JP5072668B2 - 前駆体繊維、並びに、前駆体繊維、耐炎化繊維及び炭素繊維の製造方法 - Google Patents
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Description
本例の炭素繊維ストランドの製造方法に用いる前駆体繊維の紡糸原液は、炭素繊維製造用の紡糸原液であれば従来公知のものが何ら制限なく使用できる。そのなかでもアクリル系炭素繊維製造用の紡糸原液が好ましい。具体的には、アクリロニトリルを90質量%以上、好ましくは94質量%以上含有する単量体を重合した共重合体からなる紡糸原液が挙げられる。アクリロニトリルと共重合する単量体としては、イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸等の公知の単量体が挙げられる。
上記紡糸原液を、1つの紡糸口金に好ましくは1000以上の孔、より好ましくは20000以上の孔を有する紡糸口金から紡糸原液を紡出し、紡糸後の炭素繊維製造用原料繊維とする。この紡糸に際しては、低温に冷却した凝固液(紡糸する際の溶媒−水混合液)を入れた凝固浴中に紡出する方法、湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法等を用いることができるが、直接凝固液に紡出する湿式紡糸方法が好ましい。乾湿式紡糸方法は、空気中にまず吐出させた後、3〜5mm程度の空間を有して凝固浴に投入し凝固させる方法である。最終的に得られた炭素繊維が表面に襞を形成し、樹脂との接着性が期待できるので、湿式紡糸方法がより好ましい。
スチーム延伸処理後の繊維は、引き続き加熱空気中170〜250℃、延伸比0.90〜1.10で100〜300秒熱処理(予備熱処理)される。この予備熱処理により得られる繊維は、水蒸気を用いたガス吸着量測定装置で後述する測定方法によって測定される湿度90%での水蒸気吸着量が3〜9cm3/gの炭素繊維製造用前駆体繊維に調製される。
前駆体繊維は、引き続き加熱空気中、ローラー又は支持ガイドに接触させつつ、200〜300℃で耐炎化処理される。この耐炎化処理により、前駆体繊維がアクリル系繊維の場合、アクリル系繊維の環化反応を生じさせ、酸素結合量を増加させて不融化、難燃化させてアクリル系耐炎化繊維(OPF)を得る。
上記耐炎化繊維は、従来の公知の方法を採用して炭素化することができる。例えば、窒素雰囲気下300〜800℃の焼成炉(第一炭素化炉)で徐々に温度勾配をかけ、耐炎化繊維の張力を制御して緊張下で1段目の炭素化(第一炭素化)をする。
より炭素化を進め且つグラファイト化(炭素の高結晶化)を進める為に、窒素等の不活性ガス雰囲気下で昇温し、焼成炉(第二炭素化炉)で徐々に温度勾配をかけ、第一炭素化繊維の張力を制御して弛緩条件で焼成する。
上記第二炭素化処理繊維は、引き続き表面酸化処理を施す。表面酸化処理には気相、液相処理も用いることができるが、工程管理の簡便さと生産性を高める点から、液相処理が好ましい。液相処理のうちでも、液の安全性・安定性の面から、電解液を用いる電解処理が好ましい。電解酸化処理に用いられる電解液としては、硫酸、硝酸、塩酸等の無機酸や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機水酸化物、硫酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩類などが挙げられる。
上記表面酸化処理後の繊維は、必要に応じ、引き続いてサイジング処理を施す。サイジング方法は、従来の公知の方法で行うことができ、サイジング剤は、用途に即して適宜組成を変更して使用し、均一付着させた後に、乾燥することが好ましい。
アルキメデス法により測定した。試料繊維はアセトン中にて脱気処理し測定した。
前駆体繊維の水蒸気吸着量は、前駆体繊維を長さ15cm程度(0.3g程度)に切り出したものを、ユアサアイオニクス(株)社製全自動ガス吸着量装置「AUTOSORB-1」を使用し、下記条件
吸着ガス:H2O
死容積:He
吸着温度:293K
測定範囲:相対圧(P/Po) = 0〜1.0
P:測定圧、Po:H2Oの飽和蒸気圧
により測定した。湿度90%での水蒸気吸着量の値は、相対圧(P/Po)が0.9となる箇所で得た値である。
JIS R 7601に規定された方法により炭素繊維(CF)の強度、弾性率、伸度を測定した。
アクリロニトリル95質量%/アクリル酸メチル4質量%/イタコン酸1質量%よりなる共重合体紡糸原液を、1つの紡糸口金に24000の孔を有する紡糸口金(24000フィラメント用の紡糸口金)を通して、塩化亜鉛水溶液中に吐出して凝固させ、凝固糸を得た。
実施例1で得られた前駆体繊維について、シリコーン系油剤をプロセスオイル(PO)として用い、繊維質量に対し0.1質量%付与した。PO付与後の前駆体繊維は、実施例1と同様に、耐炎化処理、第一炭素化処理、第二炭素化処理、表面酸化処理、サイジング処理を行い、耐炎化繊維、表1に示す強度、弾性率、伸度の炭素繊維を得た。
実施例1と同様に凝固、水洗、乾燥、スチーム延伸して得られた繊維を、表1に示す処理条件で予備熱処理し、表1に示す水蒸気吸着量、密度の前駆体繊維を得た。得られた各前駆体繊維について、シリコーン系油剤をプロセスオイル(PO)として用い、繊維質量に対し0.1質量%付与した。PO付与後の各前駆体繊維は、実施例1と同様に、耐炎化処理、第一炭素化処理、第二炭素化処理、表面酸化処理、サイジング処理を行い、耐炎化繊維、表1に示す強度、弾性率、伸度の炭素繊維を得た。
Claims (2)
- アクリロニトリルを90質量%以上含有する単量体を重合した共重合体を紡糸して得られるアクリル系繊維を、水洗、乾燥、スチーム延伸処理し、次いで、添加物を添加すること無く空気中に浮かんだ状態で170〜240℃、延伸比0.95〜1.10で熱処理して、水蒸気を用いたガス吸着量測定装置によって測定される温度293K、湿度90%での水蒸気吸着量が7.9〜9cm3/gの炭素繊維製造用前駆体繊維を得、前記前駆体繊維にプロセスオイルを付与した後、空気中、ローラー又は支持ガイドに接触させつつ、200〜300℃、延伸比0.80〜1.20で熱処理することを特徴とする耐炎化繊維の製造方法。
- アクリロニトリルを90質量%以上含有する単量体を重合した共重合体を紡糸して得られるアクリル系繊維を、水洗、乾燥、スチーム延伸処理し、次いで、添加物を添加すること無く空気中に浮かんだ状態で170〜240℃、延伸比0.95〜1.10で熱処理して、水蒸気を用いたガス吸着量測定装置によって測定される温度293K、湿度90%での水蒸気吸着量が7.9〜9cm3/gの炭素繊維製造用前駆体繊維を得、前記前駆体繊維にプロセスオイルを付与した後、空気中、ローラー又は支持ガイドに接触させつつ、200〜300℃、延伸比0.80〜1.20で熱処理して耐炎化繊維を得、前記耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気中、温度800〜2500℃で炭素化処理することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
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