JP2002061035A

JP2002061035A - 炭素繊維およびその製造方法ならびに炭素繊維強化複合材料

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Publication number: JP2002061035A
Application number: JP2000242533A
Authority: JP
Inventors: Masaru Tanaka; 勝田中; Katsumi Yamazaki; 勝巳山▲ざき▼; Masashi Tokuda; 政志徳田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、複合材料としたときの、強度、特に
圧縮強度、曲げ強度などの基本特性が極めて優れ、卓越
した補強効果を示す炭素繊維およびその製造方法ならび
に炭素繊維強化複合材料を提供せんとするものである。【解決手段】本発明の炭素繊維は、繊維断面形状が、断
面の外接円径（ａ）と内接円径（ｂ）の比ａ／ｂが１．
５〜２．５の空豆形であり、表面積比が１．０５以下
で、樹脂含浸ストランド強度が４．５ＧＰａ以上である
ことを特徴とするものである。また、かかる炭素繊維の
製造方法は、アクリルロニトリル系共重合体の紡糸原液
を乾湿式法で製造するに際し、有機溶媒濃度４０〜７５
重量％の水溶液で、かつ、浴温度が−５〜２５℃である
水／有機溶媒系凝固浴である多段昇温浴で延伸し、次い
で、シリコーン系油剤を付与後、乾燥緻密化し、炭素繊
維に転換することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成型用の炭素繊維
およびその製造方法ならびに炭素繊維強化複合材料に関
する。さらに詳しくは、高強度でマトリックス樹脂との
接着性が良好でかつ圧縮の機械特性に優れた、構造材料
として好適な複合材料を与える炭素繊維、およびその製
造方法ならびに炭素繊維強化複合材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維は他の繊維に比べて優れた比強
度および比弾性率を有すため、その優れた機械特性を利
用して樹脂との複合材料の補強繊維として工業的に広く
利用されている。近年、炭素繊維複合材料の優位性はま
すます高まり、特にスポーツ、航空宇宙用途においては
この炭素繊維複合材料に対する高性能化要求が強い。複
合材料としての特性は炭素繊維そのものの特性に起因す
るところが大きく、この要求はとりもなおさず炭素繊維
自身への高性能化要求である。この炭素繊維に対する高
性能化の要求に対して、これまで引張強度や引張弾性率
といった引張特性に関しては、微細な凸凹が炭素繊維に
存在していると、その凸凹部に応力が集中して破壊の開
始点になるため繊維表面に微細な凸凹を持たない乾湿式
紡糸で円断面の表面平滑化により進歩がなされた。しか
し、樹脂との接着性が悪く圧縮特性値の向上は追随して
おらず、複合材料の特性、特に圧縮特性、曲げ特性とい
った実用特性において満足のいく向上が見られていな
い。

【０００３】従来、この複合材料の基本特性を向上させ
る対策として、炭素繊維の表面特性を電解表面処理によ
って改善する方法、適用するマトリックス樹脂の特性を
改善する方法、複合材料を構成する炭素繊維の配列を工
夫する方法など、数多くの提案がされてきたが、必ずし
も満足のいく結果が得られていないのが実情である。

【０００４】このような従来技術的背景のもとに、炭素
繊維と樹脂との複合材の基本特性を向上する対策につい
て種々検討がおこなわれた結果、特開平３−９７９１
８、３−１８５１２１、４−２０２８１５号公報に示さ
れるように、炭素繊維自体の内部構造などの改良に加え
て、繊維横断面を非円形にすることが非常に有効である
ことが提案された。

【０００５】非円形断面にすることによって、繊維断面
方向の中心までの距離が短くなるため均一焼成が可能と
なり、弾性率が向上し、また、表面積が増大することに
より、マトリックス樹脂との接着が向上、さらに、繊維
軸方向の圧縮強度が向上するという特徴がある。

