ES2534650T3 - Carbon fiber beam that develops excellent mechanical performance - Google Patents

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Takahiro Okuya
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Isao Ooki
Hiroko Matsumura
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Abstract

Un haz de fibras de carbono formado de fibra de carbono individual: no teniendo cada fibra de carbono individual estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 μm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra individual, teniendo cada fibra de carbono individual una estructura no uniforme en la que la diferencia en altura (Rp - v) entre una porción lo más alta y una porción lo más baja de la superficie de la fibra individual es de 5 a 25 nm, y en la que una rugosidad promedio Ra es de 2 a 6 nm, y cada una de las cuales tiene una relación de 1,00 a 1,01 de un eje mayor con respecto a un eje menor (eje mayor / eje menor) de una sección transversal de la fibra individual; en el que una masa de la fibra individual por unidad de longitud cae dentro del intervalo de 0,030 a 0,042 mg / m; una resistencia de cabo medida de acuerdo con la norma JIS R7601 es de 5900 MPa o más; un módulo de elasticidad de cabo medido mediante el método de ASTM es de 250 a 380 GPa; y una tenacidad de nudo es de 900 N / mm2 o más.A carbon fiber bundle formed of individual carbon fiber: each individual carbon fiber having no non-uniform surface structure having a length of 0.6 μm or more and extending in the longitudinal direction of the individual fiber, having each individual carbon fiber a non-uniform structure in which the difference in height (Rp - v) between a portion that is the highest and a portion that is the lowest of the surface of the individual fiber is 5 to 25 nm, and in the that an average roughness Ra is from 2 to 6 nm, and each of which has a ratio of 1.00 to 1.01 of a major axis with respect to a minor axis (major axis / minor axis) of a cross section of the individual fiber; wherein a mass of the individual fiber per unit length falls within the range of 0.030 to 0.042 mg / m; a measured resistance according to JIS R7601 is 5900 MPa or more; a modulus of elasticity of rope measured by the ASTM method is 250 to 380 GPa; and a knot toughness is 900 N / mm2 or more.

Description

Haz de fibras de carbono que desarrolla un rendimiento mecánico excelente Carbon fiber beam that develops excellent mechanical performance

Campo de la técnica Technical field

La presente invención se refiere a un haz de fibras de carbono que tiene unas características mecánicas excelentes y que se usa en particular para obtener una resina reforzada con fibra usando una resina resistente al calor de alta tenacidad como una matriz para su uso en la construcción de aviones. The present invention relates to a bundle of carbon fibers that has excellent mechanical characteristics and is used in particular to obtain a fiber reinforced resin using a high tenacity heat resistant resin as a matrix for use in the construction of planes.

Antecedentes de la técnica Prior art

Convencionalmente, con el fin de mejorar las características mecánicas de productos moldeados a base de resina, se ha usado comúnmente una resina en combinación con una fibra que sirve como un material de refuerzo. En particular, un material de moldeo compuesto formado de una fibra de carbono que tiene una resistencia específica y una elasticidad específica excelentes en combinación con una resina de alto rendimiento desarrolla unas características mecánicas extremadamente altas. Debido a esto, un material de moldeo de este tipo se ha usado de buen grado como un material de construcción para aviones, cuerpos que se mueven a alta velocidad, etc. Además, existe una demanda para desarrollar un material que sea más fuerte y que tenga una rigidez más elevada así como que tenga una resistencia específica y una rigidez específica excelentes. Dadas estas circunstancias, se desea mejorar adicionalmente el rendimiento de la fibra de carbono, tal como una resistencia y un módulo de elasticidad mejorados. Conventionally, in order to improve the mechanical characteristics of resin-molded products, a resin has been commonly used in combination with a fiber that serves as a reinforcing material. In particular, a composite molding material formed of a carbon fiber having excellent specific strength and specific elasticity in combination with a high performance resin develops extremely high mechanical characteristics. Because of this, a molding material of this type has been used willingly as a construction material for airplanes, bodies moving at high speed, etc. In addition, there is a demand to develop a material that is stronger and has a higher stiffness as well as having an excellent specific strength and specific stiffness. Given these circumstances, it is desired to further improve the performance of the carbon fiber, such as an improved strength and modulus of elasticity.

Por ejemplo, la literatura de patente 1 propone un método de estiramiento una fibra coagulada que aún contiene un disolvente en un baño de estirado con contenido en disolvente, mejorando de ese modo la uniformidad en cuanto a la estructura y orientación, con el fin de obtener un haz de fibras acrílicas que se usa como un precursor de una fibra de carbono mediante un método de hilatura en seco – en húmedo. El estiramiento de una fibra coagulada en un baño que contiene un disolvente es un método que se conoce comúnmente como una técnica de estirado con disolvente que posibilita un proceso de estirado estable mediante el uso de plastificación con disolvente. Por consiguiente, este método se considera como una técnica extremadamente excelente para obtener una fibra que tiene una alta uniformidad en cuanto a la estructura y orientación. No obstante, si se estira un haz de fibras que se encuentra en un estado hinchado debido a la presencia de un disolvente, el disolvente en el interior de un filamento se extrae con presión con rapidez del filamento de forma simultánea tras el estiramiento. La estructura resultante del filamento tiende a ser menos densa y, de este modo, no puede obtenerse un filamento deseado que tenga una estructura densa. For example, patent literature 1 proposes a method of stretching a coagulated fiber that still contains a solvent in a solvent-based stretching bath, thereby improving uniformity in structure and orientation, in order to obtain a bundle of acrylic fibers that is used as a precursor to a carbon fiber by a dry-wet spinning method. Stretching a coagulated fiber in a bath containing a solvent is a method that is commonly known as a solvent drawing technique that enables a stable stretching process through the use of solvent plasticization. Therefore, this method is considered as an extremely excellent technique to obtain a fiber that has a high uniformity in structure and orientation. However, if a fiber bundle is stretched that is in a swollen state due to the presence of a solvent, the solvent inside a filament is quickly removed from the filament simultaneously after stretching. The resulting filament structure tends to be less dense and, thus, a desired filament having a dense structure cannot be obtained.

Además, la literatura de patente 2, que presta atención a los poros finos distribuidos en una fibra coagulada, propone una técnica para obtener una fibra de precursor en la que se desarrolla una resistencia excelente mediante densificación en seco de una fibra coagulada que tiene una estructura de alta densidad. La distribución de poros finos, que se obtiene mediante un método de introducción a presión con mercurio, refleja el estado a granel desde la capa superficial hasta el interior del filamento. Este es un método extremadamente excelente para evaluar la densidad global de una estructura de fibra. A partir del haz de fibras de precursor que tiene por lo menos una densidad de un cierto nivel como un todo, puede obtenerse una fibra de carbono muy resistente en la que se suprime la formación de puntos de defecto. No obstante, la observación de las fracturas en la fibra de carbono muestra que las fracturas se han originado desde cerca de la capa superficial a una relación extremadamente alta. Esto quiere decir que se encuentra presente un punto defectuoso cerca de la capa superficial. Dicho de otra forma, esta técnica es insuficiente para fabricar un haz de fibras de precursor que tenga una densidad excelente cerca de la capa superficial. In addition, patent literature 2, which pays attention to the fine pores distributed in a coagulated fiber, proposes a technique to obtain a precursor fiber in which excellent resistance is developed by dry densification of a coagulated fiber having a structure high density The distribution of fine pores, which is obtained by a method of introduction under pressure with mercury, reflects the bulk state from the surface layer to the interior of the filament. This is an extremely excellent method to assess the overall density of a fiber structure. From the bundle of precursor fibers having at least a certain level density as a whole, a very resistant carbon fiber can be obtained in which the formation of defect points is suppressed. However, the observation of fractures in the carbon fiber shows that the fractures have originated from near the surface layer at an extremely high ratio. This means that a defective point is present near the surface layer. In other words, this technique is insufficient to manufacture a bundle of precursor fibers having an excellent density near the surface layer.

La literatura de patente 3 propone un método para fabricar un haz de fibras de precursor a base de acrilonitrilo que no solo tiene una densidad en conjunto alta sino que también tiene una densidad superficial extremadamente alta. Además, la literatura de patente 4 propone, teniendo en cuenta que una solución de aceite entra en la porción de capa superficial de una fibra e inhibe la densificación, una técnica para suprimir la permeación de una solución de aceite al centrarse en huecos microscópicos de la porción de capa superficial. No obstante, tanto una técnica para suprimir la entrada de una solución de aceite como una técnica para suprimir la formación de puntos defectuosos son difíciles de poner en uso práctico, debido a que se requieren unas etapas muy complicadas. Por lo tanto, en las técnicas que se han analizado en lo que antecede, el efecto de suprimir de forma estable la entrada de una solución de aceite en la porción de capa superficial es insuficiente y el efecto de refuerzo de una fibra de carbono aún se encuentra lejos de un nivel suficiente. Patent literature 3 proposes a method for manufacturing a bundle of acrylonitrile-based precursor fibers that not only has a high overall density but also has an extremely high surface density. In addition, patent literature 4 proposes, taking into account that an oil solution enters the surface layer portion of a fiber and inhibits densification, a technique to suppress the permeation of an oil solution by focusing on microscopic gaps of the portion of surface layer. However, both a technique to suppress the entry of an oil solution and a technique to suppress the formation of defective points are difficult to put into practical use, because very complicated stages are required. Therefore, in the techniques that have been analyzed above, the effect of stably suppressing the entry of an oil solution into the surface layer portion is insufficient and the reinforcing effect of a carbon fiber is still Find far enough.

El documento EP 1 837424 A1 se refiere a una fibra de carbono que tiene una distribución de módulos de filamento individual estrecha, a un método de producción de fibra de carbono capaz de producir dicha fibra de carbono y a un agente oleoso para una fibra de precursor de fibra de carbono que se usa en dicho método de producción. El documento US 6 641 91581 se refiere a un haz de fibras de acrilonitrilo para un precursor de fibra de carbono, y a un proceso para producir un haz de fibras de acrilonitrilo para un precursor de fibra de carbono que comprende las etapas de descargar una solución de alimentación de hilatura de un polímero de acrilonitrilo para preparar una fibra coagulada, estirar la fibra coagulada y, a continuación, tensar la fibra coagulada. EP 1 837424 A1 refers to a carbon fiber having a narrow individual filament module distribution, a carbon fiber production method capable of producing said carbon fiber and an oily agent for a precursor fiber of carbon fiber that is used in said production method. US 6 641 91581 refers to a bundle of acrylonitrile fibers for a carbon fiber precursor, and a process for producing a bundle of acrylonitrile fibers for a carbon fiber precursor comprising the steps of discharging a solution of Spinning feed of an acrylonitrile polymer to prepare a coagulated fiber, stretch the coagulated fiber and then strain the coagulated fiber.

