JP2003138434A - 耐炎化繊維の製造方法 - Google Patents
耐炎化繊維の製造方法Info
- Publication number
- JP2003138434A JP2003138434A JP2001335498A JP2001335498A JP2003138434A JP 2003138434 A JP2003138434 A JP 2003138434A JP 2001335498 A JP2001335498 A JP 2001335498A JP 2001335498 A JP2001335498 A JP 2001335498A JP 2003138434 A JP2003138434 A JP 2003138434A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- flame
- density
- treatment
- resistant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 37
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 37
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 18
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 abstract 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 9
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 8
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000576060 Homo sapiens RAD50-interacting protein 1 Proteins 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100025895 RAD50-interacting protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 238000001891 gel spinning Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高強度、高弾性率の炭素繊維の中間原料とし
ての耐炎化繊維、又は断熱材、耐熱保護材としての耐炎
化繊維の、単糸切れ等が無く、安定した耐炎化繊維の生
産ができる製造方法を提供する。 【解決手段】 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を酸化
性雰囲気下において、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3
になるまでは延伸倍率０．８８以上１．００未満の範囲
で耐炎化処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3以上
になった後は延伸倍率１．００１〜１．０１２の範囲で
耐炎化処理することを特徴とする耐炎化繊維の製造方
法。
ての耐炎化繊維、又は断熱材、耐熱保護材としての耐炎
化繊維の、単糸切れ等が無く、安定した耐炎化繊維の生
産ができる製造方法を提供する。 【解決手段】 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を酸化
性雰囲気下において、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3
になるまでは延伸倍率０．８８以上１．００未満の範囲
で耐炎化処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3以上
になった後は延伸倍率１．００１〜１．０１２の範囲で
耐炎化処理することを特徴とする耐炎化繊維の製造方
法。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度炭素繊維の
中間原料、又は断熱材、耐熱保護材としての耐炎化繊維
の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】アクリロニトリル系繊維を原料として高
性能の炭素繊維が製造されることは従来より知られてお
り、この炭素繊維は航空機を始めスポーツ用品まで広い
範囲で使用されている。とりわけ、高強度・高弾性の炭
素繊維は宇宙航空用途に使用されており、更なる高性能
化が求められている。 【０００３】アクリロニトリル系前駆体繊維を用いて炭
素繊維を製造する方法としては、前駆体繊維を２００〜
２６０℃の酸化性雰囲気下で延伸又は収縮を行いながら
酸化処理（耐炎化処理）を行った後、２６０℃以上、又
は１０００℃以上の不活性ガス雰囲気中で炭素化して製
造する方法が知られている。 【０００４】とりわけ耐炎化処理工程における繊維の処
理方法は、炭素繊維の強度発現に大きく影響を及ぼし、
これまでに多くの検討が行われてきた。 【０００５】特公昭６３−２８１３２号公報には、耐炎
化伸長率を−１０〜１０％（延伸倍率０．９〜１．１）
の範囲とし、繊維密度が１．３０〜１．４２ｇ／ｃｍ3
である耐炎化処理糸を炭素化することにより高強度炭素
繊維が得られることが開示されている。しかし、この耐
炎化処理方法では、長時間を要する耐炎化処理工程全て
において収縮若しくは延伸をさせており、強度発現に最
適な緊縮を施すことは行われてない。 【０００６】特公平３−２３６４９号公報には、繊維密
度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率
（１．０３以上の延伸倍率）を与え、以後の収縮を実質
的に抑制して耐炎化処理を行い、続いて炭素化すること
により高強度の炭素繊維が得られることが開示されてい
る。 【０００７】特公平３−２３６５０号公報には、繊維密
