炭素繊維基材の製造方法
【課題】抄造時の炭素繊維の分散性に優れ、成形品とした場合に力学特性に優れる炭素繊維基材を短時間で得ることのできる製造方法を提供する。
【解決手段】水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを工程（ＩＶ）に輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する製造工程により炭素繊維基材を製造する。
【解決手段】水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを工程（ＩＶ）に輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する製造工程により炭素繊維基材を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維基材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化成形基材は、比強度、比剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。なかでも強化繊維が均一に分散した基材を用いた成形品は、力学特性が等方的になり、さらには高強度を発現するものであれば適用可能な用途は非常に多くなる。従ってこのように強化繊維が均一に分散した繊維強化成形基材の製造条件についてはこれまで様々な検討がなされてきた。
【０００３】
特許文献１（国際公開第２００７／９７４３６号パンフレット）には、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の強化繊維として、単繊維状の炭素繊維であって質量平均繊維長が０．５〜１０ｍｍであり、かつ、配向パラメーターが−０．２５〜０．２５である炭素繊維を用いると、力学特性に優れ、等方的な力学特性を有する成形体が得られることが記載されている。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、（Ｉ）成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程、（ＩＩ）金型に成形材料を配置する工程、（ＩＩＩ）金型で成形材料を加圧する工程、（ＩＶ）金型内で成形材料を固化する工程、（Ｖ）金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程により製造されうるとされている。
【０００４】
このような繊維強化成形基材に用いられる炭素繊維について、種々の検討がなされてきた。
【０００５】
特許文献２（国際公開第２００６／０１９１３９号パンフレット）には、複数本の単繊維が収束されている炭素繊維であって、単繊維に界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着しており、表面酸素指数および水との接触角が所定の範囲内である水系プロセス用炭素繊維が、炭素繊維抄紙基材や成形用中間基材等の作製に好適に用いられる旨が記載されている。
【０００６】
特許文献３（特開平１−２０７４９９号公報）には、炭素繊維を含む水性スラリーを用いる湿式抄紙法において、スラリーに、フミン酸の水溶性塩、およびフミン酸酸化処理物の水溶性塩から選ばれた少なくとも１員からなる地合改良剤を含有させることにより、地合の均一且つ良好な炭素繊維シートが得られることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／９７４３６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０１９１３９号パンフレット
【特許文献３】特開平１−２０７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の炭素繊維束を用いて、繊維強化成形基材の中間体として有用な炭素繊維ウェブを製造すると、抄造時の炭素繊維の繊維分散性は比較的良好であるが、成形品の力学特性などをより高性能なものとするためにはさらなる改良が求められていた。また、炭素繊維ウェブの製造プロセスには特に言及しておらず、生産性を向上するプロセスを含めた開発が望まれていた。さらには、界面活性剤を主成分とするサイジング剤のみでは、抄造工程においてサイジング剤が容易に脱落する可能性があり、繊維の分散状態をさらに良好な状態とするためにはさらなる改良が望まれていた。
また特許文献３では、スラリー中にフミン系化合物を入れるため、有効成分がスラリー中に拡散してしまい、炭素繊維を効果的に分散させることが十分でなく、さらには分散自体の効果も不十分であった。
【０００９】
本発明は、抄造時の炭素繊維の分散性に優れ、成形品とした場合に力学特性に優れる炭素繊維基材を短時間で得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは検討を重ねた結果、炭素繊維束に水溶性ポリウレタンや水溶性ポリアミドを付着させたものを用いて炭素繊維ウェブを製造することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち本発明は、下記の〔１〕〜〔２０〕を提供するものである。
〔１〕炭素繊維基材の製造方法であって、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する炭素繊維基材の製造方法。
〔２〕前記水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、水への溶解速度が５分以内である、〔１〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔３〕前記水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有する直線状高分子である、〔１〕または〔２〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔４〕前記工程（Ｉ）から前記工程（ＩＶ）までをオンラインで実施してなる、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔５〕前記工程（Ｉ）の開始から前記工程（ＩＶ）の開始までの所要時間を１０分以内とする、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔６〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にある、〔５〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔７〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍである〔６〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔８〕前記工程（ＩＩ）で調製されるスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、前記工程（ＩＶ）開始時のスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲とする、〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔９〕前記工程（Ｉ）において分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施される、〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１０〕前記工程（Ｉ）は、前記分散媒体と前記炭素繊維とを分散槽に供給する工程であり、前記工程（ＩＩ）は、前記分散槽中で前記スラリーを調製する工程である、〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１１〕前記輸送部の幅Ｗ１と、前記炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０である、〔１０〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１２〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を実質的に同じ高さに保ちながらおこなう、〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１３〕前記工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式でおこなう、〔１〕〜〔１２〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１４〕前記工程（ＩＶ）において、得られる炭素繊維基材を引取速度が１０ｍ／分以上で引き取る、〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１５〕前記炭素繊維基材の目付が１０〜５００ｇ／ｍ2である、〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１６〕前記炭素繊維束の長さが１〜５０ｍｍである、〔１〕〜〔１５〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１７〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリー中の炭素繊維の質量含有量が０．０１〜１質量％である、〔１〕〜〔１６〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１８〕前記炭素繊維のＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０である、〔１〕〜〔１７〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１９〕スラリーが水系である〔１〕〜〔１８〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔２０〕〔１〕〜〔１９〕のいずれかに記載の製造方法で製造された炭素繊維基材を用いる、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用の構造部品又は航空機用部品。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、抄造時の炭素繊維の繊維分散性に優れ、成形品とした場合に力学特性に優れる炭素繊維基材を短時間で得ることができ、高い量産性が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の炭素繊維基材の製造方法は、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）を少なくとも有する。
【００１４】
工程（Ｉ）では、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に炭素繊維束を投入する。
【００１５】
水溶性ポリウレタン、水溶性ポリアミドとは、それぞれ、水溶性のポリウレタン、ポリアミドを意味する。ポリウレタンとは分子中にウレタン結合（−ＮＨ−ＣＯＯ−）を有する分子を意味する。ポリアミドとは分子中にアミド結合（−ＮＨ−ＣＯ−）を有する分子を意味し、各種のナイロンが例示される。水溶性とは水に可溶である性質を意味する。水溶性ポリウレタン及び水溶性ポリアミドの好ましい例としては、水への溶解速度が５分以内のものであることが好ましい。水への溶解速度の測定は、例えば、一定厚みと面積のフィルム状物の水に試料を接触させ撹拌し（撹拌条件：直径１００ｍｍの円柱型１０００ｍｌビーカーに４００ｍｌの水を用意し、厚み０．０５ｍｍ、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍのフィルム状物を投入し、２００回転／分の速度で撹拌する）、フィルム状物が消滅するまでの時間から得ることができる。
【００１６】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有することが好ましい。尚、水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドを併用する場合には、少なくとも一方が分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有することが好ましく、両方が該ユニットを有することがより好ましい。
【００１７】
ポリアルキレングリコールユニットとは、エチレングリコールをはじめとするアルキレングリコールの繰り返し単位を意味する。水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドを構成する分子鎖中における、ポリアルキレングリコールユニットの含有量は、３０〜９５質量％であることが好ましい。ポリアルキレングリコールユニットの含有量はＮＭＲやＩＲなどの既存の高分子分析手法を用いて決定される。
【００１８】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、さらに、直鎖状高分子であることが好ましい。直鎖状とは、実質的に分岐鎖を有しない状態を意味する。高分子とは、高分子量の分子を意味し、好ましくは分子量５０００〜５００，０００、より好ましくは分子量１０，０００〜３００，０００である。
