JP7798147B2 - Carbon fiber bundle manufacturing method and SMC manufacturing method - Google Patents
Carbon fiber bundle manufacturing method and SMC manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、炭素繊維束の製造方法及びSMCの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber bundle and a method for producing an SMC .
従来、炭素繊維束の製造方法として、アクリル繊維などからなる炭素繊維前駆体アクリル繊維束(以下、「前駆体繊維束」とも表記する。)を200℃以上400℃以下の酸化性雰囲気下で加熱処理することにより耐炎化繊維束に転換する工程(以下、「耐炎化工程」とも表記する。)、引き続いて1000℃以上の不活性雰囲気下で炭素化処理する工程(以下「炭素化工程」とも表記する。また「耐炎化工程」と「炭素化工程」を併せて焼成工程とも表記する。)を経て、炭素繊維束を得る方法が知られている。 Conventionally, a known method for producing carbon fiber bundles involves converting a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle (hereinafter also referred to as "precursor fiber bundle") made of acrylic fiber or the like into a flame-resistant fiber bundle by heat treating it in an oxidizing atmosphere of 200°C to 400°C (hereinafter also referred to as the "flame-resistant process"), followed by a carbonization process in an inert atmosphere of 1000°C or higher (hereinafter also referred to as the "carbonization process"; the "flame-resistant process" and "carbonization process" are collectively referred to as the "firing process") to obtain carbon fiber bundles.
前駆体繊維束から炭素繊維束を製造する際、耐炎化工程ではシート状に並べた多数本の繊維束が、ロールを介して折り返され、走行方向を180度変更しながら耐炎化炉内を複数段で通過する。この走行方向の変更時に、フィラメントのロールへの巻き付きや隣接する繊維束同士の干渉等により、最終的に得られる炭素繊維束の機械的特性及び品質の低下を引き起こす場合がある。かかるフィラメントのロールへの巻付きや隣接する繊維束同士の干渉を防止するため、多数本のフィラメントにより構成される一本の繊維束がばらけることなくまとまった状態であることが必要であり、このまとまった状態を維持するための様々な検討がこれまでなされてきた。 When producing carbon fiber bundles from precursor fiber bundles, in the flame-proofing process, a large number of fiber bundles arranged in a sheet form are folded back via a roll and passed through a flame-proofing furnace in multiple stages while changing their running direction by 180 degrees. When the running direction is changed, the filaments may wrap around the roll or adjacent fiber bundles may interfere with each other, which can cause a deterioration in the mechanical properties and quality of the final carbon fiber bundle. To prevent such filaments from wrapping around the roll or adjacent fiber bundles from interfering with each other, it is necessary for a single fiber bundle made up of a large number of filaments to remain unfolded and remain together. Various studies have been conducted to date on how to maintain this togetherness.
前駆体繊維束をまとまった状態とする手段として、従来から交絡処理(前駆体繊維束を構成するフィラメント同士を該繊維束内で絡み合わせる処理)を行い、該繊維束がまとまった状態を維持する手段が提案されている。例えば特許文献1では1段、或いは多段で配置したエアを噴出する扁平矩形断面形状の交絡器に前駆体繊維束を連続的に走行させて該繊維束に交絡処理を施し、該繊維束をまとまった状態で維持する手段が提案されている。 As a means of entangling precursor fiber bundles, methods have been proposed for maintaining the bundled state by performing an entanglement process (a process in which the filaments that make up the precursor fiber bundle are entangled within the fiber bundle). For example, Patent Document 1 proposes a method of entangling the precursor fiber bundles by continuously running the fiber bundles through a single-stage or multi-stage entangler with a flat rectangular cross section that sprays air, thereby maintaining the bundled state.
上述の方法で得られた前駆体繊維束を焼成工程に通して得られた炭素繊維束は、優れた機械的特性を有することにより、特に複合材料、例えばシートモールディングコンパウンド(以下、SMCという。)用の強化繊維として工業的に広く利用されている。SMCとは、金型内で加熱加圧されると、補強繊維と樹脂組成物とが一体として流動してキャビティを充填するので、部分的に肉厚の異なるもの、リブ・ボスを有するものなど各種形状の成形品を得るのに有利な中間材料である。一方、SMC中の炭素繊維束は繊維長が短く、その配向がランダムであることから、機械的強度を高くできないという難点があった。さらに、機械的強度は場所によるむらが大きいという難点があった。また、非特許文献1には、炭素繊維束のフィラメント数が増えるほど、SMC成形品の強度と弾性率が低下することが示されている。 The carbon fiber bundles obtained by subjecting the precursor fiber bundles obtained by the above-mentioned method to a sintering process have excellent mechanical properties and are widely used industrially, particularly as reinforcing fibers for composite materials, such as sheet molding compounds (hereinafter referred to as SMC). When heated and pressurized in a mold, SMC is an intermediate material advantageous for producing molded products of various shapes, such as those with locally varying thicknesses or ribs and bosses, because the reinforcing fibers and resin composition flow together to fill the cavity. However, the carbon fiber bundles in SMC have the drawback of being short and randomly oriented, which limits their mechanical strength. Furthermore, mechanical strength varies significantly from place to place. Furthermore, Non-Patent Document 1 indicates that the strength and elastic modulus of SMC molded products decrease as the number of filaments in the carbon fiber bundle increases.
そこで、太物繊維束を細かく分割して使用する検討がなされている。特許文献2には、フィラメント数が48000(48K)の炭素繊維束を、ふくらみ(crown)のある拡幅棒(spreading bar)と溝(groove)付きの分割棒(splitting bar)を通過させることで、フィラメント数が数千単位の細い炭素繊維束(split tow)に分割する装置が開示されている。 As a result, consideration is being given to finely dividing thick fiber bundles for use. Patent Document 2 discloses an apparatus that splits a carbon fiber bundle with 48,000 (48K) filaments into thin carbon fiber bundles (split tow) with thousands of filaments by passing the bundle through a crowned spreading bar and a grooved splitting bar.
また、特許文献3には、連続した炭素繊維束に張力をかけながら連続走行させ走行途中に配した拡幅冶具で該炭素繊維束を拡幅すると同時に、または、拡幅した後、拡幅状態の炭素繊維束を、該繊維束の走行方向と平行に回転する切断刃により一部の炭素繊維フィラメントを切断しながら炭素繊維束を分割する炭素繊維束の分割方法が開示されている。 Patent Document 3 also discloses a method for dividing a carbon fiber bundle in which a continuous carbon fiber bundle is continuously run while tension is applied to the bundle, and the carbon fiber bundle is widened using a widening tool placed midway through the run. At the same time, or after widening, the widened carbon fiber bundle is divided by cutting some of the carbon fiber filaments with a cutting blade that rotates parallel to the running direction of the fiber bundle.
