JP2018159138A - Oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fiber, carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, carbon fiber, and carbon fiber precursor acrylic fiber bundle and carbon fiber production method - Google Patents

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益豊 濱田
Masutoyo Hamada
益豊 濱田
義隆 景山
Yoshitaka Kageyama
義隆 景山
芙美 大場
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芙美 大場
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Abstract

【課題】焼成工程での単繊維間の融着を防止する効果を維持しつつ、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸工程の操業安定性が高く、かつ得られる炭素繊維束の機械的特性を向上することができる油剤組成物を提供する。また、工程通過性が向上し、生産性を高めることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維束及びその製造方法を提供する。【解決手段】特定の物性を有するシアノ基含有ポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を用い、その油剤組成物がミセルを形成している水系乳化溶液をアクリル繊維束に付与する。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide high operational stability in a spinning process of a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle while maintaining the effect of preventing fusion between single fibers in the firing process, and to obtain mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle. Provided is an oil composition which can be improved. Further, the present invention provides a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle capable of improving process passability and productivity, and a method for producing the same. SOLUTION: An oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber containing a cyano group-containing polyorganosiloxane having specific physical properties is used, and an aqueous emulsified solution in which the oil composition forms micelles is formed into an acrylic fiber bundle. Give. [Selection diagram] None

Description

本発明は、炭素繊維の製造過程において、炭素繊維前駆体アクリル繊維束(以下、単に前駆体繊維束とも表記する)を耐炎化繊維束に転換する耐炎化工程で、単繊維間に融着が発生することを防止する目的で用いられる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物(以下、単に油剤組成物とも表記する)に関する。加えて、前記油剤組成物が付与された炭素繊維前駆体アクリル繊維束とその製造方法に関する。   The present invention is a flameproofing process in which a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle (hereinafter also simply referred to as a precursor fiber bundle) is converted into a flameproof fiber bundle in the production process of carbon fiber, and fusion between single fibers is performed. The present invention relates to an oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber (hereinafter also simply referred to as an oil agent composition) used for the purpose of preventing the occurrence. In addition, the present invention relates to a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle provided with the oil composition and a method for producing the same.

炭素繊維は、他の繊維に比べて高い比強度及び比弾性率を有するため、複合材料用補強繊維として、従来からのスポーツ及び航空・宇宙用途に加え、自動車や土木、建築、圧力容器、風車ブレードなどの一般産業用途にも幅広く展開されつつある。さらに、従来より利用されているスポーツや航空・宇宙用途においても、より高強度化や高弾性率化の要請が高い。
炭素繊維の中で、最も広く利用されているポリアクリロニトリル系炭素繊維束の製造方法としては、アクリル繊維束を200℃以上400℃以下の酸素存在雰囲気下で加熱処理することにより耐炎化繊維束に転換し、引き続いて1000℃以上の不活性雰囲気下で炭素化して炭素繊維束を得る方法が知られている。この方法で得られた炭素繊維束は、優れた機械的物性により、特に複合材料用の強化繊維として工業的に広く利用されている。
しかし、炭素繊維束の製造方法において、主に前駆体繊維束を耐炎化繊維束に転換する耐炎化工程で、単繊維間に融着が発生し、耐炎化工程及びそれに続く炭素化工程(以下、耐炎化工程と炭素化工程を総合して焼成工程とも表記する)において、毛羽や束切れといった工程障害が発生する場合がある。この融着を回避するためには、アクリル繊維束に付着させる油剤の選択が重要であることが知られており、多くの油剤組成物が検討されてきた。
さらに、先述のような昨今のスポーツや航空・宇宙用途における炭素繊維の高性能化への要望に応えるためには、各製造工程において、張力を高く、あるいは高い延伸倍率に設定することがよく行われるが、その際、単繊維同士の融着が発生し易くなり、安定的に生産するためには妥協的な延伸倍率で操業せざるを得ないというのが現状である。
従来、耐熱性の高いシリコーン油剤をアクリロニトリル系前駆体繊維束に付与する技術が多数提案され、工業的に広く適用されている。例えば、特定のアミノ変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アルキレンオキサイド変性シリコーンを混合した油剤は、空気中及び窒素中での加熱時の減量が少なく、融着防止効果が高いことが開示されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、これらの変性シリコーン油剤は、紡糸工程において前駆体繊維束を乾燥する工程において、加熱ロール上で変性シリコーンオイルの粘性により繊維がロールに取られたり、温度によって架橋反応が起こり樹脂化し、工程障害となる問題があった。さらに、耐炎化工程において単繊維間に介在して耐炎化反応に必須となる酸素の供給を妨げ、その結果、耐炎化反応の進行度むら、いわゆる焼成むらの発生が誘起され、さらにはこれが原因となって、続く炭化工程において糸切れや毛羽発生などの問題を引き起こしやすく、生産性向上の大きな障害となることが多いという問題を有していた。
上記の問題に対し、シアノ基を構造中に含むシリコーン油剤に関する技術が開示されている(特開2010−43377号公報)。この技術によれば、従来の変性シリコーンオイルで発生していた、高温条件下での変性基の脱離に由来するシリコーンオイルのゲル化が起こらず、紡糸、焼成工程において安定的に繊維束を得られることが可能となった。しかし、繊維束へ油剤を付与した際の油剤付着斑に起因する軽微な融着の発生と、その軽微な融着に由来する品質の低下などの問題があった。
さらに近年、150℃における動粘度が15000cSt以上である液体を必須成分とする液状微粒子を含む油剤によって、前駆体繊維束の製造工程において単繊維間融着を抑制するとともに、それに続く耐炎化工程において炭素繊維前駆体を傷つけることなく単繊維をばらけさせることが可能となるために単繊維間に酸素が均一に供給され、焼成むらを高効率で抑制させることができる技術が開示されている(特許文献3)。しかし、この油剤組成物は、極めて高粘度であるため、油剤の安定性が悪いという問題がある上に、紡糸工程の加熱乾燥ロールにおいてロール上に高粘性な油剤組成物が析出し、ロールに繊維束が取られる障害が発生し、操業性が著しく低下する問題があった。
Since carbon fiber has higher specific strength and specific modulus than other fibers, it can be used as a reinforcing fiber for composite materials in addition to conventional sports and aerospace applications, as well as automobiles, civil engineering, architecture, pressure vessels, and windmills. Widely deployed in general industrial applications such as blades. Furthermore, there is a high demand for higher strength and higher elastic modulus in sports and aerospace applications that have been used conventionally.
Among the carbon fibers, the most widely used method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber bundle is to heat-treat the acrylic fiber bundle in an oxygen-containing atmosphere at 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower to form a flame-resistant fiber bundle. A method is known in which a carbon fiber bundle is obtained by conversion and subsequent carbonization in an inert atmosphere at 1000 ° C. or higher. Carbon fiber bundles obtained by this method are widely used industrially as reinforcing fibers for composite materials because of their excellent mechanical properties.
However, in the method for producing a carbon fiber bundle, in the flameproofing process in which the precursor fiber bundle is mainly converted into a flameproofed fiber bundle, fusion occurs between single fibers, and the flameproofing process and the subsequent carbonization process (hereinafter referred to as the carbonization process) In some cases, the flameproofing process and the carbonization process are collectively referred to as a firing process), and process failures such as fluff and bundle breakage may occur. In order to avoid this fusion, it is known that selection of the oil agent to be attached to the acrylic fiber bundle is important, and many oil agent compositions have been studied.
Furthermore, in order to meet the above-mentioned demands for high-performance carbon fiber in sports, aerospace, and space applications as described above, it is common to set a high tension or a high draw ratio in each manufacturing process. However, at this time, fusion between single fibers is likely to occur, and in order to produce stably, it is necessary to operate at a compromise draw ratio.
Conventionally, many techniques for applying a silicone oil agent having high heat resistance to an acrylonitrile-based precursor fiber bundle have been proposed and widely applied industrially. For example, it is disclosed that an oil agent mixed with a specific amino-modified silicone, epoxy-modified silicone, and alkylene oxide-modified silicone has a low weight loss during heating in air and nitrogen and has a high anti-fusing effect (for example, Patent Document 1). However, these modified silicone fluids are used in the process of drying the precursor fiber bundle in the spinning process, where the fiber is taken up by the viscosity of the modified silicone oil on the heating roll, or a crosslinking reaction occurs due to the temperature, resulting in a resin. There was an obstacle. Further, in the flameproofing process, the supply of oxygen essential for the flameproofing reaction is hindered by intervening between the single fibers, and as a result, the occurrence of unevenness in the progress of the flameproofing reaction, so-called firing unevenness, is induced, and this is the cause. Thus, there is a problem that in the subsequent carbonization process, problems such as yarn breakage and fluff generation are likely to occur, which often becomes a major obstacle to productivity improvement.
In order to solve the above problem, a technique relating to a silicone oil containing a cyano group in its structure has been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-43377). According to this technique, the gelation of silicone oil derived from the elimination of modified groups under high temperature conditions, which has been generated with conventional modified silicone oils, does not occur, and fiber bundles can be stably formed in the spinning and firing processes. It became possible to obtain. However, there have been problems such as generation of slight fusion caused by oil agent adhesion spots when the oil agent is applied to the fiber bundle and deterioration of quality resulting from the slight fusion.
Furthermore, in recent years, the oil agent containing liquid fine particles whose essential component is a liquid having a kinematic viscosity at 150 ° C. of 15000 cSt or more suppresses fusion between single fibers in the production process of the precursor fiber bundle, and in the subsequent flame resistance process. Since it becomes possible to disperse single fibers without damaging the carbon fiber precursor, oxygen is uniformly supplied between the single fibers, and a technique capable of suppressing firing unevenness with high efficiency is disclosed ( Patent Document 3). However, since this oil composition has a very high viscosity, there is a problem that the stability of the oil is poor, and in addition, a highly viscous oil composition is deposited on the roll in the heat drying roll of the spinning process, and the oil composition is deposited on the roll. There was a problem that the fiber bundle was taken out and the operability was remarkably lowered.

特公平3−40152号公報Japanese Patent Publication No. 3-40152 特開2010−43377号公報JP 2010-43377 A 特開2007−39866号公報JP 2007-39866 A

以上のように従来技術では、そもそもの油剤の目的である各工程での単繊維間の融着防止と、工業的に必要不可欠である操業安定性、昨今の要求に応える炭素繊維束の高性能化の全てを兼ね備えた油剤組成物は得られない。
本発明の目的は、元来の炭素繊維前駆体用油剤の役割である焼成工程での単繊維間の融着を防止する効果を維持しつつ、前駆体繊維束の紡糸工程の操業安定性が高く、かつ得られる炭素繊維束の機械的特性を向上することができる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を提供することにある。さらに、その油剤組成物を付着させたことにより、工程通過性が向上し、生産性を高めることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維束及びその製造方法を提供することにある。
As described above, in the prior art, the prevention of fusion between single fibers in each process, which is the purpose of the original oil agent, the operational stability that is indispensable industrially, and the high performance of carbon fiber bundles that meet recent demands An oil composition that combines all of the above cannot be obtained.
The object of the present invention is to maintain the effect of preventing fusion between single fibers in the firing process, which is the role of the original carbon fiber precursor oil agent, while maintaining the operational stability of the spinning process of the precursor fiber bundle. The object of the present invention is to provide an oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers which is high and can improve the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle. Furthermore, it is in providing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle which can improve process passability and can improve productivity by making the oil agent composition adhere, and its manufacturing method.

