[发明专利]碳纤维束及其制造方法

说明书

本发明的目的是提供能够得到在复合材料的成型时纱线形状的稳定性优异、拉伸强度高的碳纤维复合材料的碳纤维束及其制造方法。用于达成该目的的本发明的碳纤维束，是含浸树脂的股线拉伸弹性模量为265～300GPa、含浸树脂的股线拉伸强度为6.0GPa以上、结节强度为820N/mm²以上、单纤维数为30000根以上、平均可撕裂距离为600～850mm的碳纤维束，在说明书记载的条件下将碳纤维束解舒时的纱线宽度变动率为8％以下，并且，具有相对于在说明书记载的条件下将碳纤维束解舒时的纱线宽度平均值为75％以下的纱线宽度的部分为4处/1000m以下。

技术领域

本发明涉及具有优异的拉伸强度、特别是适于利用纤维缠绕(以下简称为FW)成型法将碳纤维复合材料(以下有时简称为复合材料)成型的碳纤维束及其制造方法。

背景技术

碳纤维具有优异的机械特性，特别是比强度、比弹性模量高的特征。因此，广泛用于航空宇宙用途、休闲用途、汽车等一般产业用途，其成形方法也进行了各种开发。其中，FW成型法由于其优异的成型性和得到的复合材料的特性而被广泛应用于碳纤维。特别是近年来受到关注的天然气汽车等的燃料用容器中，为了得到轻量且高性能的特性，开始使用以碳纤维作为加强纤维并通过FW成型法成型的材料。而且近年来，如设想将氢气填充用于燃料电池的压缩氢气容器用途那样，对在比以前更高的压力下使用的适合FW成型用途的碳纤维的要求越来越高。

例如，在压缩氢气容器中，使用压力为50～100MPa，相对于以往的压缩天然气容器中为20～30MPa左右而言较高。特别是在用于汽车用途的压缩氢气容器中，为了增加汽车的可行驶距离，期望容器的轻量化。因此，通过使用高强度的碳纤维复合材料来减少使用量，从而实现轻量化。因此，对于用于上述用途的碳纤维复合材料，期望高强度及其稳定性的提高、FW成型时的均匀性的提高。

一般而言，为了作为复合材料表现出优异的拉伸强度，碳纤维束的拉伸强度、拉伸弹性模量高是重要的。因此，对于重视优异的机械特性的用途，主要生产单纤维(长丝)数小于30000根的碳纤维束。

在碳纤维这样的脆性材料中，根据格里菲斯公式，通过减小碳纤维的缺陷尺寸或提高碳纤维的断裂韧性值，能够提高碳纤维束的拉伸强度。特别是碳纤维的断裂韧性值的改善，在不依赖于碳纤维的缺陷尺寸的状态而能够提高碳纤维束的拉伸强度的方面是有效的(专利文献1)。进而，碳纤维的断裂韧性值的改善在能够有效地提高使用其得到的碳纤维复合材料的拉伸强度、减少使复合材料的拉伸强度降低的绒毛方面也是有效的。

迄今为止，作为提高碳纤维束的拉伸强度和弹性模量的方法，提出了在阻燃化工序中通过使用温度不同的多个炉来使阻燃化温度高温化的方法、在由多个炉构成的阻燃化炉中使通过了各炉的碳纤维前体纤维根据其密度而伸长的方法(专利文献2～5)。另外，提出了将阻燃化工序的温度控制区域数设为2～3，进行赋予区域间的温度差的温度控制的方法(专利文献6)。

另外，提出了生产率优异的单纤维数多的碳纤维束(专利文献7～9)。

进而，提出了反映纤维轴方向以外的机械性能、在准各向同性材料中表现出充分的机械性能的结节强度高的碳纤维束(专利文献10)。

关于拉伸强度的稳定性，提出了通过在碳纤维前体纤维中选择特定的共聚成分来提高拉伸强度的稳定性的技术(专利文献11)。

FW成型法原本是适用于玻璃纤维的方法，如果直接使用以往的碳纤维束，则由于每根碳纤维股线的单纤维多，股线的纱线形状、具体而言是纱线宽度的变化会对成型品的品质、复合特性产生大的影响。另一方面，为了缩短复合材料的成型时间，期望总纤度大的多单纤维的碳纤维束，提出了单纤维多而解舒(退绕)时的纱线宽度稳定的纤维束(专利文献9)。

在先技术文献

专利文献1：国际公开第97/45576号

专利文献2：日本特开昭58-163729号公报