JP6900728B2 - Method for manufacturing carbon fiber precursor acrylic fiber and carbon fiber bundle - Google Patents

Method for manufacturing carbon fiber precursor acrylic fiber and carbon fiber bundle Download PDF

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Description

本発明は、炭素繊維前駆体アクリル繊維および炭素繊維束の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber and a carbon fiber bundle.

炭素繊維は優れた機械的強度を有するため、自動車用部材、航空宇宙素材、スポーツ・レジャー用素材、圧力容器等の工業用素材などとして極めて有用であり、需要が拡大している。また、今後はさらに幅広い分野で利用されることが期待されている。 Since carbon fiber has excellent mechanical strength, it is extremely useful as an automobile member, an aerospace material, a sports / leisure material, an industrial material such as a pressure vessel, and the demand is expanding. In addition, it is expected to be used in a wider range of fields in the future.

従来、炭素繊維は、アクリロニトリル系重合体などからなる炭素繊維前駆体アクリル繊維を束ねた前駆体繊維束を用い、次のような工程を経て得られる。まず、耐炎化工程により数十〜数百錘の前駆体繊維束を200〜300℃の酸化性雰囲気中で耐炎化熱処理し、得られた耐炎化繊維束を、炭素化工程において300℃以上の不活性雰囲気中で焼成し、炭素繊維束を得る(例えば特許文献1)。 Conventionally, the carbon fiber is obtained through the following steps using a precursor fiber bundle in which carbon fiber precursor acrylic fibers made of an acrylonitrile-based polymer or the like are bundled. First, tens to hundreds of weights of precursor fiber bundles are subjected to flame-resistant heat treatment in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. in a flame-resistant step, and the obtained flame-resistant fiber bundles are subjected to flame-resistant heat treatment at 300 ° C. or higher in a carbonization step. It is fired in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber bundle (for example, Patent Document 1).

国際公開第2013/015210号International Publication No. 2013/015210

しかしながら、耐炎化工程および炭素化工程(以下、これらの工程を合わせて「焼成工程」ともいう。)で起こる化学反応により、炭素原子を含んだ分解物がガスとして放出されて炭素化収率が低くなり、生産性が悪くなるなどの問題があった。 However, due to the chemical reaction that occurs in the flame resistance step and the carbonization step (hereinafter, these steps are also collectively referred to as "firing step"), the decomposition product containing a carbon atom is released as a gas and the carbonization yield is increased. There were problems such as low productivity and poor productivity.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、焼成工程後の炭素化収率が高い炭素繊維前駆体アクリル繊維を提供することを目的とする。また、本発明は、高品質な炭素繊維束を高い炭素化収率で生産性よく製造する方法を提供することを他の目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a carbon fiber precursor acrylic fiber having a high carbonization yield after a firing step. Another object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality carbon fiber bundle with a high carbonization yield and high productivity.

本発明は、以下の態様を有する。
[1] 下記一般式(1)で表される構造単位(A)を0.5〜30質量%、および下記一般式(2)で表される構造単位(B)を70〜99.5質量%含有する、炭素繊維前駆体アクリル繊維。
The present invention has the following aspects.
[1] The structural unit (A) represented by the following general formula (1) is 0.5 to 30% by mass, and the structural unit (B) represented by the following general formula (2) is 70 to 99.5% by mass. %, Carbon fiber precursor acrylic fiber.

Figure 0006900728
Figure 0006900728

式(1)中、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基であり、Rは炭素数1〜12のアルキレン基または炭素数6〜12のアリーレン基である。 In formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen atom, hydroxy group, amino group, sulfhydryl group, nitrile group, nitro group, phosphono group, sulfone group, halogen atom and carbon number 1 respectively. Alkyl groups of ~ 12; aryl groups of 6-12 carbon atoms, alkyloxy groups of 1-12 carbon atoms, aryloxy groups of 6-12 carbon atoms, alkylthio groups of 1-12 carbon atoms, 6-12 carbon atoms an arylthio group or an acyl group having a carbon number of 1 to 13, R 4 is an alkylene group or an arylene group having 6 to 12 carbon atoms having 1 to 12 carbon atoms.

Figure 0006900728
Figure 0006900728

式(2)中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基である。 In formula (2), R 5 and R 6 independently have a hydrogen atom, a hydroxy group, an amino group, a sulfhydryl group, a nitrile group, a nitro group, a phosphono group, a sulfone group, a halogen atom, and 1 to 12 carbon atoms. Alkyl group, aryl group having 6 to 12 carbon atoms, alkyloxy group having 1 to 12 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 12 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, arylthio group having 6 to 12 carbon atoms or It is an acyl group having 1 to 13 carbon atoms.

[2] [1]に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維で構成される繊維束を酸化性雰囲気中、90分以下の時間、220〜300℃で加熱した後、不活性ガス雰囲気中、800〜2000℃で加熱する、炭素繊維束の製造方法。 [2] The fiber bundle composed of the carbon fiber precursor acrylic fiber according to [1] is heated at 220 to 300 ° C. in an oxidizing atmosphere for 90 minutes or less, and then 800 to 800 in an inert gas atmosphere. A method for producing a carbon fiber bundle, which is heated at 2000 ° C.

本発明によれば、焼成工程後の炭素化収率が高い炭素繊維前駆体アクリル繊維を提供できる。
また、本発明によれば、高品質な炭素繊維束を高い炭素化収率で生産性よく製造する方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a carbon fiber precursor acrylic fiber having a high carbonization yield after a firing step.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a high-quality carbon fiber bundle with a high carbonization yield and high productivity.

以下、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維の一実施形態について説明する。
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、アクリルとメタクリルの総称であり、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの総称であり、「(メタ)アリル」は、アリルとメタリルの総称である。
Hereinafter, an embodiment of the carbon fiber precursor acrylic fiber of the present invention will be described.
In the present specification, "(meth) acrylic" is a general term for acrylic and methacrylic acid, "(meth) acrylate" is a general term for acrylate and methacrylate, and "(meth) allyl" is a general term for allyl. It is a general term for metallic.

「炭素繊維前駆体アクリル繊維」
本実施形態の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、以下に示すアクリロニトリル系共重合体組成物(以下、「共重合体組成物(X)」ともいう。)からなる。
"Carbon fiber precursor acrylic fiber"
The carbon fiber precursor acrylic fiber of the present embodiment comprises the acrylonitrile-based copolymer composition shown below (hereinafter, also referred to as “copolymer composition (X)”).

<共重合体組成物(X)>
共重合体組成物(X)は、以下に示す構造単位(A)および構造単位(B)を含有する。共重合体組成物(X)は、以下に示す構造単位(C)をさらに含有していてもよい。
<Copolymer composition (X)>
The copolymer composition (X) contains the structural unit (A) and the structural unit (B) shown below. The copolymer composition (X) may further contain the structural unit (C) shown below.

(構造単位(A))
構造単位(A)は下記一般式(1)で表される構造単位である。
(Structural unit (A))
The structural unit (A) is a structural unit represented by the following general formula (1).

Figure 0006900728
Figure 0006900728

式(1)中、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基であり、Rは炭素数1〜12のアルキレン基または炭素数6〜12のアリーレン基である。 In formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen atom, hydroxy group, amino group, sulfhydryl group, nitrile group, nitro group, phosphono group, sulfone group, halogen atom and carbon number 1 respectively. Alkyl groups of ~ 12; aryl groups of 6-12 carbon atoms, alkyloxy groups of 1-12 carbon atoms, aryloxy groups of 6-12 carbon atoms, alkylthio groups of 1-12 carbon atoms, 6-12 carbon atoms an arylthio group or an acyl group having a carbon number of 1 to 13, R 4 is an alkylene group or an arylene group having 6 to 12 carbon atoms having 1 to 12 carbon atoms.

〜Rにおいてハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
アルキル基、アリール基、アルキルオキシ基(アルコキシ基)、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基は、それぞれ直鎖状でも分岐鎖状でもよく、また、置換基(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基等)を有していてもよい。
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられる。
アリール基としては、例えばフェニル基、ベンジル基、ナフチル基などが挙げられる。
アルキルオキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
アリールオキシ基としては、例えばフェノキシ基、ベンジルオキシ基、ナフチルオキシ基などが挙げられる。
アルキルチオ基としては、例えばメチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基などが挙げられる。
アリールチオ基としては、例えばフェニルチオ基、ベンジルチオ基、ナフチルチオ基などが挙げられる。
Examples of the halogen atom in R 1 to R 3 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
The alkyl group, aryl group, alkyloxy group (alkoxy group), aryloxy group, alkylthio group, and arylthio group may be linear or branched, respectively, and substituents (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine) may be used. It may have a halogen atom such as an atom or an iodine atom, a hydroxy group, an amino group, a sulfhydryl group, a nitrile group, a nitro group, etc.).
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group and the like.
Examples of the aryl group include a phenyl group, a benzyl group, a naphthyl group and the like.
Examples of the alkyloxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a protoxy group, a butoxy group and the like.
Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a benzyloxy group, a naphthyloxy group and the like.
Examples of the alkylthio group include a methylthio group, an ethylthio group, a propylthio group and the like.
Examples of the arylthio group include a phenylthio group, a benzylthio group, a naphthylthio group and the like.