前述の課題を解決するために、本発明者等が鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。
すなわち本発明の第一の態様は、
[1] 下記式(1)で示されるシアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物であって、
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、下記(A)(B)(C)を満足することを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物である。
(A)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率aが95%以上。
(B)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率bが1%以下。
(C)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンのゲル化度が0%である。
(ポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率bの測定方法)
室温にてポリオルガノシロキサンを質量Wアルミニウム製セルに入れ、熱質量測定装置にセットし、100℃で5分保持して水分を除去して、アルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計Wを測定し、ついで空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で加熱し、250℃に到達した時点のアルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計Wを測定し、続いて300℃で空気雰囲気下を窒素雰囲気下に切り替えた後、更に800℃に達した時点のアルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計W(g)を測定して下記式によりポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率bを求める。
ポリオルガノシロキサンの残存率a[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
ポリオルガノシロキサンの残存率b[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
(ポリオルガノシロキサンのゲル化度の測定方法)
アルミシャーレ(直径45mm、深さ10mm)に、ポリオルガノシロキサン2.0gを精秤し、105℃で1時間予備乾燥後、空気中250℃で5時間加熱して、冷却してクロロホルムに溶解させて未溶解物のみを回収して、回収した未溶解物を乾燥後して重量を測定し次式によりポリオルガノシロキサンのゲル化度を算出する。
ポリオルガノシロキサンのゲル化度[%]
=乾燥した未溶解物の質量[g]/2.0[g]×100
(式(1)において、R〜Rは、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基である。
及びAは、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基、水酸基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。Xは、炭素数1以上4以下の炭化水素基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。ただし、A,A及びXのうち少なくとも1つは、下記式(2)で示されるシアノ変性基である。mは0以上1000以下であり、nは0以上700以下であり、m+n=10以上1000以下である。)
(式(2)において、Rは、炭素数1以上10以下の炭化水素基である。)
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied to arrive at the present invention.
That is, the first aspect of the present invention is:
[1] An oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber containing a polyorganosiloxane having a cyano group represented by the following formula (1):
The polyorganosiloxane having a cyano group satisfies the following (A), (B) and (C), and is an oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber.
(A) The residual ratio a of polyorganosiloxane measured by the following method is 95% or more.
(B) The residual ratio b of the polyorganosiloxane measured by the following method is 1% or less.
(C) The degree of gelation of the polyorganosiloxane measured by the following method is 0%.
(Measurement method of residual rate a and residual rate b of polyorganosiloxane)
Put polyorganosiloxane in a mass W 0 aluminum cell at room temperature, set in a thermal mass measuring device, hold at 100 ° C. for 5 minutes to remove moisture, and add the total W of aluminum cell and polyorganosiloxane mass W 1 and then heated in an air atmosphere at a heating rate of 10 ° C./minute, and when the temperature reached 250 ° C., the total mass W 2 of the aluminum cell and the polyorganosiloxane was measured, followed by 300 ° C. After switching the air atmosphere to a nitrogen atmosphere, the total W 3 (g) of the mass of the aluminum cell and the polyorganosiloxane when the temperature reached 800 ° C. was further measured, and the residual ratio of the polyorganosiloxane was calculated according to the following formula: a and the residual ratio b are obtained.
Residual rate of polyorganosiloxane a [mass%]
= (W 2 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
Residual ratio b of polyorganosiloxane b [% by mass]
= (W 3 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
(Method for measuring the degree of gelation of polyorganosiloxane)
In an aluminum petri dish (diameter 45 mm, depth 10 mm), 2.0 g of polyorganosiloxane is precisely weighed, pre-dried at 105 ° C. for 1 hour, heated in air at 250 ° C. for 5 hours, cooled and dissolved in chloroform. Only the undissolved material is recovered, the recovered undissolved material is dried, the weight is measured, and the gelation degree of the polyorganosiloxane is calculated by the following formula.
Gelation degree of polyorganosiloxane [%]
= Mass of dried undissolved material [g] /2.0 [g] × 100
In (Equation (1), R 1 to R 7 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.
A 1 and A 2 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group, or a cyano-modified group represented by the following formula (2). X is a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms or a cyano-modified group represented by the following formula (2). However, at least one of A 1 , A 2 and X is a cyano modified group represented by the following formula (2). m is 0 or more and 1000 or less, n is 0 or more and 700 or less, and m + n = 10 or more and 1000 or less. )
(In the formula (2), R 8 is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.)

[2] 本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、下記(D)(E)を満足することが好ましい。
(D)前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンの粘度が80cSt以上
5000cSt以下である。
(E)前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンのシアノ当量が500g/mol
以上8000g/mol以下である。
[2] In the carbon fiber precursor acrylic fiber oil composition of the present invention, the polyorganosiloxane having a cyano group preferably satisfies the following (D) and (E).
(D) The viscosity of the polyorganosiloxane having a cyano group is 80 cSt or more and 5000 cSt or less.
(E) The cyano equivalent of the polyorganosiloxane having a cyano group is 500 g / mol.
It is 8000 g / mol or less.

[3] 本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、前記式(1)におけるR〜R,A及びAがいずれもメチル基であり、前記式(1)におけるXが前記式(2)においてRが炭素数3のシアノプロピル基である側鎖シアノ変性ポリジメチルシロキサンであることが好ましい。 [3] In the oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber of the present invention, the polyorganosiloxane having the cyano group is such that R 1 to R 7 , A 1 and A 2 in the formula (1) are all methyl groups. X in the formula (1) is preferably a side chain cyano-modified polydimethylsiloxane in which R 8 is a cyanopropyl group having 3 carbon atoms in the formula (2).

[4] 本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを50質量%以上90質量%以下含有し、非イオン系乳化剤を10質量%以上50質量%以下含有することが好ましい。 [4] The oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber according to the present invention contains 50% by mass to 90% by mass of the polyorganosiloxane having the cyano group and 10% by mass to 50% by mass of a nonionic emulsifier. It is preferable to contain below.

また、本発明の第二の態様は、
[5] [1]〜[4]のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を含む炭素繊維前駆体アクリル繊維束である。
The second aspect of the present invention is
[5] A carbon fiber precursor acrylic fiber bundle comprising the oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber according to any one of [1] to [4].

また、本発明の第三の態様は、
[6] 下記(F)(G)(H)の工程を含む、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法である。
(F)シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル
繊維用油剤組成物をアクリル繊維束に付与する工程
(G)前記炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物が付与されたアクリル繊維束を、
温度150℃以上180℃以下で乾燥緻密化する工程
(H)前記乾燥緻密化後のアクリル繊維束を、3〜10分間、温度130℃以上
170℃以下に保持して加熱処理する工程
The third aspect of the present invention is
[6] A method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle including the following steps (F), (G), and (H).
(F) The process which provides the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers containing the polyorganosiloxane which has a cyano group to an acrylic fiber bundle (G) The acrylic by which the said oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers was provided. Fiber bundles,
A step of drying and densifying at a temperature of 150 ° C. or more and 180 ° C. or less (H) A step of heat-treating the acrylic fiber bundle after the drying and densification at a temperature of 130 ° C. or more and 170 ° C. or less for 3 to 10 minutes.

[7] 本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法は、前記(F)の工程において、シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物がミセルを形成している水系乳化液を、水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付与する工程を含むことが好ましい。 [7] In the method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention, in the step (F), the oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber containing a polyorganosiloxane having a cyano group forms micelles. It is preferable to include a step of imparting the aqueous emulsion to the acrylic fiber bundle in a water-swollen state.

また、本発明の第四の態様は、
[8] [6]または[7]に記載の製造方法で炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得て、その炭素繊維前駆体アクリル繊維束を焼成する炭素繊維束の製造方法である。
The fourth aspect of the present invention is
[8] A carbon fiber bundle production method in which a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is obtained by the production method according to [6] or [7], and the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is fired.

また、本発明の第五の態様は、
[9] JISR7608に従って測定されたストランド強度が5.6GPa以上6.2GPa以下であり、ストランド強度の変動率が5%以下である、炭素繊維束である。
The fifth aspect of the present invention is as follows.
[9] A carbon fiber bundle having a strand strength measured according to JIS R7608 of 5.6 GPa or more and 6.2 GPa or less and a variation rate of the strand strength of 5% or less.

本発明によれば、炭素繊維束製造工程における単繊維間の融着を効果的に抑えることができ、かつ、紡糸工程において油剤付与後の乾燥ロールに付着した油剤組成物が変質することがなく操業安定性が良好で、さらに、従来品に比べて良好な機械的物性を発現する炭素繊維束を得ることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物が得られる。また、その油剤組成物を付与してなる炭素繊維前駆体アクリル繊維束とその製造方法が得られる。   According to the present invention, the fusion between single fibers in the carbon fiber bundle manufacturing process can be effectively suppressed, and the oil composition attached to the drying roll after the oil application is not altered in the spinning process. An oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber that can obtain a carbon fiber bundle that has good operational stability and that exhibits better mechanical properties than conventional products is obtained. Moreover, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle which provides the oil agent composition, and its manufacturing method are obtained.

本発明者らは、元来の炭素繊維前駆体用油剤の役割である焼成工程での単繊維間の融着を防止する効果を維持しつつ、前駆体繊維束の紡糸工程の操業安定性が高く、かつ得られる炭素繊維束の機械的特性を向上することができる炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を鋭意探索した結果、特定の物性を有するシアノ基含有ポリオルガノシロキサンを用いることにより、優れた融着防止効果、操業安定性、炭素繊維束の機械的特性の全てを兼ね備える油剤組成物を見出すに至った。すなわち、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物は、炭素繊維束製造工程の操業性と製品の品質を同時に向上できることを可能にしたものである。
油剤組成物を付着させる前のアクリル繊維束としては、公知技術により紡糸されたアクリル繊維束を用いることができる。
好ましいアクリル繊維束の具体例としては、アクリロニトリル系重合体を紡糸して得られるアクリル繊維束が挙げられる。
The inventors have achieved the operational stability of the spinning process of the precursor fiber bundle while maintaining the effect of preventing fusion between single fibers in the firing process, which is the role of the original oil agent for carbon fiber precursors. As a result of earnestly searching for an oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fiber that is high and can improve the mechanical properties of the resulting carbon fiber bundle, by using a cyano group-containing polyorganosiloxane having specific physical properties, The present inventors have found an oil agent composition that has all of excellent anti-fusing effects, operational stability, and mechanical properties of carbon fiber bundles. That is, the carbon fiber precursor acrylic fiber oil composition of the present invention makes it possible to simultaneously improve the operability of the carbon fiber bundle manufacturing process and the quality of the product.
As the acrylic fiber bundle before the oil agent composition is adhered, an acrylic fiber bundle spun by a known technique can be used.
Specific examples of preferred acrylic fiber bundles include acrylic fiber bundles obtained by spinning an acrylonitrile-based polymer.

アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーだけでなく、主成分であるアクリロニトリルに加えて他の単量体も用いたアクリロニトリル系共重合体であっても差し支えない。   The acrylonitrile-based polymer is a polymer obtained by polymerizing acrylonitrile as a main monomer. The acrylonitrile-based polymer is not limited to a homopolymer obtained only from acrylonitrile, but may be an acrylonitrile-based copolymer using other monomers in addition to the main component acrylonitrile.

アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリル単位の含有量は、96.0質量%以上98.5質量%以下であることが、焼成工程での繊維束の熱融着防止、共重合体の耐熱性、紡糸原液の安定性及び炭素繊維束にした時の品質の観点でより好ましい。アクリロニトリル単位を96質量%以上とすることで、炭素繊維束に転換する際の焼成工程で前駆体繊維束の熱融着を招くことなく、炭素繊維束の優れた品質及び性能を維持できる。また、共重合体自体の耐熱性が低くなることもなく、前駆体繊維束を紡糸する際、前駆体繊維束の乾燥あるいは加熱ローラーや加圧水蒸気による延伸のような工程において、単繊維間の接着を回避できる。一方、アクリロニトリル単位を98.5質量%以下とすることで、溶剤への溶解性が低下することもなく、紡糸原液の安定性を維持できるとともに共重合体の析出凝固性が高くならず、前駆体繊維束の安定した製造が可能となる。   The content of the acrylonitrile unit in the acrylonitrile-based copolymer is 96.0% by mass or more and 98.5% by mass or less to prevent heat fusion of the fiber bundle in the firing step, heat resistance of the copolymer, spinning It is more preferable from the viewpoint of the stability of the stock solution and the quality when the carbon fiber bundle is formed. By setting the acrylonitrile unit to 96% by mass or more, excellent quality and performance of the carbon fiber bundle can be maintained without causing heat fusion of the precursor fiber bundle in the firing step when converting to the carbon fiber bundle. In addition, when spinning the precursor fiber bundle without lowering the heat resistance of the copolymer itself, adhesion between single fibers is performed in a process such as drying of the precursor fiber bundle or stretching with a heating roller or pressurized steam. Can be avoided. On the other hand, by setting the acrylonitrile unit to 98.5% by mass or less, the solubility in the solvent is not lowered, the stability of the spinning stock solution can be maintained, and the precipitation solidification property of the copolymer is not increased. Stable production of body fiber bundles becomes possible.

アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリル以外の単量体としては、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体から適宣選択することができる。耐炎化反応を促進する作用を有する、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有ビニル系単量体、又はこれらのアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩、アクリルアミド等の単量体から選択すると、耐炎化を促進できるので好ましい。アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有ビニル系単量体がより好ましい。アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体単位の含有量は1.5質量%以上4.0質量%以下が好ましい。他の単量体は、1種でも2種以上でもよい。   The monomer other than acrylonitrile in the acrylonitrile copolymer can be appropriately selected from vinyl monomers copolymerizable with acrylonitrile. When selected from carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid, or monomers such as alkali metal salts, ammonium salts, and acrylamide, which have an action of promoting flameproofing reaction, It is preferable because it can promote the conversion. As the vinyl monomer copolymerizable with acrylonitrile, carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid are more preferable. The content of the vinyl monomer unit copolymerizable with acrylonitrile in the acrylonitrile copolymer is preferably 1.5% by mass or more and 4.0% by mass or less. The other monomer may be one type or two or more types.

紡糸の際には、アクリロニトリル系重合体を溶剤に溶解して、紡糸原液とする。このときの溶剤には、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤、塩化亜鉛、チオシアン酸ナトリウム等の無機化合物水溶液等、公知のものから適宜選択して使用することができる。生産性向上の観点から、凝固速度が速いジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド又はジメチルホルムアミドが好ましく、ジメチルアセトアミドがより好ましい。   At the time of spinning, an acrylonitrile polymer is dissolved in a solvent to obtain a spinning dope. The solvent used here can be appropriately selected from known solvents such as organic solvents such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and dimethylformamide, and aqueous inorganic compound solutions such as zinc chloride and sodium thiocyanate. From the viewpoint of improving productivity, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide or dimethylformamide having a high coagulation rate is preferable, and dimethylacetamide is more preferable.

またこの際、緻密な凝固糸を得るためには、紡糸原液の重合体濃度がある程度以上になるように紡糸原液を調製することが好ましい。具体的には、紡糸原液中の重合体濃度が、好ましくは17質量%以上、より好ましくは19質量%以上である。さらに、紡糸原液は適正な粘度・流動性を必要とし、重合体濃度は25質量%を超えない範囲が好ましい。   At this time, in order to obtain a dense coagulated yarn, it is preferable to prepare the spinning dope so that the polymer concentration of the spinning dope becomes a certain level or more. Specifically, the polymer concentration in the spinning dope is preferably 17% by mass or more, more preferably 19% by mass or more. Furthermore, the spinning dope requires proper viscosity and fluidity, and the polymer concentration is preferably in a range not exceeding 25% by mass.

紡糸方法は、紡糸原液を直接凝固浴中に紡出する湿式紡糸法、空気中で凝固する乾式紡糸法、及び一旦空気中に紡出した後に浴中凝固させる乾湿式紡糸法など公知の紡糸方法を適宜採用できるが、より高い性能を有する炭素繊維束を得るには湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法が好ましい。
湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法による紡糸賦形は、紡糸原液を円形断面の孔を有するノズルより凝固浴中に紡出することで行うことができる。凝固浴としては、紡糸原液に用いられる溶剤を含む水溶液を用いるのが溶剤回収の容易さの観点から好ましい。
凝固浴として溶剤を含む水溶液を用いる場合、水溶液中の溶剤濃度は、ボイドがなく緻密な構造を形成させ高性能な炭素繊維束を得られ、かつ延伸性が確保でき生産性に優れる等の理由から、50質量%以上85質量%以下が好ましい。凝固浴の温度は10℃以上60℃以下が好ましい。
Spinning methods include known spinning methods such as a wet spinning method in which a spinning solution is directly spun into a coagulation bath, a dry spinning method in which the spinning is coagulated in the air, and a dry and wet spinning method in which the spinning is once solidified in the bath and then coagulated in the bath. However, wet spinning or dry wet spinning is preferred to obtain a carbon fiber bundle having higher performance.
The spinning shaping by the wet spinning method or the dry-wet spinning method can be performed by spinning the spinning solution into a coagulation bath from a nozzle having a hole with a circular cross section. As the coagulation bath, it is preferable to use an aqueous solution containing a solvent used in the spinning dope from the viewpoint of easy solvent recovery.
When an aqueous solution containing a solvent is used as the coagulation bath, the solvent concentration in the aqueous solution is such that there is no void and a dense structure can be formed to obtain a high-performance carbon fiber bundle, and stretchability can be ensured and productivity is excellent. From 50 mass% to 85 mass% is preferable. The temperature of the coagulation bath is preferably 10 ° C or higher and 60 ° C or lower.

重合体を溶剤に溶解し紡糸原液として凝固浴中に吐出して繊維化した後に、凝固糸を凝固浴中又は延伸浴中で延伸する浴中延伸を行うことができる。又は、一部空中延伸した後に浴中延伸してもよく、延伸の前後又は延伸と同時に水洗を行って水膨潤状態にあるアクリル繊維束を得ることができる。浴中延伸は通常50℃以上98℃以下の水浴中で1回又は2回以上の多段に分割するなどして行い、空中延伸と浴中延伸の合計倍率が5倍以上15倍以下に延伸するのが得られる炭素繊維束の性能の点から好ましい。   After the polymer is dissolved in a solvent and discharged as a spinning stock solution into a coagulation bath to be fiberized, stretching in a bath in which the coagulated yarn is stretched in a coagulation bath or in a stretching bath can be performed. Alternatively, it may be partially stretched in the air and then stretched in a bath, and an acrylic fiber bundle in a water swollen state can be obtained by washing with water before or after stretching or simultaneously with stretching. Stretching in the bath is usually carried out in a water bath of 50 ° C. or higher and 98 ° C. or lower by dividing it into multiple stages of one or two times, and the total ratio of stretching in the air and stretching in the bath is stretched to 5 to 15 times. Is preferable from the viewpoint of the performance of the carbon fiber bundle obtained.

油剤組成物は、シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有してなる。シアノ基を有するポリオルガノシロキサンは、1種でも2種以上でもよい。
シアノ基を有するポリオルガノシロキサンは、下記式(1)で示される構造を有していることが好ましい。
(式(1)において、R1〜R7は、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基である。A1及びA2は、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基、水酸基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。Xは、炭素数1以上4以下の炭化水素基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。ただし、A1,A2及びXのうち少なくとも1つは、下記式(2)で示されるシアノ変性基である。mは0以上1000以下であり、nは0以上700以下であり、m+n=10以上1000以下である。)
(式(2)において、R8は、炭素数1以上10以下の炭化水素基である。)
1〜R7,A1及びA2として選択可能な炭素数1以上4以下の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、又はt−ブチル基である。R1〜R7,A1及びA2は、全て同じでもよく、異なる基を含んでいてもよい。R8は、炭素数が2以上5以下の炭化水素基が好ましい。式(2)で示されるシアノ変性基の具体例としては、シアノエチル、シアノプロピル、シアノブチル、シアノペンチルが挙げられる。
The oil composition comprises a polyorganosiloxane having a cyano group. The polyorganosiloxane having a cyano group may be one type or two or more types.
The polyorganosiloxane having a cyano group preferably has a structure represented by the following formula (1).
(In Formula (1), R 1 to R 7 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. A 1 and A 2 are each independently carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms. A hydrogen group, a hydroxyl group or a cyano-modified group represented by the following formula (2): X represents a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms or a cyano-modified group represented by the following formula (2), provided that A At least one of 1 , 2 and X is a cyano-modified group represented by the following formula (2): m is 0 or more and 1000 or less, n is 0 or more and 700 or less, and m + n = 10 or more and 1000 It is the following.)
(In Formula (2), R 8 is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.)
Examples of the hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms that can be selected as R 1 to R 7 , A 1, and A 2 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i -A butyl group, a sec-butyl group, or a t-butyl group. R 1 to R 7 , A 1 and A 2 may all be the same or may contain different groups. R 8 is preferably a hydrocarbon group having 2 to 5 carbon atoms. Specific examples of the cyano modified group represented by the formula (2) include cyanoethyl, cyanopropyl, cyanobutyl, and cyanopentyl.

前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンについて、下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率aが95%以上であることが好ましい。ポリオルガノシロキサンの残存率a、つまり耐炎化工程での熱処理条件下におけるポリオルガノシロキサンの残存率が95%以上であれば、耐炎化工程でシリカ等の珪素化合物として飛散することがなく耐炎化炉の汚染を軽減することが出来、且つ繊維の収束性を十分保つことが出来る。珪素化合物発生の抑制、及び繊維収束性の観点から、ポリオルガノシロキサンの残存率aとしては96%以上であることがより好ましく、さらに好ましくは97%以上であることがよい。
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンについて、下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率bが1%以下であることが好ましい。ポリオルガノシロキサンの残存率b、つまり炭素化工程での熱処理条件下におけるポリオルガノシロキサンの残存率が1%以下であれば、得られた炭素繊維に存在する油剤由来の残渣が極めて少なく、毛羽が少なく、性能のバラつきが小さくなる。炭素繊維の品位向上の観点から、ポリオルガノシロキサンの残存率bとしては0.7%以上であることがより好ましく、さらに好ましくは0.5%であることがよいが、最も好ましくは油剤由来の残渣が実質存在しないことである。
About the polyorganosiloxane which has the said cyano group, it is preferable that the residual rate a of the polyorganosiloxane measured by the following method is 95% or more. If the residual ratio a of the polyorganosiloxane a, that is, the residual ratio of the polyorganosiloxane under the heat treatment conditions in the flameproofing process is 95% or more, the flameproofing furnace will not be scattered as a silicon compound such as silica in the flameproofing process. The contamination of the fibers can be reduced, and the fiber convergence can be kept sufficiently. From the viewpoint of suppression of silicon compound generation and fiber convergence, the polyorganosiloxane residual ratio a is more preferably 96% or more, and even more preferably 97% or more.
About the polyorganosiloxane which has the said cyano group, it is preferable that the residual rate b of the polyorganosiloxane measured by the following method is 1% or less. If the residual ratio b of the polyorganosiloxane, that is, the residual ratio of the polyorganosiloxane under the heat treatment conditions in the carbonization step is 1% or less, the residue derived from the oil agent present in the obtained carbon fiber is extremely small, and fluff Less performance variation. From the viewpoint of improving the quality of the carbon fiber, the polyorganosiloxane residual ratio b is more preferably 0.7% or more, more preferably 0.5%, most preferably derived from the oil agent. There is virtually no residue.

(ポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率bの測定方法)
室温にてポリオルガノシロキサンをアルミニウム製セルに入れ、熱質量測定装置にセットし、100℃で5分保持して水分を除去する。アルミニウム製セルの質量をW(g)アルミニウム製セルと油剤組成物の質量の合計をW(g)とする。次に、空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で加熱し、250℃に到達した時点の同質量をW(g)、300℃で空気雰囲気下を窒素雰囲気下に切り替えた後、更に800℃に達した時点の同質量をW(g)とする。尚、前記質量は下三桁まで測定した。下記式によりポリオルガノシロキサンの残存率を計算する。
ポリオルガノシロキサンの残存率a[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
ポリオルガノシロキサンの残存率b[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンについて、下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンのゲル化度が0%であり、実質ゲル化しないことが好ましい。
(Measurement method of residual rate a and residual rate b of polyorganosiloxane)
At room temperature, the polyorganosiloxane is placed in an aluminum cell, set in a thermal mass measuring apparatus, and kept at 100 ° C. for 5 minutes to remove moisture. The mass of the aluminum cell is W 0 (g) , and the total mass of the aluminum cell and the oil composition is W 1 (g). Next, after heating at a heating rate of 10 ° C./min in an air atmosphere, the same mass when reaching 250 ° C. was changed to W 2 (g), and the air atmosphere was switched to a nitrogen atmosphere at 300 ° C., Furthermore, the same mass at the time of reaching 800 ° C. is defined as W 3 (g). The mass was measured to the last three digits. The residual ratio of polyorganosiloxane is calculated by the following formula.
Residual rate of polyorganosiloxane a [mass%]
= (W 2 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
Residual ratio b of polyorganosiloxane b [% by mass]
= (W 3 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
About the polyorganosiloxane which has the said cyano group, the gelation degree of the polyorganosiloxane measured by the following method is 0%, and it is preferable that it does not gelatinize substantially.

