JP2007154371A - Method for producing oxidized fiber and carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、品位の良好な酸化繊維及び炭素繊維の製造方法に関し、更に詳述すれば酸化繊維前躯体であるプリカーサーストランドを耐炎化処理する際に毛羽発生を低減できる酸化繊維及び炭素繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing high-quality oxidized fibers and carbon fibers, and more specifically, to produce oxidized fibers and carbon fibers that can reduce the generation of fluff when a precursor strand, which is an oxidized fiber precursor, is flame-resistant. Regarding the method.
炭素繊維は他の繊維と比較して強度や弾性率が高く、軽いという特徴を有するため、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料の強化材として多用されている。この炭素繊維で強化した複合材料は、軽量で高強度であるので、航空宇宙産業を始めとし、各種産業に広く利用されている。 Since carbon fibers have characteristics such as strength and elasticity higher than other fibers and are light, they are frequently used as reinforcing materials for composite materials using thermoplastic resins or thermosetting resins as matrix resins. Since the composite material reinforced with carbon fiber is light and high in strength, it is widely used in various industries including the aerospace industry.
この複合材料を製造する方法としては、中間基材であるプリプレグを用いて、これを賦形し、成型する方法がある。更に、炭素繊維ストランドを補強材として用いて引抜成形、レジントランスファーモールディング(ＲＴＭ)法、フィラメント・ワインディング(ＦＷ)法、シート・モールディング・コンパウンド(ＳＭＣ)法、バルク・モールディング・コンパウンド(ＢＭＣ)法、ハンドレイアップ法などによって複合材料を製造する方法がある。 As a method for producing this composite material, there is a method of shaping and molding a prepreg as an intermediate substrate. Furthermore, pultrusion using carbon fiber strands as a reinforcing material, resin transfer molding (RTM) method, filament winding (FW) method, sheet molding compound (SMC) method, bulk molding compound (BMC) method, There is a method of manufacturing a composite material by a hand layup method or the like.
複合材料の成形方法において、補強材の炭素繊維ストランドがローラー、ガイドを通過する際に、炭素繊維ストランドを構成する炭素繊維フィラメントに毛羽が存在すると、毛羽が複合材料の成形工程通過の際、接触する箇所に巻き付いてトラブルを生じるため、好ましくない。また複合材料にした際、毛羽の部分が欠陥となり、物性低下を生じることから好ましくない。 In the molding method of the composite material, when the carbon fiber strand of the reinforcing material passes through the roller and the guide, if the fluff is present in the carbon fiber filament constituting the carbon fiber strand, the fluff is contacted when passing through the molding process of the composite material. It is not preferable because it wraps around the place where it occurs and causes trouble. Further, when a composite material is used, the fluff portion becomes a defect, which causes a decrease in physical properties, which is not preferable.
炭素繊維ストランドの毛羽低減対策については、炭素繊維の製造工程において従来から検討されている。この炭素繊維の製造工程における毛羽低減対策は、耐炎化工程、炭素化工程など、プリカーサーを焼成する工程(プリカーサー焼成工程)の操作条件について検討されているだけでなく、原料であるプリカーサーの品質改善を課題として紡糸工程、水洗・乾燥・延伸等の処理工程、得られたプリカーサーストランドを収納容器(ケンス、キャン、カートン等)、ボビンなどの備蓄手段に一時保管する工程などのプリカーサー製造工程、更には、プリカーサーストランドを備蓄手段から取り出した後、ガイドを経て耐炎化炉に供給する工程(プリカーサー立上げ工程)の操作条件についても検討がなされている(例えば、特許文献１〜３参照)。 Conventionally, measures for reducing the fluff of carbon fiber strands have been studied in the carbon fiber manufacturing process. The fluff reduction measures in this carbon fiber manufacturing process are not only examining the operating conditions of the precursor firing process (precursor firing process), such as the flameproofing process and the carbonization process, but also improving the quality of the precursor precursor Precursor manufacturing process such as spinning process, processing process such as washing, drying, stretching, etc., precursor process obtained by temporarily storing the obtained precursor strand in storage containers (such as cans, cans, cartons, etc.), bobbins, etc. In addition, after the precursor strand is taken out from the storage means, the operating conditions of the step of supplying it to the flameproofing furnace through a guide (precursor startup step) have been studied (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
特許文献１には、プリカーサー立上げ工程において、備蓄手段(収納容器)中のトラバース幅Ｘと収納容器からガイドまでの立上げ高さＹとの関係を所定範囲にすることにより、収納容器に振り落とされたプリカーサーストランド表層面からトラバースしながら立ち上がるストランドを、折れ曲がりやねじれ(撚り)などを生じさせることなく立ち上げ、品位の優れた炭素繊維が得られることが開示されている。 In Patent Document 1, in the precursor start-up process, the relationship between the traverse width X in the storage means (storage container) and the start-up height Y from the storage container to the guide is set within a predetermined range so that the storage container can be swung. It is disclosed that a strand that rises while traversing from a dropped precursor strand surface layer is raised without causing bending or twisting (twisting), and a carbon fiber having excellent quality can be obtained.
