(57)【要約】【課題】本発明の目的は、効率よく安全で安価で且つ環境に負荷をかけずに炭素繊維の表面処理を行う炭素繊維の製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明の炭素繊維の製造方法は、未表面処理の炭素繊維を酸素濃度１〜１０００ｐｐｍを含む過熱水蒸気雰囲気下で２００〜６００℃で加熱処理する炭素繊維の製造方法である。酸化性気体は酸素であることが好ましい。本発明で用いる雰囲気は過熱水蒸気の他に、０〜８０ｖｏｌ％の不活性ガスを含んでいても良い。好ましくは１〜１０００ｐｐｍの酸化性気体を含み過熱水蒸気の割合が２０〜９９．９ｖｏｌ％の雰囲気下で加熱処理する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相酸化処理方法によって炭素繊維の表面処理を行う炭素繊維の製造方法であって、炭素繊維を、少なくとも酸化性気体と過熱水蒸気を含む気体を導入した処理室中で、２００〜６００℃で加熱することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
【請求項２】
処理室に導入する気体に含まれる酸化性気体が１〜１０００ｐｐｍである請求項１に記載の炭素繊維の製造方法。
【請求項３】
酸化性気体が酸素であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭素繊維の製造方法。
【請求項４】
少なくとも１〜１０００ｐｐｍの酸化性ガスと２０〜９９．９ｖｏｌ％の過熱水蒸気とを含む気体を導入した処理室中で炭素繊維を加熱処理する請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維を効率の良く表面酸化処理する炭素繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、優れた比強度及び比弾性率を有し、軽量性に優れるため、熱硬化性及び熱可塑性樹脂の強化繊維として、従来のスポーツ・一般産業用途だけでなく、航空・宇宙用途、自動車用途など広く利用されている。利用用途が拡大されるにつれ、炭素繊維強化樹脂複合材料（以下コンポジットと称する）には、さらに高い性能が求められている。
【０００３】
コンポジットの性能は、使用する炭素繊維とマトリクス樹脂の力学的特性の違いだけで
なく、炭素繊維と樹脂の接着性など界面特性の違いによっても異なる。しかし、グラファイト構造を持つ炭素繊維の表面は、樹脂に対する濡れ性が低いため、樹脂との接着性が低い。そのため、表面処理により、炭素繊維表面に水酸基やカルボキシル基などの官能基を導入し、樹脂との接着性を改善している。
【０００４】
炭素繊維を表面処理する方法としては、電解酸化処理や薬液酸化処理などの液相酸化処
理や、気相酸化処理が知られているが、電解酸化処理がその処理のしやすさから、工業的に広く実施されている。しかしながら、電解酸化処理や薬液酸化処理などの液相酸化処理によって炭素繊維を表面処理する方法では、表面処理後に炭素繊維に付着した電解液などの薬液を純水などで洗浄する必要があり、製造装置が大型になったり、製造コストが増加したりすることがある。また、処理後に残存した薬液や繊維の洗浄により発生した廃液の処分が必要となり環境負荷が大きいという問題もある。
これに対し、気相酸化処理では、処理後の繊維に薬液が残存せず、また薬液や廃液などの処分も必要ないため、環境負荷が小さく、またコスト的にも有利である。
【０００５】
気相酸化による表面処理方法としては、酸化性気体を含む気体中での加熱、プラズマや電磁波を利用した方法等が知られている。
例えば特許文献１では、酸化性気体であるオゾンを用いた表面処理方法が提案されている。しかし、オゾンは非常に分解し易く、特に高温ほど分解が激しいため低温で行われるのが一般的であるが、この場合酸化反応はきわめて遅くなる。反応を促進するために、オゾン濃度を高める必要がありそのためには過剰のオゾンを供給せねばならずオゾンの反応効率が悪くなるなどの問題点を有している。また、オゾンは人体に有害であるという危険性を有している。それ故、炭素繊維の表面処理を行う方法としてオゾンによる酸化反応は工業的に利用されにくい現状である。
【０００６】
