JP3448994B2 - 炭素繊維束およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合材料などの成形に
おいて、成形コストを低減せしめ、かつハンドリング
性、樹脂含浸性などの高次加工性に優れた炭素繊維束お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維はその優れた機械的特性、特に
比強度、比弾性率が高いという特徴を有しているため、
航空宇宙用途、レジャー用途、一般産業用途などに広く
使用されており、その成形方法も様々である。この中で
もフィラメントワインディング（以下、ＦＷと略す）成
形法、プルトルージョン（以下、ＰＴと略す）成型法
は、元来ガラス繊維に適用されてきた方法であり、その
優れた成形性、あるいは得られる複合材料の特性、成型
コストなどの利点を活かして炭素繊維にも広く適用され
るようになってきており、ＦＷあるいはＰＴ成形に適し
た炭素繊維の要求が日増しに高まっている。

【０００３】一般に、ＦＷあるいはＰＴ成形に要求され
る補強繊維の特性としては、高ハンドリング性、高樹脂
含浸性などの他、成形コストを抑えるために太物化され
た繊維束が挙げられる。

【０００４】炭素繊維束を太物化する方法として、トウ
状のプリカーサー繊維束を焼成すること（例えば特開平
４−３００３２８号公報）などが提案されているが、太
物のプリカーサー繊維束を焼成する場合、耐炎化時の発
熱が大きいため操業性が悪化し、かつ得られる炭素繊維
の機械的特性が十分でないため、成形時に毛羽立ちやア
ライメントの乱れを生じ、ＦＷ、ＰＴ成型で得られた複
合材料の特性が発現されないという問題点があった。

【０００５】ハンドリング性を改善する方法としては、
炭素繊維にサイジング剤を付与する方法など（例えば、
特開昭６２−２９９５８０号公報、特公平１−４６６３
６号公報、特公平５７−４９６７５号公報）が提案され
ている。しかしながら、ＦＷあるいはＰＴによる成形コ
ストを抑え、しかも複合材料の特性を十分に発現させる
ためには、炭素繊維を成形に適した太さとする必要があ
り、サイジング剤付与のみでは大幅な成型コスト改善に
は無理があった。特に成形する複合材料が大型であるほ
ど、複数のクリールに炭素繊維製品を仕掛け、引き出し
た後に引き揃えて太くする必要があり、クリール数が多
くなること、また一つの繊維束が細いために糸切れが頻
繁に発生するなどの問題点が顕著となっていた。

【０００６】樹脂含浸性を改善、特に繊維束内の撚溜ま
り部で発生しやすい樹脂含浸ムラを抑える方法として無
撚化すること（例えば特開平１−２９２０３８号公報）
などが提案されているが、サイジング剤付与と同様な問
題点があった。

【０００７】本発明者らは、かかる現状に鑑み、ＦＷあ
るいはＰＴ成形法に適した炭素繊維束について鋭意検討
した結果、本発明に至ったものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＦＷ
あるいはＰＴ成形などの高次加工において成形コストに
有利であり、さらには成形性に優れた炭素繊維束および
その製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

【００１０】本発明の炭素繊維束の製造方法は上記課題
を解決するため、次の構成を有する。すなわち、実質的
に無撚の耐炎化繊維束または不融化繊維束の複数本を、
炭素化処理前または炭素化処理中に引き揃えて炭素化処
理した後、サイジング剤を付与し巻き取ることを特徴と
する炭素繊維束の製造方法、または、実質的に無撚の炭
素繊維束の複数本を引き揃えた後、サイジング剤を付与
し巻き取ることを特徴とする炭素繊維束の製造方法であ
る。

【００１１】さらに詳細に本発明について説明する。

【００１２】本発明の炭素繊維束の原料としては特に限
定されるものではないが、ポリアクリロニトリル（以下
ＰＡＮと略す）、ピッチ、レーヨン等を挙げることがで
きる。得られる炭素繊維束のハンドリング性をより高い
ものとし、さらにはＦＷ、ＰＴ成形によって得られる複
合材料の性能を良好なものとするためには、ＰＡＮを原
料としたものが好ましい。

