JPH09268478A - 炭素繊維前駆体糸条の製造方法 - Google Patents

炭素繊維前駆体糸条の製造方法

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JPH09268478A
JPH09268478A JP7462996A JP7462996A JPH09268478A JP H09268478 A JPH09268478 A JP H09268478A JP 7462996 A JP7462996 A JP 7462996A JP 7462996 A JP7462996 A JP 7462996A JP H09268478 A JPH09268478 A JP H09268478A
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JP
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yarn
carbon fiber
modified silicone
fiber precursor
temperature
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JP7462996A
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Fumio Ogawa
文夫 小川
Yasuo Adachi
保夫 安達
Yukiteru Udaka
幸輝 鵜高
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】油剤の溶液安定性を向上させることにより、炭
素繊維前駆体を製造するに際しての工程通過性が著しく
改善され、糸傷みの少ない炭素繊維前駆体糸条の製造方
法を提供する。 【解決手段】アクリル系重合体溶液を、紡糸、浴中延伸
して得た糸条に、アミノ変性シリコーンを含むエマルジ
ョン液に、浴液温度を25℃以下として浸漬せしめて
後、乾燥することを特徴とする炭素繊維前駆体糸条の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素繊維前駆体糸条
の製造方法に関し、特に、品質、品位に優れた炭素繊維
を製造すると共に、炭素繊維前駆体糸条を製造するに際
し、溶液安定性に優れた油剤を付与することにより工程
通過性が著しく改善され、糸傷みの少ない炭素繊維前駆
体糸条の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維は前駆体であるアクリル系、レ
ーヨン系、ピッチ系あるいはポリビニルアルコール系糸
条を200〜400℃の空気中や、酸化窒素などの酸化
性雰囲気中で加熱焼成して酸化繊維に転換(耐炎化工
程)した後に窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲
気中でさらに300〜2000℃の高温で加熱して炭化
する(炭化工程)方法によって得られており、優れた品
質により多くの用途、特に複合材料に好適な強化繊維と
して幅広く利用されている。しかしながら、上記炭素繊
維製造法において前記前駆体糸条を酸化繊維に転換する
耐炎化工程や、さらに後続する炭化工程において、高温
処理のため単繊維同士で融着が発生する障害が存在す
る。この単繊維同士の融着が発生すると耐炎化工程およ
び炭化工程で単繊維切れを発生し、毛羽及び糸条切れの
発生原因となり工程通過性を著しく低下させるばかりで
はなく高品質の炭素繊維が得られない問題がある。
【0003】そこでこのような単繊維間の融着を防止す
るため、適用する油剤についてこれまで多くの改良方法
が開示されてきた。たとえば特定の油剤、特にシリコー
ン系油剤を適用する方法(例えば特公昭60−1833
4号公報、特公昭53−10175号公報等)、また、
耐熱性の改善された、あるいは耐熱性を特定した油剤を
適用する方法(例えば特公昭58−5287号公報、特
開昭60−146076号公報等)等がある。しかしな
がらこれら手段は単独に、あるいは種々組み合わせたと
しても単繊維の融着を十分に防止することができず、融
着防止手段としては不十分であった。そこで、特公昭6
3−203878号公報では、エポキシ変性シリコー
ン、アミノ変性シリコーンおよびアルキレンオキサイド
変性シリコーンからなる混合油剤を付与することにより
単繊維融着を改善することが開示されている。
【0004】しかし、かかる従来技術では次のような問
題がある。すなわち、油剤付与する工程において、前工
程である浴延伸工程から通常約90〜95℃で熱処理さ
れた高温糸条が供給されるため油剤槽内の油剤温度が高
温となり溶液安定性が悪化する。このため、油剤がゲル
状化して、走行糸条に付着し、次工程であるスチーム延
伸などの延伸工程で単繊維切れおよび糸条切れとなり、
著しく前駆体の品位を低下せしめるという問題がある。
【0005】一方、これらとは別に焼成工程における焼
成雰囲気の温度を下げることにより融着が防止出来ると
共に糸傷みの少ない、高品質の炭素繊維が得られること
は可能だが、この場合には同時に処理速度を遅くせざる
を得ず、結果として生産効率が低下するため工業的な生
産手段ではない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題を解決すること、すなわち、油剤の溶液安定性を向
