JP2002180370A

JP2002180370A - 金属酸化物コーティング用炭素繊維及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002180370A
Application number: JP2000381808A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Nagata; 康久永田; Yoshinobu Suzuki; 慶宜鈴木
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP4936588B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素繊維の表面状態をコントロールすること
により、炭素繊維表面に金属酸化物が均一且つ一定の付
着量で強固に被覆することが可能な金属酸化物コーティ
ング用炭素繊維及びその製造方法を提供する。【解決手段】炭素含有率が９０％以上の炭素繊維であ
って、ＥＳＣＡ法により測定されるＯ_1S／Ｃ_1Sの前記炭
素繊維のピーク比が０．１〜０．５であり、前記炭素繊
維表面に生成する官能基であるカルボキシル基又は水酸
基の当量が０．６μｅｑ／ｇ以上で且つカルボキシル基
／水酸基の比が１以上である金属酸化物コーティング用
炭素繊維及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物理的あるいは化
学的な反応により金属酸化物を炭素繊維表面にコーティ
ングさせるのに適した炭素繊維、同ストランド、炭素繊
維組織構造体、及びそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維にプラスチック、セラミック
ス、金属のような異種の素材を単にコーティングして複
合材料を製造する技術は比較的基本的な技術であり、前
記技術を用いてこれらをコーティングした炭素繊維も従
来公知のものである。

【０００３】近年、炭素繊維強化プラスチックのような
複合材料の機能の進歩と共に、単に強度の改善を求める
に止まらず、繊維基材表面に別機能を有する材料をコー
ティングさせて、両者の特性を兼備した高機能又は多機
能繊維を開発する試みがなされており、実際種々の複合
炭素繊維が開発されている。

【０００４】このような複合炭素繊維は、複合炭素繊維
に用いられる炭素繊維自体の高い強度や弾性率を生かす
用途を持つだけでなく、コーティングした異種の素材の
持つ物理的性質や機能性を兼備するものである。

【０００５】一方、金属酸化物は、磁性、透磁率性、超
伝導性に優れ、更に触媒作用等も有するので、各種産業
分野で広く利用されている。中でも、磁性酸化物は磁気
テープなどの磁気記録媒体用として実用化されているだ
けでなく、導電性や表面吸着能、電磁波吸収能もあり、
幅広い用途が期待されるものである。

【０００６】特に、昨今の情報通信機器の高度な発達に
より、外界には多種多様の電磁波が飛び交っており、こ
れに関連してコンピューターや制御装置を誤作動させる
電磁波障害が大きな社会問題になっている。このような
電磁波障害を防止するため、電磁波吸収体として磁性酸
化物を複合させた各種複合材料の開発が進められてい
る。

【０００７】磁性酸化物は広い周波数領域で電磁波を吸
収する機能を有するので、炭素繊維と組み合わせること
で、機械的強度と電磁波吸収特性を兼備した成形体を実
現できるのではないかと期待されている。

【０００８】炭素材料に金属酸化物をコーティングする
技術は、特開平１０ー２０８５４１号等で公知である。
しかし、従来技術による場合は、炭素繊維表面に強固か
つ均一に多量の金属酸化物をコーティングすることは難
しく、繊維一本一本に均一且つ一定の付着量で金属酸化
物をコーティングすることのできる、表面状態がコント
ロールされた炭素繊維も存在しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、金属酸
化物を均一かつ多量にコーティングする事のできる炭素
繊維を製造するために種々検討した結果、炭素含有率の
高い炭素繊維において、ＥＳＣＡ法により測定されるＯ
_1S／Ｃ_1Sのピーク比、炭素繊維表面に生成する官能基で
あるカルボキシル基又は水酸基の当量、カルボキシル基
／水酸基の比が炭素繊維表面に対する金属酸化物のコー
ティング性に重要な影響を持つことを知見し、その結果
本発明を完成するに至った。

【００１０】従って、本発明の目的とするところは、炭
素繊維の表面状態をコントロールすることにより、金属
酸化物を炭素繊維表面に均一且つ任意の付着量で強固に
コーティングできる金属酸化物コーティング用炭素繊維
及びその製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載するものである。

