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JPH086211B2 - Low-density high-modulus graphitized fiber and method for producing the same - Google Patents
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JPH086211B2 - Low-density high-modulus graphitized fiber and method for producing the same - Google Patents

Low-density high-modulus graphitized fiber and method for producing the same

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JPH086211B2
JPH086211B2 JP63225190A JP22519088A JPH086211B2 JP H086211 B2 JPH086211 B2 JP H086211B2 JP 63225190 A JP63225190 A JP 63225190A JP 22519088 A JP22519088 A JP 22519088A JP H086211 B2 JPH086211 B2 JP H086211B2
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fiber
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graphitized
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正芳 鷲山
徹 平松
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高性能な黒鉛化繊維,特に低密度かつ高弾
性率で比弾性率の高い黒鉛化繊維およびその製造方法に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-performance graphitized fiber, particularly to a graphitized fiber having a low density, a high elastic modulus and a high specific elastic modulus, and a method for producing the same.

[従来の技術] 近年黒鉛化繊維の用途展開が拡がるとともに、比弾性
率に対する向上要求がますます高まっている。すなわち
弾性率が高く、かつ密度の低い黒鉛化繊維が求められて
いる。特に重量軽減効果の大きい航空宇宙あるいは釣竿
用途では、重量を少しでも軽くするためにより軽い黒鉛
化繊維が求められている。
[Prior Art] With the expansion of applications of graphitized fibers in recent years, there is an increasing demand for improvement in specific elastic modulus. That is, a graphitized fiber having a high elastic modulus and a low density is required. Especially in aerospace or fishing rod applications where the weight reduction effect is great, lighter graphitized fibers are required to reduce the weight as much as possible.

従来の黒鉛化繊維は、高強度タイプ炭素繊維に比べて
弾性率が向上するとともに密度も高くなるために、せっ
かく弾性率が向上しても、実際に問題となる比弾性率に
十分反映されないという問題があった。特にピッチ系黒
鉛化繊維では密度が2.0g/cm3以上と非常に高く、またア
クリル系黒鉛化繊維においても、1.8g/cm3以上と高く、
比弾性率が十分に向上しなかった。
Conventional graphitized fibers have higher elastic modulus and higher density than high-strength carbon fibers, so even if the elastic modulus is improved, it will not be sufficiently reflected in the specific elastic modulus that is actually a problem. There was a problem. In particular, pitch-based graphitized fiber has a very high density of 2.0 g / cm 3 or more, and acrylic-based graphitized fiber also has a high density of 1.8 g / cm 3 or more.
The specific elastic modulus was not sufficiently improved.

そこで本発明者らは先に密度が1.75g/cm3以下と低
く、かつ強度および弾性率がそれぞれ650kg/mm2以上お
よび35t/mm2以上と高い、すなわち比強度および比弾性
率がそれぞれ3.7×107cm以上および2.0×109cm以上と高
い炭素繊維を提案した(特願昭63−134032号)が、さら
に密度が低くかつ弾性率が45t/mm2以上と高い、したが
って比弾性率が非常に高い黒鉛化繊維を鋭意検討して本
発明に至った。
Therefore, the present inventors previously found that the density is as low as 1.75 g / cm 3 or less, and the strength and elastic modulus are respectively high as 650 kg / mm 2 or more and 35 t / mm 2 or more, that is, the specific strength and the specific elastic modulus are 3.7 respectively. We have proposed a carbon fiber with a high density of 10 7 cm or more and 2.0 10 9 cm or more (Japanese Patent Application No. 63-134032), but it has a lower density and a high elastic modulus of 45 t / mm 2 or more, and therefore a specific elastic modulus. The present invention has been made through intensive studies on graphitized fibers having a very high value.

[発明が解決しようとする課題] 本発明の課題は、上記従来技術では達成し得なかった
密度が低く、かつ弾性率が45t/mm2以上と非常に高いレ
ベルにある黒鉛化繊維を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to provide a graphitized fiber having a low density and a very high elastic modulus of 45 t / mm 2 or more, which cannot be achieved by the above-mentioned conventional techniques. Especially.

