JP2002054022A - Acrylonitrile precursor fiber and method of producing the same - Google Patents

Acrylonitrile precursor fiber and method of producing the same

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JP2002054022A
JP2002054022A JP2000237116A JP2000237116A JP2002054022A JP 2002054022 A JP2002054022 A JP 2002054022A JP 2000237116 A JP2000237116 A JP 2000237116A JP 2000237116 A JP2000237116 A JP 2000237116A JP 2002054022 A JP2002054022 A JP 2002054022A
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Japan
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fiber
acrylonitrile
wrinkles
based precursor
precursor fiber
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JP2000237116A
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Japanese (ja)
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Yoshihiko Hosako
芳彦 宝迫
Yoshitaka Kageyama
義隆 景山
Jinko Izumi
仁子 泉
Mitsuo Hamada
光夫 浜田
Masako Iwamoto
昌子 岩本
Toru Manabe
徹 間鍋
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide wet-extruded acrylonitrile precursor fiber that is improved in the filament-bundling properties, thus complementarily is largely decreased in the finishing oil applied to the fiber surface and has the filament shape that can maintain the process passage in the firing process at a high level and provide a method of producing the same. SOLUTION: The objective acrylonitrile precursor fiber is produced by the wet process and has the following characteristics: The fiber has wrinkles in the fiber-axis direction, but the cross section of the fiber is substantially round, the depth of the wrinkles distributes in the range of one or more wrinkles inside the cross section, but the maximum value of the wrinkle depth is <=100 nm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の複合材料に
おいて補強繊維素材として利用される炭素繊維製造に用
いる、アクリル系前駆体繊維に関し、より具体的には、
湿式紡糸を利用して製造され、その後、焼成により炭素
繊維へと変換する際、その工程通過性に優れる、集束性
がよいアクリル系前駆体繊維、ならびにその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acrylic precursor fiber used for producing a carbon fiber used as a reinforcing fiber material in various composite materials.
The present invention relates to an acrylic precursor fiber that is manufactured using wet spinning and is then excellent in processability when converted into carbon fiber by firing, and has good bunching properties, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】繊維強化樹脂材料、特に、炭素繊維を補
強繊維素材として利用する高性能複合材は、航空宇宙用
途を始め、スポーツ、レジャー用途のなど、軽量かつ優
れた機械強度が望まれる分野で広く利用されるようにな
っている。このような各種の樹脂材料中に補強繊維素材
として配合される炭素繊維のうち、アクリル系繊維をそ
の前駆体とし、それを焼成することで作製される炭素繊
維は、それ自体の力学的性質、例えば、強度や弾性率な
どに優れ、その利用はますます増すと期待されている。
すなわち、前記の最先端の利用分野における、また、極
めて特殊な用途において蓄積された、炭素繊維を補強繊
維素材として利用する高性能複合材は、一般の産業用途
へとその技術が転用され、それに伴い、高い品位を維持
しつつ、より低いコストで、また、再現性よく炭素繊維
を作製することが必要となっている。
2. Description of the Related Art High-performance composite materials using fiber-reinforced resin materials, particularly carbon fibers as reinforcing fiber materials, are fields where lightweight and excellent mechanical strength are desired, such as aerospace applications, sports and leisure applications. Has become widely used. Among the carbon fibers blended as a reinforcing fiber material in such various types of resin materials, an acrylic fiber is used as a precursor thereof, and the carbon fiber produced by firing it has its own mechanical properties, For example, it has excellent strength and elastic modulus, and is expected to be used more and more.
In other words, high-performance composite materials that utilize carbon fiber as a reinforcing fiber material in the above-mentioned state-of-the-art application fields and in very special applications have their technology diverted to general industrial applications, Accordingly, it is necessary to produce carbon fibers at a lower cost and with good reproducibility while maintaining high quality.

【0003】炭素繊維を作製する際、その低コスト化や
高品位を達成する上では、その前駆体繊維の集束性を一
定水準以上とすることが重要である。仮に、前駆体繊維
の集束性が悪い場合には、前駆体繊維を焼成する工程に
おいて、その繊維を送るロールへの巻き付きなどを起こ
し、焼成工程に供せられる繊維の供給が徒断するなどの
トラブルの原因となる。それに伴い、歩留まり低下によ
るコスト上昇の要因となる。あるいは、焼成後、炭素繊
維に毛羽などが生じ、生成される炭素繊維自体の品位の
低下を招く場合もある。
[0003] When producing carbon fibers, it is important to keep the convergence of the precursor fibers at a certain level or more in order to achieve low cost and high quality. If the convergence of the precursor fiber is poor, in the step of firing the precursor fiber, winding of the fiber around a roll is caused, and the supply of the fiber to be subjected to the firing step is interrupted. It causes trouble. Along with this, the cost increases due to a decrease in yield. Alternatively, after baking, fluff or the like may be generated in the carbon fiber, which may lower the quality of the generated carbon fiber itself.

【0004】これらの工程上の不具合を回避するため、
従来、前駆体繊維に集束性を持たせるように予め処理が
施されてきた。従来、集束性向上のために利用されてき
た手段として、前駆体繊維表面に油剤を付与し、この油
剤被膜の作用を利用して、個々の繊維相互を集束を図る
ことが広く行われており、一定の効果を上げている。た
だし、前駆体繊維表面に付与される油剤は、焼成炉でタ
ール化し、このタールが多いと、反って毛羽、束切れな
どの要因ともなる。すなわち、焼成工程の歩留まり低
下、ならびに、得られる炭素繊維の性能、品位の低下を
引き起こすなどの悪影響を及ぼす。そのため、前駆体繊
維に集束性を向上する上で、油剤の利用は効果的ではあ
るものの、繊維表面に被覆する油剤量は可能な限り少な
くすることが好ましい。換言するならば、前駆体繊維自
体に集束性があり、それを補うために利用する油剤量を
より少ない量とすることが望まれる。
In order to avoid these problems in the process,
Conventionally, a treatment has been performed in advance so that the precursor fibers have a bundle property. Conventionally, as a means that has been used for improving the convergence, it has been widely practiced to apply an oil agent to the surface of the precursor fiber and use the effect of the oil agent film to bundle the individual fibers together. , Has a certain effect. However, the oil agent applied to the surface of the precursor fiber is turned into tar in a firing furnace. If the amount of tar is large, the oil agent may be warped or cut. That is, it has adverse effects such as lowering the yield of the firing step and lowering the performance and quality of the obtained carbon fiber. Therefore, although the use of an oil agent is effective in improving the convergence of the precursor fiber, the amount of the oil agent coated on the fiber surface is preferably as small as possible. In other words, it is desired that the precursor fiber itself has a bunching property and the amount of the oil agent used to compensate for the bundle is smaller.

【0005】一方、前駆体繊維自体の集束性を支配する
要因の一つに、繊維の表面形態が挙げられる。乾湿式紡
糸法で作製されるアクリル系繊維と比較して、湿式紡糸
法で作製されるアクリル系繊維は、その繊維軸方向に凹
凸の皺のある粗な表面形態となっている。大きな表面皺
が存在すると、その製造工程での前駆体繊維の集束性が
低下し、その結果として、ロールへの巻き付きなどのト
ラブルが生じやすくなるという問題がある。
On the other hand, one of the factors governing the convergence of the precursor fiber itself is the surface morphology of the fiber. Compared with the acrylic fiber produced by the dry-wet spinning method, the acrylic fiber produced by the wet spinning method has a rough surface form with uneven wrinkles in the fiber axis direction. When large surface wrinkles are present, the convergence of the precursor fibers in the manufacturing process is reduced, and as a result, there is a problem that troubles such as winding around a roll are likely to occur.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述するように、炭素
繊維強化複合材が、その用途を拡大するともに、その補
強繊維素材である炭素繊維に関しても、従来に増して、
高い品位を維持しつつ、より低いコストで、また、再現
性よく作製することが必要となってきている。その際、
炭素繊維の作製に利用される前駆体繊維として、アクリ
ロニトリル系前駆体繊維を用いることが、炭素繊維の高
品位維持に望ましい。加えて、低いコスト化を図る上で
は、乾湿式紡糸法よりも格段に高い生産性を有する湿式
紡糸法を採用して、焼成工程などにおけるロールへの巻
き付きなど、工程通過性を低下させるトラブルを抑制
し、高い生産性と歩留まりを達成可能なアクリロニトリ
ル系前駆体繊維を生産することが望まれる。具体的に
は、生産効率に優れる湿式紡糸法により製造されるアク
リロニトリル系前駆体繊維において、その製造法自体に
由来する繊維表面の表面皺が主な要因となっている、集
束性の乏しさを改善し、前記する集束性の乏しさを補う
目的で繊維表面に付与れている油剤量の低減を可能とす
ることが望まれている。
As described above, the use of carbon fiber reinforced composite materials has been expanded, and the use of carbon fiber as a reinforcing fiber material has been increased more than ever before.
It has become necessary to manufacture the semiconductor device at a lower cost and with good reproducibility while maintaining high quality. that time,
It is desirable to use acrylonitrile-based precursor fiber as a precursor fiber used for producing carbon fiber in order to maintain high quality of carbon fiber. In addition, in order to reduce costs, the wet spinning method, which has much higher productivity than the dry-wet spinning method, is adopted to prevent troubles such as winding around rolls in the baking process, etc. It is desired to produce an acrylonitrile-based precursor fiber that can be suppressed and achieve high productivity and yield. Specifically, in the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method, which is excellent in production efficiency, the lack of convergence, which is mainly due to the surface wrinkles of the fiber surface derived from the production method itself, is considered. It is desired that the amount of the oil agent applied to the fiber surface can be reduced for the purpose of improving and compensating the above-mentioned poor convergence.

