(57)【要約】【課題】本発明は、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上のアクリル系前駆体糸条パッケージであって、巻形状が良好で、かつ一定期間保管した後に、解舒する際にも、綾落ちや単糸巻付きがなく解舒することができるアクリル系前駆体糸条パッケージを提供せんとするものである。【解決手段】本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージは、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上であるアクリル系前駆体糸条がボビンに巻取られてなるパッケージであって、巻取り時の水分率が５〜２０重量％で、かつ油分率が０．５〜３重量％で、巻取ってから焼成するまでに油分量増加率が１以下あることを特徴とするものである。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上であるアクリル系前駆体糸条がボビンに巻取られてなるパッケージであって、巻取り時の水分率が５〜２０重量％で、かつ油分率が０．５〜３重量％であるアクリル系前駆体糸条パッケージ。
【請求項２】
製造から２日経過後のパッケージ表層の油分増加率が１以下である請求項１記載のアクリル系前駆体糸条パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊度の大きいアクリル系前駆体糸条のパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアクリロニトリル系長繊維は、衣料用に用いられるばかりではなく、近年では、炭素繊維の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や、その生産性を上げるために、多くの改善技術が開示されている。
【０００３】
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取った後に、焼成工程に送られ、２００〜３００℃の空気雰囲気中で該繊維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。
【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、設備あたりの処理本数を多く（高密度化）することによって、限られた設備の中で生産性を増大させることが有効に採用されている。
【０００５】
このような生産性の向上のために、繊度が大きいパッケージが存在すれば、焼成工程でのクリール設備のコンパクト化などの利点が生じ、炭素繊維を生産する上で、大きな効果を期待することができる。
【０００６】
これに関連する技術として、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上である太物アクリル系糸条パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、かかる公報に記載の製造方法では、一定期間以上保管すると収束性が低下し、例えば焼成する際、解舒時に綾落ちやガイドローラーなどに単糸巻付きが発生するという欠点があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−００３０８１号公報（全頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、アクリル系太物糸条をボビンに巻取る際、巻形状が良好で、一定期間保管した後においても解舒時に綾落ちや単糸巻付きのないアクリル系前駆体糸条パッケージを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージは、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上であるアクリル系前駆体糸条がボビンに巻取られてなるパッケージであって、巻取り時の水分率が５〜２０重量％かつ油分率が０．５〜３重量％であることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、アクリル系前駆体糸条をボビンに巻取る際、水分および油分を特定量に制御して巻取るものであり、巻形状が良好なアクリル系前駆体糸条パッケージを得られるとともに、一定期間保管した後においても、解舒する際の綾落ちや単糸巻付きを改善せしめたものである。
【００１１】
本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージは、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上であるアクリル系前駆体糸条がボビンに巻取られてなるパッケージであって、巻取り時の水分率が５〜２０重量％かつ油分率が０．５〜３重量％であるパッケージである。
【００１２】
ここで、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘに満たないと、生産性向上効果が十分ではない。また、糸条の総繊度は２５００００ｄｔｅｘを超えると均一な焼成が困難となる場合がある。
【００１３】
ここでパッケージの水分率とは前駆体糸条中に含まれる水分の重量百分率のことである。例えば１０５℃で２時間乾燥させることにより、乾燥前後の重量から下記式で求めることができる。
【００１４】
水分率（重量％）＝１００×（Ｗｗ−Ｗｄ）／Ｗｗ
ここでＷｗは巻取り直後の前駆体糸条の重量、Ｗｄは乾燥後の前駆体糸条の重量をさす。
【００１５】
かかる水分率が５重量％より小さいと、糸条の収束性が悪く、図１中に示す端面膨れ量ｋ１やｋ２が大きくなって、巻崩れや解舒時の綾落ちが起こりやすくなる。また、水分率が２０重量％よりも大きいパッケージは保管期間に表層の水分が蒸発したり、それと共に油分が移動し、表層に油分過多の領域が発生することがあり、糸繋ぎする際にエアー交絡が十分にかからないので好ましくない。図２及び図３に、水分率が２０重量％を超えるパッケージにおける水分率及び油分率の経時変化の一例を示す。このように水分率及び油分率が変化するのは、保管時に水分のみが表層から蒸発し、乾いた表層が内層の水分と油分を吸収し再び表層から水分のみが蒸発するという繰り返しによるためであると考えられる。図４及び図５に、水分率が２０重量％を超えるパッケージにおけるパッケージ表層からの距離に対する水分率及び油分率の分布の一例を示す。前述の通り表層に油分過多領域が発生している。
【００１６】
また、パッケージの油分率とは前駆体糸条中に含まれる油分の重量百分率のことであり、下記式で求めることができる。
【００１７】
油分率（重量％）＝１００×油分重量／前駆体糸条重量
ここで油分重量は、前駆体糸条から溶媒により油分を抽出し、重量を測定することにより求めることができる。抽出に使用する溶媒としてはメチルアルコールとクロロホルムを２：１で混合した液などを用いることができる。
【００１８】
かかる油分率が０．５重量％より小さいと、糸条の収束性が悪く解舒時の綾落ちや焼成行程で巻付きが起こりやすくなる。また、油分率が３重量％よりも大きくなると、必要以上の油分が付いているためかえって取り扱いが困難となる場合がある。
【００１９】
本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージの形状は、特に限定されず、円錐状や円筒状等にすることができるが、実質的に円筒状であることが取り扱い易さの点から好ましい。
【００２０】
前述の端面膨れ量ｋ１、ｋ２は３０以下であることが好ましい。ｋ１、ｋ２が３０を超えると巻崩れや解舒時の綾落ちが起こりやすくなる場合がある。
【００２１】
本発明に使用されるアクリル系前駆体糸条は、いわゆるアクリル系重合体、例えば好ましくはアクリロニトリル９０重量％以上で、１０重量％未満のコモノマーを重合してなる重合体から構成されていることが好ましい。かかる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、もしくはこれらのアルカリ金属塩等のから選ばれた少なくとも一種を用いることができる。
【００２２】
かかるアクリル系重合体は、例えば乳化重合、懸濁重合、溶液重合などの重合法を用いて得られ、さらにこれらの重合体からアクリル系繊維を製造するに際しては、たとえばジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯという）、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から選ばれた溶媒を含むポリマー溶液を紡糸原糸とし、湿式紡糸法、または、乾式紡糸法によって紡糸することができる。
【００２３】
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、紡出糸に直接行ってもよいし、紡出糸を一度水洗し、溶媒を除去した後行ってもよい。かかる浴中延伸は、好ましくは５０〜９８℃の延伸浴中で、約２〜６倍に延伸され、延伸後は、好ましくは油剤が付与され、ホットローラー等で乾燥緻密化された後、スチーム延伸に供された後、ボビンに巻取られパッケージとなる。
【００２４】
かかるパッケージに巻取る際、複数の糸条を何本か合糸してから巻取ってもよい。かかるパッケージに巻取られた糸条の単繊維繊度は、コスト面や品位を考慮すると好ましくは０．５〜２．２ｄｔｅｘ、フィラメント数は、好ましくは１５０００〜１０００００本である。
【００２５】
本発明では、糸条の収束性や、糸条と糸条の静止摩擦係数を増加させるために、巻取る前に糸条に種々の油剤を付与し、糸条の水分率を５〜２０重量％の範囲に、また油分率を０．５〜３重量％の範囲になるようにして巻取ることが好ましい。
【００２６】
かかる油剤の種類としては、集束性および耐熱性を持たせるという点でシリコーン系油剤を好ましく用いることができる。
【００２７】
本発明において、糸条に油剤を付与させる方法としては、前記範囲に油分率をコントロールできる方法であれば限定されないが、浸漬法、ローラー転写法、スプレー法等が適用される。また、糸条に対する水分及び油分の付着量の調整は、油剤の濃度調整、絞りローラー、糸条の張力によっても行うことができる。
【００２８】
本発明において、糸条の水分率をコントロールする方法としては、ローラー転写法等を好適に用いることができる。
【００２９】
本発明のパッケージは製造（巻取り時）から２日経過後のパッケージ表層の油分増加率が１以下であることが好ましい。
【００３０】
ここで表層の油分増加率とは、（２日経過後の表層油分率−巻取り直後の表層油分率）／巻取り直後の表層油分率で求めることができる。
【００３１】
ここで表層油分率とは、パッケージ表層から２ｍｍ以内の油分率を指す。
【００３２】
また、２日間というのは、表層の油分が実質的に飽和状態になった時点で測定することを指す。また、巻取り時に対して、パッケージを解舒するときの油分率に該当すると考えることができる。尚、２日間保管する際の保管温度は室温（５〜４０℃）である。
【００３３】
油分増加率が１を超えるパッケージは、保管後に使用する場合、表層の油分過多領域を糸繋ぎする際に交絡が十分にかからず耐炎化で糸切れする場合がある。より好ましくは０．５以下、更に好ましくは０．３以下である。
【００３４】
本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージを用いて炭素繊維を製造する場合には、例えば、該パッケージを焼成工程のクリールに仕掛けた後、該パッケージから糸条を引き出し、低速で耐炎化炉・前炭化炉・炭化炉へと導いて、高温で焼成することにより炭素繊維を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
【００３６】
