JPH05195324A - Precursor for carbon fiber production and method for producing the precursor - Google Patents

Precursor for carbon fiber production and method for producing the precursor

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JPH05195324A
JPH05195324A JP847892A JP847892A JPH05195324A JP H05195324 A JPH05195324 A JP H05195324A JP 847892 A JP847892 A JP 847892A JP 847892 A JP847892 A JP 847892A JP H05195324 A JPH05195324 A JP H05195324A
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JP
Japan
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resin
precursor
carbon fiber
polymer
polyvinyl
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Application number
JP847892A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Washiyama
正芳 鷲山
Makoto Kobayashi
真 木林
Shoji Yamane
祥司 山根
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject precursor capable of modifying the fine structure of carbon fiber without using any fine particles by spinning a mixture of cellulose (derivative), polyvinyl alcohol, ABS resin, etc., with polyacrylonitrile-based polymer. CONSTITUTION:The objective precursor can be obtained by spinning a mixture of (A) cellulose (derivative), polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin and/or furan resin with (B) a polyacrylonitrile-based polymer.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は炭素繊維製造用プリカー
サーおよびその製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precursor for producing carbon fiber and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素繊維はその優れた機械的特性、特に
比強度、比弾性率が高いという特徴を有しているため、
航空宇宙用途、レジャー用途、一般産業用途などに広く
使用されている。しかしその性能は用途によっては十分
でなく、さらに強度、弾性率などの機械的特性が高い高
性能炭素繊維の開発に対する要望が日増しに高まってい
る。さらに引張特性のみならず圧縮強度への要望も強く
なってきている。
2. Description of the Related Art Carbon fiber has excellent mechanical properties, particularly high specific strength and high specific elastic modulus.
Widely used in aerospace applications, leisure applications, general industrial applications, etc. However, the performance is not sufficient for some applications, and the demand for the development of high-performance carbon fibers having high mechanical properties such as strength and elastic modulus is increasing day by day. Furthermore, not only tensile properties but also compressive strength are being strongly demanded.

【0003】そこで、機能性付与を目的として炭素繊維
内部へ微粒子などの形態で異種化合物を混合する技術
(特公昭61−58404号公報、特開平2−2516
15号公報、特願平3−34664号)などが提案され
ている。
Therefore, a technique of mixing different kinds of compounds in the form of fine particles into the carbon fiber for the purpose of imparting functionality (Japanese Patent Publication No. 61-58404, JP-A-2-2516).
No. 15, gazette and Japanese Patent Application No. 3-34664) have been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した微粒
子含有炭素繊維において微粒子は異物として作用し、製
糸工程が困難となるのみならず、引張強度などの機械的
特性を低下させる原因となっていた。また、圧縮強度を
向上させるためのひとつの手段として、炭素繊維を構成
している黒鉛結晶のサイズを小さくして黒鉛結晶間の剪
断強度、あるいは横方向強度を上げることが有効である
ことが知られているが、金属元素を含んだ微粒子を混合
すると触媒黒鉛化作用により逆に結晶が成長して圧縮強
度に不利となる場合もあった。
However, in the above-described carbon fibers containing fine particles, the fine particles act as foreign matters, which not only makes the yarn-making process difficult but also causes a decrease in mechanical properties such as tensile strength. .. Further, as one means for improving the compressive strength, it is known that it is effective to reduce the size of the graphite crystals constituting the carbon fiber to increase the shear strength between the graphite crystals or the transverse strength. However, when fine particles containing a metal element are mixed, there is a case where the crystal grows conversely due to the catalytic graphitization action, which is disadvantageous to the compressive strength.

【0005】すなわち、本発明は、微粒子を用いずに炭
素繊維の微細構造を改質することができる炭素繊維製造
用プリカーサーおよびその製造法を提供することをその
課題とする。
That is, an object of the present invention is to provide a precursor for producing carbon fiber which can modify the fine structure of carbon fiber without using fine particles, and a method for producing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の炭素繊維製造用
プリカーサー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、セルロースもしくはその誘導体、ポリ
ビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニル
アセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リブタジエン、ABS樹脂、AS樹脂、AB樹脂、フェ
ノール樹脂、フラン樹脂からなる群より選ばれた1種ま
たは2種以上とポリアクリロニトリル系重合体との混合
物よりなる炭素繊維製造用プリカーサーである。
In order to solve the above-mentioned problems, the precursor for producing carbon fiber of the present invention has the following constitution. That is, one or more selected from the group consisting of cellulose or a derivative thereof, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin, furan resin, or A precursor for carbon fiber production, which comprises a mixture of two or more kinds and a polyacrylonitrile polymer.

【0007】また、本発明の炭素繊維製造用プリカーサ
ーの製造法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、セルロースもしくはその誘導体、ポリビ
ニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルア
セタール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
ブタジエン、ABS樹脂、AS樹脂、AB樹脂、フェノ
ール樹脂、フラン樹脂からなる群より選ばれた1種また
は2種以上とポリアクリロニトリル系重合体とを混合し
て紡糸することを特徴とする炭素繊維製造用プリカーサ
ーの製造法である。
The method for producing a precursor for producing carbon fiber of the present invention has the following constitution in order to solve the above problems. That is, one or more selected from the group consisting of cellulose or a derivative thereof, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin, furan resin, or A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises mixing two or more kinds and a polyacrylonitrile-based polymer and spinning the mixture.

【0008】すなわち、本発明の炭素繊維製造用プリカ
ーサーはセルロースもしくはその誘導体、ポリビニルア
ルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルアセター
ル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブタジ
エン、ABS樹脂、AS樹脂、AB樹脂、フェノール樹
脂、フラン樹脂からなる群より選ばれた1種または2種
以上とポリアクリロニトリル系重合体との混合物からな
るため、微粒子を混合すること無く最終的に得られる炭
素繊維の微細構造を制御することができる。
That is, the precursor for producing carbon fiber of the present invention comprises cellulose or its derivative, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin, Since it is composed of a mixture of one or more selected from the group consisting of furan resin and a polyacrylonitrile polymer, it is possible to control the fine structure of the finally obtained carbon fiber without mixing fine particles. ..

【0009】言い換えると、微粒子の混合では、混合に
よる強度低下をおこしたり、炭素繊維の微細構造を分子
レベルで制御できない場合があるのに対し、上記ポリマ
ーを混合することにより、そのような問題が無いばかり
か、前記したポリマーはポリアクリロニトリル系重合体
よりいわゆる難黒鉛化性のポリマーであることから、焼
成することによってポリアクリロニトリル系重合体単独
からなるプリカーサーを用いた場合よりも黒鉛結晶の成
長を抑制できることが明らかとなった。
In other words, in the case of mixing fine particles, there are cases where the strength is decreased due to the mixing and the fine structure of carbon fiber cannot be controlled at the molecular level, but by mixing the above-mentioned polymer, such a problem occurs. Not only that, but the above-mentioned polymer is a so-called non-graphitizable polymer than a polyacrylonitrile-based polymer, therefore, by firing the growth of graphite crystals than when using a precursor consisting of a polyacrylonitrile-based polymer alone It became clear that it could be suppressed.

【0010】本発明においてポリアクリロニトリル系重
合体は、得られる炭素繊維の物性・収率を向上させる観
点から、アクリロニトリル85%以上、アクリロニトリ
ルと共重合可能な重合性不飽和単量体を15%以下含む
重合体であることが好ましい。
In the present invention, the polyacrylonitrile polymer is 85% or more of acrylonitrile and 15% or less of a polymerizable unsaturated monomer copolymerizable with acrylonitrile, from the viewpoint of improving the physical properties and yield of the obtained carbon fiber. It is preferably a polymer containing.

【0011】この重合性不飽和単量体としては、不飽和
カルボン酸もしくはこれらのアルカリ金属塩、アンモニ
ウム塩、アルキルエステル類、アクリルアミド、メタク
リルアミドもしくはこれらの誘導体またはアリルスルホ
ン酸、メタリルスルホン酸もしくはこれらの塩類、アル
キルエステル類等をあげることができる。
Examples of the polymerizable unsaturated monomer include unsaturated carboxylic acids or their alkali metal salts, ammonium salts, alkyl esters, acrylamide, methacrylamide or their derivatives, or allylsulfonic acid, methallylsulfonic acid or Examples thereof include salts and alkyl esters.

