JPH11241268A - 表面改質炭素繊維の製造方法 - Google Patents
表面改質炭素繊維の製造方法Info
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- JPH11241268A JPH11241268A JP10349304A JP34930498A JPH11241268A JP H11241268 A JPH11241268 A JP H11241268A JP 10349304 A JP10349304 A JP 10349304A JP 34930498 A JP34930498 A JP 34930498A JP H11241268 A JPH11241268 A JP H11241268A
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素繊維の表面特性を改質することにより、
優れたコンポジット特性を発現し得る炭素繊維を提供す
ること。 【解決手段】 弾性率４０ｔ／ｍｍ2 未満の炭素繊維を
陽極として電解処理を行う際、ｐＨ７以上の無機アルカ
リ性電解質あるいは中性又はアルカリ性のアンモニウム
塩の水溶液に、ヒドロキシ基又はアミノ基を１個以上有
する芳香族化合物を加えた電解液を用いる表面改質炭素
繊維の製造方法。
優れたコンポジット特性を発現し得る炭素繊維を提供す
ること。 【解決手段】 弾性率４０ｔ／ｍｍ2 未満の炭素繊維を
陽極として電解処理を行う際、ｐＨ７以上の無機アルカ
リ性電解質あるいは中性又はアルカリ性のアンモニウム
塩の水溶液に、ヒドロキシ基又はアミノ基を１個以上有
する芳香族化合物を加えた電解液を用いる表面改質炭素
繊維の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にマトリックス樹脂
との接着性に優れた表面改質炭素繊維の製造方法に関す
る。
との接着性に優れた表面改質炭素繊維の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維を補強材とする複合材料は軽量
でかつ強度、弾性率に優れているためスポーツ、レジャ
ー用品の構成部品として、あるいは宇宙航空用器材等と
して幅広い分野にわたってその用途開発が進められてい
る。しかし従来、複合材の補強材として用いられてきた
炭素繊維は、マトリックス樹脂との接着性が必ずしも十
分ではないため、その表面を活性化させるために薬剤酸
化処理、気相酸化処理、電解酸化処理等の表面処理方法
が採用されてきた。そのなかでも、電解酸化処理法はそ
の操作性の良さ、反応制御の容易さ等の見地から実用的
な表面処理方法である。電解酸化処理法として、従来、
種々の電解質が検討されてきた。例えば、米国特許第４
４０１５３３号には、硫酸塩水溶液中で、特定の範囲の
電流、電圧、処理時間で、炭素繊維を陽極にして電解酸
化する方法が開示されている。米国特許第３８３２２９
７号には、アンモニウム化合物を電解質に用い、炭素繊
維を陽極にして電解酸化を行うこと、さらにこの化合物
は、２５０℃以下の温度で分解して繊維に残らないこと
が開示されている。米国特許第４６００５７２号には、
硝酸中で炭素繊維を電解酸化しさらに不活性化処理を行
うことによって炭素繊維の強度を高め、繊維と樹脂の接
着性の良い炭素繊維を製造できることが開示されてい
る。
でかつ強度、弾性率に優れているためスポーツ、レジャ
ー用品の構成部品として、あるいは宇宙航空用器材等と
して幅広い分野にわたってその用途開発が進められてい
る。しかし従来、複合材の補強材として用いられてきた
炭素繊維は、マトリックス樹脂との接着性が必ずしも十
分ではないため、その表面を活性化させるために薬剤酸
化処理、気相酸化処理、電解酸化処理等の表面処理方法
が採用されてきた。そのなかでも、電解酸化処理法はそ
の操作性の良さ、反応制御の容易さ等の見地から実用的
な表面処理方法である。電解酸化処理法として、従来、
種々の電解質が検討されてきた。例えば、米国特許第４
４０１５３３号には、硫酸塩水溶液中で、特定の範囲の
電流、電圧、処理時間で、炭素繊維を陽極にして電解酸
化する方法が開示されている。米国特許第３８３２２９
７号には、アンモニウム化合物を電解質に用い、炭素繊
維を陽極にして電解酸化を行うこと、さらにこの化合物
は、２５０℃以下の温度で分解して繊維に残らないこと
