JP2014074242A - 炭素繊維束の製造方法 - Google Patents
炭素繊維束の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014074242A JP2014074242A JP2012221267A JP2012221267A JP2014074242A JP 2014074242 A JP2014074242 A JP 2014074242A JP 2012221267 A JP2012221267 A JP 2012221267A JP 2012221267 A JP2012221267 A JP 2012221267A JP 2014074242 A JP2014074242 A JP 2014074242A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber bundle
- heating
- flameproofing
- carbon fiber
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F120/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F120/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F120/10—Esters
- C08F120/12—Esters of monohydric alcohols or phenols
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/12—Stretch-spinning methods
- D01D5/16—Stretch-spinning methods using rollers, or like mechanical devices, e.g. snubbing pins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/16—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated carboxylic acids or unsaturated organic esters, e.g. polyacrylic esters, polyvinyl acetate
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
- D01F9/225—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles from stabilised polyacrylonitriles
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
- D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
- D02J1/22—Stretching or tensioning, shrinking or relaxing, e.g. by use of overfeed and underfeed apparatus, or preventing stretch
- D02J1/224—Selection or control of the temperature during stretching
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
- D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
- D02J13/001—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass in a tube or vessel
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
- D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
- D02J13/005—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass by contact with at least one rotating roll
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L33/18—Homopolymers or copolymers of nitriles
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
- D01D10/02—Heat treatment
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2101/00—Inorganic fibres
- D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
- D10B2101/12—Carbon; Pitch
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/06—Load-responsive characteristics
- D10B2401/061—Load-responsive characteristics elastic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/06—Load-responsive characteristics
