JP4808082B2 - 炭素繊維構造体、炭素繊維強化プラスチック成形品及びそれらの製造方法 - Google Patents
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有機酸の金属塩からなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するシランカップリング剤を含む表面処理液に炭素繊維を浸漬して、炭素繊維の炭素原子とシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、かつ上記有機官能基が表面に露出している結合強化膜を形成することを特徴とする炭素繊維構造体の製造方法にある。
有機酸の金属塩からなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するシランカップリング剤を含む表面処理液に炭素繊維を浸漬して、炭素繊維の炭素原子とシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、かつ上記有機官能基が表面に露出している結合強化膜を有する炭素繊維構造体を製造し、そして
得られた炭素繊維構造体を強化材として有機樹脂材料に組み込んで強化プラスチック成形品を製造すること
を特徴とする炭素繊維強化プラスチック成形品の製造方法にある。
有機酸の金属塩からなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するシランカップリング剤を含む表面処理液に炭素繊維を浸漬して、炭素繊維の炭素原子とシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、かつ上記有機官能基が表面に露出している結合強化膜を有する炭素繊維構造体の製造する工程、及び
得られた炭素繊維構造体を強化材として有機樹脂材料に組み込んで強化プラスチック成形品(CFRP)を製造する工程
を含むことを特徴とする。
下記の手法に従って表面処理液1〜3を調製した。
(1)シランカップリング剤の基準溶液(以下、「溶液A」という)の調製
下記の成分をスタチックミキサーで20分間にわたって攪拌したところ、発熱しながら加水分解反応が進行した。
蒸留水 99g
アミノプロピルトリエトキシシラン 1g
酢酸(5%溶液) 0.2ml
下記の成分を約30分間にわたって入念に混合した。
スチレン(50%ミネラルターペン溶液) 90g
ナフテン酸コバルト(6%ミネラルスピリット溶液) 10g
60gの金属石鹸の基準溶液(溶液B)を140gのイソプロピルアルコール(試薬一級)に溶解し、基準混合溶液(溶液C)を調製した。
表面処理液1:
10gの溶液A+40gの溶液C
表面処理液2:
5gの溶液A+45gの溶液C
表面処理液3:
3gの溶液A+47gの溶液C
前記実施例1に記載の手法と同様な手法に従って表面処理液4〜6を調製した。本例では、溶液Aに代えて、N−(β−アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(以下、「シラン化合物I」という)を下記の量で使用した。
10gのシラン化合物I+40gの溶液C
表面処理液5:
5gのシラン化合物I+45gの溶液C
表面処理液6:
3gのシラン化合物I+47gの溶液C
本例では、参考に供するため、下記のシラン化合物のみからなる表面処理液7〜10を調製した。
ビニルトリクロロシラン
表面処理液8:
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
表面処理液9:
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
表面処理液10:
γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン
下記の手法に従って、下記の第1表において「サンプル」として記載する合計21種類の炭素繊維構造体を作製した。なお、本例で使用した炭素繊維は、下記の第1表に記載するように厚さ及び幅を異にするカーボンロービング(10本):東レ(株)製の高弾性カーボンロービング「トレカ(登録商標)T−300」(ポリアクリロニトリル(PAN)系の高強度炭素繊維であり、サイジング剤で表面処理する前の無処理品)及びテイジンテナックス(株)製のカーボンロービング「P500(品番)」(無処理品)であった。なお、サンプル19〜21では、いずれの表面処理液も使用しなかった。
炭素繊維構造体に有機樹脂材料を結合させた場合の有機樹脂材料の接合力を評価するため、下記の手順に従って「マイクロドロップレット試験」を実施した。
ビニルエステル樹脂、商品名「リポキシR804」(昭和高分子製)
イソフタル酸系樹脂、商品名「ユピカ5524」(日本ユピカ製)
オルソフタル酸系樹脂、商品名「ユピカ4183」(日本ユピカ製)
なお、それぞれの樹脂の溶液にはすでに重合促進剤が混入されているが、組成についての詳細は不明である。
2 結合強化膜
3 樹脂ドロップレット
10 炭素繊維構造体
Claims (13)
- 炭素繊維と、ナフテン酸コバルトからなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するアミノシランカップリング剤を含む表面処理液を用いた表面処理により前記炭素繊維の表面に結合せしめられた結合強化膜とからなり、かつ前記炭素繊維の炭素原子と前記アミノシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、有機樹脂と反応し、結合可能な前記有機官能基が前記結合強化膜の表面に露出していることを特徴とする炭素繊維構造体。
- 前記炭素繊維が高弾性カーボンからなることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維構造体。
- 前記高弾性カーボンは、引張弾性率が350〜600GPaの範囲であり、かつ引張強度が2.5〜5.0GPaの範囲であることを特徴とする請求項2に記載の炭素繊維構造体。
- 前記炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維又はレーヨン系炭素繊維であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体。
- 前記炭素繊維は、フィラメント、トウ、ロービング、ステープルヤーン、チョップドストランド、ミルドファイバー、ナノファイバー、クロス、マット、ブレード、チューブ、リング、ディスク、フレーク又は粉末の形態であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体。
- 前記アミノシランカップリング剤において、前記有機官能基は、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基又はアリル基であり、かつ前記加水分解基が、塩素原子、メトキシ基又はエトキシ基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体。
- 前記アミノシランカップリング剤は、アミノシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン又はその混合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体。
- 前記表面処理液がさらにモノマーを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体。
- 前記モノマーは、アクリル系モノマー又はスチレンモノマーであることを特徴とする請求項8に記載の炭素繊維構造体。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭素繊維構造体と、該炭素繊維構造体によって強化された有機樹脂材料とからなり、かつ前記炭素繊維構造体の有機官能基と前記樹脂材料の分子とが結合していることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック成形品。
- 前記樹脂材料は、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体樹脂又はエチレンプロピレンジエン三元共重合体樹脂であることを特徴とする請求項10に記載の炭素繊維強化プラスチック成形品。
- 有機樹脂と反応し、結合可能な有機官能基を有する結合強化膜を表面に有する炭素繊維構造体を製造する方法であって、
ナフテン酸コバルトからなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するアミノシランカップリング剤を含む表面処理液に炭素繊維を浸漬して、前記炭素繊維の炭素原子と前記アミノシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、かつ前記有機官能基が表面に露出している結合強化膜を形成することを特徴とする炭素繊維構造体の製造方法。 - 炭素繊維強化プラスチック成形品を製造する方法であって、
ナフテン酸コバルトからなる金属石鹸及び有機官能基及び加水分解基を有するアミノシランカップリング剤を含む表面処理液に炭素繊維を浸漬して、前記炭素繊維の炭素原子と前記アミノシランカップリング剤の官能基とが化学的に結合しており、かつ前記有機官能基が表面に露出している結合強化膜を有する炭素繊維構造体を製造し、そして
前記炭素繊維構造体を強化材として有機樹脂材料に組み込んで強化プラスチック成形品を製造すること
を特徴とする炭素繊維強化プラスチック成形品の製造方法。
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