KR100479546B1

KR100479546B1 - 촙드탄소섬유및그제조방법

Info

Publication number: KR100479546B1
Application number: KR10-1998-0018709A
Authority: KR
Inventors: 토시유키 미요시; 하루오 오바라; 케이조 오노; 테츠유키 쿄노
Original assignee: 도레이 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1998-05-23
Publication date: 2005-08-31
Also published as: EP0881312A3; EP0881312B1; CN1213025A; DE69818344D1; SG65070A1; KR19980087324A; CA2238250A1; CN1105210C; MY114978A; US6066395A; US6444187B1; DE69818344T2; EP0881312A2

Abstract

사이징제가 부여된 촙드 탄소섬유의 집합체로서, 그 집합체의 구성단위인 단섬유속편의 섬유길이방향의 단위길이당 평균중량이 1.7∼4㎎/㎜의 범위에 있고, 또한, 그 섬유길이방향의 단위길이당 중량 분포에 있어서의 변동율이 30∼60％인 것을 특징으로 하는 뛰어난 유동성 및 집속성을 갖는 촙드 탄소섬유로서, 탄소섬유강화 복합재료제품의 성형에 제공할 수 있다.

Description

촙드 탄소섬유 및 그 제조방법

본 발명은, 열가소성 수지를 매트릭스로 하는 탄소섬유강화수지의 제조에 적합한 촙드 탄소섬유(chopped carbon fiber) 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 필라멘트수가 많고 총섬도(總纖度)가 큰 탄소섬유(이른바, 라지·토우(Large-Tow))를 원료로 하는 촙드 탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 단섬유강화 수지성형재료의 강화재로서 유동성, 집속성(集束性) 등의 취급성이 우수한 촙드 탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

탄소섬유 강화수지는, 비강화 수지에 비하여 강도, 강성, 치수안정성에 있어서, 월등하게 우수하기 때문에, 사무기기나 자동차분야 등 여러 가지 분야에서 널리 사용되고 있다. 탄소섬유의 수요는 매년 증가하고 있고, 항공기, 스포츠 등의 프리미엄 용도에서 건축, 토목, 에너지관계의 일반적인 산업용도로 수요가 이동되어 가고 있고, 탄소섬유에 대한 요구도 엄격하고, 성능만이 아니라 가격의 저감이 큰 과제로 되고 있다. 그 때문에 최근, 가격의 저감을 위하여 보다 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 탄소섬유(속)가 공급되도록 되어 가고 있다.

탄소섬유 강화수지의 제조법으로서는 여러 가지 방법이 있으나, 잘 알려져 있는 방법은, 3∼10㎜ 정도의 길이로 절단된 촙드 탄소섬유를 수지 펠렛(pellet) 또는 수지 파우더(powder)와 함께 압출기로 용융혼연하여 펠렛화(이것을 콤파운드(compound)공정이라 한다)하고, 이것을 사출성형에 의하여 성형품으로 하는 방법이다. 이와 같은 공정에 제공되는 촙드 탄소섬유는, 정량적으로 또한 안정적으로 공급하기 위해, 사이징(sizing)제로 집속시킨 형태로 사용되는 것이 통상이고, 이 사이징제로 집속된 촙드 탄소섬유는, 스크류피더(screw feeder) 등에 의하여 압출기에 연속적으로 자동계량 하에, 공급된다.

이때, 특히 중요한 특성은 유동성이고, 이 특성이 충족되지 않으면 극단적인 경우에는, 공급부 호퍼에서 폐색되어 프로세스불능이 되는 경우가 있다. 종래부터 분체(粉體)를 취급하는 분야에서는, 호퍼로의 분체의 유동성과 마찰계수, 안식각, 부피밀도, 형상인자 등의 여러 가지의 특성치와의 사이에 상관관계가 있다는 것이 알려지고 있다. 예컨대, 마찰계수는 낮을수록, 안식각은 작을수록, 부피밀도는 높을수록 유동성이 높아지는 것이 명백해지고 있다. 그러나, 촙드섬유의 경우에는, 분체의 경우보다도 촙드섬유 자체의 형상인자가, 이들의 특성치에 큰 영향을 주는 것이다. 그 때문에, 예컨대, 안식각의 경우에 대하여 말하면, 원추체의 크기의 영향이나 퇴적시키는 조건(낙하높이, 낙하량의 속도 등)의 영향을 받아 이상적인 원추형상으로 되지 않는 것, 측정시료량의 영향을 받는 것 등 측정조건에 의하여 그 값이 달라지고 있다. 그 결과, 어느 정도의 특성치의 판정은 할 수 있으나, 최종평가는 공업생산에서의 실제 장치에서 확인테스트를 행하고 있는 것이 실상이다.

촙드 탄소섬유의 유동성이나 집속성의 개량은, 공지의 분체의 취급기술이나 촙드 탄소섬유에 극히 유사한 유리섬유의 기술을 참고로 하여, 일본특허공개 평5-261729호 공보 및 일본특허공개 평5-261730호 공보 등에 여러 가지 기술이 제안되고 있다. 촙드 탄소섬유의 유동성은, 촙드 탄소섬유가 분체의 경우에 비하여, 입경에 상당하는 치수가 극히 크고, 형상이 막대형상 또는 프레이크(flake)상이라는 것 및 탄소섬유에 있어서는, 필라멘트수가 적은 섬유속을 합사하여 처리하는 유리섬유와 달리, 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 섬유속이라는 점에서, 이들로부터 얻어지는 촙드 탄소섬유는 촙드 유리섬유보다도 유동성이 낮은 것이 일반적이다. 그 때문에, 고성능화와 비용 대 성능비의 관점에서 유리섬유 촙드섬유에 대신하기 위하여는 기존설비에서 유리섬유와 동등의 프로세스성을 가지며 생산성의 저하를 초래하지 않는 것이 요구되어 왔다.

그런데, 종래 촙드 탄소섬유는 필라멘트수 1,000개부터 30,000개 정도의 연속섬유를 원료로 하여 제조되어 왔으나, 최근, 탄소섬유의 저비용화에 따라, 종래보다 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 섬유속의 탄소섬유가 제조되도록 되고, 이들의 탄소섬유를 원료로 한 촙드섬유의 제조를 행할 필요가 생기고 있다.

