JP2957406B2 - 炭素繊維ストランド用サイジング剤、サイズ処理された炭素繊維ストランド、及びその炭素繊維ストランドを強化繊維としたプリプレグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐擦過性に優れた炭素
繊維ストランド及びこの炭素繊維ストランド用サイジン
グ剤並びにこの炭素繊維ストランドを用いたプリプレグ
に関する。更に詳しくはホットメルト法一方向プリプレ
グ（以下、ＵＤプリプレグと略記）製造工程での擦過に
よる毛羽の発生が少なく、取り扱い性に優れた炭素繊維
ストランド及びこの炭素繊維ストランド用サイジング剤
並びにこの炭素繊維ストランドを用いたプリプレグに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維はその優れた高比強度、
高比弾性の特性を生かし、各種の樹脂組成物をマトリッ
クスとした複合材料としてレジャー、スポーツ分野にお
いて広く利用されており、最近では航空機分野への用途
も本格化してきている。この炭素繊維は一般的にストラ
ンド（数千本乃至数万本のフィラメントからなる繊維
束）のまま一方向に引き揃えられた状態で樹脂を含浸し
一方向配向プリプレグ（いわゆるＵＤプリプレグ）とし
てから、次工程にて成形され、複合材料として利用され
ることが多い。

【０００３】このＵＤプリプレグの製造方法としては溶
剤法とホットメルト法が一般的であるが、最近では、そ
の生産性及び様々な炭素繊維目付のＵＤプリプレグ生産
が可能であることからホットメルト法を採用するところ
が多くなりつつある。溶剤法は、１本又は数本の炭素繊
維ストランドに、有機溶剤に溶かした樹脂（樹脂溶液）
を含浸させた後、離型紙を巻いたドラムにこの炭素繊維
ストランドを引き揃えて巻き付けＵＤプリプレグを製造
する方法である。ホットメルト法は、数百本の炭素繊維
ストランドを一方向、等間隔に引き揃え、離型紙に塗工
した樹脂フィルムにてラミネートした後、加熱し炭素繊
維間に樹脂を含浸させＵＤプリプレグを製造する方法で
ある。

【０００４】これらのプリプレグ製造過程では、炭素繊
維ストランドは擦れることにより毛羽が生じ易く、取り
扱い性が悪くなるため、通常、炭素繊維ストランドはサ
イジング剤で表面をコートし繊維の集束性を高め、耐擦
過性や取り扱い性を向上させる処理がなされている。こ
のサイジング剤は、プリプレグ製造時に炭素繊維ストラ
ンドへの樹脂の含浸性を高め、更にはこの炭素繊維を使
用して樹脂との複合材にした場合は、マトリックス樹脂
との濡れ性を高め、複合材における炭素繊維とマトリッ
クス樹脂との複合効果を発揮させる作用をする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、炭素繊維用サイ
ジング剤については種々の提案がされているが、ＵＤプ
リプレグを製造する際に良好な耐擦過性、ＵＤプリプレ
グの表面平滑性及び成形品とした際のコンポジット物性
を発揮させる点では十分に要求に応えるものはなかっ
た。

【０００６】例えば、特開昭５３−５２７９６号公報に
開示されている炭素繊維用サイジング剤の樹脂組成物
は、エポキシ樹脂と、不飽和二塩基酸とビスフェノール
類のアルキレンオキシド付加物との縮合物と、単環フェ
ノール及び多環フェノール類から選ばれるフェノール類
のアルキレンオキシド付加物とを必須成分としている。
しかしながら、このサイジング剤により処理された炭素
繊維を用いて製造された炭素繊維強化複合材料は、強度
的に優れているものの、このサイズ処理された炭素繊維
を用いたプリプレグ製造工程においては、耐擦過性は不
十分であり、そのため単繊維の切断によるストランドの
毛羽立ちが多いという問題があった。

