(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断強度が１．４ＧＰａ以上、引張弾性率が２７０ＧＰａ以下であることを特徴とする炭素繊維。
【請求項２】
湿式紡糸法によって製造された炭素繊維用前駆体繊維が焼成されてなる請求項１記載の炭素繊維。
【請求項３】
請求項１または２記載の炭素繊維を製造するための炭素繊維前駆体繊維を湿式紡糸法によって製造する炭素繊維前駆体繊維の製造方法であって、
乾燥前の凝固糸の膨潤度を１００％以下とし、乾燥前の延伸倍率を１．１倍以上、１．２倍以下とすることを特徴とする炭素繊維用前駆体繊維の製造方法。
【請求項４】
凝固浴の温度を５０℃以下とする請求項３記載の炭素繊維用前駆体繊維の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の製造方法により製造された炭素繊維用前駆体繊維を４０分以上耐炎化処理した後、炭化して、引張弾性率が２７０ＧＰａ以下かつせん断強度が１．４ＧＰａ以上である炭素繊維を得ることを特徴とする炭素繊維の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の炭素繊維にマトリックス樹脂が含浸されてなる炭素繊維強化複合材料用プリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維、炭素繊維用前駆体繊維、及び炭素繊維強化複合材料成形用の中間基材であるプリプレグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維強化複合材料（以下ＣＦＲＰと記す）は、スポーツレジャー関連から産業用途、航空機用途まで広く用いられており、航空機や鉄道車両等の床材としても用いられている。
【０００３】
床材としては軽量かつ高剛性、高強度のため、ＣＦＲＰをスキン材とし、ハニカム構造体や発泡体のコア材に接着、乃至一体成形したサンドイッチパネルが使用されることが多い。
【０００４】
このような、床材としてのサンドイッチパネルに要求される性能のひとつとして、貫通衝撃に強いことがある。これはスキン材の面方向からの、すなわち補強繊維に対して横方向のスキン材を貫通するような衝撃に対しての強度が要求されるということであり、傘や杖で突いた時のことを想定している。
【０００５】
このような貫通衝撃強度を高めたい場合には、ＣＦＲＰスキンの厚みを厚くしたりコア材の密度を上げたりすればよいが、いずれも重量的には増加する方向である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、繊維に対して横方向の貫通衝撃強度に優れた炭素繊維、またその炭素繊維を得るための炭素繊維用前駆体繊維、およびこれらの製造方法を提供することであり、この炭素繊維を用いた貫通衝撃強度に優れる炭素繊維強化複合材料用プリプレグを提供することである。このような炭素繊維は、ＣＦＲＰをスキン材とするサンドイッチ構造体において、重量を増加させることなく、そのスキン材の面方向、すなわち補強繊維に対して横方向に対する貫通衝撃強度を向上させることができる
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、せん断強度が１．４ＧＰａ以上、引張弾性率が２７０ＧＰａ以下であることを特徴とする炭素繊維である。本発明の炭素繊維においては、湿式紡糸法によって製造された炭素繊維用前駆体繊維が焼成されてなる炭素繊維であることが好ましい。
【０００９】
さらに本発明は、上記炭素繊維を製造するための炭素繊維前駆体繊維を湿式紡糸法によって製造する炭素繊維前駆体繊維の製造方法であって、
乾燥前の凝固糸の膨潤度を１００％以下とし、乾燥前の延伸倍率を１．１倍以上、１．２倍以下とすることを特徴とする炭素繊維前駆体繊維の製造方法である。この方法においては、凝固浴の温度を５０℃以下とすることが好ましい。
【００１０】
また本発明は、上記製造方法により製造された炭素繊維用前駆体繊維を４０分以上耐炎化処理した後、炭化して、引張弾性率が２７０ＧＰａ以下かつせん断強度が１．４ＧＰａ以上である炭素繊維を得ることを特徴とする炭素繊維の製造方法である。
【００１１】
本発明は、せん断強度が１．４ＧＰａ以上、引張弾性率が２７０ＧＰａ以下である炭素繊維にマトリックス樹脂が含浸されてなる炭素繊維強化複合材料用プリプレグも含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の炭素繊維は、そのせん断強度が１．４ＧＰａ以上でなければならない。ここでいうせん断強度とはいわゆる通常炭素繊維の強度として象徴的に用いられる引張強度ではなく、図１に模式図を示すように、繊維１０の周方向に加わるせん断変形に対する強度のことである。
