JP2003013330A - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭素繊維の製造方法Info
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- JP2003013330A JP2003013330A JP2001192545A JP2001192545A JP2003013330A JP 2003013330 A JP2003013330 A JP 2003013330A JP 2001192545 A JP2001192545 A JP 2001192545A JP 2001192545 A JP2001192545 A JP 2001192545A JP 2003013330 A JP2003013330 A JP 2003013330A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、炭素繊維と樹脂との接着性に優れた
炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。 【解決手段】本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊維
前駆体繊維を焼成処理してなる炭素繊維の製造方法にお
いて、該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満の繊維
とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、次い
で、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８５重
量％以上の炭素繊維にすることを特徴とするものであ
る。
炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。 【解決手段】本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊維
前駆体繊維を焼成処理してなる炭素繊維の製造方法にお
いて、該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満の繊維
とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、次い
で、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８５重
量％以上の炭素繊維にすることを特徴とするものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維を強化材
とする複合材料において、該炭素繊維と樹脂との接着性
を高めた炭素繊維の製造方法に関する。
とする複合材料において、該炭素繊維と樹脂との接着性
を高めた炭素繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭素繊維はその力学的、化学的、
電気的諸特性および軽量性などにより、各種の用途、例
えば航空機やロケットなどの航空・宇宙用航空材料、テ
ニスラケット、ゴルフシャフト、釣竿などのスポーツ用
品に広く使用され、さらに船舶、自動車などの運輸機械
用途分野などにも使用されようとしている。
電気的諸特性および軽量性などにより、各種の用途、例
えば航空機やロケットなどの航空・宇宙用航空材料、テ
ニスラケット、ゴルフシャフト、釣竿などのスポーツ用
品に広く使用され、さらに船舶、自動車などの運輸機械
用途分野などにも使用されようとしている。
【０００３】これらの用途において、炭素繊維は一般に
該炭素繊維と各種樹脂とからなる複合材料（コンポジッ
ト）の補強材料として用いられているが、炭素繊維の特
性、特にその力学的性質を複合材料に反映させるために
は、複合材料の母材（マトリックス）と炭素繊維との接
着性、一体化が重要であり、炭素繊維は予め何らかの表
面処理を行わないとマトリックスからの”すぬけ”が生
じ易く、補強効果を充分に発揮することができない。
該炭素繊維と各種樹脂とからなる複合材料（コンポジッ
ト）の補強材料として用いられているが、炭素繊維の特
性、特にその力学的性質を複合材料に反映させるために
は、複合材料の母材（マトリックス）と炭素繊維との接
着性、一体化が重要であり、炭素繊維は予め何らかの表
面処理を行わないとマトリックスからの”すぬけ”が生
じ易く、補強効果を充分に発揮することができない。
【０００４】そこで、炭素繊維の表面処理方法として、
焼成後かあるいは複合材を製造する前に、酸化剤による
湿式酸化処理、ヒートクリーニング、気相酸化、ウイス
カライジングおよび電解処理などの各種表面処理法が知
られている。これらのなかでも湿式酸化処理や電解酸化
処理、特に電解酸化処理法はその操業性が比較的容易な
ことなどから広く採用され、例えば、特開昭５５−１２
８３４号公報には特定の表面処理エネルギーを用い炭素
繊維を電解表面処理する方法、また特開昭５６−１２８
