JP2002003081A

JP2002003081A - 炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条パッケージおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002003081A
Application number: JP2000184271A
Authority: JP
Inventors: Takashi Moriguchi; 高志森口; Tetsushi Onishi; 徹史大西; Makoto Endo; 真遠藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大量の炭素繊維前駆体アクリル系太
物糸条をコアボビンに巻取る際、巻形状が良好で解舒時
に綾落ちや単糸巻付きがない、炭素繊維前駆体アクリル
系太物糸条パッケージおよびその製造方法を提供せんと
するものである。【解決手段】本発明の炭素繊維前駆体アクリル系太物糸
条パッケージは、炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条が
ボビンに巻取られてなる円筒パッケージにおいて、パッ
ケージ上の糸幅と、糸ずれ割合が特定であることを特徴
とするものであり、かかるパッケージの製造方法は、炭
素繊維前駆体アクリル系太物糸条をコアボビンに巻取る
際、巻始めから巻終わりまでの巻綾角を３〜１８゜の範
囲に制御すると共に、巻始めから３００ｋｇ巻取り時ま
での糸条の張力を特定な範囲に制御して巻取ることを特
徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊度の大きい炭素
繊維前駆体アクリル系糸条の大型パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリアクリルニトリル系長繊維は、衣料
用に用いられるばかりではなく、近年では、炭素繊維の
プリカーサとして利用されており、性能の優れた炭素繊
維を得るためや、その生産性を上げるために、多くの改
善技術が開示されている。

【０００３】炭素繊維は、その前駆体であるアクリルニ
トリル系糸条を製糸工程で一旦巻取った後に、焼成工程
に送られ、２００〜３００℃の空気雰囲気中で該繊維を
加熱焼成して酸化繊維に転換する耐炎化工程、窒素・ア
ルゴン・ヘリウム等の不活性雰囲気で、さらに３００〜
３０００℃に加熱して炭化する炭化工程を経ることで得
られ、複合材料の強化繊維として、航空宇宙やスポーツ
用途、一般産業用途などに幅広く利用されている。

【０００４】一般に、炭素繊維の生産性を上げる手段と
しては、前駆体糸条を多フィラメントにする（太糸条
化）とともに、設備あたりの処理本数を多く（高密度
化）することによって、限られた設備の中で生産性を増
大させることが有効に採用されている。また、炭素繊維
の原料となるアクリル系糸条は、後工程となる焼成工程
との生産速度の差から、一旦製糸工程に送られるため、
パッケージに巻かれる糸条量を増やすことも、生産性を
向上させることになる。

【０００５】このような生産性の向上のために、繊度が
大きく、かつ、巻重量が大きいパッケージが存在すれ
ば、焼成工程でのアクリル系糸条仕掛け回数の減少、ク
リール設備のコンパクト化などの利点が生じ、炭素繊維
を生産する上で、大きな効果を期待することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これに関連する技術と
して、糸条の総繊度が１３２００ｄｔｅｘ以上でパッケ
ージ上の糸幅が０．２８〜０．６６ｍｍ／１０００ｄｔ
ｅｘである太物アクリル系糸条パッケージが、特開平９
−２５５２２７号公報で提案されている。しかし、糸条
の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上の炭素繊維前駆体ア
クリル系太物糸条を、この特開技術のような糸幅の範囲
で巻取ると、糸幅が広くなりすぎて、収束性が悪く、解
舒時に綾落ちやガイドローラーなどに単糸巻付きが発生
するという欠点が発生する。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、
大量のアクリル系太物糸条をコアボビンに巻取る際、巻
形状が良好で解舒時に綾落ちや単糸巻付きのない、炭素
繊維前駆体アクリル系太物糸条パッケージおよびその製
造方法を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明の炭素繊維前駆体アクリル系太物
糸条パッケージは、糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ
以上である炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条がボビン
に巻取られてなる２００ｋｇ以上の円筒パッケージにお
いて、パッケージ上の糸幅が０．０９〜０．２６ｍｍ
／１０００ｄｔｅｘで、糸ずれ割合が５０〜１００％で
あることを特徴とするものであり、かかるパッケージの
製造方法は、３３０００ｄｔｅｘ以上である炭素繊維前
駆体アクリル系太物糸条をコアボビンに巻取る際、巻始
めから巻終わりまでの巻綾角を３〜１８゜の範囲に制御
すると共に、巻始めから３００ｋｇ巻取り時までの糸条
の張力を２５×１０^-5〜８０×１０^-5 Ｎ／ｄｔｅｘの
範囲に制御して巻取ることを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまり大量
のアクリル系太物糸条をコアボビンに巻取る際、巻形状
が良好で解舒時に綾落ちや単糸巻付きのない、炭素繊維
前駆体アクリル系太物糸条パッケージについて、鋭意検
討し、特定な太さを有する太物糸条を特定量、巻取った
ときの糸幅と、糸ずれ割合を特定な条件に制御してみた
ところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したも
のである。なお、かかるパッケージは、該太物糸条を、
巻始めから巻終わりまでの巻綾角を特定な範囲に制御す
ると共に、糸条の張力を特定な範囲に制御してコアボビ
ンに巻取ることにより、製造されることも究明したもの
である。