特許文献２には、電磁波を照射した雰囲気中での表面処理方法が提案されている。しかし、かかる処理では強力な電磁波を発生させるため複雑な装置が必要となり、工業的にコストが見合わない。
特許文献３では、炭素濃度１５〜３０質量％の酸化性雰囲気中で６００〜８００℃で加熱処理を行う方法が提案されているが、かかる条件では炭素繊維に対する酸化作用は不十分であり、電解酸化処理による重ねての酸化処理が必要になる。
その為、安全で、環境に負荷をかけず、コスト及び品質面でも有利な炭素繊維の表面処理方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５４４６０号公報
【特許文献２】特開２００４−２３８７７９号公報
【特許文献３】特表２００９−５４４８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、安全で、環境への負荷が低く、効率の良く炭素繊維の表面処理を行うことができる炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の炭素繊維の製造方法はは、気相酸化処理方法によって炭素繊維の表面処理を行う炭素繊維の製造方法であって、炭素繊維を、少なくとも酸化性気体と過熱水蒸気を含む気体を導入した処理室中で、２００〜６００℃で加熱する炭素繊維の製造方法である。
処理室に導入される気体に含まれる酸化性ガスは酸素であることが好ましく、酸化性ガスの存在量は、処理室に導入される気体の全体積に対して１〜１０００ｐｐｍであることが好ましい。より好ましくは、少なくとも１〜１０００ｐｐｍの酸化性ガスと２０〜９９．９ｖｏｌ％の過熱水蒸気とを含む気体を導入した処理室中で炭素繊維を加熱処理する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の炭素繊維の製造方法は、酸化性気体と過熱水蒸気を用い炭素繊維の表面処理を行うため、環境負荷が低く、効率よく炭素繊維の表面処理を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は気相酸化処理方法により炭素繊維の表面処理を行う炭素繊維の製造方法に関するものである。
本発明の炭素繊維の製造方法は、炭素繊維を少なくとも酸化性気体と過熱水蒸気を含む気体を導入した処理室中で、２００〜６００℃で加熱する炭素繊維の製造方法である。
本発明の製造方法は、ＰＡＮ系、ピッチ系など、公知の炭素繊維を制限なく表面処理す
ることができる。本発明で用いる炭素繊維としては、得られるコンポジット物性の面か
ら、ＰＡＮ系の炭素繊維を用いることが好ましい。
【００１２】
本発明で用いる炭素繊維の繊度は、特に制限されるものではないが、単繊維繊度が好ましくは０．１〜５０ｄｔｅｘ、より好ましくは０．５〜２．０ｄｔｅｘであり、繊維束の総繊度が１０〜５０００００ｔｅｘであることが好ましく、より好ましくは１５０〜１００００ｔｅｘである。本発明で用いる前駆体繊維束のフィラメント数は、好ましくは１０００〜１０００００本、さらに好ましくは３０００〜５００００本である。また、製造効率の面からは、１２０００本以上がより好ましく、２４０００本以上がさらに好ましい。
【００１３】
本発明の炭素繊維の製造方法は、かかる炭素繊維を、少なくとも酸化性気体と過熱水蒸気を含む気体を導入した処理室中で２００〜６００℃で加熱する。
過熱水蒸気とは、任意の圧力において、その圧力における水の沸点より高い温度に過熱された水蒸気である。本発明で用いる過熱水蒸気は、乾き度１．０以上の過熱水蒸気であることが好ましい。水蒸気の乾き度が１．０以上であれば、表面処理反応の効率を十分に高くすることができる。
【００１４】
過熱水蒸気は、炭素に対して高温で水性ガス化反応を生じ、２００〜６００℃の緩やかな反応場において、酸化性気体との副反応により炭素繊維表面を酸化することができる。加熱処理温度は、３００〜５００℃であることがより好ましい。処理温度が２００℃以上あれば、酸化反応は十分に進行する。一方、処理温度が６００℃を超えると、過熱水蒸気の水性ガス化反応により炭素繊維内の炭素が引き抜かれ、炭素繊維の強度が低下する。
処理時間は特に限定されないが、反応の均一性、生産性の観点から１〜６０分であることが好ましい。
【００１５】
