JP2016160549A - Sizing agent for carbon fiber, carbon fiber bundle, sheet-like substrate and carbon fiber reinforced composite material - Google Patents

Sizing agent for carbon fiber, carbon fiber bundle, sheet-like substrate and carbon fiber reinforced composite material Download PDF

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巧己 若林
Katsumi Wakabayashi
巧己 若林
啓之 西
Hiroyuki Nishi
啓之 西
誠 市橋
Makoto Ichihashi
誠 市橋
高木 康雄
Yasuo Takagi
康雄 高木
靖則 村野
Yasunori Murano
靖則 村野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sizing agent for carbon fiber capable of providing a carbon fiber bundle having high smoothness, excellent processing passing property in a high level processing process of the carbon fiber bundle and further excellent in mechanical physical enhancing effect.SOLUTION: A sizing agent for carbon fiber satisfies following (1) to (4). (1) It contains a compound (A) which is an ester compound of an epoxy compound having a plurality of epoxy groups in a molecule and unsaturated mono basic acid and has at least one epoxy group in a molecule, a bifunctional type urethane acrylate oligomer compound (B) having tensile elongation rate of a cured article of 40% or more, a stearic acid ester compound (C) and a surfactant (D). (2) A ratio of the urethane acrylate oligomer (B)/the compound (A) is 1/3 to 2/1. (3) Total percentage of the compound (A) and the urethane acrylate oligomer (B) in the all sizing component is 20 mass% or more. (4) Percentage of the stearic acid ester compound (C) in the all sizing agent component is 5 to 30 mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭素繊維用サイジング剤、サイジング剤の付着した炭素繊維束、シート状基材及び炭素繊維強化複合材に関する。   The present invention relates to a carbon fiber sizing agent, a carbon fiber bundle to which a sizing agent is attached, a sheet-like base material, and a carbon fiber reinforced composite material.

一般的に炭素繊維は、直径が5〜8μm程度のフィラメントであり、この単繊維が数千〜数万本単位でまとまった形態(以下、「炭素繊維束」と表記する)で用いられる。炭素繊維は、それ自体は伸度が小さくかつ脆い性質を有するため、機械的摩擦等によって毛羽が発生しやすく、複合材料の製造工程において毛羽、糸切れが発生しやすい。そのため、収束性の付与と毛羽生抑制等を目的として、炭素繊維にはサイジング剤を付与することが一般的である。   Generally, the carbon fiber is a filament having a diameter of about 5 to 8 μm, and the single fiber is used in a form (hereinafter, referred to as “carbon fiber bundle”) in a unit of several thousand to several tens of thousands. Since the carbon fiber itself has a low elongation and a brittle nature, fluff is likely to occur due to mechanical friction or the like, and fluff and thread breakage are likely to occur in the manufacturing process of the composite material. Therefore, it is common to provide a sizing agent to the carbon fiber for the purpose of imparting convergence and suppressing fluff.

また、炭素繊維は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂などの樹脂(以下、マトリックス樹脂と表記する)と複合化し、いわゆる炭素繊維強化組成物とした後、成形してなる炭素繊維強化複合材料として幅広い分野にわたって使用されるが、このマトリックス樹脂を含浸させる工程において、炭素繊維束へのマトリックス樹脂の含浸が、容易に、そして完全に行なわれるようにすることが必要である。   Carbon fiber is formed by compounding with a resin such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, acrylic resin (hereinafter referred to as matrix resin) to form a so-called carbon fiber reinforced composition, and then molding. Although used as a carbon fiber reinforced composite material in a wide range of fields, it is necessary to easily and completely impregnate the carbon fiber bundle with the matrix resin in the step of impregnating the matrix resin. .

しかしながら、炭素繊維は、そのままの状態ではマトリックス樹脂に対する濡れ性に乏しく、マトリックス樹脂が含浸しにくい。そのため、得られる繊維強化複合材料の品質が充分に満足できるものとならない。これを改善する目的としても、炭素繊維へのサイジング処理が有効である。   However, carbon fiber is poor in wettability with respect to the matrix resin as it is, and is difficult to be impregnated with the matrix resin. Therefore, the quality of the obtained fiber reinforced composite material cannot be sufficiently satisfied. For the purpose of improving this, sizing treatment for carbon fibers is effective.

すなわち、炭素繊維の取り扱い性を向上させるとともに、マトリックス樹脂に対する濡れ性を向上させ、品質の高い炭素繊維強化複合材料を工業的に安定に製造することを目的として、炭素繊維にサイジング剤による処理を施すのである。   That is, the carbon fiber is treated with a sizing agent for the purpose of improving the handleability of the carbon fiber and improving the wettability with respect to the matrix resin and industrially producing a high-quality carbon fiber reinforced composite material. It is given.

炭素繊維強化組成物の製造方法としては、強化材としての繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法が一般的である。繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法として、複数本の炭素繊維束を一方向に引き揃えてシート状とした基材(以下、「シート状基材」と表記する)に樹脂を塗布し、含浸させる方法や、炭素繊維束を織機により加工して織物などのシート状基材としてから、この織物シート状基材に樹脂を塗布、含浸させる方法、あるいは複数の繊維束を一方向に引き揃えて、一方向繊維シート状基材とした後に、この一方向繊維シート状基材の複数枚を積層し、ステッチして得られる、いわゆる多軸積層編物シート状基材に樹脂を塗布、含浸させる方法など様々な方法がある。   As a method for producing a carbon fiber reinforced composition, a method in which a fiber as a reinforcing material is impregnated with a matrix resin is generally used. As a method of impregnating fibers with a matrix resin, a resin is applied and impregnated on a base material (hereinafter referred to as “sheet-like base material”) in which a plurality of carbon fiber bundles are aligned in one direction to form a sheet. After a method, a carbon fiber bundle is processed by a loom to form a sheet-like substrate such as a fabric, a resin is applied to the fabric sheet-like substrate and impregnated, or a plurality of fiber bundles are aligned in one direction, A method of applying and impregnating a resin to a so-called multiaxial laminated knitted sheet-like substrate obtained by laminating and stitching a plurality of unidirectional fiber sheet-like substrates after forming a unidirectional fiber sheet-like substrate There are various ways.

一方で、単繊維数が24,000本よりも多い、いわゆるラージトウと呼ばれる炭素繊維束(以下、「ラージトウ」と表記する)が上市されている。ラージトウは生産性が高いため、炭素繊維強化複合材料の低コスト化を目的として、その採用は拡大している。しかし、フィラメント数が24,000よりも少ない、スモールトウと呼ばれる炭素繊維束(以下、「スモールトウ」と表記する)と比べると、高次加工で繊維束を拡幅して使用するときの、繊維束の均一な拡がり性(開繊性)に劣る面がある。そのため、繊維量の少ない、薄物プリプレグや、薄物織物に使用する場合に、繊維束間に隙間(以下、「目空き」と表記することもある)が生じ、最終的に得られる炭素繊維強化複合材料の性能や品位の低下を招くことがあった。   On the other hand, a so-called large tow carbon fiber bundle (hereinafter referred to as “large tow”) having more than 24,000 single fibers has been put on the market. Since large tow has high productivity, its use is expanding for the purpose of reducing the cost of carbon fiber reinforced composite materials. However, compared with a carbon fiber bundle called small tow (hereinafter referred to as “small tow”) having a smaller number of filaments than 24,000, the fiber when the fiber bundle is widened by high-order processing and used. There is a surface inferior to the uniform spreadability (opening property) of the bundle. Therefore, when used for thin prepregs and thin fabrics with a small amount of fibers, a gap (hereinafter sometimes referred to as “open space”) is produced between the fiber bundles, and the carbon fiber reinforced composite finally obtained The performance and quality of the material may be deteriorated.

そのため、ラージトウを、金属製のバーなどを用いて機械的な摩擦や擦過により開繊処理する工程において、擦過回数を増やしたり、繊維束に高張力を付与することが必要となるが、過剰な擦過により、繊維束に毛羽が発生したり、単繊維の糸切れが発生する原因となり易い。   Therefore, in the process of opening the large tow by mechanical friction or rubbing using a metal bar or the like, it is necessary to increase the number of rubbing or to give high tension to the fiber bundle. By rubbing, fluff is likely to occur in the fiber bundle, or single fiber breakage tends to occur.

炭素繊維に付与するサイジング剤の性質も開繊性に大きく影響する。サイジング剤が高い粘着性を有する場合、開繊工程に設置される金属製ガイドバーの表面や、多軸積層編物シート状基材を製造する際のステッチ処理に用いるステッチ針の表面に、炭素繊維に付与したサイジング剤が転写・堆積して、この堆積物により、繊維束に毛羽がさらに発生することがある。   The properties of the sizing agent imparted to the carbon fiber also greatly affect the spreadability. When the sizing agent has high adhesiveness, carbon fiber is used on the surface of a metal guide bar installed in the fiber-spreading process or on the surface of a stitch needle used for stitching when manufacturing a multiaxial laminated knitted sheet-like substrate. The sizing agent applied to the material may be transferred and deposited, and this deposit may further generate fluff in the fiber bundle.

このため、高開繊性を要求される炭素繊維束、特にラージトウ炭素繊維束に付与するサイジング剤には、平滑性(=耐擦過性、耐毛羽立ち性)と収束性を両立させることが課題であった。   For this reason, the sizing agent imparted to carbon fiber bundles that require high fiber opening properties, particularly large tow carbon fiber bundles, has a problem of achieving both smoothness (= abrasion resistance and fuzz resistance) and convergence. there were.

上記の課題を解決するために、例えば特許文献1には、優れた耐擦過性を有するものとして、常温において液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と、常温において固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂と、不飽和二塩基酸とビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物との縮合物である不飽和ポリエステル樹脂と、ステアリン酸エステルを必須成分とするサイジング剤が提案されている。   In order to solve the above-mentioned problem, for example, Patent Document 1 discloses that bisphenol A type epoxy resin that is liquid at room temperature, bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature, An unsaturated polyester resin, which is a condensate of a dibasic acid and an alkylene oxide adduct of bisphenol A, and a sizing agent having a stearic acid ester as essential components have been proposed.

しかしながら、特許文献1に記載のサイジング剤を、ラージトウに適用しても、耐擦過性を向上させることは出来ても、そのトウボリュームの大きさから、収束性との両立は難しい場合があった。また、マトリックス樹脂がラジカル重合系の場合、得られる炭素繊維複合材料の機械特性は必ずしも十分なものとは言えない場合があった。   However, even if the sizing agent described in Patent Document 1 is applied to a large tow, the scratch resistance can be improved, but due to the size of the tow volume, there is a case where it is difficult to achieve convergence. . In addition, when the matrix resin is a radical polymerization system, the obtained carbon fiber composite material may not always have sufficient mechanical properties.

また、特許文献2には、エポキシ基を1つ以上含有するエステル樹脂、ウレタンアクリレート、アニオン系乳化剤、および少量のノニオン系乳化剤からなるサイジング剤が提案されている。   Patent Document 2 proposes a sizing agent comprising an ester resin containing one or more epoxy groups, a urethane acrylate, an anionic emulsifier, and a small amount of a nonionic emulsifier.

特許文献2に記載のサイジング剤は、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂などのラジカル重合系樹脂に対する接着性に優れ、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料と同等の性能を提供可能なものである。また、エポキシ樹脂との適合性も良いこともあり、広範囲の熱硬化性樹脂との組み合わせた複合材料で優れた機械的強度を発現可能とするものであるが、やはりラージトウに適用した場合には、上述したような耐擦過性と収束性との両立が難しい場合があった。   The sizing agent described in Patent Document 2 has excellent adhesion to radical polymerization resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and acrylic resins, and can provide the same performance as a composite material using an epoxy resin as a matrix resin. Is. In addition, compatibility with epoxy resin may be good, and it is possible to express excellent mechanical strength with a composite material combined with a wide range of thermosetting resin, but when applied to large tow In some cases, it is difficult to achieve both the scratch resistance and the convergence as described above.


特開平07−197381号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-197381 特開2008−95241号公報JP 2008-95241 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高平滑性を有し、炭素繊維束の高次加工工程における優れた工程通過性を示し、特にラージトウに付与した場合にも、この効果が十分に発揮され、かつマトリックス樹脂、特にラジカル重合系樹脂を用いて複合化した際の機械物性向上効果に優れる炭素繊維束を得ることができる炭素繊維用サイジング剤を提供することを目的とする。また、複合材の機械物性向上効果に優れた炭素繊維束、ならびに炭素繊維束を有するシート状基材、さらには機械物性に優れた炭素繊維強化複合材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, has high smoothness, exhibits excellent process passability in a high-order processing step of a carbon fiber bundle, and particularly when applied to large tow. An object of the present invention is to provide a sizing agent for carbon fiber that can obtain a carbon fiber bundle that exhibits a sufficient effect and that is excellent in mechanical properties when combined with a matrix resin, particularly a radical polymerization resin. To do. Another object of the present invention is to provide a carbon fiber bundle excellent in the mechanical property improving effect of the composite material, a sheet-like substrate having the carbon fiber bundle, and a carbon fiber reinforced composite material excellent in mechanical property.

