JPS58214530A - 耐炎化繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐炎化繊維の製造方法、特に有機重合体繊維糸
条（以下プレカーサーという）を２００〜４００℃の酸
化性雰囲気による加熱方式の耐炎化において、操業の安
定化を図ると同時に、引き続き行なう高温非酸化性雰囲
気中での炭化処理乃至黒鉛化処理によって毛羽及び単糸
切れが少なく、かつ機械的特性の優れた炭素繊維あるい
は黒鉛化繊維と為し得る耐炎化繊維の製造法に関するも
のである。

従来、炭素繊維乃至黒鉛化繊維は炭化乃至黒鉛化可能な
プレカーサーを約２００〜４００℃の酸化性雰囲気中で
耐炎化繊維に転換させた後、非酸化性雰囲気中約８００
℃以上の高温で炭化する方法、更に非酸化性雰囲気中約
２０００℃以上のより高温で黒鉛化する方法が一般的な
工業的製造法として採用されている。

しかしながら、上記プレカーサー高温の加熱雰囲気中で
耐炎化繊維に転換する、いわゆる耐炎化はプレカーサの
発熱を伴った酸化反応であるため急激に加熱すると局部
的な蓄熱が起り不均一反応が派生され易くなり、それが
ためにプレカーサが相互に融着または合着を起したり、
あるいは脆化して高品質の炭素繊維あるいは黒鉛化繊維
が得難いという問題があった。もちろんかかる問題を解
消すべく種々の試みが検討されていることも事実である
。

例えば、特開昭５１−５３０２０においてブレカーサを
予じめ気流処理によって開繊し、繊維相互の擬似融着を
除去した後、耐炎化処理を行なうと、耐炎化時の繊維劣
化が防止でき、炭素繊維の機械的特性（強度・弾性率）
が向上するといわれているが、プレカーサについて前記
擬似融着を除去すると確かに炭素繊維の繊維的特性は向
上する反面、開繊性が高まったが故に、特に耐炎化工程
が高温の酸化性雰囲気による加熱方式を探った場合、プ
レカーサの単繊維がガイドなどでしごかれ易く、また隣
接同志のからみ合いが生じ易く、毛羽あるいは単糸切れ
の原因・となる欠点があった。

まだ特開昭５２−１４８２２７においてプレカーサにシ
リコン系化合物を含浸させると耐炎化時の単繊維相互の
合着まだは融着が防止でき、炭素繊維の機械的特性が向
上するといわれているが、プレカーサのシリコン系化合
物処理により単繊維相互の合着または融着が防止できる
反面、該シリコン系化合物は本来撥水性が強く、これで
処理したプレカーサは静電気障害を生じ易く、また集束
性にも欠けるだめ苛酷な条件下の前記耐炎化では毛羽、
単糸切れの発生だけにとどまらず、特に、ガイドでのし
ごきで糸が毛玉状になり易く、案内ローラへの巻付きが
多発し、安定した操業が損なわれるという欠点があった
。

本発明者等は上記従来技術の欠点を解消すべく鋭意検討
の結果、本発明に至ったのであるすなわち、本発明の目
的は、上記・プレカーサを２００〜４００℃の酸化性雰
囲気による加熱方式で耐炎化する際に、該プレカーサに
特定の交絡性または集束性を付与することにより、操業
の安定化と生産性の向上を図ることにある。また他の目
的は手羽・単糸切れが少なくしかも機械的特性の優れた
炭素繊維あるいは黒鉛化繊維を得ることにある。

かかる本発明の目的は、プレカーサを高温酸化性雰囲気
加熱方式により耐炎化するに際し、該糸条に流体噴射法
による交絡処理を施こした後、１０回／ｍ以下の低加熱
処理を施こし、しかる後耐炎化処理に供給することを特
徴とする耐炎化繊維の製造方法によ？て達成される。

本発明におけるプレカーサとは酸化性雰囲気中での加熱
酸化によって耐炎化し、更に非酸化性雰囲気中での高温
加熱によって炭素繊維乃至黒鉛繊維となし得るものであ
って、例えばアクリル系繊維、ポリビニルアルコール系
繊維、石油系または石炭系のピッチ繊維であり、好まし
くはアクリル系繊維である。

該プレカーサは通常単糸デニールＤ、　５〜２．Ｏｄ、
構成フィラメント数５００〜３０．　ＯＯ０本の範囲で
ある。

該プレカーサは複数対の案内ローラを多数膜けだ耐炎化
炉に通常１〜１０ｍ／ｍｉｎの速度で案内され、ここで
所定の温度に加熱された酸化性ガスのもとで耐炎化処理
が施こされるが、本発明において要諦となるところは、
該耐炎化炉に供給されるう°レカーサについて、特定の
交絡処理を施こした後、１０回／ｍ以下の低加熱処理を
施こすことにある。

すなわち上記プレカーサは実質的に無撚りの連続フィラ
メント糸条の状態で流体噴射法による交絡処理が施され
、ここでフィラメント相互が適度に交絡した状態となる
。

この交絡状態をＯＦ値として表わせば通常２０以上、好
ましくは２０〜４０である。もつともＯＦ値が２０以上
を示すプレカーサは一般的な加熱方式によっても得られ
るが、加熱のみよって交絡状態乃至収束性を高めた場合
、前述したように苛酷な耐炎化のもとでは主として蓄熱
にもとすくブレカーサ自体の処理斑あるいは劣化が生じ
、本発明の目的とする高品質の炭素繊維または黒鉛化繊
維は得られない。

ここにおける流体噴射法による交絡処理とは、最近通常
の繊維加工糸の製造法として注目されている流体噴射法
（インターレース）あるいはこれに準じた方法で、例え
ば可圧縮流体である空気の流れを制限した室から急激に
噴出させて空気の攪乱域を形成させ、この攪乱域に連続
フィラメント糸条を通過させることによってフィラメン
トを相互に絡合させる方法である。但し、本発明におけ
るプレカーサは通常の加工糸とは異なり、毛羽やループ
などを形成しないような処理条件を選択すべきであり、
特に上記流体の攪乱域に供給するプレカーサの張力を０
．００５〜０．２　ｇ　／　ｄの雰囲に調整するのがよ
い。勿論、このような処理条件、例えば処理回数、前記
プレカーサの張力、空気量、プレカーサのトータルデニ
ール、処理速度等は本発明の目的に沿うよう適宜選択す
べきである。

まだ上記ＯＦ値とは以下に述べる測定法により求められ
る値である。

〔ＣＦ値の測定法〕

長さ約１００ｃｒｎの繊維の一端をα単位の物権の上端
に固定し、下端は繊維のデニールの０．２倍に等しいグ
ラム数のおもりを下げる。（ただしおもりは５００デニ
ールを越える場合は１００ｇとする）固定点の下０．５
〜１．０ｃｒｎＯ物指上で少なくともフィラメント総数
の１／ろが片側にあるように糸条をわけフックをさしこ
む。このフックは単糸デニールの２．５倍と同じグラム
数のおもさにする。フックが糸にひっかかるまで落下さ
せ、分離開始点から静止点までの距離りをよみとる。

このテストをサンプルをかえて１００回くりかえしＬの
上下２０％づつを省き、残りの一平均値をサンプルの代
表値Ｍとする。

ＯＦ値は１００をα単位のＭの値で割った値である。

上記プレカーサ、即ち流体噴射法による交絡処理で得ら
れた実質的に無撚いの、しかも適度の交、絡性を有する
プレカーサは、更に１０回／ｍ以下、好ましくは５〜７
回／ｍの低加熱処理が施こされる。このように本発明は
プレカーサについて流体噴射法による交絡処理及び低加
熱処理を一体的に行なうことが必須要件であり、もしこ
のうち何れかが欠如した場合、上述したようにプレカー
サの集束性不良のだめ耐炎化工程において毛羽および単
糸切れが多発し、またプレカーサのローラ巻付きのため
安定操業もできなくなる。一方上記交絡処理及び低加熱
処理を施こしても、これらの処理が適切でなかった場合
、例えば撚数が１０回／ｍを越えると雰囲気温度をはじ
めとした苛酷な耐炎化条件の下では主としてプレカーサ
の内部蓄熱のため、プレカーサ自体の処理斑あるいは劣
化を生じ、毛羽及び単糸切れの発生は勿論のこと、引き
続き高温の非酸化性雰囲気中の炭化あるいは黒鉛化処理
によって得られる炭素繊維さるいは黒鉛化繊維の機械的
特性、就中強度及び弾性率が著しく゛　低下する。