しかし、特許文献1のような交絡処理を行って得られた炭素繊維束は、該繊維束を構成するフィラメント同士の絡み合いが強く、特許文献2に記載のように太物繊維束を細かく分割することが出来ず、また特許文献3に記載のように該繊維束を拡幅することも出来ず、結果として高性能なSMC成形品を得ることは困難であった。また、大きな外力を作用させて該繊維束を分割、或いは拡幅しようとすると、絡み合うフィラメントが切断され毛羽となりSMC成形品の品位が低下した。 However, in carbon fiber bundles obtained by performing the entanglement process described in Patent Document 1, the filaments that make up the fiber bundle are strongly entangled, making it impossible to finely divide the thick fiber bundle as described in Patent Document 2, nor to widen the fiber bundle as described in Patent Document 3. As a result, it is difficult to obtain high-performance SMC molded products. Furthermore, when an attempt is made to divide or widen the fiber bundle by applying a large external force, the entangled filaments are cut, causing fluff, and the quality of the SMC molded product is reduced.
本発明は、これら従来技術の課題に鑑み、高性能なSMCを得るのに好適な、すなわち20~50mmの長さに切断することによってフィラメント数が1万本以下の細かい炭素繊維束(分割繊維束)に分割される、炭素繊維束の製造方法を提供することを目的とする。 In view of these problems with the prior art, the present invention aims to provide a method for producing carbon fiber bundles that are suitable for obtaining high-performance SMC, i.e., a method for splitting carbon fiber bundles into fine carbon fiber bundles (split fiber bundles) with 10,000 or fewer filaments by cutting them to lengths of 20 to 50 mm.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の特徴有する。
[1]撚りのない状態で測定したフックドロップ値が15cm以上であるアクリル繊維束を焼成工程に供給して炭素繊維束を製造する炭素繊維束の製造方法であって、前記アクリル繊維束に1ターン/m以上10ターン/m以下の撚りを加えてから焼成工程に供給する炭素繊維束の製造方法。
[2]前記アクリル繊維束に1ターン/m以上10ターン/m以下の撚りを加える方法が、撚りのない状態で前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束を梱包パッケージに収納し、その梱包パッケージから引き出しながら前記梱包パッケージを回転させて前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束に1ターン/m以上10ターン/m以下の撚りを加える、[1]に記載の炭素繊維束の製造方法。
[3]前記アクリル繊維束の梱包パッケージがボビン巻であり、撚りのない状態でアクリル繊維束をボビンに巻き付けられた前記アクリル繊維束を前記ボビン巻から解舒しながら前記ボビン巻を回転させて前記アクリル繊維束に1ターン/m以上10ターン/m以下の撚りを加える、[1]に記載の炭素繊維の製造方法。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
[1] A method for producing a carbon fiber bundle, in which an acrylic fiber bundle having a hook drop value of 15 cm or more measured in an untwisted state is supplied to a baking step to produce a carbon fiber bundle, and a twist of 1 turn/m or more and 10 turns/m or less is applied to the acrylic fiber bundle before supplying it to the baking step.
[2] The method for producing a carbon fiber bundle according to [1], wherein the method for twisting the acrylic fiber bundle at 1 turn/m or more and 10 turns/m or less comprises storing the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle in an untwisted state in a packaging package, and rotating the packaging package while pulling out the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle from the packaging package to twist the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle at 1 turn/m or more and 10 turns/m or less.
[3] The method for producing carbon fibers according to [1], wherein the packaging package of the acrylic fiber bundle is a bobbin winding, and the acrylic fiber bundle wound around the bobbin in an untwisted state is unwound from the bobbin while the bobbin winding is rotated to twist the acrylic fiber bundle by 1 turn/m or more and 10 turns/m or less.
発明によれば、アクリル繊維束に撚りを加えることで、フィラメント同士の絡み合いが少なくても繊維束がまとまった状態で安定的に焼成工程を通過することが出来る。加えて、本発明の製造方法で得られた炭素繊維束は、SMC製造工程において炭素繊維束の拡幅、分割が極めて容易であり、高性能なSMC成形品を安定的に製造することができる。 According to the present invention, by adding twist to the acrylic fiber bundle, the fiber bundle can be stably passed through the baking process in a cohesive state even with minimal entanglement of the filaments. In addition, the carbon fiber bundle obtained by the manufacturing method of the present invention is extremely easy to widen and split in the SMC manufacturing process, allowing for the stable production of high-performance SMC molded products.
以下、本発明の望ましい実施の形態を説明する。
(前駆体繊維束)
本発明の一態様において用いる前駆体繊維束としては、公知技術により紡糸されたアクリル繊維束を用いることができる。具体的には、アクリロニトリル系重合体を紡糸して得られるアクリル繊維束が挙げられる。
Preferred embodiments of the present invention will now be described.
(Precursor fiber bundle)
The precursor fiber bundle used in one embodiment of the present invention may be an acrylic fiber bundle spun by a known technique, specifically an acrylic fiber bundle obtained by spinning an acrylonitrile polymer.
アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーであってもよく、主成分であるアクリロニトリルに加えて他の単量体を併用したアクリロニトリル系共重合体であってもよい。 An acrylonitrile-based polymer is a polymer obtained by polymerizing acrylonitrile as the main monomer. An acrylonitrile-based polymer may be a homopolymer obtained solely from acrylonitrile, or an acrylonitrile-based copolymer obtained by combining other monomers with acrylonitrile, the main component.
アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリル単位の含有量は、96.0質量%以上98.5質量%以下であることが焼成工程での繊維の熱融着防止、共重合体の耐熱性、紡糸原液の安定性、および炭素繊維にした際の品質の観点でより好ましい。アクリロニトリル単位が96.0質量%以上の場合は、炭素繊維に転換する際の焼成工程で繊維の熱融着を招くことなく、炭素繊維の優れた品質および性能を維持できるので好ましい。また、共重合体自体の耐熱性が低くなることもなく、前駆体繊維を紡糸する際、繊維の乾燥あるいは加熱ローラーや加圧水蒸気による延伸のような工程において、単繊維間の接着を回避できる。一方、アクリロニトリル単位が98.5質量%以下の場合には、溶剤への溶解性が低下することもなく、紡糸原液の安定性を維持できると共に共重合体の析出凝固性が高くならず、前駆体繊維の安定した製造が可能となるので好ましい。 The content of acrylonitrile units in the acrylonitrile-based copolymer is preferably 96.0% by mass or more and 98.5% by mass or less from the viewpoints of preventing thermal fusion of the fibers during the calcination process, the heat resistance of the copolymer, the stability of the spinning solution, and the quality of the carbon fiber. An acrylonitrile unit content of 96.0% by mass or more is preferred because it prevents thermal fusion of the fibers during the calcination process when converted into carbon fiber, thereby maintaining the excellent quality and performance of the carbon fiber. Furthermore, the heat resistance of the copolymer itself is not reduced, and adhesion between the individual fibers can be avoided during processes such as drying the fibers or stretching with heated rollers or pressurized steam when spinning the precursor fiber. On the other hand, an acrylonitrile unit content of 98.5% by mass or less is preferred because it prevents a decrease in solubility in solvents, maintains the stability of the spinning solution, and prevents the precipitation and coagulation of the copolymer from becoming too high, enabling stable production of precursor fiber.
