(57)【要約】  本明細書において、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物（ｓｉｚｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）とを含む導電性サイジング処理繊維（ｓｉｚｅｄ  ｆｉｂｅｒ）であって、当該サイジング組成物が少なくとも１種のサイジング化合物（ｓｉｚｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）と、複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、導電性サイジング処理繊維が開示される。本開示はさらに、繊維強化樹脂複合材、繊維強化樹脂複合材を含む物品、及びそのような導電性サイジング処理繊維及びその物品を作製する方法も開示する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維と
該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物と、
を含む、導電性サイジング処理繊維。
【請求項２】
前記繊維が炭素繊維である、請求項１に記載の導電性サイジング処理繊維。
【請求項３】
前記酸化グラフェンナノ粒子が、酸化グラフェンナノプレートレットの形態である、請求項１又は請求項２に記載の導電性サイジング処理繊維。
【請求項４】
前記酸化グラフェンナノ粒子が、前記少なくとも１種のサイジング化合物によってカプセル化され、前記繊維の表面に付着される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性サイジング処理繊維。
【請求項５】
前記酸化グラフェンナノ粒子が、個々のナノ粒子として及び／又はナノ粒子のクラスターとして、前記繊維の表面に付着される、請求項４に記載の導電性サイジング処理繊維。
【請求項６】
前記繊維が、乾燥トウ、織物、フェルト、スクリム、プリプレグ、引抜き成形シート、又はシート成形コンパウンドの形態である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性サイジング処理繊維。
【請求項７】
（ａ）サイジング処理されていない繊維トウがサイジング組成物に浸漬されるように、該サイジング組成物を含むサイジング浴を通してサイジング処理された繊維トウ又は前記サイジング処理されていない繊維トウを引き抜くことによって、該サイジング処理された繊維トウ又はサイジング処理されていない繊維トウを前記サイジング組成物でコーティングするステップであって、前記サイジング浴に含まれるサイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
（ｂ）コーティングされた繊維トウを乾燥させて、繊維と該繊維の表面に付着された前記サイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維を形成するステップであって、前記サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
（ｃ）前記導電性サイジング処理繊維をスプールするステップと
を含む方法。
【請求項８】
さらに、引抜き成形シート、樹脂注入織物、シート成形コンパウンド、又は予め含侵させたテープ、の形態の繊維強化樹脂複合材を形成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）前記導電性サイジング処理繊維を織物へと構成するステップと
ｂ）該織物にバインダー樹脂を注入して、樹脂注入織物又はプリプレグを形成するステップと
を含む、請求項８５６に記載の方法。
【請求項１０】
前記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）前記導電性サイジング処理繊維を平面トウ形態へと構成するステップと、
ｂ）該平面トウ形態にバインダー樹脂を注入するステップと、
ｃ）樹脂注入された平面トウ形態を引抜き成形して、引抜き成形シートを形成するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）複数の短繊維又は複数の導電性長繊維のうちの少なくとも一方をバインダー樹脂と共にコンパウンド化するステップと、
ｂ）結果として得られた組成物を物品へと圧縮成形又は射出成形するステップと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）導電性サイジング処理繊維と導電性サイジング処理繊維で作製された織物とによる組み合わせを構造的断面形態へと構成するステップと、
ｂ）該構造的断面形態にバインダー樹脂を注入するステップと、
ｃ）樹脂注入された断面形態を引抜き成形して、引抜き成形された構造的断面を得るステップと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、少なくとも２つの構成要素をお互いに接着接合することによって物品を形成するステップであって、該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つが前記繊維強化樹脂複合材を含む、ステップを含む、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ａ）以下：
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物
を含む導電性サイジング処理繊維と、
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材。
【請求項１５】
前記繊維が炭素繊維である、請求項１４に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項１６】
前記繊維強化樹脂複合材が、引抜き成形シート、樹脂注入織物、又は予め含侵させたテープ、又はシート成形コンパウンドの形態である、請求項１４に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項１７】
前記引抜き成形シートが、前記バインダー樹脂を融着させた平面トウ形態において炭素繊維を含む、請求項１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項１８】
前記樹脂注入織物が、多方向性織物、一方向性織物、又は織布を含む、請求項１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項１９】
前記予め含侵させたテープが、繊維の予め含侵させた一方向性シート、又は予め含侵させた織物を含み、この場合、該織物は、多方向性織物、一方向性織物、又は織布のうちの１つ又は複数である、請求項１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項２０】
前記シート成形コンパウンドが、バインダー樹脂と組み合わせた、複数の炭素長繊維又は炭素短繊維、多方向性織物、一方向性織物、織布、又は不織布を含む、請求項１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項２１】