【００１３】本発明の炭素繊維束は、合糸されてなるも
のである。ここで、合糸とは、複数本の繊維束が並列し
て組み合わされていることをいう。通常、合糸された繊
維束は、無張力下で吊り下げておくと複数本の繊維束に
分割されることにより認定できる。複数本の繊維束が合
糸されていることにより、ＦＷあるいはＰＴ成形などの
高次加工におけるクリール数の増大を抑制することがで
き、また、クリールから引き出される炭素繊維束がもと
もと太物であるため高次加工での糸切れが軽減できるの
である。

【００１４】また、本発明の炭素繊維束は、実質的に無
撚である。繊維束を構成する構成単位の繊維束が実質的
に無撚であるとともに、合糸された繊維束自身も実質的
に無撚である。有撚糸を合糸した繊維束であると、樹脂
含浸ムラ、クリールから引き出した際に糸が分かれるた
めに糸切れが発生したりする。有撚糸を解撚した、いわ
ゆる解撚糸を合糸した繊維束であっても実質的に無撚で
あればよいが、この場合も上記有撚糸を合糸した繊維束
と同様な問題が生じる場合もあるので、好ましくは、炭
素繊維の製造工程で実質的に撚りを加えず製造された炭
素繊維束を合糸した実質的に無撚の繊維束であることが
好ましい。炭素繊維束が実質的に無撚であることによ
り、ＦＷあるいはＰＴ成形などで成形された成形品の繊
維配列（以下、アラインメントという）が良好であるば
かりでなく、ＦＷあるいはＰＴ成形時などでの走行糸条
が、構成単位の繊維束に分割しにくくなり、炭素繊維束
が一体の太物として走行するため高次加工での糸切れが
軽減できるという利点がある。

【００１５】さらに本発明の炭素繊維束は、糸割れ率が
４０％以下、好ましくは３０％以下、より好ましくは２
０％以下である。糸割れ率が４０％を越えると、ＦＷあ
るいはＰＴ成形工程でクリールから繊維束を引き出した
際に糸が分かれて細くなり糸切れが発生するようになる
ばかりでなく、繊維束にアライメントの乱れが生じ易く
なり、得られる複合材料の特性が低いものとなる。糸割
れ率の下限は０．５％以上である。本発明の炭素繊維束
は合糸されてなるため、０．５％未満の糸割れ率とする
ことは困難なこともある。

【００１６】ここで、糸割れ率は次のようにして測定し
たものである。図１に示したように、一定の目付を有す
る炭素繊維束をボビンに巻き取り、張力調整が可能なク
リールａにボビンを仕掛け、ボビンから横取りして該炭
素繊維束ｂを２５ｍ／分の一定速度で引き出す。表面が
梨地の回転ローラー４個ｃ１〜ｃ４を介して糸道を固定
させた後、該炭素繊維束ｂを、“エピコート８２８”１
００重量部、および“エピコート１００１”３００重量
部（油化シェルエポキシ社製）が均一に混合された濃度
５５重量％、温度２０℃のメチルエチルケトン溶液ｆ
に、直径１５mmφ、表面平滑度３Ｓのステンレス製固定
バーｄ１を介して浸漬させ、さらに５０mm間隔で３本水
平に固定された直径１５mmφ、表面平滑度３Ｓのステン
レス製棒ｄ２〜ｄ４を介して、ドラムｇに巻き取る。ボ
ビンに巻回された前記炭素繊維束の引き出し張力を徐々
に大きくして、該固定擦過棒を通過する繊維束に糸切れ
が発生したときのＣ３とＣ４間の最大張力を５回測定
し、その平均値から次式により、先ず糸切れ限界張力を
求める。