【００１９】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いることも可能である。
【００２０】
炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが例示される。ＰＡＮ系炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維を原料とする炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維は石油タールや石油ピッチを原料とする炭素繊維である。セルロース系炭素繊維はビスコースレーヨンや酢酸セルロースなどを原料とする炭素繊維である。気相成長系炭素繊維は炭化水素などを原料とする炭素繊維である。このうち、強度と弾性率のバランスに優れる点で、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００２１】
炭素繊維ウェブを構成する炭素繊維は１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
【００２２】
炭素繊維は、そのＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０であるものが好ましく、０．０６〜０．３であるものがより好ましく、０．０７〜０．２であるものがさらにより好ましい。表面酸素濃度比が０．０５以上であることにより、炭素繊維表面の極性官能基量を確保し、熱可塑性樹脂組成物との親和性が高くなるので、より強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比が０．５以下であることにより、表面酸化による炭素繊維自身の強度の低下を少なくすることができる。
【００２３】
表面酸素濃度比とは、繊維表面の酸素（Ｏ）と炭素（Ｃ）の原子数の比を意味する。表面酸素濃度比をＸ線光電子分光法により求める場合の手順を、以下に一例を挙げて説明する。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維を２０ｍｍにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、Ｘ線源としてＡ１Ｋα１、２を用い、試料チャンバー中を１×１０8Ｔｏｒｒに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてＣ1sの主ピークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を１２０２ｃＶに合わせる。Ｃ1sピーク面積をＫ．Ｅ．として１１９１〜１２０５ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。Ｏ1sピーク面積をＫ．Ｅ．として９４７〜９５９ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。
【００２４】
表面酸素濃度は、上記Ｏ1sピーク面積とＣ1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出したものである。Ｘ線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルＥＳ−２００を用い、感度補正値を１．７４として算出し得る。
【００２５】
炭素繊維の表面酸素濃度Ｏ／Ｃを０．０５〜０．５に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、電界酸化処理、薬液酸化処理、気相酸化処理などの手法が例示される。中でも電界酸化処理が取り扱いやすく好ましい。
【００２６】
電界酸化処理に用いられる電解液としては、以下に挙げる化合物の水溶液が好ましく用いられる。硫酸、硝酸、塩酸等の無機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化バリウム等の無機水酸化物、アンモニア、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機金属塩類、酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等の有機塩類、さらにこれらナトリウム塩の代わりにカリウム塩、バリウム塩その他の金属塩、アンモニウム塩、その他にはヒドラジンなどの有機化合物である。これらの中でも電解液としては無機酸が好ましく、硫酸及び硝酸が特に好ましく使用される。電界処理の程度は、電界処理で流れる電気量を設定することにより炭素繊維表面のＯ／Ｃを制御することができる。
【００２７】
炭素繊維束は、連続した強化繊維から構成されるもの、あるいは不連続な炭素繊維から構成されるもののどちらでも良いが、より良好な分散状態を達成するためには、不連続な炭素繊維束が好ましく、チョップド炭素繊維がより好ましい。
また、炭素繊維束を構成する単繊維の本数には、特に制限はないが、生産性の観点からは２４，０００本以上が好ましく、４８，０００本以上がさらに好ましい。単繊維の本数の上限については特に制限はないが、分散性や取り扱い性とのバランスも考慮して、３００，０００本程度もあれば生産性と分散性、取り扱い性を良好に保つことができる。
【００２８】
炭素繊維束の長さは、１〜５０ｍｍであることが好ましく、３〜３０ｍｍであることがより好ましい。３ｍｍ未満であると強化繊維による補強効果を効率良く発揮することが困難となるおそれがあり、３０ｍｍを超えると分散を良好に保つのが困難となるおそれがある。炭素繊維束の長さとは、炭素繊維束を構成する単繊維の長さをいい、強化繊維束の繊維軸方向の長さをノギスで測定する、あるいは強化繊維束から単繊維を取り出し顕微鏡で観察して測定され得る。
【００２９】
分散媒体（分散液）とは、炭素繊維束を分散させ得る媒体を意味する。分散媒体の例としては水、アルコールなどのいわゆる溶媒が挙げられるが、水が好ましい。水としては、通常の水道水のほか、蒸留水、精製水等の水を使用することができる。水には必要に応じて界面活性剤を混合し得る。界面活性剤は、陽イオン型、陰イオン型、非イオン型、両性の各種に分類されるが、このうち非イオン性界面活性剤が好ましく用いられ、中でもポリオキシエチレンラウリルエーテルがより好ましく用いられる。界面活性剤を水に混合する場合の界面活性剤の濃度は、通常は０．０００１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０００５質量％以上０．０５質量％以下である。
【００３０】
炭素繊維束の投入量は、水（分散液）１ｌの投入量に対する量として、通常０．１ｇ以上１０ｇ以下、好ましくは０．３ｇ以上５ｇ以下の範囲で調整し得る。前記範囲とすることにより、炭素繊維束が分散媒体に効率よく分散し、均一に分散したスラリーを短時間で得ることができる。水（分散液）に対し炭素繊維束を分散させる際には、必要に応じて撹拌を行う。
【００３１】
工程（ＩＩ）では、炭素繊維束を構成する炭素繊維が分散媒体中に分散したスラリーを調製する。
【００３２】
スラリーとは固体粒子が分散している懸濁液をいい、本発明においては水系スラリーであることが好ましい。
【００３３】
スラリー中の炭素繊維の質量含有量（スラリーにおける固形分濃度）は、０．０１質量％以上１質量％以下であることが好ましく、０．０３質量％以上０．５質量％以下であることがより好ましい。上記範囲であることにより抄造を効率よく行うことができる。
【００３４】
工程（ＩＩ）は、通常分散槽で実施される。分散槽はスラリーを収容可能な槽（容器）である。分散槽を用いる場合、工程（Ｉ）における分散媒体と炭素繊維束とは、直接分散槽に対し行われることが好ましい。もちろん先に分散槽以外の槽に分散媒体と炭素繊維束とを投入し、かかる槽の中身を分散槽に移して工程（ＩＩ）を行ってもよいことは言うまでもない。分散槽は、必要に応じて撹拌装置を備えるものであってもよい。
【００３５】
工程（ＩＩＩ）では、工程（ＩＩ）で得られるスラリーを輸送する。
【００３６】
工程（ＩＩＩ）は、通常、工程（ＩＩ）が行われる分散槽と工程（ＩＶ）が行われる抄紙槽とを接続する輸送部で行われる。
【００３７】
輸送部の幅は特に規定されないが、輸送部の幅Ｗ１と炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０であることが好ましく、０．７〜１．０であることがより好ましい。Ｗ１／Ｗ２が０．５未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。Ｗ１／Ｗ２が１．０を超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれや、輸送部から工程（ＩＶ）へスラリーが流れる際に、スラリー流動部の幅が大きくなるためにスラリーに負荷がかかり分散状態が不十分となるおそれがある。ここで「輸送部の幅」とは輸送部の断面の長径を意味し、例えば輸送部の断面が長方形の場合には長いほうの径を意味する。「炭素繊維基材の幅」とは工程（ＩＶ）において得られる炭素繊維基材の長さ、幅、及び厚みのうち幅（長さより短い方）を意味する。尚、各幅が部位により異なる場合にはその平均値を意味するものとする。
【００３８】
輸送部の幅は、通常は０．１〜２ｍの範囲である。炭素繊維基材の幅は、通常０．２〜２ｍである。
【００３９】
輸送部の形状はスラリーを輸送できる形状であれば特には限定されず、通常は管状である。必要に応じて、輸送部の途中に送液ポンプを備える。送液ポンプは、例えばダイアフラムポンプ、スネークポンプ等の低剪断ポンプであることが好ましい。
【００４０】
工程（ＩＩＩ）はオーバーフロー方式で行われるものであってもよい。これにより、輸送されるスラリー中の炭素繊維に剪断力がかかり沈降、凝集することを防ぎ、スラリー中の分散性を保つことができる。また、ポンプなど動力を使わずに経済的な輸送が可能である。
【００４１】
オーバーフロー方式とは、容器（槽）から溢れる液体を、重力を利用して次の容器（槽）へ送液する方式を意味する。すなわち、送液ポンプなどの動力を実質的に用いずに送液する方式である。
【００４２】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部は傾斜していることが好ましい。すなわち、輸送部を水平方向から見る場合に、分散槽と輸送部との接続点が抄紙槽と輸送部との接続点よりも高い位置にあることが好ましい。その傾斜角は３０〜６０°、４０〜５５°であることがより好ましい。傾斜角が３０°未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。傾斜角が６０°を超えると、オーバーフロー方式とした場合、スラリーの輸送時の流速が大きくなるために、工程（ＩＶ）への到達時にスラリーに過剰の剪断が加わり、工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００４３】
ここで、傾斜角とは、輸送部の管の中心線と、重力方向と平行な線とが交差する部分の鉛直下方側の角度を意味する。
【００４４】
尚、工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式で行う場合には、輸送部の分散槽との接続部は分散槽の壁面、特に上方に位置することが好ましい。
【００４５】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部は直線状であること、すなわち、湾曲部、屈曲部などの方向変換点を途中に有しない形状であることが好ましい。
【００４６】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部の高さは６０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上であることが好ましい。６０ｍｍ以上であることにより、輸送するスラリー量に対して輸送部壁面とスラリーとの接触面積を相対的に小さくすることができ、壁面接触時のスラリーへの剪断力発生による分散繊維の再凝集を少なくすることができる。ここで輸送部の高さとは、輸送部を水平方向から見る場合に、輸送部の径の大きさを意味する。輸送部が長方形（長辺が基材幅方向、短辺が基材厚み方向）の場合、短辺の長さが「輸送部の高さ」に該当する。輸送部の高さの上限は特に限定されないが、通常は５００ｍｍ以下である。尚、輸送部の高さに部位により差がある場合にはその平均値を意味するものとする。
【００４７】
輸送部の形状について、図１〜図８を例にとって説明する。図１〜図８は、工程（Ｉ）および工程（ＩＩ）は分散槽で行われ、前記工程（ＩＶ）は抄紙槽で行い、前記工程（ＩＩＩ）を前記分散槽と抄紙槽とを接続する輸送部で行う場合の、分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けを模式的に示す図である。図１〜６及び図８中の輸送部１３は、直線状を呈している。
【００４８】
輸送部の傾斜角は、各図において輸送部１３の中心線ｑと、重力方向に伸びる線Ｐとが鉛直下方側に形成する角度ｒを意味する。図１、図５及び図６中の輸送部１３は、分散槽１１から抄紙槽１２に向けて傾斜しており、傾斜角が３０〜６０°である。図２中の輸送部１３は、分散槽１１と抄紙槽１２を水平に接続しており、傾斜角は略９０°である。図３中の輸送部１３は、分散槽１１から抄紙槽１２に向けて傾斜しており、傾斜角が３０〜６０°である。図４中の輸送部１３は、分散槽１１と抄紙槽１２とを重力方向で接続しており、傾斜角は略０°である。図８中の輸送部１３も図４と同様に傾斜角は略０°であり、輸送部１３の途中にポンプ２５を備える。
【００４９】
