JPS6233861A - 炭素繊維にサイジング剤を付与する方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は炭素繊維にサイジング剤を付与する方法に関す
る。

［従来技術］ 従来炭素繊維はその卓越した力学的、化学的、電気的性
質および軽量化などにより各種の用途、例えば、航空機
やロケットなどの航空・宇宙用構造材料、テニスラケッ
ト、ゴルフシャフト、釣竿などのスポーツ用品に広く使
用され、ざらに船舶、自動車などの運輸機械用途などの
分野にも使用されようとしている。

ところで、炭素繊維は本質的に剛直で脆く、耐屈曲性や
耐擦過性に乏しいために、その製造工程市るいは高次加
工工程においてローラとの接触や糸道ガイドでの擦過、
あるいは整経時の鮫などによる擦過あるいは各種の屈曲
操作などによって毛羽が生じ易く、時には糸切れを生じ
ることにもなり兼ねない。加えて炭素繊維自体は一般に
マトリックスに対する接着性が不充分である。これがた
め炭素繊維には各種のサイジング剤処理が施され、それ
によって炭素ｐＡＮに集束性が与えられ、耐屈曲性や耐
擦過性の改良と共に、７１〜リツクスに対する接着性を
向上させるのが普通でおる。

その場合のサイジング剤（＝Ｊ与手段としては、第２図
に示すように、被処理糸条をサイジング浴２中のサイジ
ング液４に浸漬し、その際、糸条は浴中に備えられた含
浸ローラ３を介して連続走行させるのが一般的である。

しかしながら、今日炭素繊維製造分野の趨勢として製造
コストの低減化のため、製造時の多糸条化や高速化が図
られ、前記サイジング処理手段では特に被処理糸条が多
糸条化すればするほど、４ノイジング剤の糸条への付着
斑が生じ易い。このことが主たる原因で炭素繊維の製造
工程あるいは高次加工工程での糸切れが多発し易い等の
問題が生じていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消すること、
即ら、特に多糸条化されたｒＡ索織繊維りイジング処理
にｉＪ３！プるリーイジング剤の付着斑をできるだ（プ
少なくし、以後の工程中での毛羽や糸切れなどの発生を
未然に防止づることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の上記目的は、少なくとも５００本の単繊維から
構成される炭素ｌＩｉ維糸条をローラ面の一部が露出し
た含浸ローラを介して］ノイジング液中に浸漬させる１
ノ゛イジング方法において、該糸条を含浸ローラ露出面
と接触させたのちにサイジング液に浸漬させることを特
徴とする炭素繊維にυイジング剤を付与する方法によっ
て達成できる。

以下、本発明を図面を参照しながら具体的に説明する。

第１図は本発明にかかるサイジング処理形態の一例を示
す模式図であり、図中、１は被処理糸条、２はサイジン
グ浴、３は含浸ローラ（３゛　；露出面）、４はサイジ
ング液、５はガイドローラでおる。

本発明の炭素繊維糸条のサイジング処理に当つて、サイ
ジング浴２には含浸ローラ３を図示するようにローラ面
の一部３°がサイジング液面より露出した状態で備えら
れ、該含浸ローラ３自身はフリー回転、あるいは糸条の
走行速度に適宜追従するよう駆動回転させている。

前工程から連続的に供給される炭素繊維糸条１はガイド
ローラ５を経てサイジング液４中に浸漬させるが、本発
明のサイジング処理における特徴は第１図に示す如く被
処理糸条を予め液面上に露出した含浸ローラ面３゛と接
触させた後、す′イジング液４に浸漬させることにある
。

すなわち、炭素繊維のサイジング処理におけるサイジン
グ剤の付着斑について、本発明者らの研究によると２次
のことが判明した。

先ず炭素繊維は本来濡れ性が他種繊維２例えばナイロン
繊維、ポリエステル繊維などと比較して著しく劣ってい
る。このことが炭素繊維糸条をいきなりサイジング液に
浸漬すると、該糸条の単繊維間に包含されている空気が
扱【ノ難く、該空気の殆どは浴液中で小さな気泡となる
。この気泡はＩナイロン繊維、特に水分散系サイジング
剤の場合には、そのエマルジョンの安定性を著しく損な
い。

