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JPS5982421A - 炭素繊維の製法 - Google Patents

炭素繊維の製法

Info

Publication number
JPS5982421A
JPS5982421A JP57193696A JP19369682A JPS5982421A JP S5982421 A JPS5982421 A JP S5982421A JP 57193696 A JP57193696 A JP 57193696A JP 19369682 A JP19369682 A JP 19369682A JP S5982421 A JPS5982421 A JP S5982421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acrylonitrile
carbon fibers
yarns
cooh groups
carbon fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP57193696A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6218646B2 (ja
Inventor
Takeji Otani
大谷 武治
Takashi Fushiie
節家 孝志
Tadao Kobayashi
忠男 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP57193696A priority Critical patent/JPS5982421A/ja
Publication of JPS5982421A publication Critical patent/JPS5982421A/ja
Priority to US06/679,114 priority patent/US4661572A/en
Publication of JPS6218646B2 publication Critical patent/JPS6218646B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/42Nitriles
    • C08F220/44Acrylonitrile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/44Preparation of metal salts or ammonium salts

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高性能炭素繊維の製造法に関するものであり、
とくに炭素繊維の強度低下の原因となる糸欠陥発生因子
であり、耐熱安定性低下の因子となる金属を実質的に含
まない炭素繊維を、特定構造のアクリル系繊維プレカー
サーから焼成して製造する方法に関するものである。
炭素繊維はガラス繊維等の他の補強用繊維に較べて軽く
、強度、弾性率等の特性が高くバランスのとれた補強材
として注目を集め、ゴルフシャフトや釣享、ラケットフ
レームなどのス月ミ一ツ、レジャー分野を中心にその利
用拡大が図られてきたがその製造コストの低減と共に、
航空機や宇宙産業分野の利用拡大が本格化ずろ時代が到
来した。このような産業分野で炭素繊維を使用してゆ(
ためには高性能であるということだけではなく、その材
量の信ね性が強く要求されるところである。
このような観点より従来から、種々の炭素繊維の開発か
なされてきたが炭素繊維の糸欠陥の原因や、その熱安定
性低下の原因の解析も急速に進歩し、金属とくにアルカ
リ金属を含む炭素繊維は信頼性の高いものとすることが
極めて離しいものであることが判明してきた。
そこで本発明者等は金属を実質的に含まなし・炭素繊維
を製造する方法について検討した結果、カルボキシル基
を特定量含み、かつ、このカルボキシル基がアンモニウ
ムイオンで置換されたアクリル系プレカーサーを用いる
ことによってその目的を達成しうろことを見出し本発明
を完成した。
本発明の要旨とするところはアクリロニトリル95重量
9c以上とカルボキシル基含有単量体05〜3重量%を
必須成分とし、かつ該カルボキシル基の20%以上がア
ンモニウムイオンにて置換された実質的に金属不含のア
クリロニトリル系重合体を紡糸して得た繊維を焼成する
ことを特徴とする炭素繊維の製造方法にある。
本発明を実施するに際して用いるアクリロニトリル系重
合体とはアクリロニトリルの重合量が95皿量%以上で
あることが必要であり、アクリロニトリルの重合量が9
5重量%未満の重合体からは炭素繊維の性能を支配する
良好なフィブリル構造を有するアクリル系繊維グレカー
