(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸条の総繊度を１２０００デニール以上とする炭素繊維前駆体アクリル系糸条が巻き取られたパッケージにおいて、該パッケージ上の前記アクリル系糸条の糸幅が、０．２５〜０．６ｍｍ／１０００デニールであることを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージを製造する方法であって、アクリル系糸条を、糸条集束用フリーガイドローラー群に少なくとも２段通過させて後、巻き取り機により巻き取ることを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法。
【請求項３】
糸条集束用フリーガイドローラー群が、ローラー軸を走行糸条に対して実質的に直角かつ互いに平行になるよう配置した複数本の第１フリーローラーと、該第１フリーローラーとはそのローラー軸を実質的に直角に配置した少なくとも１本の第２フリーローラーとからなるものであって、かつ、該糸条集束用フリーガイドローラー群に走行糸条を通過せしめるに際し、その複数本の第１フリーローラーに該糸条の表裏を交互に接触させて後、第２フリーローラーによりひねりを与えるよう通過せしめることを特徴とする、請求項２記載の炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージおよびかかるパッケージを得るに適した炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法に関し、さらに詳しくは、アクリル系糸条を溝付きローラーを走行させ焼成して炭素繊維を得る際に、溝からの糸条のはみ出しを防止し、焼成工程で良好な操業安定性をもたらし得る炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージおよびかかるパッケージを得るに適した炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアクリロニトリル系糸条は炭素繊維の前駆体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多くの改善技術が開示されている。炭素繊維はその前駆体であるアクリロニトリル系糸条を製糸工程で一旦巻き取ってパッケージとし、その後かかるパッケージから糸条を解舒して焼成工程へ送り、２００〜３００℃の空気雰囲気中で該糸条を加熱焼成して酸化繊維に転換する耐炎化工程、窒素・アルゴン・ヘリウム等の不活性雰囲気中でさらに３００〜３０００℃に加熱して炭化する炭化工程を経ることで得られ、複合材料の強化繊維として航空宇宙用途やスポーツ用途、一般産業用途などに幅広く利用されている。
【０００３】
炭素繊維は、一般的に、単繊維数が通常１０００本以上のフィラメントで構成されたマルチフィラメントを１つの糸条単位としている。焼成工程、特に耐炎化工程ではこのフィラメント糸条が隣接の糸条と接触しないように、多くの場合溝付きのローラーを使用することで、隣接糸条との干渉を防止している。
【０００４】
一般に、炭素繊維の生産性を上げる手段としては、前駆体糸条を多フィラメントにする（太糸条化）とともに、設備当たりの処理糸条本数を多く（高密度化）することによって、限られた設備の中で生産量を増大させること、即ち設備生産性を向上させることが有効である。このような設備生産性向上に伴って焼成工程での処理糸条を、例えば糸条を構成する単繊維数が１５０００フィラメント以上とするような太糸条化したり、高密度化すると、前述の溝付きローラーから糸条がはみ出し、フィラメントの一部が隣の溝に入って毛羽や糸切れの原因になる問題点があった。
【０００５】
このような問題に対し、特公昭５９−２８６６２号公報には、溝形状を規定した溝付きローラーを耐炎化工程で使用する技術が開示されているが、かかる溝付ローラーをもってしても、フィラメント数が例えば１５０００本以上の太物糸条になると、特に耐炎化工程において溝付ローラーを用いた場合に、溝付ローラーの溝から単繊維がはみ出し、毛羽や糸切れが増大することが明らかになった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、太物のアクリル系糸条を溝付ローラーを用いて焼成する際に、溝付ローラーからの単繊維のはみ出しを抑制し、焼成工程で毛羽・糸切れのない安定した操業性を与える得る炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージおよびかかるパッケージを得るに適した炭素繊維前駆体アクリル系糸条の巻き取り方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージは、上記課題を解決するために次の構成を有する。すなわち、糸条の総繊度を１２０００デニール以上とする炭素繊維前駆体アクリル系糸条が巻き取られたパッケージにおいて、該パッケージ上の前記アクリル系糸条の糸幅が、０．２５〜０．６ｍｍ／１０００デニールであることを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージである。