共重合体を用いる場合のアクリロニトリル以外の単量体としては、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体から適宣選択することができ、耐炎化反応を促進する作用を有するアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、または、これらのアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩、アクリルアミド等の単量体から選択すると、耐炎化を促進できるので好ましい。 When a copolymer is used, the monomer other than acrylonitrile can be appropriately selected from vinyl monomers copolymerizable with acrylonitrile. It is preferable to select from monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, or their alkali metal salts or ammonium salts, acrylamide, etc., which have the effect of accelerating the flame retardation reaction, as this will accelerate the flame retardation.
アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有ビニル系単量体がより好ましい。アクリロニトリル系共重合体におけるカルボキシル基含有ビニル系単量体単位の含有量は0.5質量%以上2.0質量%以下が好ましい。これらビニル系単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Vinyl monomers copolymerizable with acrylonitrile are more preferably carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. The content of carboxyl group-containing vinyl monomer units in the acrylonitrile copolymer is preferably 0.5% by mass or more and 2.0% by mass or less. These vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more.
紡糸の際には、アクリロニトリル系重合体を溶剤に溶解し、紡糸原液とする。このときの溶剤には、ジメチルアセトアミドあるいはジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤、または塩化亜鉛やチオシアン酸ナトリウム等の無機化合物水溶液等、公知のものから適宜選択して使用することができる。これらの中でも、生産性向上の観点から凝固速度が早いジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドおよびジメチルホルムアミドが好ましく、ジメチルアセトアミドがより好ましい。 During spinning, the acrylonitrile polymer is dissolved in a solvent to prepare a spinning solution. The solvent can be appropriately selected from known solvents, such as organic solvents such as dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide, or aqueous solutions of inorganic compounds such as zinc chloride and sodium thiocyanate. Among these, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and dimethylformamide are preferred from the perspective of improving productivity, as they have a fast coagulation rate, with dimethylacetamide being more preferred.
また、緻密な凝固糸を得るためには、紡糸原液の重合体濃度がある程度以上になるように紡糸原液を調製することが好ましい。具体的には、紡糸原液中の重合体濃度が17質量
%以上になるように調製することが好ましく、より好ましくは19質量%以上である。なお、紡糸原液は適正な粘度・流動性を必要とするため、重合体濃度は25質量%を超えない範囲が好ましい。
In order to obtain a dense coagulated fiber, it is preferable to prepare the spinning dope so that the polymer concentration in the spinning dope is at least a certain level. Specifically, it is preferable to prepare the spinning dope so that the polymer concentration in the spinning dope is at least 17% by mass, more preferably at least 19% by mass. Since the spinning dope needs to have appropriate viscosity and fluidity, it is preferable that the polymer concentration does not exceed 25% by mass.
紡糸方法は、上述した紡糸原液を直接凝固浴中に紡出する湿式紡糸法、空気中で凝固する乾式紡糸法、および一旦空気中に紡出した後に浴中凝固させる乾湿式紡糸法など公知の紡糸方法を適宜採用できるが、より高い性能を有する炭素繊維束を得るには湿式紡糸法または乾湿式紡糸法が好ましい。 The spinning method can be any known method, such as a wet spinning method in which the spinning dope is directly spun into a coagulation bath, a dry spinning method in which it is coagulated in air, or a dry-wet spinning method in which it is spun into air and then coagulated in a bath. However, wet spinning or dry-wet spinning is preferred for obtaining carbon fiber bundles with higher performance.
湿式紡糸法または乾湿式紡糸法による紡糸賦形は、紡糸原液を円形断面の孔を有するノズルより凝固浴中に紡出することで行うことができる。凝固浴としては、紡糸原液に用いられる溶剤を含む水溶液を用いるのが溶剤回収の容易さの観点から好ましい。 Spinning and shaping using the wet spinning method or dry-wet spinning method can be carried out by spinning the spinning dope through a nozzle with a circular cross-section into a coagulation bath. From the perspective of ease of solvent recovery, it is preferable to use an aqueous solution containing the solvent used in the spinning dope as the coagulation bath.
紡糸方法は、上述した紡糸原液を直接凝固浴中に紡出する湿式紡糸法、空気中で凝固する乾式紡糸法、および一旦空気中に紡出した後に浴中凝固させる乾湿式紡糸法など公知の紡糸方法を適宜採用できるが、より高い性能を有する炭素繊維束を得るには湿式紡糸法または乾湿式紡糸法が好ましい。 The spinning method can be any known method, such as a wet spinning method in which the spinning dope is directly spun into a coagulation bath, a dry spinning method in which it is coagulated in air, or a dry-wet spinning method in which it is spun into air and then coagulated in a bath. However, wet spinning or dry-wet spinning is preferred for obtaining carbon fiber bundles with higher performance.
湿式紡糸法または乾湿式紡糸法による紡糸賦形は、紡糸原液を円形断面の孔を有するノズルより凝固浴中に紡出することで行うことができる。凝固浴としては、紡糸原液に用いられる溶剤を含む水溶液を用いるのが溶剤回収の容易さの観点から好ましい。 Spinning and shaping using the wet spinning method or dry-wet spinning method can be carried out by spinning the spinning dope through a nozzle with a circular cross-section into a coagulation bath. From the perspective of ease of solvent recovery, it is preferable to use an aqueous solution containing the solvent used in the spinning dope as the coagulation bath.
凝固浴として溶剤を含む水溶液を用いる場合、水溶液中の溶剤濃度は、ボイドがなく緻密な構造を形成させ高性能な炭素繊維束を得られ、かつ延伸性が確保でき生産性に優れる等の理由から、50質量%以上85質量%以下、凝固浴の温度は10℃以上60℃以下が好ましい。 When using an aqueous solution containing a solvent as the coagulation bath, the solvent concentration in the aqueous solution is preferably 50% by mass or more and 85% by mass or less, and the temperature of the coagulation bath is preferably 10°C or more and 60°C or less, for reasons such as forming a dense structure without voids to obtain a high-performance carbon fiber bundle, ensuring stretchability, and providing excellent productivity.
重合体あるいは共重合体を溶剤に溶解し、紡糸原液として凝固浴中に吐出して繊維化して得た凝固糸には、凝固浴中または延伸浴中で延伸する浴中延伸を行うことができる。あるいは、一部空中延伸した後に、浴中延伸してもよく、延伸の前後あるいは延伸と同時に水洗を行って水膨潤状態の前駆体繊維束を得ることができる。 The polymer or copolymer is dissolved in a solvent, and the resulting spinning solution is extruded into a coagulation bath to form a coagulation yarn. The resulting coagulated yarn can then be stretched in the coagulation bath or a stretching bath. Alternatively, the yarn may be partially stretched in the air and then stretched in a bath. Water washing can be performed before, during, or after stretching to obtain a precursor fiber bundle in a water-swollen state.