【0007】本発明は前記の課題を解決するもので、本
発明の目的は、湿式紡糸法が持つ生産効率に優れるとい
う利点を生かしつつ、この湿式紡糸法で作製されるアク
リロニトリル系前駆体繊維が従来残していた大きな欠点
である、集束性の乏しさを改善し、その紡糸工程自体、
例えば、繊維の巻き取り工程などにおける工程通過性を
高め、さらには、集束性改善に伴い、その補完目的で繊
維表面に付与れている油剤量を大幅に低減し、その後、
焼成工程における工程通過性を高い水準に維持可能な形
状を有する、湿式紡糸法によるアクリロニトリル系前駆
体繊維、ならびに、その製造方法を提供することにあ
る。より具体的には、湿式紡糸法で作製されるアクリロ
ニトリル系前駆体繊維の製造方法を改善し、集束性の乏
しさの要因となっていた繊維表面皺も形状を改善すると
ともに、その生産をより高い再現性で行うことが可能
な、湿式紡糸法によるアクリロニトリル系前駆体繊維の
製造方法の提供が、本発明の目的である。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide an acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method while taking advantage of the excellent production efficiency of the wet spinning method. Improving the poor convergence, a major drawback that has been left in the past, the spinning process itself,
For example, to enhance the processability in the fiber winding process and the like, and further, with the improvement of the convergence, significantly reduce the amount of oil applied to the fiber surface for the purpose of complementing it,
An object of the present invention is to provide an acrylonitrile-based precursor fiber formed by a wet spinning method and having a shape capable of maintaining a high process passability in a firing step, and a method for producing the same. More specifically, the method for producing acrylonitrile-based precursor fibers produced by the wet spinning method is improved, and the fiber surface wrinkles that have been a factor of poor convergence are also improved in shape, and the production thereof is improved. An object of the present invention is to provide a method for producing an acrylonitrile-based precursor fiber by a wet spinning method, which can be performed with high reproducibility.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決すべく、鋭意検討・研究を進めた結果、湿式紡
糸法で作製されるアクリロニトリル系前駆体繊維は、そ
の製法に起因して、その繊維軸方向に皺が形成される
が、この皺は深すぎると、集束性の乏しさの要因となる
ものの、比較的に浅い皺であると、この前駆体繊維を焼
成して得られる炭素繊維は、樹脂との密着性を向上させ
て好ましいことを見出した。この知見に基づき、繊維軸
方向に形成される皺の深さを制御することにより、アク
リロニトリル系前駆体繊維自体の集束性を向上すること
が可能であり、また、かかる皺を有する繊維表面と、焼
成工程において使用される金属製ローラとの間での摩擦
係数を適正な範囲とすると、繊維束の糸条の幅が広がり
過ぎ、工程通過性の低下を起こすという問題をも回避で
きることを見出した。より具体的には、本発明者らは、
湿式紡糸法で作製されるアクリロニトリル系前駆体繊維
について、その皺の深さを、最大のものであっても10
0nmを超えない範囲とすると、集束性の乏しさの要因
とはならず、続く焼成工程における工程通過性を維持で
きることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies and studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method is caused by the production method. Then, wrinkles are formed in the direction of the fiber axis. If the wrinkles are too deep, they cause poor convergence, but if they are relatively shallow, the precursor fibers are fired. It has been found that the obtained carbon fiber is preferable because it improves the adhesion to the resin. Based on this finding, by controlling the depth of wrinkles formed in the fiber axis direction, it is possible to improve the convergence of the acrylonitrile-based precursor fiber itself, and a fiber surface having such wrinkles, When the coefficient of friction between the metal roller used in the firing step and the metal roller used in the firing step is in an appropriate range, it has been found that the width of the yarn of the fiber bundle is excessively widened, and the problem that the process passability is reduced can be avoided. . More specifically, the present inventors
Regarding the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method, the wrinkle depth is set to 10 even at the maximum.
When the thickness is not more than 0 nm, it has been found that it does not cause poor convergence and that the process passability in the subsequent firing step can be maintained, and the present invention has been completed.

【0009】すなわち、本発明のアクリロニトリル系前
駆体繊維は、湿式紡糸法により作製されるアクリロニト
リル系前駆体繊維であって、その繊維軸方向に皺を有す
るものの、前記繊維の断面形状は実質的に円形を示し、
前記実質的に円形な繊維断面の外縁部から測定される前
記皺の深さは、その断面内の存在する1以上の皺間で分
布を有するが、その皺の深さ分布の最大値は100nm
以下であることを特徴とするアクリロニトリル系前駆体
繊維である。
That is, the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention is an acrylonitrile-based precursor fiber produced by a wet spinning method, which has wrinkles in the fiber axis direction, but has a substantially cross-sectional shape. Indicates a circle,
The wrinkle depth, measured from the outer edge of the substantially circular fiber cross-section, has a distribution between one or more existing wrinkles in the cross-section, with a maximum wrinkle depth distribution of 100 nm.
An acrylonitrile precursor fiber characterized by the following.

【0010】また、本発明のアクリロニトリル系前駆体
繊維においては、繊維軸方向に皺を有する前記繊維表面
に油剤が被覆されてなるアクリロニトリル系前駆体繊維
であり、その表面に被覆される油剤を、その表面の皺の
深部に残留するものを除き、溶剤で実質的に全て除去し
た繊維単糸において、前記繊維単糸を平坦な金属面と接
触した際、その繊維軸方向に関して、皺を有する繊維表
面と金属表面と間の静止摩擦係数が0.35以上、動摩
擦係数が0.30以上であることが好ましい。
The acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention is an acrylonitrile-based precursor fiber obtained by coating the surface of the fiber having wrinkles in the fiber axis direction with an oil agent. Except for those remaining in the deep part of the wrinkles on the surface, in a fiber single yarn substantially completely removed with a solvent, when the fiber single yarn is brought into contact with a flat metal surface, a fiber having a wrinkle with respect to the fiber axis direction. It is preferable that the static friction coefficient between the surface and the metal surface is 0.35 or more, and the dynamic friction coefficient is 0.30 or more.

【0011】加えて、本発明のアクリロニトリル系前駆
体繊維の製造方法は、湿式紡糸法によりアクリロニトリ
ル系前駆体繊維を製造する方法であって、実質的に円形
の開孔を有するノズル孔から吐出・凝固させて作製され
る凝固糸を所定の繊維径とするため、延伸工程を設け、
前記延伸工程後、繊維表面に所定量の油剤を被覆する処
理を施し、次いで、繊維自体の乾燥緻密化工程を設け、
前記延伸工程は、空中延伸工程とその後の湿熱延伸工程
とを含み、前記乾燥緻密化工程前に実施される湿熱延伸
工程において、その湿熱延伸倍率を3.0倍に達しない
範囲に選択することを特徴とするアクリロニトリル系前
駆体繊維の製造方法である。
[0011] In addition, the method for producing acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention is a method for producing acrylonitrile-based precursor fiber by a wet spinning method, wherein the acrylonitrile-based precursor fiber is discharged from a nozzle hole having a substantially circular opening. In order to make the coagulated yarn produced by coagulation a predetermined fiber diameter, a stretching step is provided,
After the drawing step, a process of coating the fiber surface with a predetermined amount of an oil agent is performed, and then a process of drying and densifying the fiber itself is provided,
The stretching step includes an aerial stretching step and a subsequent wet heat stretching step, and in the wet heat stretching step performed before the dry densification step, the wet heat stretching ratio is selected in a range not to reach 3.0 times. A method for producing an acrylonitrile-based precursor fiber, characterized in that:

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本発明のアクリロニトリ
ル系前駆体繊維の特徴、ならびに、その特徴に起因し
て、得られる利点について、より詳しく説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The characteristics of the acrylonitrile precursor fiber of the present invention and the advantages obtained due to the characteristics will be described in more detail below.