本実施例中では、油分率、水分率、端面膨れ量の測定、糸条の解舒、糸繋ぎおよびパッケージの保管は下記の方法で行った。
１．油分率測定
前駆体糸条を５０ｃｍ採取し、その重量を測定した。次にメチルアルコールとクロロホルムを２：１に混合した液で２時間抽出し、油分量を測定した。前駆体糸条の重量と抽出した油分量から前述の式により油分率を求めた。
２．水分率測定
前駆体糸条を１００ｃｍ採取し、乾燥前の重量を測定した。次に１０５℃の乾燥機で２時間乾燥し乾燥後の重量を測定し、前述の水分率の式より求めた。
３．端面膨れ量測定
パッケージの側面から端面を見て端面膨れ量を定規で測定した。
４．糸条の解舒方法
前駆体糸条パッケージをクリールに仕掛けて４０×１０−５Ｎ／ｄｔｅｘの張力で引き出した。
５．糸繋ぎ方法
特開平１１−１３１４８記載のニードルパンチによる絡合で接続を行った。
６．パッケージの保管条件
所定期間、室温（２５℃）で保管した。
（実施例１）
フィラメント数５００００本、単繊維繊度１．５ｄｔｅｘの糸条に所定の水分率および油分率になるようにシリコーン系の油剤を付与させて巻取り機で外径が１５０ｍｍのボビンに８０ｋｇ（水分及び油分を除く）を巻取った。その際、巻形状の尺度として、端面膨れ量（図１中ｋ１，ｋ２の平均：（ｋ１＋ｋ２）／２）を測定した。かかるパッケージを２日間、前記保管条件にて保管した。
【００３７】
この２日間保管したパッケージを前記方法にて解舒した時の綾落ちや単糸巻付きの発生割合を解舒時のトラブルとして示した。また、２日間保管したパッケージを前記方法にて糸繋ぎして、２２５℃で耐炎化したときの耐炎化での通過率を糸繋ぎ成功率として示した。結果を表１に示す。本実施例の糸条パッケージの表層の水分率及び油分率の経時変化を表すグラフを図６および図７に示す。また、製造から２日経過後の実施例１の糸条パッケージの、表層から内層にかけての水分率及び油分率を表すグラフを図８及び図９に示す。
（実施例２）
水分率を多くしたこと以外は実施例１と同様の方法でアクリル系前駆体糸条のパッケージを作製した。かかるパッケージを前記保管条件にて２日間保管した後、前述の方法で糸条解舒を行った。結果を表１に示す。
（実施例３）
水分率を多くしたこと以外は実施例１と同様の方法でアクリル系前駆体糸条パッケージを作製した。かかるパッケージを前記保管条件にて２日間保管した後に前述の方法で糸条を解舒した。結果を表１に示す。
（比較例１）
水分率を多くし、かつ油分を少なくしたこと以外は、実施例１と同様に糸条パッケージを作製した。かかるパッケージを２日間保管した後に前述の方法で糸条を解舒した。結果を表１に示す。
（比較例２）
水分率を多くしたこと以外は、実施例１と同様にして糸条パッケージを作製した。かかるパッケージを２日間保管した後に前述の方法で糸条を解舒した。結果を表１に示す。図２及び図３に比較例２のパッケージの表層部の水分及び油分の経時変化を示す。比較例２のパッケージの表層部は時間の経過と共に水分率が減少し反対に油分率が上昇している。図４及び図５は、２日保管後におけるこのパッケージ内における水分率及び油分率を示すものである。
（比較例３）
水分率および油分率を少なくしたこと以外は、実施例１と同様にして糸条パッケージを作製した。かかるパッケージを２日間保管した後に前述の方法で糸条を解舒した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2004123296.tif 000002
【００３９】
巻取り時の水分率及び油分率を特定範囲にすることで、８０ｋｇ重量の太物パッケージにおいても、巻形状が良好となった。さらに、油分量増加率が１倍以下にすることにより一定期間保管した後においても解舒時に綾落ちや単糸巻付きがなく焼成することができた。なお、比較例３では、巻取り時の水分率及び油分率を下げすぎたためガイドローラーへの単糸巻付きが多発した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、アクリル系太物糸条をボビンに巻取る際、水分および油分を特定の条件に制御して巻取り、巻形状が良好なアクリル系前駆体糸条パッケージを得て、かつ一定期間保管した後に焼成する際に、解舒時に綾落ちや単糸巻付きがなく焼成することができる。
【００４１】
本発明のアクリル系前駆体糸条パッケージを用いて炭素繊維を製造すれば、炭素繊維の焼成工程での生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の糸条パッケージにおける端面膨れ量及び表層からの距離を説明するための模式図の一例であり、糸条パッケージの軸方向断面図である。
【図２】従来の糸条パッケージ表層の水分率の経時変化を示すグラフの一例である。
【図３】従来の糸条パッケージ表層の油分率の経時変化を示すグラフの一例である。
【図４】製造から２日経過後の従来の糸条パッケージにおいて、表層から内層にかけての水分率を示すグラフの一例である。
【図５】製造から２日経過後の従来の糸条パッケージにおいて、表層から内層にかけての油分率を示すグラフの一例である。
【図６】本発明の糸条パッケージ表層の水分率の経時変化を示すグラフの一例である。
【図７】本発明の糸条パッケージ表層の油分率の経時変化を示すグラフの一例である。
【図８】製造から２日経過後の本発明の糸条パッケージにおいて、表層から内層にかけての水分率を示すグラフの一例である。
【図９】製造から２日経過後の本発明の糸条パッケージにおいて、表層から内層にかけての油分率を示すグラフの一例である。
【符号の説明】
１：アクリル系糸条パッケージ
２：ボビン
ｄ：コアボビンの外径
Ｄ：糸条パッケージ外径
Ｌ：糸条トラバース幅
ｋ１、ｋ２：端面膨れ量
ＤＹ：糸ずれ量
Ｘ：表層からの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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