JP2006063265A - Resin composition and blend fiber - Google Patents

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JP2006063265A JP2004250139A JP2004250139A JP2006063265A JP 2006063265 A JP2006063265 A JP 2006063265A JP 2004250139 A JP2004250139 A JP 2004250139A JP 2004250139 A JP2004250139 A JP 2004250139A JP 2006063265 A JP2006063265 A JP 2006063265A
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Wataru Takarada
亘 宝田
Takashi Ochi
隆志 越智
Norio Suzuki
則雄 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin composition suitable for producing an ultrafine carbon fiber in high productivity; and to provide a blend fiber. <P>SOLUTION: The resin composition comprises 5-40 wt.% carbon fiber precursor and 95-60 wt.% polyester, and has ≤300 Pa sec melt viscosity measured at a temperature 50°C higher than the melting point of the polyester at 1216 sec<SP>-1</SP>shear rate. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は微細炭素繊維を製造する際に有用な樹脂組成物およびブレンド繊維ならびにブレンド繊維の製造方法と、そのブレンド繊維を利用した炭素繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a resin composition and a blended fiber useful for producing fine carbon fibers, a method for producing the blended fiber, and a method for producing a carbon fiber using the blended fiber.

炭素繊維の強度に代表される特性値は繊維中の欠陥の数に大きく左右されるため、繊度を細くして欠陥の個数を減らすことは炭素繊維の性能を大きく向上させる。近年話題となっているカーボンナノチューブは、ほぼ完全な黒鉛シートから形成された理想の炭素繊維と呼べる材料であり、その物性値は通常の炭素繊維を大きく上回る物である。しかし、カーボンナノチューブは炭素原子を1個ずつ積み上げるボトムアップ的手法で製造されるため、生産性が非常に低く価格が高くなってしまう。このため、優れた性能を有するにも関わらず、広く利用されるに至っていない。そこで、生産性の高い通常の炭素繊維の製造方法を改良して、できるだけ細い炭素繊維すなわちカーボンナノファイバーを作成し、カーボンナノチューブに近い性能を得る試みが多く行われている。   Since the characteristic value typified by the strength of the carbon fiber greatly depends on the number of defects in the fiber, reducing the fineness and reducing the number of defects greatly improves the performance of the carbon fiber. Carbon nanotubes that have become a hot topic in recent years are materials that can be called ideal carbon fibers formed from almost perfect graphite sheets, and their physical properties are much higher than those of ordinary carbon fibers. However, since carbon nanotubes are manufactured by a bottom-up method in which carbon atoms are stacked one by one, the productivity is very low and the price is high. For this reason, although it has excellent performance, it has not been widely used. Therefore, many attempts have been made to improve the production method of a normal carbon fiber with high productivity to produce carbon fibers that are as thin as possible, that is, carbon nanofibers, and obtain performance close to that of carbon nanotubes.

近年、炭素繊維前駆体と、焼成時に熱分解して焼失する物質を混合してブレンド繊維を作成し、それを焼成して微細な炭素繊維を得る方法が開発されている。例えば、特許文献1および特許文献2には炭素前駆体としてフェノール樹脂をもちい、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)とブレンド紡糸を行うことで微細な炭素繊維を得る方法が記載されている。また、特許文献3には溶融賦形可能なアクリロニトリル系ポリマーを炭素前駆体とし、酸変性PEやメタクリル酸メチル(PMMA)を海部として紡糸口金装置を用いて溶融紡糸する炭素前駆体繊維の製造方法が記載されている。   In recent years, a method has been developed in which a carbon fiber precursor and a substance that decomposes and burns down upon firing are prepared to produce a blended fiber, which is then fired to obtain fine carbon fibers. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe a method of obtaining fine carbon fibers by using a phenol resin as a carbon precursor and performing blend spinning with polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Patent Document 3 discloses a method for producing a carbon precursor fiber in which melt-forming acrylonitrile-based polymer is used as a carbon precursor, and acid-modified PE or methyl methacrylate (PMMA) is used as a sea part and melt-spun using a spinneret device. Is described.

このようなブレンド繊維を利用する方法において、微細な炭素繊維を得るためには炭素前駆体と他成分とを微細に混合するだけでは細化が不十分であり、混合した樹脂を大きな延伸倍率で引き延ばす必要がある。溶融紡糸において繊維を引き延ばす方法としては、紡糸時のドラフトを増加させる方法と、一旦巻き取った繊維を延伸する方法とが知られている。ここで、紡糸時にドラフトを増加させる方法においては、吐出直後の樹脂の粘度が低い状態で延伸が行われるため、延伸応力が低く内部の炭素化樹脂を引き延ばす作用が弱いためドラフトの増加に比例した延伸効果が得られない。一方で、一旦巻き取った繊維を引き延ばす方法ではガラス転移以上融点以下という低い温度で延伸を行うため、延伸応力が高く内部の炭素化樹脂を引き延ばす効果は高いが、延伸倍率自体は低くなる。より微細な炭素繊維を得るためには、両者をバランス良く組み合わせて繊維を製造することが必須である。     In such a method using a blended fiber, in order to obtain a fine carbon fiber, it is not sufficient to finely mix the carbon precursor and other components, and the mixed resin has a large draw ratio. It needs to be extended. As a method for drawing a fiber in melt spinning, a method for increasing a draft during spinning and a method for drawing a once wound fiber are known. Here, in the method of increasing the draft at the time of spinning, since the stretching is performed in a state where the resin immediately after discharge is low, the stretching stress is low, and the action of stretching the internal carbonized resin is weak, which is proportional to the increase in the draft. The drawing effect cannot be obtained. On the other hand, in the method of drawing the fiber once wound up, the drawing is performed at a low temperature of not less than the glass transition and not more than the melting point. Therefore, the drawing stress is high and the effect of drawing the carbonized resin inside is high, but the draw ratio itself is low. In order to obtain finer carbon fibers, it is essential to produce fibers by combining the two in a balanced manner.

しかし、特許文献1に記載されているPEは溶融時の粘度が非常に高く、溶融紡糸時のドラフトを高く設定すると糸切れが多発するため、ドラフトを高く設定することが不可能であった。さらに、PEはガラス転移温度が室温より低く結晶化速度が速いため、溶融紡糸で得られる繊維は高度に結晶化したものとなり、一旦巻き取った繊維を延伸することも難しかった。また、特許文献2に記載されているPPはPEと比較して紡糸性が良好であり溶融紡糸時のドラフトは高く設定できるが、PEと同じようにガラス転移温度が室温以下であり、PEと同様に一旦巻き取った繊維を延伸することは難しかった。一方で、特許文献3に記載されているPMMAのような非晶性のポリオレフィンは繊維の可撓性が不足しており、製糸性が悪い上に延伸を行うことは不可能であった。このように、これまでの技術では製糸性と延伸性を両立することは困難であり、微細な炭素繊維を効率的に得ることが難しかった。
特開2001−73226号公報 特開2003−20517号公報 特開2004−43994号公報
However, PE described in Patent Document 1 has a very high viscosity at the time of melting, and if the draft at the time of melt spinning is set high, yarn breakage frequently occurs, so it was impossible to set the draft high. Furthermore, since PE has a glass transition temperature lower than room temperature and a high crystallization rate, the fiber obtained by melt spinning is highly crystallized, and it is difficult to stretch the fiber once wound. In addition, PP described in Patent Document 2 has better spinnability than PE and can be set to a high draft during melt spinning. However, like PE, the glass transition temperature is below room temperature, and PE and Similarly, it was difficult to draw the fiber once wound. On the other hand, amorphous polyolefins such as PMMA described in Patent Document 3 have insufficient fiber flexibility, and have poor yarn-making properties and cannot be stretched. As described above, it has been difficult to achieve both the spinning performance and the stretchability by the conventional techniques, and it has been difficult to efficiently obtain fine carbon fibers.
JP 2001-73226 A JP 2003-20517 A JP 2004-43994 A

本発明は微細炭素繊維を製造するのに好適で生産性の高い樹脂組成物およびブレンド繊維を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a resin composition and a blended fiber that are suitable for producing fine carbon fibers and have high productivity.