アシル基はR−CO−で表される。Rはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭化水素基である。炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基などが挙げられる。炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、また、置換基(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基等)を有していてもよい。
アシル基としては、例えばアセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基などが挙げられる。
The acyl group is represented by R 7-CO-. R 7 is a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, a hydroxy group and a hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. The hydrocarbon group may be linear or branched, and the substituent (for example, a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a hydroxy group, an amino group, a sulfhydryl group, a nitrile group, etc. It may have a nitro group, etc.).
Examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, a benzoyl group and the like.

およびRは、重合率の観点から、水素原子であることが好ましい。
は、共重合体組成物(X)を紡糸して得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の結晶性を維持する点で、水素原子やメチル基など、立体障害の少ない置換基が好ましい。
R 1 and R 2 are preferably hydrogen atoms from the viewpoint of polymerization rate.
R 3 is preferably a substituent having less steric hindrance, such as a hydrogen atom or a methyl group, in terms of maintaining the crystallinity of the carbon fiber precursor acrylic fiber obtained by spinning the copolymer composition (X).

において、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基は、それぞれ直鎖状でも分岐鎖状でもよく、また、置換基(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基等)を有していてもよい。
アルキレン基としては、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基などが挙げられる。
アリーレン基としては、例えばフェニレン基、ナフチレン基などが挙げられる。
は、エチレン基が好ましい。
In R 4, alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, an arylene group having 6 to 12 carbon atoms may each be straight chain or branched chain, also a substituent (e.g., fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, It may have a halogen atom such as an iodine atom, a hydroxy group, an amino group, a sulfhydryl group, a nitrile group, a nitro group, etc.).
Examples of the alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group, a heptylene group, an octylene group, a nonylene group and a decylene group.
Examples of the arylene group include a phenylene group and a naphthylene group.
R 4 is preferably an ethylene group.

構造単位(A)の由来源となる単量体(以下、「単量体(a)」ともいう。)としては、例えばN−(シアノメチル)アクリルアミド、N−(シアノエチル)アクリルアミド、N−(シアノプロピル)アクリルアミド、N−(シアノブチル)アクリルアミド、N−(4−シアノフェニル)アクリルアミド、N,N−(ジシアノメチル)アクリルアミド、N,N−(ジシアノエチル)アクリルアミド、N−(シアノメチル)メタクリルアミド、N−(シアノエチル)メタクリルアミド、N−(シアノプロピル)メタクリルアミドなどが挙げられる。これらの中でも、重合性の観点から、N−シアノエチルアクリルアミドが好ましい。
これら単量体(a)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of the monomer (hereinafter, also referred to as “monomer (a)”) that is the source of the structural unit (A) include N- (cyanomethyl) acrylamide, N- (cyanoethyl) acrylamide, and N- (cyano). Propyl) acrylamide, N- (cyanobutyl) acrylamide, N- (4-cyanophenyl) acrylamide, N, N- (dicyanomethyl) acrylamide, N, N- (dicyanoethyl) acrylamide, N- (cyanomethyl) methacrylamide, N -(Cyanoethyl) methacrylicamide, N- (cyanopropyl) methacrylicamide and the like can be mentioned. Among these, N-cyanoethylacrylamide is preferable from the viewpoint of polymerizable property.
These monomers (a) may be used alone or in combination of two or more.

共重合体組成物(X)を構成する全ての単位の合計を100質量%としたときに、構造単位(A)の割合は0.5〜30質量%であり、2〜25質量%であることが好ましく、3〜20質量%であることがより好ましい。特に、共重合体組成物(X)が下記構造単位(C)を含有する場合、構造単位(A)の割合は1〜25質量%であることが好ましい。
構造単位(A)の割合が0.5質量%以上であれば、焼成工程後の炭素化収率の高い炭素繊維前駆体アクリル繊維を得ることができる。一方、構造単位(A)の割合が30質量%以下であれば、後述する構造単位(B)の割合を十分に確保できるので、炭素繊維の力学物性を損なうことなく、品質の良い炭素繊維を得ることができる。
When the total of all the units constituting the copolymer composition (X) is 100% by mass, the ratio of the structural unit (A) is 0.5 to 30% by mass, which is 2 to 25% by mass. It is preferably 3 to 20% by mass, and more preferably 3 to 20% by mass. In particular, when the copolymer composition (X) contains the following structural unit (C), the ratio of the structural unit (A) is preferably 1 to 25% by mass.
When the ratio of the structural unit (A) is 0.5% by mass or more, a carbon fiber precursor acrylic fiber having a high carbonization yield after the firing step can be obtained. On the other hand, if the ratio of the structural unit (A) is 30% by mass or less, the ratio of the structural unit (B) described later can be sufficiently secured, so that high quality carbon fiber can be obtained without impairing the mechanical properties of the carbon fiber. Obtainable.

(構造単位(B))
構造単位(B)は下記一般式(2)で表される構造単位である。
(Structural unit (B))
The structural unit (B) is a structural unit represented by the following general formula (2).

Figure 0006900728
Figure 0006900728

式(2)中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基である。 In formula (2), R 5 and R 6 independently have a hydrogen atom, a hydroxy group, an amino group, a sulfhydryl group, a nitrile group, a nitro group, a phosphono group, a sulfone group, a halogen atom, and 1 to 12 carbon atoms. Alkyl group, aryl group having 6 to 12 carbon atoms, alkyloxy group having 1 to 12 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 12 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, arylthio group having 6 to 12 carbon atoms or It is an acyl group having 1 to 13 carbon atoms.

およびRにおいて、ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
アルキル基、アリール基、アルキルオキシ基(アルコキシ基)、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基は、それぞれ直鎖状でも分岐鎖状でもよい。
〜Rにおけるアルキル基、アリール基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシル基としては、それぞれR〜Rの説明において先に例示したものが挙げられる。
およびRは、炭素繊維の力学物性を損なうことなく、品質の良い炭素繊維が得られる観点から、水素原子であることが好ましい。
In R 5 and R 6 , examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
The alkyl group, aryl group, alkyloxy group (alkoxy group), aryloxy group, alkylthio group, and arylthio group may be linear or branched, respectively.
Examples of the alkyl group, aryl group, alkyloxy group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group, and acyl group in R 5 to R 6 include those exemplified above in the description of R 1 to R 3, respectively.
R 5 and R 6 are preferably hydrogen atoms from the viewpoint of obtaining high quality carbon fibers without impairing the mechanical properties of the carbon fibers.

構造単位(B)の由来源となる単量体(以下、「単量体(b)」ともいう。)としては、例えば(メタ)アクリロニトリル、α−シアノアクリレート、ジシアノビニリデン、フマロニトリルエチルなどが挙げられる。これらの中でも、重合性と、炭素繊維にしたときの力学物性の観点から、(メタ)アクリロニトリルが好ましい。
これら単量体(b)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of the monomer (hereinafter, also referred to as “monomer (b)”) that is the source of the structural unit (B) include (meth) acrylonitrile, α-cyanoacrylate, dicyanovinylidene, and fumaronitrile ethyl. Can be mentioned. Among these, (meth) acrylonitrile is preferable from the viewpoint of polymerizability and mechanical properties when carbon fibers are used.
These monomers (b) may be used alone or in combination of two or more.

共重合体組成物(X)を構成する全ての単位の合計を100質量%としたときに、構造単位(B)の割合は70〜99.5質量%であり、70〜98.9質量%であることが好ましく、80〜97質量%であることがより好ましい。特に、共重合体組成物(X)が下記構造単位(C)を含有する場合、構造単位(B)の割合は80〜98.9質量%であることが好ましい。
構造単位(B)の割合が70質量%以上であれば、炭素繊維の力学物性を損なうことなく、品質の良い炭素繊維を得ることができる。一方、構造単位(B)の割合が99質量%以下であれば、構造単位(A)の割合を十分に確保できるので、焼成工程後の炭素化収率の高い炭素繊維前駆体アクリル繊維を得ることができる。
When the total of all the units constituting the copolymer composition (X) is 100% by mass, the ratio of the structural unit (B) is 70 to 99.5% by mass, and 70 to 98.9% by mass. It is preferably 80 to 97% by mass, and more preferably 80 to 97% by mass. In particular, when the copolymer composition (X) contains the following structural unit (C), the ratio of the structural unit (B) is preferably 80 to 98.9% by mass.
When the ratio of the structural unit (B) is 70% by mass or more, high quality carbon fiber can be obtained without impairing the mechanical properties of the carbon fiber. On the other hand, when the ratio of the structural unit (B) is 99% by mass or less, the ratio of the structural unit (A) can be sufficiently secured, so that a carbon fiber precursor acrylic fiber having a high carbonization yield after the firing step can be obtained. be able to.

(構造単位(C))
構造単位(C)はカルボキシ基を含むモノマー由来の構造単位である。
カルボキシ基を含むモノマー(以下、「単量体(c)」ともいう。)としては、例えばメタクリル酸、アクリル酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、ビニル安息香酸、マレイン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、イタコン酸ブチルエステルなどが挙げられる。これらの中でも、焼成時間を短縮する観点から、メタクリル酸が好ましい。
これら単量体(c)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(Structural unit (C))
The structural unit (C) is a structural unit derived from a monomer containing a carboxy group.
Examples of the monomer containing a carboxy group (hereinafter, also referred to as “monomer (c)”) include methacrylic acid, acrylic acid, fumaric acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, vinyl benzoic acid, and monobutyl maleate. Examples thereof include esters, monomethyl esters of itaconic acid, and butyl esters of itaconic acid. Among these, methacrylic acid is preferable from the viewpoint of shortening the firing time.
These monomers (c) may be used alone or in combination of two or more.

共重合体組成物(X)を構成する全ての単位の合計を100質量%としたときに、構造単位(C)の割合は0.1〜5質量%であることが好ましく、0.5〜1.5質量%であることがより好ましい。
構造単位(C)の割合が0.1質量%以上であれば、耐炎化反応を促進し、焼成の生産性を向上することができる。一方、構造単位(C)の割合が5質量%以下であれば、炭素繊維の力学物性の低下を抑えることができる。
When the total of all the units constituting the copolymer composition (X) is 100% by mass, the ratio of the structural unit (C) is preferably 0.1 to 5% by mass, preferably 0.5 to 5% by mass. More preferably, it is 1.5% by mass.
When the ratio of the structural unit (C) is 0.1% by mass or more, the flame resistance reaction can be promoted and the productivity of firing can be improved. On the other hand, when the ratio of the structural unit (C) is 5% by mass or less, the deterioration of the mechanical properties of the carbon fiber can be suppressed.

(任意単位)
共重合体組成物(X)は、必要に応じて構造単位(A)、構造単位(B)および構造単位(C)以外の単位(以下、「任意単位」ともいう。)を含有してもよい。
任意単位の由来源となる単量体(以下、「任意単量体」ともいう。)としては、少なくとも単量体(a)および単量体(b)と共重合可能であれば特に限定されないが、例えばメチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート類;メチルビニルケトン、イソプロピルメチルケトン等のビニルケトン類;(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアクリルアミド類;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル単量体;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;マレイミド、フェニルマレイミド等のマレイミド類;(メタ)アリルスルホン酸、(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸、スチレンスルホン酸等のスルホン酸基含有ビニル単量体およびその塩;リン酸基を含有ビニル単量体およびその塩;酢酸ビニル、N−ビニルピロリドンなどが挙げられる。
これら任意単量体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(Arbitrary unit)
The copolymer composition (X) may contain units other than the structural unit (A), the structural unit (B) and the structural unit (C) (hereinafter, also referred to as “arbitrary unit”), if necessary. Good.
The monomer (hereinafter, also referred to as “arbitrary monomer”) that is the source of the arbitrary unit is not particularly limited as long as it can be copolymerized with at least the monomer (a) and the monomer (b). However, (meth) acrylates such as methyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate and hexyl (meth) acrylate; vinyl ketones such as methyl vinyl ketone and isopropyl methyl ketone; (meth) acrylamide. , N-methyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide and other acrylamides; vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and other halogenated vinyl monomers; styrene , Α-Methylstyrene and other aromatic vinyl monomers; Maleimide, phenylmaleimide and other maleimides; (meth) allylsulfonic acid, (meth) allyloxybenzenesulfonic acid, styrenesulfonic acid and other sulfonic acid group-containing vinyl monomers Dimers and salts thereof; vinyl monomers containing a phosphate group and salts thereof; vinyl acetate, N-vinylpyrrolidone and the like can be mentioned.
These arbitrary monomers may be used alone or in combination of two or more.

共重合体組成物(X)を構成する全ての単位の合計を100質量%としたときに、任意単位の割合は29.4質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。 When the total of all the units constituting the copolymer composition (X) is 100% by mass, the ratio of arbitrary units is preferably 29.4% by mass or less, and preferably 10% by mass or less. More preferred.

(分子量)
共重合体組成物(X)の質量平均分子量は、200000〜800000であることが好ましい。共重合体組成物(X)の質量平均分子量が200000以上であれば、紡糸性が向上する。一方、共重合体組成物(X)の質量平均分子量が800000以下であれば、紡糸原液作製の際の溶解度の低下やゲル化を抑制することができる。
なお、共重合体組成物(X)の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した分子量をポリスチレン換算した値である。
(Molecular weight)
The mass average molecular weight of the copolymer composition (X) is preferably 200,000 to 800,000. When the mass average molecular weight of the copolymer composition (X) is 200,000 or more, the spinnability is improved. On the other hand, when the mass average molecular weight of the copolymer composition (X) is 800,000 or less, it is possible to suppress a decrease in solubility and gelation during the preparation of the spinning stock solution.
The mass average molecular weight of the copolymer composition (X) is a polystyrene-equivalent value of the molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC).

(製造方法)
共重合体組成物(X)は、例えば、単量体(a)、単量体(b)、単量体(c)及び任意単量体を溶液重合、懸濁重合、乳化重合など公知の重合方法により重合した共重合体(Z)として得ることができる。重合により得られた共重合体(Z)からは、未反応の単量体などの不純物を除く処理をすることが望ましい。
また、共重合体組成物(X)は、上記の重合によって得られた共重合体(Z)と、以下に記載するアクリロニトリル系共重合体(Y)とを混合することによっても得られる。
(Production method)
The copolymer composition (X) is known, for example, solution polymerization, suspension polymerization, emulsification polymerization or the like of monomer (a), monomer (b), monomer (c) and arbitrary monomer. It can be obtained as a copolymer (Z) polymerized by a polymerization method. It is desirable to remove impurities such as unreacted monomers from the copolymer (Z) obtained by polymerization.
The copolymer composition (X) can also be obtained by mixing the copolymer (Z) obtained by the above polymerization with the acrylonitrile-based copolymer (Y) described below.

<アクリロニトリル系共重合体(Y)>
アクリロニトリル系重合体(Y)は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体(Y)は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーであってもよいし、主成分であるアクリロニトリルおよびアクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体(ただし、単量体(a)を除く。)の共重合体であってもよい。
<Acrylonitrile-based copolymer (Y)>
The acrylonitrile-based polymer (Y) is a polymer obtained by using acrylonitrile as a main monomer and polymerizing the monomer. The acrylonitrile-based polymer (Y) may be a homopolymer obtained only from acrylonitrile, or a vinyl-based monomer copolymerizable with acrylonitrile and acrylonitrile, which are the main components (however, the monomer (a)). It may be a copolymer of.).

アクリロニトリル系重合体(Y)を構成する全ての単位の合計を100質量%としたときに、アクリロニトリル単位の割合は70質量%以上が好ましく、ビニル系単量体単位の割合は30質量%以下が好ましい。さらに好ましくは、アクリロニトリル単位の割合は90〜98質量%であり、ビニル系単量体単位の割合は2〜10質量%である。 When the total of all the units constituting the acrylonitrile polymer (Y) is 100% by mass, the ratio of the acrylonitrile unit is preferably 70% by mass or more, and the ratio of the vinyl monomer unit is 30% by mass or less. preferable. More preferably, the proportion of the acrylonitrile unit is 90 to 98% by mass, and the proportion of the vinyl-based monomer unit is 2 to 10% by mass.

ビニル系単量体としては、アクリロニトリルと共重合可能であれば特に限定されないが、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ウラリル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリル酸、イタコン酸、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、臭化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等の不飽和モノマー類;p−スルホフェニルメタリルエーテル、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、およびこれらのアルカリ金属塩などが挙げられる。
これらビニル系単量体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
The vinyl-based monomer is not particularly limited as long as it can be copolymerized with acrylonitrile, and is, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, and hexyl (meth). (Meta) acrylates such as acrylates, cyclohexyl (meth) acrylates, uralyl (meth) acrylates, 2-ethylhexyl (meth) acrylates, 2-hydroxyethyl (meth) acrylates, hydroxypropyl (meth) acrylates, diethylaminoethyl (meth) acrylates, etc. Kind; (meth) acrylic acid, itaconic acid, (meth) acrylamide, N-methylol acrylamide, diacetone acrylamide, styrene, vinyl toluene, vinyl acetate, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide, vinylidene bromide, vinyl fluoride , Unsaturated monomers such as vinylidene fluoride; p-sulfophenylmetharyl ether, (meth) allylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, and alkali metal salts thereof. ..
These vinyl-based monomers may be used alone or in combination of two or more.

アクリロニトリル系重合体(Y)の質量平均分子量は、200000〜800000であることが好ましく、300000〜500000であることがより好ましい。アクリロニトリル系重合体(Y)の質量平均分子量が200000以上であれば、紡糸性が向上する。一方、アクリロニトリル系重合体(Y)の質量平均分子量が800000以下であれば、紡糸原液作製の際の溶解度の低下やゲル化を抑制することができる。
なお、アクリロニトリル系重合体(Y)の質量平均分子量は、GPCを用いて測定した分子量をポリスチレン換算した値である。
The mass average molecular weight of the acrylonitrile-based polymer (Y) is preferably 200,000 to 800,000, more preferably 300,000 to 500,000. When the mass average molecular weight of the acrylonitrile-based polymer (Y) is 200,000 or more, the spinnability is improved. On the other hand, when the mass average molecular weight of the acrylonitrile-based polymer (Y) is 800,000 or less, it is possible to suppress a decrease in solubility and gelation during the preparation of the spinning stock solution.
The mass average molecular weight of the acrylonitrile-based polymer (Y) is a value obtained by converting the molecular weight measured by GPC into polystyrene.

アクリロニトリル系重合体(Y)は、溶液重合、懸濁重合、乳化重合など公知の重合方法により得ることができる。重合により得られたアクリロニトリル系重合体(Y)からは、未反応の単量体などの不純物を除く処理をすることが望ましい。 The acrylonitrile-based polymer (Y) can be obtained by a known polymerization method such as solution polymerization, suspension polymerization, or emulsion polymerization. It is desirable to remove impurities such as unreacted monomers from the acrylonitrile-based polymer (Y) obtained by the polymerization.

炭素繊維前駆体アクリル繊維がアクリロニトリル系重合体(Y)を含む場合、共重合体(Z)とアクリロニトリル系重合体(Y)との質量比(共重合体(Z):アクリロニトリル系重合体(Y))は、0.5:99.5〜70:30であることが好ましい。共重合体(Z)の割合が0.5%以上だと炭素化収率の向上効果を得ることができる。一方、共重合体(Y)の割合が30%以上だと、良好に紡糸することができる。 Carbon fiber precursor When the acrylic fiber contains an acrylonitrile-based polymer (Y), the mass ratio of the copolymer (Z) to the acrylonitrile-based polymer (Y) (copolymer (Z): acrylonitrile-based polymer (Y). )) Is preferably 0.5: 99.5 to 70:30. When the proportion of the copolymer (Z) is 0.5% or more, the effect of improving the carbonization yield can be obtained. On the other hand, when the proportion of the copolymer (Y) is 30% or more, spinning can be performed satisfactorily.

<添加剤>
炭素繊維前駆体アクリル繊維は、添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料;コロイダルシリカ、ガラス繊維等のガラス材料などが挙げられる。
炭素繊維前駆体アクリル繊維の総質量に対して、添加剤の割合は30質量%以下であることが好ましい。
<Additives>
The carbon fiber precursor acrylic fiber may contain an additive.
Examples of the additive include carbon materials such as carbon black, carbon nanotubes, and fullerenes; and glass materials such as colloidal silica and glass fiber.
The ratio of the additive to the total mass of the carbon fiber precursor acrylic fiber is preferably 30% by mass or less.

<製造方法>
炭素繊維前駆体アクリル繊維は、上述した共重合体組成物(X)を含む紡糸原液を公知の方法で紡糸して得られる。
紡糸原液は、必要に応じて上述した添加剤を含んでいてもよい。
<Manufacturing method>
The carbon fiber precursor acrylic fiber is obtained by spinning a spinning stock solution containing the above-mentioned copolymer composition (X) by a known method.
The spinning stock solution may contain the above-mentioned additives, if necessary.

紡糸原液に用いられる溶剤としては特に限定されないが、例えばジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤;塩化亜鉛、チオシアン酸ナトリウム等の無機化合物の水溶液などが挙げられる。紡糸して得られる繊維中に金属が混入されにくく、また、工程が簡略化される点で、有機溶剤が好ましく、その中でも凝固糸および湿熱延伸糸の緻密性が高いという点で、ジメチルアセトアミドが特に好ましい。 The solvent used in the spinning stock solution is not particularly limited, and examples thereof include organic solvents such as dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide; and aqueous solutions of inorganic compounds such as zinc chloride and sodium thiocyanate. Dimethylacetamide is preferable because it is difficult for metals to be mixed into the fibers obtained by spinning and the process is simplified, and among them, the coagulated yarn and the moist heat drawn yarn are highly dense. Especially preferable.

紡糸原液は、緻密な凝固糸を得るため、また、適正な粘度や流動性を発現させために、ある程度以上の共重合体濃度を有することが好ましい。具体的には、紡糸原液中の共重合体組成物(X)濃度の合計は、15〜30質量%であることが好ましく、18〜25質量%であることがより好ましい。 The spinning stock solution preferably has a copolymer concentration of a certain level or higher in order to obtain a dense coagulated yarn and to develop an appropriate viscosity and fluidity. Specifically, the total concentration of the copolymer composition (X) in the spinning stock solution is preferably 15 to 30% by mass, more preferably 18 to 25% by mass.

紡糸原液を紡糸する方法としては特に限定されないが、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法などを適用することができる。
そして、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法などで得られた凝固糸を必要に応じて従来公知の水洗、浴延伸、油剤付与、乾燥緻密化、延伸などを施すことにより、所定の繊度を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維とする。
The method for spinning the undiluted spinning solution is not particularly limited, but a wet spinning method, a dry wet spinning method, a dry spinning method, or the like can be applied.
Then, the coagulated yarn obtained by the wet spinning method, the dry wet spinning method, the dry spinning method, or the like is subjected to conventionally known water washing, bath stretching, oiling, drying densification, stretching, etc. as necessary. Acrylic fiber, which is a carbon fiber precursor having fineness, is used.

油剤としては、従来公知のシリコーン系油剤や、ケイ素を含まない有機化合物からなる油剤などが挙げられるが、これら以外にも後述する耐炎化工程や炭素化工程での単繊維間の接着を防止できるものであれば、油剤として好適に使用できる。
油剤を付与された繊維は、加熱により乾燥緻密化するのが好ましい。乾燥処理は50〜200℃に加熱されたロールに接触させて行うのが効率的である。
また、乾燥された繊維は、引き続き延伸を施すのが好ましい。延伸する方法としては特に限定されないが、乾熱延伸法、熱板延伸法、スチーム延伸法などを適用することができる。
Examples of the oil agent include conventionally known silicone-based oil agents and oil agents composed of organic compounds containing no silicon, but in addition to these, it is possible to prevent adhesion between single fibers in the flame resistance step and carbonization step described later. If it is, it can be suitably used as an oil agent.
It is preferable that the fibers to which the oil agent is applied are dried and densified by heating. It is efficient to carry out the drying treatment in contact with a roll heated to 50 to 200 ° C.
Further, it is preferable that the dried fibers are continuously stretched. The method of stretching is not particularly limited, but a dry heat stretching method, a hot plate stretching method, a steam stretching method, or the like can be applied.

炭素繊維前駆体アクリル繊維は通常、引き揃った単繊維の集合体である繊維束(以下、「前駆体繊維束」ともいう。)として製造され取り扱われる。一つの繊維束に含まれる単繊維数は200〜300000本が好ましく、300〜200000本がより好ましく、400〜100000本がさらに好ましい。単繊維数が上記範囲内であれば、耐炎化工程および炭素化工程での前駆体繊維束の取り扱いが容易であるとともに、得られる炭素繊維束を複合材料に成形する際の取り扱いも容易である。 The carbon fiber precursor acrylic fiber is usually manufactured and handled as a fiber bundle (hereinafter, also referred to as “precursor fiber bundle”) which is an aggregate of aligned single fibers. The number of single fibers contained in one fiber bundle is preferably 200 to 300,000, more preferably 300 to 200,000, and even more preferably 400 to 100,000. When the number of single fibers is within the above range, it is easy to handle the precursor fiber bundle in the flame resistance step and the carbonization step, and it is also easy to handle when molding the obtained carbon fiber bundle into a composite material. ..

前駆体繊維束の繊維密度は、1.17〜1.21g/cmであることが好ましく、1.18〜1.20g/cmであることがより好ましい。前駆体繊維束の繊維密度が上記範囲内であれば、後述する耐炎化工程および炭素化工程を経て得られる炭素繊維束の残存量が多くなるため、経済性の面でも有利である。
なお、前駆体繊維束の繊維密度は、JIS K 7112に基づく密度勾配管法により測定される値である。
The fiber density of the precursor fiber bundle is preferably 1.17~1.21g / cm 3, more preferably 1.18~1.20g / cm 3. When the fiber density of the precursor fiber bundle is within the above range, the residual amount of the carbon fiber bundle obtained through the flame resistance step and the carbonization step described later increases, which is advantageous in terms of economy.
The fiber density of the precursor fiber bundle is a value measured by the density gradient tube method based on JIS K 7112.

<作用効果>
以上説明した本実施形態の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、上述した構造単位(A)を特定量含有する共重合体組成物(X)からなるので、焼成工程後の炭素化収率の高い。よって、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、炭素化収率の高い炭素繊維束の生産に適している。
<Effect>
Since the carbon fiber precursor acrylic fiber of the present embodiment described above is composed of the copolymer composition (X) containing the above-mentioned structural unit (A) in a specific amount, the carbonization yield after the firing step is high. Therefore, the carbon fiber precursor acrylic fiber of the present invention is suitable for producing a carbon fiber bundle having a high carbonization yield.

「炭素繊維束」
炭素繊維束は、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維で構成される繊維束(前駆体繊維束)を耐炎化処理した後、炭素化処理することで得られる。
以下、炭素繊維束の製造方法の一例について説明する。
"Carbon fiber bundle"
The carbon fiber bundle can be obtained by subjecting a fiber bundle (precursor fiber bundle) composed of the carbon fiber precursor acrylic fiber of the present invention to a flameproof treatment and then carbonizing the fiber bundle.
Hereinafter, an example of a method for producing a carbon fiber bundle will be described.

<製造方法>
本実施形態の炭素繊維束の製造方法は、以下に示す耐炎化工程と炭素化工程とを有する。なお、耐炎化工程と炭素化工程とを総称して「焼成工程」ともいう。
<Manufacturing method>
The method for producing a carbon fiber bundle of the present embodiment includes a flame resistance step and a carbonization step shown below. The flame resistance process and the carbonization process are also collectively referred to as a "firing process".

