(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の単繊維が集束されている炭素繊維であって、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．０３以上０．１２未満であり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分として７０重量％以上含むサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が７５度以下である、水系プロセス用炭素繊維。
【請求項２】
前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が３０〜５０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが１０〜２０ｍＪ／ｍ２であり、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下である、請求項１に記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項３】
複数本の単繊維が集束されている炭素繊維であって、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．１２以上０．２０未満であり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分として７０重量％以上含むサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が６５度以下である、水系プロセス用炭素繊維。
【請求項４】
前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が４０〜６０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが２０〜３０ｍＪ／ｍ２であり、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下である、請求項３に記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項５】
複数本の単繊維が集束されている炭素繊維であって、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．２０以上０．３０以下であり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分として７０重量％以上含むサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が５５度以下である、水系プロセス用炭素繊維。
【請求項６】
前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が５０〜７０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが３０〜４０ｍＪ／ｍ２であり、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下である、請求項５に記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項７】
前記界面活性剤が、ＨＬＢ値１０〜２０のノニオン系界面活性剤である、請求項１〜６のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項８】
前記界面活性剤が、ＨＬＢ値１０〜１４であるノニオン系界面活性剤と、ＨＬＢ値１４〜２０であるノニオン系界面活性剤の少なくとも２種の成分を含む、請求項７に記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項９】
前記界面活性剤が、分子式量６００〜４０００のポリオキシアルキレン基を含有する、請求項１〜８のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１０】
前記界面活性剤が、炭素数６以上の炭化水素から構成される疎水部を含有する、請求項９に記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１１】
前記サイジング剤の付着量が０．０１〜１０重量％である、請求項１〜１０のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１２】
前記炭素繊維を構成する単繊維の表面が、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定される算術平均粗さ（Ｒａ）が２０ｎｍ以上である、請求項１〜１１のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１３】
前記炭素繊維が、１０，０００〜６０，０００本の単繊維を集束されてなる、請求項１〜１２のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の炭素繊維を、繊維長さ３〜３０ｍｍの範囲にカットした、水系プロセス用チョップド炭素繊維。
【請求項１５】
前記チョップド炭素繊維の、水中開繊評価法で測定される最長開繊時間が４０秒以下である、請求項１４に記載の水系プロセス用チョップド炭素繊維。
【請求項１６】
用途が繊維強化熱可塑性樹脂組成物または燃料電池電極基材である、請求項１〜１５のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【請求項１７】
用途が抄紙用である請求項１〜１５のいずれかに記載の水系プロセス用炭素繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョップド炭素繊維への切断およびチョップド炭素繊維の取り扱いに適した集束性と、抄紙プロセスに代表される水系プロセスに適した繊維束の開繊性、とりわけ水系媒体への分散時の開繊性が、共に優れた炭素繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維をマトリックス樹脂中に分散させた炭素繊維強化複合材料は軽量性、力学特性、寸法安定性、導電性等に優れることから、自動車、航空機、電気・電子機器、光学機器、精密機器、娯楽・玩具、家庭・事務製品、建築材料などの幅広い分野で活用されており、その需要も年々増加傾向にある。【０００３】