前記バインダー樹脂が、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、及びシリコーン樹脂の中から選択された熱硬化性バインダー樹脂を含む、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項２２】
前記バインダー樹脂が、その合金及びブレンドを含め、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、スチレン無水マレイン酸、ポリオキシメチレン（アセタール）、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミド−イミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアリールエーテルケトンの中から選択された熱可塑性バインダー樹脂を含む、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項２３】
ａ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びビニルエステル樹脂、
ｂ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びポリエステル樹脂、又は
ｃ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びエポキシ樹脂、
の少なくとも１つを含み、
この場合、体積％で表された量は、該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく、
請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。
【請求項２４】
お互いに接着接合された少なくとも２つの構成要素を含む物品であって、少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つは、請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材を含む、物品。
【請求項２５】
ａ）以下：
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物
を含む導電性サイジング処理繊維補強材と、
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材を含むスパーキャップ。
【請求項２６】
前記繊維強化樹脂複合材が、２０〜８０体積％の融着された導電性サイジング処理された炭素繊維とバインダー樹脂とを含み、この場合、体積％で表された量は、該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく、請求項２５に記載のスパーキャップ。
【請求項２７】
前記繊維強化樹脂複合材シートが、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維及びビニルエステル樹脂を含む、請求項２５に記載のスパーキャップ。
【請求項２８】
前記繊維強化樹脂複合材シートが、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維及びエポキシ樹脂を含む、請求項２５に記載のスパーキャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＳＩＺＩＮＧ  ＦＯＲ  ＣＡＲＢＯＮ  ＦＩＢＥＲＳ」の名称において、２０１８年３月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／６４９，０３５号の優先権の恩典に関し、ならびにその権利請求するものであり、なお、上記仮出願の内容は、参照によりその全体が全ての目的のために本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、概して、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物（ｓｉｚｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）とを含む導電性サイジング処理繊維（ｓｉｚｅｄ  ｆｉｂｅｒ）であって、当該サイジング組成物が少なくとも１種のサイジング化合物（ｓｉｚｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）と、複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、導電性サイジング処理繊維に関する。本開示はさらに、概して、導電性サイジング処理繊維を含む繊維強化樹脂複合材、当該繊維強化樹脂複合材を含む物品、及びそのような導電性サイジング処理繊維を作製する方法にも関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、繊維強化複合材は、良好な縦導電性を示すが、膜厚方向の横導電性は乏しい。したがって、改良された膜厚方向の横導電性を有する改良された繊維強化樹脂複合材が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある態様において、繊維を含む導電性サイジング処理繊維、及び当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物が提供される。
【０００５】
別の態様において、以下のステップ：
ａ）未サイジング処理繊維トウが当該サイジング組成物に浸漬されるように、当該サイジング組成物を含むサイジング浴を通して未サイジング処理繊維トウを引き抜くことによって、サイジング処理繊維トウ又は未サイジング処理繊維トウをサイジング組成物でコーティングするステップであって、当該サイジング浴に含まれる当該サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
ｂ）当該コーティングされた繊維トウを乾燥させることにより、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維を形成するステップであって、当該サイジング組成物が、上記少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
ｃ）当該導電性サイジング処理繊維をスプールするステップと、
を含む方法が提供される。
【０００６】
さらなる別の態様において、
ａ）以下のものを含む導電性サイジング処理繊維と、
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材が提供される。
【０００７】
さらなる別の態様には、お互いに接着接合された少なくとも２つの構成要素を含む物品であって、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つが、本明細書の上記において開示されるような繊維強化樹脂複合材を含む、物品が提供される。
【０００８】
別の態様において、
ａ）以下のものを含む導電性サイジング処理繊維と、
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物  
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材を含むスパーキャップが提供される。