上させることにより、炭素繊維前駆体を製造するに際し
ての工程通過性が著しく改善され、糸傷みの少ない炭素
繊維前駆体糸条の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために次に構成を有する。すなわち、アクリル系
重合体溶液を、紡糸、浴中延伸して得た糸条に、アミノ
変性シリコーンを含むエマルジョン液に、浴液温度を2
5℃以下として浸漬せしめて後、乾燥することを特徴と
する炭素繊維前駆体糸条の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0009】本発明に使用するアクリル系重合体は、ア
クリルニトリルのホモポリマーあるいはコモノマーを少
量共重合したアクリルニトリル共重合体であり、たとえ
ばイタコン酸などのコモノマーを0. 1〜1%程度共重
合した共重合体が好ましく用いられる。アクリル系重合
体は有機溶媒や無機溶媒に溶解して紡糸原液とされる。
【0010】本発明においては、この紡糸原液を紡糸
し、浴中延伸する必要がある。紡糸は直接凝固浴中に紡
糸する、いわゆる湿式紡糸であっても良いし、一度空中
に紡糸したのち浴中凝固させる、いわゆる乾湿式紡糸で
あっても良い。浴中延伸は紡出糸に直接行っても良い
し、一度水洗して溶媒を除去したのち行っても良い。浴
中延伸は、通常、糸条を35〜98℃の熱水浴中に通し
約1. 5倍から6倍に延伸して行われる。
【0011】本発明では、浴中延伸された糸条を、アミ
ノ変性シリコーンを含むエマルジョン液にして浸漬し油
剤を付与する。ここで、アミノ変性シリコーンのアミノ
基変性量は通常0.1〜10重量%である。通常、アミ
ノ変性シリコーンは長期運転に際し浴液の高温部および
浴液の滞留部でシリコーンが凝縮しゲル状物が発生しや
すい。ゲル状物の発生を抑制するため、かかるエマルジ
ョン液には、再溶解性の優れたアルキレンオキサイド変
性シリコーンを混合するのがよいが、この場合、油剤の
耐熱性不足によって、得られる炭素繊維の強度が低下す
ることがある。そこで、かかるエマルジョン液には、耐
熱性に優れたエポキシ変性シリコーンをさらに混合する
ことにより得られる炭素繊維の強度低下を抑制させつ
つ、溶液安定性を改善することができる。ここで、エポ
キシ変性シリコーンの脂環式エポキシ基変性量は通常
0. 1〜10重量%であり、アルキレンオキサイド変性
シリコーンのアルキレンオキサイド変性量は通常10〜
80重量%である。特に、エマルジョン中のアミノ変性
シリコーンの濃度を5〜20重量%とするのが良く、ア
ルキレンオキサイド変性シリコーンおよびエポキシ変性
シリコーンを併用する場合には、それぞれのエマルジョ
ン中の濃度を1〜4重量%および1〜5重量%とするの
が良い。
【0012】本発明では、油剤付与工程において上記し
たエマルジョン液を温度25℃以下に制御して糸条に付
与する。油剤付与工程に入る糸条は浴中延伸後の糸条で
あるから、糸条温度および持ち込み水分温度は通常は5
0〜80℃であるので、糸条からの放熱および持ち込み
水分の影響で、エマルジョン液の温度は経時的に上昇し
25℃を越えてしまう。エマルジョン液温度が25℃を
越えると、アミノ変性シリコーンが凝縮しゲル状物が増
加して浴槽内に蓄積する。蓄積したゲル状物は、走行糸
条に付着し次工程の乾燥緻密工程で硬化し、次工程の後
延伸工程で糸条昇温ムラの原因となり糸条張力ムラが発
生するため単繊維切れが多発して、著しく工程通過性を
低下させるだけに止まらず、前駆体糸条を焼成する工
程、特に耐炎化工程において単繊維切れ部分がローラに
巻付いて焼成工程の通過性をも低下させる。また、単繊
維切れの発生部分で炭素繊維の強度が著しく低下するこ
とにもなる。一方、エマルジョン液の温度があまりに低
すぎてもゲル状物発生を抑制する効果が飽和し、またそ
のような低温を維持するには過大な設備が必要となるの
で、好ましくはエマルジョン液温度を15℃以上とする
のがよい。
【0013】油剤槽内のエマルジョン液の温度を低下さ
せる手段としては、槽内に冷却コイルや冷却プレートを
投入しコイルやプレート内に冷媒を通気することにより
間接的にエマルジョン液の温度を低下する方法も採用し
得るが、かかる方法においては、多数のコイルやプレー
トを設置する必要があり、設備費が過大となるばかり
か、浴液の流れがスムーズに行われないため浴液が動か
ない場所、いわゆるデットスペースが多くなるため、長
期運転時には上記同様に油剤が一部ゲル状化することが
ある。
【0014】かかる観点から、油剤槽内のエマルジョン
液の温度を低下させる手段として特に好ましいのは、浴
中延伸後の糸条に冷却水をかけ、糸条に付着した余分の
水分をニップローラー等で絞って、油剤付与工程に入る
糸条の温度を例えば15〜25℃に低下させることであ
る。その場合、浴槽内のコイルやプレート等の設備を極
力少なくして、エマルジョン液の温度を下げることがで
きる。この時エマルジョン液の温度を前記範囲とするた
めには、冷却水の温度やニップローラーの圧力を制御し
て行うことができる。
【0015】本発明の一例として図1に浴液冷却方法を
示した。浴中延伸後の糸条は、糸条冷却装置2で冷却さ
れた後、ニップローラ3で余分な水分を取り除き油剤付
与工程4に供給される。
【0016】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の効果を具体的
に説明する。なお、糸条温度は、接触式の熱電対型温度
計を用いて測定し、エマルジョン液温度は、棒状の熱電
対温度計で測定した。また、ゲル状物の個数は、500
ccのエマルジョン液をサンプリングし濾紙で濾過して
から濾紙上のゲル状物の個数を測定した。また、毛羽発
生数は、加圧スチーム延伸出の走行毛羽の5分間当たり
の個数であり、毛羽発生数が3個/5分以下では、炭素
繊維前駆体糸条として好ましいが、4個/5分以上では
耐炎化工程でローラ巻付きなどの原因となりやすい。さ
らに、糸切れ回数は、1日連続運転したときの糸条の糸
切れ回数である。
【0017】(実施例1〜3、比較例1〜4)アクリル
ニトリル99モル%、イタコン酸1モル%からなる、ア
クリル系重合体の20%ジメチルスルホキシド(以下D
MSOと略す)溶液を0. 15mm¢の口金孔を通しD
MSO35%/水65%からなる、凝固浴中に吐出し、
その後水洗、70℃の浴中で延伸した。延伸糸条の温度
を下げるため、糸条に冷却水を掛けた後油剤付与し、そ
の後乾燥緻密化した後、加圧スチーム延伸してアクリル
系前駆体繊維糸条を作製した。この時、油剤としてアミ
ノ変性シリコーンを18重量%、エポキシ変性シリコー
ンを2重量%、ポリエーテルシリコーンを1重量%、水
分72重量%のエマルジョン液を作製し、また油剤付与
工程に供給する糸条温度および持ち込み水分量を制御す
る方法として、糸条冷却としては冷却水の温度、また持
ち込み水分量はニップローラの圧力で調整した。例えば
高糸条温度および高持ち込み量を得るには冷却水温度を
上げ、かつニップローラの圧力を下げる方法で行い、ま
た低糸条温度および低持ち込み量を得るために冷却水温
度、およびニップローラ圧力を調整することで種々の糸
温度および持ち込み水分量を調整した。各水準で5時間
油剤付与処理を行った後、エマルジョン液中のゲル状物
の個数を測定した。また、毛羽発生数および糸切れ回数
を表1に示した。表1の結果よりエマルジョン液温度を
25℃以下にすると毛羽の少ない工程通過性の良い炭素
繊維前駆体糸条が得られることが分かる。
【0018】以上のようにして得られた前駆体糸条を耐
炎化、炭素化処理して炭素繊維を製造した。結果を表1
に示す。
【0019】
【表1】 表1中、焼成工程通過性欄の○は、焼成工程で単繊維巻
付きがなく、操業性が良好であったことを、△は、焼成
工程で単繊維巻付きがやや見られ、操業性にやや劣った
ことを、×は、耐炎化工程で単繊維巻付きが多発し著し
く操業性が低下したことを示す。また、表1中、炭素繊
維品位は目視観察により良好を○、やや良好を△、不良
を×で示した。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、油剤に起因したゲル状
物の発生を抑制し糸条の糸切れおよび毛羽発生を著しく
低下させることができ、糸条毛羽および糸切れの少ない
炭素繊維前駆体糸条を得ることができる。
【0021】また、本発明で得られる前駆体糸条は、操
業性良く耐炎化、炭素化して炭素繊維となすことがで
き、得られる炭素繊維も、糸傷みの少ない、高強度のも
のとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で用いた油剤付与設備の概略側
面図である。
【符号の説明】
1:走行糸条 2:糸条冷却装置 3:ニップローラ 4:油剤付与工程

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクリル系重合体溶液を、紡糸、浴中延伸
    して得た糸条に、アミノ変性シリコーンを含むエマルジ
    ョン液に、浴液温度を25℃以下として浸漬せしめて
    後、乾燥することを特徴とする炭素繊維前駆体糸条の製
    造方法。
  2. 【請求項2】エマルジョン液に、さらにエポキシ変性シ
    リコーンおよびアルキレンオキサイド変性シリコーンを
    含むことを特徴とする請求項1記載の炭素繊維前駆体糸
    条の製造方法。
  3. 【請求項3】エマルジョン液に浸積する糸条の糸温度を
    25℃以下とすることを特徴とする請求項1記載の炭素
    繊維前駆体糸条の製造方法。
  4. 【請求項4】アミノ変性シリコーンのアミノ基変性量が
    0. 1〜10重量%であることを特徴とする請求項1記
    載の炭素繊維前駆体糸条の製造方法。
  5. 【請求項5】エポキシ変性シリコーンの脂環式エポキシ
    基変性量が0. 1〜10重量%であり、アルキレンオキ
    サイド変性シリコーンのアルキレンオキサイド変性量が
    10〜80重量%であることを特徴とする請求項2記載
    の炭素繊維前駆体糸条の製造方法。
JP7462996A 1996-03-28 1996-03-28 炭素繊維前駆体糸条の製造方法 Pending JPH09268478A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101427813B1 (ko) * 2008-12-23 2014-08-08 주식회사 효성 탄소섬유용 아크릴로니트릴계 전구체 섬유의 제조방법

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