JP3172815B2 - 炭素繊維強化炭素複合材用の炭素繊維 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材用の炭素繊維Info
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Description
材（本明細書では、これを「炭素／炭素複合材」と略称
することがある。）の製造に用いた場合に、同製造過程
における取扱い性が良好であり、しかも同複合材マトリ
ックスとの接着性が良好で、欠陥の少ない優れた同複合
材が得られる炭素繊維に関する。
ン系又はピッチ系などの炭素繊維に、フェノール樹脂、
フラン樹脂などの熱硬化性樹脂、又はピッチなどの熱可
塑性樹脂を含浸若しくは混合して加熱成形し、不活性ガ
ス中などの非酸化性雰囲気中で６００〜２５００℃の温
度で加熱焼成して得られた炭素／炭素複合材は、強度、
摩擦、及び摺動等の特性に優れているので、各種の用途
に使用されている。
素複合材用の炭素繊維は、表面をサイジング剤で処理し
た炭素繊維を用いると、熱処理の過程でサイジング剤が
揮発してボイドなどの欠陥を生じる原因となりやすいの
で、通常、サイジング剤処理をしないものが用いられて
いた。
は、一般に、炭素繊維が金属バーを介して製造ラインに
供給されるため、金属バーとの摩擦によって炭素繊維が
毛羽立つという問題があり、その改善が望まれていた。
維の場合には、同炭素繊維の表面を有機溶剤可溶性ウレ
タン樹脂、又は水分散型ウレタン樹脂で被覆し、樹脂マ
トリックスとの接着性を改善することは知られていた
（特公平１−４６６３６号、特開昭６３−１５２４６８
号各公報）。
複合材の製造に用いて、前記したような炭素繊維の毛羽
立ちが少なく、しかも生成複合材のマトリックスとの接
着性が良好で、ボイドなどの欠陥の少ない優れた炭素／
炭素複合材が得られる炭素繊維を提供しようとするもの
である。
題を解決するために種々研究を重ねた結果、炭素繊維を
アイオノマー型水性ウレタン樹脂という特定の樹脂で被
覆することによってその目的を達成することができたの
である。
の炭素繊維は、アイオノマー型水性ウレタン樹脂で被覆
されたことを特徴とする炭素繊維である。
リアクリロニトリル系、レーヨン系、ポリビニルアルコ
ール系、及びピッチ系などの種々の炭素繊維があげら
れ、これらは通常の炭素質のものであってもよいし、黒
鉛化された黒鉛質のものであってもよい。また、その繊
維形態は、単数若しくは複数の単繊維からなるトウ、ス
トランド、ロービング、ヤーンなどでありうる。特に好
ましい炭素繊維はピッチ系の炭素繊維である。
炭素繊維をアイオノマー型水性ウレタン樹脂で被覆して
なるものである。
樹脂とは、アイオノマーセグメントを含有し、水に溶解
ないしは微細な粒子状に分散しうるウレタン系樹脂をい
う。アイオノマー型水性ウレタン樹脂には種々のものが
あるが、その代表的なものとしては、ポリエステル系ア
イオノマー型水性ウレタン樹脂、及びポリエーテル系ア
イオノマー型水性ウレタン樹脂があげられる。アイオノ
マーセグメントに含まれる金属としては、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｚｎ、Ｋ、Ｎａなどのアルカリ土類金属やアルカリ金属
等があげられる。
ン樹脂は、主鎖中にウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）を
有するポリエステル系合成高分子からなり、すなわちト
ルエンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、
テトラメチレンジイソシアネートなどのジイソシアネー
ト化合物と、アジピン酸、テレフタル酸、シュウ酸など
のカルボキシル基を２個以上有する有機酸単独、又はこ
れらにさらにポリプロピレングリコール、エチレングリ
コール、テトラメチレングリコールなどのグリコール化
合物を加えて重付加反応させて得られる生成物から構成
されており、さらにその一部のセグメントがイオン性を
有する化合形態になっている。つまり、カルボキシル官
能基又はアルコール官能基の全部又は一部がＭｇ、Ｃ
ａ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋなどの水酸化物、アルコレート、低
級脂肪酸塩などと反応したイオン性を有するウレタン樹
脂のことであり、乳化剤を用いることなく、水中に溶解
ないし極めて微粒子状に分散できるものである。ポリエ
ステル系アイオノマー型水性ウレタン樹脂は、種々の商
品名〔たとえばハイドランドＨＷ−３０１、ＨＷ−３１
０、ＨＷ−３１１、ＨＷ−３３３、ＨＷ−３４０、ＨＷ
−３５０（以上は、大日本インキ化学社商品名）等〕の
ものが市販されているから、本発明はこれらの市販品を
用いて実施することができる。
ウレタン樹脂は、主鎖にウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ
−）を有するポリエーテル系合成高分子からなり、すな
わちトルエンジイソシアネート、メチレンジイソシアネ
ート、テトラメチレンジイソシアネートなどのジイソシ
アネート化合物と、ポリプロピレングリコール、エチレ
ングリコール、テトラメチレングリコールなどのグリコ
ール化合物との重付加反応させて得られる生成物から構
成されており、さらにその一部のセグメントがイオン性
を有する化合形態になっている。つまり、アルコール官
能基の全部又は一部がＭｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋなど
の水酸化物、アルコレート、低級脂肪酸塩などと反応し
たイオン性を有するウレタン樹脂のことであり、乳化剤
を用いることなく水中に溶解ないし極めて微細な粒子状
に分散できるものである。ポリエーテル系アイオノマー
型水性ウレタン樹脂も、種々の商品名〔たとえばハイラ
ンドＨＷ−３１２Ｂ（大日本インキ化学社商品名）等〕
のものが市販されているから、本発明はこれらの市販品
を用いて実施することができる。特に、ポリエーテル系
のものは、少量で炭素繊維を効果的に集束でき、炭素／
炭素複合材の製造過程での毛羽の発生を有効に低減でき
るので好ましい。
炭素繊維を被覆するには、アイオノマー型水性ウレタン
樹脂に水を加えて、０．０２〜０．８重量％、好ましく
は０．１〜０．４重量％の該ウレタン樹脂を含有する水
性液（水溶液ないし微細粒子に分散した水性分散液）と
し、このウレタン樹脂水性液に炭素繊維を浸漬して取出
すか、又は該ウレタン樹脂水性液を炭素繊維に噴霧した
のち、適宜の方法で乾燥する。
ン樹脂の被覆量は、被覆される炭素繊維に対して、通
常、０．０４〜０．７重量％、好ましくは０．１〜０．
５重量％の範囲から適宜に選択される。特に、ポリエー
テル系のものの場合には、０．０４〜０．４重量％の被
覆量でも良好な結果が得られる。
材を製造するには、常法にしたがって容易に行なわせる
ことができ、その方法は周知技術であるので詳しい説明
を省略する。
の製造過程において金属バーなどとの摩擦による毛羽立
ちが少ないため、取扱い性が良好であり、また従来のサ
イジング剤で被覆した炭素繊維を用いたときのように生
成複合材中にボイドなどの欠陥が発生するおそれが少な
く、優れた炭素／炭素複合材が得られる。
述する。
ッチ系炭素長繊維（三菱化成株式会社商品名 ダイアリ
ード Ｋ３２１、サイジング剤なし）を、市販のポリエ
ーテル系アイオノマー型水性ウレタン樹脂（大日本イン
キ化学社商品名ＨＷ−３１２Ｂ）の０．０５重量％水溶
液に浸漬したのち取出して、１５０℃で乾燥し、該ウレ
タン樹脂０．０９重量％で被覆された炭素繊維を得た。
Ｓ製金属バーに、２００ｇ／単糸４０００本の張力をか
けながら、しかも金属バーに対して１８０°の角度とな
るように擦らせながら、レゾール型フェノール樹脂を収
納したフェノール樹脂含浸槽に導入して、含浸処理をし
た。その時の金属バーでの毛羽の発生の程度を調べた結
果は、表１に示すとおりであった。
維にフェノール樹脂が４２重量％被覆されるようにレゾ
ール型フェノール樹脂の３８重量％エーテル溶液に浸漬
して含浸させてから、１０５℃で１０分間熱処理して乾
燥させた。
〜３ｃｍの長さにチョップ化した。このチョップ化炭素
繊維を、成形体の繊維体積含有率が５０％になるように
金型に充填し、２５０℃の温度、１３０Ｋｇ／ｃｍ2 の
加圧により加熱加圧成形して１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５
ｃｍの成形体とした。得られた成形体を加熱炉中で１０
００℃で１時間焼成したのち、約２００℃の温度の液状
ピッチに含浸させた。この操作を３回繰返したのち、２
０００℃で１時間加熱して黒鉛化させ、炭素／炭素複合
材を得た。
内部の欠陥（ボイド等）の発生状況を調べた結果は表１
に示すとおりであった。
水性ウレタン樹脂の水溶液濃度を表１にそれぞれ示すよ
うに変更し、そのほかは実施例１と同様にして同ウレタ
ン樹脂被覆炭素繊維を得、同様にして炭素／炭素複合材
を得た。その結果は表１にそれぞれ示すとおりであっ
た。
レタン樹脂の代りに、市販のポリビニルアルコール（日
本合成化学工業株式会社商品名 ゴーセノールＫＨ−２