【００１３】
本発明者らはＣＦＲＰの繊維方向に対して横方向からの荷重、特に衝撃的な荷重が与えられたときの現象について鋭意検討した結果、横方向からの荷重に対しては炭素繊維のせん断強度が効いていることを見出した。
【００１４】
ＣＦＲＰの横方向からの荷重に関する研究はこれまでも若干なされてきた。例えば特開昭５７−４２９３４号公報には炭素繊維の結節強度が高いとＣＦＲＰのシャルピー衝撃強度が高くなるとの報告があるが、本発明者らの検討によれば、ＣＦＲＰの横方向からの荷重には炭素繊維のせん断強度が支配的に効いており、その炭素繊維のせん断強度は引張方向の強度、例えば通常炭素繊維の引張強度としてカタログなどに記載のある、ストランド引張強度とは相関のないことを見出した。
【００１５】
また更に本発明者らは、炭素繊維のせん断強度が１．０ＧＰａ以上であるとき、その炭素繊維を用いて成形したＣＦＲＰは、その繊維方向に対して横方向からの荷重に非常に強いことを見出した。炭素繊維のせん断強度が１．２ＧＰａ以上であれば、そのＣＦＲＰは繊維方向に対した横方向からの荷重により強くなるためにより好ましく、炭素繊維のせん断強度が１．４ＧＰａ以上であるときは更に好ましい。本発明では特に炭素繊維のせん断強度を１．４ＧＰａ以上とする。
【００１６】
せん断強度の測定方法としては次の方法によって測定する。すなわち、厚み０．５ｍｍ以下、体積繊維含有率（以下Ｖｆと略記する）が６０〜７０％の厚みが一定な一方向ＣＦＲＰを成形する。マトリックス樹脂としては特に限定はないが、エポキシ樹脂組成物が好ましい。このＣＦＲＰを繊維方向に対して幅を５ｍｍ程度にカットし、試験片とする。このＣＦＲＰ中の炭素繊維の横方向からせん断変形を与えるように、例えば図２に示すような鉄製の治具にセットし、ＣＦＲＰのせん断強度を測定する。次にマトリックス樹脂のみで硬化、成形し、同様にしてマトリックス樹脂硬化物のせん断強度を測定する。そしてマトリックス樹脂硬化物のせん断強度、ＣＦＲＰのせん断強度と試験片ＣＦＲＰのＶｆから換算し、炭素繊維のせん断強度を算出する。
【００１７】
図２に示す治具は、試験片支持部上側押さえ１ａ、１ｂと試験片支持部下側台３ａ、３ｂの間に試験片６を挟み、上側押さえ１ａ、１ｂと下側台３ａ、３ｂとをネジによりそれぞれ固定できるようになっている。下側台３ａ、３ｂはスペーサー５を介して相互に固定されている。試験片せん断破壊刃部の上側押さえ２と下側台４とは、その間に試験片６を挟み、相互にネジで固定できるようになっており、１ａおよび３ａで構成される図面左側の支持部と１ｂおよび３ｂで構成される図面右側の支持部との間に、可動に配されている。せん断を測定する隙間、すなわち、図面左側の支持部と試験片せん断破壊刃部（２および４）との隙間ならびに試験片せん断破壊刃部と図面右側の支持部との隙間ｄは０とし、隙間壁面には潤滑油等を塗布し、滑りを良くしておく。１ａと３ａ、２と４、１ｂと３ｂの間に試験片を図２のように挟み、試験片せん断破壊刃部の上側押さえ２の上部から荷重をかけてゆき、試験片が破壊した時点の荷重を測る。図３はせん断破壊後の状態を示す模式図である。
【００１８】
このとき、試験片のない状態で測定したときの荷重はこの隙間壁面での摩擦力であるが、この荷重が測定する最低荷重に対して、その３％以下になるように摩擦力を調節する。
【００１９】
次に、炭素繊維用前駆体繊維、炭素繊維の製造方法につき、湿式紡糸法により製造する方法の例について説明する。まずアクリロニトリルを主成分とし、アクリロニトリルと共重合可能な重合性不飽和モノマーを溶液重合、懸濁重合等により重合し、この重合体を溶剤に溶解して紡糸原液とする。重合性不飽和単量体の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、またはアルキルエステル類、並びにアクリルアミド、メタクリルアミド及びそれらの誘導体、並びにアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸及びそれらの塩類、並びにアルキルエステル類などが挙げられる。また、重合体を溶解する溶剤としては、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。次に紡糸原液をノズル孔より凝固浴中に吐出して凝固糸とし、これを洗浄および必要に応じ延伸する。続いて乾燥して緻密化するが、乾燥工程の前に油剤を付与するのが好ましい。そして乾燥緻密化した糸条を高温の加熱ローラー等による乾熱延伸あるいは加圧スチームによるスチーム延伸等を行い、炭素繊維用前駆体繊維を得る。
【００２０】
炭素繊維を得るには、炭素繊維用前駆体繊維を焼成する。すなわち、空気雰囲気中で加熱する耐炎化工程とこれに引き続く不活性雰囲気中で加熱する炭素化工程との二つの工程に付す。
