JPS58214524A - 黒鉛化繊維の連続的製造方法 - Google Patents
黒鉛化繊維の連続的製造方法Info
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- JPS58214524A JPS58214524A JP9630282A JP9630282A JPS58214524A JP S58214524 A JPS58214524 A JP S58214524A JP 9630282 A JP9630282 A JP 9630282A JP 9630282 A JP9630282 A JP 9630282A JP S58214524 A JPS58214524 A JP S58214524A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭素繊維から優れた力学的性質を有する黒鉛化
繊維の連続的製造方法に関する。
繊維の連続的製造方法に関する。
近年、炭素繊維の普及とともに、さらに高温で焼成され
た黒鉛化繊維が注目されている。黒鉛化繊維は炭素繊維
よりさらに弾性率が高いため、高弾性率を要求される用
途、例えば高性能、高品位の釣竿およびゴルフクラブシ
ャフト等のスポーツ用品のみならず航空機、宇宙飛行体
用途等の複合材料として広く使用されようとしている。
た黒鉛化繊維が注目されている。黒鉛化繊維は炭素繊維
よりさらに弾性率が高いため、高弾性率を要求される用
途、例えば高性能、高品位の釣竿およびゴルフクラブシ
ャフト等のスポーツ用品のみならず航空機、宇宙飛行体
用途等の複合材料として広く使用されようとしている。
この黒鉛化繊維の製造法としては、通常、アクリル系繊
維などの前駆体繊維（ブレカーサ）′ｆ：２００〜４０
０℃の空気に代表される酸化雰囲気中で加熱して耐炎化
繊維に転換した後、少くとも８００℃の不活性ガス雰囲
気中で炭素化処理することによって炭素繊維を作成し、
この炭素繊維をさらに高温の不活性雰囲気で加熱し、黒
鉛化する方法が採用されて来た。
維などの前駆体繊維（ブレカーサ）′ｆ：２００〜４０
０℃の空気に代表される酸化雰囲気中で加熱して耐炎化
繊維に転換した後、少くとも８００℃の不活性ガス雰囲
気中で炭素化処理することによって炭素繊維を作成し、
この炭素繊維をさらに高温の不活性雰囲気で加熱し、黒
鉛化する方法が採用されて来た。
このような方法により得られる黒鉛化繊維は、６５〜４
０ ｔ／ ２の弾性率を有するが、より高弾性ＩＭ 率の黒鉛化繊維を得るためには、加熱処理温度をさらに
ひき上げるという方法が最も普通である。
０ ｔ／ ２の弾性率を有するが、より高弾性ＩＭ 率の黒鉛化繊維を得るためには、加熱処理温度をさらに
ひき上げるという方法が最も普通である。
しかしながら、３０００℃以上の安定した高温加熱領域
をうることは容易なことではなく、また省エネルギーの
面からも好ましい方法ではない。
をうることは容易なことではなく、また省エネルギーの
面からも好ましい方法ではない。
ここで、炭素繊維を用い、より優れた高弾性率を有する
黒鉛化繊維を得る方法として、黒鉛化工程で緊張又は延
伸処理をほどこす手段があるか、炭素繊維は本来伸度が
高々１％程度と極めて低く、本質酌に剛直で脆く、僅か
な張力変動によって毛羽や糸切れが発生し、繊維束とし
ての物性低下並びに品質の低下をもたらすという問題が
ある。
黒鉛化繊維を得る方法として、黒鉛化工程で緊張又は延
伸処理をほどこす手段があるか、炭素繊維は本来伸度が
高々１％程度と極めて低く、本質酌に剛直で脆く、僅か
な張力変動によって毛羽や糸切れが発生し、繊維束とし
ての物性低下並びに品質の低下をもたらすという問題が
ある。
上記炭素繊維を緊張あるいは延伸下に黒鉛化する際の毛
羽、糸切れ防止の手段として、集束剤を付与し、糸条の
通過性を改良し、繊維束構成単繊維間の張力変動を防止
することが可能であるが、一般に各種の合成樹脂等の集
束剤は黒鉛化工程において加熱分解され、タール状物や
炭素として黒鉛化炉内の糸道 全閉塞したり、また、かかる加熱残渣が黒鉛化繊維に４
１着残存し、得られる黒鉛化繊維の力学的特性を著しく
低下させるなどの問題が生じ好ましくない。
羽、糸切れ防止の手段として、集束剤を付与し、糸条の
通過性を改良し、繊維束構成単繊維間の張力変動を防止
することが可能であるが、一般に各種の合成樹脂等の集
束剤は黒鉛化工程において加熱分解され、タール状物や
炭素として黒鉛化炉内の糸道 全閉塞したり、また、かかる加熱残渣が黒鉛化繊維に４
