JPH0378414B2 - - Google Patents

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JPH0378414B2
JPH0378414B2 JP10764686A JP10764686A JPH0378414B2 JP H0378414 B2 JPH0378414 B2 JP H0378414B2 JP 10764686 A JP10764686 A JP 10764686A JP 10764686 A JP10764686 A JP 10764686A JP H0378414 B2 JPH0378414 B2 JP H0378414B2
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fiber
weight
fibers
acrylonitrile
temperature
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Hiroyasu Ogawa
Hiroyuki Tsuruta
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Teijin Ltd
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Toho Rayon Co Ltd
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  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、高いストランド強度と低い比重を有
し、且つ、ガラス繊維に近いストランド弾性率を
有するアクリロニトリル系炭素質強化材繊維の集
合体に関する。このものは、柔軟性の高い、且
つ、軽量の成形物の成形に好適な強化繊維材料で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to an aggregate of acrylonitrile-based carbonaceous reinforcement fibers having high strand strength, low specific gravity, and strand modulus close to that of glass fibers. This is a reinforcing fiber material that is highly flexible and suitable for molding lightweight molded products.

〔背景技術〕[Background technology]

近年、炭素含有量95重量%以上の炭素繊維は、
高強度、高弾性率で、しかも、比重1.6〜1.9であ
るため、繊維束(ストランド)やチヨツプの形
で、各種のマトリツクス材、例えば、熱硬化性又
は熱可塑性プラスチツクと複合化されて、主とし
て航空機、自動車、スポーツ用品の分野に多用さ
れている。
In recent years, carbon fibers with a carbon content of 95% or more have been
Because it has high strength, high elastic modulus, and specific gravity of 1.6 to 1.9, it is mainly used in composites with various matrix materials, such as thermosetting or thermoplastic plastics, in the form of fiber bundles (strands) or chops. It is widely used in the fields of aircraft, automobiles, and sporting goods.

しかし、通常アクリル系繊維を前駆体として製
造される炭素繊維は、炭化の際に、45〜50重量
%の重量減を伴い、加えて、焼成温度に1000℃以
上が採用されるために、原料コスト、エネルギー
コストが高くなること、1000℃以上の高温の炉
と、それに用いる特殊な高温耐熱材とを必要とす
るために、設備コストも高くなることなどの理由
から、高価な製品となつていた。このような炭素
繊維は、高価であるにもかかわらず、強度、弾性
が高く且つガラス繊維に比較して比重が低く、物
理的に優れた材料であるため、品質を優先する分
野では多く使用されてきた。
However, carbon fibers, which are normally manufactured using acrylic fibers as precursors, suffer a weight loss of 45 to 50% during carbonization, and in addition, the firing temperature is over 1000°C, so the raw material It is an expensive product because of the high cost, energy cost, and the need for a high-temperature furnace of 1000℃ or more and special high-temperature heat-resistant materials used in it, which also increases equipment costs. Ta. Although carbon fiber is expensive, it is a physically superior material with high strength and elasticity and a lower specific gravity than glass fiber, so it is often used in fields where quality is a priority. It's here.

〔従来技術における問題点〕[Problems with conventional technology]

しかしながら、このような炭素繊維は弾性率が
高いために、軽量の、柔らかさに富んだスポーツ
用品、例えば、婦人用ゴルフクラブシヤフト、テ
ニスラケツト等用とした場合に硬くなりすぎ不適
当であつた。
However, since such carbon fibers have a high modulus of elasticity, they are too hard and unsuitable for use in lightweight, soft sports equipment such as women's golf club shafts and tennis rackets.

即ち、炭素繊維を強化材としてこれらを成形す
る場合には、通常プリプレグを経て成形される
が、プリプレグを製造する場合、繊維目付として
は10g/m2が精々であり、このような超薄物のプ
リプレグを製造することも、品質管理の面から容
易でなく、生産性も極めて低い。また、成形時に
取扱性も悪い。
In other words, when molding these using carbon fiber as a reinforcing material, the molding is usually done through prepreg, but when manufacturing prepreg, the fiber basis weight is at most 10 g/ m2 , and such ultra-thin materials It is not easy to manufacture prepregs from the viewpoint of quality control, and the productivity is extremely low. In addition, it has poor handling properties during molding.

プリプレグ繊維目付としては50〜200g/m2
ものが最も取扱いやすく、生産性も高いが、炭素
繊維をこのような目付のプリプレグとし、成形物
を製造した場合には、上記の問題点を生ずる。
Prepreg fibers with a basis weight of 50 to 200g/ m2 are easiest to handle and have high productivity, but if carbon fiber is used as prepreg with such a basis weight and molded products are manufactured, the above problems will occur. .

このような成形物製造のための強化材として、
ガラス繊維を単独使用するか、又は、ガラス繊維
と炭素繊維とを併用することが考えられるが、こ
のようにすると成形物が重くなり、長い時間のプ
レーには耐えられないものとなる。
As a reinforcing material for manufacturing such molded products,
It is conceivable to use glass fiber alone or to use glass fiber and carbon fiber in combination, but if this is done, the molded product will become heavy and cannot withstand long-term play.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、炭素繊維の上記のような欠点
を解決し、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維に
近い弾性率を有しつつ、従来の炭素繊維の特性を
兼ね備えた繊維を提供することにあり、これによ
り、炭素繊維の新たな用途を開発することにあ
る。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of carbon fiber and to provide a fiber that has an elastic modulus close to that of glass fiber and aromatic polyamide fiber, but also has the characteristics of conventional carbon fiber. , thereby developing new uses for carbon fiber.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明は下記の通りである。 The present invention is as follows.

炭素数含有率70〜90重量%、ストランド強度
250Kgf/mm2以上、ストランド弾性率13000Kgf/
mm2以上18000Kgf/mm2未満のアクリロニトリル系
炭素質強化材繊維の集合体。
Carbon number content 70-90% by weight, strand strength
250Kgf/mm2 or more , strand elastic modulus 13000Kgf/
An aggregate of acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fibers with a size of mm 2 or more and less than 18000 Kgf/mm 2 .

このようなアクリロニトリル系炭素質強化材繊
維集合体は、プリプレグとしたときには生産性が
高く、超低繊維目付のプリプレグとする必要がな
く、スクリムクロスとの併用も選択的であるた
め、柔軟性の高い、且つ、軽量の成形物の成形に
好適な強化繊維材料である。
Such acrylonitrile-based carbonaceous reinforcement fiber aggregates have high productivity when made into prepregs, do not need to be made into prepregs with ultra-low fiber weight, and can be selectively used in combination with scrim cloth, which improves flexibility. It is a reinforcing fiber material suitable for molding tall and lightweight molded products.

本発明において、アクリロニトリル系炭素質強
化材繊維とは、アクリロニトリル系繊維から誘導
された強化繊維材であり、アクリロニトリル系繊
維は少なくとも93重量%のアクリロニトリルを、
その重合体成分として含む重合体より既知の方法
にて紡糸し得られた繊維である。
In the present invention, the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcement fiber is a reinforcing fiber material derived from acrylonitrile-based fiber, and the acrylonitrile-based fiber contains at least 93% by weight of acrylonitrile.
It is a fiber obtained by spinning a polymer contained as a polymer component by a known method.

ここで集合体とは、繊維の束、シート、織物、
不織布、紙等である。
Aggregates here refer to fiber bundles, sheets, fabrics,
Nonwoven fabrics, paper, etc.

本発明の好適な使用例において用いるマトリツ
クス樹脂としては、繊維強化複合材料のマトリツ
クス樹脂として使われている通常の樹脂、例え
ば、不飽和ポリエステル樹脂、フエノール樹脂、
エポキシ樹脂等であるが、特に、本発明のアクリ
ロニトリル系炭素質強化材繊維は吸水性が高いこ
とからマトリツクス樹脂としてはエポキシ樹脂が
好ましい。
The matrix resin used in the preferred usage example of the present invention includes common resins used as matrix resins for fiber-reinforced composite materials, such as unsaturated polyester resins, phenolic resins,
Epoxy resins and the like are particularly preferred as the matrix resin, since the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fibers of the present invention have high water absorption.

硬化剤としては、それぞれのマトリツクス樹脂
に適合した既知のものが使用され得る。
As the curing agent, known curing agents that are compatible with each matrix resin can be used.

エポキシ樹脂の硬化剤系成分としてはジシアン
ジアミド、イミダゾール系化合物、ポリアミド系
化合物、酸無水物系硬化剤、3−(3,4−ジク
ロルフエニル)−1,1−ジメチル尿素などが使
用される。
As curing agent components of the epoxy resin, dicyandiamide, imidazole compounds, polyamide compounds, acid anhydride curing agents, 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea, etc. are used.