【００１２】〔１〕炭素含有率が９０％以上、ＥＳＣ
Ａ法により測定されるピーク比Ｏ_1S／Ｃ_1Sが０．１〜
０．５、繊維表面のカルボキシル基及び水酸基が０．５
μｅｑ／ｇ以上、且つカルボキシル基／水酸基が１以上
である金属酸化物コーティング用炭素繊維。

【００１３】〔２〕フィラメント状に形成してなる前
記〔１〕記載の金属酸化物コーティング用炭素繊維。

【００１４】〔３〕長さ１〜１００ｍｍのファイバー
状に形成してなる前記〔１〕に記載の金属酸化物コーテ
ィング用炭素繊維。

【００１５】〔４〕直径が３〜１０μｍ、引っ張り荷
重が１．５ｇ以上、引っ張り伸度が０．５％以上、体積
抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下である前記〔１〕に記載の
金属酸化物コーティング用炭素繊維。

【００１６】〔５〕ポリアクリロニトリル繊維の炭素
化処理によって製造してなる前記〔１〕に記載の金属酸
化物コーティング用炭素繊維。

【００１７】〔６〕水を含む粘性物資によりサイズ処
理してなる前記〔１〕記載の金属酸化物コーティング用
炭素繊維。

【００１８】〔７〕前記〔２〕記載のフィラメントを
１００〜１００，０００本集束してなるストランドであ
って、前記ストランドの引っ張り強度が２００ｋｇｆ／
ｍｍ ²以上、引っ張り弾性率が２０ｔｏｎｆ／ｍｍ²以上
である金属酸化物コーティング用炭素繊維ストランド。

【００１９】〔８〕前記〔３〕に記載のファイバー状
金属酸化物コーティング用炭素繊維又は前記〔７〕に記
載の金属酸化物コーティング用炭素繊維ストランドを用
いて構成してなることを特徴とする金属酸化物コーティ
ング用炭素繊維組織構造体。

【００２０】

〔９〕金属酸化物コーティング用炭素繊
維構造体が、織物、不織布、合成紙、又はフェルトであ
る前記〔８〕に記載の金属酸化物コーティング用炭素繊
維組織構造体。

【００２１】〔１０〕炭素繊維を酸化処理する金属酸
化物コーティング用炭素繊維の製造方法において、酸化
処理が炭素繊維に電流を流しながら硫酸塩の水溶液中を
通過させるものであることを特徴とする炭素含有率が９
０％以上、ＥＳＣＡ法により測定されるピーク比Ｏ_1S／
Ｃ_1Sが０．１〜０．５、繊維表面のカルボキシル基及び
水酸基が０．５μｅｑ／ｇ以上、且つカルボキシル基／
水酸基が１以上である金属酸化物コーティング用炭素繊
維の製造方法。

【００２２】〔１１〕前記〔７〕に記載のストランド
を長さ１〜１００ｍｍにカットする事を特徴とする金属
酸化物コーティング用炭素繊維チョップドファイバーの
製造方法。

【００２３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の金属酸化物コーティング
用炭素繊維は、炭素繊維の表面を酸化処理して製造する
ものである。本発明の金属酸化物コーティング用炭素繊
維の製造原料となる炭素繊維としては、フェノール樹
脂、レーヨン、ポリアクリロニトリル等の高分子繊維、
石油系ピッチ、炭素系ピッチ、液晶系ピッチ等のピッチ
系繊維等を原料とする炭素繊維の何れも使用でき、特に
限定されるものではない。しかし、製造の容易さ及び得
られる品質の安定性等の観点から、主としてポリアクリ
ロニトリル繊維を不活性ガス雰囲気下、１０００〜３０
００℃にて焼成して作られるアクリル系の炭素繊維が好
ましい。

【００２５】（プリカーサー）アクリル系の炭素繊維の
原料となるプリカーサーはポリアクリロニトリル系繊維
（ポリアクリロニトリル、及び極性基を有する単量体を
共重合させたポリアクリロニトリル）である。このプリ
カーサーは、ポリアクリロニトリルの濃厚溶液を用い
て、通常の湿式、乾式、又は乾・湿式紡糸方法により、
及び通常の紡糸条件により製造したものが使用できる。
これらのポリアクリロニトリル系繊維自体は公知のもの
である。