浴中延伸は、通常50℃以上98℃以下の水浴中で1回あるいは2回以上の多段に分割するなどして行い、空中延伸と浴中延伸の合計倍率が2倍以上10倍以下になるように凝固糸を延伸するのが、得られる炭素繊維束の性能の点から好ましい。 Bath drawing is typically carried out in a water bath at 50°C to 98°C in one or more separate stages, and the coagulated yarn is drawn so that the total draw ratio of the air-drawing and bath-drawing is 2 to 10 times, which is preferred from the standpoint of the performance of the resulting carbon fiber bundle.
浴中延伸した凝固糸(水膨潤状態の前駆体繊維束)への油剤の付与には、油剤を含有する油剤組成物が水中に分散している、炭素繊維前駆体アクリル繊維用油剤処理液(以下、単に「油剤処理液」とも表記する。)を用いるのが好ましい。分散している油剤組成物の平均粒子径は、0.01μm以上0.3μm以下が好ましい。
分散している油剤組成物の平均粒子径が上記範囲内であれば、前駆体繊維束の表面に油剤をより均一に付与できる。
To apply an oil to the coagulated yarn (water-swollen precursor fiber bundle) drawn in a bath, it is preferable to use an oil treatment solution for acrylic precursor fibers for carbon fibers (hereinafter also simply referred to as "oil treatment solution") in which an oil composition containing an oil is dispersed in water. The average particle size of the dispersed oil composition is preferably 0.01 μm or more and 0.3 μm or less.
When the average particle size of the dispersed oil composition is within the above range, the oil can be applied more uniformly to the surface of the precursor fiber bundle.
油剤が付与された水膨潤状態の前駆体繊維束は、続く乾燥工程で乾燥緻密化される。
乾燥緻密化は、乾燥緻密化する繊維束のガラス転移温度を超えた温度で行う必要があるが、乾燥緻密化する繊維束が含水状態の場合と乾燥状態の場合とではガラス転移温度が異なる。例えば温度が100℃以上200℃以下の加熱ローラーによる方法にて緻密乾燥化するのが好ましい。このとき加熱ローラーの個数は、1個でもよく、複数個でもよい。
The precursor fiber bundle in a water-swollen state to which the oil agent has been applied is dried and densified in the subsequent drying step.
The drying and densifying process must be carried out at a temperature exceeding the glass transition temperature of the fiber bundle to be dried and densified, but the glass transition temperature differs between when the fiber bundle to be dried and densified is in a wet state and when it is in a dry state. For example, the densifying and drying process is preferably carried out by a method using a heated roller at a temperature of 100° C. to 200° C. In this case, the number of heated rollers may be one or more.
緻密乾燥化した繊維束には、加圧水蒸気延伸処理を施すのが好ましい。該加圧水蒸気延
伸処理により、得られる前駆体繊維束の緻密性や配向度をさらに高めることができる。
ここで、加圧水蒸気延伸処理とは、加圧水蒸気雰囲気中で行う繊維束の延伸である。加圧水蒸気延伸処理は、高倍率の延伸が可能であることから、より高速で安定な紡糸が行えると同時に、得られる繊維の緻密性や配向度向上にも寄与する。
The densely dried fiber bundle is preferably subjected to a pressurized steam drawing treatment, which can further increase the density and degree of orientation of the resulting precursor fiber bundle.
Here, the pressurized steam drawing treatment is a drawing of a fiber bundle performed in a pressurized steam atmosphere. The pressurized steam drawing treatment enables drawing at a high ratio, which allows for faster and more stable spinning and also contributes to improving the density and orientation of the resulting fibers.
加圧水蒸気延伸処理においては、加圧水蒸気延伸装置直前の加熱ローラーの温度を120℃以上190℃以下、加圧水蒸気延伸における水蒸気圧力の変動率を0.5%以下に制御することが好ましい。このように加熱ローラーの温度および水蒸気圧力の変動率を制御することにより、微小区間における延伸倍率の変動、およびそれによって発生する微小区間における繊維束総繊度の変動を抑制することができる。加熱ローラーの温度が120℃未満では加圧水蒸気延伸処理を行う繊維束の温度が十分に上がらず延伸性が低下しやすくなる。 In the pressurized steam stretching process, it is preferable to control the temperature of the heating roller immediately before the pressurized steam stretching device to between 120°C and 190°C, and the fluctuation rate of the steam pressure during the pressurized steam stretching to 0.5% or less. By controlling the temperature of the heating roller and the fluctuation rate of the steam pressure in this way, it is possible to suppress fluctuations in the stretch ratio in small sections and the resulting fluctuations in the total fiber bundle fineness in small sections. If the temperature of the heating roller is less than 120°C, the temperature of the fiber bundle undergoing the pressurized steam stretching process will not rise sufficiently, and stretchability will likely decrease.
乾燥緻密化して得られた前駆体繊維束、または乾燥緻密化の後に加圧水蒸気延伸処理をして得られた前駆体繊維束には交絡処理を施すことが好ましい。交絡処理では、前駆体繊維束を溝ガイドもしくは、溝付きロールに導き幅を一定にして、空気を噴出する扁平矩形断面形状の交絡装置に撚りのない状態で通して、交絡が付与される。 Precursor fiber bundles obtained by drying and densifying, or precursor fiber bundles obtained by drying and densifying followed by pressurized steam stretching, are preferably subjected to an entanglement process. In the entanglement process, the precursor fiber bundles are guided through a grooved guide or grooved roll, the width of which is kept constant, and the bundles are passed through an entanglement device with a flat rectangular cross section that sprays air in an untwisted state, thereby entangling the bundles.
溝ガイド、溝付きロール、交絡装置の材質は特に限定はされないが、耐久性およびコストを考慮すれば、ステンレス、チタン、セラミック等が好ましい。更に、溝付きロールと前駆体繊維束との擦過による性能低下を軽減するために、メッキ加工を施したものが好ましい。 There are no particular restrictions on the materials used for the groove guide, grooved roll, and intertwining device, but considering durability and cost, stainless steel, titanium, ceramic, etc. are preferred. Furthermore, plated materials are preferred to reduce performance degradation due to friction between the grooved roll and the precursor fiber bundle.
交絡が付与された前駆体繊維束はワインダーでボビンに巻き取られる、あるいはケンスに振込まれて収納される。 The entangled precursor fiber bundle is wound onto a bobbin using a winder, or fed into a can and stored.
