JPH05156523A - Acrylonitrile based carbon fiber and its production - Google Patents

Acrylonitrile based carbon fiber and its production

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JPH05156523A
JPH05156523A JP3350330A JP35033091A JPH05156523A JP H05156523 A JPH05156523 A JP H05156523A JP 3350330 A JP3350330 A JP 3350330A JP 35033091 A JP35033091 A JP 35033091A JP H05156523 A JPH05156523 A JP H05156523A
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acrylonitrile
ion
carbon fiber
precursor
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耕二 西田
Yukio Kasabo
行生 笠坊
Toshihiro Makishima
俊裕 槇島
Osamu Kato
治 加藤
Yoshio Manabe
由雄 真鍋
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject carbon fiber having high performance and high strength by solving the point at issue of acrylonitrile based polymer prepared by an aqueous suspension polymerization. CONSTITUTION:The objective carbon fiber is obtained by baking a precursor for an acrylonitrile based carbon fiber produced using, as a raw material, an acrylonitrile based polymer obtained by an aqueous suspension polymerization using an inorganic redox initiator. The carbon fiber contains 0-3ppm iron compound or its ion and 0-10ppm aluminum compound or its ion as impurities and has excellent mechanical strength stability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水系懸濁重合で得られ
たアクリロニトリル系重合体からなる、機械的性能発現
性に優れた炭素繊維及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon fiber comprising an acrylonitrile polymer obtained by an aqueous suspension polymerization and having excellent mechanical performance expression, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】アクリル繊維は、羊毛に似た風合から衣
料材料に広く利用される他、最近では、炭素繊維製造用
前駆体繊維(プレカーサー)とし、これを焼成してなる
炭素繊維として広く利用されている。炭素繊維の製造に
は、一般に、プレカーサーを200〜400℃の酸化雰
囲気中で加熱処理することにより耐炎化繊維に変換し、
これに引き続いて、少なくとも1000℃の非酸化雰囲
気中で炭化する方法がアクリル系炭素繊維の製造方法と
して工業的に採用されている。このようにして得られた
炭素繊維は、その優れた物性によって、その複合材料と
しての性能をより一層向上させ、特に航空分野において
は、航空機の一次構造部材として使用されている。この
ような複合材料分野においては、炭素繊維の機械的高強
度に対する要求は、益々増加しているのが現状である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Acrylic fibers are widely used in clothing materials because of their texture similar to wool, and recently, they have been widely used as precursor fibers (precursor) for carbon fiber production and carbon fibers obtained by firing them. It's being used. In the production of carbon fibers, generally, a precursor is converted into flame-resistant fibers by heat treatment in an oxidizing atmosphere at 200 to 400 ° C.,
Subsequent to this, a method of carbonizing in a non-oxidizing atmosphere of at least 1000 ° C. is industrially adopted as a method for producing an acrylic carbon fiber. The carbon fiber obtained in this manner has further improved performance as a composite material due to its excellent physical properties, and is used as a primary structural member of an aircraft, particularly in the aviation field. In the field of such composite materials, the demand for high mechanical strength of carbon fibers is increasing at present.

【0003】しかしながら、アクリル系炭素繊維の高強
度化については、種々の手法が検討されているが、炭素
繊維製造用前駆体繊維を炭素繊維へ変換する際の焼成過
程で、原料となるプレカーサーが大幅な物理的、化学的
な変化を大きく受けるため、焼成条件と原料プレカーサ
ーの具備すべき条件との因果関係が未だ明確でないこと
から、多くの未解決の問題を含んでいる。
However, various techniques have been studied for increasing the strength of acrylic carbon fibers. However, precursors used as raw materials are used in the firing process when converting the precursor fibers for producing carbon fibers into carbon fibers. Since it undergoes a great deal of physical and chemical changes, the causal relationship between the firing conditions and the conditions that the raw material precursor should have has not been clarified yet, so many unsolved problems are involved.

【0004】これまでのプレカーサー改良技術として
は、 (1)共重合組成や重合度等の重合体組成物に関する改
良 (2)プレカーサー焼成段階で単繊維同士の融着を回避
するための油剤成分に関する改良 (3)繊維表面の粗さや表面に存在するクラック、或は
ボイドなどの欠陥を極力少なくする改良 等が挙げられている。
The conventional techniques for improving precursors are: (1) Improvement in polymer composition such as copolymerization composition and degree of polymerization (2) Oil agent component for avoiding fusion of single fibers in precursor firing step Improvement (3) Improvements such as roughness of the fiber surface, cracks existing on the surface, or defects such as voids are minimized.

【0005】例えば(1)に関しては、特公昭63−2
95713号公報においては、アクリロニトリル系重合
体の重合度を規制したものであり、特公平2−1401
3号公報では特定の共重合組成物としている。(2)に
関しては、特公昭54−134123号公報においてシ
リコン系油剤を規制し、(3)については、特公昭63
−29513号公報において繊維表面の粗さや表面に存
在するクラック、或はボイドなどの欠陥を極力少なくす
る改良が記載されている。
For example, regarding (1), Japanese Patent Publication No. 63-2
In Japanese Patent Publication No. 95713, the degree of polymerization of an acrylonitrile polymer is regulated, and Japanese Patent Publication No. 21401
In JP-A-3, a specific copolymer composition is used. Regarding (2), the silicone oil is regulated in JP-B-54-134123, and regarding (3), JP-B-63.
No. 29513 discloses an improvement that minimizes defects such as roughness of the fiber surface, cracks existing on the surface, and voids.

【0006】しかしながら、これらの方法によると、な
るほどそれらの技術において、性能向上はみられるもの
の、要望されている高性能炭素繊維の製造には決定的方
法と言い難いものである。現在要望されている高性能と
は、例えばストランド強度が500kg/mm2 の炭素繊維
であり、そして、その性能が安定して製造されることで
ある。
However, according to these methods, although the performances are improved in those technologies, it is hard to say that they are decisive methods for producing the desired high performance carbon fiber. The currently demanded high performance is, for example, carbon fiber having a strand strength of 500 kg / mm 2 and that the performance is stably produced.

【0007】機械的強度の高い炭素繊維が安定に製造さ
れるためには、その原料となるプレカーサーの安定した
紡糸操業性が必要であり、またプレカーサーを酸化繊維
に変換する耐炎化工程や、さらに後続する炭化工程にお
いて、単繊維同士が融着しないことが必要であり、また
焼成段階において毛羽や糸切れ等が発生しないことが必
要である。
In order to stably produce carbon fibers having high mechanical strength, it is necessary that the precursor used as the raw material has stable spinning operability, and a flame-proofing step of converting the precursor into oxidized fibers, and further In the subsequent carbonization step, it is necessary that the single fibers are not fused to each other and that fluff, yarn breakage, etc. do not occur during the firing step.

【0008】アクリル系炭素繊維製造用プレカーサー
は、一般に水系懸濁重合法で得られるアクリロニトリル
系重合体を原料とし、該重合体を溶解する溶媒への溶解
工程を経て、湿式又は半乾湿式紡糸法によって製造され
る。アクリロニトリル系重合体の製造法としての水系で
の不均一重合である懸濁重合方式は、歴史も古く、且つ
広く採用されている製造方式であり、重合体の品質の管
理が容易なこと、未反応単量体の回収が容易なこと、及
び工程全体の管理が容易なこと等の特徴が挙げられる。
The precursor for producing an acrylic carbon fiber is generally a raw material of an acrylonitrile polymer obtained by an aqueous suspension polymerization method, and a wet or semi-dry wet spinning method through a dissolving step in a solvent for dissolving the polymer. Manufactured by. The suspension polymerization method, which is a heterogeneous polymerization in water as a method for producing an acrylonitrile-based polymer, has a long history and is a widely adopted production method, and it is easy to control the quality of the polymer. Features include easy recovery of reaction monomers and easy control of the entire process.

