JP2011042916A - Lubricant composition for carbon fiber precursor acrylic fiber, carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, and method for producing the fiber bundle - Google Patents

Lubricant composition for carbon fiber precursor acrylic fiber, carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, and method for producing the fiber bundle Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lubricant composition for carbon fiber precursor acrylic fiber, which effectively prevents fusings among single carbon fibers in the production process for carbon fiber bundles, suppresses operability decline, and is capable of obtaining in high productivity the well-bundled carbon fiber precursor acrylic fiber bundles and the carbon fiber bundles of excellent mechanical properties, and to provide the carbon fiber precursor acrylic fiber bundles, and to provide a method for producing the fiber bundles. <P>SOLUTION: The lubricant composition for carbon fiber precursor acrylic fiber includes: an aromatic ester compound of formula (I) having a residual mass rate (r<SP>1</SP>) at 300°C of 90-100 mass%, determined by thermogravimetric analysis in the presence of steam, and a residual mass rate (r<SP>2</SP>) at 500°C of not more than 10 mass%, determined by thermogravimetric analysis in a nitrogen gas atmosphere; and an aromatic ester compound of formula (II) having a residual mass rate (r<SP>1</SP>) of 70-80 mass% in, and a residual mass rate (r<SP>2</SP>) of not more than 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物、および炭素繊維前駆体アクリル繊維束とその製造方法に関する。   The present invention relates to an oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, and a method for producing the same.

従来、炭素繊維束の製造方法として、アクリル繊維などからなる炭素繊維前駆体繊維束(以下、「前駆体繊維束」とも表記する。)を200〜400℃の酸素存在雰囲気下で加熱処理して耐炎化繊維束に転換し(耐炎化工程)、引き続いて1000℃以上の不活性雰囲気下で炭素化して(炭素化工程)、炭素繊維束を得る方法が知られている。この方法で得られた炭素繊維束は、優れた機械的物性により、特に複合材料用の強化繊維として工業的に広く利用されている。   Conventionally, as a method for producing a carbon fiber bundle, a carbon fiber precursor fiber bundle made of acrylic fiber or the like (hereinafter also referred to as “precursor fiber bundle”) is heat-treated in an oxygen-existing atmosphere at 200 to 400 ° C. There is known a method of obtaining a carbon fiber bundle by converting into a flame resistant fiber bundle (flame resistance process) and subsequently carbonizing in an inert atmosphere at 1000 ° C. or higher (carbonization process). Carbon fiber bundles obtained by this method are widely used industrially as reinforcing fibers for composite materials because of their excellent mechanical properties.

しかし、炭素繊維束の製造過程において、耐炎化工程で単繊維間に融着が発生し、耐炎化工程およびそれに続く炭素化工程(以下、耐炎化工程と炭素化工程を総合して「焼成工程」とも表記する。)において、毛羽や束切れといった工程障害が発生する場合があった。耐炎化工程での単繊維間の融着を防止する方法としては、前駆体繊維束の表面に油剤組成物を付与する方法(油剤処理)が知られており、多くの油剤組成物が検討されてきた。   However, in the process of manufacturing the carbon fiber bundle, fusion occurs between the single fibers in the flameproofing process, and the flameproofing process and the subsequent carbonization process (hereinafter referred to as the “firing process” In some cases, process failures such as fluff and bundle breakage may occur. As a method for preventing fusion between single fibers in the flameproofing process, a method of applying an oil agent composition to the surface of the precursor fiber bundle (oil agent treatment) is known, and many oil agent compositions have been studied. I came.

油剤組成物としては、これまでシリコーンを主成分とするシリコーン系油剤が一般的に用いられていた。シリコーンは前駆体繊維束との馴染み易さ、定着性の観点から、アミノやエポキシ、ポリエーテル等の反応性基を有する変性シリコーンが一般的に用いられてきた。
しかし、変性シリコーン系油剤は加熱により架橋反応が進行して高粘度化し、粘着物が前駆体繊維束の製造工程や、耐炎化工程で使用される繊維搬送ローラーやガイドなどの表面に堆積しやすかった。そのため、前駆体繊維束や耐炎化繊維束が、繊維搬送ローラーやガイドに巻き付いたり引っかかったりして断糸するなどの工程障害が発生し、操業性低下を招くことがあった。
また、シリコーン系油剤が付与された前駆体繊維束は、焼成工程において酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのケイ素化合物を生成しやすかった。ケイ素化合物が生成すると、工業的な生産性や製品の品質の低下につながる。
As the oil composition, a silicone-based oil mainly composed of silicone has been generally used so far. From the viewpoint of ease of compatibility with the precursor fiber bundle and fixing property, modified silicones having reactive groups such as amino, epoxy, and polyether have been generally used.
However, the modified silicone-based oils are heated to undergo a cross-linking reaction to increase the viscosity, and the adhesive is easily deposited on the surface of fiber precursor rollers and guides used in the precursor fiber bundle manufacturing process and flameproofing process. It was. For this reason, process failures such as the precursor fiber bundle and the flameproof fiber bundle being wound or caught by the fiber conveying roller or the guide are generated, and the operability may be lowered.
Moreover, the precursor fiber bundle to which the silicone-based oil agent was applied easily generated silicon compounds such as silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride in the firing step. The formation of silicon compounds leads to industrial productivity and product quality degradation.

そこで、油剤処理された前駆体繊維束のケイ素含有量を軽減することを目的として、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物が提案されている。例えば、多環芳香族化合物を50〜100重量%含有する乳化剤を、40〜100重量%含有させ、シリコーン含有量を低減させた油剤組成物が提案されている(特許文献1参照)。
また、ビスフェノールAのエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシド付加物の両末端高級脂肪酸エステル化物を80〜95質量%含有させ、シリコーン含有量を低減させた油剤組成物が提案されている(特許文献2参照)。同様にビスフェノールA骨格を有する化合物として、飽和脂肪族ジカルボン酸とビスフェノールAの酸化エチレンおよび/または酸化プロピレン付加物のモノアルキルエステルとの反応生成物を含有させ、シリコーン含有量を低減させた油剤組成物が提案されている(特許文献3参照)。
また、空気中250℃で2時間加熱した後の残存率が80質量%以上である耐熱樹脂と、シリコーンとを組み合わせた油剤組成物が提案されている(特許文献4参照)。
さらに、反応性官能基を有する化合物を10質量%以上含み、シリコーン化合物を含有しない、またはシリコーン化合物を含有する場合はケイ素質量に換算して2質量%を超えない範囲とする油剤組成物が提案されている(特許文献5参照)。
Therefore, an oil composition having a reduced silicone content has been proposed for the purpose of reducing the silicon content of the precursor fiber bundle treated with the oil. For example, an oil agent composition containing 40 to 100% by weight of an emulsifier containing 50 to 100% by weight of a polycyclic aromatic compound to reduce the silicone content has been proposed (see Patent Document 1).
Further, an oil agent composition has been proposed in which 80 to 95% by mass of both-end higher fatty acid esterified products of ethylene oxide and / or propylene oxide adducts of bisphenol A are contained (see Patent Document 2). . Similarly, as a compound having a bisphenol A skeleton, a reaction product of a saturated aliphatic dicarboxylic acid and a bisphenol A ethylene oxide and / or a monoalkyl ester of a propylene oxide adduct is added to reduce the silicone content. The thing is proposed (refer patent document 3).
Moreover, the oil agent composition which combined the heat resistant resin whose residual rate after heating at 250 degreeC in the air for 2 hours is 80 mass% or more and silicone is proposed (refer patent document 4).
Furthermore, an oil composition containing 10% by mass or more of a compound having a reactive functional group and not containing a silicone compound, or containing a silicone compound, in a range not exceeding 2% by mass in terms of silicon mass is proposed. (See Patent Document 5).

また一方で、シリコーン含有量を低減させた油剤組成物において、シリコーン系化合物と非シリコーン系化合物とに親和性を持たせて混和することを目的として相溶化剤を含有した油剤組成物が提案されている(特許文献6および7参照)。   On the other hand, an oil agent composition containing a compatibilizer has been proposed for the purpose of having an affinity between a silicone compound and a non-silicone compound in an oil agent composition having a reduced silicone content. (See Patent Documents 6 and 7).

近年では、分子内に3個以上のエステル基を有するエステル化合物とシリコーン系化合物とを必須成分とした油剤組成物が提案されている(特許文献8参照)。該油剤組成物によれば、エステル化合物によってシリコーン含有量を低減させ、かつ炭素繊維製造における単繊維間の融着防止と安定した操業性とを両立させることができる。   In recent years, an oil agent composition having an ester compound having three or more ester groups in the molecule and a silicone compound as essential components has been proposed (see Patent Document 8). According to this oil agent composition, the silicone content can be reduced by the ester compound, and both fusion prevention between single fibers in carbon fiber production and stable operability can be achieved.

特開2005−264384号公報JP 2005-264384 A 特開2002−266239号公報JP 2002-266239 A 特開2003−55881号公報JP 2003-55881 A 特開2000−199183号公報JP 2000-199183 A 特開2005−264361号公報JP 2005-264361 A 特開2004−149937号公報JP 2004-149937 A 特開2004−169198号公報JP 2004-169198 A 国際公開第07/066517号パンフレットInternational Publication No. 07/0666517 Pamphlet

しかしながら、特許文献1に記載の油剤組成物では乳化剤の含有量が多いため乳化物の安定性は高くなるものの、この油剤組成物を付着させた前駆体繊維束は集束性が低下しやすく、高い生産効率で製造するには適していなかった。さらに、機械的物性に優れた炭素繊維束が得られにくいという問題があった。
また、特許文献2、3に記載の油剤組成物は、耐熱樹脂としてビスフェノールA系の芳香族エステルを用いているので耐熱性は極めて高いものの、単繊維間の融着を防止する効果が十分ではなかった。さらに、機械的物性に優れた炭素繊維束が安定して得られにくいという問題があった。
However, although the oil composition described in Patent Document 1 has a high emulsifier content, the stability of the emulsion is increased, but the bundle of precursor fibers to which this oil composition is adhered tends to have a low convergence and is high. It was not suitable for manufacturing with production efficiency. Furthermore, there is a problem that it is difficult to obtain a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties.
In addition, although the oil agent compositions described in Patent Documents 2 and 3 use bisphenol A aromatic ester as a heat-resistant resin, the heat resistance is extremely high, but the effect of preventing fusion between single fibers is not sufficient. There wasn't. Furthermore, there has been a problem that it is difficult to stably obtain a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties.

また、特許文献4に記載の油剤組成物は、250℃〜300℃において、繊維表面に皮膜を形成するため、耐炎化工程における繊維内部への酸素の拡散が阻害され、耐炎化が均一に行われず、その結果機械的物性に優れた炭素繊維束が安定して得られにくいという問題があった。さらに、耐熱性が高いことにより、耐炎化工程において炉内や搬送ローラーへ油剤組成物、あるいはこれらの変性物が堆積するなどして工程障害となる問題があった。
さらに、特許文献5に記載の油剤組成物は、100〜145℃における油剤粘度を上げることで油剤付着性を高めることができるが、粘度が高いがため、油剤処理後の前駆体繊維束が繊維搬送ローラー等に巻き付くなどの工程障害を引き起こし、操業性が低下することがあった。
Moreover, since the oil agent composition described in Patent Document 4 forms a film on the fiber surface at 250 ° C to 300 ° C, diffusion of oxygen into the fiber in the flameproofing process is inhibited, and flameproofing is performed uniformly. As a result, there has been a problem that it is difficult to stably obtain a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties. Furthermore, due to the high heat resistance, there has been a problem that the oil agent composition or a modified product thereof is deposited on the inside of the furnace or the transport roller in the flameproofing process, resulting in a process hindrance.
Furthermore, although the oil agent composition of patent document 5 can improve oil agent adhesiveness by raising the oil agent viscosity in 100-145 degreeC, since the viscosity is high, the precursor fiber bundle after an oil agent process is a fiber. Occasionally, process troubles such as wrapping around a conveyance roller or the like were caused, and operability was sometimes lowered.

また一方で、特許文献6、7に記載の相溶化剤を用いた油剤組成物では、一定の相溶化効果は得られるものの、該相溶化剤ではシリコーン系化合物への親和性に劣るため、10質量%以上含有させる必要があった。さらには焼成行程において相溶化剤の分解生成物がタール化するなどして行程障害となる場合があった。
また、特許文献8に記載の油剤組成物を前駆体繊維に付与した場合、操業性は安定するものの、耐熱性が低いために耐炎化工程において繊維束の集束性が不十分であった。また、シリコーンを主成分とするシリコーン系油剤に比べて、得られる炭素繊維束の機械的物性が劣る傾向にあった。
On the other hand, in the oil agent composition using the compatibilizing agent described in Patent Documents 6 and 7, although a certain compatibilizing effect is obtained, the compatibilizing agent is inferior in affinity to the silicone compound. It was necessary to contain at least mass%. Further, the decomposition product of the compatibilizing agent may become tarred during the firing process, which may impede the process.
Moreover, when the oil agent composition described in Patent Document 8 was applied to the precursor fiber, the operability was stable, but the heat resistance was low, so that the fiber bundle was not sufficiently converged in the flameproofing step. Further, the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle tended to be inferior to that of silicone-based oils mainly composed of silicone.

このように、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物では、操業性低下を招くことがあった。また、シリコーン系油剤に比べて、融着防止性、油剤処理された前駆体繊維束の集束性が低下したり、炭素繊維束の機械的物性が劣ったりする傾向にあった。そのため、高品質な炭素繊維束を安定して得ることが困難であった。
一方、従来から広く利用されているシリコーン系油剤では、高粘度化による操業性の低下や、ケイ素化合物の生成による工業的な生産性の低下が問題であった。
つまり、シリコーンを主成分とする油剤組成物による操業性や工業的な生産性の低下の問題と、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物による融着防止性、前駆体繊維束の集束性、炭素繊維束の機械的物性の低下の問題とは表裏一体の関係にあり、従来技術では両者の課題を全て解決できていない。
As described above, the oil agent composition having a reduced silicone content may cause a decrease in operability. Moreover, compared with silicone type oil agent, there existed a tendency for the anti-fusing property, the convergence property of the precursor fiber bundle treated with the oil agent to deteriorate, and the mechanical properties of the carbon fiber bundle to be inferior. Therefore, it has been difficult to stably obtain a high-quality carbon fiber bundle.
On the other hand, silicone oils that have been widely used in the past have suffered from problems such as a decrease in operability due to an increase in viscosity and a decrease in industrial productivity due to the formation of silicon compounds.
In other words, the problem of lowering the operability and industrial productivity due to the oil composition containing silicone as a main component, the anti-fusing property due to the oil composition having a reduced silicone content, the convergence of the precursor fiber bundle, The problem of the deterioration of the mechanical properties of the carbon fiber bundle has a two-sided relationship, and the conventional technology has not solved all the problems.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、炭素繊維束製造工程における単繊維間の融着を効果的に防止すると共に、操業性低下を抑制し、かつ集束性が良好な炭素繊維前駆体アクリル繊維束および機械的物性に優れた炭素繊維束を生産性よく得ることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物、および炭素繊維前駆体アクリル繊維束とその製造方法の提供を課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and effectively prevents fusion between single fibers in a carbon fiber bundle manufacturing process, suppresses operability deterioration, and has good convergence properties. It is an object of the present invention to provide an oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber capable of obtaining an acrylic fiber bundle and a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties with high productivity, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, and a method for producing the same. .

本発明者が鋭意検討した結果、ある条件下において耐熱特性の異なる芳香族エステル化合物を併用することによって、または構造の異なる芳香族エステル化合物を併用し、かつその割合を特定することによって、上述したシリコーンを主成分とする油剤組成物の問題と、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物の問題を共に解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies by the present inventor, as described above, by using together aromatic ester compounds having different heat resistance characteristics under certain conditions, or by combining aromatic ester compounds having different structures and specifying the ratio thereof, It has been found that both the problem of the oil composition containing silicone as a main component and the problem of the oil composition having a reduced silicone content can be solved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、水蒸気存在下での熱質量分析において、300℃における残質量率(r)が90〜100質量%であり、窒素ガス雰囲気での熱質量分析において、500℃における残質量率(r)が10質量%以下である芳香族エステル化合物(I)と、前記残質量率(r)が70〜80質量%であり、前記残質量率(r)が3質量%以下である芳香族エステル化合物(II)とを含有して成る。
この油剤組成物は、アミノ変性シリコーンを含有することが好ましい。
さらに、前記芳香族エステル化合物(I)がビスフェノールA骨格を有する芳香族エステル化合物であり、前記芳香族エステル化合物(II)が単環の芳香族エステル化合物であることが好ましい。
That is, the carbon fiber precursor acrylic fiber oil composition of the present invention has a residual mass ratio (r 1 ) at 90 ° C. of 90 to 100% by mass in a nitrogen gas atmosphere in a thermal mass analysis in the presence of water vapor. In the thermal mass analysis of the aromatic ester compound (I) having a residual mass ratio (r 2 ) at 500 ° C. of 10% by mass or less, the residual mass ratio (r 1 ) is 70 to 80% by mass, And an aromatic ester compound (II) having a residual mass ratio (r 2 ) of 3% by mass or less.
This oil composition preferably contains an amino-modified silicone.
Furthermore, it is preferable that the aromatic ester compound (I) is an aromatic ester compound having a bisphenol A skeleton, and the aromatic ester compound (II) is a monocyclic aromatic ester compound.

また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、下記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物を10〜40質量%、下記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物を10〜40質量%、下記式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンを1〜10質量%含有して成る。   Moreover, the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fiber of this invention is 10-40 mass% of aromatic ester compounds of the structure shown by the following formula (1), and the aromatic structure of the following formula (2). It comprises 10 to 40% by mass of an ester compound and 1 to 10% by mass of an amino-modified silicone having a structure represented by the following formula (3).

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立して炭素数7〜21の炭化水素基、“m”および“n”はそれぞれ独立して1〜5である。 In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrocarbon group having 7 to 21 carbon atoms, and “m” and “n” are each independently 1 to 5.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(2)において、R〜Rはそれぞれ独立して炭素数8〜14の炭化水素基である。 In Formula (2), R 3 to R 5 are each independently a hydrocarbon group having 8 to 14 carbon atoms.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(3)において、“o”は5〜300、“p”は1〜5である。   In the formula (3), “o” is 5 to 300, and “p” is 1 to 5.

また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、ポリジメチルシロキサン構造を有する相溶化剤を1〜10質量%含有することが好ましい。
さらに、上記の油剤組成物を水中に分散させる為に用いる界面活性剤には、下記式(4)で示される構造のプロピレンオキサイドユニットと、エチレンオキサイドユニットからなるブロック共重合型ポリエーテルを10〜30質量%含有することが好ましい。
Moreover, it is preferable that the oil agent composition for acrylic fibers of a carbon fiber precursor of the present invention contains 1 to 10% by mass of a compatibilizer having a polydimethylsiloxane structure.
Furthermore, the surfactant used to disperse the above oil composition in water contains 10 to 10 block copolymerized polyethers composed of a propylene oxide unit having a structure represented by the following formula (4) and an ethylene oxide unit. It is preferable to contain 30 mass%.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(4)において“x”、“y”、“z”はそれぞれ独立して1〜200である。   In the formula (4), “x”, “y”, and “z” are each independently 1 to 200.

