JPH03146718A - 高伸度、高強度ピッチ系炭素繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、一般には、炭素繊維に関するものであり、特
に、糸扱い性に優れ、編織が容易であって、宇宙産業、
自動車産業、建築産業などにおいて軽量構造材料用強化
繊維として広く使用することのできる高伸度、高強度の
ピッチ系炭素繊維に関するものである。

鎧迷」口ｉ歪 従来、炭素繊維としては、ＰＡＮ系及びレーヨン系炭素
繊維が広く製造及び使用されているが、ＰＡＮ系及びレ
ーヨン系炭素繊維は原料が高価で炭化収率も悪く、経済
面で良くない、そこで、近年、コストの廉価なピッチを
原料としており、しかも、引張強度及び引張弾性率の点
においても優れているピッチ系炭素繊維が注目を浴びて
いる。

現在、ピッチ系炭素繊維は、 （１）石油系ピッチ、石炭系ピッチなどから炭素繊維に
適した炭素質ピッチを調製し、該炭素質ピッチを加熱溶
融して紡糸機にて紡糸し、集束、合糸してピッチ繊維束
を製造し、 （２）前記ピッチ繊維束を不融化炉で酸化性ガス雰囲気
下にて２００〜３５０℃までに加熱して不融化し、 （３）引き続いて、該不融化された繊維束を炭化炉で不
活性ガス雰囲気下にて５００〜２０００℃まで加熱して
炭化して、更には３０００℃まで加熱して黒鉛化するこ
と、 により製造されている。

が　　しよ　と　る しかしながら、一般に、このようにして得られたピッチ
系炭素繊維は、引張強度は２゜０ＧＰａ　（２００Ｋｇ
／ｍｍ”　）以上、引張弾性率は６００ＧＰａ　（６０
ｔｏｎ／ｍｍ”　）以上と高いものが得られるが、伸度
（伸び率）は、通常０．５％以下、大きくても１％程度
であった。

このように従来のピッチ系炭素繊維は伸度が小さいため
に取扱いが難しく、編織性に劣り、特に複合材料を製造
する場合に大きな問題となっていた。

本発明者らは、ピッチを原料として、引張強度及び引張
弾性率を損なうことなく、高伸度のピッチ系炭素繊維を
得るべく研究開発する過程にて、炭素繊維の結晶構造を
特異なものとすることで、所定レベル以上の引張強度、
引張弾性率を具備し、良好な編織性を示す１．０％以上
の伸度を有した高伸度、高強度のピッチ系炭素繊維を得
ることができることを見出した。

又、本発明者らは、このような炭素繊維を使用して複合
材料を製造する際に最も重要な要素の一つである、繊維
とマトリクス樹脂との接着性が、強化繊維の表面酸素濃
度及び繊維中の全酸素濃度に大きく影響されることを見
出した。つまり、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）によっ
て検出される繊維表面の原子数比０／Ｃが０．１〜０゜
３５であり、繊維中の全酸素濃度が０．０１〜０．２重
量％とされる場合に繊維とマトリクス樹脂との間の接着
性は良好であり、この範囲を外れ、繊維表面の原子数比
０／Ｃが０．１未満であり繊維中の全酸素濃度が０．０
１重量％未満であると、接着性が著しく低下することが
分かった。

又、繊維表面の原子比０／Ｃが０．３５を越え、繊維中
の全酸素濃度が０．２重量％を越えると、炭素繊維の引
張強度、引張弾性率が著しく低下することが分かった。

本発明は、断る新規な知見に基づきなされたものである
。

従って、本発明の目的は、高伸度、高強度を有するピッ
チ系炭素繊維を提供することである。

本発明の他の目的は、取扱いが容易であり、編織性に優
れ、又、マトリクス樹脂との接着性のよい、従って複合
材料を製造するのに適した高伸度、高強度ピッチ系炭素
繊維を提供することである。

