JPH0813255A - 超高弾性率かつ高強度を有する炭素繊維とその製造方法 - Google Patents
超高弾性率かつ高強度を有する炭素繊維とその製造方法Info
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- JPH0813255A JPH0813255A JP6153580A JP15358094A JPH0813255A JP H0813255 A JPH0813255 A JP H0813255A JP 6153580 A JP6153580 A JP 6153580A JP 15358094 A JP15358094 A JP 15358094A JP H0813255 A JPH0813255 A JP H0813255A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超高弾性率であり、かつ高ストランド強度及
び、高表面接着強度を有するピッチ系炭素繊維を提供す
ること。 【構成】 ストランド弾性率が700GPa以上の超高
弾性炭素繊維を陽極として、燐酸化合物または弗化物の
水溶液中で電解酸化処理することを特徴とするピッチ系
炭素繊維の製造方法、およびストランド弾性率が700
GPa以上であり、かつ層間剪断強度(ILSS)とス
トランド弾性率(TM)とストランド強度(TS)との
3つの積(IMS)が次式1を満足するピッチ系炭素繊
維。 【数1】 ILSS(GPa)×TM(GPa)×TS(GPa)=IMS≧200 ・・・〔1〕
び、高表面接着強度を有するピッチ系炭素繊維を提供す
ること。 【構成】 ストランド弾性率が700GPa以上の超高
弾性炭素繊維を陽極として、燐酸化合物または弗化物の
水溶液中で電解酸化処理することを特徴とするピッチ系
炭素繊維の製造方法、およびストランド弾性率が700
GPa以上であり、かつ層間剪断強度(ILSS)とス
トランド弾性率(TM)とストランド強度(TS)との
3つの積(IMS)が次式1を満足するピッチ系炭素繊
維。 【数1】 ILSS(GPa)×TM(GPa)×TS(GPa)=IMS≧200 ・・・〔1〕
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はピッチ系炭素繊維に関す
るものであり、より詳しくは、超高弾性率であり、かつ
高ストランド強度および高表面接着強度を有するピッチ
系炭素繊維及び、その製造方法に関するものである。
るものであり、より詳しくは、超高弾性率であり、かつ
高ストランド強度および高表面接着強度を有するピッチ
系炭素繊維及び、その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維は、比強度及び比弾性率が高い
材料であり、高性能複合材料のフィラー繊維として注目
されている。現在、炭素繊維はポリアクリロニトリル
(PAN)を原料とするPAN系炭素繊維とピッチ類を
原料とするピッチ系炭素繊維が製造されているが、一般
に開発が先行していた為にPAN系がより広く使用さ
れ、高強度、高弾性の高特性炭素繊維としても主にPA
N系炭素繊維が種々の工夫を加えられて使用されている
現状にある。
材料であり、高性能複合材料のフィラー繊維として注目
されている。現在、炭素繊維はポリアクリロニトリル
(PAN)を原料とするPAN系炭素繊維とピッチ類を
原料とするピッチ系炭素繊維が製造されているが、一般
に開発が先行していた為にPAN系がより広く使用さ
れ、高強度、高弾性の高特性炭素繊維としても主にPA
N系炭素繊維が種々の工夫を加えられて使用されている
現状にある。
【0003】しかしながら、PAN系炭素繊維は、更に
高弾性化することには限界があること、原料当たりの炭
素繊維の収量が低いという難点も有している。そこで、
近年、より高弾性な特徴を有し、より広範な用途の期待
されるピッチ系炭素繊維の高特性化が種々検討されてい
る。ピッチ系炭素繊維の高特性化は、従来紡糸原料とし
て使用していた等方質ピッチの代わりに、原料ピッチを
加熱処理して、異方性が発達し、配向しやすい分子種が
形成されたピッチ、所謂、メソフェーズピッチを使用す
る方法(特公昭49−8634号公報)が提案されて以
来、主に紡糸ピッチの性状を調節することによって行わ
れている。
高弾性化することには限界があること、原料当たりの炭
素繊維の収量が低いという難点も有している。そこで、
近年、より高弾性な特徴を有し、より広範な用途の期待
されるピッチ系炭素繊維の高特性化が種々検討されてい
る。ピッチ系炭素繊維の高特性化は、従来紡糸原料とし
て使用していた等方質ピッチの代わりに、原料ピッチを
加熱処理して、異方性が発達し、配向しやすい分子種が
形成されたピッチ、所謂、メソフェーズピッチを使用す
る方法(特公昭49−8634号公報)が提案されて以
来、主に紡糸ピッチの性状を調節することによって行わ
れている。
【0004】例えば、特開昭49−19127号公報に
は、原料ピッチを不活性雰囲気下に加熱して高度に配向
されたメソフェーズピッチを形成し、該メソフェーズを
40〜90重量%含有するピッチを紡糸ピッチとする方
法が提案されている。しかし、かかる方法により等方質
の原料ピッチをメソ化するには長時間を要するので、特
開昭54−160427号公報は、予め原料ピッチを十
分量の溶媒で処理しておくことにより、短時間でメソ化
を行う方法を提案している。即ち、原料ピッチをベンゼ
ン、トルエン等の溶媒で処理してその不溶分を得、それ
を230〜400℃の温度で10分以下の短時間加熱処
理して、高度に配向され、光学的異方性部分が7.5重
量%以上で、キノリン不溶分25重量%以下の所謂ネオ
メソフェーズを形成し、かかるネオメソフェーズを紡糸
ピッチとする方法を提案している。
は、原料ピッチを不活性雰囲気下に加熱して高度に配向
されたメソフェーズピッチを形成し、該メソフェーズを
40〜90重量%含有するピッチを紡糸ピッチとする方
法が提案されている。しかし、かかる方法により等方質
の原料ピッチをメソ化するには長時間を要するので、特
開昭54−160427号公報は、予め原料ピッチを十
分量の溶媒で処理しておくことにより、短時間でメソ化
を行う方法を提案している。即ち、原料ピッチをベンゼ
ン、トルエン等の溶媒で処理してその不溶分を得、それ
を230〜400℃の温度で10分以下の短時間加熱処
理して、高度に配向され、光学的異方性部分が7.5重
量%以上で、キノリン不溶分25重量%以下の所謂ネオ
メソフェーズを形成し、かかるネオメソフェーズを紡糸
ピッチとする方法を提案している。
【0005】このようにして得られた紡糸ピッチを溶媒
紡糸して、ピッチ繊維を得、次いで不融化、炭化あるい
は、更に黒鉛化することにより高強度、高弾性等の高特
性炭素繊維が製造される。ところで、こうして得られる
炭素繊維は、通常エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェ
ノール樹脂等のマトリックス樹脂に含浸され、いわゆる
プリプレグとし成形したり、フィラメントワインディン
グ法やプルトルージョン法等種々の成形法にて成形し、
繊維強化プラスチックとしてレジャー・スポーツ用の各
種工業用資材、航空・宇宙用資材として用いられる。し
たがって前記炭素繊維強化プラスチックの機械的特性を
発現させるためには、マトリックス樹脂と炭素繊維の接
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炭素繊維がマトリックスから引き抜
ける現象が生じてしまい、補強効果を十分に発揮するこ
とが出来ない。
紡糸して、ピッチ繊維を得、次いで不融化、炭化あるい
は、更に黒鉛化することにより高強度、高弾性等の高特
性炭素繊維が製造される。ところで、こうして得られる
炭素繊維は、通常エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェ
ノール樹脂等のマトリックス樹脂に含浸され、いわゆる
プリプレグとし成形したり、フィラメントワインディン
グ法やプルトルージョン法等種々の成形法にて成形し、
繊維強化プラスチックとしてレジャー・スポーツ用の各
種工業用資材、航空・宇宙用資材として用いられる。し
たがって前記炭素繊維強化プラスチックの機械的特性を
発現させるためには、マトリックス樹脂と炭素繊維の接
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炭素繊維がマトリックスから引き抜
ける現象が生じてしまい、補強効果を十分に発揮するこ
とが出来ない。
【0006】そこで、炭素繊維の表面を活性化させてマ
トリックス樹脂との接着性を高める為、薬剤酸化処理、
気相酸化処理、電解酸化処理、プラズマ処理等種々の表
面処理方法が検討されて来た。その中でも、電解酸化処
理法は反応制御の容易さ、処理効率の高さの点で最も実
用的な表面処理方法である。電解酸化処理法において、
用いる電解質の種類により炭素繊維表面の活性化度合が
異なる事から、従来、種々の電解質が検討されて来た。
例えば、特公昭48−32993号公報は、電解性弗化
物の水溶液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化する方
法を開示している。特公昭48−32994号公報は、
燐酸化合物の溶液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化
する方法を開示している。また、特公昭58−2455
4号公報は、特定のアンモニウム化合物を電解質に用
い、炭素繊維を陽極にして電解酸化を行うこと、さらに
この化合物は、250℃以下の温度で分解して繊維に残
らないことを開示している。
トリックス樹脂との接着性を高める為、薬剤酸化処理、
気相酸化処理、電解酸化処理、プラズマ処理等種々の表
面処理方法が検討されて来た。その中でも、電解酸化処
理法は反応制御の容易さ、処理効率の高さの点で最も実
用的な表面処理方法である。電解酸化処理法において、
用いる電解質の種類により炭素繊維表面の活性化度合が
異なる事から、従来、種々の電解質が検討されて来た。
例えば、特公昭48−32993号公報は、電解性弗化
物の水溶液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化する方
法を開示している。特公昭48−32994号公報は、
燐酸化合物の溶液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化
する方法を開示している。また、特公昭58−2455
4号公報は、特定のアンモニウム化合物を電解質に用
い、炭素繊維を陽極にして電解酸化を行うこと、さらに
この化合物は、250℃以下の温度で分解して繊維に残
らないことを開示している。
【0007】炭素繊維を表面処理して繊維とマトリック
ス樹脂との結合力を高める為には、炭素繊維表面に酸素
官能基を導入するだけでなく、窒素官能基も同時に導入
することが考えられる。2段階表面処理によって、窒素
官能基を導入する方法が特開昭62−276075、特
開昭63−6162、特開昭63−85167、特開平
2−169763及び、特開平2−210059号公報
に開示されている。更に、特開平2−307967号公
報は、炭素繊維の弾性率に応じて電解質水溶液のpHを
調整し、アミノ基を有する芳香族化合物を加えた電解液
を用いることにより、1段階の処理で窒素官能基を導入
する方法を開示している。
ス樹脂との結合力を高める為には、炭素繊維表面に酸素
官能基を導入するだけでなく、窒素官能基も同時に導入
することが考えられる。2段階表面処理によって、窒素
官能基を導入する方法が特開昭62−276075、特
開昭63−6162、特開昭63−85167、特開平
2−169763及び、特開平2−210059号公報
に開示されている。更に、特開平2−307967号公
報は、炭素繊維の弾性率に応じて電解質水溶液のpHを
調整し、アミノ基を有する芳香族化合物を加えた電解液
を用いることにより、1段階の処理で窒素官能基を導入
する方法を開示している。
【0008】しかしながら、これらの技術は全てPAN
系炭素繊維について開発されたものであり、実際に適用
されている弾性率の範囲は、500GPa未満である。
ピッチ系炭素繊維については、二塩基酸を含有する水溶
液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化する方法が特開
平3−185181号公報に開示されている。また、表
面処理装置に関して、炭素繊維を陽極にして電解酸化す
る際に、陰極の一部を電解液より空気中に露出させる方
法が、特開平4−65572号公報に開示されている。
また、活性表面積を大きくするように調整したピッチ系
炭素繊維を表面処理して酸素官能基を6〜11%導入さ
せる方法が、特開平5−302263号公報に開示され
ている。
系炭素繊維について開発されたものであり、実際に適用
されている弾性率の範囲は、500GPa未満である。
ピッチ系炭素繊維については、二塩基酸を含有する水溶
液中で、炭素繊維を陽極にして電解酸化する方法が特開
平3−185181号公報に開示されている。また、表
面処理装置に関して、炭素繊維を陽極にして電解酸化す
る際に、陰極の一部を電解液より空気中に露出させる方
法が、特開平4−65572号公報に開示されている。
また、活性表面積を大きくするように調整したピッチ系
炭素繊維を表面処理して酸素官能基を6〜11%導入さ
せる方法が、特開平5−302263号公報に開示され
ている。
【0009】しかしながら、これらの技術も、実際に適
用されている炭素繊維の弾性率範囲は、600GPa以
下であり、700GPa以上の超高弾性率を有するピッ
チ系炭素繊維について十分な表面処理を施した技術は見
当たらないのが現状である。一般に、炭素繊維の弾性率
が向上すると、炭素繊維表面の活性度合が低下して、表
面処理されにくくなる。これは、炭素繊維の黒鉛化度が
上がる為であるといわれている。そのためPAN系炭素
繊維に適用される表面処理技術がピッチ系炭素繊維で有
効とはかぎらない。ピッチ系炭素繊維の黒鉛化度は、P
AN系炭素繊維の黒鉛化度に比べて容易に高めることが
でき、高弾性率を達成することが出来るが、PAN系炭
素繊維では、極めて困難であり、700GPa以上の超
高弾性率を有するPAM系炭素繊維は、未だ市販されて
いない。
用されている炭素繊維の弾性率範囲は、600GPa以
下であり、700GPa以上の超高弾性率を有するピッ
チ系炭素繊維について十分な表面処理を施した技術は見
当たらないのが現状である。一般に、炭素繊維の弾性率
が向上すると、炭素繊維表面の活性度合が低下して、表
面処理されにくくなる。これは、炭素繊維の黒鉛化度が
上がる為であるといわれている。そのためPAN系炭素
繊維に適用される表面処理技術がピッチ系炭素繊維で有
効とはかぎらない。ピッチ系炭素繊維の黒鉛化度は、P
AN系炭素繊維の黒鉛化度に比べて容易に高めることが
でき、高弾性率を達成することが出来るが、PAN系炭
素繊維では、極めて困難であり、700GPa以上の超
高弾性率を有するPAM系炭素繊維は、未だ市販されて
いない。
【0010】ピッチ系炭素繊維では、700GPa以上
の超高弾性率を有するものが市販されている。しかし、
その特性は十分満足出来るものではない。「炭素」19
93〔No.157〕p107−109に各社ピッチ系
炭素繊維の特性がまとめられているが、引張強度の高い
ものは層間剪断強度(ILSS)が低く、ILSSの高
いものは引張強度が低い。これは先に述べたように、弾
性率が向上すると炭素繊維の黒鉛化度が上がる為、表面
処理されにくくなり、通常の処理ではILSSが十分向
上せず、またILSSを向上させようとして例えば、電
解酸化処理における電流量を単純に増加させると、繊維
が劣化して、引張強度が低下するためと思われる。
の超高弾性率を有するものが市販されている。しかし、
その特性は十分満足出来るものではない。「炭素」19
93〔No.157〕p107−109に各社ピッチ系
炭素繊維の特性がまとめられているが、引張強度の高い
ものは層間剪断強度(ILSS)が低く、ILSSの高
いものは引張強度が低い。これは先に述べたように、弾
性率が向上すると炭素繊維の黒鉛化度が上がる為、表面
処理されにくくなり、通常の処理ではILSSが十分向
上せず、またILSSを向上させようとして例えば、電
解酸化処理における電流量を単純に増加させると、繊維
が劣化して、引張強度が低下するためと思われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述のような理由によ
り、従来700GPa以上の超高弾性率を有するピッチ
系炭素繊維において、引張強度及び、層間剪断強度の両
方が十分に高い、バランスの良い特性を備えた炭素繊維
を提供することはできなかった。
り、従来700GPa以上の超高弾性率を有するピッチ
系炭素繊維において、引張強度及び、層間剪断強度の両
方が十分に高い、バランスの良い特性を備えた炭素繊維
を提供することはできなかった。
【0012】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、十
分に黒鉛結晶が発達した超高弾性炭素繊維の表面処理に
よる表面状態の変化について鋭意検討した結果、ラマン
分光法及び、X線光電子分光法(XPS)で規定される
ピッチ系炭素繊維の表面状態をある特定の範囲内に入る
ように表面処理を行うことで上記課題が解決されること
を発見した。ここで言う十分に黒鉛結晶が発達した超高
弾性炭素繊維とは、比重が2.1以上であり、繊維X線
で測定される配向角が11°以下、粉末X線で測定され
るd 002 が0.343nm以下の黒鉛結晶性を有する炭
素繊維のことである。
分に黒鉛結晶が発達した超高弾性炭素繊維の表面処理に
よる表面状態の変化について鋭意検討した結果、ラマン
分光法及び、X線光電子分光法(XPS)で規定される
ピッチ系炭素繊維の表面状態をある特定の範囲内に入る
ように表面処理を行うことで上記課題が解決されること
を発見した。ここで言う十分に黒鉛結晶が発達した超高
弾性炭素繊維とは、比重が2.1以上であり、繊維X線
で測定される配向角が11°以下、粉末X線で測定され
るd 002 が0.343nm以下の黒鉛結晶性を有する炭
素繊維のことである。
【0013】このような超高弾性率を有するピッチ系炭
素繊維について、ラマン分光法で測定される表面黒鉛化
性指数R(disorderedピーク/E2gピー
ク)が0.2より大きく、1.0未満となるように、好
ましくは0.4以上、0.8以下となるように表面処理
を行うこと及び、ラマン分光法で測定されるE2gピー
クの半値幅が30cm-1以上、70cm-1以下であるよ
うに、好ましくは35cm-1以上、55cm-1以下であ
るように表面処理を行うこと及び、X線電子分光法で測
定される表面酸素濃度(O1S/C1S原子数比)が
0.1以上0.3未満、好ましくは0.15以上、0.
25以下となるように表面処理を行うことにより、高ス
トランド強度、超高ストランド弾性率を維持しつつ、高
剪断強度を有する炭素繊維が得られることを見出し、本
発明を完成した。
素繊維について、ラマン分光法で測定される表面黒鉛化
性指数R(disorderedピーク/E2gピー
ク)が0.2より大きく、1.0未満となるように、好
ましくは0.4以上、0.8以下となるように表面処理
を行うこと及び、ラマン分光法で測定されるE2gピー
クの半値幅が30cm-1以上、70cm-1以下であるよ
うに、好ましくは35cm-1以上、55cm-1以下であ
るように表面処理を行うこと及び、X線電子分光法で測
定される表面酸素濃度(O1S/C1S原子数比)が
0.1以上0.3未満、好ましくは0.15以上、0.