【0009】アクリロニトリル系重合体の製造方法とし
ての水系懸濁重合は、水を反応媒体として、連続懸濁重
合方式で製造する方法であるが、このときの重合開始剤
としては、過硫酸アンモニウム等の無機系開始剤が使用
される。連続懸濁重合で製造されたアクリロニトリル系
重合体は濾別、乾燥を経て、該重合体を溶解する溶媒に
溶解後、各種方法で紡糸される。
Aqueous suspension polymerization as a method for producing an acrylonitrile polymer is a method in which water is used as a reaction medium in a continuous suspension polymerization system. At this time, a polymerization initiator such as ammonium persulfate is used. Inorganic initiators are used. The acrylonitrile polymer produced by continuous suspension polymerization is filtered, dried, dissolved in a solvent that dissolves the polymer, and then spun by various methods.

【0010】上記のように無機系開始剤(例えば、過硫
酸アンモニウム−亜硫酸水素アンモニウム−硫酸第一鉄
の酸化−還元系の組合せ)によりアクリロニトリル単量
体を主成分とする単量体、反応媒体として硫酸酸性水を
使用して、重合反応すると、生成した重合体の粒子が形
成され、水性分散液の状態でアクリロニトリル系重合体
を得ることが出来る。重合終了後、重合体の水性分散液
を濾別、洗浄及び乾燥することによりアクリル系プレカ
ーサーの原料であるアクリロニトリル系重合体を得るこ
とが出来る。
As described above, an inorganic initiator (for example, a combination of ammonium persulfate-ammonium bisulfite-ferrous sulfate oxidation-reduction system) is used as a main component of the acrylonitrile monomer as a reaction medium. When a polymerization reaction is carried out using sulfuric acid-acidified water, particles of the produced polymer are formed, and the acrylonitrile polymer can be obtained in the state of an aqueous dispersion. After completion of the polymerization, the aqueous dispersion of the polymer is filtered, washed and dried to obtain an acrylonitrile-based polymer which is a raw material for the acrylic precursor.

【0011】連続水系懸濁重合でアクリロニトリル系重
合体を得るには、反応容器としてアルミニウム製反応容
器が必須となる。アクリロニトリル系重合体を水系連続
懸濁重合反応で製造する場合、ステンレス製、グラスラ
イニング製の反応容器では、アクリロニトリル系重合体
の付着によるスケール生成のため実質的には連続使用が
不可能となる。これに対し反応容器としてアルミニウム
製を使用した場合、反応系内は酸性水溶液となっている
ために、アルミニウム表面が腐食溶解することにより、
スケール生成を阻止していると言われている。
In order to obtain an acrylonitrile polymer by continuous aqueous suspension polymerization, an aluminum reaction vessel is essential as a reaction vessel. When an acrylonitrile-based polymer is produced by a water-based continuous suspension polymerization reaction, it is practically impossible to continuously use it in a reaction vessel made of stainless steel or glass lined due to scale formation due to adhesion of the acrylonitrile-based polymer. On the other hand, when aluminum is used as the reaction container, since the reaction system is an acidic aqueous solution, the aluminum surface is corroded and dissolved,
It is said to prevent scale generation.

【0012】重合反応終了のためには、重合停止剤を添
加する。この重合体を水系懸濁重合で製造する場合の重
合停止剤としては、反応系の酸性水溶液を中和する機能
を保持することが必要であり、シュウ酸アンモニウム、
重炭酸アンモニウムの電解質水溶液が使用される。
To terminate the polymerization reaction, a polymerization terminator is added. As a polymerization terminator in the case of producing this polymer by aqueous suspension polymerization, it is necessary to retain the function of neutralizing the acidic aqueous solution of the reaction system, ammonium oxalate,
An aqueous solution of ammonium bicarbonate in electrolyte is used.

【0013】以上、述べた水系懸濁重合法によるアクリ
ロニトリル系重合体は、重合開始剤による電解質、重合
釜の腐食による電解質、重合停止剤添加による電解質等
の存在下で製造されていることになる。しかもアクリロ
ニトリル系重合体は重合反応進行と共に、数十ミクロン
の重合体粒子を形成して水系に分散粒子となるが、重合
体粒子中には、上記各種の電解質が混入していることに
なる。従って、水系連続懸濁重合でアクリロニトリル系
重合体を製造するには、生成した重合体を充分な量の水
で洗浄する必要が生じる。しかし、生成した重合体の表
面の洗浄は可能であっても、重合体内部に補足された電
解質の、水による洗浄は困難である。
The acrylonitrile polymer produced by the above-mentioned aqueous suspension polymerization method is produced in the presence of an electrolyte by a polymerization initiator, an electrolyte by corrosion of a polymerization vessel, an electrolyte by addition of a polymerization terminator and the like. .. Moreover, the acrylonitrile-based polymer forms polymer particles of several tens of microns and becomes dispersed particles in the water system as the polymerization reaction proceeds, but the above-mentioned various electrolytes are mixed in the polymer particles. Therefore, in order to produce an acrylonitrile polymer by the aqueous continuous suspension polymerization, it is necessary to wash the produced polymer with a sufficient amount of water. However, even if the surface of the produced polymer can be washed, it is difficult to wash the electrolyte trapped inside the polymer with water.

【0014】現在、このような水系懸濁重合によるアク
リロニトリル系重合体の製造においては、不充分な洗浄
の状態を経て乾燥工程へ移行し、アクリロニトリル系重
合体を溶解する溶媒に溶解してアクリロニトリル系重合
体ドープ溶液とし、湿式又は半乾湿式で紡糸してアクリ
ル系プレカーサーは製造されている。このような不純物
(上記電解質)混入状態でのアクリルニトリル系重合体
ドープ溶液は、アクリル系プレカーサーを製造する際に
種々の問題をもたらしている。
At present, in the production of an acrylonitrile-based polymer by such an aqueous suspension polymerization, an acrylonitrile-based polymer is dissolved in a solvent that dissolves the acrylonitrile-based polymer by passing through an insufficient washing state to a drying step. An acrylic precursor is manufactured by using a polymer dope solution and spinning it in a wet or semi-dry wet method. The acrylonitrile-based polymer dope solution containing such impurities (the above-mentioned electrolyte) causes various problems when producing an acrylic precursor.

【0015】例えば、アクリル系プレカーサー製造の紡
糸工程において使用するドープ溶液を、約100℃で長
時間加熱、保持すると黄着色が顕著となり、ドープ溶液
自体がゲル化して溶液流動体の低下をもたらす。この主
原因は、アクリロニトリル系重合体に含まれる不純物と
しての前記電解質によるものと考えられる。
For example, when the dope solution used in the spinning process for producing an acrylic precursor is heated and held at about 100 ° C. for a long time, yellow coloring becomes noticeable, and the dope solution itself gels to lower the solution fluidity. It is considered that the main cause of this is the electrolyte as an impurity contained in the acrylonitrile polymer.

【0016】また、不純物のために、プレカーサー自体
の黄着色化現象が生じ、高品質のプレカーサーを製造す
る場合、結果得られる炭素繊維の品質に大きな影響を及
ぼしていると考えられる。同様に、ドープ溶液自体がゲ
ル化して溶液流動性の低下をもたらすと、安定した紡糸
性が確保出来ず、その結果糸切れ現象が生じると考えら
れる。
Further, it is considered that the yellow coloring phenomenon of the precursor itself occurs due to the impurities, and when producing a high quality precursor, it has a great influence on the quality of the resulting carbon fiber. Similarly, if the dope solution itself gels and causes a decrease in solution fluidity, stable spinnability cannot be ensured, resulting in a yarn breakage phenomenon.