[課題を解決するための手段] 上記した目的を達成するために本発明の低密度高弾性
率黒鉛化繊維は、次の構成を有する。すなわち、アクリ
ロニトリル系重合体に、ポリアクリロニトリル以外の重
合体、界面活性剤及びシリコーン化合物から選ばれる一
種以上を配合した、単繊維デニールが1.0d以下であり、
広角X線回折による配向度(π400)が85%以上である
アクリル系繊維を焼成してなり、その密度が1.70g/cm3
以下で、かつ引張弾性率が45t/mm2以上であることを特
徴とする低密度高弾性率黒鉛化繊維である。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the low-density high-modulus graphitized fiber of the present invention has the following constitution. That is, the acrylonitrile-based polymer, a polymer other than polyacrylonitrile, blended with one or more selected from surfactants and silicone compounds, single fiber denier is 1.0d or less,
Oriented by wide-angle X-ray diffraction (π 400 ) is 85% or more and is made by baking acrylic fiber, and its density is 1.70 g / cm 3
A low-density high-modulus graphitized fiber having the following tensile modulus of elasticity of 45 t / mm 2 or more.

ここにおいて、上記焼成に供するアクリル系繊維は、
さらに、ヨウ素吸着法によるΔLの値が30以下という条
件を満たすことが好ましい。
Here, the acrylic fiber used for the firing is
Furthermore, it is preferable to satisfy the condition that the value of ΔL by the iodine adsorption method is 30 or less.

また、かかる本発明の低密度高弾性率黒鉛化繊維の製
造方法は、次の構成を有する。すなわち、アクリロニト
リル系重合体に、ポリアクリロニトリル以外の重合体、
界面活性剤及びシリコーン化合物から選ばれる一種以上
を0.5〜30重量%混合し、紡糸後、240〜300℃の酸化性
雰囲気中で加熱した後、不活性雰囲気中で加熱し350〜5
00℃の温度領域で3%以上の延伸を行ない、次に一旦炉
外の駆動ローラを介してから、さらに2000℃〜最高温度
領域で5%以上の延伸を行ない、最終的に2300℃を超え
る不活性雰囲気中で加熱処理を行なうことを特徴とする
低密度高弾性率黒鉛化繊維の製造方法である。
Further, the method for producing a low-density high-modulus graphitized fiber of the present invention has the following constitution. That is, acrylonitrile-based polymer, a polymer other than polyacrylonitrile,
One or more selected from surfactants and silicone compounds are mixed in an amount of 0.5 to 30% by weight, after spinning, heated in an oxidizing atmosphere at 240 to 300 ° C, and then heated in an inert atmosphere at 350 to 5%.
Stretching by 3% or more in the temperature range of 00 ° C, then once passing through the driving roller outside the furnace, further stretching by 5% or more in the temperature range of 2000 ° C to the maximum temperature, and finally exceeding 2300 ° C. A method for producing a low-density high-modulus graphitized fiber, which is characterized by performing heat treatment in an inert atmosphere.

そして、本発明の製造方法では、さらに次の態様が含
まれる。
The manufacturing method of the present invention further includes the following aspects.

・前記の240〜300℃の酸化性雰囲気中での加熱を、密度
が1.30g/cm3以上になるまで加熱すること。
-The above heating in an oxidizing atmosphere at 240 to 300 ° C is performed until the density reaches 1.30 g / cm 3 or more.

・1500〜2000℃の温度領域において一旦炉外の駆動ロー
ラを介すること。
-Take a drive roller outside the furnace once in the temperature range of 1500-2000 ° C.

・350〜500℃の温度領域での昇温速度を500℃/分以下
とすること。
-The rate of temperature rise in the temperature range of 350 to 500 ° C should be 500 ° C / min or less.

すなわち本発明の黒鉛化繊維は1.70g/cm3以下,好ま
しくは1.65g/cm3以下でかつ引張弾性率が45t/mm2以上,
好ましくは50t/mm2以上と、従来の技術ではいずれか一
方だけでも非常に困難な物性レベルを同時に満たし、比
弾性率が2.6×109cmと高い低密度高弾性率黒鉛化繊維で
ある。黒鉛化繊維の弾性率はアクリル系黒鉛化繊維にお
いては最近50t/mm2以上の高弾性率が達成されてきてお
り、またピッチ系黒鉛化繊維においては、70t/mm2以上
の高弾性率が達成されている。しかしいずれも弾性率が
高ければ高いほど密度が高くなり、したがって弾性率の
高い繊維イコール密度の高い繊維であった。したがっ
て、できるだけ密度の低い黒鉛化繊維,すなわち1.70g/
cm3以下という従来の高強度タイプ炭素繊維の低密度糸
よりもさらに密度が小さい黒鉛化繊維を開発すること
は、材料開発者および構造設計者の夢であった。特に宇
宙用途では1gが1万円以上に匹敵すると言われ、密度は
非常に重要なポイントである。
That graphitized fibers of the present invention is 1.70 g / cm 3 or less, preferably 1.65 g / cm 3 or less and a tensile modulus of 45t / mm 2 or more,
A low-density high-modulus graphitized fiber having a high specific elasticity of 2.6 × 10 9 cm at the same time, which has a physical property level of 50 t / mm 2 or more, which is extremely difficult to achieve by any one of the conventional techniques, is high. With regard to the elastic modulus of graphitized fiber, a high elastic modulus of 50 t / mm 2 or more has recently been achieved for acrylic-based graphitized fiber, and a high elastic modulus of 70 t / mm 2 or higher for pitch-based graphitized fiber. Has been achieved. However, in all cases, the higher the elastic modulus, the higher the density, and thus the fiber having a high elastic modulus and a high equol density. Therefore, the lowest density graphitized fiber, ie 1.70 g /
It was a dream for material developers and structural designers to develop graphitized fibers with a density even lower than that of conventional high-strength type carbon fiber low density yarns of cm 3 or less. Especially for space applications, 1g is said to be worth over 10,000 yen, and density is a very important point.

