JPS6234876B2 - - Google Patents

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JPS6234876B2
JPS6234876B2 JP56139701A JP13970181A JPS6234876B2 JP S6234876 B2 JPS6234876 B2 JP S6234876B2 JP 56139701 A JP56139701 A JP 56139701A JP 13970181 A JP13970181 A JP 13970181A JP S6234876 B2 JPS6234876 B2 JP S6234876B2
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JP
Japan
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emulsion
general formula
sizing agent
sizing
weight
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JP56139701A
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English (en)
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JPS5841973A (ja
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Hiroyasu Ogawa
Mikio Shima
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Teijin Ltd
Original Assignee
Toho Rayon Co Ltd
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Publication date
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F11/00Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
    • D01F11/10Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
    • D01F11/14Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with organic compounds, e.g. macromolecular compounds

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素繊維用のエマルジヨン型サイジ
ング剤に関し、詳しくはエマルジヨン安定性に優
れて繊維の集束性を向上させ、かつ熱安定性に優
れて複合材料としたときの物性を向上させること
ができるサイジング剤に関する。 近年炭素繊維を使つた複合材料の発展には目を
見張るものがあるが、一般に炭素繊維はフイラメ
ント又はトウ(数百ないし数十万本のフイラメン
トからなる繊維束)であり、通常一方向に引き揃
えたシート、テープ又は織物、編物等に加工して
使用されるか、あるいは数ミリメートルないし数
十ミリメートルに切断して使用される。この際炭
素繊維はそのままの状態で使用すると、加工工程
において毛羽立ちを生じ易く取扱性が悪くなる。 これを防ぐため通常サイジング剤を施して炭素
繊維の繊維集束性を高めている。 炭素繊維用のサイジング剤には二つのタイプが
ある。 一つはポリビニルアルコール、酢酸ビニルポリ
マー、アクリル系ポリマー、ポリウレタン、エポ
キシ樹脂、ポリスチレン等の有機系樹脂を有機溶
媒に溶解させた溶液型であり、そして今一つは、
これら有機系樹脂を乳化剤により水に分散させた
エマルジヨン型である。 溶液型のものは多量の有機溶媒を使用するため
経済的、安全衛生的に問題があり通常はエマルジ
ヨン型のものが使用されている。 ところで、エマルジヨン型サイジング剤を炭素
繊維に付着させる場合、固型物濃度が数パーセン
トないし十数パーセントのものが使用されること
があるが、特にこのような薄い濃度のサイジング
剤はエマルジヨン安定性(乳化安定性)に劣ると
