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公開番号2025020078
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-12
出願番号2023123920
出願日2023-07-30
発明の名称炭素繊維束及びその製造方法
出願人帝人株式会社
代理人個人
主分類D01F 9/22 20060101AFI20250204BHJP(天然または人造の糸または繊維;紡績)
要約【課題】耐擦過性及び耐糸切れ性が高い炭素繊維束を提供する。
【解決手段】サイジング剤が付着している炭素繊維束であって、繊度を800～3000Tex、単糸数を20000～50000本、各単繊維の繊維径の変動係数を10%以下、平均繊維径の85%未満の繊維径である単繊維の比率を3.0%以下、1Nの張力をかけて再巻き付けした際の糸幅(mm)を繊度(Tex)で除した値を0.0180mm/Tex以上、引張強度を5600MPa以上とすることにより、上記課題を解決できる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
サイジング剤が付着している炭素繊維束であって、
繊度が８００～３０００Ｔｅｘであり、
単糸数が２００００～５００００本であり、
各単繊維の繊維径の変動係数が１０％以下であり、
平均繊維径の８５％未満の繊維径である単繊維の本数の比率が３．０％以下であり、
１Ｎの張力をかけて再巻き付けした際の糸幅（ｍｍ）を繊度（Ｔｅｘ）で除した値が０．０１８０ｍｍ／Ｔｅｘ以上であり、
引張強度が５６００ＭＰａ以上であることを特徴とする炭素繊維束。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
炭素繊維束を構成する各単繊維が、その表面に繊維軸方向に沿った筋状の凹凸を有する請求項１に記載の炭素繊維束。
【請求項３】
結節強度が６００～８００Ｎ／ｍｍ
２
の範囲である請求項１又は２に記載の炭素繊維束。
【請求項４】
フィラメントワインディング成形用である請求項１又は２に記載の炭素繊維束。
【請求項５】
金属製又は樹脂製のライナーの外周を補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック製のシェルで覆った圧力容器の前記補強繊維として用いられる請求項１又は２に記載の炭素繊維束。
【請求項６】
炭素繊維前駆体繊維束を耐炎化処理することにより、
繊度が１６００～６０００Ｔｅｘであり、
単糸数が２００００～５００００本であり、
各単繊維の繊維径の変動係数が１０％以下であり、
平均繊維径の８５％未満の繊維径である単繊維の本数の比率が３．０％以下である耐炎繊維束を得、
次いで、前記耐炎繊維束を炭素化することを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維束の製造方法。
【請求項７】
前記炭素繊維前駆体繊維束が湿式紡糸法によって製造された炭素繊維前駆体繊維束である請求項６に記載の炭素繊維束の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維束及びその製造方法に関する。特に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製圧力容器の製造に適した炭素繊維束及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
炭素繊維とマトリックス樹脂とからなるＣＦＲＰは、その高い比強度、比剛性を利用して、一般産業、自動車、スポーツ・レジャー、航空宇宙等の各分野において広く用いられており、これらのＣＦＲＰの工業的な用途は、近年、さらに拡大しつつある。ＣＦＲＰの用途の拡大とともに、コンポジット物性を高く発現させるＣＦＲＰの製造方法に対する要求が高くなっている。
【０００３】
ＣＦＲＰは、優れた機械的性質を有しているため、価格の低下とともに金属材料から代替されつつある。特に、軽くて強い特徴を生かし、コンクリート構造物の補修材、風力発電用の羽根、輸送用乗り物のボディやシャフトのような構造材、各種圧力容器等への開発が盛んに行われている。
ＣＦＲＰ製圧力容器は、芯材となるライナーの外表面に、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング成形法（以下、「ＦＷ成形法」ともいう）によって製造される。このＦＷ成形法は、ガラス繊維を用いて圧力容器を製造する場合に広く採用されてきた成形法であるが、炭素繊維を用いて圧力容器を製造する場合にも採用されている。しかし、炭素繊維を用いてＦＷ成形法により製造した圧力容器は、炭素繊維の持つ優れた繊維物性が十分に反映されていないという問題がある。
【０００４】
炭素繊維束は、工程中の固定ガイドやローラー等との擦過によって、毛羽立ちや糸切れが生じ易い。炭素繊維束の毛羽立ちや糸切れは、工程通過性や工程安定性を悪化させるだけでなく、最終成形物であるＣＦＲＰの性能にも悪影響を及ぼす。即ち、炭素繊維束に毛羽立ちや糸切れが生じると、高い引張強度を有する炭素繊維束の優れた物性を、ＣＦＲＰの性能に十分に反映させることができない。そのため、炭素繊維束には、耐擦過性、耐糸切れ性が求められる。
【０００５】
特許文献１には、繊維を構成するポリアクリロニトリル系重合体のＺ平均分子量Ｍｚ（Ｆ）が６０万～２００万であり、多分散度であるＭｚ（Ｆ）／Ｍｗ（Ｆ）（Ｍｗ（Ｆ）は、繊維を構成するポリアクリロニトリル系重合体の重量平均分子量を表す）が２～５であり、原子間力顕微鏡で３μｍの範囲で測定した自乗平均面粗さＲｍｓが１５～４０ｎｍであり、単繊維繊度が０．３～１．５ｄｔｅｘであり、単繊維断面直径の変動係数が０～５％である炭素繊維前駆体繊維が開示されている。この炭素繊維前駆体繊維は、繊維径のバラツキは小さいが、超高分子量ポリマーの使用が必要であり、繊維束中の単糸数を多くすることもできないためコストが見合わない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１０－２５５１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、耐擦過性及び耐糸切れ性が高い炭素繊維束を提供することにある。また、本発明の他の目的は、このような炭素繊維束を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、炭素繊維束を構成する単繊維の繊維径の変動係数を所定の値以下とし、且つ平均繊維径の８５％以下の繊維径を有する単繊維の本数を所定の値以下とするとともに、炭素繊維束を所定の引張強度とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
上記課題を解決する本発明は以下に記載するとおりである。
【００１０】
〔１〕サイジング剤が付着している炭素繊維束であって、
平均繊度が８００～３０００Ｔｅｘであり、
単糸数が２００００～５００００本であり、
各単繊維の繊維径の変動係数が１０％以下であり、
平均繊維径の８５％未満の繊維径である単繊維の本数の比率が３．０％以下であり、
１Ｎの張力をかけて再巻き付けした際の糸幅（ｍｍ）を繊度（Ｔｅｘ）で除した値が０．０１８０ｍｍ／Ｔｅｘ以上であり、
引張強度が５６００ＭＰａ以上であることを特徴とする炭素繊維束。
（【００１１】以降は省略されています）

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