[发明专利]碳纤维的制造方法以及碳纤维

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维的制造方法以及碳纤维。

本申请基于2011年08月02日在日本提出的特愿2011－169273号要求优先权，将其内容援用于此。

背景技术

碳纤维由于具有优异的机械强度，因此作为航空宇宙原料、运动、娱乐用原料、压力容器等的工业用原料是极其有用的，且需求在扩大。另外，期待今后用于进一步广泛的领域中。

通常，碳纤维通过将聚丙烯腈系纤维等碳纤维的前体纤维（母体纤维（precursor fiber））捆扎而成的碳纤维前体纤维束进行烧成来制造。具体而言，在充满氧化性气氛的预氧化炉中对碳纤维前体纤维束进行加热处理（预氧化处理）而得到耐火纤维束后，在充满氮等非活性气氛的碳化炉中对得到的耐火纤维束进行加热处理（前碳化处理以及碳化处理），从而得到碳纤维。

碳纤维通常不直接使用，而是成型为与基体树脂组合而成的复合材料，被用于各种用途。

然而，碳纤维与基体树脂的润湿性、亲和性、粘接性不充分时，有时制成复合材料时难以获得满意的特性。

因此，通常对在非活性气氛中加热处理后的碳纤维实施用于将碳纤维的表面改性的表面处理，并进一步实施上浆处理，从而提高与基体树脂的润湿性、亲和性、粘接性。

作为对碳纤维进行表面处理的方法，已知电解氧化处理、药液氧化处理等液相氧化处理、气相氧化处理。认为：通过对碳纤维的表面实施氧化处理，从而在纤维表面形成含氧官能团，来提高与基体树脂的润湿性、亲和性、粘接性。另外，经氧化处理过的碳纤维通常被投入干燥机等中，在干燥后使用上浆剂进行上浆处理。

在这些氧化处理中，从其处理的容易性、处理条件控制的容易性、向碳纤维表面导入含氧官能团的容易性等的观点出发，特别是电解氧化处理是比药液氧化处理、气相氧化处理更实用并且有效的表面处理方法。

然而，电解氧化处理法中，有需要在电解氧化处理后用纯水等洗净附着于碳纤维上的电解液，导致制造装置变得大型化或者制造成本增加这样的情况。

另外，将洗净后的碳纤维干燥时，考虑到未完全洗净而残存的电解液，需要在与电解液所使用的溶剂的沸点相同程度、或比沸点高的温度下进行干燥。由于电解液中通常使用硫酸、硝酸等，因此需要能够设定为与它们的沸点相同程度的温度的高温干燥机，容易增加制造成本。

进一步，由于将电解氧化处理所使用的电解液直接排出时会对环境造成负荷，因此为了排水时不对环境造成负荷，需要进行中和处理等废液处理，从而导致生产率降低，容易增加制造成本。由于将电解氧化处理后的碳纤维洗净所得的洗净废液中包含电解液，因此排出该洗净废液的情况也同样。

因此，作为无需洗净工序、操作简便、能够降低制造成本的碳纤维的表面处理方法，例如专利文献1中，公开了使碳纤维在溶解有臭氧的臭氧溶液中浸渍或输送，来处理碳纤维表面的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－79344号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，将利用专利文献1中记载的方法进行了表面处理的碳纤维制成复合材料使用时，与基体树脂的粘接性未必充分。

本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供能够获得与基体树脂的粘接性优异的碳纤维的碳纤维的制造方法、以及碳纤维。

解决课题的方法

本发明具有以下的方式。

（1）一种碳纤维的制造方法，具有如下表面处理工序：通过使在溶剂中溶解臭氧所得的臭氧溶液从流体喷出口朝着碳纤维束喷出，使前述臭氧溶液在碳纤维束的单纤维间通过而与单纤维表面接触，从而利用臭氧溶液对碳纤维进行表面处理。

（2）根据前述（1）所述的碳纤维的制造方法，前述臭氧溶液与单纤维表面接触时的碳纤维束的张力是每单纤维数12000根为0.3kg以上1.8kg以下。

（3）根据前述（1）或（2）所述的碳纤维的制造方法，将前述碳纤维束在臭氧溶液中保持0.1秒以上60秒以下。

（4）根据前述（1）～（3）中任一项所述的碳纤维的制造方法，使臭氧溶液向着相对于输送的碳纤维束的输送方向交叉的方向喷出，并且，使臭氧溶液的每单位时间的喷出量相对于每单位时间通过流体喷出口上或流体喷出口下的碳纤维束的质量为40倍以上300倍以下，使臭氧溶液的喷出速度为0.20m／秒以上2.0m／秒以下。

（5）根据前述（1）～（4）中任一项所述的碳纤维的制造方法，使臭氧溶液从前述流体喷出口朝着碳纤维束喷出而与单纤维表面接触的次数为1次以上4次以下。