DE112022003083T5

DE112022003083T5 - Schlichtmittel für anorganische Fasern; anorgaische Faser und Herstellungsverfahren hierfür sowie Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE112022003083T5
Application number: DE112022003083.6T
Authority: DE
Inventors: Takuya Matsunaga; Jun Ito; Keiichiro OSHIMA
Original assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd
Current assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-03-28
Also published as: CN117580994A; JP2023012827A; JP6984933B1; WO2023286828A1

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung geht es um das Problem, Folgendes bereitzustellen: ein Schlichtmittel für anorganische Fasern, mittels dessen das Anhaftungsvermögen von anorganischen Fasern an einem Grundstoff eines Verbundwerkstoffs verbessert werden kann; anorganische Fasern;ein Verfahren zur Herstellung derselben sowieeinen Verbundwerkstoff.Ein Schlichtmittel für anorganische Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein durch Kondensation aus einem Polyamin (A) und einer Polycarbonsäure (B) gebildetes Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) aufweist. Das Polyamin (A) enthält in seinem Molekül eine Kohlenwasserstoffgruppe und drei oder mehr Stickstoffatome, wobei die Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen in einem Molekül 4 bis 63 beträgt. Die Polycarbonsäure (B) weist eine Anzahl von 2 bis 24 Kohlenstoffatomen und eine Wertigkeit von 2 bis 4 auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schlichtmittel für anorganische Fasern, welches ein spezifisches Polyamin-Polycarbonsäurekondensat aufweist, eine anorganische Faser, ein Herstellungsverfahren für eine anorganische Faser sowie einen Verbundwerkstoff.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Verbundwerkstoffe aus faserverstärktem thermoplastischem Harz sind allgemein bekannt als Werkstoffe, die anorganische Fasern, beispielsweise Carbonfasern, sowie ein Matrixharz, beispielsweise ein thermoplastisches Harz, enthalten; dieses ist ein Grundstoff und findet vielfältige Verwendung, beispielsweise auf dem jeweiligen Gebiet von Baumaterialien und Transportausrüstung. Zur Verbesserung eines Anhaftungsvermögens zwischen anorganischen Fasern, beispielsweise Carbonfasern, und einem Grundstoff, beispielsweise einem thermoplastischen Harz, wird ein Prozess ausgeführt, bei dem an den anorganischen Fasern ein Schlichtmittel angebracht wird.
Bekannte Schlichtmittel für anorganische Fasern sind beispielsweise in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart. Das Patentdokument 1 offenbart einen Carbonfaser-Fusselinhibitor, der ein neutrales Salz eines Polyalkylen-Polyamin-Fettsäurekondensats enthält, welches gewonnen wurde durch eine Reaktion eines Polyalkylen-Polyamins und einer eine gesättigte oder ungesättigte, unverzweigte oder verzweigte Kette aufweisenden Fettsäure mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen. Das Patentdokument 2 offenbart ein Glasfaserbündelungsmittel, welches ein Polyethylenoxid und ein Polyalkylen-Polyamin-Fettsäurekondensat enthält. Das Polyalkylen-Polyamin-Fettsäurekondensat wird gewonnen durch eine Reaktion eines Polyalkylen-Polyamins und einer gesättigten oder ungesättigten, geradkettigen oder verzweigtkettigen mehrwertigen Fettsäure, wodurch man ein mehrwertiges Polyalkylen-Polyamin-Fettsäureamid enthält, und darauffolgende Neutralisation mit einer organischen oder anorganischen Säure wie zum Beispiel Essigsäure.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2008-138296
Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2020-7685

