JP4723710B2 - Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber - Google Patents
Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber Download PDFInfo
- Publication number
- JP4723710B2 JP4723710B2 JP2000236616A JP2000236616A JP4723710B2 JP 4723710 B2 JP4723710 B2 JP 4723710B2 JP 2000236616 A JP2000236616 A JP 2000236616A JP 2000236616 A JP2000236616 A JP 2000236616A JP 4723710 B2 JP4723710 B2 JP 4723710B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acrylonitrile
- cylinder
- polymer
- rotor
- producing
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Accessories For Mixers (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重合体溶液の製造方法に関し、特に、重合体が溶媒に均一に溶解され、ゲル生成のないアクリロニトリル系紡糸原液の製造方法に関するものである。更に本発明は、前記方法を用いたアクリロニトリル系繊維の製造方法、及び同アクリロニトリル系繊維を前駆体とする炭素繊維の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、アクリロニトリル系紡糸原液の製造方法としては、二重管式熱交換器や多管式熱
交換器を用いて、それら熱交換器のジャケットに加熱媒体を通し、アクリロニトリル系重合体と溶媒との混合液を加熱して、前記重合体を前記溶媒に溶解する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来技術においては、管径方向で温度斑が生じ、アクリロニトリル系重合体及びその溶媒を均一に加熱することができないため、前記アクリロニトリル系重合体を均一に溶解させることが困難である。更には、前記アクリロニトリル系重合体を前記溶媒に完全に溶解させるためには加熱時間を長くとる必要があり、前記重合体及びその溶媒は長時間の熱履歴を受けるため、得られた紡糸原液に品質の劣化を生じるおそれもある。それを避けるべく加熱時間を短縮するために高温で加熱すると、重合体及びその溶媒が管壁近傍において局部的に過熱され、紡糸原液の品質劣化が生じるという問題点があった。
【0004】
また、アクリロニトリル系重合体の溶媒への溶解工程において、前記重合体の不均一溶解により生じる未溶解物や、局部過熱による劣化物の発生に起因して、紡糸原液の濾過工程におけるフィルター寿命が短命化したり、製糸工程での糸切れが発生するなどの問題や、更には繊維欠陥やそれに伴う物性低下という問題も生じている。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決すべくなされたものであり、その目的は、アクリロニトリル系重合体を溶媒に対して均一に且つ効率的に溶解でき、しかも高品質な紡糸原液を製造することのできる重合体溶液の製造装置を使った、高品質のアクリロニトリル系重合体溶液の製造方法と、紡糸製に優れ繊維に欠陥のない高品質な炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法と、高強度及び高弾性率を有する高性能な炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明者等が、アクリロニトリル系重合体をその溶媒に対して均一に且つ劣化させることなく溶解することが可能である溶解方法を提供すべく多面的に検討した結果、以下の本発明を完成するに至った。
【0007】
即ち、本件請求項1に係る発明は、定量の重合体とその溶媒との混合液が導入される導入口、及び製造された重合体溶液を導出する導出口を備えたシリンダと、前記シリンダ内に回転可能に配された柱状のロータとを備え、前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間隙が5〜50mmである前記重合体の溶解室を構成してなり、前記シリンダの内周面には多数のピン部材が突設されると共に、前記ロータの外周面には前記シリンダの前記ピン部材と干渉しない位置で間隔を2〜50mmとした多数のピン部材が突設されてなり、前記ピン部材は溶解室の前記間隙の50〜90%の突出長さをもち、前記導入口が前記シリンダの下部に、前記導出口が前記シリンダの上部に形成され、前記シリンダ及び前記ロータの少なくともいずれかに、前記溶解室を加熱・冷却するための加熱・冷却手段を備えてなる重合体溶液の製造装置に、アクリロニトリル系重合体とその溶媒との混合液を定量供給し、ロータを回転させることにより、前記混合液を均一分散及びせん断力に伴う発熱により均一に溶解させることを特徴とするアクリロニトリル系紡糸原液の製造方法である。
【0008】
上記装置を用いて重合体溶液を製造する際、先ず、前記導入口から重合体とその溶媒との混合液が溶解室に定量導入される。このとき、前記シリンダ内にてロータが回転しており、溶解室に導入された混合液はシリンダ内周面のピン部材と前記ロータ外周面のピン部材とにより、重合体及び溶媒が均一に混合され、同時にシリンダ及びロータの多数のピン部材の間にて前記重合体にせん断力が作用する。このせん断力とそれに伴う発熱とにより、前記重合体が均一に分散されると共に、前記溶媒に対して効率よく溶解される。
【0009】
前記導入口をシリンダの下部に、前記導出口をシリンダの上部に設けて、重合体と溶媒との混合液の流動方向を反重力方向として、その導入圧力及び流量を制御することにより、前記混合液の前記溶解室内における流速が正確に且つ容易に制御されるようになる。その結果、シリンダ下部の前記導入口から供給された前記混合液は、溶解室内を流動してシリンダ上部の導出口へと達する間に、ピン部材により十分に分散され、均一に溶解される。
【0010】
前記重合体及び溶媒の混合液は上述したようにせん断力に伴う発熱により加熱されるが、このときの混合液の温度が溶解に適した温度よりも低い場合には、前記混合液を所望の温度まで昇温させ、効率的な溶解を可能にする。一方、せん断力に伴う発熱により混合液の温度が溶解に適した温度よりも高くなってしまった場合には、同混合液を冷却することにより、得られる重合体溶液の過熱による劣化が防止される。こうして、正確でかつきめ細かな温度制御が可能となる。
【0011】
更に、重合体と溶媒との混合液に対して、前記重合体の分散及び溶解に必要なせん断力とそれに伴い発生する熱とを与えるためには、溶解室の間隙、即ち、シリンダ内周面とロータ外周面との間隔は5〜50mmであることが好ましく、更にシリンダ内周面に突設されたピン部材と、ロータ外周面に突設されたピン部材との間隔は2〜50mm、前記ピン部材の突出長さは溶解室間隙の50〜90%であることが好ましい。また、前記ピン部材の断面形状は多角形や円形などが挙げられるが、ピン部材の周囲での滞留部を少なくするためには、前記ピン部材の断面形状は円形とすることが望ましい。
【0012】
上述したせん断力及びそれに伴う発熱を利用した重合体溶液の製造装置を用いることにより、アクリロニトリル系重合体をその溶媒に対して均一に溶解させることができる。このせん断力を利用した溶解方法により得られたアクリロニトリル系の紡糸原液は高品質なものであり、炭素繊維にしたときも容易に高強度と高弾性率を発現し得るものであり、しかも経済性にも優れた方法である。
【0013】
更に、上記装置が溶解室の加熱・冷却手段を備えている場合には、せん断力に伴う発熱が少ない場合には、溶解に適した所望の温度まで混合液を加熱したり、或いはせん断力に伴う発熱が大きい場合には、前記所望の温度まで冷却して過熱を防止することができるため、得られる重合体溶液は溶解が不十分であったり、過熱により劣化することいった問題は生じない。
【0014】
なお、本発明のアクリロニトリル系重合体の重合方法は溶液重合、懸濁重合等公知の方法の何れも採用することができる。また、本発明におけるアクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルが100%の重合体、更に第2成分、第3成分等を共重合させた重合体などを用いることができる。これらの共重合成分としてはアクリロニトリルと共重合可能な公知のモノマーを用いることができる。具体的には酢酸ビニル、アクリルアミド、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、などである。また、共重合量はアクリル繊維としての性能を損なわない程度であることが好ましく、具体的には約20重量%以下であることが好ましい。特に、炭素繊維用前駆体繊維用のアクリロニトリル系重合体である場合には、共重合成分は少ない方が好ましく、5重量%以下であることが好ましい。
【0015】
重合された重合体からは、未反応モノマーや重合触媒残渣、その他の不純物を極力除くことが好ましい。また、炭素繊維の前駆体繊維を紡糸する際の延伸性や炭素繊維の性能発現性等の点から、共重合体の重合度は極限粘度数[η]が1.0以上、特に1.4以上が好ましい。なお、通常は極限粘度数[η]が2.0以下のものが用いられる。
【0016】
紡糸原液の溶媒としては、アクリロニトリル系重合体を溶解する溶剤であって、有機溶媒(例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド、ジメチルアセトアミドなど)や、無機溶媒(例えば、塩化亜鉛、ロダン塩、硝酸など)が挙げられる。なかでも特にジメチルアセトアミドを採用することが好ましい。
【0017】
紡糸したときに緻密な凝固糸を得るためには、紡糸原液としてある程度以上の重合体濃度を有する、重合体と溶媒との混合液を使用することが好ましく、アクリロニトリル系重合体の濃度としては17重量%、さらに好ましくは19重量%である。また、通常は重合体濃度は25重量%以下であることが好ましい。
【0018】
更に、本件請求項2に係る発明は、上記導出口における紡糸原液の温度を50〜65℃の範囲に設定することを特徴としている。
前記導出口における紡糸原液の温度を50〜65℃の範囲に設定すれば、加熱による紡糸原液の劣化を防止することができる。
【0019】
本件請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の製造方法によって製造されたアクリロニトリル系紡糸原液を紡糸することを特徴とするアクリロニトリル系繊維の製造方法である。
上述の方法により製造された紡糸原液は、アクリロニトリル系重合体が溶媒に均一に且つ十分に溶解されているため、紡糸の際にノズルのつまりや、糸切れ等のトラブルも発生せず、効率良く紡糸がなされると共に、繊度の小さい繊維が得られる。また、得られたアクリロニトリル系繊維も、その長さ方向や単繊維間での品質が均一であり、十分な強度を備えたものである。
【0020】
本件請求項4に係る発明は、請求項3記載の製造方法によって製造されたアクリロニトリル系繊維を焼成することを特徴とする炭素繊維の製造方法である。
上記製造方法により得られたアクリロニトリル系繊維は炭素繊維の前駆体繊維として好適なものであり、同繊維を前駆体繊維として製造される炭素繊維は、高強度及び高弾性率を有する高性能なものとなる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、アクリロニトリル系紡糸原液を製造する際に好適に用いられる本発明に適用される重合体溶液の製造装置1の好適な一例を示す図である。
【0022】
前記重合体溶液の製造装置1は、円筒状のシリンダ2を有し、同シリンダ2の内部には円柱状のロータ3が、その軸心を前記シリンダ2の軸心に一致させ、高速回転可能に収納されている。前記シリンダ2の下部中央には、定量ポンプPから送られてくる重合体とその溶媒との混合液をシリンダ2内に供給するための導入口4が形成されていると共に、同シリンダ2の上部には得られた重合体溶液の導出口5が形成されている。
【0023】