なお、本発明における密度はJIS−R−7601に規定す
る密度測定法に従って測定した値であり、また引張弾性
率はJIS−R−7601に規定する樹脂含浸ストランド試験
法により求めた値である。すなわち、“ベークライト"E
RL−4221/三フッ化ホウ素モノエチルアミン/アセトン
=100/3/4部を炭素繊維に含浸し、得られた樹脂含浸ス
トランドを130℃で30分間加熱して硬化させ、JIS−R−
7601に規定する樹脂含浸ストランド試験法により求め
た。
The density in the present invention is a value measured according to the density measuring method specified in JIS-R-7601, and the tensile elastic modulus is a value determined by the resin-impregnated strand test method specified in JIS-R-7601. That is, "Bakelite" E
RL-4221 Boron trifluoride monoethylamine / acetone = 100/3/4 parts is impregnated in carbon fiber, and the obtained resin-impregnated strand is heated at 130 ° C. for 30 minutes to be cured, and then JIS-R-
It was determined by the resin-impregnated strand test method specified in 7601.

上記の低密度高弾性率黒鉛化繊維について、アクリル
系黒鉛化繊維を例をとってその製法例を説明する。すな
わち、アクリル系黒鉛化繊維の原料繊維であるアクリル
繊維(プリカーサー)を構成するアクリル系重合体とし
ては、少なくとも90モル%以上のアクリロニトリルと10
モル%以下の共重合可能なビニル系モノマ,たとえばア
クリル酸,メタクリル酸,イタコン酸およびそれらのア
ルカリ金属塩,アンモニウム塩および低級アルキルエス
テル類,アクリルアミドおよびその誘導体,アリルスル
ホン酸,メタリルスルホン酸およびそれらの塩類または
アルキルエステル類などとの共重合体を挙げることがで
きるが特に限定されるものではない。
Regarding the above-mentioned low-density high-modulus graphitized fiber, an example of a method for producing the same will be described by taking acrylic-based graphitized fiber as an example. That is, as the acrylic polymer constituting the acrylic fiber (precursor) which is a raw material fiber of the acrylic graphitized fiber, at least 90 mol% or more of acrylonitrile and 10
Not more than mol% of copolymerizable vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and their alkali metal salts, ammonium salts and lower alkyl esters, acrylamide and its derivatives, allylsulfonic acid, methallylsulfonic acid and Examples thereof include copolymers with salts or alkyl esters thereof, but are not particularly limited.

重合法については、従来公知の溶液重合,懸濁重合,
乳化重合などを適用することができるが、重合度として
は極限粘度([η])で1.3以上,好ましくは1.7以上に
するのがよい。すなわち、極限粘度([η])で1.3未
満では弾性率が発現しにくく好ましくない。
Regarding the polymerization method, conventionally known solution polymerization, suspension polymerization,
Emulsion polymerization or the like can be applied, but the degree of polymerization is 1.3 or more, preferably 1.7 or more in terms of intrinsic viscosity ([η]). That is, when the intrinsic viscosity ([η]) is less than 1.3, the elastic modulus is difficult to develop, which is not preferable.

