JPS6189328A - 高強伸度炭素繊維およびその製造法 - Google Patents
高強伸度炭素繊維およびその製造法Info
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- JPS6189328A JPS6189328A JP21094684A JP21094684A JPS6189328A JP S6189328 A JPS6189328 A JP S6189328A JP 21094684 A JP21094684 A JP 21094684A JP 21094684 A JP21094684 A JP 21094684A JP S6189328 A JPS6189328 A JP S6189328A
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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。
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、均一な微細構造を有する高強伸度炭素繊維と
その製造法に関するものである。
その製造法に関するものである。
炭素繊維は、その優れた機械的特性及び熱安定性を有す
るため、近年急速にその需要が広まり、且つ需要の広１
シと共に更に高性能な炭素繊維への要望が高まっており
、特に航空機、自動車等の構造材料への分野には、高強
伸度を有する炭素ＦＢ、維が必要とされている。炭素繊
維は一般にマトリックス樹脂とからなる複合材料として
用いら九るが、複合材料の力学的特性は該炭素繊維の力
学的特性とシわけ強伸度Ｑ＋ｊ件に直接関係している。
るため、近年急速にその需要が広まり、且つ需要の広１
シと共に更に高性能な炭素繊維への要望が高まっており
、特に航空機、自動車等の構造材料への分野には、高強
伸度を有する炭素ＦＢ、維が必要とされている。炭素繊
維は一般にマトリックス樹脂とからなる複合材料として
用いら九るが、複合材料の力学的特性は該炭素繊維の力
学的特性とシわけ強伸度Ｑ＋ｊ件に直接関係している。
特に、上述の航空機、自動車等の構造材料としての複合
材料は、酊衝繋住、柔軟性をも要求さｎ１該炭素繊維は
高伸度なものが必要とされている。
材料は、酊衝繋住、柔軟性をも要求さｎ１該炭素繊維は
高伸度なものが必要とされている。
このような観点から、従来より高弥伸１変の炭素繊維及
びその製造法については多くの提案がなされているが、
これらの多くは欠陥論に基づくものであり、例えば炭素
繊維の内部ボイド、異物、表面傷、或は繊維間の融着に
関するものである。炭素繊維は脆性破壊によって破断す
るため、強伸度特性は欠陥に犬きく支配されることは当
然のことであり、これらの欠陥全生成しない炭素繊維の
製造法が多く提案される所以でもある。このような欠陥
論に基づく成造法は、例えばアクＩＪ ロニ） ＩＪル
系繊細の重合・紡糸の段階から無塵化し、ポリマーの凝
固に際してはボイドの発生を抑え、焼成段階では繊維の
走行時の傷の発生を防止する等、多くの改善・工夫がな
されて訃り、欠陥の発生を抑えた高強伸度の炭素繊維が
製造さｎつつある。
びその製造法については多くの提案がなされているが、
これらの多くは欠陥論に基づくものであり、例えば炭素
繊維の内部ボイド、異物、表面傷、或は繊維間の融着に
関するものである。炭素繊維は脆性破壊によって破断す
るため、強伸度特性は欠陥に犬きく支配されることは当
然のことであり、これらの欠陥全生成しない炭素繊維の
製造法が多く提案される所以でもある。このような欠陥
論に基づく成造法は、例えばアクＩＪ ロニ） ＩＪル
系繊細の重合・紡糸の段階から無塵化し、ポリマーの凝
固に際してはボイドの発生を抑え、焼成段階では繊維の
走行時の傷の発生を防止する等、多くの改善・工夫がな
されて訃り、欠陥の発生を抑えた高強伸度の炭素繊維が
製造さｎつつある。
