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188宝金博页面版: 以沥青为原料生产高附加值的碳材料-高性能碳纤维-さらに高めるピッチ系炭素繊維-日文

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内容提示: 82010. 12 NIPPON STEEL MONTHLYものづくりの原点 科学の世界 VOL.54良質な含浸ピッチを原料に特徴ある炭素繊維を製造炭素繊維には衣服などに使われるアクリル繊維を原料とする「PAN系」と、製鉄プロセスでの石炭乾留や石油精製の副産物を原料とする「ピッチ系」があり、NGFは石炭乾留時に副生するコールタール中の含浸ピッチを原料に炭素繊維を製造している。含浸ピッチとは、前号で紹介したニードルコークスに使用される純度の高いピッチを熱処理して、軽い成分をさらに揮発させて硬質(重質)にしたもの。NGFでは炭素繊維の原料となる含浸ピッチのすべて...

文档格式:PDF | 页数:4 | 浏览次数:17 | 上传日期:2021-10-05 10:02:24 | 文档星级:
82010. 12 NIPPON STEEL MONTHLYものづくりの原点 科学の世界 VOL.54良質な含浸ピッチを原料に特徴ある炭素繊維を製造炭素繊維には衣服などに使われるアクリル繊維を原料とする「PAN系」と、製鉄プロセスでの石炭乾留や石油精製の副産物を原料とする「ピッチ系」があり、NGFは石炭乾留時に副生するコールタール中の含浸ピッチを原料に炭素繊維を製造している。含浸ピッチとは、前号で紹介したニードルコークスに使用される純度の高いピッチを熱処理して、軽い成分をさらに揮発させて硬質(重質)にしたもの。NGFでは炭素繊維の原料となる含浸ピッチのすべてを(株)シーケムの広畑製造所から調達している。新日鉄では1981年、石炭乾留副産物の高度利用を目的とし、土木建築分野?機械産業分野向けを狙ったピッチ系炭素繊維の技術開発をスタートした。85年には広畑製鉄所にパイロットプラントを建設して製造技術のノウハウを蓄積し、95年に宇宙?スポーツ?レジャー分野向けの炭素繊維材料開発を得意とする日本石油(現?JX日鉱日石エネルギー(株))と各々の事業を統合してNGFを設立、今日まで多彩な市場分野に優れたピッチ系炭素繊維を提供し続けている(現在、NGFは新日鉄マテリアルズ(株)のグループ会社)。炭素繊維市場全体ではPAN系が主流だ。しかし、材料の変形しにくさを表す弾性率の標準値が240ギガパスカル(GPa) (航空機用は300GPa)のPAN系は、500GPa以上の高弾性率を持つ材料の製造が難しくコスト高になる。一方、ピッチ系炭素繊維は、50?900GPaまで幅広い弾性率を比較的容易につくり分けることができる。NGFでは特にPAN系炭素繊維が得意とする300GPaクラスとの差別化を図るため、低弾性率と高弾性率の領域の製品開発に注力している(図1)。水素を使って炭素繊維に適した紡糸原料ピッチに改質シーケムから調達した含浸ピッチは、まず炭素繊維製造に適した紡糸原料ピッチに改質するため、水素を添加した後、熱重合 (※1) し、軽質物を高精密蒸留で飛ばし、最後にフィルターで濾過して微細な不純物を除去する(図2)。水素はコールタールに含まれる硫黄や窒素を除去するとともに、含浸ピッチ中の分子構造を変化させ、黒鉛結晶が成長しやすい炭素結合(6員環状炭素 ※2)に転換する役割を担う。6員環状炭素は加熱することで黒鉛結晶へ転換し、その結晶成長とともに強度と弾性が上がる。含浸ピッチのままでは黒鉛結晶への転換は不十分で、熱処理しても発達した黒鉛構造が生まれない(等方性ピッチ)。しかし水素を添加し分子構造を調整することで、液体状態でも規則性のある分子(液晶)構造が生まれる(メソフェーズピッチ)。バランスよく液晶化したメソフェーズピッチは熱分解温度以下の軟化点(物質が溶け始める温度)を持ち、高品質な炭素繊維の原料となる(写真1) (等方性ピッチは汎用の低弾性炭素繊維の原料となる)。コールタールから生まれる炭素材の付加価値をさらに高めるピッチ系炭素繊維前号まで2回シリーズで、製鉄の副産物であるコールタールを原料とした炭素材や化学品原料の技術開発の世界を紹介した。新日鉄グループの日本グラファイトファイバー(株) (以下、NGF)では、そこで生まれた炭素材(含浸ピッチ)を原料に、付加価値を高めたピッチ系炭素繊維を製造している。今号では、高強度?高弾性などの特性から産業、土木?建設、宇宙航空、スポーツ?レジャーなど幅広い市場分野で活躍するピッチ系炭素繊維の製造技術とNGFの強みを紹介するとともに、今後の用途開発の方向性を展望する。※本企画では 2010 年4月号から数回にわたり、長年、製鉄事業が培ってきた経験と技術を基盤に成長?発展を遂げるグループ各社の保有技術にスポットを当てて、その原点と技術開発の最先端を紹介しています。

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