サーを作ることはできず高性能炭素繊維を作ることがで
きない。
またコモノマーとしてカルボキシル基含有単量体が0.
5〜3重量%なる割合で共重合させることが、得られる
アクリル系繊維プレカーサーの短時間焼成による高性能
、高弾性炭素繊維の製造に必要である。これらカルボキ
シル基含有単量体の例としては、例えばアクリル酸、メ
タクリル酸、イタコン酸、クロト/酸、マレイン酸、メ
サコン酸、シトラコン酸等を挙げろことができる。
アクリロニトリル系重合体に共重合されたカルボキシル
基は、その20%以上がアンモニウムイオンにて置換さ
れていることが必要であり、この置換率が20%未満の
重合体は、その重合工程、紡糸、延伸工程程でアクリロ
ニトリル系重合体中に金属類、とくにアルカリ金属類を
取り込み易く、このため実質的に金属を含まない高性能
炭素繊維を作ることはできなくなる。
カルボキシル基の20%以上がアンモニウムイオンにて
置換された本発明で用いるアクリロニトリル系重合体は
、コモノマーとして用いる不飽和カルボン酸類として、
予め、不飽和カルボン酸アンモニウム塩として用いる方
法や重合触媒として過硫酸アンモン、亜硫酸アンモン系
重合触媒を用いる方法やアクリロニトリル系繊維を酸処
理后、アンモニア水溶液で処理する方法$9こよって作
ることができる。
本発明で用いるアクリロニ) IJル系重合体には2〜
45重量%の割合で他のコモノマー、例えばアリルアル
コール、メタリルアルコール、オキシエチルアクリロニ
トリル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メ
チルメタクリレート、エチルメタクリレート、アクリル
アミド、メタクリルアミド、Nメチロールアクリルアミ
ド、ジメチルアミド、エチルアクリルアミド又はメタク
リルアミド、アリルクロライド等を挙げることができ、
これらのコモノマー類は目的に応じ適宜組合せて共重合
せしめるのが好しい。
以述の如(して得たアンモニウムイオン含有アクリロニ
トリル系重合体は溶剤としてジメチルホルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、ジメチルスルオキ7ド、γ−ブチ
ロラクト/、ロダンアンモン、硝酸などの金属を実質的
に含まない溶剤に溶解して紡糸原液となし、これを乾式
紡糸法、湿式紡糸法、乾−湿式紡糸法にて紡糸し、延伸
、洗浄することによって本発明で用いるアクリロニトリ
ル系繊維プレカーサーとするのである。
かくの如(して得たアクリロニトリル系繊維プレカーサ
ーは、酸化性雰囲気下200〜400℃で熱処理するこ
とによって耐炎化系とした后600〜1500℃非酸化
雰囲気下で熱処理することによって炭素繊維となし、必
要に応じ3000℃以下の不活性雰囲気下で黒鉛化処理
を施す。かくの如く得られた炭素繊維は実質的に金属不
含の炭素繊維であり、かつ、強度、弾性率が高(、かつ
糸欠陥のない均一な特性を発揮しうろ炭素繊維とするこ
とができるのである。
以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 酸化剤として過硫酸アンモニウム、還元剤として亜硫酸
及びF’H調整剤として炭酸アンモニウムを用いて、水
系懸濁重合法により組成がアクリロニトリル(AN )
 98wt%及びメタクリル酸(MA、A ) 2 w
t%のAN系共重合体(1)を調整した。
第1表に重合体の品質を示す。
第1表 (1)  アルカリ金属イオン含有量の測定は通常の原
子吸光法による。
(2)  アンモニウムイオン置換量の測定は滴定法と
熱分解ガスクロの両者から行なった。
重合体(1)をジメチルホルムアミドに溶解して重合体
温度26wt%の紡糸原液を調整し、孔径0、】5・閣
φ孔数2000の紡糸ノズルより一旦、空気中に吐出し
、5諭走行させたのち、ついで30℃に保持されたジメ
チルホルムアミド75 wt%水溶液に導℃・て凝固せ
しめ20m/分の速度でひき取り、引き続き連続的に潜
水中で洗浄しながら6倍延伸し、油剤を付与し、表面温
度130℃の熱ロールで乾燥緻密化して捲きとり、単繊
維デニール1.5dのプレカーサーを得た。
空−気中230℃〜270℃の温度で4炎化したのち、
N2気流中600℃〜1250℃の昇温勾配を適用して
炭素化処理を行なった。
得られた炭素繊維の単繊維性能を第2表に示す。
第2表 尚単繊維引張り試験は、試技5祁、100本の測定によ
る。
実施例2 実施例1の共重合体を炭酸ナトリウム水溶液及びアンモ
ニア水浴液でそれぞれ処理し、ついで水洗、乾燥するこ
とにより、アンモニウムイオン置換率、異なる重合体を
得た。その効果を第3表に示す。
第  3 表 上記各重合体から実施例1と同様に紡糸を行なって・、
プレカーサーとなし、ついで焼成して、炭素繊維となし
、更にN2流中2600℃まで熱処理を行なって黒鉛繊
維を調製した。
各重合体に対応する炭素繊維及び黒鉛繊維の性能をスト
ランドで測定した。結果を第4表に示す。
第4表 ストランド性能の測定はJ Is 1(−7601(炭
素繊維試験方法)試長200咽による。
第4表から明らかなように特に黒鉛繊維の強度に対する
本発明の効果は顕著である。
特許出願人 三菱レイヨン株式会社 代理人弁理士    1)村 武 敏 手続補正v4′(方式) 昭和58年3月3日 特許庁長官若杉和夫殿 1、事件の表示 昭和57年特許願第193696号 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 昭和58年2月22日付発送 (MAA) 2 wt%のハ系共重合体(1)を調整し
た。
第1表に重合体の品質を示す。
第  1  表 (1)  アルカリ金属イオン含有量の測定は通常の原
子吸光法による。
(2)  アンモニウムイオン置換禁の測定は滴定法と
熱分解2fスクロの両者から行なった。
重合体(1)をジメチルホルムアミドに溶解して重合体
温度26wt%の紡糸原液を調整し、孔径0.15閣φ
孔数2000の紡糸ノズルより一旦、空気中に吐出し、
5調走行させたのち、ついで30℃に保持されたジメチ
ルホルムアミド75wt%水溶液に導いて凝固せしめ2
0m/分の速度でひき取シ、引き続き連続的に潜水中で
洗浄しながら6倍延伸し、油剤を付与し、表面温度13
0℃の熱ロールで乾燥緻密化して捲きとυ、単繊維デニ
ール1.5dのグレーカーサ−を得た。
空気中230℃〜270℃の温度で耐炎化したのち、N
2気流中600℃〜1250℃の昇温勾配を適用して炭
素化処理を行なった。
得られた炭素繊維の単繊維性能を第2表に示す。
第   2   表 尚単繊維引張り試験は、試技5m、100本の測定によ
る。
実施例2 実施例1の共重合体を炭酸ナトリウム水溶液及びアンモ
ニア水溶液でそれぞれ処理し、ついで水洗、乾燥するこ
とによシ、アンモニウムイオン置換率、異なる重合体を
得た。その効果を第3表に示す。
第3表 上記各重合体から実施例1と同様に紡糸を行なって、シ
ンカー丈−となし、ついで焼成して、炭素繊維となし、
更にN2流中2600℃まで熱処理を行なって黒鉛繊維
を調製した。
各重合体に対応する炭素繊維及び黒鉛繊維の性能をスト
ランドで測定した。結果を第4表に示す。
第4表 ストランド性能の測定はJIS R−7601(炭素繊
維試験方法)試技200叫による。
第4表から明らかなように特に黒鉛繊維の強度に対する
本発明の効果は顕著である。
特許出願人 三菱レイヨン株式会社 代理人弁理士 1) 村  武  敏

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 アクリロニトリル95wt%以上及びカルボキン
    ル基含有単量体05〜3wt%を必須成分とする共重合
    体からなり、しかも該カルボキシル基の加%以上がアン
    モニウムイオンで置換されたアクリロニ) IJル系共
    重合体を紡糸して得た繊維を焼成することを特徴とする
    炭素繊維の製法。
JP57193696A 1982-11-04 1982-11-04 炭素繊維の製法 Granted JPS5982421A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57193696A JPS5982421A (ja) 1982-11-04 1982-11-04 炭素繊維の製法
US06/679,114 US4661572A (en) 1982-11-04 1984-12-06 Process for producing acrylonitrile-based precursors for carbon fibers

Applications Claiming Priority (1)

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JP57193696A JPS5982421A (ja) 1982-11-04 1982-11-04 炭素繊維の製法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5982421A true JPS5982421A (ja) 1984-05-12
JPS6218646B2 JPS6218646B2 (ja) 1987-04-23

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ID=16312255

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