JP4307233B2 - 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 - Google Patents
耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4307233B2 JP4307233B2 JP2003410649A JP2003410649A JP4307233B2 JP 4307233 B2 JP4307233 B2 JP 4307233B2 JP 2003410649 A JP2003410649 A JP 2003410649A JP 2003410649 A JP2003410649 A JP 2003410649A JP 4307233 B2 JP4307233 B2 JP 4307233B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- acrylic
- acrylic fiber
- heat treatment
- fibers
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 61
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims description 41
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 31
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 28
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 claims description 93
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 22
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 18
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 4
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 claims description 3
- 238000001891 gel spinning Methods 0.000 claims description 3
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 3
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Description
本発明は、炭素繊維製造用耐炎化繊維の製造方法、並びに、前記耐炎化繊維を用いた炭素繊維の製造方法に関する。
従来、炭素繊維製造用のプリカーサー(前駆体繊維)を用い、これに耐炎化処理を施して耐炎化繊維を得ること、更にこの耐炎化繊維に炭素化処理を施して高性能炭素繊維を得ることは広く知られている。また、この方法は工業的にも実施されている。
特に、近年炭素繊維の用途はスポーツ・レジャー用品から航空宇宙分野、特に航空機の一次構造材にまで展開されている。さらに、炭素繊維の高い比強度、比弾性の特性を生かして製品の軽量化を図ることにより省エネルギー化を図り、これにより排出ＣＯ2の削減に寄与することを目的として各産業界は炭素繊維の新しい利用方法に注目し、また研究を進めている。
このような状況下において、炭素繊維にも更なる高性能化、低製造コスト化、また取扱性に優れる高品質化等の課題の解決が要請されている。
一般に原料繊維であるプリカーサーとしてはアクリル繊維が用いられる。このアクリル繊維から炭素繊維を製造する場合、アクリル繊維を２００〜２６０℃の酸化性雰囲気下で延伸又は収縮を行いながら酸化処理(耐炎化処理)を行った後、２６０℃以上、又は１０００℃以上の不活性ガス雰囲気中で炭素化して炭素繊維を製造する。
とりわけ耐炎化処理工程における繊維の延伸熱処理方法は、炭素繊維の強度発現に大きく影響を及ぼし、これまでに多くの検討が行われてきた(例えば、特許文献１〜３)。
特許文献１には、耐炎化伸長率を−１０〜１０％(延伸率０．９〜１．１)の範囲とし、繊維密度が１．３０〜１．４２ｇ／ｃｍ3である耐炎化処理糸を炭素化することにより高強度炭素繊維が得られることが開示されている。しかし、この耐炎化処理方法では、長時間を要する耐炎化処理工程全てにおいて収縮若しくは延伸をさせており、強度発現に最適な緊縮を施すことは行われてない。
特許文献２には、繊維密度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率(１．０３以上の延伸率)を与え、以後の収縮を実質的に抑制して耐炎化処理を行い、続いて炭素化することにより高強度の炭素繊維が得られることが開示されている。
特許文献３には、繊維密度が１．２２ｇ／ｃｍ3に達するまで３％以上の伸長率(１．０３以上の延伸率)で耐炎化処理を行った後、更に１％以上の伸長率(１．０１以上の延伸率)で延伸処理を行うことによりストランド強度４６０ｋｇｆ／ｍｍ2以上の炭素繊維が得られることが開示されている。
これら特許文献２及び３の方法によれば、従来の方法によるもののなかでは、高強度の炭素繊維が得られる。しかし、繊維密度が１．２２ｇ／ｃｍ3以上になった時点以後の延伸持続の耐炎化処理工程においては糸切れ等を多く発生し、安定した耐炎化繊維、炭素繊維の生産が損なわれる。