【0013】本発明のアクリロニトリル系前駆体繊維
は、湿式紡糸法を利用して形成されるため、その表面に
は、繊維軸方向に延びる皺を有するものとなっており、
得られる炭素繊維も、この皺が保持された形状となる。
さらに、補強繊維として樹脂に混合する際、良好な樹脂
との接着性を得る上で、前記の皺に起因する表面積の拡
大が利用される。従って、繊維軸方向の皺は、ある程度
の深さを有することが、樹脂との接着性との観点では望
ましいが、皺の深さが大きくなりすぎると、繊維束の集
束性が低下し、前駆体繊維の捲き取り工程や後の焼成工
程での通過性悪化の原因となる。
Since the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention is formed by using a wet spinning method, its surface has wrinkles extending in the fiber axis direction.
The obtained carbon fiber also has a shape in which the wrinkles are retained.
Further, when mixed with a resin as a reinforcing fiber, the enlargement of the surface area caused by the wrinkles is used to obtain good adhesion to the resin. Accordingly, it is desirable that the wrinkles in the fiber axis direction have a certain depth, from the viewpoint of adhesiveness with the resin, but if the wrinkles are too deep, the convergence of the fiber bundle is reduced, and It causes deterioration of the passability in the body fiber winding step and the subsequent baking step.

【0014】この相反する制約条件を調和させ、工程通
過性の低下を抑制しつつ、皺を有することの利点が十分
に発揮するように、本発明のアクリロニトリル系前駆体
繊維においては、皺の深さ分布の最大値(皺の最大深
さ)が100nm以下の範囲となるようにしている。より
好ましくは、皺の最大深さを70nm以下の範囲に選択す
る。一方、皺の深さが30nm未満と浅くなると、樹脂と
の接着性を向上させる機能(利点)は急速に減少するた
め、皺の最大深さは、70nm以下の範囲で、少なくとも
30nm以上、好ましくは50nm以上となるように選択す
ることが一層好ましい。
In the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention, the depth of the wrinkles is adjusted so that these contradictory constraints are harmonized and the advantage of having wrinkles is sufficiently exhibited while suppressing a decrease in processability. The maximum value (maximum depth of wrinkles) of the height distribution is set to be in a range of 100 nm or less. More preferably, the maximum wrinkle depth is selected in the range of 70 nm or less. On the other hand, when the depth of the wrinkles is as shallow as less than 30 nm, the function (advantage) of improving the adhesiveness with the resin is rapidly reduced. Therefore, the maximum depth of the wrinkles is at least 30 nm, preferably at least 30 nm in the range of 70 nm or less. Is more preferably selected to be 50 nm or more.

【0015】また、本発明のアクリロニトリル系前駆体
繊維は、その紡糸工程ならびに、その後、炭素繊維とす
るための焼成工程において、その繊維を巻き取る、ある
いは送る際、金属製ロールが利用される。この金属製ロ
ール上において、前駆体繊維の糸条の幅が広がると、工
程通過性の低下を引き起こす頻度が高い。具体的には、
アクリロニトリル系前駆体繊維は、その繊維束の集束性
が低いと、前駆体繊維の捲き取り工程や後の焼成工程で
の工程通過性悪化の大きな要因となる。繊維束の集束性
を改善する目的で、繊維表面に油剤を付与する手法が利
用されるが、繊維本来の摩擦係数が小さいと、油剤を付
与しても糸条幅の広がりは十分に抑えるのとができず、
結果として、工程通過性を高くするには至らないことが
判明した。
In the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention, a metal roll is used when winding or feeding the fiber in the spinning step and thereafter in the firing step for forming carbon fiber. When the width of the yarn of the precursor fiber is increased on the metal roll, the frequency of causing a decrease in the processability is high. In particular,
When the acrylonitrile-based precursor fiber has low bundle property of the fiber bundle, it becomes a major factor of deterioration in processability in the step of winding the precursor fiber and the subsequent firing step. In order to improve the convergence of the fiber bundle, a method of applying an oil agent to the fiber surface is used.However, if the intrinsic friction coefficient of the fiber is small, even if the oil agent is applied, the spread of the yarn width is sufficiently suppressed. Not be able to
As a result, it was found that the process passability was not improved.

【0016】加えて、油剤の付与をより多くすること
で、繊維束の集束性をさらに改善することは可能である
が、繊維表面を覆う多量の油剤は焼成炉でタール化し、
このタールが毛羽、束切れ等の原因となって焼成工程の
歩留まりの低下、ならびに炭素繊維の性能、品位の低下
を引き起こすなど、反って、得られる炭素繊維自体の特
性、歩留まりに悪影響を及ぼすため、本質的な改善策と
はならないことも判明した。
In addition, it is possible to further improve the convergence of the fiber bundle by increasing the amount of the oil agent applied, but a large amount of the oil agent covering the fiber surface is tarified in a firing furnace.
Since this tar causes fluff, breakage of bundles, etc., and lowers the yield of the firing process, and causes the performance and quality of the carbon fiber to deteriorate, the characteristics of the obtained carbon fiber itself and the yield are adversely affected. It turned out that this was not an essential improvement.

【0017】従って、繊維本来の摩擦係数を一定水準以
上とすることで、繊維表面に付与する油剤の量を過度に
多くしなくとも、所望の繊維束の集束性を達成すること
が好ましい。湿式紡糸法により作製されるアクリロニト
リル系前駆体繊維では、その紡糸工程内に油剤を付与す
る工程が設けられるが、この表面の油剤をメチルエチル
ケトン等の溶剤により除去して、油剤の付着がない状態
で繊維本来の摩擦係数を評価した際、繊維と金属間の静
止摩擦係数が0.35以上、動摩擦係数が0.30以上
であることが好ましい。その際、かかる繊維軸方向につ
いて、繊維表面と滑らかな金属表面との間における静止
摩擦係数が0.36以上、動摩擦係数が0.30以上で
あるアクリロニトリル系前駆体繊維とすることがより好
ましい。
Therefore, it is preferable to achieve a desired fiber bundle convergence without excessively increasing the amount of the oil agent applied to the fiber surface by setting the intrinsic friction coefficient of the fiber to a certain level or more. In the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method, a step of applying an oil agent is provided in the spinning step, but the oil agent on the surface is removed by a solvent such as methyl ethyl ketone, and the oil agent is not adhered. When the intrinsic friction coefficient of the fiber is evaluated, the coefficient of static friction between the fiber and the metal is preferably 0.35 or more, and the dynamic friction coefficient is preferably 0.30 or more. In this case, it is more preferable that the acrylonitrile-based precursor fiber has a static friction coefficient between the fiber surface and the smooth metal surface of 0.36 or more and a dynamic friction coefficient of 0.30 or more in the fiber axis direction.

【0018】なお、この静止摩擦係数ならびに動摩擦係
数の値は、下で述べる「摩擦係数」の評価方法に従っ
て、繊維単糸について、測定される値で代表される。一
般に、静止摩擦係数は動摩擦係数より高い値となるが、
本発明においては、繊維と金属間の静止摩擦係数は、
0.44を超えない範囲に選択することが望ましい。当
然に、繊維と金属間の動摩擦係数も、0.44を超えな
い範囲に選択することが望ましい。
The values of the coefficient of static friction and the coefficient of kinetic friction are represented by values measured for a single fiber yarn in accordance with the method of evaluating the "coefficient of friction" described below. Generally, the static friction coefficient is higher than the dynamic friction coefficient,
In the present invention, the coefficient of static friction between the fiber and the metal is
It is desirable to select a value not exceeding 0.44. Naturally, it is desirable to select the coefficient of kinetic friction between the fiber and the metal so as not to exceed 0.44.

【0019】上述するような繊維表面形状、具体的に
は、繊維軸方向に適度な深さの皺が形成されるならば、
湿式紡糸法以外の紡糸法で作製されたアクリロニトリル
系前駆体繊維を用いても、得られる炭素繊維の特性、そ
の生産性は、本発明のアクリロニトリル系前駆体繊維を
用いた場合と実質的に同じである。しかしながら、例え
ば、乾湿式紡糸法では最大深さ30nm以上の皺を有す
る繊維を作製することは困難であり、それから得られる
炭素繊維において、良好な樹脂との接着性を得ることが
できる有効な皺の深さは30nm以上を達成することが
困難となる。加えて、アクリロニトリル系前駆体繊維自
体の生産性は、一般に、湿式紡糸法は、それ以外の乾湿
式紡糸法と比較すると、格段に高いものであり、湿式紡
糸法で作製されるアクリロニトリル系前駆体繊維におい
て、上述の表面形状、摩擦係数の範囲とすることが好ま
しいものとなる。
If the fiber surface shape as described above, specifically, wrinkles having an appropriate depth in the fiber axis direction is formed,
Even when using an acrylonitrile-based precursor fiber produced by a spinning method other than the wet spinning method, the properties of the obtained carbon fiber and the productivity thereof are substantially the same as those using the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention. It is. However, for example, it is difficult to produce a fiber having a wrinkle having a maximum depth of 30 nm or more by the dry-wet spinning method, and the carbon fiber obtained therefrom has an effective wrinkle capable of obtaining good adhesiveness with a resin. It is difficult to achieve a depth of 30 nm or more. In addition, the productivity of the acrylonitrile-based precursor fiber itself is generally much higher in the wet spinning method than in other dry-wet spinning methods, and the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method is generally used. It is preferable that the fiber has the above-mentioned surface shape and friction coefficient.

【0020】湿式紡糸法で作製されるアクリロニトリル
系前駆体繊維において、その繊維軸方向に形成される皺
は、当初、紡糸原液から吐出・凝固させて作製される凝
固糸を所定の繊維径とするため、延伸する工程により、
その深さが異なったものとなる。凝固糸を一旦空中で延
伸し、次いで、前記凝固糸に含まれる溶剤の除去を兼ね
て、温水中において湿熱延伸を行い、その後、乾燥緻密
化を行うが、この乾燥緻密化工程前に行われる湿熱延伸
における延伸倍率により、得られる前駆体繊維表面に形
成される皺の深さを調節することが可能である。本発明
のアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法において
は、前記の湿熱延伸倍率を3.0倍に達しない範囲に選
択することにより、皺の最大深さは100nmを超えな
いが、少なくとも30nm以上となる範囲の皺を再現性
よく形成している。なかでも、湿熱延伸倍率を2.0倍
以下の範囲に選択すると、皺の最大深さを100nmを
超えない範囲内により確実に留めることが可能となる。
一方、湿式紡糸において湿熱延伸倍率を3.0倍以上と
すると、皺の最大深さは100nm以上となる頻度が増
し、その結果、所望の繊維束の集束性を達成することが
困難となり、先述の通り工程通過性を高くすることがで
きなくなる。
In the acrylonitrile-based precursor fiber produced by the wet spinning method, the wrinkles formed in the fiber axis direction are such that a coagulated yarn produced by discharging and coagulating from a spinning dope initially has a predetermined fiber diameter. Therefore, by the process of stretching,
The depth will be different. The coagulated yarn is once drawn in the air, and then subjected to wet heat drawing in warm water, which also serves as removal of the solvent contained in the coagulated yarn, and then is subjected to dry densification, which is performed before this dry densification step. The depth of wrinkles formed on the surface of the obtained precursor fiber can be adjusted by the stretching ratio in the wet heat stretching. In the method for producing the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention, by selecting the wet heat draw ratio in a range not reaching 3.0 times, the maximum depth of wrinkles does not exceed 100 nm, but is at least 30 nm or more. A certain range of wrinkles is formed with good reproducibility. In particular, when the wet heat stretching ratio is selected to be 2.0 times or less, the maximum depth of wrinkles can be more reliably kept within a range not exceeding 100 nm.
On the other hand, when the wet heat drawing ratio is 3.0 times or more in wet spinning, the maximum depth of the wrinkles frequently increases to 100 nm or more, and as a result, it becomes difficult to achieve the desired fiber bundle convergence. As a result, the process passability cannot be increased.

【0021】この様に表面形状が制御された前駆体繊維
を用いると、得られる炭素繊維の表面形状は前駆体繊維
の表面をほぼそのまま継承するものとなる。加えて、炭
素繊維の表面形状は、炭素繊維複合材料を構成する炭素
繊維とマトリックス樹脂との界面接着性に大きく影響
し、その界面接着性の大小により、炭素繊維複合材料の
曲げ強度や引っ張り強度等性能のバランスも変化する。
つまり、炭素繊維複合材料の性能自体も制御できるよう
になる。具体的には、炭素繊維の製造に利用する前駆体
繊維の表面形状を制御することにより、得られる炭素繊
維とマトリックス樹脂との界面接着性を良好とでき、ま
た、原料とする前駆体繊維表面に不要に過剰な油剤の付
与を避けることで毛羽、束切れ等の発生をも抑制できる
ため、炭素繊維複合材料に目的、用途に応じた性能を持
たせることができる。
When the precursor fiber whose surface shape is controlled in this way is used, the surface shape of the obtained carbon fiber inherits the surface of the precursor fiber almost as it is. In addition, the surface shape of the carbon fiber greatly affects the interfacial adhesion between the carbon fiber and the matrix resin constituting the carbon fiber composite material, and the flexural strength and tensile strength of the carbon fiber composite material depend on the degree of the interfacial adhesion. The balance of equal performance also changes.
That is, the performance itself of the carbon fiber composite material can be controlled. Specifically, by controlling the surface shape of the precursor fiber used in the production of the carbon fiber, the interfacial adhesion between the obtained carbon fiber and the matrix resin can be improved, and the surface of the precursor fiber used as a raw material can be improved. In addition, by avoiding unnecessary application of an excessive oil agent, generation of fluff, breakage of bundles, and the like can be suppressed, so that the carbon fiber composite material can have performance according to the purpose and application.

【0022】さらに、本発明のアクリロニトリル系前駆
体繊維とその製造方法について、より詳しく説明を加え
る。
Further, the acrylonitrile precursor fiber of the present invention and a method for producing the same will be described in more detail.

【0023】本発明のアクリロニトリル系前駆体繊維
は、アクリロニトリル系重合体を原料として、湿式紡糸
法で作製される。
The acrylonitrile precursor fiber of the present invention is produced by a wet spinning method using an acrylonitrile polymer as a raw material.

【0024】原料に用いるアクリロニトリル系重合体の
重合方法には、溶液重合、懸濁重合など、公知の重合方
法の何れをも採用することができる。重合された共重合
体から、未反応モノマーや重合触媒残渣、その他の不純
物類を極力除く処理を施すことが好ましい。また、前駆
体繊維紡糸での延伸性や炭素繊維の性能発現性等の点か
ら、共重合体の重合度は、極限粘度〔η〕が1.0以
上、特に1.4以上の範囲が好ましい。ただし、通常、
極限粘度〔η〕は、2.0を超えない範囲のものが利用
される。
As the polymerization method of the acrylonitrile polymer used as a raw material, any of known polymerization methods such as solution polymerization and suspension polymerization can be employed. It is preferable to remove the unreacted monomer, polymerization catalyst residue, and other impurities from the polymerized copolymer as much as possible. Further, from the viewpoints of elongation in precursor fiber spinning and performance development of carbon fiber, the degree of polymerization of the copolymer is preferably such that the intrinsic viscosity [η] is 1.0 or more, particularly 1.4 or more. . However,
An intrinsic viscosity [η] in a range not exceeding 2.0 is used.

【0025】次に、前記の処理を施した共重合体を溶剤
に溶解し、紡糸原液とする。溶剤としては、ジメチルア
セトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムア
ミドなどの有機溶剤や、塩化亜鉛、チオシアン酸ナトリ
ウムなどの無機化合物の水溶液が使用できる。作製され
る繊維中に金属を含有せず、また、工程が簡略化される
点で有機溶剤が好ましい。その中でも凝固糸の緻密性が
高いという点で、ジメチルアセトアミドを溶剤に用いる
ことがより好ましい。
Next, the copolymer subjected to the above treatment is dissolved in a solvent to prepare a spinning dope. As the solvent, an organic solvent such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and dimethylformamide, and an aqueous solution of an inorganic compound such as zinc chloride and sodium thiocyanate can be used. Organic solvents are preferred because they do not contain metal in the fiber to be produced and the process is simplified. Among them, it is more preferable to use dimethylacetamide as the solvent in that the denseness of the coagulated yarn is high.

【0026】紡糸した際、緻密な凝固糸を得るために
は、紡糸原液として、ある程度以上のポリマー濃度を有
するポリマー溶液を使用することが好ましい。具体的に
は、紡糸原液中のポリマー濃度は、17%以上、より好
ましくは19%以上の範囲とする。用いる共重合体の重
合度にもよるが、適正な粘度・流動性を有するものとす
るため、通常。ポリマー濃度は、25%を超えない範囲
が好ましい。
In order to obtain a dense coagulated yarn at the time of spinning, it is preferable to use a polymer solution having a polymer concentration of a certain level or more as a spinning solution. Specifically, the polymer concentration in the spinning dope is set to 17% or more, more preferably 19% or more. Although it depends on the degree of polymerization of the copolymer to be used, it is usually used to obtain appropriate viscosity and fluidity. The polymer concentration is preferably in the range not exceeding 25%.

【0027】紡糸工程は、先ず、前記の紡糸原液を円形
断面を有するノズル孔より凝固浴中に吐出し凝固糸とす
る。凝固浴は、凝固糸断面形状が実質的に円形になり、
かつ、作製される凝固糸引き取りに十分な余裕がある条
件に設定する必要がある。これらの要件を満たすよう
に、凝固浴に含まれる溶剤濃度、温度を設定する。実質
的に円形とは、断面に顕著なくびれがなく、外延形状
は、円形またはそれに類する形状、例えば、長径と短径
の比率が1.2以下、より好ましくは1.1以下の楕円
形状をも含む。このような断面形状を有する前駆体繊維
を用いると、焼成工程において繊維断面方向に均一に耐
炎化、その後の炭素化がなされるので、より高性能な炭
素繊維を得ることができる。
In the spinning step, first, the spinning solution is discharged from a nozzle hole having a circular cross section into a coagulation bath to form a coagulated yarn. The coagulation bath has a substantially circular coagulated yarn cross-sectional shape,
In addition, it is necessary to set the conditions so that there is a sufficient margin for taking out the produced coagulated yarn. The concentration and temperature of the solvent contained in the coagulation bath are set so as to satisfy these requirements. A substantially circular shape has no noticeable constriction in the cross section, and the extended shape has a circular shape or a similar shape, for example, an elliptical shape having a ratio of major axis to minor axis of 1.2 or less, more preferably 1.1 or less. Including. When the precursor fiber having such a cross-sectional shape is used, flame resistance is uniform in the fiber cross-sectional direction and then carbonization is performed in the firing step, so that a higher-performance carbon fiber can be obtained.