【００２１】
本発明の炭素繊維の製造方法においては、ポリアクリロニトリルを主成分とする炭素繊維前駆体繊維を焼成してなるＰＡＮ系の炭素繊維が好ましいが、特にこれに限定されるものではない。
【００２２】
また、炭素繊維前駆体繊維を焼成して本発明の炭素繊維を得る場合の本発明に用いられる炭素繊維前駆体繊維としてはコスト面から、あるいはマトリックスとの接着性の面から湿式紡糸されたものが好ましい。
【００２３】
炭素繊維用前駆体繊維は湿式紡糸法により紡糸された炭素繊維用前駆体繊維であって、凝固糸の膨潤度が１００％以下であるものが好ましい。凝固糸の膨潤度が１００％以下である場合、ボイド構造を少なく抑えることができ、炭素繊維前駆体繊維が緻密な構造となり、焼成後の炭素繊維のせん断強度が向上する。凝固糸の膨潤度が９０％以下の場合は、より緻密な炭素繊維用前駆体繊維が得られるのでより好ましい。膨潤度が８０％以下の場合は更に好ましい。
【００２４】
膨潤度は次の方法で求める。すなわち、サンプリングした乾燥前の凝固糸に付着した水分を完全に拭き取って質量を測定しＷ１とする。続いて該サンプルを１１０℃で２時間熱風乾燥機で乾燥させて質量を測定しＷ２とする。膨潤度は下記（１）式で求められる。
【００２５】
【数１】
0004975217.tif 000002
【００２６】
膨潤度を低く抑えるためには凝固速度を遅くすることが効果的であり、凝固浴の温度を低くする方法が例示できる。凝固浴の温度は５０℃以下が好ましく、４０℃以下は更に好ましく、３５℃以下は特に好ましい。ただし湿式紡糸法の場合は、束切れや毛羽の発生を防止するという観点から、凝固浴の温度を２０℃とするのが好ましい。
【００２７】
また、乾燥工程前であまり延伸させないことも膨潤度を低く抑える上で効果的である。具体的には乾燥工程前での延伸倍率は３．５倍以下が好ましく、２．５倍以下は更に好ましい。１．５倍以下は特に好ましい。乾燥工程前で延伸させないほど膨潤度は低く抑えられるため下限としては１．０倍以上が好ましいが、乾燥工程前の延伸が１．０倍の場合、毛羽や束切れが発生する傾向があるので、工程安定のためには１．１倍以上が好ましい。ただし、本発明では特に、乾燥前の延伸倍率を１．１倍以上、１．２倍以下とする。
【００２８】
炭素繊維用前駆体繊維の径については細い方が、焼成後の炭素繊維のせん断強度が向上するので好ましく、単繊維の平均のデニール数で、１．２デニール以下が好ましい。１．０デニール以下は炭素繊維のせん断強度がより向上するのでより好ましく、０．７デニール以下は更に好ましい。
【００２９】
次に炭素繊維用前駆体繊維を耐炎化する工程について説明する。
【００３０】
耐炎化条件は、単繊維表層部と単繊維中心部との構造差を決定づけるため重要である。特に耐炎化温度は、かかる構造差への影響が大きいので重要である。耐炎化温度としては２００〜３００℃の範囲が好ましい。
【００３１】
耐炎化時間を長くすることによっても高せん断強度の炭素繊維を得ることができる。具体的には耐炎化時間は４０分以上とすることが好ましい。ここで耐炎化時間とは、繊維束が耐炎化炉内に滞留している全時間をいう。耐炎化時間が４０分未満であると、単糸表層部と単糸中心部との構造差が顕著になり、単糸中心部の耐炎化が不十分で、次の炭化の工程で中心部が焼失し、得られる炭素繊維のせん断強度が低下することがあるという点で不利である。耐炎化時間が６０分以上の場合はより好ましい。しかしながら、耐炎化時間が長くなりすぎると生産性が低下するという点で不利であるため、耐炎化時間は１８０分以下が好ましい。
【００３２】
炭素繊維の引張弾性率については、引張弾性率が高くなるにつれてせん断強度は低くなる傾向があるため、炭素繊維の引張弾性率は３５０ＧＰａ以下が好ましい。炭素繊維の引張弾性率が２７０ＧＰａ以下の場合にはその炭素繊維のせん断強度が高くなるので更に好ましい。しかしながら、引張弾性率が低すぎるとＣＦＲＰの特に引張に関する特性が低下するという点で不利であるので、炭素繊維の引張弾性率は１００ＧＰａ以上が好ましい。尚、引張弾性率はＪＩＳ  Ｒ  ７６０１に則ったストランド状態で測定する。ただし、本発明では特に、炭素繊維の引張弾性率を２７０ＧＰａ以下とする。
【００３３】
本発明の炭素繊維を補強材とするプリプレグもまた本発明とするところのものである。
【００３４】
