【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于纤维增强塑料的碳纤维束、丝束浸料、碳纤维增强复合材料及压力容器、以及碳纤维束的制造方法。
技术介绍
1、由于环境问题不断突出，作为复合材料的增强纤维，碳纤维的用途在各种方面日益扩大，强烈要求进一步的高性能·高品级化。提高碳纤维的力学特性有助于压力容器等部件的轻量化，因此提高拉伸强度、拉伸弹性模量这样的力学特性是重要的，与此同时，从使最终部件的品质稳定的观点考虑，减少绒毛、单位面积重量的变动小这样的碳纤维的品级的高低也成为重要的课题。在碳纤维这样的脆性材料中，可以按照格里菲斯公式减小缺陷尺寸或提高断裂韧性值，从而提高例如拉伸强度。特别是断裂韧性值的改善在能够不依赖于缺陷尺寸的状态而高拉伸强度化的方面是有效的(专利文献1)。为了均衡地提高拉伸强度、拉伸弹性模量这样的力学特性，消除存在于单纤维截面的内外结构差也是重要的。
2、作为抑制单纤维截面的内外结构差并提高性能的方法，例如提出了以下方法：在耐燃化中，在液相中进行耐燃化，从而使耐燃化时间短时间化、使碳纤维高性能化的方法；在由多个炉构成的耐燃化炉中，使各炉的滞留时间与碳纤维前体纤维的密度相适应，使耐燃化温度高温化的方法；调整耐燃化气氛的方法(专利文献2～4)。
3、在专利文献3、4中，将耐燃化工序的温度控制区域设为2～3个区，通过控制相对耐燃化时间的比重增加率、相对比重而言的耐燃化温度控制来进行耐燃化纤维的内外结构差的控制。拉伸弹性模量能够通过使形成纤维的结构沿纤维轴向取向来提高。因此，作为提高拉伸弹性模量的方法，提出了在制丝工序中的凝固工
4、此外，为了使碳纤维的机械性能稳定地反映于复合材料，需要抑制碳纤维的单位面积重量变动。例如，作为使丝束浸料单位面积重量稳定的方法，提出了在含浸前测定每个纤维束的单位面积重量，以纤维单位面积重量落入指定范围的方式组合纤维束来制造丝束浸料的方法(专利文献7)。
5、在作为碳纤维增强复合材料的成型方法的长丝缠绕(以下，有时简称为“fw”)法、自动层叠法中，由于使用1根或有限数量的带状的单向预浸料坯来制造frp，因此若带状的单向预浸料坯间的单位面积重量的偏差大，则将带状的单向预浸料坯制成frp时的总重量产生偏差，各部位的厚度偏离设计厚度，虽然存在这样的问题，但能够解决。
6、现有技术文献
7、专利文献
8、专利文献1：国际公开第97/45576号
9、专利文献2：日本特开2004-300600号公报
10、专利文献3：日本特开2006-283225号公报
11、专利文献4：日本特开2017-66580号公报
12、专利文献5：日本特开2009-079343号公报
13、专利文献6：国际公开第2008/063886号
14、专利文献7：日本特表2022-519335号公报
技术实现思路
1、专利技术所要解决的课题
2、但是，在专利文献1中，仅是控制单纤维纤度及内外结构差、实现基于碳纤维的表面缺陷控制或微细结构分布控制的物性改善，没有实现每单位长度的质量(g/m)的变动的改善。
3、在专利文献2～4中，着眼于耐燃化工序中的加热温度、时间来提高碳纤维品质，但也没有着眼于烧成工序和制丝工序的拉伸比，没有实现每单位长度的质量(g/m)的变动的改善。
4、在专利文献5中，省略蒸汽拉伸，取而代之，通过在凝固工序中进行高拉伸来提高原丝的取向度，从而使得容易呈现出拉伸弹性模量，但就耐燃化工序的温度控制而言，包括烧成工序在内地没有对拉伸量进行控制，因此每单位长度的质量(g/m)的变动有可能变大。
5、在专利文献6中，通过耐燃化工序中的高拉伸来呈现出高的线束强度·弹性模量，但仅仅停留在纤度小的碳纤维，而并非旨在对纤度大的碳纤维应用耐燃化工序中的拉伸、以及温度控制。
6、另外，在专利文献7中，使用组合多个纤维束来制造丝束浸料的方法，但存在在使用一个纤维束进行加工的情况中不能应用的课题。
7、本专利技术是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供在纤维长度方向上的每单位长度的质量(g/m)的变动小、具有优异的树脂含浸线束拉伸强度及树脂含浸线束拉伸弹性模量的碳纤维束。
8、用于解决课题的手段
9、本申请的专利技术人发现了下述方法，从而完成了本专利技术，即，在通过使碳纤维前体纤维的纤度增加而提高生产率的同时，借助单纤维的内外结构差控制的改善、制丝工序和耐燃化工序的拉伸比的控制，从而得到以以往的碳纤维束所无法达到的水平同时实现拉伸强度·弹性模量和降低纤维长度方向上的每单位长度的质量(g/m)变动的碳纤维束。
10、为了实现上述目的，本专利技术的碳纤维束具有以下特征。
11、(1)碳纤维束，其树脂含浸线束拉伸强度为4.5～6.5gpa，树脂含浸线束拉伸弹性模量为205～270gpa，长丝数为6,000～36,000根，碳纤维束的每单位长度的质量(g/m)的由标准偏差与平均值之比表示的变异系数([标准偏差]/[平均值]×100(％))为0.00～0.5％。
12、(2)如(1)所述的碳纤维束，其中，前述碳纤维的平均单纤维直径d(单位：μm)为6.0μm以上且小于8.0μm，并且，
13、碳纤维的黑化厚度k(单位：μm)为0.38×d以上，并且，
14、前述碳纤维束的晶体取向度π为79.5％以上。
15、(3)如(1)或(2)所述的碳纤维束，其中，将利用拉曼光谱法求出的单纤维的内层的结晶性ri与外层的结晶性ro之比(ri/ro)设为rr时，rr为1.03以下。
16、(4)如(1)～(3)中任一项所述的碳纤维束，其中，碳纤维束的解绕时的绒毛数为1.5个/m以下。
17、(5)丝束浸料，其使用了(1)～(4)中任一项所述的碳纤维束。
18、(6)碳纤维增强复合材料，其使用了(1)～(4)中任一项所述的碳纤维束。
19、(7)压力容器，其使用了(1)～(4)中任一项所述的碳纤维束。
20、(8)碳纤维束的制造方法，其是制造前述(1)～(4)中任一项所述的碳纤维束的制造方法，其中，在将单纤维纤度为1.4～3.4dtex的碳纤维前体纤维束以拉伸比1.30～3.00拉伸的同时进行耐燃化处理而得到耐燃化纤维束后，将该耐燃化纤维束在非活性气氛中于1,200～3,000℃进行热处理从而得到碳纤维束。
21、(9)如(8)所述的碳纤维束的制造方法，其中，前述耐燃化处理包括两阶段的处理工序，在第1耐燃化工序中，至红外光谱中的1,453cm-1的峰强度相对1,370cm-1的峰强度之比成为0.74～0.80的范围为止进行耐燃化处理，在比第1耐燃化工序靠后进行的第2耐燃化工序中，至红外光谱中的1,453cm-1的峰强度相对1,370cm-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.碳纤维束，其树脂含浸线束拉伸强度为4.5～6.5GPa，树脂含浸线束拉伸弹性模量为205～270GPa，长丝数为6,000～36,000根，碳纤维束的每单位长度的质量(g/m)的由标准偏差与平均值之比表示的变异系数([标准偏差]/[平均值]×100(％))为0.00～0.5％。
2.如权利要求1所述的碳纤维束，其中，所述碳纤维的平均单纤维直径d(单位：μm)为6.0μm以上且小于8.0μm，并且，
3.如权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，将利用拉曼光谱法求出的单纤维的内层的结晶性Ri与外层的结晶性Ro之比(Ri/Ro)设为Rr时，Rr为1.03以下。
4.如权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，碳纤维束的解绕时的绒毛数为1.5个/m以下。
5.丝束浸料，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
6.碳纤维增强复合材料，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
7.压力容器，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
8.碳纤维束的制造方法，其是制造权利要求1或2所述的碳纤维束的制造方法，其中，在将单纤
9.如权利要求8所述的碳纤维束的制造方法，其中，所述耐燃化处理包括两阶段的处理工序，在第1耐燃化工序中，至红外光谱中的1,453cm-1的峰强度相对1,370cm-1的峰强度之比成为0.74～0.80的范围为止进行耐燃化处理，在比第1耐燃化工序靠后进行的第2耐燃化工序中，至红外光谱中的1,453cm-1的峰强度相对1,370cm-1的峰强度之比成为0.60～0.65的范围且红外光谱中的1,254cm-1峰强度相对1,370cm-1的峰强度之比成为0.70～0.80的范围为止进行耐燃化处理，将经该耐燃化处理而得的耐燃化纤维束在非活性气氛中于1,200～3,000℃进行热处理从而得到碳纤维束。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.碳纤维束，其树脂含浸线束拉伸强度为4.5～6.5gpa，树脂含浸线束拉伸弹性模量为205～270gpa，长丝数为6,000～36,000根，碳纤维束的每单位长度的质量(g/m)的由标准偏差与平均值之比表示的变异系数([标准偏差]/[平均值]×100(％))为0.00～0.5％。
2.如权利要求1所述的碳纤维束，其中，所述碳纤维的平均单纤维直径d(单位：μm)为6.0μm以上且小于8.0μm，并且，
3.如权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，将利用拉曼光谱法求出的单纤维的内层的结晶性ri与外层的结晶性ro之比(ri/ro)设为rr时，rr为1.03以下。
4.如权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，碳纤维束的解绕时的绒毛数为1.5个/m以下。
5.丝束浸料，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
6.碳纤维增强复合材料，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
7.压力容器，其使用了权利要求1或2所述的碳纤维束。
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