(57)【要約】【課題】炭素繊維ストランドを強化材として用いた炭素繊維強化樹脂が、繊維軸方向の性能に優れ、且つ繊維垂直方向の破壊に影響が大きい層間剪断強度などに優れている強化材としての炭素繊維ストランドを提供する。【解決手段】炭素繊維の表面処理が施されてなる炭素繊維ストランドであって、炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％である炭素繊維ストランド。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％である炭素繊維ストランド。
【請求項２】
炭素繊維表面にサイズ剤を有し、炭素繊維の１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のばらつきが下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
で示すＣＶ値で４０％以下である請求項１に記載の炭素繊維ストランド。
【請求項３】
サイズ剤が、５０℃での粘度５〜１００Ｐａ・ｓのエポキシ樹脂系サイズ剤である請求項２に記載の炭素繊維ストランド。
【請求項４】
炭素繊維表面について、表面酸化処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の表面処理を施す炭素繊維ストランドの製造方法であって、表面処理後の炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％であり、表面処理後の炭素繊維の１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のばらつきが下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
で示すＣＶ値で４０％以下である炭素繊維ストランドの製造方法。
【請求項５】
表面酸化処理が電解処理であって、電解処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の各表面処理に用いる水の電導度が５０μＳ／ｃｍ以下であるエポキシ樹脂系のサイズ剤を用いる請求項４に記載の炭素繊維ストランドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂の強化材等に好適な炭素繊維ストランド及びその製造方法に関し、更に詳述すればマトリックス樹脂に十分密着して引張強度及び剪断強さに優れた複合材料を製造することのできる炭素繊維ストランド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維は他の繊維と比較して強度や弾性率が高く、軽いという特徴を有するため、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料の強化材として多用されている。この炭素繊維で強化した複合材料は、軽量で高強度であるので、航空宇宙産業を始めとし、各種の産業に広く利用されている。
【０００３】
この複合材料を製造する方法としては、中間基材であるプリプレグを用いて賦形成型する方法がある。更に、炭素繊維ストランドを用いて引抜成形、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法、フィラメント・ワインディング（ＦＷ）法、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）法、バルク・モールディング・コンパウンド（ＢＭＣ）法、ハンドレイアップ法などによって複合材料を製造できる。
【０００４】
複合材料の製造に用いられる熱可塑性のマトリックス樹脂としては、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアセタール樹脂、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。
【０００５】
複合材料の製造に用いられる熱硬化性のマトリックス樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられるが、これらのうちでも特にエポキシ樹脂は耐熱性、物性等バランスの良い複合材料を与えるので好ましい。
【０００６】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、テトラグリシジルアミン、トリグリシジルアミン等の多官能エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられるが、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が接着性、物性等に優れ万能であるためマトリックス樹脂として広く使用されている。
【０００７】
