JP2009235662A - Method for producing carbon fiber precursor fiber - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing carbon fiber precursor fiber improving spinning rate, directing reduction of carbon fiber cost and providing a high strength carbon fiber by accurately filtering foreign matters without causing filter blocked out, before discharging PAN-based polymer for producing carbon fiber precursor fiber from a spinneret. <P>SOLUTION: The method for producing carbon fiber precursor fiber includes filtration of a spinning solution obtained by solving a polyacrylonitrile based polymer with 1.5 or more of Mz/Mw which is a ratio of z average molecular weight Mz and a weight average molecular weight Mw, in a solvent, before spinning, wherein the filtration is performed by using a filtering device using a filtering member composed of a certified filtering layer (with smallest opening diameter) in which the basis weight of the certified filtering layer A (g/m<SP>2</SP>) and the density of material B (g/m<SP>3</SP>) satisfy formula: 0.01≤A/B×1000≤0.06, and having a filtration resistance coefficient of 5×10<SP>5</SP>to 30×10<SP>5</SP>cm<SP>-1</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高性能かつ高品位な炭素繊維を得るための炭素繊維前駆体繊維の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a carbon fiber precursor fiber for obtaining a high-performance and high-quality carbon fiber.

炭素繊維は、他の繊維に比べて高い比強度および比弾性率を有するため、複合材料用補強繊維として、従来からのスポーツ用途や航空・宇宙用途に加え、自動車や土木・建築、圧力容器および風車ブレードなどの一般産業用途にも幅広く展開されつつあり、更なる高性能化と低コスト化両立の要請が高い。   Since carbon fiber has higher specific strength and specific modulus than other fibers, it can be used as a reinforcing fiber for composite materials in addition to conventional sports applications, aerospace applications, automobiles, civil engineering / architecture, pressure vessels and Widely used in general industrial applications such as windmill blades, there is a strong demand for both higher performance and lower costs.

炭素繊維の中で、最も広く利用されているポリアクリロニトリル(以下、PANと記述することがある。)系炭素繊維は、その前駆体となるPAN系重合体からなる紡糸溶液を湿式紡糸、乾式紡糸または乾湿式紡糸して炭素繊維前駆体繊維を得た後、それを200〜400℃の温度の酸化性雰囲気下で加熱して耐炎化繊維へ転換し、少なくとも1000℃の温度の不活性雰囲気下で加熱して炭素化することによって工業的に製造されている。炭素繊維は、脆性材料であり、わずかな表面欠陥、内在欠陥により強度低下を引き起こすため、欠陥の生成に関しては、繊細な注意が払われてきた。原料中の粉塵などの異物を取り除くことは当然のことながら、紡糸原液が一部滞留、熱劣化することでできたゲル状物を口金から吐出前に取り除くことが強度低下だけでなく、口金から吐出時、製糸・焼成工程での糸切れを低減するためにも行われてきた。例えば、5μm以下の開孔径を持つフィルターを用いて濾過する方法(特許文献1参照)や濾過精度が5μm以下の金属焼結フィルターを用いて濾過する方法(特許文献2参照)、開孔径を段階的に小さくして多段濾過する方法(特許文献3参照)が提案されている。   Among the carbon fibers, the most widely used polyacrylonitrile (hereinafter sometimes referred to as PAN) carbon fiber is a spinning solution composed of a PAN polymer as a precursor, and wet spinning or dry spinning. Alternatively, after carbon fiber precursor fiber is obtained by dry and wet spinning, it is heated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 200 to 400 ° C. to convert to a flame-resistant fiber, and in an inert atmosphere at a temperature of at least 1000 ° C. It is manufactured industrially by heating and carbonizing at Since carbon fiber is a brittle material and causes a decrease in strength due to slight surface defects and intrinsic defects, delicate attention has been paid to the generation of defects. It is natural to remove foreign matters such as dust in the raw material, but it is not only the strength reduction that removes the gel-like material formed by the spinning stock solution partly staying and thermally degrading from the die before discharging. It has also been carried out to reduce yarn breakage during the yarn making and firing process during discharge. For example, a method of filtering using a filter having an opening diameter of 5 μm or less (see Patent Document 1), a method of filtering using a sintered metal filter having a filtration accuracy of 5 μm or less (see Patent Document 2), and a step of opening diameter A method of performing multistage filtration by reducing the size (see Patent Document 3) has been proposed.

一方、本発明者らは、炭素繊維の生産コストを低減するため、特定の分子量分布を有するPAN系重合体を用いることで、紡糸速度を高め、かつ、紡糸ドラフト率を高めることができる技術を提案した(特願2007−269822号)。一般に、ゲル状物などの異物を口金からの吐出前に取り除くためには、厚みが大きく目の細かいフィルター濾材で濾過する方法が有効だと考えられてきたが、特定の分子量分布を有するPAN系重合体を含む紡糸溶液からゲル状物などの異物を濾過することで、紡糸速度を高め、かつ高強度炭素繊維を得るための異物含有量の少ない炭素繊維前駆体繊維を得ようとフィルターの検討をする中で、厚みのある不織布フィルターを用いると濾過圧損が高まり、特に紡糸速度を高めたときに濾過後の紡糸溶液にゲル状物が流出することが多々あった。また、一般的に、重合体はフィルター濾材の深部に堆積しかつ堆積が進行したのち、圧力によってゲルとして流出する結果、濾過されて清浄化した紡糸溶液中に再度異物が混合することとなり、濾過された紡糸溶液の品質を低下させることが知られており、避けなければならない(特許文献4参照)。また、細かく砕かれたゲルが紡糸溶液に僅かに混入していても製糸工程にはさして影響を及ぼさずに前駆体繊維を製造することはできることが多いが、そのような前駆体繊維を用いて製造される炭素繊維は、物性が低下するため、避けなければならない。これらのことから、高強度炭素繊維を得るための前駆体繊維を紡糸速度を高めて製造するためには、ゲル状物などの異物を濾過前の紡糸溶液中から精度良く濾過し、濾過後の紡糸溶液に混入させないようにする必要がある。   On the other hand, in order to reduce the production cost of carbon fiber, the present inventors have developed a technique that can increase the spinning speed and increase the spinning draft rate by using a PAN-based polymer having a specific molecular weight distribution. Proposed (Japanese Patent Application No. 2007-269822). In general, in order to remove foreign matters such as gel-like substances before discharging from the die, it has been considered that a method of filtering with a filter medium having a large thickness and fineness is effective, but a PAN system having a specific molecular weight distribution Filtering to obtain carbon fiber precursor fibers with low foreign matter content to increase spinning speed and obtain high-strength carbon fibers by filtering foreign matters such as gels from spinning solutions containing polymers When a thick nonwoven fabric filter is used, the filtration pressure loss increases, and in particular, when the spinning speed is increased, the gel-like substance often flows into the spinning solution after filtration. In general, the polymer accumulates in the deep part of the filter medium, and after the deposition proceeds, the polymer flows out as a gel by pressure. As a result, the foreign matter is mixed again in the filtered and cleaned spinning solution. It is known to reduce the quality of the spinning solution prepared and must be avoided (see Patent Document 4). In addition, even if a finely crushed gel is slightly mixed in the spinning solution, it is often possible to produce precursor fibers without affecting the spinning process, but using such precursor fibers, Carbon fibers to be produced must be avoided because their physical properties are reduced. Therefore, in order to produce a precursor fiber for obtaining high-strength carbon fiber at an increased spinning speed, foreign matters such as gels are accurately filtered from the spinning solution before filtration, and after filtration, It is necessary to avoid mixing with the spinning solution.

特開昭58―220821号公報Japanese Patent Laid-Open No. 58-220821 特開昭59―88924号公報JP 59-88924 特開2004−27396号公報JP 2004-27396 A 特開2003―24727号公報(0008段落)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-24727 (paragraph 0008)

本発明は、前記した従来技術が有する問題を解決すること、すなわち、ゲル状物などの異物を濾過前の紡糸溶液中から精度良く濾過できるだけでなく、フィルター濾材の閉塞を抑制して、濾過後の紡糸溶液へ混入することを極力少なくして、安定して炭素繊維前駆体繊維を製造できる方法を提案することを目的とする。   The present invention solves the problems of the prior art described above, that is, not only can a foreign matter such as a gel-like material be accurately filtered from the spinning solution before filtration, but also prevents clogging of the filter medium, and after filtration. An object of the present invention is to propose a method capable of stably producing a carbon fiber precursor fiber by minimizing the amount of being mixed into the spinning solution.

上記の目的を達成するために、本発明の炭素繊維前駆体繊維の製造方法は、次の構成を有するものである。すなわち、Z平均分子量Mzと重量平均分子量Mwとの比であるMz/Mwが1.5以上であるポリアクリロニトリル系重合体が溶媒に溶解されてなる紡糸溶液を紡糸して炭素繊維前駆体繊維を得るに際し、紡糸に先立ち、濾過保証層目付A(g/m)と材質密度B(g/m)が次式を満足する濾過保証層を有するとともに、濾過抵抗係数Cが5〜30×10cm−1であるフィルター濾材を用いたフィルター装置で、紡糸溶液を濾過する炭素繊維前駆体繊維の製造方法である。
0.01≦A/B×1000≦0.06
In order to achieve the above object, the method for producing a carbon fiber precursor fiber of the present invention has the following configuration. That is, a carbon fiber precursor fiber is obtained by spinning a spinning solution in which a polyacrylonitrile-based polymer having a ratio of Z average molecular weight Mz to weight average molecular weight Mw of Mz / Mw of 1.5 or more is dissolved in a solvent. Prior to spinning, the filtration assurance layer basis weight A (g / m 2 ) and material density B (g / m 3 ) have a filtration assurance layer satisfying the following formula, and the filtration resistance coefficient C is 5 to 30 ×. It is a manufacturing method of the carbon fiber precursor fiber which filters a spinning solution with the filter apparatus using the filter medium which is 10 < 5 > cm <-1 >.
0.01 ≦ A / B × 1000 ≦ 0.06

本発明によれば、ゲル状物などの異物の混入の少ない炭素繊維前駆体繊維を、紡糸速度を高めて製造できるため炭素繊維の低コスト化を図ることができる。また、内在する異物の少ない炭素繊維前駆体繊維を用いることで焼成工程でも糸切れが少なく、毛羽が少なく高強度な炭素繊維を安定して製造することができる。   According to the present invention, carbon fiber precursor fibers with little foreign matters such as gels can be produced at an increased spinning speed, so that the cost of carbon fibers can be reduced. In addition, by using carbon fiber precursor fibers with a small amount of foreign matter, high-strength carbon fibers with less yarn breakage and less fluff can be stably produced even in the firing step.

図1は、本発明で用い得るフィルター装置を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a filter device that can be used in the present invention. 図2は、本発明で用い得るリーフディスク型フィルターを示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a leaf disk type filter that can be used in the present invention. 図3は、リーフディスク型フィルターを用いたフィルター装置を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a filter device using a leaf disk type filter.

本発明では、Z平均分子量Mzと重量平均分子量Mwとの比であるMz/Mwが1.5以上であるPAN系重合体が溶媒に溶解されてなる紡糸溶液を用いて紡糸する。かかるPAN系重合体は分子量の大きな重合体成分を含んでいるので、本発明の効果が顕著に現れる。   In the present invention, spinning is performed using a spinning solution in which a PAN-based polymer having Mz / Mw, which is a ratio of Z average molecular weight Mz and weight average molecular weight Mw, of 1.5 or more is dissolved in a solvent. Since such a PAN-based polymer contains a polymer component having a large molecular weight, the effects of the present invention are remarkably exhibited.

まず、本発明で好適に用いることができるPAN系重合体について説明する。本発明では、重量平均分子量(以下、Mwと略記する)が30万〜50万であるPAN系重合体が好ましく用いられる。Mwが30万未満の低分子量のPAN系重合体の場合、繊維軸方向の分子同士のつながりが低下するため、紡糸および焼成工程での高い延伸に耐えられず、炭素繊維としての強度が低くなることが多い。また、Mwは大きい方が好ましいが、Mwが50万を越えるような高分子量のPAN系重合体では絡み合いが多くなりすぎ、かかる高分子量のPAN系重合体を用いる場合には重合体濃度を下げざるを得ず、生産性が低下することがある。PAN系重合体のMwは、重合時の単量体、ラジカル開始剤および連鎖移動剤などの量を変えることにより制御できる。また、かかるPAN系重合体は、Z平均分子量(以下、Mzと略記する)とMwとの比で示される多分散度Mz/Mwが1.5〜6.0、好ましくは2.7〜6.0であるのが良い。   First, the PAN polymer that can be suitably used in the present invention will be described. In the present invention, a PAN-based polymer having a weight average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mw) of 300,000 to 500,000 is preferably used. In the case of a low molecular weight PAN-based polymer having an Mw of less than 300,000, since the connection between molecules in the fiber axis direction is reduced, it cannot withstand high stretching in the spinning and firing processes, and the strength as a carbon fiber is reduced. There are many cases. A larger Mw is preferable, but a high molecular weight PAN polymer with Mw exceeding 500,000 is too entangled, and the polymer concentration is lowered when such a high molecular weight PAN polymer is used. Inevitably, productivity may decrease. The Mw of the PAN-based polymer can be controlled by changing the amounts of monomers, radical initiators, chain transfer agents and the like during polymerization. The PAN-based polymer has a polydispersity Mz / Mw represented by a ratio of Z average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mz) to Mw of 1.5 to 6.0, preferably 2.7 to 6. .0 is good.

本発明において、各種平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフ(以下、GPCと略記する)法で測定され、ポリスチレン換算値として得られるものである。なお、多分散度Mz/Mwは、次の意味を有する。すなわち、数平均分子量(以下、Mnと略記する)は、高分子化合物に含まれる低分子量物の寄与を敏感に受ける。これに対して、Mwは、高分子量物の寄与を敏感に受け、Mzは、高分子量物の寄与をさらに敏感に受ける。そのため、多分散度であるMw/MnやMz/Mwを用いることにより分子量分布の広がりを評価することができる。Mw/Mnが1であるとき単分散であり、大きくなるにつれて分子量分布が低分子量側を中心にブロードになることを示すのに対して、Mz/Mwは大きくなるにつれて、分子量分布が高分子量側を中心にブロードになることを示す。   In the present invention, various average molecular weights are measured by a gel permeation chromatograph (hereinafter abbreviated as GPC) method and are obtained as polystyrene equivalent values. The polydispersity Mz / Mw has the following meaning. That is, the number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn) is sensitively influenced by the low molecular weight substance contained in the polymer compound. On the other hand, Mw is sensitively influenced by the high molecular weight substance, and Mz is more sensitively influenced by the high molecular weight substance. Therefore, the spread of the molecular weight distribution can be evaluated by using Mw / Mn or Mz / Mw which are polydispersities. It is monodisperse when Mw / Mn is 1, and shows that the molecular weight distribution becomes broader around the low molecular weight side as it becomes larger, whereas the molecular weight distribution becomes higher as Mz / Mw becomes larger. It shows that it becomes broad around.

上記のように、Mw/MnとMz/Mwの示すところが異なるため、Mw/Mnが大きくても、Mz/Mwが大きくなるということでは必ずしもない。   As described above, since Mw / Mn and Mz / Mw are different, even if Mw / Mn is large, Mz / Mw does not necessarily increase.

