JP2018507963A - Carbon fiber obtained from silicon-treated polyolefin precursor fiber - Google Patents

Carbon fiber obtained from silicon-treated polyolefin precursor fiber Download PDF

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Abstract

炭素質繊維をポリオレフィン繊維から調製する。ポリオレフィン繊維を安定化させ、シリコン源で処理する。一例では、シリコン源は、シロキサンである。一例では、ポリオレフィン繊維をスルホン化により安定化させる。一例では、炭素質繊維は、90〜100重量パーセントの炭素、0.1〜1重量パーセントのシリコン、0.1〜1重量パーセントの窒素を有する。【選択図】なしCarbonaceous fibers are prepared from polyolefin fibers. Stabilize polyolefin fiber and treat with silicon source. In one example, the silicon source is siloxane. In one example, the polyolefin fibers are stabilized by sulfonation. In one example, the carbonaceous fiber has 90-100 weight percent carbon, 0.1-1 weight percent silicon, 0.1-1 weight percent nitrogen. [Selection figure] None

Description

本発明は、安定化された繊維及び炭素繊維を生成するためのプロセスに関する。   The present invention relates to a process for producing stabilized fibers and carbon fibers.

炭素繊維は、増加し続けるニーズに対応する。2010年の炭素繊維の世界生産量は40キロメトリックトン(KMT)であり、2020年には150KMTまで成長すると見込まれている。この成長には、工業グレードの炭素繊維が大きく寄与すると予想されており、適用には低コストが不可欠である。炭素繊維を生成するための従来の方法は、繊維状に溶液紡糸され、酸化及び炭化されるポリアクリロニトリル(PAN)に依存する。炭素繊維のコストの約50パーセントは、ポリマー自体及び溶液紡糸のコストに関連している。   Carbon fiber meets the ever-increasing needs. The global production of carbon fiber in 2010 is 40 kilometric tons (KMT) and is expected to grow to 150 KMT in 2020. Industrial growth is expected to contribute significantly to this growth, and low cost is essential for application. Conventional methods for producing carbon fibers rely on polyacrylonitrile (PAN) that is solution spun into fibers, oxidized and carbonized. About 50 percent of the cost of carbon fiber is related to the polymer itself and the cost of solution spinning.

低コストの工業グレードの炭素繊維を生成する取り組みにおいて、様々なグループが、代替の前駆体ポリマー及び炭素繊維の作製方法を研究した。PAN繊維に代わる前駆体としては、セルロース糸、窒素含有多環式ポリマー、及びピッチが含まれていた。各前駆体は、特定の前駆体の化学的性質に合わせて設計されなければならないため、各異なる前駆体から炭素繊維を調製することは、その前駆体及び炭化プロセスに特有の課題を伴う。   In an effort to produce low cost industrial grade carbon fibers, various groups have studied alternative precursor polymers and methods for making carbon fibers. Precursor alternatives to PAN fibers included cellulose yarn, nitrogen-containing polycyclic polymer, and pitch. Since each precursor must be designed for the particular precursor chemistry, preparing carbon fibers from each different precursor involves challenges specific to that precursor and carbonization process.

より最近の取り組みとしては、スルホン化ポリエチレン繊維等の安定化されたポリオレフィン(S−PO)繊維を用いた研究が挙げられる。例えば、US4,070,446及びWO92/03601は、両方とも、ポリエチレン繊維のスルホン化、及びその後の炭素繊維への変換、またさらには黒鉛化炭素繊維への変換の方法を教示している。S−PO繊維を使用して炭素繊維を生成することは、比較的新しい技術であり、歴史的に、他の既知の前駆体からの炭素繊維と比較してより低い引張強度及びヤング率を有する炭素繊維を生成してきた。S−PO繊維の高温黒鉛化(典型的には2000℃を超過)は、得られる炭素繊維のヤング率を増加させるのに役立ち得るが、同時に処理コスト及び複雑性も増大させる。   More recent efforts include research using stabilized polyolefin (S-PO) fibers such as sulfonated polyethylene fibers. For example, US 4,070,446 and WO 92/03601 both teach methods for sulfonation of polyethylene fibers and subsequent conversion to carbon fibers, or even conversion to graphitized carbon fibers. Generating carbon fibers using S-PO fibers is a relatively new technology and historically has lower tensile strength and Young's modulus compared to carbon fibers from other known precursors. Carbon fiber has been produced. High temperature graphitization of S-PO fibers (typically above 2000 ° C.) can help increase the Young's modulus of the resulting carbon fibers, but at the same time increases processing costs and complexity.

シリコン系潤滑油等の潤滑油が、炭素繊維の生成において使用される。このような潤滑油は、空気酸化プロセスの前または炭化プロセスの前等の炭素繊維プロセスに添加されると有益であることが知られている。このような被膜は炭素繊維の内部構造に実質的に浸透しないことが一般的に認められている。   Lubricating oils such as silicon-based lubricating oils are used in the production of carbon fibers. Such lubricating oils are known to be beneficial when added to a carbon fiber process, such as before an air oxidation process or before a carbonization process. It is generally accepted that such coatings do not substantially penetrate the carbon fiber internal structure.

2000℃、好ましくは1800℃を超過する温度まで加熱することを必要とせずに、得られる炭素繊維のヤング率、及び好ましくは引張強度も増加させる、スルホン化ポリオレフィン繊維等のS−PO繊維から炭素繊維を作製するためのプロセスを提供することが望ましい。   Carbons from S-PO fibers such as sulfonated polyolefin fibers that increase the Young's modulus and preferably the tensile strength of the resulting carbon fibers without the need to heat to temperatures exceeding 2000 ° C., preferably above 1800 ° C. It would be desirable to provide a process for making fibers.

炭素質物品をポリオレフィン加工物品から調製する。ポリオレフィン加工物品を安定化し、シリコン源で処理する。一例では、シリコン源は、シロキサンである。一例では、加工物品をスルホン化により安定化する。一例では、炭素質物品は、90〜100重量パーセントの炭素、0.1〜1重量パーセントのシリコン、0.1〜1重量パーセントの窒素を有する繊維を含む。   A carbonaceous article is prepared from a polyolefin processed article. Stabilize the polyolefin processed article and treat with silicon source. In one example, the silicon source is siloxane. In one example, the processed article is stabilized by sulfonation. In one example, the carbonaceous article includes fibers having 90-100 weight percent carbon, 0.1-1 weight percent silicon, 0.1-1 weight percent nitrogen.