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Allerdings besteht bei herkömmlichen Schlichtmitteln das Problem, dass durch diese ein Anhaftungsvermögen von anorganischen Fasern in Bezug auf einen Grundstoff nicht zufriedenstellend verbessert wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Untersuchungen zur Lösung des oben genannten Problems durchgeführt und kamen so zu dem Ergebnis, dass ein spezifisches Schlichtmittel für anorganische Fasern, welches ein spezifisches Polyamin-Polycarbonsäurekondensat enthält, sehr geeignet ist.
Um das oben genannte Problem zu lösen und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Schlichtmittel für anorganische Fasern ein durch Kondensation eines Polyamins (A) und einer Polycarbonsäure (B) gebildetes Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) auf. Das Polyamin (A) ist ein Polyamin, welches in einem Molekül eine Kohlenwasserstoffgruppe und drei oder mehr Stickstoffatome enthält, wobei die Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen in einem Molekül mindestens 4 und höchstens 63 beträgt. Die Polycarbonsäure (B) ist eine Polycarbonsäure mit mindestens 2 und höchstens 24 Kohlenstoffatomen, die mindestens zweiwertig und höchstens vierwertig ist.
Bei dem Schlichtmittel für anorganische Fasern kann das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) der folgenden Formel (1) entsprechen.
[Numerische Formel 1] $0.05 ≦ \frac{b1 \times b2}{a1 \times a2} < 1.0$
In der Formel (1) steht
a1 für den für das Polyamin (A) gemessenen Aminwert,
a2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polyamin (A), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird,
b1 für den für die Polycarbonsäure (B) gemessenen Säurewert und
b2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polycarbonsäure (B), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird.
Der nichtflüchtige Bestandteil des Schlichtmittels für anorganische Fasern kann das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) in einem Verhältnis von mindestens 50 Massen% aufweisen.
Der nichtflüchtige Bestandteil des Schlichtmittels für anorganische Fasern kann das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) in einem Verhältnis von mindestens 80 Massen% aufweisen.
Das Schlichtmittel für anorganische Fasern kann ferner eine Brønstedsäure enthalten.
Bei dem Schlichtmittel für anorganische Fasern können die anorganischen Fasern als Carbonfasern oder als Glasfasern ausgebildet sein.
Um das oben genannte Problem zu lösen und gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die anorganische Faser das auf ihr aufgebrachte Schlichtmittel für anorganische Fasern auf.
Um das oben genannte Problem zu lösen und gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser das Aufbringen des Schlichtmittels für anorganische Fasern auf eine anorganische Faser.
Um das oben genannte Problem zu lösen und gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verbundwerkstoff die anorganische Faser und ein thermoplastisches Harz auf.
Bei dem Verbundwerkstoff kann das thermoplastische Harz mindestens eines sein, welches aus einem Polyamid und einem Polypropylen ausgewählt ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt eine Verbesserung eines Anhaftungsvermögens von anorganischen Fasern in Bezug auf einen Grundstoff eines Verbundwerkstoffs.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer Ausrüstung zur Auswertung von Verbundwerkstoff-Schnittflächeneigenschaften, welche in der Auswertung eines Anhaftungsvermögens im Abschnitt „Beispiele“ verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
<Erstes Ausführungsbeispiel>
Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Schlichtmittel für anorganische Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden auch als Schlichtmittel bezeichnet) wird im Folgenden beschrieben. Das Schlichtmittel enthält ein Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X).
(Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X)
Das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) wird durch Kondensation eines Polyamins (A) und einer Polycarbonsäure (B) gebildet.
Das Polyamin (A) ist ein Polyamin, welches in einem Molekül eine Kohlenwasserstoffgruppe und drei oder mehr Stickstoffatome enthält und bei dem die Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen in einem Molekül mindestens 4 und höchstens 63 beträgt.
Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich des Polyamins (A) und spezifische Beispiele desselben sind unter anderem Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Hexaethylenheptamin, Heptaethylenoctamin, Octaethylennonamin, Nonaethylendecamin, Pentapropylenhexamin, Hexapropylenheptamin, Heptapropylenoctamin, Octapropylennonamin, Nonapropylendecamin, Pentabutylenhexamin, Hexabutylenheptamin, Heptabutylenoctamin, Octabutylennonamin, Nonabutylendecamin, Pentapentylenhexamin, Hexapentylenheptamin, Heptapentylenoctamin, Octapentylennonamin, Nonapentylendecamin, Pentahexylenhexamin, Hexahexylenheptamin, Heptahexylenoctamin, Octahexylennonamin, Nonahexylendecamin, Pentaheptylenhexamin, Hexaheptylenheptamin, Heptaheptylenoctamin, Octaheptylennonamin und Nonaheptylendecamin. Von diesen Polyaminen (A) kann ein Typ Polyamin alleine verwendet werden oder zwei oder mehr Typen Polyamin können in Kombination verwendet werden.
Die Polycarbonsäure (B) ist eine Polycarbonsäure mit mindestens 2 und höchstens 24 Kohlenstoffatomen, sie ist mindestens zweiwertig und höchstens vierwertig. Es gibt keine spezielle Einschränkung für die Polycarbonsäure (B) und spezifische Beispiele hierfür sind unter anderem
(1) Dicarbonsäuren, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Phellogensäure, (2) Tricarbonsäuren, wie Aconitsäure, (3) aromatische Dicarbonsäuren, wie Benzoesäure, Terephthalsäure, IsoPhthalsäure und 2,6-Naphthalen-Dicarbonsäure, (4) aromatische Tricarbonsäuren, wie Trimellitsäure, und (5) aromatische Tetracarbonsäuren, wie Pyromellitsäure. Von diesen Polycarbonsäuren (B) kann ein Typ Polycarbonsäure alleine verwendet werden oder mehrere Typen von Polycarbonsäuren können in Kombination verwendet werden.
Das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) erfüllt vorzugsweise die unten angegebene Formel (1). In diesem Fall kann die Wirkung einer Verbesserung des Anhaftungsvermögens anorganischer Fasern in Bezug auf einen Grundstoff eines Verbundwerkstoffs durch das Schlichtmittel weiter verstärkt werden.
[Numerische Formel 2] $0.05 ≦ \frac{b1 \times b2}{a1 \times a2} < 1.0$
In der Formel (1) steht
a1 für den für das Polyamin (A) gemessenen Aminwert,
a2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polyamin (A), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird,
b1 für den für die Polycarbonsäure (B) gemessenen Säurewert und
b2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polycarbonsäure (B), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird.
Der Aminwert ist ein Wert, den man beispielsweise erhält, indem man eine Menge (mL) am Titrationsendpunkt misst, wenn eine in Isopropanol, einem Flüssiggemisch aus Xylol und Isopropanol (Volumenverhältnis 1:1), Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöste Probe mit einer Lösung von 0,1 N Salzsäure beispielsweise in Ethylenglycol/Isopropanol (Volumenverhältnis 1:1) potentiometrisch titriert wird, und zwar unter Verwendung einer automatischen potentiometrischen Titrierapparatur, wobei die Anzahl mg Kaliumhydroxid, die der zur Neutralisation der Aminogruppen eines in 1 g der Probe enthaltenen organischen Amins erforderlichen Menge Salzsäure entspricht, mithilfe der folgenden numerischen Formel (3) berechnet wird. $Aminwert (KOH mg / g) = (A2 \times f2 \times 5.61) / W2$
In der numerischen Formel 3 steht
A2 für die Titrationsmenge (mL)
f2 für den Titer einer 0,1 N Kaliumhydroxidlösung und
W2 für die Menge (g) der Probe.
Der Säurewert ist ein Wert, den man beispielsweise erhält, indem man eine Menge (mL) am Titrationsendpunkt misst, wenn eine in Isopropanol, einem Flüssiggemisch aus Xylol und Isopropanol (Volumenverhältnis 1:1), Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöste Probe mit einer Lösung von 0,1 N Kaliumhydroxid beispielsweise in Ethylenglycol/Isopropanol (Volumenverhältnis 1:1) potentiometrisch titriert wird, und zwar unter Verwendung einer automatischen potentiometrischen Titrierapparatur, wobei die Anzahl mg Kaliumhydroxid, die zur Neutralisation der Säuregruppen eines in 1 g der Probe enthaltenen Phosphorsäureesters erforderlich ist, mithilfe der folgenden numerischen Formel (4) berechnet wird. $Säurewert (KOH mg / g) = (A1 \times f1 \times 5.61) / W1$
In der numerischen Formel 4 steht
A1 für die Titrationsmenge (mL),
f1 für den Titer einer 0,1 N Kaliumhydroxidlösung und
W1 für die Menge (g) der Probe
Für die Kondensationsreaktion des Polyamins (A) und der Polycarbonsäure (B) gibt es keine spezielle Einschränkung, solange durch die Reaktion eine Amidbindung gebildet werden kann und die Reaktion gemäß einem bekannten Verfahren ausgeführt wird. Sie kann beispielsweise ausgeführt werden, indem das Polyamin (A) und die Polycarbonsäure (B) als Rohsubstanzen gemischt werden und das Gemisch dann erhitzt wird. Die Kondensationsreaktion ist in einer Stickstoffatmosphäre oder in einer anderen inerten Gasatmosphäre ausführbar.
Der Gehalt des Polyamin-Polycarbonsäurekondensats (X) in dem Schlichtmittel beträgt vorzugsweise mindestens 50 Massen% in Bezug auf den nichtflüchtigen Bestandteil des Schlichtmittels. Aufgrund der Festlegung in diesem Bereich ergibt sich eine verbesserte Imprägnierfähigkeit eines Harzes in Bezug auf anorganische Fasern, auf denen das Schlichtmittel aufgebracht ist, wenn aus den anorganischen Fasern ein Vlies gebildet wird.