【００１７】糸切れ限界張力［ｇ／Ｄ］＝（最大張力
［ｇ］）／（目付［ｇ／ｍ］×9000） 次に、糸切れ限界張力の０．７倍になるようにＣ３とＣ
４間の張力を張力調整可能なクリールａで調整し、糸切
れ限界張力を求めた方法と同様にして、ドラムｇで繊維
束が重ならないようにトラバースさせながら３０ｍ巻き
取る。次に図２に示したように、ドラムに巻かれた繊維
束（図２中ｈ）における１ｍｍ以上の幅を有して糸割れ
した長さ（図２中ｉ）を繊維束の全長にわたって測定し
て、その総和Ｓから次式により糸割れ率Ｒを求める。５
回測定したその平均値を該繊維束の糸割れ率とする。

【００１８】 Ｒ（％）＝｛（Ｓ／Ｌ）／（Ｎ−１）｝×１００ ここで、Ｌはドラムに巻き取られた繊維束の長さ、Ｎは
該繊維束の合糸された本数である。

【００１９】本発明の炭素繊維束が、ボビン上またはチ
ーズ状に巻き取られていれば、ＦＷあるいはＰＴ成形な
どの高次加工におけるクリール数の増大を抑制すること
ができる。

【００２０】本発明の炭素繊維束としては、構成単位の
繊維束が細すぎると糸切れが生じ易くなる場合があるの
で、構成単位の繊維束のフィラメント数は６０００本以
上であることが好ましい。ここで、構成単位の繊維束と
は、合糸前の繊維束のことである。

【００２１】本発明の合糸された炭素繊維束は、フィラ
メント数が好ましくは１２０００本以上、より好ましく
は１８０００本以上、さらに好ましくは２４０００本以
上であるのが良い。フィラメント数が１２０００本未満
であると、ＦＷあるいはＰＴ成形工程において引き揃え
る本数が多くなりすぎる場合があり、合糸前の構成単位
の繊維束が細くなりすぎ糸切れが生じ易くなる場合があ
る。フィラメント数の上限については特に限定されず、
ＦＷあるいはＰＴ成形条件から適宜選択できるが、必要
以上にフィラメント数が多くても樹脂含浸性が低下する
場合もあるので好ましくは２０００００本以下、より好
ましくは１５００００本以下であることが望ましい。

【００２２】本発明の炭素繊維の単繊維直径は３〜２０
μであることが好ましい。

【００２３】また本発明の炭素繊維束は、ストランド引
張強度が好ましくは３００kgf/mm²以上、より好ましく
は３５０kgf/mm² 以上であるのが良い。ストランド引張
強度が３００kgf/mm² 未満であると、ＦＷあるいはＰＴ
成形工程において、固定ガイドあるいはローラーとの擦
過による毛羽立ちが多くなってハンドリング性が低下す
る場合がある他、得られる複合材料の外観が不均一とな
って機械的特性が低いものとなる場合がある。ストラン
ド引張強度の上限については特に限定されず、適用する
複合材料のコストパフォーマンスの点から適宜選択でき
るが、必要以上にストランド引張強度が高くてもＦＷあ
るいはＰＴ成形方法でのハンドリング性のさらなる向上
が認められない場合があり、また成形コストが必要以上
に高くなる場合もあるので、好ましくは８００kgf/mm²
以下、より好ましくは７５０kgf/mm² 以下であることが
望ましい。

【００２４】ここで、ストランド引張強度とは次のよう
にして測定したものである。ベークライト（登録商標）
ＥＲＬ４２２１（ユニオン・カーバイド（株）製）／三
フッ化ホウ素モノエチルアミン（ＢＦ₃ ・ＭＥＡ）／ア
セトン＝１００／３／４部からなる樹脂を炭素繊維束に
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た後、ＪＩＳ Ｒ ７６０１に規
定する樹脂含浸ストランド試験法に従って測定する。

【００２５】さらに炭素繊維束には、ＦＷあるいはＰＴ
成形でのハンドリング性能を向上させるためにサイジン
グ剤を付与させるのが良い。サイジング剤の付着量とし
てはサイジング剤の種類にもよるが、０．５重量％以上
１０重量％以下、好ましくは０．６重量％以上８重量％
以下に設定するのが良い。

