JPS5837410B2 - Carbon fiber manufacturing method - Google Patents
Carbon fiber manufacturing methodInfo
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- JPS5837410B2 JPS5837410B2 JP53144301A JP14430178A JPS5837410B2 JP S5837410 B2 JPS5837410 B2 JP S5837410B2 JP 53144301 A JP53144301 A JP 53144301A JP 14430178 A JP14430178 A JP 14430178A JP S5837410 B2 JPS5837410 B2 JP S5837410B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は強化複合材料などに使用される連続繊維状の
炭素繊維(黒鉛繊維を含む)の製法に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing continuous carbon fibers (including graphite fibers) used in reinforced composite materials and the like.
炭素繊維はポリアクリロニトリルまたは他の有機前駆体
繊維を酸素含有雰囲気、通常は空気中で200〜300
℃の温度で30分ないし数時間熱処理(耐炎化)し、次
いで不活性雰囲気中あるいは非酸化性雰囲気中で100
0〜2000’Cの炭化温度に加熱し,必要によっては
2000℃以上の黒鉛化温度にまで加熱することにより
製造される。Carbon fibers are made by preparing polyacrylonitrile or other organic precursor fibers in an oxygen-containing atmosphere, usually air, at 200 to 300%
℃ for 30 minutes to several hours, then heat treated in an inert atmosphere or non-oxidizing atmosphere for 100 minutes.
It is produced by heating to a carbonization temperature of 0 to 2000'C and, if necessary, to a graphitization temperature of 2000C or higher.
このようにして製造された炭素繊維は強化複合材料とし
てエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と複合化されて使用さ
れることが多く、そのため樹脂との接着性を改善するこ
とが行われる。Carbon fibers produced in this manner are often used as a reinforced composite material in a composite with a thermosetting resin such as an epoxy resin, and therefore the adhesiveness with the resin is improved.
通常は空気酸化、電解酸化などで繊維表面を酸化するこ
と、所謂表面処理が行なわれる。Usually, the fiber surface is oxidized by air oxidation, electrolytic oxidation, etc., or so-called surface treatment.
さらに,有機前駆体繊維は通常マルチフィラメントが用
いられるので、これから得られたマルチフィラメント炭
素繊維に収束illを付与して取扱い性を向上させる、
所謂サイジング処理が行なわれる。Furthermore, since multifilaments are usually used as organic precursor fibers, the multifilament carbon fibers obtained from these fibers are given a convergence illumination to improve their handling properties.
A so-called sizing process is performed.
炭素繊維は比強度、比弾性率が大きいことから航空宇宙
産業や各種スポーツ用品などの高性能の素材を必敦とす
る分野で、エポキシ樹脂などと複合化されて使用される
ことが多い。Because carbon fiber has high specific strength and specific modulus, it is often used in composites with epoxy resins in fields that require high-performance materials, such as the aerospace industry and various sporting goods.
炭素繊維をエポキシ樹脂などと複合化する一般的な方法
としては,炭素繊維を一方向に引揃え、マトリックスと
なるエポキシ樹脂を含浸させた後,樹脂を半硬化させた
、所謂プリプレグを製造し、この一方向プリプレグを所
望する形状に積層あるいは巻付けて成形し,樹脂を加熱
硬化して所定形状の炭素繊維複合材料を形成する方法が
ある。A common method for compounding carbon fibers with epoxy resin, etc. is to align carbon fibers in one direction, impregnate them with epoxy resin that serves as a matrix, and then semi-cure the resin to produce a so-called prepreg. There is a method in which this unidirectional prepreg is laminated or wound into a desired shape and molded, and the resin is heated and cured to form a carbon fiber composite material in a predetermined shape.
この方法において問題となるのは、マルチフィラメント
からなる炭素繊維のトウに樹脂をいかに均一に含浸させ
るかと云うことであり,さらにそのトウをいかに均一に
すき間なく並べられるかと云うことである。The problem with this method is how uniformly the resin is impregnated into the multifilament carbon fiber tow, and how evenly the tow can be arranged without gaps.
この両方が達或されないと、炭素繊維の性能を十分に発
揮させた複合材料を作製することができない。Unless both of these are achieved, a composite material that fully exhibits the performance of carbon fibers cannot be produced.
さらに、使用される用途によっては、前記2点のほかに
いかに厚みの薄いプリプレグが製造できるかと云うこと
が重要となる。Furthermore, depending on the intended use, in addition to the above two points, it is also important to consider how thin a prepreg can be manufactured.
例えば、航空宇宙分野での使用においては、使用できる
炭素繊維の重量が限定され,限られた量でなるべく異方
性の少ない複合材料を作製しなければならない。For example, when used in the aerospace field, the weight of carbon fiber that can be used is limited, and a composite material with as little anisotropy as possible must be produced using a limited amount.
通常使用されるプリプレグは炭素繊維を一方向並べたも
のであるので、異方性の少ない複合材を或形するために
は、厚みの薄いプリプレグを多方向に並べて積層するこ
とが必要となる。Normally used prepreg is made by arranging carbon fibers in one direction, so in order to form a composite material with little anisotropy, it is necessary to stack thin prepregs in multiple directions.
この目的を達成するためには、撚りのかかつてない繊維
を開繊して使用するか、撚りのかかつている繊維ならば
開繊性が悪いのでフィラメント数の少ないものを使用す
ることが必要となる。In order to achieve this purpose, it is necessary to use fibers that have never been twisted before, or to use fibers that have a small number of filaments since twisted fibers have poor opening properties.
同一の厚みのプリプレグを製造する場合、例えば0.
1 mmの厚みのプリプレグを製造する場合には無撚糸
ならば開繊することにより、1万フィラメント以上の太
さのトウが使用できるが、10回/rn以上の撚糸なら
ば3000フィラメントより少ないトウを使用しなけれ
ばならない。When manufacturing prepregs with the same thickness, for example, 0.
When manufacturing a prepreg with a thickness of 1 mm, a tow with a thickness of 10,000 filaments or more can be used by opening the untwisted yarn, but a tow with a thickness of 10,000 filaments or more can be used if the yarn is twisted 10 times/rn or more. must be used.
一般に有機前駆体繊維が8〜16ミクロンの極めて細い
フィラメントからなっていること、酸化熱処理工程で強
度が低下すること、炭素繊維になってからはもろくなっ
て摩擦によって損陽しやすくなることなどで、製造工程
中に毛羽が発生しやすい。In general, organic precursor fibers are made up of extremely thin filaments of 8 to 16 microns, their strength decreases during the oxidation heat treatment process, and once they are turned into carbon fibers, they become brittle and easily break due to friction. , fluff is likely to occur during the manufacturing process.
とくに無撚りの繊維で製造する場合には常に走行中の繊
維を監視して発生1−た毛羽がガイドロール巻き付かな
いようにしたり、あるいは毛羽を除去するなどの作業を
行なわないと、安定した連続運転を行なうことがむずか
しい。In particular, when manufacturing with untwisted fibers, it is necessary to constantly monitor the running fibers to prevent the generated fuzz from getting wrapped around the guide rolls, or to remove the fuzz to ensure stability. Difficult to operate continuously.
このため炭素繊維を製造する立場から云えば、繊維の性
能低下をきたさない範囲で、毛羽の発生を少なくする撚
りをなるべく多くかけることが望まれる。For this reason, from the standpoint of manufacturing carbon fibers, it is desirable to apply as much twist as possible to reduce the generation of fuzz without deteriorating the performance of the fibers.
また、生産性の面からはフィラメント数が多いトウを使
用することが,同一の処理本数で多くの量を生産できる
ので望ましい。Further, from the viewpoint of productivity, it is desirable to use a tow with a large number of filaments because a large amount can be produced with the same number of filaments.
以上述べた如く,炭素繊維を製造する立場とそれを使用
してプリプレグを製造する立場では、繊維に対する撚り
の有無とトウの太さの要求が相反する。As described above, the requirements for twisting the fibers and the thickness of the tow are contradictory between those who manufacture carbon fibers and those who use them to manufacture prepregs.
我々は炭素繊維の製造が安定的にかつ生産性良く行ない
得,かつ薄物のプリプレグを製造する場合にも最適な形
状の炭素繊維を製造する方法を鋭意検討した結果本発明
に到った。We have arrived at the present invention as a result of intensive research into a method for producing carbon fibers that can be produced stably and with high productivity, and that also have an optimal shape when producing thin prepregs.
本発明は有機前駆体繊維のマルチフィラメントトウの複
数本を炭素繊維の製造工程中で,毛羽の発生が連続運転
上特に支障となる熱処理工程では撚り合せして処理し,
その処理後もしくはその後に続く熱処理後にこの撚り合
せを戻す、即ち解撚して、繊維の開繊性にすぐれ、プリ
プレグ化時の樹脂の含浸性の良好な炭素繊維を製造する
方法である。The present invention processes a plurality of multifilament tows of organic precursor fibers by twisting them together in the heat treatment process during the carbon fiber manufacturing process, where the generation of fuzz is a particular hindrance to continuous operation.
After the treatment or the subsequent heat treatment, this twisting is untwisted, that is, untwisted, to produce carbon fibers with excellent fiber opening properties and good resin impregnation properties during prepreg formation.
