JP4349118B2 - サイジング被覆炭素繊維の製造方法 - Google Patents
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(1)ウィルヘルミ法により測定される表面自由エネルギーの極性成分値が8mJ/m2 以上50mJ/m2 以下である炭素繊維に、表面自由エネルギーの極性成分値が、9mJ/m2 以上50mJ/m2 以下である脂肪族系ポリエポキシ化合物(A成分)と、表面自由エネルギーの極性成分値が、0mJ/m2 以上9mJ/m2 未満である芳香族系ポリエポキシ化合物(B成分)を含み、前記A成分化合物と前記B成分化合物の比(重量比)が、A成分化合物/B成分化合物=10/90〜40/60である化合物をサイジング剤として付与することを特徴とするサイジング被覆炭素繊維の製造方法。
0≦Eo <9 ………(a)
1.2≦R≦10 ………(b)
ここで、
Ei :サイジング内層部の表面自由エネルギーの極性成分値(mJ/m2 )
Eo :サイジング最外層部の表面自由エネルギーの極性成分値(mJ/m2 )
R :サイジングの最外層部と内層の表面自由エネルギーの極性成分比(R =
Ei /Eo )
である。
かかるサイジング処理を具体的に実現する本発明にかかるサイジング被覆炭素繊維の製造方法は、ウィルヘルミ法により測定される表面自由エネルギーの極性成分値が8mJ/m 2 以上50mJ/m 2 以下である炭素繊維に、表面自由エネルギーの極性成分値が、9mJ/m 2 以上50mJ/m 2 以下である脂肪族系ポリエポキシ化合物(A成分)と、表面自由エネルギーの極性成分値が、0mJ/m 2 m 2 以上9mJ/m 2 未満である芳香族系ポリエポキシ化合物(B成分)をサイジング剤として付与することを特徴とする。
・脂環式エポキシ樹脂(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−シクロヘキシル−カルボキシレート) 100重量部
・3フッ化ホウ素モノエチルアミン 3重量部
・アセトン 4重量部
また、ストランド弾性率は、上記ストランド強度測定方法と同様の方法で引張試験を行い、荷重−伸び曲線の傾きから求めることができる。
(イ)サイジングの最外層の表面自由エネルギーの極性成分:
サイジングの最外層の表面自由エネルギーの極性成分は、サイジング被覆炭素繊維の単糸を、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体にウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出した表面自由エネルギーの極性成分である。
(ロ)サイジングの内層の表面自由エネルギーの極性成分:
サイジングの内層の表面自由エネルギーの極性成分は、サイジング被覆炭素繊維をアセトン溶媒で1〜10分間超音波洗浄した後、蒸留水で洗い流し、炭素繊維に付着している残存サイジング剤を0.1±0.05重量%の範囲に制御した後、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体において、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出した表面自由エネルギーの極性成分である。
(ハ)炭素繊維の表面自由エネルギーの極性成分:
炭素繊維の表面自由エネルギーの極性成分は、サイジング被覆炭素繊維をアセトン溶媒で30〜60分間超音波洗浄した後、蒸留水で洗い流し、炭素繊維に付着している残存サイジング剤を0.02±0.02重量%の範囲に制御した後、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体において、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出した表面自由エネルギーの極性成分である。
(イ)サイジング成分Aの表面自由エネルギーの極性成分:
サイジング成分Aの表面自由エネルギーの極性成分は、成分Aのみからなるサイジング液中に炭素繊維束を浸漬して引き上げた後、120〜150℃で1〜10分間の乾燥後、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体において、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出した表面自由エネルギーの極性成分である。
(ロ)サイジング成分Bの表面自由エネルギーの極性成分:
上記(イ)と同様にして測定されるものである。
<サイジング最外層の表面自由エネルギー極性成分>
サイジングの最外層の表面自由エネルギーの極性成分は、前述した定義のとおり、サイジング被覆炭素繊維の単繊維を、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体においてウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出したものである。
なお、測定は、3箇所の炭素繊維束の異なる場所から抜き出した単繊維について実施した。すなわち、一つの炭素繊維束に対して合計24本の単繊維についての接触角の平均値を求めた。
X=√(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
Y=(1+COSθ)・(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/2√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
サイジング最外層の表面自由エネルギーの極性成分=a2
サイジング最外層の表面自由エネルギーの非極性成分=b2