ここにおける低加熱処理は、耐炎化工程へ供給する前段
階で行なわれることが必要で、供給パッケージを一定実
撚数になるように直径に応じて速度を調整しながら回転
する方法を用いるのが良い。

この回転方向は、糸が巻上げられた方向であることが安
定した糸の加熱と解じょ性を付与する。

本発明における上記交絡処理及び低加熱処理はシリコン
系化合物で処理されたプレカーサに対して特に有効であ
る。

例えば、一般式、 ＊りｊ、Ｒ，〜Ｒ，二Ｈ１−ＯＨ，、Ｏ，’Ｈ，又は−
〇　６Ｈ５Ｒ４：　　（ＯＨｘ÷（ｎ＝１〜１ｏの整数
）ＲＪ５〜Ｒ６：Ｈｌ−ＯＨ。

ｘ、　ｙ：それぞれ０〜１５の整数 Ａ　：　Ｈ，−４０１Ｈ４０ｔｌｎＨ１＋Ｏ，Ｈ，０九
Ｈ（ｍ、ｎは０〜１ｏの整数） 素数１０以下のアルキル基又はフェニル基） で示されるシリコン化合物、たとえばポリジメチルシロ
キサンエチレンオキサイド付加物は上述したように耐炎
化時のプレカーサにおける単繊維間の合着または融着に
対しても）もと有効であり、一方静電気障害とか集束性
等の欠点があったが、この点本発明の適用によって十分
カバーできるのである。この場合のプレカーサはシリコ
ン系化合物をプレカーサ当り１．０〜２．０係程度含有
もしくは付着しているのが普通である。

更に本発明の上記処理によって得られたプレカーサはそ
のまま耐炎化工程に供給するのもよいが、該プレカーサ
を複数本、例えば２〜４本を一旦引揃え（もしくは合糸
）した後、供給しても本発明の効果を全く減じることは
なく、むしろ耐炎化処理量増加により生産性が向上でき
る点で有効である。

以上、述べたように本発明は２００〜４００℃の酸化性
雰囲気による加熱方式で耐炎化する際のプレカーサに特
定の交絡処理と低加熱処理とを一体的に行なうところを
骨子とし、これによって耐炎化工程での操業が安定し、
しかも引き続き行なう炭化あるいは黒鉛化処理によって
手羽、単糸切れが少なく、機械的特性、就中強度、弾性
率の優れた炭素繊維あるいは黒鉛化繊維となり得る耐炎
化繊維が得られる。

また、本発明におけるプレカーサを適宜引き揃え（もし
くは合糸）して耐炎化処理を行なえば本発明における上
記効果を全く減じることなく生産性が向上できる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

実施例１ 実質的に無撚のアクリル系フィラメント糸条（フィラメ
ント数６０００シリコン系化合物付着量１．５　％　）
を気流処理ノズルで交絡処理を行なった。

このとき空気量の調節によってＯＦ値を変更した。次に
該交絡糸条を加熱機により加熱し、耐炎化用プレカーサ
としだ。

上記プレカーサは２本引揃えたのち、耐炎化炉に４ｍ／
ｍｉｎの速度で供給し、２５０〜２６０℃の空気中で６
０分間耐炎化処理した。なお、ここで用いだ耐炎化炉は
２対×８段の溝付ローラが設けられ、炉内を所定温度の
熱風が循環するようになっている。

次に上記耐炎化処理によって得られた耐炎化糸を窒素ガ
ス中最高温度１３００℃の炭化炉で２分間炭化した。

こ＼での耐炎化処理時の操業安定性（ローラへの単糸巻
付き、糸切れ）、炭化糸の品質（毛羽、強度）を表１表
に示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機重合体繊維糸条を高温酸化性雰囲気加熱方式
   により耐炎化するに際し、該糸条に流体噴射法による交
   絡処理を施こした後、１０回／ｍ以下の低加熱処理を施
   こし、しかる後耐炎化処理に供給することを特徴とする
   耐炎交絡度がＣＦ値として２０〜４０、低加熱処理によ
   る糸条の撚数が５〜７回／ｍである耐シリコン系化合物
   １．０〜２．０％を含有する耐炎化繊維の製造方法。