度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率
（１．０３以上の延伸倍率）で耐炎化処理を行った後、
更に１％以上の伸長率（１．０１以上の延伸倍率）で延
伸処理を行うことによりストランド強度４６０ｋｇｆ／
ｍｍ2以上の炭素繊維が得られることが開示されてい
る。 【０００８】これら特公平３−２３６４９号公報、特公
平３−２３６５０号公報の方法によれば、従来の方法に
よるもののなかでは、高強度の炭素繊維が得られる。し
かし、繊維密度が１．２２ｇ／ｃｍ3以上になった時点
以後の延伸持続の耐炎化処理工程においては単糸切れ等
を多く発生し、安定した耐炎化繊維、炭素繊維の生産が
損なわれる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
を解決すべく鋭意検討した結果、所定の繊維密度におい
て所定の延伸倍率で耐炎化処理することにより、単糸切
れ等が無くなり、安定した耐炎化繊維の生産ができ、且
つこの耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維は高強
度、高弾性率であることを知得し、本発明を完成するに
至った。 【００１０】従って、本発明の目的とするところは、上
記問題を解決した、高強度、高弾性率の炭素繊維の中間
原料としての耐炎化繊維、又は断熱材、耐熱保護材とし
ての耐炎化繊維の製造方法を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、以下に記載するものである。 【００１２】〔１〕 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維
を酸化性雰囲気下において、繊維の密度が１．３０ｇ／
ｃｍ3になるまでは延伸倍率を０．８８以上１．００未
満の範囲で耐炎化処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃ
ｍ3以上になった後は延伸倍率を１．００１〜１．０１
２の範囲で耐炎化処理することを特徴とする耐炎化繊維
の製造方法。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 【００１４】本発明の耐炎化繊維の原料であるアクリル
系前駆体繊維は、例えばアクリロニトリルを９５質量％
以上含有する単量体を重合した単独重合体又は共重合体
を含む紡糸溶液を、湿式又は乾湿式紡糸法において紡糸
・水洗・乾燥・延伸等の処理を行うことによって得るこ
とができる。共重合する単量体としては、アクリル酸メ
チル、イタコン酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸等
が好ましい。 【００１５】このようにして得られるアクリル系前駆体
繊維を、本発明の耐炎化繊維の製造方法に従って耐炎化
して耐炎化繊維を得ることができる。この耐炎化繊維を
炭素化することによって高強度の炭素繊維を得ることが
できる。 【００１６】本発明の耐炎化繊維の製造方法における耐
炎化処理は、処理雰囲気と処理温度については通常の処
理方法に従って加熱空気中２００〜２６０℃の温度範囲
内で処理することができる。 【００１７】但し、本発明の耐炎化繊維の製造方法にお
ける耐炎化処理過程では、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃ
ｍ3になるまでは延伸倍率０．８８以上１．００未満の
範囲で耐炎化処理して、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ
3以上になった後は延伸倍率１．００１〜１．０１２、
好ましくは１．００３〜１．００８の範囲で耐炎化処理
することを必要とする。 【００１８】耐炎化処理過程では、延伸処理しなければ
アクリル系前駆体繊維は、処理温度の上昇と共に収縮す
る。そこで、延伸応力を調節して延伸処理することによ
り延伸倍率を調節することができる。延伸倍率１．００
とは、繊維に延伸応力を与えているが、収縮と延伸との
バランスがとれ延伸前と延伸後との長さが同一であるこ
とを示す。 【００１９】上記延伸倍率の範囲で耐炎化処理して得ら
れる耐炎化繊維は、配向度（広角Ｘ線１７°）が向上
し、且つこの耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維
の強度が高くなる。また、耐炎化繊維が前駆体繊維を撚
って得られたストランドを上記延伸倍率の条件で耐炎化
処理したものである場合、このストランドを炭素化して
得られる炭素繊維ストランドも高強度である。 【００２０】なお、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に
なるまでの延伸倍率を０．８８以上１．００未満の範囲
で耐炎化処理して得られる耐炎化繊維を炭素化して得ら
れる炭素繊維は、上記延伸倍率を１．００以上の範囲で
耐炎化処理して得られる耐炎化繊維を炭素化して得られ
る炭素繊維と比較して弾性率が高いことを特徴とする。 【００２１】耐炎化処理過程において、繊維密度が１．
３０ｇ／ｃｍ3未満の時点では、繊維密度が低い時点ほ
ど、耐炎化繊維の構造が未熟なため、延伸処理を行って
も、強度アップの効果が無いばかりか、単糸切れ等を増
やす原因となるので、繊維密度が低い時点で延伸処理を
行うことは弾性率向上のために好ましくない。 【００２２】耐炎化処理過程において、繊維密度が１．
３０ｇ／ｃｍ3以上の時点では、延伸倍率が１．００１
未満であると、延伸効果が少なく、耐炎化繊維の配向度
（広角Ｘ線１７°）の向上が困難であり、耐炎化繊維を
炭素化して得られる炭素繊維の強度も低いので好ましく
ない。また、延伸倍率が１．０１２を超えると、単糸切
れが多く発生し、安定した生産を行うことができなくな
るので好ましくない。 【００２３】耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維
の強度を更に高めるには、耐炎化繊維の密度を１．４２