トータルの表面自由エネルギーの非極性成分=a2 +b2
各液体の表面張力の極性成分および非極性成分は、次のとおりである。
・精製水
表面張力72.8mJ/m2 、極性成分51.0mJ/m2 、非極性成分21.8(mJ/m2 )
・エチレングリコール
表面張力48.0mJ/m2 、極性成分19.0mJ/m2 、非極性成分29.0(mJ/m2 )
・燐酸トリクレゾール
表面張力40.9mJ/m2 、極性成分1.7mJ/m2 、非極性成分39.2(mJ/m2 )
<サイジング内層の表面自由エネルギー極性成分>
サイジングの内層の表面自由エネルギーの極性成分は、上述した定義のとおり、サイジング被覆炭素繊維をアセトン溶媒で1〜10分間超音波洗浄した後、蒸留水で洗い流し、炭素繊維に付着している残存サイジング剤を0.1±0.05重量%の範囲に制御した後、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体において、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出したものである。
なお、測定は、3箇所の炭素繊維束の異なる場所から抜き出した単繊維について実施した。すなわち、一つの炭素繊維束に対して合計24本の単繊維についての接触角の平均値を求めた。
X=√(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
Y=(1+COSθ)・(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/2√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
サイジング内層の表面自由エネルギーの極性成分=a2
サイジング内層の表面自由エネルギーの非極性成分=b2
トータルの表面自由エネルギーの非極性成分=a2 +b2
各液体の表面張力の極性成分および非極性成分は、次のとおりである。
・精製水
表面張力72.8mJ/m2 、極性成分51.0mJ/m2 、非極性成分21.8(mJ/m2 )
・エチレングリコール
表面張力48.0mJ/m2 、極性成分19.0mJ/m2 、非極性成分29.0(mJ/m2 )
・燐酸トリクレゾール
表面張力40.9mJ/m2 、極性成分1.7mJ/m2 、非極性成分39.2(mJ/m2 )
<炭素繊維の表面自由エネルギー極性成分>
炭素繊維の表面自由エネルギーの極性成分は、上述した定義のとおり、サイジング被覆炭素繊維をアセトン溶媒で30〜60分間超音波洗浄した後、蒸留水で洗い流し、炭素繊維に付着している残存サイジング剤を0.04重量%以下となるよう除去した後、水、エチレングリコール、燐酸トリクレゾールの各液体において、ウィルヘルミ法によって測定される各接触角をもとに、オーエンスの近似式を用いて算出したものである。
なお、測定は、3箇所の炭素繊維束の異なる場所から抜き出した単繊維について実施した。すなわち、一つの炭素繊維束に対して合計24本の単繊維についての接触角の平均値を求めた。
X=√(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
Y=(1+COSθ)・(液体の表面張力の極性成分(mJ/m2 ))/2√(液体の表面張力の非極性成分(mJ/m2 )
炭素繊維の表面自由エネルギーの極性成分=a2
炭素繊維の表面自由エネルギーの非極性成分=b2
トータルの表面自由エネルギーの非極性成分=a2 +b2
各液体の表面張力の極性成分および非極性成分は、次のとおりである。
・精製水
表面張力72.8mJ/m2 、極性成分51.0mJ/m2 、非極性成分21.8(mJ/m2 )
・エチレングリコール
表面張力48.0mJ/m2 、極性成分19.0mJ/m2 、非極性成分29.0(mJ/m2 )
・燐酸トリクレゾール
表面張力40.9mJ/m2 、極性成分1.7mJ/m2 、非極性成分39.2(mJ/m2 )
<層間剪断強度(ILSS)>
炭素繊維のマトリックス樹脂に対する接着性の尺度として、以下の方法により層間剪断強度(ILSS)を測定した。
・3フッ化ホウ素モノエチルアミン(ステラケミファ(株)製) 3重量部
成型条件は、以下のとおりである。
・成型:プレス圧(4.9MPa)、170℃×1時間
・アフターキュアー:170℃×2時間
実施例1〜5、比較例1〜3
サイジング剤として、成分Aとしてポリグリセロールポリグリシジルエーテル(EX−521)、成分Bとして「エピコート」1001を用いて、重量比で表に示す比率(成分A/成分B)で0〜100/100〜0の範囲内で混合して、混合一液タイプのサイジング剤を準備した。
実施例6
サイジング剤として、成分Aとしてポリグリセロールポリグリシジルエーテル(EX−521)、成分Bとしてポリエチレンエマルジョン(パーマリンFW−53N、三洋化成工業(株))を用いた以外は実施例1と同様にしてサイジング被覆炭素繊維を製造した。
Claims (1)
- ウィルヘルミ法により測定される表面自由エネルギーの極性成分値が8mJ/m2 以上50mJ/m2 以下である炭素繊維に、表面自由エネルギーの極性成分値が、9mJ/m2 以上50mJ/m2 以下である脂肪族系ポリエポキシ化合物(A成分)と、表面自由エネルギーの極性成分値が、0mJ/m2 以上9mJ/m2 未満である芳香族系ポリエポキシ化合物(B成分)を含み、前記A成分化合物と前記B成分化合物の比(重量比)が、A成分化合物/B成分化合物=10/90〜40/60である化合物をサイジング剤として付与することを特徴とするサイジング被覆炭素繊維の製造方法。
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