JPS60199979A - 炭素繊維の表面処理法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、炭素繊維の新規な表面処理法に関するもの
である。さらに詳しくは、炭素繊維強化複合材料（以下
ＣＦＲＰという）の特性向上、特ＶＣ耐衝撃性の向上を
目的とした炭素繊維の表面処理法に関する。

〔従来技術〕

従来ＣＦＲＰは卓越した比強度、比弾性等の機械的特性
により、各種の構造部材に広く使用されている。ｊ＆も
一般的にはエポキシ樹脂をマトリックスとするＣＦＲＰ
であるが、炭素繊維は、ガラス繊維等の他の強化材に比
べ繊維の破断に到る伸びが小さく、耐衝撃性の面でガラ
ス繊維等を用いた複合材料に比べ、充分満足できない場
合がある。

特性の良いＣＰＲＰを製造するにあたって問題となる点
は、マトリックスと炭素繊維のぬれ性。

接着性を如何にして良好にするかという事であるが、市
販の炭素繊維は炭素繊維の表面を酸化し。

Ｃ０ＯＨ基、　ＯＨ基等の官能基を導入し、ぬれ性。

接着性等の向上をはかったものとなっており、比強度、
比弾性という点に関しては相当改良されたものとなって
いるが、耐衝撃性昏こ関しては問題の解決には到ってい
ない。

〔発明の概要〕

この発明は上記従来のものの欠点を除去するためになさ
れたもので、炭素繊維表面をこ、ガラス転移温度が常温
以下のアクリル系水溶性樹脂を電着法により析出させて
なる膜を設けることにより。

マトリックスとのぬれ性および接着性を損うことなく、
耐衝撃性に優れたＣＦＲＰを与える炭素繊維の表面処理
法を提供することを目的とする。

〔発明の実施例〕

この発明に係わる炭素繊維は、糸の長さ、糸のフィラメ
ント数またはその他糸のままであるか。

クロスになっているかなど炭素繊維の形態には限定はな
く、製品を使用する最終目的、その他の点を考慮して定
められる。炭素繊維を製造するだめの種々の方法は文献
に記載され、また種々のタイプの市販製品が入手可能で
ある。この発明は、これら全ての炭素繊維に適用可能で
あるが、サイジング剤の施されたものについては、その
まま用いてもさしつかえはないが、′ｄ／Ｌ着処理前に
サイジング剤を除去する方が望ましい。

この発明に係わるアクリル系水溶性樹脂は、アクリルエ
ステルおよびメタアクリルエステルの内の少なくとも一
種と、ビニル基と、カルボキシル基を合せもつ化合物と
の共重合により得られる共重合樹脂で、これを水溶化し
て用いる。

アクリルエステルとしては９例えばアクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル。

アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、ア
クリル酸ラウリル、アクリル酸トリデシル。

アクリル酸ステアリル、アクリル酸２−ヒドロキシル、
アクリル酸ジメチルアミノエチル、およびアクリル酸グ
リシジル等が用いられる。

メタアクリル酸エステルとしては９例えばメタアクリル
酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸プロ
ピル、メタアクリル酸ブチル、メタアクリル酸２−エチ
ルヘキシル、メタアクリル酸ラウリル、メタアクリル酸
トリデシル、メタアクリル酸ステアリル、メタアクリル
醒２−ヒドロキシエチル、メタアクリル酸ジメチルアミ
ノエチルおよびメタアクリル酸グリシジル等が用いられ
る。

ビニル基とカルボキシル基を合せ持つ化合物としては１
例えばアクリル酸、メタアクリル鈑、マレイン酸および
フマル酸等が用いられる。

なお、上記アクリル酸エステルおよびメタアクリル酸エ
ステルの内の少なくとも一種とビニル基とカルボキシル
基を合せもつ化合物の配合のＮ量比は、Ｔｏ〜９０重量
％対１０〜３０重量％が好ましい。

アクリル酸エステルおよびメタアクリル酸エステルの内
の少なくとも一種の重量比が７０重量−以下では炭素繊
維上に電着された膜が水により膨潤され軟らかく、乾燥
時に炭素繊維どうしが接着しマトリックスの含浸性が悪
くなり、９０重量％以上では水溶性になりにくい。

また、アクリル系水溶性樹脂のガラス転移温度が室温以
上である場合、最終的に得られるＣＦＲＰの耐衝撃性が
改善されないため、上記アクリル酸エステルおよびメタ
アクリル酸エステルを選定する際、これら各々のホモポ
リマーのガラス転移温度を考慮し９両者のガラス転移温
度の平均が室温以下になるのを選定基準とする。なお、
ガラス転移温度が一３０℃〜１０℃のものが耐衝撃性を
向上するために特に好ましい。

上記組成物の共重合により共重合樹脂を得る共重合方法
としては、固相および溶液重合法があげられるが、溶液
重合の方が反応の制御、および水溶化が容易であるため
好ましい。

共重合樹脂の水溶化により、アクリル系水溶性樹脂を得
るには塩基を添加して行なわれる。添加する塩基は電着
後、乾燥した時に揮発するものが適当で、アンモニア水
およびトリエチルアミン等の低級アルキルアミンが好ま
しい。共重合樹脂の水溶化は、まず樹脂溶液を水中に滴
下して樹脂を水中に沈殿させて、アクリル酸およびメタ
アクリル酸等ホモポリマーの水溶性成分を水中に８％し
て除き、沈殿した樹脂をジオキサン、メチルエチルケト
ン等の水溶性溶媒で浴解した後、水溶化に必要な塩基を
添加し９次いで水を加えて水溶性樹脂溶液とする方法が
好ましい。

従来、−１着用の水溶性樹脂としては、モノマーから重
合を行なったアクリルエマルジョン、あるいは固相で重
合後、粉砕してエマルジョン化した槙々の樹脂系が得ら
れているが、この発明に用いた場合、電着膜の厚さが厚
くなシ過ぎるか、あるいは不拘゛−に電着されるかして
好ましくない。

この発明に係わる９例えば′電気泳動法による電着処理
は以下に示すようにして行なう。即ち、上記アクリル系
水溶性樹脂溶液中に炭素繊維を専入し陽極として使用す
る。陰極は電気泳動により腐食されないカーボンおよび
金属で良いが、この目的のためにはステンレスが適して
いる。次に、上記陽極と陰極を直流電源と接続する事に
より１！着を行なう。電着は電位規制法および電流規制
法どちらでも可能であるが、炭素繊維が電着によって得
られる絶縁性薄膜によって被覆されれば電流値が小さく
なるこの発明の性格上、電流をモニターしながら電位規
制法で行なうのが望ましい。電着後、炭素繊維から未電
着樹脂溶液を取除くために水で洗浄し、ついで乾燥する
のが望ましい。

なお、上記電着法はバッチ操作および連続操作いずれに
も適用する事ができる。後者の場合、連続炭素繊維を導
電性のロールを通して電着溶液中に繊維を案内し、を源
と繊維との接続をロールを経て行なう。

又、この発明によシ得られた炭素繊維をＣＦＲＰに適用
する場合、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂が
主として用いられるが、耐熱性および成形作業性等から
、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリ
フェニレンサルファイドおよびポリエーテルスルホン等
の樹脂を用いてもさしつかえない。

以下、実施例によってこの発明を説明するが。

この発明はこれらの実施例の態様に設定されるものでは
ない。

実施例１ ４ツロフラスコにＮ２ガス導入管、コンデンサー、温度
計および撹拌機を取付け３００．９のジオキサンをフラ
スコに入れ、ウォーターバスでＮ２ガスを通じながら６
０℃に昇温する。その後１反応開始剤の過酸化ベンゾイ
ル１．５１を添加し、　１００Ｉのアクリル酸ブチル、
２０．９のアクリル酸２−エチルヘキシル、３０ｇのア
クリル酸混合物を反応温度に注意しながら、６５〜１０
℃の温度に保ち１時間で滴下した。その後ＴＯ〜１５℃
で５時間反応を行ないアクリル樹脂溶液を得た。この溶
液１００ｇに１００１のアセトンを加えた後、水８ｏ。