が開示されている。米国特許第４６００５７２号には、
硝酸中で炭素繊維を電解酸化しさらに不活性化処理を行
うことによって炭素繊維の強度を高め、繊維と樹脂の接
着性の良い炭素繊維を製造できることが開示されてい
る。
【０００３】さらに、１種類の電解質では十分な表面処
理が行えないため、本発明者らは２段階の電解処理方法
を先に特開昭６１−１２４６７７号で提案した。しか
し、従来の方法では３０ｔ／ｍｍ2 以上の高弾性炭素繊
維に対しては十分な効果を得ることができなかった。ま
た２段階表面処理によって窒素官能基を炭素繊維表面に
導入する方法が特開昭６２−２７６０７５号及び特開昭
６３−６１６２号に開示されている。炭素繊維の高性能
化の要望は年々強くなってきており、特に航空機用の炭
素繊維には高強度化、高弾性率化の方向で開発が進めら
れてきており、最近では３０ｔ／ｍｍ2 前後の弾性率を
有する中弾性炭素繊維が主流になっている。一方、スポ
ーツ、レジャー用途においても高弾性化の方向で開発さ
れており４５ｔ／ｍｍ 2 前後でコンポ性能の良好な炭素
繊維の開発も行われている。これら高弾性化に対応して
炭素繊維の表面は不活性化の方向に進み、繊維とマトリ
ックス樹脂の界面結合力は発揮しにくくなっている。従
来の炭素繊維の表面処理方法では不十分であり、また実
際に高弾性炭素繊維でコンポ性能、特にＩＬＳＳ（層間
剪断強度）、ＴＳ90°（繊維方向と９０°方向の引っ張
り強度）、ＦＳ90°（繊維方向と９０°方向の曲がり強
度）等を良好にする表面処理方法はいまだ開発されてい
ないのが現状である。
理が行えないため、本発明者らは２段階の電解処理方法
を先に特開昭６１−１２４６７７号で提案した。しか
し、従来の方法では３０ｔ／ｍｍ2 以上の高弾性炭素繊
維に対しては十分な効果を得ることができなかった。ま
た２段階表面処理によって窒素官能基を炭素繊維表面に
導入する方法が特開昭６２−２７６０７５号及び特開昭
６３−６１６２号に開示されている。炭素繊維の高性能
化の要望は年々強くなってきており、特に航空機用の炭
素繊維には高強度化、高弾性率化の方向で開発が進めら
れてきており、最近では３０ｔ／ｍｍ2 前後の弾性率を
有する中弾性炭素繊維が主流になっている。一方、スポ
ーツ、レジャー用途においても高弾性化の方向で開発さ
れており４５ｔ／ｍｍ 2 前後でコンポ性能の良好な炭素
繊維の開発も行われている。これら高弾性化に対応して
炭素繊維の表面は不活性化の方向に進み、繊維とマトリ
ックス樹脂の界面結合力は発揮しにくくなっている。従
来の炭素繊維の表面処理方法では不十分であり、また実
際に高弾性炭素繊維でコンポ性能、特にＩＬＳＳ（層間
剪断強度）、ＴＳ90°（繊維方向と９０°方向の引っ張
り強度）、ＦＳ90°（繊維方向と９０°方向の曲がり強
度）等を良好にする表面処理方法はいまだ開発されてい
ないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は炭素繊
維において優れたコンポジット特性を発現し得る炭素繊
維の表面特性の改善であり、本発明はそのための新規な
炭素繊維の製造方法に関するものである。炭素繊維を表
面処理して繊維とマトリックス樹脂との結合力を高める
ためには、表面に酸素含有官能基を導入することが不可
欠である。また窒素含有官能基を同時に導入することも
樹脂との結合力を高めるのに効果があると考えられる。
その他、モノマー又は電解重合により生成した重合物の
炭素繊維表面への電着あるいは表面コーティングによっ
ても繊維と樹脂との結合力を高めることができると考え
られる。この場合にも重合物に存在する官能基の効果は
重要であると思われ、また場合によっては炭素繊維表面
上の官能基よりも結合力に及ぼす効果が大きくなる可能
性もある。したがって重合物に存在する官能基としては
酸素含有官能基だけではなく窒素含有官能基なども考え
る必要がある。また、モノマー又は重合物の電着あるい
は表面コーティングにより、樹脂分子とのからみ合いの
効果により繊維と樹脂の接着性の向上も期待できる。し
かし、この酸素又は窒素含有官能基の導入、炭素繊維表
面へのモノマー又は電解重合物の電着、あるいは表面全
体のコーティングの際に繊維表面に脆弱部が生じる場合
が多く、処理レベルを上げすぎるとむしろ繊維とマトリ
ックス樹脂との界面の結合力が弱められる。そこで本発