- D10B2401/063—Load-responsive characteristics high strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2918—Rod, strand, filament or fiber including free carbon or carbide or therewith [not as steel]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
Abstract
【解決手段】総繊度が12000〜100000dtexのポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束を200〜250℃の酸化性雰囲気中で加熱して密度1.23〜1.31g/cm3の繊維束を得る工程;その繊維束を条件1)〜5)を満たす複数の加熱ロールで順次加熱する工程、1)複数の加熱ロールの表面温度:250〜330℃、2)250℃≦T1≦270℃、3)Tn≦Tn+1、4)加熱ロール1本当たりの接触時間:5〜40秒、5)最初の加熱ロールと最後の加熱ロールとの間の延伸倍率:1.00〜1.18倍(ここでTnは繊維束が順に接触するn番目の加熱ロールの表面温度);その繊維束を250〜300℃の酸化性雰囲気中で加熱して密度1.35〜1.43g/cm3の耐炎化繊維束を得る工程を含む方法。
【選択図】なし
Description
総繊度が12,000dtex以上100,000dtex以下のポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束を、200℃以上250℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.23g/cm3以上1.31g/cm3以下の繊維束を得る第1の耐炎化工程;
該第1の耐炎化工程より得られる繊維束を、以下の条件(1)〜(5)を満たす複数の加熱ロールで順次加熱する第2の耐炎化工程、
(1)複数の加熱ロールの表面温度:250℃以上330℃以下
(2)250℃≦T1≦270℃
(3)Tn≦Tn+1
(4)加熱ロール1本当たりの接触時間:5秒以上40秒以下
(5)最初の加熱ロールと最後の加熱ロールとの間の延伸倍率:1.00倍以上1.18倍以下
(ここで、Tnは、繊維束が順に接触するn番目の加熱ロールの表面温度である。);および、
該第2の耐炎化工程より得られる繊維束を、250℃以上300℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.35g/cm3以上1.43g/cm3以下の耐炎化繊維束を得る第3の耐炎化工程
を含む炭素繊維束の製造方法である。
以下に本発明の炭素繊維束の製造方法について、詳細に説明する。
本発明は、以下の3段階の耐炎化工程と、炭素化処理工程とを含む炭素繊維束の製造方法である。
(1)総繊度が12,000dtex以上100,000dtex以下のポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束を、200℃以上250℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.23g/cm3以上1.31g/cm3以下の繊維束を得る第1の耐炎化工程。
(2)第1の耐炎化工程より得られる繊維束を、以下の条件(1)〜(5)を満たす複数の加熱ロールで順次加熱する第2の耐炎化工程、
(1)複数の加熱ロールの表面温度:250℃以上330℃以下
(2)250℃≦T1≦270℃
(3)Tn≦Tn+1
(4)加熱ロール1本当たりの接触時間:5秒以上40秒以下
(5)最初の加熱ロールと最後の加熱ロールとの間の延伸倍率:1.00倍以上1.18倍以下
(ここで、Tnは、繊維束が順に接触するn番目の加熱ロールの表面温度である。)。
(3)第2の耐炎化工程より得られる繊維束を、250℃以上300℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.35g/cm3以上1.43g/cm3以下の耐炎化繊維束を得る第3の耐炎化工程。
また、第1の耐炎化工程の前に、ポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束を作製する工程(製糸工程)を含むこともでき、耐炎化繊維束を不活性雰囲気中で炭素化処理する工程(炭素化処理工程)を含むこともできる。
・ポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束(PAN系前駆体繊維束)
本発明に用いる炭素繊維用PAN系前駆体繊維束は、ポリアクリロニトリル系重合体(PAN系重合体)を紡糸すること(例えば、PAN系重合体を含む紡糸原液を紡糸すること)によって製造することができる。
なお、dtexとは、長さ10,000m当たりの質量(g)を表す。
このPAN系重合体は、分子構造中にアクリロニトリル単位を含んでいれば良く、例えば、アクリロニトリルの単独重合体であっても良いし、アクリロニトリルと他のモノマー(共重合成分)との共重合体であっても良い。なお、この共重合体中のアクリロニトリル単位の含有率は、90質量%以上が好ましく、96質量%以上がより好ましい。アクリロニトリル単位の含有率が90質量%以上であれば、炭素繊維にしたときの共重合成分に起因する欠陥点を容易に少なくすることができ、炭素繊維の品質及び性能を容易に向上させることができる。
なお、これらの共重合成分は、1つを単独で用いても良いし、複数を併用しても良い。
以下に、上記PAN系重合体を用いて、PAN系前駆体繊維束を作製する方法の例を具体的に説明する。まず、前記PAN系重合体含む紡糸原液を、湿式紡糸法または乾湿式紡糸法により口金から紡出し、凝固浴に導入して繊維を凝固させ、凝固糸条(膨潤糸条)を得る。なお、紡糸方法としては、工業的な観点から、生産性に優れた湿式紡糸法を用いることが好ましい。この紡糸原液は、PAN系重合体を例えば溶剤に溶解させることで調製することができ、この溶剤としては、上述した重合反応に使用する溶媒を同様に用いることができる。
以上より、アクリル繊維束、即ちPAN系前駆体繊維束を得ることができる。
