特許 6024858 合糸糸条束の製造方法および得られた合糸糸条束を用いる炭素繊維の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6024858

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】合糸糸条束の製造方法および得られた合糸糸条束を用いる炭素繊維の製造方法

(51)【国際特許分類】

   D01F 9/32 20060101AFI20161107BHJP

   B65H 51/015 20060101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   D01F9/32

   B65H51/015

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-528921(P2016-528921)

(86)(22)【出願日】2016年4月27日

(86)【国際出願番号】JP2016063240

【審査請求日】2016年8月3日

(31)【優先権主張番号】特願2015-95356(P2015-95356)

(32)【優先日】2015年5月8日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】石尾 桂一

(72)【発明者】

【氏名】合津 宏一

(72)【発明者】

【氏名】中野 真輝

【審査官】 斎藤 克也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２１６６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０２６９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４０００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０１Ｆ ９／０８ − ９／３２

Ｂ６５Ｈ ５１／０１５

Ｄ０２Ｇ １／００ − ３／４８

Ｄ０２Ｊ １／００ − １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

以下の（１）〜（４）のローラーを用いて、２本以上の炭素繊維前駆体糸条を合糸して合糸糸条束を製造する方法であって、互いに略平行に走行する前記２本以上の炭素繊維前駆体糸条を抱き角２０°以上で第１ローラーに接触させた後、前記２本以上の炭素繊維前駆体糸条を２分割して一対の第２ローラーにそれぞれ接触させることで、第１ローラーと一対の第２ローラーの間で炭素繊維前駆体糸条を略９０°回転させ、次いで、一方の第２ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラーおよび第３後ローラーに順次接触させるとともに、もう一方の第２ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラーに接触させることなく第３後ローラーに接触させ、第３後ローラー上でこれらの炭素繊維前駆体糸条を合糸し、その後、第３後ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第４ローラーに抱き角５°以上で接触させて、合糸糸条束を得るに際し、第１ローラーと一対の第２ローラーとの軸心間の距離Ｌと第１ローラー上の炭素繊維前駆体糸条の糸幅Ｗの平均値との比、Ｌ／Ｗを１８以上とし、第４ローラーから出た後の合糸糸条束の張力を０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とする合糸糸条束の製造方法；
（１）第１ローラー；
（２）第１ローラーの軸心、および、第１ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向のいずれとも略直交する軸心を有し、第１ローラーからの軸心間の距離Ｌが略同等である一対の第２ローラー；
（３）一対の第２のローラーの軸心と平行な軸心を有し、一対の第２ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向に沿って順に配置される第３前ローラーおよび第３後ローラー；
（４）第３前ローラーおよび第３後ローラーと略直交する軸心を有する第４ローラー。

【請求項2】

得られた合糸糸条束の糸割れ率が１０％以下である請求項１に記載の合糸糸条束の製造方法。

【請求項3】

第１ローラーと接触する前の炭素繊維前駆体糸条の交絡値が２０以下である請求項１または２に記載の合糸糸条束の製造方法。

【請求項4】

第１ローラーと接触する前の炭素繊維前駆体糸条の単糸の真円度が０．９以上である請求項１ないし３のいずれかに記載の合糸糸条束の製造方法。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の合糸糸条束の製造方法によって製造された合糸糸条束に耐炎化処理および炭化処理を行って炭素繊維を得る工程を含む炭素繊維の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走行する複数の炭素繊維前駆体糸条を、ローラーガイド群により合糸することで、合糸糸条束を得る方法、およびその合糸糸条束を用いて炭素繊維を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維の前駆体として、ポリアクリロニトリル系繊維の糸条が広く知られている。炭素繊維は、例えばその前駆体であるポリアクリロニトリル系繊維糸条を製糸工程で一旦巻き取ってパッケージとし、その後かかるパッケージから糸条を解舒し、２００〜４００℃の空気雰囲気中で該前駆体糸条を加熱焼成して酸化繊維糸条に転換する耐炎化工程、および、窒素・アルゴン・ヘリウム等の不活性雰囲気中で酸化繊維糸条を３００〜３０００℃に加熱して炭化する炭化工程を経ることで得られる。また、別の方法としては、製糸工程で得た糸条を、巻き取らず、ケンスなどに収納し、それらを引き出してから同様のプロセスで炭素繊維を製造することも行われている。炭素繊維は、通常、単糸数が１０００以上のフィラメントで構成されたマルチフィラメントからなっている。