３６２号公報には電流密度などを特定した条件下で、炭
素繊維を硫酸塩水溶液により電解表面処理する方法が開
示されている。これらの方法は、いずれも炭素繊維の表
面に官能基を生成させ、マトリックス樹脂に対する接着
性を向上させるが、電解処理条件を強化すると、かえっ
て炭素繊維の強度が低下することが知られていた。
焼成後かあるいは複合材を製造する前に、酸化剤による
湿式酸化処理、ヒートクリーニング、気相酸化、ウイス
カライジングおよび電解処理などの各種表面処理法が知
られている。これらのなかでも湿式酸化処理や電解酸化
処理、特に電解酸化処理法はその操業性が比較的容易な
ことなどから広く採用され、例えば、特開昭５５−１２
８３４号公報には特定の表面処理エネルギーを用い炭素
繊維を電解表面処理する方法、また特開昭５６−１２８
３６２号公報には電流密度などを特定した条件下で、炭
素繊維を硫酸塩水溶液により電解表面処理する方法が開
示されている。これらの方法は、いずれも炭素繊維の表
面に官能基を生成させ、マトリックス樹脂に対する接着
性を向上させるが、電解処理条件を強化すると、かえっ
て炭素繊維の強度が低下することが知られていた。
【０００５】特公昭５５−１０７５１３号公報には不活
性雰囲気下の８００℃以上の炭化処理時に繊維に通電す
ることによって、従来の表面処理と同等以上の接着性を
付与でき、かつ引張強度の優れた炭素繊維の製造方法が
提供されているが、この方法では、１７００℃以上の高
温領域において通電させると炭素繊維の切断が起こると
いう問題が知られている。また、特公昭６０−２７１１
号公報には炭化（１２００℃）と黒鉛化（２４３０℃）
の間に水酸化ナトリウムによる電解酸化、或いは空気酸
化を行うことにより黒鉛化糸の引張強度を向上させてい
るが、この方法では接着性の向上が望めないという問題
が知られている。
性雰囲気下の８００℃以上の炭化処理時に繊維に通電す
ることによって、従来の表面処理と同等以上の接着性を
付与でき、かつ引張強度の優れた炭素繊維の製造方法が
提供されているが、この方法では、１７００℃以上の高
温領域において通電させると炭素繊維の切断が起こると
いう問題が知られている。また、特公昭６０−２７１１
号公報には炭化（１２００℃）と黒鉛化（２４３０℃）
の間に水酸化ナトリウムによる電解酸化、或いは空気酸
化を行うことにより黒鉛化糸の引張強度を向上させてい
るが、この方法では接着性の向上が望めないという問題
が知られている。
【０００６】
【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、炭素繊維と樹脂との接着性に優れた
炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。
技術の背景に鑑み、炭素繊維と樹脂との接着性に優れた
炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。
【０００７】
【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、本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊
維前駆体繊維を焼成処理してなる炭素繊維の製造方法に
おいて、該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満の繊維
とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、次い
で、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８５重
量％以上の炭素繊維にすることを特徴とするものであ
る。
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、本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊
維前駆体繊維を焼成処理してなる炭素繊維の製造方法に
おいて、該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満の繊維
とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、次い
で、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８５重
量％以上の炭素繊維にすることを特徴とするものであ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまり炭素
繊維と樹脂との接着性に優れた炭素繊維の製造方法につ
いて、鋭意検討し、炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処
理をして、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満
の繊維とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、
