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JPH02307979A - 炭素繊維用サイジング剤 - Google Patents

炭素繊維用サイジング剤

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Publication number
JPH02307979A
JPH02307979A JP1129383A JP12938389A JPH02307979A JP H02307979 A JPH02307979 A JP H02307979A JP 1129383 A JP1129383 A JP 1129383A JP 12938389 A JP12938389 A JP 12938389A JP H02307979 A JPH02307979 A JP H02307979A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sizing agent
poise
viscosity
epoxy resin
bisphenol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1129383A
Other languages
English (en)
Inventor
Fujio Nakao
中尾 富士夫
Tatsuo Kubota
久保田 達雄
Michiro Kawakami
川上 道郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP1129383A priority Critical patent/JPH02307979A/ja
Publication of JPH02307979A publication Critical patent/JPH02307979A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な炭素繊維用サイジング剤に関する。
〔従来の技術〕
複合材料の強化材として用いられる炭素繊維は伸度が小
さく脆い繊維であるため、機械的損傷を受けやすく、摩
擦等によって毛羽を発生しやすい。そこで炭素繊維の取
扱い性を良くするために炭素IfR,aはサイジング剤
で処理されることが多い。
炭素繊維用のサイジング剤としては、従来多くのサイジ
ング剤が提案されている(特公昭57−15229号、
同57−49675号、特開昭60−246872号、
同6 S −105178号、同64−45870号公
報等)。
しかしサイジング剤には、炭素繊維の取扱す性をiくす
ると同時にマ)IJラックス脂の含浸性をよくすること
、複合材料の性能を損なわないこと等多くの機能が要求
されている。
特に織物の炭素繊維は、!l1lfth性の点から取扱
い性に優れ、摩擦係数の少ないこと及び収束性があり、
ロール等への巻付きの少ないことが要求される。
またマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂等の多くの種類が用いられ、サイジング剤を
改良して、多くの種類のマトリックス樹脂に対して含浸
性を良くすることは困難であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は炭素繊維の収束性、耐摩耗性に優れ且つエポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の樹脂含浸性に優れ
た炭素繊維用のサイジング剤を提供することにある。
特に織物用の炭素繊維用として製織工程通過性が良好で
、ハンドレイアップ等の樹脂含浸工程においても樹脂含
浸速度の速い性能を示すサイジング剤を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨は、下記の(1)及び(6)を必須成分と
して、(1)〜(6)から選ばれた少なくとも3種の化
合物からなる混合物であり、25Cの粘度が30ポイズ
以上且っ5o℃の粘度が1000ポイズ以下であること
を特徴とする炭素繊維用サイジング剤にある。
(1) 25℃ノ粘度が30ポイズ以上のビスフェノー
ルA型エポキシ樹脂またはビスフェノールF型エポキシ
樹脂 (2)25℃の粘度が50ポイズ以下の長鎖脂肪族エポ
キシ樹脂 (3)25℃の粘度が50ポイズ以下の環状脂肪族エポ
キシ樹脂 (4)2−オキサゾリン誘導体 (5)  下記式で示されるジメタアクリル酸又はアク
リル酸のフルキレンオキ号イド付加物(6)不飽和脂肪
酸グリセライドのエチレンオキサイド付加物またはポリ
エチレンオキサイドスチリルフェニルエーテルの乳化剤 成分(1)はエピコート828等の商品名で知られるビ
スフェノールA型エポキシ樹脂、二ピコ−)807等の