前記シリンダ2とロータ3との間の間隙6は、前記重合体と溶媒との混合液の溶解室6を構成している。前記シリンダ2の内周面には円柱状の多数のピン部材7が前記シリンダ2の径方向に水平に突設されている。また、前記ロータ3の外周面にも前記シリンダ2のピン部材7と干渉しない位置に円柱状の多数のピン部材8が前記ロータ3の径方向に水平に突設されている。
【0024】
本実施例では前記ピン部材7,8は円柱状であるが、断面多角形の角柱状であってもよい。但し、前記ピン部材7,8の近傍での滞留部を少なくするためには、前記ピン部材7
,8の断面形状は円形であることが望ましい。また、図1では前記ピン部材7,8は突出方向に均一な断面積を有しているが、突出方向の断面積を漸減させる錘形状とすることもできる。
【0025】
更に本実施例では、同一の円周上に配された前記ピン部材7,8は、同円周を含む平面に対して径方向に突設させているが、周方向と所望の角度を持たせて斜めに突出させることもできる。また、前記ピン部材7,8を水平に突設しているが、両ピン部材7,8が互いに干渉しないように同一の斜め上方又は下方に傾斜させて突設することもできる。
【0026】
更に、前記シリンダ2の周壁部の内部は加熱・冷却流体の流路2aとなっており、また前記ロータ3の内部にも同じく、加熱・冷却流体の流路3aが形成されており、前記溶解室6を構成する周壁面を、所望の温度に制御することが可能となっている。
【0027】
前記重合体溶液の製造装置1の前記導入口4から定量ポンプPにより定量供給された重合体とその溶媒との混合液は、前記溶解室6内へと導入される。前記混合液は前記溶解室6内を上方へ向けて螺旋状に流れ、シリンダ上部に形成されている導出口5から導出される。前記溶解室6内では、前記ロータ3が回転しており、前記シリンダ2のピン部材7と前記ロータ3のピン部材8とにより前記混合液が攪拌されて前記重合体がその溶媒に対して均一に分散される。更に、前記重合体は、前記ピン部材7,8の間でのせん断力とそれに伴う発熱とによって前記溶媒に均一に溶解される。
【0028】
また、前記シリンダ2及びロータ3のそれぞれの加熱・冷却流体流路2a,3aに所定の温度に制御された流体を、所定の流量で供給して、溶解室6内の混合液を所望の温度に制御すると共に、前記導出口5から導出される重合体溶液の温度を制御している。例えば、アクリロニトリル系の紡糸原液を製造する場合には、前記導出口5から導出される原液の温度を、ゲル化し難い温度、具体的には50〜65℃の範囲、好ましくは55〜65℃の範囲に制御する。
【0029】
前記ロータ3の周速は、前記混合液の溶解室6での滞在時間にもよるが、せん断力に伴う発熱が過剰となるのを抑えるため、前記軸回転速度は10m/s以下とすることが適当である。なお、前記溶解室6内を移動する混合液に作用するせん断力を徐々に増加、あるいは減少させたい場合には、シリンダ2及びロータ3を円錐形状として、ロータ3の周速を増減させることができる。
【0030】
重合体とその溶媒との混合液に対して、分散・溶解に必要なせん断力と熱とを与えるためには、前記溶解室6の間隙、即ち、前記シリンダ2の内周面とロータ3の外周面との間隔を5〜50mmとすることが好ましく、また、前記溶解室6内のピン部材7,8の間隔を2〜50mm、ピン部材7,8の突出長さを前記溶解室6間隙の50〜90%とすることが好ましい。
【0031】
なお、同図1に示す重合体溶液の製造装置は、シリンダ2内にロータ3が同軸で収納されているが、シリンダ2とロータ3の軸を互いにずらして、前記シリンダ2内にロータ3を収納することもできる。更には、前記ロータ3を同ロータ3の軸を中心として回動させると共に、前記シリンダ2の軸を中心とした円形の軌跡に沿って前記軸を回動させることもできる。
【0032】
以下、本発明について具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、以下の実施例及び比較例における各種試験は以下の通りである。
(イ)「濾過昇圧試験」
紡糸原液中の未溶解物やゲル成分の捕集量を、300μmフィルターで濾過した後、5
μmフィルターで定量濾過し、5μmフィルターによる濾過の前後の差圧で測定した。
(ロ)「落球速度」
紡糸原液をそれぞれ30日間、85℃及び30℃に保持した後、前記紡糸原液中に6.4mm径の鋼球を入れ、鋼球の落下速度を測定した。
測定距離:100mm
(ハ)「炭素繊維のストランド強度」
JIS−7601に記載の方法に準じて測定した。
【0033】
「実施例1」
アクリロニトリル96.6%、メタクリル酸0.8%、アクリルアマイド2.6%で共重合したアクリロニトリル系重合体と、ジメチルアセトアミド溶媒との混合液(重合体濃度21.2%、温度10℃)を定量ポンプで図1に示す重合体溶液製造装置に定量供給し、前記重合体を前記溶媒に溶解した。前記重合体溶液製造装置の溶解室6の間隙は15mmであり、直径が10mm、突出長さが10mmのピン部材を、ロータ外周面に5列3段、シリンダ内周面に5列4段で配列している。前記ロータ3の周速は4.4m/sとし、前記混合液の溶解室6内での滞在時間を6分として前記製造装置により溶解処理し、導出口5での重合体溶液の温度が65℃である透明な紡糸原液を得た。
【0034】
この紡糸原液を孔径0.075mm、口数3000の口金を用いて、濃度67%、温度38℃のジメチルアセトアミド水溶液内に吐出し、凝固糸を得た。さらにこの凝固糸を延伸しながら洗浄・脱溶剤した後、油剤を付与し、乾燥緻密化させた後、更に水蒸気中で延伸して単糸繊度が1.2dtexの前駆体繊維を得た。
この前駆体繊維を225℃〜260℃の温度で耐炎化し、引き続き窒素雰囲気下で最高温度1300℃で炭素化して炭素繊維ストランドを得た。
【0035】
この場合の紡糸原液の濾過昇圧試験、ゲル化試験結果と炭素繊維ストランド強度は表1に示す通りであった。
【0036】
「比較例1」
実施例と同一の重合体と溶媒との混合液を、従来の二重管式熱交換器を使用して、熱交換器での滞在時間を6.8分、熱媒温度を110℃として溶解させたところ、熱交換器の出口での重合体溶液の温度が80℃である紡糸原液を得た。この紡糸原液について実施例と同様の方法により単糸繊度が1.2dtexの前駆体繊維を得た。さらに実施例と同様に焼成して炭素繊維ストランドを得た。
【0037】