次いで、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８
５重量％以上の炭素繊維にしてみたところ、かかる課題
を、一挙に解決することを究明したものである。
繊維と樹脂との接着性に優れた炭素繊維の製造方法につ
いて、鋭意検討し、炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処
理をして、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％未満
の繊維とした後に、この繊維の表面に酸化処理を施し、
次いで、さらに第２の焼成処理をして、炭素含有率が８
５重量％以上の炭素繊維にしてみたところ、かかる課題
を、一挙に解決することを究明したものである。
【０００９】本発明の炭素繊維前駆体としては、例え
ば、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン系繊維、ピ
ッチ系繊維、あるいはポリビニルアルコール系繊維等を
使用することができる。中でも、アクリルニトリル重合
体あるいはその共重合体から得られる繊維、すなわち、
ポリアクリロニトリル系繊維から製造される炭素繊維
は、特に樹脂との接着強度に優れ、かつ、高い引張強度
を発現する炭素繊維と成り得るので好ましく用いること
ができる。
ば、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン系繊維、ピ
ッチ系繊維、あるいはポリビニルアルコール系繊維等を
使用することができる。中でも、アクリルニトリル重合
体あるいはその共重合体から得られる繊維、すなわち、
ポリアクリロニトリル系繊維から製造される炭素繊維
は、特に樹脂との接着強度に優れ、かつ、高い引張強度
を発現する炭素繊維と成り得るので好ましく用いること
ができる。
【００１０】本発明の炭素繊維の製造方法は、まず、上
記した該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、その炭素含有率を６５重量％以上８５重量％未満に
制御する。この炭素含有率は、好ましくは６５重量％以
上７５重量％未満の範囲内に制御するのが、接着性に優
れた炭素繊維を提供する上で好ましい。また、この際に
窒素含有率が１５重量％以上２５重量％未満となること
が好ましく、さらには２０重量％以上２５重量％未満の
範囲内に制御するのが、接着性に優れた炭素繊維を提供
する上で好ましい。本発明の第１の焼成処理は前記した
炭素含有率に制御する方法であれば特に制限されること
はないが、例えば、２００℃以上４００℃以下の空気や
酸化窒素などの酸化性雰囲気中で加熱焼成して酸化繊維
に転換して後、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰
囲気や真空中でさらに加熱する方法が好ましく用いられ
る。
記した該炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成処理を施し
て、その炭素含有率を６５重量％以上８５重量％未満に
制御する。この炭素含有率は、好ましくは６５重量％以
上７５重量％未満の範囲内に制御するのが、接着性に優
れた炭素繊維を提供する上で好ましい。また、この際に
窒素含有率が１５重量％以上２５重量％未満となること
が好ましく、さらには２０重量％以上２５重量％未満の
範囲内に制御するのが、接着性に優れた炭素繊維を提供
する上で好ましい。本発明の第１の焼成処理は前記した
炭素含有率に制御する方法であれば特に制限されること
はないが、例えば、２００℃以上４００℃以下の空気や
酸化窒素などの酸化性雰囲気中で加熱焼成して酸化繊維
に転換して後、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰
囲気や真空中でさらに加熱する方法が好ましく用いられ
る。
【００１１】本発明の炭素繊維前駆体繊維に第１の焼成
処理を施して、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％
未満の繊維とした後の表面酸化処理法としては、例え
ば、オゾン等の酸化性ガス雰囲気下での気相酸化、酸素
を含む雰囲気中での加熱酸化、硝酸、硫酸等の酸化剤を
含む溶液中での薬液酸化、酸素を含む雰囲気中でのプラ
ズマ酸化、電子線を照射する電子線照射酸化、レーザー
を照射するレーザー酸化、イオン注入によるイオンエッ
チング酸化、酸性水溶液やアルカリ水溶液や中性塩を含
む水溶液中での電解液相酸化等が使用される。
処理を施して、炭素含有率が６５重量％以上８５重量％
未満の繊維とした後の表面酸化処理法としては、例え
ば、オゾン等の酸化性ガス雰囲気下での気相酸化、酸素
を含む雰囲気中での加熱酸化、硝酸、硫酸等の酸化剤を
含む溶液中での薬液酸化、酸素を含む雰囲気中でのプラ
ズマ酸化、電子線を照射する電子線照射酸化、レーザー
を照射するレーザー酸化、イオン注入によるイオンエッ
チング酸化、酸性水溶液やアルカリ水溶液や中性塩を含
む水溶液中での電解液相酸化等が使用される。
