JPS61119772A - 炭素繊維の表面処理法 - Google Patents
炭素繊維の表面処理法Info
- Publication number
- JPS61119772A JPS61119772A JP23901884A JP23901884A JPS61119772A JP S61119772 A JPS61119772 A JP S61119772A JP 23901884 A JP23901884 A JP 23901884A JP 23901884 A JP23901884 A JP 23901884A JP S61119772 A JPS61119772 A JP S61119772A
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- JP
- Japan
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- treatment
- carbon fiber
- carbon fibers
- surface treatment
- strength
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- Pending
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- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (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。
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〕
本発明は炭素繊維の表面処理に関するものである。
炭素繊維で補強された樹脂等の複合材料は軽量で、かつ
強度２弾性率にすぐれているため、近年の価格低下とあ
いまって、スポーツ、レジャー用品、宇宙航空機器材等
の幅広い分野にわたって用途開発が進められている。し
かるに樹脂等のマ） ＩＪラックスの接着強度が弱く、
この接着強度を改善することを目的として炭素繊維の表
面処理方法が種々検討され、提案されており、空気中や
オゾン中での気相酸化法９次亜塩素酸ソーダや硝酸を用
いた薬剤酸化法、電解液中で通電処理する電解酸化法等
がある。
強度２弾性率にすぐれているため、近年の価格低下とあ
いまって、スポーツ、レジャー用品、宇宙航空機器材等
の幅広い分野にわたって用途開発が進められている。し
かるに樹脂等のマ） ＩＪラックスの接着強度が弱く、
この接着強度を改善することを目的として炭素繊維の表
面処理方法が種々検討され、提案されており、空気中や
オゾン中での気相酸化法９次亜塩素酸ソーダや硝酸を用
いた薬剤酸化法、電解液中で通電処理する電解酸化法等
がある。
従来、炭素繊維とマ） ＩＪラックス接着強度を評価す
るために層関せん断強度（ＩＬ８Ｂ）が用いられている
が、一般にＩＬ８Ｓはある一定の表面処理レベル以上で
は表面処理の程度に対して鈍感になり、炭素繊維とマト
リックスの接着強度を直接反映したものになっていない
と考えられる。
るために層関せん断強度（ＩＬ８Ｂ）が用いられている
が、一般にＩＬ８Ｓはある一定の表面処理レベル以上で
は表面処理の程度に対して鈍感になり、炭素繊維とマト
リックスの接着強度を直接反映したものになっていない
と考えられる。
ところが、複合材の剥離強度を表す繊維方向と９０°方
向の引張り強さくＴＳＩ）は、ＩＬ８Ｓが飽和した後も
表面処理の強さに応じて上昇することか明らかになり、
炭素繊維とマトリックスの接着強度を評価するには、そ
のパラメータとしてＩＬＳＳを測定するだけでなく Ｔ
ＳＩ も合せて測定する必要があることがわがった。
向の引張り強さくＴＳＩ）は、ＩＬ８Ｓが飽和した後も
表面処理の強さに応じて上昇することか明らかになり、
炭素繊維とマトリックスの接着強度を評価するには、そ
のパラメータとしてＩＬＳＳを測定するだけでなく Ｔ
ＳＩ も合せて測定する必要があることがわがった。
しかしＴＳＩ を向上させるために種々の処理法につい
て表面処理レベル、具体的には気相酸化法では処理温度
、酸化性気体の濃度等、電解酸化法では電流密度等を強
くすると表面処理後の炭素繊維の強度の低下の原因とな
り不利である。
て表面処理レベル、具体的には気相酸化法では処理温度
、酸化性気体の濃度等、電解酸化法では電流密度等を強
くすると表面処理後の炭素繊維の強度の低下の原因とな
り不利である。
本発明は炭素繊維の強度を低下させることなく複合材料
のＴＳＩを向上せしめることを目的とする。
のＴＳＩを向上せしめることを目的とする。
本発明の要旨は、炭素繊維を酸化処理を行った後に核炭
素繊維を塩基性有機溶剤中に浸漬せしめる点にある。
素繊維を塩基性有機溶剤中に浸漬せしめる点にある。
上記酸化処理に、気相酸化法、 ｐＨ７以下の水溶液
中での電解酸化法を用いた場合、本発明の効果が顕著に
発現する。すなわち上記の処理を施すことで炭素繊維の
基質強度を下げることなくＴＳｌを向上させることが可
能となる。
中での電解酸化法を用いた場合、本発明の効果が顕著に
発現する。すなわち上記の処理を施すことで炭素繊維の
基質強度を下げることなくＴＳｌを向上させることが可
能となる。
ＴＳＩ を向上せしめる直接の要因は明らかではないが
、炭素繊維表面に付着している不純物の除去及びその結
果起こる比表面積の増大がＴＳＩ の向上に効果をもた
らしていると考えられる。
