JPS58149383A - 炭素繊維の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高性能複合材料表して公知の炭素繊維強化プラ
スチックス（以下ＣＦＲＰと称す。

）に用いられる炭素繊維の表面処理方法に関するもので
あり、適用される炭素繊維は未処理若しくは他の表面処
理、たとえば酸化処理などを施したものなどであるが、
とくに未処理の炭素繊維を短時間、低コストで処理し該
繊維の接着性を向上せしめる表面処理方法にある。ＣＦ
ＲＰの用途分野は、現在まで宇宙、航空、レジャーなど
の産業に集中しているが、炭素繊維の性能に関する企業
家の認識かたかまっており、炭さ 素繊維メーカー各社、％らにニューカマ−企業群の炭素
繊維製造設備の増・新設計画がつぎつぎに発表される状
況の中で、炭素繊維の応用分野も新しい汎用性の時代に
入りつつあり、このことは炭素繊維の応用技術が自動車
、船舶、海洋および陸上構造物、電気・電子などの産業
分野に浸透してゆくことを意味している。その場合、経
済性を重視した形の応用がなされることが企業家にとっ
て重要な検討課題となる。その手法の一つは他の、低価
格であって相当の性能を有する繊維材料、たとえばガラ
ス繊維と組合ブ わせて用いるなどの・・イ＼リッドＣＦＲＰであり、今
後普及してゆく応用分野と考えられる。

その場合の主要な問題点は、（１）　　炭素繊維の伸度
が他の材料、たとえばガラス繊維などにくらべてきわめ
て小さいこと、（２）　　炭素繊維の接着性、たとえば
眉間強度が他の材料、たとえばガラス繊維にくらべて劣
ることにある。（１１，（２）の欠点のため、炭素繊維
と他材料、たとえばガラス繊維などによるハイブリッド
ＣＦＲＰは疲労などの動的応力下において界面１よく離
若しくは層間はく離を生じ、本来の炭素繊維の特徴を十
分に生かせないことにある。゛前記（１）については構
造設計などによる解決に頼らざるをえないが、（２）に
ついては化学的、熱化学的、電気化学的手法などを用い
て炭素繊維に表面処理を施した事例が多くある。水酸化
ナトリウムなどの電解質水溶液を用いて、炭素繊維を陽
極とし、たとえば銅製のロールを陰極とし所定時間通電
して電解表面処理を行ったのち、水洗し乾燥後、たとえ
ばエボキン樹脂の５％メチルエチルケトン溶液を用いて
浸漬処理したものをプリプレグなどの製造に供する方法
が特公昭５６−５３２７５号公報明細書に記載されてい
るほか、水溶性酸化し繊維表面にカルボキシル基を生成
せしめ、たとえばグリ／ジルエーテルなどによりエステ
ル化しマトリックス樹脂々の親和性を向−１−させる方
法、さらに乾式法として熱酸化法、火炎処理などが知ら
れている。これらの方法によれば炭素繊維の接着性の向
上がはかれるが、反面、工程が複雑になり保守管理、品
質管理Ｆの問題、さらに一部において公害対策の問題が
でてくる。

加えて重要なことは製品価格のかなりの一ト昇を余儀な
くすることである。将来に向けて炭素繊維の販売価格の
大幅な低減という該業界の課題に矛盾することになる。

そこで本発明者は簡易であって、かつ効果的な処理方法
、さらに炭素繊維を劣化せしめない処理方法について鋭
意検討した結果、経済的かつ効果的な処理方法を見い出
したものである。予備的検討として、接着性の良好なポ
リマー、たとえばエボキ７系、ポリウレタン系、アクリ
ル系、ポリエステル系、フェノール系などのポリマーを
、該ポリマーを安定に溶解せしめる有機溶剤、たとえば
メチルエチルケトン、アセトン、クロロホルム、ジメチ
ルホルマミドなどにより溶解せしめ、５゛チおイ よび１ｏ％”％；リマー溶液となし、これらに炭素繊維
布を浸漬し乾燥後エポキシ樹脂および不飽和ポリエステ
ル樹脂をマトリックスとして常温常圧で手積成形し８０
℃×２時間アフターキュアを施した成形板について層間
強度などを求めたきころ、未処理の炭素繊維布を同様に
成形した成形板の眉間強度値にくらべて有意な効果を認
められなかった。該予備実験を詳細に検討したところ、
ポリマー濃度が高い場合炭素繊維表面に付着する樹脂量
が多いため、炭素繊維束をすっぽり覆ってしまう結果、
マトリックス樹脂との接着面積が大幅に減少すること、
さらに炭素繊維束が著しく硬化しもろくなると共に成形
時にスプ゛リングパックなどの現象をもたらすことが顕
微鏡観察、手による感触、成形作業時の目視観察などか
ら推量された。これらのことから炭素繊維表面に付着す
るポリマーの量（付着量）に着目して種々検討した結果
、ポリマーの発明の中心となる部分であるが、未処理の
炭素か 繊維が有する風合に近い寮若しくはそれ以Ｊ−の風合を
生ぜしめる最高濃度において接着性が著しく向上するこ
とを見い出した。さらに、該濃度において浸漬した炭素
繊維は粘着性もなく繊維束間のゆ着をも全く生せしめな
いことが判明した。本発明はこれらの要件を満たす前記
ポリマー溶液の濃度が０．０１〜０．５チの範囲にある
こと、加えて連続的に処理する場合、炭素繊維束若しく
は炭素繊維布をポリマー溶液で浸漬若しくは塗布含浸し
たのち溶剤を揮散せしめ、付着せしめたポリマーの硬化
度合に関係なく。

