JPH05247730A - 開繊性に優れた高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えばプリプレグを製造する際の糸扱い性を
良好にすることが可能な、繊維束の繊維の融膠着度が低
く且つ直線性も良い開繊性に優れた高強度、高弾性率ピ
ッチ系炭素繊維及びその製造方法を提供することであ
る。 【構成】 繊維束の繊維の融膠着度が５％以下で、繊維
の直線度が９５％以上であり、繊維の引張強度が３５０
ｋｇ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ² 以
上の特性を有する構成とした。 【効果】 融膠着度が低く直線度が高くて開繊性に優れ
るので、プリプレグを製造する際に繊維束の繊維を良好
に開繊でき、優れた糸扱い性で炭素繊維をプリプレグに
使用する樹脂層上に整然と配列して、良好なプリプレグ
を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度、高弾性率ピッ
チ系炭素繊維及びその製造方法に関し、特に繊維の融膠
着度が低く且つ繊維の直線性が良い開繊性に優れた高強
度、高弾性率ピッチ系炭素繊維及びその製造方法に関す
る。本明細書にて「炭素繊維」とは特に明記しない場合
には炭素繊維のみならず黒鉛繊維をも含めて使用する。

【０００２】

【従来の技術】石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質
ピッチから製造されるピッチ系炭素繊維は、現在最も多
量に製造されているＰＡＮ系やレーヨン系の炭素繊維に
比較して炭化収率が高く、弾性率等の物理的特性も優れ
ており、更に低コストにて製造し得るという利点を有し
ているために近年注目を浴びている。

【０００３】現在、ピッチ系炭素繊維は、概略、次のよ
うな方法で製造されている。即ち、（１）石油系ピッ
チ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適した炭素質ピッチ
を調製し、該炭素質ピッチを加熱溶融して紡糸機にて紡
糸してピッチ繊維を製造して収束し、これを、通常、撚
りかけずに合糸してピッチ繊維束と為した後、（２）ピ
ッチ繊維を不融化炉にて酸化性雰囲気下にて１５０〜３
５０℃までに加熱して不融化し、（３）次いで、得られ
た不融化繊維を予備炭化炉にて不活性雰囲気下にて１３
００℃以下で予備炭化し、（４）次いで、得られた予備
炭化繊維を３０００℃以下にまで加熱焼成して炭化（黒
鉛化を含む）すること、により製造されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、テンション
付与下に、ピッチ繊維を連続不融化し、連続予備炭化
し、連続炭化を行なえば、繊維に屈曲のない直線性の良
い炭素繊維が得られるが、その反面、炭素繊維の繊維束
は繊維（フィラメント）の融膠着度が高く、開繊性が悪
くなる欠点があった。

【０００５】そこで、ピッチ繊維の不融化を、テンショ
ンを付与せずに繊維を金網のカゴの中に堆積せしめ、所
謂ケンス状で行なう方法もある。しかし、この方法では
繊維の融膠着度を低くくできるものの、不融化をテンシ
ョン無しで行なっているので、例え予備炭化時及び炭化
時にテンションを付与して炭素繊維の直線性を改善する
ようにしても、繊維に屈曲が残って直線性が悪くなり、
結果として炭素繊維の開繊性が同様に悪くなる。

【０００６】又ピッチ繊維を搬送用ベルト上に載せて、
テンションの付与無しに不融化し、予備炭化をする方法
もあるが、この場合にも、テンション無しに不融化及び
予備炭化を行なうために直線性が十分でなく、炭素繊維
の繊維束は繊維の交絡や屈曲が残り、繊維の開繊性が悪
い欠点があった。

【０００７】又フィラメント数が６０００以上の場合に
は、不融化、予備炭化中に繊維束内への蓄熱が起こり易
いので、融膠着が著しく高くなり、特に開繊性が悪化す
る欠点があった。

【０００８】繊維の開繊性が悪く、適度にバラけた繊維
を得ることができないと、例えばプリプレグやそれによ
る複合材料を製造する際の糸扱い性が悪くなり、プリプ
レグに使用する樹脂層上に繊維を整然と配列できなくな
るために、良好なプリプレグが得られなくなる等の問題
が生じる。

【０００９】特に近年では、成形品の軽量化、高性能化
に伴い、プリプレグの超薄物、厚みの均一性への要求が
一段と増大して来ており、プリプレグの原料となる炭素
繊維の開繊性の向上が切望されて来た。