【００２６】ここでサイジング付着量は次のようにして
測定したものである。約２ｇの炭素繊維束を精秤
（Ｗ₁ ）した後、５０リットル／分の窒素気流中、温度
４５０℃に設定した電気炉（容量約１２０cm³ ）に１５
分間放置し、サイジング剤を完全に熱分解させる。そし
て、２０リットル／分の乾燥窒素気流中の容器に移し、
１５分間冷却した後の繊維束を精秤（Ｗ₂ ）して次式よ
りサイジング付着量Ｓ_z を求める。

【００２７】Ｓ_z ［％］＝｛Ｗ₁ [g] −（Ｗ₂ [g] ×1.
00046 ）｝×100 ／Ｗ₁ [g] サイジング付着量が０．５％未満であると、サイジング
剤の種類によってはＦＷあるいはＰＴ成形でのハンドリ
ング性が劣る場合があり、さらにＦＷあるいはＰＴ成形
工程でクリールから繊維束を引き出した際に糸が分かれ
て細くなり糸切れが発生するようになる場合がある。サ
イジング付着量が１０重量％を越えるとＦＷあるいはＰ
Ｔ成形時に繊維束内部まで樹脂が均一に含浸しにくくな
ることにより、得られる複合材料の特性が低いものとな
る場合がある。

【００２８】サイジング剤として用いる樹脂の主成分と
しては、エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹
脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエ
ーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド
樹脂、ビスマレイミド樹脂、ウレタン変性エポキシ樹
脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン
樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂などが挙げられる。
あるいはこれらを二種以上の組合せてもよい。

【００２９】本発明の炭素繊維束は、上記した構成をと
ることによって初めて、ＦＷまたはＰＴ成形の成形コス
トを抑え、しかもハンドリング性、樹脂含浸性が良好と
なり、複合材料の特性が炭素繊維の特性を十分に反映し
得るものとなる。

【００３０】本発明の炭素繊維束の製造方法について、
ＰＡＮ系の炭素繊維の場合を例にとって、説明する。

【００３１】プリカーサー（前駆体）として用いるアク
リル系繊維は緻密性の高いことが好ましい。プリカーサ
ーの緻密性は、ヨウ素吸着法による明度差（ΔＬ）とし
て次のようにして測定することができる。

【００３２】長さが５〜７ｃｍの乾燥されたアクリル系
繊維を約０．５ｇ精秤して、２００ｍｌの共栓付三角フ
ラスコに採り、ヨウ素溶液（Ｉ₂ :51 ｇ、2,4-ジクロロ
フェノール:10 ｇ、酢酸:90 ｇ、およびヨウ化カリウ
ム:100ｇを秤量し、１リットルのメスフラスコに移して
水で溶解して定容とする）１００ｍｌを加えた後、６０
±０．５℃で５０分間振とうしながら吸着処理を行う。
ヨウ素を吸着した試料を流水中で３０分間水洗した後、
遠心脱水（2000rpm ×1 分）を行い、すばやく風乾す
る。この試料を開繊した後、ハンター型色差計で明度
（Ｌ値）を測定する（Ｌ₁ ）。一方、ヨウ素吸着を行わ
ない対応の試料を開繊し、同様にハンター型色差計で明
度を測定する（Ｌ₀ ）。そして、Ｌ₁ −Ｌ₀ より、明度
差ΔＬを求める。

【００３３】このヨウ素吸着法による明度差（ΔＬ）
が、好ましくは６０以下、より好ましくは５５以下であ
るアクリル系繊維をプリカーサーとして用いる。ΔＬが
６０を越えると、焼成工程で繊維に欠陥が多く発生し、
ＦＷあるいはＰＴ成形に耐えられなくなる場合があるば
かりでなく、得られる複合材料の特性を十分に発現でき
なくなる場合がある。

【００３４】ΔＬが６０以下の緻密性を有するアクリル
系繊維は、紡糸原液のポリマ濃度を１５％以上、好まし
くは１８％以上とし、紡糸方法として湿式紡糸法、ある
いは乾湿式紡糸法を採用し、また、紡糸により得られた
吐出糸条を８倍、好ましくは１０倍以上に延伸し、さら
には延伸糸条に油剤を付与して乾燥緻密化することによ
り得ることができる。ここで、延伸は温水中で行なうこ
とが好ましく、さらに油剤付与後に乾燥緻密化した糸条
を加圧スチーム中で二次延伸を行ってもよい。油剤とし
ては繊維の融着、あるいは焼成工程における単繊維間接
着を防ぐためにシリコーン系化合物を含むものが好まし
い。