特に、エポキシ樹脂系にあつてはフエノール・
ノボラツク型エポキシ樹脂、ビスフエノールA型
エポキシ樹脂及びこれらの変成樹脂等の単独又は
混合樹脂が用いられる。第三成分として、粘度調
整剤(例えば、シリカ微粉末等の無機充填剤)、
ニトリルゴム等も用いられる。これらの樹脂組成
物の好ましい具体的配合比を例示すると、下記の
通りである。
In particular, for epoxy resin systems, phenol and
Single or mixed resins such as novolak type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, and modified resins thereof are used. As a third component, a viscosity modifier (for example, an inorganic filler such as fine silica powder),
Nitrile rubber and the like can also be used. Examples of preferred specific blending ratios of these resin compositions are as follows.

フエノール・ノボラツク型エポキシ樹脂50〜80
重量%とビスフエノールA型エポキシ樹脂50〜80
重量%とを含む樹脂混合物100重量部に対し、硬
化剤成分としてジシアンジアミド、3−(3,4
−ジクロルフエニル)−1,1−ジメチル尿素を
それぞれ0.5〜6重量部配合し、必要により粘度
調整剤を加えた系としたもので、配合後の粘度が
30〜300ポイズ(80℃)となるように調整したも
のが好ましい。
Phenol/novolac type epoxy resin 50~80
Weight% and bisphenol A type epoxy resin 50-80
dicyandiamide, 3-(3,4
-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (0.5 to 6 parts by weight), and if necessary, a viscosity modifier is added, so that the viscosity after blending is
It is preferable to adjust the temperature to 30 to 300 poise (80°C).

アクリロニトリル系炭素質強化材繊維集合体
に、樹脂組成物を含浸させるには、溶剤法、ホツ
トメルト法など既知の方法が採用される。
In order to impregnate the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fiber aggregate with the resin composition, known methods such as a solvent method and a hot melt method are employed.

アクリロニトリル系炭素質強化材繊維集合体と
マトリツクス樹脂の比は樹脂含量にして25〜50重
量%が適当である。成形物としたときの繊維含有
量として30〜60容量%となるようにするのがよ
い。
The appropriate ratio of the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fiber aggregate to the matrix resin is 25 to 50% by weight based on the resin content. The fiber content when formed into a molded product is preferably 30 to 60% by volume.

本発明のアクリロニトリル系炭素質強化材繊維
集合体は、長繊維のまま強化材繊維として使用す
るに適しているが、カツトフアイバーとして熱可
塑性樹脂の強化材繊維として、又は適量のパルプ
と混抄し樹脂を含浸硬化させシート状の成形物と
して利用することもできる。
The acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fiber aggregate of the present invention is suitable for use as a reinforcing fiber as long as it is, but it can also be used as a cut fiber as a reinforcing fiber for a thermoplastic resin, or mixed with an appropriate amount of pulp and used as a reinforcing fiber. It can also be used as a sheet-like molded product by impregnating and curing it.

本発明において炭素含有量は70〜90重量%であ
ることが必要である。炭素含有量が70重量%より
低いと、繊維の吸水性が高くなり適応するマトリ
ツクス樹脂の選定が困難になり、複合材料の性能
も低下する。炭素含有量が90重量%以下の場合、
樹脂との接着性が優れているため、通常の炭素繊
維に採用されているような表面処理を必要としな
いが、90重量%を超えると、樹脂との接着性が低
下し表面処理の必要性が生ずる。
In the present invention, the carbon content must be 70 to 90% by weight. If the carbon content is lower than 70% by weight, the water absorption of the fibers will increase, making it difficult to select a suitable matrix resin, and the performance of the composite material will also deteriorate. If the carbon content is less than 90% by weight,
Because it has excellent adhesion with resin, it does not require surface treatment like that used for ordinary carbon fibers, but if it exceeds 90% by weight, the adhesion with resin decreases and surface treatment is necessary. occurs.

ストランド強度は250Kgf/mm2以上である。ス
トランド強度が250Kgf/mm2未満では、強度が低
く、所望の性能とするためには、複合材料を肉厚
としなければならず、成形物の重量を増大させ
る。
Strand strength is 250Kgf/mm 2 or more. If the strand strength is less than 250 Kgf/mm 2 , the strength is low, and in order to achieve the desired performance, the composite material must be thick, which increases the weight of the molded product.

ストランド弾性率は13000Kgf/mm2以上18000/
mm2未満である。ストランド弾性率が13000Kgf/
mm2未満であると、弾性率が低くなりすぎ、成形物
の重量を増大させることとなる。逆に、18000Kg
f/mm2以上となると、成形物における強化材の使
用量を少なくするため、極めて薄いプリプレグを
作らなければならず、冒頭に述べた問題点の解決
にならない。
Strand elastic modulus is 13000Kgf/ mm2 or more 18000/
Less than mm2 . Strand elastic modulus is 13000Kgf/
If it is less than mm 2 , the elastic modulus will be too low and the weight of the molded product will increase. On the contrary, 18000Kg
If it exceeds f/mm 2 , an extremely thin prepreg must be made in order to reduce the amount of reinforcing material used in the molded product, which does not solve the problem mentioned at the beginning.

以上のような強化材繊維は、アクリロニトリル
系繊維から誘導されたものである。一般に炭素繊
維はレーヨン系、ピツチ系、アクリロニトリル系
等があるが、ピツチ系の場合、弾性率17000Kg
f/mm2だと強度は精々170Kgf/mm2程度しか得ら
れず、本発明のようなバランスの強化材繊維は得
られ難い。レーヨン系の場合は更に強度が低くな
る。ところがアクリロニトリル系繊維から誘導す
る場合、このバランスの強化材繊維が容易に得ら
れる。
The above-mentioned reinforcing fibers are derived from acrylonitrile fibers. In general, carbon fibers include rayon-based, pitch-based, acrylonitrile-based, etc., but in the case of pitch-based, the elastic modulus is 17000 kg
f/mm 2 , the strength is only about 170 Kgf/mm 2 at most, and it is difficult to obtain reinforcing fibers with the balance of the present invention. In the case of rayon, the strength is even lower. However, when derived from acrylonitrile fibers, reinforcing fibers with this balance can be easily obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

従来既知の炭素繊維は、95重量%を超える炭素
含有量を有するものであるが、本発明の集合体を
構成するアクリロニトリル系炭素質強化材繊維
は、炭素含有量が炭素繊維のそれよりはるかに低
く、耐炎繊維やその前駆体であるアクリロニトリ
ル系繊維のそれより高い。
Conventionally known carbon fibers have a carbon content of more than 95% by weight, but the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcement fibers constituting the aggregate of the present invention have a carbon content far greater than that of carbon fibers. It is lower than that of flame-resistant fibers and their precursor acrylonitrile fibers.

このような本発明のアクリロニトリル系炭素質
強化材繊維は、ストランド強度、繊維比重におい
て従来の炭素繊維に匹敵する性能を有し、ストラ
ンド弾性率においてガラス繊維・芳香族ポリアミ
ド繊維に近いか又は若干高い値を有する強化材繊
維である。
The acrylonitrile-based carbonaceous reinforcement fiber of the present invention has performance comparable to conventional carbon fiber in terms of strand strength and fiber specific gravity, and has a strand elastic modulus that is close to or slightly higher than glass fiber or aromatic polyamide fiber. It is a reinforcement fiber with a value.

本発明のアクリロニトリル系炭素質強化材繊維
の性能を示すと、下記の通りである。
The performance of the acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fiber of the present invention is as follows.

ストランド強度:250Kgf/mm2以上 ストランド弾性率:13000Kgf/mm2以上18000Kg
f/mm2未満 炭素含有量:70〜90重量% 比重:1.6〜1.9 複合材料引張り強度:100Kgf/mm2以上(Vf60容
量%換算) 複合材料引張り弾性率:5000Kgf/mm2以上
(Vf60容量%換算) 以上の通り、本発明はガラス繊維の比重よりは
るかに低く、弾性率はガラス繊維のそれに近い。
しかも、強度は炭素繊維の性能をも特異のバラン
スを持つ強化材繊維である。
Strand strength: 250Kgf/ mm2 or more Strand elastic modulus: 13000Kgf/ mm2 or more 18000Kg
Less than f/mm 2 Carbon content: 70-90% by weight Specific gravity: 1.6-1.9 Composite tensile strength: 100Kgf/mm 2 or more (converted to Vf60 volume%) Composite tensile modulus: 5000Kgf/mm 2 or more (Vf60 volume%) Conversion) As described above, the specific gravity of the present invention is much lower than that of glass fiber, and the elastic modulus is close to that of glass fiber.
Moreover, it is a reinforcing fiber with a unique balance of strength and performance compared to carbon fiber.

本発明のアクリロニトリル系炭素質強化材繊維
は、次のようにして得ることができる。アクリロ
ニトリル系繊維は、93重量%以上のアクリロニト
リルと共重合可能な公知のコモノマーとを共重合
して得た繊維で、特に、コモノマーとしては、ア
クリル酸メチル1〜5重量%、メタリルスルホン
酸ソーダ0.1〜0.5重量%、又は、イタコン酸0.5〜
1.5重量%から選択された成分とから成る分子量
30000〜100000、分子配向度85%以上、単繊維デ
ニール0.1〜1.0、100〜100000本の繊維束が好ま
しい。耐炎化は、該アクリロニトリル系繊維束を
酸化性雰囲気、主として空気中で多段ローラー群
を有する耐炎化炉にて、該繊維の分解温度より10
〜60℃低い温度で段階的に昇温しながら、張力下
にて連続的に通して繊維の比重を1.33〜1.40とす
る。特に、本発明の強化材繊維を得るためには、
アクリロニトリル系繊維のX線回折角2θ=17°の
配向度を、耐炎繊維としたとき80%以上保持する
ように張力と温度をかけて耐炎化することが好ま
しく、とりわけ、該アクリロニトリル系繊維の2θ
=17°における配向度が、88%以上の繊維を張力、
100〜300mg/dにて、耐炎化することが一層好ま
しい。張力100mg/d未満の場合は、得られる炭
素質繊維の弾性率が低く、また、張力300mg/d
を超える場合は、該炭素質繊維の毛羽が極めて多
くなるため束としての所要品質上問題となる傾向
がある。
The acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fiber of the present invention can be obtained as follows. Acrylonitrile fiber is a fiber obtained by copolymerizing 93% by weight or more of acrylonitrile with a known comonomer that can be copolymerized.In particular, the comonomer includes 1 to 5% by weight of methyl acrylate, sodium methallylsulfonate, etc. 0.1-0.5% by weight, or itaconic acid 0.5-
Molecular weight consisting of 1.5% by weight of selected components
A fiber bundle of 30,000 to 100,000, a molecular orientation degree of 85% or more, a single fiber denier of 0.1 to 1.0, and 100 to 100,000 fibers is preferable. Flame resistance is achieved by heating the acrylonitrile fiber bundle in an oxidizing atmosphere, mainly air, in a flame resistance furnace equipped with a multi-stage roller group, at a temperature of 10°C above the decomposition temperature of the fibers.
The specific gravity of the fibers is adjusted to 1.33 to 1.40 by continuously passing the fibers under tension while gradually increasing the temperature by ~60°C. In particular, in order to obtain the reinforcing fibers of the present invention,
It is preferable to make the acrylonitrile fiber flame resistant by applying tension and temperature so that the degree of orientation at the X-ray diffraction angle 2θ = 17° is maintained at 80% or more when made into a flame resistant fiber.
Tension is applied to fibers with an orientation degree of 88% or more at =17°,
It is more preferable to achieve flame resistance at 100 to 300 mg/d. When the tension is less than 100 mg/d, the elastic modulus of the carbonaceous fiber obtained is low;
If it exceeds this, the carbonaceous fibers will have an extremely large amount of fuzz, which tends to cause problems in terms of the required quality of the bundle.

耐炎化温度については、耐炎化に伴う繊維と酸
素との反応と、繊維中のニトリル基の環化反応と
が、繊維断面に均一に起るような温度で段階的に
高温にすることが適当である。好ましくは、該ア
クリロニトリル系繊維の空気中における分解温度
よりも10〜60℃低い温度で開始し、分解温度より
20〜30℃低い温度に段階的に昇温することが好ま
しい。
Regarding the flame resistance temperature, it is appropriate to increase the temperature in stages so that the reaction between the fiber and oxygen associated with flame resistance and the cyclization reaction of the nitrile groups in the fiber occur uniformly on the cross section of the fiber. It is. Preferably, the start temperature is 10 to 60°C lower than the decomposition temperature of the acrylonitrile fiber in air, and the temperature is lower than the decomposition temperature.
It is preferable to raise the temperature stepwise to a temperature 20 to 30°C lower.

