JP3130643B2 - ピッチ系炭素繊維の表面処理方法 - Google Patents
ピッチ系炭素繊維の表面処理方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化複合材の
製造においてマトリックス樹脂との接着性を改善するた
めの高弾性炭素繊維の表面処理方法に関する。
製造においてマトリックス樹脂との接着性を改善するた
めの高弾性炭素繊維の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維を補強繊維とする複合材料は、
軽量でかつ強度、弾性率に優れているため、スポーツ、
レジャー用品の構成部品として、あるいは宇宙航空機用
機材等として幅広い分野にわたって各種の用途開発が進
められている。
軽量でかつ強度、弾性率に優れているため、スポーツ、
レジャー用品の構成部品として、あるいは宇宙航空機用
機材等として幅広い分野にわたって各種の用途開発が進
められている。
【０００３】炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を
改良するために、炭素繊維の表面を酸化することが行わ
れており、その中でも炭素繊維を陽極として電解酸化処
理する方法は、反応制御が容易でかつ操作性に優れるた
めに、最も実用的な表面処理方法とされている。
改良するために、炭素繊維の表面を酸化することが行わ
れており、その中でも炭素繊維を陽極として電解酸化処
理する方法は、反応制御が容易でかつ操作性に優れるた
めに、最も実用的な表面処理方法とされている。
【０００４】炭素繊維の電解酸化処理方法として種々の
検討が行われてきている。例えば、米国特許４，４０
１，５３３号は、硫酸水溶液中で特定の範囲の電流、電
圧、処理時間で、炭素繊維を陽極として電解酸化処理す
る方法を開示している。
検討が行われてきている。例えば、米国特許４，４０
１，５３３号は、硫酸水溶液中で特定の範囲の電流、電
圧、処理時間で、炭素繊維を陽極として電解酸化処理す
る方法を開示している。
【０００５】また、米国特許第４，６００，５７２号
は、硝酸中で炭素繊維を電解酸化し、さらに不活性化処
理を行うことによって炭素繊維の強度を高め、繊維と樹
脂の接着性のよい炭素繊維を製造できることを開示して
いる。
は、硝酸中で炭素繊維を電解酸化し、さらに不活性化処
理を行うことによって炭素繊維の強度を高め、繊維と樹
脂の接着性のよい炭素繊維を製造できることを開示して
いる。
【０００６】炭素繊維の高性能化の要望は年々強くなっ
ており、より高強度、高弾性率のものが求められてい
る。特に弾性率が５０ｔ／ｍｍ2以上においてもコンポ
ジット性能の良好な炭素繊維が求められている。
ており、より高強度、高弾性率のものが求められてい
る。特に弾性率が５０ｔ／ｍｍ2以上においてもコンポ
ジット性能の良好な炭素繊維が求められている。
【０００７】これら、高弾性率化に対応して炭素繊維の
表面は不活性化の方向に進み、従来の炭素繊維の表面処
理方法では反応性が低いために、接着力の向上がもたさ
れなかったり、あるいは過度の表面処理を行わざるを得
ないために繊維の引張強度が低下するという問題があっ
た。
表面は不活性化の方向に進み、従来の炭素繊維の表面処
理方法では反応性が低いために、接着力の向上がもたさ
れなかったり、あるいは過度の表面処理を行わざるを得
ないために繊維の引張強度が低下するという問題があっ
た。
【０００８】このため、特に高弾性炭素繊維用の表面処
理方法として、例えば特開平１―９２４７０号公報は中
性塩電解液と炭酸アンモニウム塩あるいは無機アルカリ
電解液による２段の電解処理方法を開示している。
理方法として、例えば特開平１―９２４７０号公報は中
性塩電解液と炭酸アンモニウム塩あるいは無機アルカリ
電解液による２段の電解処理方法を開示している。
【０００９】また、特開平２―２６９８６７号公報は多
段の非接触通電による電解酸化法を開示している。
段の非接触通電による電解酸化法を開示している。
【００１０】しかしながら、ピッチ系炭素繊維でとりわ
け引張弾性率が５０ｔ／ｍｍ2以上の炭素繊維と樹脂と
の接着力を確保するには、電解酸化処理をより進める必
要があり、従来、開示されている表面処理方法では炭素