特許文献２には、備蓄手段(キャン)から立ち上がるストランドに一定以上のテンション(張力)を付加することにより、プリカーサー立上げ工程での折り曲がりやねじれ(撚り)を防止し、プリカーサー焼成工程での糸切れや毛羽による巻付き防止効果が更に高められることが開示されている。 In Patent Document 2, bending or twisting (twisting) in the precursor start-up process is prevented by applying a certain tension or more to the strand rising from the storage means (can), and in the precursor firing process. It is disclosed that the effect of preventing winding by yarn breakage and fluff is further enhanced.
しかし、特許文献１、２はラージトウの分繊・それらの焼成を目的としており、比較的少数の備蓄手段を用いる場合の技術に関する。 However, Patent Documents 1 and 2 are intended for splitting large tow and firing them, and relate to a technique in the case of using a relatively small number of storage means.
特許文献３には、プリカーサー立上げ工程においてガイドを複数使用する方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of using a plurality of guides in the precursor startup process.
しかし、特許文献３の方法では、開繊を目的として０．０５〜０．１０ｇ／ｄと高いテンション(張力)を掛けている。その結果、プリカーサー立上げ工程において毛羽が発生するが、この毛羽発生が、プリカーサー焼成時における毛羽発生に及ぼす影響についての検討はなされていない。 However, in the method of Patent Document 3, a high tension (tensile force) of 0.05 to 0.10 g / d is applied for the purpose of opening. As a result, fluff is generated in the precursor start-up process, but the effect of this fluff generation on fluff generation during precursor firing has not been studied.
なお、特許文献３も特許文献１、２と同様に、用いられる手法は比較的少数の備蓄手段を用いる場合の技術に関する。 Note that, as in Patent Documents 1 and 2, Patent Document 3 relates to a technique in the case of using a relatively small number of storage means.
大量生産を目的として同時に取扱うプリカーサーストランドの数を増加させると、これに応じて各ストランドを導くガイドの数が増加すると共に全ガイド数も大きく増加し、ガイドとストランドとのこすれに基づく毛羽の発生が増加する問題がある。
本発明者は、上記問題について鋭意検討しているうち、炭素繊維の品位改善対策として、プリカーサー焼成前のプリカーサー立上げ工程における毛羽発生抑制、単糸切断抑制が重要であり、この立上げ工程における毛羽発生、単糸切断を抑制することにより、その後のプリカーサー焼成工程において毛羽発生、単糸切断を充分抑制できることを見出した。 The present inventor is intensively studying the above problems, and as a measure for improving the quality of carbon fiber, it is important to suppress fluff generation and single yarn cutting in the precursor startup process before firing the precursor, and in this startup process It has been found that by suppressing the generation of fluff and single yarn cutting, the generation of fluff and single yarn cutting can be sufficiently suppressed in the subsequent precursor firing step.
即ち、プリカーサー立上げ工程での発生毛羽数、単糸切断数が少ないほど、その後のプリカーサー焼成工程における単糸切断の頻度が少なくなり、品位の良好な炭素繊維の製造に優れていることを知得した。 That is, it is known that the smaller the number of fluff and single yarn cuts in the precursor start-up process, the lower the frequency of single yarn cuts in the subsequent precursor firing process, and the better the production of carbon fibers with good quality. Got.
