JPS62184121A - 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〕 本発明は炭素繊維の製造法に関し、特に繊維状前駆体（
以下、プレカーサという）を酸化性雰囲気中で加熱して
得られる酸化繊維または耐炎化繊維糸条（以下、耐炎化
繊維糸条という）のラージパッケージ化を可能とし、該
耐炎化繊維糸条に良好な集束性を付与して炭化工程にお
ける毛羽、糸切れの発生を防止し、糸条解舒性、糸条走
行性を大きく向上、改良する炭素繊維の製造法に関する
。

〔従来の技術〕

従来、炭素繊維の工業的製造法として、プレカーサを酸
化性雰囲気中で加熱、酸化して耐炎化繊維糸条に転換し
、得られた耐炎化繊維糸条を一旦ボビンなどに巻上げて
パッケージ化し、次いでこの巻上げられたパッケージか
ら耐炎化繊維糸条を引出して炭化乃至黒鉛工程に供給し
、炭化または黒鉛化した炭素繊維を製造する方法が知ら
れている。このような炭素繊維の製造法における原料原
単位の低減のためには、プレカーサの製糸速度および該
プレカーサの耐炎化速度の増大に加えて耐炎化繊維糸条
の巻き取りパッケージを大型化し、巻上げ作業に起因す
る工程簡素化および不良パンケージの減少などが技術的
な課題になる。

このような観点から特開昭５５−１２２０２１号公報に
は、耐炎化繊維糸条の巻上げ時点で、その耐炭化繊維糸
条にポリエチレングリコールおよび高級アルコールのエ
チレンオキサイド付加物などを主成分とする組成物を付
与することによって、パッケージの形状および安定性を
改良し、このパ・７ケージからの耐炎化繊維糸条の解舒
性や糸条の走行性を改良し得ることが記載されている。

しかしながら、プレカーサに付与されている油剤、特に
耐炎化工程などでの単繊維相互間の融着、毛羽、糸切れ
などの防止に優れた効果を奏するといわれている、オル
ガノシリコン系油剤を付与したプレカーサ（たとえば特
開昭５１−１１６２２５号および特開昭５２−１４８２
２７号公報など）から得られる耐炎化繊維糸条は、パッ
ケージの巻上げ径の増大と共に巻上げパフケージの形状
が悪化し易く、大量の糸量を巻上げることが困難になる
。特に耐炎化繊維糸条の構成単繊維本数が増大するにつ
れて耐炎化繊維糸条の集束性が低下し、パフケージ端面
部がふくれ出し、ついにはパッケージの形状が保持でき
なくなり、巻上げ不能になるという問題がある。

このパッケージの端面のふくらみは、ワインド比、巻上
げ糸張力、ワイングーの面圧などのワイングーの条件に
よって、ある程度軽減することができる。しかし、この
ワイングーの条件のみでは不充分であり、糸条に油剤を
付与して糸条の見掛の摩擦係数、集束状態を適性にする
ことが必要である。

本発明者らは、このような耐炎化繊維糸条、特に前記プ
レカーサ油剤として、オルガノシリコン系油剤を使用し
て得られた耐炎化繊維糸条のラージパッケージ化に大き
な関係を有する油剤について鋭意検討した結果、 （１）　　耐炎化繊維糸条の間に適度な粘着性を与え、
該糸条に集束性を付与し、金属、セラミックなどからな
るガイド、ローラ類と接触した場合に摩擦によって繊維
が損傷を受けないこと、（２）　　さらに重要なことは
、耐炎化繊維糸条を高温の不活性雰囲気中で加熱する炭
化工程で炭素繊維の特性、特に強度に悪影響を及ぼさな
い油剤であること、に着目し、このような観点から鋭意
、検討を進めて本発明を見出すに至ったものである。

