(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有率６５〜８５重量％、平均繊維長０．１〜１５０ｍｍのポリアクリロニトリル系炭素質繊維が、不透湿フィルムにより、充填密度０．１〜０．５ｇ／ｃｍ3 で、水分率３〜８重量％を維持した状態で密閉されている炭素質繊維梱包体。
【請求項２】
炭素含有率６５〜８５重量％、平均繊維長０．１〜１５０ｍｍのポリアクリロニトリル系炭素質繊維を、充填密度０．１〜０．５ｇ／ｃｍ3 で、水分率３〜８重量％を維持した状態で不透湿フィルムで密閉することを特徴とする炭素質繊維梱包体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素質繊維の蓄熱による自然発火を防止した炭素質繊維梱包体に関するものである。更に詳しくは、炭素含有率６５〜８５重量％からなり、他に水素、酸素を含む炭素質繊維の蓄熱による自然発火を防止した炭素質繊維梱包体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭素繊維は、高強度且つ高弾性を有する補強材用繊維として優れた素材であり、合成樹脂との複合材料として広く使用されている。この炭素繊維は、アクリロニトリル系繊維、ピッチ系繊維等の有機繊維より誘導されて製造されているが、特にアクリロニトリル系繊維を原料として誘導された、所謂アクリル系炭素繊維は、高強度且つ高弾性の繊維として有用されている。
【０００３】
アクリル系炭素繊維の製造は、アクリロニトリル系繊維を２００〜４００℃の酸化性雰囲気で酸化処理（耐炎化処理）して所謂耐炎繊維とし、更に炭素の昇華温度までの不活性雰囲気中にて焼成することによって、狭義の意味での炭素繊維及び黒鉛繊維としている。
【０００４】
このような不活性雰囲気中での焼成は、目的とする炭素繊維の性能に応じ条件設定がされ、この焼成過程において、繊維中の炭素含有率は、アクリロニトリル系繊維段階で５５重量％程度であったものが次第に高くなり、最終的には殆ど炭素のみの繊維となる。通常、汎用されている炭素繊維の炭素含有率は、９０重量％以上であり、その焼成温度は１０００℃以上で、一般的には１２００℃以上のものが普通である。
【０００５】
このような炭素繊維に対して、アクリロニトリル系繊維を２００〜４００℃の酸化性雰囲気で酸化処理した繊維（耐炎繊維）を焼成温度が５００〜１０００℃、特に一般的には６００〜８００℃の炭素繊維の場合に比べて、低い焼成温度で不活性雰囲気中で焼成した繊維は炭素質繊維と呼ばれ、炭素含有率は６５〜８５重量％程度である。炭素質繊維は、炭素繊維に比べて親水性、電気抵抗が高く、一般的に樹脂との親和性も高いという特性を有する。また炭素繊維とは異なる摺動特性を有する。
【０００６】
このような性質を持つ炭素質繊維は、例えば、摩擦材の補強繊維や、建築材等の補強繊維に使用される。炭素質繊維は炭素繊維に比較して安価であり、特に摩擦材に使用された場合には、安定した高摩擦係数を与えることが知られている（例えば、特公平６−８４７７２号公報）。
【０００７】
このような摩擦材、建築材等に使用される炭素質繊維は、所定長に切断されて保管、輸送され、使用される。炭素質繊維の切断は、湿潤状態で行われることが多い。これは、乾燥状態で切断すると、収束性が悪く、毛羽立ちが生じ、その後の取り扱い性が著しく困難となるからである。したがって、水分率１０〜５０％程度の高水分状態で保管、輸送されることが多かった。しかしながら、このような高水分状態の炭素質繊維を、乾燥状態で使用する場合には、一旦乾燥する必要があるが、高水分状態から徐々に乾燥すると、炭素質繊維に付着されているサイズ剤、油脂等の移動、付着ムラが生じ、マイグレーションの原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
乾燥状態の炭素質繊維を使用する場合には、乾燥状態で保管された炭素質繊維がそのままの乾燥状態で使用できるので便利である。しかしながら、本発明者らの知見によると、炭素含有率の低い炭素質繊維の一つの問題点として、乾燥状態で１００℃程度の温度条件下で保管すると、酸化が徐々に進行して内部に蓄熱し、最終的に自然発火するという問題があることを見いだしている。このような現象は、炭素繊維及び耐炎繊維には見られない、炭素質繊維固有の現象である。
【０００９】
炭素質繊維を保管する場合、保管スペースの関係から、或いはストランド、不織布、織物といった長尺物の場合巻かれた状態や積み重ねられた状態で保管される。このように、ある程度の充填密度でこのような蓄熱による自然発火を防止するために、保管温度を厳密に管理し、８０℃を超えない温度に維持し、或いは積み重ねた炭素質繊維の間に温度センサを挿入し内部温度を常時チェックするという方法が必要とされていた。
【００１０】
しかしながら、不慮の温度管理状態において自然発火することは避けなければならない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、炭素質繊維の保管中における蓄熱による自然発火を防止し、安全に保管するとともに、次工程で使用する場合にも使用勝手がよく、マイグレーションの発生が無い炭素質繊維の梱包体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するための本発明の炭素質繊維梱包体は、炭素含有率６５〜８５重量％、平均繊維長０．１〜１５０ｍｍのポリアクリロニトリル系炭素質繊維が、不透湿フィルムにより、充填密度０．１〜０．５ｇ／ｃｍ3 、好ましくは０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ3 で、水分率３〜８重量％を維持した状態で密閉されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の炭素質繊維梱包体はこのような状態で密閉されることにより、保管中における蓄熱による自然発火を防止し、安全に保管するとともに、次工程で使用する場合にも、使用勝手のよいものとなる。