繊維の引張強度低下は避けられないか、あるいは非常に
煩雑な表面処理工程を必要とした。
け引張弾性率が５０ｔ／ｍｍ2以上の炭素繊維と樹脂と
の接着力を確保するには、電解酸化処理をより進める必
要があり、従来、開示されている表面処理方法では炭素
繊維の引張強度低下は避けられないか、あるいは非常に
煩雑な表面処理工程を必要とした。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る従来技術の問題点を解消し、弾性率が５０ｔｆ／ｍ2
以上のピッチ系高弾性炭素繊維においても、繊維の強度
低下を生じることなく、樹脂との接着力を高めることの
できる表面処理方法を提供するものである。
る従来技術の問題点を解消し、弾性率が５０ｔｆ／ｍ2
以上のピッチ系高弾性炭素繊維においても、繊維の強度
低下を生じることなく、樹脂との接着力を高めることの
できる表面処理方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、引張弾性率５
０ｔｆ／ｍｍ2以上のピッチ系炭素繊維を電解質溶液中
にて該炭素繊維を陽極とし電解酸化表面処理を行うにあ
たって、該炭素繊維の活性表面積率を１．５％以上とし
た繊維に、炭素繊維表面積１ｍ2あたり１５〜１００ク
ーロンの電気量で電解酸化表面処理を行うことにより、
炭素繊維表面におけるＯ／（Ｏ＋Ｃ）の値を６〜１１％
とすることを特徴とするピッチ系炭素繊維の表面処理を
行う方法である。
０ｔｆ／ｍｍ2以上のピッチ系炭素繊維を電解質溶液中
にて該炭素繊維を陽極とし電解酸化表面処理を行うにあ
たって、該炭素繊維の活性表面積率を１．５％以上とし
た繊維に、炭素繊維表面積１ｍ2あたり１５〜１００ク
ーロンの電気量で電解酸化表面処理を行うことにより、
炭素繊維表面におけるＯ／（Ｏ＋Ｃ）の値を６〜１１％
とすることを特徴とするピッチ系炭素繊維の表面処理を
行う方法である。
【００１３】ピッチ系炭素繊維で引張弾性率が５０ｔ／
ｍｍ2以上のものは繊維表面が不活性であり、この繊維
を表面処理して繊維と樹脂との結合力を高めるためには
表面に酸素を導入することが不可欠であるが、接着力が
充分に高まるまで酸素を導入すると、局部的に反応が進
行し炭素繊維の強度が下がるという問題がある。
ｍｍ2以上のものは繊維表面が不活性であり、この繊維
を表面処理して繊維と樹脂との結合力を高めるためには
表面に酸素を導入することが不可欠であるが、接着力が
充分に高まるまで酸素を導入すると、局部的に反応が進
行し炭素繊維の強度が下がるという問題がある。
【００１４】そこで本発明者らは高弾性率でかつ表面酸
素の取り込みが容易な繊維について検討を行い、本発明
を完成するに至った。
素の取り込みが容易な繊維について検討を行い、本発明
を完成するに至った。
【００１５】以下、本発明の内容を詳細に説明する。
【００１６】本発明の炭素繊維の出発原料であるピッチ
は、コールタール、コールタールピッチ等の石炭系ピッ
チ、石炭液化ピッチ、エチレンタールピッチ、流動接触
触媒分解残査油から得られるデカントオイルピッチ等の
石油系ピッチ、あるいはナフタレン等から触媒などを用
いて作られる合成ピッチ等、各種のピッチを用いること
ができる。
は、コールタール、コールタールピッチ等の石炭系ピッ
チ、石炭液化ピッチ、エチレンタールピッチ、流動接触
触媒分解残査油から得られるデカントオイルピッチ等の
石油系ピッチ、あるいはナフタレン等から触媒などを用
いて作られる合成ピッチ等、各種のピッチを用いること
ができる。
【００１７】本発明の炭素繊維に使用されるメソフェー
ズピッチは、前記のピッチを従来公知の方法でメソフェ
ーズを発生させたものである。
ズピッチは、前記のピッチを従来公知の方法でメソフェ
ーズを発生させたものである。
【００１８】メソフェーズピッチは、紡糸した際のピッ
チ繊維の配向性が高いものが望ましく、このためメソフ
ェーズ含有量は４０％以上、より好ましくは７０％以上
含有するものがよい。
チ繊維の配向性が高いものが望ましく、このためメソフ
ェーズ含有量は４０％以上、より好ましくは７０％以上
含有するものがよい。
【００１９】また、本発明で用いるメソフェーズピッチ
は、軟化点が２００〜４００℃、より好ましくは２５０
〜３５０℃のものがよい。
は、軟化点が２００〜４００℃、より好ましくは２５０
〜３５０℃のものがよい。
【００２０】前記メソフェーズピッチをこれまで知られ
ている方法にて溶融紡糸を行うことによりピッチ繊維が
得られる。
ている方法にて溶融紡糸を行うことによりピッチ繊維が
得られる。
【００２１】つぎにピッチ繊維は、少なくとも酸素と二
酸化窒素を含む酸化性ガス雰囲気下でピッチの軟化点温
度以下から、酸化を開始し３１０℃を超える温度まで引
続き酸化を行う。
酸化窒素を含む酸化性ガス雰囲気下でピッチの軟化点温
度以下から、酸化を開始し３１０℃を超える温度まで引
続き酸化を行う。
【００２２】このときに、得られる酸化繊維全体の元素
分析結果から得られる酸素と炭素の原子比Ｏ／Ｃが０．
１５以上で、窒素と炭素の原子比Ｎ／Ｃが０．０１４以
上で、かつＸＰＳ（光電子分光解析装置）で測定される
繊維表面のＯ／Ｃが０．２２以上で、Ｎ／Ｃが０．０５
以上であることが重要であり、これにより得られる炭素
繊維の活性表面積を好ましい値とする。
分析結果から得られる酸素と炭素の原子比Ｏ／Ｃが０．
１５以上で、窒素と炭素の原子比Ｎ／Ｃが０．０１４以
上で、かつＸＰＳ（光電子分光解析装置）で測定される
繊維表面のＯ／Ｃが０．２２以上で、Ｎ／Ｃが０．０５
以上であることが重要であり、これにより得られる炭素
繊維の活性表面積を好ましい値とする。
【００２３】この酸化繊維を不活性雰囲気中で炭化、黒
鉛化することにより、弾性率が５０ｔｆ／ｍｍ2以上で
かつ活性表面積率が１．５％以上、好ましくは１．５〜
６．０％である炭素繊維を初めて得ることができる。
鉛化することにより、弾性率が５０ｔｆ／ｍｍ2以上で
かつ活性表面積率が１．５％以上、好ましくは１．５〜
６．０％である炭素繊維を初めて得ることができる。
【００２４】通常、公知の方法で単に得られる炭素繊維
では活性表面積率は１％程度であり、本発明の方法には
適さない。
では活性表面積率は１％程度であり、本発明の方法には
適さない。
【００２５】活性表面積率を好ましい値に調整した炭素
繊維を従来公知の方法で電解質溶液中にて該炭素繊維を
陽極とし電解酸化表面処理を行う。
繊維を従来公知の方法で電解質溶液中にて該炭素繊維を
陽極とし電解酸化表面処理を行う。
【００２６】このときの電解液は特に制限されるもので
はないが、硫酸、硝酸等の酸性電解液、あるいは水酸化
ナトリウム溶液などのアルカリ電解液などいずれでもよ
い。
はないが、硫酸、硝酸等の酸性電解液、あるいは水酸化
ナトリウム溶液などのアルカリ電解液などいずれでもよ
い。
【００２７】炭素繊維表面積１ｍ2あたり１５〜１００
クーロンの電気量、好ましくは１５〜５０クーロンで電
解酸化表面処理を行うことにより、ＸＰＳで測定される
繊維表面のＯ／（Ｏ＋Ｃ）が６〜１１％、好ましくは７
〜１０％の繊維とすることで引張強度の低下を生じるこ
となく樹脂との接着力を高めることが可能となる。
クーロンの電気量、好ましくは１５〜５０クーロンで電
解酸化表面処理を行うことにより、ＸＰＳで測定される
繊維表面のＯ／（Ｏ＋Ｃ）が６〜１１％、好ましくは７
〜１０％の繊維とすることで引張強度の低下を生じるこ
となく樹脂との接着力を高めることが可能となる。
【００２８】なお、ここで活性表面積率とは、炭素繊維
を９５０℃で１０-3ｔｏｒｒ以下の圧力で１２時間脱ガ
スを行った後に、温度３００℃、圧力５ｔｏｒｒで酸素
ガスを２４時間吸着させた際の酸素の吸着量から酸素１
分子当りの吸着面積を０．１４６ｎｍ2として求めた炭
素繊維１ｇ当りの活性表面積をＡＳＡとし、炭素繊維１
ｇ当りの表面積をＳａとしたときに次式によって与えら
れる数値である。
を９５０℃で１０-3ｔｏｒｒ以下の圧力で１２時間脱ガ
スを行った後に、温度３００℃、圧力５ｔｏｒｒで酸素
ガスを２４時間吸着させた際の酸素の吸着量から酸素１
分子当りの吸着面積を０．１４６ｎｍ2として求めた炭
素繊維１ｇ当りの活性表面積をＡＳＡとし、炭素繊維１
ｇ当りの表面積をＳａとしたときに次式によって与えら
れる数値である。
【００２９】
【数１】活性表面積率＝（ＡＳＡ／Ｓａ）×１００％
【００３０】なお炭素繊維の表面積Ｓａは炭素繊維の密
度ρ、糸目付けＷ、単糸数Ｎを用いて
度ρ、糸目付けＷ、単糸数Ｎを用いて
