JP2015190067A

JP2015190067A - 炭素繊維用サイジング剤及び炭素繊維ストランド

Info

Publication number: JP2015190067A
Application number: JP2014065841A
Authority: JP
Inventors: 旬伊藤; Jun Ito; 泰伸荒川; Yasunobu Arakawa; 優介小林; Yusuke Kobayashi
Original assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd
Current assignee: Takemoto Oil and Fat Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP5553464B1

Abstract

【課題】長期間保管しても優れた安定性を持続し、またそれを付着させた炭素繊維に優れた集束性や形状保持性を付与し、更にそれを付着させた炭素繊維ストランドがマトリックス樹脂に対し優れた接着性を示す炭素繊維用サイジング剤及び炭素繊維ストランドを提供する。【解決手段】炭素繊維用サイジング剤として、ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を含有して成り、且つ該ポリエステル樹脂が特定の２種類のポリエステル樹脂から成るものを用いた。【選択図】なし

Description

本発明は、長期間保管しても優れた安定性を持続し、またそれを付着させた炭素繊維に優れた集束性や形状保持性を付与し、更にそれを付着させた炭素繊維ストランドがマトリックス樹脂に対し優れた接着性を示す炭素繊維用サイジング剤及び炭素繊維ストランドに関する。

従来、炭素繊維用サイジング剤として、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物と不飽和二塩基酸とのエステルであってその酸価が５０以上であるエステル化合物、ビスフェノール類のジエポキシ化合物及び／又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物のジエポキシ化合物と不飽和一塩基酸とのエステルであって主鎖の一方の端部に不飽和基を有すると共に他方の端部にエポキシ基を有するエステル化合物及び平滑剤を含有するもの（例えば、特許文献１参照）、特定の芳香族系疎水基を有するアニオン界面活性剤を含有するもの（例えば、特許文献２参照）、特定のポリエステル樹脂及び水性媒体を含有するもの（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。しかし、これら従来の炭素繊維サイジング剤にはいずれも、その安定性が不充分であり、それを長期間保管した後に炭素繊維に付着させると、集束性不良や形状保持性不良を誘発し、そのような炭素繊維を複合材料に使用するとマトリックス樹脂との接着性が不充分になるという問題がある。

特開２００２−１３０６９号公報特開２００３−３４２８７３号公報特開２００９−１９５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、長期間保管しても優れた安定性を持続し、またそれを付着させた炭素繊維に優れた集束性や形状保持性を付与し、更にそれを付着させた炭素繊維ストランドがマトリックス樹脂に対し優れた接着性を示す炭素繊維用サイジング剤及び炭素繊維ストランドを提供する処にある。

本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を含有して成る炭素繊維用サイジング剤であって、ポリエステル樹脂が特定のポリエステル樹脂Ａ及び特定のポリエステル樹脂Ｂから成る炭素繊維用サイジング剤が正しく好適であることを見出した。

すなわち本発明は、ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を含有して成る炭素繊維用サイジング剤であって、ポリエステル樹脂が下記のポリエステル樹脂Ａ及び下記のポリエステル樹脂Ｂから成ることを特徴とする炭素繊維用サイジング剤に係る。また本発明は、かかる炭素繊維用サイジング剤を付着させた炭素繊維ストランドに係る。

ポリエステル樹脂Ａ：下記の構成単位Ａが３〜１０モル％、下記の構成単位Ｂが３０〜５７モル％及び下記の構成単位Ｃが４０〜６０モル％（合計１００モル％）の割合から構成された数平均分子量５０００〜５００００のポリエステル樹脂

構成単位Ａ：スルホイソフタル酸、スルホイソフタル酸のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のアルカリ金属塩、スルホイソフタル酸のアルカリ金属塩のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のホスホニウム塩、スルホイソフタル酸のホスホニウム塩のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のアンモニウム塩及びスルホイソフタル酸のアンモニウム塩のエステル形成性誘導体から選ばれる一つ又は二つ以上から形成された構成単位

構成単位Ｂ：構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸以外の二塩基酸及び／又は構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸のエステル形成性誘導体以外の二塩基酸のエステル形成性誘導体から形成された構成単位

構成単位Ｃ：ジオールから形成された構成単位

ポリエステル樹脂Ｂ：ビスフェノールＡにアルキレンオキサイドを１〜１０モル付加させた化合物と二塩基酸とから得られる数平均分子量１０００〜２５００のポリエステル樹脂

先ず、本発明に係る炭素繊維用サイジング剤（以下、本発明のサイジング剤という）について説明する。本発明のサイジング剤は、ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を含有して成るものであって、ポリエステル樹脂が前記のポリエステル樹脂Ａ及び前記のポリエステル樹脂Ｂから成るものである。

本発明のサイジング剤において、ポリエステル樹脂Ａは、前記の構成単位Ａが３〜１０モル％、前記の構成単位Ｂが３０〜５７モル％及び前記の構成単位Ｃが４０〜６０モル％（合計１００モル％）の割合から構成された数平均分子量５０００〜５００００のポリエステル樹脂であるが、なかでも数平均分子量５０００〜３００００のものが好ましく、数平均分子量７０００〜１６０００のものがより好ましい。

ポリエステル樹脂Ａ中の構成単位Ａは、１）５−スルホイソフタル酸等のスルホイソフタル酸、２）５−スルホイソフタル酸ジメチル等のスルホイソフタル酸のエステル形成性誘導体、３）５−リチウムスルホイソフタル酸、５−カリウムスルホイソフタル酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸等のスルホイソフタル酸のアルカリ金属塩、４）５−リチウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル等のスルホイソフタル酸のアルカリ金属塩のエステル形成性誘導体、５）５−スルホイソフタル酸テトラブチルホスホニウム塩等のスルホイソフタル酸のホスホニウム塩、６）５−スルホイソフタル酸ジメチルテトラブチルホスホニウム塩等のスルホイソフタル酸のホスホニウム塩のエステル形成性誘導体、７）５−スルホイソフタル酸テトラブチルアンモニウム塩等のスルホイソフタル酸のアンモニウム塩、５−スルホイソフタル酸ジメチルテトラブチルアンモニウム塩等のスルホイソフタル酸のアンモニウム塩のエステル形成性誘導体及びこれらのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイド付加物から選ばれる一つ又は二つ以上から形成された構成単位であるが、なかでも５−ナトリウムスルホイソフタル酸や５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチルから形成された構成単位が好ましい。

ポリエステル樹脂Ａ中の構成単位Ｂは、１）シュウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸等の、構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸以外の二塩基酸、２）シュウ酸ジメチル、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチル等の、構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸のエステル形成性誘導体以外の二塩基酸のエステル形成性誘導体及びこれらのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイド付加物から選ばれる一つ又は二つ以上から形成された構成単位であるが、なかでもイソフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸ジメチル及びテレフタル酸ジメチルから選ばれるものから形成された構成単位が好ましい。

ポリエステル樹脂Ａ中の構成単位Ｃは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド２モル付加物、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド４モル付加物、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド２モル付加物、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド４モル付加物、ビスフェノールＦのエチレンオキサイド２モル付加物、ビスフェノールＦのエチレンオキサイド４モル付加物、ビスフェノールＦのプロピレンオキサイド２モル付加物、ビスフェノールＦのプロピレンオキサイド４モル付加物等のジオールから形成された構成単位であるが、なかでもエチレングリコールやジエチレングリコールから形成された構成単位が好ましい。

本発明のサイジング剤において、ポリエステル樹脂Ｂは、ビスフェノールＡ１モルに対してエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを１〜１０モルの割合、好ましくは１〜４モルの割合で付加させた化合物と、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸等の二塩基酸とから得られる数平均分子量１０００〜２５００のポリエステル樹脂である。

本発明のサイジング剤に供するポリエステル樹脂Ａ及びポリエステル樹脂Ｂの使用比率に特に限定はないが、なかでもポリエステル樹脂Ａ及びポリエステル樹脂Ｂが、下記の数１で示されるＩＳ変性率が１〜３０％の範囲内にある場合のものが好ましい。

本発明のサイジング剤に供する芳香族非イオン界面活性剤としては、モノスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物、ジスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物、トリスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物、モノベンジル化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物、ジベンジル化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物、トリベンジル化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた化合物等が挙げられるが、なかでもトリスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた数平均分子量８００〜２５００のものが好ましく、下記の第１工程及び第２工程を経る製造方法により得られるものがより好ましい。

第１工程：トリスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドをランダムに付加させる工程

第２工程：第１工程で得られる化合物にエチレンオキサイドを付加させる工程

本発明のサイジング剤において、ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂の含有比率に特に限定はないが、なかでもポリエステル樹脂Ａを１〜１０質量％、ポリエステル樹脂Ｂを２０〜５０質量％、芳香族非イオン界面活性剤を２０〜３５質量％及びエポキシ樹脂を２０〜５０質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成るものが好ましい。

次に、本発明に係る炭素繊維ストランド（以下、本発明の炭素繊維ストランドという）について説明する。本発明の炭素繊維ストランドは、炭素繊維に本発明のサイジング剤を０．１〜５質量％となるよう付着させたものであり、好ましくは炭素繊維に本発明のサイジング剤を水性のエマルションの状態で本発明のサイジング剤として０．１〜５質量％となるよう付着させたものである。

本発明のサイジング剤を炭素繊維に付着させて本発明の炭素繊維ストランドを得るには、ローラー浸漬法、ローラー接触法、スプレー法等、一般に工業的に用いられている方法を適用できる。本発明の炭素繊維用サイジング剤を好ましくは水性のエマルションの状態で付着させた炭素繊維は、続いて乾燥処理し、サイジング剤溶液に含まれていた水等の除去を行なうことにより本発明の炭素繊維ストランドを得ることができる。ここでの乾燥処理は、熱風、熱板、ローラー、各種赤外線ヒーター等を熱媒として利用した方法を採用できる。

以上説明した本発明によると、長期間保管しても優れた安定性を持続し、またそれを付着させた炭素繊維に優れた集束性や形状保持性を付与し、更にそれを付着させた炭素繊維ストランドが複合材に対し優れた接着性を示す炭素繊維用サイジング剤及び炭素繊維ストランドを提供することができるという効果がある。

サイジング剤を付着させた炭素繊維とこの炭素繊維に固着したマトリックスとの接着性評価に用いた試験装置をその使用状態も含めて略示する平面図。

以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は質量部を、また％は質量％を意味する。尚、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（東ソー株式会社製の商品名ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣ）を用い、ポリスチレン換算で求めた。

試験区分１（ポリエステル樹脂Ａの調製）
・ポリエステル樹脂Ａ−１の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル８９３部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル１１８部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込み、１４０〜２２０℃で所定粘度までエステル交換反応を行った後、２４０〜２７０℃でジエチレングリコールを留去した。得られたポリエステル樹脂Ａ−１の核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）、誘導結合プラズマ（以下ＩＣＰという）及びゲル浸透クロマトグラフィー（以下ＧＰＣという）による分析結果は以下の通りであった。
５−ナトリウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：４モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：４６モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：５０モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：１００００

・ポリエステル樹脂Ａ−２の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル８３５部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル２０７部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込んだ以外はポリエステル樹脂Ａ−１の調製と同様の方法で調製を行った。得られたポリエステル樹脂Ａ−２のＮＭＲ、ＩＣＰ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
５−カルシウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：７モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：４３モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：５０モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：１５０００

・ポリエステル樹脂Ａ−３の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル５８２部、テレフタル酸ジメチル２１４部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル２６７部、ジエチレングリコール２６５部、エチレングリコール１５５部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込んだ以外はポリエステル樹脂Ａ−１の調製と同様の方法で調製を行った。得られたポリエステル樹脂Ａ−３のＮＭＲ、ＩＣＰ及びＧＰＣによる分析結果は次の通りであった。
５−ナトリウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：９モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：３０モル％
テレフタル酸から形成された構成単位：１１モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：２５モル％
エチレングリコールから形成された構成単位：２５モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：７５００

・ポリエステル樹脂ｒａ−１の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル９５１部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル３０部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込んだ以外はポリエステル樹脂Ａ−１の調製と同様の方法で調製を行った。得られたポリエステル樹脂ｒａ−１のＮＭＲ、ＩＣＰ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
５−ナトリウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：１モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：４９モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：５０モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：１００００

・ポリエステル樹脂ｒａ−２の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル９１３部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル８９部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込んだ以外はポリエステル樹脂Ａ−１の調製と同様の方法で調製を行った。得られたポリエステル樹脂ｒａ−２のＮＭＲ、ＩＣＰ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
５−ナトリウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：３モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：４７モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：５０モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：３０００

・ポリエステル樹脂ｒａ−３の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル８９３部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル１１８部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込んだ以外はポリエステル樹脂Ａ−１の調製と同様の方法で調製を行った。得られたポリエステル樹脂ｒａ−３のＮＭＲ、ＩＣＰ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
５−ナトリウムスルホイソフタル酸から形成された構成単位：４モル％
イソフタル酸から形成された構成単位：４６モル％
ジエチレングリコールから形成された構成単位：５０モル％（合計１００モル％）
数平均分子量：６００００

・ポリエステル樹脂ｒａ−４の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、イソフタル酸ジメチル６２１部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル５３３部、ジエチレングリコール５３０部、酢酸亜鉛０．５部及び三酸化アンチモン０．５部を仕込み、１４０〜２２０℃でエステル交換反応を行ったところ、激しく増粘し、調製を続けることが困難となったので、調製を断念した。

試験区分２（ポリエステル樹脂Ｂの調製）
・ポリエステル樹脂Ｂ−１の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド２モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−２０）１２６４部、フマル酸３４８部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂Ｂ−１の数平均分子量は１５００であった。

・ポリエステル樹脂Ｂ−２の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド２モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−２０）９４５部、マレイン酸２３２部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂Ｂ−２の数平均分子量は１２００であった。

・ポリエステル樹脂Ｂ−３の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド４モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−４０）１８１８部、フマル酸４０６部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂Ｂ−３の数平均分子量は２２００であった。

・ポリエステル樹脂Ｂ−４の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド１０モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−１００）１８０３部、マレイン酸１９７部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂Ｂ−４の数平均分子量は２０００であった。

・ポリエステル樹脂ｒｂ−１の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド４モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−４０）２５８６部、フマル酸６２７部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂ｒｂ−１の数平均分子量は３２００であった。

・ポリエステル樹脂ｒｂ−２の調製
反応器内の雰囲気を窒素ガスで置換し、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド４モル付加物（三洋化成工業社製の商品名ニューポールＢＰＥ−４０）６４６部、フマル酸７０部及びテトラブトキシチタン１部を加え、窒素気流下で１８０℃に昇温して反応させ、反応物の酸価が１以下になったことを確認した後、温度を１２０℃に下げて反応器から取り出した。得られたポリエステル樹脂ｒｂ−２の数平均分子量は７００であった。

試験区分３（芳香族非イオン界面活性剤等の調製）
・芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−１の調製
オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換し、トリスチレン化フェノール３５５部及び水酸化カリウム２部を加え、引き続き１３５℃でエチレンオキサイド６４０部を徐々に加えてエーテル化反応を行なった。水酸化カリウムを吸着処理した後、濾過した。得られた芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−１のＮＭＲ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
トリスチレン化フェノール１モルに対するエチレンオキサイド付加モル数：１７モル
数平均分子量：１０００

・芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−２の調製
オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換し、トリスチレン化フェノール２０２部及び水酸化カリウム１部を加え、引き続き１３５℃でエチレンオキサイド３７８部とプロピレンオキサイド１２６部を混合したものを徐々に加えてエーテル化反応を行なった後、更にエチレンオキサイド３０３部を徐々に加えてエーテル化反応を行なった。水酸化カリウムを吸着処理した後、濾過した。得られた芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−２のＮＭＲ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
トリスチレン化フェノール１モルに対するエチレンオキサイド付加モル数：３１モル
トリスチレン化フェノール１モルに対するプロピレンオキサイド付加モル数：４モル
数平均分子量：２３００

・芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−３の調製
オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換し、トリスチレン化フェノール２７０部及び水酸化カリウム２部を加え、引き続き１３５℃でエチレンオキサイド３０３部とプロピレンオキサイド１０１部を混合したものを徐々に加えてエーテル化反応を行った後、更にエチレンオキサイド３２９部を徐々に加えてエーテル化反応を行なった。水酸化カリウムを吸着処理した後、濾過した。得られた芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−３のＮＭＲ及びＧＰＣによる分析結果は以下の通りであった。
トリスチレン化フェノール１モルに対するエチレンオキサイド付加モル数：２７モル
トリスチレン化フェノール１モルに対するプロピレンオキサイド付加モル数：３モル
数平均分子量：１９００

・非イオン界面活性剤ｒｃ−１の調製
日本触媒社製の商品名ソフタノール９０をそのまま用いた。以上で調製した芳香族非イオン界面活性剤等の内容を表１にまとめて示した。

試験区分４（炭素繊維用サイジング剤の調製）
・実施例１
ポリエステル樹脂Ａ−１を５部、ポリエステル樹脂Ｂ−１を３５部、芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−２を２５部、エポキシ樹脂ＥＰ−１を１５部及びエポキシ樹脂ＥＰ−２を２０部、以上を容器に加え、１００〜１２０℃に加熱して均一に撹拌した後、６０℃に冷却してから、撹拌しながらイオン交換水２３３部を徐々に加えて乳化し、実施例１の炭素繊維用サイジング剤の３０％エマルションを調製した。

・実施例２〜５、比較例１〜３及び比較例６〜１１
実施例１と同様にして、ポリエステル樹脂Ａ、ポリエステル樹脂Ｂ、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を均一にした後、所定量の水を加えて乳化し、実施例２〜５、比較例１〜３、６〜１１の炭素繊維用サイジング剤の３０％エマルションを調製した。

・比較例４
ポリエステル樹脂Ｂ−１を３８部、芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−１を２６部、エポキシ樹脂ＥＰ−１を１６部及びエポキシ樹脂ＥＰ−２を２０部、以上を容器に加え、１００〜１２０℃に加熱して均一に撹拌した後、６０℃に冷却してから、撹拌しながらイオン交換水２３３部を徐々に加えて乳化を試みたが、乳化しなかった。

・比較例５
ポリエステル樹脂ｒａ−１を２部、ポリエステル樹脂Ｂ−１を３８部、芳香族非イオン界面活性剤Ｃ−２を２５部、エポキシ樹脂ＥＰ−１を１５部及びエポキシ樹脂ＥＰ−２を２０部、以上を容器に加え、１００〜１２０℃に加熱して均一に撹拌した後、６０℃に冷却してから、撹拌しながらイオン交換水２３３部を徐々に加えて乳化を試みたが、乳化しなかった。以上で調製した各例の炭素繊維用サイジング剤の内容を表２にまとめて示した。

試験区分５（炭素繊維のサイジング及び評価）
・炭素繊維のサイジング
試験区分４で調製した各例の炭素繊維用サイジング剤の３０％エマルション等を目標付着量に合わせて更に水希釈し、処理浴に入れた。ポリアクリロニトリル系繊維から得た未サイジングの炭素繊維（引張強度３５００ＭＰａ、引張弾性率２．３×１０^５ＭＰａ、１２０００フィラメント）を連続的に上記処理浴に浸漬し、炭素繊維用サイジング剤の付着量が炭素繊維に対して一定となるようにローラーの絞り条件を調節して、炭素繊維に目標量の炭素繊維用サイジング剤を付着させた。引き続き、連続的に１２０℃のオーブンに５分間通して乾燥し、集束性、形状保持性、接着性の評価試料とした。

・サイジングした炭素繊維の評価
評価に先立ち、試験区分４で調製した各例の炭素繊維用サイジング剤について、前記の数１で示されるＩＳ変性率を求めた。また炭素繊維に対する炭素繊維用サイジング剤の付着量を、下記の数２により求めた。これらの結果を表３にまとめて示した。

・炭素繊維用サイジング剤の安定性の評価
試験区分４で調製した各例の炭素繊維用サイジング剤を２５℃で３か月間静置した後、その外観を肉眼で観察し、以下の基準で評価した。結果を表３にまとめて示した。
◎：ほとんど分離、沈殿は見られず、良好な乳化性を保っていた。
○：わずかに沈殿が見られるが、乳化性は良好であり実用上問題ないレベルであった。
×：乳化が壊れて沈殿、分離が発生した。

・集束性の評価
合計５本の直径１ｃｍのクロムメッキ梨地ピンを一定間隔で交互に上下にずらして配置し、前記の評価試料をこれらのクロムメッキ梨地ピンに接触させながら全体として波状に糸速１ｍ／分で通過させて、通過前の炭素繊維束の幅Ｗ１と通過後の炭素繊維束の幅Ｗ２を測定し、下記の数３により変動幅を求め、以下の基準で評価した。結果を表３にまとめて示した。

数３において、
Ｗ１：合計５本のクロムメッキ梨地ピンを通過する前の炭素繊維束の幅（ｍｍ）
Ｗ２：合計５本のクロムメッキ梨地ピンを通過した後の炭素繊維束の幅（ｍｍ）

◎：変動幅が４ｍｍ未満
○：変動幅が４ｍｍ以上６ｍｍ未満
×：変動幅が６ｍｍ以上

・形状保持性の評価
前記の評価試料を、直径１ｃｍのクロムメッキ梨地ピンに接触させて直角に曲げ、水平側と垂直側とにした状態で１分間保持した後、水平側の保持を外したときの垂直側からの角度を分度器を用いて測定し、以下の基準で評価した。結果を表３にまとめて示した。

◎：垂直側からの角度が６０度以上１００度未満
○：垂直側からの角度が３０度以上６０度未満又は１００度以上１２０度未満
×：垂直側からの角度が３０度未満又は１２０度以上

・接着性の評価
前記の評価試料の炭素繊維から１本の炭素繊維２を取り出し、緊張した状態でその両端を図１に示すホルダー１に接着剤４で固定した。次に、ビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル（エポキシ当量１９０、三菱化学社製の商品名ｊＥＲ８２８）／ＢＦ３モノエチルアミン塩（ステラケミファ社製の商品名三フッ化ホウ素モノエチルアミン）＝１００／３（質量比）の割合で混合したマトリックス樹脂を直径がほぼ１００μｍの樹脂滴３となるように炭素繊維２に付着させ、１５０℃の雰囲気下で１５分間加熱して固定した。炭素繊維２に固定した樹脂滴３を２枚のブレード７ａ、７ｂではさむようにしてホルダー１を基板６に固定し、ホルダー１を１５ｍｍ／分の速度で繊維軸方向に移動させた時に、ブレード７ａ，７ｂによって樹脂滴３が炭素繊維から剥離する際に生じる最大応力Ｆを、基板６に接続したロードセル５にて計測した。計測した値を用いて、下記の数４により界面せん断強度τを算出した。同様の操作を２０回行い、得られた界面せん断強度の平均値を以下の基準により評価した。結果を表３にまとめて示した。

数４において、
Ｆ：炭素繊維２から樹脂滴３が剥離する際に生じる最大応力（Ｎ）
Ｄ：炭素繊維２の直径（ｍ）
Ｌ：樹脂滴３の引き抜き方向の直径（ｍ）

○：界面せん断強度が８０以上
×：界面せん断強度が８０未満

表３及び表４において、
Ａ−１〜Ａ−３，ｒａ−１〜ｒａ−３：試験区分１で調製したポリエステル樹脂Ａ
Ｂ−１〜Ｂ−４，ｒｂ−１，ｒｂ−２：試験区分２で調製したポリエステル樹脂Ｂ
Ｃ−１〜Ｃ−３，ｒｃ−１：試験区分３で調製した芳香族非イオン界面活性剤
＊１：調製できなかった
ＥＰ−１：三菱化学社製の商品名ｊＥＲ８２８
ＥＰ−２：三菱化学社製の商品名ｊＥＲ１００２

１ホルダー
２炭素繊維
３ビニルエステル樹脂
４接着剤
５ロードセル
６基板
７ａ，７ｂブレード

Claims

ポリエステル樹脂、芳香族非イオン界面活性剤及びエポキシ樹脂を含有して成る炭素繊維用サイジング剤であって、ポリエステル樹脂が下記のポリエステル樹脂Ａ及び下記のポリエステル樹脂Ｂから成ることを特徴とする炭素繊維用サイジング剤。
ポリエステル樹脂Ａ：下記の構成単位Ａが３〜１０モル％、下記の構成単位Ｂが３０〜５７モル％及び下記の構成単位Ｃが４０〜６０モル％（合計１００モル％）の割合から構成された数平均分子量５０００〜５００００のポリエステル樹脂
構成単位Ａ：スルホイソフタル酸、スルホイソフタル酸のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のアルカリ金属塩、スルホイソフタル酸のアルカリ金属塩のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のホスホニウム塩、スルホイソフタル酸のホスホニウム塩のエステル形成性誘導体、スルホイソフタル酸のアンモニウム塩及びスルホイソフタル酸のアンモニウム塩のエステル形成性誘導体から選ばれる一つ又は二つ以上から形成された構成単位
構成単位Ｂ：構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸以外の二塩基酸及び／又は構成単位Ａを形成することとなる二塩基酸のエステル形成性誘導体以外の二塩基酸のエステル形成性誘導体から形成された構成単位
構成単位Ｃ：ジオールから形成された構成単位
ポリエステル樹脂Ｂ：ビスフェノールＡ１モルに対してアルキレンオキサイドを１〜１０モルの割合で付加させた化合物と二塩基酸とから得られる数平均分子量１０００〜２５００のポリエステル樹脂
ポリエステル樹脂Ａ及びポリエステル樹脂Ｂが、下記の数１で示されるＩＳ変性率が１〜３０％の範囲内にある場合のものである請求項１記載の炭素繊維用サイジング剤。
芳香族非イオン界面活性剤が、トリスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドを付加させた数平均分子量８００〜２５００のものである請求項１又は２記載の炭素繊維用サイジング剤。
芳香族非イオン界面活性剤が、下記の第１工程及び第２工程を経る製造方法により得られるものである請求項３記載の炭素繊維用サイジング剤。
第１工程：トリスチレン化フェノールにエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドをランダムに付加させる工程
第２工程：第１工程で得られる化合物にエチレンオキサイドを付加させる工程
ポリエステル樹脂Ａを１〜１０質量％、ポリエステル樹脂Ｂを２０〜５０質量％、芳香族非イオン界面活性剤を２０〜３５質量％及びエポキシ樹脂を２０〜５０質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成る請求項１〜４のいずれか一つの項記載の炭素繊維用サイジング剤。
炭素繊維に、請求項１〜５のいずれか一つの項記載の炭素繊維用サイジング剤を０．１〜５質量％となるよう付着させたことを特徴とする炭素繊維ストランド。