Der Gehalt an Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) in dem Schlichtmittel beträgt besonders bevorzugt mindestens 80 Massen% in Bezug auf den nichtflüchtigen Bestandteil des Schlichtmittels. Die Festlegung in diesem Bereich ermöglicht ein durch die Wirkung des Schlichtmittels noch weiter verbessertes Anhaftungsvermögen von anorganischen Fasern in Bezug auf einen Grundstoff eines Verbundwerkstoffs.
Der nichtflüchtige Bestandteil, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine absolute Trockensubstanz, d. h. einen Rückstand, den man erhält, indem ein Objekt zwei Stunden lang bei 105°C erhitzt wird, um einen flüchtigen Bestandteil in ausreichender Weise zu entfernen.
(Brønstedsäure)
Des Weiteren kann das Schlichtmittel gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Brønstedsäure enthalten. Indem das Schlichtmittel die Brønstedsäure enthält, ergibt sich eine verbesserte Imprägnierfähigkeit eines Harzes in Bezug auf anorganische Fasern, auf denen das Schlichtmittel aufgebracht ist, wenn aus den anorganischen Fasern ein Vlies gebildet wird.
Unter einer „Brønstedsäure“ versteht man eine Säure, die ein Proton aufweist und die dieses Proton in einer wässrigen Lösung abgeben oder dissoziieren kann. Die Brønstedsäure ist verschieden von einer Säure, die kein Proton enthält, beispielsweise einer Lewis-Säure.
Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich der Brønstedsäure, und spezifische Beispiele derselben sind Alkyletheressigsäuren, wie Polyoxyethylen (n=10)-Laurylether-Essigsäure und Polyoxyethylen (n=4,5)-Laurylether-Essigsäure; Alkylaminosäuren, wie Oleoyl-Sarkosinat und Lauroyl-Sarkosinat; Phosphorsäureester, wie Phosphorsäureester aus 5 Mol-Ethylenoxid-Addukt aus 1-Tridecanol und 1-Hexadecanol-Phosphorsäureester; Carbonsäuren, wie Essigsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Laurinsäure und Ölsäure; Alkylsulfonsäuren, wie Methansulfonsäure; Alkylbenzolsulfonsäuren, wie Dodecylbenzolsulfonsäure; sowie anorganische Säuren, wie Schwefelsäure und Phosphorsäure. Von diesen Brønstedsäuren kann ein Typ Brønstedsäure allein verwendet werden oder zwei oder mehr Typen Brønstedsäure können in Kombination verwendet werden. Von den oben genannten ist eine einwertige Brønstedsäure vorzuziehen.
Der Anteil der Brønstedsäure in dem Schlichtmittel in Bezug auf den nichtflüchtigen Bestandteil des Schlichtmittels beträgt vorzugsweise mindestens 0,05 Massen% und höchstens 30 Massen%, besonders bevorzugt mindestens 0,1 Massen% und höchstens 20 Massen%. Jede beliebige Kombination der genannten oberen und unteren Grenzwerte kann verwendet werden. Durch die Festlegung innerhalb dieser numerischen Bereiche ergibt sich eine verbesserte Imprägnierfähigkeit eines Harzes in Bezug auf anorganische Fasern, auf denen das Schlichtmittel aufgebracht ist, wenn aus den anorganischen Fasern ein Vlies gebildet wird.
(Tensid)
Das Schlichtmittel kann außerdem ein Tensid enthalten. In diesem Fall ist eine Formelstabilität des Schlichtmittels verbesserbar. Beispiele für das Tensid sind unter anderem ein anionisches Tensid, ein kationisches Tensid, ein nichtionisches Tensid und ein amphoteres Tensid. Von diesen Tensiden kann ein Typ Tensid allein verwendet werden oder zwei oder mehr Typen Tensid können in Kombination verwendet werden.
Ein bekanntes nichtionisches Tensid kann in geeigneter Weise verwendet werden. Spezifische Beispiele für das nichtionische Tensid sind unter anderem
(1) Verbindungen, bei denen ein Alkylenoxid mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen zu einer organischen Säure, einem organischen Alkohol, einem organischen Amin und/oder einem organischen Amid hinzugefügt wird, beispielsweise nichtionische Tenside vom Typ Ether, wie Polyoxyethylen-Dilaurinsäureester, Polyoxyethylen-Ölsäureester, Polyoxyethylen-Ölsäurediester, Polyoxyethylen-Octylether, Polyoxyethylen-Laurylether, Polyoxyethylen-Laurylethermethylether, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Laurylether, Polyoxypropylen-Laurylethermethylether, Polyoxyethylen-Oleylether, Polyoxybutylen-Oleylether, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Nonylether, Polyoxypropylen-Nonylether, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Octylether, Ethylenoxidaddukt aus 2-Hexylhexanaol, Polyoxyethylen-2-Ethyl-1-Hexylether, Polyoxyethylen-Isononylether, Polyoxyethylen-Dodecylether, Verbindung, bei der Ethylenoxid hinzugefügt wird zu sekundärem Dodecanol, Polyoxyethylen-Tridecylether, Polyoxyalkylen-Tetradecylether, Polyoxyethylen-Laurylaminoether, Polyoxyethylen-Lauramidether und Polyoxyalkylen-tristyroliserter Phenylether, (2) nichtionische Tenside vom Typ Polyoxyalkylen-vielwertiger Alkohol-Fettsäureester, wie Polyoxyalkylen-Sorbitantrioleat, Polyoxyalkylen-Kokosöl, Polyoxyalkylen-Rizinusöl, Polyoxyalkylen-Rizinuswachs, Polyoxyalkylen-Rizinuswachs-Trioctanoat, sowie Maleinsäureester, Stearinsäureester oder Ölsäureester von Polyoxyalkylen-Rizinuswachs, (3) nichtionische Tenside vom Typ Alkylamid, wie Stearinsäure-Diethanolamid und Diethanolamin-Monolauramid, (4) nichtionische Tenside vom Typ Polyoxyalkylen-Fettsäureamid, wie Polyoxyethylen-Diethanolamin-Monoleylamid, Polyoxyethylen-Laurylamin und Polyoxyethylen-Rindertalgamin, sowie (5) Etheresterverbindungen, wie Copolymer von Polyoxyethylen, Dimethylphthalat und Laurylalkohol.
Ein bekanntes anionisches Tensid kann in geeigneter Weise verwendet werden. Spezifische Beispiele des anionischen Tensids sind unter anderem
(1) Phosphorsäureestersalze von aliphatischen Alkoholen, wie Lauryl-Phosphorsäureestersalze, Cetyl-Phosphorsäureestersalze, Octyl-Phosphorsäureestersalze, Oleyl-Phosphorsäureestersalze und Stearyl-Phosphorsäureestersalze, (2) Phosphorsäureestersalze von Addukten aus mindestens einem Typ Alkylenoxid, ausgewählt aus Ethylenoxid und Propylenoxid, mit einem aliphatischen Alkohol, wie Polyoxyethylen-Laurylether-Phosphorsäureestersalze, Polyoxyethylen-Oleylether-Phosphorsäureestersalze und Polyoxyethylen-Stearylether-Phosphorsäureestersalze, (3) Salze aliphatischer Sulfonsäuren oder aromatischer Sulfonsäuren, wie Laurylsulfonsäuresalze, Myristylsulfonsäuresalze, Cetylsulfonsäuresalze, Oleylsulfonsäuresalze, Stearylsulfonsäuresalze, Tetradecan-Sulfonsäuresalze, Dodecylbenzolsulfonsäuresalze sowie sekundäre Alkyl (C13 bis C15)-Sulfonsäuresalze, (4) Schwefelsäureestersalze von aliphatischen Alkoholen, wie Lauryl-Schwefelsäureestersalze, Oleyl-Schwefelsäureestersalze und Stearylschwefelsäureestersalze, (5) Schwefelsäureestersalze von Addukten aus mindestens einem Typ Alkylenoxid, ausgewählt aus Ethylenoxid und Propylenoxid, mit einem aliphatischen Alkohol, wie Polyoxyethylen-Laurylether-Schwefelsäureestersalze, Polyoxyalkylen (Polyoxyethylen, Polyoxypropylen)-Laurylether-Schwefelsäureestersalze und Polkyoxyethylen-Oleylether-Schwefelsäureestersalze, (6) Schwefelsäureestersalze von Fettsäuren, wie Rizinusölfettsäure-Schwefelsäurestersalze, Sesamölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Tallölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Sojaölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Rapsölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Palmölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Schmalzfettsäure-Schwefelsäureestersalze, Rindertalgfettsäure-Schwefelsäureestersalze und Walölfettsäure-Schwefelsäureestersalze, (7) Schwefelsäureestersalze von Ölen und Fetten, wie Schwefelsäureestersalze von Rizinusöl, Schwefelsäureestersalze von Sesamöl, Schwefelsäureestersalze von Tallöl, Schwefelsäureestersalze von Sojaöl, Schwefelsäureestersalze von Rapsöl, Schwefelsäureestersalze von Palmöl, Schwefelsäureestersalze von Schmalz, Schwefelsäureestersalze von Rindertalg und Schwefelsäureestersalze von Walöl, (8) Fettsäuresalze, wie Laurinsäuresalze, Ölsäuresalze und Stearinsäuresalze, sowie (9) Schwefelbernsteinsäureestersalze von aliphatischen Alkoholen, wie Dioctyl-Schwefelbernsteinsäuresalze. Beispiele für ein Gegenion des anionischen Tensids sind unter anderem ein Kaliumsalz, ein Natriumsalz oder ein anderes Alkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz und Triethanolamin oder ein anderes Alkanolaminsalz.
Ein bekanntes kationisches Tensid kann in geeigneter Weise verwendet werden. Spezifische Beispiele für das kationische Tensid sind unter anderem Lauryl-Trimethylammoniumchlorid, Cetyl-Trimethylammoniumchlorid, StearylTrimethylammoniumchlorid, Behenyl-Trimethylammoniumchlorid, Didecyl-Dimethylammoniumchlorid, 1,2-Dimethylimidadazol und Triethanolamin.
Ein bekanntes amphoteres Tensid kann in geeigneter Weise verwendet werden. Spezifische Beispiele für das amphotere Tensid umfassen ein amphoteres Tensid vom Betain-Typ.
Im Folgenden werden die Abläufe und Wirkungen des Schlichtmittels gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
(1-1) Das Schlichtmittel gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist ein Polyamin-Polycarbonsäurekondensat auf, bei dem das spezifische Polyamin (A) und die spezifische Polycarbonsäure (B) unter Bildung einer Amidbindung kondensiert sind. Dadurch wird die Wirkung verstärkt, dass das Anhaftungsvermögen von anorganischen Fasern in Bezug auf einen Grundstoff eines Verbundwerkstoffs durch das Schlichtmittel verbessert wird.
Das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat weist einen hohen Aminogruppen- oder Amidgruppenanteil auf, daher wird angenommen, dass das Schlichtmittel durch Interaktion mit, beispielsweise, Hydroxy-Gruppen oder Carboxylgruppen an anorganischen Fasern stark an den anorganischen Fasern adsorbiert wird. Das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat zeigt einen Ankereffekt, indem es an den anorganischen Fasern stark adsorbiert wird und ein Matrixharz stark an den anorganischen Fasern angehaftet wird. Da das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat selbst-emulgierend ist, muss keine größere Menge Emulgator verwendet werden und der Anteil des in dem Schlichtmittel verwendeten Polyamin-Polycarbonsäurekondensats kann erhöht werden.