この炭素繊維強化複合材料の成形用の基材を得る方法の一つとして、炭素繊維を抄紙プロセスに代表される水系プロセスにて加工する方法（湿式法とも呼ばれる）が用いられる。例えば、チョップド炭素繊維を水系媒体中に分散させ、マトリックス樹脂と接着、絡合あるいは縫合により結合される方法が挙げられる。【０００４】
また、近年燃料電池などに使用する電極の基材を得る方法の一つとしても、抄紙プロセスが用いられる。例えば、下記特許文献１には、チョップド炭素繊維を抄紙プロセスにてシート化した後、焼成する方法が開示されている。【０００５】
一般に、繊維強化複合材料では繊維長さが長いほど力学特性に優れ、なかでもマトリックス樹脂に強化繊維が分散した繊維強化複合材料では強化繊維が単繊維状に分散するほど特性の均一性、表面外観品位に有利である。【０００６】
抄紙プロセスでは、炭素繊維を予め切断してチョプド炭素繊維にした後、分散媒に分散し抄紙する。このチョプド炭素繊維への切断およびチョップド炭素繊維の取り扱い性の面から集束性が重要である。集束性が悪いとチョップド炭素繊維への切断時、取扱い性が悪いため炭素繊維が切断部以外で切れたりし、繊維長さが所定より短くなる。また、抄紙プロセスにおいては、単繊維状に分散することが重要であり、水系媒体への優れた開繊性が要求される。さらに、電極に用いる場合も、開繊性が優れるほど、導電特性に有利である。【０００７】
これらのことから、抄紙プロセスに適用する炭素繊維は、（１）抄紙プロセスに先立つ取り扱い時、炭素繊維の形態を維持するための集束性と、（２）抄紙プロセスで、水系媒体に投入した場合にすみやかに単繊維状に分散し、かつ再凝集を抑制するための優れた開繊性、を両立することが必要である。【０００８】
一般的に、炭素繊維の取り扱い性を高めるため、エポキシ樹脂等を集束剤（サイジング剤）として付着させている場合が多いが、抄紙プロセスへ適用する場合集束性が高すぎるために炭素繊維の開繊性を阻害する結果となる。【０００９】
このような点に関し、下記特許文献２には、炭素繊維表面近傍の炭素原子数に対する酸素原子数の比Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓが０．０１〜０．２０の炭素繊維に水溶性化合物からなるサイジング剤が付着している抄紙用炭素繊維が提案されている。【００１０】
しかし、水溶性化合物からなるサイジング剤を適用しただけでは、水系媒体への炭素繊維の開繊性が不十分であり、抄紙プロセスにて基材化すると未開繊の繊維束が表面に発生する問題がある。
【特許文献１】特開平５−２０５７５０（第１頁、第８行〜１８行）
【特許文献２】特開２００３−２９３２６４号公報（第２頁、第２行）
【非特許文献１】「表面科学」ｖｏｌ．２１，Ｎｏ１０，ｐｐ．６４３−６５０（２０００）
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ｖｏｌ．１３，ｐｐ．１７４１−１７４７（１９６９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の背景を鑑み、集束性および開繊性に優れた水系プロセスへ適した炭素繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、炭素繊維の表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が異なる場合毎に、その影響を考慮することで、上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。【００１３】
即ち、本発明によれば、複数本の単繊維が集束されている炭素繊維であって、（１）該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．０３以上０．１２未満であり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が７５度以下である水系プロセス用炭素繊維、（２）同表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．１２以上０．２０未満で、あり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が６５度以下である水系プロセス用炭素繊維、及び（３）同表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．２０以上０．３０以下で、あり、かつ該単繊維は界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着しており、ウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が５５度以下である水系プロセス用炭素繊維が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水系プロセス用炭素繊維は、抄紙基材の製造を行うのに好適な（１）炭素繊維の集束性と（２）炭素繊維の開繊性を両立したものである。このため得られる抄紙基材は、従来の炭素繊維に比べ、単繊維が均一に分散しており、抄紙基材表面に凹凸などの表面欠陥のないものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明について具体的に説明する。【００１６】
本発明において、特に限定しないかぎり、炭素繊維とはまたは炭素繊維の単繊維を意味するとともに、これら単繊維が集束された炭素繊維束を意味する。【００１７】
本発明において、炭素繊維の集束性とは、水系プロセスに先立つ炭素繊維の切断等の取り扱い時、炭素繊維の形態を維持するための性質を意味する。【００１８】
炭素繊維強化複合材料の成形用の基材を得る方法の一つとして、炭素繊維を水系プロセス（湿式法）にて加工する方法が用いられる。また、近年燃料電池などに使用する電極の基材を得る方法の一つとしても、水系プロセスの一つである抄紙プロセスが用いられる。【００１９】
また、本発明において、炭素繊維の開繊性とは、水系プロセスで、水系媒体に投入した場合にすみやかに単繊維状に分散し、かつ再凝集を抑制するための性質を意味する。とりわけ、抄紙プロセスにおいては、単繊維状に分散することが重要であり、水系媒体への優れた分散性が要求される。さらに、電極に用いる場合も、分散性が優れるほど、導電特性に有利である。【００２０】
このように、炭素繊維には、優れた集束性と、水系媒体への優れた開繊性を両立することが求められる。【００２１】