【0003】

炭素繊維は、複合材料の強化繊維として航空宇宙用途を中心に、スポーツ用途や一般産業用途へ用途が拡大している。更なる用途拡大のためには、安価で品位の良い炭素繊維の提供が重要な課題であり、炭素繊維前駆体の製造工程においてもこれまで多くの生産効率化によるコスト低減に関する改善技術が開示されている。例えば、処理する糸条を太く（太糸条化）する、あるいは糸条の幅を狭くしたり、糸条間の間隔を小さくしたりする（高密度化）するといった技術は、限られた設備での生産量増大に寄与するための有効な手段といえる。

【0004】

しかしながら、これら糸条単位の太糸条化や高密度化を安易に進めた場合、特に延伸工程、水洗工程、工程油剤の付与工程などで単糸間接着の発生や、延伸における毛羽の発生や断糸、水洗不足、油剤の付着斑などが惹起され、次の焼成工程においても毛羽や断糸が発生して工程通過性を阻害すると共に、得られる炭素繊維の物性低下に繋がる問題が起こる可能性があった。そのため太糸条化および高密度化糸条には、交絡付与等の単糸間の集束性向上処理を施すことが多い。しかし、太糸条化における交絡付与は糸条が炭素繊維前駆体アクリル糸条の場合、糸条の拡がり性を阻害し、焼成後の炭素繊維を、例えばプリプレグシートに加工する際に均一にシートとならず品位欠陥をきたす等の問題があった。

【0005】

そのため、糸の拡がり性を阻害せず炭素繊維前駆体アクリル糸条を合糸する方法として、例えば、特許文献１には糸条を一度に２本のローラー間でしごき、別に設けたローラーによりひねりを加えて合糸する方法について示されている。また、特許文献２には３本以上の糸条を第１段階としてガイドを走行糸条に対して略直角方向に接触させ、第２段階として、第１段階を経た走行糸条同士を、並置させた別の２本のガイドに接触させながら重ね合わせた後、該合糸糸条束に対してさらに別に設けたガイドにより、４５°〜９０°のひねりを加える糸条束の合糸方法が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平２−２６９５０号公報

【特許文献2】特開平７−２１６６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の方法は、２０００以下のフィラメントからなる糸条を合糸する時には有効であるが、２０００を超えるフィラメントからなる糸条を合糸する時には、２本の糸条の１本目のローラーまでの距離がそれぞれ異なることから、合糸部の糸幅が不安定となって、その結果合糸後に糸割れを起こしやすく、連続的に安定した合糸糸条束を得ることができない欠点があった。糸割れの多い合糸糸条束は、次工程で操業性を著しく阻害させ、例えば焼成後の炭素繊維をプリプレグシートに加工する際に均一なシートとならず品位欠陥をきたす等の問題があった。

【0008】

また、特許文献２の方法は、２０００以下のフィラメントからなる糸条を合糸する時には有効であるが、２０００を超えるフィラメントからなる糸条を３本以上合糸する時には、同様に連続的に安定した合糸状態の糸条束を得ることができない欠点があった。

