JPS58214519A - 炭素繊維前駆体の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素繊維前駆体の製造方法に関し、特に単糸間
の融着あるいは擬似融着を防止する炭素繊維前駆体の製
造方法に関するものである。

アクリル系重合体の溶媒溶液を紡糸、水洗、延伸、乾燥
して繊維状の前駆体を製造し、これを焼成して炭素繊維
あるいは黒鉛、繊維（以下単に炭素繊維と称する）を得
る方法は広く知られている。本発明はこの炭素繊維を得
べく焼成する前のアクリル系繊維、即ち炭素繊維前駆体
の製造方法に関するものである。

従来から、炭素繊維前駆体はアクリル系重合体の有機ま
だは無機溶媒溶液全凝固浴中に紡出し、水洗後、延伸浴
中で延伸するかあるいは延伸浴中で延伸後、水洗し、し
かる後、糸条を乾燥緻密化して製造されるのが一般的で
あった。

一方、炭素繊維、特に高強度の炭素繊維を得るだめには
前駆体糸条の各単糸を極めてきびしい条件で耐炎化処理
したのち炭化処理あるいは更に黒鉛化処理する必要があ
り、そのためには前駆体糸条の各単糸が融着することな
く、完全に分繊されている必要があった。

ところが、炭素繊維前駆体を製造するには上記したよう
に加熱を伴なう延伸、乾燥工程があるだめ、従来の条件
ではある程度の単糸間融着あるいは擬似融着を避は得な
い状況であった。

本発明者らは上記従来技術の欠点を解消すべく検討した
結果、本発明に至ったものであり、したがって本発明の
目的は単糸間の融着あるいは擬似融着の少ないアクリル
系炭素繊維前駆体を製造する方法を提供することにある
。

即ち、本発明はアクリロニ）　ＩＪル９２重量化以上か
らなるアクリル系重合体の溶液全紡糸、水洗、延伸及び
乾燥して炭素繊維前駆体を製造するに際し、廁伸浴出糸
条の膨潤度を、凝固浴出糸条の膨潤度及び加圧絞りをし
ない状態の延伸浴出糸条の膨潤度と等しいかあるいはそ
れ以上の値に保ち、その後順次昇温する多段乾燥を行な
うことを特徴とする炭素繊維前駆体の製造方法である。

・ 以下、本発明の詳細と好ましい態様について説明する。

本発明に使用するアクリル系重合体はアクリロニトリル
が９２重量％以上からなる重合体である必要がある。し
だがって、アクリロニトリルのホモポリマーであっても
良いが８重量％以内で他のコモノマーと共重合されてい
てもよい。

コモノマーとしてはアクリル酸のメチルエステル、エチ
ルエステル、メタクリル酸のメチルエステル、エチルエ
ステル、イタコン酸、７クロレイン等を挙げることがで
きるが、好ましいのはイタコン酸であり、好ましい共重
合量は０．０１〜５重量％である。

アクリル系重合体溶液の溶媒は特に限定されないが、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル
アセトアミド、塩化亜鉛水溶液、硝酸等が使用できる。

本発明で最も特徴的なことの一つは延伸浴出糸条の膨潤
度を、凝固浴出糸条の膨潤度及び加圧絞りをしない状態
の延伸浴出糸条の膨潤度と等しいかあるいはそれ以上の
値に保つことであるＯ ここで、糸条の膨潤度とは単糸中に含まれる水分、溶媒
等の量を表わす値であり、次式で求めることができる。

糸条の膨潤の度合いは水、溶媒の濃度、温度及び糸条の
構造等によって通常決定されるものであるから、本発明
においてはまず、凝固浴の組成及び温度と延伸浴の組成
、温度及び延伸条件を適宜選択する必要がある。そして
少なくとも糸条を凝固浴に浸してそのまま引きあげた時
の糸条の膨潤度より、延伸浴で延伸後、そのまま引きあ
げた時の糸条の膨潤度の方が小さい値を示してはいけな
いのである。そして、更に大切なことは延伸浴中で実質
的に糸条の加圧絞りを行なわないことが必要である。延
伸工程において例えばニップローラ等で必要以上に糸条
を絞ると単糸が変形し、膨潤度が低下する。そしてこの
時、後に融着または擬似融着を起こす原因を与えること
が多いのである。したがって、ニップ時の糸条温度、糸
条のＤ　／Ｗ、ニップ圧等を適正にする必要がある。

そして、好ましくはこの延伸浴中に鼓形のガイドあるい
は棒状のガイドを走行糸条に接して設け、糸条を強制開
繊させ、更には開繊されだ糸条の幅を規制する幅規制ガ
イドを設けることである。このようなガイドを設けるこ
とにより、糸条が開繊された状態で延伸されるため、よ
シ融着が起こりにくくなる。また、広がりすぎた糸条は
幅規制ガイドで適度に収束され、後の工程で隣の糸条と
交絡するトラブルが防止される。

そして更に好ましい態様としては延伸浴の前に延伸浴の
温度と同温度の糸条処理浴を設け、糸条を延伸すること
なくその糸条処理浴を通しだのち、延伸浴で延伸するこ
とである。このような前処理を行なうことにより、単糸
間の融着が更に防止されるのである。

次に本発明において必要なことは延伸後の糸条を順次昇
温する多段乾燥機に供することである。乾燥機の種類は
特に限定されないが１、加熱ローラ式が好ましく、段数
は２段以上必要であり、好ましくは６段である。乾燥温
度は順次高くなっていく必要があり、好ましい態様とし
ては１００〜１６０℃で糸条の水分が６０％以上になる
まで乾燥し、１１０〜１４０℃で糸条水分率が２〜６０
％になるまで乾燥し、１３０〜１８０℃で糸条水分率が
り％以下になるまで乾燥することである。このように順
次温度が高くなる多段乾燥機で乾燥することにより、糸
条の緻密化は徐々に進行し、単糸間に融着または擬似融
着が起こることが防止されるのである。

なお、本発明でいう融着とは単糸が軟化し、隣接する単
糸と接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境
界がなくなっている状態のものを言い、擬似融着とは単
糸の軟化あるいは溶媒、油剤等により単糸間が接着し、
その接着境界部が点状であるものを言う。

以下、実施例を挙げて本発明の効果を具体的に説明する
。

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％からなるアクリル系重合体の１２５％ジメチルスル
ホオキシド溶液ｉＱ、［］６ｕφの口金孔を通し、凝固
浴中に吐出せしめ、その後４０〜７０℃の温水にて、十
分に水洗した後延伸する湿式紡糸プロセスにおいて、凝
固浴条件および延伸条件を変更せしめ、凝固浴出糸条お
よび延伸浴出糸条の膨潤度を測定し、さらに延伸浴出糸
条の接着の度合いを観察した。結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表から凝固浴出糸条の膨潤度よりも延伸浴出糸条の
膨潤度が小さくなる条件については延伸浴出糸条に接着
が認められ、あるいは延伸性の低下が認められ、延伸浴
中で単糸切れカニ発生していることがわかった。

また、条件Ｎ［Ｌ　ＤとＥｉ比較すると９５℃の糸条処
理浴（延伸倍率ｉ、　ｏ　ｏ　＞　を設けることにより
、膨潤度を上げる効果があることがわかる。

実施例２ 実施例１における条件Ｃ（膨潤度２００９’ｌｒ　）の
延伸浴出糸条を連続的に加圧ニッグローラによる絞り工
程を通し、絞り後の糸条の膨潤度を測定した。

また糸条の接着の度合いを観察した。結果を第２表に示
す０ （以下余白） 第　　２　　表 上表から条件Ｇのように加圧絞り後の膨潤度が絞らない
状態の膨潤度よシ低くなった場合、接着が発生すること
が明らかである。

すなわち、加圧二ツゾにより実質的に糸条力玉変形し、
膨潤糸内部に含まれている水の一部カ二絞り出されて、
近接する単糸同志が密着していると考えられる。

これを防ぐためには、加圧二ツゾ圧力ｋ（氏くすること
、加圧ニップ時の糸条の温度を低く保つことおよび糸条
の巾を糸乱れがない程度に広くすることが重要である０ 実施例２における条件Ｉの加圧絞り後の糸条を工程油剤
浴中全通しだ後に、糸条が実質的に変形しないような条
件下で余分の油剤を絞り加熱ローラ上で乾燥した。

乾燥温度は糸条の水分が蒸発する段階ヲ３段階に分け、
それぞれ温度を変更し、乾燥後の糸条の接着の度合い全
観察した。

その後加圧スチーム中全通し単糸デニールが１ｄになる
まで延伸全行なった後再乾燥（１６０℃）処理全行ない
最終原糸を得、常法に従って炭素繊維を製造した。第６
表に乾燥後糸条の接着の度合いおよび炭素繊維の物性を
示す。

（以下余白） 第　　６　　表 表から乾燥温度は、最初は比較的低温に保ち糸条の水分
が蒸発するに従って高くする。多段乾燥方式とすること
により、糸条の接着が防止でき、焼成後の炭素繊維の強
度も向上することが明らかとなった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アクリロニトリル９２重量％以上からなるアクリル系重
   合体の溶液を紡糸、水洗、延伸及び乾燥して炭素繊維前
   駆体を製造するに際し、延伸溶出糸条の膨潤度を凝固浴
   出糸条の膨潤度及び加圧絞υをしない状態の延伸浴出糸
   条の膨潤度と等しいかあるいはそれ以上の値に保ち、そ
   の後順次昇温する多段乾燥を行なうことを特徴とする炭
   素繊維前駆体の製造方法。