(耐炎化工程)
耐炎化工程は、前駆体繊維束を酸化性雰囲気中、90分以下の時間、220〜300℃で加熱して(耐炎化処理)、耐炎化繊維束を得る工程である。
ここで、「酸化性雰囲気」とは、空気雰囲気、もしくは、酸素、二酸化窒素、二酸化硫黄などの公知の酸化性物質を含む雰囲気のことである。これらの中でも、経済性の面から、酸化性雰囲気としては空気雰囲気が好ましい。
なお、「酸化性物質」とは、酸素を与えることにより物の燃焼を引き起こす物質や、物の燃焼を助長しうる物質を意味する。
(Flame resistance process)
The flame-resistant step is a step of heating the precursor fiber bundle at 220 to 300 ° C. for 90 minutes or less in an oxidizing atmosphere (flame-resistant treatment) to obtain a flame-resistant fiber bundle.
Here, the "oxidizing atmosphere" is an air atmosphere or an atmosphere containing known oxidizing substances such as oxygen, nitrogen dioxide, and sulfur dioxide. Among these, an air atmosphere is preferable as the oxidizing atmosphere from the viewpoint of economy.
The "oxidizing substance" means a substance that causes combustion of a substance by giving oxygen or a substance that can promote the combustion of a substance.

耐炎化処理の方法としては特に限定されず、例えば従来公知の耐炎化炉(熱風循環炉)を用いる方法や加熱固体表面に接触させる方法を採用できる。
耐炎化炉を用いる方法では、通常、耐炎化炉に入った前駆体繊維束を一旦耐炎化炉の外部に出した後、耐炎化炉の外部に配設された折り返しロールによって折り返して耐炎化炉に繰り返し通過させる方法が採られる。
加熱固体表面に接触させる方法では、前駆体繊維束を間欠的に加熱固体表面に接触させる方法が採られる。
The method of flameproofing treatment is not particularly limited, and for example, a method using a conventionally known flameproofing furnace (hot air circulation furnace) or a method of contacting with a heated solid surface can be adopted.
In the method using a flameproof furnace, usually, the precursor fiber bundle that has entered the flameproof furnace is once taken out of the flameproof furnace, and then folded back by a folding roll arranged outside the flameproof furnace to make the flameproof furnace. The method of repeatedly passing through is adopted.
As a method of contacting the surface of the heated solid, a method of intermittently contacting the precursor fiber bundle with the surface of the heated solid is adopted.

耐炎化処理の温度(耐炎化処理温度)は220〜300℃であることが好ましい。耐炎化処理温度が220℃以上であれば、耐炎化反応の暴走を抑制でき、効率的に耐炎化処理を行うことができる。一方、耐炎化処理温度が300℃以下であれば、炭素繊維前駆体アクリル繊維のポリアクリロニトリル骨格を熱分解させることなく耐炎化処理することが容易に可能である。 The flame-resistant treatment temperature (flame-resistant treatment temperature) is preferably 220 to 300 ° C. When the flameproofing treatment temperature is 220 ° C. or higher, the runaway of the flameproofing reaction can be suppressed, and the flameproofing treatment can be efficiently performed. On the other hand, when the flame-resistant treatment temperature is 300 ° C. or lower, the flame-resistant treatment can be easily performed without thermally decomposing the polyacrylonitrile skeleton of the carbon fiber precursor acrylic fiber.

耐炎化処理を行う時間(耐炎化処理時間)は、90分以下であることが好ましく、70分以下であることがより好ましい。耐炎化処理時間が90分以下であれば、耐炎化処理工程が生産性を損なう原因となることを容易に防ぐことができ、効率よく炭素繊維束を製造することが可能である。耐炎化処理時間の下限については特に制限されないが、10分以上であることが好ましく、20分以上であることがより好ましい。耐炎化処理時間が10分以上であれば、前駆体繊維束を構成する単繊維内部への充分な酸素の拡散を容易に行うことができる。 The time for performing the flame resistance treatment (flame resistance treatment time) is preferably 90 minutes or less, and more preferably 70 minutes or less. When the flame-resistant treatment time is 90 minutes or less, it is possible to easily prevent the flame-resistant treatment step from causing a decrease in productivity, and it is possible to efficiently produce a carbon fiber bundle. The lower limit of the flame resistance treatment time is not particularly limited, but is preferably 10 minutes or more, and more preferably 20 minutes or more. If the flameproofing treatment time is 10 minutes or more, sufficient oxygen can be easily diffused into the single fibers constituting the precursor fiber bundle.

耐炎化工程では、得られる耐炎化繊維束の繊維密度が1.3〜1.43g/cmになるまで加熱して耐炎化処理することが好ましく、より好ましくは1.33〜1.38g/cmである。耐炎化繊維束の繊維密度が1.30g/cm以上であれば、炭素化工程中での熱融着が起こりにくく、炭素繊維束を容易に製造することが可能である。一方、耐炎化繊維束の繊維密度が1.43g/cm以下であれば、炭素繊維束の性能低下を抑制できる。
なお、耐炎化繊維束の繊維密度は、JIS K 7112に基づく密度勾配管法により測定される値である。
In the flame-resistant step, it is preferable to heat the obtained flame-resistant fiber bundle until the fiber density becomes 1.3 to 1.43 g / cm 3 to perform the flame-resistant treatment, and more preferably 1.33 to 1.38 g /. It is cm 3. When the fiber density of the flame-resistant fiber bundle is 1.30 g / cm 3 or more, heat fusion during the carbonization step is unlikely to occur, and the carbon fiber bundle can be easily produced. On the other hand, when the fiber density of the flame-resistant fiber bundle is 1.43 g / cm 3 or less, the deterioration of the performance of the carbon fiber bundle can be suppressed.
The fiber density of the flame-resistant fiber bundle is a value measured by the density gradient tube method based on JIS K 7112.

(炭素化工程)
炭素化工程は、耐炎化工程により得られた耐炎化繊維束を不活性ガス雰囲気中、800〜2000℃で加熱して(炭素化処理)、炭素繊維束を得る工程である。
ここで、「不活性ガス雰囲気」とは、酸素、二酸化窒素、二酸化硫黄などの公知の酸化性物質を実質的に含まない雰囲気のことである。「実質的に」とは、不活性ガス雰囲気を形成するガスの全体体積に対して、酸化性物質の体積濃度が1.0体積%以下であることを意味する。
なお、「不活性ガス」とは、他の物質と反応を起こしにくく、化学的に安定したガスを意味し、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。
(Carbonization process)
The carbonization step is a step of heating the flame-resistant fiber bundle obtained by the flame-resistant step at 800 to 2000 ° C. in an inert gas atmosphere (carbonization treatment) to obtain a carbon fiber bundle.
Here, the "inert gas atmosphere" is an atmosphere that does not substantially contain known oxidizing substances such as oxygen, nitrogen dioxide, and sulfur dioxide. "Substantially" means that the volume concentration of the oxidizing substance is 1.0% by volume or less with respect to the total volume of the gas forming the inert gas atmosphere.
The "inert gas" means a gas that does not easily react with other substances and is chemically stable, and examples thereof include nitrogen, argon, and helium.

炭素化処理の方法としては、例えば炭素化炉に不活性ガスを導入した状態で、耐炎化繊維束を導入して保持した後に取り出すことで、耐炎化繊維束を加熱して炭素化処理する。 As a method of carbonization treatment, for example, in a state where the inert gas is introduced into the carbonization furnace, the flame-resistant fiber bundle is introduced and held, and then taken out to heat the flame-resistant fiber bundle and carry out the carbonization treatment.

炭素化処理の温度(炭素化処理温度)は800〜2000℃であることが好ましい。炭素化処理温度が800℃以上であれば、短時間で炭素化処理できる。一方、炭素化処理温度が2000℃以下であれば、炭素化処理による力学物性の低下を抑えられる。
炭素化処理温度は一定でもよいし、炭素化処理中に昇温させてもよい。昇温させる場合、例えば炭素化炉内に複数の加熱ゾーンを設置し、上流側の加熱ゾーンから下流側の加熱ゾーンに向かって温度が高くなるように各加熱ゾーンの温度を設定して、上流側の加熱ゾーンから下流側の加熱ゾーンに向かって順次通過させて処理することで実現できる。
The carbonization treatment temperature (carbonization treatment temperature) is preferably 800 to 2000 ° C. If the carbonization treatment temperature is 800 ° C. or higher, the carbonization treatment can be performed in a short time. On the other hand, when the carbonization treatment temperature is 2000 ° C. or lower, the deterioration of the mechanical characteristics due to the carbonization treatment can be suppressed.
The carbonization treatment temperature may be constant, or may be raised during the carbonization treatment. When raising the temperature, for example, multiple heating zones are set in the carbonization furnace, and the temperature of each heating zone is set so that the temperature rises from the upstream heating zone to the downstream heating zone, and the temperature is upstream. This can be achieved by sequentially passing the heat from the heating zone on the side toward the heating zone on the downstream side for processing.

炭素化処理を行う時間(炭素化処理時間)は特に制限されないが、1〜60分であることが好ましく、10〜40分であることがより好ましい。炭素化処理時間が1分以上あれば、炭素化収率がより高くなる傾向にある。一方、炭素化処理時間が60分以下あれば、得られる炭素繊維束の機械特性が向上する傾向にある。また、生産性を良好に維持できる。 The time for performing the carbonization treatment (carbonization treatment time) is not particularly limited, but is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 10 to 40 minutes. If the carbonization treatment time is 1 minute or more, the carbonization yield tends to be higher. On the other hand, if the carbonization treatment time is 60 minutes or less, the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle tend to be improved. In addition, productivity can be maintained well.

