JPS6065178A - 炭素繊維の表面処理方法 - Google Patents

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】 本発明は炭素繊維の電解処理方法、更に詳しくけ炭素繊
維表面を均一にかつ高効率で電解酸化処理する方法に関
する。近年、炭素繊維は各種の樹脂マ）　ＩＪラックス
部み合せて複合材料として利用され、その卓越した強度
及び弾性率を構造材料に反映せしめることによってその
有用性を大きくしてきた。しかしながら、本来炭素繊維
表面は化学的に極めて安定であり、樹脂マトリックスに
対するぬれおよび接着性が悪く、複合材料として成型し
ても機械的強度、特に層間剪断強度低いため、構造材料
としては必ずし＾ も実用性能を満足するものではなかった。

このような炭素繊維の本質的な欠点を解決するため、従
来から炭素繊維の表面処理法として種々の酸化処理方法
が検討されてきた。この表面酸化処理方法の中で炭素繊
維を陽極として電解表面酸化処理する方法は、作業性、
環境保全及び品質などの点で工業的に有利であるといわ
れているが、この表面電解処理方法には次のような欠点
がある。炭素繊維を工業的に製造する場合、複数、の糸
条を並行して同時に電解処理することは生産効率の点で
有利であるにも拘わらず、品質管理上の重要事項である
炭素繊維束の糸条間でむらなく均一に電解処理すること
が困難である。

すなわち、上記従来の電解処理方法では隣接した糸条が
電解槽中において寄りつき、密着したまま走行すること
が観察されるが、かかる隣接糸条の寄りつきは各々の糸
条における電圧分布の乱れを生ぜしめ、繊維束内のみな
らず繊維束間において電解処理のむらを生じる結果とな
る。したがって、前記の如く近年、航空材９重電材など
の　゛　構造材料として広く 利用されるようになった炭素繊維複合材料を長期に亘っ
て使用したときに生ずる機械的性質の低下を極力押え耐
久性を向上せしむることは、重要な課題であるにも拘わ
らず、電解処理のむらは材料試験の結果としてはその強
度の差異として明確には現われないとしても、長期にわ
たる構造材料としての使用では複合材料の機械的性質を
低下させるのである。

なお、特開昭４７−３５３９６号公報には界面活性剤水
溶液にて炭素繊維を処理する方法が提案されているが、
この場合の界面活性剤は繊維処理剤として使われており
、繊維表面に薄膜を形成しようとするものであり、本発
明の目的となる炭素繊維の電解酸化処理とは目的が明ら
かに異なる。

本発明者らはかかる従来技術上の問題点を解決すべく鋭
意研究の結果、電解槽内における寄りつきの原因が炭素
繊維をぬらしている電解質溶液の表面張力にあることを
見い出し、本発明をなすに至ったのである。

すなわち、本発明の目的とするところは炭素繊維の表面
電解処理において、並行して走行する繊維糸条の寄りつ
きを低減し、繊維束内および繊維束間で均一な表面電解
処理を行なうことができる方法を提供せんとするもので
ある。

かかる本発明の目的は、炭素繊維を界面活性剤を含む電
解質溶液中で電解処理することにより達成することがで
きる。

本発明を以下に更に詳しく説明する。

本発明の特徴は、電解質溶液に界面活性剤を加え、該電
解質溶液の表面張力を低下せしむることにある。したが
って本発明に用いられる界面活性剤としては、電解質溶
液に溶解して該電解質溶液の表面張力を低下せしむる性
質を有する化合物を単独あるいは２種以上混合したもの
が好ましい。かかる界面活性剤の具体例としては炭化水
素基、ポリジメチルシロキサン基あるいはフッ素化炭化
水素基などの疎水基を有し、かつ、カルボン酸塩、スル
ホン酸塩、アンモニウム塩あるいはエチレンオキサイド
付加物などの親水基を有する化合物を挙げることができ
るが、電解質溶液に添加したときに該電解質溶液の表面
張力を約４０ダイン／ａ１１以下に低下せしむ得る界面
活性剤が好ましく用いられる。

また、界面活性剤を臨界ミセル濃度以上添加することに
より、電解質溶液の表面張力を安定して低下せしむるこ
とかできるが、通常１０重量％以上の界面活性剤の添加
は電解質溶液の起泡性を増大させるため、環境保全上あ
るいは操業上好ましくない。

本発明において表面電解処理される炭素繊維としては、
公知の各種炭素繊維を挙げることができ特に限定される
ものではない。電解質溶液は通常、硫酸、硝酸、ホウ酸
、苛性アルカリあるいはアンモニウム化合物などの水溶
液が用いられ、その濃度は輸率とのかねあいで特に制限
をうけるものではないが、通常重量％で数％から数十％
の範囲で使用、される。また電解質溶液の温度も特に制
限されるものではないが、通常、室温ないし８０℃くら
いの範囲で行なわれ、る。

本発明は上記のような構成を有するために次の如き作用
効果を奏するものである。すなわち、電解質溶液の表面
張力が低下することにより複数糸条の電解処理における
隣接糸条の寄りつきが低減するため、繊維束内および繊
維束間での電解処理のむらが著しく低減する。さらに電
解質溶液の表面張力が低下することにより、炭素繊維束
が、電解質溶液に侵入する際に該炭素繊維束の内部にま
で該電解質溶液が充分に浸透し、ぬれるため、繊維束内
における電解処理のむらを低減することができる。

なお、本発明を実施するに際して電解槽はたとえば特公
昭４７−２９９４２号公報に記載されている非接触電極
を設けた槽が好ましく、更に好ましくは該電解槽の電解
質溶液表面に近いところが処理する場合にさらに有効で
ある。

本発明のさらに有用な点は、従来技術として公知の電解
処理槽の改造を全く必要とせず、簡便かつ効率的に炭素
繊維の均一な電解処理を行なうことができることである
。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ アクリル系繊維を焼成処理して得られた炭素繊維をｌｏ
ｗ間隔で並行して１０糸条連続して走行させ、０．１重
量％のパーフルオワオクチルジエチレンオキサ４１１０
モル播付加物を溶解させた５重量％硫酸水溶液を満たし
た非接触電極式電解槽により電流０．８　Ａ　／本で電
解処理を行なった。硫酸水溶液の表面張力は界面活性剤
を添加することにより７１ダイン／Ｌｆｆ１１から１８
り。

イン／ａｍに低下しており、電解槽内における隣接糸条
の寄りつきは、電解処理中観察されな力）つた。

表面電解処理を行なった炭素繊維は充分水洗した後、加
熱乾燥して巻取った。得られた炭素繊維束は三弗化ホウ
素モノエチルアミンを配合したエポキシ樹脂（商品名工
ピコ−）８２８゜シェル製）を樹脂マトリックスとして
一方向強（γ） 化複合材料に成型した。、昔複合材料の０方向り１張強
度の試料片１０本の平均値は１９２　ｋｇ　／’　ｍ”
ｒ測定値のばらつきの範囲は５　ｋｇ　／　ｍ”であっ
た。

また、層間剪断強度の試料片１０本の平均値は９、２　
ｋｇ　／閣２、ばらつきの範囲は０．３　ｋｇ　／　ｔ
ｍ”であった。

比較例１ 電解質溶液に界面活性剤を添加せずに実施例１と同様な
方法で炭素繊維の電解処理を行なった。並行して走行す
る１０本の炭素繊維糸条のうち４本が、２本づつ寄りつ
いているのが観察された。

得られた炭素繊維から成型された一方向強化。

複合材料の０°方向引張強度（試料数＝ｌＯ）の平均値
は１８５　ｋｇ　／　ｗａ”、ばらつきの範囲は１２　
ｋｇ　／　ｍ”であった。また層間剪断強度（試料数＝
ｌＯ）の平均値は９．１　ｋｇ　／　ｍｓ”、ばらつき
の範囲は０．８　ｋｇ　／　ｍ”であった。

特許出願大東し株式会社 （８完）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維を界面活性剤を含む電解質溶液中で電解処理す
   ることを特徴とする炭素縁−の表面処理方法。