本発明のプリプレグに使用されるマトリックス樹脂としては特に限定はないが、熱硬化性樹脂がプリプレグの取り扱い性に優れるために好ましい。熱硬化性樹脂の中でもエポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、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、ベンゾキサジン樹脂、シアネートエステル樹脂の各樹脂組成物が好ましく用いられる。また、マトリックス樹脂の含浸方法も特に制限はなく、マトリックス樹脂を加温し、粘度を下げて補強材に含浸させるホットメルト方式でも良いし、マトリックス樹脂を溶剤や水に溶かしたり、または適当な乳化剤等を使用して水に分散させたりして低粘度化したものを補強材に含浸させ、その後溶剤、または水を乾燥させるラッカー方式や水分散方式でも良い。
【００３５】
本発明のプリプレグに使用される炭素繊維の形態としては特に制限はなく、炭素繊維糸条を数本から数百本並べて引き揃え、マトリックス樹脂を含浸する一方向材のような形態でも良いし、炭素繊維糸条１本から数本にマトリックス樹脂を含浸したヤーンプリプレグのような形態でも良い。また、炭素繊維糸条の平織りや綾織り、朱子織り等の織物とし、マトリックス樹脂を含浸したものでも良い。あるいは補強材をマット状に加工し、マトリックス樹脂を含浸させたマットプリプレグの形態でも良い。
【００３６】
本発明の炭素繊維、並びにプリプレグの用途としては特に制限はないが、本発明の炭素繊維、あるいはプリプレグから得られるＣＦＲＰは、横方向から加えられる荷重、特に衝撃荷重に強いので、フロアパネル構造体、特にハニカムや発泡体をコア材とするスキン材の用途が好適である。また、本発明の炭素繊維、あるいはプリプレグから得られるＣＦＲＰは、横方向からの衝撃荷重に強いので、シャルピーやアイゾット衝撃強度が高く、ゴルフシャフトや釣り竿、テニス、バドミントンのラケットなどのスポーツレジャー用途にも好適に用いられる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ただし、実施例１〜４および７〜９は参考用である。
【００３８】
（実施例１）
アクリロニトリル／メタクリル酸＝９８／２の共重合体をジメチルホルムアミドに溶解、湿式紡糸を行い、トータルの延伸倍率を１０．０倍として単繊維の平均デニール数が１．０デニールであるフィラメント数２４，０００の炭素繊維用前駆体繊維を得た。凝固浴の温度は４５℃で凝固糸を得、凝固浴を通過後８０℃の温水浴中で延伸した。乾燥工程前での延伸倍率は３．００倍とした。凝固糸をサンプリングし膨潤度を測定したところ９８％であった。次いで、凝固糸を油剤処理し、乾燥して緻密化し、スチーム延伸により３．３３倍に延伸し、炭素繊維用前駆体繊維を得た。
【００３９】
この炭素繊維用前駆体繊維を２５０℃、５０分で耐炎化処理後、炭素化し、炭素繊維を得た。ストランド引張弾性率は２４０ＧＰａ、ストランド引張強度は５．２ＧＰａであった。
【００４０】
こうして得られた炭素繊維を一方向に引き揃えマトリックス樹脂を含浸させてプリプレグを得た。マトリックス樹脂の組成はジャパンエポキシレジン社製液状ビスフェノールＡ型エポキシレジン、エピコート８２８：４０質量部、ジャパンエポキシレジン社製固形ビスフェノールＡ型エポキシレジン、エピコート１００２：３０質量部、大日本インキ化学社製フェノールノボラック型エポキシレジン、エピクロンＮ７４０：３０質量部に硬化剤としてジャパンエポキシレジン社製ジシアンジアミド、Ｄｉｃｙ−７：４質量部、保土谷化学社製ジクロロジメチルウレア、ＤＣＭＵ９９：４質量部を均一混合したものを用い、ホットメルト方式で含浸し、プリプレグ化した。プリプレグの炭素繊維目付は１５０ｇ／ｍ2であった。
【００４１】
このプリプレグを一方向に積層して１３０℃×１時間で硬化させ、厚み０．２５ｍｍ、Ｖｆ６５％のＣＦＲＰを成形した。このＣＦＲＰを繊維方向に対して５ｍｍの幅にカットし、せん断試験用の試験片とした。
【００４２】
得られた試験片を図１に示した治具にセットし、せん断強度を測定した。測定時のクロスヘッドスピード（試験片せん断破壊刃部の移動速度）は２ｍｍ／分とした。測定は５点実施した。ＣＦＲＰのせん断強度の平均値は０．７６ＧＰａであった。
【００４３】
次にマトリックス樹脂のみを硬化させ、厚み０．５ｍｍの樹脂板を成形した。この樹脂板を５ｍｍ幅にカットし、上記と同様にしてせん断強度を測定したところ０．１６ＧＰａであった。各要素のせん断強度の関係は下記式で与えられる。従って炭素繊維のせん断強度は１．０８ＧＰａであった。
【００４４】
【数２】
0004975217.tif 000003
【００４５】
該プリプレグ２枚を各繊維方向が直行するように積層して１３０℃×１時間で成形したＣＦＲＰをスキン材とし、コア材にヘクセル社製ノーメックスハニカム（セルサイズ：１／８インチ、密度：３．０ポンド／キュービックフィート）を用いてハニカムサンドイッチパネルを成形し、直径３ｍｍの先端が平らな質量１ｋｇの鉄製の円柱をスキン材表面に対して垂直に自由落下させてスキン材を貫通したときのエネルギーを求めたところ、０．８２Ｊと高い値を示した。数値を表１にまとめた。