かかるアクリル系重合体にポリアクリロニトリル以外
の重合体,界面活性剤あるいはシリコン化合物から選ば
れる一種あるいは二種以上の物質を添加混合することが
必須である。添加量としては0.5重量%から30重量%が
好ましく、さらに好ましくは2重量%から10重量%の範
囲内である。添加量が0.5重量%未満では密度の低下効
果が小さく、また30重量%を越えると弾性率が発現しに
くい傾向がある。
It is essential to add and mix one or more substances selected from polymers other than polyacrylonitrile, surfactants, and silicon compounds to the acrylic polymer. The amount added is preferably 0.5% to 30% by weight, more preferably 2% to 10% by weight. If the amount added is less than 0.5% by weight, the effect of decreasing the density is small, and if it exceeds 30% by weight, the elastic modulus tends to be difficult to develop.

添加物としては、均一に混合できるようにアクリル重
合体と相溶性のよい物,あるいは添加することによって
著しく大きなボイドなどの欠陥が生成するような成分た
とえば鉄,イオウなどの金属元素を含まない物が好まし
い。
Additives that are compatible with the acrylic polymer so that they can be uniformly mixed, or components that do not produce metal elements such as iron and sulfur, which produce defects such as extremely large voids when added. Is preferred.

重合体としてはポリビニルアルコール,ポリアクリル
酸,ポリアミド,ポリエチレンオキシド,ポリイミド,
ポリプロピレン,ポリアクリルアミド,ポリエチレンテ
レフタレートなどの重合体があげられ、界面活性剤とし
ては高級アルコールエチレンオキサイド付加物,アルキ
ルフェノールエチレンオキサイド付加物,脂肪酸エチレ
ンオキサイド付加物,高級アルキルアミンエチレンオキ
サイド付加物,グリセロールの脂肪酸エステル,ペンタ
エリスリトールの脂肪酸エステルなどのノニオン系界面
活性剤あるいはラウリルアルコール硫酸エステルナトリ
ウム塩,トリアルキルアンモニウムクロライドなどのイ
オン性界面活性剤があげられる。さらにシリコン化合物
としてはジメチルシリコーンなどのアルキルあるいはア
リールシリコーンおよびエポキシ変性,アミノ変性など
の変性ポリシロキサンなどがあげられる。
Polymers include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyamide, polyethylene oxide, polyimide,
Polymers such as polypropylene, polyacrylamide, and polyethylene terephthalate are mentioned. As the surfactant, higher alcohol ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, fatty acid ethylene oxide adduct, higher alkylamine ethylene oxide adduct, glycerol fatty acid Examples thereof include nonionic surfactants such as esters and fatty acid esters of pentaerythritol, and ionic surfactants such as sodium lauryl alcohol sulfate and trialkylammonium chloride. Further, examples of the silicon compound include alkyl or aryl silicone such as dimethyl silicone, and modified polysiloxane such as epoxy modified and amino modified.

添加方法としては撹拌翼を用いて機械的混合する方
法,あるいは溶媒に溶解して添加する方法などを適用す
ることができるが、いずれの場合も均一に混合すること
が重要である。
As a method of addition, a method of mechanically mixing using a stirring blade, a method of adding after dissolving in a solvent, or the like can be applied, but in any case, uniform mixing is important.

紡糸方法には、湿式紡糸法,乾式紡糸法,乾湿式紡糸
法などを採用できるが、就中緻密性の高いプリカーサー
が得られる乾湿式紡糸法が好ましい。
As the spinning method, a wet spinning method, a dry spinning method, a dry-wet spinning method, or the like can be adopted, but a dry-wet spinning method is preferable because a precursor having high compactness can be obtained.

弾性率の高い炭素繊維を得るためには、緻密性の高い
プリカーサーが有効である。緻密性としては、ヨウ素吸
着法による△Lの値が30以下,好ましくは20以下,さら
に好ましくは10以下の緻密なプリカーサーが好ましい。
In order to obtain a carbon fiber having a high elastic modulus, a precursor having a high density is effective. As the denseness, a dense precursor having a ΔL value of 30 or less, preferably 20 or less, and more preferably 10 or less by an iodine adsorption method is preferable.

また弾性率の高い黒鉛化繊維を得るためには配向度の
高いプリカーサーが好ましく、特に広角X線回折による
配向度(π400)が85%以上,好ましくは91%以上であ
るアクリル繊維がよい。広角X線回折による配向度(π
400)が85%以上であるアクリル繊維を得るための手段
としては、湿式紡糸法あるいは乾湿式紡糸法などにより
得られた凝固糸に熱水延伸,スチーム延伸あるいはグリ
セリンなどの溶剤中延伸などの延伸手段を適用すること
ができる プリカーサーの単繊維デニールとしては1.0d以下,特
に0.8d以下の細デニールが弾性率向上にとって好まし
い。
Further, in order to obtain a graphitized fiber having a high elastic modulus, a precursor having a high degree of orientation is preferred, and an acrylic fiber having an orientation degree (π 400 ) by wide-angle X-ray diffraction of 85% or more, preferably 91% or more is particularly preferable. Orientation degree by wide-angle X-ray diffraction (π
400 ) is 85% or more, as a means for obtaining acrylic fibers, coagulated yarn obtained by a wet spinning method or a dry-wet spinning method is drawn by hot water drawing, steam drawing or drawing in a solvent such as glycerin. As the single fiber denier of the precursor to which the means can be applied, a fine denier of 1.0 d or less, particularly 0.8 d or less is preferable for improving the elastic modulus.