(ポリオルガノシロキサンのゲル化度の測定方法)
アルミシャーレ(直径45mm、深さ10mm)に、ポリオルガノシロキサン2.0gを精秤し、105℃で1時間予備乾燥後、空気中250℃で5時間加熱して冷却し、クロロホルムに溶解させて未溶解物、即ちゲル化部分のみを回収する。回収した未溶解物を乾燥後、その重量を測定し次式によりゲル化度を算出する。
ポリオルガノシロキサンのゲル化度[%]
=乾燥後の未溶解物の重量[g]/2.0[g]×100
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンの粘度が80cSt以上5000cSt以下であることが好ましい。粘度が80cSt以上であれば、繊維束に付着させた場合に十分な収束性を付与することが出来るが、収束性の観点から100cSt以上であることが好ましく、更に好ましくは130cSt以上であることがよい。一方、5000cSt以下であれば、ポリオルガノシロキサンの粘性で繊維がロールに取られることがなく、安定的に繊維束を得ることが出来るが、紡糸工程、焼成工程で安定的に繊維束を得るためには4000cSt以下であることが好ましく、更に好ましくは2000cSt以下であることがよい。
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンのシアノ当量が500g/mol以上8000g/mol以下であることが好ましい。シアノ当量が500g/mol以上であれば、十分低いコストでシアノ基を有するポリオルガノシロキサンを合成することが出来るが、コストの観点から1000g/mol以上であることが好ましく、更に好ましくは1500g/mol以上であることがよい。一方、8000g/mol以下であればポリオルガノシロキサン1分子中に十分な数のシアノ基が導入されており、シアノ基を有することによる耐熱性向上の効果を得ることが出来るが、耐熱性の観点から5000g/mol以下であることが好ましく、更に好ましくは3000g/mol以下であることがよい。
(Method for measuring the degree of gelation of polyorganosiloxane)
In an aluminum petri dish (diameter 45 mm, depth 10 mm), 2.0 g of polyorganosiloxane is precisely weighed, pre-dried at 105 ° C. for 1 hour, cooled in air at 250 ° C. for 5 hours, and dissolved in chloroform. Only the undissolved material, ie the gelled part, is recovered. After drying the recovered undissolved material, its weight is measured, and the degree of gelation is calculated by the following formula.
Gelation degree of polyorganosiloxane [%]
= Weight of undissolved material after drying [g] /2.0 [g] × 100
The viscosity of the polyorganosiloxane having a cyano group is preferably 80 cSt or more and 5000 cSt or less. If the viscosity is 80 cSt or more, sufficient convergence can be imparted when adhered to the fiber bundle, but from the viewpoint of convergence, it is preferably 100 cSt or more, and more preferably 130 cSt or more. Good. On the other hand, if it is 5000 cSt or less, the fiber is not taken up by the roll due to the viscosity of the polyorganosiloxane, and a fiber bundle can be stably obtained, but in order to obtain a fiber bundle stably in the spinning process and firing process. Is preferably 4000 cSt or less, and more preferably 2000 cSt or less.
The cyano equivalent of the polyorganosiloxane having a cyano group is preferably 500 g / mol or more and 8000 g / mol or less. If the cyano equivalent is 500 g / mol or more, a polyorganosiloxane having a cyano group can be synthesized at a sufficiently low cost, but it is preferably 1000 g / mol or more, more preferably 1500 g / mol from the viewpoint of cost. It is good that it is above. On the other hand, if it is 8000 g / mol or less, a sufficient number of cyano groups are introduced in one molecule of the polyorganosiloxane, and the effect of improving heat resistance by having the cyano group can be obtained. To 5000 g / mol or less, more preferably 3000 g / mol or less.

シアノ基を有するポリオルガノシロキサンは、式(1)におけるR1〜R7,A1及びA2がいずれもメチル基であり、式(1)におけるXが式(2)においてR8が炭素数3のシアノプロピル基である側鎖シアノ変性ポリジメチルシロキサンであることがより好ましい。
また、式(1)のm及びnに関しては、mが0以上1000以下、nが0以上700以下、m+n=10以上1000以下であり、好ましくはm+n=100以上800以下、より好ましくはm+n=300以上600以下である。m及びnの値は上記の範囲であれば特に制限はないが、式(1)のXが式(2)で示されるシアノ変性基である場合、そのXを含む構造単位数nは1以上700以下であることが好ましく、より好ましくは50以上500以下である。m+nが10より大きい場合は、十分な熱安定性があり、耐炎化工程における融着を概ね防止することができる。また、m+nが1000より小さい場合は粘性が高くなり過ぎない為、紡糸、焼成工程においてトラブルなく繊維束を得ることが出来る。
In the polyorganosiloxane having a cyano group, R 1 to R 7 , A 1 and A 2 in the formula (1) are all methyl groups, X in the formula (1) is R 8 in the formula (2) More preferred is a side-chain cyano-modified polydimethylsiloxane that is 3 cyanopropyl groups.
Regarding m and n in formula (1), m is 0 or more and 1000 or less, n is 0 or more and 700 or less, m + n = 10 or more and 1000 or less, preferably m + n = 100 or more and 800 or less, more preferably m + n = 300 or more and 600 or less. The values of m and n are not particularly limited as long as they are within the above ranges, but when X in formula (1) is a cyano modified group represented by formula (2), the number of structural units n containing X is 1 or more. It is preferably 700 or less, more preferably 50 or more and 500 or less. When m + n is greater than 10, there is sufficient thermal stability, and fusion in the flameproofing step can be generally prevented. Further, when m + n is smaller than 1000, the viscosity does not become too high, so that a fiber bundle can be obtained without any trouble in the spinning and firing processes.

油剤組成物は、さらに、非イオン系乳化剤を含有することが好ましい。油剤組成物が非イオン系乳化剤を含有することで、油剤組成物のエマルションを安定して形成することができる。非イオン系乳化剤は、1種でも2種以上でもよい。非イオン系乳化剤としては、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪族エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪族エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪族アミドエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物などのポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤やグリセロールの脂肪族エステル、ペンタエリストールの脂肪族エステル、ソルビトールの脂肪族エステル、ソルビタンの脂肪族エステル、ショ糖の脂肪族エステル、多価アルコールのアルキルエーテル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミドなどの多価アルコール型非イオン性界面活性剤が挙げられる。好ましくは、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物であり、中でもポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドのブロック共重合体がより好ましい。   The oil agent composition preferably further contains a nonionic emulsifier. When the oil composition contains a nonionic emulsifier, an emulsion of the oil composition can be stably formed. 1 type or 2 types or more may be sufficient as a nonionic emulsifier. Nonionic emulsifiers include, for example, higher alcohol ethylene oxide adducts, alkylphenol ethylene oxide adducts, aliphatic ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol aliphatic ester ethylene oxide adducts, higher alkylamine ethylene oxide adducts, aliphatic Polyamide glycol type nonionic surfactants such as amidoethylene oxide adducts, fat and oil ethylene oxide adducts, polypropylene glycol ethylene oxide adducts, aliphatic esters of glycerol, aliphatic esters of pentaerythritol, aliphatic esters of sorbitol Polyhydric alcohol type nonionic, such as aliphatic ester of sorbitan, aliphatic ester of sucrose, alkyl ether of polyhydric alcohol, fatty acid amide of alkanolamines Surface active agents. Polypropylene glycol ethylene oxide adducts are preferable, and a block copolymer of polypropylene oxide and polyethylene oxide is more preferable.

油剤組成物は、シアノ基を有するポリオルガノシロキサン50質量%以上90質量%以下と、非イオン系乳化剤10質量%以上50質量%以下とを含有することが好ましく、シアノ基を有するポリオルガノシロキサン70質量%以上90質量%以下と、非イオン系乳化剤10質量%以上30質量%以下とを含有することがより好ましい。油剤組成物中のシアノ基を有するポリオルガノシロキサンが50質量%以上含まれていると、その耐熱性を有効に利用することが出来、90質量%以下であると、十分な乳化剤の量が確保されており安定なエマルションを得ることが出来る。油剤組成物中の非イオン系乳化剤が10質量%以上であれば乳化を安定に行うことが出来、得られたエマルションも十分な安定性を有しており、50質量%以下であればシアノ基を有するポリオルガノシロキサンの量が十分含まれており、その耐熱性を有効に利用することが出来る。
油剤組成物は、シアノ基を有するポリオルガノシロキサン50質量%以上90質量%以下と、非イオン系乳化剤10質量%以上50質量%以下とを含有することが好ましい。この油剤組成物における2成分のバランスは重要であり、上記範囲内であれば、熱的安定性、エマルションの安定性、工程通過性を全て満足することが出来る。
The oil composition preferably contains 50% by mass or more and 90% by mass or less of a polyorganosiloxane having a cyano group and 10% by mass or more and 50% by mass or less of a nonionic emulsifier. It is more preferable to contain 10 mass% or more and 90 mass% or less of nonionic emulsifiers. If the polyorganosiloxane having a cyano group in the oil agent composition is contained in an amount of 50% by mass or more, the heat resistance can be effectively used, and if it is 90% by mass or less, a sufficient amount of emulsifier is ensured. And a stable emulsion can be obtained. If the nonionic emulsifier in the oil composition is 10% by mass or more, emulsification can be performed stably. The obtained emulsion also has sufficient stability, and if it is 50% by mass or less, a cyano group The amount of polyorganosiloxane having a sufficient amount is contained, and its heat resistance can be effectively utilized.
It is preferable that an oil agent composition contains 50 mass% or more and 90 mass% or less of polyorganosiloxane which has a cyano group, and 10 mass% or more and 50 mass% or less of nonionic emulsifiers. The balance of the two components in this oil agent composition is important, and within the above range, the thermal stability, the emulsion stability, and the process passability can all be satisfied.

油剤組成物は、さらに、酸化防止剤を含有することができる。この含有量は、1質量%以上5質量%以下の範囲が好ましく、1質量%以上3質量%以下の範囲がより好ましい。
酸化防止剤としては公知の様々な物質を用いることができるが、好ましくはフェノール系又は硫黄系の酸化防止剤である。フェノール系酸化防止剤の具体例としては、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、4,4’−ブチリデンビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、2,2’−メチレンビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、n−オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス〔メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕メタン、トリエチレングリコールビス〔3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート〕、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート等が挙げられる。硫黄系の酸化防止剤の具体例としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジトリデシルチオジプロピオネート等が挙げられる。酸化防止剤は、単独で用いても、複数の混合物として用いても差し支えない。
The oil composition can further contain an antioxidant. This content is preferably in the range of 1% by mass to 5% by mass, and more preferably in the range of 1% by mass to 3% by mass.
Various known substances can be used as the antioxidant, and a phenol-based or sulfur-based antioxidant is preferable. Specific examples of the phenolic antioxidant include 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 4,4′-butylidenebis- (6-t-butyl-3-methylphenol), 2,2′- Methylene bis- (4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2′-methylene bis- (4-ethyl-6-tert-butylphenol), 2,6-di-tert-butyl-4-ethylphenol, 1, 1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl) butane, n-octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, tetrakis [methylene -3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] methane, triethylene glycol bis [3- (3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methyl) Eniru) propionate], tris (3,5-di -t- butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate. Specific examples of the sulfur-based antioxidant include dilauryl thiodipropionate, distearyl thiodipropionate, dimyristyl thiodipropionate, and ditridecyl thiodipropionate. The antioxidant may be used alone or as a mixture.