プリカーサー立上げ工程での発生毛羽数、単糸切断数を少なくするには、各備蓄手段から取り出されてから耐炎化炉に供給されるまでの工程に存在するプリカーサーストランドについて、付加される最大テンションを２４５μＮ／本−フィラメント以下、ガイドとの総接触角を２７０゜以下、ガイドの数を５個以下とすることが必要であることを知得し、本発明を完成するに到った。 To reduce the number of fluff generated and the number of single yarn cuts in the precursor start-up process, the maximum tension added to the precursor strand existing in the process from being taken out from each storage means to being supplied to the flameproofing furnace 245 μN / filament or less, the total contact angle with the guide is 270 ° or less, and the number of guides is 5 or less, and the present invention has been completed.
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炭素繊維の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon fiber production method that solves the above problems.
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。 The present invention for achieving the above object is described below.
〔１〕 酸化繊維製造用プリカーサーストランドが保管された備蓄手段から前記プリカーサーストランドを取り出した後、ガイドを経て耐炎化炉に供給し、酸化雰囲気中で耐炎化処理して酸化繊維を得る酸化繊維の製造方法であって、各備蓄手段から取り出されてから耐炎化炉に供給されるまでの各プリカーサーストランドがガイドにより折曲されてなる折曲部の外角の和で示される総接触角を２７０゜以下に保ち、各プリカーサーストランドにおけるガイドの数を５個以下にすることにより、プリカーサーストランドに掛かる最大テンションを２４５μＮ／本−フィラメント以下に保つことを特徴とする酸化繊維の製造方法。 [1] Oxidized fibers for obtaining oxidized fibers by taking out the precursor strands from the storage means in which the precursor strands for producing oxidized fibers are stored, supplying them to a flameproofing furnace through a guide, and performing flameproofing treatment in an oxidizing atmosphere. In the manufacturing method, the total contact angle indicated by the sum of the outer angles of the bent portions formed by bending the precursor strands from the storage means until being supplied to the flameproofing furnace is 270 °. A method for producing an oxidized fiber, characterized in that the maximum tension applied to the precursor strand is kept at 245 μN / main filament or less by keeping the number of guides in each precursor strand to 5 or less.
〔２〕 プリカーサーストランドと、プリカーサーストランドの接するガイドとの、各動摩擦係数が０．２５以下であり、各接触角が１００°以下である〔１〕に記載の酸化繊維の製造方法。 [2] The method for producing an oxidized fiber according to [1], wherein each dynamic friction coefficient between the precursor strand and the guide in contact with the precursor strand is 0.25 or less and each contact angle is 100 ° or less.
〔３〕 プリカーサーストランドの含有水分率が２０〜５０質量％であり、プリカーサーストランドのフィラメント数が１０００〜５００００本である〔１〕に記載の酸化繊維の製造方法。 [3] The method for producing oxidized fiber according to [1], wherein the moisture content of the precursor strand is 20 to 50% by mass, and the number of filaments of the precursor strand is 1000 to 50000.
〔４〕 プリカーサーストランドの油脂付着量が０．０２〜１．０質量％である〔１〕に記載の酸化繊維の製造方法。 [4] The method for producing an oxidized fiber according to [1], wherein the amount of the fat and oil attached to the precursor strand is 0.02 to 1.0% by mass.
〔５〕 プリカーサーストランドのコモノマー成分含有量が１０質量％以下である〔１〕に記載の酸化繊維の製造方法。 [5] The method for producing an oxidized fiber according to [1], wherein the content of the comonomer component of the precursor strand is 10% by mass or less.
〔６〕 〔１〕乃至〔５〕の何れかに記載の酸化繊維を炭素化する炭素繊維の製造方法。 [6] A carbon fiber production method for carbonizing the oxidized fiber according to any one of [1] to [5].