また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、前記炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物が、乾燥繊維質量に対して0.1〜2.0質量%付着して成る。
また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法は、前記炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を水中に分散させて、平均粒子径0.01〜0.50μmのミセルを形成させた水系乳化溶液を水膨潤状態の前駆体繊維束に付与する工程と、水系乳化溶液が付与された前駆体繊維束を乾燥緻密化する工程とを有する。
Moreover, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention is formed by adhering the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers in an amount of 0.1 to 2.0 mass% with respect to the dry fiber mass.
In the method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention, the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers is dispersed in water to form micelles having an average particle diameter of 0.01 to 0.50 μm. A step of applying the aqueous emulsion solution to the precursor fiber bundle in a water-swelled state, and a step of drying and densifying the precursor fiber bundle to which the aqueous emulsion solution is applied.

本発明によれば、炭素繊維束製造工程における単繊維間の融着を効果的に防止すると共に、操業性低下を抑制し、かつ集束性が良好な炭素繊維前駆体アクリル繊維束および機械的物性に優れた炭素繊維束を生産性よく得ることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物、および炭素繊維前駆体アクリル繊維束とその製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、操業性低下を抑制でき、かつ炭素繊維前駆体アクリル繊維束の集束性が良好であるので、炭素繊維束の工業的な生産性を高め、安定して高品質な炭素繊維束を得ることができる。
According to the present invention, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle and mechanical properties that effectively prevent fusion between single fibers in the carbon fiber bundle manufacturing process, suppress deterioration in operability, and have good convergence. An oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber that can obtain a carbon fiber bundle excellent in productivity with high productivity, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, and a method for producing the same.
In addition, according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in operability and the convergence property of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is good. Therefore, the industrial productivity of the carbon fiber bundle is increased, and the quality is stably high. A carbon fiber bundle can be obtained.

以下、本発明を詳細に説明する。
[炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物]
<第一の実施形態>
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物(以下、「油剤組成物」とも表記する。)は、後述の油剤処理前の炭素繊維前駆体アクリル繊維束(以下、「前駆体繊維束」とも表記する。)へ付与されるものであり、耐熱特性の異なる芳香族エステル成分を併用して成る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fiber]
<First embodiment>
The oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers of the present invention (hereinafter also referred to as “oil agent composition”) is a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle (hereinafter referred to as “precursor fiber bundle”) before the oil agent treatment described below. And is also used in combination with aromatic ester components having different heat resistance characteristics.

芳香族エステル成分は、後述の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の耐炎化工程において、融着防止、集束性付与に有効である。
本発明においては、芳香族エステル成分として、水蒸気存在下での熱質量分析において、300℃における残質量率(r)が90〜100質量%であり、窒素ガス雰囲気での熱質量分析において、500℃における残質量率(r)が10質量%以下である芳香族エステル化合物(I)と、前記残質量率(r)が70〜80質量%であり、前記残質量率(r)が3質量%以下である芳香族エステル化合物(II)とを併用する。
The aromatic ester component is effective for preventing fusion and imparting convergence in the flame resistance process of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle described later.
In the present invention, as an aromatic ester component, in the thermal mass analysis in the presence of water vapor, the residual mass ratio (r 1 ) at 300 ° C. is 90 to 100% by mass, and in the thermal mass analysis in a nitrogen gas atmosphere, The aromatic ester compound (I) having a residual mass ratio (r 2 ) at 500 ° C. of 10% by mass or less, the residual mass ratio (r 1 ) is 70 to 80% by mass, and the residual mass ratio (r 2 ) Is used in combination with an aromatic ester compound (II) having a content of 3% by mass or less.

およびrは次の手法で測定することができる。
ガスを流通可能な熱質量測定装置(島津製作所株式会社製、商品名:ミクロ熱重量測定装置TGA−50)を用い、室温にて芳香族エステルを装置にセットし、この時の初期質量をWとする。その後、Nガス(純度99.9999%)を流通させながら150℃まで10℃/分の昇温速度で加熱し、150℃においてNと水蒸気が4:1(体積比)の割合で混合されたガスラインに切替る。さらに10℃/分の昇温速度で300℃まで加熱した時の質量をWとする。その後、流通ガスのラインをNに戻し、10℃/分の昇温速度で500℃まで加熱した時の質量をWとする。この時、ガス流量は装置内雰囲気がパージ可能な流量とすることが重要であり、昇温を開始する前に十分に炉内がNガスに置換されてから開始することが必要である。また、水蒸気を含有するガスラインは、水蒸気が凝縮することを避けるためにリボンヒーター等を用いて150℃以上に保温することが好ましい。
およびrは下記式(i)、(ii)によって求められる。
[質量%]=(W/W)×100 ・・・(i)
[質量%]=(W/W)×100 ・・・(ii)
r 1 and r 2 can be measured by the following method.
Using a thermal mass measuring device (trade name: micro thermogravimetric measuring device TGA-50 manufactured by Shimadzu Corporation) capable of circulating gas, the aromatic ester was set in the device at room temperature, and the initial mass at this time was set to W 0 . After that, while flowing N 2 gas (purity 99.9999%), it was heated to 150 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, and at 150 ° C., N 2 and water vapor were mixed at a ratio of 4: 1 (volume ratio). Switch to the selected gas line. Further, the mass when heated to 300 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min is defined as W 1 . Thereafter, the flow gas line is returned to N 2, and the mass when heated to 500 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min is defined as W 2 . At this time, it is important that the gas flow rate is a flow rate at which the atmosphere in the apparatus can be purged, and it is necessary to start after the inside of the furnace is sufficiently replaced with N 2 gas before the temperature rise is started. The gas line containing water vapor is preferably kept at 150 ° C. or higher using a ribbon heater or the like in order to avoid the water vapor from condensing.
r 1 and r 2 are obtained by the following formulas (i) and (ii).
r 1 [mass%] = (W 1 / W 0 ) × 100 (i)
r 2 [% by mass] = (W 2 / W 0 ) × 100 (ii)

芳香族エステル成分として、芳香族エステル化合物(I)と芳香族エステル化合物(II)とを併用することで、耐炎化工程での集束性と、融着防止効果が得られる。具体的には、芳香族エステル化合物(I)が耐炎化工程での集束性を保持し、芳香族エステル化合物(II)が融着防止効果を発揮すると共に炭素繊維の機械的物性の発現を良好なものとする。
この両芳香族エステル化合物のrおよびrが上記の範囲を外れると、融着防止、集束性、炭素繊維の機械的強度発現性のバランスを良好な状態で保つことができなくなる。
By using together the aromatic ester compound (I) and the aromatic ester compound (II) as the aromatic ester component, it is possible to obtain the convergence in the flameproofing process and the anti-fusion effect. Specifically, the aromatic ester compound (I) retains the convergence in the flameproofing process, and the aromatic ester compound (II) exhibits an anti-fusing effect and exhibits good mechanical properties of the carbon fiber. It shall be
If r 1 and r 2 of the both aromatic ester compounds are out of the above ranges, it becomes impossible to maintain a good balance of fusing prevention, bundling properties, and carbon fiber mechanical strength.

芳香族エステル化合物(I)としては、ビスフェノールA骨格を有する芳香族エステル化合物が好ましい。
ビスフェノールA骨格を有する芳香族エステル化合物としては、例えばポリオキシエチレンビスフェノールAジアクリレート、ポリオキシプロピレンビスフェノールAジアクリレート、ポリオキシエチレンビスフェノールAジアルキレート、ポリオキシプロピレンビスフェノールAジアルキレート、ポリオキシエチレンビスフェノールAジメタクリレート、ポリオキシプロピレンビスフェノールAジメタクリレート、ビスフェノールAジアセテート、ビスフェノールAグリセロレイトジアセテートなどが挙げられる。
これらの中でも、ビスフェノールA骨格を有する芳香族エステル化合物としては、耐熱性に特に優れる点で、下記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物が好ましい。
As the aromatic ester compound (I), an aromatic ester compound having a bisphenol A skeleton is preferable.
Examples of aromatic ester compounds having a bisphenol A skeleton include polyoxyethylene bisphenol A diacrylate, polyoxypropylene bisphenol A diacrylate, polyoxyethylene bisphenol A dialchelate, polyoxypropylene bisphenol A dialchelate, and polyoxyethylene bisphenol A. Examples include dimethacrylate, polyoxypropylene bisphenol A dimethacrylate, bisphenol A diacetate, and bisphenol A glycerolate diacetate.
Among these, as the aromatic ester compound having a bisphenol A skeleton, an aromatic ester compound having a structure represented by the following formula (1) is preferable because it is particularly excellent in heat resistance.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(1)中、RおよびRはそれぞれ独立して炭素数7〜21の炭化水素基である。炭化水素基の炭素数が7以上であれば、芳香族エステル化合物(I)の耐熱性を良好に維持できるので、耐炎化工程において十分な融着防止効果が得られる。一方、炭化水素基の炭素数が21以下であれば、芳香族エステル化合物(I)を含む油剤組成物のエマルションを容易に調製でき、油剤組成物が前駆体繊維束に均一に付着する。その結果、耐炎化工程において十分な融着防止効果が得られるとともに、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の集束性が向上する。炭化水素基の炭素数は9〜15が好ましい。
およびRは、同じ構造であってもよいし、個々に独立した構造であってもよい。
In formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrocarbon group having 7 to 21 carbon atoms. If the number of carbon atoms of the hydrocarbon group is 7 or more, the heat resistance of the aromatic ester compound (I) can be maintained satisfactorily, so that a sufficient anti-fusion effect can be obtained in the flameproofing step. On the other hand, if the carbon number of the hydrocarbon group is 21 or less, an emulsion of the oil agent composition containing the aromatic ester compound (I) can be easily prepared, and the oil agent composition adheres uniformly to the precursor fiber bundle. As a result, a sufficient fusion prevention effect can be obtained in the flameproofing process, and the convergence of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is improved. As for carbon number of a hydrocarbon group, 9-15 are preferred.
R 1 and R 2 may have the same structure or may have independent structures.

炭化水素基としては、飽和炭化水素基が好ましく、その中でも特に飽和鎖式炭化水素基が好ましい。具体的には、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基(ドデシル基)、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル、ノナデシル基、イコシル基(エイコシル基)、ヘンイコシル基(ヘンエイコシル基)等のアルキル基などが挙げられる。   As the hydrocarbon group, a saturated hydrocarbon group is preferable, and among them, a saturated chain hydrocarbon group is particularly preferable. Specifically, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, lauryl group (dodecyl group), tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl, nonadecyl group, icosyl group ( And alkyl groups such as eicosyl group) and heicosyl group (heneicosyl group).

また、式(1)中、“m”および“n”はそれぞれ独立して1〜5である。“m”および“n”の値が上述の範囲を超えると、芳香族エステル化合物(I)の耐熱性が低下し、耐炎化工程で単繊維間の融着が起きる場合がある。
なお、式(1)で示される芳香族エステルは、複数の化合物の混合物である場合もあり、従って、“m”および“n”は整数でない場合もあり得る。また、RおよびRを形成する炭化水素基は1種類であっても複数の種類の混合物であっても差し支えない。
Moreover, in Formula (1), "m" and "n" are 1-5 each independently. When the values of “m” and “n” exceed the above range, the heat resistance of the aromatic ester compound (I) is lowered, and fusion between single fibers may occur in the flameproofing process.
The aromatic ester represented by the formula (1) may be a mixture of a plurality of compounds, and therefore “m” and “n” may not be integers. Further, the hydrocarbon group forming R 1 and R 2 may be one kind or a mixture of plural kinds.

一方、芳香族エステル化合物(II)としては、単環の芳香族エステル化合物が好ましい。ここで「単環」とは、1分子中に1つの芳香環を有することを意味する。
単環の芳香族エステル化合物としては、例えば安息香酸アルキレート、フタル酸アルキレート、イソフタル酸アルキレート、テレフタル酸アルキレート、ヘミメリト酸アルキレート、トリメリット酸アルキレート、ピロメリット酸アルキレート、トリメシン酸アルキレート、メロファン酸アルキレート、プレーニト酸アルキレート、メリト酸アルキレート、トルイル酸アルキレートなどが挙げられる。
これらの中でも、単環の芳香族エステル化合物としては、熱分解性に特に優れる点で、下記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物が好ましい。
On the other hand, the aromatic ester compound (II) is preferably a monocyclic aromatic ester compound. Here, “monocyclic” means having one aromatic ring in one molecule.
Examples of monocyclic aromatic ester compounds include benzoic acid alkylate, phthalic acid alkylate, isophthalic acid alkylate, terephthalic acid alkylate, hemimellitic acid alkylate, trimellitic acid alkylate, pyromellitic acid alkylate, trimesic acid Examples thereof include alkylates, merophanic acid alkylates, planitic acid alkylates, mellitic acid alkylates, and toluic acid alkylates.
Among these, as the monocyclic aromatic ester compound, an aromatic ester compound having a structure represented by the following formula (2) is preferable because it is particularly excellent in thermal decomposability.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(2)中、R〜Rはそれぞれ独立して炭素数8〜14の炭化水素基である。炭化水素基の炭素数が8以上であれば、芳香族エステル化合物(II)の耐熱性を良好に維持できるので、耐炎化工程において十分な融着防止効果が得られる。一方、炭化水素基の炭素数が14以下であれば、芳香族エステル化合物(II)を含む油剤組成物のエマルションを容易に調製でき、油剤組成物が前駆体繊維束に均一に付着する。その結果、耐炎化工程において十分な融着防止効果が得られるとともに、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の集束性が向上する。R〜Rは、均一な油剤組成物のエマルションを調製しやすい点で炭素数8〜12の飽和炭化水素基が好ましく、水蒸気存在下での耐熱性に優れる点で炭素数10〜14の飽和炭化水素基が好ましい。
〜Rは、同じ構造であってもよいし、個々に独立した構造であってもよい。
In formula (2), R 3 to R 5 are each independently a hydrocarbon group having 8 to 14 carbon atoms. If the number of carbon atoms of the hydrocarbon group is 8 or more, the heat resistance of the aromatic ester compound (II) can be maintained satisfactorily, so that a sufficient anti-fusion effect can be obtained in the flameproofing step. On the other hand, if the carbon number of the hydrocarbon group is 14 or less, an emulsion of the oil agent composition containing the aromatic ester compound (II) can be easily prepared, and the oil agent composition adheres uniformly to the precursor fiber bundle. As a result, a sufficient fusion prevention effect can be obtained in the flameproofing process, and the convergence of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is improved. R 3 to R 5 are preferably a saturated hydrocarbon group having 8 to 12 carbon atoms in terms of easy preparation of an emulsion of a uniform oil composition, and having 10 to 14 carbon atoms in terms of excellent heat resistance in the presence of water vapor. Saturated hydrocarbon groups are preferred.
R 3 to R 5 may have the same structure or may have independent structures.

炭化水素基としては、飽和鎖式炭化水素基や飽和環式炭化水素基等の飽和炭化水素基が好ましい。具体的には、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基(ドデシル基)、トリデシル基、テトラデシル基等のアルキル基などが挙げられる。   The hydrocarbon group is preferably a saturated hydrocarbon group such as a saturated chain hydrocarbon group or a saturated cyclic hydrocarbon group. Specific examples include alkyl groups such as octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, lauryl group (dodecyl group), tridecyl group, and tetradecyl group.

芳香族エステル化合物(I)は、油剤組成物100質量%中に10〜40質量%含まれるのが好ましい。芳香族エステル化合物(I)の含有量が10質量%以上であれば、油剤組成物の耐熱性が良好で、耐炎化工程が終了するまで炭素繊維前駆体アクリル繊維束は十分な集束性を保持できる。一方、芳香族エステル化合物(I)の含有量が40質量%以下であれば、得られる炭素繊維束の機械的物性が低下しにくい。
芳香族エステル化合物(I)の含有量は10〜30質量%がより好ましい。
It is preferable that 10-40 mass% of aromatic ester compounds (I) are contained in 100 mass% of oil agent compositions. If the content of the aromatic ester compound (I) is 10% by mass or more, the heat resistance of the oil composition is good, and the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle maintains sufficient bundling properties until the flameproofing process is completed. it can. On the other hand, if the content of the aromatic ester compound (I) is 40% by mass or less, the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle are not easily lowered.
As for content of aromatic ester compound (I), 10-30 mass% is more preferable.

また、芳香族エステル化合物(I)が上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物の場合、その含有量は油剤組成物100質量%中、10〜40質量%が好ましい。
上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物は特に耐熱性に優れるので、油剤組成物の耐熱性も向上し、耐炎化工程が終了するまで炭素繊維前駆体アクリル繊維束は十分な集束性を保持できる。含有量が10質量%以上であれば、上述した効果が十分に得られる。ただし、上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物は、炭素化工程に至るまで繊維束に残存するため、得られる炭素繊維束の機械的物性が低下する場合がある。従って、芳香族エステル化合物(I)が上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物の場合、その含有量の上限は40質量%以下が好ましい。
上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物の含有量は10〜30質量%がより好ましい。
When the aromatic ester compound (I) is an aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (1), the content is preferably 10 to 40% by mass in 100% by mass of the oil composition.
Since the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (1) is particularly excellent in heat resistance, the heat resistance of the oil composition is also improved, and the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is sufficiently focused until the flameproofing process is completed. Can retain sex. If content is 10 mass% or more, the effect mentioned above will fully be acquired. However, since the aromatic ester compound having the structure represented by the formula (1) remains in the fiber bundle until the carbonization step, the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle may be lowered. Therefore, when the aromatic ester compound (I) is an aromatic ester compound having a structure represented by the above formula (1), the upper limit of the content is preferably 40% by mass or less.
As for content of the aromatic ester compound of the structure shown by the said Formula (1), 10-30 mass% is more preferable.

一方、芳香族エステル化合物(II)は、油剤組成物100質量%中に10〜40質量%含まれるのが好ましい。芳香族エステル化合物(II)の含有量が10質量%以上であれば、得られる炭素繊維束の機械的物性を向上させることができる。一方、芳香族エステル化合物(II)の含有量が40質量%以下であれば、耐炎化工程においても炭素繊維前駆体アクリル繊維束が十分に集束性を保持できる。
芳香族エステル化合物(II)の含有量は20〜40質量%がより好ましい。
On the other hand, the aromatic ester compound (II) is preferably contained in an amount of 10 to 40% by mass in 100% by mass of the oil composition. When the content of the aromatic ester compound (II) is 10% by mass or more, the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle can be improved. On the other hand, if the content of the aromatic ester compound (II) is 40% by mass or less, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle can sufficiently maintain the convergence even in the flameproofing step.
As for content of aromatic ester compound (II), 20-40 mass% is more preferable.

