[發明專利]碳纖維束及其制造方法

有效

• 申請號: 201880068523.6
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN111263834B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 齋藤大祐;石尾桂一;伊原康樹
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;王瀟悅

本發明的目的是提供能夠得到在復合材料的成型時紗線形狀的穩定性優異、拉伸強度高的碳纖維復合材料的碳纖維束及其制造方法。用于達成該目的的本發明的碳纖維束，是含浸樹脂的股線拉伸彈性模量為265～300GPa、含浸樹脂的股線拉伸強度為6.0GPa以上、結節強度為820N/mm²以上、單纖維數為30000根以上、平均可撕裂距離為600～850mm的碳纖維束，在說明書記載的條件下將碳纖維束解舒時的紗線寬度變動率為8％以下，并且，具有相對于在說明書記載的條件下將碳纖維束解舒時的紗線寬度平均值為75％以下的紗線寬度的部分為4處/1000m以下。

技術領域

本發明涉及具有優異的拉伸強度、特別是適于利用纖維纏繞(以下簡稱為FW)成型法將碳纖維復合材料(以下有時簡稱為復合材料)成型的碳纖維束及其制造方法。

背景技術

碳纖維具有優異的機械特性，特別是比強度、比彈性模量高的特征。因此，廣泛用于航空宇宙用途、休閑用途、汽車等一般產業用途，其成形方法也進行了各種開發。其中，FW成型法由于其優異的成型性和得到的復合材料的特性而被廣泛應用于碳纖維。特別是近年來受到關注的天然氣汽車等的燃料用容器中，為了得到輕量且高性能的特性，開始使用以碳纖維作為加強纖維并通過FW成型法成型的材料。而且近年來，如設想將氫氣填充用于燃料電池的壓縮氫氣容器用途那樣，對在比以前更高的壓力下使用的適合FW成型用途的碳纖維的要求越來越高。

例如，在壓縮氫氣容器中，使用壓力為50～100MPa，相對于以往的壓縮天然氣容器中為20～30MPa左右而言較高。特別是在用于汽車用途的壓縮氫氣容器中，為了增加汽車的可行駛距離，期望容器的輕量化。因此，通過使用高強度的碳纖維復合材料來減少使用量，從而實現輕量化。因此，對于用于上述用途的碳纖維復合材料，期望高強度及其穩定性的提高、FW成型時的均勻性的提高。

一般而言，為了作為復合材料表現出優異的拉伸強度，碳纖維束的拉伸強度、拉伸彈性模量高是重要的。因此，對于重視優異的機械特性的用途，主要生產單纖維(長絲)數小于30000根的碳纖維束。

在碳纖維這樣的脆性材料中，根據格里菲斯公式，通過減小碳纖維的缺陷尺寸或提高碳纖維的斷裂韌性值，能夠提高碳纖維束的拉伸強度。特別是碳纖維的斷裂韌性值的改善，在不依賴于碳纖維的缺陷尺寸的狀態而能夠提高碳纖維束的拉伸強度的方面是有效的(專利文獻1)。進而，碳纖維的斷裂韌性值的改善在能夠有效地提高使用其得到的碳纖維復合材料的拉伸強度、減少使復合材料的拉伸強度降低的絨毛方面也是有效的。

迄今為止，作為提高碳纖維束的拉伸強度和彈性模量的方法，提出了在阻燃化工序中通過使用溫度不同的多個爐來使阻燃化溫度高溫化的方法、在由多個爐構成的阻燃化爐中使通過了各爐的碳纖維前體纖維根據其密度而伸長的方法(專利文獻2～5)。另外，提出了將阻燃化工序的溫度控制區域數設為2～3，進行賦予區域間的溫度差的溫度控制的方法(專利文獻6)。

另外，提出了生產率優異的單纖維數多的碳纖維束(專利文獻7～9)。

進而，提出了反映纖維軸方向以外的機械性能、在準各向同性材料中表現出充分的機械性能的結節強度高的碳纖維束(專利文獻10)。

關于拉伸強度的穩定性，提出了通過在碳纖維前體纖維中選擇特定的共聚成分來提高拉伸強度的穩定性的技術(專利文獻11)。

FW成型法原本是適用于玻璃纖維的方法，如果直接使用以往的碳纖維束，則由于每根碳纖維股線的單纖維多，股線的紗線形狀、具體而言是紗線寬度的變化會對成型品的品質、復合特性產生大的影響。另一方面，為了縮短復合材料的成型時間，期望總纖度大的多單纖維的碳纖維束，提出了單纖維多而解舒(退繞)時的紗線寬度穩定的纖維束(專利文獻9)。

在先技術文獻

專利文獻1：國際公開第97/45576號

專利文獻2：日本特開昭58-163729號公報