油剤組成物は、その特性向上のために、帯電防止剤を含有することは差し支えない。帯電防止剤としては、公知の物質を用いることができる。帯電防止剤はイオン型と非イオン型に大別され、イオン型としてはアニオン系、カチオン系及び両性系があり、非イオン型ではポリエチレングリコール型及び多価アルコール型がある。帯電防止の観点からイオン型が好ましく、中でも脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキシド付加物硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキシド付加物硫酸リン酸エステル塩、第4級アンモニウム塩型カチオン界面活性剤、ベタイン型両性界面活性剤、高級アルコールエチレンオキシド付加物ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステルなどが好ましく用いられる。帯電防止剤は、単独で用いても、複数の混合物として用いても差し支えない。
さらに、油剤組成物をアクリル繊維束に付着させる設備や使用環境によって、工程の安定性や油剤組成物の安定性、付着特性を向上させるために、消泡剤、防腐剤、抗菌剤、浸透剤などの添加物を、油剤組成物に適宜配合することは差し支えない。
本発明においては、シアノ基を有するポリオルガノシロキサン、及び必要に応じて非イオン系乳化剤、酸化防止剤を配合した油剤組成物を、水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付着させる処理をする。通常、油剤組成物が水中に分散された水系乳化溶液を、水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付与する処理をする。
The oil composition may contain an antistatic agent in order to improve its properties. A known substance can be used as the antistatic agent. Antistatic agents are broadly classified into ionic types and nonionic types, and ionic types include anionic, cationic and amphoteric, and nonionic types include polyethylene glycol type and polyhydric alcohol type. From the viewpoint of antistatic, ionic type is preferable, among them aliphatic sulfonate, higher alcohol sulfate ester salt, higher alcohol ethylene oxide adduct sulfate ester, higher alcohol phosphate ester salt, higher alcohol ethylene oxide adduct sulfate phosphate ester salt, Quaternary ammonium salt type cationic surfactants, betaine type amphoteric surfactants, higher alcohol ethylene oxide adducts polyethylene glycol fatty acid esters, polyhydric alcohol fatty acid esters and the like are preferably used. The antistatic agent may be used alone or as a mixture.
Furthermore, in order to improve the stability of the process, the stability of the oil composition, and the adhesion characteristics depending on the equipment and usage environment for attaching the oil composition to the acrylic fiber bundle, an antifoaming agent, preservative, antibacterial agent, penetrating agent Such additives may be appropriately added to the oil composition.
In this invention, the process which makes the polyorganosiloxane which has a cyano group, and the oil agent composition which mix | blended the nonionic emulsifier and antioxidant as needed adhere to the acrylic fiber bundle in a water swelling state is performed. Usually, the process which provides the aqueous | water-based emulsion solution in which the oil agent composition was disperse | distributed in water to the acrylic fiber bundle in a water swelling state is performed.

油剤組成物のエマルションの調製方法に関しては、例えば、シアノ基を有するポリオルガノシロキサンに非イオン系乳化剤を混合し攪拌しながらエステル化合物を添加攪拌したものに水を加えることで、油剤組成物が水に分散したエマルションが得られる。各成分の混合又は水中分散は、プロペラ攪拌、ホモミキサー、ホモジナイザー等を使って行うことができる。特に、高粘度の変性シリコーンを用いる場合には、150MPa以上に加圧可能な超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。   Regarding the method for preparing the emulsion of the oil composition, for example, the oil composition is added to the water obtained by mixing the non-ionic emulsifier with the polyorganosiloxane having a cyano group and stirring the ester compound, and stirring the water. An emulsion dispersed in is obtained. Mixing of each component or dispersion in water can be performed using propeller stirring, a homomixer, a homogenizer, or the like. In particular, when a high viscosity modified silicone is used, it is preferable to use an ultrahigh pressure homogenizer capable of pressurizing to 150 MPa or more.

油剤組成物のアクリル繊維束への付与は、前述の浴中延伸後の水膨潤状態にあるアクリル繊維束に、油剤組成物のエマルションを付与することにより行うことができる。浴中延伸の後に洗浄を行う場合は、浴中延伸及び洗浄を行った後に得られる水膨潤状態にある繊維束に、油剤組成物のエマルションを付与することもできる。
油剤組成物を水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付与する方法としては、油剤組成物が水中に分散したエマルションに、イオン交換水を加えて所定の濃度に希釈して油剤処理液とした後、水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付着させる手法を用いることができる。
油剤処理液を水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付着させる方法としては、ローラーの下部を油剤処理液に浸漬させ、そのローラーの上部にアクリル繊維束を接触させるローラー付着法、ポンプで一定量の油剤処理液をガイドから吐出し、そのガイド表面にアクリル繊維束を接触させるガイド付着法、ノズルから一定量の油剤処理液をアクリル繊維束に噴射するスプレー付着法、油剤処理液の中にアクリル繊維束を浸漬した後にローラー等で絞って余分な油剤処理液を除去するディップ付着法等の公知の方法を用いることができる。
Application of the oil composition to the acrylic fiber bundle can be performed by applying an emulsion of the oil composition to the acrylic fiber bundle in a water-swollen state after stretching in the bath. When washing is performed after stretching in the bath, an emulsion of the oil composition can be applied to the fiber bundle in a water-swelled state obtained after stretching and washing in the bath.
As a method of imparting the oil agent composition to the acrylic fiber bundle in the water-swelled state, after adding the ion exchange water to the emulsion in which the oil agent composition is dispersed in water and diluting to a predetermined concentration, an oil agent treatment liquid is obtained. A technique of attaching to an acrylic fiber bundle in a water swelling state can be used.
As a method of attaching the oil treatment liquid to the acrylic fiber bundle in the water-swollen state, the lower part of the roller is immersed in the oil treatment liquid and the acrylic fiber bundle is brought into contact with the upper part of the roller. A guide adhesion method in which an oil treatment liquid is discharged from a guide and an acrylic fiber bundle is brought into contact with the guide surface, a spray adhesion method in which a certain amount of the oil treatment liquid is sprayed from the nozzle onto the acrylic fiber bundle, and an acrylic fiber in the oil treatment liquid. After dipping the bundle, a known method such as a dip attachment method in which excess oil solution is removed by squeezing with a roller or the like can be used.

均一付着の観点から、好ましくは、アクリル繊維束に十分に油剤処理液を浸透させ、余分な処理液を除去するディップ付着法である。より均一に付着するためには油剤付与工程を2つ以上の多段にし、繰り返し付与することも有効である。
アクリル繊維束に対する油剤組成物の付着量は、後述する乾燥緻密化された後のアクリル繊維束の乾燥繊維質量に対して0.1質量%以上2質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上1.5質量%以下であることがさらに好ましい。油剤組成物の付着量が0.1質量%以上であれば、フィラメント同士の融着を防いだり、フィラメントを油剤被膜で保護し擦過耐性を向上させるといった油剤の本来の機能を十分に発現させることが出来る。一方、油剤組成物の付着量が2質量%以下であれば、フィラメント上に油剤組成物が均一に付与され、紡糸、焼成工程の両方で安定的に繊維束を得ることが可能となる。
特に、油剤組成物がアクリル繊維束の乾燥繊維質量に対して0.1質量%以上2質量%以下付着している前駆体繊維束を製造するにあたっては、油剤組成物が平均粒子径0.01μm以上0.5μm以下のミセルを形成している水系乳化溶液を調製することが好ましい。こうすることで、アクリル繊維束の表面に均一に油剤組成物を付与することが可能となる。なお、水系乳化溶液に存在するミセルの平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(商品名:LA−910、株式会社堀場製作所製)を用いて測定することができる。
油剤組成物が付着した前駆体繊維束は、続く乾燥工程で乾燥緻密化される。乾燥緻密化の温度は、繊維のガラス転移温度を超えた温度で行う必要があるが、実質的には含水状態から乾燥状態によって異なることもあり、温度は100℃以上200℃以下程度の加熱ローラーによる方法が好ましい。このとき加熱ローラーの個数は、1個でも複数個でもよい。
From the viewpoint of uniform adhesion, the dip adhesion method is preferred in which the oil treatment liquid is sufficiently permeated into the acrylic fiber bundle to remove excess treatment liquid. In order to adhere more uniformly, it is also effective to apply the oil agent application step in two or more stages and repeatedly apply it.
The adhesion amount of the oil composition to the acrylic fiber bundle is preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the dry fiber mass of the acrylic fiber bundle after being dried and densified, which will be described later. More preferably, it is at least 1.5% by mass. If the adhesion amount of the oil composition is 0.1% by mass or more, the original function of the oil agent, such as preventing fusion of filaments or protecting the filament with an oil film and improving scratch resistance, should be sufficiently developed. I can do it. On the other hand, if the adhesion amount of the oil composition is 2% by mass or less, the oil composition is uniformly applied on the filament, and a fiber bundle can be stably obtained in both the spinning and firing steps.
In particular, in producing a precursor fiber bundle in which the oil agent composition is adhered to 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the dry fiber mass of the acrylic fiber bundle, the oil agent composition has an average particle diameter of 0.01 μm. It is preferable to prepare an aqueous emulsified solution in which micelles of 0.5 μm or less are formed. By carrying out like this, it becomes possible to provide an oil agent composition uniformly on the surface of an acrylic fiber bundle. In addition, the average particle diameter of the micelle which exists in an aqueous emulsified solution can be measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (trade name: LA-910, manufactured by Horiba, Ltd.).
The precursor fiber bundle to which the oil composition is adhered is dried and densified in a subsequent drying step. The temperature for drying and densification needs to be performed at a temperature exceeding the glass transition temperature of the fiber, but the temperature may be substantially different depending on the drying state from the water-containing state, and the temperature is about 100 ° C. or more and 200 ° C. or less. Is preferred. At this time, the number of heating rollers may be one or more.

乾燥後、続いて加圧水蒸気延伸を行うことが、得られる前駆体繊維束の緻密性や配向度をさらに高めることができることから好ましい。加圧水蒸気延伸とは、加圧水蒸気雰囲気中で延伸を行う方法であって、高倍率の延伸が可能であることから、より高速で安定な紡糸が行えると同時に、得られる前駆体繊維束の緻密性や配向度向上にも寄与する。
加圧水蒸気延伸においては、加圧水蒸気延伸装置直前の加熱ローラーの温度を120℃以上190℃以下、加圧水蒸気延伸における水蒸気圧力の変動率を0.5%以下に制御することが重要である。このように制御することにより、前駆体繊維束になされる延伸倍率の変動及びそれによって発生するトウ繊度の変動を抑制することができる。加熱ローラーの温度が120℃以上であれば前駆体繊維束の温度が十分に上がり延伸性が得られる。
加圧水蒸気延伸における水蒸気の圧力は、加熱ローラーによる延伸の抑制や加圧水蒸気延伸法の特徴が明確に現れるようにするため、200kPa(ゲージ圧、以下同じ。)以上が好ましい。この水蒸気圧は、処理時間との兼ね合いで適宜調節することが好ましいが、高圧にすると水蒸気の漏れが増大したりする場合があるので、工業的には600kPa程度以下が好ましい。
It is preferable to perform pressurized steam drawing after drying because the denseness and orientation degree of the obtained precursor fiber bundle can be further increased. Pressurized steam stretching is a method of stretching in a pressurized steam atmosphere. Since high-strength stretching is possible, high-speed and stable spinning can be performed, and at the same time, the resulting precursor fiber bundle is dense. It also contributes to improving the degree of orientation.
In the pressurized steam stretching, it is important to control the temperature of the heating roller immediately before the pressurized steam stretching apparatus to 120 ° C. or more and 190 ° C. or less and the variation rate of the steam pressure in the pressurized steam stretching to 0.5% or less. By controlling in this way, it is possible to suppress fluctuations in the draw ratio made on the precursor fiber bundle and fluctuations in tow fineness caused thereby. If the temperature of the heating roller is 120 ° C. or higher, the temperature of the precursor fiber bundle is sufficiently increased to obtain stretchability.
The pressure of water vapor in the pressurized steam stretching is preferably 200 kPa (gauge pressure, the same shall apply hereinafter) or more so that the stretching of the heated roller can be suppressed and the features of the pressurized steam stretching method appear clearly. The water vapor pressure is preferably adjusted as appropriate in consideration of the treatment time. However, when the pressure is increased, water vapor leakage may increase, and therefore, it is preferably about 600 kPa or less industrially.

