JP2017160563A - 炭素繊維用前駆体繊維束とその製造方法および炭素繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)第1ローラー
(2)第1ローラーの軸心、および、第1ローラーを出た直後の炭素繊維用前駆体糸条の走行方向のいずれとも略直交する軸心を有し、第1ローラーからの軸心間の距離Lが略同等である一対の第2ローラー
(3)一対の第2のローラーの軸心と略平行な軸心を有し、一対の第2ローラーを出た直後の炭素繊維用前駆体糸条の走行方向に沿って順に配置される一対の第3前ローラーおよび第3後ローラー
(4)一対の第3前ローラーおよび第3後ローラーと略直交する軸心を有する第4ローラー。
(A)フックドロップ法による炭素繊維用前駆体糸条の交絡の最小値が100mm以上
(B)フックドロップ法による炭素繊維用前駆体繊維束の交絡の最小値が100mm以上
(C)炭素繊維用前駆体糸条の撚り数が0.10ターン/10m以下。
第1ローラー上の炭素繊維用前駆体糸条それぞれを定規を使用して20秒間隔で3回測定した糸幅の平均値を用いる。
張力の測定には、テンションメーターHS−3000型(エイコー測器株式会社製)及び定格5kgfおよび10kgfのテンションピックアップBTB−I(エイコー測器株式会社製)を用いる。
炭素繊維用前駆体繊維束を巻き取ったボビンから引き出し、繊維束を約40cm間隔で両手に持って、まず、繊維束を持った両手を近づけ繊維束を緩め、両手を離し張力を掛け緊張させる。この緩和/緊張を20回繰り返し、解れた繊維束から分割できるところを見つけだして分割する方法である。分割できるところを見つけ出すとは、単糸が絡まり無く、繊維束を引きだしながら5m以上分割できるところを言う。N本以上合糸しているものについては、まず、繊維束を1:(N−1)に分割して、(N−1)を更に分割していく。
JIS−L1013(2010)「化学繊維フィラメント糸試験方法」記載のフックドロップ法で測定し、50回測定を繰り返し、50点測定した平均値をX(mm)として、次式より交絡度を求める。
交絡度=1000/X。
JIS−L1013(2010)「化学繊維フィラメント糸試験方法」記載のフックドロップ法の方法に準じて測定する。合糸前の炭素繊維用前駆体糸条、または炭素繊維用前駆体繊維束試料の下方の位置に荷重100gを吊り下げ、荷重10gのフックを挿入し、その降下距離(mm)を50回測定した際の最小値を採用する。
炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条に針を刺し、10m中に存在する撚り数を求める。撚りの方向360°回転を1.00ターン、180°回転を0.50ターン、90°回転を0.25ターンとして回転数を測定する。右撚り、左撚りをそれぞれ回転数を測定し、それぞれの絶対値の和を撚り数とする。そして、10回の平均値を求める。
炭素繊維用前駆体繊維束をサンプリングし、カミソリで繊維軸に垂直に切断し、光学顕微鏡を用いて単糸の断面形状を観察する。測定倍率は、最も細い単糸が1mm程度に観察されるよう倍率200〜400倍とし、使用する機器の画素数は200万画素とする。得られた画像を画像解析することにより炭素繊維用前駆体繊維束を構成する単糸の断面積と周長を求め、その断面積から真円と仮定した時の単糸の断面の直径(単糸径)を0.1μm単位で計算して求め、下記式を用いて炭素繊維用前駆体繊維束を構成する単糸の真円度を求める。真円度は無作為に選んだ10本の単糸の平均値を用いる。
真円度=4πS/C2
(式中、Sは炭素繊維用前駆体繊維束を構成する単糸の断面積を表し、Cは単糸の周長を表す)。
次に説明する製造方法において、炭素繊維の巻き取る前で観測される繊維束1万m内で10本以上の破断した単糸の集団を1カウントとし、その総和を糸傷み回数(回/1万m)とする。このとき、毛羽を検知する公知の毛羽検査装置を用いても良い。巻き取ってしまった炭素繊維では破断部分が内部に隠れてしまうため、炭素繊維の巻き取り前において連続的に確認した。
ジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により、アクリロニトリル99質量%とイタコン酸1.0質量%からなるポリアクリロニトリルを得た後、乾湿式紡糸法により35質量%ジメチルスルホキシド水溶液からなる凝固浴中へ紡出し、続く水洗工程にて繊維を水洗後、浴延伸工程にて延伸をおこなった。その後油剤浴中に浸漬させ乾燥工程にて乾燥処理をおこなった後、加圧蒸気中で延伸をおこなうことで炭素繊維用前駆体繊維束を得た。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を1000mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は4、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は150mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は120mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.03ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは1回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を900mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が3mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は3、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は130mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束の交絡の最小値は120mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.00ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは0回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を910mmに設定し、真円度0.92、単糸繊度0.73dtex、総繊度8760dtex(単糸数:12000本)の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が14mmとなるようにして0.20cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は4、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は120mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は100mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.08ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは2回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を1000mmに設定し、真円度0.92、単糸繊度0.73dtex、総繊度8760dtex(単糸数:12000本)の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が7mmとなるようにして0.25cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は5、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は110mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は100mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.03ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは2回/1万mであった。
ジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により、アクリロニトリル99質量%とイタコン酸1.0質量%からなるポリアクリロニトリルを得た後、乾湿式紡糸法により40質量%ジメチルスルホキシド水溶液からなる凝固浴中へ紡出し、続く水洗工程にて繊維を水洗後、浴延伸工程にて延伸をおこなった。その後油剤浴中に浸漬させ乾燥工程にて乾燥処理をおこなった後、加圧蒸気中で延伸をおこなうことで炭素繊維用前駆体繊維束を得た。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を50mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は4、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は70mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は80mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.30ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは12回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を200mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条4本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.17cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は3、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した際のフックドロップ法による交絡の最小値は90mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は80mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.15ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは5回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を200mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は5、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は90mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は90mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.15ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは5回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を1500mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条4本を第1ローラー上の糸幅が3mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は5、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した際のフックドロップ法による交絡の最小値は80mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は80mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.20ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは10回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を2000mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.30cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は4、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は75mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は90mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.30ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは9回/1万mであった。
実施例1において一対の第2ローラー2,2’と第1ローラー1の距離を800mmに設定し、真円度0.92の炭素繊維用前駆体糸条2本を第1ローラー上の糸幅が4mmとなるようにして0.05cN/dtexの張力で合糸して採取した炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡度は3、その炭素繊維用前駆体繊維束を炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条のフックドロップ法による交絡の最小値は80mm、分割していない炭素繊維用前駆体繊維束のフックドロップ法による交絡の最小値は90mm、炭素繊維用前駆体繊維束の分割方法で分割した炭素繊維用前駆体糸条の撚数は0.25ターン/10mであり、炭素繊維の巻き取る前で観測される糸傷みは10回/1万mであった。
2,2’:第2ローラー
3:第3前ローラー
3’:第3後ローラー
4:第4ローラー
5,5’,6,6’:合糸前の炭素繊維用前駆体糸条
7:合糸後の炭素繊維用前駆体繊維束
8:共通ベース
L:第1ローラーと第2ローラーの距離
θ:抱き角
Claims (5)
- 以下の(1)〜(4)のローラーを用いて、2本以上の炭素繊維用前駆体糸条を合糸して炭素繊維用前駆体繊維束を製造する方法であって、互いに略平行に走行する前記2本以上の炭素繊維用前駆体糸条を抱き角20°以上で第1ローラーに接触させた後、前記2本以上の炭素繊維用前駆体糸条を2分割して一対の第2ローラーにそれぞれ接触させることで、第1ローラーと一対の第2ローラーの間で炭素繊維用前駆体糸条を略90°回転させ、次いで、一方の第2ローラーから出た炭素繊維用前駆体糸条を第3前ローラーおよび第3後ローラーに順次接触させるとともに、もう一方の第2ローラーから出た炭素繊維用前駆体糸条を第3前ローラーに接触させることなく第3後ローラーに接触させることで、第3後ローラー上で炭素繊維用前駆体糸条を合糸し、その後、第3後ローラーから出た炭素繊維用前駆体糸条を第4ローラーに抱き角5°以上で接触させて、炭素繊維用前駆体繊維束を得るに際し、第1ローラーと一対の第2ローラーとの軸心間の距離Lと第1ローラー上の炭素繊維用前駆体糸条の糸幅Wとの比、L/Wを60以上400以下とし、第4ローラーから出た後の炭素繊維用前駆体繊維束の張力を0.11cN/dtex以上とする炭素繊維用前駆体繊維束の製造方法。
(1)第1ローラー
(2)第1ローラーの軸心、および、第1ローラーを出た直後の炭素繊維用前駆体糸条の走行方向のいずれとも略直交する軸心を有し、第1ローラーからの軸心間の距離Lが略同等である一対の第2ローラー
(3)一対の第2のローラーの軸心と略平行な軸心を有し、一対の第2ローラーを出た直後の炭素繊維用前駆体糸条の走行方向に沿って順に配置される一対の第3前ローラーおよび第3後ローラー
(4)一対の第3前ローラーおよび第3後ローラーと略直交する軸心を有する第4ローラー - 第1ローラーと接触する前の炭素繊維用前駆体糸条の単糸の真円度が0.9以上である請求項1記載の炭素繊維用前駆体繊維束の製造方法。
- 明細書に記載の方法で炭素繊維用前駆体繊維束を単糸の絡まりがなく5m以上の炭素繊維用前駆体糸条に分割することが可能であり、以下の(A)〜(C)を満たす炭素繊維用前駆体繊維束。
(A)フックドロップ法による炭素繊維用前駆体糸条の交絡の最小値が100mm以上
(B)フックドロップ法による炭素繊維用前駆体繊維束の交絡の最小値が100mm以上
(C)炭素繊維用前駆体糸条の撚り数が0.10ターン/10m以下 - 請求項1または2記載の炭素繊維用前駆体繊維束の製造方法で炭素繊維用前駆体繊維束を製造した後、酸化性雰囲気中200〜300℃で耐炎化処理し、その後不活性雰囲気中1000℃以上で炭化処理する、炭素繊維の製造方法。
- 請求項3記載の炭素繊維用前駆体繊維束を酸化性雰囲気中200〜300℃で耐炎化処理し、その後不活性雰囲気中1000℃以上で炭化処理する、炭素繊維の製造方法。
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