しかしながら、従来から知られている炭素仮Ｈ，１の水
準を更に著しく越えた新規な高強伸度炭素繊維全書るた
めには、欠陥の発生を極力抑制することは上述の如くで
あるが、更に微細な組織・４．１蹟のコントロールが必
要となり炭素繊維の基質論に基づく本質的な強伸度向上
策が要求されている。
準を更に著しく越えた新規な高強伸度炭素繊維全書るた
めには、欠陥の発生を極力抑制することは上述の如くで
あるが、更に微細な組織・４．１蹟のコントロールが必
要となり炭素繊維の基質論に基づく本質的な強伸度向上
策が要求されている。
本発明者らは、かかる状況に鑑み、欠陥の発生を極力抑
えた炭素繊維について微細な組織構造などの観点から鋭
意研究・検討を重ねた結果、該強伸度特性は微細な組織
・措遺の均一性にあることを見い出し本発明に到達した
。
えた炭素繊維について微細な組織構造などの観点から鋭
意研究・検討を重ねた結果、該強伸度特性は微細な組織
・措遺の均一性にあることを見い出し本発明に到達した
。
即ち本発明の要旨とするところは、アクリロニトリル系
炭素ｆＪ［におって、ボイドの体積分率Ｃが２Ｘ１０−
２以下であり、且つ小角Ｘ線回折による電子密度のゆら
ぎの２乗平均〈η２〉がα２５ Ａ−’以下、好ましく
はα２０Ａ−’以下であり、更にはみかけの結晶化度が
４５％以上の炭素繊維にある。
炭素ｆＪ［におって、ボイドの体積分率Ｃが２Ｘ１０−
２以下であり、且つ小角Ｘ線回折による電子密度のゆら
ぎの２乗平均〈η２〉がα２５ Ａ−’以下、好ましく
はα２０Ａ−’以下であり、更にはみかけの結晶化度が
４５％以上の炭素繊維にある。
このような均一な微細構造を有する炭素繊維を得るだめ
の具体的製造法は、酸化性雰囲気中２００〜３５０℃で
耐炎化し、不活性雰囲気中 １３５０℃以上で炭素
化する際、耐炎化したｇｉ班の密度が１，２５〜１．５
３ ｆ／ｃｍ１の範囲にあシ、且つ炭素化に際し、その
最高履歴温度が１２００〜２０００℃の範囲にあるよう
にすることにある。
の具体的製造法は、酸化性雰囲気中２００〜３５０℃で
耐炎化し、不活性雰囲気中 １３５０℃以上で炭素
化する際、耐炎化したｇｉ班の密度が１，２５〜１．５
３ ｆ／ｃｍ１の範囲にあシ、且つ炭素化に際し、その
最高履歴温度が１２００〜２０００℃の範囲にあるよう
にすることにある。
以下、更に詳細に説明する。
本発明に於ける炭素繊維の前駆体であるプレカーサーは
、アクリロニトリル系ｆＭ、１ＩＩＩであって、アジり
ロニトリルを９０モル係以上含有するアクリル系ポリマ
ーから成る繊維で、その構成成分としては、アクリロニ
トリル以外にメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル
等のメタクリル酸エステル、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル等のアクリル酸エステル、アクリル酸、メタ
クリル酸、イタコン酸等のカルボン酸、アクリルアミド
等の共重合成分全総量で１０モル％以下の割合で含むも
のである。
、アクリロニトリル系ｆＭ、１ＩＩＩであって、アジり
ロニトリルを９０モル係以上含有するアクリル系ポリマ
ーから成る繊維で、その構成成分としては、アクリロニ
トリル以外にメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル
等のメタクリル酸エステル、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル等のアクリル酸エステル、アクリル酸、メタ
クリル酸、イタコン酸等のカルボン酸、アクリルアミド
等の共重合成分全総量で１０モル％以下の割合で含むも
のである。
これらのアクリル糸ポＩＪマー４１維状に賦形するには
、適当な溶剤に溶解させ紡糸原液を調整し、紡糸ノズル
から紡糸原液音引き出し脱溶剤することによって繊維状
に賦形する。この際、溶剤中の不純物の除去、紡糸原液
