JPS58136838A - 高性能炭素繊維の製造方法 - Google Patents
高性能炭素繊維の製造方法Info
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- JPS58136838A JPS58136838A JP1762282A JP1762282A JPS58136838A JP S58136838 A JPS58136838 A JP S58136838A JP 1762282 A JP1762282 A JP 1762282A JP 1762282 A JP1762282 A JP 1762282A JP S58136838 A JPS58136838 A JP S58136838A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアクリロニトリル系合成繊維から高強度炭素繊
維を製造する方法に関する。
維を製造する方法に関する。
高強度炭素繊維の製法に関してはすでに多（の報告があ
り、例えば耐炎化処理における温度条件の規制、長さあ
るいは張力を調節する方法等、また炭素化処理において
は昇温条件、張力−伸長の調節、特殊雰囲気下で行う方
法等が知られている。このような研究と技術の進歩によ
り、炭素繊維の強度は漸次向上してきてｉｊす、現在で
は強度が６５０〜４００ ｋｇ／ １１１１２の炭素繊
維、が得られている。この強度水準は現在汎用されてい
るスポーツ、レジャー用品向の強化材としては十分であ
るが、航空機用途などの特殊な分野での使用にはなお不
十分といわれ、現実にこの分野の炭素繊維としては強度
が４５０ ｋｇ／５ａｃ２以上のものの出現が、要求さ
れている。
り、例えば耐炎化処理における温度条件の規制、長さあ
るいは張力を調節する方法等、また炭素化処理において
は昇温条件、張力−伸長の調節、特殊雰囲気下で行う方
法等が知られている。このような研究と技術の進歩によ
り、炭素繊維の強度は漸次向上してきてｉｊす、現在で
は強度が６５０〜４００ ｋｇ／ １１１１２の炭素繊
維、が得られている。この強度水準は現在汎用されてい
るスポーツ、レジャー用品向の強化材としては十分であ
るが、航空機用途などの特殊な分野での使用にはなお不
十分といわれ、現実にこの分野の炭素繊維としては強度
が４５０ ｋｇ／５ａｃ２以上のものの出現が、要求さ
れている。
本発明者は、耐炎化処理条件−耐炎化糸物性と炭素繊維
物性との関係を詳細に検討し、耐炎化糸中の酸素含量が
炭素繊維の強度に影響することを見い出した。そしてこ
の酸素の作用について更に検討した結果、耐炎化雰囲気
中の酸素濃度を調節して処理することにより、炭素繊維
の強度が著しく向上することを見い出して本発明を完成
した。
物性との関係を詳細に検討し、耐炎化糸中の酸素含量が
炭素繊維の強度に影響することを見い出した。そしてこ
の酸素の作用について更に検討した結果、耐炎化雰囲気
中の酸素濃度を調節して処理することにより、炭素繊維
の強度が著しく向上することを見い出して本発明を完成
した。
本発明は、アクリロニトリル系合成繊維を、酸素濃度が
５〜１５％の雰囲気中で繊維中の酸素含量が４〜１５％
となるように耐炎化処理したのち、不活性雰囲気中で炭
素化することを特徴とする、高性能炭素繊維の製造方法
である。
５〜１５％の雰囲気中で繊維中の酸素含量が４〜１５％
となるように耐炎化処理したのち、不活性雰囲気中で炭
素化することを特徴とする、高性能炭素繊維の製造方法
である。
アクリロニトリル系合成繊維としては、アクＩＪ Ｏ二
） ＩＪル８５重量％以上及びこれと共重合（−得るビ
ニル単量体からなるものであればよい。
） ＩＪル８５重量％以上及びこれと共重合（−得るビ
ニル単量体からなるものであればよい。
本発明を実施するに際しては、まずアクリロニトリル系
合成繊維を、酸素濃度が５〜１５％の雰囲気中で繊維中
の酸素含量が４〜１５％となるように耐炎化処理する。
合成繊維を、酸素濃度が５〜１５％の雰囲気中で繊維中
の酸素含量が４〜１５％となるように耐炎化処理する。
耐炎化処理における雰囲気中の酸素濃度は、例えば空気
と窒素ガス等の不活性ガスを混合することにより調整す
ることができる。耐炎化処理温度は１８０〜４００”Ｃ
，好ましくは２００〜６５０“しである。処理温度が１
８０℃未満では耐炎化処理を十分に行うことが困難であ
り、また４００°Ｃを越えると糸切れの起こるおそれが
ある。
と窒素ガス等の不活性ガスを混合することにより調整す
ることができる。耐炎化処理温度は１８０〜４００”Ｃ
，好ましくは２００〜６５０“しである。処理温度が１
８０℃未満では耐炎化処理を十分に行うことが困難であ
