JPH0376869A - 炭素繊維の気相表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭素繊維の気相表面処理方法、特に引張強度
を大幅に向上させることのできる炭素繊維の気相表面処
理方法に関する。

［従来の技術］ 近年炭素繊維の用途開発が進むとともに、高強度化の要
求が強くなっている。

従来の気相表面処理技術では、例えば特公昭５１−７２
３５号公報でアクリル系炭素繊維に燐または燐化合物を
付着させた後、酸素含有雰囲気中で加熱処理する方法、
また特開昭６０−４７０３３号公報で炭素繊維をハロゲ
ン化水素ガス、酸素ガスおよび残部が不活性ガスより構
成される雰囲気中で加熱処理する方法などが知られてい
る。しかし、これらの方法は炭素繊維と樹脂との接着力
を向上させる効果はあるものの、引張強度を向上させる
効果は非常に小さく、事実これらの方法で得られた炭素
繊維の強度レベルも２００〜４００ｋｇ／ｍｍ２程度と
低レベルのものが示されているにすぎない。

かかる従来技術に対して１本発明者らは引張強度を大幅
に向上させ、かつ強度レベルが６００ｋｇ／ｍｍ２以上
と非常に高い炭素繊維が得られる気相表面処理技術を鋭
意検討し、本発明に至った。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、上記従来技術では達成し得なかった引
張強度向上幅が太きく　６００　ｋｇ／ｍｍ２以上の強
度レベルの高い炭素繊維を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記課題は、炭素繊維を１８０〜３００℃に保
たれた５〜６０容量％の二酸化窒素および４０〜９５容
量％の不活性ガスからなり、かつ酸素濃度が１０容量％
以下である雰囲気中で加熱することを特徴とする炭素繊
維の気相表面処理方法によって解決することができる。

すなわち本発明方法において、炭素繊維としてはアクリ
ル系、ピッチ系およびレーヨン系などの従来公知の炭素
繊維あるいは黒鉛化繊維を用いることができるが、気相
表面処理によって大幅な引張強度向上効果を得るために
は、大きな異物やボイドといった内部欠陥のない炭素繊
維あるいは黒鉛化！Ｉｎが好ましい。通常は焼成したま
まの表面処理あるいはサイジング処理の施してない炭素
繊維を用いるのが一般的であるが、公知の表面処理ある
いはサイジング処理を施した炭素繊維も用いることがで
きる。

単繊維径としては好ましくは１０μｍ以下、より好まし
くは７μｍ以下の細繊度炭素繊維が物性上有利である。

フィラメント数としては１００〜１０００００本を採ｍ
できるが、糸束内の単繊維間バラツキおよび生産性等を
考慮すると、１０００〜５００００本程度が好ましい。

かかる炭素繊維を、１８０〜３００℃に保たれた５〜６
０容量％の二酸化窒素および４０〜９５容量％の不活性
ガスからなり、かつ酸素濃度が１０容量％以下である雰
囲気中で加熱することが必須である。処理方式としては
、バッチ処理および連続処理のいずれでも良いが、生産
性の面から連続処理が好ましい。

加熱温度が１８０’Ｃ未満では酸化が不十分で引張強度
が向上せず、また３００℃を越えると酸化が過度となっ
て表面に欠陥が生じ引張強度が低下してしまう。安定し
て引張強度向上効果を得るためには好ましくは２００〜
２８０’Ｃ，より好ましくは２２０〜２６０℃である。

加熱雰囲気としては、５〜ｂ 窒素および４０〜９５容量％の不活性ガスがらなり、か
つ酸素濃度が１０容量％以下であることが重要である。

二酸化窒素の濃度が５容量％未満では、酸化処理効果が
不十分であり、また６０容量％を越えると酸化処理が過
度になるとともに、ガスのコストが高くなって不経済と
なり好ましくない。安定して引張強度向上効果を得るた
めには、二酸化窒素の濃度が１０〜３０容量％にあるこ
とがより好ましい。不活性ガスとしては、従来公知の窒
素、アルゴン、ヘリウムな゛どを使うことができるが、
コストの面から窒素が好ましい。二酸化窒素および窒素
濃度が上記範囲内であれば他のガスとの混合も可能であ
るが、酸素濃度が１０容量％を越えると酸化が過度とな
って引張強度が低下してしまうので好ましくない。安定
して引張強度向上効果を得るためには、酸素濃度が５容
量％以下にあることがより好ましい。

処理時間については、処理温度に対して最適化すること
が好ましいが、０．１〜１０分、好ましくは０．５〜５
分程度がよい。

得られた炭素繊維は必要に応じて不活性ガスあるいは酸
化性ガス中で加熱するあるいは公知の電解処理などの液
相表面処理を行なうことによって、表面官能基あるいは
結晶性を制御することもできる。

［実施例コ 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

なお、本例中における単繊維引張強度および樹脂含浸ス
トランド物性は、それぞれ以下の方法により求めた値で
ある。

単繊維引張強度 ＪＩＳ−Ｒ−７６０１に規定する単繊維引張試験法に従
って測定した。試長は２５ｍｍ、引張速度１ｍｍ／分、
ｎ数は１００本であった。

樹脂含浸ストランド物性 ”ベークライト”ＥＲＬ−４２２１／三フツ化ホウ素モ
ノエチルアミン（ＢＦ３・ＭＥＡ）／アセトン＝工００
／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土３０℃で３０分間加熱
して硬化させ、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した。

実施例１ アクリロニトリル（ＡＮ）９９．０モル％とメタクリル
酸１．０モル％からなる共重合体を用いて、濃度が２０
重量％のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）溶液を作製
した。この溶液を焼結金属フィルターを用いて口過した
後、温度３０°Ｃに調整し、孔径０，１２ｍｍ、ホー゛
ル数６０００の紡糸口金を通して、温度５０℃、濃度５
０％のＤＭＳＯ水溶液中で凝固させた。凝固糸条を水洗
後、４段の延伸浴で４倍に延伸しシリコーン系油剤を付
与した後、１３０〜１６０℃に加熱されたローラー表面
に接触させて乾燥緻密化し、さらに４゜０　Ｋｇ／ｃｍ
２の加圧スチーム中で２．５倍に延伸して単糸繊度０．
７ｄ、）−タルデニール４２００Ｄの繊維束を得た。

得られた繊維束を２５０〜２７０℃の空気中で、トータ
ル延伸比１．０で加熱し、密度が１．３５ｇ／ｃｍ３の
耐炎化繊維に転換した。得られた耐炎化繊維をさらに引
き続いて最高温度１４００°Ｃの窒素雰囲気中で炭化し
て炭素繊維を得た。その際の３５０〜４５０℃の温度領
域での昇温速度は３００℃／分であった。得られた炭素
繊維は単繊維引張強度および樹脂含浸ストランド強度は
それぞれ５６０　ｋｇ／ｍｍ２および６００　ｋｇ／ｍ
ｍ２であった。

得られた炭素繊維を２５０℃に保たれた２０％の二酸化
窒素および８０％の窒素からなる雰囲気中を連続的に走
行させて加熱処理した。処理張力は３ｏ　ｏ　ｇ　を処
理時間は２分間であった。処理炭素繊維につき、単繊維
引張強度および樹脂含浸ストランド物性を測定した結果
、それぞれ強度６３０ｋｇ／ｍｍ２および６６５　ｋｇ
／ｍｍ２と、いずれも未処理系に対して十約７０　ｋｇ
／ｍｍ２と大幅に向上した。

実施例２〜４．比較例１〜５ 実施例１で得られた炭素繊維を用いて条件を表１のよう
に変えて気相表面処理した。得られた炭素繊維の特性を
表１に示す。

（以下余白） ［発明の効果コ 本発明により、気相表面処理を行なうことにより引張強
度を６００　ｋｇ／ｍｍ２以上と大幅に向上させること
が可能となり、よって航空宇宙用途で要求される高強度
炭素繊維の分野で特に有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維を１８０〜３００℃に保たれた５〜６０容量％
   の二酸化窒素および４０〜９５容量％の不活性ガスから
   なり、かつ酸素濃度が１０容量％以下である雰囲気中で
   加熱することを特徴とする炭素繊維の気相表面処理方法
   。