(57)【要約】【課題】  外観品位が良好な炭素繊維織物を得る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。また、外観品位が良好な炭素繊維織物を提供することにある。【解決手段】  アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法と、アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が５５０〜８００℃の不活性雰囲気で炭素化処理した後、最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法。
【請求項２】
アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が５５０〜８００℃の不活性雰囲気で炭素化処理した後、最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法。
【請求項３】
耐炎化繊維のフィラメント数が８０００本以下である請求項１または２記載の炭素繊維の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の炭素繊維の製造方法で得られた炭素繊維を経糸および／または緯糸とする炭素繊維織物であって、経糸および／または緯糸のトウ幅のむらが４．５％以下である炭素繊維織物。
【請求項５】
織物目付が４００ｇ／ｍ２以下である請求項４記載の炭素繊維織物。
【請求項６】
織物組織が、平織、綾織または繻子織である請求項４または５記載の炭素繊維織物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外観品位の良好で炭素繊維織物に好適な炭素繊維の製造方法と、外観品位の良好な炭素繊維織物に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、特に比強度、比弾性が高いことから、宇宙航空関係、レジャー用品および工業材料などの強化材として広く用いられている。炭素繊維織物の外観品位は、それを用いた成形品の外観にそのまま現れることが多いので非常に重要である。炭素繊維織物の外観品位は、単に製織方法で解決できるものではなく、炭素繊維の収束性を制御することが必要で、たとえば、特許文献１には、炭素繊維を構成する単繊維断面の形状とＳｉ量を制御することにより炭素繊維の収束性と樹脂含浸性を高める技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、その炭素繊維を用いた炭素繊維織物の外観品位は未だ十分ではなく、さらに外観品位の良好な炭素繊維織物を得ることが可能な炭素繊維の開発が望まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４２０２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、外観品位が良好な炭素繊維織物を得る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。また、外観品位が良好な炭素繊維織物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の要旨は、アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法にある。
【０００７】
また、本発明の第２の要旨は、アクリル繊維を酸化性雰囲気中で耐炎化処理した耐炎化繊維を最高温度が５５０〜８００℃の不活性雰囲気で炭素化処理した後、最高温度が１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で炭素化処理する際に、炭素化処理中の繊維にかかる張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下とする炭素繊維の製造方法にある。
【０００８】
そして、本発明の第３の要旨は、上記の炭素繊維の製造方法で得られた炭素繊維を経糸および／または緯糸とする炭素繊維織物であって、経糸および／または緯糸のトウ幅のむらが４．５％以下である炭素繊維織物にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭素繊維の製造方法によれば、外観品位が良好な炭素繊維織物を得ることができる炭素繊維を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の構成を順次説明する。
＜アクリル繊維＞
本発明に用いるアクリルを構成するアクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルと、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系モノマー、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩および低級アルキルエステル類、アクリルアミドおよびその誘導体、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸およびそれらの塩類またはアルキルエステル類などの共重合体である。共重合成分が１０モル％を越すと後述する耐炎化工程で単糸間接着が生じ易くなり好ましくない。
【００１１】
アクリロニトリル系重合体の重合法としては、従来公知の溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを適用することができる。アクリル系重合体溶液に使用される溶媒は、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、塩化亜鉛水溶液、硝酸などを使用することができる。
【００１２】
紡糸方法としては、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法などを採用できる。得られた凝固糸は従来公知の水洗、浴延伸、工程油剤付与、乾燥緻密化、スチーム延伸などを行うことにより所定の繊度を有する前駆体アクリル繊維とする。
【００１３】
＜耐炎化＞
本発明では、アクリル繊維の耐炎化条件は、公知の方法・条件で行えばよく特に限定しないが、２００〜３００℃の酸化性雰囲気中、緊張あるいは延伸条件下で、密度が好ましくは１．２５ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは１．３２ｇ／ｃｍ３以上になるまで加熱するのが良い。
【００１４】
耐炎化が不十分であると、前炭素化する際に単糸間接着などを起こしやすくなる。雰囲気については、空気、酸素、二酸化窒素など公知の酸化性雰囲気を採用できるが、経済性の面から空気が好ましい。
【００１５】
＜最高温度が５５０〜８００℃の不活性雰囲気での処理＞
本発明では、耐炎化繊維を最高温度が５５０〜８００℃の不活性雰囲気中、緊張化で、３００〜５００℃の温度領域において５００℃／分以下、好ましくは３００℃／分以下の昇温速度で熱処理をする（この繊維を以下、前炭素化繊維という。）ことが最終の炭素繊維の機械的特性を向上させるために有効である。
【００１６】
不活性雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム、など公知の不活性雰囲気を採用できるが、経済性の面から窒素が望ましい。
【００１７】
＜炭素化＞
本発明では、耐炎化繊維または前炭素化繊維を最高温度１２００〜１８００℃の不活性雰囲気中で熱処理する。このとき、１０００〜１２００℃の温度領域において５００℃／分以下、好ましくは３００℃／分以下の昇温速度で炭素化処理をすることが炭素繊維の機械的特性を向上させるために有効である。
【００１８】
不活性雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム、など公知の不活性雰囲気を採用できるが、経済性の面から窒素が望ましい。
【００１９】
炭素化で処理される繊維に付与される張力は０．２ｇ重／ｄＴｅｘ以下であることが必要であり、０．１ｇ重／ｄＴｅｘ以下がさらに好ましい。炭素化では、処理繊維の重量減少があるが、この場合は、張力を（処理繊維の張力／処理繊維のトータル繊度）で見積もる。
【００２０】
炭素化時の張力が０．２ｇ重／ｄＴｅｘを超えると繊維束が引き揃えられ、製織した際の織物の外観品位が低下する。
【００２１】
＜炭素化後の処理＞
得られた炭素繊維は、従来公知の電解液中で電解酸化処理を施したり、気相または液相での酸化処理を施すことによって、複合材料における炭素繊維とマトリックス樹脂との親和性や接着性を向上させることが好ましい。
【００２２】
さらに、必要に応じて従来公知の方法によりサイジング剤を付与することができる。
【００２３】
＜炭素繊維織物＞
本発明の炭素繊維織物は、従来公知のレピア織機、プロジェクタイル織機、エアージェット織機、ウォータージェット織機、シャトル織機などを使用し製織することができる。
【００２４】
炭素繊維織物の織組織としては、平織、綾織または繻子織であることが、炭素繊維織物をハンドレイアップ法などにより構造材を成形する際の作業性および炭素繊維織物成形物の機械的特性を向上させるためには好ましい。
【００２５】
炭素繊維織物の目付は、４００ｇ／ｍ２以下、好ましくは３５０ｇ／ｍ２以下、より好ましくは３００ｇ／ｍ２以下であることが良い。炭素繊維織物の目付が４００ｇ／ｍ２以上であると炭素繊維束の屈曲が大きくなり、炭素繊維織物を用いた成形物の機械的特性が劣ることになる。
【００２６】
また、炭素繊維織物を構成する炭素繊維のフィラメント数は、８０００本以下であることが良い。炭素繊維織物の目付が４００ｇ／ｍ２以下で、炭素繊維織物を構成する炭素繊維のフィラメント数が８０００本以上になると、炭素繊維織物を構成する炭素繊維同士の隙間が大きくなり外観品位は悪くなる。
【００２７】
（実施例）
以下、本発明を実施例のより具体的に説明する。なお、実施例中、評価は次の方法に拠った。
【００２８】
（樹脂含浸ストランド特性）
炭素繊維のストランド強度およびストランド弾性率は、ＪＩＳ  Ｒ  ７６０１に記載された試験法に準拠して測定した。
【００２９】
（炭素繊維織物のトウ幅むら）
炭素繊維織物を構成している経糸および緯糸のトウ幅を１００点測定し、
変動率（％）＝標準偏差÷平均×１００
を炭素繊維織物の経糸および緯糸のトウ幅むらとした。
【００３０】
（炭素繊維織物の外観品位）
炭素繊維織物を目視で観察し、織物が均一であるものから順に◎、○、×と判定した。
【実施例１】
【００３１】
アクリロニトリル単位９６モル％／アクリルアミド単位３モル％／イタコン酸単位１モル％からなる共重合体を用いて、濃度が２０質量％のジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液を作成した。
【００３２】
この溶液を孔径６０μｍ、ホール数３０００の紡糸口金を通して温度３５℃、濃度６７質量％のＤＭＡｃ水溶液中で凝固させた。凝固糸条を水洗後、浴延伸し、シリコーン系油剤を付与した後、さらに加圧スチーム中で延伸して単繊維繊度１．２ｄＴｅｘ、トータル繊度３６００ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００３３】
このアクリル繊維を２３０〜２６０℃の空気中、緊張化に加熱し密度１．３６ｇ／ｃｍ３の耐炎化繊維に転換し、さらに、７００℃の窒素中、緊張化で前炭素化処理を施し前炭素化繊維とした。この前炭素化処理での３００〜５００℃での昇温速度は２００℃／分であった。
【００３４】
この前炭素化繊維を１５００℃、張力０．１５ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度２０００ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
【実施例２】
【００３５】
実施例１で得られた前炭素化繊維を１５５０℃、張力０．０９ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度２０３０ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
【実施例３】
【００３６】
実施例１で得られた前炭素化繊維を１４５０℃、張力０．１５ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度１９８０ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
（比較例１）
【００３７】
実施例１で得られた前炭素化繊維を１４５０℃、張力０．２５ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度１９６０ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
【実施例４】
【００３８】
実施例１で得られたアクリル共重合体のＤＭＡｃ溶液を孔径６０μｍ、ホール数６０００の紡糸口金を通して温度３５℃、濃度６７％のＤＭＡｃ溶液中で凝固させた。凝固糸条を水洗後、浴延伸し、シリコーン系油剤を付与した後、さらに加圧スチーム中で延伸して単繊維繊度１．２ｄＴｅｘ、トータル繊度７２００ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００３９】
このアクリル繊維を２３０〜２６０℃の空気中、緊張化に加熱し密度１．３６ｇ／ｃｍ３の耐炎化繊維に転換し、７００℃の窒素雰囲気で緊張化に前炭素化処理を行い前炭素化繊維とした。３００〜５００℃での昇温速度は２００℃／分であった。
【００４０】
この前炭素化繊維を１５００℃、張力０．１５ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度３９８０ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
（比較例２）
【００４１】
実施例４で得られた前炭素化繊維を１４５０℃、張力０．２５ｇ重／ｄＴｅｘで炭素化処理を施しトータル繊度３９４０ｄＴｅｘの炭素繊維とし、表面処理後、サイジング剤を付与した。１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
評価結果を表１に示した。
【００４２】
【表１】
2005248343.tif 000002