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JP2021123812A - Method for producing carbon fiber bundle - Google Patents

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JP2021123812A
JP2021123812A JP2020015994A JP2020015994A JP2021123812A JP 2021123812 A JP2021123812 A JP 2021123812A JP 2020015994 A JP2020015994 A JP 2020015994A JP 2020015994 A JP2020015994 A JP 2020015994A JP 2021123812 A JP2021123812 A JP 2021123812A
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雄司 児嶋
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文彦 田中
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Abstract

To provide a method for producing a carbon fiber bundle enabling the reduction of contamination in a furnace in a flame-proofing process, satisfactory in quality because of an excellent process passability and having high strand tensile strength.SOLUTION: In a method for producing a carbon fiber bundle where a silicone based oil agent is applied to a fiber bundle, thereafter drying is performed to obtain a polyacrylonitrile based precursor fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g/cm3, the same is subjected to a flame-proofing process of being heat-treated at 200 to 300°C in an oxidizing atmosphere till its density reaches 1.28 to 1.48 g/cm3 to obtain a fire-proofing fiber bundle, and thereafter, the same is subjected to a carbonization process of being heat-treated at 1,200 to 3,000°C in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber bundle, the deposition rate of the silicon element in the fiber bundle directly after the application of the silicone based agent is defied as A (mass%), the deposition rate of the silicon element in the fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g/cm3 upon the start of the flame-resistant process is defined as B (mass%), and the deposition rate of the silicon element in the fiber bundle in which density is increased by 0.06 g/cm3 from the start of the flame resistant process by the heat treatment of the flame-resistant process is defined as C (mass%), inequalities (1) to (3) are satisfied: 1.0≤(A-B)/A×100≤20.0(1), (B-C)/B×100≤5.0(2) and C≥0.150(3).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐炎化工程の炉内の汚染の低減を可能とし、工程通過性に優れるため品位が良く、樹脂含浸ストランド引張強度が高い炭素繊維束の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber bundle having high quality and high resin-impregnated strand tensile strength because it enables reduction of contamination in a furnace in a flame resistance process and is excellent in process passability.

炭素繊維束を用いた複合材料は航空・宇宙用途をはじめとし、自転車やゴルフクラブなどのスポーツ用途などに利用されており、最近では自動車用部材や圧力容器などの産業用途にも展開が進んでいる。産業用途においては、高価な炭素繊維束のコストダウンのために炭素繊維束の生産性を向上することが求められている。炭素繊維束の生産性を向上させるためには、炉の汚染を防ぐことで連続生産性を高めること、毛羽などの工程トラブル防止を両立させることが必要である。 Composite materials using carbon fiber bundles are used not only for aeronautical and space applications but also for sports applications such as bicycles and golf clubs, and have recently been expanded to industrial applications such as automobile parts and pressure vessels. There is. In industrial applications, it is required to improve the productivity of carbon fiber bundles in order to reduce the cost of expensive carbon fiber bundles. In order to improve the productivity of carbon fiber bundles, it is necessary to improve continuous productivity by preventing contamination of the furnace and to prevent process troubles such as fluff.

炭素繊維束の製造方法は、一般にポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化炉内において酸化性気体雰囲気下で200〜300℃で加熱して耐炎化繊維束を得た後、不活性ガス雰囲気下1200℃以上で加熱して得られる。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束は通常1000〜80000本の単繊維からなるが、耐炎化工程での単繊維同士の融着を防止するため、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束にシリコーンを含有する油剤を付与する方法が広く知られている。 The carbon fiber bundle is generally produced by heating a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle in a flame-resistant furnace at 200 to 300 ° C. in an oxidizing gas atmosphere to obtain a flame-resistant fiber bundle, and then under an inert gas atmosphere. It is obtained by heating at 1200 ° C. or higher. The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle usually consists of 1,000 to 80,000 single fibers, but in order to prevent fusion of the single fibers in the flame resistance process, a silicone-containing oil agent is added to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle. The method of granting is widely known.

また、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に付与されたシリコーンを含有する油剤は、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を熱処理する炭素繊維束製造工程、いわゆる焼成工程(以下、後工程と略すこともある)において酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのケイ素化合物を生成しやすかった。ケイ素化合物が生成すると、工業的な生産性や製品の品質の低下につながることが知られている。一方、後工程におけるケイ素化合物を低減させる目的で、油剤中のシリコーン比率を下げることや油剤の付着量を低減させることでポリアクリロニトリル系前駆体繊維束のケイ素元素の付着率を低減させると、単繊維間の融着が大きく、樹脂含浸ストランド引張強度(以下、ストランド引張強度と略すこともある)が著しく低下する問題があった。 Further, the silicone-containing oil agent applied to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is a carbon fiber bundle manufacturing process for heat-treating the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, a so-called firing step (hereinafter, may be abbreviated as a subsequent step). It was easy to produce silicon compounds such as silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride. It is known that the formation of silicon compounds leads to deterioration of industrial productivity and product quality. On the other hand, in order to reduce the amount of silicon compounds in the subsequent process, it is possible to reduce the adhesion rate of silicon elements in the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle by lowering the silicone ratio in the oil agent or reducing the amount of the oil agent attached. There is a problem that the fusion between the fibers is large and the tensile strength of the resin-impregnated strand (hereinafter, may be abbreviated as the tensile strength of the strand) is remarkably lowered.

これらの問題を回避するため、ケイ素元素を含む化合物の揮発を抑制した油剤や、付着量は変更せずにシリコーンの代替となる有機化合物(非シリコーン系化合物)を用いることでシリコーンの含有量を低減した油剤などが提案されている。特許文献1では、低沸点成分を除去したシリコーンを用いることで後工程における低分子のケイ素化合物の生成量を抑制され、安定した操業性が得られることが提案されている。特許文献2では、シリコーン成分中のオリゴマー成分を低減させることで加熱時に発生する二酸化ケイ素粉末を抑制できることが提案されている。特許文献3では、分子量1000以上の分子が92〜100重量%を占めるシリコーンを用いることでポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の製造工程を安定化できることが提案されている。特許文献4では、高動粘度のシリコーンを用いることでシリコーンの耐熱性が向上し、炭素繊維束のストランド引張強度が向上することが提案されている。特許文献5および6では、耐熱性の高いビスフェノール型骨格を有する化合物をシリコーンと併用することで、ケイ素元素の付着率が低くても操業性低下を抑制しつつ力学特性に優れた炭素繊維束を得ることが提案されている。特許文献7では、熱質量分析装置で測定される250℃の残存率が95%以上の油剤を用いることで毛羽が少なく高い品位の炭素繊維束が得られることが提案されている。 In order to avoid these problems, the silicone content can be reduced by using an oil agent that suppresses the volatilization of compounds containing silicon elements and organic compounds (non-silicone compounds) that can replace silicone without changing the amount of adhesion. Reduced oils and the like have been proposed. Patent Document 1 proposes that by using a silicone from which a low boiling point component has been removed, the amount of a low molecular weight silicon compound produced in a subsequent process can be suppressed, and stable operability can be obtained. Patent Document 2 proposes that silicon dioxide powder generated during heating can be suppressed by reducing the oligomer component in the silicone component. Patent Document 3 proposes that the production process of a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle can be stabilized by using silicone in which molecules having a molecular weight of 1000 or more account for 92 to 100% by weight. Patent Document 4 proposes that the use of silicone having a high kinematic viscosity improves the heat resistance of the silicone and improves the strand tensile strength of the carbon fiber bundle. In Patent Documents 5 and 6, by using a compound having a bisphenol-type skeleton with high heat resistance in combination with silicone, a carbon fiber bundle having excellent mechanical properties while suppressing a decrease in operability even if the adhesion rate of silicon elements is low can be obtained. It is proposed to get. Patent Document 7 proposes that a high-quality carbon fiber bundle with less fluff can be obtained by using an oil agent having a residual ratio of 95% or more at 250 ° C. measured by a thermogravimetric analyzer.

特開2003−201346号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-201346 特開平4−178429号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-178829 特開2004−244771号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-244771 特開平11−36143号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-36143 国際公開第2016/024451号International Publication No. 2016/0244551 国際公開第2012/117514号International Publication No. 2012/117514 特開2018−145562号公報JP-A-2018-145562

しかしながら、背景技術には次のような課題がある。 However, the background technology has the following problems.

特許文献1および2では、揮発しやすい低沸点成分を除去したものの、耐炎化工程以降の温度において分解するシリコーンを除去できておらず、耐炎化工程以降におけるケイ素化合物の発生の抑制が十分ではなかった。特許文献3では、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の加圧スチーム下における後延伸の安定化のために低分子量成分を除去していたものの、拡展性が低下したことにより油剤の付着斑が生じ、炭素繊維束のストランド引張強度の低下することが問題であった。特許文献4では、シリコーンの高分子量化により耐熱性を高めることで炭素繊維束のストランド引張強度の向上が見られたものの、耐炎化工程で揮発しやすい低分子量成分を完全には除去できていなかったため、耐炎化工程以降におけるケイ素化合物の発生の抑制が十分ではなかった。特許文献5および6では、ケイ素元素の付着率が少ないため炭素繊維束のストランド引張強度が低下し、ケイ素元素の付着率を上げた場合にはシリコーン以外の成分が揮発して生成したタールが繊維束に付着することで、繊維束の品位を低下させることが問題であった。特許文献7では、熱質量分析装置で測定される残存率で評価していたため、比表面積が大きい繊維束上の評価と比較して揮発しにくいことに加えて、ケイ素化合物の発生に着目した評価手法ではないこと、さらに、耐炎化工程で揮発しやすい低分子量成分を完全には除去できていなかったため、耐炎化工程以降におけるケイ素化合物の発生を抑制できていなかった。 In Patent Documents 1 and 2, although the low boiling point component that easily volatilizes is removed, the silicone that decomposes at the temperature after the flame resistance step cannot be removed, and the generation of silicon compounds after the flame resistance step is not sufficiently suppressed. rice field. In Patent Document 3, the low molecular weight component was removed to stabilize the post-stretching of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle under pressure steam, but the reduced malleability caused adhesion spots of the oil agent. , There was a problem that the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was lowered. In Patent Document 4, although the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was improved by increasing the heat resistance by increasing the molecular weight of silicone, the low molecular weight component that easily volatilizes in the flame resistance step could not be completely removed. Therefore, the suppression of the generation of silicon compounds after the flame resistance step was not sufficient. In Patent Documents 5 and 6, since the adhesion rate of the silicon element is low, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle decreases, and when the adhesion rate of the silicon element is increased, the tar generated by volatilizing components other than silicone is the fiber. It has been a problem that the quality of the fiber bundle is deteriorated by adhering to the bundle. In Patent Document 7, since the evaluation was made based on the residual ratio measured by a thermogravimetric analyzer, the evaluation focused on the generation of silicon compounds in addition to the fact that it is less likely to volatilize than the evaluation on a fiber bundle having a large specific surface area. Furthermore, since it was not a method and the low molecular weight components that were easily volatilized in the flame resistance step could not be completely removed, the generation of silicon compounds after the flame resistance step could not be suppressed.

