(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は紡糸されるアクリル系糸条が太径、高密度、さらには糸条を搬送する速度が高い状態においても、製造時の工程通過性に優れるとともに、高品質のアクリル系繊維が得られるアクリル系繊維の製造方法、及びアクリル系糸条の浴中洗浄装置を提供することにある。    【解決手段】  アクリル系重合体溶液を紡糸して糸条となし、次に浴槽内に導き、外周部に糸条を支持する部材を有するロールで糸条を連続的に搬送しつつ、糸条に付着した溶媒を洗浄除去しさらに洗浄後の糸条を延伸を含む処理により繊維とするアクリル系繊維製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリル系重合体溶液を紡糸して糸条となし、次に遮蔽板を設けてなる浴槽内を、外周部に糸条を支持する部材を有するロールで糸条を連続的に搬送しつつ、糸条に付着した溶媒を洗浄除去し、さらに洗浄後の糸条を延伸を含む処理により繊維とするアクリル系繊維束の製造方法。
【請求項２】
前記浴槽出側において、少なくとも２本以上のバーに接触させることにより紡糸糸条に含まれる洗浄液を除去する請求項１記載のアクリル系繊維束の製造方法。
【請求項３】
洗浄液を保持するための浴槽と洗浄液に浸積される複数のロールを備えてなる浴中洗浄装置であって、該複数のロールの内、少なくとも１つが外周部に糸条を支持する部材を有するロールであり、浴槽内には少なくとも１つの遮蔽板を設けてなるアクリル系糸条の浴中洗浄装置。
【請求項４】
前記浴槽を洗浄液で満たした場合の洗浄液面より上側であって、かつ浴槽出側の壁面より内側に、洗浄液除去用のバーを設けてなる請求項３記載の浴中洗浄装置。
【請求項５】
前記ロール外周部に糸条を支持する部材を有するロールと浴槽内を搬送される糸条との接触角が３０〜９０度の範囲内である請求項３または４記載のアクリル系糸条の浴中洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紡糸後の糸条の洗浄効率を高め、単繊維間接着の僅少な高品質のアクリル系繊維束を得るためのアクリル系繊維束の製造方法、およびアクリル系糸条の浴中洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクリル系繊維は、炭素繊維の前駆体繊維（以下、プリカーサーと略記）として利用され、良質な炭素繊維を得るため、従来より多種多様な製造方法が提案されている。
【０００３】
炭素繊維は、プリカーサーとしてのアクリル系繊維を酸化雰囲気下で耐炎化する耐炎化工程、続いて窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰囲気中で３００〜２５００℃に加熱して炭化する炭化工程を経ることで得られる材料であり、複合材料用強化繊維として使用され、航空宇宙用途、スポーツ用途、一般産業用途など各種用途に幅広く利用されている。
【０００４】
一般産業用途における多種多様な要求に応えるためには、製造コストを低減して、安価な炭素繊維を多量に提供することが必要である。
【０００５】
プリカーサーの製造においては、処理する糸条を構成する単繊維数を増やす（太糸条化）と共に、高糸密度化すること、さらには工程での糸条搬送速度を増大させることによって生産性を高めることが製造コストの低減のために重要である。
【０００６】
プリカーサーを製造する工程は、一般に重合体溶液を紡糸して糸条となした後、洗浄、浴中延伸、さらに油剤を付与して乾燥緻密化する工程から構成されるが、紡糸されるアクリル系糸条が太径化や高密度化したり、糸条の搬送速度を高めると、洗浄工程で単繊維間接着が発生したり、洗浄が不足して、製造時の工程通過性が大きく損なわれるだけでなく、続く焼成工程においても糸切れや毛羽が誘発され、得られる炭素繊維の品質を大きく低下させていた。
【０００７】
