專利名稱：碳纖維束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有與向短切纖維加工的加工性、短切纖維的可操作性相適的集束性、和與抄紙工藝所代表的以水為介質(zhì)的工藝相適的開纖性的碳纖維束。
背景技術(shù)：
使碳纖維與基體樹脂復(fù)合而成的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于在輕質(zhì)性、力學(xué)特性、導(dǎo)電性和尺寸穩(wěn)定性等方面優(yōu)異，所以被有效地利用在汽車、航空器、電氣電子設(shè)備、光學(xué)儀器、運(yùn)動(dòng)用品、建筑材料等廣泛的領(lǐng)域。對(duì)于碳纖維復(fù)合材料，已知許多成型方法，作為獲得用于成型的基材的方法之一，有用濕法抄紙工藝所代表的水系工藝對(duì)碳纖維進(jìn)行加工的方法。例如，使短切纖維分散在水系介質(zhì)中，加工成紙或無(wú)紡布后，以各種樹脂作為母材制成復(fù)合材料基材。燃料電池的電極基材等是通過該抄紙工藝制造的。濕法抄紙工藝中，使短切纖維分散在水系分散介質(zhì)中進(jìn)行抄紙。為了提高抄紙產(chǎn)品的品質(zhì)，對(duì)碳纖維要求集束性和在水系分散介質(zhì)中的開纖性。集束性在切斷時(shí)的纖維長(zhǎng)度的均一化、或送進(jìn)短切纖維時(shí)的可加工性方面是重要的。開纖性是纖維束以單纖維水平分散所需的特性，直接影響抄紙品質(zhì)。碳纖維束的集束性和開纖性越優(yōu)異，越可提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)特性、導(dǎo)電特性。鑒于這樣的背景，對(duì)用于水系工藝的碳纖維束，通常使特定的樹脂作為上漿劑附著于其上，以謀求改善集束性和開纖性。專利文獻(xiàn)I中公開了一種附著有以表面活性劑為主成分的上漿劑的水系工藝用碳纖維。另外，專利文獻(xiàn)2中公開了一種附著有由聚氧化烯和脂肪族烴構(gòu)成的親水性化合物作為上漿劑的抄紙用碳纖維。另外，在專利文獻(xiàn)3中公開了一種附著有由HLB值9 17的表面活性劑和聚乙烯醇系水溶性熱塑性樹脂構(gòu)成的上漿劑的碳纖維。然而，氨基甲酸酯樹脂由于彈性、強(qiáng)韌性、粘接性等優(yōu)異，所以經(jīng)常被用于纖維的上漿劑。例如，在專利文獻(xiàn)4中公開了一種使用聚醚聚氨酯或聚酯聚氨酯樹脂作為上漿劑的碳纖維束。另外，在專利文獻(xiàn)5中公開了一種使用芳香族聚氨酯和非芳香族聚氨酯的混合物作為上漿劑、具有優(yōu)異的可操作性、復(fù)合材料的機(jī)械特性和導(dǎo)電性的碳纖維短切原絲。另外，專利文獻(xiàn)6中公開了一種使具備特定的溶解度參數(shù)(SP值)的上漿劑附著在碳纖維上而得到的碳纖維束。通過使用具有特定范圍的SP值的上漿劑，提高了與含有橡膠的樹脂的粘接性。專利文獻(xiàn)I :國(guó)際公開第2006/019139號(hào)說明書專利文獻(xiàn)2 :日本特開2006-219808號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2000-54269號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2007-231441號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開2003-165849號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6 :日本特開2003-247127號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，對(duì)于專利文獻(xiàn)I 3的技術(shù)，集束性和開纖性不容易并存，特別是如果欲提高水系分散介質(zhì)中的碳纖維濃度以獲得單位面積重量高的抄紙時(shí)，則有纖維的開纖性不充分、或者發(fā)生再凝集，使基材的品質(zhì)下降，無(wú)法充分發(fā)揮成型品的力學(xué)特性的問題。