試験方法は、日付が試験方法番号とともに示されていないとき、本文書の優先日の時点で最新の試験方法を指す。試験方法への言及は、試験協会及び試験方法番号の両方への言及を含む。   Test method refers to the latest test method as of the priority date of this document when the date is not indicated with the test method number. Reference to a test method includes reference to both a test association and a test method number.

「及び/または」は、「及び、または代替として」を意味する。別途指定のない限り、全ての範囲は、端点を含む。   “And / or” means “and or alternatively”. Unless otherwise specified, all ranges include endpoints.

「弾性率」及び「ヤング率」は、同義である。   “Elastic modulus” and “Young's modulus” are synonymous.

本発明のプロセスは、安定化されたポリオレフィン繊維から炭素繊維、好ましくは黒鉛化繊維を調製するのに有用である。   The process of the present invention is useful for preparing carbon fibers, preferably graphitized fibers, from stabilized polyolefin fibers.

「炭素繊維」は、繊維の重量の70wt%超の炭素、好ましくは80wt%以上の炭素、さらにより好ましくは90wt%以上の炭素を含む繊維であり、炭素重量が水素重量を20倍以上、好ましくは50倍以上上回る。   “Carbon fiber” is a fiber containing more than 70 wt% carbon, preferably 80 wt% or more carbon, and even more preferably 90 wt% or more carbon, and the carbon weight is 20 times or more hydrogen weight, preferably Is over 50 times.

「黒鉛繊維」は、炭素繊維の一形態であり、これは、六角形の炭素環の規則的配列、つまり結晶様構造及び秩序を特徴とする。炭素繊維は、炭素繊維において六角形の環の量及び組織化された構成が増加するにつれて、より黒鉛の性質になる。   “Graphite fiber” is a form of carbon fiber, which is characterized by a regular arrangement of hexagonal carbocycles, ie a crystal-like structure and order. Carbon fibers become more graphitic in nature as the amount of hexagonal rings and organized organization in carbon fibers increases.

「黒鉛化炭素繊維」は、ある程度の結晶様構造及び秩序を示す炭素繊維である。   A “graphitized carbon fiber” is a carbon fiber that exhibits a certain degree of crystal-like structure and order.

安定化されたポリオレフィン(S−PO)繊維は、繊維の重量に基づく熱重量分析によって、最高600℃の温度で検出可能な炭化水素の損失が10重量パーセント(wt%)未満、より好ましくは5wt%未満、またはさらにより好ましくは1wt%未満であるように、そして好ましくは損失がないように化学修飾されたポリオレフィン繊維である。ポリオレフィン(PO)繊維は、ポリオレフィン繊維を架橋、酸化(例えば、空気酸化)、またはスルホン化することによってS−PO繊維に変換することができる。   Stabilized polyolefin (S-PO) fibers have less than 10 weight percent (wt%) hydrocarbon loss detectable at temperatures up to 600 ° C., more preferably 5 wt.%, By thermogravimetric analysis based on fiber weight. Polyolefin fibers that have been chemically modified to be less than%, or even more preferably less than 1 wt%, and preferably no loss. Polyolefin (PO) fibers can be converted to S-PO fibers by crosslinking, oxidizing (eg, air oxidation), or sulfonating the polyolefin fibers.

S−POになるように化学修飾されたポリオレフィン繊維は、オレフィン及び非オレフィンの両方を含むマルチポリマーを含む、ポリオレフィンホモポリマーまたはマルチポリマーであってもよい。本明細書において、「マルチポリマー」は、コポリマー、ターポリマー、及び高次ポリマー等の2種類以上のモノマーのポリマーを指す。望ましくは、ポリオレフィン繊維は、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及び/またはスチレン単位のうちの1つまたは任意の組み合わせまたは2つ以上を含むホモポリマーまたはコポリマーである。   Polyolefin fibers that are chemically modified to be S-PO may be polyolefin homopolymers or multipolymers, including multipolymers containing both olefins and non-olefins. As used herein, “multipolymer” refers to a polymer of two or more types of monomers, such as copolymers, terpolymers, and higher order polymers. Desirably, the polyolefin fiber is a homopolymer or copolymer comprising one or any combination or two or more of ethylene, propylene, butadiene, and / or styrene units.

ポリエチレンホモポリマー及びマルチポリマー、とりわけコポリマーは、特に望ましいポリオレフィン繊維である。好ましいポリエチレンコポリマーとしては、エチレン/オクテンコポリマー、エチレン/へキセンコポリマー、エチレン/ブテンコポリマー、エチレン/プロピレンコポリマー、エチレン/スチレンコポリマー、エチレン/ブタジエンコポリマー、プロピレン/オクテンコポリマー、プロピレン/へキセンコポリマー、プロピレン/ブテンコポリマー、プロピレン/スチレンコポリマー、プロピレン/ブタジエンコポリマー、スチレン/オクテンコポリマー、スチレン/へキセンコポリマー、スチレン/ブテンコポリマー、スチレン/プロピレンコポリマー、スチレン/ブタジエンコポリマー、ブタジエン/オクテンコポリマー、ブタジエン/へキセンコポリマー、ブタジエン/ブテンコポリマー、ブタジエン/プロピレンコポリマー、ブタジエン/スチレンコポリマー、エチレン/エチリデンノルボルネンコポリマー、エチレン/プロピレン/エチリデンノルボルネンコポリマー、またはそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられる。本明細書で使用する場合、オクテンは、任意のオクテン異性体を指し得る。一例では、オクテンは、1−オクテンを指す。   Polyethylene homopolymers and multipolymers, especially copolymers, are particularly desirable polyolefin fibers. Preferred polyethylene copolymers include ethylene / octene copolymer, ethylene / hexene copolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / propylene copolymer, ethylene / styrene copolymer, ethylene / butadiene copolymer, propylene / octene copolymer, propylene / hexene copolymer, propylene / Butene copolymer, propylene / styrene copolymer, propylene / butadiene copolymer, styrene / octene copolymer, styrene / hexene copolymer, styrene / butene copolymer, styrene / propylene copolymer, styrene / butadiene copolymer, butadiene / octene copolymer, butadiene / hexene copolymer, Butadiene / butene copolymer, butadiene / propylene copolymer, pig Ene / styrene copolymers, ethylene / ethylidene norbornene copolymer, ethylene / propylene / ethylidene norbornene copolymer, or combinations of two or more thereof may be mentioned. As used herein, octene may refer to any octene isomer. In one example, octene refers to 1-octene.

ポリオレフィンは、望ましくはマルチポリマーであり、好ましくはエチレン及びオクテンのコポリマーである。   The polyolefin is desirably a multipolymer, preferably a copolymer of ethylene and octene.