【０００９】
本明細書に組み入れられ、その一部を構成する添付図面は、本発明の１つの（いくつかの）実施形態を例証し、ならびに記載の説明と共に本発明のある特定の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】標準的なサイジング処理繊維トウ及び本発明の様々な実施形態による導電性サイジング処理繊維トウ（サイジング組成物の総量に対して１０重量％の酸化グラフェン；繊維上における０．１５重量％の総サイジング剤）の走査電子顕微鏡写真を示す。
【図２】本発明の様々な実施形態による、導電性サイジング処理繊維を作製する方法の概略図を示す。
【図３】本発明の様々な実施形態による、サイジング組成物に水性分散液を加えるステップの前に超音波処理によって当該分散液において酸化グラフェンナノ粒子を再分散させる構成のイラストを示す。
【図４】１週間静置した後の、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物のイラストを示す。
【図５】本発明の様々な実施形態による、お互いに接着接合された少なくとも２つの構成要素を含む例示的物品であって、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも一方が繊維強化樹脂複合材を含む、物品の一部分の断面図を示す。
【図６】本発明の様々な実施形態による、複合パネルを含む別の例示的物品の一部分の断面図を示す。
【図７】スパーキャップの一部分の概略断面図を示す。
【図８】外周部分が酸化された酸化グラフェンナノプレートレット（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｐｌａｔｅｌｅｔ：ＧＯＮＰ）の概略図を示す。
【図９】本発明の様々な実施形態による、例示的Ｃ断面のイラストを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、特定の実施形態を参照しながら本明細書において例示及び説明されるが、本発明は、示された詳細に限定されることを意図しない。むしろ、特許請求の範囲と等価な範囲内において、本発明から逸脱することなく、当該詳細に対して様々な変更を為すことができる。
【００１２】
風力エネルギー産業は、炭素繊維強化樹脂複合材がスパーキャップに対して一般的に使用されてきたブレードのための避雷保護を必要とする。炭素繊維の導電性における強い異方性及びこれらの炭素繊維強化樹脂複合材の一方向性平面トウ形状に起因して、これらの炭素繊維強化樹脂複合材の縦方向の導電性は、横方向の導電性より４桁高くあり得る。したがって、これらの異方性の結果、落雷が発生した場合、高エネルギーの電気が縦方向に流れるであろうが、横方向にはアークを発するであろうし、それは、結果として温度上昇をもたらし、それにより、スパーキャップの層剥離又は焼却を生じ得る。したがって、スパーキャップを形成する当該炭素繊維強化樹脂複合材の膜厚方向の横導電性を効果的に高める必要があることが見出された。例えば、以下の手法などによって、材料の導電性を増加させることが想到された。
・樹脂中への直接的な導電性粒子の封入。しかしながら、いくつかの状況においてこのプロセスに関連するいくつかの欠点、例えば、結果として注入プロセスの性能に影響を及ぼし得る粘度変化を生じ得るような、導電性粒子を樹脂中へと混合することの困難さなど、が存在し得る。その上、当該導電性粒子がナノ粒子である場合、不適切に取り扱われた場合には、空中を伝播する危険（ａｉｒｂｏｒｎｅ  ｈａｚａｒｄ）が存在し得る。
・熱可塑性ペレット中への導電性粒子の封入及びそれに続く複合材中への封入。この技術は、製造コストを増加させ得るとともに、常に、複合材樹脂との非相溶性のリスクが存在する。
・繊維の表面上への導電性粒子のプラズマ溶射は、当該プロセスに新たなステップを導入し得る。
・複合材ラミネート中への導電性粒子の封入の場合のフィルムの作製は、いくつかの問題を提起し、特に、それを引抜き成形プロセス又は注入プロセスにおいて行うことは、非常に困難であるか、又は不可能である。その上、この方法は、表面処理だけを提供し、したがって、断面全体を通る導電性を提供する課題に対する解決策は提供しない。
【００１３】
これらのアプローチが様々な課題を抱えている限り、代替のアプローチは、炭素繊維強化樹脂複合材の導電性を高めることに対して、より効率的で、コスト効率良くあり得る。
【００１４】
本明細書において、導電性サイジング処理繊維、繊維強化樹脂複合材、そのような導電性サイジング処理繊維と繊維強化樹脂複合材とを含む物品、及びそれらを作製する方法が開示される。
【００１５】
ある態様において、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維が提供される。そのような実施形態において、当該サイジング組成物は、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むことができる。ある実施形態において、当該サイジング組成物は、実質的に、グラフェンナノ粒子を含まない。
【００１６】
本明細書において使用される場合、語句「グラフェンナノ粒子を実質的に含まない」は、グラフェンナノ粒子は、サイジング組成物に加えられないが、酸化グラフェンナノ粒子と共に少量において不純物として存在し得ることを意味する。
【００１７】
本明細書において使用される場合、用語「酸化グラフェン」は、水性媒体中で結果として得られる親水性とコロイド安定性とを有する、グラフェンの酸化誘導体を意味する。その上、本明細書において使用される場合、当該用語「酸化グラフェン」は、グラフェン、グラフィン、グラフォンを包含しない。
【００１８】
グラフィンは、ハニカム構造と、方向性の電子特性とを有する、グラフェンの二次元炭素同素体である。グラフォンは、グラフェンの水素化誘導体であり、ナノエレクトロニクス及びスピントロニクスにとってより有用である。グラフェン組成物は、それを製造するためのグラファイトの純度に大いに依存するが、実際は、定義（ウェブスター）「繰り返し六方晶格子状に配置された炭素原子による単一の平板で構成された炭素元素の非常に導電性の形態」により、意図するところは純粋な炭素（Ｃ）であるが、酸素（Ｏ）などの不純物も存在し得る。したがって、グラフィン、グラフォン、及びグラフェンは疎水性であるが、酸化グラフェンは、本質的に親水性である。
【００１９】
酸化グラフェン（ＧＯ）は、典型的には、Ｈｕｍｍｅｒ法（Ｈｕｍｍｅｒｓ，  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｓ．；  Ｏｆｆｅｍａｎ，  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｅ．，  「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ  Ｏｘｉｄｅ」，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  １９５８，  ８０  （６）；  １３３９）を使用して、強酸化剤及び濃縮酸の使用によりグラファイトから直接的に製造される。Ｈｕｍｍｅｒ法由来の典型的な酸化グラフェン（ＧＯ）は、カルボン酸基（Ｏ−Ｃ＝Ｏ）、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）、エポキシド（Ｃ−Ｏ−Ｃ）、ヒドロキシル（Ｃ−ＯＨ）、及び他のものなど、六方晶系炭素シートに結合した様々な官能基を含む。例えば、当該ＧＯは、湿式粉砕プロセスによって製造することができ、結果として、カルボキシル（Ｏ−Ｃ＝Ｏ）及びヒドロキシル（Ｃ−ＯＨ）官能基を有するエッジ機能化された形態を生じる。