ｇ／ｃｍ3以下にすることが好ましく、１．３８ｇ／ｃ
ｍ3以下にすることが更に好ましい。耐炎化繊維の密度
が１．４２ｇ／ｃｍ3を超える場合は、炭素化工程での
延伸性が低下し、高強度の炭素繊維を得ることが困難に
なるので好ましくない。 【００２４】耐炎化繊維を炭素化して炭素繊維を得る場
合、不活性ガス雰囲気下において炉内温度分布３００〜
２０００℃、好ましくは１０００〜１８００℃を有する
炭素化炉内に耐炎化繊維を通過させることにより処理す
ることができる。 【００２５】このようにして得られる炭素繊維は高強度
であり、本発明の耐炎化繊維を炭素化することにより、
なし得るものである。 【００２６】 【実施例】本発明を以下の実施例及び比較例により具体
的に説明する。また、以下の実施例及び比較例の条件に
より耐炎化繊維及び炭素繊維を作製し、得られた耐炎化
繊維及び炭素繊維の諸物性値を、以下の方法により測定
した。 【００２７】配向度：リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ１
２００Ｌ、日立製コンピュータ２０５０／３２を使用
し、広角Ｘ線回折測定での２θ＝１７°における配向度
を半価幅から求めた。 【００２８】密度：液置換法（ＪＩＳ Ｒ ７６０１）に
よりアセトン中にて脱気処理し測定した。 【００２９】繊維性能：炭素繊維ストランド強度、弾性
率はＪＩＳ Ｒ ７６０１により測定した。 【００３０】実施例１ アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル４質量
％、及びイタコン酸１質量％を共重合させたアクリル繊
維を含有する紡糸原液を湿式紡糸し、水洗・乾燥・延伸
・オイリングして０．５８ｄの前駆体繊維を得た。 【００３１】この前駆体繊維を炉内温度分布２３０〜２
５０℃の熱風循環式耐炎化炉に導入し、耐炎化処理し
た。 【００３２】表１に示すように、耐炎化処理工程では、
繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理を開
始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまでは延
伸倍率０．９５で耐炎化処理し、繊維密度が１．３０ｇ
／ｃｍ3に達した後は延伸倍率１．００３で耐炎化処理
して耐炎化繊維を得た。得られた耐炎化繊維の密度は
１．３４ｇ／ｃｍ3であり、配向度は７８．６％であっ
た。 【００３３】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において炭素化処理を行い、表１に示す物性値の炭素
繊維を得た。 【００３４】実施例２ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．００７にして耐炎化処理した以外は、実施例１
と同様に耐炎化処理を行い、表１に示すように、繊維密
度１．３５ｇ／ｃｍ3、配向度７８．９％の耐炎化繊維
を得た。 【００３５】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００３６】実施例３ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．８９にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．３０ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３６ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．４％の耐炎化繊維を得た。 【００３７】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００３８】実施例４ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．９８にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．３０ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．７％の耐炎化繊維を得た。 【００３９】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００４０】比較例１ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．０００にして（実質的には延伸を行わず）耐炎
化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化処理を行
い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／ｃｍ3、
配向度７８．３％の耐炎化繊維を得た。 【００４１】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度が低いものであ
った。 【００４２】比較例２ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．０１３にして耐炎化処理した以外は、実施例１
と同様に耐炎化処理を行い、表１に示すように、繊維密
度１．３３ｇ／ｃｍ3、配向度７８．５％の耐炎化繊維
を得た。しかし、得られた耐炎化繊維は単糸切れが多い
ものであった。 【００４３】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度、及びストラン
ド弾性率が低いものであった。 【００４４】比較例３ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．２５ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．９５にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．２５ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．６％の耐炎化繊維を得た。しか