【0012】これらのうちでも、不飽和カルボン酸が耐
炎化反応を促進するので好ましい。不飽和カルボン酸の
例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、
クロトン酸、シトラコン酸、エタクリル酸、マレイン
酸、メサコン酸等をあげることができる。
Of these, unsaturated carboxylic acids are preferred because they promote the flameproofing reaction. Examples of unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid,
Examples thereof include crotonic acid, citraconic acid, ethacrylic acid, maleic acid and mesaconic acid.

【0013】ポリアクリロニトリル系重合体の重合方法
としては、懸濁重合、溶液重合、乳化重合など従来公知
の方法を採用することができる。
As a method for polymerizing the polyacrylonitrile polymer, conventionally known methods such as suspension polymerization, solution polymerization and emulsion polymerization can be adopted.

【0014】また、ポリアクリロニトリル系重合体と混
合すべきポリマーとしては、セルロースもしくはその誘
導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、
ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリブタジエン、ABS樹脂、AS樹脂、AB
樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂からなる群より選ば
れた1種または2種以上が用いられるものである。
As the polymer to be mixed with the polyacrylonitrile polymer, cellulose or its derivative, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate,
Polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB
One or more selected from the group consisting of resin, phenol resin and furan resin are used.

【0015】セルロースもしくはその誘導体の例として
は、酢酸セルロース、ニトロセルロース、カルボキシメ
チルセルロースなどがあげられる。ポリビニルアセター
ルの例としては、ポリビニルブチラール、ポリビニルホ
ルマールなどがあげられる。フェノール樹脂の例として
は、ノボラック型フェノール樹脂などがあげられる。た
だ、ポリアクリロニトリル系重合体と混合すべきポリマ
ーの焼成時の収率が低いと得られる炭素繊維の改質効果
が少ないばかりでなく、ボイドの発生も多くなって低物
性の炭素繊維しか得られなくなることがあるため、ポリ
アクリロニトリル系重合体と混合すべきポリマーの60
0℃における収率は5%以上が好ましく、10%以上が
より好ましく、20%以上がさらに好ましい。ここで、
600℃における収率とは、理学電機社製示差熱天秤
(TG−DTA)標準形CN8078B1を用いて昇温
速度20℃/分、窒素流量30ml/分にて測定したと
き、600℃に到達した時の測定前試料重量に対する重
量保持率をいう。
Examples of cellulose or its derivative include cellulose acetate, nitrocellulose, carboxymethyl cellulose and the like. Examples of polyvinyl acetal include polyvinyl butyral and polyvinyl formal. Examples of the phenol resin include novolac type phenol resin. However, when the yield of the polymer to be mixed with the polyacrylonitrile-based polymer is low at the time of firing, not only the effect of modifying the carbon fiber obtained is small, but also the occurrence of voids increases and only carbon fiber with low physical properties is obtained. 60% of the polymer that should be mixed with the polyacrylonitrile-based polymer
The yield at 0 ° C is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 20% or more. here,
The yield at 600 ° C. reached 600 ° C. when measured with a differential thermobalance (TG-DTA) standard type CN8078B1 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. at a temperature rising rate of 20 ° C./min and a nitrogen flow rate of 30 ml / min. The weight retention ratio with respect to the sample weight before measurement.

【0016】ポリアクリロニトリル系重合体と混合すべ
きポリマーのプリカーサー中に占める比率(以下、混合
比)1%未満であると、得られる炭素繊維の改質効果は
小さく、また、混合比が99%を越えるとポリアクリロ
ニトリル系重合体の特徴が失われるため、混合比は好ま
しくは1〜99%、より好ましくは5〜95%、さらに
は10〜90%の割合で混合するのが好ましい。
If the ratio of the polymer to be mixed with the polyacrylonitrile-based polymer in the precursor (hereinafter, mixing ratio) is less than 1%, the effect of modifying the obtained carbon fiber is small, and the mixing ratio is 99%. If it exceeds, the characteristics of the polyacrylonitrile polymer will be lost, so the mixing ratio is preferably 1 to 99%, more preferably 5 to 95%, and further preferably 10 to 90%.

