JPS6311468B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6311468B2 JPS6311468B2 JP53122466A JP12246678A JPS6311468B2 JP S6311468 B2 JPS6311468 B2 JP S6311468B2 JP 53122466 A JP53122466 A JP 53122466A JP 12246678 A JP12246678 A JP 12246678A JP S6311468 B2 JPS6311468 B2 JP S6311468B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fibers
- carbon fiber
- carbon
- fiber
- fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭素繊維の処理方法に関し、詳細には
炭素繊維の表面の処理方法に関する。
炭素繊維の表面の処理方法に関する。
炭素繊維は通常、有機ポリマー繊維を様々な温
度、雰囲気条件に付すことにより製造される。す
なわち、例えば、ポリアクリルニトリル繊維を酸
化雰囲気中で200〜30℃の範囲内の温度で加熱し、
ついで不活性雰囲気中で少くとも1000℃の温度に
加熱して炭素繊維を得る。
度、雰囲気条件に付すことにより製造される。す
なわち、例えば、ポリアクリルニトリル繊維を酸
化雰囲気中で200〜30℃の範囲内の温度で加熱し、
ついで不活性雰囲気中で少くとも1000℃の温度に
加熱して炭素繊維を得る。
このようにして製造された炭素繊維は高い破壊
歪とヤング率とを特徴とする。正に、かかる繊維
は樹脂マトリツクスに混合されて強度と軽さの両
方を有する複合材料を提供する。
歪とヤング率とを特徴とする。正に、かかる繊維
は樹脂マトリツクスに混合されて強度と軽さの両
方を有する複合材料を提供する。
炭素繊維の強度を高めるためには、例えばイギ
リス特許1214807号明細書に示されているように、
炭素繊維を表面除去工程に付して、繊維の表面層
をその内部のキズと共に除去することが知られて
いる。かかる表面除去は、イオン衝撃酸化法、表
面溶解法のような様々な方法により達成できる。
リス特許1214807号明細書に示されているように、
炭素繊維を表面除去工程に付して、繊維の表面層
をその内部のキズと共に除去することが知られて
いる。かかる表面除去は、イオン衝撃酸化法、表
面溶解法のような様々な方法により達成できる。
このような処理を行つた炭素繊維は処理を行わ
ない炭素繊維より強い。ところが処理を行つた繊
維を樹脂マトリツクスに混合すると、得られる複
合材料は処理を行わない繊維から製造された同様
な複合材料より劣るということが報告されている
（K.モリタ、H.ミヤチ、K.コボリ及びI.マツバラ、
International Carbon Conference、Baden―
Baden 1976）。特に、表面除去処理を行つた炭素
繊維から製造された複合材料は処理を行わない繊
維から製造されたものよりもろい傾向がある。そ
れゆえ一般に、処理を行つた炭素繊維の優れた強
度特性は、それを混合した複合材料に引き継がれ
ていないことが明らかである。
ない炭素繊維より強い。ところが処理を行つた繊
維を樹脂マトリツクスに混合すると、得られる複
合材料は処理を行わない繊維から製造された同様
な複合材料より劣るということが報告されている
（K.モリタ、H.ミヤチ、K.コボリ及びI.マツバラ、
International Carbon Conference、Baden―
Baden 1976）。特に、表面除去処理を行つた炭素
繊維から製造された複合材料は処理を行わない繊
維から製造されたものよりもろい傾向がある。そ
れゆえ一般に、処理を行つた炭素繊維の優れた強
度特性は、それを混合した複合材料に引き継がれ
ていないことが明らかである。
本発明の一つの目的は、表面除去工程に付され
て強度が高められた炭素繊維が、樹脂マトリツク
ス中に混合された場合にもこの高められた強度が
一層有効に利用できるよう、同炭素繊維を処理す
る方法を提供することにある。
て強度が高められた炭素繊維が、樹脂マトリツク
ス中に混合された場合にもこの高められた強度が
一層有効に利用できるよう、同炭素繊維を処理す
る方法を提供することにある。
本発明は、炭素繊維からその表面層をその内部
のキズと共に除去し、その後引続いて同炭素繊維
上に、同炭素繊維の新しい表面上に残る官能基
と、樹脂マトリツクス材料との双方と間で実質的
に化学結合を行うことができないような重合体の
被覆を形成することを特徴とする炭素繊維の処理
方法に関する。
のキズと共に除去し、その後引続いて同炭素繊維
上に、同炭素繊維の新しい表面上に残る官能基
と、樹脂マトリツクス材料との双方と間で実質的
に化学結合を行うことができないような重合体の
被覆を形成することを特徴とする炭素繊維の処理
方法に関する。
又、本発明は、炭素繊維からその表面層をその
内部のキズと共に除去し、その後引続いて、同炭
素繊維を不活性雰囲気中で加熱することにより表
面除去工程後に新しい表面に残る官能基を実質的
に除去し、炭素繊維の表面と樹脂マトリツクス間
に化学結合が行われないようにすることを特徴と
する炭素繊維の処理方法に関する。
内部のキズと共に除去し、その後引続いて、同炭
素繊維を不活性雰囲気中で加熱することにより表
面除去工程後に新しい表面に残る官能基を実質的
に除去し、炭素繊維の表面と樹脂マトリツクス間
に化学結合が行われないようにすることを特徴と
する炭素繊維の処理方法に関する。
本発明者らの研究によれば、炭素繊維を表面除
去工程に付したのち、これを樹脂マトリツクスに
混合して使用する場合、炭素繊維上に残る官能基
の少なくとも１部のものが樹脂との間に化学結合
と思われるものを形成し、その結果、強い繊維／
樹脂結合が生じ、このため複合マトリツクス材料
が脆い性質を有することになる。
去工程に付したのち、これを樹脂マトリツクスに
混合して使用する場合、炭素繊維上に残る官能基
の少なくとも１部のものが樹脂との間に化学結合
と思われるものを形成し、その結果、強い繊維／
樹脂結合が生じ、このため複合マトリツクス材料
が脆い性質を有することになる。
本発明者らは、かかる知見に基いて、炭素繊維
を表面層をその内部のキズと共に除去し、引続い
て新しい表面上に残る官能基を不活性化すること
により前記の問題点を解決することができること
を見出した。このような表面不活性化工程によ
り、化学結合を行う傾向を実質的に減少させるこ
とができ、その結果繊維／樹脂結合の強さがこれ
に対応して減少する。このような炭素繊維を使用
する複合材料は、表面除去が行われただけの炭素
繊維から形成された複合材料と比較して、高い強
度特性を有する。
を表面層をその内部のキズと共に除去し、引続い
て新しい表面上に残る官能基を不活性化すること
により前記の問題点を解決することができること
を見出した。このような表面不活性化工程によ
り、化学結合を行う傾向を実質的に減少させるこ
とができ、その結果繊維／樹脂結合の強さがこれ
に対応して減少する。このような炭素繊維を使用
する複合材料は、表面除去が行われただけの炭素
繊維から形成された複合材料と比較して、高い強
度特性を有する。
炭素繊維表面の不活性化は、次の２つの方法で
行うことができる。すなわち、化学反応を起す官
能基の少くとも一部を取り除いて、実質的に化学
結合を起さないようにするのが第１の方法であ
る。第２の方法は官能基と樹脂マトリツクス材料
との間に化学結合を形成することができなくする
ことである。前者の方法では、炭素繊維を不活性
雰囲気中で加熱して官能基を除去する。すなわ
ち、たとえば炭素繊維を窒素雰囲気中で530℃の
温度で加熱する。後者の場合には、炭素繊維に、
炭素繊維とも樹脂マトリツクスとも化学結合を形
成することのない物質の被覆を形成することによ
つて、炭素繊維上に残る官能基が複合材料の樹脂
マトリツクスと反応しないようにする。かかる物
質として適当なものとしてポリエチレンを挙げる
ことができる。
行うことができる。すなわち、化学反応を起す官
能基の少くとも一部を取り除いて、実質的に化学
結合を起さないようにするのが第１の方法であ
る。第２の方法は官能基と樹脂マトリツクス材料
との間に化学結合を形成することができなくする
ことである。前者の方法では、炭素繊維を不活性
雰囲気中で加熱して官能基を除去する。すなわ
ち、たとえば炭素繊維を窒素雰囲気中で530℃の
温度で加熱する。後者の場合には、炭素繊維に、
炭素繊維とも樹脂マトリツクスとも化学結合を形
成することのない物質の被覆を形成することによ
つて、炭素繊維上に残る官能基が複合材料の樹脂
マトリツクスと反応しないようにする。かかる物
質として適当なものとしてポリエチレンを挙げる
ことができる。
本発明の方法を以下の実施例によりさらに説明
する。
する。
実施例 １
高破壊歪炭素繊維3000フイラメントの220m長
トウ（東レ製）をステンレススチールフレームに
巻いた。このフレームを80℃の温度で濃硝酸（密
度1.42g／ml）を含む浴に入れた。９時間撹拌を
行つた後、硝酸を放冷して室温にし、フレームを
除き、炭素繊維を水、0.88水酸化アンモニウム／
水（１：3V／Ｖ）混合物、水、最後にアセトン
の順で洗い、80℃で乾燥した。
トウ（東レ製）をステンレススチールフレームに
巻いた。このフレームを80℃の温度で濃硝酸（密
度1.42g／ml）を含む浴に入れた。９時間撹拌を
行つた後、硝酸を放冷して室温にし、フレームを
除き、炭素繊維を水、0.88水酸化アンモニウム／
水（１：3V／Ｖ）混合物、水、最後にアセトン
の順で洗い、80℃で乾燥した。
一群の個々の繊維をトウから分離し、そして標
準（ゲージ）長さ23mm即ち破壊歪測定装置への取
付位置間の自由繊維長さを23mmとして破壊歪を測
定した。又同じ炭素繊維について、該硝酸処理に
付されなかつたサンプルについてもテストした。
結果は次の通りであつた。
準（ゲージ）長さ23mm即ち破壊歪測定装置への取
付位置間の自由繊維長さを23mmとして破壊歪を測
定した。又同じ炭素繊維について、該硝酸処理に
付されなかつたサンプルについてもテストした。
結果は次の通りであつた。
繊 維 切断歪
当初（非処理） 1.52％
硝酸処理後 1.81％
従つて、予想通り、硝酸による炭素繊維からの
表面層の除去により繊維破壊歪は増大した。
表面層の除去により繊維破壊歪は増大した。
硝酸処理した繊維トウを２つの部分にわけてサ
ンプル１，２とした。サンプル１はポリエチレン
