抄紙用炭素繊維
【課題】
本発明は、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維を提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明の抄紙用炭素繊維は、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とするものである。
本発明は、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維を提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明の抄紙用炭素繊維は、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維に関する。すなわち、短時間で均一に分散させることが必要な抄紙用途に適した炭素繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、高強度であり、耐熱性、耐食性に優れ、電気伝導性や電磁波遮蔽性があることから、航空機などに用いられる複合材料の強化材、二次電池の電極材、あるいは電子計算機筐体の電磁波遮蔽材として使用されている。
【０００３】
通常、プリプレグはストランドと呼ばれる連続繊維束を、一方向や複数方向に配置し、樹脂を含浸させたシート状の材料である。従来このプリプレグを積層し、成型、硬化させることにより複合材料を製造している。
【０００４】
また、チョップドストランドと呼ばれる短繊維は射出成形などで用いられており、複雑な形の複合材料を比較的容易に得ることが可能である。
【０００５】
このような炭素短繊維を用いた材料として炭素繊維紙がある。この炭素繊維紙は、電極材、面状発熱体、あるいは電磁波遮蔽材料として用いられており、一般には強度に対する要求は小さく、むしろ電流密度が均一に保たれ、局所電流が発生しないように炭素繊維の分散状態の均一性が求められる。
【０００６】
炭素繊維の分散状態の均一性が高い炭素繊維紙を得るには、開繊させた繊維等の原料炭素短繊維をスプレーして堆積させる方法や、湿式抄紙機を用いる方法が知られている。
【０００７】
ところが、通常、原料炭素短繊維は集束剤を付与した連続繊維束を機械的に切断することにより製造されるため、開繊しにくい繊維の塊として供給されることが多く、乾式法では完全な開繊状態と均一な分散状態を得ることは難しい。また、湿式法においては、親水性のパルプ繊維等と比較して炭素繊維は疎水性が強いため、開繊状態が得られた場合でも均一な地合の炭素繊維紙を得ることが難しい。
【０００８】
抄紙用短繊維の分散性を向上させるために、炭素繊維の表面処理や集束剤付与を省略する方法（特許文献１参照）や、水溶性化合物を含む集束剤を付与する方法（特許文献２参照）などが従来から提案されている。しかしながら、いずれも炭素繊維表面の化学的特性を変更しただけであるため、抄紙工程における初期の分散性が十分でなかったり、抄紙工程の中〜後期では分散した繊維同士の絡みによる再凝集により分散性が悪くなってしまい均一な地合の炭素繊維紙が効率よく得ることができない。すなわち、前者の場合は親水性が悪いので繊維の水中への染み込みが悪く分散性が不十分であったり、後者の場合は繊維の水中への染み込みは良いものの繊維表面に固着・残存した水溶性化合物により機械的撹拌で一度分散した繊維が絡んで再凝集してしまうなどの問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１６２８３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の抄紙用炭素繊維は、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、抄紙する際に短時間で均一に分散させることができる上に、平滑で強い抄紙が得られる炭素繊維を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、前記課題、つまり抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維について、鋭意検討し、特定なパラメータを満足する炭素繊維、すなわち、水浸透度が、水洗濯前では１ｍｇ／ｇ以上であるか゛、水洗濯後では０．５ｍｇ／ｇ以下であること、さらに水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることの二つの要件を同時に満足させてみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１３】
すなわち、本発明の炭素繊維フィラメントからなる繊維束は、かかる繊維束中に水が染込んで繊維同士を化学的に分離するとともに機械的な応力により繊維同士を滑らして物理的に分離させるだけでなく、水中での繊維同士の絡みによる再凝集を抑えたりすることにより、抄紙する際の分散性を向上させることを特徴とする。
【００１４】
本発明における水浸透度とは、以下に定義する通りである。
【００１５】
すなわち、側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯し、水洗濯後の炭素繊維束試料とする。また、水洗濯しないものを水洗濯前の炭素繊維束試料とする。
接触角計（好ましくはデータフィジック社製接触角計ＤＣＡＴ１１）を用いて、２５ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の０．１ｍｍを水中に浸積して１０分間放置し、１０分間の浸漬により該試料が吸収した試料１ｇ当たりの水分を水浸透度［ｍｇ／ｇ］として求めたものである。
水浸透度 ＝ （ Ｗ２ − Ｗ１ ） ／ （ Ｗ１ × １０００ ）
Ｗ１ ： 水中浸積前の試料重量［ｍｇ］
Ｗ２ ： １０分間水中浸積後の試料重量［ｍｇ］
かくして得られる水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であることが重要であり、好ましくは水洗濯前で１．５ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．３ｍｇ／ｇ以下であり、特に好ましくは水洗濯前で２ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．１ｍｇ／ｇ以下であることがよい。すなわち、前記水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ未満であると繊維束中への水の染込みが悪くなり、抄紙の際における分散性が悪くなる。
【００１６】
本発明における繊維−繊維間静摩擦係数とは、以下に定義するとおりである。
【００１７】
すなわち、側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維フィラメントからなる繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯する。水洗濯後の該繊維束をＪＩＳ−Ｌ１０１５−１９９９「化学繊維ステープル試験方法」の８．１３に記載された静摩擦係数測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。水洗濯後の該繊維束２５ｇのうち、２０ｇを紙管に巻き付け、該紙管を水平にし、回転しないように固定する。残り５ｇを用いて次に示す手順を２０回繰り返して繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。固定した該紙管に該繊維束同士が接触するように水洗濯後の該繊維束０．２ｇを１回転半（３πｒａｄ）巻き付け、該試料の一端に１５０ｇの荷重Ｔ２をつけ、他端に張力計をつける。張力計を下方に引っ張り、荷重が動き出した時の張力Ｔ１を計測し、次式より繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。試験回数は繊維束２５ｇについて２０回とし、その平均値で表したものである。
【００１８】
μ ＝ Ｌｎ（Ｔ１／Ｔ２）／θ
μ ： 繊維−繊維間静摩擦係数［−］
Ｔ１ ： 出側張力 ［ｇ］
Ｔ２ ： 入側張力（荷重） ［ｇ］
θ ： 接触角 ［ｒａｄ］
かかる繊維−繊維間静摩擦係数μは、抄紙工程の中〜後期（集束剤が溶出して繊維表面からなくなった状態）における繊維同士の絡みの評価尺度となるものであり、０．０１〜０．３であることが重要であり、好ましくは０．０１〜０．２であることがよい。すなわち、かかる静摩擦係数μが、０．３を超えると抄紙する際に一時的に一旦分散しても繊維同士の引っ掛かりにより再凝集してしまうため分散性が悪くなる。逆に該静摩擦係数μが、０．０１未満になると均一な抄紙が得られるものの、抄紙自体の強度が弱くなる。該静摩擦係数μを０．０１〜０．３の範囲内とすることで、平滑で強い抄紙を提供することができるものである。