本発明において処理室に導入される気体には、表面処理の反応を調節するために不活性ガスが含まれていてもよい。本発明において処理室に導入される気体に含まれる過熱水蒸気の量は全気体の体積に対して２０〜９９．９ｖｏｌ％であることが好ましい。一方、処理室に導入される気体に含まれる不活性ガスは、全気体の体積に対して０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましく、より好ましくは０〜３０ｖｏｌ％であり、０．１〜２０ｖｏｌ％であることが更に好ましい。
【００１６】
処理室に導入する気体に含まれる過熱水蒸気の量が２０ｖｏｌ％以上であれば、水性ガス化反応効率が良く、表面酸化処理時間を短縮しやすい。
不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスや窒素などが挙げられる。中でもアルゴンまたは窒素を用いることが好ましい。
【００１７】
処理室に導入される気体に含まれる酸化性気体は、全気体の体積に対して１〜１０００ｐｐｍであることが好ましく、１〜１００ｐｐｍであることがより好ましい。含まれる酸化性気体の量が１０００ｐｐｍを超えると炭素繊維が二酸化炭素に分解されやすくなり、炭素繊維の強度が低下しやすい傾向がある。
【００１８】
酸化性ガスとしては、例えば、酸素、オゾン、一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素、酸酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素、一酸化硫黄、二酸化硫黄、三酸化硫黄などが挙げられる。好ましくは、環境負荷が少なく安全な酸素である。
【００１９】
過熱水蒸気と酸化性気体との混合は、事前に過熱水蒸気源となる水に酸化性気体を溶解させる方法を用いても、処理室内に別々に導入する方法を用いてもよい。極微量の酸化性気体を精度良く導入する場合、事前に加熱水蒸気源である水に酸化性気体を溶解させる方法が好ましい。
【００２０】
本発明で用いる処理室は、密閉型の過熱水蒸気処理装置を用いても、開放型の過熱水蒸気処理装置を用いても良い。好ましくは連続生産が容易な開放型である。開放型の処理装置を用いる場合、処理装置の開放部は外部からの気体の侵入を防ぐために、例えば水シールやラビリンス構造などの公知の手段によりシールされていることが好ましい。また、処理装置の開放部の開口面積または、処理装置内へ導入する過熱水蒸気を含む気体の導入量を調節することで、処理装置内への過熱水蒸気を含む気体の導入量と処理装置の開放部から噴出す気体の流出量をバランスさせることが好ましい。
【００２１】
処理装置内への過熱水蒸気を含む気体の導入量は、処理装置の処理室内容積に対して、毎分０．０００１〜１０００倍量であることが好ましい。より好ましくは毎分０．００１〜１００倍量である。水蒸気を含む気体の導入量が処理室内容積に対して、毎分０．０００１倍量であれば、処理室内に十分な過熱水蒸気を存在させることができ、炭素繊維表面に処理を行なうことができる。一方、毎分１０００倍量以下であれば、導入された気体の風圧により繊維が受けるダメージを抑えることができる。
【００２２】
また、処理室内の雰囲気気体が過熱水蒸気を２０ｖｏｌ％以上含む気体とするよう、過熱水蒸気を含む気体の処理室への導入量を調節し、導入気体で処理室内の雰囲気気体を十分に置換することが好ましい。処理室内に導入する気体及び処理室内の雰囲気気体に含まれる水蒸気の量は、例えば湿度図表を用いて湿球温度から絶対湿度を求める方法によって測定できる。（例えば、伊與田ら、球状湿潤材料の温度測定による過熱水蒸気と空気混合比の簡易測定、日本機械学会論文集（Ｂ編）７８巻７９０号１２６７〜１２７８頁、２０１２年）
【００２３】
本発明においては、酸化性気体と過熱水蒸気を含む気体を導入した処理室で、炭素繊維が撓まない張力をかけ加熱処理する事が好ましい。張力が低いと糸が暴れ糸切れ等のダメージを受ける。表面処理時の張力は特に限定されるものでは無いが、糸のダメージを抑制するには、１ｄｔｅｘの炭素繊維に対して９〜６０Ｎにすることが好ましい。
【００２４】
本発明においては、過熱水蒸気と酸化性気体を含む気体を導入した処理室で加熱処理を行う前に、表面未処理炭素繊維を公知の技術を用いて前処理しても良い。
