JPH0941226A - Precursor for carbon fiber production and its production - Google Patents
Precursor for carbon fiber production and its productionInfo
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- JPH0941226A JPH0941226A JP19167295A JP19167295A JPH0941226A JP H0941226 A JPH0941226 A JP H0941226A JP 19167295 A JP19167295 A JP 19167295A JP 19167295 A JP19167295 A JP 19167295A JP H0941226 A JPH0941226 A JP H0941226A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、引張強度の優れた
炭素繊維を得ることのできる炭素繊維製造用プリカーサ
ー、その製造方法、およびそのプリカーサーを用いた炭
素繊維の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precursor for producing carbon fiber capable of obtaining carbon fiber having excellent tensile strength, a method for producing the same, and a method for producing carbon fiber using the precursor.
【0002】[0002]
【従来の技術】炭素繊維は他の繊維に比べて優れた比強
度および比弾性率を有するため、その優れた機械的特性
を利用して樹脂との複合材料用の補強繊維として工業的
に広く利用されている。近年、炭素繊維複合材料の優位
性はますます高まり、特にスポーツ、航空宇宙用途にお
いてはこの炭素繊維複合材料に対する高性能化要求が強
い。複合材料としての特性は炭素繊維そのものの特性に
起因するところが大きく、この要求はとりもなおさず炭
素繊維自身への高性能化要求である。2. Description of the Related Art Since carbon fibers have excellent specific strength and specific elastic modulus as compared with other fibers, they are industrially widely used as reinforcing fibers for composite materials with resins by utilizing their excellent mechanical properties. It's being used. In recent years, the superiority of the carbon fiber composite material has been further increased, and particularly in sports and aerospace applications, there is a strong demand for high performance of the carbon fiber composite material. The properties of the composite material largely depend on the properties of the carbon fiber itself, and this demand is, of course, a demand for higher performance of the carbon fiber itself.
【0003】このような高性能炭素繊維を製造するため
には、特に破断の開始点となるような欠陥の生成を抑制
することが必要である。特に、炭素繊維の破断は大部分
表面から開始しており、表面欠陥の寄与が大きいことが
わかる。それに対して従来、炭素繊維に気相処理、液相
処理、電解処理など種々の後処理をほどこすことによ
り、表層をエッチングして表面欠陥を除去する技術など
が提案された(たとえば、特開昭58−214527号
公報、特開昭61−225330号公報)。しかし、上
記技術によれば強度は向上するものの、操作、工程が非
常に煩雑になり、現実の生産技術としては採用が困難、
かつコストが上昇するという問題点を有していた。[0003] In order to produce such high-performance carbon fibers, it is necessary to suppress the generation of defects which may be the starting point of breakage. In particular, it can be seen that the breaking of the carbon fiber mostly started from the surface, and the contribution of surface defects was large. On the other hand, conventionally, there has been proposed a technique of removing surface defects by etching the surface layer by subjecting carbon fiber to various post-treatments such as vapor-phase treatment, liquid-phase treatment, and electrolytic treatment (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-242242). JP-A-58-214527 and JP-A-61-225330). However, although the strength is improved by the above technique, the operation and the process become very complicated, and it is difficult to adopt as an actual production technique,
Moreover, there is a problem that the cost increases.
【0004】表面欠陥が生成する原因としては、異物の
付着、ローラーなどによる傷の生成、熱による単糸間接
着などを挙げることができるが、米国特許第35088
74号明細書にはプリカーサーにカーボンブラックを付
与することによって単糸間接着が抑制され、強度が向上
すると述べられている。しかし、それは強度レベルが低
い炭素繊維の場合のことであり、強度レベルの高い系で
はカーボンブラック付与をおこなうとかえって強度は低
下してしまうという問題があった。それは、硬い微粒子
によってプリカーサーに傷が生成するためであると考え
られる。The cause of the surface defect may be adhesion of foreign matter, generation of scratches by a roller or the like, adhesion between single yarns due to heat, and the like. US Pat. No. 35088
It is stated in the specification of No. 74 that carbon black is added to the precursor to suppress the adhesion between single yarns and improve the strength. However, this is the case of carbon fibers having a low strength level, and in a system having a high strength level, there is a problem that the strength is rather lowered when carbon black is applied. It is considered that the hard fine particles cause scratches on the precursor.
【0005】本発明者は、単糸間に隙間を設けて単糸間
接着を抑制するべく、有機化合物およびシリコーン化合
物から選ばれた1種以上からなる粒子を付与すると、強
度レベルの高い炭素繊維の強度がさらに向上することを
見出し、本発明に到達した。The inventor of the present invention provides a carbon fiber having a high strength level by providing particles made of one or more kinds selected from organic compounds and silicone compounds in order to provide a gap between the single yarns and suppress the adhesion between the single yarns. The present invention has been achieved by finding that the strength of the is further improved.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術では達成し得なかった引張強度の高い炭素繊
維、およびその炭素繊維を用いた複合材料を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a carbon fiber having a high tensile strength, which cannot be achieved by the above-mentioned prior art, and a composite material using the carbon fiber.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、 (1)有機化合物およびシリコーン化合物から選ばれた
1種以上からなる粒子を繊維表面に有することを特徴と
する炭素繊維製造用プリカーサー。The above object of the present invention is: (1) A precursor for producing carbon fiber, characterized in that the fiber surface has particles comprising at least one selected from organic compounds and silicone compounds.
【0008】(2)炭化残存率が70%以下の粒子を表
面に有することを特徴とする炭素繊維製造用プリカーサ
ー。(2) A precursor for producing carbon fiber, which has particles having a carbonization residual rate of 70% or less on the surface.
【0009】(3)粒子の平均粒子径が0.05〜50
μmであることを特徴とする上記(1)または(2)に
記載の炭素繊維製造用プリカーサー。(3) The average particle size of the particles is 0.05 to 50.
The precursor for carbon fiber production according to (1) or (2) above, wherein the precursor is carbon.
【0010】(4)粒子の付着量が0.001〜10重
量%であることを特徴とする上記(1)〜(3)項のい
ずれかに記載の炭素繊維製造用プリカーサー。(4) The precursor for producing carbon fiber according to any one of the above items (1) to (3), characterized in that the amount of particles attached is 0.001 to 10% by weight.
【0011】(5)粒子がポリ4フッ化エチレン、4フ
ッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、フェノー
ル樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、
ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム、シリコーンレ
ジンのいずれかを含むことを特徴とする上記(1)〜
(4)項のいずれかに記載の炭素繊維製造用プリカーサ
ー。(5) The particles are polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, phenol resin, melamine resin, polystyrene, polyethylene,
(1) to (1), which contains any one of polyacrylonitrile, silicone rubber, and silicone resin.
The precursor for producing carbon fiber according to any one of (4).
【0012】(6)粒子がフッ素あるいはケイ素を含有
することを特徴とする上記(1)〜(5)項のいずれか
に記載の炭素繊維製造用プリカーサー。(6) The precursor for producing carbon fiber according to any one of the above items (1) to (5), wherein the particles contain fluorine or silicon.
【0013】(7)有機化合物およびシリコーン化合物
から選ばれた1種以上からなる粒子を繊維表面に付与す
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。(7) A method for producing a precursor for producing carbon fiber, characterized in that particles comprising one or more kinds selected from organic compounds and silicone compounds are provided on the fiber surface.