耐炎化工程では、通常、酸化性雰囲気下で前駆体繊維束を熱処理する。この際、前駆体繊維束は酸化反応して発熱するため、この反応熱が繊維束内部に蓄熱して発火しないように処理することが望まれる。耐炎化反応の進行度を示す一つの指標として耐炎化繊維密度がある。耐炎化繊維密度が高くなれば高くなるほど前述した発熱反応は低減し、また、耐熱性も向上する。耐炎化処理の方式としては、雰囲気加熱方式と加熱体接触方式が知られている。耐炎化工程は緊張下で、即ち繊維束に伸張を掛けた状態で行うことができる。
雰囲気加熱方式は、伝熱効率が低い傾向があり、反応熱が繊維束内部に蓄熱し発火しやすいため、比較的低温で長時間、酸化処理を行なうことが求められる。しかし、長時間、酸化処理を行なうため、均一に耐炎化処理を行なうことができる利点がある。
加熱体接触方式は、伝熱効率が高い傾向があり、反応熱が繊維束内部に蓄熱し発火しにくいため、比較的高温で短時間で酸化処理を行なうことができる。しかし、短時間で酸化処理を行なうため、耐炎化斑が大きくなる傾向がある。
得られたPAN系前駆体繊維束を、密度が1.23g/cm3以上1.31g/cm3以下になるまで、200℃以上250℃以下の酸化性雰囲気中で加熱する。
第1の耐炎化工程におけるPAN系前駆体繊維束の投入密度は、生産性の観点から、1500dtex/mm以上が好ましく、2000dtex/mm以上がより好ましい。また、PAN系前駆体繊維束の投入密度は、5000dtex/mm以下が好ましく、4000dtex/mm以下がより好ましい。投入密度が5000dtex/mm以下であれば、雰囲気加熱処理(特に第1の耐炎化工程)中に発熱反応により繊維束の温度が高くなって分解反応が急激に起こることを容易に防ぐことができ、結果的に、繊維束の切断を容易に防ぐことができる。
なお、第1の耐炎化工程におけるPAN系前駆体繊維束の投入密度とは、第1の耐炎化工程に供するPAN系前駆体繊維束の幅(繊維軸に対して垂直かつ平行な方向の長さ)1mm当たりの繊度を意味する。
第1の耐炎化工程において耐炎化処理を行なう装置としては、加熱した酸化性ガスを循環させる方式の熱風循環炉が好適に採用できる。通常、熱風循環炉では、炉に入った繊維束を一旦炉の外部に出した後、炉の外部に配設された折り返しロールによって折り返して炉に繰り返し通過させる方法が採られる。
第1の耐炎化工程における加熱処理温度、即ち、酸化性雰囲気の温度は、200℃以上250℃以下とする。処理温度が200℃以上の場合は生産性の面から良好となり、250℃以下の場合は工程通過性の面から良好となる。また、第1の耐炎化工程における酸化性雰囲気の温度は、生産性の観点から230℃以上が好ましい。
第1の耐炎化工程より得られる雰囲気加熱後の繊維束の密度は、加熱体接触時の焼成斑を低減する面から1.23g/cm3以上とし、好ましくは1.26g/cm3以上である。また、この繊維束の密度は、第一の耐炎化工程での処理時間の観点での生産性の面から1.31g/cm3以下である。
第1の耐炎化工程より得られる繊維束を、前述の条件(1)〜(5)を満たす複数の加熱ロールで順次加熱する第2の耐炎化工程を行う。
本発明では、第2の耐炎化工程において耐炎化処理を行なう装置として、連続処理が可能で温度調整が容易である加熱ロールを採用する。通常、加熱ロールを用いた加熱体接触方式では、一度加熱ロールで処理した繊維束は、ロールを離れた際にこの加熱ロールの表面温度よりも低い雰囲気で冷却され、再び、同一または異なる温度の加熱ロールで繊維束を処理し冷却する操作を繰り返す方法が採られる。そのため、加熱ロールの温度は高く設定することができる。
a)各加熱ロールの表面温度
本発明に用いる加熱ロール群は、複数本の加熱ロールから構成される。この加熱ロール群を構成する各加熱ロールの表面温度は、250℃以上330℃以下とする。
各加熱ロールの表面温度が250℃以上であれば、耐炎化反応速度を速くすることができ、短時間の処理が可能となる。また、各加熱ロールの表面温度が330℃以下であれば、分解反応を防ぐことができ、糸切れ等の発生を防ぐことができる。
最後に接触させる加熱ロールの表面温度が280℃以上であれば接触後の繊維束の耐炎化密度を効率的に上昇させることができ、330℃以下であれば、後述する第3の耐炎化工程における毛羽の発生や物性低下を容易に防ぐことができる。
第1の耐炎化工程より得られる繊維束に対する、加熱ロール群の総合計接触時間は、10秒以上120秒以下が好ましく、より好ましくは15秒以上90秒以下である。なお、この総合計接触時間とは、繊維束の1点に着目したときに、この繊維束の1点が加熱ロール群を構成する各加熱ロールに接触した時間の合計を意味する。
第1の耐炎化工程より得られる繊維束の、最初の加熱ロールと最後の加熱ロールとの間の延伸倍率は、1.00倍以上1.18倍以下とし、好ましくは1.01倍以上1.15倍以下である。延伸倍率が1.00倍以上であれば高分子鎖の運動性が低下し、1.15倍以下であれば繊維束の環化反応を抑制し、酸化反応とのバランスが好適になり、また炭素化時の毛羽の発生や物性低下を抑制できる。
加熱ロール群に接触させた後の繊維束の密度は、1.32g/cm3以上であることが好ましい。密度がこの範囲内であれば、後述する第3の耐炎化工程を高温(例えば、270℃)で容易に行うことができ、耐炎化時間を容易に短縮することができる。
最後に、第2の耐炎化工程より得られる繊維束を、密度が1.35g/cm3以上1.43g/cm3以下になるまで、酸化性雰囲気中で加熱して、耐炎化繊維束を得る。
第3の耐炎化工程において耐炎化処理を行なう装置としては、第1の耐炎化工程に用いる装置を同様に使用することができ、例えば、加熱した酸化性ガスを循環させる方式の熱風循環炉を採用できる。酸化性雰囲気についても、第1の耐炎化工程と同様に、空気、酸素、二酸化窒素など公知の酸化性雰囲気を採用できるが、経済性の面から空気が好ましい。
第3の耐炎化工程における加熱処理温度は、260℃以上270℃以下が好ましい。加熱処理温度が260℃以上であれば、第3の耐炎化工程にかかる時間を短時間とすることができ、経済面で好ましい。また270℃以下であれば、繊維束における暴走反応の発生を抑制でき、結果的に糸切れの発生を抑制できる。
第3の耐炎化工程後の耐炎化繊維束の密度は、1.35g/cm3以上1.43g/cm3以下とし、好ましくは1.35g/cm3以上1.40g/cm3以下である。なお、耐炎化繊維束の密度が高くなると、焼成斑の面からは好ましくなるが、その分耐炎化時間を長くしなければならないため生産性の面からは好ましくない。即ち、耐炎化繊維束の密度が1.35g/cm3以上であれば炭素化工程通過性の観点から良好となり、1.43g/cm3以下であれば生産性の観点から良好となる。
上記3段階の耐炎化工程により得られた耐炎化繊維束を不活性雰囲気(例えば、窒素やアルゴン)中で加熱処理(炭素化処理)する。炭素化処理する工程は、緊張下で行うことができる。また、この工程では、雰囲気加熱方式及び加熱体接触方式のいずれを用いて加熱処理を行っても良いが、工程通過性の観点から雰囲気加熱方式を用いることが好ましい。
なお、この炭素化処理は1段階(1工程)で行っても良いし、複数の段階(工程)に分けて行っても良い。例えば、この炭素化処理する工程は、上記耐炎化繊維束を不活性雰囲気中400℃以上800℃以下で加熱する工程(前炭素化工程)と、この工程より得られる繊維束を不活性雰囲気中1200℃以上で加熱する工程(炭素化工程)とを含むことができ、これらの工程からなることもできる。炭素化処理を複数の段階に分けて行うことによって、繊維束を良好な品質の炭素繊維束とすることができる。なお、以降、上記前炭素化工程より得られる繊維束を前炭素化繊維束と称することがあり、上記炭素化工程より得られる繊維束を炭素化繊維束と称することがある。
PAN系前駆体繊維束及び炭素繊維束の総繊度は、JIS R 7605に準拠して測定した。
第1の耐炎化工程におけるPAN系前駆体繊維束の投入密度は、下記式より求めた。
第1の耐炎化工程への投入密度(dtex/mm)=前駆体繊維束の総繊度/前駆体繊維束の幅
<第1〜第3の耐炎化工程における繊維束の密度の測定>
第1〜第3の耐炎化工程における繊維束の密度は、JIS R 7603に準拠して測定した。
第2の耐炎化工程による繊維束の延伸倍率(%)は、第2の耐炎化工程入側の繊維束の走行速度、及び第2の耐炎化工程出側の繊維束の走行速度から、下記式より求めた。
炭素化工程より得られる、より具体的には炭素化炉から導出された直後の走行中の繊維束を目視で10分間観察し、観察された毛羽の数を以下の基準に従い評価した。
○:毛羽の数が10個以下であるもの。
△:毛羽の数が11個以上99個以下であるもの。
×:毛羽の数が100個以上であるもの。
ストランド強度及びストランド弾性率は、JIS R−7608に記載された試験法に準拠して測定した。
炭素繊維束のサイジング剤の付着量は、JIS R 7604に準拠して測定した。
アクリロニトリル単位96質量%、アクリルアミド単位3質量%、メタクリル酸単位1質量%からなるPAN系重合体(カルボン酸基の含有量は7.0×10-5当量、極限粘度〔η〕は1.7)を、PAN系重合体の総固形分濃度が21.2質量%となるようDMAcに溶解し、PAN系炭素繊維前駆体繊維を作製するための紡糸原液を得た。
第2の耐炎化工程による繊維束の延伸倍率(%)=(第2の耐炎化工程出側の繊維束の走行速度−第2の耐炎化工程入側の繊維束の走行速度)/第2の耐炎化工程入側の繊維束の走行速度×100、
で計算される延伸倍率で2.5%延伸させ、次いで4本目と5本目の加熱ロールの間で繊維束を2.5%延伸させ、合計5%、即ち1.05倍の延伸を繊維束に掛けた。
第2の耐炎化工程における加熱ロール群による繊維束の延伸倍率を0%(1.00倍)、10%(1.10倍)及び15%(1.15倍)にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。
第2の耐炎化工程に用いる加熱ロール群を直径60cmの加熱ロール3本から構成し、これらの加熱ロールの表面温度を、繊維束に接触する順に270℃(1本目)、273℃(2本目)及び280℃(3本目)とした。また、この加熱ロール群と繊維束との合計接触時間を30秒(各加熱ロールでの接触時間は10秒)に変更した。それら以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。
第2の耐炎化工程に用いる加熱ロール群を直径60cmの加熱ロール2本から構成し、これらの加熱ロールの表面温度を、繊維束に接触する順に270℃(1本目)及び300℃(2本目)とした。また、この加熱ロール群と繊維束との合計接触時間を10秒(各加熱ロールでの接触時間は5秒)に変更した。それら以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。
第1の耐炎化工程における加熱処理温度(雰囲気温度)を260℃に変更した以外は、実施例1と同様にして耐炎化処理を行った。しかし、第1の耐炎化工程において、雰囲気加熱炉I内でスモークが発生したためそれ以降の工程を行うことができず、炭素繊維束を得ることはできなかった。
第2の耐炎化工程に用いる加熱ロール群(直径60cmの加熱ロール6本)の表面処理温度を、全て300℃に変更した以外は実施例1と同様にして耐炎化処理を行った。しかし、第2の耐炎化工程において、加熱ロール接触時に繊維束が加熱ロールに巻き付いてしまったため、それ以降の工程を行うことができず、炭素繊維束を得ることはできなかった。
第2の耐炎化工程における加熱ロール群による繊維束の延伸倍率を20%(1.20倍)に変更した以外は、実施例1と同様にして耐炎化処理を行った。しかし、第2の耐炎化工程において、加熱ロール接触時に繊維束が加熱ロールに巻き付いてしまったため、それ以降の工程を行うことができず、炭素繊維束を得ることはできなかった。
第1の耐炎化工程における加熱処理時間を40分に変更した。また、第2の耐炎化工程に用いる加熱ロール群(直径60cmの加熱ロール6本)の表面温度を、繊維束に接触する順に270℃(1本目)、280℃(2本目)、290℃(3本目)、300℃(4本目)、330℃(5本目)、及び350℃(6本目)とした。さらに、この加熱ロール群と繊維束との合計接触時間を300秒(各加熱ロールでの接触時間は50秒)に変更した。それら以外は、実施例1と同様にして耐炎化処理を行った。
