JPH0333222A - 炭素繊維開繊ローラ - Google Patents

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】 本発明は、一般には炭素繊維（本明細書にて「炭素Ｆａ
維」とは特に明記しない場合には炭素繊維のみならず黒
鉛＃Ｉ＃１をも含めて使用する。）の製造方法に関する
ものであり、特に１次素質ピッチから融膠着のない高品
質の炭素繊維を製造する際に好適に使用される開繊ロー
ラに関するものである。

差速Ｊと忠適 現在、レーヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維ａ並びにピツチ
系炭素繊維は種々の技術分野にて広く使用されるに至り
、特に、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質ピッチ
から製造されるピッチ系炭素繊維は、レーヨン系やＰＡ
Ｎ系の炭素ｍ維に比較して炭化収率が高く、弾性率等の
物理的特性も優れており、更に低コストにて製造し得る
という利点を有しているために近年注目を浴びている。

現在、ピッチ系炭素繊維は、 （１）石油系ピッチ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適
した炭素質ピッチを調製し、該炭素質ピッチを加熱溶融
して紡糸機にて紡糸し、集束してピツチ繊維束を製造し
、 （２）前記ピッチ繊維束を不融化炉で酸化性雰囲気下に
て２００〜３５０℃までに加熱して不融化し、 （３）引き続いて、該不融化された繊維束を予備炭化炉
で不活性雰囲気下にて５００−１５００℃まで加熱して
予備炭化し、 （４）次いで、予ｆＩｒ４炭化されたｔａ繊維束焼成炉
で不活性雰囲気下にて１５００〜２０００℃まで加熱し
て炭化して、更には３０００℃まで加熱して黒鉛化する
こと、 により製造されている。

が　　しよ−　　る しかしながら、炭化或いは黒鉛化（本明細書では特に明
記しない場合には炭化、黒鉛化を含めて「焼成」という
、）処理された炭素ｍ、ＩＩｋは、前の工程にて使用さ
れた集束剤、サイジング剤などの油剤によって、又、熱
処理時に発生する分解ガスによって、更にはピッ千ｍ維
自体が有している成分によって、炭素繊維を構成してい
る１００−１ｏｏｏｏｏ本の単糸（フィラメント）が互
いに融着したり、或いは膠着したりしており、炭素繊維
の物性低下、複合材料とした場合の均質性の低下などを
生ぜしめる原因となっていることが分かっている。

本明細書にて「融着」とは複数本のフィラメントが一つ
の組織を形成する程度に結合し一体化した状態を意味し
、「膠着」とは複数本のフィラメントが単に接触した状
態にて結合しており、各フィラメントの組織は一体化せ
ず別々にイｆ在している状態を意味する。

このような問題を解決するために、焼成された炭素ｍ雌
を複数個のローラの間を通して強制的に屈曲せしめ機械
的に炭素繊維の融着或いはＮＩＲを解除するローラ開繊
方法が−・般に採用されている。

斯るローラ開繊方法にて使用される開繊ローラは１通常
直径５〜３５ｍｍの円形断面のローラとされる。このよ
うな開繊ローラを使用して、焼成された炭素繊維を開繊
するには、炭素繊維を相当厳しく屈曲させる、即ち「し
ごく」ことを必要とし、炭素繊維にとって好ましくない
毛羽立ちが発生した。

本発明者らは、上記従来の開繊方法の問題点を解決する
べく多くの研究実験を行なった結果、開繊ローラの外周
面に軸線方向に沿って複数の角部を形成し、該外周面に
炭素繊維を巻き付けることによって炭素繊維の開繊作業
を相当に緩和することができ、得られた炭素繊維の毛羽
立ちを著しく減少することができることを見出した。又
、角部の先端は、巻き付けられた炭素ｍ！ｉを切断しな
いように丸みが形成されることが重要である。

本発明は斯る新規な知見に基きなされたものである。

従って、本発明の目的は、各フィラメント間に膠着及び
融着のない、しかも毛羽立ちを著しく減少して開繊する
ことができ、それによって優れた物性を示す炭素繊維を
得ることのできる開繊ローラを提供することである。

るための 上記目的は本発明に係る開繊ローラにて遠戚される。要
約すれば本発明は、繊維束を巻き付ける外周面に軸線方
向に沿って複数の角部が形成され、該角部の先端は丸み
を有することを特徴とする炭素繊維開繊ローラである。

好ましくは、角部先端の丸みは半径が５〜３５　ｍ　ｍ
の湾＋ｆｈ形状とされる。又、開繊ローラは、好ましく
は４〜３０の角部を有した多角形のローラ、或いは歯車
形状とされる。

実）Ｌ倒 次に、本発明に係る開繊ローラを図面に即して更に詳し
く説明する。

第１図を参照すると、本発明の一実施例に係る開繊ロー
ラを使用したローラ開繊装置が概略図示される。

本実施例によると、ローラ開繊装置ｌは、少なくとも１
個の、本実施例では１個の開繊ローラ２と、開繊ローラ
２へと繊維束Ｆを導くために該開繊ローラ２の上方に配
置された入口案内ローラ４と、開繊ローラ２からｍ＃ｌ
東Ｆを引き取るために該開繊ローラ２の上方に配置され
た出口案内ローラ６とを有する。

このようなローラ開繊装２ｔｌに導入され、開繊作業を
受ける繊維束Ｆとしては、焼成された炭素繊維であって
もよく、場合によっては、不融化工程或いは予備炭化工
程を終えたｍｗｉ束であってもよい。

本発明に従えば、開繊ローラ２は繊維束Ｆが巻き付けら
れる外周面に軸線方向に沿って複数の角部８が形成され
る０本実施例で開繊ローラ２は、断面形状が６角形のロ
ーラとされ、従って角部８は６角形ローラの各辺部が交
差する角部とされる。ただし、各角部８は、巻き付けら
れた繊維束Ｆを切断しないように、その先端部には丸み
が形成される。好ましくは、該角部先端の丸みは、第２
図に図示されるように、半径Ｒが５〜３５ｍｍの湾曲形
状に形成される。

斯る開繊ローラ２は、固定した状態で使用することもで
き、又、繊維束Ｆと同じ速度で或いは異なる速度で回転
させることもできる。又、開繊ローラ２は、ローラ軸線
と水平方向に、或いはローラ軸線に対して垂直方向に振
動させなから開繊操作を行なってもよい。

又、開繊ローラ２の最大外径りは５〜２００ｍｍが好適
であり、好ましくは断面形状は４〜３０角形とされる。

又、角部８の先端には丸みが形成され、好ましくは上述
したように半径Ｒが５〜３５ｍｍとされる湾曲形状とさ
れる。更に、限定されるものではないが、巻き付は角度
（θ）は２７０度より小さくされるのが好適である。

案内ローラ４．６は、任意の径のローラを使用すること
ができ、通常直径（ＤＯ）は４０〜２００ｍｍ程度のロ
ーラとされる。開繊ローラ２及び案内ローラ４．６は、
任意の材料にて形成し７するが、ステンレス鋼にて作製
されるのが好ましい。

更に、開繊ローラ２は、第１図に一点鎖線で図示される
ように、開繊液１２が貯溜された貯槽１４内に配置され
るのが好適である。開繊液１２は、開繊ローラ２による
開繊作用によって繊維型より除去された膠着原因物質及
びｍ線束に付着している油剤を溶解し易い溶液が好適で
あり、不融化工程後の開繊においては、水とエタノール
を５０７５０（重量％）の割合で混合した溶液が使用さ
れ、予備炭化工程及び焼成工程後の開繊においては、水
酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのア
ルカリ水溶液、好ましくはＯ〜８０　”Ｃ５５〜５０％
の水酸化ナトリウム水溶液が使用される。必要に応じて
、貯槽１４内に超音波装若を設置し、開繊液１２に１５
〜１００キロヘルツの超音波振動を与えることもできる
。

上記実施例では、案内ローラ４．６は円形断面のローラ
であるとして説明したが、第３図に図示されるように、
開繊ローラ２と同じ形状の、本実施例では６角形のロー
ラを使用することもできる。このとき案内ローラ４．６
は、固定した状態で使用することもでき、又、繊維束Ｆ
と同じ速度で或いは異なる速度で回転させることもでき
る。

更に、本発明の開繊ローラ２は、第４図に図示されるよ
うに、複数の突起１０を有した歯車形状に形成すること
もできる０本実施例にて突起ｌＯは、６個形成され、従
って角部８は１２個形成されることとなる。つまり、１
２角形ローラと同等の効果を有している。又、角部８は
、第２図に図示される実施例と同様に、半径Ｒが５〜３
５ｍｍ程度にて丸くされるのが好ましい。

以下、本発明に係る開繊ローラを実施例について更に詳
しく説明する。

実施例１ 炭素繊維の製造に使用するピッチ繊維を製造するに当り
、光学的異方性相を約５５％含イ１し、軟化点が２３２
℃である炭素質ピッチを前駆体ピッチとして使用した。

この前駆体ピッチを遠心分離により光学的異方性相の多
いピッチと光学的等方性相の多いピッチとを連続的に分
離し、それぞれ抜き出した。

得られた光学的異方性相を多く含むピッチは、光学的異
方性相を９８％含み、軟化点は２６５℃、キノリンネ溶
分は２９．５％であった。該炭素繊維用ピッチを５００
孔の紡糸口金を右する溶融紡糸機（ノズル孔径：直径０
．３ｍｍ）に通し、３５５℃で２００ｍｍＨＨの窒素ガ
ス圧で押し出して紡糸した。

