炭素繊維 化学特性,用途語,生産方法
解説
セルロース，ポリアクリロニトリル，リグニン，レジナスピッチなどを原料として，不活性気体中で加熱分解してつくる炭素を主成分とした繊維．広義には，炭化繊維ともいう．現在では，炭素から直接に炭素繊維をつくる方法が開発されていないので，上記の原料を紡糸，予備処理，炭化焼成する工程を必要とし，炭化過程の加熱温度により，各種の炭素含有量の物性の異なったものが得られる．大別すると200～500 ℃ までの焼成によったものは耐炎繊維(耐熱質繊維，黒化繊維)，800～1800 ℃ のものは91～98％ が炭素で，狭義に炭素繊維といわれる．さらに2500～3000 ℃ で黒鉛化したものは98～100％ 炭素よりなり，黒鉛繊維といわれる．非酸化条件下では耐薬品性，耐熱性が高い．電気伝導性があり，弾性率のとくに高いものもある．物性に応じて，断熱材，濾過材，吸着剤，複合材の強化材料に用いられる．
森北出版「化学辞典（第2版）
製造
まず原料繊維を製造し、これを200ないし300℃の空気中でゆっくり加熱する。PAN系繊維ではこれを前処理、ピッチ系では不融化処理とよぶ。ともに空気による軽い酸化処理であり、酸化によって分子間架橋がおこり耐熱性が向上し、次の焼成工程の際の溶融防止などの役割を果たす。焼成処理で炭化に続いて黒鉛化がおこる。
黒鉛化が十分に進んだ高性能炭素繊維は比重が小さく（PAN系で1.76～1.91、ピッチ系では2.0～2.2）、引張り強さや弾性率が大きい。これらの値をその比重で割り算した比強度や比弾性率が金属に比べて著しく高いことが炭素繊維の特徴である。実際の使用にあたっては、連続繊維はPAN系で直径約7マイクロメートル(μm。1ミリメートルの1000分の1)、ピッチ系で約10マイクロメートルの単繊維（フィラメント）を数千本束ねたヤーン（単糸）の形で供給される。
PAN系は炭素化の収率が40～50％と低いのに対し、ピッチ系は85～90％と高いのが特徴である。また繊維自体についてはピッチ系がPAN系に比べて圧縮強度がすこし低いといわれている。価格は収率の相違などからピッチ系のほうがすこし安価である。［垣内 弘］
用途
炭素繊維は、その比強度と比弾性率の大きなことが利用されて構造材料用の複合材料の強化材として用いられている。おもにプラスチックとしてエポキシ樹脂との複合化が行われ、各種用途に用いられ、また将来の需要が期待されている。外国では軍用機や航空宇宙機器用器材などに用いられており、日本ではゴルフクラブのカーボンシャフト、テニスラケット、釣り竿(ざお)などに用いられている。日本の炭素繊維は世界一の品質と生産量を誇り、高品質のものを世界各国に提供している。いまのところ価格がやや高いこと、また電気を通すという特徴が欠点となることもある。［垣内 弘］
炭素繊維 上流と下流の製品情報
原材料
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