JP2957467B2

JP2957467B2 - 炭素繊維ストランド用サイジング剤、サイズ処理された炭素繊維ストランド、及びその炭素繊維ストランドを強化繊維としたプリプレグ

Info

Publication number: JP2957467B2
Application number: JP8082115A
Authority: JP
Inventors: 英二木下; 功西村; 秀明福泉
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2016-03-11
Also published as: JPH09250087A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開繊性及び耐擦過
性に共に優れた炭素繊維ストランドを得るためのサイジ
ング剤及びサイズ処理された炭素繊維ストランド、並び
にこの炭素繊維ストランドを強化繊維として用いたプリ
プレグに関する。更に詳しくはプリプレグ製造工程での
擦過による毛羽の発生が少なく、取扱性に優れ、しかも
樹脂含浸の際における開繊性に優れた炭素繊維ストラン
ドを得るためのサイジング剤及びサイズ処理された炭素
繊維ストランド並びにこの炭素繊維ストランドを強化繊
維として用いたプリプレグに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維はその優れた高比強度、
高比弾性の特性を生かし、各種の樹脂組成物をマトリッ
クスとした複合材料としてレジャー、スポーツ分野にお
いて広く利用されており、最近では航空機分野への用途
も本格化してきている。この炭素繊維は一般的にストラ
ンド（数千本乃至数万本のフィラメントからなる繊維
束）のまま一方向に引き揃えられた状態で樹脂を含浸し
一方向配向プリプレグ（いわゆるＵＤプリプレグ）とし
てから、或いは織物状態で樹脂組成物を含浸し織物プリ
プレグとしてから、次工程にて成形され、複合材料とし
て利用されることが多い。

【０００３】これらの加工工程において、炭素繊維スト
ランドは擦れることにより毛羽が生じ易く、取扱い性が
悪くなるため、通常、炭素繊維ストランドの表面をサイ
ジング剤でコートすることにより、繊維の集束性を高
め、耐擦過性や取扱性を向上させる処理がなされてい
る。

【０００４】例えば、特公昭６２−５６２６６号公報に
は、常温において固形状のグリシジルエーテル・ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂を配合した炭素繊維用サイジ
ング剤が提案されている。しかしながら、このサイジン
グ剤により処理された炭素繊維は良好な耐擦過性は得ら
れるものの、炭素繊維ストランドが固くなるため、この
ような炭素繊維ストランドを用いてプリプレグを製造す
る場合、炭素繊維ストランドの開繊性が悪く、このため
製造されたプリプレグ表面の平滑性が悪くなり、プリプ
レグの品位が低下し、延いては複合材料の品質低下の原
因になるという問題があった。

【０００５】特開昭６２−１１０９８４号公報には、炭
素繊維ストランドの柔軟性を高める目的で、エポキシ樹
脂にポリウレタン樹脂を配合したサイジング剤が提案さ
れている。しかしながら、このサイジング剤により処理
された炭素繊維を用いてプリプレグを製造する場合、炭
素繊維ストランドに樹脂が十分含浸しないという不都合
があり、そのようなプリプレグを成形する際に成形物に
ボイドを生じ、成形物の物性（コンポジット物性）、例
えば、表面平滑性の低下、層間剪断強度の低下等を引き
起こすという問題があった。

【０００６】特開平１−１６２８７６号公報には、炭素
繊維ストランドにエポキシ樹脂とポリウレタン樹脂とを
配合したサイジング剤を付与し、熱ローラーに押圧接触
させて乾燥熱処理する方法が提案されている。この方法
により、耐擦過性と開繊性をある程度満足する炭素繊維
ストランドを得ることができるが、熱ローラーにストラ
ンドの巻付きが生じるという問題があり、また生産性の
面からも特別な乾燥処理を必要としない、優れた特性を
有する炭素繊維ストランドの製造法が望まれていた。