Lista de citas Appointment List

Literaturas de patente Patent literature

Literatura de patente 1: JP05–5224A Literatura de patente 2: JP04–91230A Literatura de patente 3: JP06–15722A Literatura de patente 4: JP11–124744A Patent literature 1: JP05–5224A Patent literature 2: JP04–91230A Patent literature 3: JP06–15722A Patent literature 4: JP11–124744A

Sumario de la invención Summary of the invention

Problema técnico Technical problem

Un objeto de la presente invención es la provisión de un haz de fibras de carbono para obtener una resina reforzada con fibra que tiene unas características mecánicas elevadas. An object of the present invention is the provision of a bundle of carbon fibers to obtain a fiber reinforced resin having high mechanical characteristics.

Solución al problema Solution to the problem

El objeto se logra por la invención que se expone en lo sucesivo. La presente invención se dirige a un haz de fibras de carbono formado de fibras de carbono individuales, cada una de las cuales no tiene estructura superficial no uniforme alguna de una longitud de 0,6 µm o más que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra individual; que tiene una estructura no uniforme que tiene una diferencia en altura (Rp – v) de 5 a 25 nm entre la porción lo más alta y la porción lo más baja de la superficie de la fibra individual y una rugosidad promedio Ra de 2 a 6 nm, y que tiene una relación del eje mayor con respecto al eje menor (eje mayor / eje menor) de una sección transversal de la fibra individual de 1,00 a 1,01, en el que una masa de la fibra individual por unidad de longitud cae dentro del intervalo de 0,030 a 0,042 mg / m, una resistencia de cabo medida de acuerdo con la norma JIS R7601 es de 5900 MPa o más, un módulo de elasticidad de cabo medido mediante el método de ASTM es de 250 a 380 GPa y una tenacidad de nudo es de 900 N / mm2 o más. Obsérvese que la tenacidad de nudo puede obtenerse al dividir el esfuerzo de rotura a la tracción de un haz de fibras de carbono anudado por el área en sección transversal del haz de fibras (masa y densidad por unidad de longitud). The object is achieved by the invention set forth below. The present invention is directed to a bundle of carbon fibers formed of individual carbon fibers, each of which has no non-uniform surface structure of any length of 0.6 µm or more that extends in the longitudinal direction of the individual fiber; which has a non-uniform structure that has a difference in height (Rp-v) of 5 to 25 nm between the highest portion and the lowest portion of the surface of the individual fiber and an average roughness Ra of 2 to 6 nm, and having a ratio of the major axis to the minor axis (major axis / minor axis) of a cross section of the individual fiber from 1.00 to 1.01, in which one mass of the individual fiber per unit in length it falls within the range of 0.030 to 0.042 mg / m, a rope resistance measured in accordance with JIS R7601 is 5900 MPa or more, a rope elastic modulus measured by the ASTM method is 250 to 380 GPa and a knot toughness is 900 N / mm2 or more. Note that the knot toughness can be obtained by dividing the tensile stress of a bundle of knotted carbon fibers by the cross-sectional area of the fiber bundle (mass and density per unit length).

Efectos ventajosos de la invención Advantageous effects of the invention

De acuerdo con el haz de fibras de carbono de la presente invención, es posible proporcionar una resina reforzada con fibra que tiene unas características mecánicas elevadas. According to the carbon fiber beam of the present invention, it is possible to provide a fiber reinforced resin having high mechanical characteristics.

Además, un haz de fibras de carbono que tiene un rendimiento incluso mejor se obtiene mediante la adquisición de una “ energía superficial de la superficie formada por fractura ” tal, que esta alcance 30 N / m o más. In addition, a bundle of carbon fibers having an even better performance is obtained by acquiring a "surface surface energy formed by fracture" such that it reaches 30 N / m or more.

Además, un material compuesto de fibra de carbono que tiene un rendimiento mecánico extremadamente alto puede obtenerse mediante la formación de un haz de fibras de carbono que tiene un valor de ipa de 0,05 a 0,25 µA / cm2 que se obtiene mediante un método de medición electroquímica (voltametría cíclica), y en el que la cantidad de un grupo funcional que contiene oxígeno (O1S / C1S) en una superficie de fibra de carbono, que se obtiene por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, se encuentra dentro del intervalo de 0,05 a 0,10. In addition, a carbon fiber composite material that has an extremely high mechanical performance can be obtained by forming a carbon fiber beam having an ipa value of 0.05 to 0.25 µA / cm2 which is obtained by a electrochemical measurement method (cyclic voltammetry), and in which the amount of an oxygen-containing functional group (O1S / C1S) on a carbon fiber surface, which is obtained by X-ray photoelectronic spectroscopy, is within the range from 0.05 to 0.10.

Descripción de realizaciones Description of realizations

La estructura superficial no uniforme presente sobre la superficie de una fibra de carbono y que se extiende en la dirección longitudinal de la misma y un agente de encolado unido sobre la superficie desempeñan unos papeles muy importantes en el desarrollo de características mecánicas de un material de resina reforzada con fibra que usa la fibra de carbono como un material de refuerzo. Esto es debido a que la estructura superficial no uniforme y el agente de encolado unido sobre la superficie están implicados directamente en la formación de la fase de interfase entre una fibra de carbono y una resina así como características de las mismas. El rendimiento mecánico del material de resina reforzada con fibra se ve influido por el rendimiento de cada uno de los tres factores constituyentes, es decir, la fibra, la resina de matriz y la fase de interfase. Incluso si solo uno de los tres factores es poco satisfactorio, el material de resina reforzada con fibra no puede desarrollar un rendimiento mecánico excelente. The non-uniform surface structure present on the surface of a carbon fiber and extending in the longitudinal direction thereof and a gluing agent bonded on the surface play very important roles in the development of mechanical characteristics of a resin material. Fiber reinforced using carbon fiber as a reinforcing material. This is because the non-uniform surface structure and the bonding agent bonded on the surface are directly involved in the formation of the interface phase between a carbon fiber and a resin as well as characteristics thereof. The mechanical performance of the fiber reinforced resin material is influenced by the performance of each of the three constituent factors, that is, the fiber, the matrix resin and the interface phase. Even if only one of the three factors is unsatisfactory, the fiber reinforced resin material cannot develop excellent mechanical performance.

(Estructura superficial no uniforme de una fibra individual que se extiende en la dirección longitudinal) (Non-uniform surface structure of an individual fiber that extends in the longitudinal direction)

Una fibra de carbono que se obtiene mediante un método de fabricación general para un haz de fibras de carbono tiene, en general, una estructura superficial no uniforme que se forma casi en paralelo con respecto a la dirección del eje de fibra. La estructura no uniforme tiene una estructura de ondulación que se encuentra casi en paralelo con respecto al eje de fibra y que se extiende en el eje de fibra. La profundidad de la estructura no uniforme es por lo general de aproximadamente 50 nm a varios cientos de nm y la longitud de la misma es por lo general de aproximadamente 0,6 µm a varios µm y, en ocasiones, de varias decenas de µm. Una estructura superficial no A carbon fiber that is obtained by a general manufacturing method for a bundle of carbon fibers has, in general, a non-uniform surface structure that forms almost parallel to the direction of the fiber axis. The non-uniform structure has an undulation structure that is almost parallel with respect to the fiber axis and which extends in the fiber axis. The depth of the non-uniform structure is generally from about 50 nm to several hundred nm and the length thereof is generally from about 0.6 µm to several µm and, sometimes, several tens of µm. A surface structure does not

uniforme de este tipo se denomina por lo general como arruga superficial. El haz de fibras de carbono de la presente invención no tiene una estructura superficial no uniforme que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de una fibra individual. Uniform of this type is usually referred to as superficial wrinkle. The carbon fiber beam of the present invention does not have a non-uniform surface structure having a length of 0.6 µm or more and extending in the longitudinal direction of an individual fiber.

Por el contrario, el haz de fibras de carbono de la presente invención tiene una estructura no uniforme que es más pequeña que la estructura no uniforme que se ha mencionado en lo que antecede sobre la superficie de una fibra individual. La profundidad de la estructura superficial no uniforme presente sobre una fibra de carbono individual se define por la diferencia en altura (Rp – v) entre la porción lo más alta y la porción lo más baja sobre la superficie de una fibra y la rugosidad promedio Ra, en un intervalo de área rodeado por una longitud de 1,0 µm en la dirección en sentido circunferencial de fibra y una longitud 1,0 µm en la dirección del eje de fibra. La (Rp – v) y la Ra pueden obtenerse mediante barrido de la superficie de una fibra individual mediante el uso de un microscopio de fuerza atómica (AFM) de barrido. Se desea que la diferencia en altura (Rp – v) sea de 5 a 25 nm y que la rugosidad promedio Ra sea de 2 a 6 nm. Es más preferible que la diferencia en altura (Rp – v) sea de 5 a 18 nm y que la Ra sea de 2 a 5 nm. In contrast, the carbon fiber beam of the present invention has a non-uniform structure that is more small than the non-uniform structure mentioned above on the surface of a fiber individual. The depth of the non-uniform surface structure present on an individual carbon fiber is defined by the difference in height (Rp - v) between the highest portion and the lowest portion on the surface of a fiber and the average roughness Ra, in an area range surrounded by a length of 1.0 µm in the direction in circumferential direction of fiber and a length of 1.0 µm in the direction of the fiber axis. The (Rp - v) and Ra can Obtained by scanning the surface of an individual fiber by using a force microscope Atomic scanning (AFM). It is desired that the difference in height (Rp - v) be 5 to 25 nm and that the roughness Ra average from 2 to 6 nm. It is more preferable that the difference in height (Rp-v) is 5 to 18 nm and that the Ra be from 2 to 5 nm.