し、得られた耐炎化繊維は単糸切れが多いものであっ
た。 【００４５】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度、及びストラン
ド弾性率が低いものであった。 【００４６】 【表１】【００４７】 【発明の効果】本発明においては、実施例に示した如
く、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を酸化性雰囲気下
において、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3になるまで
は延伸倍率が０．８８以上１．００未満の範囲で耐炎化
処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3以上になった
後は延伸倍率１．００１〜１．０１２の範囲で耐炎化処
理して耐炎化繊維の製造しているので、単糸切れ等が無
く、安定した耐炎化繊維の生産ができる。また、この耐
炎化繊維を炭素化する事により、高強度、高弾性率の炭
素繊維を得ることができる。
中間原料、又は断熱材、耐熱保護材としての耐炎化繊維
の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】アクリロニトリル系繊維を原料として高
性能の炭素繊維が製造されることは従来より知られてお
り、この炭素繊維は航空機を始めスポーツ用品まで広い
範囲で使用されている。とりわけ、高強度・高弾性の炭
素繊維は宇宙航空用途に使用されており、更なる高性能
化が求められている。 【０００３】アクリロニトリル系前駆体繊維を用いて炭
素繊維を製造する方法としては、前駆体繊維を２００〜
２６０℃の酸化性雰囲気下で延伸又は収縮を行いながら
酸化処理（耐炎化処理）を行った後、２６０℃以上、又
は１０００℃以上の不活性ガス雰囲気中で炭素化して製
造する方法が知られている。 【０００４】とりわけ耐炎化処理工程における繊維の処
理方法は、炭素繊維の強度発現に大きく影響を及ぼし、
これまでに多くの検討が行われてきた。 【０００５】特公昭６３−２８１３２号公報には、耐炎
化伸長率を−１０〜１０％（延伸倍率０．９〜１．１）
の範囲とし、繊維密度が１．３０〜１．４２ｇ／ｃｍ3
である耐炎化処理糸を炭素化することにより高強度炭素
繊維が得られることが開示されている。しかし、この耐
炎化処理方法では、長時間を要する耐炎化処理工程全て
において収縮若しくは延伸をさせており、強度発現に最
適な緊縮を施すことは行われてない。 【０００６】特公平３−２３６４９号公報には、繊維密
度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率
（１．０３以上の延伸倍率）を与え、以後の収縮を実質
的に抑制して耐炎化処理を行い、続いて炭素化すること
により高強度の炭素繊維が得られることが開示されてい
る。 【０００７】特公平３−２３６５０号公報には、繊維密
度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率
（１．０３以上の延伸倍率）で耐炎化処理を行った後、
更に１％以上の伸長率（１．０１以上の延伸倍率）で延
伸処理を行うことによりストランド強度４６０ｋｇｆ／
ｍｍ2以上の炭素繊維が得られることが開示されてい
る。 【０００８】これら特公平３−２３６４９号公報、特公
平３−２３６５０号公報の方法によれば、従来の方法に
よるもののなかでは、高強度の炭素繊維が得られる。し
かし、繊維密度が１．２２ｇ／ｃｍ3以上になった時点
以後の延伸持続の耐炎化処理工程においては単糸切れ等
を多く発生し、安定した耐炎化繊維、炭素繊維の生産が
損なわれる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
を解決すべく鋭意検討した結果、所定の繊維密度におい
て所定の延伸倍率で耐炎化処理することにより、単糸切
れ等が無くなり、安定した耐炎化繊維の生産ができ、且
つこの耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維は高強
度、高弾性率であることを知得し、本発明を完成するに
至った。 【００１０】従って、本発明の目的とするところは、上
記問題を解決した、高強度、高弾性率の炭素繊維の中間
原料としての耐炎化繊維、又は断熱材、耐熱保護材とし
ての耐炎化繊維の製造方法を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、以下に記載するものである。 【００１２】〔１〕 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維
を酸化性雰囲気下において、繊維の密度が１．３０ｇ／
ｃｍ3になるまでは延伸倍率を０．８８以上１．００未
満の範囲で耐炎化処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃ
ｍ3以上になった後は延伸倍率を１．００１〜１．０１
２の範囲で耐炎化処理することを特徴とする耐炎化繊維
の製造方法。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 【００１４】本発明の耐炎化繊維の原料であるアクリル
系前駆体繊維は、例えばアクリロニトリルを９５質量％
以上含有する単量体を重合した単独重合体又は共重合体
を含む紡糸溶液を、湿式又は乾湿式紡糸法において紡糸
・水洗・乾燥・延伸等の処理を行うことによって得るこ
とができる。共重合する単量体としては、アクリル酸メ
チル、イタコン酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸等
が好ましい。 【００１５】このようにして得られるアクリル系前駆体
繊維を、本発明の耐炎化繊維の製造方法に従って耐炎化
して耐炎化繊維を得ることができる。この耐炎化繊維を