【００１０】従って本発明の目的は、繊維束が６０００
以上のフィラメント数を有する場合においても、例えば
プリプレグを製造する際の糸扱い性を良好にすることが
可能な、繊維束の繊維の融膠着度が低く且つ繊維の直線
性も良い開繊性に優れた高強度、高弾性率ピッチ系炭素
繊維及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
ピッチ系炭素繊維及びその製造方法にて達成される。要
約すれば本発明は、繊維束の融膠着度が５％以下で、繊
維の直線度が９５％以上であり、繊維の引張強度が３５
０ｋｇ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ²
以上であることを特徴とする開繊性に優れた高強度、高
弾性率ピッチ系炭素繊維である。好ましくは、繊維束の
フィラメント数は５００〜５００００である。

【００１２】又本発明は、接触分解タール或いは芳香族
炭化水素類を原料として得たメソフェースピッチ又はこ
れらの混合物からなるメソフェースピッチを溶融紡糸
し、得られたピッチ繊維を集束し合糸して繊維束と為し
て耐熱性油剤を付与した後、前記ピッチ繊維を酸化性ガ
ス雰囲気中でテンション付与下に極く短時間加熱して前
処理し、続いて前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中で
テンション付与下に加熱して不融化し、得られた不融化
繊維を微量酸素含有雰囲気中でテンション付与下に予備
炭化し、然る後に得られた予備炭化繊維をテンション付
与下に加熱して炭化することを特徴とする開繊に優れた
高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維の製造方法である。

【００１３】好ましくは、不融化の前処理に使用する酸
化性ガスが、オゾンを含む空気、ＮＯｘを含む空気又は
酸素濃度が２０〜１００％のガスであり、不融化の前処
理時間が０．２〜５分であり、予備炭化に使用する微量
酸素含有雰囲気中の酸素濃度が１００〜３００００ｐｐ
ｍである。又ピッチ繊維の繊維束はフィラメント数が１
０００〜５００００であり、焼成により炭素繊維を得た
後にその炭素繊維の繊維束をフィラメント数が５００〜
１０００のフィラメントの繊維束に分繊することができ
る。

【００１４】本発明者等は、繊維束の繊維（フィラメン
ト）の融膠着度が低く且つ繊維の直線性も良い開繊性に
優れた高強度、高弾性率ピッチ系炭素繊維を得るべく鋭
意研究を重ね、原料ピッチの選択、不融化の前処理の付
加、不融化、予備炭化及び炭化（黒鉛化）の各工程を検
討した。

【００１５】その結果、（１）特定の原料ピッチを使用
し、（２）繊維の直線性を良くするために、ピッチ繊維
の不融化以下、予備炭化繊維の炭化までをテンション付
与下に連続処理で行ない、（３）テンション付与下での
連続処理による繊維の融膠着を防ぐために、不融化処理
の前にピッチ繊維に酸化性ガス雰囲気中での予備的な不
融化前処理を加え、又不融化繊維の予備炭化を微量酸素
含有雰囲気中で行なうこと、以上により、炭化後に融膠
着度が低く且つ直線性も良い開繊性に優れた高強度、高
弾性率ピッチ系炭素繊維が得られることが分かった。

【００１６】本発明によるピッチ系炭素繊維は、繊維束
の繊維の融膠着度が１０％以下で、繊維の直線度が９０
％以上の低融膠着、高直線性を有し、繊維束の繊維の開
繊性に優れ、繊維の引張強度が３５０ｋｇ／ｍｍ² 以
上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ² 以上の高強度、高
弾性を備える。

【００１７】上記において、繊維の融膠着度は、炭素繊
維束を１．５ｍｍ幅に切り取り、これをエタノールに浸
漬して３０秒間エアーを吹き込み、その後顕微鏡下で５
０倍の倍率で融膠着しているフィラメントの本数（Ｎ）
を数えることにより、 融膠着度（％）＝（Ｎ／Ｘ）×１００ 但し、Ｘ：観察したフィラメント総数（５００本以上） の式にて求めた。

【００１８】又繊維の直線度とは、炭素繊維束を１．５
ｍｍ幅に切り取り、顕微鏡下で観察して、屈曲していな
いフィラメントの本数（Ｍ）を数え、 直線度（％）＝（Ｍ／Ｘ）×１００ 但し、Ｘ：観察したフィラメント総数（５００本以上） の式により求めた。