また、芳香族エステル化合物(II)が上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物の場合、その含有量は油剤組成物100質量%中、10〜40質量%が好ましい。
上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物は特に熱分解性に優れるので、耐炎化工程において熱分解あるいは飛散しやすく、繊維束の表面には残りにくい。そのため、炭素繊維束の機械的物性を向上させることができる。含有量が10質量%以上であれば、上述した効果が十分に得られる。ただし、上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物は耐熱性にやや劣るため、含有量が多くなると、耐炎化工程において炭素繊維前駆体アクリル繊維束は十分な集束性を保持しにくくなる。従って、芳香族エステル化合物(II)が上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物の場合、その含有量の上限は40質量%以下が好ましい。
上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物の含有量は20〜40質量%がより好ましい。
When the aromatic ester compound (II) is an aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2), the content is preferably 10 to 40% by mass in 100% by mass of the oil composition.
Since the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2) is particularly excellent in thermal decomposability, it is easily decomposed or scattered in the flameproofing process and hardly remains on the surface of the fiber bundle. Therefore, the mechanical properties of the carbon fiber bundle can be improved. If content is 10 mass% or more, the effect mentioned above will fully be acquired. However, since the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2) is slightly inferior in heat resistance, if the content is increased, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is difficult to maintain sufficient convergence in the flameproofing step. Become. Therefore, when the aromatic ester compound (II) is an aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2), the upper limit of the content is preferably 40% by mass or less.
As for content of the aromatic ester compound of the structure shown by the said Formula (2), 20-40 mass% is more preferable.

本発明の油剤組成物は、上述した芳香族エステル化合物(I)、(II)の他に、アミン変性シリコーンを含有するのが好ましい。アミノ変性シリコーンは、前駆体繊維束との馴染みが良く、油剤組成物の前駆体繊維束との親和性および耐熱性の向上に有効である。   The oil agent composition of the present invention preferably contains an amine-modified silicone in addition to the aromatic ester compounds (I) and (II) described above. The amino-modified silicone has good compatibility with the precursor fiber bundle and is effective in improving the affinity and heat resistance of the oil composition with the precursor fiber bundle.

アミノ変性シリコーンとしては、25℃における動粘度が50〜500mm/s、アミノ当量が2000〜6000g/molであるアミノ変性シリコーンが好ましい。
動粘度が50mm/s未満であると、得られる油剤組成物の耐熱性が低下し耐炎化工程での単繊維間の融着を十分に防止しにくくなる。一方、動粘度が500mm/sを超えると、油剤組成物のエマルションの調製が困難になる。また、油剤組成物のエマルションの安定性が低下し、前駆体繊維束に均一に付着しにくくなる。その結果、耐炎化工程での単繊維間の融着を十分に防止しにくくなったり、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の集束性が低下したりしやすくなる。
25℃における動粘度は、50〜300mm/sであることが好ましい。
The amino-modified silicone is preferably an amino-modified silicone having a kinematic viscosity at 25 ° C. of 50 to 500 mm 2 / s and an amino equivalent of 2000 to 6000 g / mol.
When the kinematic viscosity is less than 50 mm 2 / s, the heat resistance of the obtained oil agent composition is lowered, and it becomes difficult to sufficiently prevent fusion between single fibers in the flameproofing step. On the other hand, when the kinematic viscosity exceeds 500 mm 2 / s, it becomes difficult to prepare an emulsion of the oil composition. Moreover, the stability of the emulsion of the oil composition is lowered, and it is difficult to uniformly adhere to the precursor fiber bundle. As a result, it becomes difficult to sufficiently prevent the fusion between the single fibers in the flameproofing process, and the convergence of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is likely to be lowered.
The kinematic viscosity at 25 ° C. is preferably 50 to 300 mm 2 / s.

アミノ変性シリコーンの動粘度は、JIS−Z−8803、あるいはASTM D 445−46Tに準拠して測定される値であり、例えばウッベローデ粘度計を用いて測定できる。   The kinematic viscosity of the amino-modified silicone is a value measured according to JIS-Z-8803 or ASTM D 445-46T, and can be measured using, for example, a Ubbelohde viscometer.

アミノ変性シリコーンのアミノ当量は、前駆体繊維束との馴染み良さ、シリコーンの熱安定性から、好ましくは2000〜6000g/mol、より好ましくは4000〜6000g/molである。アミノ当量が2000g/mol未満であると、シリコーン1分子中のアミノ基の数が多くなりすぎ、アミノ変性シリコーンの熱安定性が低下し、工程障害の要因となる。一方、アミノ当量が6000g/molを超えると、シリコーン1分子中のアミノ基の数が少なくなりすぎ、前駆体繊維束との馴染みが悪くなり、油剤組成物が均一に付着しにくくなり、単繊維間の融着を十分に防止しにくくなったり、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の集束性が低下したりする場合がある。   The amino equivalent of the amino-modified silicone is preferably 2000 to 6000 g / mol, more preferably 4000 to 6000 g / mol, from the viewpoint of good compatibility with the precursor fiber bundle and the thermal stability of the silicone. When the amino equivalent is less than 2000 g / mol, the number of amino groups in one molecule of the silicone is excessively increased, the thermal stability of the amino-modified silicone is lowered, and the process is hindered. On the other hand, when the amino equivalent exceeds 6000 g / mol, the number of amino groups in one silicone molecule becomes too small, and the conformity with the precursor fiber bundle becomes worse, and the oil agent composition becomes difficult to adhere uniformly. In some cases, it becomes difficult to sufficiently prevent the fusion between the two, and the convergence of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle may be deteriorated.

このようなアミノ変性シリコーンとしては、下記式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンが好ましい。   As such an amino-modified silicone, an amino-modified silicone having a structure represented by the following formula (3) is preferable.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(3)中、“o”は5〜300、“p”は1〜5である。“o”および“p”が上記範囲内から外れると、炭素繊維束の性能発現性や耐熱性が低下しやすくなる。特に“o”が5未満であると、耐熱性が低下したり単繊維間の融着を防止しにくくなったりする傾向にある。また、“o”が300を超えると、油剤組成物の水への分散が非常に困難となりエマルションが調製しにくくなる。また、エマルションの安定性が低下し、前駆体繊維束に均一に付着しにくくなる。
一方、“p”が1未満であると、前駆体繊維束との親和性が低下するため、単繊維間の融着を効果的に防止しにくくなる。また、“p”が5を超えると、油剤組成物そのものの耐熱性が低下して、やはり単繊維間の融着を防止しにくくなる。
“o”は10〜200が好ましく、“p”は1〜3が好ましい。
なお、式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンは、複数の化合物の混合物である場合もある。従って、“o”および“p”はそれぞれ整数でない場合もあり得る。
In the formula (3), “o” is 5 to 300, and “p” is 1 to 5. When “o” and “p” are out of the above ranges, the performance and heat resistance of the carbon fiber bundle are likely to be lowered. In particular, when “o” is less than 5, the heat resistance tends to decrease or it becomes difficult to prevent fusion between single fibers. On the other hand, when “o” exceeds 300, it is very difficult to disperse the oil composition in water, making it difficult to prepare an emulsion. Moreover, stability of an emulsion falls and it becomes difficult to adhere to a precursor fiber bundle uniformly.
On the other hand, when “p” is less than 1, the affinity with the precursor fiber bundle is lowered, so that it becomes difficult to effectively prevent fusion between single fibers. On the other hand, if “p” exceeds 5, the heat resistance of the oil composition itself is lowered, and it becomes difficult to prevent fusion between single fibers.
“O” is preferably 10 to 200, and “p” is preferably 1 to 3.
The amino-modified silicone having the structure represented by the formula (3) may be a mixture of a plurality of compounds. Thus, “o” and “p” may not each be an integer.

式(3)中の“o”および“p”はアミノ変性シリコーンの動粘度およびアミノ当量からの推算値として概算することができる。
“o”および“p”を求める手順は、まずアミノ変性シリコーンの動粘度を測定し、測定された動粘度の値からA.J.Barryの式(logη=1.00+0.0123M0.5、(η:25℃における動粘度、M:分子量))により分子量を算出する。ついで、この分子量とアミノ当量から、1分子あたりの平均のアミノ基数“p”が求まる。分子量および“p”が定まることで“o”の値を決定することができる。
“O” and “p” in the formula (3) can be estimated as an estimated value from the kinematic viscosity and amino equivalent of the amino-modified silicone.
The procedure for obtaining “o” and “p” is as follows. First, the kinematic viscosity of the amino-modified silicone is measured, and A.V. J. et al. The molecular weight is calculated according to the Barry equation (log η = 1.00 + 0.0123 M 0.5 , (η: kinematic viscosity at 25 ° C., M: molecular weight)). Next, the average number of amino groups “p” per molecule is determined from this molecular weight and amino equivalent. The value of “o” can be determined by determining the molecular weight and “p”.

アミノ変性シリコーンの含有量は、油剤組成物100質量%中、1〜10質量%が好ましく、より好ましくは5〜10質量%である。アミノ変性シリコーンの含有量が1質量%未満であると、単繊維間の融着を完全に防止することは困難で、機械的特性に優れた炭素繊維束が得られにくくなる。一方、アミノ変性シリコーンの含有量が10質量%を超えると、耐炎化工程で発生するケイ素化合物による工程障害により工業的な生産性が低下する問題がある。   The content of the amino-modified silicone is preferably 1 to 10% by mass and more preferably 5 to 10% by mass in 100% by mass of the oil agent composition. When the content of the amino-modified silicone is less than 1% by mass, it is difficult to completely prevent fusion between single fibers, and it becomes difficult to obtain a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties. On the other hand, when the content of amino-modified silicone exceeds 10% by mass, there is a problem that industrial productivity is lowered due to a process failure caused by a silicon compound generated in the flameproofing process.

本発明の油剤組成物は、ポリジメチルシロキサン構造を有する相溶化剤を含有することが好ましい。
相溶化剤の含有量は、油剤組成物100質量%中、1〜10質量%が好ましく、より好ましくは2〜5質量%である。相溶化剤の含有量が1質量%以上であれば、アミノ変性シリコーンと芳香族エステル化合物(I)、(II)とが馴染みやすくなり、繊維に付与する際にそれぞれの油剤成分が偏在化することなく繊維表面により均一に付着することが可能となる。一方、相溶化剤の含有量が10質量%以下であれば、焼成工程での相溶化剤のポリジメチルシロキサン構造に由来するケイ素化合物の発生が少なく、工業的な生産性を低下させる問題が発生しにくくなる。
The oil agent composition of the present invention preferably contains a compatibilizing agent having a polydimethylsiloxane structure.
As for content of a compatibilizing agent, 1-10 mass% is preferable in 100 mass% of oil agent compositions, More preferably, it is 2-5 mass%. If the content of the compatibilizer is 1% by mass or more, the amino-modified silicone and the aromatic ester compounds (I) and (II) are easily adapted to each other, and each oil component is unevenly distributed when applied to the fiber. It becomes possible to adhere more evenly to the fiber surface without. On the other hand, if the content of the compatibilizing agent is 10% by mass or less, there is little generation of silicon compounds derived from the polydimethylsiloxane structure of the compatibilizing agent in the firing step, and there is a problem of lowering industrial productivity. It becomes difficult to do.

相溶化剤としては、下記式(5)で示されるユニットと、下記式(6)、(7)及び(8)で示されるユニットからなる群より選択される少なくとも1つのユニットと、任意で下記式(9)で示されるユニットとを含む変性ポリジメチルシロキサンであることが好ましい。   As the compatibilizing agent, at least one unit selected from the group consisting of units represented by the following formula (5), units represented by the following formulas (6), (7) and (8), and optionally the following A modified polydimethylsiloxane containing a unit represented by the formula (9) is preferable.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

Figure 2011042916
Figure 2011042916

Figure 2011042916
Figure 2011042916

Figure 2011042916
Figure 2011042916

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(5)中、xaは7〜15である。
式(6)中、maは0〜3、yaは5〜15である。
式(7)中、mbは0〜3、ybは1〜5である。
式(8)中、mcは0〜3、yc+ydは5〜15であり、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)はブロック共重合体又はランダム共重合体である。
式(9)中、naは1〜5、zaは3〜60である。
In formula (5), xa is 7-15.
In Formula (6), ma is 0-3 and ya is 5-15.
In formula (7), mb is 0-3 and yb is 1-5.
In formula (8), mc is 0 to 3, yc + yd is 5 to 15, and ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) are block copolymers or random copolymers.
In Formula (9), na is 1-5 and za is 3-60.

上述の変性ポリジメチルシロキサンの構造は、より好ましい形態として、上記各ユニットの組み合わせを大別した以下に示す3パターン挙げることができる。   The structure of the above-mentioned modified polydimethylsiloxane can be exemplified by the following three patterns in which combinations of the above units are roughly classified as a more preferable form.

(組み合わせ1)
前記変性ポリジメチルシロキサンは、上記式(5)、(6)及び(9)で示されるユニットをそれぞれ1つ以上有し、25℃における動粘度が500〜1000mm/sであることが好ましい(以下、変性ポリジメチルシロキサン1と示す)。
変性ポリジメチルシロキサン1のアルキル鎖は油脂類と馴染みが良く、この部位の効果により、前記変性ポリジメチルシロキサン1はアミノ変性シリコーン、芳香族エステル化合物(I)、(II)の両方に溶解し、相溶化効果を発揮する。このアルキル鎖は上記式(5)においてxa=7〜15とする。好ましくは、xa=11である。xaが7以上であると、油脂類への溶解性が良好であり、15以下であれば油剤組成物を水中に分散した際に安定性が良好となる。
(Combination 1)
The modified polydimethylsiloxane preferably has at least one unit represented by the above formulas (5), (6) and (9), and has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 500 to 1000 mm 2 / s ( Hereinafter, it is referred to as modified polydimethylsiloxane 1).
The alkyl chain of the modified polydimethylsiloxane 1 is familiar with oils and fats, and due to the effect of this site, the modified polydimethylsiloxane 1 is dissolved in both the amino-modified silicone and the aromatic ester compounds (I) and (II). Demonstrate the compatibilizing effect. This alkyl chain has xa = 7 to 15 in the above formula (5). Preferably, xa = 11. When xa is 7 or more, the solubility in fats and oils is good, and when it is 15 or less, stability is improved when the oil composition is dispersed in water.

変性ポリジメチルシロキサン1のポリエチレンオキサイド鎖は水と馴染みが良く、油剤組成物を水中に分散した際にミセルを安定化させる働きがある。ポリエチレンオキサイド鎖のエチレンオキサイド数は上記式(6)においてya=5〜15とする。好ましくはya=9である。yaが5以上であると、水との親和性がよくエマルションにした時の安定性が良好となる。また15以下であると熱的安定性がよい。また、ポリエチレンオキサイドとポリジメチルシロキサンとの間にアルキル基があっても差し支え無く、その範囲はma=0〜3である。好ましくはma=0である。maが3以下であれば水への分散性がよく、エマルションの安定性が低下することはない。   The polyethylene oxide chain of the modified polydimethylsiloxane 1 is familiar with water and has a function of stabilizing micelles when the oil composition is dispersed in water. The number of ethylene oxides in the polyethylene oxide chain is set to ya = 5 to 15 in the above formula (6). Preferably ya = 9. When ya is 5 or more, the affinity with water is good and the stability when it is made into an emulsion is good. Moreover, thermal stability is good in it being 15 or less. Also, there may be an alkyl group between polyethylene oxide and polydimethylsiloxane, and the range is ma = 0-3. Preferably ma = 0. If ma is 3 or less, the dispersibility in water is good and the stability of the emulsion does not decrease.

また、変性ポリジメチルシロキサン1がポリジメチルシロキシアルキル鎖を有することにより、アミノ変性シリコーンへの溶解性が高くなる。ポリジメチルシロキシアルキル鎖のアルキル部は、上記式(9)においてnaが1〜5の飽和炭化水素である。好ましくはna=2である。naが5以下であると、芳香族エステルとアミノ変性シリコーンへの溶解性のバランスがよく、相溶化効果が発揮される。ポリジメチルシロキシ部の長さは、全体のバランスで決定され、前記式(9)のzaは3〜60の範囲で、25℃における動粘度が500〜1000mm/sの範囲を満たす値である。好ましくは5〜30である。zaが3以上であるとアミノ変性シリコーンへの溶解性がよく相溶化効果が発揮される。また60以下であるとアミノ変性シリコーンへの溶解性が高くなり過ぎず、相溶化のバランスがよい。 Moreover, when the modified polydimethylsiloxane 1 has a polydimethylsiloxyalkyl chain, the solubility in amino-modified silicone is increased. The alkyl part of the polydimethylsiloxyalkyl chain is a saturated hydrocarbon having na of 1 to 5 in the above formula (9). Preferably na = 2. When na is 5 or less, the balance of solubility in the aromatic ester and amino-modified silicone is good, and a compatibilizing effect is exhibited. The length of the polydimethylsiloxy part is determined by the overall balance, za in the formula (9) is in the range of 3 to 60, and the kinematic viscosity at 25 ° C. is a value that satisfies the range of 500 to 1000 mm 2 / s. . Preferably it is 5-30. When za is 3 or more, the solubility in amino-modified silicone is good and a compatibilizing effect is exhibited. If it is 60 or less, the solubility in amino-modified silicone does not become too high, and the balance of compatibilization is good.

また、上記式(5)、(6)及び(9)で示されるユニットの数は、それぞれ2〜5の範囲であることが好ましい。この範囲内であれば、それぞれのユニットについて上述した各性能間のバランスが良く、相溶化能が良好となる。上記式(5)、(6)及び(9)で示されるユニットがそれぞれ2つ以上存在する場合、xa、ya、za、ma、naの値は各々のユニットによって同じであっても異なってもよい。   Moreover, it is preferable that the number of units shown by said Formula (5), (6) and (9) is the range of 2-5, respectively. If it exists in this range, the balance between each performance mentioned above about each unit will be good, and compatibilizing ability will become favorable. When there are two or more units represented by the above formulas (5), (6) and (9), the values of xa, ya, za, ma and na may be the same or different depending on each unit. Good.

前記変性ポリジメチルシロキサン1は、25℃における動粘度が500〜1000mm/sであることが好ましい。より好ましくは600〜800mm/sである。動粘度が500mm/s以上であると、分子量が小さくなり過ぎることがないので、前記ポリエチレンオキサイド鎖、アルキル鎖を構造内に均一に入れることができ、かつ熱的な安定性がよくなる。一方、動粘度が1000mm/s以下であると、乳化し易く、得られるエマルションの安定性もよい上、油剤組成物を前駆体繊維束に付与した後の乾燥工程において、粘性の高い物質が乾燥ロール上に析出して操業性が低下することがない。
変性ポリジメチルシロキサン1の動粘度は、アミノ変性シリコーンの動粘度と同様にして測定できる。
The modified polydimethylsiloxane 1 preferably has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 500 to 1000 mm 2 / s. More preferably, it is 600-800 mm < 2 > / s. When the kinematic viscosity is 500 mm 2 / s or more, the molecular weight does not become too small, so that the polyethylene oxide chain and the alkyl chain can be uniformly put in the structure, and the thermal stability is improved. On the other hand, when the kinematic viscosity is 1000 mm 2 / s or less, it is easy to emulsify, the stability of the obtained emulsion is good, and in the drying step after applying the oil composition to the precursor fiber bundle, a highly viscous substance is present. The operability does not deteriorate due to precipitation on the drying roll.
The kinematic viscosity of the modified polydimethylsiloxane 1 can be measured in the same manner as the kinematic viscosity of the amino-modified silicone.

