JPH05156509A

JPH05156509A - 糸条の浴中処理方法

Info

Publication number: JPH05156509A
Application number: JP3320580A
Authority: JP
Inventors: Hideo Saruyama; 秀夫猿山; Toshiaki Hirata; 利明平田; Haruo Ohara; 春夫尾原; Akira Okuda; 章奥田; Jun Yamazaki; 潤山崎
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【構成】糸条の浴中処理において、浴液を該浴中で糸条
から離れた位置より、１ｍ／秒以上５０ｍ／秒以下の速
度で、該糸条に噴射することを特徴とする糸条の浴中処
理方法。【効果】本発明の方法は、浴液中において糸条の拘束力
の比較的少ないところで浴液噴射により、糸束内部まで
浴液の浸透性を高め、処理することができる。そのた
め、例えば洗浄効率の向上、単糸間接着防止、延伸性向
上、油剤の均一付与、工程安定性向上などの効果を有す
る。さらに、太糸条・高密度のフィラメント糸条を浴中
処理するにおいても、均一に安定して浴中処理できるこ
とから、設備生産性を飛躍的に向上させることができ、
高品質・高性能の炭素繊維を低原価で製造することが可
能となり、その産業上の効果は極めて大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴中で糸条を処理する
方法に関し、さらに詳しくは例えば湿式あるいは乾湿式
製糸方法により製造されるポリアクリロニトリル系繊維
の水洗、延伸、または油剤の付与などの浴中処理方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリアクリロニトリル系繊維は炭素繊維
の原糸（プリカーサ）として利用されており、性能の優
れた炭素繊維を得るために、ポリアクリロニトリル系繊
維に関する多くの改善技術が開示されている。近年、炭
素繊維の用途に関して、従来より主要な用途である航
空、宇宙用途あるいはスポーツ用途分野から、例えば自
動車や建材等、一般産業分野への用途拡大の要求が高
い。この一般産業分野への用途拡大の要求に応えるため
には、製造原価を軽減し、廉価な炭素繊維を提供するこ
とが最も重要である。

【０００３】製造原価の低減をするため、設備生産性の
向上すなわち単位設備あたりの生産量を増大させること
を狙って、浴中で処理する糸条を太く（太糸条化）する
とともに、処理する糸条が装置、処理浴槽において占有
する糸条幅を狭く（高密度化）すると、次のような問題
点が生じるのであった。製糸工程での糸条単位を太糸条
化あるいは高密度化すると、延伸工程、水洗工程または
工程油剤の付与工程において、糸条内部への溶液浸透性
が悪くなり、単糸間接着が発生したり、糸条の加熱斑、
毛羽や断糸の発生、水洗不足や油剤の付着斑が起こり、
工程通過性が低下したりする。また、次の焼成工程にお
いても断糸や毛羽の発生が起こるようになり、工程通過
性が低下するとともに、得られる炭素繊維の物性も低下
する。

【０００４】浴中の糸条処理に関して、特開昭５７−４
２９１７号公報には、糸条の下部に間欠的に設置した加
熱部によって浴液を沸騰状態にし、この沸騰状態の浴液
中に糸条を断続的に繰り返し通過させることによって、
洗浄効率とエネルギー効率を改善する方法が提案されて
いる。しかしながら、沸騰状態でないと上昇液流が少な
く十分な効果が得られず、また沸騰状態では逆に単糸間
接着を増大させるという問題点があった。

【０００５】また、特開昭６１−１０８７１５号公報に
は、糸条の洗浄、延伸、油剤の付与を１０〜９０ｋＨｚ
の超音波の照射の下に行なう方法が提案されている。し
かしながら、太糸条や高密度の糸条では効果が十分得ら
れず、また大量生産できる大型の処理装置において、超
音波を均一に全ての糸条に照射することは極めて困難で
あり、工業的実用性に乏しかった。さらに、油剤の付与
工程においては、超音波によって油剤の分散状態が破壊
されてしまうという問題もあった。