本発明に用いるアクリル繊維束の、撚りのない状態で測定したフックドロップ値は15cm以上であることが好ましい。フックドロップ値が15cm以上であれば最終的なSMC成形品において十分な機械的特性が得られ、より好ましくは20cm以上、更に好ましくは25cm以上であることがよい。 The hook drop value of the acrylic fiber bundle used in the present invention, measured in an untwisted state, is preferably 15 cm or more. A hook drop value of 15 cm or more will ensure sufficient mechanical properties in the final SMC molded product, and a value of 20 cm or more is more preferable, and 25 cm or more is even more preferable.
本発明に用いるアクリル繊維束は、炭素繊維束に転換する際の生産性の観点から、総繊度が10000dtex以上、100000dtex以下であることが好ましく、SMC製造工程での生産性の観点から30000dtex以上100000dtex以下であることがより好ましく、50000dtex以上100000dtex以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of productivity when converted into carbon fiber bundles, the acrylic fiber bundles used in the present invention preferably have a total fineness of 10,000 dtex or more and 100,000 dtex or less; from the viewpoint of productivity in the SMC production process, it is more preferable that it be 30,000 dtex or more and 100,000 dtex or less, and even more preferable that it be 50,000 dtex or more and 100,000 dtex or less.
またアクリル繊維束の梱包パッケージとしては特に限定するものではないが、生産性の観点からボビンにアクリル繊維束を撚りのない状態で巻きつけた形態、或いは開口部を有する容器にアクリル繊維束を撚りのない状態で投入した形態であることが好ましい。一つの梱包パッケージに梱包されたアクリル繊維束は1束であってもよく、2束以上であってもよい。 The packaging of the acrylic fiber bundle is not particularly limited, but from the standpoint of productivity, it is preferable that the acrylic fiber bundle be wound around a bobbin in an untwisted state, or that the acrylic fiber bundle be placed in an untwisted state in a container with an opening. One packaging package may contain one acrylic fiber bundle, or two or more bundles.
本発明の一態様においてアクリル繊維束は、梱包パッケージから引き出され、焼成工程へと移され、耐炎化処理、炭素化処理、必要に応じて黒鉛化処理、表面処理、サイジング処理を施し、炭素繊維束となる。 In one aspect of the present invention, the acrylic fiber bundle is pulled out of the packaging and transferred to a baking process, where it is subjected to flame retardant treatment, carbonization treatment, and optionally graphitization treatment, surface treatment, and sizing treatment to become a carbon fiber bundle.
撚りのない状態のアクリル繊維束を梱包パッケージから引き出し、焼成工程へ供給する際、1ターン/m以上10ターン/m以下の撚りを加えることが好ましく、更に好ましくは2ターン/m以上5ターン/m以下であることが好ましい。1ターン/m以上の撚りで
あれば、繊維束がばらけることなくまとまった状態で焼成工程を通過することが出来、品位の高い炭素繊維束が得られる。また、10ターン/m以下の撚りであれば、耐炎化工程における酸化処理を斑なく行うことが出来、得られる炭素繊維束の機械的特性が良好なものとなる。
When the untwisted acrylic fiber bundle is pulled out from the packaging and fed to the baking step, it is preferable to add a twist of 1 turn/m or more and 10 turns/m or less, more preferably 2 turns/m or more and 5 turns/m or less. If the twist is 1 turn/m or more, the fiber bundle can pass through the baking step in a coherent state without coming apart, and a high-quality carbon fiber bundle can be obtained. Furthermore, if the twist is 10 turns/m or less, the oxidation treatment in the flame-proofing step can be carried out evenly, and the mechanical properties of the obtained carbon fiber bundle can be improved.
本発明に用いるアクリル繊維束の梱包パッケージとしては特に限定するものではないが、アクリル繊維束をケンスに収納した形態やボビンに巻き取った形態であることが生産上好ましい。
本発明においてアクリル繊維束に撚りを加える方法としては、アクリル繊維束を梱包パッケージから引き出す際に、梱包パッケージを回転させながらアクリル繊維束を引き出すことで行うのが、生産上好ましい。また前記梱包パッケージがボビン巻である場合は、ボビン巻から前駆体繊維束を縦取りして引き出すのが好ましい。
The packaging of the acrylic fiber bundle used in the present invention is not particularly limited, but it is preferable from the viewpoint of production that the acrylic fiber bundle is housed in a can or wound on a bobbin.
In the present invention, a method of twisting the acrylic fiber bundle is preferably carried out by rotating the packaging package when pulling out the acrylic fiber bundle from the packaging package, from the viewpoint of productivity. In addition, when the packaging package is wound on a bobbin, it is preferable to pull out the precursor fiber bundle by taking it longitudinally from the bobbin.
本発明の炭素繊維の製造方法において、耐炎化工程は、前駆体繊維束を酸化性雰囲気下で加熱処理して耐炎化繊維束に転換する工程である。
耐炎化工程の条件としては、酸化性雰囲気中の緊張下において、密度が好ましくは1.28g/cm3以上1.42g/cm3以下、より好ましくは1.29g/cm3以上1.40g/cm3以下になるまで200℃以上300℃以下に加熱するのがよい。密度が1.28g/cm3以上であると、次の工程である炭素化工程の際に単繊維間が接着するのを防ぐことができ、炭素化工程でトラブルなく生産することができる。また、密度が1.42g/cm3以下であると、耐炎化工程が長くなりすぎず、経済的である。酸化性雰囲気は、空気、酸素、二酸化窒素など公知の酸化性雰囲気を採用できるが、経済性の面から空気が好ましい。
In the method for producing carbon fibers of the present invention, the flame-resistant step is a step of converting the precursor fiber bundle into a flame-resistant fiber bundle by heat treating the precursor fiber bundle in an oxidizing atmosphere.
The flameproofing process conditions include heating under tension in an oxidizing atmosphere at 200°C to 300°C until the density reaches preferably 1.28 g/ cm3 to 1.42 g/ cm3 , more preferably 1.29 g/ cm3 to 1.40 g/ cm3 . A density of 1.28 g/ cm3 or higher can prevent adhesion between single fibers during the subsequent carbonization process, allowing for trouble-free production in the carbonization process. Furthermore, a density of 1.42 g/cm3 or lower prevents the flameproofing process from being too long, making it economical. Known oxidizing atmospheres such as air, oxygen, and nitrogen dioxide can be used as the oxidizing atmosphere, but air is preferred from an economical standpoint.
耐炎化繊維束は連続して炭素化工程に導かれる。炭素化工程では、耐炎化繊維束を不活性雰囲気下で炭素化して炭素繊維束を得る。炭素化は最高温度が1000℃以上の不活性雰囲気で行う。不活性雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウムなどのいずれのでも差し支えないが、経済面から窒素を用いることが好ましい。 The flame-retardant fiber bundle is continuously introduced into the carbonization process. In the carbonization process, the flame-retardant fiber bundle is carbonized in an inert atmosphere to obtain a carbon fiber bundle. Carbonization is carried out in an inert atmosphere with a maximum temperature of 1000°C or higher. The inert atmosphere can be nitrogen, argon, helium, etc., but from an economical standpoint, nitrogen is preferably used.
