JPS63275714A - Production of high-strength carbon fiber - Google Patents

Production of high-strength carbon fiber

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Publication number
JPS63275714A
JPS63275714A JP11015287A JP11015287A JPS63275714A JP S63275714 A JPS63275714 A JP S63275714A JP 11015287 A JP11015287 A JP 11015287A JP 11015287 A JP11015287 A JP 11015287A JP S63275714 A JPS63275714 A JP S63275714A
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JP
Japan
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acrylonitrile
carbon fiber
spinning
organic solvent
coagulated
Prior art date
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Application number
JP11015287A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Nishihara
良浩 西原
Yoshinori Furuya
古谷 ▲禧▼典
Masaaki Toramaru
寅丸 雅章
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the titled carbon fiber having high strand strength by such processes that a spinning stock solution containing a specific acrylonitrile-based polymer is spun, being coagulated followed by drawing and calcination. CONSTITUTION:First, an acrylonitrile-based polymer with a weight-average molecular weight >=500,000 containing >=95wt.% of acrylonitrile is dissolved in an organic solvent such as dimethylformamide to prepare a spinning stock solution with a viscosity of 500-1,500 poises at 45 deg.C. Thence, this solution is subjected to dry-wet spinning process, being delivered, through nozzles, into a coagulating bath to form a coagulated yarn with a swelling index of <=200%. This coagulated yarn is then brought to drawing, being treated with lubricant followed by drying at 100-150 deg.C to effect densification. The resulting acrylic precursor is calcined thus obtaining the objective carbon fiber suitable as a material for sports, leisure or the aerospace industry.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度炭素繊維の製造に関するものであり、特
に50万以上の重量平均分子量を有するアクリ目ニトリ
ル系重合体を紡糸したアクリロニトリル系プレカーサー
を焼成して炭素繊維を製造する方法に関するものである
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to the production of high-strength carbon fibers, and in particular to an acrylonitrile precursor prepared by spinning an acrylonitrile polymer having a weight average molecular weight of 500,000 or more. The present invention relates to a method of producing carbon fiber by firing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

アクリロニトリル系重合体を紡糸して得た繊維をプレカ
ーサーとして焼成した炭素繊維は極めて有用であり、航
空宇宙用素材として、あるいはスポーツ、レジャー用素
材として、あるいは歯車、コネクティングロッド、X線
写真撮影用天板などの工業用素材として広い範囲で需要
の伸びが期待されている。このように炭素繊維の高次利
用が進むにつれて炭素繊維性能に対する性能の要求も厳
しくなってきており、特に信頼性の要求される航空宇宙
用素材として、高強度、高弾性率の炭素繊維の出現が待
たれている。
Carbon fibers produced by firing fibers obtained by spinning acrylonitrile polymers as precursors are extremely useful, and can be used as materials for aerospace, sports, leisure, gears, connecting rods, and X-ray photography. Demand is expected to grow in a wide range of areas as an industrial material such as boards. As the advanced use of carbon fiber progresses, the performance requirements for carbon fiber are also becoming stricter, and carbon fiber with high strength and high modulus of elasticity has emerged as an aerospace material that particularly requires reliability. is awaited.

ところで、炭素繊維の製造工程は、重合、紡糸、焼成と
いった複雑かつ長い工程を多く含んでいるにもかかわら
ず、従来炭素繊維の物性向上の手法としては、焼成条件
の適正化、又は用いるアクリロニトリル系重合体、プレ
カーサー等のクリーン化等がほとんどである。しかしな
がら、今後更に炭素繊維の物性を向上させるためには、
これら従来技術の延長線上で適正化をおこなうのみでは
物性向上にも限度があり、アクリロニトリル系重合体の
分子設計までさかのぼった炭素繊維の物性向上が望まれ
る。
By the way, although the carbon fiber manufacturing process includes many complex and long steps such as polymerization, spinning, and firing, conventional methods for improving the physical properties of carbon fibers include optimizing the firing conditions or using acrylonitrile-based Most of the work involves cleaning polymers, precursors, etc. However, in order to further improve the physical properties of carbon fiber in the future,
There is a limit to the improvement in physical properties if optimization is done simply as an extension of these conventional techniques, and it is desired to improve the physical properties of carbon fiber by going back to the molecular design of the acrylonitrile polymer.