【0009】

そこで、本発明の課題は、かかる従来技術の問題点を解消し、特にフィラメント数が１０００を超える太糸条の場合などにおいても、合糸糸条束の糸割れを防止し、かつ連続的に安定して糸条束を得る方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を達成するために、本発明の合糸糸条束の製造方法は次の構成を有する。すなわち、以下の（１）〜（４）のローラーを用いて、２本以上の炭素繊維前駆体糸条を合糸して合糸糸条束を製造する方法であって、互いに略平行に走行する前記２本以上の炭素繊維前駆体糸条を抱き角２０°以上で第１ローラーに接触させた後、前記２本以上の炭素繊維前駆体糸条を２分割して一対の第２ローラーにそれぞれ接触させることで、第１ローラーと一対の第２ローラーの間で炭素繊維前駆体糸条を略９０°回転させ、次いで、一方の第２ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラーおよび第３後ローラーに順次接触させるとともに、もう一方の第２ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラーに接触させることなく第３後ローラーに接触させ、第３後ローラー上でこれらの炭素繊維前駆体糸条を合糸し、その後、第３後ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を第４ローラーに抱き角５°以上で接触させて、合糸糸条束を得るに際し、第１ローラーと一対の第２ローラーとの軸心間の距離Ｌと第１ローラー上の炭素繊維前駆体糸条の糸幅Ｗの平均値との比、Ｌ／Ｗを１８以上とし、第４ローラーから出た後の合糸糸条束の張力を０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とする合糸糸条束の製造方法である。ここで言う略平行とは、平行もしくは２本の糸条のなす角度が５°以下であることを言う。略９０°とは、８５〜９５°の範囲を言う。
（１）第１ローラー；
（２）第１ローラーの軸心、および、第１ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向のいずれとも略直交する軸心を有し、第１ローラーからの軸心間の距離Ｌが略同等である一対の第２ローラー；
（３）一対の第２のローラーの軸心と平行な軸心を有し、一対の第２ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向に沿って順に配置される第３前ローラーおよび第３後ローラー；
（４）第３前ローラーおよび第３後ローラーと略直交する軸心を有する第４ローラー。
ここで、略直交とは、２つの軸心もしくは軸心と糸条のなす角度が８５〜９５°の範囲であることを言う。

【0011】

また、本発明の炭素繊維の製造方法は、上記の合糸糸条束の製造方法によって製造された合糸糸条束に耐炎化処理および炭化処理を行って炭素繊維を得る工程を含む炭素繊維の製造方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、太糸条の場合などにおいても、糸割れ欠点が僅少な、高品位の炭素繊維前駆体糸条を連続的に安定して得ることができる。それにより、炭素繊維の焼成工程、および高次加工工程において、毛羽・糸割れ発生が僅少となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る合糸装置の一例を示す概略平面図である。

【図2】本発明に係る合糸装置の一例を示す概略側面図である。

【図3】抱き角を説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明について、実施の態様を詳細に説明する。炭素繊維前駆体糸条の材料は、特に限定されないが、主としてアクリロニトリルからなるアクリル系重合体、具体的にはアクリロニトリル８５質量％以上と他のコモノマー１５質量％以下からなる共重合体であることが好ましい。コモノマーとしては、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸等、およびそれらのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル等のアルキルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、あるいはアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸等およびそれらのアルカリ金属塩などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。コモノマーの共重合割合が１５質量％を超えると、最終的に得られる炭素繊維の物性が低下する場合がある。アクリル系重合体は、通常の乳化重合、塊状重合、溶液重合等の重合法を用いて重合できる。特に好ましいアクリロニトリルの共重合割合は、９５質量％以上である。

