[發明專利]碳纖維束以及碳纖維束的制造方法

在審

• 申請號: 201811447166.2
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN109505038A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 桐山孝之;杉浦直樹;畑昌宏
• 申請（專利權）人: 三菱化學株式會社
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 陳彥;宋海花

本發明提供即使單纖維纖度大，結節強度也高，操作性、加工性也優異的碳纖維束以及碳纖維束的制造方法。所述碳纖維束的單纖維纖度為0.95dtex以上2.5dtex以下，結節強度為460N/mm²以上。結節強度為460N/mm²以上的碳纖維束的制造方法，其具有下述熱處理工序：將說明書所記載的特定的聚丙烯腈系前體纖維束，在220～300℃的溫度范圍內升溫的氧化性氣氛下，進行50分鐘以上150分鐘以下的熱處理。

本申請是申請日為2013年4月18日、申請號為201380020239.9、發明名稱為《碳纖維束以及碳纖維束的制造方法》的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及碳纖維束及其制造方法、以及使用了碳纖維束的復合材料。

背景技術

由使以丙烯腈為主成分的聚合物作為原料的聚丙烯腈系纖維來制造碳纖維的方法廣為人知，首先，在空氣或其它氧化性氣體氣氛中，在200～300℃預氧化而形成預氧化纖維，接著將其在氮氣、氬氣等非活性氣體氣氛中在800～2,000℃碳化而制造。此外也進一步進行：在2,000℃以上的非活性氣體氣氛中進行石墨化，制造彈性模量更高的石墨纖維。

碳纖維束的結節強度是特別大受到碳纖維結構影響的特性之一。然而已知與碳纖維束的抗拉強度不相關。例如專利文獻1中記載了市售的4種碳纖維的結節強度，將該碳纖維的紗線抗拉強度的目錄資料歸納示于表1中。

[表1]

由上表可知，明確地顯示出結節強度是不依賴于紗線強度、彈性模量的特性值。

此外，如專利文獻2所記載的那樣，使用紡絲條件不同的前體纖維，在相同燒成條件下制造的碳纖維束的結節強度，即使是在抗拉強度沒有大幅不同的情況下，數值也大幅不同。

此外，使用相同前體纖維束，在不同的燒成條件下獲得的碳纖維束的結節強度仍然大幅不同。這是因為結節強度是依賴于碳纖維束的結構的特性，而且可以認為原因是，碳纖維的結構不僅受前體纖維的結構影響，而且在從作為有機纖維的前體纖維向作為無機纖維的碳纖維的結構大變化中，根據燒成條件特別是預氧化條件的不同，形成不同的結構。預氧化工序是，發生由熱引起的丙烯腈聚合物的環化反應與由氧引起的氧化反應、和聚合物特別是共聚成分的分解氣化反應的反應，其中氧化反應是需要氧從長絲的外表面向內部擴散的反應，因此成為單纖維的截面方向的反應不均易于發生的反應。此外，該氧化反應是放熱反應，會促進環化反應、分解反應，其結果是，截面方向的結構不均更易于發生。從該預氧化工序的特征考慮，如表1所示那樣雖然單纖維纖度小于0.8dtex的碳纖維束中具有高結節強度的碳纖維束被工業化，但是前體纖維的纖維直徑越大，則越難制造具有均勻結構的碳纖維，此外為了獲得高性能的碳纖維，需要大幅延長預氧化工序中的處理時間，從低成本化和生產性提高的觀點考慮，成為大的障礙。

此外，前體纖維的結構受作為原料的聚丙烯腈系聚合物的組成大幅影響。此外，在使用聚丙烯腈系聚合物的改性聚合物、非聚丙烯腈系的聚合物作為原料的情況下，所得的碳纖維的結構不同，其結果是，結節強度大幅不同。專利文獻3和專利文獻4中記載了瀝青系碳纖維的結節強度。此外描述了瀝青系碳纖維與丙烯腈系碳纖維相比結節強度很低，記載了作為其對策進行了原料瀝青的改性的宗旨。將實際所記載的值進行單位換算后歸納出的結果示于表2中。

[表2]

這樣，結節強度是受碳纖維的結構大幅影響的特性，可以說較大依賴于前體纖維的原料、制造條件、以及燒成工序的條件。