を　゛　るための 上記諸国的は、本発明に係る高伸度、高強度ピッチ系炭
素繊維によって達成される。要約すれば本発明は、Ｘ線
構造パラメーターの配向角（φ）が２５〜３８°　積層
厚み（Ｌｃ）が１９〜３５Å、層間隔（ｄｏ。２）が３
．４５〜３．５０人である結晶構造を有し、Ｘ線光電子
分光法によって検出される繊維表面の原子数比０／Ｃが
０．１〜０．３５であり、繊維中の全酸素濃度が０．０
１−０．２重量％であり、伸度が工。

０％以上であることを特徴とする高伸度、高強度ピッチ
系炭素繊維である。

本発明者らは、上述のように、ピッチを原料として編織
性の良好なピッチ系炭素繊維を得るべく研究開発する過
程にて、先ず、良好な編織性を有するには伸度が少なく
と１．０％以上であることが必要であることが分かった
。又、所定レベル以上の引張強度及び引張弾性率を備え
、しかもこのような高伸度のピッチ系炭素繊維を得るに
は炭素繊維の結晶構造を特異なものとすることが重要で
あることを見出した。

更に説明すると、本発明者らは、伸度が少なくとも１．
０％以上であり、且つ、１５０Ｋｇ／ｍｍ”以上の引張
強度を有した高伸度、高強度のピッチ系炭素繊維を得る
には炭素繊維の結晶構造は、Ｘ　Ｉ！構造パラメーター
の配向角（φ）が２５〜３８°　積層厚み（Ｌｃ）が１
９〜３５Å、層間隔（ａ、、、）が３．４５〜３゜５０
人であることが重要であり、特に、配向角（φ）は、ピ
ッチ系炭素繊維の伸度を決定する重要なファクターであ
ることを見出した。又、結晶構造を決定するファクター
の１つである積層厚み（Ｌｃ）及び層間隔（ｄｏｏａ）
は、伸度、引張強度及び弾性率を適当にバランスさせる
ために適当範囲に存在することが又重要であることが分
かった。

つまり、配向角（φ）が２０”より小さい場合には十分
な伸度、即ち、良好な編織性を得るに必要な１．０％以
上の伸度が得られず、又、配向角（φ）が３８°を越え
ると引張弾性率が低下し炭素繊維本来の特性である高弾
性率という利点が損なわれてしまう。更に、積層厚み（
Ｌｃ）及び層間隔（ｄ００２）がそれぞれ１９〜３５人
及び３゜４５〜３．５０人の範囲外である場合には、必
要とされる引張強度及び引張弾性率が得られ難いという
問題が生じる。

以上のように、高伸度、高強度のピッチ系炭素繊維を得
るには、Ｘ線構造パラメーターである配向角（φ）　積
層厚み（Ｌｃ）　　Ｍ間隔（ｄ、。

２）を、極く狭い範囲の適当範囲にバランスさせること
が重要である。

上記特異な結晶構造を有した本発明に係るピッチ系炭素
繊維によると、伸度が少なくと１．０％以上であり、一
般に、１６０〜５．０％とされ、しかも、１５０　Ｋ　
ｇ　／　ｍ　ｍ　”以上の引張強度を有した高伸度、高
強度のピッチ系炭素繊維を得ることができる。

又、本発明に係るピッチ系炭素繊維は、Ｘ線光電子分光
法によって検出される繊維表面の原子数比０／Ｃが０．
１〜０．３５であり、繊維中の全酸素濃度が０．０１〜
０．２重量％であり、そのまま複合樹脂の強化繊維とし
て使用した場合にもマトリクス樹脂との接着性が良好で
あり、高強度、高弾性率の炭素繊維強化複合樹脂を得る
ことができることが分かった。

又、本発明の炭素繊維は、必要に応じて、更に焼成する
ことにより、より高強度、高弾性率の炭素繊維及び黒鉛
繊維を得ることができることも分かった。

次に、本発明に係る炭素繊維の製造方法について説明す
る。

本発明に係る炭素繊維を製造するに際しては。

先ず、熱伝導性の良い挿入部材を入れた紡糸ノズルを使
用して紡糸ノズルにおける溶融ピッチの温度変動、特に
温度降下を最低限度に抑えることにより紡糸し炭素質ピ
ッチ繊維を得る。又、斯かる紡糸法によれば、紡糸時に
生じる配向孔れを適度に制御し得るという利点がある。

