JPS6250574B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6250574B2 JPS6250574B2 JP3824883A JP3824883A JPS6250574B2 JP S6250574 B2 JPS6250574 B2 JP S6250574B2 JP 3824883 A JP3824883 A JP 3824883A JP 3824883 A JP3824883 A JP 3824883A JP S6250574 B2 JPS6250574 B2 JP S6250574B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- volume
- hydrogen chloride
- atmosphere
- oxygen
- fiber
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- Inorganic Fibers (AREA)
Description
本発明は取り扱い容易な高強度炭素繊維の製造
方法に関する。 高強度の炭素繊維を得るための炭化処理工程の
雰囲気として従来から、例えば特公昭44−21175
号公報に記載ごとく真空中または水素のような非
酸化性雰囲気、特公昭44−24692号公報に記載の
ごとく塩酸ガスなどの酸蒸気の雰囲気或いは特公
昭47−40575号公報に記載のごとくハロゲン化水
素雰囲気ならびに特公昭53−19047号公報に記載
のごとく塩化水素−水−不活性ガス雰囲気中でそ
れぞれ行なうことが知られている。 しかしながら、これらの雰囲気中で炭化して得
た炭素繊維はいずれも製造工程中の取り扱いに問
題があり、「ケバ」すなわち「単糸切れ」が発生
し易いという欠点を有していた。このため、合成
樹脂などを少量表面に塗布してサイジングするこ
とが行なわれるが、通常このサイジングする樹脂
の種類、量などを炭素繊維の取り扱い条件に合わ
せ適宜調節する必要があることから、サイジング
することなしに取り扱い易い炭素繊維の出現が望
まれてきた。 本発明の目的は前記従来技術の欠点を解消した
取り扱い易く、かつ高強度を有する炭素繊維を製
造する方法を提供するものであつて、その要旨と
するところはポリアクリロニトリル系繊維を酸化
性雰囲気中で加熱して耐炎化したのち、塩化水素
0.2〜10容量％、酸素0.2〜４容量％および不活性
ガスを含有する雰囲気中で加熱することを特徴と
する炭素繊維の製造方法にある。以下、本発明を
具体的に詳述する。 本発明において使用するポリアクリロニトリル
系繊維（以下、PAN繊維という）はポリアクリ
ロニトリル単独重合体または85重量％以上のポリ
アクリロニトリルとエチレン系不飽和化合物、例
えばアクリル酸メチル、メタクリル酸メチルまた
は酢酸ビニルのようなエステル類、塩化ビニル、
塩化ビニリデンのようなハロゲン類、アクリル
酸、メタクリル酸、イタコン酸などの酸類、アク
リルアマイド、メタクリルアマイドなどのアマイ
ド類などとの共重合体、混合体などを使用するこ
とができ、これらは湿式、乾式のいずれの紡糸法
によつても紡糸が可能であり、また溶媒としては
ロダン酸塩、硝酸、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド、ジメチルスルホキシドを用い
ることができる。 繊維束としては単繊維度0.1〜10デニール パ
ー フイラメント（dpf）のフイラメントで数十
〜数十万本構成の繊維束が通常用いられるが、好
ましくは１〜5dpfのフイラメントが望ましい。 このPAN繊維を300℃以下、好ましくは230〜
280℃で酸素、ハロゲンガス、空気等の酸化性雰
囲気にて0.5〜３時間加熱して耐炎化する。この
際、原繊維長に対し数％以下の収縮または若干の
伸長を与える程度に張力を付与することが好まし
い。 次に耐炎化繊維は塩化水素0.5〜10容量％、酸
素0.2〜４容量％およびチツ素、アルゴンなどの
不活性ガスを含有する雰囲気中で300〜1500℃ま
で加熱する。このようにして得た炭素繊維はさら
に必要に応じ2000〜3000℃まで熱処理して黒鉛繊
維とすることもできる。 本発明において塩化水素、酸素の割合を前記の
ごとく限定した理由は次の通りである。 塩化水素−酸素−不活性ガス雰囲気において、