炭素化工程の初期の段階、すなわち処理温度300℃以上400℃以下では、繊維の成分である耐炎化されたポリアクリロニトリル共重合体の切断および架橋反応が起きる。この温度領域においては300℃/分以下の昇温速度で緩やかに繊維の温度を上げることが、最終的に得られる炭素繊維束の機械的特性を良好なものとするために好ましい。また、処理温度が400℃以上900℃以下においては、次第にグラファイト構造が構築される。この炭素構造を構築する段階においては、炭素構造の規則配向を促すため、緊張下で延伸をかけながら処理するのが好ましい。900℃以下における温度勾配や延伸(張力)をコントロールするために、最終的な炭素化工程とは別に前工程(前炭素化工程)を設置することがより好ましい。 In the early stages of the carbonization process, i.e., at processing temperatures between 300°C and 400°C, scission and crosslinking reactions occur in the flame-retardant polyacrylonitrile copolymer, a component of the fiber. In this temperature range, gradually increasing the fiber temperature at a rate of 300°C/min or less is preferable to ensure good mechanical properties in the final carbon fiber bundle. Furthermore, at processing temperatures between 400°C and 900°C, a graphite structure is gradually formed. During this carbon structure formation stage, it is preferable to stretch the carbon structure under tension to promote regular orientation. To control the temperature gradient and stretching (tension) below 900°C, it is more preferable to establish a pre-process (pre-carbonization process) separate from the final carbonization process.
処理温度900℃以上においては、残存していた窒素原子が脱離し、グラファイト構造が発達することにより繊維全体としては収縮する。このような高温域での熱処理においても、最終的な炭素繊維の良好な機械的物性を発現させるためには、緊張下で処理することが好ましい。 At treatment temperatures of 900°C or higher, the remaining nitrogen atoms are released and the graphite structure develops, causing the fiber as a whole to shrink. Even when heat-treating at such high temperatures, it is preferable to treat the fiber under tension in order to achieve good mechanical properties in the final carbon fiber.
このようにして得られた炭素繊維束には、必要に応じて黒鉛化処理を施してもよい。黒鉛化処理することで、炭素繊維束の弾性率がより高まる。 The carbon fiber bundles obtained in this manner may be subjected to a graphitization treatment if necessary. Graphitization treatment increases the elastic modulus of the carbon fiber bundles.
黒鉛化の条件としては、最高温度が2000℃以上の不活性雰囲気中、伸長率3%以上15%以下の範囲で伸長しながら行うことが好ましい。伸長率が3%以上であると、十分な機械的物性を有する高弾性の炭素繊維束(黒鉛化繊維束)が得られる。これは、所定の
弾性率を有する炭素繊維束を得ようとする場合に、伸長率の低い条件ほどより高い処理温度が必要であるためである。一方、伸長率が15%以下であると、表層と内部において、伸長による炭素構造の成長促進効果の差が小さく、均一な炭素繊維束を形成し、高品質の炭素繊維が得られる。
上記の焼成工程後の炭素繊維束には、最終用途に適合するように表面処理を施すのが好ましい。
As for graphitization conditions, it is preferable to perform the graphitization in an inert atmosphere with a maximum temperature of 2000°C or higher, while elongating at an elongation rate in the range of 3% to 15%. When the elongation rate is 3% or higher, a highly elastic carbon fiber bundle (graphitized fiber bundle) having sufficient mechanical properties can be obtained. This is because, when attempting to obtain a carbon fiber bundle having a predetermined elastic modulus, a lower elongation rate condition requires a higher treatment temperature. On the other hand, when the elongation rate is 15% or lower, there is little difference between the surface layer and the interior in the effect of promoting the growth of the carbon structure due to elongation, and a uniform carbon fiber bundle can be formed, resulting in high-quality carbon fiber.
After the above-mentioned calcination step, the carbon fiber bundle is preferably subjected to a surface treatment suitable for the final use.
表面処理の方法に制限はないが、電解質溶液中で電解酸化する方法が好ましい。電解酸化は、炭素繊維束の表面で酸素を発生させることで表面に含酸素官能基を導入し、表面改質処理をするものである。 There are no restrictions on the surface treatment method, but electrolytic oxidation in an electrolyte solution is preferred. Electrolytic oxidation generates oxygen on the surface of the carbon fiber bundle, introducing oxygen-containing functional groups onto the surface and performing a surface modification treatment.
電解質としては、硫酸、塩酸、硝酸などの酸やそれらの塩類を用いることができる。
電解酸化の条件として、電解液の温度は室温以下、電解質濃度は1質量%以上15質量%以下、電気量は100クーロン/g以下が好ましい。
このようにして得られた炭素繊維束は、炭素繊維用サイジング剤を適宜付与してもよい。炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は、炭素繊維束とサイジング剤の合計質量に対して0.6質量%以上2質量%以下であることが好ましく、1質量%以上1.6質量%以下であることがより好ましい。サイズ剤の付着量が0.6質量%以上であれば、SMCを成形して炭素繊維強化複合材料としたときに、靭性等の機能発現性を存分に発揮させることができる。一方、サイズ剤の付着量が2質量%以下であれば、炭素繊維束が硬くなることを抑制できる。
また、サイズ剤の付着量が上記範囲内であれば、炭素繊維束の集束性や耐擦過性が優れたものになる。
As the electrolyte, acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid, and salts thereof can be used.
As conditions for electrolytic oxidation, the temperature of the electrolytic solution is preferably room temperature or lower, the electrolyte concentration is 1% by mass or higher and 15% by mass or lower, and the quantity of electricity is preferably 100 coulombs/g or lower.
The carbon fiber bundles obtained in this manner may be appropriately provided with a carbon fiber sizing agent. The amount of sizing agent attached to the carbon fiber bundle is preferably 0.6% by mass or more and 2% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 1.6% by mass or less, relative to the total mass of the carbon fiber bundle and the sizing agent. If the amount of sizing agent attached is 0.6% by mass or more, when the SMC is molded into a carbon fiber reinforced composite material, it is possible to fully exhibit functions such as toughness. On the other hand, if the amount of sizing agent attached is 2% by mass or less, it is possible to prevent the carbon fiber bundles from becoming hard.
Furthermore, if the amount of sizing agent applied is within the above range, the carbon fiber bundles will have excellent bundling properties and abrasion resistance.