炭素繊維は、上記各種樹脂のマトリックスとからなる繊維強化複合材料の強化材として利用されているが、炭素繊維の強化材としての高い物性を複合材料に生かすには、マトリックスとの接着性が重要である。
【０００８】
一般に炭素繊維は表面処理を施さないと、マトリックスに対して接着性が十分でなく、表面未処理の炭素繊維で複合化された材料は、剥離強度や剪断強度といった横方向（繊維軸方向）の物性が低い。
【０００９】
そのために通常炭素繊維には焼成後、電解酸化、薬液酸化、気相酸化といった酸化処理が施され、炭素繊維表面に酸素含有官能基を導入し、更にはサイジング処理が施され、マトリックスとの濡れ性や接着性を向上させている。
【００１０】
一方、これら酸化処理液を除去する工程や、酸化処理液・サイズ液希釈には一般的にイオン交換水・蒸留水・水道水（井戸水）等の処理水が用いられている。この処理水中に含まれている不純物の程度によっては、逆にマトリックス樹脂との接着性が低下してしまうことがある。
【００１１】
このように酸化処理によって得られる炭素繊維の表面特性について、特許文献１では炭素繊維最表面の官能基を特定することにより複合材料（コンポジット）における炭素繊維とマトリックス（母材）樹脂との接着強度が向上することが開示されているが、処理水の影響との組合せについては検討されていない。
【００１２】
またサイズ剤の付着状態の観察する手法については、特許文献２や特許文献３で行われているが十分なものではなかった。
【００１３】
【特許文献１】
特開平４−３６１６１９号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−２４８０５９号公報（第３頁）
【特許文献３】
特開平４−４４５１１号公報（第３〜４頁）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記問題について鋭意検討しているうち、マトリックス樹脂と炭素繊維との接着性向上の指標として、後述のサイズ剤の付着状態を規定することが重要であることを見出した。
【００１５】
即ち、炭素繊維の表面処理が施されてなる炭素繊維ストランドであって、炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）等の諸数値が所定範囲にある炭素繊維ストランドを強化材として用いた炭素繊維強化樹脂が、繊維軸方向の性能に優れ、且つ繊維垂直方向の破壊に影響が大きい層間剪断強度などに優れていることを知得した。
【００１６】
更に、炭素繊維ストランドの製造に際し、電解処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の各表面処理に用いる水の電気伝導度（電導度）を所定範囲にすることなどにより、上記の強化材として優れた炭素繊維ストランドを得ることができることを知得し、本発明を完成するに到った。
【００１７】
従って、本発明の目的とするところは、上述した問題点を解決した、炭素繊維ストランド及びその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００１９】
〔１〕    炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％である炭素繊維ストランド。
【００２０】
〔２〕    炭素繊維表面にサイズ剤を有し、炭素繊維の１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のばらつきが下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
で示すＣＶ値で４０％以下である〔１〕に記載の炭素繊維ストランド。
【００２１】
〔３〕    サイズ剤が、５０℃での粘度５〜１００Ｐａ・ｓのエポキシ樹脂系サイズ剤である〔１〕に記載の炭素繊維ストランド。
【００２２】
〔４〕    炭素繊維表面について、表面酸化処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の表面処理を施す炭素繊維ストランドの製造方法であって、表面処理後の炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％であり、表面処理後の炭素繊維の１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のばらつきが下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
で示すＣＶ値で４０％以下である炭素繊維ストランドの製造方法。
【００２３】
〔５〕    表面酸化処理が電解処理であって、電解処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の各表面処理に用いる水の電導度が５０μＳ／ｃｍ以下であるエポキシ樹脂系のサイズ剤を用いる〔４〕に記載の炭素繊維ストランドの製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２５】