【0015】

該アクリル系重合体と、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒と、硝酸、塩化亜鉛、ロダンソーダ等の無機物の水溶液等とからなる重合体溶液を紡糸原液として、通常の湿式紡糸法または乾湿式紡糸法によって紡糸し、凝固糸を得る。得られた凝固糸の浴中延伸を、好ましくは５０〜９８℃の延伸浴中で略２〜６倍の延伸倍率で行う。なお、紡糸により得られた糸条は、好ましくは浴中延伸後水洗するか、水洗後浴中延伸することによって、残存溶媒が除去される。浴中延伸後、糸条は、好ましくは、油剤を付与され、ホットローラーなどで乾燥緻密化され、炭素繊維前駆体糸条を得る。また、必要があれば、その後、スチーム延伸等の２次延伸を行う。このようにして得られた炭素繊維前駆体糸条は、複数本が糸条集束用フリーローラーガイド群により合糸された後、巻き取り機によりパッケージに巻き取られるか、もしくは、キャンに収納される。また別の態様として、巻き取った糸条を複数本解舒するか、キャンから引き出して、集束用フリーローラーガイド群により合糸を行うこともできる。

【0016】

合糸に供給される炭素繊維前駆体糸条は、交絡値が２０以下であることが好ましい。交絡値が２０を超える場合、合糸糸条束の糸割れを起こしやすくなる。また合糸に供給される炭素繊維前駆体糸条は、ある程度集束していることが好ましく、交絡値は１．５以上であることが好ましい。ここで言う交絡値とは、ＪＩＳ−Ｌ１０１３（２０１０）に準拠し、フックドロップ法、すなわちフックの落下長により求められる。

【0017】

炭素繊維前駆体糸条は、その単糸の真円度が０．９以上であることが好ましい。ここで、単糸の真円度とは、第１ローラーと接触する前の炭素繊維前駆体糸条の単糸の真円度を指す。真円度が０．９未満と低いと、糸条の集束性が低下する場合がある。その結果、均一に糸条同士が絡み合わず、一対の第２ローラーから一対の第３前ローラーおよび第３後ローラーまでの予備合糸が効果を発揮せず、合糸状態にバラツキを生じることがある。所望の真円度の単糸からなる糸条を得るためには、紡糸工程における凝固・引き取り条件、特に凝固浴の溶媒濃度や温度などを調整することが好ましい。

【0018】

炭素繊維前駆体糸条を構成する単糸（フィラメント）数は、１０００を超えるとき、より好ましくは２０００を超えるときに、本発明の合糸糸条束の製造方法の効果を好適に得ることができる。また、フィラメント数の上限は特に制限がないが、通常７００００以下である。

【0019】

本発明の合糸糸条束の製造方法に用いられる、フリーローラーガイド群による合糸装置の構成を、以下図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係る合糸手段に用いられる装置の一例を示す概略平面図、図２は図１の装置の概略側面図であり、それぞれ４本の糸条を合糸する例を示している。なお、本発明は図１、２に示す態様に限定されるものではない。

【0020】

ここで、第１ローラー１と一対の第２ローラー２、２’は、軸心間の距離がＬとなるように設置され、第１ローラー１から出た糸条が、一対の第２ローラー２、２’の幅方向で略中央の位置に導入されるように設置される。一対の第２ローラー２、２’と一対の第３ローラー３、３’は略同一高さに設置され、一対の第３ローラー３、３’から出た糸条が、第４ローラー４の表面と接する位置に設置される。

【0021】

ここで、第１ローラーは自由回転ローラーおよび駆動ローラーのいずれでも良いが、好ましくは駆動ローラーである。第２〜４ローラーも自由回転ローラーおよび駆動ローラーのいずれでも良いが、好ましくは自由回転ローラーである。

【0022】

本発明の合糸糸条束の製造方法では、第１段階として、互いに略平行に走行する糸条５、５’、６、６’を第１ローラー１に抱き角２０°以上で接触させることにより糸道を安定化した後、一対の第２ローラー対に導入する。ここで言う略平行とは、平行もしくは２本の糸条のなす角度が５°以下であることを言う。なお、ここで抱き角とは、図３に示すようにローラーと糸条が接触している部分の角度をいう。図３において抱き角はθで表される。図２には第１ローラーにおける抱き角が９０°の例を示した。第１ローラーにおける糸条の抱き角は２０°以上であり、好ましくは３０〜１２０°である。抱き角が２０°未満では、糸道が安定せず、合糸した糸条束の集束状態が不安定となる場合がある。抱き角が１２０°を超えても、特に糸条束の集束状態には影響しないが、糸道が複雑化してしまう。