マルチフィラメントのトウからなる有機前駆体繊維に撚
りをかけて製造し、できたストランド状の炭素繊維をプ
リプレグ製造前に解撚し、使用することはすでに知られ
ている(特開昭50−138197)が、この方法で製
造された撚りのある炭素繊維を解撚により完全な無撚糸
とすることは難しい。It is already known that organic precursor fibers consisting of multifilament tows are twisted and manufactured, and the resulting strand-like carbon fibers are untwisted and used before manufacturing prepreg (Japanese Patent Application Laid-Open No. 138197-1987). ) However, it is difficult to untwist the twisted carbon fibers produced by this method into completely untwisted yarns.
それは特開昭51−1.05419にも記載されている
如く、撚りをかけたまま製造(焼成)された炭素繊維は
、その撚りを保持する傾向があり.この傾向は撚り数(
単位長さ当りの撚り回数)の多い程顕著になるから完全
な無撚糸をつくるためには、撚り数を少なくしなければ
ならない。As described in JP-A-51-1.05419, carbon fibers produced (fired) while being twisted tend to retain their twist. This tendency is due to the number of twists (
This becomes more noticeable as the number of twists per unit length increases, so in order to create a completely untwisted yarn, the number of twists must be reduced.
一方、解撚する側からみると撚り数が繊維の長さ方向で
一定であれば、一定条件で解撚すれば無撚糸を得ること
が可能であるが、撚り数が少なく例えば10回/7rL
以下となると製造工程中でのわずかなしごきやガイドロ
ール上での糸のコロガリで撚りムラが発生し、糸の長手
力向での撚り数が,例えば各中位長さ間で比較した場合
、一定でなくなるので解撚して無撚糸をつくることが難
しくなる。On the other hand, from the perspective of the untwisting side, if the number of twists is constant in the length direction of the fiber, it is possible to obtain untwisted yarn by untwisting under certain conditions, but if the number of twists is small, for example 10 times/7 rL
If the number of twists in the longitudinal force direction of the yarn is compared, for example, when comparing the number of twists in the longitudinal force direction of the yarn, for example, Since it is no longer constant, it becomes difficult to untwist and create a non-twisted yarn.
それは撚りムラがある炭素繊維トウを撚りをかけたとき
と同じ回転速度で戻して行くと多く撚られている部分で
は撚りが残り、少なく撚られている部分は戻しにより逆
撚りが発生することになるからである。If you untwist a carbon fiber tow with uneven twisting at the same rotational speed as when it was twisted, the twist will remain in the heavily twisted part, and the reverse twist will occur in the lightly twisted part. Because it will be.
この場合、マルチフィラメントからなるトウの各部の撚
りを検出しながら解撚することも考えられるが、トウで
はフィラメント相互の絡み合い等があって、連絡操作中
における検出しながらの解撚は実際上不可能である。In this case, it is conceivable to untwist while detecting the twist in each part of the tow made of multifilaments, but since the filaments of the tow are entangled with each other, it is practically impossible to untwist while detecting the twist during the connecting operation. It is possible.
強いて無撚糸を作るには撚りのかかったマルチフィラメ
ントのトウを分割し.その撚りを検出しつつ撚り戻しを
行なえばよいが,この方法によると前記したように個々
のフィラメントが相互に絡み合っていることが多いため
に、毛羽が発生しやすく、実用的な速度で安定的に撚り
戻すことは難しい。To make strong, untwisted yarn, the twisted multifilament tow is divided. It is possible to perform untwisting while detecting the twist, but with this method, as mentioned above, the individual filaments are often intertwined with each other, so fuzz is likely to occur, and it is not stable at a practical speed. It is difficult to untwist it.
本発明はマルチフィラメントトウの複数本を撚り合せし
て、熱処理後に解撚する方法である。The present invention is a method of twisting a plurality of multifilament tows together and untwisting them after heat treatment.
解撚は撚りのかかったトウを分離する操作を行なえばよ
く、この分離解撚は容易である。Untwisting can be done by separating twisted tows, and this separation and untwisting is easy.
トウの複数本はそれ程数多くないので、前記したマルチ
フィラメントの解撚の場合と違って、分離に当っては後
に具体的に説明するように撚りムラがあっても,その撚
リムラを検出しながら連続的に解撚することが容易であ
る。Since the number of multiple tows is not so large, unlike the case of untwisting multifilament described above, when separating, even if there is uneven twisting, as will be explained in detail later, the twisting unevenness can be detected while being separated. Easy to untwist continuously.
次に本発明の実施態様を具体的に説明する。Next, embodiments of the present invention will be specifically described.
マルチフィラメントのトウの複数本を撚り合せするが、
この場合の各々のトウは撚りがある場合及びない場合が
あり、さらには撚りのあるトウとないトウとの組合せも
可能である。By twisting multiple multifilament tows together,
In this case, each tow may or may not be twisted, and furthermore, a combination of tows with and without twists is also possible.
