[发明专利]碳纤维及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可适宜地用作放热材料、树脂补强材料的沥青系碳纤维、和沥青系碳纤维的制造方法。更具体地，可提供沥青系碳纤维，其是用熔喷法制造的沥青系碳纤维，通过经由特定的纺丝条件而制造，与现有的用熔喷法制造的沥青系碳纤维相比，显著提高了沿沥青系碳纤维的纤维轴方向的龟裂，并且石墨化性高。

背景技术

以中间相沥青为原料的碳纤维，由于其优异的石墨化性，因而可实现高弹性率。但是在纺丝工序中，由于构成沥青的多环芳香族分子相对于通过纺丝孔的沥青的流动方向会排列为垂直方向，因而会表现为径向结构。该径向结构在烧成工序中容易产生分子面间的收缩所致的应力应变（龟裂），并伴随着微小缺陷，引起物性的显著降低。

作为用于解决上述问题的方法，提出了一种碳纤维的制造方法，其中，纤维的剖面形状基本为椭圆，且具有多个片层(lamella)从纤维剖面的中心轴对称地以15～90°的角度向两侧延伸的树叶状片层排列（专利文献1、专利文献2）。此外，还提出了一种碳纤维的制造方法，其中，以平稳地将纤维剖面方向的应力应变缓和的方式对供给至纺丝孔的熔融沥青预先整流（专利文献3）。但是，上述专利文献均是涉及制造长纤维的方法，与用熔喷法制造的碳纤维相比，制造成本变高、且需要特殊的纺丝设施，故存在设备费方面会消耗庞大费用等的问题。进一步地，用上述专利文献记载的方法制造的碳纤维，明显观察到片层排列，是无数小的结晶（区域）聚集的结构体。因此，结晶和结晶的接合处会产生热阻，故存在难以表现出大的热传导的问题。

另一方面，可廉价地制造碳纤维的熔喷法也与上述专利文献记载的方法同样地，相对于沥青的流动方向，沥青分子会排列成垂直方向。但是，由于从两侧向通过巴罗斯效应而膨胀的纺丝孔附近的沥青吹送高温空气，因此纤维剖面成为线对称结构，而不表现径向结构（非专利文献1）。但是，即使是用熔喷法制造的碳纤维，通过应力的赋予，沿着纤维剖面的线对称轴容易产生应力应变（龟裂），并伴随着微小缺陷，会存在引起物性的显著降低的问题。此外，本文献中也明确地观察到了片层排列，结晶和结晶的接合处产生热阻，故存在难以表现大的热传导的问题。

所以本发明人等通过对熔喷法的熔融粘度、中间相沥青的毛细管内的流速、不熔化碳纤维前体得氧吸附量等纺丝条件进行控制，提出了具有优异机械特性和放热特性的碳纤维。

（专利文献1）日本特开昭61-113828号公报

（专利文献2）日本特开昭61-6314号公报

（专利文献3）日本特开昭61-113827号公报

（专利文献4）日本特开2009-019309号公报

（非专利文献1）Carbon 38 （2000） P741-747。

发明内容

本发明的目的在于提供与现有的用熔喷法制造的沥青系碳纤维相比，显著降低了沿沥青系碳纤维的纤维轴方向的龟裂、并且石墨化性高、热传导性高的沥青系碳纤维。

用于解决课题的手段

本发明的沥青系碳纤维是下述沥青系碳纤维，其中，纤维剖面的60%以上、小于100%可见熔融痕迹(melt mark)，并且用X射线衍射法求出的石墨层的面间距（d002值）为0.3362nm以下，来源于厚度方向的微晶大小（Lc）为60nm以上。

本发明在于通过制为纤维剖面的60%以上、小于100%具有熔融痕迹的沥青系碳纤维，而降低在现有的熔喷法中产生的沿沥青系碳纤维的纤维轴方向的龟裂，并且用X射线衍射法求出的石墨层的面间距（d002值）变小，来源于厚度方向的微晶大小（Lc）变大，可实现高热传导性。

本发明的沥青系碳纤维优选可通过下述制造方法得到，该制造方法是包含（1）用熔喷法从中间相沥青制造沥青系碳纤维前体的工序、（2）将沥青系碳纤维前体在氧化性气体气氛下不熔化，而制造沥青系不熔化纤维的工序、和（3）对不熔化纤维进行烧成而制造沥青系碳纤维的工序的沥青系碳纤维的制造方法，该制造方法的特征在于，在制造沥青系碳纤维前体的工序（1）中，纺丝孔内的熔融粘度为大于1.0Pa?s且小于10Pa?s（大于10泊且小于100泊），通过纺丝孔的中间相沥青的剪切速度为大于6000s^-1且小于15000 s^-1，并且将加温至通过纺丝孔的沥青的温度±20℃的4000～12000m/分的气体吹送至纺丝孔附近的中间相沥青，并且，该制造方法的特征在于，制造沥青系不熔化纤维的工序（2）的沥青系不熔化纤维的氧附着量为5.5～7.5wt%以下。

发明效果