JP2015093883A - 炭素繊維複合材及び炭素繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】使用するマトリクス樹脂の種類によらずに高い強度を有する炭素繊維複合材を提供する。【解決手段】マトリクス樹脂と、マトリクス樹脂内に配されており、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボン、又は官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維と、を備える炭素繊維複合材。前記セラミック粒子は、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子及びハイドロキシアパタイト粒子からなる群から選ばれた少なくとも一種であり、その平均粒子径が５〜５０ｎｍである。前記官能基が、アミノ基、水酸基、メルカプト基、エポキシ基及びホルミル基からなる群から選ばれた少なくとも一種である。【選択図】なし

Description

本発明は、炭素繊維複合材及びそれに用いる炭素繊維に関する。

例えば、炭素繊維により補強された樹脂材などの炭素繊維複合材は、優れた引張弾性率や引張強度を有する。このため、炭素繊維複合材は、スポーツ、レジャー、航空宇宙、風力発電の翼等の種々の用途に使用されている。

特許文献１では、その一例として、アモルファスカーボンで被覆された炭素繊維と、マトリクス樹脂とを含有する炭素繊維複合材が開示されている。特許文献１に記載の炭素繊維複合材では、マトリクス樹脂がポリプロピレンであるような場合に、特に高い強度が実現できる。

国際公開第２０１３／０２７６７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の炭素繊維複合材では、マトリクス樹脂として、ポリプロピレン樹脂は好適に用いることができるものの、例えば、ナイロン樹脂等は好適に用いることができないという問題がある。特許文献１に記載の炭素繊維複合材では、使用するマトリクス樹脂の種類によっては、高い強度を実現できない場合もある。

本発明の主な目的は、高い強度を有する炭素繊維複合材を提供することにある。

本発明に係る第１の炭素繊維複合材は、マトリクス樹脂と、マトリクス樹脂内に配されており、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維とを備える。

本発明に係る第１の炭素繊維複合材において、セラミック粒子は、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子及びハイドロキシアパタイト粒子からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

本発明に係る第１の炭素繊維複合材において、セラミック粒子の平均粒子径が５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。

本発明に係る第１の炭素繊維複合材において、アモルファスカーボンが官能基を有することが好ましい。この場合、官能基は、アミノ基、水酸基、メルカプト基、エポキシ基及びホルミル基からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

本発明に係る第２の炭素繊維複合材は、マトリクス樹脂と、マトリクス樹脂内に配されており、官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維とを備える。

本発明に係る第２の炭素繊維複合材において、官能基は、アミノ基、水酸基、メルカプト基、エポキシ基及びホルミル基からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

本発明に係る第１及び第２の炭素繊維複合材のそれぞれにおいて、アモルファスカーボンがフェノール樹脂由来であることが好ましい。

本発明に係る第１及び第２の炭素繊維複合材のそれぞれにおいて、アモルファスカーボンがオキサジン樹脂由来であることが好ましい。

本発明に係る第１及び第２の炭素繊維複合材のそれぞれにおいて、アモルファスカーボンがナフトキサジン樹脂由来であることが好ましい。

本発明に係る第１及び第２の炭素繊維複合材のそれぞれにおいて、マトリクス樹脂は、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

本発明に係る第１の炭素繊維は、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維である。

本発明に係る第２の炭素繊維は、官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維である。

本発明によれば、高い強度を有する炭素繊維複合材を提供することができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

＜第１の実施形態＞
本実施形態に係る炭素繊維複合材は、具体的には、樹脂を基材とする炭素繊維樹脂複合材である。炭素繊維複合材は、マトリクス樹脂と、炭素繊維とを含む。炭素繊維は、マトリクス樹脂中に配されている。

（マトリクス樹脂）
マトリクス樹脂としては、例えば、マトリクス樹脂は、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂等が好ましく用いられる。好ましく用いられるナイロン樹脂の具体例としては、例えば、６ナイロン樹脂、６６ナイロン樹脂等が挙げられる。上記樹脂のうちの１種のみを単独で用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。

（炭素繊維）
本実施形態では、炭素繊維の表面の少なくとも一部は、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンで覆われている。セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンは、炭素繊維の表面の実質的に全体を覆っていることが好ましい。

炭素繊維複合材における炭素繊維の含有量は、２０質量％〜７０質量％であることが好ましく、３０質量％〜６０質量％であることがより好ましい。

炭素繊維は、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維であってもよいし、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維であってもよい。