この中で操作の容易性及び毛羽発生防止効果が大きいこ
と等より最も望ましい態様は各々のトウにかけた撚りの
回数及び撚りの方向と各々のトウの撚り合せの回数及び
撚りの方向が同一である場合である。Among these, the most desirable embodiment is that the number of twists and the direction of twisting of each tow are the same as the number of twists of each tow and the direction of twisting are the same because it is easy to operate and has a large fuzz prevention effect. This is the case.
先ずこの望ましい態様について実施方法を図を参考にし
て説明する。First, a method of implementing this desirable embodiment will be explained with reference to the drawings.
第1図は2本のトウを撚って熱処理する場合の1例を示
す概略図、第2図はその結果得られた繊維の状態図、第
4図は第2図の繊維を解撚する場合の1例を示す概略図
である。Figure 1 is a schematic diagram showing an example of twisting and heat treating two tows, Figure 2 is a state diagram of the resulting fiber, and Figure 4 is the untwisting of the fibers in Figure 2. It is a schematic diagram showing an example of the case.
炭素繊維の原料となる有機前駆体繊維のマルチフィラメ
ントトウ6,7をボビン1,2に巻いたものを2本用意
し、それらを同一の回転軸8を有する巻出し機Aに固定
し、回転軸8を回転Lなからトウを引き出し、二本のト
ウを撚り合せながらガイドロール3を通過させ、熱処理
炉4に導き、耐炎化等の処理を行なった後,ボビン5に
巻取る。Two multifilament tows 6 and 7 of organic precursor fibers, which are raw materials for carbon fibers, are wound around bobbins 1 and 2, and they are fixed to an unwinding machine A having the same rotating shaft 8 and rotated. The shaft 8 is rotated L to pull out the tows, the two tows are twisted together and passed through the guide rolls 3, guided into the heat treatment furnace 4, subjected to flame-retardant treatment, etc., and then wound onto the bobbin 5.
この際、トウの走行速度と回転軸の回転数を調節して、
トウの単位長さ当りに一定数の撚りを与える。At this time, adjust the traveling speed of the tow and the rotation speed of the rotating shaft,
Give a certain number of twists per unit length of tow.
巻出し機Aを出た各々のトウ6,7はガイドロール3に
到る迄に一定の撚り数が与えられる。Each tow 6, 7 leaving the unwinding machine A is given a fixed number of twists until it reaches the guide roll 3.
そして各トウが1回転する間にトウ同志が絡み合って同
方向に1回転するから,各トウの撚り数及び撚り方向と
トウ同志の撚り数及び撚りの方向とが同一となる。Since the tows intertwine with each other and make one rotation in the same direction while each tow rotates once, the number of twists and the direction of twisting of each tow are the same as the number of twists and the direction of twisting of the tows.
この状態を第2図に示す。この二本のトウの解撚は容易
である。This state is shown in FIG. Untwisting these two tows is easy.
これに対し,公知の方法でトウを二本合せた後に撚りを
かけた場合の撚りの状態を第3図に示す。On the other hand, FIG. 3 shows the state of twisting when two tows are tied together using a known method and then twisted.
この第3図に示された撚りのかかったトウ9を完全に解
撚することがむずかしいことは前述した通りである。As mentioned above, it is difficult to completely untwist the twisted tow 9 shown in FIG. 3.
撚り戻しの操作は第4図に示すように第1図の5で巻取
ったトウを巻出し機Bにかけ、撚りを戻す方向に回転軸
11を回転させなからトウを巻出す。In the untwisting operation, as shown in FIG. 4, the tow wound in step 5 of FIG. 1 is applied to an unwinding machine B, and the tow is unwound without rotating the rotating shaft 11 in the direction of untwisting.
巻出したトウを元の2本のトウに分離しつつ各々を別個
に2個のボビン12.13に巻取る。The unwound tow is separated into two original tows and each tow is separately wound onto two bobbins 12 and 13.
この際、巻出し機Bを回転させる速度は、撚りムラがな
い場合は2本のトウにかけられた撚り数とトウの走行速
度に対応させれば良く、撚りムラがある場合は撚り戻し
中における2本のトウの分離点10を検出して巻出し機
の回転速度を制御するか、回転速度が一定であればトウ
の走行速度を制御してやれば良い。At this time, the speed at which the unwinding machine B is rotated should correspond to the number of twists applied to the two tows and the running speed of the tow if there is no uneven twisting, but if there is uneven twisting, The separation point 10 of the two tows may be detected to control the rotational speed of the unwinder, or if the rotational speed is constant, the running speed of the tows may be controlled.
分離点10の検出方法は光電管あるいはリミットスウイ
ツチなどを利用した通常の検出装置を用いればよい。The separation point 10 may be detected using a conventional detection device using a phototube or a limit switch.