図１、図５および図６中、輸送部１３の分散槽１１との接続部１４は、分散槽１１の壁面の上方に位置する。そのため、図１のような分散槽、抄紙槽及び輸送部の位置づけであれば、工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式により行うことが可能となる。
【００５０】
工程（ＩＶ）では、スラリーより分散媒体を除去して炭素繊維基材を得る。
【００５１】
工程（ＩＶ）は、通常抄紙槽で実施される。抄紙槽はスラリーを収容可能であり、水分吸引可能な抄紙面を有する槽（容器）である。抄紙面は一般に底面付近に設けられ、その材料としてはメッシュシートなどが例示される。
【００５２】
本発明においては、工程（ＩＶ）において得られる炭素繊維基材を引き取ることができる。炭素繊維基材の引き取りは、ロールに巻き取って行うことができる。引取速度は１０ｍ／分以上であることが好ましい。引取速度の上限は通常は、１００ｍ／分以下である。
【００５３】
工程（ＩＩ）で調製されるスラリー中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、工程（ＩＶ）開始時のスラリー中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲であることが好ましく、０．９〜１．１の範囲であることがより好ましい。Ｃ１／Ｃ２が０．８未満であるとＣ２を増やすために、分散媒体のみを除去したり、強化繊維のみを投入する必要があり、工程が煩雑になるうえ、スラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。Ｃ１／Ｃ２が１．２を超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００５４】
工程（Ｉ）〜工程（ＩＶ）はオンラインで実施されることが好ましい。オンラインとは、各工程の間が連続的に実施される方式であり、オフラインの反対語である。すなわちオンラインとは、各工程が一連の流れとして行われるプロセスを意味し、それぞれが独立した状態のプロセスとは異なる。工程（Ｉ）〜工程（ＩＶ）をオンラインで実施することにより、炭素繊維基材を短時間で得ることができる。
【００５５】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にあることが好ましい。「スラリーの液面の高さ」とはスラリーを水平方向から見た場合の液面の位置を意味する。「高い位置にある」とは、２つの液面の高さを、該高さよりも鉛直下方に位置する基準からの距離としての測定値として表現した場合に、一方の高さが他方よりも高い位置にあること、すなわち、２つの液面の高さのうち一方が他方の鉛直下方に位置することを意味する。
【００５６】
中でも、前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、前記工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍであることが好ましく、０．５〜２ｍであることがより好ましい。０．１ｍ未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。一方、５ｍを超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００５７】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２について、図１〜図８に基づき説明する。分散槽１１のスラリー（斜線部分）の液面の高さＨ１は、Ｈ１及びＨ２よりも鉛直下方に位置する基準Ａに対する液面の位置Ｂの距離Ｈ１で表される。抄紙槽１２のスラリー（斜線部分）の液面の高さＨ２は、液面基準Ａに対する液面の位置Ｃの距離Ｈ２で表される。スラリーの液面の高さＨ１およびＨ２の差を維持するためには、図１、図３、図４及び図７に示すように分散槽１１と抄紙槽１２とが重力方向を基準としてずれて位置していることが好ましいが、図２、図５及び図６に示すように、スラリーの量や槽の大きさなどにより、各槽内のスラリーの液面の高さを調整すれば、分散槽１１と抄紙槽１２の重力方向における位置が水平であってもよい。
【００５８】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置に保つためには、例えば工程（ＩＩ）を分散槽で、工程（ＩＶ）を抄紙槽で行う場合に、これら２つの槽を、分散槽の底面の位置が抄紙槽の上面の位置よりも鉛直上方に位置するように設置することが好ましい。
【００５９】
工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）の開始までの所要時間は、１０分以内であることが好ましい。１０分を超えると、炭素繊維の種類によっては、スラリー中で分散した炭素繊維が再凝集するとなるおそれがある。工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）の開始までの所要時間の下限は特に限定されないが、通常は１分以上である。
【００６０】
工程（Ｉ）において、分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施されることが好ましい。これにより、炭素繊維基材をより短時間で得ることができる。また、一度にスラリーを大量に投入すると、スラリーの一部は抄紙されるまでに長時間かかり分散状態が不良になってしまう可能性があるが、継続的に投入、実施を行うことにより、スラリーを少量ずつ効率よく、分散状態を保持しつつ抄紙することが可能である。「継続的に投入する」「継続的に実施する」とは連続的に投入すること、工程（Ｉ）において投与される原料について順次、或いは連続的に工程（ＩＩ）〜（ＩＶ）を実施することを意味する。言い換えれば一連の工程において、分散スラリーの原料の供給、及びスラリー供給を継続しながら実施する状態を意味し、最初に一定量のスラリーを作製するプロセスより量産を考慮したプロセスを意味する。継続的に投入、実施を行う方法としては、バッチ式以外の方法、一定の速度で投入する方法、所定の間隔に略一定量を投入する方法が例示される。一定の速度で投入する条件としては、分散媒体を１×１０３〜１×１０７ｇ／分、炭素繊維束を０．１〜１×１０５ｇ／分で投入する条件が例示される。所定の間隔に略一定量を投入する条件としては、１〜５分おきに分散媒体を１×１０３〜１×１０７ｇずつ、炭素繊維束を０．１〜１×１０５ｇずつ投入する条件が例示される。
【００６１】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれることが好ましい。工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）を継続的に実施する場合には特に、工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれることが好ましい。
【００６２】
「工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれる」とは、工程（ＩＩ）を実施する間に高さの変動が１００ｍｍ以内であること、好ましくは５０ｍｍ以内、より好ましくは変動がないこと（０ｍｍ）を意味する。工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保つためには、工程（Ｉ）を継続的に行うことが好ましい。例えば工程（ＩＩ）を分散槽で行う場合、分散槽への分散媒体と炭素繊維の供給を継続的に行うと共に、工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施されることが好ましい。
【００６３】
炭素繊維基材の目付は、１０〜５００ｇ／ｍ2であることが好ましく、５０〜３００ｇ／ｍ2であることがより好ましい。１０ｇ／ｍ2未満であると基材の破れなどの取り扱い性に不具合を生じるおそれがあり、５００ｇ／ｍ2を超えると基材の乾燥に長時間かかるなど、その後のプロセスに不具合を生じるおそれがある。
【００６４】
本発明において得られる炭素繊維基材は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含む繊維強化成形基材として用いることができる。繊維強化成形基材は、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用部品、航空機用部品等の各種用途に用いることができ、電子機器部品、自動車用の構造部品により好ましく用いられる。
【実施例】
【００６５】
製造例１（Ａ１：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６６】
製造例２（Ａ２：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．０５
【００６７】
製造例３（Ａ３：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（三洋化成（株）製“メルポール”Ｆ−２２０）
ポリエチレングリコールユニット（分子量２０，０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６８】
製造例４（Ａ４：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 ポリウレタン樹脂（第一工業製薬（株）製“スーパーフレックス”８４０）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６９】
製造例５（Ａ５：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００７０】
製造例６（Ａ６：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリアミド樹脂（松本油脂（株）製Ａ−７７４）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００７１】
製造例３（Ｆ：酸変性ポリプロピレン樹脂フィルム）
三井化学（株）製の“アドマー”（登録商標）ＱＥ５１０（比重０．９１、融点１６０℃）を温度２００℃、圧力２０Ｍｐａで１分間プレス成形し、厚み５０μｍの酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムＦを作製した。
【００７２】
（注３）サイジング剤の付着量の測定条件
試料として、サイジング剤が付着している炭素繊維約５ｇを採取し、耐熱性の容器に投入した。次にこの容器を１２０℃で３時間乾燥した。吸湿しないようにデシケーター中で注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をＷ1（ｇ）とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、４５０℃で１５分間加熱後、同様にデシケーター中で吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をＷ2（ｇ）とした。以上の処理を経て、炭素繊維へのサイジング剤の付着量を次の式により求めた。
（式）付着量（質量％）＝１００×｛（Ｗ1−Ｗ2）／Ｗ2｝
なお、測定は３回行い、その平均値を付着量として採用した。
【００７３】
（注４）Ｏ／Ｃの測定
Ｘ線光電子分光法により次の手順に従って求めた。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着物などを除去した炭素繊維を２０ｍｍにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた。Ｘ線源としてＡ１Ｋα１、２を用い、試料チャンバー中を１×１０8Ｔｏｒｒに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてＣ1sの主ピークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を１２０２ｃＶに合わせた。Ｃ1sピーク面積を、Ｋ．Ｅ．として１１９１〜１２０５ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｏ1sピーク面積を、Ｋ．Ｅ．として９４７〜９５９ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。
【００７４】
表面酸素濃度を、上記Ｏ1sピーク面積とＣ1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出した。Ｘ線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルＥＳ−２００を用い、感度補正値を１．７４とした。
【００７５】
・強化繊維分散状態の評価
抄紙により得られた炭素繊維ウェブの任意の部位より、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形状にウェブを切り出して顕微鏡にて観察した。１０本以上の炭素繊維の単繊維が束状になった状態、すなわち分散が不十分な炭素繊維の束の個数を測定した。この手順で２０回の測定をおこない、その平均値をもって、分散が不十分な炭素繊維の束が１個未満を二重丸、分散が不十分な炭素繊維の束が１個以上５個未満を○、分散が不十分な炭素繊維の束が５個以上１０個未満を△、分散が不十分な炭素繊維の束が１０個以上を×で評価した。
【００７６】
・成形品力学特性の評価