以上のように、耐炎化工程以降におけるケイ素化合物の発生を抑制するために揮発しやすい低沸点成分を除去する方法やシリコーンの耐熱性を向上させる方法は提案されていたが、耐炎化工程初期で揮発しやすいシリコーンの分子量を明確化できていなかったことに加えて、拡展性の低下により生じる油剤の付着斑を低減できなかったことから、耐炎化工程以降におけるケイ素化合物の発生の抑制と高い炭素繊維束のストランド引張強度とを両立できていなかった。また、上述のように低沸点のオリゴマー成分を除去する方法は述べられているが、低沸点のオリゴマー成分を積極的に添加することで油剤付与時の拡展性を確保しつつ、耐炎化工程前にオリゴマー成分を揮発させることは容易には着想しえなかった。 As described above, a method of removing a low boiling point component that easily volatilizes and a method of improving the heat resistance of silicone have been proposed in order to suppress the generation of silicon compounds after the flame resistance step, but at the initial stage of the flame resistance step. In addition to the fact that the molecular weight of silicone, which is easily volatilized, could not be clarified, the adhesion spots of the oil agent caused by the decrease in spreadability could not be reduced. It was not possible to achieve both the strand tensile strength of the carbon fiber bundle. Further, although the method of removing the low boiling point oligomer component is described as described above, the flame resistance step while ensuring the malleability at the time of applying the oil agent by positively adding the low boiling point oligomer component. It was not easy to come up with the idea of volatilizing the oligomeric component before.

本発明では、耐炎化工程の炉内の汚染の低減を可能とし、工程通過性に優れるため品位が良く、ストランド引張強度が高い炭素繊維束の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a carbon fiber bundle having high quality and high strand tensile strength because it enables reduction of contamination in a furnace in a flame resistance process and is excellent in process passability.

かかる目的を達成するために、本発明は次の構成を有する。 In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration.

すなわち、本発明の炭素繊維束の製造方法は、繊維束にシリコーン系油剤を付与した後、乾燥させて得られる密度1.15〜1.18g/cmのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を、密度1.28〜1.48g/cmとなるまで200〜300℃の酸化性雰囲気下で熱処理する耐炎化工程により耐炎化繊維束を得た後に、不活性雰囲気中で1200〜3000℃で熱処理する炭素化工程により炭素繊維束を得る炭素繊維束の製造方法において、シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率をA(質量%)、耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率をB(質量%)、耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率をC(質量%)としたとき、式(1)〜(3)を満たす炭素繊維束の製造方法である。 That is, in the method for producing a carbon fiber bundle of the present invention, a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 obtained by applying a silicone-based oil to the fiber bundle and then drying it is used. Heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. until the density reaches 1.28 to 1.48 g / cm 3. After obtaining flame-resistant fiber bundles by a flame-resistant step, heat treatment is performed at 1200 to 3000 ° C. in an inert atmosphere. In the method for producing a carbon fiber bundle to obtain a carbon fiber bundle by the carbonization step, the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle immediately after applying the silicone-based oil is A (mass%), and the density at the start of the flame resistance step is 1. The adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle of 15 to 1.18 g / cm 3 was B (mass%), and the density was increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance process by the heat treatment of the flame resistance process. This is a method for producing a carbon fiber bundle satisfying the formulas (1) to (3), where C (mass%) is the adhesion rate of the element.

1.0≦(A−B)/A×100≦20.0 ・・・(1)
(B−C)/B×100≦5.0 ・・・(2)
C≧0.150 ・・・(3)
1.0 ≦ (AB) / A × 100 ≦ 20.0 ・ ・ ・ (1)
(BC) / B × 100 ≦ 5.0 ・ ・ ・ (2)
C ≧ 0.150 ・ ・ ・ (3)

本発明によれば、耐炎化工程の炉内の汚染の低減を可能とし、工程通過性に優れるため品位が良く、ストランド引張強度が高い炭素繊維束を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the contamination in the furnace in the flame resistance process, and it is possible to produce a carbon fiber bundle having good quality and high strand tensile strength because of its excellent process passability.

本発明者らは、耐炎化工程の炉内の汚染の低減を可能とし、工程通過性に優れるため品位が良く、ストランド引張強度が高い炭素繊維束を製造するための条件について、耐炎化工程以前のケイ素元素の揮発率を増加させて、耐炎化工程初期におけるケイ素元素の揮発を抑制し、さらに耐炎化工程初期におけるケイ素元素の残存率を高くすることによって、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束にシリコーンを付与する際に動粘度が低下するために拡展性が向上することでシリコーンが均一付与することを可能とし、さらに耐炎化工程におけるケイ素元素を含む化合物の揮発を著しく低減させることを見出し、本発明に到達した。 The present inventors have made it possible to reduce the contamination in the furnace in the flameproofing process, and regarding the conditions for producing a carbon fiber bundle having high quality and high strand tensile strength due to excellent process passability, before the flameproofing process. By increasing the volatilization rate of the silicon element in the above, suppressing the volatilization of the silicon element in the initial stage of the flame resistance process, and further increasing the residual rate of the silicon element in the initial stage of the flame resistance process, silicone is added to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle. It was found that the kinematic viscosity is lowered when the kinematic viscosity is applied, so that the silicone can be uniformly applied by improving the spreadability, and further, the volatilization of the compound containing the silicon element in the flame resistance step is remarkably reduced. The present invention has been reached.

まず、本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に付与される油剤(以下、「ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤」ということもある。)について述べる。 First, an oil agent applied to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention (hereinafter, may also be referred to as “polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle oil agent”) will be described.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、シリコーンを含む(シリコーンを含むポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤を以下、「シリコーン系油剤」ということもある。)。本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤に用いるシリコーンは、ポリジメチルシロキサンを基本構造としたものである。側鎖や末端のメチル基の一部は、アミノ変性やエポキシ変性やポリエーテル変性等の各種変性物が知られており、本発明の上記化合物の一部には好ましくは少なくともアミノ変性シリコーンが含まれている。変性基としてのアミノ基はモノアミンタイプでもポリアミンタイプでもよいが、架橋促進の観点からは好ましくはポリアミンタイプであり、中でもさらに好ましくはジアミンタイプが使用される。これらのシリコーンは1種類のみで用いても良いし、2種類以上のシリコーンを用いても良い。この場合、混合に用いるシリコーンの変性基や変性の位置や後述する分子量分布については特に指定はなく、同じものを用いても良いし、異なるものを用いても良い。 The oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention contains silicone (the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle containing silicone may be hereinafter referred to as "silicone-based oil"). The silicone used in the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention has a basic structure of polydimethylsiloxane. Various modified products such as amino-modified, epoxy-modified, and polyether-modified are known as some of the side chains and terminal methyl groups, and some of the above compounds of the present invention preferably contain at least amino-modified silicone. It has been. The amino group as the modifying group may be a monoamine type or a polyamine type, but from the viewpoint of promoting cross-linking, the polyamine type is preferable, and the diamine type is more preferably used. Only one kind of these silicones may be used, or two or more kinds of silicones may be used. In this case, the modifying group and the modification position of the silicone used for mixing and the molecular weight distribution described later are not particularly specified, and the same one may be used or different ones may be used.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤中のシリコーンは、分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子の含有量が好ましくは1.0〜10.0質量%かつ分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量が好ましくは1.0〜19.0質量%であり、より好ましくはそれぞれ2.0〜7.0質量%かつ1.0〜19.0質量%であり、さらに好ましくはそれぞれ2.5〜5.0質量%かつ2.0〜15.0質量%である。2種類以上のシリコーンを混合して用いる場合には、それぞれのシリコーンが上記範囲を満たしていることが好ましい。一般的に市販されているシリコーンは分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量が20.0質量%以上であり、重合原料および重合方法の影響で分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量をかかる範囲に制御することが困難であった。そのため、分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量をかかる範囲に制御するためには一般的に市販されているシリコーンではなく、特別に重合時の分子量分布制御やカラムによる精製などを行う必要がある。分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子の含有量が1.0質量%以上かつ分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量が1.0質量%以上あれば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束にシリコーンを付与する際に拡展性が向上することでシリコーンが均一付与することから品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子の含有量が10.0質量%以下かつ分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の含有量が15.0質量%以下であれば、耐炎化工程の炉内の汚染を低減させるのに十分であり、工程通過性に優れるため品位が良い炭素繊維束が得られるため好ましい。分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子の質量分率および分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の質量分率は、ゲル浸透クロマトグラフィーから得られるピーク面積と分子の質量から算出できる。分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子の質量分率は、シリコーンを重合する際の重合率の調整や、残った重合原料オリゴマーの常圧蒸留、環状シロキサン4〜6量体あるいは直鎖状シロキサン4〜6量体の添加、重合後のシリコーンに分子量100g/mol以上1000g/mol未満のシロキサンを必要量添加することなどで達成できる。分子量1000g/mol以上10000g/mol以下の分子の質量分率は、重合時の分子量分布制御やカラムによる精製などにより達成できる。 The silicone in the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention preferably has a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol, preferably 1.0 to 10.0% by mass and a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g. The content of molecules of / mol or less is preferably 1.0 to 19.0% by mass, more preferably 2.0 to 7.0% by mass and 1.0 to 19.0% by mass, respectively. It is preferably 2.5 to 5.0% by mass and 2.0 to 15.0% by mass, respectively. When two or more types of silicones are mixed and used, it is preferable that each silicone satisfies the above range. Generally, commercially available silicone has a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less and a molecular content of 20.0% by mass or more, and has a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less due to the influence of the polymerization raw material and the polymerization method. It was difficult to control the molecular content of the above to such a range. Therefore, in order to control the content of molecules having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less within such a range, it is not necessary to control the molecular weight distribution at the time of polymerization or purify with a column, instead of using commercially available silicone. There is a need to do. If the content of molecules having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol is 1.0% by mass or more and the content of molecules having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10,000 g / mol or less is 1.0% by mass or more, the polyacrylonitrile-based precursor When silicone is applied to the body fiber bundle, the spreadability is improved and the silicone is uniformly applied, which is preferable because a carbon fiber bundle having good quality and high strand tensile strength can be obtained. If the content of molecules having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol is 10.0% by mass or less and the content of molecules having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10,000 g / mol or less is 15.0% by mass or less, the flame resistance step. It is preferable because it is sufficient to reduce the contamination in the furnace and the carbon fiber bundle having good quality can be obtained because of its excellent process passability. The mass fraction of a molecule having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol and the mass fraction of a molecule having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less can be calculated from the peak area obtained by gel permeation chromatography and the mass of the molecule. The mass fraction of molecules having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol can be adjusted by adjusting the polymerization rate when polymerizing silicone, atmospheric distillation of the remaining polymerization raw material oligomer, cyclic siloxane 4 to 6-mer or linear. This can be achieved by adding a 4 to 6-mer siloxane, or adding a required amount of siloxane having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol to the polymerized silicone. The mass fraction of a molecule having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less can be achieved by controlling the molecular weight distribution at the time of polymerization or purifying with a column.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤中のシリコーンは、重量平均分子量が好ましくは20000〜100000g/molであり、より好ましくは30000〜80000g/molであり、さらに好ましくは40000〜60000g/molである。重量平均分子量が20000g/mol以上であれば、シリコーンがポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に均一に付着しやすくなるため、品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。重量平均分子量が100000g/mol以下であれば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束にシリコーンを付与する際の拡展性低下を防ぐことができることで、シリコーンが均一付与することから品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。シリコーンの重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーにより測定することができる。シリコーンの重量平均分子量はシリコーンの分子量分布や添加剤により制御することができる。 The silicone in the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention has a weight average molecular weight of preferably 20000 to 100,000 g / mol, more preferably 30,000 to 80,000 g / mol, and further preferably 40,000 to 60,000 g / mol. Is. When the weight average molecular weight is 20000 g / mol or more, the silicone easily adheres uniformly to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, and thus a carbon fiber bundle having good quality and high strand tensile strength can be obtained, which is preferable. When the weight average molecular weight is 100,000 g / mol or less, it is possible to prevent a decrease in malleability when silicone is applied to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, and the silicone is uniformly applied, resulting in good quality and strand tensile strength. Is preferable because a high carbon fiber bundle can be obtained. The weight average molecular weight of silicone can be measured by gel permeation chromatography. The weight average molecular weight of silicone can be controlled by the molecular weight distribution of silicone and additives.