（分子量2000）のキシレン中２％（Ｗ／Ｖ）溶液
を含む浴中に通した。浴から取り出した後、トウ
を125℃で乾燥して各繊維にポリエチレン被覆を
与えた。このトウを、100重量部のチバガイギー
CY179エポキシ樹脂と１1/4重量部のチバガイギ
ーHG973BF3・MEA硬化剤とを含む浴中に通し
た。このようにして樹脂含浸したトウを浴から出
し、伸張した状態で130℃で1/2時間加熱して硬化
させた。
ンプル１，２とした。サンプル１はポリエチレン
（分子量2000）のキシレン中２％（Ｗ／Ｖ）溶液
を含む浴中に通した。浴から取り出した後、トウ
を125℃で乾燥して各繊維にポリエチレン被覆を
与えた。このトウを、100重量部のチバガイギー
CY179エポキシ樹脂と１1/4重量部のチバガイギ
ーHG973BF3・MEA硬化剤とを含む浴中に通し
た。このようにして樹脂含浸したトウを浴から出
し、伸張した状態で130℃で1/2時間加熱して硬化
させた。
サンプル２はポリエチレン溶液中を通過させな
いで、同様に上記エポキシ樹脂／硬化剤混合物で
含浸させた。
いで、同様に上記エポキシ樹脂／硬化剤混合物で
含浸させた。
この２つの樹脂含浸トウを、それぞれ、標準長
さ200mmの含浸トウを使用してインストロン
（Instron）引張強度テスト機でテストした。結果
は次の通りだつた。
さ200mmの含浸トウを使用してインストロン
（Instron）引張強度テスト機でテストした。結果
は次の通りだつた。
ト ウ 切断負荷 繊維破壊応力
サンプル１ 25.8Kg 2.26GN／m2
サンプル２ 20.1Kg 1.76GN／m2
従つて、ポリエチレンコーテイング工程に付さ
れなかつた繊維トウは切断負荷と繊維破壊応力と
の両者において、コーテイングされた繊維トウに
劣つていたことが明らかである。
れなかつた繊維トウは切断負荷と繊維破壊応力と
の両者において、コーテイングされた繊維トウに
劣つていたことが明らかである。
実施例 ２
実施例１で使用したと同様な高破壊歪炭素繊維
トウを実施例１に記載したと同じ硝酸処理に付し
た。
トウを実施例１に記載したと同じ硝酸処理に付し
た。
トウを２つの部分に分けサンプル３、サンプル
４とした。サンプル３を、530℃に加熱した、窒
素雰囲気を含む炉に通した。ついでサンプル３と
サンプル４を、実施例１に記載されたようにして
エポキシ樹脂／硬化剤混合物で含浸させ、インス
トロン引張強度テスト機で同様にテストした。結
果は次の通りであつた。
４とした。サンプル３を、530℃に加熱した、窒
素雰囲気を含む炉に通した。ついでサンプル３と
サンプル４を、実施例１に記載されたようにして
エポキシ樹脂／硬化剤混合物で含浸させ、インス
トロン引張強度テスト機で同様にテストした。結
果は次の通りであつた。
ト ウ 切断負荷 繊維破壊応力
サンプル３ 34.6Kg 3.03GN／m2
サンプル４ 26.2Kg 2.26GN／m2
すなわち、窒素中で加熱を行わなかつた繊維ト
ウサンプルは、切断負荷と繊維破壊応力との両者
において、窒素中での加熱工程に付した繊維トウ
より劣つていた。
ウサンプルは、切断負荷と繊維破壊応力との両者
において、窒素中での加熱工程に付した繊維トウ
より劣つていた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素繊維からその表面層をその内部のキズと
共に除去し、引続き同炭素繊維上に、同炭素繊維
の新しい表面上に残る官能基と及び樹脂マトリツ
クス材料とのいずれとも化学結合を形成すること
ができないような重合体の被覆を形成することを
特徴とする炭素繊維の処理方法。 ２ 被覆形成重合体がポリエチレンである特許請
求の範囲第１項記載の炭素繊維の処理方法。 ３ 炭素繊維からその表面層をその内部のキズと
共に除去し、引続き同炭素繊維を不活性雰囲気中
で加熱して同炭素繊維の新しい表面上に残る官能
基を除去することを特徴とする炭素繊維の処理方
法。 ４ 加熱を窒素雰囲気中で530℃で行う特許請求
の範囲第３項記載の炭素繊維の処理方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB4114077 | 1977-10-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5459497A JPS5459497A (en) | 1979-05-14 |
| JPS6311468B2 true JPS6311468B2 (ja) | 1988-03-14 |
Family
ID=10418294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12246678A Granted JPS5459497A (en) | 1977-10-04 | 1978-10-04 | Treatment of carbon fiber |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4243646A (ja) |
| JP (1) | JPS5459497A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721521A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-04 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Production of carbon fiber of high strength and elongation |
| JPS58214527A (ja) * | 1982-06-08 | 1983-12-13 | Toray Ind Inc | 高強伸度炭素繊維束 |
| JPS61245368A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-31 | 東レ株式会社 | 炭素繊維の処理方法 |
| JPS621749A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-07 | Toray Ind Inc | 高強度複合材料用プリプレグ |
| JPS6236427A (ja) * | 1985-08-12 | 1987-02-17 | Toray Ind Inc | 一方向炭素繊維強化高強度複合材料 |
| JPH076131B2 (ja) * | 1985-12-18 | 1995-01-30 | 東レ株式会社 | 超高強度炭素繊維の製造方法 |
| JPS62149969A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-03 | 東レ株式会社 | 炭素繊維の処理法 |
| JPS62149971A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-03 | 東レ株式会社 | 高強度炭素繊維の製造方法 |
| JPS62149972A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-03 | 東レ株式会社 | 炭素繊維の処理方法 |
| US20040202603A1 (en) * | 1994-12-08 | 2004-10-14 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Functionalized nanotubes |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL136387C (ja) * | 1964-11-06 | |||
| GB1180441A (en) * | 1967-02-21 | 1970-02-04 | Nat Res Dev | Treatment of Carbon Fibres and Composite Materials including such Fibres |
| US3720536A (en) * | 1970-06-18 | 1973-03-13 | United Aircraft Corp | Treatment of carbon fibers |
| US3964952A (en) * | 1971-03-19 | 1976-06-22 | Commissariat A L'energie Atomique | Method of manufacture of composite materials consisting of carbon fibers and resin and materials manufactured in accordance with said method |
| JPS5542514B2 (ja) * | 1971-09-28 | 1980-10-31 | ||
| CA1018716A (en) * | 1972-12-22 | 1977-10-11 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Process for the surface treatment of carbon fibres |
| US4073869A (en) * | 1975-06-05 | 1978-02-14 | Celanese Corporation | Internal chemical modification of carbon fibers to yield a product of reduced electrical conductivity |
| JPS5848490B2 (ja) * | 1975-09-17 | 1983-10-28 | シヨウワコウキ カブシキガイシヤ | サンセイガスニヨルチユウワホウホウ |
-
1978
- 1978-08-29 US US05/948,293 patent/US4243646A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-10-04 JP JP12246678A patent/JPS5459497A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5459497A (en) | 1979-05-14 |
| US4243646A (en) | 1981-01-06 |
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