(1-2) Wenn aus den anorganischen Fasern, auf die das Schlichtmittel aufgebracht wurde, ein Vliesstoff gebildet wird, kann die Imprägnierfähigkeit eines Harzes verbessert werden. Insbesondere wenn die Brønstedsäure in dem Schlichtmittel enthalten ist, kann die Imprägnierfähigkeit des Harzes in Bezug auf die anorganischen Fasern noch weiter verbessert werden.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Als nächstes kommt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Für das zweite Ausführungsbeispiel gilt das gleiche wie für das erste Ausführungsbeispiel mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen. Mit anderen Worten: In der folgenden Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Beschreibung der mit dem ersten Ausführungsbeispiel identischen Merkmale weggelassen.
Das Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst ein Aufbringen des Schlichtmittels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf eine anorganische Faser. Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich der Menge des aufgebrachten Schlichtmittels (Lösungsmittel nicht enthalten) und bevorzugt wird das Schlichtmittel in einer Menge von mindestens 0,01 Massen% und höchstens 10 Massen% auf die anorganische Faser aufgebracht. Durch die Festlegung in einem derartigen numerischen Wertebereich kann eine Wirkung, wie eine Bündeleigenschaft der anorganischen Faser, weiter verbessert werden.
(Anorganische Faser)
Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich des Typs der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten anorganischen Faser und Beispiele hierfür sind unter anderem Glasfasern, Carbonfasern, Keramikfasern, Metallfasern, Mineralfasern, Steinwolle und Schlackenwolle. Hiervon sind im Hinblick darauf, dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung wirksamer zum Tragen kommen, Glasfasern und Carbonfasern vorzuziehen. Beispiele für die Typen von Carbonfasern sind unter anderem Carbonfasern auf PAN-Basis, die unter Verwendung von Acrylfasern als Rohmaterial gewonnen wurden, Carbonfasern auf Pechbasis, die unter Verwendung von Pech als Rohmaterial gewonnen wurden, recycelte Carbonfasern sowie Carbonfasern, die unter Verwendung von, beispielsweise, Polyesterfasern, Polyethylenharz, Phenolharz, Celluloseharz oder Ligninharz als Rohmaterial gewonnen wurden.
Um das Schlichtmittel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf die anorganische Faser aufzubringen, kann ein Verfahren verwendet werden, das allgemein industriell in Gebrauch ist. Beispiele hierfür sind unter anderem ein Walzentauchverfahren, ein Walzenkontaktverfahren, ein Sprühverfahren und ein Papierherstellungsverfahren. Die anorganische Faser, auf die das Schlichtmittel aufgebracht worden ist, kann anschließend einer Trocknungsbehandlung nach einem bekannten Verfahren unterzogen werden.
Mit dem Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können zusätzlich zu den Effekten des ersten Ausführungsbeispiels die folgenden Effekte erzielt werden.
(2-1) Das Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Aufbringen eines Schlichtmittels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf eine anorganische Faser. Das Anhaftungsvermögen der anorganischen Faser an einem Grundstoff eines Verbundwerkstoffs lässt sich so mittels eines einfachen Verfahrens verbessern.
<Drittes Ausführungsbeispiel>
Als nächstes wird als drittes Ausführungsbeispiel ein Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Für das dritte Ausführungsbeispiel gilt das gleiche wie für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel, mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen. Mit anderen Worten: In der folgenden Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels ist die Beschreibung der mit dem ersten Ausführungsbeispiel oder dem zweiten Ausführungsbeispiel identischen Merkmale weggelassen.
Man erhält den Verbundwerkstoff durch Imprägnieren der anorganischen Faser, auf der das Schlichtmittel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebracht wurde, mit einem Matrixharz als Grundstoff. Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich der Form der anorganischen Faser bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs, Beispiele hierfür umfassen eine Langfaserform, eine Kurzfaserform oder eine Vliesstoffform.
(Matrixharz)
Das Matrixharz wird in geeigneter Weise ausgewählt aus Matrixharzen, die im Kontext des Zwecks oder der Anwendung des Verbundwerkstoffs bekannt sind. Spezifische Beispiele für das Matrixharz sind unter anderem Epoxidharze, Vinylesterharze, Polyamidharze, Polyolefinharze, Polyurethanharze, Polycarbonatharze, Polyesterharze, PEEK-Harze, Fluorharze, Phenoxyharze, Phenolharze, BMI-Harze, Polyimidharze, Polyimidharzvorläufer und Polyethersulfonharze. Spezifische Beispiele für die Polyolefinharze sind unter anderem Polypropylenharze und Polyethylenharze. Hiervon sind im Hinblick darauf, dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung wirksamer zum Tragen kommen, thermoplastische Harze bevorzugt und Polypropylenharze und Polyamidharze sind besonders bevorzugt.
Mit dem Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erreicht werden.
(3-1) Bei dem Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schlichtmittel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, welches das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat aufweist, auf die anorganische Faser aufgebracht. Dadurch kann aufgrund des ausgezeichneten Anhaftungsvermögens zwischen der anorganischen Faser und dem Matrixharz ein faserverstärkter Harz-Verbundwerkstoff gewonnen werden, der vielfältige hervorragende Eigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften, aufweist. Außerdem kann die Imprägnierfähigkeit des Harzes verbessert werden, wenn aus den anorganischen Fasern, auf denen das Schlichtmittel aufgebracht wurde, ein Vliesstoff gebildet wird. Auf diese Weise kann ein gleichmäßig mit Harz imprägnierter Verbundwerkstoff von hervorragender Qualität gewonnen werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können abgewandelt werden wie folgt. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und die im Folgenden aufgeführten Abwandlungen können innerhalb eines technisch sinnvollen Bereichs in Kombination miteinander realisiert werden.
Bei dem Schlichtmittel gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Beimischung beispielsweise von Wasser oder eines organischen Lösungsmittels, eines Glättmittels, eines Antioxidans oder eines Konservierungsmittels als eines weiteren Bestandteils nicht ausgeschlossen, soweit die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird im Hinblick darauf, dass die Wirksamkeit des Schlichtmittels beibehalten wird und eine Aufbringeigenschaft in Bezug auf die anorganische Faser verbessert wird.
Es gibt keine spezielle Einschränkung bezüglich des Gebiets, in dem das Schlichtmittel gemäß den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anzuwenden ist. Es kann beispielsweise für einen Carbonfaserverbundwerkstoff (CFRP) verwendet werden, bei dem die Carbonfasern mit einem Matrixharz, beispielsweise einem Polyimidharz, imprägniert sind.
BEISPIELE
Um die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung genauer darzustellen, werden im Folgenden Beispiele aufgeführt; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. Bei der folgenden Beschreibung von Arbeitsbeispielen und Vergleichsbeispielen bedeutet „Teile“ Massenanteile und „%“ bedeutet Massen%.
Experimenteller Teil 1 (Herstellung von Polyamin-Polycarbonsäurekondensaten) Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (A-1)
1205 g Tetraethylenpentamin als Polyamin (A) und 795 g Oxalsäure als Polycarbonsäure (B) wurden in ein gläsernes Reaktionsgefäß mit einem Volumen von 3 Liter gegeben und aufgelöst, wobei die Temperatur auf 90°C gehalten wurde. Dann ließ man Stickstoff zu dem Gefäßinhalt strömen und man ließ eine Reaktion bei 160°C bis 165°C unter Wasserentzug ablaufen. Das Produkt wurde dann auf Raumtemperatur heruntergekühlt, so dass man ein Tetraethylenpentamin-Oxalsäurekondensat (A-1) erhielt.
Polyamin-Polycarbonsäurekondensate (A-2 bis A-7 und rA-1 bis rA-4)
Unter Verwendung der jeweiligen in Tabelle 1 gelisteten Zutaten und mit dem gleichen Verfahren wie für das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (A-1) wurden Polyamin-Polycarbonsäurekondensate (A-2 bis A-7 und rA-1 bis rA-4) hergestellt.
Die Typen und Gehaltsanteile der Polyamine (A) und der Polycarbonsäuren (B), welche die Rohmaterialien für die derart hergestellten Polyamin-Polycarbonsäurekondensate darstellen, sind in der Spalte „Polyamin (A)“ bzw. in der Spalte „Polycarbonsäure (B)“ von Tabelle 1 aufgeführt. Die mittels der oben angegebenen Formel (1) berechneten Werte sind in der Spalte „Berechnungsergebnis Formel (1)“ von Tabelle 1 angegeben.
Als das in Tabelle 1 angegebene Tetraethylenpentamin wurde ein Produkt mit dem Namen „Tetraethylenpentamin (TEPA)“, hergestellt von Tosoh Corporation, verwendet und als Pentaethylenhexamin wurde ein Produkt mit dem Namen „Pentaethylenhexamin (PEHA)“, hergestellt von Tosoh Corporation, verwendet.
Experimenteller Teil 2 (Herstellung von Schlichtmitteln)
• Schlichtmittel von Beispiel 1
Indem als Rohmaterialien 99 Teile (%) des in Tabelle 1 aufgeführten Tetraethylenpentamin-Oxalsäurekondensats (A-1) und 1 Teil (%) Dodecylbenzolsulfonsäure (C1) als Brønstedsäure vermischt wurden, wurde ein Schlichtmittel gemäß Beispiel 1 mit dem in Tabelle 2 angegebenen Gehaltsanteil gewonnen.
• Schlichtmittel gemäß den Beispielen 2 bis 20 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5
Jeweilige Schlichtmittel gemäß den Beispielen 2 bis 20 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wurden hergestellt, indem als Rohmaterialien die Polyamin-Polycarbonsäurekondensate aus Tabelle 1 und die Brønstedsäuren und weiteren Bestandteile von Tabelle 2 nach Vorgabe verwendet und mit dem in Tabelle 2 angegebenen Gehaltsanteil gemischt wurden.