〔発明の解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記耐炎化繊維糸条のラージパッケー
ジ化を可能とし、耐炎化繊維糸条に適正な見掛の摩擦係
数および集束性を与え、優れた機械的強度を有する炭素
繊維の製造を可能にすることにある。他の目的は、この
ような糸条の解舒性および糸条の走行性に優れたラージ
パッケージ化を可能にする耐炎化繊維糸条に付与される
油剤を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような本発明の目的は、酸化繊維糸条をパッケージ
に巻上げるに先立って、エチレンオキサイド付加量が５
〜１５の範囲量であるブタンジオールのエチレンオキサ
イド付加物および／またはトリメチロールプロパン・エ
チレンオキサイド付加物を必須成分とする組成物を０．
２〜５重量％付与し、しかる後、炭素化ないし黒鉛化す
ることによって達成することができる。

本発明の特徴は、前記耐炎化繊維糸条に付与する油剤と
して、エチレンオキサイド付加数が５〜１５の範囲であ
るブタンジオールのエチレンオキサイド付加物および／
またはブタンジオールのトリメチロールプロパンのエチ
レンオキサイド付加物を必須成分とする油剤を耐炎化繊
維糸条に付与し、次いで炭化ないし黒鉛化することにあ
る。

このような本発明のブタンジオールのエチレンオキサイ
ド付加物および／またはブタンジオールのトリメチロー
ルプロパンのエチレンオキサイド付加物の物性を従来の
油剤の必須成分と比較して示すと第１表の通りになる。

（本頁以下余白） 第　　　１　　　表 第１表中ＥＯはエチレンオキサイドの付加数を示し、Ｍ
Ｗは分子量を示す。また、揮発性は、１７０℃の熱風乾
燥機中で３０分間加熱した場合の揮発量を示し、加熱残
渣量は炭化条件を想定し、熱天秤において窒素シール下
り０℃／分の昇温速度で加熱した場合の油剤の残渣量で
ある。また、粘度はＢ型粘度計を使用し３０℃の温度雰
囲気中で原油および５０％水溶液についてそれぞれ測定
したものである。対繊維摩擦係数は１％の油剤を付着さ
せたプリカーサ（３０００フイラメント）の一端に６ｇ
の重りを付け、これを直径３０鰭φの金属棒に懸垂させ
摩擦させた時の出力（ｇ）で示した。

第１表から、本発明に使用するブタンジオールのエチレ
ンオキサイド付加物および／またはブタンジオールのト
リメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物は、
従来の油剤成分に比較して耐炎化条件での揮発性の小さ
い、炭化条件下での加熱残渣量の小さい粘度コントロー
ルが容易な油剤であることが判る。

この油剤の耐炎化繊維糸条に対する付着量は、０．２〜
５％、好ましくは０．５〜３重量％の範囲内がよく、０
．２％より少ないと本発明の目的とする耐炎化繊維糸条
に対する集束性が不充分となり、ラージパッケージ化が
困難になる。また、５％を越えると、耐炎化〜炭化工程
で油剤の一部がタール化し、これがバインダーとなって
単糸間融着を起こし、強度低下をもたらすので好ましく
ない。

本発明に使用される耐炎化繊維糸条としては、特に限定
されるものではなく、たとえばアクリロニトリル系重合
体またはポリビニルアルコール系重合体からなる繊維や
セルロース系繊維などの各種ブレカーサを酸化雰囲気中
で加熱、酸化することによって得られる繊維を例示する
ことができる。

耐炎化繊維糸条の繊維直径および単繊維本数も特に限定
されるものではなく、たとえば、プレカーサの繊度（デ
ニール換算で）０．５〜３デニール（ｄ）、単繊維本数
１　、０００〜３０．０００本の耐炎化繊維糸条に適用
することができる。

また、このような本発明の油剤を耐炎化繊維糸条に付与
する方法も公知の方法、たとえば浸漬法、スプレー法、
タッチロール法などを適用して、所定の付着範囲量にな
るように付与することができる。

そして、このような本発明の油剤を付与された耐炎化繊
維糸条は、公知の各種の炭化条件下、たとえば窒素、ヘ
リュム、アルゴンなどの不活性雰囲気中で少な（とも７
００℃以上の温度で加熱して炭化し、必要に応じて、さ
らに高温の不活性雰囲気中で加熱して黒鉛化し、炭素繊
維または黒鉛化繊維に転換される。