乾燥緻密化を完了した前駆体繊維束は、軽微な油剤の斑付きが生じており、焼成工程での軽微な融着が発生し最終的に得られる炭素繊維の品位が低下する為、軽微な油剤の斑付きを解消する加熱処理工程を有することが望ましい。前述の加熱ローラーによる加熱処理工程では、工程を通過する繊維束が含水状態であり、加熱処理による熱エネルギーの大部分が水分の蒸発により使用される。一方、本段落にて説明する加熱処理工程では、工程を通過する繊維束の状態がほぼ絶乾状態であり、加熱処理による熱エネルギーの大部分が繊維束及び繊維束に付与されている油剤の温度上昇に使用される。後者の場合、油剤の温度上昇に伴い油剤成分の粘度が低下し繊維束を形成するフィラメント一本一本に均一に付与されるようになる。このような機構により、乾燥緻密化を完了した前駆体繊維束を更に加熱処理することにより、軽微な油剤の斑付きを解消するに至った。
前記軽微な油剤の斑付きを解消する加熱処理工程の加熱温度としては130℃以上170℃以下であることが好ましい。加熱温度が130℃以上であればフィラメント上で斑付きした油剤が十分均一に濡れ広がることが可能となるが、より好ましくは140℃以上であることがよい。また加熱温度が170℃以下であればフィラメント同士が融着することなく、品位の高い繊維束を得ることが出来るが、より好ましくは160℃以下であることがよい。
前記軽微な油剤の斑付きを解消する加熱処理工程の加熱時間としては3分以上10分以下であることが好ましい。加熱時間が3分以上であればフィラメント上で斑付きした油剤が十分均一に濡れ広がることが可能となるが、より好ましくは4分以上、更に好ましくは5分以上あることがよい。また加熱時間が10分以下であればフィラメント同士が融着することなく、品位の高い繊維束を得ることが出来るが、生産性の観点からより好ましくは8分以下、更に好ましくは6分以下であることがよい。
前記軽微な油剤の斑付きを解消する加熱処理工程の乾燥方法としては、加熱ローラーによる方法や熱風循環による方法などが考えられるが、この限りではない。また本加熱処理工程の乾燥方法としては1種類のみでもよいし、2種類以上を組み合わせてもよいが、比較的短時間且つ低コストで処理するためには加熱ローラーによる加熱処理を行うことが好ましい。
軽微な油剤の斑付きを解消する加熱処理を完了した前駆体繊維束は、室温のロールを通し、常温の状態まで冷却した後にワインダーでボビンに巻き取られる。あるいは、ケンスに振込まれて収納され、焼成工程に移される。
Precursor fiber bundles that have been dried and densified have minor oily spots, and a slight fusion occurs in the firing process, resulting in a decrease in the quality of the carbon fiber that is finally obtained. It is desirable to have a heat treatment process that eliminates the unevenness of the oil agent. In the heat treatment step using the heating roller described above, the fiber bundle passing through the step is in a water-containing state, and most of the heat energy by the heat treatment is used by evaporation of moisture. On the other hand, in the heat treatment process described in this paragraph, the state of the fiber bundle passing through the process is almost completely dry, and the oil agent in which most of the heat energy by the heat treatment is applied to the fiber bundle and the fiber bundle. Used for temperature rise. In the latter case, as the temperature of the oil agent increases, the viscosity of the oil agent component decreases, and the filament is uniformly applied to each filament forming the fiber bundle. By such a mechanism, the precursor fiber bundle that has been dried and densified is further subjected to heat treatment, thereby eliminating the slight oil spot.
The heating temperature in the heat treatment step for eliminating the minor oily spots is preferably 130 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. If the heating temperature is 130 ° C. or higher, it becomes possible for the oil agent spotted on the filament to spread sufficiently uniformly, but more preferably 140 ° C. or higher. Further, if the heating temperature is 170 ° C. or lower, a high-quality fiber bundle can be obtained without fusing the filaments together, but more preferably 160 ° C. or lower.
The heating time of the heat treatment step for eliminating the minor oily spots is preferably 3 minutes or more and 10 minutes or less. If the heating time is 3 minutes or longer, the oil agent that is spotted on the filament can spread out evenly and uniformly, more preferably 4 minutes or longer, and even more preferably 5 minutes or longer. Further, if the heating time is 10 minutes or less, a high-quality fiber bundle can be obtained without fusing the filaments together, but from the viewpoint of productivity, it is more preferably 8 minutes or less, and even more preferably 6 minutes or less. There should be.
As a drying method in the heat treatment step for eliminating the slight oil agent spots, a method using a heating roller or a method using hot air circulation is conceivable, but not limited thereto. Moreover, as a drying method of this heat processing process, only 1 type may be sufficient and 2 or more types may be combined, However, In order to process at a comparatively short time and low cost, it is preferable to perform the heat processing by a heating roller. .
The precursor fiber bundle that has been subjected to the heat treatment for eliminating the slight oil spotting is passed through a roll at room temperature, cooled to room temperature, and then wound around a bobbin by a winder. Alternatively, it is transferred to a can and stored, and transferred to a firing step.

焼成工程で任意の耐炎化処理、炭素化処理、電解処理、サイジング処理を経て得られた炭素繊維束のJISR7608に従って測定されたストランド強度は5.6GPa以上6.2GPa以下であることが好ましい。
またJISR7608に従って測定されたストランド強度の変動率が5%以下であることが好ましい。炭素繊維束のストランド強度の変動率が5%以下であれば、本炭素繊維束を使用した炭素繊維複合材料が十分な品位のものが得られるが、炭素繊維複合材量の品位の観点からストランド強度変動率が3%以下であることがより好ましい。
以上のように製造した本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、紡糸工程、焼成工程での融着が抑制でき、かつ工程通過性が良好な上、品質および物性の優れた炭素繊維束を製造することができる。このような炭素繊維前駆体アクリル繊維束により得られる炭素繊維束は、様々な構造材料に用いられる繊維強化樹脂複合材料に用いる強化繊維として好適である。
It is preferable that the strand strength measured according to JISR7608 of the carbon fiber bundle obtained through arbitrary flameproofing treatment, carbonization treatment, electrolytic treatment, and sizing treatment in the firing step is 5.6 GPa or more and 6.2 GPa or less.
Further, the variation rate of the strand strength measured according to JIS R7608 is preferably 5% or less. If the variation rate of the strand strength of the carbon fiber bundle is 5% or less, the carbon fiber composite material using the carbon fiber bundle can be obtained with a sufficient quality. More preferably, the intensity fluctuation rate is 3% or less.
The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of the present invention produced as described above is a carbon fiber bundle that can suppress fusion in the spinning process and firing process, has good processability, and has excellent quality and physical properties. Can be manufactured. A carbon fiber bundle obtained by such a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is suitable as a reinforcing fiber used for a fiber reinforced resin composite material used for various structural materials.

以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物、並びに該油剤組成物を付与した前駆体繊維束およびその製造方法はこれらによって限定されるものではない。なお、前駆体繊維束の油剤付着量、油剤耐熱性評価、操業安定性評価、炭素繊維ストランド強度評価は以下の方法により実施した。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the carbon fiber precursor acrylic fiber oil agent composition of the present invention, the precursor fiber bundle provided with the oil agent composition, and the production method thereof are limited by these. Is not to be done. In addition, the oil agent adhesion amount of the precursor fiber bundle, the oil agent heat resistance evaluation, the operation stability evaluation, and the carbon fiber strand strength evaluation were performed by the following methods.

[ポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率b]
室温にてポリオルガノシロキサンをアルミニウム製セルに入れ、熱質量測定装置にセットし、100℃で5分保持して水分を除去した。アルミニウム製セルの質量をW(g)アルミニウム製セルと油剤組成物の質量の合計をW(g)とした。次に、空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で加熱し、250℃に到達した時点の同質量をW(g)、300℃で空気雰囲気下を窒素雰囲気下に切り替えた後、更に800℃に達した時点の同質量をW(g)とした。尚、前記質量は下三桁まで測定した。下記式によりポリオルガノシロキサンの残存率を計算した。
ポリオルガノシロキサンの残存率a[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
ポリオルガノシロキサンの残存率b[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
[Remaining rate a and remaining rate b of polyorganosiloxane]
The polyorganosiloxane was placed in an aluminum cell at room temperature, set in a thermal mass measuring apparatus, and kept at 100 ° C. for 5 minutes to remove moisture. The mass of the aluminum cell was W 0 (g) , and the total mass of the aluminum cell and the oil composition was W 1 (g). Next, after heating at a heating rate of 10 ° C./min in an air atmosphere, the same mass when reaching 250 ° C. was changed to W 2 (g), and the air atmosphere was switched to a nitrogen atmosphere at 300 ° C., Furthermore, the same mass at the time of reaching 800 ° C. was defined as W 3 (g). The mass was measured to the last three digits. The residual ratio of polyorganosiloxane was calculated by the following formula.
Residual rate of polyorganosiloxane a [mass%]
= (W 2 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
Residual ratio b of polyorganosiloxane b [% by mass]
= (W 3 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100

[ポリオルガノシロキサンのゲル化度]
アルミシャーレ(直径45mm、深さ10mm)に、ポリオルガノシロキサン2.0gを精秤し、105℃で1時間予備乾燥後、空気中250℃で5時間加熱して冷却しクロロホルムに溶解させて未溶解物、即ちゲル化部分のみを回収した。回収した未溶解物を乾燥後、その重量を測定し次式によりゲル化度を算出した。
ポリオルガノシロキサンのゲル化度[%]
=乾燥した未溶解物の重量 [g]/2.0[g]×100
ゲルが発生し始めるまでの時間が長く、かつゲル化度が小さいほど、耐熱性に優れていて、油剤エマルジョン付着後の乾燥工程や耐炎化工程での工程通過性が良いこと、即ちゲル化したシリコーン系油剤により誘発される毛羽、糸切れが少ないことを意味する。
[Degree of gelation of polyorganosiloxane]
In an aluminum petri dish (diameter: 45 mm, depth: 10 mm), 2.0 g of polyorganosiloxane is precisely weighed, pre-dried at 105 ° C. for 1 hour, heated in air at 250 ° C. for 5 hours, cooled and dissolved in chloroform. Only the lysate, ie the gelled part, was collected. The recovered undissolved material was dried, its weight was measured, and the degree of gelation was calculated by the following formula.
Gelation degree of polyorganosiloxane [%]
= Weight of dried undissolved material [g] /2.0 [g] × 100
The longer the time until the gel starts to be generated and the smaller the degree of gelation, the better the heat resistance, and the better the processability in the drying process and flameproofing process after attaching the oil emulsion, that is, gelation. It means less fuzz and yarn breakage induced by silicone oil.

[油剤付着量]
前駆体繊維束を105℃で1時間乾燥させた後、90℃のメチルエチルケトンに8時間浸漬して付着した油剤組成物を溶媒抽出した。油剤付着量はこの抽出前後の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の質量を精秤することで、この差から求めた。
[Oil agent adhesion amount]
The precursor fiber bundle was dried at 105 ° C. for 1 hour, and then immersed in methyl ethyl ketone at 90 ° C. for 8 hours, and the oil agent composition adhered thereto was subjected to solvent extraction. The oil agent adhesion amount was determined from this difference by precisely weighing the mass of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle before and after this extraction.

[操業安定性評価]
炭素繊維前駆体アクリル繊維束を24時間連続して製造した時に、搬送ロールへ単糸が巻き付き、除去した頻度により、操業性の評価をした。評価基準は次の通りとした。
○:除去回数(回/24時間)≦1
×:除去回数(回/24時間)>1
[Operational stability evaluation]
When the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle was continuously produced for 24 hours, the operability was evaluated based on the frequency with which the single yarn was wound around and removed from the transport roll. The evaluation criteria were as follows.
○: Number of removals (times / 24 hours) ≦ 1
×: Number of removals (times / 24 hours)> 1

[炭素繊維束の分散試験]
繊維束を切断して長さ3mmのサンプルを得る。容量100mlのビーカー内にクロロホルム50ml及び該サンプルを入れて、攪拌機にて600rpmで10分間撹拌して、クロロホルム中に繊維束を分散させた。その後、6000フィラメント当りの単繊維同士が接着している数(繊維集合体の数)を計測し、分散性を評価した。評価基準は次の通りとした。
◎:0 ≦ 接着数 <5
○:5 ≦ 接着数 <20
△:20 ≦ 接着数 <100
×:100≦ 接着数
[Dispersion test of carbon fiber bundle]
The fiber bundle is cut to obtain a sample having a length of 3 mm. In a beaker having a capacity of 100 ml, 50 ml of chloroform and the sample were put, and stirred for 10 minutes at 600 rpm with a stirrer to disperse the fiber bundle in chloroform. Thereafter, the number of single fibers bonded per 6000 filaments (number of fiber aggregates) was measured to evaluate dispersibility. The evaluation criteria were as follows.
A: 0 ≦ Number of adhesions <5
○: 5 ≦ number of adhesions <20
Δ: 20 ≦ number of adhesions <100
×: 100 ≦ number of adhesion

[炭素繊維束ストランド強度]
JIS−R−7608に規定されているエポキシ樹脂含浸ストランド法に準じて測定した。なお、測定回数は10回とした。
[Carbon fiber bundle strand strength]
It measured according to the epoxy resin impregnation strand method prescribed | regulated to JIS-R-7608. The number of measurements was 10 times.

[実施例1]
油剤組成物のエマルションを次の方法で調製した。前記式(1)のR,R,R,R,R,R,RおよびA,Aがメチル基であり、Xが前記式(2)でRがアミノプロピル基である粘度150cSt、官能基当量6000g/molのポリアミノプロピルメチルシロキサンのアミノ基をシアノ基に置換した粘度130cSt、官能基当量6000g/molのポリシアノプロピルメチルシロキサン(A−1)と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(B−1)(花王株式会社製、商品名:エマルゲン109P)とを90:10(ポリシアノプロピルメチルシロキサン:ポリオキシエチレンアルキルエーテル)の質量比で混合したものに、油剤組成物の濃度が30wt%となるようにイオン交換水を加え、ホモミキサーで乳化した。この状態ではミセル粒子径の平均が2μm程度であるため、さらに高圧ホモジナイザーによってミセルの平均粒子径が0.3μmになるまで分散した。このエマルションを油剤原液として以下の工程で用いた。
尚、使用したポリシアノプロピルメチルシロキサンの残存率a、残存率b、ゲル化度の結果を表1に示した。残存率aでは十分な残存率の高さであり耐炎化工程で十分油剤成分が残存していることが確認できた。また残存率bでは、残存率は極めて少なく、炭素繊維に油剤由来の残渣が極めて残存しにくい結果となった。またゲル化度については0%であり、実質ゲル化しないことを確認した。
上記の油剤原液を用いて、油剤組成物をアクリル繊維束に付与する。油剤組成物を付着させるアクリル繊維束は、次の方法で調製した。アクリロニトリル系共重合体(組成比:アクリロニトリル/アクリルアミド/メタクリル酸=96/3/1(質量比))をジメチルアセトアミドに溶解し、紡糸原液を調製し、ジメチルアセトアミド水溶液を満たした凝固浴中に孔径(直径)60μm、孔数6000の紡糸ノズルより吐出し凝固糸とした。凝固糸は水洗槽中で脱溶媒するとともに3倍に延伸して水膨潤状態のアクリル繊維束とした。
上記の水膨潤状態にあるアクリル繊維束を、上記油剤原液をイオン交換水で希釈した処理液が入った油剤処理槽に導き、かかる油剤組成物を付着させた後、表面温度180℃のロールにて乾燥した後に、圧力0.2MPaの水蒸気中で5倍延伸を施した。ここで得られたフィラメント数6000本、総繊度4800dtexの前駆体繊維束の油剤付着量、紡糸工程における操業安定性評価の評価結果を表1に合わせて示した。
油剤付着は適正な量であることが確認された。また、操業安定性も良好であり、連続操業にあたり何ら問題が無かった。
この炭素繊維前駆体アクリル繊維束を、220〜260℃の温度勾配を有する耐炎化炉に通し、さらに窒素雰囲気中で400〜1300℃の温度勾配を有する炭素化炉で焼成して炭素繊維束とした。ここで得られた炭素繊維束の融着数および炭素繊維束ストランド強度(以下、CF強度とも記載する)を表1に示した。CF強度は高く良好であった。
[Example 1]
An emulsion of the oil composition was prepared by the following method. R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and A 1 , A 2 in the formula (1) are methyl groups, X is the formula (2) and R 8 is amino A polycyanopropylmethylsiloxane (A-1) having a viscosity of 130 cSt, a functional group equivalent of 6000 g / mol, and a polycyanopropylmethylsiloxane (A-1) having a functional group equivalent of 6000 g / mol; An oil agent composition mixed with 90:10 (polycyanopropylmethylsiloxane: polyoxyethylene alkyl ether) in a mass ratio of oxyethylene alkyl ether (B-1) (trade name: Emulgen 109P, manufactured by Kao Corporation) Ion exchange water was added so that the concentration of the product was 30 wt%, and emulsified with a homomixer. In this state, since the average micelle particle diameter was about 2 μm, the micelles were further dispersed by a high-pressure homogenizer until the average micelle particle diameter became 0.3 μm. This emulsion was used as an oil agent stock solution in the following steps.
The results of the residual rate a, residual rate b, and gelation degree of the polycyanopropylmethylsiloxane used are shown in Table 1. It was confirmed that the residual ratio a was sufficiently high and that the oil component remained sufficiently in the flameproofing process. Moreover, in the residual rate b, the residual rate was very small, and the residue derived from the oil agent hardly remained in the carbon fiber. Further, the degree of gelation was 0%, and it was confirmed that the gelation did not substantially occur.
Using the above oil stock solution, the oil composition is applied to the acrylic fiber bundle. The acrylic fiber bundle to which the oil agent composition was adhered was prepared by the following method. Acrylonitrile copolymer (composition ratio: acrylonitrile / acrylamide / methacrylic acid = 96/3/1 (mass ratio)) is dissolved in dimethylacetamide, a spinning stock solution is prepared, and the pore size is set in a coagulation bath filled with a dimethylacetamide aqueous solution. (Diameter) 60 μm, discharged from a spinning nozzle having a hole number of 6000 to obtain a coagulated yarn. The coagulated yarn was desolvated in a water washing tank and stretched 3 times to obtain an acrylic fiber bundle in a water swollen state.
The acrylic fiber bundle in the water-swelled state is guided to an oil agent treatment tank containing a treatment liquid obtained by diluting the oil agent stock solution with ion-exchanged water. After the oil agent composition is adhered, the acrylic fiber bundle is placed on a roll having a surface temperature of 180 ° C. After drying, the film was stretched 5 times in water vapor at a pressure of 0.2 MPa. The oil agent adhesion amount of the precursor fiber bundle having 6,000 filaments and a total fineness of 4800 dtex obtained here, and the evaluation results of the operational stability evaluation in the spinning process are shown together in Table 1.
It was confirmed that the amount of oil adhesion was an appropriate amount. In addition, the operation stability was good, and there were no problems in continuous operation.
This carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is passed through a flameproofing furnace having a temperature gradient of 220 to 260 ° C., and further baked in a carbonization furnace having a temperature gradient of 400 to 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere. did. Table 1 shows the number of fused carbon fiber bundles obtained and the carbon fiber bundle strand strength (hereinafter also referred to as CF strength). The CF strength was high and good.

[実施例2]
前記式(1)のR,R,R,R,R,R,RおよびA,Aがメチル基であり、Xが前記式(2)でRがアミノプロピル基である粘度450cSt、官能基当量5700g/molのポリアミノプロピルメチルシロキサンのアミノ基をシアノ基に置換した粘度410cSt、官能基当量5700g/molのポリシアノプロピルメチルシロキサン(A−1)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Example 2]
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and A 1 , A 2 in the formula (1) are methyl groups, X is the formula (2) and R 8 is amino A polycyanopropylmethylsiloxane (A-1) having a viscosity of 410 cSt and a functional group equivalent of 5700 g / mol and having a viscosity of 450 cSt and a functional group equivalent of 5700 g / mol and having a cyano group substituted with a cyano group was used. Except that, the same operation as in Example 1 was performed.

[実施例3]
乾燥緻密化後のアクリル繊維束について、さらに加熱ロールを用いて繊維束温度130℃で10分間加熱処理を施した以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Example 3]
About the acrylic fiber bundle after drying densification, operation similar to Example 1 was performed except having further heat-processed for 10 minutes at the fiber bundle temperature of 130 degreeC using the heating roll.

[実施例4]
乾燥緻密化後のアクリル繊維束について、さらに加熱ロールを用いて繊維束温度150℃で5分間加熱処理を施した以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Example 4]
About the acrylic fiber bundle after drying densification, operation similar to Example 1 was performed except having further heat-processed for 5 minutes at the fiber bundle temperature of 150 degreeC using the heating roll.

[実施例5]
乾燥緻密化後のアクリル繊維束について、さらに加熱ロールを用いて繊維束温度170℃で3分間加熱処理を施した以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Example 5]
About the acrylic fiber bundle after drying densification, operation similar to Example 1 was performed except having further heat-processed for 3 minutes at the fiber bundle temperature of 170 degreeC using the heating roll.

[比較例1]
前記式(1)のR,R,R,R,R,R,RおよびA,Aがメチル基であり、Xが前記式(2)でRがシアノプロピル基である粘度1000cSt、官能基当量12000g/molのポリシアノプロピルメチルシロキサン(Gelest, Inc.製、商品名:YMS−T31、A−3)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Comparative Example 1]
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and A 1 , A 2 in the formula (1) are methyl groups, X is the formula (2) and R 8 is cyano. The same operation as in Example 1 except that polycyanopropylmethylsiloxane (manufactured by Gelest, Inc., trade name: YMS-T31, A-3) having a viscosity of 1000 cSt as a propyl group and a functional group equivalent of 12000 g / mol was used. Went.

[比較例2]
前記式(1)のR,R,R,R,R,R,RおよびA,Aがメチル基であり、Xが前記式(2)でRがシアノプロピル基である粘度4000cSt、官能基当量10000g/molのポリシアノプロピルメチルシロキサン(United Chemical Technologies, Inc.製、商品名:#PS906、A−4)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。
実施例2から実施例5、及び比較例1、2の各種評価結果を表1にまとめた。
実施例2から実施例5のいずれも残存率aでは十分な残存率の高さであり耐炎化工程で十分油剤成分が残存していることが確認できた。残存率bでは、残存率は極めて少なく、炭素繊維に油剤由来の残渣が極めて残存しにくい結果となった。またゲル化度については0%であり、実質ゲル化しないことを確認した。
油剤付着は適正な量であることが確認された。また、操業安定性も良好であり、連続操業にあたり何ら問題が無かった。また炭素繊維束の融着数およびCF強度は高く良好であり、加えて加熱処理を施した条件については融着数が減少しており、更にストランド強度が向上し、ストランド強度変動率が低下し良好であった。
一方、比較例1、2については、残存率aでは十分な残存率の高さであり耐炎化工程で十分油剤成分が残存しており、また実質ゲル化しないことが確認できたものの、残存率bでは、残存率が1%以上と高く、炭素繊維に油剤由来の残渣が残存しやすい結果となった。連続操業性については大きな問題は見られなかったものの、比較例1については単繊維間の融着が多く、また比較例1、2共にストランド強度が低く、またストランド強度変動率が大きく、要求される性能、品位を満たすものではなかった。
[Comparative Example 2]
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and A 1 , A 2 in the formula (1) are methyl groups, X is the formula (2) and R 8 is cyano. Example 1 except that polycyanopropylmethylsiloxane (united chemical technologies, Inc., trade name: # PS906, A-4) having a viscosity of 4000 cSt which is a propyl group and a functional group equivalent of 10,000 g / mol is used. The operation was performed.
Various evaluation results of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.
In all of Examples 2 to 5, it was confirmed that the residual ratio a was sufficiently high, and that the oil component remained sufficiently in the flameproofing process. In the residual rate b, the residual rate was very small, and the residue derived from the oil agent was extremely difficult to remain in the carbon fiber. Further, the degree of gelation was 0%, and it was confirmed that the gelation did not substantially occur.
It was confirmed that the amount of oil adhesion was an appropriate amount. In addition, the operation stability was good, and there were no problems in continuous operation. In addition, the number of fusions and CF strength of the carbon fiber bundle are high and good. In addition, the number of fusions is reduced under the heat treatment conditions, the strand strength is further improved, and the strand strength fluctuation rate is reduced. It was good.
On the other hand, for Comparative Examples 1 and 2, it was confirmed that the residual rate a was high enough, and that the oil component remained sufficiently in the flameproofing process and did not gel substantially, the residual rate In b, the residual ratio was as high as 1% or more, and the result was that the residue derived from the oil agent was likely to remain in the carbon fiber. Although no major problems were observed with regard to continuous operability, Comparative Example 1 required many fusions between single fibers, and Comparative Examples 1 and 2 had low strand strength and a high rate of variation in strand strength. Performance and quality were not met.