Der in den auf diese Weise hergestellten Schlichtmitteln enthaltene Typ und nichtflüchtige Anteil von jedem jeweiligen Polyamin-Polycarbonsäurekondensat, Typ und nichtflüchtiger Anteil von jeder jeweiligen Brønstedsäure sowie Typ und nichtflüchtiger Anteil von jedem jeweiligen Tensid, welches der weitere Bestandteil ist, sind jeweils aufgeführt in der Spalte „Polyamin-Polycarbonsäurekondensat“, in der Spalte „Brønstedsäure“ und in der Spalte „Weiterer Bestandteil“ von Tabelle 2. Der jeweilige nichtflüchtige Anteil wurde ermittelt als die Menge an absoluter Trockensubstanz, die man erhält, indem ein Objekt bei 105°C einer zweistündigen Wärmebehandlung unterzogen wird, um einen flüchtigen Anteil in ausreichender Weise zu entfernen.
[Tabelle 1]

Kategorie	Polyamin (A)			Polycarbonsäure (B)			Berechnungsergebnis Formel (1)
Kategorie	Typ	Aminwert [mg-KOH/g]	Gehaltsanteil (Massen%)	Typ	Säurewert [mg-KOH/g]	Gehaltsanteil (Massen%)	Berechnungsergebnis Formel (1)
A-1	Tetraethylenpentamin	1330	60	Oxalsäure	1246	40	0,62
A-2	Pentaethylenhexamin	1240	67	Adipinsäure	768	33	0,31
A-3	Pentaethylenhexamin	1240	85	Trimellitsäure	801	15	0,12
A-4	Tetraethylenpentamin	1330	53	Phellogensäure	328	47	0,22
A-5	Pentaethylenhexamin	1240	37	Phthalsäure	675	63	0,93
A-6	Pentaethylenhexamin	1240	22	Phthalsäure	675	78	1,95
A-7	Tetraethylenpentamin	1330	95	Adipinsäure	768	5	0,03
rA-1	Tetraethylenpentamin	1330	62	Caprylsäure	-	38	-
rA-2	Pentaethylenhexamin	1240	45	Stearinsäure	-	55	-
rA-3	Ethylendiamin	-	39	Bemsteinsäure	-	61	-
rA-4	Triethanolamin	-	25	Isostearinsäure	-	75	-

[0064] [Tabelle 2]

Kategorie	Polyamin-Polycarbonsäurekondensat		Brønstedsäure		Weiterer Bestandteil		Für die Bewertung verwendetes thermoplastisches Harz	Bewertung
Kategorie	Type	Massenanteile	Typ	Massenanteile	Typ	Massenanteile	Für die Bewertung verwendetes thermoplastisches Harz	Imprägnierfähigkeit	Anhaftungsvermögen
Beispiel 1	A-1	99	C-1	1			Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 2	A-2	80	C-2	20			Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 3	A-3	85	C-3	5	B-1	10	Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 4	A-4	92	C-2	0,1	B-2	7,9	Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 5	A-1 A-5	28 60	C-1 C-3	3 3	B-3	6	Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 6	A-2 A-3	50 40	C-3 C-5	2 8			Polyamid	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 7	A-1	80	C-2 C-4	5 5	B-5	10	Polypropylen	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 8	A-2	90	C-4	10			Polypropylen	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 9	A-3	95	C-5	1	B-2	4	Polypropylen	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 10	A-4	80	C-1	15	B-4	5	Polypropylen	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 11	A-3 A-5	11.5 88	C-2	0,5			Polypropylen	⊚⊚	⊚⊚
Beispiel 12	A-4	100					Polypropylen	⊚	⊚⊚
Beispiel 13	A-5	100					Polyamid	⊚	⊚⊚
Beispiel 14	A-2 A-3	40 40			B-2	20	Polyamid	⊚	⊚⊚
Beispiel 15	A-5	60			B-1	40	Polyamid	⊚	⊚
Beispiel 16	A-1 A-2	35 35			B-2	30	Polypropylen	⊚	⊚
Beispiel 17	A-3	40			B-3	60	Polyamid	◯	⊚
Beispiel 18	A-6	55			B-4	45	Polyamid	⊚	◯
Beispiel 19	A-7	40			B-1	60	Polypropylen	◯	◯
Beispiel 20	A-6	20			B-5	80	Polyamid	◯	◯
Vergleichsbeispiel 1	rA-1	100					Polyamid	×	×
Vergleichsbeispiel 2	rA-2	65			B-2	35	Polyamid	×	×
Vergleichsbeispiel 3	rA-3	30			B-5	70	Polyamid	×	×
Vergleichsbeispiel 4	rA-4	90			B-5	10	Polyamid	×	×
Vergleichsbeispiel 5					B-1	100	Polyamide	×	×