En la presente invención, cada una de las fibras individuales que constituye una fibra de carbono no tiene estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra, sobre la superficie de una fibra individual. En la fase de interfase de un material compuesto, el esfuerzo tiende a concentrarse sobre una estructura superficial no uniforme grande de este tipo. Además, la tenacidad a la fractura del tejido de fibra de carbono alrededor de una estructura no uniforme de este tipo es baja. Por consiguiente, en la estructura superficial no uniforme de este tamaño, tiende a originarse un fallo de interfase a partir de un punto cerca de la estructura no uniforme incluso si el nivel de esfuerzo que se aplica a un material compuesto no es muy grande. Como resultado, el rendimiento mecánico del material compuesto disminuye de manera significativa. In the present invention, each of the individual fibers constituting a carbon fiber has no structure. non-uniform surface that is 0.6 µm or more in length and extends in the longitudinal direction of the fiber, on the surface of an individual fiber. In the interphase phase of a composite material, the effort It tends to concentrate on such a large non-uniform surface structure. In addition, the tenacity to Carbon fiber tissue fracture around such a non-uniform structure is low. Therefore, in the non-uniform surface structure of this size, an interface failure tends to originate from a point near the non-uniform structure even if the level of effort that is applied to a composite material is not very big. As a result, the mechanical performance of the composite material decreases significantly.

Una realización más específica de la estructura superficial no uniforme de cada una de las fibras individuales que constituyen un haz de fibras de carbono de la presente invención es tal como sigue. Por lo general, la superficie de fibra de carbono tiene una estructura no uniforme de una longitud de 0,6 µm o más que se denomina una estructura de arruga, que tiene un conjunto de varias fibrillas como una unidad y que se extiende en la dirección longitudinal de la fibra, y una estructura microscópica no uniforme que es más pequeña que la estructura no uniforme que se denomina una estructura de arruga y que se encuentra presente en cada uno de los propios cuerpos de fibrilla. Por el contrario, sobre la superficie de cada una de las fibras individuales que constituyen un haz de fibras de carbono de la presente invención, no se encuentra presente una estructura no uniforme que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de una fibra, sino que solo se encuentra presente una estructura microscópica no uniforme que es más pequeña que la estructura no uniforme y que se encuentra presente en cada uno de los propios cuerpos de fibrilla. Además, una estructura microscópica no uniforme de este tipo tiene una longitud de 300 nm o menos. La estructura no uniforme se define por (Rp – v) y Ra tal como se ha mencionado en lo que antecede. Con el fin de ser específicos, la estructura no uniforme es una estructura de ondulación que tiene una diferencia en altura (Rp – v) de 5 a 25 nm y una rugosidad promedio Ra de 2 a 6 nm, que se encuentran presentes en un intervalo de área rodeado por una longitud (1,0 µm) en la dirección en sentido circunferencial de fibra de una superficie de fibra individual y una longitud (1,0 µm) en la dirección del eje de fibra. Preferiblemente, (Rp – v) es de 5 a 18 nm y Ra es de 2 a 5 nm. La dirección de la estructura microscópica no uniforme no está particularmente limitada y puede ser paralelo o perpendicular con respecto a la dirección del eje de fibra o puede encontrarse presente con un ángulo con la dirección del eje de fibra. A more specific embodiment of the non-uniform surface structure of each of the individual fibers that constitute a bundle of carbon fibers of the present invention is as follows. Generally, the carbon fiber surface has a non-uniform structure with a length of 0.6 µm or more which is called a wrinkle structure, which has a set of several fibrils as a unit and that extends in the longitudinal direction of the fiber, and a non-uniform microscopic structure that is smaller than the non-uniform structure called a wrinkle structure and that is present in each of the own fibril bodies. On the contrary, on the surface of each of the individual fibers that constitute a bundle of fibers of carbon of the present invention, a non-uniform structure having a length of 0.6 µm or more and extending in the longitudinal direction of a fiber, but only one non-uniform microscopic structure that is smaller than the non-uniform structure and that is present in each of the fibril bodies themselves. In addition, a non-uniform microscopic structure of this type has a length of 300 nm or less. The non-uniform structure is defined by (Rp - v) and Ra as it has been mentioned above. In order to be specific, the non-uniform structure is a structure of undulation having a difference in height (Rp - v) of 5 to 25 nm and an average roughness Ra of 2 to 6 nm, which they are present in an area range surrounded by a length (1.0 µm) in the direction in the direction circumferential fiber of an individual fiber surface and a length (1.0 µm) in the direction of the fiber axis. Preferably, (Rp-v) is 5 to 18 nm and Ra is 2 to 5 nm. The direction of the microscopic structure does not uniform is not particularly limited and can be parallel or perpendicular to the direction of the axis of fiber or may be present at an angle to the direction of the fiber axis.

(Sección transversal de fibra individual) (Individual fiber cross section)

Además, la relación del eje mayor y el eje menor (eje mayor / eje menor) de una sección transversal de fibra individual es de 1,00 a 1,01. Esto quiere decir que la fibra individual ha de tener una sección transversal circular completa o circular casi completa. Esto es debido a que si la sección transversal es un círculo completo, la porción cerca de la superficie de fibra tiene una uniformidad estructural excelente, con el resultado de que la concentración de esfuerzo puede reducirse. La relación es preferiblemente de 1,00 a 1,005. Además, por la misma razón, la masa de la fibra individual por unidad de longitud es de 0,030 a 0,042 mg / m. Si la masa de la fibra individual por unidad de longitud (peso de fibra individual por unidad de área) es baja, el diámetro de fibra es pequeño, y la irregularidad estructural a lo largo de la sección transversal es pequeña. Esto quiere decir que el rendimiento mecánico en la dirección perpendicular con respecto al eje de fibra es alto. Por consiguiente, en un material compuesto, la tolerancia al esfuerzo que se aplica en la dirección perpendicular con respecto al eje de fibra se mejora y el rendimiento mecánico de un material compuesto puede potenciarse. In addition, the ratio of the major axis and the minor axis (major axis / minor axis) of a fiber cross section Individual is from 1.00 to 1.01. This means that the individual fiber must have a circular cross-section. complete or almost complete circular. This is because if the cross section is a complete circle, the portion near the fiber surface has excellent structural uniformity, with the result that the concentration of effort can be reduced. The ratio is preferably from 1.00 to 1.005. In addition, for the same reason, the mass of the individual fiber per unit length is 0.030 to 0.042 mg / m. If the mass of the individual fiber per unit in length (individual fiber weight per unit area) is low, the fiber diameter is small, and the irregularity Structural along the cross section is small. This means that the mechanical performance in the Perpendicular direction with respect to the fiber axis is high. Therefore, in a composite material, tolerance the effort applied in the perpendicular direction with respect to the fiber axis is improved and the performance Mechanical composite material can be enhanced.

(Haz de fibras de carbono) (Beam of carbon fibers)

En la presente invención, para obtener una resina reforzada con fibra que tiene unas características mecánicas excelentes, la resistencia de cabo de un haz de fibras de carbono ha de ser de 5900 MPa o más, que son unos valores que se miden de acuerdo con la norma JIS R7601. La resistencia de cabo de un haz de fibras de carbono es preferiblemente de 6000 MPa o más y más preferiblemente de 6100 MPa o más. Será mejor cuanto más alta sea la resistencia de cabo; no obstante, al tener en cuenta el equilibrio entre la resistencia de cabo y la resistencia a la In the present invention, to obtain a fiber reinforced resin having mechanical characteristics excellent, the strength of a carbon fiber beam out must be 5900 MPa or more, which are about values that are measured in accordance with JIS R7601. The end resistance of a carbon fiber beam is preferably 6000 MPa or more and more preferably 6100 MPa or more. It will be better the higher the rope resistance; however, taking into account the balance between the endurance and the resistance to

compresión de un material compuesto, son suficientes 10000 MPa. Además, en la presente invención, para obtener una resina reforzada con fibra que tiene unas características mecánicas excelentes, el módulo de elasticidad de cabo de un haz de fibras de carbono ha de ser de 250 a 380 GPa, que son unos valores que se miden mediante el método de ASTM. Si el módulo de elasticidad es menor que 250 GPa, el módulo de elasticidad de un haz de fibras de carbono será insuficiente y no pueden desarrollarse unas características mecánicas suficientes. Por el contrario, si el módulo de elasticidad supera los 380 GPa, aumentará el tamaño del cristal de grafito de la superficie y el interior de una fibra de carbono. De acuerdo con esto, la resistencia a lo largo de la sección transversal de la fibra y la resistencia a la compresión en la dirección del eje de fibra disminuyen y el equilibrio de rendimiento entre la tensión y la compresión de un material compuesto no puede mantenerse. Como resultado, no puede obtenerse un material compuesto excelente. Además, la inactivación de la superficie avanza a medida que aumenta el tamaño del cristal de grafito, y la adhesividad con una resina de matriz disminuye. Como resultado, disminuye de manera significativa el rendimiento mecánico tal como la resistencia a la tracción del material compuesto en la dirección de 90º, la resistencia a esfuerzos cortantes entre capas, la resistencia a esfuerzos cortantes en el plano y la resistencia a la compresión a 0º. Compression of a composite material, 10,000 MPa are sufficient. In addition, in the present invention, to obtain a fiber reinforced resin having excellent mechanical characteristics, the elastic modulus of a carbon fiber bundle must be 250 to 380 GPa, which are measured values. using the ASTM method. If the modulus of elasticity is less than 250 GPa, the modulus of elasticity of a bundle of carbon fibers will be insufficient and sufficient mechanical characteristics cannot be developed. On the contrary, if the modulus of elasticity exceeds 380 GPa, the graphite crystal size of the surface and the inside of a carbon fiber will increase. Accordingly, the resistance along the cross section of the fiber and the compressive strength in the direction of the fiber axis decrease and the performance balance between the tension and compression of a composite material cannot be maintained. As a result, an excellent composite material cannot be obtained. In addition, surface inactivation progresses as the size of the graphite crystal increases, and the adhesiveness with a matrix resin decreases. As a result, the mechanical performance such as the tensile strength of the composite material in the direction of 90 °, the resistance to shear stresses between layers, the resistance to shear stresses in the plane and the compressive strength at 0 ° significantly decrease .

