JPH0978333A - アクリルフィラメント束の乾熱延伸方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクリルフィラメント束を高倍率で延伸して
も糸切れや毛羽がなく安定に延伸可能でかつ繊度斑の増
大が少ない乾熱延伸法を提供することにある。 【解決手段】 アクリルフィラメント束を給糸ロールと
引取ロール間で乾熱延伸処理する方法において、給糸ロ
ールと引取ロールとの間に凸曲面を有する熱板を配置
し、給糸ロールおよび熱板に１００〜３００℃の温度を
付与することによって、給糸ロール熱板間と熱板上の２
段での延伸処理を施し、かつ、全延伸倍率に対し給糸ロ
ール熱板間での延伸配分を３０〜７０％とすることを特
徴とするアクリルフィラメント束の乾熱延伸方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクリルフィラメン
ト束の乾熱延伸方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にアクリルフィラメント束は、アク
リロニトリル系共重合体と溶剤からなる紡糸原液を湿式
紡糸法等により紡糸し、洗浄、熱水延伸、給油、乾燥等
の工程を経て得られるが、これらの工程だけでは、強度
が低い、耐フィブリル性が悪い、光沢に乏しい、生産性
が小さいといった欠陥がある。だが、これらの欠点は引
き続き適切な乾熱延伸処理することにより改善されるこ
とが知られている。

【０００３】一方、アクリルフィラメント束は、炭素繊
維のプレカーサーとして使用されている。炭素繊維はそ
の優れた力学的特性により、航空宇宙用途をはじめスポ
ーツ、レジャー用途の高性能複合材料の補強用繊維素材
として広く使用されているが、その用途拡大に伴って、
生産性向上、性能向上に対する要求も厳しくなってきて
いる。炭素繊維の品質や性能向上にはプレカーサーであ
るアクリル繊維の品質や性能の向上が必要であることが
知られている。

【０００４】アクリルフィラメント束の性能向上、生産
性向上を目的として、より高延伸倍率が得られる延伸方
法が検討され、スチーム延伸やホットチューブあるい
は、熱ロール延伸、熱ピン延伸、熱板延伸等の延伸方法
が確立されている。これらの延伸方法は、大別して気流
中やスチーム中で延伸を施す非接触タイプと熱ロールあ
るいは熱板に接触させ延伸するタイプがあるが、非接触
タイプでは熱の均一的な伝熱効率の問題があるし、スチ
ーム延伸の場合スチームリーク防止のためのシール性の
問題のために装置が大型化しやすくエネルギー効率が悪
い等の問題があることが判っている。一方、熱ロールや
熱ピン、熱板などの接触タイプの場合は、熱の伝導効率
が非接触タイプに比較して優れておりシール性などのた
めの特殊な装置を付加する必要もなく、コンパクトな装
置が可能であり、かつ工程での糸切れ修復も容易など操
作面からも工業的に非常に有利な方法と言える。

【０００５】以上から、アクリルフィラメント束の延伸
において、装置面では、熱ロールや熱ピン、熱板での延
伸が好ましく、かつ生産性向上の面からは、なるべく高
延伸倍率を取り得る延伸方式が好ましい。すなわち、延
伸倍率を余り大きくできない延伸方法の場合は、無理に
延伸倍率を大きくしても糸切れや毛羽が多発するためで
ある。高延伸性を確保するにはなるべく温度の付与が長
く取り得る熱板が好ましいが、アクリルフィラメント束
では、延伸点が固定しにくいため、繊度斑が増大しやす
く、特に高強度、高弾性率の炭素繊維を得るためのプレ
カーサーの延伸への適用は困難であった。

