CN112533850A - 丙烯酸系纱条卷装 - Google Patents

Abstract

为了提供在将总纤度大的丙烯酸系纱条卷绕于芯筒时在搬运时不会发生卷崩散的丙烯酸系纱条卷装，该丙烯酸系纱条卷装为将总纤度为8000dtex以上的丙烯酸系纱条卷绕于筒管而成的卷装，卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽为0.22mm/1000dtex以上、且丙烯酸系纱条卷装的硬度为60以上。

Description

丙烯酸系纱条卷装

技术领域

本发明涉及丙烯酸系纱条的卷装，涉及卷形状良好且搬运时、解舒时不良状况(trouble)少的丙烯酸系纱条卷装。特别地，本发明适宜作为碳纤维制造中使用的丙烯酸系前体纱条卷装。

背景技术

聚丙烯腈系长纤维不仅被用于衣料，近年来也被用作碳纤维的前体(precursor)，为获得性能优异的碳纤维、提高其生产率，公开了大量的改善技术。

碳纤维是如下获得的，即，在对碳纤维前体即丙烯腈系纤维纱条进行纺纱的制纱工序中进行暂且卷绕后，将其送至烧成工序，经耐燃化工序(在200～300℃的空气气氛中对该纤维进行加热烧成而将其转化为氧化纤维)、碳化工序(在氮/氩/氦等非活性气体气氛中进一步加热至300～3000℃而进行碳化)而获得；碳纤维作为复合材料的增强纤维而广泛地用于航空航天用途、运动用途、一般工业用途等。

对于碳纤维而言，通常，其以由单纱数为1000根以上的长丝构成的复丝为一个纱条单元，但对于作为原料的丙烯酸系纱条而言，因与作为后续工序的烧成工序的生产纱条速度之差，通常暂且在制纱工序中卷绕后再被送至烧成工序。为了提高烧成工序中的生产率，有效的是增加每次能够处理的丙烯酸系纱条的量，但丙烯酸系纱条通常被卷绕至芯筒(core bobbin)，因此若在一个筒管(bobbin)上卷绕大量的纱条，则存在向烧成工序搬运时筒管沿铅直方向下垂、端面的鼓起变大，从而发生如在烧成工序中成为解舒不良这样的卷崩散(日文：巻崩れ)的情况。

在碳纤维前体用的丙烯酸系纱条卷装中，为了在卷绕时获得良好的卷形状，而对络筒交叉夹角、卷绕张力等卷绕条件进行规定的技术记载于专利文献1中，但没有有关输送时的卷崩散的记载。另外，针对33000dtex以上的粗大丙烯酸纱条，通过采用特定的纱宽、纱条偏移比例而获得良好的卷形状的技术记载于专利文献2中，但存在下述问题，即，只要不在卷绕前对纱条赋予水分而提升集束性，便不能完全防止卷形状的恶化、解舒时的不良状况，在输送时也会发生卷崩散，并且由于由水分赋予引起的运行成本(running cost)的增加、质量增加而导致不适于长距离移动成为课题。

进而，为了防止输送时的卷崩散，而在总纤度为数十～数百dtex左右的纤维中对卷装的硬度进行规定的技术记载于专利文献3、专利文献4中，但该技术并不能直接应用于超过1000dtex这样的总纤度大的碳纤维前体用丙烯酸系纱条卷装。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-263534号公报

专利文献2：日本专利特开2002-3081号公报

专利文献3：日本专利特开昭51-23322号公报

专利文献4：日本专利特开2005-273106号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明解决上述以往技术的问题点，其课题在于，提供在将总纤度大的丙烯酸系纱条卷绕至芯筒时，搬运时不会发生卷崩散的丙烯酸系纱条卷装。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述课题而采用如下手段。即，本发明的丙烯酸系纱条卷装为将总纤度为8000dtex以上的丙烯酸系纱条卷绕于筒管而成的卷装，卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽为0.22mm/1000dtex以上，并且所述丙烯酸系纱条卷装的硬度为60以上。

发明效果

在本发明中，能够提供在将总纤度高的丙烯酸系纱条卷绕至芯筒时，向下一工序搬运时也不会崩散的、卷形状良好的丙烯酸系纱条卷装。

附图说明

[图1]图1是表示丙烯酸系纱条卷装的示意图。

[图2]图2是表示在中央发生了翘曲的丙烯酸系纱条卷装的示意图。

具体实施方式

本发明对上述课题、即在将总纤度高的丙烯酸系纱条卷绕于芯筒时，搬运时也不会崩散的卷形状良好的碳纤维前体丙烯酸系粗大纱条卷装进行了深入研究，探明了通过将卷装的纱宽及硬度设为一定以上来解决所述课题。