Además, en la presente invención, es importante que la tenacidad de nudo, que se obtiene al dividir el esfuerzo de tracción en el instante de la rotura de un haz de fibras de carbono anudado por el área en sección transversal del haz de fibras (masa y densidad por unidad de longitud), sea de 900 N / mm2 o más. Más preferiblemente, la tenacidad de nudo es de 1000 N / mm2 o más y aún más preferiblemente, de 1100 N / mm2 o más. La tenacidad de nudo sirve como un índice que refleja el rendimiento mecánico de un haz de fibras excepto en la dirección del eje de fibra. En particular, el rendimiento en la dirección perpendicular con respecto al eje de fibra puede comprobarse simplemente por la tenacidad de nudo. En el material compuesto, debido a que un material se forma a menudo mediante laminación pseudo–isotrópica, se forma un campo de esfuerzos complicado. En este momento, además de un esfuerzo de tensión y de compresión en la dirección del eje de fibra, también se genera un esfuerzo en la dirección del eje de fibra. Además, si se aplica una deformación de una velocidad relativamente alta, tal como lo es en una prueba de impacto, se complica de forma considerable el estado del esfuerzo que se genera en el interior del material compuesto y se vuelve importante la resistencia en la dirección que es diferente de la resistencia en la dirección del eje de fibra. Por consiguiente, si la tenacidad de nudo es menor que 900 N / mm2, no desarrolla un rendimiento mecánico suficiente en un material pseudo–isotrópico. Por otro lado, si la tenacidad de nudo supera los 3000 N / mm2, el grado de orientación en la dirección del eje de fibra ha de reducirse. Por consiguiente, la resistencia de nudo debería controlarse para que fuera de 3000 N / mm2 o menos. Furthermore, in the present invention, it is important that the knot toughness, which is obtained by dividing the tensile stress at the time of the breakage of a bundle of carbon fibers knotted by the cross-sectional area of the fiber bundle (mass and density per unit length), be 900 N / mm2 or more. More preferably, the knot toughness is 1000 N / mm2 or more and even more preferably, 1100 N / mm2 or more. The knot toughness serves as an index that reflects the mechanical performance of a fiber bundle except in the direction of the fiber axis. In particular, the performance in the perpendicular direction with respect to the fiber axis can be checked simply by the knot toughness. In the composite material, because a material is often formed by pseudo-isotropic lamination, a complicated stress field is formed. At this time, in addition to a tension and compression effort in the direction of the fiber axis, an effort is also generated in the direction of the fiber axis. In addition, if a relatively high velocity deformation is applied, as it is in an impact test, the state of stress generated inside the composite material is considerably complicated and resistance in the direction becomes important. which is different from the resistance in the direction of the fiber axis. Therefore, if the knot toughness is less than 900 N / mm2, it does not develop sufficient mechanical performance in a pseudo-isotropic material. On the other hand, if the knot toughness exceeds 3000 N / mm2, the degree of orientation in the direction of the fiber axis must be reduced. Therefore, the knot strength should be controlled to be 3000 N / mm2 or less.

Además, en el haz de fibras de carbono de la presente invención, una “ energía superficial de la superficie formada por fractura ” es preferiblemente de 30 N / m o más. La energía superficial de la superficie formada por fractura se obtiene mediante la formación de un defecto semiesférico que tiene un tamaño previamente determinado mediante un láser sobre la superficie de una fibra individual, y mediante la rotura de la fibra en el sitio defectuoso semiesférico en una prueba de tracción y mediante el cálculo a partir de la resistencia a la rotura de la fibra y el tamaño del defecto semiesférico de acuerdo con la siguiente ecuación de Griffith (1). In addition, in the carbon fiber beam of the present invention, a "surface surface energy formed by fracture" is preferably 30 N / m or more. The surface energy of the surface formed by fracture is obtained by forming a hemispherical defect that has a size previously determined by means of a laser on the surface of an individual fiber, and by breaking the fiber at the hemispherical defective site in a test of traction and by calculating from the resistance to breakage of the fiber and the size of the hemispherical defect according to the following Griffith equation (1).

σ = ( 2E / πC ) 1/2  (energía superficial de la superficie formada por fractura) 1/2 … (1) σ = (2E / πC) 1/2  (surface surface energy formed by fracture) 1/2… (1)

En el presente caso, “ σ ” es la resistencia a la rotura; “ E ” es el módulo de elasticidad ultrasónico de un haz de fibras de carbono; y “ C ” es el tamaño de un defecto semiesférico. La “ energía superficial de la superficie formada por fractura ” es más preferiblemente, de 31 N / m o más y aún más preferiblemente de 32 N / m o más. In the present case, "σ" is the breaking strength; "E" is the ultrasonic elastic modulus of a carbon fiber bundle; and "C" is the size of a hemispherical defect. The "surface energy of the surface formed by fracture" is more preferably 31 N / m or more and even more preferably 32 N / m or more.

La energía superficial de la superficie formada por fractura en el presente documento se usa como un índice de resistencia frente a la rotura de una fibra de carbono para representar la resistencia del sustrato. La fibra de carbono es un material que muestra una fractura frágil y la resistencia a la tracción se controla mediante el punto defectuoso. Si las fibras de carbono tienen los mismos puntos defectuosos, la resistencia a la rotura aumenta a medida que aumenta la resistencia del sustrato. Además, una resina de matriz para un material compuesto de alto rendimiento a menudo tiene una alta adhesividad con una fibra de carbono, con el resultado de que disminuye la longitud de fibra crítica, lo que sirve como un índice para la transferencia de esfuerzos. Como resultado, la resistencia en una longitud aún más corta se refleja en la resistencia del material compuesto. Por lo tanto, puede concebirse que la resistencia del sustrato sea un índice importante. Por el contrario, si la energía superficial que se produce mediante rotura supera los 50 N / m, es necesario reducir el grado de orientación en la dirección del eje de fibra. Por consiguiente, la energía superficial que se produce mediante rotura debería ser de 50 N / m o menos. The surface energy of the surface formed by fracture herein is used as an index of resistance to breakage of a carbon fiber to represent the strength of the substrate. Carbon fiber is a material that shows a fragile fracture and tensile strength is controlled by the defective point. If the carbon fibers have the same defective points, the breaking strength increases as the strength of the substrate increases. In addition, a matrix resin for a high performance composite material often has a high adhesiveness with a carbon fiber, with the result that the critical fiber length decreases, which serves as an index for stress transfer. As a result, the resistance in an even shorter length is reflected in the strength of the composite. Therefore, it can be conceived that the substrate resistance is an important index. On the contrary, if the surface energy produced by breakage exceeds 50 N / m, it is necessary to reduce the degree of orientation in the direction of the fiber axis. Therefore, the surface energy produced by breakage should be 50 N / m or less.

En la presente invención, el valor de ipa que se obtiene mediante un método de medición electroquímica (voltametría cíclica) es preferiblemente de 0,05 a 0,25 µA / cm2. El valor de ipa se ve influido por el número de grupos funcionales que contienen oxígeno de una fibra de carbono, la rugosidad superficial implicada en la formación de una capa doble eléctrica y la estructura de grafito microscópica de una superficie de fibra de carbono. En particular, una fibra de carbono cuya superficie está sometida a ataque químico en gran medida y una fibra de carbono que tiene un compuesto de intercalación que se forma mediante la inserción de un anión entre capas de un cristal de grafito tienen un valor de ipa grande. En el desarrollo de un material compuesto que tiene un rendimiento mecánico excelente, la interfase entre una fibra de carbono y una resina es importante. En particular, se descubre que una fibra de carbono que tiene una superficie en la que se encuentra presente un grupo funcional que contiene In the present invention, the ipa value that is obtained by an electrochemical measurement method (cyclic voltammetry) is preferably from 0.05 to 0.25 µA / cm2. The value of ipa is influenced by the number of functional groups that contain oxygen from a carbon fiber, the surface roughness involved in the formation of an electric double layer and the microscopic graphite structure of a carbon fiber surface. In particular, a carbon fiber whose surface is subject to chemical attack to a large extent and a carbon fiber having an intercalation compound that is formed by inserting an anion between layers of a graphite crystal have a large ipa value. . In the development of a composite material that has excellent mechanical performance, the interface between a carbon fiber and a resin is important. In particular, it is discovered that a carbon fiber having a surface on which a functional group containing

oxígeno apropiado y en la que se forma una capa doble eléctrica pequeña, forma la interfase más apropiada. Si un valor de ipa es de 0,05 µA / cm2 o más, este indica que la superficie tiene un número suficiente de grupos funcionales que contienen oxígeno, y este muestra una adhesividad suficiente a una interfase. Por el contrario, si un valor de ipa es de 0,25 µA / cm2 o menos, la superficie no está sometida a ataque químico de manera excesiva y no se forma un compuesto de intercalación. Una superficie de este tipo puede adherirse fuertemente a una resina de matriz, con el resultado de que la superficie puede adherirse lo suficiente a la interfase con una resina. El valor de ipa es más preferiblemente de 0,07 a 0,20 µA / cm2 y aún más preferiblemente de 0,10 a 0,18 µA / cm2. appropriate oxygen and in which a small electrical double layer is formed, forms the most appropriate interface. If a value of ipa is 0.05 µA / cm2 or more, it indicates that the surface has a sufficient number of oxygen-containing functional groups, and this shows sufficient adhesion to an interface. On the contrary, if a value of ipa is 0.25 µA / cm2 or less, the surface is not subjected to excessive chemical attack and an intercalation compound is not formed. Such a surface can adhere strongly to a matrix resin, with the result that the surface can adhere sufficiently to the interface with a resin. The value of ipa is more preferably from 0.07 to 0.20 µA / cm2 and even more preferably from 0.10 to 0.18 µA / cm2.

Además, en la presente invención, se desea que la cantidad de un grupo funcional que contiene oxígeno en una superficie de fibra de carbono (que se obtiene por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X) se encuentre dentro del intervalo de 0,05 a 0,15. Esto es debido a que es importante tener una adhesividad apropiada con una resina de matriz en la interfase. Furthermore, in the present invention, it is desired that the amount of an oxygen-containing functional group on a carbon fiber surface (obtained by X-ray photoelectronic spectroscopy) be within the range of 0.05 to 0.15 . This is because it is important to have proper adhesiveness with a matrix resin at the interface.