【0017】更に、半乾湿式紡糸によるアクリル系プレ
カーサーの製造においては、アクリロニトリル系重合体
のドープ溶液内に溶解した不純物(上記電解質)が紡糸
浴内ガイドで凝縮し、糸切れの原因となり、その生産性
が著しく低下するばかりか、炭素繊維製造においての、
毛羽発生の原因となったり、強度性能の低下等が生じて
いる言われている。
Furthermore, in the production of an acrylic precursor by semi-dry wet spinning, impurities (the above-mentioned electrolyte) dissolved in the dope solution of the acrylonitrile polymer are condensed in the guide in the spinning bath, causing thread breakage, Not only will productivity be significantly reduced, but in carbon fiber production,
It is said that it causes fluffing and causes deterioration of strength performance.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】水系懸濁重合方式で得
られたアクリロニトリル系重合体を、有機溶媒で溶解し
たドープ溶液とし、これから炭素繊維用前駆体を経て炭
素繊維を製造するにあたり、水系懸濁重合方式が有する
問題点は、水系懸濁重合方式で重合体を製造する際に混
入をまぬがれない不純物が重合体中に残存することであ
る。これが、プレカーサー及びそれを焼成してなる炭素
繊維の性能上の際の問題点を誘発している。
An acrylonitrile polymer obtained by an aqueous suspension polymerization method is dissolved in an organic solvent to prepare a dope solution, and a carbon fiber is produced from the dope solution through a precursor for a carbon fiber. The problem that the turbid polymerization method has is that impurities that cannot be mixed during the production of the polymer by the aqueous suspension polymerization method remain in the polymer. This causes a problem in the performance of the precursor and the carbon fiber obtained by firing the precursor.

【0019】従って、本発明の目的は、このような水系
懸濁重合方式が有する問題点を解決し、プレカーサー及
びそれを焼成してなる炭素繊維の製造に適したアクリロ
ニトリル系重合体ドープ溶液とした後、湿式又は半乾湿
式法により紡糸することにより工業的に有利なプレカー
サーを原料とした炭素繊維及びその製造方法を提供する
にある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of such an aqueous suspension polymerization method, and to provide a precursor and an acrylonitrile polymer dope solution suitable for producing carbon fibers obtained by firing the precursor. Then, the present invention provides a carbon fiber using a precursor which is industrially advantageous as a raw material, and a method for producing the same by spinning by a wet or semi-dry wet method.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、無機系レドックス開始剤を使用した水系懸濁重合
法で得られたアクリロニトリル系重合体を原料として製
造されるアクリロニトリル系炭素繊維用前駆体(プレカ
ーサー)を焼成してなり、かつ不純物としての鉄化合物
又はそのイオンが0〜3ppm、アルミニウム化合物又
はそのイオンが0〜10ppmである機械的強度安定性
に優れた炭素繊維にある。
Means for Solving the Problems The gist of the present invention is that for an acrylonitrile-based carbon fiber produced from an acrylonitrile-based polymer obtained by an aqueous suspension polymerization method using an inorganic redox initiator as a raw material. A carbon fiber which is obtained by firing a precursor (precursor) and has an iron compound or its ion as an impurity of 0 to 3 ppm and an aluminum compound or its ion of 0 to 10 ppm as an impurity, which is excellent in mechanical strength stability.

【0021】さらに本発明は、無機系レドックス開始剤
を使用した水系懸濁重合で得られたアクリロニトリル系
重合体と、該重合体を溶解出来る有機溶剤とからなる溶
液から、該有機溶剤に溶解しないイオン交換能のある物
質により、該重合体中に含有する鉄化合物又はそのイオ
ン、アルミニウム化合物又はそのイオンである不純物を
精製除去することにより得られた熱安定性に優れたアク
リロニトリル系重合体のドープ溶液を、湿式法又は半乾
湿式法により紡糸して得られた炭素繊維製造用前駆体を
焼成してなることを特徴とする機械的強度安定性に優れ
た炭素繊維の製造方法にある。
Furthermore, the present invention comprises a solution of an acrylonitrile polymer obtained by water-based suspension polymerization using an inorganic redox initiator and an organic solvent capable of dissolving the polymer, which is insoluble in the organic solvent. Dope of an acrylonitrile-based polymer having excellent thermal stability obtained by purifying and removing an iron compound or its ion, an aluminum compound or an impurity that is an ion contained in the polymer with a substance having an ion exchange ability. A method for producing carbon fiber having excellent mechanical strength stability, characterized by comprising firing a precursor for producing carbon fiber obtained by spinning the solution by a wet method or a semi-dry wet method.

【0022】以下、本発明を詳細に説明する。本発明
は、無機系レドックス開始剤を使用した水系懸濁重合で
得られ、かつ不純物としての鉄化合物又はそのイオン、
アルミニウム化合物又はそのイオンである不純物を精製
除去することにより得られたアクリロニトリル系重合体
とし、これを原料としてアクリロニトリル系プレカーサ
ーに紡糸し、該プレカーサーを焼成してなる機械的強度
安定性に優れた炭素繊維にある。
The present invention will be described in detail below. The present invention is obtained by aqueous suspension polymerization using an inorganic redox initiator, and an iron compound or an ion thereof as an impurity,
An acrylonitrile-based polymer obtained by purifying and removing an aluminum compound or an impurity that is an ion thereof, is spun into an acrylonitrile-based precursor using this as a raw material, and carbon having excellent mechanical strength stability is obtained by firing the precursor. In fiber.

【0023】無機系レドックス開始剤としては、過硫酸
アンモニウム、過硫酸カリウムなどの通常使用される無
機系過酸化物が挙げられる。重合助剤として使用する還
元剤として、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸アンモニウム、
亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素アンモニウム、チオ
硫酸ナトリウム、同アンモニウム、亜二チオン酸ナトリ
ウム、ナトリウムホルムアルデヒドスルフォキシレー
ト、L−アスコルビン酸、デキストローズ等が代表的な
ものであり、硫酸第一鉄又は硫酸銅などの化合物も組合
せて使用出来る。その中で、過硫酸アンモニウム−亜硫
酸水素ナトリウム(アンモニウム)−硫酸第一鉄の組合
せが好ましい。
Examples of the inorganic redox initiator include commonly used inorganic peroxides such as ammonium persulfate and potassium persulfate. As a reducing agent used as a polymerization aid, sodium sulfite, ammonium sulfite,
Typical examples include sodium hydrogen sulfite, ammonium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, ammonium, sodium dithionite, sodium formaldehyde sulfoxylate, L-ascorbic acid and dextrose, and ferrous sulfate or sulfuric acid. Compounds such as copper can also be used in combination. Among them, the combination of ammonium persulfate-sodium hydrogen sulfite (ammonium) -ferrous sulfate is preferable.

【0024】本発明に用いられるアクリロニトリル系重
合体は、アクリロニトリル単量体の他に、これと共重合
可能なモノオレフィン性単量体とからなる繰り返し単位
からなるものであってもよい。ここでアクリロニトリル
系重合体中には、少なくとも60重量%のアクリロニト
リル単量体から構成される必要がある。アクリロニトリ
ル単量体の含有量が60重量%未満であると、アクリロ
ニトリル系炭素繊維が本来有する機械的強度性能を保有
出来ないためである。
The acrylonitrile polymer used in the present invention may be composed of a repeating unit composed of an acrylonitrile monomer and a monoolefinic monomer copolymerizable therewith. Here, the acrylonitrile-based polymer must be composed of at least 60% by weight of an acrylonitrile monomer. If the content of the acrylonitrile monomer is less than 60% by weight, the mechanical strength performance originally possessed by the acrylonitrile carbon fiber cannot be retained.

【0025】ここでアクリロニトリルと共重合可能なモ
ノオレフィン性単量体としては、例えばアクリル酸、メ
タクリル酸及びそれらのエステル、アクリルアミド、酢
酸ビニル、スチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、無
水マレイン酸、N−置換マレインイミド、ブタジエン、
イソブレン等を挙げることができる。
Examples of the monoolefinic monomer copolymerizable with acrylonitrile include acrylic acid, methacrylic acid and their esters, acrylamide, vinyl acetate, styrene, vinyl chloride, vinylidene chloride, maleic anhydride, N-. Substituted maleimide, butadiene,
Isobrene and the like can be mentioned.

