JP2003165849A

JP2003165849A - 炭素繊維チョップドストランド、及びその製造方法

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Publication number: JP2003165849A
Application number: JP2001366317A
Authority: JP
Inventors: Yuki Onishi; 祐輝大西; Tadayuki Aoyama; 忠幸青山; Toshimasa Watanabe; 敏正渡辺
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-10
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP3987713B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素繊維強化樹脂において、優れた機械特性
と導電性を示し、かつ成形加工時の取扱い性に優れる高
集束の炭素繊維チョップドストランドを提供する。【解決手段】サイズ剤を用いて集束した炭素繊維チョ
ップドストランドであって、該サイズ剤の主成分がポリ
ウレタン樹脂であり、かつ該ポリウレタン樹脂が芳香族
ポリウレタン樹脂から選ばれる１種以上及び非芳香族ポ
リウレタン樹脂から選ばれる１種以上を含む炭素繊維チ
ョップドストランド、及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維チョップ
ドストランド、及びその製造方法に関する。更に詳しく
は、集束性に優れ、導電性に優れた、熱可塑性樹脂をマ
トリックスとする炭素繊維強化樹脂の製造に適した炭素
繊維チョップドストランド、及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維チョップドストランドは、所定
の長さに切断した束状の補強用繊維束であり、熱硬化性
樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料のＳＭＣ（ｓｈ
ｅｅｔｍｏｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＢＭＣ
（ｂｕｌｋｍｏｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ハン
ドレイアップ等に利用されてきている。

【０００３】また、炭素繊維チョップドストランドは、
主に熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料に
も使用されている。炭素繊維強化複合材料は優れた衝撃
特性、導電性また高弾性を示し、電気、光学分野や自動
車産業などにおいて幅広く使用されている。

【０００４】かかる炭素繊維チョップドストランドは、
通常、長さ１〜１０ｍｍ、フィラメント数３，０００本
（３Ｋ）乃至５０，０００本（５０Ｋ）程度の束状のも
のである。この炭素繊維チョップドストランドは、樹脂
ペレットあるいは樹脂パウダーとともに押出機で溶融混
練してペレット化し、更にこれを射出成形することによ
って所望の複合材料とするのが一般的である。

【０００５】上記の工程に供される炭素繊維チョップド
ストランドは、定量的にかつ安定的に供給できるよう
に、種々のサイズ剤により集束されている。例えば、エ
ポキシ樹脂を用いたサイズ剤が、特開昭６１−２５２３
７１号公報、特開昭６１−６６６１５号公報、特開昭５
７−１７１７６７号公報、特開平１−９２２３４号公報
に記載されている。しかしながら、エポキシ樹脂系サイ
ズ剤は集束性の点で未だ満足しえない。

【０００６】また、特開昭５８−１２６３７５号公報、
特開昭６３−１５２４６８号公報、特開平４−８２９６
９号公報にはサイズ剤としてウレタン樹脂を用いること
が提案されている。更に、特開昭６２−１１０９８４号
公報には、エポキシ樹脂とウレタン樹脂を含むサイズ剤
が提案されている。ウレタン樹脂を用いたサイズ剤は、
ウレタン樹脂が靭性に優れるため炭素繊維チョップドス
トランドの集束力は充分であるものの、炭素繊維強化複
合材料の持つ特徴のひとつである導電性の高さを発揮さ
せる点については不充分である。

【０００７】炭素繊維チョップドストランドを使用した
複合材料の導電性を改善した例としては、特開昭５７−
５６５８６号公報記載のポリビニルピロリドンをサイズ
剤として用いたもの、特開昭６４−４５８５７号公報記
載のポリエチレングリコールをサイズ剤として用いたも
のが挙げられる。しかしながら、これらのサイズ剤は前
述のエポキシ樹脂系サイズ剤やウレタン樹脂系サイズ剤
と比べると炭素繊維チョップドストランドの集束性がは
るかに劣り、これを用いる樹脂の成形加工時の取扱い性
は満足しえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、成形加工
時の取扱い性に優れ、かつ複合材料の機械特性及び導電
性のすべての面において満足しうる炭素繊維チョップド
ストランドはこれまで見出されておらず、従来の炭素繊
維チョップドストランドは前述のようにいずれかの性質
を犠牲にするものであった。

【０００９】従って、本発明の課題は、炭素繊維強化樹
脂において、優れた機械特性と導電性を示し、かつ成形
加工時の取扱い性に優れる高集束の炭素繊維チョップド
ストランドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、サイズ剤の主成分をポ
リウレタン樹脂とし、かつ芳香族ポリウレタン樹脂と非
芳香族ポリウレタン樹脂とを併せて用いれば、炭素繊維
強化樹脂としたとき優れた機械特性と導電性を示し、し
かも成型加工時の取扱い性に優れる集束性が高い炭素繊
維チョップドストランドが得られることを見出した。

【００１１】本発明は上記知見に基づき完成するに到っ
たものである。上記課題を達成する本発明は、以下に記
載するものである。

【００１２】〔１〕サイズ剤を用いて集束した炭素繊
維チョップドストランドであって、該サイズ剤の主成分
がポリウレタン樹脂であり、かつ該ポリウレタン樹脂が
芳香族ポリウレタン樹脂から選ばれる１種以上及び非芳
香族ポリウレタン樹脂から選ばれる１種以上を含むこと
を特徴とする炭素繊維チョップドストランド。

【００１３】〔２〕芳香族ポリウレタンと非芳香族ポ
リウレタンの質量成分比が芳香族ポリウレタン／非芳香
族ポリウレタン＝３０／７０〜７０／３０である〔１〕
に記載の炭素繊維チョップドストランド。

【００１４】〔３〕ＪＩＳＲ７６０１の硫酸洗浄法
によるサイズ剤付着量Ｓa及びＪＩＳＲ７６０１の熱
分解法によるサイズ剤付着量Ｓhがいずれも１〜５質量
％の範囲にあり、かつ次式（１）：サイズ剤灰分（％）＝（Ｓa−Ｓh）×１００／Ｓa （１）より求められるサイズ剤灰分が１０〜２０％である
〔１〕または〔２〕に記載の炭素繊維チョップドストラ
ンド。

【００１５】〔４〕嵩密度が４００ｇ／Ｌ以上である
〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の炭素繊維チョップド
ストランド。

【００１６】〔５〕炭素繊維ストランドにサイズ剤を
含浸させ、次いで乾燥させた炭素繊維ストランドを所定
長に切断する炭素繊維チョップドストランドの製造方法
において、含浸させるサイズ剤が自己乳化タイプのエマ
ルジョンと強制乳化タイプのエマルジョンとを含む水系
エマルジョンである炭素繊維チョップドストランドの製
造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明でサイズ剤の主成分として
用いられるポリウレタン樹脂は、芳香族ポリウレタン樹
脂から選ばれる１種以上と、非芳香族ポリウレタン樹脂
から選ばれる１種以上とを含むものである。

【００１８】これらのポリウレタン樹脂は、例えばポリ
イソシアネートとポリオールの重付加反応等の公知の方
法により得られる。芳香族ポリウレタン樹脂としては、
樹脂のモノマー単位に芳香環を有しているポリウレタン
樹脂であれば特に限定はないが、例えばトリレンジイソ
シアネートやジフェニルメタンジイソシアネートのよう
に芳香族イソシアネートを原料として反応させたポリウ
レタン樹脂を挙げることができる。非芳香族ポリウレタ
ン樹脂としては、上記芳香族ポリウレタン樹脂以外のポ
リウレタン樹脂であれば特に限定はないが、例えばヘキ
サメチレンジアイソシアネートやジシクロヘキシルメタ
ンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の
脂肪族イソシアネートや脂環族イソシアネートを原料と
して反応させたポリウレタン樹脂を挙げることができ
る。

【００１９】非芳香族ポリウレタン樹脂は芳香族ポリウ
レタン樹脂に比べ分子骨格の自由度が高いため、可撓性
があり、より靭性に優れる利点がある。一方、芳香族ポ
リウレタンは芳香環を有するため、加水分解しにくいと
いう利点がある。各種溶剤に対する溶解性については、
非芳香族ポリウレタン樹脂の方が比較的溶解しやすい傾
向がある。ここで「溶解」とは、溶質であるポリウレタ
ン樹脂の分子鎖と溶媒の分子とが混ざり合うことをい
う。非芳香族ポリウレタン樹脂は、分子骨格の自由度が
高いため分子運動が活発で、容易に分子鎖が溶媒中に移
動し混ざり合うので、芳香族ポリウレタン樹脂に比べ溶
媒に溶解しやすい。

【００２０】芳香族ポリウレタン樹脂のみをサイズ剤と
して含む炭素繊維チョップドストランドを用いて炭素繊
維強化複合材料を製造する場合、非芳香族ポリウレタン
樹脂を含む炭素繊維チョップドストランドを用いる場合
に比べ、得られる炭素繊維強化複合材料の機械特性は優
れるが、導電性が劣るものとなる。サイズ剤として用い
た非芳香族ポリウレタン樹脂は成形加工中に容易にマト
リックス樹脂中に溶解して移動するのに対し、芳香族ポ
リウレタン樹脂は炭素繊維表面上に残存しやすい。炭素
繊維表面上に残存した芳香族ポリウレタン樹脂は炭素繊
維とマトリックス樹脂とのバインダーの役割をし、界面
結合力を増大させ、複合材料の機械特性を優れたものと
する。一方、導電性に対しては炭素繊維表面上に残存す
る芳香族ポリウレタン樹脂が、導体である炭素繊維同志
の接触抵抗を増大させ、導電性を低下させる。反対に非
芳香族ポリウレタン樹脂のみをサイズ剤として用いる場
合には、導電性には優れるが、機械特性が劣るものとな
る。

【００２１】本発明において、芳香族ポリウレタン樹脂
と非芳香族ポリウレタン樹脂の組成比は、質量成分比で
芳香族ポリウレタン／非芳香族ポリウレタン＝３０／７
０〜７０／３０の範囲が、炭素繊維強化複合材料とした
場合に優れた機械特性と導電性を発揮するので好まし
い。

【００２２】また、ＪＩＳＲ７６０１の硫酸洗浄法に
よるサイズ剤付着量をＳa、同じくＪＩＳＲ７６０１
の熱分解法によるサイズ剤付着量をＳhとしたときに、
Ｓa及びＳhをいずれも１〜５質量％の範囲とするのが好
ましい。更に、次式（１）より求められるサイズ剤灰分
が１０〜３０％であることが好ましい。

【００２３】サイズ剤灰分（％）＝（Ｓa−Ｓh）×１００／Ｓa （１）サイズ剤の芳香族ポリウレタン樹脂は、熱分解の際に炭
化しやすく残渣が多くなる。従って、サイズ剤灰分が３
０％を越える場合は、熱分解法によるサイズ剤付着量の
測定値が低めになる芳香族ポリウレタン樹脂が実際には
多く付着していることになり、複合材料の導電性が低く
なる。一方、サイズ剤灰分が１０％未満の場合は、逆に
サイズ剤として付着している芳香族ポリウレタン樹脂の
比率が小さく、複合材料の機械特性における満足度が低
くなる。

【００２４】本発明で用いる炭素繊維については、特に
制限はなく、各種の公知の炭素繊維、例えばレーヨン、
ポリアクリロニトリル、ピッチ、リグニン、炭化水素ガ
スを用いて製造された炭素繊維や黒鉛質繊維及びこれら
に金属をコーティングした金属被覆炭素繊維等の中から
任意に選んで用いることができる。

【００２５】本発明の炭素繊維チョップドファイバーの
前駆体である炭素繊維ストランドのフィラメント構成本
数については特に限定されないが、コスト面や成形加工
時の取扱い性の点で１２，０００〜５０，０００のフィ
ラメントからなる炭素繊維ストランドが好ましい。

【００２６】炭素繊維チョップドストランドの製造方法
としては、炭素化工程より取り出される炭素繊維ストラ
ンドを巻き取ることなく、複数本を合糸しながら、後工
程で各処理を行い、その後切断工程に供し、所定の長さ
に切断する連続的な製造方法が生産効率が高く好まし
い。

【００２７】炭素繊維の製造工程では、炭素化処理終了
後、マトリックス樹脂との接着性改良のために表面処理
を施すのが一般的である。この表面処理には、液相処
理、気相処理などが公知の方法として知られているが、
生産性、処理の均一性、安定性等の観点から液相電解表
面処理が好ましい。

【００２８】上記の表面処理を経た炭素繊維は、充分に
洗浄し電解質を除去した後、サイズ剤処理を施す。

【００２９】サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、
転写法等種々の既知の方法を採択し得るが、液浸法が汎
用的で効率的且つ均一に付与できる点に於いて優れてお
り好ましい。

【００３０】液浸法において、炭素繊維ストランドをサ
イズ剤液に浸漬する際には、サイズ剤液中に設けられた
液没ローラ又は液浸ローラを介して、開繊と絞りを繰り
返し、ストランドの芯までサイズ液を含浸させることが
好ましい。

【００３１】サイズ剤を付与する場合の処理方法として
は、サイズ剤を溶解させる溶媒により、溶剤法と、エマ
ルジョン法とに分けることができる。溶剤法で使用する
溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン等のケト
ン類；メタノール、エタノール等のアルコール類；メチ
レンクロライド等の有機塩素化合物等を挙げることがで
きる。サイズ剤の付与は溶剤法、エマルジョン法のいず
れの方法も用いることができるが、人体への安全性及び
環境汚染を防止する観点からエマルジョン法を用いるこ
とが好ましい。

【００３２】エマルジョン法を用いる場合のサイズ剤と
しては特に制限はないが、自己乳化タイプのエマルジョ
ンと強制乳化タイプのエマルジョンとの両者を含むよう
選択することが好ましい。

【００３３】強制乳化タイプのエマルジョンは、サイズ
剤のみでは水で乳化しないため、乳化剤等を用いてサイ
ズ剤を強制的にエマルジョン化している。これに対し、
自己乳化タイプのエマルジョンはサイズ剤の分子骨格に
親水基を導入することにより、乳化剤を用いなくても水
中にサイズ剤が乳化分散するものである。自己乳化タイ
プのエマルジョンは強制乳化タイプのエマルジョンに比
べエマルジョン粒子の粒径が小さく、炭素繊維ストラン
ド内部への浸透性は良好であるが、乾燥工程において、
炭素繊維ストランド内でマイグレーションを起こしやす
い。しかし、粒径の大きい強制乳化タイプのサイズ剤エ
マルジョンを自己乳化タイプのサイズ剤エマルジョンを
混ぜるとマイグレーションを防止し、炭素繊維ストラン
ド中にサイズ剤が均一に付着しやすい。その結果、炭素
繊維チョップドストランドとしたときの集束性が向上す
る。

【００３４】強制乳化タイプのサイズ剤と自己乳化タイ
プのサイズ剤の混合割合は、１０：９０〜９０：１０
（質量基準）が好ましい。

【００３５】本発明においてサイズ剤として使用するポ
リウレタン樹脂は公知の方法により製造したもののほ
か、下記の市販のものを用いることができる。

【００３６】自己乳化タイプの芳香族ポリウレタン樹脂
としては、例えばハイドランＨＷ−３０１、同ＨＷ−３
１０、同ＨＷ−３１１、同ＨＷ−３１２Ｂ、同ＨＷ−３
２５、同ＨＷ−３３７（大日本インキ化学社製）；ユー
プレンＵＸ−３０６、同ＵＸ−３１２、同ＵＡ−１１０
（三洋化成社製）；レザミンＤ−１００５（大日精化工
業社製）等が挙げられる。強制乳化タイプの芳香族ポリ
ウレタン樹脂としては、例えばボンディック１０４０Ｎ
Ｓ、同１０５０Ｂ−ＮＳ、同１２３０ＮＳ、同１３１０
ＮＳＡ、同１３２０ＮＳ（大日本インキ化学社製）等が
挙げられる。

