JPS6335821A - 炭素繊維製造用アクリル系繊維 - Google Patents
炭素繊維製造用アクリル系繊維Info
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Landscapes
- Artificial Filaments (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
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】
(産業上の利用分野)
本発明は炭素繊維製造用アクリル系繊維に関する。ざら
に詳しくは、高強度および高弾性を有する炭素繊維の製
造に好適な繊維表層部の緻密性が高い、アクリル系繊維
に関する。
に詳しくは、高強度および高弾性を有する炭素繊維の製
造に好適な繊維表層部の緻密性が高い、アクリル系繊維
に関する。
(従来技術およびその問題点)
アクリル系繊維は炭素繊維製造用の前駆体繊維(プリカ
ーサ)として広く利用されている。すなわち、該繊維を
200〜400℃の酸化性雰囲気中で加熱処理すること
によって、酸化繊維に転換し。
ーサ)として広く利用されている。すなわち、該繊維を
200〜400℃の酸化性雰囲気中で加熱処理すること
によって、酸化繊維に転換し。
これに引続いて少なくとも1000℃の不活性雰囲気中
で炭化する方法がアクリル系炭素繊維の製造方法として
、工業的に広く採用されている。このようにして得られ
た炭素繊維は、優れた物性によって、特に複合材料に好
適な強化繊維として幅広く利用されている。近年、複合
材料の性能をより一4向上させて2例えば航空機の一次
構造部材に適用する試みがなされており、この複合材料
に用いる炭素繊維の高強度化に対する要求が強くなって
いる。
で炭化する方法がアクリル系炭素繊維の製造方法として
、工業的に広く採用されている。このようにして得られ
た炭素繊維は、優れた物性によって、特に複合材料に好
適な強化繊維として幅広く利用されている。近年、複合
材料の性能をより一4向上させて2例えば航空機の一次
構造部材に適用する試みがなされており、この複合材料
に用いる炭素繊維の高強度化に対する要求が強くなって
いる。
このような要求に対して、焼成技術や後処理技術に関す
る改良が多数提案されているが、前駆体繊維としてのア
クリル系繊維の改良に関する技術についても、これまで
に多数提案されている。これまでの改良技術は、大別し
て■共重合の組成や重合度等2重合体、の組成からの改
善、■繊維表面の粗さや2表面に存在するクラック、あ
るいは傷やボイド等、m維の表面や表層に存在する欠陥
を減少させる方法、■繊維の延伸条件や、予備処理等に
より、繊維の配向度を適切に設定する方法。
る改良が多数提案されているが、前駆体繊維としてのア
クリル系繊維の改良に関する技術についても、これまで
に多数提案されている。これまでの改良技術は、大別し
て■共重合の組成や重合度等2重合体、の組成からの改
善、■繊維表面の粗さや2表面に存在するクラック、あ
るいは傷やボイド等、m維の表面や表層に存在する欠陥
を減少させる方法、■繊維の延伸条件や、予備処理等に
より、繊維の配向度を適切に設定する方法。
■焼成段階での単糸同志の融着を回避するための油剤成
分の改良9等々である。しかしこれらの技術のみでは、
現在要望されている高強度(例えばストランド強度≧5
00 kg/mm”)の炭素繊維を安定して製造するこ
とは困難であった。
分の改良9等々である。しかしこれらの技術のみでは、
現在要望されている高強度(例えばストランド強度≧5
00 kg/mm”)の炭素繊維を安定して製造するこ
とは困難であった。
このような現状に鑑み、炭素繊維の高強度化を阻害して
いる要因について検討した結果、炭素繊維の表面に存在
する。欠は傷、切傷、押傷、付着物等々の欠陥によって
大部分が占められていることを第一に見出した。これら
の欠陥は製糸工程で用いる糸道ガイドによって傷つけら
れると推定される傷や、高温延伸あるいは高張力延伸の
際の。
いる要因について検討した結果、炭素繊維の表面に存在
する。欠は傷、切傷、押傷、付着物等々の欠陥によって
大部分が占められていることを第一に見出した。これら
の欠陥は製糸工程で用いる糸道ガイドによって傷つけら
れると推定される傷や、高温延伸あるいは高張力延伸の
際の。
糸と糸との接触、さらには焼成段階でのガイド類との擦
過による傷が大部分である。これらの欠陥は製糸工程で
の糸道の改善や、油剤成分の改良により、かなり少なく
することができるが、それだけでは得られる炭素繊維の
強度はまだ満足できるレベルには至らない。そこで炭素
繊維の破断部分を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて
、より詳細に観察した結果、上記のような欠陥が表面に
見出されない部分からも多くの破断が発生していること
を第二に見出した。このことはプリカーサとしてのアク
リル系繊維の内部に、炭素繊維に変換された後に、破断
の原因となる微少な欠陥、あるいは応力のかかった状態
で顕在化する潜在的な微少欠陥が存在していることを示
唆するものであった。この第二の事実は、アクリル系繊
維に内在する欠陥を減少せしめることが高強度化に必須
の条件であることを2強く認識させるものであった。
過による傷が大部分である。これらの欠陥は製糸工程で
の糸道の改善や、油剤成分の改良により、かなり少なく
することができるが、それだけでは得られる炭素繊維の
強度はまだ満足できるレベルには至らない。そこで炭素
繊維の破断部分を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて
、より詳細に観察した結果、上記のような欠陥が表面に
見出されない部分からも多くの破断が発生していること
を第二に見出した。このことはプリカーサとしてのアク
リル系繊維の内部に、炭素繊維に変換された後に、破断
の原因となる微少な欠陥、あるいは応力のかかった状態
で顕在化する潜在的な微少欠陥が存在していることを示
唆するものであった。この第二の事実は、アクリル系繊
維に内在する欠陥を減少せしめることが高強度化に必須
の条件であることを2強く認識させるものであった。
このような繊維の内部に存在する微小な欠陥の発生を抑
止する。あるいは減少せしめる手段として、アクリル系
繊維の緻密性を高くすることが提案され、高緻密化の方
法がこれまでに開示されている。以下にこれまでの開示
技術とその問題点を述べる。
止する。あるいは減少せしめる手段として、アクリル系
繊維の緻密性を高くすることが提案され、高緻密化の方
法がこれまでに開示されている。以下にこれまでの開示
技術とその問題点を述べる。
例えば、特公昭54−39494号公報では非水系の有
機溶媒を凝固浴とした湿式紡糸法により、緻密性の高い
アクリル系繊維を製造する方法が開示されている。しか
し本開示技術では凝固浴に非水系の有機溶媒を用いると
いう特殊性の他に、湿式紡糸法を適用しているために9
表層の緻密性が高い凝固糸が得られないという2本質的
な欠陥を有するものであった。
機溶媒を凝固浴とした湿式紡糸法により、緻密性の高い
アクリル系繊維を製造する方法が開示されている。しか
し本開示技術では凝固浴に非水系の有機溶媒を用いると
いう特殊性の他に、湿式紡糸法を適用しているために9
表層の緻密性が高い凝固糸が得られないという2本質的
な欠陥を有するものであった。
特開昭58−214518号公報では、プリカーサとし
てのアクリル系繊維の緻密性を表わす尺度として。
てのアクリル系繊維の緻密性を表わす尺度として。
ヨウ素の吸着量と、ヨウ素の吸着するスキン層の厚さを
規定している。しかし2本技術は主として湿式紡糸法に
より得られる繊維について検討したものであり、また表
層の緻密性が著しく疎い領域の範囲を規定したものであ
り、この緻密性では本発明者らが求めている高強度な炭
素繊維を得ることは非常に難しいものであった。
規定している。しかし2本技術は主として湿式紡糸法に
より得られる繊維について検討したものであり、また表
層の緻密性が著しく疎い領域の範囲を規定したものであ
り、この緻密性では本発明者らが求めている高強度な炭
素繊維を得ることは非常に難しいものであった。
特開昭59−88925号公報および特開昭59−82
420号公報には、紡糸原液として特定量の水を含む有
機溶媒を適用する技術、および紡糸原液に適用する有機
溶媒を限定し、同時に低温の凝固条件を適用する技術が
開示されている。この技術はいずれも凝固糸に緻密なフ
ィブリルを発達させることを目的として、凝固糸の膨潤
度を130%以下に規定しているものである。しかしな
がら、この技術においても最終的に得られるプリカーサ
の緻密性の程度については開示されていないと同時に、
凝固以降の製糸条件の最適範囲についても開示されてお
らず、この凝固糸の膨潤度だけの規定では優れた特性を
有する炭素繊維帯ることはできなかったのである。
420号公報には、紡糸原液として特定量の水を含む有
機溶媒を適用する技術、および紡糸原液に適用する有機
溶媒を限定し、同時に低温の凝固条件を適用する技術が
開示されている。この技術はいずれも凝固糸に緻密なフ
ィブリルを発達させることを目的として、凝固糸の膨潤
度を130%以下に規定しているものである。しかしな
がら、この技術においても最終的に得られるプリカーサ
の緻密性の程度については開示されていないと同時に、
凝固以降の製糸条件の最適範囲についても開示されてお
らず、この凝固糸の膨潤度だけの規定では優れた特性を
有する炭素繊維帯ることはできなかったのである。
特開昭61−41326号公報では、凝固糸の比表面積
と、ポリマの共重合比率との関係、およびミクロボイド
の数との関係を規定し、またその製造方法として、原液
の高濃度化ならびに低温凝固法を開示している。しかし
ながら2本開示技術では、凝固系の緻密性の尺度は開示
されているものの、焼成工程に供給するプリカーサとし
ての緻密性については、具体的にはなんら開示されてお
らず、また本開示技術の凝固糸の物性の関係式は、共重
合比率の高い組成のポリマにはよく合致するものの。
と、ポリマの共重合比率との関係、およびミクロボイド
の数との関係を規定し、またその製造方法として、原液
の高濃度化ならびに低温凝固法を開示している。しかし
ながら2本開示技術では、凝固系の緻密性の尺度は開示
されているものの、焼成工程に供給するプリカーサとし
ての緻密性については、具体的にはなんら開示されてお
らず、また本開示技術の凝固糸の物性の関係式は、共重
合比率の高い組成のポリマにはよく合致するものの。
共重合比率の低い(特に1wt%以下)条件ではよく合
致しないものであった。また凝固条件についての技術的
開示は有るものの、後続する延伸条件は開示されておら
ず、この凝固条件のみでは優れた強度を有する炭素繊維
を得ることはできなかった。
致しないものであった。また凝固条件についての技術的
開示は有るものの、後続する延伸条件は開示されておら
ず、この凝固条件のみでは優れた強度を有する炭素繊維
を得ることはできなかった。
このように、従来開示されている技術はいずれも炭素繊
維の高強度化に対して、十分なものではなかフた。本発
明者らは、このような現状に鑑がみ、製糸工程全般と得
られるアクリル系繊維の微細構造との関連を検討し、ざ
らに焼成して得られる炭素繊維の強度との関連を鋭意検
討して、プリカーサとしてのアクリル系繊維の最も重要