(組み合わせ2)
前記変性ポリジメチルシロキサンは、上記式(5)、(7)及び(9)で示されるユニットをそれぞれ1〜20個有し、25℃における動粘度が3000〜5000mm/sであることが好ましい(以下、変性ポリジメチルシロキサン2と示す)。
変性ポリジメチルシロキサン2のアルキル鎖は油脂類と馴染みが良く、この部位の効果により、変性ポリジメチルシロキサン2はアミノ変性シリコーン、芳香族エステル化合物(I)、(II)の両方に溶解し、相溶化効果を発揮する。このアルキル鎖は上記式(5)においてxa=7〜15とする。好ましくはxa=11である。xaが7より小さいと、油脂類への溶解性が低減し、15より大きいと油剤組成物を水中に分散した際に安定性が低くなる。
(Combination 2)
The modified polydimethylsiloxane preferably has 1 to 20 units represented by the above formulas (5), (7) and (9), and has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 3000 to 5000 mm 2 / s. (Hereinafter referred to as modified polydimethylsiloxane 2).
The alkyl chain of the modified polydimethylsiloxane 2 is familiar with oils and fats. Due to the effect of this site, the modified polydimethylsiloxane 2 is dissolved in both the amino-modified silicone and the aromatic ester compounds (I) and (II), Demonstrates solubilizing effect. This alkyl chain has xa = 7 to 15 in the above formula (5). Preferably xa = 11. When xa is smaller than 7, the solubility in fats and oils is reduced, and when it is larger than 15, the stability is lowered when the oil composition is dispersed in water.

変性ポリジメチルシロキサン2のポリグリセリン鎖は水と馴染みが良く、油剤組成物を水中に分散した際にミセルを安定化させる働きがある。ポリグリセリン鎖は上記式(7)においてyb=1〜5とする。好ましくはyb=3である。ybが1より小さいと水との親和性が低くエマルションにした時の安定性が低下し、5より大きいと熱的安定性が低下する。また、ポリグリセリンとポリジメチルシロキサンとの間にアルキルがあっても差し支え無く、その範囲はmb=0〜3とする。好ましくはmb=0である。mbが3を超えると水への分散性が低くなり、エマルションの安定性が低下する。   The polyglycerin chain of the modified polydimethylsiloxane 2 is familiar with water and has a function of stabilizing micelles when the oil composition is dispersed in water. The polyglycerin chain is set to yb = 1 to 5 in the above formula (7). Preferably yb = 3. If yb is less than 1, the affinity with water is low and the stability of the emulsion is lowered, and if it is greater than 5, the thermal stability is lowered. Further, there may be alkyl between polyglycerin and polydimethylsiloxane, and the range is mb = 0-3. Preferably mb = 0. When mb exceeds 3, the dispersibility to water will become low and the stability of an emulsion will fall.

また、変性ポリジメチルシロキサン2がポリジメチルシロキシアルキル鎖を有することにより、アミノ変性シリコーンへの溶解性が高くなる。ポリジメチルシロキシアルキル鎖のアルキル部は、上記式(9)においてna=1〜5の飽和炭化水素とする。好ましくはna=2である。naが5より多いと芳香族エステルとアミノ変性シリコーンへの溶解性のバランスが崩れ、相溶化効果が低下する。ポリジメチルシロキシ部の長さは、全体のバランスで決定され、上記式(9)のzaは3〜60の範囲で、25℃における動粘度が3000〜5000mm/sの範囲を満たす値である。好ましくは5〜30である。zaが3より低いとアミノ変性シリコーンへの溶解性が低く相溶化効果が低下し、60を超えるとアミノ変性シリコーンへの溶解性が高くなり、相溶化のバランスが低下する。 Moreover, when the modified polydimethylsiloxane 2 has a polydimethylsiloxyalkyl chain, the solubility in amino-modified silicone is increased. The alkyl part of the polydimethylsiloxyalkyl chain is a saturated hydrocarbon of na = 1 to 5 in the above formula (9). Preferably na = 2. When na is more than 5, the balance of solubility in the aromatic ester and amino-modified silicone is lost, and the compatibilizing effect is lowered. The length of the polydimethylsiloxy part is determined by the overall balance, za in the above formula (9) is in the range of 3-60, and the kinematic viscosity at 25 ° C. is a value satisfying the range of 3000-5000 mm 2 / s. . Preferably it is 5-30. When za is lower than 3, the solubility in amino-modified silicone is low and the compatibilizing effect is lowered, and when it exceeds 60, the solubility in amino-modified silicone is increased and the balance of compatibilization is lowered.

前記変性ポリジメチルシロキサン2は、25℃における動粘度が3000〜5000mm/sが好ましい。より好ましくは3500〜4500mm/sである。動粘度が3000mm/sより小さい場合は、必然的に分子量が小さくなり、前記のポリグリセリン鎖、アルキル鎖を構造内に均一に入れることができない上、熱的な安定性が低下する。また、動粘度が5000mm/sより大きな場合は、乳化が困難で、得られるエマルションの安定性も低下するうえ、油剤組成物を前駆体繊維束に付与した後の乾燥工程において粘性の高い物質が乾燥ロール上に析出して操業性が低下する。
変性ポリジメチルシロキサン2の動粘度は、アミノ変性シリコーンの動粘度と同様にして測定できる。
The modified polydimethylsiloxane 2 preferably has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 3000 to 5000 mm 2 / s. More preferably, it is 3500-4500 mm < 2 > / s. When the kinematic viscosity is smaller than 3000 mm 2 / s, the molecular weight is inevitably small, and the polyglycerin chain and the alkyl chain cannot be uniformly put in the structure, and the thermal stability is lowered. Moreover, when kinematic viscosity is larger than 5000 mm < 2 > / s, emulsification is difficult, stability of the obtained emulsion also falls, and also a substance with high viscosity in the drying process after providing an oil agent composition to a precursor fiber bundle Is deposited on the drying roll and the operability is lowered.
The kinematic viscosity of the modified polydimethylsiloxane 2 can be measured in the same manner as the kinematic viscosity of the amino-modified silicone.

前記変性ポリジメチルシロキサン2は、上記式(5)、(7)及び(9)で示されるユニットをそれぞれ1〜20個有する。好ましくは2〜5個である。この範囲内であれば、それぞれのユニット間のバランスが良くなり、目的である相溶化能が良好となる。上記式(5)、(7)及び(9)で示されるユニットがそれぞれ2つ以上存在する場合、xa、yb、za、mb、naの値は各々のユニットによって同じであっても異なってもよい。
また、変性ポリジメチルシロキサン2は、下記式(10)で示されるユニットを含んでいてもよい。
The modified polydimethylsiloxane 2 has 1 to 20 units represented by the above formulas (5), (7) and (9). Preferably it is 2-5. If it is in this range, the balance between the respective units will be improved, and the target compatibilizing ability will be good. When there are two or more units represented by the above formulas (5), (7), and (9), the values of xa, yb, za, mb, and na may be the same or different depending on each unit. Good.
The modified polydimethylsiloxane 2 may contain a unit represented by the following formula (10).

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(10)中、mdは0〜3、yeは1〜5である。   In Formula (10), md is 0-3 and ye is 1-5.

(組み合わせ3)
前記変性ポリジメチルシロキサンは、上記式(5)及び(8)で示されるユニットをそれぞれ1〜20個有し、25℃における動粘度が500〜1500mm/sであることが好ましい(以下、変性ポリジメチルシロキサン3と示す)。
変性ポリジメチルシロキサン3のアルキル鎖は油脂類と馴染みが良く、この部位の効果により、変性ポリジメチルシロキサン3はアミノ変性シリコーン、芳香族エステル化合物(I)、(II)の両方に溶解し、相溶化効果を発揮する。このアルキル鎖は上記式(5)においてxa=7〜15とする。好ましくはxa=9〜13である。xaが7より小さいと、油脂類への溶解性が低減し、15より大きいと油剤組成物を水中に分散した際に安定性が低くなる。
(Combination 3)
The modified polydimethylsiloxane has 1 to 20 units represented by the above formulas (5) and (8), respectively, and preferably has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 500 to 1500 mm 2 / s (hereinafter, modified). Polydimethylsiloxane 3).
The alkyl chain of the modified polydimethylsiloxane 3 is well-familiar with fats and oils, and due to the effect of this site, the modified polydimethylsiloxane 3 is dissolved in both the amino-modified silicone and the aromatic ester compounds (I) and (II). Demonstrates solubilizing effect. This alkyl chain has xa = 7 to 15 in the above formula (5). Preferably, xa = 9-13. When xa is smaller than 7, the solubility in fats and oils is reduced, and when it is larger than 15, the stability is lowered when the oil composition is dispersed in water.

変性ポリジメチルシロキサン3のポリエーテル鎖は水と馴染みが良く、油剤組成物を水中に分散した際にミセルを安定化させる働きがある。ポリエーテル鎖のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドの数は、上記式(8)においてyc+yd=5〜15の範囲とする。好ましくはyc+yd=8〜12である。yc+ydが5より小さいと水との親和性が低くエマルションにした時の安定性が低下し、yc+ydが15より大きいと熱的安定性が低下する。また、ポリエーテル鎖とポリジメチルシロキサンとの間にアルキルがあっても差し支え無く、その範囲はmc=0〜3とする。好ましくはmc=0である。mcが3を超えると水への分散性が低くなり、エマルションの安定性が低下する。   The polyether chain of the modified polydimethylsiloxane 3 is familiar with water and has a function of stabilizing micelles when the oil composition is dispersed in water. The number of ethylene oxide and propylene oxide in the polyether chain is in the range of yc + yd = 5 to 15 in the above formula (8). Preferably, yc + yd = 8-12. When yc + yd is less than 5, the affinity with water is low and the stability of the emulsion is lowered. When yc + yd is greater than 15, the thermal stability is lowered. Also, there may be alkyl between the polyether chain and polydimethylsiloxane, and the range is mc = 0-3. Preferably, mc = 0. When mc exceeds 3, the dispersibility in water becomes low, and the stability of the emulsion decreases.

前記変性ポリジメチルシロキサン3は、25℃における動粘度が500〜1500mm/sが好ましい。より好ましくは800〜1200mm/sである。動粘度が500mm/sより小さい場合は、必然的に分子量が小さくなり、前記のポリエーテル鎖、アルキル鎖を構造内に均一に入れることができない上、熱的な安定性が低下する。また、動粘度が1500mm/sより大きな場合は、乳化が困難で、得られるエマルションの安定性も低下するうえ、油剤組成物を前駆体繊維束に付与した後の乾燥工程において粘性の高い物質が乾燥ロール上に析出して操業性が低下する。
変性ポリジメチルシロキサン3の動粘度は、アミノ変性シリコーンの動粘度と同様にして測定できる。
The modified polydimethylsiloxane 3 preferably has a kinematic viscosity at 25 ° C. of 500 to 1500 mm 2 / s. More preferably, it is 800-1200 mm < 2 > / s. When the kinematic viscosity is smaller than 500 mm 2 / s, the molecular weight is inevitably small, and the polyether chain and the alkyl chain cannot be uniformly placed in the structure, and the thermal stability is lowered. Moreover, when kinematic viscosity is larger than 1500 mm < 2 > / s, emulsification is difficult, stability of the emulsion obtained also falls, and also a substance with high viscosity in the drying process after giving an oil agent composition to a precursor fiber bundle Is deposited on the drying roll and the operability is lowered.
The kinematic viscosity of the modified polydimethylsiloxane 3 can be measured in the same manner as the kinematic viscosity of the amino-modified silicone.

また、前記変性ポリジメチルシロキサン3は、上記式(5)及び(8)で示されるユニットをそれぞれ1〜20個有する。好ましくは2〜5個である。この範囲内であれば、それぞれのユニット間のバランスが良くなり、目的である相溶化能が良好となる。上記式(5)、(8)で示されるユニットがそれぞれ2つ以上存在する場合、xa、yc、yd、mcの値は各々のユニットによって同じであっても異なっていてもよい。   The modified polydimethylsiloxane 3 has 1 to 20 units represented by the above formulas (5) and (8). Preferably it is 2-5. If it is in this range, the balance between the respective units will be improved, and the target compatibilizing ability will be good. When there are two or more units represented by the above formulas (5) and (8), the values of xa, yc, yd and mc may be the same or different depending on each unit.

本発明の油剤組成物は、界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤を含有することで、油剤組成物が水中に容易に分散できる。
界面活性剤としては、公知の様々な物質を用いることができるが、非イオン系の界面活性剤が好ましい。
非イオン系の界面活性剤としては、例えば高級アルコ−ルエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノ−ルエチレンオキサイド付加物、脂肪族エチレンオキサイド付加物、多価アルコ−ル脂肪族エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪族アミドエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコ−ルエチレンオキサイド付加物などのポリエチレングリコ−ル型非イオン性界面活性剤;グリセロ−ルの脂肪族エステル、ペンタエリスト−ルの脂肪族エステル、ソルビト−ルの脂肪族エステル、ソルビタンの脂肪族エステル、ショ糖の脂肪族エステル、多価アルコ−ルのアルキルエ−テル、アルカノ−ルアミン類の脂肪酸アミドなどの多価アルコ−ル型非イオン性界面活性剤等が挙げられる。
これら界面活性剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The oil composition of the present invention preferably contains a surfactant. By containing the surfactant, the oil agent composition can be easily dispersed in water.
As the surfactant, various known substances can be used, but nonionic surfactants are preferred.
Nonionic surfactants include, for example, higher alcohol ethylene oxide adducts, alkylphenol ethylene oxide adducts, aliphatic ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol aliphatic ester ethylene oxide adducts, higher Polyethylene glycol-type nonionic surfactants such as alkylamine ethylene oxide adducts, aliphatic amide ethylene oxide adducts, fat and oil ethylene oxide adducts, polypropylene glycol ethylene oxide adducts; glycerol aliphatics Esters, aliphatic esters of pentaerythrol, aliphatic esters of sorbitol, aliphatic esters of sorbitan, aliphatic esters of sucrose, alkyl ethers of polyhydric alcohols, fatty acid amides of alkanolamines Polyhydric alcohol type non-io Sex surfactants, and the like.
These surfactants may be used alone or in combination of two or more.

これらの中でも、非イオン系界面活性剤としては、下記式(4)で示される構造のプロピレンオキサイド(PO)ユニットと、エチレンオキサイド(EO)ユニットからなるブロック共重合型ポリエーテルが好ましい。   Among these, as the nonionic surfactant, a block copolymer type polyether composed of a propylene oxide (PO) unit having a structure represented by the following formula (4) and an ethylene oxide (EO) unit is preferable.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

式(4)中、 “x”、“y”、“z”はそれぞれ独立して1〜200であり、10〜100が好ましい。
また、“x”および“z”の合計と、“y”との比(x+z:y)が90:10〜50:50であることが好ましい。
In formula (4), “x”, “y”, and “z” are each independently 1 to 200, preferably 10 to 100.
Further, the ratio (x + z: y) of “x” and “z” to “y” is preferably 90:10 to 50:50.

また、ブロック共重合型ポリエーテルは、数平均分子量が2000〜10000であることが好ましい。数平均分子量が上記範囲内であれば、油剤組成物として要求される熱的安定性と水への分散性を共に有することが可能となる。
さらに、ブロック共重合型ポリエーテルは、100℃における動粘度が10〜500mm/sであることが好ましい。動粘度が上記範囲内であれば、油剤組成物の過剰な繊維内部への浸透を防ぎ、かつ前駆体繊維束に付与した後の乾燥工程において、油剤組成物の粘性により搬送ローラー等に単繊維が取られて巻きつくなどの工程障害が起こりにくくなる。
ブロック共重合型ポリエーテルの動粘度は、アミノ変性シリコーンの動粘度と同様にして測定できる。
The block copolymer polyether preferably has a number average molecular weight of 2,000 to 10,000. When the number average molecular weight is within the above range, it is possible to have both thermal stability and water dispersibility required for an oil composition.
Furthermore, the block copolymer polyether preferably has a kinematic viscosity at 100 ° C. of 10 to 500 mm 2 / s. If the kinematic viscosity is within the above range, the permeation of the oil composition to the inside of the fiber is prevented, and in the drying step after being applied to the precursor fiber bundle, the single fiber is fed to the conveying roller or the like due to the viscosity of the oil composition. Process failure such as wrapping around is less likely to occur.
The kinematic viscosity of the block copolymer type polyether can be measured in the same manner as the kinematic viscosity of the amino-modified silicone.

ブロック共重合型ポリエーテルの含有量は、油剤組成物100質量%中、10〜30質量%が好ましく、より好ましくは10〜20質量%である。ブロック共重合型ポリエーテルの含有量が10質量%以上であれば、その他の油剤組成を水中に分散させることが容易となり、その分散液が安定なものとなる。一方、ブロック共重合型ポリエーテルの含有量が30質量%以下であれば、炭素繊維束の機械的特性を低下させることなく、さらに油剤組成物が水中に分散した水系乳化溶液が泡立つなどして繊維束への付着斑が起こるのを抑制できる。   10-30 mass% is preferable in 100 mass% of oil agent compositions, and, as for content of a block copolymerization type polyether, More preferably, it is 10-20 mass%. When the content of the block copolymer polyether is 10% by mass or more, it becomes easy to disperse other oil agent compositions in water, and the dispersion becomes stable. On the other hand, if the content of the block copolymer polyether is 30% by mass or less, an aqueous emulsified solution in which the oil agent composition is dispersed in water does not deteriorate without lowering the mechanical properties of the carbon fiber bundle. It is possible to suppress the occurrence of adhesion spots on the fiber bundle.

本発明の油剤組成物は、前駆体繊維束に付着させるための設備や使用環境によって、操業性を向上させたり、油剤組成物の安定性や付着特性を向上させたりすることを目的として、帯電防止剤や酸化防止剤、抗菌剤などの添加物を含有してもよい。
また、本発明の油剤組成物が抗菌剤を含有すると、詳しくは後述するが、油剤組成物を水に分散し油剤処理液とした際に、その劣化を防止することもできる。
The oil agent composition of the present invention is charged for the purpose of improving operability and improving the stability and adhesion characteristics of the oil agent composition depending on the equipment and use environment for adhering to the precursor fiber bundle. You may contain additives, such as an inhibitor, antioxidant, and an antibacterial agent.
Moreover, when the oil agent composition of this invention contains an antibacterial agent, although mentioned later in detail, when disperse | distributing an oil agent composition to water and making it an oil agent processing liquid, the deterioration can also be prevented.

帯電防止剤としては、公知の物質を用いることができる。帯電防止剤はイオン型と非イオン型に大別され、イオン型としてはアニオン系、カチオン系及び両性系があり、非イオン型ではポリエチレングリコール型及び多価アルコール型がある。帯電防止の観点からイオン型が好ましく、中でも脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキシド付加物硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキシド付加物硫酸リン酸エステル塩、第4級アンモニウム塩型カチオン界面活性剤、ベタイン型両性界面活性剤、高級アルコールエチレンオキシド付加物ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステルなどが好ましく用いられる。
これら帯電防止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
A known substance can be used as the antistatic agent. Antistatic agents are broadly classified into ionic types and nonionic types, and ionic types include anionic, cationic and amphoteric, and nonionic types include polyethylene glycol type and polyhydric alcohol type. From the viewpoint of antistatic, ionic type is preferable, among them aliphatic sulfonate, higher alcohol sulfate ester salt, higher alcohol ethylene oxide adduct sulfate ester, higher alcohol phosphate ester salt, higher alcohol ethylene oxide adduct sulfate phosphate ester salt, Quaternary ammonium salt type cationic surfactants, betaine type amphoteric surfactants, higher alcohol ethylene oxide adducts polyethylene glycol fatty acid esters, polyhydric alcohol fatty acid esters and the like are preferably used.
These antistatic agents may be used alone or in combination of two or more.

