JP2013044057A - Acrylonitrile-based polymer solution, method for producing the same and method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber - Google Patents

Acrylonitrile-based polymer solution, method for producing the same and method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acrylonitrile-based polymer solution from which a carbon fiber having high strength is obtained; a method for producing the same; and a method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber using the polymer solution.SOLUTION: The acrylonitrile-based polymer solution is a solution in which an acrylonitrile-based polymer that comprises 95.0 mass% or more but 99.0 mass% or less of acrylonitrile monomer units and 1.0 mass% or more but 5.0 mass% or less of vinyl monomer units including carboxylic acid capable of copolymerization with the acrylonitrile monomer units are dissolved in a solvent. A concentration of the acrylonitrile-based polymer in the polymer solution is 18 mass% or more but 26 mass% or less, and the absorbance thereof calculated by a method defined in a description is 40 or more but 50 or less. The method for producing the acrylonitrile-based polymer solution and the method for producing the carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber are also disclosed.

Description

本発明は、炭素繊維前駆体繊維の原料となるアクリロニトリル系重合体溶液及びその製造方法、並びに炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to an acrylonitrile-based polymer solution that is a raw material for carbon fiber precursor fibers, a method for producing the same, and a method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile-based fibers.

炭素繊維は、他の繊維に比べて高い比強度及び比弾性率を有することが知られている。このため、炭素繊維は、複合材料用補強繊維として、従来からのスポーツ用途及び航空・宇宙用途に加え、自動車や土木、建築、圧力容器、風車ブレード等の一般産業用途にも幅広く展開されつつある。   It is known that carbon fibers have a high specific strength and specific elastic modulus compared to other fibers. For this reason, carbon fiber is being widely deployed as a reinforcing fiber for composite materials in general industrial applications such as automobiles, civil engineering, architecture, pressure vessels, windmill blades, in addition to conventional sports and aerospace applications. .

炭素繊維の中ではアクリロニトリル系炭素繊維が最も広く利用されており、アクリロニトリル系炭素繊維は以下の工程を有する製造方法により得ることができる。
アクリロニトリル系重合体を溶剤に溶解して、アクリロニトリル系重合体溶液(紡糸原液)を調製する工程。この紡糸原液を湿式紡糸または乾湿式紡糸して炭素繊維前駆体繊維を得る工程。この前駆体繊維を200〜300℃の酸化性雰囲気中にて加熱処理(耐炎化処理)して耐炎化繊維とする耐炎化工程。300〜2500℃の不活性雰囲気にて前記耐炎化繊維を加熱処理(炭素化処理)する工程。
しかし、このようにして得られた炭素繊維は、物性や品質には優れるものの、製造費用が高額になることが多いため、特に低コスト化が求められる産業用途分野においては、多用化は十分に実現されていない。また、航空・宇宙用途では炭素繊維の更なる高強度化が求められている。
Among carbon fibers, acrylonitrile-based carbon fibers are most widely used, and acrylonitrile-based carbon fibers can be obtained by a production method having the following steps.
A step of preparing an acrylonitrile polymer solution (spinning stock solution) by dissolving an acrylonitrile polymer in a solvent. A step of obtaining a carbon fiber precursor fiber by wet spinning or dry wet spinning of the spinning dope. A flameproofing step in which the precursor fiber is heat-treated (flameproofing) in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. to form a flameproof fiber. A step of heat-treating (carbonizing) the flame-resistant fiber in an inert atmosphere at 300 to 2500 ° C.
However, although the carbon fiber obtained in this way is excellent in physical properties and quality, it is often expensive to manufacture, and therefore, in industrial applications where cost reduction is required, it is sufficient to make it more versatile. Not realized. Further, for aerospace applications, there is a demand for further strengthening of carbon fibers.

高強度の炭素繊維を製造する方法として炭素繊維に存在する傷や欠陥の削減がある。特に炭素繊維中の異物や内部に存在する500nm以下のサイズのボイドと呼ばれる空孔は炭素繊維の強度を低下させる要因になる。これらの原因のひとつに紡糸原液中に含まれる数十nm以上のサイズを持つ原液熱劣化物(以下、ゲル状物と称する)などが挙げられ、特に数百nm以上のサイズを持つゲル状物は炭素繊維の強度を大きく低下させることがある。このゲル状物はポリマー分子鎖内、分子鎖間での架橋反応、および環化反応が進行することによって発生する。したがって紡糸原液中に含まれるゲル状物などの異物を前駆体繊維内に混入させないことが高強度の炭素繊維を製造するために重要である。また、紡糸原液中に含まれるゲル状物を削減することは前駆体繊維及び炭素繊維の製造工程安定化、生産性向上にも寄与する。   As a method for producing a high-strength carbon fiber, there is a reduction in scratches and defects existing in the carbon fiber. In particular, foreign matter in the carbon fiber and voids called voids having a size of 500 nm or less present inside the carbon fiber are factors that reduce the strength of the carbon fiber. One of these causes is a stock solution thermally deteriorated material having a size of several tens of nm or more (hereinafter referred to as a gel-like material) contained in the spinning dope, especially a gel-like material having a size of several hundred nm or more. May greatly reduce the strength of the carbon fiber. This gel-like product is generated by the progress of a crosslinking reaction and a cyclization reaction within the polymer molecular chain and between the molecular chains. Therefore, it is important for producing high-strength carbon fibers that foreign substances such as gels contained in the spinning dope are not mixed into the precursor fibers. Moreover, reducing the gel-like substance contained in the spinning dope contributes to stabilization of the production process of the precursor fiber and the carbon fiber and improvement of productivity.

紡糸原液に含まれるゲル状物を除去する方法のひとつとして、特許文献1には、波長450nmの光透過率が60%以上、550nmの光透過率が90%以上となる紡糸原液のみを選別、次工程へと投入することでゲルが多く含まれた紡糸原液を工程から除く方法が記載されている。   As one of the methods for removing the gel-like material contained in the spinning dope, Patent Document 1 selects only the spinning dope having a light transmittance of wavelength 450 nm of 60% or more and a light transmittance of 550 nm of 90% or more, A method is described in which a spinning stock solution containing a large amount of gel is removed from the process by introducing it into the next process.

また、特許文献2には紡糸原液中に含まれるゲル状物などの異物をフィルター装置により除く方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a method of removing foreign matters such as gels contained in a spinning dope using a filter device.

また、特許文献3には回転体を伴った溶解装置を用いることで攪拌によるせん断力とそれに伴う発熱により、アクリロニトリル系重合体を溶媒に均一に分散させつつ外部からの加熱をほとんど必要としない溶解を行うことで、ゲル状物の発生を抑制しつつ未溶解紡糸原液の製造方法が記載されている。   Further, in Patent Document 3, by using a dissolution apparatus with a rotating body, the acrylonitrile-based polymer is uniformly dispersed in a solvent by a shearing force by stirring and accompanying heat generation, so that almost no external heating is required. The method for producing an undissolved spinning dope while suppressing the generation of gel-like materials is described.

特開2006−348422号公報JP 2006-348422 A 特開2009−235662号公報JP 2009-235662 A 特開2002−45671号公報JP 2002-45671 A

しかし、特許文献1ではポリマー分子鎖内、分子鎖間での架橋反応、および環化反応が大きく進行していないナノサイズのゲル状物と相関がある350nm付近での光吸光度(もしくは透過率)については言及されておらず、さらに紡糸原液作製時にゲル状物などの異物を削減させる方法についても言及されていない。   However, in Patent Document 1, the light absorbance (or transmittance) at around 350 nm correlates with a nano-sized gel-like material in which the cross-linking reaction and the cyclization reaction between the polymer molecular chains and the molecular chains are not progressing greatly. Is not mentioned, and furthermore, there is no mention of a method for reducing foreign matters such as gels during the preparation of the spinning dope.

また、特許文献2では炭素繊維の更なる高強度化の障害となる数百nm以下のゲル状物を除くことについては言及されていない。   Further, Patent Document 2 does not mention removal of a gel-like material having a thickness of several hundred nm or less, which is an obstacle to further increasing the strength of carbon fibers.

また、特許文献3の方法では攪拌軸および攪拌翼周辺といった箇所では溶液が高熱化することがあり、ゲル状物が発生しやすい状態となる場合があるため、長期的な運転を考えるとゲル状物の削減がかえって困難になる場合がある。   Further, in the method of Patent Document 3, the solution may be heated at places such as around the agitation shaft and the agitation blade, and a gel-like substance may be easily generated. It may be difficult to reduce things.

したがって、従来の技術で数百nmの小さなゲル状物を紡糸原液中から大きく削減することは困難な場合があり、高強度の炭素繊維を得られない場合がある。   Therefore, it may be difficult to greatly reduce a small gel-like material having a size of several hundreds of nanometers from the spinning dope by the conventional technique, and a high-strength carbon fiber may not be obtained.

このため、本発明は高強度の炭素繊維を得ることができるアクリロニトリル系重合体溶液及びその製造方法、並びにこの重合体溶液を用いた炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide an acrylonitrile-based polymer solution capable of obtaining high-strength carbon fibers, a method for producing the acrylonitrile-based polymer solution, and a method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber using the polymer solution. It is said.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、
アクリロニトリル単量体単位を含むアクリロニトリル系重合体が分散媒に分散したアクリロニトリル系重合体分散液を加熱してアクリロニトリル系重合体溶液を製造する方法であって、以下の条件を満足する製造方法である。
1.加熱前の分散液の温度が−20℃以上40℃以下である、
2.加熱を開始してから1分後の分散液温度Y(℃)が60℃以上125℃以下である、
3.加熱を開始してから5分以上12分以下の間に該分散液が溶解したアクリロニトリル系重合体溶液を得て、その際、得られた該重合体溶液の温度Z(℃)が式1を満たす、
4.アクリロニトリル系重合体溶液を得た時点から3分以内にアクリロニトリル系重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に温度制御する、
(式1)
−0.006×Y2+0.47×Y+112(℃)≦Z(℃)≦−0.30×Y+145(℃)。
The method for producing the acrylonitrile-based polymer solution of the present invention includes:
A method for producing an acrylonitrile polymer solution by heating an acrylonitrile polymer dispersion in which an acrylonitrile polymer containing an acrylonitrile monomer unit is dispersed in a dispersion medium, the production method satisfying the following conditions: .
1. The temperature of the dispersion before heating is -20 ° C or higher and 40 ° C or lower,
2. The dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating is 60 ° C. or more and 125 ° C. or less.
3. An acrylonitrile-based polymer solution in which the dispersion is dissolved is obtained within 5 minutes to 12 minutes after the start of heating. At this time, the temperature Z (° C.) of the obtained polymer solution is expressed by Formula 1. Fulfill,
4). The temperature of the acrylonitrile polymer solution is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the time of obtaining the acrylonitrile polymer solution,
(Formula 1)
−0.006 × Y 2 + 0.47 × Y + 112 (° C.) ≦ Z (° C.) ≦ −0.30 × Y + 145 (° C.).

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記アクリロニトリル系重合体分散液の加熱開始1分後からアクリロニトリル系重合体溶液を得るまでの間の該分散液の温度を60℃以上130℃以下とすることが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the temperature of the dispersion from 1 minute after the start of heating of the acrylonitrile-based polymer dispersion until the acrylonitrile-based polymer solution is obtained is 60 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. It is preferable that

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記アクリロニトリル系重合体が、前記アクリロニトリル単量体単位95.0質量%以上99.0質量%以下と、該アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸を含むビニル系単量体単位1.0質量%以上5.0質量%以下とで構成されていることが好ましい。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention is such that the acrylonitrile-based polymer is 95.0% by mass to 99.0% by mass of the acrylonitrile monomer unit and can be copolymerized with the acrylonitrile monomer. It is preferably composed of 1.0% by mass to 5.0% by mass of a vinyl monomer unit containing a carboxylic acid.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記分散媒がジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドまたはジメチルスルホキシドであることが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the dispersion medium is preferably dimethylformamide, dimethylacetamide, or dimethylsulfoxide.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記アクリロニトリル系重合体分散液中のアクリロニトリル系重合体の含有率が18質量%以上26質量%以下であることが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the content of the acrylonitrile-based polymer in the acrylonitrile-based polymer dispersion is preferably 18% by mass or more and 26% by mass or less.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記アクリロニトリル系重合体分散液を加熱する手段が、シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器であることが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the means for heating the acrylonitrile-based polymer dispersion is preferably a shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器のチューブ側にアクリロニトリル系重合体分散液を通液させ、シェル側に加熱媒体を通液させることが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile polymer solution of the present invention, an acrylonitrile polymer dispersion liquid is passed through the tube side of the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger, and a heating medium is passed through the shell side. It is preferable to make it liquid.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のチューブ断面に対する内接円の半径A(mm)が以下の式2を満たすことが好ましい。
(式2)
4.0(mm)≦A(mm)≦10.0(mm)。
In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the radius A (mm) of an inscribed circle with respect to a tube cross section in a shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger satisfies the following formula 2. preferable.
(Formula 2)
4.0 (mm) ≦ A (mm) ≦ 10.0 (mm).

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のアクリロニトリル系重合体分散液の平均流速C(m/min)が以下の式3を満たすことが好ましい。
(式3)
0.0010/B(m/min)≦C(m/min)≦0.0500/B(m/min)
(ただし、Bは前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のチューブ断面の内周長(m)を表す)。
The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention is such that the average flow rate C (m / min) of the acrylonitrile-based polymer dispersion in the shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchanger is the following formula 3 It is preferable to satisfy.
(Formula 3)
0.0010 / B (m / min) ≦ C (m / min) ≦ 0.0500 / B (m / min)
(However, B represents the inner peripheral length (m) of the tube cross section in the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger).

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器を複数直列に接続させて使用することが好ましい。   In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, it is preferable to use a plurality of the shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchangers connected in series.

本発明の炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法は、前記の製造方法により得られたアクリロニトリル系重合体溶液を乾湿式紡糸法または湿式紡糸法により紡糸して、炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維を得ることを特徴とする。   The method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber of the present invention comprises spinning the acrylonitrile polymer solution obtained by the above production method by a dry-wet spinning method or a wet spinning method to obtain a carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber. It is characterized by obtaining.