【0026】本発明でのアクリロニトリル系重合体を無
機系レドックス開始剤を使用した水系懸濁重合方式で製
造する際、使用される重合開始剤は、前記記載のように
通常の酸化剤、還元剤の中から選ぶことが出来る。過硫
酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等
の通常使用される酸化剤、亜硫酸水素アンモニウム、チ
オ硫酸ナトリウム、同アンモニウム、亜二チオン酸ナト
リウム、ナトリウムフォルムアルデヒドスルフォキシレ
ート、L−アスコルビン酸、デキストローズ等の還元剤
が代表的なものである。
When the acrylonitrile polymer according to the present invention is produced by an aqueous suspension polymerization method using an inorganic redox initiator, the polymerization initiator used is a usual oxidizing agent or reducing agent as described above. You can choose from. Commonly used oxidizing agents such as ammonium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, ammonium bisulfite, sodium dithionite, sodium formaldehyde sulfoxylate, L-ascorbic acid, dext A reducing agent such as rose is typical.

【0027】還元剤/酸化剤の比率はどんな割合でも可
能であるが、重合をより効率よく進める上で酸化剤/還
元剤の当量比を1〜4にすることが好ましい。
Any ratio of reducing agent / oxidizing agent is possible, but it is preferable to set the equivalent ratio of oxidizing agent / reducing agent to 1 to 4 in order to promote the polymerization more efficiently.

【0028】重合反応温度は30〜80℃にすることが
好ましい。この理由は重合温度が80℃を超えるとアク
リロニトリルが蒸発し、反応系外へ離散することによっ
てアクリロニトリルの重合転化率を低下させるためであ
る。また30℃未満では重合速度が低下し、生産性を下
げるだけでなく重合安定性を損なう結果にもなる。
The polymerization reaction temperature is preferably 30 to 80 ° C. The reason for this is that when the polymerization temperature exceeds 80 ° C., acrylonitrile evaporates and is dispersed outside the reaction system, thereby lowering the polymerization conversion rate of acrylonitrile. Further, if the temperature is lower than 30 ° C, the polymerization rate decreases, which not only lowers the productivity but also impairs the polymerization stability.

【0029】重合媒体としての水は、イオン交換水を使
用することが好ましい。さらに単量体に対するイオン交
換水の割合(以下、水/単量体比という)はどんな比率
でも可能であるが、好ましくは水/単量体比1.0〜
5.0の範囲である。
Ion-exchanged water is preferably used as the polymerization medium. Further, the ratio of ion-exchanged water to the monomer (hereinafter referred to as water / monomer ratio) can be any ratio, but preferably the water / monomer ratio is 1.0 to
It is in the range of 5.0.

【0030】重合反応釜内での単量体の平均滞在時間
は、通常のアクリロニトリル系重合体を水系懸濁重合方
式によって製造する際に規定される時間が好ましい。重
合反応釜内での水素イオン濃度は使用される触媒が速や
かに酸化・還元反応を起こす範囲であればよく、好まし
くはpH2.0〜3.5の酸性領域が良い。
The average residence time of the monomers in the polymerization reaction vessel is preferably the time defined when a usual acrylonitrile polymer is produced by the aqueous suspension polymerization method. The hydrogen ion concentration in the polymerization reaction vessel may be within a range in which the catalyst used causes a rapid oxidation / reduction reaction, and preferably in an acidic region of pH 2.0 to 3.5.

【0031】重合釜から取り出された重合体は重合停止
剤を添加し反応を停止させる。重合反応の停止剤は、通
常アクリロニトリル系重合体を水系懸濁重合で製造する
際使用されるものであれば問題はない。重合体水溶液は
重合停止剤を添加された後、未反応単量体の回収を行
う。未反応単量体の回収方法としては、重合体水溶液を
直接蒸留する方法、又は一旦脱水し未反応単量体を重合
体と分離した後蒸留する方法があるが両方式とも採用が
可能である。
For the polymer taken out from the polymerization kettle, a polymerization terminator is added to stop the reaction. There is no problem as long as the polymerization reaction terminator is normally used when the acrylonitrile polymer is produced by aqueous suspension polymerization. After adding a polymerization terminator to the aqueous polymer solution, unreacted monomers are recovered. As a method of recovering the unreacted monomer, there is a method of directly distilling the polymer aqueous solution, or a method of dehydrating once and separating the unreacted monomer from the polymer and then distilling, but both methods can be adopted. ..

【0032】後者における脱水洗浄機としては通常公知
の濾過脱水機である回転式真空濾過機、遠心脱水機等が
使用される。これらの装置を用いて重合体水溶液から重
合体を分離するにあたり、より効率よく行うために硫酸
アンモニウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム等の
凝集剤を添加したり、重合体の凝集を促進する意味で重
合体水溶液を昇温する等の操作を行うことも出来る。重
合体中に残った水分は通常の乾燥方式によって取り除か
れる。
As the dehydration washing machine in the latter case, a rotary vacuum filtration machine, a centrifugal dehydration machine and the like which are generally known filtration dehydration machines are used. In separating the polymer from the aqueous polymer solution using these devices, a coagulant such as ammonium sulfate, aluminum sulfate, or sodium sulfate is added in order to perform it more efficiently, or the polymer is used in the sense of promoting the aggregation of the polymer. Operations such as raising the temperature of the aqueous solution can also be performed. The water remaining in the polymer is removed by the usual drying method.

【0033】斯くして水系懸濁重合方式により得られた
アクリロニトリルが少なくとも60%のアクリロニトリ
ル系重合体は有機溶媒に溶解する。有機溶媒としては、
アクリロニトリル系重合体が溶解する溶媒であることが
必要である。中でもジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド、ジメチルスルフォキシドが好ましく用いら
れる。
The acrylonitrile-based polymer containing at least 60% acrylonitrile obtained by the aqueous suspension polymerization method is dissolved in an organic solvent. As an organic solvent,
It is necessary that the solvent dissolves the acrylonitrile polymer. Among them, dimethylformamide, dimethylacetamide and dimethylsulfoxide are preferably used.

【0034】重合体と有機溶媒の割合は、アクリロニト
リル系重合体の濃度5〜35重量%、アクリロニトリル
系重合体を溶解し得る有機溶媒95〜65重量%からな
る溶液とすることが好ましい。アクリロニトリル系重合
体5〜35重量%としたのは、5重量%未満では重合体
濃度が低すぎるために満足なプレカーサーの紡糸性を確
保出来ないためである。また、35重量%を超える場
合、重合体溶液の粘度が高くなりすぎ、紡糸性を確保出
来ないためである。
The ratio of the polymer to the organic solvent is preferably a solution containing a concentration of the acrylonitrile polymer of 5 to 35% by weight and an organic solvent of 95 to 65% by weight capable of dissolving the acrylonitrile polymer. The reason why the content of the acrylonitrile polymer is 5 to 35% by weight is that if the content is less than 5% by weight, the polymer concentration is too low to ensure satisfactory spinnability of the precursor. On the other hand, when it exceeds 35% by weight, the viscosity of the polymer solution becomes too high and the spinnability cannot be secured.

【0035】アクリロニトリル系重合体5〜35重量
%、有機溶媒95〜65重量%からなるアクリロニトリ
ル系重合体液は有機溶剤に溶解しないイオン交換能のあ
る物質で精製する。有機溶剤に溶解しないイオン交換能
のある物質としては、架橋型イオン交換樹脂、または架
橋型イオン交換繊維等が挙げられるが、その中で、ジビ
ニルベンゼン−スチレンからなる架橋型イオン交換樹脂
が一般的であり好ましい。当該アクリロニトリル系重合
体の有機溶媒に溶解したドープ状態で、重合体中の不純
物を、架橋型イオン交換樹脂により精製除去するために
は、有機溶媒と親和性が必要なこと、また該有機溶媒に
溶解しないように架橋樹脂でなくてはならないためであ
る。
The acrylonitrile polymer solution containing 5 to 35% by weight of acrylonitrile polymer and 95 to 65% by weight of organic solvent is purified by a substance having an ion exchange ability which is insoluble in the organic solvent. Examples of the substance having an ion exchange ability that does not dissolve in an organic solvent include a crosslinked ion exchange resin, a crosslinked ion exchange fiber, and the like. Among them, a divinylbenzene-styrene crosslinked ion exchange resin is generally used. And is preferable. In the dope state of the acrylonitrile polymer dissolved in an organic solvent, impurities in the polymer are purified and removed by a cross-linking ion exchange resin, an affinity with the organic solvent is required, and the organic solvent This is because it must be a crosslinked resin so as not to dissolve.