【００２６】紡糸の際に用いるポリアクリロニトリルの
溶剤としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホ
キシド、ジメチルアセトアミド、エチレンカーボネート
等の有機溶媒、また硝酸、ロダン塩、塩化亜鉛などの水
溶液が主として用いられる。

【００２７】特に、塩化亜鉛の水溶液を用いたポリマー
溶液から紡糸したプリカーサーはポリマー分子の配向性
が高く、品質が良好で伸度の高い炭素繊維が得られるの
で好ましいものである。この紡糸方法自体は公知のもの
である。

【００２８】溶剤に塩化亜鉛水溶液を用いて紡糸したポ
リアクリロニトリル繊維を原料とするプリカーサー中に
は、亜鉛成分が１０〜１００ｐｐｍ残存することが金属
分析等の手段により確認されている。プリカーサー中に
１０〜１００ｐｐｍ残存する亜鉛成分は、プリカーサー
の焼成により炭素繊維を製造する過程で生成する炭素繊
維中の炭素網面の配向性を乱すことなく、且つ炭素網面
の成長を促進させて、高性能の炭素繊維を生成させる。

【００２９】焼成後に得られる炭素繊維中には、特定成
分として亜鉛が約２０〜２００ｐｐｍ含まれている。こ
の亜鉛成分は後述する炭素繊維の表面処理工程あるいは
乾燥処理工程を経ても炭素繊維の性能を低下させること
がなく、逆に本発明の目的製品である金属酸化物のコー
ティング用炭素繊維に好ましい性質を与える。

【００３０】上記プリカーサーは、０．５〜３デニール
で広角Ｘ線回折による配向度９０％以上のが好ましい。

【００３１】プリカーサーに延伸性や集束性を付与し、
作業性を向上させるため、プリカーサー表面に油剤を
０．０１〜１％付着させることが好ましい。油剤として
は、アミノシリコーン系、リン酸エステル系、ポリエチ
レングリコール変性シリコーン系、脂肪族エステル系、
グリシジルエーテル系、芳香族エステル系、複合エステ
ル系、フッ化リン酸エステル系等の単独あるいは二種類
以上の混合物を用いることができる。

【００３２】（耐炎繊維）上記のようにして調製したプ
リカーサーであるアクリロニトリル繊維を、空気中２０
０〜３００℃において緊張下で熱処理することにより、
比重１．３〜１．４の空気中で燃えない耐炎繊維を得
る。

【００３３】（原料炭素繊維）その後、一定の張力下、
不活性ガス雰囲気中で１，０００℃〜３，０００℃で耐
炎繊維を加熱することにより炭素化させ、これにより原
料炭素繊維を得る。

【００３４】特に高強度の原料炭素繊維を得るために
は、１，０００〜３，０００℃の炭素化過程において、
炭素繊維ストランドのテンションバランスと炭素化炉通
過中の昇温勾配に注意する必要がある。これらの条件は
当業者に公知の事項である。黒鉛性の高い原料炭素繊維
は金属酸化物コーティング用炭素繊維の原料として、性
能及びコスト面で適さないため、炭素化温度としては
１，０００〜２，０００℃が好ましい。

【００３５】このようにして得られる原料炭素繊維は、
単繊維直径が３〜１０μｍ、単繊維フィラメントの引っ
張り荷重が１．５ｇ以上、引っ張り伸度が０．５％以
上、体積抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下、繊維比重１．６
〜２．０のものが好ましい。

【００３６】また、上記原料炭素繊維（単繊維フィラメ
ント）を１００〜１００，０００本集束させた炭素繊維
ストランドは、引っ張り強度２００ｋｇｆ／ｍｍ²以
上、引っ張り弾性率２０ｔｏｎｆ／ｍｍ²以上のものが
好ましい。

【００３７】（表面処理）本発明においては、次いで上
記原料炭素繊維に表面処理を施して炭素繊維の表面を酸
化するものである。即ち、上述のようにプリカーサーを
１０００〜３０００℃で焼成して不活性ガス雰囲気下で
４００℃以下の温度まで冷却して得られる原料炭素繊
維、又は予め製造して準備してあった原料炭素繊維を表
面処理工程に送り、この工程で炭素繊維表面にカルボキ
シル基や水酸基等の官能基を酸化反応により生成させる
ものである。