本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を用いることにより、油剤組成物がゲル化することに起因する操業性の低下を抑制でき、さらに炭素化工程における油剤由来の残渣が極めて少なく、品位の高い炭素繊維束を得ることができる。すなわち、本発明により炭素繊維束の高性能化と操業安定性とをともに向上させることができる炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得ることができる。
この炭素繊維前駆体アクリル繊維束から得られた炭素繊維束は、プリプレグ化したのち複合材料に成形することもでき、本発明で得られた炭素繊維束を用いた複合材料は、ゴルフシャフトや釣り竿などのスポーツ用途、さらには構造材料として自動車や航空宇宙用途、また各種ガス貯蔵タンク用途などに好適に用いることができ、有用である。
By using the oil agent composition for acrylic fiber for carbon fiber precursor of the present invention, it is possible to suppress a decrease in operability due to gelation of the oil agent composition, and very little residue derived from the oil agent in the carbonization step, A high-quality carbon fiber bundle can be obtained. That is, according to the present invention, it is possible to obtain a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle that can improve both the performance enhancement and the operational stability of the carbon fiber bundle.
The carbon fiber bundle obtained from the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle can be formed into a composite material after prepreg, and the composite material using the carbon fiber bundle obtained in the present invention is used for a golf shaft or fishing rod. It is useful because it can be suitably used for sports applications such as automobiles, aerospace applications, and various gas storage tank applications.

Claims (9)

下記式(1)で示されるシアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物であって、
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、下記(A)(B)(C)を満足することを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。
(A)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率aが95%以上。
(B)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンの残存率bが1%以下。
(C)下記の方法で測定したポリオルガノシロキサンのゲル化度が0%である。

(ポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率bの測定方法)
室温にてポリオルガノシロキサンを質量Wアルミニウム製セルに入れ、熱質量測定装置にセットし、100℃で5分保持して水分を除去して、アルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計Wを測定し、ついで空気雰囲気下で10℃/分の昇温速度で加熱し、250℃に到達した時点のアルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計Wを測定し、続いて300℃で空気雰囲気下を窒素雰囲気下に切り替えた後、更に800℃に達した時点のアルミニウム製セルとポリオルガノシロキサンの質量の合計W(g)を測定して下記式によりポリオルガノシロキサンの残存率aと残存率bを求める。
ポリオルガノシロキサンの残存率a[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100
ポリオルガノシロキサンの残存率b[質量%]
=(W−W)/(W−W)×100

(ポリオルガノシロキサンのゲル化度の測定方法)
アルミシャーレ(直径45mm、深さ10mm)に、ポリオルガノシロキサン2.0gを精秤し、105℃で1時間予備乾燥後、空気中250℃で5時間加熱して、冷却してクロロホルムに溶解させて未溶解物のみを回収して、回収した未溶解物を乾燥後して重量を測定し次式によりポリオルガノシロキサンのゲル化度を算出する。

ポリオルガノシロキサンのゲル化度[%]
=乾燥した未溶解物の質量[g]/2.0[g]×100
(式(1)において、R〜Rは、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基である。
及びAは、それぞれ独立して炭素数1以上4以下の炭化水素基、水酸基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。Xは、炭素数1以上4以下の炭化水素基又は下記式(2)で示されるシアノ変性基である。ただし、A,A及びXのうち少なくとも1つは、下記式(2)で示されるシアノ変性基である。mは0以上1000以下であり、nは0以上700以下であり、m+n=10以上1000以下である。)
(式(2)において、Rは、炭素数1以上10以下の炭化水素基である。)
An oil agent composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber containing a polyorganosiloxane having a cyano group represented by the following formula (1),
The oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber, wherein the polyorganosiloxane having a cyano group satisfies the following (A), (B), and (C).
(A) The residual ratio a of polyorganosiloxane measured by the following method is 95% or more.
(B) The residual ratio b of the polyorganosiloxane measured by the following method is 1% or less.
(C) The degree of gelation of the polyorganosiloxane measured by the following method is 0%.

(Measurement method of residual rate a and residual rate b of polyorganosiloxane)
Put polyorganosiloxane in a mass W 0 aluminum cell at room temperature, set in a thermal mass measuring device, hold at 100 ° C. for 5 minutes to remove moisture, and add the total W of aluminum cell and polyorganosiloxane mass W 1 and then heated in an air atmosphere at a heating rate of 10 ° C./minute, and when the temperature reached 250 ° C., the total mass W 2 of the aluminum cell and the polyorganosiloxane was measured, followed by 300 ° C. After switching the air atmosphere to a nitrogen atmosphere, the total W 3 (g) of the mass of the aluminum cell and the polyorganosiloxane when the temperature reached 800 ° C. was further measured, and the residual ratio of the polyorganosiloxane was calculated according to the following formula: a and the residual ratio b are obtained.
Residual rate of polyorganosiloxane a [mass%]
= (W 2 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100
Residual ratio b of polyorganosiloxane b [% by mass]
= (W 3 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100

(Method for measuring the degree of gelation of polyorganosiloxane)
In an aluminum petri dish (diameter 45 mm, depth 10 mm), 2.0 g of polyorganosiloxane is precisely weighed, pre-dried at 105 ° C. for 1 hour, heated in air at 250 ° C. for 5 hours, cooled and dissolved in chloroform. Only the undissolved material is recovered, the recovered undissolved material is dried, the weight is measured, and the gelation degree of the polyorganosiloxane is calculated by the following formula.

Gelation degree of polyorganosiloxane [%]
= Mass of dried undissolved material [g] /2.0 [g] × 100
In (Equation (1), R 1 to R 7 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.
A 1 and A 2 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group, or a cyano-modified group represented by the following formula (2). X is a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms or a cyano-modified group represented by the following formula (2). However, at least one of A 1 , A 2 and X is a cyano modified group represented by the following formula (2). m is 0 or more and 1000 or less, n is 0 or more and 700 or less, and m + n = 10 or more and 1000 or less. )
(In the formula (2), R 8 is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.)
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、下記(D)(E)を満足する、請求項1に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。
(D)前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンの粘度が80cSt以上
5000cSt以下である。
(E)前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンのシアノ当量が500g/mol
以上8000g/mol以下である。
The oil composition for carbon fiber precursor acrylic fibers according to claim 1, wherein the polyorganosiloxane having a cyano group satisfies the following (D) and (E).
(D) The viscosity of the polyorganosiloxane having a cyano group is 80 cSt or more and 5000 cSt or less.
(E) The cyano equivalent of the polyorganosiloxane having a cyano group is 500 g / mol.
It is 8000 g / mol or less.
前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンが、前記式(1)におけるR〜R,A及びAがいずれもメチル基であり、前記式(1)におけるXが前記式(2)においてRが炭素数3のシアノプロピル基である側鎖シアノ変性ポリジメチルシロキサンである請求項1または2に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。 In the polyorganosiloxane having the cyano group, R 1 to R 7 , A 1 and A 2 in the formula (1) are all methyl groups, and X in the formula (1) is R in the formula (2). 3. The oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber according to claim 1, wherein 8 is a side chain cyano-modified polydimethylsiloxane which is a cyanopropyl group having 3 carbon atoms. 前記シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを50質量%以上90質量%以下含有し、非イオン系乳化剤を10質量%以上50質量%以下含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物。   Carbon as described in any one of Claims 1-3 which contains 50 to 90 mass% of polyorganosiloxane which has the said cyano group, and contains 10 to 50 mass% of nonionic emulsifiers. Oil agent composition for fiber precursor acrylic fiber. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物を含む炭素繊維前駆体アクリル繊維束。   The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle containing the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers as described in any one of Claims 1-4. 下記(F)(G)(H)の工程を含む、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
(F)シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル
繊維用油剤組成物をアクリル繊維束に付与する工程
(G)前記炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物が付与されたアクリル繊維束を、
温度150℃以上180℃以下で乾燥緻密化する工程
(H)前記乾燥緻密化後のアクリル繊維束を、3〜10分間、温度130℃以上 170℃以下に保持して加熱処理する工程
The manufacturing method of a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle including the process of following (F) (G) (H).
(F) The process which provides the oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers containing the polyorganosiloxane which has a cyano group to an acrylic fiber bundle (G) The acrylic by which the said oil agent composition for carbon fiber precursor acrylic fibers was provided. Fiber bundles,
A step of drying and densifying at a temperature of 150 ° C. or more and 180 ° C. or less (H) A step of heat-treating the acrylic fiber bundle after the drying and densification at a temperature of 130 ° C. or more and 170 ° C. or less for 3 to 10 minutes.
前記(F)の工程において、シアノ基を有するポリオルガノシロキサンを含有する炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤組成物がミセルを形成している水系乳化液を、水膨潤状態にあるアクリル繊維束に付与する工程を含む、
請求項6に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
In the step (F), an aqueous emulsion in which an oil composition for a carbon fiber precursor acrylic fiber containing a polyorganosiloxane having a cyano group forms micelles is applied to an acrylic fiber bundle in a water-swollen state. Including the step of
The manufacturing method of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle of Claim 6.
請求項6または7に記載の製造方法で炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得て、その炭素繊維前駆体アクリル繊維束を焼成する炭素繊維束の製造方法。   The manufacturing method of the carbon fiber bundle which obtains a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle with the manufacturing method of Claim 6 or 7, and bakes the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle. JISR7608に従って測定されたストランド強度が5.6GPa以上6.2GPa以下であり、ストランド強度の変動率が5%以下である、炭素繊維束。   The carbon fiber bundle whose strand strength measured according to JISR7608 is 5.6 GPa or more and 6.2 GPa or less, and the variation rate of strand strength is 5% or less.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021039891A1 (en) 2019-08-30 2021-03-04 帝人株式会社 Method for producing carbon fiber bundle
JP2021123812A (en) * 2020-02-03 2021-08-30 東レ株式会社 Manufacturing method of carbon fiber bundle
CN115029931A (en) * 2022-06-29 2022-09-09 浙江海利得新材料股份有限公司 Water-washing-free airbag filament oiling agent and use method thereof
WO2025243943A1 (en) * 2024-05-24 2025-11-27 東レ株式会社 Sizing agent-containing carbon fiber bundle, carbon fiber-reinforced composite material, pressure container, and sizing agent-containing carbon fiber bundle for pressure container

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62149971A (en) * 1985-12-25 1987-07-03 東レ株式会社 Production of high strength carbon fiber
JPH07133318A (en) * 1993-11-09 1995-05-23 Mitsubishi Rayon Co Ltd Acrylonitrile polymer solution and method for producing the same
JP2002371437A (en) * 2001-06-14 2002-12-26 Toray Ind Inc Carbon fiber and composite materials
JP2006348422A (en) * 2005-06-16 2006-12-28 Toray Ind Inc Acrylonitrile based polymer solution for carbon fiber and method for producing the same
CN105348535A (en) * 2015-12-11 2016-02-24 广东标美硅氟新材料有限公司 Preparation method of cyano-alkyl and aryl co-modified polysiloxane
CN105401444A (en) * 2015-12-11 2016-03-16 广东标美硅氟新材料有限公司 An oiling agent and applications thereof as a carbon fiber production auxiliary agent

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62149971A (en) * 1985-12-25 1987-07-03 東レ株式会社 Production of high strength carbon fiber
JPH07133318A (en) * 1993-11-09 1995-05-23 Mitsubishi Rayon Co Ltd Acrylonitrile polymer solution and method for producing the same
JP2002371437A (en) * 2001-06-14 2002-12-26 Toray Ind Inc Carbon fiber and composite materials
JP2006348422A (en) * 2005-06-16 2006-12-28 Toray Ind Inc Acrylonitrile based polymer solution for carbon fiber and method for producing the same
CN105348535A (en) * 2015-12-11 2016-02-24 广东标美硅氟新材料有限公司 Preparation method of cyano-alkyl and aryl co-modified polysiloxane
CN105401444A (en) * 2015-12-11 2016-03-16 广东标美硅氟新材料有限公司 An oiling agent and applications thereof as a carbon fiber production auxiliary agent

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021039891A1 (en) 2019-08-30 2021-03-04 帝人株式会社 Method for producing carbon fiber bundle
US12221725B2 (en) 2019-08-30 2025-02-11 Teijin Limited Method for producing carbon fiber bundle
JP2021123812A (en) * 2020-02-03 2021-08-30 東レ株式会社 Manufacturing method of carbon fiber bundle
JP7342725B2 (en) 2020-02-03 2023-09-12 東レ株式会社 Method for manufacturing carbon fiber bundles
CN115029931A (en) * 2022-06-29 2022-09-09 浙江海利得新材料股份有限公司 Water-washing-free airbag filament oiling agent and use method thereof
CN115029931B (en) * 2022-06-29 2023-08-08 浙江海利得新材料股份有限公司 Water-free air bag silk oiling agent and use method thereof
WO2025243943A1 (en) * 2024-05-24 2025-11-27 東レ株式会社 Sizing agent-containing carbon fiber bundle, carbon fiber-reinforced composite material, pressure container, and sizing agent-containing carbon fiber bundle for pressure container

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