TW202104690A

TW202104690A - 丙烯腈系纖維束的製造方法及碳纖維束的製造方法

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Publication number: TW202104690A
Application number: TW109110123A
Authority: TW
Inventors: 田村知樹; 船越祥二; 川本貴史; 大島郁人; 合津宏一
Original assignee: 日商東麗股份有限公司
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-02-01
Also published as: JPWO2020196277A1; KR20210137457A; WO2020196277A1; EP3951030A4; EP3951030B1; US20220186405A1; EP3951030A1

Abstract

本發明的課題在於提供一種當藉由乾濕式紡紗法來製造丙烯腈系纖維束時，即便為了提高生產效率而增加凝固紗條的前行速度、或使紡嘴的噴出孔的數量極大化，亦可穩定地製造高品位、高品質的丙烯腈系纖維束的方法。作為解決手段，提供一種丙烯腈系纖維束的製造方法，其將紡紗原液自紡嘴1的多個噴出孔朝空氣中擠出後，使紡紗原液向下進入存積於凝固浴2中的凝固浴液12中來變成凝固紗條3，利用配置於紡嘴1的下方的凝固浴液12中的方向轉換引導件4來使凝固紗條3折返後，朝凝固浴液12外抽出，所述丙烯腈系纖維束的製造方法滿足以下的1）～3）。1）方向轉換引導件4於相對於兩方向垂直的方向上具有軸方向，所述兩方向是凝固紗條3自凝固浴液的液面9前往方向轉換引導件4的前行方向Da、及凝固紗條3被自方向轉換引導件4朝凝固浴2外抽出的抽取方向Db。2）自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止的凝固紗條3的前行區域具有兩個以上的紗條存在區域24與至少一個紗條不存在區域23，所述紗條存在區域24於凝固紗條3的前行方向Da上連續地存在凝固紗條3，所述紗條不存在區域23於凝固紗條3的前行方向Da上連續地不存在凝固紗條3，且紗條不存在區域23位於兩個紗條存在區域24所夾持的空間。3）關於紗條不存在區域23的至少一個，於凝固浴液的液面9中的方向轉換引導件4的軸方向的寬度為紡嘴1中的最短的噴出孔間距離的4倍以上。

Description

丙烯腈系纖維束的製造方法

本發明是有關於一種適合於碳纖維束的製造的穩定地製造高品質、高品位的丙烯腈系纖維束的方法。

於碳纖維束的前驅物纖維束中所使用的丙烯腈系纖維束的製造中，重要的是藉由提高生產效率來降低製造成本。為了響應該要求，採用使配置於每一個紡錘的紡嘴的孔數增加的方法、或使紡錘數或紗條數增加的方法、進而使紗條的前行速度高速化的方法等多種多樣的方法。該些方法之中，使每一個紡錘的紡嘴的孔數增加（多孔化、噴出孔的高密度配置）、或使紗條前行速度增加（高速化）於不伴隨大幅度的設備投資而可響應所述要求這一點上，具有大的優點。

尤其，於在紡嘴與凝固浴液的液面之間設置有空氣層（氣隙）的乾濕式紡紗法中，自紡嘴面噴出的紡紗原液可於氣隙的空氣阻力小的區間內細化變形，因此是於使紗條前行速度增加方面優異的方法。另外，該紡紗法將氣隙保持成固定的距離，藉此所獲得的丙烯腈系纖維束的品質・品位穩定化，可獲得高生產性。

於該乾濕式紡紗法中，通常藉由自紡嘴朝空氣中擠出紡紗原液後，紡紗原液與凝固浴液接觸而獲得的凝固紗條朝凝固浴液中的下方（凝固浴的底面）前行，前行固定距離後藉由方向轉換引導件來轉換方向，朝斜上方（凝固浴液的液面）前行，最終自凝固浴液中朝空氣中脫離後，被搬送至下一步驟。藉由凝固紗條的前行而產生伴隨流，因此因前行速度的高速化或多孔化、噴出孔的高密度配置，而導致伴隨流逐漸增大。因伴隨流的增加，而導致凝固紗條的周邊的凝固浴液的流速增加，藉此產生凝固紗條的張力不均、物性不均，丙烯腈系纖維束的品質、品位下降。另外，因凝固浴液的液流的流速的增加，而導致凝固浴液的液面變動增大，因此紡紗性下降，進而生產效率下降。即，控制該凝固浴液的流動對於丙烯腈系纖維束的品質、品位、以及生產效率的提昇變得極其重要。

因此，作為控制凝固紗條周邊的凝固浴液的流動的方法，可列舉專利文獻1中記載的方法。於專利文獻1的紡紗方法中記載有形成包含多個紡嘴的噴出孔的塊，將所述塊分割成兩個以上，將與鄰接的塊間的距離設為紡嘴與凝固浴液的液面的距離的兩倍以上。此外，記載有於凝固浴液中的方向轉換引導件設置突起物，變更凝固紗條的前行位置，藉此可控制凝固浴液的流動，提昇凝固紗條的紡紗性。

另外，於專利文獻2的紡紗方法中記載有如下情況：利用具有兩個以上的開口部的細管將凝固紗條及凝固浴液分離，於其下游側配置多個方向轉換引導件，將凝固紗條於抽取方向上分割成多個，藉此抑制凝固浴液的液面部中的凝固浴液的液流的紊亂、旋渦的產生，藉此可製造高品質且品質固定的凝固紗條。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平2-91206號公報專利文獻2：日本專利特開平2-112409號公報