【０００６】しかしながら、上記非円形断面糸は、異形
断面口金であるため、口金作成費が高くコストアップに
なる。また製糸性、特に延伸性が低下することがあり、
結果として製糸能力の低下を伴う恐れがある。乾湿式紡
糸において、円径孔口金を用いて、凝固浴条件を適正化
することによって非円形段面繊維(空豆形)が得られる
が、紡糸工程で単糸間接着が発生しやすく、炭素繊維の
強度は極めて低いものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、複合材料としたときの、強度、特に
圧縮強度、曲げ強度などの基本特性が極めて優れ、卓越
した補強効果を示す炭素繊維およびその製造方法ならび
に炭素繊維強化複合材料を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明の炭素繊維は、繊維断面形状が、
断面の外接円径（ａ）と内接円径（ｂ）の比ａ／ｂが
１．５〜２．５の空豆形であり、表面積比が１．０５以
下で、樹脂含浸ストランド強度が４．５ＧＰａ以上であ
ることを特徴とするものである。

【０００９】また、かかる炭素繊維の製造方法は、有機
溶媒に溶解されたアクリルロニトリル系共重合体の紡糸
原液を円形孔口金から、一旦、空気中に押し出し、有機
溶媒濃度４０〜７５重量％の水溶液で、かつ、浴温度が
−５〜２５℃である水／有機溶媒系凝固浴に導き、凝固
糸を引き取り、水洗後、浴中延伸するに際し、各浴の温
度差を７℃以下の多段昇温浴とし、下記式を満足する延
伸張力で１．５〜４倍延伸し、次いで、シリコーン系油
剤を付与後、乾燥緻密化し、炭素繊維に転換することを
特徴とするものである。

【００１０】Ｔn≦Ｃn−０．００４５ｔＣn＝０．２５７５＋０．０２２５×（ｎ−１）Ｔn：ｎ段目の延伸張力（ｇ/デシテックス、ただしデシテックスは延伸入りの
繊度）Ｃn：浴延伸段数の延伸張力勾配 n：段数ｔ：各浴温度（℃）また、本発明の炭素繊維強化複合材料は、前記炭素繊維
と樹脂とからなることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまり複合
材料としたときの、強度、特に圧縮強度、曲げ強度など
の基本特性が極めて優れ、卓越した補強効果を示す炭素
繊維およびその製造方法について、鋭意検討し、製糸工
程の凝固浴条件および浴延伸張力条件を特定な範囲に制
御することによって、初めて、乾湿式法により、表面が
平滑で空豆断面形状の炭素繊維で、かつ、高強度、高接
着性、高圧縮特性を有するものを提供し得ることを究明
し、本発明に至った。

【００１２】本発明の炭素繊維は、繊維横断面の中心に
向かって凹の部分を約１個有する空豆形であって、その
変形度も一定の範囲にあることが必要である。例えば、
細長い偏平断面のように円形から極端に離れた形状にな
れば、複合材料にしたときの炭素繊維の均一な分散性を
阻害し、複合材の基本特性を低減することになる。その
単繊維断面形状が断面の外接円径（ａ）と内接円径
（ｂ）の比ａ/ｂを変形度Ｄとして定義すると、この変
形度Ｄが１．５〜２．５であることが必要であり、好ま
しくは１．５〜２．０とするのが、接着性、０°圧縮強
度および引っ張り強度の上からよい。

【００１３】炭素繊維が、このように非円形断面である
ことによって、複合材に使用されたとき、マトリックス
樹脂との接触面積が増大して、接着力を増大させ、か
つ、円形断面に比べてマトリックス樹脂に対する均一な
分散性を高めるため、複合材の基本特性を大幅に向上さ
せることができる。

【００１４】また、本発明の炭素繊維においては、表面
積比Ｓが１．０５以下であり、繊維表面にフィブリル構
造に起因するマクロな凸凹を持たない高度な平滑性を有
していることが好ましい。かかる平滑性に劣るもの、つ
まり凸凹が炭素繊維表面に存在していると、その凸凹部
に応力が集中して、破壊の開始点になりやすく、特に複
合材としたときの引張強度を低下させる原因になるので
好ましくない。

【００１５】上記表面積比は、次のようにして測定す
る。測定する炭素繊維を長さ数ｍｍ程度にカットし、銀
ペーストを用いて基板(シリコンウエハ)上に固定し、Di
gitalＩnstruments社製 NanoScope IIIa原子間力顕微
鏡(ＡＦＭ)において、Dimension 3000ステージシステ
ムを使用し、下記条件にて、単糸の中央部において、３
次元表面形状の像を得る。