アミノ変性シリコーンにおけるアミノ基(NH)量の指標であるアミノ当量は、好ましくは1000〜14000g/molであり、より好ましくは1500〜6000g/molであり、さらに好ましくは2000〜4000g/molである。2種類以上のシリコーンを混合して用いる場合には、それぞれのシリコーンが上記範囲を満たしていることが好ましい。アミノ当量が1000g/mol以上であれば、架橋が進行しすぎることによる付着斑を抑制できることから工程中の毛羽の発生を抑制することができるため好ましい。アミノ当量が6000g/mol以下であれば、シリコーンを十分に架橋させることができるため高いストランド引張強度を発現することができるため好ましい。アミノ当量の測定方法は、中和滴定など公知の方法により測定できる。アミノ当量は、アミノ変性シリコーンを重合する際のアミンの付加量などによって制御できる。 The amino equivalent, which is an index of the amount of amino group (NH 2 ) in the amino-modified silicone, is preferably 1000 to 14000 g / mol, more preferably 1500 to 6000 g / mol, and further preferably 2000 to 4000 g / mol. .. When two or more types of silicones are mixed and used, it is preferable that each silicone satisfies the above range. When the amino equivalent is 1000 g / mol or more, adhesion spots due to excessive progress of cross-linking can be suppressed, and the generation of fluff during the process can be suppressed, which is preferable. When the amino equivalent is 6000 g / mol or less, the silicone can be sufficiently crosslinked and high strand tensile strength can be exhibited, which is preferable. The amino equivalent can be measured by a known method such as neutralization titration. The amino equivalent can be controlled by the amount of amine added when polymerizing the amino-modified silicone.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、油剤中にノニオン系界面活性剤を好ましくは5〜70質量%、より好ましくは15〜60質量%、さらに好ましくは20〜50質量%含む。ここで、油剤を溶剤などの揮発成分中に乳化・分散させて繊維束に付与し、その後に揮発成分を揮発させてポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得る場合、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束における油剤とは、120℃2時間の空気中で揮発成分を除いた残存物である不揮発成分のみのことを指す。ノニオン系界面活性剤は、乳化剤、制電剤などとして使用される。ノニオン系界面活性剤は、ヒドロキシル基、エーテル結合、酸アミド、エステルなど水に溶解してもイオンを生じない親水基を分子内にもつ界面活性剤を指す。ノニオン系界面活性剤としては、特に限定されず、公知のものを適宜選択して使用することができる。ノニオン系界面活性剤は、1種または2種以上を併用してもよい。ノニオン系界面活性剤が5質量%以上であれば、乳化が十分されていることからシリコーンがポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に均一に付着しやすくなるため、品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。ノニオン系界面活性剤が70質量%以下であれば、シリコーンの比率を高めることができ、品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。ノニオン系界面活性剤の比率は、油剤の調製時の質量比率を変えることで容易に達成できる。 The oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention contains a nonionic surfactant in the oil, preferably 5 to 70% by mass, more preferably 15 to 60% by mass, and further preferably 20 to 50% by mass. Here, when an oil agent is emulsified and dispersed in a volatile component such as a solvent to give it to a fiber bundle, and then the volatile component is volatilized to obtain a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is used. The oil agent refers only to the non-volatile component which is a residue excluding the volatile component in the air at 120 ° C. for 2 hours. Nonionic surfactants are used as emulsifiers, antistatic agents and the like. Nonionic surfactants refer to surfactants having hydrophilic groups in their molecules, such as hydroxyl groups, ether bonds, acid amides, and esters, which do not generate ions even when dissolved in water. The nonionic surfactant is not particularly limited, and known ones can be appropriately selected and used. The nonionic surfactant may be used alone or in combination of two or more. If the amount of the nonionic surfactant is 5% by mass or more, since the emulsification is sufficient, the silicone easily adheres uniformly to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, so that the carbon fiber has good quality and high strand tensile strength. It is preferable because a bundle can be obtained. When the nonionic surfactant is 70% by mass or less, the ratio of silicone can be increased, and a carbon fiber bundle having good quality and high strand tensile strength can be obtained, which is preferable. The ratio of the nonionic surfactant can be easily achieved by changing the mass ratio at the time of preparing the oil agent.

ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテルなどのポリオキシアルキレン直鎖アルキルエーテル、ポリオキシエチレン2−エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンイソセチルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエーテルなどのポリオキシアルキレン分岐第一級アルキルエーテル、ポリオキシエチレン1−ヘキシルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレン1−オクチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレン1−ヘキシルオクチルエーテル、ポリオキシエチレン1−ペンチルへプチルエーテル、ポリオキシエチレン1−へプチルペンチルエーテルなどのポリオキシアルキレン分岐第二級アルキルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテルなどのポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレントリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンベンジルフェニルエーテルなどのポリオキシアルキレンアルキルアリールフェニルエーテル、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンモノミリスチレート、ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジオレート、ポリオキシエチレンジミリスチレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノオレートなどのソルビタンエステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレートなどのポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリンモノステアレート、グリセリンモノラウレート、グリセリンモノパルミテートなどのグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンソルビトール脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンひまし油エーテルなどのポリオキシアルキレンひまし油エーテル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油エーテルなどのポリオキシアルキレン硬化ひまし油エーテル、ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテルなどのポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体の末端アルキルエーテル化物、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックまたはランダム共重合体の末端ショ糖エーテル化物、ポリオキシエチレンラウリルアミド、ポリオキシエチレンステアリルアミドなどのポリオキシアルキレンアルキルアミド、2,2−ビス(4−ポリオキシエチレン−オキシフェニル)プロパンなどのポリオキシエチレンビスフェノールAエーテル、ポリオキシエチレンビスフェノールAラウリン酸エステルやトリメリット酸トリイソデシルなどの芳香族エステル、ポリエチレングリコールジアクリレートやペンタエリスリトールテトラステアレートなどの脂肪族エステル、エチレンオキサイド(EO)、プロピレンオキサイド(PO)、ブチレンオキサイド(BO)などのアルキレンオキサイド(AO)を付加重合させたポリアルキレングリコールなどをあげることができる。また、アセチレン系界面活性剤として、アセチレンアルコール、アセチレンジオール、アセチレンアルコールにアルキレンオキサイドを付加した化合物およびアセチレンジオールにアルキレンオキサイドを付加した化合物などを用いることもできる。 Examples of the nonionic surfactant include polyoxyalkylene linear alkyl ethers such as polyoxyethylene hexyl ether, polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, and polyoxyethylene cetyl ether, and poly. Polyoxyalkylene branched primary alkyl ethers such as oxyethylene 2-ethylhexyl ether, polyoxyethylene isocetyl ether, polyoxyethylene isostearyl ether, polyoxyethylene 1-hexylhexyl ether, polyoxyethylene 1-octylhexyl ether, Polyoxyalkylene branched secondary alkyl ethers such as polyoxyethylene 1-hexyl octyl ether, polyoxyethylene 1-pentyl heptyl ether, polyoxyethylene 1-heptyl pentyl ether, and polyoxyalkylene such as polyoxyethylene oleyl ether. Polyoxyalkylene alkyl phenyl ethers such as alkenyl ethers, polyoxyethylene octyl phenyl ethers, polyoxyethylene nonyl phenyl ethers, polyoxyethylene dodecyl phenyl ethers, polyoxyethylene tristyryl phenyl ethers, polyoxyethylene distyryl phenyl ethers, polyoxy Polyoxyalkylene alkylarylphenyl ethers such as ethylenestyrylphenyl ethers, polyoxyethylene tribenzylphenyl ethers, polyoxyethylene dibenzylphenyl ethers, polyoxyethylene benzylphenyl ethers, polyoxyethylene monolaurates, polyoxyethylene monooleates, Polyoxyalkylene fatty acid esters such as polyoxyethylene monostearate, polyoxyethylene monomyristylate, polyoxyethylene dilaurate, polyoxyethylene diolate, polyoxyethylene dimyristylate, and polyoxyethylene distearate, sorbitan mono Sorbitane esters such as palmitate and sorbitan monooleate, polyoxyalkylene sorbitan fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, glycerin monostearate, glycerin monolaurate, glycerin monopalmitate, etc. Glycerin fatty acid ester, polyoxyalkylene sorbitol fatty acid Polyoxyalkylene hydrogenated oil ethers such as esters, sucrose fatty acid esters, polyoxyethylene hydrogenated oil ethers, polyoxyalkylene hydrogenated castor oil ethers such as polyoxyethylene hydrogenated castor oil ethers, polyoxyethylene laurylamino ethers, polyoxyethylene stearylamino ethers, etc. Polyoxyalkylene alkyl amino ether, oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer, oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer terminal alkyl ether, oxyethylene-oxypropylene block or random copolymer terminal sho Sugar ethers, polyoxyalkylene alkylamides such as polyoxyethylene laurylamide and polyoxyethylene stearylamide, polyoxyethylene bisphenol A ethers such as 2,2-bis (4-polyoxyethylene-oxyphenyl) propane, polyoxy Aromatic esters such as ethylene bisphenol A lauric acid ester and triisodecyl trimellitic acid, aliphatic esters such as polyethylene glycol diacrylate and pentaerythritol tetrastearate, ethylene oxide (EO), propylene oxide (PO), butylene oxide (BO) Examples thereof include polyalkylene glycol obtained by addition-polymerizing alkylene oxide (AO) such as. Further, as the acetylene-based surfactant, acetylene alcohol, acetylene diol, a compound in which alkylene oxide is added to acetylene alcohol, a compound in which alkylene oxide is added to acetylene diol, and the like can also be used.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、アニオン性界面活性剤、カチオン系界面活性剤などのノニオン系界面活性剤以外の界面活性剤を含有してもよい。 The oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention contains a surfactant other than the nonionic surfactant such as an anionic surfactant and a cationic surfactant as long as the effect of the present invention is not impaired. You may.