【００３８】表面処理方法としては、硫酸、硝酸等の強
酸、あるいは強酸の塩、酢酸、次亜塩素酸等の弱酸の
塩、または水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ、あるいはアルカリの塩等の溶液に原料炭素繊維又
は炭素繊維束を浸漬処理する方法が例示できる。また、
この際に炭素繊維に電流を流し、電解酸化を行わせる方
法も有効である。特に、炭素繊維に電流を流しながら硫
酸塩の水溶液中を通過させる方法は、表面処理方法とし
て好ましいものである。

【００３９】この場合１００ｃ／ｇ以下、特に５〜５０
ｃ／ｇの電気量で原料炭素繊維に電気を流しながら硫酸
塩の水溶液を通過させて得られる炭素繊維は、表面処理
条件が温和なため、後述するＯ_1S／Ｃ_1Sピーク比や官能
基量をコントロールする上で特に好ましいものである。

【００４０】硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸水
素ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウ
ム等が例示できる。硫酸塩濃度としては１〜１５質量％
が好ましい。

【００４１】あるいは、オゾンやハロゲン等の酸化性気
体に炭素繊維又は炭素繊維束を接触させて酸化処理を行
わせる方法も例示できる。

【００４２】更に、炭素化工程中の炭素繊維に４００℃
を越える温度の高温空気を接触させると、炭素繊維が空
気中の酸素と酸化反応を起こすので、この方法でも表面
処理ができる。

【００４３】本発明においては、原料炭素繊維に上記酸
化処理を施すことにより、原料炭素繊維の表面に官能基
を導入して金属酸化物コーティング用炭素繊維を製造す
るものであるが、その導入量は以下に示す範囲のもので
ある。

【００４４】ａ．ＥＳＣＡ法により測定されるＯ_1S／Ｃ
_1Sのピーク比を０．１〜０．５、好ましくは０．２〜
０．４の範囲内とするｂ．中和滴定により求められる炭素繊維表面に生成する
カルボキシル基及び水酸基（酸性官能基）の当量は、共
に０．５μｅｑ／ｇ以上、好ましくは１〜２５μｅｑ／
ｇとするｃ．カルボキシル基／水酸基の当量比を１以上、好まし
くは１〜１０とする導入量の調整は、処理溶液の濃度、温度、電気量、また
は気体の濃度、処理時間等を適宜設定することにより行
う。

【００４５】炭素繊維の表面処理において、カルボキシ
ル基／水酸基の当量比を１以上とすることにより、繊維
表面に対する金属酸化物の被膜性が増し、均一にコーテ
ィングできる。

【００４６】炭素繊維表面に生成するカルボキシル基と
フェノール性水酸基（酸性官能基）の当量は、過剰のア
ルカリ溶液に炭素繊維を浸漬してアルカリと酸性官能基
とを反応させ、その後アルカリ溶液を酸で逆滴定するこ
とにより算出できる。酸性官能基としてはカルボキシル
基とフェノール性水酸基とが存在するものと考えられ
る。水酸化ナトリウムはカルボキシル基とフェノール性
水酸基の両者と反応する。しかし、炭酸水素ナトリウム
はカルボキシル基とのみ反応する。水酸化ナトリウム溶
液と炭酸ナトリウム溶液とを用いて逆滴定することによ
り両官能基の当量を定量できる。

【００４７】また、後述する様に炭素繊維表面に金属酸
化物をコーティングする場合、炭素繊維表面の表面処理
の程度に比例して、金属酸化物の前駆体物質あるいは金
属酸化物そのものが炭素繊維表面に配位あるいは付着し
易くなる傾向がある。従って、炭素繊維のＥＳＣＡ法に
より測定されるＯ_1S／Ｃ_1Sのピーク比が０．１より小さ
い場合、炭素繊維上への金属酸化物のコーティング生成
量が少なく且つ容易に脱落しやすい傾向となり、好まし
くない。

【００４８】Ｏ_1S／Ｃ_1Sのピーク比が０．５より大きい
場合は、過度に表面処理が施された状態であり、この場
合は炭素繊維そのものの基本的な機械的特性を損ねてお
り、金属酸化物をコーティングした場合、金属酸化物と
炭素繊維との接着強度が低いものとなり好ましくない。