【００４６】
（比較例１）
実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし乾燥工程前の延伸倍率を５．００倍とした。実施例１と同様にして膨潤度を測定したところ、１１２％であった。該炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し、炭素繊維を得た。ストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．２ＧＰａと実施例１の炭素繊維と同等であった。
【００４７】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ０．８２ＧＰａであった。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、０．５２Ｊと非常に低い値であった。
【００４８】
（実施例２）
実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし凝固浴の温度は３７℃とした。実施例１と同様にして膨潤度を測定したところ、９４％であった。該炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し、炭素繊維を得た。ストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．３ＧＰａであった。
【００４９】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．１５ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、０．９４Ｊと非常に高い値であった。
【００５０】
（実施例３）
実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし凝固浴の温度を３０℃とした。実施例１と同様にして膨潤度を測定したところ、８８％であった。該炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し、炭素繊維を得た。ストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．３ＧＰａであった。
【００５１】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．２２ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．０２Ｊと非常に高い値であった。
【００５２】
（実施例４）
実施例３と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし乾燥工程前の延伸倍率を２．０倍とした。実施例１と同様にして膨潤度を測定したところ、８２％であった。該炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し、炭素繊維を得た。ストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．４ＧＰａであった。
【００５３】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．３１ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．２４Ｊと非常に高い値であった。
【００５４】
（実施例５）
実施例３と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし乾燥工程前の延伸倍率を１．２倍とした。実施例１と同様にして膨潤度を測定したところ、７２％であった。該炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し、炭素繊維を得た。ストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．５ＧＰａであった。
【００５５】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．４５ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．４２Ｊと非常に高い値であった。
【００５６】
（実施例６）
実施例５で紡糸した炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成した。ただし耐炎化の処理時間を８０分とした。得られた炭素繊維のストランド特性を測定したところ、弾性率は２４０ＧＰａ、強度は５．５ＧＰａであった。
【００５７】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．５１ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．６０Ｊと非常に高い値であった。
【００５８】
（実施例７）
実施例４で紡糸した炭素繊維用前駆体繊維を焼成した。耐炎化の処理時間を５０分と実施例１と同じとしたが、炭素化の温度を上げてストランド引張弾性率を３００ＧＰａに調整した。ストランド引張強度は６．１ＧＰａであった。
【００５９】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．１８ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．１１Ｊと高い値であった。
【００６０】
（実施例８）
実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし、乾燥緻密化後のスチーム延伸での倍率を４．１７倍とし、トータルの延伸倍率を１２．５倍とした。また、凝固糸の膨潤度を測定したところ９８％であった。得られた炭素繊維用前駆体繊維の単繊維の平均デニールは０．８デニールであった。
【００６１】
この炭素繊維用前駆体繊維を実施例１と同様にして焼成し炭素繊維を得た。ストランド引張弾性率は２４０ＧＰａ、ストランド引張強度は５．７ＧＰａであった。
【００６２】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．２４ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．０２Ｊと高い値であった。
【００６３】
（実施例９）
実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体繊維を紡糸した。ただし、乾燥緻密化後のスチーム延伸での倍率を５．５６倍とし、トータルの延伸倍率を１６．７倍とした。また、凝固糸の膨潤度を測定したところ９８％であった。得られた炭素繊維用前駆体繊維の単繊維の平均デニールは０．６デニールであった。
【００６４】
この炭素繊維用前駆体繊維を実施例７と同様にして焼成し炭素繊維を得た。ストランド引張弾性率は３００ＧＰａ、ストランド引張強度は６．９ＧＰａであった。
【００６５】
該炭素繊維について実施例１と同様にして炭素繊維のせん断強度を求めたところ１．３１ＧＰａと高い値を示した。また、該炭素繊維を用いたプリプレグを用い、実施例１と同様にしてハニカムサンドイッチパネルを成形し、貫通エネルギーを求めたところ、１．３３Ｊと高い値であった。
【００６６】
【表１】
0004975217.tif 000004
【００６７】
【発明の効果】
本発明の炭素繊維はそのせん断強度が１．４ＧＰａ以上であるので、ＣＦＲＰとしたときの面方向、すなわち補強繊維に対して横方向からの荷重、特に衝撃荷重に強い。また本発明により得られる炭素繊維用前駆体繊維は湿式紡糸法により紡糸された炭素繊維用前駆体繊維であって、凝固糸の膨潤度が１００％以下で、乾燥前の延伸倍率が１．１倍以上、１．２倍以下であるので、該炭素繊維用前駆体繊維を焼成して得られる炭素繊維はせん断強度が高い。また本発明のプリプレグは補強材としてせん断強度が１．４ＧＰａ以上の炭素繊維を用いているため、本発明のプリプレグを成形して得られるＣＦＲＰは横方向からの荷重、特に衝撃荷重に強い。また上記炭素繊維、炭素繊維用前駆体繊維の製造方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】せん断破壊を説明するための模式図である。
【図２】せん断強度測定用の治具に試験片をセットした直後、試験を実施する前の状態を示す模式図である。
【図３】せん断強度測定用の治具に試験片をセットし、試験片にせん断荷重を与えて破壊させた後の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：試験片支持部上側押さえ
２：試験片せん断破壊刃部上側押さえ
３ａ，３ｂ：試験片支持部下側台
４：試験片せん断破壊刃部の下側台
５：試験片支持部間のギャップを調節するスペーサー
６：試験片
１０：炭素繊維
Ｌ：試験片が一方向ＣＦＲＰである時の炭素繊維の方向
ｄ：せん断変形を与える隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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