この比較例による紡糸原液の濾過昇圧試験、ゲル化試験結果と炭素繊維ストランド強度は表1に示す通りであった。
【0038】
【表1】
【0039】
上述した実施例及び比較例からも明らかなように、本発明によれば、低温で均一に溶解することができるため、炭素繊維にしたときも容易に高強度と高弾性率を発現し得る炭素
繊維用アクリロニトリル系紡糸原液を、経済性にも優れた方法により製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好適な実施形態による重合体溶液の製造装置の半部を切開して示す正面図である。
【符号の説明】
1 重合体溶液の製造装置
2 シリンダ
2a 加熱・冷却流体の流路
3 ロータ
3a 加熱・冷却流体の流路
4 導入口
5 導出口
6 溶解室
7 (シリンダ内周面の)ピン部材
8 (ロータ外周面の)ピン部材
P 定量ポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a polymer solution, and more particularly to a method for producing an acrylonitrile-based spinning stock solution in which a polymer is uniformly dissolved in a solvent and no gel is formed. The present invention relates to a method of producing A acrylonitrile-based fibers with the said method, and a method for manufacturing a carbon fiber precursor of the same acrylonitrile-based fibers.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for producing an acrylonitrile-based spinning dope, a double-pipe heat exchanger or a multi-tube heat exchanger is used, and a heating medium is passed through the jackets of these heat exchangers, and the acrylonitrile-based polymer and the solvent are mixed. A method is known in which a liquid mixture is heated to dissolve the polymer in the solvent.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such prior art, temperature spots occur in the tube diameter direction, and the acrylonitrile polymer and its solvent cannot be heated uniformly, so that it is difficult to uniformly dissolve the acrylonitrile polymer. Furthermore, in order to completely dissolve the acrylonitrile-based polymer in the solvent, it is necessary to take a long heating time. Since the polymer and the solvent receive a long heat history, the obtained spinning dope There is also a risk of quality degradation. When heating at a high temperature to shorten the heating time to avoid this, there is a problem that the polymer and its solvent are locally heated in the vicinity of the tube wall, resulting in deterioration of the quality of the spinning dope.
[0004]
In addition, in the process of dissolving acrylonitrile-based polymer in the solvent, the filter life in the process of filtering the spinning dope is short-lived due to the generation of undissolved products caused by non-uniform dissolution of the polymer and degradation products due to local overheating. There are also problems such as the occurrence of yarn breakage in the yarn making process, and fiber defects and associated physical property degradation.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to uniformly and efficiently dissolve an acrylonitrile polymer in a solvent and to produce a high-quality spinning dope. High-quality acrylonitrile-based polymer solution manufacturing method using polymer solution manufacturing equipment , high-quality acrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber, excellent in spinning and no fiber defects, and high strength Another object of the present invention is to provide a method for producing a high-performance carbon fiber having a high elastic modulus .