Claims (5)
- 総繊度が12,000dtex以上100,000dtex以下のポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維束を、200℃以上250℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.23g/cm3以上1.31g/cm3以下の繊維束を得る第1の耐炎化工程;
該第1の耐炎化工程より得られる繊維束を、以下の条件(1)〜(5)を満たす複数の加熱ロールで順次加熱する第2の耐炎化工程、
(1)複数の加熱ロールの表面温度:250℃以上330℃以下
(2)250℃≦T1≦270℃
(3)Tn≦Tn+1
(4)加熱ロール1本当たりの接触時間:5秒以上40秒以下
(5)最初の加熱ロールと最後の加熱ロールとの間の延伸倍率:1.00倍以上1.18倍以下
(ここで、Tnは、繊維束が順に接触するn番目の加熱ロールの表面温度である。);および、
該第2の耐炎化工程より得られる繊維束を、250℃以上300℃以下の酸化性雰囲気中で加熱することによって、密度が1.35g/cm3以上1.43g/cm3以下の耐炎化繊維束を得る第3の耐炎化工程
を含む炭素繊維束の製造方法。 - 前記複数の加熱ロールの接触時間が合計で10秒以上120秒以下である請求項1に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 前記第2の耐炎化工程において、前記複数の加熱ロールのうちの、該第1の耐炎化工程より得られる繊維束が最後に接触する加熱ロールの表面温度を280℃以上330℃以下とする請求項1または2に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 前記第3の耐炎化工程における酸化性雰囲気温度が、260℃以上270℃以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 前記第3の耐炎化工程より得られる繊維束を、不活性雰囲気中400℃以上800℃以下で加熱する工程と、
この工程より得られる繊維束を、不活性雰囲気中1200℃以上で加熱する工程と
を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維束の製造方法。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012221267A JP6119168B2 (ja) | 2012-10-03 | 2012-10-03 | 耐炎化繊維束の製造方法、及び、炭素繊維束の製造方法 |
PCT/JP2012/083741 WO2014054196A1 (ja) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | 耐炎化繊維束、炭素繊維束及びそれらの製造方法 |
EP12886114.3A EP2905364A4 (en) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | FIRE-RESISTANT FIBER BEAM, CARBON FIBER BEAM AND METHODS FOR PRODUCING THE SAME |
TW101150227A TWI521108B (zh) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | 耐火化纖維束的製造方法及碳纖維束的製造方法 |
KR1020157006843A KR101690437B1 (ko) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | 내염화 섬유속, 탄소 섬유속 및 그들의 제조 방법 |
US14/433,036 US20150274860A1 (en) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | Flame-resistant fiber bundle, carbon fiber bundle, and processes for producing these |
CN201280075999.5A CN104662214B (zh) | 2012-10-03 | 2012-12-26 | 预氧化纤维束、碳纤维束及它们的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012221267A JP6119168B2 (ja) | 2012-10-03 | 2012-10-03 | 耐炎化繊維束の製造方法、及び、炭素繊維束の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014074242A true JP2014074242A (ja) | 2014-04-24 |
JP6119168B2 JP6119168B2 (ja) | 2017-04-26 |
Family
ID=50434547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012221267A Active JP6119168B2 (ja) | 2012-10-03 | 2012-10-03 | 耐炎化繊維束の製造方法、及び、炭素繊維束の製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20150274860A1 (ja) |
EP (1) | EP2905364A4 (ja) |
JP (1) | JP6119168B2 (ja) |
KR (1) | KR101690437B1 (ja) |
CN (1) | CN104662214B (ja) |
TW (1) | TWI521108B (ja) |