【００３１】
【数２】
【００３２】として表面積を求めた。
【００３３】引張弾性率が５０ｔｆ／ｍｍ2以上でかつ
活性表面積率が１．５％未満では充分な接着力を得るま
で電解酸化処理を行うと引張強度の著しい低下が生じ
る。
活性表面積率が１．５％未満では充分な接着力を得るま
で電解酸化処理を行うと引張強度の著しい低下が生じ
る。
【００３４】また炭素繊維表面積１ｍ2あたり１５クー
ロン未満の以下の電気量、あるいは炭素繊維表面におけ
るＯ／（Ｏ＋Ｃ）の値が６％未満では充分な接着力が得
らない。
ロン未満の以下の電気量、あるいは炭素繊維表面におけ
るＯ／（Ｏ＋Ｃ）の値が６％未満では充分な接着力が得
らない。
【００３５】逆に炭素繊維表面積１ｍ2あたり１００ク
ーロンを超える電気量、あるいは炭素繊維表面における
Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）の値が１１％超では炭素繊維の引張強度
の低下が生じる。
ーロンを超える電気量、あるいは炭素繊維表面における
Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）の値が１１％超では炭素繊維の引張強度
の低下が生じる。
【００３６】
【作用】ピッチ系高弾性炭素繊維は繊維表面の黒鉛結晶
が発達し、酸化等の化学反応性は著しく低下することが
知られている。
が発達し、酸化等の化学反応性は著しく低下することが
知られている。
【００３７】一方樹脂との接着力を向上させるには、炭
素繊維表面を酸化することにより官能基を導入すること
が必要である。
素繊維表面を酸化することにより官能基を導入すること
が必要である。
【００３８】図１には引張弾性率が６０ｔｆ／ｍｍ2の
ピッチ系炭素繊維のＸＰＳから求めたＯ／（Ｏ＋Ｃ）と
樹脂との接着力を示す指標の一つである層間破壊強度
（ＩＬＳＳ）との関係を示した。
ピッチ系炭素繊維のＸＰＳから求めたＯ／（Ｏ＋Ｃ）と
樹脂との接着力を示す指標の一つである層間破壊強度
（ＩＬＳＳ）との関係を示した。
【００３９】図２には引張弾性率が６０ｔｆ／ｍｍ2で
ある炭素繊維の硫酸電解液中における炭素繊維表面積当
りの電解量とＸＰＳから求めたＯ／（Ｏ＋Ｃ）の関係を
示した。
ある炭素繊維の硫酸電解液中における炭素繊維表面積当
りの電解量とＸＰＳから求めたＯ／（Ｏ＋Ｃ）の関係を
示した。
【００４０】図１に示されるようにＯ／（Ｏ＋Ｃ）の値
が６％以上でＩＬＳＳの値はほぼ満足される値８ｋｇｆ
／ｍｍ2が得られる。
が６％以上でＩＬＳＳの値はほぼ満足される値８ｋｇｆ
／ｍｍ2が得られる。
【００４１】一方、図２で示すように本発明の方法では
同じ電解酸化量でも従来方法に比べ繊維表面のＯ／（Ｏ
＋Ｃ）の値を高くすることができる。
同じ電解酸化量でも従来方法に比べ繊維表面のＯ／（Ｏ
＋Ｃ）の値を高くすることができる。
【００４２】つまり、少ない電解酸化量で充分なＩＬＳ
Ｓ値を満足するＯ／（Ｏ＋Ｃ）値を確保されることが、
本発明の主要な効果であるといえる。
Ｓ値を満足するＯ／（Ｏ＋Ｃ）値を確保されることが、
本発明の主要な効果であるといえる。
【００４３】引張弾性率が５０ｔｆ／ｍｍ2以上のピッ
チ系炭素繊維で電解酸化量を増やしていくと繊維表面の
黒鉛結晶構造を破壊したり、局部的に酸化が進行したり
するために、強電解酸化量では繊維の引張強度が著しく
低下する。
チ系炭素繊維で電解酸化量を増やしていくと繊維表面の
黒鉛結晶構造を破壊したり、局部的に酸化が進行したり
するために、強電解酸化量では繊維の引張強度が著しく
低下する。
【００４４】従来、この機構のために樹脂との接着力を
満足する表面処理を行うことにより、繊維自体の引張強
度の低下は避けられないものであった。
満足する表面処理を行うことにより、繊維自体の引張強
度の低下は避けられないものであった。
【００４５】しかしながら本発明の方法では低電解酸化
量で充分な樹脂との接着力が得られるために、図３に示
すように引張強度の低下がない状態で充分なＩＬＬＳ値
を得ることが可能となる。
量で充分な樹脂との接着力が得られるために、図３に示
すように引張強度の低下がない状態で充分なＩＬＬＳ値
を得ることが可能となる。
【００４６】
【実施例】以下、さらに本発明を明確にするために、実