上述のような本発明の炭素繊維の製造方法は、使用する気体成分の大部分が水及び不活性気体である為に安全である。また、電解液などの薬液を使用しないため、処理後の繊維に薬液が残存せず、また薬液や廃液などの処分も必要ない。そのため、環境への負荷が低く、且つ低コストで炭素繊維の表面処理を行なうことができる。
【００２５】
本発明の製造方法は、ＰＡＮ系、ピッチ系など、公知の炭素繊維を制限なく表面処理することができるが、本発明で用いる炭素繊維としては、得られるコンポジット物性の面から、ＰＡＮ系の炭素繊維を用いることが好ましい。ＰＡＮ系の炭素繊維は、例えば、以下の方法により製造することができる。
【００２６】
アクリロニトリルを９０質量％以上、好ましくは９５質量％以上含有する単量体を重合して得られる紡糸溶液を、紡糸した後、水洗・乾燥・延伸して得られるＰＡＮ繊維が前駆体繊維として用いられる。前駆体繊維のフィラメント数は、製造効率の面では１０００フィラメント以上が好ましく、１２０００フィラメント以上がより好ましい。
かかる前駆体繊維を、加熱空気中２００〜３００℃で１０〜１００分間耐炎化処理することで耐炎化繊維が得られる。耐炎化処理では、前駆体繊維を延伸倍率０．９０〜１．２０の範囲で延伸することが好ましい。
【００２７】
さらに得られた耐炎化繊維を、３００℃〜１０００℃で低温炭素化した後、１０００〜２０００℃で高温炭素化する二段階の炭素化工程を経て、緻密な内部構造をもつ炭素繊維が得られる。より高い弾性率が求められる場合は、さらに２０００〜３０００℃の高温で黒鉛化処理を行ってもよい。
【００２８】
上記の炭素繊維には、上述の表面処理を行った後、必要に応じてサイジング処理が施される。サイジング方法は、従来公知の方法で行うことができ、サイジング剤は、用途に即して適宜組成を変更して使用し、炭素繊維に付着させた後に、乾燥させることが好ましい。サイジング剤の付着量は０．１〜３．０％が好ましく、さらに好ましくは０．１〜１．５％である。サイジング剤の付着量が３．０％を超えると、炭素繊維の開繊性が低下し、マトリクス樹脂の繊維束内部への含浸不良を引き起こしやすい傾向がある。
【００２９】
一般に、サイジング剤の付着量が少ないと、サイジング剤が付着していない部分ができ、均一性を保つことが難しいという問題がある。しかし、本発明によって製造される炭素繊維は、表面官能基が均一に形成されており、繊維表面の濡れ性は一様に改善されているため、少量の付着量でも、ムラなく均一にサイジング剤を付着することができる。
このようにして得られる炭素繊維は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの強化繊維として、スポーツ用途、レジャー用途、一般産業用途、航空・宇宙用途、自動車用途などに広く利用できる。
【００３０】
本発明の炭素繊維の製造方法により得られた炭素繊維を用い、マトリックス樹脂と組み合わせ、例えば、オートクレーブ成形、プレス成形、樹脂トランスファー成形、フィラメントワインディング成形など、公知の手段・方法により複合材料が得られる。
炭素繊維は、通常、シート状の強化繊維材料として用いられる。シート状の材料とは、繊維材料を一方向にシート状に引き揃えたもの、繊維材料を織編物や不織布等の布帛に成形したもの、多軸織物等が挙げられる。
【００３１】
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が用いられる。熱硬化性マトリックス樹脂の具体例として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂、ビスマレイミド樹脂、アセチレン末端を有するポリイミド樹脂及びポリイソイミド樹脂、ナジック酸末端を有するポリイミド樹脂等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。中でも、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が、特に好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤以外に、通常用いられる着色剤や各種添加剤等が含まれていてもよい。
【００３２】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリベンズイミダゾール等が挙げられる。