Details bezüglich der Brønstedsäuren und der weiteren Bestandteile, wie in Tabelle 2 gezeigt, sind die folgenden.
(Brønstedsäuren)

C-1: Dodecylbenzolsulfonsäure
C-2: Essigsäure
C-3: Ölsäure
C-4: Methansulfonsäure
C-5: Laurinsäure

(Weitere Bestandteile)

B-1: 10-Mol-Ethylenoxidaddukt von Dodecanol
B-2: 8-Mol-Ethylenoxidaddukt von Tetradecanol
B-3: (im Durchschnitt) 9-Mol-Ethylenoxidaddukt von Isotridecanol
B-4: (im Durchschnitt) 34-Mol-Ethylenoxidaddukt von tristyrolisiertem Phenol
B-5: 5-Mol-Ethylenoxidaddukt von Dodecanol

Experimenteller Teil 2 (Bewertung)
(Imprägnierfähigkeit)
Das Schlichtmittel von jedem im Experimentellen Teil 2 hergestellten Beispiel wurde in 4900 Teilen Wasser (ionenausgetauscht) gelöst, um eine wässrige Lösung mit einem Feststoffgehalt von 2 % herzustellen. Die wässrige Lösung wurde mittels eines Sprühverfahrens bereitgestellt, um einen Feststoffgehalt von 2 % auf in Form von Vliesstoff vorliegende Carbonfasern aufzubringen und so mit dem Schlichtmittel des jeweiligen Beispiels versehene Vliesstoff-Carbonfasern herzustellen.
Zwei Carbonfaserbahnen, die man jeweils erhielt, indem die Vliesstoff-Carbonfasern zu 10-cm-Quadraten geschnitten wurden, und zwei Teflonbahnen, also Polytetrafluorethylenbahnen, hergestellt von DuPont Inc., wurden vorbereitet. Dann wurden eine erste Teflonbahn, eine erste Carbonfaserbahn, 0,5 g von dem in Tabelle 2 gezeigten für die Bewertung verwendeten thermoplastischen Harz, eine zweite Carbonfaserbahn und eine zweite Teflonbahn in dieser Reihenfolge übereinandergelegt und sandwichartig laminiert.
Das gewonnene Laminat wurde unter Verwendung einer auf 300°C erhitzten Heißpresse (Hochtemperatur-Heißpresse 0-11 H400-01, hergestellt von AS ONE, INC.) 30 Sekunden lang mit einem Druck von 1 MPa komprimiert; danach wurde die Menge an thermoplastischem Harz, das auf die Teflonbahnseiten imprägniert wurde (d. h. eine Größenangabe eines Bereichs, über den das an Oberflächen ausgeschwitzte thermoplastische Harz in die Teflonbahnen eingedrungen war), visuell bewertet, und zwar anhand der unten angegebenen Kriterien. Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Spalte „Imprägnierfähigkeit“ von Tabelle 2 aufgeführt. Entsprechend sind die Typen der verwendeten thermoplastischen Harze in der Spalte „Für die Bewertung verwendetes thermoplastisches Harz“ von Tabelle 2 aufgeführt.
• Bewertungskriterien für die Imprägnierfähigkeit

⊚⊚ (hervorragend): Es kann festgestellt werden, dass das thermoplastische Harz die Teflonbahnseiten über einen Flächenbereich von mindestens 1 cm² imprägniert.
⊚ (zufriedenstellend): Es kann festgestellt werden, dass das thermoplastische Harz die Teflonbahnseiten über einen Flächenbereich von mindestens 0,1 cm², jedoch weniger als 1 cm² imprägniert.
◯ (akzeptabel): Es kann festgestellt werden, dass das thermoplastische Harz die Teflonbahnseiten über einen Flächenbereich von mehr als 0 cm², jedoch weniger als 0,1 cm² imprägniert.
× (schlecht): Es kann nicht festgestellt werden, dass das thermoplastische Harz die Teflonbahnseiten imprägniert.