帯電防止剤の含有量は、油剤組成物100質量%中、1.0〜5.0質量%が好ましく、1.0〜3.0質量%がより好ましい。帯電防止剤の含有量が1.0質量%未満であると、帯電防止効果が十分に得られにくくなる。その結果、油剤組成物が付着した後の工程、特に焼成工程において炭素繊維前駆体アクリル繊維束が帯電して広がり、隣接する繊維束とマージングしたり、搬送用のロールに巻き付いたりするなどの問題が起こる場合がある。一方、帯電防止剤の含有量が5.0質量%を超えると、前駆体繊維束に油剤組成物を付与する際の水系乳化溶液が泡立ちやすくなったり、焼成工程において帯電防止剤が分解し、その分解生成物が焼成工程において炉内に堆積したりするなどして工程障害となる場合がある。   1.0-5.0 mass% is preferable in 100 mass% of oil agent compositions, and, as for content of an antistatic agent, 1.0-3.0 mass% is more preferable. When the content of the antistatic agent is less than 1.0% by mass, it is difficult to sufficiently obtain the antistatic effect. As a result, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is charged and spreads in the process after the oil agent composition adheres, particularly in the firing process, and merges with adjacent fiber bundles or winds around a roll for transportation. May happen. On the other hand, when the content of the antistatic agent exceeds 5.0% by mass, the aqueous emulsified solution at the time of applying the oil composition to the precursor fiber bundle is likely to foam, or the antistatic agent is decomposed in the firing step, In some cases, the decomposition product accumulates in the furnace in the firing process, which causes a process failure.

酸化防止剤としては公知の様々な物質を用いることができるが、フェノール系や硫黄系の酸化防止剤が好適である。
フェノール系酸化防止剤の具体例としては、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、4,4’−ブチリデンビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、2,2’−メチレンビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、n−オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス[メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、トリエチレングリコールビス[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート等が挙げられる。
硫黄系の酸化防止剤の具体例としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジトリデシルチオジプロピオネート等が挙げられる。
これら酸化防止剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Various known substances can be used as the antioxidant, and phenol-based and sulfur-based antioxidants are suitable.
Specific examples of the phenolic antioxidant include 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 4,4′-butylidenebis- (6-t-butyl-3-methylphenol), 2,2′- Methylene bis- (4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2′-methylene bis- (4-ethyl-6-tert-butylphenol), 2,6-di-tert-butyl-4-ethylphenol, 1, 1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl) butane, n-octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, tetrakis [methylene -3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] methane, triethylene glycol bis [3- (3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methyl) Eniru) propionate], tris (3,5-di -t- butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate.
Specific examples of the sulfur-based antioxidant include dilauryl thiodipropionate, distearyl thiodipropionate, dimyristyl thiodipropionate, and ditridecyl thiodipropionate.
These antioxidants may be used alone or in combination of two or more.

酸化防止剤は、前記の芳香族エステル化合物(I)、(II)、およびアミノ変性シリコーンの両方に作用するものが好ましく、上記の中では、テトラキス[メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンと、トリエチレングリコールビス[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]が好ましい。   The antioxidant preferably acts on both the aromatic ester compounds (I) and (II) and the amino-modified silicone. Among the above, tetrakis [methylene-3- (3,5-di- t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] methane and triethylene glycol bis [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionate] are preferred.

酸化防止剤の含有量は、油剤組成物100質量%中、0.5〜3.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%がより好ましい。酸化防止剤の含有量が0.5質量%未満であると、酸化防止効果が十分に得られにくくなる。そのため、油剤組成物がアミノ変性シリコーンを含有する場合、前駆体繊維束の製造過程において前駆体繊維束に付着した油剤組成物中のアミノ変性シリコーンが、熱ロール等により加熱されて樹脂化する場合がある。アミノ変性シリコーンが樹脂化するとロール等の表面に堆積しやすくなり、前駆体繊維束が巻き付いて工程障害を招き、操業性が低下する。一方、酸化防止剤の含有量が3.0質量%を超えると、酸化防止剤が油剤組成物中に均一に分散しにくくなる。   0.5-3.0 mass% is preferable in 100 mass% of oil agent compositions, and, as for content of antioxidant, 0.5-2.0 mass% is more preferable. When the content of the antioxidant is less than 0.5% by mass, it is difficult to sufficiently obtain the antioxidant effect. Therefore, when the oil agent composition contains amino-modified silicone, when the amino-modified silicone in the oil agent composition attached to the precursor fiber bundle in the process of producing the precursor fiber bundle is heated by a hot roll or the like to become a resin There is. When the amino-modified silicone is converted into a resin, it is likely to be deposited on the surface of a roll or the like, and the precursor fiber bundle is wound to cause a process failure, resulting in a decrease in operability. On the other hand, when the content of the antioxidant exceeds 3.0% by mass, the antioxidant is difficult to uniformly disperse in the oil composition.

抗菌剤としては、公知の物質を用いることができる。例えば5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、N−n−ブチル−1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、2−n−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン、4,5−ジクロロ−2−n−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン、2−メチル−4,5−トリメチレン−4−イソチアゾリン−3−オンなどのイソチアゾリン系化合物;2−ブロモ−2−ニトロプロパン−1,3−ジオール、2,2−ジブロモ−2−ニトロエタノール、2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミド、1,2−ジブロモ−2,4−ジシアノブタン、ヘキサブロモジメチルスルホンなどの有機臭素系化合物;ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、o−フタルアルデヒドなどのアルデヒド系化合物;3−メチル−4−イソプロピルフェノール、2−イソプロピル−5−メチルフェノール、o−フェニルフェノール、4−クロロ−3,5−ジメチルフェノール、2,4,4’−トリクロロ−2’−ヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジクロロ−2’−ヒドロキシジフェニルエーテルなどのフェノール系化合物;8−オキシキノリン、2,3,5,6−テトラクロロ−4−(メチルスルホニル)ピリジン、ビス(2−ピリジルチオ−1−オキシド)亜鉛、(2−ピリジルチオ−1−オキシド)ナトリウムなどのピリジン系化合物;N,N',N''−トリスヒドロキシエチルヘキサヒドロ−S−トリアジン、N,N',N''−トリスエチルヘキサヒドロ−S−トリアジンなどのトリアジン系化合物;3,4,4’−トリクロロカルバニリド、3−トリフルオロメチル−4,4’−ジクロロカルバニリドなどのアニリド系化合物;2−(4−チオシアノメチルチオ)ベンズイミダゾールなどのチアゾール系化合物;2−(4−チアゾリル)−ベンズイミダゾール、2−ベンズイミダゾールカルバミン酸メチルなどのイミダゾール系化合物;1−[[2−(2,4−ジクロロフェニル)−4−n−プロピル−1,3−ジオキソラン−2−イル]メチル]−1H−1,2,4−トリアゾール、(RS)−2−(2,4−ジクロロフェニル)−1−(1H−1,2,4−トリアゾールー1−イル)ヘキサン−2−オール、α−[2−(4−クロロフェニル)エチル]−α−(1,1−ジメチルエチル)−1H−1,2,4−トリアゾール−1−エタノール、α−(クロロフェニル)−α−(1−シクロプロピルエチル)−1H−1,2,4−トリアゾール−1−エタノール、1−[[2−(2,4−ジクロロフェニル)−1,3−ジオキソラン−2−イル]メチル−1H−1,2,4−トリアゾールなどのトリアゾール系化合物;2,4,5,6−テトラクロロイソフタロニトリル、5−クロロ−2,4,6−トリフルオロイソフタロニトリルなどのニトリル系化合物;4,5−ジクロロ−1,2−ジチオラン−3−オン、3,3,4,4−テトラクロロテトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシドなどの有機塩素系化合物;3−ヨード−2−プロピニルブチルカーバメート、ジヨードメチル−p−トリルスルホン、2,3,3−トリヨードアリルアルコールなどの有機ヨード系化合物等が挙げられる。これらの中でもイソチアゾリン系の抗菌剤が好ましい。
これら抗菌剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
A known substance can be used as the antibacterial agent. For example, 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 1,2-benzisothiazolin-3-one, Nn-butyl-1,2- Benzisothiazolin-3-one, 2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one, 4,5-dichloro-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one, 2-methyl-4,5-trimethylene Isothiazoline-based compounds such as -4-isothiazolin-3-one; 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol, 2,2-dibromo-2-nitroethanol, 2,2-dibromo-3-nitrilopropion Organic bromine compounds such as amide, 1,2-dibromo-2,4-dicyanobutane, hexabromodimethylsulfone; formaldehyde, glutaral Aldehyde compounds such as hydride and o-phthalaldehyde; 3-methyl-4-isopropylphenol, 2-isopropyl-5-methylphenol, o-phenylphenol, 4-chloro-3,5-dimethylphenol, 2,4, Phenolic compounds such as 4′-trichloro-2′-hydroxydiphenyl ether and 4,4′-dichloro-2′-hydroxydiphenyl ether; 8-oxyquinoline, 2,3,5,6-tetrachloro-4- (methylsulfonyl) ) Pyridine compounds such as pyridine, bis (2-pyridylthio-1-oxide) zinc, (2-pyridylthio-1-oxide) sodium; N, N ′, N ″ -trishydroxyethylhexahydro-S-triazine, Triazines such as N, N ′, N ″ -trisethylhexahydro-S-triazine Compounds; Anilide compounds such as 3,4,4′-trichlorocarbanilide and 3-trifluoromethyl-4,4′-dichlorocarbanilide; Thiazoles such as 2- (4-thiocyanomethylthio) benzimidazole Compound; Imidazole compounds such as 2- (4-thiazolyl) -benzimidazole and methyl 2-benzimidazolecarbamate; 1-[[2- (2,4-dichlorophenyl) -4-n-propyl-1,3- Dioxolan-2-yl] methyl] -1H-1,2,4-triazole, (RS) -2- (2,4-dichlorophenyl) -1- (1H-1,2,4-triazol-1-yl) hexane -2-ol, α- [2- (4-chlorophenyl) ethyl] -α- (1,1-dimethylethyl) -1H-1,2,4-triazole-1 Ethanol, α- (chlorophenyl) -α- (1-cyclopropylethyl) -1H-1,2,4-triazole-1-ethanol, 1-[[2- (2,4-dichlorophenyl) -1,3- Triazole compounds such as dioxolan-2-yl] methyl-1H-1,2,4-triazole; 2,4,5,6-tetrachloroisophthalonitrile, 5-chloro-2,4,6-trifluoroisothiol Nitrile compounds such as talonitrile; Organochlorine compounds such as 4,5-dichloro-1,2-dithiolane-3-one and 3,3,4,4-tetrachlorotetrahydrothiophene-1,1-dioxide; 3 -Iodo-2-propynylbutyl carbamate, diiodomethyl-p-tolylsulfone, 2,3,3-triiodoallyl alcohol, etc. Thing, and the like. Of these, isothiazoline antibacterial agents are preferred.
These antibacterial agents may be used alone or in combination of two or more.

抗菌剤の含有量は、油剤組成物100質量%中、100〜10000ppmが好ましく、1000〜5000ppmがより好ましい。抗菌剤の含有量が100ppm未満であると、抗菌効果が十分に得られにくくなる。一方、抗菌剤の含有量が10000ppmを超えると、焼成工程において抗菌剤、あるいは抗菌剤の分解物が繊維束に損傷を与え、得られる炭素繊維束の品質を低下させる場合がある。   The content of the antibacterial agent is preferably 100 to 10,000 ppm and more preferably 1000 to 5000 ppm in 100% by mass of the oil composition. When the content of the antibacterial agent is less than 100 ppm, it is difficult to sufficiently obtain the antibacterial effect. On the other hand, when the content of the antibacterial agent exceeds 10,000 ppm, the antibacterial agent or the decomposed product of the antibacterial agent may damage the fiber bundle in the firing step, and the quality of the obtained carbon fiber bundle may be deteriorated.

以上説明した本発明の油剤組成物は、ある特定の条件下における測定において必要な熱的挙動を示す芳香族エステル化合物2種類を含有することにより、シリコーン成分の割合を減らしても、耐炎化工程での集束性を維持しつつ、単繊維間の融着を効果的に防止できる。加えて、シリコーン成分の割合を減らせるのでケイ素化合物の発生も軽減でき、その結果、操業性低下や工程障害が低減され、工業的な生産性を維持できる。よって、機械的物性に優れた炭素繊維束を、安定な連続操業によって得ることを可能とする。
このように、本発明の油剤組成物によれば、従来のシリコーンを主成分とする油剤組成物の問題と、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物の問題を共に解決できる。
The oil agent composition of the present invention described above contains two types of aromatic ester compounds that exhibit the necessary thermal behavior in measurement under certain specific conditions, so that the flameproofing step can be achieved even if the proportion of the silicone component is reduced. It is possible to effectively prevent fusion between the single fibers while maintaining the convergence property. In addition, since the ratio of the silicone component can be reduced, the generation of silicon compounds can be reduced, and as a result, operability deterioration and process failure are reduced, and industrial productivity can be maintained. Therefore, it is possible to obtain a carbon fiber bundle having excellent mechanical properties by a stable continuous operation.
Thus, according to the oil agent composition of the present invention, it is possible to solve both of the problems of conventional oil agent compositions mainly composed of silicone and the problem of oil agent compositions having a reduced silicone content.

<第二の実施形態>
本発明の油剤組成物は、芳香族エステル成分とシリコーン成分を含有する。
芳香族エステル成分は、後述の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の耐炎化工程において、融着防止、集束性付与に有効である。
本発明においては、芳香族エステル成分として、第一の実施形態で説明した、上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物と、上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物を併用する。
<Second Embodiment>
The oil agent composition of the present invention contains an aromatic ester component and a silicone component.
The aromatic ester component is effective for preventing fusion and imparting convergence in the flame resistance process of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle described later.
In the present invention, as the aromatic ester component, the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (1) and the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2) explained in the first embodiment. Use together.

上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物は、耐熱性が高く、耐炎化工程が終了するまで炭素繊維前駆体アクリル繊維束が集束性を保持するのに有効であり、操業性を向上させる働きがある。しかしながら、炭素化工程に至るまで繊維束に残存するため、炭素繊維の機械的物性を低下させる場合がある。
一方、上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物は、耐炎化工程において熱分解あるいは飛散しやすく、繊維束表面に残りにくいため、炭素繊維束の機械的物性を高品質に維持することが可能となる。しかしながら、耐熱性にやや劣るため、この物質だけでは耐炎化工程におい炭素繊維前駆体アクリル繊維束が集束性を保持することは困難である。
従って、本発明においては、上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物と、上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物を併用することが重要である。
The aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (1) has high heat resistance and is effective in maintaining the bundling property of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle until the flameproofing process is completed. There is work to improve. However, since it remains in the fiber bundle until the carbonization step, the mechanical properties of the carbon fiber may be lowered.
On the other hand, the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2) is easily decomposed or scattered in the flameproofing process and hardly remains on the surface of the fiber bundle, so that the mechanical properties of the carbon fiber bundle are maintained in high quality. It becomes possible. However, since the heat resistance is slightly inferior, it is difficult for the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle to maintain the bundling property in the flameproofing process with this material alone.
Therefore, in the present invention, it is important to use together the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (1) and the aromatic ester compound having the structure represented by the above formula (2).

上記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物の含有量は、油剤組成物100質量%中、10〜40質量%であり、10〜30質量%が好ましい。含有量が10質量%以上であれば、炭素繊維前駆体アクリル繊維束へ十分な集束性を付与できるとともに、操業性が向上する。一方、含有量が40質量%以下であれば、機械的物性が良好な炭素繊維束が得られる。   Content of the aromatic ester compound of the structure shown by said Formula (1) is 10-40 mass% in 100 mass% of oil agent compositions, and 10-30 mass% is preferable. If content is 10 mass% or more, while being able to provide sufficient convergence to a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, operativity improves. On the other hand, if the content is 40% by mass or less, a carbon fiber bundle having good mechanical properties can be obtained.

上記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物の含有量は、油剤組成物100質量%中、10〜40質量%であり、20〜40質量%が好ましい。含有量が10質量%以上であれば、機械的物性が良好な炭素繊維束が得られる。一方、含有量が40質量%以下であれば、炭素繊維前駆体アクリル繊維束へ十分な集束性を付与できる。   Content of the aromatic ester compound of the structure shown by said Formula (2) is 10-40 mass% in 100 mass% of oil agent compositions, and 20-40 mass% is preferable. If the content is 10% by mass or more, a carbon fiber bundle having good mechanical properties can be obtained. On the other hand, if the content is 40% by mass or less, sufficient convergence can be imparted to the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle.

シリコーン成分としては、第一の実施形態で説明した、上記式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンを用いる。該アミノ変性シリコーンは、25℃における動粘度が50〜500mm/sであることが好ましく、50〜300mm/sであることがより好ましい。また、アミノ当量が2000〜6000g/molであることが好ましく、4000〜6000g/molであることがより好ましい。 As the silicone component, the amino-modified silicone having the structure represented by the above formula (3) described in the first embodiment is used. The amino-modified silicone preferably has a kinematic viscosity at 25 ° C. is 50 to 500 mm 2 / s, more preferably 50 to 300 mm 2 / s. Moreover, it is preferable that an amino equivalent is 2000-6000 g / mol, and it is more preferable that it is 4000-6000 g / mol.

上記式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンの含有量は、油剤組成物100質量%中、1〜10質量%であり、5〜10質量%が好ましい。アミノ変性シリコーンの含有量が1質量%未満であると、単繊維間の融着を完全に防止することは困難で、機械的特性に優れた炭素繊維束が得られにくくなる。一方、アミノ変性シリコーンの含有量が10質量%を超えると、耐炎化工程で発生するケイ素化合物による工程障害により工業的な生産性が低下する問題がある。   The content of the amino-modified silicone having the structure represented by the above formula (3) is 1 to 10% by mass, preferably 5 to 10% by mass, in 100% by mass of the oil composition. When the content of the amino-modified silicone is less than 1% by mass, it is difficult to completely prevent fusion between single fibers, and it becomes difficult to obtain a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties. On the other hand, when the content of amino-modified silicone exceeds 10% by mass, there is a problem that industrial productivity is lowered due to a process failure caused by a silicon compound generated in the flameproofing process.

本発明の油剤組成物は、ポリジメチルシロキサン構造を有する相溶化剤を1〜10質量%含有することが好ましく、より好ましくは2〜5質量%である。
相溶化剤としては、第一の実施形態で説明した相溶化剤が挙げられる。
It is preferable that the oil agent composition of this invention contains 1-10 mass% of compatibilizers which have a polydimethylsiloxane structure, More preferably, it is 2-5 mass%.
Examples of the compatibilizer include the compatibilizer described in the first embodiment.

また、本発明の油剤組成物は、界面活性剤として非イオン系界面活性剤を含有するのが好ましい。非イオン系界面活性剤としては、第一の実施形態で説明した界面活性剤が挙げられるが、中でも上記式(4)で示される構造のプロピレンオキサイド(PO)ユニットと、エチレンオキサイド(EO)ユニットからなるブロック共重合型ポリエーテルが好ましい。
ブロック共重合型ポリエーテルの含有量は、油剤組成物100質量%中、10〜30質量%が好ましく、より好ましくは10〜20質量%である。
Moreover, it is preferable that the oil agent composition of this invention contains a nonionic surfactant as surfactant. Examples of the nonionic surfactant include the surfactant described in the first embodiment, and among them, a propylene oxide (PO) unit having a structure represented by the above formula (4) and an ethylene oxide (EO) unit. The block copolymer type polyether consisting of is preferable.
10-30 mass% is preferable in 100 mass% of oil agent compositions, and, as for content of a block copolymerization type polyether, More preferably, it is 10-20 mass%.