また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法は、上記課題を解決するために次の構成を有する。すなわち、前記炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージを製造する方法であって、アクリル系糸条を、糸条集束用フリーガイドローラー群に少なくとも２段通過させて後、巻き取り機により巻き取ることを特徴とする、炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】
本発明に適用するアクリル系糸条の素材としてのアクリル系重合体はアクリロニトリル９０重量％以上からなる重合体とするものである。従って、１０重量％以内で他のモノマーを共重合成分として含んでいても良い。コモノマーとしてはアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、もしくはこれらのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、またはアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、もしくはこれらのアルカリ金属塩等のうち一種または二種以上を用いることができる。
【００１０】
アクリル系重合体は公知の乳化重合、懸濁重合、溶液重合等の重合法を用いて、重合され、さらにこれらの重合体からアクリル系糸条を製造するに際してはジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド、硝酸、塩化亜鉛、ロダンソーダ水溶液等を溶媒とするポリマー溶液を紡糸原液として、通常の湿式紡糸法、乾湿式紡糸法によって紡糸する。紡糸された糸条はその後、浴中延伸に供されるが、浴中延伸は紡出糸を直接行っても良いし、一度水洗し溶媒を除去した後行ってもよい。浴中延伸は通常５０〜９８℃の延伸浴中で約２〜６倍に延伸され、延伸後は通常、油剤を付与し、ホットローラ等で乾燥緻密化した後、スチーム延伸に供され、実質的に無撚の状態で巻き取り機によりパッケージに巻き取られる。パッケージに巻き取る際、複数の糸条を何本か合糸してから巻き取っても良い。なお、一般的には、巻き取られた糸条の単繊維繊度は０．５〜２デニール、フィラメント数は１５０００〜１００，０００本である。
【００１１】
パッケージに巻き取られた糸条は焼成工程のクリールに仕掛けられた後、引き出され、低速で耐炎化炉へ導かれ、空気中約２００〜３００℃で処理される。通常、耐炎化工程では糸条どうしが重なり合うのを防ぐため、幅３〜１５ｍｍの溝を円周方向に複数有するローラー、いわゆる溝付ローラーが多数使用される。耐炎化処理された糸条は引き続いて窒素中約３００〜１０００℃の前炭化炉、窒素中約１０００〜２０００℃の炭化炉を連続して通過し、炭素繊維となる。
【００１２】
本発明でもっとも特徴的なのは、耐炎化等で使用される溝付きローラーからのアクリル系糸条の単繊維のはみ出しを防ぐために、糸条の総繊度を１２０００デニール以上、好ましくは１２０００〜５００００デニールとする太糸条を巻き取ったパッケージにおいて、パッケージ上のアクリル系糸条の糸幅を０．２５〜０．６ｍｍ／１０００デニールとすることである。パッケージ上の糸幅が０．２５ｍｍ／１０００デニールよりも小さいと耐炎化時に焼き斑が生じて引き続く前炭化・炭化工程で糸切れとなりやすく好ましくない。また糸幅が０．６ｍｍ／１０００デニールよりも大きいと溝付きローラーから糸条がはみ出してしまい、好ましくない。
【００１３】
パッケージ上でのアクリル系糸条の糸幅を上記範囲とするパッケージを得るためには、糸条を巻き取り機で巻き取る際に、糸条集束用フリーガイドローラー群を２段以上通過させた後に巻き取る方法が好適に用いられる。糸条集束用フリーガイドローラー群としては、例えば特開平２−２６９５０号公報に記載のガイドローラー群、すなわちローラー軸を走行糸条に対して実質的に直角かつ互いに平行になるよう配置した複数本の第１フリーローラーと、該第１フリーローラーとはそのローラー軸を実質的に直角に配置した少なくとも１本の第２フリーローラーとからなるフリーガイドローラー群が好ましい。かかるフリーガイドローラー群の一例を図３および４に示す。これらの図に示されているように、かかるフリーガイドローラー群において、糸条を複数の第１フリーローラーに前記糸条の表裏が交互に接触するように通過せしめて後、第２フリーローラーによりその糸条にひねりを与えて糸条を集束させるのである。かかるフリーガイドローラー群に糸条を通過させることによって、糸条の端部にはみ出しやすい単繊維を集束させる効果があるが、糸条の集束効果をさらに増して、パッケージ上でのアクリル系糸条の糸幅を前記範囲とし、耐炎化工程での操業を安定化させるためにはこれらのフリーガイドローラー群を２段以上、好ましくは３段以上通過させる必要がある。特に複数本の糸条を合糸して巻き取る場合はその合糸効果を上げるためにも、合糸後の糸条を糸条集束用フリーガイドローラー群に通過せしめるのが好ましい。また、フリーガイドローラー群に糸条を通過させるときの糸条の張力は、３５ｄｙｎｅ／デニール〜６２０ｄｙｎｅ／デニールであるのが、糸条集束効果が大きくなりより好ましい。