【００１４】
本発明は、炭素含有率６５〜８５重量％、平均繊維長が０．１〜１５０ｍｍの炭素質繊維を梱包の対象としている。炭素有量が６５重量％未満であると、耐熱性が低くなり、耐熱用途に適さなくなる。また炭素含有量が８５重量％を超えると炭素繊維に近似乃至炭素繊維となるが、製造コストが高くなり、しかも摩擦係数が低下してくるので、摩擦材用途には適さなくなる。平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、摩擦材や建築材の補強等における補強効果が少なくなり、１５０ｍｍを超えると補強繊維として混合し分散させて使用する時に分散が困難となる。
【００１５】
本発明の炭素質繊維梱包体は、不透湿フィルム内に上記の水分範囲を維持した状態で密閉されていることが必要である。水分率が３重量％未満であれば、炭素質繊維の収束性が低下し、ばらけ易くなり炭素質繊維の使用時の混合工程における分散性が悪く作業性が悪くなると共に、高温保管時に発火の恐れが生じる。水分率が８重量％を超えれば、そのままの状態では水分が多すぎて使用できず乾燥を必要とし、さらに水分率が多すぎると乾燥時にマイグレーションの発生が起こりやすくなる。また、不慮の温度管理状態、或いは、赤道直下の船積みで１００℃を超えるような状態となった場合には、通常の包装形態では、水分率３〜８重量％を維持することは困難で、高温のため水分率が低下して絶乾状態となり、発火に至るようになる。したがって、不透湿フィルムにより密閉して水分率を上記範囲に保つことは発火防止のため、且つ良好な作業性を得るために必要である。
【００１６】
本発明で使用する不透湿フィルムには、水蒸気透過量が５０ｇ／ｍ2 ・２４ｈｒ以下（ＪＩＳ  Ｋ７１２９による、４０℃、９０ＲＨの条件下）であることが望ましい。不透湿フィルムの材質には、水分が透過しないものであれば何でもよいが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン等或いはこれらの材質と他の材質を組み合わせたもの、例えば、不透湿加工した布帛、積層フィルム等が使用できる。不透湿フィルム厚みは好ましくは３０〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１００μｍである。不透湿フィルムが薄いと破損の危険があり、水蒸気透過量が多くなり、一方、厚いと堅くなり、取り扱い性が悪く、コスト高となる。梱包体の形態はどのようなものでもよく、開孔部をシールして密閉とする。
【００１７】
本発明の炭素質繊維梱包体における、炭素質繊維の充填密度は０．１〜０．５ｇ／ｃｍ3 とする。充填密度が０．１ｇ／ｃｍ3 未満であると輸送コストが高くなり、輸送時に片寄り等が生じ不安定となる。一方、０．５ｇ／ｃｍ3 を超えると解舒困難となり、例えば、繊維の絡みが生じるため混合工程で均一分散が困難となり、さらに、蓄熱性が高まることから発火の危険が高まるので好ましくない。
【００１８】
特公昭４８−３４５３８号公報には、アクリル系重合体よりなる繊維を１０〜５０％の水分を含有した状態で採取する炭素繊維用アクリル系連続繊維束の製造方法について示されているが、これは無撚り、無捲、油剤無しの繊維束の収束性向上を目的としたものであり、本発明のような炭素質繊維が特定の条件で密閉された梱包体の保管中における蓄熱による自然発火を防止し、安全に保管するとともに、次工程で使用する場合にも使用勝手がよく、マイグレーションの発生が無い炭素質繊維の梱包体とは無縁のものである。
【００１９】
特開平１−２７２８６４号公報には、サイジング剤無しの炭素繊維を０．１重量％以上の水を付着した状態で巻き取ることが示されているが、これは炭素繊維の収束性の向上、毛羽発生のトラブルを防止するものであり、上記と同様に本発明の炭素質繊維梱包体とは目的、構成、効果の異なるものである。
【００２０】
本発明の炭素質繊維梱包体における炭素質繊維の燐含有量は、５０〜３００ｐｐｍであることが望ましい。燐含有量が５０ｐｐｍ未満であると耐酸化性が悪くなり、３００ｐｐｍを超えると繊維強度が劣化する。また、ナトリウム含有量は２００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下であり、ナトリウム含有量が多いと酸化性が悪くなる。
【００２１】
炭素質繊維のうち、ポリアクリロニトリル系炭素質繊維は、他の材料を起源とする炭素質繊維よりも強度が高く、補強繊維として優れている。
【００２２】
【実施例】
〔実施例１〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１．９ｄｔｅｘで１２，０００フィラメントのアクリル系糸条を得た。次に該糸条をポリエチレングリコール０．２重量％の水溶液に含浸した後、空気中２４５℃で１時間、さらに２５５℃で１時間酸化処理して繊維密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎化糸を得た。
