JPS5930914A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭素繊維の製造方法Info
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- JPS5930914A JPS5930914A JP13719682A JP13719682A JPS5930914A JP S5930914 A JPS5930914 A JP S5930914A JP 13719682 A JP13719682 A JP 13719682A JP 13719682 A JP13719682 A JP 13719682A JP S5930914 A JPS5930914 A JP S5930914A
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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】
本発明はセルロース系、ポリアクリロニトリル系、ポリ
ビニルアルコール系などの有機ｍ合体繊維またはリグニ
ン、ピッチなどからの繊維を酸化繊維に転換するに際し
、処理時間を大巾に短縮し、生産性を向上させた炭素繊
維の製造法の改良に関するものである。
ビニルアルコール系などの有機ｍ合体繊維またはリグニ
ン、ピッチなどからの繊維を酸化繊維に転換するに際し
、処理時間を大巾に短縮し、生産性を向上させた炭素繊
維の製造法の改良に関するものである。
炭素繊維はその卓越した力学的性質、低比重、耐薬品性
などにより航空機、ロケットなどの航空、宇宙用材料か
ら釣竿、テニスラケット、ゴルフシャフトなどの広範囲
の用途に用いられ、さらに自動車、船舶など多くの用途
においても構造材料として広く使用されようとしている
。
などにより航空機、ロケットなどの航空、宇宙用材料か
ら釣竿、テニスラケット、ゴルフシャフトなどの広範囲
の用途に用いられ、さらに自動車、船舶など多くの用途
においても構造材料として広く使用されようとしている
。
従来、炭素繊維は上記各種の炭素化可能な繊維を約２０
ＯＮ４００℃の酸化性ガス雰囲気中で加熱して酸化繊維
に転換させた後、少くとも約８００℃の不活性ガス雰囲
気中で加熱して炭素化する方法が一般的工業的製造法と
して採用されている。
ＯＮ４００℃の酸化性ガス雰囲気中で加熱して酸化繊維
に転換させた後、少くとも約８００℃の不活性ガス雰囲
気中で加熱して炭素化する方法が一般的工業的製造法と
して採用されている。
しかしながら酸化性ガス雰囲気中で加熱して酸化繊維を
得る方法は、上記各種の繊維（以下、プレカーサという
）を構成する分子と酸素との反応熱が発生し、プレカー
サ内部に急激に蓄熱され、繊維構造を破壊する。いわゆ
る暴走反ル１）、を起し、プレカーサが切断したり、燃
焼したりし易いという問題がある。
得る方法は、上記各種の繊維（以下、プレカーサという
）を構成する分子と酸素との反応熱が発生し、プレカー
サ内部に急激に蓄熱され、繊維構造を破壊する。いわゆ
る暴走反ル１）、を起し、プレカーサが切断したり、燃
焼したりし易いという問題がある。
したかつて、かかる雰囲気加熱の方式においては、比較
的低温で長時間、たとえば２時間〜数時間を要して酸化
処理を行なう必要があり、該酸化処理中に繊維の融着や
破壊等が生じにくいものの生産性が低く、またこの方法
は雰囲気による加熱であるため、伝熱効率が低く、エネ
ルギー消費が大きいという欠点かある。そこで上記欠点
を回避するため、たとえば特公昭５３−２１３９６号公
報には、プレカーサを加熱体に間欠的に接触させて酸化
繊維に転換することにより、醸化時間の短縮が可能にな
ることが記載されている。しかしながら、かかる加熱体
接触方式においては確かに酸化時間の短縮には有効であ
るが、プレカーサを加熱体表面に直ｙ接触させるため、
酸化処理中に融着や破壊等の欠陥が生じ易く、不活性ガ
ス雰囲気下で８００℃以上で炭化処理して得られる炭素
繊維の品質。
的低温で長時間、たとえば２時間〜数時間を要して酸化
処理を行なう必要があり、該酸化処理中に繊維の融着や
破壊等が生じにくいものの生産性が低く、またこの方法
は雰囲気による加熱であるため、伝熱効率が低く、エネ
ルギー消費が大きいという欠点かある。そこで上記欠点
を回避するため、たとえば特公昭５３−２１３９６号公