かかるプリカーサーを焼成する際の耐炎化条件とし
て、240〜300℃の酸化性雰囲気中で密度が1.30g/cm3
上,好ましくは1.35g/cm3以上まで加熱することが強度
および弾性率を向上させる上で有効である。またこの
際、トータル延伸比を1.00以上とするのが好ましい。特
に添加量を上げるにしたがって耐炎化延伸比を上げるこ
とは、弾性率を向上させる上で有効である。雰囲気とし
ては、公知の空気,酸素,二酸化窒素,塩化水素などの
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。
As a flameproofing condition when firing such a precursor, heating to a density of 1.30 g / cm 3 or more, preferably 1.35 g / cm 3 or more in an oxidizing atmosphere of 240 to 300 ° C. improves strength and elastic modulus. It is effective in making it happen. At this time, the total stretching ratio is preferably 1.00 or more. In particular, increasing the flameproof stretch ratio as the amount added is effective in improving the elastic modulus. As the atmosphere, known oxidizing atmospheres such as air, oxygen, nitrogen dioxide, and hydrogen chloride can be adopted, but air is preferable from the economical point of view.

得られた耐炎化繊維を不活性雰囲気中で焼成する際の
最高温度としては、2300℃,好ましくは2500℃を越える
ことが高弾性率を得るために重要である。最高温度の上
限については限定されるものではないが、炉材の寿命も
考慮すると2300〜2900℃の範囲に最高温度を設定するの
が好ましい。
It is important for obtaining a high elastic modulus that the maximum temperature at which the obtained flame-resistant fiber is fired in an inert atmosphere exceeds 2300 ° C, preferably 2500 ° C. Although the upper limit of the maximum temperature is not limited, it is preferable to set the maximum temperature in the range of 2300 to 2900 ° C in consideration of the life of the furnace material.

さらに、2000℃〜最高温度の領域において5〜40%,
好ましくは5〜35%,さらに好ましくは10〜30%の延伸
を行なうことが高弾性率を得るために重要である。
Furthermore, in the range of 2000 ℃ ~ maximum temperature, 5-40%,
It is important to perform stretching of preferably 5 to 35%, more preferably 10 to 30% in order to obtain a high elastic modulus.

このような延伸処理を行なうにあたって、1500〜2000
℃の領域で一旦炉外の駆動ローラーを介することが2000
℃〜最高温度の領域での焼成張力を上げるために有効で
あり、したがって弾性率向上にとって有効である。換言
すれば、炭化工程を前半と後半に分離独立させ焼成張力
の制御を可能とするのである。このように炭化工程を前
半と後半に分離独立させないならば、2000℃〜最高温度
領域での焼成張力を上げて5%以上延伸することが困難
となり、したがって、弾性率の向上は望めない。
In carrying out such stretching treatment, 1500-2000
In the region of ℃, it is possible to once pass through the drive roller outside the furnace 2000
It is effective for increasing the firing tension in the range of ° C to the maximum temperature, and is therefore effective for improving the elastic modulus. In other words, it is possible to control the firing tension by separating the carbonization process into the first half and the second half. If the carbonization step is not separated into the first half and the second half in this way, it becomes difficult to increase the firing tension in the 2000 ° C. to maximum temperature region and stretch by 5% or more, and therefore, it is not possible to expect an improvement in the elastic modulus.

なお、350〜500℃の領域においても3%以上,好まし
くは5%以上の延伸を行なうことは、高弾性率を得るた
めに好ましい条件である。
Stretching by 3% or more, preferably 5% or more in the range of 350 to 500 ° C. is a preferable condition for obtaining a high elastic modulus.