本発明は、下記(1)〜(4)を満足する炭素繊維用サイジング剤に関する。
(1)前記炭素繊維用サイジング剤が下記(A)〜(D)を含有する。
・分子中に複数個のエポキシ基を有するエポキシ化合物と不飽和一塩基酸とのエステル化合物であって、分子中に少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物(A)
・硬化物の引張伸び率が40%以上の2官能タイプの、ウレタンアクリレートオリゴマー化合物(B)
・ステアリン酸エステル化合物(C)
・界面活性剤(D)
(2)前記化合物(A)と前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)との含有量の質量比が、ウレタンアクリレートオリゴマー(B)/化合物(A)の比として、1/3以上2/1以下。
(3)全サイジング成分中に占める前記化合物(A)および前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)の合計量の割合が20質量%以上。
(4)全サイジング成分中に占める前記ステアリン酸エステル化合物(C)の割合が、5質量%以上30質量%以下。
The present invention relates to a carbon fiber sizing agent that satisfies the following (1) to (4).
(1) The carbon fiber sizing agent contains the following (A) to (D).
-An ester compound of an epoxy compound having a plurality of epoxy groups in the molecule and an unsaturated monobasic acid, and a compound having at least one epoxy group in the molecule (A)
-Bifunctional urethane acrylate oligomer compound (B) with a tensile elongation of the cured product of 40% or more
・ Stearic acid ester compound (C)
・ Surfactant (D)
(2) The mass ratio of the content of the compound (A) and the urethane acrylate oligomer (B) is 1/3 or more and 2/1 or less as the ratio of urethane acrylate oligomer (B) / compound (A).
(3) The ratio of the total amount of the compound (A) and the urethane acrylate oligomer (B) in all sizing components is 20% by mass or more.
(4) The proportion of the stearic acid ester compound (C) in all sizing components is 5% by mass or more and 30% by mass or less.

さらに、本発明のサイジング剤は、下記(5)及び(6)を満足するものであっても良い。
(5)ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物とジカルボン酸化合物とのエステルであって、その酸価が50以上であるエステル化合物(E)を含む。
(6)前記エステル化合物(E)の含有量が、前記化合物(A)および前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)の合計量の2.0質量倍以下。
Furthermore, the sizing agent of the present invention may satisfy the following (5) and (6).
(5) An ester of an alkylene oxide adduct of bisphenols and a dicarboxylic acid compound, the ester compound (E) having an acid value of 50 or more.
(6) Content of the said ester compound (E) is 2.0 mass times or less of the total amount of the said compound (A) and the said urethane acrylate oligomer (B).

また、本発明は、前記炭素繊維用サイジング剤が付着量0.6質量%以上2.0質量%以下で付着した炭素繊維束に関する。   Moreover, this invention relates to the carbon fiber bundle which the said sizing agent for carbon fibers adhered with the adhesion amount 0.6 mass% or more and 2.0 mass% or less.

また、本発明は前記炭素繊維束を含むシート状基材、前記炭素繊維束からなる炭素繊維強化複合材、前記シート状基材からなる炭素繊維強化複合材に関する。   The present invention also relates to a sheet-like base material including the carbon fiber bundle, a carbon fiber reinforced composite material including the carbon fiber bundle, and a carbon fiber reinforced composite material including the sheet-like base material.

本発明によれば、高平滑性を有し、炭素繊維束の高次加工工程における優れた工程通過性を示し、特にラージトウに付与した場合にも、この効果が十分に発揮され、かつマトリックス樹脂、特にラジカル重合系樹脂を用いて複合化した際の機械物性向上効果に優れる炭素繊維束を得ることができる炭素繊維用サイジング剤およびサイジング剤の水分散液を提供することを目的とする。また、複合材の機械物性向上効果に優れた炭素繊維束、ならびに炭素繊維束を有するシート状物、さらには機械物性に優れた炭素繊維強化複合材が提供される。   According to the present invention, it has high smoothness, exhibits excellent process passability in a high-order processing step of a carbon fiber bundle, and this effect is sufficiently exerted even when applied to large tow, and the matrix resin. In particular, an object of the present invention is to provide a carbon fiber sizing agent and an aqueous dispersion of a sizing agent capable of obtaining a carbon fiber bundle excellent in mechanical property improvement effect when combined with a radical polymerization resin. Also provided are a carbon fiber bundle excellent in the mechanical property improving effect of the composite material, a sheet-like material having the carbon fiber bundle, and a carbon fiber reinforced composite material excellent in mechanical property.

<炭素繊維用サイジング剤>
本発明の炭素繊維用サイジング剤は、以下に詳述する(A)〜(D)を含む。このサイジング剤は、各成分を適宜混合することにより得ることができる。
<Carbon fiber sizing agent>
The sizing agent for carbon fiber of the present invention includes (A) to (D) described in detail below. This sizing agent can be obtained by appropriately mixing each component.

<化合物(A)>
本発明の炭素繊維用サイジング剤に含まれる化合物(A)は、分子中に少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物である。化合物(A)は、分子中に複数個のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、不飽和一塩基酸とが反応してなるエステル化合物のことをいう。なお、本願発明において、エポキシ基とは、環骨格が2個の炭素原子と1個の炭素原子とから構成される3員環をその構造中に有する基を意味する。具体的には、下記一般式(e1)で表される官能基、下記一般式(e2)で表される官能基(グリシジル基)、その他の環式脂肪族エポキシ基などが挙げられる。その他の環式脂肪族エポキシ基としては、前記3員環と、単環または多環式の脂肪族環とで形成される環状構造をその構造中に有する基が挙げられ、たとえば下記一般式(e3)〜(e5)で表される官能基が例示できる。
<Compound (A)>
The compound (A) contained in the carbon fiber sizing agent of the present invention is a compound having at least one epoxy group in the molecule. The compound (A) refers to an ester compound obtained by reacting an epoxy compound having a plurality of epoxy groups in the molecule with an unsaturated monobasic acid. In the present invention, an epoxy group means a group whose ring skeleton has a three-membered ring composed of two carbon atoms and one carbon atom in its structure. Specific examples include a functional group represented by the following general formula (e1), a functional group (glycidyl group) represented by the following general formula (e2), and other cyclic aliphatic epoxy groups. Examples of other cycloaliphatic epoxy groups include groups having a cyclic structure formed by the three-membered ring and a monocyclic or polycyclic aliphatic ring in the structure. For example, the following general formula ( The functional group represented by e3)-(e5) can be illustrated.

<分子中に複数個のエポキシ基を有するエポキシ化合物>
前記化合物(A)において、前記の分子中に複数個のエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、特に限定されず、たとえばビスフェノール類のエポキシ化合物、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加エポキシ化合物、水素化ビスフェノール類のエポキシ化合物、水素化ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加エポキシ化合物等が挙げられる。これらビスフェノール類としては、特に限定されるものではなく、ビスフェノールF型、ビスフェノールA型、ビスフェノールS型などの化合物が挙げられる。ビスフェノール類のエポキシ化合物以外のフェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ジフェニル型、ジシクロペンタジエン型、ナフタレン骨格型などのエポキシ樹脂を用いることもできる。また、直鎖脂肪族系骨格を有するものであっても良い。
<Epoxy compound having a plurality of epoxy groups in the molecule>
In the compound (A), the epoxy compound having a plurality of epoxy groups in the molecule is not particularly limited, and examples thereof include bisphenol epoxy compounds, bisphenol alkylene oxide addition epoxy compounds, and hydrogenated bisphenols. Examples thereof include epoxy compounds and alkylene oxide-added epoxy compounds of hydrogenated bisphenols. These bisphenols are not particularly limited, and examples thereof include bisphenol F type, bisphenol A type, and bisphenol S type. Epoxy resins such as phenol novolak type, cresol novolak type, diphenyl type, dicyclopentadiene type, naphthalene skeleton type other than epoxy compounds of bisphenols can also be used. Further, it may have a linear aliphatic skeleton.

<不飽和一塩基酸>
前記化合物(A)において、前記の不飽和一塩基酸としては、特に限定はなく、一つの不飽和基と一つのカルボキシル基を有する化合物であれば良い。不飽和基としては、特に限定はないが、嵩高くないこと、形成されるエステルの主鎖の剛直性を低下させないことから、ビニル基あるいはプロペニル基が好ましく、より好ましくは、ビニル基である。特に好ましいのは、アクリル酸またはメタクリル酸である。すなわち、化合物(A)は、前記エポキシ化合物とアクリル酸またはメタクリル酸とのエステルであることが好ましい。
<Unsaturated monobasic acid>
In the compound (A), the unsaturated monobasic acid is not particularly limited as long as it is a compound having one unsaturated group and one carboxyl group. The unsaturated group is not particularly limited, but is preferably a vinyl group or a propenyl group, more preferably a vinyl group, because it is not bulky and does not lower the rigidity of the main chain of the ester formed. Particularly preferred is acrylic acid or methacrylic acid. That is, the compound (A) is preferably an ester of the epoxy compound and acrylic acid or methacrylic acid.

前記化合物(A)は、エポキシ基を複数個有する化合物と不飽和一塩基酸とを反応させて得られるエステル化合物であり、この反応においては、エポキシ基を複数個有する化合物のエポキシ基のうち、少なくとも1つのエポキシ基が未反応のまま残留し、少なくとも1つのエポキシ基が不飽和一塩基酸によって開環し、不飽和基を有する、いわゆるハーフエステルが形成される。かかる化合物(A)は、分子中に、エポキシ基を複数個有する化合物に由来するエポキシ基と、不飽和一塩基酸に由来する不飽和基(たとえばアクリル酸に由来するCH=CH−COO−)とを有しており、これによって、炭素繊維表面と樹脂分子の間でのカップリング機能を発揮し、炭素繊維と樹脂との間の界面接着性を大きく向上させる。特に、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂などのラジカル重合系樹脂と炭素繊維とを強力に結合させることができ、優れた界面接着性を発現させることができる。 The compound (A) is an ester compound obtained by reacting a compound having a plurality of epoxy groups with an unsaturated monobasic acid. In this reaction, among the epoxy groups of a compound having a plurality of epoxy groups, At least one epoxy group remains unreacted and at least one epoxy group is opened by an unsaturated monobasic acid to form a so-called half ester having an unsaturated group. Such a compound (A) includes an epoxy group derived from a compound having a plurality of epoxy groups in the molecule and an unsaturated group derived from an unsaturated monobasic acid (for example, CH 2 ═CH—COO— derived from acrylic acid). Thus, the coupling function between the carbon fiber surface and the resin molecule is exhibited, and the interfacial adhesion between the carbon fiber and the resin is greatly improved. In particular, radical polymerization resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and acrylic resins can be strongly bonded to carbon fibers, and excellent interfacial adhesion can be exhibited.

特に、界面接着性を発現させることに優れることから、分子の両末端にエポキシ基を有する化合物と、不飽和一塩基酸とのエステル化合物であって、分子主鎖の片方の端部に不飽和基を有し、他方の端部にエポキシ基をそれぞれ有する化合物が好ましい。このような化合物(A)を用いることにより、ラジカル重合系樹脂と炭素繊維とを強力に結合させることができ、優れた界面接着性を発現させることができる。   In particular, it is an ester compound of a compound having an epoxy group at both ends of the molecule and an unsaturated monobasic acid because it excels in developing interfacial adhesion, and is unsaturated at one end of the molecular main chain. A compound having a group and having an epoxy group at the other end is preferred. By using such a compound (A), the radical polymerization resin and the carbon fiber can be strongly bonded, and excellent interfacial adhesiveness can be expressed.

分子の両末端にエポキシ基を有する化合物としては、特に、ビスフェノール類のジエポキシ化合物およびビスフェノール類のアルキレンオキシド付加ジエポキシ化合物のいずれか一方又は両方を用いることが好ましい。すなわち、化合物(A)は、ビスフェノール類のジエポキシ化合物及びビスフェノール類のアルキレンオキシド付加ジエポキシ化合物のいずれか一方又は両方と、不飽和一塩基酸とのエステルであって、分子主鎖の片方の端部に不飽和基を有し、他方の端部にエポキシ基をそれぞれ有する化合物であることが好ましい。本発明において、化合物(A)としては、1種のエステル化合物を単独で用いてもよく、2種以上のエステル化合物を併用してもよい。   As the compound having an epoxy group at both ends of the molecule, it is particularly preferable to use one or both of a bisphenol diepoxy compound and a bisphenol alkylene oxide addition diepoxy compound. That is, the compound (A) is an ester of either one or both of a bisphenol diepoxy compound and a bisphenol alkylene oxide addition diepoxy compound and an unsaturated monobasic acid, and is at one end of the molecular main chain. It is preferable that the compound has an unsaturated group at the other end and an epoxy group at the other end. In the present invention, as the compound (A), one type of ester compound may be used alone, or two or more types of ester compounds may be used in combination.

<化合物(B)>
本発明の炭素繊維用サイジング剤は、2官能タイプのウレタンアクリレートオリゴマー(B)(以下、「化合物(B)」という)を含む。
<Compound (B)>
The sizing agent for carbon fiber of the present invention contains a bifunctional type urethane acrylate oligomer (B) (hereinafter referred to as “compound (B)”).

前記化合物(B)は、マトリックス樹脂と炭素繊維との界面に、柔軟性に優れた界面相を形成することにより、マトリックス樹脂と炭素繊維との間の界面接着性が向上する効果を奏する。また、繊維強化複合材料用のマトリックス樹脂として、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等のラジカル重合系樹脂には靭性の低いものが多く、界面相の柔軟化に起因する高靭性化により、飛躍的に界面接着性が向上する。   The compound (B) has an effect of improving the interfacial adhesion between the matrix resin and the carbon fiber by forming an interface phase having excellent flexibility at the interface between the matrix resin and the carbon fiber. In addition, as a matrix resin for fiber reinforced composite materials, many radical polymerization resins such as vinyl ester resins and unsaturated polyester resins have low toughness. Interfacial adhesion is improved.

また、サイジング剤が付着した炭素繊維とマトリックス樹脂とを複合化する際に、炭素繊維表面のサイジング剤成分が、マトリックス樹脂へと拡散し、特に界面付近のマトリックス樹脂中に、サイジング剤成分を高濃度に含む領域が形成される。この領域は、複合材料の機械特性に影響を及ぼす。そして、化合物(B)が、ウレタンアクリレートオリゴマーであることから、繊維強化複合材料を形成する際、マトリックス樹脂の硬化反応に組み込まれることとなり、界面相とマトリックス樹脂相との一体化が図られる。そのため、この化合物(B)を含むことにより、ラジカル重合系樹脂をマトリックス樹脂とする場合であっても、繊維強化複合材料の機械的特性を、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とする場合と同等なレベルにすることができる。   In addition, when the carbon fiber to which the sizing agent is adhered and the matrix resin are combined, the sizing agent component on the surface of the carbon fiber diffuses into the matrix resin, and the sizing agent component is increased in the matrix resin particularly near the interface. A region included in the concentration is formed. This region affects the mechanical properties of the composite material. And since a compound (B) is a urethane acrylate oligomer, when forming a fiber reinforced composite material, it will be integrated in the hardening reaction of a matrix resin, and integration of an interface phase and a matrix resin phase will be aimed at. Therefore, by including this compound (B), even when the radical polymerization resin is used as a matrix resin, the mechanical properties of the fiber reinforced composite material are at the same level as when the epoxy resin is used as a matrix resin. can do.

前記化合物(B)は、以下の測定方法で求めた硬化物の引張伸び率が40%以上とすることが好ましい。上記界面相の高靭性化の効果に優れることから、この引張伸び率が45%以上であることがより好ましく、50%以上がより好ましい。引張伸び率(%)の上限としては、界面近傍樹脂の弾性率の大幅な低減を考慮すると、900%以下が好ましく、700%以下がより好ましい。   The compound (B) preferably has a cured product having a tensile elongation of 40% or more determined by the following measurement method. This tensile elongation is more preferably 45% or more, and more preferably 50% or more, since the effect of increasing the toughness of the interfacial phase is excellent. The upper limit of the tensile elongation rate (%) is preferably 900% or less, more preferably 700% or less in consideration of a significant reduction in the elastic modulus of the resin near the interface.

また、前記化合物(B)は2官能である必要がある。3官能以上のタイプであると、架橋密度が高くなりすぎ、充分な高靭性化が発現しない。一方、1官能タイプでは、マトリックス樹脂との架橋反応が片側のみとなり、充分な高靭性化の効果が得ることができない。   The compound (B) needs to be bifunctional. If it is a tri- or higher functional type, the crosslink density becomes too high and sufficient toughness is not exhibited. On the other hand, in the monofunctional type, the crosslinking reaction with the matrix resin is only on one side, and a sufficient toughening effect cannot be obtained.

さらに、界面相の靭性向上効果が大きいことから、前記化合物(B)は、60℃での粘度が5,000mPa・s以上であり、その硬化物の引張強度が6MPa以上のものが好ましい。粘度が大きいことは、そのオリゴマーの分子量が大きいこと、またはオリゴマー分子間の凝集力が大きいことを示す。分子量が大きい場合、あるいは分子間の凝集力が大きい場合、化合物(B)が、マトリックス樹脂へと拡散することなく、炭素繊維表面とマトリックス樹脂との界面相に偏在し、結果、界面相の効果的な柔軟化が成しえるので好ましい。なお、硬化物の引張強度および引張伸び率は以下の測定方法で求めることができる。
<硬化物の引張強度および引張伸び率の測定方法>
1)ウレタンアクリレートオリゴマー(B)97gと、硬化剤(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン)3gの混合物をガラス板上に塗布し、厚み100μmの皮膜を得る。その皮膜を、オゾンタイプランプ(80W/cm)を使って、皮膜から10cm離れた位置から紫外線を5秒間照射して硬化する。
Further, since the effect of improving the toughness of the interfacial phase is great, the compound (B) preferably has a viscosity at 60 ° C. of 5,000 mPa · s or more and a cured product having a tensile strength of 6 MPa or more. A large viscosity indicates that the molecular weight of the oligomer is large or that the cohesive force between oligomer molecules is large. When the molecular weight is large or the cohesive force between the molecules is large, the compound (B) is unevenly distributed in the interfacial phase between the carbon fiber surface and the matrix resin without diffusing into the matrix resin, resulting in the effect of the interfacial phase. It is preferable because it can be made flexible. In addition, the tensile strength and tensile elongation rate of hardened | cured material can be calculated | required with the following measuring methods.
<Measurement method of tensile strength and tensile elongation of cured product>
1) A mixture of 97 g of urethane acrylate oligomer (B) and 3 g of a curing agent (2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one) is applied on a glass plate to obtain a film having a thickness of 100 μm. The coating is cured by irradiating with ultraviolet rays for 5 seconds from a position 10 cm away from the coating using an ozone type lamp (80 W / cm).

2)硬化した皮膜を用いて、JIS K7127に準拠(試験片タイプ5)し、引張り速度300mm/minで引張強度および引張伸び率を測定する。   2) Using the cured film, in accordance with JIS K7127 (test piece type 5), the tensile strength and the tensile elongation are measured at a tensile speed of 300 mm / min.

前記化合物(B)の60℃での粘度は、10,000mPa・s以上がより好ましく、20,000mPa・s以上がさらに好ましい。粘度の上限としては、60℃で固状でないほうが、サイジング剤の調製やサイジング剤の経時安定性の面から優れている。なお、化合物(B)の粘度はB型粘度計で測定できる。   The viscosity of the compound (B) at 60 ° C. is more preferably 10,000 mPa · s or more, and further preferably 20,000 mPa · s or more. As the upper limit of the viscosity, the one not solid at 60 ° C. is superior from the viewpoint of the preparation of the sizing agent and the temporal stability of the sizing agent. The viscosity of the compound (B) can be measured with a B-type viscometer.

本発明の炭素繊維用サイジング剤に含まれる化合物(B)の硬化物のガラス転移温度(Tg)は、−5℃以上が好ましく、5℃以上がより好ましい。硬化物のTgが−5℃以上であれば、界面相により適正な柔軟化が図れるのみならず、破断に至る応力の値も大きくなり、そのため、より強固な界面相が形成でき、上記効果が向上する。つまり、界面相は、強化繊維を支える機能があり、柔軟化を適度に抑えることによって複合材料の機械的特性を良好に保つことが容易となる。硬化物のTgの上限としては、柔軟成分としての機能を考慮すると、100℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。   The glass transition temperature (Tg) of the cured product of the compound (B) contained in the sizing agent for carbon fiber of the present invention is preferably −5 ° C. or higher, and more preferably 5 ° C. or higher. If the Tg of the cured product is −5 ° C. or more, not only can the appropriate softening be achieved by the interfacial phase, but the value of the stress leading to fracture also increases, so that a stronger interfacial phase can be formed and the above effects are achieved. improves. That is, the interfacial phase has a function of supporting the reinforcing fiber, and it becomes easy to keep the mechanical properties of the composite material favorable by appropriately suppressing the softening. As an upper limit of Tg of hardened | cured material, when the function as a flexible component is considered, 100 degrees C or less is preferable and 80 degrees C or less is more preferable.

ウレタンアクリレートオリゴマーの硬化物のTgは、引張伸び率の測定と同じ方法で得られた硬化皮膜を試験片として、粘弾性測定装置(UBM社製、製品名:Rheogel E4000)を用いて、2℃/分の割合で昇温させ、試験片の動的粘弾性および損失正接を測定し、損失正接のピーク温度(tanδMAX)から求めることができる。   Tg of the cured product of urethane acrylate oligomer is 2 ° C. using a viscoelasticity measuring apparatus (manufactured by UBM, product name: Rheogel E4000) using a cured film obtained by the same method as the measurement of tensile elongation rate as a test piece. The temperature is raised at a rate of / min, the dynamic viscoelasticity and loss tangent of the test piece are measured, and the peak temperature (tan δMAX) of the loss tangent can be obtained.

本発明において、「ウレタンアクリレートオリゴマー」とは、分子内にウレタン結合とアクリロイル基(CH2=CH−CO−)とを有する化合物である。ウレタンアクリレートオリゴマーの構造は、その構造中に芳香族基を有する芳香族系のものと、芳香族基を有さない脂肪族系のものとに大別できる。本発明に用いるウレタンアクリレートオリゴマーの構造は特に限定されず、芳香族系であってもよく、脂肪族系であってもよい。硬化物の引張伸び率と引張強度のバランスが良好であることから、脂肪族系であることが好ましい。   In the present invention, the “urethane acrylate oligomer” is a compound having a urethane bond and an acryloyl group (CH 2 ═CH—CO—) in the molecule. The structure of the urethane acrylate oligomer can be broadly classified into an aromatic type having an aromatic group in the structure and an aliphatic type having no aromatic group. The structure of the urethane acrylate oligomer used in the present invention is not particularly limited, and may be aromatic or aliphatic. Since the balance between the tensile elongation percentage and the tensile strength of the cured product is good, an aliphatic system is preferable.

本発明の炭素繊維用サイジング剤に含まれる化合物(B)としては、市販のウレタンアクリレートオリゴマーを利用してもよく、かかるウレタンアクリレートオリゴマーとしては、たとえばサートマー社製のCN−965、CN−981、CN−9178、CN−9788、CN−9893、CN−971、CN−973、CN−9782、共栄社化学製のUF−8001、新中村化学工業社製のUA−122P等が挙げられる(いずれも製品名)。
本発明において、化合物(B)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
As the compound (B) contained in the sizing agent for carbon fiber of the present invention, commercially available urethane acrylate oligomers may be used. Examples of such urethane acrylate oligomers include CN-965 and CN-981 manufactured by Sartomer. CN-9178, CN-9788, CN-9893, CN-971, CN-973, CN-9882, UF-8001 made by Kyoeisha Chemical, UA-122P made by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. Name).
In this invention, a compound (B) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

<化合物(A)および化合物(B)の含有量>
本発明のサイジング剤においては、化合物(A)と化合物(B)との含有量の比(質量比)が、化合物(B)/化合物(A)=1/3〜2/1の範囲内であることが必要である。化合物(B)の含有量が、化合物(A)の含有量の1/3未満であると、界面相の柔軟化・高靭性化が不充分となり、一方、2/1を越えると、化合物(A)の機能である良接着性発現効果が阻害され、炭素繊維の、マトリックス樹脂との接着性向上効果が充分に得られない。化合物(A)と化合物(B)との含有量の比は、化合物(B)/化合物(A)=1/2〜3/2であることが好ましく、2/3〜1/1がより好ましい。
<Contents of Compound (A) and Compound (B)>
In the sizing agent of the present invention, the content ratio (mass ratio) of the compound (A) and the compound (B) is within the range of compound (B) / compound (A) = 1/3 to 2/1. It is necessary to be. When the content of the compound (B) is less than 1/3 of the content of the compound (A), the interfacial phase is not sufficiently softened and toughened. On the other hand, when the content exceeds 2/1, the compound ( The good adhesion expression effect which is a function of A) is inhibited, and the effect of improving the adhesion of carbon fibers to the matrix resin cannot be sufficiently obtained. The ratio of the content of the compound (A) and the compound (B) is preferably compound (B) / compound (A) = 1/2 to 3/2, more preferably 2/3 to 1/1. .

また、本発明のサイジング剤においては、全サイジング成分中に占める化合物(A)および化合物(B)の合計量の割合が20質量%以上であることが必要である。20質量%未満では、この2つの成分の機能が充分に発揮されず、本発明の効果が得られない。   Moreover, in the sizing agent of this invention, it is necessary for the ratio of the total amount of the compound (A) and compound (B) which occupies in all the sizing components to be 20 mass% or more. If it is less than 20% by mass, the functions of these two components are not sufficiently exhibited, and the effects of the present invention cannot be obtained.

ここで、「全サイジング成分」とは、当該サイジング剤に含まれる成分のうち、サイジング処理後に炭素繊維に付与される全成分の合計量であり、たとえば水や有機溶剤等の、サイジング後に除去される成分は含まれない有効成分を表す。すなわち、「全サイジング成分」は、上述した化合物(A)および化合物(B)、後述するステアリン酸エステル化合物(C)、および界面活性剤(D)と、任意成分として後述するエステル化合物(E)、およびその他の成分との合計量として求めることができる。化合物(A)および化合物(B)の合計量の割合は、全サイジング成分中、25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。   Here, the “total sizing component” is the total amount of all components applied to the carbon fiber after the sizing treatment among the components contained in the sizing agent, and is removed after sizing, such as water or an organic solvent. Represents an active ingredient not included. That is, the “all sizing components” include the above-described compound (A) and compound (B), stearic acid ester compound (C) and surfactant (D) described later, and ester compound (E) described later as an optional component. , And the total amount with other components. The ratio of the total amount of the compound (A) and the compound (B) is preferably 25% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more in all sizing components.