【００１４】
次に、図面にしたがって本発明の実施態様を説明する。
【００１５】
図１は従来の糸条巻き取り方法、図２は本発明で用いる糸条巻き取り方法の一例で、いずれもアクリル系糸条が巻き取られる直前の模式図である。図２の中で１はアクリル系糸条、２はドライブステーション、３がフリーガイドローラー群、４が巻き取られたパッケージであり、この図ではフリーガイドローラー群を３段用いた例を示している。３のフリーガイドローラー群をパッケージ巻き取りの前までに多段で入れることにより糸条集束効果を増大させることができる。
【００１６】
【実施例】
以下実施例をあげて本発明の効果を具体的に説明する。
【００１７】
（実施例１）
アクリロニトリル９９．６モル％、イタコン酸０．４モル％からなる固有粘度［η］が１．８０のアクリル系重合体の１９％ＤＭＳＯ溶液を紡糸原液として、０．０６ｍｍφの孔数６０００の口金を用いて、ＤＭＳＯ６０％、水４０％からなる５０℃の凝固浴中に湿式紡糸を行い凝固糸を得た。該凝固糸を水洗しながら熱水中で５倍に延伸し、さらに残存のＤＭＳＯを糸中０．０１％以下になるまで水洗した後、シリコーン系の油剤を付与し、１５０〜１６０℃で乾燥緻密化を行った。引続いて加圧スチーム中で２．５倍延伸を加えた後に再度乾燥し、６０００フィラメント糸条を３本合糸して、単繊維繊度０．７ｄ、フィラメント数１８０００フィラメント、糸条総繊度１２６００デニールの糸条とし、図３に示すフリーガイドローラー群をその段数を変更して通過せしめて後、巻き取り機で巻き取った。また、比較のため、フリーガイドローラー群を用いないで巻き取った場合についても実験を行った。巻き取り後の糸条パッケージ上の糸幅および耐炎化したときの操業安定性を調べた結果を表１に示す。
【００１８】
表１より、フリーガイドローラー群を入れないで巻き取ると糸幅が広がりすぎて耐炎化工程での糸切れが多発した。しかしながらフリーガイドローラー群を複数段入れることにより、巻き取りパッケージ上の糸幅が狭まり、糸条集束効果が増して耐炎化工程での操業が安定化することが明らかであった。
【００１９】
【表１】
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（実施例２）
実施例１と同様のアクリル系紡糸原液を用い、孔径が０．１ｍｍφの４０００ホールの口金を用いてＤＭＳＯ３５％、水６５％からなる０℃の凝固浴中に５ｍｍの空気層を経て乾湿式紡糸を行い凝固糸を得た。該凝固糸を水洗後、熱水中で３倍に延伸し（残存のＤＭＳＯが糸中０．０１％以下）、シリコーン系の油剤を付与した後、１７０〜１９０℃で乾燥緻密化を行った。引続いて加圧スチーム中で４倍延伸を加えた後に４０００フィラメント糸条を６本合糸した後、単繊維繊度１．０ｄ、フィラメント数２４０００フィラメント、糸条総繊度２４０００デニールの糸条とし、図３に示すフリーガイドローラー群をその段数を変更して通過せしめて後、巻き取り機で巻き取った。また、比較のため、フリーガイドローラー群を用いないで巻き取った場合についても実験を行った。巻き取り後の糸条パッケージ上の糸幅および耐炎化したときの操業安定性を調べた結果を表２に示す。
【００２０】
表２より、フリーガイドローラー群を複数段入れることにより、巻き取りパッケージ上の糸幅が狭まり、糸条集束効果が増して耐炎化工程での操業が安定化することがわかる。なお、糸幅を狭くしすぎると、耐炎化工程での操業性に問題はなかったが、集束性が上がりすぎて耐炎化不足となり、炭化工程で毛羽が発生して炭素繊維の品位が悪化する弊害があった。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明の炭素繊維前駆体アクリル系糸条パッケージにより、耐炎化工程などの後続する焼成工程において、アクリル系糸条の溝付ローラーからの単繊維はみ出しを抑制し、焼成工程で毛羽・糸切れのない安定した操業性を得ることができる。また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル系糸条の巻き取り方法により、かかるパッケージを簡便に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の製造方法を示した模式図である。
【図２】フリーガイドローラー群を３段通過させた、本発明の製造方法の一例を示した模式図である。
【図３】本発明において用いる糸条集束用フリーガイドローラー群の一例を示す平面図である。
【図４】図３に示す糸条集束用フリーガイドローラー群の側面図である。
【符号の説明】
１：アクリル系糸条
２：ドライブステーション
３：フリーガイドローラー群
４：巻き取り糸条パッケージ
５：第１フリーローラー
６：第２フリーローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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