報には、プレカーサを加熱体に間欠的に接触させて酸化
繊維に転換することにより、醸化時間の短縮が可能にな
ることが記載されている。しかしながら、かかる加熱体
接触方式においては確かに酸化時間の短縮には有効であ
るが、プレカーサを加熱体表面に直ｙ接触させるため、
酸化処理中に融着や破壊等の欠陥が生じ易く、不活性ガ
ス雰囲気下で８００℃以上で炭化処理して得られる炭素
繊維の品質。
性能を低下させ、特に炭素繊維の強度特性の低下を生じ
易いという欠点がある。
易いという欠点がある。
本発明者らは」１記の欠点に鑑み種々研究をすすめた結
果、酸化処理工程におけるプレカーサの酸化の度合と該
工程で発生する融着乃至破壊との関係において、酸化が
進めば進む程酸化処理温度を高くしてもかかる融着乃至
破壊を生じないこと、すなわち酸化処理がプレカーサの
単糸の表層部から進行し、この酸化進行とともに該プレ
カーサは融着乃至破壊を生じないことが判明した。
果、酸化処理工程におけるプレカーサの酸化の度合と該
工程で発生する融着乃至破壊との関係において、酸化が
進めば進む程酸化処理温度を高くしてもかかる融着乃至
破壊を生じないこと、すなわち酸化処理がプレカーサの
単糸の表層部から進行し、この酸化進行とともに該プレ
カーサは融着乃至破壊を生じないことが判明した。
この知見に基づき、工業的に有利な短時間酸化処理を行
なうために、初めに比較的低温の酸化性ガス雰囲気中で
酸化処理を行ない、その以後の酸化処理をさらに高温度
に設定した加熱体表面に間欠的に接収させることが有効
であることを見出し本発明をなすに至ったのである。
なうために、初めに比較的低温の酸化性ガス雰囲気中で
酸化処理を行ない、その以後の酸化処理をさらに高温度
に設定した加熱体表面に間欠的に接収させることが有効
であることを見出し本発明をなすに至ったのである。
すなわち本発明の目的は、プレカーサを効率よく短時間
で酸化処理できる製造法を提供するにあり、他の目的は
高品質、高性能の炭素繊維に転換しうる酸化繊維を提供
するにある。
で酸化処理できる製造法を提供するにあり、他の目的は
高品質、高性能の炭素繊維に転換しうる酸化繊維を提供
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
した発明によって達成することができる。
した発明によって達成することができる。
本発明に用いるプレカーサとしては、セルロース系、ポ
リアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系など各
種有機重合体繊維やリグニン、ピッチからの繊維など台
脚化可能なものであればよいが、好ましくはポリアクリ
ロニトリル系繊維、特にアクリロニトリル（ＡＮ）を少
くとも９０モに％含有するＡＮ系重合体からの繊維、た
とえばポリアクリロニトリル、共重合成分としてアクリ
ル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらの低級ア
ルキルエステル類、オキシアルキルアクリル化合物、ア
クロレイン。
リアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系など各
種有機重合体繊維やリグニン、ピッチからの繊維など台
脚化可能なものであればよいが、好ましくはポリアクリ
ロニトリル系繊維、特にアクリロニトリル（ＡＮ）を少
くとも９０モに％含有するＡＮ系重合体からの繊維、た
とえばポリアクリロニトリル、共重合成分としてアクリ
ル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらの低級ア
ルキルエステル類、オキシアルキルアクリル化合物、ア
クロレイン。
メタクロレイン、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸
メタリルスルホン酸およびそれらの塩類など少くとも１
種を共重合した共重合体からなる繊維がよい。プレカー
サは通常、単糸デニール０．５〜２０ｄ１構成フイラメ
ント数５００〜３０，０００本の範囲が用いられるが特
に限定されるものではない。
メタリルスルホン酸およびそれらの塩類など少くとも１
種を共重合した共重合体からなる繊維がよい。プレカー
サは通常、単糸デニール０．５〜２０ｄ１構成フイラメ
ント数５００〜３０，０００本の範囲が用いられるが特
に限定されるものではない。
本発明はプレカーサを比較的低温の酸化性ガス雰囲気中
で加熱し、ついでより高温の加熱体表面に間欠的に繰り
返し接触させて酸化繊維に転換させた後、この酸化繊維
を不活性ガス雰囲気中で炭化する点に特徴を有する。
で加熱し、ついでより高温の加熱体表面に間欠的に繰り
返し接触させて酸化繊維に転換させた後、この酸化繊維
を不活性ガス雰囲気中で炭化する点に特徴を有する。
まずプレカーサは酸化性雰囲気方式の酸化加熱炉に供給
され、酸化処理がほどこされる。比の場合、プレカーサ
内部に急激に蓄熱されて繊維構造を破壊するような問題
のないように、酸化処理湿度は比較的低温の２００〜３
００℃、好ましくは２００〜２５０℃、がよい。
され、酸化処理がほどこされる。比の場合、プレカーサ
内部に急激に蓄熱されて繊維構造を破壊するような問題
のないように、酸化処理湿度は比較的低温の２００〜３
００℃、好ましくは２００〜２５０℃、がよい。
かかる酸化性雰囲気加熱方式で酸化処理して得られる酸
化繊維の酸化の度合を示す水分率は、一般には高い方が
良いが、該酸化処理時間、すなわち工業的な生産効率の
点からこの水分率は２％以上、好ましくは２〜５％の範
囲で酸化処理される。
化繊維の酸化の度合を示す水分率は、一般には高い方が
良いが、該酸化処理時間、すなわち工業的な生産効率の
点からこの水分率は２％以上、好ましくは２〜５％の範
囲で酸化処理される。
ここで上記の水分率とは、該酸化繊維を固相共存の硫酸
アンモニウム水溶液のデシケータ（２５℃の室温で８１
％恒湿）中に入れ、１６時間吸湿させた後の吸着水分率
である。なお水分率が高い方が酸化度合は進んでいるこ
とを意味する。
アンモニウム水溶液のデシケータ（２５℃の室温で８１
％恒湿）中に入れ、１６時間吸湿させた後の吸着水分率
である。なお水分率が高い方が酸化度合は進んでいるこ
とを意味する。
このように酸化性雰囲気加熱方式で酸化処理して得られ
た繊維糸条は、ついで複数個の加熱体表面に間欠的に繰
り返し接触させることによってさらに酸化処理され、い
わゆる酸化繊維に転換される。この場合該糸条と加熱体
表面との１回当りの接触時間は１秒以下、加熱体表面の
温度は２２０〜４００℃、好ましくは２５０〜３８０℃
とするのがよい。また複数個の加熱体の表面温度は同一
でもよく、酸化が進行するにつれて階段的に高温にして
もよい。
た繊維糸条は、ついで複数個の加熱体表面に間欠的に繰
り返し接触させることによってさらに酸化処理され、い
わゆる酸化繊維に転換される。この場合該糸条と加熱体
表面との１回当りの接触時間は１秒以下、加熱体表面の
温度は２２０〜４００℃、好ましくは２５０〜３８０℃
とするのがよい。また複数個の加熱体の表面温度は同一
でもよく、酸化が進行するにつれて階段的に高温にして
もよい。
また、加熱体の表面温度は、前記酸化性雰囲気加熱方式
における湿度にだいし高目に設定することが望ましく、
通常は２０〜１００℃の範囲内で高目であるが、此の温
度差は特に限定されるものではない。
における湿度にだいし高目に設定することが望ましく、
通常は２０〜１００℃の範囲内で高目であるが、此の温
度差は特に限定されるものではない。
本発明における加熱体としては、連続処理が可能でかつ
温度調整が容易であるもの、たとえば加熱ローラが好ま
しい。加熱ローラに酸化性雰囲気加熱方式で得られた繊
維糸条を巻きつけて焼成するには、ネルソン方式に巻き
つける方法、千鳥用げする方法あるいはこれらの組み合
せなどを用いることもできるがこれらに限定されるもの
ではない。
温度調整が容易であるもの、たとえば加熱ローラが好ま
しい。加熱ローラに酸化性雰囲気加熱方式で得られた繊
維糸条を巻きつけて焼成するには、ネルソン方式に巻き
つける方法、千鳥用げする方法あるいはこれらの組み合
せなどを用いることもできるがこれらに限定されるもの
ではない。
かくして得られた酸化繊維は公知の方法により窒素、ヘ
リウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で少くとも
８００℃以上で焼成することにより、高品質、高性能の
炭素繊維を得ることができる。
リウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で少くとも
８００℃以上で焼成することにより、高品質、高性能の
炭素繊維を得ることができる。
本発明によれば酸化性雰囲気加熱方式と加熱体に間欠接
触する方式を併用することにより、短時間に安定して酸
化繊維を製造することができ、また省エネルギー化がは
かれる。さらに得られる炭素繊維の品質、性能を著しく
向上さすことができる。
触する方式を併用することにより、短時間に安定して酸
化繊維を製造することができ、また省エネルギー化がは
かれる。さらに得られる炭素繊維の品質、性能を著しく
向上さすことができる。
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
３０００Ｄ−３０００フイラメントのアクリル系繊維糸
条を酸化性雰囲気加熱方式の酸化処理炉を用い、第１表
に示す各種の処理温度、処理時間で酸化処理した。これ
ら処理された糸条の酸化度合を示す水分率の測定結果を
第１表に示す。
条を酸化性雰囲気加熱方式の酸化処理炉を用い、第１表
に示す各種の処理温度、処理時間で酸化処理した。これ
ら処理された糸条の酸化度合を示す水分率の測定結果を
第１表に示す。
ついで長さ１ｍ、直径３００ ｍｍのホットローラを３
対用い、第１表に示す各処理温度・処理時間で該酸化処
理糸条をネルソン方式で糸かけして５０ｍ／分の糸速で
さらに酸化処理した。
対用い、第１表に示す各処理温度・処理時間で該酸化処
理糸条をネルソン方式で糸かけして５０ｍ／分の糸速で
さらに酸化処理した。
ここに得られた糸条を窒素ガス雰囲気中１１００℃の炭
素化炉で０．５ ｍ ／分の糸速で炭化処理した。この
炭素繊維の融着発生ならびにストランド物性調査結果を
第１表に示す。
素化炉で０．５ ｍ ／分の糸速で炭化処理した。この
炭素繊維の融着発生ならびにストランド物性調査結果を
第１表に示す。
（以下余白）
雰囲気加熱による酸化処理糸条の水分率が２０％以上の
場合は、加熱体接触による酸化処理、ついで炭素化処理
して得られた炭素繊維の融着発生状況ならびに物性がが
良好であった。
場合は、加熱体接触による酸化処理、ついで炭素化処理
して得られた炭素繊維の融着発生状況ならびに物性がが
良好であった。
比較例２
実施例］と同じプレカーサを酸化性雰囲気加熱方式の酸
化処理炉を用いて２３０℃で処理した。酸化処理に約４
時間という長時間を要した０得られた酸化処理糸条を窒
素ガス雰囲気中、１１００℃の炭素化炉で０．５ ｍ
７分の糸速で炭素化処理後、該炭素繊維の物性を測定し
た結果、ストランド強度３５４ ｋｇ ／ Ｉ１ｍ’、
ヤング率２３．１ｔｏｎ ／ ｍｍ ’であった。
化処理炉を用いて２３０℃で処理した。酸化処理に約４
時間という長時間を要した０得られた酸化処理糸条を窒
素ガス雰囲気中、１１００℃の炭素化炉で０．５ ｍ
７分の糸速で炭素化処理後、該炭素繊維の物性を測定し
た結果、ストランド強度３５４ ｋｇ ／ Ｉ１ｍ’、
ヤング率２３．１ｔｏｎ ／ ｍｍ ’であった。
比較例３
長さ１ｍ、直径３００１１ｍのホットローラ３対を用い
、各対ごとの処理温度を順次２８０℃。
、各対ごとの処理温度を順次２８０℃。
３００℃、３２０℃に加熱し、実施例１と同じブレカー
サをネルソン状伸で糸かけし５０ｍ／分の糸速で酸化処
理した。このときの酸化処理時間は非常に頬かく１５分
であった。
サをネルソン状伸で糸かけし５０ｍ／分の糸速で酸化処
理した。このときの酸化処理時間は非常に頬かく１５分
であった。
（１１）
得られた酸化処理糸条を比較例１と同様に炭化処理した
。得られた炭素繊維は融着か多く、またストランド強度
は３０６ ｋｇ ／ ｌＩｍ’、ヤング率が２２．１
ｔｏｎ ／、”といずれも低目であった。
。得られた炭素繊維は融着か多く、またストランド強度
は３０６ ｋｇ ／ ｌＩｍ’、ヤング率が２２．１
ｔｏｎ ／、”といずれも低目であった。
特許出願人 東し株式会社
（１２完）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 前駆体繊維糸条を下記測定法で求められる水分率が少く
とも２％以上になるまで２００〜３００℃の酸化性ガス
雰囲気中で加熱し、ついで該繊維糸条を２２０〜４００
℃の加熱体表面に間欠的に繰り返し接触させることによ
って酸化処理を行ない酸化繊維糸条に転換させた後、該
酸化繊維糸条を少くとも８００℃の不活性ガス雰囲気中
で炭化することを特徴とする炭素繊維の製造方法。 ここで水分率とは、固相共存の硫酸アンモニウム水溶液
のデシケータ（２５℃の室温で８１％恒湿）中に入れ、
１６時間吸湿させた後の吸着水分率である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13719682A JPS5930914A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13719682A JPS5930914A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5930914A true JPS5930914A (ja) | 1984-02-18 |
Family
ID=15193036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13719682A Pending JPS5930914A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5930914A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61167023A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 耐炎化繊維の製造方法 |
| JP2012255235A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 耐炎化繊維束の製造方法 |
| JP2013249570A (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維およびその製造方法 |
| WO2014054196A1 (ja) | 2012-10-03 | 2014-04-10 | 三菱レイヨン株式会社 | 耐炎化繊維束、炭素繊維束及びそれらの製造方法 |
| CN107881599A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高聚丙烯腈基碳纤维强度的方法 |
-
1982
- 1982-08-09 JP JP13719682A patent/JPS5930914A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61167023A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 耐炎化繊維の製造方法 |
| JPH0116928B2 (ja) * | 1985-01-18 | 1989-03-28 | Asahi Chemical Ind | |
| JP2012255235A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 耐炎化繊維束の製造方法 |
| JP2013249570A (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維およびその製造方法 |
| WO2014054196A1 (ja) | 2012-10-03 | 2014-04-10 | 三菱レイヨン株式会社 | 耐炎化繊維束、炭素繊維束及びそれらの製造方法 |
| JP2014074242A (ja) * | 2012-10-03 | 2014-04-24 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維束の製造方法 |
| KR20150044942A (ko) | 2012-10-03 | 2015-04-27 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 내염화 섬유속, 탄소 섬유속 및 그들의 제조 방법 |
| CN107881599A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高聚丙烯腈基碳纤维强度的方法 |
| CN107881599B (zh) * | 2016-09-29 | 2022-02-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种提高聚丙烯腈基碳纤维强度的方法 |
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