【０００６】特開昭６４−６８５５９号公報、特開昭６
４−８５３０５号公報および特開昭６４−８５３０６号
公報には、糸条の洗浄工程、油剤付与工程、熱水延伸工
程において、糸条の方向転換ガイドから洗浄水や油剤お
よび浴液を噴出させることによって、洗浄効率や油剤付
与の均一性を向上させ、また単糸間融着を防止する方法
が提案されている。しかしながら、太糸条の場合には、
方向転換ガイドにかかる糸条の張力が特に大きくなり、
糸束内部の単糸が相互に拘束されてしまうという問題を
有し、そのため、浴液が糸条の内部に浸透しにくく、単
糸間接着を防止することができないという問題を有して
いた。また、十分な延伸ができず物性の良好な繊維を得
ることができなかった。さらに、上記の方法は、処理浴
液の温度よりも５〜３０℃低い温度の水を糸条の方向転
換ガイドから噴出し予熱することによって、糸条の接着
を防止するものであるため、製糸工程に温度制御された
噴射装置を設けなければならず製造コストを増大させる
ものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、太糸
条、糸条密度の高い糸条に対しても、前記したような問
題を生じることなく、工程通過性に優れ、均一な処理を
比較的容易に行なうことのできる糸条の浴中処理方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、糸条の浴中処理において、浴液を該浴中で糸条から
離れた位置より、１ｍ／秒以上５０ｍ／秒以下の速度
で、該糸条に噴射することを特徴とする糸条の浴中処理
方法によって達成することができる。

【０００９】本発明の方法は、浴中で糸条を処理するも
のに適用できるが、炭素繊維の原糸（プリカーサ）であ
るポリアクリロニトリル系の糸条を製造する場合に好適
である。

【００１０】本発明における浴液処理とは、浴中での糸
条処理のことであるが、例えば、溶媒の洗浄工程、浴液
中での延伸（浴延伸）工程、油剤浴中に糸条を通過させ
て油剤を付与する給油工程などがあげられる。

【００１１】設備生産性を向上させる点から、本発明に
おいて、糸条を構成する単糸の数は４０００フィラメン
ト以上が好ましく、６０００フィラメント以上であれば
さらに好ましい。また、下記の式から算出される被処理
１糸条当りの見掛けの繊度Ｄは４０００デニール以上が
好ましく、６０００デニール以上がさらに好ましい。Ｄ＝ｎ・ｄここで、ｎは浴中において処理される１糸条を構成する
単糸の数であり、ｄは最終的に得られる糸（例えば、プ
リカーサ）の単糸繊度［デニール］である。

【００１２】また、下記の式で定義される糸条密度指数
Ｍは１２０デニール／ｍｍ以上であると本発明の効果が
大きいので好ましく、１５０デニール／ｍｍ以上であれ
ばさらに好ましい。Ｍ＝Ｄ／ｗここで、ｗは浴中処理工程における被処理１糸条当りの
糸幅［ｍｍ］であり、浴中処理に使用するローラー上に
おいて、処理される１糸条が占める糸幅から求められ
る。

【００１３】本発明の特徴は、浴中の糸条に対して浴液
を特定の範囲の速度で噴射するところにある。以下、図
面を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。図
１は、本発明における糸条の浴中処理の一実施例を示す
モデル図である。浴液の噴射は、処理ローラ２、２′を
介して処理浴中を走行する糸条１に対して、浴液噴射装
置３から、送液ポンプ４により加圧された浴液を、噴出
することで行なわれる。浴液の温度は温度調節装置５に
より一定に保たれ、浴液噴射量は流量調節装置６、流量
計７とによって制御される。浴中下部を有孔板８を用い
て浴槽を仕切ることは、浴液ポンプの浴液吸引・排出作
用による外乱を抑制するので有効に好ましく用いられ
る。

【００１４】噴射速度は、１ｍ／分以上５０ｍ／分以下
に設定する。１ｍ／分より低い場合には噴射液による本
発明の効果が現れにくく、また５０ｍ／分より高い場合
には糸条の交絡や単糸の切断が発生し、工程通過性の悪
化や繊維物性の低下が起こるので好ましくない。２ｍ／
分以上４０ｍ／分以下であれば、より好ましい。

【００１５】浴液を噴射する噴射ノズルの位置は糸条と
同じ浴中である。浴の外から浴中に浴液を噴射させる
と、噴射する浴液と共に空気が浴中に入り込み、浴液の
乱れを惹起したり、糸条を必要以上に振動させることに
なり、糸条の乱れや断糸を起こすようになるので好まし
くない。