〔発明の作用・効果〕

本発明の目的とする耐炎化繊維糸条のラージパッケージ
化のためには、耐炎化繊維糸条を良好な形状に保持して
巻上げるべきことは勿論、極力少量の油剤付与量で耐炎
化繊維糸条を集束することが炭素繊維の製造費用の低減
の上で重要であるが、本発明の油剤は掻く少量の付着量
で耐炎化繊維糸条相互間に適度の粘着力を与えることが
できる。そして、油剤の付与方法として、タッチロール
法を適用した場合は、油剤の付着量を同一にするために
、タッチロールの回転数を低速とする必要があるが、低
速回転になると、繊維糸条の長手方向に油剤の付着ムラ
が発生し、糸条の集束性のバラツキを生じ、結果として
パフケージ巻上げ形態の不良をもたらすが、本発明の油
剤にはこのような欠点がない。

また、上記耐炎化繊維糸条に対する油剤付着量は、炭素
繊維の機械的強度の向上に密接な関係を有しており、油
剤付着量の増大は炭素繊維の強度低下を大きくするが、
本発明は油剤付着量を少なくすることができ、かつ第１
表に示したように加熱残渣量が少ないから油剤に起因す
る強度の低下を抑制することができる。

さらに工業的に、耐炎化繊維糸条をパッケージに巻上げ
る場合に、巻上げは所謂オープン糸条であることが、作
業性、操業性の上で有利であるが、このようなオープン
糸条に油剤を付与するに際しては、油剤の発揮性が低い
ことが望ましい。すなわち、耐炎化炉から出た直後の糸
条は、比較的高温の状態にあり、油剤付与の後も耐炎化
繊維糸条の熱量で油剤の揮発が促進され、油剤付与時や
ワイングー周辺の油剤揮発分が拡散し、作業環境を悪化
させる。このため、油剤付与時やワイングー周辺の給排
気を強化して作業環境の悪化を防止する必要があるが、
給排気の強化は走行繊維糸条の周辺の空気流を乱し、結
果として耐炎化繊維糸条を乱れさせ、巻上げパッケージ
の形状不良をもたらすのである。

しかるに本発明の油剤では、第１表に示すような揮発性
が低いため、このような問題がない。

このような本発明の油剤の優れた効果の相乗的作用が、
本発明方法における耐炎化繊維糸条のラージパッケージ
化に大きく寄与するのである。

第１〜３図は、本発明のラージパッケージ化の効果を説
明する図であり、第１図はパッケージ形態の良否の一尺
度を示すに値を説明するためのパフケージＰの断面図、
第２図はに値と耐炎化繊維糸条のパッケージにおける巻
上げ高さＨとの関係を示すグラフ、第３図（Ａ）および
（Ｂ）はそれぞれパッケージＰの端面のふくらみによる
巻上げ不良の一例を示すパッケージの断面図および側面
図である。

耐炎化繊維糸条のラージパッケージ化のためには、パッ
ケージＰの巻上げ高さＨができる限り大きいことが望ま
しいが、高性能炭素繊維の製造に有利とされている前記
オルガノシリコン系油剤を使用する場合は、従来の耐炎
化繊維糸条に対して施されていた油剤、たとえばポリエ
チレングリコール系油剤では多量に付与させる必要があ
る。具体的には、このオルガノシリコン系油剤を付与し
たプレカーサから得られた耐炎化繊維糸条の巻上げ高さ
Ｈを少なくとも１５ｃｍになるようにするためには、ポ
リエチレングリコール系油剤の場合、約７重量％の付着
量を必要とする。