明者らは１回の電解処理で炭素繊維に酸素又は窒素含有
官能基をできるだけ多く導入するかあるいはモノマー又
は電解重合物等の電着又はコーティング等を行い、しか
も繊維表面に脆弱部を生じない方法を検討し、本発明を
完成した。
維において優れたコンポジット特性を発現し得る炭素繊
維の表面特性の改善であり、本発明はそのための新規な
炭素繊維の製造方法に関するものである。炭素繊維を表
面処理して繊維とマトリックス樹脂との結合力を高める
ためには、表面に酸素含有官能基を導入することが不可
欠である。また窒素含有官能基を同時に導入することも
樹脂との結合力を高めるのに効果があると考えられる。
その他、モノマー又は電解重合により生成した重合物の
炭素繊維表面への電着あるいは表面コーティングによっ
ても繊維と樹脂との結合力を高めることができると考え
られる。この場合にも重合物に存在する官能基の効果は
重要であると思われ、また場合によっては炭素繊維表面
上の官能基よりも結合力に及ぼす効果が大きくなる可能
性もある。したがって重合物に存在する官能基としては
酸素含有官能基だけではなく窒素含有官能基なども考え
る必要がある。また、モノマー又は重合物の電着あるい
は表面コーティングにより、樹脂分子とのからみ合いの
効果により繊維と樹脂の接着性の向上も期待できる。し
かし、この酸素又は窒素含有官能基の導入、炭素繊維表
面へのモノマー又は電解重合物の電着、あるいは表面全
体のコーティングの際に繊維表面に脆弱部が生じる場合
が多く、処理レベルを上げすぎるとむしろ繊維とマトリ
ックス樹脂との界面の結合力が弱められる。そこで本発
明者らは１回の電解処理で炭素繊維に酸素又は窒素含有
官能基をできるだけ多く導入するかあるいはモノマー又
は電解重合物等の電着又はコーティング等を行い、しか
も繊維表面に脆弱部を生じない方法を検討し、本発明を
完成した。
【０００５】
【問題を解決するための手段】本発明は、弾性率４０ｔ
／ｍｍ2 未満の炭素繊維を陽極として電解処理を行う
際、ｐＨ７以上の無機アルカリ性電解質あるいは中性又
はアルカリ性のアンモニウム塩の水溶液に、ヒドロキシ
基又はアミノ基を１個以上有する芳香族化合物を加えた
電解液を用いることを特徴とする表面改質炭素繊維の製
造方法である。
／ｍｍ2 未満の炭素繊維を陽極として電解処理を行う
際、ｐＨ７以上の無機アルカリ性電解質あるいは中性又
はアルカリ性のアンモニウム塩の水溶液に、ヒドロキシ
基又はアミノ基を１個以上有する芳香族化合物を加えた
電解液を用いることを特徴とする表面改質炭素繊維の製
造方法である。
【０００６】本発明に用いられる炭素繊維は、炭素及び
黒鉛繊維のいずれでもよく、原料として繊維状のポリア
クリロニトリル、天然及び再生セルロース、ポリビニル
アルコール、ピッチ等を用い、炭素化又は黒鉛化するこ
とにより得られたもの及び気相成長して得られたものを
含む。そしてこれらの炭素繊維を陽極として、炭素繊維
表面に酸素含有官能基の十分な導入が可能で、かつ表面
に脆弱層を生じさせない電解質と、ヒドロキシ基又はア
ミノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香族化合物か
らなる電解液中で電解処理する。
黒鉛繊維のいずれでもよく、原料として繊維状のポリア
クリロニトリル、天然及び再生セルロース、ポリビニル
アルコール、ピッチ等を用い、炭素化又は黒鉛化するこ
とにより得られたもの及び気相成長して得られたものを
含む。そしてこれらの炭素繊維を陽極として、炭素繊維
表面に酸素含有官能基の十分な導入が可能で、かつ表面
に脆弱層を生じさせない電解質と、ヒドロキシ基又はア
ミノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香族化合物か
らなる電解液中で電解処理する。
【０００７】本発明者らの研究によれば、電解酸化にお
いて、電解質の種類を変えることによって、炭素繊維の
表面特性が大きく変わる。硝酸、りん酸等の酸性電解
質、硝酸ナトリウム、りん酸一ナトリウム、りん酸二ナ
トリウム、りん酸三ナトリウム、りん酸アンモニウム、
りん酸二アンモニウム、りん酸三アンモニウム、硝酸ア
ンモニウム、硫酸アンモニウム等の酸性又は中性電解質
の水溶液（ｐＨ７以下）を用いて処理すると若干の差は
あるが、繊維表面に酸素を導入しやすいが弾性率４０ｔ