の：ｊ１過等により極力異物の混入を防しヒすることが
好１しく、粒径５μ以上の粒子を含まないことが必要で
ある。具体的には重合上りのポリマーを浄化した熱水中
で洗浄し、更に紡糸原液を５μ以上の粒子を除去するフ
ィルターを用いて精密Ｐ遇することによって達成できる
。脱溶剤の方法は、湿式法、乾式法、乾湿式法等がある
が、いずれの方法に於ても、脱溶剤の際にミクロなボイ
ドが発生する。炭素繊維用プレカーサーは、その後延伸
、焼きつぶし等の工程を経るのが通常であって、ミクロ
なボイドは非常に小さくなり、数百へ以下にまでなる。
、適当な溶剤に溶解させ紡糸原液を調整し、紡糸ノズル
から紡糸原液音引き出し脱溶剤することによって繊維状
に賦形する。この際、溶剤中の不純物の除去、紡糸原液
の：ｊ１過等により極力異物の混入を防しヒすることが
好１しく、粒径５μ以上の粒子を含まないことが必要で
ある。具体的には重合上りのポリマーを浄化した熱水中
で洗浄し、更に紡糸原液を５μ以上の粒子を除去するフ
ィルターを用いて精密Ｐ遇することによって達成できる
。脱溶剤の方法は、湿式法、乾式法、乾湿式法等がある
が、いずれの方法に於ても、脱溶剤の際にミクロなボイ
ドが発生する。炭素繊維用プレカーサーは、その後延伸
、焼きつぶし等の工程を経るのが通常であって、ミクロ
なボイドは非常に小さくなり、数百へ以下にまでなる。
しかしながら、これらのボイドはｆｆｌ維内にほぼ均一
に、いたる所に存在することになυ、いわばアクリロニ
トリル系ｆｍ雑の本質的不均一１１り造になり、炭素Ｆ
１Ｒ維に至ってもそのまま不均一構造が残される。本発
明の目的の１つは、この゛ミクロなボイド’ｋｆｆｌ力
抑えることにちゃ、ボイドの体積分率が２ Ｘ １０−
２以下、好ましくはＩ Ｘ １０”−２以下であること
が必要である。ボイドの体積分率の測定法は以下に示す
如くである。
に、いたる所に存在することになυ、いわばアクリロニ
トリル系ｆｍ雑の本質的不均一１１り造になり、炭素Ｆ
１Ｒ維に至ってもそのまま不均一構造が残される。本発
明の目的の１つは、この゛ミクロなボイド’ｋｆｆｌ力
抑えることにちゃ、ボイドの体積分率が２ Ｘ １０−
２以下、好ましくはＩ Ｘ １０”−２以下であること
が必要である。ボイドの体積分率の測定法は以下に示す
如くである。
（ボイドの体積分率Ｃの測定法）
（１）炭素繊維のサイズ剤等付着物を除去する目的でア
セトン中に１昼夜浸漬する。
セトン中に１昼夜浸漬する。
（２）炭素繊維をめのう乳鉢を用いて粉砕する。
粉砕には大きな力を入れてはならないが充分に行なう。
元学顕微鈍を用い繊維状形態がなくなるまでとする。
（３）密度勾配管法によって、粉砕試料の密度ρｐと５
間長試料の＠度ρｆ とを測定する。（測定時、試料の
脱泡全元分行なう。） （４） 次式によってボイドの体積分率ａ２計算する
。
間長試料の＠度ρｆ とを測定する。（測定時、試料の
脱泡全元分行なう。） （４） 次式によってボイドの体積分率ａ２計算する
。
ボイドの体積分率Ｃは、アクリロニトリル系プレカーサ
ーの緻密性に、も影響されるものであるが、具物粒子の
有無によって左右され、ボイドの体積分率’（ｚ２Ｘ１
０−２以下とするには粒径５μ以上の粒子を含１ないア
クリロニトリル系Ｐ！維を用いる必要がある。更にボイ
ドの体積分率は、炭素ＦＭ、維の焼成方法によって太き
く左右される。ボイドの体積分宇金２Ｘ１０−２以下す
るためには、アクリロニトリル系繊維全酸化性雰囲気中
で２００〜３５０℃で耐炎化する際、その密度ｉ １．
２５〜１． ′５３ ｆ／ｃｍ３の範囲にすることが必
要であり、更に不活性ガス雰囲気中で炭素化する際、最
高温度履歴が１２００〜２０００℃の範囲にあることが
必要である。
ーの緻密性に、も影響されるものであるが、具物粒子の
有無によって左右され、ボイドの体積分率’（ｚ２Ｘ１
０−２以下とするには粒径５μ以上の粒子を含１ないア
クリロニトリル系Ｐ！維を用いる必要がある。更にボイ
ドの体積分率は、炭素ＦＭ、維の焼成方法によって太き
く左右される。ボイドの体積分宇金２Ｘ１０−２以下す
るためには、アクリロニトリル系繊維全酸化性雰囲気中
で２００〜３５０℃で耐炎化する際、その密度ｉ １．
２５〜１． ′５３ ｆ／ｃｍ３の範囲にすることが必
要であり、更に不活性ガス雰囲気中で炭素化する際、最
高温度履歴が１２００〜２０００℃の範囲にあることが
必要である。
炭素繊維内の更に微細な不均一構造として、黒鉛結晶類
似の結晶領域と、結晶と結晶を結びつけている非晶或は
空隙とによる不均一性があると推察できる。こｎはＸ線
小角散乱から想像されるものである。本発明者らは、炭
素繊維の強伸度特性１全担う領域は、結晶と結晶を結び
つけているバインダー的領域即ち、非晶或は空隙のある
領域にあることを見い出した。これらの領域を表わす物
理量としてＸ線小角散乱によって得られるゆらぎの２乗
平均〈η２〉が適している。ゆらぎの２乗平均くｌシで
あることが、従来の強伸度水準を著しく越えた新規ｆｘ
炭素繊維を得る必要条件である。
似の結晶領域と、結晶と結晶を結びつけている非晶或は
空隙とによる不均一性があると推察できる。こｎはＸ線
小角散乱から想像されるものである。本発明者らは、炭
素繊維の強伸度特性１全担う領域は、結晶と結晶を結び
つけているバインダー的領域即ち、非晶或は空隙のある
領域にあることを見い出した。これらの領域を表わす物
理量としてＸ線小角散乱によって得られるゆらぎの２乗
平均〈η２〉が適している。ゆらぎの２乗平均くｌシで
あることが、従来の強伸度水準を著しく越えた新規ｆｘ
炭素繊維を得る必要条件である。
ここで、ゆらぎの２乗平均の測定法は以下に示す如くで
ある。
ある。
（ゆらぎの２乗平均の測定法）
Ｘ腺小角散乱測定装置に理学電機（ａ−〕製、ＲＵ−２
００型Ｘ線発生装置を用い、管電圧４０ＫＶ。
００型Ｘ線発生装置を用い、管電圧４０ＫＶ。
管電流２００ ｍＡでＮｉフィルターで１波したＯｕ−
Ｋａ特性Ｘ線全使用する。小角散乱装置にＯＮ２２０３
ｇ５型を用い、ｏ、１５φ−Ｑ、１５φポイントコリメ
ーンヨンを用い、カメラ長２５５間で測定する。検出器
に位置敏感型比例計数管（ＰＥ３ＰＣ）を用い、チャン
ネル数１０２４、測定時間５０００秒で行なう。以下の
順に従い測定する。
Ｋａ特性Ｘ線全使用する。小角散乱装置にＯＮ２２０３
ｇ５型を用い、ｏ、１５φ−Ｑ、１５φポイントコリメ
ーンヨンを用い、カメラ長２５５間で測定する。検出器
に位置敏感型比例計数管（ＰＥ３ＰＣ）を用い、チャン
ネル数１０２４、測定時間５０００秒で行なう。以下の
順に従い測定する。
（１） 炭素繊維を鋏によって細かく粉砕する。
（２）第１図に示す試料ホルダーを作成し、均一な厚さ
に炭素繊維粉末金元填する。
に炭素繊維粉末金元填する。
（３）Ｘ、１直射ビーム全適量のＮ１ｖｉでカウンター
に過度のＸ線を入射させないよう減衰させ、その時の直
射ビームの強度ＩＯと、この状態で試料装置いた時の直
射ビームの強度ＩｓＯ比から、試料の吸収量Ａ及びＸ線
に照射さ九ている試料の体積Ｖｆ次式で求める。
に過度のＸ線を入射させないよう減衰させ、その時の直
射ビームの強度ＩＯと、この状態で試料装置いた時の直
射ビームの強度ＩｓＯ比から、試料の吸収量Ａ及びＸ線
に照射さ九ている試料の体積Ｖｆ次式で求める。
Ａ＝Ｉｓ／工０
ただし、ρは炭素ｆＲ維の密度である（り７Ｍ）。
（４） （３）による直射ビーム減衰用のＮ１箔の厚
さｔ（ｃｒｎ）を測定し、絶対散乱強度補正係数Ｂｉ次
式によって求める。
さｔ（ｃｒｎ）を測定し、絶対散乱強度補正係数Ｂｉ次
式によって求める。
（２５，５）” ＸｅＸｐ（−４４０Ｘｔ）（５）吸収
量測定用のＮ１箔を取り除き、ｐｓｐｃ用ビー広ビーム
ストッパーしてＸ線小角散乱の測定を行なう。試料によ
る散乱Ｉ ｓ ａｍｐ及び空気散乱工ａｉｒ から次
式で試料による真の絶対散乱強度工ＯｂＥ］ ’ｒ：
求める。
量測定用のＮ１箔を取り除き、ｐｓｐｃ用ビー広ビーム