いう欠点を有している。 また、エマルジヨン型のものを用いて表面エネ
ルギーの低い炭素繊維に乳化粒子を付着させてサ
イジングしようとすると、しばしば付着斑を生
じ、集束性の不良な繊維束しか得られないという
欠点もある。更に使用する乳化剤の影響によつて
炭素繊維用サイジング剤の熱安定性が低下し、ひ
いては炭素繊維強化複合材料としたときの物性も
低下する。 本発明者らは、エマルジヨン型サイジング剤に
ついてこれらの欠点を克服すべく鋭意検討の結
果、有効成分して特定2種の化合物とエポキシ樹
脂とを含むサイジング剤を炭素繊維に使用すると
目的が達成されることを見出し本発明に至つた。 すなわち、本発明は有効成分として下記の一般
式〔〕で表わされる化合物および一般式〔〕
で表わされる化合物、それにエポキシ樹脂を含む
炭素繊維用エマルジヨン型サイジング剤である。 A:(C2H4O)l又は(C2H4O)o(C3H6O)n l:18〜70 n:18〜70 m:2〜50(1≦n/m≦35) R:Cq2q+1又は
【式】 q:10〜18 p:15〜70 前記一般式〔〕の化合物であるポリオキシア
ルキレンスチリルメチルフエノールエーテルにお
けるオキシアルキレン部分Aはエチレンオキシド
重合体であるか又はエチレンオキシドとプロピレ
ンオキシドのブロツク重合体である。このアルキ
レンオキシドの付加モル数は、使用されるエポキ
シ樹脂の種類によつて変化させる必要があり、エ
ポキシ樹脂の分子量又は粘度が大きい場合は該付
加モル数は大きくするのがよい。 一般式〔〕の化合物におけるAがエチレンオ
キシド重合体である場合、付加モル数は18〜70で
ある。 付加モル数が18未満又は70を越えるときは、乳
化力が低下しエマルジヨン安定性に欠ける傾向が
現われる。 同じくAがエチレンオキシドとプロピレンオキ
シドのブロツク重合体である場合、エチレンオキ
シド付加モル数(n)は18〜70の範囲にあり、プ
ロピレンオキシド付加モル数(m)は2〜50の範
囲にあり、かつ両者の付加モル数は次の式を満足
するよう調整されることが必要である。 1≦n/m≦35 これらの条件がすべてみたされないと所期のエ
マルジヨン安定性が得られない。 一般式〔〕で表わされる化合物においてエチ
レンオキシド付加モル数は置換基Rの分子量にも
依存するが15〜70の範囲にある。5モル未満の場
合は乳化力に乏しく、70を越える場合はエマルジ
ヨンの安定性に欠ける傾向がある。置換基Rは炭
素数10〜18のアルキル基又は同アルキル基で置換
されたフエニル基である。アルキル基の炭素数が
この範囲をはずれるとエマルジヨンの安定性が低
下する傾向がある。本発明において一般式〔〕
の化合物と一般式〔〕の化合物とを併用するこ
とが必須下可欠である。いずれか一方を欠いた場
合、所期のエマルジヨン安定性を達成することが
できず、特に前述のごとき薄い濃度においてエマ
ルジヨン安定なサイジング剤を得ることができな
い。両化合物の混合比率は望ましくは次のように
調整される。 1≦式〔〕の化合物の重量/式〔〕の化合物の
重量≦19 比率が1未満の場合はエマルジヨン安定性が低
下し、19を越える場合はエマルジヨン安定性が
損われるだけでなく、複合材料としたとき物性低
下を招き好ましくない。 因みに一般式〔〕で示す化合物と一般式
〔〕で示す化合物との適当量の混合が好ましい
のは以下の理由からと推定される。すなわち一般
式〔〕で示す化合物は、親水性基であるエチレ
ンオキシド基、水酸基と疎水性基であるスチリル
メチルフエノール基とからなるため、疎水性樹脂
であるエポキシ樹脂の持つ界面エネルギーとの間
に若干の差を有している。これに対し一般式
〔〕で示す化合物は末端にエポキシ基を有する
ために、界面エネルギー的に丁度エポキシ樹脂と
一般式〔〕で示す化合物の中間に位置するた
め、両者をエネルギー的に結びつける作用をする
ものと考えられる。 このためエマルジヨン安定性が特に数パーセン
ト乃至十数パーセントの固型物濃度において優れ
ているものと推定される。 一般式〔〕の化合物はスチリルメチルフエノ
ールにエチレンオキシドを付加させるか又はエチ
レンオキシドとプロピレンオキシドのブロツク重
合体とを脱水反応させることによつて得られる。
また一般式〔〕で示す化合物はアルキルエーテ
ルにエチレンオキシドを反応させ、得られたエチ
レンオキシドアルキルエーテルの末端水酸基にエ
ピクロルヒドリンを反応させて得ることができ
る。 次に本発明における第3の必須成分であるエポ
キシ樹脂とはビスフエノール系、フエノールノボ
ラツク系、ポリフエノール系、ポリヒドロキシベ