【0023】

本発明では、第１ローラーと一対の第２ローラーの距離Ｌと、炭素繊維前駆体糸条の糸幅Ｗの比Ｌ／Ｗが１８以上である。なお、Ｗは合糸前の炭素繊維前駆体糸条の第１ローラー上における糸幅の平均値である。ここで言う糸幅の平均値とは、第１ローラー上の複数の炭素繊維前駆体糸条それぞれの糸幅を定規を使用して２０秒間隔で３回目視でｍｍ単位で測定して得た糸幅全ての平均値を使用する。また、Ｌは第１ローラーと一対の第２ローラーとの軸心間の距離を意味する。一対の第２ローラーは、第１ローラーからの軸心間の距離が略同等である。ここで、略同等であるとは、第１ローラー１と第２ローラー２との軸心間の距離と、第１ローラー１と第２ローラー２’との軸心間の距離とが同一であるか、もしくは、異なっていても、その差が５％以下であることを言う。当該軸心間の距離は、同一であることが好ましい。一対の第２ローラー間において第１ローラーとの軸心間の距離が同一でない場合は、第１ローラーとの軸心間の距離が小さい方の第２ローラーと第１ローラーとの軸心間の距離をＬとする。Ｌ／Ｗは５０以上が好ましい。また、糸道の安定性やスペースの観点から、Ｌ／Ｗは１００以下が好ましい。Ｌ／Ｗが１８未満である場合、第１ローラーから一対の第２ローラーの軸心方向に垂直に接する糸条は一対の第２ローラー上で糸条が集束し、ロープ状になってしまうことで、得られた合糸糸条束の糸割れ率が１０％より大きくなりやすくなる。糸割れ率は１０％以下が好ましい。炭素繊維前駆体糸条の合糸糸条束の糸割れ率が１０％を超えると焼成工程において、毛羽や断糸が発生して安定生産を阻害すると共に、得られる炭素繊維の物性が低下する可能性がある。糸割れ率の測定方法は、後述する。

【0024】

第１ローラーから出た炭素繊維前駆体糸条を２分割して一対の第２ローラーにそれぞれ接触させる。ここで糸条を２分割するとは、図１に示す態様においては、４本の糸条を２本ずつの糸条２組に分けることを言う。

【0025】

第２ローラーは第１ローラーの軸心、および、第１ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向のいずれとも略直交する軸心を有するので、第１ローラーと一対の第２ローラーの間で炭素繊維前駆体糸条が繊維長さ方向に対して略９０°回転する。これにより、糸道が安定化し、合糸状態を定常化しやすくなり、かつ、第１ローラー上における糸幅Ｗを大きく変化させることなく第２ローラー上に２本の糸条が導入されるので好ましい。第２ローラーでの糸条の抱き角は２本の糸条とも１０°以上が好ましく、２０°〜９０°がさらに好ましい。この場合、２本の糸条の抱き角は、当然ながら内側になる糸条の方が大きいが、大きい方が９０°以下が好ましく、小さい方が１０°以上であることが好ましい。

【0026】

第２ローラー上で２本の糸条が重ね合わされ、合糸された糸条束のうち、第２ローラー２から出た糸条は、第３前ローラー３に接触し、その後、第３後ローラー３’に接触する。第２ローラー２’から出たもう一方の糸条束は、第３前ローラー３に接触することなく直接第３後ローラー３’に接触する。第３後ローラー３’上でこれら全ての糸条が１本に合糸される。

【0027】

第３前ローラー３および第３後ローラー３’は、一対の第２のローラーの軸心と平行な軸心を有し、一対の第２ローラーを出た直後の炭素繊維前駆体糸条の走行方向に沿って順に配置される。