本発明の炭素繊維が好適に使用される水系プロセスとは、水系媒体中に炭素繊維を直接接触させ、シート状、マット状、ストランド状、布帛状などから選択される形態をした基材、成形材料に加工するプロセスを意味する。好ましくは、水系媒体に炭素繊維を浸漬させる工程、攪拌などの機械的手段で炭素繊維を分散させる工程と、特定の形態に再構築する工程からなる製造方法を例示することができる。【００２２】
有用な水系プロセスの具体的な例としては、抄紙法による不織布マットおよび電極基材の製造方法や、粉末含浸法による熱可塑性プリプレグの製造方法が挙げられる。【００２３】
ここで、抄紙とは、繊維を特定の厚みとなるように分散、堆積させてシート状物（ウェブ）とし、形態安定性をもたせた布状物質のことをいう。【００２４】
本発明の水系プロセス用炭素繊維は、下記（１）〜（３）の態様で表される。【００２５】
本発明の水系プロセス用炭素繊維の第１の態様は、複数本の単繊維が集束されており、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．０３以上０．１２未満であり、かつ該単繊維には界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着し、かつウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が７５度以下であり、好ましくは７２度以下、さらに好ましくは７０度以下である。【００２６】
第１接触角が７５度を超えると、水系媒体中での炭素繊維の開繊性が不十分となったり、開繊した繊維同士が二次凝集する場合がある。また、第１接触角の下限については、特に制限はないが、１０度以上が好ましい範囲として例示できる。【００２７】
さらに、本発明の目的である水系媒体中での開繊性を高める観点から、前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が３０〜５０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが１０〜２０ｍＪ／ｍ２であることが好ましく、表面自由エネルギーγ０が３５〜４５ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが１２〜１８ｍＪ／ｍ２であることがより好ましい。さらに、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下であることが好ましい。【００２８】
本発明の水系プロセス用炭素繊維の第２の態様は、複数本の単繊維が集束されており、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．１２以上０．２０未満であり、かつ該単繊維には界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着し、かつウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が６５度以下であり、好ましくは６２度以下、さらに好ましくは６０度以下である。【００２９】
第１接触角が６５度を超えると、水系媒体中での炭素繊維の開繊性が不十分となったり、開繊した繊維同士が二次凝集する場合がある。また、第１接触角の下限については、特に制限はないが、１０度以上が好ましい範囲として例示できる。【００３０】
さらに、本発明の目的である水系媒体中での開繊性を高める観点から、前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が４０〜６０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが２０〜３０ｍＪ／ｍ２であることが好ましく、表面自由エネルギーγ０が４５〜５５ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが２２〜２８ｍＪ／ｍ２であることがより好ましい。さらに、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下であることが好ましい。【００３１】
本発明の水系プロセス用炭素繊維の第３の態様は、複数本の単繊維が集束されており、該単繊維のＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定される表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）が０．２０以上０．３０以下であり、かつ該単繊維には界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着し、かつウィルヘルミ法で測定される水との第１接触角が５５度以下であり、好ましくは５２度以下、さらに好ましくは５０度以下である。【００３２】
第１接触角が５５度を超えると、水系媒体中での炭素繊維の開繊性が不十分となったり、開繊した繊維同士が二次凝集する場合がある。また、第１接触角の下限については、特に制限はないが、１０度以上が好ましい範囲として例示できる。【００３３】
さらに、本発明の目的である水系媒体中での開繊性を高める観点から、前記単繊維のウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーγ０が５０〜７０ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが３０〜４０ｍＪ／ｍ２であることが好ましく、表面自由エネルギーγ０が５５〜６５ｍＪ／ｍ２、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐが３２〜３８ｍＪ／ｍ２であることがより好ましい。さらに、界面活性剤を除去した後での表面自由エネルギーγ１がγ０以下であることが好ましい。【００３４】
本発明で使用される炭素繊維としては、例えばＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系などの高強度、高弾性率な炭素繊維が使用できる。なかでも得られる強度と弾性率のバランスの観点からＰＡＮ系炭素繊維がさらに好ましい。このような炭素繊維としては、成形体の力学特性の観点から、引張弾性率が、好ましくは２００〜８００ＧＰａ、さらに好ましくは２２０〜８００ＧＰａの範囲内であるものが使用できる。【００３５】
炭素繊維の平均繊維径は特に限定されないが、得られる成形体の力学特性の観点から、１〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、３〜１５μｍの範囲内であることがより好ましい。【００３６】
