JPH01321913A

JPH01321913A - 炭素繊維用アクリル系プリカーサー繊維

Info

Publication number: JPH01321913A
Application number: JP15258788A
Authority: JP
Inventors: Toru Hiramatsu; 徹平松; Yoji Matsuhisa; 松久　要治; Masayoshi Washiyama; 正芳鷲山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-12-27
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0627368B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は炭素繊維用アクリル系プリカーサ−繊維、特に
耐炎化工程を非常に低温で行なうことができるアクリル
系プリカーサ−繊維に関する。

［従来技術］従来、アクリル系繊維を耐炎化し、その後炭化して炭素
繊維を製造するに際して、耐炎化処理としては２００〜
４００’Ｃの高温の酸化性雰囲気中で長時間の加熱処理
を必要とするのが通常であった。

しかしながら、この様な高温の長時間熱処理においては
、多量のエネルギー消費や低生産性などの経済上の問題
や、単繊維間の融着による強度低下などの品質上の問題
、さらには高温による糸切れなどのプロセス上の問題等
が惹起されるものであった。

上記の問題を回避するため多くの提案がなされている。

たとえば、特公昭４９−１４４０４号公報や特公昭５１
−６２４９号公報には主成分でおるアクリロニトリルに
５モル％以下のα−クロロアクリロニトリルを共重合す
ることにより、耐炎化時間が大幅に短縮でき、低生産性
の問題が解決されることが示されている。

［本発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記の改善技術等においても、耐炎化処
理温度は相変らず２００〜３００℃の高温を用いる必要
があり、このため前述の多量の工ネルギー消費の問題、
単繊Ｕ間の融着による強度低下などの品質上の問題や糸
切れなどプロセス上の問題は十分には解決できないもの
であった。

すなわち、本発明の課題は特に耐炎化工程を低温化し得
る炭素繊維用アクリル系プリカーサ−繊維を提供し、上
記従来技術の問題を解消することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の上記課題は、少なくとも６０モル％のα−クロ
ロアクリロニトリル単位を含有する重合体からなる炭素
繊維用アクリル系プリカーサ−繊維によって解決するこ
とができる。

すなわち、上記プリカーサ−繊維を用いることにより、
耐炎化処理を１００〜１８０’Ｃと極端な低温度で行な
うことが可能となり、その結果、大幅な省エネルギーと
なるだけではなく、単繊維間の融着による強度低下など
の品質上の問題や糸切れなどプロセス上の問題を解決す
ることができるのである。

本発明で用いられる重合体は、α−クロロアクリロニト
リル単位を６０モル％以上、好ましくは８５モル％以上
含有していることが必要である。

重合体に占めるα−クロロアクリロニトリル単位が６０
モル％未満であると、耐炎化温度が１８０°Ｃを超える
ため本発明の課題を解決することが困難となる。なお、
重合体中のα−クロロアクリロニトリル単位が９９モル
％を超えると、後述する製糸工程において吐出部での曳
糸性や延伸性の低下傾向があるため、１モル％以下の共
重合可能なモノマ単位を含有せしめることがより好まし
い。

本発明における重合体は、α−クロロアクリロニトリル
が６０モル％以上（共）重合された１種類の重合体でも
よく、α−クロロアクリロニトリルが６０モル％以上（
共）重合された２種類以上の重合体の混合物でもよく、
あるいはα−クロロアクリロニトリルが６０モル％以上
（共）重合された重合体とα−クロロアクリロニトリル
が６０モル％未満しか（共）重合されていない重合体と
の混合物であってもよい。

共重合上ツマとしては、アクリロニトリル、アクリル酸
、メタクリル酸、イタコン酸などを挙げることができる
が、特に限定されるものではなく、従来公知のものが用
いられる。

重合方法としても、特に限定されるものではなく、たと
えば水系懸濁重合法、溶液重合法などが挙げられる。

本発明においては、前記重合体はアクリル系プリカーサ
−繊維に製糸される。製糸方法としては、特に限定され
るものではなく、通常の湿式紡糸法、乾式紡糸法あるい
は乾湿式紡糸法などが用いられる。

得られたプリカーサ−繊維の特性としては、焼成して得
られる炭素繊維の物性の面から単糸直径が１０μｍ以下
であり、かつ広角Ｘ線回折法で測定される繊維軸方向の
配向度（π４００　）が８５％以上、より好ましくは９
０％以上とする。単糸直径が１０μｍより大きくなると
焼成過程で飛散するガス成分に起因すると考えられるミ
クロボイドの発生が顕著となって、炭素繊維の強度・弾
性率が低下する傾向があり好ましくない。

また繊維軸方向の配向度（π４００　）が８５％未満で
あると、焼成して得られる炭素繊維が低配向となるだけ
でなく、焼成過程で単糸間の融着が発生し、炭素繊維の
強度・弾性率が低下する傾向があり好ましくない。

