JPH11286845A

JPH11286845A - アクリル系延伸フィラメント糸条の製造方法

Info

Publication number: JPH11286845A
Application number: JP8717998A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tajima; 聡志田島; Hidemi Goto; 英実後藤; Fumio Ogawa; 文夫小川
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、細物、太物を問わず、効率よく、か
つ、安定して、優れた糸物性を有するアクリル系延伸フ
ィラメント糸条の製造方法を提供せんとするものであ
る。【解決手段】本発明のアクリル系延伸フィラメント糸条
の製造方法は、アクリル系フィラメント糸条のスチーム
延伸に先立って、該糸条をロール間に緊張下に支えられ
た状態で、流体による開繊処理を施すことを特徴とする
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭素繊維用前駆体な
どとしても用いられるアクリル系糸条の製造方法に関
し、特に６０００フィラメント以上の太物アクリル系フ
ィラメント糸条を高倍率で安定に延伸するスチーム延伸
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリアクリロニトリル系繊維糸条は、炭
素繊維の前駆体（プリカーサー）としても利用されてお
り、性能の優れた炭素繊維を得るために、多くの改善技
術が開示されている。炭素繊維はそのプリカーサーであ
るアクリロニトリル系繊維を紡糸する製糸工程、２００
〜４００℃の空気雰囲気中で該繊維を加熱焼成して酸化
繊維に転換する耐炎化工程、窒素、アルゴン、ヘリウム
等の不活性雰囲気中でさらに３００〜２５００℃に加熱
して炭化する炭化工程を経ることで得られ、複合材料の
強化繊維として航空宇宙用途やスポーツ用途、一般産業
用途などに幅広く利用されている。

【０００３】これらのうち一般産業分野への用途拡大の
要求に応えるためには、第一に製造原価を軽減して、安
価な炭素繊維を提供することが重要である。従来、炭素
繊維に係わる改善は性能の改善に関するものが多く、製
造原価の低減を目的としたものは少なかった。

【０００４】炭素繊維のプリカーサーの製造方法に関し
て、処理する糸条を太く（太糸条化）するとともに、糸
条幅を狭く（高密度化）することによって、限られた設
備の中で生産量を増大させること、すなわち設備生産性
を向上させることがコストダウンを図る上で重要なポイ
ントとなっている。

【０００５】製糸工程は通常、紡糸工程でポリマー溶液
から糸条を得たのち、水洗工程、浴液による浴中延伸工
程、工程油剤工程、乾燥緻密化工程、スチームによるス
チーム延伸工程、巻取り機で巻取る巻取り工程から構成
されるが、製糸工程での糸条単位を太糸条化したり、あ
るいは高密度化すると、特に延伸工程や水洗工程および
工程油剤の付与工程で単糸間接着が発生したり、延伸で
の毛羽や断糸、水洗不足、油剤の付着斑が惹起されて、
原糸の製造工程における工程通過性が阻害されるのみな
らず、次の焼成工程においても断糸や毛羽が発生して工
程通過性を阻害すると共に、得られる炭素繊維の物性を
も低下させる原因になる。これらの製糸工程、特に延伸
工程での阻害要因は、糸条への加熱や、加熱媒体の浸透
が均一とならず、処理斑が発生することにあることをつ
きとめ、これら要因を排除することによって、工程通過
性を改善することに鋭意検討した。

【０００６】このうちスチーム延伸については、これを
安定に行う手段として、これまでに特開昭５８−２１４
５２０号公報、特開昭６０−１９３６３２号公報、特開
昭６０−２５７２１９号公報、および特開平５−２６３
３１３号公報等が開示されている。

【０００７】特開昭５８−２１４５２０号公報には、延
伸チューブの両端にラビリンスシールを配し、ラビリン
ス径と延伸張力を適正化して、糸条を一段で延伸しよう
とする技術が開示されている。しかしながら、本発明の
目的である太い糸条の延伸においては、ラビリンス径の
大きさおよび延伸張力を適正化しても、太糸条の束内を
均一加熱することができず、延伸切れが発生するという
問題があった。

【０００８】特開昭６０−１９３６３２号公報および特
開昭６０−２５７２１９号公報には、いずれも加圧延伸
機に関する技術が開示されており、延伸装置の両端に加
圧流体のシール構造を有し、前者においてはスチーム等
の加圧流体の吹き込み口を糸条の導入側に、後者におい
ては糸条の出側に設けて一段延伸を行うものである。特
に後者においては、加圧流体の吹き込み位置を糸条の出
側に配し、糸条と加圧流体の流れを向流とし、熱効率を
高める構造としたものであるが、これをもってしても太
糸条を均一加熱することはできない。