な特性を見出した結果2本発明に到達したものである。
維の高強度化に対して、十分なものではなかフた。本発
明者らは、このような現状に鑑がみ、製糸工程全般と得
られるアクリル系繊維の微細構造との関連を検討し、ざ
らに焼成して得られる炭素繊維の強度との関連を鋭意検
討して、プリカーサとしてのアクリル系繊維の最も重要
な特性を見出した結果2本発明に到達したものである。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明の目的は、炭素繊維の破断の原因となる欠陥の少
ない、緻密性の高い炭素繊維製造用アクリル系繊維を提
供することにある。さらに詳しくは、繊維全体として緻
密性が高いこととともに。
ない、緻密性の高い炭素繊維製造用アクリル系繊維を提
供することにある。さらに詳しくは、繊維全体として緻
密性が高いこととともに。
表層部の緻密性が極めて高い炭素繊維製造用アクリル系
m!Iを提供することにある。
m!Iを提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明の目的は、少なくとも92重量%のアクリロニト
リルを含有するアクリロニトリル系重合体からなり、ヨ
ウ素吸着法により測定される明度差(ΔL)が20以下
である炭素繊維製造用アクリル系繊維によって達成する
ことができる。
リルを含有するアクリロニトリル系重合体からなり、ヨ
ウ素吸着法により測定される明度差(ΔL)が20以下
である炭素繊維製造用アクリル系繊維によって達成する
ことができる。
ここでヨウ素吸着法による明度差(ΔL)は以下の測定
方法により求めることができる。すなわち、j&維長が
5〜7cmの乾燥試料を約0−5gM秤し。
方法により求めることができる。すなわち、j&維長が
5〜7cmの乾燥試料を約0−5gM秤し。
200m lの共栓付三角フラスコに採り、これにヨウ
素溶液(I 25o、r6g、 2.4−ジクロロフェ
ノール10g、酢酸90 gおよびヨウ化カリウム10
0 gを秤量し、ILメスフラスコに移して、水で溶か
して定容とする) foo mlを加えて、60±0.
5℃で50分分間上うしながら吸着処理を行う。ヨウ素
を吸着した試料を流水中で30分間水洗した後、遠心脱
水(2000rpmX 1分)を行ない、すばやく風乾
する。
素溶液(I 25o、r6g、 2.4−ジクロロフェ
ノール10g、酢酸90 gおよびヨウ化カリウム10
0 gを秤量し、ILメスフラスコに移して、水で溶か
して定容とする) foo mlを加えて、60±0.
5℃で50分分間上うしながら吸着処理を行う。ヨウ素
を吸着した試料を流水中で30分間水洗した後、遠心脱
水(2000rpmX 1分)を行ない、すばやく風乾
する。
この試料を開繊した後、ハンター型色差計で明度(L値
)を測定する(Ll)。一方ヨウ素の吸着処理を行わな
い対応の試料を開繊し、同様にハンター型色差計で明度
を測定する(Lo)。LI LOより明度差ΔLを求
める。なお本発明者らは、カラーマシン(株)製、カラ
ーマシン0M−25型のハンター型色差計を用いて測定
した。
)を測定する(Ll)。一方ヨウ素の吸着処理を行わな
い対応の試料を開繊し、同様にハンター型色差計で明度
を測定する(Lo)。LI LOより明度差ΔLを求
める。なお本発明者らは、カラーマシン(株)製、カラ
ーマシン0M−25型のハンター型色差計を用いて測定
した。
ΔLが20以下である本発明のヨウ素の吸着量は2重量
比で表わすと0.9 重量%以下と極めて少ないもので
あり、また繊維表面の吸着層の厚さも。
比で表わすと0.9 重量%以下と極めて少ないもので
あり、また繊維表面の吸着層の厚さも。
繊維直径の1/20以fと極めて薄いものである。
ヨウ素溶液中での繊維の膨潤を抑制しつつ、ヨウ素の吸
着速度を可及的速やかにおこなうという観点から、吸着
処理の温度を60°Cに設定しているのである。70℃
以上では膨潤が生じ、繊維全体にヨウ素が吸着され、緻
密性の正しい評価が行なわれないと同時に、最も重要な
繊維表層部の緻密性を評価していることにならないので
ある。ヨウ素は繊維中で緻密性の低い領域に吸着されや
すい。
着速度を可及的速やかにおこなうという観点から、吸着
処理の温度を60°Cに設定しているのである。70℃
以上では膨潤が生じ、繊維全体にヨウ素が吸着され、緻
密性の正しい評価が行なわれないと同時に、最も重要な
繊維表層部の緻密性を評価していることにならないので
ある。ヨウ素は繊維中で緻密性の低い領域に吸着されや
すい。
という事実と上記の吸着温度に関する事実とを合せて考
えれば、ΔLが20以下である繊維は2表層の緻密性が
極めて高いものであるということができるのである。
えれば、ΔLが20以下である繊維は2表層の緻密性が
極めて高いものであるということができるのである。
本発明の炭素繊維製造用アクリル系繊維においては、Δ
Lが20以下、好ましくは15以下である。ΔLが20
を越えるアクリル系繊維では2表層部の緻密性が低いた
めに、炭素繊維に焼成されたのちに、破断の要因となる
欠陥が繊維の表層部に存在するようになり、高い強度の
炭素繊維を得ることができないのである。
Lが20以下、好ましくは15以下である。ΔLが20
を越えるアクリル系繊維では2表層部の緻密性が低いた
めに、炭素繊維に焼成されたのちに、破断の要因となる
欠陥が繊維の表層部に存在するようになり、高い強度の
炭素繊維を得ることができないのである。
以下2本発明の炭素繊維製造用アクリル系繊維の製造方
法について述べる。
法について述べる。
本発明で好ましく用いるアクリル系繊維はアクリロニト
リル(以下ANと称する)を主成分として含有し、92
重量%以上、好ましくは、97重量%以上のANと、好