【００１９】尚、直線度は、繊維束の長手方向に１０ｃ
ｍ間隔で１０か所サンプリングしてそれぞれのサンプル
の繊維の直線度を求め、その平均値を採用した。

【００２０】炭素繊維の開繊性を向上して、プリプレグ
にする際の糸扱い性を良好にするには、繊維束は繊維
（フィラメント）の融膠着度が１０％以下であることが
必要である。本発明の炭素繊維は、上記したように、繊
維束の繊維の融膠着度が１０％以下となっており、好ま
しくは５％以下となっている。

【００２１】又炭素繊維の直線度は、開繊性を向上し、
糸扱い性を良好にするためには９０％以上が必要である
が、本発明の炭素繊維は、上記したように、直線度が９
０％以上となっており、好ましくは９５％以上となって
いる。

【００２２】炭素繊維は、繊維束の繊維の融膠着度が１
０％を超えても、又繊維の直線度が９０％を下回って
も、いずれの場合にも繊維の開繊性を向上できず、糸扱
いが悪化して、プリプレグに使用する樹脂層上に繊維を
整然と配列できず、良好なプリプレグを得ることができ
ない。

【００２３】このような特性の炭素繊維は、以下のよう
にして得られる。

【００２４】先ず、ピッチとしては、石油系の各種重質
油、熱分解タール、接触分解タール、石炭の乾溜によっ
て得られる重質油、タールなどを原料として、その熱分
解重縮合により得られるメソフェースピッチ（光学的異
方性ピッチ）を使用することができるが、好ましくは接
触分解タールを原料とするものがよい。

【００２５】更に好ましいピッチとしては、弗化水素、
三弗化硼素触媒の存在下で芳香族炭化水素類（縮合多環
水素又はこれらを含有するピッチ原料）を重合して得ら
れるメソフェースピッチを使用することができる。

【００２６】更にメソフェースピッチとしては、上記の
接触分解重縮合により得たメソフェースピッチと、芳香
族炭化水素類を原料として弗化水素、三弗化硼素触媒の
存在下で重合して得られるメソフェースピッチとを混合
したメソフェースピッチを使用することができる。

【００２７】メソフェースピッチとして使用するピッチ
のメソフェースピッチ含有量は、メソフェースピッチが
７０〜１００％が好ましく、特に実質的に１００％のメ
ソフェースピッチを含有するピッチが好ましい。

【００２８】メソフェースピッチの軟化点は、１８０〜
４００℃のものが使用できるが、本発明には、好ましく
は軟化点が２５０℃以上、更に好ましくは２７０℃以上
であるものが良い。

【００２９】上記のピッチは、加熱溶融して周知の方法
によって１〜２０００本、好ましくは５０〜１０００本
のフィラメントに紡糸される。

【００３０】上記のようにして紡糸された多数フィラメ
ントは、通常通り、各フィラメントに通常オイリングロ
ーラを使用して集束剤を付与しながら集束されて、１本
の糸条としてボビンに巻取られる。

【００３１】集束剤としては、例えば水、エチルアルコ
ール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコー
ル、ブチルアルコール等のアルコール類又は粘度５〜１
０００ｃｓｔ（２５℃）のジメチルポリシロキサン、ア
ルキルフェニルポリシロキサン等を、低沸点のシリコー
ン油（ポリシロキサン）又はパラフィン油等の溶剤で稀
釈したもの、又は乳化剤を入れて水に分散させたもの；
同様にグラファイト又はポリエチレングリコールやヒン
ダードエステル類を分散させたもの；界面活性剤を水で
稀釈したもの；その他通常の繊維、例えばポリエステル
繊維に使用される各種油剤のうちピッチ繊維を犯さない
ものを使用することができる。

【００３２】集束剤のピッチ繊維への付与量は、通常
０．０１〜１０重量％とされるが、特に０．０５〜５重
量％が好ましい。

【００３３】上述のようにして一旦ボビンに巻取られた
多数のフィラメントから成る糸条は、複数個の、例えば
２〜５０個のボビンを同時に解舒することによって、又
は複数回に分けて、例えば１回目は２〜１０本を、次い
で残余分をといつたように、解舒、合糸を繰返し行なう
ことによつて、２〜５０本の糸条を合束（合糸）し、１
００〜５００００本、好ましくは５００〜１００００本
のフィラメントからなるピッチ繊維が製造され、他のボ
ビンに巻取られる。

