JPH04281019A - 炭素繊維製造用プレカーサー及びその製造法、　　　　　　　　　　並びにそのプレカーサーから炭素繊維を製造する方法 - Google Patents

炭素繊維製造用プレカーサー及びその製造法、　　　　　　　　　　並びにそのプレカーサーから炭素繊維を製造する方法

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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特定成分を含む炭素繊
維製造用アクリル系繊維束（以下アクリル系プレカーサ
ーという）及びその製造法に関するものである。本アク
リル系プレカーサーを使用すると炭素化工程での操業安
定性の改善が達成でき、高品質の炭素繊維を製造するこ
とができる。
【０００２】
【従来技術と問題点】アクリル系プレカーサーから炭素
繊維を製造する場合、一般に２００〜３００℃の酸化性
ガス雰囲気中で、いわゆる耐炎化処理を行い、次いで、
３５０℃以上の不活性ガス雰囲気中で炭素化処理又は黒
鉛化処理を行うことが必要である。　　特に、２００〜
３００℃における耐炎化処理時に、繊維束を構成する単
繊維相互の膠着の発生を防止することが重要とされ、こ
のため、各種のシリコン系油剤を付与する方法が提案さ
れており、殊に、アミノポリシロキサン系油剤を付与す
る方法（特開昭５２−２４１３６号公報、特開昭６１−
１６７０２４号公報）が公知である。しかしながら、該
アミノポリシロキサン系油剤の場合、耐炎化時の膠着発
生の紡糸には効果があるものの、これら油剤をアクリル
系プレカーサー製造工程において紡糸後の水膨潤状態の
糸条に付与した場合、繊維表面が撥水性となるため乾燥
後の繊維に静電気が発生したり、粘着性のスカムがロー
ラーやガイド類に蓄積する。このため、繊維束の集束性
が乱れ、毛羽立ちや捲付き等の問題を生じる。これらの
問題を解消するために、１分子中にアミノ基とポリオキ
シアルキレン基の両方を含む共重合体を使用する方法（
特開昭６１−９７４７７号公報）やアミノポリシロキサ
ンに種々の添加剤を加える方法（特開昭５６−４９０２
２号、同５５−１０３３１３号、特開平２−９１２２４
号、同２−９１２２５号、同２−９１２２６号の各公報
）等の提案がなされている。これらの方法は、被膜の形
成をしないか又は遅らせるものであるが、通常の耐炎化
工程では酸化性ガスが循環しているため、この風圧によ
る繊維束の広がりを抑えきれないという難点を有してい
る。更に、被膜の形成を遅らせているために、分解ガス
発生は耐炎化工程から、より温度の高い炭素化工程へ移
り、このガスによって炭素繊維の表面が浸蝕されたり、
炉壁に分解ガスの付着がおこり長時間の連続運転が難し
いという問題が生じる。
【０００３】
【発明の目的】本発明の目的は、アクリル系プレカーサ
ーの製造工程において、繊維表面を親水性にすることに
より、静電気の発生や油剤のスカムの発生を防止し、耐
炎化工程においては、粘着性のない被膜の形成を促進さ
せて、繊維束の集束性を向上させ、毛羽立ちやローラー
捲付き等を防止し、操業安定性に優れたアクリル系プレ
カーサー、及び、その製造法を提供することにある。本
発明の他の目的は、高強度で膠着や単糸切れのない品質
の優れた炭素繊維を製造するための用途に供されるアク
リル系プレカーサー、及び、その製造法を提供すること
にある。
【０００４】
【発明の構成と作用】本発明は下記の通りである。
【請求項１】　　　　〔Ａ〕アミノシリコンと〔Ｂ〕ジ
アルキルスルホサクシネートとを含むことを特徴とする
炭素繊維製造用アクリル系繊維束。
【請求項２】　　　　紡糸後の水膨潤状態の繊維に〔Ａ
〕と〔Ｂ〕とを併用して付与することを特徴とする請求
項１記載の炭素繊維製造用アクリル系繊維束の製造法。
【請求項３】　　　　〔Ａ〕と〔Ｂ〕との割合が〔Ａ〕
１００重量部に対し〔Ｂ〕が１０〜１００重量部である
請求項２記載の炭素繊維製造用アクリル系繊維束の製造
法。 本発明の好ましい条件は以下の通りである。 （ａ）〔Ａ〕成分が下記一般式で示されるアミノシリコ
ンである炭素繊維製造用アクリル系繊維束、及び、その
製造法。 （ｂ）〔Ｂ〕成分が下記一般式で示されるジアルキルス
ルホサクシネートである炭素繊維製造用アクリル系繊維
束、及び、その製造法。 （ｃ）〔Ｂ〕成分がジオクチルスルホサクシネート炭素
繊維製造用アクリル系繊維束、及び、その製造法。 （ｄ）〔Ａ〕成分と〔Ｂ〕成分とを混合して使用する炭
素繊維製造用アクリル系繊維束の製造法。 （ｅ）水膨潤状態の糸条の水分率が１００〜２００重量
％である炭素繊維製造用アクリル系繊維束の製造法。 本発明の方法によると、油剤処理後の繊維表面が親水性
となるため、乾燥緻密化工程での静電気の発生が抑制さ
れ、また、該繊維からのアミノシリコンの脱落がなく、
スカムのローラー表面やガイド類への付着も防止できる
。更に、得られた繊維は延伸性良好となり、後続する再
延伸工程での単糸切れによる毛羽立ちもなく、３０〜５
０重量％の水分を含有する集束性の改善されたアクル系
プレカーサーを製造することができる。本発明によって
得られたアクリル系プレカーサーは、耐炎化工程におい
てアミノシリコン被膜を形成し、該被膜は、繊維束の集
束性を向上させるが、粘着性がないため、ローラーやガ
イド類へのスカムの付着はない。従って、工程通過性は
改善され、安定した連続操業が可能となる。本発明にお
いてアミノシリコンは、２００〜３００℃の加熱により
、被膜を形成するものであればよいが、好適には、下記
一般式〔Ａ〕で示される化合物である。 〔Ａ〕一般式 このようなアミノシリコンと併用するジアルキルスルホ
サクシネートは、下記〔Ｂ〕の一般式で示されるもので
、アミノシリコン１００重量部に対して１０〜１００重
量部の割合にて使用することが好ましい。 〔Ｂ〕一般式 アミノシリコンとジアルキルスルホサクシネートは同浴
混合系で使用する方法と、アミノシリコンを付着後、ジ
アルキルスルホサクシネートで処理する方法のどちらで
もよいが、混合系を使用する方が工業的に有利である。 これら油剤は、水溶液又は水分散液として使用される。 濃度は、混合系の場合、別浴の場合共に固形分濃度で１
〜３０ｇ／ｌ、温度２０〜５０℃で使用するのが好適で
ある。これらの油剤は、紡糸後、乾燥緻密化前の水膨潤
状態の繊維束に対し付与されることが必要である。これ
は、繊維束における擬似膠着は乾燥緻密化工程中、繊維
束の水分率が１００〜２０重量％の時に発生するが、乾
燥緻密化前に油剤を付与しておくと、油剤の存在が擬似
膠着の発生を防止するからである。　　水膨潤状態の繊
維束は、好適には、紡糸後、水洗脱溶媒、延伸を施され
た、水分率１００〜２００重量％の繊維束である。乾燥
緻密化工程には、少なくとも１００重量％の水分を含む
繊維束が供給される。該繊維束に対する油剤の付与方法
には、浸漬法、スプレー法、ローラー転写法、リップ法
等があるが、繊維束内部ヘの均一付与の点から浸漬法が
好ましい。水膨潤状態の繊維束に対する油剤の付与量は
、乾燥繊維に対し、固形分換算で０．０５〜２．０重量
％がよい。付与量が０．０５重量％未満だと、膠着防止
効果が十分でなく、２．０重量％をこえると、焼成後の
炭素繊維の強度が低下するので好ましくない。本発明に
おいて、炭素繊維束とは、黒鉛繊維束を含む広義のもの
である。本発明においてアクリル系繊維束とは、アクリ
ロニトリルを少なくとも９０重量％以上含む重合体又は
共重合体からなる、フィラメント５０〜３５０００本に
て構成される繊維束である。アクリロニトリルと共重合
させるコモノマーは、通常、アクリロニトリルのコモノ
マーとして使用されるものと同じである。コモノマーと
しては、アルキルアクリレート類（例えば、メチルアク
リレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等
）、アルキルメタアクリレート、ビニールアセテート、
アクリルアマイド、アクリル酸、メタクリル酸、ビニー
ルスルホン酸、アリールスルホン酸、及びこれらの塩類
、酢酸ビニール、ビニールイミダゾール、ビニールピリ
ジン及びこれらの誘導体である。アクリロニトリル重合
体又は共重合体の紡糸溶媒としては、有機溶媒（例えば
、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホオ
キシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）
、無機溶媒（例えば、塩化亜鉛、ロダン塩、硝酸）があ
げられる。特に、アクリル系繊維の紡糸原液としては、
塩化亜鉛系水溶液が好ましい。塩化亜鉛水溶液とは、前
記のごときアクリロニトリル重合体又は共重合体を溶解
するに十分な濃度を有するところの塩化亜鉛を主成分と
する水溶液であって、塩化亜鉛単独の濃厚水溶液、又は
、これに塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化アン
モニウム等の無機塩を添加した混合塩の濃厚水溶液であ
る。混合塩における塩化亜鉛含有比率は、約６５重量％
以上とすることが好ましい。紡糸原液の調整は、溶解法
又は溶液重合法なと既知の方法によって行うことができ
る。塩化亜鉛系水溶液を溶媒とする場合、重合体濃度は
１〜２５重量％、好ましくは３〜１５重量％、より好ま
しくは４〜１２重量％のものが使用される。湿式紡糸法
としては、通常知られている方法、即ち、低濃度の紡糸
溶媒中に直接吐出する方法、又は、一旦空気中に吐出後
、低濃度紡糸溶媒中に導入し、脱溶媒する方法等を採用
することができる。脱溶媒は、溶媒残存量が０〜０．３
重量％となるまで水洗して行われる。 例えば、塩化亜鉛系水溶液を溶媒とする場合、特開昭５
８−１３７１４号公報に記載されたごとき紡糸口金を使
用し、比較的低濃度、例えば１０〜４０重量％の凝固浴
を用い、紡糸が行われる。凝固浴温度−２０〜２５℃、
好ましくは０〜１５℃、より好ましくは５〜１０℃、吐
出線速度５〜５０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは１０〜３０ｍ
／ｍｉｎ、ドラフト率０．２〜１０倍にて引き取り、次
いで、水洗脱溶媒し、この間に２〜４倍の伸張が施され
る。延伸は、乾燥前及び乾燥後の両方において行われ、
通常は全延伸倍率で５〜２０倍、好ましくは８〜１８倍
が施される。乾燥前の延伸においては、延伸媒体として
水を用い、１５〜９５℃の条件下において２〜６倍、好
ましくは２〜４倍の延伸が施される。紡糸された繊維は
、紡糸直後において通常は４００重量％以上の水分を含
むが、分子の配向が進むにつれて脱膨潤し水洗後の状態
では、水分率１００〜２００重量％となる。アミノシリ
コン及びジアルキルスルホサクシネートは、この状態の
水膨潤繊維束に対して付与されることが好適である。 油剤で処理された水膨潤状態の繊維束に対しては、次い
で、乾燥緻密化、再延伸等が施される。乾燥は、加熱ロ
ーラー接触方式、サクションドラム方式等が一般的であ
るが、特に、サクションドラムを用いた熱風循環方式が
好ましい。乾燥中繊維は、緊張状態で定長又は１５％以
下の収縮を与える条件下に保持される。乾燥緻密化後の
繊維は、繊維基質に対して親和性の強いアミノシリコン
が付着し、その表面を親水性のジアルキルスルホサクシ
ネートでコーティングされたものとなると思われ、アミ
ノシリコンの脱落によるスカムの発生がなく、静電気に
よる毛羽立ちや捲付きのない集束性の良好なものとなる
。再延伸においては、０．４〜１．２ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ
）の飽和水蒸気中で２〜１０倍、好ましくは４〜８倍の
延伸が施される。アミノシリコン単独使用の場合には、
乾燥緻密化後の繊維の撥水性が強く、延伸性が低下し、
プレカーサーの毛羽立ちの多いものとなるが、本発明に
よれば、延伸性も良好で、毛羽立ちも少ないものが得ら
れる。このようにして各工程をへた繊維は、水分率３０
〜５０重量％に調整され、ケンス内に収納される。再延
伸後の水分率が３０重量％より低い場合は、スプレー法
、浸漬法、ローラー転写法、リップ法等により水を付与
し、水分率を調整することができるが、アミノシリコン
単独使用の場合、繊維が撥水性となるため、水分を付与
することは実質的に不可能である。水分率が５０重量％
より高い場合は、ニップローラーの絞り圧によって容易
に調整できる。
【０００５】
【実施例】
【実施例１】６０重量％の塩化亜鉛系水溶液を溶媒とし
て、アクリロニトリル９７重量％、アクリル酸メチル３
重量％、分子量７８０００、重合体濃度８重量％の溶液
を紡糸原液として、孔数１２０００個のノズルを使用し
、１０℃、２５重量％の塩化亜鉛系水溶液中に吐出して
凝固させた。該凝固糸を１５〜９５℃の温水中で洗浄し
ながら、トータルル３．２倍の多段延伸を行い、水分率
１７０重量％の水膨潤アクリル系繊維束を得た。次に、
該水膨潤繊維束を下記化学式で示されるアミノシリコン
（Ｎ含有量は０．７％、粘度３５００ｃｓ）と、ソジュ
ウムジオクチルスルホサクシネートを第１表に示すよう
な種々の割合に混合した油剤（水分散液）で処理し、油
剤の付着量が０．５重量％に調整した。 次いで、７０〜１５０℃のサクションドラム乾燥機で水
分率が１重量％以下になるまで乾燥緻密化した。次いで
、８０℃の熱水浴を通した後、０．７ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ
）の飽和水蒸気中４．５倍の再延伸を行い、ケンス内に
振り込み、０．９デニール、１２０００本のプレカーサ
ーを得た。このものの特性を第１表に示す。このプレカ
ーサーを用いて、常法により、２４０〜２７０℃の範囲
の温度勾配を有する熱風循環式耐炎化炉で４０分間連続
的に耐炎化処理を行った。次いで、窒素気流中３００〜
１３００℃の温度勾配を有する炭素化炉で５分間処理し
て炭素繊維とした。この時の特性を第２表に示す。 第１表及び第２表の結果からも明らかなように、アミノ
シリコンとジアルキルスルホサクシネートを併用した場
合、特に、アミノシリコン１００重量部に対するソジュ
ウムジオクチルスルホサクシネートの使用割合が１０〜
１００重量部のとき、プレカーサー及び炭素繊維の製造
工程における操業安定性が一層改善され、得られた炭素
繊維の強度も一層高いことがわかる。
【０００６】
【発明の効果】アミノシリコンとジアルキルスルホサク
シネートとを併用することによって、アミノシリコンの
スカムの発生が抑えられ、繊維束の集束性が改善される
ため、アクリル系プレカーサー製造工程の操業安定性が
向上する。また、このアクリル系プレカーサーを使用す
ることにより、耐炎化工程ではアミノシリコンの被膜形
成によって集束性が改善され、更に、炭素化工程での毛
羽立ちや切断等のトラブルを防ぎ、操業安定性が向上し
、高品質の炭素繊維を製造することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　　　〔Ａ〕アミノシリコンと〔Ｂ〕ジ
    アルキルスルホサクシネートとを含むことを特徴とする
    炭素繊維製造用アクリル系繊維束。
  2. 【請求項２】　　　　紡糸後の水膨潤状態の繊維に〔Ａ
    〕と〔Ｂ〕とを併用して付与することを特徴とする請求
    項１記載の炭素繊維製造用アクリル系繊維束の製造法。
  3. 【請求項３】　　　　〔Ａ〕と〔Ｂ〕との割合が〔Ａ〕
    １００重量部に対し〔Ｂ〕が１０〜１００重量部である
    請求項２記載の炭素繊維製造用アクリル系繊維束の製造
    法。
JP2418285A 1990-12-22 1990-12-22 炭素繊維製造用プレカ−サ−及びその製造法、並びにそのプレカ−サ−から炭素繊維を製造する方法 Expired - Fee Related JP2589219B2 (ja)

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