このようにして得られたピッチ繊維を富酸素ガス雰囲気
下（酸素濃度３０〜ｌＯＯ％）にて最低温度１２０〜２
００℃から１〜ｂ 速度で最高温度２４０〜３５０℃まで３〜３０分間で加
熱して不融化を行なう。

不融化した繊維は、次に不活性ガス中で、例えば窒素或
はアルゴンガス中で４００〜５５０℃までは昇温速度１
０〜ｂ １３００℃までは昇温速度ｌｏｏ〜５ｏｏ℃／分で加熱
し、短時間にて、例えば３〜１５分間にて炭化処理を行
う。このように、不融化時には、高温の富酸素ガス雰囲
気下にて迅速に、かつ繊維の表層を選択的に強く酸化（
内部酸化は少）した後、融着しない範囲で不活性ガス雰
囲気下で迅速に炭化することにより達成される。更に、
このとき、本発明によれば、炭素繊維の配向角を改良す
るために、１フイラメント当たり０．００１〜０．２ｇ
ｒのテンショーンが付与され、強制配向がなされる。

これにより、伸度が少なくと６１．０％以上であり、一
般に、１．０〜５．０％とされ、しかも、１５０Ｋｇ／
ｍｍ”以上の引張強度を有した高伸度、高強度のピッチ
系炭素繊維を得ることができる。

このようにして得られた高伸度、高強度のピッチ系炭素
繊維は、引き続いて、酸化処理され、繊維の表面酸素濃
度及び繊維中の全酸素濃度が上記所定範囲内になるよう
に調整される。酸化処理は、酸素含有雰囲気下で短時間
の気相酸化を行うことにより、例えば、繊維を酸素濃度
６０％の富酸素雰囲気中にて７００℃、３０秒間加熱す
ることにより好適に行うことができる。又、このような
高温、短時間の酸化処理により、マトリクスとの接着性
が向上すると共に、繊維の物性も向上することが分かっ
た。

該炭素繊維は、その後、必要に応じて、不活性ガス雰囲
気下にて２０００℃まで加熱して炭化するか、更に３０
００℃まで加熱して黒鉛化される。その結果、引張強度
が３００　Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　”以上、及び引張弾性
率が６０ｔｏｎ／ｍｍ”以上の高強度、高弾性率のピッ
チ系炭素繊維が得られる。

本明細書において、炭素繊維の特性は下記の如き測定方
法を採用した。

・Ｘ線構造パラメータ 配向角（φ）　積層厚さ（Ｌｃ）、層間隔（ｄｏ。２）
は広角Ｘ線回折より求められる炭素繊維の微細構造を表
わすパラメータである。

配向角（φ）は結晶の繊維軸方向に対する選択的配向の
程度を示すもので、この角度が小さい程配向が良いこと
を意味する。積層厚さ（Ｌｃ）は炭素微結晶中の（００
２）面の見掛けの積層の厚さを表わし、一般に積層厚さ
（Ｌｃ）が大きい程結晶性が良いと見なされる。又、層
間隔（ｄｏ。

２）は微結晶の（００２）面の層間隔を表わし、層間隔
（ｄｏｏ２）が小さい程結晶性が良いと見なされる。

配向角（φ）の測定は繊維試料台を使用し、繊維束が計
数管の走査面に垂直になっている状態で、計数管を走査
して（００２）回折帯の強度が最大となる回折角２θ（
約２６°）を予め求める。次に計数管をこの位置に保持
した状態で、繊維試料台を３６０°回転することにより
（００２）回折環の強度分布を測定し、強度最大値の１
７２の点における半価幅を配向角（φ）とする。

積層厚さ（Ｌｃ）、層間隔（ｄ、。２）は繊維を乳鉢で
粉末状にし、字種法「人造黒鉛の格子定数および結晶子
の大きさ測定法」に準処して測定・解析を行ない、以下
の式から求めた。

Ｌｃ＝ＫＬ／β　ｃｏｓ　θ ｄａａ＊＝　　え／　２　　ｓ　　ｉ　　ｎ　θここで
、Ｋ＝１．０．　　λ＝　１．５４１８入θ：　　（０
０２）回折角２θより求めるβ：補正により求めた（　
００２）回折帯の半価幅 ・Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）による繊維の表面酸素
濃度（Ｏ、、／　Ｃ＋Ｓ）の測定測定装置としては、ク
ラトス製ＸＳＡＭ−８００を使用した。

測定すべき繊維をカットし、金製の試料支持台上に拡げ
て並べた後、試料チャンバ内を１×１０−”Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒ以下に保った。Ｘ線源としてＭｇＫα１．２を用い
た。そして、運動エネルギが７２２ｅＶのＯ＋ｓビーク
面積、及び９７０ｅＶのＣ，ピーク面積の比から、表面
酸素濃度を求めた。

本発明でいう繊維表面とは、繊維表面から繊維中心に向
って約０．０１μｍ以下の超薄層を意味する。

次に、本発明を実施例について説明する。

実施例１ 光学的異方性相（ＡＰ）を約５０％含有する炭素質ピッ
チを前駆体ピッチとして使用し、これをローター内有効
容積２００ｍＡの円筒型連続遠心分離装置でローター温
度３５０℃に制御しつつ遠心力１００００ＧでＡＰ排出
口よりピッチを抜き出した。得られたピッチは光学的異
方性相を９８％含み、軟化点が２７６℃であった。

次に、得られた光学的異方性相ピッチをノズル径０．３
ｍｍの溶融紡糸装置で３３０℃で紡糸した。このとき使
用した紡糸装置及び紡糸口金の構造が第１図〜第３図に
図示される。

紡糸装置１０はピッチ配管より溶融したピッチ１１が注
入された加熱シリンダー１２と、該シリンダー１２内の
ピッチを加圧するプランジャー１３と、加熱シリンダー
１２の底面ｍ＋Ｉに取付けられた紡糸口金１４とを具備
し、紡糸口金１４は、紡糸ノズル１５が１個穿設されて
おり、ボルト１７及び口金押え１８によって加熱シリン
ダー１２の低面側に着脱自在に固着することによって構
成された。紡糸されたピッチ繊維は紡糸筒１９を通過し
た後巻き取りボビン２０に巻き取られた。

本実施例で使用された紡糸口金１４に形成された紡糸ノ
ズル１５は、大径のノズル導入部１５ａと、該ノズル導
入部１５ａに連通して形成された小径のノズル部１５ｂ
とを有し、大径のノズル導入部１５ａと小径のノズル部
１５ｂとの間には切頭円錐形状のノズル遷移部１５ｃが
形成された。紡糸口金１４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）にて作製され、紡糸ノズル１５部の厚さ（Ｔ）は５
ｍｍとされ、大径のノズル導入部１５ａ及び小径のノズ
ル部１５ｂの長さ（Ｔ、）及び（Ｔ２）はそれぞれ４ｍ
ｍ及び０゜６５ｍｍとされた。又、大径のノズル導入部
１５ａ及び小径のノズル部１５ｂの直径（Ｄｌ）及び（
Ｄ、）はそれぞれ１ｍｍ及び０．２３ｍｍとされた。

又、紡糸ノズル１５の大径ノズル導入部１５ａには前記
紡糸口金１４より大きい熱伝導度を有した、本実施例で
は銅製の挿入部材１６が配置された。該挿入部材１６は
、一端１６ａが小径ノズル部１５ｂの入口に近接し、他
端１６ｂは大径ノズル導入部１５ａの入口より外方へと
延在する細長の棒状体とされ、全長（Ｌ）は２０ｍｍで
あり、直径（ｄ）は、挿入部材が大径ノズル導入部１５
ａに円滑に挿入され、且つ確実に保持されるように、大
径ノズル導入部１５ａと挿入部材１６との間の空隙が１
　／　１００〜５　／　１００　ｍ　ｍとなるように形
成された。

又、挿入部材１６の該表面には溶融ピッチをノズル部１
５ｂへと流動案内するべく、該挿入部材の軸線方向に沿
って半径（ｒ）が０．１５ｍｍの円弧状をした４個の溝
１８が形成された。

上記構成の紡糸装置にて溶融ピッチを紡糸した場合には
、紡糸ノズルを通過する際の温度降下を３℃以下に抑え
ることができた。

このようにして得られたピッチ繊維を酸素６０％の富酸
素ガス雰囲気で開始温度１８０℃、最終温度３１０℃、
昇温速度１３℃／分で昇温しで１０分間で不融化した。

不融化処理の終了後、窒素ガス雰囲気中で、４００℃か
ら５５０℃まで５０℃／分で昇温し、５５０℃から１１
００℃まで２５０℃／分昇温しで炭化を行った。このと
き、１１００℃での保持時間は零であった。総炭化時間
は５．２分であった。

又、この炭化処理時には繊維の配向角を改良する目的で
、フィラメント１本当たりＯ１０１７ｇｒのテンション
を掛けた。

この炭化処理した炭素繊維を更に、７００℃に維持され
た、酸素濃度６０％の富酸素ガス雰囲気中（０□／Ｎよ
＝６０７４０）を、３０秒間通して、気相酸化処理した
。

この炭素繊維は、Ｘ線回折の結果、配向角（φ）が３２
°　積層厚さ（Ｌｃ）が１９゜４Å、層間隔（ｄｏ。２
）が３．４８４人であった。

又、該繊維の糸径は９，９μｍであり、引張強度は２．
８ＧＰａ　（２８０Ｋｇ／ｍｍ”　）　、引張弾性率は
１１０ＧＰａ　（１１ｔｏｎ／ｍｍ”　）、伸度は２．
５％であって、伸びの大きいしなやかな糸であった。

この繊維をＸ線光電子分光法により繊維の表面酸素濃度
を測定したところ、繊維表面の原子数比０／Ｃの値は０
．１５１であった。又、元素分析で求めた系中の全酸素
濃度はＯ，１重量％であった。

更に、このようにして得られた繊維を使用して眉間剪断
強度（ＩＬＳＳ）を測定したところ１３．２Ｋｇ／ｍｍ
”であり、高い値を示した。

又、この炭素繊維を２５００℃まで昇温しで得た黒鉛繊
維は、糸径が９．８μｍであり、引張強度は４．１　Ｇ
Ｐａ　（４１０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は７００
ＧＰａ　（７０ｔｏｎ／ｍｍ”　）と、高い物性を示し
た。

比較例１ 実施例１と同じ材料を使用し、同じ方法にて不融化繊維
及び炭素繊維を得た。実施例１と異なリ、この炭素繊維
に対し気相酸化は行わなかった。

この炭素繊維のＸ　ｌ！回折の結果、配向角（φ）は３
２＠、積層厚さ（Ｌｃ）が１９，５Å、層間隔（ｄｏｏ
２）が３．４８５人であった。

又、該繊維の糸径は１０μｍであり、引張強度は２．５
ＧＰａ　（２５０Ｋｇ／ｍｍ”　）　、引張弾性率は１
１０ＧＰａ　（１１，０ｔｏｎ／ｍｍ”　）　、伸度は
２．３％であった。

この繊維をＸ線光電子分光法により繊維の表面酸素濃度
を測定したところ、原子数比０／Ｃの値は０．０３であ
り、又、元素分析で求めた系中の全酸素濃度は０．０１
重量％以下であった。

更に、このようにして得られた繊維を使用して眉間剪断
強度（ＩＬＳＳ）を測定したところ９゜０　Ｋ　ｇ　／
　ｍ　ｍ　”であった。

又、この炭素繊維を２５００℃まで昇温して得た黒鉛繊
維は、糸径が９．８μｍであり、引張強度は３．５ＧＰ
ａ　（３５０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は７００Ｇ
Ｐａ　（７０ｔｏｎ／ｍｍ”　）であった。

比較例２ 実施例１と同じ材料を使用し、同じ方法にて不融化繊維
を得た。

該不融化繊維を、テンションを掛けなかった以外は実施
例１と同様に炭化して炭素繊維を作製した。炭化後の炭
素繊維の気相酸化は行わなかった。

この炭素繊維は、Ｘ線回折の結果、配向角（φ）が４１
°、積層厚さ（Ｌｃ）が１９゜５Å、層間隔（ｄｏ。２
）が３．４９７人であった。

又、該繊維の糸（２は１０ｕｍであり、引張強度は０．
７ＧＰａ　（７０Ｋｇ／ｍｒＴ？）　、引張弾性率は８
０　Ｇ　Ｐ　ａ　（８、Ｏｔ　ｏ　ｎ　／　ｍ　ｔｒ？
　）　　伸度は０．９％であった。

この炭素繊維を２５００℃まで昇温しで得た黒鉛繊維は
、糸径が９．８μｍであり、引張強度は２．８ＧＰａ　
（２８０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は６５０ＧＰａ
　（６５ｔｏｎ／ｍｍ”　）であった。

比較例３ 実施例１と同じ材料を使用し、同じ方法にて不融化繊維
を得た。

該不融化繊維に、フィラメント１本当たり０゜３３ｇｒ
のテンションを掛けて炭化した以外は実施例１と同様に
処理した。但し、炭化後の炭素繊維の気相酸化は、行わ
なかった。

この炭素繊維は、Ｘ線回折の結果、配向角（φ）が２４
°　積層厚み（Ｌｃ）が１９゜５Å、層間隔（ｄ、。２
）が３．４８２人であった。

又、該繊維の糸径は１０ｕｍであり、引張強度は１．３
ＧＰａ　（１３０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は１４
０ＧＰａ　（１４ｔｏｎ／ｍｍ”　）、伸度は０．９％
であった。

この炭素繊維を２５００℃まで昇温しで得た黒鉛繊維は
、糸径が９．８μｍであり、引張強度は２．８ＧＰａ　
（２８０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は７５０ＧＰａ
　（７５ｔｏｎ／ｍｍ”　）であった。

比較例４ 実施例１と同じ材料を使用し、同じ方法にて不融化繊維
を得た。

該不融化繊維を、４００℃から１１００℃まで５℃／分
で昇温し、１４０分間かけて炭化した以外は実施例１と
同様に処理して炭素繊維を作製した。但し、炭化後の炭
素繊維の気相酸化は行わなかった。

この炭素繊維は、Ｘ　１１回折の結果、配向角（φ）が
４１°、積層厚み（Ｌｃ）が１９゜６Å、層間隔（ｄ、
。２）が３．４９５人であった。

又、該繊維の糸径は１０ｔｉｍであり、引張強度は０　
、８　Ｇ　Ｐ　ａ　（８０Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　”　）
　、引張弾性率は９０ＧＰａ　（９，０ｔｏｎ／ｍｍ２
）、伸度は０．９％であった。

この炭素繊維を２５００℃まで昇温しで得た黒鉛繊維は
、糸径が９．８μｍであり、引張強度は２．８ＧＰａ　
（２８０Ｋｇ／ｍｍ”　）、引張弾性率は６５０ＧＰａ
　（６５ｔｏｎ／ｍｍ２）であった。

比較例５ 実施例１と同じ材料を使用し、同じ方法にて不融化繊維
を得た。

該不融化繊維を、４００℃から１１００℃まで２５０℃
／分で昇温し、約３分間で炭化した以外は実施例１と同
様に処理して炭素繊維を作製した。

この場合には、炭化時１部融着を起こし、正常な糸が得
られなかった。

比較例６ 実施例１と同一のピッチを用いて、挿入部材なしの紡糸
口金を用いて紡糸温度３３０℃で紡糸し、得られたピッ
チ繊維を空気雰囲気において１８０℃から０．３℃／分
の速度で２５５℃まで昇温て不融化した。

該不融化繊維を、テンションなしで窒素ガス雰囲気中に
て４００℃から１１００℃まで５℃／分で昇温し、１４
０分間かけて炭化した。

１１００℃までの保持時間はゼロであった。炭化後の炭
素繊維の気相酸化は実施しなかった。

この炭素繊維は、Ｘ線回折の結果、配向角（φ）が４３
°　積層厚み（Ｌｃ）が１９゜５入、層間隔（ａ、。２
）が３．４９７人であった。

又、該繊維の糸径は１０μｍであり、引張強度は０．６
ＧＰａ　（６０Ｋｇ／ｍｍ”　）　、引張弾性率は７５
ＧＰａ　（７，５ｔｏｎ／ｍｍ”　）、伸度は０．８％
であった。

この炭素繊維を２５００℃まで昇温して得た黒鉛繊維は
、糸径が９．９μｍであり、引張強度は２．６ＧＰａ　
（２６０Ｋｇ／ｍｍ”　）　、引張弾性率は６５０ＧＰ
ａ　（６５ｔｏｎ／ｍｍ”　）であった。

比較例７ 実施例１と同じ材料を使用し同じ方法にて、不融化繊維
及び炭素繊維を得た。この炭化処理した炭素繊維を更に
、７００℃に保持された酸素濃度６０％富酸素ガス雰囲
気中で（Ｏｘ　／Ｎ２６０／４０）を、３分間通して気
相酸化処理した。

該繊維の糸径は９．９ｕｍであり、引張強度は０．８Ｇ
Ｐａ、引張弾性率は８９．０ＧＰａ、伸度は０．９％で
あり、引張強度は著しく低下した。

この繊維をＸ線光電子分光法により繊維の表面酸素濃度
を測定したところ繊維表面の原子数比は０．４２であり
、元素分析で求めた系中の全酸素濃度は０．４重量％で
あった。

このようにして得られた繊維を使用して層間剪断強度（
ＩＬＳＳ）を測定したところ１２゜５Ｋｇ／ｍｒｒ？で
あった。

実施例１及び比較例１〜７を検討すると、本発明に従っ
た高伸度の、しかも所定レベル以上の引張強度、引張弾
性率を有した炭素繊維を得るには、不融化繊維の炭化処
理工程時に所定のテンションを掛け、更に、繊維が融着
しない範囲で迅速に炭化することが重要であると共に、
富酸素ガス中にて高温、短時間で気相酸化処理すること
により繊維の表面の酸素濃度及び繊維中の全酸素濃度を
所定範囲内に規定することが重要であることが分かる。

特に、富酸素ガス中にて高温、短時間で気相酸化処理す
ることにより繊維自体の物性及びマトリクス樹脂との接
着性が向上し、眉間剪断強度が増大することが分かる。

免亘立１１ 本発明に係る特異な結晶構造を有し、たピッチ系炭素繊
維は、伸度が１．０％以上といった高伸度でありながら
、所定レベル以上の引張強度及び引張弾性率を有してお
り、編織性に優れており、製造時の糸扱いが非常に容易
となり製造効率が大幅に改善され、宇宙開発、自動車、
建築物などの軽量構造材料用強化繊維として極めて有効
に使用し得る。又、更に２０００℃まで加熱して炭化し
、更には３０００℃まで加熱して黒鉛化することにより
、著しく高強度、高弾性率の炭素繊維を得ることができ
る。更に又本発明の繊維は、複合材料用強化繊維に使用
した場合にマトリクス樹脂との接着性が極めて良好であ
り、高性能の炭素繊維強化複合樹脂を得ることができる
という利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る炭素繊維を製造するための紡糸
装置に使用される紡糸口金の一実施例の断面図である。 第２図は、第１図の紡糸口金に使用される挿入部材の一
実施例の平面図である。 第３図は、第２図の紡糸口金に使用される挿入部材の一
実施例の平面図である。 １４：紡糸口金 １５：紡糸ノズル １６：挿入部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｘ線構造パラメーターの配向角（φ）が２５〜３８
   °、積層厚み（Ｌｃ）が１９〜 ３５Å、層間隔（ｄ＿０＿０＿２）が３．４５〜３．５
   ０Åである結晶構造を有し、Ｘ線光電子分光法によって
   検出される繊維表面の原子数比Ｏ／Ｃが０．１〜０．３
   ５であり、繊維中の全酸素濃度が０．０１〜０．２重量
   ％であり、伸度が１．０％以上であることを特徴とする
   高伸度、高強度ピッチ系炭素繊維。 ２）引張強度が１５０Ｋｇ／ｍｍ＾２以上である請求項
   １記載の高伸度、高強度ピッチ系炭素繊維。