また、本発明の油剤組成物は、前駆体繊維束に付着させるための設備や使用環境によって、操業性を向上させたり、油剤組成物の安定性や付着特性を向上させたりすることを目的として、帯電防止剤や酸化防止剤、抗菌剤などの添加物を含有してもよい。
帯電防止剤、酸化防止剤、抗菌剤としては、第一の実施形態で説明した帯電防止剤、酸化防止剤、抗菌剤が挙げられる。これらの含有量も第一の実施形態と同様である。
In addition, the oil composition of the present invention is intended to improve operability or improve the stability and adhesion characteristics of the oil composition depending on the equipment and use environment for adhering to the precursor fiber bundle. In addition, additives such as an antistatic agent, an antioxidant, and an antibacterial agent may be contained.
Examples of the antistatic agent, antioxidant, and antibacterial agent include the antistatic agent, antioxidant, and antibacterial agent described in the first embodiment. These contents are the same as those in the first embodiment.

以上説明した本発明の油剤組成物は、特定の構造を有する芳香族エステル化合物2種類、および特定の構造を有するアミノ変性シリコーンを、それぞれ特定量含有することにより、シリコーン成分の割合を減らしても、耐炎化工程での集束性を維持しつつ、単繊維間の融着を効果的に防止できる。加えて、シリコーン成分の割合を減らせるのでケイ素化合物の発生も軽減でき、その結果、操業性低下や工程障害が低減され、工業的な生産性を維持できる。よって、機械的物性に優れた炭素繊維束を、安定な連続操業によって得ることを可能とする。
このように、本発明の油剤組成物によれば、従来のシリコーンを主成分とする油剤組成物の問題と、シリコーンの含有率を低減した油剤組成物の問題を共に解決できる。
The oil agent composition of the present invention described above can contain two kinds of aromatic ester compounds having a specific structure and a specific amount of amino-modified silicone having a specific structure, thereby reducing the ratio of the silicone component. The fusion between the single fibers can be effectively prevented while maintaining the convergence in the flameproofing process. In addition, since the ratio of the silicone component can be reduced, the generation of silicon compounds can be reduced, and as a result, operability deterioration and process failure are reduced, and industrial productivity can be maintained. Therefore, it is possible to obtain a carbon fiber bundle having excellent mechanical properties by a stable continuous operation.
Thus, according to the oil agent composition of the present invention, it is possible to solve both of the problems of conventional oil agent compositions mainly composed of silicone and the problem of oil agent compositions having a reduced silicone content.

[炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法]
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法においては、上述した本発明の油剤組成物を、水膨潤状態の前駆体繊維束に付与する工程(油剤処理)を行い、ついで油剤処理された前駆体繊維束を乾燥緻密化する工程を行う。
以下、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法における各工程について詳しく説明する。
[Method for producing carbon fiber precursor acrylic fiber bundle]
In the method for producing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention, the above-described oil agent composition of the present invention was subjected to a step (oil agent treatment) for imparting the precursor fiber bundle in a water swollen state, and then the oil agent treatment was performed. A step of drying and densifying the precursor fiber bundle is performed.
Hereinafter, each process in the manufacturing method of a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is demonstrated in detail.

(紡糸)
本発明に用いる、油剤処理前の前駆体繊維束としては、公知技術により紡糸されたアクリル繊維束を用いることができる。具体的には、アクリロニトリル系重合体を紡糸して得られるアクリル繊維束が挙げられる。
アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーであってもよく、主成分であるアクリロニトリルに加えて他の単量体を併用したアクリロニトリル系共重合体であってもよい。
(spinning)
As the precursor fiber bundle before the oil agent treatment used in the present invention, an acrylic fiber bundle spun by a known technique can be used. Specifically, an acrylic fiber bundle obtained by spinning an acrylonitrile polymer can be used.
The acrylonitrile-based polymer is a polymer obtained by polymerizing acrylonitrile as a main monomer. The acrylonitrile-based polymer may be a homopolymer obtained only from acrylonitrile, or may be an acrylonitrile-based copolymer in which other monomers are used in addition to the main component acrylonitrile.

アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリル単位の含有量は、96.0〜98.5質量%であることが焼成工程での繊維の熱融着防止、共重合体の耐熱性、紡糸原液の安定性、および炭素繊維にした際の品質の観点でより好ましい。アクリロニトリル単位が96質量%以上の場合は、炭素繊維に転換する際の焼成工程で繊維の熱融着を招くことなく、炭素繊維の優れた品質および性能を維持できるので好ましい。また、共重合体自体の耐熱性が低くなることもなく、前駆体繊維を紡糸する際、繊維の乾燥あるいは加熱ローラーや加圧水蒸気による延伸のような工程において、単繊維間の接着を回避できる。一方、アクリロニトリル単位が98.5質量%以下の場合には、溶剤への溶解性が低下することもなく、紡糸原液の安定性を維持できると共に共重合体の析出凝固性が高くならず、前駆体繊維の安定した製造が可能となるので好ましい。   The content of the acrylonitrile unit in the acrylonitrile-based copolymer is 96.0 to 98.5% by mass to prevent heat fusion of the fiber in the firing step, heat resistance of the copolymer, stability of the spinning dope, And more preferable from the viewpoint of the quality of the carbon fiber. When the acrylonitrile unit is 96% by mass or more, it is preferable because excellent quality and performance of the carbon fiber can be maintained without inducing the thermal fusion of the fiber in the firing step when converting to the carbon fiber. In addition, the heat resistance of the copolymer itself is not lowered, and adhesion between single fibers can be avoided in spinning the precursor fiber or in a process such as fiber drying or drawing with a heating roller or pressurized steam. On the other hand, when the acrylonitrile unit is 98.5% by mass or less, the solubility in the solvent is not lowered, the stability of the spinning stock solution can be maintained, and the precipitation solidification property of the copolymer is not increased. This is preferable because stable production of body fibers is possible.

共重合体を用いる場合のアクリロニトリル以外の単量体としては、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体から適宣選択することができ、耐炎化反応を促進する作用を有するアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、または、これらのアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩、アクリルアミド等の単量体から選択すると、耐炎化を促進できるので好ましい。
アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有ビニル系単量体がより好ましい。アクリロニトリル系共重合体におけるカルボキシル基含有ビニル系単量体単位の含有量は0.5〜2.0質量%が好ましい。
これらビニル系単量体は、1種単独で用いても良よく、2種以上を併用してもよい。
As a monomer other than acrylonitrile in the case of using a copolymer, it can be appropriately selected from vinyl monomers copolymerizable with acrylonitrile, and acrylic acid or methacrylic acid having an action of promoting flameproofing reaction. , Itaconic acid, or an alkali metal salt or ammonium salt thereof, or a monomer such as acrylamide is preferable because flame resistance can be promoted.
As the vinyl monomer copolymerizable with acrylonitrile, carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid are more preferable. The content of the carboxyl group-containing vinyl monomer unit in the acrylonitrile copolymer is preferably 0.5 to 2.0% by mass.
These vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more.

紡糸の際には、アクリロニトリル系重合体を、溶剤に溶解し紡糸原液とする。このときの溶剤には、ジメチルアセトアミドあるいはジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤、または塩化亜鉛やチオシアン酸ナトリウム等の無機化合物水溶液等、公知のものから適宜選択して使用することができる。これらの中でも、生産性向上の観点から凝固速度が早いジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドおよびジメチルホルムアミドが好ましく、ジメチルアセトアミドがより好ましい。   At the time of spinning, the acrylonitrile polymer is dissolved in a solvent to form a spinning dope. The solvent used here can be appropriately selected from known solvents such as organic solvents such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, and aqueous inorganic compounds such as zinc chloride and sodium thiocyanate. Among these, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and dimethylformamide having a high coagulation rate are preferable from the viewpoint of improving productivity, and dimethylacetamide is more preferable.

また、緻密な凝固糸を得るためには、紡糸原液の重合体濃度がある程度以上になるように紡糸原液を調整することが好ましい。具体的には、紡糸原液中の重合体濃度が17質量%以上になるように調整することが好ましく、より好ましくは19質量%以上である。
なお、紡糸原液は適正な粘度・流動性を必要とするため、重合体濃度は25質量%を超えない範囲が好ましい。
In order to obtain a dense coagulated yarn, it is preferable to adjust the spinning dope so that the polymer concentration of the spinning dope becomes a certain level or more. Specifically, the polymer concentration in the spinning dope is preferably adjusted to 17% by mass or more, more preferably 19% by mass or more.
Since the spinning dope requires proper viscosity and fluidity, the polymer concentration is preferably within a range not exceeding 25% by mass.

紡糸方法は、上述した紡糸原液を直接凝固浴中に紡出する湿式紡糸法、空気中で凝固する乾式紡糸法、および一旦空気中に紡出した後に浴中凝固させる乾湿式紡糸法など公知の紡糸方法を適宜採用できるが、より高い性能を有する炭素繊維束を得るには湿式紡糸法または乾湿式紡糸法が好ましい。   Spinning methods are known, such as a wet spinning method in which the above-mentioned spinning solution is directly spun into a coagulation bath, a dry spinning method in which the solution is coagulated in the air, and a dry and wet spinning method in which the solution is once coagulated in the air and then coagulated in the bath. A spinning method can be appropriately employed, but a wet spinning method or a dry-wet spinning method is preferable for obtaining a carbon fiber bundle having higher performance.

湿式紡糸法または乾湿式紡糸法による紡糸賦形は、紡糸原液を円形断面の孔を有するノズルより凝固浴中に紡出することで行うことができる。凝固浴としては、紡糸原液に用いられる溶剤を含む水溶液を用いるのが溶剤回収の容易さの観点から好ましい。
凝固浴として溶剤を含む水溶液を用いる場合、水溶液中の溶剤濃度は、ボイドがなく緻密な構造を形成させ高性能な炭素繊維束を得られ、かつ延伸性が確保でき生産性に優れる等の理由から、50〜85質量%、凝固浴の温度は10〜60℃が好ましい。
The spinning shaping by the wet spinning method or the dry and wet spinning method can be performed by spinning the spinning solution into a coagulation bath from a nozzle having a hole having a circular cross section. As the coagulation bath, it is preferable to use an aqueous solution containing a solvent used in the spinning dope from the viewpoint of easy solvent recovery.
When an aqueous solution containing a solvent is used as the coagulation bath, the solvent concentration in the aqueous solution is such that there is no void and a dense structure can be formed to obtain a high-performance carbon fiber bundle, and stretchability can be ensured and productivity is excellent. From 50 to 85 mass%, the temperature of the coagulation bath is preferably 10 to 60 ° C.

(延伸処理)
重合体あるいは共重合体を溶剤に溶解し、紡糸原液として凝固浴中に吐出して繊維化して得た凝固糸には、凝固浴中または延伸浴中で延伸する浴中延伸を行うことができる。あるいは、一部空中延伸した後に、浴中延伸してもよく、延伸の前後あるいは延伸と同時に水洗を行って水膨潤状態の前駆体繊維束を得ることができる。
浴中延伸は、通常50〜98℃の水浴中で1回あるいは2回以上の多段に分割するなどして行い、空中延伸と浴中延伸の合計倍率が2〜10倍になるように凝固糸を延伸するのが、得られる炭素繊維束の性能の点から好ましい。
(Extension process)
A coagulated yarn obtained by dissolving a polymer or copolymer in a solvent and discharging into a coagulation bath as a spinning dope into a fiber can be stretched in a coagulation bath or in a stretching bath. . Alternatively, it may be partially stretched in the air and then stretched in a bath, and the precursor fiber bundle in a water-swelled state can be obtained by washing with water before or after stretching or simultaneously with stretching.
Stretching in the bath is usually carried out in a water bath at 50 to 98 ° C. by dividing it into multiple stages once or twice, and the coagulated yarn so that the total ratio of in-air stretching and stretching in the bath becomes 2 to 10 times. It is preferable from the viewpoint of the performance of the obtained carbon fiber bundle.

(油剤処理)
前駆体繊維束への油剤組成物の付与には、本発明の油剤組成物を水中に分散させて、平均粒子径が0.01〜0.50μmのミセルを形成させた水系乳化溶液(エマルション)を用いる。
ミセルの平均粒子径が上記範囲内であれば、前駆体繊維束の表面に油剤組成物を均一に付与できる。
なお、水系乳化溶液中のミセルの平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、商品名:LA−910)を用いて測定することができる。
(Oil treatment)
For application of the oil composition to the precursor fiber bundle, an aqueous emulsion solution (emulsion) in which the oil composition of the present invention is dispersed in water to form micelles having an average particle size of 0.01 to 0.50 μm. Is used.
If the average particle diameter of the micelle is within the above range, the oil agent composition can be uniformly applied to the surface of the precursor fiber bundle.
In addition, the average particle diameter of the micelle in the water-based emulsified solution can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (trade name: LA-910, manufactured by Horiba, Ltd.).

水系乳化溶液は、例えば以下のようにして調製できる。すなわち、アミノ変性シリコーンと非イオン系界面活性剤とを攪拌しながら、そこに芳香族エステル化合物を加えて分散し、さらに水を加えることで油剤組成物が水中に分散した水系乳化溶液が得られる。
酸化防止剤を含有させる場合は、酸化防止剤を予めアミノ変性シリコーンに溶かしておくことが好ましい。また、帯電防止剤および/または抗菌剤を含有させる場合は、水を加えて水系乳化溶液とした後に添加攪拌することが好ましい。
各成分の混合または水中分散は、プロペラ攪拌、ホモミキサー、ホモジナイザー等を使って行うことができる。特に、150MPa以上に加圧可能な超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。
The aqueous emulsified solution can be prepared, for example, as follows. That is, while stirring an amino-modified silicone and a nonionic surfactant, an aromatic ester compound is added and dispersed therein, and water is added to obtain an aqueous emulsion solution in which the oil composition is dispersed in water. .
When the antioxidant is contained, it is preferable to dissolve the antioxidant in amino-modified silicone in advance. When an antistatic agent and / or an antibacterial agent is contained, it is preferable to add and agitate after adding water to obtain an aqueous emulsion solution.
Each component can be mixed or dispersed in water using a propeller, a homomixer, a homogenizer or the like. In particular, it is preferable to use an ultrahigh pressure homogenizer that can pressurize to 150 MPa or more.

水系乳化溶液中の油剤組成物の濃度は、2〜40質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましく、20〜30質量%が特に好ましい。油剤組成物の濃度が2質量%未満であると、必要な量の油剤組成物を水膨潤状態の前駆体繊維束に付与することが困難となる。一方、油剤組成物の濃度が40質量%を超えると、水系乳化溶液が不安定となり乳化の破壊が起こりやすくなる。   2-40 mass% is preferable, as for the density | concentration of the oil agent composition in a water-system emulsified solution, 10-30 mass% is more preferable, and 20-30 mass% is especially preferable. When the concentration of the oil agent composition is less than 2% by mass, it is difficult to apply a necessary amount of the oil agent composition to the precursor fiber bundle in the water-swelled state. On the other hand, when the concentration of the oil composition exceeds 40% by mass, the aqueous emulsified solution becomes unstable and the emulsion is easily broken.

本発明の油剤組成物を水膨潤状態の前駆体繊維束に付与する際、前記水系乳化溶液に、さらにイオン交換水を加えて所定の濃度に希釈して用いることが好ましい。
なお、「所定の濃度」は油剤処理時の前駆体繊維束の状態によって調整される。所定の濃度とした分散液を、以下「油剤処理液」という。
When the oil agent composition of the present invention is applied to a precursor fiber bundle in a water-swollen state, it is preferable to add ion-exchanged water to the aqueous emulsified solution and dilute to a predetermined concentration.
The “predetermined concentration” is adjusted according to the state of the precursor fiber bundle during the oil agent treatment. Hereinafter, the dispersion having a predetermined concentration is referred to as “oil treatment liquid”.

油剤組成物の前駆体繊維束への付与は、上述した浴中延伸後の水膨潤状態の前駆体繊維束に、油剤組成物の水系乳化溶液を付与することにより行うことができる。
浴中延伸の後に洗浄を行う場合は、浴中延伸および洗浄を行った後に得られる水膨潤状態の繊維束に油剤組成物の水系乳化溶液を付与することもできる。
Application of the oil composition to the precursor fiber bundle can be performed by applying an aqueous emulsion solution of the oil composition to the precursor fiber bundle in the water-swollen state after stretching in the bath described above.
When washing is performed after stretching in the bath, an aqueous emulsified solution of the oil composition can also be applied to the fiber swollen fiber bundle obtained after stretching and washing in the bath.

油剤組成物を水膨潤状態の前駆体繊維束に付与する方法としては、油剤組成物が水中に分散した水系乳化溶液に、イオン交換水を加えて所定の濃度に希釈して油剤処理液とした後、水膨潤状態の前駆体繊維束に付着させる手法を用いることができる。
油剤処理液を水膨潤状態の前駆体繊維束に付着させる方法としては、ローラーの下部を油剤処理液に浸漬させ、そのローラーの上部に前駆体繊維束を接触させるローラー付着法、ポンプで一定量の油剤処理液をガイドから吐出し、そのガイド表面に前駆体繊維束を接触させるガイド付着法、ノズルから一定量の油剤処理液を前駆体繊維束に噴射するスプレー付着法、油剤処理液の中に前駆体繊維束を浸漬した後にローラー等で絞って余分な油剤処理液を除去するディップ付着法等の公知の方法を用いることができる。
これらの方法の中でも、均一付着の観点から、前駆体繊維束に十分に油剤処理液を浸透させ、余分な処理液を除去するディップ付着法が好ましい。より均一に付着するためには油剤付与工程を2つ以上の多段にし、繰り返し付与することも有効である。
As a method for imparting the oil agent composition to the precursor fiber bundle in a water-swelled state, an oil agent treatment liquid is prepared by adding ion-exchanged water to a water-based emulsified solution in which the oil agent composition is dispersed in water and diluting to a predetermined concentration. Thereafter, a technique of attaching the precursor fiber bundle in a water-swollen state can be used.
As a method of attaching the oil treatment liquid to the precursor fiber bundle in the water swelling state, the lower part of the roller is immersed in the oil treatment liquid, and the precursor fiber bundle is brought into contact with the upper part of the roller. The guide adhesion method in which the oil treatment liquid is discharged from the guide and the precursor fiber bundle is brought into contact with the guide surface, the spray adhesion method in which a predetermined amount of the oil treatment liquid is sprayed onto the precursor fiber bundle from the nozzle, and the oil treatment liquid A known method such as a dip attachment method in which the precursor fiber bundle is dipped in and then squeezed with a roller or the like to remove the excess oil agent treatment liquid can be used.
Among these methods, from the viewpoint of uniform adhesion, the dip adhesion method in which the oil agent treatment liquid is sufficiently infiltrated into the precursor fiber bundle and the excess treatment liquid is removed is preferable. In order to adhere more uniformly, it is also effective to apply the oil agent application step in two or more stages and repeatedly apply it.

