碳纖維前體丙烯腈纖維束的制造方法及蒸汽拉伸裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具有加壓蒸汽拉伸工序的碳纖維前體丙烯腈纖維束的制造方法。另 外，本發明涉及使用加壓蒸汽對丙烯腈纖維束進行拉伸的加壓蒸汽拉伸裝置。
【背景技術】
[0002] 作為丙烯腈纖維束的拉伸方法，以往已知在加壓蒸汽氣氛下拉伸。這是因為由大 氣壓下的熱水可以得到高溫，并且水分的存在產生丙烯腈纖維束的可塑化效果，高倍率的 拉伸成為可能。尤其是，作為碳纖維的前體而使用的碳纖維前體丙烯腈纖維束由于丙烯腈 聚合率非常高，因此不存在顯著的熔點，僅憑熱的效果實質上不能拉伸，因此使用加壓蒸汽 拉伸的情況較多。但是，將丙烯腈纖維束利用蒸汽拉伸至高倍率的情況下，有時發生單纖維 的切斷、起毛的產生、纖維束整體的切斷之類的缺陷。得到細纖度的纖維的情況下，欲以更 高速處理的情況下，也是同樣的。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特開平8-246284號公報
[0006] 專利文獻2 :日本特開平11-012874號公報
【發明內容】
[0007] 發明要解決的問題
[0008] 專利文獻1中公開了，為了穩定地進行蒸汽拉伸，在用于預熱絲條的蒸汽箱中通 過之后，導入蒸汽拉伸機的方法。通過使用該技術，即便是被賦予有機硅系的油劑且由于其 拒水作用而難以得到蒸汽的傳熱的碳纖維前體丙烯腈纖維束，也被蒸汽箱預熱，因此能夠 某種程度地防止起毛的產生等品質下降。但是，即使使用該技術，在對纖維表面平滑且絲條 的收束性非常好的碳纖維前體丙烯腈纖維束進行拉伸的情況、對纖度大的織物絲條進行拉 伸的情況等，僅利用蒸汽箱進行預熱時，難以均勻地預熱至絲條內部，發生纖維束整體的切 斷之類的問題。
[0009] 另外，專利文獻2中公開了，為了穩定地進行蒸汽拉伸，在蒸汽拉伸丙烯腈纖維束 時對蒸汽拉伸前的絲條實施流體處理，將絲條開纖后進行拉伸的方法。記載了通過使用該 技術，即便是在蒸汽拉伸工序之前處理的、因油劑附著工序、干燥致密化工序產生的絲條的 單絲間粘接而難以得到蒸汽的傳熱的碳纖維前體丙烯腈纖維束，也能得到充分拉伸性能。 但是，即使利用該技術，欲以更高速處理的情況下、欲處理纖度大的織物絲條的情況下，難 以均勻加熱直至絲條內部、得到可塑化效果，發生丙烯腈纖維束整體的切斷之類的問題。另 外，即使不至于丙烯腈纖維束整體的切斷，也不能完全防止單纖維的切斷、起毛的產生之類 的使品質下降的問題。
[0010] 本發明的課題在于，提供改善以往技術的缺陷，對丙烯腈纖維束實施蒸汽拉伸時， 尤其是以高倍率、高速進行處理的情況下，極少發生缺陷、工序通過性優異的制造方法及蒸 汽拉伸裝置。
[0011] 用于解決問題的方案
[0012] 為了解決上述課題進行深入研究，結果可知，在賦予有機硅系的油劑且以高速、高 倍率進行蒸汽拉伸時，發生的起毛、斷束的原因是由于蒸汽的傳熱和可塑化不足。并且發 現，在對丙烯腈纖維束進行蒸汽拉伸時，通過開纖處理而解開介由油劑帶來的單纖維彼此 的膠著，能夠有效地得到蒸汽拉伸時來自蒸氣的傳熱，進而將丙烯腈纖維束的溫度控制在 80°C~130Γ，以絲條加濕裝置進行丙烯腈纖維束的加濕后，導入至蒸汽拉伸裝置，由此以 得到更有效的冷凝傳熱的方式，進行高速、高倍率且穩定的拉伸，是極其有效的，從而完成 了本發明。
[0013] 本發明的第一的主旨是一種碳纖維前體丙烯腈纖維束的制造方法，其為對丙烯腈 纖維束在加壓蒸汽氣氛下進行拉伸的碳纖維前體丙烯腈纖維束的制造方法，其中，依次具 有：
[0014] 工序a :對丙烯腈纖維束吹送流體進行開纖，
[0015] 工序b :對纖維溫度為80°C~130°C的前述開纖后的丙烯腈纖維束施加加濕蒸氣， 加濕至水分率3 %~7 %，以及
[0016] 工序c :對前述加濕后的丙烯腈纖維束在加壓蒸汽氣氛下進行拉伸。
[0017] 作為使導入至前述工序b的丙烯腈纖維束的溫度成為80°C~130°C的方法，優選 使用預熱輥或熱板來預熱丙烯腈纖維束。另外，前述工序b優選的是通過將丙烯腈纖維束 導入供給加濕蒸氣的絲條加濕裝置、或向丙烯腈纖維束吹送加濕蒸氣來進行的。進而，前述 工序b中，對丙稀腈纖維束施加的加濕蒸氣優選為飽和水蒸氣。
[0018] 本發明的第二的主旨是一種碳纖維前體丙烯腈纖維束的蒸汽拉伸裝置，其依次配 置：用于對丙烯腈纖維束進行開纖的開纖裝置、具備供給用于加濕前述丙烯腈纖維束的蒸 氣的單元的絲條加濕裝置、能將內部維持在加壓狀態的蒸汽拉伸機。
[0019] 為了預熱前述丙烯腈纖維束，優選的是，具備控制表面溫度的單元的預熱輥或熱 板被配置在前述開纖裝置與絲條加濕裝置之間。另外優選的是，前述開纖裝置被配置在能 夠控制前述丙烯腈纖維束的張力的驅動輥之間。進而優選的是，前述蒸汽拉伸機在該拉伸 機的丙烯腈纖維束入口部及出口部各自具備迷宮式密封部。
[0020] 發明的效果
[0021] 根據本發明，對丙烯腈纖維束實施蒸汽拉伸時，能夠有效地得到可塑化效果，在以 高倍率進行拉伸的情況、欲以更高速進行處理的情況、得到細纖度的纖維的情況等，能夠防 止丙烯腈纖維束整體的切斷之類的問題。進而，能夠防止單纖維的切斷、起毛的產生，能夠 穩定地得到高品質的碳纖維前體丙烯腈纖維束。
【附圖說明】
[0022] 圖1為示出本發明的代表的實施例的蒸汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0023] 圖2為示出本發明的比較例的僅為蒸汽拉伸機的蒸汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0024] 圖3為示出本發明的比較例的開纖裝置和不實施預熱的蒸汽拉伸裝置的截面示 意圖。
[0025] 圖4為示出本發明的比較例的沒有開纖裝置的蒸汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0026] 圖5為示出本發明的比較例的沒有絲條加濕裝置的蒸汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0027] 圖6為示出本發明的比較例的依次配置有預熱輥、開纖裝置、絲條加濕裝置的蒸 汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0028] 圖7為示出本發明的比較例的依次配置有預熱輥、絲條加濕裝置、開纖裝置的蒸 汽拉伸裝置的截面示意圖。
[0029] 圖8為示出本發明的比較例的依次配置有絲條加濕裝置、預熱輥、開纖裝置的蒸 汽拉伸裝置的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 以下，將本發明詳細地說明。
[0031 ] 在加壓蒸汽拉伸的前后可以適宜進行纖維制造的領域中公知的工序。例如，將丙 烯腈系纖維進行溶液紡絲的情況下，對將作為原料聚合物的丙烯腈的均聚物、或包含共聚 單體的丙烯腈系共聚物溶解于公知的有機溶劑或無機溶劑的溶液進行紡絲后，在拉伸時能 夠進行本發明的蒸汽拉伸。該情況下，紡絲方法為所謂的濕式、干濕式、干式的任一種均可， 可以在其后的工序中實施脫溶劑、浴中拉伸、油劑附著處理、干燥等。可以在纖維制造的任 一階段中實施蒸汽拉伸，在溶液紡絲的情況下，優選為某種程度地去除纖維束中的溶劑后 實施蒸汽拉伸、即清洗后或浴中拉伸后、或干燥后實施蒸汽拉伸，從獲得高取向的纖維的觀 點出發，更優選為干燥后實施蒸汽拉伸。
[0032] 拉伸氣氛的蒸汽壓可以適宜設定為加壓狀態、即比大氣壓更高的壓力，只要是按 照目的添加的就可以，沒有特別限定。即根據拉伸的纖維的種類、蒸汽拉伸工序中的處理狀 態、或作為目的的纖維特性等適宜設定。
[0033] 本發明在對丙烯腈纖維束在加壓蒸汽氣氛下進行拉伸的碳纖維前體丙烯腈纖維 束的制造方法中，重要的是對丙烯腈纖維束吹送流體進行開纖，對80°C~130Γ的丙烯腈 纖維束施加加濕蒸氣使水分率成為3%~7%后，在加壓蒸汽氣氛下進行拉伸。
[0034] 由此，例如即便是被賦予有機硅系油劑且由于其拒水作用而難以得到蒸