【００３４】斯る合糸時に、不融化時及び予備炭化時の
処理を考慮してピッチ繊維に耐熱性の油剤が付与され
る。耐熱性の油剤としては、アルキルフェニルポリシロ
キサンが好ましく、フェニル基を５〜８０％、好ましく
は１０〜５０％含み、又、アルキル基としてはメチル
基、エチル基、プロピル基が好ましく、同一分子に２種
以上のアルキル基を有していても良い。又、粘度は２５
℃にて１０〜１０００ｃｓｔのものが使用される。更に
後述するような酸化防止剤を添加することもできる。

【００３５】他の好ましい油剤としては、ジメチルポリ
シロキサンに酸化防止剤を入れたものが使用可能であ
り、粘度としては２５℃で５〜１０００ｃｓｔのものが
好ましい。酸化防止剤としては、アミン類、有機セレン
化合物、フェノール類等、例えばフェニル−α−ナフチ
ルアミン、ジラウリルセレナイド、フェノチアジン、鉄
オクトレート等を挙げることができる。これらの酸化防
止剤は、上述したように、更に耐熱性を高める目的で上
記アルキルフェニルポリシロキサンに添加することも可
能である。

【００３６】更に、好ましい油剤としては、上記各油剤
を沸点が６００℃以下の界面活性剤を用いて、乳化した
ものを使用することもできる。このとき界面活性剤とし
ては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレン変性
シリコーン、ポリオキシアルキレン変性シリコーン等を
使用し得る。

【００３７】これら油剤は、ローラ接触、スプレー塗
布、泡沫塗布等により、ピッチ繊維に０．０１〜１０重
量％、好ましくは０．０５〜５重量％が付与される。

【００３８】上述のように、合糸されたピッチ繊維に耐
熱性油剤を付与することにより、該ピッチ繊維は強度が
著しく強くなり糸扱い性が極めて向上する。

【００３９】さて、繊維束とされたピッチ繊維は耐熱性
油剤を付与後不融化されるが、本発明では、それに先立
って不融化前処理として、高酸化性ガス雰囲気を有する
前処理炉内にピッチ繊維束を線状で連続的に通して、１
３０〜２２０℃で極く短時間加熱することにより、ピッ
チ繊維を予備的に不融化する。これによりピッチ繊維の
表面を酸化し、ピッチ繊維の表面にスキン層を形成し
て、以後の不融化、予備炭化及び炭化工程においてピッ
チ繊維間の融膠着が起こりづらくすると共に、ピッチ繊
維の内部の結晶性を大とし、炭素繊維の弾性率を高くす
るのに有利とするためである。

【００４０】これによる結果として、炭化後の炭素繊維
に融膠着度を減少することができ、複合材料にする際の
糸扱い性が良好な炭素繊維を得ることができる。

【００４１】酸化性ガスとしては、オゾン、ＮＯｘ、Ｓ
Ｏｘ、塩素等のハロゲンガスを含む空気を用いる。オゾ
ン、ＳＯｘ、ＮＯｘを含む空気と酸素の混合ガスを用い
てもよく、オゾン、ＳＯｘ、ＮＯｘを含む酸素ガスを使
用することもできる。

【００４２】オゾンを使用する場合、オゾンを含む酸素
含有雰囲気中のオゾン含有量は、十分な反応効果を得る
ために０．１ｗｔ％以上必要であるが、１０ｗｔ％を超
えると過度の反応が起こり易く、予備的な不融化の目的
が達成されない等の問題が生じるので、０．１〜１０ｗ
ｔ％の範囲が良く、好ましくは０．３〜５ｗｔ％とす
る。

【００４３】前処理の雰囲気としては、酸素濃度２０〜
１００％の酸化性ガスを用いても良い。この例として空
気、空気と酸素の混合ガス又は酸素ガスが用いられる。

【００４４】不融化の前処理における処理温度は、上記
したように１３０〜２２０℃とする。１３０℃未満であ
ると、反応速度が遅く、ピッチ繊維の表面のみを選択的
に酸化するのが困難であり、逆に反応温度が２２０°を
超えると、ピッチ繊維が融膠着を起こすので好ましくな
い。

【００４５】前処理の時間はスキン層のみを酸化させる
必要があることから５分以下であり、好ましくは０．２
〜５分とされる。

【００４６】次いで、前処理したピッチ繊維の繊維束を
前処理炉に続く酸素濃度２０〜１００％の酸化性ガス雰
囲気の不融化炉内に連続的に線状で通して、ピッチ繊維
を速い昇温速度で最高温度２５０〜３５０℃まで加熱焼
成することにより不融化する。