【0028】凝固浴には、紡糸原液に用いられる溶剤を
含む水溶液が好適に使用される。ノズル孔より吐出され
る紡糸原液が所望の繊維径の凝固糸となるように、含ま
れる溶剤の濃度を調節する。使用する溶剤の種類にも依
存するが、例えば、ジメチルアセトアミドを使用する場
合、その濃度は50〜80%、好ましくは60〜75%
の範囲に選択する。
For the coagulation bath, an aqueous solution containing a solvent used for the spinning solution is preferably used. The concentration of the contained solvent is adjusted so that the spinning dope discharged from the nozzle hole becomes a coagulated yarn having a desired fiber diameter. Depending on the type of solvent used, for example, when dimethylacetamide is used, its concentration is 50 to 80%, preferably 60 to 75%.
Select in the range.

【0029】また、凝固浴の温度は、凝固糸の緻密性の
観点からは温度が低い方が好ましい。しかしながら、凝
固浴の温度を下げすぎると凝固糸の引き取り速度が低下
し、全体的な生産性が低下する点を考慮し、通常、50
℃以下、より好ましくは20℃以上40℃以下の範囲に
選択する。
The temperature of the coagulation bath is preferably lower from the viewpoint of the denseness of the coagulated yarn. However, taking into account that if the temperature of the coagulation bath is excessively lowered, the take-up speed of the coagulated yarn is reduced and the overall productivity is reduced.
° C or lower, more preferably in the range of 20 ° C or higher and 40 ° C or lower.

【0030】本発明のアクリロニトリル系前駆体繊維を
製造する際には、上記凝固糸を所望の繊維径まで延伸す
る工程を設ける。先ず、凝固浴から引き取る凝固糸を、
好ましくは、延伸倍率2.0倍以下、より好ましくは
1.3倍以下の条件で空中延伸する。当然のことなが
ら、かかる空中延伸における延伸倍率は1.0倍を下回
るものではない。
In producing the acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention, a step of stretching the coagulated yarn to a desired fiber diameter is provided. First, the coagulated yarn to be withdrawn from the coagulation bath is
Preferably, the film is stretched in the air at a stretching ratio of 2.0 times or less, more preferably 1.3 times or less. As a matter of course, the stretching ratio in such aerial stretching is not less than 1.0 times.

【0031】この空中延伸に次いで、沸水中で凝固糸に
含まれている溶剤の洗浄を行いつつ、更に、湿熱延伸を
施す。この湿熱延伸の延伸倍率は、多くとも3.0倍に
達しない範囲に、より好ましくは2倍以下の範囲に選択
する。なお、この湿熱延伸は、含有されている溶剤の洗
浄・除去をも併せて行うため、2段以上の多段延伸方法
を用いることも可能である。当然のことながら、かかる
湿熱延伸における延伸倍率も1.0倍を下回るものでは
ない。
Subsequent to the aerial drawing, while the solvent contained in the coagulated yarn is being washed in boiling water, a wet heat drawing is further performed. The stretching ratio of the wet heat stretching is selected in a range not to reach at most 3.0 times, more preferably in a range of 2 times or less. In addition, since this wet heat stretching also performs washing and removal of the contained solvent, a multi-stage stretching method of two or more stages can be used. As a matter of course, the stretching ratio in such wet heat stretching is not less than 1.0 times.

【0032】さらに、この湿熱延伸に用いる延伸浴温度
は、単糸同士が融着しない範囲で、できるだけ高温にす
ることが効果的である。この観点から、延伸浴の温度は
70℃以上の高温とすることが好ましい。また、多段延
伸の場合は、その最終浴を90℃以上の高温にすること
が好ましい。
Further, it is effective that the stretching bath temperature used for the wet heat stretching is as high as possible within a range in which the single yarns do not fuse together. From this viewpoint, the temperature of the stretching bath is preferably set to a high temperature of 70 ° C. or higher. In the case of multi-stage stretching, it is preferable to set the final bath to a high temperature of 90 ° C. or higher.

【0033】湿熱延伸、洗浄後、繊維表面には、公知の
方法によって油剤処理を施す。油剤の種類は特に限定さ
れないが、アミノシリコン系界面活性剤が好適に使用さ
れる。この油剤処理後、乾燥緻密化が行われる。この乾
燥緻密化の温度は、繊維のガラス転移温度を超える温度
に選択する。ガラス転移温度は、繊維自体の状態が、実
質的には含水状態から乾燥状態へと変化することによっ
て異なることもあり、温度が100〜200℃程度の加
熱ローラーを用いる方法が好ましい。
After wet heat drawing and washing, the fiber surface is subjected to an oil treatment by a known method. The type of the oil agent is not particularly limited, but an amino silicon-based surfactant is preferably used. After this oil agent treatment, dry densification is performed. The temperature of this dry densification is chosen to be above the fiber glass transition temperature. The glass transition temperature may vary depending on the fact that the state of the fiber itself changes substantially from a water-containing state to a dry state, and a method using a heating roller having a temperature of about 100 to 200 ° C is preferable.

【0034】本発明の製造方法では、乾燥緻密化後、再
度延伸を行うことで、本発明の前駆体繊維を所望の繊維
径とする後延伸工程を設けることが好ましい。この後延
伸は、高温の加熱ローラー、熱盤ピンなどを利用する乾
熱延伸、あるいは加圧スチームによるスチーム延伸な
ど、繊維自体の乾燥状態を大きく変えない限り、種々の
方式を用いることができる。後延伸工程自体の延伸倍率
は、1.1倍以上、より好ましくは2.0倍以上、更に
好ましくは2.5倍以上となるようにする。
In the production method of the present invention, it is preferable to provide a post-stretching step of making the precursor fiber of the present invention a desired fiber diameter by performing drawing again after drying and densification. After this, various methods can be used as long as the dry state of the fiber itself is not significantly changed, such as dry heat drawing using a high-temperature heating roller or a hot platen pin, or steam drawing by pressurized steam. The stretching ratio in the post-stretching step itself is set to 1.1 times or more, more preferably 2.0 times or more, and further preferably 2.5 times or more.

【0035】すなわち、乾燥緻密化の前に実施される空
中延伸と湿熱延伸とからなる前延伸工程と前記乾燥緻密
化の後に実施される後延伸工程と、これら全体として、
所定の延伸倍率を達成するように、後延伸工程における
延伸倍率は選択される。
That is, a pre-stretching step consisting of an aerial stretching and a wet heat stretching performed before the dry densification and a post-stretching step performed after the dry densification,
The stretching ratio in the post-stretching step is selected so as to achieve a predetermined stretching ratio.

【0036】また、前延伸倍率と後延伸倍率を合わせた
合計延伸倍率が、低すぎると繊維の配向が十分でなくな
り炭素繊維の性能が低下し、高すぎると糸切れが生じ生
産上好ましくない。この観点から、合計延伸倍率は7倍
以上20倍以下が好ましく、10倍以上15倍以下がよ
り好ましい。
On the other hand, if the total draw ratio of the pre-draw ratio and the post-draw ratio is too low, the orientation of the fibers will not be sufficient and the performance of the carbon fiber will be reduced. In this respect, the total stretching ratio is preferably from 7 to 20 times, more preferably from 10 to 15 times.

【0037】[0037]

【実施例】以下に、実施例により本発明をより具体的に
説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の最良
の実施の形態の一例であるものの、本発明は、これら実
施例により限定されるものではない。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The following embodiments are examples of the best mode of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0038】また、含有率、濃度の表記に用いる「%」
は重量%を表すこととする。
Further, “%” used for notation of the content rate and the concentration is used.
Represents weight%.

【0039】本発明を記載する際に利用される、アクリ
ロニトリル系前駆体繊維の各種物性、具体的には、「皺
の深さ」、「静止摩擦係数」、「動摩擦係数」、ならび
に、下記実施例において、その記載に用いられる特性を
示す指標、具体的には、「糸条幅」、「焼成工程通過
性」に関して、その評価方法を予め説明する。実施例
中、特記がなされていない場合、記載する各種物性値、
指標は、ここに記載する方法により測定、評価された値
を表す。通常、複数の試料に対して、評価し、その平均
値を採用している。
Various physical properties of the acrylonitrile-based precursor fiber used in describing the present invention, specifically, “wrinkle depth”, “static friction coefficient”, “dynamic friction coefficient”, and In the examples, an evaluation method will be described in advance with respect to an index indicating a characteristic used for the description, specifically, “thread width” and “firing property in a firing step”. In the examples, unless otherwise specified, various physical property values to be described,
The index represents a value measured and evaluated by the method described herein. Normally, a plurality of samples are evaluated and the average value is adopted.