25以下となるように表面処理を行うことにより、高ス
トランド強度、超高ストランド弾性率を維持しつつ、高
剪断強度を有する炭素繊維が得られることを見出し、本
発明を完成した。
【0014】すなわち本発明の目的は、従来存在しなか
った、高弾性率と引張強度、層間剪断強度の十分高い炭
素繊維を提供することにあり、かかる目的は、ストラン
ド弾性率が700GPa以上の超高弾性炭素繊維を陽極
として、燐酸化合物または弗化物の水溶液中で電解酸化
処理することを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造方
法、および上述の方法等で得られるストランド弾性率が
700GPa以上であり、かつ層間剪断強度(ILS
S)とストランド弾性率(TM)とストランド強度(T
S)との3つの積(IMS)が次式1を満足するピッチ
系炭素繊維
った、高弾性率と引張強度、層間剪断強度の十分高い炭
素繊維を提供することにあり、かかる目的は、ストラン
ド弾性率が700GPa以上の超高弾性炭素繊維を陽極
として、燐酸化合物または弗化物の水溶液中で電解酸化
処理することを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造方
法、および上述の方法等で得られるストランド弾性率が
700GPa以上であり、かつ層間剪断強度(ILS
S)とストランド弾性率(TM)とストランド強度(T
S)との3つの積(IMS)が次式1を満足するピッチ
系炭素繊維
【0015】
【数3】 ILSS(GPa)×TM(GPa)×TS(GPa)=IMS≧200 ・・・〔1〕 により容易に達成される。
【0016】以下本発明を詳細に説明する。本発明の炭
素繊維は、ストランド弾性率が700GPa以上であ
り、かつ層間剪断強度(ILSS)とストランド弾性率
(TM)とストランド強度(TS)との3つの積(IM
S)が次式1を満足するものである。
素繊維は、ストランド弾性率が700GPa以上であ
り、かつ層間剪断強度(ILSS)とストランド弾性率
(TM)とストランド強度(TS)との3つの積(IM
S)が次式1を満足するものである。
【0017】
【数4】 ILSS(GPa)×TM(GPa)×TS(GPa)=IMS≧200 ・・・〔1〕
【0018】そしてかかる式1を満足する炭素繊維のう
ち、好ましくはそれぞれの値としてILSSが0.07
GPa以上、ストランド弾性率(TM)が、800GP
a以上、ストランド強度(TS)が、4GPa以上のも
のがより好ましく、勿論この3つの条件を全て満たすも
のが特に好ましい。又、IMSとしては、250以上の
ものが特に好ましく、このためには上の3条件を満たし
ているものが容易にこの値を達成できるため好ましい。
以下にかかる炭素繊維を得るため好適な製造方法につい
て説明する。
ち、好ましくはそれぞれの値としてILSSが0.07
GPa以上、ストランド弾性率(TM)が、800GP
a以上、ストランド強度(TS)が、4GPa以上のも
のがより好ましく、勿論この3つの条件を全て満たすも
のが特に好ましい。又、IMSとしては、250以上の
ものが特に好ましく、このためには上の3条件を満たし
ているものが容易にこの値を達成できるため好ましい。
以下にかかる炭素繊維を得るため好適な製造方法につい
て説明する。
【0019】本発明で用いる炭素繊維を得る為の紡糸ピ
ッチとしては、配向し易い分子種が形成されており、光
学的に異方性の炭素繊維を与えるようなものであれば特
に制限はなく、前述の様な従来の種々のものが使用でき
る。これら紡糸ピッチを得る為の炭素質原料としては、
石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭液化
物、石油系の重質油、タール、ピッチ又はナフタレンや
アントラセンの触媒反応による重合反応生成物等が挙げ
られる。これらの炭素質原料にはフリーカーボン、未溶
解石炭、灰分、触媒などの不純物が含まれているが、こ
れらの不純物はろ過、遠心分離、あるいは溶剤を使用す
る静置沈降分離などの周知の方法で予め除去しておくこ
とが望ましい。
ッチとしては、配向し易い分子種が形成されており、光
学的に異方性の炭素繊維を与えるようなものであれば特
に制限はなく、前述の様な従来の種々のものが使用でき
る。これら紡糸ピッチを得る為の炭素質原料としては、
石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭液化
物、石油系の重質油、タール、ピッチ又はナフタレンや
アントラセンの触媒反応による重合反応生成物等が挙げ
られる。これらの炭素質原料にはフリーカーボン、未溶
解石炭、灰分、触媒などの不純物が含まれているが、こ
れらの不純物はろ過、遠心分離、あるいは溶剤を使用す
る静置沈降分離などの周知の方法で予め除去しておくこ
とが望ましい。
【0020】また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処
理した後特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あ
るいは水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理す
るといった方法で予備処理を行っておいても良い。本発
明においては、40%以上、好ましくは、70%以上、
更に好ましくは、90%以上の光学的異方性組織を含む
炭素質原料が好適であり、この為に前述の炭素質原料あ
るいは予備処理を行った炭素質原料を必要によっては通
常350〜500℃、好ましくは380〜450℃、2
分〜50時間、好ましくは5分〜5時間、窒素、アルゴ
ン、水蒸気等の不活性ガス雰囲気下、あるいは、吹き込
み下に加熱処理することがある。
理した後特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あ
るいは水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理す
るといった方法で予備処理を行っておいても良い。本発
明においては、40%以上、好ましくは、70%以上、
更に好ましくは、90%以上の光学的異方性組織を含む
炭素質原料が好適であり、この為に前述の炭素質原料あ
るいは予備処理を行った炭素質原料を必要によっては通
常350〜500℃、好ましくは380〜450℃、2
分〜50時間、好ましくは5分〜5時間、窒素、アルゴ
ン、水蒸気等の不活性ガス雰囲気下、あるいは、吹き込
み下に加熱処理することがある。
【0021】本発明でいうピッチの光学的異方性組織割
合は、常温下偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異方
性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体的
には、例えばピッチ試料を数mm角に粉砕したものを常
法に従って2cm直径の樹脂の表面のほぼ全面に試料片
を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくまなく偏光顕
微鏡(100倍率)下で観測し、試料の全面積に占める
光学的異方性部分の面積の割合を測定することによって
求める。
合は、常温下偏光顕微鏡でのピッチ試料中の光学的異方
性を示す部分の面積割合として求めた値である。具体的
には、例えばピッチ試料を数mm角に粉砕したものを常
法に従って2cm直径の樹脂の表面のほぼ全面に試料片
を埋め込み、表面を研磨後、表面全体をくまなく偏光顕
微鏡(100倍率)下で観測し、試料の全面積に占める
光学的異方性部分の面積の割合を測定することによって
求める。
【0022】上記の様な紡糸ピッチを用いて通常の方法
に従って溶融紡糸、不融化、炭化、黒鉛化して炭素繊維
を得る。黒鉛化処理の温度は、要求される強度、弾性率
など機械的特性によって決定すれば良いが、通常220
0〜3000℃が好ましい。2200℃未満では、スト
ランド弾性率700GPa以上の超高弾性炭素繊維を得
るのに長時間の処理を必要とし生産効率が悪いし、また
3000℃を超えても、熱源コストの大きい割に、機械
的特性の温度による向上効果がかなり緩やかになり、工
学的に有利とはいえなかったからである。
に従って溶融紡糸、不融化、炭化、黒鉛化して炭素繊維
を得る。黒鉛化処理の温度は、要求される強度、弾性率
など機械的特性によって決定すれば良いが、通常220
0〜3000℃が好ましい。2200℃未満では、スト
ランド弾性率700GPa以上の超高弾性炭素繊維を得
るのに長時間の処理を必要とし生産効率が悪いし、また
3000℃を超えても、熱源コストの大きい割に、機械
的特性の温度による向上効果がかなり緩やかになり、工
学的に有利とはいえなかったからである。
【0023】このようにして得られたストランド弾性率
700GPa以上の超高弾性率炭素繊維について、ラマ
ン分光法で測定される表面黒鉛化性指数R(disor
derピーク/E2gピーク)が0.2より大きく、
1.0未満となるように、好ましくは0.4以上、0.