[發明所欲解決之課題] 但是，於現有的紡紗方法中存在以下所述的問題點。

於專利文獻1的紡紗方法中，存在無法充分地緩和凝固浴液中的凝固紗條周邊的伴隨流，而無法提昇凝固紗條的紡紗性的情況。

另外，若凝固紗條內的紗條彼此於密集的狀態下前行，則伴隨流增大，進而於凝固浴液的液面附近，朝向凝固紗條的凝固浴液的液流的速度增大，產生紗條彼此的衝撞、或於凝固浴液的液面附近產生局部的旋渦（以後稱為局部旋渦）。若產生該局部旋渦，則作為紡嘴與凝固浴液的液面的距離的氣隙變動。另外，因伴隨流增大，而導致紡嘴與方向轉換引導件間的凝固紗條的紗搖晃增大，因該些因素，而存在凝固浴液的液面的變動增大，產生斷紗，於最壞的情況下無法進行紡紗的情況。

進而，於專利文獻1的紡紗方法中，設置包含多個紡嘴的噴出孔的塊，使所述塊間彼此的距離變長，因此紡嘴的寬度變成長尺寸。而且，凝固浴的寬度亦變長。於將凝固浴併設於多個紡錘的設備成為基本之中，紡嘴的寬度、凝固浴的寬度長尺寸化存在需要寬度寬的設備，設備費增大的情況。

繼而，於專利文獻2的紡紗方法中，根據本發明者等人的見解，亦如於專利文獻1中所記載般，存在無法充分地緩和凝固浴液中的凝固紗條的周邊的伴隨流，產生凝固浴液的液流的紊亂、局部旋渦，產生斷紗，進而無法進行紡紗的情況。其結果，存在無法製造高品質且品質固定的凝固紗條的情況。尤其如專利文獻2的實施例中記載般，延伸後的捲取速度為400 m/min（凝固浴液中的抽取速度為10 m/min以下）而為低速，另外，紡嘴的噴出孔的孔數亦為400個而少，因此伴隨流的規模小而不會成為問題，但若為高抽取速度（抽取速度為25 m/min以上）、多孔化（幾千孔），則存在所述問題明顯化的情況。

另外，於專利文獻2的紡紗方法中，為了分割凝固紗條而設置多個方向轉換引導件，因此必須使紗穿過各個方向轉換引導件，因此存在成為操作性劣化的因素的情況。另外，由於設為於凝固浴的下方設置細管，使凝固浴液的液流朝凝固浴外流出的構成，因此凝固浴液的液流的循環管路或回收管路變成多個，因此存在設備複雜化且設備費增大的情況。

於如以上般製造丙烯腈系纖維束時，控制凝固紗條的周圍的凝固浴液的液流或凝固浴液的液面變動是極其重要的要素，但如上所述，殘留有各種問題，成為丙烯腈系纖維束的製造的妨礙。因此，解決所述問題於工業上具有重要的意義。

因此，本發明的目的在於提供一種當於乾濕式紡紗法中製造丙烯腈系纖維束時，即便為了提高生產效率而增加凝固紗條的前行速度、或使紡嘴的噴出孔數極大化，亦可穩定地製造高品位、高品質的丙烯腈系纖維束的方法。 [解決課題之手段]

本發明者等人分別設定以下的假說作為於專利文獻1、專利文獻2的技術中無法充分地提昇凝固紗條的紡紗性的理由。

於專利文獻1的技術中，可認為當使凝固紗條的前行速度增速時，於凝固紗條的前行區域中產生伴隨流，為了彌補該伴隨流，自凝固紗條的周圍朝凝固紗條產生凝固浴液的液流，於凝固浴液的液面附近，所述液流的速度變成最大。伴隨於此，自與凝固紗條的前行方向垂直的方向對凝固紗條施加大的抗力，凝固紗條內的紗條彼此變成密集的狀態。

於專利文獻2的技術中，可認為若分割凝固紗條的方向與朝向凝固紗條的凝固浴液的液流的方向Dc相同，則無法避免凝固浴液的液流的衝撞，因此於使凝固紗條的抽取速度高速化的情況下，在凝固紗條的前行區域中產生伴隨流，伴隨於此，自凝固紗條的周圍朝凝固紗條產生凝固浴液的液流，於凝固浴液的液面附近，所述液流的速度變成最大。尤其，自周圍朝向凝固紗條的凝固浴液的液流自與凝固紗條的前行方向垂直的方向進行衝撞，藉此凝固紗條內的紗條彼此變成密集的狀態。

根據以上的假說，為了解決該些問題點而進行努力研究的結果，想到了本申請案發明。

即，一種丙烯腈系纖維束的製造方法，其將紡紗原液自紡嘴的多個噴出孔朝空氣中擠出後，使紡紗原液向下進入存積於凝固浴中的凝固浴液中來變成凝固紗條，利用配置於紡嘴的下方的凝固浴液中的方向轉換引導件來使凝固紗條折返後，朝凝固浴液外抽出，其中滿足以下的1）～3）。