【０００６】一方、特開平４−２６３６１３公報には、
アクリルフィラメント束の延伸方法として、熱ピンと熱
板を組み合わせ、延伸することが記載されているが、こ
の実施例に見られる様に、ノズルホール数がせいぜい４
０ホール程度のフィラメント束の延伸方法には適するも
のの、数千フィラメント以上のトータルデニールの大き
い糸条の延伸では、熱ピンにおける抵抗が大きくなりす
ぎて毛羽が多発し、工業的には非常に困難であった。す
なわち、フィラメント数の大きな場合にも、アクリルフ
ィラメント束を高倍率で延伸しても糸切れや毛羽がなく
安定に延伸可能でかつ繊度斑の増大が少ない乾熱延伸法
は知られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、かかる欠
点を解消するため、鋭意検討を行った結果、アクリルフ
ィラメント束の乾熱延伸方法について、ある特定の条件
に設定することによって高品質を維持しながら、延伸倍
率の向上を達成し得ることを見出し本発明に至った。す
なわち、本発明の目的は、延伸性に優れかつ繊度斑の少
ない、アクリルフィラメント束の乾熱延伸方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アクリルフィ
ラメント束を給糸ロールと引取ロール間で乾熱延伸処理
する方法において、給糸ロールと引取ロールとの間に凸
曲面を有する熱板を配置し、給糸ロールおよび熱板の表
面温度を１００〜３００℃に設定することにより、給糸
ロール熱板間と熱板上で２段の延伸を施し、かつ、給糸
ロール熱板間での延伸倍率を全延伸倍率の３０〜７０％
とすることを特徴とするアクリルフィラメント束の乾熱
延伸方法を要旨とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】アクリルフィラメント束の乾熱延
伸特性について、延伸の発生位置と延伸倍率や、延伸装
置の温度と延伸の発生位置の関係等について検討した結
果、延伸は繊維と熱ロール、熱ピン、熱板等の接触部で
延伸に必要な温度がかかっている加熱部分（以下加熱接
糸部と称す）でのみ起こり、この加熱接糸部が長い程、
高倍率の延伸が可能であることが分かった。従って、毛
羽の発生が少なくかつ高倍率での延伸を可能とならしめ
るには、熱板が最も好ましいことが分かった。

【００１０】しかしながら、この加熱接糸部が長すぎる
と延伸点が固定されず、逆に繊度斑が増大することも判
明した。繊度斑を抑えるためには延伸点の固定が必要と
なり、例えば小半径の固定化された熱ピンの使用が考え
られるが、プレカーサーの様にフィラメント数が大きな
トウでは、熱ピンを使用しても、高倍率の延伸が困難な
ばかりでなく、熱ピンでの抵抗が過大となり、毛羽が発
生するため工業化は非常に困難である。そこで一般には
熱ロール上での延伸が用いられているが、熱ピンと同じ
く加熱接糸部長を十分にとれず、高倍率での延伸が非常
に困難である。

【００１１】そこで、本発明の乾熱延伸方法において、
熱ロールと熱板を併用することが最も重要である。この
場合ある特定の条件すなわち、熱板に入る前の給糸ロー
ルを加熱して給糸ロール熱板間と熱板上の２段での延伸
処理を施し、かつこの全乾熱延伸倍率に対し、アクリル
フィラメント束が給糸ロールと接触して加熱され、熱板
に接触するまでの給糸ロール熱板間の延伸倍率を全延伸
倍率の３０〜７０％とすることによって延伸倍率を大き
くとっても繊度斑を増大させないことを見出した。

【００１２】実際の給糸速度、引取速度を用い、より具
体的に説明する。たとえば、アクリルフィラメント束が
給糸ロールによって２５ｍ／分で加熱、給糸された後、
引取ロールにて、５０ｍ／分で引き取る、すなわち、全
延伸倍率が２倍の場合、給糸ロール熱板間で（熱板に接
触するまでに）全延伸倍率２倍の３０％、すなわち、５
０ｍ／分−２５ｍ／分＝２５ｍ／分の３０％分として
７．５ｍ／分を２５ｍ／分にプラスした値３２．５ｍ／
分まで給糸ロール熱板間で延伸した後、引き続き熱板上
で残りの延伸倍率を延伸することになる。

【００１３】本発明の乾熱延伸方法において、アクリル
フィラメント束の給糸ロール熱板間の延伸倍率が全延伸
倍率の３０％未満の場合は、熱板側での延伸倍率が上が
るため繊度斑が生じ易く、また逆に給糸ロール熱板間の
延伸倍率が全延伸倍率の７０％を越えると、加熱接糸部
が短いため高倍率の延伸が取れず好ましくない。