【００２３】
該耐炎化糸を窒素ガス中８００℃で加熱し、繊維密度１．７ｇ／ｃｍ3 、炭素含有率７４重量％、酸素含有率６重量％の炭素質繊維を得た。
【００２４】
該炭素質繊維を加湿条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長３ｍｍにるようにカットし、低密度ポリエチレン、厚さ８０μｍの不透湿袋（水蒸気透過量１５ｇ／ｍ2 ／２４時間）に入れ、充填密度０．２ｇ／ｃｍ3 、水分率５重量％になるように密封し７０℃で保管したところ、蓄熱による梱包体の温度上昇はなく、６ヶ月安定に保管できた。
本実施例１の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表１に示す。
【００２５】
〔実施例２〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１２，０００フィラメントのプリカーサー（１．９ｄｔｅｘ）とした。このプリカーサーをポリエチレングリコールを０．２重量％含む水溶液からなる油剤処理浴で処理した。次にこの処理済プリカーサーを、２４５℃で１時間、次いで２５５℃で１時間空気中で酸化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎化糸を得た。これを窒素ガス中９００℃で炭素質化処理することにより、密度１．８ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が８０重量％、酸素含有率が４重量％であった。
【００２６】
この炭素質繊維を加湿条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長３ｍｍになるようにカットし、嵩密度が０．２ｇ／ｃｍ3 のチョップドフィバーを得た。このチョップドフィバー１５ｋｇをポリエチレン製不透湿袋に入れ、充填密度０．２ｇ／ｃｍ3 、水分率５重量％になるように密封し７０℃で保管したところ、蓄熱による梱包体の温度上昇はなく、６ヶ月安定に保管できた。
本実施例２の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表１に示す。
【００２７】
〔実施例３〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１２，０００フィラメントのプリカーサー（１．９ｄｔｅｘ）とした。このプリカーサーをポリエチレングリコールを０．２重量％の水溶液に含浸した後、空気中２４５℃で１時間処理した。この炭素繊維は繊維密度１．７ｇ／ｃｍ3 、炭素含有率が７４重量％、酸素含有率が６重量％であった。この炭素質繊維を水添化条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長６ｍｍになるようにカットし、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ3 のチョップドフィバーを得た。この時の水分率は２０重量％であった。このチョップドフィバーを減圧下７０℃で乾燥し、４０℃まで降温した後、常圧に戻してポリエチレン製不透湿袋で２０ｋｇを密封し、充填密度０．５ｇ／ｃｍ3 、水分率４重量％になるよう密封し７０℃で保管したところ、蓄熱による梱包体の温度上昇はなく、６ヶ月安定に保管できた。
本実施例３の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表１に示す。
【００２８】
〔実施例４〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１２，０００フィラメントのプリカーサー（１．９ｄｔｅｘ）とした。このプリカーサーをポリエチレングリコールを０．２重量％含む水溶液からなる油剤処理浴で処理した。
【００２９】
この処理済プリカーサーを、２４５℃で１時間、次いで２５５℃で１時間空気中で酸化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎糸を得た。これを窒素ガス中６００℃で炭素質化処理することにより、密度１．６ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が７９重量％、酸素含有率が７重量％であった。
【００３０】
この炭素質繊維を加湿条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長１０ｍｍになるようカットし、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ3 のチョップドファイバーを得た。このチョップドファイバー２０ｋｇをポリエチレン製不透湿袋で、充填密度０．３ｇ／ｃｍ3 、水分率が５重量％となるように密封し、７０℃で保管したが、蓄熱による梱包体の温度上昇はなく、６ヶ月安定に保管できた。
本実施例４の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004318833.tif 000002
〔比較例１〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１２，０００フィラメントのプリカーサー（１．９ｄｔｅｘ）とした。このプリカーサーをポリエチレングリコールを０．２重量％含む水溶液からなる油剤処理浴で処理した。