【００４７】不融化時の加熱最高温度２５０〜３５０℃
までの昇温速度は、本発明では、既に前処理によりピッ
チ繊維の表面スキン層を酸化して安定化しているので、
不融化を急速に行なうことができることから、２〜４０
℃／分の速い速度とする。従って不融化時間も短時間と
され、３０分以下、好ましくは２〜２０分とされる。

【００４８】不融化炉内の温度は２５０〜３５０℃の範
囲内のある一定温度とすることもできるが、炉入口より
炉出口にかけて２５０℃から３５０℃へと次第に増大す
る温度勾配を有するように設定することもできる。

【００４９】本発明に従えば、前処理時及び不融化時
に、繊維には張力をかけずに処理を行なうことができる
が、不融化炉内での繊維束のたるみによる炉底、炉壁を
擦ることにより生じる引き摺り傷の発生防止、及び繊維
束の外観が良く且つ引張強度、引張弾性率などの炭素繊
維の物性向上に寄与させるために、１フィラメント当た
り０．００１〜０．２ｇの張力をかけながら前処理及び
不融化を行なうことが好ましい。

【００５０】以上のようにして、ピッチ繊維を前処理
し、不融化して得られた不融化繊維の繊維束は、微量酸
素含有雰囲気とされた予備炭化炉内に通して予備炭化さ
れる。

【００５１】不活性ガスに含まれる微量酸素の含有量
は、１００〜３００００ｐｐｍであることが好ましく、
最高温度５００〜１３００℃まで加熱して予備炭化され
る。

【００５２】上記の微量酸素含有雰囲気中の酸素濃度が
１０ｐｐｍ未満であると、酸素が少な過ぎて不融化繊維
束の繊維（フィラメント）間の融膠着を有効に解除する
ことができない。一方、酸素濃度が３００００ｐｐｍを
超えると、酸素が多過ぎて維を過度に酸化して、繊維の
中心部まで酸化を進行させてしまい、炭素繊維の物性を
大きく低下させる原因となる。従って本発明では、微量
酸素含有雰囲気中の酸素濃度は、１００〜３００００ｐ
ｐｍの範囲内とする。

【００５３】上記微量酸素含有雰囲気は、従来の予備炭
化で用いられているアルゴン、窒素等の不活性雰囲気中
に酸素を１００〜３００００ｐｐｍとなるように含有さ
せることにより調製される。

【００５４】このような微量酸素含有雰囲気下で不融化
繊維を加熱すると、繊維が予備炭化されると同時に、そ
の含有酸素により各繊維表面上の融膠着原因物質が酸
化、除去され、繊維表面のみが軽度に酸化された状態で
繊維の融膠着が解除される。又表面を軽度に酸化された
繊維は、理由は定かではないが、物性が低下するどころ
か返って向上する。従って本発明では、予備炭化により
得られた予備炭素繊維を焼成することにより、繊維束の
繊維間に融膠着が実質的に全く見られない高品質の炭素
繊維を製造することが可能となる。

【００５５】不融化繊維を加熱する微量酸素含有雰囲気
の加熱温度は、従来と同様、最高温度５００〜１３００
℃とされる。加熱温度が、最高５００℃に至らない場合
は、ピッチ繊維を有効に予備炭化することができず、逆
に最高１３００℃を超える場合は、不融化繊維を過度に
酸化してしまい、予備炭化の目的を果たせない。

【００５６】微量酸素含有雰囲気下、最高温度５００〜
１３００℃での不融化繊維の加熱時間は、１〜２０分と
される。加熱時間が１分未満では、不融化繊維を十分に
予備炭化することができず、逆に２分を超えると、不融
化繊維の予備炭化は問題ないものの、雰囲気中に含有さ
せた酸素による酸化が繊維表面に留まらず、中心部まで
進行してしまい、炭素繊維の物性低下を招くことにな
る。従って加熱時間は１〜２０分とすることが好まし
い。

【００５７】以上のような微量酸素含有雰囲気下での加
熱によって不融化繊維は、予備炭化されると同時に、繊
維表面の融膠着原因物質が酸化、除去され、繊維間の融
膠着が解除される。

【００５８】本発明では、微量酸素含有雰囲気下での不
融化繊維の予備炭化によって、酸化、除去された融膠着
原因物質を繊維表面上から取り除くために、予備炭化に
よって得られた予備炭化繊維をアルカリ性の洗浄液で洗
浄することが好ましい。アルカリ性洗浄液としては、Ｎ
ａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ₃ ＮａＨＣＯ₃ 、ＫＨＣＯ₃ 等の
水溶液を使用することができる。

【００５９】このようなアルカリ性洗浄液で予備炭化繊
維を洗浄すると、繊維束の各繊維表面上で酸化、除去さ
れた融膠着原因物質が洗浄液に溶解して、繊維表面から
取り除かれる。従って例え次の工程で予備炭化繊維束が
再度集束され、そして焼成されたとしても、繊維間に融
膠着或いは融膠着が発生することがない。

【００６０】上記の予備炭化処理は、例えば５００℃と
いうような定温炉で行なってもよく、炉入口部から出口
部にかけて３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、
１１００℃というように、段階的に高くした温度が保持
された温度傾斜炉で行なってもよい。

【００６１】予備炭化処理は、繊維の直線性を向上させ
るために、１フィラメント当たり０．００１〜０．２０
ｇのテンションを付与しながら実施される。

【００６２】以上のようにして、不融化繊維の予備炭化
を行なったら、得られた予備炭化繊維の繊維束を続いて
炭化炉で不活性ガス雰囲気下にて、最高温度１８００〜
３０００℃まで加熱して、炭化し、黒鉛化する。

【００６３】炭化処理は、予備炭化繊維束の炉への通糸
性を向上し且つ得られる炭素繊維の直線性を向上させる
ために、１フィラメント当たり０．００１〜２．０ｇの
テンションを付与しながら実施される。

【００６４】本発明の炭素繊維は以上のようにして製造
され、これにより、繊維束の繊維の融膠着度が１０％以
下で、繊維の直線性が９０％以上の低融膠着、高直線性
を有し、繊維束の開繊性に優れ、繊維の引張強度が３５
０ｋｇ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ²
以上の高強度、高弾性率を有する炭素繊維が得られる。

【００６５】本発明で得られる炭素繊維は、繊維束の繊
維の融膠着度が極めて低く、繊維の直線性が良いので、
フィラメント数が多めの１０００〜５００００フィラメ
ントのピッチ繊維束を使用し、その予備炭化後の炭化に
よって得られる１０００〜５００００フィラメントの炭
素繊維束を分繊することによって、繊維束のフィラメン
ト数が５００〜１００００フィラメントの炭素繊維を容
易に得ることができる。

【００６６】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００６７】実施例１ 、接触分解タールを原料とし、熱分解重縮合により得た
光学的異方性相９８％からなる軟化点２８０℃の炭素繊
維用ピッチを、５００孔の紡糸口金を有する溶融紡糸機
（ノズル孔径：直径０．３ｍｍ）に通し、３３０℃で押
出して紡糸した。

【００６８】紡糸した５００本のフィラメントは、エア
ーサッカーで略集束してオイリングローラに導き、糸に
対して約０．２重量％の割合で集束用油剤を供給し、５
００フィラメントから成るピッチ繊維を形成した。油剤
としては、２５℃における粘度が１４ｃｓｔのメチルフ
ェニルポリシロキサンを使用した。

【００６９】該ピッチ繊維は、ノズル下部に設けた高速
で回転するボビンに巻き取り、約５００ｍ／分の巻き取
り速度で１０分間紡糸した。

【００７０】次いで、ピッチ繊維を巻いた前記ボビン６
個を解舒し、そしてオイリングローラを使用して耐熱性
油剤を付与しながら合糸し、３０００フィラメントから
成るピッチ繊維束を形成し、他のステンレス製ボビンに
巻取った。

【００７１】合糸時に油剤としては２５℃で４０ｃｓｔ
のメチルフェニルポリシロキサン（フェニル基含有量４
５モル％）を使用した。付与量は糸に対し０．５％であ
った。

【００７２】このようにして得た、ボビン巻のピッチ繊
維束をボビンから解舒しつつ、不融化の前処理炉へと送
給した。

【００７３】炉内の雰囲気はオゾン３％を含む酸素／窒
素＝６０／４０の富酸素雰囲気であった。温度は１９０
℃、前処理時間は１．０分であった。

【００７４】このピッチ繊維束を前処理炉に続く、炉入
口温度１９０℃、最高温度２９５℃の温度勾配を持つオ
ゾンを含まない酸素／窒素／＝６０／４０の富酸素雰囲
気の不融化炉に連続的に線状で送給して、ピッチ繊維を
不融化した。昇温速度は８℃／分であり、不融化時間は
１３分であった。ピッチ繊維には１フィラメント当たり
０．００７ｇ（３０００フィラメントの繊維束に対し２
０ｇ）のテンションがかけられた。