【００２０】
Ｇｒａｐｈｅｎ−ＡＤから入手可能な例示的酸化グラフェンの組成は、７２．５％の炭素、２１％の酸素、０．４％の硫黄、１．２％の水素、及び４．９％の窒素を有し、Ｇａｒｍｏｒから入手可能な別の例示的酸化グラフェンの組成は、９０〜９５％の炭素及び対応する５〜１０％の酸素を有し、他の不純物を伴わない。
【００２１】
ある実施形態において、当該酸化グラフェンナノ粒子は、酸化グラフェンナノプレートレット（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｐｌａｔｅｌｅｔ：ＧＯＮＰ）の形態である。別の実施形態において、当該酸化グラフェンナノ粒子は、図８に示されるような、エッジ部分が酸化された酸化グラフェンナノプレートレット（ＧＯＮＰ）である。当該酸化グラフェンナノプレートレットは、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均サイズ及び５ｎｍ未満の厚さにおいて、２００ｎｍから１μｍ又は２００ｎｍから８００ｎｍの範囲の粒度分布を有し得る。当該酸化グラフェンナノプレートレットは、９０〜１の範囲の平均アスペクト比を有する。
【００２２】
当該サイジング組成物は、当該サイジング組成物の総固体含有量に対して、０．１〜２５重量％、好ましくは１〜２０重量％、より好ましくは２〜１５重量％の範囲の量において酸化グラフェンナノ粒子を含み得る。ある実施形態において、酸化グラフェンは、当該サイジング組成物の総固体含有量に対して、少なくとも０．１重量％、０．５重量％、１重量％、１．５重量％、２重量％、２．５重量％、３重量％、３.５重量％、４重量％、４.５重量％、５重量％、５．５重量％、６重量％、６．５重量％、７重量％、７.５重量％、８重量％、８．５重量％、９重量％、９．５重量％、又は１０重量％の量において、及び最大でも２５重量％、２４重量％、２３重量％、２２重量％、２１重量％、２０重量％、１９重量％、１８重量％、１７重量％、１６重量％、１５重量％、１４重量％、１３重量％、１２重量％、１１重量％、又は１０重量％の量において、当該サイジング組成物中に存在し得る。本明細書において使用される場合、用語「サイジング組成物の固体含有量」は、複数の酸化グラフェンナノ粒子及び少なくとも１種のサイジング化合物の総量を意味する。
【００２３】
当該サイジング組成物は、塗膜形成剤、カップリング剤、及び加工助剤の中から少なくとも１種のサイジング化合物を含み得る。当該塗膜形成剤は、損耗からの繊維の保護において重要な役割を果たし、上記サイジング組成物の総固体含有量に対して５０〜９９．９重量％、又は７０〜９５重量％、又は８５〜９５重量％の範囲の量において存在し得る。塗膜形成剤の好適な例としては、これらに限定されるわけではないが、ポリ酢酸ビニル、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられる。カップリング剤の好適な例としては、これらに限定されるわけではないが、クロム（ＩＩＩ）メタクリレート（Ｖｏｌａｎ（登録商標）としてＺａｃｌｏｎ  ＬＬＣから入手可能）、クロム（ＩＩＩ）メタクリレート、シラン、チタネートなどが挙げられる。加工助剤の好適な例としては、これらに限定されるわけではないが、潤滑剤、湿潤剤、中和剤、帯電防止剤、酸化防止剤、核形成剤、架橋剤、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【００２４】
ある実施形態において、当該サイジング組成物はさらに、水性溶媒を含み、それにより、当該少なくとも１種のサイジング化合物及び複数の酸化グラフェンナノ粒子は当該水性溶媒中に分散され、結果として、水性分散液を形成する。当該水性溶媒は、当該サイジング組成物の総重量に対して７５〜９５重量％、又は８５〜９５重量％、又は９０〜９５重量％の範囲の量において存在し得る。
【００２５】
別の実施形態において、本発明のサイジング組成物は、非常に限定的な貯蔵寿命を有するほとんどの水性分散液と比較して、長く有用な貯蔵寿命を有する。図４は、１週間静置した後に安定である、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物のイラストを示している。本発明の実施形態において、当該サイジング組成物は、無害であり得るとともに、破棄の際に高額な廃棄費用を負うほとんどの水性分散液と比較して、廃棄されるときに環境に影響を与えない。
【００２６】
当該導電性サイジング処理繊維は、任意の好適な繊維を含むことができ、そのような繊維としては、これらに限定されるわけではないが、炭素繊維が挙げられる。本発明の導電性サイジング処理繊維の実施形態において、当該繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維である。当該導電性繊維は、任意の好適な形態であり得るものであり、そのような形態としては、これらに限定されるわけではないが、乾燥トウ、織物、フェルト、スクリム、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を伴うプリプレグ、引抜き成形されたプレート、又はシート成形コンパウンド（ｓｈｅｅｔ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）が挙げられる。ある実施形態において、当該導電性サイジング処理繊維は、乾燥後の繊維及びサイジング組成物の総量に対して０．１〜５重量％、０．５〜２．５重量％、又は１．０〜２．０重量％の範囲の量（サイジングレベル（ｓｉｚｉｎｇ  ｌｅｖｅｌ）とも呼ばれる）においてサイジング組成物を有する。
【００２７】
ある実施形態において、当該炭素繊維は、約０．００１５５Ｏｈｍ・ｃｍの電気抵抗率を有する。当該炭素繊維は、５〜１０ミクロン（μｍ）の範囲の平均直径及び任意の好適な長さを有することができる。ある実施形態において、粉砕された炭素繊維は、７．２ミクロンの平均直径を有することができる。
【００２８】
当該炭素繊維は、任意の好適なトウ束サイズを有することができ、そのようなサイズとして、これらに限定されるわけではないが、少なくとも３ｋ、６ｋ、１２ｋ、２４ｋ、５０ｋ、又は６０ｋが挙げられる。
【００２９】
市販の炭素繊維の好適な例としては、これらに限定されるわけではないが、Ｚｏｌｔｅｋから入手可能なＰＸ３５、Ｔｏｒａｙから入手可能なＴＯＲＡＹＣＡ（登録商標）  Ｔ７００及びＴ８００、ＳＧＬから入手可能なＳＩＧＲＡＦＩＬ、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉから入手可能なＧｒａｆｉｌ、ＤｏｗＡｋｓａから入手可能なＡＫＳＡＫＡ、Ｔｏｈｏから入手可能なＴｅｎａｘが挙げられる。
【００３０】
導電性サイジング処理繊維を作製する方法及び当該繊維から作られた物品
ある態様において、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維を製造する方法であって、当該サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、方法が提供される。