Además, en la presente invención, una cantidad de Si medida por espectrometría de emisión de ICP es, de forma deseable, de 200 ppm o menos. Con el fin de fabricar una fibra de carbono de alta resistencia, por lo general una solución de aceite que contiene aceite de silicona se une sobre un haz de fibras de precursor. El aceite de silicona tiene unas propiedades de resistencia térmica extremadamente excelentes y puede impartir unas características de liberación de molde excelentes. Por lo tanto, el aceite de silicona se considera lo más adecuado como una solución de aceite para un haz de precursores de fibra de carbono, que es un haz de múltiples filamentos que se forma mediante el montaje de un gran número de filamentos que tienen, cada uno, un diámetro extremadamente pequeño y sometiéndose adicionalmente cada uno a un tratamiento de alta temperatura que se realiza a una temperatura de 200 ºC o más durante de varias decenas de minutos a varias horas. No obstante, en el tratamiento de carbonización que se realiza después del tratamiento de estabilización, el aceite de silicona se descompone y se dispersa en su mayor parte. En consecuencia, la cantidad de compuesto de silicona que queda sobre la superficie de una fibra de carbono se vuelve extremadamente baja. Además, se ha descubierto que el compuesto de silicona restante, que se encuentra presente cerca de la superficie de una fibra de carbono, contribuye a la formación de huecos. Por lo tanto, si la cantidad de un compuesto de silicona de este tipo se reduce tanto como sea posible, puede fabricarse una fibra de carbono que tiene pocos huecos. Como resultado, puede aumentarse la resistencia de un haz de fibras de carbono. La cantidad de Si más preferible es de 150 ppm o menos y una cantidad de Si aún más preferible es de 100 ppm o menos. Furthermore, in the present invention, an amount of Si measured by ICP emission spectrometry is desirably 200 ppm or less. In order to make a high-strength carbon fiber, usually an oil solution containing silicone oil is bonded onto a bundle of precursor fibers. Silicone oil has extremely excellent thermal resistance properties and can impart excellent mold release characteristics. Therefore, silicone oil is considered the most suitable as an oil solution for a bundle of carbon fiber precursors, which is a multi-filament beam that is formed by mounting a large number of filaments that have, each, an extremely small diameter and additionally each subject to a high temperature treatment that is performed at a temperature of 200 ° C or more for several tens of minutes to several hours. However, in the carbonization treatment that is performed after the stabilization treatment, the silicone oil decomposes and disperses for the most part. Consequently, the amount of silicone compound that remains on the surface of a carbon fiber becomes extremely low. In addition, it has been found that the remaining silicone compound, which is present near the surface of a carbon fiber, contributes to the formation of gaps. Therefore, if the amount of such a silicone compound is reduced as much as possible, a carbon fiber can be made that has few gaps. As a result, the resistance of a carbon fiber beam can be increased. The most preferable Si amount is 150 ppm or less and an even more preferable Si amount is 100 ppm or less.

(Haz de fibras de precursor y método de fabricación del mismo) (Precursor fiber bundle and its manufacturing method)

El material de partida para obtener un haz de fibras de carbono de la presente invención no está particularmente limitado; no obstante, el material de partida que puede obtenerse a partir de una fibra de precursor a base de acrilonitrilo (a la que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento, de manera apropiada, como “ fibra de precursor ”) se prefiere desde el punto de vista del desarrollo del rendimiento mecánico. El copolímero a base de acrilonitrilo que constituye la fibra de precursor se obtiene a partir de acrilonitrilo (un 96 % en masa o más) y varios tipos de monómeros copolimerizables. Más preferiblemente, la relación de composición de acrilonitrilo es de un 97 % en masa o más. Los ejemplos de componentes de copolímero excepto el acrilonitrilo que se usan de forma apropiada incluyen derivados de ácido acrílico tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, acrilato de metilo y metacrilato de metilo; y derivados de acril amida tales como acril amida, metacril amida, N–metiolacrilamida y N, N–dimetil acrilamida y acetato de vinilo. Estos pueden usarse solos o en combinación. Un copolímero preferible es un copolímero a base de acrilonitrilo que se obtiene mediante copolimerización de un monómero que tiene uno o más grupos carboxilo como un componente esencial. The starting material for obtaining a bundle of carbon fibers of the present invention is not particularly limited; however, the starting material that can be obtained from an acrylonitrile based precursor fiber (referred to hereinafter, appropriately, as "precursor fiber") is preferred from the point of view of the development of mechanical performance. The acrylonitrile-based copolymer constituting the precursor fiber is obtained from acrylonitrile (96% by mass or more) and various types of copolymerizable monomers. More preferably, the acrylonitrile composition ratio is 97% by mass or more. Examples of copolymer components except acrylonitrile that are used appropriately include acrylic acid derivatives such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, methyl acrylate and methyl methacrylate; and acrylamide derivatives such as acrylamide, methacrylamide, N-methiolacrylamide and N, N-dimethyl acrylamide and vinyl acetate. These can be used alone or in combination. A preferable copolymer is an acrylonitrile-based copolymer that is obtained by copolymerizing a monomer having one or more carboxyl groups as an essential component.

Como un método apropiado para copolimerizar una mezcla de monómeros, puede usarse cualquier método de polimerización, incluyendo, por ejemplo, polimerización por redox que se realiza en una solución acuosa, polimerización por suspensión que se realiza en un sistema no homogéneo y polimerización por emulsión usando un dispersante. La diferencia entre los métodos de polimerización no limita la presente invención. La fibra de precursor se fabrica preferiblemente mediante la disolución del polímero a base de acrilonitrilo que se ha mencionado en lo que antecede en un disolvente orgánico tal como dimetil acetamida, dimetil sulfóxido o dimetil formamida para preparar una masa hilable. Debido a que estos disolventes orgánicos no contienen un componente de metal, el contenido de un componente de metal en el haz de fibras de carbono resultante puede reducirse. La concentración de sustancias sólidas de la masa hilable es preferiblemente de un 20 % en masa o más y más preferiblemente de un 21 % en masa o más. As an appropriate method for copolymerizing a mixture of monomers, any polymerization method can be used, including, for example, redox polymerization that is performed in an aqueous solution, suspension polymerization that is performed in an inhomogeneous system and emulsion polymerization using a dispersant The difference between the polymerization methods does not limit the present invention. The precursor fiber is preferably manufactured by dissolving the acrylonitrile-based polymer mentioned above in an organic solvent such as dimethyl acetamide, dimethyl sulfoxide or dimethyl formamide to prepare a spinnable mass. Because these organic solvents do not contain a metal component, the content of a metal component in the resulting carbon fiber bundle can be reduced. The concentration of solid substances of the spinnable mass is preferably 20% by mass or more and more preferably 21% by mass or more.

El método de hilatura puede ser o bien hilatura en húmedo o bien hilatura en seco – en húmedo. Más preferiblemente, se emplea una hilatura en seco – en húmedo. En la hilatura en seco – en húmedo, la masa hilable que se prepara se hila, en primer lugar, a partir de una tobera de hilatura que tiene numerosos orificios de eyección dispuestos en su interior al aire y, a continuación, se introduce en un líquido coagulado cargado con una mezcla en disolución de un disolvente orgánico y agua cuya temperatura se controla de tal modo que la masa hilable se coagulará. La fibra coagulada se extrae, se lava y se estira. Como un método de lavado, puede usarse cualquier método siempre que el disolvente pueda retirarse. Obsérvese que, antes de que se lave la fibra coagulada que se ha extraído, si el estiramiento se realiza en el tanque de pre–estiramiento que contiene un disolvente cuya concentración es más baja que en un líquido coagulado y cuya temperatura es más alta que la del líquido The spinning method can be either wet spinning or dry spinning - wet spinning. More preferably, a dry-wet spinning is used. In dry spinning - wet spinning, the spinning dough that is prepared is spun, first of all, from a spinning nozzle that has numerous ejection holes disposed therein in the air and then introduced into a coagulated liquid loaded with a solution mixture of an organic solvent and water whose temperature is controlled such that the spinning mass will be coagulated. Coagulated fiber is extracted, washed and stretched. As a washing method, any method can be used as long as the solvent can be removed. Note that, before the coagulated fiber that has been removed is washed, if the stretching is carried out in the pre-stretching tank containing a solvent whose concentration is lower than in a coagulated liquid and whose temperature is higher than the of the liquid

coagulado, puede formarse una estructura de fibrillas. Cuando se estira una fibra coagulada, la temperatura del tanque de estiramiento preferiblemente cae dentro del intervalo de 40 a 80 ºC. Si la temperatura es menor que 40 ºC, no puede asegurarse un estirado estable y esto da lugar a que el estiramiento sea malo, con el resultado de que no puede formarse una estructura de fibrillas uniforme. Por el contrario, si la temperatura supera los 80 ºC, tiene lugar una acción plastificante excesivamente fuerte por medio de calor, y un disolvente se retira con rapidez de una superficie de fibra y el resultado es un estiramiento no uniforme. Por lo tanto, la calidad del haz de fibras de precursor se deteriora. Una temperatura más preferible es de 50 a 75 ºC. Además, la concentración del tanque de estiramiento es preferiblemente de un 30 a un 60 % en masa. Esto es debido a que si la concentración es menor que un 30 % en masa, no puede asegurarse un estirado estable; mientras que, si la concentración se encuentra más allá de un 60 % en masa, se obtiene un efecto de plastificación excesivamente grande y tiene lugar interferencia con un estirado estable. Una concentración más preferible es de 33 a 55 % en masa. coagulated, a structure of fibrils can be formed. When a coagulated fiber is stretched, the temperature of the stretching tank preferably falls within the range of 40 to 80 ° C. If the temperature is less than 40 ° C, stable stretching cannot be ensured and this results in the stretching being bad, with the result that a uniform fibril structure cannot be formed. On the contrary, if the temperature exceeds 80 ° C, an excessively strong plasticizing action takes place by means of heat, and a solvent is quickly removed from a fiber surface and the result is a non-uniform stretching. Therefore, the quality of the precursor fiber bundle deteriorates. A more preferable temperature is 50 to 75 ° C. In addition, the concentration of the stretching tank is preferably 30 to 60% by mass. This is because if the concentration is less than 30% by mass, a stable stretch cannot be ensured; while, if the concentration is beyond 60% by mass, an excessively large plasticizing effect is obtained and interference with stable stretching occurs. A more preferable concentration is 33 to 55% by mass.