ましくは8重量%以下、特に好ましくは、3重量%以下
の該ANと共重合性があって、耐炎化反応を促進するビ
ニル基含有化合物(以下ビニル系モノマという)とAN
との共重合体が用いられる。
リル(以下ANと称する)を主成分として含有し、92
重量%以上、好ましくは、97重量%以上のANと、好
ましくは8重量%以下、特に好ましくは、3重量%以下
の該ANと共重合性があって、耐炎化反応を促進するビ
ニル基含有化合物(以下ビニル系モノマという)とAN
との共重合体が用いられる。
耐炎化を促進する作用を有するビニル系モノマとしては
2例えばアクリル酸、メタアクリル酸。
2例えばアクリル酸、メタアクリル酸。
イタコン酸、およびそれらのアルカリ金属塩、アンモニ
ウム塩、α(1−ヒドロキシルエチル)アクリロニトリ
ル、アクリル酸ヒドロキシルエステル等を挙げることが
できる。またこれらの耐炎化促進能を有するビニル系モ
ノマ以外にAN系重合体の紡糸性または、製糸性等を向
上させるために。
ウム塩、α(1−ヒドロキシルエチル)アクリロニトリ
ル、アクリル酸ヒドロキシルエステル等を挙げることが
できる。またこれらの耐炎化促進能を有するビニル系モ
ノマ以外にAN系重合体の紡糸性または、製糸性等を向
上させるために。
前記アクリル酸やメタクリル酸の低級アルキルエステル
類、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレン
スルホン酸およびそれらのアルカリ金属塩、酢酸ビニル
や塩化ビニル等の第3成分を共重合成分の総量が8重量
%以下、好ましくは3重量%以下となる範囲で共1合さ
せてもよい。
類、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレン
スルホン酸およびそれらのアルカリ金属塩、酢酸ビニル
や塩化ビニル等の第3成分を共重合成分の総量が8重量
%以下、好ましくは3重量%以下となる範囲で共1合さ
せてもよい。
AN系の共重合体は公知の乳化懸濁、塊状、溶液等の公
知の重合法を用いて重合することができる。さらにこれ
らの重合体からアクリル系繊維を製造するに際してはジ
メチルホルムアミドやジメチルスルホオキサイド、硝酸
、ロダンソーダ水溶液、および塩化亜鉛水溶液等のポリ
マ溶液を紡糸原液として、凝固浴液面上に設けた紡糸口
金を通して、一旦不活性雰囲気中に紡出した後、凝固浴
中に該紡出糸条を導入して凝固せしめる。乾−湿式紡糸
法によって紡糸して繊維化するのである。
知の重合法を用いて重合することができる。さらにこれ
らの重合体からアクリル系繊維を製造するに際してはジ
メチルホルムアミドやジメチルスルホオキサイド、硝酸
、ロダンソーダ水溶液、および塩化亜鉛水溶液等のポリ
マ溶液を紡糸原液として、凝固浴液面上に設けた紡糸口
金を通して、一旦不活性雰囲気中に紡出した後、凝固浴
中に該紡出糸条を導入して凝固せしめる。乾−湿式紡糸
法によって紡糸して繊維化するのである。
特に乾−湿式紡糸法を採用するのは、凝固浴中での凝固
過程にある紡出糸(凝固糸)にかかる張力を小さくでき
るために、凝固糸の表層(スキンN)の緻密性を高くで
きるのである。
過程にある紡出糸(凝固糸)にかかる張力を小さくでき
るために、凝固糸の表層(スキンN)の緻密性を高くで
きるのである。
ここで得られた凝固糸の特性は、最終的に得られるアク
リル系繊維の物性を支配する2重要な因子の一つとなる
が、特に凝固糸の膨潤度は最終糸の緻密性に対して大き
な影響を与える。本発明のΔLに対しては、凝固糸の膨
潤度は重要な支配因子であり、ΔLを小さくするために
は、この膨潤度を小さくする必要がある。
リル系繊維の物性を支配する2重要な因子の一つとなる
が、特に凝固糸の膨潤度は最終糸の緻密性に対して大き
な影響を与える。本発明のΔLに対しては、凝固糸の膨
潤度は重要な支配因子であり、ΔLを小さくするために
は、この膨潤度を小さくする必要がある。
凝固糸の膨潤度(以下BGと表現する。測定方法は後述
)は200%以下とすることが好ましく。
)は200%以下とすることが好ましく。
180%以下とすることがさらに好ましい。以下の方法
により、膨潤度の極めて小さい凝固糸を得る事ができる
。■紡糸原液のポリマ濃度を18%以上、好ましくは2
0%以上の高濃度とすること。
により、膨潤度の極めて小さい凝固糸を得る事ができる
。■紡糸原液のポリマ濃度を18%以上、好ましくは2
0%以上の高濃度とすること。
■紡糸原液の温度を75℃以下、好ましくは65℃以下
の低温にすること、■凝固浴の温度を30℃以下、好ま
しくは15℃以下の低温にすること。
の低温にすること、■凝固浴の温度を30℃以下、好ま
しくは15℃以下の低温にすること。
等である。つぎにこの凝固糸を水洗して、凝固糸に含ま
れる溶剤を洗浄した後に、液浴中で延伸(浴延伸)を行
なう。
れる溶剤を洗浄した後に、液浴中で延伸(浴延伸)を行
なう。
ΔLの小さな本発明のアクリル系繊維を得るためには、
前記の凝固糸の膨潤度を低くすることが必要ではあるが
2これだけでは十分ではない。すなわち、浴延伸を行な
って得られる浴延伸糸の膨潤度(以下BYと表現する)
と、凝固糸の膨潤度の比By/BcをO,aO以下、好
ましくは0.65以下とすることが同時に必要なのであ
る。
前記の凝固糸の膨潤度を低くすることが必要ではあるが
2これだけでは十分ではない。すなわち、浴延伸を行な
って得られる浴延伸糸の膨潤度(以下BYと表現する)
と、凝固糸の膨潤度の比By/BcをO,aO以下、好
ましくは0.65以下とすることが同時に必要なのであ
る。
膨潤度比Eh/BGは、凝固糸中の疎な領域を浴延伸段
階でいかに効率良く、また多量に緻密化できるかという
ことを表す指標であり、単に浴延伸糸の膨潤度を低くす
るのではなく、膨潤度比B v / B cを低くする
ことによりて、浴延伸糸の膨潤度を160%以下、好ま
しくは100%以下と低くすることが2本発明のΔLの
小さなアクリル系繊維を製造方法するうえで重要である
。
階でいかに効率良く、また多量に緻密化できるかという
ことを表す指標であり、単に浴延伸糸の膨潤度を低くす
るのではなく、膨潤度比B v / B cを低くする
ことによりて、浴延伸糸の膨潤度を160%以下、好ま
しくは100%以下と低くすることが2本発明のΔLの
小さなアクリル系繊維を製造方法するうえで重要である
。
この膨潤度比B y / B cの値を小さくするため
には、上記の好ましい原液条件、凝固条件、および凝固
糸の膨潤度とともに、特定の条件による浴延伸が必要と
なる。すなわち、2段以上、好ましくは3段以上の多段
延伸法により、各延伸段での延伸倍率を2.0倍以下と
して、糸に急激な変形を生じさせないようにすることに
より、単糸同志の融着を回避することによって、最終段
の延伸温度(浴温度)をできるだけ高く設定することが
必要である。この最終段での浴延伸温度、すなわち最高
温延伸温度としては、凝固浴の温度よりも50℃以上、
さらに好ましくは60℃以上高温とすることが必要なの
である。
には、上記の好ましい原液条件、凝固条件、および凝固
糸の膨潤度とともに、特定の条件による浴延伸が必要と
なる。すなわち、2段以上、好ましくは3段以上の多段
延伸法により、各延伸段での延伸倍率を2.0倍以下と
して、糸に急激な変形を生じさせないようにすることに
より、単糸同志の融着を回避することによって、最終段
の延伸温度(浴温度)をできるだけ高く設定することが
必要である。この最終段での浴延伸温度、すなわち最高
温延伸温度としては、凝固浴の温度よりも50℃以上、
さらに好ましくは60℃以上高温とすることが必要なの
である。
以上のように、ΔLの低い本発明のアクリル系繊維の製
造方法のうち、浴延伸工程までを記載したが、その要点
は膨潤度の低い凝固糸を特定の条件のもとに浴延伸する
ことにより、膨潤度比の低い浴延伸糸を製造方法するこ
とにある。以下に該浴延伸糸の製造方法の好ましい実施
態様の例を示す。すなわち、少なくとも92重量%のア
クリロニトリルを含有し、極限粘度が1.00以上、5
.00以下のアクリロニトリル系重合体と、該重合体の
溶媒からなり、該重合体の濃度が18重量%以上であり
、温度が75℃以下である紡糸原液を、30℃以下の凝
固浴の中に乾−湿式紡糸することによリ、膨潤度Baが
200%以下の凝固糸となし、引続いて該凝固糸を水洗
して凝固糸中の溶媒を洗浄した後に、前記凝固浴の温度
よりも50℃以上高い温度の延伸浴を有する。2段以上
の延伸段数からなる。多段塔延伸によって、膨潤度比B
y/BGを0.80以下、好ましくは0.65以下とし
、#潤度が160%以下の浴延伸糸を得るのである。
造方法のうち、浴延伸工程までを記載したが、その要点
は膨潤度の低い凝固糸を特定の条件のもとに浴延伸する
ことにより、膨潤度比の低い浴延伸糸を製造方法するこ
とにある。以下に該浴延伸糸の製造方法の好ましい実施
態様の例を示す。すなわち、少なくとも92重量%のア
クリロニトリルを含有し、極限粘度が1.00以上、5
.00以下のアクリロニトリル系重合体と、該重合体の
溶媒からなり、該重合体の濃度が18重量%以上であり
、温度が75℃以下である紡糸原液を、30℃以下の凝
固浴の中に乾−湿式紡糸することによリ、膨潤度Baが
200%以下の凝固糸となし、引続いて該凝固糸を水洗
して凝固糸中の溶媒を洗浄した後に、前記凝固浴の温度
よりも50℃以上高い温度の延伸浴を有する。2段以上
の延伸段数からなる。多段塔延伸によって、膨潤度比B
y/BGを0.80以下、好ましくは0.65以下とし
、#潤度が160%以下の浴延伸糸を得るのである。
このようにして得られた浴延伸糸は次に工程油剤を、乾
燥繊維重量あたり0.2〜1.5重量%付与する。油剤
の成分としては、特に焼成中の単繊維同志の融着を防止
するのに効果的な、シリコン系あるいは変性シリコン系
化合物を付与することが好ましい。
燥繊維重量あたり0.2〜1.5重量%付与する。油剤
の成分としては、特に焼成中の単繊維同志の融着を防止
するのに効果的な、シリコン系あるいは変性シリコン系
化合物を付与することが好ましい。
工程油剤を付与した後に、乾燥緻密化処理を行ない、緻
密化繊維を得る。ところで、最終的に得られるアクリル
系繊維の特性としては、前記のΔLの他に、π(400
)で規定される繊維のX線配向度(測定方法は後述)を
90%以上とすることが好ましい。X線配向度は、繊維
を構成する凝結島構造の繊維軸方向への配向の度合を示
すものである。
密化繊維を得る。ところで、最終的に得られるアクリル
系繊維の特性としては、前記のΔLの他に、π(400
)で規定される繊維のX線配向度(測定方法は後述)を
90%以上とすることが好ましい。X線配向度は、繊維
を構成する凝結島構造の繊維軸方向への配向の度合を示
すものである。
この凝結晶の配向は得られる炭素繊維の、結晶配向や結
晶子の成長と密接な関連を有する。このX線配向度が9
0%未満であると、ΔLが20以下で2表層の緻密性が
高くても、炭素m紺の本来有する強度が低いために、高
い強度は得られないのである。このような高配向度は、
たとえば浴延伸での延伸倍率を十分高く設定することや
、加圧スチーム雰囲気下で、二次延伸を行うことにより
得ることができる。
晶子の成長と密接な関連を有する。このX線配向度が9
0%未満であると、ΔLが20以下で2表層の緻密性が
高くても、炭素m紺の本来有する強度が低いために、高
い強度は得られないのである。このような高配向度は、