ストッパーしてＸ線小角散乱の測定を行なう。試料によ
る散乱Ｉ ｓ ａｍｐ及び空気散乱工ａｉｒ から次
式で試料による真の絶対散乱強度工ＯｂＥ］ ’ｒ：
求める。
Ｂ Ａ
ただし、２θは散乱角である。
（６） １／ 、７Ｉｏｂｓ ｖ、 ｓ、 ｓ２のプ
ロワ）ｔ−行なう。但し、５＝−Ｔｓｉｎθである。散
乱角２θ＝２．５゜から４．５° までの領域全最小２
乗法によって直線を引き、次式に従いその勾配から相関
長ａ及び切片から散乱角零度の絶対強度Ｉｏｂｓ（０）
を求める。
ロワ）ｔ−行なう。但し、５＝−Ｔｓｉｎθである。散
乱角２θ＝２．５゜から４．５° までの領域全最小２
乗法によって直線を引き、次式に従いその勾配から相関
長ａ及び切片から散乱角零度の絶対強度Ｉｏｂｓ（０）
を求める。
（７）次式に従いａ及び工ｏｂｓ（ｏ）からゆらぎの２
乗平均〈η２〉全求める。
乗平均〈η２〉全求める。
ゆらぎの２乗平均〈η２〉は主に焼成方法によって左右
され、ｃＬ２５Ａ−８以下とするためにはアクリロニト
リル系ｆｆ１Ｍ’ｅ酸化性雰囲気中で２００〜３５０℃
で耐炎化する際、その密度が１２５〜１．３３ ｔ／６
ｎ”の範囲にあることが必要である。更に不活性ガス雰
囲気中で炭素化する際、最高履歴温度があまり高いもの
は好ましくなく、２０００℃以下の範囲（であることが
必要である。２０００℃以上ではゆらぎの２乗半均は急
激に増大する。
され、ｃＬ２５Ａ−８以下とするためにはアクリロニト
リル系ｆｆ１Ｍ’ｅ酸化性雰囲気中で２００〜３５０℃
で耐炎化する際、その密度が１２５〜１．３３ ｔ／６
ｎ”の範囲にあることが必要である。更に不活性ガス雰
囲気中で炭素化する際、最高履歴温度があまり高いもの
は好ましくなく、２０００℃以下の範囲（であることが
必要である。２０００℃以上ではゆらぎの２乗半均は急
激に増大する。
炭素Ｆ！１．維は、黒鉛類似の結晶構造金有することは
上述のダロ〈であるが、この構造を発達させることが均
一な微細構造全形成することになり、強伸高特性を向上
させうろことを見出したものでちる。即ち、見かけの結
晶化度が４５％以上であることが必要であり、好ましく
は５０％以上である。みかけの結晶化度の測定法は以下
に示す方法による。
上述のダロ〈であるが、この構造を発達させることが均
一な微細構造全形成することになり、強伸高特性を向上
させうろことを見出したものでちる。即ち、見かけの結
晶化度が４５％以上であることが必要であり、好ましく
は５０％以上である。みかけの結晶化度の測定法は以下
に示す方法による。
（みかけの結晶化度の測定法）
広角Ｘ線回折法を用いて行なう。Ｘ線発生装置及び発生
条件は上述と同様である。
条件は上述と同様である。
（１）炭素繊維を鋏を用いて細かく粉砕し、測定試料と
する。（回転試料金券を用いて、試料の等方的な測定が
できれば粉砕の必要はない。）：（２）散乱角２θ＝１
４°から３４°までの回折プロファイルをチャート上に
記録する。（第２図参照） （３）２θ＝１４°と３４°を直線で結び、ピーク部分
の面積ＳＣ及び全散乱面積Ｓｔを求め次式に従ってみか
けの結晶化度Ｘｃを求める。
する。（回転試料金券を用いて、試料の等方的な測定が
できれば粉砕の必要はない。）：（２）散乱角２θ＝１
４°から３４°までの回折プロファイルをチャート上に
記録する。（第２図参照） （３）２θ＝１４°と３４°を直線で結び、ピーク部分
の面積ＳＣ及び全散乱面積Ｓｔを求め次式に従ってみか
けの結晶化度Ｘｃを求める。
ｃ
Ｘｃ＝−Ｘ１００（％）
ｔ
みかけの結晶化度は主に焼成方法によって左右され、４
５％以上とするためにはアクリロニ） ＋１ル糸ｒ！ｉ
ｍｗｅｔヒ性雰囲気中で２００〜３５０℃で耐炎化する
際、その密度が１．２５〜１．３３１７ｃｍ３の範囲に
あることが必要で、更に不活性ガス雰囲気中で炭素化す
る際、最高履歴温度が１２００℃以上の範囲が必要であ
る。みかけの結晶化度は炭素化での最高履歴温度が高い
もの程大きい。