[0006]
[Means for solving the problems and effects]
As a result of various investigations by the present inventors to provide a dissolution method capable of dissolving an acrylonitrile-based polymer uniformly and without deterioration in the solvent, the following invention is completed. It came to.
[0007]
That is, the invention according to
[0008]
When producing a polymer solution using the above apparatus, first, a mixed solution of a polymer and its solvent is quantitatively introduced into the dissolution chamber from the introduction port. At this time, the rotor is rotating in the cylinder, and the polymer and solvent are uniformly mixed in the mixed liquid introduced into the dissolution chamber by the pin member on the inner peripheral surface of the cylinder and the pin member on the outer peripheral surface of the rotor. At the same time, a shearing force acts on the polymer between the multiple pin members of the cylinder and the rotor. The polymer is uniformly dispersed and efficiently dissolved in the solvent by this shearing force and the heat generated therewith.
[0009]
The introduction port is provided in the lower part of the cylinder, the outlet port is provided in the upper part of the cylinder, the flow direction of the mixed liquid of the polymer and the solvent is set as the antigravity direction, and the introduction pressure and flow rate are controlled, thereby the mixing. The flow rate of the liquid in the dissolution chamber can be accurately and easily controlled. As a result, the liquid mixture supplied from the inlet at the bottom of the cylinder is sufficiently dispersed and uniformly dissolved by the pin member while flowing through the dissolution chamber and reaching the outlet at the top of the cylinder.
[0010]
Wherein at the polymer and a mixture of solvents is heated by the heat generation due to shearing forces as described above, when the temperature of the mixture at this time is lower than the temperature suitable for dissolution of the desired the mixture Raise the temperature to allow for efficient dissolution. On the other hand, when the temperature of the mixed solution becomes higher than the temperature suitable for dissolution due to heat generated by the shearing force, cooling the mixed solution prevents the resulting polymer solution from being deteriorated by overheating. The Thus, accurate and fine temperature control is possible.