【００１９】
また、抄紙工程での初期分散性を向上させるため、本発明においては炭素繊維フィラメントからなる繊維束の形態も特定なものであることが好ましく、該繊維束の扁平度と交絡度が特定されることがさらに好ましい。
【００２０】
本発明における扁平度とは、以下に定義するものである。
【００２１】
すなわち、炭素繊維フィラメントからなる繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の厚みＴ［ｍｍ］と幅Ｗ［ｍｍ］をノギス等にて計測し、次式により求めたものである。ただし、計測箇所は長手方向に１ｍずつ間隔をあけた１０箇所とし、各箇所の扁平度をそれぞれ算出し、その平均値で表す。
【００２２】
扁平度 ＝ Ｗ ／ Ｔ
Ｗ ： 該繊維束の幅 ［ｍｍ］
Ｔ ： 該繊維束の厚み［ｍｍ］
かかる扁平度としては、１〜５０であるものが好ましく、１〜２０がさらに好ましい。この扁平度が５０を超えると、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の集束性が悪くなり、該繊維束を巻き取ったボビンからの解舒性が悪くなる。
【００２３】
本発明における交絡度とは、以下に定義されるものである。
【００２４】
すなわち、ＪＩＳ−Ｌ１０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」の交絡度測定方法に準じて測定したものである。その測定方法は次の通りである。炭素繊維フィラメントからなる繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の一端を適当な性能を有する垂下装置の上部つかみ部に取り付け、つかみ部より１ｍ下方の位置に荷重（１００ｇ）を吊り下げ、該試料を垂直に垂らす。該試料の上部つかみ部より１ｃｍ下部の点に該繊維束を２分割するようにフック（直径１ｍｍの針金状）を挿入する。フックの他端には所定の荷重（１０ｇ）を取り付け、約２ｃｍ／秒の速度でフックを降下させる。フックが糸の絡みにより停止した点までのフックの降下距離Ｌ［ｍｍ］を求め、次式により求めたものである。上述の操作を５０回（１回／ｍ×５０）繰り返し、その平均値で表す。
【００２５】
交絡度 ＝ １０００ ／ Ｌ
Ｌ ： フックの降下距離［ｍｍ］
かかる交絡度としては、１〜１０の範囲内であるのが好ましく、１〜５の範囲内であるのがさらに好ましい。かかる交絡度が１０を超えると、該繊維束の集束性が強くなりすぎてしまい、該繊維束中への水の染込みが悪くなるため抄紙の際における分散性が悪くなる。
【００２６】
本発明の炭素繊維フィラメントからなる繊維束は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、ピッチ系などの公知の炭素繊維フィラメントが数百から数万本の束で構成されたもので、特に高強度の炭素繊維フィラメントからなる繊維束が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が補強効果を得る上で好ましい。また、後工程の抄紙製造工程での、解舒性、耐擦過性、分散性などの観点から、最終製品としては、かかる炭素繊維フィラメントの単糸繊度は０．１〜３．０ｄｔｅｘであるのが好ましく、総単糸数は１００〜１０００００本が好ましく、１０００〜２４０００本がより好ましく、１０００〜９０００本が特に好ましい。
【００２７】
また、炭素繊維フィラメントの強度や弾性率としては特に限定されるものではないが、炭素繊維抄紙としての紙特性の観点から、該フィラメントの強度は１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２が好ましく、２００〜７００ｋｇｆ／ｍｍ２がさらに好ましい。また、該フィラメントの弾性率は１０〜１００ｔ／ｍｍ２が好ましく、１５〜６０ｔ／ｍｍ２がさらに好ましい。なお、炭素繊維フィラメントには、炭化繊維と黒鉛化繊維が含まれる。
【００２８】
本発明の炭素繊維をカットして抄紙する場合、そのカット長は特に限定されるものではないが、本発明の効果、つまり、抄紙する際に短時間で均一に分散させることができる炭素繊維である上に、平滑で強い抄紙を得るという効果を十分に引き出すには、３〜３０ｍｍが好ましく、３〜１２ｍｍがより好ましく、３〜９ｍｍが特に好ましい。
【００２９】
以下に、ＰＡＮ系炭素繊維の場合を例にして詳細を説明する。紡糸方法として、湿式、乾式、乾湿式などを採用できるが、適度な集束性のある繊維が得られ、かつ、前記本発明の効果が得られやすい湿式法が好ましく採用される。紡糸原液には、ポリアクリロニトリルのホモポリマあるいは共重合成分の溶液あるいは懸濁液などを用いることができる。該紡糸原液を凝固、水洗、延伸した後、油剤を付与して炭素繊維前駆体とする。該前駆体を耐炎化処理、炭化処理まで行って炭化繊維とするか、必要に応じてさらに黒鉛化処理をして黒鉛化繊維とする。得られた炭化繊維、黒鉛化繊維は抄紙工程通過性や抄紙品質安定性を向上させるために電解表面処理やサイジング剤付与がなされて、本発明の炭素繊維フィラメントとなる。
【００３０】
本発明の炭素繊維を得るための具体的手段としては特に限定されるものではないが、
例えば以下のような手段がある。つまり、炭素繊維フィラメントの繊維表面の物理的または化学的な構造を変えることで、その繊維−繊維間静摩擦係数を０．０１〜０．３の炭素繊維フィラメントとし、さらに水洗濯耐久性のない親水性サイジング剤を付与したり、炭素繊維フィラメントからなる繊維束としての毛細管現象を利用できるように束形態を特定することなどで水浸透度を水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下の炭素繊維フィラメントを得ることができる。
【００３１】
かかる炭素繊維フィラメントの繊維−繊維間静摩擦係数を０．０１〜０．３にするには、例えばＸ線光電子分光分析法による表面酸素の原子と炭素原子との原子数比（酸素原子数／炭素原子数）が、好ましくは０．３５以下、より好ましくは０．２０以下、特に好ましくは０．１０以下となるように、電解液による陽極酸化を炭素繊維フィラメント表面に施したり、炭素繊維表面をシリコーンなどの平滑剤の強固な皮膜でコーティングしたりして、該炭素繊維フィラメント表面の化学的構造を変えることができる。また、かかる炭素繊維フィラメント表面をシリコーンなどの平滑剤の強固な皮膜でコーティングして、該炭素繊維フィラメント表面の物理的構造を変えることができる。
【００３２】
かかる炭素繊維フィラメント表面上に強固な皮膜を形成させるシリコーンとしては、反応型の変性シリコーンが好ましく使用されるが、かかる変性シリコーンとしては、変性量が０．１〜１０重量％であるアミノ変性シリコーン、変性量が０．１〜１０重量％であるエポキシ変性シリコーンなどがより好ましく使用される。反応型の変性シリコーンはそれぞれを単独または混合して使用することができ、その付着量としては、炭素繊維フィラメントに対して好ましくは０．０１〜５重量％であり、０．０１〜３重量％がより好ましく、０．０１〜０．１％がさらに好ましい。５重量％を越えると変性シリコーンを介在してフィラメント単糸間の疑似接着により抄紙時の分散性が低下する。逆に０．０１％未満であるとシリコーンによる平滑効果が期待できなくなる。
【００３３】
炭素繊維の水浸透度を１ｍｇ／ｇ以上にするには、例えば、一般式（１）で示される水洗濯耐久性のない親水性化合物を含むサイジング剤にてサイズ処理したり、後述するように炭素繊維束としての毛細管現象を利用できるように束形態を特定したりすることができる。
【００３４】
Ｒ１Ｏ−ＰＯＡ−Ｒ２ ・・・・・・・・・・・・・・（１）
（ここで、ＰＯＡ：炭素数２〜４の少なくとも１種類以上のアルキレンオキサイドからなるポリオキシアルキレン、Ｒ１、Ｒ２：炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基および水素から選ばれるいずれか、Ｏ：酸素。）
一般式（１）で示した化合物の基本構造はポリオキシアルキレン構造であり、炭素繊維の集束性、分散性を向上させる。一般式（１）においてＰＯＡは、炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが単独で繰り返してなるポリオキシアルキレンでも良く、炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが少なくとも２種類以上共重合されてなるポリオキシアルキレンでも良い。集束性と親水性を考慮すると炭素数２のエチレンオキサイド単独で４〜１００、好ましくは４〜５０の範囲で繰り返してなるポリオキシエチレンが好ましい。一般式（１）においてＲ１およびＲ２は、炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基、水素のいずれでもよい。平滑性と親水性を考慮すると炭素数としてはいずれも５〜３０が好ましい。
【００３５】
一般式（１）の化合物は単独でも良いが他の化合物を混合させても良い。親水性を考慮すると混合させる場合は一般式（１）の化合物が、好ましくは１０〜１００重量％、より好ましくは５０〜１００重量％の範囲がよい。 一般式（１）の化合物を含むサイジング剤の付着量としては、炭素繊維に対して好ましくは０．１〜５．０重量％であり、より好ましくは０．５〜３．０重量％であるのがよい。
【００３６】
また、炭素繊維束の毛細管現象等による効果を利用できるようにするために、湿式紡糸により表面フィブリルを大きくした炭素繊維前駆体にて焼成して炭素繊維の表面フィブリルを大きくしたり、炭素繊維束に好ましくは１〜１００ターン／ｍ、より好ましくは５〜３０ターン／ｍの撚りを掛けて撚糸とする手段も有効である。
炭素繊維フィラメントについて表面フィブリルの大きさを表す尺度として、本発明では炭素繊維フィラメントの実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとの比であるＳｒ／Ｓｐを用いる。実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとの比Ｓｒ／Ｓｐは、次のようにして測定することができる。すなわち、まず炭素繊維束を数ｍｍの長さに切断し、単繊維を抜き出す。次に、銀ペーストを用いて単繊維をシリコンウエハ上に固定し、原子間力顕微鏡、たとえばＤｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩａ原子間力顕微鏡のＤｉｍｅｎｓｉｏｎ ３０００ステージシステムを用い、３次元表面形状の像を得る。なお、走査モードはタッピングモードとし、探針には、たとえばオリンパス光学工業株式会社製Ｓｉカンチレバー一体型探針ＯＭＣＬ−ＡＣ１２０ＴＳを用いる。また、走査速度は０．４Ｈｚ、ピクセル数は５１２×５１２、測定雰囲気は２５±２℃の大気中とする。次に、得られた像について、上記原子間力顕微鏡に付属のソフトウエアＮａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩバージョン４．２２ｒ２を用いてデータ処理し、１次フィルタ、Ｌｏｗｐａｓｓフィルタ、３次Ｐｌａｎｅ Ｆｉｔフィルタを用いてフィルタリングし、得られた像全体を対象にして実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとを算出し、それらの比、すなわち、Ｓｒ／Ｓｐを求める。なお、投影面積は、単繊維が曲面を有していることを考慮し、曲面の曲率に近似した３次曲面への投影面積とする。そして、１個の単繊維について任意に選んだ５か所について上記測定を行い、最大値と最小値とを除いた３か所の相加平均値をもって比Ｓｒ／Ｓｐとする。Ｓｒ／Ｓｐ測定のｎ数は３とし、単純平均値として求める。
かかるＳｒ／Ｓｐとして、炭素繊維束の毛細管現象等による効果を利用するには、１≦Ｓｒ／Ｓｐ＜１．１の範囲内とすることが好ましく、１．０３＜Ｓｒ／Ｓｐ＜１．０７とすることがより好ましい。
また、例えば炭素繊維束を構成する総単糸数を好ましくは１０００〜２４０００本、より好ましくは１０００〜９０００本として、炭素繊維束に好ましくは１〜１００ターン／ｍ、より好ましくは５〜３０ターン／ｍの撚りを掛けて撚糸としたり、サイジング処理（サイジング剤の炭素繊維表面上でのキュアリング）時において炭素繊維束に好ましくは１〜１０ｋｇ／束、よりこのましくは４〜８ｋｇ／束の圧接力を掛けたりすることにより、炭素繊維束の扁平度や交絡度を前記した範囲とすることができ、それにより炭素繊維束の毛細管現象等による効果をより利用することができるようになる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本例中の扁平度、交絡度、
水浸透度および繊維−繊維間静摩擦係数はそれぞれ次の方法により求めた。
（１）水浸透度
側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯し、水洗濯後の炭素繊維束試料とする。また、水洗濯しないものを水洗濯前の炭素繊維束試料とする。
データフィジック社製接触角計ＤＣＡＴ１１を用いて、２５ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の０．１ｍｍを水中に浸積して１０分間放置し、１０分間の浸漬により該試料が吸収した試料１ｇ当たりの水分を水浸透度［ｍｇ／ｇ］として求める。
水浸透度 ＝ （ Ｗ２ − Ｗ１ ） ／ （ Ｗ１ × １０００ ）
Ｗ１ ： 水中浸積前の試料重量［ｍｇ］
Ｗ２ ： １０分間水中浸積後の試料重量［ｍｇ］
（２）繊維−繊維間静摩擦係数
側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯する。水洗濯後の炭素繊維束をＪＩＳ−Ｌ１０１５−１９９９「化学繊維ステープル試験方法」の８．１３に記載された静摩擦係数測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。水洗濯後の炭素繊維束２５ｇのうち、２０ｇを紙管に巻き付け、該紙管を水平にし、回転しないように固定する。残り５ｇを用いて次に示す手順を２０回繰り返して繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。固定した該紙管に繊維束同士が接触するように水洗濯後の炭素繊維束０．２ｇを１回転半（３πｒａｄ）巻き付け、該試料の一端に１５０ｇの荷重Ｔ２をつけ、他端に張力計をつける。張力計を下方に引っ張り、荷重が動き出した時の張力Ｔ１を計測し、次式より繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。試験回数は繊維束２５ｇについて２０回とし、その平均値で表す。
【００３８】
μ ＝ Ｌｎ（Ｔ１／Ｔ２）／θ
μ ： 繊維−繊維間静摩擦係数［−］
Ｔ１ ： 出側張力 ［ｇ］
Ｔ２ ： 入側張力（荷重） ［ｇ］
θ ： 接触角 ［ｒａｄ］
（３）扁平度
炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の厚みＴ［ｍｍ］と幅Ｗ［ｍｍ］を校正されたノギスにて計測し、次式により求める。計測箇所は長手方向に１ｍの間隔をあけた１０箇所とし、各箇所の扁平度をそれぞれ算出し、その平均値で表す。
【００３９】
扁平度 ＝ Ｗ ／ Ｔ
Ｗ ： 繊維束の幅 ［ｍｍ］
Ｔ ： 繊維束の厚み［ｍｍ］
（４）交絡度
ＪＩＳ−Ｌ１０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」の交絡度測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の一端を適当な性能を有する垂下装置の上部つかみ部に取り付け、つかみ部より１ｍ下方の位置に荷重（１００ｇ）を吊り下げ、該試料を垂直に垂らす。該試料の上部つかみ部より１ｃｍ下部の点に繊維束を２分割するようにフック（直径１ｍｍの針金状）を挿入する。フックの他端には所定の荷重（１０ｇ）を取り付け、約２ｃｍ／秒の速度でフックを降下させる。フックが糸の絡みにより停止した点までのフックの降下距離Ｌ［ｍｍ］を求め、次式により求める。上述の操作を５０回（１回／ｍ×５０）繰り返し、その平均値で表す。
【００４０】
交絡度 ＝ １０００ ／ Ｌ
Ｌ ： フックの降下距離［ｍｍ］
（５）分散度
長さ６ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）を５００ｒｐｍの速度で撹拌している１００ｍｌの水中へ投入してから、繊維束の塊が分散して見えなくなるまでに要した時間［秒］を計測する。上述の操作を１０回（１０試料×１回）繰り返し、その平均値で表す。２０秒以内であることが望ましい。
【００４１】
実施例１
アクリロニトリル９９．９ｍｏｌ％、アリルスルホン酸ソーダ０．５ｍｏｌ％、２−ヒドロキシエチルアクリロニトリル０．５ｍｏｌ％をジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により重合を行い、原液濃度２２重量％の紡糸原液としたあと、ジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸・水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を１５Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１０の炭化繊維を得た。この炭化繊維の電解表面処理をせずにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、次いで１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４２】