複合材料中に占める樹脂組成物の含有率は、１０〜９０重量％、好ましくは２０〜６０重量％、更に好ましくは２５〜４５重量％である。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。各実施例及び比較例における各繊維の物性の評価方法は以下の方法によった。
【００３４】
＜過熱水蒸気発生装置＞
過熱水蒸気の調製はトクデン株式会社製過熱水蒸気発生装置、ユーティリティーパワスチーマーＵＰＳＳ−Ｗ６０を用いて行った。
【００３５】
＜超純水＞
過熱水蒸気源である水には、関東化学株式会社製超純水「Ｕｌｔｒａｐｕｒ」（製品名）を用いた。
【００３６】
＜ガス流量、濃度調整＞
ガス流量は高温ガス流量計を用い、酸素濃度計を用いモニターし、各気体の流量調整により求める雰囲気を調製した。
【００３７】
＜処理室内酸素濃度＞
処理室内の酸素濃度はミッシェル・ジャパン株式会社製酸素センサーＸＺＲ−５００、酸素濃度計ＸＣＵ−５００を用いて測定した。処理時間１分毎の測定値の平均を酸素濃度値とした。
【００３８】
＜水蒸気源である純水の酸素含有率＞
水蒸気源である純水に含まれる酸素濃度は、飯島電子工業株式会社製ＤＯマスターＢ１０３２を用いて測定を行なった。
【００３９】
＜炭素繊維表面酸素濃度Ｏ／Ｃ＞
炭素繊維の表面酸素濃度Ｏ／Ｃは、日本電子株式会社製ＥＳＣＡ  ＪＰＳ−９０００ＭＸを用いて行った。炭素繊維を切り出し、ステンレス製試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０度に設定した。Ｘ線源としてＭｇＫαを用い、試料チャンバー内は１×１０−６Ｐａの真空度で測定を行なった。測定時の帯電に伴うピークの補正として、先ずＣ１Ｓの主ピークの結合エネルギー値Ｂ．Ｅ．を２８４．６ｅｖに合わせた。Ｏ１Ｓピーク面積は５２８〜５４０ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｃ１Ｓピーク面積は２８２〜２９２ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｏ／Ｃは得られたＯ１Ｓピーク面積とＣ１Ｓピーク面積比より算出した。
【００４０】
＜ストランド引張り強度＞
炭素繊維のストランド引張り強度はＪＩＳ  Ｒ−７６０８に準拠し、エポキシ樹脂含浸ストランドの測定を測定した。
【００４１】
＜サイズ剤付着量（溶剤抽出法）＞
炭素繊維束１０ｇを取り出し、溶剤としてアセトンを用い、ＪＩＳ  Ｒ７６０４  Ａ法（溶剤抽出法）に基づいてサイズ剤の付着量を求めた。
【００４２】
＜実施例１＞
前駆体繊維であるＰＡＮ繊維ストランド（単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ，フィラメント数２４０００）を空気中で、繊維比重１．３５になるまで耐炎化処理し、次に窒素ガス雰囲気中、最高温度６５０℃で低温炭化させた。その後、窒素雰囲気下１３００℃で高温炭素化させて炭素繊維を製造した。得られた未表面処理の炭素繊維の炭素繊維表面酸素濃（Ｏ／Ｃ）を測定したところ、２．６％であった。
引き続き未表面処理の炭素繊維を、過熱水蒸気で満たした開放型の加熱炉（処理室）中を通過させ表面処理を施した。過熱水蒸気源である超純水中に予め酸素を溶存させ、処理室の酸素濃度が１ｐｐｍとなるように調整した。処理炉内雰囲気中の過熱水蒸気割合は９９．９ｖｏｌ％であった。処理室内の温度は２５０℃とし、被処理繊維の処理室滞留時間は１５分とした。得られた炭素繊維のＯ／Ｃを測定したところ、７．９％であり、表面処理により繊維表面のＯ／Ｃの向上が認められ、炭素繊維表面が酸化されていることが確認できた。
処理後の炭素繊維に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主成分とするサイズ剤でサイズ剤付着量が１．０ｗｔ％となるようサイズ剤浴の濃度を調節してサイジング処理を行ない、炭素繊維束のストランド引張強度を測定したところ４９８０ＭＰａと良好な強度を示した。
【００４３】
＜実施例２〜４＞
処理室内の温度を表１に記載の温度に変更した以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。得られた炭素繊維のＯ／Ｃ及びストランド強度を表１に記載した。