抄紙により得られた炭素繊維ウェブを２００ｍｍ×２００ｍｍに切り出して、１２０℃で１時間乾燥させた。乾燥後の炭素繊維ウェブと、酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムＦを、樹脂フィルムＦ／炭素繊維ウェブ／樹脂フィルムＦとなるように３層積層した。この積層物を温度２００℃、圧力３０ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保持したまま５０℃まで冷却して厚み０．１２ｍｍの炭素繊維強化樹脂シートを作製した。この樹脂シートを８枚積層し、温度２００℃、圧力３０ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保持したまま５０℃まで冷却して厚み１．０ｍｍの炭素繊維強化樹脂成形品を得た。得られた成形品を用いて、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い、曲げ強度をｎ＝１０で評価した。なお、曲げ強度の評価結果は実施例１を１００として相対値で記載した。
【００７７】
・水への溶解速度
評価サンプルとして縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ、厚み０．０５ｍｍのフィルム状サンプルを使用した。フィルム状サンプルはそれぞれの成分を加熱プレスして上記形状のフィルムとした。直径１００ｍｍの円柱型１０００ｍｌビーカーに４００ｍｌの水を用意し、フィルム状サンプルを投入し、２００回転／分の速度で撹拌した。フィルム状サンプルが消滅するまでを目視で確認し、フィルム状サンプル消失に要した時間を溶解速度とした。
【００７８】
（実施例１）
炭素繊維Ａ１をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ１−１）を得た。
【００７９】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に水溶性ポリウレタンを１．５質量％付着させた。かかる水溶性ポリウレタンが付着した炭素繊維束から、炭素繊維基材を製造した。
【００８０】
製造には図９に示す装置０３を用いた。製造装置０３は、分散槽１１としての直径３００ｍｍの円筒形状の容器、底部に幅２００ｍｍの抄紙面１９を有するメッシュコンベア２１を備える抄紙槽１２、分散槽１１と抄紙槽１２とを接続する直線状の輸送部（傾斜角４５°）１３、メッシュコンベア２１に接続し、炭素繊維ウェブ（炭素繊維基材）２０を運搬可能なコンベア２２炭素繊維ウェブを備えている。分散槽１１は上面に２つの開口部（広口開口部２３、狭口開口部２４）を備える凹型形状をしており、撹拌機１６が広口開口部２３側に設置されており、狭口開口部２４から炭素繊維束１７および分散液（分散媒体）１８を投入可能である。
【００８１】
水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））からなる濃度０．１質量％の分散液を作成した。分散槽内へ、前記分散液と前記繊維束の投入を開始した（工程（Ｉ））。製造中、分散槽中のスラリー中の炭素繊維濃度が一定濃度になるように、かつ、分散槽内のスラリーの液面の高さＨ１が一定となるように投入量を調整しながら、連続的に上記分散液とチョップド炭素繊維投入を継続した。容器への原料の投入開始とともに撹拌を開始し、スラリーを調製した（工程（ＩＩ））。スラリーが４０リットル溜まった時点で容器下部の開口コックを開放調整し、輸送部を介して抄紙槽に流し込んだ（工程（ＩＩＩ））。このとき、分散槽内のスラリー液面の高さＨ１は抄紙槽内のスラリー液面Ｈ２よりも５０ｃｍだけ高い位置にあった。該スラリーから水を吸引して、１０ｍ／分の速度で引き取り、幅２００ｍｍの炭素繊維ウェブを連続的に得た（工程（ＩＶ））。炭素繊維ウェブの目付は２０ｇ／ｍ2であった。
【００８２】
実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８３】
（実施例２）
炭素繊維Ａ３をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ３−１）を得た。
【００８４】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ３−１を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
（実施例３）
【００８５】
炭素繊維Ａ６をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ６−１）を得た。
【００８６】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ６−１を用いたこと、水溶性ポリウレタンに代えて水溶性ポリアミドを用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８７】
（実施例４）
実施例１と同様の材料を用いて、オーバーフローで実施した。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８８】
（実施例５）
炭素繊維Ａ２をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ２−１）を得た。
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ２−１を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８９】
（比較例１）
実施例１において、チョップド炭素繊維Ａ−１をそのまま用いた（水溶性ポリウレタンを付着させなかった）ほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９０】
（比較例２）
実施例１において、水溶性ポリウレタンの代わりにポリウレタン（水に不溶）を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９１】
（比較例３）
実施例１において、水溶性ポリウレタンの付着量を１５質量％としたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９２】
【表１】
【００９３】
表１から明らかなように、水溶性ポリウレタンまたは水溶性ポリアミドを０．１〜１０質量％付着させた炭素繊維束を用いることにより、いずれも分散状態の優れた炭素繊維ウェブを得ることができた。
【００９４】
Ｏ／Ｃが高い繊維を用いることにより、炭素繊維ウェブの成形品の力学特性をより高めることができることが明らかとなった（実施例１，２，５参照）。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図２】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図３】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図４】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図５】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図６】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図７】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図８】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図９】炭素繊維基材の製造装置の一例を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
０３ 炭素繊維基材の製造装置
１１ 分散槽
１２ 抄紙槽
１３ 輸送部
１４ 輸送部と分散槽との接続部
１６ 撹拌機
１７ チョップド炭素繊維（炭素繊維束）
１８ 分散液（分散媒体）
１９ 抄紙面
２０ 炭素繊維ウェブ（炭素繊維基材）
２１ メッシュコンベア
２２ コンベア
２３ 広口開口部
２４ 狭口開口部
２５ ポンプ
Ｈ１ 工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さ
Ｈ２ 工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さ
Ａ 基準
Ｂ 工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面
Ｃ 工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面
ｐ 重力方向と平行な線
ｑ 輸送部の中心線
ｒ ｐとｑとが鉛直下方側に形成する角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維基材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化成形基材は、比強度、比剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。なかでも強化繊維が均一に分散した基材を用いた成形品は、力学特性が等方的になり、さらには高強度を発現するものであれば適用可能な用途は非常に多くなる。従ってこのように強化繊維が均一に分散した繊維強化成形基材の製造条件についてはこれまで様々な検討がなされてきた。
【０００３】
特許文献１（国際公開第２００７／９７４３６号パンフレット）には、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の強化繊維として、単繊維状の炭素繊維であって質量平均繊維長が０．５〜１０ｍｍであり、かつ、配向パラメーターが−０．２５〜０．２５である炭素繊維を用いると、力学特性に優れ、等方的な力学特性を有する成形体が得られることが記載されている。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、（Ｉ）成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程、（ＩＩ）金型に成形材料を配置する工程、（ＩＩＩ）金型で成形材料を加圧する工程、（ＩＶ）金型内で成形材料を固化する工程、（Ｖ）金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程により製造されうるとされている。
【０００４】
このような繊維強化成形基材に用いられる炭素繊維について、種々の検討がなされてきた。
【０００５】
特許文献２（国際公開第２００６／０１９１３９号パンフレット）には、複数本の単繊維が収束されている炭素繊維であって、単繊維に界面活性剤を主成分とするサイジング剤が付着しており、表面酸素指数および水との接触角が所定の範囲内である水系プロセス用炭素繊維が、炭素繊維抄紙基材や成形用中間基材等の作製に好適に用いられる旨が記載されている。
【０００６】
特許文献３（特開平１−２０７４９９号公報）には、炭素繊維を含む水性スラリーを用いる湿式抄紙法において、スラリーに、フミン酸の水溶性塩、およびフミン酸酸化処理物の水溶性塩から選ばれた少なくとも１員からなる地合改良剤を含有させることにより、地合の均一且つ良好な炭素繊維シートが得られることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／９７４３６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０１９１３９号パンフレット
【特許文献３】特開平１−２０７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の炭素繊維束を用いて、繊維強化成形基材の中間体として有用な炭素繊維ウェブを製造すると、抄造時の炭素繊維の繊維分散性は比較的良好であるが、成形品の力学特性などをより高性能なものとするためにはさらなる改良が求められていた。また、炭素繊維ウェブの製造プロセスには特に言及しておらず、生産性を向上するプロセスを含めた開発が望まれていた。さらには、界面活性剤を主成分とするサイジング剤のみでは、抄造工程においてサイジング剤が容易に脱落する可能性があり、繊維の分散状態をさらに良好な状態とするためにはさらなる改良が望まれていた。
また特許文献３では、スラリー中にフミン系化合物を入れるため、有効成分がスラリー中に拡散してしまい、炭素繊維を効果的に分散させることが十分でなく、さらには分散自体の効果も不十分であった。
【０００９】
本発明は、抄造時の炭素繊維の分散性に優れ、成形品とした場合に力学特性に優れる炭素繊維基材を短時間で得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは検討を重ねた結果、炭素繊維束に水溶性ポリウレタンや水溶性ポリアミドを付着させたものを用いて炭素繊維ウェブを製造することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち本発明は、下記の〔１〕〜〔２０〕を提供するものである。
〔１〕炭素繊維基材の製造方法であって、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する炭素繊維基材の製造方法。
