[发明专利]碳纤维及其制造方法

说明书

课题在于得到在成型加工为碳纤维增强复合材料的过程中、最终得到的成型品中显示出优异分散性的碳纤维。本发明的碳纤维为从侧面在直线距离1mm的范围内观察单纤维时，单纤维的纤维轴的波动幅度为2.5μm以上，该波动幅度的变异系数为100％以下的单纤维的纤维长度为10cm以下的碳纤维。该碳纤维由下述碳纤维的制造方法制造，其中，对聚丙烯腈系碳纤维前体纤维束进行耐燃化处理之后依次进行预碳化处理、碳化处理，将所得的呈连续纤维形态的碳纤维束切断，将碳化处理中的纤维束的捻度设为16个捻回/m以上或者将纤维束的表面的加捻角设为2.0°以上。

技术领域

本发明涉及纤维轴具有特定的弯曲形态的碳纤维及其制造方法。

背景技术

对于碳纤维而言，其比强度、比弹性模量优异，且通过用作纤维增强复合材料的增强纤维，能够使构件的大幅轻量化成为可能，因此，作为对于构建能量使用效率高的社会而言必不可少的材料之一而在广泛的领域中得到使用。近年来，在以汽车、电子装置壳体等为代表的成本意识较强的领域中的应用得以展开，强烈要求包含成型成本的最终构件成本的降低。其中，作为碳纤维的利用方式，从以往的以连续纤维为中心的方面考虑，开始关注作为成型性以及赋形性优异的不连续纤维的利用形态。然而，认为以一定长度进行切断、粉碎而成的以往的短切碳纤维、研磨碳纤维并非是专门作为不连续纤维而设计的，今后，有意识地使用不连续纤维的碳纤维的开发的重要性将增加。

作为以不连续纤维的形式利用时的重要特性之一，可举出在基质中的分散性。以下，有时将在基质中的分散性简单记作分散性。分散性高时，由于单纤维彼此均匀地散开，从而可以期待在加工为碳纤维增强复合材料时的处理性提高、作为最终制品的特性分布均匀化的效果。作为提高所述分散性的方法之一，在合成纤维领域中，广泛使用卷曲加工。作为通过卷曲而得到的效果之一，已知通过纤维轴弯曲，从而在基质中单纤维彼此堆叠、即变得不易以束的状态聚集，容易赋予蓬松度，换言之，变得容易均匀地分散为单纤维单位。

对于碳纤维，在碳化处理的工序中，边赋予张力边制造的情况较多，在无张力下进行碳化处理时，纤维束收缩，因此有时得到存在卷曲的碳纤维。此外，像这样，在无张力下进行碳化处理而得到的碳纤维大多伴随拉伸模量的降低。

作为除此以外的例子，虽然并非着眼于纤维轴的弯曲，但出于提高耐燃化处理工序的工艺性以及生产率的目的，提出在对聚丙烯腈系碳纤维前体纤维束进行加捻的状态下进行耐燃化、预碳化、碳化的技术(专利文献1)、出于提高所得到的碳纤维的线束弹性模量的目的，提出在高张力下对赋予捻回而得的纤维束进行碳化的技术(专利文献2)。此外，提出对碳纤维束加捻，使其在基质树脂中含浸，从而得到碳纤维制的丝线的技术(专利文献3)、通过类似的方法而得到成型品的技术(专利文献4)、使碳纤维束捻回而得到缝合线的技术(专利文献5)、在对碳纤维赋予了捻回的状态下进行卷取的技术(专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭58－087321号公报

专利文献2:日本特开2014－141761号公报

专利文献3:国际公开第2014/196432号

专利文献4:日本特开2006-70153号公报

专利文献5:日本特表2008－509298号公报

专利文献6:日本特开2002-001725号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，上述的以往技术具有以下的问题。