なお、製糸工程における延伸などの加熱処理によってα
−クロロアクリロニトリル単位が部分的に耐炎化初期構
造や耐炎化構造に熱変性される場合があるが、これらは
本発明範囲に含まれる。

本発明のアクリル系プリカーサ−繊維は、１００〜１８
０’Ｃの温度で加熱耐炎化処理を行ない、その後不活性
雰囲気中で１３００’Ｃ以上の加熱炭化処理を行なって
炭素繊維に転換される。

耐炎化処理の雰囲気としては、窒素などの不活性雰囲気
を用いることも可能であるが、空気などの活性雰囲気を
用いることが耐炎化処理時間を短縮させる意味から、よ
り好ましい。

また炭化温度が１３００℃未満であると、得られる炭素
繊維の弾性率が低下する問題がある。

なお、上記の炭素繊維は、必要に応じてさらに表面処理
やサイジング処理を受けることができる。

α−クロロアクリロニトリル単位を６０モル％以上含有
する重合体からなるアクリル系プリカーサ−繊維におい
て、耐炎化処理を１００〜１８０℃と極端に低温で行な
える理由に関しては、α位の塩素が１００〜１８０’Ｃ
の低温で脱塩化水素反応を起して主鎖に共役二重結合を
導入するためと推測される。

本発明のアクリル系プリカーサ−繊維の分析（測定）は
下記の方法で行なった。

（１）重合体中のα−クロロアクリロニ１〜リル単位の
分析アクリル系プリカーサ−繊維をソックスレー抽出器を用
いて、メタノールを溶媒として約４時間抽出を行ない、
付着油剤を洗浄除去した後、乾燥する。その繊維を短く
切り刻み、約３００ｍｇを精秤し、１０ｒｔｖｎφのサ
ンプル管につめ、ジメチルホルムアミド約４．５ｍｌに
溶解する。

コレをＪＥＯＬ　　ＧＸ　　２７０　　ＦＴ−ＮＭＲ装
置を用いて重合体中のα−クロロアクリロニトリル量を
１３ＣＮＭＲ法にて定量した。

なお、定量方法の詳細は重合体中に含まれるモノマ単位
の種類に応じてＮＭＲ分析の専門分野で通常用いられて
いる手法によった。

（２）広角Ｘ線回折による繊維軸方向配向度の測定試料
的２０ｍｇ／４ｃｍを１部幅の金型にコロジオンで固め
て測定に供する。Ｘ線源としてＮｉフィルターで単色化
したＣｕのにα線（波長：　　１．５４１８人）を使用
シ、出力３５ＫＶ、１５ｍＡｒ測定し、２θ＝１７．０
’付近に観察される面指数（４００）のピークを円周方
向にスキャンして得られたピークの半値幅Ｈ（°）よりの式から求めた。

なお、ゴニオメータ−のスリット系としては２履φ、計
数管としてはシンチレーションカウンターを用いた。ス
キャン速度は４°／ｍｉｎ　、タイムコンスタント１秒
、チャートスピードは１部ｍ／ｍｉｎである。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

本例中、炭素繊維の物性評価は、ＪＩＳ−Ｒ７６０１に
規定される樹脂含浸ストランド試験法に準じて測定した
。なお、下記の樹脂処方を用い、硬化条件としては１３
０’Ｃ，３０分間とした。

樹脂処方；・”ＢＡＫＥＬＩＴＥ”　ＥＲＬ４２２’１１００部・３フツ化ホウ素モノエチルアミン（ＢＦ３Ｉ４ＥＡ）　　　　　　　　　　　３部・アセ
トン　　　　　　　　　　　　　３部実施例１ α−クロロアクリロニトリル９５モル％と、ポリアクリ
ロニトリル５モル％とを、クエン酸と燐酸水素ナトリウ
ムから調整した緩衝液によりｐＨ３にした水中に懸濁し
、触媒として過硫酸アンモニウムを用いて減圧下で４５
°Ｃで５０時間かけて重合した。

得られた重合体を、ジメチルホルムアミドに溶解して濃
度２２重量％の紡糸原液を作製した。

上記紡糸原液を孔径が０．０７＃φ、孔数が３０００の
紡糸口金を用いて濃度６５重量％のジメチルホルムアミ
ド水溶液中に吐出し、水洗後、熱水中で約４倍に延伸し
、シリコーン系油剤を付与した後、１１５°Ｃで乾燥緻
密化した。さらに１５０′Ｃの加圧スチーム中で約２倍
に延伸して単糸直径が約９μｍで、フィラメント数が３
０００本のアクリル系プリカーサ−繊維を得た。

上記ブリカーザー繊維中のα−クロロアクリロニトリル
の分析を行なったところ、約９４．５モル％であった。

なお、”’ＣＮＭＲによる分析は、α−クロロアクリロ
ニトリルのα位の炭素のピークの面積を８１とし、アク
リロニトリルのα位の炭素のピークの面積を８２とし、
α−クロロアクリロニトリル単位を式、 −１０＝から算出した。

また、広角Ｘ線回折による繊維軸方向の配向度（π４０
０　）を測定したところ、９１．５％であった。

上記プリカーサ−繊維を１５０℃の加熱空気中で３００
分間加熱処理して耐炎化繊維を得た。次に、この耐炎化
繊維を窒素雰囲気中で最高温度１５００℃で炭化して強
度４７０Ｋｙ／履２１弾性率２６ｔ／ｍ２の炭素繊維を
得た。

実施例２実施例１で得られた紡糸原液を用いて、実施例１と同様
にして吐出、水洗、熱水中約４倍延伸し、シリコーン系
油剤を付与した後、１１５°Ｃで乾燥緻密化して、単糸
直径が約１３μｍでフィラメント数が３０００本のアク
リル系プリカーサ−繊維を得た。

上記ブリカーサ−繊維中の広角Ｘ線回折による繊維軸方
向の配向度（π４００　）を測定したところ、８３％で
あった。

上記プリカーザー繊維を１５０’Ｃの加熱空気中で４０
０分間加熱処理した後、窒素雰囲気中で最高温度１５０
０’Ｃで炭化して炭素繊維を得た。

得られた炭素繊維の物性を測定したところ、強度か約３
５０Ｋｇ／ｍ　　、弾性率か約２０ｔ／ｍ”であった。

実施例３実施例１で得られた重合体と、ポリアクリロニトリルを
、α−クロロアクリロニトリル単位が約７０モル％にな
る割合に混合し、ジメチルホルムアミドに溶解して紡糸
原液を作製した。

上記紡糸原液を用いて、実施例１と同様にして製糸し、
単糸直径が約９μｍでフィラメント数が３０００本のア
クリル系プリカーサ−繊維を得た。

上記ブリカーザー繊維を１８０’Ｃの加熱空気中で３０
０分間加熱処理した後、窒素雰囲気中で最高温度１５０
０℃で炭化して、強度約４１０Ｋｇ／履　２弾性率約２
５ｔ／ｍ２の炭素繊維を得た。

実施例４実施例１と同様の方法で重合して、α−クロロアクリロ
ニトリル１００モル％の重合体を作製した。

上記重合体を用いて、実施例１と同様にして紡糸原液を
吐出し、水洗し、熱水中で延伸した。延伸倍率を４倍に
すると糸切れするため２．５倍に延伸した後、シリコー
ン系油剤を付与し、１１５°Ｃで乾燥緻密化した。さら
に１５０℃の加圧スチーム中で延伸したが、延伸倍率を
３倍にすると糸切れするため２倍に延伸し、単糸直径が
１１μｍでフィラメント数が３０００本のプリカーサ−
繊維を得た。

上記プリカーサ−繊維中の広角Ｘ線回折による繊維軸方
向の配向度（π４００　）を測定したところ、８７％で
あった。

上記プリカーサ−繊維を１４０’Ｃの加熱空気中で３５
０分間加熱処理した後、窒素雰囲気中で最高温度１５０
０℃で炭化して強度が約３９０Ｋｇ／履　１弾性率が約
２３ｔ／ｓ２の炭素繊維を得た。

比較例１実施例１で得られた重合体と、ポリアクリロニトリルを
、α−クロロアクリロニトリル単位が約５０モル％にな
る割合に混合し、ジメチルホルムアミドに溶解して紡糸
原液を作製した。

上記プリカーサ−繊維を１８０℃の加熱空気中で４００
分間加熱処理した後、窒素雰囲気中で最高温度１５００
’Ｃで炭化しようとしたが、耐炎化不充分のため糸切れ
した。

［発明の効果］本発明のアクリル系プリカーサ−繊維は、炭素繊維を製
造するに際して、耐炎化処理を１００〜１８０’Ｃと非
常に低温の加熱雰囲気中で行なうことを可能とするもの
であり、従来問題となった多量のエネルギー消費、炭素
繊維の低物性や耐炎化工程での糸切れなど、炭素繊維製
造上の諸問題が一挙に解決できるという、顕著な効果を
奏するのでおる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも６０モル％のα−クロロアクリロニト
リル単位を含有する重合体からなる炭素繊維用アクリル
系プリカーサー繊維。
（２）繊維の単糸直径が１０μｍ以下であり、かつ広角
Ｘ線回折法で測定される繊維軸方向の配向度（π＿４＿
０＿０）が８５％以上である特許請求の範囲第（１）項
記載の炭素繊維用アクリル系プリカーサー繊維。