特公昭６３−２８１３２号公報（第２〜３頁）
特公平３−２３６４９号公報（特許請求の範囲）
特公平３−２３６５０号公報（特許請求の範囲）
本発明者は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、耐炎化処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率に応じて、耐炎化処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまで(耐炎化初期)の延伸率を調節しつつ、アクリル繊維を延伸して耐炎化処理することにより、糸切れ等が無くなり、安定した耐炎化繊維の生産ができ、且つこの耐炎化繊維を炭素化して得られる炭素繊維は高配向、高強度であることを知得し、本発明を完成するに到った。
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した、高配向、高強度の炭素繊維の中間原料としての耐炎化繊維の製造方法、並びに、前記耐炎化繊維を用いた炭素繊維の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
〔１〕 酸素濃度１７〜２３ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下でアクリル繊維を延伸熱処理する耐炎化繊維の製造方法であって、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いる前記アクリル繊維について１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で予め求めた収縮率[Ａ]とを用いて算出される[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９０〜０．９７である耐炎化繊維の製造方法。
〔２〕 １５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]のアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら２５℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温するＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の延伸率−最大応力のグラフにおいて、最大応力が２４．５〜５８．８ＭＰａの範囲になる、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]の条件で延伸熱処理する〔１〕に記載の耐炎化繊維の製造方法。
〔３〕 酸素濃度１７〜２３ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下でアクリル繊維を延伸熱処理して耐炎化繊維を得、その後前記の耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理する炭素繊維の製造方法であって、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いる前記アクリル繊維について１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で予め求めた収縮率[Ａ]とを用いて算出される[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９０〜０．９７である炭素繊維の製造方法。
〔４〕 １５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]のアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら２５℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温するＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の延伸率−最大応力のグラフにおいて、最大応力が２４．５〜５８．８ＭＰａの範囲になる、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]の条件で延伸熱処理する〔３〕に記載の炭素繊維の製造方法。
本発明の耐炎化繊維の製造方法によれば、耐炎化処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率に応じて、耐炎化初期における延伸率を調節しつつ、アクリル繊維を延伸して耐炎化処理しているので、糸切れ等が無くなり、安定した耐炎化繊維の生産ができる。
また、本発明の製造方法によって得られる耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理して得られる炭素繊維は、高配向、高強度のものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の耐炎化繊維の原料であるプリカーサーは、アクリル繊維である。このプリカーサーを用いることで、最も高配向、高強度の炭素繊維を得る中間原料として適した耐炎化繊維が得られる。
