碳纤维束及其制造方法技术

提供通过对碳纤维束中内在的特定绒毛进行抑制而能对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状绒毛引起的卷缠进行抑制的碳纤维束及其制造方法

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纤维束及其制造方法


[0001]本专利技术提供一种碳纤维束及其制造方法，该碳纤维束的每根单纤维的耐负荷高
、
耐擦过性优异，即使单纤维纤度大也能够通过对碳纤维束中内在的特定的绒毛进行抑制而对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛引起的卷缠进行抑制
。

技术介绍

[0002]使用碳纤维束的复合材料被用于以航空航天用途为代表的自行车
、
高尔夫球杆等运动用途等，最近，在汽车用部件
、
压力容器等产业用途中也进行了展开
。
在产业用途中，由于要求降低生产成本，因此在这些部件的成型时的与辊的耐擦过性的提高
、
将碳纤维束退绕时
、
在辊上行进时的绒毛
(
单纤维断裂
)
的抑制这样的工艺性的提高是重要的
。
特别是对于碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛而言，通过卷入周围的碳纤维束而对辊的卷缠变大，因此其抑制是重要的
。
[0003]通常，聚丙烯腈系碳纤维束通过经由以下工序来制造：在
200
～
300℃
的空气中对聚丙烯腈系前体纤维束进行氧化的耐燃化工序；在
500
～
1,200℃
的非活性气氛中进行加热的预碳化工序；在
1,200
～
3,000℃
的非活性气氛中进行加热的碳化工序
。
为了通过提高碳纤维束的每根单纤维的耐负荷而使耐擦过性提高，增大每根单纤维的重量
、
即增大单纤维纤度是有效的，为此，通过增加耐燃化工序的热处理量来提高碳纤维束的收率或增大聚丙烯腈系前体纤维束的单纤维纤度是有效的
。
[0004]迄今为止，已经提出了抑制制造碳纤维束时的绒毛的碳纤维束的制造方法
(
专利文献1～
4)。
[0005]专利文献1中提出了下述方案：通过将在碳化温度保持在
1,000
～
1,500℃
的同时提高碳化工序中的碳纤维束的张力而使树脂含浸线束拉伸弹性模量
E(
以下有时也简称为线束拉伸弹性模量
E)
和压缩强度这两者提高，从而减少使碳纤维束擦过辊时的绒毛
。
专利文献2中提出了下述方案：通过在耐燃化工序中根据耐燃化纤维束的密度对耐燃化工序的热处理温度进行控制，能够抑制碳纤维束的双重结构，进而由于单纤维纤度大
、
结节强度高而能使绒毛减少
。
专利文献3中提出了下述方案：通过在耐燃化工序中控制耐燃化的时间以满足适当的耐燃化结构，能够抑制耐燃化纤维束的双重结构
。
专利文献4中提出了下述方案：通过使用甲基丙烯酸羟烷基酯作为共聚成分来控制耐燃化工序中的发热量，由此，即使增大单纤维纤度结节强度也高，从而能得到操作性
、
加工性优异的碳纤维束
。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开
2005
‑
344254
号公报
[0009]专利文献2：日本特开
2017
‑
66580
号公报
[0010]专利文献3：日本特开
2018
‑
178344
号公报
[0011]专利文献4：国际公开第
2013/157613
号小册子
。

技术实现思路

[0012]专利技术要解决的课题
[0013]然而，
技术介绍
中存在如下课题
。
[0014]专利文献1中，未控制耐燃化工序的温度
、
时间，不仅如此，由于碳纤维束的单纤维纤度小，因此每根单纤维的耐负荷低，耐擦过性不充分
。
此外，其是通过提高平均物性而平均地使对辊的擦过的耐受性增加的方案，存在未能对仅因碳纤维束的退绕而产生的
、
由内在的绒毛所导致的环状绒毛引起的卷缠进行抑制的问题
。
专利文献2及3中，虽然就平均而言为不易产生绒毛的状态，但由于单纤维纤度大而未能对耐燃化工序中的发热速度和除热速度进行控制，因此产生耐燃化纤维束的束内的温度不均，从而截面无法对内在于碳纤维束的特定的绒毛进行控制
。
此外，由于所内在的绒毛的影响，存在无法对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛引起的卷缠进行抑制的问题
。
专利文献4中，虽然控制了耐燃化工序中的发热速度，但碳纤维束的单纤维纤度大，并且也未进行除热速度的控制，因此产生耐燃化纤维束的束内的温度不均，从而无法对碳纤维束中内在的特定绒毛进行抑制，存在无法对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛引起的卷缠进行抑制的问题
。
[0015]如上所述，如专利文献1～2及4那样，提出了能够通过提高结节强度
、
线束拉伸弹性模量
E
及压缩强度而对制造碳纤维束的工序
、
使用碳纤维束的工序中在辊上行进时产生的绒毛进行抑制，并且如专利文献2～4那样，提出了能够通过控制耐燃化工序的温度
、
时间及发热速度而抑制双重结构
。
像这样，虽然平均地抑制了双重结构，但却没有认识到包含着不均
、
且一部分成为绒毛而产生不良影响
。
即，所有专利技术中均未考虑耐燃化工序中的耐燃化纤维束内的除热，因此在单纤维纤度大的情况下，无法对因温度不均而产生的碳纤维束中内在的特定绒毛进行抑制
、
无法对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛引起的卷缠进行抑制
。
[0016]本专利技术的目的在于，提供一种碳纤维束及其制造方法，该碳纤维束的每根单纤维的耐负荷高且耐擦过性优异，即使单纤维纤度大也能够通过对碳纤维束中内在的特定绒毛进行抑制而对由为进行高次加工而将碳纤维束退绕时产生的环状的绒毛引起的卷缠进行抑制
。
[0017]用于解决课题的手段
[0018]为了实现所述目的，本专利技术具有如下构成
。
[0019]即，本专利技术的碳纤维束的特征在于，平均单纤维直径
B
为
6.9
～
11.0
μ
m
，树脂含浸线束拉伸弹性模量
E
为
230
～
310GPa
，碳纤维束中内在的绒毛为
40
个
/m
以下，碳纤维束中内在的绒毛之中截面具有双重结构的绒毛的比例为1～
25
％
。
[0020]此外，本专利技术的碳纤维束的制造方法的特征在于，在
200
～
300℃
的氧化性气氛下对单纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
碳纤维束，其中，平均单纤维直径
B
为
6.9
～
11.0
μ
m
，树脂含浸线束拉伸弹性模量
E
为
230
～
310GPa
，碳纤维束中内在的绒毛为
40
个
/m
以下，碳纤维束中内在的绒毛之中截面具有双重结构的绒毛的比例为1～
25
％
。2.
根据权利要求1所述的碳纤维束，其中，碳纤维束中内在的绒毛之中垂直于纤维轴的截面的面积比例为
50
％以下的绒毛的比例为0～3％
。3.
根据权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，树脂含浸线束拉伸弹性模量
E
及微晶尺寸
Lc(nm)
满足式
(1)
的关系，
50
×
Lc+130≤E≤50
×
Lc+180
…
(1)。4.
根据权利要求1～3中任一项所述的碳纤维束，其中，微晶尺寸
Lc(nm)
为
1.5
～
2.5nm。5.
根据权利要求1～4中任一项所述的碳纤维束，其中，纱宽度
W
为5～
8mm。6.
根据权利要求1～5中任一项所述的碳纤维束，其中，长丝数
N
为
10,000
～
50,000
根
。7.
根据权利要求1～6中任一项所述的碳纤维束，其中，结节强度
A(MPa]
及平均单纤维直径
B(
μ
m)
满足式
(2)
的关系，
‑
88B+1360≤A
…
(2)。8.
根据权利要求1～7中任一项所述的碳纤维束，其中，树脂含浸线束拉伸强度为
5.5
～
7.0GPa。9.
根据权利要求1～8中任一项所述的碳纤维束，其中，相对于垂直于单纤维的纤维轴的截面整体而言的外层的面积比率为
85
～
95
面积％
。10.
碳纤维束的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野公德，佐道祐贵，田中文彦，松本政博，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：