【００３５】この様にして得られたプリカーサー繊維束
は、フィラメント数が好ましくは６０００本以上、より
好ましくは９０００本以上、さらに好ましくは１２００
０本以上のものを用いる。フィラメント数が６０００本
未満であると、炭素繊維の生産性が低下する場合がある
ばかりでなく、ＦＷあるいはＰＴ成形で大型複合材料を
成形するのに適した繊維束の太さとならない場合がある
ために、成形コストが高くなる。フィラメント数の上限
については特に限定されるものではないが、後述する焼
成工程での焼成ムラ、あるいはＦＷ、ＰＴ成形での樹脂
含浸ムラの発生が生じる場合があるため、１０００００
本以下、好ましくは５００００本以下、より好ましくは
２４０００以下であることが望ましい。また、プリカー
サー繊維束のフィラメント数が多すぎると、耐炎化時の
発熱が大きいため操業性が悪化する場合があり、得られ
る炭素繊維の機械的特性が不足して成形時に毛羽立ちや
アライメントの乱れを生じる場合がある。

【００３６】プリカーサー繊維は、空気中で耐炎化ある
いは不融化され、さらに不活性雰囲気中高温で炭素化処
理して炭素繊維に変換される。空気中での耐炎化あるい
は不融化処理は、２００〜３００℃の温度で、かつ延伸
比が０．８０以上１．００以下、好ましくは０．８３以
上０．９８以下、より好ましくは０．８４以上０．９５
以下とするのが良い。ここでの延伸比が１．００を超え
ると、単繊維間の接着により、得られる炭素繊維のスト
ランド引張強度が低いものとなる場合があるばかりでな
く、得られる複合材料の特性までもが低下してしまう場
合がある。また、延伸比が０．８０未満では他の糸条と
交絡して毛羽が多発する場合があるばかりでなく、連続
運転が困難になる場合もある。

【００３７】かくして得られた実質的に無撚の耐炎化繊
維束または不融化繊維束は、その複数本を、引き続く不
活性雰囲気中での炭素化処理前または炭素化処理中に引
揃えて炭素化処理した後、サイジング剤を付与して巻き
取る。または、かくして得られた実質的に無撚の耐炎化
繊維束または不融化繊維束を通常通り炭素化処理した
後、実質的に無撚の炭素繊維束を複数本引揃えて、サイ
ジング剤を付与して巻き取っても良い。このように、サ
イジング剤を付与する前に、繊維束を引き揃えることに
より、繊維束の単繊維同士が交絡して、糸割れ率を前記
特定範囲内にするに好ましい。サイジング付与後に繊維
束を引き揃えても、糸割れ率を前記特定範囲内にするこ
とができないことが多い。上記、繊維束の引き揃え方法
としては複数本の繊維束をローラーの同一の溝に通すな
どの方法が採用できる。糸割れ率を前記特定範囲内にす
るにより好ましい方法としては、繊維束を引き揃えた後
にエアー交絡をさせる方法、後述するサイジング剤の付
着量を多めにする方法、あるいはサイジング剤付与後に
ホットローラを介して糸形態を保持しながらサイジング
剤を乾燥させる方法などが挙げられる。繊維束の引き揃
え本数の上限は特に限定されるものではないが、引き揃
え本数を多くしすぎると炭素化工程での焼成ムラ、表面
処理工程での処理ムラ、あるいはＦＷ、ＰＴ成形での樹
脂含浸ムラの発生が生じる場合があるため、好ましくは
１０本以下、より好ましくは５本以下であることが望ま
しい。

【００３８】炭素化処理工程では、最高温度を１１００
℃以上２０００℃以下とするのが良い。最高温度が１１
００℃未満であると、得られる無撚引き揃え炭素繊維束
の吸着水分が多くなり、複合材料とした時にマトリック
ス樹脂の硬化不良が生じ、所望の特性が得られなくなる
場合がある。また、炭素化処理工程において１０００℃
から最高温度までの温度域における延伸比を０．９８以
下とするのが良い。ここでの延伸比が０．９８を超える
と毛羽の多い糸条となり、ＦＷあるいはＰＴ成形工程で
のハンドリング性が低下する場合がある。さらに炭素化
処理工程において炭素繊維束に欠陥を生じにくくするた
め、たとえば炭素化炉内の３００℃〜６００℃、または
１０００℃〜１３００℃（最高温度が１３００℃未満の
場合は１０００℃から最高温度まで）の温度域における
昇温速度を１０００℃／分以下、好ましくは９００℃／
分以下とすることが望ましい。

【００３９】このようにして得られた炭素繊維束は、不
活性雰囲気中最高温度２０００℃〜３０００℃で、従来
公知の方法により黒鉛化処理しても良い。

【００４０】かくして得られた炭素繊維束には、複合材
料としたときのマトリックス樹脂との接着性を良好なも
のとするため表面処理を行うことが望ましい。表面処理
としては、処理効率向上、処理ムラ軽減の観点から電解
表面処理を採用することが好ましい。電解表面処理に用
いる電解液としては、有機または無機の酸、アルカリ、
あるいは塩化物の水溶液を用いることができる。

【００４１】さらに炭素繊維束には、前記した範囲の付
着量のサイジング剤を付与するのが良い。これにより、
合糸された繊維束が、構成単位の繊維束に糸割れしにく
くなるため、ＦＷあるいはＰＴ成形でのハンドリング性
が向上する。

【００４２】サイジング剤としては前記した樹脂を、均
一に炭素繊維束に含浸することのできるように溶液状
態、あるいはエマルジョン状態にして付与し、溶剤また
は水を乾燥除去するのが良い。

【００４３】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。

【００４４】［実施例１］アクリロニトリル（ＡＮ）９
９．５モル％、イタコン酸０．５モル％からなる、固有
粘度［η］が１．８０のＡＮ共重合体のジメチルスルホ
キシド（ＤＭＳＯ）溶液にアンモニアを吹き込み、該共
重合体のカルボキシル末端基をアンモニウム基で置換し
てポリマを変性し、このポリマの濃度が２０重量％であ
るＤＭＳＯ溶液を紡糸原液とした。

【００４５】この紡糸原液を６０℃にて、紡糸口金を通
して直接温度６０℃、５０％のＤＭＳＯ水溶液中に吐出
させて凝固糸とした。そして、この凝固糸条を水洗し、
温水中で４倍に延伸した後に変性シリコン系化合物を主
成分とする油剤を付与し、１５０℃の加熱ロールを用い
て乾燥、および緻密化した。さらに加圧スチーム中で３
倍に延伸して、単繊維繊度１．０ｄ、フィラメント数１
２０００本のアクリル系プリカーサー繊維糸条を得た。
ΔＬは５３であった。

【００４６】このプリカーサーを空気中２２０〜３００
℃の温度で延伸比０．９４で処理し、実質的に無撚の耐
炎化繊維束とした。この耐炎化繊維束を２本引き揃えて
トータル２４０００本のフィラメント数からなる繊維束
とした後、窒素雰囲気中、最高温度１４５０℃、３００
〜６００℃の温度域および１０００〜１３００℃の温度
域における昇温速度をいずれも８００℃／分以下として
炭素化処理した。１０００〜１４５０℃における延伸比
は０．９６とした。引き続き、水溶液中で電解表面処理
した後、エポキシ樹脂を主成分としたエマルジョン溶液
中に導入し、乾燥後の付着量が１．５重量％となるよう
に、サイジング剤を付与して、ボビンに巻き取った。