炭素繊維の繊維径は、４μｍ〜２０μｍであることが好ましい。

炭素繊維は、切断長さが２ｍｍ以下であるミルドファイバーであってもよいし、切断長さが３ｍｍ〜３０ｍｍであるチョップドストランドであってもよいし、連続繊維であってもよい。

炭素繊維は、５００本〜４８，０００本程度の集合体を構成していてもよい。その場合、複数の炭素繊維は、炭素繊維束又は炭素繊維の織布（カーボン繊維クロス）や不織布であってもよい。

炭素繊維の表面の少なくとも一部を覆っているアモルファスカーボン（非結晶性炭素）は、セラミック粒子を含有している。

セラミック粒子としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、ハイドロキシアパタイト粒子等が好ましく用いられる。これらの粒子の１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。

セラミック粒子の平均粒子径は、５ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。セラミック粒子の平均粒子径を上記範囲とすることにより、セラミック粒子のアモルファスカーボンにおける分散性を高めることができる。なお、セラミック粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡による観察で測定することができる。

アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、選択するマトリクス樹脂の種類等によって適宜設定することができる。アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、例えば、１質量％〜３０質量％程度とすることができる。マトリクス樹脂がナイロン樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、５質量％〜２０質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリエチレンテレフタレート樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、１質量％〜５質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリ塩化ビニル樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、１質量％〜５質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリスチレンを含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、１質量％〜５質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリフェニレンサルファイド樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、２質量％〜１０質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がアクリル樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、２質量％〜１０質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリカーボネート樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、２質量％〜１０質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリエーテルスルホン樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、２質量％〜１０質量％であることが好ましい。マトリクス樹脂がポリエーテルエーテルケトン樹脂を含む場合は、アモルファスカーボンにおけるセラミック粒子の含有量は、２質量％〜１０質量％であることが好ましい。

アモルファスカーボンは、例えば、オキサジン樹脂等のフェノール樹脂を炭化させたものであることが好ましい。すなわち、アモルファスカーボンは、オキサジン樹脂等のフェノール樹脂由来のアモルファスカーボンを含むことが好ましい。オキサジン樹脂のなかでもナフトキサジン樹脂がより好ましく用いられる。

以上説明したように、本実施形態に係る炭素繊維複合材は、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンで少なくとも一部が被覆された炭素繊維を備える。このため、種々のマトリクス樹脂を用いた場合にも高い強度を実現することができる。特に、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の極性の高い樹脂をマトリクス樹脂として用いた場合においても高い強度を実現することができる。この理由としては、定かではないが、炭素繊維の少なくとも一部を覆うアモルファスカーボンにセラミック粒子を含有させることにより、炭素繊維の表面の表面張力を調節する（例えば、高くする）ことができるため、炭素繊維とマトリクス樹脂との親和性が向上し、また、炭素繊維束内部にマトリクス樹脂が含浸されやすくなることが考えられる。また、アモルファスカーボンに含有させるセラミック粒子の含有量を調節することにより炭素繊維の表面の表面張力を、使用するマトリクス樹脂の極性に応じて、調節することができる。

（炭素繊維複合材の製造方法）
本実施形態の炭素繊維の製造方法は、特に限定されない。本実施形態の炭素繊維は、例えば以下の要領で製造することができる。

まず、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンで少なくとも一部が覆われた炭素繊維を準備する。具体的には、樹脂が溶解しており、且つセラミック粒子を含む溶液を準備する。次に、その溶液に炭素繊維に含浸させたり、その溶液を炭素繊維にスプレーしたりすることにより、その溶液を炭素繊維の表面に付着させる。炭素繊維に付着させた溶液を乾燥させた後に、加熱することにより樹脂を炭化させる。これにより、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維を得ることができる。また、溶融させたマトリクス樹脂を、シートダイ等を用いてフィルム状に成形し、該マトリクス樹脂シートと、予め製造しておいたアモルファスカーボンで被覆された炭素繊維織布とを積層し、加熱しながら圧縮することにより、溶融したマトリクス樹脂を、炭素繊維織布中に含浸させることができる。

なお、樹脂を加熱することにより炭化させるときの樹脂の加熱温度が例えば３００℃未満と低い場合は、加熱雰囲気を不活性ガス雰囲気とする必要は必ずしもない。樹脂を加熱することにより炭化させるときの樹脂の加熱温度が例えば３００℃以上と高い場合は、加熱雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。