專利文獻(xiàn)4的纖維束雖然通過附著斷裂伸長(zhǎng)率為400%以下的聚酯系聚氨酯樹月旨，謀求提高與熱塑性樹脂的粘接性，但是并未公開也未暗示在水系工藝中顯示優(yōu)異的性質(zhì)。另外，專利文獻(xiàn)5未公開也未暗示碳纖維短切原絲在水系工藝中顯示優(yōu)異的性質(zhì)。另外，專利文獻(xiàn)6未公開也未暗示賦予了上漿劑的碳纖維束在水系工藝中顯示優(yōu)異的性質(zhì)。如上所述，要求一種集束性和在水系分散介質(zhì)中的開纖性并存的碳纖維束。在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的情況下，由于碳纖維的比例越多，力學(xué)特性和導(dǎo)電性越優(yōu)異，所以如果能以高的碳纖維濃度進(jìn)行加工，則可以獲得更加優(yōu)異的基材。另外，制造、加工纖維束時(shí)的可操作性也是重要的，向卷線軸的卷繞或加工時(shí)的可加工性是對(duì)纖維束經(jīng)常要求的特性。本發(fā)明的目的在于提供一種制造、加工纖維束時(shí)的可操作性良好、集束性優(yōu)異、且即使為高濃度在水系分散介質(zhì)中的開纖性也優(yōu)異的碳纖維束。本發(fā)明人等為了達(dá)成上述目的，進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)下列碳纖維束可以解決上述問題。本發(fā)明具有以下所示的兩種方式。第一方式是一種碳纖維束，其具有碳纖維和上漿劑，其中，所述上漿劑包含SP值為11. 2 13. 3的水溶性聚氨酯樹脂，該上漿劑以0. 5 7質(zhì)量％的比例附著在所述碳纖維上。第二方式是一種碳纖維束，其具有碳纖維和上漿劑，其中，所述上漿劑包含聚氨酯樹脂，所述聚氨酯樹脂由下述(A)所示的成分、和(BI)或(B2)所示的成分構(gòu)成，該上漿劑以0. 5 7質(zhì)量％的比例附著在上述碳纖維上。⑷73 98質(zhì)量％的聚氧化烯單元；(Bl)O. 5 15質(zhì)量％的芳香族酯單元、I. 5 10質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元;(B2)0. 5 10質(zhì)量％的芳香族酯單元、I. 5 11質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單
J Li o本發(fā)明的碳纖維束優(yōu)選上述聚氨酯樹脂由85 97質(zhì)量％的聚氧化烯單元、0. 8 9質(zhì)量％的芳香族酯單元、2. 3 6. 5質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述聚氨酯樹脂由89 94質(zhì)量％的聚氧化烯單元、3 6質(zhì)量％的芳香族酯單元、3 5質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述芳香族氨基甲酸酯單元由甲苯二異氰酸酯構(gòu)成。
用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選在230°C、15分鐘的熱失重為30%以下。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述聚氨酯樹脂由78 98質(zhì)量％的聚氧化烯單元、2. 5 9質(zhì)量％的芳香族酯單元、4. 5 8. 5質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述聚氨酯樹脂由83 97質(zhì)量％的聚氧化烯單元、3 6質(zhì)量％的芳香族酯單元、4. 5 6. 5質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述脂肪族氨基甲酸酯單元由異佛爾酮二異氰酸酯構(gòu)成。