塩化水素を0.2容量％未満、酸素0.2容量％未満で
は「単糸切れ」の発生を防止する効果は認められ
ず、塩化水素10容量％、酸素４容量％を越えると
「単糸切れ」の発生が増加し、かつ強度も低下し
てくる。従つて、炭素化においては、塩化水素の
含有量0.2〜10容量％、酸素の含有量0.2〜４容量
％、好ましくは0.3〜３容量％および不活性ガス
を含有する雰囲気中で加熱することが望ましい。 従来の方法によると、塩化水素の存在は炭化時
間の短縮、強度の向上の面において効果があると
され、その量は雰囲気中10容量％以上が好適とさ
れてきた。しかし、多量の塩化水素の存在は排気
ガスの処理の面において困難な問題をかかえてお
り、また特公昭53−19047号に記載のごとく塩化
水素量を0.3〜30容量％におさえるかわりに水0.5
〜６容量％を加える方法も熱処理装置の腐食の面
において問題をかかえていた。 さらに、従来の方法で得た炭素繊維の大きな問
題はボビンに巻きうつしたりボビンから取り出し
たり、プラスチツク等と複合するため引き揃えた
り、製織したりするに際、繊維束を構成する単繊
維が切れて（「単糸切れ」）、からまるなどのトラ
ブルが発生し易いことであつた。従来の方法で得
た炭素繊維はサイジングによつても「単糸切れ」
を防止することはできなかつた。 本発明の方法によると、塩化水素の量を低くお
さえることができるため排気ガスの処理がきわめ
て容易であり、かつ水分が存在しないため装置の
腐食の問題も少ない。さらに塩化水素と酸素との
組み合わせによる雰囲気下での炭化は、得られる
炭素繊維の「単糸切れ」の発生を著しく低減させ
る効果を有する。 従つて、本発明により得られた高強度炭素繊維
は苛酷な取り扱い条件下でもサイジングなしで、
あるいは特別なサイジングを施すことなく充分使
用することができる。 以下、本発明を実施例および比較例に基づいて
具体的に説明する。 実施例１〜12および比較例１〜13 アクリロニトリル含有量95％、9000デニール、
6000フイラメントのPAN繊維を空気中で0.1ｇ／
ｄ張力下250℃で１時間加熱して耐炎化したの
ち、第１表に示すHCl−O2−N2雰囲気中の種々
の塩化水素濃度、酸素濃度で1400℃まで加熱炭化
した。炭化に要した時間は２分間であつた。得ら
れた炭素繊維の特性を第１表に示した。なお「単
糸切れ」の発生数は第１図に示すようにボビン１
から引き出し炭素繊維束２をボビン１の中心から
Ｌ＝50cm離れたガイドロール３に導き、ボビン１
に固定して錘４により500ｇの荷重をかけ次いで
炭素繊維束２の中央部にｍ＝10cmのところからブ
ロア５により20ｍ／secの気流（室温）を30秒間
吹き付けたのち「単糸切れ」の発生数を測定し
た。
方法に関する。 高強度の炭素繊維を得るための炭化処理工程の
雰囲気として従来から、例えば特公昭44−21175
号公報に記載ごとく真空中または水素のような非
酸化性雰囲気、特公昭44−24692号公報に記載の
ごとく塩酸ガスなどの酸蒸気の雰囲気或いは特公
昭47−40575号公報に記載のごとくハロゲン化水
素雰囲気ならびに特公昭53−19047号公報に記載
のごとく塩化水素−水−不活性ガス雰囲気中でそ
れぞれ行なうことが知られている。 しかしながら、これらの雰囲気中で炭化して得
た炭素繊維はいずれも製造工程中の取り扱いに問
題があり、「ケバ」すなわち「単糸切れ」が発生
し易いという欠点を有していた。このため、合成
樹脂などを少量表面に塗布してサイジングするこ
とが行なわれるが、通常このサイジングする樹脂
の種類、量などを炭素繊維の取り扱い条件に合わ
せ適宜調節する必要があることから、サイジング
することなしに取り扱い易い炭素繊維の出現が望
まれてきた。 本発明の目的は前記従来技術の欠点を解消した
取り扱い易く、かつ高強度を有する炭素繊維を製
造する方法を提供するものであつて、その要旨と
するところはポリアクリロニトリル系繊維を酸化
性雰囲気中で加熱して耐炎化したのち、塩化水素
0.2〜10容量％、酸素0.2〜４容量％および不活性
ガスを含有する雰囲気中で加熱することを特徴と
する炭素繊維の製造方法にある。以下、本発明を
具体的に詳述する。 本発明において使用するポリアクリロニトリル
系繊維（以下、PAN繊維という）はポリアクリ
ロニトリル単独重合体または85重量％以上のポリ
アクリロニトリルとエチレン系不飽和化合物、例
えばアクリル酸メチル、メタクリル酸メチルまた
は酢酸ビニルのようなエステル類、塩化ビニル、
塩化ビニリデンのようなハロゲン類、アクリル
酸、メタクリル酸、イタコン酸などの酸類、アク
リルアマイド、メタクリルアマイドなどのアマイ
ド類などとの共重合体、混合体などを使用するこ
とができ、これらは湿式、乾式のいずれの紡糸法
によつても紡糸が可能であり、また溶媒としては
ロダン酸塩、硝酸、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド、ジメチルスルホキシドを用い
ることができる。 繊維束としては単繊維度0.1〜10デニール パ
ー フイラメント（dpf）のフイラメントで数十
〜数十万本構成の繊維束が通常用いられるが、好
ましくは１〜5dpfのフイラメントが望ましい。 このPAN繊維を300℃以下、好ましくは230〜
280℃で酸素、ハロゲンガス、空気等の酸化性雰
囲気にて0.5〜３時間加熱して耐炎化する。この
際、原繊維長に対し数％以下の収縮または若干の
伸長を与える程度に張力を付与することが好まし
い。 次に耐炎化繊維は塩化水素0.5〜10容量％、酸
素0.2〜４容量％およびチツ素、アルゴンなどの
不活性ガスを含有する雰囲気中で300〜1500℃ま
で加熱する。このようにして得た炭素繊維はさら
に必要に応じ2000〜3000℃まで熱処理して黒鉛繊
維とすることもできる。 本発明において塩化水素、酸素の割合を前記の
ごとく限定した理由は次の通りである。 塩化水素−酸素−不活性ガス雰囲気において、
塩化水素を0.2容量％未満、酸素0.2容量％未満で
は「単糸切れ」の発生を防止する効果は認められ
ず、塩化水素10容量％、酸素４容量％を越えると
「単糸切れ」の発生が増加し、かつ強度も低下し
てくる。従つて、炭素化においては、塩化水素の
含有量0.2〜10容量％、酸素の含有量0.2〜４容量
％、好ましくは0.3〜３容量％および不活性ガス
を含有する雰囲気中で加熱することが望ましい。 従来の方法によると、塩化水素の存在は炭化時
間の短縮、強度の向上の面において効果があると
され、その量は雰囲気中10容量％以上が好適とさ
れてきた。しかし、多量の塩化水素の存在は排気
ガスの処理の面において困難な問題をかかえてお
り、また特公昭53−19047号に記載のごとく塩化
水素量を0.3〜30容量％におさえるかわりに水0.5
〜６容量％を加える方法も熱処理装置の腐食の面
において問題をかかえていた。 さらに、従来の方法で得た炭素繊維の大きな問
題はボビンに巻きうつしたりボビンから取り出し
たり、プラスチツク等と複合するため引き揃えた
り、製織したりするに際、繊維束を構成する単繊
維が切れて（「単糸切れ」）、からまるなどのトラ
ブルが発生し易いことであつた。従来の方法で得
た炭素繊維はサイジングによつても「単糸切れ」
を防止することはできなかつた。 本発明の方法によると、塩化水素の量を低くお
さえることができるため排気ガスの処理がきわめ
て容易であり、かつ水分が存在しないため装置の
腐食の問題も少ない。さらに塩化水素と酸素との
組み合わせによる雰囲気下での炭化は、得られる
炭素繊維の「単糸切れ」の発生を著しく低減させ
る効果を有する。 従つて、本発明により得られた高強度炭素繊維
は苛酷な取り扱い条件下でもサイジングなしで、
あるいは特別なサイジングを施すことなく充分使
用することができる。 以下、本発明を実施例および比較例に基づいて
具体的に説明する。 実施例１〜12および比較例１〜13 アクリロニトリル含有量95％、9000デニール、
6000フイラメントのPAN繊維を空気中で0.1ｇ／
ｄ張力下250℃で１時間加熱して耐炎化したの
ち、第１表に示すHCl−O2−N2雰囲気中の種々
の塩化水素濃度、酸素濃度で1400℃まで加熱炭化
した。炭化に要した時間は２分間であつた。得ら
れた炭素繊維の特性を第１表に示した。なお「単
糸切れ」の発生数は第１図に示すようにボビン１
から引き出し炭素繊維束２をボビン１の中心から
Ｌ＝50cm離れたガイドロール３に導き、ボビン１
に固定して錘４により500ｇの荷重をかけ次いで
炭素繊維束２の中央部にｍ＝10cmのところからブ
ロア５により20ｍ／secの気流（室温）を30秒間
吹き付けたのち「単糸切れ」の発生数を測定し
た。
【表】
【表】
