CN101910480B - 耐燃纤维和碳纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制造耐燃纤维的方法，在将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理来制造耐燃纤维时，作为耐燃处理的预处理是将所述前体纤维在温度范围为220～260℃、负荷为0.58g/tex以下，在前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)不超过7％的条件下使其收缩，然后，在230～260℃的氧化性气氛中、环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围、以2.7～3.5g/tex的负荷进行初期拉伸，接着进行通常情况下的耐燃处理来制造耐燃纤维的方法。通过对所述耐燃纤维继续进行碳化处理，可得到适于制造具备高复合性能的复合材料的、高强度高弹性的碳纤维。

Description

耐燃纤维和碳纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及高强度碳纤维的制造方法和作为其中间原料的有用的耐燃纤维的制造方法。

背景技术

近年来，将碳纤维用作强化纤维的复合材料，因具备质轻、高强度等优良的机械特性，往往被用作航空器等的结构材料。这些复合材料，例如，可以由强化纤维中浸渍有基体树脂而得到的中间产品、即预浸料坯(prepreg)经过加热-加压的所谓成型-加工工序而得以成型。因此，为了得到所需的复合材料，有必要各自采用最适的材料或成型、加工手段。并且，根据用途，作为强化纤维的碳纤维，也存在要求有更高强度等情况。例如，在航空器用复合材料中以轻量化为目的的情况下，虽然有必要在保持碳纤维强度的情况下还提高弹性，但是，碳纤维在一般情况下伴随着弹性模量的提高其脆性也增加、其延展率下降，因此难以获得具备高复合性能的复合材料。

在航空器领域中，强度和弹性模量为中等程度的碳纤维，例如强度为5680MPa、弹性模量为294GPa左右的碳纤维，在过去得到了良好的利用，不过，最近变成以机身的轻量化为主要目的、对更高性能的复合材料有需求，与此相应对兼有高强度和高弹性碳纤维的开发进行了尝试。但是，因为弹性模量和延展率存在此消彼长的关系，伴随着弹性模量的增加，碳纤维的延展率却降低、脆性也增加。因此，对制造高弹性且高强度并且脆性等物性降低少的高性能碳纤维而言是非常困难的。特别是这种倾向在弹性模量超过294Gpa时变得显著，包括确保稳定的物性在内，开发是非常困难的。

在碳纤维和基体树脂的复合化中，为了追求高性能化，必不可少的是也要提高如上所述的碳纤维本身的强度和弹性模量等。并且，对于碳纤维的强度和弹性模量的提高等，一直以来有各种各样的研究，不过，相比之下，在最近也有大力进行特别是用于由聚丙烯酸系前体纤维来制造碳纤维的、耐燃工序和/或碳化(包括石墨化)工序的改善、改良的研究(参考例如专利文献1～5)。但是，适于制造目前特别对高复合性能有要求的复合材料的、高强度高弹性的碳纤维的工业上有利的制造方法，还未必得到确立。

专利文献1：特开平5-214614号公报

专利文献2：特开平10-25627号公报

专利文献3：特开2001-131833号公报

专利文献4：特开2003-138434号公报

专利文献5：特开2003-138435号公报

一般而言，作为利用聚丙烯酸系前体纤维制造碳纤维的方法已知有：将前体纤维在200～280℃的氧化性气氛下一边进行拉伸或收缩一边进行氧化处理(耐燃处理)之后，在300℃以上的惰性气体气氛中进行碳化来制造的方法。特别是耐燃处理工序中纤维的处理方法，对碳纤维强度的体现产生很大影响，自很早以来已进行过大量的研究。