<化合物(C)>
本発明の炭素繊維用サイジング剤は、ステアリン酸エステル化合物(C)(以下、「化合物(C)」という)を必須成分とする。化合物(C)はステアリン酸エステル化合物であり、炭素繊維束の平滑性を向上させることができる。
<Compound (C)>
The sizing agent for carbon fiber of the present invention contains a stearic acid ester compound (C) (hereinafter referred to as “compound (C)”) as an essential component. The compound (C) is a stearic acid ester compound and can improve the smoothness of the carbon fiber bundle.

ステアリン酸エステル化合物としては、ステアリン酸と各種アルコールとのエステルが使用できるが、メチルステアレート、エチルステアレート、プロピルステアレート、ブチルステアレート、オクチルステアレート、ステアリルステアレート、オレイルステアレート、トリデシルステアレート、ヘキサデシルステアレート、エチルヘキシルステアレート等が好ましく使用される。   As stearic acid ester compounds, esters of stearic acid and various alcohols can be used, but methyl stearate, ethyl stearate, propyl stearate, butyl stearate, octyl stearate, stearyl stearate, oleyl stearate, tridecyl Stearate, hexadecyl stearate, ethylhexyl stearate, etc. are preferably used.

本発明の炭素繊維用サイジング剤では、全サイジング成分中に占める化合物(C)の割合は5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。5質量%以上であれば、炭素繊維束に良好な平滑性を付与することができる。30質量%以下であれば、ラージトウに適用した場合でも収束性が過度に低下することなく、良好な取り扱い性が得られやすく、マトリックス樹脂との接着性を阻害することもないので、良好な機械強度を得ることができる。全サイジング成分中に占める化合物(C)の割合は、7質量%以上25質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは10質量%以上20質量%以下である。   In the sizing agent for carbon fiber of the present invention, the proportion of the compound (C) in all sizing components is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less. If it is 5 mass% or more, good smoothness can be imparted to the carbon fiber bundle. If it is 30% by mass or less, even when applied to a large tow, the convergence is not excessively lowered, good handleability is easily obtained, and the adhesion with the matrix resin is not hindered. Strength can be obtained. The proportion of the compound (C) in all sizing components is preferably 7% by mass or more and 25% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 20% by mass or less.

<化合物(D)>
本発明のサイジング剤は、さらに、界面活性剤(D)(以下、「化合物(D)」という)を含有することが好ましい。前記化合物(D)は、上述した化合物(A)、化合物(B)および化合物(C)、後述する任意成分である化合物(E)、およびその他の成分を水に分散させるために用いるものである。化合物(D)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<Compound (D)>
The sizing agent of the present invention preferably further contains a surfactant (D) (hereinafter referred to as “compound (D)”). The compound (D) is used to disperse the compound (A), the compound (B) and the compound (C) described above, the compound (E) which is an optional component described later, and other components in water. . A compound (D) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明の炭素繊維用サイジング剤に含まれる化合物(D)としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤が挙げられる。ノニオン系界面活性剤としては、例えば脂肪族ノニオン、フェノール系ノニオンなどの界面活性剤を利用することができる。脂肪族ノニオン系界面活性剤としては、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、グリセロールの脂肪酸エステル、ソルビトールおよびソルビタンの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなどが挙げられる。フェノール系ノニオン界面活性剤としては、アルキルフェノール系ノニオン、多環フェノール系ノニオンなどが挙げられる。   Examples of the compound (D) contained in the carbon fiber sizing agent of the present invention include nonionic surfactants and anionic surfactants. As the nonionic surfactant, for example, a surfactant such as an aliphatic nonion and a phenol nonionic can be used. Aliphatic nonionic surfactants include higher alcohol ethylene oxide adducts, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid esters ethylene oxide adducts, glycerol fatty acid esters, sorbitol and sorbitan fatty acid esters, and pentaerythritol fatty acid esters. Etc. Examples of the phenol-based nonionic surfactant include alkylphenol-based nonions and polycyclic phenol-based nonions.

また、エチレンオキサイド付加物としては、ポリエチレンオキサイド鎖中の一部にプロピレンオキサイドユニットをランダムあるいはブロック状に具備させたタイプのものが好適である。脂肪酸エチレンオキサイド付加物や多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物としては、モノエステルタイプ、ジエステルタイプ、トリエステルタイプ、テトラエステルタイプなどのノニオン系界面活性剤を使用できる。   Further, as the ethylene oxide adduct, a type in which a propylene oxide unit is provided in a part of the polyethylene oxide chain in a random or block form is preferable. As the fatty acid ethylene oxide adduct or polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adduct, nonionic surfactants such as monoester type, diester type, triester type, and tetraester type can be used.

本発明の炭素繊維用サイジング剤に含まれる化合物(D)として、アンモニウムイオンを対イオンとして有するアニオン系界面活性剤(以下、適宜「(D−1)成分」と略する)、及び後述するノニオン系界面活性剤(以下、適宜「(D−2)成分」と略する)を含有することが好ましい。   As the compound (D) contained in the carbon fiber sizing agent of the present invention, an anionic surfactant having an ammonium ion as a counter ion (hereinafter, abbreviated as “(D-1) component” as appropriate), and a nonion described later It is preferable to contain a system surfactant (hereinafter abbreviated as “component (D-2)” as appropriate).

前記アンモニウムイオンを対イオンとして有するアニオン系界面活性剤である(D−1)成分は、疎水基と、対イオンとしてアンモニウムイオンを有することにより、本発明の炭素繊維用サイジング剤を水分散液とした際の安定性と、炭素繊維表面の樹脂に対する濡れ性を向上させる。また、(D−2)成分は、(D−1)成分のアンモニウムイオンと、化合物(A)のエポキシ基との反応活性を抑制する効果を有する。そのため、(D−1)成分と(D−2)成分とを適量含有することにより(含有量については後に詳述する)、各種マトリックス樹脂の含浸性がさらに向上し、また、サイジング剤で処理された炭素繊維の硬さの経時変化を非常に小さくすることができる。   The component (D-1) which is an anionic surfactant having an ammonium ion as a counter ion has a hydrophobic group and an ammonium ion as a counter ion, so that the sizing agent for carbon fiber of the present invention is an aqueous dispersion. This improves the stability of the carbon fiber and the wettability of the carbon fiber surface to the resin. The component (D-2) has an effect of suppressing the reaction activity between the ammonium ion of the component (D-1) and the epoxy group of the compound (A). Therefore, by containing appropriate amounts of the components (D-1) and (D-2) (contents will be described in detail later), the impregnation properties of various matrix resins are further improved and treated with a sizing agent. The change with time of the hardness of the carbon fiber formed can be made extremely small.

(D−1)成分としては、特に限定はなく、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、リン酸エステル塩などを挙げることができる。この中でも、硫酸エステル塩、スルホン酸塩は、化合物(A)や化合物(B)を乳化させる能力に特に優れるのでさらに好ましい。   The component (D-1) is not particularly limited, and examples thereof include carboxylate, sulfate ester salt, sulfonate salt, and phosphate ester salt. Among these, sulfate ester salts and sulfonate salts are more preferable because they are particularly excellent in the ability to emulsify the compound (A) and the compound (B).

前記硫酸エステル塩としては、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、多環フェニルエーテルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、硫酸化脂肪酸エステル塩などが挙げられる。又、高級アルキルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、多環フェニルエーテルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩におけるポリエチレンオキサイド鎖中の一部に、プロピレンオキサイドユニットをランダム又はブロック状に含有したものも用いることもできる。   Examples of the sulfate ester salt include higher alcohol sulfate ester salt, higher alkyl polyethylene glycol ether sulfate ester salt, alkylbenzene polyethylene glycol ether sulfate ester salt, polycyclic phenyl ether polyethylene glycol ether sulfate ester salt, and sulfated fatty acid ester salt. . In addition, propylene oxide units are randomly or block-containing in part of the polyethylene oxide chain in the higher alkyl polyethylene glycol ether sulfate, alkylbenzene polyethylene glycol ether sulfate, and polycyclic phenyl ether polyethylene glycol ether sulfate. Can also be used.

前記スルホン酸塩としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、多環フェニルエーテルスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、α−スルホン化脂肪酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩などが挙げられる。   Examples of the sulfonate include alkylbenzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, polycyclic phenyl ether sulfonate, alkyl sulfonate, α-olefin sulfonate, α-sulfonated fatty acid salt, dialkyl sulfosuccinate, and the like. Is mentioned.

特に、下記一般式(1)または(2)で表される疎水基を有するアニオン系界面活性剤が、(D−1)成分としてさらに好ましく用いられる。   In particular, an anionic surfactant having a hydrophobic group represented by the following general formula (1) or (2) is more preferably used as the component (D-1).

炭素繊維強化複合材料においては、炭素繊維とマトリックス樹脂との複合化により、優れた機械物性を発現することが望まれるので、マトリックス樹脂には、剛直性の点から、芳香族骨格を有するものが主に用いられ、炭素繊維用サイジング剤には、芳香族骨格を有する化合物を主成分として用いられることが多い。前記一般式(1)または(2)で表される疎水基は、芳香族系物質との親和性が高いため、(D−1)成分として、一般式(1)または(2)で表される疎水基を有するアニオン系界面活性剤を炭素繊維用サイジング剤に含有することにより、乳化状態が安定し、貯蔵性、炭素繊維製造時の製造・工程で良い結果をもたらす。また、サイジング剤とマトリックス樹脂との相溶性が向上し、本発明の効果、特に機械物性向上効果がさらに向上する。   In carbon fiber reinforced composite materials, it is desired to exhibit excellent mechanical properties by combining carbon fibers and a matrix resin. Therefore, some matrix resins have an aromatic skeleton in terms of rigidity. Mainly used in carbon fiber sizing agents, a compound having an aromatic skeleton is often used as a main component. Since the hydrophobic group represented by the general formula (1) or (2) has a high affinity with an aromatic substance, it is represented by the general formula (1) or (2) as the component (D-1). By containing an anionic surfactant having a hydrophobic group in the sizing agent for carbon fiber, the emulsified state is stabilized, and good storage results and good results in production and processes at the time of carbon fiber production are obtained. Further, the compatibility between the sizing agent and the matrix resin is improved, and the effects of the present invention, particularly the mechanical properties improving effect, are further improved.

また、前記一般式(1)または(2)で表される疎水基を有するアニオン系界面活性剤は、外因性内分泌撹乱物質誘導体の拡散を防止する観点から、ノニルフェノール系や、オクチルフェノール系といった比較的長いアルキル基を有するフェノール基を有するアニオン系界面活性剤の使用を避けることが望まれてきていることからも好ましい。   In addition, the anionic surfactant having a hydrophobic group represented by the general formula (1) or (2) is a relatively nonionic phenol type or octylphenol type from the viewpoint of preventing the diffusion of the exogenous endocrine disrupting substance derivative. This is also preferable because it has been desired to avoid the use of an anionic surfactant having a phenol group having a long alkyl group.

前記一般式(1)、(2)中、Rは、水素原子または炭素数1〜3の1価の鎖状炭化水素基であり、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、水素原子またはメチル基がさらに好ましく、外因性内分泌撹乱物質誘導体の観点から、水素原子がより好ましい。RおよびRは、水素原子または炭素数1〜3の1価の鎖状炭化水素基であり、それぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。RおよびRの鎖状炭化水素基としては、R1の鎖状炭化水素基と同じものが挙げられる。Rは2価の脂肪族系炭化水素基であり、たとえば炭素数1〜10の直鎖状または分岐状のアルキレン基等が挙げられる。mは正の整数を表し、1〜3の整数が好ましく、1または2がより好ましい。mが3以下であれば、疎水基自体が嵩高い構造となることを容易に防ぐことができ、化合物(A)や化合物(B)、マトリックス樹脂との親和性、相溶性を良好にすることが容易である。その結果、乳化の安定性、樹脂含浸性、さらには繊維強化複合材料の機械物性等を良好にすることが容易である。下付き文字mが付された括弧内の基は、疎水基部の分子の嵩高さの点から、ベンジル基(RおよびRの両方が水素原子である基)あるいはスチレン基(RおよびRの一方が水素原子、他方がメチル基である基)であることが好ましい。また、mが2以上である場合、つまり下付き文字mが付された括弧内の基が複数存在する場合、それらの基は同じであってもよく、異なっていてもよい。 In the general formulas (1) and (2), R 1 is a hydrogen atom or a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, A hydrogen atom or a methyl group is further preferred, and a hydrogen atom is more preferred from the viewpoint of an exogenous endocrine disruptor derivative. R 2 and R 3 are a hydrogen atom or a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and may be the same or different. Examples of the chain hydrocarbon group for R 2 and R 3 include the same chain hydrocarbon groups as those for R 1. R 4 is a divalent aliphatic hydrocarbon group, and examples thereof include a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. m represents a positive integer, preferably an integer of 1 to 3, and more preferably 1 or 2. If m is 3 or less, the hydrophobic group itself can be easily prevented from becoming a bulky structure, and the affinity and compatibility with the compound (A), the compound (B), and the matrix resin can be improved. Is easy. As a result, it is easy to improve the stability of emulsification, the resin impregnation property, and the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material. A group in parentheses with a subscript m is a benzyl group (a group in which both R 2 and R 3 are hydrogen atoms) or a styrene group (R 2 and R 2 ) from the viewpoint of the bulkiness of the hydrophobic group molecule. It is preferable that one of 3 is a hydrogen atom and the other is a methyl group. Moreover, when m is 2 or more, that is, when there are a plurality of groups in parentheses with a subscript m, these groups may be the same or different.

また、界面活性剤(D)としては市販品を用いることができる。   Moreover, a commercial item can be used as surfactant (D).