【００７５】不融化中、ボビンからのピッチ繊維の解舒
は円滑に行なわれ、不融化炉内での繊維の断糸もなく円
滑に不融化処理ができた。

【００７６】このようにしてピッチ繊維を不融化して得
られた不融化繊維の繊維束は、連続して予備炭化炉へ送
給した。

【００７７】本実施例によれば、予備炭化炉入り口部よ
り４００、５００、６００、７００、１１００℃へと段
階状に上昇する態様にて保持され、且つ炉内を本発明の
範囲内の微量酸素含有雰囲気とするために、５００ｐｐ
ｍの酸素を含有する窒素ガスが供給された。予備炭化に
要した時間は７分であった。

【００７８】予備炭化処理時に、不融化されたピッチ繊
維には１フィラメント当たり０．００７ｇ（３０００フ
ィラメントの繊維束に対し２０ｇ）のテンションがかけ
られた。

【００７９】不融化繊維束は、予備炭化炉内を通糸され
る間に微量酸素含有雰囲気下での加熱により、予備炭化
されると同時に融膠着が解除された。

【００８０】このようにして得られた予備炭化繊維は、
引張強度１５０ｋｇ／ｍｍ² 、引張弾性率が１２ｔｏｎ
／ｍｍ² であった。又予備炭化繊維は、繊維束の融膠着
が除去（脱融膠着）されており、綿状にふわふわとなっ
ていて、しなやかなものであった。この予備炭化繊維
は、繊維束の繊維の融膠着度が２％であった。

【００８１】次に、脱融膠着処理された予備炭化繊維の
繊維束は、通常の方法に従って最高温度２０００℃にセ
ットされた焼成炉に連続的に通して繊維を焼成し、ボビ
ンに巻き取った。焼成時に予備炭化繊維には１フィラメ
ント当たり０．０６７ｇ（３０００フィラメントに対し
て２００ｇ）のテンションが付与された。

【００８２】このようにして得られた炭素繊維は、炭化
前の予備炭化繊維と同様に、融膠着の少ないふわふわし
たしなやかな繊維であり、繊維束の融膠着度は３％であ
った。炭化前に比較すると融膠着度は上昇しているが、
実質的に炭化による融膠着の増加は見られなかった。

【００８３】この繊維の直線性は極めて良好で、直線度
は９９．９％であり、繊維の捩れも見られなかった。

【００８４】この炭素繊維についてＪＩＳ−Ｒ−Ｄ６０
１に規定する樹脂含浸ストランド試験法により樹脂含浸
ストランドの引張強度を測定した結果、そのストランド
強度は３６０ｋｇ／ｍｍ² で、引張弾性率は５７．１ｔ
ｏｎ／ｍｍ² 、伸び率は０．６３％であった。

【００８５】上記の炭素繊維はドラムワインダ装置で一
方向プリプレグを作成し、プリプレグの外観を観察する
と同時に、繊維束１本当たりの糸幅を測定して、プリプ
レグ作成時の開繊性の評価を行なった。樹脂としてはエ
ポキシ樹脂（エピコート８２８）を使用し、巻取り速度
は２ｍ／分であった。

【００８６】この結果、炭素繊維は繊維束の開繊性が良
好であり、開繊により１繊維束当たりの糸幅が５．５ｍ
ｍの極めて薄い均一な繊維層ができ、得られたプリプレ
グの外観は目開きがなく、極めて毛羽の少ないものであ
った。

【００８７】比較例１ 不融化の前処理及び微量酸素含有雰囲気下での予備炭化
処理を実施しなかった以外は、実施例１と同様に処理し
て、炭素繊維を得た。

【００８８】この場合、予備炭化後に得られた予備炭化
繊維は繊維束の融膠着度が４１％であり、２０００℃で
焼成して得られた炭素繊維は繊維束の融膠着度が４５％
であり、炭素繊維の融膠着度は予備炭化繊維のときより
も更に増加していた。予備炭化繊維の直線度は９９．９
％であり、炭化した炭素繊維の直線度も９９．９％で、
繊維の直線性の点は極めて良好であった。