La relación de estiramiento en el tanque de estiramiento es preferiblemente de 2 a 4 veces. Si la relación de estiramiento es menor que dos veces, el estiramiento es insuficiente y no puede formarse una estructura de fibrillas deseada. Por el contrario, si la relación de estiramiento se encuentra más allá de 4 veces, se rompe una estructura de fibrillas en si misma. El resultado es un haz de fibras de precursor que tiene una densidad extremadamente baja. La relación de estiramiento es más preferiblemente de 2,2 a 3,8 veces y aún más preferiblemente, de 2,5 a 3,5 veces. The stretching ratio in the stretching tank is preferably 2 to 4 times. If the stretch ratio is less than twice, the stretch is insufficient and a desired fibril structure cannot be formed. On the contrary, if the stretch ratio is beyond 4 times, a structure of fibrils in itself is broken. The result is a bundle of precursor fibers that has an extremely low density. The stretch ratio is more preferably 2.2 to 3.8 times and even more preferably 2.5 to 3.5 times.

Además, después del lavado, si un haz de fibras que se procesa en un estado hinchado sin disolvente se estira en agua caliente, el grado de orientación de la fibra puede potenciarse adicionalmente. Si se realiza ligeramente una etapa de relajación, puede eliminarse la distorsión causada mediante estiramiento en la etapa previa. Preferiblemente, con el fin de mejorar el grado de orientación de una fibra mediante el aumento de la relación de estiramiento total, el estiramiento se realiza en agua caliente a una relación de 1,1 a 2,0 veces. Furthermore, after washing, if a fiber bundle that is processed in a swollen state without solvent is stretched in hot water, the degree of fiber orientation can be further enhanced. If a relaxation stage is performed slightly, the distortion caused by stretching in the previous stage can be eliminated. Preferably, in order to improve the degree of orientation of a fiber by increasing the total stretch ratio, the stretching is performed in hot water at a ratio of 1.1 to 2.0 times.

A continuación, una solución de aceite que está compuesta de un compuesto a base de silicona se une con el fin de aplicar de un 0,8 a un 1,6 % en masa y la fibra resultante se somete a una densificación en seco. La densificación en seco no está particularmente limitada siempre que una densificación en seco se realice mediante un método de secado conocido. Preferiblemente, se emplea un método de pasar una fibra a través de una pluralidad de cilindros calentados. Después de que el proceso de densificación en seco se haya realizado, el haz de fibras acrílicas se estira, si es necesario, en vapor de agua presurizado de 130 a 200 ºC, en un medio de calor en seco de 100 a 200 ºC, entre unos cilindros calentados de 150 a 220 ºC o sobre una placa de calentamiento hasta de 1,8 a 6,0 veces. Después de que se mejore adicionalmente el grado de orientación y se realice la densificación, el haz de fibras se enrolla para obtener un haz de fibras de precursor. Next, an oil solution that is composed of a silicone-based compound is bonded in order to apply 0.8 to 1.6% by mass and the resulting fiber is subjected to dry densification. Dry densification is not particularly limited as long as a dry densification is carried out by a known drying method. Preferably, a method of passing a fiber through a plurality of heated cylinders is employed. After the dry densification process has been carried out, the acrylic fiber bundle is stretched, if necessary, in pressurized steam of 130 to 200 ° C, in a dry heat medium of 100 to 200 ° C, between heated cylinders from 150 to 220 ° C or on a heating plate up to 1.8 to 6.0 times. After the degree of orientation is further improved and densification is performed, the fiber bundle is rolled to obtain a bundle of precursor fibers.

Además, un haz de fibras de carbono de la presente invención puede fabricarse a partir del haz de fibras de precursor que se ha mencionado en lo que antecede tal como sigue. El haz de fibras de precursor se alimenta a un horno para la estabilización que es un tipo de horno que hace que circule aire caliente a una temperatura de 220 a 260 ºC durante de 30 a 100 minutos para obtener una fibra estabilizada que tiene una densidad de 1,335 a 1,360 g / cm3. En este momento, se realiza una operación para extender la fibra en de un 0 a un 10 %. La reacción de estabilización consiste en una reacción de ciclación con calor y una reacción de oxidación con oxígeno. Es importante equilibrar las dos reacciones. Con el fin de equilibrar las dos reacciones, el tiempo para realizar el tratamiento de estabilización es preferiblemente de 30 a 100 minutos. Si el tiempo de reacción es menor que 30 minutos, una fibra individual tiene una porción en la que la reacción de oxidación no avanza lo suficiente, en el interior de la fibra, con el resultado de que se genera una gran diversidad estructural a lo largo de la sección transversal de la fibra individual. Como resultado, la fibra de carbono obtenida tiene una estructura que se forma de manera no uniforme y no puede desarrollar un rendimiento mecánico alto. Por el contrario, si el tiempo de reacción supera los 100 minutos, una cantidad más grande de oxígeno se encontrará presente cerca de la superficie de una fibra individual. Después de lo anterior, en el siguiente tratamiento térmico realizado a una temperatura alta, tiene lugar una reacción que consume una cantidad excesiva de oxígeno para formar un punto defectuoso. Debido a esto, no puede obtenerse una resistencia alta. Un tiempo de tratamiento de estabilización más preferible es de 40 a 80 minutos. In addition, a bundle of carbon fibers of the present invention can be manufactured from the bundle of precursor fibers mentioned above as follows. The precursor fiber bundle is fed to a stabilization furnace which is a type of furnace that causes hot air to circulate at a temperature of 220 to 260 ° C for 30 to 100 minutes to obtain a stabilized fiber having a density of 1,335 to 1,360 g / cm3. At this time, an operation is carried out to extend the fiber by 0 to 10%. The stabilization reaction consists of a cyclization reaction with heat and an oxidation reaction with oxygen. It is important to balance the two reactions. In order to balance the two reactions, the time to perform the stabilization treatment is preferably 30 to 100 minutes. If the reaction time is less than 30 minutes, an individual fiber has a portion in which the oxidation reaction does not advance sufficiently, inside the fiber, with the result that a large structural diversity is generated throughout of the cross section of the individual fiber. As a result, the carbon fiber obtained has a structure that forms unevenly and cannot develop high mechanical performance. On the contrary, if the reaction time exceeds 100 minutes, a larger amount of oxygen will be present near the surface of an individual fiber. After the above, in the next heat treatment performed at a high temperature, a reaction takes place that consumes an excessive amount of oxygen to form a defective point. Because of this, high strength cannot be obtained. A more preferable stabilization treatment time is 40 to 80 minutes.

En el caso en el que la densidad de una fibra estabilizada sea menor que 1,335 g / cm3, un tratamiento de estabilización es insuficiente. En el siguiente tratamiento térmico realizado a una temperatura alta, tiene lugar una reacción de descomposición para formar un punto defectuoso. Debido a esto, no puede obtenerse una resistencia alta. Si la densidad de una fibra estabilizada supera 1,360 g / cm3, el contenido en oxígeno de la fibra aumenta. En el siguiente tratamiento térmico realizado a una temperatura alta, tiene lugar una reacción que consume una cantidad excesiva de oxígeno para formar un punto defectuoso. Debido a esto, no puede obtenerse una resistencia alta. Un intervalo de densidad más preferible de una fibra estabilizada es de 1,340 a 1,350 g / cm3. In the case where the density of a stabilized fiber is less than 1,335 g / cm3, a stabilization treatment is insufficient. In the next heat treatment performed at a high temperature, a decomposition reaction takes place to form a defective point. Because of this, high strength cannot be obtained. If the density of a stabilized fiber exceeds 1,360 g / cm3, the fiber's oxygen content increases. In the next heat treatment performed at a high temperature, a reaction takes place that consumes an excessive amount of oxygen to form a defective point. Because of this, high strength cannot be obtained. A more preferable density range of a stabilized fiber is 1,340 to 1,350 g / cm3.

Se requiere una extensión apropiada de una fibra que se realiza en un horno para la estabilización con el fin de mantener y mejorar el grado de orientación de una estructura de fibrillas que constituyen una fibra. Si la extensión es menor que un 0 %, el grado de orientación de una estructura de fibrillas no puede mantenerse; el grado de orientación a lo largo del eje de fibra no es suficiente para formar una estructura de fibra de carbono; no puede An appropriate extension of a fiber that is performed in an oven is required for stabilization in order to maintain and improve the degree of orientation of a structure of fibrils that constitute a fiber. If the extension is less than 0%, the degree of orientation of a fibril structure cannot be maintained; the degree of orientation along the fiber axis is not sufficient to form a carbon fiber structure; can not

desarrollarse un rendimiento mecánico excelente. Por el contrario, si la extensión supera un 10 %, la propia estructura de fibrillas se romperá, con el resultado de que la formación de una estructura de fibra de carbono se verá afectada y el punto de fractura cambiará a un punto defectuoso. Como resultado, no puede obtenerse una fibra de carbono que tiene una resistencia alta. Una tasa de extensión más preferible es de un 3 a un 8 %. Develop excellent mechanical performance. On the contrary, if the extension exceeds 10%, the fibril structure itself will break, with the result that the formation of a carbon fiber structure will be affected and the fracture point will change to a defective point. As a result, a carbon fiber that has a high strength cannot be obtained. A more preferable extension rate is 3 to 8%.

A continuación, una fibra estabilizada se pasa a través de un primer horno de carbonización de una atmósfera inerte tal como nitrógeno que tiene un gradiente de temperatura de 300 a 800 ºC, a la vez que se extiende esta en de un 2 a un 7 %. Una temperatura de procesamiento preferible es de 300 a 800 ºC y la fibra estabilizada se procesa bajo unas condiciones de gradiente de temperatura lineal. Teniendo en cuenta la temperatura en la etapa de tratamiento de estabilización, la temperatura de iniciación es preferiblemente de 300 ºC o más. Si la temperatura lo más alta supera los 800 ºC, la fibra que se procesa se vuelve muy frágil y es difícil accionar la siguiente etapa. Un intervalo de temperatura más preferible es de 300 a 750 ºC. El gradiente de temperatura no está particularmente limitado; no obstante se emplea preferiblemente un gradiente lineal. Next, a stabilized fiber is passed through a first carbonization furnace of an inert atmosphere such as nitrogen having a temperature gradient of 300 to 800 ° C, while extending it from 2 to 7% . A preferable processing temperature is 300 to 800 ° C and the stabilized fiber is processed under linear temperature gradient conditions. Taking into account the temperature in the stabilization treatment stage, the initiation temperature is preferably 300 ° C or more. If the highest temperature exceeds 800 ° C, the fiber that is processed becomes very fragile and the next stage is difficult to operate. A more preferable temperature range is 300 to 750 ° C. The temperature gradient is not particularly limited; however, a linear gradient is preferably used.