実施例２
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２３とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４３】
実施例３
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数２４０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００４４】
実施例４
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１５とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が０．０５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４５】
実施例５
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４６】
実施例６
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２３とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が０．１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４７】
実施例７
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数６０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を１００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３０とした。次にポリオキシエチレンオクチルエーテルをディップ方式で付着量が３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４８】
実施例８
実施例７で得たアクリル原糸を３Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３５とした。次にポリオキシエチレンオクチルエーテルをディップ方式で付着量が３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４９】
実施例９
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数４８０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．４０とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が４重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５０】
実施例１０
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１８とした。次にポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５１】
実施例１１
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて０．５ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５２】
比較例１
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて水洗し延伸倍率１３．０で延伸し、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数２４０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１８とした。次に、グリセリンをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、次いで１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５３】
比較例２
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３０とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が６重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が０．３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５４】
比較例３
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．４０とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１．０重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて０．５ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００５５】
これらの実施例および比較例の各試料について、上述した（１）水浸透度、（２）繊維−繊維間静摩擦係数、（３）扁平度、（４）交絡度、（５）分散度の評価をそれぞれ行い、その結果を表２に示した。
【００５６】
評価は、◎を優秀、○を良、△をやや不良、×を不可として、４段階の判定を行い、その判定結果を表２に併せて示した。本発明の実施例では◎（優秀）、○（良）を合格としている。
【００５７】
その結果、表１および表２から分かるように、本発明の実施例１〜１１の炭素繊維はいずれも良好な分散性を有しており、抄紙用原料として好ましいものであったのに対して、比較例１〜３の炭素繊維は分散性が悪く、抄紙用原料として好ましいものではなかった。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維に関する。すなわち、短時間で均一に分散させることが必要な抄紙用途に適した炭素繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、高強度であり、耐熱性、耐食性に優れ、電気伝導性や電磁波遮蔽性があることから、航空機などに用いられる複合材料の強化材、二次電池の電極材、あるいは電子計算機筐体の電磁波遮蔽材として使用されている。
【０００３】
通常、プリプレグはストランドと呼ばれる連続繊維束を、一方向や複数方向に配置し、樹脂を含浸させたシート状の材料である。従来このプリプレグを積層し、成型、硬化させることにより複合材料を製造している。
【０００４】
また、チョップドストランドと呼ばれる短繊維は射出成形などで用いられており、複雑な形の複合材料を比較的容易に得ることが可能である。
【０００５】
このような炭素短繊維を用いた材料として炭素繊維紙がある。この炭素繊維紙は、電極材、面状発熱体、あるいは電磁波遮蔽材料として用いられており、一般には強度に対する要求は小さく、むしろ電流密度が均一に保たれ、局所電流が発生しないように炭素繊維の分散状態の均一性が求められる。
【０００６】
炭素繊維の分散状態の均一性が高い炭素繊維紙を得るには、開繊させた繊維等の原料炭素短繊維をスプレーして堆積させる方法や、湿式抄紙機を用いる方法が知られている。
【０００７】
ところが、通常、原料炭素短繊維は集束剤を付与した連続繊維束を機械的に切断することにより製造されるため、開繊しにくい繊維の塊として供給されることが多く、乾式法では完全な開繊状態と均一な分散状態を得ることは難しい。また、湿式法においては、親水性のパルプ繊維等と比較して炭素繊維は疎水性が強いため、開繊状態が得られた場合でも均一な地合の炭素繊維紙を得ることが難しい。
【０００８】
抄紙用短繊維の分散性を向上させるために、炭素繊維の表面処理や集束剤付与を省略する方法（特許文献１参照）や、水溶性化合物を含む集束剤を付与する方法（特許文献２参照）などが従来から提案されている。しかしながら、いずれも炭素繊維表面の化学的特性を変更しただけであるため、抄紙工程における初期の分散性が十分でなかったり、抄紙工程の中〜後期では分散した繊維同士の絡みによる再凝集により分散性が悪くなってしまい均一な地合の炭素繊維紙が効率よく得ることができない。すなわち、前者の場合は親水性が悪いので繊維の水中への染み込みが悪く分散性が不十分であったり、後者の場合は繊維の水中への染み込みは良いものの繊維表面に固着・残存した水溶性化合物により機械的撹拌で一度分散した繊維が絡んで再凝集してしまうなどの問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１６２８３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の抄紙用炭素繊維は、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、抄紙する際に短時間で均一に分散させることができる上に、平滑で強い抄紙が得られる炭素繊維を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、前記課題、つまり抄紙の際に優れた分散性を有する炭素繊維について、鋭意検討し、特定なパラメータを満足する炭素繊維、すなわち、水浸透度が、水洗濯前では１ｍｇ／ｇ以上であるか゛、水洗濯後では０．５ｍｇ／ｇ以下であること、さらに水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることの二つの要件を同時に満足させてみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１３】
すなわち、本発明の炭素繊維フィラメントからなる繊維束は、かかる繊維束中に水が染込んで繊維同士を化学的に分離するとともに機械的な応力により繊維同士を滑らして物理的に分離させるだけでなく、水中での繊維同士の絡みによる再凝集を抑えたりすることにより、抄紙する際の分散性を向上させることを特徴とする。
【００１４】
本発明における水浸透度とは、以下に定義する通りである。
【００１５】
すなわち、側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯し、水洗濯後の炭素繊維束試料とする。また、水洗濯しないものを水洗濯前の炭素繊維束試料とする。
接触角計（好ましくはデータフィジック社製接触角計ＤＣＡＴ１１）を用いて、２５ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の０．１ｍｍを水中に浸積して１０分間放置し、１０分間の浸漬により該試料が吸収した試料１ｇ当たりの水分を水浸透度［ｍｇ／ｇ］として求めたものである。
水浸透度 ＝ （ Ｗ２ − Ｗ１ ） ／ （ Ｗ１ × １０００ ）
Ｗ１ ： 水中浸積前の試料重量［ｍｇ］
Ｗ２ ： １０分間水中浸積後の試料重量［ｍｇ］
かくして得られる水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であることが重要であり、好ましくは水洗濯前で１．５ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．３ｍｇ／ｇ以下であり、特に好ましくは水洗濯前で２ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．１ｍｇ／ｇ以下であることがよい。すなわち、前記水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ未満であると繊維束中への水の染込みが悪くなり、抄紙の際における分散性が悪くなる。
【００１６】
本発明における繊維−繊維間静摩擦係数とは、以下に定義するとおりである。
【００１７】
すなわち、側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維フィラメントからなる繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯する。水洗濯後の該繊維束をＪＩＳ−Ｌ１０１５−１９９９「化学繊維ステープル試験方法」の８．１３に記載された静摩擦係数測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。水洗濯後の該繊維束２５ｇのうち、２０ｇを紙管に巻き付け、該紙管を水平にし、回転しないように固定する。残り５ｇを用いて次に示す手順を２０回繰り返して繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。固定した該紙管に該繊維束同士が接触するように水洗濯後の該繊維束０．２ｇを１回転半（３πｒａｄ）巻き付け、該試料の一端に１５０ｇの荷重Ｔ２をつけ、他端に張力計をつける。張力計を下方に引っ張り、荷重が動き出した時の張力Ｔ１を計測し、次式より繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。試験回数は繊維束２５ｇについて２０回とし、その平均値で表したものである。
【００１８】
μ ＝ Ｌｎ（Ｔ１／Ｔ２）／θ
μ ： 繊維−繊維間静摩擦係数［−］
Ｔ１ ： 出側張力 ［ｇ］
Ｔ２ ： 入側張力（荷重） ［ｇ］
θ ： 接触角 ［ｒａｄ］
かかる繊維−繊維間静摩擦係数μは、抄紙工程の中〜後期（集束剤が溶出して繊維表面からなくなった状態）における繊維同士の絡みの評価尺度となるものであり、０．０１〜０．３であることが重要であり、好ましくは０．０１〜０．２であることがよい。すなわち、かかる静摩擦係数μが、０．３を超えると抄紙する際に一時的に一旦分散しても繊維同士の引っ掛かりにより再凝集してしまうため分散性が悪くなる。逆に該静摩擦係数μが、０．０１未満になると均一な抄紙が得られるものの、抄紙自体の強度が弱くなる。該静摩擦係数μを０．０１〜０．３の範囲内とすることで、平滑で強い抄紙を提供することができるものである。
【００１９】
また、抄紙工程での初期分散性を向上させるため、本発明においては炭素繊維フィラメントからなる繊維束の形態も特定なものであることが好ましく、該繊維束の扁平度と交絡度が特定されることがさらに好ましい。
【００２０】
本発明における扁平度とは、以下に定義するものである。
【００２１】
すなわち、炭素繊維フィラメントからなる繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の厚みＴ［ｍｍ］と幅Ｗ［ｍｍ］をノギス等にて計測し、次式により求めたものである。ただし、計測箇所は長手方向に１ｍずつ間隔をあけた１０箇所とし、各箇所の扁平度をそれぞれ算出し、その平均値で表す。
【００２２】
扁平度 ＝ Ｗ ／ Ｔ
Ｗ ： 該繊維束の幅 ［ｍｍ］
Ｔ ： 該繊維束の厚み［ｍｍ］
かかる扁平度としては、１〜５０であるものが好ましく、１〜２０がさらに好ましい。この扁平度が５０を超えると、炭素繊維フィラメントからなる繊維束の集束性が悪くなり、該繊維束を巻き取ったボビンからの解舒性が悪くなる。
【００２３】
本発明における交絡度とは、以下に定義されるものである。
【００２４】
すなわち、ＪＩＳ−Ｌ１０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」の交絡度測定方法に準じて測定したものである。その測定方法は次の通りである。炭素繊維フィラメントからなる繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の一端を適当な性能を有する垂下装置の上部つかみ部に取り付け、つかみ部より１ｍ下方の位置に荷重（１００ｇ）を吊り下げ、該試料を垂直に垂らす。該試料の上部つかみ部より１ｃｍ下部の点に該繊維束を２分割するようにフック（直径１ｍｍの針金状）を挿入する。フックの他端には所定の荷重（１０ｇ）を取り付け、約２ｃｍ／秒の速度でフックを降下させる。フックが糸の絡みにより停止した点までのフックの降下距離Ｌ［ｍｍ］を求め、次式により求めたものである。上述の操作を５０回（１回／ｍ×５０）繰り返し、その平均値で表す。
【００２５】
交絡度 ＝ １０００ ／ Ｌ
Ｌ ： フックの降下距離［ｍｍ］
かかる交絡度としては、１〜１０の範囲内であるのが好ましく、１〜５の範囲内であるのがさらに好ましい。かかる交絡度が１０を超えると、該繊維束の集束性が強くなりすぎてしまい、該繊維束中への水の染込みが悪くなるため抄紙の際における分散性が悪くなる。
【００２６】
本発明の炭素繊維フィラメントからなる繊維束は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、ピッチ系などの公知の炭素繊維フィラメントが数百から数万本の束で構成されたもので、特に高強度の炭素繊維フィラメントからなる繊維束が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が補強効果を得る上で好ましい。また、後工程の抄紙製造工程での、解舒性、耐擦過性、分散性などの観点から、最終製品としては、かかる炭素繊維フィラメントの単糸繊度は０．１〜３．０ｄｔｅｘであるのが好ましく、総単糸数は１００〜１０００００本が好ましく、１０００〜２４０００本がより好ましく、１０００〜９０００本が特に好ましい。
【００２７】
また、炭素繊維フィラメントの強度や弾性率としては特に限定されるものではないが、炭素繊維抄紙としての紙特性の観点から、該フィラメントの強度は１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２が好ましく、２００〜７００ｋｇｆ／ｍｍ２がさらに好ましい。また、該フィラメントの弾性率は１０〜１００ｔ／ｍｍ２が好ましく、１５〜６０ｔ／ｍｍ２がさらに好ましい。なお、炭素繊維フィラメントには、炭化繊維と黒鉛化繊維が含まれる。
【００２８】
本発明の炭素繊維をカットして抄紙する場合、そのカット長は特に限定されるものではないが、本発明の効果、つまり、抄紙する際に短時間で均一に分散させることができる炭素繊維である上に、平滑で強い抄紙を得るという効果を十分に引き出すには、３〜３０ｍｍが好ましく、３〜１２ｍｍがより好ましく、３〜９ｍｍが特に好ましい。
【００２９】
以下に、ＰＡＮ系炭素繊維の場合を例にして詳細を説明する。紡糸方法として、湿式、乾式、乾湿式などを採用できるが、適度な集束性のある繊維が得られ、かつ、前記本発明の効果が得られやすい湿式法が好ましく採用される。紡糸原液には、ポリアクリロニトリルのホモポリマあるいは共重合成分の溶液あるいは懸濁液などを用いることができる。該紡糸原液を凝固、水洗、延伸した後、油剤を付与して炭素繊維前駆体とする。該前駆体を耐炎化処理、炭化処理まで行って炭化繊維とするか、必要に応じてさらに黒鉛化処理をして黒鉛化繊維とする。得られた炭化繊維、黒鉛化繊維は抄紙工程通過性や抄紙品質安定性を向上させるために電解表面処理やサイジング剤付与がなされて、本発明の炭素繊維フィラメントとなる。
【００３０】
本発明の炭素繊維を得るための具体的手段としては特に限定されるものではないが、
例えば以下のような手段がある。つまり、炭素繊維フィラメントの繊維表面の物理的または化学的な構造を変えることで、その繊維−繊維間静摩擦係数を０．０１〜０．３の炭素繊維フィラメントとし、さらに水洗濯耐久性のない親水性サイジング剤を付与したり、炭素繊維フィラメントからなる繊維束としての毛細管現象を利用できるように束形態を特定することなどで水浸透度を水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下の炭素繊維フィラメントを得ることができる。
【００３１】
かかる炭素繊維フィラメントの繊維−繊維間静摩擦係数を０．０１〜０．３にするには、例えばＸ線光電子分光分析法による表面酸素の原子と炭素原子との原子数比（酸素原子数／炭素原子数）が、好ましくは０．３５以下、より好ましくは０．２０以下、特に好ましくは０．１０以下となるように、電解液による陽極酸化を炭素繊維フィラメント表面に施したり、炭素繊維表面をシリコーンなどの平滑剤の強固な皮膜でコーティングしたりして、該炭素繊維フィラメント表面の化学的構造を変えることができる。また、かかる炭素繊維フィラメント表面をシリコーンなどの平滑剤の強固な皮膜でコーティングして、該炭素繊維フィラメント表面の物理的構造を変えることができる。
【００３２】
かかる炭素繊維フィラメント表面上に強固な皮膜を形成させるシリコーンとしては、反応型の変性シリコーンが好ましく使用されるが、かかる変性シリコーンとしては、変性量が０．１〜１０重量％であるアミノ変性シリコーン、変性量が０．１〜１０重量％であるエポキシ変性シリコーンなどがより好ましく使用される。反応型の変性シリコーンはそれぞれを単独または混合して使用することができ、その付着量としては、炭素繊維フィラメントに対して好ましくは０．０１〜５重量％であり、０．０１〜３重量％がより好ましく、０．０１〜０．１％がさらに好ましい。５重量％を越えると変性シリコーンを介在してフィラメント単糸間の疑似接着により抄紙時の分散性が低下する。逆に０．０１％未満であるとシリコーンによる平滑効果が期待できなくなる。
【００３３】
炭素繊維の水浸透度を１ｍｇ／ｇ以上にするには、例えば、一般式（１）で示される水洗濯耐久性のない親水性化合物を含むサイジング剤にてサイズ処理したり、後述するように炭素繊維束としての毛細管現象を利用できるように束形態を特定したりすることができる。
【００３４】
Ｒ１Ｏ−ＰＯＡ−Ｒ２ ・・・・・・・・・・・・・・（１）
（ここで、ＰＯＡ：炭素数２〜４の少なくとも１種類以上のアルキレンオキサイドからなるポリオキシアルキレン、Ｒ１、Ｒ２：炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基および水素から選ばれるいずれか、Ｏ：酸素。）
一般式（１）で示した化合物の基本構造はポリオキシアルキレン構造であり、炭素繊維の集束性、分散性を向上させる。一般式（１）においてＰＯＡは、炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが単独で繰り返してなるポリオキシアルキレンでも良く、炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが少なくとも２種類以上共重合されてなるポリオキシアルキレンでも良い。集束性と親水性を考慮すると炭素数２のエチレンオキサイド単独で４〜１００、好ましくは４〜５０の範囲で繰り返してなるポリオキシエチレンが好ましい。一般式（１）においてＲ１およびＲ２は、炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基、水素のいずれでもよい。平滑性と親水性を考慮すると炭素数としてはいずれも５〜３０が好ましい。
【００３５】
一般式（１）の化合物は単独でも良いが他の化合物を混合させても良い。親水性を考慮すると混合させる場合は一般式（１）の化合物が、好ましくは１０〜１００重量％、より好ましくは５０〜１００重量％の範囲がよい。 一般式（１）の化合物を含むサイジング剤の付着量としては、炭素繊維に対して好ましくは０．１〜５．０重量％であり、より好ましくは０．５〜３．０重量％であるのがよい。
【００３６】
また、炭素繊維束の毛細管現象等による効果を利用できるようにするために、湿式紡糸により表面フィブリルを大きくした炭素繊維前駆体にて焼成して炭素繊維の表面フィブリルを大きくしたり、炭素繊維束に好ましくは１〜１００ターン／ｍ、より好ましくは５〜３０ターン／ｍの撚りを掛けて撚糸とする手段も有効である。
炭素繊維フィラメントについて表面フィブリルの大きさを表す尺度として、本発明では炭素繊維フィラメントの実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとの比であるＳｒ／Ｓｐを用いる。実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとの比Ｓｒ／Ｓｐは、次のようにして測定することができる。すなわち、まず炭素繊維束を数ｍｍの長さに切断し、単繊維を抜き出す。次に、銀ペーストを用いて単繊維をシリコンウエハ上に固定し、原子間力顕微鏡、たとえばＤｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩａ原子間力顕微鏡のＤｉｍｅｎｓｉｏｎ ３０００ステージシステムを用い、３次元表面形状の像を得る。なお、走査モードはタッピングモードとし、探針には、たとえばオリンパス光学工業株式会社製Ｓｉカンチレバー一体型探針ＯＭＣＬ−ＡＣ１２０ＴＳを用いる。また、走査速度は０．４Ｈｚ、ピクセル数は５１２×５１２、測定雰囲気は２５±２℃の大気中とする。次に、得られた像について、上記原子間力顕微鏡に付属のソフトウエアＮａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩバージョン４．２２ｒ２を用いてデータ処理し、１次フィルタ、Ｌｏｗｐａｓｓフィルタ、３次Ｐｌａｎｅ Ｆｉｔフィルタを用いてフィルタリングし、得られた像全体を対象にして実表面積Ｓｒと投影面積Ｓｐとを算出し、それらの比、すなわち、Ｓｒ／Ｓｐを求める。なお、投影面積は、単繊維が曲面を有していることを考慮し、曲面の曲率に近似した３次曲面への投影面積とする。そして、１個の単繊維について任意に選んだ５か所について上記測定を行い、最大値と最小値とを除いた３か所の相加平均値をもって比Ｓｒ／Ｓｐとする。Ｓｒ／Ｓｐ測定のｎ数は３とし、単純平均値として求める。
かかるＳｒ／Ｓｐとして、炭素繊維束の毛細管現象等による効果を利用するには、１≦Ｓｒ／Ｓｐ＜１．１の範囲内とすることが好ましく、１．０３＜Ｓｒ／Ｓｐ＜１．０７とすることがより好ましい。
また、例えば炭素繊維束を構成する総単糸数を好ましくは１０００〜２４０００本、より好ましくは１０００〜９０００本として、炭素繊維束に好ましくは１〜１００ターン／ｍ、より好ましくは５〜３０ターン／ｍの撚りを掛けて撚糸としたり、サイジング処理（サイジング剤の炭素繊維表面上でのキュアリング）時において炭素繊維束に好ましくは１〜１０ｋｇ／束、よりこのましくは４〜８ｋｇ／束の圧接力を掛けたりすることにより、炭素繊維束の扁平度や交絡度を前記した範囲とすることができ、それにより炭素繊維束の毛細管現象等による効果をより利用することができるようになる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本例中の扁平度、交絡度、
水浸透度および繊維−繊維間静摩擦係数はそれぞれ次の方法により求めた。
（１）水浸透度
側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯し、水洗濯後の炭素繊維束試料とする。また、水洗濯しないものを水洗濯前の炭素繊維束試料とする。
データフィジック社製接触角計ＤＣＡＴ１１を用いて、２５ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の０．１ｍｍを水中に浸積して１０分間放置し、１０分間の浸漬により該試料が吸収した試料１ｇ当たりの水分を水浸透度［ｍｇ／ｇ］として求める。
水浸透度 ＝ （ Ｗ２ − Ｗ１ ） ／ （ Ｗ１ × １０００ ）
Ｗ１ ： 水中浸積前の試料重量［ｍｇ］
Ｗ２ ： １０分間水中浸積後の試料重量［ｍｇ］
（２）繊維−繊維間静摩擦係数
側地２５ｃｍ×２５ｃｍ（４０番／４０番：Ｔ１２０本／Ｌ１２０本（インチ））のダウンプルーフに炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）２５ｇを詰め込み、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−１９９９「一般織物試験方法」の８．２３．１に記載されたＡ法（かくはん形洗濯機を用いる方法）に準じて１回水洗濯する。水洗濯後の炭素繊維束をＪＩＳ−Ｌ１０１５−１９９９「化学繊維ステープル試験方法」の８．１３に記載された静摩擦係数測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。水洗濯後の炭素繊維束２５ｇのうち、２０ｇを紙管に巻き付け、該紙管を水平にし、回転しないように固定する。残り５ｇを用いて次に示す手順を２０回繰り返して繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。固定した該紙管に繊維束同士が接触するように水洗濯後の炭素繊維束０．２ｇを１回転半（３πｒａｄ）巻き付け、該試料の一端に１５０ｇの荷重Ｔ２をつけ、他端に張力計をつける。張力計を下方に引っ張り、荷重が動き出した時の張力Ｔ１を計測し、次式より繊維−繊維間静摩擦係数μを算出する。試験回数は繊維束２５ｇについて２０回とし、その平均値で表す。
【００３８】
μ ＝ Ｌｎ（Ｔ１／Ｔ２）／θ
μ ： 繊維−繊維間静摩擦係数［−］
Ｔ１ ： 出側張力 ［ｇ］
Ｔ２ ： 入側張力（荷重） ［ｇ］
θ ： 接触角 ［ｒａｄ］
（３）扁平度
炭素繊維束（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の厚みＴ［ｍｍ］と幅Ｗ［ｍｍ］を校正されたノギスにて計測し、次式により求める。計測箇所は長手方向に１ｍの間隔をあけた１０箇所とし、各箇所の扁平度をそれぞれ算出し、その平均値で表す。
【００３９】
扁平度 ＝ Ｗ ／ Ｔ
Ｗ ： 繊維束の幅 ［ｍｍ］
Ｔ ： 繊維束の厚み［ｍｍ］
（４）交絡度
ＪＩＳ−Ｌ１０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」の交絡度測定方法に準じて測定した。その測定方法は次の通りである。炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）の一端を適当な性能を有する垂下装置の上部つかみ部に取り付け、つかみ部より１ｍ下方の位置に荷重（１００ｇ）を吊り下げ、該試料を垂直に垂らす。該試料の上部つかみ部より１ｃｍ下部の点に繊維束を２分割するようにフック（直径１ｍｍの針金状）を挿入する。フックの他端には所定の荷重（１０ｇ）を取り付け、約２ｃｍ／秒の速度でフックを降下させる。フックが糸の絡みにより停止した点までのフックの降下距離Ｌ［ｍｍ］を求め、次式により求める。上述の操作を５０回（１回／ｍ×５０）繰り返し、その平均値で表す。
【００４０】
交絡度 ＝ １０００ ／ Ｌ
Ｌ ： フックの降下距離［ｍｍ］
（５）分散度
長さ６ｍｍにカットした炭素繊維束試料（３３００〜２６４００ｄｔｅｘ）を５００ｒｐｍの速度で撹拌している１００ｍｌの水中へ投入してから、繊維束の塊が分散して見えなくなるまでに要した時間［秒］を計測する。上述の操作を１０回（１０試料×１回）繰り返し、その平均値で表す。２０秒以内であることが望ましい。
【００４１】
実施例１
アクリロニトリル９９．９ｍｏｌ％、アリルスルホン酸ソーダ０．５ｍｏｌ％、２−ヒドロキシエチルアクリロニトリル０．５ｍｏｌ％をジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により重合を行い、原液濃度２２重量％の紡糸原液としたあと、ジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸・水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を１５Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１０の炭化繊維を得た。この炭化繊維の電解表面処理をせずにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、次いで１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４２】
実施例２
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２３とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４３】
実施例３
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数２４０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００４４】
実施例４
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１５とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が０．０５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４５】
実施例５
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４６】
実施例６
実施例１で得た炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２３とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が０．１重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４７】
実施例７
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数６０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を１００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３０とした。次にポリオキシエチレンオクチルエーテルをディップ方式で付着量が３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４８】
実施例８
実施例７で得たアクリル原糸を３Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３５とした。次にポリオキシエチレンオクチルエーテルをディップ方式で付着量が３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて６ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００４９】
実施例９
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数４８０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．４０とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が４重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５０】
実施例１０
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１８とした。次にポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５１】
実施例１１
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．２５とした。次にポリオキシエチレンラウリルエーテルをディップ方式で付着量が０．５重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて０．５ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５２】
比較例１
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて水洗し延伸倍率１３．０で延伸し、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数２４０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．１８とした。次に、グリセリンをディップ方式で付着量が１重量％となるように付着させ、次いで１５０℃の熱風にて７ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５３】
比較例２
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に乾湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数１２０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．３０とした。次にアミノ等量が２０００、粘度が２０００センチポイズのアミノ変性シリコーンをノニオン界面活性剤で８：２（重量比）の割合にて乳化したものをディップ方式で付着量が６重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させた。さらにポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が０．３重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて１１ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０２の炭素繊維を得た。
【００５４】
比較例３
実施例１で用いた紡糸原液をジメチルスルホキシド水溶液中に湿式紡糸法にて延伸倍率１３．０で延伸し水洗して、単糸繊度１．１ｄｔｅｘ、単糸本数３０００本の炭素繊維前駆体となるアクリル原糸を得た。この原糸を２００Ｔ／ｍの撚り数となるように撚りを掛けてから、２５０℃の空気中で加熱し、延伸倍率１．０５で延伸しながら水分率４．０重量％の酸化繊維を得た。この酸化繊維を１４００℃の窒素雰囲気中で炭素化し炭化繊維を得た。この炭化繊維を重炭酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を施し、繊維表面の酸素原子数／炭素原子数＝０．４０とした。次にポリオキシエチレンオレイルエーテルをディップ方式で付着量が１．０重量％となるように付着させ、１５０℃の熱風にて０．５ｋｇ／束の圧接力を掛けながら乾燥（キュアリング）させることにより、表１に示すＳｒ／Ｓｐ＝１．０５の炭素繊維を得た。
【００５５】
これらの実施例および比較例の各試料について、上述した（１）水浸透度、（２）繊維−繊維間静摩擦係数、（３）扁平度、（４）交絡度、（５）分散度の評価をそれぞれ行い、その結果を表２に示した。
【００５６】
評価は、◎を優秀、○を良、△をやや不良、×を不可として、４段階の判定を行い、その判定結果を表２に併せて示した。本発明の実施例では◎（優秀）、○（良）を合格としている。
【００５７】
その結果、表１および表２から分かるように、本発明の実施例１〜１１の炭素繊維はいずれも良好な分散性を有しており、抄紙用原料として好ましいものであったのに対して、比較例１〜３の炭素繊維は分散性が悪く、抄紙用原料として好ましいものではなかった。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とする抄紙用炭素繊維。
【請求項２】
該繊維束の扁平度および交絡度がそれぞれ１〜５０および１〜１０であることを特徴とする請求項１に記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項３】
該炭素繊維フィラメントが、一般式（１）にて示される水洗濯耐久性のない親水性化合物を含むサイジング剤にてサイズ処理されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の抄紙用炭素繊維。
Ｒ１Ｏ−ＰＯＡ−Ｒ２ ・・・・・・・・・・・・・・（１）
（ここで、ＰＯＡ：炭素数２〜４の少なくとも１種類以上のアルキレンオキサイドからなるポリオキシアルキレン、Ｒ１、Ｒ２：炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基および水素から選ばれるいずれか、Ｏ：酸素。）
【請求項４】
Ｘ線光電子分光法による該炭素繊維フィラメント表面の酸素原子と炭素原子との原子数比が０．３５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項５】
該炭素繊維フィラメントからなる繊維束が、１〜１００Ｔ／ｍの撚りを掛けられた撚糸であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項６】
該炭素繊維フィラメントが、シリコーン皮膜でコーティングされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項１】
炭素繊維フィラメントからなる繊維束の水浸透度が、水洗濯前で１ｍｇ／ｇ以上、水洗濯後で０．５ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、本文で規定する水洗濯後の繊維束の繊維−繊維間静摩擦係数が０．０１〜０．３であることを特徴とする抄紙用炭素繊維。
【請求項２】
該繊維束の扁平度および交絡度がそれぞれ１〜５０および１〜１０であることを特徴とする請求項１に記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項３】
該炭素繊維フィラメントが、一般式（１）にて示される水洗濯耐久性のない親水性化合物を含むサイジング剤にてサイズ処理されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の抄紙用炭素繊維。
Ｒ１Ｏ−ＰＯＡ−Ｒ２ ・・・・・・・・・・・・・・（１）
（ここで、ＰＯＡ：炭素数２〜４の少なくとも１種類以上のアルキレンオキサイドからなるポリオキシアルキレン、Ｒ１、Ｒ２：炭素数１〜５０の脂肪族炭化水素基、炭素数１〜５０の芳香族炭化水素基、炭素数１〜５０の脂環族炭化水素基および水素から選ばれるいずれか、Ｏ：酸素。）
【請求項４】
Ｘ線光電子分光法による該炭素繊維フィラメント表面の酸素原子と炭素原子との原子数比が０．３５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項５】
該炭素繊維フィラメントからなる繊維束が、１〜１００Ｔ／ｍの撚りを掛けられた撚糸であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【請求項６】
該炭素繊維フィラメントが、シリコーン皮膜でコーティングされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の抄紙用炭素繊維。
【公開番号】特開２００６−２１９８０８（Ｐ２００６−２１９８０８Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７１６５５（Ｐ２００５−３７１６５５）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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