洗浄工程に関しては、浴槽に加熱装置を設置し、洗浄液を沸騰状態にして、その中に糸条を通過させ、洗浄効率を高める技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。これによれば糸条に対して直角方向から液流が当たるため、糸条が効率的に昇温され同時に洗浄効率も高められるが、洗浄液が実質的に沸騰状態でないと液流が少なくなり洗浄効率が低下し、一方洗浄液が沸騰状態であるとかえって単繊維間接着が増大するという問題があった。
【０００８】
また、浴槽上或いは浴槽内に、いわゆるラダーロールを配し、搬送される糸条に刺激を与えることによって洗浄効率を向上させ、同時に単繊維間接着を抑止する技術が開示されている（例えば特許文献２）。これによれば、太径や、高密度の糸条では糸条の搬送速度が高まると、洗浄効率が不足しがちであった。
【特許文献１】特開昭５７−４２９１７号公報（全頁）
【特許文献２】特開２００１−４９５２３号公報（全頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、紡糸糸条紡糸されるアクリル系糸条が太径、高密度、さらには糸条を搬送する速度が高い状態においても、製造時の工程通過性に優れるとともに、高品質のアクリル系繊維が得られるアクリル系繊維の製造方法、及びアクリル系糸条の浴中洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するため、本発明は次の構成を有する。即ち、アクリル系重合体溶液を紡糸して糸条となし、次に遮蔽板を設けてなる浴槽内を、外周部に糸条を支持する部材を有するロールで糸条を連続的に搬送しつつ、糸条に付着した溶媒を洗浄除去し、さらに洗浄後の糸条を延伸を含む処理により繊維とするアクリル系繊維束の製造方法である。
【００１１】
また、前記課題を達成するため、本発明は次の構成を有する。即ち、洗浄液を保持するための浴槽と、洗浄液に浸積される複数のロールを備えてなる浴中洗浄装置であって、該複数のロールの内、少なくとも１つが外周部に糸条を支持する部材を有するロールであり、浴槽内には少なくとも１つの遮蔽板を設けてなるアクリル系糸条の浴中洗浄装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアクリル系繊維束の製造方法によれば、糸条紡糸後の洗浄効率が大幅に向上し、ロール上で糸条が圧着することによる単繊維間接着を効果的に抑止することが可能となり、製糸工程が大幅に安定すると共に、焼成後に高品質の炭素繊維となるアクリル系繊維が得られる。
【００１３】
また、本発明のアクリル系糸条の浴中洗浄装置によれば、通常、太径で高密度の糸条を洗浄する場合は、糸条内部まで十分に洗浄液が浸透し難く、十分な洗浄効果が得られにくく、搬送ロール上で単繊維同士が圧着されて単繊維間接着が発生し、工程通過性が悪化するとともに得られる繊維の品質が低下することが多いにも関わらず、太径で高密度の糸条を洗浄する場合であっても、十分な洗浄効率、単繊維間接着を抑止する効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、アクリル系繊維の製造方法において、紡糸後の糸条に付着した溶媒を浴中にて洗浄除去するにあたり、遮蔽板を設けてなる浴槽内において、外周部に糸条を支持する部材を有するロールで糸条を連続的に搬送しつつ、糸条に付着した溶媒を洗浄除去し、さらに洗浄後の糸条を延伸を含む処理により繊維とすることで、前記したような問題点が解消されることを見いだす至り、本発明に到達した。
【００１５】
これにより、通常、太径で高密度の糸条を洗浄する場合は、糸条内部まで十分に洗浄液が浸透し難く、十分な洗浄効果が得られにくく、なおかつ搬送ロール上で単繊維同士が圧着されて単繊維間接着が発生し、工程通過性が悪化するとともに得られる繊維の品質が低下することが多い。しかし、本発明により、十分な洗浄効率と、さらには単繊維間接着を抑止する効果が得られたのである。
【００１６】
