JP2018145541A - Carbon fiber bundle and method for production of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber bundle which can conduct a treatment under an economical fire-resistant heat-treating condition to obtain a high-quality carbon fiber bundle even if single fiber fineness is large, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: This invention relates to a carbon fiber bundle, comprising a carbon fiber and satisfying the following (1) to (3): (1) roundness of a sectional shape is 0.7 to 0.9 or less; (2) density is 1.7-2 g/cm; and (3) single fiber fineness is 2.4-7 dtex, assuming that roundness is defined by a perimeter L of a cross section perpendicular to a fiber axis of the carbon fiber, and an area S of (4πS)/L. In the carbon fiber bundle, strand tensile strength is 3.5 GPa or more, and tensile elastic modulus is 240 GPa or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭素繊維束及び炭素繊維束の製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon fiber bundle and a method for producing the carbon fiber bundle.

従来、炭素繊維前駆体アクリル繊維束（以下、「ＰＡＮ系前駆体繊維束」と称することがある）は、次のような工程を経て炭素繊維束に変換される。まず、耐炎化工程によりＰＡＮ系前駆体繊維束を２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で耐炎化熱処理し、得られた耐炎化繊維束を、炭素化工程において３００℃以上の不活性雰囲気中で炭素化して、炭素繊維束を得る。   Conventionally, a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle (hereinafter sometimes referred to as “PAN precursor fiber bundle”) is converted into a carbon fiber bundle through the following steps. First, the PAN-based precursor fiber bundle is subjected to a flame-resistant heat treatment in an oxidizing atmosphere at 200 to 300 ° C. in the flame-proofing process, and the resulting flame-resistant fiber bundle is subjected to an inert atmosphere at 300 ° C. or higher in the carbonization process. Carbonization is performed to obtain a carbon fiber bundle.

耐炎化工程および炭素化工程は、炭素繊維の性能および生産性を左右する重要な工程である。耐炎化工程では、ＰＡＮ系前駆体繊維を構成する高分子鎖を酸化させると共に高分子鎖に結合したニトリル基を環化させることにより、引き続く炭素化工程を通過しうる程度に熱的に安定な構造を有する繊維に転換させることができる。そして、炭素化工程では、更に高温の不活性雰囲気中でグラファイト結晶の構造形成を促進させることによって、高い強度及び弾性率を有する炭素繊維を得ることができる。   The flameproofing process and the carbonization process are important processes that affect the performance and productivity of the carbon fiber. In the flameproofing process, the polymer chain constituting the PAN-based precursor fiber is oxidized and the nitrile group bonded to the polymer chain is cyclized to be thermally stable to the extent that it can pass through the subsequent carbonization process. It can be converted to a fiber having a structure. And in a carbonization process, the carbon fiber which has high intensity | strength and elastic modulus can be obtained by accelerating | stimulating the structure formation of a graphite crystal | crystallization in a still higher temperature inert atmosphere.

最近特に注目されているのが金属よりも高強度で且つ軽い炭素繊維束を熱硬化性樹脂と複合化させた炭素繊維強化樹脂ＣＦＲＰ(Carbon Fiber Reinforced Plastics)である。複合化させた材料でも金属と同等以上の強度を有し密度が小さい為、航空用途や自動車用途で利用されている。しかし、熱硬化させる時間が必要となる上、成形した後は形が変わらないため、近年では熱可塑性樹脂をマトリクスとする炭素繊維強化熱可塑性樹脂ＣＦＲＴＰ(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics)に対する需要が高まっている。   Recently, carbon fiber reinforced resin CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) in which a carbon fiber bundle having a strength higher than that of a metal and a lighter carbon fiber is combined with a thermosetting resin has been attracting particular attention. The composite material is used in aviation and automobile applications because it has a strength equal to or higher than that of metal and has a low density. However, since it takes time for thermosetting and the shape does not change after molding, in recent years, there has been an increasing demand for carbon fiber reinforced thermoplastic resin CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics) using a thermoplastic resin as a matrix. .

熱硬化性樹脂をマトリクスとする場合、硬化前の樹脂組成物を炭素繊維束に含浸させるため含浸性に対しては比較的、問題視されていなかった。しかし、熱可塑性樹脂の粘度は非常に高いため含浸しにくい。炭素繊維と樹脂との含浸性については、単繊維繊度が大きい炭素繊維のほうが単繊維間の隙間が大きくなるという観点から有利であるが、単繊維繊度が大きくなると耐炎化工程においてそれぞれの単繊維内への酸素の拡散が追いつかず繊維の表面層のみが耐炎化された断面二重構造を形成するようになる。このような構造を有する耐炎化繊維は炭素化工程で糸切れなどのトラブルを発生しやすく、安定にかつ十分な性能を有する炭素繊維を製造することは困難である。 これらの問題を解決するため、例えば、特許文献１は、ポリアクリロニトリル系ポリマーを前駆体とする耐炎ポリマーを紡糸して、耐炎化処理の際の焼け斑を抑制し、総繊度が大きいにも拘わらず単繊維間の交絡が少なく、広がり性に優れ、更に生産性にも優れた炭素繊維束を得る技術を提案している。
特許文献２には、耐炎化の進行状況が均一で単繊維間の融着が防止された耐炎化繊維束を生産性良く提供する技術が開示されている。
特許文献３には、高温加熱体への接触により効率よく耐炎化繊維束を提供出来る技術が開示されている。
特許文献４には、高速焼成において耐炎化繊維の断面二重構造が抑制され、高品質な炭素繊維束を効率良く生産することが出来る技術する技術が開示されている。 When the thermosetting resin is used as a matrix, the carbon fiber bundle is impregnated with the resin composition before curing, and the impregnation property has not been regarded as a problem. However, since the viscosity of the thermoplastic resin is very high, it is difficult to impregnate. With respect to the impregnation between carbon fiber and resin, carbon fiber having a large single fiber fineness is advantageous from the viewpoint that the gap between the single fibers is large, but if the single fiber fineness is large, each single fiber is increased in the flameproofing process. The diffusion of oxygen into the inside cannot catch up, and only the surface layer of the fiber forms a flame-resistant cross-sectional double structure. Flame resistant fibers having such a structure are likely to cause troubles such as yarn breakage in the carbonization process, and it is difficult to produce carbon fibers having stable and sufficient performance. In order to solve these problems, for example, Patent Document 1 spins a flame-resistant polymer having a polyacrylonitrile-based polymer as a precursor to suppress burn-up spots during the flame-resistant treatment, and the total fineness is large. We have proposed a technique for obtaining carbon fiber bundles that have few interlaces between single fibers, excellent spreadability, and excellent productivity.
Patent Document 2 discloses a technique for providing a flame-resistant fiber bundle having a uniform progress of flame resistance and preventing fusion between single fibers with high productivity.
Patent Document 3 discloses a technique that can efficiently provide a flame-resistant fiber bundle by contact with a high-temperature heating body.
Patent Document 4 discloses a technology that allows a high-quality carbon fiber bundle to be efficiently produced by suppressing the double-section structure of the flame-resistant fiber during high-speed firing.

特開２００８−２０２２０７号公報JP 2008-202207 A 特開２０１２−２５５２３５号公報JP 2012-255235 A ＷＯ２０１４／５４１９６WO2014 / 54196 ＷＯ２０１２／５０１７１WO2012 / 50171

しかしながら上記の各特許文献に記載の発明は以下の課題を有するものであった。
特許文献１の技術では、繊維束を耐炎化する工程そのものは短縮されるものの、ポリマーを耐炎化処理するという工程が必要であるため、炭素繊維の製造工程全体は短縮されなかった。
特許文献２に記載された技術では、耐炎化の進行状況が均一な耐炎化繊維が得られる一方、単繊維繊度の大きな炭素繊維前駆体繊維については内部まで耐炎化されず、耐炎化処理工程の後工程である前炭素化工程及び又は炭素化工程において重合体の急激な分解反応が起こる可能性がある。
特許文献３に記載された技術では、比較的短時間の耐炎化処理で耐炎化繊維束を得ることができる一方、加熱体接触の予備酸化として酸化性雰囲気による熱処理を行う必要があるため、単繊維繊度の大きい炭素繊維前駆体繊維の場合は予備酸化の時点で断面二重構造が顕著なものとなってしまうという問題があった。また加熱体の温度が高すぎるため、得られた耐炎化繊維束を炭素化処理する毛羽が多く発生し、炭素繊維束の製造に適した耐炎化繊維束の製造方法とは言い難いものであった。
特許文献４に記載された技術では、単繊維繊度の大きい炭素繊維前駆体繊維束の場合、長大な時間を掛けて熱処理を施しても繊維内部への酸素の拡散が追いつかず表面層のみが耐炎化され、内部まで耐炎化反応が進行せず断面二重構造が顕著になるという問題があった。 However, the invention described in each of the above patent documents has the following problems.
In the technique of Patent Document 1, although the process of making the fiber bundle flame resistant itself is shortened, the process of subjecting the polymer to flame resistance is necessary, and therefore the entire manufacturing process of the carbon fiber was not shortened.
In the technique described in Patent Document 2, flame-resistant fibers having a uniform progress of flame resistance can be obtained. On the other hand, carbon fiber precursor fibers having a large single fiber fineness are not flame-resistant to the inside. There is a possibility that a rapid decomposition reaction of the polymer may occur in the pre-carbonization step and / or the carbonization step, which is a post-process.
In the technique described in Patent Document 3, a flame-resistant fiber bundle can be obtained by a flame-resistant treatment for a relatively short time. On the other hand, it is necessary to perform a heat treatment in an oxidizing atmosphere as a pre-oxidation for heating body contact. In the case of a carbon fiber precursor fiber having a large fiber fineness, there has been a problem that the cross-sectional double structure becomes remarkable at the time of preliminary oxidation. In addition, since the temperature of the heating body is too high, a lot of fluff is generated to carbonize the obtained flame-resistant fiber bundle, and it is difficult to say that a method for producing a flame-resistant fiber bundle suitable for producing a carbon fiber bundle. It was.
In the technique described in Patent Document 4, in the case of a carbon fiber precursor fiber bundle having a large single fiber fineness, even if heat treatment is performed for a long time, diffusion of oxygen does not catch up with the inside of the fiber, and only the surface layer is flame resistant. There was a problem that the flame-resistant reaction did not proceed to the inside and the double-structured cross-section became remarkable.

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行い、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、単繊維繊度が大きくても、経済的な耐炎化熱処理条件で処理して高品質な炭素繊維束を得ることができる炭素繊維束の製造方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied and have completed the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a carbon fiber bundle manufacturing method capable of obtaining a high-quality carbon fiber bundle by treatment under economical flameproof heat treatment conditions even if the single fiber fineness is large. .

本発明は以下の態様を有する。
［１］ 下記（１）〜（３）を満足する炭素繊維からなる炭素繊維束。
（１）炭素繊維の繊維軸に垂直な断面を走査型電子顕微鏡により観察し、該炭素繊維の
周長Ｌおよび面積Ｓを計測し、（４πＳ）／Ｌ２として求めた断面形状の真円度
が０．７以上０．９以下である。
（２）密度が１．７ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下である。
（３）単繊維繊度が２．４ｄｔｅｘ以上７ｄｔｅｘ以下である。 The present invention has the following aspects.
[1] A carbon fiber bundle comprising carbon fibers satisfying the following (1) to (3).
(1) The cross-section perpendicular to the fiber axis of the carbon fiber is observed with a scanning electron microscope, the circumference L and the area S of the carbon fiber are measured, and the roundness of the cross-sectional shape obtained as (4πS) / L 2 Is 0.7 or more and 0.9 or less.
(2) The density is 1.7 g / cm 3 or more and 2 g / cm 3 or less.
(3) The single fiber fineness is 2.4 dtex or more and 7 dtex or less.

