JPH0657889B2 - 炭素繊維製造用油剤 - Google Patents

炭素繊維製造用油剤

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JPH0657889B2
JPH0657889B2 JP63041672A JP4167288A JPH0657889B2 JP H0657889 B2 JPH0657889 B2 JP H0657889B2 JP 63041672 A JP63041672 A JP 63041672A JP 4167288 A JP4167288 A JP 4167288A JP H0657889 B2 JPH0657889 B2 JP H0657889B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は炭素繊維製造用油剤に関する。
ピッチ系或はPAN系の炭素繊維が、航空、宇宙、レジ
ャー、スポーツ等の分野で使用される複合材料の強度や
弾性率等、その性能向上に広く利用されている。
しかし、炭素繊維はもともと非常に脆弱なものである。
そこで、炭素繊維の製造においては、繊維が紡糸されて
から不融化工程を通過するまでの間、繊維を集束し、工
程通過性を良くするための油剤が使用される。
近年、複合材料の性能向上に対する要求が一層高度にな
ってきており、該複合材料に使用される炭素繊維の性能
にも益々高度の要求が課せられている。そして必然的
に、該炭素繊維の性能に大きく影響する油剤にも、それ
が高度の性能を有するものであることが強く要請されて
いる。
本発明は上記要請に応える炭素繊維製造用油剤に関する
ものである。
<従来の技術、その問題点> 従来、炭素繊維の製造において、繊維間の耐融着性、繊
維の集束性、潤滑性等を有する油剤成分としてシリコー
ン系化合物が知られている(特公昭38−12375、
特公昭47−36464、特開昭49−117724、
特開昭59−223315)。そして、これらのうちで
実際に有効なものは、殆どが疎水性シリコーン化合物で
ある。したがってこれらの疎水性シリコーン化合物は、
有機溶剤溶液として或は水性エマルジョンとして使用さ
れる。
しかし、有機溶剤溶液で使用する油剤は、程度の差はあ
っても有機溶剤が繊維を溶解するため、融着等のトラブ
ルを避けられず、また引火や爆発等の危険性もあるとい
う問題点がある。
一方、水性エマルジョンで使用する油剤は、作業性及び
安全性の面で優れており、これには併用する乳化剤はそ
の比率等に関して種々の提案がある(特開昭60−18
1322、特開昭60−181323、特開昭61−7
0017、特開昭62−156316)。
しかし、水性エマルジョンで使用する上記のような従来
の油剤には、安定なシリコーンエマルジョンを得る面に
おいて、また該エマルジョンを繊維へ均一付着させる面
において、更には特に繊維間の融着を防止する面におい
て、近年の高度な要請に応えることができないという問
題点がある。
<発明が解決しようとする問題点、その解決手段> 本発明は叙上の如き従来の問題点を解決する改良された
炭素繊維製造用油剤を提供するものである。
しかして本発明者らは、上記観点で鋭意研究した結果、
次のような意味深い知見を得た。
先ず、従来のシリコーンエマルジョンを炭素繊維へ使用
した場合、とりわけピッチ系炭素繊維へ使用した場合に
は、シリコーンを乳化する乳化剤が副成分であるにもか
かわらず主成分であるシリコーンの持つ優れた耐融着性
能を大きく阻害すること。
次に、通常、シリコーンエマルジョンを繊維へ付着させ
ために使用する給油ローラーや給油ガイドの材質は金属
又はセラミックであるが、従来のシリコーンエマルジョ
ンはこれらの材質に対して濡れが悪いか、或は当初の濡
れは良くても経時的に撥水現象を起こして濡れが悪くな
るという欠点を持っており、これが該シリコーンエマル
ジョンを繊維へ均一付着させることに対して大きな障害
になること。
そして、従来のシリコーンエマルジョンに使用される乳
化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエ
ーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオ
キシエチレンアルキルエステル、ソリビタン脂肪酸エス
テル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレンラノリン誘導体、アルキル硫酸エス
テル、ジアルキルスルホサクシネート等があるが、シリ
コーンに対し、ポリオキシアルキレン付加型の乳化剤を
単独で使用すると、200〜300℃の加熱条件下で繊
維間の融着が起こり易く、またソルビタン脂肪酸エステ
ル、アルキル硫酸エステル、ジアルキルスルホサクシネ
ート等の乳化剤を使用すると、200〜300℃の加熱
条件下でそれ自体のタール化が著しく、結局は繊維間の
融着が著しくなること。
そこで本発明者らは、更に追究したところ、特定のシリ
コーンオイルに、乳化剤として特定のアルカノールアミ
ド又は該アルカノールアミドと特定のアルカノールアミ
ン塩とを、所定割合で用いた水性エマルジョンが正しく
好適であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、 単一物又は混合物であって且つ25℃における粘度が1
00センチストークス以下であるシリコーンオイルと乳
化剤との水性エマルジョンであって、該乳化剤がカルボ
ン酸の炭素数が8〜18である脂肪族モノカルボン酸ア
ルカノールアミド又は該アルカノールアミドと炭素数8
〜18の脂肪族モノカルボン酸のアルカノーアミン塩と
であり、該シリコーンオイル/該乳化剤=95/5〜7
5/25(重量比)の割合である水性エマルジョンから
成る炭素繊維製造用油剤に係る。
本発明において、油剤の主成分であるシリコーンオイル
は、粘度(25℃における粘度、以下同じ)が100セ
ンチストークス以下の疎水性シリコーンである。これら
のうちでは特に、ジメチルシリコーン、フェニル変性シ
リコーン、アミ変性シリコーンが好ましい。粘度が10
0センチストークスを超えると、長時間安定な水性エマ
ルジョンを得ることが難しい。
また本発明において、脂肪族モノカルボン酸アルカノー
ルアミドは、それが天然のものであるか又は合成による
ものであるか、飽和であるか又は不飽和であるか、直鎖
状のものであるか又は側鎖を有するものであるかを問わ
ず、炭素数8〜18の脂肪族モノカルボン酸又はその低
級アルキルエステルと、例えばモノエタノールアミン、
ジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジ
イソプロパノールアミンの1種又は2種以上とを、1/
1〜1/2(モル比)で反応させたものである。カルボ
ン酸の炭素数が8未満或は18を超える脂肪族モノカル
ボン酸アルカノールアミドであると、得られる水性エマ
ルジョンの安定性や濡れ特性に欠ける。
更に本発明において、脂肪族モノカルボン酸のアルカノ
ールアミン塩を形成することとなる一方の原料である脂
肪族モノカルボン酸は、それが天然のものであるか又は
合成によるもであるか、飽和であるか又は不飽和である
か、直鎖状のものであるか又は側鎖を有するものである
かを問わず、炭素数8〜18の脂肪族モノカルボン酸で
ある。これらのうちでは特に、炭素数8〜10の脂肪族
モノカルボン酸が好ましい。炭素数が8未満或は18を
超えると、得られる水性エマルジョンの安定性や濡れ特
性に欠ける。上記のような脂肪族モノカルボン酸の対イ
オンとなって前記したアルカノールアミン塩を形成する
こととなる他方の原料であるアルカノールアミンとして
は、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイ
ソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、
アミノエチルエタノールアミン等が挙げられる。
本発明に係る油剤は、以上説明したようなシリコーンオ
イルと乳化剤として前記した脂肪族モノカルボン酸アル
カノールアミド又はこれと前記した脂肪族モノカルボン
酸のアルカノールアミン塩とを混合し、これに常温の水
を徐々に加えて粗乳化物となし、該粗乳化物をホモジナ
イザーへ供することにより安定な水性エマルジョンとし
て得ることができる。この場合、シリコーンオイルと乳
化剤との重量比率は、シリコーンオイル/乳化剤=95
/5〜75〜25とする。上記範囲内の重量比率におい
て、安定な水性エマルジョンを得ることができ、しかも
より耐融着性の優れた水性エマルジョンを得ることがで
きる。かくして調製される水性エマルジョンの濃度は、
0.1〜65重量%の範囲で調製することができるが、
通常は5〜65重量%の範囲で調製し、実際の使用に際
しては0.1〜20重量%の範囲に希釈するのが好まし
い。
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、
実施例等を挙げるが、本発明が該実施例に限定されると
いうものではない。
<実施例> ・試験区分1 粘度が20センチストークスのジメチルシリコーン30
部(重量部、以下同じ)、ラルリン酸ジエタノールアミ
ド(ラウリン酸1モルとジエタノールアミン2モルとの
高温脱水縮合生成物)3部の混合物に、常温の水67部
を徐々に撹拌しながら加え、粗乳化物を得た。これをホ
モジナイザーに供し、濃度33重量%の安定な水性エマ
ルジョンを調製した(実施例1)。同様にして、粘度が
10センチストークスのジメチルシリコーン30部、ヤ
シ脂肪酸ジイソプロパノールアミド3部、デカン酸ジエ
タノールアミン塩4部及び水63部から濃度37重量%
の水性エマルジョンを調製した(実施例2)。各水性エ
マルジョン18Kgを20の容器に入れ、20℃にて6
カ月間静置したが、いずれもクリーミングや分離現象は
全く認められなかった。第1表に、各水性エマルジョン
の遠心沈降法による粒子径の測定結果を示した。
・試験区分2 試験区分1と同様にして第2表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて次の方法で濡れ
特性及びピッチ繊維の耐融着性をそれぞれ評価した。結
果を第3表に示した。
‥濡れ特性の評価 磁器製ローラーを取付けたローラー式の給油装置にロー
ラーの一部が浸漬する量の各水性エマルジョンを満た
し、ローラーを回転させたまま放置して、経時的にロー
ラー表面上の撥水現象を観察し、下記の基準で評価し
た。
○:撥水現象無し △:撥水現象僅かに有り ×:撥水現象有り ‥耐融着性の評価 長さ2cmに切断した、500本のフィラメントからなる
ピッチ繊維束を、濃度1重量%の各水性エマルジョンに
浸漬し、これを金網の状に載せ、25℃×65%RHの
雰囲気中で1夜自然乾燥した後、250℃の熱風オーブ
ン中で1時間熱処理した。熱処理終了後、繊維束を濾紙
上へ移し、手でほぐしたときの繊維束の解繊状態を観察
して、下記の基準で評価した。
◎:ほぼモノフィラメント状に解繊した ○:極く僅かに数本単位のフィラメントの融着が有る
が、他はモノフィラメント状に解繊した △:数十本単位のフィラメントの融着が多く、モノフィ
ラメント状に解繊したものは僅かしかない ×:殆どが数十本以上乃至元の繊維束のままで融着して
おり、モノフィラメント状に解繊したものがない ・試験区分3 試験区分1と同様にして第4表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて、前述の方法で
濡れ特性及びピッチ繊維の耐融着性をそれぞれ評価し
た。結果を第5表に示した。
・試験区分4 試験区分1と同様にして第6表記載の水性エマルジョン
を調製し、各水性エマルジョンについて、前述の方法で
濡れ特性及びピッチ繊維の耐融着性をそれぞれ評価し
た。結果を第7表に示した。
<発明の効果> 各表の結果からも明らかなように、以上説明した本発明
には、長期間安定な水性エマルジョンであるため引火や
爆発等の危険性が無いことも含めて作業性が極めて良
く、また該水性エマルジョンが長期間安定して優れた濡
れ特性を発揮するためこれを炭素繊維へ長期間に亙って
均一付着させることができ、とりわけ炭素繊維に優れた
耐融着性を付与することができるという効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D06M 13/402 15/643 // D06M 101:40 D06M 13/20

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単一物又は混合物であって且つ25℃にお
    ける粘度が100センチストークス以下であるシリコー
    ンオイルと乳化剤との水性エマルジョンであって、該乳
    化剤がカルボン酸の炭素数が8〜18である脂肪族モノ
    カルボン酸アルカノールアミドであり、該シリコーンオ
    イル/該乳化剤=95/5〜75/25(重量比)の割
    合である水性エマルジョンから成る炭素繊維製造用油
    剤。
  2. 【請求項2】単一物又は混合物であって且つ25℃にお
    ける粘度が100センチストークス以下であるシリコー
    ンオイルと乳化剤との水性エマルジョンであって、該乳
    化剤がカルボン酸の炭素数が8〜18である脂肪族モノ
    カルボン酸アルカノールアミド及び炭素数8〜18の脂
    肪族モノカルボン酸のアルカノールアミン塩であり、該
    シリコーンオイル/該乳化剤=95/5〜75/25
    (重量比)の割合である水性エマルジョンから成る炭素
    繊維製造用油剤。
  3. 【請求項3】炭素繊維がピッチ系炭素繊維である請求項
    1又は2記載の炭素繊維製造用油剤。
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