処理温度を変更した実施例２〜４においても、炭素繊維表面は十分に酸化されていた。実施例１〜４を比較すると処理温度が高くなるにつれ、Ｏ／Ｃが向上するとともに、ストランド強度が向上する傾向が見られた。
【００４４】
＜比較例１＞
実施例１と同様に、前駆体繊維であるＰＡＮ繊維ストランド（単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ，  フィラメント数２４０００）を空気中で、繊維比重１．３５になるまで耐炎化処理し、次に窒素ガス雰囲気中、最高温度６５０℃で低温炭化させた。その後、窒素雰囲気下１３００℃で高温炭素化させて炭素繊維を製造した。得られた未表面処理の炭素繊維の炭素繊維表面酸素濃（Ｏ／Ｃ）を測定したところ、２．６％であった。
未表面処理の炭素繊維に、表面処理を行わないまま、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主成分とするサイズ剤でサイズ剤付着量が１．０ｗｔ％となるようサイズ剤浴の濃度を調節してサイジング処理を行った。得られた炭素繊維束のストランド引張強度は４２４０ＭＰａであり、実施例１〜４と比較して低いものであった。
【００４５】
＜比較例２＞
処理室内の温度を１５０℃に変更した以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。得られた炭素繊維のＯ／Ｃを測定したところ、２．９％であり、繊維表面はほとんど酸化されていなかった。
処理後の炭素繊維に、実施例１と同様にしてサイジング処理を行い、炭素繊維束のストランド引張強度を測定したところ、４３１０ＭＰａであった。
【００４６】
＜比較例３＞
処理室内の温度を７５０℃に変更した以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。得られた炭素繊維のＯ／Ｃを測定したところ、１６．５％であり、繊維表面は十分に酸化されていた。
処理後の炭素繊維に、実施例１と同様にしてサイジング処理を行い、炭素繊維束のストランド引張強度を測定したところ、１９６０ＭＰａと大変低いものであった。処理温度が高すぎ、水性ガス化反応により炭素繊維内の炭素が引き抜かれ、炭素繊維の強度が低下したものと考えられる。
【００４７】
【表１】
2014101605.tif 000002
【００４８】
＜実施例５〜９＞
処理室内の酸素濃度を表２に記載の濃度に変更した以外は、実施例３と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。得られた炭素繊維のＯ／Ｃ及びストランド強度を表２に記載した。
処理室内の酸素濃度を変更した実施例５〜９においても、炭素繊維表面は十分に酸化されていた。実施例５〜９および実施例３を比較すると酸素濃度が高くなるにつれ、Ｏ／Ｃが向上するとともに、ストランド強度が向上する傾向が見られた。処理室の酸素濃度が１０００ｐｐｍを超える実施例９では、ややストランド強度の低下が見られた。
【００４９】
【表２】
2014101605.tif 000003
【００５０】
＜実施例１０〜１２＞
被処理繊維の処理室内滞留時間を表３に記載の時間に変更した以外は、実施例３と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。得られた炭素繊維のＯ／Ｃ及びストランド強度を表３に記載した。
滞留時間を変更した実施例１０〜１２においても、炭素繊維表面は十分に酸化されていた。実施例１０〜１２および実施例３を比較すると滞留時間が長くなるにつれ、Ｏ／Ｃが向上する傾向が見られた。
【００５１】
【表３】
2014101605.tif 000004
【００５２】
＜実施例１３〜１７＞
処理室内の水蒸気割合を表４に記載の割合に変更した以外は、実施例３と同様にして、炭素繊維の表面酸化処理を行った。処理室内の水蒸気割合は、流量計を用いてモニタリングを行いながら、別ラインから処理室内に不活性ガスであるアルゴンガスを導入することで調節した。得られた炭素繊維のＯ／Ｃ及びストランド強度を表４に記載した。
処理室内の水蒸気割合を変更した実施例１３〜１７においても、炭素繊維表面は十分に酸化されていた。
【００５３】
【表４】
2014101605.tif 000005