【００１２】オゾン気相酸化法による場合は、オゾン濃
度としては０．１重量％以上５重量％以下、処理温度は
５０℃以上３００℃以下が好ましい。
度としては０．１重量％以上５重量％以下、処理温度は
５０℃以上３００℃以下が好ましい。
【００１３】空気気相酸化法による場合は、通常、４０
０℃以上８００℃以下の加熱空気中で実施する。必要な
らば適当量の窒素を混入せしめ、酸素濃度を調製しても
よい。
０℃以上８００℃以下の加熱空気中で実施する。必要な
らば適当量の窒素を混入せしめ、酸素濃度を調製しても
よい。
【００１４】電解液相酸化法による場合は、繊維を陽極
とし、これと電解液中に設けた陰極板とに電圧を印加せ
しめることにより行う。電解液としては、特に制限はな
く、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸等の酸性水溶
液、水酸化ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素ア
ンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化
テトラエチルアンモニウム、コリン等のアルカリ水溶液
や、塩化リチウム、硫酸ナトリウム等の中性塩を含む水
溶液等を使用することができる。かかる酸、アルカリお
よび中性塩などは、重量％で、好ましくは数％から数十
％の範囲で使用される。また、電解液の温度も特に制限
されるものではないが、好ましくは室温ないし８０℃く
らいの範囲で行われる。
とし、これと電解液中に設けた陰極板とに電圧を印加せ
しめることにより行う。電解液としては、特に制限はな
く、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸等の酸性水溶
液、水酸化ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素ア
ンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化
テトラエチルアンモニウム、コリン等のアルカリ水溶液
や、塩化リチウム、硫酸ナトリウム等の中性塩を含む水
溶液等を使用することができる。かかる酸、アルカリお
よび中性塩などは、重量％で、好ましくは数％から数十
％の範囲で使用される。また、電解液の温度も特に制限
されるものではないが、好ましくは室温ないし８０℃く
らいの範囲で行われる。
【００１５】かかる表面酸化処理法の中でも、酸化剤液
相酸化法が、特別な装置を必要とせず、浸漬のみで優れ
た酸化効果を有するという利点の上から、好ましく使用
される。かかる酸化剤液相酸化法の場合は、硝酸、次亜
塩素酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、無水クロム酸、マ
ンガン酸塩、過マンガン酸塩等の酸化剤を水、又は有機
溶媒に溶解して行うが、好ましくは酸化効果の高い硝酸
の水溶液が使用される。
相酸化法が、特別な装置を必要とせず、浸漬のみで優れ
た酸化効果を有するという利点の上から、好ましく使用
される。かかる酸化剤液相酸化法の場合は、硝酸、次亜
塩素酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、無水クロム酸、マ
ンガン酸塩、過マンガン酸塩等の酸化剤を水、又は有機
溶媒に溶解して行うが、好ましくは酸化効果の高い硝酸
の水溶液が使用される。
【００１６】上記酸化剤を、水または溶媒に溶存させる
ときの濃度は、好ましくは１重量％以上８０重量％以
下、より好ましくは３０重量％以上８０重量％以下の範
囲とするのがよい。１重量％未満だと、酸化剤の酸化能
力が低く、酸化に時間が要し、また、８０重量％を越え
ると、過剰な酸化によって、該炭素繊維前駆体繊維の切
断が起こることがある。前記水溶液または有機溶媒溶液
の温度は、室温でも若干の接着性向上効果は得られる
が、大きな接着性向上効果を得るためには、３０℃以上
に保つことが好ましい。該水溶液または溶液の温度の上
限は、特に限定されるものではなく、それらの沸点以下
で用いることができるが、プロセス性、安全性等から３
０℃以上１００℃以下の範囲が好ましい。処理時間につ
いても、特に限定されるものではないが、好ましくは
０．０５分間以上１００分間以下、より好ましくは０．
１分間以上６０分間以下がよい。処理時間が０．０５分
間より小さくなると、処理が不十分となり、一方処理時
間が１００分間よりも大きくなると、処理が強すぎて、
かえって炭素繊維の強度や接着性が低下し好ましくな
い。
ときの濃度は、好ましくは１重量％以上８０重量％以
下、より好ましくは３０重量％以上８０重量％以下の範
囲とするのがよい。１重量％未満だと、酸化剤の酸化能
力が低く、酸化に時間が要し、また、８０重量％を越え
ると、過剰な酸化によって、該炭素繊維前駆体繊維の切
断が起こることがある。前記水溶液または有機溶媒溶液
の温度は、室温でも若干の接着性向上効果は得られる
が、大きな接着性向上効果を得るためには、３０℃以上
に保つことが好ましい。該水溶液または溶液の温度の上