【００４９】逆に、Ｏ_1S／Ｃ_1Sのピーク比をコントロー
ルすることにより、金属酸化物のコーティング量を制御
することもできる。

【００５０】（洗浄処理）表面処理された炭素繊維は、
次いで必要により洗浄処理が施される。これにより、前
記表面処理の際に炭素繊維表面に付着する酸、アルカ
リ、イオン等の残留成分を除去できる。洗浄は水洗が好
ましい。洗浄水としてはイオン交換水が好ましく、特に
水中の全金属イオン成分が５０ｐｐｍ以下の水を用いる
ことが好ましい。全金属イオン成分の少ない水を用いる
ことにより、洗浄の際に炭素繊維の表面に生成した官能
基の活性低下を防止できる。

【００５１】洗浄後、炭素繊維を乾燥することが好まし
い。乾燥は、炭素繊維の水分率が０．５質量％以下にな
るようにすることが好ましい。

【００５２】これにより、本発明の金属酸化物コーティ
ング用炭素繊維を得る。

【００５３】本発明の金属酸化物コーティング用炭素繊
維の形態としては、短繊維、フィラメント等の種々の形
態の単繊維であっても、この単繊維が集束して構成され
たストランドあっても良い。また、炭素繊維を長さ１〜
１００ｍｍにカットしたチョップドファイバーであって
も良い。チョップドファイバーはストランドを切断する
ことにより簡単に製造できる。

【００５４】乾燥したフィラメントを１００〜１００，
０００本以上束ねた炭素繊維束は、本来ストランドのま
とまりが悪く、風等により容易に広るため、取り扱いが
難しい。従って、水、あるいは高級アルコールのような
油類、あるいはエポキシ樹脂のような粘性のある物質を
集束剤として炭素繊維に対して１〜１０質量％付着させ
ることにより、ストランドがまとめ易くなり、その取り
扱い性が改善される。

【００５５】また、用途によっては親水性の集束剤とし
て、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレング
リコール（ＰＥＧ）等の水溶性高分子物質を用いても良
い。これらの集束剤は、金属酸化物をコーティングする
前に除去することが好ましい。

【００５６】（金属酸化物のコーティング）上述のよう
にして製造した本発明の金属酸化物コーティング用炭素
繊維の表面に金属酸化物をコーティングする方法として
は、サイズ剤のような糊状物質に金属酸化物を混ぜ込ん
でサイジングする方法、金属酸化物の前駆体溶液でメッ
キする方法、ＣＶＤのような化学蒸着による方法などが
ある。

【００５７】更に、コーティング状態の適正化や、連続
化によるコストダウンを考慮した場合、金属酸化物の前
駆体溶液に本発明の炭素繊維を浸し、金属イオンを炭素
繊維表面に付着させた後加熱処理することにより、炭素
繊維表面に金属酸化物を生成させる方法が好ましい。加
熱処理は空気中で２００〜２０００℃で３０〜３００分
間保持することにより行うことが好ましい。

【００５８】本発明の炭素繊維は上記何れの方法でも、
その表面に金属酸化物をコーティングすることができ
る。

【００５９】サイジングによりコーティングする金属酸
化物としては、酸化鉄、酸化チタン、酸化ケイ素等が好
ましい。

【００６０】メッキによりコーティングする金属酸化物
前駆体としては、塩化鉄、塩化ニッケル、塩化コバル
ト、硫酸チタン等が好ましい。

【００６１】化学蒸着によりコーティングする金属酸化
物又はその前駆体としては、酸化マグネシウム、酸化ベ
リリウム、酸化アルミニウム等が好ましい。

【００６２】炭素繊維に付着させる金属イオンとしては
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｉ等のイオン等が好
ましい。

【００６３】金属酸化物のコーティング量は、繊維質量
を基準（１００％）として、その１〜１００質量％が好
ましく、特に１０〜５０質量％が好ましい。

【００６４】なお、本発明の炭素繊維を用いて、織物、
不織布、合成紙、フェルトなどの炭素繊維組織構造体を
作製することができる。炭素繊維組織構造体に上記の方
法により金属酸化物を付着させることができる。