さらに本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記した成分以外の他の成分を含有してもよい。他の成分としては、酸性リン酸エステル、フェノール系、アミン系、硫黄系、リン系、キノン系などの酸化防止剤、酢酸、安息香酸、アルギニンやリン酸などのブレンステッド酸化合物、高級アルコール・高級アルコールエーテルの硫酸エステル塩、スルホン酸塩、高級アルコール・高級アルコールエーテルのリン酸エステル塩、第4級アンモニウム塩型カチオン系界面活性剤、アミン塩型カチオン系界面活性剤などの制電剤、高級アルコールのアルキルエステル、高級アルコールエーテル、ワックス類などの平滑剤、抗菌剤、防腐剤、防錆剤および吸湿剤等があげられる。 Further, the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention may contain components other than the above-mentioned components as long as the effects of the present invention are not impaired. Other components include acidic phosphoric acid esters, phenol-based, amine-based, sulfur-based, phosphorus-based, quinone-based antioxidants, acetic acid, benzoic acid, blended acid compounds such as arginine and phosphoric acid, and higher alcohols. Antistatic agents such as sulfate ester salts of higher alcohol ethers, sulfonates, phosphoric acid ester salts of higher alcohol / higher alcohol ethers, quaternary ammonium salt type cationic surfactants, amine salt type cationic surfactants, etc. Examples thereof include alkyl esters of higher alcohols, higher alcohol ethers, smoothing agents such as waxes, antibacterial agents, preservatives, rust preventives and hygroscopic agents.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤について、油剤中のシリコーンの比率は好ましくは30〜95質量%であり、より好ましくは40〜85質量%であり、さらに好ましくは50〜80質量%である。ここで、油剤を溶剤などの揮発成分中に乳化・分散させて繊維束に付与し、その後に揮発成分を揮発させてポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得る場合、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束における油剤とは、120℃2時間の空気中で揮発成分を除いた残存物である不揮発成分のみのことを指す。また、油剤中のアミノ変性シリコーンの比率は、ノニオン系界面活性剤およびその他アミノ変性シリコーン以外の成分を含むすべての成分に対するアミノ変性シリコーンの比率である。油剤中のアミノ変性シリコーンの比率が30質量%以上であれば、アミノ変性シリコーンをポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に十分に付着させることができるため、品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。油剤中のアミノ変性シリコーンの比率が95質量%以下であれば、乳化が十分されていることからシリコーンがポリアクリロニトリル系前駆体繊維束に均一に付着しやすくなるため、品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られるため好ましい。アミノ変性シリコーンの比率は、油剤の調製時の質量比率を変えることで容易に達成できる。 Regarding the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention, the ratio of silicone in the oil is preferably 30 to 95% by mass, more preferably 40 to 85% by mass, and further preferably 50 to 80% by mass. Is. Here, when an oil agent is emulsified and dispersed in a volatile component such as a solvent to give it to a fiber bundle, and then the volatile component is volatilized to obtain a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is used. The oil agent refers only to the non-volatile component which is a residue excluding the volatile component in the air at 120 ° C. for 2 hours. The ratio of the amino-modified silicone in the oil agent is the ratio of the amino-modified silicone to all the components including the nonionic surfactant and other components other than the amino-modified silicone. When the ratio of the amino-modified silicone in the oil is 30% by mass or more, the amino-modified silicone can be sufficiently adhered to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, so that a carbon fiber bundle having good quality and high strand tensile strength can be obtained. It is preferable because it can be obtained. When the ratio of the amino-modified silicone in the oil is 95% by mass or less, the silicone is easily adhered uniformly to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle because the emulsification is sufficient, so that the quality is good and the strand tensile strength is high. It is preferable because a high carbon fiber bundle can be obtained. The ratio of amino-modified silicone can be easily achieved by changing the mass ratio at the time of preparing the oil preparation.

本発明におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、不揮発成分のみのことを指すが、それ以外に水やアルコールなどの揮発成分を含んでも良い。揮発成分としてはポリアクリロニトリル系前駆体繊維束への油剤の均一付着という観点で水が好ましい。 The oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle in the present invention refers to only a non-volatile component, but may also contain a volatile component such as water or alcohol. As the volatile component, water is preferable from the viewpoint of uniform adhesion of the oil agent to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle.

本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤は、上記で説明した成分を混合することによって製造することができる。上記で説明した成分を乳化・分散させる方法については特に限定されず、公知の手法が採用できる。このような方法としては、たとえば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤を構成する各成分をかく拌下の温水中に投入して乳化分散する方法や、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤を構成する各成分を混合し、ホモジナイザー、ホモミキサー、ボールミル等を用いて機械せん断力を加えつつ、水を徐々に投入して転相乳化する方法などがあげられる。自己乳化性のあるノニオン系界面活性剤を用いる場合は、水に溶解させて他の成分と混合することもできるし、アミノ変性シリコーンなどの他の成分と同時に乳化する方法を採用することもできる。乳化しにくいエステル系化合物を用いる場合は、エステル系化合物のみを乳化して他の乳化物と混合することもできるし、アミノ変性シリコーンなどの他の成分と同時に乳化する方法を採用することもできる。 The oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention can be produced by mixing the components described above. The method for emulsifying and dispersing the components described above is not particularly limited, and a known method can be adopted. Examples of such a method include a method in which each component constituting the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle oil is added to warm water under stirring to emulsify and disperse, or a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle oil is used. Examples thereof include a method in which each of the constituent components is mixed and water is gradually added to emulsify the phase while applying a mechanical shearing force using a homogenizer, a homomixer, a ball mill or the like. When a self-emulsifying nonionic surfactant is used, it can be dissolved in water and mixed with other components, or a method of emulsifying at the same time as other components such as amino-modified silicone can be adopted. .. When an ester compound that is difficult to emulsify is used, only the ester compound can be emulsified and mixed with other emulsions, or a method of emulsifying at the same time as other components such as amino-modified silicone can be adopted. ..

次に、本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を製造する方法について述べる。 Next, a method for producing the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention will be described.

本発明において原料として用いられるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束は、ポリアクリロニトリル系重合体を用いることが好ましい。なお、本発明においてポリアクリロニトリル系重合体とは、少なくともアクリロニトリルが重合体骨格の主構成成分となっているものをいい、主構成成分とは、通常、重合体骨格の90〜100質量%を占める構成成分のことをいう。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の製造において、ポリアクリロニトリル系重合体の製造方法としては、公知の重合方法の中から選択することができる。 The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle used as a raw material in the present invention preferably uses a polyacrylonitrile-based polymer. In the present invention, the polyacrylonitrile-based polymer means that at least acrylonitrile is the main constituent component of the polymer skeleton, and the main constituent component usually occupies 90 to 100% by mass of the polymer skeleton. It refers to a component. In the production of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, the method for producing the polyacrylonitrile-based polymer can be selected from known polymerization methods.

本発明で使用されるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束は、湿式紡糸または乾湿式紡糸した後、水洗して得られる水膨潤状態の糸条に上述のシリコーン系油剤を付与した後、乾燥する必要がある。乾燥方法としては好ましくは、熱処理により乾燥を行うことである。熱処理を行うことで繊維束の緻密化が進行し、密度が増加するため好ましい。付与方法としては、糸条内部まで均一に付与できることを勘案し、適宜選択して使用すればよいが、具体的には、油剤を適正な乳化剤を使用して水分散液にして調製し、その水分散液を浸漬法、噴霧法、タッチロール法、あるいはガイド給油法などで水膨潤繊維に付与する手段が採用される。乾燥する方法としては、風による風乾、オーブンを用いる方法やローラーを用いる方法などの熱処理する方法などが採用される。 The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle used in the present invention needs to be dried after applying the above-mentioned silicone-based oil agent to the water-swelled yarn obtained by wet spinning or dry-wet spinning and then washing with water. be. The drying method is preferably heat treatment. The heat treatment is preferable because the fiber bundles are densified and the density is increased. As an application method, it may be appropriately selected and used in consideration of the fact that it can be applied uniformly to the inside of the thread. Specifically, an oil agent is prepared as an aqueous dispersion using an appropriate emulsifier, and the application method is used. A means of applying the water dispersion to the water-swelling fibers by a dipping method, a spraying method, a touch roll method, a guide lubrication method, or the like is adopted. As a method of drying, a method of air-drying with wind, a method of using an oven, a method of using a roller, or a heat treatment method is adopted.

本発明におけるシリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率A(質量%)は、好ましくは0.150〜0.280質量%であり、より好ましくは0.170〜0.250質量%であり、さらに好ましくは0.180〜0.230質量%である。シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束とは、シリコーン系油剤を付与した直後にニップや気体吹きつけなどにより余分なシリコーン系油剤を除去した繊維束であり、乾燥前の繊維束を指す。かかる付着率Aが0.150質量%以上であれば、単繊維同士の融着を十分に抑制できるため炭素繊維束のストランド引張強度が向上するため好ましい。かかる付着率Aが0.280質量%以下であれば、単繊維間のシリコーンを介した融着が生じないため炭素繊維束のストランド引張強度が向上するため好ましい。シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率Aは後述の蛍光X線で測定することができる。かかる付着率Aは、例えば油剤の濃度を調整することやニップなどによりシリコーン系油剤の付着量を制御することで制御できる。 The adhesion ratio A (mass%) of the silicon element of the fiber bundle immediately after applying the silicone-based oil agent in the present invention is preferably 0.150 to 0.280% by mass, and more preferably 0.170 to 0.250. It is by mass, more preferably 0.180 to 0.230% by mass. The fiber bundle immediately after the silicone-based oil is applied is a fiber bundle in which excess silicone-based oil is removed by niping or gas spraying immediately after the silicone-based oil is applied, and refers to a fiber bundle before drying. When the adhesion ratio A is 0.150% by mass or more, fusion between single fibers can be sufficiently suppressed, and the strand tensile strength of the carbon fiber bundle is improved, which is preferable. When the adhesion ratio A is 0.280% by mass or less, fusion between the single fibers via silicone does not occur, and the strand tensile strength of the carbon fiber bundle is improved, which is preferable. The adhesion rate A of the silicon element of the fiber bundle immediately after the silicone-based oil is applied can be measured by fluorescent X-rays described later. The adhesion rate A can be controlled by, for example, adjusting the concentration of the oil agent or controlling the adhesion amount of the silicone-based oil agent by niping or the like.