例如，将耐燃处理丝进行碳化而获得高强度碳纤维，所述耐燃处理丝是以耐燃工序中的伸长率为-10～+10％(拉伸倍率0.9～1.1)的范围所制造的、纤维密度在1.30～1.42g/cm³的范围(参考专利文献6)；以3％以上的伸长率(1.03以上的拉伸倍率)直至纤维密度达到1.22g/cm³为止、对此后的收缩进行实质上地抑制并进行耐燃处理，接着通过进行碳化获得高强度的碳纤维(参考专利文献7)；或者，此外，以3％以上的伸长率(1.03以上的拉伸倍率)直至纤维密度达到1.22g/cm³进行耐燃处理，然后进一步以1％以上的伸长率(1.01以上的拉伸倍率)进行拉伸处理，然后通过进行碳化获得丝束(strand)强度为460kgf/mm²以上的碳纤维(参考专利文献8)等长期以来就有报道。

专利文献6：特公昭63-28132号公报

专利文献7：特公平3-23649号公报

专利文献8：特公平3-23650号公报

发明内容

本发明的课题在于提供制造适于最近特别对高复合性能有需求的复合材料的、高强度高弹性的碳纤维的方法。

本发明人等，为了制造适于特别对高复合性能有需求的复合材料的、高强度高弹性的碳纤维，在利用如上所述一直以来为人所知的聚丙烯酸系前体纤维来制造碳纤维的方法中，从全新的观点出发，对耐燃工序和/或碳化(包括石墨化)工序进行改良，从而实现了本发明。

本发明的实施形式之一是一种耐燃纤维的制造方法，其特征在于，将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理、制造耐燃纤维时，(1)作为耐燃处理的预处理，在温度范围为220～260℃、负荷为0.58g/tex以下、采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测定的该前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)不超过7％的条件下使该前体纤维收缩；然后，(2)在230～260℃的氧化性气氛中，在该前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围，以2.7～3.5g/tex的负荷对该前体纤维进行初期拉伸；接着，(3)在氧化性气氛中和200～280℃下，优选在240～250℃下，在拉伸倍率为0.85～1.3倍、优选为0.95倍以上的范围对该前体纤维进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止。

本发明的其他形式是一种碳纤维的制造方法，其特征在于，将如上所述得到的聚丙烯酸系前体纤维、接着采用公知的方法进行碳化处理。此外，本发明中在所谓的碳化处理时也包括所谓的石墨化处理。

本发明还有的其他实施形式是采用上述记载的制造方法所得到的、抗拉强度为5880MPa以上、弹性模量为308GPa以上的碳纤维本身。

本发明中，在对聚丙烯酸系前体纤维进行耐燃处理时，作为其预处理，通过使纤维暂时收缩而排出纤维中的水分，将纤维的结构形成无空隙(voidless)的结构。其结果，可以制造内部缺陷减少的耐燃纤维。并且，将其作为中间原料，用以往公知的方法进行碳化处理即可得到高强度高弹性的碳纤维。如果适当设定条件，可得到抗拉强度为5880MPa以上、弹性模量为308GPa以上的、在高强度继续保持的同时使弹性模量提高的碳纤维。并且，从这样的碳纤维和基体树脂得到的复合材料，因具备优良的复合特性，可以获得比以往的材料性能更高的复合材料，这些复合材料可以在航空宇宙领域、汽车领域等领域中用作轻量化并且适于结构材料的复合材料。

具体实施方式

本发明中，作为耐燃纤维或碳纤维的制造方法所使用的聚丙烯酸系前体纤维，可以没有任何限制地使用以往公知的聚丙烯酸系纤维。其中，优选采用广角X射线衍射(衍射角17°)测定的取向度为90.5％以下的聚丙烯酸系纤维。具体而言，将含有丙烯腈90重量％以上、优选为95重量％以上的单体均聚或共聚而成的纺丝溶液进行纺丝，获得碳纤维原料(前体纤维)。作为纺丝方法，也可使用湿式或干湿式纺丝方法的任一方法，为了获得利用与树脂的固着效果而粘着性优良的碳纤维，更优选获得表面有褶皱的纤维的湿式纺丝方法。此外，通过湿式纺丝方法得到的纤维，优选在其后进行水洗、干燥、拉伸后用作碳纤维原料。作为进行共聚的单体，优选丙烯酸甲酯、衣康酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸等。