施例ならびに比較例を用いて説明する。
施例ならびに比較例を用いて説明する。
【００４７】なお、本発明において、ピッチ系炭素繊維
および原料ピッチの特性を表わすのに用いた諸物性値は
以下の定義によった。
および原料ピッチの特性を表わすのに用いた諸物性値は
以下の定義によった。
【００４８】（１）軟化点 軟化点は、フローテスターを用いてハーゲン・ポアズイ
ユ式から算出される見掛けの粘度が２００００ポイズと
なる温度である。
ユ式から算出される見掛けの粘度が２００００ポイズと
なる温度である。
【００４９】（２）密度 密度は２３℃の値であり、密度が０．０１刻みとなるよ
う調整された塩化亜鉛水溶液、あるいはブロモホルム、
エタノール混合溶液を用いて、長さ１ｍｍに切った繊維
の浮沈状態より求めた。
う調整された塩化亜鉛水溶液、あるいはブロモホルム、
エタノール混合溶液を用いて、長さ１ｍｍに切った繊維
の浮沈状態より求めた。
【００５０】（３）元素分析によるＯ／Ｃ、Ｎ／Ｃ 繊維を長さ１ｍｍ程度に切断した後、窒素中１００℃で
１ｈｒ乾燥した後、デシケータ中で保存したサンプルを
炭素、水素、窒素に関してＣＨＮコーダーを用いて、酸
素については酸素微量定量分析装置で各元素の重量分率
を求め、これより原子比を求めた。
１ｈｒ乾燥した後、デシケータ中で保存したサンプルを
炭素、水素、窒素に関してＣＨＮコーダーを用いて、酸
素については酸素微量定量分析装置で各元素の重量分率
を求め、これより原子比を求めた。
【００５１】 （４）ＸＰＳによるＯ／Ｃ、Ｎ／Ｃ、Ｏ／（Ｏ＋Ｃ） 島津製作所製ＥＳＣＡ７５０を用い、ＭｇＫα線をＸ線
源とし、真空度２×１０-7ｔｏｒｒ以下、Ｘ線出力８ｋ
ｖ、３０ｍＡの条件で、繊維を一方向に揃えたサンプル
を調整し測定を行った。
源とし、真空度２×１０-7ｔｏｒｒ以下、Ｘ線出力８ｋ
ｖ、３０ｍＡの条件で、繊維を一方向に揃えたサンプル
を調整し測定を行った。
【００５２】繊維表面の元素量はＣ１ｓ、Ｏ１ｓ、Ｎ１
ｓとの相対感度を１：２．９：１．５として補正したピ
ーク面積からＯ／Ｃ、Ｎ／Ｃ、Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）を算出し
た。
ｓとの相対感度を１：２．９：１．５として補正したピ
ーク面積からＯ／Ｃ、Ｎ／Ｃ、Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）を算出し
た。
【００５３】（５）引張強度、引張弾性率 引張強度、引張弾性率はＪＩＳ―Ｒ―７６０１（１９８
６年）に示された方法に準じて測定した。
６年）に示された方法に準じて測定した。
【００５４】（６）活性表面積（ＡＳＡ） 炭素繊維を９５０℃で１０-3ｔｏｒｒ以下の圧力で１２
時間脱ガスを行った後に、温度３００℃、圧力５ｔｏｒ
ｒで酸素ガスを導入し２４時間吸着させた際の酸素の吸
着量から酸素１分子当りの吸着面積を０．１４６ｎｍ2
として、炭素繊維１ｇ当りの活性表面積（ＡＳＡ）を求
めた。
時間脱ガスを行った後に、温度３００℃、圧力５ｔｏｒ
ｒで酸素ガスを導入し２４時間吸着させた際の酸素の吸
着量から酸素１分子当りの吸着面積を０．１４６ｎｍ2
として、炭素繊維１ｇ当りの活性表面積（ＡＳＡ）を求
めた。
【００５５】なお、酸素吸着量は日本ベル製ＢＥＬＳＯ
ＲＰ―３６を用いた。
ＲＰ―３６を用いた。
【００５６】（７）層間剪断強度（ＩＬＳＳ） ＡＳＴＭ Ｄ２３４４―７６に準じたショートビーム法
による。なお、剪断破壊を生じずに曲げ破壊を起こした
ものもＩＬＳＳ値とした。
による。なお、剪断破壊を生じずに曲げ破壊を起こした
ものもＩＬＳＳ値とした。
【００５７】
【実施例１〜５、比較例１】原料としてキノリン不溶分
を除去した軟化点８０℃のコールタールピッチを、触媒
を用い直接水素化を行った。
を除去した軟化点８０℃のコールタールピッチを、触媒
を用い直接水素化を行った。
【００５８】この水素化処理ピッチを常圧下４８０℃で
熱処理した後、低沸点分を除きメソフェースピッチを得
た。このピッチは軟化点が３００℃、メソフエーズ含有
量が９０％であった。
熱処理した後、低沸点分を除きメソフェースピッチを得
た。このピッチは軟化点が３００℃、メソフエーズ含有
量が９０％であった。