上記のようなPAN系重合体を用いることにより、生産性の向上と安定化の両立を図りつつ、毛羽立ちの少ない高品位な炭素繊維前駆体繊維を製造することができるメカニズムは、必ずしも明確になった訳ではないが、次のように考えられる。口金孔直後でPAN系重合体が伸長変形する際に、超高分子量物と高分子量物が絡み合い、超高分子量物を中心に絡み合い間の分子鎖が緊張することで伸長粘度の急激な増大、すなわち、歪み硬化がおこる。PAN系重合体溶液の細化に伴い細化部分の伸長粘度が高くなり、流動安定化するため紡糸速度を高め、かつ、紡糸ドラフト率を高めることができ、ひいては製糸速度を高めることができる。上記のようなPAN系重合体を溶媒に溶解させた溶液を用いることにより、20000mm/分もの高速で糸を曳いても糸が切れることはなく、曳糸長としては測定ができないほどとすることができる。   By using the PAN-based polymer as described above, a mechanism capable of producing a high-quality carbon fiber precursor fiber with less fuzz while achieving both improvement in productivity and stabilization is not necessarily clear. It is not a translation, but it is thought as follows. When the PAN-based polymer is stretched and deformed immediately after the mouthpiece hole, the ultrahigh molecular weight substance and the high molecular weight substance are entangled, and the molecular chain between the entanglement is tensioned around the ultrahigh molecular weight substance, resulting in a rapid increase in elongational viscosity. That is, strain hardening occurs. As the PAN polymer solution is thinned, the elongational viscosity of the thinned portion is increased and the flow is stabilized, so that the spinning speed can be increased, the spinning draft rate can be increased, and the spinning speed can be increased. By using a solution in which a PAN-based polymer as described above is dissolved in a solvent, the yarn will not break even if the yarn is wound at a high speed of 20000 mm / min, and the length of the yarn cannot be measured. Can do.

Mz/Mwが1.5以上では、延伸性が高く、炭素繊維前駆体繊維として満足できる配向状態とすることができる。また、Mz/Mwが2.7以上では、歪み硬化が強く発現し、紡糸溶液の吐出安定性が向上し、生産性が大幅に向上する。加えて、Mz/Mwが2.7以上では、フィルター濾材通過時に濾過すべきでない高分子量成分も濾過されてしまうことが多いため、本発明と組み合わせることで、ゲル状物などの異物のみを効率よく濾過する効果が極めて大きくなる。一方、Mz/Mwが6.0を越えるPAN系重合体は絡み合いが大きくなりすぎて、紡糸溶液を口金から吐出することが困難となる場合がある。   When Mz / Mw is 1.5 or more, the stretchability is high, and an orientation state satisfactory as a carbon fiber precursor fiber can be obtained. On the other hand, when Mz / Mw is 2.7 or more, strain hardening is strongly developed, the spinning stability of the spinning solution is improved, and the productivity is greatly improved. In addition, when Mz / Mw is 2.7 or higher, high molecular weight components that should not be filtered when passing through the filter medium are often filtered. Therefore, in combination with the present invention, only foreign matters such as gel-like substances are efficiently obtained. The effect of filtering well is greatly increased. On the other hand, a PAN-based polymer having Mz / Mw of more than 6.0 may become too entangled, making it difficult to discharge the spinning solution from the die.

また、Mw/Mnは、小さいほど炭素繊維の構造欠陥となりやすい低分子成分の含有量が少ないため、小さいほど好ましく、Mz/MwよりもMw/Mnが小さいことが好ましい。すなわち、高分子量側にも、低分子量側にもブロードであっても、吐出安定性低下は少ないが、低分子量側はなるべくシャープであることが好ましく、Mz/MwがMw/Mnに対して、1.5倍以上であることが好ましく、更には1.8倍以上であることがより好ましい。本発明者らの検討によると、通常、アクリロニトリル(以下、ANと略記する)の重合でよく行われている、水系懸濁、溶液法などのラジカル重合においては、分子量分布が低分子量側に裾を引いているため、Mw/MnがMz/Mwよりも大きくなる。そのため、重合開始剤の種類と割合や逐次添加など、特殊な条件で重合を行うか、一般的なラジカル重合を用いる場合、2種以上のPAN系重合体を混合する方法があり、重合体を混合する方法が簡便である。混合する種類は、少ないほど簡便であり、吐出安定性の観点からも2種で十分なことが多い。   In addition, Mw / Mn is preferably as small as possible because the smaller the content of low molecular components that are likely to be structural defects of the carbon fiber, and Mw / Mn is preferably smaller than Mz / Mw. That is, even if it is broad on both the high molecular weight side and the low molecular weight side, there is little decrease in ejection stability, but the low molecular weight side is preferably as sharp as possible, and Mz / Mw is higher than Mw / Mn. It is preferably 1.5 times or more, and more preferably 1.8 times or more. According to the study by the present inventors, in the radical polymerization such as aqueous suspension or solution method, which is usually performed in the polymerization of acrylonitrile (hereinafter abbreviated as AN), the molecular weight distribution is on the lower molecular weight side. Therefore, Mw / Mn becomes larger than Mz / Mw. Therefore, when performing polymerization under special conditions such as the type and ratio of the polymerization initiator and sequential addition, or when using general radical polymerization, there is a method of mixing two or more PAN-based polymers. The method of mixing is simple. The smaller the number of types to be mixed, the easier and the two types are often sufficient from the viewpoint of ejection stability.

混合する重合体のMwは、Mwの大きいPAN系重合体をA成分とし、Mwの小さいPAN系重合体をB成分とすると、A成分のMwは好ましくは100万〜1500万であり、より好ましくは100万〜500万であり、B成分のMwは5万〜90万であることが好ましい。A成分とB成分のMwの差が大きいほど、混合された重合体のMz/Mwが大きくなる傾向があるため好ましい態様であるが、A成分のMwが1500万より大きいときはA成分の生産性は低下する場合があり、B成分のMwが15万未満のときは前駆体繊維の強度が不足する場合があり、Mz/Mwは10以下とすることが現実的である。   The Mw of the polymer to be mixed is a PAN-based polymer having a large Mw as the A component, and a PAN-based polymer having a small Mw is the B component. Is 1 million to 5 million, and Mw of the B component is preferably 50,000 to 900,000. The larger the difference between the Mw of the A component and the B component, the greater the Mz / Mw of the mixed polymer tends to increase. This is a preferred embodiment, but when the Mw of the A component is greater than 15 million, production of the A component When the Mw of the B component is less than 150,000, the strength of the precursor fiber may be insufficient, and it is realistic that Mz / Mw is 10 or less.

具体的には、A成分とB成分の重量平均分子量の比は、4〜45であることが好ましく、20〜45であることがより好ましい。   Specifically, the ratio of the weight average molecular weight of the A component and the B component is preferably 4 to 45, and more preferably 20 to 45.

また、A成分とB成分の重量比は、0.003〜0.3であることが好ましく、0.005〜0.2であることがより好ましく、0.01〜0.1であることが更に好ましい。A成分とB成分の重量比が0.003未満では、歪み硬化が不足することがあり、また0.3より大きいときは重合体溶液の吐出粘度が上がりすぎて吐出困難となることがある。   The weight ratio of the A component and the B component is preferably 0.003 to 0.3, more preferably 0.005 to 0.2, and 0.01 to 0.1. Further preferred. When the weight ratio of the A component to the B component is less than 0.003, strain hardening may be insufficient, and when it is greater than 0.3, the discharge viscosity of the polymer solution may increase so that the discharge may become difficult.

A成分とB成分の重合体を混合する場合、両重合体を混合してから溶媒で希釈する方法、重合体それぞれを溶媒に希釈したもの同士を混合する方法、溶解しにくい高分子量物であるA成分を溶媒に希釈した後にB成分を混合溶解する方法、および高分子量物であるA成分を溶媒に希釈したものとB成分を構成する単量体を混合して単量体を溶液重合することにより混合する方法などを採用することができる。混合には、混合槽で攪拌する方法やギヤポンプなどで定量してスタティックミキサーで混合する方法、二軸押出機を用いる方法などが好ましく採用できる。高分子量物を均一に溶解させる観点から、高分子量物であるA成分を初めに溶解する方法が好ましい。特に、炭素繊維前駆体製造用とする場合には、高分子量物であるA成分の溶解状態が極めて重要であり、わずかであっても未溶解物が存在していた場合には異物として認識され、フィルター濾材に濾過されるか、濾過させないほど小さいときには炭素繊維内部にボイドを形成することがある。   When mixing the polymer of component A and component B, a method of mixing both polymers and then diluting with a solvent, a method of mixing each of the polymers diluted in a solvent, and a high molecular weight material that is difficult to dissolve A method in which the B component is mixed and dissolved after diluting the A component in the solvent, and a solution in which the monomer constituting the B component is mixed with a solution obtained by diluting the high molecular weight A component in the solvent. It is possible to employ a mixing method. For mixing, a method of stirring in a mixing tank, a method of quantifying with a gear pump or the like and mixing with a static mixer, a method of using a twin screw extruder, or the like can be preferably employed. From the viewpoint of uniformly dissolving the high molecular weight product, a method of first dissolving the component A which is a high molecular weight product is preferable. In particular, in the case of producing a carbon fiber precursor, the dissolved state of the high molecular weight component A is extremely important, and even if a slight amount of undissolved material exists, it is recognized as a foreign substance. When it is filtered by the filter medium or small enough not to be filtered, a void may be formed inside the carbon fiber.

具体的には、A成分の溶媒に対する重合体濃度、すなわちA成分と溶媒のみからなる溶液を仮想したときの、その溶液中におけるA成分の重合体濃度を好ましくは0.1〜5重量%になるようにした後、B成分を混合する、あるいは、B成分を構成する単量体を混合して重合する。上記のA成分の重合体濃度は、より好ましくは0.3〜3重量%であり、さらに好ましくは0.5〜2重量%である。上記のA成分の重合体濃度は、より具体的には、重合体の集合状態として、重合体がわずかに重なり合った準希薄溶液とすることが好ましく、B成分を混合する、あるいは、B成分を構成する単量体を混合して重合する際に、混合状態が均一となりやすいため、孤立鎖の状態となる希薄溶液とすることが更に好ましい態様である。希薄溶液となる濃度は、重合体の分子量と溶媒に対する重合体の溶解性によって決まる分子内排除体積によって決まるとみられるため、一概には決められないが、本発明においては概ね前記範囲にすることにより凝集してフィルター濾材内に堆積することが少ない。上記の重合体濃度が5重量%を超える場合は、A成分の未溶解物が存在することがあり、0.1重量%未満の場合は、分子量にもよるが希薄溶液となっているため効果が飽和していることが多い。   Specifically, the polymer concentration of the component A with respect to the solvent, that is, when assuming a solution consisting only of the component A and the solvent, the polymer concentration of the component A in the solution is preferably 0.1 to 5% by weight. Then, the B component is mixed, or the monomers constituting the B component are mixed and polymerized. The polymer concentration of the component A is more preferably 0.3 to 3% by weight, and further preferably 0.5 to 2% by weight. More specifically, the polymer concentration of the component A is preferably a quasi-dilute solution in which the polymers are slightly overlapped as an aggregate state of the polymer, and the component B is mixed or the component B is mixed. When the constituent monomers are mixed and polymerized, the mixed state is likely to be uniform, so that a dilute solution that is in an isolated chain state is a more preferable embodiment. The concentration of the dilute solution is considered to be determined by the intramolecular exclusion volume determined by the polymer molecular weight and the solubility of the polymer in the solvent. It is less likely to aggregate and deposit in the filter media. When the polymer concentration exceeds 5% by weight, an undissolved product of component A may be present. When the polymer concentration is less than 0.1% by weight, it is effective because it is a dilute solution depending on the molecular weight. Is often saturated.

上記のように、A成分の溶媒に対する重合体濃度を好ましくは0.1〜5重量%になるようにした後、それにB成分を混合溶解する方法でもかまわないが、工程省略の観点から高分子量物を溶媒に希釈したものとB成分を構成する単量体を混合して単量体を溶液重合することにより混合する方法を採用する方が好ましい。   As described above, the polymer concentration with respect to the solvent of the component A is preferably 0.1 to 5% by weight, and then the method of mixing and dissolving the component B may be used. It is preferable to employ a method of mixing a product obtained by diluting a product with a solvent and a monomer constituting the component B and mixing the monomers by solution polymerization.

A成分の溶媒に対する重合体濃度を0.1〜5重量%になるようにする方法としては、希釈による方法でも重合による方法でも構わない。希釈する場合は、均一に希釈できるまで撹拌することが重要であり、希釈温度としては50〜120℃が好ましく、希釈時間は希釈温度や希釈前濃度によって異なるため、適宜設定すればよい。希釈温度が50℃未満の場合は、希釈に時間がかかることがあり、120℃を超える場合は、A成分が変質する恐れがある。また、重合体の重なり合いを希釈する工程を減らし、均一に混合する観点から、前記のA成分の製造から前記のB成分の混合開始、あるいは、B成分を構成する単量体の重合開始までの間、A成分の溶媒に対する重合体濃度を0.1〜5重量%の範囲に制御することが好ましい。具体的には、A成分を溶液重合により製造する際に、重合体濃度が5重量%以下で重合を停止させ、それにB成分を混合する、あるいは、B成分を構成する単量体を混合しその単量体を重合する方法である。通常、溶媒に対する仕込み単量体の割合が少ないと、溶液重合により高分子量物を製造することは困難なことが多いため仕込み単量体の割合を多くするが、上記のA成分の重合体濃度が5重量%以下の段階では、重合率が低く、未反応単量体が多く残存していることになる。未反応単量体を揮発除去してから、B成分を混合してもかまわないが、工程省略の観点からその未反応単量体を用いてB成分を溶液重合することが好ましい。   The method for adjusting the polymer concentration of the component A to the solvent to 0.1 to 5% by weight may be a method using dilution or a method using polymerization. When diluting, it is important to stir until it can be diluted uniformly, and the dilution temperature is preferably 50 to 120 ° C. The dilution time varies depending on the dilution temperature and the concentration before dilution, and may be appropriately set. When the dilution temperature is less than 50 ° C, it may take time to dilute, and when it exceeds 120 ° C, the component A may be altered. In addition, from the viewpoint of reducing the process of diluting the overlapping of the polymers and mixing them uniformly, from the production of the A component to the start of mixing of the B component, or the polymerization of the monomer constituting the B component. Meanwhile, the polymer concentration with respect to the solvent of the component A is preferably controlled in the range of 0.1 to 5% by weight. Specifically, when the component A is produced by solution polymerization, the polymerization is stopped when the polymer concentration is 5% by weight or less, and the component B is mixed therewith, or the monomer constituting the component B is mixed. This is a method of polymerizing the monomer. Usually, when the ratio of the charged monomer to the solvent is small, it is often difficult to produce a high molecular weight product by solution polymerization, so the ratio of the charged monomer is increased. However, when the amount is 5% by weight or less, the polymerization rate is low and a large amount of unreacted monomer remains. The B component may be mixed after removing the unreacted monomer by volatilization, but from the viewpoint of omitting the process, it is preferable to solution polymerize the B component using the unreacted monomer.

本発明で好適に用いられるA成分としては、PANと相溶性を有することが望ましく、相溶性の観点からPAN系重合体であることが好ましい。組成としては、ANが好ましくは93〜100モル%であり、ANと共重合可能な単量体を7モル%以下なら共重合させてもよいが、共重合成分の連鎖移動定数がANより小さく、必要とするMwを得にくい場合は、共重合成分の量をなるべく減らすことが好ましい。   The component A preferably used in the present invention desirably has compatibility with PAN, and is preferably a PAN-based polymer from the viewpoint of compatibility. As the composition, AN is preferably 93 to 100 mol%, and copolymerization may be carried out if the monomer copolymerizable with AN is 7 mol% or less, but the chain transfer constant of the copolymerization component is smaller than AN. When it is difficult to obtain the required Mw, it is preferable to reduce the amount of the copolymer component as much as possible.

ANと共重合可能な単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらアルカリ金属塩、アンモニウム塩および低級アルキルエステル類、アクリルアミドおよびその誘導体、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸およびそれらの塩類またはアルキルエステル類などを用いることができる。   Examples of monomers copolymerizable with AN include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and alkali metal salts thereof, ammonium salts and lower alkyl esters, acrylamide and derivatives thereof, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid and Those salts or alkyl esters can be used.

A成分であるPAN系重合体を製造するための重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法および乳化重合法などから選択することができるが、ANや共重合成分を均一に重合する目的からは、溶液重合法を用いることが好ましい。溶液重合法を用いて重合する場合、溶媒としては、例えば、塩化亜鉛水溶液、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどPANが可溶な溶媒が好適に用いられる。必要とするMwを得にくい場合は、連鎖移動定数の大きい溶媒、すなわち、塩化亜鉛水溶液による溶液重合法、あるいは水による懸濁重合法も好適に用いられる。   The polymerization method for producing the PAN-based polymer as component A can be selected from a solution polymerization method, a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, etc., and the purpose of uniformly polymerizing AN and copolymer components It is preferable to use a solution polymerization method. In the case of polymerizing using the solution polymerization method, as the solvent, for example, a solvent in which PAN is soluble, such as an aqueous zinc chloride solution, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and dimethylacetamide, is preferably used. If it is difficult to obtain the required Mw, a solvent having a large chain transfer constant, that is, a solution polymerization method using a zinc chloride aqueous solution or a suspension polymerization method using water is also preferably used.

本発明で好適に用いられるB成分であるPAN系重合体の組成としては、ANが好ましくは93〜100モル%であり、ANと共重合可能な単量体を7モル%以下なら共重合させてもよいが、共重合成分量が多くなるほど耐炎化工程で共重合部分での熱分解による分子断裂が顕著となり、得られる炭素繊維の引張強度が低下する。   As the composition of the PAN-based polymer, which is the B component suitably used in the present invention, AN is preferably 93 to 100 mol%, and a monomer copolymerizable with AN is copolymerized if it is 7 mol% or less. However, as the amount of the copolymerization component increases, molecular breakage due to thermal decomposition at the copolymerization portion becomes more prominent in the flameproofing step, and the tensile strength of the resulting carbon fiber decreases.

ANと共重合可能な単量体としては、耐炎化を促進する観点から、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらアルカリ金属塩、アンモニウム塩および低級アルキルエステル類、アクリルアミドおよびその誘導体、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸およびそれらの塩類またはアルキルエステル類などを用いることができる。   Examples of the monomer copolymerizable with AN include, for example, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and alkali metal salts thereof, ammonium salts and lower alkyl esters, acrylamide and derivatives thereof, allyl, from the viewpoint of promoting flame resistance. Sulfonic acid, methallylsulfonic acid and their salts or alkyl esters can be used.

B成分であるPAN系重合体を製造するための重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法および乳化重合法などから選択することができるが、ANや共重合成分を均一に重合する目的からは、溶液重合法を用いることが好ましい。溶液重合法を用いて重合する場合、溶媒としては、例えば、塩化亜鉛水溶液、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどPANが可溶な溶媒が好適に用いられる。中でも、PANの溶解性の観点から、ジメチルスルホキシドを用いることが好ましい。これらの重合に用いる原料は、全て濾過精度1μm以下のフィルター濾材を通した後に用いることが好ましい。   The polymerization method for producing the B component PAN-based polymer can be selected from a solution polymerization method, a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, and the like. It is preferable to use a solution polymerization method. In the case of polymerizing using the solution polymerization method, as the solvent, for example, a solvent in which PAN is soluble, such as an aqueous zinc chloride solution, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and dimethylacetamide, is preferably used. Among these, dimethyl sulfoxide is preferably used from the viewpoint of PAN solubility. The raw materials used for these polymerizations are preferably used after passing through a filter medium having a filtration accuracy of 1 μm or less.

前記したPAN系重合体を、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどPAN系重合体が可溶な溶媒に溶解し、紡糸溶液とする。溶液重合を用いる場合、重合に用いられる溶媒と紡糸溶媒を同じものにしておくと、得られたPAN系重合体を分離し紡糸溶媒に再溶解する工程が不要となる。   The aforementioned PAN-based polymer is dissolved in a solvent in which the PAN-based polymer is soluble, such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and dimethylacetamide, to obtain a spinning solution. In the case of using solution polymerization, if the solvent used for polymerization and the spinning solvent are the same, a step of separating the obtained PAN-based polymer and re-dissolving in the spinning solvent becomes unnecessary.

紡糸溶液における重合体濃度は、5〜30重量%の範囲であることが好ましく、14〜25重量%であることがより好ましく、18〜23重量%であることが最も好ましい。重合体濃度が5重量%未満では溶剤使用量が多くなり経済的でなく、凝固浴内での凝固速度を低下させ内部にボイドが生じて緻密な構造が得られないことがある。一方、重合体濃度が30重量%を超えると粘度が上昇し、紡糸が困難となる傾向を示す。紡糸溶液の重合体濃度は、使用する溶媒量により調製することができる。   The polymer concentration in the spinning solution is preferably in the range of 5 to 30% by weight, more preferably 14 to 25% by weight, and most preferably 18 to 23% by weight. If the polymer concentration is less than 5% by weight, the amount of solvent used increases, which is not economical, and the coagulation rate in the coagulation bath is reduced, and voids are generated inside, and a dense structure may not be obtained. On the other hand, when the polymer concentration exceeds 30% by weight, the viscosity increases and spinning tends to be difficult. The polymer concentration of the spinning solution can be adjusted according to the amount of solvent used.

本発明において重合体濃度とは、PAN系重合体の溶液中に含まれるPAN系重合体の重量%である。具体的には、PAN系重合体の溶液を計量した後、PAN系重合体を溶解せずかつPAN系重合体溶液に用いる溶媒と相溶性のあるものに、計量したPAN系重合体溶液を脱溶媒させた後、PAN系重合体を計量する。重合体濃度は、脱溶媒後のPAN系重合体の重量を、脱溶媒する前のPAN系重合体の溶液の重量で割ることにより算出する。   In the present invention, the polymer concentration is the weight percent of the PAN polymer contained in the PAN polymer solution. Specifically, after weighing the PAN-based polymer solution, the measured PAN-based polymer solution is removed to a solvent that does not dissolve the PAN-based polymer and is compatible with the solvent used for the PAN-based polymer solution. After solvent, the PAN polymer is weighed. The polymer concentration is calculated by dividing the weight of the PAN polymer after desolvation by the weight of the PAN polymer solution before desolvation.

また、45℃の温度における紡糸溶液の粘度は、15〜200Pa・sの範囲であることが好ましく、より好ましくは20〜150Pa・sの範囲であることがより好ましく、30〜100Pa・sの範囲であることが最も好ましい。溶液粘度が15Pa・s未満では、紡糸糸条の賦形性が低下するため、口金から出た糸条を引き取る速度、すなわち可紡性が低下する傾向を示す。また、溶液粘度は200Pa・sを超えるとゲル化し易くなり、フィルター濾材が閉塞しやすくなる傾向を示す。紡糸溶液の粘度は、重合開始剤や連鎖移動剤の量などにより制御することができる。   Further, the viscosity of the spinning solution at a temperature of 45 ° C. is preferably in the range of 15 to 200 Pa · s, more preferably in the range of 20 to 150 Pa · s, and more preferably in the range of 30 to 100 Pa · s. Most preferably. When the solution viscosity is less than 15 Pa · s, since the formability of the spun yarn is lowered, the speed at which the yarn taken out from the die is taken, that is, the spinnability tends to be lowered. Moreover, when solution viscosity exceeds 200 Pa * s, it will become easy to gelatinize and the tendency for a filter medium to become obstruct | occluded easily will be shown. The viscosity of the spinning solution can be controlled by the amount of polymerization initiator or chain transfer agent.

45℃の温度におけるPAN系重合体溶液の粘度は、B型粘度計により測定することができる。具体的には、ビーカーに入れたPAN系重合体溶液を、45℃の温度に温度調節された温水浴に浸して調温した後、B型粘度計として、例えば、(株)東京計器製B8L型粘度計を用い、ローターNo.4を使用し、PAN系重合体溶液の粘度が0〜100Pa・sの範囲はローター回転数6r.p.m.で測定し、またそのPAN系重合体溶液の粘度が100〜1000Pa・sの範囲はローター回転数0.6r.p.m.で測定する。   The viscosity of the PAN polymer solution at a temperature of 45 ° C. can be measured with a B-type viscometer. Specifically, the PAN-based polymer solution placed in a beaker is immersed in a hot water bath adjusted to a temperature of 45 ° C. to adjust the temperature, and as a B-type viscometer, for example, B8L manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd. Using a viscometer, rotor No. 4 is used, and the viscosity of the PAN polymer solution is in the range of 0 to 100 Pa · s. p. m. The viscosity of the PAN-based polymer solution is in the range of 100 to 1000 Pa · s. p. m. Measure with

本発明では、上記したような紡糸溶液を紡糸するに先立ち、フィルター装置に通し、重合体原料および各工程において混入した不純物を除去する。本発明におけるフィルター装置とは、紡糸溶液中に存在する異物を濾過して除去する設備を意味し、濾過処理を施す紡糸溶液をフィルター装置内に導くための流入路と、紡糸溶液を濾過するためのフィルター濾材と、濾過された紡糸溶液をフィルター装置外に導くための流出路と、これらを収納するための容器とより構成される。ここで、フィルター濾材とは、フィルター装置内に収納される紡糸溶液の濾過手段である。   In the present invention, prior to spinning the spinning solution as described above, the polymer raw material and impurities mixed in each step are removed through a filter device. The filter device in the present invention means a facility for filtering and removing foreign matters present in the spinning solution, an inflow path for guiding the spinning solution to be filtered into the filter device, and for filtering the spinning solution. Filter medium, an outflow path for guiding the filtered spinning solution to the outside of the filter device, and a container for storing these. Here, the filter medium is a means for filtering the spinning solution stored in the filter device.

本発明で用い得るフィルター装置を図1〜3を用いて説明すると次のとおりである。ただし、図1〜3は例示であり、本発明はこれらの図およびこれらの図を用いる説明によって制限されるものではない。   A filter device that can be used in the present invention will be described with reference to FIGS. However, FIGS. 1-3 are illustrations and this invention is not restrict | limited by these figures and description using these figures.

図1はフィルター装置の断面図であり、濾過容器1に作られた空間内に、フィルター濾材2と、フィルター濾材の変形を抑制し液体透過性を有する支持体3が固定されている。紡糸溶液は紡糸溶液流入路4を経て、フィルター濾材2で濾過され、紡糸溶液流出路5を経てフィルター装置外に出る。この基本構成以外にも、例えば、図2に示すように、フィルター濾材2が外周に沿って多孔板等からなる支持体3に支持され、紡糸溶液流出路への開口6を有するリーフディスク型フィルター7を、図3に示すように、濾過容器1に作られた空間内に、紡糸溶液流出路を兼ねる芯体8とフィルター押さえ9の間に複数枚積み重ね、固定してあるフィルター装置も好ましい様態である。すなわち、芯体8は側面に開口10を有しており、紡糸溶液は、紡糸溶液流入路4を経て、それぞれのリーフディスク型フィルター7におけるフィルター濾材2で濾過され、支持体3、リーフディスクの内径側にある紡糸溶液流出路への開口6、芯体の開口10、芯体8を順に経て、流出されることで濾過される。なお、リーフディスク型フィルターの外径は距離Dで表され、リーフディスク型フィルターの内径は距離dで表される。リーフディスク型フィルターにおいて、ドーナッツ状の内周部分は支持体がむき出しになっているか、開口を有する板で覆われており、リーフディスク型フィルターの上下面から流入した紡糸溶液が内周部分から排出されるようになっている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a filter device, in which a filter medium 2 and a support 3 having liquid permeability that suppresses deformation of the filter medium are fixed in a space formed in the filtration container 1. The spinning solution passes through the spinning solution inflow path 4, is filtered by the filter medium 2, and passes through the spinning solution outflow path 5 and exits from the filter device. In addition to this basic configuration, for example, as shown in FIG. 2, a leaf disk type filter having a filter medium 2 supported by a support 3 made of a porous plate or the like along its outer periphery and having an opening 6 to the spinning solution outflow passage As shown in FIG. 3, a filter device in which a plurality of sheets 7 are stacked and fixed between a core body 8 also serving as a spinning solution outflow path and a filter press 9 in a space formed in the filtration container 1 is also preferable. It is. That is, the core body 8 has an opening 10 on the side surface, and the spinning solution is filtered by the filter medium 2 in each leaf disk type filter 7 through the spinning solution inflow path 4, and the support body 3 and the leaf disk. It is filtered by flowing out through the opening 6 to the spinning solution outflow passage on the inner diameter side, the opening 10 of the core body, and the core body 8 in this order. The outer diameter of the leaf disk type filter is represented by a distance D, and the inner diameter of the leaf disk type filter is represented by a distance d. In a leaf disk type filter, the inner periphery of the donut is exposed on the support or is covered with a plate having an opening, and the spinning solution flowing in from the upper and lower surfaces of the leaf disk filter is discharged from the inner periphery. It has come to be.

リーフディスク型フィルター以外にも、キャンドル型、プリーツキャンドル型のタイプも選択できるが、フィルター濾材をほぼ平面上に使用できるリーフディスク型フィルターに対し、キャンドル型、プリーツキャンドル型は一定の曲率を持つため、開孔径の分布が広がることや洗浄性が悪化する原因となることがあるので、リーフディスク型フィルターが最も好ましい。   In addition to the leaf disc type filter, candle type and pleated candle type can also be selected, but the candle type and pleated candle type have a certain curvature compared to the leaf disc type filter that can use the filter medium almost on a flat surface. The leaf disk type filter is most preferred because it may cause the distribution of the aperture diameter to be widened and the cleaning performance to deteriorate.

本発明で使用されるフィルター濾材2は、紡糸溶液中に存在する異物を除去するための直接的役割を担う部分であり、定められた開孔径を狭いばらつきで保有することが求められ、加えて、被処理物質に対する化学的安定性と耐熱性とある程度の耐圧性とが要求される。このようなフィルター濾材としては、金属の繊維を織って作製した金網や、ガラス不織布、金属の短繊維をカード機やエアーレイド方法での開繊を行なってウェブ状とした金属繊維不織布とした後焼結して組織を固定した焼結金属繊維組織よりなるフィルター濾材などが好ましく使用される。また、フィルター濾材の材質は、紡糸溶液に不活性であり、かつ溶媒への溶出成分がなければ特に限定されるものではない。具体的な金属としては、ステンレス鋼(SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等)、インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)の他、ニッケル、チタン、コバルトベースの種々合金が選択される。金属繊維の製造方法は、特に多数本の線材を束としてまとめて線引き細径化したのち、各線を分離して線材を細径化するいわゆる集束繊維製造方法や、コイル切削法、ビビリ振動切削法などが挙げられる。金網の場合には、繊維束ではなく、単繊維である必要があるため、伸線と熱処理を繰り返す方法などによって得られる。   The filter medium 2 used in the present invention is a part that plays a direct role for removing foreign substances present in the spinning solution, and is required to have a predetermined aperture diameter with a narrow variation. Therefore, chemical stability, heat resistance, and a certain level of pressure resistance to the material to be treated are required. Examples of such filter media include a metal mesh made by weaving metal fibers, a glass nonwoven fabric, and a metal fiber nonwoven fabric that is made into a web by opening a fiber short fiber with a card machine or air raid method. A filter medium made of a sintered metal fiber structure in which the structure is fixed by sintering is preferably used. The material of the filter medium is not particularly limited as long as it is inactive to the spinning solution and has no elution component into the solvent. Specific examples of metals include stainless steel (SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L, etc.), Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), and various alloys based on nickel, titanium, and cobalt. The metal fiber manufacturing method is a so-called focused fiber manufacturing method, a coil cutting method, a chatter vibration cutting method, in which a large number of wires are bundled into a bundle to reduce the diameter of the wire, and then each wire is separated to reduce the diameter of the wire. Etc. In the case of a wire mesh, since it is necessary to be a single fiber, not a fiber bundle, it can be obtained by a method of repeating wire drawing and heat treatment.