【0028】

第３ローラーの抱き角は第２ローラーと同様の理由で、第３前ローラー、第３後ローラー共に１０°以上が好ましく、２０°〜９０°がさらに好ましい。

【0029】

第３後ローラー３’を出た糸条束は、第４ローラー４に接触した後、次ローラー（図示していない）へ導入される。

【0030】

第４ローラーは、第３前ローラーおよび第３後ローラーと略直交する軸心を有する。

【0031】

第４ローラーでの抱き角は５°以上であり、好ましくは１０°〜９０°である。抱き角を５°以上とすることによって、第４ローラーによるひねりは５°以上となり、合糸される糸条同士の単糸同士での絡み合いを発生させ、合糸の効果を発揮することができる。また抱き角を９０°以下とすることによって糸の撚りが合糸糸条束を分割することなく集束性を付与することができる。

【0032】

また、糸条が第４ローラー４に導入される際、第３後ローラー３’を出た糸条の上端が、第４ローラー４の上端部より上側に存在するように、かつ、糸条の下端が第４ローラー４の上端部より下側に存在するよう糸道を調整し、糸にひねりを与えることが集束性を与えるためには好ましい。

【0033】

図１、２では、説明のために合糸される糸条は第１の糸条対が図１における上側、第２の糸条対が下側に配され、第１の糸条対が第３前ローラーに接した図を示しているが、これらの位置関係は、上記糸道を形成できる範囲で変更可能である。

【0034】

第３後ローラーと第４ローラーとの軸心間距離は１００ｍｍ以下であることが好ましい。距離は、さらに好ましくは５０ｍｍ以下である。距離が１００ｍｍを超えるとひねりによる単糸同士の絡み合いが効果的とならず、糸割れが生じやすくなる。

【0035】

また、第４ローラーに接触した後の合糸糸条束の張力を０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とすることによって糸条位置が安定し、糸条間の合糸時に単糸同士が均一に入り込むことにより、合糸糸条束の糸割れを生じにくくする。張力が０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、糸条束位置が不安定になりやすく、糸束間の押圧力が不足しやすくなるため、糸割れを生じやすくなる。また張力が高過ぎた場合、糸条間の合糸時に単糸同士が単糸間に入り込まず合糸糸条束の糸割れを起こしやすくなることから０．８０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下の張力が好ましい。そのため張力が０．１１〜０．８０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲にあることが、糸割れを減少させ、糸品位の良好な炭素繊維前駆体糸条束を得ることができる観点から好ましい。張力の測定には、例えばテンションメーターＨＳ−３０００型（エイコー測器株式会社製）および定格５ｋｇｆおよび１０ｋｇｆのテンションピックアップＢＴＢ−Ｉ（エイコー測器株式会社製）を使用することができる。

【0036】

合糸する糸条が２本であった場合、まず１本を第２ローラー２へ、残りの１本をもう一方の第２ローラー２’に接触させることにより糸道を安定化させる。第２ローラーに導入された糸条は、次に第２ローラーと平行に設置された一対の第３ローラーに導入され、方向を合わせて重ね合わされ、糸条束を第３ローラーと軸心が略直交する第４ローラーに導入されて合糸される。

【0037】

また、合糸する糸条が３本の場合、糸条３本の内、１本もしくは２本を第２ローラー２へ、残りの１本もしくは２本をもう一方の第２ローラー２’に接触させることにより、各糸条の糸道を安定化させる。第２ローラーに導入された糸条は、次に第２ローラーと平行に設置された一対の第３ローラーに導入され、方向を合わせて重ね合わされ、糸条束を第３ローラーと軸心が略直交する第４ローラーに導入され合糸される。

