Example 1 were
It was immersed in an aqueous dispersion containing 0.5 micron molybdenum disulfide 20% and a surfactant 0.5%, and then infusible and carbonized in the same manner as in Example 1. Although alkylbenzene sulfonate, alkyltrimethylammonium chloride, or polyoxyethylene alkylphenol ether was used as the surfactant, carbon fibers without fusion were obtained in all cases.
実施例 11
コールタールを原料とし、キノリン不溶分35%
を含む光学的異方性ピツチを溶融紡糸し、フイラ
メント径13ミクロン、フイラメント数2000のピツ
チ繊維ストランドを得た。このストランドを平均
粒子径0.7ミクロンの二硫化タングステン20重量
%を含むアセトン分散液に浸した。この処理スト
ランドを、酸素雰囲気中で、5℃/分の昇温速度
で熱処理し、1時間をかけて不融化した。この不
融化糸をアルゴン雰囲気中で1100℃まで熱処理し
て炭素化し、炭素繊維をえた。得られた炭素繊維
は容易に個々のフイラメントに開繊し、融着現象
は見られなかつた。Example 11 Coal tar is used as raw material, quinoline insoluble content is 35%
The optically anisotropic pitch fiber containing the fiber was melt-spun to obtain a pitch fiber strand with a filament diameter of 13 microns and a number of filaments of 2000. This strand was immersed in an acetone dispersion containing 20% by weight of tungsten disulfide with an average particle size of 0.7 microns. This treated strand was heat treated in an oxygen atmosphere at a temperature increase rate of 5° C./min to make it infusible over 1 hour. This infusible yarn was heat-treated to 1100°C in an argon atmosphere to carbonize it, yielding carbon fibers. The obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
実施例 12
上の実施例の、二硫化タングステン20%アセト
ン分散液を、二硫化タングステン20重量%、ポリ
オキシエチレンノニルフエノールエーテル(界面
活性剤)0.5%を含む水分散液に代え、他は上の
実施例と同様の操作を行つたところ、得られた炭
素繊維は容易に個々のフイラメントに開繊し、融
着現象は見られなかつた。Example 12 The 20% acetone dispersion of tungsten disulfide in the above example was replaced with an aqueous dispersion containing 20% by weight of tungsten disulfide and 0.5% polyoxyethylene nonylphenol ether (surfactant), and the rest were as above. When the same operation as in Example 1 was carried out, the obtained carbon fibers were easily opened into individual filaments, and no fusion phenomenon was observed.
比較例 1
コールタールを原料とし、キノリン不溶分35%
を含む光学的異方性ピツチを溶融紡糸しながら、
紡糸炉直下で、水、エチルアルコールまたはシリ
コンオイル(沸点範囲150−200℃)を回転ローラ
ーを用いてフイラメントに塗布し、フイラメント
径13ミクロン、フイラメント数2000の処理ストラ
ンドを得た。これを実施例1と同じ方法で不融
化、炭素化したところ、いずれの場合も融着現象
により棒状の炭素繊維になつてしまつた。Comparative example 1 Coal tar is used as raw material, quinoline insoluble content is 35%
While melt spinning an optically anisotropic pitch containing
Directly below the spinning furnace, water, ethyl alcohol or silicone oil (boiling range 150-200°C) was applied to the filaments using a rotating roller to obtain treated strands with a filament diameter of 13 microns and a number of filaments of 2000. When this was made infusible and carbonized in the same manner as in Example 1, rod-shaped carbon fibers were formed due to the fusion phenomenon in both cases.
比較例 2
実施例1と同じ方法で、二硫化モリブデンの分
散媒をキノリン、クロロホルムおよびベンゼンに
代え炭素繊維を製造した。キノリンを用いた場合
は、不融化の途中でピツチ繊維が溶融し、不融化
繊維が得られなかつた。クロロホルムおよびベン
ゼンの場合は炭素化まで可能であつたが、得られ
た炭素繊維は、融着現象のため個々のフイラメン
トに開繊することが、著しく困難であつた。Comparative Example 2 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1, except that the molybdenum disulfide dispersion medium was replaced with quinoline, chloroform, and benzene. When quinoline was used, the pitch fibers melted during the infusible process, and no infusible fibers were obtained. In the case of chloroform and benzene, carbonization was possible, but it was extremely difficult to open the obtained carbon fibers into individual filaments due to the fusion phenomenon.
なお、特開昭55−128020号の方法を本発明の比
較例のとしてトレースを試みたところ(比較例
3)、不融化時の昇温速度が速い場合には十分な
融着防止効果が得られず、本発明の優位性が明ら
かである。 In addition, when we tried to trace the method of JP-A-55-128020 as a comparative example of the present invention (Comparative Example 3), we found that a sufficient fusion prevention effect was obtained when the temperature increase rate during infusibility was fast. The superiority of the present invention is clear.
比較例 3
実施例1のピツチ繊維ストランドを粒子径0.7
ミクロンのグラフアイト微粒子3.6%、過硫酸ア
ンモニウム0.8%、非イオン形界面活性剤〔ポリ
オキシエチレンノニルフエノールエーテル(花王
アトラス社製エマルゲン910)〕0.4%を含む水分
散液に浸漬処理した。このストランドを酸素雰囲
気中で、不融化時の昇温速度5℃/分(不融化所
用時間60分)および昇温速度10℃/分(不融化所
用時間30分)で不融化し、その後実施例1の方法
で炭化したところ、いずれの場合も融着が起り、
容易に個々のフイラメントに開繊する炭素繊維は
得られなかつた。Comparative Example 3 The pitch fiber strands of Example 1 were used with a particle size of 0.7.
It was immersed in an aqueous dispersion containing 3.6% of micron graphite particles, 0.8% of ammonium persulfate, and 0.4% of a nonionic surfactant [polyoxyethylene nonylphenol ether (Emulgen 910, manufactured by Kao Atlas Co., Ltd.)]. This strand was made infusible in an oxygen atmosphere at a temperature increase rate of 5°C/min (time required for infusibilization: 60 minutes) and a temperature increase rate of 10°C/min (time required for infusibilization 30 minutes), and then carried out. When carbonization was performed using the method of Example 1, fusion occurred in all cases.
Carbon fibers that could be easily opened into individual filaments could not be obtained.
Claims (1)
維に、界面活性剤を含んだ水に二硫化モリブデン
微粉末または二硫化タングステン微粉末を5〜50
重量%分散させた分散液を付着させてから、不融
化処理することを特徴とする、ピツチ繊維の不融
化処理方法。1. In the production of pitch-based carbon fibers, fine molybdenum disulfide powder or fine tungsten disulfide powder is added to pitch fibers in water containing a surfactant for 5 to 50 minutes.
1. A method for infusibility treatment of pitch fibers, which comprises applying a dispersion liquid dispersed in weight percent and then infusibility treatment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28131884A JPS61160422A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Infusibilization of pitch fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28131884A JPS61160422A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Infusibilization of pitch fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61160422A JPS61160422A (en) | 1986-07-21 |
| JPH0147564B2 true JPH0147564B2 (en) | 1989-10-16 |
Family
ID=17637424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28131884A Granted JPS61160422A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Infusibilization of pitch fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1984
- 1984-12-27 JP JP28131884A patent/JPS61160422A/en active Granted
Also Published As
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