将如上述所得到的聚丙烯酸系前体纤维，根据本发明的耐燃纤维的制造法进行耐燃处理，可以获得耐燃纤维。并且，通过将该耐燃纤维进行碳化(根据需要，包括进行所谓的石墨化处理)，可以获得高强度高弹性的碳纤维。

聚丙烯酸系前体纤维在通常情况下的耐燃处理，例如，在加热空气等氧化性气氛中、在200～280℃、优选为240～250℃的温度范围内进行。此时，虽然在一般情况下以拉伸倍率0.85～1.3倍的范围拉伸或收缩处理前体纤维，但是，为了获得高强度、高弹性的碳纤维，更优选设定为0.95倍以上。虽然通过该耐燃处理，可获得纤维密度为1.3～1.5g/cm³的耐燃纤维，但是，在耐燃时对丝施加的张力并没有特别限定。

在耐燃处理过程中，如果不进行拉伸处理，聚丙烯酸系前体纤维在处理温度上升的同时收缩。因此，通过调节拉伸应力进行拉伸处理，可以调节拉伸倍率。所谓拉伸倍率1.0是表示尽管对纤维提供拉伸应力，但是收缩和拉伸之间能取平衡、在拉伸前和拉伸后的长度是相同的。

本发明中，其特征在于，在上述耐燃处理时首先进行预处理。即，首先，(1)作为耐燃处理的预处理，是在温度为220～260℃、优选为230～245℃的范围、负荷为0.58g/tex以下、优选为0.55g/tex以下、采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测得的前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)不超过7％、优选为6.6％以下的条件下，使前体纤维收缩。但是，如果过度降低负荷，当运行丝接触到松弛炉(slack furnace)、加热器(heater)部时，可能导致运行丝被切断或因表面损伤引起物性降低，因此，负荷以运行丝不松弛的重量以上、并且以处于上述范围内为优选。

此外，本发明中所谓的采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测得的前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)，是作为耐燃反应的指标而使用的值，是表示随着耐燃的进展I₂₂₄₀所显示的腈基进行开环、I₁₆₂₀所显示的向萘啶(naphthyridine)环进行反应的反应进展程度的值。

将本发明中如上所述已预处理过的前体纤维，在其后，(2)在230～260℃、优选为240～250℃的氧化性气氛中、在该前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³范围，对该前体纤维施以负荷为2.7～3.5g/tex、优选为2.8～3.0g/tex来进行初期拉伸。此时，如果负荷成为该范围以外的情况下，则有可能在工序中发生单丝切断、工序变得不稳定而导致生产效率变差，因此不优选。

将如上所述工序(1)中预处理过的前体纤维，在工序(2)的上述条件下进行初期拉伸。并且，接着进行前体纤维在通常情况下的耐燃处理。即，(3)在氧化性气氛中和200～280℃下、优选在240～250℃下，拉伸倍率0.85～1.3倍、优选为0.95倍以上的范围，对前体纤维进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止，获得耐燃纤维。

聚丙烯酸系前体纤维的耐燃处理，通常，通过在气氛气体循环式的加热炉中，将前体纤维通过在供给辊和接收辊之间多次施加规定的负荷使其进行拉伸或收缩、同时使其通过来进行。并且，在通常情况下，聚丙烯酸系前体纤维是以前体纤维丝束(strand)的状态而加以处理的，因此丝束尽量处于被收束的状态，不过，优选以工序的稳定性为目的。特别是在单丝数为20,000根以上的粗丝束的情况下，优选给与适当油剂来维持丝束的收束性。

对于含有水分的聚丙烯酸系前体纤维的耐燃处理而言，本发明工序(1)中的前体纤维致密化是必需的。通常情况下，尚未开始耐燃反应的纤维是疏松结构，在施以热时，纤维中的水分蒸发、被排出到纤维之外。不过，耐燃处理是从纤维表面开始发生的，因此，如果在纤维中的水分脱掉之前就开始进行耐燃反应，那么水分的排出会受到由该耐燃反应所形成的表面结构阻碍。该排出不充分的水蒸气在纤维中形成空隙而造成结构缺陷，从而存在所得到的耐燃纤维强度下降的问题。因此，本发明中，在耐燃处理前，在一定的条件下，即，在温度范围220～260℃、负荷为0.58g/tex以下、采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测得的前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)不超过7％的条件下使得前体纤维收缩，基于此，将前体纤维进行某种程度的致密化，充分除去纤维中的水分，从而抑制可能导致纤维内部结构缺陷的空隙的发生。