[0011]
Further, in order to give a shearing force necessary for the dispersion and dissolution of the polymer and the heat generated therewith to the mixed solution of the polymer and the solvent, the gap between the dissolution chambers, that is, the inner peripheral surface of the cylinder The distance between the outer peripheral surface of the rotor and the outer peripheral surface of the rotor is preferably 5 to 50 mm, and the distance between the pin member protruding from the inner peripheral surface of the cylinder and the pin member protruding from the outer peripheral surface of the rotor is 2 to 50 mm. The protruding length of the pin member is preferably 50 to 90% of the melting chamber gap. Further, the cross-sectional shape of the pin member may be a polygonal shape or a circular shape, but it is desirable that the cross-sectional shape of the pin member be a circle in order to reduce the staying portion around the pin member.
[0012]
By using the polymer solution production apparatus utilizing the above-described shearing force and accompanying heat generation, the acrylonitrile-based polymer can be uniformly dissolved in the solvent. The acrylonitrile-based spinning dope obtained by the dissolution method using shear force is of high quality, and can easily express high strength and high elasticity even when made into carbon fiber, and is economical. It is also an excellent method.
[0013]
Furthermore, if the apparatus is provided with a heating and cooling means for melting chamber, when less heat generation due to shearing force, or by heating the mixture to a desired temperature suitable for dissolution, or shearing force When the generated heat is large, it can be cooled to the desired temperature to prevent overheating. Therefore, there is no problem that the resulting polymer solution is not sufficiently dissolved or deteriorates due to overheating.
[0014]
In addition, as a polymerization method of the acrylonitrile-based polymer of the present invention, any of known methods such as solution polymerization and suspension polymerization can be employed. In addition, as the acrylonitrile-based polymer in the present invention, a polymer in which acrylonitrile is 100%, a polymer obtained by copolymerizing the second component, the third component, and the like can be used. As these copolymerization components, known monomers copolymerizable with acrylonitrile can be used. Specific examples include vinyl acetate, acrylamide, methyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, itaconic acid, and the like. Moreover, it is preferable that the amount of copolymerization is the grade which does not impair the performance as an acrylic fiber, and specifically, it is preferable that it is about 20 weight% or less. In particular, in the case of an acrylonitrile-based polymer for a precursor fiber for carbon fiber, the amount of the copolymer component is preferably small, and is preferably 5% by weight or less.
[0015]
It is preferable to remove as much as possible unreacted monomers, polymerization catalyst residues, and other impurities from the polymerized polymer. In addition, the degree of polymerization of the copolymer is such that the intrinsic viscosity [η] is 1.0 or more, particularly 1.4, in terms of stretchability when carbon fiber precursor fibers are spun and carbon fiber performance. The above is preferable. In general, those having an intrinsic viscosity [η] of 2.0 or less are used.
[0016]
The solvent for the spinning dope is a solvent that dissolves the acrylonitrile polymer, such as an organic solvent (for example, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide), an inorganic solvent (for example, zinc chloride, rhodanate, nitric acid, etc.) ). Among them, it is particularly preferable to use dimethylacetamide.
[0017]
In order to obtain a dense coagulated yarn when spinning, it is preferable to use a mixed solution of a polymer and a solvent having a polymer concentration of a certain level or more as the spinning dope. The concentration of the acrylonitrile-based polymer is 17 % By weight, more preferably 19% by weight. In general, the polymer concentration is preferably 25% by weight or less.
[0018]
Further, the invention according to the present second aspect is characterized in that the temperature of the spinning solution in the outlet in the range of 50-65 ° C..
If the temperature of the spinning dope at the outlet is set in the range of 50 to 65 ° C., deterioration of the spinning dope due to heating can be prevented.
[0019]
The invention according to claim 3 is a method for producing an acrylonitrile fiber characterized by spinning the acrylonitrile-based spinning dope produced by the production method according to
In the spinning dope prepared by the above method, since the acrylonitrile polymer is uniformly and sufficiently dissolved in the solvent, troubles such as nozzle clogging and yarn breakage do not occur at the time of spinning efficiently. As the fiber is spun, fibers with small fineness are obtained. Further, the obtained acrylonitrile fiber has a uniform quality in the length direction and between the single fibers, and has sufficient strength.
[0020]
The invention according to claim 4 is a carbon fiber manufacturing method characterized by firing the acrylonitrile fiber manufactured by the manufacturing method according to claim 3 .
