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炭素繊維の量産加速へ、新たな製造技術を開発：鍵は新原料と“電子レンジでチン”（2/3 ページ）

» 2016年01月15日 09時30分公開

鍵は新原料と“レンジでチン”

　PAN系炭素繊維の製造は、1）PANから糸を作る、2）それを酸化する（耐炎化する）、3）さらにそれを炭化する、4）表面処理を行う、という、4つの主要工程から成る。糸を高温で何度も“蒸し焼き”にして、炭素以外の成分を取り除いていくイメージだ。

現行の製造工程（クリックで拡大）出典：NEDO

　中でも、200～300℃で30分～1時間、糸を焼いて酸化させる「耐炎化」は、エネルギーと時間を消費する工程となっている。300℃を超える高温になり過ぎてはいけないので、時折冷却しながらの作業となる。NEDO 電子・材料・ナノテクノロジー部の山崎知巳氏は、「耐炎化のプロセスが量産の足かせとなっていた」と話す。

　新しい製造技術では、炭素繊維の原料（前駆体）としてポリマーを新たに開発したことで、この耐炎化の工程がなくなる。

NEDO 電子・材料・ナノテクノロジー部の山崎知巳氏

　新規ポリマー「溶媒可溶性耐炎ポリマー」は、衣料用に使われる安価なPANを材料としている。そのPANに溶解促進剤と酸化剤を添加し、溶液中で耐炎化反応（酸化反応）を行う。つまり、糸を作る前の段階で、既に耐炎化を済ませてしまうのだ。東京大学大学院工学系研究科で教授を務める影山和郎氏は、これは「世界初の成果」だと述べる。

　さらに、「溶媒可溶性芳香族ポリマー」も開発した。従来の前駆体に比べて炭化しやすいという性質を持っているので、径が太い炭素繊維の製造に有利だとしている。炭素繊維を太くできれば、それだけ生産量は増えるので、これも生産性の向上に貢献する原料だといえる。

　3）の炭化プロセスでは、これまでは専用の加熱炉を使い、低温（1000～2000℃）および高温（2000～3000℃）で炭化していたが、大気圧下においてマイクロ波で糸を直接加熱することに成功した。影山氏は「簡単に言えば、糸を”電子レンジでチン”するイメージだ」と説明する。加熱炉を常に高温に保つ必要がなくなるので、炭化プロセスを短縮化できる。

　4）の表面処理では、現行は薬液を使っているが、プラズマを導入することでプロセスを大幅に簡略化した。