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公開番号2025018189
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121691
出願日2023-07-26
発明の名称改質炭素繊維、炭素繊維強化樹脂、及び改質炭素繊維の製造方法
出願人日産自動車株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人
主分類D06M 11/65 20060101AFI20250130BHJP(繊維または類似のものの処理;洗濯;他に分類されない可とう性材料)
要約【課題】優れた繊維強度及び樹脂に対する優れた密着性を有する改質炭素繊維、改質炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂、及び改質炭素繊維の製造方法を提供する。
【解決手段】改質炭素繊維は、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を100原子%としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも1つの元素を含む官能基が結合している炭素原子の割合が55.5原子%以上68.0原子%以下である。炭素繊維強化樹脂は、改質炭素繊維で樹脂を強化してなる炭素繊維強化樹脂である。改質炭素繊維は、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を100原子%としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも1つの元素を含む官能基が結合している炭素原子の割合が55.5原子%以上68.0原子%以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭素繊維の表面及び前記炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している前記炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下であることを特徴とする改質炭素繊維。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記官能基が、カルボキシ基、カルボニル基、ホルミル基、アルコキシ基、エステル基、アミノ基、ニトロ基、ニトロソ基、アンモニオ基、シアノ基、スルホ基及びヒドロキシル基からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の改質炭素繊維。
【請求項３】
前記炭素繊維の内部にボイドを有し、前記ボイドを前記炭素繊維の単位断面積当たり０．１面積％以上３．２面積％以下の割合で有することを特徴とする請求項１に記載の改質炭素繊維。
【請求項４】
前記酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が前記ボイド内に存在することを特徴とする請求項３に記載の改質炭素繊維。
【請求項５】
ラマン分光法で得られた前記炭素繊維のＧ１バンドに対する前記炭素繊維のＤ１バンドの強度比（Ｉ
Ｄ１
／Ｉ
Ｇ１
）が、３．４以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の改質炭素繊維。
【請求項６】
改質炭素繊維で樹脂を強化してなる炭素繊維強化樹脂であって、
前記改質炭素繊維は、炭素繊維の表面及び前記炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している前記炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下である
ことを特徴とする炭素繊維強化樹脂。
【請求項７】
炭素繊維の表面及び前記炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している前記炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下である改質炭素繊維を製造するに際し、
炭素繊維及び樹脂を含む炭素繊維強化樹脂又は炭素繊維を、温度が６０℃以上８０℃以下、かつ、濃度が４ｍｏｌ／Ｌ以上８ｍｏｌ／Ｌ以下である硝酸水溶液に８時間以上浸漬する
ことを特徴とする改質炭素繊維の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質炭素繊維、炭素繊維強化樹脂、及び改質炭素繊維の製造方法に係り、さらに詳細には、優れた繊維強度及び樹脂に対する優れた密着性を有する改質炭素繊維、改質炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂、及び改質炭素繊維の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、炭素繊維表面にマトリックス樹脂との接着性の向上に有効な凹凸表面の増加によるアンカー効果増加と、酸素含有官能基のみを残して不要成分を除去することによる主として酸素含有官能基の導入とを効率的に果たすことができる炭素繊維の表面処理方法が開示されている。この炭素繊維の表面処理方法は、炭素繊維を電解酸化により表面処理する方法であって、（ａ）初めに炭素繊維を陽極としかつ電解液中で５０ｃ／ｇ以上の電気量を通す苛酷な条件下で電解酸化処理を行い、（ｂ）次いで、水洗・乾燥した後に、酸素含有雰囲気下で加熱処理を行う。
【０００３】
また、特許文献２には、従来にない全く新しい方法により、簡便に炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収することができる炭素繊維の回収方法が開示されている。この炭素繊維の回収方法は、炭素繊維複合材料を陽極酸化して、炭素繊維複合材料の少なくとも一部を繊維状に分解することを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平５－４４１５５号公報
特開２０１３－２４９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のような炭素繊維の表面処理方法においては、炭素繊維を酸素含有雰囲気下、２００～３００℃程度で加熱処理する必要があり、炭素繊維にダメージを与えてしまうおそれがあるという問題点があった。また、特許文献２に記載のような炭素繊維の回収方法においても、炭素繊維複合材料が炭素繊維強化樹脂である場合には、陽極酸化に先だって、炭素繊維強化樹脂を酸素含有雰囲気中で加熱処理する必要があり、炭素繊維にダメージを与えてしまうおそれがあるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、優れた繊維強度及び樹脂に対する優れた密着性を有する改質炭素繊維、改質炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂、及び改質炭素繊維の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、所定の官能基が結合している炭素原子の割合が所定の範囲内である構成とすることにより、前記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の改質炭素繊維は、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下である。
【０００９】
また、本発明の炭素繊維強化樹脂は、改質炭素繊維で樹脂を強化してなる炭素繊維強化樹脂である。
改質炭素繊維は、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下である。
【００１０】
さらに、本発明の改質炭素繊維の製造方法は、炭素繊維の表面及び炭素繊維の内部ボイドの表面に存在する炭素原子の総和を１００原子％としたとき、酸素元素及び窒素元素のうちの少なくとも１つの元素を含む官能基が結合している炭素原子の割合が５５．５原子％以上６８．０原子％以下である改質炭素繊維を製造する方法である。
改質炭素繊維の製造方法は、改質炭素繊維を製造するに際し、炭素繊維及び樹脂を含む炭素繊維強化樹脂又は炭素繊維を、温度が６０℃以上８０℃以下、かつ、濃度が４ｍｏｌ／Ｌ以上８ｍｏｌ／Ｌ以下である硝酸水溶液に８時間以上浸漬する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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