商品名で知られるビスフェノールF型エポキシ樹脂であ
り、成分(1)の使用量は水分を除いたサイジング剤全
体の40〜80wt4であることが好ましい。
成分(2)はエピコート871等の商品名で知られる長
鎖脂肪族エポキシ樹脂、成分(3)は七ロキサイド20
2)等の商品名で知られる環状脂肪族エポキシ樹脂であ
り、成分(2)あるいは(3)の使用量は水分を除いた
サイジング剤全体の0〜80at憾好ましくは40〜8
0 wt鴫である。
成分(4)の2−オキサゾリン誘導体は例えば2−フェ
ニル2−オキサゾリン、1.3−あるいは1.4−フェ
ニレンビス(2−オキサゾリン)等である。
成分(4)あるいは(5)の使用量は水分を除いたすイ
ジング剤全体の0〜20 wt’lであることが好まし
い。
成分(6)の使用量は水分を除いたサイジング剤全体の
0.1〜20 wt4好ましくは05〜10wt4であ
る。
炭素#雑用サイジング剤における夫々の成分は、マ) 
IJラックスの反応性、樹脂含浸性、炭素繊維トウの収
束性、耐摩耗性に重要な作用を及?’l’すが、夫々の
成分が複合してこれらの特性を向上させている。従って
、成分一つ一つの作用を説明することは国難であるが、
本発明のサイジング剤成分の作用は次の様なものと推定
される。
成分(1)は、マトリックス樹脂と反応してコンポジッ
トの特性を向上させたり、マトリックス樹脂の含浸性を
向上させたり、炭素線維トウに収束性を与えるのに必須
の成分である。
成分(2)あるいは(3)は、成分(1)と同様にマト
リックス樹脂と反応してコンポジットの特性を向上させ
たり、マトリックス樹脂の含浸性を向上させたりするの
に必須の成分であると同時に、炭素繊維トウに柔軟性を
与え、耐摩耗性を向上させる成分である。
成分(4)は、マトリックス樹脂がビニルエステル、不
飽和エステルの場合K、マトリックス樹脂と反応してコ
ンポジット性能を向上させたり、マトリックス樹脂の含
浸性を向上させるのに重要な働きをする成分である。
成分(5)は、成分(2)と同様に炭素繊維トウに柔軟
性を与え、炭素繊維トウの耐摩耗性を向上させると同時
に、成分(4)と同様くマトリックスがビニルエステル
、不飽和エステルの場合に、マトリックス樹脂の含浸性
を向上させる成分である。
成分(6)は、前述の成分と混合されて水エマルジョン
を作るときの乳化剤として必須の成分である。
さらに本発明者らは、炭素繊維トウの収束性はサイジン
グ剤成分の粘度が高いほど良くなり、耐摩耗性はサイジ
ング剤成分の粘度が低いほど良くなることを見出し、炭
素#M)つの収束性と耐摩耗性を両立させるKは、水分
を除いたサイジング剤成分の25℃の粘度が30ポイズ
以上、50℃の粘度が1000ポイズ以下であるものが
好ましいことを見出した。
またこれらサイジング剤は、メチルエチルケトン等の有
機溶剤に溶解して用いるより、水エマルジョンで用いる
方が炭素繊維製造工程から考えると使い易い。特にサイ
ジング剤は、・通常炭素繊維焼成1稈の後に、同じ建屋
の中で使用される場合が多く、炭素繊維焼成工程では、
1000℃以上の高温の炉を使用するので、有機溶剤を
用いるのは非常に危険である。そこで通常サイジング剤
は、水エマルジョンで用いられるが、その時エマルジョ
ンの安定性が低いとサイジング剤をたえず取替えること
が必要である。そこで本発明者らは、エマルジョンの安
定性が、工フルジョン粒子の大きさに大きく影響される
ことを見出し、サイジング剤成分をエマルジョン溶液に
した時のエマルジョン粒子で、2μm以下のものが50
係以上であるものが好ましいことを見出した。
水エマルジョンでサイジング剤を付着した炭素繊維トウ
は、後のコンポジット性能を考よると、水分を出来るだ
け除去する必要がある。しかし乾燥温度を下げると乾燥
時間が長くなり不都合である。そこで乾燥は150℃以
上の湿度で行う方が効率的である。本発明者らは、その
時サイジング剤成分が変質しないように、水分を除いた
サイジング剤成分の10℃/分の昇温速度での熱減量が
150℃で1幅以下、200℃で54以下であることが
好ましいことを見出した。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
サイジング剤付着炭素繊維の評価は下記の様に行った。
(1)  柔軟性 サイジング剤付着繊維をカンチレバ一方式でトウを測定
台の端から160m押し出したときの垂れる長さを測定
した。
(2)耐摩耗性 サイジング剤付着繊維同志を90℃に擦り合わせ、切れ
るまでKかかった回数で評価した。
(3)  樹脂含浸性 エポキシ樹脂+540(三菱レイヨン製)ヲ離型紙にコ
ートシたホットメルトフィルムにサイジング剤付着繊維
を巻揃えて、樹脂の含浸してbないan(一方向)フィ
ルムを作成し、それを70℃の雰囲気下、5分間Sl!
