JPS61132631A - 炭素繊維の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高性能アクリロニトリル系炭素繊維の製造法
に関するものであり、更に詳しくは炭素繊維製造工程中
、３００〜９００℃の比較的低温の不活性雰囲気で熱処
理した炭素化中間体繊維の洗浄処理に関するものである
。

〔従来の技術〕

アクリロニトリル系繊維をプレカーサーとして、耐炎化
・炭素化処理して得られる炭素繊維は強度１弾性率が高
く、しかも軽いという特長から航空宇宙用素材あるいは
ゴルフシャフト。

釣竿等スポーツ・レジャー用素材として広（利用されて
いる。

このような炭素繊維の用途拡大に伴い、さらに高伸度・
高強度、所謂高性能炭素繊維への要望が′高まってきて
いる。このような要望を満たす炭素繊維の製造法も種々
検討されており、その技術もプレカーサーに関するもの
から耐炎化。

炭素化さらには表面処理に関するものまで種々雑多であ
る。これらの技術の多くは最終的な炭素繊維内部の配向
、緻密構造を制御する方法、あるいは繊維内部および表
層への異物の混入の抑制またはその除去により繊維（ま
たはコンポジット）の破断開始点となる欠陥点を減少さ
せる方法に関するものである。後者については、例えば
レイノルズ（Ｒｅｙｎｏｌｄｌｌ、）　　らの研究報文
（Ｐｈｉｌｏｇ、　Ｔｒａｎｓ、　ＲｏＳｏｃ、Ｌｏｎ
ｄｏｎ、　Ｓｅｔ、　Ａ、　２９４（１９８０））　　
があり、これによると紡糸原液の精密ｆ過さらにクリー
ンルームでの紡糸を行うことにより、不純物粒子などの
異物が除去され、最終的に得られる炭素繊維の強度が大
きく向上する。このようなプレカーサー製造時の異物除
去の例の他に、炭素繊維焼成過程中に生じる異物の除去
という観点から特公昭５１−１１２０９号には、プレカ
ーサーを耐炎化処理した後、耐炎化繊維に液体媒体中で
超音波処理を施すことにより、該繊維表面に付着したタ
ール状分解物などの異物が除去され、これによりその後
の均一な炭素化処理を可能にし、短時間耐炎化処理にし
て強度２弾性率の優れた炭素繊維が得られるという報告
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般にアクリロニトリル系炭素繊維の製造においては、
タール状分解物の生成が最も著しいのは耐炎化工程中よ
りむしろ不活性雰囲気下の炭素化における極初期の温度
領域、３００〜５００℃の領域である。該温度領域で生
成したタール状分解物の大部分は繊維外部に放出される
が、一部は繊維表面に付着あるいは繊維表層部に低分子
量物として閉じこめられた状態で残存する。このような
低分子量分解物は、その後の実質的な高温炭素化処理に
おいて繊維表層部のグラファイト化の進行を阻害し、こ
れにより最終的に得られる炭素繊維は繊維表層部に欠陥
の多いものとなる。　　゛ 本発明は、高強度で且つ゛樹脂との接着性に富んだ炭素
繊維の製造法を見い出すことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、アクリロニトリル系繊維
を１８０〜３５０℃の酸化性雰囲気中で耐炎化処理し、
次いで３００〜９００℃の不活性雰囲気中で繊維に伸長
を付与しながら熱処理を行った後、該繊維に洗浄処理を
施し、次いで１０００℃以上の不活性雰囲気下で炭素化
して炭素繊維を製造することにある。さらには繊維表層
部の低分子量分解物の除去を容易にするため、洗浄処理
の前に、予め繊維の重量減が５％以下であるように繊維
表面をエツチング処理することにある。

本発明のアクリロニトリル系繊維は、アクリロニトリル
を少なくとも９０重量％以上含むものであり、アクリル
酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド
、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、イタコ
ン酸などのコモノマーを１０重量％以下なる割合で共重
合せしめ、これを繊維状に賦形したものなどを例として
挙げられる。また単繊維強度は０．５〜３デニール、好
ましくは０．５〜１．５デニールであり、フィラメント
総数は５００〜３００，０００本のトウ状物である。

アクＩＪ　ロニトＩＪル系繊維を耐炎化処理するに際し
て用いる酸化性雰囲気とは空気等の酸素含有雰囲気で、
温度１８０〜３５０℃なる雰囲気である。得られる耐炎
化繊維の密度は１．２６〜１、４５１７ｃｍ”、好まし
くは１．３０−１．４０１７ｃｍ”の範囲とするのが良
い。耐炎化繊維の密度が１．２６　Ｐ／ｌｚ”未満の本
のでは耐炎化の進行度が不十分であり、後に行う不活性
ガス雰囲気下での炭素化処理時に繊維が融解、破断する
頻度、が多くなり安定生産できない。一方、繊維密度が
１、４０　Ｐ／ｃＲ”を越えるものも次の３００〜９０
０℃の不活性ガス雰囲気下での低温炭素化処理時に高性
能炭素繊維を製造するに際して行う繊維の伸長を十分に
とることができず、また耐炎化繊維内部への過度の酸素
導入により、最終的な炭素繊維の内部構造も緻密になら
ず、性能の優れた炭素繊維になりにくい。