【0038】

同様に合糸する糸条が４本の場合は、糸条を３本と１本に、５本の場合は、糸条を４本と１本に分けて同様に処置しても良いが、好ましくは４本の場合は２本ずつに、５本の場合は３本と２本に（本数が略同等となるように）分けて同様の処置をすることが好ましい。ここで、本数が略同等とは、分けた糸条の本数が同一であるか、もしくは、本数が１本しか異ならないことを言う。それ以上の本数の場合も同様である。

【0039】

上記の装置に用いるローラーの例としては公知のガイドまたはガイドローラーでよいが、特に固定の円柱ガイド、ベアリング内蔵のシェル回転ガイドローラー等が好ましい。また表面形態は梨地が好ましい。またローラー径は１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。なお、上記の一対の第２ローラー、一対の第３ローラー以外にも糸道を安定化させるためのガイドを用いても差し支えない。

【0040】

次に、本発明の炭素繊維の製造方法について説明する。

【0041】

前記した合糸糸条束の製造方法により製造された炭素繊維前駆体糸条からなる合糸糸条束を、２００〜３００℃の空気中において耐炎化処理する。耐炎化処理により得られた耐炎化糸を、３００〜９００℃の不活性雰囲気中において予備炭化処理した後、１０００〜３０００℃の不活性雰囲気中において炭化処理を行い炭素繊維を製造する。不活性雰囲気に用いられるガスとしては、窒素、アルゴンおよびキセノンなどを例示することができる。経済的な観点からは窒素が好ましく用いられる。

【0042】

本発明において、真円度、交絡値および糸割れ率は以下の方法で測定する。

【0043】

＜真円度＞
合糸前の炭素繊維前駆体糸条をサンプリングし、カミソリで繊維軸に垂直に切断し、光学顕微鏡を用いて単繊維の断面形状を観察する。測定倍率は、最も細い単繊維が１ｍｍ程度に観察されるよう倍率２００〜４００倍とする。使用する機器の画素数は２００万画素とする。得られた画像を画像解析することにより炭素繊維前駆体糸条を構成する単糸の断面積と周長を求め、その断面積から真円と仮定した時の単糸の断面の直径（繊維径）を０．１μｍ単位で計算して求め、下記式を用いて炭素繊維前駆体糸条を構成する単糸の真円度を求める。真円度は無作為に選んだ１０本の単糸の平均値を用いる。
真円度＝４πＳ／Ｌ^２
式中、Ｓは炭素繊維前駆体糸条を構成する単糸の断面積を表し、Ｌは単糸の周長を表す。

【0044】

＜フックドロップ法による交絡値＞
ＪＩＳ−Ｌ１０１３（２０１０）「化学繊維フィラメント糸試験方法」の交絡値測定方法に準じて測定する。合糸前の炭素繊維前駆体糸条試料の下方の位置に荷重１００ｇを吊り下げ、試料を垂直にたらす。試料の上部に荷重１０ｇのフックを挿入し、フックが糸の交絡によって停止するまでの降下距離（ｍｍ）から下記式によって交絡値を求める。ｎ＝５０で測定を行い、その平均値を交絡値とする。
交絡値＝１０００／フック降下距離。

【0045】

＜糸割れ率＞
炭素繊維前駆体合糸糸条束を張力０．０４ｃＮ／ｄｔｅｘ、５ｍ／ｍｉｎの条件にて１０００ｍ解舒した際に３ｍ以上の糸割れの発生を確認する。１００回測定を行い、全測定回数に対しての３ｍ以上の糸割れの発生した回数の割合（％）を糸割れ率とする。

【実施例】

【0046】

（実施例１）
図１の装置において一対の第２ローラー２、２’と第１ローラー１の軸間距離Ｌを２００ｍｍに設定し、一対の第３ローラー３、３’は第４ローラーの幅方向の中央と糸道が重なる位置に配置した。第４ローラーと第３後ローラー３’との間隔を４０ｍｍとした。上記の合糸装置を用いて、総繊度３３００ｄｔｅｘのマルチフィラメント糸条（単糸繊度：１．１ｄｔｅｘ、単糸数：３０００本）を表１の条件で４本合糸し、糸割れの確認を行ったところ糸割れ率は３％であった。