５％以上とするためにはアクリロニ） ＋１ル糸ｒ！ｉ
ｍｗｅｔヒ性雰囲気中で２００〜３５０℃で耐炎化する
際、その密度が１．２５〜１．３３１７ｃｍ３の範囲に
あることが必要で、更に不活性ガス雰囲気中で炭素化す
る際、最高履歴温度が１２００℃以上の範囲が必要であ
る。みかけの結晶化度は炭素化での最高履歴温度が高い
もの程大きい。
ゆらぎの２乗平均〈η２〉とみかけの結晶化度Ｘｃ は
相反する傾向がある。〈η２〉は炭素化での最高ＩＧ歴
湿温度高いもの程大きくなり好１しぐなく、ＸＣは温度
が低いもの程小さくなり好ましぐない。本発明者らは、
この矛盾する現イｌ！から最適な炭素化での最ｔ″５履
歴温度は１２００℃〜２０００℃、好１し〜〈は１４０
０℃〜１８００℃にあることを見い出した。
相反する傾向がある。〈η２〉は炭素化での最高ＩＧ歴
湿温度高いもの程大きくなり好１しぐなく、ＸＣは温度
が低いもの程小さくなり好ましぐない。本発明者らは、
この矛盾する現イｌ！から最適な炭素化での最ｔ″５履
歴温度は１２００℃〜２０００℃、好１し〜〈は１４０
０℃〜１８００℃にあることを見い出した。
以上の方法により極めて均一な微細構造を有し、強伸度
特性の優れた炭素繊維が得られる。
特性の優れた炭素繊維が得られる。
以下、実施例によって更に詳しく本発明を説明する。
尚、実施例で示した強伸度特性は１．ＴＩ８ Ｒ−７
６０１によるストランドの性能によって評価したもので
ある。
６０１によるストランドの性能によって評価したもので
ある。
実施例１及び比較例
水系懸濁重合法で調製した組成が、アクＩＪ ロニトリ
ル９８ ｗｔ％、メタクリル酸２ ｗｔ％からなるアク
リロニトリル系重合体粉末全α１ｐｍ カットフィルタ
ー（住友電気工業（抹）！ｌ！！フロロボア）でｆ過し
た純水を沸騰させ約１時間洗浄した。その後同フィルタ
ーで１過したジメチルホルムアミド全溶媒として均一に
溶解し、２６ｗｔ％の原液を調製した。
ル９８ ｗｔ％、メタクリル酸２ ｗｔ％からなるアク
リロニトリル系重合体粉末全α１ｐｍ カットフィルタ
ー（住友電気工業（抹）！ｌ！！フロロボア）でｆ過し
た純水を沸騰させ約１時間洗浄した。その後同フィルタ
ーで１過したジメチルホルムアミド全溶媒として均一に
溶解し、２６ｗｔ％の原液を調製した。
この原液全通常のセルロース繊維不織布＋Ｐ材とするフ
ィルターで濾過し、粗い昇物を取除き脱泡して紡糸原液
とした。次にこの原液を金属繊維焼結フィルター（日本
精線（株）製、ナスロン）の濾過精度５μｍフィルター
（空気ヲ沢過した際、５μｍ以上の粒径の塵埃を９５％
以上除去するＰ材）ｔ−用いて沢過した後、孔径α１５
闘φ、孔数２０００の紡糸ノズルから乾湿式紡糸し、得
られる未延伸糸を洗浄、延伸したのち、油剤処理し、引
き続き乾燥及び緻密処理を施し、１、３ ｄｐｆのプレ
カーサー（Ｘ） ’に得た。比較例として、沸水洗浄及
び５μｍフィルターによる原液の濾過を行わない点を除
いて上と同様の方法で１．３ ｄｐｆのプレカーサー（
Ｙ） を製造した。
ィルターで濾過し、粗い昇物を取除き脱泡して紡糸原液
とした。次にこの原液を金属繊維焼結フィルター（日本
精線（株）製、ナスロン）の濾過精度５μｍフィルター
（空気ヲ沢過した際、５μｍ以上の粒径の塵埃を９５％
以上除去するＰ材）ｔ−用いて沢過した後、孔径α１５
闘φ、孔数２０００の紡糸ノズルから乾湿式紡糸し、得
られる未延伸糸を洗浄、延伸したのち、油剤処理し、引
き続き乾燥及び緻密処理を施し、１、３ ｄｐｆのプレ
カーサー（Ｘ） ’に得た。比較例として、沸水洗浄及
び５μｍフィルターによる原液の濾過を行わない点を除
いて上と同様の方法で１．３ ｄｐｆのプレカーサー（
Ｙ） を製造した。
上記プレカーサーを連続的に空気中２４０℃で加熱し、
加熱時間を調節してＦＭ、維の密度がそれぞれＡ ＝
１．２７９７ｃｍ”、Ｂ ＝ １．３２１７ｃｍ３．０
＝ １．３６り７ｃｍ３、Ｄ ＝ １．４０ Ｓ’／
ｃｒｎ３の耐炎化Ｆ？２維を得た。尚、空気中での加熱