(乾燥緻密化処理)
水系乳化溶液が付与された前駆体繊維束は、続く乾燥工程で乾燥緻密化される。
乾燥緻密化の温度は、繊維のガラス転移温度を超えた温度で行う必要があるが、実質的には含水状態から乾燥状態によって異なることもある。例えば温度が100〜200℃程度の加熱ローラーによる方法にて緻密乾燥化するのが好ましい。このとき加熱ローラーの個数は、1個でもよく、複数個でもよい。
(Drying densification process)
The precursor fiber bundle to which the aqueous emulsified solution is applied is dried and densified in the subsequent drying step.
The temperature for drying and densification needs to be performed at a temperature exceeding the glass transition temperature of the fiber, but may be substantially different depending on the dry state from the water-containing state. For example, it is preferable to perform dense drying by a method using a heating roller having a temperature of about 100 to 200 ° C. At this time, the number of heating rollers may be one or plural.

(二次延伸処理)
緻密乾燥化した前駆体繊維束には、更に延伸処理を施すのが好ましい。延伸方法としては、加圧あるいは常圧水蒸気による水蒸気延伸、熱盤延伸、加熱ローラーによる延伸等、公知の延伸技術を用いることができる。
上記の中でも、安定した均一延伸が可能な加熱ローラーによる延伸処理が好ましい。該延伸処理により、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の緻密性や配向度をさらに高めることができる。特に、加熱ローラーにより緻密乾燥化した前駆体繊維束を搬送させながら、ローラー速度を変えることで、1.1〜4.0倍に延伸することで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の緻密性や配向度をより向上できる。
加熱ローラーの温度としては150〜200℃程度が好ましい。温度が150℃未満であると、可塑化が不完全となり、延伸をかけた際に毛羽等が発生し、続く炭素化工程で繊維束が巻き付いて、工程障害を招き操業性が低下することがある。一方、温度が200℃を超えると、酸化反応や分解反応などが開始され、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を焼成して得られる炭素繊維束の品質を低下させる場合がある。
(Secondary stretching process)
It is preferable that the densely dried precursor fiber bundle is further subjected to a stretching treatment. As the stretching method, a known stretching technique such as steam stretching using pressurized or atmospheric steam, hot plate stretching, stretching using a heating roller, or the like can be used.
Among the above, a stretching process using a heating roller capable of stable uniform stretching is preferable. By the stretching treatment, the denseness and orientation degree of the obtained carbon fiber precursor acrylic fiber bundle can be further increased. In particular, the density of the obtained carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is increased by 1.1 to 4.0 times by changing the roller speed while conveying the densely dried precursor fiber bundle with a heating roller. And the degree of orientation can be further improved.
The temperature of the heating roller is preferably about 150 to 200 ° C. If the temperature is lower than 150 ° C., plasticization becomes incomplete, fluff or the like occurs when stretched, fiber bundles are wound in the subsequent carbonization process, and process failure may be caused due to process failure. is there. On the other hand, when temperature exceeds 200 degreeC, an oxidation reaction, a decomposition reaction, etc. are started and the quality of the carbon fiber bundle obtained by baking a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle may be reduced.

乾燥緻密化処理および二次延伸処理を経て得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、室温のロールを通し、常温の状態まで冷却した後にワインダーでボビンに巻き取られる、あるいはケンスに振込まれて収納される。
そして、炭素繊維前駆体アクリル繊維束は焼成工程に移され、炭素繊維束となる。
The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle obtained through the dry densification treatment and the secondary stretching treatment is passed through a roll at room temperature, cooled to room temperature, and then wound around a bobbin with a winder or transferred into a can. Is done.
And a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is moved to a baking process, and becomes a carbon fiber bundle.

[炭素繊維前駆体アクリル繊維束]
このようにして得られる本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、本発明の油剤組成物が乾燥繊維質量に対して0.1〜2.0質量%付着しいていることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5質量%である。油剤組成物の付着量が0.1質量%未満であると、油剤組成物本来の機能を十分に発現することが困難となる場合がある。一方、油剤組成物の付着量が2.0質量%を超えると、過剰に付着した油剤組成物が、焼成工程において高分子化して、単繊維間の接着の誘因となる場合がある。
なお、「乾燥繊維質量」とは、乾燥緻密化処理された後の前駆体繊維束の乾燥繊維質量のことである。
[Carbon fiber precursor acrylic fiber bundle]
In the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention thus obtained, the oil agent composition of the present invention is preferably adhered to 0.1 to 2.0% by mass relative to the dry fiber mass, more preferably. Is 0.5 to 1.5 mass%. When the adhesion amount of the oil composition is less than 0.1% by mass, it may be difficult to sufficiently develop the original function of the oil composition. On the other hand, when the adhesion amount of the oil agent composition exceeds 2.0% by mass, the excessively adhered oil agent composition may be polymerized in the firing step, which may cause adhesion between the single fibers.
The “dry fiber mass” refers to the dry fiber mass of the precursor fiber bundle after the dry densification treatment.

油剤組成物の付着量は、次のようにして求められる。
メチルエチルケトンによるソックスレー抽出法に準拠し、90℃のメチルエチルケトンに炭素繊維前駆体アクリル繊維束を8時間浸漬させて油剤組成物を抽出し、抽出前の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の質量w、および抽出後の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の質量wをそれぞれ測定し、下記式(iii)により油剤組成物の付着量を求める。
油剤組成物の付着量[質量%]=(w−w)/w×100 ・・・(iii)
The adhesion amount of the oil composition is determined as follows.
In accordance with the Soxhlet extraction method using methyl ethyl ketone, the oil agent composition is extracted by immersing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle in 90 ° C. methyl ethyl ketone for 8 hours, and the mass w 1 of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle before extraction, and after extraction of the mass w 2 of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle were measured to determine the amount of adhered oil agent composition by the following formula (iii).
Adhering amount [mass%] of oil agent composition = (w 1 −w 2 ) / w 2 × 100 (iii)

以上説明したように、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法は、本発明の油剤組成物を用いるので、集束性に優れた炭素繊維前駆体アクリル繊維束を生産性よく製造できる。
また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、本発明の油剤組成物が均一に付着しているので、集束性に優れる。さらに、焼成工程において単繊維間の融着を防止し、かつケイ素化合物の生成やシリコーン分解物の飛散を抑制できるので、操業性、工程通過性が著しく改善される。
また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束を焼成して得られる炭素繊維束は、機械的物性に優れ、高品質であり、様々な構造材料に用いられる繊維強化樹脂複合材料に用いる強化繊維として好適である。
As described above, since the method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention uses the oil composition of the present invention, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle excellent in convergence can be produced with high productivity.
In addition, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention is excellent in convergence because the oil agent composition of the present invention is uniformly attached. Furthermore, since fusion between single fibers can be prevented in the firing process, and generation of silicon compounds and scattering of silicone decomposition products can be suppressed, the operability and process passability are significantly improved.
In addition, the carbon fiber bundle obtained by firing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention is excellent in mechanical properties, high quality, and reinforced fiber used in fiber reinforced resin composite materials used in various structural materials. It is suitable as.

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
本実施例に用いた各成分、および各種測定方法、評価方法は以下の通りである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
Each component used in this example, various measurement methods, and evaluation methods are as follows.

[成分]
<芳香族エステル化合物>
・A―1:rが95質量%、rが7質量%のポリオキシエチレンビスフェノールAジラウレート(花王株式会社製、商品名:エキセパール BP−DL)
・A―2:rが75質量%、rが1質量%のトリイソデシルトリメリテート(花王株式会社製、商品名:トリメックス T−10)
・A―3:rが88質量%、rが9質量%のペンタエリスリトールテトラステアレート(日本油脂株式会社製、製品名:ユニスター H−476)
[component]
<Aromatic ester compound>
A-1: polyoxyethylene bisphenol A dilaurate with 95% by mass of r 1 and 7% by mass of r 2 (trade name: EXCEPARL BP-DL, manufactured by Kao Corporation)
A-2: triisodecyl trimellitate with 75% by mass of r 1 and 1 % by mass of r 2 (trade name: Trimex T-10, manufactured by Kao Corporation)
A-3: pentaerythritol tetrastearate with r 1 of 88% by mass and r 2 of 9% by mass (manufactured by NOF Corporation, product name: Unistar H-476)

なお、各芳香族エステル化合物のrおよびrは、以下のようにして測定した。
ガスを流通可能な熱質量測定装置(島津製作所株式会社製、商品名:ミクロ熱重量測定装置TGA−50)を用い、室温にて芳香族エステル約50mgを装置にセットし、この時の初期質量をWとした。その後、Nガス(純度99.9999%)を流量200ml/分で流通させながら150℃まで10℃/分の昇温速度で加熱し、150℃においてNと水蒸気が4:1(体積比)の割合で混合されたガスラインに切替えた。さらに10℃/分の昇温速度で300℃まで加熱した時の質量をWとした。その後、流通ガスのラインをNに戻し、10℃/分の昇温速度で500℃まで加熱した時の質量をWとした。各質量W、W、Wを測定し、下記式(i)、(ii)によりrおよびrを求めた。
[質量%]=(W/W)×100 ・・・(i)
[質量%]=(W/W)×100 ・・・(ii)
Incidentally, r 1 and r 2 of the aromatic ester compound was measured as follows.
Using a thermal mass measuring device (trade name: Micro Thermogravimetric Measuring Device TGA-50, manufactured by Shimadzu Corporation) capable of circulating gas, about 50 mg of aromatic ester was set in the device at room temperature, and the initial mass at this time Was designated as W0. Thereafter, N 2 gas (99.9999% purity) was heated at a flow rate of 200ml / min at a heating rate of 10 ° C. / min to 0.99 ° C. while circulating, N 2 and water vapor 4 at 0.99 ° C.: 1 (volume ratio ) Was switched to a mixed gas line. Furthermore, the mass when heated to 300 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min was defined as W 1 . Thereafter, the flow gas line was returned to N 2 and the mass when heated to 500 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min was defined as W 2 . Each mass W 0, W 1, W 2 was measured, the following formula (i), was determined r 1 and r 2 by (ii).
r 1 [mass%] = (W 1 / W 0 ) × 100 (i)
r 2 [% by mass] = (W 2 / W 0 ) × 100 (ii)

<アミノ変性シリコーン>
・B−1:上記式(3)の構造で、25℃における動粘度が90mm/s、アミノ当量が2500g/molであるアミノ変性シリコーン(Gelest,Inc.製、商品名:AMS−132)
・B−2:上記式(3)の構造で、25℃における動粘度が110mm/s、アミノ当量が5000g/molであるアミノ変性シリコーン(信越化学工業株式会社製、商品名:KF−868)
・B−3:上記式(3)の構造で、25℃における動粘度が450mm/s、アミノ当量が5700g/molであるアミノ変性シリコーン(信越化学工業株式会社製、商品名:KF−8008)
・B−4:25℃における動粘度が10000mm/s、アミノ当量が7000g/molである1級及び1、2級アミンを側鎖に持つアミノ変性シリコーン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名:TSF4707)
<Amino-modified silicone>
B-1: Amino-modified silicone having a structure of the above formula (3) and a kinematic viscosity at 25 ° C. of 90 mm 2 / s and an amino equivalent of 2500 g / mol (manufactured by Gelest, Inc., trade name: AMS-132)
B-2: Amino-modified silicone having a structure of the above formula (3) and a kinematic viscosity at 25 ° C. of 110 mm 2 / s and an amino equivalent of 5000 g / mol (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KF-868) )
B-3: Amino-modified silicone having a structure of the above formula (3) and a kinematic viscosity at 25 ° C. of 450 mm 2 / s and an amino equivalent of 5700 g / mol (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KF-8008) )
B-4: Amino-modified silicone having primary and secondary amines in the side chain with a kinematic viscosity at 25 ° C. of 10,000 mm 2 / s and an amino equivalent of 7000 g / mol (Momentive Performance Materials Japan Joint (Product name: TSF4707)

<界面活性剤>
・C−1:上記式(4)の構造で、x=75、y=30、z=75であるPO/EOブロック共重合型ポリエーテル(BASFジャパン株式会社製、商品名:Pluronic PE6800)
・C−2:上記式(4)の構造で、x=10、y=20、z=10であるPO/EOブロック共重合型ポリエーテル(株式会社ADEKA製、商品名:アデカプルロニック L−44)
・C−3:ノナエチレングリコールドデシルエーテル(日光ケミカルズ株式会社、商品名:NIKKOL BL−9EX)
<Surfactant>
C-1: PO / EO block copolymerized polyether having the structure of the above formula (4) and x = 75, y = 30, z = 75 (trade name: Pluronic PE6800, manufactured by BASF Japan Ltd.)
C-2: PO / EO block copolymerized polyether having a structure of the above formula (4) and x = 10, y = 20, z = 10 (trade name: Adeka Pluronic L-44, manufactured by ADEKA Corporation) )
C-3: Nonaethylene glycol dodecyl ether (Nikko Chemicals Corporation, trade name: NIKKOL BL-9EX)

<相溶化剤>
・D−1:上記式(5)、(6)、(9)のユニットから成るラウリルPEG−9ポリジメチルシロキシエチルジメチコン(信越化学工業株式会社製、商品名:KF−6038)
・D−2:上記式(5)、(7)、(9)のユニットから成るラウリルポリグリセリル−3ポリジメチルシロキシエチルジメチコン(信越化学工業株式会社製、商品名:KF−6105)
・D−3:上記式(5)、(8)のユニットから成る、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム共重合側鎖とアルキル側鎖を持つ変性シリコーン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名:TSF4450)
<Compatibilizer>
D-1: Lauryl PEG-9 polydimethylsiloxyethyl dimethicone consisting of units of the above formulas (5), (6) and (9) (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KF-6038)
D-2: Lauryl polyglyceryl-3 polydimethylsiloxyethyl dimethicone (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KF-6105) comprising the units of the above formulas (5), (7) and (9)
D-3: a modified silicone having a random copolymer side chain and an alkyl side chain of ethylene oxide and propylene oxide, comprising units of the above formulas (5) and (8) (made by Momentive Performance Materials Japan GK) (Product name: TSF4450)

[測定・評価]
<油剤付着量の測定>
炭素繊維前駆体アクリル繊維束を105℃で1時間乾燥させた後、メチルエチルケトンによるソックスレー抽出法に準拠し、90℃のメチルエチルケトンに8時間浸漬して付着した油剤組成物を溶媒抽出した。抽出前の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の質量w、および抽出後の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の質量wをそれぞれ測定し、下記式(iii)により油剤組成物の付着量を求めた。
油剤組成物の付着量[質量%]=(w−w)/w×100 ・・・(iii)
[Measurement / Evaluation]
<Measurement of oil adhesion amount>
After drying the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle at 105 ° C. for 1 hour, the oil composition adhered by soaking in 90 ° C. methyl ethyl ketone for 8 hours was extracted with a solvent in accordance with a Soxhlet extraction method using methyl ethyl ketone. The mass w 1 of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle before extraction and the mass w 2 of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle after extraction were measured, respectively, and the adhesion amount of the oil composition was determined by the following formula (iii). .
Adhering amount [mass%] of oil agent composition = (w 1 −w 2 ) / w 2 × 100 (iii)

<操業性の評価>
炭素繊維前駆体アクリル繊維束を24時間連続して製造した時に、搬送ロールへ単糸が巻き付き、除去した頻度により、操業性の評価をした。評価基準は次の通りとした。
○:除去回数(回/24時間)≦1
△:除去回数(回/24時間)2〜5
×:除去回数(回/24時間)>5
<Evaluation of operability>
When the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was continuously produced for 24 hours, the operability was evaluated based on the frequency with which the single yarn was wound around and removed from the transport roll. The evaluation criteria were as follows.
○: Number of removals (times / 24 hours) ≦ 1
Δ: Removal frequency (times / 24 hours) 2 to 5
×: Number of removals (times / 24 hours)> 5

<耐炎化集束性の評価>
耐炎化工程直後のロール上での耐炎化繊維束の幅を、デジタルノギスにて測定し評価の対象とした。
<Evaluation of flame resistance and convergence>
The width of the flameproof fiber bundle on the roll immediately after the flameproofing process was measured with a digital caliper and subjected to evaluation.

<単繊維間融着数の測定>
炭素繊維束を長さ3mmに切断し、アセトン中に分散させ、10分間攪拌した後の全単繊維数と、単繊維同士が融着している数(融着数)を計算し、単繊維100本当たりの融着数を算出し、以下の評価基準にて評価した。
○:融着数(個/100本)≦1
×:融着数(個/100本)>1
<Measurement of the number of fusions between single fibers>
A carbon fiber bundle is cut to a length of 3 mm, dispersed in acetone, stirred for 10 minutes, and the total number of single fibers and the number of single fibers fused together (number of fusions) are calculated. The number of fusions per 100 pieces was calculated and evaluated according to the following evaluation criteria.
○: Number of fusions (pieces / 100 pieces) ≦ 1
×: Number of fusions (pieces / 100 pieces)> 1

<ストランド強度の測定>
炭素繊維束の製造を開始し、定常安定化した状態で炭素繊維束のサンプリングを行い、JIS−R−7608に規定されているエポキシ樹脂含浸ストランド法に準じて、炭素繊維束のストランド強度を測定した。なお、測定回数は10回とし、その平均値を評価の対象とした。
<Measurement of strand strength>
Start production of carbon fiber bundles, sample carbon fiber bundles in a steady state, and measure strand strength of carbon fiber bundles according to the epoxy resin impregnated strand method specified in JIS-R-7608 did. The number of measurements was 10 times, and the average value was used as an evaluation target.

<Si飛散量の測定>
シリコーン系化合物由来のシリカ化合物飛散量の測定は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の珪素(Si)含有量(A)、耐炎化繊維束のSi含有量(A)との差から計算されるSi量の変化をSi飛散量とし、評価の指標とした。
具体的には、炭素繊維前駆体アクリル繊維束および耐炎化繊維束をそれぞれ鋏で細かく粉砕した試料を密閉るつぼに50mg秤量し、粉末状としたNaOH、KOHを各0.25g加え、マッフル炉にて210℃で150分間加熱分解した。これを蒸留水で溶解し100mLに定容したものを測定試料として、ICP発光分析装置(サーモエレクトロン株式会社製、装置名:IRIS Advantage AP)にて各測定試料のSi含有量を求め、下記式(iv)によりSi飛散量を算出した。
Si飛散量[mg/kg]=A−A ・・・(iv)
<Measurement of Si scattering amount>
The measurement of the amount of silica compound scattering from the silicone compound is calculated from the difference between the silicon (Si) content (A 1 ) of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle and the Si content (A 2 ) of the flameproof fiber bundle. The change in the amount of Si to be used was taken as the amount of Si scattering and used as an evaluation index.
Specifically, 50 mg of a sample obtained by finely pulverizing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle and the flameproof fiber bundle with a scissors was weighed into a sealed crucible, and 0.25 g each of powdered NaOH and KOH were added to the muffle furnace. And then thermally decomposed at 210 ° C. for 150 minutes. This was dissolved in distilled water and a constant volume of 100 mL was used as a measurement sample, and the Si content of each measurement sample was determined with an ICP emission analyzer (manufactured by Thermo Electron Co., Ltd., device name: IRIS Advantage AP). The amount of Si scattering was calculated from (iv).
Si scattering amount [mg / kg] = A 1 −A 2 (iv)

[実施例1]
<油剤組成物の水系乳化溶液の調製>
アミノ変性シリコーンに、界面活性剤を混合攪拌しながら、そこに芳香族エステル化合物を加え、油剤組成物の濃度が30質量%になるようにイオン交換水をさらに加え、ホモミキサーで乳化した。この状態でのミセルの平均粒子径をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、装置名:LA−910)を用いて測定したところ、3μm程度であった。
その後、さらに高圧ホモジナイザーにより、ミセルの平均粒子径が0.3μm以下になるまで分散し、油剤組成物の水系乳化溶液(エマルション)を得た。
油剤組成物中の各成分の種類と配合量(質量%)を表1に示す。
[Example 1]
<Preparation of aqueous emulsion solution of oil agent composition>
The aromatic ester compound was added to the amino-modified silicone while mixing and stirring the surfactant, and ion-exchanged water was further added so that the concentration of the oil composition was 30% by mass, followed by emulsification with a homomixer. The average particle size of the micelles in this state was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., device name: LA-910), and was about 3 μm.
Then, it further disperse | distributed until the average particle diameter of the micelle became 0.3 micrometer or less with the high voltage | pressure homogenizer, and obtained the water-system emulsified solution (emulsion) of the oil agent composition.
Table 1 shows the types and amounts (% by mass) of the components in the oil composition.

<炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造>
油剤組成物を付着させる前駆体繊維束は、次の方法で調製した。アクリロニトリル系共重合体(組成比:アクリロニトリル/アクリルアミド/メタクリル酸=96.5/2.7/0.8(質量比))をジメチルアセトアミドに溶解し、紡糸原液を調製し、濃度60質量%、温度35℃のジメチルアセトアミド水溶液を満たした凝固浴中に孔径(直径)50μm、孔数50000の紡糸ノズルより吐出し凝固糸とした。凝固糸は水洗槽中で脱溶媒するとともに5.5倍に延伸して水膨潤状態の前駆体繊維束とした。
先に得られた油剤組成物の水系乳化溶液をイオン交換水で希釈して、油剤組成物の濃度が1.7質量%になるように調整した油剤処理液を満たした油剤処理槽に、水膨潤状態の前駆体繊維束を導き、水系乳化溶液を付与させた。
その後、水系乳化溶液が付与された前駆体繊維束を表面温度180℃のロールにて乾燥緻密化した後に、表面温度190℃のロールを用い1.5倍延伸を施し炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得た。
得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の油剤付着量を測定し、製造中の操業性を評価した。結果を表1に示す。
<Manufacture of carbon fiber precursor acrylic fiber bundle>
A precursor fiber bundle to which the oil agent composition was adhered was prepared by the following method. Acrylonitrile copolymer (composition ratio: acrylonitrile / acrylamide / methacrylic acid = 96.5 / 2.7 / 0.8 (mass ratio)) is dissolved in dimethylacetamide to prepare a spinning dope, with a concentration of 60% by mass, It was discharged from a spinning nozzle having a pore diameter (diameter) of 50 μm and a pore number of 50000 into a coagulation bath filled with a dimethylacetamide aqueous solution at a temperature of 35 ° C. to obtain a coagulated yarn. The coagulated yarn was desolvated in a water washing tank and stretched 5.5 times to obtain a precursor fiber bundle in a water swollen state.
A water-based emulsified solution of the oil agent composition obtained above was diluted with ion-exchanged water, and water was added to the oil agent treatment tank filled with the oil agent treatment liquid adjusted so that the concentration of the oil agent composition was 1.7% by mass. A swollen precursor fiber bundle was guided to give an aqueous emulsion solution.
Thereafter, the precursor fiber bundle to which the aqueous emulsified solution is applied is dried and densified with a roll having a surface temperature of 180 ° C., and then stretched 1.5 times using a roll having a surface temperature of 190 ° C. Got.
The oil agent adhesion amount of the obtained carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was measured, and the operability during production was evaluated. The results are shown in Table 1.

<炭素繊維束の製造>
得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束を、220〜260℃の温度勾配を有する耐炎化炉に通して耐炎化し、耐炎化繊維束とした。得られた耐炎化繊維束の集束性を評価し、耐炎化工程におけるSi飛散量を測定した。結果を表1に示す。
引き続き、該耐炎化繊維束を窒素雰囲気中で400〜1400℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成して炭素繊維束とした。得られた炭素繊維束の単繊維間融着数、ストランド強度を測定した。結果を表1に示す。
<Manufacture of carbon fiber bundles>
The obtained carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was passed through a flame-proofing furnace having a temperature gradient of 220 to 260 ° C. to make the flame-resistant fiber bundle. The convergence of the obtained flame resistant fiber bundle was evaluated, and the amount of Si scattering in the flame resistance process was measured. The results are shown in Table 1.
Subsequently, the flame-resistant fiber bundle was baked in a carbonization furnace having a temperature gradient of 400 to 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon fiber bundle. The number of fusions between single fibers and the strand strength of the obtained carbon fiber bundle were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例2〜10]
油剤組成物を構成する各成分の種類と配合量を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして油剤組成物の水系乳化溶液を調製し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束を製造し、各測定および評価を実施した。結果を表1に示す。
なお、実施例8〜10において、相溶化剤は予めアミノ変性シリコーンに分散させた後に、実施例1と同様にして油剤組成物の水系乳化溶液を調製した。
[Examples 2 to 10]
A water-based emulsified solution of the oil agent composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and blending amounts of the components constituting the oil agent composition were changed as shown in Table 1, and the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was prepared. And carbon fiber bundles were manufactured, and each measurement and evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
In Examples 8 to 10, the compatibilizer was dispersed in amino-modified silicone in advance, and then an aqueous emulsion solution of the oil agent composition was prepared in the same manner as in Example 1.

[比較例1〜7]
油剤組成物を構成する各成分の種類と配合量を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして油剤組成物の水系乳化溶液を調製し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束を製造し、各測定および評価を実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Examples 1 to 7]
A water-based emulsified solution of the oil agent composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and blending amounts of the components constituting the oil agent composition were changed as shown in Table 1, and the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was prepared. And carbon fiber bundles were manufactured, and each measurement and evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

Figure 2011042916
Figure 2011042916

表1から明らかなように、各実施例の場合、油剤付着量は適正な量であった。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造過程の操業性は良好であった。
また、各実施例における耐炎化工程後の集束性は19〜22mmと良好であった。更に耐炎化工程におけるSi飛散量も少なく、焼成工程における操業性が良好であった。
As is clear from Table 1, in the case of each example, the amount of oil agent adhered was an appropriate amount. In addition, the operability in the production process of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was good.
Moreover, the convergence after the flameproofing process in each Example was as favorable as 19-22 mm. Furthermore, the amount of Si scattered in the flameproofing process was small, and the operability in the firing process was good.

各実施例で得られた炭素繊維束は、単繊維間の融着数が実質的に無く、ストランド強度が高い数値を示し、機械的物性に優れていた。特に、ポリオキシエチレンビスフェノールAジラウレート(A−1)の含有量がトリイソデシルトリメリテート(A−2)の含有量よりも少なく、アミノ変性シリコーンの含有量が5〜10質量%である実施例2、7、8、9、10において、他の実施例と比較して更に高いストランド強度の値を示していた。
なお、実施例2、3、7はアミノ変性シリコーンの含有量が10質量%であるため、また、実施例8、9、10は相溶化剤として変性ポリジメチルシロキサンを用いたために、必然的に耐炎化工程でのSi飛散量が他の各実施例と比較して多い状況にあったが、工業的に連続操業するうえで問題となる程度では無かった。
The carbon fiber bundles obtained in each example had substantially no number of fusions between single fibers, showed a high strand strength, and were excellent in mechanical properties. In particular, the content of polyoxyethylene bisphenol A dilaurate (A-1) is less than the content of triisodecyl trimellitate (A-2), and the content of amino-modified silicone is 5 to 10% by mass Examples 2, 7, 8, 9, and 10 showed higher strand strength values compared to the other examples.
In Examples 2, 3, and 7, the content of amino-modified silicone was 10% by mass, and in Examples 8, 9, and 10, modified polydimethylsiloxane was used as a compatibilizing agent. Although the amount of Si scattering in the flameproofing process was larger than that in each of the other examples, it was not a problem in terms of industrial continuous operation.

一方、ペンタエリスリトールテトラステアレート(A−3)のみを芳香族エステル成分として用いた比較例1の場合、油剤付着量が適性であったにも拘わらず、操業性がやや悪く、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の24時間の連続生産において数回、搬送ロールに単糸が巻き付く状況であった。さらに耐炎化集束性も悪く、得られた炭素繊維束には融着が多数確認され、ストランド強度は各実施例と比較して低いものであった。
ペンタエリスリトールテトラステアレート(A−3)のみを芳香族エステル成分として用い、アミノ変性シリコーンを含有せず、PO/EOブロック共重合型ポリエーテルを含有しない比較例2においては、アミノ変性シリコーンを含有しないため、耐炎化工程のSi飛散量は実質的に無いが、その他の評価項目はいずれも各実施例と比較して著しく劣っていた。
On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which only pentaerythritol tetrastearate (A-3) was used as the aromatic ester component, the operability was slightly poor despite the fact that the oil agent adhesion amount was appropriate, and the carbon fiber precursor. In continuous production of acrylic fiber bundles for 24 hours, the single yarn was wound around the transport roll several times. Furthermore, the flame resistance and sizing properties were also poor, and the obtained carbon fiber bundle was confirmed to have many fusions, and the strand strength was lower than in each example.
In Comparative Example 2 where only pentaerythritol tetrastearate (A-3) is used as an aromatic ester component, no amino-modified silicone is contained, and no PO / EO block copolymer polyether is contained, an amino-modified silicone is contained. Therefore, the amount of Si scattering in the flameproofing process was substantially absent, but all other evaluation items were significantly inferior to those of the examples.

ポリオキシエチレンビスフェノールAジラウレート(A−1)とペンタエリスリトールテトラステアレート(A−3)を芳香族エステル成分として用いた比較例3では、操業性、耐炎化集束性、Si飛散量においては各実施例と同等であったが、炭素繊維束は融着数が多いうえに、ストランド強度が満足できるレベルでは無かった。   In Comparative Example 3 in which polyoxyethylene bisphenol A dilaurate (A-1) and pentaerythritol tetrastearate (A-3) were used as aromatic ester components, each of the operations was performed in terms of operability, flameproofing convergence, and Si scattering amount. Although it was the same as the example, the carbon fiber bundle had a large number of fusions, and the strand strength was not at a satisfactory level.

ポリオキシエチレンビスフェノールAジラウレート(A−1)のみを芳香族エステル成分として用い、アミノ変性シリコーンとして粘度が10000mm/s、アミノ当量が7000g/molである1級及び1、2級アミンを側鎖に持つアミノ変性シリコーン(B−4)を用いた比較例4の場合、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の24時間の連続操業において多数回、搬送ロールに単糸が巻き付く現象が見られ、操業性は著しく悪かった。また、得られた炭素繊維束は融着数が多く、ストランド強度も満足できるレベルのものではなかった。 Using only polyoxyethylene bisphenol A dilaurate (A-1) as an aromatic ester component, amino-modified silicone has a viscosity of 10000 mm 2 / s and an amino equivalent of 7000 g / mol. In the case of Comparative Example 4 using the amino-modified silicone (B-4), the phenomenon that the single yarn is wound around the transport roll many times in the continuous operation of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle for 24 hours is observed. Sex was remarkably bad. Further, the obtained carbon fiber bundle had a large number of fusions, and the strand strength was not satisfactory.

トリイソデシルトリメリテート(A−2)とペンタエリスリトールテトラステアレート(A−3)を芳香族エステル成分として用いた比較例5では、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の24時間の連続操業において数回、搬送ロールに単糸が巻き付く現象が見られ、各実施例と比較すると操業性に劣っていた。また、得られた炭素繊維束の融着数も多かった。   In Comparative Example 5 in which triisodecyl trimellitate (A-2) and pentaerythritol tetrastearate (A-3) were used as aromatic ester components, the number of carbon fiber precursor acrylic fiber bundles was 24 hours in continuous operation. The phenomenon that the single yarn was wound around the transport roll was observed, and the operability was inferior compared with each example. Moreover, the number of fusions of the obtained carbon fiber bundle was large.

トリイソデシルトリメリテート(A−2)のみを芳香族エステル成分に用い、アミノ変性シリコーンとして粘度が10000mm/s、アミノ当量が7000g/molである1級及び1、2級アミンを側鎖に持つアミノ変性シリコーン(B−4)を用いた比較例6においても、操業性に劣り、得られた炭素繊維束には融着が確認された。 Using only triisodecyl trimellitate (A-2) as an aromatic ester component, amino-modified silicone has a viscosity of 10000 mm 2 / s and an amino equivalent of 7000 g / mol of primary and secondary amines in the side chain. Also in Comparative Example 6 using the amino-modified silicone (B-4) possessed in the above, the operability was inferior, and fusion was confirmed in the obtained carbon fiber bundle.

芳香族エステル成分を含有せず、アミノ変性シリコーンを90質量%含有する比較例7では、操業性、耐炎化集束性、融着数、ストランド強度は各実施例と比較して同等であったが、Si飛散量が極めて多く、工業的に連続して焼成を行うには障害となった。   In Comparative Example 7, which does not contain an aromatic ester component and contains 90% by mass of amino-modified silicone, the operability, flameproofing convergence, number of fusions, and strand strength were the same as in each Example. The amount of scattered Si was extremely large, which was an obstacle to industrial continuous baking.

本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、焼成工程での単繊維間の融着を効果的に抑制できる。さらに、シリコーンを主成分とする油剤組成物を使用する場合に発生する操業性低下を抑制でき、かつ、集束性が良好な炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得ることができる。該炭素繊維前駆体アクリル繊維束からは、機械的物性に優れた炭素繊維束を生産性よく製造できる。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束から得られた炭素繊維束は、プリプレグ化したのち複合材料に成形することもできる。また、炭素繊維束を用いた複合材料は、ゴルフシャフトや釣り竿などのスポーツ用途、さらには構造材料として自動車や航空宇宙用途、また各種ガス貯蔵タンク用途などに好適に用いることができ、有用である。
The oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers of the present invention can effectively suppress fusion between single fibers in the firing step. Furthermore, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle which can suppress the operativity fall which generate | occur | produces when using the oil agent composition which has silicone as a main component, and has favorable convergence can be obtained. From the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, a carbon fiber bundle excellent in mechanical properties can be produced with high productivity.
The carbon fiber bundle obtained from the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention can be formed into a composite material after prepreg. In addition, the composite material using the carbon fiber bundle can be suitably used for sports applications such as golf shafts and fishing rods, and as a structural material for automobiles, aerospace applications, and various gas storage tank applications. .

Claims (8)

水蒸気存在下での熱質量分析において、300℃における残質量率(r)が90〜100質量%であり、窒素ガス雰囲気での熱質量分析において、500℃における残質量率(r)が10質量%以下である芳香族エステル化合物(I)と、前記残質量率(r)が70〜80質量%であり、前記残質量率(r)が3質量%以下である芳香族エステル化合物(II)とを含有して成る炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。 In the thermal mass analysis in the presence of water vapor, the residual mass ratio (r 1 ) at 300 ° C. is 90 to 100% by mass, and in the thermal mass analysis in a nitrogen gas atmosphere, the residual mass ratio (r 2 ) at 500 ° C. is The aromatic ester compound (I) that is 10% by mass or less, the aromatic mass ester that the residual mass ratio (r 1 ) is 70 to 80% by mass, and the residual mass ratio (r 2 ) is 3% by mass or less. A carbon fiber precursor acrylic agent oil composition comprising a compound (II). アミノ変性シリコーンを含有する請求項1に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。   The oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers according to claim 1, comprising an amino-modified silicone. 前記芳香族エステル化合物(I)がビスフェノールA骨格を有する芳香族エステル化合物であり、前記芳香族エステル化合物(II)が単環の芳香族エステル化合物である請求項1または2に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。   The carbon fiber precursor according to claim 1 or 2, wherein the aromatic ester compound (I) is an aromatic ester compound having a bisphenol A skeleton, and the aromatic ester compound (II) is a monocyclic aromatic ester compound. Oil composition for body acrylic fiber. 下記式(1)で示される構造の芳香族エステル化合物を10〜40質量%、下記式(2)で示される構造の芳香族エステル化合物を10〜40質量%、下記式(3)で示される構造のアミノ変性シリコーンを1〜10質量%含有して成る炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。
Figure 2011042916
(式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立して炭素数7〜21の炭化水素基、“m”および“n”はそれぞれ独立して1〜5である。)
Figure 2011042916
(式(2)において、R〜Rはそれぞれ独立して炭素数8〜14の炭化水素基である。)
Figure 2011042916
(式(3)において、“o”は5〜300、“p”は1〜5である。)
10 to 40% by mass of an aromatic ester compound having a structure represented by the following formula (1), 10 to 40% by mass of an aromatic ester compound having a structure represented by the following formula (2), and represented by the following formula (3) An oil agent composition for an acrylic fiber for a carbon fiber precursor comprising 1 to 10% by mass of an amino-modified silicone having a structure.
Figure 2011042916
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrocarbon group having 7 to 21 carbon atoms, and “m” and “n” are each independently 1 to 5).
Figure 2011042916
(In formula (2), R 3 to R 5 are each independently a hydrocarbon group having 8 to 14 carbon atoms.)
Figure 2011042916
(In Formula (3), “o” is 5-300, and “p” is 1-5.)
ポリジメチルシロキサン構造を有する相溶化剤を1〜10質量%含有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。   The oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers according to any one of claims 1 to 4, comprising 1 to 10% by mass of a compatibilizing agent having a polydimethylsiloxane structure. 下記式(4)で示される構造のプロピレンオキサイドユニットと、エチレンオキサイドユニットからなるブロック共重合型ポリエーテルを10〜30質量%含有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。
Figure 2011042916
(式(4)において“x”、“y”、“z”はそれぞれ独立して1〜200である。)
Carbon fiber precursor as described in any one of Claims 1-5 which contains the block copolymer type polyether which consists of a propylene oxide unit of the structure shown by following formula (4), and an ethylene oxide unit 10-30 mass%. Oil composition for body acrylic fiber.
Figure 2011042916
(In Formula (4), “x”, “y”, and “z” are each independently 1 to 200.)
請求項1〜6のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物が、乾燥繊維質量に対して0.1〜2.0質量%付着した炭素繊維前駆体アクリル繊維束。   The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle to which the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers as described in any one of Claims 1-6 adhered 0.1-2.0 mass% with respect to the dry fiber mass. 請求項7に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法であって、
前記炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を水中に分散させて、平均粒子径0.01〜0.50μmのミセルを形成させた水系乳化溶液を水膨潤状態の前駆体繊維束に付与する工程と、水系乳化溶液が付与された前駆体繊維束を乾燥緻密化する工程とを有する、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
A method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle according to claim 7,
The step of applying an aqueous emulsified solution in which the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fiber is dispersed in water to form micelles having an average particle diameter of 0.01 to 0.50 μm to the precursor fiber bundle in a water-swollen state. And a step of drying and densifying the precursor fiber bundle to which the aqueous emulsified solution is applied, and a method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle.
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