本発明において、アクリル系重合体としては、アクリロニトリルが９０重量％以上、アクリロニトリルと共重合可能なモノマーが１０重量％以下の構成のものが好ましい。共重合可能なモノマーとしてはアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸又はこ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、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、及びこれらのアルカリ金属塩からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【００１７】
アクリル系重合体は、乳化重合、塊状重合、溶液重合などの重合法により得られ、得られた重合体から、ジメチルホルムアミド、硝酸、ロダンソーダ洗浄液などを溶媒として重合体溶液を調整し、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法などによって紡糸してその他の工程を経ることによりアクリル系繊維とすることができる。
【００１８】
本発明は、前述したようなアクリル系重合体から紡糸された糸条であれば、いずれの糸条にも好ましく適用できるが、特に炭素繊維を得るためのプリカーサーに、炭素繊維を焼成する工程通過性上、及び得られる炭素繊維の品質上、本発明の効果が顕著となることから好ましく適用できる。
【００１９】
本発明は、前記アクリル系重合体から紡糸されたされた糸条において、その構成単繊維数の下限値が３０００本、好ましくは１５０００本、より好ましくは１２０００本、さらに好ましくは１００００本である場合、本発明による効果が顕著となり好ましい。
【００２０】
さらに、本発明では、得られるアクリル系繊維の総繊度の下限値が３３００ｄｔｅｘ、好ましくは６６００ｄｔｅｘであり、その総繊度の上限値が２３１００ｄｔｅｘ、好ましくは１７６００ｄｔｅｘ、より好ましくは１４３００ｄｔｅｘ、さらに好ましくは１１０００ｄｔｅｘの太径の場合に、本発明による効果が特に顕著となり好ましい。
【００２１】
また、前記糸条は、次式により定義される糸条密度指数Ｍが２２００〜５５００、好ましくは２７５０〜５５００の場合に効果がより高められるため好ましい。
Ｍ＝（糸条１本当たりの総繊度［ｄｔｅｘ］）／（糸条幅［ｍｍ］）
本発明における、糸条を支持する部材（以下、単に支持部と略記）を有するロールの一例を図２に示す。図２は支持部が円柱状のものの例であるが、その他にも支持部として断面が楕円形状の楕円柱、又は断面が多角形状の多角柱のものなども好ましく使用することができる。
【００２２】
また、前記支持部を有するロールにおいて、該支持部は、ロール軸と平行に、ロールの外周部に実質的に等間隔に配するのが好ましい。また、該支持部は、その数をロール１体当たり６〜２４本外周部に配するのが好ましい。５本以下であると、糸条を振動させる頻度が減少することにより、糸条内部に洗浄液を浸透させる効果が低下し、２５本以上であると、糸条に与える振動の振幅が小さくなり、それぞれ洗浄効率が不足することがある。
【００２３】
図２に示すように、支持部が円柱状のものの場合は、ロールの中心と該ロール上の支持部との距離ａ（ｃｍ）と該支持部の断面の半径ｂ（ｃｍ）が、関係式：５×ｂ＜ａ＜２０×ｂを満たすのが好ましい。５×ｂ≧ａであると、支持部１つ当たりに糸条が接触する時間が長くなり、単繊維間接着を抑制する効果が不足することがあり、ａ≧２０×ｂであると、糸条に与える振動の振幅が小さくなり、洗浄効率が不足することがある。なお、前記支持部として楕円柱や多角柱のもの用いる場合は、搬送する糸条と支持部が接触する部分を円弧で近似したとき、その曲率半径をｂ’（ｃｍ）として、関係式：５×ｂ’＜ａ＜２０×ｂ’を満たすようするのが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては、アクリル系重合体溶液を紡糸して糸条となし、次に浴槽内に導き、洗浄液に浸積された複数のロールで糸条を搬送しつつ、糸条に付着した溶媒を洗浄除去するにあたり、該複数のロールの内、少なくとも１つが外周部に支持部を有するロールであれば本発明の効果が得られるが、好ましくは浴槽入側のフィードロール後の洗浄液に浸積されたロール、浴槽出側のドローロールであり洗浄液に浸積されたロールの内、少なくとも一方が前記外周部に支持部を有するロールであるのが、溶媒が洗浄除去する効果を高め、さらには糸条に発生する単繊維間接着をより効果的に抑止する観点が好ましい。