／ｍｍ2 未満の炭素繊維に対して処理レベルを上げすぎ
るとＩＬＳＳ、ＦＳ、ＴＳ等の界面強度の指標となるコ
ンポジット性能が低下する。これは表面に表面処理によ
る脆弱層が生じているためと思われる。
いて、電解質の種類を変えることによって、炭素繊維の
表面特性が大きく変わる。硝酸、りん酸等の酸性電解
質、硝酸ナトリウム、りん酸一ナトリウム、りん酸二ナ
トリウム、りん酸三ナトリウム、りん酸アンモニウム、
りん酸二アンモニウム、りん酸三アンモニウム、硝酸ア
ンモニウム、硫酸アンモニウム等の酸性又は中性電解質
の水溶液（ｐＨ７以下）を用いて処理すると若干の差は
あるが、繊維表面に酸素を導入しやすいが弾性率４０ｔ
／ｍｍ2 未満の炭素繊維に対して処理レベルを上げすぎ
るとＩＬＳＳ、ＦＳ、ＴＳ等の界面強度の指標となるコ
ンポジット性能が低下する。これは表面に表面処理によ
る脆弱層が生じているためと思われる。
【０００８】一方、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、炭酸アンモニウ
ム、重炭酸アンモニウム等の中性又はアルカリ性のアン
モニウム塩又は無機アルカリ性の電解質の水溶液（ｐＨ
７以上）を用いて処理すると酸素導入量は少ないが円滑
なエッチングを行えることが見出された。ただし炭素繊
維の弾性率が大きくなるに従い酸素導入量は、少なくな
る傾向を示し、特に弾性率４０ｔ／ｍｍ2 以上の炭素繊
維に対しては処理レベルを上げても表面への十分な量の
酸素導入が不可能であった。したがって炭素繊維を陽極
として電解処理を行ったのち炭素繊維表面に酸素含有官
能基の十分な導入が可能で、かつ表面に脆弱層を生じさ
せない電解質として、弾性率４０ｔ／ｍｍ2 未満の炭素
繊維には無機アルカリ性電解質あるいは中性又はアルカ
リ性のアンモニウム塩の水溶液を用いることができる。
電解質は単独又は２種以上の混合物として用いることが
できる。本発明に用いられる無機アルカリ性電解質とし
ては前記の化合物があげられる。
ム、重炭酸アンモニウム等の中性又はアルカリ性のアン
モニウム塩又は無機アルカリ性の電解質の水溶液（ｐＨ
７以上）を用いて処理すると酸素導入量は少ないが円滑
なエッチングを行えることが見出された。ただし炭素繊
維の弾性率が大きくなるに従い酸素導入量は、少なくな
る傾向を示し、特に弾性率４０ｔ／ｍｍ2 以上の炭素繊
維に対しては処理レベルを上げても表面への十分な量の
酸素導入が不可能であった。したがって炭素繊維を陽極
として電解処理を行ったのち炭素繊維表面に酸素含有官
能基の十分な導入が可能で、かつ表面に脆弱層を生じさ
せない電解質として、弾性率４０ｔ／ｍｍ2 未満の炭素
繊維には無機アルカリ性電解質あるいは中性又はアルカ
リ性のアンモニウム塩の水溶液を用いることができる。
電解質は単独又は２種以上の混合物として用いることが
できる。本発明に用いられる無機アルカリ性電解質とし
ては前記の化合物があげられる。
【０００９】次に本発明者らの研究によれば、ヒドロキ
シ基又はアミノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香
族化合物を加えた電解液中で炭素繊維の電解処理を行う
ことにより、炭素繊維の表面にこれらのモノマー又は電
解重合物が電着及びコーティングされる。そして繊維表
面へのモノマー又は電解重合物の電着及びコーティング
は、繊維表面の酸素含有官能基量の多いものほど容易に
なり、かつ樹脂との接着性が良くなる。そこで炭素繊維
の酸化処理することにより繊維表面に酸素含有官能基を
導入した後、繊維表面へのモノマー、電解重合物の電着
及びコーティングを行う２段階の処理を提案した。一
方、工業的見地からみると、生産設備、製造費用におい
て１段階の処理が有利である。本発明方法によれば、１
段階で繊維表面へのモノマー、電解重合物の電着及びコ
ーティングを行うことができる。
シ基又はアミノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香
族化合物を加えた電解液中で炭素繊維の電解処理を行う
ことにより、炭素繊維の表面にこれらのモノマー又は電
解重合物が電着及びコーティングされる。そして繊維表
面へのモノマー又は電解重合物の電着及びコーティング
は、繊維表面の酸素含有官能基量の多いものほど容易に
なり、かつ樹脂との接着性が良くなる。そこで炭素繊維