필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 섬유속의 탄소섬유를 제조할 때에는, 소성시의 반응열의 제거를 원활하게 행하기 위해 편평한 형태로 취급되게 되는 것이 일반적이다.

그 결과로서, 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 섬유속의 탄소섬유를 원료로 하여 촙드 탄소섬유를 제조하는 경우, 이와 같은 탄소섬유속은 종래의 것보다도 편평도가 높은 형태의 것일 것, 또한, 탄소섬유속의 형태가 편평한 쪽이 사이징제가 사조(絲條) 내부까지 침투하기 쉽다는 등의 이유에서, 종래의 필라멘트수 1,000개∼30,000개의 탄소섬유속과 동일한 프로세스에서 촙드 탄소섬유를 제조하면, 편평도를 높게하여 제조하는 것이 된다.

한편, 탄소섬유속의 형태가 편평하게 되면, 유동성이나 집속성이 낮은 촙드 탄소섬유로 되어버린다고 하는 문제를 일으킨다.

그래서, 단면형상을 원형에 가깝게 하면 섬유속의 부피밀도가 높게 되기 때문에, 섬유속 내부에 사이징제가 침투하기 어렵게 되고, 집속성에 불균일이 생기고, 또한 콤파운드공정에서 받는 전단력이 커서 해섬(解纖)하기 쉽게 되고, 쉽게 섬유볼(fiber ball)로 되어서 유동성이 낮아지고, 콤파운드공정의 호퍼로부터 압출기로 이송할 때에 폐색 등의 트러블을 일으키기 쉽게 된다.

종래, 촙드 탄소섬유를 얻는 방법으로서는, 먼저 탄소섬유(속)를 사이징제에 침지하고, 다음에 건조공정에서 집속시킨 탄소섬유를 연속 또는 별도공정에서 커터로 촙(chop)화하는 방법이 일반적이었다. 한편, 유리섬유를 촙화하는 방법은 용융방사된 유리섬유에 사이징제를 부여한 후, 젖은 상태에서 절단하고, 이어서 건조하는 방법이 일반적이다. 이 유리섬유의 촙화 방법에 의하면, 적은 사이징제의 부착량으로 높은 집속성의 촙드섬유를 얻기 쉽고, 이 방법을 탄소섬유에 채용한 예로서는, 일본특허공개 평5-261729호 공보 및 일본특허공개 평5-261730호 공보가 있다. 그러나, 그 공보에서 촙화하는 탄소섬유속은 12,000개 정도이고, 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 섬유속의 탄소섬유를 처리하는 것은 아니다. 그리고, 상술한 촙드 유리섬유에 있어서도 사이징제를 부여하는 공정에서의 섬유속은 4000개 정도이고, 굵은 섬유속을 처리하는 것은 아니다.

본 발명은, 탄소섬유강화 복합재료에 제공하는 주로 유동성, 집속성이 우수한 촙드 탄소섬유에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 탄소섬유의 저비용화에 따르는 필라멘트수가 많고 총섬도가 큰 탄소섬유속을 원료로 하는 것의 필요성, 및 그것에 의한 탄소섬유속의 고편평도화에 기인하여 생기는 촙드 탄소섬유의 유동성 및 집속성 저하의 문제를 해결하는데 있다.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자 등은 여러 가지 검토한 결과 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 촙드 탄소섬유는, 사이징제가 부여된 촙드 탄소섬유의 집합체로서, 그 집합체의 구성단위인 단섬유속편(短纖維束片)의 섬유길이방향 단위길이당의 평균중량이 1.7∼4㎎/㎜의 범위에 있고, 또한, 그 섬유길이방향의 단위길이당의 중량 분포에 있어서의 변동율이 30∼60％인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 촙드 탄소섬유의 바람직한 제조방법은, 필라멘트수가 20,000∼150,000개인 범위의 연속 탄소섬유속(炭素纖維束)에, 수분산계 사이징제를 함유하는 사이징제액을 부여하는 공정, 충전밀도 5,000∼20,000D/㎜의 범위로 제어하는 공정, 절단 시의 함액율이 10∼35중량％인 젖은 상태에서 탄소섬유속을 절단하는 공정, 이어서, 건조 전의 함액율이 15∼45중량％인 상태로 진동 하에서 건조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법이다.

본 발명에 있어서는, 범용적인 강도 2000∼7000㎫, 탄성율 150∼500㎬를 가지는 탄소섬유가 통상 사용되나, 특히 이들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 촙드 탄소섬유의 제조방법에 있어서 사용되는 탄소섬유속은, 단섬유 데니르가 0.3∼2.0데니르, 바람직하게는 0.6~1.0데니르, 필라멘트수가 20,000∼150,000개로 이루어지는 다필라멘트 탄소섬유로, 1m당 0∼10회의 꼬임을 가지는 탄소섬유를 사용할 수 있다.

탄소섬유의 공급은, 탄소섬유제조공정으로부터 직접 본 발명의 촙드공정에 제공하는 방법, 또는 일단 권취된 섬유속을 공급하는 방법 중 어느 것이라도 좋다. 따라서, 무연(無撚)인가 가연(加撚)인가는 적당히 필요에 따라서 결정된다.

이 경우, 가연방법으로서는, 동력을 사용하여 보빈을 기계적으로 회전시켜, 강제적으로 꼬임을 가하는 방법 이외에, 보빈으로부터 세로로 취해서, 해서(解舒)할 때에 발생하는 해서꼬임도 포함된다. 해서꼬임의 경우, 보빈의 외측으로부터 인출하는 아웃사이드폴방식이나, 보빈의 내측으로부터 인출하는 이른바 인사이드폴방식도 포함한다. 또한, 프로세스에 따라서 취급성을 개선하기 위한 1차 사이징제를 0.1∼2.0중량％ 부여하여 건조된 탄소섬유속을 촙드 탄소섬유의 원료로서 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에 사용하는 사이징제는, 집속성을 부여할 수 있는 것이면, 열경화성 수지, 열가소성 수지 중 어느 것이라도 좋다.