【００３１】
図２は、最初に、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物を提供するステップと、次いで、未サイジング処理繊維トウが当該サイジング組成物に浸漬されるように、当該サイジング組成物を含むサイジング浴を通して当該未サイジング処理繊維トウを引き抜くことによって、サイジング処理繊維トウ又は未サイジング処理繊維トウを当該サイジング組成物でコーティングするステップと、を含む例示的な方法を示している。当該サイジング浴に含まれるサイジング組成物は、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むことができる。図２に示されるように、当該方法はさらに、コーティングされた繊維トウを乾燥させて、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維を形成するステップであって、当該サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップを含むことができる。当該乾燥ステップは、１〜１５分、又は３〜１２分、又は４〜６分の範囲の時間において、１００〜１５０℃、又は１１０〜１４０℃、又は１２０〜１３０℃の範囲の温度で、空気中、又は窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気中、又は真空下において実施することができる。ある実施形態において、当該乾燥ステップは、強制空気式オーブン、マルチゾーン連続オーブン、例えば、２ゾーン連続オーブンなど、において実施することができる。別の実施形態において、当該乾燥ステップは、例えば、約１８０℃で５分間、強制空気式／２ゾーン連続オーブンにおいて実施することができる。当該方法はさらに、当該導電性サイジング処理繊維をスプールするステップも含む。
【００３２】
ある実施形態において、上記サイジング組成物を提供するステップは、固体形態の複数の酸化グラフェンナノ粒子を少なくとも１種のサイジング化合物に加えるステップを含む。別の実施形態において、上記サイジング組成物を提供するステップは、複数の酸化グラフェンナノ粒子の水性分散液を少なくとも１種のサイジング化合物に加えるステップを含む。さらなる別の実施形態において、上記方法はさらに、図３に示されるように、酸化グラフェンナノ粒子をサイジング組成物に加える前に、ホーン式超音波処理（ｈｏｒｎ  ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）又はバス式超音波処理（ｂａｔｈ  ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）などの超音波処理、及び高速剪断混合（ｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ｓｈｅａｒ  ｍｉｘｉｎｇ）など、任意の好適な機械的手段によって酸化グラフェンナノ粒子を当該水性分散液に再分散させるステップを含む。酸化グラフェンナノ粒子を再分散するのに必要な時間は、酸化グラフェンの組成に依存するであろうし、当該機械的手段は、５秒から３０分、又は好ましくは１５分から２０分の範囲であり得る。
【００３３】
ある態様において、当該方法はさらに、引抜き成形シート又は樹脂注入織物、又は予め含漬させたテープ（ｐｒｅ−ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ  ｔａｐｅ）（プリプレグ、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含侵させたもの）、又はシート成形コンパウンド（ＳＭＣ）、の形態において繊維強化樹脂複合材を形成するステップを含む。ある実施形態において、繊維強化樹脂複合材を形成する当該ステップは、導電性サイジング処理繊維を織物へと構成するステップと、当該織物にバインダー樹脂を注入して樹脂注入織物又はプリプレグを形成するステップとを含むことができる。別の実施形態において、繊維強化樹脂複合材を形成するステップは、導電性サイジング処理繊維を平面トウ形態へと構成するステップと、当該平面トウ形態にバインダー樹脂を注入するステップと、樹脂注入平面トウ形態を引抜き成形して、引抜き成形シートを形成するステップとを含むことができる。
【００３４】
別の実施形態において、繊維強化樹脂複合材を形成するステップは、導電性サイジング処理繊維と導電性サイジング処理繊維で作製された織物との組み合わせを構造的断面形態へと構成するステップと、当該構造的断面形態にバインダー樹脂を注入するステップと、当該樹脂注入断面形態を引抜き成形して、結果として引抜き成形された構造的断面（例えば、Ｃ断面、Ｊ断面、又はπ断面）を生じるステップとを含むことができる。図９は、本発明の様々な実施形態による、例示的Ｃ断面のイラストを示している。
【００３５】
別の実施形態において、繊維強化樹脂複合材を形成するステップは、複数の短繊維又は複数の導電性サイジング処理した長繊維のうちの少なくとも一方をバインダー樹脂と共にコンパウンド化するステップと、当該結果として得られた組成物を物品へと圧縮成形又は射出成形するステップとを含むことができる。
【００３６】
別の態様において、当該方法はさらに、少なくとも２つの構成要素をお互いに接着接合することによって物品を形成するステップを含むことができる。そのような実施形態において、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つは、本明細書の上記において開示されるような繊維強化樹脂複合材を含むことができる。
【００３７】
ある実施形態において、本発明の導電性サイジング処理繊維は、風車の用途での使用にとって好適である。
【００３８】
繊維強化樹脂複合材
ある態様において、本明細書の上記において開示されるような導電性サイジング処理繊維とバインダー樹脂とを含む繊維強化樹脂複合材が提供される。
【００３９】
当該繊維強化樹脂複合材の実施形態において、当該繊維は、炭素繊維である。
【００４０】
本発明による繊維強化樹脂複合材は、当技術分野において既知の任意のバインダー樹脂から、及びそれらに基づいて形成され得る。
【００４１】
熱硬化性（コ）ポリマーであるバインダー樹脂の非限定的な例としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、及びシリコーン樹脂が挙げられる。
【００４２】
熱可塑性（コ）ポリマーであるバインダー樹脂の非限定的な例としては、その合金及びブレンドを含め、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、スチレン無水マレイン酸、ポリオキシメチレン（アセタール）、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアリールエーテルケトンが挙げられる。
【００４３】
ある実施形態において、上記繊維強化樹脂複合材は、引抜き成形シート、織物、又はプリプレグの形態である。別の実施形態において、引抜き成形シートの形態の繊維強化樹脂複合材は、バインダー樹脂を融着させた平面トウ形態において炭素繊維を含む。さらなる別の実施形態において、織物の形態の繊維強化樹脂複合材は、多方向性（ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）織物、一方向性（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）織物、又は織布を含む。
【００４４】
ある実施形態において、当該繊維強化樹脂複合材は、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維補強材及びビニルエステル樹脂、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びポリエステル樹脂、又は２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維補強材及びエポキシ樹脂、のうちの少なくとも１つを含み、この場合、体積％で表された量は、当該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく。ある実施形態において、当該繊維強化樹脂複合材は、引抜き成形シート、樹脂注入織物、又は予め含侵させたテープ、又はシート成形コンパウンド、の形態である。引抜き成形された形態において、当該導電性サイジング処理繊維は、繊維強化樹脂複合材の総体積に対して４０〜８０体積％、好ましくは６０〜７２体積％の範囲の量において存在し得る。引抜き成形された形態において、当該導電性サイジング処理繊維は、繊維強化樹脂複合材の総体積に対して４０〜８０体積％、好ましくは６０〜７２体積％の範囲の量において存在し得る。プリプレグの形態において、当該導電性サイジング処理繊維は、繊維強化樹脂複合材の総体積に対して４０〜８０体積％、好ましくは５４〜６１体積％の範囲の量において存在し得る。樹脂注入織物の形態において、当該導電性サイジング処理繊維は、繊維強化樹脂複合材の総体積に対して４０〜８０体積％、好ましくは４８〜５９体積％の範囲の量において存在し得る。
【００４５】
ある実施形態において、予め含侵させたテープの形態の上記繊維強化樹脂複合材は、繊維の予め含侵させた一方向性シート又は予め含侵させた織物を含み、この場合、当該織物は、多方向性織物、一方向性織物、又は織布のうちの１つ又は複数である。
【００４６】
ある実施形態において、シート成形コンパウンドの形態の繊維強化樹脂複合材は、バインダー樹脂と組み合わせた、複数の炭素長繊維又は炭素短繊維、多方向性織物、一方向性織物、織布、又は不織布を含む。
【００４７】
当該繊維強化樹脂複合材はさらに、複合材、例えば、ポリマー複合材など、を強化するための、当技術分野において既知の任意のフィラー及び／又は粒子も含んでもよい。そのような粒子の例としては、これらに限定されるわけではないが、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン、及びシリカが挙げられる。
【００４８】
物品
別の態様において、お互いに接着接合された少なくとも２つの構成要素を含む物品であって、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つが、本開示の導電性サイジング処理繊維を含む、本明細書の上記において定義されるような繊維強化樹脂複合材を含む、物品が提供される。
【００４９】
図５は、本発明の様々な実施形態による、複合パネルを含む例示的物品の一部分の断面図を示している。当該例示的複合パネルは、２つの構成要素、すなわち、第１構成要素と、当該第１構成要素に接着接合された第２構成要素、を含み、この場合、第１構成要素又は第２構成要素の少なくとも一方は、本明細書で開示された導電性サイジング処理された繊維補強材とバインダーとを含む。
【００５０】
図６は、お互いに接着接合された複数のパネルを含む複合パネルであって、当該複数のパネルのうちの少なくとも１つが本明細書で開示された導電性サイジング処理繊維を含むような、複合パネルを含む別の例示的物品の一部分の断面図を示している。図６に示されるように、例示された複合パネルは、少なくとも４つのパネルを含み、第１パネルは、第２パネルに接着接合され、当該第２パネルは、第３パネルに接着接合され、当該第３パネルは、第４パネルに接着接合される。ある実施形態において、これらのパネルは、少なくとも１つの端部が傾斜されて斜面を有するように、お互いの上に積み重ねられる。
【００５１】
本発明の複合パネルは、任意の好適な厚さ、例えば、０．５〜３０ｍｍの範囲の厚さ、を有することができる。
【００５２】
ある実施形態において、当該物品は、繊維強化樹脂複合材を含むスパーキャップであり、ならびに高エネルギー電気を分配して、当該高エネルギー電気に晒されたときのアーク発生及び層剥離を減じるように構成される。当該スパーキャップは、導電性サイジング処理繊維補強材及びバインダー樹脂を含む、本明細書の上記において開示されるような繊維強化樹脂複合材を含む。図７は、スパーキャップの一部分の概略断面図を示している。
【００５３】
当該スパーキャップの実施形態において、上記繊維強化樹脂複合材は、２０〜８０体積％の融着させた導電性サイジング処理された炭素繊維とバインダー樹脂とを含み、この場合、体積％で表された量は、当該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく。ある実施形態において、上記繊維強化樹脂複合材シートは、ビニルエステル樹脂を融着させた２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維を含む。別の実施形態において、当該繊維強化樹脂複合材シートは、エポキシ樹脂を融着させた２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維を含む。さらなる別の実施形態において、当該繊維強化樹脂複合材シートは、ポリエステル樹脂を融着させた２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材を含む。さらなる別の実施形態において、上記スパーキャップにおける繊維強化樹脂複合材シートは、繊維強化樹脂複合材の総体積に対して４０〜８０体積％、好ましくは６０〜７２体積％の導電性サイジング処理繊維を含む引抜き成形シートである。
【００５４】
上記導電性サイジング処理繊維中に酸化グラフェンナノ粒子を含ませることは、上記繊維強化樹脂複合材における横方向の導電性を実質的に高めると考えられる。結果として得られる本発明のスパーキャップは、繊維のサイジング処理に導電性酸化グラフェンナノ粒子を伴わないものと比較して、はるかに高い落雷耐性を有するであろう。
【００５５】
本発明による、繊維のサイジング処理への導電性酸化グラフェンナノ粒子の導入は、いくつかの利点を提供する。
・サイジング処理は、繊維に対して実施される標準的プロセスであるため、サイジング浴に当該導電性酸化グラフェンナノ粒子を含ませることは、簡素で効率的な低コストの導入プロセスを提供し、さらに、廃棄物量を最少とすることができる。
・酸化グラフェンでサイジング処理された繊維は、加工パラメータを著しく変更することなく、任意の既存の複合材料製造プロセスに組み込むことができる。
・導電性酸化グラフェンナノ粒子をサイジングにより含ませることは、導電性及び熱伝導性を増加させ、ならびにより優れた樹脂支配的な機械的特性、例えば、層間剪断強度及び横強度などを提供する。
【００５６】
より詳細には、以下は、本発明の特定の実施形態を表す。