【０００９】さらに、特開平５−２６３３１３号公報に
は、前述の欠点を補うため、加圧スチーム延伸機の中を
ラビリンスシールで２つに区切り、予熱ゾーンを設ける
ことで太糸条のスチーム延伸を安定して行う技術が開示
されている。この技術は太物糸条のスチーム延伸には効
果的な技術であるが、より高速で処理しようとすると、
毛羽が発生する問題があった。これはスチーム延伸工程
に先立って処理される、給油工程・乾燥緻密化工程にお
いて、糸条の単糸同士の接着が軽い程度で融着する、単
糸間接着が生じることにより、予熱ゾーンでの熱伝達が
不十分になり、延伸能が低下するものと考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、細物、太物
を問わず、効率よく、かつ、安定して、優れた糸物性を
有するアクリル系延伸フィラメント糸条の製造方法を提
供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用する物である。
すなわち、本発明のアクリル系延伸フィラメント糸条の
製造方法は、アクリル系フィラメント糸条のスチーム延
伸に先立って、該糸条をロール間で緊張下に支えられた
状態で、流体による開繊処理を施すことを特徴とするも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、かかる課題、つまり、
細物、太物を問わず、効率よく、かつ、安定して、優れ
た糸物性を有するアクリル系延伸フィラメント糸条の製
造する方法について、鋭意検討し、スチーム延伸の前
に、該被延伸糸条をロール間で緊張下に維持しながら、
流体開繊処理を施したところ、かかる課題を一挙に解決
することを究明したものである。

【００１３】本発明のアクリル系フィラメント糸条の素
材としては、アクリロニトリル９０重量％以上からなる
アクリル系重合体であることが望ましいが、１０重量％
以内で他のモノマーを共重合成分として含んでいてもよ
いものである。かかる共重合可能なモノマーとしては、
アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、もしくはこ
れらのメチルエステル、プロピルエステル、ブチルエス
テル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、またはアリル
スルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン
酸、もしくはこれらのアルカリ金属塩等のうち一種また
は二種以上を用いることができる。

【００１４】かかるアクリル系重合体、共重合体は、た
とえば公知の乳化重合、塊状重合、溶液重合などの重合
法を用いて重合（共重合）され、さらにこれらの重合体
からアクリル系繊維を製造するに際しては、ジメチルア
セトアミド、ジメチルスルホキシド（以下ＤＭＳＯ）、
ジメチルホルムアミド、硝酸、ロダンソーダ水溶液等を
溶媒とするポリマー溶液を紡糸溶液として、通常の湿式
紡糸法、乾湿式紡糸法によって紡糸し、その後、浴中延
伸を行う。この浴中延伸は、通常５０〜９８℃の延伸浴
中で約２〜６倍に延伸される。浴中延伸後は、通常、油
剤を付与し、ホットローラーなどで乾燥緻密化した後、
スチーム延伸に供されるものである。

【００１５】本発明は、かかるスチーム延伸に供される
糸条の処理に関するものであって、かかるアクリル系フ
ィラメント糸条としては、加圧スチーム延伸処理するに
適したものであれば特に限定されない。

【００１６】かかるフィラメント糸条は、糸条を構成す
る単糸の数が、好ましくは６０００本以上、さらに好ま
しくは８０００本以上のマルチフィラメント糸条である
場合に効果が著しく、また、最終的に得られるアクリル
系フィラメント糸条の総繊度が好ましくは６０００デニ
ール以上、さらに好ましくは８０００デニール以上であ
る場合に、特に効果が著しく発現する。

【００１７】このような太物糸条のフィラメントをスチ
ーム延伸する場合、糸束内部にまでスチームや熱が均一
に伝わりにくく、十分な延伸性能が得られない場合が多
い。特にスチーム延伸に先立って行われる乾燥緻密化工
程で、油剤に起因する疑似接着が生じる場合はその延伸
能の低下が顕著となる。

【００１８】このため、本発明では、スチーム延伸機に
供給する糸条を流体処理して、該糸条に十分開繊処理を
施した後、該糸条を延伸させる。かかる処理により、該
糸条の疑似接着を流体圧力により剥がすことで、糸束内
部へスチームを浸透させることが可能となり、糸束を均
一に昇温させる作用が高まり、スチーム延伸をさらに好
ましく行うことができるものである。

【００１９】かかる開繊のための流体処理に使用する流
体は、空気、スチーム、水、有機溶媒、無機溶媒あるい
は有機物を含んだ溶液など、アクリル系糸条に化学変化
を生じさせず、かつ開繊効果を与えるものであればいず
れでもよいが、生産時の作業性等を考慮すると空気、ス
チームなどが好ましく使用される。

【００２０】かかる開繊処理は、通常開繊ノズルを使用
して行うが、走行糸条を開繊できるものであれば、その
形状は特に限定されず、走行糸条の直角方向から流体を
吹き付けることのできるノズルを好ましく用いることが
できる。また、流体が空気あるいはスチームの場合は、
その圧力が１〜７ kgf／cm²であるのが好ましい。流体
圧力が１ kgf／cm²未満だと開繊効果が小さくなり、７
kgf／cm²を超えると糸条が流体によりダメージを受け
単糸切れになるので好ましくない。

【００２１】これらの開繊処理は、スチーム延伸機のフ
ィードロール上に導く糸条に対して行い、開繊ノズルの
位置や、開繊処理時の糸条張力は、糸条を開繊させるた
めに適宜選ぶことができるが、ロール間距離が３００〜
１０００mmのローラ間に開繊ノズルを設置し、かつ、該
糸条に０．０１〜０．０９gf／ｄの範囲の糸条張力をか
けて開繊処理することにより、細物糸条でも、太物糸条
でも、いずれの糸条をも効率よく延伸することができ
る。

【００２２】十分な開繊効果を得るためには、ロール間
距離に応じて糸条張力を設定する必要があるが、糸条張
力が０．０９gf／ｄよりも高いと、糸が動きにくくなっ
て開繊効果が不十分になり、また、糸条張力が０．０１
gf／ｄより小さいと、逆に糸が動きすぎて、ローラ上で
糸が蛇行しやすくなり、後に供されるスチーム延伸機に
対し、平行に供給されなくなるため、延伸機入口に接触
することにより毛羽が発生したり、断糸の原因となって
好ましくない。

【００２３】一方、ロール間距離が３００mm未満だと糸
条の動くスパンが短くなって開繊効果が小さくなり、ロ
ール間距離が１０００mmを越えると、装置が大きくなっ
て取り扱い上好ましくない。

【００２４】本発明においては、延伸チューブにスチー
ムを吹き込むことにより延伸する方法を採用するのが好
ましいが、延伸チューブ内を糸条通過口を有するシール
部材によって、予熱状態の延伸工程と、それに続く加熱
状態の延伸工程の２工程に分割し、それぞれの領域を圧
力制御して延伸すると、延伸安定性がより向上して好ま
しい。糸条通過口を有するシール部材を領域間に設ける
と、同一チューブ内の２領域の圧力を設定することがで
きてよい。この場合、加熱状態の延伸工程における圧力
を、予熱状態の延伸工程における圧力より、０．２〜
５．０ kgf／cm²高くするのが好ましい。この圧力差が
０．２ kgf／cm²未満の場合では、従来の一段延伸と同
様、前段の予熱部で糸条内の延伸張力斑が生じやすくな
り、毛羽が発生するという問題があり、一方、圧力差が
５．０ kgf／cm²を越えると、予熱部の温度が低すぎ
て、十分な予熱が行われていないか、または、予熱が十
分であったとしても、後段の圧力が高すぎて、延伸ゾー
ンで糸条の溶断が生じるという問題がある。

【００２５】また、かかる延伸において、該延伸時の糸
条張力を０．１〜１．０gf／ｄ、好ましくは０．２〜
０．８gf／ｄの範囲に保持するのが好ましい。すなわち
延伸張力が０．１gf／ｄ未満では、スチーム圧力が高す
ぎて（温度が高すぎて）溶断による延伸切れが発生する
という問題があり、一方、延伸張力が１．０gf／ｄを越
えるとスチーム圧力が低すぎて（温度が低すぎて）延伸
切れが起こるという問題がある。

【００２６】かかる加熱域に吹き込む加圧スチームに、
適度の湿り度を与えておくと、アクリル系糸条を適度に
濡らして可塑化効果を与え、延伸性を高めるので好まし
い。この湿ったスチームを吹き込んだときの糸条の水分
率は、糸条に含まれる水分が低すぎると、十分な可塑化
効果が得られず、延伸性が低下し、単糸切れによる毛羽
が発生し、また、その後の乾燥工程における糸条の水分
蒸発負荷が増大することを防ぐ観点から、高すぎても好
ましくなく、延伸後の糸条水分率としては、概ね２〜３
０％の範囲で制御するのが好ましい。

【００２７】延伸チューブ内の加圧スチームのシール部
材は、好ましくはラビリンスノズルと称する糸条の通過
とスチームの流出を同時に行う小口径を有するパイプを
一個あるいは複数個連ねて用いるが、これに限定される
ものではない。なおラビリンスノズルを使用する場合
は、該小口径の形状、寸法および使用個数はチューブ内
の圧力を糸条通過口の大小により所定の圧力範囲に調節
できるものであればよい。スチーム延伸倍率は、スチ
ーム延伸に先立って行われる浴中での延伸倍率によって
決定すべきであるが、好ましくは２〜６倍の延伸を行
い、全延伸倍率を７〜１６倍の範囲にするのが好まし
い。この時のスチーム圧力は、延伸倍率と延伸温度によ
って左右されるが、本発明における糸条の張力は、前記
した延伸倍率のもとで、先に述べたように０．１〜１．
０gf／ｄに保持するのが好ましい。

【００２８】

【実施例】以下実施例をあげて本発明をさらに具体的に
説明する。

【００２９】実施例１アクリロニトリル９９．７モル％、イタコン酸０．３モ
ル％からなる固有粘度［η］が１．８０のアクリル系重
合体の２０％ＤＭＳＯ溶液を紡糸原液として、孔径が
０．１mmφの６０００ホールの口金を用いてＤＭＳＯ３
０％、水７０％からなる凝固浴中に３mmの空気層を介し
た後に吐出し、凝固糸を得た。該凝固糸を２本合わせて
１２０００フィラメントとしてから水洗し、熱水中で延
伸した後、シリコーン系油剤を付与してから乾燥緻密化
を行い、引続いて延伸チューブの両端をラビリンスノズ
ルでシールし、チューブ中央部のスチーム吹き込み口に
隣接し、かつ糸条導入側にもう一段ラビリンスシールを
設けた加圧スチーム延伸装置で延伸し、単繊維繊度が
１．０ｄで、総繊度が１２０００ｄの延伸糸を得た。ス
チーム延伸にあたって、図１に示すように接触角４πの
フィードローラ群に糸条を通しながら開繊ノズルに圧縮
空気を供給し、糸条を開繊しながら延伸し、延伸糸条の
走行毛羽数（１０分間の毛羽数をカウントし、１分間当
たりに換算）を測定した。その際、圧縮空気の開繊ノズ
ル入り圧力、開繊処理時の糸条張力、開繊処理ノズル前
後のロール間距離を種々変えて測定した。

【００３０】開繊張力と走行毛羽との関係を図２に示
す。

【００３１】図２の結果から、本発明による開繊処理後
の延伸方法において、ロール間距離、空気圧力条件一定
のもと、開繊張力を下げることにより延伸性が向上する
ことが分かる。

【００３２】ロール間距離と走行毛羽との関係を図３に
示す。

【００３３】図３の結果から、本発明による開繊処理後
の延伸方法において、ロール間距離を大きくすることに
より、延伸性が向上することが分かる。

【００３４】開繊ノズル入り圧力と走行毛羽との関係を
図４に示す。

【００３５】図４の結果から、本発明による開繊処理後
の延伸方法において、圧力を大きくすることにより、延
伸性が向上することがわかる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、アクリル系太物糸条を
高倍率で延伸することができるスチーム延伸方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様を示す延伸装置の一例の断面
図である。

【図２】糸条開繊張力と走行毛羽数の関係を示す。

【図３】ロール間距離と走行毛羽数の関係を示す。

【図４】開繊ノズル入り圧力と走行毛羽数の関係を示
す。

【符号の説明】

１：延伸に供される糸条２：スチーム加圧装置３：糸条の供給口４：延伸糸条の取り出し口５：スチーム供給口６：糸条導入部のシール部材７：延伸糸条取り出し部のシール部材８：スチーム導入管９：供給スチームの加湿器１０：糸条のフィードローラ群１１：延伸糸条のドローローラ群１２：円筒状容器１３：予熱域と加熱域の間の糸条通過口を有するシール
部材１４：スチーム圧力制御装置１５：開繊ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクリル系フィラメント糸条のスチーム延
伸に先立って、該糸条をロール間で緊張下に支えられた
状態で、流体による開繊処理を施すことを特徴とするア
クリル系延伸フィラメント糸条の製造方法。
【請求項２】該緊張が、０．０１〜０．０９gf／ｄの範
囲の糸条張力である請求項１記載のアクリル系延伸フィ
ラメント糸条の製造方法。
【請求項３】該ロール間距離が、３００〜１０００mmで
ある請求項１または２記載のアクリル系延伸フィラメン
ト糸条の製造方法。
【請求項４】該流体による開繊処理が、該ロール間距離
内に設置された開繊ノズルによるものである請求項１〜
３のいずれかに記載のアクリル系延伸フィラメント糸条
の製造方法。
【請求項５】該アクリル系フィラメント糸条が、単糸数
６０００本以上のマルチフィラメント糸条である請求項
１〜４のいずれかに記載のアクリル系延伸フィラメント
糸条の製造方法。
【請求項６】該流体による開繊処理が、１〜７ kgf／cm
²の圧力下で行うものである請求項１〜５のいずれかに
記載のアクリル系糸条のスチーム延伸方法。