〔発明が解決しようとする問題点〕 そこで本発明者らは、アクリロニトリル系プレカーサー
の繊維構造から根本的に検討を加えた結果、従来用いら
れていたアクリロニトリル系重合体に比較してはるかに
高い5o万という重量平均分子量を有するアクリロニト
リル系重合体を用いることで、高配向でかつ焼成工程通
過性良好なプレカーサーを製造することが可能となり、
該プレカーサーを焼成することで、600 kli/m
”以上のストランド強度を有する炭素繊維とすることが
できることを見出し、本発明を完成した。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the present inventors conducted a fundamental study on the fiber structure of acrylonitrile-based precursors, and found that the 5o By using an acrylonitrile polymer with a weight average molecular weight of 10,000, it is possible to produce a precursor that is highly oriented and has good passability through the firing process.
By firing the precursor, 600 kli/m
``We have discovered that carbon fibers can be made with strand strength exceeding the above, and have completed the present invention.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の要旨とするところは、95 wt%以上のアク
リロニトリルを含有する重量平均分子量50万以上のア
クリロニトリル系重合体を有機溶剤に溶解し、その粘度
が45℃で500〜1500ポイズの紡糸原液を得、乾
湿式紡糸法にてノズルより吐出させ、膨潤度200%以
下の凝固糸を得、得られた凝固糸に延伸を施して得られ
るアクリ、ル系プレカーサーを焼成して炭素繊維を製造
す木ことにある。
The gist of the present invention is to dissolve an acrylonitrile polymer containing 95 wt% or more of acrylonitrile and having a weight average molecular weight of 500,000 or more in an organic solvent, and to prepare a spinning dope having a viscosity of 500 to 1500 poise at 45°C. The coagulated fibers are then discharged from a nozzle using a dry-wet spinning method to obtain coagulated fibers with a degree of swelling of 200% or less, and the resulting coagulated fibers are stretched and the obtained acrylic and aluminum precursors are fired to produce carbon fibers. It's on the tree.

本発明で用いるアクリロニトリル系重合体は重量平均分
子量50万以上、好ましくは7o万以上であることが必
要である。本発明の高強度炭素繊維を製造するためには
、高配向のアクリロニトリル系プレカーサーを焼成する
必要があるが、5o万未満の重量平均分子量を有するア
クリロニトリル系重合体を用いた場合には、高配向でか
つ焼成工程通過性良好なプレカーサーとすることはでき
ない。
The acrylonitrile polymer used in the present invention needs to have a weight average molecular weight of 500,000 or more, preferably 70,000 or more. In order to produce the high-strength carbon fibers of the present invention, it is necessary to sinter a highly oriented acrylonitrile precursor, but when an acrylonitrile polymer having a weight average molecular weight of less than 5 million is used, It is not possible to obtain a precursor that is large and has good passing through the firing process.

一般にアクリロニトリル系プレカーサーのX線配向度を
向上させる方法としては、 ・用いるアクリロニトリル系重合体の分子量を向上させ
る ・延伸倍率を向上させる の二つの方法があり、ただ単にX線配向度を向上させる
のみならば、5o万未満の重量平均分子量を有するアク
リロニトリル系重合体を用い、10倍以上の高延伸倍率
を施してプレカーサーへ賦型することによっても可能で
ある。しかしながら、このような手法を用いて高配向の
プレカーサーを製造することを考えた場合、非常に延伸
倍率を高く設定しているためK、紡糸工程での毛羽、糸
切れが発生し易くなり、プレカーサーの品質の低下をま
ねく。一方、炭素繊維の焼成工程は、大きく分けて耐炎
化、前炭素化、炭素化の三工程に分けられ、炭素繊維の
物性を向上させるためには、耐炎化、前炭素化工程で伸
長操作を施しながら焼成する必要がある。しかしながら
、10倍以上の高延伸を施したプレカーサーは、耐炎化
、前炭素化工程で伸長操作を施すことは不可能であり、
したがって、高性能炭素繊維とすることはできず、極端
な場合には焼成することですら不可能となる。
In general, there are two ways to improve the degree of X-ray orientation of an acrylonitrile precursor: ・Improve the molecular weight of the acrylonitrile polymer used ・Improve the stretching ratio; simply improving the degree of X-ray orientation If so, it is also possible to use an acrylonitrile polymer having a weight average molecular weight of less than 50,000, apply a high stretching ratio of 10 times or more, and shape the precursor into a precursor. However, when considering the production of highly oriented precursors using such a method, the draw ratio is set very high, which tends to cause fuzz and yarn breakage during the spinning process. leading to a decline in quality. On the other hand, the carbon fiber firing process can be broadly divided into three steps: flame resistance, pre-carbonization, and carbonization. It is necessary to bake while applying. However, it is impossible to stretch a precursor that has been highly stretched by 10 times or more during the flameproofing and pre-carbonization processes.
Therefore, high-performance carbon fiber cannot be obtained, and in extreme cases, even firing becomes impossible.