実施形態１
繊維と、
当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む当該サイジング組成物と、
を含む、導電性サイジング処理繊維。
実施形態２
上記繊維が炭素繊維である、実施形態１に記載の導電性サイジング処理繊維。
実施形態３
上記酸化グラフェンナノ粒子が、酸化グラフェンナノプレートレットの形態である、実施形態１又は実施形態２に記載の導電性サイジング処理繊維。
実施形態４
上記酸化グラフェンナノ粒子が、少なくとも１種のサイジング化合物によってカプセル化され、上記繊維の表面に付着される、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の導電性サイジング処理繊維。
実施形態５
上記酸化グラフェンナノ粒子が、個々のナノ粒子として及び／又はナノ粒子のクラスターとして、上記繊維の表面に付着される、実施形態４に記載の導電性サイジング処理繊維。
実施形態６
上記繊維が、乾燥トウ、織物、フェルト、スクリム、プリプレグ、引抜き成形シート、又はシート成形コンパウンドの形態である、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の導電性サイジング処理繊維。
実施形態７
（ａ）未サイジング処理繊維トウが上記サイジング組成物に浸漬されるように、当該サイジング組成物を含むサイジング浴を通してサイジング処理繊維トウ又は未サイジング処理繊維トウを引き抜くことによって、サイジング処理繊維トウ又は未サイジング処理繊維トウを当該サイジング組成物でコーティングするステップであって、サイジング浴に含まれる当該サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
（ｂ）当該コーティングされた繊維トウを乾燥させて、繊維と当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物とを含む導電性サイジング処理繊維を形成するステップであって、当該サイジング組成物が、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含む、ステップと、
（ｃ）当該導電性サイジング処理繊維をスプールするステップと、
を含む方法。
実施形態８
さらに、引抜き成形シート、樹脂注入織物、シート成形コンパウンド、又は予め含侵させたテープ、の形態の繊維強化樹脂複合材を形成するステップを含む、実施形態７に記載の方法。
実施形態９
上記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）上記導電性サイジング処理繊維を織物へと構成するステップと、
ｂ）当該織物にバインダー樹脂を注入して、樹脂注入織物又はプリプレグを形成するステップと、
を含む、実施形態８に記載の方法。
実施形態１０
上記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）上記導電性サイジング処理繊維を平面トウ形態へと構成するステップと、
ｂ）当該平面トウ形態にバインダー樹脂を注入するステップと、
ｃ）当該樹脂注入平面トウ形態を引抜き成形して、引抜き成形シートを形成するステップと、
を含む、実施形態８に記載の方法。
実施形態１１
上記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ）複数の短繊維又は複数の導電性サイジング長繊維のうちの少なくとも一方をバインダー樹脂と共にコンパウンド化するステップと、
ｂ）当該結果として得られた組成物を物品へと圧縮成形又は射出成形するステップと、
を含む、実施形態８に記載の方法。
実施形態１２
上記繊維強化樹脂複合材を形成するステップが、
ａ．導電性サイジング処理繊維と導電性サイジング処理繊維で作製された織物とによる組み合わせを構造的断面形態へと構成するステップと、
ｂ）当該構造的断面形態にバインダー樹脂を注入するステップと、
ｃ）当該樹脂注入断面形態を引抜き成形して、引抜き成形された構造的断面を得るステップと、
を含む、実施形態８に記載の方法。
実施形態１３
さらに、少なくとも２つの構成要素をお互いに接着接合することによって物品を形成するステップであって、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つが、上記繊維強化樹脂複合材を含む、ステップを含む、実施形態８〜１２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４
ａ）以下：
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物
を含む導電性サイジング処理繊維補補強材と、
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材。
実施形態１５
上記繊維が炭素繊維である、実施形態１４に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態１６
上記複合材が、引抜き成形シート、樹脂注入織物、予め含侵させたテープ、又はシート成形コンパウンド、の形態である、実施形態１４に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態１７
上記引抜き成形シートが、上記バインダー樹脂を融着させた平面トウ形態において炭素繊維を含む、実施形態１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態１８
上記織物が、多方向性織物、一方向性織物、又は織布を含む、実施形態１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態１９
上記予め含侵させたテープが、繊維の予め含侵させた一方向性シート又は予め含侵させた織物を含み、この場合、当該織物は、多方向性織物、一方向性織物、又は織布のうちの１つ又は複数である、実施形態１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態２０
上記シート成形コンパウンドが、バインダー樹脂と組み合わせた、複数の炭素長繊維又は炭素短繊維、多方向性織物、一方向性織物、織布、又は不織布を含む、実施形態１６に記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態２１
上記バインダー樹脂が、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、及びシリコーン樹脂の中から選択された熱硬化性バインダー樹脂を含む、実施形態１４〜２０のいずれか１つに記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態２２
上記バインダー樹脂が、その合金及びブレンドを含め、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、スチレン無水マレイン酸、ポリオキシメチレン（アセタール）、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミド−イミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアリールエーテルケトの中から選択された熱可塑性バインダー樹脂を含む、実施形態１４〜２０のいずれか１つに記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態２３
ａ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びビニルエステル樹脂、又は
ｂ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びポリエステル樹脂、又は
ｃ）４０〜８０体積％の導電性サイジング処理された繊維補強材及びエポキシ樹脂
の少なくとも１つを含み、
この場合、体積％で表された量は、当該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく、
実施形態１４〜２２のいずれか１つに記載の繊維強化樹脂複合材。
実施形態２４
お互いに接着接合された少なくとも２つの構成要素を含む物品であって、当該少なくとも２つの構成要素のうちの少なくとも１つは、実施形態１４〜２３のいずれか１つに記載の繊維強化樹脂複合材を含む、物品。
実施形態２５
ａ）以下：
ｉ）繊維、及び
ｉｉ）当該繊維の表面に付着されたサイジング組成物であって、少なくとも１種のサイジング化合物と複数の酸化グラフェンナノ粒子とを含むサイジング組成物
を含む導電性サイジング処理繊維と、
ｂ）バインダー樹脂と、
を含む繊維強化樹脂複合材を含むスパーキャップ。
実施形態２６
上記繊維強化樹脂複合材が、２０〜８０体積％の融着された導電性サイジング処理された炭素繊維とバインダー樹脂とを含み、この場合、体積％で表された量は、当該繊維強化樹脂複合材の総体積に基づく、実施形態２５に記載のスパーキャップ。
実施形態２７
上記繊維強化樹脂複合材シートが、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理された炭素繊維及びビニルエステル樹脂を含む、実施形態２５に記載のスパーキャップ。
実施形態２８
上記繊維強化樹脂複合材シートが、２０〜８０体積％の導電性サイジング処理炭素繊維及びエポキシ樹脂を含む、実施形態２５に記載のキャップ。
本発明は、以下の実施例によってさらに説明されるであろうが、それらは、純粋に本発明の例示であることが意図されるものであり、いずれにおいても本発明の限定と見なされるべきではない。
【実施例】
【００５７】
使用した材料：
ＺＯＬＴＥＫ  ＰＸ−３５炭素繊維束（直径約７μｍの炭素サイズ直径を有する）を、Ｚｏｌｔｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手した。エッジ酸化グラフェン（Ｅｄｇｅ−Ｏｘｉｄｉｚｅｄ  Ｇｒａｐｈｅｎｅ  Ｏｘｉｄｅ：ＥＯＧＯ）は、水における１重量％分散液として入手可能な酸化グラフェンナノプレートレット（カルボキシル基及びヒドロキシル基を有する）をＧａｒｍｏｒ，  Ｉｎｃ（オーランド、ＦＬ）から入手した。本明細書において使用されるＥＯＧＯは、カルボキシル基及びヒドロキシル基の形態において存在する９０〜９５％の炭素及び対応する５〜１０％の酸素の組成を有し、他の不純物は含まず、ならびに湿式粉砕プロセスによって製造した。酸化グラフェンナノプレートレットは、酸化グラフェンナノ粒子を水に再分散させるために当該分散液を超音波処理したことを除いて、そのまま使用した。
【００５８】
試験方法：
当該サイジング処理に対して、重量変化がなくなった時点での１２０℃での水分量バランスによって固形分％を特定した。
【００５９】
繊維に対して、水分量％は、１０５℃のオーブンで２時間加熱した前後に秤量することによって特定し；サイジング剤含有量％は、溶媒抽出の前後に秤量することによって特定し；トウ質量（ｇ／ｍ）は、１ｍ長の試料の重量に基づいており；ならびに、綿毛（ｐｐｍ）は、粗い表面に対して繊維を引きずり、その前後に秤量することによって特定した。
【００６０】
導電率は、導電性サイジング処理された炭素繊維及び熱硬化性樹脂で作製された複合プレートを、ＰＲＱＳＴＡＴ  ＰＲＳ−８０１抵抗システムセットで測定した。測定方法は、表面抵抗の測定に対しては業界標準試験ＡＮＳＩ／ＥＳＤ  ＳＴＭ１１．１１に従い、体積抵抗の測定に対してはＡＮＳＩ／ＥＳＤ  ＳＴＭＩＬ１２に従った。
【００６１】
基本プロセス：
図２は、導電性サイジング処理繊維を作製するプロセス全体を示している。当該方法は、以下のプロセスを含んでいる。
【００６２】
酸化グラフェン分散液を、少なくとも１種のサイジング化合物を含む汎用のエポキシ相容性サイジング組成物に加える前に、１５分間超音波処理した。次いで、サイジング処理されていない炭素繊維束（トウと呼ばれる）を、炭素繊維に対して使用される典型的なサイジング化合物と酸化グラフェン（ＧＯ）ナノプレートレットとを含有するサイジング剤の浴に通した。酸化グラフェンプレートレットを伴うサイジング組成物に対して使用されるであろう標準条件だが、繊維上に被着されたサイジング剤の量は、当該浴におけるサイジング剤濃度の調節によって制御した。次いで、湿潤したサイジング処理されたトウを、５０ｐｓｉに設定された１組のニップロールを通して引き抜くことにより、目標の２０％まで水分含有量を減らした。次いで、当該湿潤したサイジング処理されたトウを、空気中において１８０℃で５分間乾燥させ、スプール上に巻きつけた。
【００６３】
酸化グラフェンを伴う上記サイジング組成物は、週末の間、固形分一定で安定であることが見出され、図４に示されるように、１週間経過した試料も、比較的安定であるように見えた。おそらく機能化されていないために、いくらかの酸化グラフェンナノ粒子が、すぐに底に沈降するのが見出された。
【００６４】
図１は、酸化グラフェンナノプレートレットを伴わない標準的なサイジング処理繊維と比較した、サイジング組成物の総量に対して１０重量％の酸化グラフェンを含み、繊維上に０．１５重量％の総サイジング剤を有する、導電性サイジング処理された繊維トウの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示している。図１は、酸化グラフェンナノ粒子が被包されて繊維表面に付着されていることを示している。いくつかのプレートレットは、個々であるが、いくつかは、より大きな塊へと一緒に「凝集」されている。
【００６５】
本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく本発明の実践に様々な改変及び変更を為すことができることは、当業者に明らかであろう。本発明の他の実施形態は、本明細書の熟考及び本発明の実践から、当業者に明らかになろう。本明細書及び実施例は単なる例示とみなされ、本発明の真の範囲及び要旨は特許請求の範囲によって示されることが意図される。
【図１】
2021519870.tif 000003
【図２】
2021519870.tif 000004
【図３】
2021519870.tif 000005
【図４】
2021519870.tif 000006
【図５】
2021519870.tif 000007
【図６】
2021519870.tif 000008
【図７】
2021519870.tif 000009
【図８】
2021519870.tif 000010
【図９】
2021519870.tif 000011
【国際調査報告】
2021519870.tif 000012
2021519870.tif 000013