JP2003301336A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、プリカーサを巻き上げてなるパッケ
ージから解舒する際のバルーニングを抑制して糸条乱れ
をなくし、開繊性の高いアクリル系前駆体糸条を提供
し、もって、焼成工程の通過安定性に優れた炭素繊維の
製造方法提供せんとするものである。 【解決手段】本発明の炭素繊維の製造方法は、パッケー
ジからアクリル系前駆体糸条をボビンの軸方向に引き出
して耐炎化工程および炭化工程に供給するに際して、引
き出す際にパッケージから滑落する該糸条を、パッケー
ジ下方に配設した布帛で受け止めながら解舒することを
特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクリル系炭素繊維
の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは開繊性
の高いアクリル系前駆体糸条（以下、プリカーサとい
う）を焼成して炭素繊維に転換するにあたり、プリカー
サを巻き上げてなるパッケージから解舒する際のバルー
ニングを抑制し、糸条乱れをなくすることにより、焼成
工程の通過安定性を向上し、高品質の炭素繊維を製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、力学的特性に優れたアクリル系炭
素繊維は、該繊維を補強材とする各種の複合材料とし
て、航空宇宙用、スポーツ用、さらには自動車や土木用
途に広く利用されている。炭素繊維の製造方法として
は、一般にアクリル系繊維をプリカーサとして２００〜
４００℃の酸化性雰囲気中で加熱して耐炎化処理した
後、不活性雰囲気中で少なくとも８００℃の高温下で炭
化および黒鉛化するプロセスを経て炭素繊維に転換させ
る。

【０００３】かかる方法においては、焼成時に単糸間接
着や単糸糸切れ等が生じやすく、高品質の炭素繊維を安
定して製造することは必ずしも容易ではない。このよう
な炭素繊維の製造における問題を解決する方法として、
プリカーサにシリコーン系油剤を付与して各単糸の開繊
性を向上し、焼成時の単糸接着防止を図る方法が提案さ
れている。

【０００４】しかし、プリカーサにシリコーン系油剤を
付与した場合、糸条どうしの接着力が低く、かつ、糸条
内の開繊性が極めて高く、静電気が発生しやすいものと
なるため、糸条解舒時のもつれや糸条の捌けにより、毛
羽の発生を引き起こし、操業性が不安定となることが多
い。

【０００５】かかる問題に対し、特開昭５９−３６７２
８号公報においては、パッケージ表面もしくは表面近傍
に沿って布帛を設け、パッケージ表面と布帛の間を滑ら
せながら解舒する方法を提案している。かかる方法によ
れば、パッケージ側方に布帛を接触させた場合、糸条の
滑落は防止できるものの、該布帛と糸条との摩擦により
著しく静電気が発生し、かえって糸条の捌けを助長する
ため、走行糸条に毛羽が発生しやすくなる。また、パッ
ケージ側方近傍に布帛を設けた場合も、滑落した糸条が
布帛表面を滑りながら引き出されるため、糸条の滑落を
防止するどころか、布帛を接触させた場合と同様、静電
気の発生により糸条の捌けが発生し、焼成工程の通過安
定性を低下させるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、プリカーサ、特にシリコーン系油剤
を付与したプリカーサを巻き上げてなるパッケージから
解舒する際のバルーニングを抑制し、糸条乱れをなくす
ることにより、焼成工程の通過安定性を向上し、高品質
の炭素繊維を製造する方法を提供せんとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明の炭素繊維の製造方法は、パッケ
ージからプリカーサをボビンの軸方向に引き出して耐炎
化工程および炭化工程に供給するに際して、引き出す際
にパッケージから滑落する該糸条を、パッケージ下方に
配設した布帛で受け止めながら解舒することを特徴とす
るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【０００９】本発明においてアクリル系繊維としては、
公知の各種炭素繊維製造用アクリル系繊維、たとえば少
なくとも９０モル％のアクリロニトリルと該アクリロニ
トリルと共重合性の耐炎化促進能を有するビニルモノマ
たとえばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸など１
０モル％以下との共重合体から得られる繊維を使用する
ことができ、特に限定されるものではない。

【００１０】かかるアクリル系繊維の単糸デニールは
０．５〜３．０ｄ、好ましくは０．５〜１．５ｄであ
る。また単糸本数は１０００〜３００００本の範囲が用
いられる。上記プリカーサはその開繊性を良くするため
の油剤で処理されたものであり、この油剤の具体例とし
ては、該繊維の開繊性を高める油剤、たとえばポリエー
テル変性ポリシロキサン、アルコール変性ポリシロキサ
ン、あるいは若干の乳化剤と乳化重合したジメチルポリ
シロキサン、アルキル変性ポリシロキサンおよびアミノ
変性ポリシロキサンなど公知のシリコーン油剤、またこ
れらのシリコーン油剤と炭素繊維製造用原糸油剤として
用いられる非イオン活性剤との配合油剤などを用いるこ
とができる。プリカーサに対する油剤付着量は０．３〜
５．０重量％の範囲が好ましく用いられる。パッケージ
からの解舒方法としては、ボビン軸方向に解舒する、い
わゆるタテ取り解舒方法が操業安定の上から好ましく用
いられ、無撚糸条を巻き上げたパッケージを回転制御し
て加撚が施される。なお、上記加撚糸条は焼成後に解撚
することにより、無撚りの炭素繊維糸条とすることもで
きる。

【００１１】従来、炭素繊維の製造において、シリコー
ン系油剤が付与されたプリカーサは、糸条どうしの接着
力が低く、かつ糸条内の開繊性が極めて高いため、解舒
する際にパッケージ表面から糸条が滑落し、バルーニン
グが大きくなるため、解舒時の糸条乱れが問題となって
いた。バルーニングとは、パッケージからプリカーサを
解舒する際、引き出される糸条がパッケージから解舒ガ
イドの間で縄跳び状に弛む状態をいう。かかる問題に対
し、従来の技術ではパッケージ表面または表面近傍に布
帛を設け、布帛表面を滑らせる、すなわち滑落してパッ
ケージ表面から離れようとする糸条を物理的に離れない
ようにする方法がなされていたが、布帛と糸条の擦過に
より静電気が発生し、それに誘引される毛羽立ちが焼成
工程の通過安定性を阻害する要因となっていた。

【００１２】本発明は、かかる事実に着目し鋭意検討し
た結果、引き出す際にパッケージから滑落する糸条を、
パッケージ下方に配設した布帛で受け止めながら解舒す
ることにより、焼成工程の通過安定性を向上させること
に到達したものである。

【００１３】本発明の特徴は、パッケージからボビン軸
方向に糸条を引き出す際、パッケージ表面を滑落する該
糸条を、パッケージ下方に配設した布帛で受け止めなが
ら解舒することである。本発明における布帛は、導電性
繊維および制電処理された繊維から選ばれた少なくとも
１種からなる繊維構造物であり、編み織物および不織布
から選ばれた少なくとも１種の組織で構成された布帛で
あることが好ましい。

【００１４】以下、図面に基づいて、本発明の炭素繊維
の製造方法を具体的に説明する。

【００１５】図１において、パッケージ１はボビン２に
巻き上げられている。このボビン２にはホルダー３が嵌
合され、このホルダー３でボビン軸方向水平に保持され
ている。パッケージ１の下方には間隙指数Ｍが０より大
きく０．６以下の範囲内に布帛４が張られている。布帛
４の幅は、パッケージ全体に敷設する幅であることが好
ましい。布帛４は制電処理された平滑なもので、好まし
くは薄地の編み織物、不織布である。

【００１６】解舒時に前記布帛を用いない場合は、引き
出された糸条がパッケージ表面から滑落し、弛みが大き
くなるため糸条乱れや捌けを生じ、解舒性が不安定とな
るばかりか、甚だしいときは糸切れを生じる。また、前
記布帛をパッケージに密着させて使用した場合、すなわ
ち間隙指数Ｍが０の場合、パッケージ表面からの糸条の
滑落は防止できるものの、布帛とパッケージとの間で摩
擦による静電気が起こり、それによる糸捌けや擦過によ
る単糸切れが発生して工程通過性および品質の低下を招
く。

【００１７】これに対して本発明によれば、引き出され
た糸条がパッケージ表面から滑落しても、パッケージ下
方に配設した布帛が該糸条を受け止め、バルーニングの
増幅を抑制し、糸条乱れや捌けを防止し、安定して解舒
することができる。また、該布帛を制電処理し、かつ布
帛とパッケージとを非接触にすることにより、静電気の
発生を防止し、該布帛との擦過による単糸切れをも防止
することができ、糸条形態の乱れも発生しないようにす
ることができるものである。

【００１８】図１に示すように、ボビン２の回転方向は
左巻き方向である。加撚数はボビン回転速度をパッケー
ジ１の外径の変化に応じて調整し、一定の加撚数となる
ように付与される。５は糸条であり、解舒ガイド６を通
って、矢印の方向に、一定の速度で引き出される。解舒
ガイド６は表面が滑らかなものを使用するのが望まし
く、その位置としてはバルーニングが安定する位置を選
べばよい。

【００１９】糸条５の引き出し速度は任意であるが、解
舒速度指数Ｎが３以上で、本発明は顕著な効果を示す。
解舒速度指数Ｎは、パッケージ初期半径ｒと糸条引き出
し速度ｖの比によって定義される。解舒速度指数Ｎが３
より小さい場合、すなわちｒに対してｖが十分大きい場
合、パッケージ表面を糸条が滑っても十分な引き出し速
度により糸条の弛みが引き出されるため、前記問題は顕
在化しない。また、ｖに対してｒが十分小さい場合、パ
ッケージ表面を糸条が滑りにくいため、前記問題は顕在
化しない。

【００２０】しかしながら、炭素繊維の焼成工程におい
ては、品質維持のため焼成速度が制限され、前記問題を
解決するために引き出し速度を大きくすることは難し
い。同様に、前記問題を解決するために、プリカーサの
パッケージ初期半径を小さくすることは、生産性を低下
させ好ましくないので、解舒速度指数Ｎ＝３以上での使
用が好ましい。解舒時に加撚を施したプリカーサは、次
いで酸化性雰囲気中２００〜４００℃の範囲内で耐炎化
した後、少なくとも８００℃の不活性雰囲気中、たとえ
ば窒素ガス雰囲気中で炭化処理し、さらに解撚して優れ
た品質を有する炭素繊維とすることができるものであ
り、これら耐炎化および炭化処理は通常の処理条件が用
いられる。

【００２１】

【実施例】以下実施例をあげて本発明を具体的に説明す
る。なお、本例中の静電気量Ｅは解舒ガイド直前での糸
条の静電気量を測定したもので、工程毛羽数は焼成工程
炭化炉出側にて目視観察される１ｍ当たりの単糸毛羽を
数えた数値で、測定回数１０回の平均で求めた。

【００２２】実施例１ アクリロニトリル９９．０モル％、イタコン酸１．０モ
ル％をジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法に
より重合を行い、ジメチルスルホキシド溶液中に紡糸
し、公知の方法によって水洗、延伸した。この時、紡糸
口金としてはホール数１５００を用いた。次に、ポリジ
メチルポリシロキサンのエチレンオキサイド付加物（１
００センチストーク（２５℃））の８重量％溶液に浸漬
し、次いで１３０℃で乾燥し１５００デニール、１５０
０フィラメントのプリカーサを得た。なお、単糸強度は
６．４ｇ／ｄであり、該シリコーン油剤の付着量はプリ
カーサ重量に対し０．６％であった。このプリカーサを
第１図に示すようにボビンホルダーに水平に仕掛け、ボ
ビン軸を糸条巻き取り方向と逆方向に回転させ、加撚し
ながらボビン軸方向に一定の速度で引き出した。加撚数
は１５ターン／ｍとなるようにボビン回転数を調整し
た。布帛は制電処理したポリエステル糸のタフタを使用
し、間隙指数Ｍを０．２０、解舒速度指数Ｎを４とし
た。パッケージは糸条巻き取り方向と逆方向に回転する
ため糸条のバルーニングが増幅され、パッケージから解
舒ガイド間での糸弛みが発生するが、弛んだ糸条は布帛
に接触するためにバルーニングが制限され、糸条の乱れ
や糸捌けは発生しなかった。解舒後は連続的に約５ｍ／
ｍｉｎの糸速で耐炎化工程、炭化工程を通した後、解撚
した。耐炎化工程は空気中２５０℃で３０分処理を行
い、炭化工程は窒素雰囲気中で１８００℃の炭化炉を通
した。焼成工程の単糸毛羽測定結果を第１表に示す。

【００２３】実施例２〜４ 間隙指数Ｍおよび解舒速度指数Ｎを変更した以外は実施
例１と同様に処理した。結果を第１表に併せて示す。

【００２４】比較例１ プリカーサ解舒時に布帛を撤去した以外は実施例１と同
様に処理した。

【００２５】比較例２ プリカーサ解舒時に布帛をパッケージ表面に接触させた
以外は実施例１と同様に処理した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１中、記号の意味は次の通りである。 Ｍ；本文中に定義する間隙指数 Ｎ；本文中に定義する解舒速度指数 Ｌ；解舒開始前のパッケージ下端から制電性繊維構造物
までの距離 ｒ；パッケージ初期半径 ｖ；引き出し速度 Ｅ；静電気量 Ｆ；工程毛羽 表１から明らかなように、実施例のものは、解舒時のバ
ルーニングが布帛に接触しても静電気を抑制し、糸条乱
れを防止することで焼成工程における毛羽の発生を減少
させることができた。

【００２８】これに対し、比較例１は布帛を設けていな
いので、引き出された糸条がパッケージ表面を滑落する
と同時に、それが解舒ガイド手前に大きく垂れるため解
舒性が不安定となり、糸条乱れが生じ、耐炎化工程およ
び炭化工程で糸切れが発生した。比較例２は布帛をパッ
ケージ表面に接触させているので、接触面で静電気が発
生し、糸条が捌けるため著しく糸条が乱れ、さらに糸条
がパッケージと布帛の間で擦過したため単糸切れが発生
し、耐炎化工程および炭化工程で毛羽が多発した。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、品質品位に優れた炭素
繊維を得ることができ、高品質を要求される航空機用途
や、意匠性も求められるスポーツ向け材料に適した炭素
繊維を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様である炭素繊維の製造方法
を示す模式図である。

【符号の説明】

１：プリカーサ ２：ボビン ３：ボビンホルダー ４：布帛 ５：糸条 ６：解舒ガイド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケージからアクリル系前駆体糸条をボ
   ビンの軸方向に引き出して耐炎化工程および炭化工程に
   供給するに際して、引き出す際にパッケージから滑落す
   る該糸条を、パッケージ下方に配設した布帛で受け止め
   ながら解舒することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
2. 【請求項２】該布帛が、導電性繊維および制電処理され
   た繊維から選ばれた少なくとも１種からなる繊維構造物
   である請求項１に記載の炭素繊維の製造方法。
3. 【請求項３】該繊維構造物が、編み織物および不織布か
   ら選ばれた少なくとも１種の組織で構成された布帛であ
   る請求項２に記載の炭素繊維の製造方法。
4. 【請求項４】該布帛が、下記式で表わされる間隙指数Ｍ
   が０より大きく０．６以下の範囲を満足する位置に配設
   されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の炭素繊維の製造方法。 Ｍ＝Ｌ／ｒ ここで、Ｍは間隙指数、Ｌは解舒開始前のパッケージ下
   端から制電性繊維構造物までの距離であり、ｒはパッケ
   ージ初期半径を示す。
5. 【請求項５】該アクリル系前駆体糸条パッケージからボ
   ビン軸方向へ引き出す際、下記式で表わされる解舒速度
   指数Ｎが３以上であることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の炭素繊維の製造方法。 Ｎ＝ｒ／ｖ ここで、Ｎは解舒速度指数、ｒはパッケージ初期半径
   ［ｍ］であり、ｖは引き出し速度［ｍ／ｓｅｃ］を示
   す。
6. 【請求項６】該アクリル系前駆体糸条が、シリコーン系
   油剤が付与された糸条であることを特徴とする請求項１
   〜５のいずれかに記載の炭素繊維の製造方法。