上記アクリル繊維は、例えばアクリロニトリルを９５質量％以上含有する単量体を重合した単独重合体又は共重合体を含む紡糸溶液を、湿式又は乾湿式紡糸法において紡糸・水洗・乾燥・延伸等の処理を行うことによって得ることができる。共重合する単量体としては、アクリル酸メチル、イタコン酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸等が好ましい。
このようにして得られるアクリル繊維を、本発明の耐炎化繊維の製造方法に従って耐炎化して耐炎化繊維を得る。この耐炎化繊維を炭素化することによって高配向、高強度の炭素繊維を得ることができる。
上記アクリル繊維を大気中、１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]は、その製造過程における延伸率などの製造条件を調節することによって種々の値に調節することができる。この収縮率[Ａ]の値は、この収縮率[Ａ]値を持ったアクリル繊維を酸素濃度１７〜２３ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下で延伸熱処理する際の取扱性、その後の炭素化処理時の取扱性、並びに、得られる耐炎化繊維及び炭素繊維の品位に大きく影響を与える。
本発明の耐炎化繊維の製造方法は、上記アクリル繊維の収縮率[Ａ]と、耐炎化処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまで(耐炎化初期)のアクリル繊維の延伸率[Ｂ]とで算出される[(１−Ａ)×Ｂ]の値を０．９０〜０．９７の範囲(図１参照)、好ましくは０．９１〜０．９６の範囲に調節しつつ延伸して耐炎化処理することを特徴とする。
[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９０未満の場合は、得られる耐炎化繊維の品位が低下し、この耐炎化繊維から得られる炭素繊維の強度及び弾性率が低下するので好ましくない。[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９７を超える場合は、糸切れが多く発生し、耐炎化工程、炭素化工程が安定しないので好ましくない。
耐炎化初期における昇温は、途中降温することなく連続して２５０℃まで昇温しても良く、途中の降温を経る場合は、その降温を経た後、再昇温して２５０℃にしても良い。好ましくは常に正の昇温速度で昇温することである。
具体的には、耐炎化炉に導入されたアクリル繊維からなるストランドが、水平面に多数本並んだパス(１パス)を形成して耐炎化炉内を水平走行した後、耐炎化炉外に出、耐炎化炉外に備えられた折返しローラーにより折返されて耐炎化炉に戻る耐炎化炉におけるアクリル繊維の延伸熱処理を例示することができる。
このアクリル繊維の延伸熱処理においては、耐炎化炉に戻ったアクリル繊維ストランドは、上記１パスの下方に、水平面に多数本並んだパス(２パス)を形成して耐炎化炉内を水平走行する。以下、耐炎化炉内外の出入を数回繰返し、アクリル繊維は耐炎化処理される。
この例示された耐炎化炉におけるアクリル繊維が、１パス目を走行している間に２５０℃まで昇温される場合は、途中降温されることなく連続して昇温される。アクリル繊維の２５０℃までの最初の昇温が２パス目を走行している間である場合、このアクリル繊維は１パス目を水平走行した後、耐炎化炉外に出、耐炎化炉外に備えられた折返しローラーにより折返されて耐炎化炉に戻る間に、途中の降温を１回経ることになる。以下同様に、アクリル繊維の２５０℃までの最初の昇温が[ｎ]パス目を走行している間である場合は、途中の降温を[ｎ−１]回経ることになる。
上記の耐炎化初期におけるアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、耐炎化処理に用いるアクリル繊維の大気による酸化雰囲気、１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]との、耐炎化処理における条件範囲は、上記収縮率[Ａ]のアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら室温(２５℃)から２５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温するＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の延伸率−最大応力のグラフ(図２参照)において、最大応力を好ましくは２４．５〜５８．８ＭＰａ(２５００〜６０００ｇｆ／ｍｍ2)の範囲、更に好ましくは２９．４〜５８．８ＭＰａ(３０００〜６０００ｇｆ／ｍｍ2)の範囲にする。
本発明においては、上記最大応力が２４．５〜５８．８ＭＰａ(２５００〜６０００ｇｆ／ｍｍ2)の範囲に入る延伸率[Ｂ]でアクリル繊維を酸化処理することである。
ＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の任意の延伸率(ＴＭＡ延伸率)に対する最大応力(ＴＭＡ最大応力)は、以下の方法により求めることができる。
１． アクリル繊維を採取し、測定有効長１ｃｍとして繊維測定用の治具に固定する。
２． 酸素濃度２１ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下でアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら、２５℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／分の条件で昇温し、この延伸熱処理中のアクリル繊維について単位断面積当りのＴＭＡ測定応力を測定する。
３． 測定された延伸熱処理中におけるＴＭＡ測定応力のうち最大のＴＭＡ測定応力を、ＴＭＡ最大応力とする。
１． アクリル繊維を採取し、測定有効長１ｃｍとして繊維測定用の治具に固定する。
２． 酸素濃度２１ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下でアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら、２５℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／分の条件で昇温し、この延伸熱処理中のアクリル繊維について単位断面積当りのＴＭＡ測定応力を測定する。
３． 測定された延伸熱処理中におけるＴＭＡ測定応力のうち最大のＴＭＡ測定応力を、ＴＭＡ最大応力とする。
上記ＴＭＡ最大応力が２４．５ＭＰａ(２５００ｇｆ／ｍｍ2)未満の場合は、アクリル繊維の配向の低下が激しくなる。そのため、耐炎化工程でのアクリル繊維ストランドのたるみが生じ、耐炎化繊維の生産が安定しないので好ましくない。
上記ＴＭＡ最大応力が５８．８ＭＰａ(６０００ｇｆ／ｍｍ2)を超える場合は、得られる耐炎化繊維の品位低下、及び耐炎化処理過程におけるアクリル繊維の切断の虞が有るので好ましくない。
耐炎化処理過程において、アクリル繊維が最初の２５０℃に到達した時点以降は、従来の公知の方法で耐炎化処理を行うことができ、耐炎化繊維を得ることができる。
次に、この耐炎化繊維を、窒素雰囲気下などの不活性ガス雰囲気下で焼成し炭素化することにより炭素繊維を得ることができる。さらに、炭素繊維の後加工をしやすくし、取扱性を向上させる目的で、炭素繊維のサイジング処理することが好ましい。サイジング方法は、従来の公知の方法で行うことができ、サイジング剤は、用途に即して適宜組成を変更して使用し、均一付着させた後に、乾燥することが好ましい。
このようにして得られた炭素繊維は、高配向、且つ高強度を有し、毛羽や糸切れの少ない炭素繊維である。
炭素繊維の配向は、広角Ｘ線測定(回折角２６°)における配向度などで示すことができ、炭素繊維の強度は、引張り強度などで示すことができる。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明する。また、各実施例及び比較例におけるアクリル繊維、耐炎化繊維及び炭素繊維の諸物性についての評価方法は、前述の方法又は以下の方法により実施した。
＜ＴＭＡ最大応力＞
マックサイエンス社製の熱機械特性試験機(ＴＭＡ)４０００Ｓを用い、前述の方法により測定した。
マックサイエンス社製の熱機械特性試験機(ＴＭＡ)４０００Ｓを用い、前述の方法により測定した。
＜収縮率[Ａ]：１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率＞
以下の方法により測定した。
１． アクリル繊維を１ｍ計測する。
２． 金網状の棚にフリーの状態で上記アクリル繊維を載せ、１５０℃に設定した熱風循環式乾燥機に入れる。
３． １時間後に取り出し、サンプル長を測定し、収縮率を求める。
４． 測定はｎ＝３で測定し、平均値を求める。
以下の方法により測定した。
１． アクリル繊維を１ｍ計測する。
２． 金網状の棚にフリーの状態で上記アクリル繊維を載せ、１５０℃に設定した熱風循環式乾燥機に入れる。
３． １時間後に取り出し、サンプル長を測定し、収縮率を求める。
４． 測定はｎ＝３で測定し、平均値を求める。
＜広角Ｘ線測定(回折角２６°)における配向度＞
Ｘ線回折装置：理学電機製ＲＩＮＴ２０５０を使用し、以下の方法により測定した。
１． 延伸処理後のアクリル繊維の単繊維約１２０００本を束にし、アセトンを用いて束を収束させながら繊維軸方向に繊維を引揃える。
２． 直径１．０ｃｍの穴をあけた台紙に、繊維束の中央が穴の中央に来るように、繊維を緊張させた状態で貼付ける。その後、繊維軸と治具の軸が平行になるように、台紙を試料調整用治具に固定する。
３． 更に、この治具を透過法による広角Ｘ線回折測定試料台に固定する。Ｘ線源として、ＣｕのＫα線を使用し、試料に照射すると、２θ２６度付近に回折パターン(二つのピークを有する)が現れる。
４． この回折パターンのピーク角度を求め、それらの角度を含む３６０度の範囲について測定を行う。次いで得られたＸ線回折チャートのグラフ上にベースラインを引き、ピークの半値幅Ｈ1/2、Ｈ'1/2(度)を求め、下式
配向度＝[３６０−(Ｈ1/2＋Ｈ'1/2)]／３６０
によって配向度を計算する。
Ｘ線回折装置：理学電機製ＲＩＮＴ２０５０を使用し、以下の方法により測定した。
１． 延伸処理後のアクリル繊維の単繊維約１２０００本を束にし、アセトンを用いて束を収束させながら繊維軸方向に繊維を引揃える。
２． 直径１．０ｃｍの穴をあけた台紙に、繊維束の中央が穴の中央に来るように、繊維を緊張させた状態で貼付ける。その後、繊維軸と治具の軸が平行になるように、台紙を試料調整用治具に固定する。
３． 更に、この治具を透過法による広角Ｘ線回折測定試料台に固定する。Ｘ線源として、ＣｕのＫα線を使用し、試料に照射すると、２θ２６度付近に回折パターン(二つのピークを有する)が現れる。
４． この回折パターンのピーク角度を求め、それらの角度を含む３６０度の範囲について測定を行う。次いで得られたＸ線回折チャートのグラフ上にベースラインを引き、ピークの半値幅Ｈ1/2、Ｈ'1/2(度)を求め、下式
配向度＝[３６０−(Ｈ1/2＋Ｈ'1/2)]／３６０
によって配向度を計算する。
＜引張り強度＞
ＪＩＳ Ｒ ７６０１に規定された方法により測定した。
ＪＩＳ Ｒ ７６０１に規定された方法により測定した。
作製例１
アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル４質量％、及びイタコン酸１質量％の共重合体を含有する紡糸原液を湿式紡糸し、水洗・乾燥・延伸(延伸率３．５倍)・オイリングして繊維直径１１．３μｍのアクリル繊維を得た。このアクリル繊維の収縮率[Ａ]は０．１１であった。
アクリロニトリル９５質量％、アクリル酸メチル４質量％、及びイタコン酸１質量％の共重合体を含有する紡糸原液を湿式紡糸し、水洗・乾燥・延伸(延伸率３．５倍)・オイリングして繊維直径１１．３μｍのアクリル繊維を得た。このアクリル繊維の収縮率[Ａ]は０．１１であった。
作製例２
紡糸・水洗・乾燥後の延伸操作時の延伸率を５．５倍にした以外は作製例１と同様の条件でアクリル繊維を作製し、繊維直径９．０μｍ、収縮率[Ａ]が０．０９のアクリル繊維を得た。
紡糸・水洗・乾燥後の延伸操作時の延伸率を５．５倍にした以外は作製例１と同様の条件でアクリル繊維を作製し、繊維直径９．０μｍ、収縮率[Ａ]が０．０９のアクリル繊維を得た。
作製例３
紡糸・水洗・乾燥後の延伸操作時の延伸率を６．５倍にした以外は作製例１と同様の条件でアクリル繊維を作製し、繊維直径８．３μｍ、収縮率[Ａ]が０．０８のアクリル繊維を得た。
紡糸・水洗・乾燥後の延伸操作時の延伸率を６．５倍にした以外は作製例１と同様の条件でアクリル繊維を作製し、繊維直径８．３μｍ、収縮率[Ａ]が０．０８のアクリル繊維を得た。
実施例１〜１８及び比較例１〜６
作製例１〜３のアクリル繊維について、ＴＭＡ延伸率０．９８〜１．１０の表１に示す条件でＴＭＡ最大応力を測定した。その結果を表１及び図２に示す。
作製例１〜３のアクリル繊維について、ＴＭＡ延伸率０．９８〜１．１０の表１に示す条件でＴＭＡ最大応力を測定した。その結果を表１及び図２に示す。
次いで、炉内温度分布２５〜２５０℃の熱風循環式耐炎化炉において、耐炎化初期におけるアクリル繊維の延伸率[Ｂ]を、上記ＴＭＡ延伸率の値に調節しつつ、作製例１〜３のアクリル繊維を耐炎化処理した。その耐炎化処理におけるアクリル繊維の取扱性、得られた耐炎化繊維は、以下の通りであった。
実施例１〜１１及び１３〜１７については何れも、耐炎化初期におけるアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、１５０℃／１ｈｒ／フリー荷重収縮率[Ａ]とで示される[(１−Ａ)×Ｂ]の値は０．９０〜０．９７であり、且つ上記耐炎化処理に用いたアクリル繊維のＴＭＡ最大応力は２４．５〜５８．８ＭＰａ(２５００〜６０００ｇｆ／ｍｍ2)の範囲であった。
これら実施例１〜１１及び１３〜１７の条件におけるアクリル繊維の耐炎化処理時の取扱性は何れ条件の場合も、糸切れ等が無く、安定したものであった。また、実施例１〜１１及び１３〜１７の条件によって得られた耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理して得られる炭素繊維は何れ条件の場合も、広角Ｘ線測定(回折角２６°)における配向度８１．０％以上、引張り強度５６００ＭＰａ以上と、高配向、高強度のものであった。
実施例１２については、上記[(１−Ａ)×Ｂ]の値は０．９０２と０．９０〜０．９７の範囲内であったが、上記耐炎化処理に用いたアクリル繊維のＴＭＡ最大応力は２２．５ＭＰａ(２３００ｇｆ／ｍｍ2)と２４．５ＭＰａ(２５００ｇｆ／ｍｍ2)未満であった。
この実施例１２の条件におけるアクリル繊維の耐炎化処理時の取扱性は、アクリル繊維の配向の低下が激しく、耐炎化工程でのアクリル繊維ストランドのたるみが生じ、耐炎化繊維の生産が安定しないものではあったが、この実施例１２の条件によって得られた耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理して得られる炭素繊維は、広角Ｘ線測定(回折角２６°)における配向度８１．０％以上、引張り強度５６００ＭＰａ以上と、高配向、高強度のものであった。
比較例１、３及び５については何れも、上記[(１−Ａ)×Ｂ]の値は、それぞれ０．８９９、０．８９２及び０．８９２と０．９０未満であり、且つ上記耐炎化処理に用いたアクリル繊維のＴＭＡ最大応力は、それぞれ２２．６ＭＰａ(２３１０ｇｆ／ｍｍ2)、２４．０ＭＰａ(２４５０ｇｆ／ｍｍ2)及び２１．０ＭＰａ(２１５０ｇｆ／ｍｍ2)と２４．５ＭＰａ(２５００ｇｆ／ｍｍ2)未満であった。
これら比較例１、３及び５の条件におけるアクリル繊維の耐炎化処理時の取扱性は何れ条件の場合も、アクリル繊維の配向の低下が激しく、耐炎化工程でのアクリル繊維ストランドのたるみが生じ、耐炎化繊維の生産が安定しないものであった。また、比較例１、３及び５の条件によって得られた耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理して得られる炭素繊維は何れ条件の場合も、広角Ｘ線測定(回折角２６°)における配向度８１．０％未満、引張り強度５６００ＭＰａ未満と、低配向、低強度のものであった。