次にかくして得られた耐炎化繊維を３００〜９００℃、
好ましくは４００〜７００℃の不活性雰囲気下で、得ら
れる繊維の密度にすると１、４０〜１．８０　Ｐ／１ｙ
ｕｓ、好ましくは１．４５〜１６．７０　Ｐ／ｌｘ”ま
で、３％以上３０％以下の伸長を付与させながら熱処理
する。この時、伸長率３％未満であると伸長効果がなく
、３０％を越えると毛羽の多発あるいは繊維の切断等で
高性能な炭素繊維は得られない。また熱処理温度が３０
０℃未満、あるいは９００℃を越えると、その温度下に
おける繊維自身の伸長性により伸長してもその伸長効果
がないか、あるいは毛羽の発生の要因ともなり好ましく
ない。

本発明は上述の如き不活性雰囲気下３００〜９００℃で
低温炭素化処理された繊維に洗浄処理を施すわけである
が、このときの洗浄液媒体は水あるいは潜水、好ましく
は液状タール、固形状タールの溶解性に優れた有機溶剤
あるいは水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ溶液などで
タール分を溶解し、次いで水もしくは沸水中で洗浄する
となお効果的である。

さらに上述の洗浄処理の前に予め繊維の重量減が５％以
下であるように繊維表面をエツチング処理することによ
り、繊維表面に付着する低分子量分解物のみでなく、礒
維表層部に介在する低分子量分解物も除去でき、なお一
層効果的である。ここでエツチング処理とは、従来炭素
繊維の表面処理法として適用されている気相あるいは液
相中の酸化処理でも良い。ただしこれらのエツチング処
理により繊維の重量減が５％を越えると、繊維自身の基
質が過度におかされ毛羽の発生の要因ともなり、最終的
な炭素繊維の基質にも悪影響を及ぼす。かくして得られ
た低温炭素化糸の洗浄糸を更に１ｏｏｏ℃以上の温度で
熱処理することＫよって本発明の目的とする炭素繊維と
することができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

ストランド強度、ストランド弾性率はＪＩＳＲ７６０１
の方法に従い測定した。

比較例１ 単糸デニール１．３　ｄ　、　　フィラメント６０００
本のアクリロニトリル系繊維束を２２０〜２６０℃の空
気中で密度が１．３５　Ｐ／ｃｒｕ３になるまで１５％
の伸長を繊維に付与させなから耐炎化処理し、次いで６
００℃の窒素雰囲気下で伸長を８％付与させながら低温
熱処理し、最後に最高到達温度が１４００℃の窒素雰囲
気下で炭素化処理した。得られた炭素繊維のストランド
強度およびストランド弾性率は４８０　ｋｇ／顛”　、
　２６．８　ｔｏｎ／Ｈ”であった。

実施例１ 比較例１と同様にして得られた耐炎化糸を６００℃窒素
雰囲気下で伸長を８％付与させながら熱処理後、２％の
水酸化ナトリウム溶液で３０秒間処理し、次に沸水中で
１分間洗浄した後、同様の炭素化処理を行った。得られ
た炭素繊維のストランド強度ならびに弾性率は各々５０
８　ｋｌｉ’／ｘｉ”　、　　２６．７　ｔｏｎ／＋ｍ
ｘ”　であった。

実施例２ 実施例１の洗浄処理前に、６００℃窒素雰囲気下で熱処
理された繊維にオゾンを２００　’Ｃの雰囲気下で１分
間照射し、その後実施例１と同様に水酸化ナトリウム溶
液処理、洪水洗浄処理さら（炭素化処理を行った。得ら
れた炭素繊維のストランド強度および弾性率は各々　５
５７’に９／ｍ”　ｓ　　２７．３　ｔｏｎ／ｇ’であ
った。

〔発明の効果〕

本発明は、低温炭素化処理系を洗浄あるいは表面エツチ
ング処理後、洗浄処理することによって炭素繊維の性能
を大きく向上させることが可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アクリロニトリル系炭素繊維を製造するに際し、１
   ８０〜３５０℃の酸化性雰囲気中で耐炎化し、次いで３
   ００〜９００℃の不活性雰囲気中で繊維に伸長を付与し
   ながら熱処理を行つた後、該繊維に洗浄処理を施し、次
   いで１０００℃以上の不活性雰囲気下で炭素化すること
   を特徴とする高性能炭素繊維の製造法。 ２、洗浄処理の前に、予め繊維の重量減が５％以下であ
   るように繊維表面をエツチング処理することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の製造法。