炭素繊維前駆体繊維用に用いられる紡糸溶液には、わずかな異物が存在しても工程異常や強度低下を招くため、異物が口金に至るまでに濾過により取り除く必要があるが、先に述べたようにゲル状物などの異物は濾圧で変形しフィルター濾材を通過しやすい。炭素繊維の低コスト化のために紡糸速度を高めるためには、フィルター濾材の単位面積当たりの濾過量を増やす必要があるが、そうすると濾圧が上昇しゲル状物などの異物は変形しフィルター濾材を通過しやすくなる。低コスト化と炭素繊維の更なる高強度化を両立するためには、低い濾圧でゲル状物を精度良く濾過する方法が必要である。従来は、厚みが大きく目の細かいフィルター濾材で濾過する方法が主流であり、低い濾圧でゲル状物の変形を防いで捕集する方法については議論されてこなかった。そこで、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、目付A(g/m)と材質密度B(g/m)が次式を満足する濾過保証層を有するフィルター濾材であって、かつ、濾過抵抗係数Cが5〜30×10cm−1であるフィルター濾材を用いることにより、低い濾圧でゲル状物を精度良く濾過できることを見出したものである。
0.01≦A/B×1000≦0.06
フィルター濾材には、フィルター面に垂直な軸に沿って線径や充填率が均一なものもあるが、線径や充填率の異なる層が複数積層されてなるものが多い。濾過保証層とは、フィルター濾材を構成する層のうち、最も細かい開孔径を有する層、すなわち最も濾過精度の高い層のことを指す。フィルター濾材を構成する層のうち、濾過保証層を除いた部分は補強層と称し、詳細は後述する。濾過精度が同等である濾過保証層が断続的に複数層ある場合は、全て積算した値を用いる。濾過保証層の目付については、かかる濾過保証層の1m2 当たりにおける質量(g)、すなわちg/m2 として示される。濾過保証層は、金属繊維の接触部分で結晶化を促す焼結という工程を経ることで構造を固定し、機械的強度を持たせてあるのが一般的である。濾過保証層が焼結によって作製された場合であっても、焼結前後での重量および面積の変化は無視できる程度なので、濾過保証層目付Aは焼結により変化しないため焼結前の値を用いる。焼結後の濾過保証層部分だけ取り出して測定した値を用いても構わないが、焼結前後の濾過保証層目付が異なる場合は、焼結前の値を優先して用いる。濾過抵抗係数Cは単位時間当たりの通気量から計算することが出来る、フィルター濾材の流体の通過させにくさを示す値である。
The spinning solution used for the carbon fiber precursor fiber causes a process abnormality and a decrease in strength even if a slight amount of foreign matter is present, so it is necessary to remove the foreign matter by filtration before reaching the die. As such, foreign substances such as gels are easily deformed by filtration pressure and easily pass through the filter medium. In order to increase the spinning speed in order to reduce the cost of carbon fibers, it is necessary to increase the amount of filtration per unit area of the filter medium. Easier to pass through. In order to achieve both a reduction in cost and a further increase in strength of the carbon fiber, a method for accurately filtering the gel-like material with a low filtration pressure is required. Conventionally, a method of filtering with a filter medium having a large thickness and a fine size has been the mainstream, and a method of collecting and preventing deformation of a gel-like material with a low filtration pressure has not been discussed. Therefore, as a result of repeated studies by the present inventors, a filter medium having a filtration guarantee layer having a basis weight A (g / m 2 ) and material density B (g / m 3 ) satisfying the following formula, and It has been found that by using a filter medium having a filtration resistance coefficient C of 5 to 30 × 10 5 cm −1 , a gel-like material can be accurately filtered with a low filtration pressure.
0.01 ≦ A / B × 1000 ≦ 0.06
Some filter media have a uniform wire diameter and filling rate along an axis perpendicular to the filter surface, but many are obtained by laminating a plurality of layers having different wire diameters and filling rates. The filtration guarantee layer refers to a layer having the finest pore diameter among layers constituting the filter medium, that is, a layer having the highest filtration accuracy. Of the layers constituting the filter medium, the portion excluding the filtration guarantee layer is referred to as a reinforcing layer, and details will be described later. In the case where there are intermittently a plurality of filtration guarantee layers having the same filtration accuracy, the integrated value is used. The basis weight of the filtration guarantee layer is shown as a mass (g) per 1 m 2 of the filtration guarantee layer, that is, g / m 2 . The filtration guarantee layer generally has a mechanical strength by fixing the structure through a process of sintering that promotes crystallization at the contact portion of the metal fiber. Even when the filtration guarantee layer is produced by sintering, the change in weight and area before and after sintering is negligible. Use. Although the value obtained by taking out only the filtration assurance layer portion after sintering may be used, when the basis weight of the filtration assurance layer before and after sintering is different, the value before sintering is preferentially used. The filtration resistance coefficient C is a value indicating the difficulty of passing the fluid through the filter medium, which can be calculated from the air flow per unit time.

紡糸溶液中に存在するゲル状物の、フィルター濾材上での変形あるいは粉砕による流出を低減するためには、ゲル状物に付加される剪断応力を低減することが必要である。剪断応力は圧力損失と正の相関があるため、ゲル状物の流出を避けるためには、圧力損失を低減することが有効である。そのためには、圧力損失と比例の関係にある濾過抵抗係数Cを低減させることが必要である。濾過抵抗係数Cはフィルター濾材の開孔径、充填率、厚みなどに依存する。   In order to reduce the outflow due to deformation or pulverization of the gel-like material existing in the spinning solution on the filter medium, it is necessary to reduce the shear stress applied to the gel-like material. Since the shear stress has a positive correlation with the pressure loss, it is effective to reduce the pressure loss in order to avoid the outflow of the gel. For that purpose, it is necessary to reduce the filtration resistance coefficient C which is proportional to the pressure loss. The filtration resistance coefficient C depends on the aperture diameter, filling rate, thickness, etc. of the filter medium.

中でも、フィルター濾材の充填率を後述するように調節すると、濾過抵抗係数Cを効果的に低減することができる。フィルター濾材の充填率は、フィルター濾材を成す濾過保証層および補強層それぞれの垂直断面を顕微鏡撮影し、画像解析の方法により、視野面積に占める繊維等の材料の面積比率を3個所で測定した平均値を、さらに各層毎の厚みで重み付けした加重平均として示される。フィルター濾材の充填率と濾過抵抗係数Cには正の相関があり、充填率が高いほど濾過抵抗係数Cは大きい。濾過抵抗係数Cを低減するために単に充填率を下げるだけでは、濾過精度の低下を招くという問題があるため、フィルター濾材を成す金属繊維の線径を0.5〜2.5μmと細くすることで、濾過抵抗係数Cの低減を図ることがある。   In particular, the filtration resistance coefficient C can be effectively reduced by adjusting the filling rate of the filter medium as described later. The filling rate of the filter medium is an average obtained by microscopically photographing the vertical cross sections of the filtration guarantee layer and the reinforcing layer constituting the filter medium, and measuring the area ratio of materials such as fibers in the visual field area at three locations by the image analysis method. The value is shown as a weighted average further weighted by the thickness of each layer. There is a positive correlation between the filling rate of the filter medium and the filtration resistance coefficient C. The higher the filling rate, the larger the filtration resistance coefficient C. To reduce the filtration resistance coefficient C, simply lowering the filling rate has the problem of reducing the filtration accuracy. Therefore, the wire diameter of the metal fibers constituting the filter medium should be reduced to 0.5 to 2.5 μm. Therefore, the filtration resistance coefficient C may be reduced.

一方、Mz/Mwが1.5以上であり高分子量側に広い分布を有するPAN系重合体は、濾過抵抗係数Cだけでは説明できない圧力損失挙動を示し、高分子量側に長い分布をもたない通常のPAN系重合体を濾過するときにはみられないような、突然のフィルター濾材閉塞が起こることがある。このような閉塞が起こったときは、フィルター濾材通過後の分子量分布が通過前と変化していたため、フィルター濾材に高分子量の成分が堆積していると推定される。異なる成分が相溶してなる重合体溶液に剪断応力をかけると、異なる成分が分離しそれぞれドメインを形成する剪断誘起相分離という現象が生じることが知られており、上記の結果はその一種であろうと推定される。剪断誘起相分離が管内流れ場で起こるときには、流路の長さ方向に進むに従って相分離の度合いが高まっていくことになる。そのため、剪断誘起相分離によるフィルター濾材閉塞を避けるためには、フィルター濾材の厚みを制御すればよいと考えられるが、実際にはフィルター濾材内でも最も濾過精度の高い、従って最も剪断応力がかかっている濾過保証層の厚みを制御することが有効であることが検討の結果明らかになった。A/Bは、濾過保証層を開孔ゼロとなるように圧縮したと想定した際の厚み(単位:m)に相当し、以下、濾過保証層圧縮厚みという。A/B×1000は、濾過保証層圧縮厚みをmm単位に換算したものである。濾過保証層圧縮厚みは濾過保証層の開孔径に関わらず、厚みの一定の基準として用いることができる。   On the other hand, a PAN-based polymer having Mz / Mw of 1.5 or more and having a wide distribution on the high molecular weight side exhibits pressure loss behavior that cannot be explained only by the filtration resistance coefficient C, and does not have a long distribution on the high molecular weight side. Sudden filter media clogging may occur, which is not seen when filtering ordinary PAN-based polymers. When such clogging occurred, the molecular weight distribution after passing through the filter medium was changed from that before passing through, so it is presumed that high molecular weight components were deposited on the filter medium. It is known that when shear stress is applied to a polymer solution in which different components are compatible, a phenomenon called shear-induced phase separation occurs in which different components separate and form domains, respectively. Presumed to be. When shear-induced phase separation occurs in the flow field in the pipe, the degree of phase separation increases as the flow proceeds in the length direction of the flow path. Therefore, in order to avoid the filter medium clogging due to shear-induced phase separation, it is considered that the thickness of the filter medium should be controlled. However, in reality, the filter medium has the highest filtration accuracy and therefore the most shear stress is applied. As a result of examination, it became clear that it was effective to control the thickness of the filtration guarantee layer. A / B corresponds to the thickness (unit: m) when it is assumed that the filtration guarantee layer is compressed so that the aperture is zero, and hereinafter referred to as filtration guarantee layer compression thickness. A / B × 1000 is obtained by converting the filtration guarantee layer compression thickness into mm units. The compression guaranteed layer compression thickness can be used as a constant standard for the thickness regardless of the aperture diameter of the filtration guaranteed layer.

かかる濾過保証層圧縮厚みA/B×1000は0.01〜0.06mmであることが好ましい。0.01mm未満である場合は、濾過時に作用する圧力損失に対してフィルター濾材の強度が確保できずにフィルター濾材が破断し、ゲル状物の流出が発生し、0.06mmを超える場合には、剪断誘起相分離によりフィルター濾材が閉塞する。濾過保証層がステンレスから成る場合には、Bは約8×10g/mなのでAが80〜500g/mとなるように制御することで濾過保証層圧縮厚みを上記範囲内に調節すると良い。 The filtration guarantee layer compression thickness A / B × 1000 is preferably 0.01 to 0.06 mm. If it is less than 0.01 mm, the filter medium cannot be secured with respect to the pressure loss that acts during filtration, and the filter medium breaks, causing a gelled material to flow out. If it exceeds 0.06 mm The filter medium is blocked by shear-induced phase separation. When the filtration guarantee layer is made of stainless steel, B is about 8 × 10 6 g / m 3, so the compression guarantee layer compression thickness is adjusted within the above range by controlling A to be 80 to 500 g / m 2. Good.

また、濾過抵抗係数Cは5〜30×10cm−1であることが好ましく、5〜20×10cm−1であることがより好ましく、5〜10×10cm−1であることが最も好ましい。5×10cm−1未満である場合には、開孔径が大きく、ゲル状物が目を通り抜け、30×10cm−1を超える場合には、圧力損失が高く、ゲル状物の流出が発生する。 The filtration resistance coefficient C is preferably 5 to 30 × 10 5 cm −1 , more preferably 5 to 20 × 10 5 cm −1 , and 5 to 10 × 10 5 cm −1. Is most preferred. When the diameter is less than 5 × 10 5 cm −1 , the pore diameter is large, the gel-like material passes through the eye, and when it exceeds 30 × 10 5 cm −1 , the pressure loss is high and the gel-like material flows out. Will occur.

具体的に、上述の条件を満たすフィルター濾材としては、線径10〜25μmのワイヤーを綾畳織で経糸を500〜800メッシュ、好ましくは635〜800メッシュ、緯糸を3500〜6000メッシュ、好ましくは4300〜6000メッシュとして織製し、それを単層あるいは、複数層積層し、焼結した金網が挙げられる。従来、金網を用いた濾過は、薄く、目が粗いためゲル状物の濾過には向かないといわれてきたが、線径が細く、高メッシュで緻密な金網を用いて、ゲル状物を含んだ重合体溶液を濾過した結果、ゲル状物の流出が少ないというこれまでにない新たな知見を得た。また、上述の条件を満たすフィルター濾材として、焼結金属不織布を使用することも可能である。不織布は、線径の小さいものを使用することができるため、開孔径を細かくしやすい利点があり、好ましい。一方、不織布にありがちな開孔径の分布が広い点を補うため、厚みを増すこともあるが、厚みを増さずとも線径を0.5〜2.5μmと細くすることで濾過段数が稼げるため解消することが多い。不織布では、アスペクト比が1〜1000である金属繊維や粉末を目的に合わせて使用し、開孔径を制御することもできるし、アスペクト比の異なる金属繊維や粉末を混ぜることも有効な手段のひとつである。   Specifically, as a filter medium that satisfies the above-mentioned conditions, a wire having a wire diameter of 10 to 25 μm is used in a twill woven, warp yarn is 500 to 800 mesh, preferably 635 to 800 mesh, and weft yarn is 3500 to 6000 mesh, preferably 4300. Examples thereof include a wire mesh that is woven as ˜6000 mesh, and a single layer or a plurality of layers are laminated and sintered. Conventionally, filtration using a wire mesh is said to be unsuitable for filtration of a gel-like material because it is thin and coarse, but it contains a gel-like material using a fine wire mesh with a thin wire diameter and a high mesh. As a result of filtering the polymer solution, the inventors have obtained an unprecedented new finding that the gel-like material is less discharged. Moreover, it is also possible to use a sintered metal nonwoven fabric as a filter medium that satisfies the above conditions. Since a nonwoven fabric with a small wire diameter can be used, there is an advantage that the aperture diameter can be easily reduced, which is preferable. On the other hand, in order to compensate for the wide distribution of pore diameters that are common in non-woven fabrics, the thickness may be increased, but the number of filtration stages can be increased by reducing the wire diameter to 0.5 to 2.5 μm without increasing the thickness. Therefore, it is often solved. For non-woven fabrics, metal fibers and powders with an aspect ratio of 1 to 1000 can be used according to the purpose, and the pore diameter can be controlled. Mixing metal fibers and powders with different aspect ratios is also an effective means. It is.

焼結としては常法を用いてもよいが、焼結時間や焼結温度、あるいは焼結回数などを調節することにより、織布、不織布の開孔径を制御するのが良い。   A conventional method may be used for the sintering, but it is preferable to control the pore diameters of the woven fabric and the nonwoven fabric by adjusting the sintering time, the sintering temperature, or the number of times of sintering.

本発明において、開孔径とも関係の深い、フィルター濾材の濾過精度は1〜10μmが好ましく、より好ましくは1〜5μm、さらに好ましくは1〜3μmである。かかる濾過精度が大きくなりすぎると、フィルター濾材通過後の紡糸溶液中の異物が増大し好ましくないため、小さいほど好ましいが、1μmもあれば十分である。本発明におけるフィルター濾材の濾過精度とは、フィルター濾材を通過する間に95%を捕集することができる球粒子の粒子径(直径)で定義する。その測定方法は、JIS B8356に準じ、粒子は標準物質を用いる。   In the present invention, the filtration accuracy of the filter medium, which is closely related to the aperture diameter, is preferably 1 to 10 μm, more preferably 1 to 5 μm, and further preferably 1 to 3 μm. If the filtration accuracy is too high, foreign matter in the spinning solution after passing through the filter medium increases, which is not preferable. Therefore, the smaller the better, the smaller is 1 μm. The filtration accuracy of the filter medium in the present invention is defined by the particle diameter (diameter) of spherical particles capable of collecting 95% while passing through the filter medium. The measurement method conforms to JIS B8356, and a standard material is used for the particles.