ところが、重量平均分子量50万以上のアクリロニトリ
ル系重合体を用いた場合には、紡糸工程で5〜10倍の
延伸操作を施すのみで、X線配向度92%以上の高配向
アクリロニトリル系プレカーサーとすることが可能であ
る。しかも、重量平均分子量50万以上のアクリロニト
リル系重合体を用いた場合には、最大延伸倍率は15倍
以上にも達するため、アクリロニトリル系プレカーサー
を紡糸する場合に、十分に余裕のある延伸倍率で延伸操
作を施すこととで紡糸工程での安定性が大幅に向上する
。さらに、該アクリロニトリル系プレカーサーは延伸倍
率が低いことから、耐炎化及び前炭素化工程での伸長性
が非常に良好であり、高強度炭素繊維の製造に適したア
クリロニトリル系プレカーサーであるといえる。
However, when an acrylonitrile polymer with a weight average molecular weight of 500,000 or more is used, a highly oriented acrylonitrile precursor with an X-ray orientation degree of 92% or more can be obtained by simply performing a 5 to 10 times stretching operation in the spinning process. Is possible. Moreover, when an acrylonitrile polymer with a weight average molecular weight of 500,000 or more is used, the maximum draw ratio reaches 15 times or more, so when spinning an acrylonitrile precursor, it is necessary to stretch at a draw ratio with sufficient margin. By performing this operation, the stability during the spinning process is greatly improved. Furthermore, since the acrylonitrile precursor has a low draw ratio, it has very good flame resistance and extensibility in the pre-carbonization process, and can be said to be an acrylonitrile precursor suitable for producing high-strength carbon fibers.

本発明に用いられるアクリロニトリル系重合体は、通常
の懸濁重合法、乳化重合法及び溶液重合法によって製造
することができるが、たとえば特開昭61−11131
0号公報記載の方法、すなわちアクリロニトリル10〜
7Qwt%、有機溶剤15〜60wt%、水15〜5Q
wt%の混合物をラジカル開始剤で重合した後、水及び
/又は有機溶剤を該単量体1重量部に対し1〜lO重量
部添加して重合する方法が、枝分れの少ない高分子量重
合体が安定に得られるという点で好ましい。なお、ここ
で用いる有機溶剤としては、ジメチルホルムアミド(D
MF)、ジメチルアセトアミド(DMAe)、r−ブチ
ロラクトン、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙
げられる。また、炭素繊維の性能は、その耐炎化工程に
大きく依存することは事実であるが、この耐炎化工程を
円滑におこなうためには、アクリロニトリル系重合体に
重合性不飽和カルボン酸を0.1〜5 wt%共重合せ
しめることが好ましい。その共重合割合が0,1wt%
未満では耐炎化反応が進みにくいため、より高温で耐炎
化処理を施すことが必要であり、その結果、耐炎化工程
にて単繊維融着が起こり易く、高強度炭素繊維を製造す
ることはできない。一方、その共重合割合が5 wt%
を越えると耐炎化時にタール状物が発生し易くなり、更
に炭素繊維の炭素化収率の点からも好ましくない。
The acrylonitrile polymer used in the present invention can be produced by a conventional suspension polymerization method, emulsion polymerization method, or solution polymerization method.
The method described in Publication No. 0, that is, acrylonitrile 10-
7Qwt%, organic solvent 15-60wt%, water 15-5Q
A method of polymerizing a mixture of wt% with a radical initiator and then adding 1 to 10 parts by weight of water and/or an organic solvent to 1 part by weight of the monomer is a method that produces high molecular weight polymers with less branching. This is preferable in that stable coalescence can be obtained. The organic solvent used here is dimethylformamide (D
MF), dimethylacetamide (DMAe), r-butyrolactone, dimethyl sulfoxide (DMSO), and the like. Furthermore, it is true that the performance of carbon fibers greatly depends on the flame-retardant process, but in order to smoothly perform this flame-retardant process, it is necessary to add 0.1% of a polymerizable unsaturated carboxylic acid to the acrylonitrile polymer. It is preferable to copolymerize up to 5 wt%. The copolymerization ratio is 0.1wt%
If the temperature is lower than that, the flame-retardant reaction will not proceed easily, so it is necessary to perform the flame-retardant treatment at a higher temperature.As a result, single fiber fusion tends to occur in the flame-retardant process, making it impossible to produce high-strength carbon fibers. . On the other hand, the copolymerization ratio is 5 wt%
If it exceeds this amount, tar-like substances are likely to be generated during flameproofing, and it is also unfavorable from the viewpoint of carbonization yield of carbon fibers.