WO (1) | WO2014054196A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016200962A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | ニフティ株式会社 | 機器間通信の情報配信装置 |
JP2018145541A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 三菱ケミカル株式会社 | 炭素繊維束及びその製造方法 |
WO2019012999A1 (ja) | 2017-07-10 | 2019-01-17 | 東レ株式会社 | 炭素繊維束およびその製造方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11313054B2 (en) | 2016-05-24 | 2022-04-26 | Toray Industries, Inc. | Carbon fiber bundle |
CN110214206B (zh) * | 2017-02-01 | 2021-11-23 | 东丽株式会社 | 丙烯酸系纤维束的制造方法和碳纤维束的制造方法 |
MX2019008263A (es) * | 2017-02-08 | 2019-09-19 | Toray Industries | Metodo para limpiar hornos de oxidacion y metodo para producir fibras oxidadas, fibras de carbono, y fibras grafitadas. |
HUE057996T2 (hu) | 2017-02-16 | 2022-06-28 | Mitsubishi Chem Corp | Szénszál prekurzor akrilszál, szénszál, és eljárás annak elõállítására |
KR102586391B1 (ko) * | 2018-01-26 | 2023-10-11 | 도레이 카부시키가이샤 | 내염화 섬유 다발 및 탄소섬유 다발의 제조 방법 |
JP6693633B1 (ja) | 2019-10-07 | 2020-05-13 | 竹本油脂株式会社 | 炭素繊維前駆体用処理剤の水性液及び炭素繊維前駆体 |
CN111562279A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-21 | 江苏恒神股份有限公司 | 一种预氧丝皮芯结构的表征方法 |
KR102544318B1 (ko) | 2020-12-11 | 2023-06-16 | 주식회사 티에프제이 | 크림프성 및 내염성이 개선된 옥시판 안정화섬유, 이를 함유하는 내염성 방적사, 이의 제조 방법 |
CN116084060A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-05-09 | 长春理工大学中山研究院 | 一种聚丙烯腈基碳纤维激光预氧化方法和装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5164022A (en) * | 1974-12-02 | 1976-06-03 | Toray Industries | Tansoseihinno seizohoho |
JPS5930914A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-18 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造方法 |
JPS61167023A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 耐炎化繊維の製造方法 |
JPS62215018A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-21 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維の製法 |
JPH026625A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-10 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 耐炎化繊維の製造法 |
JPH04300328A (ja) * | 1991-03-28 | 1992-10-23 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造方法及び製造装置 |
WO2012050171A1 (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-19 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維前駆体繊維束、炭素繊維束、及びそれらの利用 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA923275A (en) * | 1968-10-03 | 1973-03-27 | A. Clark Rodger | Method of making carbon fibers |
JPS53147821A (en) * | 1977-05-30 | 1978-12-22 | Toray Ind Inc | Production of carbon fiber |
JPS61174423A (ja) * | 1985-01-26 | 1986-08-06 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 耐炎化繊維の製造法 |
KR890005273B1 (ko) * | 1985-10-09 | 1989-12-20 | 미쓰비시레이욘 가부시끼가이샤 | 탄소 섬유의 제조방법 |
US5338605A (en) * | 1990-01-31 | 1994-08-16 | Ketema, Inc. | Hollow carbon fibers |