速かに巻き取ることができるため、工程の短縮化をはか
れることなどからなる。０，０１％よりも低濃度では接
着性の向上は認めら、れす、０．５チをこえる濃度では
前記要件の全てを満足しないことが判明した。本発明に
おけるボリマー溶液の用い方は炭素繊維束若しくは炭素
繊維布をロールを介して浸漬処理する方法基しくはスプ
レー装置により塗布含浸せしめる方法などがある。七こ
ろが、前者の方法において処理せしめる炭素繊維束若し
くは炭素繊維布が溶剤可溶成分を含有する場合、ポリマ
ー溶液の汚染が問題となるので、かかる場合にはポリマ
ー溶液による表面処理工程の前において溶剤を用いた洗
浄工程を設ける必要がある。さらにポリマー溶液の濃度
は揮散による溶剤の損失を補うなど、必ずしも厳密な操
作を必要としないが、一定の許容範囲で処理条件をそろ
えることはいうまでもない。

以下実施例をこより本発明をさらに詳、細に説明するが
、接着性の評価のために用いた層間引張剪断強度の測定
は次に示す方法に従って求めたものである。

層間引張剪断強度 第１図（１）の如く、あらかじめ計算により求めた厚さ
と同じ寸法（高さ）だけ段差を設けた成試験に供する試
験板を成形し、第２図に示す試験片を作成し２３±２℃
、５０±５　％ＲＨ１引張速度５ｍ／ｒｎｉｎの条件に
おいて負荷し層間引張剪断強度を求めた。

実施例１ エポキシ樹脂（商品名　アラルダイ）　　ＬＹ５５３　
チバ社）をメチルエチルケトンに溶解せしめ、０．１％
のポリマー溶液を調製し、炭素繊維布（市販高強度グレ
ードクロス品）を上記溶液に浸漬し乾燥後、ガラス繊維
マット（商品名チョツプドストランドマットＥＭ４５０
　　富士ファイバーグラス株）を併用し、不飽和ポリエ
ステル樹脂（商品名　ボリセッ）　５９５　ＡＰＴＭ　
日立化成株）をマトリックスとして炭素繊維−ガラス繊
維マ、［の層間引張剪断試験用成ろ、得られた強度は６
６ＫＦ／−であった。

実施例２ 停止 実施外１と同様にして、エポキシ樹脂にかえて、不飽和
ポリエステル樹脂（商品名　ポリセソ）６１２０　　Ｓ
　　日立化成ｆｉ）＋７）０．０５％メチルエチルケト
ン溶液を用いたところ、８４Ｋｆ／−を得た。

尚、実施例】・２における浸漬処理後の乾燥時間は統一
して室温にて一昼夜放置々した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の層間強度として採用した層間引張剪断
試験用成形板の成形方法の略図を示すものである。 図中、１：成形用型（鋼製）、２：手積積層成形板（試
験用成形板断面）、３：非接着のために貼りつけたセロ
テープ。 第２図は眉間剪断引張試験用試験片の断面を略図で示す
ものである。 図中、】：試験片両端つかみ部分の厚さを同じにするた
めに用いた接着剤層、２：層間の位置（本発明の実施例
の場合炭素繊維布層とガラス繊維マット層との層間）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　炭素繊維の接着性を向上させるために、炭素
   繊維を処理する方法であって、ポリマーを溶剤中に溶解
   せしめたポリマー溶液を前記繊維に適用することからな
   る、炭素繊維の表面。 処理方法
2. （２）　　ポリマー溶液中のポリマーの重量パーセント
   濃度が０．０１〜０．５％において炭素繊維を処理する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項の炭素繊維の表
   面処理方法