に際しては張力を付与し、この間の繊維の伸長重金１０
％とした。その後、チツ累ガス雰囲気中で６００℃及び
１３５０℃でそれぞれ１分間熱処理を行ない炭素化糸を
得た。尚、６００℃熱処理では１０％の伸長を１３５０
℃では一４％の伸長を施した。また、炭素化時の欠陥の
発生を防止する目的で繊維走行時のローラー、ガイド類
の材質はセラミックス製を用い曲率半径のできるだけ大
きいものとし、チッ素ガス中の酸素濃度は５ｐｐｎ以下
を保持した。
加熱時間を調節してＦＭ、維の密度がそれぞれＡ ＝
１．２７９７ｃｍ”、Ｂ ＝ １．３２１７ｃｍ３．０
＝ １．３６り７ｃｍ３、Ｄ ＝ １．４０ Ｓ’／
ｃｒｎ３の耐炎化Ｆ？２維を得た。尚、空気中での加熱
に際しては張力を付与し、この間の繊維の伸長重金１０
％とした。その後、チツ累ガス雰囲気中で６００℃及び
１３５０℃でそれぞれ１分間熱処理を行ない炭素化糸を
得た。尚、６００℃熱処理では１０％の伸長を１３５０
℃では一４％の伸長を施した。また、炭素化時の欠陥の
発生を防止する目的で繊維走行時のローラー、ガイド類
の材質はセラミックス製を用い曲率半径のできるだけ大
きいものとし、チッ素ガス中の酸素濃度は５ｐｐｎ以下
を保持した。
比較例としてプレカーサー（Ｙ）を上記と同様に焼成し
た。但し、空気中２４０℃で加熱する際、加熱時間を調
節してｆ′Ｍ、維の密度が１．３２ ｆ／−３のものと
した。
た。但し、空気中２４０℃で加熱する際、加熱時間を調
節してｆ′Ｍ、維の密度が１．３２ ｆ／−３のものと
した。
得られた炭素化糸の特性値を第１表に示す。
耐炎化した繊維の密度が１．５３ ｆ ７ｃｍ３以下で
あるものは、ボイドの体積分率が２Ｘ１．Ｏ−２以下で
あり、且つゆらぎの２乗平均が０．２５ Ａ−’以下で
あって、更にみかけの結晶化度が４５％以上であり、極
めて優れた強伸度特性を示す。
あるものは、ボイドの体積分率が２Ｘ１．Ｏ−２以下で
あり、且つゆらぎの２乗平均が０．２５ Ａ−’以下で
あって、更にみかけの結晶化度が４５％以上であり、極
めて優れた強伸度特性を示す。
比較例の沸水洗浄及び５μｍフィルターによる原液の濾
過を行わないものはボイドの体積分率の値が大きく、優
バた強伸度特性は得られなかった。
過を行わないものはボイドの体積分率の値が大きく、優
バた強伸度特性は得られなかった。
第 １ 表
実施例２及び比較例
実施例１と同じプレカーサー（Ｘ）を連続的に孕気中２
４０℃で伸長率１０％全付与しながら加熱し、を我維の
密度がｔ ５０ ？／ｃｎｒ３の耐炎化繊維を得た。そ
の後、チッ素ガス雰囲気中６ｏｏ℃で呻長率１０係を付
与しなか−ら１分間処理し、更にチッ素ガス雰囲気中で
第２表に示すような炭曇化最高履歴温度金与えつつ、伸
長率−４％で１分間処理した。炭素化での欠陥発生防止
策は実施例１と同様である。得られた炭素化糸の特性値
を第２表に示す。本発明の炭素繊維は、極めて優れた強
伸度値を示すことが分る。
４０℃で伸長率１０％全付与しながら加熱し、を我維の
密度がｔ ５０ ？／ｃｎｒ３の耐炎化繊維を得た。そ
の後、チッ素ガス雰囲気中６ｏｏ℃で呻長率１０係を付
与しなか−ら１分間処理し、更にチッ素ガス雰囲気中で
第２表に示すような炭曇化最高履歴温度金与えつつ、伸
長率−４％で１分間処理した。炭素化での欠陥発生防止
策は実施例１と同様である。得られた炭素化糸の特性値
を第２表に示す。本発明の炭素繊維は、極めて優れた強
伸度値を示すことが分る。
第 ２ 表
こ発明の効果〕
本発明は、炭素繊維中に欠陥（Ｃ有しないだけでなく、
均一な微細購造を有するものであって従来にない高強伸
度特性を何えた炭素ｆ天惟全提供することが可能となる
。
均一な微細購造を有するものであって従来にない高強伸
度特性を何えた炭素ｆ天惟全提供することが可能となる
。
第１し１は炭素繊維粉砕試料を光崩するだめの試料ホル
ダーを示す。 Ａ：試料ホルダー Ｂ：試料光填棒 第２図はみかけの結晶化度測定時の広角Ｘ線回折プロフ