第1図のような方法によれば各トウの撚りとトウ同志の
撚りとが同時に行なわれるので撚りムラの発生も各トウ
とトウ同志とでほぼ同じように起る。According to the method shown in FIG. 1, since the twisting of each tow and the twisting of each tow are performed simultaneously, uneven twisting occurs in almost the same way between each tow and each tow.
従って解撚をトウ同志の撚りを検出して行なえば、それ
に従って各トウに対しても撚リムラに合せて解撚される
ことになるので、全体が完全に撚りがなくなることにな
る。Therefore, if untwisting is performed by detecting the twist between the tows, each tow will be untwisted in accordance with the twist irregularity, and the entire tow will be completely untwisted.
第1図は2本のトウの場合であるが,3本ならばボビン
を3個を用意すればよく,以下同様に4個以上の複数本
のトウを用いることが出来る。Although FIG. 1 shows the case of two tows, if there are three tows, it is sufficient to prepare three bobbins, and in the same manner, four or more tows can be used.
本発明においてはマルチフィラメントトウの複数本を撚
り合せすることを基本とするものである。The present invention is based on twisting together a plurality of multifilament tows.
各トウ自体に撚りがあるかないかでいろいろの組合せが
可能であるが毛羽発生の防止効果を大きくするには前記
したように各トウ自体にも撚りがかかつている本発明の
ものが望ましい、特にフィラメントが細い場合等にはこ
の方法が有効である。Various combinations are possible depending on whether each tow itself is twisted or not, but in order to increase the effect of preventing fuzz, it is preferable to use the present invention in which each tow itself is also twisted, as described above. This method is effective when the filament is thin.
解撚はトウ同志の撚りが戻されるが、その際やり方によ
って各トウの撚りを戻すことも可能であるし、また各ト
ウには撚りをかけたまま戻すこともできる。In untwisting, the tows are untwisted, but depending on the method, each tow can be untwisted, or each tow can be untwisted.
炭素繊維は一般的には撚りがないものが好ましく、特に
薄物のブリプレグをつくるには先に述べたように撚りの
ないものが必思であるが、用途によっては撚りをもった
ままでも使用できるものもある。It is generally preferable for carbon fiber to be untwisted, and as mentioned above, untwisted carbon fiber is a must in order to make thin Brypreg, but it can be used with twisting depending on the purpose. There are some things.
本発明はこのような場合、撚りをもったトウ及び撚りの
ないトウをつくり分けることができるので非常に都合が
よい。In such a case, the present invention is very convenient because it can separately produce twisted tow and untwisted tow.
その他本発明の利点は完全な無撚糸を製造できると同時
に生産性を高めることができる点にある。Another advantage of the present invention is that completely untwisted yarn can be produced and at the same time productivity can be increased.
炭素繊維の連続製造を一貫して無撚で実施する場合には
トウの拡がりや、隣接するトウ間での毛羽による巻付き
などのトラブルを防止するためには並行に走行させるト
ウの間隔はある一定以上を必要とし,この間隔は撚りの
ある場合に比べて大きくしなければならない。When continuously manufacturing carbon fiber without twisting, there is a certain distance between the tows that run in parallel to prevent problems such as spreading of the tows and wrapping of adjacent tows due to fuzz. A certain distance or more is required, and this interval must be larger than in the case where there is twist.
一定の有効巾を有する加熱炉での処理が主となる炭素繊
維の製造において、このトウ間の距離を大きくとること
は並行に走行させることができるトウの本数即ち処理本
数を減少させることになり、生産性は低下する。In the production of carbon fiber, which is mainly processed in a heating furnace with a certain effective width, increasing the distance between the tows will reduce the number of tows that can be run in parallel, that is, the number of tows to be processed. , productivity decreases.
一方、本発明による方法ではトウ同志を撚って複数本の
トウを1本のトウとして処理するので,実質的な処理本
数は増加したことになり、生産性は向上する。On the other hand, in the method according to the present invention, the tows are twisted together and a plurality of tows are processed as one tow, so the actual number of tows to be processed is increased, and productivity is improved.
また従来法で生産性を上げるため何本かのトウを合せて
1本のトウ自体を太くして行なうことは、熱処理中トウ
内部での反応熱の蓄積が起り,種々のトラブルの原因と
なるカS,本発明においてはトウ同志が撚ってあり、各
々のトウは独立した状態を維持し、それだけ表面積が大
きいので.上記のようなトラブルが防げる。Furthermore, in the conventional method, when several tows are combined to make each tow thicker in order to increase productivity, reaction heat accumulates inside the tow during heat treatment, which can cause various troubles. S. In the present invention, the tows are twisted together, each maintains an independent state, and the surface area is correspondingly large. This will prevent problems like the ones above.