第１図においてＡはパッケージＰの一方の端部のふくら
み幅を示し、Ｂは他方の端部のふくらみ幅を示す。

Ｋ値は巻上げ高さＨが１５値の時の値で、次式によって
定義される値で示され、この値が小さいほどパッケージ
の巻上げ形態は良好である。

Ｋ値＝　（Ａ＋Ｂ）　／２Ｈ 第２図は、このに値とＨとの関係を示すグラフであり、
第２図からＨが高くなるにつれて、Ｋ値は急激に大きく
なり、ついにはパッケージ崩れを生じて巻上げ不能にな
る。換言すれば、Ｈが小さいときは、Ｋ値も小さいが、
Ｈが大きくなると値も大きくなり、Ｈの増大に対するに
値の増大、すなわちその勾配は急激に大きくなることが
判る。通常、ＨとＫとの関係は、Ｈ＝１５ｃｍの場合に
に値は０．１５以下が好ましい。これよりも大きくなる
と、たとえば第３図（Ａ）および（Ｂ）に示すように、
Ｂが２．２５ｃｍ程度になり、パッケージ端面のふくら
みの先端の糸条Ｙが巻上げ本体からはみ出して浮遊状態
になる。

この巻上げパッケージから耐炎化繊維糸条を取出し炭化
工程に供給すれば、パンケージからの糸条の解舒性が著
しく不良となり、Ｃ部分まで糸条が解舒されたときに、
そのＣ部分から糸条Ｙが崩れ落ち、解舒不能になってし
まうのである。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき本発明の効果を具体的に説明する
。

実施例１〜２、比較例１〜５ アクリロニトリル（以下、ＡＮと略す）９８％からなる
アクリロニトリル系重合体からなる単繊維本数が３，０
００本の繊維にジメチルポリシロキサンを必須成分とす
る油剤を２重量％付与したプレカーサを表面温度が２０
０〜３５０℃の範囲に保たれた複数の加熱ロール表面に
１５０ｍ／分の速度で供給し、該加熱ロール表面で加熱
し、耐炎化繊維糸条を作成した。

得られた耐炎化繊維糸条に第２表に示す各種油剤を付与
し、ワイングーでパフケージ形態に巻上げた。その第２
表に巻上げ高さＨとパッケージ形態の関係を示した。

（本頁以下余白） 第　　　２　　　表 上表中、ＥＯはエチレンオキサイド付加数、ＰＯはポリ
プロピレンオキサイド付加数を示し、○は巻上げ良好、
△は巻上げやや不良、×は巻上げ不良（巻上げ継続不能
）を示す。

実施例３〜４、比較例６〜７ ＡＮ９８％のアクリロニトリル系重合体からなる単繊維
本数が３，０００本の繊維に、ジメチルポリシロキサン
を必須成分とする油剤を２重量％付与したプレカーサを
、表面温度が２００〜３５０℃の範囲に保たれた複数の
加熱ロール表面に１５０ｍ／分の速度で供給し、その加
熱ロール表面で加熱し、耐炎化繊維糸条を作成した。

得られた耐炎化繊維糸条に第３表に示す種類および付着
量の油剤を付与し、それぞれ別々にワイングーでパッケ
ージ形態にボビンに巻上げ、高さＨ＝１５ｃｍに巻上げ
た。同第３表に巻上げパッケージのに値および耐炎化繊
維糸条の糸切れ個数を示す。

これらの巻上げパッケージボビンから耐炎化繊維糸条を
引出し、それを温度が１３００℃の窒素雰囲気中で加熱
炭化して炭素繊維を得た。得られた炭素繊維の物性を同
じく第３表に示した。

（本頁以下余白） 第　　　３　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図はパッケージ形態の良否の一尺度を示すに値を説
明するためのパッケージの断面図、第２図はに値と耐炎
化繊維糸条のパッケージにおける巻上げ高さＨとの関係
を示すグラフ図、第３図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ
パッケージ端面のふくらみによる巻上げ不良の一例を示
すパッケージの断面図および側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化繊維糸条をパッケージに巻上げるに先立って、エチ
   レンオキサイド付加量が５〜１５の範囲量であるブタン
   ジオールのエチレンオキサイド付加物および／またはト
   リメチロールプロパン・エチレンオキサイド付加物を必
   須成分とする組成物を０．２〜５重量％付与し、しかる
   後、炭素化ないし黒鉛化することを特徴とする炭素繊維
   の製造法。