、炭素繊維表面に付着している不純物の除去及びその結
果起こる比表面積の増大がＴＳＩ の向上に効果をもた
らしていると考えられる。
炭素繊維の表層にはプレカーサーの油剤に由来するケイ
素酸化物や焼成過程で分解遊離した低分子物の炭化物或
いは表面処理で表層が酸化されて生成した低分子酸化物
等の様々な不純物が付着している。
素酸化物や焼成過程で分解遊離した低分子物の炭化物或
いは表面処理で表層が酸化されて生成した低分子酸化物
等の様々な不純物が付着している。
これら付着物は炭素繊維とマトリックスの接着強度に伺
ら良好な効果を与えないばかりが、その後のサイジング
工程やプリプレグの作成工程或いは作成された複合材料
の性能に悪影響を及ぼす恐れがある。サイジング工程で
は水和性の酸化物がサイズ剤の凝集を引き起こし、又プ
リプレグ作成工程では、これら酸化物によって過度に硬
化した樹脂成分が偏在するため、均一なプリプレグ作成
が困難になり、上記プリプレグを用いて作成されたコン
ポジットの性能が低いことが明らかになった。
ら良好な効果を与えないばかりが、その後のサイジング
工程やプリプレグの作成工程或いは作成された複合材料
の性能に悪影響を及ぼす恐れがある。サイジング工程で
は水和性の酸化物がサイズ剤の凝集を引き起こし、又プ
リプレグ作成工程では、これら酸化物によって過度に硬
化した樹脂成分が偏在するため、均一なプリプレグ作成
が困難になり、上記プリプレグを用いて作成されたコン
ポジットの性能が低いことが明らかになった。
ところが本発明によれば、酸化処理で形成された表層の
微小な空孔中に留っている酸化処理によって生成する低
分子量酸化物が他の表層に付着している不純物と共に取
除かれることで、ＴＳＩ が向上したものと考えられ
る。特に従来の気相酸化法ではこれら付着物を取除くこ
とは困難であり、また電解酸化法ではｐＨ７以下である
水溶液中で電解酸化した場合に有効に含酸素官能基が導
入されるが、この場合も炭素繊維表面の付着物はほとん
ど除去されていない。そこで以上のような酸化処理を行
った炭素繊維を炭素繊維基質とぬれ性が良好で、かつ付
着物と親和性のよい塩基性有機溶剤中に浸漬せしめ、炭
素繊維表層の細部にまで浸透させることで、付着物を効
果的に除去し、その結果ＴＳＩが大きく向上したものと
考えられる。
微小な空孔中に留っている酸化処理によって生成する低
分子量酸化物が他の表層に付着している不純物と共に取
除かれることで、ＴＳＩ が向上したものと考えられ
る。特に従来の気相酸化法ではこれら付着物を取除くこ
とは困難であり、また電解酸化法ではｐＨ７以下である
水溶液中で電解酸化した場合に有効に含酸素官能基が導
入されるが、この場合も炭素繊維表面の付着物はほとん
ど除去されていない。そこで以上のような酸化処理を行
った炭素繊維を炭素繊維基質とぬれ性が良好で、かつ付
着物と親和性のよい塩基性有機溶剤中に浸漬せしめ、炭
素繊維表層の細部にまで浸透させることで、付着物を効
果的に除去し、その結果ＴＳＩが大きく向上したものと
考えられる。
実際、塩基性有機溶剤中に酸化処理された炭素繊維を浸
漬すると黒色の物質が炭素繊維の表面から多量に溶出す
るのが観察された。また上記処理を施した炭素繊維の表
面をＥＳＣＡで分析したところ、塩基性有機溶剤中で処
理する以前には見られたケイ素酸化物が除去されている
ことが判明した。
漬すると黒色の物質が炭素繊維の表面から多量に溶出す
るのが観察された。また上記処理を施した炭素繊維の表
面をＥＳＣＡで分析したところ、塩基性有機溶剤中で処
理する以前には見られたケイ素酸化物が除去されている
ことが判明した。
本発明に用いられる塩基性有機溶剤は炭素繊維とぬれ性
がよく、炭素繊維表面の付着物を効果的に除去するもの
ならば何でもよく、トリエチルアミン、ピリジン、アニ
リン等のアミン類。
がよく、炭素繊維表面の付着物を効果的に除去するもの
ならば何でもよく、トリエチルアミン、ピリジン、アニ
リン等のアミン類。
２−アミノ−１−ブタノール等のアミノアルコール類、
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチル
アセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチル
アセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
炭素繊維を浸漬、洗浄する条件は用いられる溶剤の種類
によって異なるが、処理に用いる溶剤の温度は室温から
沸点、好ましくは室温付近、処理時間は数秒から数十分
、好ましくは５秒から５分が望ましい。洗浄効果を上げ
るために溶剤を流動させたり、不活性ガスを用いたバブ
リングや超音波振動を利用することもできる。
によって異なるが、処理に用いる溶剤の温度は室温から
沸点、好ましくは室温付近、処理時間は数秒から数十分
、好ましくは５秒から５分が望ましい。洗浄効果を上げ
るために溶剤を流動させたり、不活性ガスを用いたバブ
リングや超音波振動を利用することもできる。
また対極板を設けて溶剤中で通電することも有効である
。
。
以上の様にして得られた炭素繊維を複合材料に用いる場
合、マトリックスは特には制限されないが、熱硬化性樹
脂としては、エポキシ樹脂。
合、マトリックスは特には制限されないが、熱硬化性樹
脂としては、エポキシ樹脂。
ポリアセタール樹脂、不飽和ポリエステル等、熱可塑性
樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピ
レン、ＡＢＳ、 ポリカーボネート等の樹脂が挙げられ
る。
樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピ
レン、ＡＢＳ、 ポリカーボネート等の樹脂が挙げられ
る。
以下、本発明を具体的に実施例によって説明する。
実施例１
弾性率が２４ ｔ／ｉｎ”の炭素繊維トウ６Ｋをそれぞ
れ第１表に示すような条件で処理して水洗。
れ第１表に示すような条件で処理して水洗。
乾燥したトウそれぞれ２ｍを１０分間蒸留水で水洗した
後、沸騰蒸留水１０Ｊ’で２時間抽出し抽出液の吸光度
をλ”４００ｎｍで測定して第１表に示した。
後、沸騰蒸留水１０Ｊ’で２時間抽出し抽出液の吸光度
をλ”４００ｎｍで測定して第１表に示した。
本処理を施すことにより炭素繊維表層の付着物が除去さ
れていることが分る。
れていることが分る。
又、炭素繊維の表面をＥＳＫＡで分析した結果を第１表
に示した。
に示した。
第１表
実施例２
弾性率が２８ ｔ ／ｘｘ″の炭素繊維からなるトウを
第２表に示す条件で処理し、水洗、乾燥後樹脂（パイロ
フィル４３４０．三菱レイヨン（株）製）を用いて下記
の条件で測定したところ、第２表に示すような結果が得
られた。
第２表に示す条件で処理し、水洗、乾燥後樹脂（パイロ
フィル４３４０．三菱レイヨン（株）製）を用いて下記
の条件で測定したところ、第２表に示すような結果が得
られた。
３￥ＥＩ Ｔｅｌ （繊維方向と９０’ 方向の引張
り強さ）はＡＳＴＭ−Ｄ３０３９ 記載の方法で測定
した。
り強さ）はＡＳＴＭ−Ｄ３０３９ 記載の方法で測定
した。
※２ＩＬＳＳ（層関せん断強度）はＡＳＴＭ−Ｄ ２３
４４記載の方法で測定した。
４４記載の方法で測定した。
※３ストランド強度はＪＩＳ−Ｒ−７６０１記載の方法
で測定した。
で測定した。
本発明は表面酸化処理した炭素繊維を更に塩基性有機溶
剤で処理することによりマトリックスと組合せて複合材
料にしたときの物性、特に繊維方向と９＃θ°方向の引
張り強さが著しく向上した炭素繊維を得ることができる
。
剤で処理することによりマトリックスと組合せて複合材
料にしたときの物性、特に繊維方向と９＃θ°方向の引
張り強さが著しく向上した炭素繊維を得ることができる
。
手続補正書（自発）
昭和６０年４月ｌダ日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維を表面処理するに際して、酸化処理を行っ
た後に該炭素繊維を塩基性有機溶剤中に浸漬せしめるこ
とを特徴とする炭素繊維の表面処理法。 ２、気相中で酸化処理を行うことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の処理法。 ３、ｐＨ７以下の水溶液中で炭素繊維を陽極として電解
酸化処理を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23901884A JPS61119772A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭素繊維の表面処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23901884A JPS61119772A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭素繊維の表面処理法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61119772A true JPS61119772A (ja) | 1986-06-06 |
Family
ID=17038667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23901884A Pending JPS61119772A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭素繊維の表面処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61119772A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63120741A (ja) * | 1986-11-10 | 1988-05-25 | Showa Denko Kk | 炭素繊維複合高分子組成物 |
| US4944932A (en) * | 1985-12-27 | 1990-07-31 | Toray Industries Inc. | Process for producing carbon fiber |
-
1984
- 1984-11-13 JP JP23901884A patent/JPS61119772A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4944932A (en) * | 1985-12-27 | 1990-07-31 | Toray Industries Inc. | Process for producing carbon fiber |
| JPS63120741A (ja) * | 1986-11-10 | 1988-05-25 | Showa Denko Kk | 炭素繊維複合高分子組成物 |
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