【００３２】
この処理済プリカーサーを、２４５℃で１時間、次いで２５５℃で１時間空気中で酸化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎糸を得た。これを窒素ガス中８００℃で炭素質化処理することにより、密度１．７ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が７４重量％、酸素含有率が６重量％であった。
【００３３】
この炭素質繊維を乾燥条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長３ｍｍになるようカットし、嵩密度が０．２ｇ／ｃｍ3 のチョップドファイバーを得た。このチョップドファイバー１５ｋｇをポリエチレン製不透湿袋で、充填密度０．２ｇ／ｃｍ3 、水分率が１重量％となるように密封し、７０℃で保管したところ、３日後の測定で蓄熱により梱包体の温度上昇（８０℃）が見られた。
比較例１の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表２に示す。
【００３４】
〔比較例２〕
コモノマー６重量％を含むＰＡＮ系プリカーサーを２００〜３００℃で耐炎化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎糸を得た。これを窒素ガス雰囲気下６００℃で処理する事により、密度１．６ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が７９重量％、酸素含有率が７重量％であった。
【００３５】
この炭素質繊維を水添条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長６ｍｍになるようカットし、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ3 のチョップドファイバーを得た。この時の水分率は２０重量％であった。このチョップドファイバーを７０℃で真空水分率１重量％以下まで乾燥し、降温せず、ポリエチレン製不透湿袋で充填密度が０．２ｇ／ｃｍ3 となるように該チョップドファイバー２０ｋｇを密封し、６０℃で保管したところ、蓄熱により１日後に、密封体内の温度が３６０℃まで上昇し発煙が見られた。
比較例２の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表２に示す。
【００３６】
〔比較例３〕
コモノマー４重量％を含むＰＡＮ系プリカーサーを２００〜３００℃で耐炎化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎糸を得た。これを窒素ガス雰囲気下８００℃で処理する事により、密度１．７ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が７４重量％、酸素含有率が６重量％であった。
【００３７】
この炭素質繊維を加湿条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長６ｍｍになるようカットし、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3 のチョップドファイバーを得た。このチョップドファイバー３０ｋｇをポリエチレン製不透湿袋で、充填密度０．５ｇ／ｃｍ3 、水分率が１０重量％となるように密封し、７０℃で保管したところ、蓄熱による梱包体の温度上昇はなかったが、６ヶ月後では水分斑を生じ、後工程の分散処理時に分散斑（水分ムラ）を生じた。
比較例３の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表２に示す。
【００３８】
〔比較例４〕
アクリロニトリル９６重量％、アクリル酸メチル４重量％からなる共重合体塩化亜鉛水溶液（塩化亜鉛濃度４５重量％）を紡糸し、１２，０００フィラメントのプリカーサー（１．９ｄｔｅｘ）とした。このプリカーサーをポリエチレングリコールを０．２重量％含む水溶液からなる油剤処理浴で処理した。
【００３９】
この処理済プリカーサーを、２４５℃で１時間、次いで２５５℃で１時間空気中で酸化処理し、密度１．４ｇ／ｃｍ3 の耐炎糸を得た。これを窒素ガス中８００℃で炭素質化処理することにより、密度１．７ｇ／ｃｍ3 の炭素質繊維を得た。この炭素質繊維は、炭素含有率が７４重量％、酸素含有率が６重量％であった。
【００４０】
この炭素質繊維を加湿条件下、ギロチンカッターにて平均繊維長３ｍｍになるようカットし、嵩密度が０．２ｇ／ｃｍ3 のチョップドファイバーを得た。このチョップドファイバー１５ｋｇをポリエチレン製不透湿袋に入れ、充填密度０．３ｇ／ｃｍ3 、水分率が５重量％となるようにし、袋を解放して７０℃で保管したところ、蓄熱により１０日後温度上昇（９０℃）が見られた。この時の水分率は１％未満であった。
比較例４の炭素質繊維梱包体の製造条件、保管条件及びその結果を下記の表２に示す。
【００４１】
【表２】
0004318833.tif 000003
【００４２】
【発明の効果】
本発明の炭素質繊維梱包体によれば、保管中における蓄熱による自然発火を防止し、安全に保管できる。本発明の炭素質繊維梱包体は、水分率３〜８重量％が維持されているため、使用勝手がよい。