このような不飽和カルボン酸の代表例としては、アクリ
ル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸等が挙げ
られる。また、その他の共重合せしめ得る不飽和単量体
としては、たとえばメチルアクリレート、エチルアクリ
レート又はメタクリレ−)、n+、イソ−もしくはt−
ブチルアクリレート又はメタクリレート、2−エチルへ
キシルアクリレート又はメタクリレート、アクリル酸、
メタクリル酸、イタコン酸、α−クロロアクリロニトリ
ル、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシア
ルキルアクリレート又はメタクリレート、アクリルアミ
ド、ジアセトンアクリルアミド、メタクリルアミド、塩
化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、酢酸ビニル等
の不飽和単量体が挙げられる。これらの重合性不飽和単
量体は、前述の重合性不飽和カルボン酸と併用してアク
リロニトリルと共重合させることができる。
Representative examples of such unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, and itaconic acid. Other copolymerizable unsaturated monomers include, for example, methyl acrylate, ethyl acrylate, or methacrylate), n+, iso-, or t-
Butyl acrylate or methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate or methacrylate, acrylic acid,
Unsaturated monomers such as methacrylic acid, itaconic acid, α-chloroacrylonitrile, 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxyalkyl acrylate or methacrylate, acrylamide, diacetone acrylamide, methacrylamide, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide, vinyl acetate, etc. One example is the body. These polymerizable unsaturated monomers can be used in combination with the above-mentioned polymerizable unsaturated carboxylic acid to copolymerize with acrylonitrile.

次に本発明の高強度炭素繊維を製造するためには、前記
の高分子量のアクリロニトリルを、D M F 、 D
 M A c 、  r−ブチロラクトン、DMSO等
の有機溶剤に溶解し、紡糸原液を調製する。高強力繊維
を得るためには、繊維を構成する分子鎖全体を繊維軸方
向に伸びた、いわゆる伸び切り鎖の状態に近づけること
が必要であり、紡糸、延伸段階で、ポリマー分子鎖を引
きそろえ易(するために分子鎖が十分にほぐれた重合体
溶液(紡糸原液)を調製することが重要である。また乾
湿式紡糸法によって紡糸をおこなう場合、その操作性を
考えると、紡糸原液の粘度を45℃で、500〜150
0ポイズの範囲に設定する必要がある。1500ポイズ
を越える粘度を持つ紡糸原液を用い℃紡糸をおこなう場
合には、紡糸ノズル、原液ろ逸機をはじめとして紡糸装
置に非常に高い圧力が加わることになり、紡糸機の耐久
性が低下する。一方、紡糸原液を高温にすることで粘度
を低下させることも可能であるが、この場合、溶媒や原
液の安定性が低下するといった問題点が生じてくる。一
方500ポイズ未酒の紡糸原液を用いた場合は曳糸性が
低下し、乾湿式紡糸法によって安定に紡糸することはで
きない。
Next, in order to produce the high-strength carbon fiber of the present invention, the high molecular weight acrylonitrile is converted into D MF , D
A spinning stock solution is prepared by dissolving MAc, r-butyrolactone, and an organic solvent such as DMSO. In order to obtain high-strength fibers, it is necessary to bring the entire molecular chains that make up the fibers close to the so-called unstretched chain state, which extends in the fiber axis direction.In the spinning and drawing stages, the polymer molecular chains are aligned. It is important to prepare a polymer solution (spinning stock solution) in which the molecular chains are sufficiently loosened in order to make the spinning solution easy to use. at 45℃, 500-150
It is necessary to set it within the range of 0 poise. When performing °C spinning using a spinning dope with a viscosity exceeding 1500 poise, extremely high pressure is applied to the spinning equipment, including the spinning nozzle and dope filtration machine, reducing the durability of the spinning machine. On the other hand, it is also possible to reduce the viscosity by heating the spinning dope to a high temperature, but in this case, problems arise such as the stability of the solvent and the dope being reduced. On the other hand, when a 500 poise unsalted spinning dope is used, the spinnability deteriorates and stable spinning cannot be achieved by the dry-wet spinning method.