本发明中所使用的碳纤维前体丙烯酸系纱条为由所谓丙烯酸系聚合物(例如优选为将90质量％以上的丙烯腈、小于10质量％的共聚单体聚合而成的聚合物)构成的纱条。作为所述共聚单体，可使用选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或它们的甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、碱金属盐、铵盐、或者烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、或它们的碱金属盐等中的至少一种。

上述丙烯酸系聚合物是使用已知的聚合方法(例如乳化聚合、悬浮聚合、溶液聚合等聚合法)而获得，进而在由这些聚合物来制造丙烯酸系纤维时，将包含选自例如二甲基乙酰胺、二甲基亚砜(以下，称为DMSO)、二甲基甲酰胺、硝酸、氯化锌、硫氰化钠水溶液中的溶剂的聚合物溶液作为纺纱原纱，通过湿式纺纱法或干式纺纱法来进行纺纱。

纺纱而得的纱条此后被供于浴中拉伸，浴中拉伸可以对纺出的纱直接进行，也可以在对纺出的纱进行一次水洗并除去溶剂后进行。上述浴中拉伸优选为在50～98℃的拉伸浴中拉伸至约2～6倍，拉伸后，优选赋予油剂、利用热辊等进行干燥致密化后，供于蒸汽拉伸，然后卷绕至芯筒而成为卷装。

在卷绕成上述卷装时，可将多个纱条以若干根并纱后卷绕，为了提高碳纤维的生产率，对多个长丝纱条一次进行烧成是有效的，因此本发明中卷绕的纱条的总纤度为8000dtex以上。另外，为了避免输送时的质量增加，纱条的水分率优选为3％以下。为了减少烧成工序中的丙烯酸系纱条架设次数、使操作变得高效，关于从卷装整体的质量减去筒管质量及水分量后的丙烯酸系纱条的总量优选为较大，优选以使其成为120kg以上、进一步优选以使其成为200kg以上的方式进行卷绕。

为了消除搬运时的卷崩散，重要的是使通过硬度计测定出的筒管端部的硬度在60以上。若硬度小于60，则卷装容易松弛，而容易发生搬运时的卷崩散、解舒时的跳花。为了使硬度为60以上，可通过将卷绕时的纱条的张力设为恰当的值来达成。在大量纱条的卷绕中，通常是从大的张力起逐渐地降低张力来卷绕，但其数值可根据纱条的纤度、长丝数而采用适当的值。

另外，在本发明的丙烯酸系纱条卷装中，需要将卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽设为0.22mm/1000dtex以上来卷绕。若纱宽小于0.22mm/1000dtex，则纱的厚度变大，在与相邻的纱条之间产生纱条偏移的间隙，搬运时容易发生卷崩散。另外，若纱宽大于0.54mm/1000dtex，则纱条的收束性变差，有时在烧成工序中在解舒时发生跳花(綾落ち)、单纱的卷缠等不良状况，因此卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽优选为0.22mm～0.54mm/1000dtex的范围。使卷装上的纱宽在上述范围的方法没有特别限定，在利用卷绕机来卷绕纱条时，适合使用在从集束用的自由辊组通过一定以上后进行卷绕的方法。

在本发明的丙烯酸系纱条卷装中，若丙烯酸系纱条的静摩擦系数小于0.13，则即使将纱宽、硬度控制为特定的条件来防止卷崩散，也存在在卷绕时发生端面鼓起的情况，因此优选为通过赋予适当的种类、量的油剂，使静摩擦系数在0.13以上。

另外，在本发明的丙烯酸系纱条卷装中，优选为将纱条偏移比例设为15～59％、将卷装上的络筒交叉夹角设为6～14°的范围。所谓纱条偏移比例，是在卷装上在最接近处平行地通过的两根纱条中，纱条偏移量S相对纱宽T的比例。即，此纱条偏移比例是利用图1中所示的(S/T)×100所求出的值。若使用图1对其进行概念性的说明，则丙烯酸系纱条4是相对于丙烯酸系纱条3而言在丙烯酸系纱条卷装1上在最接近处平行地通过的纱条，此丙烯酸系纱条3与丙烯酸系纱条4的纱条偏移量S相对于纱宽T的比例即为纱条偏移比例。需要说明的是，纱宽T及纱条偏移量S是分别通过后述的方法进行测定的值。

另外，所谓络筒交叉夹角，如图1所示，是与芯筒2的轴垂直的直线(与芯筒轴向垂直的线α)与所卷绕的丙烯酸系纱条4的方向所成的角度(θ)。

纱条偏移比例及络筒交叉夹角通常可通过将每1次纱条横动(糸条トラバース)中的卷绕机主轴转速、所谓卷绕比设为适当的值来进行控制。若卷绕比为整数，则在1次横动的前后将从完全相同的纱道通过，因此通过将卷绕比的小数部分设为恰当的值，从而能够使1次横动前后的纱道错开，能够控制纱条偏移比例。另外，通过将也包含整数部分的卷绕比整体的大小设为适当的值，能够控制络筒交叉夹角。关于纱条偏移比例，若小于15％，则成为起伏大的卷装，存在即使加大卷绕张力硬度也会下降的情况，在搬运时容易发生卷崩散。另外，若纱条偏移比例大于59％，则内层纱与外层纱相接触的面变小，因此因卷绕时的外层纱的按压而导致内层纱滑动而被挤出至外部，端面鼓起。因此，通过使纱条偏移比例成为15％～59％的范围，能够使硬度与端面形状这两者达到良好的数值，为优选。

另外，若络筒交叉夹角小于6°，则容易发生解舒时的跳花，而若络筒交叉夹角大于14°，则端面鼓起变大，因此络筒交叉夹角优选为6～14°的范围内。若以一定的卷绕比来进行卷绕，则随着卷绕至芯筒的卷装的直径变大，络筒交叉夹角呈线性减少，因此通过根据纱条卷绕量来在卷绕中改变卷绕比，能够在将络筒交叉夹角保持为一定的范围内的同时进行卷绕。例如，通过设置使主轴驱动与横动驱动独立、并在检测到主轴转速后以成为设定卷绕比的方式运算后对横动驱动转速进行控制这样的机构，能够在卷绕的过程中根据卷绕量自由地设定卷绕比。

实施例

以下，示出实施例及比较例对本发明进行详细的说明。接下来说明实施例及比较例中使用的测定方法。

＜总纤度＞

从作为测定对象的卷装采集样本纱条20m，利用依据JIS L1013：2010的方法求出总纤度。

＜静摩擦系数＞

从作为测定对象的卷装采集样本纱条1.5m，卷绕至采集后的卷装。此时，沿着卷装的圆周面卷绕至卷装的中央。以与卷装的接触角成为540°的方式卷绕样本纱条后，在样本纱条的两端分别安装150g的砝码。然后，不断增加该纱的一端侧的砝码的质量，测定该纱开始在分离辊上滑动时的质量，利用下式求出。

静摩擦系数(μs)＝3/π×Ln(T1/150)

π：圆周率

T1：开始滑动时的砝码的质量(g)。

＜纱宽＞

针对卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽，使用游标卡尺对距卷装两端2cm内侧的部位(以下称为两端部)、中央、两端部与中央之间共计5处进行测定，将除以总纤度而得的值作为纱宽。

＜纱条偏移比例＞

针对在卷装上在最接近处平行地通过的两条纱条，针对图1中所示的纱条偏移量(S)，使用游标卡尺对卷装的两端部、中央、两端部与中央之间共计5处进行测定，将其平均值除以纱宽而得的值作为纱条偏移比例。

＜络筒交叉夹角范围＞

一面对卷绕完成的卷装进行解舒，一面在直至不再存在纱条为止，每隔10kg在卷装中央对与图1中所示的芯筒2的轴向垂直的直线(α)与所卷绕的纱条4的方向所成的角度(θ)进行测定，将测定值的范围作为络筒交叉夹角范围。

＜硬度＞

使用高分子计量器株式会社制硬度试验机(HARDNESS TESTER)“Type C”(泡沫橡胶与纱条卷装(Cellular Rubber&Yarn Package)用)，对距卷装的两端部2cm内侧的2处进行测定，将其平均值作为纱条卷装的硬度。

＜输送时卷崩散＞

使丙烯酸系纱条卷装从带有主轴(spindle)的台车通过，对1个丙烯酸系纱条卷装实施1次依据JIS Z0232：2004的输送振动试验，利用以下的2个标准来判定卷崩散的有无。

○：端面鼓起未增加5.0mm以上、翘曲未增加10mm以上。

×：端面鼓起增加5.0mm以上、翘曲增加10mm以上。

需要说明的是，对图2所示的、从将卷装上部的两端连接的直线5起至沿卷装上部的曲线6上的最远的地点的距离(U)进行测定，作为翘曲U。

＜端面鼓起＞

从卷装的两侧面对图1所示的相对于卷装最外表面上的纱条横动宽度(L)而言的、卷装的侧面最向外鼓起的地点的高度即端面鼓起量(k1、k2)分别进行测定，将其平均值作为端面鼓起。

＜解舒时不良状况＞

将在将卷装架设于筒子架并全部解舒时未发生跳花、单纱的卷缠的情况评价为○，将发生的情况评价为×。

(实施例1)

将包含丙烯腈99.6质量％、衣康酸0.4质量％的特性粘度[η]为1.80的丙烯酸系聚合物的19％DMSO溶液作为纺纱原液，使用孔数6000的喷丝头，在包含DMSO30％、水70％的8℃的凝固浴中进行干湿式纺纱，获得凝固纱。将该凝固纱一面水洗一面在热水中拉伸至2.8倍，进一步进行水洗直至残存的DMSO在纱中成为0.01％以下，之后赋予有机硅系的油剂，于150～160℃进行干燥致密化。接着，在加压蒸汽中实施4.3倍拉伸后再次进行干燥。将6000长丝纱条2根并纱，而将12000长丝、总纤度13300dtex的纱条利用卷绕机以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例、络筒交叉夹角范围、以从卷装整体的质量减去筒管质量及水分量后的丙烯酸系纱条的总量成为120kg的方式卷绕至外径为145mm的FRP制芯筒上。需要说明的是，水分量是通过将要卷绕的纱条预先采集约12m并利用依据JIS L1013：2010的方法测定水分率，乘以所卷绕的纱条量而求出的。

结果，如表1所示，为输送时没有卷崩散的良好的卷装。

(实施例2～5、比较例1～4)

除了将从卷装整体的质量减去筒管质量及水分量后的丙烯酸系纱条的总量设为240kg以外，与实施例1同样地进行操作，变更卷绕时的纱宽、卷绕机的卷绕比、张力，以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例、络筒交叉夹角范围进行卷绕。

结果，如表1所示，关于实施例2～5，为输送时没有卷崩散的良好的卷装，关于实施例4，卷绕时的纱条偏移比例大至60％以上，内层纱与外层纱相接触的面变小，因此卷绕时外层纱按压内层纱而内层纱滑动并被挤出至外部，由此成为端面鼓起大的卷装。另外，关于实施例5，纱宽大至0.55mm/1000dtex以上，纱条的收束性差，因此在烧成工序中在解舒时发生了跳花、单纱的卷缠。关于比较例1～3，与实施例2相比，硬度小于60，在输送时发生了的卷崩散。关于比较例4，与实施例2相比，纱宽小于0.22mm/1000dtex，在输送时发生了卷崩散。

(实施例6、7)

除了调整油剂的附着量而变更了纱条的静摩擦系数以外，与实施例2同样地进行操作，以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例进行卷绕。结果如表1所示，为输送时没有卷崩散的良好的卷装。关于实施例6，静摩擦系数低至小于0.13，卷绕时发生了纱的横向滑动，成为端面鼓起大的卷装。

(实施例8)

除了将6000长丝纱条以4根并纱以外，与实施例2同样地进行操作，将24000长丝、总纤度26600dtex的纱条以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例进行卷绕。

结果，如表1所示，为输送时的没有卷崩散的良好的卷装。

(实施例9)

除了将加压蒸汽中的拉伸倍率设为3.9倍以外，与实施例8同样地进行操作，将24000长丝、总纤度29100dtex的纱条以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例进行卷绕。

结果，如表1所示，为输送时没有卷崩散的良好的卷装。

(实施例10)

除了将单纱纤度为0.74dtex的6000长丝纱条以6根并纱以外，与实施例2同样地进行操作，将36000长丝、总纤度26600dtex的纱条以表1中所示的纱宽、纱条偏移比例进行卷绕。

结果，如表1所示，为输送时没有卷崩散的良好的卷装。

[表1]

附图标记说明

1：丙烯酸系纱条卷装

2：芯筒

3：丙烯酸系纱条

4：丙烯酸系纱条

5：将卷装上部的两端连接的直线

6：沿卷装上部的曲线

L：纱条横动宽度

k1、k2：端面鼓起量

S：纱条偏移量

T：纱宽

U：翘曲

θ：络筒交叉夹角

α：与芯筒轴向垂直的线

Claims (4)

1.丙烯酸系纱条卷装，其为将总纤度为8000dtex以上的丙烯酸系纱条卷绕于筒管而成的卷装，卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽为0.22mm/1000dtex以上，且所述丙烯酸系纱条卷装的硬度为60以上。

2.根据权利要求1所述的丙烯酸系纱条卷装，其中，丙烯酸系纱条的总量为120kg以上。

3.根据权利要求1或2所述的丙烯酸系纱条卷装，其中，丙烯酸系纱条的静摩擦系数为0.13以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的丙烯酸系纱条卷装，其中，卷装上的丙烯酸系纱条的纱宽为0.22～0.54mm/1000dtex、纱条偏移比例为15～59％、络筒交叉夹角为6～14°。

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