限は、特に限定されるものではなく、それらの沸点以下
で用いることができるが、プロセス性、安全性等から３
０℃以上１００℃以下の範囲が好ましい。処理時間につ
いても、特に限定されるものではないが、好ましくは
０．０５分間以上１００分間以下、より好ましくは０．
１分間以上６０分間以下がよい。処理時間が０．０５分
間より小さくなると、処理が不十分となり、一方処理時
間が１００分間よりも大きくなると、処理が強すぎて、
かえって炭素繊維の強度や接着性が低下し好ましくな
い。
【００１７】本発明の表面酸化処理を施した後に行う第
２の焼成処理は、該焼成処理の炭素含有率が８５％以上
になる方法であれば特に制限されることはないが、例え
ば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中、好
ましくは窒素雰囲気中で１０００℃以上２０００℃以下
の範囲で焼成する方法が好ましい。
２の焼成処理は、該焼成処理の炭素含有率が８５％以上
になる方法であれば特に制限されることはないが、例え
ば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中、好
ましくは窒素雰囲気中で１０００℃以上２０００℃以下
の範囲で焼成する方法が好ましい。
【００１８】上記１０００℃以上の不活性雰囲気中での
焼成後、さらに第２段の酸化処理を施せば、さらなる接
着性の向上が図ることができるので好ましい。
焼成後、さらに第２段の酸化処理を施せば、さらなる接
着性の向上が図ることができるので好ましい。
【００１９】本発明の第２段の表面酸化処理法は、前記
した第１段の表面酸化処理法を用いることができる。ま
た、この際に炭素繊維の表面酸素濃度（Ｏ/Ｃ）が０．
０１以上０．０６以下の範囲内に制御するのが、接着性
に優れた炭素繊維を提供する上で好ましい。
した第１段の表面酸化処理法を用いることができる。ま
た、この際に炭素繊維の表面酸素濃度（Ｏ/Ｃ）が０．
０１以上０．０６以下の範囲内に制御するのが、接着性
に優れた炭素繊維を提供する上で好ましい。
【００２０】かくして第２段の表面酸化処理された炭素
繊維は、いずれの場合も充分に洗浄した後、適宜乾燥す
ることが好ましい。
繊維は、いずれの場合も充分に洗浄した後、適宜乾燥す
ることが好ましい。
【００２１】以下に、本発明で用いた特性の測定方法に
ついて説明する。 ＜炭素繊維の炭素含有率・窒素含有率の測定＞炭素繊維
の炭素含有率・窒素含有率は、元素分析により求めた。
先ず、試料を真空中４０℃で５時間乾燥処理した後、柳
本分析工業社製、全自動元素分析装置ｖａｒｉｏＥＬを
使用し、試料分解炉温度９５０℃、還元炉温度５００℃
の条件で炭素量、窒素量を測定した。 ＜炭素繊維の表面酸素濃度（Ｏ/Ｃ）＞表面酸素濃度Ｏ/
Ｃは、次の手順に従ってＸ線光電子分光法により求め
た。先ず、炭素繊維束をカットしてステンレス製の試料
支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０゜と
し、Ｘ線源としてＭｇＫα１,２を用い、試料チャンバ
ー内を１×１０-8Ｔｏｒｒの真空度に保つ。測定時の帯
電に伴うピークの補正として、まずＣ1Sの主ピークの結
合エネルギー値を２８４．６ｅＶに合わせる。Ｃ 1Sピー
ク面積は、２８２〜２９６ｅＶの範囲で直線のベースラ
インを引くことにより求め、Ｏ1Sピーク面積は、５２８
〜５４０ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことに
より求めた。表面酸素濃度Ｏ/Ｃは、上記Ｏ1Sピーク面
積の比を、装置固有の感度補正値で割ることにより算出
した原子数比で表した。なお、本実施例では島津製作所
（株）製ＥＳＣＡ−７５０を用い、上記装置固有の感度
補正値は２．８５であった。
ついて説明する。 ＜炭素繊維の炭素含有率・窒素含有率の測定＞炭素繊維
の炭素含有率・窒素含有率は、元素分析により求めた。
先ず、試料を真空中４０℃で５時間乾燥処理した後、柳
本分析工業社製、全自動元素分析装置ｖａｒｉｏＥＬを
使用し、試料分解炉温度９５０℃、還元炉温度５００℃
の条件で炭素量、窒素量を測定した。 ＜炭素繊維の表面酸素濃度（Ｏ/Ｃ）＞表面酸素濃度Ｏ/
Ｃは、次の手順に従ってＸ線光電子分光法により求め
た。先ず、炭素繊維束をカットしてステンレス製の試料
支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０゜と
し、Ｘ線源としてＭｇＫα１,２を用い、試料チャンバ
ー内を１×１０-8Ｔｏｒｒの真空度に保つ。測定時の帯
電に伴うピークの補正として、まずＣ1Sの主ピークの結
合エネルギー値を２８４．６ｅＶに合わせる。Ｃ 1Sピー
ク面積は、２８２〜２９６ｅＶの範囲で直線のベースラ
インを引くことにより求め、Ｏ1Sピーク面積は、５２８
〜５４０ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことに
より求めた。表面酸素濃度Ｏ/Ｃは、上記Ｏ1Sピーク面
積の比を、装置固有の感度補正値で割ることにより算出