ＣＱ中に添加して樹脂を沈殿させ水溶液のみを流し去り
、５ｏＩｉのジオキサンを加え沈殿した樹脂を溶解後、
１６ｇの１０チアンモニア水を加え水溶化した後、水を
加えｔｓｏｏｙの２チ水溶性樹脂を得た。この樹脂のガ
ラス転移温度は一２５℃であった。

３０００フイラメントからなる炭素繊維束（商品名トレ
カＭ−４０，東しＭ）をアセトンで洗浄し。

サイジング剤を除去した後、１．５／の水溶性アクリル
系溶液の電着液にロールを通して、炭素繊維を陽極、ス
テンレス板を陰極として電圧１０Ｖで。

３分間通電しＴＬ着を行なった後、水洗し熱風乾燥を行
なって、アクリル樹脂が３．５車量チ付着した炭素繊維
を得た。

次ニ、この炭素繊維束にビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂（商品名工ピユー）８２８．シェル製）およびジアミ
ノジフェニールメタン系エポキシ樹脂（商品名アラルダ
イ）ＨＴ９７２．チバガイギー製）を含浸後、フィラメ
ントワインディング法によりマンドレル上に引揃え一方
向プリプレグを作成した。次に、このプリプレグを数枚
重ね合せ。

１２０℃、１０にｇ／ｃＩｌｔで２時間成形し、後硬化
を１５０℃、５時間行ない繊維体積含有率５０％の一方
向強化積層板を得た。得られた積層板のショートビーム
法による層間せん断強度は７０ＭＰａで。

４５度ノツチ付アインリト衝撃強度は１００ＫＪ／７＠
であった。

比較例１ 電着処理を除いた以外は実施例１と同様のプロセスで、
一方向強化積層板を作成した。得られた積層板の層間せ
ん断強度は７２ＭＰａで、衝撃強度は５０ＫＪ／ＴＩ？
であり、実施例１の積層板に比べ明らかに衝撃強度は劣
っていた。

比較例２ 電着処理に用いたアクリル樹脂系組成は、７５ｇのメタ
アクリル醒エチル、４５ｇのアクリル酸メチル、３０１
１のアクリル酸を用いた。このアクリル樹脂のガラス転
移温度は５５℃であった。積層板は、を着水溶液として
このアクリル樹脂を用いた以外は実施例１と同様のプロ
セスで一方向強化積層板を作成した。得られた積層板の
層間せん断強度は、６９ＭＰａで衝撃強度は５５ＫＪ／
７７１’であり。

衝撃強度の向上は認められなかった。

実施例２ 実施例１で得られた電着処理炭素繊維に、ポリスルホン
（商品名Ｐ−１７００．米国ユニオン・カーバイド製）
の塩化メチレン溶液を含浸した後、フィラメントワイン
ディング法によりマンドレル上に引揃え８０℃で１６時
間乾燥して溶媒を除去し。

一方向プリプレグを作成した。次に、このプリプレグを
数枚重ね合わせ３３０℃、　３０１ｃ９／ｒ、”ｎｔで
３０分間プレス成形し一方向強化積層板を得た。この積
層板の層間せん断強度は８０ＭＰａで衝撃強度は８０Ｋ
Ｊ／ｒＩｉ″であシ、耐衝撃性は優れていた。

実施例３ 電着処理に用いたアクリル樹脂系組成は、６０ｇのアク
リル酸エチル、６０９のアクリル酸ブチル。

３０１９のアクリル酸を用いた。このアクリル樹脂のガ
ラス転移温度は一１０℃であった。積層板は電着水溶液
として、このアクリル樹脂を用いた以外は実施例１と同
様のプロセスで一方向強化積層板を作成した。得られた
積層板の層間せん断強度は６５ＭＰａで、衝撃強度は９
０ＫＪ／ｄであり、耐衝撃性は優れていた。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、この発明は、炭素繊維表面に、ガ
ラス転移温度が常温以下のアクリル系水溶性樹脂を電着
法により析出させてなる膜を設けることによシ、マトリ
ックスとのぬれ性および接着性を損うことなく、耐衝撃
性に優れたＣＦＲＰを与える炭素繊維の表面処理法を得
ることができる。

代理人大岩増雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維表面に、ガラス転移温度が常温以下のアクリル
   系水溶性樹脂を電着法により析出させてなる膜を設ける
   炭素繊維の表面処理法。