(57)【要約】【解決課題】液絞りの際の単糸の損傷や単糸間接着を防止でき、後工程における糸切れ、得られる炭素繊維の特性低下等の不都合を防止できる炭素繊維前駆体繊維の製造方法を提供する。【解決手段】糸条密度が３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍ以下のポリアクリロニトリル系繊維の膨潤糸条を、表面硬度が８０度以下のゴム製ニップロールを用い、１Ｎ／ｄｔｅｘ以下のニップ力にて液絞りする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸条密度が３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍ以下の炭素繊維前駆体繊維の膨潤糸条を、表面硬度が８０度以下のゴム製ニップロールを用い、１Ｎ／ｄｔｅｘ以下のニップ力にて液絞りする、炭素繊維前駆体繊維の製造方法。
【請求項２】
前駆体繊維がポリアクリロニトリル系繊維である、請求項１に記載の炭素繊維前駆体繊維の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２の方法によって製造された炭素繊維前駆体繊維。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維前駆体繊維、特に、ポリアクリロニトリル系（ＰＡＮ系）繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維の弾性率、強度等の特性は、前駆体繊維の焼成条件に大きく依存するが、焼成の安定性、品質の安定性、製品の品位、さらには強度等は前駆体繊維の品質によっても大きく左右される。そのため、前駆体繊維、特にＰＡＮ系繊維の製造には、細心の注意が払われている。
【０００３】
ＰＡＮ系繊維は、ＰＡＮ系ポリマーを乾湿式紡糸したり湿式紡糸したりすることによって作られるが、紡出糸条は、紡糸に続いて配向度を高めるための延伸工程、溶媒を除去するための水洗工程、単糸間接着を防止するための油剤付与工程、乾燥・緻密化工程等に通される。油剤付与工程においては、糸条を、水等の溶媒で希釈したシリコーン系油剤等の浴槽に浸漬した後、ニップロールに通して液絞りするのが一般的である。糸条に対する油剤の付着量は、油剤濃度、糸条の含水率、液絞りの程度等によって変わる。
【０００４】
ところで、近年、ＰＡＮ系繊維は、生産性を高め、製造コストを低減するために、糸条を構成する単糸数を増やして繊度を大きくする、すなわち、高糸条密度化の傾向にあるが、糸条密度が高くなればなるほど糸条の厚みが厚くなるので、よほど注意して液絞りを行わないと、液絞り時に単糸の損傷や単糸間接着が起こり、後工程で糸切れが発生したり、得られる炭素繊維の特性が低下したりするようになる。すなわち、液絞りを、均一に、しかも糸条を損傷させないように行うことが求められる。
【０００５】
かかる要求に鑑み、特開平９−２６８４２７号公報は、糸条密度が１００〜３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍの範囲内にある炭素繊維前駆体繊維の膨潤糸条を、表面硬度が７０度以下のゴム製ニップロールを用い、１０〜６００ｋＰａのニップ力にて液絞りすることを提案している。しかしながら、この従来の方法は、ニップ力をゲージ圧で設定するものであり、糸条そのものに加わるニップ力をどのような範囲とすればよいかに着目したものではないため、特に糸条中の溶媒濃度が１００ｐｐｍ以上と高いような場合に、単糸の損傷や単糸間接着が起こったり、後工程で糸切れが発生したり、得られる炭素繊維の特性が低下したりするという不都合がたびたび発生するという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の技術の上記問題点を解決し、液絞りの際の単糸の損傷や単糸間接着を防止することができ、後工程における糸切れや得られる炭素繊維の特性低下等の不都合を防止することができる炭素繊維前駆体繊維の製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、糸条密度が３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍ以下の炭素繊維前駆体繊維の膨潤糸条を、表面硬度が８０度以下のゴム製ニップロールを用い、１Ｎ／ｄｔｅｘ以下のニップ力にて液絞りする、炭素繊維前駆体繊維の製造方法を特徴とするものである。本発明は、前駆体繊維がＰＡＮ系繊維である場合に特に有効である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における前駆体繊維は、ＰＡＮ系繊維であるのが好ましい。ＰＡＮ系繊維は、ＰＡＮ系ポリマーからなる。ＰＡＮ系ポリマーとしては、少なくとも９０重量％のＰＡＮを含み、これにアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸や、それらのメチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩や、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やこれらのアルカリ金属塩を共重合せしめたようなものが一般的である。