ァイルを示す。 ＳＣ： ビーク部分の面積 Ｓｔ： 全散乱面積 ４φ 偉 １ 回 散チＬ角２θ（ｄｅｇ、”） ＋２ 回
ダーを示す。 Ａ：試料ホルダー Ｂ：試料光填棒 第２図はみかけの結晶化度測定時の広角Ｘ線回折プロフ
ァイルを示す。 ＳＣ： ビーク部分の面積 Ｓｔ： 全散乱面積 ４φ 偉 １ 回 散チＬ角２θ（ｄｅｇ、”） ＋２ 回
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、アクリロニトリル系炭素繊維にあってボイドの体積
分率Ｃが２×１０＾−＾２以下であり、且つ小角Ｘ線回
折によるゆらぎの２乗平均〈η＾２〉が０．２５Ａ＾−
＾６以下であることを特徴とする均一な微細構造を有す
る高強伸度炭素繊維。 ２、みかけの結晶化度Ｘｃが４５％以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の均一な微細構造を
有する高強伸度炭素繊維。 ３、粒径５μ以上の異物粒子を含まないアクリロニトリ
ル系繊維を酸化性雰囲気中２００〜３５０℃で耐炎化し
たのち、不活性ガス雰囲気中３５０℃以上で炭素化する
際、耐炎化した繊維の密度が１．２５〜１．３３ｇ／ｃ
ｍ＾３の範囲にあり、且つ炭素化に際しその最高履歴温
度が１２００〜２０００℃の範囲にあることを特徴とす
る高強伸度炭素繊維の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21094684A JPS6189328A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 高強伸度炭素繊維およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21094684A JPS6189328A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 高強伸度炭素繊維およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189328A true JPS6189328A (ja) | 1986-05-07 |
Family
ID=16597711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21094684A Pending JPS6189328A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 高強伸度炭素繊維およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6189328A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4915926A (en) * | 1988-02-22 | 1990-04-10 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Balanced ultra-high modulus and high tensile strength carbon fibers |
-
1984
- 1984-10-08 JP JP21094684A patent/JPS6189328A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4915926A (en) * | 1988-02-22 | 1990-04-10 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Balanced ultra-high modulus and high tensile strength carbon fibers |
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