JPH05295616A - Precursor for production of carbon fiber and its production - Google Patents

Precursor for production of carbon fiber and its production

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Publication number
JPH05295616A
JPH05295616A JP5006126A JP612693A JPH05295616A JP H05295616 A JPH05295616 A JP H05295616A JP 5006126 A JP5006126 A JP 5006126A JP 612693 A JP612693 A JP 612693A JP H05295616 A JPH05295616 A JP H05295616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
precursor
polymer
carbon fiber
producing
polyacrylonitrile
Prior art date
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Pending
Application number
JP5006126A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Kobayashi
真 木林
Yoji Matsuhisa
要治 松久
Shoji Yamane
祥司 山根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
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Abstract

PURPOSE:To provide a precursor capable of producing a carbon fiber exhibiting a high strength, a high elasticity and a high compression strength. CONSTITUTION:This invented precursor for producing a carbon fiber is composed of a mixture of one or two or more kinds of substances selected from a polyimide, a polyamide-imide, a polybenzobisoxazole, a polybenzoxazole, a polyoxadiazole, a polybenzobisthiazole, a polybenzothiazole, a polybenzobisimidazole, a polybenzoimidazole, a polyphenylene vinylene and their precursors with a polyacrylonitrile-based polymer. The method for producing the recursor is another invention in this patent.

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方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
使用されるに到っている。しかしその性能は、用途によ
っては充分でなく、さらに強度、弾性率の高い高性能な
炭素繊維開発への要望が日毎に高まっている。また、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.
It has come to be widely used for aerospace applications, leisure applications, and general industrial applications. However, the performance is not sufficient for some applications, and the demand for the development of high-performance carbon fibers having higher strength and elastic modulus is increasing day by day. Further, 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
へ微粒子を混合する技術(特公昭61−58404号公
報、特開平2−251615号公報、特願平3−346
64号)が提案されている。
Therefore, a technique for mixing fine particles with carbon fibers for the purpose of imparting functionality (Japanese Patent Publication No. 61-58404, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-251615, Japanese Patent Application No. 3-346).
No. 64) has 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
糸工程に困難をともなうのみならず、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。
However, in the above-mentioned carbon fiber containing fine particles, the fine particles act as foreign matter, which not only causes difficulty in the yarn making process but also causes deterioration of mechanical properties such as tensile 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方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 and a method for producing the same, which can modify the fine structure of carbon fiber without using fine particles.

【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、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ
ベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポ
リオキサジアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリ
ベンゾチアゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリ
ベンゾイミダゾール、ポリフェニレンビニレンおよびこ
れらの前駆体よりなる群から選ばれた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, from the group consisting of polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole, polybenzobisimidazole, polybenzimidazole, polyphenylenevinylene and precursors thereof. A precursor for carbon fiber production, comprising a mixture of one or more selected types and a polyacrylonitrile polymer.

【0007】また、炭素繊維製造用プリカーサーの製造
方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、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾビ
スオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサ
ジアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾチ
アゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリベンゾイ
ミダゾール、ポリフェニレンビニレンおよびこれらの前
駆体よりなる群から選ばれた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方法であ
る。
The method for producing a precursor for producing carbon fiber has the following constitution in order to solve the above problems. That is, from the group consisting of polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole, polybenzobisimidazole, polybenzimidazole, polyphenylenevinylene and precursors thereof. A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises mixing one or more selected types and a polyacrylonitrile 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、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾ
ビスオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキ
サジアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾ
チアゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリベンゾ
イミダゾール、ポリフェニレンビニレンおよびこれらの
前駆体よりなる群から選ばれた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であるため、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 fibers of the present invention is a polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole, polybenzobisimidazole, polybenzo Since it is a mixture of one or more kinds selected from the group consisting of imidazole, polyphenylene vinylene and precursors thereof and a polyacrylonitrile polymer, the carbon fiber finally obtained can be obtained without mixing fine particles. The fine structure can be controlled.

【0009】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。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。
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. As the polymerizable unsaturated monomer, unsaturated carboxylic acids or their alkali metal salts, ammonium salts, alkyl esters, acrylamide, methacrylamide or their derivatives or allylsulfonic acid, methallylsulfonic acid or their salts, Examples thereof include alkyl esters.

【0010】これらのうちでも、不飽和カルボン酸は耐
炎化反応を促進するので好ましい。不飽和カルボン酸の
具体例としては、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. Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, ethacrylic acid, maleic acid and mesaconic acid.

【0011】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.

【0012】また、ポリアクリロニトリル系重合体と混
合すべきポリマーまたはポリマーの前駆体としては、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾビスオキサゾ
ール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾー
ル、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾチアゾー
ル、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリベンゾイミダゾ
ール、ポリフェニレンビニレンおよびこれらの前駆体よ
りなる群から選ばれた1種または2種以上が用いられ
る。これらのうちでも、ポリイミド、ポリベンゾビスオ
キサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾビスチ
アゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリフェニレ
ンビニレン等の易黒鉛化性ポリマーが好ましい。
The polymer or polymer precursor to be mixed with the polyacrylonitrile polymer is polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole. At least one selected from the group consisting of polybenzobisimidazole, polybenzimidazole, polyphenylenevinylene and precursors thereof is used. Of these, graphitizable polymers such as polyimide, polybenzobisoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzobisimidazole, and polyphenylenevinylene are preferable.

【0013】易黒鉛化性ポリマーの具体例としては、ポ
リ(4、4´−ジフェニルエーテルピロメリットイミ
ド)、ポリ(パラフェニレンベンゾビスオキサゾール)
等を挙げることができる。
Specific examples of the graphitizable polymer include poly (4,4'-diphenyletherpyromellitimide) and poly (paraphenylenebenzobisoxazole).
Etc. can be mentioned.

【0014】ただ、ポリアクリロニトリル系重合体と混
合するポリマーまたは前駆体の焼成後の収率が低いと得
られる炭素繊維の改質効果が少ないばかりかボイドの発
生が多く、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るポ
リマーまたは前駆体の600℃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、
ポリマーまたは前駆体を空気中、240℃で2時間処理
したのち、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。
However, if the yield of the polymer or precursor mixed with the polyacrylonitrile-based polymer is low after firing, not only the effect of modifying the resulting carbon fiber is small, but also many voids are generated and carbon fiber has low physical properties. The yield of the polymer or precursor mixed with the polyacrylonitrile-based polymer at 600 ° C. is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 20% or more, because the yield may not be obtained. Here, the yield at 600 ° C. means
After treating the polymer or precursor in air at 240 ° C. for 2 hours, using a differential thermal balance (TG-DTA) standard type CN8078B1 manufactured by Rigaku Denki Co., at a temperature rising rate of 20 ° C./min and a nitrogen flow rate of 30 ml / min. When measured, it refers to the weight retention ratio with respect to the sample weight before measurement when reaching 600 ° C.

【0015】ポリアクリロニトリル系重合体と混合すべ
きポリマーまたは前駆体のプリカーサーー中に占める比
率(以下、混合比)が1%未満であると、得られる改質
効果が小さいため、混合比は1%以上が好ましく、5%
以上がより好ましく、10%以上がさらに好ましい。
If the ratio of the polymer or precursor to be mixed with the polyacrylonitrile polymer in the precursor (hereinafter referred to as the mixing ratio) is less than 1%, the resulting modifying effect is small, and therefore the mixing ratio is 1%. 5% or more is preferable
The above is more preferable, and 10% or more is further preferable.

【0016】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または前駆体を混
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もしくは前駆体またはこ
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、また、非相溶状態で分散された
状態で存在していてもよい。
In the present invention, the polyacrylonitrile-based polymer is mixed with the above-mentioned other polymer or precursor, and the mixing method is to prepare a spinning dope by premixing with a homomixer or the like. Alternatively, each polymer or precursor or a solution thereof may be mixed by 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 state of being dispersed in an incompatible state.

【0017】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-based polymer. You can place it.

【0018】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または乾
式紡糸法、溶融紡糸によってもよい。溶媒、可塑剤を使
用する紡糸方法による時には、紡出糸を直接浴中延伸し
てもよいし、また、水洗して溶媒、可塑剤を除去した後
に浴中延伸してもよい。浴中延伸の条件は、通常、50
〜98℃の延伸浴中で約2〜6倍に延伸される。浴中延
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
の糸条をより高温(たとえば加圧スチーム中)で延伸す
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 by a known method. The spinning method may be a wet spinning method of spinning directly into a coagulation bath, a dry-wet spinning method or a dry spinning method of once spinning into air and then solidifying in a bath, or melt spinning. In the case of the spinning method using a solvent and a plasticizer, the spun yarn may be drawn directly in the bath, or may be washed in water to remove the solvent and the plasticizer and then drawn in the bath. The stretching condition in the bath is usually 50.
It is stretched about 2 to 6 times in a stretching bath at -98 ° C. Dry densification is achieved by drying the yarn after drawing in the bath with a hot drum or the like. The drying temperature, time, etc. can be appropriately selected. If necessary, the dried and densified yarn is also stretched at a higher temperature (for example, in pressure steam), whereby a precursor having a predetermined fineness and orientation can be obtained.

【0019】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
ル系重合体とそれ以外の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、最終的に複数の
溶媒が混合されて使用されていてもかまわない。また、
ポリイミド、ポリベンゾビスチアゾール等、通常の溶媒
に溶解しにくく、また、溶融しにくいポリマーの場合に
は、その前駆体を用いて繊維化した後に所望のポリマー
へ転化させることも可能であり好ましい。
As the solvent in the solution spinning, known organic and inorganic solvents can be used. It is desirable that the solvent of the polyacrylonitrile-based polymer and the other polymer are the same, but the solvent is not limited thereto, and a plurality of solvents may be finally mixed and used. Also,
In the case of a polymer such as polyimide or polybenzobisthiazole, which is difficult to be dissolved in an ordinary solvent and is difficult to be melted, it is also possible to convert the polymer into a desired polymer after fibrating it with a precursor thereof.

【0020】また、ポリイミドの前駆体であるポリアミ
ック酸を含む紡糸原液を紡糸溶媒/水系凝固浴へ紡出す
る場合には、凝固糸が失透し、ボイドが生成して緻密性
の低いプリカーサーになることがあるので、ポリアミッ
ク酸を予め部分的にイミド閉環しておくことが好まし
い。部分閉環するには、無水酢酸などによる化学的手段
または加熱する手段が用いられる。また、イミド閉環の
割合は、失透防止効果を十分とする一方溶解度の低下を
防ぐ観点から、1〜90%、さらには5〜50%が好ま
しい。
When a spinning solution containing a polyamic acid, which is a precursor of polyimide, is spun into a spinning solvent / water-based coagulation bath, the coagulated yarn is devitrified and voids are formed to give a precursor having low compactness. Therefore, it is preferable that the polyamic acid is partially imide-cyclized beforehand. For partial ring closure, a chemical means such as acetic anhydride or a heating means is used. Further, the proportion of imide ring closure is preferably 1 to 90%, more preferably 5 to 50% from the viewpoint of sufficient devitrification prevention effect while preventing a decrease in solubility.

【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以外のポ
リマーがポリアクリロニトリル系重合体と均一に混合も
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
一であるかまた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く、ポリアクリロニト
リル系重合体との相溶性を制御するため、前記したポリ
アクリロニトリル系重合体と混合すべきポリマーまたは
前駆体を予め共重合、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 carbon fiber-producing precursor thus obtained is composed of a mixture of a polymer other than the polyacrylonitrile-based polymer in a state of being uniformly mixed or non-uniformly finely dispersed with the polyacrylonitrile-based polymer. From the viewpoint of the uniformity of the precursor, it is preferable that the mixed state is uniform or the period in which the same phase in the finely dispersed state appears is smaller than the single fiber diameter, and the compatibility with the polyacrylonitrile-based polymer is controlled. Therefore, the polymer or precursor to be mixed with the above polyacrylonitrile-based polymer, it is also possible to previously modified by a method such as copolymerization, chemical modification, etc., also, a polymer other than the polyacrylonitrile-based polymer It is also possible to further mix a compatibilizer composed of a block copolymer or a graft copolymer of the constituent monomers 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液相、気相にて化学処理をおこな
い、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 firing such a precursor, a high performance carbon fiber can be obtained. As the flameproofing condition, a conventionally known method can be adopted, and tension or stretching conditions are preferably used in the range of 200 to 300 ° C. in an oxidizing atmosphere. In addition, depending on the type of polymer to be mixed, chemical treatment may be performed in a liquid phase or a gas phase to make the polymer infusible or 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
不活性雰囲気中炭化処理をおこ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100
0℃以上が好ましく、特に、2000℃以上において黒
鉛化することが好ましい。また、ポリアクリロニトリル
系重合体と混合するポリマーまたは前駆体の種類によっ
ては遅い昇温速度の方が最終的に得られる炭素繊維の収
率、緻密性からみて好ましい場合もあるため、300〜
1200℃における昇温速度は好ましくは500℃/分
以下であり、より好ましくは100℃/分以下、さらに
好ましくは50℃/分以下である。そして、必要に応じ
てさらに従来公知の技術により表面処理、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 atmosphere by a conventionally known method through a flameproofing step or an infusibilizing step. The carbonization temperature at that time is 100 from the viewpoint of making the physical properties of the obtained carbon fiber excellent.
It is preferably 0 ° C. or higher, and particularly preferably graphitized at 2000 ° C. or higher. In addition, depending on the type of polymer or precursor mixed with the polyacrylonitrile-based polymer, a slow heating rate may be preferable from the viewpoint of yield and denseness of the finally obtained carbon fiber, and thus 300 to
The rate of temperature increase at 1200 ° C. is preferably 500 ° C./min or less, more preferably 100 ° C./min or less, still more preferably 50 ° C./min or less. Then, if necessary, surface treatment, sizing, and the like can be further 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
トランド試験法にしたがって測定した。
[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 R7601.

【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乗じて単繊
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)無水ピロメリット酸と4、
4′−ジアミノジフェニルエーテルとの縮合により得ら
れたポリイミド前駆体であるポリアミック酸をジメチル
スルホキシドに溶解し、10wt%溶液とした。また、同
じくジメチルスルホキシド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重合して2
0wt%溶液とした。この2種類の溶液をホモミキサーを
用いてポリアミック酸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 Pyromellitic dianhydride and 4,
Polyamic acid, which is a polyimide precursor obtained by condensation with 4'-diaminodiphenyl ether, was dissolved in dimethyl sulfoxide to prepare a 10 wt% solution. In addition, 1 mol% of methacrylic acid was also used in dimethyl sulfoxide.
Polymerization of copolymerized polyacrylonitrile polymer 2
It was a 0 wt% solution. These two kinds of solutions were mixed using a homomixer so that the polyamic acid was 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
%のジメチルスルホキシド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/cm2 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.
% Aqueous dimethylsulfoxide solution. 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. It was stretched 4.0 times with a pressure steam of 0 kgf / cm 2 to obtain a fiber bundle having a single fiber fineness of 1.0 d and a total fineness of 3000 D.

【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1.39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.
Was heated in the air at a draw ratio of 1.05 to obtain a flame-resistant yarn having a density of 1.39. 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63×103 kgf/mm2と高弾性率で、かつ
引張強度が500kgf/mm2 と高強度高弾性率であった。
単繊維圧縮強度は390kgf/mm2 であった。また、結晶
サイズLcは55オングストロームであった。
The strand characteristics of the obtained graphitized fiber are
The tensile elastic modulus was 63 × 10 3 kgf / mm 2, which was a high elastic modulus, and the tensile strength was 500 kgf / mm 2 , which was a high strength and a high elastic modulus.
The single fiber compressive strength was 390 kgf / mm 2 . The crystal size Lc was 55 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、得られた黒鉛化繊維
の引張強度は500kgf/mm2 と高強度であったが、引張
弾性率は54×103 kgf/mm2 であった。単繊維圧縮強
度は400kgf/mm2 であった。また、結晶サイズLcは
50オングストロームであった。
(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. The tensile strength of the obtained graphitized fiber was as high as 500 kgf / mm 2 , but the tensile modulus was 54 × 10 3 kgf / mm 2 . The single fiber compressive strength was 400 kgf / mm 2 . The crystal size Lc was 50 Å.

【0034】(実施例2)2、5−ジアミノ−1、4−
ビスイソプロピルチオベンゼンとテレフタル酸ジクロリ
ドをポリリン酸中で縮合して得たポリベンゾビスチアゾ
ール前駆体をN−メチルピロリドンに溶解し、10wt%
溶液とした。また、同じくN−メチルピロリドン中でイ
タコン酸を1モル%共重合したポリアクリロニトリル系
重合体を重合し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ポリベンゾビスチアゾール前駆
体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) 2,5-diamino-1,4-
A polybenzobisthiazole precursor obtained by condensing bisisopropylthiobenzene and terephthalic acid dichloride in polyphosphoric acid was dissolved in N-methylpyrrolidone to obtain 10 wt%.
It was a solution. Similarly, a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of itaconic acid in N-methylpyrrolidone was polymerized to obtain a 20 wt% solution. The two kinds of solutions were mixed using a homomixer so that the polybenzobisthiazole precursor was 20 wt% with respect to the whole polymer,
Degassed under reduced pressure for 3 hours.

【0035】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N−メチルピロリドン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℃に加熱し
たローラー表面に接触させて乾燥緻密化し、さらに4.
0kgf/cm2 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 polymer solution thus obtained 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.
% N-methylpyrrolidone aqueous solution. After washing the coagulated yarn with water and stretching it 3.0 times in a three-stage stretching bath to apply a silicon-based oil agent, it is brought into contact with the roller surface heated to 130 to 170 ° C. to be dried and densified, and further 4.
It was stretched 4.0 times with a pressure steam of 0 kgf / cm 2 to obtain a fiber bundle having a single fiber fineness of 1.0 d and a total fineness of 3000 D.

【0036】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1.37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 1.37. 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.

【0037】得られた黒鉛化繊維のストランド特性は、
引張弾性率が65×103 kgf/mm2、引張強度が500k
gf/mm2 、単繊維圧縮強度は420kgf/mm2 であった。
また、結晶サイズLcは60オングストロームであっ
た。
The strand characteristics of the graphitized fiber obtained are
Tensile elastic modulus 65 × 10 3 kgf / mm 2 , tensile strength 500k
The gf / mm 2 and single fiber compressive strength were 420 kgf / mm 2 .
The crystal size Lc was 60 Å.

【0038】(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 であり、単繊維
圧縮強度は430kgf/mm2 であった。また、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 only of a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of itaconic acid was used. , Tensile strength is 500kgf / mm
2, tensile modulus is 56 × 10 3 kgf / mm 2 , single fiber compressive strength of 430kgf / mm 2. The crystal size Lc was 49 Å.

【0039】(実施例3)無水ピロメリット酸と4,
4′−ジアミノジフェニルエーテルとの縮合により得ら
れたポリアミック酸へ、アミック酸単位の0.25当量
の無水酢酸を含むピリジン溶液を滴下した後、室温で4
時間撹拌して部分的にイミド閉環した。部分閉環の割合
は23%であった。
Example 3 Pyromellitic dianhydride and 4,
To a polyamic acid obtained by condensation with 4'-diaminodiphenyl ether, a pyridine solution containing 0.25 equivalent of acetic anhydride as an amic acid unit was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours.
After stirring for a period of time, the imide ring was partially closed. The ratio of partial ring closure was 23%.

【0040】この部分閉環したポリアミック酸を単離し
てジメチルスルホキシドに溶解し、10wt%溶液とし
た。
This partially ring-closed polyamic acid was isolated and dissolved in dimethyl sulfoxide to prepare a 10 wt% solution.

【0041】別途、ジメチルスルホキシド中でメタクリ
ル酸を1モル%共重合したポリアクリロニトリル系重合
体を重合し20wt%溶液とした。
Separately, a polyacrylonitrile polymer obtained by copolymerizing 1 mol% of methacrylic acid in dimethyl sulfoxide was polymerized to prepare a 20 wt% solution.

【0042】この2種類の溶液をホモミキサーを用い
て、部分的にイミド閉環したポリアミック酸が重合体全
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。
These two kinds of solutions were mixed using a homomixer so that the polyamic acid partially imide ring-closed was 10 wt% with respect to the whole polymer, and defoamed under reduced pressure for 3 hours.

【0043】得られた重合体溶液を実施例1と同様の方
法で製糸、焼成したところ、得られた黒鉛化繊維のスト
ランド特性は、引張弾性率が65×103 kgf/mm2 と高
弾性率で、引張強度が530kgf/mm2 と高強度であっ
た。また、結晶サイズLcは55オングストロームであ
った。
When the obtained polymer solution was spun and fired in the same manner as in Example 1, the strand characteristics of the graphitized fiber obtained were as follows: high tensile elasticity of 65 × 10 3 kgf / mm 2. The tensile strength was as high as 530 kgf / mm 2 . The crystal size Lc was 55 Å.

【0044】[0044]

【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、強度を損うことなく炭素繊維の微細構
造が制御でき、高強度かつ高弾性率、高圧縮強度を備え
た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 the carbon fiber can be controlled without impairing the strength, and the carbon fiber having high strength, high elastic modulus and high compressive strength can be produced. You can

───────────────────────────────────────────────────── 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 6/74 A 7199−3B Z 7199−3B 9/20 7199−3B 9/22 7199−3B 9/24 7199−3B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location D01F 6/74 A 7199-3B Z 7199-3B 9/20 7199-3B 9/22 7199-3B 9 / 24 7199-3B

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベン
ゾビスオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオ
キサジアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベン
ゾチアゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリベン
ゾイミダゾール、ポリフェニレンビニレンおよびこれら
の前駆体よりなる群から選ばれた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. From polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole, polybenzobisimidazole, polybenzimidazole, polyphenylenevinylene and their precursors. A precursor for carbon fiber production, comprising a mixture of one or more selected from the group consisting of a polyacrylonitrile polymer.
【請求項2】ポリイミドの前駆体が部分的にイミド閉環
したポリアミック酸であることを特徴とする請求項1記
載の炭素繊維製造用プリカーサー。
2. The precursor for producing carbon fiber according to claim 1, wherein the polyimide precursor is a polyamic acid in which imide is partially ring-closed.
【請求項3】ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベン
ゾビスオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオ
キサジアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベン
ゾチアゾール、ポリベンゾビスイミダゾール、ポリベン
ゾイミダゾール、ポリフェニレンビニレンおよびこれら
の前駆体よりなる群から選ばれた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方
法。
3. Polyimide, polyamideimide, polybenzobisoxazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzobisthiazole, polybenzothiazole, polybenzobisimidazole, polybenzimidazole, polyphenylenevinylene and precursors thereof. A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises mixing one or more selected from the group consisting of a polyacrylonitrile polymer and spinning the mixture.
【請求項4】ポリイミドの前駆体が部分的にイミド閉環
したポリアミック酸であることを特徴とする請求項3記
載の炭素繊維製造用プリカーサーの製造方法。
4. The method for producing a precursor for producing carbon fiber according to claim 3, wherein the polyimide precursor is a polyamic acid in which an imide ring is partially closed.
JP5006126A 1992-01-21 1993-01-18 Precursor for production of carbon fiber and its production Pending JPH05295616A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339171A (en) * 2001-05-22 2002-11-27 Polymatech Co Ltd Powder of carbon fiber, method for producing the same, and thermoconductive composite material composition
CN109943906A (en) * 2017-12-21 2019-06-28 中蓝晨光化工有限公司 A kind of high elongation rate polyparaphenylene benzo dioxazole fiber and preparation method thereof

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