耐炎化時間は耐炎繊維の比重が1.33〜1.40とな
るごとく、0.3〜1時間とするのが、適当である。
耐炎繊維の比重が1.33未満の場合、得られる炭素
質繊維の前駆体繊維重量に対する重量%(炭化
率)が極めて小さくなるので好ましくない。ま
た、比重が1.40を超える場合、得られる炭素質繊
維の強度が低くなる傾向となる。本発明の強化材
繊維を得るために使用する耐炎化炉の1例は、第
1図のごとき多段ローラー群を有する炉で、炉内
では、少なくとも2つ以上の室に区分され、それ
ぞれ温度が調整できる構造を有し、繊維は、供給
ローラーRfpから炉内に連続的に供給されて耐炎
化され、最終的にローラーRfpにて引取る構造を
有している。耐炎繊維の焼成は、窒素、アルゴン
などの雰囲気中、750〜1000℃の温度にて行うが、
通常、第2図のごとき炉を用いて繊維を連続的に
通して行う。
It is appropriate that the flame resistance time is 0.3 to 1 hour so that the specific gravity of the flame resistant fiber is 1.33 to 1.40.
When the specific gravity of the flame-resistant fiber is less than 1.33, the weight percent (carbonization rate) of the obtained carbonaceous fiber based on the weight of the precursor fiber becomes extremely small, which is not preferable. Further, when the specific gravity exceeds 1.40, the strength of the obtained carbonaceous fiber tends to decrease. An example of a flame-resistant furnace used to obtain the reinforcing fiber of the present invention is a furnace having a multi-stage roller group as shown in Fig. 1, and the inside of the furnace is divided into at least two chambers, each having a temperature It has a structure that can be adjusted, and has a structure in which the fibers are continuously supplied into the furnace from the supply roller Rfp, made flame resistant, and finally taken off by the roller Rfp. Fire-resistant fibers are fired at temperatures of 750 to 1000°C in an atmosphere of nitrogen, argon, etc.
Usually, the process is carried out by continuously passing the fiber through a furnace as shown in FIG.

焼成温度が750℃未満の場合、ストランド強度、
ストランド弾性率が低くなるので好ましくない。
また、該温度が1000℃を超える場合、弾性が高く
なりすぎ、目的が達成されない。。焼成時間は、
温度に依存し、高温の場合は短かくすることが好
ましいが、通常0.5〜10分が適当である。0.5分未
満の場合、ストランド弾性率が低くなる傾向とな
る。10分を超える場合、エネルギーコストが高く
なる傾向となる。
If the firing temperature is less than 750℃, the strand strength,
This is not preferable because the strand elastic modulus becomes low.
Moreover, if the temperature exceeds 1000°C, the elasticity becomes too high and the purpose is not achieved. . The baking time is
It depends on the temperature, and if the temperature is high, it is preferable to shorten it, but usually 0.5 to 10 minutes is appropriate. When the time is less than 0.5 minutes, the strand elastic modulus tends to decrease. If the time exceeds 10 minutes, energy costs tend to increase.

特に、本発明の強化材繊維を得るためには、焼
成時に、張力を150mg/d〜250mg/dかけること
が好ましい。150mg/d未満の場合、ストランド
強度、ストランド弾性率が低く、また、250mg/
dを超える場合、得られる繊維の毛羽が多く品質
の悪い繊維となりやすい。
In particular, in order to obtain the reinforcing fiber of the present invention, it is preferable to apply a tension of 150 mg/d to 250 mg/d during firing. If it is less than 150 mg/d, the strand strength and strand elastic modulus are low;
If it exceeds d, the resulting fibers tend to have a lot of fluff and are of poor quality.

通常、耐炎繊維の比重が1.33〜1.40の場合、焼
成時の張力を150〜250mg/dとし、耐炎繊維の比
重に応じて、張力を高くすることが望ましい。
Normally, when the specific gravity of the flame-resistant fiber is 1.33 to 1.40, it is desirable that the tension during firing is 150 to 250 mg/d, and the tension is increased according to the specific gravity of the flame-resistant fiber.

第2図は、供給ローラーRfc、炉芯筒2、炉本
体3、断熱材4、ヒーター5及び引取ローラー
Rtcから構成された焼成炉で、該炉において繊維
1は、ローラーRfcを通つて炉芯筒内を通過して
連続的に、ローラーRtcにて引取るように焼成さ
れる。
Figure 2 shows the supply roller Rfc, the furnace core tube 2, the furnace body 3, the heat insulator 4, the heater 5, and the take-up roller.
In this firing furnace, the fiber 1 passes through the roller Rfc and inside the furnace core cylinder, and is continuously fired so as to be taken up by the roller Rtc.

実施例 1 アクリロニトリル96重量%、イタコン酸1重量
%、アクリル酸メチル3重量%からなる重合体
(分子量:65000)より得たところの、2θ=17°で
の配向度88%、空気中での分解温度287℃のアク
リロニトリル系繊維束(単繊維0.8デニール、構
成本数12000本)を、第1図に示す耐炎化炉に、
供給ローラーRfpを経て、炉内温度250℃、30分
の第1ゾーンと、炉内温度263℃、24分の第2の
ゾーンで処理し、連続的に、引取ローラーRtpに
て引取つた。
Example 1 A polymer (molecular weight: 65,000) consisting of 96% by weight of acrylonitrile, 1% by weight of itaconic acid, and 3% by weight of methyl acrylate had a degree of orientation of 88% at 2θ=17° in air. Acrylonitrile fiber bundles (single fibers of 0.8 denier, 12,000 fibers) with a decomposition temperature of 287°C were placed in the flameproofing furnace shown in Figure 1.
After passing through the supply roller Rfp, it was processed in a first zone at a furnace temperature of 250° C. for 30 minutes and a second zone at a furnace temperature of 263° C. for 24 minutes, and then continuously taken off by a take-off roller Rtp.

耐炎化の間、各ローラー部分にある繊維にかか
る張力を105mg/dとし、最終的に得られる耐炎
繊維の2θ=17°におけるX線配向度を81%とした。
また、同じ各ローラーの部分の繊維について、光
学顕微鏡観察を起い、繊維横断面における黒色部
分の発達度合が均一であり、耐炎化の反応が均一
に起つていることを確認した。得られた耐炎繊維
束の比重は1.35であつた。この耐炎繊維束を入口
温度330℃、炉内最高温度930℃である第2図の焼
成炉に導入し、最高温度において、3分とするよ
うに引取ローラーRtcにて引取つた。
During flame resistance, the tension applied to the fibers at each roller portion was 105 mg/d, and the degree of X-ray orientation at 2θ=17° of the flame resistant fibers finally obtained was 81%.
In addition, optical microscopic observation was performed on the fibers of the same roller sections, and it was confirmed that the degree of development of the black portion in the cross section of the fibers was uniform, and that the flame resistance reaction was occurring uniformly. The specific gravity of the obtained flame-resistant fiber bundle was 1.35. This flame-resistant fiber bundle was introduced into the firing furnace shown in Fig. 2 with an inlet temperature of 330°C and a maximum temperature inside the furnace of 930°C, and was taken off by a take-off roller Rtc for 3 minutes at the maximum temperature.

この焼成時の張力を供給ローラーRfcと引取口
ローラーRtc間に張力180mg/dとなるごとくし
て焼成した。得られたアクリロニトリル系炭素質
繊維のストランド性能は下記の通りであつた。
The tension during firing was set to 180 mg/d between the supply roller Rfc and the take-off roller Rtc. The strand performance of the obtained acrylonitrile carbonaceous fiber was as follows.

炭素含有量:89重量% ストランド強度:300Kgf/mm2 ストランド弾性率:17200Kgf/mm2 実施例 2(使用例) 実施例1と同様にしてアクリロニトリル系炭素
質繊維を得た。このものの一方向配列シートに下
記樹脂溶液を含浸させ、90〜100℃にて加熱乾燥
して脱溶媒し、繊維目付150g/m2、樹脂含有量
38重量%の一方向プリプレグを得た。
Carbon content: 89% by weight Strand strength: 300 Kgf/mm 2 Strand elastic modulus: 17200 Kgf/mm 2 Example 2 (Usage example) Acrylonitrile carbonaceous fibers were obtained in the same manner as in Example 1. A unidirectionally arranged sheet of this material was impregnated with the following resin solution, and the solvent was removed by heating and drying at 90 to 100°C, resulting in a fiber area weight of 150 g/m 2 and a resin content of
A unidirectional prepreg of 38% by weight was obtained.

この一方向プリプレグを用い、130℃、7Kg/
cm290分の硬化条件にて成形した成形物の物性は、
次の通りであつた。
Using this unidirectional prepreg, 130℃, 7Kg/
The physical properties of the molded product molded under curing conditions of cm 2 90 minutes are as follows:
It was as follows.

曲げ強度:145Kgf/mm2 曲げ弾性率:10800Kgf/mm2 層間せん断強度(室温):10.1Kgf/mm2(ILSS) Vf:60容量% 〔樹脂溶液〕 フエノール・ノボラツク型エポキシ樹脂(チバ
ガイギー社製アラルダイトEPN1138)70重量部、
ビスフエノールA型エポキシ樹脂(シエル化学社
製エピコート1002の20重量部、エピコート828の
10重量部からなる混合系)30重量部を混合して樹
脂混合物(100ポイズ・80℃)とした。これに硬
化剤ジシアンジアミド3重量部、硬化促進剤3−
(3.4ジクロルフエニル)−1.1−Nジメチル尿素5
重量部を加え、アセトンとエチレングリコールモ
ノメチルエーテルの1対1の混合溶剤に溶かし40
重量%樹脂溶液とした。
Bending strength: 145 Kgf/mm 2 Flexural modulus: 10800 Kgf/mm 2 Layer shear strength (room temperature): 10.1 Kgf/mm 2 (ILSS) Vf: 60% by volume [Resin solution] Phenol-novolac type epoxy resin (Araldite manufactured by Ciba Geigy) EPN1138) 70 parts by weight,
Bisphenol A type epoxy resin (20 parts by weight of Epicoat 1002 manufactured by Ciel Chemical Co., Ltd., Epicoat 828 manufactured by Ciel Chemical Co., Ltd.)
A resin mixture (100 poise, 80° C.) was prepared by mixing 30 parts by weight of a mixture system consisting of 10 parts by weight. To this, 3 parts by weight of the curing agent dicyandiamide and 3 parts of the curing accelerator.
(3.4dichlorophenyl)-1.1-N dimethylurea 5
Add 40 parts by weight and dissolve in a 1:1 mixed solvent of acetone and ethylene glycol monomethyl ether.
It was made into a weight% resin solution.

実施例 3 実施例1における焼成炉の炉内最高温度を780
℃にした点以外は実施例1と同様にして、下記性
能のアクリロニトリル系炭素繊維を得た。
Example 3 The maximum temperature inside the firing furnace in Example 1 was set to 780
Acrylonitrile-based carbon fibers having the following performance were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to .degree.

炭素含有量:78重量% 強度:255Kgf/mm2 弾性率:13500Kgf/mm2 実施例 4(使用例) 実施例3で得られたアクリロニトリル系炭素質
繊維を用いて実施例2と同様の樹脂組成にてプリ
プレグとした。このものより成形した成型物の物
性は、次の通りであつた。
Carbon content: 78% by weight Strength: 255 Kgf/mm 2 Modulus of elasticity: 13500 Kgf/mm 2 Example 4 (Usage example) The same resin composition as in Example 2 was prepared using the acrylonitrile carbonaceous fiber obtained in Example 3. It was made into prepreg. The physical properties of a molded product made from this material were as follows.

曲げ強度:110Kgf/mm2 曲げ弾性率:11400Kgf/mm2 LISS(室温):9.5Kgf/mm2 Vf:60容量%Bending strength: 110Kgf/mm 2 Bending modulus: 11400Kgf/mm 2 LISS (room temperature): 9.5Kgf/mm 2 Vf: 60% by volume

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は耐炎化装置の概略図、第2図は焼成炉
の概略図を示す。図において各記号は次の通りで
ある。 A:耐炎化炉第1ゾーン、B:耐炎化炉第2ゾ
ーン、C:耐炎化炉仕切壁、Rfp,Rfc:それぞ
れ供給ローラー、Rtp,Rtc:それぞれ引取ロー
ラー、1:繊維、2:炉芯筒、3:炉本体、4:
断熱材、5:ヒーター、6:シール材、7:不活
性ガス供給口。
FIG. 1 is a schematic diagram of the flameproofing device, and FIG. 2 is a schematic diagram of the firing furnace. In the figure, each symbol is as follows. A: Flame resistant furnace first zone, B: Flame resistant furnace second zone, C: Flame resistant furnace partition wall, Rfp, Rfc: supply rollers, respectively, Rtp, Rtc: take-up rollers, respectively, 1: fiber, 2: furnace core Cylinder, 3: Furnace body, 4:
Insulating material, 5: heater, 6: sealing material, 7: inert gas supply port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 炭素含有率70〜90重量%、ストランド強度
250Kgf/mm2以上、ストランド弾性率13000Kgf/
mm2以上18000Kgf/mm2未満のアクリロニトリル系
炭素質強化材繊維の集合体。
1 Carbon content 70-90% by weight, strand strength
250Kgf/mm2 or more , strand elastic modulus 13000Kgf/
An aggregate of acrylonitrile-based carbonaceous reinforcing fibers with a size of mm 2 or more and less than 18000 Kgf/mm 2 .
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