【０００７】特開平７−１９７３８１号公報には、炭素
繊維ストランドに、常温において液状のビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂（Ａ成分）、常温において固形のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂（Ｂ成分）、不飽和ポリエ
ステル樹脂（Ｃ成分）、ステアリン酸（Ｄ成分）を必須
成分とした炭素繊維ストランド用サイジング剤が提案さ
れている。該公報に記載のサイジング剤により処理され
た炭素繊維ストランドは、良好な耐擦過性を有し、該炭
素繊維ストランドから製造されたプリプレグは表面平滑
性を有し、プリプレグ相互の密着性に優れていることが
示されている。しかしながら、プレプレグを用いてより
一層耐久性の優れた成形品とするためには、より高い層
間剪断強度を付与できるプリプレグ或いはその材料であ
る炭素繊維ストランドが要望されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、前記
従来技術の欠点を除去し、炭素繊維ストランドのサイジ
ング剤付与におけるプリプレグ製造時の開繊性と耐擦過
性という両立困難な特性を同時に満足し、炭素繊維スト
ランドへの樹脂含浸性を良好なものとし、かつ、炭素繊
維複合材料の本来的に具有すべき複合材料特性をも満足
する炭素繊維ストランド用サイジング剤、そのサイジン
グ剤によりサイズ処理された炭素繊維ストランド、及び
そのサイズ処理された炭素繊維ストランドを強化繊維と
したプリプレグを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤
は、下記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び
（Ｄ）成分を必須成分とすることを特徴とする。即ち、
（Ａ）成分を常温において液状のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂２０〜５０重量％とし、（Ｂ）成分を常温に
おいて固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０〜５
０重量％とし、（Ｃ）成分をフィルム流動開始温度９０
〜１６０℃の水溶性ポリウレタン樹脂１０〜３０重量％
とし、（Ｄ）成分をステアリン酸エステル５〜２０重量
％とし、かつ、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計が５０重
量％以上８５重量％以下とする。

【００１０】また、本発明のサイズ処理された炭素繊維
ストランドは、炭素繊維ストランドに対する、上記炭素
繊維ストランド用サイジング剤の付着量が０．２〜３．
０重量％であることを特徴とする。

【００１１】また、本発明のプリプレグは、上記サイズ
処理された炭素繊維ストランドを強化繊維とし、且つ熱
硬化性樹脂をマトリックスとしたことを特徴とする。

【００１２】上記構成とすることにより、本発明は、従
来のサイジング剤における問題点を解決し、プリプレグ
製造時の開繊性に優れるため樹脂組成物の含浸性及び拡
幅性がよく、しかも、耐擦過性に優れるためローラーや
ガイドとの接触による毛羽の発生や糸切れがなく、取扱
性のよいサイズ処理された、優れた特性を有する炭素繊
維ストランドを得ることができる。

【００１３】本発明の炭素繊維ストランド用サイジング
剤は、炭素繊維ストランドにサイジング剤を付与した後
に加熱ローラー押圧等の特殊な乾燥熱処理を必要としな
い。本発明のサイズ処理された炭素繊維ストランドを強
化繊維としたプリプレグは、表面平滑性、含浸性にすぐ
れ、このようなプリプレグを積層して成形する場合、層
間密着性に優れるため、成形して得られる複合材料は、
良好なコンポジット物性を有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】

炭素繊維ストランド：本発明のサイジング剤が適用され
る炭素繊維ストランドには、アクリロニトリル系、レー
ヨン系、ピッチ系等の周知の炭素繊維フィラメント１０
０〜１００，０００本が集束された繊維束が好適に使用
され、炭素繊維には黒鉛繊維も含まれる。

【００１５】ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：本発明
の炭素繊維ストランド用サイジング剤における（Ａ）成
分の「常温において液状のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂」には、分子量３００〜５００のビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂が挙げられ、具体的には、エピコート８
１５、エピコート８２８、エピコート８３４（以上、商
品名：油化シェルエポキシ社製）、アラルダイトＧＹ２
５０、アラルダイトＧＹ２６０、アラルダイトＧＹ２８
０（以上、商品名：チバガイギー社製）等の名で市販さ
れているものが使用できる。

【００１６】本発明の炭素繊維ストランド用サイジング
剤における（Ｂ）成分の「常温において固形のビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂」には、分子量７００〜４００
０以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が挙げられ、
具体的には、エピコート１００１、エピコート１００
２、エピコート１００４、エピコート１００７（以上、
商品名：油化シェルエポキシ社製）、アラルダイト６０
７１、アラルダイト６０８４、アラルダイト６０９７
（以上、商品名：チバガイギー社製）等の名で市販され
ているものが使用できる。

【００１７】なお、ここでいう常温とは２０℃の温度を
示す。

【００１８】フィルム流動開始温度９０〜１６０℃の水
溶性ポリウレタン樹脂：本発明の炭素繊維ストランド用
サイジング剤における（Ｃ）成分である「フィルム流動
開始温度９０〜１６０℃の水溶性ポリウレタン樹脂」
は、下記の（イ）、（ロ）、（ハ）の化合物を重付加反
応させることにより得られるものである。