本発明の炭素繊維ストランドは、そのフィラメント数は１束当たり１０００〜５００００本が好ましい。
【００２６】
本発明の炭素繊維ストランドは、その炭素繊維表面に表面酸化処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理などの表面処理が施されている。炭素繊維表面における、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定されるカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、より好ましくは０．３％以下、イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％以下、より好ましくは０．３％以下、酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５〜３０％、より好ましくは１０〜２５％である。
【００２７】
表面カルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）と、表面イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）が０．６％を超えると、繊維表面上の不純物の影響で、サイズ剤が炭素繊維１本１本に均一塗布され難くなり、その上のマトリックス樹脂も均一に含浸し難くなり、コンポジットの接着強度が低くなる。
【００２８】
また、表面酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が５％未満の場合はマトリックス樹脂との接着性が劣るため好ましくない。一方、表面酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が３０％を超える場合は炭素繊維自体の強度が低下するので好ましくない。
【００２９】
本発明では、マトリックス樹脂と炭素繊維との接着性向上の指標として、後述のサイズ剤の付着状態を規定することも重要であることを見出した。
【００３０】
この指標によると、本発明の炭素繊維ストランドは、サイズ剤を塗布した後の炭素繊維の１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のばらつきが下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
で示すＣＶ値で４０％以下である事が好ましい。より好ましくは、３０％以下である。
【００３１】
ＣＶ値が４０％を超えた場合、サイズ剤の付着斑（むら）が大きくなり、結果的にマトリックスとの接着性が悪くなる。
【００３２】
本発明の炭素繊維ストランドは、その物性が上記範囲内にあれば、その製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば以下の製造方法により製造することができる。
【００３３】
前記炭素繊維ストランドを構成する炭素繊維は、原料としては特に限定するものではないが、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が例示できる。これらの炭素繊維のうち、取扱性能、製造工程通過性能に適したＰＡＮ系炭素繊維が特に好ましい。ここで、ＰＡＮ系炭素繊維は、アクリロニトリル構造単位を主成分とし、イタコン酸、アクリル酸、アクリルエステル等のビニル単量体単位を１０モル％以内で含有する共重合体を炭素繊維化したものである。
【００３４】
炭素繊維の表面酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）を前述の範囲にするためには、炭素繊維の製造工程において、炭素繊維化後、繊維表面の酸化処理（表面酸化処理）等の表面処理を施すことが好ましい。
【００３５】
かかる表面酸化処理は、液相処理、気相処理などによる表面処理を挙げることができる。本発明においては、生産性、処理の均一性、安定性等の観点から、液相電解表面処理（電解処理）が好ましい。
【００３６】
電解処理後の炭素繊維は、水洗処理され、次いでサイズ剤付与処理される。
【００３７】
炭素繊維のカルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）とイオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）を上記範囲にするためには、炭素繊維の製造工程において、電解処理、水洗処理、及びサイズ剤付与処理の各表面処理に使用する処理水の電導度が５０μＳ／ｃｍ以下の範囲が好ましい。より好ましくは２０μＳ／ｃｍ以下である。
【００３８】