り、また４００°Ｃを越えると糸切れの起こるおそれが
ある。
耐炎化糸中の酸素・含量は、耐炎化度を示す尺度として
、繊維密度、炭化指数、シアノ基変化址等と共に用いら
れている。本発明者の研究によれば、この耐炎化糸中の
酸素含量は、炭素繊維の強度と相関々係があり、炭素化
処理ｕＪ’能な耐炎化糸中の酸素含量以上では、酸素含
量か高くなるにしたがって得られる炭素繊維の独展はほ
ぼ一次的対応関係で低下する。
、繊維密度、炭化指数、シアノ基変化址等と共に用いら
れている。本発明者の研究によれば、この耐炎化糸中の
酸素含量は、炭素繊維の強度と相関々係があり、炭素化
処理ｕＪ’能な耐炎化糸中の酸素含量以上では、酸素含
量か高くなるにしたがって得られる炭素繊維の独展はほ
ぼ一次的対応関係で低下する。
炭素繊維強度が耐炎化糸中の酸素含量に依存することの
理由は十分に解明されてはいないが、焼成過程の挙動及
び炭素繊維物性・構造との関連において次のように推察
される。まず耐炎化糸中の酸素含量か高くなると炭素化
収率が低下する。このことは炭素化時に酸素は炭素等と
結合して分解放出され、酸素が多い分たけ炭素分の不必
要な分解放出がおこり、構造欠陥部を生成するためと考
えられる。次に酸素含量が高くなるにしたがって炭素繊
維密度が低下する。このことは炭素化構造生成時に空隙
部が内包されることを示し、これらの空隙部が欠陥部と
して作用するためと考えられる。第３に酸素含量が高く
なるにしたがって形成された炭素繊維の微細構造は結晶
の層の積み重なりが不完全で、かつ結晶化度が低くなる
傾向にある。以上のように酸素含量が高（なると強度の
低下につながるような欠陥部の形成又は構造の不完全性
を招（おそれがある。したがって耐炎化糸中の酸素含量
を適正に調節することにより炭素繊維の強度を向上させ
ることもできるが、一般的に行われている加熱空気中で
の処理法では限界がある。
理由は十分に解明されてはいないが、焼成過程の挙動及
び炭素繊維物性・構造との関連において次のように推察
される。まず耐炎化糸中の酸素含量か高くなると炭素化
収率が低下する。このことは炭素化時に酸素は炭素等と
結合して分解放出され、酸素が多い分たけ炭素分の不必
要な分解放出がおこり、構造欠陥部を生成するためと考
えられる。次に酸素含量が高くなるにしたがって炭素繊
維密度が低下する。このことは炭素化構造生成時に空隙
部が内包されることを示し、これらの空隙部が欠陥部と
して作用するためと考えられる。第３に酸素含量が高く
なるにしたがって形成された炭素繊維の微細構造は結晶
の層の積み重なりが不完全で、かつ結晶化度が低くなる
傾向にある。以上のように酸素含量が高（なると強度の
低下につながるような欠陥部の形成又は構造の不完全性
を招（おそれがある。したがって耐炎化糸中の酸素含量
を適正に調節することにより炭素繊維の強度を向上させ
ることもできるが、一般的に行われている加熱空気中で
の処理法では限界がある。
耐炎化雰囲気中における酸素は、酸化架橋反応などを生
起して不融化の役割を果すので重要であることは知られ
てい、るが、炭素繊維の強度向上に対しては弊害作用も
あることになる。このような酸素の弊害作用を押さえる
ためには、耐炎化処理を行うに際して耐炎化雰囲気中の
酸素濃度を調節することが有効であり、特に雰囲気中の
酸素濃度を５〜１５％、好ましくは６〜１０％として処
理することによって高強度の炭水繊維が得られる。この
効果の理由は明確ではないが、耐炎化雰囲気中の酸素濃
度が酸化反応速度を決定づけ、酸素濃度が低（なると酸
化反応が抑制される。同時にシアン基の環化反応も進行
するが、この環化反応を促進するように温度を高めた状
態で酸素濃度の低い雰囲気中で処理を行えば、通常の加
熱雰囲気中で処理することにより形成された耐炎化構造
とは内容が異なり、酸素の取り込みの少ない耐炎化構造
が得られる。したがって同等の耐炎化性を有していても
炭素化時における酸素の弊害作用が軽減されることにな
り、炭素繊維の強度の向上につながるものと考えられる
。
起して不融化の役割を果すので重要であることは知られ
てい、るが、炭素繊維の強度向上に対しては弊害作用も
あることになる。このような酸素の弊害作用を押さえる
ためには、耐炎化処理を行うに際して耐炎化雰囲気中の
酸素濃度を調節することが有効であり、特に雰囲気中の
酸素濃度を５〜１５％、好ましくは６〜１０％として処
理することによって高強度の炭水繊維が得られる。この
効果の理由は明確ではないが、耐炎化雰囲気中の酸素濃
度が酸化反応速度を決定づけ、酸素濃度が低（なると酸
化反応が抑制される。同時にシアン基の環化反応も進行
するが、この環化反応を促進するように温度を高めた状
態で酸素濃度の低い雰囲気中で処理を行えば、通常の加
熱雰囲気中で処理することにより形成された耐炎化構造
とは内容が異なり、酸素の取り込みの少ない耐炎化構造
が得られる。したがって同等の耐炎化性を有していても
炭素化時における酸素の弊害作用が軽減されることにな
り、炭素繊維の強度の向上につながるものと考えられる
。
また雰囲気中の酸素濃度を低くすることにより、処理温
度を通常の耐炎化処理温度より高くすることができる。
度を通常の耐炎化処理温度より高くすることができる。
これは酸素濃度が低下することにより発熱反応に基づく
暴走反応防止の許容範囲が広まるためである。したがっ
て処理時間的には酸素濃度が低いことによる耐炎化反応
速度の低下分を温度を高めることで補うことができ、通
常の加熱空気中の処理とほとんど変わることなく行うこ
とができる。また加熱空気中で処理する場合、特に耐炎
化反応促進性成分を含むようなポリマー組成からなるア
クリル繊維の処理においてみられる一繊維外層部の反応
の進行が優先して内層部と構造不均一性を形成するーい
わゆる二重構造の形成がなくなり、炭素化構造を均一化
することができる。
暴走反応防止の許容範囲が広まるためである。したがっ
て処理時間的には酸素濃度が低いことによる耐炎化反応
速度の低下分を温度を高めることで補うことができ、通
常の加熱空気中の処理とほとんど変わることなく行うこ
とができる。また加熱空気中で処理する場合、特に耐炎
化反応促進性成分を含むようなポリマー組成からなるア
クリル繊維の処理においてみられる一繊維外層部の反応
の進行が優先して内層部と構造不均一性を形成するーい
わゆる二重構造の形成がなくなり、炭素化構造を均一化
することができる。
また前記の条件下での耐炎化処理により、耐炎化糸の酸
素含量を４〜・１５％、好ましくは５〜１６％とするこ
とが必要である。酸素含量が４％以下では耐炎化構造が
十分に形成されないため、繊維が炭素化時に軟化して切
断することがある。酸素含量が５〜１６％の領域で炭素
繊維の強度は最高となり、さらに酸素含量が多くなると
強度は低下する傾向にある。しかしその低下の度合は加
熱空気中の場合より小さい。酸素含量が５〜１６％の領
域では、炭素化条件を適正化することにより、４５０
ｋｙ ７ｍｍ２以上の高強度の炭素繊維が得られる。処
理方法としては、定温弁、温処理及び多段加熱処理のい
ずれを用いることもできる。
素含量を４〜・１５％、好ましくは５〜１６％とするこ
とが必要である。酸素含量が４％以下では耐炎化構造が
十分に形成されないため、繊維が炭素化時に軟化して切
断することがある。酸素含量が５〜１６％の領域で炭素
繊維の強度は最高となり、さらに酸素含量が多くなると
強度は低下する傾向にある。しかしその低下の度合は加
熱空気中の場合より小さい。酸素含量が５〜１６％の領
域では、炭素化条件を適正化することにより、４５０
ｋｙ ７ｍｍ２以上の高強度の炭素繊維が得られる。処
理方法としては、定温弁、温処理及び多段加熱処理のい
ずれを用いることもできる。
こうして得られた繊維を不活性雰囲気中で炭素化する。
炭素化の方法としては、３００〜１８００℃で行う公知
の方法を適用できるが、４００〜８００℃の領域で伸長
処理を行ったのち、１０００℃以上で炭素化を完了する
二段炭素化方式が好ましい。
の方法を適用できるが、４００〜８００℃の領域で伸長
処理を行ったのち、１０００℃以上で炭素化を完了する
二段炭素化方式が好ましい。
実施例１
アクリロニトリル９７重量％、メタクリル酸２重量％及
びメタクリル酸メチル１重量％からなる重合体を湿式法
で繊維化し、フィラメント数６０００本、単糸デニール
１．３ｄ、引張強度６、３ ｆ ／ ｄ及び破断伸長１
４．５％の多繊維を製造する。この繊維束を２５０〜２
７０℃の二段階温度下で、−雰囲気中の酸素濃度が第１
表に示す条件下で伸長率を１０％とし、耐炎化糸の酸素
含量が７％となるよう処理する。次いで６゜０℃での滞
在時間を２分間とし、１０％伸長処理したのち、１２０
０℃での滞在時間を２分間とし、６％収縮させて処理す
ると、炭素繊維が得られる。得られた炭素繊維の強度を
第１表に示す。
びメタクリル酸メチル１重量％からなる重合体を湿式法
で繊維化し、フィラメント数６０００本、単糸デニール
１．３ｄ、引張強度６、３ ｆ ／ ｄ及び破断伸長１
４．５％の多繊維を製造する。この繊維束を２５０〜２
７０℃の二段階温度下で、−雰囲気中の酸素濃度が第１
表に示す条件下で伸長率を１０％とし、耐炎化糸の酸素
含量が７％となるよう処理する。次いで６゜０℃での滞
在時間を２分間とし、１０％伸長処理したのち、１２０
０℃での滞在時間を２分間とし、６％収縮させて処理す
ると、炭素繊維が得られる。得られた炭素繊維の強度を
第１表に示す。
第 １ 表
実施例２
実施例１と同じ繊維束を、酸素濃度が１０％の雰囲気中
２６０〜２８０℃の温度下で１０％伸長しながら処理し
、第２表に示す酸素含量の異なる耐炎化糸を得る。この
耐炎化糸を実施例１と同様に炭素化処理すると、炭素繊
維が得られる。得られた炭素繊維の強度を第２表に示す
。
２６０〜２８０℃の温度下で１０％伸長しながら処理し
、第２表に示す酸素含量の異なる耐炎化糸を得る。この
耐炎化糸を実施例１と同様に炭素化処理すると、炭素繊
維が得られる。得られた炭素繊維の強度を第２表に示す
。
第 ２ 表
Claims (1)
- アクリロニトリル系合成繊維を、酸素濃度が５〜１５％
の雰囲気中で繊維中の酸素含量が４〜１５％となるよう
に耐炎化処理したのち、不活性雰囲気中で炭素化するこ
とを特徴とする、高性能炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1762282A JPS58136838A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 高性能炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1762282A JPS58136838A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 高性能炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58136838A true JPS58136838A (ja) | 1983-08-15 |
Family
ID=11948963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1762282A Pending JPS58136838A (ja) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | 高性能炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58136838A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6088128A (ja) * | 1983-10-13 | 1985-05-17 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 高強度・高弾性炭素繊維の製造法 |
| JPS6088129A (ja) * | 1983-10-13 | 1985-05-17 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 高強度高弾性炭素繊維の製造方法 |
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| JPS62238828A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-10-19 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 複合材料用炭素繊維 |
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| CN104233514A (zh) * | 2014-09-29 | 2014-12-24 | 刘剑洪 | 一种聚丙烯腈碳纤维及其制备方法 |
| CN111101241A (zh) * | 2018-10-25 | 2020-05-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高碳纤维强度的制造方法 |
-
1982
- 1982-02-08 JP JP1762282A patent/JPS58136838A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN111101241A (zh) * | 2018-10-25 | 2020-05-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高碳纤维强度的制造方法 |
| CN111101241B (zh) * | 2018-10-25 | 2023-11-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高碳纤维强度的制造方法 |
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