【００６５】更に、本発明炭素繊維に、ストランドの引
っ張り弾性率が１５ｔｏｎｆ／ｍｍ ²未満の低弾性率炭
素繊維、あるいは引っ張り弾性率が４０ｔｏｎｆ／ｍｍ
²以上の高強度・高弾性率の炭素繊維を併用することが
できる。また炭素繊維の他に、以下の強化繊維を高伸度
炭素繊維と併用することができる。強化繊維としては無
機、有機繊維の何れでも良く、例えば天然高分子、合成
高分子の繊維の他、ガラス繊維、芳香族アラミド繊維、
芳香族ポリアミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭
化ケイ素繊維を併用することができる。いずれも引っ張
り伸度が２．０％以上のものが好ましい。

【００６６】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。

【００６７】炭素繊維表面のカルボキシル基とフェノー
ル性水酸基との当量は以下の方法により求めた。

【００６８】炭素繊維を約５ｃｍに切り、その約３ｇを
０．１Ｎ塩酸に浸漬させて一昼夜放置し、塩や環状の形
態で存在する酸性官能基を遊離させる。その後、純水で
炭素繊維を中性になるまで洗浄する。中性の炭素繊維を
三角フラスコに入れ、純水８０ｍｌを加え、脱気操作を
３０分間行った後、０．０５Ｎの水酸化ナトリウム溶液
又は炭酸水素ナトリウム溶液を１ｍｌ加え、三角フラス
コ内を窒素置換して密閉状態で一昼夜放置する。

【００６９】その後、三角フラスコ内の炭素繊維を純水
で十分洗浄し、その洗浄水を０．０１Ｎの塩酸標準液で
逆滴定（電位差滴定）する。

【００７０】一方、同様に操作してブランク値を得る。

【００７１】カルボキシル基とフェノール性水酸基量
は、以下の計算式から算出する。

【００７２】

【数１】カルボキシル基量（μeq/g)＝１０００（Ｖ₀−Ｖ₁）・ｔ／ｐ（１）全酸性基量（μeq/g) ＝１０００（Ｖ₀−Ｖ₂）・ｔ／ｐ（２）フェノール性水酸基量（μeq/g)＝（２）−（１）（３）Ｖ₀：ブランクの滴定量（ｍｌ）Ｖ₁：炭酸水素ナトリウムを加えた洗浄水の滴定量（ｍ
ｌ）Ｖ₂：水酸化ナトリウムを加えた洗浄水の滴定量（ｍ
ｌ）ｔ：滴定塩酸濃度（０．０１Ｎ）ｐ：採取炭素繊維質量（ｇ）実施例１糸の太さが１．０デニールの単繊維フィラメントを１
２，０００本集めて構成したアクリロニトリル繊維スト
ランドを、空気中２８０℃で耐炎化させた後、１，４０
０℃で炭素化処理を行った。引き続き、このストランド
を５質量％の硫酸アンモニウム水溶液中に連続して浸漬
させ、炭素繊維に１５ｃ／ｇの電気量で通電しながら、
２分間の滞留時間で表面処理を施した。

【００７３】次いで、全金属イオン成分が１０ｐｐｍ以
下のイオン交換水を用いて水洗後、乾燥して水分量が
０．１質量％の金属酸化物コーティング用炭素繊維を得
た。

【００７４】表１に、得られた炭素繊維の性能を示す。

【００７５】この炭素繊維を１ｇ採取し、塩化鉄／塩化
ニッケル／尿素が０．０２Ｍ／０．０１Ｍ／０．１Ｍの
溶液１００ｃｃに浸し、５０気圧の窒素雰囲気下でマイ
クロ波を照射して２００℃まで加熱し、その状態で３０
分間保った。冷却・水洗・乾燥して得られた繊維は、茶
色に変色しており、磁性が認められた。

【００７６】広角Ｘ線回折より、繊維表面にはＮｉフェ
ライトがコーティングされていることが確認できた。処
理前後の質量変化より算出したコーティング量は５質量
％であった。