The acrylonitrile fiber obtained by the above production method is suitable as a precursor fiber for carbon fiber, and the carbon fiber produced using the fiber as a precursor fiber has high strength and high elasticity. It becomes.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a preferred example of a polymer
[0022]
The polymer
[0023]
A gap 6 between the
[0024]
In the present embodiment, the
, 8 are preferably circular. In FIG. 1, the
[0025]
Further, in this embodiment, the
[0026]
Furthermore, the inside of the peripheral wall portion of the
[0027]
A mixed solution of the polymer and its solvent, which is quantitatively supplied from the introduction port 4 of the polymer
[0028]
Further, a fluid controlled to a predetermined temperature is supplied to each of the heating / cooling
[0029]
Although the circumferential speed of the rotor 3 depends on the residence time of the mixed solution in the dissolution chamber 6, the shaft rotation speed is set to 10 m / s or less in order to suppress excessive heat generation due to the shearing force. Is appropriate. In addition, when it is desired to gradually increase or decrease the shearing force acting on the mixed liquid moving in the dissolution chamber 6, the
[0030]
In order to give shear force and heat necessary for dispersion / dissolution to the mixed solution of the polymer and its solvent, the gap between the dissolution chambers 6, that is, the inner peripheral surface of the
[0031]
In the polymer solution manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the rotor 3 is coaxially accommodated in the
[0032]
Hereinafter, the present invention will be described with specific examples and comparative examples. Various tests in the following examples and comparative examples are as follows.
(B) “Filtration pressurization test”
The amount of undissolved matter and gel components in the spinning dope is filtered through a 300 μm filter, then 5
Quantitative filtration was performed using a μm filter, and measurement was performed using a differential pressure before and after filtration using a 5 μm filter.
(B) “Falling ball speed”
The spinning dope was kept at 85 ° C. and 30 ° C. for 30 days, respectively, and then a steel ball having a diameter of 6.4 mm was put into the spinning dope and the falling speed of the steel ball was measured.
Measuring distance: 100mm
(C) “Strand strength of carbon fiber”
It measured according to the method of JIS-7601.
[0033]
"Example 1"
A mixed liquid (polymer concentration 21.2%, temperature 10 ° C.) of an acrylonitrile-based polymer copolymerized with acrylonitrile 96.6%, methacrylic acid 0.8%, and acrylamide 2.6%. A fixed amount pump was used to supply a fixed amount to the polymer solution production apparatus shown in FIG. 1, and the polymer was dissolved in the solvent. The gap of the dissolution chamber 6 of the polymer solution manufacturing apparatus is 15 mm, the pin member having a diameter of 10 mm and a protruding length of 10 mm is arranged in five rows and three stages on the rotor outer peripheral surface and five rows and four stages on the cylinder inner peripheral surface. Arranged. The peripheral speed of the rotor 3 is 4.4 m / s, the residence time of the mixed solution in the dissolution chamber 6 is set to 6 minutes, and the melting process is performed by the manufacturing apparatus. The temperature of the polymer solution at the outlet 5 is 65. A clear spinning stock solution at 0 ° C. was obtained.
[0034]
This spinning solution was discharged into a dimethylacetamide aqueous solution having a concentration of 67% and a temperature of 38 ° C. using a die having a pore diameter of 0.075 mm and a number of 3000 to obtain a coagulated yarn. Further, this coagulated yarn was washed and solvent-removed while being drawn, then an oil agent was applied, dried and densified, and further drawn in water vapor to obtain a precursor fiber having a single yarn fineness of 1.2 dtex.
This precursor fiber was made flame resistant at a temperature of 225 ° C. to 260 ° C., and subsequently carbonized at a maximum temperature of 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon fiber strand.
[0035]
Table 1 shows the filtration pressure increase test, gelation test result, and carbon fiber strand strength of the spinning dope.
[0036]
"Comparative Example 1"
The same polymer and solvent mixture as in the example was dissolved using a conventional double tube heat exchanger with a residence time in the heat exchanger of 6.8 minutes and a heat medium temperature of 110 ° C. As a result, a spinning dope was obtained in which the temperature of the polymer solution at the outlet of the heat exchanger was 80 ° C. For this spinning dope, a precursor fiber having a single yarn fineness of 1.2 dtex was obtained by the same method as in the example. Furthermore, it baked like the Example and obtained the carbon fiber strand.
[0037]
Table 1 shows the filtration pressurization test, gelation test results, and carbon fiber strand strength of the spinning dope according to this comparative example.