〔２〕前記水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、水への溶解速度が５分以内である、〔１〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔３〕前記水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有する直線状高分子である、〔１〕または〔２〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔４〕前記工程（Ｉ）から前記工程（ＩＶ）までをオンラインで実施してなる、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔５〕前記工程（Ｉ）の開始から前記工程（ＩＶ）の開始までの所要時間を１０分以内とする、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔６〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にある、〔５〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔７〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍである〔６〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔８〕前記工程（ＩＩ）で調製されるスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、前記工程（ＩＶ）開始時のスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲とする、〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔９〕前記工程（Ｉ）において分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施される、〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１０〕前記工程（Ｉ）は、前記分散媒体と前記炭素繊維とを分散槽に供給する工程であり、前記工程（ＩＩ）は、前記分散槽中で前記スラリーを調製する工程である、〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１１〕前記輸送部の幅Ｗ１と、前記炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０である、〔１０〕に記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１２〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を実質的に同じ高さに保ちながらおこなう、〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１３〕前記工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式でおこなう、〔１〕〜〔１２〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１４〕前記工程（ＩＶ）において、得られる炭素繊維基材を引取速度が１０ｍ／分以上で引き取る、〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１５〕前記炭素繊維基材の目付が１０〜５００ｇ／ｍ2である、〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１６〕前記炭素繊維束の長さが１〜５０ｍｍである、〔１〕〜〔１５〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１７〕前記工程（ＩＩ）におけるスラリー中の炭素繊維の質量含有量が０．０１〜１質量％である、〔１〕〜〔１６〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１８〕前記炭素繊維のＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０である、〔１〕〜〔１７〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔１９〕スラリーが水系である〔１〕〜〔１８〕のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
〔２０〕〔１〕〜〔１９〕のいずれかに記載の製造方法で製造された炭素繊維基材を用いる、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用の構造部品又は航空機用部品。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、抄造時の炭素繊維の繊維分散性に優れ、成形品とした場合に力学特性に優れる炭素繊維基材を短時間で得ることができ、高い量産性が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の炭素繊維基材の製造方法は、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）を少なくとも有する。
【００１４】
工程（Ｉ）では、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に炭素繊維束を投入する。
【００１５】
水溶性ポリウレタン、水溶性ポリアミドとは、それぞれ、水溶性のポリウレタン、ポリアミドを意味する。ポリウレタンとは分子中にウレタン結合（−ＮＨ−ＣＯＯ−）を有する分子を意味する。ポリアミドとは分子中にアミド結合（−ＮＨ−ＣＯ−）を有する分子を意味し、各種のナイロンが例示される。水溶性とは水に可溶である性質を意味する。水溶性ポリウレタン及び水溶性ポリアミドの好ましい例としては、水への溶解速度が５分以内のものであることが好ましい。水への溶解速度の測定は、例えば、一定厚みと面積のフィルム状物の水に試料を接触させ撹拌し（撹拌条件：直径１００ｍｍの円柱型１０００ｍｌビーカーに４００ｍｌの水を用意し、厚み０．０５ｍｍ、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍのフィルム状物を投入し、２００回転／分の速度で撹拌する）、フィルム状物が消滅するまでの時間から得ることができる。
【００１６】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有することが好ましい。尚、水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドを併用する場合には、少なくとも一方が分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有することが好ましく、両方が該ユニットを有することがより好ましい。
【００１７】
ポリアルキレングリコールユニットとは、エチレングリコールをはじめとするアルキレングリコールの繰り返し単位を意味する。水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドを構成する分子鎖中における、ポリアルキレングリコールユニットの含有量は、３０〜９５質量％であることが好ましい。ポリアルキレングリコールユニットの含有量はＮＭＲやＩＲなどの既存の高分子分析手法を用いて決定される。
【００１８】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、さらに、直鎖状高分子であることが好ましい。直鎖状とは、実質的に分岐鎖を有しない状態を意味する。高分子とは、高分子量の分子を意味し、好ましくは分子量５０００〜５００，０００、より好ましくは分子量１０，０００〜３００，０００である。
【００１９】
水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いることも可能である。
【００２０】
炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが例示される。ＰＡＮ系炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維を原料とする炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維は石油タールや石油ピッチを原料とする炭素繊維である。セルロース系炭素繊維はビスコースレーヨンや酢酸セルロースなどを原料とする炭素繊維である。気相成長系炭素繊維は炭化水素などを原料とする炭素繊維である。このうち、強度と弾性率のバランスに優れる点で、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００２１】
炭素繊維ウェブを構成する炭素繊維は１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
【００２２】
炭素繊維は、そのＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０であるものが好ましく、０．０６〜０．３であるものがより好ましく、０．０７〜０．２であるものがさらにより好ましい。表面酸素濃度比が０．０５以上であることにより、炭素繊維表面の極性官能基量を確保し、熱可塑性樹脂組成物との親和性が高くなるので、より強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比が０．５以下であることにより、表面酸化による炭素繊維自身の強度の低下を少なくすることができる。
【００２３】
表面酸素濃度比とは、繊維表面の酸素（Ｏ）と炭素（Ｃ）の原子数の比を意味する。表面酸素濃度比をＸ線光電子分光法により求める場合の手順を、以下に一例を挙げて説明する。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維を２０ｍｍにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、Ｘ線源としてＡ１Ｋα１、２を用い、試料チャンバー中を１×１０8Ｔｏｒｒに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてＣ1sの主ピークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を１２０２ｃＶに合わせる。Ｃ1sピーク面積をＫ．Ｅ．として１１９１〜１２０５ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。Ｏ1sピーク面積をＫ．Ｅ．として９４７〜９５９ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。
【００２４】
表面酸素濃度は、上記Ｏ1sピーク面積とＣ1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出したものである。Ｘ線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルＥＳ−２００を用い、感度補正値を１．７４として算出し得る。
【００２５】
炭素繊維の表面酸素濃度Ｏ／Ｃを０．０５〜０．５に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、電界酸化処理、薬液酸化処理、気相酸化処理などの手法が例示される。中でも電界酸化処理が取り扱いやすく好ましい。
【００２６】
電界酸化処理に用いられる電解液としては、以下に挙げる化合物の水溶液が好ましく用いられる。硫酸、硝酸、塩酸等の無機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化バリウム等の無機水酸化物、アンモニア、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機金属塩類、酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等の有機塩類、さらにこれらナトリウム塩の代わりにカリウム塩、バリウム塩その他の金属塩、アンモニウム塩、その他にはヒドラジンなどの有機化合物である。これらの中でも電解液としては無機酸が好ましく、硫酸及び硝酸が特に好ましく使用される。電界処理の程度は、電界処理で流れる電気量を設定することにより炭素繊維表面のＯ／Ｃを制御することができる。
【００２７】
炭素繊維束は、連続した強化繊維から構成されるもの、あるいは不連続な炭素繊維から構成されるもののどちらでも良いが、より良好な分散状態を達成するためには、不連続な炭素繊維束が好ましく、チョップド炭素繊維がより好ましい。
また、炭素繊維束を構成する単繊維の本数には、特に制限はないが、生産性の観点からは２４，０００本以上が好ましく、４８，０００本以上がさらに好ましい。単繊維の本数の上限については特に制限はないが、分散性や取り扱い性とのバランスも考慮して、３００，０００本程度もあれば生産性と分散性、取り扱い性を良好に保つことができる。
【００２８】
炭素繊維束の長さは、１〜５０ｍｍであることが好ましく、３〜３０ｍｍであることがより好ましい。３ｍｍ未満であると強化繊維による補強効果を効率良く発揮することが困難となるおそれがあり、３０ｍｍを超えると分散を良好に保つのが困難となるおそれがある。炭素繊維束の長さとは、炭素繊維束を構成する単繊維の長さをいい、強化繊維束の繊維軸方向の長さをノギスで測定する、あるいは強化繊維束から単繊維を取り出し顕微鏡で観察して測定され得る。
【００２９】
分散媒体（分散液）とは、炭素繊維束を分散させ得る媒体を意味する。分散媒体の例としては水、アルコールなどのいわゆる溶媒が挙げられるが、水が好ましい。水としては、通常の水道水のほか、蒸留水、精製水等の水を使用することができる。水には必要に応じて界面活性剤を混合し得る。界面活性剤は、陽イオン型、陰イオン型、非イオン型、両性の各種に分類されるが、このうち非イオン性界面活性剤が好ましく用いられ、中でもポリオキシエチレンラウリルエーテルがより好ましく用いられる。界面活性剤を水に混合する場合の界面活性剤の濃度は、通常は０．０００１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０００５質量％以上０．０５質量％以下である。
【００３０】
炭素繊維束の投入量は、水（分散液）１ｌの投入量に対する量として、通常０．１ｇ以上１０ｇ以下、好ましくは０．３ｇ以上５ｇ以下の範囲で調整し得る。前記範囲とすることにより、炭素繊維束が分散媒体に効率よく分散し、均一に分散したスラリーを短時間で得ることができる。水（分散液）に対し炭素繊維束を分散させる際には、必要に応じて撹拌を行う。
【００３１】
工程（ＩＩ）では、炭素繊維束を構成する炭素繊維が分散媒体中に分散したスラリーを調製する。
【００３２】
スラリーとは固体粒子が分散している懸濁液をいい、本発明においては水系スラリーであることが好ましい。
【００３３】
スラリー中の炭素繊維の質量含有量（スラリーにおける固形分濃度）は、０．０１質量％以上１質量％以下であることが好ましく、０．０３質量％以上０．５質量％以下であることがより好ましい。上記範囲であることにより抄造を効率よく行うことができる。
【００３４】
工程（ＩＩ）は、通常分散槽で実施される。分散槽はスラリーを収容可能な槽（容器）である。分散槽を用いる場合、工程（Ｉ）における分散媒体と炭素繊維束とは、直接分散槽に対し行われることが好ましい。もちろん先に分散槽以外の槽に分散媒体と炭素繊維束とを投入し、かかる槽の中身を分散槽に移して工程（ＩＩ）を行ってもよいことは言うまでもない。分散槽は、必要に応じて撹拌装置を備えるものであってもよい。
【００３５】
工程（ＩＩＩ）では、工程（ＩＩ）で得られるスラリーを輸送する。
【００３６】
工程（ＩＩＩ）は、通常、工程（ＩＩ）が行われる分散槽と工程（ＩＶ）が行われる抄紙槽とを接続する輸送部で行われる。
【００３７】
輸送部の幅は特に規定されないが、輸送部の幅Ｗ１と炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０であることが好ましく、０．７〜１．０であることがより好ましい。Ｗ１／Ｗ２が０．５未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。Ｗ１／Ｗ２が１．０を超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれや、輸送部から工程（ＩＶ）へスラリーが流れる際に、スラリー流動部の幅が大きくなるためにスラリーに負荷がかかり分散状態が不十分となるおそれがある。ここで「輸送部の幅」とは輸送部の断面の長径を意味し、例えば輸送部の断面が長方形の場合には長いほうの径を意味する。「炭素繊維基材の幅」とは工程（ＩＶ）において得られる炭素繊維基材の長さ、幅、及び厚みのうち幅（長さより短い方）を意味する。尚、各幅が部位により異なる場合にはその平均値を意味するものとする。
【００３８】
輸送部の幅は、通常は０．１〜２ｍの範囲である。炭素繊維基材の幅は、通常０．２〜２ｍである。
【００３９】
輸送部の形状はスラリーを輸送できる形状であれば特には限定されず、通常は管状である。必要に応じて、輸送部の途中に送液ポンプを備える。送液ポンプは、例えばダイアフラムポンプ、スネークポンプ等の低剪断ポンプであることが好ましい。
【００４０】
工程（ＩＩＩ）はオーバーフロー方式で行われるものであってもよい。これにより、輸送されるスラリー中の炭素繊維に剪断力がかかり沈降、凝集することを防ぎ、スラリー中の分散性を保つことができる。また、ポンプなど動力を使わずに経済的な輸送が可能である。
【００４１】
オーバーフロー方式とは、容器（槽）から溢れる液体を、重力を利用して次の容器（槽）へ送液する方式を意味する。すなわち、送液ポンプなどの動力を実質的に用いずに送液する方式である。
【００４２】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部は傾斜していることが好ましい。すなわち、輸送部を水平方向から見る場合に、分散槽と輸送部との接続点が抄紙槽と輸送部との接続点よりも高い位置にあることが好ましい。その傾斜角は３０〜６０°、４０〜５５°であることがより好ましい。傾斜角が３０°未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。傾斜角が６０°を超えると、オーバーフロー方式とした場合、スラリーの輸送時の流速が大きくなるために、工程（ＩＶ）への到達時にスラリーに過剰の剪断が加わり、工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００４３】
ここで、傾斜角とは、輸送部の管の中心線と、重力方向と平行な線とが交差する部分の鉛直下方側の角度を意味する。
【００４４】
尚、工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式で行う場合には、輸送部の分散槽との接続部は分散槽の壁面、特に上方に位置することが好ましい。
【００４５】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部は直線状であること、すなわち、湾曲部、屈曲部などの方向変換点を途中に有しない形状であることが好ましい。
【００４６】
オーバーフロー方式とする場合には、輸送部の高さは６０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上であることが好ましい。６０ｍｍ以上であることにより、輸送するスラリー量に対して輸送部壁面とスラリーとの接触面積を相対的に小さくすることができ、壁面接触時のスラリーへの剪断力発生による分散繊維の再凝集を少なくすることができる。ここで輸送部の高さとは、輸送部を水平方向から見る場合に、輸送部の径の大きさを意味する。輸送部が長方形（長辺が基材幅方向、短辺が基材厚み方向）の場合、短辺の長さが「輸送部の高さ」に該当する。輸送部の高さの上限は特に限定されないが、通常は５００ｍｍ以下である。尚、輸送部の高さに部位により差がある場合にはその平均値を意味するものとする。
【００４７】
輸送部の形状について、図１〜図８を例にとって説明する。図１〜図８は、工程（Ｉ）および工程（ＩＩ）は分散槽で行われ、前記工程（ＩＶ）は抄紙槽で行い、前記工程（ＩＩＩ）を前記分散槽と抄紙槽とを接続する輸送部で行う場合の、分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けを模式的に示す図である。図１〜６及び図８中の輸送部１３は、直線状を呈している。
【００４８】
輸送部の傾斜角は、各図において輸送部１３の中心線ｑと、重力方向に伸びる線Ｐとが鉛直下方側に形成する角度ｒを意味する。図１、図５及び図６中の輸送部１３は、分散槽１１から抄紙槽１２に向けて傾斜しており、傾斜角が３０〜６０°である。図２中の輸送部１３は、分散槽１１と抄紙槽１２を水平に接続しており、傾斜角は略９０°である。図３中の輸送部１３は、分散槽１１から抄紙槽１２に向けて傾斜しており、傾斜角が３０〜６０°である。図４中の輸送部１３は、分散槽１１と抄紙槽１２とを重力方向で接続しており、傾斜角は略０°である。図８中の輸送部１３も図４と同様に傾斜角は略０°であり、輸送部１３の途中にポンプ２５を備える。
【００４９】
図１、図５および図６中、輸送部１３の分散槽１１との接続部１４は、分散槽１１の壁面の上方に位置する。そのため、図１のような分散槽、抄紙槽及び輸送部の位置づけであれば、工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式により行うことが可能となる。
【００５０】
工程（ＩＶ）では、スラリーより分散媒体を除去して炭素繊維基材を得る。
【００５１】
工程（ＩＶ）は、通常抄紙槽で実施される。抄紙槽はスラリーを収容可能であり、水分吸引可能な抄紙面を有する槽（容器）である。抄紙面は一般に底面付近に設けられ、その材料としてはメッシュシートなどが例示される。
【００５２】
本発明においては、工程（ＩＶ）において得られる炭素繊維基材を引き取ることができる。炭素繊維基材の引き取りは、ロールに巻き取って行うことができる。引取速度は１０ｍ／分以上であることが好ましい。引取速度の上限は通常は、１００ｍ／分以下である。
【００５３】
工程（ＩＩ）で調製されるスラリー中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、工程（ＩＶ）開始時のスラリー中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲であることが好ましく、０．９〜１．１の範囲であることがより好ましい。Ｃ１／Ｃ２が０．８未満であるとＣ２を増やすために、分散媒体のみを除去したり、強化繊維のみを投入する必要があり、工程が煩雑になるうえ、スラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。Ｃ１／Ｃ２が１．２を超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００５４】
工程（Ｉ）〜工程（ＩＶ）はオンラインで実施されることが好ましい。オンラインとは、各工程の間が連続的に実施される方式であり、オフラインの反対語である。すなわちオンラインとは、各工程が一連の流れとして行われるプロセスを意味し、それぞれが独立した状態のプロセスとは異なる。工程（Ｉ）〜工程（ＩＶ）をオンラインで実施することにより、炭素繊維基材を短時間で得ることができる。
【００５５】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にあることが好ましい。「スラリーの液面の高さ」とはスラリーを水平方向から見た場合の液面の位置を意味する。「高い位置にある」とは、２つの液面の高さを、該高さよりも鉛直下方に位置する基準からの距離としての測定値として表現した場合に、一方の高さが他方よりも高い位置にあること、すなわち、２つの液面の高さのうち一方が他方の鉛直下方に位置することを意味する。
【００５６】
中でも、前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、前記工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍであることが好ましく、０．５〜２ｍであることがより好ましい。０．１ｍ未満であると工程（ＩＩＩ）における輸送に長時間を要するおそれがある。一方、５ｍを超えると工程（ＩＶ）におけるスラリーの分散状態が不十分となるおそれがある。
【００５７】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２について、図１〜図８に基づき説明する。分散槽１１のスラリー（斜線部分）の液面の高さＨ１は、Ｈ１及びＨ２よりも鉛直下方に位置する基準Ａに対する液面の位置Ｂの距離Ｈ１で表される。抄紙槽１２のスラリー（斜線部分）の液面の高さＨ２は、液面基準Ａに対する液面の位置Ｃの距離Ｈ２で表される。スラリーの液面の高さＨ１およびＨ２の差を維持するためには、図１、図３、図４及び図７に示すように分散槽１１と抄紙槽１２とが重力方向を基準としてずれて位置していることが好ましいが、図２、図５及び図６に示すように、スラリーの量や槽の大きさなどにより、各槽内のスラリーの液面の高さを調整すれば、分散槽１１と抄紙槽１２の重力方向における位置が水平であってもよい。
【００５８】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置に保つためには、例えば工程（ＩＩ）を分散槽で、工程（ＩＶ）を抄紙槽で行う場合に、これら２つの槽を、分散槽の底面の位置が抄紙槽の上面の位置よりも鉛直上方に位置するように設置することが好ましい。
【００５９】
工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）の開始までの所要時間は、１０分以内であることが好ましい。１０分を超えると、炭素繊維の種類によっては、スラリー中で分散した炭素繊維が再凝集するとなるおそれがある。工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）の開始までの所要時間の下限は特に限定されないが、通常は１分以上である。
【００６０】
工程（Ｉ）において、分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施されることが好ましい。これにより、炭素繊維基材をより短時間で得ることができる。また、一度にスラリーを大量に投入すると、スラリーの一部は抄紙されるまでに長時間かかり分散状態が不良になってしまう可能性があるが、継続的に投入、実施を行うことにより、スラリーを少量ずつ効率よく、分散状態を保持しつつ抄紙することが可能である。「継続的に投入する」「継続的に実施する」とは連続的に投入すること、工程（Ｉ）において投与される原料について順次、或いは連続的に工程（ＩＩ）〜（ＩＶ）を実施することを意味する。言い換えれば一連の工程において、分散スラリーの原料の供給、及びスラリー供給を継続しながら実施する状態を意味し、最初に一定量のスラリーを作製するプロセスより量産を考慮したプロセスを意味する。継続的に投入、実施を行う方法としては、バッチ式以外の方法、一定の速度で投入する方法、所定の間隔に略一定量を投入する方法が例示される。一定の速度で投入する条件としては、分散媒体を１×１０３〜１×１０７ｇ／分、炭素繊維束を０．１〜１×１０５ｇ／分で投入する条件が例示される。所定の間隔に略一定量を投入する条件としては、１〜５分おきに分散媒体を１×１０３〜１×１０７ｇずつ、炭素繊維束を０．１〜１×１０５ｇずつ投入する条件が例示される。
【００６１】
工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれることが好ましい。工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）を継続的に実施する場合には特に、工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１は、工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれることが好ましい。
【００６２】
「工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保たれる」とは、工程（ＩＩ）を実施する間に高さの変動が１００ｍｍ以内であること、好ましくは５０ｍｍ以内、より好ましくは変動がないこと（０ｍｍ）を意味する。工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を工程（ＩＩ）を通じて実質的に同じ高さに保つためには、工程（Ｉ）を継続的に行うことが好ましい。例えば工程（ＩＩ）を分散槽で行う場合、分散槽への分散媒体と炭素繊維の供給を継続的に行うと共に、工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施されることが好ましい。
【００６３】
炭素繊維基材の目付は、１０〜５００ｇ／ｍ2であることが好ましく、５０〜３００ｇ／ｍ2であることがより好ましい。１０ｇ／ｍ2未満であると基材の破れなどの取り扱い性に不具合を生じるおそれがあり、５００ｇ／ｍ2を超えると基材の乾燥に長時間かかるなど、その後のプロセスに不具合を生じるおそれがある。
【００６４】
本発明において得られる炭素繊維基材は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含む繊維強化成形基材として用いることができる。繊維強化成形基材は、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用部品、航空機用部品等の各種用途に用いることができ、電子機器部品、自動車用の構造部品により好ましく用いられる。
【実施例】
【００６５】
製造例１（Ａ１：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６６】
製造例２（Ａ２：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．０５
【００６７】
製造例３（Ａ３：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（三洋化成（株）製“メルポール”Ｆ−２２０）
ポリエチレングリコールユニット（分子量２０，０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６８】
製造例４（Ａ４：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 ポリウレタン樹脂（第一工業製薬（株）製“スーパーフレックス”８４０）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００６９】
製造例５（Ａ５：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリウレタン樹脂（吉村油化学（株）製“テキサノール”ＰＥ−１０Ｆ）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００７０】
製造例６（Ａ６：ＰＡＮ系炭素繊維）
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維を得た。
総フィラメント数 １２，０００本
単繊維直径 ７μｍ
単位長さ当たりの質量 ０．８ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ3
引張強度（注１） ４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２） ２３０ＧＰａ
サイジング種類 水溶性ポリアミド樹脂（松本油脂（株）製Ａ−７７４）
ポリエチレングリコールユニット（分子量４０００）
サイジング付着量（注３） １．５質量％
Ｏ／Ｃ（注４） ０．１０
【００７１】
製造例３（Ｆ：酸変性ポリプロピレン樹脂フィルム）
三井化学（株）製の“アドマー”（登録商標）ＱＥ５１０（比重０．９１、融点１６０℃）を温度２００℃、圧力２０Ｍｐａで１分間プレス成形し、厚み５０μｍの酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムＦを作製した。
【００７２】
（注３）サイジング剤の付着量の測定条件
試料として、サイジング剤が付着している炭素繊維約５ｇを採取し、耐熱性の容器に投入した。次にこの容器を１２０℃で３時間乾燥した。吸湿しないようにデシケーター中で注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をＷ1（ｇ）とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、４５０℃で１５分間加熱後、同様にデシケーター中で吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した質量をＷ2（ｇ）とした。以上の処理を経て、炭素繊維へのサイジング剤の付着量を次の式により求めた。
（式）付着量（質量％）＝１００×｛（Ｗ1−Ｗ2）／Ｗ2｝
なお、測定は３回行い、その平均値を付着量として採用した。
【００７３】
（注４）Ｏ／Ｃの測定
Ｘ線光電子分光法により次の手順に従って求めた。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着物などを除去した炭素繊維を２０ｍｍにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた。Ｘ線源としてＡ１Ｋα１、２を用い、試料チャンバー中を１×１０8Ｔｏｒｒに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてＣ1sの主ピークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を１２０２ｃＶに合わせた。Ｃ1sピーク面積を、Ｋ．Ｅ．として１１９１〜１２０５ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｏ1sピーク面積を、Ｋ．Ｅ．として９４７〜９５９ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。
【００７４】
表面酸素濃度を、上記Ｏ1sピーク面積とＣ1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出した。Ｘ線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルＥＳ−２００を用い、感度補正値を１．７４とした。
【００７５】
・強化繊維分散状態の評価
抄紙により得られた炭素繊維ウェブの任意の部位より、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形状にウェブを切り出して顕微鏡にて観察した。１０本以上の炭素繊維の単繊維が束状になった状態、すなわち分散が不十分な炭素繊維の束の個数を測定した。この手順で２０回の測定をおこない、その平均値をもって、分散が不十分な炭素繊維の束が１個未満を二重丸、分散が不十分な炭素繊維の束が１個以上５個未満を○、分散が不十分な炭素繊維の束が５個以上１０個未満を△、分散が不十分な炭素繊維の束が１０個以上を×で評価した。
【００７６】
・成形品力学特性の評価
抄紙により得られた炭素繊維ウェブを２００ｍｍ×２００ｍｍに切り出して、１２０℃で１時間乾燥させた。乾燥後の炭素繊維ウェブと、酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムＦを、樹脂フィルムＦ／炭素繊維ウェブ／樹脂フィルムＦとなるように３層積層した。この積層物を温度２００℃、圧力３０ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保持したまま５０℃まで冷却して厚み０．１２ｍｍの炭素繊維強化樹脂シートを作製した。この樹脂シートを８枚積層し、温度２００℃、圧力３０ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保持したまま５０℃まで冷却して厚み１．０ｍｍの炭素繊維強化樹脂成形品を得た。得られた成形品を用いて、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い、曲げ強度をｎ＝１０で評価した。なお、曲げ強度の評価結果は実施例１を１００として相対値で記載した。
【００７７】
・水への溶解速度
評価サンプルとして縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ、厚み０．０５ｍｍのフィルム状サンプルを使用した。フィルム状サンプルはそれぞれの成分を加熱プレスして上記形状のフィルムとした。直径１００ｍｍの円柱型１０００ｍｌビーカーに４００ｍｌの水を用意し、フィルム状サンプルを投入し、２００回転／分の速度で撹拌した。フィルム状サンプルが消滅するまでを目視で確認し、フィルム状サンプル消失に要した時間を溶解速度とした。
【００７８】
（実施例１）
炭素繊維Ａ１をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ１−１）を得た。
【００７９】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に水溶性ポリウレタンを１．５質量％付着させた。かかる水溶性ポリウレタンが付着した炭素繊維束から、炭素繊維基材を製造した。
【００８０】
製造には図９に示す装置０３を用いた。製造装置０３は、分散槽１１としての直径３００ｍｍの円筒形状の容器、底部に幅２００ｍｍの抄紙面１９を有するメッシュコンベア２１を備える抄紙槽１２、分散槽１１と抄紙槽１２とを接続する直線状の輸送部（傾斜角４５°）１３、メッシュコンベア２１に接続し、炭素繊維ウェブ（炭素繊維基材）２０を運搬可能なコンベア２２炭素繊維ウェブを備えている。分散槽１１は上面に２つの開口部（広口開口部２３、狭口開口部２４）を備える凹型形状をしており、撹拌機１６が広口開口部２３側に設置されており、狭口開口部２４から炭素繊維束１７および分散液（分散媒体）１８を投入可能である。
【００８１】
水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））からなる濃度０．１質量％の分散液を作成した。分散槽内へ、前記分散液と前記繊維束の投入を開始した（工程（Ｉ））。製造中、分散槽中のスラリー中の炭素繊維濃度が一定濃度になるように、かつ、分散槽内のスラリーの液面の高さＨ１が一定となるように投入量を調整しながら、連続的に上記分散液とチョップド炭素繊維投入を継続した。容器への原料の投入開始とともに撹拌を開始し、スラリーを調製した（工程（ＩＩ））。スラリーが４０リットル溜まった時点で容器下部の開口コックを開放調整し、輸送部を介して抄紙槽に流し込んだ（工程（ＩＩＩ））。このとき、分散槽内のスラリー液面の高さＨ１は抄紙槽内のスラリー液面Ｈ２よりも５０ｃｍだけ高い位置にあった。該スラリーから水を吸引して、１０ｍ／分の速度で引き取り、幅２００ｍｍの炭素繊維ウェブを連続的に得た（工程（ＩＶ））。炭素繊維ウェブの目付は２０ｇ／ｍ2であった。
【００８２】
実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８３】
（実施例２）
炭素繊維Ａ３をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ３−１）を得た。
【００８４】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ３−１を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
（実施例３）
【００８５】
炭素繊維Ａ６をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ６−１）を得た。
【００８６】
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ６−１を用いたこと、水溶性ポリウレタンに代えて水溶性ポリアミドを用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８７】
（実施例４）
実施例１と同様の材料を用いて、オーバーフローで実施した。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８８】
（実施例５）
炭素繊維Ａ２をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維（Ａ２−１）を得た。
チョップド炭素繊維Ａ１−１に代えてチョップド炭素繊維Ａ２−１を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００８９】
（比較例１）
実施例１において、チョップド炭素繊維Ａ−１をそのまま用いた（水溶性ポリウレタンを付着させなかった）ほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９０】
（比較例２）
実施例１において、水溶性ポリウレタンの代わりにポリウレタン（水に不溶）を用いたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９１】
（比較例３）
実施例１において、水溶性ポリウレタンの付着量を１５質量％としたほかは、実施例１と同様に行った。実施条件および得られた炭素繊維ウェブの評価結果を、表１に示した。
【００９２】
【表１】
【００９３】
表１から明らかなように、水溶性ポリウレタンまたは水溶性ポリアミドを０．１〜１０質量％付着させた炭素繊維束を用いることにより、いずれも分散状態の優れた炭素繊維ウェブを得ることができた。
【００９４】
Ｏ／Ｃが高い繊維を用いることにより、炭素繊維ウェブの成形品の力学特性をより高めることができることが明らかとなった（実施例１，２，５参照）。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図２】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図３】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図４】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図５】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図６】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図７】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図８】分散槽、抄紙槽及び輸送部の水平方向から見た位置付けの一例を模式的に示す図である。
【図９】炭素繊維基材の製造装置の一例を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
０３ 炭素繊維基材の製造装置
１１ 分散槽
１２ 抄紙槽
１３ 輸送部
１４ 輸送部と分散槽との接続部
１６ 撹拌機
１７ チョップド炭素繊維（炭素繊維束）
１８ 分散液（分散媒体）
１９ 抄紙面
２０ 炭素繊維ウェブ（炭素繊維基材）
２１ メッシュコンベア
２２ コンベア
２３ 広口開口部
２４ 狭口開口部
２５ ポンプ
Ｈ１ 工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さ
Ｈ２ 工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さ
Ａ 基準
Ｂ 工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面
Ｃ 工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面
ｐ 重力方向と平行な線
ｑ 輸送部の中心線
ｒ ｐとｑとが鉛直下方側に形成する角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維基材の製造方法であって、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する炭素繊維基材の製造方法。
【請求項２】
前記水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、水への溶解速度が５分以内である、請求項１に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項３】
前記水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有する直線状高分子である、請求項１または２に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ｉ）から前記工程（ＩＶ）までをオンラインで実施してなる、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項５】
前記工程（Ｉ）の開始から前記工程（ＩＶ）の開始までの所要時間を１０分以内とする、請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にある、請求項５に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍである請求項６に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ＩＩ）で調製されるスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、前記工程（ＩＶ）開始時のスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲とする、請求項１〜７のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項９】
前記工程（Ｉ）において分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施される、請求項１〜８のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（Ｉ）は、前記分散媒体と前記炭素繊維とを分散槽に供給する工程であり、前記工程（ＩＩ）は、前記分散槽中で前記スラリーを調製する工程である、請求項１〜９のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１１】
前記輸送部の幅Ｗ１と、前記炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０である、請求項１０に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を実質的に同じ高さに保ちながらおこなう、請求項１〜１１のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式でおこなう、請求項１〜１２のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ＩＶ）において、得られる炭素繊維基材を引取速度が１０ｍ／分以上で引き取る、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素繊維基材の目付が１０〜５００ｇ／ｍ2である、請求項１〜１４のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１６】
前記炭素繊維束の長さが１〜５０ｍｍである、請求項１〜１５のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリー中の炭素繊維の質量含有量が０．０１〜１質量％である、請求項１〜１６のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１８】
前記炭素繊維のＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０である、請求項１〜１７のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１９】
スラリーが水系である請求項１〜１８のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の製造方法で製造された炭素繊維基材を用いる、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用の構造部品又は航空機用部品。
【請求項１】
炭素繊維基材の製造方法であって、水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが０．１〜１０質量％付着した炭素繊維束を分散媒体に投入する工程（Ｉ）、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維が前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（ＩＩ）、前記スラリーを輸送する工程（ＩＩＩ）及び前記スラリーより分散媒体を除去して抄造し炭素繊維基材を得る工程（ＩＶ）の少なくとも４つの工程を有する炭素繊維基材の製造方法。
【請求項２】
前記水溶性ポリウレタンおよび水溶性ポリアミドは、水への溶解速度が５分以内である、請求項１に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項３】
前記水溶性ポリウレタンおよび／または水溶性ポリアミドが分子鎖中にポリアルキレングリコールユニットを含有する直線状高分子である、請求項１または２に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ｉ）から前記工程（ＩＶ）までをオンラインで実施してなる、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項５】
前記工程（Ｉ）の開始から前記工程（ＩＶ）の開始までの所要時間を１０分以内とする、請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１が、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２よりも高い位置にある、請求項５に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１と、工程（ＩＶ）におけるスラリーの液面の高さＨ２との差Ｈ１−Ｈ２が、０．１〜５ｍである請求項６に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ＩＩ）で調製されるスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ１とし、前記工程（ＩＶ）開始時のスラリーにおける分散媒体中の炭素繊維の質量含有率をＣ２とした場合に、Ｃ１／Ｃ２が０．８〜１．２の範囲とする、請求項１〜７のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項９】
前記工程（Ｉ）において分散媒体と炭素繊維束とが継続的に投入され、前記工程（Ｉ）から工程（ＩＶ）までが継続的に実施される、請求項１〜８のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（Ｉ）は、前記分散媒体と前記炭素繊維とを分散槽に供給する工程であり、前記工程（ＩＩ）は、前記分散槽中で前記スラリーを調製する工程である、請求項１〜９のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１１】
前記輸送部の幅Ｗ１と、前記炭素繊維基材の幅Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、０．５〜１．０である、請求項１０に記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリーの液面の高さＨ１を実質的に同じ高さに保ちながらおこなう、請求項１〜１１のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ＩＩＩ）をオーバーフロー方式でおこなう、請求項１〜１２のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ＩＶ）において、得られる炭素繊維基材を引取速度が１０ｍ／分以上で引き取る、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素繊維基材の目付が１０〜５００ｇ／ｍ2である、請求項１〜１４のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１６】
前記炭素繊維束の長さが１〜５０ｍｍである、請求項１〜１５のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ＩＩ）におけるスラリー中の炭素繊維の質量含有量が０．０１〜１質量％である、請求項１〜１６のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１８】
前記炭素繊維のＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０である、請求項１〜１７のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項１９】
スラリーが水系である請求項１〜１８のいずれかに記載の炭素繊維基材の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の製造方法で製造された炭素繊維基材を用いる、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用の構造部品又は航空機用部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−３７６６９（Ｐ２０１０−３７６６９Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９８４６１（Ｐ２００８−１９８４６１）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]