【0040】(イ)「皺の深さ」 評価すべき繊維単糸を数本ヘモカバーグラス上にのせ、
両端を接着液(例えば、文具の修正液)で固定したもの
をサンプルとし、原子間力顕微鏡(セイコーインスツル
メンツ製、SPI3700/SPA-300)によりシリコンナイトラ
イド製のカンチレバーを使用してAFMモードにて測定
を行う。各繊維単糸の任意の3μmの範囲を測定し、得
られた測定画像を二次元フーリエ変換を行い、繊維表面
の曲率、すなわち、緩やかな凹凸変形など相当する低周
波成分をカットした後、逆変換を行い、繊維表面の曲率
に由来する凹凸を除き、急峻な皺形状のみを表示するも
のとする。前記の処理を施して得られる平面画像の任意
の断面について、表示されている皺の深さを測定する。
すなわち、この方法においては、皺の深さは、概ね円形
の断面の外延を仮定し、その外延からの皺の先端までの
深さとして測定される。
(A) "Wrinkle depth" Place several fiber single yarns to be evaluated on a hemocover glass.
A sample in which both ends are fixed with an adhesive liquid (for example, a stationery correction liquid) is used as a sample, and an atomic force microscope (manufactured by Seiko Instruments, SPI3700 / SPA-300) is used in AFM mode using a silicon nitride cantilever. Perform the measurement. After measuring an arbitrary 3 μm range of each fiber single yarn and performing a two-dimensional Fourier transform on the obtained measurement image, the curvature of the fiber surface, that is, after cutting the corresponding low-frequency components such as gently uneven deformation, the reverse is performed. The conversion is performed, and only the steep wrinkle shape is displayed, excluding irregularities derived from the curvature of the fiber surface. The depth of the displayed wrinkles is measured for an arbitrary cross section of the planar image obtained by performing the above processing.
That is, in this method, the depth of the wrinkle is measured as the depth from the extension to the tip of the wrinkle, assuming the extension of a substantially circular cross section.

【0041】かかる測定方法で得られた各繊維単糸の表
面に存在する複数の皺の中で、最も深い皺を「最大深さ
の皺」と定義する。また、前記「最大深さの皺」の深さ
を、皺の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)とする。
The deepest wrinkle among a plurality of wrinkles present on the surface of each fiber single yarn obtained by such a measuring method is defined as “the wrinkle having the maximum depth”. Further, the depth of the “wrinkle having the maximum depth” is defined as the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth).

【0042】(ロ)「摩擦係数」 先ず、評価すべき油剤の被覆を施している繊維束につい
て、その油剤を溶剤(この例では、メチルエチルケト
ン)を用いて、ソックスレー抽出を行い、除去する。か
かる溶剤抽出により、繊維表面を覆う油剤のうち、皺の
深部に僅かに残留するものを除き、概ね全てが除去され
る。下記の実施例においては、これにより約90%の油
剤が除かれることを確認した。この油剤除去処理を行
い、繊維束を解し、採取される繊維単糸について、JI
S L1015に準じ下記の方法で、平坦な金属表面に
対する摩擦係数を測定する。
(B) "Coefficient of friction" First, the fiber bundle coated with the oil agent to be evaluated is subjected to Soxhlet extraction of the oil agent using a solvent (in this example, methyl ethyl ketone) to remove it. By this solvent extraction, almost all of the oil agent covering the fiber surface is removed except for those slightly remaining at the deep part of the wrinkles. In the following examples, it was confirmed that this removed about 90% of the oil agent. This oil agent removal treatment is performed, the fiber bundle is unraveled, and the collected fiber single yarn is subjected to JI
The coefficient of friction with respect to a flat metal surface is measured by the following method according to SL1015.

【0043】前記油剤除去処理を施した繊維束から採取
した繊維単糸を接触角πラジアンでモーターに接続され
たステンレス製の円筒形シリンダーに取り付ける。繊維
単糸の一端に荷重(M)0.1g、他の一端にトーショ
ンバランス計をセットする。周速度一定で円筒シリンダ
ーを回転させ、トーションバランス計の読み(T)を測
定し、次式により摩擦係数を算出する。なお、周速度毎
分30回転のときの摩擦係数測定値を動摩擦係数とす
る。一方、周速度0のときの値を、静止摩擦係数とす
る。
A single fiber of fiber collected from the fiber bundle subjected to the oil agent removal treatment is attached to a stainless steel cylindrical cylinder connected to a motor at a contact angle of π radian. A load (M) of 0.1 g is set at one end of the fiber single yarn, and a torsion balance meter is set at the other end. The cylindrical cylinder is rotated at a constant peripheral speed, the reading (T) of the torsion balance meter is measured, and the friction coefficient is calculated by the following equation. The measured value of the friction coefficient at a peripheral speed of 30 revolutions per minute is defined as the dynamic friction coefficient. On the other hand, a value at a peripheral speed of 0 is defined as a static friction coefficient.

【0044】[0044]

【数1】 (Equation 1)

【0045】前記の測定方法で評価される摩擦係数は、
各繊維単糸の繊維軸方向に関する摩擦係数に当たる。
The coefficient of friction evaluated by the above measuring method is as follows:
This corresponds to the coefficient of friction in the fiber axis direction of each fiber single yarn.

【0046】(ハ)「糸条幅」 作製されたアクリロニトリル系前駆体繊維に関して、そ
の集束性の指標として、形成された繊維束の糸条幅を測
定し、それを用いる。具体的には、一連の紡糸工程を終
え、最終ローラーを通過した直後、製造された繊維束に
ついて、繊維軸と直交する方向の幅を、その糸条に直接
定規をあてて測定する。
(C) “Thread width” As for the acrylonitrile-based precursor fiber thus produced, the thread width of the formed fiber bundle is measured and used as an index of the convergence. Specifically, immediately after passing a series of spinning steps and passing through the final roller, the width of the manufactured fiber bundle in the direction perpendicular to the fiber axis is measured by directly applying a ruler to the yarn.

【0047】(ニ)「焼成工程通過性」 作製されたアクリロニトリル系前駆体繊維について、そ
の繊維束を焼成工程を目視観察し、 ◎:ロールへの単繊維巻き付きが全くなく操業性が極め
て良好であったもの、 ○:ロールへの単繊維巻き付きが希にあったが操業性が
良好であったもの、 △:ロールへの単繊維巻き付きがやや見られ操業性にや
や劣ったもの、 以上の三段階の評価を行った。
(D) “Firing process passing property” The acrylonitrile precursor fiber thus produced was visually observed in the firing process for the fiber bundle. ◎: There was no single fiber wrapping around the roll, and the operability was extremely good. ○: A single fiber wrapped around the roll was rare but the operability was good. △: A single fiber wrapped around the roll was slightly observed and the operability was slightly inferior. A rating was given on a scale.

【0048】(実施例1、2、比較例1)アクリロニト
リル96%、メタクリル酸1%、アクリルアミド3%で
共重合したアクリル系共重合体を、ジメチルアセトアミ
ドに溶解して紡糸原液(重合体濃度21%、原液温度6
0℃)を調整した。この紡糸原液を、直径0.075m
m、孔数3000の口金を用いて、温度38℃、濃度6
7%のジメチルアセトアミド水溶液に吐出し凝固糸とし
た。この凝固糸を、先ず、空気中延伸、続いて、温水中
延伸を施した。表1に、実施例1、2、比較例1におけ
る、前記二つの延伸工程の延伸倍率;空気中延伸倍率と
温水中延伸倍率をそれぞれ示す。
(Examples 1, 2 and Comparative Example 1) An acrylic copolymer copolymerized with 96% of acrylonitrile, 1% of methacrylic acid, and 3% of acrylamide was dissolved in dimethylacetamide to obtain a spinning solution (polymer concentration: 21%). %, Stock solution temperature 6
0 ° C.). This spinning stock solution is 0.075 m in diameter.
m, using a base having 3000 holes, temperature 38 ° C, concentration 6
It was discharged into a 7% aqueous solution of dimethylacetamide to form a coagulated yarn. This coagulated yarn was first drawn in air, and then drawn in warm water. Table 1 shows the stretching ratios of the two stretching steps in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1; the stretching ratio in air and the stretching ratio in warm water.

【0049】この温水中での延伸の際、併せて、繊維自
体の洗浄・脱溶剤が行われ、その後、シリコン系油剤溶
液中に浸漬し、175℃の加熱ローラーにて乾燥緻密化
した。前記シリコン系油剤溶液は、実施例1、2ならび
に比較例1のいずれも、同じ濃度、1.0%のアミノシ
リコン系界面活性剤水溶液を使用した。
At the time of drawing in the warm water, the fiber itself was washed and desolvated at the same time. Thereafter, the fiber was immersed in a silicon-based oil solution and dried and densified with a 175 ° C. heating roller. As the silicon-based oil solution, an aqueous solution of an aminosilicon-based surfactant having the same concentration and 1.0% was used in all of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

【0050】前記乾燥緻密化工程に引き続いて、加圧水
蒸気中でトータル延伸倍率が13倍になるように延伸し
て、単糸繊度が1.2dtex、トータル繊度が360
0dtexのアクリロニトリル系前駆体繊維を得た。前
記温水中延伸倍率が異なる条件で作製された、実施例
1、2ならびに比較例1の前駆体繊維について、上述の
評価法に従って、皺の深さ分布の最大値(皺の最大深
さ)、動摩擦係数と静止摩擦係数、糸条幅および焼成工
程通過性に関して、評価した。表2に、評価結果を併せ
て示す。
Subsequent to the drying and densification step, the film is stretched in pressurized steam so that the total stretching ratio becomes 13 times, and the single fiber fineness is 1.2 dtex and the total fineness is 360.
An acrylonitrile precursor fiber of 0 dtex was obtained. For the precursor fibers of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 produced under different drawing ratios in the hot water, the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth), The coefficient of kinetic friction and the coefficient of static friction, the yarn width and the passing property in the firing step were evaluated. Table 2 also shows the evaluation results.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】(実施例3)凝固糸の作製に用いる、紡糸
口金の孔数を24000にする以外は、実施例1のアク
リロニトリル系前駆体繊維と同じ条件で紡糸を行い、単
糸繊度が1.2dtex、トータル繊度が28800d
texのアクリロニトリル系前駆体繊維を得た。作製さ
れた実施例3の前駆体繊維についても、上述の評価法に
従って、皺の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)、動摩
擦係数と静止摩擦係数、糸条幅および焼成工程通過性に
関して、評価した。表2に、評価結果を併せて示す。
Example 3 Spinning was carried out under the same conditions as in the acrylonitrile-based precursor fiber of Example 1 except that the number of holes in the spinneret used for producing the coagulated yarn was 24,000, and the single fiber fineness was 1. 2dtex, total fineness is 28800d
An acrylonitrile precursor fiber of tex was obtained. Regarding the prepared precursor fiber of Example 3, the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth), the coefficient of kinetic friction and the coefficient of static friction, the yarn width, and the passability of the firing step were also determined in accordance with the above evaluation method. ,evaluated. Table 2 also shows the evaluation results.

【0053】(比較例2)凝固糸の作製に用いる、紡糸
口金の孔数を24000にする以外は、比較例1のアク
リロニトリル系前駆体繊維と同じ条件で紡糸を行い、単
糸繊度が1.2dtex、トータル繊度が28800d
texのアクリロニトリル系前駆体繊維を得た。作製さ
れた比較例2の前駆体繊維についても、上述の評価法に
従って、皺の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)、動摩
擦係数と静止摩擦係数、糸条幅および焼成工程通過性に
関して、評価した。表2に、評価結果を併せて示す。
(Comparative Example 2) Spinning was performed under the same conditions as in the acrylonitrile precursor fiber of Comparative Example 1 except that the number of holes in the spinneret used for producing the coagulated yarn was 24,000, and the single fiber fineness was 1. 2dtex, total fineness is 28800d
An acrylonitrile precursor fiber of tex was obtained. Regarding the produced precursor fiber of Comparative Example 2, the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth), the kinetic friction coefficient and the static friction coefficient, the yarn width, and the passing property in the firing step were also determined according to the evaluation method described above. ,evaluated. Table 2 also shows the evaluation results.

【0054】[0054]

【表2】 [Table 2]

【0055】表2に示す評価結果から、湿式紡糸法で作
製することに伴い、繊維軸方向に皺を有するものの、そ
の皺の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)が100nm
以下の範囲となっている実施例1〜3の三種のアクリロ
ニトリル系前駆体繊維は、焼成工程における工程通過性
が優れていることが判る。一方、皺の深さ分布の最大値
(皺の最大深さ)が100nmを有意に超えている比較
例1、2のアクリロニトリル系前駆体繊維は、焼成工程
における工程通過性に難があることが判る。この焼成工
程における工程通過性は、繊維自体の集束性に関係して
おり、実施例1、2の前駆体繊維では、糸条幅は30m
mよりも狭い範囲となっており、実施例3の前駆体繊維
においては、糸条幅は40mmに達しているものの、皺
の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)自体は、実施例1
の前駆体繊維と比較しても、ほぼ同等となっているの
で、焼成工程における工程通過性は、良好な範囲となっ
ている。一方、比較例1の前駆体繊維は、糸条幅を比較
する限りにおいては、40mmと実施例3の前駆体繊維
における糸条幅と見掛けの上では同じであるが、その皺
の深さ分布の最大値(皺の最大深さ)は171nmと、実
施例3の前駆体繊維の87nmの約二倍となっており、こ
の差異が、両者の焼成工程における工程通過性に反映さ
れている。
From the evaluation results shown in Table 2, although the wrinkles are formed in the fiber axis direction by the wet spinning method, the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth) is 100 nm.
It can be seen that the three types of acrylonitrile-based precursor fibers of Examples 1 to 3 having the following ranges have excellent process passability in the firing process. On the other hand, the acrylonitrile-based precursor fibers of Comparative Examples 1 and 2, in which the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth) significantly exceeds 100 nm, may have difficulty in processability in the firing step. I understand. The processability in this firing step is related to the convergence of the fiber itself. In the precursor fibers of Examples 1 and 2, the yarn width is 30 m.
m, and in the precursor fiber of Example 3, although the thread width has reached 40 mm, the maximum value of the wrinkle depth distribution (maximum wrinkle depth) itself is the same as that of Example 1. 1
Even when compared with the precursor fiber of the above, the processability in the firing step is in a good range. On the other hand, the precursor fiber of Comparative Example 1 is apparently the same as the yarn width of the precursor fiber of Example 3 as long as the yarn width is compared, but the maximum depth distribution of the wrinkles is 40 mm. The value (maximum depth of wrinkles) is 171 nm, which is about twice as large as 87 nm of the precursor fiber of Example 3, and this difference is reflected in the process passability in both firing steps.

【0056】加えて、前記の焼成工程における工程通過
性の良否は、アクリロニトリル系前駆体繊維表面に付与
される油剤を除き、その繊維表面と滑らかな金属表面と
の間での、静止摩擦係数と動摩擦係数の範囲の選択にも
関連していることも判る。すなわち、その繊維軸方向に
関して、皺を有する繊維表面と金属表面と間の静止摩擦
係数が0.35以上、動摩擦係数が0.30以上の範囲
にあるという条件を満たす実施例1〜3の三種のアクリ
ロニトリル系前駆体繊維は、焼成工程における工程通過
性が優れていることが判る。一方、繊維軸方向に関し
て、皺を有する繊維表面と金属表面と間の静止摩擦係数
が0.35に満たず、また、動摩擦係数も0.30に満
たない、比較例1、2のアクリロニトリル系前駆体繊維
は、焼成工程における工程通過性に難を残すことが判
る。
In addition, the passability of the calcination step is determined by the coefficient of static friction between the fiber surface and the smooth metal surface except for the oil agent applied to the surface of the acrylonitrile precursor fiber. It can also be seen that it is related to the selection of the range of the dynamic friction coefficient. That is, three types of Examples 1 to 3 satisfying the condition that the static friction coefficient between the wrinkled fiber surface and the metal surface is 0.35 or more and the dynamic friction coefficient is 0.30 or more in the fiber axis direction. It can be seen that the acrylonitrile-based precursor fiber has excellent processability in the firing step. On the other hand, in the fiber axis direction, the acrylonitrile-based precursor of Comparative Examples 1 and 2, wherein the coefficient of static friction between the wrinkled fiber surface and the metal surface is less than 0.35 and the coefficient of kinetic friction is less than 0.30 It turns out that a body fiber has difficulty in the processability in a baking process.

【0057】当然のことながら、上記の評価法で測定さ
れる静止摩擦係数は、動摩擦係数よりも高い値となり、
また、静止摩擦係数、動摩擦係数ともの、過度に高い値
になると工程上、不具合を引き起こす懸念がある。従っ
て、繊維表面に付与された油剤を除去した状態であって
も、静止摩擦係数は、0.44以下の範囲に留まるよう
に、また、動摩擦係数は、0.35以下の範囲に留まる
ように選択することがより望ましい。
As a matter of course, the static friction coefficient measured by the above-mentioned evaluation method becomes a value higher than the dynamic friction coefficient.
If both the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient become excessively high, there is a concern that a problem may occur in the process. Therefore, even in a state in which the oil agent applied to the fiber surface is removed, the coefficient of static friction is kept within the range of 0.44 or less, and the coefficient of dynamic friction is kept within the range of 0.35 or less. It is more desirable to choose.