【００１０】本発明に使用される炭素繊維前駆体アクリ
ル系太物糸条は、いわゆるアクリル系重合体、例えば好
ましくはアクリルニトリル９０重量％以上で、１０重量
％未満のコモノマーを重合してなる重合体から構成され
ているものである。かかるコモノマーとしては、アクリ
ル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、もしくはこれらの
メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、
ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、ま
たはアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、もしくは
これらのアルカリ金属塩等のから選ばれた少なくとも一
種を用いることができる。

【００１１】かかるアクリル系重合体は、公知の重合方
法、例えば乳化重合、懸濁重合、溶液重合などの重合法
を用いて得られ、さらにこれらの重合体からアクリル系
繊維を製造するに際しては、たとえばジメチルアセトア
ミド、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯとい
う）、ジメチルホルムアミド、硝酸、塩化亜鉛、ロダン
ソーダ水溶液から選ばれた溶媒を含むポリマー溶液を紡
糸原糸とし、湿式紡糸法、または、乾式紡糸法によって
紡糸する。

【００１２】紡糸された糸条は、その後、浴中延伸に供
されるが、浴中延伸は、紡出糸に直接行ってもよいし、
紡出糸を一度水洗し、溶媒を除去した後行ってもよい。
かかる浴中延伸は、好ましくは５０〜９８℃の延伸浴中
で、約２〜６倍に延伸され、延伸後は、好ましくは油剤
が付与され、ホットローラー等で乾燥緻密化された後、
スチーム延伸に供された後、コアボビンに巻取られパッ
ケージとなる。

【００１３】かかるパッケージに巻取る際、複数の糸条
を何本か合糸してから巻取ってもよい。かかるパッケー
ジ巻取られた糸条の単繊維繊度は、好ましくは０．５〜
２．２ｄｔｅｘ、フィラメント数は、好ましくは１５０
００〜１０００００本、糸条の水分含有率は、好ましく
は３重量％以下である。

【００１４】かかるボビンに巻取られてなる本発明の炭
素繊維前駆体アクリル系太物糸条パッケージは、糸条の
総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上であることが重要であ
る。本発明は、かかるアクリル系太物糸条を大量に取り
扱う際に、巻形状が良好で解舒時に綾落ちや単糸巻付き
のない形で、コアボビンに巻取ることができなかったと
いう課題を解決するものである。

【００１５】本発明では、パッケージ上の糸幅を０．０
９〜０．２６ｍｍ／１０００ｄｔｅｘの範囲になるよ
うに巻取ることが重要である。すなわち、糸幅が０．０
９／１０００ｄｔｅｘよりも小さいと、耐炎化時に焼き
斑が生じて、引き続く前炭化・炭化で糸切れを起こしや
すく好ましくない。また、糸幅が０．２６ｍｍ／１００
０ｄｔｅｘよりも大きいと、糸条の収束性が悪くなり、
解舒時に綾落ちや単糸巻付きが起こりやすくなる。

【００１６】また、パッケージの巻形状が良好で、解舒
時の綾落ちや単糸巻付きをなくすためには、糸ずれ割合
を５０〜１００％に設定することが重要である。糸ずれ
割合とは、パッケージ上で最も近いところを平行に通る
二つの糸条において、糸幅Ｙに対する糸ずれ量ＤＹの割
合である。すなわち、この糸ずれ割合は、図１中に示さ
れる（ＤＹ／Ｙ）×１００）で求められるものである。
この糸ずれ割合が、５０％よりも小さいと、パッケージ
の表面の起伏が大きくなり、解舒時に擦過しやすく、単
糸切れが発生しやすくなる。また、この糸ずれ割合が、
１００％よりも大きくなると、巻密度が小さくなるので
好ましくない。

【００１７】さらに、糸条の収束性や、糸条と糸条の静
止摩擦係数を増加させるために、巻取る前に糸条に水を
付与し、糸条の水分含有率を５〜５０重量％の範囲にな
るようにして巻取ることが好ましく採用される。すなわ
ち、水分含有率が５重量％より小さいと、糸条の収束性
が悪く、図１中に示す端面膨れ量ｋ１やｋ２が大きくな
って、巻崩れや解舒時の綾落ちが起こりやすくなる。ま
た、水分含有率が５０重量％よりも大きくなると、巻取
り時にパッケージ表面に水がしみ出し、巻取り機などに
飛散するので好ましくない。

【００１８】本発明の炭素繊維前駆体アクリル系太物糸
条の製造方法においては、大量の糸条を巻取るために、
パッケージ上の綾角を３〜１８゜、好ましくは５〜１６
゜の範囲に設定することが必要である。ここで綾角と
は、図１に示されるように、コアボビン２の軸方向に直
角な直線（α）と、巻付けられる糸条４の方向のなす角
度（θ）のことである。糸条４をコアボビン２に直角な
直線（α）と同方向に（すなわちθ＝０゜で）巻取る
と、糸条４はコアボビン２の１円周上を重なって巻取ら
れ、多量の糸条を巻取ることができなくなる。

【００１９】そこで、コアボビン２の軸方向に糸条４を
トラバースさせながら巻取って、該軸方向に直角な直線
（α）と糸条４に角度（θ）を持たせて巻取るのが普通
である。ここで綾角が３゜よりも小さいと、解舒時の綾
落ちが発生しやすくなり、綾角が１８゜より大きいと、
巻形状が崩れ、図１中に示す端面膨れ量ｋ１やｋ２が大
きくなりすぎて好ましくない。

【００２０】また、巻取り時の糸条４の初期張力ならび
にその後の張力減衰条件を最適化することも、２００ｋ
ｇ以上の巻取りには重要である。すなわち、巻取り張力
は、一般に、巻崩れを防止するために、初期は高く、巻
取り完了時は低くなるように、張力を減衰させながら巻
くのが普通である（図２）。

【００２１】しかし、本発明においては、糸条パッケー
ジの形状を安定させるために、巻始めから３００ｋｇ巻
取り時までのすべてにおいて、糸条の張力を２５×１０
^-5〜８０×１０^-5 Ｎ／ｄｔｅｘの範囲に設定して、最
終的にパッケージ上の糸幅が０．０９〜０．２６ｍｍ
／１０００ｄｔｅｘで、糸ずれ割合が５０〜１００％で
ある形に巻取ることが重要なのである。

【００２２】本発明の炭素繊維前駆体アクリル系太物糸
条パッケージを用いて炭素繊維を製造する場合には、該
パッケージを焼成工程のクリールに仕掛けた後、該パッ
ケージから糸条を引き出し、低速で耐炎化炉・前炭化炉
・炭化炉へと導いて、高温で焼成することにより炭素繊
維となすものである。

【００２３】

【実施例】以下実施例をあげて本発明を具体的に説明す
る。実施例１〜２および比較例１〜２フィラメント数１０００００本、単繊維繊度１．１ｄｔ
ｅｘの糸条の水分含有率およびボビン上の糸幅を変化さ
せて巻取り機で外径が２００ｍｍのコアボビンに巻取っ
た。その際、糸ずれ割合は７５％、トラバース幅は１０
００ｍｍ、綾角が５〜１６゜の範囲、張力減衰勾配を図
２に示すカーブにしながら４０００ｋｇ（水分除く）の
糸条巻取りを試みた。結果を表１に示す。

【００２４】巻形状の尺度として、端面膨れ量（図１中
ｋ１，ｋ２の平均：（ｋ１＋ｋ２）／２）を測定した。
また巻取り時の巻崩れ割合及びパッケージをクリールに
仕掛け解舒した時の綾落ちや単糸の巻付きの発生割合を
解舒時のトラブル発生割合として示した。実施例３〜４綾角の範囲を変化させた以外は、実施例２と同様にし
て、４００ｋｇ（水分除く）の糸条巻取りを試みた。結
果を表１に示す。実施例５〜７初期張力から３００ｋｇ巻取り時までの張力、すなわち
張力減衰勾配を図２に示すそれぞれの張力パターンに変
更した以外は、実施例２と同様にして、４００ｋｇ（水
分除く）の糸条巻取りを試みた。結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】初期張力から３００ｋｇ巻取り時までの張
力範囲を一定範囲にすることで、巻形状が良好となり、
４００ｋｇ巻取りができた。しかし、３００ｋｇ巻取り
時張力を下げすぎたところ、実施例４に示すとおり、３
１５ｋｇ巻取り時点で糸条が巻取り機ガイドロールから
外れ巻取り不能となった。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、炭素繊維前駆体アクリ
ル系太物糸条をコアボビンに巻取った巻取り量２００ｋ
ｇ以上の糸条パッケージであっても、巻形状が良好で解
舒時に綾落ちしないものとすることができる。

【００２８】本発明の炭素繊維前駆体アクリル系太物糸
条パッケージを用いて炭素繊維を製造すれば、炭素繊維
の焼成工程での生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の糸条パッケージにおける糸ずれ割合お
よび綾角を説明するための模式図であり、糸条パッケー
ジの軸方向断面図である。

【図２】アクリル糸条をコアボビンに巻取る際の巻取り
量と巻取り張力の関係図（張力パターングラフ）であ
る。

【符号の説明】

１：アクリル系糸条パッケージ２：コアボビン３：アクリル系糸条４：３の糸条に対してパッケージ上で最も近いところを
平行に通る糸条ｄ：コアボビンの外径Ｄ：糸条パッケージ外径Ｌ：糸条トラバース幅ｋ１、ｋ２：端面膨れ量ＤＹ：糸ずれ量Ｙ：糸幅 θ：綾角 α：コアボビン軸方向に直角な線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】糸条の総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上で
ある炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条がボビンに巻取
られてなる２００ｋｇ以上の円筒パッケージにおいて、
パッケージ上の糸幅が０．０９〜０．２６ｍｍ／１０
００ｄｔｅｘで、糸ずれ割合が５０〜１００％であるこ
とを特徴とする炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条パッ
ケージ。
【請求項２】該炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条
が、５〜５０重量％の水分含有率を有する請求項１記載
の炭素繊維前駆体アクリル系太物糸条パッケージ。
【請求項３】総繊度が３３０００ｄｔｅｘ以上である炭
素繊維前駆体アクリル系糸条をコアボビンに巻取る際、
巻始めから巻終わりまでの巻綾角を３〜１８゜の範囲に
制御すると共に、巻始めから３００ｋｇ巻取り時までの
糸条の張力を２５×１０^-5〜８０×１０^-5 Ｎ／ｄｔｅ
ｘの範囲に制御して、パッケージ上の糸幅が０．０９〜
０．２６ｍｍ／１０００ｄｔｅｘで、糸ずれ割合が５
０〜１００％である形に巻取ることを特徴とする炭素繊
維前駆体アクリル系太物糸条パッケージの製造方法。