本発明によって得られる炭素繊維束は、優れた機械的物性を有し、尚且つ繊維束の拡幅、分割が極めて容易である為、特に高性能なSMC成形品の製造に好適である。
本発明によって得られる炭素繊維束に好適に使用可能なSMCの製造装置の一例を図1により説明する。SMCの製造装置は、ボビン巻にした複数の炭素繊維束を回転自在に保持するクリール(図示していない)、引き出されたそれぞれの炭素繊維束1を所望の繊維長に切断するロービングカッター31、上下フィルムを巻きだす巻き出し機21、樹脂組成物11を所望の厚みでフィルム上に塗布するドターブレイド12、樹脂組成物を炭素繊維束に含浸するために押圧を加えるローラー群24、含浸途中のSMCを移送するメッシュベルト22、および、含浸が完了した)SMCを巻き取る巻取り機25からなる。
The carbon fiber bundle obtained by the present invention has excellent mechanical properties and is extremely easy to widen and split, making it particularly suitable for producing high-performance SMC molded products.
An example of an SMC manufacturing apparatus that can be suitably used for the carbon fiber bundle obtained by the present invention will be described with reference to Figure 1. The SMC manufacturing apparatus comprises a creel (not shown) that rotatably holds a plurality of carbon fiber bundles wound on bobbins, a roving cutter 31 that cuts each of the drawn carbon fiber bundles 1 to a desired fiber length, an unwinder 21 that unwinds the upper and lower films, a daughter blade 12 that applies a resin composition 11 to the film in a desired thickness, a group of rollers 24 that applies pressure to impregnate the carbon fiber bundle with the resin composition, a mesh belt 22 that transports the SMC during impregnation, and a winder 25 that winds up the SMC after impregnation is complete.
図1及び図2に示すように、ロービングカッター31は、ゴムローラー32とカッターローラー33とからなる。さらにカッターローラーには、その周面に所望のカット長だけ離して刃34が設けられている。 As shown in Figures 1 and 2, the roving cutter 31 consists of a rubber roller 32 and a cutter roller 33. Furthermore, the cutter roller has blades 34 spaced apart on its circumferential surface by the desired cutting length.
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらによって限定されるものではない。本実施例に用いた各種測定方法、及び各評価方法は以下の通りである。 The present invention will be explained in more detail below using examples. However, the present invention is not limited to these examples. The various measurement methods and evaluation methods used in these examples are as follows.
[実施例1]
<アクリル繊維束のフックドロップ評価>
1kgの錘を掛けて垂直に垂らした炭素繊維前駆体アクリル繊維束に50gの錘の付いたフックを前記繊維束に引っ掛けて手を放して降下させる。フックを引っ掛けた箇所からフックが停止した箇所までの長さ(降下距離)を測定する。この操作をアクリル束の長さ方向1m毎に100回繰り返し、降下距離の平均値を求めてアクリル繊維束のフックドロップ値(HD値)とする。フックドロップ値の測定は、前駆体繊維束の交絡のレベルを確
認するものであり、その値が高ければ高いほど、即ちアクリル繊維束に引っ掛けたフックの降下距離が長ければ長いほどアクリル繊維束に交絡が掛かっていないことを示すものである。
[Example 1]
<Hook drop evaluation of acrylic fiber bundle>
A hook with a 50 g weight attached is hooked onto a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle that is hanging vertically with a 1 kg weight attached, and the fiber bundle is then released and allowed to fall. The length from the point where the hook is hooked to the point where the hook stops (descent distance) is measured. This operation is repeated 100 times every 1 m in the length direction of the acrylic fiber bundle, and the average value of the descent distances is calculated and used as the hook drop value (HD value) of the acrylic fiber bundle. The measurement of the hook drop value is used to confirm the level of entanglement of the precursor fiber bundle; the higher the value, i.e., the longer the descent distance of the hook hooked onto the acrylic fiber bundle, the less entangled the acrylic fiber bundle is.
<炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造>
アクリル繊維束は、次の方法で調製したものを用いる。アクリロニトリル系共重合体(組成比:アクリロニトリル/アクリルアミド/メタクリル酸=96.5/2.7/0.8(質量比))を21質量%の割合でジメチルアセトアミドに分散し、加熱溶解して紡糸原液を調製し、濃度67質量%のジメチルアセトアミド水溶液を満たす38℃の凝固浴中に孔径(直径)45μm、孔数24000の紡糸ノズルより吐出し凝固糸とする。凝固糸は、水洗槽中で脱溶媒するとともに3倍に延伸して水膨潤状態の前駆体繊維束とする。
<Production of carbon fiber precursor acrylic fiber bundle>
The acrylic fiber bundle used was prepared by the following method: An acrylonitrile copolymer (composition ratio: acrylonitrile/acrylamide/methacrylic acid = 96.5/2.7/0.8 (mass ratio)) was dispersed in dimethylacetamide at a ratio of 21 mass %, heated and dissolved to prepare a spinning dope, and discharged from a spinning nozzle with a pore size (diameter) of 45 μm and 24,000 holes into a coagulation bath filled with a 67 mass % dimethylacetamide aqueous solution at 38°C to form a coagulated fiber. The coagulated fiber was then desolvated in a water washing tank and stretched three times to form a precursor fiber bundle in a water-swollen state.
油剤処理液を満たす油剤処理槽に水膨潤状態の前駆体繊維束を導き、油剤を付与する。
その後、油剤が付与された前駆体繊維束を表面温度150℃のローラーにて乾燥緻密化する後に、圧力0.3MPaの水蒸気中で5倍延伸を施し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得る。得られるアクリル繊維束のフィラメント数は24000本、単繊維繊度は1.0dTexである。
その後、アクリル繊維束は交絡処理を施すことなく、撚りのない状態でボビンに巻き付けた形態で採取する。
The precursor fiber bundle in a water-swollen state is introduced into an oil treatment tank filled with an oil treatment liquid, and the oil is applied thereto.
The precursor fiber bundle to which the oil agent has been applied is then dried and densified with a roller at a surface temperature of 150°C, and then stretched 5 times in water vapor at a pressure of 0.3 MPa to obtain a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle. The obtained acrylic fiber bundle has 24,000 filaments and a single fiber fineness of 1.0 dTex.
Thereafter, the acrylic fiber bundle is collected in a state of being wound around a bobbin in an untwisted state without being subjected to an entanglement treatment.
<炭素繊維束の製造>
アクリル繊維束を、1ターン/mの撚りが入るようにボビン巻のまま回転させ、焼成工程に供給する。撚りの入ったアクリル繊維束を220℃から260℃の範囲で温度勾配を有する耐炎化炉に70分かけて通して耐炎化し、耐炎化繊維束とする。引き続き、前記耐炎化繊維束を窒素雰囲気中で400℃から1400℃の範囲で温度勾配を有する炭素化炉を3分間かけて通過させて焼成し、炭素繊維束とする。
<Production of carbon fiber bundles>
The acrylic fiber bundle is rotated while wound on a bobbin so as to be twisted at 1 turn/m, and is supplied to a baking process. The twisted acrylic fiber bundle is flame-resistant by passing it through a flame-resistant furnace having a temperature gradient in the range of 220°C to 260°C for 70 minutes to obtain a flame-resistant fiber bundle. Subsequently, the flame-resistant fiber bundle is baked by passing it through a carbonization furnace having a temperature gradient in the range of 400°C to 1400°C in a nitrogen atmosphere for 3 minutes to obtain a carbon fiber bundle.