０）を用い、かつ樹脂水溶液濃度を０．５重量％とし、
そのほかは実施例１と同様にしてポリビニルアルコール
被覆炭素繊維を得、同様にして炭素／炭素複合材を得
た。その結果は表１に示すとおりであった。
レタン樹脂の代りに、市販のポリエチレングリコールモ
ノラウレート（ライオン油脂社商品名 エマノーン １
１１２）を用い、かつその水溶液濃度を０．３８重量％
とし、そのほかは実施例１と同様にしてポリエチレング
リコールモノラウレート被覆炭素繊維を得、同様にして
炭素／炭素複合材を得た。その結果は表１に示すとおり
であった。
ト水溶液濃度を０．７５重量％に変更し、そのほかは比
較例２と同様にしてポリエチレングリコールモノラウレ
ート被覆炭素繊維を得、同様にして炭素／炭素複合材を
得た。その結果は表１に示すとおりであった。
レタン樹脂の代りに、市販の水分散型ウレタン樹脂（大
日本インキ化学社商品名 １３２０ ＮＳ）を用い、そ
の樹脂の水中濃度を０．３８重量％とし、そのほかは実
施例１と同様にして炭素繊維を浸漬して取出したが、炭
素繊維は同樹脂で均一に被覆できなかった。すなわち、
炭素繊維に対する同樹脂の被覆量が０．１〜１重量％の
範囲で部分的に大きく変動していて、極めて不均一な被
覆状態にしか被覆できなかった。そのため、それ以降の
実験及び評価を断念した。
レタン樹脂の代りに、市販のポリエステル系アイオノマ
ー型水性ウレタン樹脂（大日本インキ化学社商品名 Ｈ
Ｗ−３０１）を用い、かつ樹脂水溶液濃度を０．３重量
％とし、そのほかは実施例１と同様にして該ウレタン樹
脂０．４重量％で被覆された炭素繊維を得、同様にして
炭素／炭素複合材を得た。その結果は表１に示すとおり
であった。
Claims (2)
- 【請求項１】 アイオノマー型水性ウレタン樹脂で被覆
されたことを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材用の炭
素繊維。 - 【請求項２】 アイオノマー型水性ウレタン樹脂の被覆
量が、炭素繊維に対して０．０１〜５重量％である請求
項１に記載の炭素繊維。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28359992A JP3172815B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材用の炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28359992A JP3172815B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材用の炭素繊維 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116868A JPH06116868A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3172815B2 true JP3172815B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=17667593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28359992A Expired - Lifetime JP3172815B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 炭素繊維強化炭素複合材用の炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3172815B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708055A (en) * | 1995-02-01 | 1998-01-13 | Columbian Chemicals Company | Thermoplastic composition comprising chemically modified carbon black and their applications |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28359992A patent/JP3172815B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06116868A (ja) | 1994-04-26 |
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