1）方向轉換引導件於相對於兩方向垂直的方向上具有軸方向，所述兩方向是凝固紗條自凝固浴液的液面前往方向轉換引導件的前行方向、及凝固紗條被自方向轉換引導件朝凝固浴液外抽出的抽取方向。

2）自凝固浴液的液面至方向轉換引導件為止的凝固紗條的前行區域具有兩個以上的紗條存在區域與至少一個紗條不存在區域，所述紗條存在區域於凝固紗條的前行方向上連續地存在凝固紗條，所述紗條不存在區域於凝固紗條的前行方向上連續地不存在凝固紗條，且紗條不存在區域位於兩個紗條存在區域所夾持的空間。

3）關於紗條不存在區域的至少一個，於凝固浴液的液面中的方向轉換引導件的軸方向的寬度為紡嘴中的最短的噴出孔間距離的4倍以上。 [發明的效果]

根據本發明，於乾濕式紡紗法中，凝固紗條的附近的凝固浴液的液流控制性優異，可於高生產效率（高速化（紗條的前行速度的增加）、多孔化（紡嘴的噴出孔數的增加）、高密度化（紡嘴的噴出孔的配置密度的增加））下，穩定地製造高品位、高品質的丙烯腈系纖維束。

以下，一面參照圖式，一面對本發明的丙烯腈系纖維束的製造方法進行詳細說明。

圖1是表示本發明的第一實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。於本發明中，如圖1所示，包含紡嘴1、凝固浴2、凝固紗條3、方向轉換引導件4，於凝固浴2中存積有凝固溶液12。藉由自紡嘴1的多個噴出孔朝空氣中擠出紡紗原液後，紡紗原液附著於凝固浴液的液面9，並與凝固浴液接觸而獲得的凝固紗條3具有如下的前行路徑：進入凝固浴液中，藉由方向轉換引導件4而折返後，於凝固浴液中前往凝固浴液的液面9，並被朝空氣中抽出。此處，將凝固紗條3自凝固浴液的液面9前往方向轉換引導件4的方向設為前行方向Da，將凝固紗條3自方向轉換引導件4前往凝固浴液的液面9的方向設為抽取方向Db。而且，於相對於凝固紗條3的前行方向Da與凝固紗條3的抽取方向Db垂直的方向上配置有方向轉換引導件4。於凝固浴液的液面9與方向轉換引導件4之間的凝固紗條3的前行區域中，具有於凝固紗條3的前行方向Da上連續地存在凝固紗條3的兩個以上的紗條存在區域24、及於凝固紗條的前行方向Da上連續地不存在凝固紗條3的至少一個紗條不存在區域23。紗條不存在區域23位於兩個紗條存在區域24所夾持的空間。關於所述紗條不存在區域23，於凝固浴液的液面9的位置上的方向轉換引導件4的軸方向的寬度具有隨後敍述的固定以上的寬度。

此處，所謂凝固紗條3的前行區域，是指與自凝固浴液的液面9前行至方向轉換引導件4為止的凝固紗條3的集合體之中在最外側前行的凝固紗條3相比，更靠內側的區域。另外，所謂紗條不存在區域，是指於圖20中所示的與凝固浴液的液面平行的方向的剖面中，由如下的位置的集合表示的區域23，所述位置是將紡嘴中的最短的噴出孔間距離設為直徑的假想的圓26於其內側與凝固紗條中的單紗25的剖面不具有重疊而可存在的位置。再者，所謂將紡嘴1中的最短的噴出孔間距離設為直徑的假想的圓於其內側與凝固紗條中的單紗25的剖面具有重疊的位置，是指圖20中的26'所示的位置。於本發明中，其特徵在於：於自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止的凝固紗條3的前行方向Da上的凝固紗條3的前行區域的各剖面中，紗條不存在區域23於凝固紗條3的前行方向Da上連續地存在（即，於凝固紗條3的前行方向Da上連續地不存在凝固紗條3）。另外，將凝固紗條3的前行區域之中除紗條不存在區域23以外的區域設為紗條存在區域24。

再者，凝固浴2包括凝固浴底面6的形態是最良好的形態，所述凝固浴底面6的底部沿著藉由方向轉換引導件4而折返的凝固紗條3的抽取方向Db而變淺，於此情況下，可減小凝固浴2的容積，可減少凝固浴液的容量。另一方面，如圖2所示，凝固浴底面6亦可為底部變成與凝固浴液的液面9平行的形狀（圖2中的（a）），亦可為底部沿著藉由方向轉換引導件4而折返的凝固紗條3的前行方向Da而變深的形狀（圖2中的（b））。另外，凝固浴底面6亦可為底部部分地變成階梯狀的形狀（圖2中的（c））。於此情況下，在凝固紗條3被朝空氣中抽出的位置與凝固浴後表面8之間的凝固浴底面6中，設為底部變成與凝固浴液的液面9平行的形狀，藉此可將起因於凝固紗條3的伴隨流的液流流入的區域形成得大，因此可降低該液流的流速，而極力減小於凝固浴後表面8上的衝撞，並可抑制凝固浴液的液面9的變動。凝固浴2的底部的形狀如後述般，不對凝固浴液的主要的流動造成影響，因此並無特別限定。

對即便為了實現作為本發明的最重要的點的高生產性而執行如下的措施，亦可穩定地製造高品位、高品質的丙烯腈系纖維束的原理進行說明。 A.增加凝固紗條3的前行速度 B.使紡嘴1的噴出孔的孔數極大化 C.使噴出孔的配置高密度化再者，於本說明書中，將凝固浴內的凝固浴液的流動記作液流，將液流之中，伴隨凝固紗條3的前行而於凝固紗條3的前行方向Da及抽取方向Db上分別與凝固紗條3併行地流動的液流定義為伴隨流。

首先，若為了提高生產性，而利用作為本發明的範圍外的現有的丙烯腈系纖維束的製造方法執行所述措施（A.～C.），則凝固浴內的伴隨流均增大。利用圖3對該機制進行說明。伴隨凝固紗條3的前行而產生兩種伴隨流，即於自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止的前行區域中在前行方向Da上產生的伴隨流、及於自方向轉換引導件4至凝固浴液的液面9為止的前行區域中在抽取方向Db上產生的伴隨流。而且，伴隨該伴隨流的產生，於紡嘴1的下方的區域中，產生朝向凝固紗條3的液流，該液流的速度於凝固浴液的液面9的附近變成最大。尤其，於方向轉換引導件9的下游，必須將凝固紗條3朝凝固浴液的液面9外抽出，因此因於凝固紗條3的抽取方向Db上產生的伴隨流，而導致流入紡嘴1的下方的區域的液流的速度變得非常大。其結果，該液流衝撞凝固浴液的液面9與方向轉換引導件4之間的凝固紗條3，於凝固浴液的液面9的附近流速快，相應地衝撞的能量變大。藉此，凝固紗條3內的紗條被自外周部拉近至中央部，因此紗條彼此變成密集的狀態，產生紗條間的接觸或局部旋渦，紡紗性及品位、品質顯著下降。

相對於此，本發明的丙烯腈系纖維束的製造方法的特徵在於：即便於採取了用於達成高生產性的手段（A.～C.）的情況下，亦具有使衝撞凝固紗條3的液流的速度減速的效果。作為實現該特徵的具體的方法，有減少成為朝向凝固紗條3的液流的根源的伴隨流，而使液流自身減少的方法；以及將朝向凝固紗條3的液流分割，形成對於液流的阻力低的紗條不存在區域23，藉此減少衝撞凝固紗條3的液流的比率的方法。本發明的製造方法可同時應用所述兩個方法。

對降低衝撞凝固紗條3的液流的速度的方法進行說明。於本發明的製造方法中，如圖1所示，於自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止的凝固紗條3的前行區域中，具有於凝固紗條3的前行方向Da上連續地存在凝固紗條3的兩個以上的紗條存在區域24、及於凝固紗條的前行方向Da上連續地不存在凝固紗條3的至少一個紗條不存在區域23。紗條不存在區域23位於兩個紗條存在區域24所夾持的空間。而且，將紗條不存在區域23於凝固浴液的液面9中的方向轉換引導件4的軸方向的寬度設為紡嘴1中的最短的噴出孔間距離的4倍以上，較佳為8倍以上。

藉此，一個效果是藉由將自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止的凝固紗條3設為多個紗條群（圖1中為兩個），與現有的一個紗條群相比，伴隨流的產生方向被分散，可減少伴隨流的自身規模。關於所述紗條不存在區域23於凝固浴液的液面9中的方向轉換引導件4的軸方向的寬度，當具有多個紗條不存在區域時，只要至少一個滿足與所述紡嘴1中的最短的噴出孔間距離的關係，便可獲得本發明的效果，但就本發明的效果變得更顯著而言，較佳為多個紗條不存在區域全部滿足與所述紡嘴1中的最短的噴出孔間距離的關係。

另外，作為另一個大的效果，如圖4所示，於凝固浴液的液面9中，具有存在凝固紗條3的紗條存在區域24、及不存在凝固紗條3的紗條不存在區域23此兩個區域，藉此產生紗條存在區域24與紗條不存在區域23的液流的穿過阻力差。其結果，與紗條存在區域24相比，液流更容易流向紗條不存在區域23中，液流被分割，可降低朝向凝固紗條3的液流的速度。

因此，為了獲得所述效果而變得重要的是於開始產生伴隨流的位置、且衝撞凝固紗條3的液流變成最大的位置上設置紗條不存在區域23，即於凝固浴液的液面9中，在存在區域24之間設置紗條不存在區域23。此時，起因於在抽取方向Db上產生的伴隨流的液流自與方向轉換引導件4的軸方向垂直的方向流入紡嘴1的下方區域，因此必須於方向轉換引導件4的軸方向上具有固定間隔以上的寬度（紡嘴1的最短的噴出孔間距離的4倍以上）。

另一方面，於成為本發明的範圍外的圖7中所示的實施方式中，將方向轉換引導件4配置成多個（圖7中，抽取方向Db），針對各方向轉換引導件4將凝固紗條3分纖，藉此形成紗條不存在區域23，但如上所述，液流自與方向轉換引導件4的軸方向垂直的方向（圖7中，自右側朝左側的方向）流入紡嘴1的下方區域，因此於該液流進行衝撞的側面，無紗條不存在區域23，因此無法獲得液流的減速效果。尤其，於以在抽取方向Db上產生的伴隨流為主的凝固浴的形態中，液流的減速效果大幅度地下降。另外，使凝固紗條3穿過多個方向轉換引導件4的各個的作業負擔極大，因此操作性下降。

另外，較佳為於自凝固浴液的液面9至方向轉換引導件4為止之間，將凝固紗條3的紗條不存在區域23的方向轉換引導件4方向的寬度連續地設為紡嘴1的最短的噴出孔間距離的4倍以上。藉此，伴隨流的產生方向的分散效果進一步提高，朝凝固紗條3衝撞的液流的減少效果變得更顯著。另外，當具有多個紗條不存在區域23、紗條存在區域24時，方向轉換引導件4的軸方向的寬度可為固定，亦可為可變。

另外，較佳為相對於凝固浴液的液面9中的凝固紗條3的方向轉換引導件4的軸方向的最大寬度S（於方向轉換引導件4方向上位於最外側的紗條存在區域23的寬度），方向轉換引導件4中的凝固紗條3的方向轉換引導件4的軸方向的最大寬度變成1.2S以下。藉由設為所述範圍，伴隨流的產生方向被分散，且可縮小紡嘴1的噴出孔的寬度，因此可抑制設備費。

另外，如上所述，於將凝固浴並設於多個紡錘的設備成為基本之中，縮短凝固浴的寬度H可削減設備費、及減少凝固浴液的自身液量，因此回收負擔減少。為了縮短凝固浴的寬度H，有效的是縮短凝固浴液的液面9中的凝固紗條3的最大寬度S、及使比率S/H接近1，但較佳為設為0.5≦S/H≦0.95的範圍。此處，若使比率S/H接近1，則與伴隨流相伴的液流的流速逐漸變大，但由使用本發明的製造方法所帶來的液流的減速效果變得更顯著。

另外，於本發明的製造方法中，將朝凝固紗條3衝撞的液流的減少作為目的，因此如圖8、圖9、圖10所示，較佳為於自凝固浴液的液面起深度40 mm的位置，且自凝固紗條的前行區域之中離凝固紗條被朝凝固浴外抽出的位置最近的位置，與凝固浴液的液面平行地朝凝固紗條的抽取方向Db分離20 mm的位置上，朝向凝固紗條的凝固浴液的平均流速為14 mm/sec以下。

繼而，對本發明的其他實施方式進行詳細說明。凝固紗條3的紗條不存在區域23的數量可如圖1所示為一個，亦可如圖11（本發明的第二實施方式）所示為兩個以上的多個。藉由增加凝固紗條3的紗條不存在區域的數量，可獲得衝撞凝固紗條3的液流的減速效果。另一方面，若紗條不存在區域23的數量增加，則存在因凝固浴2的寬度擴大而導致設備費增加，且凝固紗條3對於凝固浴液的液面9的入水角度變得陡峭而產生紡紗性的下降之虞，因此紗條不存在區域23的數量存在極限。因此，紗條不存在區域的數量較佳為四個以下。

於本發明的製造方法中，作為凝固紗條3形成紗條不存在區域23的方法，如圖12（本發明的第三實施方式）所示，有於凝固浴液的液面9與方向轉換引導件4之間使用分纖用引導件13的方法。另外，亦可於方向轉換引導件4形成突起或槽，對凝固紗條3進行分纖，亦可與分纖用引導件進行組合，方法並無特別限定。

另外，如圖13（本發明的第四實施方式）所示，於本發明的製造方法中，凝固浴液的液面9與方向轉換引導件4之間的紗條不存在區域23的方向轉換引導件4的方向的寬度亦可為可變。亦可漸減、或漸增。另外，如圖14（本發明的第五實施方式）、圖15（本發明的第六實施方式）所示，紗條不存在區域23的寬度亦可固定。另外，如圖16（本發明的第七實施方式）所示，亦可藉由自與各紗條存在區域24對應的不同的紡嘴中噴出的凝固紗條來形成各紗條存在區域24。

繼而，對在本發明的製造方法中所使用的乾濕式紡紗裝置中通用的各構件、各構件的形狀進行詳細說明。

本發明的製造方法中所使用的紡嘴1的最良好的形態是剖面為矩形者，但並不限定於此，剖面亦可為圓形、橢圓、多邊形。另外，配設於紡嘴1的噴出孔的最良好的形態是配置於矩形區域，但並不限定於此。另外，作為噴出孔的孔數，較佳為1,000個～60,000個的範圍，更佳為6,000～24,000的範圍，若為該範圍，則可最大限度地顯現本發明的效果。另外，作為配置於紡嘴1的噴出面的噴出孔的配置密度，紡嘴1中的每1 mm² 的噴出孔數較佳為0.06個/mm² 以上，更佳為0.25個/mm² 以上。

另外，就削減設備費的觀點而言，本發明的製造方法中所使用的紡嘴1較佳為使用單一的紡嘴，但亦可為將兩個以上的紡嘴1排列於凝固浴的寬度方向上來噴出凝固紗條3的構成。

另外，若凝固紗條3的抽取速度增加，則凝固浴內的伴隨流增加，於凝固浴液的液面9的附近，朝向在紡嘴1與方向轉換引導件4之間前行的凝固紗條3的液流的速度亦增加。於本發明的製造方法中，較佳為將朝凝固浴外抽出凝固紗條的抽取速度設為50 m/min以下。另一方面，就抑制生產效率的下降的觀點而言，較佳為將朝凝固浴外抽出凝固紗條3的速度設為25 m/min以上。

於本發明的製造方法中所使用的凝固浴2中，較佳為於凝固浴底面6配設有供給口10的形態，供給口10較佳為與液體循環泵（未圖示）連通，自液體循環泵供給凝固溶液的形態。於此情況下，凝固浴2的凝固溶液較佳為自凝固浴前表面7，凝固浴後表面8的上端緣朝外部流出的形態。

另外，本發明的製造方法中所使用的方向轉換引導件4適宜的是藉由一段的構成來使凝固紗條3折返，但並不限定於此，於折返變成陡峭的角度的情況下，亦可為兩段以上的構成。

另外，本發明的製造方法中所使用的紡紗原液可適宜地使用使丙烯腈系聚合體溶解於溶劑中而成者，但並無特別限定。作為與丙烯腈（Acrylonitrile，AN）進行共聚的單體，例如可採用：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、及該些的鹼金屬鹽、銨鹽及低級烷基酯類，丙烯醯胺及其衍生物，烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸及該些的鹽類或烷基酯類等。

另外，作為用於本發明的製造方法中所使用的紡紗原液的溶媒，例如可使用：氯化鋅水溶液、二甲基乙醯胺、二甲基亞碸（以下、略記為DMSO（Dimethyl sulfoxide））、或二甲基甲醯胺等。

另外，較佳為於利用本發明的製造方法進行紡紗，並朝空氣中抽出凝固紗條3後，進行浴中延伸。再者，經紡紗的凝固紗條3較佳為於浴中延伸後進行水洗、或於水洗後進行浴中延伸，藉此去除殘存溶媒。於浴中延伸後，通常賦予油劑，並利用熱軋輥等進行乾燥緻密化。另外，若有必要，則其後進行蒸汽延伸等二次延伸。於本發明中，在將經過該些步驟所獲得的多個丙烯腈系纖維束捲取或收納於棉條筒（sliver can）等中之前，利用集束用自由輥引導件群進行併紗，然後藉由捲取機來捲取成捲裝或收納於棉條筒中。另外，作為其他形態，亦可將已捲取的丙烯腈系纖維束解開幾根、或自棉條筒抽出，利用集束用自由輥引導件群進行併紗。構成所述丙烯腈系纖維束的單紗數較佳為1,000以上，更佳為2,000以上。另外，單紗數的上限並無特別限制，但通常為100,000以下。

繼而，對自藉由本發明的製造方法所獲得的丙烯腈系纖維束製造碳纖維束的方法進行說明。

於200℃～300℃的空氣等氧化性環境中，對藉由所述丙烯腈系纖維束的製造方法所製造的丙烯腈系纖維束進行耐火化處理。於獲得耐火化纖維束方面，較佳為處理溫度分幾個階段自低溫朝高溫進行升溫，進而於使碳纖維束的性能充分地顯現方面，較佳為於不伴隨絨毛的產生的範圍內以高延伸比使纖維束進行延伸。繼而，於氮氣等惰性環境中，將已獲得的耐火化纖維束加熱至1,000℃以上，藉此製造碳纖維束。其後，於電解質水溶液中進行陽極氧化，藉此可對碳纖維表面賦予官能基來提高與樹脂的黏著性。另外，較佳為賦予環氧樹脂等上漿劑，而獲得耐摩擦性優異的碳纖維束。 [實施例]

繼而，根據實施例對本發明進行具體說明，但本發明並不限定於該些實施例。

（1）液面附近的凝固浴液的平均流速於利用微氣泡產生機（西山泵公司製造的BT-50-5）使凝固浴中產生了微氣泡的狀態下，使用超音波都卜勒（Doppler）流速計（碩騰（SonTek）公司製造的10-MHZ ADV）測定凝固浴液的流速（採樣週期為25 Hz，測定時間為30秒）。凝固浴液的流速的測定點如圖8、圖9、圖10所示，相對於紡嘴1的中心，於凝固浴前表面8側設定三個部位。將測定點的上下方向的位置設為自凝固浴液的液面9起於深度方向上40 mm的位置，將測定點的寬度方向的位置設為於凝固浴的寬度方向上，相對於紡嘴1的中心朝兩側分離160 mm的位置、及所述中心的位置。於如此設定的三個部位實施測定。於各測定位置上，算出經測定的值（（採樣週期25個/秒）×連續測定時間30秒＝750個）的時間平均值（絕對值）。

（2）旋渦產生數於凝固浴前表面8側設置透明壓克力板製的水槽，使用攝影機來實施凝固浴液的液面位置的攝影。凝固浴液的液面位置的攝影進行一分鐘，將已獲得的影像剪成60畫面/秒的圖像，於其中計算各圖像中的局部旋渦的產生數，算出針對每一張所計算的旋渦的平均個數。

（3）丙烯腈系纖維束的品位於捲取丙烯腈系纖維束之前，清點1,000 m的丙烯腈系纖維束的絨毛的數量，對品位進行評估。評估基準如下所述。 A：（絨毛根數/1纖維束・1,000 m）≦1 B：1＜（絨毛根數/1纖維束・1,000 m）≦5 C：5＜（絨毛根數/1纖維束・1,000 m）＜60 D：（絨毛根數/1纖維束・1,000 m）≧60。