した原子数比で表した。なお、本実施例では島津製作所
（株）製ＥＳＣＡ−７５０を用い、上記装置固有の感度
補正値は２．８５であった。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明を、具体的に説明
するが制限されるものではない。
するが制限されるものではない。
【００２３】実施例中の単糸接着強度は次のようにして
求めたものである。
求めたものである。
【００２４】ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂化合物”
エピコート”８２８（油化シェルエポキシ（株）製）/
ヒマ脂油変性ヘロキシ５０５（油化シェルエポキシ
（株）製）/n-アミノエチルピペラジン＝１５部：１５
部：４．９部をよく混合し、この混合液を炭素繊維単糸
に含浸し、得られた単糸包埋樹脂を室温で約１２時間、
前硬化した後、１００℃で１２０分間加熱、後硬化させ
た。
エピコート”８２８（油化シェルエポキシ（株）製）/
ヒマ脂油変性ヘロキシ５０５（油化シェルエポキシ
（株）製）/n-アミノエチルピペラジン＝１５部：１５
部：４．９部をよく混合し、この混合液を炭素繊維単糸
に含浸し、得られた単糸包埋樹脂を室温で約１２時間、
前硬化した後、１００℃で１２０分間加熱、後硬化させ
た。
【００２５】次に、厚さ２ｍｍ、巾１０ｍｍ、長さ１５
０ｍｍのテフロン（登録商標）製枠の長手方向に炭素繊
維単糸を３本平行に張り、上記混合液を枠中に含浸し、
室温で約１２時間、前硬化した後、１００℃で１２０分
間加熱、後硬化して単糸包埋樹脂試験片を作製した。
０ｍｍのテフロン（登録商標）製枠の長手方向に炭素繊
維単糸を３本平行に張り、上記混合液を枠中に含浸し、
室温で約１２時間、前硬化した後、１００℃で１２０分
間加熱、後硬化して単糸包埋樹脂試験片を作製した。
【００２６】上記単糸包埋樹脂試験片に繊維軸方向に引
張力を与え、歪みを１０％生じさせた後、光学顕微鏡に
より試験片中心部２０ｍｍの範囲における繊維破断数を
測定した。
張力を与え、歪みを１０％生じさせた後、光学顕微鏡に
より試験片中心部２０ｍｍの範囲における繊維破断数を
測定した。
【００２７】次に、繊維破断数を平均破断繊維長ｌに換
算し、下記算式により、臨界繊維長ｌｃを計算した。
算し、下記算式により、臨界繊維長ｌｃを計算した。
【００２８】
【数１】
【００２９】繊維・樹脂界面の接着強度τを下記式によ
り計算した。
り計算した。
【００３０】
【数２】
【００３１】ただし、σは臨界繊維長での単糸強度、ｄ
は繊維の直径である。
は繊維の直径である。
【００３２】（実施例１〜２）ポリアクリロニトリル繊
維を３００℃の空気中で加熱焼成した後、窒素中でさら
に６５０℃に加熱焼成して炭素含有率が６８重量％、窒
素含有率が２１重量％の炭素繊維前駆体繊維を得た。
維を３００℃の空気中で加熱焼成した後、窒素中でさら
に６５０℃に加熱焼成して炭素含有率が６８重量％、窒
素含有率が２１重量％の炭素繊維前駆体繊維を得た。
【００３３】上記炭素繊維前駆体繊維を濃度３０％、温
度７０℃の硝酸水溶液に、５および１０分接触させた
後、窒素中で、さらに１４５０℃で焼成して、炭素含有
率が９８％の炭素繊維を得た。
度７０℃の硝酸水溶液に、５および１０分接触させた
後、窒素中で、さらに１４５０℃で焼成して、炭素含有
率が９８％の炭素繊維を得た。
【００３４】上記炭素繊維を前記した方法に従い試験片
を作製し、接着強度を測定した。得られた炭素繊維の接
着強度を第１表にまとめた。
を作製し、接着強度を測定した。得られた炭素繊維の接
着強度を第１表にまとめた。
【００３５】（実施例３〜４）実施例１〜２で得られた
炭素繊維を、電解酸化処理として、温度２０℃、濃度１
％の重炭酸アンモニウム水溶液を満たした電解処理槽
中、糸速２．４ｍ/分で連続的に走行させるとともに、
該処理槽の直前に配置した金属製ガイドローラーを介し
て、該炭素繊維に陽電圧を印加し、処理液中に配置した
白金製の陰極との間に炭素繊維１ｇ当たりの電気量で２
クーロンになるように電流を流した。
炭素繊維を、電解酸化処理として、温度２０℃、濃度１
％の重炭酸アンモニウム水溶液を満たした電解処理槽
中、糸速２．４ｍ/分で連続的に走行させるとともに、
該処理槽の直前に配置した金属製ガイドローラーを介し
て、該炭素繊維に陽電圧を印加し、処理液中に配置した
白金製の陰極との間に炭素繊維１ｇ当たりの電気量で２
クーロンになるように電流を流した。
【００３６】次に、電解処理を施した炭素繊維を充分に
水洗して、約１００℃の加熱空気中で乾燥した。
水洗して、約１００℃の加熱空気中で乾燥した。
【００３７】上記炭素繊維を前記した方法に従い試験片
を作製し、接着強度を測定した。得られた炭素繊維の接
着強度を第１表にまとめた。
を作製し、接着強度を測定した。得られた炭素繊維の接
着強度を第１表にまとめた。
【００３８】（比較例１）炭素繊維前駆体繊維を、濃度
３０％、温度７０℃の硝酸水溶液に接触させない以外は
実施例１〜２と同様にして炭素繊維を得た。また、実施
例１〜２と同様にして、接着強度を測定した。得られた
炭素繊維の接着強度を第１表にまとめた。