なお、耐炎化工程と炭素化工程との間に、耐炎化繊維束に対して、不活性ガス中、最高温度が炭素化処理温度より低い温度(例えば、550℃以上800℃未満)で加熱する前炭素化処理を行ってもよい(前炭素化工程)。
なお、前炭素化工程を行う場合、「焼成」には、耐炎化工程と前炭素化工程と炭素化工程とを含む。
Between the flame-resistant step and the carbonization step, the flame-resistant fiber bundle is heated at a temperature lower than the carbonization treatment temperature (for example, 550 ° C. or higher and lower than 800 ° C.) in the inert gas. Pre-carbonization treatment may be performed (pre-carbonization step).
When the pre-carbonization step is performed, the "firing" includes a flame resistance step, a pre-carbonization step, and a carbonization step.

<その他の工程>
炭素化工程により得られた炭素繊維束は、そのまま炭素繊維束として用いることができるが、必要に応じて公知の方法により黒鉛化したものを炭素繊維束として用いてもよい。例えば炭素繊維束を不活性雰囲気中、最高温度が2000℃を超えて3000℃以下で加熱することにより黒鉛化された炭素繊維束が得られる。
<Other processes>
The carbon fiber bundle obtained by the carbonization step can be used as it is as a carbon fiber bundle, but if necessary, a graphitized product by a known method may be used as a carbon fiber bundle. For example, a graphitized carbon fiber bundle can be obtained by heating the carbon fiber bundle in an inert atmosphere at a maximum temperature of more than 2000 ° C. and 3000 ° C. or lower.

また、炭素繊維束に集束性を付与するために、サイジング処理をすることもできる。
サイジング処理に用いるサイジング剤としては、所望の特性を得ることができれば特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を主成分としたサイジング剤が挙げられる。サイジング処理の方法としては、公知の方法を用いることができる。
In addition, a sizing treatment can be performed in order to impart the focusing property to the carbon fiber bundle.
The sizing agent used in the sizing treatment is not particularly limited as long as desired properties can be obtained, and examples thereof include sizing agents containing an epoxy resin, a polyether resin, an epoxy-modified polyurethane resin, and a polyester resin as main components. As a method of sizing treatment, a known method can be used.

<用途>
このようにして得られる炭素繊維束は、例えばマトリックス樹脂と組み合わされて、複合材料として成形され、様々な用途に利用される。
マトリックス樹脂としては特に制限されないが、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等のラジカル重合系樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂の変性体を用いることもできる。また、マトリックス樹脂としては市販品を用いてもよい。
炭素繊維束を用いた複合材料の用途としては特に限定されず、例えば、自動車用部材、航空宇宙素材、スポーツ・レジャー用素材、圧力容器等の工業用素材など、幅広い用途に使用できる。
<Use>
The carbon fiber bundle thus obtained is formed as a composite material by combining with, for example, a matrix resin, and is used for various purposes.
The matrix resin is not particularly limited, but for example, a thermocurable resin such as an epoxy resin or a phenol resin, a radical polymerization resin such as an acrylic resin, a vinyl ester resin or an unsaturated polyester resin, a thermoplastic acrylic resin, a polyamide resin or a polyimide resin. , Polyplastic resin such as polycarbonate resin, polypropylene resin, polyethylene resin and the like. Further, modified products of these resins can also be used. Moreover, you may use a commercially available product as a matrix resin.
The use of the composite material using the carbon fiber bundle is not particularly limited, and it can be used in a wide range of applications such as automobile members, aerospace materials, sports / leisure materials, and industrial materials such as pressure vessels.

<作用効果>
以上説明した、本実施形態の炭素繊維束の製造方法によれば、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維で構成される繊維束を酸化性雰囲気中、特定の温度および特定の時間、加熱した後、不活性ガス雰囲気中、特定の温度で加熱するので、高品質な炭素繊維束を高い炭素化収率で生産性よく製造でき、ひいては炭素繊維束の製造コストを低減できる。
<Effect>
According to the method for producing a carbon fiber bundle of the present embodiment described above, after heating the fiber bundle composed of the carbon fiber precursor acrylic fiber of the present invention in an oxidizing atmosphere at a specific temperature and for a specific time. Since it is heated at a specific temperature in an inert gas atmosphere, high-quality carbon fiber bundles can be produced with high carbonization yield with high productivity, and thus the production cost of carbon fiber bundles can be reduced.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本実施例で行った各種測定方法は、以下の通りである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
The various measurement methods performed in this embodiment are as follows.

「測定・評価」
<共重合体(組成物)および前駆体繊維束の組成測定>
共重合体(組成物)および前駆体繊維束の組成(各単量体単位の比率(質量%))は、H−NMR法により、以下のようにして測定した。
溶媒としてジメチルスルホキシド−d6溶媒を用い、共重合体(組成物)または前駆体繊維束を溶解させ、NMR測定装置(日本電子株式会社製、製品名:GSZ−400型)により、積算回数500回、測定温度80℃の条件で測定し、ケミカルシフトの積分比から各単量体単位の比率を求めた。
"Measurement / evaluation"
<Measurement of composition of copolymer (composition) and precursor fiber bundle>
The composition of the copolymer (composition) and the precursor fiber bundle (ratio of each monomer unit (mass%)) was measured by 1 H-NMR method as follows.
Using a dimethyl sulfoxide-d6 solvent as the solvent, dissolve the copolymer (composition) or precursor fiber bundle, and use an NMR measuring device (manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd., product name: GSZ-400 type) to integrate 500 times. The measurement was carried out under the condition of a measurement temperature of 80 ° C., and the ratio of each monomer unit was obtained from the integrated ratio of chemical shift.

<共重合体(組成物)の質量平均分子量の測定>
共重合体(組成物)の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(装置:東ソー株式会社製、製品名:HLC−8220GPC、カラム:東ソー株式会社製、製品名:TSK−GEL Super HZM−H(φ6.0mm×15cm)、展開溶媒:0.01mol/L−LiCl DMF溶液を用いて、ポリスチレンを標準物質として質量平均分子量を求めた。
<Measurement of mass average molecular weight of copolymer (composition)>
The mass average molecular weight of the copolymer (composition) is gel permeation chromatography (apparatus: manufactured by Toso Co., Ltd., product name: HLC-8220GPC, column: manufactured by Toso Co., Ltd., product name: TSK-GEL Super HZM-H. (Φ6.0 mm × 15 cm), developing solvent: 0.01 mol / L-LiCl DMF solution was used, and the mass average molecular weight was determined using polystyrene as a standard substance.

<前駆体繊維束の単繊維繊度の測定>
単繊維繊度とは、繊維1本の10000m当りの重さを意味する。前駆体繊維束を1.00mとり、その質量をフィラメント数で除した後、10000倍し、単繊維繊度とした。
<Measurement of single fiber fineness of precursor fiber bundle>
The single fiber fineness means the weight per 10000 m of one fiber. The precursor fiber bundle was taken at 1.00 m, its mass was divided by the number of filaments, and then multiplied by 10,000 to obtain a single fiber fineness.

<前駆体繊維束および耐炎化繊維束の繊維密度の測定>
前駆体繊維束および耐炎化繊維束の繊維密度は、JIS K 7112に基づく密度勾配管法により測定した。
<Measurement of fiber density of precursor fiber bundle and flame resistant fiber bundle>
The fiber densities of the precursor fiber bundle and the flame resistant fiber bundle were measured by the density gradient tube method based on JIS K 7112.

<炭素化収率の測定>
炭素化収率は、耐炎化繊維束の質量および炭素繊維束の質量を測定し、下記式より求めた。
炭素化収率(%)=(炭素繊維束の質量/耐炎化繊維束の質量)×100
<Measurement of carbonization yield>
The carbonization yield was calculated from the following formula by measuring the mass of the flame-resistant fiber bundle and the mass of the carbon fiber bundle.
Carbonization yield (%) = (mass of carbon fiber bundle / mass of flame-resistant fiber bundle) × 100

「実施例1」
<共重合体(Z1)の製造>
以下の試薬を原料として用いた。
・単量体(a):N−シアノエチルアクリルアミド
・単量体():メタクリル酸(和光純薬工業株式会社製、和光特級グレード、>99%)
・単量体():アクリロニトリル(関東化学株式会社製、特鹿級グレード、>98%)
・レドックス重合開始剤:
過硫酸アンモニウム(和光純薬工業株式会社製、和光特級グレード、>98%)
亜硫酸水素アンモニウム(和光純薬工業株式会社製、化学用グレード、45%〜55%

硫酸第一鉄(FeSO・7HO)(和光純薬工業株式会社製、和光特級グレード、99%〜102%)
・pH調整剤:
硫酸(和光純薬工業株式会社製、高純度特級グレード、>95%)
純水で6質量%水溶液の希硫酸に調整し、用いた。
・反応停止剤:
シュウ酸(和光純薬工業株式会社製、和光特級グレード、>98%)、炭酸水素アンモニウム(和光純薬工業株式会社製、和光一級グレード、>98%)
純水で0.456質量%シュウ酸、1.76質量%炭酸水素アンモニウムを含む水溶液に調整し、反応停止剤として用いた。
・重合媒体:純水(電気伝導度>5μS/cm)
"Example 1"
<Manufacturing of copolymer (Z1)>
The following reagents were used as raw materials.
Monomer (a): N-cyanoethylacrylamide Monomer ( c ): Methacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako Special Grade,> 99%)
-Monomer ( b ): Acrylonitrile (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., special deer grade,> 98%)
-Redox polymerization initiator:
Ammonium persulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade,> 98%)
Ammonium hydrogen sulfite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., chemical grade, 45% to 55%
)
Ferrous sulfate (Fe 2 SO 4 · 7H 2 O) ( Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade, 99% to 102%)
・ PH adjuster:
Sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., high-purity special grade,> 95%)
It was adjusted to dilute sulfuric acid in a 6% by mass aqueous solution with pure water and used.
・ Reaction terminator:
Oxalic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade,> 98%), ammonium hydrogen carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako first grade,> 98%)
An aqueous solution containing 0.456% by mass oxalic acid and 1.76% by mass ammonium hydrogencarbonate was prepared with pure water and used as a reaction terminator.
-Polymerization medium: pure water (electrical conductivity> 5 μS / cm)