ンゼン系、オキシカルボン酸系、芳香族ジカルボ
ン酸系、ビニルエステル系、シクロヘキセン系、
含窒素エポキシ系等の公知のエポキシ樹脂であ
る。 本発明のサイジング剤には必要に応じ、例えば
滑剤(高級脂肪酸アミド、高級脂肪族アルコー
ル、シリコンオイル等)柔軟剤(界面活性剤)、
粘度調整用希釈剤(有機溶剤)など他の成分を適
量添加することができる。 本発明サイジング剤の配合例は、一般式〔〕
の化合物1〜50重量%、好ましくは5〜15重量
%、一般式〔〕の化合物0.05〜25重量%好まし
くは1〜5重量%、エポキシ樹脂50〜99重量%、
好ましくは80〜95重量%、水20〜99.9重量%、エ
マルジヨンをストツクする場合好ましくは30〜50
重量%、サイズする場合好ましくは99〜95重量
%、溶媒0〜25重量%、好ましくは2.5〜10重量
%である。 本発明のサイジング剤が適用される炭素繊維は
通常の炭素繊維であつて例えばレーヨン、ピツ
チ、アクリル系繊維を前駆体として1000〜1500℃
又は1500〜3000℃に加熱して作られる500フイラ
メント以上からなる繊維束である。 本発明のサイジング剤を炭素繊維に付着させる
には、ローラサイジング法、ローラ浸漬法、スプ
レー法などの公知の方法を用いることができる。
これらの方法によつてサイジング剤を付着後通常
80℃以上温度で水分を除去乾燥しサイジングを完
了する。この際使用する剤の濃度は目的に応じ決
められるが通常0.1〜20%の範囲である。また付
着量は通常炭素繊維に対し0.1〜10%固型物であ
る。 以下本発明を実施例により説明する。実施例中
「部」又は「%」はとくに記載のない限り重量を
示す。 実施例 1 (A) サイジング剤エマルジヨンの調整 配合割合 (1) エピコート828(シエル化学社製) 70部 (2) エピコート1001(シエル化学社製) 20部 (3) PEG(25モルEO付加物)スチリルメチル
フエノールエーテル 7部 (4) PEG(15モルEO付加物)ラウリルクリシ
ジルエーテル 3部 (5) 水 90部 (6) メチルエチルケトン 10部 PEG:ポリエチレングリコール EO:エチレンオキシド 上記のうち(1),(2),(3),(4),(6)を予じめ50℃で
加熱混合したものを容器にとり脱泡する。次いで
高速ホモジナイザーにて50000rpmで50〜60℃に
保ちながら、この混合物を激しく撹拌し、(5)の水
を少量づつ加えて行く。転相ののち徐々に撹拌を
弱めながら(5)の水を加えて希釈し固型物50%の乳
白色のエマルジヨンを得た。このエマルジヨンを
更に5%に水で希釈し室温で10日間放置したとこ
ろ、エマルジヨン粒子の沈降量は固型物絶乾量で
3%であつて極めてエマルジヨン安定性が良好で
あつた。 またエマルジヨン固型物を105℃で絶乾したの
ち、空気中180℃で1時間処理後の重量減は0.1%
で極めて少なかつた。 (B) 炭素繊維のサイジングおよびこの炭素繊維を
使用した成型物の作製 1300℃で焼成されて得た末サイジングの炭素繊
維(東邦ベスロン社製ベスフアイト6000フイラ
メント、引張強度350Kg/mm2、引張弾性率
23.7T/mm2)を上記(A)にて調製して得たエマルジ
ヨンを固型物濃度20g/になる如く水でうすめ
た浴に通したのち、130℃空気中で2分間乾燥し
て水分を除いた。このときのエマルジヨンの固型
物としての付着量は炭素繊維に対し1.4%であつ
た。 得られたサイジング処理炭素繊維を空気中180
℃で1時間熱処理し重量減少率を測定したところ
0.05%であり優れた熱安定性を示した。このサイ
ジングした炭素繊維をウレタンスポンジ(厚み10
mm)2枚の間を15m/minの速度で通過せしめス
ポンジに付着した毛羽の重量を測定したところ10
mg/100m(炭素繊維)であり、少なかつた。 次にこのサイジングした炭素繊維を使いエピコ
ート828、EPN―1138(シエル化学社製)、三弗
化ホウ素、モノエチルアミンをそれぞれ70部、30
部、3部からなる樹脂系をマトリツクスとして一
方向プリプレグを作製した。このとき樹脂の炭素
繊維への浸透性は極めて良好で1Kg/cm2の圧力で
速やかに良好なプリプレグを作製し得た。 このプリプレグを成形後の厚み3mmとなる如く
一方向に揃えて積層し130℃で7Kg/cm2にて1.5時
間金型にて圧縮成型して炭素繊維強化複合材料
(CFRP)の板をつくつた。このCFRPの層間剪
断強度(ILSS)をASTM・D―2344法に準拠し
室温で測定した結果10.9Kg/mm2、80℃で測定した
結果8.1Kg/mm2であつた。 この値はアセトンを溶媒とした(A)で示した同組
成のエマルジヨンサイジング剤組成物の溶液にて
炭素繊維をサイジングして得たサイジング固型物
1.4%付着炭素繊維について行なつたCFRPの
ILSSと全く同じ値を示しており高い接着性を示
していた。 実施例 2 配合比 (1) エピコート815(シエル化学社製) 50部 (2) エピコート152(シエル化学社製) 40部 (3) PEG(30モルEO付加物)、PPG(10モル
PO付加物))スチリルメチルフエノールエー
テル 8部 (4) PEG(20モルEO付加物)ノニルフエニル
グリシジルエーテル 2部 (5) 水 90部 (6) メチルセロソルブ 10部 PPG:ポリプロピレングリコール PO:プロピレンオキシド 上記組成のサイジング剤(固型物50%)を実施
例1と同様の方法で調製し、実施例1と全く同様
にしてサイジング処理した炭素繊維をプリプレグ
となしこれからCFRP板を得た。この時の5%サ
イジング剤エマルジヨン液の室温10日後の沈降量
は固型物絶乾換算で2%であつた。 このエマルジヨンサイジング剤105℃絶乾後、
空気中180℃1時間熱処理したときの重量減少量
は0.1%であり極めて少なかつた。又サイジング
処理炭素繊維の同条件での加熱重量減少量は0.08
%であり優れた熱安定性を示し、実施例1と同様
にして測定した毛羽は9mg/100m炭素繊維であ
り、良好な集束性を示していた。またCFRP板の
ILSSは室温で10.8Kg/mm2、80℃測定で8.0Kg/mm2
であり、優れた複合材特性を示した。 比較例 1 実施例1―(A)におけるサイジング剤組成(3),(4)
のみを下表の如く変更して実施例1と同様にてエ
マルジヨン化し得られたエマルジヨンの粒子沈降
量を測定した。
【表】 更に実験番号No.1について、実施例1―(B)と同
様の材料及び方法にてサイジング剤付着炭素繊維
とし、これからCFRPをつくつた。このCFRPの
ILSSは室温にて9.8Kg/mm2、80℃空気中測定で6.8
Kg/mm2であつた。以上によれば一般式〔〕の化
合物又は一般式〔〕の化合物のいずれかを欠い
たサイジング剤はエマルジヨンの粒子沈降量が多
くエマルジヨン安定性に欠け、ひいてはCFRPの
ILSSも低く、CFRPの物性に悪影響を与えてい
ることがわかる。 比較例 2 実施例1におけるサイジング剤組成(3)と(4)を一
般的に知られている界面活性剤ノイゲンEA190
(PEG25モルEO付加ラウリルエーテル、第一工
業製薬社製)を用いて下記のごとく変更する以外
実施例1と同様にしてエマルジヨンおよびCFRP
板を作つた。そのものを実施例1と同項目につい
て同様に測定した結果を示すと第2表の如くであ
つた。この結果から慣用の界面活性剤を用いた場
合にはエマルジヨン安定性、CFRPの物性、サイ
ジング効果においていずれも前記実施例1の場合
より劣つていることがわかる。
【表】
【表】 比較例 3 実施例1―(A)におけるサイジング剤組成(3)と(4)
をPEG(70モルEO付加)スチリルクミルフエノ
ールエーテル(松本油脂社製)10部と置換え、実
施例1と同じ材料を使用し、同様の方法でCFRP
を作つた。このときの5%固型物サイジングエマ
ルジヨンの粒子沈降量(室温10日放置後)は絶乾
固型物で23%で、サイズされた炭素繊維の180
℃、1時間空気中での重量減少率は1.1%、毛羽
23mg/100m―CF、CFRPのILSSは室温9.8Kg/
mm2、80℃7.0Kg/mm2であり、いずれの項目につい
ても低い値で前記実施例1のごとき本発明の場合
に比べ劣つていた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 有効成分として下記一般式〔〕で表わされ
    る化合物 A:(C2H4O)l又は(C2H4O)n(C3H6O)m l:18〜70 n:18〜70 m:2〜50(1≦n/m≦35) 及び下記一般式〔〕で表わされる化合物 R:Cq2q+1又は【式】 q:10〜18 p:15〜70 それにエポキシ樹脂を含む炭素繊維用エマルジヨ
    ン型サイジング剤。
JP56139701A 1981-09-07 1981-09-07 炭素繊維用エマルジヨン型サイジング剤 Granted JPS5841973A (ja)

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