JPS61146817A - 炭素繊維の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は毛羽の発生や融着部の発生がなく、品質後の極
めて少ない炭素繊維の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

アクリロニトリル系重合体より作られた繊維は高性能炭
素繊維製造用プレカーサとして極めて有用なものである
。

アクリロニトリル系繊維プレカーサを炭素繊維化するに
は、まず空気等の酸化性雰囲気下２００〜４５０℃で処
理し、繊維密度１．２５〜１．４ｏ程度とした耐炎化糸
となし、次いで必要により３００〜８００℃の不活性ガ
ス雰囲気下で前炭素化処理した後、不活性ガス雰囲気下
１０００℃以上の温度で炭素化処理する方法がとられて
いる。紡糸工程油剤のみを付着したアクリロニトリル系
繊維プレカーサを酸化性雰囲気下２００〜４５０℃で耐
炎化処理すると、プレカーサ単繊維間に激しい融着が起
こり、単轍維切れに伴う毛羽の発生が多発し、毛羽など
の糸欠陥のない炭素繊維とすることが極めて難しいため
、耐炎化工程でのプレカーサの融着現象を防止するため
の油剤の開発が進められ、シリコン系油剤が優れた性能
を示すことが知られている。例えば特公昭５２−２４１
３６号、特開昭５８−２０８４６５号、特開昭５８〜２
１４５１７号等にこれら油剤の具体例が開示されている
。これら公知文献に示されたアクリル系繊維プレカーサ
に付着せしめたシリコン系油剤は非水溶性のものは、界
面活性剤にて水中に乳化せしめて付着後乾燥させたもの
であり、一方、水溶性のシリコン系油剤は、このものを
水中に分散せしめて付着後乾燥したものであるが、これ
らのプレカーサは特開昭５４−１３４１２３号にも示さ
れる如く、その取扱い性が不足する難点を有していると
共に、空気中の湿度変化によってシリコン系油剤の付着
状態が大きな影響を受け、耐炎化工程での融着現象の多
発化を招いている。これに対し特開昭５４−１３４１２
３号に示された如（、シリコン系油剤付着プレカーサで
あって、糸の水分率を高めたものは、その取扱い性が良
好であるが、やはりその焼成工程への供給に対し、空気
中の湿度の変動の影響を受け、湿度変化の激しい季節に
は耐炎化糸の融着現象が認められ、常に一定の品質を有
する炭素繊維を製造する方法としては満足すべきものと
はいえない現状にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、シリコン系油剤を付着したプレカーサの耐炎
化工程での融着現象を防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、シリコン系油剤が付着さ
れ、かつ水分率が１０重量％以上となるように調節した
アクリル系繊維プレカーサを耐炎化炉へ供給する直前に
乾燥してから耐炎化と炭素化を行って炭素繊維を製造す
ることにある。

本発明を実施するに際して用いるアクリロニトリル系繊
維は、アクリロニトリルを９０重景％以上と１０重量％
以下のアクリル酸、メタクリル醗、イタコン駿、メチル
アクリレート、メタクリル醗第３級ブチルエステルなど
のビニルモノマーを共重合せしめた重合体を通常の乾式
紡糸法、湿式紡糸法、乾−湿式紡糸法等によって作られ
たものを用いることができ、単繊維繊度としては０．３
〜１．５デニール、フィラメント数が５００〜３０００
００本なるフィラメント又はトウ状物を用いることがで
きる。

本発明を実施するに際して使用するシリコン系油剤は、
架橋性官能基としてアミノアルキレン基、モノ又はジア
ルキルアミノアルキレン基。

エポキシ基の少なくとも１種を含むものであることが望
ましく、場合によってはシリコン系油剤の水分散性を向
上せしめるため、ポリアルキレングリコール残基を付加
せしめたものなども好ましく用いることができる。これ
らシリコン系油剤は有機溶媒に溶解して付着せしめても
よいが、とくに水性媒体に溶解ないし分散した状態でプ
レカーサに付着せしめるのがよい。シリコン系油剤を水
性媒体中に分散せしめるには、アルキレングリコール、
グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコール。

ポリアルキレングリコール、アルキルフェニルエーテル
などの７ニオン系界面活性剤にて分散せしめるのがよい
。プレカーサへのシリコン系油剤の付着量としては０．
０５〜５重量％程度とするのが、プレカーサの取扱い性
の向上及びプレカーサの耐炎化工程での融着糸の発生防
止や毛羽発生防止の点より望ましい。また、プレカーサ
の水分率は１０〜２５重景％の範囲とするのが、シリコ
ン系油剤のプレカーサ表面への均−付着及び付着状態の
経時的変化を起こしにくいので好ましい。

上記した如き特性を付与されたプレカーサは通常４００
０ｆｆ！以上コーン状九巻き上げられるのであるが、こ
の巻き上げられたプレカーサはその焼成に際し通常３０
〜１００　ｍ／時の速度で解じょされる。例えば６００
０ｆｆ！コーン巻きのプレカーサを３０ｍ／時の速度で
解じょすると２００時間かかり、又１００　ｍ１時なる
速度で解じょしても６０時間を要する。水分率を５重量
％以下に保ったシリコン油剤処理したプレカーサを長時
間かけて解じょし焼成するに際して、プレカーサの置か
れている場所の湿度を変化せしめると、プレカーサの解
じょ初期のものから得られる炭素繊維と解じょ終了時の
ものから得られるプレカーサから得られた炭素繊維の特
性に差が生ずると共に、融着糸の発生が多くなること、
また５重量％以上の水分を保持せしめたシリコン系油剤
付着ブレカーサは２５℃で６０％ＲＨ程度の場所に保持
して解じょし焼成すると上述した場合と全く同様な不都
合が生ずる。これに対して、プレカーサの保存場所を湿
度調節したものは、このような不都合な現象がほぼ解消
され、安定な品質が得られることが判ったが、さらに焼
成炉へ供給する直前の水分庫をコントロールすることに
より、さらに高品質で安定性の優れた炭素繊維とするこ
とができるのである。

本発明においては、焼成時においてプレカーサを解じょ
する時点まで調湿する必要があるがプレカーサを製造し
て焼成までの保存期間中において水分を乾燥させない状
態で保持しなければならない。この方法としては、プレ
カーサを調湿室に保存するか、あるいは水分の透過性の
少すいフィルムでプレカーサを密封包装してできるだけ
低温下で保存する方法等が有効である。

一方焼成時におけるプレカーサの調湿方法として最も簡
単な方法としては、小規模焼成の場合（はデシケータ−
の如き湿度調節機能を備えた容器を用いるのがよく、大
規模焼成を行なう場合には調湿室を設けて使用するのが
望ましい。

水分率が１０重量％以上のプレカーサの調湿は７０％Ｒ
Ｈ以上の湿度となるように調湿するのがよい。

次に調湿室より引出されたプレカーサトウは数十〜数百
本引揃え、耐炎化炉へ供給直前に乾燥する。乾燥の方法
としては、熱風、赤外線加熱あるいはロール加熱等のい
ずれの方法であっても良い。乾燥の程度は、水分率が５
％以下より好ましくは２％以下とすることが、ＣＦ物性
の向上及び品質安定性の点で望ましい。その後２００〜
４５０℃に保たれた空気が循環する耐炎化炉へ供給して
耐炎化処理をする。耐炎化処理を終了した糸は、次いで
３００〜８００℃に保たれた前炭素化工程で焼成し、次
いで１０００℃以上、特Ｋ１００Ｏ〜１４００’ＧＫ保
たれた炭素化炉で焼成することによって炭素繊維とする
ことができる。

〔実施例〕

以下実施例により、本発明を更に詳細に説明する。

尚実施例中のストランド試験は次の方法で行った。

エピコート８２８（油化シェル（株）製、商標）１００
部、無水メチルナジック酸９０部、ベンジルジメチルア
ミン２部、アセトン５０部の樹脂組成物にトウを含浸し
た後硬化したストランドを、引張試験して強度９弾性率
を求めた。

実施例１、比較例１ アクリロニトリル９５モル％、アクリル酸メチル４モル
％、メ°タクリル酸１モル％からなるアクリロニトリル
系重合体２１部をジメチルアセトアミド７９部に溶解し
て紡糸原液とした。

この紡糸原液を孔数１２０００．孔径０，０６５Ｕφの
紡糸口金を用いてジメチルアセトアミド６８％の水系凝
固浴中に紡糸し、続いて凝固糸を９８℃の温水浴中で洗
浄しながら８．４倍延伸した。この延伸糸に後工程油剤
として含Ｓ脂肪族エステル６０部と非イオン乳化剤４０
部の組成からなる油剤を０．３％付着せしめ、表面温度
が１３０℃に加熱されたシリンダーローラー上を通過せ
しめて乾燥した。

乾燥繊維を、次いで常圧水蒸気中で２％収縮させたのち
、ＵＣＣシリコーンＹ−６１６５１００部とポリオキシ
エチレンノニルフェニルエーテル１５部からなる母液を
水で希釈した３　゛％分散液で処理したのち捲取った。

捲取った繊維は水分を保有しているが、この水分の経時
的変化を抑制するため直ちにフィルムで密封した。

このようにして得られたプレカーサを次のように焼成１
て本発明の効果を確認した。

即ち室温（２５±３℃）で湿度９０％に維持したプレカ
ーサクリールに、密封フィルムを外したプレカーサをセ
ットし、ライン速度　６０ｍ／ｈｒで供給しながら、耐
炎化炉入口で熱風を吹きつけプレカーサ水分率が２％以
下となるよう乾燥した後、耐炎化処理を行った。

耐炎化処理は、温度２３０−２４５−２６０℃下で６０
分間滞在させ、この間で１０％伸長した。引き続き前炭
素化炉の温度６００℃下で２分間処理し、この時５％伸
長した。

さらに１２００℃の炭素化炉で１分間処理し、この時４
％収縮させて炭素化糸を得た。

得られた炭素繊維の物性は表１の如くであった。

表中の比較例１は、耐炎化炉入口で乾燥することなく焼
成して得られた炭素繊維の物性である。なお、乾燥なし
の場合の耐炎化炉入口直前でのプレカーサ水分率は７％
であった。

表１ 耐炎化炉前で乾燥してプレカーサ水分率を低減すると強
度が向上することが確認された。

実施例２、比較例２ 実施例１のプレカーサを用いて、さらに乾燥の効果につ
いて検討した。

プレカーサのクリール条件およびライン速度は実施例１
と同一条件とした上で、耐炎化炉前０１００℃罠加熱さ
れたシリンダーロール３本でプレカーサ水分率が１．５
％となるように乾燥を行った。

その後の耐炎化処理から炭素化に至る焼成条件は、実施
例１と同一条件下で、２日間連続処理して炭素化糸を得
た。さらに比較例として、耐炎化炉前の乾燥なしとした
以外は、同一条件下で焼成を２日間連続して実施し、は
ば同じ長さの炭素化糸を得た。

得うれた炭素化糸の経時的変動をみるため、゛約８時間
間隔に相当する５ｏｏｒｎ毎に物性を評価した。

得られた結果を表２に示す。

表２ 表２から明らかな通り、処理前に乾燥なしの場合には、
強度値が低くかつ変動が大きいのに対し、本発明法では
、強度が向上しまた変動も改善されて、品質が著しく安
定化することが判る。

〔発明の効果〕

本発明の方法によると、プレカーサに付着されたシリコ
ン系油剤は耐炎化炉投入前に於ては極めて安定な状態が
保たれているため、プレカーサの耐炎化工程での融着糸
の発生原因となる油剤の凝集現象はほとんど発生せず、
毛羽などの糸欠陥のない炭素繊維を作ることができる。

特に耐炎化炉投入直前に乾燥をすることにより強度が向
上し、かつ年間を通じて常に一定の性質を保持した炭素
繊維を生産することができ、これまで問題となっていた
品質変動の問題を著しく改良し得た。

ニー）・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン系油剤を付着し、かつ水分率が１０重量％
   以上となるように調節したアクリロニトリル系繊維プレ
   カーサを耐炎化炉へ供給する直前に乾燥してから耐炎化
   と炭素化を行うことを特徴とする炭素繊維の製造方法。 ２、アクリロニトリル系繊維プレカーサの水分率が１０
   〜２５重量％となるように調節することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３、水分率が５％以下となるように乾燥することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法。