[发明专利]碳纤维制造用丙烯酸纤维处理剂、碳纤维制造用丙烯酸纤维及碳纤维的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造碳纤维制造用丙烯酸纤维(以下有时称作前体)时使用的碳纤维制造用丙烯酸纤维处理剂(以下有时称作前体处理剂)、赋予该处理剂后制丝的碳纤维制造用丙烯酸纤维、以及使用了该处理剂的碳纤维的制造方法。

背景技术

碳纤维利用其优异的机械特性，作为与被称作基质树脂的塑料的复合材料用的加强纤维，广泛地用于航空宇宙用途、运动用途、普通产业用途等中。

作为制造碳纤维的方法，以下的方法是普遍的方法，即，首先制造前体(有时将该前体的制造工序称作制丝工序)。将该前体在200～300℃的氧化性气氛中转换为耐火纤维(以下有时将该工序称作耐火处理工序)，接下来在300～2000℃的不活泼气氛中进行碳化(以下有时将该工序称作碳化处理工序)(以下，有时将耐火处理工序和碳化处理工序合并称作烧成工序)。在该前体的制造中要经过以比通常的丙烯酸纤维更高的倍率拉伸的拉伸工序。此时，容易引起纤维之间的胶着，无法均匀地进行高倍率拉伸，因此会形成不均匀的前体。将此种前体烧成而得的碳纤维具有无法获得足够的强度的问题。另外，在前体的烧成时，会发生单纤维之间的熔接，从而会有降低所得的碳纤维的品质、品位的问题。

为了防止前体的胶着、防止碳纤维的熔接，提出过很多对前体赋予在湿润时及高温环境下纤维-纤维间摩擦低、具有优异的剥离性的硅酮系处理剂、特别是可以利用交联反应进一步提高耐热性的氨基改性硅酮系处理剂的技术(参照专利文献1～2)，在工业上得到广泛的利用。

普遍利用的氨基改性硅酮系处理剂是将氨基改性硅油进行水系乳液化后的物质。在并非自乳化型的氨基改性硅酮的情况下，使用表面活性剂进行水系乳液化。为了对前体纤维赋予该水系乳液，需要在赋予后除去水分，因而需要从干燥工序通过。其后，再利用拉伸工序进行热拉伸，就可以得到以高倍率拉伸了的前体纤维。氨基改性硅酮由于其优异的热交联性，利用干燥工序或拉伸工序中的热辊也可以促进交联，容易蓄积辊筒污垢(以后有时称作结胶(gum up))，不仅成为导致前体的断线或起毛的原因，而且为了进行其清扫而容易引起操作性降低的问题。

针对此种问题，例如提出过专利文献3、专利文献4那样的为了抑制结胶而添加抗氧化剂的处理剂组成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-181322号公报

专利文献2：日本特开2001-172879号公报

专利文献3：日本特开平2-91224号公报

专利文献4：日本特开平11-012853号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如果使用这些添加有抗氧化剂的硅酮系处理剂，则可以抑制上述的干燥工序、拉伸工序中的硅酮系成分的交联反应。但是，由于抗氧化剂会促进硅酮系成分的分解，因此硅酮系处理剂的耐热性降低。由此，在烧成工序中，无法抑制碳纤维的熔接，从而会有无法获得具有足够的强度的碳纤维的问题。此外如果将抗氧化剂添加到硅酮系处理剂中，则处理剂乳液溶液的经时稳定性差，会有难以长时间稳定向前体纤维束均匀地赋予的问题。

鉴于该以往的技术背景，本发明的目的在于，提供一种碳纤维制造用丙烯酸纤维处理剂，处理剂的溶液稳定性优异，通过在制造前体纤维时使用，可以抑制前体的制造工序(制丝工序)中的结胶，并且可以抑制烧成工序中的碳纤维的熔接，并提供赋予该处理剂后制丝的碳纤维制造用丙烯酸纤维、以及使用了该处理剂的碳纤维的制造方法。

用于解决问题的方法

本发明人为了解决上述问题进行了深入研究，结果发现，如果是含有具有包含氮原子的改性基的改性硅酮和具有酸性羟基的特定的酸性磷酸酯的处理剂，就可以解决上述问题。

即，本发明的碳纤维制造用丙烯酸纤维处理剂必须含有具有包含氮原子的改性基的改性硅酮、和以下述通式(1)表示的酸性磷酸酯。

[化1]

式(1)中，R¹表示碳数为6～22的烷基或烯基。A表示碳数2～4的亚烷基，作为AO表示氧化烯基。n表示氧化烯基的加成摩尔数，是0～20的整数。a和b分别是1或2，是满足a+b＝3的整数。

所述改性硅酮与所述酸性磷酸酯的重量比例(改性硅酮/酸性磷酸酯)优选为99.6/0.4～90/10。

所述酸性磷酸酯的酸值优选为15～500mgKOH/g。

所述改性硅酮中的氮原子的含量优选为0.35～3.2重量％。所述改性硅酮优选为氨基改性硅酮。