【００５９】このピッチを用いて従来公知の方法で、キ
ャピラリー径０．１４ｍｍ、ノズルホール数３０００の
ノズルパックを有する紡糸機を用いて、メソフェーズピ
ッチの粘度８００ポイズで糸径１３μｍのピッチ繊維を
得た。
ャピラリー径０．１４ｍｍ、ノズルホール数３０００の
ノズルパックを有する紡糸機を用いて、メソフェーズピ
ッチの粘度８００ポイズで糸径１３μｍのピッチ繊維を
得た。
【００６０】このピッチ繊維を二酸化窒素ガスを５体積
％、酸素ガス１０体積％、水蒸気５体積％、残部が窒素
である酸化ガス雰囲気中で１５０℃から３１５℃まで１
℃／ｍｉｎで昇温し、そのまま３１５℃に３０分保持し
て不融化繊維を得た。
％、酸素ガス１０体積％、水蒸気５体積％、残部が窒素
である酸化ガス雰囲気中で１５０℃から３１５℃まで１
℃／ｍｉｎで昇温し、そのまま３１５℃に３０分保持し
て不融化繊維を得た。
【００６１】この不融化繊維の元素分析からＯ／Ｃ＝
０．１９２、Ｎ／Ｃ＝０．０１５であった。またＸＰＳ
から求めた繊維表面の性状は、Ｏ／Ｃ＝０．２６６、Ｎ
／Ｃ＝０．０５５であった。
０．１９２、Ｎ／Ｃ＝０．０１５であった。またＸＰＳ
から求めた繊維表面の性状は、Ｏ／Ｃ＝０．２６６、Ｎ
／Ｃ＝０．０５５であった。
【００６２】この不融化繊維を窒素ガス雰囲気下で３０
０℃から５℃／ｍｉｎの昇温速度で３９０℃まで昇温す
ることによって低温炭化を行い、その後さらに窒素雰囲
気下で昇温速度２０℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温し９
００℃に１５分保持して予備炭化繊維を得た。
０℃から５℃／ｍｉｎの昇温速度で３９０℃まで昇温す
ることによって低温炭化を行い、その後さらに窒素雰囲
気下で昇温速度２０℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温し９
００℃に１５分保持して予備炭化繊維を得た。
【００６３】この予備炭化繊維をアルゴンガス雰囲気中
で昇温し、そのまま２３００℃に１５分保持して炭素繊
維を得た。
で昇温し、そのまま２３００℃に１５分保持して炭素繊
維を得た。
【００６４】得られた炭素繊維の弾性率は６０ｔｆ／ｍ
ｍ2、引張強度が樹脂含浸ストランド法で３７０ｋｇ／
ｍｍ2、単糸法で３５２ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
ｍ2、引張強度が樹脂含浸ストランド法で３７０ｋｇ／
ｍｍ2、単糸法で３５２ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００６５】炭素繊維の密度が２．１２ｇ／ｃｍ3、糸
目付けは０．４５０ｇ／ｍ、単糸数３０００本であり、
表面積Ｓａを算出したところ０．１９８７ｍ2／ｇであ
った。
目付けは０．４５０ｇ／ｍ、単糸数３０００本であり、
表面積Ｓａを算出したところ０．１９８７ｍ2／ｇであ
った。
【００６６】また、活性表面積ＡＳＡは０．００４４ｍ
2／ｇであり、活性表面積率は２．２％であった（比較
例１）。
2／ｇであり、活性表面積率は２．２％であった（比較
例１）。
【００６７】この炭素繊維を濃度５％の硫酸水溶液を満
たした電解処理槽を糸速１ｍ／ｍｉｎで連続的に走行さ
せるとともに該処理槽の直前に配置した金属製ローラー
を介して該炭素繊維に陽電圧を印加し、処理液中に配置
した白金製の陰極との間に電流を流し、第１表に示す電
解酸化量で処理した（実施例１〜５）。
たした電解処理槽を糸速１ｍ／ｍｉｎで連続的に走行さ
せるとともに該処理槽の直前に配置した金属製ローラー
を介して該炭素繊維に陽電圧を印加し、処理液中に配置
した白金製の陰極との間に電流を流し、第１表に示す電
解酸化量で処理した（実施例１〜５）。
【００６８】得られた炭素繊維について、ＸＰＳによる
Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）の測定、樹脂含浸ストランド法および単
糸法による引張強度の測定、およびＩＬＳＳの測定を行
った。結果を第１表に示す。
Ｏ／（Ｏ＋Ｃ）の測定、樹脂含浸ストランド法および単
糸法による引張強度の測定、およびＩＬＳＳの測定を行
った。結果を第１表に示す。
【００６９】
【比較例２〜６】実施例で得られたピッチ繊維を二酸化
窒素ガスを５体積％、酸素ガス１０体積％、残部が窒素
である酸化ガス雰囲気中で１５０℃から３００℃まで１
℃／ｍｉｎで昇温し、そのまま３００℃に３０分保持し
て不融化繊維を得た。
窒素ガスを５体積％、酸素ガス１０体積％、残部が窒素
である酸化ガス雰囲気中で１５０℃から３００℃まで１
℃／ｍｉｎで昇温し、そのまま３００℃に３０分保持し
て不融化繊維を得た。
【００７０】この不融化繊維の元素分析からＯ／Ｃ＝
０．１２、Ｎ／Ｃ＝０．０１３であった。
０．１２、Ｎ／Ｃ＝０．０１３であった。
【００７１】またＸＰＳから求めた繊維表面の性状はＯ
／Ｃ＝０．２００、Ｎ／Ｃ＝０．０４５であった。
／Ｃ＝０．２００、Ｎ／Ｃ＝０．０４５であった。
【００７２】この不融化繊維を窒素ガス雰囲気下で３０
０℃から５℃／ｍｉｎの昇温速度で３９０℃まで昇温す
ることによって低温炭化を行いその後、さらに窒素雰囲
気下で昇温速度２０℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温し９
００℃に１５分保持して予備炭化繊維を得た。
０℃から５℃／ｍｉｎの昇温速度で３９０℃まで昇温す
ることによって低温炭化を行いその後、さらに窒素雰囲
気下で昇温速度２０℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温し９
００℃に１５分保持して予備炭化繊維を得た。
【００７３】この予備炭化繊維をアルゴンガス雰囲気中
で昇温し、そのまま２３００℃に１５分保持して炭素繊
維を得た。
で昇温し、そのまま２３００℃に１５分保持して炭素繊
維を得た。
【００７４】得られた炭素繊維の弾性率は６０ｔｆ／ｍ
ｍ2、引張強度が樹脂含浸ストランド法で３６０ｋｇ／
ｍｍ2、単糸法で３４５ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
ｍ2、引張強度が樹脂含浸ストランド法で３６０ｋｇ／
ｍｍ2、単糸法で３４５ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００７５】炭素繊維の密度が２．１２ｇ／ｃｍ3、糸
目付けは０．４５０ｇ／ｍ、単糸数３０００本であり、
表面積Ｓａを算出したところ０．１９８７ｍ2／ｇであ
った。
目付けは０．４５０ｇ／ｍ、単糸数３０００本であり、
表面積Ｓａを算出したところ０．１９８７ｍ2／ｇであ
った。
【００７６】また、活性表面積ＡＳＡは０．００２０ｍ
2／ｇであり、活性表面積率は１．０％であった。この
繊維を実施例と同様に電解酸化処理を行った結果を第１
表に示す。
2／ｇであり、活性表面積率は１．０％であった。この
繊維を実施例と同様に電解酸化処理を行った結果を第１
表に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
【発明の効果】本発明によれば引張弾性率が５０ｔｆ／
ｍｍ2以上のピッチ系炭素繊維においても低電解酸化量
で充分な樹脂との接着力が得られるために、引張強度の
低下がない状態で表面処理を行なうことが可能となり
る。これにより、高弾性率で高強度な複合材料を製造す
ることができる。
ｍｍ2以上のピッチ系炭素繊維においても低電解酸化量
で充分な樹脂との接着力が得られるために、引張強度の
低下がない状態で表面処理を行なうことが可能となり
る。これにより、高弾性率で高強度な複合材料を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素繊維のＸＰＳから求められたＯ／（Ｏ＋
Ｃ）と層間破壊強度ＩＬＬＳ値との関係を示した図であ
る。
Ｃ）と層間破壊強度ＩＬＬＳ値との関係を示した図であ
る。
【図２】炭素繊維１ｍ2あたりの電解酸化量（クーロ
ン）と炭素繊維のＸＰＳから求められたＯ／（Ｏ＋Ｃ）
との関係を示した図である。
ン）と炭素繊維のＸＰＳから求められたＯ／（Ｏ＋Ｃ）
との関係を示した図である。
【図３】ＩＬＬＳ値と炭素繊維の単糸引張強度を示した
図である。
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保川 博夫 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 先端技術研究所内 (72)発明者 富岡 紀夫 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 先端技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−269867（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−57973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292364（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201524（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) D06M 10/00
Claims (1)
- 【請求項１】 引張弾性率５０ｔｆ／ｍｍ2 以上のピッ
チ系炭素繊維を、電解質溶液中にて該炭素繊維を陽極と
し電解酸化表面処理を行うにあたって、該炭素繊維の活
性表面積率を１．５％以上とした繊維に、炭素繊維表面
積１ｍ2あたり１５〜１００クーロンの電気量で電解酸
化表面処理を行うことにより、炭素繊維表面におけるＯ
／（Ｏ＋Ｃ）の値を６〜１１％とすることを特徴とする
ピッチ系炭素繊維の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04129903A JP3130643B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | ピッチ系炭素繊維の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04129903A JP3130643B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | ピッチ系炭素繊維の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302263A JPH05302263A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3130643B2 true JP3130643B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=15021242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04129903A Expired - Lifetime JP3130643B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | ピッチ系炭素繊維の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3130643B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104928805A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-09-23 | 中复神鹰碳纤维有限责任公司 | 一种光滑表面的高界面性能碳纤维及其制备工艺 |
| CN115135822B (zh) * | 2020-03-03 | 2024-04-30 | 帝人株式会社 | 沥青基极细碳纤维和沥青基极细碳纤维分散体 |
| TWI767796B (zh) * | 2021-07-22 | 2022-06-11 | 臺灣塑膠工業股份有限公司 | 碳纖維的製造方法和碳纖維複合瓶 |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP04129903A patent/JP3130643B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05302263A (ja) | 1993-11-16 |
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