上記目的は、炭素繊維前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%からなり、ポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が300Pa・sec以下であることを特徴とする樹脂組成物によって解決される。 The above object consists of 5 to 50% by weight of a carbon fiber precursor and 95 to 50% by weight of polyester, and has a melt viscosity of 300 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester. This is solved by the resin composition characterized in that.

炭素繊維前駆体を、紡糸・延伸性に優れたポリエステルと混合することにより、繊維中の炭素前駆体を効率的に引き延ばすことが可能となり、微細な炭素繊維を製造することが可能となる。同時に、高速での溶融紡糸と延伸が可能となることから大幅に生産効率が向上し、製造コストを抑えることが可能になる。さらに、ポリエステル系の樹脂は高い熱安定性を示すため、炭素繊維前駆体に熱安定性を付与する処理を行う際の温度を高温にすることが可能となり、生産性の向上が図れる上、焼成初期の繊維形態の保持性が高く微細炭素繊維同士の融着を防ぐことが可能となる。   By mixing the carbon fiber precursor with a polyester excellent in spinning / drawing property, the carbon precursor in the fiber can be efficiently stretched, and fine carbon fibers can be produced. At the same time, since melt spinning and drawing at high speeds are possible, production efficiency is greatly improved, and manufacturing costs can be reduced. Furthermore, since the polyester-based resin exhibits high thermal stability, it is possible to increase the temperature at the time of performing the treatment for imparting thermal stability to the carbon fiber precursor, and it is possible to improve productivity and firing. The retainability of the initial fiber form is high, and it becomes possible to prevent fusion between fine carbon fibers.

本発明の樹脂組成物は、炭素繊維前駆体とポリエステルが混合されていることが重要である。ポリエステルは紡糸・延伸性に優れた樹脂であり、その内部に炭素前駆体を分散させることで、微細炭素繊維の原料となるブレンド繊維を効率的に生産することが可能となる。   In the resin composition of the present invention, it is important that a carbon fiber precursor and polyester are mixed. Polyester is a resin excellent in spinning and drawing properties, and by dispersing a carbon precursor therein, it is possible to efficiently produce a blended fiber as a raw material for fine carbon fibers.

上記のようなポリエステル中に炭素前駆体が分散した形態とするためには、両者の分率が重要であり、樹脂組成物全体の重量を100重量%として、炭素前駆体の重量が5〜50重量%で、ポリエステルが95〜50%であることが重要である。ポリエステルの分率が少ない方が焼成時の炭素繊維の収率が向上するため好ましいが、炭素前駆体の分率を多くすると紡糸性に悪影響を及ぼすため、炭素前駆体の重量は10〜30%がより好ましく、15〜20%であるとさらに好ましい。   In order to obtain a form in which the carbon precursor is dispersed in the polyester as described above, the ratio between the two is important. The weight of the carbon precursor is 5 to 50 with the total weight of the resin composition being 100% by weight. It is important that the polyester is 95-50% by weight. A lower polyester fraction is preferable because the yield of carbon fibers during firing is improved, but increasing the carbon precursor fraction adversely affects spinnability, so the weight of the carbon precursor is 10-30%. Is more preferable, and it is further more preferable in it being 15 to 20%.

本発明で言う炭素前駆体とは繊維化した後に焼成と呼ばれる高温での熱処理を行うことで炭素のみからなる炭素繊維を生成する物質のことを示す。ここで、本発明の樹脂組成物においては生産性の高い溶融紡糸法により繊維化を行うため、炭素前駆体も熱により可塑化し、成型可能となることが必要である。このような物質としては、ポリイミド、アクリロニトリル系樹脂、フェノール樹脂、セルロース誘導体、ピッチ及びそれらが主成分となる共重合体などから選ばれる1種または2種以上の混合物が用い得る。これらの中でも、アクリロニトリル系樹脂は曳糸性に優れるため好ましい。アクリロニトリル系樹脂に溶融賦形性を付与する方法としては特に制限はなく、水を付加する方法やアクリロニトリル以外の成分を共重合する方法等任意の方法を採用することができる。   The carbon precursor referred to in the present invention refers to a substance that forms carbon fibers made of only carbon by performing a high-temperature heat treatment called firing after fiberization. Here, in the resin composition of the present invention, fiberization is performed by a highly productive melt spinning method, and therefore, the carbon precursor must be plasticized by heat so that it can be molded. As such a substance, 1 type, or 2 or more types of mixtures chosen from a polyimide, an acrylonitrile-type resin, a phenol resin, a cellulose derivative, a pitch, and a copolymer which has them as a main component can be used. Among these, acrylonitrile-based resins are preferable because of excellent spinnability. The method for imparting melt shapeability to the acrylonitrile resin is not particularly limited, and any method such as a method of adding water or a method of copolymerizing components other than acrylonitrile can be employed.

本発明で言うポリエステルとは、主にエステル結合により構成される樹脂のことを言い、好ましい例としてポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸等が挙げられる。特に炭素繊維製造時にポリエステルを除去する必要があることから、熱により完全に分解される脂肪族ポリエステルが好ましく、最も好ましいのはポリ乳酸である。これらのポリエステルは、本発明の趣旨を損なわない範囲で他の成分を共重合していても良く、酸化防止剤、末端基封止剤等の添加剤を少量含有しても良い。
これらのポリエステルは製糸性に優れ、高ドラフトでの紡糸が可能であることから、溶融紡糸時の巻き取り速度を高く設定することが可能である。例えば、ポリエチレンテレフタレートでは7,000m/min以上の速度で工業的な生産が行われている。このような高ドラフトでの紡糸が可能であるため、繊維内部の炭素前駆体を引き伸ばし微細化を進めることが可能である上、高い生産性を確保することが可能となる。また、ポリエステルは室温より高いガラス転移点を持つことから、溶融紡糸時に急冷することで比較的高いドラフトで引き取ったときでも結晶化度が低く延伸性に優れた繊維を得ることが可能であり、更なる延伸を行うことが可能である。この延伸により繊維内部の炭素前駆体をさらに引き伸ばすことが可能となり、より微細な炭素繊維を得ることができる。さらに、延伸した繊維に熱処理を行うことで結晶化を促進し、繊維の耐熱性を向上することができる。このため、炭素前駆体を炭素化する工程での変形が減少し、得られる炭素繊維の品質が向上する上、処理温度が高く設定できるため生産性も向上させることが可能である。このため、ポリエステルの融点は150℃以上であることが好ましい。
The polyester referred to in the present invention refers to a resin mainly composed of ester bonds, and preferred examples include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polylactic acid. In particular, since it is necessary to remove the polyester at the time of carbon fiber production, an aliphatic polyester that is completely decomposed by heat is preferable, and polylactic acid is most preferable. These polyesters may be copolymerized with other components within a range not impairing the gist of the present invention, and may contain a small amount of additives such as an antioxidant and a terminal group blocking agent.
Since these polyesters are excellent in yarn production and can be spun at a high draft, it is possible to set a high winding speed during melt spinning. For example, polyethylene terephthalate is industrially produced at a speed of 7,000 m / min or higher. Since spinning at such a high draft is possible, the carbon precursor inside the fiber can be stretched and refined, and high productivity can be secured. In addition, since polyester has a glass transition point higher than room temperature, it is possible to obtain a fiber having a low crystallinity and excellent stretchability even when taken with a relatively high draft by quenching during melt spinning. Further stretching can be performed. This stretching makes it possible to further stretch the carbon precursor inside the fiber, and to obtain a finer carbon fiber. Furthermore, crystallization can be promoted by heat-treating the drawn fiber, and the heat resistance of the fiber can be improved. For this reason, the deformation | transformation in the process of carbonizing a carbon precursor reduces, The quality of the carbon fiber obtained improves, Since processing temperature can be set high, productivity can also be improved. For this reason, it is preferable that melting | fusing point of polyester is 150 degreeC or more.

また、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物中のポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1にて測定したときの溶融粘度が300Pa・sec以下であることが重要である。本発明の樹脂組成物のような非相溶のポリマーアロイにおいては成型加工時に不安定な流動状態を発生しやすく、特に溶融紡糸のような自由表面の多い成型を行う際には生産性が悪化しやすくなるが、成型温度における溶融粘度を低く抑えることにより流動状態を安定化し、生産性を改善することが可能である。そのため、本発明の樹脂組成物の融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1にて測定したときの溶融粘度は250Pa・sec以下であると好ましく、200Pa・sec以下であるとさらに好ましい。 In addition, it is important that the resin composition of the present invention has a melt viscosity of 300 Pa · sec or less when measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester in the resin composition. An incompatible polymer alloy such as the resin composition of the present invention is likely to generate an unstable flow state at the time of molding, and the productivity deteriorates particularly when molding with a large free surface such as melt spinning. However, it is possible to stabilize the flow state and improve productivity by keeping the melt viscosity at the molding temperature low. Therefore, the melt viscosity when measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the resin composition of the present invention is preferably 250 Pa · sec or less, and more preferably 200 Pa · sec or less.

さらに、樹脂組成物の成型安定性については混合比率の高いポリエステルの粘度がより重要であり、樹脂組成物を構成するポリエステル成分単体で、該ポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1にて測定したときの溶融粘度が200Pa・sec以下であることが好ましく、100Pa・sec以下であるとより好ましい。 Furthermore, the viscosity of the polyester having a high mixing ratio is more important for the molding stability of the resin composition. The polyester component alone constituting the resin composition is a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester. The melt viscosity is preferably 200 Pa · sec or less, more preferably 100 Pa · sec or less, as measured by.

ここで、本発明における融点とは示差走査熱量計(パーキンエルマー社製DSC)で行う示差熱量測定において、測定する樹脂を室温から16℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度を指す。ここで、結晶性を示さず示差走査熱量計による測定において明確な吸熱ピークを示さない樹脂については軟化点を融点の代わりに用いる。また、溶融粘度はキャピラリーレオメーター(東洋精機製作所(株)キャピログラフ1B型)により測定される値である。   Here, the melting point in the present invention is an endotherm observed when a resin to be measured is measured at a temperature rising condition of 16 ° C./min from room temperature in a differential calorimetry performed by a differential scanning calorimeter (DSC manufactured by Perkin Elmer). Refers to peak temperature. Here, for a resin that does not show crystallinity and does not show a clear endothermic peak in measurement with a differential scanning calorimeter, the softening point is used instead of the melting point. The melt viscosity is a value measured with a capillary rheometer (Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. Capillograph Type 1B).

本発明の樹脂組成物は、上記炭素前駆体とポリエステルの他に、発明の趣旨を損なわない範囲で他の成分を混合することも可能であり、両性分の相溶性を改善するために相溶化剤等を添加しても良い。   In addition to the above carbon precursor and polyester, the resin composition of the present invention can be mixed with other components within a range that does not impair the spirit of the invention. An agent or the like may be added.

上記樹脂組成物を繊維状にすることで微細炭素繊維の製造に好適なブレンド繊維となる。このブレンド繊維は、炭素前駆体を島成分、ポリエステルを海成分とする海島型ブレンド繊維であることが重要である。このような構造をとっているため、焼成前または焼成中にポリエステル成分を取り除くことにより、元のブレンド繊維中の炭素前駆体からなる微細な繊維を取り出すことが可能となり、さらに焼成を進めることで微細炭素繊維を製造することが可能となる。   By making the said resin composition into a fiber form, it becomes a blend fiber suitable for manufacture of a fine carbon fiber. It is important that the blend fiber is a sea-island type blend fiber in which the carbon precursor is an island component and polyester is a sea component. Because of this structure, by removing the polyester component before or during firing, it becomes possible to take out fine fibers consisting of the carbon precursor in the original blend fiber, and by further firing It becomes possible to produce fine carbon fibers.

焼成後に微細な炭素繊維を得るためにはブレンド繊維中で炭素前駆体を微細化しておく必要があり、ブレンド繊維の繊維軸に垂直な横断面内において炭素前駆体により形成される島成分の平均直径が500nm以下であることが好ましい。横断面内の島成分の直径は繊維軸に垂直方向に切り出した薄片サンプルを必要により染色して透過型電子顕微鏡(TEM)により観察することによって測定することが可能であり、繊維断面の1/10以上の面積が入ったTEM写真において画像処理を行い、個々の島成分の直径を算出し、得られた島成分の半径の平均値を取ることで平均直径を得ることができる。より微細な炭素繊維を得るためには島成分の直径は小さいことが好ましく、200nm以下であればさらに好ましい。ただし、焼成時の取り扱い性や生産性を考慮すると、島成分の直径は1nm以上であることが好ましい。   In order to obtain fine carbon fibers after firing, it is necessary to refine the carbon precursor in the blend fiber, and the average of island components formed by the carbon precursor in the cross section perpendicular to the fiber axis of the blend fiber The diameter is preferably 500 nm or less. The diameter of the island component in the cross section can be measured by staining a thin piece sample cut in the direction perpendicular to the fiber axis as necessary and observing with a transmission electron microscope (TEM). An average diameter can be obtained by performing image processing on a TEM photograph containing 10 or more areas, calculating the diameter of each island component, and taking the average value of the radii of the obtained island components. In order to obtain finer carbon fibers, the diameter of the island component is preferably small, and more preferably 200 nm or less. However, considering the handleability and productivity during firing, the island component preferably has a diameter of 1 nm or more.

このようなブレンド繊維は、炭素前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%を混合して溶融紡糸することで作成することができる。炭素前駆体とポリエステルの混合と溶融紡糸は別々に行っても連続的に行ってもよいが、炭素前駆体がポリエステル中に均一に分散するよう、十分に混練を行うことが重要である。混合は静的な混練装置を用いても動的な混練装置を用いても良いが、十分な混練を行うためには静止混練機であれば10万分割以上の分割能力を持つものが好ましく、動的混練機であれば2軸混練押出機が好ましい。   Such a blended fiber can be prepared by mixing 5-50% by weight of a carbon precursor and 95-50% by weight of polyester and melt spinning. Mixing and melt spinning of the carbon precursor and the polyester may be performed separately or continuously, but it is important that the carbon precursor is sufficiently kneaded so that the carbon precursor is uniformly dispersed in the polyester. Mixing may be performed using a static kneading apparatus or a dynamic kneading apparatus, but in order to perform sufficient kneading, a stationary kneader having a dividing ability of 100,000 or more is preferable. If it is a dynamic kneading machine, a twin-screw kneading extruder is preferable.

紡糸方法としては溶融紡糸法を用いることが重要である。溶融紡糸法は溶液紡糸法と比較して巻き取り速度を高く設定することが可能であり生産性に優れる上、溶媒の回収等も必要ないため設備負担が少なく、コストを低く押さえることが可能である。また、溶融紡糸で用いる樹脂の溶融体は溶液紡糸で用いる樹脂溶液よりも高粘度であるため、混合で作成した海島構造が安定している。さらに、溶融紡糸では紡糸線の冷却により、溶液紡糸では溶剤の分散により構造の固定が行われるが、溶融紡糸における紡糸線の冷却の方がはるかに早く進行するため、海島構造が乱れる前に固定化することが可能であり、均質な海島構造を有するブレンド繊維が作成可能である。   As a spinning method, it is important to use a melt spinning method. The melt spinning method can set the winding speed higher than that of the solution spinning method and is excellent in productivity, and it does not require recovery of the solvent, so there is less equipment burden and the cost can be kept low. is there. Moreover, since the melt of the resin used for melt spinning has a higher viscosity than the resin solution used for solution spinning, the sea-island structure created by mixing is stable. Furthermore, in melt spinning, the structure is fixed by cooling the spinning line, and in solution spinning, the solvent is dispersed. However, since the spinning line in melt spinning proceeds much faster, the structure is fixed before the sea-island structure is disturbed. It is possible to make a blend fiber having a homogeneous sea-island structure.

溶融紡糸の装置としてはエクストルーダー型、プレッシャーメルタ型など公知の紡糸装置を用いることが可能であるが、混練能力の高い紡糸装置であれば混合と溶融紡糸を連続して行うことができ生産性に優れるため好ましい。紡糸条件は製糸性が良好となるように任意に設定が可能であるが、複数の樹脂の混合物の溶融紡糸であるため、口金の選定や冷却条件の設定には注意が必要である。具体的には、混合物の紡糸の際には吐出直後に紡糸線が太くなるバラス効果が発生しやすく、製糸性を減少する要因となるため、必要に応じて吐出口径の大きな口金を選択する必要がある。この時、吐出圧力が極端に低くなると、吐出の安定性が低くなるため、吐出孔途中に絞り部を設けた口金とすることが好ましい。また、混合物の紡糸の際には吐出後の繊維が周期的に太細するさみだれ現象が発生し易いため、吐出から冷却開始までの時間を短くすることも重要である。   As the melt spinning apparatus, a known spinning apparatus such as an extruder type or a pressure melter type can be used. However, if the spinning apparatus has a high kneading capacity, mixing and melt spinning can be carried out continuously to improve productivity. It is preferable because it is excellent. The spinning conditions can be arbitrarily set so that the spinning property is good. However, since the spinning is a melt spinning of a mixture of a plurality of resins, care must be taken in selecting the die and setting the cooling conditions. Specifically, when spinning the mixture, a ballast effect that thickens the spinning line immediately after discharge is likely to occur, and this may cause a decrease in yarn production. Therefore, it is necessary to select a die having a large discharge port diameter as necessary. There is. At this time, if the discharge pressure becomes extremely low, the stability of discharge becomes low. Therefore, it is preferable to use a die having a throttle portion provided in the middle of the discharge hole. In addition, it is also important to shorten the time from the discharge to the start of cooling because the squeezing phenomenon in which the fibers after discharge are periodically thickened tends to occur during spinning of the mixture.

溶融紡糸時の巻き取り速度は糸切れが多発しない範囲で高く設定することが生産性向上につながるが、本発明の樹脂組成物は紡糸性の良好なポリエステルをベースとしているため、ドラフトを高くしても安定しており、5,000m/min以上の高速で巻き取ることも可能である。このような高いドラフトで巻き取ることにより、元々の海島構造を引き延ばし、海成分である炭素前駆体を細く長い繊維状に変形させることができる。ただし、溶融紡糸による変形は吐出直後の温度の非常に高く、粘度の低いところで集中して行われるため、繊維内部の炭素前駆体を引き伸ばす効果は飽和する傾向がある。その一方で、ドラフトを大きく取りすぎると紡糸線上で配向結晶化が起こるようになり、巻き取り繊維の延伸性が低下してしまう。このため、好ましい巻き取り速度は500m/min〜8,000m/minであり、1,000m/min〜5,000m/minであるとより好ましく、2,000m/min〜4,000m/minであるとさらに好ましい。   Setting the winding speed at the time of melt spinning as high as possible within the range where yarn breakage does not occur frequently leads to improvement in productivity.However, since the resin composition of the present invention is based on polyester with good spinnability, the draft is increased. However, it is stable and can be wound at a high speed of 5,000 m / min or more. By winding up with such a high draft, it is possible to stretch the original sea-island structure and transform the carbon precursor, which is a sea component, into a thin and long fiber. However, since deformation by melt spinning is performed at a very high temperature immediately after discharge and concentrated at a low viscosity, the effect of stretching the carbon precursor inside the fiber tends to be saturated. On the other hand, if the draft is excessively large, orientational crystallization occurs on the spinning line, and the drawability of the wound fiber decreases. For this reason, the preferable winding speed is 500 m / min to 8,000 m / min, more preferably 1,000 m / min to 5,000 m / min, and 2,000 m / min to 4,000 m / min. And more preferred.

さらに、得られたブレンド繊維は延伸を行うことが好ましい。得られたブレンド繊維を延伸することで、繊維内部の炭素前駆体をさらに引き伸ばし、微細化することが可能である。この延伸時の変形は溶融紡糸時の変形よりも低い温度で行われるため、内部の炭素前駆体に働く応力が大きく、界面張力による緩和挙動も小さいため、効率的に炭素前駆体を微細化することが可能である。このため、延伸温度はできるだけ低くすることが好ましいが、ガラス転移温度以下で延伸を行うとむらが発生しやすいため、ポリエステルと炭素前駆体の高い方のガラス転移温度より10〜20℃高い温度とすることが好ましい。ここで、延伸倍率は高いほど微細化が進行するため好ましいが、後に述べる伸度との関係で適正値を選択する必要がある。     Further, the obtained blended fiber is preferably stretched. By stretching the obtained blended fiber, it is possible to further stretch and refine the carbon precursor inside the fiber. Since the deformation during stretching is performed at a lower temperature than the deformation during melt spinning, the stress acting on the internal carbon precursor is large, and the relaxation behavior due to interfacial tension is small, so the carbon precursor is efficiently refined. It is possible. For this reason, it is preferable to make the stretching temperature as low as possible, but unevenness is likely to occur when stretching is performed at a temperature lower than the glass transition temperature. Therefore, the temperature is 10 to 20 ° C. higher than the glass transition temperature of the higher polyester and carbon precursor. It is preferable to do. Here, the higher the draw ratio, the better because the finer progresses, but it is necessary to select an appropriate value in relation to the elongation described later.

得られたブレンド繊維を延伸することで、ブレンド繊維中の炭素前駆体を微細化すると同時に、ブレンド繊維の強度を改善することも可能である。ブレンド繊維の強度が高ければ外力による変形を低減できるため、糸束の取り扱い性と工程通過性が向上する。このため、ブレンド繊維の強度は1cN/dTex以上であることが好ましく、2cN/dTex以上であればさらに好ましい。ただし、延伸後の繊維の伸度が小さくなりすぎると糸切れの原因となり生産性が低下するため、延伸糸の伸度は20%以上であることが好ましい。
ブレンド繊維には延伸に加えて熱処理を行うことが好ましい。熱処理を行うことでポリエステルの結晶化を促進し、ブレンド繊維の耐熱性を向上することができる。このように耐熱性を向上することで、後の炭素化の工程における繊維の変形を抑制し、得られる炭素繊維の品質を向上することができる。同時に、後の工程における処理温度を高温にすることが可能となり、生産性を向上することも可能である。熱処理はガラス転移温度と融点の間の温度で行うことが好ましく、ポリエステルの(ガラス転移温度+20℃)から(融点―30℃)の間で行うことが好ましい。
By stretching the obtained blended fiber, it is possible to refine the carbon precursor in the blended fiber and simultaneously improve the strength of the blended fiber. If the strength of the blended fiber is high, deformation due to external force can be reduced, so that the handleability and processability of the yarn bundle are improved. For this reason, the strength of the blended fiber is preferably 1 cN / dTex or more, and more preferably 2 cN / dTex or more. However, if the elongation of the fiber after drawing becomes too small, it causes thread breakage and the productivity is lowered. Therefore, the elongation of the drawn yarn is preferably 20% or more.
The blended fiber is preferably subjected to heat treatment in addition to stretching. By performing the heat treatment, crystallization of the polyester can be promoted, and the heat resistance of the blended fiber can be improved. Thus, by improving heat resistance, the deformation | transformation of the fiber in the process of subsequent carbonization can be suppressed and the quality of the carbon fiber obtained can be improved. At the same time, it is possible to increase the processing temperature in the subsequent process, and it is possible to improve productivity. The heat treatment is preferably performed at a temperature between the glass transition temperature and the melting point, and is preferably performed between (glass transition temperature + 20 ° C.) and (melting point−30 ° C.) of the polyester.

