JP4887209B2 - 炭素繊維用サイズ剤、その水分散液、炭素繊維、及び炭素繊維強化複合材料 - Google Patents
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Description
成分(A):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値EAが21〜24mJ/m2である;
成分(B):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値EBが28〜34mJ/m2である;
成分(C):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値ECが37〜42mJ/m2である。
自動表面張力計(商品名:CBVP−A3型、協和界面科学製)にH型恒温槽(協和界面科学製)を取り付けて、白金製プレートにて、ウイルヘルミー法によって125℃における表面自由エネルギーを3回測定し、その平均値を求めた。結果を表1に示す。
〔炭素繊維用サイズ剤の水分散液の調製〕
炭素繊維用サイズ剤及びその水分散液は、表2に示した化合物を用いて、表3−1に記載した各成分を混合(質量部)した炭素繊維用サイズ剤にイオン交換水を加え、ホモミキサーを用いた転送乳化によって得た。また、水分散液における水以外の成分の濃度は40質量%となるように調整した。
アルミシャーレ(直径45mm、深さ10mm)に上記の方法で得られたサイズ剤の水分散液を秤量した。105℃で1時間乾燥後、サイズ剤の水分散液の乾燥前質量W1、サイズ剤の水分散液の乾燥後質量W2をそれぞれ測定し、下記計算式(1)によりサイズ剤濃度を測定した。
〔炭素繊維のサイジング処理方法〕
サイズ剤を付与していない炭素繊維束パイロフィルMR60H(商品名、三菱レイヨン(株)製;フィラメント数24000本、繊維径5μm)を、サイズ剤の水分散液を満たしてあるフリーローラーを有する浸漬槽内に浸漬させた後、140℃の雰囲気下で10分間の乾燥処理を施してからボビンに巻き取った。このとき、浸漬槽内におけるサイズ剤の水分散液の濃度が2.0質量%程度となるように、あらかじめ40質量%で調整した水分散液を希釈して用いた。
メチルエチルケトンによるソックスレー抽出法によりサイズ剤付与後の炭素繊維のサイズ剤付着量を測定した。抽出時間は1時間とした。
Bステージ化したエポキシ樹脂組成物(三菱レイヨン(株)製:#350;130℃硬化タイプ)からなるマトリックス樹脂をロールコーターで片側表面が離型処理されている離型紙に単位面積あたり31g/m2で均一に塗布した。その樹脂担持シートの樹脂側に、上記の方法で得られたサイズ剤を付与した炭素繊維を繊維目付が125g/m2になるように一方向に引き揃えて貼り付けた。さらにその炭素繊維側から上記と同様の単位面積あたり31g/m2で均一に樹脂を塗布した樹脂担持シートの樹脂側の面を炭素繊維織布側にして重ね合わせ、これらを100℃、線圧:2kg/cmで加圧加熱して含浸させた。その後、片面の離型紙を剥離し、その面に保護フィルムを貼り付けることにより、炭素繊維目付が125g/m2であり、樹脂含有率(以下、「RC」とする。)が33質量%の一方向炭素繊維プリプレグを作製した。
上記の方法で得られた一方向炭素繊維プリプレグの外観と、該プリプレグから保護フィルムを剥がしたときの一方向炭素繊維プリプレグの表面に存在する樹脂の吸い込み方(=樹脂含浸性のよしあし)を、以下の通りに評価した。
未含浸部に起因する色斑がなく、平滑性が良好であるが、樹脂吸い込み方が緩慢である…「×」
表3−1で示した炭素繊維用サイズ剤を付与した炭素繊維を用いた場合、得られた一方向炭素繊維プリプレグは、未含浸部に起因する色斑がなく、平滑性が良好であり、樹脂吸い込み方が極めて良好であった。評価結果を表3−1に示す。
上記のようにして得た一方向プリプレグを、離型剤を塗布したマンドレル(テーパー率17.81/1000)に対して、斜交層(±45°)が2層、ストレート層(0°)が3層、となるように巻き付けた。更にその上からテンション4kgFで厚さ0.03mm、幅20mmのポリプロピレン製テープを2.0mmピッチでラッピングし、硬化炉にて大径側を上にして吊下げ、図1に示す条件で硬化させた。硬化後、マンドレルを脱芯して、上記ポリプロピレン製テープを取り外した。同様の方法で合計10本のシャフトを成型し、得られたシャフト成型品について、炉落ち及び繊維蛇行の程度によって以下のように評価した。
10本中、1〜2本の炉落ちがあるが、極めて小さな繊維蛇行の場合…「△」
10本中、3本以上の炉落ちがあり、極めて大きな繊維蛇行の場合…「×」
表3−1で示した炭素繊維用サイズ剤を付与した炭素繊維からなる一方向炭素繊維プリプレグを用いて、上述した条件で成型、硬化したシャフト成型品には、いずれも炉落ちは観察されず、非常に良好な樹脂含浸性を示した。評価結果を表3−1に示す。
表3−1または表3−2に示したサイズ剤の組成とした以外は、実施例1と同様の方法でサイズ剤及びサイズ剤の水分散液、これを用いた炭素繊維のサイジング処理、得られた炭素繊維からなる一方向炭素繊維プリプレグ作製、そしてこれを用いた炉落ち評価用ゴルフシャフト作製を実施し、評価した。
表4−1または表4−2に示したサイズ剤の組成とした以外は、実施例1と同様の方法でサイズ剤及びサイズ剤の水分散液、これを用いた炭素繊維のサイジング処理、得られた炭素繊維からなる一方向炭素繊維プリプレグ作製、そしてこれを用いた炉落ち評価用ゴルフシャフト作製を実施し、実施例1と同様の評価を実施した。
Claims (4)
- 下記の、成分(A)20〜80質量%と成分(B)10〜50質量%と成分(C)10〜40質量%とからなる混合物を50質量%以上含有することを特徴とする炭素繊維用サイズ剤。
成分(A):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値EAが21〜24mJ/m2である;
成分(B):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値EBが28〜34mJ/m2である;
成分(C):分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物であって、125℃における表面自由エネルギーの値ECが37〜42mJ/m2である。 - 請求項1記載の炭素繊維用サイズ剤と界面活性剤と水とを含有し、該炭素繊維用サイズ剤が水中に分散している炭素繊維サイジング用の水分散液。
- 請求項1記載の炭素繊維用サイズ剤が表面に付着した炭素繊維であって、前記炭素繊維用サイズ剤の量が炭素繊維の0.1〜5.0質量%である炭素繊維。
- 請求項3記載の炭素繊維を強化材として含む炭素繊維強化複合材料。
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