の酸化処理することにより繊維表面に酸素含有官能基を
導入した後、繊維表面へのモノマー、電解重合物の電着
及びコーティングを行う２段階の処理を提案した。一
方、工業的見地からみると、生産設備、製造費用におい
て１段階の処理が有利である。本発明方法によれば、１
段階で繊維表面へのモノマー、電解重合物の電着及びコ
ーティングを行うことができる。
【００１０】本発明に用いられるヒドロキシ基又はアミ
ノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香族化合物とし
ては、芳香環（ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセ
ン環、フェナトレン環、ピレン環など）にヒドロキシ基
又はアミノが直接置換した物質を用いることが好まし
い。またヒドロキシ基又はアミノ基の他に、アルキレン
基やビニル基、プロペニル基などのＣ−Ｃ二重結合を有
する官能基、アルキル基、アルコキシ基、カルボキシ基
などが置換しているものでもよい。一般式
ノ基の一方又は両方を１個以上有する芳香族化合物とし
ては、芳香環（ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセ
ン環、フェナトレン環、ピレン環など）にヒドロキシ基
又はアミノが直接置換した物質を用いることが好まし
い。またヒドロキシ基又はアミノ基の他に、アルキレン
基やビニル基、プロペニル基などのＣ−Ｃ二重結合を有
する官能基、アルキル基、アルコキシ基、カルボキシ基
などが置換しているものでもよい。一般式
【化３】 （式中Ｘはアルキル基、アルコキシ基、カルボキシル
基、ビニル基又はＣ−Ｃ二重結合を有する官能基、ｍ及
びｎは１〜４の整数を示す）で表される芳香族化合物が
好ましい。
基、ビニル基又はＣ−Ｃ二重結合を有する官能基、ｍ及
びｎは１〜４の整数を示す）で表される芳香族化合物が
好ましい。
【００１１】前記の芳香族化合物としては例えば下記の
化合物があげられる。例えばフェノール、アニリン、ア
ミノフェノール、ジアミノベンゼン、ジヒドロキシベン
ゼン、アミノ安息香酸、サリチル酸、ジアミノフェノー
ル、ジヒドロキシアニリン、アミノサリチル酸、アミノ
スチレン、ヒドロキシスチレン、アミノアニソール、ヒ
ドロキシアニソール、ナフトール、アミノナフタレン、
ジアミノナフタレン、アミノナフトール、ジヒドロキシ
ナフタレン、アミノナフトエ酸、ヒドロキシナフトエ
酸、（ジ）ヒドロキシジフェニルメタン、（ジ）アミノ
ジフェニルメタン、（ジ）アミノベンゾフェノン、
（ジ）ヒドロキシベンゾフェノン、（ジ）アミノビフェ
ニル、（ジ）ヒドロキシビフェニル及びこれらのアルキ
ル置換体など。特にフェノール、アニリン、ｏ−、ｍ−
又はｐ−アミノフェノール、ｏ−又はｍ−ジヒドロキシ
ベンゼン、ｏ−、ｍ−又はｐ−ジアミノベンゼン、ｐ−
アミノサリチル酸などが好ましい。これらは単独で又は
２種類以上の混合物として用いることができる。
化合物があげられる。例えばフェノール、アニリン、ア
ミノフェノール、ジアミノベンゼン、ジヒドロキシベン
ゼン、アミノ安息香酸、サリチル酸、ジアミノフェノー
ル、ジヒドロキシアニリン、アミノサリチル酸、アミノ
スチレン、ヒドロキシスチレン、アミノアニソール、ヒ
ドロキシアニソール、ナフトール、アミノナフタレン、
ジアミノナフタレン、アミノナフトール、ジヒドロキシ
ナフタレン、アミノナフトエ酸、ヒドロキシナフトエ
酸、（ジ）ヒドロキシジフェニルメタン、（ジ）アミノ
ジフェニルメタン、（ジ）アミノベンゾフェノン、
（ジ）ヒドロキシベンゾフェノン、（ジ）アミノビフェ
ニル、（ジ）ヒドロキシビフェニル及びこれらのアルキ
ル置換体など。特にフェノール、アニリン、ｏ−、ｍ−
又はｐ−アミノフェノール、ｏ−又はｍ−ジヒドロキシ
ベンゼン、ｏ−、ｍ−又はｐ−ジアミノベンゼン、ｐ−
アミノサリチル酸などが好ましい。これらは単独で又は
２種類以上の混合物として用いることができる。
【００１２】電解液中のモノマー（芳香族化合物）の濃
度は０．０１〜１５重量％好ましくは０．１〜１０重量
％の範囲内である。０．０１重量％未満では炭素繊維へ
のモノマー又は電解重合物の電着及びコーティングが不
十分である。電解処理時の処理電気量の最適範囲は、電
解液の種類及びその組成（溶媒、電解質、モノマー）に