ノニオン系界面活性剤としては、例えば日本乳化剤株式会社製の「ニューコール707」、「ニューコール723」、「ニューコール707−F」などが挙げられる。   Examples of nonionic surfactants include “New Coal 707”, “New Coal 723”, and “New Coal 707-F” manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.

アニオン系界面活性剤((D−1)成分)としては、例えば日本乳化剤株式会社製の「ニューコール707−SF」、「ニューコール723−SF」、第一工業製薬株式会社製の「ハイテノールNF−13」、「ハイテノールNF−17」などが挙げられる(いずれも製品名)。   Examples of the anionic surfactant (component (D-1)) include “New Coal 707-SF” and “New Coal 723-SF” manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd., “Hitenol manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. NF-13 "," Hitenol NF-17 ", etc. (all are product names).

ノニオン系界面活性剤((D−2)成分)としては、特に限定はされる化合物はないが、反応活性低下作用が非常に優れることから、脂肪族系ノニオン系界面活性剤が好ましい。脂肪族ノニオン系界面活性剤としては、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、グリセロールの脂肪酸エステル、ソルビトールおよびソルビタンの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなどが挙げられる。これらエチレンオキサイド付加物においては、ポリエチレンオキサイド鎖中の一部にプロピレンオキサイドユニットをランダムあるいはブロック状に含有したタイプも好適に用いられる。   The nonionic surfactant (component (D-2)) is not particularly limited, but an aliphatic nonionic surfactant is preferred because the reaction activity reducing action is extremely excellent. Aliphatic nonionic surfactants include higher alcohol ethylene oxide adducts, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid esters ethylene oxide adducts, glycerol fatty acid esters, sorbitol and sorbitan fatty acid esters, and pentaerythritol fatty acid esters. Etc. In these ethylene oxide adducts, a type in which propylene oxide units are randomly or block-containing in a part of the polyethylene oxide chain is also preferably used.

高級アルコールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物としては、これらのポリエチレンオキサイド鎖中の一部にプロピレンオキサイドユニットをランダム又はブロック状に含有したものがより好ましい。なぜならば、これらはアンモニウムイオンのエポキシ基に対する反応活性を低下させる能力が優れているためである。脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物としては、モノエステルタイプのもの、ジエステルタイプさらにはトリエステル、テトラエステルタイプのものなども利用できる。   As higher alcohol ethylene oxide adducts, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adducts, those containing propylene oxide units randomly or in blocks in part of these polyethylene oxide chains are more preferred. . This is because these are excellent in the ability to reduce the reaction activity of ammonium ions on epoxy groups. As the fatty acid ethylene oxide adduct and polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adduct, monoester type, diester type, triester, tetraester type and the like can be used.

また、(D−2)成分も市販品を用いることができ、例えば、青木油脂株式会社製の「ファインサーフFON180E06(製品名)」が挙げられる。   Moreover, a commercial item can also be used for (D-2) component, for example, "Fine Surf FON180E06 (product name)" by Aoki Yushi Co., Ltd. is mentioned.

化合物(D)の含有量は、サイジング剤が水中に分散した水分散液の安定性やサイジング剤のサイジング効果を勘案して適宜決定することができるが、目安としてサイズ剤100質量%中、5〜30質量%が好ましく、10〜25質量%がより好ましい。界面活性剤の含有量が5質量%以上であれば、サイジング剤が水中に分散した水分散液の安定性を良好にすることが容易であり、30質量%以下であれば、サイジング剤の効果を発現させることが容易である。
<(D−1)成分および(D−2)成分の含有量>
本発明のサイジング剤は、(D−1)成分と(D−2)成分とを含有する場合、(D−1)成分と(D−2)成分との含有量の比(質量比)が、(D−2)成分/(D−1)成分=1/10〜1/5の範囲内であることが好ましい。
The content of the compound (D) can be appropriately determined in consideration of the stability of the aqueous dispersion in which the sizing agent is dispersed in water and the sizing effect of the sizing agent. -30 mass% is preferable, and 10-25 mass% is more preferable. If the surfactant content is 5% by mass or more, it is easy to improve the stability of the aqueous dispersion in which the sizing agent is dispersed in water, and if it is 30% by mass or less, the effect of the sizing agent is achieved. Is easy to express.
<Contents of (D-1) component and (D-2) component>
When the sizing agent of the present invention contains the component (D-1) and the component (D-2), the ratio (mass ratio) of the content of the component (D-1) and the component (D-2) is , (D-2) component / (D-1) component = preferably within a range of 1/10 to 1/5.

前記質量比がこの範囲であれば、化合物(D)に由来するアンモニウムイオンの、化合物(A)のエポキシ基に対する反応活性を抑制することが容易になり、その結果、サイジング剤を付着させた炭素繊維の硬さのが急激に変化することを抑制できる。さらに、水等を媒体としてサイジング剤を乳化させた際の乳化安定性や、サイジング処理された炭素繊維表面の、樹脂に対する濡れ性が向上するので好ましい。   When the mass ratio is within this range, it becomes easy to suppress the reaction activity of the ammonium ion derived from the compound (D) to the epoxy group of the compound (A), and as a result, carbon to which a sizing agent is attached. It can suppress that the hardness of a fiber changes rapidly. Furthermore, the emulsification stability when the sizing agent is emulsified using water or the like as the medium, and the wettability of the sizing-treated carbon fiber surface to the resin are preferable.

また、本発明のサイジング剤においては、(D−1)成分と(D−2)成分とを含有する場合には、全サイジング成分中に占める(D−1)成分および(D−2)成分の合計量の割合が10〜25質量%であることが好ましい。上記範囲内であると、サイジング剤液の乳化安定性が非常によく、サイジング剤の効果を発揮することが容易である。(D−1)成分および(D−2)成分の合計量の更に好ましい下限値は13質量%であり、更に好ましい上限値は20質量%である。
<化合物(E)>
本発明の炭素繊維用サイジング剤は、上述した化合物(A)〜(D)に加えて、さらに、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物と、ジカルボン酸化合物とのエステル化合物であって、酸価が50以上であるエステル化合物(E)(以下、適宜「化合物(E)」と略する)を含有しても良い。
Moreover, in the sizing agent of this invention, when it contains (D-1) component and (D-2) component, (D-1) component and (D-2) component which occupy in all the sizing components It is preferable that the ratio of the total amount of is 10-25 mass%. Within the above range, the emulsion stability of the sizing agent solution is very good, and it is easy to exert the effect of the sizing agent. The more preferable lower limit of the total amount of the component (D-1) and the component (D-2) is 13% by mass, and the more preferable upper limit is 20% by mass.
<Compound (E)>
The sizing agent for carbon fiber of the present invention is an ester compound of an alkylene oxide adduct of bisphenols and a dicarboxylic acid compound in addition to the above-described compounds (A) to (D), and has an acid value of 50. The ester compound (E) (hereinafter abbreviated as “compound (E)” as appropriate) may be contained.

前記化合物(E)は、分子量が1000程度で、分子の一方の末端にカルボキシル基を有する化合物を主要構成成分としていることが好ましい。このような化合物(E)は、マトリックス樹脂、特にエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂と優れた相溶性を示すため、サイジング処理された炭素繊維の樹脂に対する濡れ性が向上し、樹脂含浸性がさらに向上する。   The compound (E) preferably has a molecular weight of about 1000 and has as its main constituent a compound having a carboxyl group at one end of the molecule. Such a compound (E) exhibits excellent compatibility with a matrix resin, particularly an epoxy resin or a vinyl ester resin, so that the wettability of the sized carbon fiber to the resin is improved and the resin impregnation property is further improved. .

前記「ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物」としては、ビスフェノール類1モルに対して、エチレンオキシド又はプロピレンオキシドを2〜4モル付加した化合物が好ましい。ビスフェノール類1モルに対するエチレンオキシド又はプロピレンオキシドの付加量が4モル以下であると、ビスフェノール類が本来有する分子鎖の剛直性を損なうことなく、マトリックス樹脂との親和性を良好にすることが容易である。より好ましくは、ビスフェノール類にエチレンオキシド又はプロピレンオキシドを2モル付加したものである。ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物は、1種単独でもよく、また複数の化合物を混合したものであってもよい。   The “alkylene oxide adduct of bisphenols” is preferably a compound obtained by adding 2 to 4 moles of ethylene oxide or propylene oxide to 1 mole of bisphenols. When the addition amount of ethylene oxide or propylene oxide to 1 mol of bisphenols is 4 mol or less, it is easy to improve the affinity with the matrix resin without impairing the rigidity of the molecular chain inherent to bisphenols. . More preferably, bisphenols are added with 2 mol of ethylene oxide or propylene oxide. The alkylene oxide adducts of bisphenols may be used alone or as a mixture of a plurality of compounds.

前記「ジカルボン酸化合物」は、炭素数が4〜6の脂肪族化合物が好ましい。ジカルボン酸化合物として芳香族化合物を用いると、得られるエステル化合物の融点が相対的に高く、マトリックス樹脂との溶解性が相対的に劣る傾向がある。ジカルボン酸化合物として脂肪族化合物を用いると、炭素繊維に対するマトリックス樹脂の濡れ性が良好になるので好ましい。また、炭素数が6以下の脂肪族化合物をジカルボン酸化合物として用いると、得られるエステル化合物の剛直性を損なうことなく、マトリックス樹脂との親和性を良好にすることが容易である。   The “dicarboxylic acid compound” is preferably an aliphatic compound having 4 to 6 carbon atoms. When an aromatic compound is used as the dicarboxylic acid compound, the resulting ester compound has a relatively high melting point and tends to be relatively poor in solubility with the matrix resin. Use of an aliphatic compound as the dicarboxylic acid compound is preferable because the wettability of the matrix resin with respect to the carbon fibers is improved. When an aliphatic compound having 6 or less carbon atoms is used as the dicarboxylic acid compound, it is easy to improve the affinity with the matrix resin without impairing the rigidity of the resulting ester compound.

ジカルボン酸化合物としては、たとえばフマル酸、マレイン酸、メチルフマル酸、メチルマレイン酸、エチルフマル酸、エチルマレイン酸、グルタコン酸、イタコン酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタル酸、アジピン酸などが挙げられる。   Examples of the dicarboxylic acid compound include fumaric acid, maleic acid, methyl fumaric acid, methyl maleic acid, ethyl fumaric acid, ethyl maleic acid, glutaconic acid, itaconic acid, malonic acid, succinic acid, methyl succinic acid, glutaric acid, and adipic acid. It is done.

本発明の炭素繊維用サイジング剤に加えることができる化合物(E)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。本発明のサイジング剤においては、化合物(E)の質量の、化合物(A)と化合物(B)との合計質量に対する比(化合物(E)/[化合物(A)+化合物(B)])が2.0以下であることが好ましい。2.0倍以下であると、化合物(A)のエポキシ基−化合物(E)の酸性基(カルボキシ基等)の相互作用によって化合物(A)―炭素繊維表面間の相互作用が低減することを、容易に防止できる。その結果、化合物(A)によるサイジング剤のカップリング機能が容易に発揮され、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が良好なものとなる。この比は、1.75以下がより好ましく、1.55以下がさらに好ましい。この比の下限値は、特に制限はないが、サイジング処理された炭素繊維の樹脂に対する濡れ性、樹脂含浸性を向上させる化合物(E)による効果を発揮させるためには、0.2以上がより好ましく、0.4以上がさらに好ましい。   As the compound (E) that can be added to the carbon fiber sizing agent of the present invention, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. In the sizing agent of the present invention, the ratio of the mass of the compound (E) to the total mass of the compound (A) and the compound (B) (compound (E) / [compound (A) + compound (B)]) It is preferable that it is 2.0 or less. When the ratio is 2.0 times or less, the interaction between the compound (A) and the carbon fiber surface is reduced by the interaction between the epoxy group of the compound (A) and the acidic group (carboxy group or the like) of the compound (E). Can be easily prevented. As a result, the coupling function of the sizing agent by the compound (A) is easily exhibited, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is good. This ratio is more preferably 1.75 or less, and further preferably 1.55 or less. The lower limit of this ratio is not particularly limited, but in order to exert the effect of the compound (E) that improves the wettability and resin impregnation property of the sized carbon fiber, 0.2 or more is more preferable. 0.4 or more is more preferable.

<炭素繊維用サイジング剤の水分散液>
本発明の炭素繊維用サイジング剤の水分散液は、各成分を常法により混合、撹拌(乳化、水分散化)することにより得ることができる。前記水分散液中のサイジング剤濃度(不揮発成分の濃度)、すなわちサイジング用水分散液中の揮発成分(サイジング後に乾燥除去される水など)以外の成分の濃度は、水が連続相として存在する濃度範囲であれば特に限定されるものではなく、通常は10〜50質量%が用いられる。サイジング用水分散液の調製段階で、サイジング剤濃度を10質量%未満としても問題はないが、サイジング用水分散液中の水の占める割合が大きくなり、サイジング用水分散液の調製から使用(炭素繊維のサイジング処理)までの間の運搬・保管などの面で不経済となる場合がある。そのため、炭素繊維のサイジング処理するに際しては、サイジング剤の炭素繊維への付着量が所望の値となるように、サイジング用水分散液を0.1〜10質量%程度に希釈して、炭素繊維に付着させる方法が一般的である。
<Aqueous dispersion of carbon fiber sizing agent>
The aqueous dispersion of the sizing agent for carbon fiber of the present invention can be obtained by mixing and stirring (emulsifying and dispersing in water) each component by a conventional method. The sizing agent concentration (nonvolatile component concentration) in the aqueous dispersion, that is, the concentration of components other than the volatile components (such as water removed by drying after sizing) in the sizing aqueous dispersion is the concentration at which water exists as a continuous phase. If it is a range, it will not specifically limit, Usually, 10-50 mass% is used. There is no problem even if the concentration of the sizing agent is less than 10% by mass in the preparation stage of the sizing aqueous dispersion, but the proportion of water in the sizing aqueous dispersion increases, and it is used from the preparation of the sizing aqueous dispersion (of carbon fiber). It may become uneconomical in terms of transportation and storage until the sizing process). Therefore, when sizing the carbon fiber, the sizing water dispersion is diluted to about 0.1 to 10% by mass so that the amount of the sizing agent attached to the carbon fiber becomes a desired value. The method of making it adhere is common.

<炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束>
本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束(サイジング処理炭素繊維)に好適に用いることができる炭素繊維束は、ピッチ、レーヨンあるいはポリアクリロニトリルなどのいずれの原料物質から得られたものであってよく、高強度タイプ(低弾性率炭素繊維)、中高弾性炭素繊維又は超高弾性炭素繊維のいずれでもよい。炭素繊維用サイジング剤を付着させる方法は、例えば、サイジング剤の分散液をローラー浸漬法、ローラー接触法により炭素繊維に付着させ、乾燥することによって行うことができるが、生産性、均一付着性の観点においては、ローラー浸漬法が好ましい。
<Carbon fiber bundle with attached carbon fiber sizing agent>
The carbon fiber bundle that can be suitably used for the carbon fiber bundle (sizing-treated carbon fiber) to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached is obtained from any raw material such as pitch, rayon, or polyacrylonitrile. It may be any of a high strength type (low elastic modulus carbon fiber), a medium high elasticity carbon fiber, or an ultrahigh elasticity carbon fiber. The carbon fiber sizing agent can be attached by, for example, attaching a dispersion of the sizing agent to the carbon fiber by a roller dipping method or a roller contact method, and drying. From the viewpoint, the roller dipping method is preferable.

本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は、炭素繊維とサイジング剤の合計質量に対して0.6質量%以上2.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上1.6質量%以下であることがより好ましい。サイズ剤の付着量が0.6質量%以上であれば、炭素繊維表面全体をサイズ剤で覆いつくすことが容易になる。また、平滑性と収束性を同時に炭素繊維束に付与することができる。さらには、炭素繊維強化複合材料を製造する際にサイジング処理炭素繊維とマトリックス樹脂を混合させたときに、上述した界面樹脂層による柔軟性や靭性等の機能発現性を存分に発揮させることができる。一方、サイズ剤の付着量が2.0質量%以下であれば、炭素繊維表面にサイズ剤が多く堆積してサイジング処理炭素繊維が硬くなる結果としてサイジング処理炭素繊維の取り扱い性やマトリックス樹脂の含浸性が低下することを、容易に抑制できる。   The attached amount of the sizing agent in the carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached is preferably 0.6% by mass or more and 2.0% by mass or less with respect to the total mass of the carbon fiber and the sizing agent. 1.0% by mass or more and 1.6% by mass or less is more preferable. When the adhesion amount of the sizing agent is 0.6% by mass or more, it becomes easy to cover the entire carbon fiber surface with the sizing agent. Moreover, smoothness and convergence can be simultaneously imparted to the carbon fiber bundle. Furthermore, when the carbon fiber reinforced composite material is produced, when the sizing-treated carbon fiber and the matrix resin are mixed, the above-described interfacial resin layer can fully exhibit functions such as flexibility and toughness. it can. On the other hand, if the adhesion amount of the sizing agent is 2.0% by mass or less, the sizing treatment carbon fiber is easily handled and impregnated with the matrix resin as a result of the sizing treatment carbon fiber being hardened by depositing a large amount of the sizing agent on the carbon fiber surface. It is possible to easily suppress the deterioration of the property.

また、サイズ剤の付着量が上記範囲内であれば、炭素繊維強化複合材料において、マトリックス樹脂から界面樹脂層を介してサイジング処理炭素繊維に伝わる応力の伝達に不具合が生じて機械的特性が低下することを抑制できる。また、サイズ剤の付着量が上記範囲内であれば、炭素繊維の集束性や耐擦過性が優れたものになるとともに、マトリックス樹脂に対する濡れ性やマトリックス樹脂との間の界面接着力を十分に向上し、得られる炭素繊維強化複合材料に良好な力学的特性が備えられるようになる。   Also, if the amount of sizing agent attached is within the above range, in the carbon fiber reinforced composite material, a failure occurs in the transmission of stress transmitted from the matrix resin to the sizing carbon fiber through the interface resin layer, resulting in a decrease in mechanical properties. Can be suppressed. In addition, if the amount of sizing agent is within the above range, the carbon fiber has excellent bundling properties and scratch resistance, and sufficient wettability to the matrix resin and interfacial adhesion between the matrix resin and the like. And the resulting carbon fiber reinforced composite material is provided with good mechanical properties.

なお、サイジング処理される炭素繊維のフィラメント数、繊維径、表面皺などにより炭素繊維束の集束性は変化する。本発明においては、サイジング剤における各成分の割合を調節したり、或いはサイジング剤の付着量を調節することによって、好適な収束性とすることができる。サイジング剤の付着量は、サイジング処理におけるサイジング剤水分散液のサイジング剤濃度の調整や、絞り量調整によって調節することができる。   Note that the convergence of the carbon fiber bundle varies depending on the number of filaments, the fiber diameter, the surface wrinkles, and the like of the carbon fiber to be sized. In this invention, it can be set as the suitable convergence property by adjusting the ratio of each component in a sizing agent, or adjusting the adhesion amount of a sizing agent. The adhesion amount of the sizing agent can be adjusted by adjusting the sizing agent concentration of the sizing agent aqueous dispersion in the sizing process or adjusting the squeezing amount.

本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束は、上記サイジング剤が付与されていることによって、機械的摩擦などによる毛羽やガイド類へのサイジング剤の堆積が発生しにくく、また樹脂の含浸性や接着性にも優れるものとなる。   The carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached has the above-mentioned sizing agent, so that the sizing agent does not easily accumulate on the fluff and the guides due to mechanical friction, etc. It also has excellent impregnation and adhesiveness.

また、特に、上記サイジング剤が化合物(E)を含有する場合、マトリックス樹脂と優れた相溶性を示す。そのため、サイジング処理された炭素繊維の樹脂に対する濡れ性が向上し、樹脂含浸性がさらに向上する。   In particular, when the sizing agent contains the compound (E), it exhibits excellent compatibility with the matrix resin. Therefore, the wettability of the sized carbon fiber to the resin is improved, and the resin impregnation property is further improved.

(シート状基材)
本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束は、製織等々の工程通過性に優れ種々のシート状基材に好適に用いることができる。たとえば、一方向配列シートのシート状基材、織布の形態とするシート状基材、あるいは複数の繊維束を並列に配置したシート状基材を複数枚含み、それぞれのシート状基材に含まれるトウ状の炭素繊維束の方向が、基準とする方向に対して、異なる角度をもって積層され、ステッチ糸で一体化された、いわゆる多軸積層編物シート基材のようなシート状基材に好適に加工することができる。特に織布シート状基材や多軸積層編物シート状基材への加工においては、通常、炭素繊維は擦過によって毛羽が発生し易いが、本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束は、上記サイジング剤により著しく毛羽立ちを抑えることが可能となっている。
(Sheet substrate)
The carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached is excellent in process passability such as weaving and can be suitably used for various sheet-like substrates. For example, a sheet-like substrate of a unidirectionally arranged sheet, a sheet-like substrate in the form of a woven fabric, or a plurality of sheet-like substrates in which a plurality of fiber bundles are arranged in parallel are included in each sheet-like substrate. Suitable for sheet-like substrates such as so-called multiaxial laminated knitted sheet substrates in which the direction of the tow-shaped carbon fiber bundle is laminated at different angles with respect to the reference direction and integrated with stitch yarns Can be processed. In particular, in processing to a woven fabric sheet-like base material or a multiaxial laminated knitted sheet-like base material, carbon fibers usually tend to generate fluff due to rubbing, but the carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fibers of the present invention is attached. Can significantly suppress fuzz by the sizing agent.

(炭素繊維強化樹脂組成物、シート状基材を含む複合材)
本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束および本発明のシート状物は、マトリックス樹脂と複合化され、一方向プリプレグ、織物プリプレグ、編物プリプレグ、トウプレグ、短繊維強化樹脂含浸シート、短繊維マット強化樹脂含浸シートなどの形態で、炭素繊維強化樹脂組成物を構成することができる。マトリックス樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、ラジカル重合系樹脂であるアクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、さらにはフェノール樹脂などが挙げられる。
(Carbon fiber reinforced resin composition, composite material including sheet-like substrate)
The carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is adhered and the sheet-like material of the present invention are combined with a matrix resin, and are unidirectional prepreg, woven prepreg, knitted prepreg, tow prepreg, short fiber reinforced resin impregnated sheet, short The carbon fiber reinforced resin composition can be configured in the form of a fiber mat reinforced resin impregnated sheet or the like. The matrix resin is not particularly limited, and examples thereof include epoxy resins, radical polymerization resins such as acrylic resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, thermoplastic acrylic resins, and phenol resins. .

炭素繊維強化樹脂組成物は、本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束もしくは本発明のシート状基材に、上記マトリックス樹脂を含浸させることにより製造できる。このような炭素繊維強化樹脂組成物の製造方法としては、通常行われている方法を採用することができる。例えば、ホットメルト法、RTM法、溶剤法、シラップ法、又はシートモールドコンパウンド(SMC)などに用いられる増粘樹脂法などの方法を挙げることができる。   The carbon fiber reinforced resin composition can be produced by impregnating the above matrix resin into a carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached or a sheet-like substrate of the present invention. As a method for producing such a carbon fiber reinforced resin composition, a conventional method can be employed. For example, methods such as a hot melt method, an RTM method, a solvent method, a syrup method, or a thickening resin method used for a sheet mold compound (SMC) can be used.

本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束もしくは本発明のシート状基材を用いた炭素繊維強化樹脂組成物は、前記サイジング処理炭素繊維が強化材として用いられているため、マトリックス樹脂として、エポキシ樹脂は勿論、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル重合系樹脂、さらにはフェノール樹脂などとの含浸性に優れ、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面接着力が強く、良好な力学的特性を示すものとすることができる。   The carbon fiber reinforced resin composition using the carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber of the present invention is attached or the sheet-like base material of the present invention has a matrix resin because the sizing treated carbon fiber is used as a reinforcing material. As well as epoxy resin, it is excellent in impregnation with radical polymerization resins such as acrylic resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, and phenol resin, and the interfacial adhesion between carbon fiber and matrix resin is strong and good. Dynamic characteristics may be exhibited.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by this.

[実施例1]
(サイジング剤の調製)
ミキサー(特殊機化工業(株)製、製品名:ハイビスディスパーミックス、ホモミキサー仕様:型式3D−5型)を用い、以下の手順で、転相乳化することでサイジング剤を調製した。
[Example 1]
(Preparation of sizing agent)
A sizing agent was prepared by phase inversion emulsification using a mixer (made by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd., product name: Hibis Disper Mix, homomixer specification: Model 3D-5).

表1の実施例1の欄に示す種類と配合量の、(D)成分以外の成分を、120℃にてプラネタリーミキサーとホモミキサーで混練、混合した。その後、混練しながら90℃とし、引き続き、(D)成分の水溶液を少量ずつ添加した。この工程で、内容物の粘度は徐々に上昇した。(D)成分の水溶液を全て投入した後、10分間、混練しながら60℃とした。次に、脱イオン水を少量ずつ滴下して転相点を通過した後、滴下する水量を増加した。最終的にサイジング剤濃度40質量%程度のサイジング剤水分散液を得た。   Components other than the component (D) in the types and blending amounts shown in the column of Example 1 in Table 1 were kneaded and mixed at 120 ° C. with a planetary mixer and a homomixer. Thereafter, the temperature was raised to 90 ° C. while kneading, and then an aqueous solution of component (D) was added little by little. During this process, the viscosity of the contents gradually increased. After all the aqueous solution of component (D) was charged, the temperature was set to 60 ° C. while kneading for 10 minutes. Next, deionized water was added dropwise little by little, and after passing through the phase inversion point, the amount of water dropped was increased. Finally, a sizing agent aqueous dispersion having a sizing agent concentration of about 40% by mass was obtained.

(サイジング処理炭素繊維の作製と工程通過性評価)
以下の手順で炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維を製造した。内部に浸漬ローラーを有する浸漬槽内に、濃度を5.0%に調節した上記サイジング剤の水分散液を満たし、該水分散液中に、サイジング剤を付与していない炭素繊維束(三菱レイヨン株式会社製、製品名:パイロフィルTRW40 50L、フィラメント数50,000本、ストランド強度4,100MPa、ストランド弾性率240GPa、繊維密度1.81g/cm3、繊維目付け3,750mg/m)を浸漬した。その後、表面温度150℃の加熱ロールに60秒間、接触させて乾燥することによってサイジング剤が付着した炭素繊維束を得た。なお、炭素繊維束はボビンに巻き取った。この際、加熱乾燥処理からボビンに巻き取るまでの工程において、サイジング処理工程通過性の評価を行った。加熱乾燥処理からボビンに巻き取るまでの工程において、毛羽の発生が無く、かつ工程間のロールへの繊維の巻き付きが無く、かつ工程間の固定ピンガイドにサイズ剤由来の堆積物の付着が無い場合を○、毛羽の発生が有る、あるいは工程間のロールへの繊維の巻き付きがある、あるいは工程間の固定ピンガイドにサイズ剤由来の堆積物の付着がある場合を×としてサイジング処理工程通過性を評価した。その結果を表1に示す。
(Production of sizing treated carbon fiber and evaluation of process passability)
The carbon fiber to which the sizing agent for carbon fiber was attached was produced by the following procedure. An immersion tank having an immersion roller inside is filled with an aqueous dispersion of the above sizing agent adjusted to a concentration of 5.0%, and a carbon fiber bundle (Mitsubishi Rayon) to which no sizing agent is added in the aqueous dispersion. Product name: Pyrofil TRW40 50L, filament number 50,000, strand strength 4,100 MPa, strand elastic modulus 240 GPa, fiber density 1.81 g / cm3, fiber basis weight 3,750 mg / m) were immersed. Then, the carbon fiber bundle which the sizing agent adhered was obtained by making it contact for 60 seconds and heating to the heating roll with a surface temperature of 150 degreeC. The carbon fiber bundle was wound around a bobbin. Under the present circumstances, the sizing process process passability evaluation was performed in the process from a heat drying process to winding up to a bobbin. In the process from heat drying to winding on the bobbin, there is no fluffing, no fibers are wound around the roll between processes, and there is no adhesion of sizing-derived deposits to the fixed pin guide between processes Passability of the sizing process as x when the case is fluffy, fluff is generated, the fiber is wound around the roll between processes, or there is adhesion of sizing-derived deposits on the fixed pin guide between processes Evaluated. The results are shown in Table 1.

(炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束のサイジング剤付着量の測定)
炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維束を秤量(W1)し、50リットル/分の窒素気流中、温度450℃に設定したマッフル炉(ヤマト科学株式会社製FP410)に15分間静置し、炭素繊維束に付着したサイジング剤を完全に熱分解させる。そして、20リットル/分の乾燥窒素気流中の容器に移し、15分間冷却した後の炭素繊維束を秤量(W2)して、次式より付着量を求めた。その結果を表1に示す。
サイジング剤の付着量(質量%)
=[W1(g)−W2(g)]/[W1(g)]×100
(Measurement of amount of sizing agent attached to carbon fiber bundle with sizing agent for carbon fiber attached)
The carbon fiber bundle to which the sizing agent for carbon fiber is attached is weighed (W1), and left in a muffle furnace (FP410 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) set at a temperature of 450 ° C. in a nitrogen stream of 50 liters / minute for 15 minutes. The sizing agent attached to the carbon fiber bundle is completely pyrolyzed. And it moved to the container in the dry nitrogen stream of 20 liters / minute, and the carbon fiber bundle after cooling for 15 minutes was weighed (W2), and the adhesion amount was calculated | required from following Formula. The results are shown in Table 1.
Amount of sizing agent attached (% by mass)
= [W1 (g) -W2 (g)] / [W1 (g)] × 100

(多軸積層編物シート状基材の作製と工程通過性評価)
上記のようにして得た一方向シート状基材2枚を積層し、ついでポリエステル繊維を用いてステッチ処理による一体化を行った。この際、ステッチ糸が連続する方向を基準として、+45°/−45°で2枚の一方向シート状基材を積層した。このステッチ処理工程において、工程通過性の評価を行った。ステッチ針表面におけるサイジング剤の堆積や毛羽の付着がなく、かつ得られた多軸積層編物シート状物において炭素繊維束間の隙間がなく、かつ多軸積層編物シート状物表面に毛羽のないものを◎とし、ステッチ針表面におけるサイジング剤の堆積や毛羽の付着がある、あるいは得られた多軸積層編物シート状物において炭素繊維束間の隙間がある、あるいは多軸積層編物シート状物表面に毛羽のないものを×とした。その結果を表1に示す。
(Preparation of multi-axial laminated knitted sheet-like substrate and evaluation of process passability)
Two unidirectional sheet-like base materials obtained as described above were laminated, and then integrated by stitch processing using polyester fibers. At this time, two unidirectional sheet-like base materials were laminated at + 45 ° / −45 ° with reference to the direction in which the stitch yarns continue. In this stitch processing step, process passability was evaluated. There is no accumulation of sizing agent on the surface of the stitch needle or adhesion of fluff, and there is no gap between the carbon fiber bundles in the obtained multiaxial laminated knitted sheet, and there is no fluff on the surface of the multiaxial laminated knitted sheet. ◎, the sizing agent is deposited on the surface of the stitch needle and fuzz adheres, or there is a gap between the carbon fiber bundles in the obtained multiaxial laminated knitted sheet, or on the surface of the multiaxial laminated knitted sheet. The thing without fluff was set as x. The results are shown in Table 1.

(一方向炭素繊維強化複合材料(エポキシ樹脂)の作製と90度方向曲げ試験)
Bステージ化したエポキシ樹脂組成物(三菱レイヨン(株)製:#350;130℃硬化タイプ)からなるマトリックス樹脂をロールコーターで片側表面が離型処理されている離型紙に単位面積あたり54g/m2で均一に塗布した。その樹脂担持シートの樹脂側に、上記の方法で得られたサイズ剤を付与した炭素繊維を繊維目付が200g/m2になるように一方向に引き揃えて貼り付けた。さらにその炭素繊維側から上記と同様の単位面積あたり54g/m2で均一に樹脂を塗布した樹脂担持シートの樹脂側の面を炭素繊維織布側にして重ね合わせ、これらを100℃、線圧:2kg/cmで加圧加熱して含浸させた。その後、片面の離型紙を剥離し、その面に保護フィルムを貼り付けることにより、炭素繊維目付が200g/m2であり、樹脂含有率(以下、「RC」とする。)が35質量%の一方向炭素繊維プリプレグを作製した。
(Production of unidirectional carbon fiber reinforced composite material (epoxy resin) and 90-degree bending test)
54 g / m 2 per unit area on a release paper whose one side surface is release-treated with a matrix resin composed of a B-staged epoxy resin composition (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd .: # 350; cured at 130 ° C.). And evenly applied. On the resin side of the resin-carrying sheet, the carbon fiber provided with the sizing agent obtained by the above-described method was attached by being aligned in one direction so that the fiber basis weight was 200 g / m2. Furthermore, the resin-side surface of the resin-carrying sheet coated with resin uniformly at 54 g / m 2 per unit area similar to the above from the carbon fiber side is overlapped with the carbon fiber woven fabric side, and these are laminated at 100 ° C., linear pressure: It was impregnated by heating under pressure at 2 kg / cm. Thereafter, the release paper on one side is peeled off, and a protective film is attached to the surface, whereby the carbon fiber basis weight is 200 g / m 2 and the resin content (hereinafter referred to as “RC”) is 35% by mass. A directional carbon fiber prepreg was prepared.

上記一方向炭素繊維プリプレグを、炭素繊維束の向きを一方向に揃えて積層し、オートクレーブを用いて加熱・加圧硬化(室温から180℃まで2時間、180℃ 2時間保持 圧力0.6MPa)させ、2mm厚の複合材を作成した。このようにして得られた複合材の90度方向曲げ強度をASTM D 790に従って測定を実施した。その結果を表1に示す。   The unidirectional carbon fiber prepreg is laminated with the orientation of the carbon fiber bundle aligned in one direction, and is heated and pressurized using an autoclave (from room temperature to 180 ° C for 2 hours, 180 ° C for 2 hours, pressure 0.6 MPa) A composite material having a thickness of 2 mm was prepared. The 90-degree bending strength of the composite material thus obtained was measured according to ASTM D790. The results are shown in Table 1.

(一方向炭素繊維強化複合材料(ビニルエステル樹脂)の作製と90度方向曲げ試験)
サイジング剤を付着させた炭素繊維束34本(投入本数:34本)を使用し、サイジング剤が付着した炭素繊維束をクリールから巻き出し、ガイドロールを介してシート状に配列した後にレジンバスに導き、後述する熱硬化性樹脂VEに浸漬し、同樹脂を付着させてから、ガイドバーにより擦過させて含浸させると共に、過剰の樹脂をある程度除去した。この後、2mm×50mmの矩形断面をなす引抜通路をもつ引抜成形用金型へと導入し、最終的に過剰な樹脂を除去した。引抜成形用金型6の金型温度は155℃、成形速度は0.25m/分とした。
(Production of unidirectional carbon fiber reinforced composite material (vinyl ester resin) and bending test at 90 degrees)
Using 34 carbon fiber bundles with sizing agent attached (number of inputs: 34), the carbon fiber bundles with sizing agent attached are unwound from the creel, arranged in a sheet form via a guide roll, and then guided to a resin bath. Then, after being immersed in a thermosetting resin VE described later and adhering the resin, it was impregnated by rubbing with a guide bar and excessive resin was removed to some extent. Thereafter, the resin was introduced into a pultrusion mold having a drawing passage having a rectangular cross section of 2 mm × 50 mm, and finally excess resin was removed. The mold temperature of the pultrusion mold 6 was 155 ° C., and the molding speed was 0.25 m / min.

ここで、引抜成型に用いた熱硬化性樹脂VE1は下記のものである。
「VE1」:主剤(DIC社製、製品名:DICLITE UE−3505)と、硬化剤(化薬アクゾ社製、製品名:トリゴノックズ117)と、硬化促進剤(日本油脂社製、製品名:パーロイルPCT)と、内部離型剤(AXEL社製、製品名:モールドウィズPS−125)とを、主剤/硬化剤/効果促進剤/内部離型剤=100/2/0.75/1の質量比で混合したもの。
Here, the thermosetting resin VE1 used for the pultrusion molding is as follows.
“VE1”: main agent (manufactured by DIC, product name: DICLITE UE-3505), curing agent (manufactured by Kayaku Akzo, product name: Trigonoks 117), and curing accelerator (manufactured by NOF Corporation, product name: Parroyl) PCT) and internal mold release agent (manufactured by AXEL, product name: Mold with PS-125), mass of main agent / curing agent / effect accelerator / internal mold release agent = 100/2 / 0.75 / 1. Mixed by ratio.

上記で得られた引抜成型物の90度方向曲げ強度をASTM D 790に従って測定を実施した。その結果を表1に示す。   The 90 degree direction bending strength of the pultruded product obtained above was measured according to ASTM D790. The results are shown in Table 1.

[実施例2〜9]
サイジング剤を表1に示した組成としたこと以外は実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 9]
The sizing agent was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition shown in Table 1 was used. The results are shown in Table 1.

[実施例10]
浸漬槽内の濃度をサイジング剤の水分散液の濃度を3.0%としたこと以外は、実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 10]
The concentration in the immersion tank was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the aqueous dispersion of the sizing agent was 3.0%. The results are shown in Table 1.

[実施例11]
浸漬槽内の濃度をサイジング剤の水分散液の濃度を10.0%としたこと以外は、実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 11]
The concentration in the immersion bath was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the aqueous dispersion of the sizing agent was 10.0%. The results are shown in Table 1.

[比較例1〜4]
サイジング剤を表2に示した組成としたこと以外は実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1-4]
The sizing agent was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition shown in Table 2 was used. The results are shown in Table 2.

[比較例5]
浸漬槽内の濃度をサイジング剤の水分散液の濃度を1.0%としたこと以外は、実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 5]
The concentration in the immersion bath was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the aqueous dispersion of the sizing agent was 1.0%. The results are shown in Table 2.

[比較例6]
浸漬槽内の濃度をサイジング剤の水分散液の濃度を15.0%としたこと以外は、実施例1と同様な方法で作成、評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 6]
The concentration in the immersion bath was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the aqueous dispersion of the sizing agent was 15.0%. The results are shown in Table 2.

表1〜3に示す成分はそれぞれ表4に詳細を示すものである。ウレタンアクリレートオリゴマーの硬化物の引張伸び率及びガラス転移温度(Tg)についてはカタログ値を採用した。   The components shown in Tables 1 to 3 are shown in detail in Table 4, respectively. Catalog values were adopted for the tensile elongation and glass transition temperature (Tg) of the cured product of urethane acrylate oligomer.

表3中のA1〜A2およびE1〜E3は、より詳細には、それぞれ、下記の手順で得られた合成品である。   More specifically, A1 to A2 and E1 to E3 in Table 3 are synthetic products obtained by the following procedures, respectively.

(A)成分、片末端アクリル酸変性ジグリシジルエーテルビスフェノールA
ここで、A1〜A2において、(A)成分として有効なハーフエステル成分は1/2であり、残り1/2は未反応物とジエステル物である。表1〜3に示すA1〜A2の配合量は、ハーフエステル成分、未反応物およびジエステル物の総量を表している。したがってハーフエステルとしての有効成分量は、表1〜3の配合量の1/2である。すなわち、サイジング剤中の(A)成分の含有量を計算する際には、表に示されるA1およびA2の配合量の半分の値を用いる。ただし、全サイジング成分の量には、上記ハーフエステル成分の配合量だけでなく上記未反応物およびジエステル物の配合量も含まれる。すなわち、全サイジング成分の量を計算するためには、表に示されるA1およびA2の配合量の値を用いる。
(A) component, one-end acrylic acid-modified diglycidyl ether bisphenol A
Here, in A1 to A2, the half ester component effective as the component (A) is 1/2, and the remaining 1/2 is an unreacted product and a diester product. The compounding amounts of A1 to A2 shown in Tables 1 to 3 represent the total amount of the half ester component, the unreacted product, and the diester product. Therefore, the active ingredient amount as a half ester is 1/2 of the compounding amount of Tables 1-3. That is, when calculating the content of the component (A) in the sizing agent, a value that is half the blending amount of A1 and A2 shown in the table is used. However, the amount of all sizing components includes not only the blending amount of the half ester component but also the blending amounts of the unreacted product and the diester product. That is, in order to calculate the amount of all sizing components, the values of the blending amounts of A1 and A2 shown in the table are used.

A1:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン製、製品名:JER828)378質量部に対し、アクリル酸86質量部、ハイドロキノン1質量部、リチウムクロリド1質量部を加え、100℃で加熱反応させて得た、JER828/JER828片末端アクリル変性エポキシ樹脂(ハーフエステル)/JER828両末端アクリル変性エポキシ樹脂(ジエステル)の混合質量比1/2/1の混合物。   A1: To 378 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin, product name: JER828), 86 parts by mass of acrylic acid, 1 part by mass of hydroquinone, and 1 part by mass of lithium chloride were added and heated at 100 ° C. The obtained mixture of JER828 / JER828 one-end acrylic modified epoxy resin (half ester) / JER828 both-end acrylic modified epoxy resin (diester) at a mixing mass ratio of 1/2/1.

A2:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン製、製品名:JER834)1000質量部に対し、アクリル酸86質量部、ハイドロキノン1質量部、リチウムクロリド1質量部を加え、100℃で加熱反応させて得た、JER834/JER834片末端アクリル変性エポキシ樹脂(ハーフエステル)/JER834両末端アクリル変性エポキシ樹脂(ジエステル)の混合質量比1/2/1の混合物。   A2: Addition of 86 parts by mass of acrylic acid, 1 part by mass of hydroquinone, and 1 part by mass of lithium chloride to 1000 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin, product name: JER834). The obtained mixture of JER834 / JER834 one-end acrylic modified epoxy resin (half ester) / JER834 both-end acrylic modified epoxy resin (diester) at a mixing mass ratio of 1/2/1.

(E)成分、ポリエステルの製法
E1:ビスフェノールA1モル部に対してPO(プロピレンオキサイド)3モル部が付加したビスフェノールAのPO付加物(三洋化成工業株式会社製、製品名:ニューポールBP−3P)800質量部、フマル酸278質量部(アルコール/酸=1/1.2モル比)及びテトライソポプロポキシチタネート1質量部を、ガラス反応容器中、窒素流通下180℃で−0.1MPa(ゲージ圧)まで減圧し水を留去しながら10時間反応させて得た。
(E) Component, polyester production method E1: PO adduct of bisphenol A in which 3 mol of PO (propylene oxide) is added to 1 mol of bisphenol A (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., product name: Newpol BP-3P) ) 800 parts by mass, 278 parts by mass of fumaric acid (alcohol / acid = 1 / 1.2 molar ratio) and 1 part by mass of tetraisopopropoxy titanate in a glass reaction vessel at 180 ° C. under nitrogen flow at −0.1 MPa (gauge The reaction was carried out for 10 hours while distilling off water.

E2:ビスフェノールA1モル部に対してPO3モル部が付加したビスフェノールAのPO付加物(三洋化成工業株式会社製、製品名:ニューポールBP−3P)400質量部、フマル酸139質量部(アルコール/酸=1/1.2モル比)及びテトライソポプロポキシチタネート1質量部を、ガラス反応容器中、窒素流通下180℃で水を留去しながら10時間反応させた。更にビスフェノールA1モル部に対してEO(エチレンオキサイド)10モル部が付加したビスフェノールAのEO付加物(三洋化成工業株式会社製、製品名:ニューポールBPE−100)668質量部を加えて180℃で−0.1MPa(ゲージ圧)まで減圧し水を留去しながら10時間反応させて得た。   E2: PO adduct of bisphenol A (product name: New Pole BP-3P, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) in which PO3 mol part is added to 1 mol part of bisphenol A, 139 parts by mass of fumaric acid (alcohol / Acid = 1 / 1.2 molar ratio) and 1 part by mass of tetraisopopropoxy titanate were reacted in a glass reaction vessel for 10 hours while distilling off water at 180 ° C. under nitrogen flow. Further, 668 parts by mass of EO addition product of bisphenol A (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: New Pole BPE-100) in which 10 mol of EO (ethylene oxide) was added to 1 mol of bisphenol A was added at 180 ° C. The pressure was reduced to -0.1 MPa (gauge pressure) and the reaction was performed for 10 hours while distilling off water.

E3:ビスフェノールA1モル部に対してPO3モル部が付加したビスフェノールAのPO付加物(三洋化成工業株式会社製、製品名:ニューポールBP−3P)800質量部、フマル酸232質量部(アルコール/酸=1/1モル比)及びテトライソポプロポキシチタネート1質量部を、ガラス反応容器中、窒素流通下180℃で水を留去しながら10時間反応させた。更にビスフェノールA1モル部に対してEO10モル部が付加したビスフェノールAのEO付加物(三洋化成工業株式会社製、製品名:ニューポールBPE−100)668質量部を加えて180℃で−0.1MPa(ゲージ圧)まで減圧し水を留去しながら10時間反応させて得た。   E3: 800 parts by mass of bisphenol A PO adduct (manufactured by Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., product name: Newpol BP-3P) in which PO 3 mol part is added to 1 mol part of bisphenol A, 232 parts by mass of fumaric acid (alcohol / Acid = 1/1 molar ratio) and 1 part by mass of tetraisopopropoxy titanate were reacted in a glass reaction vessel for 10 hours while distilling off water at 180 ° C. under nitrogen flow. Further, 668 parts by mass of EO addition product of bisphenol A (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: New Pole BPE-100) in which 10 mol parts of EO are added to 1 mol part of bisphenol A is added at -0.1 MPa at 180 ° C The pressure was reduced to (gauge pressure) and the reaction was carried out for 10 hours while distilling off water.

上記結果に示すように、実施例1〜11のように本発明のサイジング剤を付与した場合の炭素繊維束は、サイジング処理後の加熱乾燥処理からボビンに巻き取るまでの工程において、毛羽の発生が無く、かつ工程間のロールへの繊維の巻き付きが無く、かつ工程間の固定ピンガイドにサイズ剤由来の堆積物の付着がなく、工程通過性は非常に安定したものであった。また本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維束を用いて一方向シート状基材を作成した際も、ボビンからの解舒の際に巻き崩れや糸切れがなく、かつ金属棒表面におけるサイジング剤の堆積や毛羽立ちがなく、工程通過性は非常に安定しており、かつ得られた一方向シート状基材において炭素繊維束間の隙間がなく、かつシート状基材表面に毛羽のなく、外観品位に優れるものであった。多軸積層編物シート状基材を作成した際も、ステッチ針表面におけるサイジング剤の堆積や毛羽の付着がなく、工程通過性は非常に安定しており、かつ得られた多軸積層編物シート状基材は炭素繊維束間の隙間がなく、かつ多軸積層編物シート状物表面に毛羽のなく、外観品位に優れるものであった。さらに、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維束を用いて得た引抜成型複合材は、いずれもラジカル重合系樹脂との優れた接着性を有していた。


As shown in the above results, the carbon fiber bundle in the case where the sizing agent of the present invention was applied as in Examples 1 to 11 generated fluff in the process from the heat drying treatment after the sizing treatment to the winding up on the bobbin. There was no wrapping of fibers around the roll between the processes, and there was no adhesion of deposits derived from the sizing agent to the fixed pin guide between processes, and the process passage was very stable. In addition, when a unidirectional sheet-like substrate is prepared using a carbon fiber bundle to which the sizing agent of the present invention is applied, there is no collapse or thread breakage during unwinding from the bobbin, and sizing on the surface of the metal rod There is no deposition or fluffing of the agent, the process passability is very stable, and there is no gap between the carbon fiber bundles in the obtained unidirectional sheet-like substrate, and there is no fluff on the surface of the sheet-like substrate, It was excellent in appearance quality. Even when a multiaxial laminated knitted sheet-like substrate is created, there is no sizing agent accumulation or fuzz adhesion on the stitch needle surface, the process passability is very stable, and the obtained multiaxial laminated knitted sheet form The base material had no gaps between the carbon fiber bundles, had no fluff on the surface of the multiaxial laminated knitted sheet, and was excellent in appearance quality. Furthermore, all of the pultruded composite materials obtained using the carbon fiber bundles to which the sizing agent of the present invention was applied had excellent adhesiveness with the radical polymerization resin.


Claims (7)

下記(1)〜(4)を満足する、炭素繊維用サイジング剤。
(1)前記炭素繊維用サイジング剤が下記(A)〜(D)を含有する。
・分子中に複数個のエポキシ基を有するエポキシ化合物と不飽和一塩基酸とのエステル化合物であって、分子中に少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物(A)
・硬化物の引張伸び率が40%以上の2官能タイプの、ウレタンアクリレートオリゴマー化合物(B)
・ステアリン酸エステル化合物(C)
・界面活性剤(D)
(2)前記化合物(A)と前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)との含有量の質量比が、ウレタンアクリレートオリゴマー(B)/化合物(A)の比として、1/3以上2/1以下。
(3)全サイジング成分中に占める前記化合物(A)および前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)の合計量の割合が20質量%以上。
(4)全サイジング成分中に占める前記ステアリン酸エステル化合物(C)の割合が、5質量%以上30質量%以下。
A sizing agent for carbon fiber that satisfies the following (1) to (4).
(1) The carbon fiber sizing agent contains the following (A) to (D).
-An ester compound of an epoxy compound having a plurality of epoxy groups in the molecule and an unsaturated monobasic acid, and a compound having at least one epoxy group in the molecule (A)
-Bifunctional urethane acrylate oligomer compound (B) with a tensile elongation of the cured product of 40% or more
・ Stearic acid ester compound (C)
・ Surfactant (D)
(2) The mass ratio of the content of the compound (A) and the urethane acrylate oligomer (B) is 1/3 or more and 2/1 or less as the ratio of urethane acrylate oligomer (B) / compound (A).
(3) The ratio of the total amount of the compound (A) and the urethane acrylate oligomer (B) in all sizing components is 20% by mass or more.
(4) The proportion of the stearic acid ester compound (C) in all sizing components is 5% by mass or more and 30% by mass or less.
下記(5)及び(6)を満足する請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。
(5)ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物とジカルボン酸化合物とのエステルであって、その酸価が50以上であるエステル化合物(E)を含む。
(6)前記エステル化合物(E)の含有量が、前記化合物(A)および前記ウレタンアクリレートオリゴマー(B)の合計量の2.0質量倍以下。
The sizing agent for carbon fibers according to claim 1, which satisfies the following (5) and (6).
(5) An ester of an alkylene oxide adduct of bisphenols and a dicarboxylic acid compound, the ester compound (E) having an acid value of 50 or more.
(6) Content of the said ester compound (E) is 2.0 mass times or less of the total amount of the said compound (A) and the said urethane acrylate oligomer (B).
下記(7)及び(8)を満足する、請求項1または2に記載の炭素繊維用サイジング剤。
(7)界面活性剤(D)として、アンモニウムイオンを対イオンとして有するアニオン系界面活性剤(D−1)と、ノニオン系界面活性剤(D−2)とを含有し、前記アニオン系界面活性剤(D−1)と前記ノニオン系界面活性剤(D−2)との含有量の質量比が、ノニオン系界面活性剤(D−2)/アニオン系界面活性剤(D−1)の比として、1/10以上1/5以下の範囲内である。
(8)全サイジング成分中に占める前記アニオン系界面活性剤(D−1)および前記ノニオン系界面活性剤(D−2)の合計量の割合が10質量%以上25質量%以下である。
The sizing agent for carbon fibers according to claim 1 or 2, which satisfies the following (7) and (8).
(7) The surfactant (D) contains an anionic surfactant (D-1) having an ammonium ion as a counter ion and a nonionic surfactant (D-2), and the anionic surfactant The mass ratio of the content of the agent (D-1) and the nonionic surfactant (D-2) is a ratio of nonionic surfactant (D-2) / anionic surfactant (D-1). In the range of 1/10 to 1/5.
(8) The ratio of the total amount of the anionic surfactant (D-1) and the nonionic surfactant (D-2) in all sizing components is 10% by mass or more and 25% by mass or less.
前記炭素繊維用サイジング剤が付着した炭素繊維からなる炭素繊維束であって、該サイジング剤の付着量が0.6質量%以上2.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭素繊維束。   The carbon fiber bundle which consists of carbon fiber to which the said sizing agent for carbon fibers adhered, Comprising: The adhesion amount of this sizing agent is 0.6 to 2.0 mass%, Any one of Claims 1-3 The carbon fiber bundle according to one item. 請求項4に記載の炭素繊維束を含むシート状基材。   The sheet-like base material containing the carbon fiber bundle of Claim 4. 請求項4に記載の炭素繊維束からなる炭素繊維強化複合材。   A carbon fiber reinforced composite material comprising the carbon fiber bundle according to claim 4. 請求項5に記載のシート状基材からなる炭素繊維強化複合材。   A carbon fiber reinforced composite material comprising the sheet-like substrate according to claim 5.
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