【００１９】（イ）末端に水酸基を含有するポリエーテ
ル、ポリエステル、ポリアセタール、ポリブタジエンポ
リオール、ポリアクリルポリオール等。

【００２０】（ロ）有機ポリイソシアネート、ジフェニ
ルメタンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジ
イソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロ
ンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘ
キサメチレンジイソシアネート等。

【００２１】（ハ）少なくとも１個以上のイソシアネー
ト基と水酸基を有し、少なくとも１個以上のカルボキシ
ル基を有してもよい化合物〔タルトロン酸（オキシマロ
ン酸）、イソプロピルタルトロン酸、ｎ−プロピルタル
トロン酸、α−オキシコハク酸、α−オキシアジピン
酸、メチルタルトロン酸等のヒドロキシカルボン酸〕。
上記化合物中に含まれるカルボキシル基は、アンモニウ
ム塩にすることが複合材料とした場合の物性面から好ま
しい。

【００２２】具体的には、ポリエーテル系のポリウレタ
ン樹脂では、パーマリンＵＡ−６０、ＵＡ−８０（以
上、商品名：三洋化成社製）、アイゼラックスＳ−１０
２０、Ｓ−１０４０、Ｓ−１０６０（以上、商品名：保
土谷化学社製）が挙げられる。

【００２３】ポリエステル系のポリウレタン樹脂では、
アイゼラックス４０４０−ｎ（商品名：保土谷化学社
製）、レザミンＷ−５０２０（商品名：大日糖化社
製）、インプラニールＤＬＮ、ＤＬＳ（以上、商品名：
バイエル社製）、ハイドランＡＰ−１０〜４０、ＡＰＸ
１０３、ＡＰＸ１０１Ｈ、ＨＷ−１５０、ＨＷ−３５０
（以上、商品名：大日本インキ化学社製）が挙げられ
る。

【００２４】なお、本発明においてフィルム流動開始温
度は、島津製作所社製『高化式フローテスター』を用
い、フィルム厚さ１００μｍにて測定した値を示す。

【００２５】ステアリン酸エステル：本発明の炭素繊維
ストランド用サイジング剤における（Ｄ）成分の「ステ
アリン酸エステル」には、ステアリン酸と炭素数１〜２
０の各種アルコールとのエステルが使用できるが、アル
コールの種類はこれに限定されない。特にメチルステア
レート、エチルステアレート、プロピルステアレート、
ブチルステアレート、オクチルステアレート、ステアリ
ルステアレート、オレイルステアレート、トリデシルス
テアレート、ヘキサデシルステアレート等が好ましく使
用される。

【００２６】中でも、オクチルステアレートが、含浸性
と耐擦過性に最も優れ、またプリプレグ製造時の取扱性
にも優れるため特に好ましい。

【００２７】本発明の炭素繊維ストランド用サイジング
剤は、サイジング剤全体を１００重量％とした場合、各
成分の配合量を以下の通りに調整する。

【００２８】（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の配合量は、そ
れぞれ２０〜５０重量％の範囲であり、且つ（Ａ）成分
と（Ｂ）成分の合計が５０重量％以上８５重量％以下と
する。上記範囲内とすることにより、炭素繊維ストラン
ドに開繊性と集束性を同時に付与することができる。好
ましくはそれぞれが３０〜４０重量％の範囲である。

【００２９】（Ａ）成分、（Ｂ）成分それぞれの配合量
が２０重量％未満の場合、含浸性が悪くなり、（Ａ）成
分が５０重量％超の場合、集束性が弱まり、耐擦過性が
低下する。（Ｂ）成分が５０重量％超の場合、ストラン
ドが固くなりすぎて開繊性が低下するほか、ストランド
が固いために却って耐擦過性が低下し、毛羽が発生す
る。また、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の配合量の合計が５
０重量％未満または８５重量％超の場合は、（Ｃ）成分
及び（Ｄ）成分を配合することによる効果を発揮させる
ことができない。