ポリオレフィンマルチポリマーは、任意のモノマー単位の構成を有することができる。例えば、ポリオレフィンマルチポリマーは、直鎖もしくは分岐鎖、モノマー単位もしくはモノマー単位のブロック内での交互ポリマー(ジブロックもしくはトリブロックポリマー等)、グラフトマルチポリマー、分岐コポリマー、櫛形コポリマー、星形コポリマー、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせであってもよい。   The polyolefin multipolymer can have any monomer unit configuration. For example, a polyolefin multipolymer may be a linear or branched chain, an alternating polymer within a monomer unit or block of monomer units (such as a diblock or triblock polymer), a graft multipolymer, a branched copolymer, a comb copolymer, a star copolymer, or Any combination of two or more thereof may be used.

ポリオレフィン繊維及びS−PO繊維は、中空繊維の円形、長円形、星形、三角形、長方形、及び正方形等の任意の断面形状であってもよい。   The polyolefin fiber and the S-PO fiber may have any cross-sectional shape such as a circular, oval, star, triangular, rectangular, and square hollow fiber.

S−PO繊維は、望ましくはスルホン化ポリオレフィン繊維である。スルホン化ポリオレフィン繊維は、スルホン化されることによって安定化された、硫酸官能基を含むポリオレフィン繊維である。ポリオレフィン繊維をスルホン化するいずれの手段も、本発明のプロセスにおいて使用するスルホン化ポリオレフィン繊維を調製するのに好適である。例えば、ポリオレフィン繊維をスルホン化する好適な手段は、濃縮及び/もしくは発煙硫酸、クロロスルホン酸、ならびに/または溶媒中の及び/もしくは気体としての三酸化硫黄等のスルホン化剤にポリオレフィン繊維を曝露することによる。好ましくは、ポリオレフィン繊維を発煙硫酸、硫酸、三酸化硫黄、クロロスルホン酸またはそれらの任意の組み合わせから選択されるスルホン化剤で処理することによってスルホン化ポリオレフィン繊維を調製する。スルホン化は、ポリオレフィン繊維を第1のスルホン化剤、及び次いで第2のスルホン化剤、任意選択的に、第3の及び任意選択的にそれより多くのスルホン化剤に曝露する段階的なプロセスであってもよい。各ステップのスルホン化剤は、任意の他のステップと同じかまたは異なってもよい。典型的には、スルホン化は、スルホン化剤を含有する1つまたは2つ以上の槽にポリオレフィン繊維を通すことによって起こる。   The S-PO fiber is desirably a sulfonated polyolefin fiber. Sulfonated polyolefin fibers are polyolefin fibers containing sulfate functional groups that are stabilized by being sulfonated. Any means for sulfonating polyolefin fibers is suitable for preparing sulfonated polyolefin fibers for use in the process of the present invention. For example, suitable means for sulfonating polyolefin fibers expose the polyolefin fibers to a sulfonating agent such as concentrated and / or fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, and / or sulfur trioxide in a solvent and / or as a gas. It depends. Preferably, the sulfonated polyolefin fiber is prepared by treating the polyolefin fiber with a sulfonating agent selected from fuming sulfuric acid, sulfuric acid, sulfur trioxide, chlorosulfonic acid or any combination thereof. Sulfonation is a stepwise process that exposes polyolefin fibers to a first sulfonating agent and then to a second sulfonating agent, optionally, a third and optionally more sulfonating agents. It may be. The sulfonating agent in each step may be the same or different from any other step. Typically, sulfonation occurs by passing polyolefin fibers through one or more vessels containing a sulfonating agent.

ポリオレフィン繊維をスルホン化するための1つの望ましい方法は、ポリオレフィン繊維を発煙硫酸で(第1のステップ)、次いで濃縮硫酸で(第2のステップ)、次いで第2の濃縮硫酸処理(第3のステップ)によって処理することである。各3つのステップの間の温度は、互いと同じかまたは異なってもよい。好ましくは、第1のステップの間の温度は、第2のステップの間の温度よりも低い。好ましくは、第2のステップの間の温度は、第3のステップの間の温度よりも低い。好適な温度の例を挙げると、第1のステップについてはゼロ℃以上、好ましくは30℃以上、より好ましくは40℃以上であると同時に望ましくは130℃以下、好ましくは100℃以下であり、第2のステップについては望ましくは105〜130℃であり、第3のステップについては望ましくは130〜150℃である。各ステップの滞留時間は、5分以上〜24時間以内であり得る。   One desirable method for sulfonating polyolefin fibers is to treat the polyolefin fibers with fuming sulfuric acid (first step), then with concentrated sulfuric acid (second step), and then with a second concentrated sulfuric acid treatment (third step). ) To process. The temperature during each of the three steps may be the same or different from each other. Preferably, the temperature during the first step is lower than the temperature during the second step. Preferably, the temperature during the second step is lower than the temperature during the third step. As examples of suitable temperatures, the first step is zero ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher and desirably 130 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower. The second step is desirably 105 to 130 ° C, and the third step is desirably 130 to 150 ° C. The residence time of each step can be from 5 minutes to 24 hours.

S−PO繊維をシロキサン源で処理することが望ましい。好適なシロキサン源としては、シロキサン、環状シロキサン、またはポリジオルガノシロキサンオリゴマー(環状もしくは直鎖状ヒドロキシル末端)が挙げられる。一例では、S−PO繊維をシロキサン水溶液に曝露することによってS−PO繊維を処理するために、シロキサン水溶液がシロキサン源として選択される。シロキサン水溶液中のシロキサンの濃度は、典型的に0.1重量パーセント〜1.0重量パーセントである。最も好ましくは、シロキサン溶液は、S−PO繊維への曝露温度の飽和シロキサン溶液である。別の例では、シロキサン溶液原液を使用してS−PO繊維を処理する。市販のシロキサン、例えばAdvalon CF 3295(オクタメチルシクロテトラシロキサン)が好適である。   It is desirable to treat S-PO fibers with a siloxane source. Suitable siloxane sources include siloxanes, cyclic siloxanes, or polydiorganosiloxane oligomers (cyclic or linear hydroxyl terminated). In one example, an aqueous siloxane solution is selected as the siloxane source to treat the S-PO fiber by exposing the S-PO fiber to the aqueous siloxane solution. The concentration of siloxane in the aqueous siloxane solution is typically from 0.1 weight percent to 1.0 weight percent. Most preferably, the siloxane solution is a saturated siloxane solution at the temperature of exposure to S-PO fibers. In another example, a siloxane solution stock solution is used to treat S-PO fibers. Commercially available siloxanes such as Advalon CF 3295 (octamethylcyclotetrasiloxane) are preferred.