【0047】

またローラーの抱き角は、第１ローラー１を６０°、第２ローラー２、２’を４５°、第３前ローラーを５０°、第３後ローラーを４５°、第４ローラーを６０°となるようにローラーを配置した。

【0048】

（実施例２）
実施例１において合糸前の糸条の交絡値が２１．２のものを用いたところ糸割れ率は９％であった。

【0049】

（実施例３）
実施例１において０．１１ｔｅｘのマルチフィラメント糸条１３２００ｄｔｅｘを２本合糸し同様に糸割れの確認を行ったところ糸割れ率は４％であった。

【0050】

（実施例４）
実施例１において真円度が０．７８である１．１ｄｔｅｘのマルチフィラメント糸条３０００本を２合糸し糸割れの確認を行ったところ糸割れ率は８％であった。

【0051】

（比較例１）
実施例１において一対の第２ローラー２、２’と第１ローラー１の距離を３０ｍｍとしたところ糸割れ率は２３％であった。

【0052】

（比較例２）
実施例１において一対の第２ローラー２、２’と第１ローラー１の距離を５０ｍｍとしたところ糸割れ率は２１％であった。

【0053】

（比較例３）
実施例２において一対の第２ローラー２、２’と第１ローラー１の距離を３０ｍｍとしたところ糸割れ率は２５％であった。

【0054】

（比較例４）
実施例２において一対の第２ローラー２、２’と第１ローラー１の距離を１５０ｍｍとしたところ糸割れ率は１４％であった。

【0055】

（比較例５）
実施例２において合糸後の糸条束の張力を０．０８ｃＮ／ｄｔｅｘに調整したところ糸割れ率は４９％であった。

【0056】

（比較例６）
実施例３において合糸後の糸条束の張力を０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘに調整したところ糸割れ率は３６％であった。

【0057】

【表1】

【符号の説明】

【0058】

１：第１ローラー
２、２’：第２ローラー
３：第３前ローラー
３’：第３後ローラー
４：第４ローラー
５、５’、６、６’：合糸前の炭素繊維前駆体糸条
７：合糸後の炭素繊維前駆体糸条束
８：第２ローラーＡ、Ｂ、第３前ローラー、第３後ローラーおよび第４ローラーを固定する為の共通ベース
Ｌ：第１ローラーと第２ローラーＡ、Ｂの距離
θ：抱き角

【要約】

互いに略平行に走行する２本以上の炭素繊維前駆体糸条を第１ローラー（１）に接触させた後、前記２本以上の炭素繊維前駆体糸条を２分割して一対の第２ローラー（２，２’）にそれぞれ接触させることで、第１ローラー（１）と一対の第２ローラー（２，２’）の間で炭素繊維前駆体糸条を略９０°回転させ、次いで、一方の第２ローラー（２）から出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラー（３）及び第３後ローラー（３’）に順次接触させるとともに、もう一方の第２ローラー（２’）から出た炭素繊維前駆体糸条を第３前ローラー（３）に接触させることなく第３後ローラー（３’）に接触させ、第３後ローラー（３’）上でこれらの炭素繊維前駆体糸条を合糸し、その後、第３後ローラー（３’）から出た炭素繊維前駆体糸条を第４ローラー（４）に接触させて、合糸糸条束を得る。第１ローラー（１）と一対の第２ローラー（２，２’）との軸心間の距離Ｌと第１ローラー上の炭素繊維前駆体糸条の糸幅Ｗの平均値との比、Ｌ／Ｗを１８以上とし、第４ローラーから出た後の合糸糸条束の張力を０．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とする。

【図1】

【図2】

【図3】