本発明の酸化繊維の製造方法によれば、各備蓄手段から取り出されてから耐炎化炉に供給されるまでのプリカーサーストランドについて、掛かる最大テンション、ガイドとの総接触角、ガイドの数を所定値以下にしているので、プリカーサー立上げ工程での単糸切断数を少なくできると共に、その後のプリカーサー耐炎化工程における単糸切断の頻度も少なくなり、品位の良好な酸化繊維が得られる。この酸化繊維を炭素化することにより品位の良好な炭素繊維が得られる。 According to the method for producing oxidized fiber of the present invention, the maximum tension, the total contact angle with the guide, and the number of guides applied to the precursor strand from the time when it is taken out from each storage means to the time when it is supplied to the flameproofing furnace. Therefore, the number of single yarn cuts in the precursor start-up process can be reduced, and the frequency of single yarn cuts in the subsequent precursor flameproofing process can be reduced, so that oxidized fibers with good quality can be obtained. By carbonizing this oxidized fiber, a good quality carbon fiber can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明炭素繊維の製造工程のうちプリカーサー立上げ工程からプリカーサー耐炎化工程にかけての製造工程に用いられる装置の一例を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus used in a production process from a precursor start-up process to a precursor flameproofing process in the production process of the carbon fiber of the present invention.
図１において、６は備蓄手段より取り出された酸化繊維前躯体であるプリカーサーストランドを示す。このプリカーサーストランド６は、例えばポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)系フィラメント束で構成されており、次いでガイド８を経て耐炎化炉１０に供給される。
In FIG. 1, 6 shows the precursor strand which is the oxidized fiber precursor taken out from the storage means. The
本例は、耐炎化炉１０の上流側において立ち上げられたプリカーサーストランド６の数が５０本以上の場合において適用されるべき手法であり、１００〜８００本においてプリカーサーストランドの単糸切断を防止するのに優れた効果を発揮する手段となりうる。
This example is a technique that should be applied when the number of
プリカーサーストランド６のフィラメント数は、ストランド１束当たり１０００〜５００００本が好ましい。
The number of filaments of the
製品として得られる炭素繊維の毛羽数を少なくするには、プリカーサーストランド立上げ工程におけるプリカーサーストランドの品位が重要である。 In order to reduce the number of fluffs of carbon fibers obtained as a product, the quality of the precursor strand in the precursor strand startup process is important.
この立上げ工程における指標は、耐炎化炉１０に供給されるまでのプリカーサーストランド６に掛かる最大テンションで示され、この値が２４５μＮ／本−フィラメント以下の場合に、単糸切断などによる毛羽発生が生じることなく、プリカーサーを焼成工程に供給する事が可能となる。
The index in this start-up process is indicated by the maximum tension applied to the
このテンション値が２４５μＮ／本−フィラメントを超える場合、ガイド８とのこすれによる単糸切れが生じ、プリカーサーの品位が悪くなり、惹いては酸化繊維の品位、製品の炭素繊維の品位が悪くなる。 When this tension value exceeds 245 μN / main-filament, single yarn breakage occurs due to rubbing with the guide 8, the quality of the precursor is deteriorated, and the quality of the oxidized fiber and the quality of the carbon fiber of the product are deteriorated.
一般に、耐炎化炉１０に供給されるまでのプリカーサーストランド６のうち、耐炎化炉１０に最も近いガイド８の下流側においてストランド６に掛かるテンションは最大になる。
In general, the tension applied to the
図２は、図１における破線部分ａの拡大図である。プリカーサーストランド６はガイド８により折曲され、この折曲部１２においてプリカーサーストランド６は内角θiと外角θeとを有する。接触角を外角θeと定義すれば、各プリカーサーストランド６における総接触角は、この外角θeの和で示される。なお、接触角は内角θiを用いると、次式
接触角＝１８０゜−θi
で示される。
FIG. 2 is an enlarged view of a broken line portion a in FIG. The
Indicated by
各プリカーサーストランド６において上記総接触角は、２７０°以下である。総接触角が２７０°を超えると、プリカーサーに掛かるテンションが２４５μＮ／本−フィラメントを超えるため、プリカーサーの品位が悪くなり、惹いては酸化繊維の品位、製品の炭素繊維の品位が悪くなる。
In each
また、プリカーサーストランドと、プリカーサーストランドの接するガイドとの各接触角は１００°以下が好ましい。 Each contact angle between the precursor strand and the guide in contact with the precursor strand is preferably 100 ° or less.
