含有上浆剂的碳纤维束及其制造方法与流程

本发明涉及含有上浆剂的碳纤维束、以及含有上浆剂的碳纤维束的制造方法。

背景技术：

1、碳纤维不仅轻质而且强度及弹性模量优异，因此，作为与各种基体树脂组合而成的复合材料而被用于航空器部件、航天器部件、汽车部件、船舶部件、土木建筑材料及运动用品等许多领域。作为使用了碳纤维的复合材料的代表性形态，可举出对将预浸料坯层叠而得到的预成型体进行加压成型(在加压力下进行脱泡、赋型的成型方法)而成的成型品。该预浸料坯通常采用将树脂含浸于使连续的碳纤维束沿单向排列而成的碳纤维基材的方法制造。还提出了使用对复杂形状的形状追随性优异、能够短时间成型的不连续的碳纤维(短切纤维、网等)的复合材料，但在比强度、比刚性等力学特性、特性稳定性方面，预浸料坯作为结构材料的实用性能优异。

2、近年来，对于碳纤维增强复合材料，要求为成型性、操作性、得到的成型品的力学特性优异的成型材料，工业上也需要更高的经济性、生产率。作为对该要求的响应之一，正在进行针对基体树脂使用热塑性树脂的预浸料坯的开发。作为制造方法的例子，可举出下述方法：从利用表面活性剂将粉末状的热塑性树脂分散而得的热塑性树脂浆料通过，制作把持有粉末状的热塑性树脂的碳纤维带，利用热和压力将热塑性树脂含浸于碳纤维带内部而进行制造。

3、为了在复合加工后发挥出碳纤维的优异特性，在碳纤维加工时操作性优异、减少绒毛的卷绕或由卷绕导致的断裂是重要的。就未涂布上浆剂的碳纤维束而言，没有集束性，产生大量绒毛，在预浸料坯制造工序中绒毛聚集，存在预浸料坯品质变差的情况。因此，为了提高碳纤维的操作性，通常进行在碳纤维束上涂布上浆剂，在碳纤维表面上赋予具有耐摩擦性的涂膜的方法(参见专利文献1及2)。

4、若使得涂布于碳纤维的上浆剂容易热分解，则使用含浸超级工程塑料这样的成型温度高的基体树脂而得的预浸料坯来成型碳纤维增强复合材料时，被加热至高温的上浆剂分解或挥发，能够减少基体树脂中的气体的量，因此能够抑制成型物的内部的空隙(参见专利文献3)。

5、此外，在含浸基体树脂之前，为了提高在碳纤维表面碳纤维与基体树脂的粘接性，通常实施对碳纤维实施气相氧化、液相氧化等氧化处理，在碳纤维表面导入羧基、醛基之类的含氧官能团的方法(参见专利文献4)。

6、现有技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：美国专利第3,957,716号说明书

9、专利文献2：日本特开昭57-171767号公报

10、专利文献3：国际公开第2020/0138139号

11、专利文献4：日本特开平04-361619号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、另一方面，如上所述将上浆剂通过加热处理而从碳纤维表面除去的情况下，根据上浆剂的种类，存在为使其热分解而需要高温度、为使基体树脂反映物性所需的碳纤维表面的含氧官能团也分解、与原来的碳纤维表面不同的情况。

3、即，正在进行通过涂布上浆剂来抑制从碳纤维产生绒毛的研究、容易热分解的上浆剂的研究，但是没有下述构思：在含有容易热分解的上浆剂的碳纤维的加工中，应用上浆剂来对由碳纤维束的单纤维断裂导致的绒毛产生进行抑制，以及在能够维持与含有上浆剂之前相同的碳纤维表面状态的温度下使上浆剂分解而使较多地维持了碳纤维的表面官能团的状态反映于碳纤维增强复合材料。

4、本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种含有上浆剂的碳纤维束及其制造方法，其中，即使在含有上浆剂的碳纤维束的操作性优异的情况下，通过使得碳纤维束上的上浆剂显示良好的热分解性、在碳纤维的表面官能团得到维持的状态下减少上浆剂量，由此该含有上浆剂的碳纤维束也适于能得到以高耐热性热塑性树脂为基体树脂的、空隙极少且反映碳纤维的表面特性的碳纤维增强复合材料的预浸料坯的制造。

