耐火化纤维束和碳纤维束的制造方法技术

本发明专利技术的目的是通过使在耐火化处理时发生的单纤维间的粘接松解，得到高强度碳纤维的耐火化纤维束的制造方法和碳纤维束的制造方法。为了实现上述目的，本发明专利技术的耐火化纤维束的制造方法，在将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中200～300℃下进行耐火化处理而制造耐火化纤维束的工序中，相对于由m个连续设置的罗拉组成的罗拉组，使纤维束以从第n个罗拉与第(n+1)个罗拉之间依次通过的方式走行，其中，m是3以上的整数，n是1以上且(m－1)以下的整数，所述m个连续设置的罗拉的罗拉轴为彼此平行状态、并且垂直于纤维束的走行方向，罗拉径为5～30mm，所述纤维束的比重为1.20～1.50，并且满足规定的条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐火化纤维束和碳纤维束的制造方法
本专利技术涉及通过抑制耐火化工序中的单纤维间粘接来得到高强度碳纤维束的耐火化纤维束的制造方法和碳纤维束的制造方法。
技术介绍
碳纤维束与其他纤维相比，具有优异的比强度和比刚度，所以作为复合材料用增强材料不仅被广泛用于运动用途·航空宇宙用途，而且还被用于汽车、风车、压力容器等通常的产业用途。特别是在环境·成本方面强烈要求机体、车体的轻量化的飞机、汽车领域中对碳纤维束的需求高，近年来要求碳纤维束的进一步高性能化。尤其是要求具有高拉伸强度的碳纤维束。碳纤维束的强度依赖于原料聚丙烯腈系前体的强度，但现在已经知道作为产生重大影响的因素有缺陷和韧性。缺陷可以列举出在碳纤维束制造工序中，由于与粉尘、金属等异物的接触或附着使单纤维产生的损伤和空隙、由于单纤维间的粘接而产生的单纤维表面上的损伤、在与罗拉的擦掠等时产生的碳纤维束本身损伤。缺陷即使是在碳纤维束的单纤维的内部和表层中的任一者上形成，随着缺陷的大小和数量的增加，碳纤维束的强度降低。尤其是如果在碳纤维束的制造工序中单纤维间形成粘接，则通过张力等对纤维束作用外力，粘接着的单纤维被剥离开，在碳纤维束单纤维表层沿着纤维束方向被拉裂，产生大的缺陷，强度大大降低。此外，对于韧性，可以列举出由于耐火化工序中的单纤维的表层和内层的热处理差别而产生的、构成耐火化纤维束的单纤维的芯和皮的结构差异。如果热处理差异在表层和内层之间大，则往往耐火化纤维束的韧性降低，碳纤维束的强度降低。聚丙烯腈系碳纤维束的制造方法，通常将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气体气氛中200～300℃下加热而得到耐火化纤维束，接下来在惰性环境中1000℃以上温度下加热而得到。聚丙烯腈系前体纤维束通常由1000～60000根单纤维构成。由于聚丙烯腈系前体纤维束是可燃物，所以在耐火化工序中氧化性气氛中进行耐火化时，有时会在单纤维间发生粘接。关注到碳纤维束制造时的单纤维间的粘接、以及单纤维的表层与内层的构造差异的专利技术已经有几个了。专利文献1中公开了，通过使由于纤维本身的热变性等原因、纤维间熔接的碳质纤维在罗拉中心轴彼此交叉的圆筒状的多个罗拉上走行，在罗拉上使碳质纤维在横向上错开而开纤，从而使碳质纤维柔韧，基体树脂内的单丝的分散性提高。专利文献2中公开了，在沥青系碳纤维的集束时发生成为强度降低的原因的、多根纤维彼此一体化的熔接、或发生虽然多根纤维一体化但容易分离成原来的纤维的胶黏，在预碳化后使纤维束从陶瓷罗拉间通过而开纤，能够防止集束导致的强度降低。专利文献3中公开了，在将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中耐火化时，通过使纤维束从沟罗拉通过后用平罗拉开纤，即通过在改变走行纤维束的扁平率后进行热处理，由此抑制耐火化处理中的反应热的蓄积，降低单纤维的表层和内层之间由于不熔化反应速度差异而导致的结构差异，提高碳纤维的强度。专利文献4中公开了使前体纤维束从多个固体导棒通过，以单纤维水平开纤后进行耐火化处理，由此抑制单纤维间粘接、来制造高强度的碳纤维的方法。专利文献5中公开了为了防止在将前体纤维束耐火化处理时的折返罗拉的表面温度高所导致的罗拉上的单纤维间的粘接，在与罗拉接触前将15～30℃的空气以风速50～150m/s吹向纤维束而进行变形和冷却处理的耐火化纤维束的制造方法。专利文献6中公开了，对于将丙烯腈系纤维束通过耐火化而热处理了的纤维束，为了分离在耐火化处理时在单纤维间表面发生的胶黏，对于耐火化处理过程中的纤维束实施开纤处理后再次进行耐火化处理的耐火化纤维束制造方法。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭61-138739号公报专利文献2:日本特开平5-287617号公报专利文献3:日本特开2013-185285号公报专利文献4:日本特开2001-131832号公报专利文献5:日本特开2006-176909号公报专利文献6:日本特开昭58-36216号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是、专利文献1、2记载的专利技术是以沥青系碳纤维束作为对象，使在碳纤维束的热变性、集束时发生的单纤维间的熔接或胶黏通过从多个罗拉通过而进行开纤或松解处理，分离成单纤维，但其强度为350～360kgf/mm2，与聚丙烯腈系碳纤维束的强度相比，高得不充分。