第１表に示されるように本発明の範囲にある塩
化水素濃度、酸素濃度および不活性ガス雰囲気中
で加熱処理された炭素繊維は、その他の条件下で
加熱処理された炭素繊維と比較して引張強さおよ
び曲げ強度に優れ、かつ「単糸切れ」数が少な
い。 以上の説明からも明らかなように、ポリアクリ
ロニトリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化した
後、特定濃度のHCl−O2−不活性ガス雰囲気中で
加熱する本発明の方法により得られる炭素繊維
は、従来の方法によるものに比して、強度に優れ
ると共に著しく「単糸切れ」の発生数が少ないこ
とから、取り扱い性に優れたものであることがわ
かる。
化水素濃度、酸素濃度および不活性ガス雰囲気中
で加熱処理された炭素繊維は、その他の条件下で
加熱処理された炭素繊維と比較して引張強さおよ
び曲げ強度に優れ、かつ「単糸切れ」数が少な
い。 以上の説明からも明らかなように、ポリアクリ
ロニトリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化した
後、特定濃度のHCl−O2−不活性ガス雰囲気中で
加熱する本発明の方法により得られる炭素繊維
は、従来の方法によるものに比して、強度に優れ
ると共に著しく「単糸切れ」の発生数が少ないこ
とから、取り扱い性に優れたものであることがわ
かる。
第１図は「単糸切れ」の測定方法を示す図。
１：ボビン、２：炭素繊維束、３：ガイドロー
ル、４：錘、５：ブロア。
ル、４：錘、５：ブロア。
Claims (1)
- １ ポリアクリロニトリル系繊維を酸化性雰囲気
中で加熱して耐炎化した後、塩化水素0.2〜10容
量％、酸素0.2〜４容量％および不活性ガスを含
有する雰囲気中で加熱することを特徴とする炭素
繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3824883A JPS59168129A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3824883A JPS59168129A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 炭素繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59168129A JPS59168129A (ja) | 1984-09-21 |
| JPS6250574B2 true JPS6250574B2 (ja) | 1987-10-26 |
Family
ID=12520000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3824883A Granted JPS59168129A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59168129A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60110925A (ja) * | 1983-11-15 | 1985-06-17 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 高性能炭素繊維の製造方法 |
| JPS60252719A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 高伸度炭素繊維の製造方法 |
| JPS61225373A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-07 | 東邦レーヨン株式会社 | 炭素繊維束 |
| JPS61231265A (ja) * | 1985-03-30 | 1986-10-15 | 旭化成株式会社 | 高性能炭素繊維の製造法 |
-
1983
- 1983-03-10 JP JP3824883A patent/JPS59168129A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59168129A (ja) | 1984-09-21 |
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