[发明专利]聚丙烯腈纤维的制造方法及碳纤维的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈纤维的制造方法、及使用由该方法得到的聚丙烯腈纤维的碳纤维的制造方法。

背景技术

作为碳纤维前体即聚丙烯腈(以下称作PAN)纤维的制造方法，一直以来实行下述方法：利用湿式纺丝或干湿式纺丝将纺丝原液纤维化，将所得的纤维进行前拉伸及干燥后，进而通过蒸汽管(steam tube)等进行后拉伸。此处，所谓前拉伸工序，是指上述一连串工序中继纺丝工序之后进行的拉伸工序，由于通常在热水中等浴中进行拉伸，所以也称为水浴拉伸工序。另一方面，所谓后拉伸工序，是指在前拉伸工序后暂且将丝干燥、进而追加进行的拉伸工序。如上所述，通常在作为碳纤维前体的PAN纤维的制丝中，大致进行2次拉伸，将最初的拉伸称作前拉伸，将后一个拉伸称作后拉伸。

为了降低碳纤维的成本，考虑将PAN纤维的制丝速度高速化，提高每单位时间的生产率。专利文献1中公开了下述内容：在通常分子量PAN中混合少量的高分子量PAN，从而使拉丝性显著提高，高速制丝成为可能。

然而，作为后拉伸工序，采用使用蒸汽管的蒸汽拉伸时，以提高PAN纤维的生产率为目的使制丝速度增加时，担心从蒸汽管泄漏的蒸汽变多、需要蒸汽管的长条化，有可能成本升高。进而，使用被长条化的蒸汽管的情况下，难以使丝穿过。因此，进行高速制丝时，一直期望除蒸汽拉伸以外的后拉伸方法。作为针对该问题的一个解决办法，可以举出干热拉伸。

但是，对于干热拉伸，不能期待如蒸汽拉伸那样的由蒸汽产生的可塑化效果，因此存在不能提高拉伸倍率的问题。进而，通过本发明人等的研究，明确了进行如专利文献1那样的高速制丝时、存在高倍率拉伸变得更困难的问题。

在干热拉伸中，也已经研究了组合多个热辊(以下称作HR)的多级HR拉伸，但各级中的拉伸倍率低，难以提高生产率(专利文献2)。

另一方面，专利文献3中公开了下述内容：在干热拉伸中，用热辊(HR)将丝预热后，通过配置有热板(以下称作HPL)的HR-HPL拉伸(热板拉伸)，最大断裂拉伸倍率提高。但是，使用的HPL与丝的接触长度(HPL长度)为1m、较长，所以，丝在HPL上停留较长时间(1.2秒左右)，实施拉伸变形，因此存在拉伸容易变得不稳定的情况。另外，专利文献4的比较例1中也公开了热板拉伸，其中也公开了由HPL产生的拉伸倍率提高效果。然而，由于HPL长度为1m、较长，所以拉伸容易变得不稳定，拉伸丝的丝条不匀的指标即U％与通常的HR-HR(HR拉伸)相比增加(专利文献4比较例1)。因此，专利文献4中提出了下述方案：在HPL间放置热针，由易于固定拉伸点的热针部和HPL部来分担拉伸倍率，由此减少丝条不匀。对于所述丝条不匀，若持续长时间拉伸，则诱发起毛或断丝，因此优选减少丝条不匀。但是，使用热针时，即使U％被改善，但也存在由于热针和丝的摩擦导致容易诱发起毛或断丝的问题。

另外，通过如衣料用丙烯酸纤维那样在PAN中共聚大量第2成分、第3成分，能够提高拉伸性和染色性，但将其用作碳纤维前体时，在烧成过程中烧掉成分变多，因此，不仅碳纤维的收率下降，而且存在碳纤维内易于出现缺陷、力学特性下降的情况。

专利文献1：日本特开2008-248219号公报

专利文献2：日本特开平11-200141号公报

专利文献3：日本特开平09-078333号公报

专利文献4：日本特开平04-263613号公报

发明内容

本发明的课题在于提供一种即使采用高速干热拉伸也能获得充分的拉伸倍率、同时起毛或断丝少的生产率优异的聚丙烯腈纤维的制造方法。

本发明的聚丙烯腈纤维的制造方法如下所述。

一种聚丙烯腈纤维的制造方法，依次包括下述工序：将含有聚丙烯腈的纺丝原液纺丝的纺丝工序、前拉伸工序、干燥工序及后拉伸工序，作为该后拉伸工序，包括下述(a)～(c)中任一干热拉伸工序，

工序(a)：通过使用多个辊的干热拉伸进行后拉伸，上述多个辊中的至少一个辊为热辊，使从所述热辊上的丝分离点至下一个辊上的最初的丝接触点的丝温度为130℃以上，在空中进行拉伸；

工序(b)：通过使用多个辊的干热拉伸进行后拉伸，上述多个辊中的至少一个辊为热辊，使从所述热辊上的丝分离点至下一个辊上的最初的丝接触点的距离为20cm以下，进行拉伸；