8以下となるように表面処理を行うこと及び、ラマン分
光法で測定されるE2gピークの半値幅が30cm-1以
上、70cm-1以下であるように、好ましくは35cm
-1以上、55cm-1以下であるように表面処理を行うこ
と及び、X線電子分光法で測定される表面酸素濃度(O
1S/C1S原子数比)が0.1以上0.3以下、好ま
しくは0.15以上、0.25以下となるように表面処
理を行うことにより、高ストランド強度、超高ストラン
ド弾性率を維持しつつ、高剪断強度を有する炭素繊維が
得られる。
700GPa以上の超高弾性率炭素繊維について、ラマ
ン分光法で測定される表面黒鉛化性指数R(disor
derピーク/E2gピーク)が0.2より大きく、
1.0未満となるように、好ましくは0.4以上、0.
8以下となるように表面処理を行うこと及び、ラマン分
光法で測定されるE2gピークの半値幅が30cm-1以
上、70cm-1以下であるように、好ましくは35cm
-1以上、55cm-1以下であるように表面処理を行うこ
と及び、X線電子分光法で測定される表面酸素濃度(O
1S/C1S原子数比)が0.1以上0.3以下、好ま
しくは0.15以上、0.25以下となるように表面処
理を行うことにより、高ストランド強度、超高ストラン
ド弾性率を維持しつつ、高剪断強度を有する炭素繊維が
得られる。
【0024】本発明におけるラマン分光法で求められる
E2gピークは1580cm-1付近に現れる黒鉛結晶特
有のピークであり、SP2 電子軌道に由来するものと言
われている。一方、1350cm-1付近に現れるdis
orderedピークは未組織炭素量の増加とともに相
対強度が増加することが知られており、バンドの帰属に
ついては統一的な解釈は得られていないが、相対強度R
は黒鉛化性の指数として用いることが出来、見掛けの結
晶子サイズLaはRに反比例する。
E2gピークは1580cm-1付近に現れる黒鉛結晶特
有のピークであり、SP2 電子軌道に由来するものと言
われている。一方、1350cm-1付近に現れるdis
orderedピークは未組織炭素量の増加とともに相
対強度が増加することが知られており、バンドの帰属に
ついては統一的な解釈は得られていないが、相対強度R
は黒鉛化性の指数として用いることが出来、見掛けの結
晶子サイズLaはRに反比例する。
【0025】700GPa以上の超高弾性率を有する通
常のピッチ系炭素繊維では、このE2gピークは非常に
シャープであり、その半値幅は30cm-1未満である。
また表面黒鉛化性指数Rは0.2未満である。これは、
黒鉛結晶化度が極めて高いことを現わしており、表面が
不活性であるため、酸素官能基等を炭素繊維表面に導入
しにくい。一方、400〜500GPa以上の中弾性率
を有するピッチ系炭素繊維では、このE2gピークの半
値幅は50〜60cm-1程度、表面黒鉛化性指数Rは
0.7〜0.8程度であり、黒鉛結晶化度はそう高くな
く、樹脂との接着に必要十分な量の表面官能基を導入す
ることが出来て、剪断強度を高めることができる。
常のピッチ系炭素繊維では、このE2gピークは非常に
シャープであり、その半値幅は30cm-1未満である。
また表面黒鉛化性指数Rは0.2未満である。これは、
黒鉛結晶化度が極めて高いことを現わしており、表面が
不活性であるため、酸素官能基等を炭素繊維表面に導入
しにくい。一方、400〜500GPa以上の中弾性率
を有するピッチ系炭素繊維では、このE2gピークの半
値幅は50〜60cm-1程度、表面黒鉛化性指数Rは
0.7〜0.8程度であり、黒鉛結晶化度はそう高くな
く、樹脂との接着に必要十分な量の表面官能基を導入す
ることが出来て、剪断強度を高めることができる。
【0026】本発明では、700GPa以上の超高弾性
率を有するピッチ系炭素繊維について、適当な表面処理
を施すことにより、炭素繊維表面の極近傍を中弾性炭素
繊維並の黒鉛化度に変化させながら表面官能基を導入さ
せることに特徴がある。つまり、中身は超高弾性の特徴
を有したまま、表面の極近傍のみを中弾性炭素繊維並に
変化させ、高剪断強度を得ることに特徴がある。表面官
能基量は、X線電子分光法で測定することが出来る。樹
脂との接着に必要十分な量としては、表面酸素濃度(O
1S/C1S原子数比)が0.1以上0.3以下、好ま
しくは0.15以上、0.25以下である。
率を有するピッチ系炭素繊維について、適当な表面処理
を施すことにより、炭素繊維表面の極近傍を中弾性炭素
繊維並の黒鉛化度に変化させながら表面官能基を導入さ
せることに特徴がある。つまり、中身は超高弾性の特徴
を有したまま、表面の極近傍のみを中弾性炭素繊維並に
変化させ、高剪断強度を得ることに特徴がある。表面官
能基量は、X線電子分光法で測定することが出来る。樹
脂との接着に必要十分な量としては、表面酸素濃度(O
1S/C1S原子数比)が0.1以上0.3以下、好ま
しくは0.15以上、0.25以下である。
【0027】表面処理方法が不適当であったり、表面処
理度合が不足しているとE2gピークの半値幅は30c
m-1未満、表面黒鉛化性指数Rは0.2未満のままとな
り、表面官能基量を十分増加することができず、剪断強
度を十分に向上させることはできない。また、過度の表
面処理が施されると、E2gピークの半値幅は70cm
-1を、表面黒鉛化性指数Rは1.0を超え、ストランド
強度が大幅に低下するばかりでなく、十分に高い剪断強
度も得られない。この時、表面酸素濃度は0.3を超え
ており、黒鉛結晶の一部が破壊しているものと推定され
る。
理度合が不足しているとE2gピークの半値幅は30c
m-1未満、表面黒鉛化性指数Rは0.2未満のままとな
り、表面官能基量を十分増加することができず、剪断強
度を十分に向上させることはできない。また、過度の表
面処理が施されると、E2gピークの半値幅は70cm
-1を、表面黒鉛化性指数Rは1.0を超え、ストランド
強度が大幅に低下するばかりでなく、十分に高い剪断強
度も得られない。この時、表面酸素濃度は0.3を超え
ており、黒鉛結晶の一部が破壊しているものと推定され
る。
【0028】表面処理方法としては、上述のような要件
を満たす方法であれば特に限定されないが、好ましくは
炭素繊維を陽極とする電解酸化処理法を適用する。電解
酸化処理に用いる電解液としては、燐酸化合物水溶液、
または弗化化合物水溶液が好ましく、特に燐酸化合物水
溶液が好ましい。驚くべきことに、これらの化合物は、
陽極である炭素繊維表面で黒鉛化性を低下させる触媒的
な作用をし、少ない通電量でも酸素官能基の導入を容易
に行う効果がある。燐酸化合物の具体的なものとして
は、燐酸水素一アンモニウム、燐酸水素二アンモニウ
ム、燐酸水素一カリウム、燐酸水素二カリウム、燐酸水
素一ナトリウム、燐酸水素二ナトリウム、燐酸水素一ト
リメチルアンモニウム等が例示される。
を満たす方法であれば特に限定されないが、好ましくは
炭素繊維を陽極とする電解酸化処理法を適用する。電解
酸化処理に用いる電解液としては、燐酸化合物水溶液、
または弗化化合物水溶液が好ましく、特に燐酸化合物水
溶液が好ましい。驚くべきことに、これらの化合物は、
陽極である炭素繊維表面で黒鉛化性を低下させる触媒的
な作用をし、少ない通電量でも酸素官能基の導入を容易
に行う効果がある。燐酸化合物の具体的なものとして
は、燐酸水素一アンモニウム、燐酸水素二アンモニウ
ム、燐酸水素一カリウム、燐酸水素二カリウム、燐酸水
素一ナトリウム、燐酸水素二ナトリウム、燐酸水素一ト
リメチルアンモニウム等が例示される。
【0029】弗化化合物の具体的なものとしては、弗化
アンモニウム、弗化ナトリウム、弗化カリウム、弗化ト
リメチルアンモニウム等が例示される。電解質の濃度
は、水溶液の導電率が500〜5000μS/cmにな
るように調整することが好ましい。導電率が500μS
/cm以下であると電解質の触媒的作用が薄れ、効率が
悪いばかりでなく、電圧が高くなり人的にも危険であ
る。導電率が5000μS/cm以上であると電解槽中
での電流密度に偏りが生じて、処理効率が落ちやすく、
電解処理後の電解質の洗浄に手間がかかることになりや
すい。
アンモニウム、弗化ナトリウム、弗化カリウム、弗化ト
リメチルアンモニウム等が例示される。電解質の濃度
は、水溶液の導電率が500〜5000μS/cmにな
るように調整することが好ましい。導電率が500μS
/cm以下であると電解質の触媒的作用が薄れ、効率が
悪いばかりでなく、電圧が高くなり人的にも危険であ
る。導電率が5000μS/cm以上であると電解槽中
での電流密度に偏りが生じて、処理効率が落ちやすく、
電解処理後の電解質の洗浄に手間がかかることになりや
すい。
【0030】通電量は、弾性率が高くなるほど多くなる
傾向にあるが、通常、炭素繊維1グラムあたり10〜6
00クーロン程度で、X線光電子分光法で測定される表
面酸素濃度(O1S/C1S原子数比)が0.12以上
0.3以下でありかつ、ラマン分光法で測定されるE2
gピークの半値幅が30cm-1以上、70cm-1以下で
あり、かつ表面黒鉛化性指数R(disorderdピ
ーク/E2gピーク)が0.2以上1.0未満になる範
囲に制御する。
傾向にあるが、通常、炭素繊維1グラムあたり10〜6
00クーロン程度で、X線光電子分光法で測定される表
面酸素濃度(O1S/C1S原子数比)が0.12以上
0.3以下でありかつ、ラマン分光法で測定されるE2
gピークの半値幅が30cm-1以上、70cm-1以下で
あり、かつ表面黒鉛化性指数R(disorderdピ
ーク/E2gピーク)が0.2以上1.0未満になる範
囲に制御する。
【0031】表面酸素濃度を高める方法としては、従来
例えばアミノフェノール等の芳香族化合物を電解液に添
加して処理する方法が知られているがこの方法では、添
加物が炭素繊維表面に電気的に付着され、少ない通電量
で容易に表面酸素濃度を高めることが出来る。しかし、
この場合ラマン分光法で測定される表面黒鉛化性はほと
んど変化しておらず、単に添加物か炭素繊維表面に付着
しているのみと推定され、ILSSを向上させることは
出来ず、式〔1〕を満足させることができない。本発明
では、ラマン分光法で測定される表面黒鉛化性とX線光
電子分光法で測定される表面酸素濃度の両方を上記適正
範囲に入るように処理することが重要であり、そのため
に有効な電解質と適正な通電量が選択される。
例えばアミノフェノール等の芳香族化合物を電解液に添
加して処理する方法が知られているがこの方法では、添
加物が炭素繊維表面に電気的に付着され、少ない通電量
で容易に表面酸素濃度を高めることが出来る。しかし、
この場合ラマン分光法で測定される表面黒鉛化性はほと
んど変化しておらず、単に添加物か炭素繊維表面に付着
しているのみと推定され、ILSSを向上させることは
出来ず、式〔1〕を満足させることができない。本発明
では、ラマン分光法で測定される表面黒鉛化性とX線光
電子分光法で測定される表面酸素濃度の両方を上記適正
範囲に入るように処理することが重要であり、そのため
に有効な電解質と適正な通電量が選択される。
【0032】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明の要旨を超えない限り、本発明は実施例に限
定されるものではない。測定法は次のとおりである。 (1)比重、ストランド強度、及びストランド弾性率は
JIS R7601に示された方法に準拠して測定し
た。 (2)ILSSはASTM D2344に準じたショー
トビーム3点曲げ法により測定した。 (3)配向角の測定は、繊維試料台を使用して繊維束が
計数管に垂直になっている状態で計数管を走査して、
(002)回折帯の強度が最大となる回折角を求め、次
に計数管をこの位置に保持した状態で、繊維試料台を3
60°回転することにより(002)回折帯の強度分布
を測定し、強度最大値の1/2の点における半価幅を配
向角とした。
が、本発明の要旨を超えない限り、本発明は実施例に限
定されるものではない。測定法は次のとおりである。 (1)比重、ストランド強度、及びストランド弾性率は
JIS R7601に示された方法に準拠して測定し
た。 (2)ILSSはASTM D2344に準じたショー
トビーム3点曲げ法により測定した。 (3)配向角の測定は、繊維試料台を使用して繊維束が
計数管に垂直になっている状態で計数管を走査して、
(002)回折帯の強度が最大となる回折角を求め、次
に計数管をこの位置に保持した状態で、繊維試料台を3
60°回転することにより(002)回折帯の強度分布
を測定し、強度最大値の1/2の点における半価幅を配
向角とした。
【0033】(4)d002 の測定は、繊維を乳鉢で粉末
状にし、学振法「人造黒鉛の格子定数および結晶子の大
きさ測定法」に準拠して測定した。 (5)ラマン分光分析による表面黒鉛化性の測定は、日
本分光社製NR−1800M、フォトメトリクス社製
(極冷却)CCD、スペクトラ・フィジックス社製Ar
+ レーザーを用い、励起波長488.0nm、励起出力
5mW以下(試料位置)、ビーム径100μmφの条件
で測定を行った。得られたラマンスペクトルについて、
バックグラウンドをひいた後、バンド分解を行い、13
50cm-1付近に観測されるdisorderedバン
ドの1580cm-1付近に観察されるE2gバンドに対
する相対強度比Rを求めた。また、E2gバンドについ
ては半値幅を求めた。 (6)X線光電子分光法で測定される表面酸素濃度の測
定は、パーキン・エルマ・ファイ社製ESCA−550
0MCを用いてAl Kα線をX線源とし、X線出力1
4kV、300Wの条件で行った。表面酸素濃度はC1
S,O1Sのピーク面積からC1S,O1S原子数比と
して算出した。
状にし、学振法「人造黒鉛の格子定数および結晶子の大
きさ測定法」に準拠して測定した。 (5)ラマン分光分析による表面黒鉛化性の測定は、日
本分光社製NR−1800M、フォトメトリクス社製