【００８９】この炭素繊維の引張強度は３００ｋｇ／ｍ
ｍ² であり、引張弾性率は４９．０ｔｏｎ／ｍｍ² 、伸
び率は０．６１％であった。

【００９０】上記の炭素繊維を用い、ドラムワインダ装
置で一方向プリプレグを作成したところ、開繊性は悪
く、繊維層は１繊維束当たりの糸幅が３．４ｍｍの厚い
ものになり、実施例１と比べて薄いプリプレグができな
かった。しかし、プリプレグの外観は目開きがなかった
が、無理に開繊するために糸切れが起こり、毛羽立ちは
多いものであった。

【００９１】比較例２ ピッチ繊維をケンス状で実施例１に記載の条件で不融化
処理した。この際、前処理は実施しなかった。

【００９２】引き続き酸素を含有した窒素雰囲気中でケ
ンス状で予備炭化処理を行なった。その後１フィラメン
ト当たり０．０６７ｇのテンションを付与しながら２０
００℃で炭化して炭素繊維を得た。その他は実施例１と
同様に処理した。

【００９３】この場合、予備炭化繊維の引張強度は１４
０ｋｇ／ｍｍ² 、引張弾性率は１２ｔｏｎ／ｍｍ² であ
った。又予備炭化繊維は繊維束の融膠着度が３５％と高
いものであった。この予備炭化繊維の直線度は４５％で
あり、糸に捩れが見られ、繊維束の表面はギザギサした
肌触りの悪いものであった。

【００９４】炭化した繊維の引張強度は２８０ｋｇ／ｍ
ｍ² 、引張弾性率は４４ｔｏｎ／ｍｍ² であり、この繊
維の融膠着度は４１％と予備炭化繊維よりも増加した。
直線度は炭化時にテンションを付与したため、若干改善
されて５８％になった。

【００９５】上記の炭素繊維を用い、ドラムワインダ装
置で一方向プリプレグを作成したところ、開繊性は悪
く、１繊維束当たりの糸幅は３．１ｍｍであった。プリ
プレグの外観は目開きが多く、毛羽立ちの多いものであ
った。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の炭素繊維
は、接触分解タール或いは芳香族炭化水素類を原料とし
て得たメソフェースピッチ又はこれらの混合物からなる
メソフェースピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ繊維
を集束し合糸して繊維束と為して耐熱性油剤を付与した
後、ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中でテンション付与
下に極く短時間加熱して前処理し、続いてピッチ繊維を
酸化性ガス雰囲気中でテンション付与下に加熱して不融
化し、得られた不融化繊維を微量酸素含有雰囲気中でテ
ンション付与下に予備炭化し、然る後に得られた予備炭
化繊維をテンション付与下に加熱して炭化することによ
り製造され、繊維束の融膠着度が５％以下で、繊維の直
線度が９５％以上であり、繊維の引張強度が３５０ｋｇ
／ｍｍ² 以上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ² 以上の
物性を有する。

【００９７】本発明の炭素繊維によれば、繊維束の繊維
の融膠着度が低く且つ繊維の直線度も良くて開繊性に優
れるので、例えばプリプレグを製造する際に繊維束を良
好に開繊でき、優れた糸扱い性で炭素繊維をプリプレグ
に使用する樹脂層上に整然と配列して、良好なプリプレ
グを製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維束の融膠着度が５％以下で、繊維の
   直線度が９５％以上であり、繊維の引張強度が３５０ｋ
   ｇ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が５０ｔｏｎ／ｍｍ² 以上
   であることを特徴とする開繊性に優れた高強度、高弾性
   率ピッチ系炭素繊維。
2. 【請求項２】 接触分解タール或いは芳香族炭化水素類
   を原料として得たメソフェースピッチ又はこれらの混合
   物からなるメソフェースピッチを溶融紡糸し、得られた
   ピッチ繊維を収束し合糸して繊維束と為して耐熱性油剤
   を付与した後、前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中で
   テンション付与下に極く短時間加熱して前処理し、続い
   て前記ピッチ繊維を酸化性ガス雰囲気中でテンション付
   与下に加熱して不融化し、得られた不融化繊維を微量酸
   素含有雰囲気中でテンション付与下に予備炭化し、然る
   後に得られた予備炭化繊維をテンション付与下に加熱し
   て炭化することを特徴とする開繊に優れた高強度、高弾
   性率ピッチ系炭素繊維の製造方法。