紡糸した５００本のフィラメントはエアーサッカーで略
集束してオイリングローラに導き、糸に対して約０．２
重量％の割合で集束用油剤を供給し、５００フイラメン
トから戊るピッチ繊維束を形成した。抽剤としては、２
５℃における粘度が１４ｃｓｔのメチルフェニルポリシ
ロキサンを使用した。

該ピッチ繊維束は、ノズル下部に設けた高速で回転する
直径２１０ｍｍ、　Ｉｔ＠２００ｍｍノステンレス鋼製
のボビンに巻き取り、約５００ｍ／分の巻き取り速度で
１０分間紡糸した。ボビン１回転当たりのトラバースの
ピッチはＬ　Ｏｍ　ｍ　７１回転であった。紡糸の間に
糸切れは発生しなかった。

次いで、ピッチ繊維束を巻いた前記ボビン６個を解舒し
、そしてオイリングローラを使用して耐熱性油剤を付与
しながら合糸し、３０００フイラメントから成るピッチ
繊維束を形成し、他のステンレス製ボビンに巻取った。

合糸時に油剤としては２５℃で４０ｃｓｔのメチルフェ
ニルポリシロキサン（フェニル基含有量４５モル％）を
使用した。付与量は糸に対し０゜５％であった・ 上述にて製造されたピッチ繊維束Ｆを、通常の態様にて
最高温度３１０℃にて不融化し、最高温度１１００℃に
て予＃ｉＩ炭化し、且つ最高温度２５００℃にて焼威し
炭素繊維ＩＦとした。

炭素繊維ｉＦは、第１図に図示されるローラ開繊装置ｌ
に０．７ｍ／ｍｉｎにて通糸した。繊維束Ｆには２００
ｇのテンションがかけられた。

開繊ローラ２は、６角形の多角形ローラとされ、その最
大直径（Ｄ）は１００ｍｍであり、巻き付は角度（θ）
は１８０度であった。又、角部８の先端丸み半径Ｒは１
５ｍｍとされた。

又、本実施例では開繊ローラ２は開繊液１２を右する貯
槽１４内に配置され、開繊液１２としては、６０℃、濃
度３０％（重量）の水酸化ナトリウム水溶液を使用した
。

このようにして開繊処理された炭素繊維Ｆは膠着が除去
（脱Ｉｌ１着）され、しなやかなものであった。この炭
素繊維Ｆの膠着度は１９％であった。

本明細書にて、膠着度（％）は、３０００フイラメント
から成る繊維束を３ｍｍ幅に切り取り、これをエタノー
ルに浸漬し、３０秒間エアーを吹込み、その後顕ｍ鏡下
で２０倍の倍率で膠着しているフイラメントの組木ａ　
（Ｎ）を数えることにより次の式にて求められる。

膠着度＝　（Ｎ／３０００）Ｘｉ　００　（％）又、該
）５素繊維についてＪ　Ｉ　５−Ｒ−０６０１に規定す
る樹脂含浸ストランド試験法により樹脂含浸ストランド
の引張強度を測定した結果そのストランド強度は３２０
Ｋｇ／ｍｔｎ”であった。

工曳逍ユ 開繊ローラ２として、直径（Ｄ）が１００ｍｍの断面が
円形のローラを使用した以外は、実施例１と同様の構成
にて且つ同じ炭素繊維を用いて開繊を行なった。

このようにして得られた炭素ｍ維ＦのＷＩ着度は６５％
であった・ 更に、この炭素繊維についてＪＩＳ−Ｒ−Ｄ６０１に規
定する樹脂含浸ストランド試験法により樹脂含浸ストラ
ンドの引張強度を測定した結果そのストランド強度は２
８０Ｋｇ／ｍｒｒｒ’であった。

及」Ｌ□」Ｌ里 以上説明したように、本発明に係る開繊ローラを使用し
て炭素繊維の開繊を行なえば、各フィラメント間に膠着
及び融着のない、且つ毛羽立ちのない優れた物性を示す
炭素繊維を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の開繊ローラを使用した開繊装置の一
実施例の概略構成図である。 第２図は、第１図の開繊ローラの部分拡大正面図である
。 第３図は１本発明の開繊ローラを使用した開繊装置の他
の実施例の概略構成図である。 第４図は、開繊ローラの他の実施例の正面図である。 第５図は、 第４図の開繊ローラの部分拡大正面 図である。 ｌ　： ローラ開Ｎ７／１装置 ２　： 開繊ロー フ ４． ６　： 案内ローラ ８　： 角部 ｌＯ：突起 １２：開繊液 第 図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）繊維束を巻き付ける外周面に軸線方向に沿って複数
   の角部が形成され、該角部の先端は丸みを有することを
   特徴とする炭素繊維開繊ローラ。 ２）角部先端の丸みは半径が５〜３５ｍｍの湾曲形状と
   される請求項１記載の炭素繊維開繊ローラ。