【0017】本発明においてはポリアクリロニトリル系
重合体とこれ以外の前記したポリマーを混合するもので
あるが、その混合方法としては、ホモミキサー等によっ
てあらかじめ混合して紡糸原液を調製してもよいし、そ
れぞれのポリマーまたはこれらの溶液を紡出直前にスタ
ティックミキサー等によって混合してもよい。また、混
合されたポリマーは完全に相溶していてもよいし、非相
溶状態で連続相、または非連続の粒子状で分散された状
態で存在していてもよい。
In the present invention, the polyacrylonitrile polymer and the above-mentioned other polymers are mixed, but the mixing method may be pre-mixing with a homomixer or the like to prepare the spinning dope. The respective polymers or their solutions may be mixed with a static mixer or the like immediately before spinning. Further, the mixed polymers may be completely compatible with each other, or may be present in a non-compatible state in a continuous phase or in a dispersed state in the form of discontinuous particles.

【0018】また、上記のようにした混合ポリマーとポ
リアクリロニトリル系重合体とを複合紡糸することによ
り芯鞘状、バイメタル状または海島状に配置することも
でき、この場合、いずれの成分をいずれに配置してもか
まわない。
It is also possible to arrange them in a core-sheath shape, a bimetal shape or a sea-island shape by composite spinning of the mixed polymer as described above and a polyacrylonitrile polymer. You can place it.

【0019】前記のようにして得た重合体混合物は公知
の方法によって炭素繊維製造用プリカーサーとすること
ができる。紡糸法は、直接凝固浴中へ紡出する湿式紡糸
法や、一旦空気中へ紡出した後に浴中凝固させる乾湿式
紡糸法、あるいは乾式紡糸法、溶融紡糸による。湿式ま
たは乾湿式紡糸の場合、浴延伸を行なうのが好ましい
が、浴延伸は紡出糸を直接浴延伸してもよいし、また水
洗して溶媒、可塑剤を除去した後に浴延伸してもよい。
浴延伸の条件は、通常、50〜98℃の延伸浴中で約2
〜6倍に延伸される。浴延伸後の糸条はホットドラムな
どで乾燥することによって乾燥緻密化が達成される。乾
燥温度、時間などは適宜選択することができる。また、
必要に応じて乾燥緻密化後の糸条を加圧スチーム延伸す
ることもおこなわれ、これらによって、所定の繊度、配
向度を有するプリカーサーとすることができる。
The polymer mixture obtained as described above can be used as a precursor for carbon fiber production by a known method. The spinning method is a wet spinning method of spinning directly into a coagulating bath, a dry-wet spinning method of spinning into air and then solidifying in a bath, a dry spinning method, or a melt spinning method. In the case of wet or dry-wet spinning, it is preferable to carry out bath drawing, but in the bath drawing, the spun yarn may be directly subjected to bath drawing, or may be subjected to bath drawing after washing with water to remove the solvent and the plasticizer. Good.
The conditions for bath stretching are usually about 2 in a stretching bath at 50 to 98 ° C.
~ 6 times stretched. The yarn after bath drawing is dried and densified by drying with a hot drum or the like. The drying temperature, time, etc. can be appropriately selected. Also,
If necessary, the dried and densified yarn is also subjected to pressure steam drawing, whereby a precursor having a predetermined fineness and orientation can be obtained.

【0020】溶液紡糸の場合の溶媒は、有機、無機の公
知の溶媒を使用することができる。ポリアクリロニトリ
ル系重合体の溶媒と混合するポリマーの溶媒は同一であ
ることが望ましいが、それには限定されず、複数の溶媒
を使用することも可能である。
As the solvent in the solution spinning, known organic and inorganic solvents can be used. The solvent of the polymer to be mixed with the solvent of the polyacrylonitrile polymer is preferably the same, but the solvent is not limited thereto, and it is possible to use a plurality of solvents.

【0021】このようにして得られた炭素繊維製造用プ
リカーサーは、ポリアクリロニトリル系重合体とそれ以
外のポリマーが均一に混合もしくは不均一に微分散した
状態の混合物よりなる。そして、プリカーサーの均一性
という点から、混合状態は均一であるか、もしくは微分
散状態の同一相が現れる周期が単繊維径に比べて小さい
方が好ましい。ポリアクリロニトリル系重合体との相溶
性を高め、より分子レベルで混ざり合って繊維化させる
ために、ポリアクリロニトリル系重合体に混合するポリ
マーを予め共重合、化学修飾等の方法で変性しておくこ
とも可能であり、また、ポリアクリロニトリル系重合体
以外のポリマーを構成する単量体とアクリロニトリルモ
ノマーとのブロック共重合体、グラフト共重合体よりな
る相溶剤をさらに混合することもできる。プリカーサー
の均一性が不足すると、焼成挙動にむらが発生し、毛羽
発生等の原因となることがある。
The precursor for producing carbon fibers thus obtained is composed of a mixture of a polyacrylonitrile polymer and other polymers in a state of being uniformly mixed or non-uniformly finely dispersed. From the viewpoint of the uniformity of the precursor, it is preferable that the mixed state is uniform or that the period in which the same phase in the finely dispersed state appears is smaller than the single fiber diameter. In order to enhance compatibility with polyacrylonitrile-based polymer and to mix them at the molecular level to form fibers, the polymer to be mixed with polyacrylonitrile-based polymer must be modified beforehand by a method such as copolymerization or chemical modification. It is also possible to further mix a compatibilizer composed of a block copolymer or a graft copolymer of a monomer constituting the polymer other than the polyacrylonitrile-based polymer and an acrylonitrile monomer. Insufficient uniformity of the precursor may cause uneven firing behavior, which may cause fluffing.