【００１６】また、噴射ノズルと糸条の位置関係は、前
述した方向転換ガイドのように、糸条に接触させた状態
では糸条の動きが抑制され、本発明の効果が低減するの
で好ましくない。そのため、噴射ノズルと糸条との間隔
は、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。
１００ｍｍを越えるようになると噴射による作用が低減
するので好ましくない。２ｍｍ以上８０ｍｍ以下であれ
ば、より好ましい。

【００１７】一方、本発明の処理工程、特に浴延伸工程
において、関与するローラーの数を少なくする方が、延
伸張力による延伸ローラへの圧着から起こり得る単糸間
接着を回避できるのでより好ましい。そして、複数の浴
を用いて処理する場合、浴と浴の間のローラーは一般的
な駆動方式よりも非駆動方式（フリー回転方式）を採用
する方が、延伸張力を均一化することができ、本発明の
浴中延伸方法の効果をより顕著に得ることができるので
好ましい。さらに、処理糸条を５〜１００Ｈｚ程度の周
波数で振動させることも効果的であり、これらの方法を
組み合わせることによって、浴延伸工程での単糸間接着
をより効果的に防止することができ好ましい。

【００１８】噴射ノズルの設置位置は前記した要件を満
足すれば特に限定されるものではないが、一例を挙げれ
ば、浴中に存在する糸条の拘束点（例えば、糸条の把持
ローラー、糸道規制ガイド等）の中間において、噴出液
の作用により発生する糸条の微小振動の振幅が最大とな
る位置に設定する。

【００１９】本発明において、好ましく用いることがで
きる炭素繊維製造用のポリアクリロニトリルとしては、
耐炎化反応を促進するモノマを含むものであれば特に限
定されるものでない。紡糸方法は、湿式紡糸法や乾湿式
紡糸法を適用することが好ましいが、とくに限定される
ものでない。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
する。なお、実施例中における特性値は、次の方法によ
り求めたものである。

【００２１】（１）限界延伸倍率浴中延伸処理において、被処理糸条の供給速度（Ｆ）を
一定にしておき、引取速度を上げていった時に、糸条が
切断する最高速度（Ｂ）を測定し、下記式から求めた数
値を限界延伸倍率とする。限界延伸倍率＝Ｂ／Ｆ（２）単糸間接着油剤付与前の膨潤糸を約５ｍｍに切断しノイゲンＳＳの
０．１重量％水溶液に分散させ、スタラーで６０rpm で
１分間撹拌後、黒色ろ紙でろ過し、接着状態を５段階で
視感判定した。接着の全く認められない状態を１級、ほ
とんどの単糸が接着している状態を５級とした。４級以
上の場合、工程通過性が阻害されたり炭素繊維の物性を
低下させるなどの問題が生じる。（３）水洗性水洗後の糸条中に残留しているＤＭＳＯを、水を溶媒と
してソックスレー抽出し、これをガスクロマトグラフィ
ーにより定量して乾燥糸重量に対するＤＭＳＯ量を求
め、水洗性の指標とした。ＤＭＳＯ量が少ないほど水洗
性が良好であると評価する。（４）油剤付着性乾燥工程における単糸間接着の状態を次の方法により評
価し、油剤が均一に付着しているか否かの指標とした。
評価する糸を膨潤糸ではなく、乾燥工程後の糸であるこ
と以外は、（２）と同様の方法にて単糸間接着の判定を
行ない、単糸間接着が起こらない状態ほど、油剤が均一
に付与されていると評価する。