炭素繊維の原料として最も多く使用されているポリアク
リロニトリル繊維を前駆体とする場合には、酸素含有雰
囲気中での熱処理,所謂耐炎化工程が生産性の律速であ
るが、ここでの生産速度を上げるためには反応による発
熱を速やかに除去することが重要で、これをしないと糸
が焼き切れてしまう。When polyacrylonitrile fiber, which is the most commonly used raw material for carbon fiber, is used as a precursor, heat treatment in an oxygen-containing atmosphere, the so-called flame-retardant process, is the rate-limiting process for productivity. In order to increase the temperature, it is important to quickly remove the heat generated by the reaction, otherwise the thread will burn out.
反応熱の蓄積の防止にはトウに風を吹きつけることが有
効であるが、無撚糸では毛羽発生の点から風速をある一
定値、例えば2m/sec以上に上げることは望ましく
ない。Although it is effective to blow wind onto the tow to prevent the accumulation of reaction heat, in the case of non-twisted yarns, it is not desirable to increase the wind speed above a certain value, for example 2 m/sec, from the viewpoint of generating fuzz.
これに対し撚ってあれば5 m /’SeCでも毛羽の
発生が少ない。On the other hand, if the material is twisted, there will be less fluff even at 5 m/'SeC.
無撚糸に比べ加撚糸は反応熱は蓄積され易いが,このよ
うに吹きつける風の風速を上げることで防止できるので
、加撚の場合に特にフィラメント数が多くない限り,反
応熱の面からの生産性の低下はない。Twisted yarns tend to accumulate reaction heat more easily than non-twisted yarns, but this can be prevented by increasing the wind speed. There is no decrease in productivity.
我々はこれらのフィラメント数及び撚りの程度等につい
て種々検討を重ねた結果、本発明の具体的な実施条件と
して、加撚後の全体のフィラメント数が5万フィラメン
ト,望ましくは3万フィラメント以下であり,また各々
のトウは15000フィラメント以下、望ましくは10
000フィラメント以下であり、撚り数は15回/m以
下、望ましくはlO回/m以下が、生産性の向上の面と
炭素繊維の物性低下をきたさない点で好ましいことが判
った。As a result of various studies regarding the number of filaments and the degree of twisting, we found that the specific implementation conditions of the present invention are that the total number of filaments after twisting is 50,000 filaments, preferably 30,000 filaments or less. , and each tow has no more than 15,000 filaments, preferably 10
000 filaments or less, and the number of twists is 15 twists/m or less, preferably 10 twists/m or less, from the viewpoint of improving productivity and not causing deterioration of the physical properties of the carbon fiber.
フィラメント数の下限には特に制限はないが、撚り数の
下限は安定的にトウの撚り戻しと分離を行ない得る回数
が必要で,少なくとも1回/m程度あればよい。There is no particular restriction on the lower limit of the number of filaments, but the lower limit of the number of twists must be the number of times that the tow can be stably untwisted and separated, and may be at least 1 twist/m.
撚り合せするトウの本数は,撚り合せ後のフィラメント
数が5万フィラメント望ましくは、3万フィラメント以
下であれ?良く、特に限定されないが,加熱および解撚
時に使用する装置が簡易であるものが望ましいので、実
質的には4本程度特に好ましいのは2本である。Regarding the number of tows to be twisted, should the number of filaments after twisting be 50,000 filaments, preferably 30,000 filaments or less? Although not particularly limited, it is desirable that the device used during heating and untwisting be simple, so the number of wires is about four, preferably two.
炭素繊維の製造における熱処理工程は耐炎化、炭化,さ
らに場合により黒鉛化があるが、本発明における加撚は
このいずれかの工程の前であり,また解撚はその後に行
なわれるいずれかの熱処理後である。Heat treatment steps in the production of carbon fibers include flame resistance, carbonization, and, in some cases, graphitization. In the present invention, twisting is performed before any of these steps, and untwisting is performed after any of the heat treatments. Later.
通常は耐炎化処理が毛羽の発生等問題が多いので、その
処理前に加撚するのがよい。Usually, flame-retardant treatment causes many problems such as the generation of fuzz, so it is better to twist the fabric before the flame-retardant treatment.
そして有機前駆体繊維から黒鉛化まで一貫して行なわれ
る場合は黒鉛化後に解撚すればよい。If the process from organic precursor fibers to graphitization is carried out in an integrated manner, untwisting may be performed after graphitization.
この場合、炭化や黒鉛化では加撚しなくても問題になら
なければ耐炎化後に解撚してもよい。In this case, if carbonization or graphitization does not cause any problem without twisting, untwisting may be performed after flame resistance.
特殊な場合として有機前駆体繊維の製造から炭炎化繊維
までを連続して行なう場合は.耐炎化前に本発明の加撚
は事実上不可能なので、耐炎化後に加撚することになる
。A special case is when the process from the production of organic precursor fibers to carbonized fibers is carried out continuously. Since twisting according to the present invention is practically impossible before flame resistance is achieved, twisting is carried out after flame resistance is achieved.