本発明の炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法は、前記乾湿式紡糸法または湿式紡糸法において、前記の製造方法により得られたアクリロニトリル系重合体溶液をノズルから吐出する際に、該重合体溶液を得た時点から3分以内に30℃以上90℃以下に温度制御してから、該ノズルから吐出するまで、該重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に保ち続けることが好ましい。   The method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber of the present invention is the above-described dry-wet spinning method or wet spinning method, wherein the polymer is obtained when the acrylonitrile-based polymer solution obtained by the production method is discharged from a nozzle. It is preferable to keep the temperature of the polymer solution at 30 ° C. or more and 90 ° C. or less until the temperature is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the time when the solution is obtained and then discharged from the nozzle.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液は、アクリロニトリル単量体単位95.0質量%以上99.0質量%以下と、該アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸を含むビニル系単量体単位1.0質量%以上5.0質量%以下とで構成されるアクリロニトリル系重合体が溶媒に溶解した重合体溶液であって、
該アクリロニトリル系重合体の濃度が18質量%以上26質量%以下であり、かつ以下の方法により算出された吸光度が40以上50以下であることを特徴とする。
吸光度の算出方法
前記アクリロニトリル系重合体溶液を前記溶媒で質量換算で20倍に希釈し、厚さ1cmのセルに入れ、波長350nmにおける吸光度A350を測定し、以下の式4を用いて吸光度を算出する。
(式4)
吸光度 = 吸光度A350/(希釈前のアクリロニトリル系重合体溶液1g中のアクリロニトリル系重合体質量(g)×アクリロニトリル系重合体1モル中のカルボン酸モル量(mol))。
The acrylonitrile-based polymer solution of the present invention comprises a vinyl-based monomer unit 1 containing 95.0% by mass or less and 99.0% by mass or less of an acrylonitrile monomer unit and a carboxylic acid copolymerizable with the acrylonitrile monomer. A polymer solution in which an acrylonitrile-based polymer composed of 0.0 mass% to 5.0 mass% is dissolved in a solvent,
The concentration of the acrylonitrile-based polymer is 18% by mass or more and 26% by mass or less, and the absorbance calculated by the following method is 40 or more and 50 or less.
Method for calculating absorbance The acrylonitrile-based polymer solution is diluted 20-fold by mass with the solvent, placed in a cell having a thickness of 1 cm, the absorbance A 350 at a wavelength of 350 nm is measured, and the absorbance is calculated using Equation 4 below. calculate.
(Formula 4)
Absorbance = absorbance A 350 / (mass of acrylonitrile polymer in 1 g of acrylonitrile polymer solution before dilution (g) × mol amount of carboxylic acid (mol) in 1 mol of acrylonitrile polymer).

また、本発明のアクリロニトリル系重合体溶液は、前記溶媒がジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドまたはジメチルスルホキシドであることが好ましい。   In the acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, the solvent is preferably dimethylformamide, dimethylacetamide, or dimethylsulfoxide.

本発明により、高強度の炭素繊維を得ることができるアクリロニトリル系重合体溶液及びその製造方法、並びにこの重合体溶液を用いた炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an acrylonitrile-based polymer solution capable of obtaining a high-strength carbon fiber, a method for producing the same, and a method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber using the polymer solution.

これまでアクリロニトリル系重合体溶液(紡糸原液)中の約1μm以上のゲル状物を取り除く方法は議論されてきたが、更なる炭素繊維の高強度化の障害となりうる数百nmのゲル状物を大きく削減する方法についてはあまり議論されてこなかった。   So far, a method for removing gels of about 1 μm or more in an acrylonitrile polymer solution (spinning stock solution) has been discussed, but gels of several hundreds of nanometers, which can hinder further strengthening of carbon fibers, have been discussed. There has been little discussion on how to reduce it significantly.

そこで本発明者らは炭素繊維の更なる高強度化を目指す上での障害となりうる紡糸原液中に含まれる数百nmのゲル状物を削減する方法について鋭意検討した結果、上記目的を達成するための新規でかつ有用な本発明の製造方法を発見するに至った。   Therefore, the present inventors have intensively studied a method for reducing a gel-like material having a size of several hundreds of nanometers contained in a spinning dope which can be an obstacle to aiming for further strengthening of carbon fiber, and as a result, achieve the above object. Therefore, the present inventors have found a novel and useful production method of the present invention.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、アクリロニトリル系重合体を溶媒に効率的に溶解させつつ、溶解時に発生するゲル状物の量を大きく低減させることができるため、紡糸原液中に含まれる数百nm以上のゲル状物を削減することができる。このため、この製造方法により得られた重合体溶液を用いて高強度の炭素繊維を得ることができる。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention is capable of greatly reducing the amount of gel-like material generated during dissolution while efficiently dissolving the acrylonitrile-based polymer in a solvent. It is possible to reduce the gel-like material of several hundred nm or more. For this reason, a high-strength carbon fiber can be obtained using the polymer solution obtained by this manufacturing method.

また、本発明者らは、式4により算出したアクリロニトリル系重合体溶液の吸光度を特定の範囲内とすることで、未溶解物や100nm以上のサイズを持つゲル状物をもっとも少なくできることを発見し、結果高強度の炭素繊維が容易に得られることを見出した。   In addition, the present inventors have found that by setting the absorbance of the acrylonitrile-based polymer solution calculated by Equation 4 within a specific range, it is possible to minimize the number of undissolved substances and gel-like substances having a size of 100 nm or more. As a result, it was found that high-strength carbon fibers can be easily obtained.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液は、従来のものと比べて100nm以上のゲル状物の量が非常に少ないため、この重合体溶液を用いて高強度の炭素繊維を容易に製造することができる。   The acrylonitrile-based polymer solution of the present invention has a very small amount of gel-like material having a thickness of 100 nm or more as compared with the conventional one. Therefore, high-strength carbon fibers can be easily produced using this polymer solution. .

<アクリロニトリル系重合体溶液の製造方法>
以下に本発明のアクリロニトリル系重合体溶液及びその製造方法について説明する。
本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法は、アクリロニトリル系重合体分散液(単に分散液と称することもある)を加熱してアクリロニトリル系重合体溶液(単に重合体溶液または紡糸原液と称することもある)を製造する方法である。分散液は、アクリロニトリル単量体単位を含むアクリロニトリル系重合体を分散媒に分散させたものである。得られた重合体溶液では、アクリロニトリル系重合体が溶媒(上記分散媒と同じもの)中に溶解している。
<Method for producing acrylonitrile-based polymer solution>
The acrylonitrile polymer solution of the present invention and the production method thereof will be described below.
In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, an acrylonitrile-based polymer dispersion (sometimes simply referred to as a dispersion) is heated to obtain an acrylonitrile-based polymer solution (also simply referred to as a polymer solution or a spinning stock solution). Is). The dispersion is obtained by dispersing an acrylonitrile-based polymer containing an acrylonitrile monomer unit in a dispersion medium. In the obtained polymer solution, the acrylonitrile-based polymer is dissolved in the solvent (the same as the dispersion medium).

なお、分散時の分散媒(溶解時の溶媒)には、凝固速度が早く、生産性を向上させやすい、ジメチルアセトアミドや、ジメチルホルムアミドや、ジメチルスルホキシドを用いることが好ましい。   In addition, it is preferable to use dimethylacetamide, dimethylformamide, or dimethyl sulfoxide as a dispersion medium at the time of dispersion (solvent at the time of dissolution), which has a high coagulation rate and easily improves productivity.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法では、加熱前、より具体的には加熱直前の温度が−20℃以上40℃以下であるアクリロニトリル系重合体分散液を加熱する。このため、分散液に対して、熱交換器等を用いて加熱操作を行うまでの温度は−20℃以上40℃以下に保つようにする。その際、加熱を開始してから1分後の分散液温度Y(℃)が60℃以上125℃以下になるように加熱する。また、加熱開始より5分以上12分以下の間に分散液が溶解した(上記重合体が分散媒に用いた溶液に溶解した)アクリロニトリル系重合体溶液を得て、その際、得られた重合体溶液の温度Z(℃)が式1を満たすようにする。
(式1)
−0.006×Y2+0.47×Y+112(℃)≦Z(℃)≦−0.30×Y+145(℃)。
In the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, an acrylonitrile-based polymer dispersion having a temperature of −20 ° C. or more and 40 ° C. or less before heating, more specifically, immediately before heating is heated. For this reason, the temperature until the heating operation is performed on the dispersion using a heat exchanger or the like is maintained at −20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. In that case, it heats so that the dispersion liquid temperature Y (degreeC) 1 minute after starting a heating may be 60 degreeC or more and 125 degrees C or less. In addition, an acrylonitrile-based polymer solution in which the dispersion was dissolved within 5 minutes to 12 minutes from the start of heating (the above polymer was dissolved in the solution used as the dispersion medium) was obtained, and the obtained heavy weight was obtained. The temperature Z (° C.) of the combined solution is set so as to satisfy the formula 1.
(Formula 1)
−0.006 × Y 2 + 0.47 × Y + 112 (° C.) ≦ Z (° C.) ≦ −0.30 × Y + 145 (° C.).

さらに、アクリロニトリル系重合体溶液を得た時点から3分以内にこの重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に温度制御する。また、50℃以上70℃以下に温度制御することが好ましい。   Further, the temperature of the polymer solution is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the time when the acrylonitrile polymer solution is obtained. Moreover, it is preferable to control the temperature to 50 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.

なお、これらの要件を満たすのであれば、分散液を溶解して重合体溶液を得る際に、分散液を常に加熱し続ける必要はなく、本発明では−20℃以上40℃以下の分散液に対して少なくとも1度加熱操作が行われれば良い。また、分散液から重合体溶液を得る際に、必要に応じて冷却操作を行うこともできる。   If these requirements are satisfied, it is not always necessary to continuously heat the dispersion when dissolving the dispersion to obtain a polymer solution. In the present invention, the dispersion is made at −20 ° C. or more and 40 ° C. or less. On the other hand, the heating operation may be performed at least once. Moreover, when obtaining a polymer solution from a dispersion liquid, cooling operation can also be performed as needed.

また、加熱開始1分後からアクリロニトリル系重合体溶液を得るまでの間の分散液の温度は、60℃以上130℃以下とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the temperature of the dispersion liquid from 1 minute after a heating start to obtaining an acrylonitrile-type polymer solution shall be 60 degreeC or more and 130 degrees C or less.

また、分散液の加熱手段として例えば、後述するシェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器を用いた場合、分散液温度を測定する地点での加熱開始からの時間は、加熱開始地点から分散液温度測定地点までの配管内部の容積を流量で割ることで求めることができる。なお、例えばこの熱交換器のチューブ側に分散液を通液させた場合、分散液の温度は、分散液の流路であるチューブ断面の中央部に挿入した熱電対を用いて測定することができる。熱交換器内にチューブが複数ある場合は、分散液の温度はそれら全てのチューブ内で測定された温度の平均値とすることができる。   In addition, for example, when using a shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchanger, which will be described later, as the dispersion heating means, the time from the start of heating at the point where the dispersion temperature is measured is the heating start point. To the dispersion temperature measurement point can be obtained by dividing the volume inside the pipe by the flow rate. For example, when the dispersion liquid is passed through the tube side of this heat exchanger, the temperature of the dispersion liquid can be measured using a thermocouple inserted in the center of the tube cross section that is the flow path of the dispersion liquid. it can. When there are a plurality of tubes in the heat exchanger, the temperature of the dispersion can be an average value of the temperatures measured in all of the tubes.

加熱前のアクリロニトリル系重合体分散液を−20℃以上とすることで分散液の粘度がわずかな溶解の進行によって適度に増加し、分散液中のアクリロニトリル系重合体の沈降による濃度斑を防ぐことができる。また、加熱前のアクリロニトリル系重合体分散液を40℃以下とすることで分散液の過剰な粘度上昇を抑えることができ、工程通過性が向上する。   By setting the acrylonitrile polymer dispersion before heating to −20 ° C. or higher, the viscosity of the dispersion increases moderately with the progress of slight dissolution, thereby preventing concentration spots due to sedimentation of the acrylonitrile polymer in the dispersion. Can do. Moreover, the excessive viscosity raise of a dispersion liquid can be suppressed by making the acrylonitrile-type polymer dispersion liquid before a heating into 40 degrees C or less, and process passability improves.

加熱開始から1分後の分散液温度を60℃以上とすることで、未溶解物の量を少なくすることができ、125℃以下とすることで、ゲル状物の発生を抑えることができる。また、5分以上12分以下の間にこの分散液が溶解した、温度Z(℃)が式1の範囲内のアクリロニトリル系重合体溶液を得る。得られた重合体溶液の温度が式1より算出される下限温度以上であることで、未溶解物の量を少なくすることができ、上限温度以下であることで、ゲル状物の発生を抑えることができる。   By setting the dispersion temperature 1 minute after the start of heating to 60 ° C. or higher, the amount of undissolved material can be reduced, and by setting it to 125 ° C. or lower, the generation of gel-like materials can be suppressed. Further, an acrylonitrile-based polymer solution having a temperature Z (° C.) within the range of Formula 1 in which the dispersion is dissolved within 5 minutes to 12 minutes is obtained. When the temperature of the obtained polymer solution is equal to or higher than the lower limit temperature calculated from Equation 1, the amount of undissolved material can be reduced, and when the temperature is equal to or lower than the upper limit temperature, the generation of gel-like material is suppressed. be able to.

アクリロニトリル系重合体が分散媒として用いた溶媒に溶解したことは、目視によって確認することができる。なお、本発明の製造方法の条件を満たす方法によって重合体溶液を製造した場合は、吸光度によりその溶液を確認することもでき、その場合、以下の方法により算出された吸光度が35以上50以下となる。
吸光度の算出方法
前記アクリロニトリル系重合体溶液を前記分散媒として用いた溶媒で質量換算で20倍に希釈し、厚さ1cmのセルに入れ、波長350nmにおける吸光度A350を測定し、以下の式4を用いて吸光度を算出する。
(式4)
吸光度 = 吸光度A350/(希釈前のアクリロニトリル系重合体溶液1g中のアクリロニトリル系重合体質量(g)×アクリロニトリル系重合体1モル中のカルボン酸モル量(mol))。
It can be visually confirmed that the acrylonitrile-based polymer is dissolved in the solvent used as the dispersion medium. When the polymer solution is produced by a method that satisfies the conditions of the production method of the present invention, the solution can also be confirmed by absorbance. In that case, the absorbance calculated by the following method is 35 to 50. Become.
Absorbance Calculation Method The acrylonitrile-based polymer solution is diluted 20-fold in terms of mass with the solvent used as the dispersion medium, placed in a 1 cm-thick cell, and the absorbance A 350 at a wavelength of 350 nm is measured. The absorbance is calculated using.
(Formula 4)
Absorbance = absorbance A 350 / (mass of acrylonitrile polymer in 1 g of acrylonitrile polymer solution before dilution (g) × mol amount of carboxylic acid (mol) in 1 mol of acrylonitrile polymer).

また、加熱開始から1分未満の分散液温度は、加熱開始から1分後に60℃以上125℃以下になるようほぼ単調に昇温させることが好ましい。なお、加熱開始1分後からアクリロニトリル系重合体溶液を得るまでの間の分散液の温度は、残存未溶解物削減の観点から60℃以上とすることが好ましく、発生ゲル状物低減の観点から130℃以下とすることが好ましい。また、この1分後から重合体溶液を得るまでの分散液の温度は、分散液の流路であるチューブ断面の中央部に挿入した熱電対を用い、測定位置を変更しながら温度の測定値をモニタリングすることにより特定することができる。   Moreover, it is preferable to raise the temperature of the dispersion for less than 1 minute from the start of heating substantially monotonically so that it becomes 60 ° C. or more and 125 ° C. or less after 1 minute from the start of heating. In addition, it is preferable that the temperature of the dispersion liquid after obtaining the acrylonitrile-based polymer solution 1 minute after the start of heating is 60 ° C. or more from the viewpoint of reducing the remaining undissolved substance, and from the viewpoint of reducing the generated gel-like substance. It is preferable to set it at 130 degrees C or less. The temperature of the dispersion from 1 minute until the polymer solution is obtained is a measured value of temperature while changing the measurement position using a thermocouple inserted in the center of the cross section of the tube that is the flow path of the dispersion. Can be identified by monitoring.