【００１６】・走査モード：タッピングモード・探針：オリンパス光学工業製Ｓｉカンチレバー一体型
探針OMCL-AC120TS ・走査範囲：２．５μｍ×２．５μｍ・走査速度：０．４Ｈz ・ピクセル数：５１２×５１２・測定環境：室温、大気中各試料について、単糸１本から１箇所ずつ観察して得ら
れた像について、前記装置に付属のサフトウエア(NanoS
cope IIIバージョン4.22r2)によりデータ処理し、１次
Flattenフィルタ、Lowpassフィルタ、３次Plane Fitフ
ィルタを用いてフィルタリングし、得られた像全体を対
象として、実表面積を算出する。なお、投影面積につい
ては、観察視野の面積（２．５μｍ×２．５μｍ）とす
る。

【００１７】表面積比は次式で求める。各試料につい
て、任意に選んだ５箇所について上記の測定を行い、最
大値、最小値を除いた３箇所の相加平均値を最終的な表
面積比とする。

【００１８】表面積比＝実表面積／投影面積本発明において、アクリル系共重合体は、アクリロニト
リル９０重量％以上、他のアクリロニトリルと共重合し
うる共重合体が１０重量％以内で構成される共重合体で
ある。

【００１９】前記共重合体としては、アクリル酸、メタ
アクリル酸、イタコン酸、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、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、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、及びそ
れらのアルカリ金属塩から選ばれる少なくとも１種を用
いることができる。

【００２０】かかるアクリル系共重合体は、乳化重合、
塊状重合、溶液重合など従来公知の重合法により重合さ
れる。ここで紡糸原液としては、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など
を用いることができる。また、凝固浴の溶液には、紡糸
原液に用いる溶媒と同一の溶媒を含む水溶液を使用する
のがよい。

【００２１】本発明において、アクリル系繊維を製造す
るに当たり、紡糸原液は、通常の円形の吐出孔を有する
口金から、一旦、空気雰囲気中に吐出し、たとえば２〜
１０ｍｍのエアーギャプを通過させて、凝固浴中に導い
て糸条となし、凝固浴中に設置された折り返しガイドを
介して、糸条を凝固浴から外に引き取る乾湿式紡糸法が
採用される。

【００２２】前記凝固浴は、有機溶媒、たとえばジメチ
ルスルホキシドなどを、４０〜７５重量％含む水溶液で
あることが断面形状の上から必要であり、好ましくは５
０〜６５重量％含む水溶液が使用される。すなわち、濃
度が４０重量％未満の場合、繊維断面の外接円径(ａ)と
内接円径(ｂ)の比ａ/ｂが１．５未満となり、円形に近
くなる。また、濃度が７５重量％を越える場合、凝固浴
出の単繊維に凝固張力ムラが起こり繊度ムラになり、断
面形状の制御が困難なため好ましくない。

【００２３】また、凝固浴の温度は、−５〜２５℃であ
ることが必要であり、好ましくは０〜２０℃、より好ま
しくは５〜１０℃が断面形状の上からよい。

【００２４】本発明において、凝固糸を引き取り、水洗
後、浴延伸するに際し、各浴の温度差を７℃以下の多段
の昇温浴とし、下記式を満足する延伸張力で１．５〜４
倍の範囲で延伸する。下記式の延伸張力を越える条件で
延伸すると、単糸間接着が起こり、製糸性が低下するだ
けでなく、後の焼成工程においても、毛羽が発生し、物
性低下となり好ましくない。

【００２５】Ｔn≦Ｃn−０．００４５ｔＣn＝０．２５７５＋０．０２２５×（ｎ−１）Ｔn：ｎ段目の延伸張力（ｇ/デシテックス、ただしデシテックスは延伸入りの
繊度）Ｃn：浴延伸段数の延伸張力勾配 n：段数ｔ：各浴温度（℃）前記張力は、張力計により、走行する糸条を挟み込んで
測定する。ここでは、張力計として、エイコー測器
（株）製、型番：ＨＳー４０００を使用した。

【００２６】また、延伸浴では、入り側ローラーによる
熱圧着のため、単糸間接着が生じやすいため、入り側ロ
ーラーを、延伸浴外に出すのが効果的である。また、単
糸間接着の前段階の疑似接着を解除するために、浴中に
振動ガイドを設けて、搬送される糸条に振動を与えるこ
とも有効である。その際の振動数は、５〜１００Ｈｚが
好ましく、振幅については０．１〜１０ｍｍが好まし
い。

【００２７】本発明において、浴中延伸後の糸条は、常
法に従ってシリコーン油剤を付与した後、ホットドラム
などで乾燥することで、糸条、すなわち繊維の乾燥緻密
化が達成される。ここでの乾燥温度、乾燥時間などは、
適宜変更することができる。また、乾燥緻密化後の糸条
は、必要に応じて、加圧スチーム中などの熱媒という高
温環境で、さらに延伸しながら熱処理することもでき
る。かかる熱処理により、シリコーンの架橋反応、及び
または、糸条表面において油剤が拡がりのびる現象、い
わゆる油剤の拡展が促進され、単糸間接着に由来する表
面欠陥の発生を防ぐ効果が大きくなり、より望ましい繊
度、結晶配向度を有するアクリル系前駆体繊維を得るこ
とができる。

【００２８】本発明において、前記シリコーン系油剤
は、油剤成分に、アミノ変性シリコーンが含まれること
が好ましく、さらに該シリコーンに加えて、エポキシ変
性シリコーンやアルキレンオキサイド変性シリコーンが
含まれることがより好ましい。アミノ変性シリコーンに
ついては、モノアミン型でもポリアミン型でも良い。ま
た、アミノ基は側鎖に導入されていても良く、分子鎖末
端に導入されていても良いが、分子鎖の末端のみが変性
されているときは、充分な変性量が確保できないことが
ある。さらには、アミノ基は、側鎖、分子鎖末端両方に
導入されていても良い。また、該シリコーンは、剛体振
り子の自由減衰振動法により、３０℃で測定される振り
子の振動周期Ｔ₃₀(秒)と１８０℃で１０分間熱処理後で
測定される振り子の振動周期Ｔ₁₈₀(秒)の差(Ｔ₃₀−Ｔ
₁₈₀)を振動周期差Ｔとしたとき、０．００３≦Ｔ≦０．
４なる関係を満足するものが、硬化速度と強度特性の上
から好ましく使用される。

【００２９】ここでは、振動周期測定器として、エーア
ンドディ（株）製、剛体振り子型物性試験器型番：ＲＰ
Ｔ−３０００を使用した。

【００３０】前記したような好ましい方法で製造された
前駆体繊維は、焼成することにより、高い性能を有する
炭素繊維とすることができる。

【００３１】ここで、耐炎化処理には、従来公知の方法
を採用することができ、酸化性雰囲気中２００〜３００
℃の範囲で、緊張又は延伸する条件が好ましく使用さ
れ、繊維の比重が１．２５以上、好ましくは１．３以上
になるまで耐炎化処理するのが良い。この比重について
は１．６以下にとどめるのが好ましく、これより高い比
重にすると、炭素繊維の物性が損なわれることがある。
耐炎化炉の雰囲気については、空気、酸素、二酸化窒
素、塩化水素などの酸化性雰囲気を使用することができ
るが、経済性の面から空気が好ましい。

【００３２】耐炎化処理を完了した糸条は、常法に従っ
て不活性雰囲気中で炭化処理する。ここでの雰囲気温度
は、得られる炭素繊維の物性から１０００℃以上が好ま
しく、さらに必要に応じて２０００℃以上の温度で黒鉛
化することができる。また、ボイドなどの炭素繊維の内
部における欠陥の少ない、緻密性の高い炭素繊維を得る
ために、３５０〜５００℃及び１０００〜１２００℃に
おける昇温速度は、５００℃／分以下が良く、好ましく
は３００℃／分以下が良く、より好ましくは１５０℃／
分以下が良い。昇温速度が１０℃／分以下では生産性が
低下してしまう。さらにまた、炭素繊維の緻密性を向上
させるためには、３５０〜５００℃又は２３００℃以上
において、１％以上、好ましくは５％以上、より好まし
くは１０％以上延伸するのがよい。なお、４０％を超え
る延伸は毛羽が発生しやすく好ましくない。