該エマルジョンを部分的に破壊し、凝集ないし粒状化に
導く。この結果は炭素繊維糸条に対してサイジング剤の
付着斑を惹起することになる。

本発明はかかるサイジング処理にお【プる新知見に基づ
き為されたもので、炭素繊維糸条中に包含する空気をサ
イジング液に浸漬する以前に除去するために、該糸条を
予め含浸ローラ露出面３°と接触させる。該含浸ローラ
露出口３゛はサイジング剤の液膜により充分濡れ状態に
保たれているため、そこで糸条中の空気がサイジング液
と置換され、該糸条中の空気が除去されることになる。

本発明における炭素繊維糸条は少なくとも５００本の単
繊維により構成されるもので、それ以下の小糸条ではサ
イジング処理上、糸条中の空気に基づく障害は小さい。

また含浸ローラ３は、ローラ面の一部がサイジング液面
上に露出するよう設けることが必要であり、該露出面３
°にサイジング液浸漬以前の処理糸条を接触させる。　
　その際の接触時間は通常０．２秒以上、好ましくは０
．５秒以上に保持される。かかる接触時間を設定するに
はローラ径が５０〜５００ｍｍφ程度の含浸ローラ３を
用いる外。

含浸ローラ３の浴液に対する浸漬具合やガイドローラ５
の設置位置などを適宜調整すればよい。

また、サイジング処理時の糸条の張力は単繊維当り０．
０５〜１．０ＣＩが好ましく、この時０゜０５ｇ未満で
は含浸ローラ露出部３゛での糸条中の空気と奢ナイジン
グ液との置換が充分行ない難く、一方１．０ｇを越える
とサイジング処理によって毛羽が発生するなど新たな問
題が生じ易い。

本発明にｄ３ける炭素繊維としては、アクリル系。

ピッチ系　１ルロース系などの各種繊維を前駆体として
公知の方法で得られた。いわゆる″炭化糸。

黒鉛化糸、またこれらを表面酸化処理したものが含まれ
る。

またサイジング剤としては、水溶液および／または水分
散液、あるいは有機溶剤溶液として用いられるものであ
って、炭素繊維に集束性を与え、耐屈曲性や耐涼過性を
向上させ、かつ該炭素繊維を複合材料の補強繊維として
使用した場合に良好な複合材料特性が得られるサイジン
グ剤であれば好適に用いられるが、特に水溶液および／
または水分散系の場合に前述した泡の発生が顕著であり
、効果が大きい。

水溶液および／または水分散液として用いられるサイジ
ング剤には、例えばポリアルキレンオキサイドおよびそ
の誘導体、ポリビニルピロリドンおよびその誘導体、ポ
リビニルアルコールなどの水溶性樹脂、必るいは各種界
面活性剤を添加することによって水分散性となるエポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など公知の各種樹脂が
挙げられるが、特に上記の樹脂に限定されるものではな
い。なお、これらのサイジング剤は２種以上を配合して
もよい。

また有機溶剤溶液として用いられるサイジング剤には、
例えばグリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、
グリシジルアミン型、脂肪族エポキサイド型などのエポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリイミド樹脂など公知の各種樹脂が挙げられる。

これら量少イジング剤を溶解させる有機溶剤としては、
上記樹脂を安定に溶解させるものであればよく、例えば
ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類
、アセ１〜ン、メチルエチルケＩ〜ンなどのケトン類、
四塩化炭素、トリクレン、クロロホルムなどのハロゲン
化炭化水素類、あるいはセロソルブなどの変性エーテル
類などが挙げられるが、沸点、工業的な取扱の容易さな
どによって適宜選択すればよい。

なお、有機溶剤系サイジング剤は２種以上を配合しても
よい。

サイジング剤の水溶液、水分散液あるいは有機溶剤溶液
はサイジング剤の特性に応じて従来公知の方法で調合す
ればよく、ただし、サイジング剤の浴濃度は通常０．５
〜１０重但％の範囲である。

サイジング剤の炭素繊維に対重る付着量は、す゛イジン
グ剤の種類によって多少の差異があるが、炭素繊維重量
当り０．２〜５重量％の範囲が一般的である。

［発明の効果］ 本発明は炭素繊維糸条のサイジング処理において、被処
理糸条を予め液面上に露出した含浸ローラ而３゛と接触
させ、しかる後ナイジング液４に浸漬さＶるという全く
新規な手段によって、サイジング浴中の気泡に基づくサ
イジング剤エマルジョンの凝集ないし粒状化が著しく抑
制される。従って、炭素繊維に対するサイジング剤の付
着斑が大幅に減少し、以後の工程中での毛羽や糸切れの
発生、及びマトリックスに対する接着性低下などが未然
に防止できるという炭素ｉ維製造上、顕著な効果を秦す
る。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

本例中、サイジング浴中の気泡の発生状態、サイジング
剤エマルジョンの分散状態、及び巻上げ後の炭素繊維糸
条解舒時の糸切れ状態は次の方法により求めた。

（１）サイジング浴中の気泡の発生状態炭素繊維糸条を
第１図、または第２図に示すリ−イジング浴を用いて浸
漬処理し、１時間後の液面状態を次のように区分した。

ａ、液面に殆ど気泡が発生しない状態・・・・・・Ｑｂ
、液面の一部が気泡で覆われた状態・・・・・・△Ｃ１
液面全体が気泡で覆われた状態・・・・・・×（２）サ
イジング剤エマルジョンの分散状態（サイジング液の安
定性） 炭素繊維糸条を上記第（１）項と同様に浸漬処理し、８
時間後の浴液を光学顕微鏡（２００倍）を用いてサイジ
ング液（５μｇ）中のサイジング剤エマルジョンの粒子
径を写真測定し、炭素繊維を浸漬処理する前のサイジン
グ剤エマルジョンの粒子径が５倍以上に凝集ないし粒状
化した粒子を計数した。

（３）巻上げ後の炭素繊維糸条解舒時の糸切れ状態炭素
繊維糸条を上記第（１）項と同様に浸漬処理した。８時
間の処理経過後の炭素繊維を通常の方法で巻上げた後、
縦とり法で５Ｑｍ／分の速度で解舒した時の糸切れ発生
頻度を測定し、１０万ｍ当りの糸切れ回数として表わし
た。

実施例１ ６０００フイラメン１〜からなる炭素繊維糸条１００本
を第１図に示す１ノイジング浴に１０ｍ／分の速度で連
続的に浸漬してサイジング処理し、常法どおり巻き取っ
た。

この時、含浸ローラ露出面と糸条との接触時間をガイド
ローラ５の位置を変えることにより種々変更し、浴液の
気泡の発生状態、浴液の安定性。

及び解舒時の糸切れ状態を調べた。これらの結果を第１
表に示した。

なお、サイジング浴液には樹脂分４％からなる水系エマ
ルジョン溶液を用い、糸条に対するサイジング剤付看呈
を約１％とした。また該サイジング浴はローラ径４００
ｍｍφ、ローラ巾ｉｏｏｏｍｍの含浸ローラを用い、糸
条張力は単繊維当り０゜２ｇとした。

一方、比較のため第２図に示す従来のサイジング浴で処
理し、その結果を第１表に併記した。

第１表 実施例２ 崩成フィラメント数の異なる炭素ｇａＮ糸条を第１図（
本発明法）、及び第２図（従来法）に示すサイジング浴
によりサイジング処理し、その時の浴液の気泡の発生状
態、浴液の安定性、及び解舒時の糸切れ状態を調べた。

なお、本発明法における含浸ローラ露出面と糸条との接
触時間は１．０秒とし、その他の処理条件は実施例１に
準じた。

この結果を第２表に示す。

（以下、余白） 第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるサイジング処理形態の一例を示
す模式図、第２図は従来のサイジング処理形態を示す模
式図でおる。 １：被処理糸条（炭素繊維） ２：サイジング浴 ３：含浸ローラ ３°：含浸ローラ露出面 ４：リーイジング液 ５ニガイドローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも５００本の単繊維から構成される炭素
   繊維糸条をローラ面の一部が露出した含浸ローラを介し
   てサイジング液中に浸漬させるサイジング方法において
   、該糸条を含浸ローラ露出面と接触させた後にサイジン
   グ液に浸漬させることを特徴とする炭素繊維にサイジン
   グ剤を付与する方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、炭素繊維糸条と
   含浸ローラ露出面との接触時間が少なくとも０．２秒で
   ある炭素繊維にサイジング剤を付与する方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、含浸ローラのロ
   ーラ径が５０〜５００ｍｍφである炭素繊維にサイジン
   グ剤を付与する方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、糸条張力が単繊
   維当り０．０５〜１．０ｇである炭素繊維にサイジング
   剤を付与する方法。