但是，将前体纤维进行致密化时，其分子结构变得松散(loose)，然后，在通常条件下进行耐燃处理时存在另外的问题，即不能最终获得应该满意的高强度高弹性的碳纤维。因此，本发明中的提出了如下方案：在耐燃处理工序的初期阶段，在230～260℃的氧化性气氛中，在前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围中，将前体纤维以负荷为2.7～3.5g/tex进行初期拉伸。通过所述手段可以解决上述问题，这已得到确认。

然后，接着在相同的耐燃炉中，在氧化性气氛中和200～280℃下、优选在240～250℃下，在拉伸倍率0.85～1.3倍、优选为0.95倍以上的范围，进行通常条件范围内的耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止。

如上所述本发明的方法，特别有利地用于生产成本和品质方面的是下述情况：单丝数为20,000根以上，经广角X射线衍射所测得的取向度为90％以下，并且每单位重量含有20～50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纤维前体纤维束。在上述条件下进行耐燃处理而得到的耐燃纤维，不仅因工序的通过性良好使生产效率提高，而且基于拉伸使取向度有结构性提高，因此，将该耐燃纤维进行碳化所得到的碳纤维的强度有变高的特点。

本发明中的耐燃处理，包括初期拉伸工序在内，是在氧化性气氛下的耐燃炉中来进行的。另一方面，虽然在给与油剂前使用耐燃炉之外的其他加热炉来进行耐燃处理的预处理工序是便利的，但是，如果要进行工序以使得在加热炉之外进行油剂给与工序，则可以将耐燃处理的预处理工序和耐燃工序在同一个加热炉(耐燃炉)中连续地进行。

本发明的另一实施形式是一种碳纤维的制造方法，其特征在于，将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理、然后通过在惰性气氛中进行碳化处理来制造碳纤维时，(1)作为耐燃处理的预处理，在温度范围为220～260℃、负荷为0.58g/tex以下、采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测定的该前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)不超过7％的条件下使该前体纤维收缩；然后，(2)在230～260℃的氧化性气氛中，在该前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围，将该前体纤维以负荷为2.7～3.5g/tex进行初期拉伸；接着，(3)在氧化性气氛中和200～280℃下，优选在240～250℃下，在拉伸倍率为0.85～1.3倍、优选为0.95倍以上的范围对该前体纤维进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止，然后进行碳化处理。

上述发明中，将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理的条件和手段，是和前述的耐燃纤维的制造方法同样。将所述耐燃纤维通过在其后进行碳化处理可获得本发明的碳纤维。

在将耐燃纤维进行碳化而获得碳纤维的情况下，通常按如下所说明的那样进行碳化处理，不过，在本发明中的碳化处理也是指这样的处理。

[第一碳化处理]

在第一碳化处理工序中，将耐燃纤维在惰性气氛中、在300～900℃、优选为300～550℃的温度范围、进行第一次拉伸处理和第二次拉伸处理。即，首先以1.03～1.07的拉伸倍率进行一次拉伸处理，接着以0.9～1.01的拉伸倍率进行二次拉伸处理，获得纤维密度为1.4～1.7g/cm³的第一碳化处理纤维。在第一碳化处理工序的一次拉伸处理中，优选从耐燃纤维的弹性模量降低到最小值时的点开始直至增加到9.8Gpa为止的范围、相同纤维的密度达到1.5g/cm³为止的范围、以1.03～1.07的拉伸倍率进行拉伸处理。在二次拉伸处理中，优选一次拉伸处理后的纤维密度在二次拉伸处理中持续上升的范围、以0.9～1.01倍的拉伸倍率进行拉伸处理。采用这样的条件时，晶体不进行生长而被致密化，可以抑制空隙的形成，最终可以获得具备高致密性的高强度碳纤维。所述第一碳化处理工序，可以使用一个炉或者两个以上的炉、连续或者各别进行处理。