たとえば浴延伸での延伸倍率を十分高く設定することや
、加圧スチーム雰囲気下で、二次延伸を行うことにより
得ることができる。
(発明の効果)
本発明の炭素繊維製造用アクリル系繊維は表層部の緻密
性が極めて高いために、これを焼成して得られる炭素繊
維では、破断の要因となる欠陥が少なくなり、高い強度
が得られる。
性が極めて高いために、これを焼成して得られる炭素繊
維では、破断の要因となる欠陥が少なくなり、高い強度
が得られる。
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
なお2本文中および実施例中に用いた物性値は以下の方
法により測定したものである。
法により測定したものである。
(A)炭素繊維の性能(強度2弾性率)JIS R−7
601に準じて測定したエポキシ樹脂を含浸したストラ
ンドから求めた物性であり。
601に準じて測定したエポキシ樹脂を含浸したストラ
ンドから求めた物性であり。
測定回数n=10の平均値である。
(B)膨潤度
膨潤糸を遠心脱水機を用いて付着水を除去した(300
0 rpmX15分間)後の重量 (w)と、これを1
10°CX 2時間熱風乾燥機で乾燥した後の重量(W
O)から、以下の計算式を用いて求めた値である。
0 rpmX15分間)後の重量 (w)と、これを1
10°CX 2時間熱風乾燥機で乾燥した後の重量(W
O)から、以下の計算式を用いて求めた値である。
BG+ By”4 (W−Wo) /w□)X100
(%)(C)X線配向度π(400) 試料20 mg/4 cmを1市幅の金型にコロジオン
で固めて測定に供する。X線源としてNiフィルターで
単色化した。Cuのにα線(波長: 1.5418A)
を使用し、出力35 kv、 15 mAで測定し、2
θ= 17.0°付近に観察される面指数 (400)
のピークを円周方向にスキャンして得られたピークの半
値幅H(°)より π(400)= (180−H) /180 (%)
なる式から求めた。
(%)(C)X線配向度π(400) 試料20 mg/4 cmを1市幅の金型にコロジオン
で固めて測定に供する。X線源としてNiフィルターで
単色化した。Cuのにα線(波長: 1.5418A)
を使用し、出力35 kv、 15 mAで測定し、2
θ= 17.0°付近に観察される面指数 (400)
のピークを円周方向にスキャンして得られたピークの半
値幅H(°)より π(400)= (180−H) /180 (%)
なる式から求めた。
なお、ゴニオメータのスリット系としては、2mmφ。
計数管としてはシンチレーションカウンターを用いた。
実施例−1
AN 99.3χ、イタコン酸0.7 $の共重合体の
ジメチルスルフォオキシド(DMSO)溶液を紡糸原液
に用いた。この原液中の共重合体の極限粘度は1.80
であった。第1表に示すように2種々の共重合体の濃度
と温度からなる紡糸原液を、直径0.15 mm、孔数
3000の口金を用いて、−星空気中に吐出させ、約3
mmの空間を通過させたのち。
ジメチルスルフォオキシド(DMSO)溶液を紡糸原液
に用いた。この原液中の共重合体の極限粘度は1.80
であった。第1表に示すように2種々の共重合体の濃度
と温度からなる紡糸原液を、直径0.15 mm、孔数
3000の口金を用いて、−星空気中に吐出させ、約3
mmの空間を通過させたのち。
5℃にコントロールした30χのDMSOの水溶液から
なる凝固浴に導き凝固させた。この凝固糸を水洗槽のな
かで脱溶媒し、引き続き温水中で4段の延伸を行ない、
水膨潤状態のアクリル繊維(以下浴延伸糸と称する)を
得た。最終延伸浴の温度は、単糸同志の融着が発生しな
い範囲で、最も高い温度に設定した。ここで得られた浴
延伸糸に。
なる凝固浴に導き凝固させた。この凝固糸を水洗槽のな
かで脱溶媒し、引き続き温水中で4段の延伸を行ない、
水膨潤状態のアクリル繊維(以下浴延伸糸と称する)を
得た。最終延伸浴の温度は、単糸同志の融着が発生しな
い範囲で、最も高い温度に設定した。ここで得られた浴
延伸糸に。
乾燥糸重量に対して0.7〜0.9%の付着量となるよ
うに、シリコン系の油剤を付与し、引き続き130℃の
加熱ローラで乾燥緻密化処理を行った。この乾燥緻密化
後の糸条を、更に3 kg/mm2−にの飽和スチーム
中で3倍に延伸した。このようにして得られた前駆体繊
維は、単糸デニール=0.8 de、 ) −タルデニ
ール=2400 De 、強度=6.5〜7.0 g
/d。
うに、シリコン系の油剤を付与し、引き続き130℃の
加熱ローラで乾燥緻密化処理を行った。この乾燥緻密化
後の糸条を、更に3 kg/mm2−にの飽和スチーム
中で3倍に延伸した。このようにして得られた前駆体繊
維は、単糸デニール=0.8 de、 ) −タルデニ
ール=2400 De 、強度=6.5〜7.0 g
/d。
伸度=10.5〜11.2 $であった。この前駆体繊
維を。
維を。
250〜280℃の温度勾配を有する耐炎化炉で耐炎化
処理(処理時間=25分)シ2次に、窒素雰囲気下で3
00〜1300℃の温度勾配を有する炭化炉で焼成して
、炭素繊維に転換した。なお得られた炭素繊維のヤング
率が30 t/mm2となるように耐炎化工程および炭
化工程の張力を調整した。得られた結果を第1表に示す
。
処理(処理時間=25分)シ2次に、窒素雰囲気下で3
00〜1300℃の温度勾配を有する炭化炉で焼成して
、炭素繊維に転換した。なお得られた炭素繊維のヤング
率が30 t/mm2となるように耐炎化工程および炭
化工程の張力を調整した。得られた結果を第1表に示す
。
紡糸原液中のポリマ)関度Cpの増大とともに、凝固糸
の膨潤度BGが減少し、同時に膨潤度比B y/ B
cも減少し、この結果ΔLが減少し、焼成して得られた
炭素繊維のストランド強度が、このΔLの減少に伴ない
向上していることが判る。特にNo 2〜5のΔLか2
0以下のものでは500 kg/mm2以上の高いスト
ランド強度が得られていることが判る。
の膨潤度BGが減少し、同時に膨潤度比B y/ B
cも減少し、この結果ΔLが減少し、焼成して得られた
炭素繊維のストランド強度が、このΔLの減少に伴ない
向上していることが判る。特にNo 2〜5のΔLか2
0以下のものでは500 kg/mm2以上の高いスト
ランド強度が得られていることが判る。
実施例−2
ポリマの濃度を25%とする以外は実施例−1と同様の
ポリマ組成、および溶媒として紡糸原液を調整した。紡
糸原液の温度を35℃〜75℃に変化させて、実施例−
1と同様に乾−湿式紡糸法を用いた製糸法によって、前
駆体繊維を試作し。
ポリマ組成、および溶媒として紡糸原液を調整した。紡
糸原液の温度を35℃〜75℃に変化させて、実施例−
1と同様に乾−湿式紡糸法を用いた製糸法によって、前
駆体繊維を試作し。
実施例−1と同様に焼成して、炭素繊維とした。
第2表に結果を示した。原液温度の低下に伴ない。
浴延伸工程での最高浴温度が高くなり、同時に膨潤度比
By/Bcが小さくなる。このBy/Bcが小さくなる
に伴ないΔLが減少し、ストランド強度が高くなること
が判る。
By/Bcが小さくなる。このBy/Bcが小さくなる
に伴ないΔLが減少し、ストランド強度が高くなること
が判る。
実施例−3
ポリマの濃度を28%とする以外は、実施例−2と同様
に紡糸原液を調整した。紡糸原液の温度を45℃、凝固
浴の温度な0℃、として実施例−2と同様に乾−湿式紡
糸法を用いて紡糸し、引き続き浴延伸の最高温度を種々
変化させて、この浴延伸温度で安定に延伸できる最も高
い延伸倍率で浴延伸をおこなった。なおこの条件での最
高浴延伸温度はNo 13の70°Cであった。実施例
−2と同様に油剤を付与した後に、乾燥緻密化を行(ζ
、引き続き3.5 kg/mm2−Gの飽和スチーム中
で2.6倍延伸して、前駆体繊維を得た。実施例−2と
同様に焼成して炭素繊維を得た。評価結果を第3表に示
した。
に紡糸原液を調整した。紡糸原液の温度を45℃、凝固
浴の温度な0℃、として実施例−2と同様に乾−湿式紡
糸法を用いて紡糸し、引き続き浴延伸の最高温度を種々
変化させて、この浴延伸温度で安定に延伸できる最も高
い延伸倍率で浴延伸をおこなった。なおこの条件での最
高浴延伸温度はNo 13の70°Cであった。実施例
−2と同様に油剤を付与した後に、乾燥緻密化を行(ζ
、引き続き3.5 kg/mm2−Gの飽和スチーム中
で2.6倍延伸して、前駆体繊維を得た。実施例−2と
同様に焼成して炭素繊維を得た。評価結果を第3表に示
した。
凝固糸の膨潤度が135%と低い値であるにもかかわら
ず、浴延伸温度を十分に高くすると同時に。
ず、浴延伸温度を十分に高くすると同時に。
浴延伸での延伸倍率を大きくして、膨潤度比を0.80
以下とすることにより、ΔLを小さな値とすることがで
き、高いストランド強度を示す炭素繊維を得ることがで
きることが判る。
以下とすることにより、ΔLを小さな値とすることがで
き、高いストランド強度を示す炭素繊維を得ることがで
きることが判る。
実施例−4
ポリマの濃度を25 Xとする以外は実施例−1と同様
のポリマ組成、および溶媒として、紡糸原液を調整した
。紡糸原液の温度を45℃として。
のポリマ組成、および溶媒として、紡糸原液を調整した
。紡糸原液の温度を45℃として。
凝固浴の温度を0〜50℃まで変化させた。実施例−1
と同様に乾−湿式紡糸を行ない、水洗後。
と同様に乾−湿式紡糸を行ない、水洗後。
引続いて6段階の浴延伸を行なった。各延伸浴において
は、延伸倍率を1.8倍以下に設定し、かつ単糸同志が
融着しない範囲で浴延伸温度が最も高くなるように、延
伸倍率を設定した。引続いて実施例−1と同様に油剤を
付与し、乾燥緻密化処理を行なった。さらに、4.5
kg/cm2−Gの飽和スチーム中で延伸張力が0.8
0 g/dとなるように延伸倍率を設定した。ここで得
られた前駆体繊維を実施例−1と同様に焼成して、炭素
繊維とした。第5表に結果を示した。
は、延伸倍率を1.8倍以下に設定し、かつ単糸同志が
融着しない範囲で浴延伸温度が最も高くなるように、延
伸倍率を設定した。引続いて実施例−1と同様に油剤を
付与し、乾燥緻密化処理を行なった。さらに、4.5
kg/cm2−Gの飽和スチーム中で延伸張力が0.8
0 g/dとなるように延伸倍率を設定した。ここで得
られた前駆体繊維を実施例−1と同様に焼成して、炭素
繊維とした。第5表に結果を示した。
凝固浴の温度(凝固温度)を低くするに従がい。
凝固糸の膨潤度が小さくなり、また浴延伸の温度を高く
設定することができ、この結果として、浴延伸糸の膨潤
度が小さくなることが判る。また同時に浴延伸の最高温
度と凝固浴の温度の差Ty−Taが増大し、膨潤度比B
y/BGが減少して、ΔLが減少し、得られる炭素繊維
のストランド強度が増大することが判る。本発明の範囲
であるNo14〜17(凝固温度=0〜30℃)ではB
v / B aの値が0.63以下であり、ΔLは6
〜19の範囲の値であり、高いストランド強度の炭素繊
維が得られていることが判る。
設定することができ、この結果として、浴延伸糸の膨潤
度が小さくなることが判る。また同時に浴延伸の最高温
度と凝固浴の温度の差Ty−Taが増大し、膨潤度比B
y/BGが減少して、ΔLが減少し、得られる炭素繊維
のストランド強度が増大することが判る。本発明の範囲
であるNo14〜17(凝固温度=0〜30℃)ではB
v / B aの値が0.63以下であり、ΔLは6
〜19の範囲の値であり、高いストランド強度の炭素繊
維が得られていることが判る。
Claims (1)
- 少なくとも92重量%のアクリロニトリルを含有するア
クリロニトリル系重合体からなり、ヨウ素吸着法により
測定される明度差(ΔL)が20以下である炭素繊維製
造用アクリル系繊維。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61181138A JPH0615722B2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | 炭素繊維製造用アクリル系繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61181138A JPH0615722B2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | 炭素繊維製造用アクリル系繊維の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6335821A true JPS6335821A (ja) | 1988-02-16 |
JPH0615722B2 JPH0615722B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=16095549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61181138A Expired - Lifetime JPH0615722B2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | 炭素繊維製造用アクリル系繊維の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0615722B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015124263A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 東レ株式会社 | ポリアクリロニトリル系重合体、および炭素繊維前駆体繊維ならびに炭素繊維の製造方法 |
CN114481349A (zh) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 高强度耐碱聚丙烯腈纤维的制备方法及聚丙烯腈纤维 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI396785B (zh) | 2009-06-10 | 2013-05-21 | Mitsubishi Rayon Co | 碳纖維用丙烯腈膨潤絲、前驅體纖維束、防焰纖維束、碳纖維束及它們的製造方法 |
KR101450429B1 (ko) * | 2013-01-24 | 2014-10-14 | 주식회사 효성 | 라지토우용 탄소섬유 전구체 섬유 |
US10344403B2 (en) * | 2014-12-29 | 2019-07-09 | Cytec Industries Inc. | Densification of polyacrylonitrile fiber |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5488322A (en) * | 1977-12-21 | 1979-07-13 | Japan Exlan Co Ltd | Carbon fibers and their production |
JPS58214518A (ja) * | 1982-06-09 | 1983-12-13 | Toray Ind Inc | アクリル系前駆体繊維束 |
JPS5982421A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-12 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維の製法 |
JPS6141326A (ja) * | 1984-08-01 | 1986-02-27 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維製造用プレカ−サ−の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-31 JP JP61181138A patent/JPH0615722B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015124263A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 東レ株式会社 | ポリアクリロニトリル系重合体、および炭素繊維前駆体繊維ならびに炭素繊維の製造方法 |
CN114481349A (zh) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 高强度耐碱聚丙烯腈纤维的制备方法及聚丙烯腈纤维 |
CN114481349B (zh) * | 2020-10-26 | 2024-01-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 高强度耐碱聚丙烯腈纤维的制备方法及聚丙烯腈纤维 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0615722B2 (ja) | 1994-03-02 |
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