【0014】(8)炭化残存率が70%以下の粒子を繊
維表面に付与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。(8) A method for producing a precursor for producing carbon fiber, characterized in that particles having a carbonization residual rate of 70% or less are provided on the fiber surface.
【0015】(9)有機化合物およびシリコーン化合物
から選ばれた1種以上からなる粒子を繊維表面に有する
炭素繊維製造用プリカーサーを焼成することを特徴とす
る炭素繊維の製造方法。(9) A method for producing a carbon fiber, which comprises firing a precursor for producing a carbon fiber having particles of one or more kinds selected from organic compounds and silicone compounds on the fiber surface.
【0016】(10)炭化残存率が70%以下の粒子を
繊維表面に有する炭素繊維製造用プリカーサーを焼成す
ることを特徴とする炭素繊維の製造方法。(10) A method for producing a carbon fiber, which comprises firing a precursor for producing a carbon fiber having particles having a carbonization residual rate of 70% or less on the fiber surface.
【0017】によって解決することができる。It can be solved by
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below.
【0019】本発明の炭素繊維製造用プリカーサーは、
表面に粒子を有しているため、それが単糸間に入って単
糸同士の直接接触が抑制されるため高強度の炭素繊維を
得ることができる。The precursor for producing carbon fiber of the present invention is
Since the particles have particles on the surface, they enter between the single yarns and direct contact between the single yarns is suppressed, so that high-strength carbon fibers can be obtained.
【0020】しかし、たとえばシリカ、アルミナ、金属
のような無機粒子は一般的に硬くてプリカーサーを傷つ
けやすく、かつ金属は炭化物を形成して欠陥を形成す
る。However, inorganic particles such as silica, alumina, and metals are generally hard and easily damage the precursor, and the metal forms carbides to form defects.
【0021】本発明による粒子は、有機化合物およびシ
リコーン化合物から選ばれた1種以上からなる。The particles according to the present invention comprise at least one selected from organic compounds and silicone compounds.
【0022】有機化合物およびシリコーン化合物の具体
例としては、ポリ4フッ化エチレン、4フッ化エチレン
−6フッ化プロピレン共重合体、フェノール樹脂、メラ
ミン樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアクリロ
ニトリル、シリコーンゴム、シリコーンレジン等を挙げ
ることができる。Specific examples of the organic compound and the silicone compound include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, phenol resin, melamine resin, polystyrene, polyethylene, polyacrylonitrile, silicone rubber and silicone. Examples thereof include resins.
【0023】本発明における粒子は、耐炎化温度におい
て粒子形状を保つことが単糸間接着抑制の観点から好ま
しいため、熱硬化性樹脂あるいは溶融温度が300℃以
上の熱可塑性樹脂であることが好ましい。具体例として
は、ポリ4フッ化エチレン、4フッ化エチレン−6フッ
化プロピレン共重合体、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、架橋ポリスチレン、架橋ポリエチレン、ポリアクリ
ロニトリル、シリコーンゴム、シリコーンレジン等を挙
げることができる。その中でも、ポリ4フッ化エチレ
ン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体等
のフッ素を含有する粒子では、摩擦係数が低くてプリカ
ーサーに傷を生成しにくいためか、強度の向上幅が大き
い。よって、本発明における粒子はフッ素を含有してい
ることが好ましい。その含有量は1重量%以上が好まし
く、10重量%以上がより好ましく、50重量%以上が
さらに好ましい。The particles in the present invention are preferably a thermosetting resin or a thermoplastic resin having a melting temperature of 300 ° C. or higher because it is preferable to keep the particle shape at the flameproofing temperature from the viewpoint of suppressing the adhesion between single yarns. . Specific examples thereof include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-propylene propylene copolymer, phenol resin, melamine resin, crosslinked polystyrene, crosslinked polyethylene, polyacrylonitrile, silicone rubber, and silicone resin. . Among them, particles containing fluorine such as polytetrafluoroethylene and tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer have a low coefficient of friction and are unlikely to cause scratches on the precursor. large. Therefore, the particles in the invention preferably contain fluorine. The content is preferably 1% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, still more preferably 50% by weight or more.
【0024】また、シリコーンゴム、シリコーンレジン
等のケイ素を含有する粒子では、粒子の耐熱性が高いた
めか、強度の向上幅が大きい。よって、本発明における
粒子はケイ素を含有していることが好ましい。その含有
量は1重量%以上が好ましく、10重量%以上がより好
ましく、35重量%以上がさらに好ましい。Particles containing silicon such as silicone rubber and silicone resin have a large improvement in strength, probably because the particles have high heat resistance. Therefore, the particles in the present invention preferably contain silicon. The content is preferably 1% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, further preferably 35% by weight or more.
【0025】さらにまた、該粒子の炭化残存率が高すぎ
ると、焼成中のローラー上で糸条がスリップを起こして
毛羽が発生したり、あるいは延伸比が上げられないため
に高物性の炭素繊維が得られにくい等の問題点が発生す
ることがある。よって、本発明における粒子の炭化残存
率は70%以下が好ましく、50%以下がより好まし
く、30%以下がさらに好ましい。Furthermore, if the carbonization residual ratio of the particles is too high, the yarn slips on the roller during firing to generate fluff, or the draw ratio cannot be increased, so that the carbon fiber having high physical properties is obtained. May be difficult to obtain. Therefore, the carbonization residual rate of the particles in the present invention is preferably 70% or less, more preferably 50% or less, and further preferably 30% or less.
【0026】炭化残存率は次のように測定する。The carbonization residual rate is measured as follows.
【0027】理学電機製TAS−300高温型差動TG
−DTAを用い、一旦真空引きして窒素で復圧した後、
30ml/分の窒素気流下、500℃/分の昇温速度で
800℃まで炭化減量を測定する。この時、室温でのサ
ンプル重量W1と700℃におけるサンプル重量W2と
の比から次のように炭化残存率を定義する。Rigaku TAS-300 high temperature differential TG
-Using DTA, once evacuated and recompressed with nitrogen,
Under a nitrogen stream of 30 ml / min, the carbonization loss is measured up to 800 ° C. at a heating rate of 500 ° C./min. At this time, the carbonization residual rate is defined as follows from the ratio of the sample weight W1 at room temperature and the sample weight W2 at 700 ° C.
【0028】 炭化残存率(%)=(W2/W1)×100 また、本発明における粒子は、プリカーサーに傷をつけ
ない程度の柔らかさを有し、また工程中の張力などで変
形して単糸間接着抑制効果が減少することがない程度の
適度な硬度を有しているのがよい。Carbonization residual rate (%) = (W2 / W1) × 100 Further, the particles in the present invention have such a softness that the precursor is not scratched, and are deformed by the tension during the process or the like. It is preferable to have appropriate hardness so that the effect of suppressing the adhesion between yarns is not reduced.
【0029】また、本発明における粒子は、金属を含有
していると炭化時にプリカーサーと反応して炭化物を形
成し、強度を低下させる可能性があるため、金属を含有
しないことが好ましい。総金属含有量としては1000
ppm以下が好ましく、100ppm以下がより好まし
く、10ppm以下がさらに好ましく、理想的には含有
しないことが好ましい。Further, the particles in the present invention, if containing a metal, may react with the precursor during carbonization to form a carbide, which may lower the strength, and therefore it is preferable that the particles do not contain a metal. 1000 as the total metal content
ppm or less is preferable, 100 ppm or less is more preferable, 10 ppm or less is further preferable, and ideally no content is preferable.