예컨대, 우레탄수지, 에폭시수지, 우레탄변성에폭시수지, 에폭시변성우레탄수지, 폴리에스테르수지, 페놀수지, 폴리아미드수지, 폴리카보네이트수지, 폴리이미드수지, 폴리에테르이미드수지, 비스말레이미드수지, 폴리술폰수지, 폴리에테르술폰수지, 폴리비닐알콜수지, 폴리비닐피롤리돈수지, 폴리아크릴수지, 또는 이들 수지의 단독 또는 혼합이다. 이들 수지는, 수분산액 또는 수용액으로서 사용한다. 또한, 수분산액 또는 수용액에는 약간의 용제를 함유하고 있어도 좋다.

이들 수지 중에서도, 필름을 필름형상으로 하여 측정한 경우의 인장탄성율이, 1~30㎫인 우레탄수지가 특히 바람직하다. 우레탄수지는 탄소섬유를 집속하는 성능이 우수한 수지이고, 필름탄성율을 규제함으로써, 더욱 바람직하게 된다. 필름탄성율이 1㎫미만이면 집속성을 높이는 효과가 작고, 30㎫를 넘으면 콤파운드공정의 호퍼로부터 압출기로의 이송을 상정한 교반시에 물러서 쉽게 퍼지게 되어 트러블의 원인으로 되는 경우가 있다.

또한, 상기 필름인장탄성율이라 함은, 수계(水系) 우레탄사이징제액을 판상에 얇게 편상태에서 실온에서 24시간, 80℃에서 6시간, 120℃에서 20분간 더 건조한 두께 약 0.4㎜, 폭 10㎜, 길이 100㎜의 필름을 200㎜/분의 속도에서 인장시험하여 신도가 100％로 된 때의 응력을 ㎫로 표시한 것이다.

또, 본 발명에 있어서, 사이징제가 에폭시수지인 것도 바람직하다. 에폭시수지는, 매트릭스수지와의 접착성이나 내열성이 우수한 사이징제이다. 에폭시수지를 단독으로 사용하는 것도 바람직하나, 우레탄수지와 병용하면 촙드 탄소섬유의 집속성이 더욱 향상되기 때문에 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 사이징제가 아크릴수지인 것도 바람직하다. 아크릴수지는, 에폭시수지와 마찬가지로 매트릭스수지와의 접착성이 좋다는 점과 내열성이 우수하다는 점에서, 사이징제로서 바람직하다. 이 아크릴수지를 단독으로 사용하여도 좋으나 우레탄수지나 에폭시수지와 병용해서 사용하는 것도 좋다.

또한, 탄소단섬유의 집속성을 보다 향상시키기 위해서는 실란커플링제와 같은 반응성의 사이징제를 0.05∼3중량％의 범위에서 첨가하는 것도 유효하다.

본 발명에 있어서, 우레탄수지라 함은, 디이소시아네이트와 이소시아네이트기와 반응성의 수소원자를 갖는 화합물 폴리올의 부가중합에 의하여 얻어진다.

디이소시아네이트로서는, 예컨대, 톨릴렌디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트, 1-1-6헥사메틸렌디이소시아네이트, 헥산디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트가 열거된다.

폴리올로서는, 제1의 폴리올은, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 글리세린, 헥산디올, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨 등의 다가알콜에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등의 알킬렌옥사이드의 1종 또는 2종이상을 부가중합시킨 말단에 히드록실기를 갖는 폴리에테르폴리올이나, 레조르시놀, 비스페놀과 같은 다가페놀류의 알킬렌옥사이드부가중합물, 숙신산, 아디핀산, 푸말산, 말레인산, 글루타르산, 아젤라인산, 프탈산, 텔레프탈산, 다이머산, 피로메리트산 등의 다염기성 카르복실산류의 알킬렌옥사이드부가중합물 등이다.

제2의 폴리올은 폴리에스테르폴리올로서, 다가알콜과 다염기성 카르복실산의 축합물, 히드록시카르복실과 다가알콜의 축합물 등이고, 다가알콜, 다염기성 카르복실산으로서의 상술한 것을 사용할 수 있다.

제3의 폴리올은, 폴리에스테르에테르폴리올로서, 상기 폴리에스테르에 알킬렌옥사이드를 부가중합시킨 폴리에테르를 다염기성 카르복실산으로 축합시킨 말단에 히드록실기를 갖는 폴리에스테르폴리에테르 등, 또한, 상기 폴리올성분으로서 분자 중에 폴리카보네이트골격을 갖는 폴리카보네이트폴리올을 함유하는 폴리카보네이트계 우레탄수지 등을 열거할 수 있다.

에폭시수지로서는, 아민류, 페놀류 등을 전구체로 하는 에폭시수지가 바람직하다.

구체적으로는, 아민류를 전구체로 하는 에폭시수지로서, 테트라글리시딜디아민디페닐메탄, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜아미노크레졸이 열거된다. 페놀류를 전구체로 하는 에폭시수지로서는, 비스페놀A형 에폭시수지, 비스페놀F형 에폭시수지, 비스페놀S형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 레조르시놀형 에폭시수지가 열거된다.

에폭시수지는, 대부분이 수불용성인 것이므로 수분산계로서 사용된다. 이때, 고분자량의 에폭시수지에 저분자량의 에폭시수지를 병용하면 분산안전성이 향상한다. 또한, 사이징제를 부여한 섬유의 유연성도 향상하고, 공정통과성이 좋게되어 바람직하다. 구체적으로는, 에폭시수지의 분자량이 에피비스타입에서 300∼500의 액상 에폭시화합물과 분자량이 800∼2000의 고상체 에폭시화합물이 각각의 중량비로 50:50∼5:95의 범위의 것이 바람직하다. 액상 에폭시가 너무 많으면 집속성이나 내열성이 저하한다.

아크릴수지로서는 아크릴산계, 아크릴산에스테르계, 메타크릴산에스테르계 등의 중합체가 주성분이고, 이것을 변성한 것도 포함되나, 특히 이들에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는 닛뽄아크릴가가쿠사제의 프라이멀 HA-16, HA-8, E-356 등이 열거된다.