なお、上記製造方法では、分散液を加熱開始から5分から12分の間に溶解させることができ、重合体溶液を得ることができる。分散液を加熱、溶解する時間を5分以上とすることで未溶解物を容易に低減させることができ、12分以下とすることで発生ゲル状物を容易に低減させることができる。   In the above production method, the dispersion can be dissolved within 5 to 12 minutes from the start of heating, and a polymer solution can be obtained. By setting the time for heating and dissolving the dispersion to 5 minutes or longer, undissolved material can be easily reduced, and by setting it to 12 minutes or shorter, generated gel-like material can be easily reduced.

また、重合体溶液を得た時点から3分以内に、重合体溶液の温度を30℃以上に温度制御することで、アクリロニトリル系重合体溶液の流動性を保つことができ、炭素繊維を製造する際に、重合体溶液を作製した後の工程における通過性が良好になる。また、重合体溶液を得た時点から3分以内に、重合体溶液の温度を90℃以下に温度制御することで、アクリロニトリル系重合体溶液中のポリマー鎖の分子内、分子間での架橋反応、および環化反応の進行を抑えることができ、ゲル状物の量の増加を防ぐことができる。   Further, by controlling the temperature of the polymer solution to 30 ° C. or more within 3 minutes from the time of obtaining the polymer solution, the fluidity of the acrylonitrile-based polymer solution can be maintained, and carbon fibers are produced. In this case, the permeability in the process after producing the polymer solution is improved. In addition, by controlling the temperature of the polymer solution to 90 ° C. or less within 3 minutes from the time of obtaining the polymer solution, the cross-linking reaction between the molecules of the polymer chain in the acrylonitrile-based polymer solution and between the molecules. , And the progress of the cyclization reaction can be suppressed, and an increase in the amount of gel can be prevented.

アクリロニトリル系重合体分散液を加熱する手段としては、炭素繊維の分野で公知の加熱手段を用いることができるが、製造効率の観点から熱交換器を用いることが好ましい。なお、伝熱効率やメンテナンス効率の観点から、熱交換器としてシェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器を用いることが好ましい。以下、このシェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器に着目して説明する。   As a means for heating the acrylonitrile-based polymer dispersion, a well-known heating means in the field of carbon fiber can be used, but a heat exchanger is preferably used from the viewpoint of production efficiency. From the viewpoint of heat transfer efficiency and maintenance efficiency, it is preferable to use a shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger as the heat exchanger. Hereinafter, description will be made focusing on the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger.

この熱交換器では、効率や滞留スペース低減の観点から、チューブ側に分散液を通液させ、シェル側に加熱媒体を通液させることが好ましい。なお、加熱媒体としては、例えば、加熱蒸気やオイルなど公知の加熱媒体を用いることができる。   In this heat exchanger, it is preferable that the dispersion liquid is passed through the tube side and the heating medium is passed through the shell side from the viewpoints of efficiency and reduction of residence space. In addition, as a heating medium, well-known heating media, such as heating steam and oil, can be used, for example.

また、この熱交換器内のチューブ断面の内周に接する内接円の半径A(mm)は以下の式2を満たすことが好ましい。なお、チューブ断面とは、チューブを軸に対して垂直方向に切断したときの断面のことであり、内接円とは、その断面の内周に対する内接円のことである。
(式2)
4.0(mm)≦A(mm)≦10.0(mm)
また半径Aは以下の式5を満たすことがより好ましい。
(式5)
6.0(mm)≦A(mm)≦8.0(mm)
内接円の半径Aが4.0mm以上の場合、チューブでの閉塞がほとんど発生せず、安定かつ連続的にアクリロニトリル系重合体溶液を容易に得ることが可能となる。また、半径Aが10.0mm以下の場合、チューブの管壁と中心部の温度差が大きくならず、均一な重合体溶液を容易に得ることが可能となる。
Moreover, it is preferable that the radius A (mm) of the inscribed circle in contact with the inner periphery of the tube cross section in the heat exchanger satisfies the following formula 2. The tube cross section is a cross section when the tube is cut in a direction perpendicular to the axis, and the inscribed circle is an inscribed circle with respect to the inner circumference of the cross section.
(Formula 2)
4.0 (mm) ≦ A (mm) ≦ 10.0 (mm)
The radius A more preferably satisfies the following formula 5.
(Formula 5)
6.0 (mm) ≦ A (mm) ≦ 8.0 (mm)
When the radius A of the inscribed circle is 4.0 mm or more, the tube is hardly clogged, and an acrylonitrile-based polymer solution can be easily obtained stably and continuously. Moreover, when the radius A is 10.0 mm or less, the temperature difference between the tube wall and the central portion of the tube does not increase, and a uniform polymer solution can be easily obtained.

また、シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のチューブの内周長B(m)と熱交換器内のアクリロニトリル系重合体分散液の平均流速C(m/min)が以下の式6(上述した式3を変形したもの)を満たすことが好ましい。なお、内周長とは、前述したチューブ断面の内周長である。
(式6)
0.0010(m2/min)≦B×C(m2/min)≦0.0500(m2/min)。
Further, the inner peripheral length B (m) of the tube in the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger and the average flow rate C (m / min) of the acrylonitrile polymer dispersion in the heat exchanger are as follows: It is preferable to satisfy Equation 6 (a variation of Equation 3 described above). The inner peripheral length is the inner peripheral length of the tube cross section described above.
(Formula 6)
0.0010 (m 2 / min) ≦ B × C (m 2 /min)≦0.0500 (m 2 / min).

またチューブの内周長B(m)と熱交換器内のアクリロニトリル系重合体分散液の平均流速C(m/min)が以下の式7を満たすことがより好ましい。
(式7)
0.015(m2/min)≦B×C(m2/min)≦0.040(m2/min)。
More preferably, the inner peripheral length B (m) of the tube and the average flow rate C (m / min) of the acrylonitrile-based polymer dispersion in the heat exchanger satisfy the following formula 7.
(Formula 7)
0.015 (m 2 / min) ≦ B × C (m 2 /min)≦0.040 (m 2 / min).

B×Cは単位時間あたりのこの熱交換器内のチューブ中を通過するアクリロニトリル系重合体分散液体積であり、この値が0.0010m2/min以上の場合、チューブ管壁のみでのアクリロニトリル系重合体分散液の温度上昇を抑えることが容易に可能となり、ゲル状物発生量を容易に抑えることができ、ゲル状物発生に伴うチューブの閉塞もほとんど発生しない。また、B×Cが0.0500m2/min以下であれば、チューブ中心部と管壁の流速差も大きくなることを容易に防ぐことができ、内部まで効率的に熱を伝えることが可能となり、溶解を効率的に行える。 B × C is the volume of the acrylonitrile polymer dispersion that passes through the tube in the heat exchanger per unit time. When this value is 0.0010 m 2 / min or more, the acrylonitrile system only on the tube wall It is possible to easily suppress the temperature rise of the polymer dispersion, it is possible to easily suppress the generation amount of the gel-like material, and the tube is hardly clogged due to the generation of the gel-like material. Moreover, if B × C is 0.0500 m 2 / min or less, it is possible to easily prevent the difference in flow rate between the tube center and the tube wall from increasing, and heat can be efficiently transferred to the inside. , Can be dissolved efficiently.

また、製造効率を更に上げるため、複数のシェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器を複数直列に接続させて使用することが好ましい。   In order to further increase the production efficiency, it is preferable to use a plurality of shell-and-tube type single pipe or multiple pipe heat exchangers connected in series.

本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法に用いられるアクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリル単量体単位を含めば、アクリロニトリルのみを重合して得られるホモポリマー(単独重合体)であっても良く、アクリロニトリルと他の単量体とを共重合して得られる共重合体であってもよい。   The acrylonitrile-based polymer used in the method for producing the acrylonitrile-based polymer solution of the present invention may be a homopolymer (homopolymer) obtained by polymerizing only acrylonitrile, including an acrylonitrile monomer unit, A copolymer obtained by copolymerizing acrylonitrile and another monomer may also be used.

なお、アクリロニトリル系重合体は、主成分としてアクリロニトリル単量体単位を含むことができる。アクリロニトリル系重合体中のアクリロニトリルの配合量は、得られる炭素繊維に求める品質等を勘案して決定できるが、95.0質量%以上99.0質量%以下であることが好ましい。アクリロニトリルの配合量が95.0質量%以上であれば、前駆体繊維を炭素繊維に転換するための焼成工程で、繊維同士の融着を招くことを容易に防ぐことができ、炭素繊維の優れた品質及び性能を容易に維持できる。加えて、アクリロニトリル系重合体の耐熱性が低下することを容易に防ぐことができ、前駆体繊維を紡糸する際の乾燥を容易に抑制することができる。さらに、加熱ローラーや加圧水蒸気による延伸等の処理において、単繊維間の接着を容易に回避できる。アクリロニトリルの配合量が99.0質量%以下であれば、溶剤への溶解性が低下することを容易に防ぐことができ、アクリロニトリル系重合体の析出および凝固を容易に防止し、紡糸原液の安定を容易に維持できるため、前駆体繊維を安定して容易に製造できる。   The acrylonitrile-based polymer can contain an acrylonitrile monomer unit as a main component. The blending amount of acrylonitrile in the acrylonitrile-based polymer can be determined in consideration of the quality required for the obtained carbon fiber, but is preferably 95.0% by mass or more and 99.0% by mass or less. If the blending amount of acrylonitrile is 95.0% by mass or more, it is possible to easily prevent fusion between fibers in the firing step for converting the precursor fiber into carbon fiber, and the excellent carbon fiber. Quality and performance can be easily maintained. In addition, it is possible to easily prevent the heat resistance of the acrylonitrile-based polymer from being lowered, and it is possible to easily suppress drying when the precursor fiber is spun. Furthermore, adhesion between single fibers can be easily avoided in processing such as stretching with a heating roller or pressurized steam. If the blending amount of acrylonitrile is 99.0% by mass or less, it is possible to easily prevent the solubility in the solvent from being lowered, to easily prevent the precipitation and coagulation of the acrylonitrile polymer, and to stabilize the spinning stock solution. Therefore, the precursor fiber can be manufactured stably and easily.

アクリロニトリル系重合体中のアクリロニトリル単量体単位の含有量は、1H−NMR法から得られるケミカルシフトの積分比により特定することができる。   The content of the acrylonitrile monomer unit in the acrylonitrile-based polymer can be specified by the integral ratio of the chemical shift obtained from the 1H-NMR method.

アクリロニトリル系重合体中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宜選択することができ、アクリロニトリル系重合体の親水性を向上させるビニル系単量体や、耐炎化促進効果を有するビニル系単量体を用いることが好ましい。   The monomer other than acrylonitrile in the acrylonitrile polymer can be appropriately selected from vinyl monomers copolymerizable with acrylonitrile, and can be selected from vinyl monomers that improve the hydrophilicity of the acrylonitrile polymer. It is preferable to use a vinyl monomer having an effect of promoting flame resistance.

アクリロニトリル系重合体の親水性を向上させるビニル系単量体としては、例えば、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基、アミド基、ヒドロキシル基等の親水性の官能基を有するビニル系化合物がある。なお、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体およびビニル系化合物は、ビニル基(CH2=CH−)、ビニリデン基(CH2=C<)、ビニレン基(−CH=CH−)およびアリル基(CH2=CHCH2)等のアクリロニトリルと共重合可能な炭素−炭素二重結合を有する単量体および化合物であれば良い。 Examples of the vinyl monomer that improves the hydrophilicity of the acrylonitrile polymer include a vinyl compound having a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, a sulfo group, an amino group, an amide group, and a hydroxyl group. The vinyl monomers and vinyl compounds copolymerizable with acrylonitrile are vinyl groups (CH 2 ═CH—), vinylidene groups (CH 2 ═C <), vinylene groups (—CH═CH—) and allyl. Any monomer and compound having a carbon-carbon double bond copolymerizable with acrylonitrile such as a group (CH 2 ═CHCH 2 ) may be used.

カルボキシル基を有するビニル系単量体(アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸)としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸、エタクリル酸、マレイン酸、メサコン酸等が挙げられる。
スルホ基を有するビニル系単量体としては、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スルホプロピルメタクリレート等が挙げられる。
アミノ基を有するビニル系単量体としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ターシャリーブチルアミノエチルメタクリレート、アリルアミン、o−アミノスチレン、p−アミノスチレン等が挙げられる。
アミド基を有するビニル系単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、クロトンアミドが挙げられる。
ヒドロキシル基を有するビニル系単量体としては、ヒドロキシメチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、2―ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレートなどが挙げられる。
Examples of vinyl monomers having a carboxyl group (carboxylic acids copolymerizable with acrylonitrile monomers) include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, ethacrylic acid, maleic acid, and mesaconic acid. Can be mentioned.
Examples of the vinyl monomer having a sulfo group include allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, and sulfopropyl methacrylate.
Examples of vinyl monomers having an amino group include dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, tertiary butylaminoethyl methacrylate, allylamine, o-aminostyrene, and p-aminostyrene. Can be mentioned.
Examples of the vinyl monomer having an amide group include acrylamide, methacrylamide, dimethylacrylamide, and crotonamide.
Examples of the vinyl monomer having a hydroxyl group include hydroxymethyl methacrylate, hydroxymethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, Examples include 2-hydroxypropyl acrylate.

アクリロニトリル単量体の他に、このようなビニル系単量体を重合体に配合させることで、アクリロニトリル系重合体の親水性を容易に向上させることができる。親水性が向上すると、得られる前駆体繊維の緻密性が向上し、表層部のミクロボイド発生を抑制することができる。上述の親水性を向上させるビニル系単量体は、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。このようなアクリロニトリル系重合体の親水性を向上させるビニル系単量体の配合量は、アクリロニトリル系重合体中1.0質量%以上5.0質量%以下とすることが好ましい。   In addition to the acrylonitrile monomer, the hydrophilicity of the acrylonitrile polymer can be easily improved by adding such a vinyl monomer to the polymer. When the hydrophilicity is improved, the density of the obtained precursor fiber is improved, and generation of microvoids in the surface layer portion can be suppressed. The above-mentioned vinyl monomers that improve hydrophilicity can be used singly or in appropriate combination of two or more. The blending amount of the vinyl monomer that improves the hydrophilicity of such an acrylonitrile polymer is preferably 1.0% by mass or more and 5.0% by mass or less in the acrylonitrile polymer.