実箔例
1万フィラメント(15000デニール)からなるポリ
アクリロニトリル繊維のトウを前駆体として使用し、こ
のトウ2本を第1図の巻出し機を使用して1m当り3回
の撚りをかけて合せた後,繊維軸に対して直角方向に4
7n/secの熱風を吹きつける耐炎化炉中で、250
℃、60分の耐炎化処理を行ない,その後常法によって
最高1 300℃での炭化処理を行なって炭素繊維を製
造した。Actual Foil Example A polyacrylonitrile fiber tow consisting of 10,000 filaments (15,000 denier) was used as a precursor, and two of these tows were twisted together three times per meter using the unwinding machine shown in Figure 1. 4 in the direction perpendicular to the fiber axis.
In a flameproofing furnace that blows hot air at 7n/sec,
℃ for 60 minutes, followed by carbonization treatment at a maximum temperature of 1,300℃ using a conventional method to produce carbon fibers.
この炭素繊維に常法に従って表面処理とサイジングを施
してボビン上に巻取った。This carbon fiber was subjected to surface treatment and sizing according to conventional methods, and then wound onto a bobbin.
この製造において、繊維は多数のガイドロールおよび固
定ガイド上を通過させたb3、毛羽の発生も殆んどなく
,安定した連続運転が可能であった。In this production, the fibers were passed over a large number of guide rolls and fixed guides, and there was almost no fluff, and stable continuous operation was possible.
巻取った撚糸を第4図のようにしてlm/mynの速度
で撚り戻しを行なったところ、繊維の毛羽立ちも少なく
,2本の完全な無撚糸を製造することができた。When the wound twisted yarn was untwisted at a speed of lm/myn as shown in FIG. 4, it was possible to produce two completely untwisted yarns with little fuzzing of the fibers.
撚り戻し装置は、分離点の検出にリミットスウイツチを
使用し、このスウイツチで巻出L機の回転軸(図4の1
1)に連結させたモーターの電源をon−offするタ
イプのものを用いた。The untwisting device uses a limit switch to detect the separation point, and this switch controls the rotation axis of the unwinding L machine (1
1) A type that turns on and off the power of the motor connected to the motor was used.
糸の引取り速度は、巻取機の前に置いた定速クローバー
ロ−ルで制御した。The yarn take-up speed was controlled by a constant speed clover roll placed in front of the winder.
この糸の引張り特性をストランド法にて測定した所、強
度3 3 6k9/mjt、弾性率23.2t−ン/m
Aで,比較例に示した撚りをかけて製造したもの及び無
撚で製造したものと同一の特性であった。When the tensile properties of this yarn were measured using the strand method, the strength was 336 k9/mjt, and the elastic modulus was 23.2 tons/m.
In A, the characteristics were the same as those manufactured with twisting and those manufactured without twisting as shown in the comparative example.
この糸を使用し、0.75mm厚のプリプレグを製造し
た所、繊維の開繊性も良く、トウ間のすき間が全くない
プリプレグを製造することができた。When a prepreg with a thickness of 0.75 mm was produced using this yarn, it was possible to produce a prepreg with good fiber opening properties and no gaps between tows.
比較例 1
2本のトウの代りに1本のトウを用いたほかは全て実施
例と同一の条件で炭素繊維を製造した。Comparative Example 1 Carbon fibers were manufactured under the same conditions as in Example except that one tow was used instead of two tows.
トウには1m当り3回の撚りがかけられているので,連
続運転は安定に行ない得,引張り特性も強度3 4 1
kg/myi.、弾性率2 3.3 ト7/mjtで
あった力S1生産量は実施例の1/2であった。Since the tow is twisted 3 times per meter, continuous operation can be carried out stably, and the tensile properties are also strong 3 4 1.
kg/myi. , the elastic modulus was 2 3.3 t7/mjt, and the production amount of force S1 was 1/2 that of the example.
この糸をl部はそのまま使用し,また1部は解撚して使
用し,1間厚のプリプレグの製造を試みた所、そのまま
使用したものは撚りがあるため、開繊が充分に行なえず
、所定の厚みにすることができず,また解撚したものも
部分的に撚りが残り、引揃えたトウの間には数多くのス
キマがみられ、厚みムラもあった。When we tried to manufacture a prepreg with a thickness of 1 by using 1 part of this yarn as it was and 1 part by untwisting it, we found that the fibers could not be opened sufficiently because the yarn used as is was twisted. However, it was not possible to obtain the desired thickness, and even after untwisting, some twists remained, and there were many gaps between the tows that were pulled together, and the thickness was uneven.