【0036】イオン交換機能を有する官能基としては、
スルフォン酸基を保有する強陽イオン交換樹脂が挙げら
れる。イオン交換により精製されるイオン種が、陽イオ
ン種、陰イオン種双方の場合、スルフォン酸基を保有す
る強陽イオン交換樹脂と第4級アミノ基を保有する強陰
イオン交換樹脂とからなるイオン交換樹脂との双方の使
用が挙げられる。重金属を捕捉するには、イミノジ酢酸
型、ポリアミン型からなるキレート樹脂が、更にメタク
リル酸、アクリル酸からなる弱陽イオン交換樹脂、及び
第1、2、3級アミン型からなる弱陰イオン交換樹脂
等、又該弱陽イオン交換樹脂と同弱陰イオン交換樹脂と
の双方の使用が挙げられる。
As the functional group having an ion exchange function,
A strong cation exchange resin having a sulfonic acid group may be mentioned. When the ion species purified by ion exchange are both cation and anion species, an ion composed of a strong cation exchange resin having a sulfonic acid group and a strong anion exchange resin having a quaternary amino group. Use both with exchange resins. To capture heavy metals, chelating resins of iminodiacetic acid type and polyamine type, weak cation exchange resins of methacrylic acid and acrylic acid, and weak anion exchange resins of primary, secondary, and tertiary amine types are used. Etc., and the use of both the weak cation exchange resin and the same weak anion exchange resin.

【0037】これらの中で、スルフォン酸基を保有する
強陽イオン交換樹脂、又はスルフォン酸基を保有する強
陽イオン交換樹脂と第4級アミノ基を保有する強陰イオ
ン交換樹脂との双方の使用とが特に好ましい。
Among these, a strong cation exchange resin having a sulfonic acid group, or both a strong cation exchange resin having a sulfonic acid group and a strong anion exchange resin having a quaternary amino group. Use is particularly preferred.

【0038】本発明に用いられるイオン交換樹脂、又は
イオン交換繊維の使用量は、アクリロニトリル系重合体
溶液100重量%に対して、0.01〜100重量%の
範囲で使用するのが好ましい。0.01重量%未満の場
合には、イオン交換能力の低下が著しく、実用的でなく
なる。100重量%を超える場合は、経済的に不利なこ
とと、イオン交換能のある物質の回収に必要以上の手間
を要することから実際的ではない。
The amount of ion exchange resin or ion exchange fiber used in the present invention is preferably 0.01 to 100% by weight based on 100% by weight of the acrylonitrile polymer solution. When the amount is less than 0.01% by weight, the ion exchange capacity is remarkably deteriorated, which is not practical. When it exceeds 100% by weight, it is not practical because it is economically disadvantageous and it takes more time and effort than necessary to recover the substance having ion-exchange ability.

【0039】アクリロニトリル系重合体溶液のイオン交
換能のある物質による精製は、15〜150℃の温度範
囲で実施される。15℃未満では、該アクリロニトリル
系重合体溶液の粘度が上昇し、流動性に劣り、実質的に
イオン交換反応が進行しにくくなる。また、150℃を
超える場合、使用するイオン交換物質自体の耐熱安定性
が不足し、実際、長期期間使用出来ない。
Purification of the acrylonitrile polymer solution with a substance having an ion exchange capacity is carried out in the temperature range of 15 to 150 ° C. When the temperature is lower than 15 ° C, the viscosity of the acrylonitrile polymer solution is increased, the fluidity is deteriorated, and the ion exchange reaction hardly progresses substantially. On the other hand, if it exceeds 150 ° C., the heat stability of the ion-exchange substance itself is insufficient, and it cannot be used for a long period of time.

【0040】アクリロニトリル系重合体溶液のイオン交
換能のある物質による精製に当って使用する装置は、管
型反応器、又は槽型反応器のどちらを使用してもよい。
例えば管型反応器内にイオン交換樹脂を充填して、そこ
にアクリロニトリル系重合体ドープ溶液を連続的に供給
して流動させながら精製する工程がより現実的である。
The apparatus used for purifying the acrylonitrile polymer solution with a substance having an ion exchange capacity may be either a tubular reactor or a tank reactor.
For example, a process in which a tubular reactor is filled with an ion exchange resin and an acrylonitrile-based polymer dope solution is continuously supplied and purified while flowing is more realistic.

【0041】本発明の方法により、無機レドックス開始
剤を使用して得られたアクリロニトリル系重合体を有機
溶剤に溶解して得られたドープ溶液から、イオン交換能
ある物質により不純物を精製除去した後、湿式法又は半
乾湿式法により紡糸して製造されたプレカーサーを焼成
してなる炭素繊維では、不純物としての鉄化合物又はそ
のイオンが0〜3ppm、好ましくは0〜1ppm、ア
ルミニウム化合物又はそのイオンが0〜10ppm、好
ましくは0〜5ppmである。
According to the method of the present invention, impurities are purified and removed from a dope solution obtained by dissolving an acrylonitrile polymer obtained by using an inorganic redox initiator in an organic solvent by using a substance capable of ion exchange. In a carbon fiber obtained by firing a precursor produced by spinning by a wet method or a semi-dry wet method, an iron compound or its ion as an impurity is 0 to 3 ppm, preferably 0 to 1 ppm, and an aluminum compound or its ion is It is 0 to 10 ppm, preferably 0 to 5 ppm.

【0042】ここで、鉄化合物又はそのイオン、アルミ
ニウム化合物又はそのイオンの各々の量を規定したの
は、発明に規定している水系懸濁重合で使用する重合開
始剤として、硫酸第一鉄を重合助剤として使用するこ
と、また水系懸濁連続重合反応で反応釜としてアルミニ
ウム釜を使用し、かつ反応系が酸性水溶液であるために
該アルミニウム釜が腐食溶解することにより、生成した
アクリロニトリル系重合体中に必ず不純物として上記金
属、又はそれらのイオンが存在するからである。
Here, the respective amounts of the iron compound or its ion and the aluminum compound or its ion are defined by the fact that ferrous sulfate is used as the polymerization initiator used in the aqueous suspension polymerization specified in the invention. Acrylonitrile-based polymer produced by using it as a polymerization aid, by using an aluminum kettle as a reaction kettle in an aqueous suspension continuous polymerization reaction, and corroding and dissolving the aluminum kettle because the reaction system is an acidic aqueous solution. This is because the above metals or their ions are always present as impurities in the coalescence.

【0043】不純物としての鉄化合物又はそのイオンが
3ppmを超え、アルミニウム化合物又はそのイオンが
10ppmを超えると、アクリロニトリル系重合体ドー
プ溶液の熱安定性が低下する原因となること、又アクリ
ロニトリル系重合体ドープ溶液の熱安定性が低下すると
それから、得られるプレカーサーを焼成してなる炭素繊
維の機械的強度安定性の確保が困難となる。
When the iron compound or its ion as an impurity exceeds 3 ppm and the aluminum compound or its ion exceeds 10 ppm, it causes the thermal stability of the acrylonitrile polymer dope solution, and also the acrylonitrile polymer. When the thermal stability of the dope solution decreases, it becomes difficult to secure the mechanical strength stability of the carbon fiber obtained by firing the obtained precursor.