【００２２】実施例１〜３、比較例１〜３アクリロニトリル（以下ＡＮと略称する）９９．５モル
％、イタコン酸０．５モル％からなる固有粘度［η］が
１．８０のＡＮ共重合体を２０重量％含むジメチルスル
ホオキシド（ＤＭＳＯ）溶液を紡糸原液として、１２０
００Ｈの口金からＤＭＳＯと水から成る凝固浴中に紡出
して、１２０００本からなる凝固糸を得た。この凝固糸
を糸条幅５０ｍｍで、６５℃の浴中での水洗、９０℃の
熱水浴中での浴延伸、２５℃の浴中での油剤付与の処理
を、それぞれの処理浴のローラーとローラーとの中間の
位置において浴中に設置した噴射ノズルから、表１に示
した条件で浴中噴射しつつ処理を行った（実施例１〜
３）。また、浴中噴射効果の比較として、浴中処理にお
いて浴中噴射をしない浴中処理についても実施した（比
較例１〜３）。その後、それらの糸条をさらに乾燥緻密
化、加圧スチーム中延伸等の工程を経て、最終的に単糸
繊度が１デニールでありトータル繊度が１２０００デニ
ールの原糸（プリカーサ）を得た。（糸条密度指数Ｍ＝
１２０００÷５０＝２４０［ｄ／ｍｍ］の条件で処理し
たことになる。）上記各工程における浴液噴射条件、浴
液噴射位置、限界延伸倍率、単糸間接着、水洗性、油剤
付着性を表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】本発明の範囲において浴液噴射し浴中処理
した場合（実施例１〜３）、単糸間接着がほとんど起こ
らず、限界延伸倍率が高く、浴中延伸性が良好であるこ
とがわかる。また、水洗性、油剤付着状態も良好であっ
た。それに対し、浴液噴射をしない場合（比較例１）、
浴液噴射速度が本発明の範囲外である場合（比較例
２）、浴液噴射位置が糸条から離れた位置にない場合
（比較例３）では、いずれも単糸間接着が発生し、ま
た、限界延伸倍率も低く、浴中延伸性が悪いことがわか
る。また、水洗性、油剤付着状態も悪かった。

【００２５】実施例４〜７、比較例４〜７紡糸口金を３０００ホールとし、１２錘の紡糸ヘッドか
ら前記の口金を６個使う以外は実施例１と同様に製糸を
行なった。工程で処理する糸条の合糸本数を変化させ、
かつ糸条密度は２４０デニール／ｍｍ一定となるように
糸条幅を調整し、表２のように糸条の処理糸条繊度（糸
条の太さ）を変更し、浴中延伸工程における単糸間接着
を評価した。その結果を表２に併記した。

【００２６】

【表２】

【００２７】本発明の方法によれば（実施例４〜７）、
処理糸条繊度が増加し糸条が太くなっても単糸間接着は
起こらず、浴中延伸性が良好であることがわかる。

【００２８】それに対し、浴液噴射を行なわない場合
（比較例４〜７）、処理糸条繊度が増加し糸条が太くな
ると単糸間接着が起こることがわかる。実施例８〜１３、比較例８〜１３実施例５（処理糸条繊度１２０００デニール）と同様の
浴中延伸処理において、糸条幅を変えることにより表３
のように処理糸条密度を変更し、浴中延伸工程における
単糸間接着を評価した。その結果を表３に併記した。

【００２９】

【表３】

【００３０】本発明の方法によれば（実施例８〜１
３）、処理糸条密度が増加しても単糸間接着は起こら
ず、浴中延伸性が良好であることがわかる。それに対
し、浴液噴射を行なわない場合（比較例８〜１３）、処
理糸条密度が増加すると単糸間接着が起こることがわか
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の方法は、浴液中において糸条の
拘束力の比較的少ないところで、浴液噴射により、糸束
内部まで浴液の浸透性を高め、処理することができる。
そのため、例えば洗浄工程においては、洗浄効率の向上
あるいは単糸間接着防止効果などがあり、浴延伸工程に
おいては、単糸間接着防止効果あるいは均一昇温による
延伸性向上効果などがあり、給油工程においては、油剤
の均一付与効果などがある。また、すでに接着を起こし
ている単糸どうしがあったとしても、噴射による分離効
果があるので、工程安定性が向上できる。さらに、太糸
条・高密度のフィラメント糸条を浴中処理するにおいて
も、均一に安定して浴中処理できることから、設備生産
性を飛躍的に向上させることができ、高品質・高性能の
炭素繊維を低原価で製造することが可能となり、その産
業上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における糸条の浴中処理の一実施例を示
すモデル図である。

【符号の説明】

１：糸条２，２′：処理ローラー３：浴液噴射装置４：送液ポンプ５：温度調節装置６：流量調節装置７：流量計８：有孔板９：浴液面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥田章愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515 東レ株式会社愛媛工場内 (72)発明者山崎潤愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515 東レ株式会社愛媛工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】糸条の浴中処理において、浴液を該浴中で
糸条から離れた位置より、１ｍ／秒以上５０ｍ／秒以下
の速度で、該糸条に噴射することを特徴とする糸条の浴
中処理方法。
【請求項２】糸条がポリアクリロニトリル系繊維である
ことを特徴とする請求項１記載の糸条の浴中処理方法。