碳纤维及碳纤维的制造方法技术

本发明专利技术提供碳纤维及碳纤维的制造方法。提供具有更高拉伸强度的碳纤维。碳纤维满足下述的式(1)的关系以及式(2)～式(5)的任一者的关系。La≥1(1)，在170≤TM≤230的情况下，La≤－0.5+0.01

【技术实现步骤摘要】
碳纤维及碳纤维的制造方法
[0001]本申请是申请号为201680019664.X、申请日为2016年3月29日、专利技术名称为“碳纤维及碳纤维的制造方法”的中国专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及经过碳化工序制造的碳纤维。

技术介绍

[0003]碳纤维对从聚丙烯腈类纤维、人造纤维、纤维素类纤维及沥青类纤维等制造的前体纤维进行烧成来制造。例如，在利用从聚丙烯腈类纤维制造的前体纤维来制造碳纤维的情况下，进行：在含氧氛围中(耐火化炉内)对前体纤维进行加热的耐火化工序，对经过了耐火化工序的纤维(以下称作“耐火纤维”)在非活性氛围中(碳化炉)进行加热的碳化工序。予以说明，上述加热通过纤维在耐火化炉和碳化炉中通过(移动)来进行。
[0004]碳化工序中的加热利用例如电加热器。即，用电加热器加热炉内气氛，耐火纤维通过该经加热的炉内，由此间接加热耐火纤维。
[0005]提供了调整碳化工序中的温度条件、纤维的延伸条件等从而具有拉伸特性、压缩特性等各种特性的碳纤维(例如，专利文献1、2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开平10－25627号公报
[0009]专利文献2：日本特开2002－54031号公报

技术实现思路

[0010]专利技术所要解决的课题
[0011]但是，如专利文献1、2所记载的那样，即使调整碳化工序的温度条件、延伸条件，仍得不到具有高拉伸强度(高伸长率)特性的碳纤维。
[0012]鉴于上述课题，本专利技术的目的在于，提供一种具有更高拉伸强度的碳纤维及该碳纤维的制造方法。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]为了实现上述目的，根据本专利技术的一实施方案的碳纤维满足下述的式(1)的关系并满足式(2)～式(5)的任一者的关系：
[0015]La≥1
ꢀꢀꢀ
(1)，
[0016]在170≤TM≤230的情况下，La≤－0.5+0.01
×
TM
ꢀꢀꢀ
(2)，
[0017]在230＜TM≤240的情况下，La≤－37.3+0.17
×
TM
ꢀꢀꢀ
(3)，
[0018]在240＜TM≤300的情况下，La≤－2.5+0.025
×
TM
ꢀꢀꢀ
(4)，
[0019]在300＜TM的情况下，La≤2+0.01
×
TM
ꢀꢀꢀ
(5)，
[0020]其中，“La”是通过X射线衍射测定的与纤维轴平行的方向的晶体尺寸[nm]，“TM”为
拉伸弹性模量[GPa]。
[0021]另外，根据其它实施方案的碳纤维满足下述的式(6)和(7)的关系：
[0022]Lc≥1
ꢀꢀꢀ
(6)，
[0023]Lc≤0.4+e＾(0.006
×
TM)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)，
[0024]其中，“Lc”是通过X射线衍射测定的与纤维轴垂直的方向的晶体尺寸[nm]，“e”是自然对数的底数。
[0025]根据本专利技术的一实施方案的碳纤维的制造方法为：在制造上述碳纤维的制造方法中，利用微波磁场加热和等离子体加热的至少一者进行碳化。
[0026]专利技术效果
[0027]根据本专利技术的一实施方案的碳纤维通过具有上述构成，得到高的拉伸强度。
[0028]通过根据本专利技术的一实施方案的碳纤维的制造方法，可制造具有高拉伸强度的碳纤维。
附图说明
[0029]图1是示出碳纤维的制造工序的略图。
[0030]图2是将微波的驻波在同一平面上表示的图。
[0031]图3示出碳纤维的晶体尺寸La与拉伸弹性模量TM的关系。
[0032]图4示出碳纤维的晶体尺寸Lc与拉伸弹性模量TM的关系。
[0033]图5是示出实施例和比较例中的拉伸弹性模量TM与拉伸强度TS的关系的图。
[0034]图6是示出实施例和比较例中的拉伸弹性模量TM与伸长率E的关系的图。
[0035]图7是示出实施例和比较例中的拉伸弹性模量TM与面间距d002的关系的图。
[0036]图8是示出实施例和比较例中的拉伸弹性模量TM与密度D的关系的图。
[0037]图9是示出磁场处理次数与面间距d002的关系的图。
[0038]图10是示出磁场处理次数与面间距d10的关系的图。
[0039]图11是示出磁场处理次数与晶体尺寸La的关系的图。
[0040]图12是示出磁场处理次数与晶体尺寸Lc的关系的图。
[0041]图13是示出磁场处理次数与拉伸弹性模量TM的关系的图。
[0042]图14是示出磁场处理次数与拉伸强度TS的关系的图。
具体实施方式
[0043]＜＜概要＞＞
[0044]专利技术人着眼于碳纤维的晶体结构、特别是晶体尺寸并进行了反复研究，发现了通过利用给予微波、等离子体等能量进行加热的方法来进行碳化(在具有多个碳化工序的情况下，为最终的碳化工序中的碳化)，与以往的利用加热器加热进行碳化相比，能减小碳纤维的晶体尺寸，判明了该晶体尺寸小的碳纤维具有优异的拉伸强度。
[0045]在此，微波加热和等离子体加热是指对耐火纤维(在碳化工序为一个工序的情况下，为进行该工序前的纤维)、碳化中途纤维(在碳化工序为多个工序的情况下，为进行最终工序前的纤维)等对象纤维给予微波、等离子体等变换成热的能量来进行加热，通过对对象纤维直接照射微波、等离子体，或使对象纤维在微波、等离子体存在的碳化炉内移动等来进
行。
[0046]予以说明，加热器加热是指将加热器用作对象纤维通过的碳化炉的热源，对象纤维通过被加热器加热的气氛内，由此对该对象纤维进行加热的加热方法，作为“以往方法”。
[0047]以下，对在晶体尺寸方面具有特征的碳纤维及该碳纤维的制造方法进行说明。
[0048]1.碳纤维
[0049]根据一实施方案的碳纤维满足下述的式(1)的关系并满足式(2)～式(5)的任一者的关系：
[0050]La≥1
ꢀꢀꢀ
(1)，
[0051]在170≤TM≤230的情况下，La≤－0.5+0.01
×
TM
ꢀꢀꢀ
(2)，
[0052]在230＜TM≤240的情况下，La≤－37.3+0.17
×
TM
ꢀꢀꢀ
(3)，
[0053]在240＜TM≤300的情况下，La≤－2.5+0.025
×
TM
ꢀꢀꢀ
(4)，
[0054]在300＜TM的情况下，La≤2+0.01
×
TM
ꢀꢀꢀ
(5)，
[0055]其中，“La”是通过X射线衍射测定的与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳化体的制造方法，在对体积电阻率为100000[Ω
·
cm]以下的导电体进行碳化而制造碳化体的碳化体的制造方法中，对于所述碳化而言，利用成为磁场能＞电场能的微波进行加热。2.碳纤维的制造方法，在对前体纤维进行碳化而制造碳纤维的碳纤维的制造方法中，包括：对所述前体纤维进行耐火化的耐火化工序、使...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木庆宜，中岛章成，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：