このように繊維束にシリコーン系油剤を付与した後、乾燥させて得られる本発明のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度は1.15〜1.18g/cmであり、好ましくは1.16〜1.18g/cmであり、より好ましくは1.17〜1.18g/cmである。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度は、シリコーンも含めたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度を意味する。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度は、緻密性を示す指標として一般的に用いられている。かかる密度が1.15g/cm以上であれば、得られる炭素繊維束のストランド引張強度を向上させることができる。また、1.18g/cm以下であると、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を巻き取る際や続く耐炎化工程でポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を供給する際の巻き付きが少なくなり、品位を向上させることができる。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度は後述の方法で測定することができる。かかるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の密度を達成するためには、熱処理温度および時間を制御することや、公知のボイド制御方法を採用することにより達成できる。 The density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle of the present invention obtained by applying a silicone-based oil to the fiber bundle and then drying it is 1.15 to 1.18 g / cm 3 , preferably 1.16. It is ~ 1.18 g / cm 3 , and more preferably 1.17 to 1.18 g / cm 3 . The density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle means the density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle including silicone. The density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is generally used as an index showing the density. When the density is 1.15 g / cm 3 or more, the strand tensile strength of the obtained carbon fiber bundle can be improved. Further, when it is 1.18 g / cm 3 or less, the wrapping when winding the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle and when supplying the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle in the subsequent flame resistance step is reduced, and the quality is improved. Can be made to. The density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle can be measured by the method described later. The density of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle can be achieved by controlling the heat treatment temperature and time, or by adopting a known void control method.

乾燥された糸条は、さらに加圧スチーム中または乾熱下で後延伸されるのが、得られるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の緻密性や生産性の観点から好ましい。後延伸時のスチーム圧力または温度や後延伸倍率は、糸切れ、毛羽発生のない範囲で適宜選択して使用するのがよい。 本発明における耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率B(質量%)は、好ましくは0.150〜0.250質量%であり、より好ましくは0.170〜0.230質量%であり、さらに好ましくは0.180〜0.210質量%である。かかる付着率Bが0.150質量%以上であれば、単繊維同士の融着を十分に抑制できるため炭素繊維束のストランド引張強度が向上するため好ましい。かかる付着率Bが0.250質量%以下であれば、単繊維間のシリコーンを介した融着が生じないため炭素繊維束のストランド引張強度が向上するため好ましい。耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率Bは後述の蛍光X線で測定することができる。かかる付着率Bは、例えば油剤の濃度を調整することやニップなどによりシリコーン系油剤の付着量を制御することや、乾燥の条件を調整することで制御できる。 It is preferable that the dried yarn is further post-stretched in pressurized steam or under dry heat from the viewpoint of compactness and productivity of the obtained polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle. The steam pressure or temperature at the time of post-stretching and the post-stretching ratio should be appropriately selected and used within a range in which yarn breakage and fluffing do not occur. The adhesion rate B (mass%) of the silicon element of the fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 at the start of the flame resistance step in the present invention is preferably 0.150 to 0.250% by mass. It is more preferably 0.170 to 0.230% by mass, and even more preferably 0.180 to 0.210% by mass. When the adhesion ratio B is 0.150% by mass or more, fusion between single fibers can be sufficiently suppressed and the strand tensile strength of the carbon fiber bundle is improved, which is preferable. When the adhesion ratio B is 0.250% by mass or less, fusion between the single fibers via silicone does not occur, and the strand tensile strength of the carbon fiber bundle is improved, which is preferable. The adhesion rate B of the silicon element of the fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 at the start of the flame resistance step can be measured by fluorescent X-rays described later. The adhesion rate B can be controlled by, for example, adjusting the concentration of the oil agent, controlling the adhesion amount of the silicone-based oil agent by nip or the like, or adjusting the drying conditions.

本発明におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束は、シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率をA(質量%)、耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率をB(質量%)としたとき、式(1)を満たす。 The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle in the present invention has an adhesion rate of silicon element of A (mass%) in the fiber bundle immediately after the silicone-based oil is applied, and a density of 1.15 to 1.18 g / at the start of the flame resistance process. When the adhesion rate of the silicon element in the fiber bundle of cm 3 is B (mass%), the formula (1) is satisfied.

1.0≦(A−B)/A×100≦20.0 ・・・(1)
このとき、左辺および右辺は好ましくはそれぞれ1.5および13.0であり、より好ましくはそれぞれ2.0および10.0であり、さらに好ましくはそれぞれ2.5および8.0である。式(1)はシリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率に対する耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率の割合であり、シリコーン系油剤付与後の乾燥工程におけるケイ素元素を含む化合物の揮発率を意味する。前記式(1)の左辺が1.0以上であれば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束にシリコーンを付与する際に拡展性が向上することでシリコーンが均一付与することから品位が良くストランド引張強度が高い炭素繊維束が得られる。式(1)の左辺が20.0以下であれば、耐炎化工程の炉内の汚染を低減させるのに十分であり、工程通過性に優れるため品位が良い炭素繊維束が得られる。繊維束のケイ素元素の付着率は、後述の蛍光X線で測定することができる。式(1)をかかる範囲に制御するためには、シリコーンを重合する際の重合率の調整や、常圧蒸留、重合後のシリコーンに低分子量のシロキサンのオリゴマーを必要量添加することなどで達成できる。
1.0 ≦ (AB) / A × 100 ≦ 20.0 ・ ・ ・ (1)
At this time, the left side and the right side are preferably 1.5 and 13.0, respectively, more preferably 2.0 and 10.0, respectively, and further preferably 2.5 and 8.0, respectively. The formula (1) is the ratio of the silicon element adhesion rate of the fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 at the start of the flame resistance process to the silicon element adhesion rate of the fiber bundle immediately after applying the silicone-based oil agent. This means the volatility of the compound containing a silicon element in the drying step after the addition of the silicone-based oil agent. When the left side of the formula (1) is 1.0 or more, the spreadability is improved when silicone is applied to the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, and the silicone is uniformly applied, so that the quality is good and the strand tension is good. A carbon fiber bundle having high strength can be obtained. When the left side of the formula (1) is 20.0 or less, it is sufficient to reduce the contamination in the furnace in the flame resistance step, and the carbon fiber bundle having good quality can be obtained because the step passability is excellent. The adhesion rate of the silicon element in the fiber bundle can be measured by fluorescent X-rays described later. In order to control the formula (1) within such a range, it is achieved by adjusting the polymerization rate when polymerizing the silicone, atmospheric distillation, adding a required amount of a low molecular weight siloxane oligomer to the polymerized silicone, and the like. can.

次に、本発明に用いられる炭素繊維束の製造方法について説明する。 Next, a method for producing the carbon fiber bundle used in the present invention will be described.

前記したポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理した後、炭素化処理を順に行うことにより得ることができる。 It can be obtained by subjecting the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle to flame resistance treatment and then carbonization treatment in order.

ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の耐炎化処理は、密度1.28〜1.48g/cmとなるまで酸化性雰囲気下で処理をする。かかる密度は好ましくは1.30〜1.45g/cmであり、より好ましくは1.32〜1.42g/cmである。得られる耐炎化繊維束の密度は耐炎化反応の進行度合いを示す指標として一般的に用いられている。かかる密度が1.28g/cm以上であると、耐熱性の高い構造となっているため、高温で熱処理する際に分解しにくく、毛羽が抑制されるなどの工程通過性が良くなるため品位が向上する。また、1.48g/cm以下であると、続く炭素化処理の工程通過に必要以上の熱処理を行わなくて良いため、毛羽などが抑制されるため品位が向上する。ここで、酸化性雰囲気とは、酸素、二酸化窒素などの公知の酸化性物質を10質量%以上含む雰囲気のことであり、簡便性から空気雰囲気が好ましい。かかる密度は後述する方法で測定することができ、熱処理温度および熱処理時間により密度を調整できる。 The flame-resistant treatment of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is carried out in an oxidizing atmosphere until the density becomes 1.28 to 1.48 g / cm 3. The density is preferably 1.30 to 1.45 g / cm 3 , and more preferably 1.32 to 1.42 g / cm 3 . The density of the obtained flame-resistant fiber bundle is generally used as an index showing the degree of progress of the flame-resistant reaction. When the density is 1.28 g / cm 3 or more, the structure has high heat resistance, so that it is difficult to decompose when heat-treated at a high temperature, and the process passability such as suppression of fluff is improved. Is improved. Further, when the amount is 1.48 g / cm 3 or less, it is not necessary to perform more heat treatment than necessary for passing through the subsequent carbonization treatment step, so that fluff and the like are suppressed and the quality is improved. Here, the oxidizing atmosphere is an atmosphere containing 10% by mass or more of known oxidizing substances such as oxygen and nitrogen dioxide, and an air atmosphere is preferable from the viewpoint of simplicity. Such a density can be measured by a method described later, and the density can be adjusted by the heat treatment temperature and the heat treatment time.

ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の耐炎化処理の熱処理温度は、200〜300℃であり、好ましくは210〜290℃であり、より好ましくは220〜280℃であり、さらに好ましくは230〜270℃である。耐炎化処理の熱処理温度が200℃以上であれば、耐熱性の高い構造となっているため、高温で熱処理する際に分解しにくく、毛羽が抑制されるなどの工程通過性が良くなるため品位が向上する。耐炎化処理の熱処理温度が300℃以下であれば、耐炎化工程における蓄熱を制御できるため毛羽が抑制されるなどの工程通過性が良くなるため品位が向上する。熱処理温度は熱電対などにより雰囲気ガス温度を測定することで得られる。耐炎化処理の熱処理温度は、オーブンなどの熱処理装置の設定温度を変えることで容易に制御できる。 The heat treatment temperature for the flameproofing treatment of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is 200 to 300 ° C., preferably 210 to 290 ° C., more preferably 220 to 280 ° C., and further preferably 230 to 270 ° C. be. If the heat treatment temperature of the flame-resistant treatment is 200 ° C. or higher, the structure has high heat resistance, so that it is difficult to decompose during heat treatment at a high temperature, and fluff is suppressed, which improves process passability. Is improved. When the heat treatment temperature of the flame-resistant treatment is 300 ° C. or lower, the heat storage in the flame-resistant process can be controlled, and the process passability such as suppression of fluff is improved, so that the quality is improved. The heat treatment temperature can be obtained by measuring the atmospheric gas temperature with a thermocouple or the like. The heat treatment temperature of the flameproofing treatment can be easily controlled by changing the set temperature of the heat treatment apparatus such as an oven.

本発明におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束および耐炎化工程中の繊維束は、耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率をB(質量%)、耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率をC(質量%)としたとき、式(2)を満たす。 The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle and the fiber bundle in the flameproofing step in the present invention have a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 at the start of the flameproofing step, and the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle is B (mass). %), The formula (2) is satisfied when the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle whose density is increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step by the heat treatment in the flame resistance step is C (mass%).