実施例１８については、上記[(１−Ａ)×Ｂ]の値は、０．９６６と０．９０〜０．９７の範囲内であったが、上記耐炎化処理に用いたアクリル繊維のＴＭＡ最大応力は、６０．８ＭＰａ(６２００ｇｆ／ｍｍ2)と５８．８ＭＰａ(６０００ｇｆ／ｍｍ2)以上であった。
この実施例１８の条件におけるアクリル繊維の耐炎化処理時の取扱性は何れ条件の場合も、後述する比較例２、４及び６ほどではないが、糸切れが多く発生し、耐炎化工程が安定しなかった。
比較例２、４及び６については何れも、上記[(１−Ａ)×Ｂ]の値は、それぞれ０．９７９、０．９８３及び０．９７５と０．９７を超えており、且つ上記耐炎化処理に用いたアクリル繊維はＴＭＡ測定中に切断した。
これら比較例２、４及び６の条件におけるアクリル繊維の耐炎化処理時の取扱性は何れ条件の場合も、糸切れが多く発生し、耐炎化工程が安定しなかった。
Claims (4)
- アクリロニトリルを９５質量％以上含有する単量体を重合した単独重合体又は共重合体を含む紡糸溶液を、湿式又は乾湿式紡糸法において紡糸・水洗・乾燥・延伸の処理を行うことによって得られるアクリル繊維を、酸素濃度１７〜２３ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下で延伸熱処理する耐炎化繊維の製造方法であって、アクリル繊維の製造過程における延伸率が３．５〜６．５倍であり、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いる前記アクリル繊維について１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で予め求めた収縮率[Ａ]とを用いて算出される[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９０〜０．９７であり、且つ収縮率[Ａ]の値が０．０８〜０．１１である耐炎化繊維の製造方法。
- １５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]のアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温するＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の延伸率−最大応力のグラフにおいて、最大応力が２４．５〜５８．８ＭＰａの範囲になる、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]の条件で延伸熱処理する請求項１に記載の耐炎化繊維の製造方法。
- アクリロニトリルを９５質量％以上含有する単量体を重合した単独重合体又は共重合体を含む紡糸溶液を、湿式又は乾湿式紡糸法において紡糸・水洗・乾燥・延伸の処理を行うことによって得られるアクリル繊維を、酸素濃度１７〜２３ｖｏｌ％の酸化性ガス雰囲気下で延伸熱処理して耐炎化繊維を得、その後前記の耐炎化繊維を不活性雰囲気下で熱処理する炭素繊維の製造方法であって、アクリル繊維の製造過程における延伸率が３．５〜６．５倍であり、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いる前記アクリル繊維について１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で予め求めた収縮率[Ａ]とを用いて算出される[(１−Ａ)×Ｂ]の値が０．９０〜０．９７であり、且つ収縮率[Ａ]の値が０．０８〜０．１１である炭素繊維の製造方法。
- １５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]のアクリル繊維を任意の延伸速度で延伸しながら２５℃から２５０℃まで昇温速度５０℃／ｍｉｎで昇温するＴＭＡ測定におけるアクリル繊維の延伸率−最大応力のグラフにおいて、最大応力が２４．５〜５８．８ＭＰａの範囲になる、延伸熱処理時における２５℃から２５０℃に昇温するまでのアクリル繊維の延伸率[Ｂ]と、延伸熱処理に用いるアクリル繊維の１５０℃で１ｈｒ且つフリー荷重の条件で求めた収縮率[Ａ]の条件で延伸熱処理する請求項３に記載の炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003410649A JP4307233B2 (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003410649A JP4307233B2 (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005171403A JP2005171403A (ja) | 2005-06-30 |
| JP4307233B2 true JP4307233B2 (ja) | 2009-08-05 |
Family
ID=34731681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003410649A Expired - Fee Related JP4307233B2 (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4307233B2 (ja) |
-
2003
- 2003-12-09 JP JP2003410649A patent/JP4307233B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005171403A (ja) | 2005-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5324472B2 (ja) | 耐炎化繊維と炭素繊維の製造方法 | |
| JP6119168B2 (ja) | 耐炎化繊維束の製造方法、及び、炭素繊維束の製造方法 | |
| WO1985001752A1 (en) | Carbon fibers with high strength and high modulus, and process for their production | |
| JP4662450B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP2012188781A (ja) | 炭素繊維およびその製造方法 | |
| JP2010242249A (ja) | 高強度炭素繊維用耐炎化繊維及びその製造方法 | |
| JP2013023778A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
| JP4307233B2 (ja) | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 | |
| JP4271019B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP4088500B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP3002549B2 (ja) | 黒鉛繊維の製造方法 | |
| JP4565978B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP5811529B2 (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
| JP2014125701A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
| JP2004197278A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP4626939B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP2006104604A (ja) | 耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 | |
| JP3964011B2 (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維およびその製造方法 | |
| JPS61119719A (ja) | 高強度を有する炭素質繊維の製造法 | |
| WO2023042597A1 (ja) | 炭素繊維束およびその製造方法 | |
| JP4454364B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP2005054283A (ja) | 耐炎化繊維の製造方法 | |
| KR102674488B1 (ko) | 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법 | |
| JP4754855B2 (ja) | 耐炎化繊維の製造方法、炭素繊維の製造方法 | |
| JP3154595B2 (ja) | アクリロニトリル系繊維の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061116 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090210 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090410 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090428 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090428 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4307233 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120515 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120515 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130515 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130515 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140515 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |