JP2003292633A - 炭素繊維ストランド、及び炭素繊維強化不飽和マトリックス樹脂 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不飽和マトリックス樹脂との接着性に優れ、
炭素繊維強化複合材料の物性に優れ、工業的に複合材料
成形性に優れた炭素繊維ストランド、並びに、炭素繊維
強化不飽和マトリックス樹脂を提供する。 【解決手段】 ビニルエステル樹脂を３０質量％以上含
むサイズ剤が付着されてなる不飽和マトリックス樹脂用
の炭素繊維ストランドであって、テンション２００ｇｆ
時における走行時扁平率（幅／厚み）が２５〜７０であ
る炭素繊維ストランド、並びに、前記繊維ストランドに
よって強化された不飽和マトリックス樹脂。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂強化用炭素繊
維、及び前記炭素繊維によって強化された、不飽和ポリ
エステル樹脂やビニルエステル樹脂等の不飽和マトリッ
クス樹脂に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維は他の繊維と比較し、強度や弾
性率が高く、軽いという特徴を有するため、航空宇宙産
業を始めとし、各種の産業に利用されている。また、主
に熱可塑性樹脂や本発明に関連する熱硬化性樹脂をマト
リックス樹脂とする複合材料の強化材として使用されて
いる。

【０００３】熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複
合材料を製造する方法としては、中間基材であるプリプ
レグを用いて賦形成型する方法の外、引抜成形、レジン
トランスファーモールディング（ＲＴＭ）法、フィラメ
ント・ワインディング（ＦＷ）法、シート・モールディ
ング・コンパウンド（ＳＭＣ）法、バルク・モールディ
ング・コンパウンド（ＢＭＣ）法、ハンドレイアップ法
などがある。

【０００４】熱硬化性のマトリックス樹脂としてはエポ
キシ樹脂のほか、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエス
テル樹脂等の不飽和マトリックス樹脂が使用される。

【０００５】不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル
樹脂は一般的にスチレン等の重合性モノマーと共に使用
され、エポキシ樹脂に比べ粘度が低いことや硬化速度が
速く、ＲＴＭや引抜成形によって製造される複合材料の
マトリックス樹脂として広く利用されている。

【０００６】しかしながら、不飽和ポリエステル樹脂や
ビニルエステル樹脂をマトリックス樹脂とした複合材料
の強化材として、従来のエポキシ樹脂サイズ剤を付与し
た炭素繊維を使用した場合、得られる複合材料における
物性が、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とした複合材
料と比較して低い場合がある。具体的には諸物性のう
ち、炭素繊維と、不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエ
ステル樹脂との接着性、特に剪断強度がエポキシ樹脂に
比較して低く、複合材料としては実用し難いものとなる
場合がある。

【０００７】炭素繊維と不飽和マトリックス樹脂との接
着性を向上させる技術としては、ビニルエステル樹脂を
炭素繊維に付着させる方法（特公昭６２−１８６７１号
公報）、不飽和基を有するウレタン化合物を炭素繊維に
付着させる方法（特開昭５６−１６７７１５号公報、特
開昭６３−５０５７３号公報）、末端不飽和基を有する
エステル化合物を炭素繊維に付着させる方法（特開昭６
３−１０５１７８号公報）が開示されている。しかし、
炭素繊維の形態や表面特性については考慮されていない
ため、その効果は不十分であった。

【０００８】また、表面官能基量を調整した炭素繊維に
イソシアネート基及び末端不飽和基を有する化合物を付
着させ、不飽和マトリックス樹脂との接着性を向上させ
る方法（特開平１１−９３０７８）が開示されている。
しかし、サイズ剤付着後の炭素繊維形態について考慮し
ていないため、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステ
ル樹脂が複合材料のマトリックス樹脂として広く使用さ
れる引抜成形の分野において、含浸不良や切断トラブル
等が発生しかねないのが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
を解決するために種々検討しているうちに、炭素繊維の
形態をストランド（数百本乃至数万本のフィラメントか
らなる繊維束）とし、この炭素繊維ストランドの走行時
扁平率を所定の範囲とし、且つビニルエステル樹脂を所
定量以上含むものをサイズ剤とすることにより、得られ
る炭素繊維ストランドが不飽和マトリックス樹脂系複合
材料に適した強化材となり得ることを知得し本発明を完
成するに至った。

【００１０】よって、本発明の目的とするところは不飽
和マトリックス樹脂との接着性に優れ、炭素繊維強化複
合材料の物性に優れ、工業的に複合材料成形性に優れた
炭素繊維ストランド及び前記繊維ストランドによって強
化された不飽和マトリックス樹脂を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載のものである。

【００１２】〔１〕 ビニルエステル樹脂を３０質量％
以上含むサイズ剤が０．３〜５．０質量％付着されてな
る不飽和マトリックス樹脂強化用の炭素繊維ストランド
であって、５ｍ／分の速度でテンション２００ｇｆ時に
おいてローラー掛けした後の走行時扁平率（幅／厚み）
が２５〜７０である炭素繊維ストランド。

【００１３】〔２〕 炭素繊維ストランドが１０００〜
５００００本の炭素繊維フィラメントからなる〔１〕に
記載の炭素繊維ストランド。

【００１４】〔３〕 炭素繊維ストランドの風合い度が
１５０〜１５００ｇｆ／ｍｍ²である〔１〕に記載の炭
素繊維ストランド。

【００１５】〔４〕 炭素繊維ストランドのスチレン溶
媒中の分散不良度が１００００本の炭素繊維フィラメン
ト当たり３〜５０である〔１〕に記載の炭素繊維ストラ
ンド。

【００１６】〔５〕 ビニルエステル樹脂がビス系メタ
クリル型ビニルエステル樹脂である〔１〕に記載の炭素
繊維ストランド。

【００１７】〔６〕 炭素繊維ストランドを構成する炭
素繊維の、Ｘ線光電子分光法により測定される表面酸素
濃度比Ｏ／Ｃが０．１〜０．３である〔１〕に記載の炭
素繊維ストランド。

【００１８】〔７〕 〔１〕乃至〔６〕の何れかに記載
の炭素繊維ストランドによって強化されてなる炭素繊維
強化不飽和マトリックス樹脂。

【００１９】〔８〕 不飽和マトリックス樹脂が不飽和
ポリエステル樹脂又はビニルエステル樹脂であり、引抜
成形用に供されてなる〔７〕に記載の炭素繊維強化不飽
和マトリックス樹脂。

【００２０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の炭素繊維ストランドはサ
イズ剤が付着されてなり、このサイズ剤はビニルエステ
ル樹脂を３０質量％以上含む。このビニルエステル樹脂
は末端のみに反応性の不飽和基をもった鎖状高分子化合
物であり、例えばエポキシ樹脂と不飽和一塩基酸とによ
り合成することができる。

【００２２】本発明の炭素繊維ストランドに付着された
サイズ剤に含まれるビニルエステル樹脂は特に限定され
るものではないないが、ビス系メタクリル型ビニルエス
テル樹脂が靭性に優れることから特に好ましい。ビス系
メタクリル型ビニルエステル樹脂としては、例えば共栄
社化学株式会社製エポキシエステル３００２Ｍやエポキ
シエステル３０００Ｍ等が挙げられる。

【００２３】本発明の炭素繊維ストランドは、後述する
ように５ｍ／分の速度でテンション２００ｇｆ時におい
てローラー掛けした後の走行時扁平率が２５〜７０であ
り、特に３０〜６０が好ましい。走行時扁平率が２５未
満の場合は、繊維ストランド内部までマトリックス樹脂
を含浸させるのが困難であり、特に引抜成形のような走
行時に樹脂を含浸させる場合には極めて顕著であるので
好ましくない。また、走行時扁平率が７０を超える場合
は、引抜成形において樹脂浴から次工程のダイスへの樹
脂持ち込み量が多くなり、引抜テンションが高くなり、
最終的には切断等のトラブルを引き起こしやすくなるの
で好ましくない。