本發(fā)明的碳纖維束優(yōu)選上述聚氧化烯單元由重均分子量為4，000以上至21，000以下的聚亞烷基二醇構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述聚氧化烯單元由聚乙二醇構(gòu)成。用于本發(fā)明的碳纖維束的包含聚氨酯樹脂的上漿劑優(yōu)選上述芳香族酯單元由對(duì)苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯或間苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯構(gòu)成。本發(fā)明的碳纖維束優(yōu)選懸垂值為2 20cm。本發(fā)明的碳纖維束優(yōu)選上述碳纖維束由1，000 60，000根單纖維構(gòu)成。本發(fā)明的碳纖維束優(yōu)選上述碳纖維束是纖維長(zhǎng)度為I 20mm的短切纖維。本發(fā)明的碳纖維束在制造、加工纖維束時(shí)的可操作性方面優(yōu)異，而且使纖維的集束性和在水系分散介質(zhì)中的開纖性并存，即使在提高碳纖維濃度時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)單纖維水平的均勻分散，可以獲得力學(xué)特性和導(dǎo)電性優(yōu)異的抄紙基材。


[圖I]圖I是說明碳纖維束的懸垂值的測(cè)定法的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式首先，對(duì)于本發(fā)明的碳纖維束的構(gòu)成要件進(jìn)行說明。[碳纖維]碳纖維可以使用PAN系、浙青系、人造絲系等，但從所得成型品的強(qiáng)度與彈性模量的平衡性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選PAN系碳纖維。這些碳纖維可作為市售品獲得。另外，為了提高對(duì)上漿劑的附著性以形成均勻的被膜，可以對(duì)碳纖維實(shí)施表面處理。作為表面處理，可以舉出在液相中的試劑氧化或電解氧化、或者氣相氧化，但是在電解質(zhì)水溶液中以碳纖維作為陽(yáng)極進(jìn)行氧化處理的電解氧化由于簡(jiǎn)便且可抑制強(qiáng)度降低，所以是優(yōu)選的。對(duì)電解處理液沒有特別限定，可以舉出硫酸、硝酸等無(wú)機(jī)酸；氫氧化鉀、氫氧化鈉等無(wú)機(jī)堿；或者硫酸銨、碳酸銨、碳酸鈉等無(wú)機(jī)鹽。所謂碳纖維束是碳纖維的單纖維(纖絲)經(jīng)集束而成的形態(tài)，通常纖絲數(shù)為1,000 60，000根左右。從碳纖維的可操作性和開纖性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為3,000 40，000根。更優(yōu)選為6，000 24，000根。
構(gòu)成碳纖維束的碳纖維(纖絲)的直徑優(yōu)選為3 15 y m，更優(yōu)選為5 10 y m。另外，在不損害發(fā)明目的的范圍中，本發(fā)明的碳纖維束中也可以包含少量的其他纖維種。作為其他纖維種，例如可以舉出碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維、金屬纖維等高強(qiáng)度高彈性模量纖維，可以含有一種以上這些纖維。[上漿劑]在本發(fā)明的第一方式中，上漿劑包含水溶性聚氨酯樹脂，該水溶性聚氨酯樹脂由多元醇單元和氨基甲酸酯單元構(gòu)成。該水溶性聚氨酯樹脂可以在二異氰酸酯上縮合多元醇來得到，多元醇構(gòu)成多元醇單元，二異氰酸酯構(gòu)成氨基甲酸酯單元。從設(shè)定為水溶性的觀點(diǎn) 出發(fā)，作為多元醇，需要包含聚亞烷基二醇。另外，多元醇除使用聚亞烷基二醇以外，也可以合用選自聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的一種或多種。由于二異氰酸酯與多元醇的縮合是加聚(加成聚合)反應(yīng)，不伴隨低分子的生成和分離，所以構(gòu)成各單元的原料的質(zhì)量比反映構(gòu)成本發(fā)明上漿劑的多元醇單元和氨基甲酸酯單元的質(zhì)量比。即，本發(fā)明中的各單元的質(zhì)量％是相對(duì)于作為原料的多元醇和二異氰酸酯的總質(zhì)量的、各原料的質(zhì)量％。作為多元醇的質(zhì)量％，優(yōu)選94 99. 2質(zhì)量％。可在本發(fā)明第一方式中使用的聚亞烷基二醇需要具有親水性以使碳纖維束在水系分散介質(zhì)中顯示高開纖性，例如可以舉出聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、PEG/PPG嵌段聚合物、PEG/PPG無(wú)規(guī)聚合物等。其中，優(yōu)選聚乙二醇。特別是從碳纖維束的可操作性、集束性和在水系分散介質(zhì)中的開纖性的平衡性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將該聚亞烷基二醇的重均分子量設(shè)定為4，000以上至21，000以下。聚亞烷基二醇成分的親水性和被膜的柔軟性隨分子量的不同而變化。通過使分子量在適當(dāng)?shù)姆秶?，可以得到顯示高開纖性、且集束性和可操作性更優(yōu)異的上漿劑。需要說明的是，也可以將具備不同重均分子量的多種聚亞烷基二醇成分混合使用。此時(shí)的聚亞烷基二醇的重均分子量可以用下列計(jì)算式求出。[數(shù)學(xué)式I]