１着残存し、得られる黒鉛化繊維の力学的特性を著しく
低下させるなどの問題が生じ好ましくない。
本発明者らは、炭素繊維を黒鉛化工程で延伸をほどこし
つつ高弾性率を有する黒鉛化繊維に転換せしめる際の上
記問題を解消するため鋭意検討をすすめ、本発明を見出
すに至ったのである。
つつ高弾性率を有する黒鉛化繊維に転換せしめる際の上
記問題を解消するため鋭意検討をすすめ、本発明を見出
すに至ったのである。
すなわち本発明の目的は１毛羽、糸切れ等のトラブルが
なく、生産性よく黒鉛化繊維を製造する方法を提供する
にあり、他の目的は優れた高弾性率、高強度を有する黒
鉛化繊維を提供するにある。
なく、生産性よく黒鉛化繊維を製造する方法を提供する
にあり、他の目的は優れた高弾性率、高強度を有する黒
鉛化繊維を提供するにある。
このような本発明の目的は前記特許請求の範囲に記載し
たように、炭素繊維を連続的に焼成し黒鉛化繊維を製造
するに際して、該炭素繊維に水を付与して集束し、その
集束状態を実質的にかつ物質的に維持して２０００〜３
０００℃の不活性雰囲気下で延伸比１．０１〜１．０６
にて焼成する黒鉛化繊維の連続的製造方法によって達成
することができる。
たように、炭素繊維を連続的に焼成し黒鉛化繊維を製造
するに際して、該炭素繊維に水を付与して集束し、その
集束状態を実質的にかつ物質的に維持して２０００〜３
０００℃の不活性雰囲気下で延伸比１．０１〜１．０６
にて焼成する黒鉛化繊維の連続的製造方法によって達成
することができる。
本発明は炭素繊維を水によ抄集束し、好適な集束状態に
維持した状態で緊張、延伸下に黒鉛。
維持した状態で緊張、延伸下に黒鉛。
化する、すなわち水により付与された炭素繊維の集束状
態を実質的に黒鉛化工程まで維持するとともに、特定の
温度および延伸比の条件下で黒鉛化する点に特徴を有す
る。
態を実質的に黒鉛化工程まで維持するとともに、特定の
温度および延伸比の条件下で黒鉛化する点に特徴を有す
る。
本発明において炭素繊維としては、アクリル系繊維を前
駆体としてえられる炭素繊維が好ましい。アクリル系繊
維としては、アクリロニトリルを少くとも９０モルチ、
好ましくは９４モル係以上含有するアクリロニ） ＩＪ
ル共重合体から製造される繊維であり、その共重合成分
としては周知のビニル基含有モノマ、例えばアリルアル
コール、メタアリルアルコール、ヒドロキシアルキルア
クリロニトリル、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコ
ン酸およびそれらの低級アルキルエステル類、アリルマ
ルホン酸、メタアリルスルホン酸およびそれらのアルカ
リ金属塩またはアンモニウム塩等の周知のビニル基含有
モノマを挙げることができる。
駆体としてえられる炭素繊維が好ましい。アクリル系繊
維としては、アクリロニトリルを少くとも９０モルチ、
好ましくは９４モル係以上含有するアクリロニ） ＩＪ
ル共重合体から製造される繊維であり、その共重合成分
としては周知のビニル基含有モノマ、例えばアリルアル
コール、メタアリルアルコール、ヒドロキシアルキルア
クリロニトリル、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコ
ン酸およびそれらの低級アルキルエステル類、アリルマ
ルホン酸、メタアリルスルホン酸およびそれらのアルカ
リ金属塩またはアンモニウム塩等の周知のビニル基含有
モノマを挙げることができる。
黒鉛化繊維製造に用いるアクリル系炭素繊維は、アクリ
ル系繊維を公知の方法により耐炎化および炭素化処理を
ほどこしたもので、例えば、２００〜４００℃の酸化性
雰囲気中で加熱処理された耐炎化繊維を次いで少くとも
８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理されたものが用
いられる。
ル系繊維を公知の方法により耐炎化および炭素化処理を
ほどこしたもので、例えば、２００〜４００℃の酸化性
雰囲気中で加熱処理された耐炎化繊維を次いで少くとも
８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理されたものが用
いられる。
炭素化工程を経た炭素繊維は、水を付与することにより
好適々集束性が与えられ、該炭素繊維を黒鉛化する際に
ガイド・ローラ等との擦過による単糸切れ、毛羽の発生
が軽減し糸条通過性も向上する。
好適々集束性が与えられ、該炭素繊維を黒鉛化する際に
ガイド・ローラ等との擦過による単糸切れ、毛羽の発生