少なくとも1モルパーセントのS−PO繊維中のシリコン濃度を得るように、十分なシリコンをS−PO繊維に組み込むために、十分な期間にわたってS−PO繊維をシリコン源に曝露することが望ましい。さらに、炭素繊維の説明とともに後述されるような最終的な炭素繊維を得るように、S−PO繊維内に十分なシリコンを組み込むことが望まれる。S−PO繊維のシロキサン源での処理時間は、0〜180分の範囲であり得る。   It is desirable to expose the S-PO fibers to the silicon source for a sufficient period of time in order to incorporate sufficient silicon into the S-PO fibers so as to obtain a silicon concentration in the S-PO fibers of at least 1 mole percent. In addition, it is desirable to incorporate sufficient silicon within the S-PO fiber to obtain the final carbon fiber as described below with a description of the carbon fiber. The treatment time of the S-PO fiber with the siloxane source can range from 0 to 180 minutes.

S−PO繊維を炭素繊維に変換するために、シロキサン源で処理したS−PO繊維を不活性雰囲気中で加熱する。不活性雰囲気中で加熱することにより、S−PO繊維の炭化中に酸化分解を防止する。不活性雰囲気は、全大気重量に基づいて100重量百万分率未満の酸素を含有する。不活性雰囲気は、不活性ガス(加熱プロセスの間にPO繊維を酸化しないガス)を含有してもよい。好適な不活性ガスの例としては、窒素、アルゴン、及びヘリウムが挙げられる。不活性雰囲気は、101キロパスカルより低い圧力である真空であってもよい。酸素レベルは、純粋に1種または2種以上の不活性ガスでパージすることによって、不活性ガスでパージして真空に引くことによって、または加熱中にS−PO繊維の望ましくない量の酸化を妨げるのに十分低い濃度まで酸素レベルを低下させるように十分低真空に引くことによって、低下させることができる。   In order to convert S-PO fibers to carbon fibers, S-PO fibers treated with a siloxane source are heated in an inert atmosphere. Heating in an inert atmosphere prevents oxidative degradation during carbonization of the S-PO fibers. The inert atmosphere contains less than 100 parts per million oxygen based on total atmospheric weight. The inert atmosphere may contain an inert gas (a gas that does not oxidize PO fibers during the heating process). Examples of suitable inert gases include nitrogen, argon, and helium. The inert atmosphere may be a vacuum at a pressure lower than 101 kilopascals. The oxygen level can be determined by purely purging with one or more inert gases, by purging with inert gas and pulling a vacuum, or during the heating to undesirably oxidize the S-PO fibers. It can be reduced by pulling a sufficiently low vacuum to reduce the oxygen level to a concentration low enough to prevent.

S−PO繊維を炭化するために、S−PO繊維を不活性雰囲気中で1000℃以上の温度まで加熱する。好ましくは、不活性雰囲気中でS−PO繊維を1150℃以上、より好ましくは1600℃以上、さらにより好ましくは1800℃以上の温度まで加熱する。加熱は、2000℃以上、2200℃以上、2400℃以上、及びさらには3000℃以上の温度までであってもよい。しかしながら、一般的に、加熱は、3000℃以下の温度までである。より高い温度は、繊維を非黒鉛炭素繊維より高い強度、より高いヤング率、またはその両方を有する黒鉛繊維に変換することができるため、一部の場合には、S−PO繊維を炭化するためにより高い加熱温度が望ましい。   In order to carbonize the S-PO fiber, the S-PO fiber is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher in an inert atmosphere. Preferably, the S-PO fiber is heated to a temperature of 1150 ° C. or higher, more preferably 1600 ° C. or higher, and even more preferably 1800 ° C. or higher in an inert atmosphere. The heating may be up to a temperature of 2000 ° C. or higher, 2200 ° C. or higher, 2400 ° C. or higher, and even 3000 ° C. or higher. In general, however, the heating is to a temperature of 3000 ° C. or less. Because higher temperatures can convert the fibers to graphite fibers having higher strength, higher Young's modulus, or both than non-graphitic carbon fibers, in some cases to carbonize S-PO fibers. Higher heating temperatures are desirable.

所望の特性を得るために必要な限り長く繊維を加熱する。一般的に、繊維がより長く加熱されると、炭化がより完全となり、炭素がより整列した状態になる。一般的に、加熱の持続期間は、商業的に実現可能であるために十分迅速に繊維を処理しつつ、所望の繊維特性を得るのに十分長くなおも加熱することのバランスである。   Heat the fiber as long as necessary to obtain the desired properties. In general, the longer the fibers are heated, the more complete the carbonization and the more aligned the carbon. In general, the duration of heating is a balance between heating the fiber long enough to obtain the desired fiber properties while processing the fiber sufficiently quickly to be commercially feasible.

S−PO繊維を炭化の前にシロキサンで処理すると、シロキサンを含有しない、同じ炭化温度で炭化されるS−PO繊維からの炭素繊維より高い強度、より高いヤング率、またはより高い強度とより高いヤング率との両方を有する炭素繊維の生成が可能になることが観察される。本発明のために、強度は引張強度を指す。同様に調製したがシロキサンで処理していない繊維と比較して、シロキサンで処理するとき、炭素繊維の質量収率が全体として改善されることが観察される。   Treatment of S-PO fibers with siloxane prior to carbonization results in higher strength, higher Young's modulus, or higher strength and higher than carbon fibers from S-PO fibers carbonized at the same carbonization temperature without siloxane. It is observed that it is possible to produce carbon fibers having both a Young's modulus. For the purposes of the present invention, strength refers to tensile strength. It is observed that the mass yield of carbon fibers is improved overall when treated with siloxane, as compared to fibers prepared similarly but not treated with siloxane.

一例では、90〜100重量パーセントの炭素を有する繊維を有する炭素質物品が提供される。一例では、94.4〜100重量パーセントの炭素を有する繊維を有する炭素質物品が提供される。一例では、0〜1重量パーセントのシリコンを有する繊維を有する炭素質物品が提供される。一例では、0.004〜0.410重量パーセントのシリコンを有する繊維を有する炭素質物品が提供される。一例では、0〜1重量パーセントの窒素を有する繊維を有する炭素質物品が提供される。一例では、0〜0.9重量パーセントの窒素を有する繊維を有する炭素質物品が提供される。   In one example, a carbonaceous article having fibers having 90-100 weight percent carbon is provided. In one example, a carbonaceous article having fibers having 94.4 to 100 weight percent carbon is provided. In one example, a carbonaceous article having fibers having 0 to 1 weight percent silicon is provided. In one example, a carbonaceous article having fibers having 0.004 to 0.410 weight percent silicon is provided. In one example, a carbonaceous article having fibers having 0 to 1 weight percent nitrogen is provided. In one example, a carbonaceous article having fibers having 0 to 0.9 weight percent nitrogen is provided.

実施例では、炭素繊維の質量収率YCFを以下の式に従って計算する。 In the embodiment, calculated according to the following equation mass yield Y CF carbon fiber.

この式では、ρCFは、炭素質物品の計算された線密度であり、ρFAは、処理前の加工物品の計算された線密度であり、S(安定化収縮)は、本明細書中の式に従って計算され、S(炭化収縮)は、本明細書中の式に従って計算される。 In this equation, ρ CF is the calculated linear density of the carbonaceous article, ρ FA is the calculated linear density of the processed article before processing, and S S (stabilized shrinkage) is Calculated according to the equation in the middle, and S C (carbonization shrinkage) is calculated according to the equation herein.

実施例では、安定化された物品の収縮を以下の式に従って計算する。   In the example, the shrinkage of the stabilized article is calculated according to the following formula:

この式において、S−PO物品の長さは、安定化ステップ後、例えばスルホン化後の加工物品の長さを指す。この式において、加工物品の長さは、いずれの処理ステップよりも前の加工物品の長さを指す。   In this formula, the length of the S-PO article refers to the length of the processed article after the stabilization step, eg after sulfonation. In this equation, the length of the processed article refers to the length of the processed article prior to any processing step.

実施例では、炭素質物品の収縮を以下の式に従って計算する。   In the examples, the shrinkage of the carbonaceous article is calculated according to the following formula:

この式では、炭素質物品の長さは、炭化後の加工物品の長さを指す。炭素繊維の質量収率に加えて、質量収率の相対変化%YCF、及び線密度の相対変化%ρCFを定量化することにも関心がある。この計算のために、我々は、未処理のスルホン化ポリエチレン(上付き文字C)試料及び処理したスルホン化ポリエチレン(上付き文字T)試料について線密度ρCF及び炭化収縮Sを判定する。したがって、質量収率炭素繊維線密度の相対的改善は、以下のように定義される。 In this formula, the length of the carbonaceous article refers to the length of the processed article after carbonization. In addition to the mass yield of carbon fiber, it is also of interest to quantify the relative change in mass yield% Y CF and the relative change in linear density% ρ CF. For this calculation, we determine a linear density [rho CF and carbonization shrinkage S C for untreated polyethylene (superscript C) samples and treated polyethylene (superscript T) specimen. Thus, the relative improvement in mass yield carbon fiber linear density is defined as:

同じ出発SPE材料を比較試験で使用するため、ポリエチレンの線密度及びスルホン化収縮の項は、相殺される。   Since the same starting SPE material is used in comparative tests, the terms of polyethylene linear density and sulfonated shrinkage are offset.

これらの実施例で使用する百分率は、別途具体的に指定のない限り、重量ベースである。   The percentages used in these examples are on a weight basis unless otherwise specified.

実施例1   Example 1

ポリエチレン/1−オクテンコポリマー(密度=0.955g/cm、MI=30g/10分、190℃/2.16kg)を溶融紡糸して1758フィラメント(直径=8.8ミクロン、靭性=4.54g/デニール、破断強度=7.61%)を含有する連続的な繊維トウを形成する。次いで、一定の張力下で、4槽連続プロセスにて繊維トウをスルホン化する。第1槽は、6%の発煙硫酸を含有する(120℃で維持する)。第2槽は、1%の発煙硫酸を含有する(120℃で維持する)。第3槽は、95〜98%の硫酸を含有する(硫酸95〜98%、EMDから取得、UN1830、SX1244−6、ロット51320、MW98.08、CAS:766493−9、140℃で維持する)。各槽を一定の温度で維持する。第4槽は、脱イオン水を含有する。第1槽では、151.5gf(重量グラム)の平均繊維張力を維持する。第2槽、第3槽、及び第4槽では、125gfの平均繊維張力を維持する。繊維トウが各槽内に15分間滞留し、それにより安定化された加工物品を提供するように、繊維トウは、第1槽、第2槽、第3槽、及び第4槽を順次通過して進む。次いで、安定化された加工物品の7つのセグメントを、室温においてAdvalon CF 3295(Wacker製)により、様々な長さの時間にわたって張力なしに処理し、それにより7つのシロキサン処理した安定化された加工物品を提供する。次いで、各セグメントを、0.5Nの張力で最高1150℃の連続炉内で炭化し、表Iで特定した特性を有する炭素質物品を得る。 Polyethylene / 1-octene copolymer (density = 0.955 g / cm 3 , MI = 30 g / 10 min, 190 ° C./2.16 kg) was melt-spun into 1758 filaments (diameter = 8.8 microns, toughness = 4.54 g) / Denier, breaking strength = 7.61%) is formed. The fiber tow is then sulfonated in a 4 tank continuous process under constant tension. The first tank contains 6% fuming sulfuric acid (maintained at 120 ° C.). The second tank contains 1% fuming sulfuric acid (maintained at 120 ° C.). The third tank contains 95-98% sulfuric acid (95-98% sulfuric acid, obtained from EMD, UN1830, SX1244-6, lot 51320, MW98.08, CAS: 766493-9, maintained at 140 ° C.) . Each bath is maintained at a constant temperature. The fourth tank contains deionized water. In the first tank, an average fiber tension of 151.5 gf (weight gram) is maintained. In the second tank, the third tank, and the fourth tank, an average fiber tension of 125 gf is maintained. The fiber tows pass sequentially through the first tank, the second tank, the third tank, and the fourth tank so that the fiber tows stay in each tank for 15 minutes, thereby providing a stabilized processed article. Go ahead. The seven segments of the stabilized workpiece were then treated with Advalon CF 3295 (from Wacker) at room temperature without tension for various lengths of time, thereby providing seven siloxane-treated stabilized workpieces. Provide the goods. Each segment is then carbonized in a continuous furnace at a maximum of 1150 ° C. with a tension of 0.5 N to obtain a carbonaceous article having the properties specified in Table I.