(Anhaftungsvermögen)
Das Anhaftungsvermögen wurde bewertet anhand einer Spannungskraft, die mittels eines Mikrotröpfchen-Verfahrens unter Verwendung einer handelsüblichen Apparatur zur Bewertung von Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen gemessen wurde. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Apparatur 10 zur Bewertung von Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen.
Das wie oben beschrieben hergestellte Schlichtmittel von jedem jeweiligen Beispiel wurde in Wasser gelöst, um eine wässrige Lösung mit einem Feststoffgehalt von 2 % herzustellen. Die wässrige Lösung wurde durch ein Eintauchverfahren bereitgestellt, um einen Feststoffgehalt von 2 % auf in Strangform vorliegende Carbonfasern aufzubringen, wodurch mit dem Schlichtmittel des jeweiligen Beispiels versehene strangförmige Carbonfasern hergestellt wurden.
Eine einzelne Carbonfaser wurde den Carbonfasern entnommen und beide Enden der unter Spannung befindlichen Carbonfaser 12 wurden mit Klebstoff 14 an einer Halterung 11 einer plattenartigen vierseitigen Rahmenform fixiert. Als nächstes wurde das thermoplastische Harz gemäß jedem jeweiligen in Tabelle 2 gezeigten Beispiel als Harztröpfchen 13 mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 80 µm aufgebracht und dadurch fixiert, dass es in einer 300°C-Atmosphere 3 Minuten lang erhitzt wurde.
In einem (nicht dargestellten) Apparaturgrundkörper sind zwei plattenförmige, Schneiden 17 und 18, deren vertikaler Querschnitt jeweils auf einer Seitenfläche zulaufend geformt ist, so montiert, dass ihre Spitzenbereiche 17a und 18a einander zugewandt sind.
In einer Stellung, in der die Carbonfaser 12 mit dem an ihr fixierten Harztröpfchen 13 sandwichartig zwischen den Spitzenbereichen 17a und 18a der beiden Schneiden 17 und 18 angeordnet ist, wurde die Halterung 11 an einer Grundplatte 16 montiert, welche an dem Apparaturgrundkörper befestigt ist. Die Grundplatte 16 ist mit einer Belastungszelle 15 verbunden und eine auf die Grundplatte 16 wirkende Spannungskraft wird gemessen.
Durch die Belastungszelle 15 wurde eine maximale Spannungskraft F gemessen, die entsteht, wenn der Harztropfen 13 durch die Spitzenbereiche 17a und 18a der Schneiden 17 und 18 von der Carbonfaser 12 abgeschält wird, wenn die Halterung 11 mit einer Geschwindigkeit von 15 mm/Minute in Richtung einer Faserachse bewegt wird.
Unter Verwendung des gemessenen Werts wurde mittels der unten angegebenen numerischen Formel 5 eine Grenzflächen-Scherfestigkeit τ berechnet. Der gleiche Vorgang wurde 20-mal ausgeführt und ein Mittelwert der erhaltenen Grenzflächen-Scherfestigkeit wurde ermittelt. Anhand des Mittelwerts wurde das Anhaftungsvermögen auf Basis der unten angegebenen Kriterien bewertet. Die Bewertungsergebnisse sind in der Spalte „Anhaftungsvermögen“ von Tabelle 2 aufgeführt. $τ = F / π DL$
In der numerischen Formel 5 steht
F für die maximale Spannungskraft (N), die entsteht, wenn das Harztröpfchen 13 von der Carbonfaser 12 abgeschält wird,
D für den Durchmesser (in m) der Carbonfaser 12 und
L für den Durchmesser (in m) des Harztröpfchens 13 in Ziehrichtung.
Bewertungskriterien für das Anhaftungsvermögen

⊚⊚ (hervorragend): Die Grenzflächen-Scherkraft beträgt mindestens 80 MPa.
⊚ (zufriedenstellend): Die Grenzflächen-Scherkraft beträgt mindestens 70 MPa, jedoch weniger als 80 MPa.
◯ (akzeptabel): Die Grenzflächen-Scherkraft beträgt mindestens 60 MPa, jedoch weniger als 70 MPa.
× (schlecht): Die Grenzflächen-Scherkraft beträgt weniger als 60 MPa.

Wie aus den in Tabelle 2 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, wurden die Schlichtmittel gemäß den jeweiligen Beispielen als akzeptabel oder besser bewertet, sowohl was das Anhaftungsvermögen als auch, was die Imprägnierfähigkeit angeht. Durch die vorliegende Erfindung wird die Wirkung erreicht, dass das Anhaftungsvermögen und die Imprägnierfähigkeit verbessert werden. Es wurde außerdem festgestellt, dass eine Verbesserungswirkung in Bezug auf Anhaftungsvermögen und Imprägnierfähigkeit wie bei Carbonfasern so auch bei Glasfasern auftritt.
BEZUGSZEICHENLISTE

10: Apparatur zur Bewertung von Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen
11: Halterung
12: Carbonfaser
13: Harztröpfchen
14: Klebstoff
15: Belastungszelle
16: Substrat
17, 18: Schneide

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008138296 [0003]
JP 20207685 [0003]

Claims

Schlichtmittel für anorganische Fasern, welches ein durch Kondensation eines Polyamins (A) und einer Polycarbonsäure (B) gebildetes Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) aufweist, wobei das Polyamin (A) ein Polyamin ist, welches in einem Molekül eine Kohlenwasserstoffgruppe und drei oder mehr Stickstoffatome enthält, wobei die Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen in einem Molekül mindestens 4 und höchstens 63 beträgt, und wobei die Polycarbonsäure (B) eine Polycarbonsäure ist mit mindestens 2 und höchstens 24 Kohlenstoffatomen, die mindestens zweiwertig und höchstens vierwertig ist.
Schlichtmittel für anorganische Fasern nach Anspruch 1, wobei das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) die folgende Formel (1) erfüllt, $0.05 ≦ \frac{b1 \times b2}{a1 \times a2} < 1.0$
dabei steht in der Formel (1) a1 für den für das Polyamin (A) gemessenen Aminwert, a2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polyamin (A), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird, b1 für den für die Polycarbonsäure (B) gemessenen Säurewert und b2 für den Gehaltsanteil (in Massen%) an Polycarbonsäure (B), wenn die Summe der Gehaltsanteile von Polyamin (A) und Polycarbonsäure (B) als 100 Massen% angenommen wird.
Schlichtmittel für anorganische Fasern nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtflüchtige Bestandteil des Schlichtmittels für anorganische Fasern das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) in einem Anteil von mindestens 50 Massen% aufweist.
Schlichtmittel für anorganische Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der nichtflüchtige Bestandteil des Schlichtmittels für anorganische Fasern das Polyamin-Polycarbonsäurekondensat (X) in einem Anteil von mindestens 80 Massen% aufweist.
Schlichtmittel für anorganische Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches auch eine Brønstedsäure enthält.
Schlichtmittel für anorganische Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die anorganischen Fasern als Carbonfasern oder als Glasfasern ausgebildet sind.
Anorganische Faser, welche das auf ihr aufgebrachte Schlichtmittel für anorganische Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser, welches das Aufbringen des Schlichtmittels für anorganische Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf eine anorganische Faser umfasst.
Verbundwerkstoff, welcher die anorganische Faser nach Anspruch 7 sowie ein thermoplastisches Harz aufweist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 9, wobei das thermoplastische Harz mindestens eines ist, welches aus einem Polyamid und einem Polypropylen ausgewählt ist.