が軽減し糸条通過性も向上する。
本発明における水によって付与された炭素繊維の集束状
態は、工程通過中あるいは黒鉛化完了まで実質的に保た
れる必要があり、これは基本的には水を付与後黒鉛化完
了まで該繊維を緊張乃至伸長状態に保つことにより、よ
り容易に維持することができる。このような集束状態の
維持によって、黒鉛化工程における擦過による毛羽が顕
著に抑制され、糸切れ、糸羽のない高品質、高性能の炭
素繊維を操業性、生産性よく製造することができる。
態は、工程通過中あるいは黒鉛化完了まで実質的に保た
れる必要があり、これは基本的には水を付与後黒鉛化完
了まで該繊維を緊張乃至伸長状態に保つことにより、よ
り容易に維持することができる。このような集束状態の
維持によって、黒鉛化工程における擦過による毛羽が顕
著に抑制され、糸切れ、糸羽のない高品質、高性能の炭
素繊維を操業性、生産性よく製造することができる。
さらに具体的には、水により付与された炭素繊維の集束
状態を維持するためにガイドバー、ガイドローラ等各種
ガイド装置を用いることができるが、溝付ガイドローラ
が炭素繊維の集束性を維持し、糸条通過性を向上させる
うえで好ましく用いられる。
状態を維持するためにガイドバー、ガイドローラ等各種
ガイド装置を用いることができるが、溝付ガイドローラ
が炭素繊維の集束性を維持し、糸条通過性を向上させる
うえで好ましく用いられる。
溝付ガイドローラは好ましくはその溝の谷の深さを水に
より集束された炭素繊維糸条束の直径にたいし２〜４倍
、溝の谷におけるフラットな部分の巾を該糸条束の直仔
にたいし、１〜３倍とし、また溝の山、谷における曲率
はＲ＝ ０．４５〜０．７０のものを用いるのがよいが
特に限定されるものではない。
より集束された炭素繊維糸条束の直径にたいし２〜４倍
、溝の谷におけるフラットな部分の巾を該糸条束の直仔
にたいし、１〜３倍とし、また溝の山、谷における曲率
はＲ＝ ０．４５〜０．７０のものを用いるのがよいが
特に限定されるものではない。
炭素繊維に付与される水は、黒鉛化工程で実質的に炭素
と化学反応を起こさない水質のもの、例えばアルカリ金
属、アルカリ土類金属、遷移□ 金属などの不純物の少い水がよく、好ましくは実質的に
純水がよい。
と化学反応を起こさない水質のもの、例えばアルカリ金
属、アルカリ土類金属、遷移□ 金属などの不純物の少い水がよく、好ましくは実質的に
純水がよい。
水付与方法は、炭素繊維にだいする水の均一する方法が
用いられるが、毛羽発生等の問題を生じない範囲であれ
ば噴霧法など公知の方法によることもできる。
用いられるが、毛羽発生等の問題を生じない範囲であれ
ば噴霧法など公知の方法によることもできる。
かくして水を付与された炭素繊維は、乾燥工程に導入さ
れて乾燥処理をほどこされる。乾燥工程は、熱風乾燥、
赤外線乾燥等公知の方法が゛用いられる。炭素繊維の集
束状態を実質的に維持するため、前記した溝付ガイドロ
ーラにより糸条を緊張下で乾燥する。
れて乾燥処理をほどこされる。乾燥工程は、熱風乾燥、
赤外線乾燥等公知の方法が゛用いられる。炭素繊維の集
束状態を実質的に維持するため、前記した溝付ガイドロ
ーラにより糸条を緊張下で乾燥する。
次いで炭素繊維は糸条め緊張状態を保って、黒鉛化炉に
導入され不活性ガス雰囲気中２０００〜３０００℃、好
ましくは２４００〜２９００℃、延伸比が１，０１〜１
．０６、好ましくは１．０１〜１．０５で黒鉛化処理さ
れる。不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げ
られ、通常は窒素が用いられる。黒鉛化炉の温度、が２
０００℃以上では、黒鉛化工程における延伸性が低いた
め、黒鉛化繊維の物性が不満足なものとなり、一方３０
００′℃をこえると延伸性ならびに物性は向上するが多
大のエネルギーを消費し、かつ黒鉛化炉の炉芯管の寿命
が著しく激しくなり、炉芯管交換の労力と時間を要し生
産性の低下をもたらし好ましくない。
導入され不活性ガス雰囲気中２０００〜３０００℃、好
ましくは２４００〜２９００℃、延伸比が１，０１〜１
．０６、好ましくは１．０１〜１．０５で黒鉛化処理さ
れる。不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げ
られ、通常は窒素が用いられる。黒鉛化炉の温度、が２
０００℃以上では、黒鉛化工程における延伸性が低いた
め、黒鉛化繊維の物性が不満足なものとなり、一方３０
００′℃をこえると延伸性ならびに物性は向上するが多
大のエネルギーを消費し、かつ黒鉛化炉の炉芯管の寿命