JPH06158435A (ja) * | 1992-11-10 | 1994-06-07 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 耐炎化繊維の製造方法 |
JP3126902B2 (ja) * | 1995-05-01 | 2001-01-22 | 帝人株式会社 | 特殊断面を有するセルロースアセテート繊維およびその製造方法 |
US6641915B1 (en) * | 2000-05-09 | 2003-11-04 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Acrylonitrile-based fiber bundle for carbon fiber precursor and method for preparation thereof |
DE60228261D1 (de) * | 2001-03-26 | 2008-09-25 | Toho Tenax Co Ltd | Wärmebehandlungsanlage und Betriebsverfahren dafür |
PT1921183E (pt) * | 2005-08-09 | 2013-04-11 | Toray Industries | Fibra ignífuga, fibra de carbono e processos para produzir ambas |
CN101205642A (zh) * | 2006-12-21 | 2008-06-25 | 北京化工大学 | 一种高强度碳纤维的制备方法 |
US10125436B2 (en) * | 2007-11-09 | 2018-11-13 | Invista North America S.A R.L. | High tenacity low shrinkage polyamide yarns |
BRPI1012968A2 (pt) * | 2009-06-10 | 2018-01-16 | Mitsubishi Rayon Co | fibra intumescida de acrilonitrilo para fibra de carbono, feixe de fibra precursor, feixe estabilizado, feixe de fibra de carbono e métodos de produção dos mesmos |
JP5899669B2 (ja) * | 2011-06-09 | 2016-04-06 | 三菱レイヨン株式会社 | 耐炎化繊維束の製造方法 |
-
2012
- 2012-10-03 JP JP2012221267A patent/JP6119168B2/ja active Active
- 2012-12-26 TW TW101150227A patent/TWI521108B/zh not_active IP Right Cessation
- 2012-12-26 WO PCT/JP2012/083741 patent/WO2014054196A1/ja active Application Filing
- 2012-12-26 EP EP12886114.3A patent/EP2905364A4/en not_active Withdrawn
- 2012-12-26 CN CN201280075999.5A patent/CN104662214B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-12-26 KR KR1020157006843A patent/KR101690437B1/ko active IP Right Grant
- 2012-12-26 US US14/433,036 patent/US20150274860A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5164022A (en) * | 1974-12-02 | 1976-06-03 | Toray Industries | Tansoseihinno seizohoho |
JPS5930914A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-18 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造方法 |
JPS61167023A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 耐炎化繊維の製造方法 |
JPS62215018A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-21 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維の製法 |
JPH026625A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-10 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 耐炎化繊維の製造法 |
JPH04300328A (ja) * | 1991-03-28 | 1992-10-23 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造方法及び製造装置 |
WO2012050171A1 (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-19 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維前駆体繊維束、炭素繊維束、及びそれらの利用 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016200962A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | ニフティ株式会社 | 機器間通信の情報配信装置 |