炭素化することによって高強度の炭素繊維を得ることが
できる。 【００１６】本発明の耐炎化繊維の製造方法における耐
炎化処理は、処理雰囲気と処理温度については通常の処
理方法に従って加熱空気中２００〜２６０℃の温度範囲
内で処理することができる。 【００１７】但し、本発明の耐炎化繊維の製造方法にお
ける耐炎化処理過程では、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃ
ｍ3になるまでは延伸倍率０．８８以上１．００未満の
範囲で耐炎化処理して、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ
3以上になった後は延伸倍率１．００１〜１．０１２、
好ましくは１．００３〜１．００８の範囲で耐炎化処理
することを必要とする。 【００１８】耐炎化処理過程では、延伸処理しなければ
アクリル系前駆体繊維は、処理温度の上昇と共に収縮す
る。そこで、延伸応力を調節して延伸処理することによ
り延伸倍率を調節することができる。延伸倍率１．００
とは、繊維に延伸応力を与えているが、収縮と延伸との
バランスがとれ延伸前と延伸後との長さが同一であるこ
とを示す。 【００１９】上記延伸倍率の範囲で耐炎化処理して得ら
れる耐炎化繊維は、配向度（広角Ｘ線１７°）が向上
し、且つこの耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維
の強度が高くなる。また、耐炎化繊維が前駆体繊維を撚
って得られたストランドを上記延伸倍率の条件で耐炎化
処理したものである場合、このストランドを炭素化して
得られる炭素繊維ストランドも高強度である。 【００２０】なお、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に
なるまでの延伸倍率を０．８８以上１．００未満の範囲
で耐炎化処理して得られる耐炎化繊維を炭素化して得ら
れる炭素繊維は、上記延伸倍率を１．００以上の範囲で
耐炎化処理して得られる耐炎化繊維を炭素化して得られ
る炭素繊維と比較して弾性率が高いことを特徴とする。 【００２１】耐炎化処理過程において、繊維密度が１．
３０ｇ／ｃｍ3未満の時点では、繊維密度が低い時点ほ
ど、耐炎化繊維の構造が未熟なため、延伸処理を行って
も、強度アップの効果が無いばかりか、単糸切れ等を増
やす原因となるので、繊維密度が低い時点で延伸処理を
行うことは弾性率向上のために好ましくない。 【００２２】耐炎化処理過程において、繊維密度が１．
３０ｇ／ｃｍ3以上の時点では、延伸倍率が１．００１
未満であると、延伸効果が少なく、耐炎化繊維の配向度
（広角Ｘ線１７°）の向上が困難であり、耐炎化繊維を
炭素化して得られる炭素繊維の強度も低いので好ましく
ない。また、延伸倍率が１．０１２を超えると、単糸切
れが多く発生し、安定した生産を行うことができなくな
るので好ましくない。 【００２３】耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維
の強度を更に高めるには、耐炎化繊維の密度を１．４２
ｇ／ｃｍ3以下にすることが好ましく、１．３８ｇ／ｃ
ｍ3以下にすることが更に好ましい。耐炎化繊維の密度
が１．４２ｇ／ｃｍ3を超える場合は、炭素化工程での
延伸性が低下し、高強度の炭素繊維を得ることが困難に
なるので好ましくない。 【００２４】耐炎化繊維を炭素化して炭素繊維を得る場
合、不活性ガス雰囲気下において炉内温度分布３００〜
２０００℃、好ましくは１０００〜１８００℃を有する
炭素化炉内に耐炎化繊維を通過させることにより処理す
ることができる。 【００２５】このようにして得られる炭素繊維は高強度
であり、本発明の耐炎化繊維を炭素化することにより、
なし得るものである。 【００２６】 【実施例】本発明を以下の実施例及び比較例により具体
的に説明する。また、以下の実施例及び比較例の条件に
より耐炎化繊維及び炭素繊維を作製し、得られた耐炎化
繊維及び炭素繊維の諸物性値を、以下の方法により測定
した。 【００２７】配向度：リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ１
２００Ｌ、日立製コンピュータ２０５０／３２を使用
し、広角Ｘ線回折測定での２θ＝１７°における配向度
を半価幅から求めた。 【００２８】密度：液置換法（ＪＩＳ Ｒ ７６０１）に
よりアセトン中にて脱気処理し測定した。 【００２９】繊維性能：炭素繊維ストランド強度、弾性
率はＪＩＳ Ｒ ７６０１により測定した。 【００３０】実施例１ アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル４質量
％、及びイタコン酸１質量％を共重合させたアクリル繊
維を含有する紡糸原液を湿式紡糸し、水洗・乾燥・延伸
・オイリングして０．５８ｄの前駆体繊維を得た。 【００３１】この前駆体繊維を炉内温度分布２３０〜２
５０℃の熱風循環式耐炎化炉に導入し、耐炎化処理し
た。 【００３２】表１に示すように、耐炎化処理工程では、
繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理を開
始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまでは延
伸倍率０．９５で耐炎化処理し、繊維密度が１．３０ｇ
／ｃｍ3に達した後は延伸倍率１．００３で耐炎化処理
して耐炎化繊維を得た。得られた耐炎化繊維の密度は
１．３４ｇ／ｃｍ3であり、配向度は７８．６％であっ
た。 【００３３】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において炭素化処理を行い、表１に示す物性値の炭素
繊維を得た。 【００３４】実施例２ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．００７にして耐炎化処理した以外は、実施例１
と同様に耐炎化処理を行い、表１に示すように、繊維密
度１．３５ｇ／ｃｍ3、配向度７８．９％の耐炎化繊維
を得た。 【００３５】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００３６】実施例３ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．８９にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．３０ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３６ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．４％の耐炎化繊維を得た。 【００３７】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００３８】実施例４ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．９８にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．３０ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．７％の耐炎化繊維を得た。 【００３９】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。 【００４０】比較例１ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．０００にして（実質的には延伸を行わず）耐炎
化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化処理を行
い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／ｃｍ3、
配向度７８．３％の耐炎化繊維を得た。 【００４１】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度が低いものであ
った。 【００４２】比較例２ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．３０ｇ／ｃｍ3に達した後の延伸倍
率を１．０１３にして耐炎化処理した以外は、実施例１
と同様に耐炎化処理を行い、表１に示すように、繊維密
度１．３３ｇ／ｃｍ3、配向度７８．５％の耐炎化繊維
を得た。しかし、得られた耐炎化繊維は単糸切れが多い
ものであった。 【００４３】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度、及びストラン
ド弾性率が低いものであった。 【００４４】比較例３ 実施例１で得られた前駆体繊維を、耐炎化処理工程にお
いて繊維密度が１．１６ｇ／ｃｍ3の時点から延伸処理
を開始し、繊維密度が１．２５ｇ／ｃｍ3に達するまで
の延伸倍率を０．９５にして耐炎化処理し、繊維密度が
１．２５ｇ／ｃｍ 3に達した後の延伸倍率を１．００３
にして耐炎化処理した以外は、実施例１と同様に耐炎化
処理を行い、表１に示すように、繊維密度１．３４ｇ／
ｃｍ3、配向度７８．６％の耐炎化繊維を得た。しか
し、得られた耐炎化繊維は単糸切れが多いものであっ
た。 【００４５】次いで、得られた耐炎化繊維は、不活性ガ
ス雰囲気下、炉内温度分布３００〜１６００℃の炭素化
炉において実施例１と同様に炭素化処理を行い、表１に
示す物性値の炭素繊維を得た。しかし、表１に示すよう
に、得られた炭素繊維はストランド強度、及びストラン
ド弾性率が低いものであった。 【００４６】 【表１】【００４７】 【発明の効果】本発明においては、実施例に示した如
く、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を酸化性雰囲気下
において、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3になるまで
は延伸倍率が０．８８以上１．００未満の範囲で耐炎化
処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3以上になった
後は延伸倍率１．００１〜１．０１２の範囲で耐炎化処
理して耐炎化繊維の製造しているので、単糸切れ等が無
く、安定した耐炎化繊維の生産ができる。また、この耐
炎化繊維を炭素化する事により、高強度、高弾性率の炭
素繊維を得ることができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 尾山 太郎
静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ
ックス株式会社内
(72)発明者 松木 寿嗣
静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ
ックス株式会社内
Ｆターム(参考） 4L037 CS02 FA01 FA12 PA55 PC11
PS02 PS12 PS17 PS18 UA06
UA07 UA20
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を酸化
性雰囲気下において、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3
になるまでは延伸倍率を０．８８以上１．００未満の範
囲で耐炎化処理し、繊維の密度が１．３０ｇ／ｃｍ3以
上になった後は延伸倍率を１．００１〜１．０１２の範
囲で耐炎化処理することを特徴とする耐炎化繊維の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001335498A JP2003138434A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 耐炎化繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001335498A JP2003138434A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 耐炎化繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003138434A true JP2003138434A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19150482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001335498A Pending JP2003138434A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 耐炎化繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003138434A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084390A1 (ja) | 2007-12-30 | 2009-07-09 | Toho Tenax Co., Ltd. | 耐炎化繊維と炭素繊維の製造方法 |
| CN102605475A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 河南科信电缆有限公司 | 碳纤维芯棒生产工艺及关键设备 |
-
2001
- 2001-10-31 JP JP2001335498A patent/JP2003138434A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084390A1 (ja) | 2007-12-30 | 2009-07-09 | Toho Tenax Co., Ltd. | 耐炎化繊維と炭素繊維の製造方法 |
| US8236273B2 (en) | 2007-12-30 | 2012-08-07 | Toho Tenax Co., Ltd. | Method of producing pre-oxidation fiber and carbon fiber |
| CN102605475A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 河南科信电缆有限公司 | 碳纤维芯棒生产工艺及关键设备 |
| WO2013131216A1 (zh) * | 2012-03-05 | 2013-09-12 | Wei Qiangqi | 碳纤维芯棒生产工艺及关键设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2000005440A1 (fr) | Fibre preimpregnee a base d'acrylonitrile destinee a former une fibre de carbone et procede de production | |
| JP2006299439A (ja) | 炭素繊維およびその製造方法、並びにアクリロニトリル系前駆体繊維およびその製造方法 | |
| JP4228009B2 (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法 | |
| WO1985001752A1 (en) | Carbon fibers with high strength and high modulus, and process for their production | |
| KR870000533B1 (ko) | 탄소섬유의 제조방법 | |
| JP4662450B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| CN111945251A (zh) | 超高强度中等模量聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法 | |
| JP2003138434A (ja) | 耐炎化繊維の製造方法 | |
| JP4271019B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP3002549B2 (ja) | 黒鉛繊維の製造方法 | |
| JP2002302828A (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維束およびその製造方法 | |
| JP4088500B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP2003138435A (ja) | 耐炎化繊維の製造法 | |
| WO1987002391A1 (en) | Process for producing carbon fibers | |
| JP2004197278A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP3964011B2 (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維およびその製造方法 | |
| JPS62215018A (ja) | 炭素繊維の製法 | |
| JP2667663B2 (ja) | 高強度炭素繊維の製造方法 | |
| JP6191182B2 (ja) | 炭素繊維束及びその製造方法 | |
| JP3002614B2 (ja) | アクリロニトリル系繊維及びその製法 | |
| JP4088543B2 (ja) | 高強度炭素繊維及びその製造方法 | |
| JP3154595B2 (ja) | アクリロニトリル系繊維の製造方法 | |
| JPS58214535A (ja) | アクリル系炭素繊維の製造法 | |
| JP2006104604A (ja) | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 | |
| JP2004107836A (ja) | 炭素繊維の製造法 |