[第二碳化处理]

在第二碳化处理工序中，将上述第一碳化处理纤维在惰性气氛中、800～2100℃、优选为1000～1450℃的温度范围内，分为一次处理和二次处理来进行拉伸处理获得第二碳化处理纤维。在一次处理中，优选在第一碳化处理纤维的密度在一次处理中持续上升的范围、相同纤维的氮含量为10质量％以上的范围、将相同纤维进行拉伸处理。在二次处理中，优选在一次处理纤维的密度不发生变化或进行降低的范围、将相同纤维进行拉伸处理。第二碳化处理纤维的延展率为2.0％以上、更优选为2.2％以上。此外，第二碳化处理纤维的直径优选为5～6.5μm。另外，这些焙烧工序可以使用单一的设备连续进行处理，也可以使用多个设备进行连续处理，没有特别限定。

[第三碳化处理]

在第三碳化处理工序中，将上述第二碳化处理纤维进一步在1500～2100℃、优选为1550～1900℃中进行碳化或石墨化处理。

[表面处理]

对于上述第三碳化处理纤维，接着施以表面处理。表面处理可以使用气相处理、液相处理，不过，从工序管理的简便性和提高生产效率的角度出发，优选使用电解处理进行表面处理。另外，电解处理所使用的电解液，没有特别限定，可以使用以往公知的无机酸、有机酸、碱或它们的盐的水溶液。具体可列举如，硝酸、硝酸铵、硫酸、硫酸铵、氢氧化钠等。

[上胶处理]

对于上述表面处理纤维，接着施以上胶(sizing)处理。上胶方法可以使用以往公知的方法，上胶剂结合用途而适当改变组成来使用，使其均匀粘着后进行干燥为优选。

采用如上所述的方法制造碳纤维时，可获得抗拉强度为5880MPa以上、弹性模量为308GPa以上的本发明的碳纤维。

实施例

通过以下实施例和比较例来对本发明进行具体说明。在实施例和比较例中所得到的耐燃纤维和碳纤维的各个物性值，根据以下的方法来进行测定。

环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)是使用赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)公司制造的Magna-IR·550、按KBr法进行测定，是从I₂₂₄₀所显示的腈基的峰强度和I₁₆₂₀所显示的萘啶环的峰强度的比来算出的。密度是通过液体置换法(JIS·R·7601)在丙酮中进行脱气处理来测定的。

碳纤维的树脂浸渍丝束强度和弹性模量使用JIS·R·7601所规定的方法进行测定。碳纤维的上胶剂的除去是通过使用丙酮进行3小时的索氏抽提处理，然后将纤维进行风干。

[实施例1～3、比较例1～9]

将由丙烯腈95重量％/丙烯酸甲酯4重量％/衣康酸1重量％形成的共聚物纺丝原液通过常规方法进行湿式纺丝、水洗·上油·干燥后，进行蒸汽拉伸使总拉伸倍率达到14倍，得到纤度1733tex的单丝数为24,000的前体纤维。将这样得到的前体纤维用后述的制造工序进行处理，获得本发明的耐燃纤维。

工序(1)：作为耐燃处理的预处理，使用预处理炉将上述前体纤维在温度为230～245℃的范围、如表1所示的拉伸条件下改变负荷，进行预处理。采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)所测得的该前体纤维的环化度(I₁₆₂₀/I₂₂₄₀)如表1所示。

工序(2)：将如上所述已预处理过的前体纤维使用设定为240～250℃的热风循环式耐燃炉，在如表1所示的拉伸条件下改变负荷进行初期拉伸使得比重达到1.20为止。所得到纤维的环化度如表1中所示。

工序(3)：已进行初期拉伸的前体纤维，接着在相同的耐燃炉中设定为240～250℃的氧化性气氛中，按表1所示的拉伸倍率为1.0～1.01倍的范围，进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止。

将上述所得到的各种耐燃纤维，在氮气气氛中、炉内温度分布为300～580℃、以拉伸倍率为1.01倍进行第一碳化之后，在1000～1450℃的温度范围内进行第二碳化。进而，将所得到的第二碳化纤维，在1400～1850℃的温度范围内进行第三碳化，在经过表面处理、上胶处理之后，获得具备如表2所示的物性值(丝束性能)的碳纤维。

根据表1可知，在本发明中所规定的制造条件范围内，所得到的碳纤维的实施例1～3的数据，与条件完全不满足的比较例1～9的数据进行比较，具备更优良的强度和弹性模量。此外，比较例1～4和比较例6，不满足本发明的所谓工序(1)的负荷(拉伸张力)为0.58g/tex以下的条件。关于比较例5，不满足所谓工序(1)的负荷为0.58g/tex以下的条件也不满足所谓工序(2)的以负荷为2.7～3.5g/tex进行初期拉伸的条件。关于比较例7和8，不满足所谓工序(2)的以负荷为2.7～3.5g/tex进行初期拉伸的条件。关于比较例9，不满足所谓工序(2)的以负荷为2.7～3.5g/tex进行初期拉伸的条件也不满足所谓密度不超过1.2g/cm³的条件。

[表1]

[表2]

工业实用性

根据本发明的制造方法，例如，可获得抗拉强度为5880MPa以上、弹性模量为308GPa以上的高强度-高弹性碳纤维。并且，所述高强度-高弹性碳纤维适于制造航空器用等所需求的具备高复合性能的复合材料。此外，本发明的耐燃纤维，作为用于制造如上所述的高强度-高弹性碳纤维的中间原料是有用的。

Claims (4)

1.一种耐燃纤维的制造方法，其特征在于，将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理、制造耐燃纤维时，

(1)作为耐燃处理的预处理，在温度范围为220～260℃、负荷为0.58g/tex以下、采用傅立叶变换红外光谱仪FT-IR所测定的该前体纤维的环化度I₁₆₂₀/I₂₂₄₀不超过7％的条件下使该前体纤维收缩；然后，

(2)在230～260℃的氧化性气氛中，在该前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围，以2.7～3.5g/tex的负荷对该前体纤维进行初期拉伸；接着，

(3)在氧化性气氛中和200～280℃下，在拉伸倍率为0.85～1.3倍的范围对该前体纤维进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止。

2.如权利要求1所述的耐燃纤维的制造方法，其特征在于，所述聚丙烯酸系前体纤维是单丝数为20,000根以上、用广角X射线衍射测得的取向度为90％以下、并且每单位重量含有20～50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纤维前体纤维束。

3.一种碳纤维的制造方法，其特征在于，通过将聚丙烯酸系前体纤维在氧化性气氛中进行耐燃处理、然后在惰性气氛中进行碳化处理来制造碳纤维时，

(1)作为耐燃处理的预处理，在温度范围为220～260℃、负荷为0.58g/tex以下、用傅立叶变换红外光谱仪FT-IR测得的该前体纤维的环化度I₁₆₂₀/I₂₂₄₀不超过7％的条件下使该前体纤维收缩；然后，

(2)在230～260℃的氧化性气氛中，在该前体纤维的环化度不超过27％并且密度不超过1.2g/cm³的范围，以2.7～3.5g/tex的负荷对该前体纤维进行初期拉伸；接着，

(3)在氧化性气氛中和200～280℃下，在拉伸倍率为0.85～1.3倍的范围对该前体纤维进行耐燃处理直到密度达到1.3～1.5g/cm³的范围为止，然后，进行碳化处理。

4.如权利要求3所述的碳纤维的制造方法，其特征在于，所述聚丙烯酸系前体纤维是单丝数为20,000根以上、用广角X射线衍射测得的取向度为90％以下、并且每单位重量含有20～50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纤维前体纤维束。