JPS6147824A - 炭素繊維の製造法 - 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〕 本発明は炭素繊維を製造する際の糸継ぎに関するもので
、より詳しくは、炭素繊維の原料繊維である有機重合体
繊維の単繊維または集束繊維（トウ）を不融化処理もし
くは耐炎化処理、および炭化処理、更には必要に応じて
、黒鉛化処理した各工程段階における各態様繊維の糸継
ぎに関するもので、最も代表的には上記各工程における
処理に際して繊維の供給を連続的に行なうために好便な
糸継ぎに関するものである。

〔従来の技術〕

一般に炭素繊維の製造法としては、ピッチ系繊維、アク
リル系繊維、セルロース系繊維またけポリビニルアルコ
ール系繊維などの有機重合体繊維を不融化処理（もしく
は耐炎化処理）し、次いで炭化処理することによシ製造
されるものであるが、これらの工程へ供給される有機重
合体繊維は、紡糸の際に一旦ボビン等に巻き取られ、こ
のボビン等から引き出し供給されるのが一般的である。

したがって炭素繊維を連続的に製造するためには、ボビ
ンから供給される有機重合体繊維の末端を別のボビン上
に巻かれた有機重合体繊維の末端と糸継ぎする必要があ
る。

このような糸継ぎの方法は種々知られておシ、例えば熱
伝導性良好な糸継ぎ用物品片で連結する方法（特開昭ｋ
Ａ−１，ｇｌ／／号公報）、トウ端部を熱処理した後、
特定の方法で結び合わせる方法（特開昭５ｂ−３ｑ、ｙ
ｉｓ号公報）、結び目等の連結部分を有するアクリロニ
トリル系繊維を酸化性雰囲気中で処理し、連結部分を除
去し、再度連結し直して炭化処理する方法（特公昭！、
３−２３’ｌ／／号公報）あるいは繊維束同志を繊維軸
方向に重ね合わせ、その上を別の繊維を用い、特定の間
隔で螺旋状に被段する方法（特開昭ダ？−／／６３２９
号公報）がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらいずれの方法も、結び方が複雑で
あシ、特に有機重合体繊維のうち機械的強度の劣るピッ
チ系繊維等に適用した場合、接続部が切断しやすく実用
に供しないものであった。

〔問題点を解決する手段〕

本発明者等は、上記問題点を解決すべくピッチ系繊維等
の機械的強度の劣る有機重合体繊維に対してでも適用可
能な糸継び法に関し鋭意検討した結果、特定の樹脂を用
いることによシ機械的外力を加えることなく確実に糸継
ぎすることが可能で、かつ後続の工程における高温雰囲
気下での溶断、発泡等の現象を起こさず強固な結合が得
られることを見いだし、この知見に基づいて本発明に到
達した。

すなわち、本発明の目的は有機重合体繊維の機械的強度
の如何にかかわらず簡便な操作でかつ後続の工程におい
て溶断、発泡、糸切れ等を生じない糸継ぎ方法を提供す
るものである。

しかして、かかる目的は有機重合体繊維を不融化処理も
しくは耐炎化処理し、次いで炭化処理し、更に必要に応
じて黒鉛化処理して炭素繊維を製造する方法において前
記有機重合体繊維から前記炭素繊維に至るまでの少くと
もいずれかの繊維を糸継ぎする際、フラン樹脂もしくは
フラン樹脂および硬化剤からなる糸継ぎ剤を用いること
により達成される。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明で用いるフラン樹脂とは、フラン環を有する高分
子化合物のことでｓｂ、具体的にはフルフラールｍ脂、
フル７リルアルコール樹脂、フルフラール・フェノール
樹脂、フルフリルアルコール・フェノール樹脂があげら
れる。

フルフラール樹脂としては、フルフラール単独またはこ
れに少量のホルムアルデヒド、尿素などを加えた混合物
を酸触媒の存在下に加熱して液状の初期縮合物としたも
のが用いられる。

また、フルフリールアルコール樹脂トシては、フルフリ
ールアルコール単独またはこれに少量のホルムアルデヒ
ド、フルフラール、尿素などを加えた混合物を酸触媒の
存在下加熱して液状の初期縮合物としたものが用いられ
る。

フルフラール・フェノール樹脂としては、フルフラール
とフェノールを、フルフラール１モルに対してフェノー
ルを１〜３モルの割合でアルカリ触媒の存在下加熱して
液状の初期縮合物としたものが用いられる。

フルフリールアルコール・フェノール樹脂トシては、フ
ルフリールアルコールと７エノールとを所定のモル比で
酸またはアルカリ触媒の存在下に加熱して液状の初期縮
合物としたものが用いられる。