耐炎化促進効果を有するビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸、マレイン酸、メサコン酸又はこれらの低級アルキルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくはアクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。中でも、少量の配合量でより高い耐炎化促進効果を得る観点から、カルボキシル基を有するビニル系単量体が好ましく、特にアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等のビニル系単量体がより好ましい。このようなビニル系単量体を配合することで、後述する耐炎化工程の時間を容易に短縮でき、製造コストを容易に低減できる。上述の耐炎化を促進させるビニル系単量体は、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。このような耐炎化促進効果を有するビニル系単量体の配合量は、アクリロニトリル系重合体中1.0質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。   Examples of vinyl monomers having an effect of promoting flame resistance include acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, mesaconic acid or their lower alkyl esters, alkali metal salts, ammonium salts Or acrylamide, methacrylamide, etc. are mentioned. Among these, from the viewpoint of obtaining a higher flame resistance promoting effect with a small amount, a vinyl monomer having a carboxyl group is preferred, and vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid are particularly preferred. By blending such a vinyl monomer, it is possible to easily shorten the time for the flameproofing step described later, and to easily reduce the manufacturing cost. The above-mentioned vinyl monomers that promote flame resistance can be used singly or in appropriate combination of two or more. The blending amount of the vinyl monomer having such an effect of promoting flame resistance is preferably 1.0% by mass or more and 5.0% by mass or less in the acrylonitrile polymer.

また、本発明の製造方法では、アクリロニトリル系重合体が、アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸(例えば、アクリル酸やメタクリル酸やイタコン酸)を含むビニル系単量体単位を合計で1.0質量%以上5.0質量%以下含むことが好ましい。これによって、アクリロニトリル系重合体中のアクリロニトリル配合量を95.0質量%以上99.0質量%以下にすることができ、更にアクリロニトリル系重合体の親水性を向上させ、耐炎化促進成分も導入することができる。なお、アクリロニトリル系重合体中の上記ビニル系単量体単位の含有量は、1H−NMR法から得られるケミカルシフトの積分比により特定することができる。   Further, in the production method of the present invention, the acrylonitrile-based polymer contains a total of 1 vinyl-based monomer units containing a carboxylic acid copolymerizable with an acrylonitrile monomer (for example, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid). It is preferable to contain 0.0 mass% or more and 5.0 mass% or less. As a result, the amount of acrylonitrile in the acrylonitrile-based polymer can be adjusted to 95.0% by mass or more and 99.0% by mass or less, further improving the hydrophilicity of the acrylonitrile-based polymer and introducing a flame resistance promoting component. be able to. In addition, content of the said vinyl-type monomer unit in an acrylonitrile-type polymer can be specified by the integral ratio of the chemical shift obtained from 1H-NMR method.

アクリロニトリル系重合体溶液中のアクリロニトリル系重合体濃度は、18質量%以上26質量%以下が好ましく、20質量%以上24質量%以下がより好ましい。18質量%以上であれば、緻密な凝固糸を容易に得ることができ、26質量%以下であれば紡糸原液として適度な粘度と流動性が容易に得られるためである。   The concentration of the acrylonitrile polymer in the acrylonitrile polymer solution is preferably 18% by mass or more and 26% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 24% by mass or less. This is because if it is 18% by mass or more, a dense coagulated yarn can be easily obtained, and if it is 26% by mass or less, an appropriate viscosity and fluidity can be easily obtained as a spinning dope.

また、本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法では、上述したようにジメチルホルムアミド等の高沸点の分散媒を用いることが好ましく、これら高沸点の分散媒を用いた場合、加熱前の分散液中の重合体濃度(含有率)と加熱後の溶液中の重合体濃度は変化しない。このため、分散液中の重合体の含有率も、同様の理由から、18質量%以上26質量%以下が好ましく、20質量%以上24質量%以下がより好ましい。   Further, in the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention, it is preferable to use a high-boiling point dispersion medium such as dimethylformamide as described above. When these high-boiling point dispersion mediums are used, the dispersion liquid before heating is used. The polymer concentration (content) in the solution and the polymer concentration in the solution after heating do not change. For this reason, the content of the polymer in the dispersion is preferably 18% by mass or more and 26% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 24% by mass or less for the same reason.

また、本発明のアクリロニトリル系重合体溶液は式4より算出した吸光度が40以上50以下であることが好ましい。吸光度が上記範囲内の重合体溶液は、ゲル状物の含有量が非常に少ないだけでなく、溶け残りなどの異物量も非常に少なく、高強度の炭素繊維が容易に得られ、さらに炭素繊維を製造する際に、重合体溶液を作製した後の工程における安定性向上も期待できる。   Moreover, it is preferable that the acrylonitrile-type polymer solution of this invention has the light absorbency computed from Formula 4 40-50. A polymer solution having an absorbance within the above range has not only a very small gel-like content, but also a very small amount of foreign matter such as undissolved material, and a high-strength carbon fiber can be easily obtained. When producing a polymer, an improvement in stability in the step after producing the polymer solution can be expected.

吸光度の測定
重合体の溶解に使用した溶媒と同じ溶媒で、アクリロニトリル系重合体溶液をその質量に対して20倍希釈して厚さ1cmのセルに入れて、波長350nmにおける吸光度A350を測定する。吸光度A350と以下の式4を用いることで吸光度を算出する。なお、吸光度A350の測定には、日立分光光度計(U−3300)を用いることができ、測定は、30℃で行うことができる。
Measurement of absorbance In the same solvent as used for dissolving the polymer, the acrylonitrile polymer solution is diluted 20 times with respect to its mass and placed in a 1 cm thick cell, and the absorbance A 350 at a wavelength of 350 nm is measured. . Absorbance is calculated by using absorbance A 350 and the following formula 4. Note that a Hitachi spectrophotometer (U-3300) can be used to measure the absorbance A 350, and the measurement can be performed at 30 ° C.

(式4)
吸光度 = 吸光度A350/(希釈前のアクリロニトリル系重合体溶液1g中の重合体質量(g)×アクリロニトリル系重合体1モル中のカルボン酸モル量(mol))。
(Formula 4)
Absorbance = absorbance A 350 / (polymer mass (g) in 1 g of acrylonitrile-based polymer solution before dilution × mol amount of carboxylic acid (mol) in 1 mol of acrylonitrile-based polymer).

なお、20倍希釈に用いる溶媒は、溶解時の溶剤と同様の溶剤を用いる。   In addition, the solvent used for 20 times dilution uses the solvent similar to the solvent at the time of melt | dissolution.

例えば、以下の条件(iおよびii)で本発明のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法を行うことにより、式4に示す吸光度が上記範囲内の重合体溶液を得ることができる。   For example, by performing the method for producing an acrylonitrile-based polymer solution of the present invention under the following conditions (i and ii), a polymer solution having an absorbance shown in Formula 4 within the above range can be obtained.

i)アクリロニトリル単量体単位95.0質量%以上99.0質量%以下と、該アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸を含むビニル系単量体単位1.0質量%以上5.0質量%以下とで構成されるアクリロニトリル系重合体を用いること。
ii)分散液中のアクリロニトリル系重合体の濃度を18質量%以上26質量%以下にすること。
i) A vinyl monomer unit including acrylonitrile monomer units of 95.0% by mass or more and 99.0% by mass or less and a carboxylic acid copolymerizable with the acrylonitrile monomer of 1.0% by mass or more and 5.0%. Use an acrylonitrile-based polymer composed of mass% or less.
ii) The concentration of the acrylonitrile polymer in the dispersion is set to 18% by mass or more and 26% by mass or less.

<炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法>
以下に、アクリロニトリル系重合体溶液から炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維(以下単に炭素繊維前駆体繊維と表記する場合がある)を得る方法の一例を詳しく説明する。
<Method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile fiber>
Hereinafter, an example of a method for obtaining a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber (hereinafter sometimes simply referred to as a carbon fiber precursor fiber) from an acrylonitrile polymer solution will be described in detail.

本発明の炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法は、前記アクリロニトリル系重合体溶液を乾湿式紡糸法または湿式紡糸法により紡糸して、炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維を製造する方法である。   The method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber of the present invention is a method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber by spinning the acrylonitrile polymer solution by a dry-wet spinning method or a wet spinning method.

また、乾湿式紡糸法または湿式紡糸法において、前記アクリロニトリル系重合体溶液をノズルから吐出して紡糸する際に、重合体溶液を得た時点から3分以内に30℃以上90℃以下に温度制御してから、前記ノズルから吐出するまで、重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に保ち続けることが好ましい。さらに、重合体溶液を得た時点から3分以内に50℃以上70℃以下に温度制御し、それから重合体溶液をノズルから吐出するまで、この重合体溶液の温度を50℃以上70℃以下に保持し続けることがより好ましい。30℃以上に保持することで、アクリロニトリル系重合体溶液の流動性を容易に保つことができ、炭素繊維を製造する際に、重合体溶液を作製した後の工程における通過性が特に良好になる。また、90℃以下に保持することでアクリロニトリル系重合体溶液中のポリマー鎖の分子内、分子間での架橋反応、および環化反応の進行を容易に抑えることができ、ゲル状物の量の増加を容易に防ぐことができる。   In the dry-wet spinning method or the wet spinning method, when spinning the acrylonitrile-based polymer solution from a nozzle, the temperature is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the point of obtaining the polymer solution. After that, it is preferable to keep the temperature of the polymer solution at 30 ° C. or higher and 90 ° C. or lower until it is discharged from the nozzle. Further, the temperature of the polymer solution is controlled to 50 ° C. or more and 70 ° C. or less within 3 minutes from the time of obtaining the polymer solution, and then the temperature of the polymer solution is set to 50 ° C. or more and 70 ° C. or less until the polymer solution is discharged from the nozzle. It is more preferable to keep holding. By maintaining the temperature at 30 ° C. or higher, the fluidity of the acrylonitrile-based polymer solution can be easily maintained, and when the carbon fiber is produced, the permeability in the process after producing the polymer solution is particularly good. . In addition, by maintaining the temperature at 90 ° C. or less, it is possible to easily suppress the progress of the cross-linking reaction and the cyclization reaction between the molecules of the polymer chain in the acrylonitrile-based polymer solution and between the molecules. An increase can be easily prevented.

本発明の炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法は、例えば以下の工程を有することができる。
工程1.前記重合体溶液を乾湿式または湿式紡糸する前に、この重合体溶液を濾過する濾過工程。
工程2.濾過した重合体溶液を凝固浴に紡出して凝固糸を得る凝固工程。
工程3.前記凝固糸を湿熱延伸して湿熱延伸糸を得る湿熱延伸工程。
工程4.前記湿熱延伸糸に油剤組成物を付着させる油剤組成物付着工程。
工程5.油剤組成物を付着させた湿熱延伸糸を乾燥緻密化させて乾燥緻密糸を得る乾燥緻密化工程。
工程6.前記乾燥緻密糸を乾熱延伸して炭素繊維前駆体繊維を得る乾熱延伸工程。
The method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber of the present invention can include, for example, the following steps.
Step 1. A filtration step of filtering the polymer solution before dry-wet or wet-spinning the polymer solution.
Step 2. A coagulation step of spinning the filtered polymer solution into a coagulation bath to obtain coagulated yarn.
Step 3. A wet heat drawing step of wet heat drawing the coagulated yarn to obtain a wet heat drawn yarn;
Step 4. An oil agent composition attaching step of attaching an oil agent composition to the wet heat drawn yarn.
Step 5. A dry densification step of drying and densifying the wet heat stretched yarn to which the oil composition is adhered to obtain a dry dense yarn.
Step 6. A dry heat drawing step in which the dry dense yarn is dry heat drawn to obtain a carbon fiber precursor fiber;

・濾過工程
重合体溶液を紡糸する前に、重合体溶液から工程異常や炭素繊維の性能低下を招く可能性のあるゴミなどの異物をフィルター装置で濾過する工程である。また、重合体溶液をフィルター装置で濾過する際、目開きの粗いプレフィルターにて予め重合体溶液を濾過してもかまわない。
-Filtration process Before spinning a polymer solution, it is the process of filtering foreign substances, such as a dust which may cause process abnormality and a carbon fiber performance fall from a polymer solution with a filter device. Further, when the polymer solution is filtered with a filter device, the polymer solution may be filtered in advance with a pre-filter having a coarse opening.

・凝固工程
炭素繊維前駆体繊維を得る方法としては、例えば、直接凝固浴中に紡出して凝固させる湿式紡糸法、空気中で凝固させる乾式紡糸法、一旦、空気中に紡出した後、凝固浴中で凝固させる乾湿式紡糸法等、公知の紡糸方法が挙げられる。中でも、炭素繊維の強度及び弾性率をより向上させる観点から、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法が好ましい。
・ Coagulation process Examples of methods for obtaining carbon fiber precursor fibers include a wet spinning method in which the carbon fiber precursor fiber is spun directly into a coagulation bath, a dry spinning method in which the carbon fiber is coagulated in air, and a coagulation after spinning in the air once. Known spinning methods such as a dry and wet spinning method for solidifying in a bath may be used. Among these, from the viewpoint of further improving the strength and elastic modulus of the carbon fiber, the wet spinning method and the dry wet spinning method are preferable.

乾湿式紡糸法または湿式紡糸法による紡糸賦形は、アクリロニトリル系重合体溶液を略円形断面の吐出孔を有するノズルより凝固浴中に紡出する方法が挙げられる。凝固浴としては、溶剤回収の容易性の観点から、アクリロニトリル系重合体溶液に用いられる溶剤(溶媒)を含む水溶液を用いることが好ましい。   Examples of the spinning shaping by the dry-wet spinning method or the wet spinning method include a method in which an acrylonitrile-based polymer solution is spun into a coagulation bath from a nozzle having a discharge hole having a substantially circular cross section. As the coagulation bath, an aqueous solution containing a solvent (solvent) used for the acrylonitrile-based polymer solution is preferably used from the viewpoint of easy solvent recovery.

凝固浴として重合体溶液の溶剤を含む水溶液を用いる場合、この水溶液中の溶剤濃度は、60質量%以上85質量%以下であることが好ましい。この範囲内であれば、炭素繊維前駆体繊維をボイドの発生がない緻密な構造に容易にすることができ、高強度、高弾性率の炭素繊維が容易に得られる。加えて、延伸性が確保でき生産性にも優れる。   When using the aqueous solution containing the solvent of a polymer solution as a coagulation bath, it is preferable that the solvent concentration in this aqueous solution is 60 mass% or more and 85 mass% or less. Within this range, the carbon fiber precursor fiber can be easily made into a dense structure free from voids, and a carbon fiber having high strength and high elastic modulus can be easily obtained. In addition, stretchability can be secured and productivity is excellent.

凝固浴の温度は、特に限定されないが、−10℃以上60℃以下が好ましい。この範囲内であれば、前駆体繊維をボイドの発生がない緻密な構造に容易にすることができ、高強度、高弾性率の炭素繊維が容易に得られる。加えて、延伸性も確保でき生産性に優れたものとなる。   Although the temperature of a coagulation bath is not specifically limited, -10 degreeC or more and 60 degrees C or less are preferable. Within this range, the precursor fiber can be easily made into a dense structure free from voids, and a carbon fiber having high strength and high elastic modulus can be easily obtained. In addition, stretchability can be secured and the productivity is excellent.

・湿熱延伸工程
得られた凝固糸は凝固浴中又は延伸浴中で湿熱延伸させて湿熱延伸糸とする。また、凝固糸を空中で延伸した後、再度、浴中で延伸することで湿熱延伸糸を得ることもできる。更にまた、延伸の前後又は延伸中に水洗し、湿熱延伸糸を水膨潤状態とすることができる。延伸浴としては、例えば、水や、アクリロニトリル系重合体溶液に用いられる溶剤を含む水溶液等が挙げられる。
-Wet heat drawing process The obtained coagulated yarn is wet-heat drawn in a coagulation bath or a drawing bath to obtain a wet heat drawn yarn. Further, after the coagulated yarn is drawn in the air, the wet heat drawn yarn can be obtained by drawing again in a bath. Furthermore, the wet heat stretched yarn can be brought into a water-swollen state before and after stretching or during stretching. Examples of the stretching bath include water and an aqueous solution containing a solvent used for an acrylonitrile-based polymer solution.

延伸浴の溶剤濃度は0質量%〜85質量%が好ましい。この範囲内であれば炭素繊維前駆体繊維をボイドの発生がない緻密な構造に容易にすることができ、高強度、高弾性率の炭素繊維が容易に得られる。加えて、延伸性も確保でき生産性に優れたものとなる。   The solvent concentration of the stretching bath is preferably 0% by mass to 85% by mass. Within this range, the carbon fiber precursor fiber can be easily made into a dense structure free from voids, and a carbon fiber having high strength and high elastic modulus can be easily obtained. In addition, stretchability can be secured and the productivity is excellent.

延伸浴の温度は特に限定されないが50以上98℃以下が好ましい。この範囲内であれば、前駆体繊維をボイドの発生がない緻密な構造に容易にすることができ、高強度、高弾性率の炭素繊維が容易に得られる。加えて、延伸性も確保でき生産性に優れたものとなる。   The temperature of the stretching bath is not particularly limited, but is preferably 50 to 98 ° C. Within this range, the precursor fiber can be easily made into a dense structure free from voids, and a carbon fiber having high strength and high elastic modulus can be easily obtained. In addition, stretchability can be secured and the productivity is excellent.

湿熱延伸は、凝固浴又は延伸浴に凝固糸を入れ、凝固糸に張力を掛けることで行うことができる。湿熱延伸は、例えば、1回で所望の倍率としてもよいし、2回以上に分けて多段に延伸することで所望の倍率としてもよい。なお、空中での延伸と延伸浴中での延伸とを組み合わせて、合計で5〜15倍に湿熱延伸することが好ましい。このように延伸することで、炭素繊維の高強度化、高弾性率が容易に図れる。   Wet heat drawing can be performed by putting a coagulated yarn in a coagulation bath or a drawing bath and applying tension to the coagulated yarn. In the wet heat stretching, for example, a desired magnification may be achieved once, or a desired magnification may be achieved by stretching in multiple stages in two or more times. In addition, it is preferable to wet-heat-stretch 5 to 15 times in total, combining the stretching in the air and the stretching in the stretching bath. By stretching in this way, the carbon fiber can be easily increased in strength and elastic modulus.

・油剤組成物付着工程
油剤組成物の湿熱延伸糸への付与は、前述の浴中延伸後の水膨潤状態にある湿熱延伸糸に油剤組成物の分散液(油剤分散液)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、浴中延伸及び洗浄を行った後に得られる水膨潤状態にある湿熱延伸糸に油剤分散液を付与することもできる。
・ Oil agent composition adhesion step The application of the oil agent composition to the wet heat drawn yarn is performed by applying a dispersion (oil solution dispersion) of the oil composition to the wet heat drawn yarn in the water-swollen state after drawing in the bath. It can be carried out. When washing is carried out after drawing in the bath, the oil dispersion can also be applied to the wet-heat drawn yarn in a water-swollen state obtained after drawing and washing in the bath.

油剤組成物は、炭素繊維前駆体繊維に求める機能等を勘案して決定でき、耐熱性の観点から、シリコーン系油剤組成物が好ましく、アミノ変性シリコーンが特に好ましい。油剤組成物には、必要に応じて、さらに酸化防止剤、帯電防止剤、消泡剤、防腐剤、抗菌剤、浸透剤等の添加物を配合することができる。   The oil composition can be determined in consideration of the functions required for the carbon fiber precursor fiber, and from the viewpoint of heat resistance, a silicone-based oil composition is preferable, and amino-modified silicone is particularly preferable. If necessary, additives such as an antioxidant, an antistatic agent, an antifoaming agent, an antiseptic, an antibacterial agent, and a penetrating agent can be blended in the oil composition.

油剤分散液を調製する際の、各成分の混合や水中分散は、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。そのほかの調整方法として加温しながらホモミキサー等で油中水滴型の油剤分散液を形成した後、温度を下げて転相させ、水中油滴型の油剤分散液とする転相温度法を用いることもできる。   When preparing the oil dispersion, mixing of each component and dispersion in water can be performed using a propeller stirring, a homomixer, a homogenizer, or the like. As another adjustment method, use a phase inversion temperature method to form a water-in-oil type oil dispersion with a homomixer or the like while heating, and then lower the temperature to invert the phase to obtain an oil-in-water oil dispersion. You can also.

油剤組成物を炭素繊維前駆体繊維に含浸させる方法としては、ローラー法、ガイド法、スプレー法、ディップ法等、公知の方法を用いることができる。   As a method of impregnating the carbon fiber precursor fiber with the oil agent composition, a known method such as a roller method, a guide method, a spray method, or a dip method can be used.

湿熱延伸糸への油剤組成物付着において、湿熱延伸糸の油剤分散液への含浸は1回であってもよく、2回以上繰り返す多段処理であってもよい。より均一に凝固糸に油剤組成物を付着させる観点から、多段処理とすることが好ましい。   In attaching the oil composition to the wet heat drawn yarn, impregnation of the wet heat drawn yarn into the oil dispersion may be performed once or may be a multi-stage treatment repeated twice or more. From the viewpoint of more uniformly attaching the oil agent composition to the coagulated yarn, it is preferable to use a multistage treatment.

炭素繊維前駆体繊維における油剤組成物の付着量は、炭素繊維前駆体繊維の乾燥質量に対して0.1質量%以上2質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上1.5質量%以下であることがさらに好ましい。油剤組成物の付着量が0.1質量%以上であると、油剤組成物の機能を容易に十分発現させることができる。油剤組成物の付着量が2質量%以下であると、余分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ことを容易に防ぐことができる。   The adhesion amount of the oil agent composition in the carbon fiber precursor fiber is preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less, and 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less with respect to the dry mass of the carbon fiber precursor fiber. More preferably, it is at most mass%. When the adhesion amount of the oil composition is 0.1% by mass or more, the function of the oil composition can be easily expressed sufficiently. When the adhesion amount of the oil composition is 2% by mass or less, it is possible to easily prevent the excessively adhered oil composition from being polymerized in the firing step and inducing adhesion between single fibers.

・乾燥緻密化工程
続いてこの油剤組成物が付着した湿熱延伸糸を乾燥緻密化させて乾燥緻密糸を得る。乾燥緻密化は、炭素繊維の分野で従来公知の方法を用いることができる。
-Dry densification process Subsequently, the wet heat drawn yarn with the oil composition adhered thereto is dried and densified to obtain a dry densified yarn. For drying densification, a conventionally known method can be used in the field of carbon fibers.

油剤組成物を付与した湿熱延伸糸の乾燥緻密化における乾燥温度は、前駆体繊維のガラス転移温度を超えた温度とすることが好ましい。このような乾燥温度で処理することで、油剤組成物を付与した湿熱延伸糸の乾燥と緻密化が容易に達成できる。乾燥温度は油剤組成物を付与した湿熱延伸糸の含水量の変動により異なるが、100〜200℃の範囲で決定することが好ましい。   The drying temperature in the drying and densification of the wet heat drawn yarn to which the oil agent composition is applied is preferably a temperature exceeding the glass transition temperature of the precursor fiber. By processing at such a drying temperature, drying and densification of the wet heat drawn yarn provided with the oil composition can be easily achieved. The drying temperature varies depending on the moisture content of the wet heat drawn yarn to which the oil composition is applied, but is preferably determined in the range of 100 to 200 ° C.

・乾熱延伸工程
続いて緻密性や配向度の向上のため、乾燥緻密糸を乾熱延伸させ、炭素繊維前駆体繊維を得る。加熱延伸の方法には、加熱ローラーで搬送させながら延伸する方法や加圧水蒸気圧雰囲気下で延伸する方法がある。
-Dry heat drawing process Subsequently, in order to improve the denseness and the degree of orientation, the dry dense yarn is dry heat drawn to obtain a carbon fiber precursor fiber. Examples of the heat stretching method include a method of stretching while being conveyed by a heating roller and a method of stretching in a pressurized water vapor pressure atmosphere.

以上より得られた炭素繊維前駆体繊維を、室温のロール等に通すことにより、常温の状態まで冷却することができる。冷却した炭素繊維前駆体繊維は、ワインダーによってボビンに巻き取られ、或いはケンスに振込まれて収納され、以降の炭素繊維の製造に供される。   The carbon fiber precursor fiber obtained as described above can be cooled to a room temperature state by passing it through a roll at room temperature. The cooled carbon fiber precursor fiber is wound around a bobbin by a winder, or transferred into a can and stored, and used for the subsequent production of carbon fiber.

〈炭素繊維の製造方法〉
以下に、炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維から炭素繊維を得る方法の一例を説明する。
<Method for producing carbon fiber>
Below, an example of the method of obtaining carbon fiber from a carbon fiber precursor acrylonitrile-type fiber is demonstrated.

炭素繊維は、炭素繊維前駆体繊維を焼成する(以下焼成工程と表記する)ことで得ることができる。焼成工程は、耐炎化処理工程と炭化処理工程とからなることができる。焼成工程における各処理の条件は特に限定されないが、繊維内部にボイド等の構造的欠陥が発生しにくい条件を設定するのが好ましい。   The carbon fiber can be obtained by firing the carbon fiber precursor fiber (hereinafter referred to as a firing step). The firing process can consist of a flameproofing process and a carbonization process. The conditions for each treatment in the firing step are not particularly limited, but it is preferable to set conditions under which structural defects such as voids are unlikely to occur inside the fiber.

耐炎化処理工程は、前駆体繊維を酸化性雰囲気中で緊張あるいは延伸条件下で、任意の時間加熱し、耐炎化繊維とするものである。耐炎化処理の方法は、例えば、熱風循環方式、多孔板表面を有する固定熱板方式等が挙げられる。   In the flameproofing treatment step, the precursor fiber is heated for an arbitrary time under tension or stretching conditions in an oxidizing atmosphere to form a flameproof fiber. Examples of the flameproofing method include a hot air circulation method and a fixed hot plate method having a porous plate surface.

炭化処理工程は、耐炎化処理で得られた耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、炭素繊維を得るものである。炭化処理工程は、前炭素化工程と、前炭素化工程より高い温度で行う炭素化工程とからなることができる。   A carbonization process process obtains carbon fiber by heating the flame-proof fiber obtained by the flame-proof process in inert gas atmosphere. A carbonization process can consist of a pre-carbonization process and a carbonization process performed at a temperature higher than a pre-carbonization process.

前炭素化工程は、例えば、最高温度550〜800℃の不活性ガス雰囲気中、緊張下で耐炎化繊維を加熱することより行うことができる。   The pre-carbonization step can be performed, for example, by heating the flame-resistant fiber under tension in an inert gas atmosphere having a maximum temperature of 550 to 800 ° C.

炭素化工程は、例えば、1200〜3000℃の不活性雰囲気中、前炭素化工程より得られた前炭素化繊維を加熱することにより行うことができる。   The carbonization step can be performed, for example, by heating the pre-carbonized fiber obtained from the pre-carbonization step in an inert atmosphere at 1200 to 3000 ° C.

以上より得られた炭素繊維に対して、さらに表面処理を行うことにより、複合材料のマトリックス樹脂との接着性の改善を容易に図ることができる。表面処理方法としては、例えば、気相、液相処理を採用することができ、生産性、バラつき防止等の観点から電解処理が好ましい。電解処理に用いられる電解液としては、硫酸、硝酸、塩酸等の酸水溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ水溶液、或いはこれらの塩の水溶液が挙げられる。中でも、アンモニウムイオンを含む水溶液が好ましく、例えば、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウムあるいはこれらの混合物の水溶液が挙げられる。   By further subjecting the carbon fibers obtained as described above to surface treatment, it is possible to easily improve the adhesiveness of the composite material to the matrix resin. As the surface treatment method, for example, a gas phase or a liquid phase treatment can be employed, and electrolytic treatment is preferable from the viewpoints of productivity and prevention of variation. Examples of the electrolytic solution used for the electrolytic treatment include an aqueous acid solution such as sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid, an aqueous alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide, or an aqueous solution of these salts. Among them, an aqueous solution containing ammonium ions is preferable, and examples thereof include an aqueous solution of ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium persulfate, ammonium chloride, ammonium bromide, or a mixture thereof.

電解処理の電気量は、炭素繊維に応じて決定でき、例えば、炭化度の高い炭素繊維ほど、高い通電電気量とする。   The amount of electricity in the electrolytic treatment can be determined according to the carbon fiber. For example, the higher the degree of carbonization, the higher the amount of electricity supplied.

得られた炭素繊維は、必要に応じて、さらにサイジング処理を行うことができる。サイジング処理に用いるサイジング剤は、マトリックスの種類に応じて決定でき、マトリックスとの相溶性のよいものが好ましい。   The obtained carbon fiber can be further subjected to sizing treatment as necessary. The sizing agent used for the sizing treatment can be determined according to the type of the matrix, and those having good compatibility with the matrix are preferable.

炭素繊維にこれらの表面処理を施すことによって、炭素繊維とマトリックスとの接着を適正なレベルに容易にすることができ、縦方向及び横方向にバランスのとれた機械特性を容易に発現させることができる。   By applying these surface treatments to the carbon fiber, the adhesion between the carbon fiber and the matrix can be facilitated to an appropriate level, and mechanical properties balanced in the vertical and horizontal directions can be easily expressed. it can.

本発明のアクリルニトリル系重合体溶液の製造方法より得られる、または本発明のアクリロニトリル系重合体溶液を用いて、上述した方法によって得た炭素繊維前駆体繊維は、100nm以上の大きさを持つ、ポリマー鎖が分子内、分子間架橋または分子内環化したゲル状物がほとんど含まれていないものになる。   The carbon fiber precursor fiber obtained from the production method of the acrylonitrile polymer solution of the present invention or obtained by the above-described method using the acrylonitrile polymer solution of the present invention has a size of 100 nm or more. The polymer chain contains almost no gel-like product in which the polymer chain is intramolecularly, intermolecularly crosslinked or intramolecularly cyclized.

また、この炭素繊維前駆体アクリル繊維を焼成して得られる炭素繊維は、強度が非常に優れており、特に航空機、宇宙産業用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。   In addition, the carbon fiber obtained by firing the carbon fiber precursor acrylic fiber is very excellent in strength, and is particularly suitable as a reinforcing fiber used for a fiber-reinforced resin composite material for aircraft and space industries.

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各例より得られた重合体溶液および炭素繊維について以下の評価を行った。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these. In addition, the following evaluation was performed about the polymer solution and carbon fiber which were obtained from each example.

[フィルター交換頻度]
65℃に保温したアクリロニトリル系重合体溶液を1分間当たり0.20L/m2の流量でステンレス鋼繊維焼結フィルター(型番:NF2M−05C、(株)明成商会製)を用いたリーフディスクタイプのフィルター装置で濾過をしながら、炭素繊維前駆体繊維を連続的に長期間製造した。このとき、紡糸開始日から終了日までの間にフィルターを交換した回数(年間あたりに換算)を調べた。交換の目安である限界圧力は2.5MPaとした。
[Filter replacement frequency]
Leaf disk type using a stainless steel fiber sintered filter (Model No .: NF2M-05C, manufactured by Meisei Shokai Co., Ltd.) with an acrylonitrile polymer solution kept at 65 ° C. at a flow rate of 0.20 L / m 2 per minute. A carbon fiber precursor fiber was continuously produced for a long period of time while filtering with a filter device. At this time, the number of times that the filter was replaced between the start date of spinning and the end date (converted per year) was examined. The critical pressure, which is a guide for replacement, was 2.5 MPa.

[吸光度]
評価原液(重合体溶液)を、重合体溶液の溶媒と同じ溶媒で30℃にて質量基準で20倍に希釈して厚さ1cmのセルに入れ、日立分光光度計(型番:U−3300)を用いて波長350nmにおける吸光度A350を測定した。吸光度A350と次式を用いることで吸光度X値を求めた。
吸光度 = 吸光度A350/(希釈前のアクリロニトリル系重合体溶液1g中の重合体質量(g)×アクリロニトリル系重合体1モル中のカルボン酸モル量(mol))。
[Absorbance]
The stock solution for evaluation (polymer solution) was diluted 20-fold on a mass basis with the same solvent as the solvent of the polymer solution into a 1 cm-thick cell, and Hitachi spectrophotometer (model number: U-3300) Was used to measure the absorbance A 350 at a wavelength of 350 nm. Absorbance X value was obtained by using absorbance A 350 and the following formula.
Absorbance = absorbance A 350 / (polymer mass (g) in 1 g of acrylonitrile-based polymer solution before dilution × mol amount of carboxylic acid (mol) in 1 mol of acrylonitrile-based polymer).

[100nm以上のゲル状物個数]
評価原液20gを評価原液の溶媒と同じ溶媒で質量基準で50倍希釈したものを、目開き0.1μmのPTFEメンブレンフィルター(型番:DMT11T1−A0.1μ、セントラルフィルター工業株式会社製)で、希釈原液温度を50℃に維持しながら、流量を4g/min/cm2に維持しつつ、濾過した。溶液濾過後のメンブレンフィルターの表面を蛍光顕微鏡で観測し、一視野当たりの黄色輝点の個数を測定した。測定は観測する箇所を変更しながら10回おこない、測定した黄色輝点数の平均値を50倍することで100nm以上のゲル状物個数とした。
[Number of gels of 100 nm or more]
Dilute 20 g of the evaluation stock solution 50-fold by mass with the same solvent as the evaluation stock solution with a PTFE membrane filter (model number: DMT11T1-A0.1 μ, manufactured by Central Filter Industry Co., Ltd.) having a mesh size of 0.1 μm. While maintaining the stock solution temperature at 50 ° C., filtration was performed while maintaining the flow rate at 4 g / min / cm 2 . The surface of the membrane filter after solution filtration was observed with a fluorescence microscope, and the number of yellow bright spots per field of view was measured. The measurement was performed 10 times while changing the observed location, and the average number of yellow bright spots measured was multiplied by 50 to obtain a gel-like number of 100 nm or more.

[炭素繊維ストランド強度]
炭素繊維ストランド強度は、JIS−R−7601に準じたエポキシ樹脂含浸炭素繊維ストランド法に準じて測定した。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。
[Carbon fiber strand strength]
The carbon fiber strand strength was measured according to an epoxy resin-impregnated carbon fiber strand method according to JIS-R-7601. The number of measurements was 10 times, and the average value was used as an evaluation target.

(実施例1)
[アクリロニトリル系重合体の製造]
アクリロニトリル系重合体は、オーバーフロー式の重合容器に、以下のように各原料を供給すると共に重合容器内の温度を50℃に維持しながら攪拌し、オーバーフローした重合体スラリーを洗浄、乾燥して製造した。重合容器内には、脱イオン水82.75質量%と、モノマー17質量%(組成比・・・アクリロニトリル(AN)単量体単位:メタクリル酸(MAA)単量体単位(質量比)=98:2)と、過硫酸アンモニウム0.1質量%と、亜硫酸水素アンモニウム0.15質量%と、硫酸第一鉄7水和物2質量ppmとを、それぞれ連続して供給すると共に、pH3.0となるように硫酸を適量添加した。得られたアクリロニトリル系重合体の組成は、AN単量体単位:MAA単量体単位(質量比)=98:2であった。
Example 1
[Production of acrylonitrile polymer]
Acrylonitrile polymer is produced by supplying each raw material to an overflow type polymerization vessel as follows and stirring while maintaining the temperature in the polymerization vessel at 50 ° C., washing and drying the overflowed polymer slurry. did. In the polymerization vessel, 82.75% by mass of deionized water and 17% by mass of monomer (composition ratio: acrylonitrile (AN) monomer unit: methacrylic acid (MAA) monomer unit (mass ratio)) = 98 : 2), 0.1% by mass of ammonium persulfate, 0.15% by mass of ammonium bisulfite, and 2 ppm by mass of ferrous sulfate heptahydrate, respectively, and continuously with pH 3.0 An appropriate amount of sulfuric acid was added so that The composition of the obtained acrylonitrile-based polymer was AN monomer unit: MAA monomer unit (mass ratio) = 98: 2.

[アクリロニトリル系重合体溶液(紡糸原液)の製造]
上記で得たアクリロニトリル系重合体23質量%と−10℃のジメチルホルムアミド(DMF)77質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合してアクリロニトリル系重合体分散液を作製した。分散液作製中は分散液が0℃以上にならないようにした。得られたアクリロニトリル系重合体分散液を分散後すぐに3基直列のシェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器のチューブ側に通液し、シェル側に加熱媒体として加圧蒸気を通液させ、この分散液を加熱することで溶解して、加熱開始から10分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。通液直前(加熱直前)の前記分散液の温度は10℃であった。また、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)は表1に示したとおりでY=125(℃)、Z=95(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は95℃以上130℃以下であった。
[Production of acrylonitrile polymer solution (spinning stock solution)]
An acrylonitrile polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 23% by mass of the acrylonitrile polymer obtained above and 77% by mass of -10 ° C. dimethylformamide (DMF) with a biaxial mixer. During the preparation of the dispersion, the dispersion was not allowed to rise to 0 ° C. or higher. Immediately after dispersing the obtained acrylonitrile-based polymer dispersion, it is passed through the tube side of a three-series shell-and-tube type multi-tube heat exchanger, and pressurized steam is passed through the shell side as a heating medium. The dispersion was dissolved by heating, and an acrylonitrile polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. The temperature of the dispersion just before passing through (just before heating) was 10 ° C. The dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating are as shown in Table 1, Y = 125 (° C.), Z = 95 (° C.) Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 95 ° C. to 130 ° C. from 1 minute after the start of heating until obtaining a polymer solution 10 minutes after the start of heating was 95 ° C.

また、シェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器内のチューブ断面に対する内接円の半径A(mm)、チューブ断面の内周長B(m)、チューブ内通過液の平均流速C(m/min)は表1に示した通りでA=6.5(mm)、B=0.040(m)、C=0.60(m/min)に制御した。   Further, the radius A (mm) of the inscribed circle with respect to the tube cross section in the shell-and-tube type multi-tube heat exchanger, the inner peripheral length B (m) of the tube cross section, the average flow velocity C (m / m Min) was controlled as shown in Table 1, A = 6.5 (mm), B = 0.040 (m), and C = 0.60 (m / min).

なお、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に65℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前、即ち、後述する紡糸ノズルから吐出するまで重合体溶液の温度を65℃に保持し続けた。   The temperature of the polymer solution was changed to 65 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution was obtained (after 10 minutes from the start of heating), and immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, that is, spinning described later. The temperature of the polymer solution was kept at 65 ° C. until it was discharged from the nozzle.

また、加熱開始から10分後に得られた重合体溶液を上述した方法により測定した吸光度X値および100nm以上のゲル状物個数(個)を表1に示す。   Further, Table 1 shows the absorbance X value of the polymer solution obtained 10 minutes after the start of heating and the number (number) of gel-like substances having a size of 100 nm or more as measured by the method described above.

[炭素繊維前駆体繊維の製造]
得られたアクリロニトリル系重合体溶液を、ステンレス鋼繊維焼結フィルター(型番:NF2M−05C、(株)明成商会製)を用いたリーフディスクタイプのフィルター装置にて濾過した。
[Production of carbon fiber precursor fiber]
The obtained acrylonitrile-based polymer solution was filtered with a leaf disk type filter device using a stainless steel fiber sintered filter (model number: NF2M-05C, manufactured by Meisei Shokai Co., Ltd.).

次に、濾過した重合体溶液を、孔径150μm、孔数2000の紡糸ノズルより一旦空気中に吐出し、約4mmの空間を通過させた後、濃度80質量%、温度10℃のジメチルホルムアミド水溶液からなる凝固浴中に導入することで紡糸し、凝固糸を得た。得られた凝固糸を空気中で1.1倍に延伸し、続いて濃度50質量%、温度60℃のジメチルホルムアミド水溶液中で3.0倍に延伸し、熱水中で1.1倍に延伸しながら洗浄、脱溶剤を行った。脱溶剤した凝固糸をアミノ変性シリコーン系油剤分散液中に浸漬し、140℃の加熱ローラーで緻密乾燥化した。このとき使用したアミノ変性シリコーン系油剤分散液は、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−8002)90質量部に対し、乳化剤(花王株式会社製、商品名:エマルゲン108)を10質量部混合したものをゴーリンミキサー(エスエムテー株式会社製、商品名:圧力式ホモジナイザーゴーリンタイプ)で乳化した後、水を加えて製造したもので、得られた油剤分散液の組成は、水:アミノ変性シリコーン:乳化剤(質量比)=98.65:1.2:0.15であった。次いで、表面温度190℃の熱ロールにて3.0倍に延伸し、捲取速度250m/分にて単繊維繊度0.7dtexの炭素繊維前駆体繊維を製造した。このときのフィルター交換頻度は表1に示したとおりであった。   Next, the filtered polymer solution was once discharged into the air from a spinning nozzle having a pore diameter of 150 μm and a pore number of 2000 and passed through a space of about 4 mm, and then from a dimethylformamide aqueous solution having a concentration of 80 mass% and a temperature of 10 ° C. Spinning was performed by introducing into a coagulation bath to obtain a coagulated yarn. The obtained coagulated yarn was stretched 1.1 times in air, then stretched 3.0 times in a dimethylformamide aqueous solution having a concentration of 50% by mass and a temperature of 60 ° C., and 1.1 times in hot water. Washing and solvent removal were performed while stretching. The solvent-removed coagulated yarn was immersed in an amino-modified silicone oil dispersion and densely dried with a heating roller at 140 ° C. The amino-modified silicone oil dispersion used at this time was 90 parts by mass of amino-modified silicone (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: KF-8002), and an emulsifier (trade name: Emulgen 108, manufactured by Kao Corporation). 10 parts by mass of the mixture was emulsified with a Gorin mixer (manufactured by SMT Co., Ltd., trade name: pressure homogenizer gorin type) and then added with water, and the composition of the resulting oil dispersion was water. : Amino-modified silicone: Emulsifier (mass ratio) = 98.65: 1.2: 0.15. Subsequently, it was stretched 3.0 times with a hot roll having a surface temperature of 190 ° C., and a carbon fiber precursor fiber having a single fiber fineness of 0.7 dtex was produced at a winding speed of 250 m / min. The filter replacement frequency at this time was as shown in Table 1.

[炭素繊維の製造]
前駆体繊維を、空気中、200〜280℃の温度勾配を有する耐炎化炉に通し(耐炎化処理)、窒素雰囲気中で350〜2000℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成した(炭素化処理)。その後、電解酸化処理、サイジング処理を施し、炭素繊維とした。
得られた炭素繊維のストランド強度は表1に示したとおり7.0GPaとなった。
[Manufacture of carbon fiber]
The precursor fiber was passed through a flame-proofing furnace having a temperature gradient of 200 to 280 ° C. in air (flame-proofing treatment) and fired in a carbonization furnace having a temperature gradient of 350 to 2000 ° C. in a nitrogen atmosphere (carbonization). processing). Thereafter, electrolytic oxidation treatment and sizing treatment were performed to obtain carbon fibers.
As shown in Table 1, the strand strength of the obtained carbon fiber was 7.0 GPa.

(実施例2)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=80(℃)、Z=120(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上120℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.9GPaであった。
(Example 2)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 120 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 120 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.9 GPa.

(実施例3)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=90(℃)、Z=115(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を90℃以上115℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は7.2GPaであった。
(Example 3)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 90 (° C.) and Z = 115 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 90 ° C. to 115 ° C. after 1 minute from the start of heating until 10 minutes after the start of heating until a polymer solution was obtained was changed. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were as shown in Table 1, and the obtained carbon fiber had a strand strength of 7.2 GPa.

(実施例4)
アクリロニトリル系重合体分散液を、アクリロニトリル系重合体22質量%と−10℃のジメチルホルムアミド78質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合することにより作製した。また、得られた分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際に、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=100(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を100℃以上105℃以下に変更した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に60℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を60℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
Example 4
An acrylonitrile-based polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 22% by mass of an acrylonitrile-based polymer and 78% by mass of -10 ° C. dimethylformamide with a biaxial mixer. In addition, when the obtained dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating are displayed. 1 was changed to Y = 100 (° C.) and Z = 105 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid obtained after exceeding 1 minute from the start of heating until obtaining a polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed to 100 ° C. or higher and 105 ° C. or lower. Furthermore, the temperature of the polymer solution is changed to 60 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber. The temperature was kept at 60 ° C. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

(実施例5)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は7.1GPaであった。
(Example 5)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number (number) of gels of 100 nm or more were also as shown in Table 1, and the obtained carbon fiber had a strand strength of 7.1 GPa.

(実施例6)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=80(℃)、Z=110(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上110℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.7GPaであった。
(Example 6)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 110 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid obtained after exceeding 1 minute from the start of heating until obtaining a polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed to 80 ° C. or higher and 110 ° C. or lower. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.7 GPa.

(実施例7)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。さらに、チューブ内通過液の平均流速C(m/min)を表1に示した通りC=1.00(m/min)に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.9GPaであった。
(Example 7)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. Further, the average flow rate C (m / min) of the liquid passing through the tube was changed to C = 1.00 (m / min) as shown in Table 1. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.9 GPa.

(実施例8)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。さらに、チューブ断面に対する内接円の半径A(mm)、チューブ断面の内周長B(m)、平均流速C(m/min)を表1に示した通りA=5.0(mm)、B=0.030(m)、C=0.80(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は7.0GPaであった。
(Example 8)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. Furthermore, as shown in Table 1, the radius A (mm) of the inscribed circle with respect to the tube cross section, the inner peripheral length B (m) of the tube cross section, and the average flow velocity C (m / min), A = 5.0 (mm), B = 0.030 (m) and C = 0.80 (m / min). The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number (number) of gels of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 7.0 GPa.

(実施例9)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。さらに、チューブ断面に対する内接円の半径A(mm)、チューブ断面の内周長B(m)、平均流速C(m/min)を表1に示した通りA=8.0(mm)、B=0.050(m)、C=0.50(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
Example 9
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. Furthermore, as shown in Table 1, the radius A (mm) of the inscribed circle with respect to the tube cross section, the inner peripheral length B (m) of the tube cross section, and the average flow velocity C (m / min), A = 8.0 (mm), B = 0.050 (m), C = 0.50 (m / min). The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

(実施例10)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。さらに、平均流速C(m/min)を表1に示した通りC=0.07(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
(Example 10)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. Furthermore, the average flow velocity C (m / min) was changed to C = 0.07 (m / min) as shown in Table 1. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

(実施例11)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を105℃以上110℃以下に変更した。さらに、平均流速C(m/min)を表1に示した通りC=1.00(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.9GPaであった。
(Example 11)
Table 1 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C.) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. was changed from the time when it exceeded 1 minute after the start of heating to the time when the polymer solution was obtained 10 minutes after the start of heating. Furthermore, the average flow velocity C (m / min) was changed to C = 1.00 (m / min) as shown in Table 1. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.9 GPa.

(実施例12)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから6分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始6分後の溶液温度Z(℃)は表1に示したとおりのY=105(℃)、Z=105(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始6分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は105℃以上110℃以下であった。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始6分後)から3分以内に65℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を65℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
(Example 12)
Six minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 6 minutes after the start of heating were Y = 105 (° C.) and Z = 105 (° C. as shown in Table 1. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 105 ° C. to 110 ° C. from 1 minute after the start of heating until 6 minutes after the start of heating until a polymer solution was obtained. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 65 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (6 minutes after the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 65 ° C. The others were the same as in Example 1. The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

(実施例13)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから7分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始7分後の溶液温度Z(℃)は表1に示したとおりのY=115(℃)、Z=100(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始7分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は100℃以上120℃以下であった。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始7分後)から3分以内に65℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を65℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.7GPaであった。
(Example 13)
Seven minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) one minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) seven minutes after the start of heating were Y = 115 (° C.) and Z = 100 (° C. as shown in Table 1. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 100 ° C. to 120 ° C. after 1 minute from the start of heating until obtaining the polymer solution 7 minutes after the start of heating was 100 ° C. or more. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 65 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (7 minutes after the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 65 ° C. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.7 GPa.

(実施例14)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから8分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始8分後の溶液温度Z(℃)は表1に示したとおりのY=125(℃)、Z=100(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始8分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は100℃以上125℃以下であった。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始8分後)から3分以内に65℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を65℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は7.1GPaであった。
(Example 14)
8 minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 8 minutes after the start of heating were Y = 125 (° C.) and Z = 100 (° C. as shown in Table 1. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 100 ° C. to 125 ° C. after 1 minute from the start of heating until the polymer solution was obtained 8 minutes after the start of heating was 100 ° C. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 65 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 8 minutes from the start of heating), and then immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber. The temperature was kept at 65 ° C. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number (number) of gels of 100 nm or more were also as shown in Table 1, and the obtained carbon fiber had a strand strength of 7.1 GPa.

(実施例15)
アクリロニトリル系重合体分散液を、アクリロニトリル系重合体24質量%と−10℃のジメチルホルムアミド78質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合することにより作製した。この分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)は、実施例1と同様に、表1に示したとおりのY=125(℃)、Z=95(℃)であった。なお、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を90℃以上125℃以下に変更した。また、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に80℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を80℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は7.0GPaであった。
(Example 15)
An acrylonitrile polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 24% by mass of an acrylonitrile polymer and 78% by mass of -10 ° C. dimethylformamide with a biaxial mixer. When this dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution, the dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating and the solution temperature Z (° C.) after 10 minutes from the start of heating are the same as in Example 1. And Y = 125 (° C.) and Z = 95 (° C.) as shown in Table 1. In addition, the temperature of the dispersion liquid obtained after exceeding 1 minute from the start of heating until obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed to 90 ° C. or more and 125 ° C. or less. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 80 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 80 ° C. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number (number) of gels of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 7.0 GPa.

(実施例16)
アクリロニトリル系重合体分散液を−10℃のジメチルホルムアミドの代わりに−10℃のジメチルアセトアミド(DMAc)を用いて作製した以外は、実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.6GPaであった。
(Example 16)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that acrylonitrile-based polymer dispersion was prepared using -10 ° C dimethylacetamide (DMAc) instead of -10 ° C dimethylformamide.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were as shown in Table 1, and the strand strength of the obtained carbon fiber was 6.6 GPa.

(実施例17)
アクリロニトリル系重合体分散液をアクリロニトリル系重合体21質量%と20℃のジメチルスルホキシド(DMSO)79質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合することにより作製した。このとき、分散液作製中の分散液の温度が20℃以上にならないようにした。また、加熱開始直前の前記分散液温度は30℃であった。また、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に45℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を45℃に保持し続けた。それら以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.6GPaであった。
(Example 17)
An acrylonitrile-based polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 21% by mass of an acrylonitrile-based polymer and 79% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) at 20 ° C. with a biaxial mixer. At this time, the temperature of the dispersion during preparation of the dispersion was not allowed to exceed 20 ° C. The dispersion temperature just before the start of heating was 30 ° C. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 45 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 45 ° C. The others were the same as in Example 1.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were as shown in Table 1, and the strand strength of the obtained carbon fiber was 6.6 GPa.

(実施例18)
重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に60℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を60℃に保持し続けた以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
(Example 18)
The temperature of the polymer solution is changed to 60 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (10 minutes after the start of heating), and then the temperature of the polymer solution is changed until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber. The same operation as in Example 1 was performed except that the temperature was kept at 60 ° C.
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

(実施例19)
重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に80℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を80℃に保持し続けた以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.9GPaであった。
(Example 19)
The temperature of the polymer solution is changed to 80 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then the temperature of the polymer solution is changed until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber. The same procedure as in Example 1 was performed except that the temperature was kept at 80 ° C.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.9 GPa.

(実施例20)
アクリロニトリル系重合体分散液を分散後すぐに1基のシェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器のチューブ側に通液した以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.9GPaであった。
(Example 20)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the acrylonitrile polymer dispersion was passed through the tube side of one shell-and-tube type multi-tube heat exchanger immediately after dispersion.
The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.9 GPa.

(実施例21)
アクリロニトリル系重合体分散液を分散後すぐに10基のシェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器のチューブ側に通液した以外は実施例1と同様に行った。
フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表1に示したとおりであり、得られた炭素繊維のストランド強度は6.8GPaであった。
(Example 21)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the acrylonitrile polymer dispersion was passed through the tube side of 10 shell-and-tube type multi-tube heat exchangers immediately after dispersion.
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were also as shown in Table 1. The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.8 GPa.

Figure 2013044057
Figure 2013044057

(比較例1)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=135(℃)、Z=135(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を135℃に維持した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に70℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を70℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 1)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. It changed to Y = 135 (degreeC) and Z = 135 (degreeC) as shown. Further, the temperature of the dispersion liquid was maintained at 135 ° C. after 1 minute from the start of heating until 10 minutes after the start of heating until a polymer solution was obtained. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 70 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (10 minutes after the start of heating), and then until just before the carbon fiber precursor fiber is produced. The temperature was kept at 70 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較するとフィルター交換頻度、100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.7GPaであり、実施例1と比較すると1.3GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were considerably large.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.7 GPa, which was 1.3 GPa lower than that in Example 1.

(比較例2)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=90(℃)、Z=90(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を90℃に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 2)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 90 (° C.) and Z = 90 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed to 90 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)に大きな違いはなかったがフィルター交換頻度が多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.5GPaであり、実施例1と比較すると1.5GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more was not significantly different, but the filter replacement frequency There were many.
The obtained carbon fiber had a strand strength of 5.5 GPa, which was 1.5 GPa lower than that of Example 1.

(比較例3)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=80(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液得るまでの分散液の温度を80℃に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 3)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. It changed to Y = 80 (degreeC) and Z = 80 (degreeC) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid obtained after exceeding 1 minute from the start of heating until obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed to 80 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)に大きな違いはなかったがフィルター交換頻度が多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.6GPaであり、実施例1と比較すると1.4GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more was not significantly different, but the filter replacement frequency There were many.
The obtained carbon fiber had a strand strength of 5.6 GPa, which was 1.4 GPa lower than that of Example 1.

(比較例4)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱を終了した10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 4)
When an acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution, the dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating and the solution temperature Z (° C.) after 10 minutes after the heating are displayed. 2 was changed to Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)が多く、フィルター交換頻度も若干多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は6.3GPaであり、実施例1と比較すると0.7GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more is large, and the filter replacement frequency is slightly increased. It was.
The obtained carbon fiber had a strand strength of 6.3 GPa, which was 0.7 GPa lower than that of Example 1.

(比較例5)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱を終了した10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=35(℃)、Z=135(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を35℃以上135℃以下に変更した。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 5)
When an acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution, the dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating and the solution temperature Z (° C.) after 10 minutes after the heating are displayed. 2 was changed to Y = 35 (° C.) and Z = 135 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution after 1 minute from the start of heating until 10 minutes after the start of heating was changed from 35 ° C. to 135 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多く、フィルター交換頻度も若干多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.7GPaであり、実施例1と比較すると1.3GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more is considerably large, and the frequency of filter replacements is also slightly high. became.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.7 GPa, which was 1.3 GPa lower than that in Example 1.

(比較例6)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱を終了した10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上135℃以下に変更した。さらに、平均流速C(m/min)を表2に示した通りC=1.50(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 6)
When an acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution, the dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating and the solution temperature Z (° C.) after 10 minutes after the heating are displayed. 2 was changed to Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 135 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Furthermore, the average flow velocity C (m / min) was changed to C = 1.50 (m / min) as shown in Table 2. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)が多く、フィルター交換頻度も若干多くなった。
得られた炭素繊維は6.1GPaであり、実施例1と比較すると0.9GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more is large, and the filter replacement frequency is slightly increased. It was.
The obtained carbon fiber was 6.1 GPa, which was 0.9 GPa lower than that in Example 1.

(比較例7)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、平均流速C(m/min)を表2に示した通りC=0.02(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 7)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Furthermore, the average flow velocity C (m / min) was changed to C = 0.02 (m / min) as shown in Table 2. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)が多く、フィルター交換頻度も多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.9GPaであり、実施例1と比較すると1.1GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more was large, and the filter replacement frequency was also increased. .
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.9 GPa, which was 1.1 GPa lower than that in Example 1.

(比較例8)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、チューブ断面に対する内接円の半径A(mm)、チューブ断面の内周長B(m)、平均流速C(m/min)を表2に示した通りにA=2.0(mm)、B=0.015(m)、C=1.95(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 8)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Further, as shown in Table 2, the radius A (mm) of the inscribed circle with respect to the tube cross section, the inner peripheral length B (m) of the tube cross section, and the average flow velocity C (m / min) are A = 2.0 (mm). B = 0.015 (m) and C = 1.95 (m / min). The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)が多く、フィルター交換頻度も多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は6.5GPaであり、実施例1と比較すると0.5GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more was large, and the filter replacement frequency was also increased. .
The strand strength of the obtained carbon fiber was 6.5 GPa, which was 0.5 GPa lower than that in Example 1.

(比較例9)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上135℃以下に変更した。さらに、チューブ断面に対する内接円の半径A(mm)、チューブ断面の内周長B(m)、平均流速C(m/min)を表2に示した通りにA=15.0(mm)、B=0.095(m)、C=0.25(m/min)に変更した。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 9)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 135 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Further, the radius A (mm) of the inscribed circle with respect to the tube cross section, the inner peripheral length B (m) of the tube cross section, and the average flow velocity C (m / min), as shown in Table 2, A = 15.0 (mm) B = 0.095 (m) and C = 0.25 (m / min). The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)が多く、フィルター交換頻度もかなり多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.5GPaであり、実施例1と比較すると1.5GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more is large, and the filter replacement frequency is considerably increased. It was.
The obtained carbon fiber had a strand strength of 5.5 GPa, which was 1.5 GPa lower than that of Example 1.

(比較例10)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから15分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始15分後の溶液温度Z(℃)は表2に示したとおりでY=125(℃)、Z=100(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始15分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は100℃以上125℃以下であった。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 10)
15 minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 15 minutes after the start of heating were as shown in Table 2, Y = 125 (° C.), Z = 100 (° C. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 100 ° C. to 125 ° C. from 1 minute after the start of heating until obtaining the polymer solution 15 minutes after the start of heating was 100 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較するとフィルター交換頻度、100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.7GPaであり、実施例1と比較すると1.3GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were considerably large.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.7 GPa, which was 1.3 GPa lower than that in Example 1.

(比較例11)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから15分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始15分後の溶液温度Z(℃)は表2に示したとおりでY=135(℃)、Z=110(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始15分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は110℃以上135℃以下であった。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 11)
15 minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 15 minutes after the start of heating were as shown in Table 2, Y = 135 (° C.), Z = 110 (° C. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 110 ° C. to 135 ° C. after 1 minute from the start of heating until 15 minutes after the start of heating until a polymer solution was obtained. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較するとフィルター交換頻度、100nm以上のゲル状物個数(個)が多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は4.8GPaであり、実施例1と比較すると2.2GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (pieces) of 100 nm or more were also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the filter replacement frequency and the number of gels (pieces) of 100 nm or more were large.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 4.8 GPa, which was 2.2 GPa lower than that in Example 1.

(比較例12)
アクリロニトリル系重合体分散液を加熱してから3分後にアクリロニトリル系重合体溶液を得た。その際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始3分後の溶液温度Z(℃)は表2に示したとおりでY=125(℃)、Z=100(℃)であった。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始3分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度は100℃以上125℃以下であった。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 12)
Three minutes after heating the acrylonitrile polymer dispersion, an acrylonitrile polymer solution was obtained. At that time, the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 3 minutes after the start of heating are as shown in Table 2, Y = 125 (° C.), Z = 100 (° C. )Met. Further, the temperature of the dispersion liquid from 100 ° C. to 125 ° C. from 1 minute after the start of heating until 3 minutes after the start of heating until a polymer solution was obtained. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)に大きな違いはなかったがフィルター交換頻度が多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.9GPaであり、実施例1と比較すると1.1GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (numbers) of 100 nm or more was not significantly different, but the filter replacement frequency There were many.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.9 GPa, which was 1.1 GPa lower than that in Example 1.

(比較例13)
アクリロニトリル系重合体分散液を、アクリロニトリル系重合体10質量%と−10℃のジメチルホルムアミド90質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合することにより作製した。得られた分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に20℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を20℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 13)
An acrylonitrile polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 10% by mass of an acrylonitrile polymer and 90% by mass of dimethylformamide at −10 ° C. with a biaxial mixer. Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the obtained dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. It changed to Y = 80 (degreeC) as it was, and Z = 130 (degreeC). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 20 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 20 ° C. The others were the same as in Example 1.

100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多かった。
また、安定に紡糸ができず、炭素繊維前駆体繊維を得ることができなかった。このため、フィルター交換頻度および炭素繊維のストランド強度は測定できなかった。
The number of gels (pieces) of 100 nm or more is as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (pieces) of 100 nm or more was considerably large.
Further, stable spinning could not be performed, and carbon fiber precursor fibers could not be obtained. For this reason, the filter replacement frequency and the strand strength of the carbon fiber could not be measured.

(比較例14)
アクリロニトリル系重合体分散液を、アクリロニトリル系重合体30質量%と−10℃のジメチルホルムアミド70質量%を二軸ミキサーにより攪拌、混合することにより作製した。得られた分散液の加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に100℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を100℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 14)
An acrylonitrile polymer dispersion was prepared by stirring and mixing 30% by mass of an acrylonitrile polymer and 70% by mass of -10 ° C. dimethylformamide with a biaxial mixer. The dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating of the obtained dispersion and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating are as shown in Table 2, Y = 80 (° C.), Z = The temperature was changed to 130 (° C). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Furthermore, the temperature of the polymer solution is changed to 100 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber. The temperature was kept at 100 ° C. The others were the same as in Example 1.

100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多かった。
また、安定に紡糸ができず、炭素繊維前駆体繊維を得ることができなかった。このため、フィルター交換頻度および炭素繊維のストランド強度は測定できなかった。
The number of gels (pieces) of 100 nm or more is as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gels (pieces) of 100 nm or more was considerably large.
Further, stable spinning could not be performed, and carbon fiber precursor fibers could not be obtained. For this reason, the filter replacement frequency and the strand strength of the carbon fiber could not be measured.

(比較例15)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解して重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。このとき3基直列の多管式熱交換器に通液する直前の前記分散液温度は70℃であった。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 15)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain a polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. At this time, the temperature of the dispersion just before passing through the three-series multitubular heat exchanger was 70 ° C. The others were the same as in Example 1.

前記分散液を3基直列の多管式熱交換器に通液する最中に分散液の粘度が増加し、送液負荷の増大、熱交換器内の閉塞が発生し、運転ができなかった。このため、重合体溶液の吸光度及びゲル状物個数、フィルター交換頻度並びに炭素繊維のストランド強度は測定できなかった。   During the passage of the dispersion through a multi-tube heat exchanger in series, the viscosity of the dispersion increased, the load of liquid feeding increased, and the heat exchanger was clogged, and operation was not possible. . For this reason, the light absorbency of the polymer solution, the number of gels, the filter replacement frequency, and the strand strength of the carbon fiber could not be measured.

(比較例16)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解して重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。このとき3基直列の多管式熱交換器に通液する直前の前記分散液温度は−40℃であった。それら以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 16)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain a polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.). Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. At this time, the temperature of the dispersion just before passing through the three-series multitubular heat exchanger was −40 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較するとフィルター交換頻度がかなり多かった。   The filter replacement frequency and the number of gels (number) of 100 nm or more were also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the filter replacement frequency was considerably high.

得られた炭素繊維のストランド強度は5.8GPaであり、実施例1と比較すると1.2GPa低下した。   The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.8 GPa, which was 1.2 GPa lower than that in Example 1.

(比較例17)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に20℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を20℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 17)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 20 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 20 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較すると100nm以上のゲル状物個数(個)、フィルター交換頻度がかなり多くなった。
得られた炭素繊維のストランド強度は5.2GPaであり、実施例1と比較すると1.8GPa低下した。
The filter replacement frequency and the number of gelled substances (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the number of gelled substances (numbers) of 100 nm or more and the filter replacement frequency were considerably increased.
The strand strength of the obtained carbon fiber was 5.2 GPa, which was 1.8 GPa lower than that in Example 1.

(比較例18)
アクリロニトリル系重合体分散液を溶解してアクリロニトリル系重合体溶液を得る際、加熱開始から1分後の分散液温度Y(℃)および加熱開始10分後の溶液温度Z(℃)を表2に示したとおりのY=80(℃)、Z=130(℃)に変更した。また、加熱開始より1分を超えてから加熱開始10分後に重合体溶液を得るまでの分散液の温度を80℃以上130℃以下に変更した。さらに、重合体溶液の温度を、重合体溶液を得た時点(加熱開始10分後)から3分以内に110℃に変更し、それから炭素繊維前駆体繊維を製造する直前まで、重合体溶液の温度を110℃に保持し続けた。それら以外は、実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 18)
Table 2 shows the dispersion temperature Y (° C.) 1 minute after the start of heating and the solution temperature Z (° C.) 10 minutes after the start of heating when the acrylonitrile polymer dispersion is dissolved to obtain an acrylonitrile polymer solution. Y = 80 (° C.) and Z = 130 (° C.) as shown. Moreover, the temperature of the dispersion liquid after obtaining the polymer solution 10 minutes after the start of heating was changed from 80 ° C. to 130 ° C. after exceeding 1 minute from the start of heating. Further, the temperature of the polymer solution is changed to 110 ° C. within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained (after 10 minutes from the start of heating), and then until immediately before the production of the carbon fiber precursor fiber, The temperature was kept at 110 ° C. The others were the same as in Example 1.

フィルター交換頻度および100nm以上のゲル状物個数(個)も表2に示したとおりであり、実施例1と比較するとフィルター交換頻度、100nm以上のゲル状物個数(個)がかなり多かった。
得られた炭素繊維のストランド強度は3.3GPaであり、実施例1と比較すると3.7GPaも低下した。
The filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more are also as shown in Table 2. Compared with Example 1, the filter replacement frequency and the number of gels (numbers) of 100 nm or more were considerably large.
The obtained carbon fiber had a strand strength of 3.3 GPa, which was 3.7 GPa lower than that of Example 1.

Figure 2013044057
Figure 2013044057

Claims (14)

アクリロニトリル単量体単位を含むアクリロニトリル系重合体が分散媒に分散したアクリロニトリル系重合体分散液を加熱してアクリロニトリル系重合体溶液を製造する方法であって、以下の条件を満足する製造方法:
1.加熱前の分散液の温度が−20℃以上40℃以下である、
2.加熱を開始してから1分後の分散液温度Y(℃)が60℃以上125℃以下である、
3.加熱を開始してから5分以上12分以下の間に該分散液が溶解したアクリロニトリル系重合体溶液を得て、その際、得られた該重合体溶液の温度Z(℃)が式1を満たす、
4.アクリロニトリル系重合体溶液を得た時点から3分以内に該重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に温度制御する、
(式1)
−0.006×Y2+0.47×Y+112(℃)≦Z(℃)≦−0.30×Y+145(℃)。
A method for producing an acrylonitrile polymer solution by heating an acrylonitrile polymer dispersion in which an acrylonitrile polymer containing an acrylonitrile monomer unit is dispersed in a dispersion medium, the production method satisfying the following conditions:
1. The temperature of the dispersion before heating is -20 ° C or higher and 40 ° C or lower,
2. The dispersion temperature Y (° C.) after 1 minute from the start of heating is 60 ° C. or more and 125 ° C. or less.
3. An acrylonitrile-based polymer solution in which the dispersion is dissolved is obtained within 5 minutes to 12 minutes after the start of heating. At this time, the temperature Z (° C.) of the obtained polymer solution is expressed by Formula 1. Fulfill,
4). The temperature of the polymer solution is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the time when the acrylonitrile-based polymer solution is obtained.
(Formula 1)
−0.006 × Y 2 + 0.47 × Y + 112 (° C.) ≦ Z (° C.) ≦ −0.30 × Y + 145 (° C.).
加熱開始1分後からアクリロニトリル系重合体溶液を得るまでの間の該分散液の温度を60℃以上130℃以下とする請求項1に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to claim 1, wherein the temperature of the dispersion from 1 minute after the start of heating until the acrylonitrile-based polymer solution is obtained is 60 ° C or higher and 130 ° C or lower. 前記アクリロニトリル系重合体が、前記アクリロニトリル単量体単位95.0質量%以上99.0質量%以下と、該アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸を含むビニル系単量体単位1.0質量%以上5.0質量%以下とで構成される請求項1または2に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The acrylonitrile polymer is a vinyl monomer unit 1.0 containing 95.0% by mass or less and 99.0% by mass or less of the acrylonitrile monomer unit and a carboxylic acid copolymerizable with the acrylonitrile monomer. The manufacturing method of the acrylonitrile-type polymer solution of Claim 1 or 2 comprised by mass% or more and 5.0 mass% or less. 前記分散媒がジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドまたはジメチルスルホキシドである請求項1〜3のいずれか一項に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the dispersion medium is dimethylformamide, dimethylacetamide, or dimethylsulfoxide. 前記アクリロニトリル系重合体分散液中の前記アクリロニトリル系重合体の含有率が18質量%以上26質量%以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to any one of claims 1 to 4, wherein a content of the acrylonitrile-based polymer in the acrylonitrile-based polymer dispersion is 18% by mass or more and 26% by mass or less. 前記アクリロニトリル系重合体分散液を加熱する手段が、シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器である請求項1〜5のいずれか一項に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to any one of claims 1 to 5, wherein the means for heating the acrylonitrile-based polymer dispersion is a shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger. . 前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器のチューブ側に前記アクリロニトリル系重合体分散液を通液させ、シェル側に加熱媒体を通液させる請求項6に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The acrylonitrile polymer according to claim 6, wherein the acrylonitrile polymer dispersion is passed through the tube side of the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger, and the heating medium is passed through the shell side. A method for producing a solution. 前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のチューブ断面に対する内接円の半径A(mm)が以下の式2を満たす請求項7に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法:
(式2)
4.0(mm)≦A(mm)≦10.0(mm)。
The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to claim 7, wherein a radius A (mm) of an inscribed circle with respect to a cross section of the tube in the shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchanger satisfies the following formula (2). :
(Formula 2)
4.0 (mm) ≦ A (mm) ≦ 10.0 (mm).
前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のアクリロニトリル系重合体分散液の平均流速C(m/min)が以下の式3を満たす請求項7または8に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法:
(式3)
0.0010/B(m/min)≦C(m/min)≦0.0500/B(m/min)
(ただし、Bは前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器内のチューブ断面の内周長(m)を表す)。
The acrylonitrile-based weight according to claim 7 or 8, wherein an average flow rate C (m / min) of the acrylonitrile-based polymer dispersion in the shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchanger satisfies the following formula (3). Method for producing coalescence solution:
(Formula 3)
0.0010 / B (m / min) ≦ C (m / min) ≦ 0.0500 / B (m / min)
(However, B represents the inner peripheral length (m) of the tube cross section in the shell-and-tube type single tube or multi-tube heat exchanger).
前記シェルアンドチューブタイプの単管もしくは多管式熱交換器を複数直列に接続させて使用する請求項6〜9のいずれか一項に記載のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法。   The method for producing an acrylonitrile-based polymer solution according to any one of claims 6 to 9, wherein a plurality of the shell-and-tube type single-tube or multi-tube heat exchangers are connected in series. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の製造方法により得られたアクリロニトリル系重合体溶液を乾湿式紡糸法または湿式紡糸法により紡糸して、炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維を得る炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法。   A carbon fiber precursor obtained by spinning the acrylonitrile-based polymer solution obtained by the production method according to claim 1 by a dry-wet spinning method or a wet-spinning method to obtain a carbon fiber precursor acrylonitrile-based fiber. A method for producing acrylonitrile fiber. 前記乾湿式紡糸法または湿式紡糸法において、前記アクリロニトリル系重合体溶液をノズルから吐出して紡糸する際に、
該重合体溶液を得た時点から3分以内に30℃以上90℃以下に温度制御してから、該ノズルから吐出するまで、該重合体溶液の温度を30℃以上90℃以下に保ち続ける請求項11に記載の炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維の製造方法。
In the dry-wet spinning method or the wet spinning method, when the acrylonitrile-based polymer solution is discharged from a nozzle for spinning,
The temperature of the polymer solution is kept at 30 ° C. or more and 90 ° C. or less until the temperature is controlled to 30 ° C. or more and 90 ° C. or less within 3 minutes from the time when the polymer solution is obtained, and then discharged from the nozzle. Item 12. A method for producing a carbon fiber precursor acrylonitrile fiber according to Item 11.
アクリロニトリル単量体単位95.0質量%以上99.0質量%以下と、該アクリロニトリル単量体と共重合可能なカルボン酸を含むビニル系単量体単位1.0質量%以上5.0質量%以下とで構成されるアクリロニトリル系重合体が溶媒に溶解した重合体溶液であって、
該アクリロニトリル系重合体の濃度が18質量%以上26質量%以下であり、かつ以下の方法により算出された吸光度が40以上50以下である、アクリロニトリル系重合体溶液:
吸光度の算出方法
該アクリロニトリル系重合体溶液を該溶媒で質量換算で20倍に希釈し、厚さ1cmのセルに入れ、波長350nmにおける吸光度A350を測定し、以下の式4を用いて吸光度を算出する:
(式4)
吸光度 = 吸光度A350/(希釈前のアクリロニトリル系重合体溶液1g中のアクリロニトリル系重合体質量(g)×アクリロニトリル系重合体1モル中のカルボン酸モル量(mol))。
95.0% by mass or more and 99.0% by mass or less of acrylonitrile monomer unit, and 1.0% by mass or more and 5.0% by mass of vinyl monomer unit containing a carboxylic acid copolymerizable with the acrylonitrile monomer. A polymer solution in which an acrylonitrile polymer composed of:
An acrylonitrile polymer solution in which the concentration of the acrylonitrile polymer is 18% by mass or more and 26% by mass or less, and the absorbance calculated by the following method is 40 or more and 50 or less:
Method for calculating absorbance The acrylonitrile-based polymer solution is diluted 20-fold by mass with the solvent, placed in a cell having a thickness of 1 cm, the absorbance A 350 at a wavelength of 350 nm is measured, and the absorbance is calculated using Equation 4 below. calculate:
(Formula 4)
Absorbance = absorbance A 350 / (mass of acrylonitrile polymer in 1 g of acrylonitrile polymer solution before dilution (g) × mol amount of carboxylic acid (mol) in 1 mol of acrylonitrile polymer).
前記溶媒がジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドまたはジメチルスルホキシドである請求項13に記載のアクリロニトリル系重合体溶液。   The acrylonitrile-based polymer solution according to claim 13, wherein the solvent is dimethylformamide, dimethylacetamide, or dimethylsulfoxide.
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