JPS648748B2 - - Google Patents

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、航空機やロケツトなどの航空・宇宙用構
造材料、テニスラケツト、ゴルフシヤフト、釣竿
などのスポーツ用品に広く使用され、さらに船
舶、自動車などの運輪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
あ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、あるいは整経時の筬などに
よる擦過あるいは各種の屈曲操作などによつて毛
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
ツ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、それによつて炭素繊維に集束性が与えられ、
耐屈曲性や耐擦過性の改良と共に、マトリツクス
に対する接着性を向上させるのが普通である。 その場合のサイジング剤付与手段としては、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、サ
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、即ち、特に多糸条化された炭素繊維のサ
イジング処理におけるサイジング剤の付着斑をで
きるだけ少なくし、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することにある。 ［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サイジ
ング剤を付与する方法によつて達成できる。 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
である。 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れている。 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、サイジ
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、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、例えば
ナイロン繊維、ポリエステル繊維などと比較して
著しく劣つている。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抜け難く、該空気の
殆どは浴液中で小さな気泡となる。この気泡はサ
イジング剤、特に水分散系サイジング剤の場合に
は、そのエマルジヨンの安定性を著しく損ない、
該エマルジヨ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ける新知見
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。該含侵ローラ露出面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50〜500
mmφ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0.05〜1.0ｇが好ましく、この時0.05ｇ未満で
は含浸ローラ露出面３′での糸条中の空気とサイ
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つて毛羽が発生す
るなど新たな問題が生じ易い。 本発明における炭素繊維としては、アクリル
系、ピツチ系、セルローズ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
系、黒鉛化系、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
られるものであつて、炭素繊維に集束性を与え、
耐屈曲性や耐擦過性を向上させ、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、あるいは各種界面活性剤を添加する
ことによつ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。 これらサ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、アセトン、メチルエチルケ
トンなどのケトン類、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
つ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重量％の範囲である。 サイジング剤の炭素繊維に対する付着量は、サ
イジング剤の種類によつ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
ラ面３′と接触させ、しかる後サイジング液４に
浸漬させるという全く新規な手段によつて、サイ
ジング浴中の気泡に基づくサイジング剤エマルジ
ヨンの凝集ないし粒状化が著しく抑制される。従
つて、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、及びマトリツ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繊維製造上、顕著
な効果を奏する。 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ヨンの分散状態、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
サ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……〇 ｂ 液面の一部が気泡で覆われた状態……△ ｃ 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ヨンの分散状態（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（5μ）中サイジング剤
エマルジヨ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ヨン
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、縦どり法で50ｍ／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フイラメントからなる炭素繊維糸条100本
を第１図に示すサイジング浴に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
巻き取つた。 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
水系エマルジヨン溶液を用い、糸条に対するサイ
ジング剤付着量を約１％とした。また該サイジン
グ浴はローラ径400mmφ、ローラ巾1000mm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。

【表】 実施例 ２ 構成フイラメント数の異なる炭素繊維糸条を第
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。

【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ある。 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：サイジング液、５：ガイドローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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 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 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。