JP2023064697A - Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber - Google Patents

Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber Download PDF

Info

Publication number
JP2023064697A
JP2023064697A JP2022132729A JP2022132729A JP2023064697A JP 2023064697 A JP2023064697 A JP 2023064697A JP 2022132729 A JP2022132729 A JP 2022132729A JP 2022132729 A JP2022132729 A JP 2022132729A JP 2023064697 A JP2023064697 A JP 2023064697A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
acrylamide
carbon fiber
self
based polymer
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.)
Pending
Application number
JP2022132729A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
麻美子 成田
Mamiko Narita
光正 松下
Mitsumasa Matsushita
卓也 森下
Takuya Morishita
夏 坂倉
Natsu Sakakura
晃 國友
Akira Kunitomo
望 重光
Nozomi Shigemitsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to US17/965,946 priority Critical patent/US20230126217A1/en
Publication of JP2023064697A publication Critical patent/JP2023064697A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

To provide a carbon fiber precursor fiber capable of suppressing fusion between single fibers in flame-resistant treatment, while maintaining a high carbonization yield.SOLUTION: A carbon fiber precursor fiber of the disclosure includes an acrylamide-based polymer fiber, and a self-crosslinked product of a self-crosslinking silicone oil on a surface of the acrylamide-based polymer fiber.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維前駆体繊維用繊維、炭素繊維前駆体繊維の製造方法、耐炎化繊維の製造方法及び炭素繊維の製造方法に関する。 The present disclosure relates to carbon fiber precursor fibers, fibers for carbon fiber precursor fibers, methods for producing carbon fiber precursor fibers, methods for producing flame-resistant fibers, and methods for producing carbon fibers.

炭素繊維は、軽量で、機械的強度に優れ、腐食しにくい等の特性から、金属材料を置き換える素材として注目されている。
炭素繊維の製造方法としては、ポリアクリロニトリルを紡糸して得られる化学繊維にシリコーン系油剤を付与し、熱処理して炭素繊維前駆体繊維を得、単繊維である炭素繊維前駆体繊維を数百本から数万本束ねた繊維束に耐炎化処理を施した後、炭化処理を施す方法が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。特許文献1及び特許文献2には、シリコーン系油剤として、アミノ変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、エチレンオキサイド変性シリコーン、及び乳化剤からなる油剤を水で希釈して調製されたシリコーン油剤が具体的に記載されている。
Carbon fiber has attracted attention as a material to replace metal materials because of its properties such as light weight, excellent mechanical strength, and resistance to corrosion.
As a method for producing carbon fibers, chemical fibers obtained by spinning polyacrylonitrile are applied with a silicone-based oil agent, heat-treated to obtain carbon fiber precursor fibers, and hundreds of carbon fiber precursor fibers that are single fibers are obtained. A method is known in which tens of thousands of fiber bundles are bundled together from a fiber bundle and then subjected to a flameproofing treatment and then a carbonization treatment (for example, Patent Documents 1 and 2). Patent Documents 1 and 2 specifically describe, as silicone-based oils, silicone oils prepared by diluting an oil containing amino-modified silicone, epoxy-modified silicone, ethylene oxide-modified silicone, and an emulsifier with water. ing.

一方、アクリルアミド系モノマーを含有するアクリルアミド系ポリマーは、水溶性のポリマーであり、重合、紡糸等を行う際に、安価であり、且つ環境負荷の小さい水を溶媒として使用することができるため、炭素繊維の製造コストの削減が期待される。 On the other hand, an acrylamide-based polymer containing an acrylamide-based monomer is a water-soluble polymer, and when performing polymerization, spinning, etc., it is inexpensive and can use water, which has a low environmental impact, as a solvent. A reduction in fiber manufacturing costs is expected.

特開2006-183159号公報JP 2006-183159 A 特開2008-202208号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-202208 特開2018-90791号公報JP 2018-90791 A 特開2019-26827号公報JP 2019-26827 A

しかしながら、アクリルアミド系ポリマーの単繊維に従来のシリコーン系油剤を付与した炭素繊維前駆体繊維の繊維束に耐炎化処理を施すと、炭素繊維前駆体繊維の表面が軟化して炭素繊維前駆体繊維(単繊維)同士が融着した耐炎化繊維が得られるおそれがある。このような耐炎化繊維に炭化処理を施すと、炭素繊維前駆体繊維同士が融着している部位は燃えて欠陥が生じ、得られる炭素繊維の力学物性が低下するおそれがある。そのため、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる炭素繊維前駆体繊維が求められている。
更に、炭素繊維の製造コストを低減する等の観点から、高い炭化収率とすることができる炭素繊維前駆体繊維が求められている。
炭化収率とは、炭素繊維の質量を耐炎化繊維の質量で除した値の百分率を示す。
However, when a fiber bundle of carbon fiber precursor fibers obtained by applying a conventional silicone oil agent to single fibers of acrylamide polymer is subjected to a flameproofing treatment, the surface of the carbon fiber precursor fibers is softened and the carbon fiber precursor fibers ( There is a risk that a flame-resistant fiber in which single fibers are fused together may be obtained. If such a flameproof fiber is subjected to a carbonization treatment, the parts where the carbon fiber precursor fibers are fused together may burn and cause defects, and the resulting carbon fiber may have reduced mechanical properties. Therefore, there is a demand for a carbon fiber precursor fiber that can suppress the fusion between single fibers in the flameproofing treatment.
Furthermore, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of carbon fibers, there is a demand for carbon fiber precursor fibers capable of achieving a high carbonization yield.
The carbonization yield indicates the percentage of the value obtained by dividing the mass of the carbon fiber by the mass of the flameproof fiber.

本開示の一実施形態が解決しようとする課題は、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維前駆体繊維用繊維、炭素繊維前駆体繊維の製造方法、耐炎化繊維の製造方法及び炭素繊維の製造方法を提供することである。 A problem to be solved by an embodiment of the present disclosure is a carbon fiber precursor fiber that can suppress fusion between single fibers in a flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield, and a carbon fiber precursor fiber. The object of the present invention is to provide a fiber for carbon fiber, a method for producing a carbon fiber precursor fiber, a method for producing a flameproof fiber, and a method for producing a carbon fiber.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意検討した結果、従来のシリコーン系油剤を付与したアクリルアミド系ポリマーの単繊維からなる炭素繊維前駆体繊維の繊維束に対して耐炎化処理を施すと、炭素繊維前駆体繊維の表面が軟化して炭素繊維前駆体繊維同士の融着が発生するおそれがある。これを抑制するために、単繊維の表面に自己架橋性のシリコーンオイルを付与し、シリコーンオイルを架橋(硬化)させることにより、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができることを見出し、本開示を完成するに至った。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted intensive studies and found that a fiber bundle of carbon fiber precursor fibers composed of monofilaments of acrylamide-based polymer to which a conventional silicone-based oil was applied was subjected to a flame-resistant treatment. If applied, the surfaces of the carbon fiber precursor fibers may be softened, causing fusion between the carbon fiber precursor fibers. In order to suppress this, a self-crosslinking silicone oil is applied to the surface of the single fiber, and the silicone oil is crosslinked (hardened). The inventors have found that the fusion can be suppressed, and have completed the present disclosure.

課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物と、を含む、炭素繊維前駆体繊維。
<2> 前記自己架橋物の含有量が、前記アクリルアミド系ポリマー繊維100質量部に対して、0.1質量部以上20質量部以下である、前記<1>に記載の炭素繊維前駆体繊維。
<3> 前記アクリルアミド系ポリマー繊維が、アクリルアミド系ポリマーからなり、
前記アクリルアミド系ポリマーが、前記アクリルアミド系ポリマーを構成する全モノマー単位に対して、30モル%以上のアクリルアミド系モノマー単位を含む、前記<1>又は<2>の炭素繊維前駆体繊維。
<4> 前記アクリルアミド系ポリマーが、前記アクリルアミド系ポリマーを構成する全モノマー単位に対して、40モル%以上99.8モル%以下のアクリルアミド系モノマー単位と、0.1モル%以上50モル%以下のシアン化ビニル系モノマー単位と、0.1モル%以上30モル%以下の不飽和カルボン酸系モノマ一単位と、を含む、前記<3>に記載の炭素繊維前駆体繊維。
<5> 前記自己架橋性シリコーンオイルが、アクリル基又はメタクリル基を有する、前記<1>~<4>のいずれか1つに記載の炭素繊維前駆体繊維。
<6> 前記自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度が、9mm/s以上である、前記<1>~<5>のいずれか1つに記載の炭素繊維前駆体繊維。
<7> アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの未架橋物と、を含む、炭素繊維前駆体繊維用繊維。<8> 前記<7>に記載の炭素繊維前駆体繊維用繊維に架橋処理を施す工程を含む、炭素繊維前駆体繊維の製造方法。
<9> 前記架橋処理が、電子線処理である、前記<8>に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。
<10> 前記<1>~<6>のいずれか1つに記載の炭素繊維前駆体繊維に耐炎化処理を施す工程を含む、耐炎化繊維の製造方法。
<11> 前記<10>に記載の耐炎化繊維の製造方法により耐炎化繊維を得る工程と、
前記耐炎化繊維に炭化処理を施す工程と、
を含む、炭素繊維の製造方法。
Specific means for achieving the objectives are as follows.
<1> A carbon fiber precursor fiber comprising an acrylamide-based polymer fiber and a self-crosslinked product of a self-crosslinkable silicone oil present on the surface of the acrylamide-based polymer fiber.
<2> The carbon fiber precursor fiber according to <1>, wherein the content of the self-crosslinked product is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the acrylamide polymer fiber.
<3> The acrylamide-based polymer fiber is made of an acrylamide-based polymer,
The carbon fiber precursor fiber of <1> or <2> above, wherein the acrylamide-based polymer contains 30 mol % or more of acrylamide-based monomer units with respect to all monomer units constituting the acrylamide-based polymer.
<4> The acrylamide-based polymer contains 40 mol% or more and 99.8 mol% or less of acrylamide-based monomer units and 0.1 mol% or more and 50 mol% or less of all monomer units constituting the acrylamide-based polymer. and 0.1 mol % or more and 30 mol % or less of unsaturated carboxylic acid monomer units.
<5> The carbon fiber precursor fiber according to any one of <1> to <4>, wherein the self-crosslinking silicone oil has an acrylic group or a methacrylic group.
<6> The carbon fiber precursor fiber according to any one of <1> to <5>, wherein the self-crosslinking silicone oil has a viscosity of 9 mm 2 /s or more at 25°C.
<7> A fiber for carbon fiber precursor fiber, comprising an acrylamide-based polymer fiber and an uncrosslinked product of self-crosslinking silicone oil present on the surface of the acrylamide-based polymer fiber. <8> A method for producing a carbon fiber precursor fiber, comprising a step of subjecting the fiber for carbon fiber precursor fiber according to <7> to a cross-linking treatment.
<9> The method for producing a carbon fiber precursor fiber according to <8>, wherein the cross-linking treatment is an electron beam treatment.
<10> A method for producing a flame-resistant fiber, comprising a step of subjecting the carbon fiber precursor fiber according to any one of <1> to <6> to a flame-resistant treatment.
<11> A step of obtaining a flame-resistant fiber by the method for producing a flame-resistant fiber according to <10>;
a step of carbonizing the flame-resistant fiber;
A method of manufacturing carbon fiber, comprising:

本開示によれば、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる炭素繊維前駆体繊維、炭素繊維前駆体繊維用繊維、炭素繊維前駆体繊維の製造方法、耐炎化繊維の製造方法及び炭素繊維の製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, a carbon fiber precursor fiber, a fiber for a carbon fiber precursor fiber, and a carbon fiber precursor fiber capable of suppressing fusion between single fibers in a flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield , a method for producing a flame-resistant fiber, and a method for producing a carbon fiber.

本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、合成例に示されている値に置き換えてもよい。
In the present disclosure, the numerical range indicated using "-" includes the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit or lower limit of one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described step by step. . In the numerical ranges described in this disclosure, the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values given in the synthetic examples.

本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。 The term "step" in this specification includes not only independent steps, but also if the intended purpose of the step is achieved, even if it cannot be clearly distinguished from other steps. .

本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。炭素繊維前駆体繊維中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、炭素繊維前駆体繊維中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。 In the present disclosure, each component may contain multiple types of applicable substances. If there are multiple types of substances corresponding to each component in the carbon fiber precursor fiber, the content rate or content of each component is the amount of the multiple types of substances that exist in the carbon fiber precursor fiber, unless otherwise specified. It means the total content rate or content.

(1)炭素繊維前駆体繊維
本開示の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物と、を含む。
(1) Carbon Fiber Precursor Fiber The carbon fiber precursor fiber of the present disclosure includes an acrylamide-based polymer fiber and a self-crosslinked product of self-crosslinking silicone oil present on the surface of the acrylamide-based polymer fiber.

本開示において、「炭素繊維前駆体繊維」とは、架橋処理が施されており、かつ耐炎化処理及び炭化処理のいずれも施されていない状態の炭素繊維製造用の繊維を示す。 In the present disclosure, the term “carbon fiber precursor fiber” refers to fibers for carbon fiber production that have undergone cross-linking treatment and have not been subjected to either flameproofing treatment or carbonization treatment.

本開示において、「アクリルアミド系ポリマー繊維」とは、アクリルアミド系ポリマー組成物からなる単繊維を示す。アクリルアミド系ポリマー組成物は、アクリルアミド系ポリマーを含有し、必要に応じて、後述する添加成分を含有してもよい。 In the present disclosure, "acrylamide-based polymer fiber" refers to a single fiber made of an acrylamide-based polymer composition. The acrylamide-based polymer composition contains an acrylamide-based polymer and, if necessary, may contain additional components described later.

本開示において、「アクリルアミド系ポリマー」とは、アクリルアミド系モノマーの単独重合体又はアクリルアミド系モノマーとアクリルアミド系モノマー以外のモノマー(以下、他の重合性モノマーという。)との共重合体を意味する。 In the present disclosure, "acrylamide-based polymer" means a homopolymer of an acrylamide-based monomer or a copolymer of an acrylamide-based monomer and a monomer other than an acrylamide-based monomer (hereinafter referred to as another polymerizable monomer).

本開示において、「自己架橋性シリコーンオイル」とは、自己架橋性基を有するシリコーンオイルを示す。詳しくは、「自己架橋性シリコーンオイル」は、ポリシロキサンを基本構造とし、ポリシロキサンの側鎖及び末端の少なくとも一部の置換基が自己架橋性基に置換された構造を有する。自己架橋性基とは、電子線、紫外線、熱などの外部刺激によって、他の成分が存在しなくても、それ自体単独で分子内に架橋構造を形成し得る官能基を指す。ポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリメチルハイドロジェンシロキサン、及びこれらの混合物等が挙げられる。置換基については後述する。
本開示において、「自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物」とは、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋性基が分子内で架橋反応することで架橋構造を有している状態の化合物を指す。架橋構造を有することの確認は、アクリルアミド系ポリマーを塗布した自己架橋性シリコーンオイルを自己架橋させた後の自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物を、テトラヒドロフランに浸漬させた際の溶解の有無で行える。即ち、溶解した場合は、化合物が架橋構造を有していないとして区別される。
In the present disclosure, "self-crosslinking silicone oil" refers to silicone oil having self-crosslinking groups. Specifically, "self-crosslinking silicone oil" has a structure in which polysiloxane is the basic structure, and at least part of the side chains and terminal substituents of polysiloxane are substituted with self-crosslinking groups. A self-crosslinking group refers to a functional group capable of forming a crosslinked structure within a molecule by itself by an external stimulus such as an electron beam, ultraviolet rays, or heat, without the presence of other components. Polysiloxanes include polydimethylsiloxane, polymethylphenylsiloxane, polydiphenylsiloxane, polymethylhydrogensiloxane, and mixtures thereof. Substituents will be described later.
In the present disclosure, the term “self-crosslinked product of self-crosslinkable silicone oil” refers to a compound in which the self-crosslinkable groups of the self-crosslinkable silicone oil undergo an intramolecular crosslinking reaction to form a crosslinked structure. The presence of a crosslinked structure can be confirmed by the presence or absence of dissolution when the self-crosslinked product of the self-crosslinkable silicone oil after the self-crosslinking of the self-crosslinkable silicone oil coated with the acrylamide polymer is immersed in tetrahydrofuran. . That is, when dissolved, the compound is distinguished as not having a crosslinked structure.

本開示において、「表面に有する」とは、表面に付着した状態でもよい。「付着」とは、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物がアクリルアミド系ポリマー繊維の表面に存在していればよく、共有結合やイオン結合等の結合状態、ファンデルワールス力で互いに引き合った状態などのいずれでもよい。また、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物は、アクリルアミド系ポリマー繊維の内部に存在していてもよい。 In the present disclosure, "having it on a surface" may mean being attached to a surface. "Adhesion" means that the self-crosslinking product of the self-crosslinking silicone oil is present on the surface of the acrylamide polymer fiber, in a bonding state such as a covalent bond or an ionic bond, or a state in which they are attracted to each other by van der Waals forces. Either In addition, the self-crosslinked product of the self-crosslinkable silicone oil may be present inside the acrylamide-based polymer fiber.

本開示の炭素繊維前駆体繊維は、上記構成を有するので、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる。 Since the carbon fiber precursor fiber of the present disclosure has the above configuration, it is possible to suppress fusion between single fibers in the flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield.

上記効果が奏される理由は以下のように推測されるが、これに限定されない。
自己架橋性シリコーンオイルが自己架橋すると、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に、高い耐熱性を有する自己架橋物(被膜)が形成される。これにより、耐炎化処理において、単繊維同士は融着しにくいと推測される。
また、自己架橋物は、自己架橋性基が結合した化学構造を含み、自己架橋性基が結合した化学構造は、炭素繊維前駆体繊維の化学構造と類似している。そのため、耐炎化処理中に、自己架橋物は、酸化性気体の透過を抑制せず、耐炎化反応(環化、部分酸化)の進行を阻害しにくい。更に、炭素繊維前駆体繊維同士の融着の発生が抑制されているため、耐炎化処理時に、熱及び酸化性気体(酸化)は、各炭素繊維前駆体繊維の内部まで伝わりやすい。これにより、耐炎化反応(環化、部分酸化)は進行しやすい。その結果、炭化収率は、高くなると推測される。
以上により、本開示の炭素繊維前駆体繊維は、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる。それ故、本開示の炭素繊維前駆体繊維は、炭素繊維の製造コストを低減することができるとともに、本開示の炭素繊維前駆体繊維から、品質の高い炭素繊維が得られる。
The reason why the above effect is exhibited is presumed as follows, but is not limited thereto.
When the self-crosslinking silicone oil self-crosslinks, a highly heat-resistant self-crosslinking product (film) is formed on the surface of the acrylamide polymer fiber. It is presumed that this makes it difficult for the single fibers to fuse with each other in the flameproofing treatment.
In addition, the self-crosslinking product includes a chemical structure to which the self-crosslinking group is bonded, and the chemical structure to which the self-crosslinking group is bonded is similar to the chemical structure of the carbon fiber precursor fiber. Therefore, the self-crosslinking product does not suppress the permeation of oxidizing gas during the flameproofing treatment, and hardly inhibits the progress of the flameproofing reaction (cyclization, partial oxidation). Furthermore, since fusion bonding between carbon fiber precursor fibers is suppressed, heat and oxidizing gas (oxidation) are easily transmitted to the inside of each carbon fiber precursor fiber during the flameproofing treatment. As a result, flameproofing reactions (cyclization, partial oxidation) tend to proceed. As a result, the carbonization yield is presumed to be high.
As described above, the carbon fiber precursor fiber of the present disclosure can suppress fusion between single fibers in the flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield. Therefore, the carbon fiber precursor fibers of the present disclosure can reduce the manufacturing cost of carbon fibers, and high-quality carbon fibers can be obtained from the carbon fiber precursor fibers of the present disclosure.

これに対し、従来のアミノ基を有するシリコーン系油剤とエポキシ基を有するシリコーン系油剤との組合せを架橋させた場合、得られる架橋物は水酸基及びアミノ基の少なくとも一方を含む。そのため、従来の架橋物は酸素の透過を阻害する可能性が高い。その結果、耐炎化反応の進行は不十分となり、炭化収率は低い場合が多い。
従来のシリコーン系油剤は、ポリアクリロニトリル繊維又はポリアクリロニトリル繊維由来の耐炎化繊維の単繊維同士の融着を抑制するために用いられ、架橋反応を進行させるために高温で加熱処理される。そのため、従来のシリコーン系油剤としては、アミノ基変性シリコーン油剤、又はアミノ基変性シリコーン油剤等の2種類以上のシリコーン系油剤の混合物が用いられる。しかしながら、従来のシリコーン系油剤をそのままポリアクリルアミド繊維やポリアクリルアミド系耐炎化繊維に展開しても単繊維の融着を抑制する効果は低い。一方、本開示の炭素繊維前駆耐繊維は、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物を備えるので、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる。
また、従来のポリアクリロニトリル繊維は親油性であるため、従来のシリコーン油剤は水溶液に分散させて、ポリアクリロニトリル繊維に塗布する必要がある。そのためには、界面活性剤を利用したシリコーン油剤の粘度調整が必須であった。一方、本開示におけるアクリルアミド系ポリマー繊維は水溶性であるため、界面活性剤を利用した自己架橋性シリコーンオイルの粘度調整は必須ではない。界面活性剤が異物となって炭素繊維前駆耐繊維に残存し、力学特性の低下に繋がる傾向になることから、自己架橋性シリコーンオイルの粘度調整は行われないことが好ましい。
On the other hand, when a combination of a conventional silicone oil agent having an amino group and a silicone oil agent having an epoxy group is crosslinked, the resulting crosslinked product contains at least one of a hydroxyl group and an amino group. Therefore, conventional crosslinked products are highly likely to inhibit the permeation of oxygen. As a result, the progress of the flameproofing reaction becomes insufficient, and the carbonization yield is often low.
Conventional silicone-based oils are used to suppress fusion between single fibers of polyacrylonitrile fibers or flame-resistant fibers derived from polyacrylonitrile fibers, and are heat-treated at high temperatures to promote cross-linking reactions. Therefore, as conventional silicone oils, amino group-modified silicone oils or mixtures of two or more types of silicone oils such as amino group-modified silicone oils are used. However, even if a conventional silicone-based oil agent is directly applied to polyacrylamide fibers or polyacrylamide-based flame-resistant fibers, the effect of suppressing the fusion of single fibers is low. On the other hand, since the carbon fiber precursor resistant fiber of the present disclosure includes a self-crosslinking product of self-crosslinking silicone oil, fusion between single fibers can be suppressed in the flameproofing treatment.
In addition, since conventional polyacrylonitrile fibers are lipophilic, conventional silicone oils must be dispersed in an aqueous solution and applied to the polyacrylonitrile fibers. For that purpose, it was essential to adjust the viscosity of the silicone fluid using a surfactant. On the other hand, since the acrylamide-based polymer fiber in the present disclosure is water-soluble, it is not essential to adjust the viscosity of the self-crosslinking silicone oil using a surfactant. It is preferable not to adjust the viscosity of the self-crosslinking silicone oil because the surfactant tends to become a foreign matter and remain in the carbon fiber precursor-resistant fiber, leading to deterioration of the mechanical properties.

(1.1)炭素繊維前駆体繊維の繊度等
(1.1.1)繊度
炭素繊維前駆体繊維の繊度は、特に限定されるものではないが、1×10-8tex/本~100tex/本であることが好ましく、1×10-6tex/本~60tex/本であることがより好ましく、1×10-3tex/本~40tex/本であることがさらに好ましく、1×10-2tex/本~10tex/本であることが特に好ましく、2×10-2tex/本~5tex/本であることがより一層好ましく、3×10-2tex/本~1tex/本であることが最も好ましい。
炭素繊維前駆体繊維の繊度を1×10-8tex/本以上とすることにより、糸切れの発生は抑制され、これにより炭素繊維前駆体繊維の巻き取りの容易性及び耐炎化処理の安定性を向上させることができる傾向にある。
炭素繊維前駆体繊維の繊度を100tex/本以下とすることにより、耐炎化処理により得られる炭素繊維の表層付近の構造を中心付近の構造との構造の差を低減することができ、炭素繊維の引張強度及び引張弾性率を向上することができる傾向にある。
(1.1) Fineness of carbon fiber precursor fiber, etc. (1.1.1) Fineness The fineness of carbon fiber precursor fiber is not particularly limited, but is 1×10 −8 tex/fiber to 100 tex/fiber. It is preferably a book, more preferably 1×10 −6 tex/book to 60 tex/book, further preferably 1×10 −3 tex/book to 40 tex/book, and 1×10 −2 tex/book to 10 tex/book is particularly preferred, 2×10 −2 tex/book to 5 tex/book is even more preferred, and 3×10 −2 tex/book to 1 tex/book is preferred. Most preferred.
By setting the fineness of the carbon fiber precursor fiber to 1×10 −8 tex/fiber or more, the occurrence of yarn breakage is suppressed, thereby facilitating winding of the carbon fiber precursor fiber and stabilizing the flameproof treatment. tend to be able to improve
By setting the fineness of the carbon fiber precursor fiber to 100 tex/fiber or less, it is possible to reduce the difference in structure between the structure near the surface of the carbon fiber obtained by the flameproofing treatment and the structure near the center. Tensile strength and tensile modulus tend to be improved.

本開示において、単繊維の繊度(tex/本)の測定は、炭素繊維前駆体繊維100本を束ねて、繊維束を作製し、この繊維束の質量を測定して、下記式により単繊維の繊度をを求める。
単繊維の繊度(tex)=繊維束の質量(g)/繊維長(m)×1000/100(本)
In the present disclosure, the fineness of a single fiber (tex/fiber) is measured by bundling 100 carbon fiber precursor fibers to prepare a fiber bundle, measuring the mass of this fiber bundle, and measuring the single fiber by the following formula. Find fineness.
Single fiber fineness (tex) = fiber bundle mass (g)/fiber length (m) x 1000/100 (fibers)

(1.1.2)平均繊維径
炭素繊維前駆体繊維の平均繊維径は、特に限定されるものではないが、3nm~300μmであることが好ましく、30nm~250μmであることがより好ましく、1μm~200μmであることがさらに好ましく、3μm~100μmであることが特に好ましく、4μm~50μmであることがより一層好ましく、5μm~30μmであることが最も好ましい。
炭素繊維前駆体繊維の平均繊維径を3nm以上とすることにより、耐炎化処理の安定性を向上させることができる傾向にある。炭素繊維前駆体繊維の平均繊維径を3nm以上とすることにより、糸切れの発生を抑制することができ、これにより炭素繊維前駆体繊維の巻き取りの容易性及び耐炎化処理の安定性を向上させることができる傾向にある。
炭素繊維前駆体繊維の平均繊維径を300μm以下とすることにより、耐炎化処理により得られる炭素繊維の表層付近の構造と、中心付近の構造との差を低減することができ、炭素繊維の引張強度及び引張弾性率を向上することができる傾向にある。
(1.1.2) Average Fiber Diameter The average fiber diameter of the carbon fiber precursor fiber is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 300 μm, more preferably 30 nm to 250 μm, and 1 μm. It is more preferably ˜200 μm, particularly preferably 3 μm to 100 μm, even more preferably 4 μm to 50 μm, and most preferably 5 μm to 30 μm.
By setting the average fiber diameter of the carbon fiber precursor fiber to 3 nm or more, there is a tendency that the stability of the flameproofing treatment can be improved. By setting the average fiber diameter of the carbon fiber precursor fiber to 3 nm or more, it is possible to suppress the occurrence of thread breakage, thereby improving the ease of winding the carbon fiber precursor fiber and the stability of the flameproofing treatment. tend to be able to
By setting the average fiber diameter of the carbon fiber precursor fiber to 300 μm or less, the difference between the structure near the surface layer of the carbon fiber obtained by the flameproofing treatment and the structure near the center can be reduced, and the tensile strength of the carbon fiber can be reduced. It tends to be able to improve strength and tensile modulus.

本開示において、平均繊維径は、炭素繊維前駆体繊維100本を束ねて繊維束を作製し、乾式自動密度計を用いて繊維束の密度を測定し、下記式により繊維束を構成する単繊維の平均繊維径を求める。なお、乾式自動密度計としては、マイクロメリティックス社製のアキュピックII 1340又はこれと同程度の装置を使用することができる。
D={(Dt×4×1000)/(ρ×π×n)}1/2
〔式中、
Dは繊維束を構成する単繊維の平均繊維径(μm)を表し、
Dtは繊維束の繊度(tex)を表し、
ρは繊維束の密度(g/cm)を表し、
nは繊維束を構成する単繊維の本数(本)を表す。
なお、πは3.14である。〕
In the present disclosure, the average fiber diameter is obtained by bundling 100 carbon fiber precursor fibers to prepare a fiber bundle, measuring the density of the fiber bundle using a dry automatic densitometer, and calculating the average fiber diameter by the following formula. Find the average fiber diameter of As the dry automatic density meter, Accupic II 1340 manufactured by Micromeritics Co. or a similar device can be used.
D={(Dt×4×1000)/(ρ×π×n)} 1/2
[In the formula,
D represents the average fiber diameter (μm) of the single fibers that make up the fiber bundle,
Dt represents the fineness (tex) of the fiber bundle,
ρ represents the density of the fiber bundle (g/cm 3 ),
n represents the number (number) of single fibers constituting the fiber bundle.
Note that π is 3.14. ]

炭素繊維前駆体繊維は、繊維束(以下、「炭素繊維前駆体繊維束」という。)の形態であってもよく、炭素繊維前駆体繊維束の形態で耐炎化処理が施されることが好ましい。炭素繊維前駆体繊維束は、複数の炭素繊維前駆体繊維を1つに束ねて得られる。
炭素繊維前駆体繊維束では、1束あたりのフィラメント数は、特に限定されるものではないが、耐炎化繊維及び炭素繊維の生産性及び機械特性の観点から、50本~96000本であることが好ましく、100本~48000本であることがより好ましく、500本~36000本であることがさらに好ましく、1000本~24000本であることが特に好ましい。
1束あたりのフィラメント数を96000本以下とすることにより、耐炎化処理時における焼成ムラの発生を抑制することができる。
The carbon fiber precursor fibers may be in the form of fiber bundles (hereinafter referred to as "carbon fiber precursor fiber bundles"), and the carbon fiber precursor fiber bundles are preferably subjected to a flameproofing treatment. . A carbon fiber precursor fiber bundle is obtained by bundling a plurality of carbon fiber precursor fibers into one.
In the carbon fiber precursor fiber bundle, the number of filaments per bundle is not particularly limited, but is preferably 50 to 96,000 from the viewpoint of the productivity and mechanical properties of the flame-resistant fiber and carbon fiber. It is preferably 100 to 48,000, even more preferably 500 to 36,000, and particularly preferably 1,000 to 24,000.
By setting the number of filaments per bundle to 96,000 or less, it is possible to suppress the occurrence of uneven firing during the flameproofing treatment.

(1.2)自己架橋物
本開示の炭素繊維前駆体繊維は、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物を含む。自己架橋物は、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する。
これにより、繊維の集束性及びハンドリングを向上することができ、且つ耐炎化処理において、単繊維同士の融着を抑制することができる。
(1.2) Self-Crosslinked Material The carbon fiber precursor fiber of the present disclosure includes a self-crosslinked material of self-crosslinkable silicone oil. The self-crosslinked product is present on the surface of the acrylamide-based polymer fiber.
As a result, the bundling property and handling of the fibers can be improved, and fusion between the single fibers can be suppressed in the flameproofing treatment.

自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物は、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面の少なくとも一部に存在してればよく、より高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着をより抑制する炭素繊維前駆体繊維とする等の観点から、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面の全面に、被膜として付着していることが好ましい。 The self-crosslinking product of the self-crosslinking silicone oil only needs to be present on at least a part of the surface of the acrylamide polymer fiber. From the viewpoint of making the carbon fiber precursor fiber more restrained, etc., it is preferable that the surface of the acrylamide-based polymer fiber is adhered as a coating to the entire surface.

自己架橋物の含有量は、特に限定されるものではなく、アクリルアミド系ポリマー繊維100質量部に対して、0.1質量部~20質量部であることが好ましく、0.2質量部~15質量部であることがより好ましく、0.3質量部~10質量部であることがさらに好ましい。
自己架橋物の含有量を0.1質量部以上にすることにより、シリコーンオイルの自己架橋物が単繊維同士の融着を抑制する効果をより発揮することができる。
自己架橋物の含有量を20質量部以下にすることにより、炭素繊維前駆体繊維間でのシリコーンオイルの架橋を抑制し、単繊維同士の融着を抑制することができる。
自己架橋物の含有量は、熱重量分析や元素分析などにより測定できる。熱重量分析では、重量減少量から自己架橋物含有量を測定することができる。
The content of the self-crosslinked product is not particularly limited, and is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.2 to 15 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the acrylamide polymer fiber. It is more preferably 0.3 parts by mass to 10 parts by mass.
By setting the content of the self-crosslinking material to 0.1 parts by mass or more, the self-crosslinking material of the silicone oil can exhibit the effect of suppressing the fusion between single fibers.
By setting the content of the self-crosslinking material to 20 parts by mass or less, it is possible to suppress the cross-linking of the silicone oil between the carbon fiber precursor fibers and the fusion between the single fibers.
The content of the self-crosslinked product can be measured by thermogravimetric analysis, elemental analysis, or the like. In thermogravimetric analysis, the self-crosslinking product content can be measured from the amount of weight loss.