処理水の電導度が５０μＳ／ｃｍを超えた場合、カルシウム濃度分率（Ｃａ２Ｓ／Ｃ１ｓ）とイオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）の両者、又はどちらか一方が上記範囲を外れてしまい、十分なコンポジットの接着強度が得られない。
【００３９】
本発明のサイズ剤付与処理に使用するサイズ剤においては、種類は特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂やその変性物が挙げられ、マトリックス樹脂により適したサイズ剤を選択する。またこれらは２種類以上を組み合わせて使用することも可能である。
【００４０】
サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、転写法等、既知の方法を採択し得るが、汎用性、効率性、付与の均一性に優れるので、液浸法が好ましい。
【００４１】
炭素繊維ストランドをサイズ剤液に浸漬する際、サイズ剤液中に設けられた液没ローラ又は液浸ローラを介して、開繊と絞りを繰り返し、ストランドの芯までサイズ剤を含浸させることが好ましい。
【００４２】
サイズ剤付与処理は、アセトン等の溶剤にビニルエステルを溶解させた溶液中に炭素繊維を浸漬する溶剤法も可能であるが、乳化剤等を用い水系エマルジョン中に炭素繊維を浸漬するエマルジョン法が人体への安全性及び自然環境の汚染を防止する観点から好ましい。
【００４３】
本発明の炭素繊維ストランドは、５０℃での粘度が５〜１００Ｐａ・ｓ（５０〜１０００ポアズ）であるエポキシ樹脂系のサイズ剤液を塗布する事が好ましい。より好ましくは、５０℃での粘度が２０〜５０Ｐａ・ｓ（２００〜５００ポアズ）である。
【００４４】
５０℃での粘度が１００Ｐａ・ｓ（１０００ポアズ）を超えると、粘性が高いため、サイズ剤を塗布し乾燥した後の炭素繊維表面に均一に付着しにくくなる。５０℃での粘度が５Ｐａ・ｓ（５０ポアズ）より小さい場合、サイズ剤の耐熱性が低くなり、乾燥工程や、コンポジットの成型時に分解してガスが発生する等の問題がある。
【００４５】
また、炭素繊維ストランドの取扱性や、耐擦過性、耐毛羽性、含浸性を向上させるため、分散剤、界面活性剤等の補助成分を添加しても良い。さらに集束性などをより向上させるために、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド樹脂など他の化合物を加えても良い。
【００４６】
サイズ剤付与処理後、炭素繊維ストランドは通常乾燥工程により、サイズ剤付与時の分散媒であった水の乾燥あるいは溶媒である溶剤の脱溶剤を行う。乾燥工程は乾燥炉を通過させる方法、過熱したローラーに接触させる方法等、既知の方法が採択し得る。乾燥温度は特に規定されないが、汎用的な水系エマルジョンの場合は通常８０〜２００℃に設定される。また、本発明においては、乾燥工程の後、２００℃以上の熱処理工程を経ることも可能である。
【００４７】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００４８】
【実施例】
以下の実施例及び比較例に記載した条件により炭素繊維ストランドを作製した。なお、実施例及び比較例中のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）、ラマン分光法、炭素繊維ストランド強度、コンポジットの層間剪断強度（略語：ＩＬＳＳ）、面内剪断強さの諸物性値測定は次の方法に準拠した。
【００４９】
（１）Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）
溶媒でサイズ剤などの付着物を除去した炭素繊維ストランドをカットしてステンレス製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０゜とし、Ｘ線源としてＭｇＫα１，２  を用い、試料チャンバー内を１×１０−６Ｐａの真空度に保った。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずＣ１ｓの主ピークの結合エネルギー値を２８４．６ｅＶに合わせた。
【００５０】
Ｃ１ｓピーク面積は、２８２〜２９６ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、Ｃａ２ｓピーク面積は、３４４〜３５４ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、Ｓ２ｐピーク面積は、１６５〜１７５ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、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。
【００５１】
Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ、Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ、Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓはそれぞれ、上記Ｃａ２ｓ、Ｓ２ｐ、Ｏ１ｓピーク面積とＣ１ｓピーク面積の比を、装置固有の感度補正値で割ることにより算出した原子数比で表した。なお、本実施例及び比較例では日本電子製ＪＰＳ−９０００ＭＸを用いて測定した。
【００５２】
（２）ラマン分光法
ラマン分光分析は、ジョバン−イーボン製  Ｔ６４００を用い、励起波長５１４．５ｎｍ（５１４５オングストローム）のＡｒ＋レーザーを用い、励起出力２０ｍＷ、ビーム径１μｍφ以下で、入射レーザー変更面は、繊維軸と平行に入射、散乱光は無偏光で測定した。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引いた後、バンド分解を行い、１５８０〜１６００ｃｍ−１のラマンバンドのピーク高さを求めた。
【００５３】
測定点数については、個別の試験片を５個作製し、ランダムな位置でｎ＝２で測定し、合計５×２＝１０点を測定し、下記式
ＣＶ値（％）＝（ラマン分光スペクトル強度の標準偏差）／（ラマン分光スペクトル強度の平均値）×１００
でＣＶ値を算出した。
【００５４】
（３）炭素繊維ストランド強度
ＪＩＳ  Ｒ  ７６０１に規定された方法により測定した。
【００５５】
（４）コンポジットの層間剪断強度（略語：ＩＬＳＳ）
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（チバガイギー社製、商品名：ＥＰＮ１１３８）７０質量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名：エピコート８３４）１２質量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名：エピコート１００２）１８質量部の割合で混合した樹脂組成物に、更に硬化剤、促進剤を加え、プリプレグ用樹脂組成物を作製した。
【００５６】
この樹脂組成物をフィルムコーターにより、離型紙の上に塗布し、樹脂フィルムとした。この樹脂フィルム上にサイズ処理された炭素繊維ストランドを等間隔に引き揃え並べた後、加熱して樹脂を該炭素繊維ストランドに含浸させ、炭素繊維目付１５０ｇ／ｍ２、樹脂含浸率３７質量％のＵＤプリプレグを作製した。
【００５７】
上記にて作製したＵＤプリプレグを成型後の厚みが３ｍｍとなるように積層し、金型に入れ、１８０℃で２時間、０．６９ＭＰａ−Ｇａｕｇｅ（７ｋｇｆ／ｃｍ２−Ｇａｕｇｅ）の圧力で成型し、繊維が１方向に配列した炭素繊維強化成型板（ＣＦＲＰ板：コンポジット）を作製した。このＣＦＲＰ板のＩＬＳＳをＡＳＴＭ−Ｄ−２３４４に準拠し、室温にて測定を行った。
【００５８】
（５）面内剪断試験
ナイロン６（宇部興産社製ＵＢＥナイロン６    １０１３Ｂ）をマトリックス用樹脂として、樹脂浴（長さ：３００ｍｍ、幅：５０ｍｍ、高さ：８０ｍｍ、直径３０ｍｍの液浸ローラ×３個、出入口に直径３０ｍｍのガイドローラ設置）に適量投入した。
【００５９】
３０ｃｍ長に切断した炭素繊維ストランドを適度な本数、平行に束ね（以下サンプル束Ａとする）、両端を市販の炭素繊維ストランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２０００フィラメント、引張強度３９００ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ）にて縛り固定した。
【００６０】
この内、片端に関しては固定に使用している市販の炭素繊維ストランド１束（以下誘導糸とする）は、予め樹脂浴（入口ガイドローラ→液浸ローラをジグザグに→出口ガイドローラ）、絞りガイド及び筒状の金型（内容    断面：１２．７ｍｍ×３．５ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を通過させておいたものを用いた。樹脂浴は、フレキシブルリボンヒーターを用いて２４０℃に保温しておいた。
【００６１】
サンプル束Ａを樹脂浴入口ガイドローラ手前に樹脂浴長さ方向と平行にしておき、速度２０ｍ／ｈで、サンプル束Ａが金型内に収まるまで誘導糸を引っ張った後、誘導糸を切断、除去した。
【００６２】
尚、サンプル束Ａを形成する炭素繊維ストランドの本数は炭素繊維フィラメント断面積及び炭素繊維ストランドのフィラメント数により決めた（炭素繊維体積含有率Ｖｆが６０％になるように調整した）。
【００６３】
上記のサンプル束Ａが充填した金型を室温（２４℃）にて２４時間放置することでマトリックス樹脂を硬化させてコンポジット（成型物Ａ）を形成させた後、成型物Ａを離型した。離型した成型物ＡからＡＳＴＭ  Ｄ  ３８４６−７９に準拠した試験片を作製し、同規定に準拠して面内剪断試験（ｎ＝２）の測定をした。
【００６４】