【００４７】得られた炭素繊維束を用い、ＦＷ法で次の
ようにしてボンベを作製した。先ず、炭素繊維束が巻き
取られたボビンをクリールに仕掛け、クリールから繊維
束を引き出してエポキシ樹脂に含浸させた後、金属製マ
ンドレル（直径９２ｍｍ、容量２０００リットル）に、
ＦＷ法にて糸速３０ｍ／分、張力２ｋｇで巻き上げた。
繊維の配向角は±１０／±４５／９０の組合せとした。
この成形の間に、クリールから樹脂含浸槽間で肉眼で２
本に分かれたことを確認できた回数（糸割れ回数）、お
よび発生した糸切れ回数、さらに樹脂含浸槽内および糸
道ガイド類に溜った毛羽を採取して秤量した。なお、樹
脂含浸槽内の毛羽は、残存樹脂を温度４５０℃で焼き飛
ばし、毛羽のみとして秤量した。得られた炭素繊維束の
特性およびＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽
量、ボンベ外観を表１に示す。

【００４８】［実施例２］紡糸原液を４０℃として、紡
糸口金を通して一旦空気中に吐出させ空間を走行させた
後に、温度１０℃、３０％のＤＭＳＯ水溶液中に導入し
て凝固糸としたこと、およびフィラメント数を１８００
０本とした以外は、実施例１と同様にして単繊維繊度
１．０ｄのアクリル系プリカーサー繊維糸条を得た。Δ
Ｌは２９であった。

【００４９】このプリカーサーを空気中２２０〜３００
℃の温度で延伸比０．８８で処理し、実質的に無撚の耐
炎化繊維束とした。この耐炎化繊維束を２本引き揃えて
トータル３６０００本のフィラメント数からなる繊維束
とした後、窒素雰囲気中、最高温度１４００℃、３００
〜６００℃の温度域および１０００〜１３００℃の温度
域における昇温速度をいずれも８００℃／分以下として
炭素化処理した。１０００〜１４００℃における延伸比
は０．９６とした。引き続き、水溶液中で電解表面処理
した後、エポキシ樹脂を主成分としたエマルジョン溶液
中に導入し、乾燥後の付着量が１．５重量％となるよう
に、サイジング剤を付与して、ボビンに巻き取った。

【００５０】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００５１】［実施例３］単繊維繊度を０．７ｄに変更
した以外は、実施例２と同様にして、フィラメント数１
２０００本のアクリル系プリカーサー繊維糸条を得た。
ΔＬは２８であった。

【００５２】このプリカーサー繊維糸条を、３００〜６
００℃の温度域および１０００〜１３００℃の温度域に
おける昇温速度をいずれも７００℃／分以下に変更した
以外は、実施例２と同様にして耐炎化、炭素化処理を行
ない、さらに最高温度２４００℃で黒鉛化繊維に変換し
て、サイジング剤の付着量を２．０重量％とした以外は
実施例２と同様にして、表面処理、サイジング付与しボ
ビンに巻き取った。

【００５３】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００５４】［実施例４］実施例１と同様にして、フィ
ラメント数４８０００本の実質的に無撚の耐炎化繊維束
を得た。

【００５５】この耐炎化繊維束を、４本引き揃えてフィ
ラメント数４８０００本とし、１０００〜１４５０℃に
おける延伸比を０．９１、３００〜６００℃の温度域お
よび１０００〜１３００℃の温度域における昇温速度を
いずれも７００℃／分以下として炭素化処理した以外は
実施例１と同様にして、炭素繊維束を得た。

【００５６】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００５７】［実施例５］繊維束の引揃え場所を炭素化
処理後に変更し、サイジング付着量を７．０重量％に変
更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維束を得
た。

【００５８】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００５９】［実施例６］プリカーサー繊維糸条のフィ
ラメント数を３０００本、サイジング付着量を０．１重
量％とした以外は、実施例１と同様にしてフィラメント
数６０００本の炭素繊維束を得た。

【００６０】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００６１】［実施例７］単繊維繊度を１．２ｄに変更
した以外は、実施例１と同様にして、フィラメント数１
２０００本のプリカーサー繊維糸条を得た。ΔＬは７０
であった。

【００６２】得られたプリカーサー繊維糸条は、耐炎化
延伸比を１．０１、３００〜６００℃の温度域および１
０００〜１３００℃の温度域における昇温速度をいずれ
も９００℃／分以下とした以外は、実施例１と同様にし
て、フィラメント数２４０００本の炭素繊維束を得た。

【００６３】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００６４】［比較例１］繊維束の引揃えの場所をサイ
ジング乾燥後に変更した以外は実施例１と同様にしてフ
ィラメント数２４０００本の炭素繊維束を得た。

【００６５】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００６６】［実施例８］サイジング付着量を１５．０
重量％とした以外は、実施例１と同様にして、フィラメ
ント数２４０００本の炭素繊維束を得た。

【００６７】得られた炭素繊維束を用いて実施例１と同
様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性およ
びＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボン
ベ外観を表１に示す。

【００６８】［実施例９］炭素化処理での、３００〜６
００℃の温度域および１０００〜１３００℃の温度域に
おける昇温速度をいずれも１２００℃／分以下とした以
外は、実施例１と同様にして、フィラメント数２４００
０本の炭素繊維束を得た。

【００６９】得られた炭素繊維束を用いて、実施例１と
同様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性お
よびＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボ
ンベ外観を表１に示す。

【００７０】［実施例１０］炭素化処理での１０００〜
１４５０℃における延伸比を１．０１とした以外は、実
施例１と同様にして、フィラメント数２４０００本の炭
素繊維束を得た。

【００７１】得られた炭素繊維束を用いて、実施例１と
同様にＦＷ成形を行った。得られた炭素繊維束の特性お
よびＦＷ成形時の糸割れ回数、糸切れ回数、毛羽量、ボ
ンベ外観を表１に示す。

【００７２】

【表１】 表１中、Ｓｚは、サイジング剤を意味する。

【００７３】また、表１中、ＦＷ成形品の外観評価結果
の記号の意味は、次の通りである。 Ａ：良好 Ｂ：アラインメントが不揃い Ｃ：単繊維の糸切れが多い

【００７４】

【発明の効果】本発明の炭素繊維束は、ＦＷあるいはＰ
Ｔ成形などの高次加工におけるクリール数の増大を軽減
することができ、また、クリールから引き出される炭素
繊維束がもともと太物であるため高次加工での糸切れが
軽減できる。また、本発明の炭素繊維束は、ＦＷあるい
はＰＴ成形工程で要求される高ハンドリング性、高樹脂
含浸性、成形に適した繊維束の太さとすることができ、
成形速度を高く、かつ成形時間を短く設定することがで
きる。さらにＦＷあるいはＰＴ成形により得られる複合
材料の外観形状損なうことなく炭素繊維の特性を反映し
うることができ、ボンベ、車両甲板などのＦＷ、ＰＴ成
形法による製造に好適に利用することができ、工業的価
値が極めて高い。

【００７５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において用いる糸切れ限界張力、および
糸割れ率を測定するための装置の概略側面図である。

【００７６】

【図２】本発明において糸割れ率を評価する際の炭素繊
維束を示す概略図である。

【００７７】

【符号の説明】

ａ：張力調整可能なクリール ｂ：炭素繊維束 ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４：表面梨地の回転ローラ（直径
１５ｍｍφ） ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４：表面平滑度３Ｓのステンレス
棒（直径１５ｍｍφ） ｅ：樹脂槽 ｆ：樹脂のメチルエチルケトン溶液 ｇ：ドラム（直径７５０ｍｍφ） ｈ：樹脂が含浸されて、ドラムに巻かれた後の炭素繊維
束 ｉ：糸割れしている長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−314786（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−2279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−71479（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225373（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 9/12 - 9/32 D01F 11/00 - 11/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に無撚の耐炎化繊維束または不融化
   繊維束の複数本を、炭素化処理前または炭素化処理中に
   引き揃えて炭素化処理した後、サイジング剤を付与し巻
   き取ることを特徴とする炭素繊維束の製造方法。
2. 【請求項２】実質的に無撚の炭素繊維束の複数本を引き
   揃えた後、サイジング剤を付与し巻き取ることを特徴と
   する炭素繊維束の製造方法。