5、用于解决课题的手段

6、用于解决上述课题的本发明为包含碳纤维及满足下述(i)～(iv)中的全部的上浆剂的碳纤维束。

7、(i)满足下述(a)和(b)中的任一者。

8、(a)聚亚烷基二醇结构在上浆剂总质量中所占的比例为60质量％以上

9、(b)上浆剂中包含乙炔结构、且聚亚烷基二醇结构在上浆剂总质量中所占的比例为20质量％以上

10、(ii)在下述测定条件下求得的热减量率a为5.0％以下。

11、(iii)在下述测定条件下求得的热减量率b为11.0％以上。

12、(iv)在下述测定条件下求得的热减量率c为90.0％以上。

13、<热减量率a>

14、以10±2mg的范围称量所述上浆剂并将该称量的质量设为wa0(mg))，使用热重量测定装置在200毫升(1个大气压、25℃时的体积)/分钟的氮气流中从30℃以10℃/分钟的速度升温并对达到140℃时的所述上浆剂的质量进行测定而设为wa1(mg)，根据下述式(a)算出热减量率a。

15、热减量率a(％)＝{(wa0-wa1)/wa0}×100···(a)

16、<热减量率b>

17、以10±2mg的范围称量所述上浆剂(将该称量的质量设为wb0(mg))，使用热重量测定装置在200毫升(1个大气压、25℃时的体积)/分钟的氮气流中从30℃以10℃/分钟的速度升温并对达到250℃时的所述上浆剂的质量进行测定而设为wb1(mg)，根据下述式(b)算出热减量率b。

18、热减量率b(％)＝{(wb0-wb1)/wb0}×100···(b)

19、<热减量率c>

20、以10±2mg的范围称量所述上浆剂(将该称量的质量设为wc0(mg))，使用热重量测定装置在200毫升(1个大气压、25℃时的体积)/分钟的氮气流中从30℃以10℃/分钟的速度升温并对达到350℃时的所述上浆剂的质量进行测定而设为wc1(mg)，根据下述式(c)算出热减量率c。

21、热减量率c(％)＝{(wc0-wc1)/wc0}×100···(c)。

22、此外，本发明的含有上浆剂的碳纤维束的制造方法的特征在于，在经由使碳纤维含有上浆剂的工序之后，具有使含有上浆剂的碳纤维束干燥的干燥工序。

23、发明的效果

24、根据本发明，即使在含有上浆剂的碳纤维束的操作性优异的情况下，通过在碳纤维中含有因良好的热分解性而在低温下容易热分解的上浆剂，从而也能得到可得到空隙极少且反映碳纤维的表面特性的碳纤维增强复合材料的、特别适合与热塑性树脂组合的含有上浆剂的碳纤维束。

技术特征：

1.碳纤维束，其包含碳纤维及满足下述(i)～(iv)中的全部的上浆剂，

2.根据权利要求1所述的碳纤维束，其中，所述上浆剂的数均分子量为120以上且小于300。

3.根据权利要求1或2所述的碳纤维束，其中，所述上浆剂实质上不含芳香环。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳纤维束，其中，所述上浆剂的含量为0.3质量％以上、1.2质量％以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳纤维束，其中，赋予所述上浆剂前的碳纤维的纤维-纤维间摩擦系数为0.25以上、0.43以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的碳纤维束，其中，赋予所述上浆剂前的碳纤维的用x射线光电子能谱法测定的碳纤维的表面氧浓度为0.11以上、0.25以下。

7.碳纤维束的制造方法，其为制造权利要求1～6中任一项所述的碳纤维束的制造方法，其中，所述制造方法具有：对所述碳纤维赋予所述上浆剂的工序；和在该赋予工序之后使被赋予了所述上浆剂的碳纤维束干燥的干燥工序。

8.根据权利要求7所述的碳纤维束的制造方法，其中，所述干燥工序为使碳纤维束于110～140℃干燥的干燥工序。

技术总结
本发明提供一种含有上浆剂的碳纤维束，其显示出适于操作性的集束性并且通过赋予在能维持碳纤维的表面特性的低温下容易热分解的上浆剂，由此减少加工成中间基材后残留的上浆剂量，特别适于与能反映碳纤维的表面特性的热塑性树脂的组合。

技术研发人员：四方孝幸,竹中海里,奥田治己
受保护的技术使用者：东丽株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6