本発明においては、フィルター濾材の内有効容積V(L)と重合体溶液濾過流量W(L/分)の比で示されるフィルター濾材内滞留時間V/Wの値を0.01〜10分にすることも分子量の高い成分を濾過させないために好ましい。ここでフィルター濾材の内有効容積Vはフィルター濾材の空間容積を表す。かかる容積は、フィルター濾過面積とフィルター濾材の厚みから計算される。フィルター濾材は層構造になっていることがあるが、フィルター濾材の開孔径の最も狭い部分の厚みを指す。かかる厚みは、フィルター濾材の断面を切り出し、顕微鏡等で観察することにより特定することができる。重合体溶液濾過流量Wは1分間にフィルター濾材を通過する紡糸溶液の体積流量を表し、濾材内滞留時間V/Wはフィルター濾材を通過する紡糸溶液の平均滞留時間を表す。分子量分布が高分子量側に広い場合は、フィルター濾材中の深層で分子量の高い成分が濾過されていることが多く、フィルター濾材の厚みは薄いことが好ましい。そのため、V/Wが10分を超えると分子量の高い成分が濾過されないことが多く、逆に、V/Wが0.01分未満であると濾過の操作圧が上昇し好ましくない。V/Wのより好ましい範囲は、0.1〜5分であり、更に好ましい範囲は、0.1〜0.5分である
かかるフィルター濾材の濾過保証層圧縮厚みを、上記した範囲内に制御すると従来品に比べ、強度が落ちる可能性があり、低い圧力損失でも濾材が破れることがある。そこでそのような場合には、先述のように、濾過保証層の上下両側あるいはどちらか片側に、濾過保証層よりも濾過精度の低い補強層を積層したのち焼結してフィルター濾材とすることで、強度をもたせることができる。補強層は、濾過保証層とは目付、充填率、材質などの仕様が異なっても良いし、両者の積層枚数および順序も任意に選択できる。補強層の種類は、金属不織布、金属粒子焼結体、金属繊維を織った金網など、濾過保証層に用いるものと同様のものが用いられ、適宜組み合わせてもよい。補強層を濾過保証層の上流側にも配置する場合、開孔径を段階的に変化させて多層積層することも圧力の分散による高耐圧化、異物の多段濾過の観点から好ましい。かかる観点からフィルター濾材を構成する層の積層数は、2〜7層が好ましい。
In the present invention, the value of the residence time V / W in the filter medium indicated by the ratio between the effective volume V (L) of the filter medium and the polymer solution filtration flow rate W (L / min) is set to 0.01 to 10 minutes. It is also preferable to prevent the high molecular weight component from being filtered. Here, the effective volume V of the filter medium represents the spatial volume of the filter medium. Such a volume is calculated from the filter filtration area and the thickness of the filter medium. Although the filter medium may have a layer structure, it refers to the thickness of the narrowest part of the filter medium with the pore diameter. This thickness can be specified by cutting out a cross section of the filter medium and observing it with a microscope or the like. The polymer solution filtration flow rate W represents the volume flow rate of the spinning solution passing through the filter medium per minute, and the residence time V / W in the filter medium represents the average residence time of the spinning solution passing through the filter medium. When the molecular weight distribution is wide on the high molecular weight side, components having a high molecular weight are often filtered in a deep layer in the filter medium, and the filter medium is preferably thin. Therefore, when V / W exceeds 10 minutes, a component having a high molecular weight is often not filtered. On the other hand, when V / W is less than 0.01 minutes, the operation pressure of filtration increases, which is not preferable. A more preferable range of V / W is 0.1 to 5 minutes, and a more preferable range is 0.1 to 0.5 minutes. The compression guaranteed layer compression thickness of such filter media is controlled within the above range. Then, compared with the conventional product, the strength may decrease, and the filter medium may be broken even with a low pressure loss. Therefore, in such a case, as described above, by laminating a reinforcing layer having a filtration accuracy lower than that of the filtration guarantee layer on both the upper and lower sides or one side of the filtration guarantee layer, sintering is performed to obtain a filter medium. , Can give strength. The reinforcing layer may differ from the filtration guarantee layer in terms of basis weight, filling rate, material, and the like, and the number and order of lamination of both can be arbitrarily selected. The kind of the reinforcing layer is the same as that used for the filtration guarantee layer, such as a metal nonwoven fabric, a metal particle sintered body, and a metal mesh woven with metal fibers, and may be appropriately combined. In the case where the reinforcing layer is also arranged on the upstream side of the filtration guarantee layer, it is also preferable from the viewpoint of increasing the pressure resistance by pressure dispersion and multistage filtration of foreign matters by changing the aperture diameter stepwise. From this viewpoint, the number of layers constituting the filter medium is preferably 2 to 7 layers.

さらに耐圧性をもたせるために、フィルター濾材とは別に、その上下両側あるいは下流側にサポートとして、リテーナーメッシュやパンチングメタル、0.1〜0.5mm程度の金属線を10〜100#程度に織成してなるシート状の織物体、それを圧延した偏平スクリーンなどを組合せて用いることができる。これらのサポートをフィルター濾材の上流側に重ねる場合は、異物によるフィルター濾材の傷つきを防ぐためや、洗浄再利用中のハンドリング性を高める効果がある。   In order to provide further pressure resistance, aside from the filter media, as a support on the upper and lower sides or downstream side, retainer mesh, punching metal, 0.1 to 0.5 mm metal wire is woven to about 10 to 100 # A sheet-like woven material, a flat screen obtained by rolling the sheet-like woven material, and the like can be used in combination. When these supports are stacked on the upstream side of the filter medium, there is an effect of preventing the filter medium from being damaged by foreign substances and improving the handling property during cleaning and reuse.

フィルター濾材は、濾過保証層および補強層の目付の合計である総目付を300〜2500g/mとすることが好ましく、1000〜2500g/mとすることがより好ましい。圧力損失を低減するという観点からは、総目付は小さい方が好ましいが、総目付が300g/mより小さいと、フィルター濾材が圧力損失に耐えられず破断することがある。一方、総目付が2500g/mより大きいと、フィルター濾材の圧力損失が大きくなり、ゲル状物が変形あるいは粉砕し、流出することがある。また、総目付が300g/m以上1000g/m未満の範囲では、圧力損失が小さい濾過初期には問題ないが、濾過保証層が金属不織布の場合、圧力損失が経時増加したときに圧力損失に耐えられずフィルター濾材が破断することがある。フィルター濾材の総目付を上述の範囲とすると、曲げ加工を必要としない平面状で、濾過面積を増やしやすいリーフディスク型フィルターに用いるフィルター濾材として特に有効となる。一方、総目付がかかる範囲にあるフィルター濾材は、曲げ加工が必要なプリーツ型フィルターやキャンドル型フィルターに採用した場合、曲げにより開孔径分布が広がり、ゲル状物の濾過性能が低下することもある。 Filter medium, it is preferable that the 300~2500g / m 2 a total basis weight which is the sum of the basis weight of the filter guarantees layer and reinforcing layer, and more preferably to 1000~2500g / m 2. From the viewpoint of reducing the pressure loss, the total basis weight is preferably small. However, if the total basis weight is less than 300 g / m 2 , the filter medium may not withstand the pressure loss and may break. On the other hand, if the total basis weight is larger than 2500 g / m 2 , the pressure loss of the filter medium increases, and the gel-like material may be deformed or crushed and flow out. In addition, when the total basis weight is in the range of 300 g / m 2 or more and less than 1000 g / m 2 , there is no problem at the beginning of filtration when the pressure loss is small, but when the filtration guarantee layer is a metal nonwoven fabric, the pressure loss increases when the pressure loss increases with time. The filter medium may not be able to withstand and may break. When the total basis weight of the filter medium is in the above range, it is particularly effective as a filter medium used for a leaf disk type filter that is flat and does not require bending, and easily increases the filtration area. On the other hand, when the filter media in the range where the total basis weight is applied is applied to a pleated filter or a candle filter that needs to be bent, the pore diameter distribution is widened by bending, and the filtration performance of the gel-like material may be lowered. .

本発明において濾過操作は紡糸溶液の温度が高いほど粘度が低下し、圧力損失が低減できるが、紡糸溶液の温度が高いとゲル状物が発生しやすいため、低い温度で濾過することが好ましく、具体的には20〜80℃が好ましく、20〜40℃がより好ましい。上述のフィルター濾材を用いることで低い温度で濾過しても従来よりも大幅に圧力損失を低減でき、ゲル状物の流出が減少できる。口金での吐出温度と同等にすることもフィルター濾材以降の加熱や冷却装置を減らせるために好ましい手段である。   In the present invention, the filtration operation is such that the viscosity of the spinning solution decreases as the temperature of the spinning solution decreases, and the pressure loss can be reduced. Specifically, 20-80 degreeC is preferable and 20-40 degreeC is more preferable. By using the above-described filter medium, pressure loss can be greatly reduced as compared with the conventional method even when filtration is performed at a low temperature, and the outflow of gel-like material can be reduced. Equivalent to the discharge temperature at the base is also a preferable means for reducing the heating and cooling devices after the filter medium.

本発明では、最も濾過精度の高い(開孔径の小さい)フィルター濾材を用いたフィルター装置が前記したようなものであることが重要であるが、そのフィルター装置で濾過する以前にプレフィルター装置を用いて濾過しても良い。紡糸溶液が大きな凝集体やゲル状物を含む場合があり、その際は、濾過精度を落としたフィルター濾材をプレフィルターとして段階的に配置し濾過することも好ましい。また、凝集体を減少させることで一般的に知られているサンドあるいは、タフミックフィルターを用いることも有効となることがあり、プレフィルターとして適宜使用することができる。   In the present invention, it is important that the filter device using the filter medium having the highest filtration accuracy (small pore diameter) is as described above, but the pre-filter device is used before filtering with the filter device. May be filtered. In some cases, the spinning solution may contain large aggregates or gels. In this case, it is also preferable to filter the filter medium with reduced filtration accuracy in stages as a prefilter. Moreover, it is sometimes effective to use a sand or a toughmic filter that is generally known for reducing aggregates, and can be used as a prefilter as appropriate.

本発明では、上述のようにして濾過した紡糸溶液を、乾式、湿式、あるいは乾湿式紡糸法により紡糸することにより、炭素繊維前駆体繊維を製造する。なかでも特に、乾湿式紡糸法は、前記した特定の分子量分布を有するPAN系重合体の特性を発揮させるため、好ましく用いられる。   In the present invention, the carbon fiber precursor fiber is produced by spinning the spinning solution filtered as described above by a dry, wet, or dry-wet spinning method. In particular, the dry and wet spinning method is preferably used because it exhibits the characteristics of the PAN-based polymer having the specific molecular weight distribution described above.

紡糸に用いる口金孔径は、0.05mm〜0.3mmであることが好ましく、0.1〜0.15mmであることがより好ましい。口金孔径が0.05mmより小さい場合、紡糸溶液に剪断応力がかかり、口金を閉塞させることがある。一方、口金孔径が0.3mmを超えると1.5dtex以下の単繊維繊度の繊維を得ることが困難となることがある。   The diameter of the die hole used for spinning is preferably 0.05 mm to 0.3 mm, and more preferably 0.1 to 0.15 mm. When the diameter of the nozzle hole is smaller than 0.05 mm, shearing stress is applied to the spinning solution, which may block the nozzle. On the other hand, when the diameter of the die hole exceeds 0.3 mm, it may be difficult to obtain a fiber having a single fiber fineness of 1.5 dtex or less.

本発明において、凝固浴には、紡糸溶液の溶媒として用いたジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどの溶剤と、いわゆる凝固促進成分を含ませることが好ましい。凝固促進成分としては、前記のPAN系重合体を溶解せず、かつ紡糸溶液に用いた溶媒と相溶性があるものが好ましく、具体的には、水を使用することが好ましい。凝固浴としての条件は、凝固糸における単繊維の断面ができるだけ真円に近くなるように制御することが好ましく、溶媒の濃度は、臨界浴濃度といわれる濃度以下であることが好ましい。溶媒の濃度が高いとその後の溶媒洗浄工程が長くなり、生産性が低下する。例えば、溶剤にジメチルスルホキシドを用いた場合は、ジメチルスルホキシド水溶液の濃度を5〜55重量%とするのが好ましく、5〜30重量%とすることがより好ましい。凝固浴の温度は、繊維側面ができるだけ平滑となるように制御することが好ましく、具体的には、−10〜30℃とすることが好ましく、−5〜5℃とすることがより好ましい。   In the present invention, the coagulation bath preferably contains a solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and dimethylacetamide used as a solvent for the spinning solution and a so-called coagulation promoting component. As the coagulation accelerating component, a component that does not dissolve the PAN polymer and is compatible with the solvent used in the spinning solution is preferable, and specifically, water is preferably used. The conditions as the coagulation bath are preferably controlled so that the cross section of the single fiber in the coagulated yarn is as close to a perfect circle as possible, and the concentration of the solvent is preferably not more than a concentration called a critical bath concentration. If the concentration of the solvent is high, the subsequent solvent washing step becomes long and the productivity is lowered. For example, when dimethyl sulfoxide is used as the solvent, the concentration of the dimethyl sulfoxide aqueous solution is preferably 5 to 55% by weight, and more preferably 5 to 30% by weight. The temperature of the coagulation bath is preferably controlled so that the fiber side surface is as smooth as possible. Specifically, the temperature is preferably −10 to 30 ° C., more preferably −5 to 5 ° C.

紡糸溶液を凝固浴中に導入して凝固させ糸条を形成して凝固糸とした後、駆動源を持ったローラーで引き取るが、その凝固糸の引き取り速度は、50〜500m/分であることが、前記した特定の分子量分布を有するPAN系重合体溶液の特性を発揮させる観点から好ましい。その引き取り速度が50m/分未満では生産性が落ち、また引き取り速度が500m/分を超えると凝固浴の液面揺れが顕著になり、得られる繊度にムラが生じる傾向がある。   The spinning solution is introduced into a coagulation bath and coagulated to form a yarn to obtain a coagulated yarn, which is then taken up by a roller having a drive source, and the take-up speed of the coagulated yarn is 50 to 500 m / min. Is preferable from the viewpoint of exhibiting the characteristics of the PAN-based polymer solution having the specific molecular weight distribution described above. When the take-up speed is less than 50 m / min, the productivity is lowered, and when the take-up speed exceeds 500 m / min, the liquid level fluctuation of the coagulation bath becomes remarkable and the resulting fineness tends to be uneven.

引き取られた凝固糸は、その後、通常、水洗工程、浴中延伸工程、油剤付与工程および乾燥工程を経て、炭素繊維前駆体繊維が得られる。また、上記の工程に乾熱延伸工程や蒸気延伸工程を加えてもよい。凝固後の糸条は、水洗工程を省略して直接浴中延伸を行っても良いし、溶媒を水洗工程により除去した後に浴中延伸を行っても良い。浴中延伸は、通常、30〜98℃の温度に温調された単一または複数の延伸浴中で行うことが好ましい。そのときの延伸倍率は、1〜5倍であることが好ましく、1〜3倍であることがより好ましい。   Thereafter, the taken-up coagulated yarn is usually subjected to a water washing step, an in-bath drawing step, an oil agent application step, and a drying step to obtain a carbon fiber precursor fiber. Moreover, you may add a dry heat extending process and a steam extending process to said process. The solidified yarn may be directly stretched in the bath without the water washing step, or may be stretched in the bath after removing the solvent by the water washing step. Usually, the stretching in the bath is preferably performed in a single or a plurality of stretching baths adjusted to a temperature of 30 to 98 ° C. The draw ratio at that time is preferably 1 to 5 times, and more preferably 1 to 3 times.

浴中延伸工程の後、単繊維同士の接着を防止する目的から、延伸された繊維糸条にシリコーン等からなる油剤を付与することが好ましい。シリコーン油剤は、耐熱性の高いアミノ変性シリコーン等の変性されたシリコーンを含有するものを用いることが好ましい。   After the stretching step in the bath, it is preferable to apply an oil agent made of silicone or the like to the stretched fiber yarn for the purpose of preventing adhesion between single fibers. As the silicone oil, it is preferable to use a silicone oil containing a modified silicone such as amino-modified silicone having high heat resistance.

乾燥工程としては、例えば、乾燥温度が70〜200℃で乾燥時間が10秒から200秒の乾燥条件が好ましい結果を与える。生産性の向上や結晶配向度の向上として、乾燥工程後に加熱熱媒中で延伸することが好ましい。加熱熱媒としては、例えば、加圧水蒸気あるいは過熱水蒸気が操業安定性やコストの面で好適に用いられ、延伸倍率は通常1.5〜10倍である。   As the drying step, for example, a drying condition in which a drying temperature is 70 to 200 ° C. and a drying time is 10 seconds to 200 seconds gives preferable results. In order to improve the productivity and the degree of crystal orientation, it is preferable to stretch in a heating heat medium after the drying step. As the heating heat medium, for example, pressurized steam or superheated steam is suitably used in terms of operational stability and cost, and the draw ratio is usually 1.5 to 10 times.

このようにして得られた炭素繊維前駆体繊維の単繊維繊度は、0.01〜1.5dtexであることが好ましく、0.05〜1.0dtexであることがより好ましく、0.1〜0.8dtexであることがさらに好ましい。単繊維繊度が小さすぎると、ローラーやガイドとの接触による糸切れ発生などにより、製糸工程および炭素繊維の焼成工程のプロセス安定性が低下することがある。一方、単繊維繊度が大きすぎると、耐炎化後の各単繊維における内外構造差が大きくなり、続く炭化工程でのプロセス性低下や、得られる炭素繊維の引張強度および引張弾性率が低下することがある。   The single fiber fineness of the carbon fiber precursor fiber thus obtained is preferably 0.01 to 1.5 dtex, more preferably 0.05 to 1.0 dtex, 0.1 to 0 More preferably, it is .8 dtex. If the single fiber fineness is too small, the process stability of the yarn making process and the carbon fiber firing process may decrease due to the occurrence of yarn breakage due to contact with a roller or a guide. On the other hand, if the single fiber fineness is too large, the difference between the inner and outer structures of each single fiber after flame resistance will increase, and the processability in the subsequent carbonization process and the tensile strength and tensile modulus of the resulting carbon fiber will decrease. There is.

得られる炭素繊維前駆体繊維は、通常、連続繊維(フィラメント)の形状である。また、その1糸条(マルチフィラメント)当たりのフィラメント数は、好ましくは1,000〜3,000,000本であり、より好ましくは12,000〜3,000,000本であり、さらに好ましくは24,000〜2,500,000本であり、最も好ましくは24,000〜2,000,000本である。得られる炭素繊維前駆体繊維は、延伸性が高いことから、単繊維繊度を従来よりも小さくすることができる一方、1糸条あたりのフィラメント数は、生産性の向上の目的からは多い方が好ましいが、あまりに多すぎると、束内部まで均一に耐炎化処理できないことがある。   The obtained carbon fiber precursor fiber is usually in the form of a continuous fiber (filament). The number of filaments per one yarn (multifilament) is preferably 1,000 to 3,000,000, more preferably 12,000 to 3,000,000, and still more preferably. The number is 24,000 to 2,500,000, and most preferably 24,000 to 2,000,000. Since the obtained carbon fiber precursor fiber has high drawability, the single fiber fineness can be made smaller than before, while the number of filaments per yarn is larger for the purpose of improving productivity. Although it is preferable, if it is too much, it may not be possible to uniformly treat the inside of the bundle.

上記のようにして得られた炭素繊維前駆体繊維は、常法に従って炭素繊維となすことができる。すなわち、上記のようにして得られた炭素繊維用前駆体繊維を、200〜300℃の温度の空気中において耐炎化処理した後、300〜800℃の温度の不活性雰囲気中において予備炭化処理し、次いで1,000〜3,000℃の温度の不活性雰囲気中において炭化処理するのである。特に、炭素繊維の引張弾性率を高める観点から炭化処理における張力を、前駆体の単位繊度(dtex)当り5.9〜13mNとすることが好ましいが、その際に、本発明では高品位な炭素繊維前駆体繊維が得られているため、焼成工程において毛羽巻付きなどの問題を起こしにくい。   The carbon fiber precursor fiber obtained as described above can be made into carbon fiber according to a conventional method. That is, the carbon fiber precursor fiber obtained as described above is subjected to flame resistance treatment in air at a temperature of 200 to 300 ° C., and then pre-carbonized in an inert atmosphere at a temperature of 300 to 800 ° C. Then, carbonization is performed in an inert atmosphere at a temperature of 1,000 to 3,000 ° C. In particular, from the viewpoint of increasing the tensile elastic modulus of the carbon fiber, it is preferable that the tension in the carbonization treatment is 5.9 to 13 mN per unit fineness (dtex) of the precursor. Since the fiber precursor fiber is obtained, problems such as fluffing are unlikely to occur in the firing process.


以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。本実施例で用いた測定方法を次に説明する。

Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The measurement method used in this example will be described next.

<カーボン除去率>
まず、測定すべき紡糸溶液に、炭素微粉末を100ppmとなるようにメカニカルスターラーによって混合し、炭素微粉末混合溶液を作製する。炭素微粉末は活性炭を砕いて63μmの開口径の平織メッシュでふるったものを用いる。次に、この炭素微粉末混合溶液を、測定すべきフィルター濾材が配置された図1に示すフィルター装置に流入させ、127L/m/時間の濾過速度で濾過を行なう。濾過前後の溶液の波長650nmでの吸光度を測定し、下式に代入して除去率を算出する。
<Carbon removal rate>
First, the carbon fine powder is mixed with the spinning solution to be measured by a mechanical stirrer so as to be 100 ppm to prepare a carbon fine powder mixed solution. As the carbon fine powder, activated carbon is crushed and sieved with a plain weave mesh having an opening diameter of 63 μm. Next, this carbon fine powder mixed solution is allowed to flow into the filter device shown in FIG. 1 in which the filter medium to be measured is arranged, and is filtered at a filtration rate of 127 L / m 3 / hour. The absorbance at a wavelength of 650 nm of the solution before and after filtration is measured, and the removal rate is calculated by substituting it into the following equation.

除去率(%)=(濾過前吸光度―濾過後吸光度)/濾過前吸光度×100(%)
<ゲル除去率>
まず、測定すべき紡糸溶液に、ゲル状物を100ppmとなるようにメカニカルスターラーによって混合し、ゲル状物混合溶液を作製する。かかるゲル状物混合溶液300gをジメチルスルホキシドで20倍に希釈したのち、予め絶乾重量を測定しておいたガラスフィルターGA−100を通過させた後、ガラスフィルターの絶乾重量を測定し、濾過前後のガラスフィルターの絶乾重量差から、ゲル状物の重量(M)を求める。ゲル状物は実施例1記載の方法により得られた紡糸溶液を120℃で24時間加熱し、さらにこのゲル状物を1mmの開口径の平織メッシュを用いて裏漉しすることによって調整する。次に、このゲル状物混合溶液を、測定すべきフィルター濾材が配置された図1に示すフィルター装置に流入させ、12.7L/m/時間の速度で濾過を行なう。濾液300gをジメチルスルホキシドで20倍に希釈したのち、予め絶乾重量を測定しておいたガラスフィルターGA−100を通過させた後、ガラスフィルターの絶乾重量を測定し、濾過前後のガラスフィルターの絶乾重量差から、フィルター濾材濾過後の濾液300gに含まれるゲル状物の重量(M)を求める。このようにして得た重量MおよびMを100×(1−M/M)の式に代入して除去率を算出する。
<ミクロゲル個数>
紡糸原液を、測定すべきフィルター濾材が配置された図1に示すフィルター装置に流入させ、12.7L/m/時間の速度で濾過を行なう。濾液50gをジメチルスルホキシドで20倍に希釈したのち、PTFEメンブレンフィルターJHWP(0.45μm)を通過させた後、メンブレンフィルター表面を蛍光顕微鏡にて観察し、一視野当りの黄色輝点の個数をミクロゲル個数とする。
<フィルター閉塞限界速度>
測定すべき紡糸溶液を、測定すべきフィルター濾材が配置された図1に示すフィルター装置に流入させ、流量を断続的に変化させながら圧力損失と流量の関係を記録する。通常、流量を変更してから5分間待つと圧力損失が一定値を示すので、その値を該当する流量での圧力損失として記録する。流量を上げていくと、ある流量に設定したところで圧力損失が経時的に増加するようになり、数分の内に圧力損失が7MPaを超える。このような流量のひとつ手前の観測点をフィルター閉塞限界速度と呼ぶ。厳密な意味ではフィルター閉塞限界速度は、圧力損失急上昇の流量と、その一つ手前の観測点との間のどこか一点に存在するが、測定の便宜上このように定義した。
<各種分子量:Mz、Mw、Mn>
測定しようとする重合体が0.1重量%でジメチルホルムアミド(0.01N−臭化リチウム添加)に溶解した検体溶液を作製する。作製した検体溶液について、GPC装置を用いて、次の条件で測定したGPC曲線から分子量の分布曲線を求め、Mz、MwおよびMnを算出する。測定は3回行い、Mz、Mw、Mnの値を平均して用いた。
・カラム :極性有機溶媒系GPC用カラム
・流速 :0.5ml/分
・温度 :75℃
・試料濾過 :メンブレンフィルター(0.45μmカット)
・注入量 :200μl
・検出器 :示差屈折率検出器
Mwは、分子量が異なる分子量既知の単分散ポリスチレンを少なくとも6種類用いて、溶出時間―分子量の検量線を作成し、その検量線上において、該当する溶出時間に対応するポリスチレン換算の分子量を読み取ることにより求める。
Removal rate (%) = (Absorbance before filtration−Absorbance after filtration) / Absorbance before filtration × 100 (%)
<Gel removal rate>
First, the gel-like product is mixed with the spinning solution to be measured by a mechanical stirrer so as to be 100 ppm to prepare a gel-like product mixed solution. After diluting 300 g of the gel-like mixture solution 20 times with dimethyl sulfoxide, it was passed through a glass filter GA-100 that had been measured for its dry weight in advance, and then the dry weight of the glass filter was measured and filtered. From the absolute dry weight difference between the front and rear glass filters, the weight (M 1 ) of the gel-like material is determined. The gel-like product is prepared by heating the spinning solution obtained by the method described in Example 1 at 120 ° C. for 24 hours, and further lining the gel-like product with a plain weave mesh having an opening diameter of 1 mm. Next, this gel mixture solution is allowed to flow into the filter device shown in FIG. 1 in which the filter medium to be measured is arranged, and is filtered at a rate of 12.7 L / m 3 / hour. After diluting 300 g of the filtrate 20 times with dimethyl sulfoxide, the filtrate was passed through a glass filter GA-100 that had been measured for its dry weight in advance, and then the dry weight of the glass filter was measured. From the absolute dry weight difference, the weight (M 2 ) of the gel-like material contained in 300 g of the filtrate after filtering the filter medium is determined. The removal rate is calculated by substituting the weights M 1 and M 2 obtained in this way into the formula of 100 × (1-M 2 / M 1 ).
<Number of microgels>
The spinning dope is allowed to flow into the filter apparatus shown in FIG. 1 in which the filter medium to be measured is arranged, and is filtered at a rate of 12.7 L / m 3 / hour. After diluting 50 g of the filtrate 20 times with dimethyl sulfoxide and passing through a PTFE membrane filter JHWP (0.45 μm), the surface of the membrane filter was observed with a fluorescence microscope, and the number of yellow bright spots per field of view was measured with a microgel. Number.
<Filter blockage limit speed>
The spinning solution to be measured is allowed to flow into the filter device shown in FIG. 1 in which the filter medium to be measured is arranged, and the relationship between the pressure loss and the flow rate is recorded while the flow rate is intermittently changed. Normally, when the flow rate is changed and waits for 5 minutes, the pressure loss shows a constant value, so that value is recorded as the pressure loss at the corresponding flow rate. As the flow rate is increased, the pressure loss increases with time at a certain flow rate, and the pressure loss exceeds 7 MPa within a few minutes. The observation point just before the flow rate is called the filter clogging limit speed. Strictly speaking, the filter clogging limit speed exists at one point between the flow rate of the pressure drop sudden rise and the observation point just before it, but is defined in this way for convenience of measurement.
<Various molecular weights: Mz, Mw, Mn>
A sample solution is prepared by dissolving 0.1% by weight of the polymer to be measured in dimethylformamide (0.01N-lithium bromide added). For the prepared specimen solution, a molecular weight distribution curve is obtained from a GPC curve measured under the following conditions using a GPC apparatus, and Mz, Mw, and Mn are calculated. The measurement was performed three times, and the values of Mz, Mw, and Mn were averaged and used.
-Column: Column for polar organic solvent GPC-Flow rate: 0.5 ml / min-Temperature: 75 ° C
・ Sample filtration: Membrane filter (0.45μm cut)
・ Injection volume: 200 μl
・ Detector: Differential refractive index detector Mw uses at least six types of monodispersed polystyrenes with different molecular weights and known molecular weights to create an elution time-molecular weight calibration curve, and corresponds to the corresponding elution time on the calibration curve. It is obtained by reading the molecular weight in terms of polystyrene.

本実施例では、GPC装置として(株)島津製作所製CLASS−LC2010を、カラムとして東ソー(株)製TSK−GEL−α―M(×2)+東ソー(株)製TSK−guard Column αを、ジメチルホルムアミドおよび臭化リチウムとして和光純薬工業(株)製を、メンブレンフィルターとしてミリポアコーポレーション製0.45μm−FHLP FILTERを、示差屈折率検出器として(株)島津製作所製RID−10AVを、検量線作成用の単分散ポリスチレンとして、分子量184000、427000、791000、1300000、1810000および4240000のものを、それぞれ用いた。
<炭素繊維束の引張強度および弾性率>
JIS R7601(1986)「樹脂含浸ストランド試験法」に従って求める。測定する炭素繊維の樹脂含浸ストランドは、3、4−エポキシシクロヘキシルメチル−3、4−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート(100重量部)/3フッ化ホウ素モノエチルアミン(3重量部)/アセトン(4重量部)を、炭素繊維または黒鉛化繊維に含浸させ、130℃の温度で30分硬化させて作製する。また、炭素繊維のストランドの測定本数は6本とし、各測定結果の平均値を引張強度とする。本実施例では、3、4−エポキシシクロヘキシルメチル−3、4−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレートとして、ユニオンカーバイド(株)製“ベークライト”(登録商標)ERL4221を用いた。
[実施例1]
AN100重量部、イタコン酸1重量部、ラジカル開始剤として2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)(以下、AIBNと略記)0.4重量部、および連鎖移動剤としてオクチルメルカプタン0.1重量部をジメチルスルホキシド370重量部に均一に溶解し、それを還流管と攪拌翼を備えた反応容器に入れた。反応容器内の空間部を酸素濃度が1000ppmとなるまで窒素置換した後、撹拌しながら次の(1)〜(4)の熱処理を行い、溶液重合法により重合して、PAN系重合体溶液を得た。
(1)30℃から60℃へ昇温(昇温速度10℃/時間)
(2)60℃の温度で4時間保持
(3)60℃から80℃へ昇温(昇温速度10℃/時間)
(4)80℃の温度で6時間保持
得られたPAN系重合体溶液の溶媒に対する重合体濃度は、20重量%弱であった。
In this example, CLASS-LC2010 manufactured by Shimadzu Corporation as a GPC device, and TSK-GEL-α-M (× 2) manufactured by Tosoh Corporation as a column and TSK-guard Column α manufactured by Tosoh Corporation, Calibration curves were manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as dimethylformamide and lithium bromide, 0.45 μm-FHLP FILTER manufactured by Millipore Corporation as a membrane filter, and RID-10AV manufactured by Shimadzu Corporation as a differential refractive index detector. As the monodisperse polystyrene for production, those having molecular weights of 184000, 427000, 791000, 1300000, 1810000 and 4240000 were used, respectively.
<Tensile strength and elastic modulus of carbon fiber bundle>
Determined according to JIS R7601 (1986) “Resin-impregnated strand test method”. The carbon fiber resin-impregnated strand to be measured is 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexyl-carboxylate (100 parts by weight) / 3 boron trifluoride monoethylamine (3 parts by weight) / acetone (4 parts by weight). ) Is impregnated into carbon fiber or graphitized fiber and cured at a temperature of 130 ° C. for 30 minutes. The number of carbon fiber strands to be measured is 6, and the average value of each measurement result is the tensile strength. In this example, “Bakelite” (registered trademark) ERL4221 manufactured by Union Carbide Co., Ltd. was used as 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexyl-carboxylate.
[Example 1]
100 parts by weight of AN, 1 part by weight of itaconic acid, 0.4 parts by weight of 2,2′-azobis (2-methylpropionitrile) (hereinafter abbreviated as AIBN) as a radical initiator, and octyl mercaptan as a chain transfer agent 1 part by weight was uniformly dissolved in 370 parts by weight of dimethyl sulfoxide, and it was put into a reaction vessel equipped with a reflux tube and a stirring blade. After the space in the reaction vessel was purged with nitrogen until the oxygen concentration reached 1000 ppm, the following heat treatments (1) to (4) were performed with stirring, and polymerized by a solution polymerization method to obtain a PAN polymer solution. Obtained.
(1) Temperature increase from 30 ° C to 60 ° C (temperature increase rate 10 ° C / hour)
(2) Hold for 4 hours at a temperature of 60 ° C. (3) Increase the temperature from 60 ° C. to 80 ° C. (temperature increase rate 10 ° C./hour)
(4) Hold for 6 hours at a temperature of 80 ° C. The polymer concentration of the obtained PAN-based polymer solution with respect to the solvent was slightly less than 20% by weight.

