碳纤维束制造技术

本发明专利技术提供一种具有碳纤维和上浆剂的碳纤维束，其中，上述上浆剂包含SP值为11.2～13.3的水溶性聚氨酯树脂，该上浆剂以0.5～7质量％的比例附着在上述碳纤维上。并且，本发明专利技术提供一种具有碳纤维和上浆剂的碳纤维束，其中，上述上浆剂由下述(A)所示的成分、和(B?1)或(B2)所示的成分构成，该上浆剂以0.5～7质量％的比例附着在上述碳纤维上。(A)73～98质量％的聚氧化烯单元；(B?1)0.5～15质量％的芳香族酯单元、1.5～10质量％的芳香族氨基甲酸酯单元；(B2)0.5～10质量％的芳香族酯单元、1.5～11质量％的脂肪族氨基甲酸酯单元。所提供的碳纤维束在制造和加工纤维束时的可操作性良好，集束性优异，且即使为高浓度在水系分散介质中的开纤性也优异。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有与向短切纤维加工的加工性、短切纤维的可操作性相适的集束性、和与抄纸工艺所代表的以水为介质的工艺相适的开纤性的碳纤维束。
技术介绍
使碳纤维与基体树脂复合而成的碳纤维增强复合材料由于在轻质性、力学特性、导电性和尺寸稳定性等方面优异，所以被有效地利用在汽车、航空器、电气电子设备、光学仪器、运动用品、建筑材料等广泛的领域。对于碳纤维复合材料，已知许多成型方法，作为获得用于成型的基材的方法之一，有用湿法抄纸工艺所代表的水系工艺对碳纤维进行加工的方法。例如，使短切纤维分散在水系介质中，加工成纸或无纺布后，以各种树脂作为母材制成复合材料基材。燃料电池的电极基材等是通过该抄纸工艺制造的。湿法抄纸工艺中，使短切纤维分散在水系分散介质中进行抄纸。为了提高抄纸产品的品质，对碳纤维要求集束性和在水系分散介质中的开纤性。集束性在切断时的纤维长度的均一化、或送进短切纤维时的可加工性方面是重要的。开纤性是纤维束以单纤维水平分散所需的特性，直接影响抄纸品质。碳纤维束的集束性和开纤性越优异，越可提高碳纤维增强复合材料的力学特性、导电特性。鉴于这样的背景，对用于水系工艺的碳纤维束，通常使特定的树脂作为上浆剂附着于其上，以谋求改善集束性和开纤性。专利文献I中公开了一种附着有以表面活性剂为主成分的上浆剂的水系工艺用碳纤维。另外，专利文献2中公开了一种附着有由聚氧化烯和脂肪族烃构成的亲水性化合物作为上浆剂的抄纸用碳纤维。另外，在专利文献3中公开了一种附着有由HLB值9 17的表面活性剂和聚乙烯醇系水溶性热塑性树脂构成的上浆剂的碳纤维。然而，氨基甲酸酯树脂由于弹性、强韧性、粘接性等优异，所以经常被用于纤维的上浆剂。例如，在专利文献4中公开了一种使用聚醚聚氨酯或聚酯聚氨酯树脂作为上浆剂的碳纤维束。另外，在专利文献5中公开了一种使用芳香族聚氨酯和非芳香族聚氨酯的混合物作为上浆剂、具有优异的可操作性、复合材料的机械特性和导电性的碳纤维短切原丝。另外，专利文献6中公开了一种使具备特定的溶解度参数(SP值)的上浆剂附着在碳纤维上而得到的碳纤维束。通过使用具有特定范围的SP值的上浆剂，提高了与含有橡胶的树脂的粘接性。专利文献I :国际公开第2006/019139号说明书专利文献2 :日本特开2006-219808号公报专利文献3 :日本特开2000-54269号公报 专利文献4 :日本特开2007-231441号公报专利文献5 :日本特开2003-165849号公报专利文献6 :日本特开2003-247127号公报
技术实现思路
但是，对于专利文献I 3的技术，集束性和开纤性不容易并存，特别是如果欲提高水系分散介质中的碳纤维浓度以获得单位面积重量高的抄纸时，则有纤维的开纤性不充分、或者发生再凝集，使基材的品质下降，无法充分发挥成型品的力学特性的问题。 专利文献4的纤维束虽然通过附着断裂伸长率为400%以下的聚酯系聚氨酯树月旨，谋求提高与热塑性树脂的粘接性，但是并未公开也未暗示在水系工艺中显示优异的性质。另外，专利文献5未公开也未暗示碳纤维短切原丝在水系工艺中显示优异的性质。另外，专利文献6未公开也未暗示赋予了上浆剂的碳纤维束在水系工艺中显示优异的性质。如上所述，要求一种集束性和在水系分散介质中的开纤性并存的碳纤维束。在碳纤维增强复合材料的情况下，由于碳纤维的比例越多，力学特性和导电性越优异，所以如果能以高的碳纤维浓度进行加工，则可以获得更加优异的基材。另外，制造、加工纤维束时的可操作性也是重要的，向卷线轴的卷绕或加工时的可加工性是对纤维束经常要求的特性。本专利技术的目的在于提供一种制造、加工纤维束时的可操作性良好、集束性优异、且即使为高浓度在水系分散介质中的开纤性也优异的碳纤维束。本专利技术人等为了达成上述目的，进行了深入研究，结果发现下列碳纤维束可以解决上述问题。本专利技术具有以下所示的两种方式。第一方式是一种碳纤维束，其具有碳纤维和上浆剂，其中，所述上浆剂包含SP值为11. 2 13. 3的水溶性聚氨酯树脂，该上浆剂以0. 5 7质量％的比例附着在所述碳纤维上。第二方式是一种碳纤维束，其具有碳纤维和上浆剂，其中，所述上浆剂包含聚氨酯树脂，所述聚氨酯树脂由下述(A)所示的成分、和(BI)或(B2)所示的成分构成，该上浆剂以0. 5 7质量％的比例附着在上述碳纤维上。⑷73 98质量％的聚氧化烯单元；(Bl)O. 5 15质量％的芳香族酯单元、I. 5 10质量％的芳香族氨基甲酸酯单元;(B2)0. 5 10质量％的芳香族酯单元、I. 5 11质量％的脂肪族氨基甲酸酯单J Li o本专利技术的碳纤维束优选上述聚氨酯树脂由85 97质量％的聚氧化烯单元、0. 8 9质量％的芳香族酯单元、2. 3 6. 5质量％的芳香族氨基甲酸酯单元构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述聚氨酯树脂由89 94质量％的聚氧化烯单元、3 6质量％的芳香族酯单元、3 5质量％的芳香族氨基甲酸酯单元构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述芳香族氨基甲酸酯单元由甲苯二异氰酸酯构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选在230°C、15分钟的热失重为30%以下。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述聚氨酯树脂由78 98质量％的聚氧化烯单元、2. 5 9质量％的芳香族酯单元、4. 5 8. 5质量％的脂肪族氨基甲酸酯单元构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述聚氨酯树脂由83 97质量％的聚氧化烯单元、3 6质量％的芳香族酯单元、4. 5 6. 5质量％的脂肪族氨基甲酸酯单元构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述脂肪族氨基甲酸酯单元由异佛尔酮二异氰酸酯构成。 本专利技术的碳纤维束优选上述聚氧化烯单元由重均分子量为4，000以上至21，000以下的聚亚烷基二醇构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述聚氧化烯单元由聚乙二醇构成。用于本专利技术的碳纤维束的包含聚氨酯树脂的上浆剂优选上述芳香族酯单元由对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯或间苯二甲酸双(2-羟乙基)酯构成。本专利技术的碳纤维束优选悬垂值为2 20cm。本专利技术的碳纤维束优选上述碳纤维束由1，000 60，000根单纤维构成。本专利技术的碳纤维束优选上述碳纤维束是纤维长度为I 20mm的短切纤维。本专利技术的碳纤维束在制造、加工纤维束时的可操作性方面优异，而且使纤维的集束性和在水系分散介质中的开纤性并存，即使在提高碳纤维浓度时，也可实现单纤维水平的均匀分散，可以获得力学特性和导电性优异的抄纸基材。附图说明[图I]图I是说明碳纤维束的悬垂值的测定法的简图。具体实施例方式首先，对于本专利技术的碳纤维束的构成要件进行说明。[碳纤维]碳纤维可以使用PAN系、浙青系、人造丝系等，但从所得成型品的强度与弹性模量的平衡性的观点出发，优选PAN系碳纤维。这些碳纤维可作为市售品获得。另外，为了提高对上浆剂的附着性以形成均匀的被膜，可以对碳纤维实施表面处理。作为表面处理，可以举出在液相中的试剂氧化或电解氧化、或者气相氧化，但是在电解质水溶液中以碳纤维作为阳极进行氧化处理的电解氧化由于简便且可抑制强度降低，所以是优选的。对电解处理液没有特别限定，可以举出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.20 JP 2010-009756;2010.01.20 JP 2010-009751.一种碳纤维束，其具有碳纤维和上浆剂，其中，所述上浆剂包含SP值为11. 2 13. 3的水溶性聚氨酯树脂，所述上浆剂以O. 5 7质量％的比例附着在所述碳纤维上。2.一种碳纤维束，其具有碳纤维和上浆剂，其中，所述上浆剂包含聚氨酯树脂，所述聚氨酯树脂由下述(A)所示的成分、和(B I)或(B2)所示的成分构成，所述上浆剂以O. 5 7质量％的比例附着在所述碳纤维上， (A) 73 98质量％的聚氧化烯单元； (Bl)O. 5 15质量％的芳香族酯单元、I. 5 10质量％的芳香族氨基甲酸酯单元； (B2)0. 5 10质量％的芳香族酯单元、I. 5 11质量％的脂肪族氨基甲酸酯单元。3.如权利要求2所述的碳纤维束，其中，所述聚氨酯树脂由85 97质量％的聚氧化烯单元、O. 8 9质量％的芳香族酯单元、2. 3 6. 5质量％的芳香族氨基甲酸酯单元构成。4.如权利要求2所述的碳纤维束，其中，所述聚氨酯树脂由89 94质量％的聚氧化烯单元、3 6质量％的芳香族酯单元、3 5质量％的芳香族氨基甲酸酯单元构成。5.如权利要求3所述的碳纤维束，其中，所述芳香族氨基甲酸酯单元由...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野启之，土谷敦岐，本间雅登，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：