(B−C)/B×100≦5.0 ・・・(2)
このとき、好ましくは右辺が4.5であり、より好ましくは4.0である。式(2)は耐炎化工程開始時の密度1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率に対する耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率の割合であり、密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束までのケイ素元素を含む化合物の揮発率を意味する。ここで、耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束とは耐炎化途中の繊維束のことである。したがって、式(2)は特に耐炎化工程初期のケイ素元素を含む化合物の揮発率であることから耐炎化工程の初期における汚染度合いを意味する。式(2)がかかる範囲であれば、耐炎化工程初期におけるケイ素元素を含む化合物の揮発が抑制できるため、耐炎化工程初期の汚染を低減させることができ、工程通過性に優れるため品位が良い炭素繊維束が得られる。繊維束がかかる密度であるかを確認するためには、耐炎化工程途中の繊維束をサンプリングして後述の方法で密度を測定する。繊維束のケイ素元素の付着率は、後述の蛍光X線で測定することができる。式(2)をかかる範囲に制御するためには、重合時の分子量分布制御やカラムによる精製などにより得られる特定の分子量のシリコーンを除去したシリコーンを用いることで制御できる。
(BC) / B × 100 ≦ 5.0 ・ ・ ・ (2)
At this time, the right side is preferably 4.5, and more preferably 4.0. In the formula (2), the density increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step by the heat treatment of the flame resistance step with respect to the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle having a density of 1.18 g / cm 3 at the start of the flame resistance step. It is the ratio of the adhesion rate of silicon element in the fiber bundle, and means the volatilization rate of the compound containing silicon element up to the fiber bundle whose density has increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step. Here, the fiber bundle whose density has increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step by the heat treatment in the flame resistance step is a fiber bundle in the middle of flame resistance. Therefore, the formula (2) means the degree of contamination at the initial stage of the flame resistance step because it is the volatility of the compound containing the silicon element at the initial stage of the flame resistance step. Within the range where the formula (2) is applied, the volatilization of the compound containing silicon element at the initial stage of the flame resistance process can be suppressed, so that the contamination at the initial stage of the flame resistance process can be reduced, and the quality is good because the process passability is excellent. A carbon fiber bundle is obtained. In order to confirm whether the density is such that the fiber bundle is applied, the fiber bundle in the middle of the flame resistance step is sampled and the density is measured by the method described later. The adhesion rate of the silicon element in the fiber bundle can be measured by fluorescent X-rays described later. In order to control the formula (2) within such a range, it can be controlled by using a silicone from which a specific molecular weight silicone obtained by controlling the molecular weight distribution at the time of polymerization or purification by a column has been removed.

本発明における耐炎化工程中の繊維束は、耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率をC(質量%)としたとき、式(3)を満たす。 In the fiber bundle in the flame resistance step in the present invention, the density of the fiber bundle increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step by the heat treatment in the flame resistance step, and the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle was set to C (mass%). Then, the equation (3) is satisfied.

C≧0.150 ・・・(3)
このとき、好ましくは右辺が0.160であり、より好ましくは0.170である。式(3)は密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率であり、耐炎化工程初期のケイ素元素の付着率、すなわち繊維束に残存したケイ素元素の付着率を意味する。式(3)がかかる範囲であれば、耐炎化工程初期における単繊維同士の融着を防ぐことができるため、工程通過性に優れるため品位が良い炭素繊維束が得られる。繊維束がかかる密度であるかを確認するためには、耐炎化工程途中の繊維束をサンプリングするか、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束をバッチ式のオーブンで熱処理して後述の方法で密度を測定する。繊維束のケイ素元素の付着率は、後述の蛍光X線で測定することができる。式(3)をかかる範囲に制御するためには、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束用油剤中のシリコーンの比率や濃度を制御することで制御できる。
C ≧ 0.150 ・ ・ ・ (3)
At this time, the right side is preferably 0.160, and more preferably 0.170. Equation (3) is the adhesion rate of silicon element in the fiber bundle whose density has increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance process, and the adhesion rate of silicon element in the initial stage of the flame resistance process, that is, the silicon remaining in the fiber bundle. It means the adhesion rate of elements. Within the range in which the formula (3) is applied, it is possible to prevent the single fibers from being fused to each other at the initial stage of the flame resistance process, so that a carbon fiber bundle having excellent quality can be obtained because the process passability is excellent. In order to confirm whether the density is such that the fiber bundle is applied, the fiber bundle in the middle of the flame resistance process is sampled, or the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is heat-treated in a batch oven and the density is measured by the method described later. do. The adhesion rate of the silicon element in the fiber bundle can be measured by fluorescent X-rays described later. In order to control the formula (3) within such a range, it can be controlled by controlling the ratio and concentration of silicone in the oil for polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle.

前記した耐炎化繊維束の製造方法により製造された耐炎化繊維束は、予備炭素化を行うことが好ましい。予備炭素化工程においては、得られた耐炎化繊維束を、不活性雰囲気中、最高温度500〜1200℃において、密度が1.50〜1.80g/cmになるまで熱処理することが好ましい。 The flame-resistant fiber bundle produced by the above-mentioned method for producing a flame-resistant fiber bundle is preferably precarbonized. In the pre-carbonization step, it is preferable to heat-treat the obtained flame-resistant fiber bundle in an inert atmosphere at a maximum temperature of 500 to 1200 ° C. until the density reaches 1.50 to 1.80 g / cm 3.

前記予備炭素化に引き続いて、炭素化を行う。本発明では、炭素化工程において、得られた予備炭化繊維束を不活性雰囲気中、最高温度1200〜3000℃、好ましくは1200〜1800℃、より好ましくは1200〜1600℃において熱処理する。かかる最高温度は、1200℃以上であれば、炭素繊維束中の窒素含有量が減少し、毛羽などが少なく工程通過性が良く品位が良い炭素繊維束が製造できる。かかる最高温度が3000℃以下であれば、擦過が少なくなるため毛羽が少なく、品位が良い炭素繊維束が得られる。不活性雰囲気に用いられるガスとしては、窒素、アルゴンおよびキセノンなどを例示することができ、経済的な観点からは窒素が好ましく用いられる。 Following the preliminary carbonization, carbonization is performed. In the present invention, in the carbonization step, the obtained preliminary carbonized fiber bundle is heat-treated in an inert atmosphere at a maximum temperature of 1200 to 3000 ° C., preferably 1200 to 1800 ° C., more preferably 1200 to 1600 ° C. If the maximum temperature is 1200 ° C. or higher, the nitrogen content in the carbon fiber bundle is reduced, and a carbon fiber bundle with less fluff and good process passability and good quality can be produced. When the maximum temperature is 3000 ° C. or lower, a carbon fiber bundle having less fluff and good quality can be obtained because scratching is reduced. Examples of the gas used in the inert atmosphere include nitrogen, argon and xenon, and nitrogen is preferably used from an economical point of view.

以上のようにして得られた炭素繊維束は、好ましくは酸化処理が施され、酸素含有官能基が導入される。本発明の電解表面処理については、気相酸化、液相酸化および液相電解酸化が用いられるが、品位が良く、均一処理ができるという観点から、液相電解酸化が好ましく用いられる。本発明において、液相電解酸化の方法については特に制約はなく、公知の方法で行えばよい。 The carbon fiber bundle obtained as described above is preferably subjected to an oxidation treatment, and an oxygen-containing functional group is introduced. For the electrolytic surface treatment of the present invention, vapor phase oxidation, liquid phase oxidation and liquid phase electrolytic oxidation are used, but liquid phase electrolytic oxidation is preferably used from the viewpoint of good quality and uniform treatment. In the present invention, the method of liquid phase electrolytic oxidation is not particularly limited, and a known method may be used.

かかる電解処理の後、得られた炭素繊維束に集束性を付与するため、サイジング処理をすることもできる。サイジング剤には、複合材料に使用されるマトリックス樹脂の種類に応じて、マトリックス樹脂との相溶性の良いサイジング剤を適宜選択することができる。 After such an electrolytic treatment, a sizing treatment can be performed in order to impart a focusing property to the obtained carbon fiber bundle. As the sizing agent, a sizing agent having good compatibility with the matrix resin can be appropriately selected according to the type of the matrix resin used for the composite material.

本明細書に記載の各種物性値の測定方法は以下の通りである。 The methods for measuring various physical property values described in the present specification are as follows.

<アミノ変性シリコーンの質量分率>
アミノ変性シリコーンを、エタノールアミンを添加したテトラヒドロフランを加えて室温で撹拌した後、フィルターを用いてろ過を行い、ろ液をゲル浸透クロマトグラフィーにより測定する。カラムはTSKgel GMHHR−N(φ7.8mm×30cm、東ソー製)を用いる。単分散ポリスチレンにより検量線を作成して、ポリスチレン換算の分子量分布を得る。特定の分子量のピーク面積およびすべての分子量範囲のピーク面積の比から質量分率を算出する。
<Mass fraction of amino-modified silicone>
Amino-modified silicone is stirred at room temperature by adding tetrahydrofuran added with ethanolamine, filtered using a filter, and the filtrate is measured by gel permeation chromatography. As the column, TSKgel GMH HR- N (φ7.8 mm × 30 cm, manufactured by Tosoh) is used. A calibration curve is prepared from monodisperse polystyrene to obtain a polystyrene-equivalent molecular weight distribution. The mass fraction is calculated from the ratio of the peak area of a specific molecular weight to the peak area of all molecular weight ranges.

<ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束および耐炎化繊維束の密度>
1〜3gのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束、耐炎化途中の繊維束あるいは耐炎化繊維束を採取し、120℃で2時間絶乾する。次に絶乾質量D(g)を測定した後、エタノールに含浸させて十分脱泡してから、エタノール溶媒浴中の繊維束の質量E(g)を測定し、密度=(D×ρ)/(D−E)により密度を求める。ρは測定温度でのエタノール密度である。
<Density of polyacrylonitrile-based precursor fiber bundles and flame-resistant fiber bundles>
Collect 1 to 3 g of a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, a fiber bundle in the process of being flame-resistant, or a flame-resistant fiber bundle, and dry at 120 ° C. for 2 hours. Next, the absolute dry mass D (g) is measured, then impregnated with ethanol to sufficiently defoam, and then the mass E (g) of the fiber bundle in the ethanol solvent bath is measured, and the density = (D × ρ). The density is calculated by / (DE). ρ is the ethanol density at the measured temperature.

<ケイ素元素の付着率>
シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束および耐炎化途中の繊維束0.5〜0.7gを厚み2cmの“テフロン(登録商標)”プレートに巻き、蛍光X線により、それぞれの繊維束のケイ素含有量(質量%)を繊維束のケイ素元素の付着率とする。なお、蛍光X線の測定値をそのまま用いるのではなく、Si量既知のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束から検量線を作成し、蛍光X線の測定値をSi量に換算して前記式で算出する。
<Adhesion rate of silicon element>
A fiber bundle immediately after applying a silicone-based oil agent, a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle, and a fiber bundle in the process of being made flame-resistant 0.5 to 0.7 g are wound around a 2 cm-thick "Teflon (registered trademark)" plate and fluorescent X-ray. Therefore, the silicon content (mass%) of each fiber bundle is defined as the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle. Instead of using the measured value of fluorescent X-ray as it is, a calibration curve is prepared from a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle having a known amount of Si, and the measured value of fluorescent X-ray is converted into the amount of Si and calculated by the above formula. do.