【００３３】このようにして得られた炭素繊維は、酸性
又はアルカリ性の電解液中での電解酸化処理や、気相又
は液相での酸化処理を施すことによって、複合材料にお
ける炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上させ
ることができる。

【００３４】特に、短時間で酸化処理することができ、
酸化処理の度合の制御が容易なことから、電解酸化処理
が好ましく採用される。かかる電解酸化処理に使用され
る電解液は、酸性、アルカリ性のいずれでもよい。

【００３５】まず、酸性の電解液に溶存させた電解質の
具体例としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、
炭酸などの無機酸や、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリル
酸、マレイン酸などの有機酸や、さらに、硫酸アンモニ
ウム、硫酸水素アンモニウムなどが使用されるが、中で
も、強酸性を示す硫酸、硝酸が好ましく使用される。

【００３６】次に、アルカリ性の電解液に溶存させた電
解質の具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、水酸化バリウムなどの水酸化物、アンモニア、炭
酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの無機塩類や、
酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウムなどの有機塩類
や、さらに、これらのカリウム塩、バリウム塩又は他の
金属塩、及びアンモニウム塩、水酸化テトラエチルアン
モニウム又はヒドラジンなどの有機化合物などが使用さ
れるが、樹脂の硬化障害を防止する観点から、アルカリ
金属を含まない炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウ
ム、水酸化テトラアルキルアンモニウム類が好ましく使
用される。

【００３７】電解に使用する総電気量については、電解
酸化処理される炭素繊維の炭化度の応じて最適化するこ
とが好ましい。炭素繊維の表層におかる結晶度を適正に
保持するためには、かかる総電気量を、５〜１０００ク
ーロン／ｇとするのが好ましく、さらに好ましくは１０
〜５００クーロン／ｇとするのがよい。

【００３８】電解酸化処理の後、水洗及び乾燥するのが
好ましい。このとき、乾燥温度が高すぎると、炭素繊維
の表層近傍部に存在する官能基が、熱分解によって消失
し易いため、なるべく低温で乾燥することがよく、この
乾燥温度については、好ましくは２５０℃以下、さらに
好ましくは２１０℃以下がよい。

【００３９】さらに、必要に応じて、従来公知の方法に
従って、炭素繊維にサイジング剤を付与することもでき
る。

【００４０】次に、上記空豆型断面炭素繊維を用いた炭
素繊維複合材料について説明する。

【００４１】上記の製造方法によって得られた炭素繊維
は、強度や弾性率は、樹脂含浸ストランド形態での引張
強度４．５ＧＰａ以上、引張弾性率２００ＧＰａ以上で
ある優れた特性を有するものである。したがって、この
炭素繊維を複合材にすることにより、複合材のＩＬＳ
Ｓ、圧縮強度、曲げ強度等の基本特性を向上させること
ができる。

【００４２】本発明の炭素繊維複合材料に用いるマトリ
ックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のい
ずれであってもよく、たとえばエポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミ
ド樹脂等が使用される。

【００４３】本発明の炭素繊維複合材料は、プリプレグ
やシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）、ある
いはチョップトファイバー等に一旦加工した後にハンド
レイアップ法、プレス成型法、オートクレーブ法により
製造することができる。また、プルトルージョン法、フ
ィラメントワインディング法等により成形することもで
きる。