容量2Lのセパラブルフラスコに純水を1.8L入れ、ダブルヘリカルリボン撹拌翼(SUS316製 W85mm×H150mm)で撹拌しながら、希硫酸を加えてpHが3.0になるように調整し、55℃に保持した。
次に、過硫酸アンモニウムの2.75質量%水溶液34.7g、亜硫酸水素アンモニウムの5.00質量%水溶液28.6g、硫酸第一鉄の6.0×10−4質量%水溶液9.1gを同セパラブルフラスコに投入して撹拌し均一化した。撹拌を継続しつつ、アクリロニトリル(AN)89質量部、シアノエチルアクリルアミド10.0質量部、メタクリル酸(MAA)1.00質量部、純水30.7質量部からなる単量体が均一に溶解された混合物238gをセパラブルフラスコに投入した。
セパラブルフラスコを55℃に保持して1時間攪拌を継続し、重合体スラリーを得た。
得られた重合体スラリーを撹拌しながら反応停止剤をpHが5.5になるまで加えて重合反応を停止させた。
次いで、重合スラリーを吸引濾過器により、70℃の水で3回洗浄濾過した後、2日間、70℃のスチーム乾燥機で加熱乾燥した後、粉砕し、共重合体(Z1)の粉末を得た。
得られた共重合体(Z1)の組成をNMRにより測定したところ、シアノエチルアクリルアミド単位が7.5質量%、アクリロニトリル単位が91.5質量%、メタクリル酸単位が1.0質量%であった。すなわち、共重合体(Z1)は、上記一般式(1)中のR、RおよびRがいずれも水素原子であり、Rがエチレン基である構造単位(A)7.5質量%と、上記式(2)中のRおよびRがいずれも水素原子である構造単位(B)91.5質量%と、メタクリル酸由来の構造単位(C)1.0質量%とで構成されている。
また、共重合体(Z1)の質量平均分子量を測定したところ、2.8×10であった。
Put 1.8 L of pure water in a separable flask with a capacity of 2 L, and while stirring with a double helical ribbon stirring blade (SUS316 W85 mm x H150 mm), add dilute sulfuric acid to adjust the pH to 3.0, 55 It was kept at ° C.
Next, 34.7 g of a 2.75 mass% aqueous solution of ammonium persulfate, 28.6 g of a 5.00 mass% aqueous solution of ammonium hydrogen sulfite, and 9.1 g of a 6.0 × 10 -4 mass% aqueous solution of ferrous sulfate were added. It was put into a separable flask and stirred to make it uniform. While continuing stirring, the monomer consisting of 89 parts by mass of acrylonitrile (AN), 10.0 parts by mass of cyanoethyl acrylamide, 1.00 parts by mass of methacrylic acid (MAA), and 30.7 parts by mass of pure water was uniformly dissolved. 238 g of the mixture was placed in a separable flask.
The separable flask was held at 55 ° C. and stirring was continued for 1 hour to obtain a polymer slurry.
While stirring the obtained polymer slurry, a reaction terminator was added until the pH reached 5.5 to stop the polymerization reaction.
Next, the polymerized slurry was washed and filtered with water at 70 ° C. three times with a suction filter, dried by heating in a steam dryer at 70 ° C. for two days, and then pulverized to obtain a powder of the copolymer (Z1). It was.
When the composition of the obtained copolymer (Z1) was measured by NMR, the cyanoethylacrylamide unit was 7.5% by mass, the acrylonitrile unit was 91.5% by mass, and the methacrylic acid unit was 1.0% by mass. That is, in the copolymer (Z1), the structural unit (A) 7.5 mass in which R 1 , R 2 and R 3 in the above general formula (1) are all hydrogen atoms and R 4 is an ethylene group. %, 91.5% by mass of the structural unit (B) in which R 5 and R 6 in the above formula (2) are both hydrogen atoms, and 1.0% by mass of the structural unit (C) derived from methacrylic acid. It is configured.
The measured weight average molecular weight of the copolymer (Z1), was 2.8 × 10 5.

<共重合体(Y1)の製造>
アクリロニトリル94.0質量%と、メタクリル酸1.00質量%と、アクリルアミド5.0質量%とからなる単量体混合物を用いた以外は、共重合体(Z1)と同様にして、共重合体(Y1)を得た。
得られた共重合体(Y1)の組成をNMRにより測定したところ、アクリロニトリル単位が96.3質量%、メタクリル酸単位が1.0質量%、アクリルアミド単位が2.7質量%であった。
また、共重合体(Y1)の質量平均分子量を測定したところ、4.2×10であった。
<Manufacturing of copolymer (Y1)>
A copolymer in the same manner as the copolymer (Z1) except that a monomer mixture consisting of 94.0% by mass of acrylonitrile, 1.00% by mass of methacrylic acid and 5.0% by mass of acrylamide was used. (Y1) was obtained.
When the composition of the obtained copolymer (Y1) was measured by NMR, the acrylonitrile unit was 96.3% by mass, the methacrylic acid unit was 1.0% by mass, and the acrylamide unit was 2.7% by mass.
The measured weight average molecular weight of the copolymer (Y1), was 4.2 × 10 5.

<前駆体繊維束の製造>
得られた共重合体(Z1)と共重合体(Y1)とを質量比(共重合体(Z1):共重合体(Y1))=1:1で混合して、共重合体組成物(X1)とした。得られた共重合体組成物(X1)をジメチルアセトアミド(DMAc)に溶解して濃度21質量%の紡糸原液を調製した。この紡糸原液を湿式紡糸法にて紡糸し、前駆体繊維束を得た。凝固浴としては、DMAcの濃度が67質量%であり、温度が38℃であるDMAc水溶液を用いた。
得られた前駆体繊維束の単繊維繊度は1.2dtex、フィラメント数400、繊維密度は1.19g/cmであった。また、前駆体繊維束の組成をNMRにより測定したところ、シアノエチルアクリルアミド単位が3.8質量%、アクリロニトリル単位が93.8質量%、メタクリル酸単位が1.0質量%、アクリルアミド単位が1.4質量%であった。
<Manufacturing of precursor fiber bundle>
The obtained copolymer (Z1) and the copolymer (Y1) are mixed at a mass ratio (copolymer (Z1): copolymer (Y1)) = 1: 1 to form a copolymer composition (copolymer composition). It was set to X1). The obtained copolymer composition (X1) was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) to prepare a spinning stock solution having a concentration of 21% by mass. This spinning stock solution was spun by a wet spinning method to obtain a precursor fiber bundle. As the coagulation bath, an aqueous solution of DMAc having a concentration of DMAc of 67% by mass and a temperature of 38 ° C. was used.
The single fiber fineness of the obtained precursor fiber bundle was 1.2 dtex, the number of filaments was 400, and the fiber density was 1.19 g / cm 3 . Moreover, when the composition of the precursor fiber bundle was measured by NMR, the cyanoethyl acrylamide unit was 3.8% by mass, the acrylonitrile unit was 93.8% by mass, the methacrylic acid unit was 1.0% by mass, and the acrylamide unit was 1.4. It was% by mass.

<耐炎化繊維束の製造>
熱風循環式耐炎化炉を用い、260℃の加熱空気中で得られた前駆体繊維束を20分間加熱して(耐炎化処理)、耐炎化繊維束を得た。
耐炎化処理時間が20分の場合の耐炎化繊維束の繊維密度は1.35g/cmであった。
<Manufacturing of flame-resistant fiber bundles>
Using a hot air circulation type flame-resistant furnace, the precursor fiber bundle obtained in heated air at 260 ° C. was heated for 20 minutes (flame-resistant treatment) to obtain a flame-resistant fiber bundle.
When the flame-resistant treatment time was 20 minutes, the fiber density of the flame-resistant fiber bundle was 1.35 g / cm 3 .

<炭素繊維束の製造>
得られた耐炎化繊維束を熱重量測定装置(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、「STA7300」)を用い、以下のようにして窒素雰囲気で加熱して、炭素繊維束を得た。
まず、窒素を導入した状態で耐炎化繊維束を30℃で45分保持した後、最高到達温度1400℃まで昇温速度20℃/分で昇温し、炭素繊維束を得た。雰囲気温度の上昇による繊維の質量変化から炭素化収率を算出した。具体的には、1400℃での炭素繊維束の質量を、昇温前の耐炎化繊維束の質量で除して炭素化収率を算出した。結果を表1に示す。
<Manufacturing of carbon fiber bundles>
The obtained flame-resistant fiber bundle was heated in a nitrogen atmosphere as follows using a thermogravimetric analyzer (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, "STA7300") to obtain a carbon fiber bundle.
First, the flame-resistant fiber bundle was held at 30 ° C. for 45 minutes with nitrogen introduced, and then the temperature was raised to a maximum temperature of 1400 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min to obtain a carbon fiber bundle. The carbonization yield was calculated from the change in fiber mass due to the rise in atmospheric temperature. Specifically, the carbonization yield was calculated by dividing the mass of the carbon fiber bundle at 1400 ° C. by the mass of the flame-resistant fiber bundle before the temperature rise. The results are shown in Table 1.