Si la tasa de extensión es menor que 2 %, la orientación de una estructura de fibrillas no puede mantenerse y el grado de orientación a lo largo del eje de fibra en la formación de una estructura de fibra de carbono no será suficiente, con el resultado de que no puede desarrollarse un rendimiento mecánico excelente. Por el contrario, si la tasa de extensión supera un 7 %, se rompe la propia estructura de fibrillas, con el resultado de que la formación de una estructura de fibra de carbono se verá afectada y un punto de fractura cambiará a un punto defectuoso. Como resultado, no puede obtenerse una fibra de carbono que tiene una resistencia alta. Una tasa de extensión más preferible es de un 3 a un 5 %. If the extension rate is less than 2%, the orientation of a fibril structure cannot be maintained and the degree of orientation along the fiber axis in the formation of a carbon fiber structure will not be sufficient, with the result that excellent mechanical performance cannot be developed. On the contrary, if the extension rate exceeds 7%, the fibril structure itself is broken, with the result that the formation of a carbon fiber structure will be affected and a fracture point will change to a defective point. As a result, a carbon fiber that has a high strength cannot be obtained. A more preferable extension rate is 3 to 5%.

En el primer horno de carbonización, un tiempo de tratamiento térmico preferible es de 1,0 a 3,0 minutos. Si el tiempo de tratamiento es menor que 1,0 minuto, la temperatura aumentará abruptamente, y esto se verá acompañado por una reacción de descomposición severa. Como resultado, no puede obtenerse una fibra de carbono que tiene una resistencia alta. Si el tiempo de tratamiento supera los 3,0 minutos, se producirá un efecto de plastificación en la etapa anterior, con el resultado de que el grado de orientación de un cristal tenderá a disminuir. Como resultado, el rendimiento mecánico de la fibra de carbono resultante se verá afectado. Un tiempo de tratamiento térmico más preferible es de 1,2 a 2,5 minutos. In the first carbonization furnace, a preferable heat treatment time is 1.0 to 3.0 minutes. If the treatment time is less than 1.0 minute, the temperature will rise steeply, and this will be accompanied by a severe decomposition reaction. As a result, a carbon fiber that has a high strength cannot be obtained. If the treatment time exceeds 3.0 minutes, a plasticizing effect will occur in the previous stage, with the result that the degree of orientation of a crystal will tend to decrease. As a result, the mechanical performance of the resulting carbon fiber will be affected. A more preferable heat treatment time is 1.2 to 2.5 minutes.

Además, la fibra estabilizada se somete a un segundo horno de carbonización que tiene una atmósfera inerte tal como nitrógeno que tiene un gradiente de temperatura de 1000 a 1600 ºC y se trata bajo calor bajo tensión para obtener una fibra de carbono. Además, si es necesario, la fibra de carbono se somete opcionalmente a un tercer horno de carbonización que tiene un gradiente de temperatura deseado y se trata con calor en una atmósfera inerte bajo tensión. In addition, the stabilized fiber is subjected to a second carbonization furnace that has an inert atmosphere such as nitrogen that has a temperature gradient of 1000 to 1600 ° C and is treated under heat under tension to obtain a carbon fiber. In addition, if necessary, the carbon fiber is optionally subjected to a third carbonization furnace that has a desired temperature gradient and is heat treated in an inert atmosphere under tension.

La temperatura para el tratamiento de carbonización se determina dependiendo del módulo de elasticidad deseado de una fibra de carbono. Con el fin de obtener una fibra de carbono que tiene una propiedad de resistencia alta, la temperatura lo más alta del tratamiento de carbonización es preferiblemente baja. Además, el módulo de elasticidad puede aumentarse mediante el aumento del tiempo de tratamiento. Como resultado, la temperatura lo más alta puede reducirse. Además, el gradiente de temperatura puede ajustarse para que cambie de forma gradual mediante el aumento del tiempo de tratamiento. Esto es efectivo en la supresión de la formación de puntos defectuosos. La temperatura del segundo horno de carbonización varía dependiendo de la temperatura del primer horno de carbonización; no obstante, la temperatura es aceptable siempre que haya una temperatura de 1000 ºC o más y preferiblemente de 1050 ºC o más. El gradiente de temperatura no está particularmente limitado; no obstante este se ajusta preferiblemente para que cambie de forma lineal. The temperature for the carbonization treatment is determined depending on the desired modulus of elasticity of a carbon fiber. In order to obtain a carbon fiber having a high strength property, the highest temperature of the carbonization treatment is preferably low. In addition, the modulus of elasticity can be increased by increasing the treatment time. As a result, the highest temperature can be reduced. In addition, the temperature gradient can be adjusted so that it changes gradually by increasing the treatment time. This is effective in suppressing the formation of defective points. The temperature of the second carbonization furnace varies depending on the temperature of the first carbonization furnace; however, the temperature is acceptable provided there is a temperature of 1000 ° C or more and preferably 1050 ° C or more. The temperature gradient is not particularly limited; however this is preferably adjusted to change linearly.

En el segundo horno de carbonización, el tiempo de tratamiento térmico es preferiblemente de 1,3 a 5,0 minutos y más preferiblemente de 2,0 a 4,2 minutos. En el tratamiento térmico, la fibra se contrae de manera significativa durante el procesamiento. Por lo tanto, es importante realizar un tratamiento térmico bajo tensión. In the second carbonization furnace, the heat treatment time is preferably 1.3 to 5.0 minutes and more preferably 2.0 to 4.2 minutes. In heat treatment, the fiber contracts significantly during processing. Therefore, it is important to perform a heat treatment under tension.

Una tasa de extensión es preferiblemente de un –6,0 a un 0,0 %. Si la tasa de extensión es menor que un –6,0 %, la orientación de un cristal en la dirección del eje de fibra no es satisfactoria y no puede obtenerse un rendimiento suficiente. Por el contrario, si la tasa de extensión supera un 0,0 %, la propia estructura formada hasta el momento se rompe y se forman, de manera significativa, puntos defectuosos, con el resultado de que la resistencia se reduce de manera significativa. Más preferiblemente, la tasa de extensión varía de un –5,0 % a un –1,0 %. An extension rate is preferably from –6.0 to 0.0%. If the extension rate is less than –6.0%, the orientation of a crystal in the direction of the fiber axis is not satisfactory and sufficient performance cannot be obtained. On the contrary, if the extension rate exceeds 0.0%, the structure formed so far is broken and defective points are formed significantly, with the result that the resistance is significantly reduced. More preferably, the extension rate ranges from –5.0% to –1.0%.

A continuación, el haz de fibras de carbono se somete a un tratamiento de oxidación superficial. Los ejemplos del método de tratamiento superficial incluyen métodos conocidos, es decir, tratamientos de oxidación tales como oxidación electrolítica, oxidación química y oxidación con aire. Puede emplearse uno cualquiera de estos métodos. El tratamiento de oxidación electrolítica ampliamente usado a nivel industrial se prefiere debido a que puede realizarse de forma estable un tratamiento de oxidación superficial. Además, para controlar el valor de ipa, que representa un estado de tratamiento superficial preferible en la presente invención, de tal modo que el valor de ipa cae dentro del intervalo que se ha mencionado en lo que antecede, el método más simple es realizar el tratamiento de oxidación electrolítica a la vez que se varía la cantidad eléctrica. En este caso, incluso si la cantidad eléctrica es la misma, el valor de ipa varía de manera significativa dependiendo del electrolito y la concentración del mismo que Next, the carbon fiber bundle is subjected to a surface oxidation treatment. Examples of the surface treatment method include known methods, that is, oxidation treatments such as electrolytic oxidation, chemical oxidation and air oxidation. Any one of these methods can be used. The electrolytic oxidation treatment widely used at industrial level is preferred because a surface oxidation treatment can be stably performed. Furthermore, to control the value of ipa, which represents a preferable state of surface treatment in the present invention, such that the value of ipa falls within the range mentioned above, the simplest method is to perform the Electrolytic oxidation treatment while varying the electrical quantity. In this case, even if the electrical quantity is the same, the value of ipa varies significantly depending on the electrolyte and its concentration.

se use. En la presente invención, el tratamiento de oxidación electrolítica puede realizarse preferiblemente en una solución alcalina acuosa de pH > 7 con una fibra de carbono como un ánodo a la vez que se suministra una cantidad eléctrica de 10 a 200 culombios / g. Mediante el uso de un tratamiento de oxidación, puede obtenerse el valor de ipa de 0,05 a 0,25 µA / cm2. Los ejemplos de electrolito que se usa preferiblemente incluyen carbonato de amonio, bicarbonato de amonio, hidróxido de calcio, hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. be used In the present invention, the electrolytic oxidation treatment can preferably be carried out in an aqueous alkaline solution of pH> 7 with a carbon fiber as an anode while supplying an electrical amount of 10 to 200 coulombs / g. By using an oxidation treatment, the ipa value of 0.05 to 0.25 µA / cm2 can be obtained. Examples of electrolyte that is preferably used include ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, calcium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide.