专利文献3记载的专利技术，碳纤维束的强度高，但在进入耐火化处理炉前需要设置沟罗拉和平罗拉这两者，所以设备费用高，而且有通丝时的作业性降低的问题。专利文献4记载的专利技术，使前体纤维束从多个固定棒通过，然后进行耐火化处理，但存在固定棒与前体纤维束的擦掠产生毛刺，使强度和工序通过性都降低的问题。专利文献5记载的专利技术，在耐火化处理时与折返罗拉接触前向纤维束吹50～150m/s的高速空气，所以发生纤维束内在的起毛，所以存在强度和工序通过性都降低的问题。专利文献6记载的专利技术，为了解除单丝间的胶黏，用固定棒、组合的齿轮、弯折机使耐火化处理过程中的纤维束以25～60°的角度弯曲而开纤，分离开胶黏。但是关于需要将纤维束宽度扩展到什么程度、即纤维束的宽度扩展率、以及为了充分宽度扩展而需要的罗拉径和罗拉彼此的位置关系没有记载，而且作为专利技术效果记载的仅是将聚丙烯腈系前体纤维耐火化后的耐火化纤维的纤维强度和纤维状活性碳的纤维强度，关于聚丙烯腈系等碳纤维的强度没有任何记载，碳纤维强度提高的效果不清楚。本专利技术的目的是解决上述现有技术的问题，提供使纤维束从连续设定的多个小径罗拉上通过使其弯曲，通过弯曲时的外力使宽度扩展，使得耐火化处理时发生的单纤维间的粘接开纤，得到高强度碳纤维的耐火化纤维束的制造方法和碳纤维束的制造方法。解决课题的手段解决该课题的本专利技术的耐火化纤维束的制造方法，在将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中200～300℃下进行耐火化处理而制造耐火化纤维束的工序中，相对于由m个连续设置的罗拉组成的罗拉组，使纤维束以从第n个罗拉与第(n+1)个罗拉之间依次通过的方式走行，其中，m是3以上的整数，n是1以上且(m－1)以下的整数，所述m个连续设置的罗拉的罗拉轴为彼此平行状态、并且垂直于纤维束的走行方向，罗拉径为5～30mm，所述纤维束的比重为1.20～1.50，所述制造方法满足以下所有的条件(a)～(d)，(a)在以Rn表示第n个罗拉径、以Rn+1表示第(n+1)个罗拉径、以Ln表示第n个罗拉轴和第(n+1)个罗拉轴间的距离时，Ln满足:0.75×(Rn+Rn+1)≤Ln≤2.0×(Rn+Rn+1)，其中，所述Rn、Rn+1和Ln的单位均为mm，(b)与第1个罗拉接触前的纤维束的束宽W0为2.0×10－4～6.0×10－4mm/dtex的范围，(c)从第m个罗拉离开后的纤维束的束宽W2满足1.0≤W2/W0≤1.1，(d)从第2个至第(m－1)个罗拉上的纤维束的束宽W1，第2个至第(m－1)个之间的所有罗拉均满足W1/W0≥1.4。此外，本专利技术的碳纤维束的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐火化纤维束的制造方法，在将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中200～300℃下进行耐火化处理而制造耐火化纤维束的工序中，相对于由m个连续设置的罗拉组成的罗拉组，使纤维束以从第n个罗拉与第(n+1)个罗拉之间依次通过的方式走行，其中，m是3以上的整数，n是1以上且(m－1)以下的整数，/n所述m个连续设置的罗拉的罗拉轴为彼此平行状态、并且相对于纤维束的走行方向垂直，罗拉径为5～30mm，所述纤维束的比重为1.20～1.50，/n所述制造方法满足以下所有的条件(a)～(d)，/n(a)在以R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180126 JP 2018-0111661.一种耐火化纤维束的制造方法，在将聚丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中200～300℃下进行耐火化处理而制造耐火化纤维束的工序中，相对于由m个连续设置的罗拉组成的罗拉组，使纤维束以从第n个罗拉与第(n+1)个罗拉之间依次通过的方式走行，其中，m是3以上的整数，n是1以上且(m－1)以下的整数，
所述m个连续设置的罗拉的罗拉轴为彼此平行状态、并且相对于纤维束的走行方向垂直，罗拉径为5～30mm，所述纤维束的比重为1.20～1.50，
所述制造方法满足以下所有的条件(a)～(d)，
(a)在以Rn表示第n个罗拉径、以Rn+1表示第(n+1)个罗拉径、以Ln表示第n个罗拉轴和第(n+1)个罗拉轴间的距离时，Ln满足:0.75×(Rn+Rn+1)≤Ln≤2.0×(Rn+Rn+1)，其中，所述Rn、Rn+1和Ln的单位均为mm，

【专利技术属性】
技术研发人员：西川雄贵，伊藤隆弘，海木宽之，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP