[发明专利]凝固丝及其制造方法、以及碳纤维前体纤维、碳纤维的制造方法

说明书

本发明提供用于得到高强度碳纤维的凝固丝、及使用其的碳纤维前体纤维、以及使用其的碳纤维。凝固丝，其用于碳纤维的制造，表层孔隙径为30nm以下、且溶胀度小于100％，或者表层孔隙径为30nm以下、且内层孔隙径为30nm以下。使用该凝固丝，得到碳纤维前体纤维及碳纤维。

技术领域

本发明涉及适合用于以航空机部件、汽车部件及船舶部件为代表的用途、并适合用于高尔夫球杆、钓竿等体育用品用途及其他一般产业用途的碳纤维。

背景技术

碳纤维的比重低、并且比强度和比弹性模量高，因此作为复合材料用增强纤维在体育用品用途、航空·宇宙用途中广泛使用。近年来，适用范围扩大至汽车、土木·建筑用途、压力容器、风车叶片等，与此相伴，要求性能进一步提高。

已知碳纤维的性能受碳纤维前体纤维的性能的较大影响。特别地，认为若碳纤维前体纤维的表层具有凹凸，则会成为碳纤维的强度降低的主要原因，虽提出了容易形成平滑的表面的干湿式纺丝法，但进一步提高强度的技术正在被广泛研究。

例如，专利文献1中提出了下述技术：控制使用水系凝固浴进行干湿式纺丝的工序的条件及进行浴中拉伸工序的条件，将表层部进行致密化，由此抑制油剂渗入。

另外，专利文献2中提出了下述技术：通过使用包含石蜡系烃的凝固浴进行干湿式纺丝，从而缩小凝固丝的空隙。

作为特征在于凝固工序的技术，专利文献3中也提出了下述技术：预先使低浓度聚合物溶液在包含醇的低温凝固浴中凝胶化，并以高的倍率进行拉伸，由此提高工序速度，提高生产率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/143680号

专利文献2：日本特开平2-74607号公报

专利文献3：日本特开2010-100970号公报

发明内容

虽然使用专利文献1中记载的表层已致密化的凝固丝、专利文献2中记载的空隙少的凝固丝时，可获得提高碳纤维的强度的效果，但该效果并不充分。

专利文献1中认为，优选将溶胀度为160％以下的凝固丝在特定的条件下进行拉伸，实施例中示出了溶胀度为100～155％的例子。但是，根据本申请的发明人的研究可知，为了使强度大幅提高，溶胀度为100％以上时是不充分的。另外，虽然专利文献2中公开了进一步降低溶胀度的技术，但根据本申请的发明人的研究可知，若为了降低溶胀度而增大石蜡系烃的比率，则可能因凝固速度变慢而导致碳纤维的均匀性降低，并且表层孔隙径变大，尽管降低了溶胀度，但是提高强度的效果却有限。就专利文献3的技术而言，虽然具有提高生产率的效果，但未必具有提高强度的效果。认为其原因在于，由于聚合物溶液的聚合物浓度低，因此在凝固工序中，难以获得对于达成高的强度而言所必需的致密性。

本发明的课题在于提供用于得到高强度碳纤维的凝固丝及碳纤维前体纤维、以及使用其的碳纤维。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的凝固丝的表层孔隙径为30nm以下、且溶胀度小于100％，或者表层孔隙径为30nm以下、且内层孔隙径为30nm以下。

发明的效果

通过使本发明的凝固丝的表层孔隙径为30nm以下且溶胀度小于100％、或者表层孔隙径为30nm以下且内层孔隙径为30nm以下，从而可得到：能够得到高强度碳纤维的碳纤维前体纤维、以及高强度的碳纤维。

附图说明

[图1]为示出实施例1的凝固丝表层的TEM像的图。

[图2]为示出实施例1的凝固丝内层的TEM像的图。