【００２５】
さらに、本発明においては、紡糸後の糸条を、前記外周部に支持部を有するロールで搬送する際、その接触角を３０〜９０°、好ましくは３０〜６０°の範囲とするのが良い。３０°未満では水洗効果が不足することがあり、９０°を越えるとローラ上で搬送糸条が圧着され単繊維間接着が発生することがある。
【００２６】
本発明においては、アクリル系重合体溶液を紡糸して糸条となし、紡糸後の糸条に付着した溶媒を浴中にて洗浄除去するにあたり、遮蔽板を設けてなる洗浄液浴槽にて糸条を導くものである。洗浄液浴槽にかかる遮蔽板を設けることにより浴槽内が少なくとも２区画以上に分割され、糸条に付着した溶媒が段階的に除去される。さらには該遮蔽板と浴槽壁、或いは該遮蔽板を複数設けた場合には遮蔽板と遮蔽板の間で糸条の随伴流が反射して、区画内において洗浄液の流れが生じるため、より効率的な洗浄を可能とするものである。かかる遮蔽板は洗浄浴槽内に少なくとも１つ、より好ましくは２つ、さらに好ましくは３つ設けるものである。かかる遮蔽板は２個程度であれば本発明の目的としては十分である。また、かかる遮蔽板どうしの間隔は０．５〜１ｍ程度であれば、洗浄効率がより高くなる。
【００２７】
遮蔽板の形状としては、三角柱、四角柱が好ましい。また、表面形体については、鏡面または梨地加工など糸に外傷を与えない形態であることが好ましい。
【００２８】
さらに本発明においては、浴槽出側に糸条から洗浄液を除去するためのバーを設けることが好ましい。かかるバーは除去した洗浄液が再び浴槽内に戻るように浴槽壁より内側に設けられていればよい。好ましくは洗浄液液面から浴槽出側のドローロール間に設けることができる。
【００２９】
かかるバーは、例えば２本１組の円柱で糸条を挟みこむことで洗浄液を除去するものであってもよく、かかる２本１組のバーを複数通過せしめて洗浄液を除去するものであってもよい。あるいは単独のバーに一定以上の圧力で糸条を接することにより洗浄液をしごき除去するものであってもよいし、そのようなバーを複数設けてもよい。この場合かかるバーは円柱形状であっても多角形であってもよい。かかるバーは表面が鏡面加工されていることが糸条の品位向上の点から好ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明による実施態様は本実施例に限定されるものではない。実施例においては、単繊維間接着、毛羽発生量、溶媒残存率の測定評価は次に示す方法によった。また、各実施例の内容は表１に纏めて示した。
【００３１】
（単繊維間接着）
洗浄後の糸条を採取し、片刃剃刀で約３ｍｍに切断後、非イオン性の界面活性剤としてノイゲン（登録商標）ＳＳ（第一工業製薬株式会社製）を含む溶液(０．１重量％）中で分散撹拌（６０ｒｐｍ×１分）した。その後、黒色の濾紙の上に分散させ、単繊維間接着の状態を５段階で相対評価した。
【００３２】
ここでは、単繊維間接着は単繊維間接着が全く認められない状態を１級とし、ほとんどの単繊維が接着している状態を５級として、１〜５級まで５段階に区分して評価した。
【００３３】
（毛羽発生量）
スチーム延伸後、搬送される糸条を５分間目視により観察し、１糸条１分当たりの毛羽の発生個数（個／分・糸条）を数えた。
【００３４】
（溶媒残存量［糸条中のＤＭＳＯ残存量］）
浴槽出の洗浄された糸条を採取し、１００℃の蒸留水中で１．５時間煮沸して得た浴液と、アセト酢酸メチル（０．００１重量％）とを１：１割合で混合後、ガスクロにより評価した。計算式は  ＤＭＳＯ濃度(％）＝（ＤＭＳＯ面積／アセト酢酸メチル面積）／試料絶乾重量(ｇ)
（実施例１）