【０００９】
かかるポリマーからＰＡＮ系繊維を製造するには、ポリマーをジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、硝酸等の溶媒に溶解して紡糸原液とし、乾湿式紡糸法や湿式紡糸法を用いて紡糸する。紡糸直後の糸条は配向度が低いうえに多量の溶媒を含んでいるので、配向度を高めるための延伸工程、溶媒を除去するための水洗工程を経て膨潤糸条とし、さらに単糸間接着を防止するための油剤付与工程、乾燥・緻密化工程を経て前駆体繊維とする。油剤は、乾燥・緻密化工程や、炭素繊維とするための焼成工程において単糸同士が接着するのを防止する。
【００１０】
さて、本発明においては、水洗工程を経た後の膨潤糸条を、表面硬度が８０度以下のゴム製ニップロールを用い、１Ｎ／ｄｔｅｘ以下、好ましくは０．５Ｎ／ｄｔｅｘ以下のニップ力にて液絞りする。このときの糸条密度は、３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍ以下とする。糸条密度が３，０００ｄｔｅｘ／ｍｍを超えるようなものでも液絞りすることはできるが、水洗工程における水洗機や乾燥・緻密化工程における乾燥機等の設備が巨大となり、実用的でない。なお、糸条密度が１００ｄｔｅｘ／ｍｍ以下であるようなものは、本発明の方法による液絞りは特に必要としない。また、水洗工程においては、膨潤糸条中の溶媒の濃度が１００ｐｐｍ以下となるまで洗浄しておくのが好ましい。ここで、溶媒濃度は、重量が既知の糸条に重量が既知の純水を加え、加温して抽出した液をガスクロマトグラフで分析し、検量線を作成しておくことで求めることができる。
【００１１】
本発明においては、上述したように表面硬度が８０度以下のゴム製ニップロールを用いる。ここにいう表面硬度は、ショア硬度である。ゴム製ニップロールは、剛性の高い金属等を芯体とし、そのような芯体にゴムを被覆することで構成することができる。そして、表面硬度が８０度以下のニップロールを用いることで、糸条密度の大きい、大きな厚みや厚み斑を有する糸条でも難なく液絞りができるようになり、後の油剤付与工程における油剤付着量を均一化することができるようになる。また、各単糸に均等に力が作用するため、単糸の損傷や単糸間接着、後工程における糸切れ、得られる炭素繊維の性能低下等の不都合を防止することができるようになる。なお、ニップロールに対向する相手方ロールとしては、通常、積極駆動される金属ロールを用いる。ニップロールは、通常、従動回転させる。
【００１２】
また、本発明においては、ニップ力を１Ｎ／ｄｔｅｘ以下、好ましくは０．５Ｎ／ｄｔｅｘ以下に規制しながら液絞りする。ニップ力が１Ｎ／ｄｔｅｘを超えると、単糸の損傷や単糸間接着、後工程における糸切れ、得られる炭素繊維の性能低下等の不都合が顕著に現れるようになる。なお、ニップ力は、相手方ロールに対するニップロールの押付力を調整することで容易に変更することができる。
【００１３】
【実施例および比較例】
実施例１〜４および比較例１〜３
アクリロニトリル（ＡＮ）とイタコン酸（ＩＡ）との共重合比が９９：１であるポリマーを乾湿式紡糸し、糸条を得た。ポリマーの溶媒としてはジメチルスルホキシドを用い、ポリマー濃度が１７．５重量％、４５℃における粘度が４８０ポイズになるようにした。
【００１４】
次いで、上記糸条を２．５倍に延伸し、水洗した後、油剤としてアミノ変成シリコーンの乳化液を付与し、さらに１８０℃で乾燥・緻密化した。このとき、油剤を付与する前の工程で、表１に示す密度の糸条について、表１に示すニップロールを用い、表１に示すニップ力で液絞りした。この糸条について、単糸間接着のランク付を行った。また、この糸条を二次延伸し（延伸倍率：５倍）、さらに耐炎化処理、炭素化処理を施して得た炭素繊維について、引張強度を測定した。結果を表１に示す。なお、耐炎化温度は２５０℃、炭素化温度は最高温度１，３００℃とした。また、単糸間接着のランクとストランド強度は次のようにして評価した。
単糸間接着：
糸条を長さ５ｍｍにカットした後、単糸数が約１０，０００本に相当する量を採取し、これを、１００ｍｌの、界面活性剤の０．１重量％水溶液に入れ、よく攪拌した後、濾紙で濾過し、単糸の分散性を目視判定して０．５級きざみで１０段階にランク付した。級が上がるほど接着性が増していることを示している。
引張強度：
ＪＩＳ　Ｒ　７６０１に準拠して測定した。
【００１５】
【表１】
2004060106.tif 000002
【００１６】
表１から明らかなように、実施例によるものは、比較例によるものにくらべて単糸間接着が少なく、特性に優れた炭素繊維を得ることができる。なお、比較例２によるものは、二次延伸時に糸切れが多発したため、耐炎化処理に供することができなかった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、実施例と比較例との対比からも明らかなように、液絞り際の単糸の損傷や単糸間接着を防止することができ、後工程における糸切れの発生や得られる炭素繊維の特性低下等の不都合を防止することができる。