<焼成工程の通過性の判定>
アクリル繊維束を焼成工程に供給して炭素繊維束が得られる場合「可」とし、炭素繊維が得られない場合「否」とする。
<Determination of Passability of Firing Process>
When a carbon fiber bundle is obtained by supplying an acrylic fiber bundle to a baking process, it is judged as "OK", and when no carbon fiber is obtained, it is judged as "NO".
<炭素繊維束の分割性の判定>
前述の通り得られる炭素繊維束を図1に示すSMC製造工程に供給し、図2に示すロービングカッターを用いて切断した後、一万本以下のフィラメントからなる細かい繊維束に分割される場合「可」とし、分割されない場合「否」とする。
総繊度、交絡処理、HD値、梱包パッケージ、撚り付与方法、撚り数、焼成工程の通過性、および炭素繊維の分割性を表1にまとめて示す。
<Determination of Dividability of Carbon Fiber Bundle>
The carbon fiber bundle obtained as described above is supplied to the SMC production process shown in FIG. 1, cut using a roving cutter shown in FIG. 2, and if it is divided into fine fiber bundles consisting of 10,000 filaments or less, it is judged as "OK", and if it is not divided, it is judged as "NO".
The total fineness, entanglement treatment, HD value, packaging, twisting method, number of twists, passability through the baking process, and splittability of the carbon fibers are summarized in Table 1.
[実施例2~20]
アクリル繊維束の総繊度、交絡処理、梱包パッケージ、撚り付与方法、撚り数を表1に示すように変更する以外は、実施例1と同様にしてアクリル繊維束、及び炭素繊維束を得て、更にはSMC製造工程に通して各測定及び評価を実施する。
総繊度、交絡処理、HD値、梱包パッケージ、撚り付与方法、撚り数、焼成工程の通過性、および炭素繊維の分割性を表1にまとめて示す。
[Examples 2 to 20]
Acrylic fiber bundles and carbon fiber bundles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the total fineness, entanglement treatment, packaging package, twisting method, and number of twists of the acrylic fiber bundles were changed as shown in Table 1, and then each measurement and evaluation were carried out after passing through the SMC production process.
The total fineness, entanglement treatment, HD value, packaging, twisting method, number of twists, passability through the baking process, and splittability of the carbon fibers are summarized in Table 1.
各実施例から明らかなように、適当な撚りを付与したアクリル繊維束は、フィラメント同士の絡み合いが弱くても焼成工程でトラブルを発生させることなく、炭素繊維が得られる。また、前記炭素繊維束はSMC製造工程で切断すると極めて細かい繊維束に分割される。 As is clear from each example, acrylic fiber bundles with an appropriate twist can be used to obtain carbon fiber without causing problems during the baking process, even if the filaments are weakly entangled. Furthermore, when the carbon fiber bundles are cut during the SMC manufacturing process, they are divided into extremely fine fiber bundles.
[比較例1~20]
アクリル繊維束の総繊度、交絡処理、梱包パッケージ、撚り付与方法、撚り数を表1に示すように変更する以外は、実施例1と同様にしてアクリル繊維束、及び炭素繊維束を得て、更にはSMC製造工程に通して各測定及び評価を実施する。
総繊度、交絡処理、HD値、梱包パッケージ、撚り付与方法、撚り数、焼成工程の通過性、および炭素繊維の分割性を表1にまとめて示す。
[Comparative Examples 1 to 20]
Acrylic fiber bundles and carbon fiber bundles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the total fineness, entanglement treatment, packaging package, twisting method, and number of twists of the acrylic fiber bundles were changed as shown in Table 1, and then each measurement and evaluation were carried out after passing through the SMC production process.
The total fineness, entanglement treatment, HD value, packaging, twisting method, number of twists, passability through the baking process, and splittability of the carbon fibers are summarized in Table 1.
比較例1、2、4、5、7、8、10、11から明らかなように、撚りがない、又は撚り数が少ない炭素繊維前駆体アクリル繊維束でフィラメント同士の絡み合いが弱い場合、焼成工程でロールにフィラメントが取られ、最終的に繊維束が巻き付くトラブルが発生し、炭素繊維は得られない。 As is clear from Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, and 11, when the filaments in a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle have no twist or a low twist and are weakly entangled, the filaments get caught on the roll during the baking process, and ultimately the fiber bundle winds around itself, resulting in no carbon fiber being obtained.
また、比較例3、6、9、12、16、20から明らかなように、撚りが入りすぎると炭素繊維前駆体アクリル繊維束が極めて密な状態で焼成工程に供給される為、耐炎化工程で前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束が蓄熱、切断するトラブルが発生し、炭素繊維は得られない。 Furthermore, as is clear from Comparative Examples 3, 6, 9, 12, 16, and 20, if the twist is too great, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundles are supplied to the baking process in an extremely dense state, which causes problems such as heat accumulation and breakage of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundles during the flame-proofing process, making it impossible to obtain carbon fiber.
また、比較例13、14、15、17、18、19から明らかなように、適当な撚りを付与した炭素繊維前駆体アクリル繊維束でフィラメントの絡み合いが強い場合、焼成工程でトラブルを発生させることなく、炭素繊維が得られる。しかし、前記炭素繊維束はSMC製造工程で切断すると細かいフィラメントに分割することが出来ない。 Furthermore, as is clear from Comparative Examples 13, 14, 15, 17, 18, and 19, when the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is appropriately twisted and the filaments are tightly entangled, carbon fiber can be obtained without causing any problems during the firing process. However, when the carbon fiber bundle is cut during the SMC manufacturing process, it cannot be divided into fine filaments.
本発明に係る炭素繊維の製造方法は従来技術では達成できなかった、高性能なSMCを得るのに好適な、すなわち炭素繊維束を切断した際に炭素繊維束を数千本単位の細かいフィラメントに分割可能な炭素繊維が得られる。 The carbon fiber manufacturing method of the present invention is suitable for obtaining high-performance SMC, something that could not be achieved with conventional technology. In other words, it produces carbon fiber that can be divided into thousands of fine filaments when the carbon fiber bundle is cut.
1 炭素繊維束
4 短く切断された炭素繊維束
11 樹脂組成物
12 ドクターブレイド
21 巻き出し機
22 メッシュベルト
24 ローラー群
25 巻き取り機
31 ロービングカッター
32 ゴムローラー
33 カッターローラー
34 刃
REFERENCE SIGNS LIST 1 Carbon fiber bundle 4 Short cut carbon fiber bundle 11 Resin composition 12 Doctor blade 21 Unwinder 22 Mesh belt 24 Roller group 25 Winder 31 Roving cutter 32 Rubber roller 33 Cutter roller 34 Blade
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