JP2018145541A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 三菱ケミカル株式会社 | 炭素繊維束及びその製造方法 |
WO2019012999A1 (ja) | 2017-07-10 | 2019-01-17 | 東レ株式会社 | 炭素繊維束およびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101690437B1 (ko) | 2016-12-27 |
KR20150044942A (ko) | 2015-04-27 |
CN104662214B (zh) | 2017-04-26 |
TW201414892A (zh) | 2014-04-16 |
CN104662214A (zh) | 2015-05-27 |
US20150274860A1 (en) | 2015-10-01 |
WO2014054196A1 (ja) | 2014-04-10 |
EP2905364A1 (en) | 2015-08-12 |
EP2905364A4 (en) | 2016-08-31 |
JP6119168B2 (ja) | 2017-04-26 |
TWI521108B (zh) | 2016-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6119168B2 (ja) | 耐炎化繊維束の製造方法、及び、炭素繊維束の製造方法 | |
JP6885109B2 (ja) | 炭素繊維束及びその製造方法 | |
JP2018145540A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP5722991B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法及び炭素繊維用前駆体繊維 | |
JP6020201B2 (ja) | 炭素繊維束およびその製造方法 | |
JP2016040419A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP2007162144A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP2012188781A (ja) | 炭素繊維およびその製造方法 | |
JP2010100970A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP2004300600A (ja) | 耐炎化繊維、炭素繊維およびそれらの製造方法 | |
JP5899669B2 (ja) | 耐炎化繊維束の製造方法 | |
JP2011017100A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP6264819B2 (ja) | アクリロニトリル系共重合体、炭素繊維前駆体アクリロニトリル系繊維、炭素繊維及び炭素繊維の製造方法 | |
JP5811529B2 (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP2013023801A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP2004060069A (ja) | ポリアクリロニトリル系炭素繊維、及びその製造方法 | |
JP2016037689A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
KR101909892B1 (ko) | 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유의 제조방법 및 탄소섬유의 제조방법 | |
JP2015183166A (ja) | アクリロニトリル系共重合体およびポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維の製造方法 | |
JP2017137602A (ja) | ポリアクリロニトリル繊維束の製造方法 | |
JP2021139062A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP2014125701A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP2001248025A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP2012219382A (ja) | ポリアクリロニトリル系炭素繊維の前駆体繊維束の製造方法及びそれによって得られるポリアクロロニトリル系炭素繊維の前駆体繊維束 | |
JP2004060126A (ja) | 炭素繊維及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20140521 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150805 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160912 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160927 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170228 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170313 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6119168 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |