JP6852405B2 - 炭素繊維束の製造方法 - Google Patents
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F1/F2>1.00 ・・・(式1)
F1/V2≧5.0 ・・・(式2)
V2/V1>3.0 ・・・(式3)
(但し、F1:囲い体への給気流量[m3/hr]、F2:囲い体からの排気流量[m3/hr]、V1:熱処理室体積[m3]、V2:囲い体内部であって熱処理室を含まない領域の体積[m3]、である)。
試料気体流量0.5リットル/分で34秒間(合計0.283リットル)気体を吸引し、0.283リットルに含まれる0.5μm以上1.0μm未満、1.0μm以上2.0μm未満、2.0μm以上5.0μm未満、5.0μm以上の4段階粒子数を同時に計測し、その値をD0.5、D1.0、D2.0、D5.0(個/0.283リットル)とするとき、以下の換算式によって各粒子の濃度を5.0μmの粒子数に換算した値を求める。ここで、微粒子濃度の測定場所は、熱処理室に糸が出入りする場所の最下部の炉外ローラー周囲10cmの場所とし、光散乱式パーティクルカウンタ(例えば、RION社 KC−01E)を用いて測定する。この測定を連続して3回実施し、その平均値を微粒子濃度とする。
乳化状態にある界面活性剤を、予め105℃・5時間乾燥したときの質量を基準とし、熱天秤分析によって空気中昇温速度10℃/分で240℃まで昇温し、240℃・2時間保持し、雰囲気を窒素に切り替えて10℃/分で昇温して、到達温度450℃・30秒保持した時点での質量保持率(%)を耐熱性とする。
F1/F2>1.00 ・・・(式1)
F1/V2≧5.0 ・・・(式2)
V2/V1>3.0 ・・・(式3)
を満たす条件下で炭素繊維前駆体繊維束を耐炎化処理する必要がある。
乳化状態にある界面活性剤を、予め105℃・5時間乾燥したときの質量を基準とし、熱天秤分析によって空気中昇温速度10℃/分で240℃まで昇温し、240℃・2時間保持し、雰囲気を窒素に切り替えて10℃/分で昇温して、到達温度450℃・30秒保持した時点での質量保持率(%)を耐熱性とした。
試料気体流量0.5リットル/分で34秒間(合計0.283リットル)気体を吸引し、0.283リットルに含まれる0.5μm以上1.0μm未満、1.0μm以上2.0μm未満、2.0μm以上5.0μm未満、5.0μm以上の4段階粒子数を同時に計測し、その値をD0.5、D1.0、D2.0、D5.0(個/0.283リットル)とするとき、以下の換算式によって各粒子の濃度を5.0μmの粒子数に換算した値を求めた。ここで、微粒子濃度の測定場所は、熱処理室に糸が出入りする場所の最下部の炉外ローラー周囲10cmの場所とし、光散乱式パーティクルカウンタ(例えば、RION社 KC−01E)を用いて測定した。この測定を連続して3回実施し、その平均値を微粒子濃度とした。
<相対ストランド引張強度>
JIS R 7601:1986の「樹脂含浸ストランド試験法」に従いストランド引張強度を測定し、以下の換算式によって比較例1のストランド引張強度に対する相対ストランド引張強度を使用した。
ここで、Tは各実施例、比較例におけるストランド引張強度、T0は比較例1のストランド引張強度である。
炭素繊維束を20分おきにボビンに1分間巻き取った。これを24時間繰り返し、計72本のボビンを採取した。これらのボビンを温度23±5℃、相対湿度60±20%の雰囲気中に24時間以上放置したのち、同雰囲気中でそれぞれのボビンから長手方向に1m、撚りが入らないように切断したものを電子天秤で測定し、次式に基づいて長手方向の繊度斑を求めた。
ここで、σ:測定繊度全データの標準偏差、Xは測定繊度全データの平均値である。
炭素繊維単糸表面上の形態は、原子間力顕微鏡を用いた算術平均粗さとして求めた。測定方法は、Veeco社Digital Instruments製 NanoScopeIIIa AFM Dimennsion 3000 ステージシステムを使用し、タッピングモードで測定する。サンプルは、単糸を1.5cmにカットし、銀ペーストでSiウェハに固定した。探針にシリコンカンチレバーを用いて、走査範囲2.5μm×2.5μmの範囲を走査速度0.33Hzで測定を行った。3視野から測定を行った表面粗さを定量的に評価するために、3次元表面粗さ評価を行い、中心線からの偏差の絶対値の平均値を算術平均粗さRaとして示した。なお、サイジング剤が付着している炭素繊維については、脱サイジングを行った後測定を実施した。
アクリロニトリルとイタコン酸からなる共重合体を、ジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により製造し、アクリル系共重合体の含有率が22質量%である紡糸原液を得た。この紡糸原液を、40℃で、孔数4,000の紡糸口金を用いて一旦空気中に吐出した後、10℃にコントロールした35質量%ジメチルスルホキシドの水溶液からなる凝固浴に導入する乾湿式紡糸法により凝固させた。得られた凝固糸を、水洗、延伸、油剤付与した後、乾燥させ、スチーム延伸し、単糸繊度1.1dtex、単糸本数12,000本のポリアクリロニトリル系繊維束を得た。
比較例1と同様に作製したポリアクリロニトリル繊維束を、熱処理室周辺に囲いが設けられた横型熱風循環式の耐炎化炉にて220〜270℃で耐炎化処理を行い、次いで同様に予備炭化、炭化を行って単糸直径が6.9μm、密度1.80g/cm3、単糸の真円度が1.04、算術平均粗さRaが2.9nmの炭素繊維束を得た。このとき、F1/F2=1.03、F1/V2=5.0、V2/V1=6.0とし、領域Aへの給気ラインの粒子除去装置6内のフィルタスペックは粒子除去性能が中程度のものを使用した。相対ストランド引張強度は1.08、繊度斑も0.8%であった。また、熱処理室に糸が出入りする場所の最下部のローラー周囲10cmの微粒子濃度は3400個/リットルと減少した。
F1/F2がそれぞれ1.05、1.10であること以外はすべて実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。その結果、炭素繊維束の相対ストランド引張強度はそれぞれ1.09、1.12であり、繊度斑はそれぞれ0.7%、0.6%と良好な結果となった。
粒子除去装置6内のフィルタを粒子除去性能の高いものに交換した以外は実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。熱処理室に糸が出入りする場所の最下部のローラー周辺の微粒子濃度は2900個/リットルであった。また、炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.12であり、繊度斑は0.7%と良好な結果となった。
F1/F2が1.05、F1/V2がそれぞれ10.0、15.0であること以外はすべて実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。その結果、炭素繊維束の相対ストランド引張強度はそれぞれ1.12、1.13であり、繊度斑も0.7%と良好な結果となった。
F1/F2が1.05、F1/V2が15.0、V2/V1が10.0であること以外はすべて実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。その結果、炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.13であり、繊度斑は0.5%と良好な結果となった。
V2/V1が3.5であること以外はすべて実施例2と同様にして炭素繊維束を得た。その結果繊度斑は0.9%とやや悪化したが、相対ストランド引張強度は1.09と良好な結果であった。
油剤の成分の割合を調整することにより、耐熱性が35%の油剤を作製して用いた以外は、実施例3と同様の条件で炭素繊維を得た。その結果相対ストランド引張強度は1.07とやや低下したが、繊度斑は0.8%と良好な結果であった。
油剤の成分の割合を調整することにより、耐熱性が18%の油剤を作製して用いた以外は、実施例9と同様の条件で炭素繊維を得た。その結果相対ストランド引張強度は1.05と低下したが、繊度斑は0.8%を保持することが出来た。
F1/F2が0.95、F1/V2が3.0であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.03と実施例1〜9に比べて発現しなかった。
F1/V2が3.0であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.04と実施例1〜9に比べて発現しなかった。
F1/F2が0.95であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を得た。炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.03と実施例1〜9に比べて発現しなかった。
V2/V1が2.0であること以外はすべて実施例2と同様にして炭素繊維束を得た。その結果、相対ストランド引張強度が1.05と若干低下し、繊度斑が1.3%と大きく悪化した。作業員の出入りが繊度斑に影響したと考えられる。
領域Aへの給気ラインの粒子除去装置を経由せずに給気した以外はすべて実施例1と同様にして炭素繊維を得た。炭素繊維束の相対ストランド引張強度は1.02と実施例1〜9に比べて発現しなかった。
2:給気ライン
3:給気ファン
4:排気ライン
5:排気ファン
6:粒子除去装置
7:熱処理室
8:ポリアクリロニトリル系繊維束
9:炭素繊維束生産設備建屋
10:入側糸道開口部
11:出側糸道開口部
12:シール室
13:循環ライン
14:ローラー
Claims (1)
- 酸化性気体中でポリアクリロニトリル系繊維束を耐炎化処理する熱処理室と、ポリアクリロニトリル系繊維束の進行方向を変えるためのローラーと、熱処理室とローラーとを囲う囲い体と、囲い体内部であって熱処理室を含まない領域に微粒子除去手段を介して気体を給気する給気ラインと、囲い体内部であって熱処理室を含まない領域の気体を外部に排気する排気ラインとを有する耐炎化炉を用い、(式1)、(式2)、(式3)を満たす条件下でポリアクリロニトリル系繊維束を耐炎化処理して耐炎化繊維束を得る耐炎化工程と、耐炎化繊維束を300〜2000℃の温度で炭素化処理して炭素繊維束を得る炭素化工程とを少なくとも有する炭素繊維束の製造方法。
F1/F2>1.00 ・・・(式1)
F1/V2≧5.0 ・・・(式2)
V2/V1>3.0 ・・・(式3)
(但し、F1:囲い体への給気流量[m3/hr]、F2:囲い体からの排気流量[m3/hr]、V1:熱処理室体積[m3]、V2:囲い体内部であって熱処理室を含まない領域の体積[m3]、である。)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017001598A JP6852405B2 (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 炭素繊維束の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017001598A JP6852405B2 (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 炭素繊維束の製造方法 |
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JP2018111891A JP2018111891A (ja) | 2018-07-19 |
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Family Applications (1)
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JP2017001598A Active JP6852405B2 (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 炭素繊維束の製造方法 |
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