型紙を上向きにおいて樹脂を含浸させ、そのときに離型
紙と反対側まで樹脂が含浸しているかを評価した。
クロス炭素繊維の樹脂含浸性は、サイジング剤付着炭素
u&+1)をクロスに織プ、上記と同様にエポキシ樹脂
との含浸性を評価すると同時に、ビニルエステル系の樹
脂の含浸aKついても評価した。
(4) エマルジョン粒子 漏湯製作所製、0APA−500で測定した。
(5)TGA カーノの熱天秤で、昇温速度10℃/分で150℃、2
00℃における重量減少を測定した。
BP828 :ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化
シェルエポキシ■製) fcP871 :脂肪族エポキシ樹脂 (油化シェルエポキシ■製) セロ孝サイド202) :  環状脂肪族エポキシ樹脂
(ダイセル化学工業■製) PBO:1,3フ二二レンビス−2−オキサシリ  ン BGMム:ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加
物のジメタクリレート Gxo:不飽和脂肪酸グリセライドのエチレンオキサイ
ド付加物 実施例1 サイジング剤として、÷÷モ→→第1表に示す組成のも
のを水エマルジヨン溶液とし、1.5幅濃度に調製した
。水分を除すたサイジング剤成分の粘度は、25℃で3
60ポイズ・ 50℃で38ポイズであった。TGAの
150℃及び200℃における重量減少は殆んど0であ
った。
水エマルジョンにした時のエマルジョン粒子ハ、2μm
以下が94憾であった。
炭素繊維(三菱レイヨン■製パイロフィルTR40)s
oooフィラメントのノンサイジング糸を上記サイジン
グ剤溶液に十分浸漬させた後、空気中140℃で5分間
乾燥させた。サイジング剤付着量はα6゛7憾であった
。柔軟性は185■であり、耐摩耗回数は175回であ
った。エポキシ樹脂の含浸性も良く、圧力を加えずに7
0℃5分間で、殆んどの樹脂が含浸した。
実施例2 実施例1ど同様にして、サイジング剤の成分を変更して
実験したところ、第1表のような結果が得られた。
実施例3 実施例1と同様にして、サイジング剤の成分を変更して
実験したところ、gi表のような結果が得られた。
尚、サイジング剤付着炭素横維をクロスに織り、エポキ
シ樹脂の樹脂含浸性を調べたところ70℃5分で殆んど
含浸し、良好な樹脂含浸性を示した。またビニルニスゲ
ル系マトリックス樹脂の含浸性も良好であった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、下記の(1)及び(6)を必須成分として、(1)
    〜(6)から選ばれた少なくとも3種の化合物からなる
    混合物であり、25℃の粘度が30ポイズ以上且つ50
    ℃の粘度が1000ポイズ以下であることを特徴とする
    炭素繊維用サイジング剤 (1)25℃の粘度が30ポイズ以上のビスフェノール
    A型エポキシ樹脂またはビスフェノールF型エポキシ樹
    脂 (2)25℃の粘度が50ポイズ以下の長鎖脂肪族エポ
    キシ樹脂 (3)25℃の粘度が50ポイズ以下の環状脂肪族エポ
    キシ樹脂 (4)2−オキサゾリン誘導体 (5)下記式で示されるジメタアクリル酸又はアクリル
    酸のアルキレンオキサイド付加物 ▲数式、化学式、表等があります▼ (R_1:H又はCH_3 R_2:CH_2−CH_2又はCH_2−CH_2−
    CH_2R_3:R_3又は▲数式、化学式、表等があ
    ります▼) (6)不飽和脂肪酸グリセライドのエチレンオキサイド
    付加物またはポリエチレンオキサイドスチリルフエニル
    エーテルの乳化剤 2、水分を除いたサイジング剤成分の10℃/分の昇温
    速度での熱減量が150℃で1%以下、200℃で5%
    以下であることを特徴とする請求項1記載のサイジング
    剤 3、水エマルジョン溶液にしたときのエマルジョン粒子
    が2μm以下のものが50%以上であることを特徴とす
    る請求項1又は2記載のサイジング剤
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