【0022】かかるプリカーサーをさらに焼成すること
により高性能な炭素繊維とすることができる。耐炎化条
件としては、従来公知の方法を採用することができ、酸
化性雰囲気中200〜300℃の範囲で、緊張、あるい
は延伸条件下に熱処理を行なうことが好ましく使用され
る。また混合するポリマーの種類によっては、別途その
ポリマーに適した液相,気相による酸化処理を行なって
ポリマーを不融化したり、炭化収率を向上させたりする
こともできる。
By further firing such a precursor, a high performance carbon fiber can be obtained. As a flameproofing condition, a conventionally known method can be adopted, and it is preferably used to perform heat treatment under tension or stretching conditions in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. Further, depending on the kind of the polymer to be mixed, it is also possible to separately carry out an oxidation treatment in a liquid phase or a gas phase suitable for the polymer to make the polymer infusible or to improve the carbonization yield.

【0023】本発明において得られるプリカーサーは、
耐炎化工程または不融化工程を経て、従来公知の方法で
不活性ガス雰囲気中炭化処理を行なうことにより炭素繊
維を得ることができる。その際の炭化温度としては、得
られる炭素繊維の物性を優れたものとする観点から10
00℃以上が好ましい。また、混合するポリマーの種類
によっては昇温速度を遅くした方が収率、緻密性が良好
になる場合もあるため、300〜1200℃における昇
温速度は、好ましくは500℃/分以下、より好ましく
は100℃/分以下、さらに好ましくは50℃/分以下
にするのが良い。さらに必要に応じて従来公知の技術に
より黒鉛化処理、表面処理、サイジング付与などをおこ
なうことができる。
The precursor obtained in the present invention is
A carbon fiber can be obtained by performing a carbonization treatment in an inert gas atmosphere by a conventionally known method through a flameproofing step or an infusibilizing step. The carbonization temperature at that time is 10 from the viewpoint of making the physical properties of the obtained carbon fiber excellent.
It is preferably 00 ° C or higher. Further, depending on the type of polymer to be mixed, lowering the temperature raising rate may improve yield and denseness. Therefore, the temperature raising rate at 300 to 1200 ° C. is preferably 500 ° C./min or less, The temperature is preferably 100 ° C./min or less, more preferably 50 ° C./min or less. Further, if necessary, a graphitization treatment, a surface treatment, a sizing, etc. can be performed by a conventionally known technique.

【0024】[0024]

【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。なお、本発明において引張強度および単繊維
圧縮強度はそれぞれ樹脂含浸ストランド法およびループ
法により求めた。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. In the present invention, the tensile strength and the single fiber compressive strength were obtained by the resin-impregnated strand method and the loop method, respectively.

【0025】[引張強度]“ベークライト”ERL−4
221(登録商標、ユニオン・カーバイド(株)製)/
三フッ化ホウ素モノエチルアミン(BF3 ・MEA)/
アセトン=100/3/4部を炭素繊維に含浸し、得ら
れた樹脂含浸ストランドを130℃で30分間加熱して
硬化させ、JIS R 7601に規定する樹脂含浸ス
トランド試験法に従って測定した。
[Tensile Strength] "Bakelite" ERL-4
221 (registered trademark, Union Carbide Co., Ltd.) /
Boron trifluoride monoethylamine (BF 3 · MEA) /
The carbon fiber was impregnated with acetone = 100/3/4 parts, and the obtained resin-impregnated strand was heated at 130 ° C. for 30 minutes to be cured, and measured according to the resin-impregnated strand test method defined in JIS R 7601.

【0026】[単繊維圧縮強度]10cmの単繊維をスラ
イドグラス上に置き、中央部にグリセリンを1〜2滴滴
下して単繊維をひねりながらループをつくり、その上に
カバーグラスを置く。ループの両端を指で押さえながら
一定速度で引張歪をかけ、破断するまでのループの短径
Dと長径Φを測定する。単繊維径dとDからε=1.0
7×d/Dによって求められる歪εを計算し、εを横
軸、長径と短径との比Φ/Dを縦軸にしてグラフにプロ
ットする。
[Single Fiber Compressive Strength] A single fiber of 10 cm is placed on a slide glass, 1 to 2 drops of glycerin is dropped in the central portion to form a loop while twisting the single fiber, and a cover glass is placed thereon. Tensile strain is applied at a constant speed while pressing both ends of the loop with fingers, and the minor axis D and major axis Φ of the loop until it breaks are measured. From single fiber diameter d and D, ε = 1.0
The strain ε obtained by 7 × d / D is calculated and plotted on a graph with ε as the horizontal axis and the ratio Φ / D of the major axis and the minor axis as the vertical axis.

【0027】Φ/Dが一定値(約1.3)から急に増加
し始める歪εの値を圧縮降伏歪として10本の単繊維に
つき測定し、その平均値を求めた。得られた平均値に上
記ストランド引張試験で求めた引張弾性率をかけて単繊
維圧縮強度とした。
The value of strain ε at which Φ / D started to increase suddenly from a constant value (about 1.3) was measured as the compressive yield strain for 10 single fibers, and the average value was obtained. The obtained average value was multiplied by the tensile modulus obtained in the above-mentioned strand tensile test to obtain the single fiber compressive strength.

【0028】[結晶サイズ(Lc)]X線源として、N
iフィルターで単色化されたCuのKα線を用い、2θ
=26.0°付近に観察される面指数(002)のピー
クを赤道方向にスキャンして得られたピークからその半
価幅を求め、Lc=λ/(β0 cos θ)により算出し
た。ここで、β0 はβ0 2 =βe 2 −βl 2 から求めら
れる真の半価幅、λはX線の波長[1.5418オング
ストローム]、θは回折角、βe は見かけの半価幅、β
l は装置定数(本発明において用いた装置[理学電機
(株)製4036A2型X線発生装置]の場合、1.05×1
-2rad )である。
[Crystal Size (Lc)] As an X-ray source, N
Using the Kα line of Cu monochromated by the i filter, 2θ
The half width of the peak of the surface index (002) observed in the vicinity of = 26.0 ° was scanned from the peak obtained by scanning in the equatorial direction, and calculated by Lc = λ / (β 0 cos θ). Here, β 0 is the true half width obtained from β 0 2 = β e 2 −β l 2 , λ is the wavelength of the X-ray [1.5418 Å], θ is the diffraction angle, and β e is the apparent half. Price range, β
l is a device constant (1.05 × 1 in the case of the device used in the present invention [4036A2 type X-ray generator manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.]
0 -2 rad).

【0029】(実施例1)ブチル化度が55%であるポ
リビニルブチラールをジメチルスルホキシド(以下、D
MSO)に溶解して20wt%溶液とした。また、DMS
O中でメタクリル酸を1モル%共重合したポリアクリロ
ニトリル系重合体を溶解して20wt%溶液とした。この
2種類の溶液をホモミキサーを用いてポリビニルブチラ
ールが重合体全体に対して10wt%となるように混合
し、減圧下で3時間脱泡した。
(Example 1) Polyvinyl butyral having a degree of butylation of 55% was treated with dimethyl sulfoxide (hereinafter referred to as D).
MSO) to give a 20 wt% solution. Also, DMS
A polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of methacrylic acid in O was dissolved to prepare a 20 wt% solution. These two kinds of solutions were mixed using a homomixer so that polyvinyl butyral would be 10 wt% with respect to the whole polymer, and defoamed under reduced pressure for 3 hours.

【0030】得られた重合体溶液を孔径0.10mm、ホ
ール数3000の紡糸口金を通して一旦空気中に吐出し
て約5mmの空間を走行させた後、温度10℃、濃度35
%のDMSO水溶液中で凝固させた。凝固糸条を水洗
後、3段の延伸浴で3.0倍に延伸してシリコン系油剤
を付与したのち、130〜170℃に加熱されたローラ
ー表面に接触させて乾燥緻密化し、さらに4.0kgf/cm
2 の加圧スチームで4.0倍に延伸して単繊維繊度1.
0d、総繊度3000Dの繊維束を得た。
The resulting polymer solution was once discharged into the air through a spinneret having a hole diameter of 0.10 mm and a number of holes of 3000, and was run in a space of about 5 mm, then at a temperature of 10 ° C. and a concentration of 35.
% DMSO in water. After washing the coagulated yarn with water and stretching it 3.0 times in a three-stage drawing bath to apply a silicon-based oil agent, it is brought into contact with the roller surface heated to 130 to 170 ° C. to densify it, and further 4. 0 kgf / cm
Stretched 4.0 times with pressurized steam of 2 to obtain single fiber fineness of 1.
A fiber bundle having 0d and a total fineness of 3000D was obtained.

【0031】得られたプリカーサーを240〜280℃
の空気中で、延伸比1.05で加熱して密度1.35の
耐炎化糸を得た。ついで最高温度1700℃の窒素雰囲
気中で炭化して炭素繊維とした。さらに、得られた炭素
繊維を2600℃の窒素雰囲気中、延伸比1.05で焼
成して黒鉛化繊維とした。
The obtained precursor is 240 to 280 ° C.
In air, it was heated at a draw ratio of 1.05 to obtain a flame-resistant yarn having a density of 1.35. Then, carbonization was performed in a nitrogen atmosphere having a maximum temperature of 1700 ° C. to obtain carbon fibers. Further, the obtained carbon fiber was fired at a draw ratio of 1.05 in a nitrogen atmosphere at 2600 ° C. to obtain a graphitized fiber.

【0032】得られた黒鉛化繊維のストランド特性は、
引張弾性率が54×103 kgf/mm2 、引張強度が500
kgf/mm2 と高強度高弾性率であった。また、単繊維圧縮
強度は480kgf/mm2 で、結晶サイズLcは45オング
ストロームであった。
The strand characteristics of the obtained graphitized fiber are
Tensile elastic modulus is 54 × 10 3 kgf / mm 2 , tensile strength is 500
It had a high strength and a high elastic modulus of kgf / mm 2 . The single fiber compressive strength was 480 kgf / mm 2 and the crystal size Lc was 45 Å.

【0033】(比較例1)実施例1においてメタクリル
酸を1モル%共重合したポリアクリロニトリル系重合体
のみからなる重合体溶液を用いた以外は、実施例1と同
様な方法で製糸、焼成したところ、引張弾性率は54×
103 kgf/mm2 、引張強度は500kgf/mm2 であった
が、単繊維圧縮強度は400kgf/mm2 と低くなり、結晶
サイズLcは50オングストロームとポリビニルブチラ
ールを混合した黒鉛化繊維よりも結晶化がやや進んでい
た。
(Comparative Example 1) Spinning and firing were carried out in the same manner as in Example 1 except that a polymer solution consisting only of a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of methacrylic acid was used in Example 1. However, the tensile modulus is 54 ×
10 3 kgf / mm 2, the tensile strength was the 500 kgf / mm 2, single fiber compressive strength as low as 400 kgf / mm 2, the crystal size Lc is crystalline than graphitized fibers were mixed 50 Angstroms and polyvinyl butyral It was a little advanced.

【0034】(実施例2)酢化度が53%である酢酸セ
ルロースをDMSOに溶解して20wt%溶液とした。ま
た、DMSO中でイタコン酸を1モル%共重合したポリ
アクリロニトリル系重合体を溶解し20wt%溶液とし
た。この2種類の溶液をホモミキサーを用いて酢酸セル
ロースが重合体全体に対して20wt%となるように混合
し、減圧下で3時間脱泡した。
Example 2 Cellulose acetate having a degree of acetylation of 53% was dissolved in DMSO to prepare a 20 wt% solution. Further, a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of itaconic acid was dissolved in DMSO to prepare a 20 wt% solution. The two types of solutions were mixed using a homomixer so that cellulose acetate was 20 wt% with respect to the entire polymer, and defoamed under reduced pressure for 3 hours.

【0035】得られた重合体溶液を実施例1と同様な方
法で製糸し、単繊維繊度1.0d、総繊度3000Dの
繊維束を得た。このプリカーサーを240〜280℃の
空気中で、延伸比1.05で加熱して密度1.37の耐
炎化糸に転換し、ついで最高温度1700℃の窒素雰囲
気中で炭化して炭素繊維とした。さらに、得られた炭素
繊維を2600℃の窒素雰囲気中、延伸比1.05で焼
成して黒鉛化繊維とした。
The resulting polymer solution was spun into fibers in the same manner as in Example 1 to obtain a fiber bundle having a single fiber fineness of 1.0 d and a total fineness of 3000 D. This precursor was heated in air at 240 to 280 ° C. at a draw ratio of 1.05 to convert it into a flame resistant yarn having a density of 1.37, and then carbonized in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1700 ° C. to obtain carbon fibers. .. Further, the obtained carbon fiber was fired at a draw ratio of 1.05 in a nitrogen atmosphere at 2600 ° C. to obtain a graphitized fiber.

【0036】得られた黒鉛化繊維のストランド特性は引
張弾性率が55×103 kgf/mm2 、引張強度が500kg
f/mm2 、単繊維圧縮強度が550kgf/mm2 と高強度高弾
性率であった。結晶サイズLcは43オングストローム
であった。
The strand characteristics of the obtained graphitized fiber have a tensile modulus of 55 × 10 3 kgf / mm 2 and a tensile strength of 500 kg.
It had a high strength and a high elastic modulus of f / mm 2 and a single fiber compressive strength of 550 kgf / mm 2 . The crystal size Lc was 43 Å.

【0037】(比較例2)実施例2においてイタコン酸
を1モル%共重合したポリアクリロニトリル系重合体の
みからなる重合体溶液を用いた以外は実施例2と同様な
方法で製糸、焼成したところ、引張強度は500kgf/mm
2 、引張弾性率は56×103 kgf/mm2 と、酢酸セルロ
ースを混合した黒鉛化繊維とほぼ同じストランド特性で
あったが、単繊維圧縮強度は430kgf/mm2 と低くなっ
ていた。結晶サイズLcは49オングストロームであっ
た。
(Comparative Example 2) A yarn was prepared and fired in the same manner as in Example 2 except that a polymer solution consisting of only a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of itaconic acid was used. , Tensile strength is 500kgf / mm
2. The tensile modulus was 56 × 10 3 kgf / mm 2 , which was almost the same strand property as the graphitized fiber mixed with cellulose acetate, but the single fiber compressive strength was low at 430 kgf / mm 2 . The crystal size Lc was 49 Å.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明により得られるプリカーサーを用
いることにより、強度を損なうことなく炭素繊維の微細
構造が制御でき、特に黒鉛結晶の成長が抑制できるた
め、高圧縮強度で、かつ高強度高弾性率の高性能炭素繊
維を製造することができる。
By using the precursor obtained according to the present invention, the fine structure of carbon fiber can be controlled without impairing the strength, and especially the growth of graphite crystals can be suppressed, so that high compressive strength and high strength and high elasticity can be obtained. Of high performance carbon fiber can be produced.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 9/22 7199−3B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location D01F 9/22 7199-3B

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セルロースもしくはその誘導体、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルアセ
タール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブ
タジエン、ABS樹脂、AS樹脂、AB樹脂、フェノー
ル樹脂、フラン樹脂からなる群より選ばれた1種または
2種以上とポリアクリロニトリル系重合体との混合物よ
りなる炭素繊維製造用プリカーサー。
1. A material selected from the group consisting of cellulose or its derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin, and furan resin. A precursor for carbon fiber production, which comprises a mixture of one or more kinds and a polyacrylonitrile polymer.
【請求項2】セルロースもしくはその誘導体、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルアセ
タール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブ
タジエン、ABS樹脂、AS樹脂、AB樹脂、フェノー
ル樹脂、フラン樹脂からなる群より選ばれた1種または
2種以上とポリアクリロニトリル系重合体とを混合して
紡糸することを特徴とする炭素繊維製造用プリカーサー
の製造法。
2. A material selected from the group consisting of cellulose or its derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polybutadiene, ABS resin, AS resin, AB resin, phenol resin and furan resin. A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises mixing one or more kinds and a polyacrylonitrile polymer and spinning the mixture.
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