本発明の炭素繊維における、集束される単繊維の数は、特に制限はなく、１００〜３５０，０００本の範囲内で使用することができ、炭素繊維の開繊性と生産性、および取り扱い性とのバランスの観点から１０，０００〜６０，０００本の範囲内が好ましく、２０，０００〜５０，０００本の範囲内がさらに好ましい。【００３７】
本発明で使用される炭素繊維としては、液相あるいは気相での表面酸化処理が施されていても良い。表面酸化処理の方法としては、電解質水溶液中で炭素繊維を陽極として酸化処理する方法が、簡便性ならびに強度低下が少ないという利点から好ましい。電解処理液としては特に限定されないが、例えば硫酸、炭酸アンモニウム等が挙げられる。ここで電解処理量としては、炭素繊維が受けるダメージをできるだけ小さいものとするため、炭素繊維１ｇ当たり０（無処理）〜１００クーロンの範囲内が、適当な電解処理量として例示できる。【００３８】
本発明の炭素繊維の各態様において、表面酸素指数は主に表面酸化処理の電解処理量により調整することができる。ここで、電解処理量の低い方が炭素繊維の単繊維間同士の相互作用を小さくすることができる。すなわち、炭素繊維の表面酸素指数Ｏ／Ｃが０〜０．１の範囲内が電極用途などには好んで用いられる。反面、得られる成形体、製品の目的によっては、マトリックスとの相互作用を高める目的で、表面処理の電解処理量を高める必要がある。すなわち、炭素繊維の表面酸素指数Ｏ／Ｃが０．１〜０．３の範囲内が好んで用いられる。従って、本発明の炭素繊維は、表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）の異なる場合、その影響を考慮することで、本発明の目的である集束性と開繊性の両立を達成することができる。【００３９】
ここで、炭素繊維の表面酸素指数は、Ｘ線光電子分光法により、求めることができる。具体的な方法は、実施例にて例示する。また、本発明に使用される炭素繊維の断面形状として、真円、扁平、異形などのいずれも使用することができる。また、開繊性の観点から異形断面が好ましく使用され、生産性の観点からは真円断面が好ましく使用される。さらに、炭素繊維の表面に凸凹形状（起伏）を有していてもよい。凸凹形状の大きさは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定される算術平均粗さ（Ｒａ）が指標として用いることができる。開繊性をより高める目的として、Ｒａが２０ｎｍ以上とすることが好ましく、２５ｎｍ以上とすることがさらに好ましい。【００４０】
本発明の炭素繊維は、界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着していることで、優れた開繊性を達成することができる。また、表面酸素指数の異なる炭素繊維においても、表面の状態、形状に適合した界面活性剤を付着させることで本発明の目的を達成することができる。【００４１】
炭素繊維の表面に付着した界面活性剤は、水系媒体に対する濡れ性を向上させ、水系媒体中で炭素繊維同士が二次凝集するのを抑制する。同時に、炭素繊維の集束性を高めた場合においても、開繊不良を抑制することができる。【００４２】
本発明の炭素繊維に使用される界面活性剤としては、開繊性を高める観点から、ＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）値が１０〜２０の範囲内のノニオン系界面活性剤を使用することが好ましく、ＨＬＢ値が１１〜１９の範囲内であることがより好ましい。【００４３】
ここで、ＨＬＢ値は単一の化合物の構造式から、数平均分子量Ｍｎ、および親水基部分の式量Ｍｎ１を算出し、次式を用いて求めることができる。【００４４】
ＨＬＢ＝２０×Ｍｎ１／Ｍｎ
また、本発明の炭素繊維の優れた開繊性を安定して発現させる手段として、ＨＬＢ値１０〜１４である界面活性剤（ａ）と、ＨＬＢ値１４〜２０である界面活性剤（ｂ）を併用することがより好ましく、ＨＬＢ値１０〜１３の界面活性剤（ａ）と、ＨＬＢ値１５〜１９の界面活性剤（ｂ）を併用することがさらに好ましい。ここでの（ａ）と（ｂ）の混合比率については、開繊性と集束性のバランスの観点から、１／１〜９／１で使用することが好ましい。【００４５】
本発明の炭素繊維の、水系媒体への親和性を高める観点から、界面活性剤には式量６００〜４０００のポリオキシアルキレン基を含有していることが好ましく、より好ましい式量は７００〜３０００である。ここでポリオキシアルキレン基とは、炭素数が２〜４のアルキレンオキサイドが単独で繰り返してなる骨格、または炭素数が２〜４のアルキレンオキサイドが共重合されてなるポリオキシアルキレン骨格であり、ポリエチレンオキサイド骨格、ポリプロピレンオキサイド骨格が好ましい具体例として挙げられる。また、界面活性剤に複数のポリオキシアルキレン基を含有する場合、式量はその総量で算出できる。【００４６】
さらに、本発明の炭素繊維に使用する界面活性剤には、炭素繊維との親和性の観点から、炭素数６以上の炭化水素から構成される疎水部を有することが好ましく、より好ましい炭素数は８以上であり、とりわけ好ましい炭素数は１０以上である。【００４７】
なお、界面活性剤の選定にあたっては、使用する炭素繊維の表面酸素指数Ｏ／Ｃを考慮することが好ましい。具体例を挙げると、Ｏ／Ｃが０．０３以上０．１２未満の場合は、長鎖のアルキル基からなる疎水部を有する界面活性剤の使用が好ましく、Ｏ／Ｃが０．１２以上０．２０未満の場合は、芳香環構造や環骨格の炭化水素からなる疎水部を有する界面活性剤の使用が好ましく、Ｏ／Ｃが０．２０以上０．３０以下の場合は、さらに両性界面活性剤を併用することが好ましいが、これに限定されるものではない。【００４８】
本発明に使用されるサイジング剤は、前記界面活性剤を主成分として７０重量％以上を含むことが好ましく、９０重量％以上を含むことがより好ましく、９５重量％以上を含むことがとりわけ好ましい。【００４９】
また、サイジング剤としての付着量は、集束性と開繊性のバランスの観点から、炭素繊維に０．０１〜１０重量％の範囲内であると好ましく、より好ましくは０．１〜５重量％、さらに好ましくは１〜３重量％である。【００５０】
なお、サイジング剤には本発明の目的を損なわない範囲で、消泡剤、乳化剤、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂や種々の熱可塑性樹脂など公知のサイジング剤の成分を含有しても良い。【００５１】
サイジング剤を付着させる方法については特に限定はなく、例えば、サイジング剤を溶液にし、炭素繊維を浸漬あるいは、炭素繊維に滴下、散布した後、溶媒を乾燥、除去するなどの方法が挙げられる。【００５２】
また、サイジング剤を除去する方法についても特に制限はなく、例えば、サイジング剤を溶解する溶媒で洗浄する方法、サイジング剤を熱分解で消失させる方法などが挙げられる。具体的な手法については、実施例に例示する。【００５３】
本発明の各態様における炭素繊維は、界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着することにより、ウィルヘルミ法による水との第１接触角が特定の範囲内とすることができる。ここで、ウィルヘルミ法として、上記非特許文献１に、薄い基板を液体に入れ基板にかかる力Ｆを計測し、接触角を算出する方法が開示されている。具体的な手法については、実施例に例示する。【００５４】
なお、サイジング剤の付着後による、表面自由エネルギーの変化は、サイジング剤を除去した後の表面自由エネルギーγ１と、γ０を比較することで評価できる。【００５５】
また、ウィルヘルミ法で測定される表面自由エネルギーは、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンス−ウェント（Ｏｗｅｎｓ−Ｗｅｎｄｔ）の近似式を用いて求めることができる。オーエンス−ウェント（Ｏｗｅｎｓ−ｗｅｎｄｔ）の近似式は、上記非特許文献２に、下記算出方法が開示されている。【００５６】
具体的には、少なくとも２種類の液体に対する接触角θと、各液体の表面張力γｌ（固有値）と、表面張力の極性成分γｌｐ（固有値）、表面張力の非極性成分γｌｄ（固有値）を下記式に代入し、検体の表面自由エネルギーの極性成分γｓｄと非極性成分γｓｐの２元１次方程式が成り立つ。【００５７】
γｌ（１＋ｃｏｓθ）＝２（γｓｄ・γｌｄ）０．５＋２（γｓｐ・γｌｐ）０．５
γｓｄとγｓｐから、本発明に用いる表面自由エネルギーγ０＝γｓｄ＋γｓｐ、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐ＝γｓｄを求めることができる。【００５８】
本発明の炭素繊維の好ましい形態としては、抄紙プロセスに用いる場合は連続繊維であるストランドを所定長さにカットしたチョップド炭素繊維の形態が好ましく、粉末含浸プロセスに用いる場合は、ストランドの形態が好ましく用いられる。ここで、チョップド炭素繊維としての繊維長さＬは、特に限定されるものではないが、３〜３０ｍｍの範囲内で使用することができる。さらに、炭素繊維の開繊性の観点から、繊維長さＬ（ｍｍ）と炭素繊維の表面自由エネルギーγ０とで表される次式の関係を満たすことが好ましく、
Ｌ≦−０．５５×γ０＋４５
次式の関係を満たすことがより好ましく、
Ｌ≦−０．５５×γ０＋４０
次式の関係を満たすことがさらに好ましい。【００５９】
Ｌ≦−０．５５×γ０＋３２
また、得られたチョップド炭素繊維は、以下の水中開繊評価法で、開繊時間を測定することができる。これは、容量３リットル以上の透明容器に、約２０００ｃｃの水（精製水）を準備し、試料であるチョップド炭素繊維約０．０１ｇがその水中で開繊するまでの最長時間で評価する。ここで、媒体である水は約２０ｒｐｍで攪拌しておき、試料を水面に静置させる。静置してから、炭素繊維が水中に沈降しつつ、単繊維レベルにまで開繊できた時間をウトップウォッチで計測する。ここでは、単繊維が１０本未満の束状にまで開繊できれば十分に単繊維レベルにまで開繊できたものと判断できる。具体的な手法については、実施例に例示する。【００６０】
本発明のチョップド炭素繊維の開繊時間は４０秒以下であることが好ましく、３５秒以下であることがより好ましく、３０秒以下であることがことさら好ましい。【００６１】
本発明で得られる炭素繊維は、マトリックス樹脂と混合することで繊維強化樹脂に好適に使用できる。さらに、導電性があることから、電極基材、面状発熱体、静電気除去シート等に好適に利用することができる。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではない。【００６３】
［特性測定］
本発明の説明で用いられた炭素繊維の諸特性の測定手法は、以下のとおりである。【００６４】
（１）炭素繊維の表面酸素指数（Ｏ／Ｃ）
次の手順に従い、Ｘ線光電子分光法により求めた。試料となる炭素繊維の単繊維は、適当な長さに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。光電子脱出角度を９０度とし、Ｘ線源としてＭｇＫα１，２を用い、試料チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ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、Ｃ１ｓの主ピークの結合エネルギー値を２８４．６ｅＶに合わせた。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、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。表面酸素指数Ｏ／Ｃは、前記Ｃ１ｓピーク面積に対するＯ１ｓ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、本実施例ではＸ線光電子分光測定装置として島津製作所（株）製ＥＳＣＡ−７５０を用い、本装置固有の感度補正値は２．８５であった。【００６５】
（２）炭素繊維の算術平均粗さ（Ｒａ）
次の手順で測定した。試料となる炭素繊維の単繊維を長さ数ｍｍ程度にカットし、銀ペーストを用いて基板（シリコンウエハー）上に固定し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって繊維中央部の３次元表面形状の像を得た。単繊維１本から１箇所ずつ観測して得られた像について、繊維断面の丸みを３次曲線で近似し、得られた像全体を対象として、算術平均粗さを算出した。単繊維５本について、同様に算術平均粗さを求め平均した値を、本実施例の算術平均粗さＲａとした。なお、本実施例では原子間力顕微鏡としてＤｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｓ社製ＮａｎｏＳｃｏｐｅ  ＩＩＩａを用い、Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ３０００ステージシステムを使用し、以下の条件で測定を行った。【００６６】
・走査モード：タッピングモード
・探針      ：シリコンカンチレバー
・走査範囲  ：０．６μｍ×０．６μｍ
・走査速度  ：０．３Ｈｚ
・ピクセル数：５１２×５１２
・測定環境  ：室温、大気中
（３）サイジング剤の付着量
試料として、サイジング剤が付着している炭素繊維約５ｇを採取し、耐熱製の容器に投入した。次にこの容器を１２０℃で３時間乾燥した。吸湿しないようにデシケーター中で注意しながら室温まで冷却後、秤量した重量をＷ１（ｇ）とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、４５０℃で１５分間加熱後、同様にデシケーター中で吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した重量をＷ２（ｇ）とした。以上の処理を経て、炭素繊維へのサイジング剤の付着量を次式により求めた。【００６７】
なお、本実施例では、付着量測定を３回行い、その平均値を付着量として採用した。【００６８】
付着量（重量％）＝１００×｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ２｝
（４）サイジング剤の除去方法
以下の操作（ａ）．〜（ｃ）．を２回繰り返し、炭素繊維からサイジング剤を除去した。（ａ）．試料となる炭素繊維約１ｇを、アセトン等のサイジング剤が溶解可能な溶媒１００ｃｃの入った容器に入れ、６０分間超音波洗浄する。（ｂ）．炭素繊維を容器から取り出し、洗浄瓶を用い、アセトン５０ｃｃで、３回以上に分けて炭素繊維全体を洗浄する。（ｃ）．さらに、洗浄瓶を用い、蒸留水１００ｃｃで、３回以上に分けて炭素繊維全体を洗浄する。サイジング剤の除去作業後、試料を１２０℃で３時間乾燥した。【００６９】
（５）炭素繊維の水との接触角
次の手順に従い、ウィルヘルミ法により測定した。なお、本実施例では接触角の測定装置としてＤａｔａＰｈｙｓｉｃｓ社製ＤＣＡＴ１１を用い、試料専用ホルダーはＦＨ１２（表面が粘着物質でコーティングされた平板）を使用した。試料となる炭素繊維の単繊維を、長さ１２ｍｍに８本カットした後、専用ホルダーＦＨ１２に、単繊維間が２〜３ｍｍとなるようにで平行に貼り付けた。次に、単繊維の先端を切り揃えてホルダーをＤＣＡＴ１１にセットした。測定は、精製水をはじめ各液状媒体の入ったセルを８本の単繊維の下端に０．２ｍｍ／ｓの速度で近づけ、単繊維の先端から５ｍｍまで浸漬させた後、０．２ｍｍ／ｓの速度で単繊維を引き上げた。この操作を４回以上繰り返し、水液中に浸漬している時、すなわち単繊維が前進している際に単繊維の受ける力Ｆを電子天秤で測定し、この値を用いて次式より接触角θを算出した。【００７０】
ＣＯＳθ＝（８本の単繊維が受ける力Ｆ（ｍＮ））／（（８（単繊維の数）×単繊維の円周（ｍ）×液体の表面張力（ｍＪ／ｍ２））
ここで、接触角θの算出において、通常は１〜４回の平均値を用いるが、本実施例においては、特に１回目の測定で得られた接触角を第１接触角として、別途算出した。これは、精製水をはじめ液状媒体への溶解性の高い成分が付着している場合、余剰付着成分が液中に溶出するため、第１接触角を算出する方がより正確なためである。【００７１】
なお、測定は、３箇所の炭素繊維束の異なる場所から抜き出した単繊維について実施した。すなわち、一つの炭素繊維束１検体に対して合計２４本の単繊維についての接触角の平均値を求めた。【００７２】
（６）炭素繊維の表面自由エネルギー
前記接触角と同様の手順に従い、炭素繊維の表面自由エネルギーは、炭素繊維の単繊維を、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液状媒体に対するウィルヘルミ法によって測定される各接触角を、それぞれウィルヘルミ法を用いて算出し、その数値をもとに、以下のオーエンス（Ｏｗｅｎｓ）の近似式を用いて表面自由エネルギーγ０、表面自由エネルギーの極性成分γ０Ｐを算出した。また、前記（４）炭素繊維のサイジング剤の除去方法にて得られた炭素繊維を用いて算出した表面自由エネルギーをγ１とした。【００７３】
オーエンス（Ｏｗｅｎｓ）の近似式（各液体固有の表面張力の極性成分と非極性成分、さらに接触角θにより構成させる式）は、各液状媒体の表面張力の成分（各媒体に固有の値）、接触角を代入し、Ｘ、Ｙにプロットした後、最小自乗法により直線近似したときの傾きａおよび切片ｂの自乗により求めた。【００７４】
Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ
Ｘ＝√（液体の表面張力の極性成分（ｍＪ／ｍ２））／√（液体の表面張力の非極性成分（ｍＪ／ｍ２）
Ｙ＝（１＋ＣＯＳθ）・（液体の表面張力（ｍＪ／ｍ２））／２√（液体の表面張力の非極性成分（ｍＪ／ｍ２）
γ０Ｐ（ｍＪ／ｍ２）＝ａ２
γ０（ｍＪ／ｍ２）＝ａ２  ＋ｂ２
各液状媒体の表面張力の極性成分および非極性成分は、以下次の固有値を使用したとおりである。【００７５】
・精製水（ＰＷ）：
表面張力７２．８ｍＪ／ｍ２、極性成分５１．０ｍＪ／ｍ２、非極性成分２１．８ｍＪ／ｍ２
・エチレングリコール（ＥＧ）：
表面張力４８．０ｍＪ／ｍ２、極性成分１９．０ｍＪ／ｍ２、非極性成分２９．０ｍＪ／ｍ２
・燐酸トリクレゾール（ＴＰ）：
表面張力４０．９ｍＪ／ｍ２、極性成分１．７ｍＪ／ｍ２、非極性成分３９．２ｍＪ／ｍ２
（７）開繊性評価試験
試料として、炭素繊維束を約６．４ｍｍの長さにカットした、チョップド炭素繊維を用いて評価する。まず、直径約１５０ｍｍ、高さ約３００ｍｍの円筒状の透明容器に、水約２０００ｃｃを準備する。【００７６】
試料であるチョップド炭素繊維約０．０１ｇを、前記容器に投入し、室温で１０秒間放置した後、テフロン（登録商標）製撹拌子（全長５０ｍｍ、径８ｍｍ、スタンダード型）を用いて２００ｒｐｍで、２０秒間撹拌した後、ペーパーフィルターを装着したブフナーロート（直径９０ｍｍ）に撹拌液を流し込みチョップド炭素繊維を濾過した。フィルター残査を顕微鏡にて観察し、１０本以上の単繊維が束状になった炭素繊維、すなわち開繊が不十分な炭素繊維の束（未開繊繊維束という）の個数を測定した。本実施例では、同様の手順にて２０回の測定を行い、未開繊繊維束数の総数をサンプル数２０で除した平均値を、以下の４段階で評価した。○○と○が合格、△と×が不合格である。【００７７】
○○：未開繊繊維束数が１個未満である。【００７８】
○：未開繊繊維束数が１個以上５個未満である。【００７９】
△：未開繊繊維束数が５個以上１０個未満である。【００８０】
×：未開繊繊維束数が１０個以上である。  また、開繊時間の評価は、以下の手順に従い行う。【００８１】
試料であるチョップド炭素繊維約０．０１ｇを、前記容器の水面に静置させる。同時に、テフロン（登録商標）製撹拌子（全長５０ｍｍ、径８ｍｍ、スタンダード型）を用いて２０ｒｐｍで、撹拌し続け、チョップド炭素繊維が水中に沈降する状況の経時変化を、目視で評価した。評価基準は、炭素繊維束が水中で十分に開繊されるまでの時間（秒）を測定した。ここで、十分な開繊についての目安は、単繊維が１０本未満の束状にまで開繊できれば十分と判断するものである。本実施例では、同様の手順にて２０回の測定を行い、開繊されるまでの時間の総和を２０で除した平均値を開繊時間とした。開繊時間が短い方が開繊性に優れることを意味する。また、３００秒後も十分に開繊されない場合は、測定を中断した。【００８２】
（８）集束性評価
試料として炭素繊維束を所定の長さにカットした、チョップド糸炭素繊維を用いて評価する。チョップド炭素繊維約７０ｇ［秤量値Ｍ（ｇ）］を採取し、５００ｍｌのガラス製メスシリンダー（直径約５０ｍｍ、高さ約３５０ｍｍ）に投入し、次に、このメスシリンダーを、厚さ４ｍｍのゴムシートの上で、高さ２．５４ｃｍから６０回タッピング処理した後に、メスシリンダー内のチョップド糸の容量Ｖ（ｍｌ）を読み取った。この処理を経て、充填嵩密度を次式により求めた。【００８３】
Ｄ：充填嵩密度    Ｄ＝Ｍ／Ｖ
本実施例では、同様の手順にて３回の測定を行い、充填嵩密度を測定回数で除した平均嵩密度を算出した。嵩密度が大きいほど集束性に優れることを意味する。また、集束性を簡易的に以下の２段階で評価した。○が合格、×が不合格である。【００８４】
○：平均嵩密度が０．３以上であり、問題なく使用できる。【００８５】
×：平均嵩密度が０．３未満であり、集束性の点で使用が制限される。【００８６】
［界面活性剤の調製］
（参考例１）
下記化学式（I）で表される数平均分子量６００、ＨＬＢ１１．３のポリオキシエチレンオレイルエーテル８０重量部と、下記化学式（ＩＩ）で表される数平均分子量１３００、ＨＬＢ１７のポリオキシエチレンアルキルエーテル２０重量部とを混合した界面活性剤（Ａ）を、濃度２０重量％水溶液に調製した。
【化１】
0004788599.tif 000002
【化２】
0004788599.tif 000003
【００８７】
（参考例２）
前記化学式（Ｉ）で表される数平均分子量６００、ＨＬＢ１１．３のポリオキシエチレンオレイルエーテル界面活性剤（Ｂ）を、濃度２重量％に調製した。【００８８】
（参考例３）
下記化学式（ＩＩＩ）（ここで、式中のａ＋ｂ＋ｃの合計は１３）で表される数平均分子量１１００、ＨＬＢ１３．３のポリオキシエチレンソルビタン系界面活性剤（Ｃ）を、濃度２重量％水溶液に調製した。
【化３】
0004788599.tif 000004
【００８９】
（参考例４）
下記化学式（ＩＶ）（ここで、図中のｎは約６０）で表される数平均分子量４０００、ＨＬＢ１８．０の界面活性剤（Ｄ）を、濃度３重量％水溶液に調製した。
【化４】
0004788599.tif 000005
【００９０】
（参考例５）
下記化学式（Ｖ）で表される数平均分子量２７１の両性界面活性剤（Ｅ）を、濃度３重量％水溶液に調製した。
【化５】
0004788599.tif 000006
【００９１】
［炭素繊維連続繊維束の調製］
（参考例６）
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数２４，０００本の炭素繊維連続束（Ｆ−１）を得た。この炭素繊維連続束の特性は次の通りであった。【００９２】
単位長さ当たりの質量        １．７ｇ／ｍ
比重                        １．８ｇ／ｃｍ３
引張強度                    ４．０ＧＰａ
引張弾性率                  ２３５ＧＰａ
算術平均粗さ（Ｒａ）        ３ｎｍ
（参考例７）
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数４８，０００本の炭素繊維連続束（Ｆ−２）を得た。この炭素繊維連続束の特性は次の通りであった。【００９３】
単位長さ当たりの質量        ３．３ｇ／ｍ
比重                        １．８ｇ／ｃｍ３
引張強度                    ３．０ＧＰａ
引張弾性率                  ２２５ＧＰａ
算術平均粗さ（Ｒａ）        ３０ｎｍ
［水系プロセス用チョップド炭素繊維の製造］
（実施例１）
参考例１にて調製した界面活性剤（Ａ）の水溶液を、さらに希釈し濃度２．０重量％の水溶液とした。参考例６にて調製した水溶液中に炭素繊維連続束（Ｆ−１）を、希釈した水溶液に浸漬し、サイジング界面活性剤（Ａ）をサイジング剤として付着させた後、熱風乾燥機にて２００℃で２分間乾燥した後、カートリッジカッターを用いて、炭素繊維を６．４ｍｍ長にカットし、チョップド炭素繊維を得た。このとき得られたチョップド炭素繊維に付着しているサイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【００９４】
（実施例２）
参考例１にて調製した界面活性剤（Ａ）の水溶液を、希釈せずに使用する以外は、実施例１と同様の方法にて、チョップド炭素繊維を得たとした。サイジング剤の付着量は１０重量％であった。【００９５】
（実施例３）
参考例６にて調製した炭素繊維（Ｆ−１）を連続束に、硫酸を電解質とした水溶液中で炭素繊維１ｇ当たり３クーロンの電解表面処理を行い、炭素繊維（Ｆ−３）とした。得られた炭素繊維を用いた以外は実施例２と同様の方法にて、チョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は１０重量％であった。【００９６】
（実施例４）
参考例２にて調製した界面活性剤（Ｂ）の水溶液をサイジング剤として使用する以外は、実施例１と同様の方法にてチョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【００９７】
（実施例５）
実施例３にて調製した炭素繊維（Ｆ−３）を用い、参考例３にて調製した界面活性剤（Ｃ）の水溶液に浸漬し、サイジング剤として付着させた。このときの界面活性剤（Ｃ）の付着量は０．７重量％であった。【００９８】
参考例１にて調製した界面活性剤（Ａ）の水溶液を、さらに希釈し濃度１重量％の水溶液とした。得られた水溶液に、さらに界面活性剤（Ｃ）が予め付着させた炭素繊維を浸漬させ、サイジング剤として付着させた。その後、実施例１と同様の方法で炭素繊維を乾燥し、チョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の総付着量は１．０重量％であった。【００９９】
（実施例６）
参考例６にて調製した炭素繊維（Ｆ−１）を、硫酸を電解質とした水溶液中で炭素繊維１ｇ当たり１０クーロンの電解表面処理を行い、炭素繊維（Ｆ−４）とした。得られた炭素繊維を用い、参考例４にて調製した界面活性剤（Ｄ）の水溶液に浸漬し、サイジング剤として付着させ、実施例１と同様の方法で炭素繊維を乾燥し、チョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【０１００】
（実施例７）
参考例６にて調製した炭素繊維（Ｆ−１）を、炭酸アンモニウムを電解質とした水溶液中で炭素繊維１ｇ当たり８０クーロンの電解表面処理を行い、炭素繊維（Ｆ−５）とした。【０１０１】
得られた炭素繊維を用い、参考例４にて調製した界面活性剤（Ｄ）の水溶液に浸漬し、サイジング剤として付着させた。このときの界面活性剤（Ｄ）の付着量は１．０重量％であった。【０１０２】
さらに、参考例５にて調製した界面活性剤（Ｅ）の水溶液に、さらに界面活性剤（Ｄ）が予め付着させた炭素繊維を浸漬させ、サイジング剤として付着させた。その後、実施例１と同様の方法で炭素繊維を乾燥し、チョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の総付着量は１．３重量％であった。【０１０３】
（実施例８）
参考例７にて調製した炭素繊維（Ｆ−２）を、硫酸を電解質とした水溶液中で炭素繊維１ｇ当たり１０クーロンの電解表面処理を行い、得られた炭素繊維を用いた以外は実施例６と同様の方法にて、チョップド炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【０１０４】
（実施例９）
実施例６にて調製した炭素繊維（Ｆ−４）を用い、参考例４にて調製した界面活性剤（Ｄ）の水溶液に浸漬し、サイジング剤として付着させ、炭素繊維ストランドを得た。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【０１０５】
得られた炭素繊維ストランドを用い、熱可塑性樹脂粉末の水性分散液中を浸漬させつつ５ｍ／分の速度で引っ張った。熱可塑性樹脂はＰＰＳ樹脂（東レ（株）製、トレリナＭ２５８８）を、平均粒子径５０μｍに粉砕した粉末を用いた。炭素繊維ストランドは、水性分散液中で分繊と、張力による収斂を繰り返し、熱可塑性樹脂粉末を繊維束の内部にまで十分に付着される。【０１０６】
次に、分散媒である水を除去するためにエアーブローにて空気を吹き付けた後、第一乾燥炉（４００℃）、第２乾燥炉（３００℃）、第３乾燥炉（２００℃）の順にストランドを通過させる。このとき、ＰＰＳ樹脂も溶融し、繊維束に含浸され、さらに冷却固化される課程を経て、熱可塑性のヤーンプリプレグが製造できる。【０１０７】
（比較例１）
参考例６で調製した炭素繊維連続束を、水中浸漬し、カートリッジカッターを用いて６．４ｍｍ長にカットし、チョップド炭素繊維を得た。【０１０８】
（比較例２）
実施例６にて調製された炭素繊維連（Ｆ−４）を用い、サイジング剤として（Ｇ）ポリエチレンエマルジョン（住友精化（株）製、「セポルジョンＧ」）を、濃度２．０重量％に調製した水溶液中に浸漬することにより付着させた。その後、実施例１と同様の方法で乾燥し、チョップド炭素繊維とした。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。【０１０９】
（比較例３）
実施例３にて調製した炭素繊維（Ｆ−３）炭素繊維連続束にを用い、サイジング剤として（Ｈ）エポキシ樹脂（ナガセケムテックス（株）製、「デナコール」ＥＸ−６１１）を、濃度１．２重量％に調製した水溶液中に浸漬することにより付着させた。その後、実施例１と同様の方法で乾燥し、チョップド炭素繊維とした。サイジング剤の付着量は０．６重量％であった。【０１１０】
（比較例４）
実施例７にて調製した炭素繊維（Ｆ−５）を用い、比較例１と同様の方法でカートリッジカッターを用いて炭素繊維を６．４ｍｍ長にカットし、チョップド炭素繊維を得た。【０１１１】
（比較例５）
参考例６にて調製した炭素繊維（Ｆ−１）を用い、サイジング剤として、下記構造式（ＶＩ）で表される（Ｊ）界面活性剤（数平均分子量３６２、ＨＬＢ９．７）を、濃度２．０重量％に調製した水溶液中に浸漬することにより付着させた。その後、実施例１と同様の方法で乾燥し、チョップド炭素繊維とした。サイジング剤の付着量は１．０重量％であった。
【化６】
0004788599.tif 000007
【０１１２】
実施例１〜４、比較例１〜３、５で得られた炭素繊維の特性評価結果はまとめて下記表１に示した。
【表１】
0004788599.tif 000008
【０１１３】
表１より、実施例１〜５の炭素繊維は、表面酸素指数Ｏ／Ｃが０．０３以上０．１２未満の範囲であり、界面活性剤の効果により水との第１接触角が本発明の範囲内となり、開繊性が良好である。とりわけ、実施例１、２および５については開繊時間が短く優れた開繊効果が得られる。また、いずれも実用レベルの集束性が得られることがわかる。【０１１４】
一方、比較例１の炭素繊維はサイジング剤が付着していないため集束性が不十分であり、かつ開繊時間にも劣る。また、比較例２、３の炭素繊維は、界面活性剤が付着しておらず開繊性が不十分で、水系プロセスへの適用は困難である。比較例５の炭素繊維は、界面活性剤が付与されているものの、炭素繊維との相互作用、親水性などの点から第１接触角が本発明の範囲外であり、十分な開繊性が得られない。【０１１５】
実施例６〜９、比較例４で得られた炭素繊維の特性評価結果はまとめて下記表２に示した。
【表２】
0004788599.tif 000009
【０１１６】
表２より、実施例６、８の炭素繊維は、表面酸素指数Ｏ／Ｃが０．１２以上０．２０未満の範囲内であり、界面活性剤の効果により水との第１接触角が本発明の範囲内となり、開繊性が良好である。また、いずれも実用レベルの集束性が得られることがわかる。【０１１７】
また、実施例７の炭素繊維は、表面酸素指数Ｏ／Ｃが０．２０以上０．３０未満の範囲内であり、界面活性剤の効果により水との第１接触角が本発明の範囲内となり、開繊性が良好である。比較例４の炭素繊維はサイジング剤が付着していないため集束性が不十分であり、かつ比較例１と比較しても表面処理の影響で開繊時間はさらに悪化していることがわかる。【０１１８】
以上より、実施例１〜８のいずれの炭素繊維も、抄紙プロセスなどの水系プロセスへの適用性と、集束性を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明により、チョップド炭素繊維への切断およびチョップド炭素繊維の取り扱いに適した集束性と、水系プロセスに適した繊維束の開繊性、とりわけ水系媒体への分散時の開繊性が、共に優れた炭素繊維が得られ、燃料電池用電極基材に代表される炭素繊維抄紙基材や成形用中間基材等の作製に好適に利用されるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。