［２］ 下記の測定方法で測定した含浸深さが０．１２ｍｍ以上である、［１］に記載の
炭素繊維束。
＜測定方法＞
１）２００℃にて溶融粘度３００Ｐａ・ｓとなる５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ
１２０μｍのポリプロピレンフィルムを表面温度が２００℃になるようにホット
ステージで加熱した、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍ鉄板上に置き
溶融させる。
２）総繊度が２４，０００ｄｔｅｘ以上となるように調整した炭素繊維束を前記の溶融し
たポリプロピレンフィルムの上に幅５０ｍｍとなるよう均一に広げて置き、予め
２００℃に加熱した５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍの鉄板を載せて直ぐ
に、０．２ＭＰａで６０秒間圧縮して、試料を取り出して冷却する。
３）作成した試料を樹脂に包埋し、切断研磨して、光学顕微鏡にて、ポリプロピレンが
炭素繊維束に含浸した厚みとして含浸深さを測定する。 [2] The carbon fiber bundle according to [1], wherein the impregnation depth measured by the following measurement method is 0.12 mm or more.
<Measurement method>
1) A 50 mm × 50 mm square having a melt viscosity of 300 Pa · s at 200 ° C., a 120 μm thick polypropylene film heated on a hot stage so that the surface temperature is 200 ° C., a square of 100 mm × 100 mm, a thickness of 5 mm Place on an iron plate and melt.
2) A carbon fiber bundle adjusted so that the total fineness is 24,000 dtex or more is uniformly spread on the molten polypropylene film so as to have a width of 50 mm, and heated to 200 ° C. in advance of 50 mm × 50 mm. Immediately after placing an iron plate having a square shape and a thickness of 5 mm, the sample is compressed at 0.2 MPa for 60 seconds, and the sample is taken out and cooled.
3) The prepared sample is embedded in resin, cut and polished, and the impregnation depth is measured as the thickness of the polypropylene impregnated into the carbon fiber bundle with an optical microscope.

［３］ ストランド引張強度が３．５ＧＰａ以上である、［１］又は［２］に記載の
炭素繊維束。
［４］ ストランド引張弾性率が２４０ＧＰａ以上である、［１］又は［２］に記載の
炭素繊維束。 [3] The carbon fiber bundle according to [1] or [2], wherein the strand tensile strength is 3.5 GPa or more.
[4] The carbon fiber bundle according to [1] or [2], wherein the strand tensile elastic modulus is 240 GPa or more.

［５］ 下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含む、炭素繊維束の製造方法。
（Ａ）繊維軸に垂直な断面を走査型電子顕微鏡により観察し、該繊維の周長Ｌおよび
面積Ｓを計測し、（４πＳ）／Ｌ２として求めた断面形状の真円度が０．７以上
０．９以下であり、単繊維繊度が４ｄｔｅｘ以上である炭素繊維前駆体アクリル
繊維からなる炭素繊維前駆体アクリル繊維束を酸化性雰囲気下にて２００〜
３００℃の温度範囲内で加熱処理して、密度１．２３ｇ／ｃｍ３以上
１．２６ｇ／ｃｍ３以下の予備耐炎化繊維からなる予備耐炎化繊維束とする。
（Ｂ）前記予備耐炎化繊維束を、表面温度２５０〜３００℃の１以上の加熱ロールから
なる加熱ロール群を用いて、加熱ロール群の全延伸倍率を１〜１．１５倍、全加
熱ロールに対する接触時間の合計を１０〜１８０秒間の範囲で加熱処理して、
繊維密度１．３５ｇ／ｃｍ３以上１．４３ｇ／ｃｍ３以下の耐炎化繊維からなる
耐炎化繊維束とする。
（Ｃ）前記耐炎化繊維束を、不活雰囲気下にて８００℃以上２０００℃以下の温度範囲
で、０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の張力を維持して炭素化処理して、
密度１．７ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下、単繊維繊度２．４ｄｔｅｘ以上
７ｄｔｅｘ以下の炭素繊維からなる炭素繊維束とする。 [5] A method for producing a carbon fiber bundle, including the following steps (A) to (C).
(A) A cross section perpendicular to the fiber axis is observed with a scanning electron microscope, the circumference L and area S of the fiber are measured, and the roundness of the cross-sectional shape obtained as (4πS) / L 2 is 0.7. The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle composed of carbon fiber precursor acrylic fibers having a fiber density of 0.9 or less and a single fiber fineness of 4 dtex or more is 200 to 200 in an oxidizing atmosphere.
Subjected to heat treatment in a temperature range of 300 ° C., and pre-stabilized fiber bundle consisting of density 1.23 g / cm 3 or more 1.26 g / cm 3 or less of the pre-oxidized fiber.
(B) Using the heating roll group consisting of one or more heating rolls having a surface temperature of 250 to 300 ° C., the heating roll group has a total draw ratio of 1 to 1.15 times and total heating. The total contact time for the roll is heat-treated in the range of 10 to 180 seconds,
The oxidized fiber bundle comprising a fiber density 1.35 g / cm 3 or more 1.43 g / cm 3 or less of oxidized fiber.
(C) The flame-resistant fiber bundle is carbonized while maintaining a tension of 0.05 cN / dtex or more in a temperature range of 800 ° C. or more and 2000 ° C. or less in an inert atmosphere,
A carbon fiber bundle composed of carbon fibers having a density of 1.7 g / cm 3 to 2 g / cm 3 and a single fiber fineness of 2.4 dtex to 7 dtex.

［６］ 前記工程（Ｂ）において、下記（ａ）〜（ｃ）を満足する、［５］に記載の炭素
繊維束の製造方法。
（ａ）前記加熱ロール群の最後の加熱ロールの表面温度が２８０〜３００℃である。
（ｂ）前記加熱ロール群を構成する各加熱ロールと前記予備耐炎化繊維束との接触時間
が５〜６０秒である。
（ｃ）前記耐炎化繊維束を構成する耐炎化繊維の断面積に対する、断面二重構造の黒化
していない内層面積の比率が２０％以下であり、その変動係数ＣＶが１０％以下
である。
但し、耐炎化繊維の断面積と断面二重構造の内層面積は、以下の方法により求める。
面積を求める方法：耐炎化繊維束を室温硬化型エポキシ樹脂に包埋硬化して繊維軸に垂直に切断した端面を鏡面研磨し、落射蛍光顕微鏡にて観察して繊維束を構成する単繊維の断面の面積およびその単繊維の黒化していない内層の面積をそれぞれ求める。 [6] The method for producing a carbon fiber bundle according to [5], wherein, in the step (B), the following (a) to (c) are satisfied.
(A) The surface temperature of the last heating roll of the said heating roll group is 280-300 degreeC.
(B) The contact time between each heating roll constituting the heating roll group and the preliminary flameproof fiber bundle is 5 to 60 seconds.
(C) The ratio of the non-blackened inner layer area of the double sectional structure to the sectional area of the flame resistant fiber constituting the flame resistant fiber bundle is 20% or less, and the coefficient of variation CV is 10% or less. .
However, the cross-sectional area of the flame-resistant fiber and the inner layer area of the double-section structure are determined by the following method.
Method of obtaining the area: The flame-resistant fiber bundle was embedded and cured in room temperature curable epoxy resin, the end face cut perpendicular to the fiber axis was mirror-polished, and observed with an epifluorescence microscope to observe the single fiber constituting the fiber bundle. The area of the cross section and the area of the inner layer of the single fiber that is not blackened are determined.

本発明によると、単繊維繊度が大きくても単繊維の内部まで均一に耐炎化された耐炎化繊維が炭素化工程で分解することなく炭素化されるので、樹脂含浸性に優れた高品質な炭素繊維からなる炭素繊維束を得ることが可能となる。   According to the present invention, even if the single fiber fineness is large, the flame-resistant fiber that is uniformly flame-resistant up to the inside of the single fiber is carbonized without being decomposed in the carbonization process. A carbon fiber bundle made of carbon fibers can be obtained.

耐炎化繊維の断面二重構造を表す概略図である。It is the schematic showing the cross-sectional double structure of a flame-resistant fiber.

以下に本発明の詳細な説明を示す。
（炭素繊維前駆体アクリル繊維束）
本発明の炭素繊維束の製造に用いるＰＡＮ系前駆体繊維束の紡糸原液に用いるポリアクリロニトリル系重合体には、アクリロニトリル単位が９０重量％以上、好ましくは９６％重量以上を含むものが良い。
紡糸原液に用いるポリアクリロニトリル系重合体には、共重合成分、分子量分布、立体規則性などに制約は無く、炭素繊維となすための耐炎化処理を促進させるために、共重合成分として耐炎化促進作用を有する単量体を０．１〜５モル％共重合させるのが良い。耐炎化促進成分としては、ヒドロキシルアルキル基、カルボキシル基、アミド基を一つ以上有するものが好ましく用いられる。また耐炎化促進作用が高くなるほど、短時間で耐炎化処理でき、生産性を高めることが出来ることから耐炎化促進成分の共重合量を多くすることが望ましい。しかし一方で、該共重合量が多くなるほど、発熱速度が大きくなり暴走反応の危険が生じることがあるため、５モル％を超えない範囲とすることが望ましく、０．５〜３モル％がより好ましく、１〜３モル％とすることがさらに好ましい。
耐炎化促進作用を有する単量体の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸、エタクリル酸、マレイン酸、メサコン酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸４−ヒドロキシブチル、メタクリル酸モノグリセリルなどが好ましく用いられる。焼成工程での耐炎化促進や溶媒に対する溶解性の向上の観点から、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリルアミド、メタクリルアミドなどがより好ましく用いられる。
紡糸原液に用いるポリアクリロニトリル系重合体を製造するには、溶液重合、懸濁重合等公知の重合方法の何れでも用いることが出来る。溶液重合を採用する場合、使用する溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などのポリアクリロニトリル系重合体が可溶な溶媒を用いる。中でもポリアクリロニトリル系重合体の溶解性の観点から、ＤＭＡｃがより好ましく用いられる。 The following is a detailed description of the present invention.
(Carbon fiber precursor acrylic fiber bundle)
The polyacrylonitrile polymer used for the spinning solution of the PAN precursor fiber bundle used for the production of the carbon fiber bundle of the present invention preferably contains 90% by weight or more, preferably 96% by weight or more of acrylonitrile units.
The polyacrylonitrile polymer used in the spinning dope has no restrictions on the copolymer component, molecular weight distribution, stereoregularity, etc., and the flame resistance is promoted as a copolymer component in order to promote the flame resistance treatment for carbon fiber. It is good to copolymerize the monomer which has an effect | action 0.1 to 5 mol%. As the flame resistance promoting component, those having at least one hydroxylalkyl group, carboxyl group, or amide group are preferably used. Moreover, it is desirable to increase the amount of copolymerization of the flame resistance promoting component because the higher the flame resistance promoting action, the faster the flame resistance treatment can be achieved and the higher the productivity. However, on the other hand, as the amount of copolymerization increases, the exothermic rate increases and the risk of runaway reaction may occur. Therefore, the range is preferably not more than 5 mol%, more preferably 0.5 to 3 mol%. Preferably, it is more preferable to set it as 1-3 mol%.
Specific examples of the monomer having flame resistance promoting action include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, ethacrylic acid, maleic acid, mesaconic acid, acrylamide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate , 2-hydroxypropyl methacrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, monoglyceryl methacrylate and the like are preferably used. From the viewpoint of promoting flame resistance in the firing step and improving solubility in solvents, 2-hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, methacrylamide, and the like are more preferably used.
Any of known polymerization methods such as solution polymerization and suspension polymerization can be used to produce the polyacrylonitrile-based polymer used in the spinning dope. When employing solution polymerization, a solvent in which a polyacrylonitrile-based polymer such as dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) or the like is soluble is used. Among these, DMAc is more preferably used from the viewpoint of solubility of the polyacrylonitrile-based polymer.

（紡糸）
本発明に用いる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造には、前記した紡糸原液を、湿式紡糸法または乾湿式紡糸法により口金から紡出し、凝固浴に導入して繊維を凝固せしめる。工業的な観点では、生産性に優れた湿式紡糸法が好ましい。
前記凝固浴には、紡糸原液に用いられる用材を含む水溶液が好適に使用され、含まれる溶剤の濃度を調節して、凝固糸の空隙率を少なくするように設定する。使用する溶剤によって異なるが、例えばＤＭＡｃを使用する場合は、ＤＭＡｃの濃度は５０〜８０重量％、好ましくは６０〜７５重量％である。また凝固浴の温度は低い方が好ましく、通常５０℃以下、さらに好ましくは４０℃以下である。凝固浴の温度を低くすればより緻密な凝固糸を得ることが出来るが、温度を下げすぎると凝固糸の引取速度が低下し生産性が低下するので、適切な範囲に設定することが望ましい。
上記で得られた凝固糸を洗浄、延伸工程において洗浄及び延伸する。なお、洗浄と延伸の順番については、洗浄を先に行っても良く、また同時に行っても良い。洗浄の方法としては、特に制限はないが、一般的に用いられている、水中、特に温水中に浸漬する方法がよい。 (spinning)
In the production of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle used in the present invention, the above-mentioned spinning solution is spun from a die by a wet spinning method or a dry-wet spinning method and introduced into a coagulation bath to coagulate the fibers. From an industrial viewpoint, a wet spinning method excellent in productivity is preferable.
For the coagulation bath, an aqueous solution containing materials used for the spinning dope is preferably used, and the concentration of the solvent contained is adjusted so as to reduce the porosity of the coagulated yarn. Depending on the solvent used, for example, when DMAc is used, the concentration of DMAc is 50 to 80% by weight, preferably 60 to 75% by weight. The temperature of the coagulation bath is preferably low, and is usually 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. If the temperature of the coagulation bath is lowered, a denser coagulated yarn can be obtained. However, if the temperature is lowered too much, the take-up speed of the coagulated yarn is lowered and the productivity is lowered.
The coagulated yarn obtained above is washed and drawn in a washing and drawing process. In addition, about the order of washing | cleaning and extending | stretching, you may perform washing | cleaning first and may carry out simultaneously. Although there is no restriction | limiting in particular as a washing | cleaning method, The method of immersing in water generally used, especially warm water is good.

延伸の方法としては、水中または温水中に浸漬して延伸する方法、熱板または加熱ローラー等を用いた乾熱延伸法、また熱風が循環している箱型炉内での延伸でも良く、これらに限定されるものではない。経済的な観点から、温水中で行うことが好ましい。また延伸倍率は、１〜８倍とすることが好ましい。ただし、後に二次延伸を行う場合、その延伸倍率を考慮して設定することが好ましい。   The stretching method may be a method of stretching by immersing in water or warm water, a dry heat stretching method using a hot plate or a heating roller, or stretching in a box furnace where hot air is circulated. It is not limited to. From an economical viewpoint, it is preferable to carry out in warm water. The draw ratio is preferably 1 to 8 times. However, when performing secondary stretching later, it is preferable to set in consideration of the stretching ratio.

本発明に用いる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法では、油剤付与工程において上記で得られた洗浄及び延伸後の糸条を、シリコーン系油剤が入った油浴槽に導いて、糸条にシリコーン系油剤を付与する。油剤としては、シリコーン化合物を含有するシリコーン系油剤を使用する。かかるシリコーン油剤はジメチルシリコーンオイルや有機変性シリコーンオイルを用いることが好ましく、耐熱性の高いアミノ変性シリコーンオイルがより好ましい。通常は、油浴槽液としてシリコーン化合物とノニオン系乳化剤とを混合し、乳化したものを用いる。また、場合により、酸化防止剤や各種添加剤、さらにシリコーン原子を含まない有機物を混合することもできる。   In the method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle used in the present invention, the thread obtained after washing and stretching obtained in the oil agent application step is guided to an oil bath containing a silicone-based oil agent, and silicone is applied to the yarn. Apply a base oil. As the oil agent, a silicone-based oil agent containing a silicone compound is used. As the silicone oil, dimethyl silicone oil or organically modified silicone oil is preferably used, and amino-modified silicone oil having high heat resistance is more preferable. Usually, a silicone compound and a nonionic emulsifier are mixed and emulsified as an oil bath liquid. In some cases, an antioxidant, various additives, and an organic substance not containing a silicone atom can be mixed.

更に、本発明に用いる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法では、乾燥緻密化において上記で得られたシリコーン系油剤を付与した糸条を乾燥緻密化することが好ましい。乾燥緻密化の方法としては、熱板や加熱ローラーに接触させることにより行うことが一般的に用いられており、加熱ローラーによる乾燥が好ましく用いられる。乾燥温度が高いほど、シリコーン油剤の架橋反応が促進され、また生産性の観点からも好ましいので、アクリル繊維の単繊維間の融着が生じない範囲で高く設定できる。具体的には１５０℃以上が好ましく、１８０℃以上であればさらに好ましい。また乾燥時間は上記糸条が十分乾燥する時間をとることが好ましい。
必要に応じて、上記で得られた乾燥緻密化後の糸条を二次延伸することもできる。二次延伸の方法としては、乾熱延伸、スチーム延伸等が挙げられる。 Furthermore, in the method for producing a carbon fiber precursor acrylic fiber bundle used in the present invention, it is preferable to dry and densify the yarn provided with the silicone-based oil obtained as described above in dry densification. As a method for drying and densifying, it is generally performed by contacting with a hot plate or a heating roller, and drying with a heating roller is preferably used. The higher the drying temperature is, the more the crosslinking reaction of the silicone oil agent is promoted, and it is also preferable from the viewpoint of productivity. Therefore, it can be set as high as possible without causing fusion between single fibers of acrylic fibers. Specifically, 150 ° C. or higher is preferable, and 180 ° C. or higher is more preferable. Moreover, it is preferable that the drying time is a time for the yarn to dry sufficiently.
If necessary, the dried and densified yarn obtained above can be subjected to secondary stretching. Examples of the secondary stretching method include dry heat stretching and steam stretching.

本発明に用いる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の単繊維繊度は２．４ｄｔｅｘ以上が好ましく、４ｄｔｅｘ以上がさらに好ましい。また単繊維繊度は１０ｄｔｅｘ以下が好ましく、８ｔｅｘ以下がさらに好ましい。ＰＡＮ系前駆体繊維束のフィラメント数としては、好ましくは１，０００〜１００，０００、より好ましくは３，０００〜３０，０００であるのが良い。ＰＡＮ系前駆体繊維束の単繊維繊度が４ｄｔｅｘ以上であれば、ＰＡＮ系前駆体繊維束内部において単繊維同士がからみ合い難く、得られた炭素繊維束の広がり性を保持でき、良好な樹脂含浸性を得ることが出来る。一方、ＰＡＮ系前駆体繊維束の単繊維繊度が１０ｄｔｅｘ以下であれば、耐炎化工程において断面二重構造が顕著とならず、均一な品質の炭素繊維束を安定に生産できる。   The single fiber fineness of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle used in the present invention is preferably 2.4 dtex or more, and more preferably 4 dtex or more. The single fiber fineness is preferably 10 dtex or less, and more preferably 8 tex or less. The number of filaments in the PAN-based precursor fiber bundle is preferably 1,000 to 100,000, more preferably 3,000 to 30,000. If the single fiber fineness of the PAN-based precursor fiber bundle is 4 dtex or more, it is difficult for the single fibers to be entangled with each other inside the PAN-based precursor fiber bundle, the spreadability of the obtained carbon fiber bundle can be maintained, and good resin impregnation Sex can be obtained. On the other hand, if the single fiber fineness of the PAN-based precursor fiber bundle is 10 dtex or less, the cross-sectional double structure does not become prominent in the flameproofing step, and a uniform quality carbon fiber bundle can be produced stably.

本発明に用いる炭素繊維前駆体アクリル繊維束の単繊維の断面形状は、真円度が０．９以下であることが好ましい。また断面形状はキドニー型であることが好ましい。断面形状が真円度０．９以下のキドニー型であれば、耐炎化処理時に前駆体繊維束を構成する単繊維内部への酸素拡散が不足することなく、耐炎化反応が十分に進行する。その結果、炭素化工程での毛羽が抑えられ、工程通過性が良好で、得られる炭素繊維束の強度や弾性率を適正に維持できる。しかし、断面形状が異形化し過ぎると、得られた炭素繊維も同様に異形化するため圧縮成形時に変形しやすくなり、樹脂の含浸が困難となり含浸深さが低下する。そのため、ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束を構成する単繊維の真円度は、０．７以上が好ましく、０．７５以上がより好ましく、０．８以上が更に好ましい。
前記構造を有する、本発明に用いる前駆体繊維束の単繊維の断面形状は、繊維の内部から表面までの距離が短くなるために単繊維繊度をある程度大きくしても均一に耐炎化処理することが可能で高性能の炭素繊維束が得られやすい。 The cross-sectional shape of the single fiber of the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle used in the present invention preferably has a roundness of 0.9 or less. The cross-sectional shape is preferably a kidney type. When the cross-sectional shape is a kidney type having a roundness of 0.9 or less, the flameproofing reaction proceeds sufficiently without insufficient oxygen diffusion into the single fibers constituting the precursor fiber bundle during the flameproofing treatment. As a result, fluffing in the carbonization process is suppressed, process passability is good, and the strength and elastic modulus of the obtained carbon fiber bundle can be properly maintained. However, if the cross-sectional shape is excessively deformed, the obtained carbon fiber is also deformed in the same manner, so that it is easily deformed at the time of compression molding, making it difficult to impregnate the resin and lowering the impregnation depth. Therefore, the roundness of the single fibers constituting the PAN-based precursor fiber bundle and the carbon fiber bundle is preferably 0.7 or more, more preferably 0.75 or more, and further preferably 0.8 or more.
The cross-sectional shape of the single fiber of the precursor fiber bundle used in the present invention having the above-described structure is uniformly flameproofed even if the single fiber fineness is increased to some extent because the distance from the inside of the fiber to the surface is shortened. It is possible to obtain a high-performance carbon fiber bundle.

本発明において真円度は以下に記載する測定方法１により求められる。
＜測定方法１＞
ＰＡＮ系前駆体繊維束の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により得られた画像から、キドニー断面の周長Ｌおよび面積Ｓを計測して、式（１）により真円度を算出する。
真円度＝（４πＳ）／Ｌ２・・・（１）
繊維の断面形状の解析は、１枚当たり５０〜７０本の単繊維の断面が撮影された画像２０枚を用いて行なう。単繊維１０００〜１４００本の断面形状を解析して、それぞれの単繊維の真円度を求め、その平均値を繊維束の真円度とした。 In the present invention, the roundness is determined by the measuring method 1 described below.
<Measurement method 1>
From the image obtained by scanning the cross section of the PAN-based precursor fiber bundle with a scanning electron microscope (SEM), the circumference L and the area S of the Kidney cross section are measured, and the roundness is calculated by Equation (1).
Roundness = (4πS) / L 2 (1)
The analysis of the cross-sectional shape of the fiber is performed using 20 images in which a cross section of 50 to 70 single fibers is photographed per sheet. The cross-sectional shape of 1000 to 1400 single fibers was analyzed to determine the roundness of each single fiber, and the average value was defined as the roundness of the fiber bundle.

（耐炎化）
耐炎化工程では、酸化性雰囲気下で炭素繊維前駆体アクリル繊維束を熱処理するが、この際、炭素繊維前駆体アクリル繊維束は酸化されて発熱する。この反応熱が繊維束内部に蓄熱して繊維束が溶融したり発火したりしないような条件で処理する必要がある。耐炎化処理の方式としては、雰囲気加熱方式と加熱体接触方式がある。 (Flame resistance)
In the flameproofing step, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is heat-treated in an oxidizing atmosphere. At this time, the carbon fiber precursor acrylic fiber bundle is oxidized and generates heat. The reaction heat needs to be stored in the fiber bundle so that the fiber bundle does not melt or ignite. There are an atmosphere heating method and a heating body contact method as a flameproofing treatment method.

（雰囲気加熱方式による耐炎化処理）
雰囲気加熱方式においては、伝熱効率が低く、反応熱が繊維束内部に蓄熱しやすいため、比較的低温で長時間の酸化処理を行なう必要がある。長時間の酸化処理を行なうため均一に処理を行なうことができる利点がある。 (Flame resistance treatment by atmospheric heating method)
In the atmosphere heating method, heat transfer efficiency is low, and reaction heat is likely to be stored inside the fiber bundle. Therefore, it is necessary to perform oxidation treatment at a relatively low temperature for a long time. Since the oxidation treatment is performed for a long time, there is an advantage that the treatment can be performed uniformly.

（加熱体接触方式による耐炎化処理）
加熱体接触方式においては、伝熱効率が高く、ごく短時間で繊維束内部まで耐炎化反応が進行し、比較的高温かつ短時間で酸化処理を行なうことができる。しかし、短時間で酸化処理を行なうため耐炎化斑が大きくなるという欠点がある。また加熱体の接触温度に耐えうる耐熱性を有するまでに予備酸化として、炭素繊維前駆体アクリル繊維を酸化性雰囲気による熱処理を行うことが好ましい。
耐炎化反応の進行度を示す一つの指標として耐炎化繊維の密度が用いられる。耐炎化繊維の密度が高くなるほど発熱反応は低減し、また、耐熱性も向上する。
単繊維繊度が大きく、樹脂含浸性に優れた高品質な炭素繊維束を製造するためには、雰囲気加熱方式と加熱体接触方式のそれぞれの方式の利点を最大限に活用できるように組み合わせることが好ましい。
加熱体接触方式で短時間処理するには、ＰＡＮ系前駆体繊維束及び密度が低い耐炎化繊維束の耐熱性は十分でないため、ＰＡＮ系前駆体繊維束を密度が１．２３〜１．２６ｇ／ｃｍ３になるまで、酸化性雰囲気中２００〜２５０℃で加熱して、予備耐炎化繊維束とする。ついで、該予備耐炎化繊維束を表面温度が２５０〜３００℃の加熱体表面に１０〜１２０秒接触させ加熱し、耐炎化繊維束を得ることが好ましい。 (Flame resistance treatment by heating body contact method)
In the heating element contact system, the heat transfer efficiency is high, the flameproofing reaction proceeds to the inside of the fiber bundle in a very short time, and the oxidation treatment can be performed at a relatively high temperature and in a short time. However, since the oxidation treatment is performed in a short time, there is a disadvantage that the flame-resistant spots become large. Moreover, it is preferable to heat-treat the carbon fiber precursor acrylic fiber in an oxidizing atmosphere as preliminary oxidation until it has heat resistance that can withstand the contact temperature of the heating body.
The density of the flameproof fiber is used as one index indicating the progress of the flameproofing reaction. As the density of the flameproof fiber increases, the exothermic reaction decreases and the heat resistance also improves.
In order to produce high-quality carbon fiber bundles with high single fiber fineness and excellent resin impregnation properties, it is necessary to combine them so that the advantages of the atmospheric heating method and the heating element contact method can be fully utilized. preferable.
Since the heat resistance of the PAN-based precursor fiber bundle and the flame-resistant fiber bundle having a low density is not sufficient for a short time treatment by the heating body contact method, the density of the PAN-based precursor fiber bundle is 1.23 to 1.26 g. / Cm 3 until heated to 200-250 ° C. in an oxidizing atmosphere to form a pre-flame-resistant fiber bundle. Next, it is preferable that the pre-flame-resistant fiber bundle is heated by bringing it into contact with the surface of a heated body having a surface temperature of 250 to 300 ° C. for 10 to 120 seconds to obtain a flame-resistant fiber bundle.

（投入密度）
耐炎化工程への前駆体繊維束を並べて投入する場合の投入密度は、高いほど生産性の面では好ましいが、大きくなると後述する雰囲気加熱処理中に発熱反応により繊維束の温度が高くなり分解反応が急激に起こり、繊維束が切断するため、前駆体繊維束を並べた幅当たりの繊度で表して１５００〜５０００ｄｔｅｘ／ｍｍが好ましく、２０００〜４０００ｄｔｅｘ／ｍｍがより好ましい。 (Input density)
When the precursor fiber bundles are placed side by side into the flameproofing process, the higher the input density, the more preferable in terms of productivity.However, if the density is increased, the temperature of the fiber bundle becomes higher due to an exothermic reaction during the atmosphere heat treatment described later, causing a decomposition reaction. Occurs rapidly, and the fiber bundle is cut. Therefore, it is preferably 1500 to 5000 dtex / mm, more preferably 2000 to 4000 dtex / mm in terms of the fineness per width in which the precursor fiber bundles are arranged.

（雰囲気加熱装置）
雰囲気加熱方式で耐炎化処理を行なう装置としては、加熱した酸化性ガスを循環させる方式の熱風循環炉が好適に採用できる。通常、熱風循環炉では、炉に入った繊維束を一旦炉の外部に出した後、炉の外部に配設された折り返しロールによって折り返して炉に繰り返し通過させる方法が採られる。
そのため、雰囲気加熱方式において設備を大型化し生産性を向上させると、それに比例した設備投資及びユーティリティコストがかかるが、後述する加熱体接触方式と比較すると単位時間当たりの生産量を大きくできるため、比較的処理時間が長くても炭素繊維の製造コストは高くならない。
酸化性雰囲気には、空気、酸素、二酸化窒素など公知の酸化性雰囲気を採用できるが、経済性の面から空気が好ましい。
加熱体接触方式による耐炎化処理前の雰囲気加熱方式による予備耐炎化処理においては、可能な限り低温短時間で熱処理を行い、後の加熱体接触にて耐炎化反応を進行させることが好ましい。
雰囲気加熱した後の繊維束の繊維の密度は、好ましくは１．２３〜１．２６ｇ／ｃｍ３、より好ましくは１．２５〜１．２６ｇ／ｃｍ３になるまで２５〜４０分加熱するのが良い。雰囲気加熱した後の耐炎化繊維束の密度が１．２６ｇ／ｃｍ３より高いと、加熱体接触による耐炎化の進行が進みにくく、繊維の内部まで耐炎化反応が進行しにくい。また繊維束の密度が１．２３ｇ／ｃｍ３より低いと、加熱体接触時に焼け斑が発生しやすくなる。 (Atmosphere heating device)
As a device for performing flameproofing treatment by an atmospheric heating method, a hot air circulating furnace of a method of circulating heated oxidizing gas can be suitably employed. Usually, in a hot air circulating furnace, a fiber bundle that has entered the furnace is once taken out of the furnace, and then folded by a folding roll disposed outside the furnace and repeatedly passed through the furnace.
Therefore, if the equipment is increased in size and improved in the atmosphere heating method, the capital investment and utility cost will be proportional to it, but the production volume per unit time can be increased compared with the heating element contact method described later, so the comparison Even if the treatment time is long, the production cost of carbon fiber does not increase.
As the oxidizing atmosphere, a known oxidizing atmosphere such as air, oxygen, and nitrogen dioxide can be adopted, but air is preferable from the viewpoint of economy.
In the preliminary flameproofing treatment by the atmosphere heating method before the flameproofing treatment by the heating body contact method, it is preferable to perform the heat treatment at a low temperature in a short time as much as possible, and advance the flameproofing reaction by the subsequent heating body contact.
The fiber density of the fiber bundle after heating in the atmosphere is preferably 1.23 to 1.26 g / cm 3 , more preferably 25 to 40 minutes until it reaches 1.25 to 1.26 g / cm 3. good. When the density of the flameproof fiber bundle after heating in the atmosphere is higher than 1.26 g / cm 3 , the progress of flame resistance due to contact with the heating body is difficult to proceed, and the flameproofing reaction does not easily proceed to the inside of the fiber. On the other hand, if the density of the fiber bundle is lower than 1.23 g / cm 3 , burnt spots are likely to occur at the time of contact with the heating body.

（加熱体接触装置）
加熱体接触方式で耐炎化処理を行なう装置としては、連続処理が可能で温度調整が容易である加熱ロールが好適に採用できる。通常、加熱ロールでは、加熱ロールの表面に接触して加熱された繊維束が加熱ロール表面温度よりも低い温度の雰囲気中を通って冷却され、次の加熱ロール表面で加熱され、さらに次の加熱ロールに進むまでにし冷却されるといった繰り返し加熱方法が採られる。
加熱ロールの直径としては、好ましくは０．４〜２ｍ、より好ましくは０．６〜１．６ｍである。
直径が小さいと加熱ロールの本数が多くなり、加熱・冷却を繰り返す回数が多くなるため、ユーティリティコストの面から好ましくない。直径が大きいと加熱ロールの質量に対する加熱体として有効な表面積が小さくなるため、設備が大型化し経済性の面から好ましくない。
前記の加熱ロール間の雰囲気については、空気、酸素、二酸化窒素など公知の酸化性雰囲気を採用できるが、経済性の面から空気が好ましい。また、加熱体表面で加熱された繊維束は、加熱体表面で加熱された後、加熱体表面の温度より低い温度の酸化性の雰囲気により冷却されるため、加熱体の表面温度は、雰囲気加熱方式の場合の雰囲気温度に比較して高い温度にすることができる。そのため、加熱体から離れた繊維束の周りの雰囲気温度は、加熱体表面温度より１００℃以上低くすることが好ましい。 (Heating body contact device)
As an apparatus for performing flameproofing treatment by a heating body contact method, a heating roll capable of continuous treatment and easy temperature adjustment can be suitably employed. Usually, in a heating roll, the fiber bundle heated in contact with the surface of the heating roll is cooled through an atmosphere having a temperature lower than the surface temperature of the heating roll, heated on the surface of the next heating roll, and then further heated. A repeated heating method is adopted in which the roll is cooled until it reaches the roll.
The diameter of the heating roll is preferably 0.4 to 2 m, more preferably 0.6 to 1.6 m.
If the diameter is small, the number of heating rolls increases and the number of times of heating and cooling increases, which is not preferable from the viewpoint of utility cost. When the diameter is large, the surface area effective as a heating body with respect to the mass of the heating roll becomes small, which is unfavorable from the viewpoint of economy because the equipment becomes large.
As the atmosphere between the heating rolls, a known oxidizing atmosphere such as air, oxygen, and nitrogen dioxide can be adopted, but air is preferable from the viewpoint of economy. Further, since the fiber bundle heated on the surface of the heating body is heated on the surface of the heating body and then cooled by an oxidizing atmosphere having a temperature lower than the temperature on the surface of the heating body, The temperature can be higher than the atmospheric temperature in the case of the method. Therefore, it is preferable that the ambient temperature around the fiber bundle separated from the heating body is lower by 100 ° C. or more than the heating body surface temperature.

（加熱体表面温度）
加熱体の表面温度が高いほど耐炎化反応速度は速くなり、短時間で処理が可能になるが、高すぎると分解反応が激しく起こるため糸切れ等が起こりやすくなる。雰囲気加熱して得られた予備耐炎化繊維束を最初に接触させる加熱体の表面温度は、２５０〜３００℃であることが好ましい。最初の加熱体の表面温度が３００℃よりも高いと繊維束の耐熱性が不十分であり繊維束内に融着が発生し毛羽が発生するため、品質上好ましくない。雰囲気加熱した繊維束を最後に接触させる加熱体の表面温度は、２８０〜３００℃であることが好ましい。最後の加熱体の表面温度が３００℃より高温で処理することもできるが、高温加熱体接触時の毛羽が増加したりや炭素繊維の物性が低下したりする可能性がある。 (Heating body surface temperature)
The higher the surface temperature of the heated body, the faster the flameproofing reaction rate and the shorter the processing time is possible. However, when the surface temperature is too high, the decomposition reaction occurs vigorously and yarn breakage or the like is likely to occur. It is preferable that the surface temperature of the heating body with which the pre-flame-resistant fiber bundle obtained by heating in the atmosphere is first contacted is 250 to 300 ° C. When the surface temperature of the first heating body is higher than 300 ° C., the heat resistance of the fiber bundle is insufficient, and fusion occurs in the fiber bundle and fluff is generated. It is preferable that the surface temperature of the heating body to which the fiber bundle heated in the atmosphere is finally brought into contact is 280 to 300 ° C. Although the surface temperature of the last heating body can also be processed at a temperature higher than 300 ° C., the fluff at the time of contact with the high-temperature heating body may increase or the physical properties of the carbon fiber may decrease.

（加熱体表面接触時間）
加熱体表面への接触時間の総合計時間が短いほど生産性の面からは好ましいが、短すぎると加熱体の表面温度を高くしなければならず、分解反応が激しく起こるため糸切れ等が起こりやすくなり好ましくない。加熱体への接触時間の合計は、１０〜１８０秒であることが好ましく、６０〜１２０秒であることがより好ましい。加熱体への接触時間の合計が１８０秒よりも長い加熱体は大型となるため設備費が大きくなり好ましくない。
雰囲気加熱方式で予備耐炎化した予備耐炎化繊維の密度が小さいと最初に接触する加熱体の表面温度をあまり高くできないため、比較的長い時間の処理が必要になる。また、雰囲気加熱方式で予備耐炎化した予備耐炎化繊維の密度が大きいと最初に接触する加熱体の表面温度を高くできるため、比較的短い時間で処理が可能になる。
加熱体として加熱ロールを使用する場合は、個々の加熱ロールへの接触時間は、５〜６０秒であることが好ましく、５〜２０秒であることがより好ましい。個々の加熱ロールへの接触時間が５秒よりも短いと加熱ロールの本数が多くなり、設備投資費が大きくなり好ましくない。また、１つの加熱ロールへの接触時間が６０秒よりも長くするためにはその加熱ロールの大きさが大きくなり、設備費が大きくなり好ましくない。
（加熱体接触方式による耐炎化時の延伸率）
加熱ロール群での延伸率は１〜１．１５倍となることが好ましく、より好ましくは１．０１〜１．１５倍となることが好ましい。加熱中に延伸することにより高分子鎖の運動性が低下し、短時間で激しく進む環化反応を遅らせることができ、酸化反応とのバランスを最適化することができる。伸張を掛けない状態で加熱体に接触させると、繊維束内の環化反応に対して酸化反応が不十分な状態となり、炭素化時の毛羽の発生や物性低下の原因となる。 (Heating body surface contact time)
The shorter the total time of contact with the surface of the heated body is, the better from the viewpoint of productivity. However, if the time is too short, the surface temperature of the heated body must be increased and the decomposition reaction takes place vigorously, resulting in yarn breakage. It becomes easy and it is not preferable. The total contact time with the heating body is preferably 10 to 180 seconds, and more preferably 60 to 120 seconds. Since the heating body whose total contact time with the heating body is longer than 180 seconds is large, the equipment cost is increased, which is not preferable.
If the density of the pre-flame-resistant fiber that has been pre-flame-resistant by the atmospheric heating method is small, the surface temperature of the heating body that comes into contact first cannot be made very high, and therefore a relatively long time of treatment is required. Further, if the density of the pre-flame-resistant fiber that has been pre-flame-resistant by the atmospheric heating method is high, the surface temperature of the heating body that comes into contact first can be increased, so that the treatment can be performed in a relatively short time.
When using a heating roll as a heating body, it is preferable that the contact time to each heating roll is 5 to 60 seconds, and it is more preferable that it is 5 to 20 seconds. If the contact time with each heating roll is shorter than 5 seconds, the number of heating rolls increases, and the capital investment cost increases, which is not preferable. Further, in order to make the contact time with one heating roll longer than 60 seconds, the size of the heating roll becomes large, and the equipment cost becomes large, which is not preferable.
(Stretch rate when flame resistance is achieved by the heating element contact method)
The stretching ratio in the heating roll group is preferably 1 to 1.15 times, more preferably 1.01 to 1.15 times. By stretching during heating, the mobility of the polymer chain is lowered, the cyclization reaction that proceeds vigorously in a short time can be delayed, and the balance with the oxidation reaction can be optimized. If it is brought into contact with the heating body without being stretched, the oxidation reaction becomes insufficient with respect to the cyclization reaction in the fiber bundle, which causes generation of fluff and deterioration of physical properties during carbonization.

（加熱体接触時の張力）
加熱体接触時には、加熱ロールに接触する入側の繊維束張力をＴｉｎ、加熱ロール出側の繊維束張力をＴｏｕｔとするとき、繊維束の張力バランスがＴｉｎ ≦ Ｔｏｕｔ を常に満たすことが望ましい。
上記条件を満たしていない場合、加熱ロール接触時に張力が緩和された状態となり、繊維束内の環化反応と酸化反応のバランスを保つことが出来ず、繊維束内の環化反応に対して酸化反応が不十分な状態となり、炭素化時の毛羽の発生や物性低下の原因となる。
（加熱体接触方式による耐炎化した繊維の密度）
加熱体に接触させた後の繊維束の繊維の密度としては、好ましくは１．３５〜１．４３ｇ／ｃｍ３、より好ましくは１．３８〜１．４０ｇ／ｃｍ３になるまで加熱するのが良い。加熱体接触後の耐炎化繊維束の密度が高くなると、焼成斑の面からは好ましくなるが、生産性の面からは好ましくない。 (Tension at the time of heating body contact)
At the time of contact with the heating body, it is desirable that the tension balance of the fiber bundle always satisfies Tin ≦ Tout when the fiber bundle tension on the entry side contacting the heating roll is Tin and the fiber bundle tension on the exit side of the heating roll is Tout.
If the above conditions are not satisfied, the tension is relaxed when contacting the heating roll, the balance between the cyclization reaction and the oxidation reaction in the fiber bundle cannot be maintained, and the cyclization reaction in the fiber bundle is oxidized. The reaction becomes insufficient, causing generation of fluff and deterioration of physical properties during carbonization.
(Density of flame-resistant fiber by heating body contact method)
The density of the fibers in the fiber bundle after being brought into contact with the heating body is preferably 1.35 to 1.43 g / cm 3 , more preferably 1.38 to 1.40 g / cm 3. good. An increase in the density of the flameproof fiber bundle after contact with the heating body is preferable from the viewpoint of firing spots, but is not preferable from the viewpoint of productivity.

（断面二重構造の内層面積）
耐炎化繊維束の単繊維の断面積と、断面二重構造の黒化されていない内層の面積は、図２によって定義される値である。耐炎化繊維の断面積に対する断面二重構造の内層面積の比率は２０％以下であることが好ましく、その変動係数ＣＶは１０％以下であることが好ましい。耐炎化繊維の断面を蛍光顕微鏡により観察すると、耐炎化反応が進行した部分は黒く観察され、耐炎化反応が未進行の部分は白く観察され、白と黒のコントラストをもった断面２重（スキン-コア）構造が観察される。前記の耐炎化繊維の断面積に対する断面二重構造の内層面積の比率が２０％以下であれば、単繊維繊度の大きい耐炎化繊維束であっても、耐炎化処理工程の後工程である前炭素化工程及び又は炭素化工程において重合体の分解反応に伴う急激なガス発生が抑えられ、その結果として、前炭素化工程及び又は炭素化工程において単繊維の切断が少なくなり、得られる炭素化繊維束は毛羽が少なくなる。
前記変動係数ＣＶが小さいということは、耐炎化繊維束を構成耐炎化処理工程の後工程である前炭素化工程及び又は炭素化工程において重合体の分解反応に伴う急激なガス発生が抑えられ各単繊維の半径方向への耐炎化反応が、均一に進行していることを示している。耐炎化反応が不十分な単繊維が耐炎化繊維束中に存在すると、その単繊維が前炭素化工程及び又は炭素化工程で切断し、繊維束中に存在する毛羽となる。変動係数ＣＶが１０％以下であれば、後の前炭素化工程及び炭素化工程における工程通過性に優れ、得られる炭素繊維束は毛羽が少なくなる。
また、本発明の炭素繊維束は耐炎化繊維を以下のような工程で前炭素化処理および炭素化処理して製造することが好ましい。 (Inner layer area of double cross section)
The cross-sectional area of the single fiber of the flame-resistant fiber bundle and the area of the non-blackened inner layer of the double-section structure are values defined by FIG. The ratio of the inner layer area of the cross-sectional double structure to the cross-sectional area of the flameproof fiber is preferably 20% or less, and the coefficient of variation CV is preferably 10% or less. When the cross section of the flame-resistant fiber is observed with a fluorescence microscope, the portion where the flame-resistant reaction has progressed is observed in black, the portion where the flame-resistant reaction has not progressed is observed as white, and the cross-section with a contrast between white and black (skin -Core) structure is observed. If the ratio of the inner layer area of the double cross-sectional structure to the cross-sectional area of the flameproof fiber is 20% or less, even if it is a flameproof fiber bundle having a large single fiber fineness, In the carbonization step and / or the carbonization step, rapid gas generation associated with the decomposition reaction of the polymer is suppressed, and as a result, the carbonization obtained is reduced in the pre-carbonization step and / or the carbonization step, with fewer single fibers being cut. The fiber bundle has less fuzz.
The fact that the coefficient of variation CV is small means that a rapid gas generation associated with the decomposition reaction of the polymer is suppressed in the pre-carbonization step and / or the carbonization step, which is a subsequent step of the flame-resistant treatment step constituting the flame-resistant fiber bundle. It shows that the flameproofing reaction in the radial direction of the single fiber proceeds uniformly. If a single fiber having an insufficient flame resistance reaction is present in the flame resistant fiber bundle, the single fiber is cut in the pre-carbonization step and / or the carbonization step to become fluff present in the fiber bundle. If the variation coefficient CV is 10% or less, the carbon fiber bundle obtained is excellent in process passability in the subsequent pre-carbonization step and carbonization step, and the resulting carbon fiber bundle has less fluff.
The carbon fiber bundle of the present invention is preferably produced by pre-carbonizing and carbonizing a flame-resistant fiber in the following steps.

（前炭素化処理）
前炭素化処理では、耐炎化処理されたＰＡＮ系前駆体繊維束（耐炎化繊維束）を第１の炭素化炉に投入して前炭素化処理する。第１の炭素化炉内には、温度が３００〜８００℃の不活性雰囲気となっており、耐炎化繊維束は該不活性雰囲気中を走行する間に前炭素化処理される。前炭素化処理時間としては、炭素繊維の生産性及び炭素繊維の強度発現性の観点から０．６〜３分であることが好ましい。なお、第１の炭素化炉内の不活性雰囲気の流れは、走行する繊維束に対して平行方向でも、垂直方向でもよく、特に限定されない。不活性雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウムなど公知の不活性雰囲気を採用できるが、経済性の面から窒素が望ましい。また、繊維束の張力が０．０５ｃＮ／ｄｔeｘ以上となるように保持して処理することで高分子鎖が伸長された構造を保ったまま前炭素化され、高品質な炭素繊維を得ることが出来る。 (Pre-carbonization treatment)
In the pre-carbonization treatment, the PAN-based precursor fiber bundle (flame-resistant fiber bundle) subjected to the flame resistance treatment is put into a first carbonization furnace and subjected to the pre-carbonization treatment. The first carbonization furnace has an inert atmosphere at a temperature of 300 to 800 ° C., and the flameproof fiber bundle is pre-carbonized while traveling in the inert atmosphere. The pre-carbonization treatment time is preferably 0.6 to 3 minutes from the viewpoint of carbon fiber productivity and carbon fiber strength development. In addition, the flow of the inert atmosphere in the first carbonization furnace may be in a direction parallel to or perpendicular to the traveling fiber bundle, and is not particularly limited. As the inert atmosphere, a known inert atmosphere such as nitrogen, argon, or helium can be adopted, but nitrogen is desirable from the viewpoint of economy. In addition, the carbon fiber can be pre-carbonized while maintaining the structure in which the polymer chain is elongated by holding and treating the fiber bundle so that the tension is 0.05 cN / dtex or more to obtain a high-quality carbon fiber. I can do it.

（炭素化処理）
炭素化処理では、前炭素化処理された耐炎化繊維束（前炭素化繊維束）を第２の炭素化炉に投入して炭素化処理する。第２の炭素化炉内には、最高温度が１０００〜２５００℃の不活性雰囲気となっており、前炭素化処理された繊維束は該不活性雰囲気中を走行する間に炭素化処理される。炭素化処理時間としては、炭素繊維の生産性及び炭素繊維の強度発現性の観点から０．６〜３分であることが好ましい。なお、第２の炭素化炉内の不活性雰囲気の流れは、走行する被処理繊維に対して平行方向でも、垂直方向でもよく、特に限定されない。不活性雰囲気としては、先に例示した公知の不活性雰囲気の中から選択して用いることができるが、経済性の面から窒素が望ましい。また、繊維束の張力が０．０５ｃＮ／ｄｔeｘ以上となるように保持して処理することで高分子鎖が伸長された構造を保ったまま炭素化され、高品質な炭素繊維を得ることが出来る。 (Carbonization treatment)
In the carbonization treatment, the pre-carbonized flame-resistant fiber bundle (pre-carbonized fiber bundle) is charged into a second carbonization furnace for carbonization treatment. In the second carbonization furnace, the maximum temperature is an inert atmosphere of 1000 to 2500 ° C., and the pre-carbonized fiber bundle is carbonized while traveling in the inert atmosphere. . The carbonization treatment time is preferably 0.6 to 3 minutes from the viewpoint of carbon fiber productivity and carbon fiber strength development. In addition, the flow of the inert atmosphere in a 2nd carbonization furnace may be a parallel direction with respect to the to-be-processed fiber to travel, or a perpendicular direction, and is not specifically limited. The inert atmosphere can be selected from the known inert atmospheres exemplified above, but nitrogen is desirable from the viewpoint of economy. Further, by holding and treating the fiber bundle so that the tension of the fiber bundle is 0.05 cN / dtex or more, it is carbonized while maintaining the structure in which the polymer chain is elongated, and a high-quality carbon fiber can be obtained. .

（表面処理）
本発明の炭素繊維は、上述のようにして得られた炭素繊維を、電解液を用いた電解酸化表面処理することが好ましい。電解質としては、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、酢酸酪酸、シュウ酸、マレイン酸等の有機酸およびこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩等の単独または２種以上の混合物を用いることができる。炭素化後の炭素繊維表面には焼成過程で焼結付着したタール成分が付着あるいはグラファイト結晶間のミクロボイドに沈積しており、電解液槽に浸漬し表面処理を行うことにより、炭素繊維表面から脱落する。ここで、電解酸化処理に要する電気量は、適用する炭素繊維束より適宜選択することができる。かかる電解酸化処理により、複合材料における炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を適正化でき、優れた強度特性が発現されるようになる。表面処理の後、得られる炭素繊維に集束性を付与するため、サイジング処理をすることもできる。サイジング剤には、複合材料のマトリクス樹脂との相溶性の良いサイジング剤を、使用するマトリクス樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。 (surface treatment)
The carbon fiber of the present invention is preferably subjected to electrolytic oxidation surface treatment using the electrolytic solution for the carbon fiber obtained as described above. Examples of the electrolyte include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, boric acid and carbonic acid, organic acids such as acetic acid butyric acid, oxalic acid and maleic acid, and alkali metal salts and ammonium salts thereof, or a mixture of two or more thereof. Can be used. The carbon fiber surface after carbonization has tar components sintered and adhered in the firing process or deposited in the microvoids between the graphite crystals, and is dropped from the carbon fiber surface by dipping in an electrolytic bath and performing surface treatment. To do. Here, the amount of electricity required for the electrolytic oxidation treatment can be appropriately selected from the carbon fiber bundle to be applied. By such electrolytic oxidation treatment, the adhesiveness between the carbon fiber and the matrix resin in the composite material can be optimized, and excellent strength characteristics can be expressed. After the surface treatment, a sizing treatment can also be performed in order to give the carbon fiber obtained with a focusing property. As the sizing agent, a sizing agent having good compatibility with the matrix resin of the composite material can be appropriately selected according to the type of the matrix resin to be used.

（炭素繊維束）
本発明の製造方法により、単繊維繊度が２ｄｔｅｘ以上５ｄｔｅｘ以下、単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状の真円度０．７以上０．９以下、単繊維の平均密度が１．７ｇ／ｃｍ３以上２．０ｇ／ｃｍ３以下の炭素繊維からなる炭素繊維束が得られる。本発明では、ＰＡＮ系前駆体繊維束を構成する単繊維の断面形状と、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状とは一定程度に相似しているが、ＰＡＮ系前駆体繊維の真円度は、耐炎化工程および炭素化工程により変化する。
本発明の炭素繊維束は、単繊維の繊度が大きくなっても、真円度が０．７より大きい円に近い断面形状の炭素繊維束より、ストランド強度は高い数値を維持できる。また、単繊維を密に詰めることが出来るため、プリプレグ中での繊維含有率が向上し、複合材料の力学特性を向上させることが可能となる。また真円度が０．７より小さい断面形状の単繊維からなる炭素繊維束と比較して、繊維束の横圧縮時の変形が少なく良好な樹脂含浸性（大きな含浸深さ）を有する。 (Carbon fiber bundle)
According to the production method of the present invention, the single fiber fineness is 2 dtex or more and 5 dtex or less, the roundness of the cross section perpendicular to the fiber axis of the single fiber is 0.7 or more and 0.9 or less, and the average density of the single fibers is 1.7 g / A carbon fiber bundle composed of carbon fibers of cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less is obtained. In the present invention, the cross-sectional shape of the single fiber constituting the PAN-based precursor fiber bundle is similar to the cross-sectional shape of the single fiber constituting the carbon fiber bundle to a certain extent, but the perfect circle of the PAN-based precursor fiber is The degree varies depending on the flameproofing process and the carbonization process.
Even if the fineness of the single fiber increases, the carbon fiber bundle of the present invention can maintain a higher strand strength than the carbon fiber bundle having a cross-sectional shape close to a circle having a roundness greater than 0.7. Further, since the single fibers can be densely packed, the fiber content in the prepreg is improved, and the mechanical properties of the composite material can be improved. Further, compared to a carbon fiber bundle made of single fibers having a cross-sectional shape with a roundness smaller than 0.7, the fiber bundle is less deformed during lateral compression and has a good resin impregnation property (large impregnation depth).

（成形）
こうして得られた炭素繊維束は、熱硬化樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させ、プリプレグ化したのち複合材料に成形することもできる。また、織物などのプリフォームとした後、ハンドレイアップ法、プルトルージョン法、レジントランスファーモールディング法などにより複合材料に成形することもできる。また、フィラメントワインディング法や、チョップドファイバーやミルドファイバー化した後、射出成形することにより複合材料に成形することができる。 (Molding)
The carbon fiber bundle thus obtained can be impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, prepregized, and then molded into a composite material. Further, after forming a preform such as a woven fabric, it can be formed into a composite material by a hand lay-up method, a pultrusion method, a resin transfer molding method, or the like. Further, it can be formed into a composite material by injection molding after filament winding, chopped fiber or milled fiber.

本発明の炭素繊維束は熱可塑性樹脂の含浸が容易で、含浸深さが１２０μｍ以上である。単繊維の断面が大きく繊維束が横圧縮による変形を起こしにくい特徴を有するため、粘度が高く含浸しにくい熱可塑性樹脂の含浸もごく短時間で進行する。熱可塑樹脂の含浸し易さの指標である含浸深さは下記方法で求められる。
１）２００℃にて溶融粘度３００Ｐａ・ｓとなる５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ１２０μｍのポリプロピレンフィルムを表面温度が２００℃になるようにホットステージで加熱した、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍ鉄板上に置き溶融させる。
２）総繊度が２４，０００ｄｔｅｘ以上になるように調整した炭素繊維束を前記の溶融したＰＰフィルムの上に幅５０ｍｍとなるよう均一に広げて置き、予め２００℃に加熱した５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍの鉄板を載せて直ぐに０．２ＭＰａで６０秒間圧縮して、試料を取り出して冷却する。
３）作成した試料を樹脂に包埋し、切断研磨して、光学顕微鏡にて、ポリプロピレンが炭素繊維束に含浸した厚みとして含浸深さを測定する。 The carbon fiber bundle of the present invention can be easily impregnated with a thermoplastic resin, and the impregnation depth is 120 μm or more. Since the cross section of the single fiber is large and the fiber bundle has the characteristic that it is difficult to cause deformation due to lateral compression, impregnation with a thermoplastic resin having a high viscosity and difficult to impregnate also proceeds in a very short time. The impregnation depth, which is an index of the ease of impregnation of the thermoplastic resin, is determined by the following method.
1) A 100 mm × 100 mm square, 5 mm thick, heated at a hot stage so that the surface temperature becomes 200 ° C., a 50 mm × 50 mm square having a melt viscosity of 300 Pa · s at 200 ° C. Place on an iron plate and melt.
2) A carbon fiber bundle adjusted so that the total fineness is 24,000 dtex or more is uniformly spread over the melted PP film so as to have a width of 50 mm, and a square of 50 mm × 50 mm heated to 200 ° C. in advance. A 5 mm thick iron plate is placed and immediately compressed at 0.2 MPa for 60 seconds, and the sample is taken out and cooled.
3) The prepared sample is embedded in resin, cut and polished, and the impregnation depth is measured as a thickness in which the carbon fiber bundle is impregnated with polypropylene by an optical microscope.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本実施例においては、各種特性を次のようにして測定した。
＜ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束の総繊度の測定＞
ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束の総繊度は、ＪＩＳ Ｒ ７６０５に準拠して測定した。
＜ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束の単繊維繊度の測定＞
単繊維繊度とは、繊維１本の１００００ｍ当りの質量（ｇ）である。連続した繊維束から長さ１ｍの繊維束を２本切り出し、各々の質量（ｇ）を測定し、各々の質量を繊維束のフィラメント数（すなわち口金の孔数）で除した後、１００００倍して得られた２つの値の平均値を「単繊維繊度」とした。
＜ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束の真円度の測定＞
ＰＡＮ系前駆体繊維束及び炭素繊維束の真円度は下記測定方法にて求めた。
繊維束サンプルの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により得られた画像から、キドニー断面の周長Ｌおよび面積Ｓを計測し、式（１）により真円度を算出した。
真円度＝（４πＳ）／Ｌ２・・・（１）
繊維の断面形状の解析は、１枚当たり５０〜７０本の単繊維の断面が撮影された画像２０枚を用いて行ない、単繊維１０００〜１４００本の断面形状を解析して、それぞれの単繊維の真円度を求め、繊維束の真円度はその平均値で表した。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In this example, various characteristics were measured as follows.
<Measurement of total fineness of PAN-based precursor fiber bundle and carbon fiber bundle>
The total fineness of the PAN-based precursor fiber bundle and the carbon fiber bundle was measured according to JIS R 7605.
<Measurement of single fiber fineness of PAN-based precursor fiber bundle and carbon fiber bundle>
Single fiber fineness is the mass (g) per 10000 m of one fiber. Two fiber bundles having a length of 1 m are cut out from a continuous fiber bundle, each mass (g) is measured, and each mass is divided by the number of filaments in the fiber bundle (that is, the number of holes in the die), and then multiplied by 10,000. The average value of the two values obtained in this way was defined as “single fiber fineness”.
<Measurement of roundness of PAN-based precursor fiber bundle and carbon fiber bundle>
The roundness of the PAN-based precursor fiber bundle and the carbon fiber bundle was determined by the following measurement method.
The circumference L and area S of the kidney cross section were measured from the image obtained by scanning the cross section of the fiber bundle sample with a scanning electron microscope (SEM), and the roundness was calculated by the equation (1).
Roundness = (4πS) / L 2 (1)
The analysis of the cross-sectional shape of the fiber is performed using 20 images obtained by photographing the cross-section of 50 to 70 single fibers per sheet, and the cross-sectional shape of 1000 to 1400 single fibers is analyzed, and each single fiber is analyzed. The roundness of the fiber bundle was obtained, and the roundness of the fiber bundle was expressed by its average value.

＜耐炎化繊維及び炭素繊維の密度の測定＞
耐炎化繊維及び炭素繊維の密度は、ＪＩＳ Ｒ ７６０３に準拠して測定した。
＜耐炎化工程への投入密度の測定＞
耐炎化工程への投入密度は、下記式より求めた。
耐炎化工程への投入密度（ｄｔｅｘ／ｍｍ）＝投入した前駆体繊維束の総繊度／前駆体繊維束の全体の幅 <Measurement of density of flame-resistant fiber and carbon fiber>
The density of the flameproof fiber and carbon fiber was measured in accordance with JIS R 7603.
<Measurement of input density to flameproofing process>
The input density to the flameproofing process was obtained from the following formula.
Density to the flameproofing process (dtex / mm) = total fineness of the precursor fiber bundle introduced / total width of the precursor fiber bundle

＜耐炎化繊維束の断面二重構造＞
耐炎化繊維束の断面二重構造は下記方法にて解析した。
１）耐炎化繊維束を長さ１０ｃｍに切断し、透明な室温硬化型のエポキシ樹脂を含浸させ、直径５ｍｍ程度の円柱状に成形し、室温で硬化させた。硬化後のサンプルを繊維軸方向に垂直に切断した端面を＃２００の水研磨サンドペーパーで粗研磨した後、＃４００、＃６００、＃１２００の水研磨サンドペーパーで細研磨した。更に鏡面研磨用バフとアルミナ懸濁液を用いて、サンプル端面を鏡面に仕上げた。
２）鏡面研磨後のサンプルを落射蛍光顕微鏡にセットして、縦横１ｍｍ間隔で移動して１６〜５０の画像を得た。一つの画像には５０〜７０本の単繊維断面が現れるように落射蛍光顕微鏡の拡大倍率を調整し撮影した。得られた画像の画像解析を行ない、繊維束を構成する単繊維の断面の面積Ｓおよび黒化しいいない内層（非黒化層）の面積Ｓ’を求めた後、Ｓ’／Ｓとして断面二重構造の内層面積比率を求めた。断面形状の解析は、１枚当たり５０〜７０本の繊維の断面が撮影された画像を２０枚用いて行なった。単繊維１０００〜１４００本の断面形状を測定した。また、それぞれのＳ’／Ｓの変動係数ＣＶを求めた。 <Double-section structure of flame-resistant fiber bundle>
The double cross-sectional structure of the flame resistant fiber bundle was analyzed by the following method.
1) A flame-resistant fiber bundle was cut into a length of 10 cm, impregnated with a transparent room temperature curing type epoxy resin, formed into a cylindrical shape having a diameter of about 5 mm, and cured at room temperature. End surfaces of the cured sample cut perpendicularly to the fiber axis direction were roughly polished with # 200 water-polished sandpaper, and then finely ground with # 400, # 600, and # 1200 water-polished sandpaper. Further, the end surface of the sample was finished to a mirror surface by using a mirror polishing buff and an alumina suspension.
2) The sample after mirror polishing was set on an epifluorescence microscope and moved at intervals of 1 mm in length and width to obtain 16 to 50 images. An image was taken by adjusting the magnification of the epifluorescence microscope so that 50 to 70 single fiber cross sections appear in one image. Image analysis of the obtained image is performed to determine the area S of the cross section of the single fiber constituting the fiber bundle and the area S ′ of the non-blackened inner layer (non-blackened layer). The inner layer area ratio of the heavy structure was determined. The analysis of the cross-sectional shape was performed using 20 images in which the cross-sections of 50 to 70 fibers were photographed per sheet. The cross-sectional shape of 1000 to 1400 single fibers was measured. Further, the variation coefficient CV of each S ′ / S was obtained.

＜炭素化収率＞
炭素化収率は、ＰＡＮ系前駆体繊維束の目付と得られた炭素繊維束の目付から、耐炎化工程、前炭素化工程、炭素化工程の伸長率を考慮して算出した。
＜樹脂含浸ストランド特性＞
炭素繊維束のストランド強度及びストランド弾性率は、ＪＩＳ-Ｒ-７６０８に記載された試験法に準拠して測定した。 <Carbonization yield>
The carbonization yield was calculated from the basis weight of the PAN-based precursor fiber bundle and the basis weight of the obtained carbon fiber bundle in consideration of the elongation rate of the flame resistance process, the pre-carbonization process, and the carbonization process.
<Resin impregnated strand characteristics>
The strand strength and strand elastic modulus of the carbon fiber bundle were measured according to the test method described in JIS-R-7608.

＜樹脂含浸深さ＞
炭素繊維束の含浸深さは以下の測定方法で求めた。
１）２００℃にて溶融粘度３００Ｐａ・ｓとなる５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ１２０μｍのポリプロピレンフィルムを表面温度が２００℃になるようにホットステージで加熱した、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍ鉄板上に置き溶融させた。
２）総繊度２４，０００ｄｔｅｘ以上となるように調整した炭素繊維束を前記の溶融したＰＰフィルムの上に幅５０ｍｍとなるよう均一に広げて置き、予め２００℃に加熱した５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍの鉄板を載せて直ぐに０．２ＭＰａで６０秒間圧縮して、試料を取り出して冷却した。
３）作成した試料を樹脂に包埋し、切断研磨して、光学顕微鏡にて、ポリプロピレンが炭素繊維束に含浸した厚みを測定した。 <Resin impregnation depth>
The impregnation depth of the carbon fiber bundle was determined by the following measuring method.
1) A 100 mm × 100 mm square, 5 mm thick, heated at a hot stage so that the surface temperature becomes 200 ° C., a 50 mm × 50 mm square having a melt viscosity of 300 Pa · s at 200 ° C. It was placed on an iron plate and melted.
2) A carbon fiber bundle adjusted to have a total fineness of 24,000 dtex or more is uniformly spread over the melted PP film so as to have a width of 50 mm, and a square of 50 mm × 50 mm heated to 200 ° C. in advance. A 5 mm thick iron plate was placed and immediately compressed at 0.2 MPa for 60 seconds, and the sample was taken out and cooled.
3) The prepared sample was embedded in resin, cut and polished, and the thickness of polypropylene impregnated in the carbon fiber bundle was measured with an optical microscope.

「実施例１」
アクリロニトリル単位９８．７%、メタクリル酸２−ヒドロキシエチルからなるアクリロニトリル系重合体（カルボン酸基の量は７．０×１０−５当量、極限粘度〔η〕は１．７）を、ポリアクリロニトリル系重合体の総固形分濃度が２１．２重量％となるようＤＭＡｃに溶解し、炭素繊維前駆体アクリル繊維の紡糸原液を得た。次いで、温度３８℃、濃度６８％のＤＭＡｃ水溶液（凝固浴）に孔数３０００の紡糸口金から吐出して湿式紡糸法により、凝固糸とした。ついで、凝固糸を６０℃から９８℃の温水中で脱溶媒しながら、７倍に延伸した。延伸糸をアミノシリコン系油剤１％水溶液中に浸漬した後、１８０℃の加熱ローラーにて乾燥緻密化し、炭素繊維前駆体アクリル繊維を得た。このＰＡＮ系前駆体繊維束の単繊維繊度は、４．０ｄｔｅｘ、フィラメント数は３０００、総繊度は１２０００ｄｔｅｘ、繊維の密度は１．１８ｇ／ｃｍ３、繊維の断面形状は真円度０．８５のキドニー形状であった。
得られたＰＡＮ系前駆体繊維束を空気中２４０〜２５０℃で１．０cＮ／ｄｔｅｘの緊張下に４０分間加熱し密度１．２６ｇ／ｃｍ３の予備耐炎化繊維束に転換した。
さらに、それぞれ順に２８０／２８０／２８０／３００／３００／３００℃の表面温度である直径が６０ｃｍである加熱ロール６本に、２本目と３本目の間で２．５％延伸させ、次いで４本目と５本目の間で２．５％延伸させ、合計５％の延伸を掛けて順次接触させ、密度１．３９ｇ／ｃｍ３、耐炎化繊維の断面積に対する黒化していない内層面積の比率が１８％、その変動係数ＣＶが８％の耐炎化繊維束に転換した。各加熱ロールへの接触時間は、２０秒であり、加熱ロール全体での処理時間は、１２０秒であった。また、加熱ロール周りの雰囲気温度は、１２０℃以下であった。各加熱ロールの入側の張力Ｔｉｎと出側の張力Ｔｏｕｔをそれぞれ測定したところ、全てのロールにおいてＴｉｎ≦Ｔｏｕｔとなった。
この耐炎化繊維束を窒素雰囲気中、最高温度が７００℃で張力が０．１cＮ／ｄｔｅｘの緊張下に１分間加熱し前炭素化繊維束とした。この炭素化処理での４００〜５００℃での昇温速度は２００℃／分であった。
得られた前炭素化繊維束を窒素雰囲気中、最高温度が１３５０℃で０．１cＮ／ｄｔｅｘの緊張下に１分間加熱し炭素繊維束とした。この炭素化処理での１０００〜１２００℃での昇温速度は４００℃／分であった。
得られた炭素繊維束を表面処理後、サイジング剤を付与した。耐炎化工程から炭素化工程の伸長率は、−３．８％であった。この前駆体繊維束の単繊維繊度は、２．４２ｄｔｅｘ、フィラメント数は３０００、総繊度７２６０ｄｔｅｘ、繊維密度は１．７９ｇ／ｃｍ３、断面形状は真円度０．８５のキドニー形状であった。
この炭素繊維束の樹脂含浸ストランド特性を測定すると弾性率２４５ＧＰａ、強度３．８ＧＰａであった。炭素化収率は５７．９％であった。また含浸深さは０．１２ｍｍであった。 "Example 1"
An acrylonitrile polymer consisting of 98.7% acrylonitrile units and 2-hydroxyethyl methacrylate (the amount of carboxylic acid groups is 7.0 × 10 −5 equivalent, the intrinsic viscosity [η] is 1.7) is a polyacrylonitrile-based polymer. The polymer was dissolved in DMAc so that the total solid content concentration was 21.2% by weight to obtain a spinning solution of carbon fiber precursor acrylic fiber. Subsequently, it was discharged from a spinneret having a hole number of 3000 into a DMAc aqueous solution (coagulation bath) having a temperature of 38 ° C. and a concentration of 68% to obtain coagulated yarn by a wet spinning method. Next, the coagulated yarn was stretched 7 times while removing the solvent in warm water of 60 ° C to 98 ° C. The drawn yarn was immersed in a 1% aqueous solution of an aminosilicon-based oil, and then dried and densified with a heating roller at 180 ° C. to obtain a carbon fiber precursor acrylic fiber. The single fiber fineness of this PAN-based precursor fiber bundle is 4.0 dtex, the number of filaments is 3000, the total fineness is 12000 dtex, the fiber density is 1.18 g / cm 3 , and the cross-sectional shape of the fiber is 0.85 roundness It was a kidney shape.
The obtained PAN-based precursor fiber bundle was heated in air at 240 to 250 ° C. under a tension of 1.0 cN / dtex for 40 minutes to convert into a pre-flame-resistant fiber bundle having a density of 1.26 g / cm 3 .
Further, the heating rolls having a surface temperature of 280/280/280/300/300/300 ° C., each having a diameter of 60 cm, are stretched 2.5% between the second and third rolls, and then the fourth roll. 2.5% stretch between the first and the fifth strand, and a total contact of 5% stretch is made to contact sequentially, the density is 1.39 g / cm 3 , and the ratio of the unblackened inner layer area to the cross-sectional area of the flameproof fiber is 18 %, And its coefficient of variation CV was converted to a flame-resistant fiber bundle of 8%. The contact time to each heating roll was 20 seconds, and the treatment time for the entire heating roll was 120 seconds. The ambient temperature around the heating roll was 120 ° C. or lower. When the entrance side tension Tin and the exit side tension Tout of each heating roll were measured, Tin ≦ Tout was obtained in all the rolls.
This flame-resistant fiber bundle was heated in a nitrogen atmosphere for 1 minute under a tension of a maximum temperature of 700 ° C. and a tension of 0.1 cN / dtex to obtain a pre-carbonized fiber bundle. The temperature rising rate at 400 to 500 ° C. in this carbonization treatment was 200 ° C./min.
The obtained pre-carbonized fiber bundle was heated in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1350 ° C. under a tension of 0.1 cN / dtex for 1 minute to obtain a carbon fiber bundle. The rate of temperature increase at 1000 to 1200 ° C. in this carbonization treatment was 400 ° C./min.
The obtained carbon fiber bundle was subjected to surface treatment and then a sizing agent was applied. The elongation rate from the flameproofing process to the carbonization process was -3.8%. The single fiber fineness of this precursor fiber bundle was 2.42 dtex, the number of filaments was 3000, the total fineness was 7260 dtex, the fiber density was 1.79 g / cm 3 , and the cross-sectional shape was a kidneyy shape with a roundness of 0.85.
When the resin-impregnated strand characteristics of this carbon fiber bundle were measured, the elastic modulus was 245 GPa and the strength was 3.8 GPa. The carbonization yield was 57.9%. The impregnation depth was 0.12 mm.

「実施例２〜４」
炭素繊維前駆体繊維の実施例２〜４、比較例１〜５については、表１で示した処理条件にて耐炎化熱処理を行った。得られた耐炎化繊維束を実施例１と同じ条件で前炭素化処理、炭素化処理、表面処理、サイジング処理を行い、炭素繊維束とした。その結果を表２に示す。
実施例２〜４で得られた炭素繊維の断面形状は真円度０．７以上０．９以下、密度１．７ｇ／ｃｍ３以上密度２．０ｇ／ｃｍ３以下、単繊維繊度２．４ｄｔｅｘ以上７．０ｄｔｅｘ以下のキドニー型であり、ストランド引張弾性率は２４０ＧＰａ以上、ストランド引張強度は３．５ＧＰａ以上を示した。また含浸深さは０．１２ｍｍ以上と、良好な樹脂含浸性を示した。また炭素化収率は５７％以上を示した。 "Examples 2 to 4"
For Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 of the carbon fiber precursor fiber, flameproofing heat treatment was performed under the processing conditions shown in Table 1. The obtained flame-resistant fiber bundle was subjected to pre-carbonization treatment, carbonization treatment, surface treatment, and sizing treatment under the same conditions as in Example 1 to obtain a carbon fiber bundle. The results are shown in Table 2.
The cross-sectional shape of the carbon fibers obtained in Examples 2 to 4 has a roundness of 0.7 to 0.9, a density of 1.7 g / cm 3 to a density of 2.0 g / cm 3 , and a single fiber fineness of 2.4 dtex. The kidney type was 7.0 dtex or less, the strand tensile modulus was 240 GPa or more, and the strand tensile strength was 3.5 GPa or more. Moreover, the impregnation depth was 0.12 mm or more, indicating a good resin impregnation property. The carbonization yield was 57% or more.

「比較例１」
比較例１で得られた炭素繊維の断面形状は真円度０．６７、単繊維繊度２．４ｄｔｅｘの多葉型断面であったが、ストランド引張強度とストランド引張弾性率は実施例１と比較すると低い値を示した。また含浸深さは実施例と比較すると低下した。これは含浸深さの測定における圧縮時に炭素繊維束が変形してしまい炭素繊維間に存在する空間が狭くなり、ポリプロピレンの流れに対する抵抗が増大したためである。 "Comparative Example 1"
The cross-sectional shape of the carbon fiber obtained in Comparative Example 1 was a multi-leaf type cross-section with a roundness of 0.67 and a single fiber fineness of 2.4 dtex, but the strand tensile strength and the strand tensile elastic modulus were compared with Example 1. It showed a low value. Moreover, the impregnation depth was reduced as compared with the examples. This is because the carbon fiber bundle is deformed during compression in the measurement of the impregnation depth, the space between the carbon fibers is narrowed, and the resistance to the flow of polypropylene is increased.

「比較例２」
比較例１で得られた炭素繊維の断面形状は真円度０．９４、単繊維繊度２．３６ｄｔｅｘの丸型断面であったが、ストランド引張強度とストランド引張弾性率は実施例１と比較すると低い値を示した。また含浸深さは実施例と比較すると低下した。これは実施例1と比較すると、丸断面ではキドニー型に比べ耐炎化繊維の断面積に対する黒化していない内層面積の比率が大きく、内部まで耐炎化されていないため、炭素化工程で分解反応が発生し、単繊維繊度が低下したためである。 "Comparative Example 2"
The cross-sectional shape of the carbon fiber obtained in Comparative Example 1 was a round cross section with a roundness of 0.94 and a single fiber fineness of 2.36 dtex, but the strand tensile strength and the strand tensile elastic modulus were compared with Example 1. It showed a low value. Moreover, the impregnation depth was reduced as compared with the examples. Compared with Example 1, this is because the ratio of the inner layer area that is not blackened with respect to the cross-sectional area of the flame-resistant fiber is larger in the round cross section than in the Kidney type, and the inner layer area is not flame resistant, so the decomposition reaction occurs in the carbonization process. This is because the single fiber fineness was reduced.

「比較例３」
比較例１で得られた炭素繊維の断面形状は真円度０．８３、単繊維繊度２．３８ｄｔｅｘのキドニー型断面であったが、ストランド引張強度とストランド引張弾性率は実施例１と比較すると低い値を示した。また樹脂への含浸率は実施例と比較すると低下した。これは実施例1と比較すると、雰囲気加熱による耐炎化処理のみでは、ロール加熱処理方式で処理した耐炎化繊維に比べ耐炎化繊維の断面積に対する黒化していない内層面積の比率が大きく、内部まで耐炎化されていないため、炭素化工程で分解反応が発生し、単繊維繊度が低下したためである。 “Comparative Example 3”
The cross-sectional shape of the carbon fiber obtained in Comparative Example 1 was a Kidney-type cross section having a roundness of 0.83 and a single fiber fineness of 2.38 dtex, but the strand tensile strength and the strand tensile elastic modulus were compared with Example 1. It showed a low value. Further, the impregnation rate into the resin was lower than that in Examples. Compared with Example 1, the ratio of the inner layer area that is not blackened to the cross-sectional area of the flame-resistant fiber is larger than that of the flame-resistant fiber treated by the roll heat treatment method, only by the flame resistance treatment by atmospheric heating, up to the inside. This is because flame resistance has not been achieved and a decomposition reaction has occurred in the carbonization step, resulting in a decrease in single fiber fineness.

「比較例４」
実施例２と同じく真円度０．８３、単繊維繊度８．０ｄｔｅｘ、総繊度１２０００ｄｔｅｘの炭素繊維前駆体繊維を用い、雰囲気加熱方式のみで３００分の耐炎化処理を行い炭素化を行ったが、炭素化工程で分解反応が起き、炭素化工程を通過しなかった。これは実施例２と比較すると、雰囲気加熱による耐炎化処理のみでは、ロール加熱処理方式で処理した耐炎化繊維に比べ耐炎化繊維の断面積に対する黒化していない内層面積の比率が大きく、内部まで耐炎化されていないため、炭素化工程で分解反応が発生したためである。 “Comparative Example 4”
Carbonization was performed by using a carbon fiber precursor fiber having a roundness of 0.83, a single fiber fineness of 8.0 dtex, and a total fineness of 12000 dtex as in Example 2 and performing a flame resistance treatment for 300 minutes only by the atmospheric heating method. The decomposition reaction occurred in the carbonization process, and it did not pass through the carbonization process. Compared with Example 2, the ratio of the non-blackened inner layer area to the cross-sectional area of the flame-resistant fiber is larger than the flame-resistant fiber treated by the roll heat treatment method only in the flame resistance treatment by atmospheric heating, It is because the decomposition reaction occurred in the carbonization process because it was not flame resistant.

「比較例５」
比較例５で得られた炭素繊維の断面形状は真円度０．８３、単繊維繊度１．３８ｄｔｅｘのキドニー型断面であったが、炭素化収率と樹脂含浸率は実施例１と比較すると低い値を示した。これは実施例1と比較すると、単繊維繊度が小さく、表面積も小さいためである。 “Comparative Example 5”
The cross-sectional shape of the carbon fiber obtained in Comparative Example 5 was a Kidney-type cross section having a roundness of 0.83 and a single fiber fineness of 1.38 dtex. It showed a low value. This is because, compared with Example 1, the single fiber fineness is small and the surface area is also small.

本発明により、樹脂含浸性に優れた高品質な炭素繊維束を得ることが可能となり、熱可塑性樹脂をマトリクスとする炭素繊維強化熱可塑性樹脂を高速かつ安定的に供給できる。   According to the present invention, a high-quality carbon fiber bundle excellent in resin impregnation property can be obtained, and a carbon fiber-reinforced thermoplastic resin using a thermoplastic resin as a matrix can be supplied at high speed and stably.

Claims (6)

下記（１）〜（３）を満足する炭素繊維からなる炭素繊維束。
（１）炭素繊維の繊維軸に垂直な断面を走査型電子顕微鏡により観察し、該炭素繊維の
周長Ｌおよび面積Ｓを計測し、（４πＳ）／Ｌ２として求めた断面形状の真円度が
０．７以上０．９以下である。
（２）密度が１．７ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下である。
（３）単繊維繊度が２．４ｄｔｅｘ以上７ｄｔｅｘ以下である。 A carbon fiber bundle composed of carbon fibers satisfying the following (1) to (3).
(1) The cross-section perpendicular to the fiber axis of the carbon fiber is observed with a scanning electron microscope, the circumference L and the area S of the carbon fiber are measured, and the roundness of the cross-sectional shape obtained as (4πS) / L 2 Is 0.7 or more and 0.9 or less.
(2) The density is 1.7 g / cm 3 or more and 2 g / cm 3 or less.
(3) The single fiber fineness is 2.4 dtex or more and 7 dtex or less. 下記の測定方法で測定した含浸深さが０．１２ｍｍ以上である、請求項１に記載の炭素繊維束。
＜測定方法＞
１）２００℃にて溶融粘度３００Ｐａ・ｓとなる５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ
１２０μｍのポリプロピレンフィルムを表面温度が２００℃になるようにホット
ステージで加熱した、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍ鉄板上に置き
溶融させる。
２）総繊度が２４，０００ｄｔｅｘ以上となるように調整した炭素繊維束を前記の溶融し
たポリプロピレンフィルムの上に幅５０ｍｍとなるよう均一に広げて置き、予め
２００℃に加熱した５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、厚さ５ｍｍの鉄板を載せて直ぐ
に、０．２ＭＰａで６０秒間圧縮して、試料を取り出して冷却する。
３）作成した試料を樹脂に包埋し、切断研磨して、光学顕微鏡にて、ポリプロピレンが
炭素繊維束に含浸した厚みとして含浸深さを測定する。 The carbon fiber bundle according to claim 1, wherein the impregnation depth measured by the following measurement method is 0.12 mm or more.
<Measurement method>
1) A 50 mm × 50 mm square having a melt viscosity of 300 Pa · s at 200 ° C., a 120 μm thick polypropylene film heated on a hot stage so that the surface temperature is 200 ° C., a square of 100 mm × 100 mm, a thickness of 5 mm Place on an iron plate and melt.
2) A carbon fiber bundle adjusted so that the total fineness is 24,000 dtex or more is uniformly spread on the molten polypropylene film so as to have a width of 50 mm, and heated to 200 ° C. in advance of 50 mm × 50 mm. Immediately after placing an iron plate having a square shape and a thickness of 5 mm, the sample is compressed at 0.2 MPa for 60 seconds, and the sample is taken out and cooled.
3) The prepared sample is embedded in resin, cut and polished, and the impregnation depth is measured as the thickness of the polypropylene impregnated into the carbon fiber bundle with an optical microscope. ストランド引張強度が３．５ＧＰａ以上である、請求項１又は２に記載の炭素繊維束。   The carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the strand tensile strength is 3.5 GPa or more. ストランド引張弾性率が２４０ＧＰａ以上である、請求項１又は２に記載の炭素繊維束。   The carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the strand tensile elastic modulus is 240 GPa or more. 下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含む、炭素繊維束の製造方法。
（Ａ）繊維軸に垂直な断面を走査型電子顕微鏡により観察し、該繊維の周長Ｌおよび
面積Ｓを計測し、（４πＳ）／Ｌ２として求めた断面形状の真円度が０．７以上
０．９以下であり、単繊維繊度が４ｄｔｅｘ以上である炭素繊維前駆体アクリル
繊維からなる炭素繊維前駆体アクリル繊維束を酸化性雰囲気下にて２００〜
３００℃の温度範囲内で加熱処理して、密度１．２３ｇ／ｃｍ３以上
１．２６ｇ／ｃｍ３以下の予備耐炎化繊維からなる予備耐炎化繊維束とする。
（Ｂ）前記予備耐炎化繊維束を、表面温度２５０〜３００℃の１以上の加熱ロールから
なる加熱ロール群を用いて、加熱ロール群の全延伸倍率を１〜１．１５倍、全加熱
ロールに対する接触時間の合計を１０〜１８０秒間の範囲で加熱処理して、繊維
密度１．３５ｇ／ｃｍ３以上１．４３ｇ／ｃｍ３以下の耐炎化繊維からなる耐炎化
繊維束とする。
（Ｃ）前記耐炎化繊維束を、不活雰囲気下にて８００℃以上２０００℃以下の温度範囲
で、０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の張力を維持して炭素化処理して、
密度１．７ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下、単繊維繊度２．４ｄｔｅｘ以上
７ｄｔｅｘ以下の炭素繊維からなる炭素繊維束とする。 The manufacturing method of a carbon fiber bundle including the following process (A)-(C).
(A) A cross section perpendicular to the fiber axis is observed with a scanning electron microscope, the circumference L and area S of the fiber are measured, and the roundness of the cross-sectional shape obtained as (4πS) / L 2 is 0.7. The carbon fiber precursor acrylic fiber bundle composed of carbon fiber precursor acrylic fibers having a fiber density of 0.9 or less and a single fiber fineness of 4 dtex or more is 200 to 200 in an oxidizing atmosphere.
Subjected to heat treatment in a temperature range of 300 ° C., and pre-stabilized fiber bundle consisting of density 1.23 g / cm 3 or more 1.26 g / cm 3 or less of the pre-oxidized fiber.
(B) Using the heating roll group consisting of one or more heating rolls having a surface temperature of 250 to 300 ° C., the total stretching ratio of the heating roll group is 1 to 1.15 times and the total heating roll. subjected to heat treatment in the range total of 10 to 180 seconds contact time for, the oxidized fiber bundle comprising a fiber density 1.35 g / cm 3 or more 1.43 g / cm 3 or less of oxidized fiber.
(C) The flame-resistant fiber bundle is carbonized while maintaining a tension of 0.05 cN / dtex or more in a temperature range of 800 ° C. or more and 2000 ° C. or less in an inert atmosphere,
A carbon fiber bundle composed of carbon fibers having a density of 1.7 g / cm 3 to 2 g / cm 3 and a single fiber fineness of 2.4 dtex to 7 dtex. 前記工程（Ｂ）において、下記（ａ）〜（ｃ）を満足する、請求項５に記載の炭素繊維束の製造方法。
（ａ）前記加熱ロール群の最後の加熱ロールの表面温度が２８０〜３００℃である。
（ｂ）前記加熱ロール群を構成する各加熱ロールと前記予備耐炎化繊維束との接触時間が
５〜６０秒である。
（ｃ）前記耐炎化繊維束を構成する耐炎化繊維の断面積に対する、断面二重構造の黒化し
ていない内層面積の比率が２０％以下であり、その変動係数ＣＶが１０％以下で
ある。
但し、耐炎化繊維の断面積と断面二重構造の内層面積は、以下の方法により求める。
面積を求める方法：耐炎化繊維束を室温硬化型エポキシ樹脂に包埋硬化して繊維軸に垂直に切断した端面を鏡面研磨し、落射蛍光顕微鏡にて観察して繊維束を構成する単繊維の断面の面積およびその単繊維の黒化していない内層の面積をそれぞれ求める。 The manufacturing method of the carbon fiber bundle of Claim 5 which satisfies the following (a)-(c) in the said process (B).
(A) The surface temperature of the last heating roll of the said heating roll group is 280-300 degreeC.
(B) The contact time between each heating roll constituting the heating roll group and the preliminary flameproof fiber bundle is 5 to 60 seconds.
(C) The ratio of the non-blackened inner layer area of the double-section structure to the cross-sectional area of the flame-resistant fibers constituting the flame-resistant fiber bundle is 20% or less, and the coefficient of variation CV is 10% or less.
However, the cross-sectional area of the flame-resistant fiber and the inner layer area of the double-section structure are determined by the following method.
Method of obtaining the area: The flame-resistant fiber bundle was embedded and cured in room temperature curable epoxy resin, the end face cut perpendicular to the fiber axis was mirror-polished, and observed with an epifluorescence microscope to observe the single fiber constituting the fiber bundle. The area of the cross section and the area of the inner layer of the single fiber that is not blackened are determined.
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