得られたPAN系重合体溶液を、重合体濃度が20重量%となるように調製した後、アンモニアガスをpHが8.5になるまで吹き込むことにより、イタコン酸を中和しつつ、アンモニウム基を重合体に導入し、紡糸溶液を得た。   The obtained PAN-based polymer solution was prepared so that the polymer concentration was 20% by weight, and then ammonia gas was blown until the pH reached 8.5 to neutralize itaconic acid, while the ammonium group was neutralized. Was introduced into the polymer to obtain a spinning solution.

得られた紡糸溶液について、フィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価した。このとき用いたフィルター濾材は、平均線径20μmのSUS316製金属繊維を経糸に、平均線径13μmのSUS316製金属繊維を緯糸に用いて綾畳織のメッシュとしたのちに焼結し、総目付220g/m、充填率85%としたものであり、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数C、および濾過保証層の厚みは表1に示すとおりであった。 The obtained spinning solution was evaluated for filter closing limit speed, carbon removal rate, gel removal rate, and number of microgels. The filter medium used at this time was made into a twilled woven mesh using SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 20 μm as warp and SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 13 μm as wefts, and then sintered. 220 g / m 2, is obtained by a 85% filling factor, filtered guaranteed layer basis weight a, the material density B of the filtration warranty layer, the thickness of the filtration resistance coefficient C, and filtered guaranteed layer were as shown in Table 1.

次いで、得られた紡糸溶液を、上記と同様のフィルター濾材を配置した図3に示すフィルター装置にて濾過した後、40℃の温度で、孔数1,500、口金孔径0.15mmの紡糸口金を用い、一旦空気中に吐出し、約2mmの空間を通過させた後、3℃の温度にコントロールした20重量%ジメチルスルホキシドの水溶液からなる凝固浴に導入する乾湿式紡糸法により紡糸し凝固糸とした。このときの吐出線速度は2m/分となるように口金への送液量を調整し、凝固糸の巻取り速度を変更することで糸切れの発生する限界紡糸ドラフト率の測定を行った。また、紡糸ドラフト率4の条件で凝固糸条を得、水洗した後、90℃の温水中で3倍の浴中延伸倍率で延伸し、さらにアミノ変性シリコーン系シリコーン油剤を付与し、165℃の温度に加熱したローラーを用いて30秒間乾燥を行い、5倍の水蒸気延伸倍率条件で加圧水蒸気延伸を行い、単繊維繊度0.8dtexの炭素繊維前駆体繊維を得た。得られた炭素繊維前駆体繊維の品位は優れており、製糸工程通過性も安定していた。得られた炭素繊維前駆体繊維をフィラメント数が12000本になるよう合糸し、240〜260℃の温度の温度分布を有する空気中において延伸比1.0で延伸しながらで90分間耐炎化処理し、耐炎化繊維を得た。続いて、得られた耐炎化繊維を300〜700℃の温度の温度分布を有する窒素雰囲気中において、延伸比1.2で延伸しながら予備炭化処理を行い、さらに最高温度1500℃の窒素雰囲気中において、延伸比を0.97に設定して炭化処理を行い、連続した炭素繊維を得た。このときの焼成工程通過性はいずれも良好であった。   Next, the obtained spinning solution was filtered with the filter device shown in FIG. 3 in which the same filter medium as described above was placed, and then at a temperature of 40 ° C., a spinneret having a number of holes of 1,500 and a nozzle diameter of 0.15 mm. , Once discharged into the air, passed through a space of about 2 mm, and then spun by a dry-wet spinning method introduced into a coagulation bath consisting of an aqueous solution of 20% by weight dimethyl sulfoxide controlled at a temperature of 3 ° C. It was. The limit spinning draft rate at which yarn breakage occurred was measured by adjusting the amount of liquid fed to the die so that the discharge linear velocity was 2 m / min and changing the winding speed of the coagulated yarn. Moreover, after obtaining a coagulated yarn under the condition of a spinning draft ratio of 4, and washing with water, it was stretched at a stretching ratio of 3 times in a bath at 90 ° C. in warm water, and further provided with an amino-modified silicone-based silicone oil, at 165 ° C. Drying was performed for 30 seconds using a roller heated to a temperature, and pressure steam stretching was performed under a steam stretching ratio condition of 5 times to obtain a carbon fiber precursor fiber having a single fiber fineness of 0.8 dtex. The quality of the obtained carbon fiber precursor fiber was excellent, and the yarn passing through the spinning process was stable. The obtained carbon fiber precursor fiber is combined so that the number of filaments becomes 12,000, and flameproofing is performed for 90 minutes while stretching at a draw ratio of 1.0 in air having a temperature distribution of 240 to 260 ° C. As a result, flameproofed fibers were obtained. Subsequently, in the nitrogen atmosphere having a temperature distribution of 300 to 700 ° C., the obtained flame-resistant fiber is subjected to preliminary carbonization while being drawn at a draw ratio of 1.2, and further in a nitrogen atmosphere having a maximum temperature of 1500 ° C. , Carbonization was performed with the draw ratio set to 0.97 to obtain continuous carbon fibers. In this case, the baking process passability was good.

得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例2]
AN100重量部、イタコン酸1重量部、およびジメチルスルホキシド130重量部を混合し、それを還流管と攪拌翼を備えた反応容器に入れた。反応容器内の空間部を酸素濃度が1000ppmになるまで窒素置換した後、ラジカル開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.002重量部を投入し、撹拌しながら下記の条件(重合条件Aと呼ぶ。)の熱処理を行い、溶液重合法により重合してPAN系重合体の一次溶液を得た。
重合条件A
・ 70℃の温度で2時間保持
・ 70℃から30℃へ降温(降温速度120℃/時間)
得られたPAN系重合体の一次溶液を水に注いで重合体を沈殿させ、それを80℃の温水で2時間洗浄後、70℃の温度で4時間乾燥して、乾燥重合体を得た。得られた乾燥重合体のMz、MwおよびMnは、それぞれ580万、340万および140万であった。また、得られたPAN系重合体の一次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、1.5重量%であった。
When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 2]
100 parts by weight of AN, 1 part by weight of itaconic acid, and 130 parts by weight of dimethyl sulfoxide were mixed and placed in a reaction vessel equipped with a reflux tube and a stirring blade. The space in the reaction vessel was purged with nitrogen until the oxygen concentration reached 1000 ppm, and then, as a radical initiator, 0.002 part by weight of 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) was added and stirred as follows. (Hereinafter referred to as polymerization condition A) was subjected to heat treatment and polymerized by a solution polymerization method to obtain a primary solution of a PAN-based polymer.
Polymerization condition A
-Hold for 2 hours at a temperature of 70 ° C-Temperature drop from 70 ° C to 30 ° C
The primary solution of the obtained PAN-based polymer was poured into water to precipitate the polymer, which was washed with warm water at 80 ° C. for 2 hours and then dried at 70 ° C. for 4 hours to obtain a dried polymer. . Mz, Mw and Mn of the obtained dry polymer were 5.8 million, 3.4 million and 1.4 million, respectively. Moreover, the polymer concentration with respect to the solvent of the primary solution of the obtained PAN polymer was 1.5% by weight.

次に、得られた一次溶液中に残存する未反応ANを重合させるために、その一次溶液中に、ジメチルスルホキシド240重量部、ラジカル開始剤としてAIBN0.4重量部、および連鎖移動剤としてオクチルメルカプタン0.1重量部を計量導入し、反応容器内の空間部を酸素濃度が1000ppmとなるまで窒素置換した後、さらに撹拌しながら下記の条件(重合条件Bと呼ぶ。)の熱処理を行い、残存する未反応単量体を溶液重合法により重合してPAN系重合体の二次溶液を得た
重合条件B
(1)30℃から60℃へ昇温(昇温速度10℃/時間)
(2)60℃の温度で4時間保持
(3)60℃から80℃へ昇温(昇温速度10℃/時間)
(4)80℃の温度で6時間保持
得られた二次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、20重量%弱であった。
Next, in order to polymerize the unreacted AN remaining in the obtained primary solution, 240 parts by weight of dimethyl sulfoxide, 0.4 part by weight of AIBN as a radical initiator, and octyl mercaptan as a chain transfer agent are contained in the primary solution. After 0.1 part by weight was metered in and the space in the reaction vessel was purged with nitrogen until the oxygen concentration reached 1000 ppm, heat treatment was performed under the following conditions (referred to as polymerization conditions B) with further stirring. Polymerization Condition B for Obtaining Secondary Solution of PAN Polymer by Polymerizing Unreacted Monomer to be Prepared by Solution Polymerization Method
(1) Temperature increase from 30 ° C to 60 ° C (temperature increase rate 10 ° C / hour)
(2) Hold for 4 hours at a temperature of 60 ° C. (3) Increase the temperature from 60 ° C. to 80 ° C. (temperature increase rate 10 ° C./hour)
(4) Holding at 80 ° C. for 6 hours The polymer concentration of the obtained secondary solution with respect to the solvent was a little less than 20% by weight.

得られた二次溶液を用いて、それに含まれるPAN系重合体の各種分子量を測定した。次いで、得られた二次溶液を用いて重合体濃度が20重量%となるように調製した後、アンモニアガスをpHが8.5になるまで吹き込むことにより、イタコン酸を中和しつつ、アンモニウム基を重合体に導入し、紡糸溶液を得た。得られた紡糸溶液について、実施例1と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価した。   Using the obtained secondary solution, various molecular weights of the PAN-based polymer contained therein were measured. Next, after preparing the polymer concentration to be 20% by weight using the obtained secondary solution, ammonia gas was blown until the pH became 8.5, thereby neutralizing itaconic acid and adding ammonium. Groups were introduced into the polymer to obtain a spinning solution. The obtained spinning solution was evaluated in the same manner as in Example 1 for the filter closing limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels.

次いで、使用する紡糸溶液を、上記のようにして得られた紡糸溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は330GPaであった。
[実施例3]
重合条件Aの(1)における保持時間を1.5時間に変更した以外は、実施例2と同様にして炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は330GPaであった。なお、一次溶液から実施例1と同様の手順で得た乾燥重合体は、Mz、MwおよびMnが、それぞれ580万、340万および140万であり、一次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、0.7重量%であり、二次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、20重量%弱であった
[実施例4]
反応容器内の空間部を窒素置換する際の酸素濃度を100ppmに変更し、重合条件Aの(1)における保持温度を65℃に変更した以外は、実施例2と同様にして炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は316GPaであった。なお、一次溶液から実施例1と同様の手順で得た乾燥重合体は、Mz、MwおよびMnが、それぞれ680万、500万および330万であり、一次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、2.1重量%であり、二次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、20重量%弱であった。
[実施例5]
AN100重量部、イタコン酸0.3重量部、連鎖移動剤としてオクチルメルカプタン0.003重量部、およびジメチルスルホキシド360重量部を混合し、それを還流管と攪拌翼を備えた反応容器に入れた。反応容器内の空間部を酸素濃度が100ppmになるまで窒素置換した後、重合開始剤としてAIBN0.003重量部を投入し、撹拌しながら下記の条件の熱処理を行い、溶液重合法により重合してPAN系重合体の一次溶液を得た。
・ 60℃の温度で3.5時間保持
得られたPAN系重合体の一次溶液を水に注いで重合体を沈殿させ、それを80℃の温水で2時間洗浄後、70℃の温度で4時間乾燥して、乾燥重合体を得た。得られた乾燥重合体のMz、MwおよびMnは、それぞれ480万、280万および120万であった。得られたPAN系重合体の一次溶液の溶媒に対する重合体濃度は、0.5重量%であった。
Next, a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1 except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained as described above. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 330 GPa.
[Example 3]
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 2 except that the holding time in (1) of the polymerization condition A was changed to 1.5 hours. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 330 GPa. The dry polymer obtained from the primary solution in the same procedure as in Example 1 had Mz, Mw and Mn of 5.8 million, 3.4 million and 1.4 million, respectively, and the polymer concentration with respect to the solvent of the primary solution was 0 The polymer concentration with respect to the solvent of the secondary solution was less than 20% by weight [Example 4].
The carbon fiber bundle was changed in the same manner as in Example 2 except that the oxygen concentration when the space in the reaction vessel was replaced with nitrogen was changed to 100 ppm and the holding temperature in (1) of the polymerization condition A was changed to 65 ° C. Obtained. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 316 GPa. The dried polymer obtained from the primary solution in the same procedure as in Example 1 had Mz, Mw and Mn of 68,000, 5 million and 3.3 million, respectively, and the polymer concentration with respect to the solvent of the primary solution was 2 The polymer concentration with respect to the solvent of the secondary solution was less than 20% by weight.
[Example 5]
100 parts by weight of AN, 0.3 part by weight of itaconic acid, 0.003 part by weight of octyl mercaptan as a chain transfer agent, and 360 parts by weight of dimethyl sulfoxide were mixed and placed in a reaction vessel equipped with a reflux tube and a stirring blade. After replacing the space in the reaction vessel with nitrogen until the oxygen concentration reached 100 ppm, 0.003 part by weight of AIBN was added as a polymerization initiator, and heat treatment was performed under the following conditions while stirring, and polymerization was performed by a solution polymerization method. A primary solution of the PAN polymer was obtained.
-Hold at a temperature of 60 ° C for 3.5 hours The primary solution of the obtained PAN-based polymer is poured into water to precipitate the polymer, washed with warm water of 80 ° C for 2 hours, and then heated at a temperature of 70 ° C for 4 hours. Drying for a time gave a dry polymer. Mz, Mw and Mn of the obtained dry polymer were 4.8 million, 2.8 million and 1.2 million, respectively. The polymer concentration with respect to the solvent of the primary solution of the obtained PAN-based polymer was 0.5% by weight.

次に、その一次溶液中に、イタコン酸0.7重量部、ジメチルスルホキシド10重量部、重合開始剤としてAIBN0.4重量部、および連鎖移動剤としてオクチルメルカプタン0.01重量部を計量導入した後、さらに撹拌しながら下記の条件の熱処理を行い、残存する未反応単量体を溶液重合法により重合してPAN系重合体の二次溶液を得た。
(2)60℃の温度で2時間保持
(3)60℃から80℃へ昇温(昇温速度10℃/時間)
(4)80℃の温度で6時間保持
得られたPAN系重合体溶液の溶媒に対する重合体濃度は、20重量%弱であった
次いで、得られた二次溶液を用いて重合体濃度が20重量%となるように調製した後、アンモニアガスをpHが8.5になるまで吹き込むことにより、イタコン酸を中和しつつ、アンモニウム基を重合体に導入し、紡糸溶液を得た。
Next, 0.7 parts by weight of itaconic acid, 10 parts by weight of dimethyl sulfoxide, 0.4 parts by weight of AIBN as a polymerization initiator, and 0.01 part by weight of octyl mercaptan as a chain transfer agent were metered into the primary solution. Further, heat treatment was performed under the following conditions while stirring, and the remaining unreacted monomer was polymerized by a solution polymerization method to obtain a secondary solution of a PAN-based polymer.
(2) Hold for 2 hours at a temperature of 60 ° C. (3) Increase the temperature from 60 ° C. to 80 ° C. (temperature increase rate: 10 ° C./hour)
(4) Hold for 6 hours at a temperature of 80 ° C. The polymer concentration in the solvent of the obtained PAN-based polymer solution was less than 20% by weight. Next, the polymer concentration was 20 using the obtained secondary solution. After preparing so that it might become weight%, the ammonia group was introduce | transduced into the polymer, neutralizing itaconic acid by blowing in ammonia gas until pH became 8.5, and the spinning solution was obtained.