【００３７】一方、非芳香族ポリウレタン樹脂として
は、自己乳化タイプとしてハイドランＨＷ−９２０、同
ＨＷ−９３５、同ＨＷ−９４０（大日本インキ化学社
製）；パーマリンＵＡ−１１０、同ＵＡ−２００（三洋
化成社製）；ディスパコールＵ４２、同Ｕ５３、同Ｕ５
４（バイエル社製）等が挙げられる。強制乳化タイプの
例としてボンディック１６１２ＮＳＣ、同１８５０Ｎ
Ｓ、同１９４０ＮＳ、同１９８０ＮＳ（大日本インキ化
学社製）；ケミチレンＧＡ−２、同ＧＡ−４（三洋化成
社製）等を挙げることができる。

【００３８】サイズ剤の付与方法は、例えば上記の芳香
族ポリウレタン樹脂から選ばれる１種類以上を含む水系
エマルジョンと、非芳香族ポリウレタン樹脂から選ばれ
る１種類以上を含む水系エマルジョンとを混合し、混合
エマルジョン溶液に炭素繊維ストランドを含浸させサイ
ズ剤を付与してもよい。または、単独のエマルジョンを
順次二段階以上に分けて付与してもよい。また、本発明
の効果を損なわない程度にポリウレタン樹脂以外の樹
脂、例えばエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテ
ル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等をサイズ剤
成分として使用してもよい。

【００３９】水系エマルジョンの場合、炭素繊維ストラ
ンドに付与するサイズ剤量を適正化する上で、サイズ剤
の濃度は１〜１００ｇ／Ｌ、２５℃での溶液粘度は０．
１〜１００Ｐが好ましい。サイジングする際の工程温度
は０〜５０℃が好ましく、サイズ剤の付着量をコントロ
ールするために、サイズ剤を付着させた後、スクイズ処
理してもよい。

【００４０】サイズ剤付着量は、ポリウレタン樹脂とし
て１〜５質量％の範囲が好ましい。サイズ剤の付着量が
１質量％未満では炭素繊維チョップドストランドの集束
性が低下し、成形加工時における取扱い性が劣る傾向が
ある。一方、５質量％を超えると、複合材料としたとき
にマトリックス樹脂に対するサイズ剤の量が多くなり、
不純物効果によりマトリックス樹脂の結晶性を低下さ
せ、複合材料における機械特性低下を招く傾向がある。

【００４１】炭素繊維ストランドにサイズ剤溶液を付着
させた後、通常乾燥ゾーンに送りサイズ剤液を乾燥させ
る。乾燥ゾーンの雰囲気温度は、溶剤を使用したサイズ
剤溶液の場合は、その溶剤の種類により決まる。汎用的
な水系エマルジョンの場合は８０〜２００℃に設定す
る。乾燥温度が高い、あるいは乾燥時間が長い場合、乾
燥状態は良好となるが、熱履歴を多く与える場合、サイ
ズ剤樹脂の劣化が起こり、ストランドの柔軟性が欠け、
ストランドを切断してチョップ化する時にストランドが
割れやすくなり、嵩密度が低くなる等の弊害が起こるの
で、適正な乾燥条件で乾燥することが好ましい。

【００４２】炭素繊維ストランドの集束性を高めるため
に、プリカーサーからサイズ剤液乾燥までの間に、加撚
してもよい。加撚は、ストランドの集束のみならず、単
糸切れによるストランドの毛羽立ちを抑制するためにも
有効である。加撚の程度は、２個／ｍ〜３０個／ｍが好
ましい。

【００４３】サイズ剤付与処理後、乾燥させたストラン
ドは、切断工程に供される。切断にはロービングカッタ
ー等のロータリー式カッターや、ギロチンカッター等通
常用いられているカッターを用いることが出来る。

【００４４】チョップドストランドの繊維長は、１〜１
０ｍｍとすることが好ましく、特に３〜８ｍｍとするこ
とが好ましい。

【００４５】本発明で使用される炭素繊維のストランド
の引っ張り強さは２．９ＧＰａ以上、引っ張り弾性率は
２００ＧＰａ以上、単繊維直径は５〜１０μｍの性能を
示すものが、複合材料に使用するものとして好ましい。

【００４６】複合材料のマトリックス樹脂として用いら
れる熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポリカーボネー
ト、ポリアセタール等の汎用エンジニアリングプラスチ
ックが挙げられる。また、ポリプロピレンやＡＢＳ等の
汎用プラスチックやポリフェニレンスルフィド、ポリエ
ーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、液晶性の芳香族ポリエステル等の耐熱性
ポリマー類も使用することができる。

【００４７】一般に、炭素繊維チョップドストランドの
集束性を評価する尺度として、嵩密度が用いられる。本
発明の炭素繊維チョップドストランドは、繊維長によっ
て若干の変動はあるが、嵩密度４００ｇ／Ｌ以上が好ま
しい。また、フリーファイバー発生率は衝撃を加えた時
のチョップドストランドの集束性の指標となり、ほぼ嵩
密度と対応し嵩密度が高いチョップドストランドはフリ
ーファイバー発生率も小さくなる傾向を示すが、ストラ
ンド内部へのサイズ剤が浸透不足になると嵩密度が高く
てもフリーファイバー発生率が高くなる。フリーファイ
バー発生率としては２．０％以下、好ましくは１．０％
以下、より好ましくは０．５％以下がよい。このような
炭素繊維チョップドストランドはフィーダーでの持ち込
みがよくマトリックスへの安定配合を行うことが出来
る。

【００４８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。なお、実施例における各測定値は下記の方法に
て求めた値である。

【００４９】［嵩密度］２０００ｃｃのメスシリンダー
に３００ｇの炭素繊維チョップドストランドを充填し軽
く衝撃を与え平衡に達したときの体積を求めた。

【００５０】［フリーファイバー発生率］２０００ｃｃ
のメスシリンダーに約５００ｃｃの炭素繊維チョップド
ストランドを入れ密封した。この時の炭素繊維チョップ
ドストランドの質量（Ｗ１ｇ）を測定した。密封したメ
スシリンダーの高さ方向を軸にして、２０分間２５ｒｐ
ｍで回転した。メスシリンダーの回転を止め試料を＃４
の篩に移し篩い分けした。篩に残ったフリーファイバー
を採取しその質量（Ｗ２ｇ）を測定した。試料全体の質
量とフリーファイバーの質量からフリーファイバー発生
率（％）を求めた。

【００５１】［複合材料特性］曲げ強度はＪＩＳＫ７
２０３に準拠して求めた。体積抵抗測定は、同曲げ試験
片の長さ方向（１００ｍｍ）の両端に藤倉化成社製ドー
タイトＤ−５５０を塗布、乾燥後、アデックス社製デジ
タルオームメーターＡＸ−１１１Ａを用いて抵抗を測定
し、体積抵抗を求めた。アイゾット衝撃値はＪＩＳＫ
７１１０の切欠き寸法０（切欠き加工なし）の２号試験
片を用いた以外は同規格に準拠して求めた。

【００５２】実施例１フィラメント数２４０００本（２４Ｋ）のポリアクリロ
ニトリル（ＰＡＮ）系プリカーサーを耐炎化工程及び炭
素化工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解
表面処理し、水洗した。その後、自己乳化タイプの芳香
族ポリウレタン樹脂エマルジョン溶液であるハイドラン
ＨＷ−３０１（大日本インキ化学社製）と強制乳化タイ
プの非芳香族ポリウレタン樹脂エマルジョン溶液である
ボンディック１９８０ＮＳ（大日本インキ化学社製）を
樹脂純分で３０／７０質量％になるよう混合した水系エ
マルジョンサイズ剤液に通し、次いで１２０℃の乾燥機
にて乾燥させた後、繊維長６ｍｍに切断した。その際、
ストランド張力及びエマルジョン樹脂濃度を調整し、硫
酸分解法によるサイズ剤付着量を３．５％（Ｓa）にし
た。また、燃焼法によるサイズ剤付着量は３．１％（Ｓ
h）であり、式（１）より求めたサイズ剤灰分は１１％
であった。

【００５３】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は４６０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率０．１
％であり、品質良好なチョップが得られた。

【００５４】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２０２ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）４７ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は３Ω・ｃｍ
と優れた電気特性を示した。

【００５５】実施例２２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、自己乳化タイプの芳香族ポリウレタン
樹脂エマルジョン溶液であるハイドランＨＷ−３１１
（大日本インキ化学社製）と強制乳化タイプの非芳香族
ポリウレタン樹脂エマルジョン溶液であるボンディック
１８５０ＮＳ（大日本インキ化学社製）を樹脂純分で５
０／５０質量％になるよう混合した水系エマルジョンサ
イズ剤液に通し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させ
た後、繊維長６ｍｍに切断した。その際、ストランド張
力及びエマルジョン樹脂濃度を調整し、硫酸分解法によ
るサイズ剤付着量を２．５％（Ｓa）にした。また、燃
焼法によるサイズ剤付着量は２．１％（Ｓh）であり、
式（１）より求めたサイズ剤灰分は１６％であった。

【００５６】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は４５０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率０．３
％であり、品質良好なチョップが得られた。

【００５７】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２０８ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）５０ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は４Ω・ｃｍ
と優れた電気特性を示した。

【００５８】実施例３２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、自己乳化タイプの芳香族ポリウレタン
樹脂エマルジョン溶液であるユープレンＵＸ−３０６
（三洋化成社製）と強制乳化タイプの非芳香族ポリウレ
タン樹脂エマルジョン溶液であるケミチレンＧＡ−４
（三洋化成社製）を樹脂純分で７０／３０質量％になる
よう混合した水系エマルジョンサイズ剤液に通し、次い
で１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長６ｍｍに
切断した。その際、ストランド張力及びエマルジョン樹
脂濃度を調整し、硫酸分解法によるサイズ剤付着量を
３．０％（Ｓa）にした。また、燃焼法によるサイズ剤
付着量は２．４％（Ｓh）であり、式（１）より求めた
サイズ剤灰分は２０％であった。

【００５９】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は４８０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率０．６
％であり、品質良好なチョップが得られた。

【００６０】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２１６ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）５１ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は６Ω・ｃｍ
と優れた電気特性を示した。

【００６１】実施例４２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、強制乳化タイプの芳香族ポリウレタン
樹脂エマルジョン溶液であるボンディック１２３０ＮＳ
（大日本インキ化学社製）と自己乳化タイプの非芳香族
ポリウレタン樹脂エマルジョン溶液であるハイドランＨ
Ｗ−９４０（大日本インキ化学社製）を樹脂純分で５０
／５０質量％になるよう混合した水系エマルジョンサイ
ズ剤液に通し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた
後、繊維長６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力
及びエマルジョン樹脂濃度を調整し、硫酸分解法による
サイズ剤付着量を４．０％（Ｓa）にした。また、燃焼
法によるサイズ剤付着量は３．４％（Ｓh）であり、式
（１）より求めたサイズ剤灰分は１５％であった。

【００６２】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は４８０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率０．０
４％であり、品質良好なチョップが得られた。

【００６３】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２１３ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）５２ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は４Ω・ｃｍ
と優れた電気特性を示した。

【００６４】実施例５２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、強制乳化タイプの芳香族ポリウレタン
樹脂エマルジョン溶液であるボンディック１３２０ＮＳ
（大日本インキ化学社製）と自己乳化タイプの非芳香族
ポリウレタン樹脂エマルジョン溶液であるディスパコー
ルＵ５４（バイエル社製）を樹脂純分で６０／４０質量
％になるよう混合した水系エマルジョンサイズ剤液に通
し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長
６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマル
ジョン樹脂濃度を調整し、硫酸分解法によるサイズ剤付
着量を３．０％（Ｓa）にした。また、燃焼法によるサ
イズ剤付着量は２．５％（Ｓh）であり、式（１）より
求めたサイズ剤灰分は１７％であった。

【００６５】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は５６０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率０．０
３％であり、品質良好なチョップが得られた。

【００６６】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２２１ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）５４ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は５Ω・ｃｍ
と優れた電気特性を示した。

【００６７】比較例１２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、自己乳化タイプの芳香族ポリウレタン
樹脂エマルジョン溶液であるハイドランＨＷ−３０１
（大日本インキ化学社製）の水系エマルジョンサイズ剤
液に通し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、
繊維長６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及び
エマルジョン樹脂濃度を調整し、硫酸分解法によるサイ
ズ剤付着量を３．０％（Ｓa）にした。また、燃焼法に
よるサイズ剤付着量は２．２％（Ｓh）であり、式
（１）より求めたサイズ剤灰分は２７％であった。

【００６８】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は３８０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率１．６
％であった。

【００６９】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度２２２ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）５５ｋＪ／ｍ²と良好な
物性を示した。また、同成形物の体積抵抗は４１Ω・ｃ
ｍと電気特性については満足な値ではなかった。

【００７０】比較例２２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出された炭素繊維を電解表面
処理し、水洗後、自己乳化タイプの非芳香族ポリウレタ
ン樹脂エマルジョン溶液であるハイドランＨＷ−９４０
（大日本インキ化学社製）の水系エマルジョンサイズ剤
液に通し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、
繊維長６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及び
エマルジョン樹脂濃度を調整し、硫酸分解法によるサイ
ズ剤付着量を３．０％（Ｓa）にした。また、燃焼法に
よるサイズ剤付着量は２．８％（Ｓh）であり、式
（１）より求まるサイズ剤灰分は７％であった。

【００７１】得られた炭素繊維チョップドストランドの
嵩密度は４１０ｇ／Ｌ、フリーファイバー発生率１．４
％であった。

【００７２】上記のようにして得られた炭素繊維チョッ
プドストランドとポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成製パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が１５質量
％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式
押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、水冷
後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得
た。このペレットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を
成形し物性を測定したところ、曲げ強度１６８ＭＰａ、
アイゾット衝撃値（ノッチ無）３７ｋＪ／ｍ²と物性と
して満足な値ではなかった。また、同成形物の体積抵抗
は２Ω・ｃｍと優れた電気特性を示した。

【００７３】

【発明の効果】本発明の炭素繊維チョップドストランド
は、成形加工時の取扱い性に優れる高い集束性を持ち、
複合材料とする場合においてはサイズ剤がマトリックス
樹脂と炭素繊維の界面強度を向上させるが、導電性を失
わない適度なバインダー量であるため、機械強度及び導
電性に優れた炭素繊維強化複合材料が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺敏正静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナックス株式会社内Ｆターム(参考） 4F072 AA02 AB10 AB22 AD43 AG13 AH04 4J002 CK02W CK02X DA016 FA046

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サイズ剤を用いて集束した炭素繊維チョ
ップドストランドであって、該サイズ剤の主成分がポリ
ウレタン樹脂であり、かつ該ポリウレタン樹脂が芳香族
ポリウレタン樹脂から選ばれる１種以上及び非芳香族ポ
リウレタン樹脂から選ばれる１種以上を含むことを特徴
とする炭素繊維チョップドストランド。
【請求項２】芳香族ポリウレタンと非芳香族ポリウレ
タンの質量成分比が芳香族ポリウレタン／非芳香族ポリ
ウレタン＝３０／７０〜７０／３０である請求項１に記
載の炭素繊維チョップドストランド。
【請求項３】ＪＩＳＲ７６０１の硫酸洗浄法による
サイズ剤付着量Ｓa及びＪＩＳＲ７６０１の熱分解法
によるサイズ剤付着量Ｓhがいずれも１〜５質量％の範
囲にあり、かつ次式（１）：サイズ剤灰分（％）＝（Ｓa−Ｓh）×１００／Ｓa （１）より求められるサイズ剤灰分が１０〜２０％である請求
項１または２に記載の炭素繊維チョップドストランド。
【請求項４】嵩密度が４００ｇ／Ｌ以上である請求項
１〜３のいずれかに記載の炭素繊維チョップドストラン
ド。
【請求項５】炭素繊維ストランドにサイズ剤を含浸さ
せ、次いで乾燥させた炭素繊維ストランドを所定長に切
断する炭素繊維チョップドストランドの製造方法におい
て、含浸させるサイズ剤が自己乳化タイプのエマルジョ
ンと強制乳化タイプのエマルジョンとを含む水系エマル
ジョンである炭素繊維チョップドストランドの製造方
法。