より異なるが、２０〜１５００クーロン／ｇの範囲内が
好ましい。炭素繊維の処理方法は、従来の電解処理と同
様、電流濃度は０．１Ａ／ｍ2 以上であり、バッチ式、
連続式いずれでもよく、通電方法もローラー通電方式、
電解液接触方式いずれでもよい。処理溶液の温度は０〜
１００℃の範囲であり、また処理時間は双方の電解液中
でそれぞれ数秒ないし数十分、好ましくは５秒ないし５
分である。洗浄効果を上げるために電解液を流動させた
り、不活性ガスを用いたバブリングや超音波振動を利用
することができる。こうして得られた炭素繊維を複合材
料に用いる場合、使用するマトリックス樹脂には特に制
限はなく、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、イミド樹
脂、不飽和ポリエステル等、熱可塑性樹脂としてはポリ
アミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスル
ホン、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン、ＡＢＳ、
ポリカーボネート等の樹脂が用いられる。
度は０．０１〜１５重量％好ましくは０．１〜１０重量
％の範囲内である。０．０１重量％未満では炭素繊維へ
のモノマー又は電解重合物の電着及びコーティングが不
十分である。電解処理時の処理電気量の最適範囲は、電
解液の種類及びその組成（溶媒、電解質、モノマー）に
より異なるが、２０〜１５００クーロン／ｇの範囲内が
好ましい。炭素繊維の処理方法は、従来の電解処理と同
様、電流濃度は０．１Ａ／ｍ2 以上であり、バッチ式、
連続式いずれでもよく、通電方法もローラー通電方式、
電解液接触方式いずれでもよい。処理溶液の温度は０〜
１００℃の範囲であり、また処理時間は双方の電解液中
でそれぞれ数秒ないし数十分、好ましくは５秒ないし５
分である。洗浄効果を上げるために電解液を流動させた
り、不活性ガスを用いたバブリングや超音波振動を利用
することができる。こうして得られた炭素繊維を複合材
料に用いる場合、使用するマトリックス樹脂には特に制
限はなく、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、イミド樹
脂、不飽和ポリエステル等、熱可塑性樹脂としてはポリ
アミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスル
ホン、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン、ＡＢＳ、
ポリカーボネート等の樹脂が用いられる。
【００１３】
【実施例】実施例中の界面剪断強度（τ）の測定は以下
の方法により行った。連続単繊維を一本、エポキシ系マ
トリックス樹脂〔エピコート８２８（油化シェル者製）
１００部、カヤハードＭＣＤ（日本化薬社製）９０部、
Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン３部〕中に埋め込んだ
試験片を作成する。この試験片にある一定以上の引張り
ひずみを与えることにより、破断片の長さを測定し、平
均破断長（ｌａ）を求め臨界繊維長（ｌｃ）をｌｃ＝４
／３・ｌａより求める。また単繊維強度試験により、炭
素繊維の強度分布を求め、それるワイブル分布を適用し
ワイブルパラメーターｍσo を求める。このワイブルパ
ラメーターｍσo より、臨界繊維長（ｌｃ）における平
均破断強度σf を算出し、τ＝σf ｄ／２ｌｃ（ｄ：炭
素繊維の直径）より界面剪断強度（τ）を求める。
の方法により行った。連続単繊維を一本、エポキシ系マ
トリックス樹脂〔エピコート８２８（油化シェル者製）
１００部、カヤハードＭＣＤ（日本化薬社製）９０部、
Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン３部〕中に埋め込んだ
試験片を作成する。この試験片にある一定以上の引張り
ひずみを与えることにより、破断片の長さを測定し、平
均破断長（ｌａ）を求め臨界繊維長（ｌｃ）をｌｃ＝４
／３・ｌａより求める。また単繊維強度試験により、炭
素繊維の強度分布を求め、それるワイブル分布を適用し
ワイブルパラメーターｍσo を求める。このワイブルパ
ラメーターｍσo より、臨界繊維長（ｌｃ）における平
均破断強度σf を算出し、τ＝σf ｄ／２ｌｃ（ｄ：炭