実施例１
６０質量％の塩化亜鉛系水溶液を溶媒として、アクリロニトリル９７質量％、アクリル酸メチル３質量％、分子量７８０００、重合体濃度８質量％の溶液を紡糸原液として、孔数１２０００個のノズルを使用して、１０℃、２５質量％の塩化亜鉛系水溶液中に吐出して凝固させた。
【００６５】
該凝固糸を１５〜９５℃の温水中で洗浄しながら、トータル３．２倍の多段延伸を行い、水分率１７０質量％の水膨潤アクリル系繊維ストランドを得た。次に該水膨潤繊維にアミノシリコン系オイルを浴濃度２０ｇ／Ｌに調整し、ディップ式で塗布した。
【００６６】
次いで７０〜１５０℃のサクションドラム乾燥機で水分率が１質量％以下になるまで乾燥緻密化した。次いで、８０℃の熱水浴を通過した後、０．０７ＭＰａの飽和水蒸気中４．５倍の再延伸を行い、ケンス内に振込み、０．９デニール、２４０００本のプリカーサーストランドを得た。
【００６７】
このプリカーサーストランドを用いて、常法により２４０〜２７０℃の範囲内の温度勾配を有する熱風循環式耐炎化炉で４０分間連続的に耐炎化処理を行った。次いで、窒素気流中３００〜１３００℃の温度勾配を有する炭素化炉で５分間処理して、炭素繊維ストランドとした。得られた炭素繊維ストランドはイールド１．６３ｇ／ｍ、比重１．８０であった。
【００６８】
この炭素繊維ストランドについて、濃度１０ｇ／Ｌの硫安を電解液として、電気量２０クーロン／ｇで処理した。この電解処理を施された炭素繊維ストランドを続いて水洗し、１５０℃の加熱空気中で乾燥した。電解液の希釈水及び水洗水は電導度０．９μＳ／ｃｍのイオン交換水を用いた。
【００６９】
続いて、エポキシ変性ウレタン（大日本インキ化学工業株式会社製ＨＹＤＲＡＮ    Ｎ３２０）、ポリオキシエチレン（１５）ラウリルグリシジルエーテル（松本油脂製薬株式会社製）、オクチルステアレート（新日本理化社製、エヌジェルブＯＳ）乳化物を表１のように配合し、濃度が３０ｇ／Ｌ、５０℃での粘度が４８Ｐａ・ｓのサイズ剤溶液を調製した。
【００７０】
サイズ剤溶液調製時の希釈水には電導度０．９μＳ／ｃｍのイオン交換水を用いた。このサイズ剤溶液を用い、浸漬法により炭素繊維ストランドにサイズ剤を付与し、１５０℃、６０秒で乾燥した。炭素繊維ストランドへのサイズ剤の付着量は１．１質量％であった。
【００７１】
このようにして得られた炭素繊維ストランドについて、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）による表面カルシウム濃度分率（Ｃａ２ｓ／Ｃ１ｓ）、表面イオウ濃度分率（Ｓ２ｐ／Ｃ１ｓ）及び表面酸素濃度分率（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）、１５８０〜１６００ｃｍ−１におけるラマン分光スペクトル強度のＣＶ値、ストランド強度、ＩＬＳＳ、並びに、面内剪断強さ等の各種物性値測定を行った。それら測定結果を表１に示す。
【００７２】
比較例１
処理水を表１に示す電導度のものに変化させた以外は実施例１と同様に、炭素繊維ストランドを作製し、この炭素繊維ストランドについて、各種物性値測定を行った。それら測定結果を表１に示す。
【００７３】
実施例２及び３、並びに、比較例２
サイズ剤としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２８、１００２）を表１のように配合し、このサイズ剤配合物１００質量部をＰＯ／ＥＯポリエーテル２０質量部で乳化した表１に示す５０℃での粘度の水エマルジョンをサイズ剤溶液として使用すると共に、処理水を表１に示す電導度のものに変化させた以外は実施例１と同様に、炭素繊維ストランドを作製し、この炭素繊維ストランドについて、各種物性値測定を行った。それら測定結果を表１に示す。
【００７４】
比較例３
濃度１０ｇ／Ｌの硫安を電解液として、電気量４０クーロン／ｇで処理した点と処理水を表１に示す電導度のものに変化させた以外は実施例３と同様に、炭素繊維ストランドを作製し、この炭素繊維ストランドについて、各種物性値測定を行った。それら測定結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
2004149980.tif 000002
【００７６】
表１の結果に示すように、実施例１〜３は何れも満足な結果が得られた。しかし、比較例１〜２はＩＬＳＳや熱可塑性マトリックス樹脂での面内剪断強さ等の性能で満足な結果が得られなかった。比較例３はストランド強度、ＩＬＳＳや面内剪断強さ等の性能で満足な結果が得られなかった。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の炭素繊維ストランド及び本発明の製造方法によって得られる炭素繊維ストランドは、サイズ剤が均一に付与され、その上のマトリックス樹脂の含浸性も均一化される作用などにより、物性が優れた炭素繊維強化複合材料を得ることが可能である。