JPH05171522A - 炭素繊維用前駆体繊維の製造方法 - Google Patents

炭素繊維用前駆体繊維の製造方法

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JPH05171522A
JPH05171522A JP34532491A JP34532491A JPH05171522A JP H05171522 A JPH05171522 A JP H05171522A JP 34532491 A JP34532491 A JP 34532491A JP 34532491 A JP34532491 A JP 34532491A JP H05171522 A JPH05171522 A JP H05171522A
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fiber
carbon fiber
bath
precursor
yarn
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JP34532491A
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English (en)
Inventor
Masaru Tanaka
勝 田中
Haruo Ohara
春夫 尾原
Jun Yamazaki
潤 山崎
Akira Okuda
章 奥田
Hideo Saruyama
秀夫 猿山
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】アクリロニトリルを少なくとも90重量%以上
含むアクリル系重合体溶液を湿式紡糸後水洗、延伸及び
乾燥して炭素繊維用前駆体繊維を製造するに際し、該延
伸浴出の膨潤糸中の溶媒残存率が0.02〜10.0%
の状態で糸条体にシリコン系油剤を付与することを特徴
とする炭素繊維用前駆体繊維の製造方法。 【効果】単繊維間接着の少ないアクリル系繊維前駆体を
得ることが出来、安定して高品質の炭素繊維を安価な製
造コストで製造することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭素繊維用前駆体繊維の
製造方法に関するものである。さらに詳細には、熱水延
伸性を向上せしめ、単糸間接着の少ない炭素繊維用前駆
体繊維を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリアクリロニトリル系繊維は炭素繊維
前駆体原糸(以下、プリカーサ)として利用されてお
り、性能の優れた炭素繊維を得るために多くの改善技術
が開示されている。
【0003】炭素繊維はそのプリカーサーとしてポリア
クリロニトリル系繊維を用いる場合には、ポリアクリロ
ニトリル系繊維を紡糸する製糸工程、200〜400℃
の空気雰囲気中で該繊維を加熱焼成して酸化繊維に転換
する耐炎化工程、窒素・ヘリウム・アルゴン等の不活性
雰囲気中でさらに300〜2500℃に加熱して炭化す
る炭化工程を経ることで得られ(耐炎化工程、炭化工程
をあわせて一般に焼成工程と呼ぶ)、複合材料用強化繊
維として航空・宇宙用途やスポーツ用途、一般産業用途
などに幅広く利用されている。
【0004】これら用途のうち、一般産業分野への用途
拡大の要求に応えるためには、第一に製造原価を軽減し
て、廉価な炭素繊維を提供することが望まれている。
【0005】従来、炭素繊維に係わる改善は、性能の改
善に関するものが多く、製造原価の低減を目的としたも
のは少ないのが実情である。
【0006】たとえば、特開昭61−108715号公
報においては、性能の優れた炭素繊維を得るためにはア
クリル系繊維前駆体として、乾燥緻密化工程での接着や
疑似接着を防止することが重要であり、そのためには、
残存溶媒含有量が、0.1重量%以下、とくに0.05
重量%以下、更には0.03重量%以下にする必要があ
ると記載されている。
【0007】しかるに、アクリル系重合体を溶解する溶
媒は、アクリル系重合体に対する親和性に富んでいるた
め、紡糸原液の紡糸後の水洗工程で糸条中に残存し易
く、その残存溶媒を除去するのは極めて難しく、その目
的を達成するため多量の水洗用水が必要であり、また高
速水洗法や超音波洗浄法などが採用されており、原糸の
製造コストが高くなるのが現状であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、水洗
工程を簡略化した浴中延伸工程においてその延伸性能を
向上せしめ、更に後続する乾燥緻密化工程およびアクリ
ル系繊維前駆体の焼成工程において単繊維間接着の発生
を抑制せしめて、工程通過性の優れたアクリル系繊維プ
リカーサーを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために次の構成を有する。すなわち、アクリロニト
リルを少なくとも90重量%以上含むアクリル系重合体
溶液を湿式紡糸後水洗、延伸及び乾燥して炭素繊維用前
駆体繊維を製造するに際し、該延伸浴出の膨潤糸中の溶
媒残存率が0.02〜10.0%の状態で糸条にシリコ
ン系油剤を付与することを特徴とする炭素繊維用前駆体
繊維の製造方法である。
【0010】さらに本発明では、前記の方法において熱
水浴中で延伸する際に、2つ以上の独立した各浴槽間に
自由回転ローラーを配し該浴中30〜98℃の水中で多
段延伸することと組み合わせればさらに好ましい。
【0011】以下、本発明について詳細に説明する。
【0012】本発明に使用するアクリル系重合体組成は
アクリロニトリル90重量%以上とするものである。ア
クリロニトリル90重量%未満であると、すなわち、コ
モノマーが10重量%を越えると、焼成工程における単
繊維間接着が生じやすくなり、得られる炭素繊維の物性
が低いものとなる。従って、10重量%以内で他のコモ
ノマーと共重合されていてもよい。コモノマーとしては
アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、およびそれ
らのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステ
ル、ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム
塩、あるいはアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、
スチレンスルホン酸およびそれらのアルカリ金属塩等を
あげることができる。
【0013】アクリル系重合体は公知の乳化重合、塊状
重合、溶液重合等の重合法を用いて重合され、さらにこ
れらの重合体からアクリル系繊維を製造するに際しては
ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(以下、
DMSO)、ジメチルホルムアミド、硝酸、ロダンソー
ダ水溶液等のポリマー溶液を紡糸原液として、通常の湿
式紡糸法、乾湿式紡糸法によって紡糸し、繊維化するこ
とができる。
【0014】本発明では、水中での延伸性を向上させ、
また、水洗工程を簡略化し、水洗用水を節減し、設備生
産性を向上させる観点から、延伸浴出の膨潤糸中の溶媒
残存率を0.02〜10.0重量%、好ましくは0.0
5〜5.0重量%の範囲とするものである。本発明にお
いて、延伸浴出の膨潤糸中の溶媒残存率とは、延伸浴を
出た膨潤糸条の絶乾重量に対する同膨潤糸条中に含まれ
る残存溶媒量の割合をいう。この溶媒残存率が10.0
重量%を越える場合には、延伸後の熱処理や焼成時に単
繊維間接着が著しく発生し易くなり、一方、0.02重
量%未満では本発明の目的のひとつとする水中での延伸
性向上が望めない。すなわち、実施例の項で後述する浴
延伸破断倍率が7.5以下となり、ひいては、浴延伸後
の製糸性や焼成時の炭素繊維の工程通過性および品位が
低下するという問題がある。
【0015】本発明では、糸中に一定の残存溶媒を含む
ために延伸後の熱処理や焼成時に単繊維間接着が発生し
易く、浴延伸工程における延伸性の向上効果を生かすこ
とができない傾向があり、この問題を解決する観点か
ら、本発明では、延伸した膨潤糸にシリコン系油剤を付
与するものである。
【0016】本発明に用いられるシリコン系油剤は、例
えば、シロキサン骨格を有し、エチレンオキサイド、プ
ロピレンオキサイドや、アミノ末端基、エポキシ基等を
有する有機基で置換あるいは変性された公知のシリコン
系油剤が上げられる。シリコン系油剤の付着量は、製糸
工程および焼成工程における単繊維間接着を防止する観
点から、ポリマ重量に対して0.1〜3.0%さらには
0.2〜1.5%とするのが好ましい。
【0017】また、本発明においては、浴中延伸の膨潤
糸中の溶媒残存率が高い状態では、特に、浴延伸工程に
おいて浴中での単繊維間接着、また延伸ローラーに圧着
される際の単繊維間接着を発生しやすい傾向がある。こ
のような場合には、延伸に関与するローラーの数を少な
くすることや、延伸に関与するいくつかの浴中での延伸
張力を均一化するために、浴間のローラーを一般的な駆
動方式のローラーから、非駆動方式のいわゆるフリーロ
ーラーに変えることが効果的であり好ましい。また、糸
条を5〜100Hz程度の周波数で振動させることも効
果的であり、これらの方法を組み合わせることによって
浴延伸工程での単繊維間接着をさらに効果的に防止する
ことが出来る。
【0018】本発明では、工程糸条中の溶媒量を従来で
は考えられない程多く含むのにもかかわらず、シリコン
系油剤を付与することによって、糸条中の溶媒により発
生する単繊維間接着などの工程安定性や炭素繊維の性能
の阻害要因を排除し、これにより製糸工程を簡略化する
とともに、延伸性能を向上させることが出来る。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。実施例中、乾燥緻密化糸の接着判定は、緻密
化糸を約5mmに切断し非イオン系界面活性剤ノイゲン
SS(第一工業製薬(株)製)の0.1重量%水溶液に
分散させ、60rpmで撹拌後、黒色ろ紙でろ過し、接
着状態を5段階で視感判定した。接着の全く認められな
い状態を1級、ほとんどの単繊維が接着している状態を
5級とし、その間を相対的にランク付けした。4級以上
では製糸性や焼成後の炭素繊維物性の点から、好ましく
なく採用できない接着レベルである。
【0020】浴延伸破断倍率は、浴長3m、浴温度98
℃の浴延伸槽において浴延伸入の糸条速度を15m/分
に固定し、出側のローラ速度を徐々に上昇させ、糸条が
延伸切れする速度を測定し、浴延伸出/浴延伸入速度の
比から求めた。
【0021】また、炭素繊維の性能(強度)は、JIS
R 7601に準じて測定したエポキシ樹脂含浸スト
ランドの物性であり、測定回数n=10の平均から求め
た値である。
【0022】(実施例1)アクリロニトリル(以下、A
N)99.5モル%、イタコン酸0.5モル%からなる
固有粘度[η]が1.80のAN共重合体を20重量%
含むDMSO溶液を紡糸原液として12000Hの口金
からDMSOと水から成る凝固浴中に紡出して、120
00本からなる凝固糸(総繊度:144000d)を得
た。この凝固糸を65℃の水中で水洗した。浴延伸工程
に導き、90℃の水中で5倍延伸を行った後、アミノ変
性シリコーン(アミノ基の含有量はNH2 として1.0%
のもの)をノニルフェノールのエチレンオキサイド付加
物を用いて乳化した油剤の浴液中に含浸走行させ、油分
として0.7%付与し、乾燥緻密化を行った。このとき
の延伸浴は3槽からなりローラーは全て駆動ローラーで
あった。この緻密化糸を採取し、単繊維間接着を測定し
た。また、次に乾燥緻密化糸の加圧スチーム延伸を行い
(全倍率12倍)巻取って、単繊維繊度1.0d、総繊
度12000デニールのアクリロニトリル系繊維糸条を
得た。
【0023】得られた糸条を200〜280℃の空気中
で耐炎化処理し、のち最高温度1300℃の炭化炉に導
入し、窒素雰囲気中で炭化し炭素繊維を得た。
【0024】水洗用水の供給量を増減して、膨潤糸中の
溶媒残存率を変更した。浴延伸糸に非シリコン系(高級
アルコールのエチレンオキサイド付加物)の油剤を付与
する以外は前記と同様に製糸し炭素繊維を得た。延伸性
能、緻密化糸の単繊維間接着、炭素繊維(表中ではCF
と略記)の物性を表1に示した。
【0025】
【表1】 表1より膨潤糸中の溶媒残存率を0.02〜10.0重
量%にすることによって、延伸性能が高まると同時に単
繊維間接着を抑制して高品質の炭素繊維を得ることが出
来る。
【0026】(実施例2)実施例1において、浴延伸の
駆動ローラーをフリーローラーに変え、乾燥緻密化し
た。得られた緻密化糸の単繊維間接着を表2に示した。
【0027】
【表2】
【0028】
【発明の効果】本発明の方法により、単繊維間接着の少
ないアクリル系繊維のプリカーサーを得ることが出来、
安定して高品質の炭素繊維を安価な製造コストで製造す
ることが可能になる。
フロントページの続き (72)発明者 奥田 章 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515 東レ株 式会社愛媛工場内 (72)発明者 猿山 秀夫 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515 東レ株 式会社愛媛工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクリロニトリルを少なくとも90重量%
    以上含むアクリル系重合体溶液を湿式紡糸後水洗、延伸
    及び乾燥して炭素繊維用前駆体繊維を製造するに際し、
    該延伸浴出の膨潤糸中の溶媒残存率が0.02〜10.
    0%の状態で糸条体にシリコン系油剤を付与することを
    特徴とする炭素繊維用前駆体繊維の製造方法。
  2. 【請求項2】熱水浴中で延伸する際に、2つ以上の独立
    した各浴槽間に自由回転ローラーを配し該浴中30〜9
    8℃の水中で多段延伸することを特徴とする請求項1記
    載の炭素繊維用前駆体繊維の製造方法。
JP34532491A 1991-12-26 1991-12-26 炭素繊維用前駆体繊維の製造方法 Pending JPH05171522A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101239424B1 (ko) * 2010-12-30 2013-03-06 주식회사 효성 탄소섬유 전구체의 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0329889A (ja) * 1989-06-28 1991-02-07 Mitsubishi Atom Power Ind Inc 高速増殖炉の原子炉出力制御方式
JPH0364514A (ja) * 1989-08-01 1991-03-19 Toray Ind Inc 炭素繊維用アクリル系前駆体糸条の製造法

Patent Citations (2)

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