WWW
Mw = =T-1~Mw1+ ^ 2 -Mw2+ +Mwn
^Wn 1 ^WnXWn此處，Mw表示重均分子量，W表示聚亞燒基二醇成分的質(zhì)量％。另外，作為多元醇成分，除使用聚亞烷基二醇以外，也可以合用選自聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的一種或多種。聚酯多元醇可以通過二醇與羧酸的脫水縮合得到。作為可用于脫水縮合的二醇，可以舉出乙二醇、丙二醇、1，4_ 丁二醇、新戊二醇、二甘醇、1，4_環(huán)己二醇等。另外，作為二羧酸成分，可以舉出己二酸、琥珀酸、壬二酸、癸二酸、鄰苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、聯(lián)苯甲酸、烏韋特酸(uvitic acid),2-甲基對(duì)苯二甲酸、4-甲基鄰苯二甲酸、萘二羧酸
坐寸o聚己內(nèi)酯多元醇是以e -己內(nèi)酯和各種醇為原料的多元醇。例如可獲得DIC株式會(huì)社制造的 POLYLITE 0D-X-2155、0D-X-640、0D-X-2586 ；Daicel Chemical 株式會(huì)社制造的 PLACCEL 205、210、220、303、305 等市售品。
聚碳酸酯多元醇是分子鏈中具有碳酸酯結(jié)構(gòu)的多元醇。例如可獲得DaicelChemical株式會(huì)社制造的PLACCEL CD205、CD210、CD220等市售品。另外，在不損害上漿劑的可操作性、集束性和開纖性的范圍，可以含有除水以外的其他的具有羥基的化合物。作為這樣的化合物，例如可以舉出乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、季戊四醇、三羥甲基丙烷、山梨糖醇、鄰苯二酚、雙酚A等。作為可在本發(fā)明第一方式中使用的二異氰酸酯，可以舉出苯基二異氰酸酯、二苯基亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、萘二異氰酸酯、二聚酸二異氰酸酯、降冰片烯二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯等。從被膜的柔軟性和強(qiáng)韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。如此，在本發(fā)明中，構(gòu)成用于上漿劑的聚氨酯樹脂的氨基甲酸酯單元優(yōu)選由甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯構(gòu)成，在此所說明的“由甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二 異氰酸酯構(gòu)成”是指該二異氰酸酯成分為總二異氰酸酯成分的90質(zhì)量％以上。本發(fā)明第二方式中所用的上漿劑可以在二異氰酸酯上縮合聚亞烷基二醇和含有芳香族酯的多元醇來得到。此處，所謂的含有芳香族酯的多元醇是指將二醇成分和芳香族二羧酸成分脫水縮合而得到的化合物。通過將二異氰酸酯與聚亞烷基二醇和含有芳香族酯的多元醇進(jìn)行縮合，從而二異氰酸酯構(gòu)成氨基甲酸酯單元，聚亞烷基二醇構(gòu)成聚氧化烯單元，具有芳香族酯的多元醇構(gòu)成芳香族酯單元。由于異氰酸酯與醇的縮合是加聚(加成聚合)反應(yīng)，不伴隨低分子的生成和分離，所以構(gòu)成各單元的原料的質(zhì)量比反映構(gòu)成本發(fā)明上漿劑的聚氧化烯單元、芳香族酯單元和氨基甲酸酯單元的質(zhì)量比。即，本發(fā)明中的各單元的質(zhì)量％為相對(duì)于上述3種原料的總質(zhì)量的、各原料的質(zhì)量％?？稍诒景l(fā)明第二方式中使用的聚亞烷基二醇與上述的可在本發(fā)明第一方式中使用的聚亞烷基二醇相同，需要具有親水性以使碳纖維束在水系分散介質(zhì)中顯示高開纖性，例如可以舉出聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、PEG/PPG嵌段聚合物、PEG/PPG無(wú)規(guī)聚合物等。其中，優(yōu)選聚乙二醇。另外，在不損害上漿劑的可操作性、集束性和開纖性的范圍，可以含有除水以外的其他的具有羥基的化合物。作為這樣的化合物，例如可以舉出乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、季戊四醇、三羥甲基丙烷、山梨糖醇、鄰苯二酚、雙酚A等。需要說明的是，如上所述，在本發(fā)明中，構(gòu)成用于上漿劑的聚氨酯樹脂的聚氧化烯單元優(yōu)選由聚乙二醇構(gòu)成，在此所說明的“由聚乙二醇構(gòu)成”是指聚乙二醇為總亞烷基二醇成分的90質(zhì)量％以上。從碳纖維束的可操作性、集束性和在水系分散介質(zhì)中的開纖性的平衡性的觀點(diǎn)出發(fā)，聚亞烷基二醇的重均分子量?jī)?yōu)選為4，000以上至21，000以下。聚亞烷基二醇成分的親水性和被膜的柔軟性隨分子量的不同而變化。通過使分子量在適當(dāng)?shù)姆秶?，可以得到顯示高開纖性、且集束性和可操作性更加優(yōu)異的上漿劑。需要說明的是，也可以將具備不同重均分子量的多種聚亞烷基二醇成分混合使用。此時(shí)的聚亞烷基二醇的重均分子量可以用上述的計(jì)算式求出。含有芳香族酯的多元醇可以通過二醇與芳香族羧酸的脫水縮合而得到。作為可用于脫水縮合的二醇，可以舉出乙二醇、丙二醇、1，4_ 丁二醇、新戊二醇、二甘醇、1，4_環(huán)己二醇等。另外，作為芳香族二羧酸成分，可以舉出鄰苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、聯(lián)苯甲酸、烏韋特酸、2-甲基對(duì)苯二甲酸、4-甲基鄰苯二甲酸、萘二羧酸等。從可得到集束性和開纖性的平衡性優(yōu)異的上漿劑的方面出發(fā)，作為二醇成分，優(yōu)選乙二醇，作為芳香族二羧酸成分，優(yōu)選對(duì)苯二甲酸或間苯二甲酸。因此，作為含有芳香族酯的多元醇，優(yōu)選作為它們的縮合物的對(duì)苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯或間苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯。另外，在不損害上漿劑的可操作性、集束性和開纖性的范圍，可以含有其他的二醇、芳香族羧酸及其脫水縮合物。作為這樣的化合物，例如可以舉出可用于獲得含有芳香族酯的多元醇的上述二醇和芳香族羧酸成分。需要說明的是，如上所述，構(gòu)成本發(fā)明的芳香族酯單元優(yōu)選由對(duì)苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯或間苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯構(gòu)成，在此所說明的“由對(duì)苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯或間苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯構(gòu)成”是指該芳香族酯成分為總芳香族酯成分的90質(zhì)量％以上。 可在本發(fā)明第二方式中使用的二異氰酸酯包含芳香族二異氰酸酯和脂肪族二異氰酸酯。芳香族二異氰酸酯是指結(jié)構(gòu)中包含芳香環(huán)的二異氰酸酯，通過縮合，從而構(gòu)成芳香族氨基甲酸酯單元。作為芳香族二異氰酸酯，可以舉出苯基二異氰酸酯、二苯基亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯等。從可得到柔軟性和強(qiáng)韌性更加優(yōu)異的被膜的方面出發(fā)，優(yōu)選甲苯二異氰酸酯。如此，在本發(fā)明中，構(gòu)成用于上漿劑的聚氨酯樹脂的芳香族氨基甲酸酯單元優(yōu)選由甲苯二異氰酸酯構(gòu)成，在此所說明的“由甲苯二異氰酸酯構(gòu)成”是指甲苯二異氰酸酯為總芳香族二異氰酸酯成分的90質(zhì)量％以上。在本發(fā)明中，構(gòu)成用于上漿劑的聚氨酯樹脂的脂肪族二異氰酸酯是指以直鏈或支鏈烷基、或環(huán)烷基為主骨架的二異氰酸酯。作為脂肪族二異氰酸酯，可以舉出六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、三甲基六亞甲基二異氰酸酯、氫化苯二亞甲基二異氰酸酯、降冰片烯二異氰酸酯等。從被膜的柔軟性和強(qiáng)韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選異佛爾酮二異氰酸酯。如此，在本發(fā)明中，構(gòu)成用于上漿劑的聚氨酯樹脂的脂肪族氨基甲酸酯單元優(yōu)選由異佛爾酮二異氰酸酯構(gòu)成，在此所說明的“由異佛爾酮二異氰酸酯構(gòu)成”是指異佛爾酮二異氰酸酯為總脂肪族二異氰酸酯成分的90質(zhì)量％以上。[附著有上漿劑的碳纖維束]在本發(fā)明的第一方式中，為了使碳纖維束在水系分散介質(zhì)中即使為高濃度也顯示高開纖性，重要的是上漿劑為水溶性、且SP值在11. 2 13. 4的范圍。此處，所謂水溶性表示在水中以分子等級(jí)“溶解”，即成為均勻的液相。對(duì)于聚氨酯系的上漿劑，例如如專利文獻(xiàn)4中記載的所示，廣泛使用將聚氨酯樹脂分散在水中而成的上漿劑。具體地說，通過自乳化或通過表面活性劑使聚氨酯樹脂乳化。此處，所謂乳化是相互不溶解的兩液體之一成為微粒而分散于另一液體中，形成乳液的現(xiàn)象(日本規(guī)格協(xié)會(huì)JIS工業(yè)用語(yǔ)大辭典第3版，P-1352)。即，聚氨酯樹脂在水中“乳化”的狀態(tài)和“溶解”的狀態(tài)是大不相同的。乳化于水的聚氨酯系上漿劑由于聚氨酯自身與水的親和性低，所以即使在碳纖維束表面形成被膜后在水系分散介質(zhì)中進(jìn)行處理，也幾乎不顯示開纖性。為了顯示良好的開纖性，重要的是上漿劑與水顯示相容性，需要使用水溶性的聚氨酯系上漿劑。另一方面，在使例如表面活性劑等具有高水溶性的上漿劑附著在碳纖維上的情況下，上漿劑向水中的溶解過快而導(dǎo)致開纖性不足，或上漿劑從碳纖維表面快速脫離而引起再凝集，特別是在進(jìn)行單位面積重量大的抄紙的情況下，品質(zhì)下降。即，對(duì)于抄紙的單位面積重量被提高了的情況，適當(dāng)控制上漿劑的水溶性是重要的。SP值(溶解度參數(shù))的定義為每單位體積的蒸發(fā)熱的平方根，是可用作2成分的溶解度的基準(zhǔn)的數(shù)值。兩者的SP值之差越小，溶解度越大。在本發(fā)明的碳纖維束中，水溶性聚氨酯樹脂的SP值在11. 2 13. 4的范圍時(shí)，水溶性獲得適當(dāng)?shù)目刂?，顯示高開纖性。優(yōu)選為12. 3 13. 3。在該范圍外的情況下，水溶性不足或水溶性過高，導(dǎo)致開纖性下降。在本發(fā)明中，SP值通過 Fedors 的方法(Polymer Engineering and Science，vol. 14，No. 2，p-147 (1974))計(jì)算。例如，下列化學(xué)式所表示的聚氨酯樹脂的SP值如下計(jì)笪
[化學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種碳纖維束，其具有碳纖維和上漿劑，其中，所述上漿劑包含SP值為11. 2 13. 3的水溶性聚氨酯樹脂，所述上漿劑以O(shè). 5 7質(zhì)量％的比例附著在所述碳纖維上。
2.一種碳纖維束，其具有碳纖維和上漿劑，其中，所述上漿劑包含聚氨酯樹脂，所述聚氨酯樹脂由下述(A)所示的成分、和(B I)或(B2)所示的成分構(gòu)成，所述上漿劑以O(shè). 5 7質(zhì)量％的比例附著在所述碳纖維上， (A) 73 98質(zhì)量％的聚氧化烯單元； (Bl)O. 5 15質(zhì)量％的芳香族酯單元、I. 5 10質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元； (B2)0. 5 10質(zhì)量％的芳香族酯單元、I. 5 11質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元。
3.如權(quán)利要求2所述的碳纖維束，其中，所述聚氨酯樹脂由85 97質(zhì)量％的聚氧化烯單元、O. 8 9質(zhì)量％的芳香族酯單元、2. 3 6. 5質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的碳纖維束，其中，所述聚氨酯樹脂由89 94質(zhì)量％的聚氧化烯單元、3 6質(zhì)量％的芳香族酯單元、3 5質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的碳纖維束，其中，所述芳香族氨基甲酸酯單元由甲苯二異氰酸酯構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的碳纖維束,其中,所述上衆(zhòng)劑在230°C、15分鐘的熱失重為30%以下。
7.如權(quán)利要求2所述的碳纖維束，其中，所述聚氨酯樹脂由78 98質(zhì)量％的聚氧化烯單元、2. 5 9質(zhì)量％的芳香族酯單元、4. 5 8. 5質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的碳纖維束，其中，所述聚氨酯樹脂由83 97質(zhì)量％的聚氧化烯單元、3 6質(zhì)量％的芳香族酯單元、4. 5 6. 5質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求7所述的碳纖維束，其中，所述脂肪族氨基甲酸酯單元由異佛爾酮二異氰酸酯構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求2 9中任一項(xiàng)所述的碳纖維束，其中，所述聚氧化烯單元由重均分子量為4，000以上至21，000以下的聚亞烷基二醇構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求2 10中任一項(xiàng)所述的碳纖維束，其中，所述聚氧化烯單元由聚乙二醇構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求2 11中任一項(xiàng)所述的碳纖維束，其中，所述芳香族酯單元由對(duì)苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯或間苯二甲酸雙(2-羥乙基)酯構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求I 12中任一項(xiàng)所述的碳纖維束,其中，懸垂值為2 20cm。
14.如權(quán)利要求I 13中任一項(xiàng)所述的碳纖維束，其中，所述碳纖維束由1,000 60，000根單纖維構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求I 14中任一項(xiàng)所述的碳纖維束，其中，所述碳纖維束是纖維長(zhǎng)度為I 20mm的短切纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有碳纖維和上漿劑的碳纖維束，其中，上述上漿劑包含SP值為11.2～13.3的水溶性聚氨酯樹脂，該上漿劑以0.5～7質(zhì)量％的比例附著在上述碳纖維上。并且，本發(fā)明提供一種具有碳纖維和上漿劑的碳纖維束，其中，上述上漿劑由下述(A)所示的成分、和(B 1)或(B2)所示的成分構(gòu)成，該上漿劑以0.5～7質(zhì)量％的比例附著在上述碳纖維上。(A)73～98質(zhì)量％的聚氧化烯單元；(B 1)0.5～15質(zhì)量％的芳香族酯單元、1.5～10質(zhì)量％的芳香族氨基甲酸酯單元；(B2)0.5～10質(zhì)量％的芳香族酯單元、1.5～11質(zhì)量％的脂肪族氨基甲酸酯單元。所提供的碳纖維束在制造和加工纖維束時(shí)的可操作性良好，集束性優(yōu)異，且即使為高濃度在水系分散介質(zhì)中的開纖性也優(yōu)異。
文檔編號(hào)D06M101/40GK102713051SQ20118000617
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者土谷敦岐, 平野啟之, 本間雅登 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社