このようにして得られたブレンド繊維を用いて、ブレンド繊維中の炭素前駆体に熱安定性を付与する工程と、ブレンド繊維中のポリエステルを除去する工程と、焼成して炭素繊維を製造する工程を行うことにより、微細な炭素繊維を製造することができる。   Using the blended fiber thus obtained, a process for imparting thermal stability to the carbon precursor in the blended fiber, a process for removing the polyester in the blended fiber, and a process for producing carbon fiber by firing By performing this, fine carbon fibers can be produced.

ブレンド繊維中の炭素前駆体を架橋させて熱安定性を付与する工程は、溶融紡糸時には熱可塑性を有していた炭素前駆体を、焼成時に形態が変化しないように熱安定性を付与する工程であり、炭素前駆体に応じた処理を行うことが必要である。例えば、炭素前駆体がピッチの場合には微量の酸素の存在下で加熱を行うことでベンゼンシート同士の結合を促進し熱安定性を付与することが可能であり、フェノール樹脂の場合には架橋触媒の存在下にアルデヒド類で架橋反応させることで熱安定性を付与することが可能である。また、アクリロニトリル系の樹脂の場合には融点付近で熱処理を行うことで、アクリロニトリル基による環化反応が進行し熱安定性が付与される。   The step of imparting thermal stability by crosslinking the carbon precursor in the blended fiber is a step of imparting thermal stability so that the shape of the carbon precursor that had thermoplasticity during melt spinning does not change during firing. It is necessary to perform a treatment according to the carbon precursor. For example, when the carbon precursor is pitch, it is possible to promote bonding between benzene sheets by heating in the presence of a small amount of oxygen and to impart thermal stability. Thermal stability can be imparted by a crosslinking reaction with aldehydes in the presence of a catalyst. In the case of an acrylonitrile-based resin, heat treatment is performed near the melting point, whereby a cyclization reaction by an acrylonitrile group proceeds and thermal stability is imparted.

ブレンド繊維中のポリエステルの除去は、アルカリなどによる加水分解や、熱による熱分解によって行うことができる。アルカリによる加水分解を行う場合、ポリエステルの除去処理は炭素前駆体に熱安定性を付与する前に行っても炭素前駆体に熱安定性を付与した後に行ってもよいが、ポリエステルを除去してしまうとブレンド繊維は微細な炭素前駆体繊維の集合体となり、取り扱い性が低下する上、炭素前駆体繊維が微細であるほどお互いに融着しやすくなるため、ポリエステルの除去は炭素前駆体に熱安定性を付与した後に行うことが好ましい。熱による熱分解によってポリエステルを除去する場合、一般にポリエステルの熱分解温度は炭素前駆体の軟化点より高温であるため、予め炭素前駆体に熱安定性を付与する処理を行っておくことが必要である。また、熱による熱分解によってポリエステルを除去する場合、次の焼成工程での熱処理時に焼成と同時に熱分解が進行するため、ポリエステルの除去処理と焼成を同時に行うことが可能となり生産性が向上するため好ましい。ただし、分子鎖中にベンゼン環を有する芳香族ポリエステルは不活性雰囲気下においては完全に熱分解しないため、ポリエステルの除去と焼成とを同時に行うことは不可能である。この場合、通常の焼成を行うより低い温度において少量の酸素を含む雰囲気下でポリエステルを熱分解させた後に本焼成を行うことでポリエステルの分解と焼成を連続的に行うことが好ましい。   The polyester in the blend fiber can be removed by hydrolysis with alkali or the like, or thermal decomposition with heat. When hydrolyzing with alkali, the polyester removal treatment may be performed before imparting thermal stability to the carbon precursor or after imparting thermal stability to the carbon precursor. In other words, the blended fiber becomes an aggregate of fine carbon precursor fibers, and the handleability is reduced, and the finer the carbon precursor fibers are, the more easily they are fused to each other. It is preferable to carry out after imparting stability. When removing polyester by thermal decomposition by heat, since the thermal decomposition temperature of polyester is generally higher than the softening point of the carbon precursor, it is necessary to carry out a treatment for imparting thermal stability to the carbon precursor in advance. is there. In addition, when removing polyester by thermal decomposition due to heat, since thermal decomposition proceeds simultaneously with baking during the heat treatment in the next baking step, it is possible to perform the polyester removal treatment and baking simultaneously, thereby improving productivity. preferable. However, since an aromatic polyester having a benzene ring in the molecular chain is not completely thermally decomposed in an inert atmosphere, it is impossible to simultaneously remove and bake the polyester. In this case, it is preferable that the polyester is decomposed and fired continuously by carrying out the main baking after thermally decomposing the polyester in an atmosphere containing a small amount of oxygen at a lower temperature than the normal baking.

焼成して炭素繊維を得る工程では、炭素化樹脂内部の炭素以外の元素を除去し、純粋な炭素からなる繊維を作成する。焼成は公知の方法に従って良く、窒素やアルゴン等の不活性ガス下において600〜1200℃の熱処理を行うのが好ましい。   In the step of obtaining carbon fibers by firing, elements other than carbon inside the carbonized resin are removed to produce fibers made of pure carbon. Firing may be performed according to a known method, and it is preferable to perform heat treatment at 600 to 1200 ° C. under an inert gas such as nitrogen or argon.

このようにして得られる炭素繊維は、元のブレンド繊維中の炭素化樹脂の形状を反映して極めて細いことが特徴であり、大きな表面積を活用して高性能な電極や吸着材に使用できるほか、優れた力学特性から樹脂の添加剤や複合材料の補強材としても有用なものである。   The carbon fiber obtained in this way is characterized by being extremely thin reflecting the shape of the carbonized resin in the original blend fiber, and can be used for high-performance electrodes and adsorbents by utilizing a large surface area. Because of its excellent mechanical properties, it is also useful as a resin additive and a reinforcing material for composite materials.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、各実施例中における各種測定値は下記手法により測定された値である。
A.ブレンド繊維中の島成分の平均直径
ブレンド繊維をエポキシ樹脂に含浸した上で、RuOによる染色を行った後にミクロトームを用いて繊維軸に垂直な面の超薄切片を作製し、透過型電子顕微鏡((株)日立製作所、H−7100FA)により繊維中央部を4万倍の倍率で観察を行い、得られた画像を画像処理ソフト(三谷商事(株)製、Winroof)で円形図形分離を行い、島成分の面積と円換算径を測定した後、下記式を用いて求めた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, the various measured values in each Example are the values measured by the following method.
A. Average diameter of island component in blended fiber After impregnating the blended fiber with epoxy resin and dyeing with RuO 4, an ultrathin section with a plane perpendicular to the fiber axis was prepared using a microtome, and a transmission electron microscope (( Hitachi, Ltd., H-7100FA) was used to observe the center of the fiber at a magnification of 40,000 times, and the resulting image was subjected to circular figure separation with image processing software (Mitani Corporation, Winroof). After measuring the area of the component and the circle-converted diameter, it was determined using the following formula.

B.融点
示差走査熱量計(パーキンエルマー社製DSC)を用いて室温から16℃/分の昇温条件で測定し、観測される吸熱ピーク温度を融点とした。
C.溶融粘度
キャピラリーレオメーター(東洋精機製作所(株)製キャピログラフ1B型)を用いて、孔径1mmφ、L/D=10のダイスを用い、剪断速度1216sec−1で測定した。
D.強伸度
引張試験機(オリエンテック(株)製UTM−III )試長20cm/分、引張速度20cm/分で試験を行い、強度及び伸度を求めた。
B. Melting point Measurement was carried out using a differential scanning calorimeter (DSC, manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd.) under a temperature rising condition from room temperature to 16 ° C./min, and the observed endothermic peak temperature was taken as the melting point.
C. Melt Viscosity Using a capillary rheometer (Capillograph Type 1B, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), a die having a pore diameter of 1 mmφ and L / D = 10 was measured at a shear rate of 1216 sec −1 .
D. High Elongation Tensile Tester (Orientec Co., Ltd. UTM-III) Test length was 20 cm / min and tensile rate was 20 cm / min to obtain strength and elongation.

実施例1
熱可塑性ポリアクリロニトリル樹脂(三井化学(株)製、バレックス#3000)20重量%とポリ乳酸(Cargill Dow Polymer LLC製、6250D、融点170℃、220℃における溶融粘度83Pa・sec)80重量%を2軸混練押出機(テクノベル(株)、KZW15TWIN−30MG−FSS)を用いて設定温度190℃でスクリュー回転数250rpm、処理速度4kg/hで混練を行い、樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性、曳糸性ともに良好であり、1時間の試作時間内においてガット切れは発生しなかった。なお、得られた樹脂組成物の220℃における溶融粘度は164Pa・secであった。
Example 1
20% by weight of thermoplastic polyacrylonitrile resin (manufactured by Mitsui Chemicals, Valex # 3000) and 80% by weight of polylactic acid (manufactured by Cargill Dow Polymer LLC, 6250D, melting point 170 ° C., melt viscosity 83 ° C. at 220 ° C.) 2 Using a shaft kneading extruder (Technobel Co., Ltd., KZW15TWIN-30MG-FSS), kneading was performed at a set temperature of 190 ° C. with a screw rotation speed of 250 rpm and a processing speed of 4 kg / h to prepare a resin composition. The stability and spinnability of the kneaded gut were good, and no gut breakage occurred within 1 hour of trial production time. The melt viscosity at 220 ° C. of the obtained resin composition was 164 Pa · sec.

実施例2
混合比率を熱可塑性ポリアクリロニトリル樹脂40重量%とポリ乳酸60重量%に変えた以外は実施例1と同様に樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性、曳糸性共に良好であり、1時間の試作時間内においてガット切れは発生しなかった。なお、得られた樹脂組成物の220℃における溶融粘度は246Pa・secであった。
Example 2
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio was changed to 40% by weight of thermoplastic polyacrylonitrile resin and 60% by weight of polylactic acid. The stability and spinnability of the kneaded gut were good, and no gut breakage occurred within 1 hour of trial production time. The melt viscosity at 220 ° C. of the obtained resin composition was 246 Pa · sec.

実施例3
ポリ乳酸をCargill Dow Polymer LLC製6200D(融点170℃、溶融粘度155Pa・sec)に変えた以外は実施例1と同様に樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性はやや低く、1時間の試作時間内において1回ガット切れが発生した。なお、得られた樹脂組成物の220℃における溶融粘度は222Pa・secであった。
Example 3
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that polylactic acid was changed to 6200D (melting point: 170 ° C., melt viscosity: 155 Pa · sec) manufactured by Cargill Dow Polymer LLC. The stability of the kneaded gut was somewhat low, and one piece of gut was generated within one hour of the trial production time. The melt viscosity at 220 ° C. of the obtained resin composition was 222 Pa · sec.

比較例1
混合比率を熱可塑性ポリアクリロニトリル樹脂60重量%とポリ乳酸40重量%に変えた以外は実施例1と同様に樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性は極めて低く、1時間の試作時間内に12回のガット切れが発生した。なお、得られた樹脂組成物の220℃における溶融粘度は327Pa・secであった。
Comparative Example 1
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio was changed to 60% by weight of thermoplastic polyacrylonitrile resin and 40% by weight of polylactic acid. The stability of the kneaded gut was extremely low, and 12 pieces of gut breakage occurred within one hour of the trial production time. The melt viscosity at 220 ° C. of the obtained resin composition was 327 Pa · sec.

比較例2
実施例1で用いた熱可塑性ポリアクリロニトリル樹脂20重量%と、メタクリル樹脂(住友化学(株)、スミペックスLG35)80重量%を実施例1と同様に混錬し、樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性はやや低く、1時間の試作時間内に3回のガット切れが発生した。
Comparative Example 2
20% by weight of the thermoplastic polyacrylonitrile resin used in Example 1 and 80% by weight of a methacrylic resin (Sumitomo Chemical Co., Ltd., Sumipex LG35) were kneaded in the same manner as in Example 1 to prepare a resin composition. The stability of the kneaded gut was somewhat low, and three gut breaks occurred within one hour of the trial production time.

比較例3
ノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト(株)、PR−50731)20重量%と、低密度ポリエチレン(三井住友ポリオレフィン(株)、ミラソンFL60)80重量%を実施例1と同様の2軸混練押出機を用いて設定温度120℃でスクリュー回転数300rpm、処理速度4kg/hで混練を行い、樹脂組成物を作成した。混練ガットの安定性は安定しており、1時間の試作時間内においてガット切れは発生しなかった。
Comparative Example 3
A twin-screw kneading extruder similar to that used in Example 1 was prepared by using 20% by weight of novolak type phenolic resin (Sumitomo Bakelite Co., Ltd., PR-50731) and 80% by weight of low density polyethylene (Sumitomo Mitsui Polyolefin Co., Ltd., Mirason FL60). The resulting mixture was kneaded at a set temperature of 120 ° C. and a screw rotation speed of 300 rpm and a processing speed of 4 kg / h to prepare a resin composition. The stability of the kneaded gut was stable, and no gut breakage occurred within one hour of trial production time.

実施例4
実施例1で作製した樹脂組成物をプレッシャーメルタ型の溶融紡糸装置に投入し、メルタ温度205℃、スピンブロック温度195℃に設定して、孔径0.23mmの口金を用いて口金面深度5cmに設定して1200m/minの巻き取り速度で溶融紡糸を行い60dTex、6フィラメントのブレンド繊維を作製した。さらに、巻き取った繊維を第1加熱ローラー(1HR)を90℃、第2加熱ローラー(2HR)を100℃に設定した延伸機を用いて、延伸速度600m/minで2.6倍の延伸を行った。延伸中に糸切れや毛羽の発生は無く、安定して延伸糸を作製することができた。得られた繊維の横断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が島成分として均一に分散している海島型混合繊維であった。この繊維の断面TEM観察の結果を図1に示す。断面写真の画像処理により島成分の直径を計測したところ、式1により計算される平均直径は140nmであった。また、このブレンド繊維の強度は2.9cN/dTex、伸度は54%であった。
Example 4
The resin composition produced in Example 1 was put into a pressure melter type melt spinning apparatus, set to a melter temperature of 205 ° C. and a spin block temperature of 195 ° C., and using a die with a hole diameter of 0.23 mm, the die surface depth was 5 cm. It was set and melt spinning was performed at a winding speed of 1200 m / min to produce a blend fiber of 60 dTex, 6 filaments. Furthermore, the drawn fiber was stretched 2.6 times at a stretching speed of 600 m / min using a stretching machine in which the first heating roller (1HR) was set to 90 ° C. and the second heating roller (2HR) was set to 100 ° C. went. There was no yarn breakage or fluffing during drawing, and the drawn yarn could be stably produced. When the cross section of the obtained fiber was observed, it was a sea-island type mixed fiber in which the thermoplastic acrylonitrile resin was uniformly dispersed as an island component. The result of cross-sectional TEM observation of this fiber is shown in FIG. When the diameter of the island component was measured by image processing of the cross-sectional photograph, the average diameter calculated by Equation 1 was 140 nm. The blend fiber had a strength of 2.9 cN / dTex and an elongation of 54%.

実施例5
樹脂組成物を実施例2で作製したものに変更した以外は実施例4と同様の設定で溶融紡糸を行った。得られた繊維を実施例4と同様の条件で1.8倍に延伸した。この時、糸切れは発生しなかったが、延伸糸には多少の毛羽が見られた。この繊維の横断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が島成分としてほぼ均一に分散している海島型混合繊維であった。この繊維の断面TEM観察の結果を図2に示す。断面写真の画像処理により島成分の直径を計測したところ、式1により計算される平均直径は174nmであった。また、このブレンド繊維の強度は1.8cN/dTex、伸度は21%だった。
Example 5
Melt spinning was performed with the same settings as in Example 4 except that the resin composition was changed to that prepared in Example 2. The obtained fiber was stretched 1.8 times under the same conditions as in Example 4. At this time, yarn breakage did not occur, but some fluff was observed in the drawn yarn. When the cross section of this fiber was observed, it was a sea-island type mixed fiber in which the thermoplastic acrylonitrile resin was dispersed almost uniformly as an island component. The result of cross-sectional TEM observation of this fiber is shown in FIG. When the diameter of the island component was measured by image processing of the cross-sectional photograph, the average diameter calculated by Equation 1 was 174 nm. The blend fiber had a strength of 1.8 cN / dTex and an elongation of 21%.

実施例6
樹脂組成物を実施例3で作製したものに変更した以外は実施例4と同様の設定で溶融紡糸を行った。その結果、糸切れが散見されたため紡糸速度を900m/minに落としたところ糸切れ無く繊維を得ることができた。この繊維を実施例4と同様の条件で2.4倍に延伸した。この繊維の横断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が島成分としてほぼ均一に分散している海島型混合繊維であった。この繊維の断面TEM観察の結果を図3に示す。断面写真の画像処理により島成分の直径を計測したところ、式1により計算される平均直径は132nmであった。また、このブレンド繊維の強度は3.5cN/dTex、伸度は49%であった。
Example 6
Melt spinning was performed with the same settings as in Example 4 except that the resin composition was changed to that prepared in Example 3. As a result, yarn breakage was observed, and when the spinning speed was lowered to 900 m / min, fibers could be obtained without yarn breakage. This fiber was stretched 2.4 times under the same conditions as in Example 4. When the cross section of this fiber was observed, it was a sea-island type mixed fiber in which the thermoplastic acrylonitrile resin was dispersed almost uniformly as an island component. The result of cross-sectional TEM observation of this fiber is shown in FIG. When the diameter of the island component was measured by image processing of the cross-sectional photograph, the average diameter calculated by Equation 1 was 132 nm. The blend fiber had a strength of 3.5 cN / dTex and an elongation of 49%.

実施例7
巻き取り速度を3,000m/minに変更した以外は実施例4と同様に溶融紡糸を行いブレンド繊維を作製した。続いて、得られた延伸糸を実施例4と同様の条件で1.5倍に延伸を行い延伸糸を作製した。得られた繊維の断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が島成分として均一に分散した海島型混合繊維であった。この繊維の断面写真を画像処理して島成分の直径を計測したところ、式1により計算される平均直径は129nmであった。また、このブレンド繊維の強度は2.4cN/dTex、伸度は38%であった。
Example 7
A blend fiber was prepared by melt spinning in the same manner as in Example 4 except that the winding speed was changed to 3,000 m / min. Subsequently, the obtained drawn yarn was drawn 1.5 times under the same conditions as in Example 4 to produce a drawn yarn. When the cross section of the obtained fiber was observed, it was a sea-island type mixed fiber in which the thermoplastic acrylonitrile resin was uniformly dispersed as an island component. When the cross-sectional photograph of this fiber was image-processed and the diameter of the island component was measured, the average diameter calculated by Formula 1 was 129 nm. The blend fiber had a strength of 2.4 cN / dTex and an elongation of 38%.

比較例4
比較例1で作製した樹脂組成物を実施例4と同様の紡糸機に投入し、メルタ温度215℃、スピンブロック温度215℃の設定で、0.3mmφの口金を用いて溶融紡糸を行い60dTex、6フィラメントのブレンド繊維を作製した。紡糸は巻取速度900m/minでは糸切れが激しく紡糸が不可能であり、巻取速度600m/minまで巻取速度を下げてようやく紡糸が可能となった。得られた繊維の横断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が海成分の海島型ブレンド繊維であった。
Comparative Example 4
The resin composition produced in Comparative Example 1 was put into the same spinning machine as in Example 4, and melt spinning was performed using a 0.3 mmφ die at a melter temperature of 215 ° C. and a spin block temperature of 215 ° C., and 60 dTex, A 6-filament blend fiber was prepared. As for spinning, when the winding speed was 900 m / min, the yarn breakage was severe and spinning was impossible, and it was finally possible to reduce the winding speed to a winding speed of 600 m / min. When the cross section of the obtained fiber was observed, it was found that the thermoplastic acrylonitrile resin was a sea-island type blend fiber.

比較例5
比較例2で作製した樹脂組成物を実施例4と同様の紡糸機に投入し、メルタ温度220℃、スピンブロック温度230℃の設定で、0.6mmφの口金を用いて溶融紡糸を行い60dTex、6フィラメントのブレンド繊維を作製した。紡糸は巻取速度900m/minでは糸切れが激しく紡糸が不可能であり、巻取速度500m/minまで巻取速度を下げてようやく紡糸が可能となった。また、得られた繊維は非常に脆く、延伸は不可能であった。この繊維の横断面観察を行ったところ、熱可塑性アクリロニトリル樹脂が島成分の海島型ブレンド繊維であったが、島成分の直径ばらつきが非常に大きい物であった。この繊維の断面TEM観察の結果を図4に示す。繊維断面写真の画像処理により島成分の直径を計測したところ、式1により計算される平均直径は270nmであった。また、非常に脆いため強伸度の測定は不可能であった。
Comparative Example 5
The resin composition prepared in Comparative Example 2 was put into the same spinning machine as in Example 4, and melt spinning was performed using a 0.6 mmφ die with a melter temperature of 220 ° C. and a spin block temperature of 230 ° C., and 60 dTex, A 6-filament blend fiber was prepared. As for spinning, when the winding speed was 900 m / min, the yarn breakage was severe and spinning was impossible, and it was finally possible to perform spinning by lowering the winding speed to a winding speed of 500 m / min. Further, the obtained fiber was very brittle and could not be drawn. When the cross section of this fiber was observed, it was found that the thermoplastic acrylonitrile resin was a sea-island type blend fiber having an island component, but the island component had a very large diameter variation. The result of cross-sectional TEM observation of this fiber is shown in FIG. When the diameter of the island component was measured by image processing of the fiber cross-sectional photograph, the average diameter calculated by Equation 1 was 270 nm. Moreover, since it was very brittle, it was impossible to measure the strength.

比較例6
比較例3で作製した樹脂組成物を実施例4と同様の紡糸機に投入し、メルタ温度190℃、スピンブロック温度190℃の設定で、0.6mmφの口金を用いて溶融紡糸を行い60dTex、6フィラメントのブレンド繊維を作製した。紡糸は巻取速度600m/minでも糸切れが激しく紡糸が不可能であり、巻取速度100m/minまで巻取速度を下げてようやく紡糸が可能となった。得られた繊維の延伸を試みたが、延伸速度600m/minでは糸切れが多発したため安定した延伸は不可能であった。この繊維の横断面観察を行ったところ、フェノール樹脂が島成分の海島型ブレンド繊維であり、島成分の平均直径は1.5μmであった。
Comparative Example 6
The resin composition produced in Comparative Example 3 was put into the same spinning machine as in Example 4, and melt spinning was performed using a 0.6 mmφ die with a melter temperature of 190 ° C. and a spin block temperature of 190 ° C., and 60 dTex, A 6-filament blend fiber was prepared. As for spinning, yarn breakage was severe even at a winding speed of 600 m / min, and spinning was impossible. Spinning was finally possible by lowering the winding speed to a winding speed of 100 m / min. Stretching of the obtained fiber was attempted, but at a stretching speed of 600 m / min, yarn breakage occurred frequently, and stable stretching was impossible. When the cross section of this fiber was observed, it was found that the phenolic resin was a sea-island blend fiber having an island component, and the average diameter of the island component was 1.5 μm.

実施例8
実施例4で得られたブレンド繊維を窒素雰囲気下、240℃、45分の熱処理を行い不融化処理し、その後窒素雰囲気下、600℃、1時間の熱処理を行い焼成することで炭素繊維を作製した。作製した炭素繊維を電子顕微鏡で観察したところ、直径80〜150nmの炭素繊維が観測された。
Example 8
The blended fiber obtained in Example 4 is heat treated at 240 ° C. for 45 minutes in a nitrogen atmosphere to make it infusible, and then subjected to heat treatment at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to produce carbon fibers. did. When the produced carbon fiber was observed with an electron microscope, a carbon fiber having a diameter of 80 to 150 nm was observed.

実施例4の繊維の断面TEM写真(4万倍)Cross-sectional TEM photograph of the fiber of Example 4 (40,000 times) 実施例5の繊維の断面TEM写真(4万倍)Cross-sectional TEM photograph of the fiber of Example 5 (40,000 times) 実施例6の繊維の断面TEM写真(4万倍)Cross-sectional TEM photograph of the fiber of Example 6 (40,000 times) 比較例5の繊維の断面TEM写真(4万倍)Cross-sectional TEM photograph of the fiber of Comparative Example 5 (40,000 times)

Claims (16)

炭素繊維前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%からなり、ポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が300Pa・sec以下であることを特徴とする樹脂組成物。 It consists of 5 to 50% by weight of a carbon fiber precursor and 95 to 50% by weight of polyester, and has a melt viscosity of 300 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester. Resin composition. 炭素繊維前駆体が溶融賦形性を有するアクリロニトリル系樹脂であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。 2. The resin composition according to claim 1, wherein the carbon fiber precursor is an acrylonitrile-based resin having melt shapeability. ポリエステルが脂肪族ポリエステルであることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。   The resin composition according to claim 1, wherein the polyester is an aliphatic polyester. ポリエステルが、融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が200Pa・sec以下のポリエステルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の樹脂組成物。 The resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyester is a polyester having a melt viscosity of 200 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec -1 at a temperature 50 ° C higher than the melting point. 炭素繊維前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%の混合物であり、かつポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が300Pa・sec以下である樹脂組成物よりなるブレンド繊維であって、炭素繊維前駆体が島部を形成し、ポリエステルが海部を形成している海島型ブレンド繊維であることを特徴とするブレンド繊維。 Resin which is a mixture of 5 to 50% by weight of a carbon fiber precursor and 95 to 50% by weight of a polyester and has a melt viscosity of 300 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester A blended fiber comprising a composition, wherein the carbon fiber precursor forms an island and the polyester forms a sea. 繊維横断面における島成分の平均直径が500nm以下である事を特徴とする請求項5記載のブレンド繊維。   6. The blend fiber according to claim 5, wherein the average diameter of the island component in the fiber cross section is 500 nm or less. 炭素繊維前駆体が溶融賦形性を有するアクリロニトリル系樹脂であることを特徴とする請求項5または6のいずれかに記載のブレンド繊維。   The blend fiber according to any one of claims 5 and 6, wherein the carbon fiber precursor is an acrylonitrile-based resin having melt shapeability. ポリエステルが脂肪族ポリエステルであることを特徴とする請求項5または6のいずれかに記載のブレンド繊維。   The blended fiber according to claim 5 or 6, wherein the polyester is an aliphatic polyester. ポリエステルが、融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が200Pa・sec以下のポリエステルであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項記載のブレンド繊維。 The blend fiber according to any one of claims 5 to 8, wherein the polyester is a polyester having a melt viscosity of 200 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec -1 at a temperature 50 ° C higher than the melting point. 炭素繊維前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%を混合して得られる、ポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が200Pa・sec以下の樹脂組成物を溶融紡糸することを特徴とするブレンド繊維の製造方法。 A resin obtained by mixing 5 to 50% by weight of a carbon fiber precursor and 95 to 50% by weight of a polyester and having a melt viscosity of 200 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester. A method for producing a blended fiber, comprising melt-spinning the composition. 炭素繊維前駆体5〜50重量%と、ポリエステル95〜50重量%を混合して得られる、ポリエステルの融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が200Pa・sec以下の樹脂組成物を溶融紡糸した後、延伸を行うことを特徴とするブレンド繊維の製造方法。 A resin obtained by mixing 5 to 50% by weight of a carbon fiber precursor and 95 to 50% by weight of a polyester and having a melt viscosity of 200 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point of the polyester. A method for producing a blended fiber, wherein the composition is melt-spun and then drawn. 炭素繊維前駆体が溶融賦形性を有するアクリロニトリル系樹脂であることを特徴とする請求項10または11のいずれかに記載のブレンド繊維の製造方法。   The method for producing a blended fiber according to any one of claims 10 and 11, wherein the carbon fiber precursor is an acrylonitrile-based resin having melt shapeability. ポリエステルが脂肪族ポリエステルであることを特徴とする請求項10または11のいずれかに記載のブレンド繊維の製造方法。   12. The method for producing a blended fiber according to claim 10, wherein the polyester is an aliphatic polyester. ポリエステルが、融点より50℃高い温度で剪断速度1216sec−1において測定した溶融粘度が200Pa・sec以下のポリエステルであることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項記載のブレンド繊維の製造方法。 14. The production of a blend fiber according to claim 10, wherein the polyester is a polyester having a melt viscosity of 200 Pa · sec or less measured at a shear rate of 1216 sec −1 at a temperature 50 ° C. higher than the melting point. Method. 請求項5〜9のいずれか1項記載のブレンド繊維を用い、該繊維中の炭素繊維前駆体を架橋させて熱安定性を付与する工程と、該繊維中のポリエステルを除去する工程と、該繊維を焼成して炭素繊維を製造する工程を含むことを特徴とする炭素繊維の製造方法。   Using the blended fiber according to any one of claims 5 to 9, crosslinking a carbon fiber precursor in the fiber to impart thermal stability, removing the polyester in the fiber, A method for producing carbon fiber, comprising a step of firing carbon to produce carbon fiber. 繊維中のポリエステルを除去する工程と、繊維を焼成して炭素繊維を製造する工程を同時に行うことを特徴とする請求項15記載の炭素繊維の製造方法。   The method for producing a carbon fiber according to claim 15, wherein the step of removing the polyester in the fiber and the step of firing the fiber to produce carbon fiber are performed simultaneously.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015001039A (en) * 2013-06-18 2015-01-05 国立大学法人 東京大学 Carbon fiber precursor fiber and carbon fiber

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