比較例 2
撚りをかけないことと、2本合糸を行なわないことのほ
かは,全て実症例と同一の条件で炭素繊維を製造した所
、耐炎化工程での毛羽立ちが激しく、その毛羽がガイド
ロールや隣接するトウに巻きついて安定して連続運転す
ることはできなかった。Comparative Example 2 Carbon fiber was manufactured under the same conditions as in the actual case, except that it was not twisted and two yarns were not doubled. However, the fluffing during the flame-retardation process was severe, and the fluffing was used as a guide. Stable continuous operation was not possible due to the winding around the rolls and adjacent tows.
得られた炭素繊維の引張特性は、強度333kg/一、
弾性率23.3トン/一であったが、長さ60mにわた
って撚り数を測定した所、1m当り最高8回の撚りが入
った所があり、平均して±2回程度の撚りが入っていた
。The tensile properties of the obtained carbon fibers were as follows: strength 333 kg/1;
The elastic modulus was 23.3 tons/1, but when the number of twists was measured over a length of 60 m, there were places where there were up to 8 twists per 1 m, and the average was about ±2 twists. Ta.
この糸を使用して,0.75朋厚のプリプレグを製造し
た所、撚りの影響でトウ間にスキマが発生し、プリプレ
グとしては不満足なものしかできなかった。When a prepreg with a thickness of 0.75 mm was manufactured using this yarn, gaps were generated between the tows due to the twisting, and the result was an unsatisfactory prepreg.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するための装置の1例を示す
概略図、第2図は第1図の装置で得られた炭素繊維の状
態図、第3図は公知の炭素繊維の状態図、第4図は第2
図に示す炭素繊維を解撚する装置の1例を示す概略図を
示す。
図において、1,2・・・・・・ボビン、4・・・・・
・熱処理炉,5・・・・・・ボビン,6,7.9・・・
・・・繊維フィラメントトウ、10・・・・・・分離点
検出装置、12.13・・・・・・ボビン。[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for implementing the method of the present invention, Fig. 2 is a state diagram of carbon fiber obtained with the apparatus of Fig. 1, and Fig. 3 is a phase diagram of a known carbon fiber, and FIG. 4 is a phase diagram of a known carbon fiber.
The schematic diagram which shows one example of the apparatus which untwists the carbon fiber shown in a figure is shown. In the figure, 1, 2... bobbin, 4...
・Heat treatment furnace, 5...Bobbin, 6, 7.9...
... Fiber filament tow, 10 ... Separation point detection device, 12.13 ... Bobbin.
Claims (1)
に連続的に耐炎化及び炭化、さらに必螢により黒鉛化の
各熱処理を症すことにより炭素繊維を製造する方法にお
いて、前記いずれかの熱処理の前に前記各トウを撚り、
その複数本を撚り数及び撚り方向を前記各トウの撚り数
及び撚り方向と同一にし,かつ撚り数を1〜15回/m
にして撚り合せ,その後のいずれかの熱処理後にこの撚
り合せを戻すことを特徴とする方法。1. In a method for producing carbon fiber by sequentially subjecting a plurality of multifilament tows of organic precursor fibers to flame-retardant and carbonization heat treatments, as well as necessarily graphitization using fireworks, before any of the heat treatments described above. Twist each tow into
The number of twists and the twist direction of the plurality of tows are the same as the number of twists and the twist direction of each tow, and the number of twists is 1 to 15 times/m.
A method characterized in that the strands are twisted together and the strands are untwisted after any subsequent heat treatment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53144301A JPS5837410B2 (en) | 1978-11-24 | 1978-11-24 | Carbon fiber manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53144301A JPS5837410B2 (en) | 1978-11-24 | 1978-11-24 | Carbon fiber manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5571819A JPS5571819A (en) | 1980-05-30 |
JPS5837410B2 true JPS5837410B2 (en) | 1983-08-16 |
Family
ID=15358883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53144301A Expired JPS5837410B2 (en) | 1978-11-24 | 1978-11-24 | Carbon fiber manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5837410B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5756536A (en) * | 1980-09-18 | 1982-04-05 | Toho Beslon Co | Untwisting method and apparatus |
JPS5887321A (en) * | 1981-11-18 | 1983-05-25 | Toray Ind Inc | Continuous production of carbon fiber |
JPS62156316A (en) * | 1985-12-26 | 1987-07-11 | Toa Nenryo Kogyo Kk | Production of carbon fiber and graphite fiber |
JPS62184125A (en) * | 1986-02-10 | 1987-08-12 | Toa Nenryo Kogyo Kk | Production of carbon yarn and graphite yarn |
JPH0726273B2 (en) * | 1988-02-22 | 1995-03-22 | 東レ株式会社 | Preform manufacturing thread and method for manufacturing the same |
JP2015067910A (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 東レ株式会社 | Carbon fiber and manufacturing method thereof |
-
1978
- 1978-11-24 JP JP53144301A patent/JPS5837410B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5571819A (en) | 1980-05-30 |
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