【００７７】この繊維の表面状態を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）により観察したところ、図２のＳＥＭ写真に
示すように、Ｎｉフェライトと思われる物質が繊維表面
に均一にコーティングされている状態が観察された。こ
れらの結果から、実施例１の条件で製造した炭素繊維
は、表１に示すように、金属酸化物のコーティングに適
した炭素繊維であることが確認された。

【００７８】なお、コーティング処理前の炭素繊維のＳ
ＥＭ写真を、図１に示す。

【００７９】実施例２〜４表１に示すように、炭素繊維の製造条件、表面処理条件
を変更し、実施例１と同様に炭素繊維表面に金属酸化物
をコーティングさせ、金属酸化物のコーティング量と状
態を検討した。その結果、これらの炭素繊維は、金属酸
化物のコーティングに適した炭素繊維であることが確認
された。

【００８０】実施例５糸の太さが１．０デニールの単繊維フィラメントを６，
０００本集めて構成したアクリロニトリル繊維ストラン
ドを、空気中２６０℃で耐炎化させた後、１，３５０℃
で炭素化処理を行った。引き続き、このストランドを５
質量％の硫酸アンモニウム水溶液中に連続して浸漬さ
せ、炭素繊維に１０ｃ／ｇの電気量で通電しながら、２
分間の滞留時間で表面処理を施した。

【００８１】次いで、全金属イオン成分が１０ｐｐｍ以
下のイオン交換水を用いて水洗後、乾燥して水分量が
０．１質量％の金属酸化物コーティング用炭素繊維を得
た。表１に、得られた炭素繊維の性能を示す。

【００８２】この炭素繊維を１ｇ採取し、５０ｍｌの５
０質量％硫酸チタン水溶液に浸漬した後、５０％アンモ
ニア水をｐＨ７になるまで徐々に添加した。粥状になっ
た溶液から炭素繊維を取出し、水洗、乾燥し、５４０℃
で３時間乾燥させた。繊維の色は殆ど変化がなく、黒色
であった。広角Ｘ線回折より、繊維表面には酸化チタン
がコーティングされていることが確認できた。処理前後
の質量変化から算出したコーティング量は５質量％であ
った。

【００８３】比較例１実施例１と同じ条件で製造した炭素繊維ではあるが、表
面処理を施さない炭素繊維を作製した。この繊維はＯ_1S
／Ｃ_1S値が０．０５であり、炭素繊維表面にカルボキシ
ル基等の官能基の相対的な当量数が少ないことが確認さ
れた（表２）。

【００８４】この炭素繊維に、実施例１と同じ条件で金
属酸化物をコーティングさせた。この繊維への金属酸化
物のコーティング量は０．５質量％と少なく、図４のＳ
ＥＭ写真のように疎なコーティング状態であることが確
認され、この炭素繊維は、金属酸化物のコーティングに
適さない炭素繊維であることが確認された。

【００８５】なお、コーティング処理前の炭素繊維のＳ
ＥＭ写真を図３に示す。

【００８６】

【表１】

【００８７】

【表２】

【００８８】

【発明の効果】本発明の金属酸化物コーティング用炭素
繊維は、上記のように構成したので、各種金属酸化物を
均一、強固、かつ多量にコーティングすることができ
る。

【００８９】また、本発明の金属酸化物コーティング用
炭素繊維を用いて製造する金属酸化物をコーティングし
た炭素繊維は、炭素繊維が本来有している高強度・高弾
性率等の好ましい性能を損なうことなく、金属酸化物の
特性を具備することができる。

【００９０】特に、金属酸化物として磁性、透磁率性、
超伝導性等を示すものを用いる場合は、得られる金属酸
化物をコーティングした炭素繊維は、高強度・高弾性率
と、磁性等の優れた性質とを兼備するものとなる。従っ
て、本発明の金属酸化物コーティング用炭素繊維を用い
て金属酸化物をコーティングした炭素繊維組織構造体を
製造する場合は、このものは機械的性質の改善効果と電
磁波吸収効果等とを効率良く発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた金属酸化物のコーティング
前の炭素繊維の図面代用走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真である。Ａ、Ｂ及びＣは、炭素繊維断面の、それぞ
れ、倍率×５０００、×８０００及び×３００００のＳ
ＥＭ写真である。Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは、炭素繊維側面
の、それぞれ、倍率×１０００、×３５００、×１００
００及び×３００００のＳＥＭ写真である。