次に、該紡糸原液を乾湿式紡糸法によりノズルより吐出
させ、凝固浴により凝固させ、凝固糸を得る。この場合
の凝固浴条件は、得られる凝固糸の膨潤度が200%以
下になるように設定する必要があり、具体的には凝固糸
が真円状でかつ繊維側面が平滑な範囲で、凝固浴中の有
機溶剤の濃度を高くし、凝固浴温度を低く設定すること
が好ましい。重量平均分子量50万以上のアクリロニト
リル系重合体を用いた場合は原液濃度を低くする必要が
あり、その濃度は15wt%以下であるが、このような
低濃度紡糸原液を用いても凝固浴条件を溶剤濃度g 3
 wt%以上温度−20℃以下に設定することで膨潤度
200%以下の透明で緻密な構造を有する凝固糸を得る
ことが可能であり、このような凝固糸には、マクロボイ
ドは熱論のこと、炭素繊維の強度低下の主要な原因とな
るミクロボイドも全くない。
Next, the spinning stock solution is discharged from a nozzle by a dry-wet spinning method and coagulated in a coagulation bath to obtain a coagulated thread. In this case, the coagulation bath conditions must be set so that the degree of swelling of the resulting coagulated thread is 200% or less. It is preferable to increase the concentration of the organic solvent in the bath and to set the coagulation bath temperature to be low. When using an acrylonitrile polymer with a weight average molecular weight of 500,000 or more, it is necessary to lower the concentration of the stock solution, which is 15 wt% or less, but even if such a low concentration spinning stock solution is used, the coagulation bath conditions cannot be adjusted. Solvent concentration g 3
By setting the temperature above wt% and below -20℃, it is possible to obtain coagulated threads with a swelling degree of 200% or less and a transparent and dense structure, and macrovoids are a matter of thermal theory in such coagulated threads. There are also no microvoids, which are the main cause of strength reduction in carbon fibers.

ところが、有機溶剤濃度が低く、温度が高い凝固浴で紡
糸原液を凝固した場合には、不透明でミクロボイドな含
んだ凝固糸しか得ることができず、該凝固糸を延伸して
プレカーサーとし、さらに炭素繊維に焼成しても高強度
炭素繊維とすることはできない。
However, when the spinning dope is coagulated in a coagulation bath with a low organic solvent concentration and high temperature, only a coagulated thread that is opaque and contains microvoids can be obtained. Even if it is fired into fibers, it cannot be made into high-strength carbon fibers.

次に、このようにして得られた凝固糸は、後工程になる
程、高温になるように温度勾配をつけた温水で凝固糸に
含まれる有機溶剤を洗浄しながら延伸をおこない、続い
て100℃以上の温度で延伸をおこなう必要がある。こ
のような100℃以上の温度での延伸は、その延伸性の
点からスチーム延伸や高沸点溶媒を熱媒として用いる湿
熱雰囲気での延伸法が好ましい。なお高沸点溶媒として
は水溶性の多価アルコール、たとえばエチレングリコー
ル、ジエチレングリコール、トリエチレンクリコール、
クリセリン等が挙げられる。こうして得られた延伸糸は
必要により℃は再度洗浄をおこない、油剤処理し100
〜150℃の温度で乾燥、緻密化をおこなう。
Next, the coagulated thread obtained in this way is drawn while washing the organic solvent contained in the coagulated thread with warm water that has a temperature gradient so that the temperature becomes higher in the later steps, and then It is necessary to carry out the stretching at a temperature of ℃ or higher. For such stretching at a temperature of 100° C. or higher, steam stretching or a stretching method in a moist heat atmosphere using a high boiling point solvent as a heating medium is preferable from the viewpoint of stretchability. Note that water-soluble polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol,
Examples include chrycerin. If necessary, the drawn yarn thus obtained is washed again at 100°C and treated with oil.
Drying and densification are carried out at a temperature of ~150°C.

続いて、このようにして得られたアクリロニトリル系プ
レカーサーを空気などの酸化性雰囲気下で、200〜3
50℃の温度で延伸を施しながら熱処理して耐炎化繊維
となし、続いて300〜800℃の温度にて前炭素化処
理し、更に1000℃以上の温度で炭素化処理すること
で、本発明の高強度炭素繊維とすることができる。
Subsequently, the acrylonitrile precursor thus obtained was heated to 200 to 300% in an oxidizing atmosphere such as air.
The present invention is made by heat-treating while stretching at a temperature of 50°C to obtain a flame-resistant fiber, followed by pre-carbonization treatment at a temperature of 300 to 800°C, and further carbonization treatment at a temperature of 1000°C or higher. It can be made of high strength carbon fiber.

このようにして得られる本発明の炭素繊維はストランド
強度が6001Qil/m’以上の物性を有しており、
スポーツ、レジャー用素材のみだけでなく、非常に信頼
性の要求される航空宇宙用素材として使用することも可
能である。
The carbon fiber of the present invention thus obtained has physical properties of a strand strength of 6001 Qil/m' or more,
It can be used not only as a material for sports and leisure, but also as a material for aerospace, which requires extremely high reliability.

〔実施例〕〔Example〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。 The present invention will be specifically explained below using Examples.

(13重量平均分子量(Mw )はジメチルホルムアミ
ドにより25℃で重合体の極限粘度〔η〕を測定し、次
式によって算出した。
(13 Weight average molecular weight (Mw) was calculated by measuring the intrinsic viscosity [η] of the polymer at 25° C. using dimethylformamide and using the following formula.

〔η] ” 3,35 X 10  (Mり0°7!(
21単繊維繊度は東洋ボールドウィン社製デニールコン
ピューターテ測定シタ。
[η] ” 3,35 x 10 (Mri 0°7! (
21 Single fiber fineness is measured using a denier computer made by Toyo Baldwin.

(3)配向度πはアクリロニトリル系繊維の赤道方向の
散乱角2θ=17°付近の反射につき方位角方向の回折
プロフィルを得、これにベースツインを引き、ピークの
半価幅H7度より次式で求めた。
(3) The degree of orientation π is determined by the following formula from the azimuthal diffraction profile obtained from the reflection of the acrylonitrile fiber near the scattering angle 2θ = 17° in the equatorial direction, subtracting the base twin from this, and the half-width of the peak H7 degrees. I asked for it.

(4)炭素繊維の物性はJIS −R7601に従って
測定した。
(4) Physical properties of carbon fiber were measured according to JIS-R7601.

(5)  凝固糸の膨潤度は、まず凝固糸を遠心脱水し
て付着している液分を取り除き、重量を測定し、湿潤糸
の重責(りとした。次にこの糸から製水中で脱溶剤をお
こない、乾燥機で乾燥した後、重量を測定し、絶乾重量
(W′)とした。WとW′より次式によりて計算した。
(5) To determine the degree of swelling of the coagulated threads, first centrifugally dehydrate the coagulated threads to remove the adhering liquid, measure the weight, and determine the weight of the wet threads. After washing with a solvent and drying in a dryer, the weight was measured and determined as an absolutely dry weight (W').It was calculated from W and W' using the following formula.

実施例1 懸濁重合法で重合した重量平均分子量56万、71万で
かつメタクリル酸を2wt%含有したアクリロニトリル
系重合体をDMFに溶解し紡糸原液を得た。この紡糸原
液を50℃に保持したスピンタンクから孔径200μ、
孔数500のノズルを用い、DMFと水からの凝固浴へ
乾湿式紡糸法を用いて紡出した。なおノズル面と凝固浴
の距離は5 mtxとした。こうして得られた凝固糸を
、70℃の温水中で2倍、製水中で2倍、さらに180
℃のグリセリン中で2倍延伸をおこなった後、油剤処理
し140℃で乾燥した。
Example 1 Acrylonitrile polymers polymerized by suspension polymerization and having weight average molecular weights of 560,000 and 710,000 and containing 2 wt % of methacrylic acid were dissolved in DMF to obtain a spinning stock solution. This spinning solution was transferred from a spin tank kept at 50°C with a pore size of 200 μm.
Using a nozzle with 500 holes, it was spun into a coagulation bath of DMF and water using a wet-dry spinning method. Note that the distance between the nozzle surface and the coagulation bath was 5 mtx. The coagulated thread thus obtained was heated twice in warm water at 70°C, twice in purified water, and further heated to 180°C.
After stretching the film twice in glycerin at 140°C, it was treated with an oil agent and dried at 140°C.

得られたプレカーサーを空気中220〜250℃の昇温
雰囲気下で5%の伸長を施しながら60分連続的に処理
することにより耐炎化糸を得、引続いてかかる耐炎化糸
を窒素中300〜600°Cの昇温雰囲気下2分間処理
し、更に1600℃で2分間処理することによって炭素
繊維を得た。得られた炭素繊維のストランド強度、弾性
率を第1表に示した。
The obtained precursor was continuously treated in air at 220 to 250°C for 60 minutes while being elongated by 5% to obtain a flame-resistant yarn. Carbon fibers were obtained by processing for 2 minutes in a heated atmosphere at ~600°C and further processing at 1600°C for 2 minutes. Table 1 shows the strand strength and elastic modulus of the obtained carbon fibers.

1゛へ二1 to 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、95wt%以上のアクリロニトリルを含有する重量
平均分子量50万以上のアクリロニトリル系重合体を有
機溶剤に溶解し、その粘度が45℃で500〜1500
ポイズの紡糸原液を得、乾湿式紡糸法にてノズルより吐
出させ、膨潤度200%以下の凝固糸を得、得られた凝
固糸に延伸を施して得られるアクリル系プレカーサーを
焼成することを特徴とする高強度炭素繊維の製法。 2、水/有機溶剤の混合溶媒を重合媒体として用い、ア
ゾ系開始剤を用いて懸濁重合をおこなって製造したアク
リロニトリル系重合体を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の製法。 3、重合性不飽和カルボン酸を0.1〜5wt%含有し
たアクリロニトリル系重合体を用いることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の製法。 4、有機溶剤濃度が83wt%以上、温度が−20℃以
下の凝固浴を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の製法。 5、有機溶剤濃度が85wt%以上、温度が−30℃以
下の凝固浴を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の製法。
[Claims] 1. An acrylonitrile polymer containing 95 wt% or more of acrylonitrile and having a weight average molecular weight of 500,000 or more is dissolved in an organic solvent, and the viscosity thereof is 500 to 1,500 at 45°C.
It is characterized by obtaining a spinning stock solution of Poise, discharging it from a nozzle using a dry-wet spinning method to obtain a coagulated thread with a degree of swelling of 200% or less, and firing the acrylic precursor obtained by stretching the obtained coagulated thread. A manufacturing method for high-strength carbon fiber. 2. The method according to claim 1, characterized in that an acrylonitrile polymer produced by carrying out suspension polymerization using a mixed solvent of water/organic solvent as a polymerization medium and an azo initiator is used. Manufacturing method. 3. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that an acrylonitrile polymer containing 0.1 to 5 wt% of a polymerizable unsaturated carboxylic acid is used. 4. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that a coagulation bath having an organic solvent concentration of 83 wt% or more and a temperature of -20°C or less is used. 5. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that a coagulation bath having an organic solvent concentration of 85 wt % or more and a temperature of -30° C. or less is used.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3856959A4 (en) * 2018-09-26 2023-04-19 Cytec Industries Inc. Controlling the degree of swelling of polymer fibers during coagulation

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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