[发明专利]耐火化纤维、其制造方法、和碳纤维的制造方法有效

专利信息
申请号: 202010959053.1 申请日: 2020-09-14
公开(公告)号: CN112522814B 公开(公告)日: 2022-12-20
发明(设计)人: 森下卓也;成田麻美子;毛利诚;菊泽良弘;河合秀保;重光望 申请(专利权)人: 丰田自动车株式会社
主分类号: D01F9/21 分类号: D01F9/21;D01D10/02
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 李照明;段承恩
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 耐火 化纤 制造 方法 碳纤维
【说明书】:

一种耐火化纤维的制造方法,其特征在于,包含:一边对丙烯酰胺系聚合物纤维赋予0.07~15mN/tex的张力,一边将其在氧化性气氛中、200~500℃的范围内的耐火化处理温度下实施加热处理。

技术领域

发明涉及耐火化纤维、其制造方法和碳纤维的制造方法。

背景技术

作为碳纤维的制造方法,一直以来主要采用以下方法:对由聚丙烯腈纺丝得到的碳纤维前体实施耐火化处理,然后施加碳化处理(例如日本特公昭37-4405、特开2015-74844、特开2016-40419、特开2016-113726)。由于该方法中使用的聚丙烯腈不容易溶解在便宜的通用溶剂中,所以在聚合、纺丝时需要使用二甲亚砜、N,N-二甲基乙酰胺等价格昂贵的溶剂,存在碳纤维的制造成本高的问题。

此外,在日本特开2013-103992中记载了由含有丙烯腈单元96~97.5质量份、丙烯酰胺单元2.5~4质量份、含有羧酸的乙烯基单体0.01~0.5质量份构成的丙烯腈系共聚物形成的碳纤维前体纤维。该丙烯腈系共聚物虽然含有有助于聚合物的水溶性的丙烯酰胺单元、含有羧酸的乙烯基单体单元,但它们的含量少,所以在水中不溶,在聚合、成型加工(纺丝)时需要使用N,N-二甲基乙酰胺等昂贵的溶剂,存在碳纤维的制造成本高的问题。

进而在对聚丙烯腈或其共聚物实施加热处理时,会引起急剧发热,聚丙烯腈或其共聚物的热分解被加速,所以存在碳材料(碳纤维)的收率低的问题。因此,在使用聚丙烯腈或其共聚物来制造碳材料(碳纤维)时,需要历时长时间慢慢升温以避免在耐火化处理的升温过程中急剧发热。

另一方面,由于含有大量丙烯酰胺单元的丙烯酰胺系聚合物是水溶性的聚合物,在聚合、成型加工(膜化、片化、纺丝等)时,能够使用廉价的、对环境负荷小的水作为溶剂,所以能够期待降低碳材料的制造成本。例如、在日本特开2018-90791中记载了含有丙烯酰胺系聚合物、和选自酸和和其盐中的至少一种添加成分的碳材料前体组合物、和使用该组合物制造碳材料的制造方法。此外,在日本特开2019-26827中记载了由具有丙烯酰胺系单体单元50~99.9摩尔%和氰化乙烯基系单体单元0.1~50摩尔%的丙烯酰胺/氰化乙烯基系共聚物形成的碳材料前体、以及含有该碳材料前体和选自酸和其盐中的至少一种添加成分的碳材料前体组合物、以及使用该组合物制造碳材料的制造方法。但是,这些碳材料的制造方法,碳化收率未必充分,还具有改善的空间。

此外,日本特开2009-138313中记载了使用具有可分别控制温度的n个区域的耐火化炉,以投入耐火化炉之前的纤维束和从各区通过后的纤维束的密度满足规定条件的方式对丙烯腈系前体纤维束实施耐火化处理,将耐火化处理后的纤维束在非活性气氛中碳化处理而制造碳纤维束的制造方法。在该方法中,将导入到第1区的前体纤维束的密度设为1.15~1.19g/cm3,将从第n个区通过后的纤维束的密度、即耐火化处理后的纤维束的密度控制在1.33~1.37g/cm3

进而在日本特开2018-178344中记载了,对丙烯腈系前体纤维束在氧化性气氛中实施热处理直至密度变为1.22~1.24g/cm3,然后实施热处理直至密度变为1.32~1.35g/cm3,进而一边施加1.6~4.0mN/dtex的张力、一边在氧化性气氛中275~295℃下实施热处理,直至密度变为1.46~1.50g/cm3而得到耐火化纤维束,然后对耐火化纤维束在非活性气氛中1200~3000℃下实施热处理而制造碳纤维束的制造方法。

发明内容

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