３０％、温度７０℃の硝酸水溶液に接触させない以外は
実施例１〜２と同様にして炭素繊維を得た。また、実施
例１〜２と同様にして、接着強度を測定した。得られた
炭素繊維の接着強度を第１表にまとめた。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１から明らかなように、実施例１〜４の
ものは、比較例１のものに比して、樹脂との接着性が著
しく優れていることがわかる。
ものは、比較例１のものに比して、樹脂との接着性が著
しく優れていることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂との接着性に優れ
た、炭素繊維を安定して製造することができる。
た、炭素繊維を安定して製造することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4L031 AA27 AB04 BA12 BA14 CA02
CB10 DA21
4L037 AT02 CS03 PA53 PC02 PC05
PS02 PS03 UA12
Claims (5)
- 【請求項１】炭素繊維前駆体繊維を焼成処理してなる炭
素繊維の製造方法において、該炭素繊維前駆体繊維に第
１の焼成処理を施して、炭素含有率が６５重量％以上８
５重量％未満の繊維とした後に、この繊維の表面に酸化
処理を施し、次いで、さらに第２の焼成処理をして、炭
素含有率が８５重量％以上の炭素繊維にすることを特徴
とする炭素繊維の製造方法。 - 【請求項２】該炭素繊維前駆体繊維が、ポリアクリルニ
トリル系繊維であることを特徴とする請求項１記載の炭
素繊維の製造方法。 - 【請求項３】該第２の焼成処理の温度が、１０００℃以
上２０００℃以下の範囲であることを特徴とする請求項
１または２に記載の炭素繊維の製造方法。 - 【請求項４】請求項１〜３の方法で得られた炭素繊維
に、さらに第２段の表面酸化処理することを特徴とする
炭素繊維の製造方法。 - 【請求項５】該第２段の酸化処理が、炭素繊維表面酸素
濃度（Ｏ/Ｃ）を０．０１以上０．０６以下の範囲に制
御するものであることを特徴とする請求項４記載の炭素
繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001192545A JP2003013330A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001192545A JP2003013330A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003013330A true JP2003013330A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=19030982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001192545A Pending JP2003013330A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003013330A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021131920A1 (ja) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 |
-
2001
- 2001-06-26 JP JP2001192545A patent/JP2003013330A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021131920A1 (ja) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 | ||
| WO2021131920A1 (ja) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 | 日本ゼオン株式会社 | 繊維状炭素ナノ構造体、および表面改質繊維状炭素ナノ構造体の製造方法 |
| CN114728793A (zh) * | 2019-12-27 | 2022-07-08 | 日本瑞翁株式会社 | 纤维状碳纳米结构体和表面改性纤维状碳纳米结构体的制造方法 |
| JP7632305B2 (ja) | 2019-12-27 | 2025-02-19 | 日本ゼオン株式会社 | 繊維状炭素ナノ構造体、および表面改質繊維状炭素ナノ構造体の製造方法 |
| US12281014B2 (en) | 2019-12-27 | 2025-04-22 | Zeon Corporation | Fibrous carbon nanostructure and method of producing surface-modified fibrous carbon nanostructure |
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