得られた紡糸溶液について、実施例1と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価した。   The obtained spinning solution was evaluated in the same manner as in Example 1 for the filter closing limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels.

次いで、使用する紡糸溶液を、上記のようにして得られた紡糸溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例6]
実施例1と同様にして得た紡糸溶液について、フィルター閉塞限界速度、カーボン除去率およびゲル除去率を評価した。このとき用いたフィルター濾材は、平均線径20μmのSUS316製金属繊維を経糸に、平均線径13μmのSUS316製金属繊維を緯糸に用いて綾畳織のメッシュとしたのちに焼結し、濾過保証層目付220g/m、充填率85%とした濾過保証層に、平均線径20μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を積層したものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みが表1に示すとおりであった。
Next, a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1 except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained as described above. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 6]
The spinning solution obtained in the same manner as in Example 1 was evaluated for the filter closing limit speed, the carbon removal rate, and the gel removal rate. The filter media used were SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 20 μm as warp yarns, SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 13 μm as weft yarns, sintered, and then filtered to guarantee filtration. A non-woven fabric formed using SUS316L metal fibers with an average wire diameter of 20 μm is laminated on a filtration guarantee layer having a layer basis weight of 220 g / m 2 and a filling rate of 85%. Table 1 shows the material density B, the filtration resistance coefficient C, and the thickness of the filtration guarantee layer.

使用するフィルター濾材を、上記したものに変更した以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[比較例1]
使用するフィルター濾材を、平均線径5μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布を形成したのちに焼結して、総目付1700g/m、充填率50%としたものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例2と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価したのち、炭素繊維前駆体繊維を得ようとしたが、濾過に際して圧力損失が高く、焼成に耐える品位の高い前駆体繊維は得られなかった。
[実施例7]
使用するフィルター濾材を、平均線径2μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布に形成した、濾過保証層目付400g/m、充填率20%の濾過保証層に、平均線径8μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を重ねたのちに焼結し、さらに平均線径20μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を積層したものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例1と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.3GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例8]
使用するフィルター濾材を、平均線径2μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布に形成した濾過保証層目付400g/m、充填率20%の濾過保証層に、平均線径6μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を重ねたのちに焼結し、さらに平均線径20μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を積層したものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例1と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例9]
使用するフィルター装置を図1に示すものに変更し、濾過保証層の厚みを0.2mmに変更した以外は、実施例8と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例10]
使用するフィルター濾材を、平均線径2μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布に形成した濾過保証層目付400g/m、充填率20%の濾過保証層に、平均線径5μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を重ねたのちに焼結し、さらに平均線径20μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を積層したものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例9と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。しかしながらフィルター濾材の耐圧が低く、初期にはフィルター性能および製糸性は良好であったが、経時的な圧力損失の上昇が2.5MPaに達したところでフィルター濾材が破断した。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[比較例2]
使用するフィルター濾材を、平均線径5μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布を形成したのちに焼結して、総目付1700g/m、充填率50%としたものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例9と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.0GPaであり、弾性率は320GPaであった。実施例1と比較して、ゲル状物の流出によると考えられる強度低下が見られた。
[実施例11]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更した以外は、実施例6と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するともに炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例12]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更した以外は、実施例7と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.3GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例13]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更した以外は、実施例8と同様してフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例14]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更した以外は、実施例9と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例15]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更した以外は、実施例10と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに炭素繊維束を得た。しかしながらフィルター濾材の耐圧が低く、初期にはフィルター性能および製糸性は良好であったが、経時的な圧力損失の上昇が2.5MPaに達したところでフィルター濾材が破断した。得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.5GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例16]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更し、使用するフィルター濾材を、平均線径25μmのSUS316製金属繊維を経糸に、平均線径15μmのSUS316製金属繊維を緯糸に用いて綾畳織のメッシュとしたのちに焼結し、濾過保証層目付290g/m、充填率85%とした濾過保証層に、平均線径20μmのSUS316L製金属繊維を用いて形成した不織布を積層したものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例11と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1 except that the filter medium used was changed to the one described above. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Comparative Example 1]
The filter medium to be used was formed by forming a nonwoven fabric using metal fibers made of SUS316L having an average wire diameter of 5 μm and then sintering to give a total basis weight of 1700 g / m 2 and a filling rate of 50%. Except for changing to a filter medium having a basis weight A, a material density B of the filtration guarantee layer, a filtration resistance coefficient C and a thickness of the filtration guarantee layer as shown in Table 1, the filter clogging limit speed, carbon After evaluating the removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels, an attempt was made to obtain a carbon fiber precursor fiber. However, a high-quality precursor fiber with high pressure loss during filtration and withstanding firing could not be obtained.
[Example 7]
The filter medium used is a SUS316L metal having an average wire diameter of 8 μm formed on a non-woven fabric using a SUS316L metal fiber having an average wire diameter of 2 μm and a filtration guarantee layer having a basis weight of 400 g / m 2 and a filling rate of 20%. The nonwoven fabric formed using the fibers is stacked and then sintered, and the nonwoven fabric formed using the SUS316L metal fibers having an average wire diameter of 20 μm is laminated. Except for changing to a filter medium having the material density B, the filtration resistance coefficient C, and the thickness of the filtration guarantee layer as shown in Table 1, the filter clogging speed limit, the carbon removal rate, the gel removal rate, and While evaluating the number of microgels, a carbon fiber bundle was obtained. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.3 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 8]
The filter medium used is a SUS316L metal fiber having an average wire diameter of 6 μm and a filtration guarantee layer having a basis weight of 400 g / m 2 and a filling rate of 20% formed on a nonwoven fabric using SUS316L metal fibers having an average wire diameter of 2 μm. The nonwoven fabric formed by using the SUS316L metal fiber having an average wire diameter of 20 μm is laminated and laminated, and the filtration assurance layer basis weight A, the material of the filtration assurance layer Except for the change to a filter medium whose density B, filtration resistance coefficient C, and filtration guarantee layer thickness are as shown in Table 1, filter clogging limit speed, carbon removal rate, gel removal rate and microgel were the same as in Example 1. While evaluating the number, a carbon fiber bundle was obtained. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 9]
The filter device used was changed to the one shown in FIG. 1, and the filter clogging limit speed, carbon removal rate, gel removal rate, and microgel were the same as in Example 8 except that the thickness of the filtration guarantee layer was changed to 0.2 mm. While evaluating the number, a carbon fiber bundle was obtained. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 10]
The filter medium used is a SUS316L metal fiber having an average wire diameter of 5 μm and a filtration guarantee layer having a basis weight of 400 g / m 2 and a filling rate of 20% formed on a non-woven fabric using SUS316L metal fibers having an average wire diameter of 2 μm. The nonwoven fabric formed by using the SUS316L metal fiber having an average wire diameter of 20 μm is laminated and laminated, and the filtration assurance layer basis weight A, the material of the filtration assurance layer Except for changing to a filter medium whose density B, filtration resistance coefficient C, and thickness of the filtration guarantee layer are those shown in Table 1, filter clogging limit speed, carbon removal rate, gel removal rate and microgel were the same as in Example 9. While evaluating the number, a carbon fiber bundle was obtained. However, the pressure resistance of the filter medium was low, and the filter performance and the yarn production were good at the beginning. However, the filter medium broke when the increase in pressure loss with time reached 2.5 MPa. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Comparative Example 2]
The filter medium to be used was formed by forming a nonwoven fabric using metal fibers made of SUS316L having an average wire diameter of 5 μm and then sintering to give a total basis weight of 1700 g / m 2 and a filling rate of 50%. Except for changing to a filter medium having a basis weight A, a material density B of the filtration guarantee layer, a filtration resistance coefficient C, and a thickness of the filtration guarantee layer as shown in Table 1, the filter clogging limit speed, carbon The removal rate, gel removal rate, and number of microgels were evaluated, and a carbon fiber bundle was obtained. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.0 GPa and the elastic modulus was 320 GPa. Compared with Example 1, the strength reduction considered to be due to the outflow of the gel-like material was observed.
[Example 11]
Except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, the filter closing limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate and the number of microgels were evaluated and the carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 6. It was. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 12]
Except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, the filter clogging limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated and a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 7. It was. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.3 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 13]
Except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, the filter clogging limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated and a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 8. It was. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 14]
Except that the spinning solution used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, the filter clogging limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated and a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 9. It was. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 15]
Except for changing the spinning solution used to the spinning solution obtained in Example 2, the filter clogging limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated and a carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 10. It was. However, the pressure resistance of the filter medium was low, and the filter performance and the yarn production were good at the beginning. However, the filter medium broke when the increase in pressure loss with time reached 2.5 MPa. When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.5 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 16]
The spinning solution used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, and the filter media used were SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 25 μm as warp yarns, and SUS316 metal fibers with an average wire diameter of 15 μm were used as weft yarns. A nonwoven fabric formed by using SUS316L metal fibers with an average wire diameter of 20 μm is laminated on a filter-guaranteed layer that is sintered after being formed into a twilled-weave mesh and has a filter-guaranteed layer weight of 290 g / m 2 and a filling rate of 85%. Example 11 with the exception that the filtration guarantee layer basis weight A, the filtration guarantee layer material density B, the filtration resistance coefficient C, and the filtration guarantee layer thickness were changed to the filter media shown in Table 1. Similarly, the filter clogging limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated, and a carbon fiber bundle was obtained.

得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.7GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例17]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更し、使用するフィルター濾材を、平均線径2μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布を形成したのちに焼結して、総目付1800g/m、充填率50%としたものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例11と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。
When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.7 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 17]
The spinning solution to be used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, and the filter medium to be used was sintered after forming a non-woven fabric using SUS316L metal fibers having an average wire diameter of 2 μm to obtain a total basis weight of 1800 g / m 2 , with a filling rate of 50%, changed to a filter medium with a filtration guarantee layer basis weight A, a material density B of the filtration guarantee layer, a filtration resistance coefficient C and a thickness of the filtration guarantee layer as shown in Table 1. In the same manner as in Example 11, the filter closing limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated, and a carbon fiber bundle was obtained.

得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.6GPaであり、弾性率は320GPaであった。
[実施例18]
使用する紡糸溶液を実施例2で得た紡糸溶液に変更し、使用するフィルター濾材を、平均線径2μmのSUS316L製金属繊維を用いて不織布を形成したのちに焼結して、総目付1800g/m、充填率50%としたものであって、濾過保証層目付A、濾過保証層の材質密度B、濾過抵抗係数Cおよび濾過保証層の厚みを表1に示すものとしたフィルター濾材に変更した以外は、実施例11と同様にしてフィルター閉塞限界速度、カーボン除去率、ゲル除去率およびミクロゲル個数を評価するとともに、炭素繊維束を得た。
When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.6 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.
[Example 18]
The spinning solution to be used was changed to the spinning solution obtained in Example 2, and the filter medium to be used was sintered after forming a non-woven fabric using SUS316L metal fibers having an average wire diameter of 2 μm to obtain a total basis weight of 1800 g / m 2 , with a filling rate of 50%, changed to a filter medium with a filtration guarantee layer basis weight A, a material density B of the filtration guarantee layer, a filtration resistance coefficient C and a thickness of the filtration guarantee layer as shown in Table 1. In the same manner as in Example 11, the filter closing limit speed, the carbon removal rate, the gel removal rate, and the number of microgels were evaluated, and a carbon fiber bundle was obtained.

得られた炭素繊維束のストランド物性を測定したところ、強度は6.6GPaであり、弾性率は320GPaであった。   When the strand physical property of the obtained carbon fiber bundle was measured, the strength was 6.6 GPa and the elastic modulus was 320 GPa.


上記した実施例および比較例におけるフィルター濾材、PAN系重合体の各種分子量、製糸での限界ドラフト倍率、および、得られた炭素繊維束の引張強度などの結果を、表1にまとめて示す。

Table 1 summarizes the results of the filter media, the various molecular weights of the PAN-based polymer, the limit draft magnification during yarn production, the tensile strength of the obtained carbon fiber bundle, and the like in the examples and comparative examples described above.

Figure 2009235662
Figure 2009235662

本発明では、高速紡糸を行うことの可能なPAN系重合体を用いて、問題を起こすことなく、濾過して用いることにより、生産性を損なうことなく高品位な前駆体繊維を製造することができ、その得られた前駆体繊維を用いることにより、焼成工程でも安定して高品位、かつ、高強度な炭素繊維の製造することができ有用である。   In the present invention, it is possible to produce a high-quality precursor fiber without impairing productivity by using a PAN-based polymer capable of performing high-speed spinning without causing a problem and filtering. In addition, by using the obtained precursor fiber, it is possible to produce a high-quality and high-strength carbon fiber stably even in the firing step, which is useful.

D:リーフディスク型フィルターの外径
d:リーフディスク型フィルターの内径
1:濾過容器
2:フィルター濾材
3:支持体
4:紡糸溶液流入路
5:紡糸溶液流出路
6:流出路への開口
7:リーフディスク型フィルター
8:芯体
9:フィルター押さえ
10:芯体の開口
D: outer diameter of the leaf disk type filter d: inner diameter of the leaf disk type filter 1: filtration container 2: filter medium 3: support 4: spinning solution inflow path 5: spinning solution outflow path 6: opening to the outflow path 7: Leaf disk type filter 8: core body 9: filter holder 10: opening of the core body

Claims (5)

Z平均分子量Mzと重量平均分子量Mwとの比であるMz/Mwが1.5以上であるポリアクリロニトリル系重合体が溶媒に溶解されてなる紡糸溶液を紡糸して炭素繊維前駆体繊維を得るに際し、紡糸に先立ち、濾過保証層目付A(g/m)と材質密度B(g/m)が次式を満足する濾過保証層を有するとともに、濾過抵抗係数Cが5×10〜30×10cm−1であるフィルター濾材を用いたフィルター装置で、紡糸溶液を濾過する炭素繊維前駆体繊維の製造方法。
0.01≦A/B×1000≦0.06
When a carbon fiber precursor fiber is obtained by spinning a spinning solution in which a polyacrylonitrile-based polymer having a ratio of Z average molecular weight Mz to weight average molecular weight Mw of Mz / Mw of 1.5 or more is dissolved in a solvent. Prior to spinning, the filtration assurance layer basis weight A (g / m 2 ) and the material density B (g / m 3 ) have a filtration assurance layer satisfying the following formula, and the filtration resistance coefficient C is 5 × 10 5 to 30 The manufacturing method of the carbon fiber precursor fiber which filters a spinning solution with the filter apparatus using the filter medium which is * 10 < 5 > cm < -1 >.
0.01 ≦ A / B × 1000 ≦ 0.06
前記フィルター濾材は、その濾過保証層の厚みが0.033〜0.25mmである請求項1に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。   The method for producing a carbon fiber precursor fiber according to claim 1, wherein the filter medium has a filtration guarantee layer with a thickness of 0.033 to 0.25 mm. フィルター装置は、総目付が300〜2500g/mである前記フィルター濾材を用いたリーフディスク型フィルターを複数枚積み重ねてなる、請求項1または2に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。 Filter apparatus, the total basis weight is stacked plurality of leaf disc-type filter using the filter medium is 300~2500g / m 2, the production method of precursor fiber of carbon fiber according to claim 1 or 2. 前記ポリアクリロニトリル系重合体は、Mwが30万〜50万であり、Mz/Mwが1.5〜6.0である、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。   Production of the carbon fiber precursor fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyacrylonitrile-based polymer has an Mw of 300,000 to 500,000 and an Mz / Mw of 1.5 to 6.0. Method. Mz/Mwが2.7〜6.0である請求項4に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。   Mz / Mw is 2.7-6.0, The manufacturing method of the carbon fiber precursor fiber of Claim 4.
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