（4）紗條分割紗條的分割方向是方向轉換引導件的軸方向、或自凝固浴的後面朝前面的方向（以後，有時亦記作前後方向）。另外，伴隨紗條分割的分割寬度的測定位置是圖17中所示的三個部位，將凝固浴液的液面的高度、凝固浴液的液面與方向轉換引導件的中央的高度、方向轉換引導件高度處的分割分別設為上部分割20、中央部分割21、下部分割22。分割寬度於各位置間單調遞減或單調遞增來進行變化。再者，於紗條的分割方向為方向轉換引導件的軸方向的情況下，分割寬度是紗條不存在區域的寬度。

[實施例1] 使用如下的乾濕式紡紗裝置，並且將紡紗原液自紡嘴暫時朝空氣中擠出，然後使紡紗原液朝下方進入DMSO水溶液凝固浴液中，利用方向轉換引導件4以角度65°來折返，以34 m/min朝凝固浴液外抽出後，搬入水洗步驟中，所述乾濕式紡紗裝置如圖13所示將紗條的分割數於方向轉換引導件的軸方向上設為兩個，將上部分割的分割寬度設為10 mm，將中央部分割的分割寬度設為5 mm，將下部分割的分割寬度設為5 mm，紡嘴中的最短的噴出孔間距離為2 mm。其後，一面於浴延伸步驟中延伸，一面賦予將胺基矽酮作為主成分的油劑，進而經過乾燥及後延伸步驟，而獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為8 mm/sec，以0.3個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位良好。

[實施例2] 將實施例2作為使實施例1的中央部、下部的紗條的分割寬度增加的模式來進行說明。如圖14所示，將紗條的中央部分割的分割寬度設為10 mm，將下部分割的分割寬度設為10 mm，除此以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為4 mm/sec，以0.1個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位較實施例1更良好。

[實施例3] 將實施例3作為使實施例2的紗條的分割數增加的模式來進行說明。如圖15所示，將紗條的分割數於方向轉換引導件的軸方向上設為四個，將各紗條的上部分割的分割寬度設為10 mm，將中央部分割的分割寬度設為10 mm，將下部分割的分割寬度設為10 mm，除此以外，以與實施例2相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為3 mm/sec，以0.1個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位與實施例2同樣地較實施例1更良好。

[實施例4] 將實施例4作為使用兩個實施例1的紡嘴的模式來進行說明。如圖16所示，將紡嘴的個數設為兩個，除此以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為8 mm/sec，以0.3個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位良好。

[比較例1] 將比較例1作為不分割紗條的模式來進行說明。除不分割紗條以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為30 mm/sec，以1.8個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位不良。

[比較例2] 將比較例2作為於上部分割的位置不分割紗條的模式來進行說明。如圖18所示，於上部分割的位置不分割紗條，除此以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為25 mm/sec，以1.6個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位不良。

[比較例3] 將比較例3作為於前後方向上分割紗條的模式來進行說明。如圖7所示，於方向轉換引導件的軸方向上不分割紗條，而於前後方向上將紗條分割成兩個，除此以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為29 mm/sec，以1.8個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位不良。

[比較例4] 將比較例4作為紗條的分割寬度未滿本發明中所規定的分割寬度的模式來進行說明。將紗條的上部分割的分割寬度設為5 mm，將中央部分割的分割寬度設為5 mm，將下部分割的分割寬度設為5 mm，除此以外，以與實施例1相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為22 mm/sec，以1.2個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位不良。

[比較例5] 將比較例5作為不分割紗條的中央部，紗條不存在區域不連續的模式來進行說明。如圖19所示，不分割紗條的中央部，紗條不存在區域不連續，除此以外，以與實施例2相同的裝置、條件獲得丙烯腈系纖維束。凝固浴液的液面附近的凝固浴液的平均流速V為20 mm/sec，以1.0個/秒產生旋渦，所獲得的丙烯腈系纖維束的品位不良。

[表1]

	實施例1	實施例2	實施例3	實施例4	比較例1	比較例2	比較例3	比較例4	比較例5
最短的噴出孔間距離	[mm]	2	2	2	2	2	2	2	2	2
紡嘴個數	[個]	1	1	1	2	1	1	1	1	1
紗條的分割方向	A/B※	A	A	A	A	-	A	B	A	A
分割數	[個]	2	2	4	2	1	2	2	2	2
分割寬度	上部分割	[mm]	10	10	10	10	-	-	10	5	10
中央部分割	[mm]	5	10	10	5	-	10	15	5	-
下部分割	[mm]	5	10	10	5	-	10	20	5	10
液面附近的凝固浴液的平均流速	[mm/sec]	8	4	3	8	30	25	29	22	20
旋渦產生數	[個/秒]	0.3	0.1	0.1	0.3	1.8	1.6	1.8	1.2	1.0
丙烯腈纖維束的品位	[-]	B	A	A	B	D	D	D	C	C

※ A：方向轉換引導件的軸方向，B：前後方向

1:紡嘴 2:凝固浴 3:凝固紗條 4:方向轉換引導件 5:抽取引導件 6:凝固浴底面 7:凝固浴前表面 8:凝固浴後表面 9:凝固浴液的液面 10:供給口 11:循環泵 12:凝固浴液 13:分纖用引導件 20:上部分割 21:中央部分割 22:下部分割 23:紗條不存在區域 24:紗條存在區域 25:凝固紗條中的單紗 26:將紡嘴中的最短的噴出孔間距離設為直徑的假想的圓 26':將紡嘴中的最短的噴出孔間距離設為直徑的假想的圓之中，於內側與凝固紗條中的單紗的剖面具有重疊者 S:凝固浴液的液面中的凝固紗條的最大寬度 T:方向轉換引導件中的凝固紗條的最大寬度 H:凝固浴的寬度 M:流速的測定點 W:紗條不存在區域的寬度 Da:前行方向 Db:抽取方向 Dc:液流的方向

圖1是本發明的第一實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖2是表示本發明的實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的凝固浴的形狀的例子的概略剖面圖。圖3是表示現有的乾濕式紡紗裝置的凝固浴液的液流的形態的圖。圖4是本發明的丙烯腈系纖維束的製造方法中所使用的乾濕式紡紗裝置的俯視圖，且為表示凝固浴液的液面中的液流的形態的圖。圖5是本發明的丙烯腈系纖維束的製造方法中所使用的乾濕式紡紗裝置的俯視圖，且為表示凝固浴液的液面中的液流的形態的圖。圖6是本發明的丙烯腈系纖維束的製造方法中所使用的乾濕式紡紗裝置的俯視圖，且為表示凝固浴液的液面中的液流的形態的圖。圖7是現有的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖8是表示乾濕式紡紗裝置中的凝固浴液中的流速的測定位置的圖。圖9是表示乾濕式紡紗裝置中的凝固浴液中的流速的測定位置的圖。圖10是表示乾濕式紡紗裝置中的凝固浴液中的流速的測定位置的圖。圖11是本發明的第二實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖12是本發明的第三實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖13是本發明的第四實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖14是本發明的第五實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖15是本發明的第六實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖16是本發明的第五實施方式中所使用的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖17是表示乾濕式紡紗裝置中的凝固浴內的分纖寬度的測定位置的圖。圖18是比較例2的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖19是比較例5的乾濕式紡紗裝置的概略剖面圖。圖20是示意性地表示紗條比存在區域及其周邊區域的與凝固浴液的液面平行的方向的剖面圖。

1:紡嘴

2:凝固浴

3:凝固紗條

4:方向轉換引導件

5:抽取引導件

6:凝固浴底面

7:凝固浴前表面

8:凝固浴後表面

9:凝固浴液的液面

10:供給口

11:循環泵

12:凝固浴液

23:紗條不存在區域

24:紗條存在區域

Da:前行方向

Db:抽取方向

H:凝固浴的寬度

T:方向轉換引導件中的凝固紗條的最大寬度

Claims

一種丙烯腈系纖維束的製造方法，將紡紗原液自紡嘴的多個噴出孔朝空氣中擠出後，使紡紗原液向下進入存積於凝固浴中的凝固浴液中來變成凝固紗條，利用配置於紡嘴的下方的凝固浴液中的方向轉換引導件來使凝固紗條折返後，朝凝固浴液外抽出，所述丙烯腈系纖維束的製造方法滿足以下的1）～3）： 1）方向轉換引導件於相對於兩方向垂直的方向上具有軸方向，所述兩方向是凝固紗條自凝固浴液的液面前往方向轉換引導件的前行方向、及凝固紗條被自方向轉換引導件朝凝固浴液外抽出的抽取方向； 2）自凝固浴液的液面至方向轉換引導件為止的凝固紗條的前行區域具有兩個以上的紗條存在區域與至少一個紗條不存在區域，所述紗條存在區域於凝固紗條的前行方向上連續地存在凝固紗條，所述紗條不存在區域於凝固紗條的前行方向上連續地不存在凝固紗條，且紗條不存在區域位於兩個紗條存在區域所夾持的空間； 3）關於紗條不存在區域的至少一個，於凝固浴液的液面的位置上的方向轉換引導件的軸方向的寬度為紡嘴中的最短的噴出孔間距離的4倍以上。
如請求項1所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中關於所有紗條不存在區域，於凝固浴液的液面的位置上的方向轉換引導件的軸方向的寬度為紡嘴中的最短的噴出孔間距離的4倍以上。
如請求項1或請求項2所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中紡嘴中的每1 mm² 的噴出孔數為0.06個/mm² 以上。
如請求項1至請求項3中任一項所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中於自凝固浴液的液面起深度40 mm的位置，且自凝固紗條的前行區域之中離凝固紗條被朝凝固浴液外抽出的位置最近的位置，與凝固浴液的液面平行地朝凝固紗條的抽取方向分離20 mm的位置上，朝向凝固紗條的凝固浴液的平均流速為14 mm/sec以下。
如請求項1至請求項4中任一項所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中自單一的紡嘴中擠出紡紗原液。
如請求項1至請求項5中任一項所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中紡嘴中的噴出孔數為1,000個～60,000個。
如請求項1至請求項6中任一項所述的丙烯腈系纖維束的製造方法，其中朝凝固浴液外抽出凝固紗條的抽取速度為25 m/min～50 m/min。
一種碳纖維束的製造方法，於200℃～300℃的氧化性環境中，對藉由如請求項1至請求項7中任一項所述的丙烯腈系纖維束的製造方法所製造的丙烯腈系纖維束進行耐火化處理，繼而於1,000℃以上的惰性環境中進行加熱。