昇温速度条件としては、350〜500℃の温度領域での昇
温速度を500℃/分以下,好ましくは200℃/分以下と
し、さらに2000〜最高温度までの昇温速度を1000℃/分
以下,好ましくは500℃/分以下とすることが延伸性を
向上させ、毛羽の発生を防止するために有効である。ま
た、500〜2000℃の温度領域での昇温速度を500℃/分以
上,好ましくは700℃/分以上とすることは黒鉛化糸の
密度を低下させるうえで有効である。
As the temperature rising rate conditions, the temperature rising rate in the temperature range of 350 to 500 ° C is 500 ° C / minute or less, preferably 200 ° C / minute or less, and the temperature rising rate from 2000 to the maximum temperature is 1000 ° C / minute. Below, it is effective to set the temperature to preferably 500 ° C./min or less in order to improve the stretchability and prevent the generation of fluff. Further, setting the rate of temperature rise in the temperature range of 500 to 2000 ° C. to 500 ° C./min or more, preferably 700 ° C./min or more is effective in reducing the density of the graphitized yarn.

以上述べたように、本発明繊維の製法例としては重合
体,プリカーサー,製糸,耐炎化,炭化および黒鉛化条
件を特定化することを挙げることができる。これらの技
術は、ピッチ系など他の黒鉛化繊維にも適用できる。
As described above, as an example of the method for producing the fiber of the present invention, the polymer, the precursor, the yarn making, the flame resistance, the carbonization and the graphitization conditions can be specified. These techniques can also be applied to other graphitized fibers such as pitch-based.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

なお、本発明におけるプリカーサーのヨウ素吸着法に
よる△Lおよび広角X線回折による配向度(π400
は、それぞれ以下の方法により求めた値である。
In the present invention, ΔL of the precursor by the iodine adsorption method and the degree of orientation by the wide angle X-ray diffraction (π 400 )
Are values obtained by the following methods.

ヨウ素吸着法による△L 繊維長が5〜7cmの乾燥試料を約0.5g精秤し、200mlの
共栓付き三角フラスコに採り、これにヨウ素溶液(I2:5
1g,2,4−ジクロロフェノール10g,酢酸90gおよびヨウ化
カリウム100gを秤量し、1のメスフラスコに移して水
で溶かして定容とする)100mlを加えて、60℃で50分間
振盪しながら吸着処理を行なう。ヨウ素を吸着した試料
を流水中で30分間水洗した後、遠心脱水(2000rpm×1
分)してすばやく風乾する。この試料を開繊した後、ハ
ンター型色差計[カラーマシン(株)製,CM−25型]で
明度(L値)を測定する(L1)。
△ L fiber length by iodine adsorption method is about 0.5g accurately weighed dry samples of 5-7 cm, placed in a stoppered Erlenmeyer flask 200 ml, which in an iodine solution (I 2: 5
1 g, 2,4-dichlorophenol 10 g, acetic acid 90 g and potassium iodide 100 g are weighed and transferred to a measuring flask 1 and dissolved in water to a constant volume) 100 ml is added, and the mixture is shaken at 60 ° C for 50 minutes while shaking. Perform adsorption processing. After washing the sample with adsorbed iodine in running water for 30 minutes, centrifugal dehydration (2000 rpm x 1
Minutes) and air-dry quickly. After the sample is opened, the lightness (L value) is measured with a Hunter-type color difference meter (CM-25, manufactured by Color Machine Co., Ltd.) (L 1 ).

一方、ヨウ素の吸着処理を行なわない対応の試料を開
繊し、同様に前記ハンター型色差計で明度(L0)を測定
し、L0−L1により明度差△Lを求めた。
On the other hand, the corresponding sample not subjected to the adsorption treatment of iodine was opened, the lightness (L 0 ) was measured by the Hunter type color difference meter in the same manner, and the lightness difference ΔL was obtained from L 0 -L 1 .

広角X線回折による配向度(π400) X線源としてNiフィルターで単色化されたCuのKα線
を使用し、2θ=17.0゜付近に観察される面指数(40
0)のピークを円周方向にスキャンして得られたピーク
の半値幅H(゜)より π400={(180−H)/180}×100 (%) なる式から求めた。
Orientation degree by wide-angle X-ray diffraction (π 400 ) Using Kα rays of Cu monochromated with a Ni filter as an X-ray source, the surface index (40) observed near 2θ = 17.0 °
The peak of (0) was scanned in the circumferential direction, and the full width at half maximum H (°) of the peak was used to obtain π 400 = {(180−H) / 180} × 100 (%).