【００２４】ここで走行時扁平率は下記式（１）で定義
される。

【００２５】

【数１】 走行時扁平率 ＝走行時炭素繊維ストランド幅(Ｗ１)／炭素繊維ストランド厚み(Ｄ) （１） 本発明の炭素繊維ストランドは、炭素繊維フィラメント
を束ねたものであって、そのフィラメント数は１束当た
り１０００〜５００００本が好ましい。

【００２６】前記炭素繊維ストランドを構成する炭素繊
維は、原料としては特に限定するものではないが、ポリ
アクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素
繊維、レーヨン系炭素繊維等が例示できる。これらの炭
素繊維のうち、取扱性能、製造工程通過性能に適したＰ
ＡＮ系炭素繊維が特に好ましい。ここで、ＰＡＮ系炭素
繊維は、アクリロニトリル構造単位を主成分とし、イタ
コン酸、アクリル酸、アクリルエステル等のビニル単量
体単位を１０モル％以内で含有する共重合体を炭素繊維
化したものである。

【００２７】本発明の炭素繊維ストランドを構成する炭
素繊維は、マトリックス樹脂との接着性を高めるため
に、Ｘ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比
Ｏ／Ｃが０．１〜０．３であることが好ましい。

【００２８】表面酸素濃度Ｏ／Ｃが０．１未満の場合は
マトリックス樹脂との接着性が劣り、複合材料の物性低
下の原因となるので好ましくない。一方、表面酸素濃度
Ｏ／Ｃが０．３を超える場合は炭素繊維自体の強度が低
下するので好ましくない。

【００２９】炭素繊維の表面酸素濃度比Ｏ／Ｃを上記範
囲にするためには、炭素繊維の製造工程において、炭素
化処理終了後、表面処理を施すことが好ましい。

【００３０】かかる表面処理は、液相処理、気相処理な
どによる表面処理を挙げることができる。本発明におい
ては、生産性、処理の均一性、安定性等の観点から、液
相電解表面処理が好ましい。

【００３１】炭素繊維の表面処理を行う程度を管理する
ための指標としては、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によ
り測定される炭素繊維の表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが好まし
い。

【００３２】Ｏ／Ｃは一例として次の方法によって求め
ることができる。日本電子株式会社製Ｘ線光電子分光器
ＥＳＣＡ ＪＰＳ−９０００ＭＸにより、予めサイジン
グ剤を落とした炭素繊維を１０ー６Ｐａに減圧した測定
室中に入れ、Ｍｇを対極として電子線加速電圧１０ｋ
Ｖ、１０ｍＡの条件で発生させたＸ線を照射し、炭素原
子、酸素原子より発生する光電子のスペクトルを測定
し、その面積比を算出する。

【００３３】発生する光電子の割合は各元素により異な
り、この日本電子株式会社製Ｘ線光電子分光器ＥＳＣＡ
ＪＰＳ−９０００ＭＸの装置特性による換算係数は
２．６９である。

【００３４】表面処理を経た炭素繊維は、充分に洗浄し
電解質を除去した後、前述したサイズ剤を施すことが好
ましい。

【００３５】サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、
転写法等、既知の方法を採択し得るが、汎用性、効率
性、付与の均一性に優れることから、液浸法が特に好ま
しい。

【００３６】炭素繊維ストランドをサイズ剤液に浸漬す
る際、サイズ剤液中に設けられた液没ローラー又は液浸
ローラーを介して、開繊と絞りを繰り返し、ストランド
の芯までサイズ剤を含浸させることが好ましい。

【００３７】サイズ剤付与処理は、アセトン等の溶剤に
ビニルエステルを溶解させた溶液中に炭素繊維を浸漬す
る溶剤法も可能であるが、乳化剤等を用い水系エマルジ
ョン中に炭素繊維を浸漬するエマルジョン法が人体への
安全性及び自然環境の汚染を防止する観点から好まし
い。

【００３８】また、炭素繊維の取扱性や、耐擦過性、耐
毛羽性、含浸性を向上させるため、分散剤、界面活性剤
等の補助成分を添加しても良い。更に集束性などをより
向上させるために、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ
アミド、エポキシ樹脂など他の化合物を加えても良い。
これらはビニルエステル樹脂を含むサイズ浴に添加して
もよく、又は二段階以上に分けて付与しても良い。補助
成分の添加量はサイズ剤の付着量の５０質量％以下が好
ましい。

【００３９】サイズ剤の付着量は０．３〜５．０質量％
が取扱性の点で好ましい。サイズ剤の付着量が０．３質
量％未満の場合は、炭素繊維が本発明を満足する不飽和
マトリックス樹脂との接着性を得られない外、集束性も
劣るので好ましくない。一方、サイズ剤の付着量が５．
０質量％を超える場合は、マトリックス樹脂が炭素繊維
ストランドに含浸するのを妨げるので好ましくない。

【００４０】サイズ剤付与処理後、炭素繊維ストランド
は通常の乾燥工程により、サイズ剤付与時の分散媒であ
った水の乾燥あるいは溶媒である溶剤の乾燥を行う。乾
燥工程は乾燥炉を通過させる方法、過熱したローラーに
接触させる方法等、既知の方法を採択し得る。乾燥温度
は特に限定されるものではないが、汎用的な水系エマル
ジョンの場合は通常８０℃〜２００℃に設定される。ま
た、本発明においては、乾燥工程の後、２００℃以上の
熱処理工程を経ることも可能である。

【００４１】本発明の炭素繊維ストランドは、後述する
測定方法により得られる風合い度が１５０〜１５００ｇ
ｆ／ｍｍ²（１．５〜１５ＭＰａ）であることが好まし
い。風合い度が１５０ｇｆ／ｍｍ²未満の場合は、引抜
成形などの工程において、炭素繊維ストランドを支持す
る支点（ガイドローラー等）の支点間距離が大きいとこ
ろで、炭素繊維ストランドの部分的なたるみが発生し、
巻きつきや切断などトラブルを誘発しやすいので好まし
くない。一方、１５００ｇｆ／ｍｍ²を超えると炭素繊
維ストランドの拡がり性が低下することなどにより、マ
トリックス樹脂の含浸性が低下するので好ましくない。

【００４２】本発明における炭素繊維ストランドは、ス
チレン溶媒中の分散不良度が１００００フィラメント当
たり３〜５０であることが好ましい。

【００４３】分散不良度が３未満の場合は、不飽和ポリ
エステルやビニルエステルのような不飽和マトリックス
樹脂系の引抜成形やＦＷ成形における樹脂含浸中に炭素
繊維ストランドが必要以上に開繊し、含浸後以降の集束
性が低下し、ガイドローラーやダイス等での単糸切断を
伴うトラブルが発生しやすくなるので好ましくない。

【００４４】一方、分散不良度が５０を超える場合は、
不飽和マトリックス樹脂の含浸ムラがおこり、複合材料
の物性低下の原因となるので好ましくない。

【００４５】炭素繊維ストランドのストランド引張り強
度は、４０００ＭＰａ以上が好ましく、４５００ＭＰａ
以上がより好ましい。

【００４６】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００４７】

【実施例】以下の実施例及び比較例の条件により炭素繊
維ストランドを作製した。各炭素繊維ストランドの諸物
性値を、以下の方法により測定した。

【００４８】＜走行時炭素繊維ストランド幅＞図１に示
す通り、セットしたボビン２より巻取られた炭素繊維ス
トランド４は、ガイドローラー６、８、１０及び１２に
接触後、イメージセンサー１４上を通過させた。その
後、ニップローラー１６ａ及び１６ｂにより５ｍ／分の
速度で引き取らせた。その際、炭素繊維ストランド４に
撚りがかからないように注意し、また、ガイドローラー
６と、ニップローラー１６ａ及び１６ｂとの間における
炭素繊維ストランドのテンションが２００ｇｆ（２Ｎ）
になるよう調整した。テンション等が安定した時点でイ
メージセンサーの読み取りを開始した。読み取りは２秒
間隔で１分間行い、読み取り値の平均を走行時炭素繊維
ストランド幅（Ｗ１）とした。

【００４９】イメージセンサーは、株式会社キーエンス
社製（センサーヘッドＶＧ―０３５、コントローラーＶ
Ｇ―３００）のものを使用した。

【００５０】＜静止時炭素繊維ストランド幅＞４ｃｍ長
に切断した炭素繊維ストランドを５束用意し、上記のイ
メージセンサーで各炭素繊維ストランドの幅を測定し、
その平均値を静止時炭素繊維ストランド（Ｗ２）とし
た。

【００５１】＜炭素繊維ストランド厚み＞走行時炭素繊
維ストランド幅測定終了後、図１に示す装置の駆動を停
止させ、ガイドローラー６と、ニップローラー１６ａ及
び１６ｂとの間における炭素繊維ストランドの任意の５
箇所の厚みを厚みゲージ（株式会社ミツトヨ製厚みゲー
ジＮｏ．２０５０Ｆ）を用いて測定し、その平均値を炭
素繊維ストランド厚み（Ｄ）とした。

【００５２】＜風合い度＞風合い度は大栄科学精器製作
所（株）製ハイドロメーター 型式：ＨＯＭ−２を用い
て以下の条件で測定した。 測定サンプル：２０ｃｍ長の炭素繊維ストランド スリット幅：５ｍｍ（Ｓ） 測定方法：サンプルをスリットと直角及びサンプル中央
部がスリット上になるように試料台に載せた。次に幅１
ｍｍ、長さ２００ｍｍの金属プレートでこのサンプルを
スリット間に深さ１０ｍｍまで１０ｍｍ／ｓｅｃの速さ
で押し込み、このときの金属プレートに負荷する最大荷
重を測定した。測定は指示計の示す値を読む、測定は５
回行い、その平均値を測定値（Ｆ）とした。

【００５３】

【数２】 Ｆ：ハイドロメーターの測定値［ｇｆ］ Ｓ：スリット幅（＝５ｍｍ） Ｗ２：静止時炭素繊維ストランド幅［ｍｍ］ Ｄ：炭素繊維ストランド厚み［ｍｍ］ 上記測定値等から、風合い度は上記式（２）で算出し
た。

【００５４】＜スチレン溶媒中の分散不良度＞炭素繊維
ストランドを３ｍｍ長に切断し、界面活性剤０．５質量
％を含むスチレン溶媒１０ｍｌの入った１００ｍｌビー
カーに投入した。このビーカーは、超音波洗浄機（本多
電子株式会社製３周波超音波洗浄機 型式Ｗ−１３３）
にて４５ｋＨｚの超音波を１０秒間付与した。その後、
光学顕微鏡にて２０倍の倍率で観察し、炭素繊維フィラ
メント同士が絡んだ等の未分散部分の個数を数えた。そ
の個数値を１００００本のフィラメント当たりに換算し
た値を求め、この換算値を分散不良度とした（例えば１
２０００本のフィラメントからなる炭素繊維ストランド
を測定した場合は未分散部分の個数を１．２で除し
た。）。

【００５５】＜引抜試験＞ビニルエステル樹脂（昭和高
分子社製リポキシＲ−８０６）１００部、過酸化物硬化
剤（日本油脂製パーキュア−Ｏ）２部に調整されたマト
リックス樹脂を樹脂浴（長さ：４００ｍｍ、幅：１２０
ｍｍ、高さ：１００ｍｍ）に適量投入した。３０ｃｍ長
に切断した炭素繊維ストランドを適度な本数、平行に束
ね（以下サンプル束という）、両端を市販の炭素繊維ス
トランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２００
０フィラメント、引張強度３９００ＭＰａ、引張弾性率
２３５ＧＰａ）にて縛り固定する。この内、片端に関し
ては固定に使用している市販の炭素繊維ストランド１束
（以下誘導糸とする）を予め絞りガイド及び筒状の金型
（内容 断面：１０ｍｍ×３ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を
通過させておいた。サンプル束を樹脂浴長さ方向と平行
に浸漬させ、３０秒浸漬後、サンプル束が金型内に収ま
るよう誘導糸を引っ張った。その後、誘導糸を切断、除
去した。尚、サンプル束を形成する炭素繊維ストランド
の本数は炭素繊維単繊維の断面積及び炭素繊維ストラン
ドのフィラメント数により決めた（炭素繊維体積含有率
Ｖｆが６０％になるように調整した）。以上の引抜試験
から、 ○：特に問題なし △：絞りガイドや金型入口で毛羽
塊が発生した ×：誘導中に誘導糸が切断した 上記の引抜性の指標に基づいて、引抜性を評価した。

【００５６】＜層間剪断強度(ＩＬＳＳ)＞上記のサンプ
ル束が充填された金型を１５０℃雰囲気のオーブン中に
７分間入れ、マトリックス樹脂を硬化させた。離型した
成型物からＪＩＳＫ７０７８に準拠した試験片を作製
し、同規定に準拠してＩＬＳＳの測定をした。

【００５７】＜濡れ性＞上記成型物の内、ＩＬＳＳ測定
に用いない部分を曲げ試験的破壊し、破断面のＳＥＭ観
察を行い、 ◎：繊維表面のほぼ全面に樹脂が付着 ○：繊維表面
の大半に樹脂が付着 △：繊維表面の一部に樹脂が付着 ×：繊維表面への
樹脂付着がほとんど観察できない 上記の濡れ性の指標に基づいて、濡れ性を評価した。

【００５８】実施例１〜５、比較例１〜２ Ｘ線光電子分光法により測定される炭素繊維の表面酸素
濃度比Ｏ／Ｃが０．２である未サイジングの炭素繊維ス
トランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２００
０フィラメント、引張強度４８００ＭＰａ、引張弾性率
２４０ＧＰａ）をビスフェノールＡ系メタクリル型ビニ
ルエステル樹脂（共栄社化学社製エポキシエステル３０
００Ｍ）１００部をポリオキシエチレンスチレン化フェ
ノールエーテル４０部で乳化した水エマルジョンが入っ
たサイジング浴に連続的に浸漬させた後、水分を乾燥除
去し、炭素繊維ストランドを得た。その際、浴濃度、乾
燥温度、サイジング方法を調整することにより、表１に
挙げる炭素繊維ストランドを得た。これらの炭素繊維ス
トランドを用いて、上記に挙げた各種評価試験を行っ
た。その結果を表１にまとめて示した。

【００５９】サイジング方法は、図２、３、４、５及び
６でそれぞれ示されるＡ法、Ｂ法、Ｃ法、Ｄ法及びＥ法
を適宜用いた。

【００６０】図２、３、４、５及び６のそれぞれのサイ
ジング方法において、炭素繊維ストランド２２、３２、
４２、５２及び７２は、ガイドローラー２４、３４、４
４、５４及び７４を経て、サイジング浴２６、３６、４
６、５６及び７６に連続的に浸漬させた。その後、必要
に応じ、絞りローラー２８、３０、３８、５８及び７
８、並びに、ヒートローラー６０、６２、６４、６６、
８０及び８２を経て、乾燥炉へ搬送した。

【００６１】表１の結果に示すように、実施例１乃至６
は何れも満足な結果が得られた。しかし、比較例１は炭
素繊維ストランドの走行時扁平率が低く、濡れ性が△
等、満足な結果は得られなかった。比較例２は炭素繊維
ストランドの走行時扁平率、風合い度、及び分散不良度
が高く、引抜性が×等、満足な結果は得られなかった。

【００６２】

【表１】 表１ ──────────────────────────────────── 実施例No 比較例No ────────────── ───── １ ２ ３ ４ ５ １ ２ ──────────────────────────────────── 浴中サイズ剤濃度 (ｇ／Ｌ) 17 29 32 22 22 20 20 乾燥温度 (℃) 120 120 120 100 160 120 200 サイジング方法 Ａ Ｅ Ａ Ｂ Ｅ Ｃ Ｄ サイズ剤付着量 (質量％) 0.7 1.6 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 走行時炭素繊維ストラント゛幅(ｍｍ) 6.7 7.1 6.0 6.3 8.2 5.3 10.5 静止時炭素繊維ストラント゛幅(ｍｍ) 6.2 5.7 5.5 5.8 7.5 4.9 10.3 炭素繊維ストラント゛厚み (ｍｍ) 0.16 0.15 0.16 0.20 0.15 0.22 0.14 走行時扁平率 (％) 42 47 38 32 55 24 75 風合い度 (ｇｆ／ｍｍ²) 536 741 817 388 948 486 2551 分散不良度 21 32 41 9 36 46 82 引抜性 ○ ○ ○ ○ ○ ○ × 濡れ性 ○ ◎ ◎ ○ ◎ △ ○ ＩＬＳＳ (ＭＰａ) 80 83 85 81 86 76 80 ──────────────────────────────────── 実施例６ Ｘ線光電子分光法により測定される炭素繊維の表面酸素
濃度比Ｏ／Ｃが０．２である未サイジングの炭素繊維ス
トランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２００
０フィラメント、引張強度３９００ＭＰａ、引張弾性率
２３５ＧＰａ）を、ビスフェノールＡ系メタクリル型ビ
ニルエステル樹脂（共栄社化学社製エポキシエステル３
００２Ｍ）１００部をポリオキシエチレンスチレン化フ
ェノールエーテル５０部で乳化した濃度２０ｇ／ｌの水
エマルジョンが入ったサイジング浴に連続的に浸漬させ
た。その後、水分を１２０℃にて乾燥除去し（サイジン
グ方法：Ｂ法）、サイズ付着量０．９％、走行時扁平率
３２、風合い度４５４ｇｆ／ｍｍ²、分散不良度１２の
炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維ストランドを
用いて引抜試験を行ったところ、引抜性は○、ＩＬＳＳ
は７８ＭＰａ、濡れ性は○と満足する結果となった。

【００６３】比較例３ Ｘ線光電子分光法により測定される炭素繊維の表面酸素
濃度比Ｏ／Ｃが０．２である未サイジングの炭素繊維ス
トランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２００
０フィラメント、引張強度４８００ＭＰａ、引張弾性率
２４０ＧＰａ）を、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（油化シェルエポキシ社製エピコート１００１）１００
部をＰＯ／ＥＯポリエーテル３０部で乳化した濃度２５
ｇ／ｌの水エマルジョンが入ったサイジング浴に連続的
に浸漬させた。その後、水分を１２０℃で乾燥除去し
（サイジング方法：Ａ法）、サイズ付着量１．３％、走
行時扁平率３０、風合い度１４２３ｇｆ／ｍｍ²、分散
不良度３４の炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維
ストランドを用いて引抜試験を行ったところ、引抜性は
○、ＩＬＳＳは７４ＭＰａ、濡れ性は×とマトリックス
樹脂との接着性が満足な結果ではなかった。

【００６４】比較例４ Ｘ線光電子分光法により測定される炭素繊維の表面酸素
濃度比Ｏ／Ｃが０．２である未サイジングの炭素繊維ス
トランド（東邦テナックス社製ベスファイト、１２００
０フィラメント、引張強度４８００ＭＰａ、引張弾性率
２４０ＧＰａ）を、ウレタン変性エポキシ樹脂（ＤＩＣ
社製Ｎ３２０）の２０ｇ／ｌ水溶液が入ったサイジング
浴に連続的に浸漬させた。その後、水分を１２０℃で乾
燥除去し（サイジング方法：Ｅ法）、サイズ付着量０．
６％、走行時扁平率６１、風合い度４２５ｇｆ／ｍ
ｍ²、分散不良度２８の炭素繊維ストランドを得た。こ
の炭素繊維ストランドを用いて引抜試験を行ったとこ
ろ、引抜性は△、ＩＬＳＳは７２ＭＰａ、濡れ性は×と
満足な結果ではなかった。

【００６５】

【発明の効果】本発明の炭素繊維ストランドは不飽和マ
トリックス樹脂との接着性に優れるため、物性が優れた
炭素繊維強化不飽和マトリックス樹脂複合材料を得るこ
とが可能である。特に引抜成形においては、含浸性、引
抜性に優れ、成形時のトラブル発生を防止するという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素繊維ストランドの走行時扁平率を測定する
ための試験機の一例を示す概略説明図である。

【図２】炭素繊維ストランドのサイジング方法：Ａ法を
示す概略説明図である。

【図３】炭素繊維ストランドのサイジング方法：Ｂ法を
示す概略説明図である。

【図４】炭素繊維ストランドのサイジング方法：Ｃ法を
示す概略説明図である。

【図５】炭素繊維ストランドのサイジング方法：Ｄ法を
示す概略説明図である。

【図６】炭素繊維ストランドのサイジング方法：Ｅ法を
示す概略説明図である。

【符号の説明】

２ ボビン ４ 炭素繊維ストランド ６、８、１０、１２ ガイドローラー １４ イメージセンサー １６ａ、１６ｂ ニップローラー ２２、３２、４２、５２、７２ 炭素繊維ストランド ２４、３４、４４、５４、７４ ガイドローラー ２６、３６、４６、５６、７６ サイジング浴 ２８、３０、３８、５８、７８ 絞りローラー ６０、６２、６４、６６、８０、８２ ヒートローラ
ー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 功 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ ックス株式会社内 (72)発明者 梅元 禎孝 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ ックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA07 AB10 AB14 AB15 AB17 AB22 AC05 AC14 AD08 AD23 AD38 AK17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビニルエステル樹脂を３０質量％以上含
   むサイズ剤が０．３〜５．０質量％付着されてなる不飽
   和マトリックス樹脂強化用の炭素繊維ストランドであっ
   て、５ｍ／分の速度でテンション２００ｇｆ時において
   ローラー掛けした後の走行時扁平率（幅／厚み）が２５
   〜７０である炭素繊維ストランド。
2. 【請求項２】 炭素繊維ストランドが１０００〜５００
   ００本の炭素繊維フィラメントからなる請求項１に記載
   の炭素繊維ストランド。
3. 【請求項３】 炭素繊維ストランドの風合い度が１５０
   〜１５００ｇｆ／ｍｍ²である請求項１に記載の炭素繊
   維ストランド。
4. 【請求項４】 炭素繊維ストランドのスチレン溶媒中の
   分散不良度が１００００本の炭素繊維フィラメント当た
   り３〜５０である請求項１に記載の炭素繊維ストラン
   ド。
5. 【請求項５】 ビニルエステル樹脂がビス系メタクリル
   型ビニルエステル樹脂である請求項１に記載の炭素繊維
   ストランド。
6. 【請求項６】 炭素繊維ストランドを構成する炭素繊維
   の、Ｘ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比
   Ｏ／Ｃが０．１〜０．３である請求項１に記載の炭素繊
   維ストランド。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れかに記載の炭素繊
   維ストランドによって強化されてなる炭素繊維強化不飽
   和マトリックス樹脂。
8. 【請求項８】 不飽和マトリックス樹脂が不飽和ポリエ
   ステル樹脂又はビニルエステル樹脂であり、引抜成形用
   に供されてなる請求項７に記載の炭素繊維強化不飽和マ
   トリックス樹脂。