「実施例2」
<共重合体(Z2)の製造>
アクリロニトリル84.0質量%と、メタクリル酸1.00質量%と、シアノエチルアクリルアミド15.0質量%とからなる単量体混合物を用いた以外は、共重合体(Z1)と同様にして、共重合体(Z2)を得た。
得られた共重合体(Z2)の組成をNMRにより測定したところ、シアノエチルアクリルアミド単位が10.0質量%、アクリロニトリル単位が89.0質量%、メタクリル酸単位が1.0質量%であった。すなわち、共重合体(Z2)は、上記一般式(1)中のR、RおよびRがいずれも水素原子であり、Rがエチレン基である構造単位(A)10.0質量%と、上記式(2)中のRおよびRがいずれも水素原子である構造単位(B)89.0質量%と、メタクリル酸由来の構造単位(C)1.0質量%とで構成されている。
また、共重合体(Z2)の質量平均分子量を測定したところ、8.0×10であった。
"Example 2"
<Manufacturing of copolymer (Z2)>
The same weight as the copolymer (Z1) except that a monomer mixture consisting of 84.0% by mass of acrylonitrile, 1.00% by mass of methacrylic acid, and 15.0% by mass of cyanoethylacrylamide was used. A coalescence (Z2) was obtained.
When the composition of the obtained copolymer (Z2) was measured by NMR, the cyanoethylacrylamide unit was 10.0% by mass, the acrylonitrile unit was 89.0% by mass, and the methacrylic acid unit was 1.0% by mass. That is, in the copolymer (Z2), the structural unit (A) 10.0 mass in which R 1 , R 2 and R 3 in the above general formula (1) are all hydrogen atoms and R 4 is an ethylene group. %, The structural unit (B) 89.0% by mass in which R 5 and R 6 in the above formula (2) are both hydrogen atoms, and the structural unit (C) 1.0% by mass derived from methacrylic acid. It is configured.
The measured weight average molecular weight of the copolymer (Z2), was 8.0 × 10 5.

<前駆体繊維束の製造>
得られた共重合体(Z2)と共重合体(Y1)とを質量比(共重合体(Z2):共重合体(Y1))=1:9で混合して得られた共重合体組成物(X2)を用いた以外は、実施例1と同様にして前駆体繊維束の製造を製造した。
得られた前駆体繊維束の単繊維繊度は1.2dtex、フィラメント数400、繊維密度は1.19g/cmであった。また、前駆体繊維束の組成をNMRにより測定したところ、シアノエチルアクリルアミド単位が1.0質量%、アクリロニトリル単位が95.6質量%、メタクリル酸単位が1.0質量%、アクリルアミド単位が2.4質量%であった。
<Manufacturing of precursor fiber bundle>
Copolymer composition obtained by mixing the obtained copolymer (Z2) and the copolymer (Y1) at a mass ratio (copolymer (Z2): copolymer (Y1)) = 1: 9. The production of the precursor fiber bundle was produced in the same manner as in Example 1 except that the product (X2) was used.
The single fiber fineness of the obtained precursor fiber bundle was 1.2 dtex, the number of filaments was 400, and the fiber density was 1.19 g / cm 3 . Moreover, when the composition of the precursor fiber bundle was measured by NMR, the cyanoethyl acrylamide unit was 1.0% by mass, the acrylonitrile unit was 95.6% by mass, the methacrylic acid unit was 1.0% by mass, and the acrylamide unit was 2.4. It was% by mass.

<耐炎化繊維束および炭素繊維束の製造>
得られた前駆体繊維束を用いた以外は、実施例1と同様にして耐炎化繊維束および炭素繊維束し、炭素化収率を算出した。結果を表1に示す。
なお、耐炎化処理時間が20分の場合の耐炎化繊維束の繊維密度は1.34g/cmであった。
<Manufacturing of flame-resistant fiber bundles and carbon fiber bundles>
Except for using the obtained precursor fiber bundle, the flame-resistant fiber bundle and the carbon fiber bundle were bundled in the same manner as in Example 1, and the carbonization yield was calculated. The results are shown in Table 1.
When the flame-resistant treatment time was 20 minutes, the fiber density of the flame-resistant fiber bundle was 1.34 g / cm 3 .

「比較例1」
<前駆体繊維束の製造>
共重合体(Z1)を用いなかった(すなわち、共重合体(Y1)のみを使用した)以外は、実施例1と同様にして前駆体繊維束を製造した。
得られた前駆体繊維束の単繊維繊度は1.2dtex、フィラメント数400であった。
"Comparative Example 1"
<Manufacturing of precursor fiber bundle>
A precursor fiber bundle was produced in the same manner as in Example 1 except that the copolymer (Z1) was not used (that is, only the copolymer (Y1) was used).
The single fiber fineness of the obtained precursor fiber bundle was 1.2 dtex and the number of filaments was 400.

<耐炎化繊維束および炭素繊維束の製造>
得られた前駆体繊維束を用いた以外は、実施例1と同様にして耐炎化繊維束および炭素繊維束し、炭素化収率を算出した。結果を表1に示す。
なお、耐炎化処理時間が20分の場合の耐炎化繊維束の繊維密度は1.33g/cmであった。
<Manufacturing of flame-resistant fiber bundles and carbon fiber bundles>
Except for using the obtained precursor fiber bundle, the flame-resistant fiber bundle and the carbon fiber bundle were bundled in the same manner as in Example 1, and the carbonization yield was calculated. The results are shown in Table 1.
When the flame-resistant treatment time was 20 minutes, the fiber density of the flame-resistant fiber bundle was 1.33 g / cm 3 .

Figure 0006900728
Figure 0006900728

表1から明らかなように、共重合体組成物(X1)または共重合体組成物(X2)からなる前駆体繊維束を耐炎化処理および炭素化処理した各実施例の炭素繊維束は、構造単位(A)を含まない共重合体(Y1)のみを用いた比較例1の炭素繊維束に比べて、炭素化収率が高かった。
また、共重合体組成物(X1)および共重合体組成物(X2)は、紡糸原液とした状態で紡糸した際に、断糸が発生せず、紡糸性が極めて良好であった。
As is clear from Table 1, the carbon fiber bundles of the respective examples in which the precursor fiber bundle composed of the copolymer composition (X1) or the copolymer composition (X2) was flame-resistant and carbonized have a structure. The carbonization yield was higher than that of the carbon fiber bundle of Comparative Example 1 in which only the copolymer (Y1) containing no unit (A) was used.
Further, the copolymer composition (X1) and the copolymer composition (X2) did not cause yarn breakage when spun in the state of being a spinning stock solution, and the spinnability was extremely good.

Claims (2)

下記一般式(1)で表される構造単位(A)を0.5〜30質量%、および下記一般式(2)で表される構造単位(B)を70〜99.5質量%含有する、炭素繊維前駆体アクリル繊維。
Figure 0006900728
(式(1)中、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基であり、Rは炭素数1〜12のアルキレン基または炭素数6〜12のアリーレン基である。)
Figure 0006900728
(式(2)中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、スルフヒドリル基、ニトリル基、ニトロ基、ホスホノ基、スルホン基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のアルキルオキシ基、炭素数6〜12のアリールオキシ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜12のアリールチオ基または炭素数1〜13のアシル基である。)
It contains 0.5 to 30% by mass of the structural unit (A) represented by the following general formula (1) and 70 to 99.5% by mass of the structural unit (B) represented by the following general formula (2). , Carbon fiber precursor acrylic fiber.
Figure 0006900728
(In formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are independently hydrogen atom, hydroxy group, amino group, sulfhydryl group, nitrile group, nitro group, phosphono group, sulfone group, halogen atom and carbon number. Alkyl groups 1 to 12, aryl groups with 6 to 12 carbon atoms, alkyloxy groups with 1 to 12 carbon atoms, aryloxy groups with 6 to 12 carbon atoms, alkylthio groups with 1 to 12 carbon atoms, 6 to 12 carbon atoms an arylthio group or an acyl group having a carbon number of 1 to 13, R 4 is an alkylene group or an arylene group having 6 to 12 carbon atoms having 1 to 12 carbon atoms.)
Figure 0006900728
In formula (2), R 5 and R 6 are independently hydrogen atom, hydroxy group, amino group, sulfhydryl group, nitrile group, nitro group, phosphono group, sulfone group, halogen atom, and carbon number 1-12. Alkyl group, aryl group having 6 to 12 carbon atoms, alkyloxy group having 1 to 12 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 12 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, arylthio group having 6 to 12 carbon atoms. Alternatively, it is an acyl group having 1 to 13 carbon atoms.)
請求項1に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維で構成される繊維束を酸化性雰囲気中、90分以下の時間、220〜300℃で加熱した後、不活性ガス雰囲気中、800〜2000℃で加熱する、炭素繊維束の製造方法。 The fiber bundle composed of the carbon fiber precursor acrylic fiber according to claim 1 is heated at 220 to 300 ° C. in an oxidizing atmosphere for 90 minutes or less, and then at 800 to 2000 ° C. in an inert gas atmosphere. A method for producing a carbon fiber bundle to be heated.
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