が著しく激しくなり、炉芯管交換の労力と時間を要し生
産性の低下をもたらし好ましくない。
また延伸比が１．０１に不足すると黒鉛化中の糸条の集
束性が変動することがあり、本発明の効果が得られず、
１．０６をこえると毛羽立ちが顕著となるので好ましく
ない。
束性が変動することがあり、本発明の効果が得られず、
１．０６をこえると毛羽立ちが顕著となるので好ましく
ない。
かくして得られた黒鉛化繊維の集束状態は、水により付
与された炭素繊維の集束状態を実質的に維持している。
与された炭素繊維の集束状態を実質的に維持している。
なお、炭素繊維を水罠より処理しない場合、すなわち集
束状態の悪い炭素繊維でも、そのまま黒鉛化できるが、
得られた黒鉛化繊維の単糸間の強度ムラが大きく、また
毛羽も多く、物性、品位ともによくない。これにたいし
本発明方法による場合は、優れた効果を発揮することが
できる。゛ 本発明方法による黒鉛化プロセスでは、弾性率３５〜４
０ｔ／ｚを凌駕する物性の黒鉛化繊維ｍ肩 を得るのに、黒鉛化時間、すなわち黒鉛化炉滞留時間を
１分以下とすることが可能であり、従来性なわれていた
長時間処理に比べ生産性が飛開的に向上する。
束状態の悪い炭素繊維でも、そのまま黒鉛化できるが、
得られた黒鉛化繊維の単糸間の強度ムラが大きく、また
毛羽も多く、物性、品位ともによくない。これにたいし
本発明方法による場合は、優れた効果を発揮することが
できる。゛ 本発明方法による黒鉛化プロセスでは、弾性率３５〜４
０ｔ／ｚを凌駕する物性の黒鉛化繊維ｍ肩 を得るのに、黒鉛化時間、すなわち黒鉛化炉滞留時間を
１分以下とすることが可能であり、従来性なわれていた
長時間処理に比べ生産性が飛開的に向上する。
か（して本発明方法により得られた黒鉛化繊維は、優れ
た性能を有する繊維として補強拐料耐熱性材料等の広範
な分野に好適に用いることができる。
た性能を有する繊維として補強拐料耐熱性材料等の広範
な分野に好適に用いることができる。
本発明方法によれば、毛羽、糸切れ等を著しく軽減する
ことができ、かつ比較的低温で操業性、生産性よく黒鉛
化繊維を製造することができる。また優れた弾性率およ
び強度の物性を有する黒鉛化繊維が得られる。さらに黒
鉛化炉の炉芯管の寿命および省エネルギーの面でも有用
性が大きい。
ことができ、かつ比較的低温で操業性、生産性よく黒鉛
化繊維を製造することができる。また優れた弾性率およ
び強度の物性を有する黒鉛化繊維が得られる。さらに黒
鉛化炉の炉芯管の寿命および省エネルギーの面でも有用
性が大きい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１．比較例１
アクリロニトリル９９．０モルチ、イタコン酸１．０モ
ルチからなる前駆体繊維糸条（１ｄ／ｆ、フイラメント
数２０，０００本）を２６０℃の酸化性雰囲気下で４０
分間加熱処理し、次いで１５００℃で炭素化した。
ルチからなる前駆体繊維糸条（１ｄ／ｆ、フイラメント
数２０，０００本）を２６０℃の酸化性雰囲気下で４０
分間加熱処理し、次いで１５００℃で炭素化した。
炭素繊維の物性は引張り強度３６０ Ｋｇ／２、弾性朋
率２６．５”／、、比重１．７３であった。
闘
次いで、この炭素繊維を第１表に示す条件を用い窒素雰
医気下で、溝伺ローラにより集束状態を維持して黒鉛化
処理した。なお、溝伺ローラは、谷の深さが水により集
束性を伺与された炭素繊維糸条束の直径に対し２倍、溝
の谷におけるフラットな部分の巾に該糸条の直径に対し
１．５倍、Ｒは０．５０のものを用いた。得られた黒鉛
化繊維の物性、物性バラツキおよび品位（毛羽）を第１
表に示す。
医気下で、溝伺ローラにより集束状態を維持して黒鉛化
処理した。なお、溝伺ローラは、谷の深さが水により集
束性を伺与された炭素繊維糸条束の直径に対し２倍、溝
の谷におけるフラットな部分の巾に該糸条の直径に対し
１．５倍、Ｒは０．５０のものを用いた。得られた黒鉛
化繊維の物性、物性バラツキおよび品位（毛羽）を第１
表に示す。
なお物性は、インストロン試験装置を用いて測定した。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１〕 炭素繊維を連続的に焼成し、黒鉛化繊維を製
造するに際して、該炭素繊維に水を付与して集束し、そ
の集束状態を実質的に、かつ物理的に維持して２０００
〜３０００℃の不活性雰囲気下で延伸比１．０１〜１．
０６の範囲内に保持して黒鉛化することを特徴とする黒
鉛化繊維の連続的製造方法。 （２〕 特許請求の範囲第１項において、水により付
与された炭素繊維の集束状態を溝付ガイドローラにより
実質的に維持することを特徴とする黒鉛化繊維の連続的
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9630282A JPS58214524A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 黒鉛化繊維の連続的製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9630282A JPS58214524A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 黒鉛化繊維の連続的製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58214524A true JPS58214524A (ja) | 1983-12-13 |
| JPS6224525B2 JPS6224525B2 (ja) | 1987-05-28 |
Family
ID=14161231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9630282A Granted JPS58214524A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 黒鉛化繊維の連続的製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58214524A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272864A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-10-31 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5116542A (en) * | 1974-08-01 | 1976-02-09 | Bridgestone Cycle Ind Co | Bicycle drive cart |
| JPS54156822A (en) * | 1978-05-25 | 1979-12-11 | Toho Rayon Co Ltd | Manufacturing of graphite fiber with high strength |
| JPS55137222A (en) * | 1979-04-09 | 1980-10-25 | Sumitomo Chem Co Ltd | Production of carbon fiber |
-
1982
- 1982-06-07 JP JP9630282A patent/JPS58214524A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5116542A (en) * | 1974-08-01 | 1976-02-09 | Bridgestone Cycle Ind Co | Bicycle drive cart |
| JPS54156822A (en) * | 1978-05-25 | 1979-12-11 | Toho Rayon Co Ltd | Manufacturing of graphite fiber with high strength |
| JPS55137222A (en) * | 1979-04-09 | 1980-10-25 | Sumitomo Chem Co Ltd | Production of carbon fiber |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272864A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-10-31 | Toray Ind Inc | 炭素繊維の製造法 |
| JPH0515825B2 (ja) * | 1988-04-26 | 1993-03-02 | Toray Industries |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6224525B2 (ja) | 1987-05-28 |
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