(極冷却)CCD、スペクトラ・フィジックス社製Ar
+ レーザーを用い、励起波長488.0nm、励起出力
5mW以下(試料位置)、ビーム径100μmφの条件
で測定を行った。得られたラマンスペクトルについて、
バックグラウンドをひいた後、バンド分解を行い、13
50cm-1付近に観測されるdisorderedバン
ドの1580cm-1付近に観察されるE2gバンドに対
する相対強度比Rを求めた。また、E2gバンドについ
ては半値幅を求めた。 (6)X線光電子分光法で測定される表面酸素濃度の測
定は、パーキン・エルマ・ファイ社製ESCA−550
0MCを用いてAl Kα線をX線源とし、X線出力1
4kV、300Wの条件で行った。表面酸素濃度はC1
S,O1Sのピーク面積からC1S,O1S原子数比と
して算出した。
【0034】(実施例1)コールタールピッチより、軟
化点300℃かつ偏光顕微鏡下で観察した光学的異法性
割合95%の紡糸ピッチを調整した。これをノズル径
0.1mm、孔数4000の紡糸口金を用い、口金温度
335℃で溶融紡糸し、糸径12μmのピッチ繊維を得
た。このピッチ繊維を310℃で30分間空気中で加熱
処理することにより、不融化繊維を得た。この不融化繊
維を窒素ガス中540℃で処理し、更に1200℃で1
分間処理して炭化繊維を得た。更にこの炭化繊維をアル
ゴン雰囲気中2400℃で2分間黒鉛化処理して黒鉛化
繊維を得た。
化点300℃かつ偏光顕微鏡下で観察した光学的異法性
割合95%の紡糸ピッチを調整した。これをノズル径
0.1mm、孔数4000の紡糸口金を用い、口金温度
335℃で溶融紡糸し、糸径12μmのピッチ繊維を得
た。このピッチ繊維を310℃で30分間空気中で加熱
処理することにより、不融化繊維を得た。この不融化繊
維を窒素ガス中540℃で処理し、更に1200℃で1
分間処理して炭化繊維を得た。更にこの炭化繊維をアル
ゴン雰囲気中2400℃で2分間黒鉛化処理して黒鉛化
繊維を得た。
【0035】この黒鉛化繊維を陽極としてリン酸水素二
アンモニウムを電解質とした水溶液中で10C/gの電
気量を通電して表面処理し、脱塩水で洗浄して炭素繊維
を得た。水溶液の温度は50℃で、導電率は1000μ
S/cmになるように調整した。このようにして得られ
た炭素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は
2.13、配向角は9.3°、及びd002 は0.341
5nmであった。また、その他の物性は表1に示すとお
りであった。
アンモニウムを電解質とした水溶液中で10C/gの電
気量を通電して表面処理し、脱塩水で洗浄して炭素繊維
を得た。水溶液の温度は50℃で、導電率は1000μ
S/cmになるように調整した。このようにして得られ
た炭素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は
2.13、配向角は9.3°、及びd002 は0.341
5nmであった。また、その他の物性は表1に示すとお
りであった。
【0036】(比較例1)電解質を塩化カルシウムとし
た以外は実施例1と同じ条件で処理し、炭素繊維を得
た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結
果、比重は2.13、配向角は9.2°、及びd002 は
0.3413nmであった。また、その他の物性は表1
に示すとおりであった。 (比較例2)通電量を50C/gとした以外は比較例1
と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊
維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
3、配向角は9.1°、及びd002 は0.3414nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
た以外は実施例1と同じ条件で処理し、炭素繊維を得
た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結
果、比重は2.13、配向角は9.2°、及びd002 は
0.3413nmであった。また、その他の物性は表1
に示すとおりであった。 (比較例2)通電量を50C/gとした以外は比較例1
と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊
維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
3、配向角は9.1°、及びd002 は0.3414nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
【0037】(実施例2)黒鉛化温度を2600℃と
し、通電量を100C/gとした以外は実施例1と同じ
条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維につ
いて前記各測定を実施した結果、比重は2.16、配向
角は7.2°、及びd002 は0.3405nmであっ
た。また、その他の物性は表1に示すとおりであった。 (実施例3)通電量を300C/gとした以外は実施例
2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素
繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
7、配向角は7.0°、及びd002 は0.3401nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
し、通電量を100C/gとした以外は実施例1と同じ
条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維につ
いて前記各測定を実施した結果、比重は2.16、配向
角は7.2°、及びd002 は0.3405nmであっ
た。また、その他の物性は表1に示すとおりであった。 (実施例3)通電量を300C/gとした以外は実施例
2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素
繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
7、配向角は7.0°、及びd002 は0.3401nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
【0038】(実施例4)通電量を600C/gとした
以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。
得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結果、
比重は2.17、配向角は7.1°、及びd002 は0.
3403nmであった。また、その他の物性は表1に示
すとおりであった。 (比較例3)通電量を1200C/gとした以外は実施
例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.
15、配向角は7.5°、及びd002 は0.3409n
mであった。また、その他の物性は表1に示すとおりで
あった。
以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。
得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結果、
比重は2.17、配向角は7.1°、及びd002 は0.
3403nmであった。また、その他の物性は表1に示
すとおりであった。 (比較例3)通電量を1200C/gとした以外は実施
例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.
15、配向角は7.5°、及びd002 は0.3409n
mであった。また、その他の物性は表1に示すとおりで
あった。
【0039】(比較例4)電解質を塩化カルシウムとし
た以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得
た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結
果、比重は2.16、配向角は7.2°、及びd002 は
0.3404nmであった。また、その他の物性は表1
に示すとおりであった。 (比較例5)通電量を300C/gとした以外は比較例
4と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素
繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
6、配向角は7.4°、及びd002 は0.3406nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
た以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得
た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した結
果、比重は2.16、配向角は7.2°、及びd002 は
0.3404nmであった。また、その他の物性は表1
に示すとおりであった。 (比較例5)通電量を300C/gとした以外は比較例
4と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素
繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.1
6、配向角は7.4°、及びd002 は0.3406nm
であった。また、その他の物性は表1に示すとおりであ
った。
【0040】(実施例5)電解質をフッ化アンモニウム
とした以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を
得た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した
結果、比重は2.17、配向角は7.1°、及びd002
は0.3402nmであった。また、その他の物性は表
1に示すとおりであった。 (比較例6)電解質を硝酸ナトリウムとした以外は実施
例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.
17、配向角は7.2°、及びd002 は0.3403n
mであった。また、その他の物性は表1に示すとおりで
あった。
とした以外は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を
得た。得られた炭素繊維について前記各測定を実施した
結果、比重は2.17、配向角は7.1°、及びd002
は0.3402nmであった。また、その他の物性は表
1に示すとおりであった。 (比較例6)電解質を硝酸ナトリウムとした以外は実施
例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維について前記各測定を実施した結果、比重は2.
17、配向角は7.2°、及びd002 は0.3403n
mであった。また、その他の物性は表1に示すとおりで
あった。
【0041】(比較例7)電解質水溶液にm−アミノフ
ェノールを0.1wt%添加した以外は比較例6と同じ
条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維につ
いて前記各測定を実施した結果、比重は2.16、配向
角は7.5°、及びd002 は0.3406nmであっ
た。また、その他の物性は表1に示すとおりであった。 (比較例8)電解質を炭酸水素アンモニウムとした以外
は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得ら
れた炭素繊維について前記各測定を実施した結果、比重
は2.16、配向角は7.2°、及びd002 は0.34
02nmであった。また、その他の物性は表1に示すと
おりであった。
ェノールを0.1wt%添加した以外は比較例6と同じ
条件で処理し、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維につ
いて前記各測定を実施した結果、比重は2.16、配向
角は7.5°、及びd002 は0.3406nmであっ
た。また、その他の物性は表1に示すとおりであった。 (比較例8)電解質を炭酸水素アンモニウムとした以外
は実施例2と同じ条件で処理し、炭素繊維を得た。得ら
れた炭素繊維について前記各測定を実施した結果、比重
は2.16、配向角は7.2°、及びd002 は0.34
02nmであった。また、その他の物性は表1に示すと
おりであった。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】本発明により、超高弾性率であり、かつ
高ストランド強度及び、高表面接着強度を有するピッチ
系炭素繊維を提供することが出来る。このような高性能
の炭素繊維は、スポーツ、レジャー分野のみならず、航
空・宇宙分野、また産業分野等で用いられる繊維強化プ
ラスチックの強化繊維として有用である。
高ストランド強度及び、高表面接着強度を有するピッチ
系炭素繊維を提供することが出来る。このような高性能
の炭素繊維は、スポーツ、レジャー分野のみならず、航
空・宇宙分野、また産業分野等で用いられる繊維強化プ
ラスチックの強化繊維として有用である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ストランド弾性率が700GPa以上で
あり、かつ層間剪断強度(ILSS)とストランド弾性
率(TM)とストランド強度(TS)との3つの積(I
MS)が次式1を満足するピッチ系炭素繊維。 【数1】 ILSS(GPa)×TM(GPa)×TS(GPa)=IMS≧200 ・・・〔1〕 - 【請求項2】 比重が2.1以上で有り、繊維X線で測
定される配向角が11°以下、粉末X線で測定されるd
002 が0.343nm以下の超高弾性炭素繊維であっ
て、 X線光電子分光法で測定される表面酸素濃度(O1S/
C1S原子数比)が0.1以上0.3以下でありかつ、 ラマン分光法で測定されるE2gピークの半値幅が30
cm-1以上、70cm -1以下であり、かつ表面黒鉛化性
指数R(disorderedピーク/E2gピーク)
が次式を満足することを特徴とする請求項1記載のピッ
チ系炭素繊維。 【数2】0.2<R<1.0 - 【請求項3】 ストランド弾性率が700GPa以上の
超高弾性炭素繊維を陽極として、燐酸化合物または弗化
物の水溶液中で電解酸化処理することを特徴とするピッ
チ系炭素繊維の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6153580A JPH0813255A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超高弾性率かつ高強度を有する炭素繊維とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6153580A JPH0813255A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超高弾性率かつ高強度を有する炭素繊維とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0813255A true JPH0813255A (ja) | 1996-01-16 |
Family
ID=15565601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6153580A Pending JPH0813255A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超高弾性率かつ高強度を有する炭素繊維とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0813255A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-07-05 JP JP6153580A patent/JPH0813255A/ja active Pending
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