アクリロニトリル（以下、ＡＮと略記）９９．５モル％、イタコン酸０．５モル％からなる、固有粘度［η］が１．８のＡＮ系共重合体を２０重量％含むＤＭＳＯ溶液を紡糸原液として、孔数１２０００の口金からＤＭＳＯを含む洗浄液からなる凝固浴中に紡糸して、単繊維数１２０００本の凝固糸条を得た。
【００３５】
得られた凝固糸条（被処理糸条）を糸条幅５０ｍｍ、糸条密度を２６４０ｄｔｅｘ／ｍｍ（２４００ｄ／ｍｍ）の条件で、図１に示すように、被処理糸条３を浴槽入側のフィードロール４により浴槽１内に導き、外周部に支持部を有するロール６とドローロール５で浴槽内を搬送しながら、洗浄液２（ここでは、水溶液）により、糸条に付着した溶媒（ＤＭＳＯ）を洗浄除去した。ここで浴槽内には三角形状の遮蔽板７を等間隔で３水準（１枚、２枚、３枚）設置した。遮蔽板の最上部と糸条との距離は１ｍｍ以上とした。その後、浴中延伸、油剤付与、乾燥機緻密化、加圧スチームでの延伸工程を得て、単繊維繊度が１．１ｄｔｅｘ、総繊度が１３２００ｄｔｅｘのアクリル系繊維束を得た。
【００３６】
ここで、外周部に支持部を有するロール６としては、半径ｂが１０ｍｍの円柱が１８本、外周部にロール軸と平行に実質的に等間隔に配された、本体の半径が１２０ｍｍのものを使用した。ここで、搬送糸条とロール６との接触角を４５°とした。
【００３７】
洗浄後の糸条を採取し、糸条の単繊維間接着等を前記した方法により測定した。結果を表１に示す。得られた糸条の品質は表１に示すようにいずれの水準も良好であった。また、後述する比較例１に対し、残存溶媒量が減少していることから明らかなように、洗浄効率が向上した。
【００３８】
（実施例２）
洗浄液除去バー８を設置し、かつロール６が有する支持部（半径が１０ｍｍの円柱）の本数を８、１８、２０本に変更した以外は実施例１（遮蔽板２枚の水準）と同様にして、アクリル系繊維束を得た。ここで、実施例１と同様にして、糸条の単繊維間接着等を測定した。実施例２比べ、若干糸条の水洗効率が低下したが、得られた糸条の品質は表１に示すようにいずれの水準も良好であった。
【００３９】
（実施例３）
洗浄液除去バー８を設置し、かつ外周部に支持部を有するロール６を、支持部の円柱の半径ｂが８、１５、２２ｍｍの円柱であるロールに変更した以外は実施例１（遮蔽板２枚の水準）と同様にして、アクリル系繊維束を得た。ここでは表１に示すようにいずれの水準も良好であった。また、残存溶媒量については、良好であった。
【００４０】
（実施例４）
洗浄液除去バー８を設置し、かつ外周部に支持部有するロールを、浴槽出側のドローロール５の内、浴槽に浸積されたロールにも使用した以外は実施例１と同様にして、アクリル系繊維束を得た。得られた糸条の品質は表１に示すようにいずれの水準も良好であった。
【００４１】
（実施例５）
外周部に支持部を有するロール６と、搬送糸条との接触角を３０、６０、９０、１００°の各値に設定しかつ、洗浄液除去バーを設置した以外は実施例１と同様に、アクリル系繊維束を得た。接触角を増すに従い、糸条の水洗効率が高められた反面、ローラで糸条が圧着され単繊維間接着により毛羽が増加した。得られた糸条の品質は表１に示すようにいずれの水準も良好であった。
【００４２】
（比較例１）
遮蔽板を設置しない以外は実施例１と同じにしてアクリル束繊維を得た。本発明の実施例１〜５に比べて、ＤＭＳＯ残存量が多く、洗浄効率が劣ることが分かる。
【００４３】
【表１】
2005171447.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】浴中洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図２】外周部に支持部を有するロールの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：浴槽
２：洗浄液
３：被処理糸条
４：フィードロール（入側ロール）
５：ドローロール
６：外周部に支持部を有するロール
７：遮蔽板
８：洗浄液除去バー
ａ：ロール中心と該ロール上の支持部との距離
ｂ：支持部断面の半径
【図１】
2005171447.tif 000004
【図２】
2005171447.tif 000005