アモルファスカーボンを形成するために用いる樹脂は、低温で炭化する樹脂であることが好ましい。具体的には、アモルファスカーボンを形成するために用いる樹脂は、３００℃以下の温度で炭化する樹脂であることが好ましく、２５０℃以下の温度で炭化する樹脂であることが好ましく、２００℃以下の温度で炭化する樹脂であることが好ましい。アモルファスカーボンを形成するために好ましく用いられる樹脂の具体例としては、フェノール樹脂が挙げられる。フェノール樹脂のなかでも、オキサジン樹脂が好ましく用いられる。好ましく用いられるオキサジン樹脂の具体例としては、ベンゾオキサジン樹脂、ナフトオキサジン樹脂等が挙げられる。なかでも、ナフトオキサジン樹脂がより好ましく用いられる。オキサジン樹脂を用いることにより、例えば２００℃以下という低温で炭化が可能となる。

ナフトキサジン樹脂の原料として用いられるのは、フェノール類であるジヒドロキシナフタレンと、ホルムアルデヒドと、アミン類とである。

ジヒドロキシナフタレンには多くの異性体がある。例えば、１，３−ジヒドロキシナフタレン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレンが挙げられる。

このうち、反応性の高さから、１，５−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレンが好ましく用いられる。なかでも、１，５−ジヒドロキシナフタレンがより好ましく用いられる。

ホルムアルデヒドは不安定であるので、ホルムアルデヒド溶液であるホルマリンを用いることが好ましい。ホルマリンは、通常、ホルムアルデヒド及び水に加えて、安定剤として少量のメタノールを含有している。

また、ホルムアルデヒドには、その重合形態としてパラホルムアルデヒドがあり、こちらの方も原料として使用可能であるが、反応性が劣るため、好ましくは上記したホルマリンが用いられる。

アミン類としては、特に脂肪族アミンを用いることが好ましい。

脂肪族アミンの一般式はＲ−ＮＨ_２で表される。Ｒは炭素数５以下のアルキル基であることが好ましい。炭素数５以下のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ｎ―ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、シクロブチル基、シクロプロピルメチル基、ｎ−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロプロピルエチル基、及びシクロブチルメチル基が挙げられる。

分子量が小さい方が好ましいので、Ｒは、メチル基、エチル基、プロピル基などが好ましい。すなわち、脂肪族アミンは、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等であることが好ましく、なかでもメチルアミンであることがより好ましい。

ナフトキサジン樹脂を合成する際のジヒドロキシナフタレン、脂肪族アミン、ホルムアルデヒドの３成分の比率については、ジヒドロキシナフタレン１モルに対して、脂肪族アミンを０．８モル〜１．２モル、ホルムアルデヒドを１．６モル〜２．４モル配合することが好ましい。

ナフトキサジン樹脂を合成する際溶媒としては、例えば、例えば、水、アルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン等が好ましく用いられる。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る炭素繊維複合材は、炭素繊維の表面の少なくとも一部を覆っているアモルファスカーボンが官能基を有する点で、アモルファスカーボンがセラミック粒子を含有する第１の実施形態に係る炭素繊維複合材と異なる。

アモルファスカーボンが有する官能基の好ましい例としては、アミノ基、水酸基、メルカプト基、エポキシ基、ホルミル基等が挙げられる。アモルファスカーボンは、これらの官能基の１種のみを有していてもよいし、複数種類を有していてもよい。

アモルファスカーボンに官能基を導入することにより、種々のマトリクス樹脂を用いた場合にも高い強度を実現することができる。特に、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂等の極性の高い樹脂をマトリクス樹脂として用いた場合においても高い強度を実現することができる。この理由としては、定かではないが、炭素繊維の少なくとも一部を覆うアモルファスカーボンに官能基を導入することにより、炭素繊維の表面の表面張力を調節する（例えば、高くする）ことができるため、炭素繊維とマトリクス樹脂との親和性が向上し、また、炭素繊維束中にマトリクス樹脂が含浸されやすくなることが考えられる。また、アモルファスカーボンに導入する官能基の種類や数を調節することにより炭素繊維の表面の表面張力を、使用するマトリクス樹脂の極性に応じて、調節することができる。

官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維は、例えば、以下の要領で作製することができる。アモルファスカーボンを構成するための樹脂と、導入しようとする官能基を有する化合物とを溶剤に溶解させ、その溶液を炭素繊維に含浸させたり、炭素繊維にスプレーしたりする。樹脂を炭化させる際の加熱温度を、官能基が変性しない程度の低温にする。これにより、官能基を有するアモルファスカーボンを得ることができる。官能基を有する化合物は、樹脂の炭化工程において、メチレンブリッジを介してアモルファスカーボンに化学結合すると考えられる。

アミノ基を導入する場合に好適に添加される化合物の好ましい具体例としては、ｐ−アミノフェノール、ｍ−アミノフェノールなどが挙げられる。

水酸基を導入する場合に好適に添加される化合物の好ましい具体例としては、ピロガロール、レゾルシノールなどが挙げられる。

メルカプト基を導入する場合に好適に添加される化合物の好ましい具体例としては、ｐ−メルカプトフェノール、ｍ−メルカプトフェノールなどが挙げられる。

エポキシ基を導入する場合に好適に添加される化合物の好ましい具体例としては、エポキシノボラック樹脂などが挙げられる。

ホルミル基を導入する場合に好適に添加される化合物の好ましい具体例としては、ｐ−ホルミルフェノール、ｍ−ホルミルフェノールなどが挙げられる。

なお、炭素繊維の表面の少なくとも一部を覆うアモルファスカーボンに官能基を導入すると共に、セラミック粒子を含有させてもよい。

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
ビーカーに、エタノール（和光純薬・品番０５７−００４５１）２０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬・品番０４８−０２３４２）１．０ｇ、を加えて、溶液を作製した。

別のビーカーに、蒸留水（和光純薬・品番０４７−１６７８３）２０ｇ、メチルアミン水溶液（和光純薬・品番１３２−０１８５７）０．５ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬・品番０６４−００４０６）１．０ｇ、及びコロイダルシリカ（日産化学工業・スノーテックスＰＳ−Ｍ）をこの順に加え、攪拌することで溶液を作製した。

次に、調整した２つの溶液を加えた後、およそ２分間、常温で攪拌することでナフトキサジン樹脂溶液を作製した。

炭素繊維織布（トレカクロスＣＯ６３４３Ｂ・日精株式会社）をナフトキサジン樹脂溶液に含浸させた後に取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、垂下させた状態で常温にて５時間乾燥させた。その後、１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、表面のナフトキサジン樹脂の炭化を行った。これにより、シリカ粒子を含むアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維を有する炭素繊維織布を作製した。

この織布の中から、１本の炭素繊維束を抜き出して、以下に詳述する表面張力試験を行った。表面張力は、４２ｍＮ／ｍであった。

ナイロン樹脂（ユニチカ（株）、品番Ａ１０１２）を加熱プレスすることにより、およそ１６０μｍの厚みのシートに成形した。このシートを上記の表面処理を施した炭素繊維織布上に積層し、２４０℃に加熱された熱板を用いて圧縮して、溶融したナイロン樹脂を織布中へ含浸させた（３０ｔプレス 東洋精機（株））。この時のプレス圧力は、およそ１０ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。プレス時間はおよそ１分であった。樹脂を含浸した炭素繊維織布を冷却することで、炭素繊維複合材を作製した。

その引張強度物性を以下に記載の条件により測定した。引張強度物性の結果を表１に示す。

＜表面張力試験＞
炭素繊維束の先端を、ぬれ張力試験液（和光純薬（株）製造品）に１秒間、接触させた。その後、直ぐに濾紙（定量濾紙、５種Ｂ）に、炭素繊維束を押し付けた。
ぬれ張力試験液は濃い青色に着色されており、炭素繊維束が試験液をよく吸い込んでいる場合には、濾紙が染み込んでいる長さに応じて着色する。

炭素繊維束の先端から、１０ｍｍ以上試験液を吸い込んでいる場合には、そのぬれ張力試験液に記載の表面張力値をもって、処理した炭素繊維束の表面張力値とした。

（使用したぬれ張力試験液）
３６ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３４−０１８８１）
３９ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３１−０１９１１）
４２ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３２−０１９４１）
４５ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３３−０１９７１）
４８ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３７−０１９９１）
５２ｍＮ／ｍ （和光純薬・品番２３１−０２６１）
＜引張強度試験＞
試験機：島津製作所社製オートグラフ ＡＢ−１０ＴＢ
引張りスピード：５ｍｍ／分
巾：１０ｍｍ
スパン：５０ｍｍ
（実施例２）
ビーカーに、エタノール（和光純薬・品番０５７−００４５１）２０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬・品番０４８−０２３４２）１．０ｇ、ｐ−アミノフェノール（和光純薬・品番０１５−０２６９２）０．０３ｇ、を加えて、溶液を作製した。

別のビーカーに、蒸留水（和光純薬・品番０４７−１６７８３）２０ｇ、メチルアミン水溶液（和光純薬・品番１３２−０１８５７）０．５ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬・品番０６４−００４０６）１．０ｇをこの順に加え、攪拌することで溶液を作製した。

調整した２つの溶液を加えて、およそ２分間、常温で攪拌することでナフトキサジン樹脂溶液を作成した。

炭素繊維織布（トレカクロスＣＯ６３４３Ｂ・日精株式会社）を上記ナフトキサジン樹脂溶液に含浸させた後に取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、垂下させた状態で常温にて５時間乾燥を行い、溶媒を除去した。その後、１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、表面のナフトキサジン樹脂の炭化を行った。これにより、アミノ基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維を有する炭素繊維織布を作製した。

この織布の中から、１本の炭素繊維束を抜き出して実施例１と同様にして表面張力を測定した。表面張力は、４５ｍＮ／ｍであった。

また、上記織布を用いて実施例１と同様にして炭素繊維複合材を作製し、引張強度を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
ビーカーに、エタノール（和光純薬・品番０５７−００４５１）２０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬・品番０４８−０２３４２）１．０ｇ、ピロガロール（和光純薬・品番１６１−０５４４２）０．０３ｇ、を加えて、溶液を作製した。

別のビーカーに、蒸留水（和光純薬・品番０４７−１６７８３）２０ｇ、メチルアミン水溶液（和光純薬・品番１３２−０１８５７）０．５ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬・品番０６４−００４０６）１．０ｇをこの順に加え、攪拌することで溶液を作製した。

調整した２つの溶液を加えて、およそ２分間、常温で攪拌することでナフトキサジン樹脂溶液を作成した。

炭素繊維織布（トレカクロスＣＯ６３４３Ｂ・日精株式会社）を上記ナフトキサジン樹脂溶液に含浸させた後に取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、垂下させた状態で常温にて５時間乾燥を行い、溶媒を除去した。その後、１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、表面のナフトキサジン樹脂の炭化を行った。これにより、水酸基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維を有する炭素繊維織布を作製した。

この織布の中から、１本の炭素繊維束を抜き出して実施例１と同様にして表面張力を測定した。表面張力は、４５ｍＮ／ｍであった。

また、上記織布を用いて実施例１と同様にして炭素繊維複合材を作製し、引張強度を測定した。結果を表１に示す。

（比較例）
ビーカーに、エタノール（和光純薬・品番０５７−００４５１）２０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬・品番０４８−０２３４２）１．０ｇ、を加えて、溶液を作製した。

別のビーカーに、蒸留水（和光純薬・品番０４７−１６７８３）２０ｇ、メチルアミン水溶液（和光純薬・品番１３２−０１８５７）０．５ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬・品番０６４−００４０６）１．０ｇをこの順に加え、攪拌することで溶液を作製した。

調整した２つの溶液を加えて、およそ２分間、常温で攪拌することでナフトキサジン樹脂溶液を作成した。

炭素繊維織布（トレカクロスＣＯ６３４３Ｂ・日精株式会社）を上記ナフトキサジン樹脂溶液に含浸させた後に取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、垂下させた状態で常温にて５時間乾燥を行い、溶媒を除去した。その後、１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、表面のナフトキサジン樹脂の炭化を行った。これにより、アモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維を有する炭素繊維織布を作製した。

また、上記織布を用いて実施例１と同様にして炭素繊維複合材を作製し、引張強度を測定した。結果を表１に示す。

Claims (12)

1. マトリクス樹脂と、
   前記マトリクス樹脂内に配されており、セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維と、
   を備える、炭素繊維複合材。
2. 前記セラミック粒子が、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子及びハイドロキシアパタイト粒子からなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項１に記載の炭素繊維複合材。
3. 前記セラミック粒子の平均粒子径が５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にある、請求項１又は２に記載の炭素繊維複合材。
4. 前記アモルファスカーボンが官能基を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素繊維複合材。
5. マトリクス樹脂と、
   前記マトリクス樹脂内に配されており、官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維と、
   を備える、炭素繊維複合材。
6. 前記官能基が、アミノ基、水酸基、メルカプト基、エポキシ基及びホルミル基からなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項４又は５に記載の炭素繊維複合材。
7. 前記アモルファスカーボンがフェノール樹脂由来である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の炭素繊維複合材。
8. 前記アモルファスカーボンがオキサジン樹脂由来である、請求項７に記載の炭素繊維複合材。
9. 前記アモルファスカーボンがナフトキサジン樹脂由来である、請求項８に記載の炭素繊維複合材。
10. 前記マトリクス樹脂は、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭素繊維複合材。
11. セラミック粒子を含有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維。
12. 官能基を有するアモルファスカーボンにより少なくとも一部が覆われた炭素繊維。