[0038]
[Table 1]
[0039]
As is clear from the examples and comparative examples described above, according to the present invention, carbon that can be uniformly dissolved at a low temperature, and therefore can easily exhibit high strength and high elastic modulus even when made into carbon fibers. The acrylonitrile-based spinning dope for fibers can be produced by a method excellent in economic efficiency.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a front view of a polymer solution production apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, with a half section cut away.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236616A JP4723710B2 (en) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236616A JP4723710B2 (en) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002045671A JP2002045671A (en) | 2002-02-12 |
| JP4723710B2 true JP4723710B2 (en) | 2011-07-13 |
Family
ID=18728628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000236616A Expired - Lifetime JP4723710B2 (en) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4723710B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7223013B2 (en) * | 2004-04-08 | 2007-05-29 | Allen Thomas E | First in first out hydration tanks |
| CN100528315C (en) * | 2005-10-11 | 2009-08-19 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Thermal interface materials mixing device |
| JP6145960B2 (en) * | 2011-08-22 | 2017-06-14 | 三菱ケミカル株式会社 | Method for producing acrylonitrile polymer solution and method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile fiber |
| US20150259480A1 (en) | 2012-09-06 | 2015-09-17 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Process for producing acrylonitrile-based polymer solution, shearing device, process for producing acrylonitrile-based fiber, and process for producing carbon fiber |
| KR101405108B1 (en) | 2012-12-06 | 2014-06-27 | 주식회사 케이엔에스컴퍼니 | Dispersing and emulsifying apparatus with cooling means |
| JP7585224B2 (en) * | 2019-03-29 | 2024-11-18 | サイテック インダストリーズ インコーポレイテッド | Method for producing homogeneous solution of polyacrylonitrile polymer |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0525693Y2 (en) * | 1986-06-10 | 1993-06-29 | ||
| JPH0394931U (en) * | 1990-01-08 | 1991-09-27 | ||
| JPH058219A (en) * | 1991-07-02 | 1993-01-19 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Method for preparing polymer solution |
| JPH06114254A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-26 | Asada Tekko Kk | Dispersion stirrer |
| JPH08246230A (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-24 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Dope solution for producing acrylonitrile fiber having good thermal stability and acrylonitrile fiber obtained from the dope solution |
| JPH09239254A (en) * | 1996-03-07 | 1997-09-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | Dispersion equipment |
-
2000
- 2000-08-04 JP JP2000236616A patent/JP4723710B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002045671A (en) | 2002-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9296889B2 (en) | Process for the production of acrylic fibers | |
| CN103409854B (en) | A kind of production method of carbon fiber | |
| JP4723710B2 (en) | Method for producing acrylonitrile-based spinning dope, method for producing acrylonitrile-based fiber, and method for producing carbon fiber | |
| TWI499620B (en) | Method for producing acrylonitrile polymer solution and shear apparatus thereof, method for producing acrylonitrile fiber and method for producing carbon fiber | |
| JP2013119202A (en) | Apparatus for manufacturing polymer mixed solution, method of manufacturing acrylonitrile based polymer mixed solution using the apparatus, method of manufacturing acrylonitrile based polymer solution, and method of manufacturing carbon fiber precursor acrylonitrile based fiber | |
| US20250257176A1 (en) | Process for the production of homogeneous solutions of polyacrylonitrile-based polymer | |
| JP6145960B2 (en) | Method for producing acrylonitrile polymer solution and method for producing carbon fiber precursor acrylonitrile fiber | |
| JPS6317123B2 (en) | ||
| KR102665809B1 (en) | Methode for preparing acrylonitrile based spinning solution | |
| JP2012207344A (en) | Method for producing polyacrylonitrile-based fiber | |
| JPH1181053A (en) | High-strength acrylic fiber, its production and production of carbon fiber | |
| JP5892455B2 (en) | Acrylonitrile precursor fiber for carbon fiber and method for producing the same | |
| JP2550807B2 (en) | Dry-wet spinneret of acrylic cross-section fiber | |
| JP3387265B2 (en) | Method for producing polybenzazole fiber | |
| JP2002348723A (en) | Circular nozzle for wet spinning | |
| JP2019094589A (en) | Production method of precursor fiber for carbon fiber | |
| JPH1112854A (en) | Precursor fiber for acrylic carbon fiber and method for producing the same | |
| CN121915512A (en) | Polyacrylonitrile precursor and preparation method thereof, and polyacrylonitrile carbon fiber and preparation method thereof | |
| JP2006274488A (en) | Acrylic synthetic fiber, method for producing the same, and fiber product | |
| JP2007270390A (en) | Acrylic synthetic fiber, method for producing the same, and fiber product | |
| CN121915528A (en) | Polyacrylonitrile carbon fiber and preparation method thereof | |
| JPS59112030A (en) | Carbon fiber manufacturing method | |
| JP2009144269A (en) | Wet spinning nozzle and spinning method using the same | |
| JPS63295713A (en) | Production of high-strength carbon fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070803 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090806 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090818 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091014 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100817 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101112 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20101119 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110405 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110408 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 3 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4723710 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |