JP7155577B2 - 炭素繊維前駆体アクリル繊維炭素繊維 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維前駆体アクリル繊維、炭素繊維およびそれらの製造方法に関する。
各種産業において様々な用途に利用される圧力容器は近年、その利用範囲がますます広がっており、天然ガスを燃料とする自動車に搭載する圧力容器（ＣＮＧタンク）や水素ガスを燃料とする燃料電池車に搭載される圧力容器（ＣＨＧタンク）への展開も進んでいる。自動車用の圧力容器は燃費改善のため、より軽量化することが市場には求められている。
炭素繊維を用いた圧力容器は、通常、炭素繊維の単繊維からなる束（以下、炭素繊維束という場合がある。）にエポキシ樹脂などの樹脂を含浸させて、ライナーと呼ばれる金属製や樹脂製の円筒状物に巻き付ける処理を行い、樹脂を加熱硬化することによって得られる。（以下、フィラメントワインディング法という場合がある。）
炭素繊維は、一般的に高い比強度及び比弾性率を有することが知られており、炭素繊維を用いた圧力容器（以下、ＣＦＲＰ製タンクという場合がある。）は、金属製の圧力容器と同程度の強度を持ちつつ、軽量である。
しかしながら、自動車用の圧力容器では、特にＣＨＧタンクの分野では更なる高強度化が求められている。
ＣＦＲＰ製タンクの高強度化には、使用する炭素繊維のストランド強度を高くする事に加え、ＣＦＲＰ製タンクを構成する炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰという場合がある。）中のボイドの生成を抑制すること、ＣＦＲＰ中の繊維体積含有率の斑を小さくすることが重要である。
炭素繊維は、一般的に高い比強度及び比弾性率を有することが知られており、炭素繊維を用いた圧力容器（以下、ＣＦＲＰ製タンクという場合がある。）は、金属製の圧力容器と同程度の強度を持ちつつ、軽量である。
しかしながら、自動車用の圧力容器では、特にＣＨＧタンクの分野では更なる高強度化が求められている。
ＣＦＲＰ製タンクの高強度化には、使用する炭素繊維のストランド強度を高くする事に加え、ＣＦＲＰ製タンクを構成する炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰという場合がある。）中のボイドの生成を抑制すること、ＣＦＲＰ中の繊維体積含有率の斑を小さくすることが重要である。
従来の技術で製造された炭素繊維は、炭素繊維束を構成する単繊維の表面に形成されている皺が浅い程、炭素繊維束の集束性が高くなり、炭素繊維束への樹脂の含浸が不十分となり、ＣＦＲＰ中にボイドが形成されてしまう傾向があった。逆に単繊維の表面に形成されている皺が深すぎると、炭素繊維束の集束性が不十分となり、樹脂の含浸が一定とならず、ＣＦＲＰ中の繊維体積含有率の斑が大きくなってしまう傾向があった。
また、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状が真円に近づくほど、単繊維同士の隙間が小さくなり、炭素繊維束への樹脂の含浸が不十分となり、ＣＦＲＰ中にボイドが形成されてしまう傾向があった。逆に単繊維の繊維軸方向の断面形状が真円から遠ざかるほど、単繊維間の隙間のばらつきが大きくなってしまい、炭素繊維束への樹脂の含浸が一定とならず、ＣＦＲＰ中の繊維体積含有率の斑が大きくなってしまう傾向があった。
従って、ＣＦＲＰ製タンクの高強度化を達成するためには、ストランド強度が高いことに加え、単繊維の断面形状および単繊維の表面に形成されている皺を適切に制御した炭素繊維が望まれている。
また、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状が真円に近づくほど、単繊維同士の隙間が小さくなり、炭素繊維束への樹脂の含浸が不十分となり、ＣＦＲＰ中にボイドが形成されてしまう傾向があった。逆に単繊維の繊維軸方向の断面形状が真円から遠ざかるほど、単繊維間の隙間のばらつきが大きくなってしまい、炭素繊維束への樹脂の含浸が一定とならず、ＣＦＲＰ中の繊維体積含有率の斑が大きくなってしまう傾向があった。
従って、ＣＦＲＰ製タンクの高強度化を達成するためには、ストランド強度が高いことに加え、単繊維の断面形状および単繊維の表面に形成されている皺を適切に制御した炭素繊維が望まれている。
特許文献１では、炭素繊維束を構成する単繊維の表面の表面凹凸構造を制御する事で、樹脂との界面接着性を維持しつつ、応力集中による破壊靭性低下を抑制し、また、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状をより真円に近づける事で、応力集中による破壊靭性低下を抑制して、高い機械的特性を有する炭素繊維強化複合材料が得られると記載されている。しかしながら、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状は真円に近く、単繊維の表面の凹凸も浅い為、得られるＣＦＲＰ製タンクはボイドが多くなる場合があり、ボイドが多い場合には高い強度が得られにくい。
また、特許文献２には、炭素繊維束の幅を均一な扁平形状とし、樹脂含浸後の繊維束の幅変動を抑制することで、フィラメントワインディング法によるＣＦＲＰ製タンクの製造に適した炭素繊維束が得られると記載されている。そのために炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状および表面の算術平均粗さを制御している。しかし、使用している炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状が真円に近いため、単繊維同士が最密充填しやすくなっており、得られるＣＦＲＰ製タンクはボイドが多い傾向となり、高い強度が得られにくい。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、炭素繊維束を構成する単繊維の断面形状および単繊維の表面に形成されている皺を適切に制御することで、フィラメントワインディング法によってＣＦＲＰ製タンクを製造する過程にて、熱硬化性樹脂を炭素繊維束に含浸させる際に、気泡の生成を抑制でき、樹脂含有率の斑を小さくでき、ＣＦＲＰ製タンクのＣＦＲＰ内部のボイドを抑制して、ＣＦＲＰの繊維体積含有率の斑を小さくして、ＣＦＲＰ製タンクの高強度化が可能となる炭素繊維および炭素繊維束、その炭素繊維および炭素繊維束の原料となる炭素繊維前駆体アクリル繊維および炭素繊維前駆体アクリル繊維束と、それら炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の製造方法を提供することにある。
前記目的は以下の構成によって解決される。すなわち、本発明の第一の態様は、単繊維表面の中心線平均粗さＲａが６．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下であり、単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下である炭素繊維である。
本発明の第一の態様である炭素繊維は、下記［１］の構成を具備することが好ましい。
［１］単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である。
本発明の第一の態様である炭素繊維は、下記［１］の構成を具備することが好ましい。
［１］単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である。
本発明の第二の態様は、単繊維表面の中心線平均粗さＲａが１８ｎｍ以上２２ｎｍ以下であり、単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下である炭素繊維前駆体アクリル繊維である。
本発明の第二の態様である炭素繊維前駆体アクリル繊維は、下記［２］の構成を具備することが好ましい。
［２］単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である。
本発明の第二の態様である炭素繊維前駆体アクリル繊維は、下記［２］の構成を具備することが好ましい。
［２］単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である。
本発明の第三の態様は、下記１）～３）の工程を含み、且つ下記４）及び５）の条件を満たす炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法である。
１）凝固液濃度が６５質量％以上７０質量％以下であり、凝固液温度が３３℃以上４０℃以下である凝固液中に、アクリロニトリル系重合体溶液を、孔の出口の形状の長径／短径が１．２００以上２．５００以下である紡糸口金から吐出し凝固させて、凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下に制御しながら引き取る工程。
２）前記１）工程にて引き取った凝固糸を空中にて１．００倍以上１．１５倍以下の延伸処理を施した後、５０℃以上の水を用いた、３段以上１０段以下からなる洗浄・延伸槽にて２．４倍以上２．８倍以下の倍率範囲で延伸・洗浄を行い、さらに９５℃以上の水を用いた熱水槽にて０．９７倍以上１．１倍以下の緩和又は延伸を行って延伸糸を得る工程。
３）前記２）工程で延伸した後の延伸糸に油剤を付与して乾燥した後、１３０℃以上１６０℃以下の加圧水蒸気雰囲気下で３．０倍以上４．５倍以下に延伸する工程。
４）前記１）工程の凝固糸を凝固液より引き取ってから前記２）工程の延伸糸を得るまでの凝固糸の合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下である。
５）前記１）工程の凝固糸を引き取ってから前記３）工程の加圧水蒸気雰囲気下での延伸後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下である。
１）凝固液濃度が６５質量％以上７０質量％以下であり、凝固液温度が３３℃以上４０℃以下である凝固液中に、アクリロニトリル系重合体溶液を、孔の出口の形状の長径／短径が１．２００以上２．５００以下である紡糸口金から吐出し凝固させて、凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下に制御しながら引き取る工程。
２）前記１）工程にて引き取った凝固糸を空中にて１．００倍以上１．１５倍以下の延伸処理を施した後、５０℃以上の水を用いた、３段以上１０段以下からなる洗浄・延伸槽にて２．４倍以上２．８倍以下の倍率範囲で延伸・洗浄を行い、さらに９５℃以上の水を用いた熱水槽にて０．９７倍以上１．１倍以下の緩和又は延伸を行って延伸糸を得る工程。
３）前記２）工程で延伸した後の延伸糸に油剤を付与して乾燥した後、１３０℃以上１６０℃以下の加圧水蒸気雰囲気下で３．０倍以上４．５倍以下に延伸する工程。
４）前記１）工程の凝固糸を凝固液より引き取ってから前記２）工程の延伸糸を得るまでの凝固糸の合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下である。
５）前記１）工程の凝固糸を引き取ってから前記３）工程の加圧水蒸気雰囲気下での延伸後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下である。
本発明の第四の態様は、下記６）～８）の工程を含む炭素繊維束の製造方法である。
６）本発明の第二態様の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束に対し、酸化性雰囲気中で２００℃以上３００℃以下に加熱し耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
７）前記耐炎化繊維束を非酸化性雰囲気中、５５０℃以上８００℃以下で加熱し前炭素化繊維束とする前炭素化工程。
８）前記前炭素化繊維束を非酸化性雰囲気中、１２００℃以上３０００℃以下で加熱し炭素繊維束とする高温炭素化工程。
６）本発明の第二態様の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束に対し、酸化性雰囲気中で２００℃以上３００℃以下に加熱し耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
７）前記耐炎化繊維束を非酸化性雰囲気中、５５０℃以上８００℃以下で加熱し前炭素化繊維束とする前炭素化工程。
８）前記前炭素化繊維束を非酸化性雰囲気中、１２００℃以上３０００℃以下で加熱し炭素繊維束とする高温炭素化工程。
本発明により炭素繊維の単繊維の断面形状および単繊維の表面に形成されている皺を適切に制御することで、フィラメントワインディング法によってＣＦＲＰ製タンクを製造する過程にて、熱硬化性樹脂を炭素繊維束に含浸させる際に、気泡の生成を抑制でき、繊維含有率の斑を小さくでき、結果的にＣＦＲＰ製タンクの高強度化が可能となる炭素繊維の原料となる炭素繊維前駆体アクリル繊維と該炭素繊維が提供される。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、単繊維表面の中心線平均粗さＲaが１８ｎｍ以上２２ｎｍ以下である。
本発明では、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを１８ｎｍ以上とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束が過剰に集束することを抑制でき、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを２２ｎｍ以下とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束の集束性が不足することを防止でき、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。なお、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明では、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを１８ｎｍ以上とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束が過剰に集束することを抑制でき、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを２２ｎｍ以下とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束の集束性が不足することを防止でき、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。なお、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下である。本発明では、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲaが１８ｎｍ以上２２ｎｍ以下においては、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径を１．２４５より大きくすることで炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の束（以下、炭素繊維前駆体アクリル繊維束という場合がある。）を耐炎化および炭素化して得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保する事が可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径を２．００以下とすることで耐炎化および炭素化して得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径とは、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を構成する個々の単繊維の繊維軸方向に垂直な断面１に対して外接する矩形のうち面積が最小の矩形２の、長辺の長さＸと短辺の長さＹとの比（Ｘ／Ｙ）の平均値である。具体的には、実施例に記載の方法で測定することができる（図１参照）。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下であることが好ましい。
本発明では、単繊維の凹み距離／短径を０．０１１以上とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保する事が可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０２３以下とすることで該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。
ＣＦＲＰ製タンク高強度化の観点から、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径は０．０１２以上０．０２０以下であることがより好ましい。
炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み／短径とは、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を構成する個々の単繊維の繊維軸方向に垂直な断面１に対して外接する矩形のうち面積が最小の矩形の短辺の長さＹ（図１参照）と、同じ断面１について次の通り定義する凹み距離Ｚとの逆比（Ｚ／Ｙ）の平均値である。具体的には、実施例に記載の方法で測定することができる。
凹み距離は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を構成する個々の単繊維の繊維軸方向に垂直な断面１に対して２点で接する直線３と繊維の断面１とで囲まれる空間（凹み）の面積が最も大きくなる凹みの深さであり、凹みを囲む断面１の周上の点のうち直線３から最も離れた点４と直線３との距離Ｚとして定義される（図２参照）。
本発明では、単繊維の凹み距離／短径を０．０１１以上とすることで、該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保する事が可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０２３以下とすることで該炭素繊維前駆体アクリル繊維から得られる炭素繊維の単繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。
ＣＦＲＰ製タンク高強度化の観点から、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径は０．０１２以上０．０２０以下であることがより好ましい。
炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み／短径とは、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を構成する個々の単繊維の繊維軸方向に垂直な断面１に対して外接する矩形のうち面積が最小の矩形の短辺の長さＹ（図１参照）と、同じ断面１について次の通り定義する凹み距離Ｚとの逆比（Ｚ／Ｙ）の平均値である。具体的には、実施例に記載の方法で測定することができる。
凹み距離は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を構成する個々の単繊維の繊維軸方向に垂直な断面１に対して２点で接する直線３と繊維の断面１とで囲まれる空間（凹み）の面積が最も大きくなる凹みの深さであり、凹みを囲む断面１の周上の点のうち直線３から最も離れた点４と直線３との距離Ｚとして定義される（図２参照）。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、溶剤にアクリロニトリル系重合体が溶解したアクリロニトリル系重合体溶液を紡糸して得られる。
本発明で用いられるアクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーであっても、主成分であるアクリロニトリルに加えて他の単量体が共重合したコポリマーであってもよい。
本発明で用いられるアクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルを主な単量体とし、これを重合して得られる重合体である。アクリロニトリル系重合体は、アクリロニトリルのみから得られるホモポリマーであっても、主成分であるアクリロニトリルに加えて他の単量体が共重合したコポリマーであってもよい。
アクリロニトリル系重合体中のアクリロニトリル単位の含有量は、得られる炭素繊維束に求める品質等を勘案して決定でき、例えば、９０質量％以上９９．５質量％以下であることが好ましく、９６質量％以上９９．５質量％以下であることがより好ましい。アクリロニトリル単位の含有量が９０質量％以上であれば、炭素繊維前駆体アクリル繊維を炭素繊維に転換するための耐炎化および炭素化のそれぞれの工程で、単繊維同士の融着を招くことがなく、炭素繊維束のストランド強度低下を防ぐことができる。さらに、加熱ローラーや加圧水蒸気による延伸等の処理において、単繊維間の接着を回避できる。アクリロニトリル単位の含有量が９９．５質量％以下であれば、溶剤への溶解性が低下せず、アクリロニトリル系重合体の析出・凝固を防止できるため、炭素繊維前駆体アクリル繊維を安定して製造できる。
アクリロニトリル系重合体中のアクリロニトリル以外の単量体単位としては、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体から適宣選択することができ、アクリロニトリル系重合体の親水性を向上させるビニル系単量体、耐炎化反応を促進するビニル系単量体が好ましい。
アクリロニトリル系重合体を合成する方法はどのような重合方法であってもよく、重合方法の相違によって本発明が制約されるものではない。
アクリロニトリル系重合体を合成する方法はどのような重合方法であってもよく、重合方法の相違によって本発明が制約されるものではない。
アクリロニトリル系重合体溶液の溶剤にはジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤、塩化亜鉛、チオシアン酸ナトリウム等の無機化合物の水溶液が挙げられる。中でもジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、およびジメチルホルムアミドはアクリロニトリル系重合体に対する溶解力が高い点から好ましい。
アクリロニトリル系重合体溶液の重合体濃度は、２０質量％以上２５質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは２１質量％以上２４質量％以下である。重合体濃度を２０質量％以上とすることで、凝固糸内部のボイドが減少するため、炭素繊維束のストランド強度を高くすることができる。また、重合体濃度を２５質量％以下とすることでアクリロニトリル系重合体溶液は適度な粘度と流動性を保つことができるため、炭素繊維前駆体アクリル繊維の製造が容易となる。
炭素繊維前駆体アクリル繊維を得る紡糸方法としては、例えば、アクリロニトリル系重合体溶液を紡糸口金（以下、ノズルという）より吐出する際に直接凝固液中に紡出して凝固させる湿式紡糸法、空中に紡出して空中で凝固させる乾式紡糸法、一旦空中に紡出した後凝固液中で凝固させる乾湿式紡糸法等がある。
本発明では、有機溶剤の濃度が６５質量％以上７０質量％以下、温度が３３℃以上４０℃以下の有機溶剤水溶液を凝固液として、凝固液中にアクリロニトリル系重合体溶液を３０００以上、好ましくは１２０００以上、さらに好ましくは２４０００以上の吐出孔を有するノズルより吐出して凝固させて凝固糸を得ることが好ましい。１個のノズルが有する吐出孔の数は１２００００以下が好ましく、６００００以下がさらに好ましい。
本発明ではノズル孔の出口の面積は７００μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２、さらに好ましくは１２００μｍ２が好ましい。また、１００００μｍ２以下、好ましくは８０００μｍ２以下、さらに好ましくは５０００μｍ２以下が好ましい。
ノズル孔の出口の形状の長径／短径は１．２００以上、好ましくは１．３００以上、さらに好ましくは１．４００以上が好ましい。また、２．５００以下、好ましくは２．２００以下、さらに好ましくは２．１００以下が好ましい。
ノズル孔の出口の形状の長径／短径とは、ノズル孔の出口の形状に対して外接する矩形のうち面積が最小の矩形の、長辺の長さと短辺の長さとの比である。
ノズル孔の出口は楕円形であることが好ましい。本発明にいう楕円形は幾何学的に定義される楕円に限らない。角を丸めた長方形と角を丸めた半円を含む。
本発明では、有機溶剤の濃度が６５質量％以上７０質量％以下、温度が３３℃以上４０℃以下の有機溶剤水溶液を凝固液として、凝固液中にアクリロニトリル系重合体溶液を３０００以上、好ましくは１２０００以上、さらに好ましくは２４０００以上の吐出孔を有するノズルより吐出して凝固させて凝固糸を得ることが好ましい。１個のノズルが有する吐出孔の数は１２００００以下が好ましく、６００００以下がさらに好ましい。
本発明ではノズル孔の出口の面積は７００μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２、さらに好ましくは１２００μｍ２が好ましい。また、１００００μｍ２以下、好ましくは８０００μｍ２以下、さらに好ましくは５０００μｍ２以下が好ましい。
ノズル孔の出口の形状の長径／短径は１．２００以上、好ましくは１．３００以上、さらに好ましくは１．４００以上が好ましい。また、２．５００以下、好ましくは２．２００以下、さらに好ましくは２．１００以下が好ましい。
ノズル孔の出口の形状の長径／短径とは、ノズル孔の出口の形状に対して外接する矩形のうち面積が最小の矩形の、長辺の長さと短辺の長さとの比である。
ノズル孔の出口は楕円形であることが好ましい。本発明にいう楕円形は幾何学的に定義される楕円に限らない。角を丸めた長方形と角を丸めた半円を含む。
凝固液である有機溶剤水溶液の有機溶剤の濃度（凝固液濃度ともいう）を６５質量％以上とすることで、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能となる。また、凝固液中の有機溶剤水溶液の濃度を７０質量％以下とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを制御するため、凝固液である有機溶剤水溶液の有機溶剤の濃度を６６質量％以上６８質量％以下とすることがより好ましい。
凝固液である有機溶剤水溶液の温度を３３℃以上とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。また、凝固液の有機溶剤水溶液の温度を４０℃以下とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａを制御するため、凝固液である有機溶剤水溶液の温度を３６℃以上４０℃以下とすることが好ましく、３６℃以上３９℃以下とすることがより好ましい。
凝固液である有機溶剤水溶液の温度を３３℃以上とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。また、凝固液の有機溶剤水溶液の温度を４０℃以下とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａを制御するため、凝固液である有機溶剤水溶液の温度を３６℃以上４０℃以下とすることが好ましく、３６℃以上３９℃以下とすることがより好ましい。
本発明では、凝固糸を凝固液より引き取る際の凝固糸にかかる張力（引取張力という）を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下とすることが好ましい。引取張力の測定方法は実施例記載の測定方法の通りである。
凝固糸を凝固液より引き取る際の引取張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上とすることで、凝固液内にて凝固糸がばらけてしまい、引取不良になることを防止できる。加えて得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。
また、凝固糸を凝固液より引き取る際の引取張力を７５ｍｇｆ／フィラメント以下とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。
凝固糸を凝固液より引き取る際の引取張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上とすることで、凝固液内にて凝固糸がばらけてしまい、引取不良になることを防止できる。加えて得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。
また、凝固糸を凝固液より引き取る際の引取張力を７５ｍｇｆ／フィラメント以下とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。
炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａの制御および炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造安定性の面から、凝固糸を凝固液より引き取る際の引取張力を５７ｆｍｇ／フィラメント以上７１ｍｇｆ／フィラメント以下とすることがより好ましい。
引き取られた凝固糸は、凝固液を含んだ状態のまま、空中にて延伸を実施してもよい。空中での延伸倍率は、１．００倍以上１．１５倍以下とすることが好ましい。延伸倍率を１．１５倍以下とすることで、過剰な延伸を抑制できる。炭素繊維束のストランド強度を高くし、ＣＦＲＰ製タンクの性能をより高くするという観点から、延伸倍率を１．００倍以上１．０５倍以下とすることがより好ましい。
本発明では凝固糸を空中で延伸した後に続いて洗浄・延伸する。洗浄方法は脱溶剤出来ればいかなる方法でもよい。たとえば、５０℃以上１００℃未満の範囲の温度に設定された多段洗浄・延伸槽にて、洗浄・延伸を行う。ここで、洗浄・延伸槽の段数は特に制限はないが、３段以上１０段以下程度が適当である。４段以上７段以下が好ましい。延伸倍率は、２．４倍以上２．８倍以下とすることが好ましい。
延伸倍率を２．４倍以上とすることで十分な分子配向性を持った炭素繊維前駆体アクリル繊維を製造することが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。また、延伸倍率を２．８倍以下とすることで、延伸過剰によるフィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維束のストランド強度を高くし、ＣＦＲＰ製タンクの性能をより高くするという観点から、延伸倍率を２．４倍以上２．７倍以下がより好ましく、２．５倍以上２．７倍以下とすることがさらに好ましい。
延伸倍率を２．４倍以上とすることで十分な分子配向性を持った炭素繊維前駆体アクリル繊維を製造することが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。また、延伸倍率を２．８倍以下とすることで、延伸過剰によるフィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維束のストランド強度を高くし、ＣＦＲＰ製タンクの性能をより高くするという観点から、延伸倍率を２．４倍以上２．７倍以下がより好ましく、２．５倍以上２．７倍以下とすることがさらに好ましい。
洗浄・延伸して得られた糸を９５℃以上１００℃未満の熱水中にて０．９７倍以上１．１倍以下に緩和または延伸して延伸糸を得ることが好ましい。０．９７倍以上とすることで繊維束のばらけによる引取不良を防止でき、前工程での延伸の歪みを緩和させることが可能となる。また、１．１倍以下とすることで、過剰な延伸を抑制でき、フィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となる。炭素繊維の高強度化及び炭素繊維前駆体アクリル繊維の製造安定性の面から、熱水中の延伸倍率は、０．９７倍以上１．０５倍以下とすることがより好ましい。
凝固糸を引き取ってから熱水中で延伸して延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下とすることが好ましい。２．４倍以上とすることで十分な配向を持った炭素繊維前駆体アクリル繊維を製造することが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが小さくなりすぎることを防ぐことが可能になる。また、延伸倍率を２．９倍以下とすることで、延伸過剰によるフィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となる。加えて、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａが大きくなりすぎることを防ぐことが可能になる。炭素繊維束のストランド強度を高くし、ＣＦＲＰ製タンクの性能をより高くするという観点から、凝固糸を引き取ってから９５℃以上１００℃未満の水中で延伸して延伸糸を得るまでの合計延伸倍率を２．４倍以上２．７倍以下とすることがより好ましく、２．５倍以上２．７倍以下とすることがさらに好ましい。
９５℃以上１００℃未満の水中にて延伸して得た延伸糸には油剤組成物を付与することが好ましい。油剤組成物は、炭素繊維前駆体アクリル繊維に求める機能等を勘案して決定でき、例えば、シリコーン系油剤組成物が好ましく、必要に応じて、さらに酸化防止剤、帯電防止剤、消泡剤、防腐剤、抗菌剤、浸透剤等の添加物を配合することができる。油剤組成物を延伸糸に付与する方法としては、ローラー法、ガイド法、スプレー法、ディップ法等、公知の方法を用いることができる。油剤組成物が付着した延伸糸は、続いて乾燥工程にて乾燥し、乾燥繊維となる。この乾燥繊維を炭素繊維前駆体アクリル繊維として用いることもできる。
乾燥工程は、従来公知の方法で延伸糸を乾燥でき、例えば、加熱ローラーによる乾燥が好ましい乾燥方法として挙げられる。なお、加熱ローラーの数は１個であっても２個以上であってもよい。
乾燥繊維を加圧水蒸気雰囲気中にて延伸して炭素繊維前駆体アクリル繊維とすることもできる。このとき、加圧水蒸気雰囲気の温度は１３０℃以上１６０℃以下とすることが好ましい。また、加圧水蒸気雰囲気中での延伸倍率は３．０倍以上４．５倍以下とすることが好ましい。
加圧水蒸気雰囲気の温度を１３０℃以上とすることで、乾燥繊維の可塑化が十分となり、延伸倍率を高くしても破断せず、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維に含まれる毛羽の量を低減させることが可能となり、結果的に耐炎化および炭素化して得られる炭素繊維の品位が安定化する。また、加圧水蒸気雰囲気の温度を１６０℃以下とすることで、加圧水蒸気雰囲気中での延伸中にて、酸化反応や分解反応を抑制することができるため、結果的に得られる炭素繊維束のストランド強度低下を防ぐことが可能となる。
加圧水蒸気雰囲気の温度を１３０℃以上とすることで、乾燥繊維の可塑化が十分となり、延伸倍率を高くしても破断せず、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維に含まれる毛羽の量を低減させることが可能となり、結果的に耐炎化および炭素化して得られる炭素繊維の品位が安定化する。また、加圧水蒸気雰囲気の温度を１６０℃以下とすることで、加圧水蒸気雰囲気中での延伸中にて、酸化反応や分解反応を抑制することができるため、結果的に得られる炭素繊維束のストランド強度低下を防ぐことが可能となる。
加圧水蒸気雰囲気中での延伸倍率を３．０倍以上とすることで、得られる炭素繊維前駆体アクリル繊維の分子配向性が向上され、得られる炭素繊維束のストランド強度は向上する。また、加圧水蒸気雰囲気中での延伸倍率を４．５倍以下とすることで、過剰な延伸を抑制することができ、フィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となる。
炭素繊維束のストランド高強度化と延伸安定性向上の観点から、加圧水蒸気雰囲気中での延伸倍率は３．３倍以上４．３倍以下とすることがより好ましい。
凝固糸を引き取ってから加圧水蒸気雰囲気中で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下とすることが好ましい。９．０倍以上とすることで延伸不足による、炭素繊維前駆体アクリル繊維の分子配向性の不足を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。また、合計延伸倍率を１２倍以下とすることで、延伸過剰によるフィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。炭素繊維束のストランド強度を高くするという観点から、合計延伸倍率を９倍以上１１倍以下とすることがより好ましい。
炭素繊維束のストランド高強度化と延伸安定性向上の観点から、加圧水蒸気雰囲気中での延伸倍率は３．３倍以上４．３倍以下とすることがより好ましい。
凝固糸を引き取ってから加圧水蒸気雰囲気中で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下とすることが好ましい。９．０倍以上とすることで延伸不足による、炭素繊維前駆体アクリル繊維の分子配向性の不足を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。また、合計延伸倍率を１２倍以下とすることで、延伸過剰によるフィブリル構造の破壊と炭素繊維前駆体アクリル繊維の欠陥点形成を防ぐことが可能となり、結果的に炭素繊維束のストランド強度を高くすることが可能となる。炭素繊維束のストランド強度を高くするという観点から、合計延伸倍率を９倍以上１１倍以下とすることがより好ましい。
乾燥繊維を延伸する雰囲気とする加圧水蒸気は加圧飽和水蒸気であることが好ましい。
乾燥後または加圧水蒸気雰囲気中にて延伸して得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維は、室温のロールに接触させる等の方法により、常温の状態まで冷却する。冷却した炭素繊維前駆体アクリル繊維は、ワインダーでボビンに巻き取られ、或いはケンスに振込まれて収納され、炭素繊維の製造に供される。
乾燥後または加圧水蒸気雰囲気中にて延伸して得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維は、室温のロールに接触させる等の方法により、常温の状態まで冷却する。冷却した炭素繊維前駆体アクリル繊維は、ワインダーでボビンに巻き取られ、或いはケンスに振込まれて収納され、炭素繊維の製造に供される。
以上より、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、下記１）～３）の工程を含み、且つ下記４）及び５）の条件を満たす炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法により好ましく製造することができる。
１）凝固液濃度が６５質量％以上７０質量％以下であり、凝固液温度が３３℃以上４０℃以下である凝固液中に、アクリロニトリル系重合体溶液を、孔の出口の形状の長径／短径が１．２００以上２．５００以下である紡糸口金から吐出し凝固させて、凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下に制御しながら引き取る工程。
２）前記１）工程にて引き取った凝固糸を空中にて１．００倍以上１．１５倍以下の延伸処理を施した後、５０℃以上の水を用いた、３段以上１０段以下からなる洗浄・延伸槽にて２．４倍以上２．８倍以下の倍率範囲で延伸・洗浄を行い、さらに９５℃以上の水を用いた熱水槽にて０．９７倍以上１．１倍以下の緩和又は延伸を行って延伸糸を得る工程。
３）前記２）工程で延伸した後の延伸糸に油剤を付与して乾燥した後、１３０℃以上１６０℃以下の加圧水蒸気雰囲気下で３．０倍以上４．５倍以下に延伸する工程。
４）前記１）工程の凝固糸を凝固液より引き取ってから前記２）工程の延伸糸を得るまでの凝固糸の合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下である。
５）前記１）工程の凝固糸を引き取ってから前記３）工程の加圧水蒸気雰囲気下での延伸後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下である。
１）凝固液濃度が６５質量％以上７０質量％以下であり、凝固液温度が３３℃以上４０℃以下である凝固液中に、アクリロニトリル系重合体溶液を、孔の出口の形状の長径／短径が１．２００以上２．５００以下である紡糸口金から吐出し凝固させて、凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下に制御しながら引き取る工程。
２）前記１）工程にて引き取った凝固糸を空中にて１．００倍以上１．１５倍以下の延伸処理を施した後、５０℃以上の水を用いた、３段以上１０段以下からなる洗浄・延伸槽にて２．４倍以上２．８倍以下の倍率範囲で延伸・洗浄を行い、さらに９５℃以上の水を用いた熱水槽にて０．９７倍以上１．１倍以下の緩和又は延伸を行って延伸糸を得る工程。
３）前記２）工程で延伸した後の延伸糸に油剤を付与して乾燥した後、１３０℃以上１６０℃以下の加圧水蒸気雰囲気下で３．０倍以上４．５倍以下に延伸する工程。
４）前記１）工程の凝固糸を凝固液より引き取ってから前記２）工程の延伸糸を得るまでの凝固糸の合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下である。
５）前記１）工程の凝固糸を引き取ってから前記３）工程の加圧水蒸気雰囲気下での延伸後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下である。
本発明の炭素繊維は前述の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束を耐炎化および炭素化して得られる。
本発明の炭素繊維は、単繊維表面の中心線平均粗さＲaが６．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下である。本発明では、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを６．０ｎｍ以上とすることで、得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束が過剰に集束することを抑制でき、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを７．０ｎｍ以下とすることで、炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束の集束性が不足することを防止でき、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。
なお、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明の炭素繊維は、単繊維表面の中心線平均粗さＲaが６．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下である。本発明では、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを６．０ｎｍ以上とすることで、得られる炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束が過剰に集束することを抑制でき、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａを７．０ｎｍ以下とすることで、炭素繊維の単繊維からなる炭素繊維束の集束性が不足することを防止でき、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。
なお、炭素繊維の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明の炭素繊維は、炭素繊維の単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下である。本発明では、単繊維表面の中心線平均粗さＲaが６．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下の炭素繊維においては、単繊維の長径／短径を１．２４５より大きくすることで炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保する事が可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維の単繊維の長径／短径を２．００以下とすることで炭素繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。なお、炭素繊維の単繊維の長径／短径は、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の長径／短径と同様に定義され同様の方法で測定することができる。
本発明の炭素繊維は、単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下であることが好ましい。
本発明では、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０１１以上とすることで、炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保することが可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０２３以下とすることで炭素繊維の単繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。ＣＦＲＰ製タンク高強度化の観点から、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径は０．０１２以上０．０２０以下であることがより好ましい。
なお、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径は、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径と同様に定義され同様の方法で測定することができる。
本発明では、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０１１以上とすることで、炭素繊維の単繊維同士の隙間を十分確保することが可能となり、炭素繊維束に樹脂を含浸させやすくなる。また、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径を０．０２３以下とすることで炭素繊維の単繊維同士の隙間が過剰になることを防ぎ、炭素繊維束に樹脂を均一に含浸させやすくなる。ＣＦＲＰ製タンク高強度化の観点から、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径は０．０１２以上０．０２０以下であることがより好ましい。
なお、炭素繊維の単繊維の凹み距離／短径は、炭素繊維前駆体アクリル繊維の単繊維の凹み距離／短径と同様に定義され同様の方法で測定することができる。
炭素繊維は炭素繊維前駆体アクリル繊維を耐炎化および炭素化して得ることができる。耐炎化および炭素化のそれぞれの条件は特に限定されないが、繊維内部にボイド等の構造的欠陥が発生しにくい条件を設定するのが好ましい。耐炎化は、炭素繊維前駆体アクリル繊維を酸化性雰囲気中で緊張あるいは延伸条件下で加熱し、耐炎化繊維とするものである。耐炎化の方法は、例えば、熱風循環方式、多孔表面を有する固定熱板方式、加熱ロール方式等が挙げられる。耐炎化の加熱温度は、例えば２００℃以上３００℃以下が好ましい。耐炎化では、耐炎化繊維の密度が１．３ｇ／ｃｍ３以上１．５ｇ／ｃｍ３以下になるまで処理することが好ましい。
炭素化は、耐炎化で得られた耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気下で加熱することにより、炭素繊維を得るものである。炭素化は、前炭素化と高温炭素化とからなることが好ましい。前炭素化は、最高温度５５０℃以上８００℃以下の不活性ガス雰囲気中にて、緊張下で耐炎化繊維を加熱し前炭素化繊維とする。この前炭素化により、炭素繊維の機械的特性を向上させることができる。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等、公知の不活性ガスを採用できるが、経済性の面から窒素が望ましい。
高温炭素化は、前炭素化繊維を１２００℃以上３０００℃以下の不活性ガス雰囲気中に通し、前炭素化繊維を加熱し炭素繊維とする。この高温炭素化により、炭素繊維の機械的特性を向上させることができる。用いることができる不活性ガスは、前炭素化操作に採用できる不活性ガスと同様である。
高温炭素化は、前炭素化繊維を１２００℃以上３０００℃以下の不活性ガス雰囲気中に通し、前炭素化繊維を加熱し炭素繊維とする。この高温炭素化により、炭素繊維の機械的特性を向上させることができる。用いることができる不活性ガスは、前炭素化操作に採用できる不活性ガスと同様である。
以上より、本発明の炭素繊維は、下記６）～８）工程を含む方法により好ましく製造することができる。
６）本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束に対し、酸化性雰囲気中で２００℃以上３００℃以下に加熱し耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
７）前記耐炎化繊維束を非酸化性雰囲気中、５５０℃以上８００℃以下で加熱し前炭素化繊維束とする前炭素化工程。
８）前記前炭素化繊維束を非酸化性雰囲気中、１２００℃以上３０００℃以下で加熱し炭素繊維束とする高温炭素化工程。
６）本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束に対し、酸化性雰囲気中で２００℃以上３００℃以下に加熱し耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
７）前記耐炎化繊維束を非酸化性雰囲気中、５５０℃以上８００℃以下で加熱し前炭素化繊維束とする前炭素化工程。
８）前記前炭素化繊維束を非酸化性雰囲気中、１２００℃以上３０００℃以下で加熱し炭素繊維束とする高温炭素化工程。
得られた炭素繊維は、表面処理することが好ましい。表面処理方法としては、公知の方法、即ち、電解酸化、薬剤酸化及び空気酸化などによる酸化処理が挙げられ、いずれでも良い。電解酸化処理の後には、炭素繊維表面の電解質ならびに、電解酸化処理によって付着した不純物を除去するための洗浄処理を行い、引き続き炭素繊維束を乾燥させる。乾燥方法は、ロール乾燥、熱風乾燥および輻射熱乾燥など公知のいずれの技術も採用できる。
次に、炭素繊維はサイジング処理をすることが好ましい。サイジング処理はサイジング剤を有機溶剤に溶解させたものや、乳化剤などで水に分散させたエマルション液であるサイジング液を、炭素繊維に付与し、これを乾燥することによって行うことができる。なお、炭素繊維へのサイジング剤の付着量の調節は、サイジング液のサイジング剤濃度の調整や絞り量によるサイジング液の付着量の調整によって行なうことができる。炭素繊維へサイジング液の付着させる方法は、走行する炭素繊維束を等間隔に並列に配置しシート状にしてサイジング液に浸漬させる方法を用いることが生産性の観点から好ましい。
このようにして得られた炭素繊維は、ストランド強度が高いだけではなく、これを用いて製造されたＣＦＲＰ製タンクの強度も高いものとなる。
このようにして得られた炭素繊維は、ストランド強度が高いだけではなく、これを用いて製造されたＣＦＲＰ製タンクの強度も高いものとなる。
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［凝固糸引取張力］
ノズルから吐出、形成された凝固糸が、凝固液から出てから最初のガイドにかかる力から凝固糸束を引き取る張力を測定し、フィラメント１本あたりに換算して凝固糸引取張力を算出した。
ノズルから吐出、形成された凝固糸が、凝固液から出てから最初のガイドにかかる力から凝固糸束を引き取る張力を測定し、フィラメント１本あたりに換算して凝固糸引取張力を算出した。
［単繊維の長径／短径］
内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に測定用の繊維束を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備する。ついで、この試料を繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらに金を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、電子顕微鏡（フィリップス社製、製品名：ＸＬ２０走査型）により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察する。観察した単繊維断面のうち、ランダムに１００本選び、それぞれに対して外接する最も面積の小さな矩形を求めその長辺の長さと短辺の長さの比を求め、その１００本分の平均値を繊維束の単繊維の長径／短径とした。
内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に測定用の繊維束を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備する。ついで、この試料を繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらに金を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、電子顕微鏡（フィリップス社製、製品名：ＸＬ２０走査型）により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察する。観察した単繊維断面のうち、ランダムに１００本選び、それぞれに対して外接する最も面積の小さな矩形を求めその長辺の長さと短辺の長さの比を求め、その１００本分の平均値を繊維束の単繊維の長径／短径とした。
［単繊維表面の中心線平均粗さＲａ］
測定用の繊維束の両端を、走査型プローブ顕微鏡装置付属のＳＰＡ４００用金属製試料台（２０ｍｍ径）「エポリードサービス社製、品番：Ｋ－Ｙ１０２００１６７」上にカーボンペーストで固定し、以下条件で測定する。
測定用の繊維束の両端を、走査型プローブ顕微鏡装置付属のＳＰＡ４００用金属製試料台（２０ｍｍ径）「エポリードサービス社製、品番：Ｋ－Ｙ１０２００１６７」上にカーボンペーストで固定し、以下条件で測定する。
〔走査型プローブ顕微鏡測定条件〕
装置：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、ＳＰＩ４０００プローブステーション、ＳＰＡ４００（ユニット）
走査モード：ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ）（形状像測定）
探針：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 ＳＩ－ＤＦ－２０
走査範囲：２μｍ×２μｍ
Ｒｏｔａｔｉｏｎ：９０°
走査速度：１．０Ｈｚ、
ピクセル数：５１２×５１２
測定環境：室温、大気中
単繊維１本に対して、上記条件にて１画像を得て、得られた画像を走査型プローブ顕微鏡付属の画像解析ソフト（ＳＰＩＷｉｎ）を用い、以下条件にて画像解析を実施した。
装置：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、ＳＰＩ４０００プローブステーション、ＳＰＡ４００（ユニット）
走査モード：ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ）（形状像測定）
探針：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 ＳＩ－ＤＦ－２０
走査範囲：２μｍ×２μｍ
Ｒｏｔａｔｉｏｎ：９０°
走査速度：１．０Ｈｚ、
ピクセル数：５１２×５１２
測定環境：室温、大気中
単繊維１本に対して、上記条件にて１画像を得て、得られた画像を走査型プローブ顕微鏡付属の画像解析ソフト（ＳＰＩＷｉｎ）を用い、以下条件にて画像解析を実施した。
〔画像解析条件〕
得られた形状像に、〔フラット処理〕、〔メディアン８処理〕、〔三次傾き補正〕を行い、曲面を平面にフィッティング補正した画像を得る。平面補正した画像の表面粗さ解析より、中心線平均粗さＲａを求める。
得られた形状像に、〔フラット処理〕、〔メディアン８処理〕、〔三次傾き補正〕を行い、曲面を平面にフィッティング補正した画像を得る。平面補正した画像の表面粗さ解析より、中心線平均粗さＲａを求める。
〔フラット処理〕
リフト、振動、スキャナのクリープ等によってイメージデータに現れたＺ軸方向の歪み、うねりを除去する処理であり、走査型プローブ顕微鏡測定上の装置因によるデータのひずみを除去する処理である。
リフト、振動、スキャナのクリープ等によってイメージデータに現れたＺ軸方向の歪み、うねりを除去する処理であり、走査型プローブ顕微鏡測定上の装置因によるデータのひずみを除去する処理である。
〔メディアン８処理〕
得られた形状像のＺ軸データを３×３の範囲で全てメディアンフィルタで処理する。
得られた形状像のＺ軸データを３×３の範囲で全てメディアンフィルタで処理する。
〔三次傾き補正〕
処理対象イメージの全データから最小二乗近似によって３次曲面を求めてフィッティングする。
繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａの測定では１つの繊維束につき、単繊維を１０本ランダムに採取し、それぞれについて走査型プローブ顕微鏡にて画像を得て解析し、繊維表面の中心線平均粗さＲａを測定する。得られたＲａの１０本分の平均値を、測定用の繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａとした。
処理対象イメージの全データから最小二乗近似によって３次曲面を求めてフィッティングする。
繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａの測定では１つの繊維束につき、単繊維を１０本ランダムに採取し、それぞれについて走査型プローブ顕微鏡にて画像を得て解析し、繊維表面の中心線平均粗さＲａを測定する。得られたＲａの１０本分の平均値を、測定用の繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａとした。
［単繊維の凹み距離／短径］
単繊維の長径／短径の測定と同様にして、ランダムに選んだ１００本の単繊維の断面の、それぞれに対して外接する最も面積の小さな矩形を求め、その短辺の長さを測定した。さらに同じ断面に対して凹み距離（図２参照）を測定した。こうして測定した凹み距離と短辺の長さの比を算出し、算出した比の１００本分の平均値を繊維束の単繊維の凹み距離／短径とした。それぞれの単繊維について、その断面１に外接する最も面積の小さな矩形２の長辺の一方が、断面１の凹み距離を定めるために求めた直線３と一致することが多い（図３、図４）が、一致しない場合もある（図２）。また、断面１の周が凸な曲線であるために断面１に２点で接する直線を求めることができない場合は凹み距離Ｚは０であるとして扱った。
単繊維の長径／短径の測定と同様にして、ランダムに選んだ１００本の単繊維の断面の、それぞれに対して外接する最も面積の小さな矩形を求め、その短辺の長さを測定した。さらに同じ断面に対して凹み距離（図２参照）を測定した。こうして測定した凹み距離と短辺の長さの比を算出し、算出した比の１００本分の平均値を繊維束の単繊維の凹み距離／短径とした。それぞれの単繊維について、その断面１に外接する最も面積の小さな矩形２の長辺の一方が、断面１の凹み距離を定めるために求めた直線３と一致することが多い（図３、図４）が、一致しない場合もある（図２）。また、断面１の周が凸な曲線であるために断面１に２点で接する直線を求めることができない場合は凹み距離Ｚは０であるとして扱った。
［炭素繊維束のストランド強度］
炭素繊維束のストランド強度は、ＪＩＳ－Ｒ－７６０８に規定されているエポキシ樹脂含浸ストランド法に準じて測定した。なお、測定回数は１０回とし、その平均値を評価の対象とした。
炭素繊維束のストランド強度は、ＪＩＳ－Ｒ－７６０８に規定されているエポキシ樹脂含浸ストランド法に準じて測定した。なお、測定回数は１０回とし、その平均値を評価の対象とした。
実施例１
［アクリロニトリル系重合体溶液の製造］
アクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリル酸を、水中に投入し、過硫酸アンモニウム－亜硫酸水素アンモニウムおよび硫酸鉄の存在下、水系懸濁重合により共重合し、アクリロニトリル単位／アクリルアミド単位／メタクリル酸単位＝９７／２／１（質量比）からなるアクリロニトリル系重合体を得た。このアクリロニトリル系重合体をジメチルアセトアミドに溶解し、２１質量％のアクリロニトリル系重合体溶液を製造した。
［アクリロニトリル系重合体溶液の製造］
アクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリル酸を、水中に投入し、過硫酸アンモニウム－亜硫酸水素アンモニウムおよび硫酸鉄の存在下、水系懸濁重合により共重合し、アクリロニトリル単位／アクリルアミド単位／メタクリル酸単位＝９７／２／１（質量比）からなるアクリロニトリル系重合体を得た。このアクリロニトリル系重合体をジメチルアセトアミドに溶解し、２１質量％のアクリロニトリル系重合体溶液を製造した。
［炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造］
上記で得たアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６７質量％、温度３８℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が長径６５μｍ及び短径４０μｍの楕円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を７０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。
引き取った凝固糸を、空中で１．０１倍に延伸し、続いて５０℃から９８℃の範囲の水を用いた７段の延伸・洗浄槽を通して、２．６０倍の延伸と洗浄を同時に行った後、９８℃の水を用いた熱水槽中で０．９８倍の緩和を実施して延伸糸を得た。得られた延伸糸をアミノ変性シリコーン系油剤分散液中に浸漬し、１４０℃の加熱ローラーで緻密して乾燥繊維束を得た。このとき使用したアミノ変性シリコーン系油剤分散液は、アミノ変性シリコーン（信越化学工業株式会社製、商品名：ＫＦ－８６５）８５質量部に対し、乳化剤（日光ケミカルズ株式会社製、商品名：ＮＩＫＫＯＬ ＢＬ－９ＥＸ）を１５質量部混合したものをゴーリンミキサー（エスエムテー株式会社製、商品名：圧力式ホモジナイザーゴーリンタイプ）で乳化した後、水を加えて製造したものである。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍であった。次いで、得られた乾燥繊維束を約１５０℃の加圧飽和蒸気雰囲気下にて３．６０倍に延伸し、単繊維繊度１．０ｄｔｅｘの炭素繊維前駆体アクリル繊維束を製造した。凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．２６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
上記で得たアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６７質量％、温度３８℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が長径６５μｍ及び短径４０μｍの楕円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を７０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。
引き取った凝固糸を、空中で１．０１倍に延伸し、続いて５０℃から９８℃の範囲の水を用いた７段の延伸・洗浄槽を通して、２．６０倍の延伸と洗浄を同時に行った後、９８℃の水を用いた熱水槽中で０．９８倍の緩和を実施して延伸糸を得た。得られた延伸糸をアミノ変性シリコーン系油剤分散液中に浸漬し、１４０℃の加熱ローラーで緻密して乾燥繊維束を得た。このとき使用したアミノ変性シリコーン系油剤分散液は、アミノ変性シリコーン（信越化学工業株式会社製、商品名：ＫＦ－８６５）８５質量部に対し、乳化剤（日光ケミカルズ株式会社製、商品名：ＮＩＫＫＯＬ ＢＬ－９ＥＸ）を１５質量部混合したものをゴーリンミキサー（エスエムテー株式会社製、商品名：圧力式ホモジナイザーゴーリンタイプ）で乳化した後、水を加えて製造したものである。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍であった。次いで、得られた乾燥繊維束を約１５０℃の加圧飽和蒸気雰囲気下にて３．６０倍に延伸し、単繊維繊度１．０ｄｔｅｘの炭素繊維前駆体アクリル繊維束を製造した。凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．２６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
［炭素繊維束の製造］
得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束を耐炎化炉に導入し、２２０～２８０℃に加熱された空気を炭素繊維前駆体アクリル繊維束に吹き付けることによって、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を耐炎化して密度１．３５ｇ／ｃｍ３の耐炎繊維束を得た。伸張率は－４．０％とし、耐炎化処理時間は７０分とした。
次に耐炎化繊維束を窒素中３００～７００℃の温度勾配を有する第一炭素化炉を４．０％の伸長を加えながら通過させた。第一炭素化炉での温度勾配は直線的になるように設定し、処理時間は１．３分とした。更に窒素雰囲気中で１０００～１６００℃の温度勾配を設定した第二炭素化炉を－４．５％の伸長を加えながら通過させ、炭素繊維束を得た。第二炭素化炉での処理時間は１．３分とした。
引き続いて、重炭酸アンモニウム１０質量％水溶液中を走行せしめ炭素繊維束を陽極として、被処理炭素繊維１ｇ当たり３０クーロンの電気量となる様に対極との間で通電処理を行い、５０℃の熱水で洗浄した後乾燥した。
次に、ハイドランＮ３２０（ＤＩＣ社製）の水分散液を付与して乾燥して、サイジング剤を０．８質量％付着させ、ボビンに巻きとった。
得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束を耐炎化炉に導入し、２２０～２８０℃に加熱された空気を炭素繊維前駆体アクリル繊維束に吹き付けることによって、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を耐炎化して密度１．３５ｇ／ｃｍ３の耐炎繊維束を得た。伸張率は－４．０％とし、耐炎化処理時間は７０分とした。
次に耐炎化繊維束を窒素中３００～７００℃の温度勾配を有する第一炭素化炉を４．０％の伸長を加えながら通過させた。第一炭素化炉での温度勾配は直線的になるように設定し、処理時間は１．３分とした。更に窒素雰囲気中で１０００～１６００℃の温度勾配を設定した第二炭素化炉を－４．５％の伸長を加えながら通過させ、炭素繊維束を得た。第二炭素化炉での処理時間は１．３分とした。
引き続いて、重炭酸アンモニウム１０質量％水溶液中を走行せしめ炭素繊維束を陽極として、被処理炭素繊維１ｇ当たり３０クーロンの電気量となる様に対極との間で通電処理を行い、５０℃の熱水で洗浄した後乾燥した。
次に、ハイドランＮ３２０（ＤＩＣ社製）の水分散液を付与して乾燥して、サイジング剤を０．８質量％付着させ、ボビンに巻きとった。
得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
実施例２
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６６質量％とした以外は実施例１と同様に実施した。
凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．２６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６６質量％とした以外は実施例１と同様に実施した。
凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．２６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
実施例３
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固糸にかかる張力を６５ｍｇｆ／フィラメントとし、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固糸にかかる張力を６５ｍｇｆ／フィラメントとし、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
実施例４
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、凝固糸にかかる張力を７３ｍｇｆ／フィラメントとし、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、凝固糸にかかる張力を７３ｍｇｆ／フィラメントとし、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
比較例１
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６０質量％、温度３５℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径４５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６０質量％、温度を３５℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて２．００倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は７．８４倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１５．７倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も５０００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６０質量％、温度３５℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径４５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６０質量％、温度を３５℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて２．００倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄槽にて延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は７．８４倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１５．７倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も５０００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例２
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６５質量％、温度３０℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径７５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６５質量％、温度を３０℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて２．００倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は７．８４倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１５．７倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６５質量％、温度３０℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径７５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６５質量％、温度を３０℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて２．００倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は７．８４倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１５．７倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例３
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６０質量％、温度３０℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径７５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を９５ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６０質量％、温度を３０℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて１．２０倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．７０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．４１倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度も４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、実施例１で用いたアクリロニトリル系重合体溶液を、濃度６０質量％、温度３０℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液中に、孔の出口が孔径７５μｍの円形であり、孔数３００００の紡糸ノズルより吐出し凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を９５ｍｇｆ／フィラメントに制御しながら引き取った。得られた凝固糸は、空中での延伸を実施せず、ふたたび濃度を６０質量％、温度を３０℃のジメチルアセトアミド水溶液中にて１．２０倍で延伸した。それ以降は、延伸・洗浄の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．７０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．４１倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度も４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例４
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を７４ｍｇｆ／フィラメントとし、空中での延伸倍率を１．０５倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．０９倍、、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度も５５００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を７４ｍｇｆ／フィラメントとし、空中での延伸倍率を１．０５倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．０９倍、、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度も５５００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例５
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、空中での延伸倍率を１．２０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．６０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．７０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１２．２倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も５３５０ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、空中での延伸倍率を１．２０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を４．００倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．６０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．７０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１２．２倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度も５３５０ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例６
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６８ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸を実施せず、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．４０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．３３倍、、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は６．６６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は４６００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６８ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸を実施せず、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．４０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．３３倍、、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は６．６６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は４６００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例７
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を４５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸倍率を１．３０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を２．００倍とし、温水槽での延伸倍率を１．００とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を５．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．６０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を１３．０倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して低下した。また単繊維の凹みは認められなかった（単繊維の凹み距離／短径＝０．０００）。また、炭素繊維束のストランド強度は５４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を４５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸倍率を１．３０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を２．００倍とし、温水槽での延伸倍率を１．００とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を５．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．６０倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を１３．０倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して低下した。また単繊維の凹みは認められなかった（単繊維の凹み距離／短径＝０．０００）。また、炭素繊維束のストランド強度は５４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例８
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液中のジメチルアセトアミド水溶液の濃度を７５％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とし、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を９．０１倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０１倍であった。結果、凝固液より引き取った凝固糸の単繊維同士が接着し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得ることが出来なかった。なお、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件は表１に記載のとおりである。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液中のジメチルアセトアミド水溶液の濃度を７５％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とし、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率を９．０１倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０１倍であった。結果、凝固液より引き取った凝固糸の単繊維同士が接着し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得ることが出来なかった。なお、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件は表１に記載のとおりである。
比較例９
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の温度を３０℃とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は５６００ＭＰａとなり実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の温度を３０℃とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は５６００ＭＰａとなり実施例１と比較して低い値となった。
比較例１０
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の温度を３０℃とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は５７００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の温度を３０℃とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６０ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を２．５０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．４７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．４倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、炭素繊維束のストランド強度は５７００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例１１
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を９５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸を実施せず、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．４０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．３３倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は６．６６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、単繊維の凹み距離／短径は実施例１とほぼ同等であった。また、炭素繊維束のストランド強度は４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、凝固液であるジメチルアセトアミド水溶液の濃度を６５質量％とし、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を９５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸を実施せず、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．４０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．００倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は３．３３倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は６．６６倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して増加した。また、単繊維の凹み距離／短径は実施例１とほぼ同等であった。また、炭素繊維束のストランド強度は４４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例１２
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸倍率を１．２０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．６０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．６０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．２３倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１１．０倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１とほぼ同等であったが、炭素繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度は５４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を６５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、空中での延伸倍率を１．２０倍とし、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、延伸・洗浄槽での延伸倍率を３．６０倍とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を２．６０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は４．２３倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１１．０倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径および単繊維の凹み距離／短径は実施例１と比較して低下し、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１とほぼ同等であったが、炭素繊維束の単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度は５４００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例１３
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を４５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、単繊維の凹み距離／短径は、実施例１とほぼ同等であった。また炭素繊維束のストランド強度は５５００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を４５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を４．２０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は１０．８倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径および単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径は実施例１と比較して減少し、単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、単繊維の凹み距離／短径は、実施例１とほぼ同等であった。また炭素繊維束のストランド強度は５５００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
比較例１４
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を３５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０１倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度は５７００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造において、孔の出口が孔径５０μｍの円形であるノズルを用い、凝固糸にかかる張力を３５ｍｇｆ／フィラメントに制御し、延伸・洗浄槽の段数を５段とし、加圧飽和水蒸気雰囲気下での延伸倍率を３．５０倍とした以外は実施例１と同様に実施した。凝固糸を引き取ってから熱水槽による処理後の延伸糸を得るまでの合計延伸倍率は２．５７倍、凝固糸を引き取ってから加圧飽和水蒸気雰囲気下で延伸した後までの合計延伸倍率は９．０１倍であった。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の紡糸条件を表１にまとめた。また得られた炭素繊維前駆体アクリル繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａ）、ならびに得られた炭素繊維束の物性（単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、単繊維表面の中心線平均粗さＲａおよびストランド強度）を上記の方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。
炭素繊維前駆体アクリル繊維束および炭素繊維束の単繊維の長径／短径、単繊維の凹み距離／短径、および単繊維表面の中心線平均粗さＲａは実施例１と比較して減少した。また、炭素繊維束のストランド強度は５７００ＭＰａとなり、実施例１と比較して低い値となった。
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維は、単繊維の断面形状が特徴的な長径／短径を有しており、同様な長径／短径を有する断面形状を有する炭素繊維を得ることが出来る。この炭素繊維からなる炭素繊維束は樹脂組成物の含浸が優れているので、高い強度のＣＦＲＰ製タンクを得るために有用である。
１：単繊維の断面
２：面積最小の外接矩形
３：単繊維断面と２点で接する直線
４．直線３から最も離れた領域の周上の点
Ｘ：長径
Ｙ：短径
Ｚ：凹み距離
２：面積最小の外接矩形
３：単繊維断面と２点で接する直線
４．直線３から最も離れた領域の周上の点
Ｘ：長径
Ｙ：短径
Ｚ：凹み距離
Claims (4)
- 単繊維表面の中心線平均粗さＲａが６．０ｎｍ以上７．０ｎｍ以下であり、単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下であり、単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である炭素繊維。
- 単繊維表面の中心線平均粗さＲａが１８ｎｍ以上２２ｎｍ以下であり、単繊維の長径／短径が１．２４５より大きく、２．００以下であり、単繊維の凹み距離／短径が０．０１１以上０．０２３以下である炭素繊維前駆体アクリル繊維。
- 下記１）～３）の工程を含み、且つ下記４）及び５）の条件を満たす炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法：
１）凝固液濃度が６５質量％以上７０質量％以下であり、凝固液温度が３３℃以上４０℃以下である凝固液中に、アクリロニトリル系重合体溶液を、孔の出口の形状の長径／短径が１．２００以上２．５００以下である紡糸口金から吐出し凝固させて、凝固糸を得ると同時に、凝固糸にかかる張力を５５ｍｇｆ／フィラメント以上７５ｍｇｆ／フィラメント以下に制御しながら引き取る工程、
２）前記１）工程にて引き取った凝固糸を空中にて１．００倍以上１．１５倍以下の延伸処理を施した後、５０℃以上の水を用いた、３段以上１０段以下からなる洗浄・延伸槽にて２．４倍以上２．８倍以下の倍率範囲で延伸・洗浄を行い、さらに９５℃以上の水を用いた熱水槽にて０．９７倍以上１．１倍以下の緩和又は延伸を行って延伸糸を得る工程、
３）前記２）工程で延伸した後の延伸糸に油剤を付与して乾燥した後、１３０℃以上１６０℃以下の加圧水蒸気雰囲気下で３．０倍以上４．５倍以下に延伸する工程、
４）前記１）工程の凝固糸を凝固液より引き取ってから前記２）工程の延伸糸を得るまでの凝固糸の合計延伸倍率は２．４倍以上２．９倍以下である、
５）前記１）工程の凝固糸を引き取ってから前記３）工程の加圧水蒸気雰囲気下での延伸後までの合計延伸倍率は９．０倍以上１２倍以下である。 - 下記６）～８）工程を含む炭素繊維束の製造方法：
６）請求項２に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維から構成される炭素繊維前駆体アクリル繊維束に対し、酸化性雰囲気中で２００℃以上３００℃以下に加熱し耐炎化繊維束とする耐炎化工程、
７）前記耐炎化繊維束を非酸化性雰囲気中、５５０℃以上８００℃以下で加熱し前炭素化繊維束とする前炭素化工程、
８）前記前炭素化繊維束を非酸化性雰囲気中、１２００℃以上３０００℃以下で加熱し炭素繊維束とする高温炭素化工程。
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