【0030】本発明における粒子の付着量としては、少
なすぎると効果が乏しく、多すぎると脱落による生産工
程の汚染が多くなるため、0.001〜10重量%が好
ましく、0.005〜5重量%がより好ましく、0.0
1〜1重量%がさらに好ましい。If the amount of the particles adhered in the present invention is too small, the effect will be poor, and if it is too large, the production process will be contaminated by falling off, so 0.001 to 10% by weight is preferable, and 0.005 to 5% by weight. % Is more preferable, and 0.0
1 to 1% by weight is more preferable.
【0031】本発明における粒子の形状は、特に限定さ
れないが、鋭い角を有する粒子は、プリカーサーに傷を
生成して強度を低下させることがあるため好ましくな
い。The shape of the particles in the present invention is not particularly limited, but particles having sharp corners are not preferable because they may damage the precursor and reduce the strength.
【0032】本発明における粒子の平均径は小さすぎる
と単糸間の隙間が小さくなり、逆に大きすぎると単糸間
に入りにくくて強度向上効果が小さくなるため、0.0
5〜50μmが好ましく、0.07〜10μmがより好
ましく、0.1〜1μmがさらに好ましい。In the present invention, if the average diameter of the particles is too small, the gap between the single yarns becomes small, and conversely if it is too large, it becomes difficult for the particles to enter between the single yarns and the strength improving effect becomes small.
5 to 50 μm is preferable, 0.07 to 10 μm is more preferable, and 0.1 to 1 μm is further preferable.
【0033】本発明における粒子は後で述べるように製
糸工程で連続的に付与することが望ましいため、水分散
させて用いることが好ましい。一旦、乾燥状態にした粒
子は水の中に充分分散することは困難であるため、もと
もと水中でエマルジョン重合、乳化重合などの方法で製
造された水分散品を用いるのが好ましい。Since it is desirable that the particles in the present invention are continuously applied in the spinning process as described later, it is preferable to use them by dispersing them in water. Since it is difficult to sufficiently disperse the particles once dried in water, it is preferable to use an aqueous dispersion originally produced by a method such as emulsion polymerization or emulsion polymerization in water.
【0034】本発明における粒子を定義するためには、
プリカーサーから粒子を分離する必要があるが、それは
以下の方法による。To define the particles in the present invention,
The particles need to be separated from the precursor by the following method.
【0035】粒子がジメチルスルホキシドに溶解しない
場合には次の方法による。本発明によるプリカーサー約
5gをジメチルスルホキシド200ccに浸漬し、12
0℃で2時間加熱してプリカーサーを溶解させる。その
後、ガラス繊維フィルターでろ過し、さらに100cc
以上のジメチルスルホキシド、100cc以上の純水で
順に洗浄し、120℃で2時間乾燥して粒子を分離し、
秤量、熱分析などに供する。When the particles are not dissolved in dimethyl sulfoxide, the following method is used. About 5 g of the precursor according to the present invention was immersed in 200 cc of dimethyl sulfoxide,
Heat at 0 ° C. for 2 hours to dissolve the precursor. Then, it is filtered with a glass fiber filter, and further 100cc
The above dimethyl sulfoxide and 100 cc or more of pure water are washed in this order and dried at 120 ° C. for 2 hours to separate particles,
Used for weighing and thermal analysis.
【0036】粒子がジメチルスルホキシドに溶解する場
合には次の方法による。約5gのプリカーサーを5mm
に切断し、ポリエチレングリコールモノオクチルフェニ
ルエーテルの1%水溶液1000cc中に入れて80℃
で2時間加熱撹拌する。その後、50メッシュのステン
レス製金網フィルターで繊維を分離、100cc以上の
純水で洗浄してろ液を得る。得られたろ液をガラス繊維
フィルターでろ過し、さらに100cc以上の純水で洗
浄、120℃で2時間乾燥する。また、金網フィルター
で分離した繊維を同様に乾燥し、さらにトルエン中に入
れて80℃で2時間加熱撹拌する。その後、50メッシ
ュのステンレス製金網フィルターで繊維を分離、100
cc以上のトルエンで洗浄してろ液を得る。そのろ液を
先ほどのガラス繊維フィルターでろ過し、さらに100
cc以上のトルエンで洗浄、120℃で2時間乾燥して
粒子を分離し、秤量、熱分析などに供する。When the particles are dissolved in dimethyl sulfoxide, the following method is used. About 5g of precursor 5mm
Cut into pieces and put in 1000 cc of 1% aqueous solution of polyethylene glycol monooctyl phenyl ether,
Heat and stir for 2 hours. Then, the fibers are separated by a 50-mesh stainless steel wire mesh filter and washed with 100 cc or more of pure water to obtain a filtrate. The obtained filtrate is filtered with a glass fiber filter, further washed with 100 cc or more of pure water, and dried at 120 ° C. for 2 hours. Further, the fibers separated by the wire mesh filter are similarly dried, further put in toluene and heated and stirred at 80 ° C. for 2 hours. Then, separate the fibers with a 50 mesh stainless steel wire mesh filter,
A filtrate is obtained by washing with cc or more of toluene. The filtrate is filtered through the glass fiber filter described above, and then 100
It is washed with cc or more toluene and dried at 120 ° C. for 2 hours to separate the particles, which are then subjected to weighing, thermal analysis and the like.
【0037】本発明の炭素繊維はアクリル系、ピッチ
系、レーヨン系等いずれでも良いが、アクリル系の製法
例について説明する。The carbon fiber of the present invention may be any of acrylic type, pitch type, rayon type and the like, but an example of the acrylic type production method will be described.
【0038】アクリル系炭素繊維のプリカーサーを構成
するポリアクリロニトリルとしては、アクリロニトリル
85重量%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重量%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、アクリル
酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらのアルカリ
金属塩、アンモニウム塩およびアルキルエステル類、ア
クリルアミド、メタクリルアミドおよびそれらの誘導
体、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸およびそれ
らの塩類またはアルキルエステル類等をあげることがで
きる。また、不飽和カルボン酸等、耐炎化反応を促進す
る重合性不飽和単量体を共重合することが好ましい。そ
の共重合量は0.1〜10重量%であることが好まし
く、0.3〜5重量%であることがより好ましく、0.
5〜3重量%であることがさらに好ましい。The polyacrylonitrile constituting the precursor of acrylic carbon fiber is preferably a polymer containing 85% by weight or more of acrylonitrile and 15% by weight or less of a polymerizable unsaturated monomer copolymerizable with acrylonitrile. Examples of the polymerizable unsaturated monomer include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and their alkali metal salts, ammonium salts and alkyl esters, acrylamide, methacrylamide and their derivatives, allylsulfonic acid, methallylsulfonic acid and Examples thereof include salts or alkyl esters thereof. In addition, it is preferable to copolymerize a polymerizable unsaturated monomer such as an unsaturated carboxylic acid which promotes a flame-resistant reaction. The copolymerization amount is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.3 to 5% by weight, and 0.1 to 10% by weight.
More preferably, it is 5 to 3% by weight.
【0039】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。また、高強度の炭素繊維を得るた
めには、不飽和カルボン酸のアルキルエステル、酢酸ビ
ニルから選ばれた1種以上を共重合することが好まし
い。その共重合量は0.1〜10重量%であることが好
ましく、0.3〜5重量%であることがより好ましく、
0.5〜3重量%であることがさらに好ましい。不飽和
カルボン酸のアルキルエステルの具体例としては、アク
リル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸プロ
ピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、
メタクリル酸セカンダリーブチル等を挙げることができ
るが、その中でもアクリル酸、メタクリル酸のプロピ
ル、ブチル、イソブチル、セカンダリーブチルエステル
が好ましい。。Specific examples of unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, ethacrylic acid, maleic acid and mesaconic acid. In order to obtain high-strength carbon fibers, it is preferable to copolymerize at least one selected from alkyl esters of unsaturated carboxylic acids and vinyl acetate. The copolymerization amount is preferably from 0.1 to 10% by weight, more preferably from 0.3 to 5% by weight,
It is more preferably 0.5 to 3% by weight. Specific examples of the alkyl ester of unsaturated carboxylic acid include methyl acrylate, methyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate,
Examples thereof include secondary butyl methacrylate, and among them, acrylic acid and propyl, butyl, isobutyl and secondary butyl methacrylates are preferred. .
【0040】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。
重合度としては、極限粘度([η])で好ましくは1.
0以上、より好ましくは1.25以上、さらに好ましく
は1.5以上である。なお、[η]は5.0以下にする
のが紡糸安定性の点から好ましい。As the polymerization method, suspension polymerization, solution polymerization,
A conventionally known method such as emulsion polymerization can be employed.
As the degree of polymerization, the intrinsic viscosity ([η]) is preferably 1.
It is 0 or more, more preferably 1.25 or more, and further preferably 1.5 or more. [Η] is preferably 5.0 or less from the viewpoint of spinning stability.
【0041】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、具体的にはジメチルス
ルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、硝酸、ロダンソーダ水溶液および塩化亜鉛水溶液
などを溶媒とするポリマー溶液を紡糸原液とする。As the solvent in the case of solution spinning, known organic and inorganic solvents can be used, and specifically, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, nitric acid, an aqueous solution of rhodanese and an aqueous solution of zinc chloride are used as the solvent. The polymer solution to be used is the spinning dope.
【0042】重合体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、溶融紡糸によっ
てもよいが、高強度の炭素繊維を得るためには乾湿式紡
糸が好ましい。The polymer can be made into a precursor by a known method. The spinning may be performed by a wet spinning method of directly spinning into a coagulation bath, a dry-wet spinning method of once spinning into air and then coagulating in a bath, or a dry spinning method or a melt spinning, but a high-strength carbon fiber Dry-wet spinning is preferred in order to obtain the desired properties.
【0043】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倍に延伸する。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。また、乾燥緻密化に先立って、
耐熱性付与を目的としてシリコーン油剤を付与すること
が好ましい。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 drawn in the bath after washing with water to remove the solvent and the plasticizer.
The condition of stretching in a bath is usually about 2 to 6 times stretching in a stretching bath at 50 to 98 ° C. The dried and densified yarn is dried by a hot drum or the like after drawing in a bath to achieve dry densification.
The drying temperature, time and the like can be appropriately selected. If necessary, the dried and densified yarn may be drawn at a higher temperature (for example, in pressurized steam), whereby a precursor having a predetermined fineness and orientation can be obtained. Also, prior to drying and densification,
It is preferable to add a silicone oil agent for the purpose of imparting heat resistance.
【0044】粒子を付与するのは、上記紡糸工程中いず
れでもよいが、プリカーサーの束内へ均一に付与するた
めには、糸幅が広がっているところで付与することが好
ましく、水洗浴、延伸浴、工程油剤浴等の中で水中に分
散、あるいは懸濁させた粒子を付与するのが好ましい。
工程油剤浴中で工程油剤と粒子との混合液を付与するこ
ともできる。また、工程油剤付与の前、あるいは後に粒
子を付与し、その間に乾燥工程を入れることもできる。
その時の粒子の量であるが、乾燥重量として工程油剤と
粒子全体に対する重量比で0.001〜100重量%が
好ましく、0.005〜10重量%がより好ましく、
0.01〜1重量%がさらに好ましい。The particles may be applied at any time during the above-mentioned spinning process, but in order to uniformly apply the particles into the bundle of precursors, it is preferable to apply the particles in a region where the yarn width is widened, such as a washing bath and a drawing bath. It is preferable to impart particles dispersed or suspended in water in a process oil bath or the like.
It is also possible to apply a mixed liquid of the process oil and particles in the process oil bath. It is also possible to add particles before or after applying the step oil agent, and to insert a drying step therebetween.
The amount of particles at that time is preferably 0.001 to 100% by weight, more preferably 0.005 to 10% by weight, as a dry weight, in a weight ratio with respect to the process oil agent and the whole particles.
It is more preferably 0.01 to 1% by weight.
【0045】油剤、粒子の付与方法としては、油剤浴中
の駆動、非駆動ローラー、あるいは固定、非固定のガイ
ドバーへ糸条を掛けて糸条に付与する方法、上方へ吹き
出した油剤液中に糸条を走行させて付与する方法、走行
している糸条に上方より油剤液を落下させる方法、油剤
液を噴霧した空間に糸条を走行させる方法等種々考えら
れ、適宜選択することができる。 また、紡糸するポリ
マー原液中に粒子を混合、分散させて表面に粒子を付与
することもできる。As a method of applying the oil agent and particles, a method of applying the thread to a driving or non-driving roller in an oil solution bath or a fixed or non-fixed guide bar and applying the thread to the thread, or an oil solution sprayed upward There are various methods such as a method of running and applying a yarn on the yarn, a method of dropping an oil solution onto the running yarn from above, a method of running the thread in a space sprayed with the oil solution, and the like can be appropriately selected. it can. Further, the particles can be provided on the surface by mixing and dispersing the particles in the polymer stock solution to be spun.
【0046】紡糸工程では粒子を付与せず、引き続く焼
成工程に先立って付与しても構わないが、均一に付与す
る観点からは上記紡糸工程中での付与が好ましい。粒子
を付与するときの糸条幅は、3000フィラメントあた
り3mm以上が好ましく、10mm以上がより好まし
く、20mm以上がさらに好ましい。In the spinning step, particles may not be applied and may be applied prior to the subsequent firing step, but from the viewpoint of uniform application, application in the spinning step is preferred. The yarn width when imparting particles is preferably 3 mm or more per 3000 filaments, more preferably 10 mm or more, and further preferably 20 mm or more.
【0047】強度の高い炭素繊維を得るためには、緻密
性の高いプリカーサーが有効である。緻密性としては、
ヨウ素吸着法による明度差ΔLの値が好ましくは45以
下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは15以
下の緻密なプリカーサーがよい。ΔLが45以下の緻密
なプリカーサーを得るための手段としては、乾湿式紡
糸、紡糸原液の高濃度化、紡糸原液および凝固浴液の低
温化および凝固時の低張力化などにより凝固糸の膨潤度
を低くおさえ、かつ浴延伸時の延伸段数、延伸倍率およ
び延伸温度の最適化により浴延伸糸の膨潤度を低くおさ
えることが有効である。In order to obtain a carbon fiber having a high strength, a precursor having a high density is effective. As for elaboration,
A dense precursor having a lightness difference ΔL as measured by the iodine adsorption method is preferably 45 or less, more preferably 30 or less, and further preferably 15 or less. Means for obtaining a dense precursor having a ΔL of 45 or less include dry-wet spinning, increasing the concentration of the spinning dope, lowering the temperature of the spinning dope and the coagulating bath solution, and lowering the tension during coagulation. It is effective to keep the swelling degree of the bath drawn yarn low by optimizing the number of drawing steps, drawing ratio and drawing temperature during bath drawing.
【0048】なお、ΔLは以下の方法により求めた値で
ある。繊維長5〜7cmの乾燥試料を約0.5g精秤
し、200mlの共栓付三角フラスコに採り、これにヨ
ウ素溶液(I2 :51g、2、4−ジクロロフェノール
10g、酢酸90gおよびヨウ化カリウム100gを精
秤し、1lのメスフラスコに移して水で溶かして定容と
する)100mlを加えて、60℃で50分間振盪しな
がら吸着処理をおこなう。ヨウ素を吸着した試料を流水
中で30分間水洗した後、遠心脱水(2000rpm×
1分)してすばやく風乾する。この試料を開繊した後、
ハンター型色差計[カラーマシン(株)製、CM−25
型]で明度(L値)を測定する(L1 )。一方、ヨウ素
の吸着処理をおこなわない対応の試料を開繊し、同様に
前記ハンター型色差計で、明度(L0 )を測定し、L0
−L1 により明度差ΔLを求めた。ΔL is a value obtained by the following method. About 0.5 g of a dried sample having a fiber length of 5 to 7 cm was precisely weighed and placed in a 200 ml Erlenmeyer flask with a ground stopper, and an iodine solution (I 2 : 51 g, 2,4-dichlorophenol 10 g, acetic acid 90 g and iodinated was added thereto. 100 g of potassium is precisely weighed, transferred to a 1-liter volumetric flask and dissolved in water to a constant volume) 100 ml is added, and adsorption treatment is performed at 60 ° C. for 50 minutes while shaking. The sample that adsorbed iodine was washed with running water for 30 minutes and then centrifugally dehydrated (2000 rpm x
1 minute) and air dry quickly. After opening this sample,
Hunter color difference meter [CM-25 manufactured by Color Machine Co., Ltd.
Type] to measure the lightness (L value) (L1). On the other hand, the corresponding sample not subjected to the adsorption treatment of iodine was opened, and similarly the lightness (L0) was measured by the Hunter type color difference meter to obtain L0.
The lightness difference .DELTA.L was obtained from -L1.
【0049】プリカーサーの単繊維繊度としては、強度
向上の観点から引き続く耐炎化工程において焼成ムラを
起こさないよう細い方が好ましく、好ましくは1.5d
以下、より好ましくは1.0d以下、さらに好ましくは
0.8d以下である。The single fiber fineness of the precursor is preferably thin so that firing unevenness does not occur in the subsequent flameproofing step from the viewpoint of improving strength, and preferably 1.5d.
Or less, more preferably 1.0 d or less, still more preferably 0.8 d or less.
【0050】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、密度が好ましくは1.25
g/cm3 以上、より好ましくは1.30g/cm3以
上に達するまで加熱処理される。この密度は、1.60
g/cm3 以下にとどめるのが一般的であり、これ以上
にすると、物性が低下することがあり好ましくない。一
般に雰囲気については、公知の空気、酸素、二酸化窒
素、塩化水素などの酸化性雰囲気を使用できるが、経済
性の面から空気が好ましい。By firing such a precursor, a high performance carbon fiber can be obtained. As the oxidizing condition, a conventionally known method can be adopted. Tension or stretching conditions are preferably used in an oxidizing atmosphere at a temperature of 200 to 300 ° C., and the density is preferably 1.25.
Heat treatment is performed until the amount reaches at least g / cm 3 , more preferably at least 1.30 g / cm 3 . This density is 1.60
Generally, the amount is not more than g / cm 3 , and if it is more than this, the physical properties may be deteriorated, which is not preferable. As the atmosphere, generally known air, oxygen, nitrogen dioxide, hydrogen chloride and the like oxidizing atmosphere can be used, but from the viewpoint of economy, air is preferable.
【0051】耐炎化を完了した糸条は、従来公知の方法
で不活性雰囲気中炭化処理をおこなう。炭化温度として
は、得られる炭素繊維の物性から1000℃以上が好ま
しく、さらに必要に応じて2000℃以上の温度で黒鉛
化することができる。また、350〜500℃および1
000〜1200℃における昇温速度は好ましくは50
0℃/分以下であり、より好ましくは300℃/分以
下、さらに好ましくは150℃/分以下である。これに
より、ボイドなど内部欠陥の少ない緻密な炭素繊維を得
ることができる。なお、この昇温速度が10℃/分以下
では生産性が低くなりすぎる。また、350〜500℃
あるいは2300℃以上において好ましくは1%以上、
より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上
の延伸をおこなうことが緻密性向上の上で重要である。
なお、40%をこえる延伸は毛羽が発生しやすくなるた
め好ましくない。The flame-proofed yarn is carbonized in an inert atmosphere by a conventionally known method. The carbonization temperature is preferably 1000 ° C. or higher in view of the physical properties of the obtained carbon fiber, and can be graphitized at a temperature of 2000 ° C. or higher if necessary. Also, 350 to 500 ° C and 1
The heating rate at 000 to 1200 ° C. is preferably 50
0 ° C./min or less, more preferably 300 ° C./min or less, further preferably 150 ° C./min or less. Thereby, a dense carbon fiber having few internal defects such as voids can be obtained. If the heating rate is 10 ° C./min or less, the productivity is too low. 350-500 ° C
Alternatively, it is preferably 1% or more at 2300 ° C. or more,
It is more important to stretch 5% or more, more preferably 10% or more, from the viewpoint of improving the denseness.
Stretching exceeding 40% is not preferred because fluff is likely to occur.
【0052】そして、このようにして得られた炭素繊維
は、酸またはアルカリ水溶液からなる電解槽中で電解酸
化処理を施したり、気相または液相での酸化処理を施す
ことにより、複合材料における炭素繊維とマトリックス
樹脂との親和性や接着性を向上させることが好ましい。The carbon fiber thus obtained is subjected to electrolytic oxidation treatment in an electrolytic cell made of an aqueous acid or alkali solution, or to vapor phase or liquid phase oxidation treatment to obtain a composite material. It is preferable to improve the affinity and adhesiveness between the carbon fiber and the matrix resin.
【0053】特に、短時間で酸化処理でき、酸化程度の
コントロールが容易であることから電解酸化が好まし
い。電解処理の電解液としては酸性、アルカリ性いずれ
も採用できる。酸性電解質としては水溶液中で酸性を示
すものであればよく、具体的には硫酸、硝酸、塩酸、リ
ン酸、ホウ酸、炭酸等の無機酸、酢酸、酪酸、シュウ
酸、アクリル酸、マレイン酸などの有機酸、硫酸アンモ
ニウム、硫酸水素アンモニウム等の塩が挙げられる。好
ましくは強酸性を示す硫酸、硝酸がよい。アルカリ性電
解液としては水溶液中でアルカリ性を示すものであれば
よく、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
水酸化バリウムなどの水酸化物、アンモニア、炭酸ナト
リウム、炭酸水素ナトリウムなどの無機塩類、酢酸ナト
リウム、安息香酸ナトリウム等の有機塩類、さらにこれ
らのカリウム塩、バリウム塩あるいは他の金属塩、およ
びアンモニウム塩、水酸化テトラエチルアンモニウムま
たはヒドラジン等の有機化合物が挙げられるが、好まし
くは樹脂の硬化障害をおこすアルカリ金属を含まない炭
酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化テトラ
アルキルアンモニウム類などが好ましい。In particular, electrolytic oxidation is preferable because it can be oxidized in a short time and the degree of oxidation can be easily controlled. Both acidic and alkaline electrolytes can be used as the electrolytic solution for the electrolytic treatment. Any acidic electrolyte may be used as long as it exhibits acidity in an aqueous solution, and specific examples thereof include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, carbonic acid, acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid, and maleic acid. And organic acids such as ammonium sulfate, ammonium hydrogensulfate, and the like. Sulfuric acid and nitric acid which show strong acidity are preferred. Any alkaline electrolyte may be used as long as it shows alkalinity in an aqueous solution. Specifically, sodium hydroxide, potassium hydroxide,
Hydroxides such as barium hydroxide, inorganic salts such as ammonia, sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate, organic salts such as sodium acetate and sodium benzoate, and potassium salts, barium salts or other metal salts thereof, and ammonium salts And organic compounds such as tetraethylammonium hydroxide and hydrazine. Preferred are ammonium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, and tetraalkylammonium hydroxide which do not contain an alkali metal which causes a curing failure of the resin.
【0054】電気量は被処理炭素繊維の炭化度に合わせ
て最適化することが好ましく、高弾性率糸はより大きな
電気量が必要である。表層の結晶性の低下を進ませ、生
産性を向上する一方、炭素繊維基質の強度低下を防ぐ観
点から、電解処理は小さい電気量で複数回処理を繰り返
すのが好ましい。具体的には、電解槽1槽あたりの通電
電気量は5クーロン/g・槽(炭素繊維1g、1槽あた
りの電気量)以上、100クーロン/g・槽以下が好ま
しく、より好ましくは10クーロン/g・槽以上、80
クーロン/g・槽以下、さらに好ましくは20クーロン
/g・槽以上、60クーロン/g・槽以下がよい。ま
た、表層の結晶性の低下を適度な範囲とする観点からは
通電処理の総電気量は5〜1000クーロン/g、さら
には10〜500クーロン/gの範囲とするのが好まし
い。The amount of electricity is preferably optimized in accordance with the carbonization degree of the carbon fiber to be treated, and a high elastic modulus yarn requires a larger amount of electricity. From the viewpoint of improving the productivity while improving the crystallinity of the surface layer and preventing the strength of the carbon fiber substrate from decreasing, it is preferable to repeat the electrolytic treatment a plurality of times with a small amount of electricity. Specifically, the amount of electricity supplied to one electrolytic cell is preferably 5 coulombs / g · tank (1 g of carbon fiber, the amount of electricity per cell) to 100 coulombs / g · tank, and more preferably 10 coulombs / g. / G · tank or more, 80
Coulomb / g · tank or less, more preferably 20 coulomb / g · tank or more and 60 coulomb / g · tank or less. In addition, from the viewpoint of reducing the crystallinity of the surface layer to an appropriate range, the total amount of electricity in the energization treatment is preferably in the range of 5 to 1000 coulombs / g, and more preferably in the range of 10 to 500 coulombs / g.
【0055】電解処理または洗浄処理をおこなった後、
水洗および乾燥することが好ましい。この場合、乾燥温
度が高すぎると炭素繊維の再表面に存在する官能基が熱
分解によって消失しやすいため、できる限り低い温度で
乾燥することが望ましく、具体的には乾燥温度が250
℃以下、より好ましくは210℃以下で乾燥することが
好ましい。After the electrolytic treatment or the washing treatment,
It is preferable to wash with water and dry. In this case, if the drying temperature is too high, the functional groups existing on the re-surface of the carbon fiber are likely to disappear by thermal decomposition. Therefore, it is desirable to dry at a temperature as low as possible. Specifically, the drying temperature is 250.
It is preferable to dry at a temperature of not higher than 0 ° C, more preferably not higher than 210 ° C.
【0056】さらに、必要に応じて従来公知の技術によ
りサイジング付与などをおこなうことができる。Further, sizing can be performed by a conventionally known technique, if necessary.
【0057】上記のような本発明にかかる炭素繊維製造
用プリカーサーから製造した炭素繊維においては、その
機械的物性としては、樹脂含浸ストランドにおける引張
強度が300kgf/mm2 以上である。好ましくは4
00kgf/mm2 以上、より好ましくは500kgf
/mm2 以上、さらに好ましくは600kgf/mm2
以上が望ましい。また、炭素繊維の引張弾性率は20×
103 kgf/mm2以上、好ましくは22×103 k
gf/mm2 以上、より好ましくは24×103 kgf
/mm2 以上、さらに好ましくは28×103 kgf/
mm2 以上が望ましい。上記ストランド強度あるいは弾
性率がそれぞれ300kgf/mm2 以未満、あるいは
20×103 kgf/mm2 未満の炭素繊維の場合に
は、コンポジットとした時に、構造材として所望の特性
が得られない場合がある。The mechanical strength of the carbon fiber produced from the precursor for producing carbon fiber according to the present invention as described above is such that the resin-impregnated strand has a tensile strength of 300 kgf / mm 2 or more. Preferably 4
00 kgf / mm 2 or more, more preferably 500 kgf
/ Mm 2 or more, more preferably 600 kgf / mm 2
The above is desirable. The tensile modulus of the carbon fiber is 20 ×
10 3 kgf / mm 2 or more, preferably 22 × 10 3 k
gf / mm 2 or more, more preferably 24 × 10 3 kgf
/ Mm 2 or more, more preferably 28 × 10 3 kgf /
mm 2 or more is desirable. The strand strength or elastic modulus, respectively 300 kgf / mm 2 less than, or in the case of 20 × 10 3 kgf / mm 2 less of the carbon fibers, when a composite, may not desired characteristics as a structural material is there.
【0058】[0058]
【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。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.
【0059】なお、本発明における引張強度、弾性率は
樹脂含浸ストランド法により求めた。The tensile strength and elastic modulus in the present invention were obtained by the resin-impregnated strand method.
【0060】引張強度、弾性率:“ベークライト”ER
L−4221(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 ・ME
A)/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, elastic modulus: "Bakelite" ER
L-4221 (registered trademark, Union Carbide Co., Ltd.)
Made) / Boron trifluoride monoethylamine (BF 3 · ME
A) / acetone = 100/3/4 part was impregnated into carbon fiber, the obtained resin-impregnated strand was heated at 130 ° C. for 30 minutes to be cured, and then according to the resin-impregnated strand test method specified in JIS-R-7601. It was measured.
【0061】実施例1 ジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により、
アクリロニトリル99重量%とイタコン酸1重量%とか
らなる[η]が1.70、重合体濃度20%の紡糸原液
を得た。これを3000フィラメント用の口金を通じて
一旦空気中に吐出して約3mmの空間部分を走行させた
後、10℃のジメチルスルホキシド30%水溶液中で凝
固させ、凝固糸条を水洗後、4倍まで浴延伸し、アミノ
変性シリコーン油剤2%、ポリ4フッ化エチレン(平均
粒子径0.3μm)0.1%からなる工程油剤を付与し
た後、乾燥緻密化した。さらに、加圧スチーム中で2.
5倍まで延伸して単糸繊度0.8d、総繊度2400D
のプリカーサーを得た。粒子の付着量は0.1%であっ
た。また、この粒子の炭化残存率は0.1%であった。Example 1 By a solution polymerization method using dimethyl sulfoxide as a solvent,
A spinning dope was obtained which was composed of 99% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of itaconic acid and had [η] of 1.70 and a polymer concentration of 20%. This was once discharged into the air through a 3000 filament spinner and allowed to run in a space of about 3 mm, then coagulated in a 30% aqueous solution of dimethyl sulfoxide at 10 ° C, and the coagulated yarn was washed with water and then bathed up to 4 times. After stretching, a process oil agent containing 2% of amino-modified silicone oil agent and 0.1% of polytetrafluoroethylene (average particle size 0.3 μm) was applied, and then dried and densified. Furthermore, in pressurized steam 2.
Stretched up to 5 times, single yarn fineness 0.8d, total fineness 2400D
Got the precursor of. The adhered amount of particles was 0.1%. The carbonization residual rate of these particles was 0.1%.
【0062】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1.37g
/cm3 の耐炎化糸を得た。ついで、窒素雰囲気中35
0〜500℃の温度領域での昇温速度を200℃/分と
し、2%の延伸をおこなった後、さらに1400℃まで
焼成した。The obtained precursor is 240 to 280 ° C.
In the air at a draw ratio of 1.05 and a density of 1.37 g
/ Cm 3 was obtained. Then, in a nitrogen atmosphere 35
The rate of temperature increase in the temperature range of 0 to 500 ° C. was set to 200 ° C./min, and the film was stretched at 2% and then fired to 1400 ° C.
【0063】続いて濃度0.1モル/lの硫酸水溶液を
電解液として、10クーロン/gで電解処理、水洗し、
150℃の加熱空気中で乾燥した。このようにして得ら
れた炭素繊維の物性を表1に示す。Subsequently, an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of 0.1 mol / l was used as an electrolytic solution, electrolytic treatment was performed at 10 coulomb / g, and washing was performed with water.
It dried in 150 degreeC heating air. Table 1 shows the physical properties of the carbon fibers thus obtained.
【0064】比較例1 工程油剤がアミノ変性シリコーン油剤2%である以外は
実施例1と同様にして炭素繊維を得た。物性を表1に示
す。Comparative Example 1 A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the process oil was 2% of amino-modified silicone oil. The physical properties are shown in Table 1.
【0065】実施例2 共重合組成がアクリロニトリル98重量%、イタコン酸
1重量%とイソブチルメタクリレート1重量%とからな
り、[η]が1.50、重合体濃度25%の紡糸原液を
用いたこと以外は実施例1と同様にして炭素繊維を得
た。物性を表1に示す。Example 2 A spinning stock solution having a copolymer composition of 98% by weight of acrylonitrile, 1% by weight of itaconic acid and 1% by weight of isobutyl methacrylate, [η] of 1.50 and a polymer concentration of 25% was used. A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. The physical properties are shown in Table 1.
【0066】比較例2 工程油剤がアミノ変性シリコーン油剤2%である以外は
実施例2と同様にして炭素繊維を得た。物性を表1に示
す。Comparative Example 2 A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 2 except that the process oil was 2% of amino-modified silicone oil. The physical properties are shown in Table 1.
【0067】実施例3 使用した粒子が4フッ化エチレン−6フッ化ポリプロピ
レン共重合体(平均粒子径0.2μm)であること以外
は実施例1と同様にして炭素繊維を得た。物性を表1に
示す。この粒子の炭化残存率は0.1%であった。Example 3 A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particles used were a tetrafluoroethylene-6 fluoropolypropylene copolymer (average particle size 0.2 μm). The physical properties are shown in Table 1. The carbonization residual rate of these particles was 0.1%.
【0068】実施例4 使用した粒子がフェノール樹脂(粒子径1〜10μm)
であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維を得
た。物性を表1に示す。この粒子の炭化残存率は50%
であった。Example 4 The particles used were phenol resin (particle size 1 to 10 μm)
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that. The physical properties are shown in Table 1. Carbonization residual rate of these particles is 50%
Met.
【0069】実施例5 ジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により、
アクリロニトリル99重量%とイタコン酸1重量%とか
らなる[η]が1.70、重合体濃度20%の紡糸原液
を得た。これを3000フィラメント用の口金を通じて
一旦空気中に吐出して約3mmの空間部分を走行させた
後、10℃のジメチルスルホキシド30%水溶液中で凝
固させ、凝固糸条を水洗後、4倍まで浴延伸し、アミノ
変性シリコーン油剤2%からなる工程油剤を付与した。
さらに、架橋ポリスチレン樹脂からなる微粒子(平均粒
子径0.3μm)0.1%を含有する水分散液を糸条の
乾燥重量あたり30%付与して、ジグザグに配置した直
径20mmのフリーローラー10個でしごいて微粒子を
糸条中にマイグレーションさせてから乾燥緻密化した。
さらに、加圧スチーム中で2.5倍まで延伸して単糸繊
度0.8d、総繊度2400Dのプリカーサーを得た。
粒子の付着量は0.02%であった。Example 5 By a solution polymerization method using dimethyl sulfoxide as a solvent,
A spinning dope was obtained which was composed of 99% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of itaconic acid and had [η] of 1.70 and a polymer concentration of 20%. This was once discharged into the air through a 3000 filament spinner and allowed to run in a space of about 3 mm, then coagulated in a 30% aqueous solution of dimethyl sulfoxide at 10 ° C, and the coagulated yarn was washed with water and then bathed up to 4 times. The film was stretched and a process oil solution containing 2% of an amino-modified silicone oil agent was applied.
Further, 10% of free rollers each having a diameter of 20 mm arranged in a zigzag shape by applying 30% of an aqueous dispersion containing 0.1% of fine particles (average particle diameter 0.3 μm) made of a crosslinked polystyrene resin to the dry weight of the yarn. The particles were squeezed to migrate into the yarn and then densified.
Further, it was drawn up to 2.5 times in pressurized steam to obtain a precursor having a single yarn fineness of 0.8 d and a total fineness of 2400D.
The adhered amount of particles was 0.02%.
【0070】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1.37g
/cm3 の耐炎化糸を得た。ついで、窒素雰囲気中35
0〜500℃の温度領域での昇温速度を200℃/分と
し、2%の延伸をおこなった後、さらに1400℃まで
焼成した。The obtained precursor is 240 to 280 ° C.
In the air at a draw ratio of 1.05 and a density of 1.37 g
/ Cm 3 was obtained. Then, in a nitrogen atmosphere 35
The rate of temperature increase in the temperature range of 0 to 500 ° C. was set to 200 ° C./min, and the film was stretched at 2% and then fired to 1400 ° C.
【0071】続いて濃度0.1モル/lの硫酸水溶液を
電解液として、10クーロン/gで電解処理、水洗し、
150℃の加熱空気中で乾燥した。このようにして得ら
れた炭素繊維の物性を表1に示す。Subsequently, an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of 0.1 mol / l was used as an electrolytic solution, electrolytic treatment was performed at 10 coulomb / g, and washing was performed with water.
It dried in 150 degreeC heating air. Table 1 shows the physical properties of the carbon fibers thus obtained.
【0072】比較例3 アミノ変性シリコーン油剤2%からなる工程油剤を付与
した後、水を糸条の乾燥重量あたり30%付与して、ジ
グザグに配置した直径20mmのフリーローラー10個
でしごいてから乾燥緻密化したこと以外は実施例5と同
様にして炭素繊維を得た。物性を表1に示す。Comparative Example 3 After applying a process oil solution consisting of 2% of amino-modified silicone oil agent, 30% of water per dry weight of yarn was applied and squeezed with 10 free rollers of 20 mm diameter arranged in zigzag. From the above, a carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 5 except that the carbon fiber was dried and densified. The physical properties are shown in Table 1.
【0073】実施例6 使用した粒子がシリコーンレジン(平均粒子径0.5μ
m)であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維を
得た。物性を表1に示す。Example 6 The particles used were silicone resin (average particle size 0.5 μm).
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that m) was used. The physical properties are shown in Table 1.
【0074】実施例7 使用した粒子がメラミン樹脂(平均粒子径0.5μm)
であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維を得
た。物性を表1に示す。Example 7 The particles used were melamine resin (average particle size 0.5 μm)
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that. The physical properties are shown in Table 1.
【0075】実施例8 使用した粒子が架橋ポリエチレン(平均粒子径0.5μ
m)であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維を
得た。物性を表1に示す。Example 8 The particles used were crosslinked polyethylene (average particle size 0.5 μm).
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that m) was used. The physical properties are shown in Table 1.
【0076】実施例9 使用した粒子がポリアクリロニトリル(平均粒子径0.
5μm)であること以外は実施例1と同様にして炭素繊
維を得た。物性を表1に示す。Example 9 The particles used were polyacrylonitrile (average particle size: 0.
Carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 5 μm). The physical properties are shown in Table 1.
【0077】実施例10 紡糸原液を口金から直接凝固浴中に吐出したこと、ステ
アリルアルコールエチレンオキサイド付加物4%、アミ
ノ変性シリコーン1%、ポリ4フッ化エチレン(平均粒
子径0.3μm)0.1%からなる工程油剤を用いたこ
と以外は実施例1と同様にして炭素繊維を得た。物性を
表1に示す。Example 10 The spinning solution was directly discharged from the spinneret into a coagulation bath, stearyl alcohol ethylene oxide adduct 4%, amino-modified silicone 1%, polytetrafluoroethylene (average particle diameter 0.3 μm). A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 1% process oil was used. The physical properties are shown in Table 1.
【0078】比較例4 ネオペンチルアルコールエチレンオキサイド付加物4
%、アミノ変性シリコーン1%からなる工程油剤を用い
たこと以外は実施例10と同様にして炭素繊維を得た。
物性を表1に示す。Comparative Example 4 Neopentyl alcohol ethylene oxide adduct 4
% And amino modified silicone 1%, a carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 10 except that a process oil agent was used.
The physical properties are shown in Table 1.
【0079】比較例5 使用した粒子がカーボンブラック(平均粒子径0.5μ
m)であること以外は実施例1と同様にして炭素繊維を
得た。物性を表1に示す。この粒子の炭化残存率は90
%であった。Comparative Example 5 The particles used were carbon black (average particle size 0.5 μm).
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that m) was used. The physical properties are shown in Table 1. The carbonization residual rate of this particle is 90.
%Met.
【0080】[0080]
【表1】 [Table 1]
【0081】[0081]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の炭素繊維
製造用プリカーサーにより、強度の高い炭素繊維を効率
よく提供することができる。As described above, the precursor for producing carbon fiber of the present invention can efficiently provide carbon fiber having high strength.
Claims (10)
選ばれた1種以上からなる粒子を繊維表面に有すること
を特徴とする炭素繊維製造用プリカーサー。1. A precursor for producing carbon fiber, which has particles comprising one or more selected from an organic compound and a silicone compound on the fiber surface.
有することを特徴とする炭素繊維製造用プリカーサー。2. A precursor for producing carbon fiber, which has particles having a carbonization residual rate of 70% or less on the surface.
であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素
繊維製造用プリカーサー。3. The average particle diameter of the particles is 0.05 to 50 μm.
The precursor for carbon fiber production according to claim 1 or 2, wherein
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の炭素繊維製造用プリカーサー。4. The adhered amount of particles is 0.001 to 10% by weight.
The precursor for carbon fiber production according to any one of claims 1 to 3, wherein
エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ
アクリロニトリル、シリコーンゴム、シリコーンレジン
のいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載の炭素繊維製造用プリカーサー。5. The particles contain any one of polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, phenol resin, melamine resin, polystyrene, polyethylene, polyacrylonitrile, silicone rubber and silicone resin. The precursor for carbon fiber production according to any one of claims 1 to 4,
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の炭素
繊維製造用プリカーサー。6. The precursor for producing carbon fiber according to any one of claims 1 to 5, wherein the particles contain fluorine or silicon.
選ばれた1種以上からなる粒子を繊維表面に付与するこ
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。7. A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises applying particles comprising one or more selected from an organic compound and a silicone compound to the fiber surface.
面に付与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。8. A method for producing a precursor for producing carbon fiber, which comprises imparting particles having a carbonization residual rate of 70% or less to the fiber surface.
選ばれた1種以上からなる粒子を繊維表面に有する炭素
繊維製造用プリカーサーを焼成することを特徴とする炭
素繊維の製造方法。9. A method for producing a carbon fiber, which comprises firing a precursor for producing a carbon fiber, the precursor of which has particles made of one or more kinds selected from organic compounds and silicone compounds on the fiber surface.
表面に有する炭素繊維製造用プリカーサーを焼成するこ
とを特徴とする炭素繊維の製造方法。10. A method for producing a carbon fiber, which comprises firing a precursor for producing a carbon fiber having particles having a carbonization residual rate of 70% or less on the fiber surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19167295A JPH0941226A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Precursor for carbon fiber production and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19167295A JPH0941226A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Precursor for carbon fiber production and its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0941226A true JPH0941226A (en) | 1997-02-10 |
Family
ID=16278546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19167295A Pending JPH0941226A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Precursor for carbon fiber production and its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0941226A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09249747A (en) * | 1996-03-19 | 1997-09-22 | Toray Ind Inc | Silicone rubber, silicone rubber particle, precursor for carbon fiber, and carbon fiber |
JP2021011655A (en) * | 2019-07-05 | 2021-02-04 | 竹本油脂株式会社 | Treatment agent for carbon fiber precursor, and carbon fiber precursor |
-
1995
- 1995-07-27 JP JP19167295A patent/JPH0941226A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09249747A (en) * | 1996-03-19 | 1997-09-22 | Toray Ind Inc | Silicone rubber, silicone rubber particle, precursor for carbon fiber, and carbon fiber |
JP2021011655A (en) * | 2019-07-05 | 2021-02-04 | 竹本油脂株式会社 | Treatment agent for carbon fiber precursor, and carbon fiber precursor |
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