(1.2.1)自己架橋性シリコーンオイル
自己架橋性シリコーンオイルは、自己架橋性基を含む。自己架橋性基は、外部刺激によってラジカルを生成する基を指す。本発明において、外部刺激とは、電子線、紫外線、熱等が好ましく、より好ましくは電子線である。自己架橋性基は、具体的に、一置換エチレン基、1,1-二置換エチレン基、1,2-二置換エチレン基を少なくとも1つ含むことが好ましい。
一置換エチレン基としては、例えば、ビニル基、ビニルカルボニル基、ビニルエステル基、アクリル基、アクリルアミド基、アリル基、アリルエーテル基、4-ビニルベンゼン基、4-アリルベンゼン基等が挙げられる。
1,1-二置換エチレン基としては、例えば、イソプロペニル基、メタクリル基、メタクリルアミド基、4-イソプロペニルベンゼン基等が挙げられる。
1,2-二置換エチレン基としては、例えば、マレイミド基、フマル酸エステル基、フマルアミド基、等が挙げられる。
これらの自己架橋性基の中でも、自己架橋性基は、アクリルアミド系ポリマーとの親和性との観点から、アクリル基、メタクリル基、アクリルアミド基、又はメタクリルアミド基であることが好ましく、重合性の観点から、アクリル基又はメタクリル基であることがより好ましい。
(1.2.1) Self-crosslinking silicone oil Self-crosslinking silicone oil contains a self-crosslinking group. A self-crosslinkable group refers to a group that generates radicals upon an external stimulus. In the present invention, the external stimulus is preferably an electron beam, ultraviolet rays, heat, or the like, more preferably an electron beam. Specifically, the self-crosslinkable group preferably contains at least one monosubstituted ethylene group, 1,1-disubstituted ethylene group, or 1,2-disubstituted ethylene group.
The monosubstituted ethylene group includes, for example, vinyl group, vinylcarbonyl group, vinyl ester group, acryl group, acrylamide group, allyl group, allyl ether group, 4-vinylbenzene group, 4-allylbenzene group and the like.
The 1,1-disubstituted ethylene group includes, for example, an isopropenyl group, a methacryl group, a methacrylamide group, a 4-isopropenylbenzene group and the like.
The 1,2-disubstituted ethylene group includes, for example, a maleimide group, a fumarate ester group, a fumaramido group, and the like.
Among these self-crosslinkable groups, the self-crosslinkable group is preferably an acryl group, a methacryl group, an acrylamide group, or a methacrylamide group from the viewpoint of affinity with the acrylamide polymer, and from the viewpoint of polymerizability. Therefore, it is more preferably an acrylic group or a methacrylic group.

自己架橋性シリコーンオイルは、ポリシロキサンの側鎖及び末端の少なくとも一部の置換基が自己架橋性基に置換された構造であればよい。置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、フェニル基、メチルフェニル基等のアリール基等を挙げられる。この中でも、置換基は、メチル基、又はフェニル基であることがより好ましく、メチル基であることがさらに好ましい。 The self-crosslinking silicone oil may have a structure in which at least part of the side chains and terminal substituents of polysiloxane are substituted with self-crosslinking groups. Examples of substituents include alkyl groups such as methyl group, ethyl group and propyl group, and aryl groups such as phenyl group and methylphenyl group. Among these, the substituent is more preferably a methyl group or a phenyl group, and more preferably a methyl group.

自己架橋性シリコーンオイルは、市販品であってもよい。 A commercial product may be sufficient as a self-crosslinking silicone oil.

自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度は、特に限定されない。
自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度の下限は、架橋処理時に揮発が生じず架橋反応を効率よく進行させる観点から、9mm/s以上であることが好ましく、20mm/s以上であることがより好ましい。
自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度の上限は、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に自己架橋性シリコーンオイルをより均一な膜厚で付着させる観点から、100000mm/s以下であることが好ましく、10000mm/s以下であることがより好ましい。
自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度は、ウベローデ粘度計による25℃の値を示す。自己架橋性シリコーンオイルが市販品であり、カタログ値である場合、自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度は、メーカーのカタログ値とする。
The viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25°C is not particularly limited.
The lower limit of the viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25° C. is preferably 9 mm 2 /s or more, more preferably 20 mm 2 /s or more, from the viewpoint of efficient progress of the crosslinking reaction without volatilization during the crosslinking treatment. is more preferred.
The upper limit of the viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25° C. is preferably 100000 mm 2 /s or less from the viewpoint of attaching the self-crosslinking silicone oil to the surface of the acrylamide polymer fiber with a more uniform film thickness, and is preferably 10000 mm. It is more preferably 2 /s or less.
The viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25°C is the value at 25°C measured by an Ubbelohde viscometer. If the self-crosslinking silicone oil is a commercial product and the catalog value is used, the viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25°C is the manufacturer's catalog value.

自己架橋性シリコーンオイルの例としては、信越化学工業社の製品、SILTECH社の製品等が挙げられる。信越化学工業社の製品としては、「X-22-164C」、「X-22-164」、「X-22-164AS」、「X-22-164A」、「X-22-164B」、「X-22-164E」、「X-22-2445」、「X-22-174ASX」、「X-22-174BX」、「KF-2012」、「X-22-2426」、「X-22-2404」等が挙げられる。SILTECH社の製品としては、「Silmer ACR D2」、「Silmer ACR Di-10」、「Silmer ACR Di-50」、「Silmer ACR Di-400」、「Silmer ACR Di-1508」、「Silmer OH ACR Di-10」、「Silmer OH ACR Di-50」、「Silmer OH ACR Di-100」、「Silmer OH ACR Di-400」、「Silmer OH ACR C50」、「Silmer OH ACR C7-F」、「Silmer VIN C50」、「Silmer VIN J10」、「Silmer VIN 70」、「Silmer VIN 100」、「Silmer VIN 200」、「Silmer VIN 1000」等が挙げられる。 Examples of self-crosslinking silicone oils include Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. products and SILTECH products. The products of Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. include "X-22-164C", "X-22-164", "X-22-164AS", "X-22-164A", "X-22-164B", " X-22-164E", "X-22-2445", "X-22-174ASX", "X-22-174BX", "KF-2012", "X-22-2426", "X-22- 2404” and the like. The products of SILTECH include "Silmer ACR D2", "Silmer ACR Di-10", "Silmer ACR Di-50", "Silmer ACR Di-400", "Silmer ACR Di-1508", "Silmer OH ACR Di -10", "Silmer OH ACR Di-50", "Silmer OH ACR Di-100", "Silmer OH ACR Di-400", "Silmer OH ACR C50", "Silmer OH ACR C7-F", "Silmer VIN C50", "Silmer VIN J10", "Silmer VIN 70", "Silmer VIN 100", "Silmer VIN 200", "Silmer VIN 1000" and the like.

(1.3)アクリルアミド系ポリマー繊維
本開示の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維を含み、2種以上のアクリルアミド系ポリマー繊維を含んでいてもよい。
(1.3) Acrylamide-Based Polymer Fiber The carbon fiber precursor fiber of the present disclosure includes acrylamide-based polymer fiber, and may include two or more types of acrylamide-based polymer fiber.

アクリルアミド系ポリマー繊維は、アクリルアミド系ポリマー組成物を用いて形成されたものであることが好ましい。アクリルアミド系ポリマー組成物の樹脂成分は、アクリルアミド系ポリマーを含む。 The acrylamide-based polymer fiber is preferably formed using an acrylamide-based polymer composition. The resin component of the acrylamide-based polymer composition contains an acrylamide-based polymer.

(1.3.1)アクリルアミド系ポリマー
アクリルアミド系ポリマーは、アクリルアミド系モノマーの単独重合体であってもよく、アクリルアミド系モノマーとアクリルアミド系モノマー以外のモノマー(以下、他の重合性モノマーという。)との共重合体であってもよい。
融着抑制性、炭化収率、形状安定性及び耐炎化繊維の引張強度等の観点からは、アクリルアミド系ポリマーは、アクリルアミド系モノマーと他の重合性モノマーとの共重合体であることが好ましい。
(1.3.1) Acrylamide-based polymer The acrylamide-based polymer may be a homopolymer of an acrylamide-based monomer. may be a copolymer of
The acrylamide-based polymer is preferably a copolymer of an acrylamide-based monomer and another polymerizable monomer from the viewpoints of fusion suppression, carbonization yield, shape stability, tensile strength of the flame-resistant fiber, and the like.

(1.3.1.1)アクリルアミド系モノマー単位
アクリルアミド系ポリマーにおけるアクリルアミド系モノマー単位の含有率は、共重合体を構成する全モノマー単位に対して、30モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましく、55モル%以上であることが特に好ましく、60モル%以上であることが最も好ましい。
アクリルアミド系モノマー単位の含有率が30モル%以上であることにより、架橋前のアクリルアミド系ポリマーの水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性を向上させることができる傾向にある。
アクリルアミド系モノマー単位の含有率の上限は、特に限定されるものではないが、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点からは、99.9モル%以下であることが好ましく、99.8モル%以下であることがより好ましく、95モル%以下であることがさらに好ましく、90モル%以下であることが特に好ましく、85モル%以下であることが最も好ましい。
(1.3.1.1) Acrylamide-based Monomer Units The content of acrylamide-based monomer units in the acrylamide-based polymer is preferably 30 mol% or more with respect to the total monomer units constituting the copolymer. It is more preferably at least 50 mol %, even more preferably at least 50 mol %, particularly preferably at least 55 mol %, and most preferably at least 60 mol %.
When the acrylamide-based monomer unit content is 30 mol % or more, the solubility of the acrylamide-based polymer before cross-linking in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent tends to be improved.
The upper limit of the content of acrylamide-based monomer units is not particularly limited, but from the viewpoint of fusion suppression, carbonization yield and shape stability, it is preferably 99.9 mol% or less. It is more preferably 8 mol % or less, still more preferably 95 mol % or less, particularly preferably 90 mol % or less, and most preferably 85 mol % or less.

アクリルアミド系モノマーとしては、アクリルアミド;エタクリルアミド;クロトンアミド;イタコン酸ジアミド;ケイ皮酸アミド;マレイン酸ジアミド;N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N-n-プロピルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、N-n-ブチルアクリルアミド、N-tert-ブチルアクリルアミド等のN-アルキルアクリルアミド;N-シクロヘキシルアクリルアミド等のN-シクロアルキルアクリルアミド;N,N’-ジメチルアクリルアミド等のジアルキルアクリルアミド;ジメチルアミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等のジアルキルアミノアルキルアクリルアミド;N-(ヒドロキシメチル)アクリルアミド、N-(ヒドロキシエチル)アクリルアミド等のヒドロキシアルキルアクリルアミド;N-フェニルアクリルアミド等のN-アリールアクリルアミド;ジアセトンアクリルアミド;N,N’-メチレンビスアクリルアミド等のN,N’-アルキレンビスアクリルアミド;メタクリルアミド;N-メチルメタクリルアミド、N-エチルメタクリルアミド、N-n-プロピルメタクリルアミド、N-イソプロピルメタクリルアミド、N-n-ブチルメタクリルアミド、N-tert-ブチルメタクリルアミド等のN-アルキルメタクリルアミド;N-シクロヘキシルメタクリルアミド等のN-シクロアルキルメタクリルアミド;N,N’-ジメチルメタクリルアミド等のジアルキルメタクリルアミド;ジメチルアミノエチルメタクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド等のジアルキルアミノアルキルメタクリルアミド;N-(ヒドロキシメチル)メタクリルアミド、N-(ヒドロキシエチル)メタクリルアミド等のヒドロキシアルキルメタクリルアミド;N-フェニルメタクリルアミド等のN-アリールメタクリルアミド、ジアセトンメタクリノレアミド;N,N’-メチレンビスメタクリルアミード等のN,N’-アルキレンビスメタクリルアミドなどが挙げられる。
アクリルアミド系ポリマーの水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性の観点から、上記したアクリルアミド系モノマーの中でも、アクリルアミド、N-アルキルアクリルアミド、ジアルキルアクリルアミド、メタクリルアミド、N-アルキルメタクリルアミド又はジアルキルメタクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。
アクリルアミド系モノマーは1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
Acrylamide-based monomers include acrylamide; ethacrylamide; crotonamide; itaconic acid diamide; cinnamic acid amide; maleic acid diamide; N-alkylacrylamides such as n-butylacrylamide and N-tert-butylacrylamide; N-cycloalkylacrylamides such as N-cyclohexylacrylamide; dialkylacrylamides such as N,N'-dimethylacrylamide; dimethylaminoethylacrylamide and dimethylaminopropyl dialkylaminoalkylacrylamides such as acrylamide; hydroxyalkylacrylamides such as N-(hydroxymethyl)acrylamide and N-(hydroxyethyl)acrylamide; N-arylacrylamides such as N-phenylacrylamide; diacetone acrylamide; N,N'-methylene N,N'-alkylenebisacrylamide such as bisacrylamide; methacrylamide; N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, Nn-propylmethacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, Nn-butylmethacrylamide, N-alkyl methacrylamides such as N-tert-butyl methacrylamide; N-cycloalkyl methacrylamides such as N-cyclohexyl methacrylamide; dialkyl methacrylamides such as N,N'-dimethyl methacrylamide; dimethylaminoethyl methacrylamide, dimethyl dialkylaminoalkyl methacrylamides such as aminopropyl methacrylamide; hydroxyalkyl methacrylamides such as N-(hydroxymethyl) methacrylamide and N-(hydroxyethyl) methacrylamide; N-aryl methacrylamides such as N-phenyl methacrylamide; acetone methacrylamide; and N,N'-alkylenebismethacrylamide such as N,N'-methylenebismethacrylamide.
Among the acrylamide-based monomers described above, acrylamide, N-alkylacrylamide, dialkylacrylamide, methacrylamide, N-alkylmethacrylamide or dialkylmethacrylamide is preferable from the viewpoint of the solubility of the acrylamide-based polymer in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent. Acrylamide is more preferred.
Acrylamide-based monomers may be used alone or in combination of two or more.

(1.3.1.2)他の重合性モノマー単位
アクリルアミド系ポリマーがアクリルアミド系モノマーと他の重合性モノマーとの共重合体である場合、上記共重合体における他の重合性モノマー単位の含有量は、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、共重合体を構成する全モノマー単位に対して、0.1モル%以上であることが好ましく、1モル%以上であることがより好ましく、5モル%以上であることがさらに好ましく、10モル%以上であることが特に好ましく、15モル%以上であることが最も好ましい。
アクリルアミド系ポリマーの水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性の向上という観点から、他の重合性モノマー単位の含有率の上限は、70モル%以下であることが好ましく、60モル%以下であることがより好ましく、50モル%以下であることがさらに好ましく、45モル%以下であることが特に好ましく、40モル%以下であることが最も好ましい。
(1.3.1.2) Units of Other Polymerizable Monomers When the acrylamide-based polymer is a copolymer of an acrylamide-based monomer and another polymerizable monomer, the copolymer contains other polymerizable monomer units. The amount is preferably 0.1 mol % or more, preferably 1 mol % or more, based on the total monomer units constituting the copolymer, from the viewpoints of fusion inhibition, carbonization yield and shape stability. more preferably 5 mol % or more, particularly preferably 10 mol % or more, and most preferably 15 mol % or more.
From the viewpoint of improving the solubility of the acrylamide-based polymer in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent, the upper limit of the content of other polymerizable monomer units is preferably 70 mol% or less, more preferably 60 mol% or less. It is more preferably 50 mol % or less, particularly preferably 45 mol % or less, and most preferably 40 mol % or less.

他の重合性モノマーとしては、シアン化ビニル系モノマー、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸無水物、不飽和カルボン酸エステル、ビニルアルコール系モノマー、カルボン酸ビニル系モノマー、オレフィン系モノマー等が挙げられる。 Other polymerizable monomers include vinyl cyanide-based monomers, unsaturated carboxylic acids and salts thereof, unsaturated carboxylic acid anhydrides, unsaturated carboxylic acid esters, vinyl alcohol-based monomers, vinyl carboxylate-based monomers, and olefin-based monomers. are mentioned.

シアン化ビニル系モノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、2-ヒドロキシエチルアクリロニトリル、クロロアクリロニトリル、クロロメチルアクリロニトリル、エトキシアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等が挙げられる。
不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸等が挙げられる。
不飽和カルボン酸の塩としては、不飽和カルボン酸の金属塩(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等)、アンモニウム塩、アミン塩などが挙げられる。
Vinyl cyanide monomers include acrylonitrile, methacrylonitrile, 2-hydroxyethyl acrylonitrile, chloroacrylonitrile, chloromethyl acrylonitrile, ethoxyacrylonitrile, vinylidene cyanide and the like.
Examples of unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, crotonic acid, and isocrotonic acid.
Salts of unsaturated carboxylic acids include metal salts of unsaturated carboxylic acids (eg, sodium salts, potassium salts, etc.), ammonium salts, amine salts, and the like.

不飽和カルボン酸無水物としては、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物等が挙げられる。
不飽和カルボン酸エステルとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル等が挙げられる。
ビニル系モノマーとしては、スチレン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル系モノマー、塩化ビニル、ビニルアルコールなどが挙げられる。
オレフィン系モノマーとしては、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、ブタジエン等が挙げられる。
Examples of unsaturated carboxylic anhydrides include maleic anhydride and itaconic anhydride.
Examples of unsaturated carboxylic acid esters include methyl acrylate, methyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate and 2-hydroxyethyl methacrylate.
Examples of vinyl-based monomers include aromatic vinyl-based monomers such as styrene and α-methylstyrene, vinyl chloride, and vinyl alcohol.
Examples of olefinic monomers include ethylene, propylene, isopropylene, and butadiene.

上記した他の重合性モノマーの中でも、アクリルアミド系ポリマーの紡糸性、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点からは、他の重合性モノマーは、シアン化ビニル系モノマーであることが好ましく、アクリロニトリルであることがより好ましい。
上記した他の重合性モノマーの中でも、架橋前の上記共重合体の水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性の観点からは、他の重合性モノマーは、不飽和カルボン酸及びその塩であることが好ましく、アクリル酸、マレイン酸、フマル酸又はイタコン酸であることがより好ましい。
上記した他の重合性モノマーの中でも、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点からは、他の重合性モノマーは、不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸無水物であることが好ましく、アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸又はマレイン酸無水物であることがより好ましい。
上記した他の重合性モノマーは1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
Among the other polymerizable monomers described above, vinyl cyanide monomers are preferable from the viewpoint of the spinnability, anti-fusing properties, carbonization yield and shape stability of the acrylamide-based polymer. It is preferably acrylonitrile, more preferably acrylonitrile.
Among the other polymerizable monomers described above, from the viewpoint of the solubility of the copolymer in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent before crosslinking, the other polymerizable monomers are unsaturated carboxylic acids and salts thereof. Preferred are acrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid.
Among the other polymerizable monomers described above, the other polymerizable monomer is preferably an unsaturated carboxylic acid or an unsaturated carboxylic acid anhydride, from the viewpoint of the fusion suppression property, carbonization yield and shape stability. , acrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid or maleic anhydride.
The above other polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.

上記共重合体の水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性、紡糸性、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、アクリルアミド系ポリマーは、アクリルアミド系モノマーと、シアン化ビニル系モノマーと、不飽和カルボン酸との共重合体であることが特に好ましく、アクリルアミドと、アクリロニトリルと、アクリル酸との共重合体であることが最も好ましい。
紡糸性、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、上記共重合体におけるシアン化ビニル系モノマー単位の含有率は、0.1モル%~50モル%であることが好ましく、1モル%~45モル%であることがより好ましく、5モル%~40モル%であることがさらに好ましい。
上記共重合体の水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、上記共重合体における不飽和カルボン酸モノマー単位の含有率は、0.1モル%~50モル%であることが好ましく、0.1モル%~40モル%であることがより好ましく、0.1モル%~30モル%であることがさらに好ましく、1モル%~30モル%であることが特に好ましく、2モル%~20モル%であることが最も好ましい。
From the viewpoint of the solubility, spinnability, anti-fusing properties, carbonization yield and shape stability of the copolymer in an aqueous solvent or aqueous mixed solvent, the acrylamide-based polymer contains an acrylamide-based monomer and a vinyl cyanide-based monomer. , an unsaturated carboxylic acid, and most preferably a copolymer of acrylamide, acrylonitrile and acrylic acid.
From the standpoints of spinnability, anti-fusing properties, carbonization yield and shape stability, the vinyl cyanide-based monomer unit content in the copolymer is preferably 0.1 mol % to 50 mol %. It is more preferably 1 mol % to 45 mol %, even more preferably 5 mol % to 40 mol %.
From the viewpoint of the solubility of the copolymer in an aqueous solvent or aqueous mixed solvent, the anti-fusing property, the yield of carbonization, and the shape stability, the content of unsaturated carboxylic acid monomer units in the copolymer is 0.1. It is preferably mol% to 50 mol%, more preferably 0.1 mol% to 40 mol%, even more preferably 0.1 mol% to 30 mol%, and 1 mol% to 30 mol%. %, most preferably 2 mol % to 20 mol %.

なかでも、アクリルアミド系ポリマー繊維は、共重合体を含み、
共重合体は、共重合体を構成する全モノマー単位に対して、40モル%以上99.8モル%以下のアクリルアミド系モノマー単位と、0.1モル%以上50モル%以下のシアン化ビニル系モノマー単位と、0.1モル%以上30モル%以下の不飽和カルボン酸モノマ一単位とからなることが好ましい。
Among them, the acrylamide-based polymer fiber contains a copolymer,
The copolymer contains 40 mol% or more and 99.8 mol% or less of acrylamide-based monomer units and 0.1 mol% or more and 50 mol% or less of vinyl cyanide-based monomer units with respect to all monomer units constituting the copolymer. It preferably consists of a monomer unit and 0.1 mol % or more and 30 mol % or less of unsaturated carboxylic acid monomer unit.

融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、本開示の炭素繊維前駆体繊維の質量に対するアクリルアミド系ポリマーの含有率は、80質量%~99.9質量%であることが好ましく、85質量%~99.7質量%であることがより好ましい。 From the viewpoint of fusion suppression, carbonization yield, and shape stability, the content of the acrylamide polymer relative to the mass of the carbon fiber precursor fiber of the present disclosure is preferably 80% by mass to 99.9% by mass. It is more preferably 85% by mass to 99.7% by mass.

アクリルアミド系ポリマーは、赤外吸収スペクトルにおいて、約1644cm-1~1653cm-1の範囲に赤外吸収ピークが観察されることが好ましい。
上記赤外吸収ピークは、アクリルアミド系モノマー単位中のカルボニル基の伸縮運動に由来する吸収ピークである。
なお、赤外吸収スペクトルは、赤外分光法を用いて測定する。
具体的には、測定範囲を400cm-1~4000cm-1、分解能を193m-1、積算回数を32回とするATR(Attenuated Total Reflection)法により赤外吸収スペクトルを測定する。
測定装置としては、例えば、Thermo Scientific社製のフーリエ変換赤外分光装置「Nicolet iS20」又はこれと同程度の装置を使用することができる。
The acrylamide-based polymer preferably has an infrared absorption peak in the range of about 1644 cm −1 to 1653 cm −1 in the infrared absorption spectrum.
The above infrared absorption peak is an absorption peak derived from stretching motion of the carbonyl group in the acrylamide-based monomer unit.
The infrared absorption spectrum is measured using infrared spectroscopy.
Specifically, the infrared absorption spectrum is measured by an ATR (attenuated total reflection) method with a measurement range of 400 cm −1 to 4000 cm −1 , a resolution of 193 m −1 , and 32 integration times.
As a measuring device, for example, a Fourier transform infrared spectroscopic device "Nicolet iS20" manufactured by Thermo Scientific or a similar device can be used.

(1.4)添加成分
本開示の炭素繊維前駆体繊維は、酸及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種の添加成分を含むことができる。
炭素繊維前駆体繊維は、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性に優れるため、酸等の添加成分を含有しなくともよいが、炭素繊維前駆体繊維(すなわち、アクリルアミド系ポリマー組成物)は、アクリルアミド系ポリマーに加えて、酸及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種の添加成分が含有しいてもよい。上記添加成分を含む炭素繊維前駆体繊維に耐炎化処理を施すことによって、脱水反応、脱アンモニア反応等による環状構造の形成が加速し、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性がさらに改善される傾向にある。
耐炎化繊維においては、添加成分及びその残渣の少なくとも一部が残存していてもよい。さらに、耐炎化繊維に添加成分を加えて炭化処理を行ってもよい。
(1.4) Additional Component The carbon fiber precursor fiber of the present disclosure can contain at least one additional component selected from the group consisting of acids and salts thereof.
Since the carbon fiber precursor fiber is excellent in fusion suppression property, carbonization yield and shape stability, it does not need to contain an additive component such as an acid. may contain, in addition to the acrylamide-based polymer, at least one additive component selected from the group consisting of acids and salts thereof. By applying a flameproofing treatment to the carbon fiber precursor fiber containing the above additive components, the formation of a cyclic structure is accelerated due to dehydration reaction, deammonification reaction, etc., and the fusion suppression property, carbonization yield and shape stability are further improved. tend to be
At least a part of the additive component and its residue may remain in the flame-resistant fiber. Further, carbonization treatment may be performed by adding an additive component to the flameproof fiber.

酸としては、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸、硫酸、硝酸、炭酸等の無機酸、シュウ酸、クエン酸、スルホン酸等の有機酸が挙げられる。
上記酸の塩としては、金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)、アンモニウム塩、アミン塩、グアニジン塩、尿素塩、メラミン塩、イミダゾール塩などが挙げられ、アンモニウム塩、アミン塩が好ましく、アンモニウム塩がより好ましい。
上記した添加成分の中でも、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸、ポリホウ酸、硫酸又はこれらのアンモニウム塩が好ましく、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸又はこれらのアンモニウム塩がより好ましく、リン酸、ポリリン酸、リン酸のアンモニウム塩又はポリリン酸のアンモニウム塩がさらに好ましい。
Examples of acids include inorganic acids such as phosphoric acid, polyphosphoric acid, boric acid, sulfuric acid, nitric acid and carbonic acid, and organic acids such as oxalic acid, citric acid and sulfonic acid.
Examples of the acid salts include metal salts (sodium salts, potassium salts, etc.), ammonium salts, amine salts, guanidine salts, urea salts, melamine salts, imidazole salts, etc., and ammonium salts and amine salts are preferred. is more preferred.
Among the above-described additive components, phosphoric acid, polyphosphoric acid, boric acid, polyboric acid, sulfuric acid, or ammonium salts thereof are preferable from the viewpoint of adhesion suppression properties, carbonization yield, and shape stability. Boric acid or ammonium salts thereof are more preferred, and phosphoric acid, polyphosphoric acid, ammonium salts of phosphoric acid, or ammonium salts of polyphosphoric acid are even more preferred.

添加成分の含有量は、炭化収率、融着抑制性及び形状安定性の観点から、炭素繊維前駆体繊維に含まれるアクリルアミド系ポリマー100質量部に対して、0.1質量部~100質量部であることが好ましく、0.2質量部~50質量部であることがより好ましく、0.5質量部~30質量部であることがさらに好ましく、1質量部~20質量部であることが特に好ましい。 The content of the additive component is 0.1 parts by mass to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acrylamide-based polymer contained in the carbon fiber precursor fiber, from the viewpoint of carbonization yield, fusion suppression property, and shape stability. is preferably 0.2 parts by mass to 50 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass to 30 parts by mass, particularly 1 part by mass to 20 parts by mass preferable.

(2)炭素繊維前駆体繊維用繊維
本開示の炭素繊維前駆体繊維用繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの未架橋物とを含む。
(2) Fibers for Carbon Fiber Precursor Fibers The fibers for carbon fiber precursor fibers of the present disclosure include acrylamide-based polymer fibers and uncrosslinked self-crosslinking silicone oil present on the surfaces of the acrylamide-based polymer fibers.

未架橋物の含有量は、特に限定されるものではなく、アクリルアミド系ポリマー繊維100質量部に対して、0.1質量部~20質量部であることが好ましく、0.2質量部~15質量部であることがより好ましく、0.3質量部~10質量部であることがさらに好ましい。
未架橋物の含有量が0.1質量部以上にすることにより、自己架橋後のシリコーンオイルが単繊維同士の融着を抑制する効果をより発揮することができる。
未架橋物の含有量を20質量部以下にすることにより、自己架橋時に炭素繊維前駆体繊維間でのシリコーンオイルの架橋を抑制し、単繊維同士の融着を抑制することができる。
未架橋物の含有量の測定方法は、実施例に記載の方法と同様である。
The content of the uncrosslinked material is not particularly limited, and is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.2 to 15 parts by mass, based on 100 parts by mass of the acrylamide polymer fiber. It is more preferably 0.3 parts by mass to 10 parts by mass.
By setting the content of the uncrosslinked material to 0.1 parts by mass or more, the effect of suppressing the fusion between single fibers by the silicone oil after self-crosslinking can be further exhibited.
By setting the content of the uncrosslinked material to 20 parts by mass or less, it is possible to suppress crosslinking of the silicone oil between the carbon fiber precursor fibers during self-crosslinking, and to suppress fusion between single fibers.
The method for measuring the content of the uncrosslinked material is the same as the method described in Examples.

本開示において、「炭素繊維前駆体繊維用繊維」とは、架橋処理、耐炎化処理及び炭化処理のいずれも施されていない状態の炭素繊維前駆体繊維の前駆体繊維を示す。炭素繊維前駆体繊維用繊維は、架橋処理が施されると、炭素繊維前駆体繊維となる。炭素繊維前駆体繊維用繊維自体には、耐炎化処理及び炭化処理のいずれも直接的に施されない。
本開示において、「自己架橋性シリコーンオイルの未架橋物」とは、自己架橋性シリコーンオイルが架橋していない状態の自己架橋性シリコーンオイルを示す。
In the present disclosure, “fibers for carbon fiber precursor fibers” refer to precursor fibers of carbon fiber precursor fibers that have not been subjected to any of cross-linking treatment, flameproofing treatment and carbonization treatment. The fibers for carbon fiber precursor fibers become carbon fiber precursor fibers when subjected to a cross-linking treatment. Neither the flameproofing treatment nor the carbonization treatment is directly applied to the carbon fiber precursor fiber itself.
In the present disclosure, "uncrosslinked product of self-crosslinking silicone oil" refers to self-crosslinking silicone oil in a state in which the self-crosslinking silicone oil is not crosslinked.

本開示の炭素繊維前駆体繊維用繊維は、上記構成を有するので、自己架橋性シリコーンオイルが自己架橋した場合、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができる。 Since the fiber for carbon fiber precursor fiber of the present disclosure has the above structure, when the self-crosslinking silicone oil is self-crosslinked, the fusion between the single fibers is suppressed in the flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield. can do.

本開示の炭素繊維前駆体繊維用繊維は、自己架橋性シリコーンオイルが自己架橋していない状態であることの他は、本開示の炭素繊維前駆体繊維と同様の構成である。 The fibers for carbon fiber precursor fibers of the present disclosure have the same configuration as the carbon fiber precursor fibers of the present disclosure, except that the self-crosslinking silicone oil is not self-crosslinked.

(3)炭素繊維前駆体繊維の製造方法
本開示の炭素繊維前駆体繊維の製造方法は、後述する炭素繊維前駆体繊維用繊維に架橋処理を施す工程(以下、「架橋処理工程」という。)を含む。
これにより、本開示の炭素繊維前駆体繊維が得られる。
(3) Method for producing carbon fiber precursor fiber The method for producing carbon fiber precursor fiber of the present disclosure includes a step of subjecting fibers for carbon fiber precursor fibers to a crosslinking treatment (hereinafter referred to as a “crosslinking treatment step”), which will be described later. including.
This yields the carbon fiber precursor fibers of the present disclosure.

炭素繊維前駆体繊維の製造方法は、架橋処理工程に加えて、炭素繊維前駆体繊維用繊維を準備する工程(以下、「準備工程」)を含んでいてもよい。準備工程は、架橋処理工程の前に行われる。
以下、炭素繊維前駆体繊維の製造方法が、準備工程、及び架橋処理工程を含む場合について説明する。
The method for producing carbon fiber precursor fibers may include a step of preparing fibers for carbon fiber precursor fibers (hereinafter, “preparation step”) in addition to the cross-linking treatment step. The preparation step is performed before the cross-linking treatment step.
A case in which the method for producing carbon fiber precursor fibers includes a preparation step and a cross-linking treatment step will be described below.

(3.1)準備工程
準備工程では、炭素繊維前駆体繊維用繊維を準備する。これにより、本開示の炭素繊維前駆体繊維用繊維が得られる。
(3.1) Preparation step In the preparation step, fibers for carbon fiber precursor fibers are prepared. Thereby, the fibers for carbon fiber precursor fibers of the present disclosure are obtained.

炭素繊維前駆体繊維用繊維を準備する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、アクリルアミド系ポリマー組成物を紡糸し、得られるアクリルアミド系ポリマー繊維に自己架橋性シリコーンオイルを付与し、自己架橋性シリコーンオイルを自己架橋させる方法が挙げられる。 The method of preparing fibers for carbon fiber precursor fibers is not particularly limited. For example, an acrylamide-based polymer composition is spun, a self-crosslinking silicone oil is applied to the obtained acrylamide-based polymer fibers, and self-crosslinking is performed. and a method of self-crosslinking a reactive silicone oil.

(3.1.1)アクリルアミド系ポリマー組成物
アクリルアミド系ポリマー組成物は、アクリルアミド系ポリマー繊維の原料である。
アクリルアミド系ポリマー組成物は、アクリルアミド系ポリマーを含有し、必要に応じて、上記添加成分等を含有する。
(3.1.1) Acrylamide-based polymer composition The acrylamide-based polymer composition is a raw material for acrylamide-based polymer fibers.
The acrylamide-based polymer composition contains an acrylamide-based polymer and, if necessary, the above-described additive components and the like.

アクリルアミド系ポリマーは、市販されているものを使用してもよく、従来公知の方法により合成したものを使用してもよい。
アクリルアミド系ポリマーの合成は、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、リビングラジカル重合等の公知の重合反応を利用することにより行うことができる。上記重合反応の中でも、合成コスト低減の観点から、ラジカル重合が好ましい。
アクリルアミド系ポリマーの合成は、溶液重合、懸濁重合、沈殿重合、分散重合、乳化重合(例えば、逆相乳化重合)等の重合方法を利用することにより行うことができる。
溶液重合によりアクリルアミド系ポリマーの合成を行う場合、溶媒としては、原料のモノマー及び得られるアクリルアミド系ポリマーが溶解する溶媒を使用することが好ましく、低コストで安全に合成できるという観点から、水性溶媒又は水系混合溶媒を使用することがより好ましく、水性溶媒を使用することがさらに好ましい。
水性溶媒としては、水、アルコール、これらの混合溶媒等が挙げられるが水が特に好ましい。
水系混合溶媒は、上記水性溶媒と有機溶媒との混合溶媒を意味し、有機溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
As the acrylamide-based polymer, a commercially available one may be used, or one synthesized by a conventionally known method may be used.
Synthesis of acrylamide-based polymers can be carried out by utilizing known polymerization reactions such as radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization, and living radical polymerization. Among the above polymerization reactions, radical polymerization is preferred from the viewpoint of reducing synthesis costs.
Synthesis of acrylamide-based polymers can be carried out by utilizing polymerization methods such as solution polymerization, suspension polymerization, precipitation polymerization, dispersion polymerization, and emulsion polymerization (for example, inverse emulsion polymerization).
When synthesizing an acrylamide polymer by solution polymerization, it is preferable to use a solvent in which the raw material monomers and the obtained acrylamide polymer dissolve. It is more preferable to use an aqueous mixed solvent, and it is even more preferable to use an aqueous solvent.
Examples of the aqueous solvent include water, alcohol, mixed solvents thereof, and the like, and water is particularly preferable.
The aqueous mixed solvent means a mixed solvent of the above aqueous solvent and an organic solvent, and examples of the organic solvent include tetrahydrofuran and the like.

ラジカル重合によるアクリルアミド系ポリマーの合成において、重合開始剤を使用することが好ましい。
重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の従来公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。
溶媒として水性溶媒又は水系混合溶媒を使用する場合には、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の水性溶媒又は水系混合溶媒に可溶なラジカル重合開始剤が好ましい。
アクリルアミド系ポリマーを低分子量化し、アクリルアミド系ポリマーの紡糸性を向上させるという観点から、重合開始剤に代えて、又は重合開始剤と共に、重合促進剤及び分子量調節剤の少なくとも一方を使用することが好ましく、重合開始剤及び重合促進剤を併用することがより好ましい。
重合促進剤として、テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
分子量調節剤としては、n-ドデシルメルカプタン等のアルキルメルカプタン化合物などが挙げられる。
重合開始剤である過硫酸アンモニウムと、重合促進剤であるテトラメチルエチレンジアミンとを併用することが特に好ましい。
It is preferable to use a polymerization initiator in synthesizing an acrylamide-based polymer by radical polymerization.
As the polymerization initiator, conventionally known radical polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), ammonium persulfate, and potassium persulfate can be used. can be done.
When using an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent as a solvent, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), ammonium persulfate, potassium persulfate, etc. soluble in aqueous solvents or aqueous mixed solvents Initiate radical polymerization agents are preferred.
From the viewpoint of reducing the molecular weight of the acrylamide-based polymer and improving the spinnability of the acrylamide-based polymer, it is preferable to use at least one of a polymerization accelerator and a molecular weight modifier instead of or together with the polymerization initiator. , a polymerization initiator and a polymerization accelerator are more preferably used in combination.
Tetramethylethylenediamine etc. are mentioned as a polymerization accelerator.
Examples of molecular weight modifiers include alkylmercaptan compounds such as n-dodecylmercaptan.
It is particularly preferable to use ammonium persulfate as a polymerization initiator and tetramethylethylenediamine as a polymerization accelerator in combination.

上記重合反応の温度は、特に制限されるものではなく、アクリルアミド系ポリマーの紡糸性を向上させるという観点から、35℃以上であることが好ましく、40℃以上であることがより好ましく、50℃以上であることがさらに好ましく、70℃以上であることが特に好ましい。 The temperature of the polymerization reaction is not particularly limited, and from the viewpoint of improving the spinnability of the acrylamide polymer, it is preferably 35°C or higher, more preferably 40°C or higher, and 50°C or higher. more preferably, and particularly preferably 70° C. or higher.

アクリルアミド系ポリマーは、アクリルアミド系モノマーの単独重合体であってもよく、アクリルアミド系モノマーと他の重合性モノマーとの共重合体であってもよい。アクリルアミド系モノマー及び他の重合性モノマーの好ましい態様については上記したため、ここでは記載を省略する。 The acrylamide-based polymer may be a homopolymer of an acrylamide-based monomer or a copolymer of an acrylamide-based monomer and another polymerizable monomer. Preferred aspects of the acrylamide-based monomer and other polymerizable monomers have been described above, and therefore are omitted here.

アクリルアミド系ポリマーにおけるアクリルアミド系モノマー単位の含有率は、30モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましく、55モル%以上であることが特に好ましく、60モル%以上であることが最も好ましい。
アクリルアミド系モノマー単位の含有率が30モル%以上であることにより、水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性を向上させることができる傾向にある。
アクリルアミド系モノマー単位の含有率の上限は、特に限定されるものではないが、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点からは、99.9モル%以下であることが好ましく、99.8モル%以下であることがより好ましく、95モル%以下であることがさらに好ましく、90モル%以下であることが特に好ましく、85モル%以下であることが最も好ましい。
The content of acrylamide-based monomer units in the acrylamide-based polymer is preferably 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, further preferably 50 mol% or more, and 55 mol% or more. It is particularly preferable that the content is 60 mol % or more, and most preferably it is 60 mol % or more.
When the acrylamide-based monomer unit content is 30 mol % or more, the solubility in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent tends to be improved.
The upper limit of the content of acrylamide-based monomer units is not particularly limited, but from the viewpoint of fusion suppression, carbonization yield and shape stability, it is preferably 99.9 mol% or less. It is more preferably 8 mol % or less, still more preferably 95 mol % or less, particularly preferably 90 mol % or less, and most preferably 85 mol % or less.

アクリルアミド系ポリマーがアクリルアミド系モノマーと他の重合性モノマーとの共重合体である場合、上記共重合体における他の重合性モノマー単位の含有量は、融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、0.1モル%以上であることが好ましく、1モル%以上であることがより好ましく、5モル%以上であることがさらに好ましく、10モル%以上であることが特に好ましく、15モル%以上であることが最も好ましい。
アクリルアミド系ポリマーの水性溶媒又は水系混合溶媒に対する溶解性の向上という観点から、他の重合性モノマー単位の含有率の上限は、70モル%以下であることが好ましく、60モル%以下であることがより好ましく、50モル%であることがさらに好ましく、45モル%以下であることが特に好ましく、40モル%以下であることが最も好ましい。
When the acrylamide-based polymer is a copolymer of an acrylamide-based monomer and another polymerizable monomer, the content of the other polymerizable monomer unit in the copolymer is determined to improve the fusion suppression property, carbonization yield and shape stability. From the viewpoint of, it is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 1 mol% or more, further preferably 5 mol% or more, particularly preferably 10 mol% or more, and 15 It is most preferably mol % or more.
From the viewpoint of improving the solubility of the acrylamide-based polymer in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent, the upper limit of the content of other polymerizable monomer units is preferably 70 mol% or less, more preferably 60 mol% or less. It is more preferably 50 mol %, particularly preferably 45 mol % or less, and most preferably 40 mol % or less.

アクリルアミド系ポリマー組成物の製造方法は、溶融状態のアクリルアミド系ポリマーに添加成分を直接混合する方法(溶融混合)、アクリルアミド系ポリマーと添加成分とをドライブレンドする方法(乾式混合)、添加成分を含有する水性溶液若しくは水系混合溶液、又はアクリルアミド系ポリマーは完全溶解していないが、添加成分は溶解している溶液又は添加成分が分散している分散液に繊維状に成形したアクリルアミド系ポリマーを浸漬又は通過させる方法等が挙げられる。
アクリルアミド系ポリマー及び添加成分が水性溶媒又は水系混合溶媒に可溶である場合には、アクリルアミド系ポリマーと添加成分とを均一に混合することができるという観点から、アクリルアミド系ポリマーと添加成分とを水性溶媒又は水系混合溶媒中で混合する方法(湿式混合)が好ましい。
アクリルアミド系ポリマーの合成を行った水性溶媒中又は水系混合溶媒中に、添加成分を混合することにより、湿式混合を行ってもよい。
Methods for producing an acrylamide-based polymer composition include a method of directly mixing additive components into a molten acrylamide-based polymer (melt mixing), a method of dry-blending the acrylamide-based polymer and additive components (dry mixing), and a method of containing additive components. An aqueous solution or aqueous mixed solution, or a solution in which the acrylamide-based polymer is not completely dissolved but the additive component is dissolved, or an acrylamide-based polymer formed into a fibrous form is immersed in a solution or a dispersion in which the additive component is dispersed. A method of passing through is mentioned.
When the acrylamide-based polymer and the additive component are soluble in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent, the acrylamide-based polymer and the additive component can be mixed in an aqueous solution from the viewpoint that the acrylamide-based polymer and the additive component can be uniformly mixed. A method of mixing in a solvent or an aqueous mixed solvent (wet mixing) is preferred.
Wet mixing may be performed by mixing additional components in the aqueous solvent or aqueous mixed solvent in which the acrylamide-based polymer was synthesized.

湿式混合においては、より低コストで安全にアクリルアミド系ポリマー組成物を製造できるという観点から、溶媒として水性溶媒を使用することが好ましく、水を使用することがより好ましい。 In wet mixing, an aqueous solvent is preferably used as the solvent, and water is more preferably used, from the viewpoint that the acrylamide-based polymer composition can be produced safely at a lower cost.

なお、湿式混合によりアクリルアミド系ポリマー組成物の製造を行う場合、溶媒は除去してもよく、除去しなくともよい。溶媒の除去方法は、特に制限はなく、減圧留去、再沈殿、熱風乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の公知の方法のうちの少なくとも1つの方法を利用することができる。 When the acrylamide-based polymer composition is produced by wet mixing, the solvent may or may not be removed. The solvent removal method is not particularly limited, and at least one of known methods such as distillation under reduced pressure, reprecipitation, hot air drying, vacuum drying, and freeze drying can be used.

(3.1.2)紡糸
アクリルアミド系ポリマー組成物を紡糸する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、アクリルアミド系ポリマー組成物の溶融物を溶融紡糸、スパンボンド、メルトブローン又は遠心紡糸することにより行ってもよい。
アクリルアミド系ポリマー組成物が水性溶媒又は水系混合溶媒に可溶な場合には、紡糸性、環境負荷低減性、コスト及び安全性の観点から、アクリルアミド系ポリマー組成物を水性溶媒又は水系混合溶媒に溶解させ、得られた水性溶液又は水系混合溶液を用いて紡糸して、アクリルアミド系ポリマー繊維を製造することが好ましい。
アクリルアミド系ポリマーの合成を溶液重合により行う場合、アクリルアミド系ポリマーの溶液を、必要に応じて所望の濃度に調整した後、紡糸し、アクリルアミド系ポリマー繊維を製造することが好ましい。
アクリルアミド系ポリマー組成物を湿式混合により製造する場合、アクリルアミド系ポリマー組成物の溶液を、必要に応じて所望の濃度に調整した後、紡糸し、アクリルアミド系ポリマー繊維を製造することが好ましい。
(3.1.2) Spinning The method for spinning the acrylamide-based polymer composition is not particularly limited. can be done by
When the acrylamide-based polymer composition is soluble in an aqueous solvent or an aqueous mixed solvent, the acrylamide-based polymer composition is dissolved in the aqueous solvent or the aqueous mixed solvent from the viewpoints of spinnability, environmental load reduction, cost and safety. It is preferable to produce an acrylamide-based polymer fiber by spinning using the resulting aqueous solution or aqueous mixed solution.
When synthesizing the acrylamide polymer by solution polymerization, it is preferable to adjust the solution of the acrylamide polymer to a desired concentration as necessary, and then spin it to produce the acrylamide polymer fiber.
When the acrylamide-based polymer composition is produced by wet mixing, it is preferred that the solution of the acrylamide-based polymer composition is adjusted to a desired concentration as necessary, and then spun to produce acrylamide-based polymer fibers.

紡糸は、乾式紡糸法、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、ゲル紡糸法、フラッシュ紡糸法又はエレクトロスピニング法により行われることが好ましい。上記紡糸方法によれば、所望の繊度及び平均繊維径を有するアクリルアミド系ポリマー繊維を低コストで安全に製造することができる。
より低コストで安全にアクリルアミド系ポリマー繊維を製造することができるという観点から、溶媒として水性溶媒を使用することが好ましく、水を使用することがより好ましい。
Spinning is preferably carried out by a dry spinning method, a wet spinning method, a dry-wet spinning method, a gel spinning method, a flash spinning method or an electrospinning method. According to the above spinning method, acrylamide-based polymer fibers having desired fineness and average fiber diameter can be produced safely at low cost.
From the viewpoint that acrylamide-based polymer fibers can be produced safely at a lower cost, it is preferable to use an aqueous solvent as the solvent, and more preferable to use water.

(3.1.3)付着
アクリルアミド系ポリマー繊維に自己架橋性シリコーンオイルを付着させる方法は、特に限定されるものではなく、自己架橋性シリコーン系油剤(以下、「油剤」という場合がある。)を用いた、塗布法、浸漬法、噴霧法、タッチロール法、ガイド給油法等が挙げられる。
(3.1.3) Adhesion The method of adhering the self-crosslinking silicone oil to the acrylamide polymer fiber is not particularly limited, and the self-crosslinking silicone oil agent (hereinafter sometimes referred to as "oil agent"). , a coating method, a dipping method, a spraying method, a touch roll method, a guide oiling method, and the like.

(3.1.3.1)自己架橋性シリコーン系油剤
油剤は、自己架橋性シリコーンオイルを含有する。油剤は、自己架橋性シリコーンオイル単独であってもよいし、自己架橋性シリコーンオイルと、自己架橋性シリコーンオイルを希釈する有機溶剤とを含有してもよい。有機溶剤は、自己架橋性シリコーンオイルの良溶媒であり、かつ、アクリルアミド系ポリマーの貧溶媒である。また、本発明の効果を損なわない範囲で、自己架橋性基を含まない油剤や自己架橋性基以外の官能基を含む油剤を含有してもよい。
(3.1.3.1) Self-crosslinking silicone oil agent The oil agent contains a self-crosslinking silicone oil. The oil agent may be a self-crosslinking silicone oil alone, or may contain a self-crosslinking silicone oil and an organic solvent for diluting the self-crosslinking silicone oil. The organic solvent is a good solvent for the self-crosslinking silicone oil and a poor solvent for the acrylamide polymer. In addition, an oil containing no self-crosslinking group or an oil containing a functional group other than the self-crosslinking group may be contained within a range that does not impair the effects of the present invention.

油剤の25℃における粘度は、特に限定されるものではなく、自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度として例示した範囲と同様の範囲と同様である。
自己架橋性シリコーン系油剤の25℃における粘度は、ウベローデ粘度計による25℃の値を示す。自己架橋性シリコーン系油剤が自己架橋性シリコーンオイルの市販品である場合、自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度は、メーカーのカタログ値であってもよい。
The viscosity of the oil agent at 25°C is not particularly limited, and is the same as the range exemplified as the viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25°C.
The viscosity at 25°C of the self-crosslinking silicone oil is the value at 25°C measured by an Ubbelohde viscometer. When the self-crosslinking silicone oil is a commercially available self-crosslinking silicone oil, the viscosity of the self-crosslinking silicone oil at 25°C may be the manufacturer's catalog value.

油剤は、有機溶剤の他に、必要に応じて、平滑剤、吸湿剤、界面活性剤、粘度調整剤、離型剤、展着剤、抗菌剤、防腐剤等を含有してもよい。 In addition to the organic solvent, the oil may optionally contain smoothing agents, hygroscopic agents, surfactants, viscosity modifiers, releasing agents, spreading agents, antibacterial agents, preservatives, and the like.

(3.2)架橋処理工程
架橋処理工程では、炭素繊維前駆体繊維用繊維に架橋処理を施す。これにより、炭素繊維前駆体繊維が得られる。
炭素繊維前駆体繊維用繊維は、繊維束の形態で架橋処理が施されてもよい。
(3.2) Crosslinking Treatment Step In the crosslinking treatment step, the fiber for carbon fiber precursor fiber is crosslinked. Carbon fiber precursor fibers are thus obtained.
The fiber for carbon fiber precursor fiber may be crosslinked in the form of a fiber bundle.

(3.2.1)架橋処理
架橋処理は、アクリルアミド系ポリマー繊維に有する自己架橋性シリコーンオイルを自己架橋させることができれば特に限定されるものではなく、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する油剤に電子線を照射する方法(以下、「電子線処理」という。)、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する油剤に紫外線を照射する方法、アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する油剤を加熱乾燥する方法等が挙げられる。なかでも、架橋処理は、エネルギー効率や処理速度の観点から、電子線処理であることが好ましい。
(3.2.1) Cross-linking treatment The cross-linking treatment is not particularly limited as long as the self-crosslinking silicone oil contained in the acrylamide polymer fiber can be self-crosslinked. Examples include a method of irradiating rays (hereinafter referred to as "electron beam treatment"), a method of irradiating an oil agent on the surface of the acrylamide polymer fiber with ultraviolet rays, and a method of heating and drying the oil agent on the surface of the acrylamide polymer fiber. be done. Among them, the cross-linking treatment is preferably electron beam treatment from the viewpoint of energy efficiency and processing speed.

(3.2.1.1)電子線処理
融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、アクリルアミド系ポリマー繊維に対して照射する電子線の線量は、50kGy~10000kGyであることが好ましく、100kGy~5000kGyであることがより好ましく、150kGy~1000kGyであることがさらに好ましい。
なお、上記した線量の好ましい数値範囲は、一方向から、アクリルアミド系ポリマー繊維に対して電子線を照射した場合における線量の好ましい数値範囲であり、2方向以上から照射する場合は、上記の限りではなく、適宜調整することが好ましい。
(3.2.1.1) Electron Beam Treatment From the viewpoint of fusion suppression, carbonization yield and shape stability, the dose of the electron beam irradiated to the acrylamide polymer fiber should be 50 kGy to 10000 kGy. It is preferably from 100 kGy to 5000 kGy, even more preferably from 150 kGy to 1000 kGy.
The preferable numerical range of the dose described above is the preferable numerical range of the dose when the acrylamide-based polymer fiber is irradiated with an electron beam from one direction. It is preferable to adjust it as appropriate.

活性光線として電子線を使用した場合、その線量は、フィルム線量計等を使用することにより測定する。フィルム線量計としては、例えば、富士フイルム社製のFTR-125や東洋メディック社製のFWT-60型又はこれと同程度の装置等を使用することができる。 When electron beams are used as actinic rays, the dose is measured by using a film dosimeter or the like. As the film dosimeter, for example, FTR-125 manufactured by Fuji Film Co., Ltd., FWT-60 type manufactured by Toyo Medic Co., Ltd., or similar devices can be used.

融着抑制性、炭化収率及び形状安定性の観点から、アクリルアミド系ポリマー繊維に対して照射する電子線の加速電圧は、照射した活性光線の好ましくは20%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましく80%以上がアクリルアミド系ポリマー繊維を透過する加速電圧に調製することが好ましい。
活性光線として電子線を使用した場合、電子線の透過率は、試料の表面(透過前)と裏面(透過後)の線量の差から算出できる。また、一般に開示されている透過深さと、相対線量との関係図から算出してもよい。
具体的には、加速電圧は、10kV~10MVであることが好ましく、100kV~3MVであることがより好ましく、150kV~1MVであることがさらに好ましい。
なお、上記した加速電圧の好ましい数値範囲は、一方向から、アクリルアミド系ポリマー繊維に対して活性光線を照射した場合における加速電圧の好ましい数値範囲であり、2方向以上から照射する場合は、上記の限りではなく、適宜調整することが好ましい。
From the viewpoint of fusion suppression, carbonization yield and shape stability, the acceleration voltage of the electron beam irradiated to the acrylamide polymer fiber is preferably 20% or more, more preferably 60% or more, of the irradiated actinic ray, More preferably, the accelerating voltage is adjusted such that 80% or more of the acrylamide-based polymer fibers are permeable.
When an electron beam is used as the actinic ray, the transmittance of the electron beam can be calculated from the difference in dose between the front surface (before transmission) and the rear surface (after transmission) of the sample. Alternatively, it may be calculated from a commonly disclosed relational diagram of penetration depth and relative dose.
Specifically, the acceleration voltage is preferably 10 kV to 10 MV, more preferably 100 kV to 3 MV, even more preferably 150 kV to 1 MV.
The preferable numerical range of the acceleration voltage described above is the preferable numerical range of the acceleration voltage when the acrylamide polymer fiber is irradiated with actinic rays from one direction. However, it is preferable to adjust it as appropriate.

電子線の照射は、バッチ式により行ってもよく、連続式に行ってもよい。
活性光線照射に使用する装置は、特に限定されるものではないが、バッチ式による活性光線の照射を行う場合には、岩崎電気社製のCB250/30/20mA又はこれと同程度の装置を使用することができる。連続式による活性光線の照射を行う場合には、NHVコーポレーション社製の電子線照射装置EBC800-35又はこれと同程度の装置を使用することができる。
The electron beam irradiation may be performed in a batch system or in a continuous system.
The device used for actinic ray irradiation is not particularly limited, but when performing actinic ray irradiation in batch mode, use CB250/30/20mA manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd. or an equivalent device. can do. In the case of continuous actinic ray irradiation, an electron beam irradiator EBC800-35 manufactured by NHV Corporation or a similar device can be used.

(4)耐炎化繊維の製造方法
本開示の耐炎化繊維の製造方法は、炭素繊維前駆体繊維に耐炎化処理を施す工程(以下、「耐炎化処理工程」という。)を含む。
これにより、高い炭化収率を維持することができ、単繊維同士の融着が抑制された耐炎化繊維が得られる。
アクリルアミド系ポリマー繊維は、耐炎化処理によって熱分解されにくい。更に、アクリルアミド/シアン化ビニル/不飽和カルボン酸系共重合体の構造は、耐炎化処理によって耐熱性の高い構造に変換される。そのため、炭化収率は高い。
特に、添加成分を含有するアクリルアミド系ポリマー繊維では、添加成分である酸やその塩の触媒作用により、アクリルアミド/シアン化ビニル/不飽和カルボン酸系共重合体の脱アンモニア反応や脱水反応が促進される。そのため、アクリルアミド系ポリマー繊維の分子内に環状構造(イミド環構造)や2環以上の多環が連続した構造が形成されやすい。これにより、アクリルアミド/シアン化ビニル/不飽和カルボン酸系共重合体の構造は耐熱性の高い構造に変換されやすい。その結果、炭化収率は更に高い。
(4) Method for Producing Flame-Resistant Fiber The method for producing a flame-resistant fiber of the present disclosure includes a step of subjecting the carbon fiber precursor fiber to a flame-resistant treatment (hereinafter referred to as a “flame-resistant treatment step”).
As a result, a high carbonization yield can be maintained, and a flame-resistant fiber in which fusion between single fibers is suppressed can be obtained.
Acrylamide-based polymer fibers are less likely to be thermally decomposed by flame-resistant treatment. Furthermore, the structure of the acrylamide/vinyl cyanide/unsaturated carboxylic acid copolymer is converted into a highly heat-resistant structure by the flameproof treatment. Therefore, the carbonization yield is high.
In particular, in acrylamide-based polymer fibers containing additive components, the deammonification reaction and dehydration reaction of the acrylamide/vinyl cyanide/unsaturated carboxylic acid copolymer are promoted by the catalytic action of the acid or its salt as the additive component. be. Therefore, a cyclic structure (imide ring structure) or a structure in which two or more polycyclic rings are continuous is likely to be formed in the molecule of the acrylamide-based polymer fiber. As a result, the structure of the acrylamide/vinyl cyanide/unsaturated carboxylic acid copolymer is likely to be converted into a highly heat-resistant structure. As a result, the carbonization yield is even higher.

本開示において、「耐炎化処理」とは、炭素繊維前駆体繊維に対して酸化性気体雰囲気下、加熱処理を施すことを示す。 In the present disclosure, the term “flameproofing treatment” refers to subjecting carbon fiber precursor fibers to heat treatment in an oxidizing gas atmosphere.

(4.1)耐炎化処理
耐炎化処理の温度は、特に限定されるものではないが、150℃~500℃であることが好ましく、200℃~450℃であることがより好ましく、250℃~420℃であることがさらに好ましい。
なお、上記温度には、後述する耐炎化処理時の最高温度(耐炎化処理温度)だけでなく、耐炎化処理温度までの昇温過程等における温度も包含される。
(4.1) Flameproof Treatment The temperature of the flameproof treatment is not particularly limited, but is preferably 150°C to 500°C, more preferably 200°C to 450°C, and more preferably 250°C to 250°C. It is more preferably 420°C.
The above temperature includes not only the maximum temperature (flameproofing temperature) during the flameproofing treatment, which will be described later, but also the temperature in the process of raising the temperature up to the flameproofing treatment temperature.

耐炎化処理時の最高温度(耐炎化処理温度)は、200℃~500℃であることが好ましく、250℃~450℃であることがより好ましく、305℃~440℃であることがさらに好ましく、310℃~430℃であることが特に好ましく、315℃~420℃であることが最も好ましい。
耐炎化処理温度を200℃以上とすることにより、アクリルアミド/シアン化ビニル/不飽和カルボン酸系共重合体の脱アンモニア反応や脱水反応は促進しやすく、分子内に環状構造(イミド環構造)が形成されやすい。そのため、耐炎化繊維の耐熱性及び炭化収率を向上することができる傾向にある。
耐炎化処理温度を500℃以下とすることにより、耐炎化繊維が熱分解されにくく、製造コストを低減することができる傾向にある。
The maximum temperature during the flameproofing treatment (flameproofing treatment temperature) is preferably 200°C to 500°C, more preferably 250°C to 450°C, even more preferably 305°C to 440°C, 310°C to 430°C is particularly preferred, and 315°C to 420°C is most preferred.
By setting the flameproof treatment temperature to 200°C or higher, the deammonification reaction and dehydration reaction of the acrylamide/vinyl cyanide/unsaturated carboxylic acid copolymer are likely to be promoted, and a cyclic structure (imide ring structure) is formed in the molecule. easy to form. Therefore, it tends to be possible to improve the heat resistance and carbonization yield of the flame-resistant fiber.
By setting the flameproofing treatment temperature to 500° C. or less, the flameproofed fiber is less likely to be thermally decomposed, and the manufacturing cost tends to be reduced.

耐炎化処理時間(耐炎化処理温度での加熱時間)は、特に限定されるものではないが、炭化収率及び製造コストの観点から、1分間~120分間であることが好ましく、2分間~60分間であることがより好ましく、3分間~50分間であることがさらに好ましく、4分間~40分間が特に好ましい。
耐炎化処理時間を1分以上とすることにより、炭化収率を向上させることができる。
耐炎化処理時間を120分以内にすることにより、製造コストを低減することができる。
The flameproofing treatment time (heating time at the flameproofing treatment temperature) is not particularly limited, but from the viewpoint of carbonization yield and production cost, it is preferably 1 minute to 120 minutes, and 2 minutes to 60 minutes. Minutes is more preferred, 3 to 50 minutes is even more preferred, and 4 to 40 minutes is particularly preferred.
By setting the flameproofing treatment time to 1 minute or more, the carbonization yield can be improved.
Manufacturing costs can be reduced by limiting the flameproofing treatment time to 120 minutes or less.

(4.2)延伸処理
炭素繊維前駆体繊維の耐炎化処理時において、炭素繊維前駆体繊維に対し延伸処理を施すことが好ましい。炭素繊維前駆体繊維に対し延伸処理を施すことにより、炭素繊維前駆体繊維に含まれるアクリルアミド系ポリマーが配向し、耐炎化繊維の引張強度を向上する傾向にある。
延伸処理は、耐炎化処理温度での加熱時に少なくとも実施されることが好ましい。
耐炎化繊維の引張強度向上という観点からは、耐炎化処理温度までの昇温過程においても延伸処理が実施されることが好ましい。
(4.2) Drawing Treatment During the flameproofing treatment of the carbon fiber precursor fibers, it is preferable to apply a drawing treatment to the carbon fiber precursor fibers. By subjecting the carbon fiber precursor fiber to a drawing treatment, the acrylamide polymer contained in the carbon fiber precursor fiber tends to be oriented and the tensile strength of the flameproof fiber tends to be improved.
The stretching treatment is preferably carried out at least during heating at the flameproofing temperature.
From the viewpoint of improving the tensile strength of the flame-resistant fiber, it is preferable to carry out the drawing treatment even during the process of raising the temperature to the flame-resistant treatment temperature.

延伸処理時において、炭素繊維前駆体繊維に付与する張力は、0.03mN/tex~500mN/texであることが好ましく、0.05mN/tex~400mN/texであることがより好ましく、0.07mN/tex~200mN/texであることがさらに好ましく、0.1mN/tex~100mN/texであることが特に好ましい。
炭素繊維前駆体繊維に付与する張力が0.03mN/tex未満になると、単繊維同士の融着が十分に抑制されず、耐炎化繊維の高温での耐荷重性、強度及び炭化収率が低下する傾向にある。
炭素繊維前駆体繊維に付与する張力が500mN/texを超えると、耐炎化処理時に炭素繊維前駆体繊維の切断が生じる場合がある。
なお、本開示において、炭素繊維前駆体繊維に付与する張力(単位:mN/tex)は、耐炎化処理時に炭素繊維前駆体繊維に付与する張力(単位:mN)を、炭素繊維前駆体繊維の絶乾状態での繊度(単位:tex)で除した値、すなわち、炭素繊維前駆体繊維の単位繊度当たりの張力を示す。
上記張力は、耐炎化炉等の加熱装置の入口及び出口における速度調整を実施したり、ロードセル、バネ、重り、エアシリンダー等を使用することによって調整することができる。
The tension applied to the carbon fiber precursor fiber during the drawing process is preferably 0.03 mN/tex to 500 mN/tex, more preferably 0.05 mN/tex to 400 mN/tex, and 0.07 mN. /tex to 200 mN/tex, and particularly preferably 0.1 mN/tex to 100 mN/tex.
If the tension applied to the carbon fiber precursor fiber is less than 0.03 mN/tex, the fusion between single fibers is not sufficiently suppressed, and the high-temperature load bearing capacity, strength, and carbonization yield of the flame-resistant fiber decrease. tend to
If the tension applied to the carbon fiber precursor fibers exceeds 500 mN/tex, the carbon fiber precursor fibers may be cut during the flameproofing treatment.
In the present disclosure, the tension (unit: mN/tex) applied to the carbon fiber precursor fiber is defined as the tension (unit: mN) applied to the carbon fiber precursor fiber during the flameproofing treatment. It shows the value divided by the fineness (unit: tex) in the absolute dry state, that is, the tension per unit fineness of the carbon fiber precursor fiber.
The tension can be adjusted by adjusting the inlet and outlet speeds of a heating device such as a flameproofing furnace, or by using load cells, springs, weights, air cylinders, and the like.

耐炎化処理温度(耐炎化処理時の最高温度)において、アクリルアミド系ポリマー繊維に所定の張力が付与されていれば、耐炎化処理温度までの昇温過程等において所定の張力が付与されていても、施されていなくてもよいが、張力の付与による効果が十分に得られるという観点から、昇温過程等においても所定の張力が付与されていることが好ましい。また、張力は、昇温過程等の初期段階から付与されていてもよいし、途中の段階から付与されていてもよい。
また、本発明の耐炎化繊維の製造方法においては、前記耐炎化処理温度(耐炎化処理時の最高温度)で所定の張力を付与しながら加熱処理を施した後に、前記耐炎化処理温度より高い温度で所定の張力以外の張力を付与しながら又は張力を付与せずに加熱処理を施してもよい。
If a predetermined tension is applied to the acrylamide-based polymer fiber at the flameproofing treatment temperature (maximum temperature during flameproofing treatment), even if the prescribed tension is applied during the process of heating up to the flameproofing treatment temperature, etc. Although it is not necessary to apply tension, it is preferable that a predetermined tension is applied even in the temperature rising process, etc., from the viewpoint that the effect of applying tension can be sufficiently obtained. Moreover, the tension may be applied from an initial stage such as a temperature rising process, or may be applied from an intermediate stage.
Further, in the method for producing a flameproof fiber of the present invention, after the heat treatment is performed at the flameproofing treatment temperature (maximum temperature during the flameproofing treatment) while applying a predetermined tension, the temperature is higher than the flameproofing treatment temperature. The heat treatment may be performed while applying a tension other than a predetermined tension at the temperature or without applying a tension.

(4.3)耐炎化繊維
耐炎化繊維の密度は、特に限定されるものではないが、1.30g/cm~1.75g/cmであることが好ましく、1.35g/cm~1.70g/cmであることがより好ましく、1.37g/cm~1.65g/cmであることがさらに好ましく、1.39g/cm~1.60g/cmであることが特に好ましく、1.44g/cm~1.55g/cmであることが最も好ましい。
耐炎化繊維の密度が1.30g/cm以上であることにより、耐炎化繊維の耐熱性と構造の緻密性とが十分となる。そのため、炭化収率は向上する傾向にある
耐炎化繊維の密度が1.75g/cm以下であることにより、耐炎化繊維の生産性は優れる。
(4.3) Flame-resistant fiber Although the density of the flame-resistant fiber is not particularly limited, it is preferably 1.30 g/cm 3 to 1.75 g/cm 3 , more preferably 1.35 g/cm 3 to 1.75 g/cm 3 . It is more preferably 1.70 g/cm 3 , still more preferably 1.37 g/cm 3 to 1.65 g/cm 3 , and 1.39 g/cm 3 to 1.60 g/cm 3 . It is particularly preferred and most preferably between 1.44 g/cm 3 and 1.55 g/cm 3 .
When the density of the flame-resistant fiber is 1.30 g/cm 3 or more, the heat resistance of the flame-resistant fiber and the denseness of the structure are sufficient. Therefore, the carbonization yield tends to improve. The productivity of the flame-resistant fiber is excellent because the density of the flame-resistant fiber is 1.75 g/cm 3 or less.

耐炎化繊維の平均繊維径は、特に限定されるものではないが、得られる炭素繊維の引張強度の観点からは、3nm~300μmであることが好ましく、30nm~150μmであることがより好ましく、1μm~60μmであることがさらに好ましく、2μm~30μmがよりさらに好ましく、3μm~20μmであることがより特に好ましく、4μm~15μmであることが最も好ましい。 The average fiber diameter of the flame-resistant fiber is not particularly limited, but from the viewpoint of the tensile strength of the obtained carbon fiber, it is preferably 3 nm to 300 μm, more preferably 30 nm to 150 μm, and 1 μm. It is more preferably ˜60 μm, even more preferably 2 μm to 30 μm, most preferably 3 μm to 20 μm, most preferably 4 μm to 15 μm.

炭化収率の観点から、耐炎化繊維の平均繊維径は、炭素繊維前駆体繊維の平均繊維径に比べて、5%以上小さいことが好ましく、10%以上小さいことがより好ましく、15%以上小さいことがさらに好ましく、20%以上小さいことがよりさらに好ましく、25%以上小さいことが特に好ましく、30%以上小さいことが最も好ましい。 From the viewpoint of carbonization yield, the average fiber diameter of the flame-resistant fiber is preferably 5% or more smaller, more preferably 10% or more smaller, and 15% or more smaller than the average fiber diameter of the carbon fiber precursor fiber. more preferably 20% or more, even more preferably 25% or more, and most preferably 30% or more.

(5)炭素繊維の製造方法
本開示の炭素繊維の製造方法は、耐炎化繊維の製造方法により耐炎化繊維を得る工程と、耐炎化繊維に炭化処理を施す工程(以下、「炭化処理工程」という。)を含む。これにより、炭素繊維が得られる。
(5) Carbon fiber manufacturing method The carbon fiber manufacturing method of the present disclosure includes a step of obtaining a flame-resistant fiber by a method of manufacturing a flame-resistant fiber, and a step of carbonizing the flame-resistant fiber (hereinafter, “carbonization step”). ). Carbon fibers are thus obtained.

本開示において、「炭化処理」とは、炭素繊維前駆体繊維を炭化する処理を示し、詳しくは、低酸素雰囲気(好ましくは酸素を遮断した環境)下、炭素繊維前駆体繊維に加熱処理を施すことを示す。 In the present disclosure, the term “carbonization treatment” refers to a treatment for carbonizing carbon fiber precursor fibers, and more specifically, heat treatment is performed on carbon fiber precursor fibers in a low-oxygen atmosphere (preferably in an oxygen-blocked environment). indicates that

(5.1)耐炎化繊維を得る工程
耐炎化繊維を得る工程は、上記耐炎化繊維の製造方法として例示した方法と同様である。
(5.1) Step of Obtaining Flame-Resistant Fiber The step of obtaining the flame-resistant fiber is the same as the method exemplified as the method for producing the flame-resistant fiber.

(5.2)炭化処理工程
(5.2.1)炭化処理
炭化処理としては、不活性ガス(窒素、アルゴン、ヘリウム等)雰囲気下、耐炎化繊維に対し、耐炎化処理における温度よりも高い温度で加熱処理を施す方法等が挙げられる。「炭化処理」は、一般的に、不活性ガス雰囲気下、2000~3000℃で加熱することによって行われる「黒鉛化」を含んでいてもよい。耐炎化繊維に炭化処理を施すことにより、耐炎化繊維が炭化し、炭素繊維が得られる。
炭化処理の加熱温度の下限は、500℃以上であることが好ましく、1000℃以上であることがより好ましく、1100℃以上であることがさらに好ましく、1200℃以上であることが特に好ましく、1300℃以上であることが最も好ましい。
炭化処理の加熱温度の上限は、3000℃以下が好ましく、2500℃以下がより好ましい。
炭化処理の加熱時間は、特に限定されるものではないが、30秒~60分間であることが好ましく、1分間~30分間であることがより好ましい。
なお、本開示において「炭化処理」には、一般的に、不活性ガス雰囲気下、2000℃~3000℃の温度で加熱することによって行われる「黒鉛化」を含んでいてもよい。
炭化処理は、複数回の加熱処理を含むものであってもよい。
炭化処理では、複数の加熱処理が行われてもよい。例えば、先に1000℃未満の温度で加熱処理(予備炭化処理)を行い、次いで1000℃以上の温度で加熱処理(炭化処理)を行い、さらに、2000℃以上の温度で加熱処理(黒鉛化処理)を行うことができる。
(5.2) Carbonization treatment step (5.2.1) Carbonization treatment As carbonization treatment, in an inert gas (nitrogen, argon, helium, etc.) atmosphere, the temperature of the flameproof fiber is higher than that in the flameproof treatment. A method of heat-treating at temperature and the like can be mentioned. “Carbonization treatment” may generally include “graphitization” performed by heating at 2000 to 3000° C. under an inert gas atmosphere. By subjecting the flame-resistant fiber to a carbonization treatment, the flame-resistant fiber is carbonized to obtain a carbon fiber.
The lower limit of the heating temperature for carbonization is preferably 500°C or higher, more preferably 1000°C or higher, even more preferably 1100°C or higher, particularly preferably 1200°C or higher, and 1300°C. It is most preferable that it is above.
The upper limit of the heating temperature for carbonization is preferably 3000° C. or less, more preferably 2500° C. or less.
The heating time for the carbonization treatment is not particularly limited, but is preferably 30 seconds to 60 minutes, more preferably 1 minute to 30 minutes.
In the present disclosure, “carbonization treatment” may generally include “graphitization” performed by heating at a temperature of 2000° C. to 3000° C. in an inert gas atmosphere.
The carbonization treatment may include multiple heat treatments.
A plurality of heat treatments may be performed in the carbonization treatment. For example, heat treatment (preliminary carbonization treatment) is first performed at a temperature of less than 1000 ° C., then heat treatment (carbonization treatment) is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher, and further heat treatment (graphitization treatment) is performed at a temperature of 2000 ° C. or higher. )It can be performed.

(5.3)炭素繊維
炭素繊維の平均繊維径は、特に限定されるものではないが、引張強度の観点から、3nm~300μmであることが好ましく、30nm~150μmであることがより好ましく、1μm~60μmであることがさらに好ましく、3μm~20μmが特に好ましく、4μm~15μmであることがより一層好ましく、5μm~10μmであることが最も好ましい。
炭素繊維の平均繊維径が3nm以上であることにより、樹脂等をマトリックスとして複合材料を作製する場合に、マトリックスの粘度が高いと炭素繊維束中への樹脂等の含浸不足が生じにくく、複合材料の引張強度は向上する。
炭素繊維の平均繊維径が300μm以下であることにより、炭素繊維の引張強度は低下しにくい傾向にある。
(5.3) Carbon Fiber The average fiber diameter of the carbon fiber is not particularly limited, but from the viewpoint of tensile strength, it is preferably 3 nm to 300 μm, more preferably 30 nm to 150 μm, and 1 μm. It is more preferably ˜60 μm, particularly preferably 3 μm to 20 μm, even more preferably 4 μm to 15 μm, and most preferably 5 μm to 10 μm.
Since the average fiber diameter of the carbon fibers is 3 nm or more, when a composite material is produced using a resin or the like as a matrix, if the matrix has a high viscosity, insufficient impregnation of the resin or the like into the carbon fiber bundles is unlikely to occur, and the composite material The tensile strength of is improved.
When the average fiber diameter of the carbon fibers is 300 μm or less, the tensile strength of the carbon fibers tends to be less likely to decrease.

以下、上記実施形態を実施例により具体的に説明するが、上記実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the above-described embodiment will be specifically described with reference to Examples, but the above-described embodiment is not limited to these Examples.

<アクリルアミド系ポリマー繊維の単繊維の繊度>
本実施例において、アクリルアミド系ポリマー繊維の単繊維の繊度は、得られたアクリルアミド系ポリマー繊維100本を束ねて繊維束を作製し、この繊維束の質量を測定して、下記式により単繊維の繊度(tex)を算出した。
単繊維の繊度(tex)=繊維束の質量(g)/繊維長(m)×1000/100(本)
<Fiber fineness of acrylamide-based polymer fiber>
In this example, the fineness of a single fiber of the acrylamide-based polymer fiber was determined by bundling 100 obtained acrylamide-based polymer fibers to prepare a fiber bundle, measuring the mass of the fiber bundle, and using the following formula. Fineness (tex) was calculated.
Single fiber fineness (tex) = fiber bundle mass (g)/fiber length (m) x 1000/100 (fibers)

<アクリルアミド系ポリマー繊維の平均繊維径>
本実施例において、アクリルアミド系ポリマー繊維の平均繊維径は、得られたアクリルアミド系ポリマー繊維100本を束ねて繊維束を作製し、乾式自動密度計(マイクロメリティックス社製「アキュピックII 1340」)を用いて繊維束の密度(g/cm)を測定し、下記式により繊維束を構成する単繊維の平均繊維径(μm)を求めた。
D={(Dt×4×1000)/(ρ×π×n)}1/2
〔式中、
Dは繊維束を構成する単繊維の平均繊維径(μm)を表し、
Dtは繊維束の繊度(tex)を表し、
ρは繊維束の密度(g/cm)を表し、
nは繊維束を構成する単繊維の本数(本)を表す。〕
<Average fiber diameter of acrylamide-based polymer fiber>
In this example, the average fiber diameter of the acrylamide-based polymer fibers was measured by bundling 100 obtained acrylamide-based polymer fibers to prepare a fiber bundle, and using a dry automatic density meter (“Accupic II 1340” manufactured by Micromeritics). was used to measure the density (g/cm 3 ) of the fiber bundle, and the average fiber diameter (μm) of the single fibers constituting the fiber bundle was obtained by the following formula.
D={(Dt×4×1000)/(ρ×π×n)} 1/2
[In the formula,
D represents the average fiber diameter (μm) of the single fibers that make up the fiber bundle,
Dt represents the fineness (tex) of the fiber bundle,
ρ represents the density of the fiber bundle (g/cm 3 ),
n represents the number (number) of single fibers constituting the fiber bundle. ]

(実施例1)
アクリルアミド(AM)63モル%、アクリロニトリル(AN)35モル%及びアクリル酸(AA)2モル%からなるモノマー組成物を調製した。モノマー組成物100質量部と、テトラメチルエチレンジアミン4質量部とを、蒸留水567質量部に溶解し、水溶液を得た。
窒素雰囲気下、得られた水溶液を撹拌しながら、水溶液に過硫酸アンモニウム3質量部を添加して、70℃で150分間加熱した後、30分かけて90℃まで昇温し、90℃で1時間保持して、重合反応を行った。
得られた水溶液をメタノール中に滴下して、AM/AN/AA共重合体を析出させ、これを回収して100℃で12時間真空乾燥を行うことで、AM/AN/AA共重合体(AM/AN/AA=63モル%/35モル%/2モル%)を得た。
(Example 1)
A monomer composition was prepared consisting of 63 mol % acrylamide (AM), 35 mol % acrylonitrile (AN) and 2 mol % acrylic acid (AA). 100 parts by mass of the monomer composition and 4 parts by mass of tetramethylethylenediamine were dissolved in 567 parts by mass of distilled water to obtain an aqueous solution.
In a nitrogen atmosphere, while stirring the resulting aqueous solution, 3 parts by mass of ammonium persulfate was added to the aqueous solution, heated at 70°C for 150 minutes, then heated to 90°C over 30 minutes, and then heated at 90°C for 1 hour. The polymerization reaction was carried out while holding.
The resulting aqueous solution was dropped into methanol to precipitate an AM/AN/AA copolymer, which was recovered and vacuum-dried at 100° C. for 12 hours to obtain an AM/AN/AA copolymer ( AM/AN/AA=63 mol %/35 mol %/2 mol %).

得られたAM/AN/AA共重合体をイオン交換水に溶解して水溶液とした後、0.4tex/本、平均繊維径が約20μmとなるように乾式紡糸を行って、アクリルアミド系ポリマー繊維を得た。次いで、自己架橋性シリコーンオイル(信越化学工業社製の「X-22-164C」、自己架橋性基:メタクリル基)(温度:25℃)をアクリルアミド系ポリマー繊維の表面の全面に塗布して、単繊維を得た。得られた単繊維を800本束ねて、繊維束(800本/束)を得た。 After dissolving the obtained AM/AN/AA copolymer in ion-exchanged water to form an aqueous solution, dry spinning was performed so that 0.4 tex/fiber and an average fiber diameter of about 20 μm were obtained to obtain acrylamide polymer fibers. got Next, self-crosslinking silicone oil (“X-22-164C” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., self-crosslinking group: methacrylic group) (temperature: 25° C.) is applied to the entire surface of the acrylamide polymer fiber, A single fiber was obtained. 800 single fibers obtained were bundled to obtain a fiber bundle (800 fibers/bundle).

NHVコーポレーション社製の電子線照射装置「EBC800-35」を用い、搬送速度10m/分、送りテンション75g、巻き取りテンション400g、大気中で加速電圧800kV、電子線の線量1100kGyの条件で、連続式の電子線処理を繊維束に施した。これにより、炭素繊維前駆体繊維束を得た。 Using an electron beam irradiation device "EBC800-35" manufactured by NHV Corporation, a continuous type under the conditions of a transport speed of 10 m/min, a feed tension of 75 g, a winding tension of 400 g, an acceleration voltage of 800 kV in the atmosphere, and an electron beam dose of 1100 kGy. was applied to the fiber bundle. Thus, a carbon fiber precursor fiber bundle was obtained.

(実施例2)
電子線処理の処理条件として、加速電圧を400kVに変更し、電子線の線量を300kGyに変更したことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Example 2)
A carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the accelerating voltage was changed to 400 kV and the electron beam dose was changed to 300 kGy as the treatment conditions for the electron beam treatment.

(比較例1)
繊維束に電子線処理を施さなかったことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Comparative example 1)
A carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fiber bundle was not subjected to electron beam treatment.

(比較例2)
アクリルアミド系ポリマー繊維に自己架橋性シリコーンオイルを塗布しなかったことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Comparative example 2)
A carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the self-crosslinkable silicone oil was not applied to the acrylamide polymer fibers.

(比較例3)
自己架橋性シリコーンオイルを非自己架橋性シリコーンオイルA(ポリジメチルシロキサン、自己架橋性基:なし、非自己架橋性基:なし)に変更したこと、繊維束に電子線処理を施さなかったことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Comparative Example 3)
The self-crosslinking silicone oil was changed to non-self-crosslinking silicone oil A (polydimethylsiloxane, self-crosslinking group: none, non-self-crosslinking group: none), and the fiber bundle was not subjected to electron beam treatment. Otherwise, the carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1.

本開示において、非自己架橋性基とは、ポリジメチルシロキサンの側鎖及び末端の少なくとも一部のメチル基が置換された基であって、自己架橋性基ではない有機基を示す。 In the present disclosure, the non-self-crosslinking group refers to an organic group that is not a self-crosslinking group and is a group in which at least a portion of methyl groups at the side chains and terminals of polydimethylsiloxane is substituted.

(比較例4)
自己架橋性シリコーンオイルを非自己架橋性シリコーンオイルAに変更したことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Comparative Example 4)
A carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the self-crosslinking silicone oil was changed to the non-self-crosslinking silicone oil A.

(比較例5)
自己架橋性シリコーンオイルを非自己架橋性シリコーンオイルB(信越化学工業株式会社製の「X-22-164C」、自己架橋性基:なし、非自己架橋性基:アミノ基)に変更したこと、及び繊維束に電子線処理を施さなかったことの他は、実施例1と同様にして、炭素繊維前駆体繊維束を得た。
(Comparative Example 5)
Self-crosslinking silicone oil was changed to non-self-crosslinking silicone oil B (“X-22-164C” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., self-crosslinking group: none, non-self-crosslinking group: amino group), A carbon fiber precursor fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fiber bundle was not subjected to electron beam treatment.

<<油剤付着量の測定>>
実施例1、2、比較例1~5で得られた炭素繊維前駆体繊維束の各々を一定量切り出して、試験片を得た。試験片を溶解せずシリコーンオイルを溶解する溶剤(例えば、テトラヒドロフラン)に浸漬した。溶剤から試験片を取出し、溶剤を減圧下完全に除去し残渣を得た。下記式より、炭素繊維前駆体繊維の各々の油剤付着量を算出した。
油剤付着量(質量部)=[残渣の質量(g)/油剤除去後の乾燥した試験片の質量(g)]×100
<<Measurement of oil adhesion amount>>
A certain amount of each of the carbon fiber precursor fiber bundles obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5 was cut to obtain a test piece. The test piece was immersed in a solvent (eg, tetrahydrofuran) that does not dissolve silicone oil but dissolves silicone oil. The test piece was removed from the solvent and the solvent was completely removed under reduced pressure to obtain a residue. The amount of oil applied to each of the carbon fiber precursor fibers was calculated from the following formula.
Amount of oil applied (parts by mass) = [mass of residue (g)/mass of dried test piece after removal of oil (g)] x 100

(耐炎化処理)
空気雰囲気下、実施例1、2、比較例1~5で得られた炭素繊維前駆体繊維束に0.4mN/texの張力をかけながら、室温から350℃まで10℃/分で昇温した後、350℃で30分保持することで耐炎化処理を施した。これにより、耐炎化繊維束を得た。
(Flame resistant treatment)
In an air atmosphere, the carbon fiber precursor fiber bundles obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5 were heated from room temperature to 350°C at a rate of 10°C/min while applying a tension of 0.4 mN/tex. After that, it was held at 350° C. for 30 minutes for flameproof treatment. As a result, a flameproof fiber bundle was obtained.

<<融着率の測定>>
耐炎化繊維束をカッターでカットし、その断面をデジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス社製、「デジタルマイクロスコープVHX-7000」)で観察した。
炭素繊維前駆体繊維束から予想される繊維径の繊維を単繊維、2本以上の単繊維が融着し予想される繊維径よりも太くなった繊維を融着繊維とし、観察した繊維の本数(単繊維換算で200本)に対して、融着繊維に含まれる単繊維の本数の割合の100分率を融着率とした。融着率の測定結果を表1に示す。融着率の許容できる範囲は、20%以下である。
<<Measurement of fusion rate>>
The flameproof fiber bundle was cut with a cutter, and the cross section was observed with a digital microscope (manufactured by Keyence Corporation, "Digital Microscope VHX-7000").
A single fiber is a fiber with a fiber diameter expected from a carbon fiber precursor fiber bundle, and a fused fiber is a fiber thicker than the expected fiber diameter due to the fusion of two or more single fibers, and the number of observed fibers. (200 in terms of single fibers), the ratio of the number of single fibers contained in the fusion-bonded fibers to 100 was taken as the fusion rate. Table 1 shows the measurement results of the fusion rate. An acceptable range for the fusion rate is 20% or less.

<<炭化収率の測定>>
耐炎化繊維束を窒素雰囲気下、室温から1000℃まで20℃/分で昇温し、炭素束を得た。炭素繊維束の質量を、炭化処理前の耐炎化繊維束の質量で除した値の100分率を炭化収率とした。炭化収率の測定結果を表1に示す。炭化収率の許容できる範囲は、70%以上である。
<<Measurement of carbonization yield>>
The flameproof fiber bundle was heated from room temperature to 1000° C. at a rate of 20° C./min under a nitrogen atmosphere to obtain a carbon bundle. The carbonization yield was obtained by dividing the mass of the carbon fiber bundle by the mass of the flameproof fiber bundle before carbonization treatment and dividing the value by 100%. Table 1 shows the carbonization yield measurement results. An acceptable range for carbonization yield is 70% or higher.

Figure 2023064697000001
Figure 2023064697000001

比較例1の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、自己架橋性シリコーンオイルの未架橋物とを備える。
比較例2の炭素繊維前駆体繊維は、電子線処理が施されたアクリルアミド系ポリマー繊維を備える。
比較例3の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、電子線処理が施されていない非自己架橋性シリコーンオイルAの塗布膜とを備える。
比較例4の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、電子線処理が施された非自己架橋性シリコーンオイルAの塗布膜とを備える。
比較例5の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、非自己架橋性シリコーンオイルBの塗布膜とを備える。
しかしながら、比較例1~比較例5の炭素繊維前駆体繊維は、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物を備えていなかった。そのため、比較例1~比較例5では、融着率は20%超で、炭化収率は70%未満であった。これらの結果から、比較例1~比較例5の炭素繊維前駆体繊維は、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができないことがわかった。
The carbon fiber precursor fiber of Comparative Example 1 includes an acrylamide-based polymer fiber and an uncrosslinked product of self-crosslinking silicone oil.
The carbon fiber precursor fiber of Comparative Example 2 comprises an acrylamide-based polymer fiber subjected to electron beam treatment.
The carbon fiber precursor fiber of Comparative Example 3 includes an acrylamide polymer fiber and a coating film of non-self-crosslinking silicone oil A that has not been subjected to electron beam treatment.
The carbon fiber precursor fiber of Comparative Example 4 includes an acrylamide polymer fiber and a coating film of non-self-crosslinking silicone oil A that has been subjected to electron beam treatment.
The carbon fiber precursor fiber of Comparative Example 5 includes an acrylamide-based polymer fiber and a non-self-crosslinking silicone oil B coating film.
However, the carbon fiber precursor fibers of Comparative Examples 1 to 5 were not provided with the self-crosslinking product of the self-crosslinking silicone oil. Therefore, in Comparative Examples 1 to 5, the fusion rate was over 20% and the carbonization yield was less than 70%. From these results, it was found that the carbon fiber precursor fibers of Comparative Examples 1 to 5 could not suppress fusion between single fibers in the flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield.

比較例1及び比較例2の測定結果から、自己架橋性シリコーンオイルが塗布されたアクリルアミド系ポリマー繊維に電子線処理を施さない場合、又は自己架橋性シリコーンオイルが塗布されていないアクリルアミド系ポリマー繊維に電子線処理を施した場合、融着率は30%以上であり、融着率を十分に低減できなかった。
比較例4の測定結果から、非自己架橋性シリコーンオイルが塗布されたアクリルアミド系ポリマー繊維に電子線処理を施した場合、融着率は26%以上であり、十分な単繊維は得られなかった。
比較例3及び比較例5の測定結果から、非自己架橋性シリコーンオイルが塗布されたアクリルアミド系ポリマー繊維に電子線処理が施されていない場合、融着率は78%以上であり、十分な単繊維は得られなかった。
From the measurement results of Comparative Examples 1 and 2, when the acrylamide-based polymer fiber coated with the self-crosslinking silicone oil is not subjected to the electron beam treatment, or when the acrylamide-based polymer fiber not coated with the self-crosslinking silicone oil is When the electron beam treatment was performed, the fusion rate was 30% or more, and the fusion rate could not be sufficiently reduced.
From the measurement results of Comparative Example 4, when the acrylamide polymer fibers coated with the non-self-crosslinking silicone oil were subjected to the electron beam treatment, the fusion rate was 26% or more, and sufficient single fibers could not be obtained. .
From the measurement results of Comparative Examples 3 and 5, when the acrylamide-based polymer fibers coated with the non-self-crosslinking silicone oil were not subjected to the electron beam treatment, the fusion rate was 78% or more, which is sufficient. No fiber was obtained.

実施例1及び実施例2の炭素繊維前駆体繊維は、アクリルアミド系ポリマー繊維と、自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物とを備える。そのため、実施例1及び実施例2では、融着率は20%以下で、炭化収率は70%以上であった。これらの結果から、実施例1及び実施例2の炭素繊維前駆体繊維は、高い炭化収率を維持しつつ、耐炎化処理において単繊維同士の融着を抑制することができることがわかった。 The carbon fiber precursor fibers of Examples 1 and 2 comprise acrylamide-based polymer fibers and self-crosslinked products of self-crosslinkable silicone oil. Therefore, in Examples 1 and 2, the fusion rate was 20% or less and the carbonization yield was 70% or more. From these results, it was found that the carbon fiber precursor fibers of Examples 1 and 2 were capable of suppressing fusion between single fibers during the flameproofing treatment while maintaining a high carbonization yield.

Claims (11)

アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの自己架橋物と、を含む、炭素繊維前駆体繊維。 A carbon fiber precursor fiber comprising an acrylamide-based polymer fiber and a self-crosslinked product of a self-crosslinkable silicone oil present on the surface of the acrylamide-based polymer fiber. 前記自己架橋物の含有量が、前記アクリルアミド系ポリマー繊維100質量部に対して、0.1質量部以上20質量部以下である、請求項1に記載の炭素繊維前駆体繊維。 The carbon fiber precursor fiber according to claim 1, wherein the content of the self-crosslinked material is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the acrylamide polymer fiber. 前記アクリルアミド系ポリマー繊維が、アクリルアミド系ポリマーからなり、
前記アクリルアミド系ポリマーが、前記アクリルアミド系ポリマーを構成する全モノマー単位に対して、30モル%以上のアクリルアミド系モノマー単位を含む、請求項1又は請求項2の炭素繊維前駆体繊維。
The acrylamide-based polymer fiber is made of an acrylamide-based polymer,
The carbon fiber precursor fiber according to claim 1 or 2, wherein the acrylamide-based polymer contains 30 mol% or more of acrylamide-based monomer units with respect to all monomer units constituting the acrylamide-based polymer.
前記アクリルアミド系ポリマーが、前記アクリルアミド系ポリマーを構成する全モノマー単位に対して、40モル%以上99.8モル%以下のアクリルアミド系モノマー単位と、0.1モル%以上50モル%以下のシアン化ビニル系モノマー単位と、0.1モル%以上30モル%以下の不飽和カルボン酸系モノマ一単位と、を含む、請求項3に記載の炭素繊維前駆体繊維。 The acrylamide-based polymer contains 40 mol% or more and 99.8 mol% or less of acrylamide-based monomer units and 0.1 mol% or more and 50 mol% or less of cyanide based on the total monomer units constituting the acrylamide-based polymer. 4. The carbon fiber precursor fiber according to claim 3, comprising a vinyl-based monomer unit and 0.1 mol % or more and 30 mol % or less of unsaturated carboxylic acid-based monomer unit. 前記自己架橋性シリコーンオイルが、アクリル基又はメタクリル基を有する、請求項1又は請求項2に記載の炭素繊維前駆体繊維。 The carbon fiber precursor fiber according to claim 1 or 2, wherein the self-crosslinking silicone oil has an acrylic group or a methacrylic group. 前記自己架橋性シリコーンオイルの25℃における粘度が、9mm/s以上である、請求項1又は請求項2に記載の炭素繊維前駆体繊維。 The carbon fiber precursor fiber according to claim 1 or 2, wherein the self-crosslinking silicone oil has a viscosity at 25°C of 9 mm 2 /s or more. アクリルアミド系ポリマー繊維と、前記アクリルアミド系ポリマー繊維の表面に有する自己架橋性シリコーンオイルの未架橋物と、を含む、炭素繊維前駆体繊維用繊維。 A carbon fiber precursor fiber comprising an acrylamide polymer fiber and an uncrosslinked self-crosslinkable silicone oil present on the surface of the acrylamide polymer fiber. 請求項7に記載の炭素繊維前駆体繊維用繊維に架橋処理を施す工程を含む、炭素繊維前駆体繊維の製造方法。 A method for producing a carbon fiber precursor fiber, comprising the step of subjecting the fiber for carbon fiber precursor fiber according to claim 7 to a cross-linking treatment. 前記架橋処理が、電子線処理である、請求項8に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。 The method for producing a carbon fiber precursor fiber according to claim 8, wherein the cross-linking treatment is electron beam treatment. 請求項1又は請求項2に記載の炭素繊維前駆体繊維に耐炎化処理を施す工程を含む、耐炎化繊維の製造方法。 A method for producing a flame-resistant fiber, comprising the step of subjecting the carbon fiber precursor fiber according to claim 1 or claim 2 to a flame-resistant treatment. 請求項10に記載の耐炎化繊維の製造方法により耐炎化繊維を得る工程と、
前記耐炎化繊維に炭化処理を施す工程と、
を含む、炭素繊維の製造方法。
A step of obtaining a flame-resistant fiber by the method for producing a flame-resistant fiber according to claim 10;
a step of carbonizing the flame-resistant fiber;
A method of manufacturing carbon fiber, comprising:
JP2022132729A 2021-10-26 2022-08-23 Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber Pending JP2023064697A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/965,946 US20230126217A1 (en) 2021-10-26 2022-10-14 Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing stabilized fiber, and method of producing carbon fiber

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021174717 2021-10-26
JP2021174717 2021-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023064697A true JP2023064697A (en) 2023-05-11

Family

ID=86271565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022132729A Pending JP2023064697A (en) 2021-10-26 2022-08-23 Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023064697A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10647844B2 (en) Polyacrylonitrile (PAN) polymers with low polydispersity index (PDI) and carbon fibers made therefrom
WO1997045576A1 (en) Carbon fiber, acrylic fiber, and method of manufacturing them
US20080152574A1 (en) Oil Agent for Precursor Fiber of Carbon Fiber, Carbon Fiber and Production Method of the Carbon Fiber
CN112522814B (en) Flame-resistant fiber, method for producing same, and method for producing carbon fiber
JP2023064697A (en) Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber
JP2012017461A (en) Polyacrylonitrile-based copolymer, method of manufacturing the same, carbon fiber precursor fiber, and carbon fiber
JPH09143824A (en) Carbon fiber, its precursor and their production
JP7166233B2 (en) Flame-resistant fiber, method for producing same, and method for producing carbon fiber
US20230126217A1 (en) Carbon fiber precursor fiber, fiber for carbon fiber precursor fiber, method of producing carbon fiber precursor fiber, method of producing stabilized fiber, and method of producing carbon fiber
JP7405727B2 (en) Carbon material precursor, method for producing flame-resistant carbon material precursor, and method for producing carbon material
JP7253482B2 (en) Method for producing flame-resistant fiber and carbon fiber
JP2023174468A (en) Carbon fiber precursor, method of producing carbon fiber precursor, method of producing flame-resistant fiber, method of producing carbon fiber, and composite fiber
JP7343538B2 (en) Carbon fiber and its manufacturing method
JP2002371476A (en) Silicone oil solution for carbon fiber and method for producing carbon fiber
KR101885018B1 (en) Precursor fiber for carbon fiber manufacturing method and precursor fiber for carbon fiber using the same
JP7125959B2 (en) Carbon material precursor, method for producing flame-resistant carbon material precursor, and method for producing carbon material
KR102404109B1 (en) Method for analyzing gelation behavior of polyacrylonitrile polymer for carbon fiber
JP6998924B2 (en) Method for manufacturing flame-resistant fiber and carbon fiber
JP7319955B2 (en) Carbon fiber precursor fiber bundle, flameproof fiber bundle, method for producing them, and method for producing carbon fiber bundle
JP2002371438A (en) Graphitized fiber and composite material
JP2024043467A (en) Method for producing a flame-resistant fiber bundle, method for producing a carbon fiber bundle, and flame-resistant fiber bundle
JP6048395B2 (en) Polyacrylonitrile-based polymer, carbon fiber precursor fiber, and method for producing carbon fiber
JP2002371437A (en) Carbon fiber and composite material
JP2023064047A (en) Carbon fiber precursor, method of producing carbon fiber precursor, method of producing flame-resistant fiber, and method of producing carbon fiber
JP2003027378A (en) Silicone oil solution for carbon fiber precursor, precursor fiber for carbon fiber and method for producing carbon fiber

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231218