実施例2   Example 2

ポリエチレン/1−オクテンコポリマー(密度=0.955g/cm、MI=30g/10分、190℃/2.16kg)を溶融紡糸して1758フィラメント(直径=9.1ミクロン、靭性=3.989g/デニール、破断強度=8.51%)を含有する連続的な繊維トウを形成する。次いで、一定の張力下で、4槽連続プロセスにて繊維トウをスルホン化する。第1槽は、20〜30%の遊離発煙硫酸を含有する(50℃で維持する)。第2槽及び第3槽は、両方とも、95〜98%の硫酸を含有する(硫酸95〜98%、EMD製、UN1830、SX1244−6、ロット51320、MW98.08、CAS:766493−9、第2槽が120℃で維持され、第3槽が140℃で維持される)。各槽を一定の温度で維持する。第1槽では、250gf(重量グラム)の一定の繊維張力を維持する。第2槽と第3槽の両方では、150gfの一定の繊維張力を維持する。繊維トウが各槽内に60分間滞留し、それにより安定化された加工物品を提供するように、繊維トウは、第1槽、第2槽、第3槽、及び第4槽を順次通過して進む。次いで、安定化された加工物品のセグメントを3つの処理レジームに従って処理する。 Polyethylene / 1-octene copolymer (density = 0.955 g / cm 3 , MI = 30 g / 10 min, 190 ° C./2.16 kg) was melt-spun into 1758 filaments (diameter = 9.1 microns, toughness = 3.989 g) / Denier, breaking strength = 8.51%) is formed. The fiber tow is then sulfonated in a 4 tank continuous process under constant tension. The first tank contains 20-30% free fuming sulfuric acid (maintained at 50 ° C.). Both the second tank and the third tank contain 95 to 98% sulfuric acid (95 to 98% sulfuric acid, manufactured by EMD, UN1830, SX1244-6, lot 51320, MW 98.08, CAS: 766493-9, The second tank is maintained at 120 ° C. and the third tank is maintained at 140 ° C.). Each bath is maintained at a constant temperature. In the first tank, a constant fiber tension of 250 gf (weight gram) is maintained. In both the second tank and the third tank, a constant fiber tension of 150 gf is maintained. The fiber tows sequentially pass through the first tank, the second tank, the third tank, and the fourth tank so that the fiber tows stay in each tank for 60 minutes, thereby providing a stabilized processed article. Go ahead. The stabilized segment of the processed article is then processed according to three processing regimes.

レジーム1では、安定化された加工物品の4つのセグメント(A、B、C、D)をシロキサン含有溶液で処理しない。ここで、第4槽は、60分の滞留時間を有する脱イオン水槽である。   In Regime 1, the four segments (A, B, C, D) of the stabilized workpiece are not treated with the siloxane-containing solution. Here, the fourth tank is a deionized water tank having a residence time of 60 minutes.

レジーム2では、安定化され加工された4つのセグメント(E、F、G、H)を、60分の滞留時間を有する第4槽内で、室温においてAdvalon CF 3295(Wacker製)で処理する。張力を150gfで維持し、処理後、セグメントを窒素乾燥ジェットによりインライン乾燥し(〜0.25−1分)、それにより4つのシロキサン処理した安定化された加工物品を提供する。   In regime 2, the stabilized and processed four segments (E, F, G, H) are treated with Advalon CF 3295 (from Wacker) at room temperature in a fourth tank with a residence time of 60 minutes. The tension is maintained at 150 gf and after processing, the segments are dried in-line with a nitrogen drying jet (˜0.25-1 minutes), thereby providing four siloxane treated stabilized workpieces.

レジーム3では、安定化された4つのセグメント(I、J、K、L)を、60分の滞留時間を有する第4槽内で、室温においてAdvalon CF 3295(Wacker製)で処理する。張力を150gfで維持し、それにより4つのシロキサン処理した安定化された加工物品を提供した。   In regime 3, the stabilized four segments (I, J, K, L) are treated with Advalon CF 3295 (from Wacker) at room temperature in a fourth tank with a residence time of 60 minutes. The tension was maintained at 150 gf, thereby providing four siloxane treated stabilized workpieces.

次いで、レジーム1、2、及び3に従って調製した各セグメントを、0.5Nの張力で、表II内に列挙した温度の連続炉内で炭化し、表IIIに記載の特性を有する炭素質物品を得る。なお、レジーム1のセグメントは、他のレジームのデータを測る物差しとなる対照であるため、これらのセグメントは、強度または弾性の改善データを有しない。   Each segment prepared according to regimes 1, 2, and 3 is then carbonized at a tension of 0.5 N in a continuous furnace at the temperature listed in Table II to produce a carbonaceous article having the properties described in Table III. obtain. It should be noted that the segment of regime 1 is a control that measures the data of other regimes, so these segments have no strength or elasticity improvement data.

実施例3   Example 3

ポリエチレン/1−オクテンコポリマー(密度=0.955g/cm、MI=30g/10分、190℃/2.16kg)を溶融紡糸して1758フィラメント(直径=8.5ミクロン、靭性=4.434g/デニール、破断強度=8.483%)を含有する連続的な繊維トウを形成する。次いで、一定の張力下で、4槽連続プロセスにて繊維トウをスルホン化する。第1槽は、20〜30%の遊離発煙硫酸を含有する(Acros製、50℃で維持される)。第2槽及び第3槽は、両方とも、95〜98%の硫酸を含有する(硫酸95〜98%、EMD製、UN1830、SX1244−6、ロット51320、MW98.08、CAS:766493−9、第2槽が120℃で維持され、第3槽が140℃で維持される)。各槽を一定の温度で維持する。第4槽は、脱イオン水を含有する。第1槽では、292.5gf(重量グラム)の一定の繊維張力を維持する。第2槽、第3槽、及び第4槽の両方では、194gfの一定の繊維張力を維持する。繊維トウが各槽内に60分間滞留し、それにより安定化された加工物品を提供するように、繊維トウは、第1槽、第2槽、第3槽、及び第4槽を順次通過して進む。次いで、安定化された加工物品の8つのセグメント(M、N、O、P、Q、R、S、T)を、室温においてAdvalon CF 3295(Wacker製)により、表IVに列挙した様々な長さの時間にわたって張力なしに処理し、それにより8つのシロキサン処理した安定化された加工物品を提供する。次いで、各セグメントを、0.5Nの張力で、表IV内に列挙した温度の連続炉内で炭化し、表V及び表VIに記載の特性を有する炭素質物品を得る。引張強度及びヤング率はシリコンの導入により改善されることが観察される。 Polyethylene / 1-octene copolymer (density = 0.955 g / cm 3 , MI = 30 g / 10 min, 190 ° C./2.16 kg) was melt-spun into 1758 filaments (diameter = 8.5 microns, toughness = 4.434 g). / Denier, breaking strength = 8.483%) is formed. The fiber tow is then sulfonated in a 4 tank continuous process under constant tension. The first tank contains 20-30% free fuming sulfuric acid (Acros, maintained at 50 ° C.). Both the second tank and the third tank contain 95 to 98% sulfuric acid (95 to 98% sulfuric acid, manufactured by EMD, UN1830, SX1244-6, lot 51320, MW 98.08, CAS: 766493-9, The second tank is maintained at 120 ° C. and the third tank is maintained at 140 ° C.). Each bath is maintained at a constant temperature. The fourth tank contains deionized water. In the first tank, a constant fiber tension of 292.5 gf (weight gram) is maintained. In both the second tank, the third tank, and the fourth tank, a constant fiber tension of 194 gf is maintained. The fiber tows sequentially pass through the first tank, the second tank, the third tank, and the fourth tank so that the fiber tows stay in each tank for 60 minutes, thereby providing a stabilized processed article. Go ahead. The eight segments (M, N, O, P, Q, R, S, T) of the stabilized processed article were then subjected to various lengths listed in Table IV by Advalon CF 3295 (from Wacker) at room temperature. Treated without tension for a period of time, thereby providing eight siloxane treated stabilized workpieces. Each segment is then carbonized in a continuous furnace at a temperature listed in Table IV at a tension of 0.5 N to obtain a carbonaceous article having the properties described in Table V and Table VI. It is observed that tensile strength and Young's modulus are improved by the introduction of silicon.

表VII内にまとめられているように、炭素質物品の炭素、水素、窒素、及び硫黄の含有量を元素分析により判定する(ここで、NDは、所与の元素の検出不能量または0.5重量パーセント未満を指す)。ここで特に注目されるのは、繊維内のシリコン濃度である。炭素質物品のシリコン組成を、X線蛍光(XRF)−直接繊維分析、XRF−溶融ビード分析、及び誘導結合プラズマ−発光分光分析法(ICP−AES)により判定し、表VIII内にまとめた。XRF−溶融ビード分析に関して本明細書で使用する場合、NDは、所与の元素の検出不能量または0.014重量パーセント未満を指す。ICP−溶融ビード分析に関して本明細書で使用する場合、NDは、所与の元素の検出不能量または0.05重量パーセント未満を指す。各技法で測定されたシリコン含有量は一貫している。さらなるシリコン分析をXRF−直接繊維分析により報告する。所与の実施例に従って調製した炭素質物品の、XRF−直接繊維分析により判定したシリコン組成を表IX内にまとめる。未処理の繊維、つまりAdvalon等のシリコン源で処理していない繊維は、検出不能量のシリコン(約0.01wt%のシリコン)を有するとしてXRFにより測定された。この値を比較の基準として使用する。炭化温度が上昇するにつれてSi濃度が減少する(一定の処理時間)ことが観察される。   As summarized in Table VII, the carbon, carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur content of the carbonaceous article is determined by elemental analysis (where ND is the undetectable amount of a given element or. Refers to less than 5 weight percent). Of particular interest here is the silicon concentration in the fiber. The silicon composition of the carbonaceous article was determined by X-ray fluorescence (XRF) -direct fiber analysis, XRF-melt bead analysis, and inductively coupled plasma-emission spectroscopy (ICP-AES) and is summarized in Table VIII. As used herein with respect to XRF-melt bead analysis, ND refers to an undetectable amount of a given element or less than 0.014 weight percent. As used herein for ICP-melt bead analysis, ND refers to an undetectable amount of a given element or less than 0.05 weight percent. The silicon content measured with each technique is consistent. Further silicon analysis is reported by XRF-direct fiber analysis. The silicon composition determined by XRF-direct fiber analysis of the carbonaceous articles prepared according to the given examples is summarized in Table IX. Untreated fibers, ie fibers not treated with a silicon source such as Advalon, were measured by XRF as having an undetectable amount of silicon (about 0.01 wt% silicon). This value is used as a reference for comparison. It is observed that the Si concentration decreases (constant processing time) as the carbonization temperature increases.

所与の実施例に従って調製した炭素質物品の、X線光電子分光法(XPS)により判定した表面化学組成を表Xにまとめる。表面化学組成のXPS分析に関して本明細書で使用する場合、NDは、所与の元素の検出不能量または0.1原子パーセント未満を指す。   Table X summarizes the surface chemical composition of carbonaceous articles prepared according to a given example, as determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As used herein with respect to XPS analysis of surface chemical composition, ND refers to an undetectable amount of a given element or less than 0.1 atomic percent.

走査型電子顕微鏡及びエネルギー分散型X線分光法(SEM−XEDS)を使用して、調製した炭素質物品の断面を走査し、シリコンの径方向分布の特性を明らかにする。シリコンの分布は、驚くべき、予期しないものである。1150℃では、炭素繊維上にシリコン被膜が存在する。1800℃では、SEM−XEDSは、シリコンが繊維全体にわたって均一に分布していることを報告しており、それにより、より高い炭化温度ではシリコンが繊維内で可動的であることを示している。   Using a scanning electron microscope and energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-XEDS), the section of the prepared carbonaceous article is scanned to characterize the radial distribution of silicon. The distribution of silicon is surprising and unexpected. At 1150 ° C., there is a silicon coating on the carbon fibers. At 1800 ° C., SEM-XEDS reports that the silicon is uniformly distributed throughout the fiber, thereby indicating that the silicon is mobile within the fiber at higher carbonization temperatures.

表XI内で報告するように、EDSを使用して、異なる炭化温度で繊維内の様々な深度におけるシリコン含有量を判定する。表XIで使用する場合、測定の位置は、繊維の半径に沿って測定された繊維の外縁部と繊維の中央との間の距離を指し、例えば25%は、繊維の外縁部と中央との間の距離の25%を指す。表XIは、繊維内のシリコンのマイグレーションが温度に依存することを示している。より低い炭化温度ではシリコンは主として繊維の外縁部にあり、より高い炭化温度ではシリコンは概ね均一に分布している。   As reported in Table XI, EDS is used to determine the silicon content at various depths within the fiber at different carbonization temperatures. As used in Table XI, the location of measurement refers to the distance between the outer edge of the fiber and the center of the fiber measured along the radius of the fiber, for example 25% is the distance between the outer edge and the center of the fiber. Refers to 25% of the distance between. Table XI shows that the migration of silicon within the fiber is temperature dependent. At lower carbonization temperatures, the silicon is primarily at the outer edge of the fiber, and at higher carbonization temperatures, the silicon is generally uniformly distributed.

実施例4   Example 4

ポリエチレン/1−オクテンコポリマー(密度=0.955g/cm、MI=30g/10分、190℃/2.16kg)を溶融紡糸して1758フィラメント(直径=8.0ミクロン、靭性=4.957g/デニール、破断強度=7.273%)を含有する連続的な繊維トウを形成する。次いで、一定の張力下で、4槽連続プロセスにて繊維トウをスルホン化する。第1槽は、20〜30%の遊離発煙硫酸を含有する(Acros製、50℃で維持される)。第2槽及び第3槽は、両方とも、95〜98%の硫酸を含有する(硫酸95〜98%、EMD製、UN1830、SX1244−6、ロット51320、MW98.08、CAS:766493−9、第2槽が120℃で維持され、第3槽が140℃で維持される)。各槽を一定の温度で維持する。第4槽は、脱イオン水を含有する。第1槽では、292.5gf(重量グラム)の一定の繊維張力を維持する。第2槽と第3槽の両方では、194gfの一定の繊維張力を維持する。繊維トウが各槽内に60分間滞留し、それにより安定化された加工物品を提供するように、繊維トウは、第1槽、第2槽、第3槽、及び第4槽を順次通過して進む。 Polyethylene / 1-octene copolymer (density = 0.955 g / cm 3 , MI = 30 g / 10 min, 190 ° C./2.16 kg) was melt-spun into 1758 filaments (diameter = 8.0 microns, toughness = 4.957 g). / Denier, breaking strength = 7.273%). The fiber tow is then sulfonated in a 4 tank continuous process under constant tension. The first tank contains 20-30% free fuming sulfuric acid (Acros, maintained at 50 ° C.). Both the second tank and the third tank contain 95 to 98% sulfuric acid (95 to 98% sulfuric acid, manufactured by EMD, UN1830, SX1244-6, lot 51320, MW 98.08, CAS: 766493-9, The second tank is maintained at 120 ° C. and the third tank is maintained at 140 ° C.). Each bath is maintained at a constant temperature. The fourth tank contains deionized water. In the first tank, a constant fiber tension of 292.5 gf (weight gram) is maintained. In both the second tank and the third tank, a constant fiber tension of 194 gf is maintained. The fiber tows sequentially pass through the first tank, the second tank, the third tank, and the fourth tank so that the fiber tows stay in each tank for 60 minutes, thereby providing a stabilized processed article. Go ahead.

次いで、安定化された加工物品のセグメントを2つの処理レジームに従って処理する。   The stabilized segment of the processed article is then processed according to two processing regimes.

レジーム1では、安定化された加工物品の4つのセグメント(A、B、C、D)をシロキサン含有溶液で処理しない。   In Regime 1, the four segments (A, B, C, D) of the stabilized workpiece are not treated with the siloxane-containing solution.

レジーム2では、安定化され加工された4つのセグメント(E、F、G、H)を100分間にわたって室温においてAdvalon CF 3295で処理する。   In regime 2, four stabilized and processed segments (E, F, G, H) are treated with Advalon CF 3295 at room temperature for 100 minutes.

次いで、全てのセグメントを、表XIIに列挙した条件に従って1150、1400、1600、または1800℃に炭化する。セグメント特性を表XIII内で報告する。   All segments are then carbonized to 1150, 1400, 1600, or 1800 ° C. according to the conditions listed in Table XII. Segment characteristics are reported in Table XIII.

実施例5   Example 5

この実施例では、実施例4の試料A〜Hを使用する。得られる炭素繊維に対して、TGAを使用して耐熱酸化性実験を行う。対照炭素繊維及びシリコン含有炭素繊維を空気環境内で25〜800℃に10℃/分で加熱する。セグメントの測定された特性を表XIV内で報告する。   In this example, samples A to H of Example 4 are used. The obtained carbon fiber is subjected to a thermal oxidation resistance experiment using TGA. Control carbon fibers and silicon-containing carbon fibers are heated to 25-800 ° C. at 10 ° C./min in an air environment. The measured properties of the segments are reported in Table XIV.

Claims (10)

ポリオレフィン繊維をシリコン源で処理することを含むプロセス。   A process that involves treating polyolefin fibers with a silicon source. 前記ポリオレフィン繊維が、安定化されたポリオレフィン繊維である、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, wherein the polyolefin fiber is a stabilized polyolefin fiber. 前記安定化されたポリオレフィン繊維が、スルホン化により安定化されることをさらに特徴とする、請求項2に記載のプロセス。   The process of claim 2, further characterized in that the stabilized polyolefin fibers are stabilized by sulfonation. 前記ポリオレフィン繊維が、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及び/またはスチレン単位のうちの1つまたは任意の組み合わせまたは2つ以上を含むコポリマーであることをさらに特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。   4. The polyolefin fiber according to claim 1, further characterized in that the polyolefin fiber is one or any combination of ethylene, propylene, butadiene and / or styrene units or a copolymer comprising two or more. The process described in the section. 前記シリコン源が、シロキサン、環状シロキサン、またはポリジオルガノシロキサンオリゴマー(環状もしくは直鎖状ヒドロキシル末端)を含むことをさらに特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。   The process according to any one of claims 1 to 4, further characterized in that the silicon source comprises a siloxane, a cyclic siloxane, or a polydiorganosiloxane oligomer (cyclic or linear hydroxyl terminated). 前記シリコン源が、水性シロキサン源である、請求項5に記載のプロセス。   The process of claim 5, wherein the silicon source is an aqueous siloxane source. 前記水性シロキサン源が、少なくとも0.1重量パーセントのシロキサンのシロキサン濃度を有するシロキサン水溶液槽を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロセス。   The process of any one of the preceding claims, wherein the aqueous siloxane source comprises an aqueous siloxane bath having a siloxane concentration of at least 0.1 weight percent siloxane. 前記安定化されたポリオレフィン繊維を炭素繊維に変換するように、前記繊維を不活性雰囲気中で1000℃以上の温度まで加熱することをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。   8. The method of any one of claims 1-7, further comprising heating the fiber to a temperature of 1000C or higher in an inert atmosphere so as to convert the stabilized polyolefin fiber to carbon fiber. process. 得られる炭素繊維が1モルパーセント以上のシリコン濃度を有するように、前記安定化されたポリオレフィン繊維上に十分なシリコンを配置することをさらに特徴とする、請求項8に記載のプロセス。   9. The process of claim 8, further characterized by disposing sufficient silicon on the stabilized polyolefin fiber such that the resulting carbon fiber has a silicon concentration of 1 mole percent or greater. 90〜100重量パーセントの炭素、0.1〜1重量パーセントのシリコン、0.1〜1重量パーセントの窒素を有する繊維を含む、炭素質物品。   A carbonaceous article comprising fibers having 90-100 weight percent carbon, 0.1-1 weight percent silicon, 0.1-1 weight percent nitrogen.
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