【0044】また、水系懸濁重合によりアクリロニトリ
ル系重合体を得る際、ガラス容器を使用する場合、また
重合助剤として鉄化合物等の金属を使用しない場合、実
質的に不純物としての鉄化合物等の金属化合物又はその
イオン、アルミニウム化合物又はそのイオンが存在しな
いが、水系懸濁連続重合が実質的に不可能なこと、また
重合安定性に劣ること等から実験室での検討に留まるこ
とになるが、該アクリロニトリル系重合体ドープ溶液の
熱安定は良好な結果となる。
Further, when a glass container is used when an acrylonitrile polymer is obtained by aqueous suspension polymerization, and when a metal such as an iron compound is not used as a polymerization aid, an iron compound or the like as an impurity is substantially contained. Although the metal compound or its ion, the aluminum compound or its ion does not exist, the aqueous suspension continuous polymerization is practically impossible, and because of poor polymerization stability, etc. The heat stability of the acrylonitrile polymer dope solution gives good results.

【0045】イオン交換能のある物質で精製した重合体
5〜35重量%、有機溶媒95〜65重量%、アクリロ
ニトリル系重合体に対して不純物としての鉄又はそのイ
オン3ppm以下、及びアルミニウム又はそのイオンが
10ppm以下のアクリロニトリル系重合体溶液は、湿
式又は半乾湿式法により紡糸してプレカーサーとする。
5 to 35% by weight of a polymer purified with a substance having an ion exchange ability, 95 to 65% by weight of an organic solvent, iron or its ion as an impurity of 3 ppm or less as an impurity with respect to an acrylonitrile polymer, and aluminum or its ion. The acrylonitrile-based polymer solution whose content is 10 ppm or less is spun into a precursor by a wet or semi-dry wet method.

【0046】紡糸方法については、常法に従って湿式又
は半乾湿式法によって紡糸し、プレカーサーを得る。具
体的には、湿式又は半乾湿式法によって凝固浴中に吐出
された凝固糸を常法により熱水浴中で洗浄及び延伸し、
工程油剤付与後、乾燥緻密化を施す。必要に応じて、乾
熱延伸やスチーム延伸などの延伸手段を講じてもよい。
With respect to the spinning method, spinning is carried out by a wet or semi-dry wet method according to a conventional method to obtain a precursor. Specifically, the coagulated yarn discharged into the coagulation bath by a wet or semi-dry wet method is washed and drawn in a hot water bath by an ordinary method,
After applying the process oil, it is dried and densified. If necessary, stretching means such as dry heat stretching and steam stretching may be taken.

【0047】焼成工程については、特に限定はなく通常
採用されている方法がそのまま採用できる。すなわち上
記方法で得られたプレカーサーをまず、酸素含有気体
中、200〜400℃の温度で予備酸化処理を施し、次
いで不活性気流中、少なくとも1000℃の温度で炭素
化処理を行う。必要に応じて、3000℃以内の温度で
黒鉛化処理を行う。
The firing step is not particularly limited, and the method usually employed can be employed as it is. That is, the precursor obtained by the above method is first pre-oxidized in an oxygen-containing gas at a temperature of 200 to 400 ° C., and then carbonized in an inert gas stream at a temperature of at least 1000 ° C. If necessary, graphitization is performed at a temperature within 3000 ° C.

【0048】[0048]

【実施例】以下、本発明を具体的に実施例によって説明
する。文中「部」及び「%」は、重量部及び重量%を表
す。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. In the text, “part” and “%” represent parts by weight and% by weight.

【0049】実施例1 容量801の攪拌付き重合反応釜(反応容器はアルミニ
ウム製ベッセル、攪拌翼はアルミニウム被覆タービン
型)に、イオン交換水(pH=3に設定)を351仕込
み、アクリロニトリル98.5部、メタクリル酸1.5
部、過硫酸アンモニウム1.5部、亜硫酸水素アンモニ
ウム4.5部、硫酸第1鉄(FeSO4・7H2 O)
0.00005部、硫酸0.085部になるように夫々
イオン交換水に溶解し連続的に供給を開始した。さら
に、イオン交換水の全量が400部になるようにイオン
交換水を別途供給した。重合温度を60℃に保ち、充分
な攪拌を行い平均滞在時間80分として連続的に原料を
供給し重合反応を行った。
Example 1 A polymerization reaction kettle with a capacity of 801 (a reaction vessel made of aluminum and a stirring blade made of an aluminum coating turbine type) was charged with 351 ion-exchanged water (pH = 3), and acrylonitrile 98.5 was charged. Parts, methacrylic acid 1.5
Parts, 1.5 part of ammonium persulfate, 4.5 parts of ammonium bisulfite, ferrous sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O)
Dissolved in ion-exchanged water so as to be 0.00005 parts and sulfuric acid 0.085 parts, respectively, and continuously supplied. Further, ion-exchanged water was separately supplied so that the total amount of ion-exchanged water would be 400 parts. The polymerization temperature was maintained at 60 ° C., sufficient stirring was performed, and the average residence time was 80 minutes, and the raw materials were continuously supplied to carry out the polymerization reaction.

【0050】反応器溢流口より連続的に重合体水系分散
液を取り出し、これに重合停止剤としてシュウ酸アンモ
ニウム0.5部、重炭酸アンモニウム1.5部を100
部のイオン交換水に溶解した水溶液を0.2部の速度で
加え、さらにイオン交換水を加えた後、回転式真空濾過
機で未反応単量体、余剰の重合助剤の残渣を除去、洗浄
した。得られた湿潤重合体をスクリュー式押出機により
ペレット状に成形した後、通気乾燥機で乾燥し、表1に
示すアクリロニトリル系重合体を得た。
The aqueous polymer dispersion was continuously taken out from the overflow port of the reactor, and 0.5 parts of ammonium oxalate and 1.5 parts of ammonium bicarbonate as a polymerization terminator were added thereto.
Part of ion-exchanged water was added with an aqueous solution at a rate of 0.2 part, and ion-exchanged water was further added, and then unreacted monomer and excess polymerization aid residue were removed by a rotary vacuum filter. Washed. The obtained wet polymer was molded into pellets by a screw type extruder and then dried by an air dryer to obtain an acrylonitrile polymer shown in Table 1.

【0051】上記で得た乾燥重合体22部を、ジメチル
フォルムアミド78部に溶解して得られる重合体溶液
に、スルフォン酸基を保有する強イオン交換樹脂(ダイ
ヤイオンHPK55H 三菱化成(株)製)10部を添
加して、80℃、30分間 ニーダー内で混合攪拌後、
100メッシュ金網で濾過して、イオン交換樹脂を除
き、表1に示すアクリロニトリル系重合体溶液を得た。
また、アクリロニトリル系重合体溶液の熱安定性の結果
を表1に示す。
22 parts of the dry polymer obtained above was dissolved in 78 parts of dimethylformamide to obtain a polymer solution, and a strong ion exchange resin having a sulfonic acid group (Diaion HPK55H manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.) was added. ) Add 10 parts, and mix and stir in a kneader at 80 ° C. for 30 minutes,
The solution was filtered through a 100-mesh wire net to remove the ion exchange resin, and the acrylonitrile polymer solution shown in Table 1 was obtained.
Table 1 shows the results of thermal stability of the acrylonitrile polymer solution.

【0052】このアクリロニトリル系重合体溶液を使用
して、1500ホール、0.15mmφの口金を通して、
78%のジメチルフォルムアミド水溶液(15℃)に半
乾湿式紡糸を行い、引き続き洗浄、延伸を施した後、ア
ミノシロキサン系油剤をプレカーサー繊維重量に対し
1.0%付与し、更に乾燥緻密化処理を施し1.0デニ
ールのプレカーサーを得た。
Using this acrylonitrile-based polymer solution, through a 1500-hole, 0.15 mmφ die,
Semi-dry wet spinning was performed on a 78% dimethylformamide aqueous solution (15 ° C), followed by washing and stretching, and then an aminosiloxane-based oil agent was added to the precursor fiber weight in an amount of 1.0%, followed by dry densification treatment. And a precursor of 1.0 denier was obtained.

【0053】このプレカーサーを常法に従って、225
〜260℃の範囲で温度勾配を有する熱風雰囲気の耐炎
化炉にロール駆動によって連続的に供給し、滞在時間3
4分で耐炎化処理を行った。このようにして得られた耐
炎化糸を窒素ガス雰囲気にある320〜700℃の範囲
の温度勾配を有する炭素化炉と1350℃の熱処理炉
を、各々7分と45分との滞在時間で炭素化焼成し、炭
素繊維を得た。得られた炭素繊維の特性を表1に示す。
This precursor was subjected to 225 according to a conventional method.
Continuously supplied by a roll drive to a flameproofing furnace in a hot air atmosphere having a temperature gradient in the range of up to 260 ° C. and a residence time of 3
The flameproofing treatment was performed in 4 minutes. The flame-resistant yarn thus obtained was subjected to carbonization in a nitrogen gas atmosphere in a carbonization furnace having a temperature gradient in the range of 320 to 700 ° C. and a heat treatment furnace at 1350 ° C. with a residence time of 7 minutes and 45 minutes, respectively. Chemical firing was performed to obtain carbon fibers. Table 1 shows the characteristics of the obtained carbon fibers.

【0054】実施例2 実施例1で得た重合体15部を、ジメチルアセトアミド
85部に溶解させアクリロニトリル系重合体溶液とし、
スルフォン酸基を保有する強イオン交換樹脂(ダイヤイ
オンPK228 三菱化成(株)製)をベッド状に充填
したディスク(厚さ5mm、直径50mm ステンレス製デ
ィスク イオン交換樹脂量10g)5枚を組込んだ重合
体ドープ配管に、該アクリロニトリル系重合体溶液を1
50g/分の速度で送液して表1に示すアクリロニトリ
ル系重合体溶液を得た。
Example 2 15 parts of the polymer obtained in Example 1 was dissolved in 85 parts of dimethylacetamide to give an acrylonitrile polymer solution,
Five discs (thickness 5 mm, diameter 50 mm, stainless steel disc, ion exchange resin amount 10 g) packed in a bed shape with a strong ion exchange resin having a sulfonic acid group (Diaion PK228 manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.) were incorporated. Add 1 acrylonitrile polymer solution to the polymer dope pipe.
The solution was fed at a rate of 50 g / min to obtain an acrylonitrile polymer solution shown in Table 1.

【0055】このアクリロニトリル系重合体溶液を使用
して、12000ホール、0.075mmφの口金を通し
て、68%のジメチルアセトアミド水溶液(35℃)に
湿式紡糸し、洗浄、延伸、油剤付与、及び乾燥緻密化処
理した後、実施例1と同様の焼成を実施した。得られた
炭素繊維の特性を表1に示す。
Using this acrylonitrile polymer solution, wet spinning was carried out through a 12000 hole, 0.075 mmφ spinner into a 68% dimethylacetamide aqueous solution (35 ° C.), followed by washing, drawing, oiling, and dry densification. After the treatment, the same firing as in Example 1 was performed. Table 1 shows the characteristics of the obtained carbon fibers.

【0056】実施例3 実施例1で得た重合体22部を、ジメチルフォルムアミ
ド78部に溶解させアクリロニトリル系重合体溶液と
し、スルフォン酸基を保有する強イオン交換樹脂(アン
バーリスト15、ロームアンドハース社製)をベッド状
に充填したディスク(厚さ5mm、直径50mm ステンレ
ス製ディスク イオン交換樹脂量10g)10枚を組込
んだ重合体ドープ配管に、該アクリロニトリル系重合体
溶液を80g/分の速度で送液して表1に示すアクリロ
ニトリル系重合体溶液を得た。
Example 3 22 parts of the polymer obtained in Example 1 was dissolved in 78 parts of dimethylformamide to obtain an acrylonitrile polymer solution, and a strong ion exchange resin having a sulfonic acid group (Amberlyst 15, Rohm & 80 g / min of the acrylonitrile-based polymer solution was placed in a polymer dope pipe in which 10 discs (thickness 5 mm, diameter 50 mm, stainless steel disc, ion exchange resin amount 10 g) packed in a bed shape were incorporated. The solution was fed at a speed to obtain an acrylonitrile polymer solution shown in Table 1.

【0057】このアクリロニトリル系重合体溶液を使用
して、1500ホール、0.15mmφの口金を通して、
78%のジメチルフォルムアミド水溶液(15℃)中に
半乾湿式紡糸を行い、引き続き洗浄、延伸を施した後、
アミノシロキサン系油剤を繊維重量に対し、1.0%付
与し、さらに乾燥緻密化処理を施し、1.0デニールの
プレカーサーを得た。これを実施例1と同様の方法で焼
成した。得られた炭素繊維の特性を表1に示す。
Using this acrylonitrile-based polymer solution, through a 1500-hole, 0.15 mmφ die,
After semi-dry wet spinning in a 78% dimethylformamide aqueous solution (15 ° C.), followed by washing and stretching,
An aminosiloxane oil agent was applied in an amount of 1.0% based on the weight of the fiber, and further subjected to a dry densification treatment to obtain a 1.0 denier precursor. This was fired in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the characteristics of the obtained carbon fibers.

【0058】実施例4 実施例1で得た重合部15部をジメチルアセトアミド8
5部に溶解させアクリロニトリル系重合体溶液とし、ス
ルフォン酸基を保有する強イオン交換樹脂(ダイヤイオ
ンPK228)をベッド状に充填したディスク(厚さ5
mm、直径50mmステンレス製ディスク イオン交換樹脂
量10g)5枚と、4級アミンを保有する強陰イオン交
換樹脂(ダイヤイオンPA312)をベッド状に充填し
たディスク(厚さ5mm、直径50mm ステンレス製ディ
スク イオン交換樹脂量10g)5枚とを交互に組込ん
だ重合体ドープ配管に、該アクリロニトリル系重合体溶
液を150g/分の速度で送液して表1に示すアクリロ
ニトリル系重合体溶液を得た。
Example 4 15 parts of the polymerized portion obtained in Example 1 was used as dimethylacetamide 8
Dissolved in 5 parts to give an acrylonitrile-based polymer solution, and a disk (thickness: 5) filled with a strong ion exchange resin having a sulfonic acid group (Diaion PK228) in a bed shape.
mm, 50 mm diameter stainless steel disk 5 pieces of ion exchange resin 10 g) and a disk filled with a strong anion exchange resin (Diaion PA312) having a quaternary amine in a bed shape (thickness 5 mm, diameter 50 mm stainless steel disk The acrylonitrile-based polymer solution was fed at a rate of 150 g / min to a polymer-doped pipe in which 5 sheets of an ion exchange resin (10 g) were alternately incorporated to obtain an acrylonitrile-based polymer solution shown in Table 1. ..

【0059】このアクリロニトリル系重合体溶液を使用
して、1500ホール、0.15mmφの口金を通して、
78%のジメチルアセトアミド水溶液(15℃)に半乾
湿式紡糸を行い、引き続き洗浄、延伸を施した後、アミ
ノシロキサン系油剤を繊維重量に対し、0.5〜1.5
%を付与し、さらに乾燥緻密化処理を施し、1.0デニ
ールのプレカーサーを得た。これを実施例1と同様の方
法で焼成した。得られた炭素繊維の特性を表1に示す。
Using this acrylonitrile-based polymer solution, through a 1500-hole, 0.15 mmφ die,
Semi-dry wet spinning was performed on a 78% dimethylacetamide aqueous solution (15 ° C.), followed by washing and stretching, and then an aminosiloxane oil agent was added in an amount of 0.5 to 1.5 based on the weight of the fiber.
% And further subjected to a dry densification treatment to obtain a 1.0 denier precursor. This was fired in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the characteristics of the obtained carbon fibers.

【0060】比較例1 実施例1で得たアクリロニトリル系重合体溶液を、イオ
ン交換樹脂精製を実施せずに実施例1と同様の方法で紡
糸してプレカーサーを得た。この得られたプレカーサー
を実施例1と同様の焼成処理を行い炭素繊維を得た。ま
とめて、結果を表1に示す。実施例1と比較してドープ
の熱安定性は劣り、且つ得られた炭素繊維性能も低く、
性能ムラがあった。
Comparative Example 1 The acrylonitrile polymer solution obtained in Example 1 was spun in the same manner as in Example 1 without carrying out ion exchange resin purification to obtain a precursor. The precursor thus obtained was subjected to the same firing treatment as in Example 1 to obtain carbon fibers. Collectively, the results are shown in Table 1. The thermal stability of the dope was inferior to that of Example 1, and the performance of the obtained carbon fiber was low,
There was uneven performance.

【0061】比較例2 実施例2のアクリロニトリル系重合体溶液を、イオン交
換樹脂精製を実施せずに実施例2と同様の方法で紡糸を
行った。得られたプレカーサーを実施例1と同様の焼成
処理を行い炭素繊維を得た。まとめて、結果を表1に示
す。実施例1と比較してドープの熱安定性は劣り、且つ
得られた炭素繊維性能も低く、性能ムラがあった。
Comparative Example 2 The acrylonitrile polymer solution of Example 2 was spun in the same manner as in Example 2 without purifying the ion exchange resin. The precursor thus obtained was subjected to the same firing treatment as in Example 1 to obtain carbon fibers. Collectively, the results are shown in Table 1. The thermal stability of the dope was inferior to that of Example 1, the performance of the obtained carbon fiber was low, and the performance was uneven.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】表1における評価項目の測定は以下の通り
である。 重合転化率 重合上がりの水系分散液を採取し、重合体分を濾別回収
して重合体収率を重合転化率とした。 比粘度 濃度0.5gの重合体を100mlのジメチルフォルムア
ミドに溶解し、25℃で、溶液粘度(ウベローデ型粘度
計)を測定した。 ナトリウムイオン量 重合体及び繊維を燃焼し、得られた灰分を使用して炎色
測定により測定した。
The evaluation items in Table 1 are measured as follows. Polymerization conversion rate The aqueous dispersion after the polymerization was collected, and the polymer content was collected by filtration to determine the polymer yield as the polymerization conversion rate. Specific viscosity A polymer having a concentration of 0.5 g was dissolved in 100 ml of dimethylformamide, and the solution viscosity (Ubbelohde viscometer) was measured at 25 ° C. Sodium ion content The polymer and fiber were burned and the ash content obtained was used to measure by flame color measurement.

【0064】アンモニウムイオン量 重合体及び繊維を水で加熱して、アンモニウムイオンを
抽出し、比色法で測定した。 鉄及びアルミニウム量 重合体及び繊維を燃焼し、得られた灰分を使用して原子
吸光法で測定した。 重合体溶液粘度 表示した重合体濃度のドープを使用して、85℃のオイ
ル浴中でボール落下時間を測定して、溶液粘度を測定し
た。経時変化も同様に実施した。
Ammonium Ion Amount The polymer and fibers were heated with water to extract ammonium ions, which were measured by a colorimetric method. Iron and Aluminum Content Polymers and fibers were burned and the ash content obtained was used to measure by atomic absorption spectrometry. Polymer Solution Viscosity Using a dope having the indicated polymer concentration, the ball drop time was measured in an oil bath at 85 ° C. to measure the solution viscosity. The change with time was similarly performed.

【0065】重合体溶液色調 表示した重合体濃度のドープを使用して、85℃のオイ
ル浴中で85℃に加熱後、直ちに着色状況を目視評価し
た。 重合体組成 プロトンNMR測定機を使用して、重合体組成を求め
た。なおANはアクリロニトリルを示す。
Polymer solution color tone Using the dope having the indicated polymer concentration, the color condition was visually evaluated immediately after heating to 85 ° C. in an oil bath at 85 ° C. Polymer Composition Polymer composition was determined using a Proton NMR instrument. AN represents acrylonitrile.

【0066】ストランド強度 JIS−R7601に規定されている樹脂含浸ストラン
ド強度試験法に準じて測定した。測定数はn=10で表
1はその平均値を示す。 ストランド強度,ストランド弾性率の変動係数 以下の式に従って求めた。
Strand Strength Measured according to the resin-impregnated strand strength test method specified in JIS-R7601. The number of measurements is n = 10, and Table 1 shows the average value. Coefficients of variation in strand strength and strand modulus were calculated according to the following formulas.

【0067】[0067]

【数1】 [Equation 1]

【0068】[0068]

【数2】 [Equation 2]

【0069】s:標準偏差 CV:変動係数(%) χ1 :個々の測定値 n=測定数S: Standard deviation CV: Coefficient of variation (%) χ 1 : Individual measurement value n = Number of measurements

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によるアクリロニトリル系重合体
溶液は、熱安定性に優れており、かつ不純物の除去効果
も優れ、得られる炭素繊維用前駆体(プレカーサー)の
色調も明らかに着色が少ない。これから得られる本発明
の炭素繊維は、高品質、高性能で、複合材料分野の用途
を一層拡大することを可能とし、その工業上の意義は大
きい。
The acrylonitrile polymer solution according to the present invention is excellent in thermal stability, is also excellent in removing impurities, and the obtained carbon fiber precursor (precursor) is obviously less colored. The carbon fiber of the present invention obtained from this has high quality and high performance and enables further expansion of applications in the field of composite materials, and its industrial significance is great.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 治 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (72)発明者 真鍋 由雄 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Osamu Kato 20-1 Miyuki-cho, Otake-shi, Hiroshima Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Otake Works (72) Inventor Yoshio Manabe 20-1 Miyuki-cho, Otake-shi, Hiroshima Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Otake Office

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無機系レドックス開始剤を使用した水系
懸濁重合法で得られたアクリロニトリル系重合体を原料
として製造されるアクリロニトリル系炭素繊維用前駆体
を焼成してなり、かつ、不純物としての鉄化合物又はそ
のイオンが0〜3ppm、アルミニウム化合物又はその
イオンが0〜10ppmである機械的強度安定性に優れ
た炭素繊維。
1. A precursor for an acrylonitrile-based carbon fiber, which is produced from an acrylonitrile-based polymer obtained by an aqueous suspension polymerization method using an inorganic redox initiator as a raw material, and is used as an impurity. Carbon fiber having an iron compound or its ion of 0 to 3 ppm and an aluminum compound or its ion of 0 to 10 ppm, which is excellent in mechanical strength stability.
【請求項2】 無機系レドックス開始剤を使用した水系
懸濁重合法で得られたアクリロニトリル系重合体と、該
重合体を溶解出来る有機溶剤からなる溶液から、該有機
溶剤に溶解しないイオン交換能のある物質により、該重
合体中に含有する鉄化合物、又はそのイオン、アルミニ
ウム化合物又はそのイオンである不純物を精製除去した
ドープ溶液を、湿式法又は半乾湿式法により紡糸して得
られた炭素繊維製造用前駆体を焼成することを特徴とす
る炭素繊維の製造方法。
2. An ion exchange ability which does not dissolve in an organic solvent from a solution comprising an acrylonitrile polymer obtained by an aqueous suspension polymerization method using an inorganic redox initiator and an organic solvent capable of dissolving the polymer. Carbon obtained by spinning a dope solution obtained by purifying and removing an iron compound contained in the polymer, or an ion thereof, an aluminum compound or an impurity that is an ion thereof, by a wet method or a semi-dry wet method. A method for producing a carbon fiber, which comprises firing a precursor for producing a fiber.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006070706A1 (en) * 2004-12-27 2006-07-06 Toray Industries, Inc. Oil agent for carbon fiber precursor fiber, carbon fiber and method for producing carbon fiber
JP2011102454A (en) * 2009-11-11 2011-05-26 Mitsubishi Rayon Co Ltd Carbon fiber, acrylic fiber of carbon fiber precursor and method for producing the same
JP2019007129A (en) * 2013-08-01 2019-01-17 三菱ケミカル株式会社 Production method of carbon fiber

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