【００３０】（Ｃ）成分の配合量は、１０〜３０重量％
であり、好ましくは１０〜２５重量％である。（Ｃ）成
分の配合量が１０重量％未満の場合、耐擦過性が低く、
毛羽の発生、糸切れが多くなり、加えてストランドの形
態保持性も低下するため、プリプレグ製造時に撚が発生
し、プリプレグの表面平滑性が損なわれる。一方、
（Ｃ）成分の配合量が３０重量％超の場合、ストランド
の開繊性が低下し、プリプレグの表面平滑性が損なわれ
る。また、ストランドが固くなりすぎて却って耐擦過性
が低下する。

【００３１】（Ｄ）成分の配合量は５〜２０重量％であ
り、好ましくは１０〜２０重量％である。（Ｄ）成分の
配合量が５重量％未満の場合、良好な耐擦過性を得るこ
とができ難い。一方、（Ｄ）成分の配合量が２０重量％
超の場合、含浸性が低下するため、コンポジット物性が
低下する傾向にある。

【００３２】本発明の炭素繊維ストランド用サイジング
剤を、炭素繊維ストランドに付与するに際しては、前記
（Ａ）成分〜（Ｄ）成分からなる樹脂組成物の水エマル
ジョン、アセトン等の有機溶剤溶液にて付与し、次いで
乾燥することによって行うことができる。安全性等を考
慮すると水エマルジョンで使用することが好ましい。

【００３３】水エマルジョン溶液の調製：本発明におい
て、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成
分を必須成分として含む樹脂組成物を水エマルジョンと
するには、界面活性剤を使用することができる。このよ
うな界面活性剤には、ノニオン系、カチオン系、アニオ
ン系界面活性剤が挙げられるが、水エマルジョン溶液と
した際の溶液安定性の面から、ノニオン系界面活性剤を
使用するのが好ましい。その界面活性剤の配合量は重量
比で樹脂組成物／界面活性剤＝９０／１０乃至８０／２
０である。

【００３４】その界面活性剤の配合量がこの量比未満の
場合は、樹脂組成物の乳化が難しくなり、その界面活性
剤の配合量がこの量比超の場合は、複合材料の成形品と
した際のコンポジット物性の低下が大きくなる。

【００３５】本発明において、（Ａ）成分、（Ｂ）成
分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分をそれぞれの量比におい
て混合した樹脂組成物を水エマルジョンとした際のエマ
ルジョン平均粒子径は、１μｍ以下、好ましくは０．３
〜０．８μｍである。そのエマルジョン平均粒子径が１
μｍ超の場合、炭素繊維間にエマルジョン粒子が入りに
くくなるため、炭素繊維ストランドの集束性が低下す
る。またエマルジョン粒子が沈降しやすくなり、溶液安
定性が悪くなる。

【００３６】炭素繊維ストランド用サイジング剤の樹脂
組成物濃度は、水エマルジョンの粘度が５０センチポイ
ズ以下の濃度に調整することが水エマルジョンとした際
の溶液安定性の面から好適である。なお、エマルジョン
平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＬＡ
−５００、商品名：堀場製作所製）にて測定し、水エマ
ルジョンの粘度は、単一円筒回転式粘度計（ビスコテス
ターＶＴ−０３、商品名：リオン（株）製）にて測定し
た。

【００３７】第三成分：本発明の炭素繊維ストランド用
サイジング剤は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分
及び（Ｄ）成分を必須成分として混合した樹脂組成物で
あるが、この（Ａ）〜（Ｄ）成分以外に必要に応じ、第
三成分として、柔軟剤（例えば、ポリオキシエチレンス
テアリン酸アミド、ポリオキシステアリルエステル
等）、希釈剤（例えば、スチレン、ビニルトルエン、ジ
ビニルベンゼン、フェニルグリシジルエーテル、クレジ
ルグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジ
ルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエ
ーテル等の反応性希釈剤やノニルフェノール、トリクレ
ジルフォスフェート等の非反応性希釈剤）、消泡剤、平
滑剤（例えばシリコーン系平滑剤、ポリエチレングリコ
ール）等を含ませることができる。

【００３８】炭素繊維ストランドに対するサイジング剤
の付着：本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤を
炭素繊維ストランドに付着させる方法は、一般に行われ
ているローラーサイジング法、ローラー浸漬法、スプレ
ー法等の既知の流動材料の適用方法を用いることができ
る。本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤の炭素
繊維ストランドに対する付着量は、０．２〜３．０重量
％で、好ましくは０．５〜２．５重量％である。このサ
イジング剤の炭素繊維ストランドに対する付着量が０．
２重量％未満の場合、良好な耐擦過性が得られない。ま
た、このサイジング剤の炭素繊維ストランドに対する付
着量が３．０重量％超の場合、ストランドが固くなり、
毛羽が発生し易く、間繊性が低下するため、成形品とし
た際のコンポジット物性が低下する。

【００３９】炭素繊維ストランドに対するサイジング剤
付着量の調整は、サイジング剤溶液の濃度調整、絞りロ
ーラーによる調整等によって行われる。

【００４０】乾燥処理：サンジング剤付与後の炭素繊維
ストランドは乾燥処理される。乾燥手段としては特に限
定されず、熱風乾燥、遠赤外線乾燥、熱ローラーによる
乾燥など通常使用される乾燥手段でよい。

【００４１】プリプレグの製造：本発明の炭素繊維スト
ランド用サイジング剤が付与された炭素繊維ストランド
に対して、マトリックス樹脂を適用してプリプレグを製
造するには、通常のホットメルト法や溶剤法が適用でき
る。ホットメルト法によるプリプレグの製造は、マトリ
ックス樹脂となる樹脂フィルムに、炭素繊維ストランド
を引き揃えて並べ、ローラで押圧含浸させる方法や、ス
リットから樹脂を供給しストランドに含浸させる方法な
どが挙げられるが、特に制限されない。プリプレグに於
けるマトリックス樹脂の含有比率は、通常３０〜５０重
量％である。

【００４２】マトリックス樹脂：本発明のサイジング剤
で処理された炭素繊維ストランドを強化材としたプリプ
レグに使用されるマトリックス樹脂としては、通常、炭
素繊維を強化材とする複合材料のマトリックス樹脂とし
て使用される樹脂、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリ
アジン樹脂等が挙げられるが、特に、エポキシ樹脂が相
溶性・接着性の面から好ましい。

【００４３】エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、テトラグリシジルアミン、トリグリシ
ジルアミン等の多官能エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ
樹脂の硬化剤、硬化促進剤としては、一般に使用されて
いるジシアンジアミド、ジアミノジメチル尿素、ジアミ
ノジフェニルスルフォン等アミン系硬化剤、イミダゾー
ル系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が使用される。

【００４４】特性：本発明の炭素繊維ストランド用サイ
ジング剤が付与された炭素繊維ストランドは、集束性、
開繊性及び耐擦過性が同時に優れている。この炭素繊維
ストランドはマトリックス樹脂の含浸性がよいので、こ
の炭素繊維ストランドを強化材とし、熱硬化性樹脂をマ
トリックス樹脂としたプリプレグは、表面平滑性及び含
浸性がよい。そのため、プリプレグ同士の密着性に優
れ、積層しやすいという利点を有し、さらに、成形して
得られた複合材料は、コンポジット物性（特に、層間剪
断強度）に優れている。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、実施例中の炭素繊維ストランドの擦過毛羽
量、間繊性、ＵＤプリプレグ表面平滑性、含浸性、コン
ポジットの層間剪断強度（ＩＬＳＳ）は次の方法に準拠
した。

【００４６】（１）炭素繊維ストランドの擦過毛羽量直径２ｍｍのクロムめっきのステンレス棒を１５ｍｍ間
隔で５本配置し、かつその配置はサイズ処理された炭素
繊維ストランドが前記ステンレス棒に１２０°の接触角
で接触しながら通過し得るようにジグザグに配置した。
このステンレス棒間にサイズ処理された炭素繊維ストラ
ンドをジグザグにかけ、ボビンからのＣＦストランド解
舒テンションを２００に設定して擦過させた。擦過後の
炭素繊維ストランドをウレタンスポンジ（寸法３２ｍｍ
×６４ｍｍ×１０ｍｍ、重さ約０．２５ｇ）２枚の間に
はさみ、１２５ｇの重りをウレタンスポンジ全面に荷重
がかかるようにのせ、炭素繊維ストランドを１５ｍ／分
の速度で２分間通過させたときのスポンジに付着した毛
羽の重量を擦過毛羽量とした。

【００４７】（２）炭素繊維ストランドの開繊性直径２ｍｍのクロムメッキのステンレス棒を１５ｍｍ間
隔で、かつその表面をサイジングされた炭素繊維ストラ
ンドが１２０°の接触角で接触しながら通過し得るよう
に、ジクザグに５本配置した。このステンレス棒間にサ
イジングされた炭素繊維ストランドをジグザグにかけ、
炭素繊維ストランドの端部に２８ｇの荷重用重りをつな
ぎ、炭素繊維ストランドを３ｃｍ／分の速度で通過させ
たときの、ステンレス棒上のストランド幅をノギスで測
定した。

【００４８】（３）ＵＤプリプレグ表面平滑性チバガイギー社製ＥＰＮ１１３８（商品名：フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂）７０重量部、油化シェルエ
ポキシ社製エピコート８３４（商品名：ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂）１２重量部、同社製エピコート１０
０２（商品名：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）１８
重量部の割合で混合した樹脂組成物に、更に硬化剤、促
進剤を加え、プリプレグ用樹脂組成物を作製した。

【００４９】この樹脂組成物をフィルムコーターによ
り、離型紙の上に塗布し、樹脂フィルムとした。この樹
脂フィルム上にサイジングされた炭素繊維ストランドを
等間隔に引き揃え並べた後、加熱して樹脂を該炭素繊維
ストランドに含浸させ、炭素繊維目付１５０ｇ／ｍ²、
樹脂含有率３７重量％のＵＤプリプレグを作製した。こ
のＵＤプリプレグを目視及び触感にて評価した。

【００５０】（４）プリプレグの含浸性炭素繊維ストランドに対するマトリックス樹脂の含浸性
（プリプレグの含浸性）を評価するために、前記（３）
にて作成したＵＤプリプレグを２０ｃｍ×２０ｃｍの大
きさにカットし、このプリプレグは離型紙が片面に貼り
付いたままの状態とし、プリプレグの含浸性の評価試験
の試験片とした。図１は、プリプレグの含浸性を評価す
るための簡易測定装置である。図１の曲率半径１６ｃｍ
の半円筒１の内壁面に、半円筒１の円周方向に繊維が配
向するようにカットしたプリプレグ試験片２を配置し、
プリプレグ試験片２の離型紙側を半円筒１に貼り付け
た。５分経過後に、貼り付けたプリプレグの任意（端部
から５ｃｍは除く）の５ｃｍ×５ｃｍの正方形の計測区
域３に発生したボイド４の数を目視でカウントした。こ
れを異なる計３か所で測定し、その平均値をプリプレグ
の含浸性として評価した。

【００５１】（５）コンポジットの層間剪断強度（略
語：ＩＬＳＳ）前記（３）にて作製したＵＤプリプレグを成形後の厚み
が３ｍｍとなるように積層し、金型に入れ、１８０℃で
２時間、７ｋｇ／ｃｍ²の圧力で成形し一方向の炭素繊
維強化成形板（ＣＦＲＰ板）を作製した。このＣＦＲＰ
板のＩＬＳＳをＡＳＴＭ−Ｄ−２３４４に準拠し、室温
にて測定を行った。

【００５２】〔実施例１〜３〕（Ａ）成分の「室温にお
いて液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂」としてエ
ピコート８２８、エピコート８３４（以上、商品名：油
化シェルエポキシ社製）を、（Ｂ）成分の「室温におい
て固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂」としてエピ
コート１００１、エピコート１００２（以上、商品名：
油化シェルエポキシ社製）を、（Ｃ）成分の「フィルム
流動開始温度１１０〜１５０℃の水溶性ポリウレタン樹
脂」としてハイドランＡＰ−４０（商品名：大日本イン
キ化学社製）を、（Ｄ）成分の「ステアリン酸エステ
ル」としてブチルステアレート（エヌジェルブＢＳ、商
品名：新日本理化社製）、オクチルステアレート（エヌ
ジェルブＯＳ、商品名：新日本理化社製）、ステアリル
ステアレート（エヌジェルブＳＳ、商品名：新日本理化
社製）を用い、下記の表１に示す（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）及び（Ｄ）成分のそれぞれの配合量からなる樹脂
組成物αと、硬化ヒマシ油エーテル７０重量部及びポリ
オキシエチレンースチレン化フェニルエーテル３０重量
部からなる界面活性剤βとをα／β＝８５／１５（重量
比）の割合で混合し、乳化した。

【００５３】得られた水エマルジョンサイジング剤を有
効成分濃度が４０ｇ／ｌとなるように水で希釈してサイ
ジング剤溶液を作製した。

【００５４】このサイジング剤溶液の浴中に、未サイジ
ングの炭素繊維ストランド（ベスファイト、登録商標：
東邦レーヨン株式会社製、１２，０００フィラメント、
引張り強度４００ｋｇｆ／ｍｍ^２、引張り弾性率２４．
５ｔｏｎｆ／ｍｍ^２）を浸漬したのち、ローラーにて余
分な水分を除去し、１４０℃で３分間乾燥し、連続的に
炭素繊維ストランドのサイズ処理を行った。この時の炭
素繊維ストランドに対するサイジング剤の付着量は１．
３重量％であった。

【００５５】このようにして得られた本実施例１〜３の
サイズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽量、開
繊性、ＵＤプリプレグ表面平滑性、含浸性、及びコンポ
ジットのＩＬＳＳを上記の方法により測定した結果を下
記の表１に示す。本実施例１〜３における炭素繊維スト
ランドは、満足すべき耐擦過性及び開繊性を示し、かつ
ＵＤプリプレグとした際の表面平滑性、含浸性も良く、
またＣＦＲＰ板のＩＬＳＳ低下も見られなかった。

【００５６】〔比較例１〜４〕前記実施例で使用した各
成分の樹脂と同じものを使用し、各成分の配合比を表１
のように変え、その他の条件は前記実施例１〜３と同様
な方法にてサイジング剤溶液を作製し、次いで炭素繊維
ストランドをサイズ処理した。このときの炭素繊維スト
ランドに対するサイジング剤の付着量は１．３重量％で
あった。

【００５７】このようにして得られた比較例１〜４のサ
イズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽量、開繊
性、ＵＤプリプレグの表面平滑性、含浸性、及びコンポ
ジットのＩＬＳＳを上記の方法により測定した結果を下
記の表１に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】比較例１においては、（Ｄ）成分の配合量
が多いため、ＵＤプリプレグの平滑性が劣り、ＣＦＲＰ
板のＩＬＳＳが低下する。

【００６０】比較例２においては、（Ｄ）成分の配合量
が少ないため、耐擦過性が劣り、ストランドの擦過毛羽
量が多くなる。

【００６１】比較例３においては、（Ｃ）成分の配合量
が多いため、ストランドの開繊性が低下し、プリプレグ
の表面平滑性が劣る。また、ストランドが固くなりすぎ
て、擦過毛羽量が多くなる。

【００６２】比較例４においては、（Ｃ）成分の配合量
が少ないため、耐擦過性が劣り、ストランドの擦過羽毛
量が多くなる。

【００６３】

【発明の効果】本発明の炭素繊維ストランド用サイジン
グ剤により、炭素繊維ストランドにサイズ処理をしたの
で、（１）本発明のサイズ処理された炭素繊維ストラン
ドを用いてプリプレグを製造する際にそのサイズ処理さ
れた炭素繊維ストランドは良好な耐擦過性及び開繊性を
有し、（２）且つ、製造されたプリプレグは良好な表面
平滑性及び含浸性を有し、（３）且つ、そのプリプレグ
を用いて成形された成形品はコンポジット物性が優れた
ものとなる。（４）また、本発明により得られたプリプ
レグは、表面平滑性に優れているためプリプレグ同士の
密着性に優れ積層しやすい。（５）したがって、プリプ
レグ製造工程における作業性、及び生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリプレグの含浸性を評価するための簡易測定
装置である。

【符号の説明】

１半円筒２プリプレグ試験片３計測区域４ボイド

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）
成分及び（Ｄ）成分：（Ａ）成分：常温において液状の
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０〜５０重量％、（Ｂ）成分：常温において固状のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂２０〜５０重量％、（Ｃ）成分：フィルム流動開始温度９０〜１６０℃の水
溶性ポリウレタン樹脂１０〜３０重量％、（Ｄ）成分：ステアリン酸エステル
５〜２０重量％、を必須成分とし、かつ、（Ａ）成分
と（Ｂ）成分の合計が５０重量％以上８５重量％以下で
ある炭素繊維ストランド用サイジング剤
【請求項２】前記（Ｄ）成分のステアリン酸エステル
がオクチルステアレートである請求項１記載の炭素繊維
ストランド用サイジング剤。
【請求項３】炭素繊維ストランドに対する、請求項１
又は２記載の炭素繊維ストランド用サイジング剤の付着
量が０．２〜３．０重量％であることを特徴とするサイ
ズ処理された炭素繊維ストランド。
【請求項４】請求項３記載のサイズ処理された炭素繊
維ストランドを強化繊維とし、且つ熱硬化性樹脂をマト
リックスとしたことを特徴とするプリプレグ。