また有機重合体繊維としては、ピッチ系繊維、アクリル
系繊維、セルロース系繊維またはポリビニルアルコール
系繊維等、一般に前記したような各工程段階で糸継ぎが
必要な各態様繊維が挙げられるが、特に紡糸後の状態が
もろいため従来より有効な糸継ぎ方法が見いだせ得なが
ったピッチ系繊維に適用すると特段の利益を授受するこ
とができる。

これらの有機重合体繊維は単繊維またはこれを集束剤等
で集束した集束繊維、すなわちトウの状態で用いられ、
糸継ぎの際に用いられる単繊維またはトウは紡糸した状
態のものであってもよいし、不融化処理もしくは耐炎化
処理したもの、更には炭化処理したものであってもよい
。

ここで、上記のフラン樹脂は、通常、常温で液状の初期
縮合物であり、単に加熱することによって、付加、縮合
が更に進行し、また７ラン環核の二重結合が開いてフラ
ン環の重合が起ることによシ網状化し、硬化する。ある
いはこの硬化反応を促進・調整するために硬化剤を使用
することができる。硬化剤の使用量は触媒量で十分であ
る。硬化剤としては、硫酸、リン酸、パラトルエンスル
ホン酸、アジピン酸、セバシン酸、ポリアジピン酸無水
物、マレイン酸、７マル酸、無水マレイン酸、無水フタ
ル酸などの酸性硬化剤があげられ、また、塩化アルミニ
ウム、塩化亜鉛、塩化カルシウム、臭化コバルト、臭化
カルシウム、エチレンクロリドなどのハロゲン化物も硬
化剤として用いることができる。取扱いおよび硬化促進
作用等を考慮すると硫酸、リン酸、パラトルエンスルホ
ン酸を用いることが好ましい。

糸継ぎの方法としては、糸継ぎする繊維の両末端を／〜
１０ｒｍ程度重ね合わせ、その部分に液状７ラン樹脂あ
るいは液状フラン樹脂を硬化剤と共にスポイト等を用い
て１滴程度（約ｏ、ｏ２ｍｔ）滴下する。あるいは数滴
まぜあわせたものをビン、ようじ等を用いて塗りつけて
もよい。液状フラン樹脂を滴下または塗布した部分に、
ハンダごてなどの熱源を接近させるか、小型オーブンで
処理するか、あるいは熱風を吹きつけることによシ液状
フラン樹脂は短時間内に硬化するので、２つの繊維に何
らの機械的外力を加えることなく糸継ぎすることができ
る。触媒等を適当に選択するか、あるいは多少時間を長
くすることにより室温下でも硬化させることができる。

次いで紡糸した状態の繊維を用いた場合、フラン樹脂の
硬化物で糸継ぎされた繊維は、その後３００−！；００
℃の不融化炉において不融化処理され、更に１０００〜
２！；００℃の高温炉において炭化処理されるが、本発
明のフラン樹脂はかかる不融化、炭化処理によシ溶断じ
たシ、発泡したシすることなく強固な接着力を保持する
。

更に、高温雰囲気下においてフラン樹脂も、有機重合体
繊維と同様に炭化されるが、炭化に際して有機重合体繊
維の炭化物と同様なグラファイト構造となり、炭化状態
が均一となるため、糸切れ等が生じにくくなる。

また不融化処理したもの、あるいは炭化処理したものに
対して本発明の方法を適用する場合においても、後続の
工程で接続部が溶断した９、糸切を生じることはない。

なお、本発明においては原料繊維である有機重合体繊維
の製造方法、集束処理、不融化処理、炭化処理等は常法
に従って行なえばよく、特に特徴を有するものではない
。

〔効　果〕

本発明の方法を用いることにより、従来の方法では糸継
ぎが困難であった機械的強度の劣るピッチ系繊維等を糸
継ぎする場合においても、確実に、かつ強固に接続し、
炭素繊維を連続的に製造することができる。

また本発明の糸継ぎ方法は、／っのボビンから次のボビ
ンへの切りかえ時の糸継ぎゃ、紡糸不融化・炭化の一連
の処理を操業中、繊維またはトウの破断が生じた場合の
糸継ぎのほか、破断した繊維もしくはトウを破断してい
ない近くの繊維あるいはトウへ接続することにより歩留
りの向上をはかる場合等種々な糸継ぎに利用可能である
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

実施例１ コールタールピンチ／重量部に対し吸収油３重量部を加
え、窒素加圧下、ｔｔｓｏ℃で１時間加熱処理した。こ
の熱処理物を減圧蒸留して一次処理ピッチを得、この−
次処理ピッチを窒素雰囲気下、グコθ℃で／、５時間加
熱処理して光学的異方性相がに７チのメン７エーズピツ
チを得た。

得られたメンフェーズピッチを３３６℃で溶融紡糸する
ことにより、糸径／２μのピッチ系単繊維を得、これを
２ＳＯ本集束してトウとし、数個のボビンに巻きとった
。

不融化炉（入口温度；室温、出口温度：３３０℃）およ
び炭化炉（入口温度；３００℃、出口温度；１３００℃
）に連続的に導入されている１つのボビンに巻きとられ
たトウの末端部と他のボビンに巻きとったトウの先端部
を３■重ね合わせ、その部分に糸継ぎ剤として、フルフ
リールアルコール樹脂をスポイトで約０．０２−落とし
、更に硬化剤としてパラトルエンスルホン酸を約０．θ
２−落とした。糸継ぎ部にハンダごてを接近させて、硬
化反応を促進した。２分後に充分な接着力が得られ、そ
の後同様に不融化炉および炭化炉に導入された。

この処理操作中、糸継ぎ部分は溶断、発泡することなく
、炉の通過性も良好であった。トウの糸継ぎ部分は、ピ
ッチ繊維のトウと同様であり、融着・発泡はなく均一に
炭化処理が行なわれていた。

実施例ユ 実施例１において、糸継ぎ剤としてフルフラール・フェ
ノール樹脂を用い、硬化剤として硫酸を用いた以外は同
様にして糸継ぎを実施した。

糸継ぎ部分に溶断、発泡はなく、炉の通過性も炭化状態
も良好であった。

実施例３ 実施例１と同様のメン７エーズピツチを用い３３６℃で
溶融紡糸することによシ、糸径１０μの単繊維を得、こ
れをＳＯＯ本集束してトウとなし、これをケンス内に収
納した。

ケンスに収納したトウを不融化炉に入れ昇温速度／コ０
℃／ｈｒで室温から、３！；Ｏ’Ｃまで昇温加熱し、不
融化処理を行ない不融化されたトウを得た。

不融化したトウを３０αの長さでｉｏ本とシ出し、各ト
ウを２つに切断した。次いで切断された各トウをＳｍ重
ねあわせ、その部分に糸継ぎ剤、！−してフル７リール
アルコール・フェノール樹脂をスポイトで約θ・θコー
落とし、更に硬化剤としてリン酸を約０−０２ｍ１落と
した。室温で７０分間放置した。

糸継ぎしたトウ１０本を炭化炉に入れ、アルゴン雰囲気
下、昇温速度６ｏｏ℃／ｈｒでｉ、ｔｏｏ℃まで昇温加
熱し、炭化処理を行ない炭化されたトウを得た。

得られたピッチ系炭素繊維のトウは、いづれのトウにお
いても糸継ぎ部分において溶断、発泡はなく、炭化状態
においても他の部分と均一であった。

比較例 実施例／において、糸継ぎ剤としてフラン樹脂の代りに
、エポキシ樹脂系接着剤およびウレタン樹脂系接着剤を
用いて不融化されたトウの糸継ぎを試みて同様に炭化処
理を行なった。炭化前の接着性は良好であったが、炭化
処理後に接着部分を観察したところ接着剤の発泡があり
、一部のトウは接着部分に溶断がみられた。

出　願　人　　三菱化成工業株式会社 代　理　人　弁理士長香川　　− （ほか７名）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機重合体繊維を不融化処理もしくは耐炎化処理
   し、次いで炭化処理し、更に必要に応じて黒鉛化処理し
   て炭素繊維を製造する方法において前記有機重合体繊維
   から前記炭素繊維に至るまでの少くともいずれかの繊維
   を糸継ぎする際、フラン樹脂あるいはフラン樹脂および
   硬化剤からなる糸継ぎ剤を用いることを特徴とする炭素
   繊維の製造法。
2. （２）フラン樹脂がフルフラール樹脂、フルフリルアル
   コール樹脂、フルフラールフエノール樹脂、フルフリル
   アルコールフエノール樹脂または少なくともこれら２種
   類以上の混合物であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の炭素繊維の製造法。
3. （３）硬化剤が硫酸、リン酸またはパラトルエンスルホ
   ン酸であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の炭素繊維の製造法。
4. （４）糸継ぎする繊維が有機重合体繊維を集束して得ら
   れたトウであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の炭素繊維の製造法。
5. （５）糸継ぎする繊維が有機重合体繊維を集束し、更に
   不融化処理して得られたトウであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の炭素繊維の製造法。
6. （６）糸継ぎする繊維が有機重合体繊維を集束し、不融
   化処理および炭化処理して得られたトウであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維の製造法
   。
7. （７）有機重合体繊維がピツチ系繊維であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維の製造法。