【図２】実施例１で得られた金属酸化物のコーティング
後の炭素繊維の図面代用走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真である。Ａ、Ｂ及びＣは、炭素繊維断面の、それぞ
れ、倍率×５０００、×８０００及び×３００００のＳ
ＥＭ写真である。Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは、炭素繊維側面
の、それぞれ、倍率×１０００、×３５００、×１００
００及び×３００００のＳＥＭ写真である。

【図３】比較例１で得られた金属酸化物のコーティング
前の炭素繊維の図面代用走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真である。Ａ、Ｂ及びＣは、炭素繊維断面の、それぞ
れ、倍率×５０００、×８０００及び×３００００のＳ
ＥＭ写真である。Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは、炭素繊維側面
の、それぞれ、倍率×１０００、×３５００、×１００
００及び×３００００のＳＥＭ写真である。

【図４】比較例１で得られた金属酸化物のコーティング
後の炭素繊維の図面代用走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真である。Ａ、Ｂ及びＣは、炭素繊維断面の、それぞ
れ、倍率×５０００、×８０００及び×３００００のＳ
ＥＭ写真である。Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは、炭素繊維側面
の、それぞれ、倍率×１０００、×３５００、×１００
００及び×３００００のＳＥＭ写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4L031 AA27 AB21 BA09 CA02 CA11 CB10 4L037 AT02 CS03 FA01 FA03 PA53 PC05 PS02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素含有率が９０％以上、ＥＳＣＡ法に
より測定されるピーク比Ｏ_1S／Ｃ_1Sが０．１〜０．５、
繊維表面のカルボキシル基及び水酸基が０．５μｅｑ／
ｇ以上、且つカルボキシル基／水酸基が１以上である金
属酸化物コーティング用炭素繊維。
【請求項２】フィラメント状に形成してなる請求項１
記載の金属酸化物コーティング用炭素繊維。
【請求項３】長さ１〜１００ｍｍのファイバー状に形
成してなる請求項１に記載の金属酸化物コーティング用
炭素繊維。
【請求項４】直径が３〜１０μｍ、引っ張り荷重が
１．５ｇ以上、引っ張り伸度が０．５％以上、体積抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下である請求項１に記載の金属酸
化物コーティング用炭素繊維。
【請求項５】ポリアクリロニトリル繊維の炭素化処理
によって製造してなる請求項１に記載の金属酸化物コー
ティング用炭素繊維。
【請求項６】水を含む粘性物資によりサイズ処理して
なる請求項１記載の金属酸化物コーティング用炭素繊
維。
【請求項７】請求項２記載のフィラメントを１００〜
１００，０００本集束してなるストランドであって、前
記ストランドの引っ張り強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以
上、引っ張り弾性率が２０ｔｏｎｆ／ｍｍ²以上である
金属酸化物コーティング用炭素繊維ストランド。
【請求項８】請求項３に記載のファイバー状金属酸化
物コーティング用炭素繊維又は請求項７に記載の金属酸
化物コーティング用炭素繊維ストランドを用いて構成し
てなることを特徴とする金属酸化物コーティング用炭素
繊維組織構造体。
【請求項９】金属酸化物コーティング用炭素繊維構造
体が、織物、不織布、合成紙、又はフェルトである請求
項８に記載の金属酸化物コーティング用炭素繊維組織構
造体。
【請求項１０】炭素繊維を酸化処理する金属酸化物コ
ーティング用炭素繊維の製造方法において、酸化処理が
炭素繊維に電流を流しながら硫酸塩の水溶液中を通過さ
せるものであることを特徴とする炭素含有率が９０％以
上、ＥＳＣＡ法により測定されるピーク比Ｏ_1S／Ｃ_1Sが
０．１〜０．５、繊維表面のカルボキシル基及び水酸基
が０．５μｅｑ／ｇ以上、且つカルボキシル基／水酸基
が１以上である金属酸化物コーティング用炭素繊維の製
造方法。
【請求項１１】請求項７に記載のストランドを長さ１
〜１００ｍｍにカットする事を特徴とする金属酸化物コ
ーティング用炭素繊維チョップドファイバーの製造方
法。