各プリカーサーストランド６に接触するガイド８の数は５個以下である。各プリカーサーストランド６に接触するガイド８の数が５個を超えると、総接触角にかかわらず同様に上記最大テンションが２４５μＮ／本−フィラメントを超える場合が多くなり、好ましくない。
The number of guides 8 in contact with each
プリカーサーストランド６と、プリカーサーストランドの接するガイド８との各動摩擦係数は０．２５以下であることが望ましい。
Each coefficient of dynamic friction between the
動摩擦係数が０．２５を超えると、プリカーサーストランド６のフィラメントの単糸切れが生じない接触角の許容値が小さくなり、備蓄手段から耐炎化炉１０までの十分な糸道を確保できなくなるだけでなく、フィラメントとガイドとの摩擦力が大きくなるため、同じ接触角でも単糸切れが発生し易くなる。
If the dynamic friction coefficient exceeds 0.25, the allowable value of the contact angle at which the filament of the
プリカーサーストランド６に接触するガイド８の材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン(登録商標)、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック材料が例示できる。金属材料なども可能であるが、本例のプリカーサーは水分を含浸させていることから、水分によって接触面が変質する金属材料は長期使用には適しておらず、好ましくない。また、金属材料にセラミックス成分などをコーティングしても良い。
Examples of the material of the guide 8 that contacts the
ガイド８の形態は、プリカーサーに掛かるテンション等に悪影響が無ければ特に限定されるものではなく、例えばアイレットガイド、棒ガイド、フックガイドなどを用いることができる。 The form of the guide 8 is not particularly limited as long as the tension applied to the precursor is not adversely affected. For example, an eyelet guide, a rod guide, a hook guide, or the like can be used.
また、プリカーサーの水分率は２０〜５０質量％であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the moisture content of a precursor is 20-50 mass%.
水分率が２０質量％未満になると、プリカーサーフィラメント束の収束性が低下し、単糸がガイドに巻付き易くなるため好ましくない。水分率が５０質量％を超えると、ストランド６自体の自重が重くなるため、ストランド６に掛かるテンションが大きくなり、ガイド８とこすれ易くなるため好ましくない。
When the moisture content is less than 20% by mass, the convergence property of the precursor filament bundle is lowered and the single yarn is easily wound around the guide, which is not preferable. When the moisture content exceeds 50% by mass, the own weight of the
水分率を上記範囲に保持させるため、プリカーサーストランド６にオイルを付与させても良い。オイル付与量は０．０２〜１．０質量％が好ましい。
In order to keep the moisture content within the above range, oil may be applied to the
オイル付与量が０．０２質量％未満であると、プリカーサーの保水効果が低下し、好ましくない。オイル付与量が１．０質量％を超えると、その後の炭素化工程にてオイルの残存物が繊維表面に残り易くなり、炭素繊維の物性低下を引き起こす可能性があり好ましくない。 When the oil application amount is less than 0.02% by mass, the water retention effect of the precursor is lowered, which is not preferable. If the amount of oil applied exceeds 1.0% by mass, the oil residue tends to remain on the fiber surface in the subsequent carbonization step, which may cause a decrease in the physical properties of the carbon fiber.
以上のプリカーサー立上げ工程以外の炭素繊維製造工程は、通常の公知の操作条件に沿って実行できる。以下、プリカーサー立上げ工程以外の炭素繊維製造工程の一例を説明する。 The carbon fiber production process other than the precursor start-up process described above can be performed in accordance with normal known operation conditions. Hereinafter, an example of the carbon fiber manufacturing process other than the precursor startup process will be described.
炭素繊維前躯体であるプリカーサーは、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の何れのプリカーサーでも使用できる。これらのプリカーサーのうち、取扱性、製造工程通過性に適したＰＡＮ系プリカーサーが特に好ましい。 The precursor that is a carbon fiber precursor can be any PAN, pitch, or rayon precursor. Of these precursors, PAN-based precursors suitable for handleability and manufacturing process passage are particularly preferred.
ＰＡＮ系プリカーサーは、アクリロニトリル構造単位を主成分とし、コポリマー成分、例えばイタコン酸、アクリル酸、アクリルアミド、イタコン酸エステル、アクリルエステル等のビニル単量体単位を１０質量％以内で含有する共重合体を紡糸したものである。また、コモノマー成分は１成分の場合も有るし、複数の成分を含有する場合もある。 The PAN-based precursor is a copolymer containing acrylonitrile structural unit as a main component and a copolymer component, for example, a vinyl monomer unit such as itaconic acid, acrylic acid, acrylamide, itaconic acid ester and acrylic ester within 10% by mass. Spinned. Further, the comonomer component may be a single component or may contain a plurality of components.
本例のプリカーサーストランドは凝固後、水洗処理され、必要によりオイル(油脂)付与処理される。 The precursor strand of this example is subjected to a water washing treatment after solidification, and an oil (oil / fat) application treatment if necessary.
油脂処理に使用する油脂としては、種類は特に限定されず、例えば、シリコーン系オイル、変性シリコーン系オイル、有機高分子系オイル、有機芳香族系オイルなどを選択することができる。また、これら油脂は２種類以上を組み合わせて使用することも可能である。 There are no particular limitations on the type of fat used in the fat treatment, and for example, silicone oil, modified silicone oil, organic polymer oil, organic aromatic oil, and the like can be selected. Moreover, these fats and oils can also be used in combination of 2 or more types.
油脂の付与方法は、スプレー法、液浸法、転写法等、既知の方法を採択し得るが、汎用性、効率性、付与の均一性に優れるので、液浸法が好ましい。プリカーサーストランドの油脂付着量は０．０２〜１．０質量％が好ましい。 A known method such as a spray method, a liquid immersion method, or a transfer method can be adopted as the method for applying the fats and oils, but the liquid immersion method is preferred because of excellent versatility, efficiency, and uniformity of application. The oil and fat adhesion amount of the precursor strand is preferably 0.02 to 1.0% by mass.
油脂付与処理は、アセトン等の溶剤に油脂成分を溶解させた溶液中にプリカーサーを浸漬する溶剤法、乳化剤等を用い水系エマルジョン中に炭素繊維を浸漬するエマルジョン法がある。人体への安全性及び自然環境の汚染を防止する観点からエマルジョン法が好ましい。 The oil and fat application treatment includes a solvent method in which a precursor is immersed in a solution in which an oil and fat component is dissolved in a solvent such as acetone, and an emulsion method in which carbon fibers are immersed in an aqueous emulsion using an emulsifier or the like. From the viewpoint of safety to the human body and prevention of contamination of the natural environment, the emulsion method is preferred.
上記油脂処理されたプリカーサーストランドは、振り落とし若しくは巻取りによって収納される。 The precursor strand subjected to the oil treatment is stored by shaking off or winding.
耐炎化処理工程においては、収納容器からプリカーサーストランド６がガイド８を経て耐炎化炉１０に供給される。
In the flameproofing process, the
耐炎化炉１０では、プリカーサーストランド６は、空気中などの酸化性雰囲気中で耐炎化処理され、酸化繊維ストランドが得られる。
In the flameproofing
得られた酸化繊維ストランドは、不活性雰囲気中で焼成して炭素化処理することにより炭素繊維ストランドが得られる。 The obtained oxidized fiber strand is fired in an inert atmosphere and carbonized to obtain a carbon fiber strand.
また、サイズ剤、複合材料にする際の樹脂との接着性向上のため、電解処理による表面処理を行うこともある。かかる表面酸化処理は、液相処理、気相処理などによる表面処理を挙げることができる。本発明においては、生産性、処理の均一性、安定性等の観点から、液相電解表面処理(電解処理)が好ましい。 In addition, surface treatment by electrolytic treatment may be performed in order to improve adhesiveness with a resin in forming a sizing agent or a composite material. Examples of such surface oxidation treatment include surface treatment by liquid phase treatment, gas phase treatment, and the like. In the present invention, liquid phase electrolytic surface treatment (electrolytic treatment) is preferred from the viewpoints of productivity, treatment uniformity, stability, and the like.
次いで、炭素繊維ストランドはサイズ剤液に浸漬される。サイズ剤付与処理に使用するサイズ剤においては、種類は特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂やその変性物が挙げられ、マトリックス樹脂により適したサイズ剤を選択する。また、これらは２種類以上を組み合わせて使用することも可能である。 The carbon fiber strand is then immersed in the sizing solution. In the sizing agent used for the sizing agent application treatment, the type is not particularly limited. For example, epoxy resin, urethane resin, polyester resin, vinyl ester resin, polyamide resin, polyether resin, acrylic resin, polyolefin resin, polyimide resin, Examples of such modified products include a sizing agent that is more suitable for the matrix resin. Moreover, these can also be used in combination of 2 or more types.
サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、転写法等、既知の方法を採択し得るが、汎用性、効率性、付与の均一性に優れるので、液浸法が好ましい。 The sizing agent may be applied by a known method such as a spray method, a liquid immersion method, or a transfer method, but the liquid immersion method is preferred because of its versatility, efficiency, and uniformity of application.
なお、本例において酸化繊維前躯体のプリカーサーストランドを一時保管する備蓄手段としては、収納容器(カートン、ケンス、キャン等)を用いているが、この備蓄手段に限られず、ボビンなどの備蓄手段を用いても良い。また、本発明の酸化繊維の製造方法に用いる装置の形態は図１の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。 In this example, as the storage means for temporarily storing the precursor strand of the oxidized fiber precursor, a storage container (carton, cans, cans, etc.) is used, but is not limited to this storage means, and storage means such as a bobbin is used. It may be used. Moreover, the form of the apparatus used for the method for producing oxidized fiber of the present invention is not limited to the form of FIG. 1, and may be appropriately modified as long as the gist of the present invention is not changed.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
［実施例１〜６、比較例１〜５］
プリカーサー立上げ工程からプリカーサー耐炎化工程にかけて使用する装置として図１に示す装置を用い、ストランド１束当たり１２０００本のフィラメント数のプリカーサーストランド６を、表１に示す条件で、ガイド８を経て耐炎化炉１０に供給した。
[Examples 1-6, Comparative Examples 1-5]
The apparatus shown in FIG. 1 is used as an apparatus used from the precursor start-up process to the precursor flameproofing process, and the
投入したプリカーサーストランドであるフィラメント束の本数は１００〜６００本であり、実施例１〜６、比較例１〜５のデータは、そのうちの１ストランド当たりのデータである。 The number of filament bundles, which are precursor strands, is 100 to 600, and the data of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 are data per one of the strands.
ガイド８は、材質ポリエチレンのアイレットガイド[旭エンジニアリング(株)製]を用いた。このアイレットガイド８とプリカーサーストランド６との動摩擦係数は０．２３であった。
As the guide 8, an eyelet guide made of polyethylene (Asahi Engineering Co., Ltd.) was used. The dynamic friction coefficient between the eyelet guide 8 and the
以上のプリカーサー立上げ工程の耐炎化炉１０に最も近いガイド８の下流側におけるプリカーサーの毛羽発生状態を、以下の四段階評価で評価し、その結果を表１に示した。
〇 毛羽及び単糸切れが無い又はほとんど観察されないもの(０〜３ヶ／ｍ)。
△ 毛羽及び単糸切れが目視にて観察されるもの(４ヶ／ｍ以上)。
× 毛羽及び単糸切れが目視にて観測される(１０ヶ／ｍ以上)だけでなく、後工程におけるローラー(プリカーサーストランド６の場合は、耐炎化工程のローラー。耐炎化後のストランドの場合は、耐炎化工程後のローラー。炭素化後のストランドの場合は、炭素化工程後のローラー。)に巻付きが生じるもの。
×× 毛羽及び単糸切れがひどくリンガー(長さ５０ｍｍ以上の端糸切れ状の毛羽)が観察されるもの。
The fuzz generation state of the precursor on the downstream side of the guide 8 closest to the flameproofing
〇 No fuzz and single yarn breakage or hardly observed (0-3 pieces / m).
Δ Fluff and single yarn breakage are visually observed (4 pcs / m or more).
X Not only fluff and single yarn breakage are visually observed (10 pieces / m or more), but also a roller in the subsequent process (in the case of the
XX A ringer with severe fluff and single thread breakage (a fluff with an end thread breakage length of 50 mm or more) is observed.
次いで耐炎化処理、炭素化処理を行い、表１に示す毛羽発生状態の耐炎化後のストランド(酸化繊維ストランド)、炭素化後のストランド(製品炭素繊維ストランド)を得た。 Next, flameproofing treatment and carbonization treatment were performed to obtain a fluffed strand (oxidized fiber strand) and a carbonized strand (product carbon fiber strand) in the fluff generation state shown in Table 1.
なお、耐炎化処理は、空気雰囲気中、２００〜３００℃にてストランドを通過させることにより行い、次いで３００〜８００℃にて更に窒素中で熱処理した後、炭素化処理を、窒素気流中、１０００〜１５００℃に保たれた炭素化炉内を通過させることにより行った。 The flameproofing treatment is carried out by passing the strand at 200 to 300 ° C. in an air atmosphere, and after further heat treatment in nitrogen at 300 to 800 ° C., the carbonization treatment is carried out in a nitrogen stream in 1000 It was performed by passing through a carbonization furnace maintained at ˜1500 ° C.
表１に示すように、実施例１〜６においては、毛羽及び単糸切れが無い若しくはほとんど無い耐炎化処理直前のプリカーサーストランドが得られた。更には、毛羽及び単糸切れが無い若しくはほとんど無い、又は少なくとも後工程でのローラーに巻付きは生じない耐炎化後のストランド、炭素繊維ストランドが得られた。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 6, precursor strands immediately before the flameproofing treatment with little or no fluff and single yarn breakage were obtained. Furthermore, there was obtained a flame-resistant strand and a carbon fiber strand in which there was no or almost no fluff and single yarn breakage, or at least the winding of the roller in the subsequent process did not occur.
しかし、比較例１〜５においては、耐炎化処理直前のプリカーサーストランドは、毛羽及び単糸切れが多く、後工程でのローラーに巻付きが生じる場合もあった。更には、耐炎化後のストランド、炭素化後のストランドは、毛羽及び単糸切れが多いばかりでなく、後工程でのローラーに巻付きが生じ、毛羽及び単糸切れがひどくリンガーが生じる場合もあった。 However, in Comparative Examples 1 to 5, the precursor strand immediately before the flameproofing treatment had a lot of fluff and single yarn breakage, and there was a case where the roller was wound around in the subsequent process. Furthermore, the strand after flame resistance and the strand after carbonization have not only a lot of fluff and single yarn breakage, but there are cases in which the roller in the subsequent process is wound, and the fluff and single yarn breakage is severely resulting in ringers. there were.
実施例１〜６においては、１００〜６００本にて投入した各プリカーサーストランドの何れについても、折曲部の総接触角を２７０゜以下に保ち、ガイドの数を５個以下にした。その結果、各プリカーサーストランドに掛かる最大テンションは２２５μＮ／本−フィラメント以下にできた。 In Examples 1 to 6, the total contact angle of the bent portion was kept at 270 ° or less and the number of guides was made 5 or less for each of the precursor strands charged at 100 to 600 pieces. As a result, the maximum tension applied to each precursor strand could be 225 μN / main filament or less.
また、実施例１〜６の何れのプリカーサーストランドについても、毛羽及び単糸切れが無い若しくはほとんど無い耐炎化処理直前のプリカーサーストランドが得られた。 Moreover, about any precursor strand of Examples 1-6, the precursor strand just before a flame-proofing process which has no fuzz and single yarn breakage, or almost was obtained.
更には、実施例１〜６の何れのプリカーサーストランドについても、毛羽及び単糸切れが無い若しくはほとんど無い、又は少なくとも後工程でのローラーに巻付きは生じない耐炎化後のストランド、炭素繊維ストランドが得られた。 Furthermore, for any of the precursor strands of Examples 1 to 6, there is no fluff and single yarn breakage or almost no breakage, or at least a post-flame proof strand or carbon fiber strand that does not wrap around the roller in the subsequent process. Obtained.
６ プリカーサーストランド
８ ガイド
１０ 耐炎化炉
１２ プリカーサーストランドにおけるガイドにより折曲された折曲部
6 Precursor strand 8
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| JP2013524028A (en) * | 2010-03-31 | 2013-06-17 | コーロン インダストリーズ インク | Carbon fiber manufacturing method and carbon fiber precursor fiber |
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