【００１４】本発明において用いられる凸曲面を有する
熱板は、アクリルフィラメント束を接触加熱する面が弧
状をなした凸曲面を有する加熱板であれば、特に限定し
ないが、熱板の曲率半径としては１ｍ以上のものが好ま
しく、さらに好ましくは３〜１０ｍである。１ｍ未満で
は、トウが熱板に接触するにあたっての糸のダメージが
大きくなり過ぎる傾向がある。１０ｍを越えると、フィ
ラメント束との接触不良によって加熱が不均一となりや
すい。

【００１５】この熱板とアクリルフィラメント束との接
触長については、延伸に付されるトウのトータルデニー
ル並びに、紡糸速度によって最適な長さが決定すればよ
く、延伸に必要な温度が十分に得られる範囲であれば特
に限定されない。均一な延伸を可能とならしめるには延
伸に供給されるフィラメント束の積層段数や糸幅も重要
であるが、これ迄に述べた乾熱延伸に必要十分な温度が
得られる範囲であれば特に限定はされない。

【００１６】アクリルフィラメント束と凸形状を有する
熱板との接触長について、さらに詳しく述べると、トー
タルデニール１２，０００、紡糸速度５０ｍ／分程度で
あれば接触長１ｍ前後、滞在時間１．２秒程度が好まし
い。

【００１７】本発明において、熱板の表面温度は処理す
るアクリルフィラメント束の重合体組成、重合度、紡糸
条件及び熱処理後の目的とする品質などにより、１００
〜３００℃の範囲で選ぶことが必要である。熱板の表面
温度が１００℃未満であると十分な熱延伸処理が行え
ず、目的とする高延伸性が得られない。また、３００℃
を越えるとアクリルフィラメント束が部分的に酸化反応
を起こし、変色するなどの問題が生じる。

【００１８】本発明の対象とするアクリルフィラメント
束の重合体組成、重合度、紡糸条件などは公知なもので
よく、特に制限されることはないが、たとえば次の様に
して作られたアクリルフィラメント束が本発明の効果が
顕著にあらわれ、都合がよい。

【００１９】つまり、アクリロニトリル９０重量％以上
とこのアクリロニトリルと共重合可能な単量体１０重量
％以下からなるアクリロニトリル重合体をこの重合体を
溶解し得る溶剤、例えばジメチルスルホキシド、ジメチ
ルアセトアミド、硝酸水溶液、ロダン酸ソーダ水溶液な
どに溶解して紡糸原液とした後、湿式、乾湿式などの公
知の紡糸方法により紡糸し、アクリルフィラメント束形
成後に、５０〜１００℃の温水において溶剤分１重量％
以下とする洗浄処理及び８０〜１００℃の熱水において
２倍程度の湿熱延伸を行った後に、後続の熱処理時及
び、該アクリルフィラメント束（プレカーサー）の焼成
時における繊維間の融着や糸条ガイドとの摩擦抵抗を低
下させるために油剤を付着し、その後、１００〜１５０
℃の温度で乾燥を行って製造されるアクリルフィラメン
ト束である。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。なお、実施例中のアクリルフィラメント束の評価
は以下の方法に拠った。

【００２１】（評価方法） 繊度斑 アクリルフィラメント束から３００本を任意に抽出し
て、断面の電子顕微鏡写真（倍率×５００）を撮影し、
各繊維直径を測定してその平均繊維直径、及びその標準
偏差から計算されるバラツキ（ＣＶ値）を求めた。

【００２２】延伸倍率測定 アクト電子（株）製ダイナミックレーザースケーラー
（ドップラーセンサーモデル１１１０：信号処理器 モ
デル２０００）を使用して、給糸ロールから熱板を出る
までの各箇所の走行糸条の速度を測定した。給糸ロール
熱板間と、熱板に入ってから出るまでの間（熱板上）の
夫々の速度と供給速度（２５ｍ／分）の比から延伸倍率
の比を求めた。

【００２３】最大破断延伸倍率 油剤付与乾燥後の糸条を、所定の温度（１２０〜２００
℃）並びに速度（２５ｍ／分）に設定した給糸ロールよ
り供給して、熱板延伸後の引取ロール速度を上げていっ
て糸条が破断する速度を測定した。破断に至る迄の最大
速度と給糸ロール速度（２５ｍ／分）との比で最大破断
延伸倍率を求めた。

【００２４】（実施例１）アクリロニトリル９６重量％
とアクリル酸メチル３重量％、メタクリル酸１重量％か
らなる重量平均分子量が１．７×１０⁵の共重合体を、
濃度２３％で孔数１２，０００のノズルよりジメチルア
セトアミド溶液中に吐出して湿式紡糸を行った。沸騰水
中で延伸しながら洗浄、脱溶剤、シリコン系油浴中に浸
漬、乾燥ロール１２０℃にて乾燥緻密化した後、１７０
℃に設定した直径４００ｍｍの給糸ロールを速度２５ｍ
／分で４本通過させた後、同じく１７０℃に設定した曲
率半径２ｍ、接触長１ｍの熱板上を通過させ引取りロー
ルにて２倍に延伸させ、紡速５０ｍ／分で巻き取った。
走行中のフィラメント束の速度を測定した結果、給糸ロ
ールで加熱された後、熱板に接触する迄の給糸ロール熱
板間と、熱板上での２段階の延伸となっており、かつ前
者は全延伸倍率の５０％（すなわち熱板入りのフィラメ
ント束速度が３７．５ｍ／分）が延伸されていることが
わかった。このアクリルフィラメント束の最大破断延伸
倍率は４．０倍（最大延伸破断速度１００ｍ／分）と高
く、かつその繊度斑（ＣＶ値）は０．９０と低いもので
あった。

【００２５】（比較例１）熱板をバイパスしたほかは、
実施例１と同様の操作を行い、ロール間での乾熱延伸を
行いアクリルフィラメント束を得た。このアクリルフィ
ラメント束の繊度斑は０．８０と小さく良好であった
が、最大破断延伸倍率は２．２倍と延伸性が低く、巻き
取り時にも単糸切れが多かった。

【００２６】（比較例２）給糸ロールの表面温度を１２
０℃としたほかは、実施例１と同様の操作を行い（ただ
し、温度が低いため給糸ロール−熱板間では延伸され
ず）、アクリルフィラメント束を得た。最大破断延伸倍
率は４．２倍と延伸性は良好であったが、繊度斑は１．
６０と大きいものであった。

【００２７】（比較例３）給糸ロールの表面温度を２０
０℃としたほかは、実施例１と同様の操作を行い、アク
リルフィラメント束を得た。延伸倍率の測定結果では、
給糸ロール熱板間と、熱板上との２段階の延伸となって
おり、かつ前者は全延伸倍率の８０％（熱板入りのフィ
ラメント束速度が４５ｍ／分）となっていた。該繊維の
繊度斑は０．８５と小さく良好であったが、最大破断延
伸倍率が２．８倍と低く、紡糸時の単糸切れが多かっ
た。

【００２８】（比較例４）給糸ロールの表面温度を１４
０℃としたほかは、実施例１と同様の操作を行い、アク
リルフィラメント束を得た。延伸倍率の測定結果では、
給糸ロール熱板間と、熱板上と２段階の延伸となってお
り、かつ前者は全延伸倍率の２０％（熱板入りのフィラ
メント束速度が３０．０ｍ／分）となっていた。該繊維
の最大破断延伸倍率は４．１倍と高いが、繊度斑は１．
２０と品質的に不十分なものであった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明はアクリルフィ
ラメント束の乾熱延伸において熱ロール、熱板を用い、
特定の延伸条件をとることによって繊度斑の増大が極め
て小さくできることを見出したところにその特長があ
り、本発明に従えば、従来の乾熱延伸法に比べ高倍率で
の延伸が可能になり、かつ、高延伸倍率をしても繊度斑
が小さくできる点で著しい効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 昇二 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクリルフィラメント束を給糸ロールと
   引取ロール間で乾熱延伸処理する方法において、給糸ロ
   ールと引取ロールとの間に凸曲面を有する熱板を配置
   し、給糸ロールおよび熱板の表面温度を１００〜３００
   ℃に設定することにより、給糸ロール熱板間と熱板上で
   ２段の延伸を施し、かつ、給糸ロール熱板間での延伸倍
   率を全延伸倍率の３０〜７０％とすることを特徴とする
   アクリルフィラメント束の乾熱延伸方法。