JPH07145549A - 炭素繊維のサイジング付与方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 炭素繊維糸条にサイジング剤付与するに際
し、該炭素繊維糸条をサイジング剤溶液または分散液中
に浸漬した後に、加圧気体を０．５〜１０ｍ／秒の流速
で吹き付けることを特徴とする炭素繊維のサイジング付
与方法。 【効果】 炭素繊維糸条中に内在する毛羽によって発生
するサイジング剤の過剰付着あるいはサイジング液の表
面張力によって発生する隣接糸条間のサイジング液膜発
生が著しく抑制されるため、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、以下の工程中での毛羽や
糸切れの発生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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来技術】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、さらに船舶、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質で脆く、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
においてローラーとの接触や糸道ガイドでの擦過、ある
いは整経時のオサ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。このため炭素繊維には各種のサ
イジング剤処理が施され、それによって炭素繊維に集束
性が与えられ、耐屈曲性や耐擦過性を向上させるのが一
般的である。

【０００３】しかしながら、サイジング剤付与前に毛羽
があると、その部分はサイジング液が過剰に付着し、サ
イジング付着斑が生じる。このようなサイジング付着
斑、特にサイジング付着量の多い部分は糸条が粘着しや
すく、高次加工工程で解舒した場合、サイジング剤の粘
着により毛羽が発生し、最終的には糸切れに波及すると
いう問題が生じる。

【０００４】特に炭素繊維の生産性向上のため多糸条化
を図った場合、炭素繊維糸条間隔が狭くなり隣接糸条同
士が接触しやすく毛羽発生の原因となる。このためサイ
ジング付着斑が多くなり、付着斑に起因する糸切れが多
くなるという問題が生ずる。また、隣接糸条間が狭くな
ることにより、糸条間にサイジング液膜が発生しやすく
なり、そのまま乾燥するとサイジング剤の付着斑となる
という新たな問題も発生する。

【０００５】このサイジング剤の付着斑防止に関し、特
開昭５９ー３６７６２号公報はサイジング剤付与後の糸
条を超音波照射処理することを提案している。しかしな
がら、多糸条化が進む今日、糸条１本毎に超音波照射処
理を施すことは設備費アップとなり製造コストが上昇す
る問題がある。

【０００６】さらに、特開昭５９ー３６７６３公報はサ
イジング剤付与時に使用する複数本の溝付ローラーを、
２種類以上の異形状にすることを提案している。しかし
ながら、該方法では溝付きローラー走行により毛羽発生
を招く恐れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記従
来技術の問題点を解決すること、即ち、炭素繊維のサイ
ジング処理において比較的安価な設備で、毛羽によって
発生するサイジング剤の付着斑や多糸条化の時のサイジ
ング液膜によって発生するサイジング剤の付着斑を減少
させ、以後の工程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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、炭
素繊維糸条にサイジング剤付与するに際し、該炭素繊維
糸条をサイジング剤溶液または分散液中に浸漬した後
に、加圧気体を０．５〜１０ｍ／秒の流速で吹き付ける
ことを特徴とする炭素繊維のサイジング付与方法によっ
て達成できる。

【０００９】以下、本発明を具体的に説明する。

【００１０】通常、炭素繊維糸条はサイジング剤溶液に
浸漬後、付与したサイジング剤を乾燥させるが、本発明
のサイジング処理における特徴は、サイジング剤付与後
の炭素繊維糸条に圧力空気を吹き付けることにある。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。

【００１１】炭素繊維は既述したように本質的に剛直で
脆いため、サイジング処理工程前の工程において、既に
ローラー等の接触によって毛羽が発生する。この毛羽の
発生した糸条にサイジング剤を付与した場合、毛羽発生
部分のサイジング付着量は局部的に増大し、付着斑を惹
起することになる。

【００１２】また、最近は生産性向上を目的に処理糸条
密度が高められる傾向が顕著であり、糸条間の間隔は隣
接糸条同志が接触するほど狭くなっている。多糸条の炭
素繊維を隣接糸条が接触するほどの狭い間隔で走行させ
た場合、隣接糸条同士の接触で毛羽が発生しやすく、ま
た毛羽発生はなくとも付着したサイジング液の表面張力
により隣接糸条間にサイジング液の液膜が発生し、その
部分のサイジング付着量は正常時の２〜３倍に増大す
る。

【００１３】本発明は、炭素繊維糸条中に存在する毛羽
のため発生するサイジング剤過剰付着の防止および隣接
糸条間のサイジング液膜発生を防止するために、サイジ
ング剤付与後の糸条に加圧気体を吹き付け、サイジング
付着斑を減少させるものである。加圧気体を吹き付ける
ことにより、糸条の毛羽部分に付着した過剰なサイジン
グ剤は均一に除去され、あるいは、サイジング液の表面
張力以上の流速をもつ加圧気体を吹き付けることにより
隣接糸条間の液膜発生は防止できることになる。

【００１４】本発明において、加圧気体の流速は処理糸
条直近の実流速を指し、その際の流速範囲は０．５〜１
０ｍ／秒であり，好ましくは１〜５ｍ／秒である。すな
わち、気体流速が０．５ｍ／秒未満では過剰サイジング
液の除去およびサイジング液膜発生防止効果がない。ま
た、流速が１０ｍ／秒を越えると、その流速のため糸条
の毛羽が増大し糸切れが発生する場合がある。

【００１５】また、サイジング処理時の糸条の張力は糸
条の振動，ゆれによる毛羽発生防止および過剰張力によ
る毛羽発生防止の観点から、単繊維当たり０．０５〜
１．０g が好ましいが、特に限定されるものではない。

【００１６】本発明における炭素繊維としては、アクリ
ル系，ピッチ系，セ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
糸，またこれらを表面酸化処理したものが含まれる。

【００１７】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表面張
力による液膜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種類以上を配合
してもよい。

【００１８】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。

【００１９】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、特に、上記の樹脂に限
定されるものではない。沸点、工業的な取扱いの良さで
適宜選択すれば良い。なお、有機溶媒系サイジング剤は
２種類以上を配合してもよい。

【００２０】サイジング剤の水溶液、水分散液あるいは
有機溶媒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％の範囲が好適に用いられる。
サイジング剤の炭素繊維に対する付着量は、サイジング
剤の種類によって多少の差異があるが、炭素繊維当たり
０．２〜５重量％の範囲が一般的である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、本例中の毛羽数、糸切れ本数は次の方法で求
めた。

【００２２】（１）毛羽数 炭素繊維糸条に１デニールあたり０．０９g の張力下、
３ｍ／分の糸速で走行させて側面から繊維糸条に対し直
角にレーザー光を照射し、毛羽数を毛羽検出装置で検出
し、個／ｍで表示する。

【００２３】（２）糸切れ本数 通常の方法で巻き上げた炭素繊維糸条のボビンを縦取り
法で５０ｍ／分の速度で解舒した時の５０本あたりの糸
切れ発生本数として表した。

【００２４】

【実施例１】単繊維繊度が０．６d 、フィラメント数が
１２０００本の無撚のアクリル系炭素繊維糸条を５０本
用い、１０ｍ／分の速度，糸条の張力を単繊維当たり
０．２g の条件で、図１に示したサイジング槽を使用
し、サイジング剤を付与した後、糸条から数cm離れたパ
イプより直径数mmの孔から流速を０．５〜１０ｍ／秒の
範囲で変更した常温空気を炭素繊維糸条に約０．５秒間
吹き付け、常法どおり巻き取った。

【００２５】かくして得られた５０本の炭素繊維糸条
の、同一糸条内のサイジング剤の付着量ばらつき（ＣＶ
値）および糸条５０本間のサイジング剤の付着量ばらつ
き（ＣＶ値）、解舒時の糸切れ状態を表１に示した。な
お、サイジング溶液には樹脂４％からなる水系エマルジ
ョン溶液を用い、サイジング剤の付着量は炭素繊維重量
に対し１．２％であった。

【００２６】

【比較例１】常温空気の流速を０、０．３、１２ｍ／秒
にした以外は実施例１の記述と同じ方法で炭素繊維糸条
を巻き取った。かくして得られた５０本の炭素繊維糸条
の、同一糸条内のサイジング剤の付着量ばらつき（ＣＶ
値）および糸条５０本間のサイジング剤の付着量ばらつ
き（ＣＶ値）、解舒時の糸切れ状態を表１に示した。流
速が０．５ｍ／秒未満では、サイジング付着のＣＶ値が
高く、毛羽，糸切れも多くなる。また、流速が１０ｍ／
秒を越えると毛羽，糸切れが増加することが判る。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【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、サイジング剤付与後の該糸条に加圧気体を吹
付けるという全く新規な手段によって、炭素繊維糸条中
に内在する毛羽によって発生するサイジング剤の過剰付
着あるいはサイジング液の表面張力によって発生する隣
接糸条間のサイジング液膜発生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、以下の工程中での毛羽や糸切れの発生が未然に
防止できるという炭素繊維製造上、顕著な効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるサイジング処理設備の一例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１：ローラー ２：被処理糸条 ３：サイジング液 ４：加圧気体の供給パイプ ５：加圧気体（空気）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素繊維糸条にサイジング剤付与するに際
   し、該炭素繊維糸条をサイジング剤溶液または分散液中
   に浸漬した後に、加圧気体を０．５〜１０ｍ／秒の流速
   で吹き付けることを特徴とする炭素繊維のサイジング付
   与方法。