본 발명에 있어서의 사이징제의 부여방법은, 탄소섬유속을 주행시키면서 사이징제액에 침지하는 딥방식, 또는 롤러표면에 부착시킨 사이징제액을 주행하고 있는 탄소섬유속에 접촉시키는 키스롤방식, 또는 탄소섬유가 주행하고 있는 가이드의 접촉부분에 설치한 구멍 또는 슬릿의 가이드로부터 사이징제액을 송출하여 부여하는 가이드급유방식에 의해 사이징제를 부여하는 것이 바람직하다. 특히, 가이드급유방식은 함액율의 제어성과 섬유속의 형태제어의 관점에서 바람직하다. 가이드로서 설치한 구멍 또는 슬릿으로부터 필요량을 토출시키는 것에 의해, 용이하게 설정된 함액율로 제어할 수 있고, 가이드폭에 의해 섬유폭의 규제를 안정하게 행할 수 있다. 이 경우, 가이드는 1개 또는 2개 이상 설치하여도 좋고, 편평상의 탄소섬유 속의 편면 또는 양면에 부여한다. 부여한 후, 표면의 사이징제액이 섬유속 내부로 침투하기 쉽게 하기 위해, 롤러로 당기면서 주행시켜도 좋다. 또한 사이징제액을 부여하고 나서 10초 이상 체류시키면, 섬유속 내로 침투하기 쉽게 되어 보다 바람직하다.

또한, 바람직한 함액율 제어방법은 노즐 구멍을 사용하는 방법이다. 사이징제액에 탄소섬유를 침지시킨 후, 소정 지름의 노즐 구멍을 통과시켜 함액율을 결정하는 방법이다. 이 경우, 탄소섬유의 단위 중량(g/m)과 비중에서 계산되는 탄소섬유속의 단면적(㎠)을 노즐 구멍의 면적(㎠)으로 나눈 값이 0.4∼0.7로 되는 노즐 구멍 지름인 것이 바람직하다. 이 방법에 의한 경우, 일단, 다량으로 부착된 사이징제액을 짜냄과 아울러 섬유속안까지 균일하게 사이징제액을 침투시킬 수 있다.

이외에 함액율 규제방법으로서, 닙롤러로 사이징제액을 부여한 탄소섬유속을 조이는 방법이나, 노즐 구멍으로부터 분출되는 압축 공기에 의하여 일단 과도하게 사속(絲束)에 부착시킨 사이징제액을 불어날리는 방법 등도 있다.

사이징제액을 함침시킨 후, 절단될 때까지 섬유 속의 장력과 형상, 특히 섬유속의 폭의 제어는, 촙드 탄소섬유의 유동성이나 집속성에 영향을 주므로 중요하다. 그 때문에, 여러 가지의 가이드, 홈이 있는 롤러 등을 배치하여 5,000∼20,000D/㎜의 범위에 있어서, 목표의 충전밀도로 조정시킨 후 절단한다. 충전밀도는 섬유 속의 총섬도(D)를 섬유속 폭(섬유축과 직경방향의 길이(㎜))으로 나눈 값이다.

본 발명에 있어서는, 탄소섬유속에 있어서의 탄소섬유의 충전밀도를 5,000∼20,000D/㎜의 범위로 하여 사이징제를 부여할 필요가 있다.

탄소섬유의 충전밀도를 5,000D/㎜미만의 상태로 함액율을 제어하여도 집속성은 충전밀도지배에 의해 높게 되기 어렵다. 또 20,000D/㎜를 넘은 상태에서 사이징제액을 부여하면, 액이 섬유속 내부까지 충분히 침투하는 데에 시간이 걸리기 때문에, 연속적인 프로세스에서는 함침얼룩이 생기고, 집속성이 저하된다.

본 발명에 있어서의 절단 시의 함액율 및 건조 전의 함액율이 각각 10∼35중량％, 15∼45중량％로 다르게 되어 있는 것은, 각각의 공정에서의 프로세스성과 최적 함액율의 관계가 다르게 되어 있기 때문이다. 즉, 절단 시의 함액율은 절단 시의 전단력(해섬작용)에 의하여 섬유속이 세분단화(細分斷化)하는 것, 극단적인 경우로서 단섬유를 분단하는 것과 커터날에의 촙드섬유의 부착을 방지하는데 있다. 한편, 건조에 제공할 때의 함액율은, 액의 표면장력의 작용에 의하는 것이나, 섬유속의 집속성이 높게 되는데 있다. 그리고, 표면장력은 함액율이 많을 수록 크게 되어, 건조 후의 집속성이 높아지게 된다.

상기의 이유에서, 젖은 실을 커터로 촙드 탄소섬유에 절단할 때의 함액율은 10∼35중량％의 범위가 되도록 제어한다. 바람직하게는, 15∼25중량％의 범위이다. 35중량％를 넘으면 촙드 탄소섬유끼리 접착하여 유동성이 나쁘게 되며, 절단 시에 커터날이나 롤러에 부착하여 절단공정에서 트러블을 일으키기 쉽게 된다. 또, 함액율이 10중량％ 미만이면, 절단공정에서의 전단력으로 탄소섬유가 해섬하기 쉽게 되므로 바람직하지 않다. 이어서, 건조 전의 함액율은 15∼45중량％의 범위로 제어할 필요가 있다. 바람직하게는 25∼35중량％이다. 45중량％를 넘으면 건조 부가가 크게 되던가 건조기가 오염되기 쉽다는 등의 경향이 있다. 15중량％ 미만에서는 집속성이 저하하는 경우가 있다.

또, 본 발명은 젖은 실 절단후에 물 또는 사이징제액을 추가부여한 경우에서도 물이 증발할 때에 집속효과를 발휘할 수 있는 것을 발견한 점에도 특징이 있다. 즉, 10중량％ 미만의 낮은 함수율인 채로 절단하면, 상술한 바와 같이 커터의 전단력에 의하여 사속이 해섬하기 쉬워, 집속성이 좋은 촙드섬유를 얻는 것이 곤란하게 되나, 절단후, 건조 전의 사속에 물 또는 사이징제액을 추가부여 건조함으로써, 집속성이 양호한 촙드 탄소섬유가 얻어지는 것이다. 이 경우, 추가부여하는 것으로서는 물이 비용의 점에서 최적이나, 집속효과를 기대할 수 있는 수계 사이징제라면 어느 것이라도 좋다. 또한, 여기에서 말하는 수계 사이징제라 함은, 수용성 사이징제나 물에멀전과 같은 것을 가르키나, 소량의 유기용제를 함유하고 있어도 좋다.

본 발명에 있어서, 함액율이란, 건조후의 탄소섬유중량에 대한 사이징제액 중량의 비율이다.

이때의 사이징제액의 농도는 목표의 사이징제 부착율이 되도록 설정할 필요가 있다. 통상, 0.3∼10중량％가 채용되고 있다.

젖은 실을 절단하는 방법으로서는, 로빙커터(roving cutter) 등의 로타리식 커터나, 길로틴 커터(guillotine cutter)등 통상 사용되고 있는 커터를 사용할 수가 있다. 또한, 절단 시에 롤러 등의 회전부에 부착되려고 하거나, 또는 부착된 절단 섬유를 브러쉬 등으로 제거하여, 부착방지하는 것도 바람직하다. 절단 시의 적정범위의 꼬임수, 충전밀도 및 함액율로 함으로써, 임의의 확율로 촙드 탄소섬유가 섬유축 방향으로 분단되어, 유동성이나 집속성이 개선된 촙드섬유가 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 또한 절단된 촙드섬유를 건조할 때에 진동을 가하면서, 더욱 바람직하게는 유동화 상태하에서 열풍건조한다. 젖은 촙드 탄소섬유를 오븐에서 건조할 때에 진동을 가함으로써, 편평상으로 절단된 촙드 탄소섬유의 섬유속편끼리의 접합을 방지할 수 있음과 아울러, 섬유축 방향으로 분단시킴으로써, 편평율이 작은 촙드 탄소섬유로 되어, 유동성이 풍부한 형상으로 된다. 진동수로서는 5∼25사이클/초에서 진폭 3∼10㎜가 바람직하다. 또, 건조 속도도 유동성을 확보하기 위해 적정화가 도모되고 있다.

이와 같이 하여 제조된 촙드 탄소섬유는, 섬유축 방향으로 분단의 결과, 촙드섬유의 집합체를 구성하는 하나 하나의 섬유속, 즉, 단섬유속편의 크기, 중량 또는 단섬유 개수가 있는 분포를 가지지만, 평균치가 작게 되어 유동성이 개선된 것이 된다.

섬유속을 길이 수㎜로 절단하면, 그 형상은 제조방법에 의하여 달라지지만 원주상 또는 평판상(프레이크상)이 된다. 특히 굵은 섬유속을 원료로 한 경우, 사이징제액의 함침공정, 절단공정 등의 프로세스 상의 제약에서 평판상, 특히 대략 직사각형 평판 형상이 되는 것이 통상이다. 이 평판의 편평율이 높을수록 유동성은 낮으므로, 될 수 있는 한, 편평율이 적은 형상으로 하는 것이 요구되고 있다.

본 발명에 의하여 얻어진 촙드 탄소섬유의 뛰어난 유동성 및 집속성은, 본 발명자들의 새로운 기술적 지식에 의하여 설명할 수 있다. 이하 그 기술적 식견에 대하여 설명한다.

즉, 유동성 및 집속성의 지표로서, 부피밀도 또는 안식각을 단독으로 사용하는 것이 아니고, 부피밀도를 안식각의 정접치로 나눈 값이 유동성의 지표로 최적이다. 그러나, 촙드탄소섬유의 안식각의 측정치는 불균형이 크다는 문제가 있고, 다시 검토를 거듭한 결과, 부피밀도를 안식각의 정접치로 나눈 값과 실질적으로 동등의 물리량인 W₁ ²/K·W₂의 쪽이 세밀하게 유동성을 평가할 수 있다는 것이 판명되어서, 이 값이 특정범위에 있다는 것에서, 특히 뛰어난 유동성을 나타내는 것을 알게 되었다.

부피밀도를 안식각의 정접치로 제한값과, W₁ ²/K·W₂가 동등의 물리량이라는 것은 수식적으로 다음과 같이 구해진다.

부피밀도 = W₁ / V₁

V₁ : 용적(이 경우 200㎤)

안식각 = tan^-1 (h/r)

h : 퇴적시의 저면부터 정점까지의 높이

r : 측정가대의 반경(이 경우 4㎝)

측정가대 상의 촙드섬유의 중량(W₂)일 때의 안식각은 다음과 같이 나타내어 진다.

W₂= (1 / 3) × π × r² × h × (W₁ /V₁)

h = r× tan(안식각)이므로, tan(안식각)는 다음식으로 나타내어진다.

tan(안식각) = 3W₂V₁ / (π r³W₁)

따라서, 부피밀도를 안식각의 정접치로 나눈 값은 다음과 같이 된다.

부피밀도/tam(안식각) = (W₁ / V₁) / (3W₂V₁ / (π r³W₁)) = W₁ ² / K· W₂

여기에서, V₁을 200㎤, r을 4㎝로 한 경우, K=3V₁ ²/(π r³)=597이 된다.

안식각의 측정정도에 비하여 W₂의 측정정도는 높기 때문에, 이것은 유동성의 지표로서 극히 실용적이다.

그리고, 안식각 및 부피밀도에 관한 일반적 기술설명은 다음과 같다.

촙드섬유의 호퍼에 있어서의, 자중(自重) 하에서의 유동성은 벽면과 섬유속사이 및 섬유속끼리 간의 마찰계수, 자중에 의하여 발생하는 압력 및 벽면에서 발생하는 전단응력에 의하여 결정된다. 전단응력이 마찰력 이상으로 되면, 미끄러짐이 시작되어 운동이 일어난다. 전단응력 및 마찰력은 직접적이지는 않으나 각각 부피밀도 및 안식각으로 근사할 수 있는 물리량이다. 종래부터 촙드 탄소섬유의 특성치로서 부피밀도 및 안식각이 사용되고 있는 것은 이 때문이다.

그런데, 부피밀도는 촙드섬유를 구성하여 부여한 사이징제의 밀도 및 부착율, 탄소섬유의 밀도 및 공극률로 결정되고, 안식각은 단섬유속편의 크기, 표면평활성, 흡습성 및 형상 등으로 결정되는 특성이 있으므로, 부피밀도와 안식각은 본래 독립으로 변할 수 있는 값이고, 상술한 부피밀도와 안식각의 상관은 한정된 조건 하에서의 현상이다.

본 발명의 촙드 탄소섬유를 강화제로서 사용함으로써, 뛰어난 탄소섬유 강화 수지를 제조할 수가 있다.