素繊維の直径）より界面剪断強度（τ）を求める。
【００１４】実施例１ アクリロニトリル／メタクリル酸（９８／２重量比）の
重合体をジメチルホルムアミドに固形濃度２６重量％と
なるように溶解してドープを作り、１０μ濾過及び３μ
濾過を行って湿式紡糸を行い、引続き温水中で４．５倍
に延伸し、水洗乾燥して、更に乾熱１７０℃で１．７倍
に延伸して０．９デニールの繊度を有するフィラメント
数１２０００のプレカーサーを得た。このプレカーサー
を２２０〜２６０℃の熱風循環型の耐炎化炉を６０分間
通過させて耐炎化密度１．３５ｇ／ｃｍ2 の耐炎化繊維
を得た。耐炎化処理するに際して１５％の伸長操作を施
した。次に耐炎化繊維を純粋な窒素雰囲気中３００〜６
００℃の温度勾配を有する第１炭素化炉を８０％の伸長
を加えながら通過させた。更に、同雰囲気中１８００℃
の最高温度を有する第２炭素化炉において４００ｍｇ／
ｄの張力下、２分間熱処理を行い炭素繊維を得た。この
炭素繊維はストランド強度５５０ｋｇ／ｍｍ2 、ストラ
ンド弾性率３４．８ｔ／ｍｍ2 の性能を有するものであ
った。この炭素繊維を陽極として、ｐＨ７．５の炭酸水
素アンモニウム５重量％、３０℃水溶液中に、ヒドロキ
シ基又はアミノ基の一方又は両方を一個以上有する芳香
族化合物を１〜３重量％加え、この水溶液中で電解処理
を行った。処理速度は２０ｍ／時間である。その結果を
表１に示す。
重合体をジメチルホルムアミドに固形濃度２６重量％と
なるように溶解してドープを作り、１０μ濾過及び３μ
濾過を行って湿式紡糸を行い、引続き温水中で４．５倍
に延伸し、水洗乾燥して、更に乾熱１７０℃で１．７倍
に延伸して０．９デニールの繊度を有するフィラメント
数１２０００のプレカーサーを得た。このプレカーサー
を２２０〜２６０℃の熱風循環型の耐炎化炉を６０分間
通過させて耐炎化密度１．３５ｇ／ｃｍ2 の耐炎化繊維
を得た。耐炎化処理するに際して１５％の伸長操作を施
した。次に耐炎化繊維を純粋な窒素雰囲気中３００〜６
００℃の温度勾配を有する第１炭素化炉を８０％の伸長
を加えながら通過させた。更に、同雰囲気中１８００℃
の最高温度を有する第２炭素化炉において４００ｍｇ／
ｄの張力下、２分間熱処理を行い炭素繊維を得た。この
炭素繊維はストランド強度５５０ｋｇ／ｍｍ2 、ストラ
ンド弾性率３４．８ｔ／ｍｍ2 の性能を有するものであ
った。この炭素繊維を陽極として、ｐＨ７．５の炭酸水
素アンモニウム５重量％、３０℃水溶液中に、ヒドロキ
シ基又はアミノ基の一方又は両方を一個以上有する芳香
族化合物を１〜３重量％加え、この水溶液中で電解処理
を行った。処理速度は２０ｍ／時間である。その結果を
表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】比較例１ 実施例１と同様にして得られた炭素繊維を陽極として、
表２に示す条件で電解処理を行った。その結果を表２に
示す。
表２に示す条件で電解処理を行った。その結果を表２に
示す。
【表２】 注）電解液の温度：３０℃
【００１７】
【発明の効果】本発明方法により得られた炭素繊維は、
従来の電解酸化処理により製造された炭素繊維と比較し
て、マトリックス樹脂との接着性が優れている。しかも
本発明の表面改質法は１段のみの処理という特色も有し
ている。したがって、本発明によればマトリックス樹脂
との接着性の優れた炭素繊維を容易に製造することがで
きる。
従来の電解酸化処理により製造された炭素繊維と比較し
て、マトリックス樹脂との接着性が優れている。しかも
本発明の表面改質法は１段のみの処理という特色も有し
ている。したがって、本発明によればマトリックス樹脂
との接着性の優れた炭素繊維を容易に製造することがで
きる。
Claims (3)
- 【請求項１】 弾性率４０ｔ／ｍｍ2 未満の炭素繊維を
陽極として電解処理を行う際、ｐＨ７以上の無機アルカ
リ性電解質あるいは中性又はアルカリ性のアンモニウム
塩の水溶液に、ヒドロキシ基又はアミノ基を１個以上有
する芳香族化合物を加えた電解液を用いることを特徴と
する表面改質炭素繊維の製造方法。 - 【請求項２】 ヒドロキシ基又はアミノ基を１個以上有
する芳香族化合物として、一般式 【化１】 （式中Ｘはアルキル基、アルコキシ基、カルボキシ基、
ビニル基又はＣ−Ｃ二重結合を有する官能基、ｍ及びｎ
は１〜４の整数を示す）で表される化合物を用いること
を特徴とする第１請求項記載の表面改質炭素繊維の製造
方法。 - 【請求項３】 ヒドロキシ基及びアミノ基を１個以上有
する芳香族化合物として、一般式 【化２】 （式中Ｘはアルキル基、アルコキシ基、カルボキシ基、
ビニル基又はＣ−Ｃ二重結合を有する官能基、ｍ及びｎ
は１〜４の整数を示す）で表される化合物を用いること
を特徴とする第１請求項記載の表面改質炭素繊維の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10349304A JP3057493B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 表面改質炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10349304A JP3057493B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 表面改質炭素繊維の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12291889A Division JP2943073B2 (ja) | 1988-12-12 | 1989-05-18 | 表面改質炭素繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11241268A true JPH11241268A (ja) | 1999-09-07 |
| JP3057493B2 JP3057493B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=18402872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10349304A Expired - Lifetime JP3057493B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 表面改質炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3057493B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003534955A (ja) * | 1999-12-07 | 2003-11-25 | ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ | ポリマーマトリックス中に埋封された配向ナノ繊維 |
| WO2012093484A1 (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | 株式会社日立製作所 | メカニカルヒューズ搭載システムおよびメカニカルヒューズ |
| JP2018076502A (ja) * | 2016-11-02 | 2018-05-17 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
-
1998
- 1998-11-25 JP JP10349304A patent/JP3057493B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003534955A (ja) * | 1999-12-07 | 2003-11-25 | ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ | ポリマーマトリックス中に埋封された配向ナノ繊維 |
| WO2012093484A1 (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | 株式会社日立製作所 | メカニカルヒューズ搭載システムおよびメカニカルヒューズ |
| JP2018076502A (ja) * | 2016-11-02 | 2018-05-17 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3057493B2 (ja) | 2000-06-26 |
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