実施例1〜5,比較例1 アクリロニトリル(AN)99.4モル%とメタクリル酸0.
6モル%からなる共重合体を用いて、濃度が20重量%の
ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液を作製した。この溶
液に表1に示す添加剤を添加し、撹拌翼を用いて十分混
合した後、温度35℃に調整し、孔径0.12mm,ホール数300
0の紡糸口金を通して一旦空気中に吐出して約6mmの空間
を走らせた後、温度5℃,濃度30%のDMSO水溶液中で凝
固させた。凝固糸条を水洗後、3段の温水延伸浴で3.5
倍に延伸しシリコーン系油剤を付与した後、130〜160℃
に加熱されたローラー表面に接触させて乾燥緻密化し、
さらに3.7Kg/cm2の加圧スチーム中で3倍に延伸して単
糸繊度0.8d,トータルデニール2400Dの繊維束を得た。得
られたアクリル繊維の△Lは18であった。広角X線回折
による配向度(π400)は86〜92%の範囲であった。
Examples 1 to 5, Comparative Example 1 Acrylonitrile (AN) 99.4 mol% and methacrylic acid 0.
Using a copolymer consisting of 6 mol%, a dimethyl sulfoxide (DMSO) solution having a concentration of 20% by weight was prepared. Add the additives shown in Table 1 to this solution, mix thoroughly using a stirring blade, and adjust to a temperature of 35 ° C, pore diameter 0.12 mm, hole number 300.
It was once discharged into the air through a spinneret of 0 to run in a space of about 6 mm, and then solidified in a DMSO aqueous solution having a temperature of 5 ° C. and a concentration of 30%. After washing the coagulated yarn with water, use a 3-stage warm water drawing bath for 3.5
After stretching twice and applying silicone oil, 130-160 ℃
Contact with the roller surface heated to dry and densify,
Further, it was drawn three times in a pressure steam of 3.7 kg / cm 2 to obtain a fiber bundle having a single yarn fineness of 0.8 d and a total denier of 2400 D. The ΔL of the obtained acrylic fiber was 18. The degree of orientation (π 400 ) by wide-angle X-ray diffraction was in the range of 86 to 92%.

得られた繊維束を240〜280℃の空気中で、トータル延
伸比を表1に示すような条件で加熱し、密度1.36g/cm3
の耐炎化繊維に転換した。ついで350〜450℃の温度領域
での昇温速度を200℃/分とし8%の延伸を行なった
後、900℃で一旦炉外の駆動ローラーを介して,さらに1
800℃まで焼成した。900〜1800℃の領域の昇温速度は60
0℃/分とし、1%の収縮を行なった。さらに炉外の駆
動ローラーを介して最高温度2600℃の窒素雰囲気中で20
00〜2600℃の領域の昇温速度を500℃/分とし、かつこ
の領域で10%の延伸を行なった黒鉛化繊維を得た。得ら
れた黒鉛化繊維の特性を表1に示す。
The obtained fiber bundle was heated in the air at 240 to 280 ° C. under the condition that the total draw ratio is as shown in Table 1, and the density was 1.36 g / cm 3
It was converted to flame resistant fiber. Then, the temperature rising rate in the temperature range of 350 to 450 ° C was set to 200 ° C / min and 8% stretching was performed, and then at 900 ° C, once again, through a driving roller outside the furnace, 1
It was baked up to 800 ° C. The temperature rise rate in the 900-1800 ℃ range is 60
The rate was 0 ° C./minute, and the shrinkage was 1%. 20 in a nitrogen atmosphere with a maximum temperature of 2600 ° C via a drive roller outside the furnace.
The temperature rising rate in the region of 00 to 2600 ° C. was 500 ° C./minute, and 10% drawing was performed in this region to obtain a graphitized fiber. The characteristics of the obtained graphitized fiber are shown in Table 1.

実施例6〜7,比較例2〜3 実施例1において黒鉛化最高温度および2000℃〜最高
温度までの延伸比を表2のように変える以外は実施例1
と同一条件で黒鉛化して黒鉛化繊維を得た。得られた黒
鉛化繊維の特性を表2に示す。
Examples 6 to 7, Comparative Examples 2 to 3 Example 1 except that the graphitization maximum temperature and the draw ratio from 2000 ° C. to the maximum temperature in Example 1 are changed as shown in Table 2.
Graphitized fiber was obtained under the same conditions as above. The characteristics of the obtained graphitized fiber are shown in Table 2.

[発明の効果] 本発明の黒鉛化繊維は、密度が1.70g/cm3以下で、か
つ引張弾性率が45t/mm2以上と高く、比弾性率が2.6×10
9cmと低密度高弾性率繊維であり、航空宇宙材料および
釣竿などのスポーツ材料をより軽く,より薄くすること
を可能にし、黒鉛化繊維の活用範囲を一層拡大すること
ができる。
EFFECTS OF THE INVENTION The graphitized fiber of the present invention has a density of 1.70 g / cm 3 or less, a high tensile elastic modulus of 45 t / mm 2 or more, and a specific elastic modulus of 2.6 × 10 6.
It is a fiber with a low density and high elastic modulus of 9 cm, which makes it possible to make aerospace materials and sports materials such as fishing rods lighter and thinner, and to further expand the range of utilization of graphitized fibers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−71417(JP,A) 特開 昭57−121621(JP,A) 特開 昭59−137512(JP,A) 特開 昭61−152826(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 59-71417 (JP, A) JP 57-121621 (JP, A) JP 59-137512 (JP, A) JP 61- 152826 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アクリロニトリル系重合体に、ポリアクリ
ロニトリル以外の重合体、界面活性剤及びシリコーン化
合物から選ばれる一種以上を配合した、単繊維デニール
が1.0d以下で、広角X線回折による配向度(π400)が8
5%以上であるアクリル系繊維を焼成してなり、その密
度が1.70g/cm3以下で、かつ引張弾性率が45t/mm2以上で
あることを特徴とする低密度高弾性率黒鉛化繊維。
1. An acrylonitrile-based polymer is blended with one or more selected from polymers other than polyacrylonitrile, a surfactant and a silicone compound, and has a single fiber denier of 1.0 d or less and a degree of orientation by wide angle X-ray diffraction ( π 400 ) is 8
A low-density, high-modulus graphitized fiber characterized by being obtained by firing acrylic fiber of 5% or more, having a density of 1.70 g / cm 3 or less and a tensile modulus of 45 t / mm 2 or more. .
【請求項2】上記の焼成に供するアクリル系繊維は、さ
らに、ヨウ素吸着法によるΔLの値が30以下であること
を特徴とする請求項1記載の低密度高弾性率黒鉛化繊
維。
2. The low-density high-modulus graphitized fiber according to claim 1, wherein the acrylic fiber used for the firing has a ΔL value of 30 or less by an iodine adsorption method.
【請求項3】アクリロニトリル系重合体に、ポリアクリ
ロニトリル以外の重合体、界面活性剤及びシリコーン化
合物から選ばれる一種以上を0.5〜30重量%混合し、紡
糸後、240〜300℃の酸化性雰囲気中で加熱した後、不活
性雰囲気中で加熱し350〜500℃の温度領域で3%以上の
延伸を行ない、次に一旦炉外の駆動ローラを介してか
ら、さらに2000℃〜最高温度領域で5%以上の延伸を行
ない、最終的に2300℃を超える不活性雰囲気中で加熱処
理を行なうことを特徴とする低密度高弾性率黒鉛化繊維
の製造方法。
3. An acrylonitrile-based polymer is mixed with 0.5 to 30% by weight of one or more selected from polymers other than polyacrylonitrile, a surfactant and a silicone compound, and after spinning, in an oxidizing atmosphere at 240 to 300 ° C. After being heated in an inert atmosphere, it is stretched by 3% or more in a temperature range of 350 to 500 ° C, then once passed through a driving roller outside the furnace, and further heated in a temperature range of 2000 ° C to a maximum temperature of 5 ° C. % Or more, and finally heat-treated in an inert atmosphere exceeding 2300 ° C. to obtain a low-density high-modulus graphitized fiber.
【請求項4】前記の240〜300℃の酸化性雰囲気中での加
熱を、密度が1.30g/cm3以上になるまで加熱することを
特徴とする請求項3記載の低密度高弾性率黒鉛化繊維の
製造方法。
4. The low-density and high-modulus graphite according to claim 3, wherein the heating in the oxidizing atmosphere at 240 to 300 ° C. is performed until the density becomes 1.30 g / cm 3 or more. Method for producing synthetic fiber.
【請求項5】1500〜2000℃の温度領域において一旦炉外
の駆動ローラを介することを特徴とする請求項3または
4記載の低密度高弾性率黒鉛化繊維の製造方法。
5. The method for producing a low-density high-modulus graphitized fiber according to claim 3, wherein a driving roller outside the furnace is once interposed in a temperature range of 1500 to 2000 ° C.
【請求項6】350〜500℃の温度領域での昇温速度を500
℃/分以下とすることを特徴とする請求項3、4または
5記載の低密度高弾性率黒鉛化繊維の製造方法。
6. A heating rate of 500 in a temperature range of 350 to 500.degree.
6. The method for producing a low-density high-modulus graphitized fiber according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the temperature is not higher than ° C / min.
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