그 때, 매트릭스로 하는 것에 적합한 열가소성 수지로서는, ABS, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 변성폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤 또는 이들 수지의 알로이(alloy) 등, 거의 모든 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지조성물은 상기의 접속처리된 탄소단섬유 3∼70중량％, 상기의 매트릭스수지 97∼30중량％로 이루어지는 것이 일반적이다.

이하에, 실시예에 따라서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서 사용한 측정방법에 대하여 설명한다.

[단섬유속편의 중량 구하는 방법]

수순1. 시료로부터 무작위로 샘플링한 100개의 탄소섬유속편에 대하여 0.1㎎까지 칭량할 수 있는 전자 천칭으로 칭량하여, 단섬유속편의 중량을 구하였다. 정법에 따라 그 평균치를 구하였다.

[단섬유속편의 섬유길이방향의 단위길이당의 평균중량의 구하는 방법]

수순2. 절단길이를 측정하고, 그 평균치를 사용하여 수순1에서 구한 개개의 값을 나누어 단섬유속편의 섬유길이방향 단위길이당의 평균중량을 구하였다. 이어서, 정법에 따라서 변동율(CV치=표준편차/평균치)을 구하였다.

[단섬유속편의 한변의 길이 구하는 방법]

중량측정을 행한 탄소섬유속편에 대하여 투영면적과 그 둘레길이를 컴퓨터에 의한 후술의 화상처리에 의하여 측정하고, 섬유축방향과 직각방향의 변의 길이를 둘레길이와 수순2에서 구한 평균절단길이를 사용하여 산출하였다. 정법에 따라, 각각의 평균치 및 변동율을 구하였다.

[화상처리]

촙드 탄소섬유속편의 폭형상의 평가법은, 보다 정확하게 측정하기 위해 컴퓨터의 화상처리를 사용하여 행하였다. 화상처리에 사용한 기기는 Macintosh 7600/132, 화상취입용의 스캔으로서 EPSON G-6000을 사용하였다. 먼저, 섬유속편을 하나씩 중량측정 후, A-4사이즈의 종이의 위에 늘어놓고, 측정N수는 50∼100으로 하였다. 그 상으로부터, 스프레이풀을 분무하여 고정 후, 투명필름을 붙였다. 이때에 정확한 면적을 이미 알고 있는 흑색을 칠한 정방형을 기준용으로 첨부한다. 화상처리의 단위는 픽셀이기 때문에, 보정용으로 밀리미터의 블랭크가 필요하게 된다. 이것을 EPSON G-6000의 화상처리기 위에 올려놓고, Adobe photoshop TM3.OJ 소프트웨어에 취입하고 기억시킨다. 다음에, NIHimagel.55 소프트웨어 상에 첨부하여 화상해석한다. 단순하게 폭만을 해석하는 소프트웨어가 아니기 때문에, Perimeter/Length에서 둘레길이를 픽셀로 구하고, 보정용으로 첨부한 어떤 사이즈의 것으로 밀리미터단위로 보정한다. 이 보정치에서 절단한 길이의 양변을 마이너스하여, 2로 나누면 한변의 폭의 사이즈를 화상해석할 수 있다. 이와 같이 화상처리로 평가하는 방법은, 기타의 방법으로도 생각할 수 있으며, 다른 방법이라도, 본 방법과 비교를 할 수 있으면 특히 문제는 없다.

유동성의 지표산출에 필요한 W₁, W₂의 측정은 다음과 같이 행하였다.

[W₁ ²/K₁, W₂의 구하는 방법]

(1) W₁의 측정=500cc메스실린더에 200cc의 단섬유속을 투입하고, 3㎝의 높이로부터 10회 낙하시킨 후, 메스실린더 내의 단섬유속의 최상부의 눈금을 판독하여 체적을 구하고, 낙하 충전 후의 체적 200cc의 중량을 비례계산으로 구하고, 이것을 W₁(g)로 한다.

(2) W₂의 측정=직경 8㎝, 높이 5㎝의 평활하고 청정한 수평한 측정대 중심부로부터 시료를 소량씩 낙하시키고, 측정대로부터 시료가 넘쳐 떨어지고, 그 이상 퇴적하지 않게 될 때의 측정대 상의 시료 중량을 W₂(g)로 한다. 또한, 시료의 낙하는 측정대 면상 또는 퇴적시료 최상부로부터 1에서 2㎝의 높이를 유지하면서 행한다.

(3) 정법에 따라, W₁ ²/K₁, W₂를 산출하였다.

[집속성의 평가]

강제교반 테스트로 행하였다. 즉, 1000㏄비이커에 200㏄의 탄소섬유를 투입하고, 교반모우터에서 100rpm으로 30분간 교반하고, 상술의 방법으로 부피밀도를 측정산출하고, 0.4/㎠ 이하로 되는 것은 집속성이 불량으로 판정하는 방법에 의하였다.

[유동성의 평가]

실기테스트에 의해 계량성이 불안정하게 되면 유동성불량으로 판정. 또한, 양호한 계량성이라 함은, 성형품의 섬유함유율이 원하는 값으로 안정제어 할 수 있는 것을 말한다.

(실시예 1)

필라멘트수 70,000개, 총섬도 49,500D, 1차 사이징제로서 에폭시계 사이징제(비스페놀A디글루시딜에테르인 유화셀제 Ep828과 Ep1001의 등량혼합물을 유화제를 사용하여 물분산할 것)를 1.5중량％ 부여하고, 건조 후, 보빈에 감아올린 단위 중량 5.5g/m의 실질적으로 무연의 탄소섬유속을 15㎝/분의 속도로 인출하고, 필름 100％ 인장탄성율이 1.5㎫의 폴리우레탄계 수분산계 사이징제를 순수성분으로 5% 함유한 욕(浴) 중으로 도입하고, 사이징제액을 부여하였다. 그 후, 구멍 지름 2.6㎜의 노즐로 짜서, 함액율 30%, 섬유속폭 8,300D/㎜로 조정하고, 이 섬유를 로빙커터에 도입하여, 길이 6㎜로 절단처리하였다. 이어서, 이 함액율 30%의 촙드섬유를 오븐의 금망을 진동수 16사이클/초, 진폭 6㎜로 진동시키면서 190℃에서 5분간 건조시켜서, 사이징제 부착율 3.2중량%의 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 양호하고, 계량성에 전혀 문제없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 2)

필라멘트수 70,000, 총섬도 49,500D, 1차 사이징제로서 에폭시계 사이징제(비스페놀A디글루시딜에테르인 유화셀제 Ep828과 Ep1001의 등량혼합물을 유화제를 사용하여 물분산시킨 것)을 1.5중량% 부여하여 건조 후, 보빈에 감아올린 단위 중량 5.5g/m의 실질적으로 무연의 탄소섬유속을 15m/분의 속도로 인출하고, 폭 10㎜, 길이 100㎜의 홈을 갖는 가이드 급유장치에 접촉시키면서 장력 2kg에서 주행시켰다. 이 가이드 급유장치의 급유슬릿으로부터 사이징제액을 함액율이 30중량%가 되도록 계량공급하고, 실시예1의 사이징제를 탄소섬유에 부여하였다. 이어서, 지그재그로 늘어놓은 5개의 롤러로 잡아당긴 후, 섬유속폭을 8,300D/㎜로 조정하여, 로빙커터에 도입하여, 길이 6㎜로 절단처리하였다. 다음에 이 함액율 30%의 촙드섬유를 오븐의 금망을 진동수 16사이클/초, 진폭 6㎜로 진동시키면서 190℃에서 5분간 건조시켜서, 사이징제가 3.2중량% 부여된 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용해서 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 양호하고, 계량성에 전혀 문제없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 단섬유속편의 중량 및 폭의 분포를 도 1에 나타내었다.

(실시예 3)

실시예 2에 있어서, 건조 시의 진동조건을 진동수 16사이클/초, 진폭 3㎜로 한 것 이외에는, 같은 조건으로 실시하여, 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용해서 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 실시예 2보다도 유동성이 약간 낮아졌으나, 계량성에 전혀 문제가 없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 단섬유속편의 중량 및 폭의 분포를 도 2에 나타내었다.

(실시예 4)

필라멘트수 70,000, 총섬도 49,500D, 1차 사이징제로서 에폭시계 사이징제(비스페놀A디글루시딜에테르인 유화셀제 Ep828과 Ep1001의 등량혼합물을 유화제를 사용하여 물분산시킨 것)를 1.5중량% 부여하여 건조 후, 보빈에 감아올린 단위 중량 5.5g/m의 실질적으로 무연의 탄소섬유를 15m/분의 속도로 인출하고, 폭10㎜, 길이 100㎜의 홈을 갖는 가이드 급유장치에 접촉시키면서 장력 2㎏로 주행시켰다. 이 가이드 급유장치의 급유슬릿으로부터 사이징제액을 함액율이 20중량%로 되도록 계량공급하고, 실시예 1의 사이징제액을 탄소섬유에 부여하였다. 이어서, 지그재그로 늘어놓은 5개의 롤러로 잡아당긴 후, 섬유속폭을 8,300D/㎜로 조정하고, 로빙커터에 도입하여, 길이 6㎜로 절단하였다. 이어서, 오븐 중에 있는 금망 위에 절단된 실을 펼친 후, 분무기로 절단된 실에 구석구석까지 물을 분무하고, 먼저 부여한 사이징제액과 합쳐서 함액율이 30중량%가 되도록 처리하였다. 이어서, 실시예 2와 동일한 방법으로 건조하여, 사이징제가 3.5중량% 부여된 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 계량성에 문제 없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 5)

실시예 4에 있어서, 1차 사이징제를 부여하지 않은 탄소섬유인 것 이외에는 동일한 방법으로 사이징제 부착율 1.5중량%의 촙드 탄소섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 실시예4와 대부분 변함 없이, 문제없게 프로세스할 수 있었다.

(실시예 6)

실시예 2에 있어서, 가이드급유장치에서 부여하는 사이징제가 아크릴수지(닛폰아크릴가가쿠샤제의 프라이머 HA-8)인 것 이외에는 같은 조건으로 사이징제 부착율 3.3중량%의 촙드섬유를 얻었다. 이것을 호퍼용량 3001의 압출기를 사용하여 나일론수지에 콤파운드하였던 바, 호퍼 내의 운동성은 양호하고 계량성에 전혀 문제가 없었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교예 1)

실시예 2에 있어서, 진동하지 않고 건조한 것 이외는 같은 조건에서 실시하여, 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용하여, 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 나쁘고, 폐색을 가끔 일으켜 안정하게 프로세스할 수 없었다. 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 단섬유속편의 중량 및 폭의 분포를 도 3에 나타내었다.

(비교예 2)

실시예 2에 있어서, 섬유속폭을 3,300D/㎜로 조정한 것 이외에는 같은 조건으로 실시하여 촙드 탄소섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 낮아, 전혀 프로세스할 수 없었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 7)

실시예 2에 있어서, 섬유속 폭을 5,800D/㎜로 조정한 것 이외에는, 같은 조건으로 실시하여 촙드 탄소섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 실시예2보다도 유동성이 조금 낮았으나, 계량성에는 문제없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 8)

실시예 2에 있어서, 사이징제액을 절단 시 및 건조 전의 함액율이 35중량%가 되도록 계량공급한 것 이외는, 같은 조건으로 실시하여, 촙드섬유를 얻었다. 절단 시의 날에의 탄소섬유 절단편의 부착이 일어나므로, 부착하는 탄소섬유를 긁어 떨어뜨리기 위한 브러쉬를 부착함으로써, 절단공정의 프로세스성을 유지하였다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 양호하고, 계량성에 전혀 문제없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(실시예 9)

실시예 2에 있어서, 사이징제액을 절단 시 및 건조 전 함액율이 모두 20중량%로 되도록 계량공급한 것 이외에는 같은 조건으로 실시하여, 촙드섬유를 얻었다. 절단 시의 날에의 탄소섬유 절단편의 부착이 없고, 절단공정의 프로세스성은 극히 양호하였다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 실시예 5보다 유동성이 약간 낮았으나 계량성에는 문제없이 프로세스할 수 있었다. 결과를 표 1에 나타내었다.

(비교예 3)

필라멘트수 70,000D, 총섬도 49,500D, 1차 사이징제로서 에폭시계 사이징제((비스페놀A디글루시딜에테르인 유화셀제 Ep828과 Ep1001의 등량혼합물을 유화제를 사용하여 물분산시킨 것)를 1.5중량% 부여하고, 건조 후 보빈에 감아올린 단위 중량 5.5g/m의 실질적으로 무연의 탄소섬유속을 15m/분의 속도에서 인출하고, 폭 10㎜, 길이 100㎜의 홈을 갖는 가이드 급유장치에 접촉시키면서 장력 2kg로 주행시켰다. 이 가이드 급유장치의 급유 슬릿으로부터 순수성분 10중량%의 사이징제액을 절단 시의 함액율이 10중량%가 되도록 계량공급하여, 실시예 1의 사이징제를 탄소섬유에 부여하였다. 이어서, 지그재그로 늘어놓은 5개의 롤러로 잡아당긴 후, 섬유속 폭을 8,300D/㎜로 조정하고, 로빙커터에 도입하여, 길이 6㎜로 절단처리하였다. 다음에 이 함액율10%의 촙드섬유를 오븐의 금망을, 진동수 16사이클/초, 진폭 3㎜로 진동시키면서, 190℃에서 5분간 건조시켜 사이징제 부착량 2.4%의 촙드섬유를 얻었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성이 낮아서, 전혀 프로세스할 수 없었다. 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 건조조건을 실시예 1과 같게 하면, 일부 단섬유상으로 되어서 계외로 비산되는 프로세스 상의 문제가 있었다.

(비교예 4)

실시예 1에 있어서 절단 시 및 건조 전의 함액율을 45중량%로 한 것 이외는 같은 조건에서 실시한 바, 절단날 주위에 촙드섬유의 부착이 많고, 미절단이 다수 발생하여, 원하는 촙드 탄소섬유가 얻어지지 않았다.

(비교예 5)

실시예 4에 있어서 가이드급유장치로부터 사이징제액을 부여하여, 절단 시의 함액율이 7중량%가 되도록 하는 것, 분무기로 촙드섬유에 구석구석까지 물을 분무하여, 먼저 부여한 사이징제액과 합쳐서 건조건의 함액율이 40중량%가 되도록 처리한 것 이외는 같은 조건으로 실시한 바, 절단의 충격에 의하여 세분화된 촙드섬유 속이 건조 시에 서로 접착한 합체된 촙드 탄소섬유가 생기고 있었다. 이것을 사용하여 호퍼용량 0.3㎥의 압출기를 사용하여 프로세스성의 테스트를 행한 바, 유동성에 안정성이 없고, 공급안정성에 문제가 있었다.

본 발명의 촙드 탄소섬유를 강화제로서 사용함으로써, 뛰어난 탄소섬유 강화 수지를 제조할 수 있다.

도 1은 실시예2에 있어서의 특성의 평가결과를 표시하는 그래프이다.

도 2는 실시예3에 있어서의 특성의 평가결과를 표시하는 그래프이다.

도 3은 비교예1에 있어서의 특성의 평가결과를 표시하는 그래프이다.

Claims

사이징제가 부여된 촙드 탄소섬유(chopped carbon fiber)의 집합체로서, 그 집합체의 구성단위인 단섬유속편(短纖維束片)의 섬유길이방향의 단위길이당의 평균중량이 1.7∼4㎎/㎜의 범위에 있고, 또한, 그 섬유길이방향의 단위길이당의 중량 분포에 있어서의 변동율이 30∼60%인 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.
제1항에 있어서, 단섬유속편의 중량이 평균중량의 2배 이상인 것의 개수 및 1/3배 이하인 것의 개수의 전체 개수에 대한 비율이 각각 10% 미만인 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단섬유속편의 횡단면형상이 대략 직사각형이고, 그 한변의 길이에 분포가 있고, 그 평균치가 1.5∼6㎜의 범위, 변동율이 25∼40%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.
제1항 또는 제2항에 있어서, 사이징제가 우레탄수지, 아크릴수지, 에폭시수지를 단독 또는 혼합시킨 수지를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.
하기 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.

0.5 ≤ W₁ ²/ (K·W₂) ≤ 1.5

K : 정수=597

W₁ : 용적 200㏄의 용기에 충전시킨 때의 중량(g)

W₂ : 직경 8㎝의 평평한 스테인레스제 측정대 위에 퇴적가능한 최대중량(g)
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유.

0.5 ≤ W₁ ²/ (K·W₂) ≤ 1.5

K : 정수=597

W₁ : 용적 200㏄의 용기에 충전시킨 때의 중량(g)

W₂ : 직경 8㎝의 평평한 스테인레스제 측정대 위에 퇴적가능한 최대중량(g)
필라멘트수가 20,000∼150,000개인 범위의 연속 탄소섬유속(炭素纖維束)에, 수분산계 사이징제를 함유하는 사이징제액을 부여하는 공정;

충전밀도 5,000∼20,000D/㎜의 범위로 제어하는 공정;

절단 시의 함액율이 10∼35중량%인 젖은 상태로 탄소섬유속을 절단하는 공정, 및

건조 전의 함액율이 15∼45중량%인 상태로 진동 하에서 건조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항에 있어서, 절단 시, 건조 전 모두 함액율이 15∼35중량%인 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항에 있어서, 절단 시의 함액율이 10∼30중량%인 젖은 상태로 탄소섬유속을 절단하는 공정; 및

건조 전에 물 또는 사이징제액을 촙드 탄소섬유속에 추가부여함으로써, 건조 전의 함액율이 25∼45중량%로 되도록 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제9항에 있어서, 건조 전에 물 또는 사이징제액을 촙드 탄소섬유속에 추가부여하는 공정이 분무에 의하여 행하여지는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항에 있어서, 사이징제액을 부여한 연속섬유속을 노즐 구멍을 통과시킴으로써 함액율을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항에 있어서, 사이징제액을 가이드를 개재시켜 공급하는 가이드급유에 의하여, 연속 탄소섬유속에 사이징제를 부여하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한항에 있어서, 사이징제액으로 젖은 상태인 채로 절단된 단섬유속편을 1초간에 5사이클∼12사이클의 범위로 진동시키면서 열풍건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한항에 있어서, 절단하기 직전의, 사이징제액으로 젖은 탄소섬유속의 충전밀도가 8,000~15,000D/㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 촙드 탄소섬유의 제조방법.