【0058】加えて、上記の焼成工程における工程通過
性に優れる、湿式紡糸法で作製されるアクリロニトリル
系前駆体繊維を再現性よく作製する上には、実質的に円
形の開孔を有するノズル孔から吐出・凝固させて作製さ
れる凝固糸を所定の繊維径とするため、延伸工程を設
け、また、前記延伸工程後、繊維表面に所定量の油剤を
被覆する処理を施し、次いで、繊維自体の乾燥緻密化工
程を設けるものの、その前延伸工程では、空中延伸工程
とその後の湿熱延伸工程とを行い、乾燥緻密化工程前に
実施される湿熱延伸工程において、その湿熱延伸倍率を
3.0倍に達しない範囲に選択することが望ましいと結
論される。より好ましくは、湿熱延伸倍率を2.0倍以
下に選択すると、高い再現性で繊維軸方向に生成される
皺の深さを好適な範囲、具体的には、皺の最大深さを1
00nm以下に留めることが可能となる。
In addition, in order to reproducibly produce acrylonitrile-based precursor fibers produced by a wet spinning method, which are excellent in processability in the above-mentioned firing step, a nozzle hole having a substantially circular opening is required. In order to obtain a predetermined fiber diameter of the coagulated yarn produced by discharging and coagulating from the fiber, a drawing step is provided, and after the drawing step, a process of coating a predetermined amount of an oil agent on the fiber surface is performed. In the pre-stretching step, an aerial stretching step and a subsequent wet-heat stretching step are performed, and in the wet-heat stretching step performed before the dry densification step, the wet-heat stretching ratio is set to 3.0. It is concluded that it is desirable to select a range that does not reach double. More preferably, when the wet heat stretching ratio is selected to be 2.0 times or less, the depth of wrinkles generated in the fiber axis direction with high reproducibility is set to a suitable range, specifically, the maximum depth of wrinkles is set to 1
It is possible to keep the thickness below 00 nm.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明のアクリロニトリル系前駆体繊維
は、焼成して炭素繊維を製造する際、その原料とされる
ものであり、湿式紡糸法により作製されるアクリロニト
リル系前駆体繊維であって、その繊維軸方向に皺を有す
るものの、前記繊維の断面形状は実質的に円形を示し、
前記実質的に円形な繊維断面の外縁部から測定される前
記皺の深さは、その断面内の存在する1以上の皺間で分
布を有するが、その皺の深さ分布の最大値は100nm
以下であるので、焼成工程などにおける工程通過性の良
い集束性に優れたアクリロニトリル系前駆体繊維であ
る。また、かかる適度な深さを有する皺形状は、焼成し
て炭素繊維とした際にも保持され、マトリックス樹脂に
混入した際、高性能複合材料に適した界面接着性を有す
る炭素繊維がえられる。加えて、このような適度な深さ
を有する皺形状を持つアクリロニトリル系前駆体繊維
は、高い生産性を持つ湿式紡糸法により作製する際、実
質的に円形の凝固糸を所定の繊維径とするため、延伸工
程を設け、この延伸工程後、繊維表面に所定量の油剤を
被覆する処理を施し、次いで、繊維自体の乾燥緻密化工
程を設けるが、この延伸工程を、空中延伸工程とその後
の湿熱延伸工程とを含む構成とし、特に、乾燥緻密化工
程前に実施される湿熱延伸工程において、その湿熱延伸
倍率を3.0倍に達しない範囲に選択することで、高い
再現性で製造することができる。
The acrylonitrile-based precursor fiber of the present invention is used as a raw material when a carbon fiber is produced by firing, and is an acrylonitrile-based precursor fiber produced by a wet spinning method. Although having a wrinkle in the fiber axis direction, the cross-sectional shape of the fiber is substantially circular,
The wrinkle depth, measured from the outer edge of the substantially circular fiber cross-section, has a distribution between one or more existing wrinkles in the cross-section, with a maximum wrinkle depth distribution of 100 nm.
Since it is the following, it is an acrylonitrile-based precursor fiber having good processability in a firing step and the like and excellent in convergence. In addition, such a wrinkle shape having an appropriate depth is retained even when baked into a carbon fiber, and when mixed with a matrix resin, a carbon fiber having an interfacial adhesion suitable for a high-performance composite material is obtained. . In addition, such an acrylonitrile-based precursor fiber having a wrinkle shape having an appropriate depth, when produced by a wet spinning method having high productivity, has a substantially circular coagulated yarn having a predetermined fiber diameter. Therefore, a stretching step is provided, after this stretching step, a process of coating a predetermined amount of an oil agent on the fiber surface is performed, and then, a step of drying and densifying the fiber itself is provided. In particular, in the wet heat stretching step carried out before the dry densification step, the wet heat stretching ratio is selected within a range not reaching 3.0 times, thereby producing a product with high reproducibility. be able to.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 泉 仁子 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 浜田 光夫 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 岩本 昌子 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 間鍋 徹 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央技術研究所内 Fターム(参考) 4L035 BB03 BB06 BB11 BB15 BB17 BB60 BB66 BB69 BB82 BB85 BB93 DD06 EE20 FF01 MB03 MB09 MB19 4L037 CS03 PA57 PA68 PA69 PF45 PF52  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hitoko Izumi 20-1 Miyukicho, Otake City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Mitsuo Hamada 201-1 Miyukicho, Otake City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Masako Iwamoto 20-1 Miyukicho, Otake City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Central Technology Research Laboratory (72) Inventor Toru Manabe 20 Miyukicho, Otake City, Hiroshima Prefecture No. 1 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Central Research Laboratory F-term (reference) 4L035 BB03 BB06 BB11 BB15 BB17 BB60 BB66 BB69 BB82 BB85 BB93 DD06 EE20 FF01 MB03 MB09 MB19 4L037 CS03 PA57 PA68 PA69 PF45 PF52

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 湿式紡糸法により作製されるアクリロニ
トリル系前駆体繊維であって、 その繊維軸方向に皺を有するものの、前記繊維の断面形
状は実質的に円形を示し、 前記実質的に円形な繊維断面の外縁部から測定される前
記皺の深さは、その断面内の存在する1以上の皺間で分
布を有するが、その皺の深さ分布の最大値は100nm
以下であることを特徴とするアクリロニトリル系前駆体
繊維。
1. An acrylonitrile-based precursor fiber produced by a wet spinning method, which has wrinkles in the fiber axis direction, but has a substantially circular cross-sectional shape; The wrinkle depth measured from the outer edge of the fiber cross section has a distribution between one or more existing wrinkles in the cross section, and the maximum value of the wrinkle depth distribution is 100 nm.
An acrylonitrile-based precursor fiber, characterized in that:
【請求項2】 繊維軸方向に皺を有する前記繊維表面に
油剤が被覆されてなるアクリロニトリル系前駆体繊維で
あり、 その表面に被覆される油剤を、その表面の皺の深部に残
留するものを除き、溶剤で実質的に全て除去した繊維単
糸において、 前記繊維単糸を平坦な金属面と接触した際、その繊維軸
方向に関して、皺を有する繊維表面と金属表面と間の静
止摩擦係数が0.35以上、動摩擦係数が0.30以上
であることを特徴とする請求項1に記載のアクリロニト
リル系前駆体繊維。
2. An acrylonitrile-based precursor fiber in which an oil is coated on the surface of the fiber having wrinkles in the fiber axis direction, wherein the oil which is coated on the surface is left in a deep part of the wrinkles on the surface. Except for the fiber single yarn substantially completely removed with the solvent, when the fiber single yarn is brought into contact with a flat metal surface, with respect to the fiber axial direction, the static friction coefficient between the wrinkled fiber surface and the metal surface is reduced. 2. The acrylonitrile-based precursor fiber according to claim 1, wherein the acrylonitrile-based precursor fiber has a dynamic friction coefficient of 0.35 or more.
【請求項3】 湿式紡糸法によりアクリロニトリル系前
駆体繊維を製造する方法であって、 実質的に円形の開孔を有するノズル孔から吐出・凝固さ
せて作製される凝固糸を所定の繊維径とするため、延伸
工程を設け、 前記延伸工程後、繊維表面に所定量の油剤を被覆する処
理を施し、次いで、繊維自体の乾燥緻密化工程を設け、 前記延伸工程は、空中延伸工程とその後の湿熱延伸工程
とを含み、 前記乾燥緻密化工程前に実施される湿熱延伸工程におい
て、その湿熱延伸倍率を3.0倍に達しない範囲に選択
することを特徴とするアクリロニトリル系前駆体繊維の
製造方法。
3. A method for producing acrylonitrile-based precursor fibers by a wet spinning method, wherein a coagulated yarn produced by discharging and coagulating from a nozzle hole having a substantially circular opening has a predetermined fiber diameter. In order to provide a stretching step, after the stretching step, a process of coating a predetermined amount of oil agent on the fiber surface, and then a dry densification step of the fiber itself is provided, the stretching step, the air stretching step and subsequent Producing an acrylonitrile-based precursor fiber, wherein the wet-heat stretching step is performed before the dry densification step, and the wet-heat stretching ratio is selected within a range not to reach 3.0 times. Method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010285710A (en) * 2009-06-10 2010-12-24 Mitsubishi Rayon Co Ltd Carbon fiber bundle and method for producing the same
JP2018048437A (en) * 2017-10-11 2018-03-29 三菱ケミカル株式会社 Carbon fiber bundle

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