【０００７】また、特開昭６２−５６２６６号公報に
は、固形状のグリシジルエーテル・ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂を配合した炭素繊維用サイジング剤が提案
されている。しかしながら、このサイジング剤により処
理された炭素繊維は良好な耐擦過性は得られるものの、
炭素繊維ストランドが固くなるため、このような炭素繊
維ストランドを用いてホットメルト法でＵＤプリプレグ
を製造する場合、炭素繊維ストランドの開繊性が悪く、
このためプリプレグの表面の平滑性が悪くなり、プリプ
レグの品位が低下し、引いては複合材料の品質低下の原
因になるという問題があった。

【０００８】また、特開昭４７−４３４９５号公報に
は、炭素繊維のストランド耐擦過性を高める目的で、パ
ラフィン系化合物を添加したサイジング剤が提案されて
いる。しかしながら、このサイジング剤により処理され
た炭素繊維は集束性が不十分のためＵＤプリプレグの作
製工程でストランドに毛羽が多発するという問題点があ
った。

【０００９】また、特開昭６２−１１０９８４号公報に
は、炭素繊維ストランドの柔軟性を高める目的で、エポ
キシ樹脂にポリウレタン樹脂を配合したサイジング剤が
提案されている。しかしながら、このサイジング剤によ
り処理された炭素繊維を用いてプリプレグを製造する場
合、炭素繊維ストランドに樹脂が充分含浸しないので、
得られたプレプレグを複合成形品とした際に成形物にボ
イドを生じ、複合成形物の物性（コンポジット物性）低
下を引き起こすという問題点があった。

【００１０】このように、従来のサイジング剤は良好な
耐擦過性を有すると同時に、ＵＤプリプレグとした際の
表面平滑性及び成形品とした際のコンポジット物性を損
なわないという特性を兼ね備えた炭素繊維ストランド用
サイジング剤を得るに至っていない。

【００１１】そこで本発明は、前記従来技術の欠点を除
去し、炭素繊維を用いたホットメルト方式によるＵＤプ
リプレグを製造する際に良好な耐擦過性を有し、同時に
そのＵＤプリプレグは表面平滑性を有し、さらに同時に
そのＵＤプリプレグを用いて成形された成形品はコンポ
ジット物性が優れた特徴を有する、炭素繊維ストランド
用サイジング剤、そのサイジング剤によりサイズ処理さ
れた炭素繊維ストランド、及びそのサイズ処理された炭
素繊維ストランドを強化繊維としたプリプレグを提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤
は、下記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び
（Ｄ）成分を必須成分とすることを特徴とする。即ち、
（Ａ）成分を常温において液状のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂とし、（Ｂ）成分を常温において固形のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂とし、（Ｃ）成分を不飽和
二塩基酸とビスフェノールＡのアルキレンオキシド付加
物との縮合物である不飽和ポリエステル樹脂とし、
（Ｄ）成分をステアリン酸エステルとする。

【００１３】また、本発明のサイズ処理された炭素繊維
ストランドは、炭素繊維ストランドに対する、上記炭素
繊維ストランド用サイジング剤の付着量が０．２〜３．
０重量％であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明のプリプレグは、上記サイズ
処理された炭素繊維ストランドを強化材繊維とし、且つ
熱硬化性樹脂をマトリックスとしたことを特徴とする。

【００１５】上記構成とすることにより、本発明は、従
来のサイジング剤における問題点を解決し、ホットメル
ト方式によるＵＤプリプレグを製造する際に良好な耐擦
過性を有し、かつそのＵＤプリプレグの表面平滑性及び
成形品とした際のコンポジット物性を損なわない炭素繊
維ストランドを得ることができる。

【００１６】炭素繊維ストランド：本発明における炭素
繊維ストランドには、アクリロニトリル系、レーヨン
系、ピッチ系等の炭素繊維フィラメント１００〜１０
０，０００本が集束された繊維束が好適に使用される。

【００１７】ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：本発明
の炭素繊維ストランド用サイジング剤における（Ａ）成
分の「常温において液状のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂」には、分子量３００〜５００のビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂が挙げられ、具体的には、エピコート８
１５、エピコート８２８、エピコート８３４（以上、商
品名：油化シェルエポキシ社製）、アラルダイトＧＹ２
５０、アラルダイトＧＹ２６０、アラルダイトＧＹ２８
０（以上、商品名：チバガイギー社製）等の名で市販さ
れているものが使用できる。

【００１８】本発明の炭素繊維ストランド用サイジング
剤における（Ｂ）成分の「常温において固形のビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂」には、分子量７００〜４００
０以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が挙げられ、
具体的には、エピコート１００１、エピコート１００
２、エピコート１００４、エピコート１００７（以上、
商品名：油化シェルエポキシ社製）、アラルダイト６０
７１、アラルダイト６０８４、アラルダイト６０９７
（以上、商品名：チバガイギー社製）等の名で市販され
ているものが使用できる。

【００１９】なお、ここでいう常温とは２０℃の温度を
示す。

【００２０】不飽和ポリエステル樹脂：本発明の炭素繊
維ストランド用サイジング剤における（Ｃ）成分である
「不飽和ポリエステル樹脂」は、不飽和二塩基酸とビス
フェノールＡのアルキレンオキシド付加物との縮合反応
によって得られるものである。

【００２１】不飽和二塩基酸：前記（Ｃ）成分に使用さ
れる「不飽和二塩基酸」には、無水マレイン酸、フマル
酸、アジピン酸、シトラコン酸、イタコン酸等が挙げら
れる。

【００２２】アルキレンオキシド付加物：前記（Ｃ）成
分に使用される「ビスフェノールＡのアルキレンオキシ
ド付加物」には、ビスフェノールＡとアルキレンオキシ
ドとの付加物が挙げられる。

【００２３】ビスフェノールＡに対するアルキレンオキ
シドの付加モル数は通常１〜１５、好ましくは１〜５で
ある。付加モル数が１５超の場合、乳化が容易となる
が、マトリックス樹脂との接着性が損なわれる。

【００２４】不飽和二塩基酸とビスフェノールＡのアル
キレンオキシド付加物の縮合物は公知のエステル化反応
により得られ、そのモル比はビスフェノールＡのアルキ
レンオキシド付加物／不飽和二塩基酸＝０．５〜２であ
る。モル比が０．５未満の場合は、マトリックス樹脂と
の接着性が低下し、モル比が２超の場合は、サイズ処理
した炭素繊維ストランドが固くなり、更にＵＤプリプレ
グとした際の表面平滑性が著しく低下する。

【００２５】ステアリン酸エステル：本発明の炭素繊維
ストランド用サイジング剤における（Ｄ）成分の「ステ
アリン酸エステル」には、ステアリン酸と炭素数１〜２
０の各種アルコールとのエステルが使用できるが、アル
コールの種類はこれに限定されない。特にメチルステア
レート、エチルステアレート、プロピルステアレート、
ブチルステアレート、オクチルステアレート、ステアリ
ルステアレート、オレイルステアレート、トリデシルス
テアレート、ヘキサデシルステアレート等が好ましく使
用される。

【００２６】（Ａ）＋（Ｂ）成分の配合比：（Ａ）成分
及び（Ｂ）成分の相対的な配合比において、それらの合
計を１００重量％とした場合に、（Ａ）成分を１０〜５
０重量％、（Ｂ）成分を５０〜９０重量％の割合でそれ
ぞれ配合することにより、炭素繊維ストランドに柔軟性
と集束性を同時に付与することができる。この場合、好
ましくは（Ａ）成分が２０〜５０重量％、（Ｂ）成分が
５０〜８０重量％であり、さらに好ましくは（Ａ）成分
が３０〜５０重量％、（Ｂ）成分が５０〜７０重量％で
ある。

【００２７】（Ａ）成分の配合量が１０重量％未満で
（Ｂ）成分の配合量が９０重量％超の場合、サイズ処理
した炭素繊維ストランドが固くなり、ＵＤプリプレグと
した際の表面平滑性が損なわれ、（Ａ）成分の配合量が
５０重量％超で（Ｂ）成分の配合量が５０重量％未満の
場合は、サイズ処理した炭素繊維ストランドの集束性が
弱まり、耐擦過性が低下する傾向が大きい。

【００２８】（Ｃ）成分配合比：（Ａ）成分、（Ｂ）成
分及び（Ｃ）成分の相対的な配合比において、それらの
合計を１００重量％とした場合、（Ｃ）成分の不飽和ポ
リエステル樹脂の配合量は１０〜４０重量％で、好まし
くは２０〜４０重量％である。さらに好ましくは３０〜
４０重量％である。（Ｃ）成分の配合量が１０重量％未
満の場合、良好な耐擦過性が得られ難い。また（Ｃ）成
分の配合量が４０重量％超の場合、耐熱的特性、とくに
高温下での層間剪断強度（ＩＬＳＳ）が低下してくる。

【００２９】（Ｄ）成分の配合比：（Ａ）成分、（Ｂ）
成分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分の相対的な配合比にお
いて、それらの合計を１００重量％とした場合、（Ｄ）
成分のステアリン酸エステルの配合量は１〜１０重量％
であり、好ましくは２．５〜１０重量％である。さらに
好ましくは５〜１０重量％である。（Ｄ）成分の配合比
が１重量％未満の場合、良好な耐擦過性を得ることがで
き難い。一方、（Ｄ）成分の配合比が１０重量％超の場
合、複合材料の成形品とした際のコンポジット物性の低
下が大きくなる傾向にある。

【００３０】（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び
（Ｄ）成分を必須成分とする樹脂組成物である、本発明
の炭素繊維ストランド用サイジング剤を、炭素繊維スト
ランドに付与するに際しては、該樹脂組成物の水エマル
ジョン、アセトン等の有機溶剤溶液にて付与し、次いで
乾燥することによって行なうことができる。安全性等を
考慮すると水エマルジョンで使用することが好ましい。

【００３１】水エマルジョン溶液の調製：本発明におい
て、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成
分を必須成分として含む樹脂組成物を水エマルジョンと
するには界面活性剤を使用することができる。このよう
な界面活性剤には、ノニオン系、カチオン系、アニオン
系界面活性剤が挙げられるが、水エマルジョン溶液とし
た際の溶液安定性の面から、ノニオン系界面活性剤を使
用するのが好ましい。その界面活性剤の配合量は重量比
で樹脂組成物／界面活性剤＝９０／１０乃至８０／２０
である。その界面活性剤の配合量がこの量比未満の場合
は、樹脂組成物の乳化が難しくなり、その界面活性剤の
配合量がこの量比超の場合は、複合材料の成形品とした
際のコンポジット物性の低下が大きくなる。

【００３２】本発明において、（Ａ）成分、（Ｂ）成
分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分をそれぞれの量比におい
て混合した樹脂組成物を水エマルジョンとした際のエマ
ルジョン平均粒子径は、１μｍ以下、好ましくは０．３
〜０．８μｍである。そのエマルジョン平均粒子径が１
μｍ超の場合、炭素繊維間にエマルジョン粒子が入りに
くくなるため、炭素繊維ストランドの集束性が低下す
る。またエマルジョン粒子が沈降しやすくなり、溶液安
定性が悪くなる。

【００３３】炭素繊維ストランド用サイジング剤の樹脂
組成物濃度は、水エマルジョンの粘度が５０センチポイ
ズ以下の濃度に調整することが水エマルジョンとした際
の溶液安定性の面から好適である。なお、エマルジョン
平均粒子径はレーザー回折式粒度分布測定装置（ＬＡ−
５００、商品名：堀場製作所製）にて測定し、水エマル
ジョンの粘度は、単一円筒回転粘度計（ビスコテスター
ＶＴ−０３ 商品名：リオン（株）製）にて測定した。

【００３４】炭素繊維ストランド用サイジング剤の物
性：本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤であ
る、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び（Ｄ）成
分を必須成分として混合した樹脂組成物の粘度は、好ま
しくは２０℃において１，０００〜１００，０００ポイ
ズ、特に好ましくは１０，０００〜１００，０００ポイ
ズである。なお、ここでの粘度とはレオメーター（ＲＤ
Ｓ−７７００、商品名：レオメトリック社製）にて測定
した粘度である。その樹脂組成物の２０℃における粘度
が１，０００ポイズ未満の場合、良好な耐擦過性が得ら
れない。また、その樹脂組成物の２０℃における粘度が
１００，０００ポイズ超の場合、サイズ処理した炭素繊
維ストランドが固くなり、ＵＤプリプレグとした際の表
面平滑性が低下する。

【００３５】第三成分：本発明の炭素繊維ストランド用
サイジング剤は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分
及び（Ｄ）成分を必須成分として混合した樹脂組成物で
あるが、この（Ａ）〜（Ｄ）成分以外に必要に応じ、柔
軟剤（例えば、ポリオキシエチレンステアリン酸アミ
ド、ポリオキシステアリルエステル等）、希釈剤（例え
ば、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、フ
ェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテ
ル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメ
チロールプロパントリグリシジルエーテル等の反応性希
釈剤やノニルフェノール、トリクレジルフォスフェート
等の非反応性希釈剤）等を含ませることができる。

【００３６】炭素繊維ストランドに対するサイジング剤
付着：本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤を炭
素繊維ストランドに付着させる方法は、一般に行われて
いるローラーサイジング法、ローラー浸漬法、スプレー
法等の既知の流動材料の適用方法を用いることができ
る。本発明の炭素繊維ストランド用サイジング剤の炭素
繊維ストランドに対する付着量は、０．２〜３．０重量
％で、好ましくは０．５〜２．５重量％である。このサ
イジング剤の炭素繊維ストランドに対する付着量が０．
２重量％未満の場合、良好な耐擦過性が得られない。ま
た、このサイジング剤の炭素繊維ストランドに対する付
着量が３．０重量％超の場合、成形品とした際のコンポ
ジット物性が低下する。

【００３７】プリプレグの製造：本発明の炭素繊維スト
ランド用サイジング剤が付与された炭素繊維に対して、
マトリックス樹脂を適用してプリプレグを製造するに
は、通常のホットメルト法や溶剤法が適用できる。ホッ
トメルト法によるプリプレグの製造は、マトリックス樹
脂となる樹脂フィルムに、炭素繊維ストランドを引き揃
えて並べ、ローラで押圧含浸させる方法や、スリットか
ら樹脂を供給しストランドに含浸させる方法などが挙げ
られるが、特に制限されない。プリプレグに於けるマト
リックス樹脂の含有比率は、通常３０〜５０重量％であ
る。

【００３８】マトリックス樹脂：本発明のサイジング剤
で処理された炭素繊維ストランドを強化材としたプリプ
レグに使用されるマトリックス樹脂としては、通常、炭
素繊維を強化材とする複合材料のマトリックス樹脂とし
て使用される樹脂、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリ
アジン樹脂等が挙げられるが、特に、エポキシ樹脂、不
飽和ポリエステルが、相溶性・接着性の面から好まし
い。

【００３９】エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ
系エポキシ樹脂、テトラグリシジルアミン、トリグリシ
ジルアミン等の多官能エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ
樹脂の硬化剤、硬化促進剤としては、一般に使用されて
いるジシアンジアミド、ジアミノジメチル尿素、ジアミ
ノジフェニルスルフォン等アミン系硬化剤、イミダゾー
ル系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が使用される。不飽和
ポリエステル樹脂としては、リゴラック（商品名：昭和
高分子株式会社製）、スミコンＴＭ（商品名：住友ベー
クライト株式会社製）、東芝プリミックス（商品名：東
芝ケミカル株式会社製）、ブドウプリミックス（商品
名：不動化学工業株式会社製）等で市販されているもの
が特に好ましい。

【００４０】特性：本発明の炭素繊維ストランド用サイ
ジング剤を付与された炭素繊維ストランドは、柔軟性、
集束性及び耐擦過性が同時に優れている。この炭素繊維
ストランドを強化繊維とし、熱硬化性樹脂をマトリック
ス樹脂としたプリプレグは、表面平滑性がよい。そのた
め、プリプレグどうしの密着性に優れ、積層しやすいと
いう利点を有し、さらに、成形して得られた複合材料
は、コンポジット物性（特に、層間剪断強度）に優れて
いる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、実施例中の炭素繊維ストランドの擦過毛羽
量、ＵＤプリプレグ表面平滑性、層間剪断強度（ＩＬＳ
Ｓ）は次の方法に準拠した。

【００４２】（１）炭素繊維ストランドの擦過毛羽量 直径２ｍｍのクロムめっきのステンレス棒を１５ｍｍ間
隔で、かつその表面をサイジングされた炭素繊維ストラ
ンドが１２０°の接触角で接触しながら通過し得るよう
にジグザグに５本配置した。このステンレス棒間にサイ
ジングされた炭素繊維ストランドをジグザグにかけ、２
００ｇの荷重をかけて通し、擦過後の炭素繊維ストラン
ドをウレタンスポンジ（寸法３２ｍｍ×６４ｍｍ×１０
ｍｍ、重さ約０．２５ｇ）２枚の間にはさみ、１２５ｇ
の重りをウレタンスポンジ全面に荷重がかかるようにの
せ、炭素繊維ストランドを１５ｍ／分の速度で２分間通
過させたときのスポンジに付着した毛羽の重量を擦過毛
羽量とした。

【００４３】（２）ＵＤプリプレグ表面平滑性 チバガイギー社製ＥＰＮ１１３８（商品名：フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂）７０重量部、油化シェルエ
ポキシ社製エピコート８３４（商品名：ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂）１２重量部、同社製エピコート１０
０２（商品名：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）１８
重量部の割合で混合した樹脂組成物に、更に硬化剤、促
進剤を加え、プリプレグ用樹脂組成物を作製した。

【００４４】この樹脂組成物をフィルムコーターによ
り、樹脂フィルムとした。この樹脂フィルム上にサイジ
ングされた炭素繊維ストランドを等間隔に引き揃え並べ
た後、加熱して樹脂を該炭素繊維ストランドに含浸さ
せ、炭素繊維目付１５０ｇ／ｍ²、樹脂含有率３７重量
％のＵＤプリプレグを作製した。このＵＤプリプレグを
目視及び触感にて評価した。

【００４５】（３）層間剪断強度（略語：ＩＬＳＳ） 前記（２）にて作製したＵＤプリプレグを成形後の厚み
が３ｍｍとなるように積層し、金型に入れ、１８０℃で
２時間、７ｋｇ／ｃｍ² の圧力で成形し一方向の炭素繊
維強化成形板（ＣＦＲＰ板）を作製した。このＣＦＲＰ
板のＩＬＳＳをＡＳＴＭ−Ｄ−２３４４に準拠し、室温
にて測定を行った。

【００４６】〔実施例１〜９〕（Ａ）成分の「室温にお
いて液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂」としてエ
ピコート８２８、エピコート８３４（以上、商品名：油
化シェルエポキシ社製）を、（Ｂ）成分の「室温におい
て固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂」としてエピ
コート１００１、エピコート１００２（以上、商品名：
油化シェルエポキシ社製）を、（Ｃ）成分の「不飽和ポ
リエステル樹脂」として無水マレイン酸とビスフェノー
ルＡのエチレンオキシド３モル付加物をモル比でビスフ
ェノールＡのエチレンオキシド３モル付加物／無水マレ
イン酸＝１．８で反応させて得られた不飽和ポリエステ
ル樹脂のスチレン溶液を、（Ｄ）成分の「ステアリン酸
エステル」としてブチルステアレート（エヌジェルブＢ
Ｓ、商品名：新日本理化社製）、オクチルステアレート
（エヌジェルブＯＳ、商品名：新日本理化社製）、ステ
アリルステアレート（エヌジェルブＳＳ、商品名：新日
本理化社製）を用い、下記の表１に示す（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分のそれぞれの配合比（重
量部）からなる樹脂組成物αと、ポリオキシエチレン−
ヒマシ油エーテル５０重量部及びポリオキシエチレンー
スチレン化フェニルエーテル５０重量部からなる界面活
性剤βとをα／β＝８０／２０（重量比）の割合で混合
し、乳化した。

【００４７】得られた水エマルジョンサイジング剤を有
効成分濃度が２０ｇ／ｌとなるように水で希釈してサイ
ジング剤溶液を作製した。

【００４８】このサイジング剤溶液の浴中に、未サイジ
ングの炭素繊維ストランド（ベスファイト、登録商標：
東邦レーヨン株式会社製、１２０００フィラメント、引
張り強度４００ｋｇｆ／ｍｍ² 、引張り弾性率２４．５
ｔ／ｍｍ² ）を浸漬したのち、ローラーにて余分な水分
を除去し、１４０℃で２分間乾燥し、連続的に炭素繊維
ストランドのサイズ処理を行った。この時の炭素繊維ス
トランドに対するサイジング剤の付着量は１．３％であ
った。

【００４９】このようにして得られた本実施例１〜９の
サイズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽量、Ｕ
Ｄプリプレグ表面平滑性、及びＩＬＳＳを上記の方法に
より測定し、その結果を下記の表１に示す。本実施例１
〜９における炭素繊維ストランドは、満足すべき耐擦過
性を示し、かつＵＤプリプレグとした際の表面平滑性も
良く、またＣＦＲＰ板のＩＬＳＳ低下も見られなかっ
た。

【００５０】〔比較例１、２〕比較例１及び２で製造す
るサイジング剤は、前記実施例１で使用した（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分の樹脂と同じものを使用
し、比較例１では（Ａ）及び（Ｃ）成分からなる樹脂組
成物を、比較例２では（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分か
らなる樹脂組成物を用いた。これらの樹脂組成比（重量
部）を下記の表２に示す。その他の条件は、前記実施例
１〜９と同様な方法にて、サイジング剤溶液を作製し、
次いで炭素繊維ストランドをサイズ処理した。この時の
炭素繊維ストランドに対するサイジング剤の付着量は
１．３％であった。

【００５１】このようにして得られた比較例１及び２の
サイズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽量、Ｕ
Ｄプリプレグ表面平滑性、及びＩＬＳＳを上記の方法に
より測定し、その結果を下記の表２に示す。この比較例
１、２において、ＵＤプリプレグとした際の表面平滑性
は良好で、且つＣＦＲＰ板のＩＬＳＳの低下は見られな
かったが、炭素繊維ストランドの擦過毛羽量は多く、良
好な耐擦過性は得られなかった。

【００５２】〔比較例３〜５〕比較例３、４及び５で製
造するサイジング剤は、前記実施例１で使用した
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分の樹脂と同じも
のを使用し、比較例３では（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）成
分からなる樹脂組成物を、比較例４では（Ｂ）、（Ｃ）
及び（Ｄ）成分からなる樹脂組成物を、比較例５では
（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分からなる樹脂組成物を用
いた。これらの樹脂組成比（重量部）を下記の表２に示
す。その他の条件は、前記実施例１〜９と同様な方法に
て、サイジング剤溶液を作製し、次いで炭素繊維ストラ
ンドをサイズ処理した。この時の炭素繊維ストランドに
対するサイジング剤の付着量は１．３％であった。

【００５３】このようにして得られた比較例３、４及び
５のサイズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽
量、ＵＤプリプレグ表面平滑性、及びＩＬＳＳを上記の
方法により測定し、その結果を下記の表２に示す。この
比較例３〜４において炭素繊維ストランドの擦過毛羽量
は多く、良好な耐擦過性は得られなかった。またＵＤプ
リプレグの表面平滑性も不良であり、ＣＦＲＰ板のＩＬ
ＳＳも低い値を示した。比較例５はＵＤプリプレグの表
面平滑性は良好であったが、炭素繊維ストランドの擦過
毛羽量は多く、ＣＦＲＰ板のＩＬＳＳは低い値を示し
た。

【００５４】〔実施例１０〕本実施例１０で製造するサ
イジング剤は、前記実施例１で使用した（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分の樹脂と同じものを使用
し、本実施例１０では（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の
配合量がそれぞれ３２重量部であり、（Ｄ）成分の配合
量が４重量部である樹脂組成物を使用した。この樹脂組
成物の粘度をレオメーター（ＲＤＳ−７７００、商品
名：レオメトリック社製）にて測定したところ、２０℃
における粘度は４０，０００ポイズであり、８０℃にお
ける粘度は５０ポイズであった。

【００５５】この樹脂組成物を前記実施例１〜９と同様
な方法で水エマルジョンとした。この際の樹脂組成物α
と界面活性剤βの比率はα／β＝８０／２０（重量比）
であった。この水エマルジョンのエマルジョン平均粒子
径をレーザー回折式粒度分布測定装置（ＬＡ−５００、
商品名：堀場製作所製）にて測定したところ、０．６μ
ｍであった。この水エマルジョンのサイジング剤を前記
実施例１〜９と同様な方法で炭素繊維ストランドにサイ
ズ処理した。この時の炭素繊維ストランドに対するサイ
ジング剤の付着量は１．３％であった。

【００５６】このようにして得られた実施例１０のサイ
ズ処理された炭素繊維ストランドの擦過毛羽量、ＵＤプ
リプレグ表面平滑性、及びＩＬＳＳを上記の方法により
測定し、その結果を下記の表１に示す。本実施例１０に
おける炭素繊維ストランドは、満足すべき耐擦過性を示
し、擦過毛羽量は４．５ｍｇであった。そしてＵＤプリ
プレグとした際の表面平滑性も良好で、ＣＦＲＰ板のＩ
ＬＳＳは９．８ｋｇｆ／ｍｍ² であり、ＩＬＳＳの低下
も見られなかった。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【発明の効果】本発明の炭素繊維ストランド用サイジン
グ剤により、炭素繊維ストランドにサイズ処理をしたの
で、 （１）本発明のサイズ処理された炭素繊維ストランドを
用いてＵＤプリプレグを製造する際にそのサイズ処理さ
れた炭素繊維ストランドは良好な耐擦過性を有し、 （２）且つ、製造されたＵＤプリプレグは表面平滑性を
有し、 （３）且つ、そのＵＤプリプレグを用いて成形された成
形品はコンポジット物性が優れたものとなる。 （４）また、本発明により得られたＵＤプリプレグは、
表面平滑性に優れているためＵＤプリプレグ同士の密着
性に優れ、積層しやすい。 （５）したがって、ＵＤプリプレグ製造工程における作
業性、及び生産性が向上する。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）
   成分及び（Ｄ）成分を必須成分とすることを特徴とする
   炭素繊維ストランド用サイジング剤。 （Ａ）成分：常温において液状のビスフェノールＡ型エ
   ポキシ樹脂、 （Ｂ）成分：常温において固形のビスフェノールＡ型エ
   ポキシ樹脂、 （Ｃ）成分：不飽和二塩基酸とビスフェノールＡのアル
   キレンオキシド付加物との縮合物である不飽和ポリエス
   テル樹脂、 （Ｄ）成分：ステアリン酸エステル。
2. 【請求項２】 前記（Ａ）成分及び前記（Ｂ）成分の相
   対的な配合比において、それらの合計を１００重量％と
   した場合に、（Ａ）成分が１０〜５０重量％で、且つ
   （Ｂ）成分が５０〜９０重量％である請求項１記載の炭
   素繊維ストランド用サイジング剤。
3. 【請求項３】 前記（Ａ）成分、前記（Ｂ）成分及び前
   記（Ｃ）成分の相対的な配合比において、それらの合計
   を１００重量％とした場合に、（Ｃ）成分の配合量が１
   ０〜４０重量％である請求項１記載の炭素繊維ストラン
   ド用サイジング剤。
4. 【請求項４】 前記（Ａ）成分、前記（Ｂ）成分、前記
   （Ｃ）成分及び前記（Ｄ）成分の相対的な配合比におい
   て、それらの合計を１００重量％とした場合に、（Ｄ）
   成分の配合量が１〜１０重量％である請求項１記載の炭
   素繊維ストランド用サイジング剤。
5. 【請求項５】 炭素繊維ストランドに対する、請求項
   １、２、３又は４記載の炭素繊維ストランド用サイジン
   グ剤の付着量が０．２〜３．０重量％であることを特徴
   とするサイズ処理された炭素繊維ストランド。
6. 【請求項６】 請求項５記載のサイズ処理された炭素繊
   維ストランドを強化材繊維とし、且つ熱硬化性樹脂をマ
   トリックスとしたことを特徴とするプリプレグ。
7. 【請求項７】 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂又は不
   飽和ポリエステル樹脂である請求項６記載のプリプレ
   グ。