【００４４】

【実施例】以下実施例により、本発明を具体的に説明す
る。実施例においては、各物性値は次に示す方法により
測定した。＜炭素繊維の引張強度、引張弾性率＞“ベークライト”
ＥＲＬ−４２２１（登録商標、ユニオン・カーバイト
（株）製）/三フッ化ホウ素モノエチレンアミン（ＢＦ3
・ＭＥＡ）/アセトン＝１００/３/４部を炭素繊維に含
浸し、得られた樹脂含浸ストランドを１３０℃で３０分
間加熱して硬化させ、ＪＩＳＲ−７６０１に規定する
樹脂含浸ストランド試験法に従って測定した。＜コンポジット０゜圧縮強度＞炭素繊維を一方向に引き
揃え、東レ（株）製＃３６２０樹脂をコーティングした
樹脂フィルムで両側からはさんでから加圧ローラで樹脂
を炭素繊維に含浸し、プリプレグシートを作成する。こ
のシートを繊維軸を揃えて積層し、オートクレーブを用
いて温度１８０℃、圧力６Ｐａで２時間処理して樹脂を
硬化させ、厚さ約１ｍｍの平板を作成する。この平板を
ダイヤモンドカッターを用いて切断し、繊維軸方向に長
さ８０ｍｍ、繊維軸方向に幅１２ｍｍからなる試験片を
作成する。試験片の中央部５ｍｍを残して両端の両側に
炭素繊維とエポキシ樹脂からなる厚さ約１ｍｍのコンポ
ジット製タブを接着して、圧縮強度測定用の試験片とす
る。後はＡＳＴＭ−Ｄ６９５に規定する試験方法に従っ
て測定した。（実施例１）アクリロニトリル９９．５モル％、イタコ
ン酸０．５モル％からなる極限粘度［η］が１．８０の
アクリル共重合体を２０重量％含むジメチルスルホキシ
ド（以下、ＤＭＳＯと略記）の紡糸原液を調整し、この
紡糸原液に、親水性を向上させるため、ｐＨが８．０に
なるまでアンモニアガスを吹き込んだ。

【００４５】こうして得られた紡糸原液を乾湿式紡糸法
により、４５℃に温調した紡糸原液を、孔数３０００の
紡糸口金から、一旦空気中に吐出して、約３ｍｍの空間
部分を走行させた後、５℃のＤＭＳＯ５５％水溶液中で
凝固させ、凝固糸条を水洗後、全４槽からなる浴延伸工
程に導き、第１槽の温度が３５℃の熱水中で延伸し、次
いで各槽の温度差を＋５℃とする４段昇温浴で、トータ
ル延伸倍率３倍まで延伸した。なお、ここでは単糸間接
着を防止するため、延伸浴の入り側の搬送ローラを浴槽
の外に設置した状態で糸条を搬送した。

【００４６】さらに繊維束を、ノニルフェノールＥＯ付
加物により乳化処理したアミノ変性シリコーン（アミノ
基の含有量は−ＮＨ₂換算で１．０％）を含む、油剤濃
度が２．０重量％のシリコーン系油剤浴中を通過させ、
油剤を糸条重量に対して０．７重量％付与した。

【００４７】次に、１５０℃に温調した加熱ローラで乾
燥緻密化し、加圧スチーム延伸装置で延伸倍率４倍で延
伸し、さらに１８０℃に温調した加熱ローラで再度乾燥
し、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、総繊度３０００ｄのアク
リル系繊維を得た。

【００４８】得られたアクリル系繊維を、耐炎化炉で、
２５０〜２８０℃の空気雰囲気中、延伸倍率を１．０と
して延伸しながら酸化処理し、耐炎化繊維とした。

【００４９】さらに、この耐炎化繊維を、最高雰囲気温
度が８００℃の前炭化炉で、４００〜５００℃の窒素雰
囲気中、昇温速度を１００℃／分、延伸倍率を１．０５
として延伸しながら前炭化処理し、次いで最高雰囲気温
度が１４５０℃の炭化炉で、１０００〜１２００℃の窒
素雰囲気中、昇温速度を２００℃／分、延伸倍率を０．
９７として延伸しながら炭化処理して、炭素繊維を得
た。

【００５０】続いて濃度０．１モル／ｌの硫酸水溶液を
電解液として、１０クーロン／ｇで電解処理、水洗し、
１５０℃の加熱空気中で乾燥した。得られた炭素繊維に
ついて、引張強度、引張弾性率、０゜圧縮強度の特性を
表１に示す。（実施例２）凝固糸条を水洗後、全４槽からなる浴延伸
工程に導き、第１槽の温度が４０℃の熱水中で延伸し、
次いで各槽の温度差を＋５℃とする４段昇温浴で、トー
タル延伸倍率４倍まで延伸した以外は、実施例１と同様
にして炭素繊維を得た。得られた炭素繊維について、引
張強度、引張弾性率、０゜圧縮強度の特性について表１
に示す。（比較例１〜３）実施例１において、凝固浴のＤＭＳＯ
濃度、浴延伸温度差および浴延伸張力を表１に示す通り
に変える以外は、同様にして炭素繊維を得た。得られた
炭素繊維について、引張強度、引張弾性率、０゜圧縮強
度の特性を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】表１から明らかなように、実施例１、２で
得られた炭素繊維は、比較例１〜３のものに比して、強
度、０゜圧縮ともに優れた特性を示すことがわかる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、高強度でマトリックス
樹脂との接着性が良好で、かつ、圧縮の機械特性に優れ
た、構造材料として好適な複合材料を与える炭素繊維
を、安定して提供することができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ０６Ｍ 15/643 Ｂ２９Ｋ 103:04 // Ｂ２９Ｋ 103:04 105:06 105:06 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｄ０６Ｍ 101:28 Ｄ０６Ｍ 101:28 Ｂ２９Ｃ 67/14 ＸＦターム(参考） 4F072 AA07 AA08 AB10 AB15 AB17 AD13 AD23 AD37 AD44 AD45 AG03 4F205 AD02 AD16 HA19 HA33 HA34 HA35 HC17 4L033 AA05 AB01 AC11 BA96 CA59 4L035 BB04 BB06 BB11 BB15 BB17 BB60 BB61 BB66 BB69 BB72 BB80 BB81 BB85 BB89 BB91 DD02 FF01 HH10 MB04 4L037 CS03 FA01 FA04 FA07 PA55 PA65 PF27 PF44 PF54 UA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単繊維断面形状が、断面の外接円径（ａ）
と内接円径（ｂ）の比ａ／ｂが１．５〜２．５の空豆形
であり、表面積比が１．０５以下で、樹脂含浸ストラン
ド強度が４．５ＧＰａ以上であることを特徴とする炭素
繊維。
【請求項２】該炭素繊維が、２００ＧＰａ以上の引張弾
性率を有するものである請求項１記載の炭素繊維。
【請求項３】有機溶媒に溶解されたアクリルロニトリル
系共重合体の紡糸原液を円形孔口金から、一旦、空気中
に押し出し、有機溶媒濃度４０〜７５重量％の水溶液
で、かつ、浴温度が−５〜２５℃である水／有機溶媒系
凝固浴に導き、凝固糸を引き取り、水洗後、浴中延伸す
るに際し、各浴の温度差を７℃以下の多段昇温浴とし、
下記式を満足する延伸張力で１．５〜４倍延伸し、次い
で、シリコーン系油剤を付与後、乾燥緻密化し、炭素繊
維に転換することを特徴とする炭素繊維の製造方法。Ｔn≦Ｃn−０．００４５ｔＣn＝０．２５７５＋０．０２２５×（ｎ−１）Ｔn：ｎ段目の延伸張力（ｇ/デシテックス、ただしデシテックスは延伸入りの
繊度）Ｃn：浴延伸段数の延伸張力勾配 n：段数ｔ：各浴温度（℃）
【請求項４】請求項３において、該乾燥緻密化した後、
熱媒中で延伸することを特徴とする炭素繊維の製造方
法。
【請求項５】該有機溶媒が、ジメチルスルホキシドであ
ることを特徴とする請求項３または４記載の炭素繊維の
製造方法。
【請求項６】該シリコーン系油剤が、剛体振り子の自由
減衰振動法により、３０℃で測定される振り子の振動周
期Ｔ₃₀（秒）と１８０℃で１０分間熱処理後で測定され
る振り子の振動周期Ｔ₁₈₀（秒）の差（Ｔ₃₀−Ｔ₁₈₀）を
振動周期差Ｔとしたとき、０．０３≦Ｔ≦０．４なる関
係を満足することとを特徴とする、請求項３〜５のいず
れかに記載の炭素繊維の製造方法。
【請求項７】該シリコーン系油剤が、アミノ変成シリコ
ーン、エポキシ変性シリコーンおよびアルキレンオキサ
イド変性シリコーンから選ばれた少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の炭素
繊維の製造方法。
【請求項８】請求項１または２に記載の炭素繊維と樹脂
とからなることを特徴とする炭素繊維強化複合材料。