<熱処理炉内の汚染>
熱処理炉内の汚染の程度を定量的に測定するのは困難であるが、簡便的に熱処理炉内の汚染をモデル的に発生させた微粒子の生成量で評価することができる。乾燥した後のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を約1cmに切断し、直径4cmのアルミ皿に1000mg置き、アルミ皿でふたをして空気雰囲気下の熱風オーブンに入れ、250℃で2時間処理をする。処理したアルミ皿のふた内側を秤量し、処理前の質量差を計算し、微粒子生成量とする。微粒子生成量が1.5mg以上であれば汚染「あり」、1.5mg未満であれば汚染「なし」とする。
<Pollution in heat treatment furnace>
Although it is difficult to quantitatively measure the degree of contamination in the heat treatment furnace, it is possible to easily evaluate the degree of contamination in the heat treatment furnace by the amount of fine particles generated as a model. After drying, the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is cut to about 1 cm, 1000 mg is placed in an aluminum dish with a diameter of 4 cm, covered with an aluminum dish, placed in a hot air oven in an air atmosphere, and treated at 250 ° C. for 2 hours. do. The inside of the lid of the treated aluminum dish is weighed, and the mass difference before the treatment is calculated to obtain the amount of fine particles produced. If the amount of fine particles produced is 1.5 mg or more, it is considered as “presence”, and if it is less than 1.5 mg, it is considered as “absent”.

<耐炎化工程における繊維束の品位>
6000フィラメントの耐炎化繊維束を1m/分の速度で走行させながら、繊維束中の単繊維切れ(以下、毛羽と呼ぶ)および単繊維切れの集合体(以下、毛玉と呼ぶ)の個数の総和を数え、三段階評価した。評価基準は、次の通りである。なお、耐炎化繊維束が3000フィラメントの場合は毛羽・毛玉の数を1.4倍に、炭素繊維束が12000フィラメントの場合は毛羽・毛玉の数を0.7倍とすることで、評価基準を合わせることができる。なお、数値は小数点以下を四捨五入し整数とした。
・◎:繊維束600m中、1個以下
・○:繊維束600m中、2〜4個
・△:繊維束600m中、5〜30個。
<Quality of fiber bundle in flame resistance process>
The number of single fiber breaks (hereinafter referred to as fluff) and aggregates of single fiber breaks (hereinafter referred to as pills) in the fiber bundle while running the flameproof fiber bundle of 6000 filaments at a speed of 1 m / min. The total was counted and evaluated on a three-point scale. The evaluation criteria are as follows. When the flame-resistant fiber bundle is 3000 filaments, the number of fluffs and pills is increased by 1.4 times, and when the carbon fiber bundle is 12000 filaments, the number of fluffs and pills is increased by 0.7 times. Evaluation criteria can be matched. The numerical value is rounded off to the nearest whole number.
・ ◎: 1 or less in 600 m of fiber bundle ・ ○: 2 to 4 in 600 m of fiber bundle ・ Δ: 5 to 30 in 600 m of fiber bundle.

<炭素繊維束のストランド引張強度>
炭素繊維束のストランド引張強度は、JIS R7608(2004年)の樹脂含浸ストランド試験法に準拠し、次の手順に従い求める。樹脂処方としては、“セロキサイド(登録商標)”2021P(ダイセル化学工業社製)/3フッ化ホウ素モノエチルアミン(東京化成工業(株)製)/アセトン=100/3/4(質量部)を用い、硬化条件としては、常圧、温度125℃、時間30分を用いる。炭素繊維束のストランド10本を測定し、その平均値をストランド引張強度とする。
<Strand tensile strength of carbon fiber bundle>
The strand tensile strength of the carbon fiber bundle is determined according to the resin impregnated strand test method of JIS R7608 (2004) according to the following procedure. As the resin formulation, "Ceroxide (registered trademark)" 2021P (manufactured by Daicel Chemical Industry Co., Ltd.) / Boron trifluoride monoethylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) / Acetone = 100/3/4 (part by mass) is used. As the curing conditions, normal pressure, temperature 125 ° C., and time 30 minutes are used. Ten strands of the carbon fiber bundle are measured, and the average value thereof is taken as the strand tensile strength.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例における各測定方法は上述の通りである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited thereto. Each measurement method in this embodiment is as described above.

(実施例1)
アクリロニトリルとイタコン酸からなる共重合体を、ジメチルスルホキシドを溶媒として溶液重合法により重合させ、ポリアクリロニトリル系共重合体を製造して紡糸溶液を得た。得られた紡糸溶液を、紡糸口金から一旦空気中に吐出し、3℃に制御した35%ジメチルスルホキシドの水溶液からなる凝固浴に導入する乾湿式紡糸法により凝固した繊維束とした。この繊維束を、常法により30〜98℃で水洗し、その際の延伸を行った。続いて、この水浴延伸後の繊維束に対して、100g/mol以上1000g/mol未満が12.2質量%、1000g/mol以上10000g/mol以下が18.0質量%、重量平均分子量が28000g/molのアミノ変性シリコーンをノニオン系乳化剤で乳化したシリコーン系油剤を付与し、繊維束をサンプリングしてケイ素元素の付着率を測定してA(質量%)とした。このとき、ケイ素元素の付着率が0.189質量%となるように油剤の濃度を調整して付与した。その後160℃の加熱ローラーを用いて、乾燥緻密化処理を行い、単繊維本数12000本としてから、加圧スチーム下、加圧スチーム中で3.7倍延伸することにより、製糸全延伸倍率を13倍として単繊維本数12000本のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得た。得られた繊維束の密度は1.17g/cmであった。ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束のケイ素元素の付着率を測定してB(質量%)としたところ、(A−B)/A×100は10.6であった。
(Example 1)
A copolymer composed of acrylonitrile and itaconic acid was polymerized by a solution polymerization method using dimethylsulfoxide as a solvent to produce a polyacrylonitrile-based copolymer to obtain a spinning solution. The obtained spinning solution was once discharged into the air from the spinneret and introduced into a coagulation bath consisting of an aqueous solution of 35% dimethyl sulfoxide controlled at 3 ° C. to obtain a fiber bundle coagulated by a dry-wet spinning method. This fiber bundle was washed with water at 30 to 98 ° C. by a conventional method and stretched at that time. Subsequently, with respect to the fiber bundle after stretching in the water bath, 12.2% by mass is 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol, 18.0% by mass is 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less, and the weight average molecular weight is 28000 g / mol. A silicone-based oil prepared by emulsifying mol of amino-modified silicone with a nonionic emulsifier was applied, and the fiber bundle was sampled to measure the adhesion rate of the silicon element to give A (mass%). At this time, the concentration of the oil agent was adjusted and applied so that the adhesion rate of the silicon element was 0.189% by mass. After that, a drying and densifying treatment was performed using a heating roller at 160 ° C. to obtain 12,000 single fibers, and then the fibers were stretched 3.7 times in pressurized steam under pressure steam to increase the total yarn-making draw ratio to 13. As a doubling, a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle having 12,000 single fibers was obtained. The density of the obtained fiber bundle was 1.17 g / cm 3 . When the adhesion rate of the silicon element of the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle was measured and set to B (mass%), (AB) / A × 100 was 10.6.

得られたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を空気雰囲気230〜280℃のオーブン中で延伸比を1として熱処理し、密度1.38g/cmの耐炎化繊維束に転換した。このとき、耐炎化途中の繊維束をサンプリングして密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束(密度1.23g/cm)のケイ素元素の付着率を測定してC(質量%)としたところ、(B−C)/B×100は4.7、Cは0.161質量%であった。得られた耐炎化繊維束を、最高温度800℃の窒素雰囲気中において予備炭素化処理を行い、予備炭素化繊維束を得た。得られた予備炭素化繊維束を、窒素雰囲気中において最高温度1500℃で炭素化処理を行った。得られた炭素繊維束に表面処理およびサイジング剤塗布処理を行った。耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。炭素繊維束のストランド引張強度は5.4GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。 The obtained polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle was heat-treated in an oven at an air atmosphere of 230 to 280 ° C. with a draw ratio of 1, and converted into a flame-resistant fiber bundle having a density of 1.38 g / cm 3. At this time, the fiber bundle in the middle of flame resistance was sampled, and the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle (density 1.23 g / cm 3 ) whose density increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance process was measured. When C (mass%) was used, (BC) / B × 100 was 4.7 and C was 0.161% by mass. The obtained flame-resistant fiber bundle was subjected to pre-carbonization treatment in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 800 ° C. to obtain a pre-carbonized fiber bundle. The obtained preliminary carbonized fiber bundle was carbonized in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1500 ° C. The obtained carbon fiber bundle was surface-treated and sizing agent-coated. The quality of the fiber bundle in the flame resistance process was good, and no contamination in the heat treatment furnace was observed. The strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.4 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例2)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を7.5質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を16.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を42000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は10.6、(B−C)/B×100は4.7となり、耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は5.4GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。
(Example 2)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of the amino-modified silicone is 7.5 mass%, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of the amino-modified silicone is 16.0 mass%, and the weight average of the silicone. When the same as in Example 1 except that the molecular weight was set to 42000 g / mol, (AB) / A × 100 was 10.6 and (BC) / B × 100 was 4.7, which was a flame resistance step. The quality of the fiber bundle was good, and no contamination was observed in the heat treatment furnace. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.4 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例3)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を11.0質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を13.2質量%、シリコーンの重量平均分子量を27000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は12.7、(B−C)/B×100は1.8となり、耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は5.3GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。
(Example 3)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of the amino-modified silicone is 11.0 mass%, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of the amino-modified silicone is 13.2 mass%, and the weight average of the silicone. When the same as in Example 1 except that the molecular weight was set to 27,000 g / mol, (AB) / A × 100 was 12.7 and (BC) / B × 100 was 1.8, which was a flame resistance step. The quality of the fiber bundle was good, and no contamination was observed in the heat treatment furnace. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.3 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例4)
特開2004−244771号公報にならって、アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を0.5質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を14.4、シリコーンの重量平均分子量を32000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は4.2、(B−C)/B×100は4.4となり、耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は5.5GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。
(Example 4)
According to JP-A-2004-244771, the mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of amino-modified silicone is 0.5% by mass, and the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10,000 g / mol or less of amino-modified silicone. 14.4, and the weight average molecular weight of the silicone was 32000 g / mol, but the same procedure as in Example 1 was carried out. Was 4.4, and the quality of the fiber bundle in the flame resistance process was good, and no contamination in the heat treatment furnace was observed. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.5 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例5)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を0.3質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を7.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を50000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は0.5、(B−C)/B×100は4.3となり、耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は5.4GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。
(Example 5)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of the amino-modified silicone is 0.3% by mass, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of the amino-modified silicone is 7.0 mass%, and the weight average of the silicone. When the same procedure as in Example 1 was carried out except that the molecular weight was set to 50,000 g / mol, (AB) / A × 100 was 0.5 and (BC) / B × 100 was 4.3. The quality of the fiber bundle was good, and no contamination was observed in the heat treatment furnace. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.4 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例6)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を0.5質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を5.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を62000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は1.1、(B−C)/B×100は4.8となり、耐炎化工程における繊維束の品位は良く、熱処理炉内の汚染は見られなかった。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は5.3GPaと高い値が得られた。評価結果を表1に記載する。
(Example 6)
A mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of amino-modified silicone is 0.5 mass%, a mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of amino-modified silicone is 5.0 mass%, and the weight average of silicone. When the same procedure as in Example 1 was carried out except that the molecular weight was set to 62000 g / mol, (AB) / A × 100 was 1.1 and (BC) / B × 100 was 4.8. The quality of the fiber bundle was good, and no contamination was observed in the heat treatment furnace. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was as high as 5.3 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例1)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を7.2質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を38.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を26000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は7.4、(B−C)/B×100は9.1となり、耐炎化工程における繊維束の品位はやや悪化し、熱処理炉内の汚染が見られた。炭素繊維束のストランド引張強度は5.4GPaであった。評価結果を表1に記載する。
(Comparative Example 1)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of the amino-modified silicone is 7.2 mass%, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of the amino-modified silicone is 38.0 mass%, and the weight average of the silicone. When the same procedure as in Example 1 was carried out except that the molecular weight was set to 26000 g / mol, (AB) / A × 100 was 7.4 and (BC) / B × 100 was 9.1. The quality of the fiber bundle in the above was slightly deteriorated, and contamination in the heat treatment furnace was observed. The strand tensile strength of the carbon fiber bundle was 5.4 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例2)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を8.6質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を52.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を18000g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は9.0、(B−C)/B×100は11.6となり、耐炎化工程における繊維束の品位はやや悪化し、熱処理炉内の汚染が見られた。炭素繊維束のストランド引張強度は5.0GPaであった。評価結果を表1に記載する。
(Comparative Example 2)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of amino-modified silicone is 8.6 mass%, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of amino-modified silicone is 52.0 mass%, and the weight average of silicone. When the same as in Example 1 except that the molecular weight was set to 18000 g / mol, (AB) / A × 100 was 9.0 and (BC) / B × 100 was 11.6, which was a flame resistance step. The quality of the fiber bundle in the above was slightly deteriorated, and contamination in the heat treatment furnace was observed. The strand tensile strength of the carbon fiber bundle was 5.0 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例3)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を0.3質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を2.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を31200g/molにした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は0、(B−C)/B×100は1.7となり、耐炎化工程における繊維束の品位はやや悪化し、熱処理炉内の汚染は見られなかったが、炭素繊維束のストランド引張強度は4.8GPaと低下した。評価結果を表1に記載する。
(Comparative Example 3)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of the amino-modified silicone is 0.3% by mass, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of the amino-modified silicone is 2.0% by mass, and the weight average of the silicone. When the same procedure as in Example 1 was carried out except that the molecular weight was set to 31200 g / mol, (AB) / A × 100 was 0 and (BC) / B × 100 was 1.7, and the fibers in the flame resistance step were used. The quality of the bundle was slightly deteriorated, and no contamination was observed in the heat treatment furnace, but the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was reduced to 4.8 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例4)
アミノ変性シリコーンの100g/mol以上1000g/mol未満の質量分率を7.5質量%、アミノ変性シリコーンの1000g/mol以上10000g/mol以下の質量分率を20.0質量%、シリコーンの重量平均分子量を42000g/mol、シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率Aを0.142質量%にした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は4.2、(B−C)/B×100は2.9、Cが0.132質量%となり、熱処理炉内の汚染が見られなかったが、耐炎化工程における繊維束の品位は悪化した。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は4.9GPaと低下した。評価結果を表1に記載する。
(Comparative Example 4)
The mass fraction of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol of amino-modified silicone is 7.5 mass%, the mass fraction of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less of amino-modified silicone is 20.0 mass%, and the weight average of silicone. The same as in Example 1 except that the molecular weight was 42000 g / mol and the adhesion rate A of the silicon element of the fiber bundle immediately after the addition of the silicone-based oil agent was 0.142% by mass, (AB) / A × 100 was 4.2, (BC) / B × 100 was 2.9, and C was 0.132% by mass, and no contamination was observed in the heat treatment furnace, but the quality of the fiber bundle in the flame resistance process was high. It got worse. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle decreased to 4.9 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例5)
シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率Aを0.079質量%にした以外は実施例1と同様にしたところ、(A−B)/A×100は4.7、(B−C)/B×100は3.7、Cが0.079質量%となり、熱処理炉内の汚染が見られなかったが、耐炎化工程における繊維束の品位は悪化した。さらに、炭素繊維束のストランド引張強度は4.5GPaと大幅に低下した。評価結果を表1に記載する。
(Comparative Example 5)
When the same procedure as in Example 1 was carried out except that the adhesion rate A of the silicon element of the fiber bundle immediately after the addition of the silicone-based oil was set to 0.079% by mass, (AB) / A × 100 was 4.7. (BC) / B × 100 was 3.7 and C was 0.079% by mass, and no contamination was observed in the heat treatment furnace, but the quality of the fiber bundle in the flame resistance step was deteriorated. Further, the strand tensile strength of the carbon fiber bundle was significantly reduced to 4.5 GPa. The evaluation results are shown in Table 1.

(参考例1〜9)
重量平均分子量および評価方法における揮発量の差を評価するため、重量平均分子量1250〜63000g/molの単分散のポリジメチルシロキサン試薬(Alfa Aesar社製)を用いて熱重量分析装置(ブルカー・エイエックス社製、TG−DTA2000SA)および繊維束それぞれにおいて揮発量を評価した。熱重量分析装置では、サンプルパンにポリジメチルシロキサン試薬をそれぞれ10mg秤量し、室温から10℃/分で250℃まで昇温し、60分保持した後の減量率から揮発率を求めた。繊維束における評価は、それぞれのポリジメチルシロキサン試薬をノニオン系乳化剤で乳化した油剤を付与した以外は実施例1と同様にポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得て、得られたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を金枠に巻き付け、250℃の対流式オーブンで空気雰囲気下60分熱処理した。前述のケイ素元素の付着率の測定方法にしたがって蛍光X線を用いて焼成前後の繊維束のケイ素元素の付着率を測定した。焼成前のケイ素元素の付着率をa質量%、焼成後のケイ素元素の付着率をb質量%とし、繊維束の250℃における揮発率を(a−b)/a×100により求めた。表2にそれぞれの評価結果を示す。熱重量分析で評価した揮発率と比較して繊維束で評価した揮発率が著しく大きくなった。特に、分子量が2000g/mol以上と増加するにしたがってそれぞれの評価手法の差は大きくなった。以上の結果は、熱重量分析では繊維束における揮発率の挙動を正しく評価できていないことを示している。
(Reference Examples 1 to 9)
In order to evaluate the difference between the weight average molecular weight and the volatile amount in the evaluation method, a thermogravimetric analyzer (Burker AX) using a monodisperse polydimethylsiloxane reagent (manufactured by Alfa Aesar) having a weight average molecular weight of 1250 to 63000 g / mol was used. The volatilization amount was evaluated for each of TG-DTA2000SA) and fiber bundles manufactured by the company. In the thermogravimetric analyzer, 10 mg of each of the polydimethylsiloxane reagents was weighed in a sample pan, the temperature was raised from room temperature to 250 ° C. at 10 ° C./min, and the volatilization rate was determined from the weight loss rate after holding for 60 minutes. The evaluation of the fiber bundle was carried out by obtaining a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle in the same manner as in Example 1 except that an oil agent emulsified with a nonionic emulsifier was added to each polydimethylsiloxane reagent, and the obtained polyacrylonitrile-based precursor was obtained. The fiber bundle was wrapped around a metal frame and heat-treated in a convection oven at 250 ° C. for 60 minutes in an air atmosphere. The adhesion rate of silicon element in the fiber bundle before and after firing was measured using fluorescent X-rays according to the above-mentioned method for measuring the adhesion rate of silicon element. The adhesion rate of the silicon element before firing was a mass%, the adhesion rate of the silicon element after firing was b mass%, and the volatilization rate of the fiber bundle at 250 ° C. was determined by (ab) / a × 100. Table 2 shows the results of each evaluation. The volatility evaluated by the fiber bundle was significantly larger than the volatility evaluated by thermogravimetric analysis. In particular, as the molecular weight increased to 2000 g / mol or more, the difference between the respective evaluation methods increased. The above results indicate that the thermogravimetric analysis could not correctly evaluate the behavior of the volatility in the fiber bundle.

Figure 2021123812
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Claims (4)

繊維束にシリコーン系油剤を付与した後、乾燥させて得られる密度1.15〜1.18g/cmのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を、密度1.28〜1.48g/cmとなるまで200〜300℃の酸化性雰囲気下で熱処理する耐炎化工程により耐炎化繊維束を得た後に、不活性雰囲気中で1200〜3000℃で熱処理する炭素化工程により炭素繊維束を得る炭素繊維束の製造方法において、シリコーン系油剤を付与した直後の繊維束のケイ素元素の付着率をA(質量%)、耐炎化工程開始時の密度1.15〜1.18g/cmの繊維束のケイ素元素の付着率をB(質量%)、耐炎化工程の熱処理により密度が耐炎化工程開始時から0.06g/cm増加した繊維束のケイ素元素の付着率をC(質量%)としたとき、式(1)〜(3)を満たす炭素繊維束の製造方法。
1.0≦(A−B)/A×100≦20.0 ・・・(1)
(B−C)/B×100≦5.0 ・・・(2)
C≧0.150 ・・・(3)
After applying a silicone-based oil agent to the fiber bundle, a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle density 1.15~1.18g / cm 3 obtained by drying, a density 1.28~1.48g / cm 3 After obtaining a flame-resistant fiber bundle by a flame-resistant step of heat-treating in an oxidizing atmosphere of 200 to 300 ° C., a carbon fiber bundle is obtained by a carbonization step of heat-treating at 1200 to 3000 ° C. in an inert atmosphere. In the production method of, the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle immediately after applying the silicone-based oil is A (mass%), and the silicon of the fiber bundle having a density of 1.15 to 1.18 g / cm 3 at the start of the flame resistance process. When the adhesion rate of the element is B (mass%) and the adhesion rate of the silicon element of the fiber bundle whose density is increased by 0.06 g / cm 3 from the start of the flame resistance step by the heat treatment of the flame resistance step is C (mass%). , A method for producing a carbon fiber bundle satisfying the formulas (1) to (3).
1.0 ≦ (AB) / A × 100 ≦ 20.0 ・ ・ ・ (1)
(BC) / B × 100 ≦ 5.0 ・ ・ ・ (2)
C ≧ 0.150 ・ ・ ・ (3)
前記シリコーン系油剤中のシリコーンが分子量100g/mol以上1000g/mol未満の分子を1.0〜10.0質量%かつ1000g/mol以上10000g/mol以下の分子を1.0〜19.0質量%含む請求項1に記載の炭素繊維束の製造方法。 1.0 to 10.0% by mass of molecules in the silicone-based oil having a molecular weight of 100 g / mol or more and less than 1000 g / mol and 1.0 to 19.0% by mass of molecules having a molecular weight of 1000 g / mol or more and 10000 g / mol or less. The method for producing a carbon fiber bundle according to claim 1, which comprises. 前記シリコーン系油剤中のシリコーンの重量平均分子量が20000〜100000g/molである請求項1または2に記載の炭素繊維束の製造方法。 The method for producing a carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the weight average molecular weight of the silicone in the silicone-based oil is 20000 to 100,000 g / mol. 前記シリコーン系油剤中のシリコーンがアミノ変性シリコーンを含む請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維束の製造方法。 The method for producing a carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicone in the silicone-based oil contains an amino-modified silicone.
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