A continuación, el haz de fibras de carbono de la presente invención se somete a un tratamiento de encolado. El agente de encolado se disuelve en un disolvente orgánico o se dispersa en agua con la ayuda de un emulsionante para preparar una solución en emulsión. La preparación anterior se aplica a un haz de fibras de carbono de acuerdo con un método de inmersión con rodillo, un método de contacto por rodillo, etc. Posteriormente, el haz de fibras de carbono se seca. De esta forma, puede realizarse un tratamiento de encolado. Obsérvese que la cantidad del agente de encolado unido a la superficie de una fibra de carbono puede controlarse mediante el control de la concentración de la solución de agente de encolado y la cantidad de aplicación de presión de la misma. Además, el secado puede realizarse mediante el uso de aire caliente, una placa caliente, un rodillo de calentamiento y diversos calentadores de infrarrojos. Next, the carbon fiber bundle of the present invention is subjected to a sizing treatment. The sizing agent is dissolved in an organic solvent or dispersed in water with the help of an emulsifier to prepare an emulsion solution. The above preparation is applied to a carbon fiber beam according to a roller immersion method, a roller contact method, etc. Subsequently, the carbon fiber beam is dried. In this way, a gluing treatment can be performed. Note that the amount of the sizing agent bonded to the surface of a carbon fiber can be controlled by controlling the concentration of the sizing agent solution and the amount of pressure application thereof. In addition, drying can be done by using hot air, a hot plate, a heating roller and various infrared heaters.

La composición de agente de encolado lo más preferible a aplicar a la superficie de la fibra de carbono de la presente invención es una resina epoxídica modificada con uretano, que es un producto de reacción de (a) una resina epoxídica que contiene un grupo hidroxi (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento, de manera apropiada, como un componente (a)), (b) un compuesto de polihidroxi (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento, de manera apropiada, como un componente (b)) y (c) un diisocianato que contiene un anillo aromático (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento, de manera apropiada, como un componente (c)). Además, se menciona una mezcla de una resina epoxídica modificada con uretano, que es un producto de reacción que se obtiene mediante la introducción de una cantidad más grande del componente (a) de la que se requiere para un sistema de reacción, y el componente (a) que queda. Además, se menciona una mezcla de una resina epoxídica modificada con uretano que se obtiene mediante el uso de una resina epoxídica que no tiene grupo hidroxi alguno (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento, de manera apropiada, como el componente (d)) y el componente (d). Así mismo, se menciona una mezcla de una resina epoxídica modificada con uretano, el componente (a) y el componente (d). The most preferred sizing agent composition to be applied to the surface of the carbon fiber of the present invention is a urethane modified epoxy resin, which is a reaction product of (a) an epoxy resin containing a hydroxy group ( referred to hereinafter, appropriately, as a component (a)), (b) a polyhydroxy compound (referred to hereinafter, appropriately, as a component (b)) and (c) a diisocyanate containing an aromatic ring (referred to hereinafter, appropriately, as a component (c)). In addition, a mixture of an epoxy resin modified with urethane is mentioned, which is a reaction product that is obtained by introducing a larger amount of component (a) than is required for a reaction system, and the component (a) left. In addition, a mixture of an epoxy resin modified with urethane is mentioned which is obtained by using an epoxy resin having no hydroxy group (referred to hereinafter, appropriately, as the component (d)) and component (d). Likewise, a mixture of an epoxy resin modified with urethane, component (a) and component (d) is mentioned.

Un grupo epoxi tiene una interacción muy fuerte con un grupo funcional que contiene oxígeno presente en una superficie de fibra de carbono y, de este modo, puede permitir fuertemente que un componente de agente de encolado se adhiera a la superficie de fibra de carbono. Además, debido a que está contenida una unidad de unión de uretano, que se produce a partir de un compuesto de polihidroxi y un diisocianato que contiene un anillo aromático, puede impartirse flexibilidad y una interacción fuerte con una superficie de fibra de carbono debido a la polaridad de una unión de uretano y un anillo aromático. Por consiguiente, la resina epoxídica modificada con uretano que tiene un grupo epoxi y la unidad de unión de uretano anterior es un compuesto que es capaz de unirse fuertemente a una superficie de fibra de carbono y que tiene flexibilidad. Dicho de otra forma, una composición de agente de encolado de este tipo forma una capa de interfase flexible que se adhiere fuertemente a una superficie de fibra de carbono. Por lo tanto, puede mejorarse el rendimiento mecánico del material compuesto que se obtiene al impregnar una fibra de carbono con una resina de matriz e insertar la resina. An epoxy group has a very strong interaction with an oxygen-containing functional group present on a carbon fiber surface and, thus, can strongly allow a sizing agent component to adhere to the carbon fiber surface. In addition, because a urethane bonding unit is contained, which is produced from a polyhydroxy compound and a diisocyanate containing an aromatic ring, flexibility and strong interaction with a carbon fiber surface can be imparted due to the polarity of a urethane bond and an aromatic ring. Accordingly, the urethane modified epoxy resin having an epoxy group and the above urethane bonding unit is a compound that is capable of bonding strongly to a carbon fiber surface and that has flexibility. In other words, such a sizing agent composition forms a flexible interface layer that adheres strongly to a carbon fiber surface. Therefore, the mechanical performance of the composite material obtained by impregnating a carbon fiber with a matrix resin and inserting the resin can be improved.

El componente (a) no está particularmente limitado, y el número de grupos hidroxi que están contenidos en el componente (a) no está limitado. Por ejemplo, pueden usarse glicidol, metil glicidol, resina epoxídica F de tipo bisfenol, resina epoxídica A de tipo bisfenol y resina epoxídica de éster glicidílico del ácido oxicarboxílico. Una resina preferible particular es una resina epoxídica de tipo bisfenol. Debido a que estas resinas tienen un anillo aromático, estas interaccionan fuertemente con una superficie de fibra de carbono. Además, a la vista de la resistencia térmica y la rigidez, una resina epoxídica que tiene un anillo aromático se usa a menudo como la resina de matriz en un material compuesto. Esto es debido a que la compatibilidad con una resina de matriz de este tipo es excelente. Como el componente (a), pueden usarse dos o más tipos de resinas epoxídicas. Component (a) is not particularly limited, and the number of hydroxy groups that are contained in component (a) is not limited. For example, glycidol, methyl glycidol, epoxy resin F of bisphenol type, epoxy resin A of bisphenol type and glycidyl ester epoxy resin of oxycarboxylic acid can be used. A particular preferable resin is a bisphenol-type epoxy resin. Because these resins have an aromatic ring, they interact strongly with a carbon fiber surface. Furthermore, in view of thermal resistance and stiffness, an epoxy resin having an aromatic ring is often used as the matrix resin in a composite material. This is because the compatibility with such a matrix resin is excellent. As component (a), two or more types of epoxy resins can be used.

Además, el componente (b) está constituido preferiblemente por uno cualquiera de entre un producto de adición de bisfenol A con un óxido de alquileno, un compuesto de polihidroxi alifático y un compuesto de polihidroximonocarboxi In addition, component (b) is preferably constituted by any one of an addition product of bisphenol A with an alkylene oxide, an aliphatic polyhydroxy compound and a polyhydroximonocarboxy compound

o una mezcla de estos. Esto es debido a que estos compuestos pueden ablandar las resinas epoxídicas modificadas con uretano que se han mencionado en lo que antecede. Ejemplos específicos de los mismos incluyen un producto de adición de bisfenol A con de 4 a 14 moles de óxido de etileno, un producto de adición de bisfenol A con de 2 a 14 moles de óxido de propileno, un producto de adición de bisfenol A con copolímero de bloque de óxido de etileno – or a mixture of these. This is because these compounds can soften urethane modified epoxy resins that have been mentioned above. Specific examples thereof include an addition product of bisphenol A with 4 to 14 moles of ethylene oxide, an addition product of bisphenol A with 2 to 14 moles of propylene oxide, an addition product of bisphenol A with ethylene oxide block copolymer -

óxido de propileno, polietilenglicol, trimetilolpropano y ácido dimetilolpropionico. propylene oxide, polyethylene glycol, trimethylolpropane and dimethylolpropionic acid.

Además, el componente (c) no está particularmente limitado y un componente preferible particular es tolueno diisocianato o xileno diisocianato. In addition, component (c) is not particularly limited and a particular preferable component is toluene diisocyanate or xylene diisocyanate.

Además, una resina epoxídica que sirve como el componente (d) no está particularmente limitada. Preferiblemente, se emplea una resina epoxídica que tiene dos o más grupos epoxi en una molécula. Esto es debido a que la superficie de una fibra de carbono interacciona fuertemente con un grupo epoxi y, de este modo, estos compuestos se adhieren fuertemente a la superficie. El tipo de grupo epoxi no está particularmente limitado y puede emplearse In addition, an epoxy resin that serves as component (d) is not particularly limited. Preferably, an epoxy resin having two or more epoxy groups in a molecule is used. This is because the surface of a carbon fiber interacts strongly with an epoxy group and, thus, these compounds adhere strongly to the surface. The type of epoxy group is not particularly limited and can be used

un tipo glicidilo, un grupo epoxi alicíclico, etc. Los ejemplos de resina epoxídica preferible que puede usarse incluyen una resina epoxídica F de tipo bisfenol, una resina epoxídica A de tipo bisfenol, una resina epoxídica de tipo novolak, una resina epoxídica de tipo diciclopentadieno (serie Epiclon HP–7200: fabricada por DIC Corporation), resina epoxídica de tipo tris(hidroxifenil)metano (Epicoat 1032H60, 1032S50: fabricada por Japan Epoxy Resins Co., Ltd.), resina epoxídica de tipo DPP Novolak (Epicoat 157S65, 157S70: fabricada por Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) y resina epoxídica con óxido de alquileno añadido y bisfenol A. a glycidyl type, an alicyclic epoxy group, etc. Examples of preferable epoxy resin that can be used include an epoxy resin F of the bisphenol type, an epoxy resin A of the bisphenol type, an epoxy resin of the novolak type, an epoxy resin of the dicyclopentadiene type (Epiclon HP-7200 series: manufactured by DIC Corporation ), tris (hydroxyphenyl) methane epoxy resin (Epicoat 1032H60, 1032S50: manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.), DPP Novolak epoxy resin (Epicoat 157S65, 157S70: manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd .) and epoxy resin with added alkylene oxide and bisphenol A.

En la fabricación de la mezcla que contiene el componente (d), cuando se hace que reaccionen el componente (a), el componente (b) y el componente (c), el componente (d) puede añadirse de forma simultánea con el componente (a). Como alternativa, después de la compleción de la reacción de uretanización, puede añadirse el componente (d). Como una dispersión de agua que contiene estos compuestos, se menciona HYDRAN N320 (fabricada por DIC). In the manufacture of the mixture containing the component (d), when the component (a), the component (b) and the component (c) are reacted, the component (d) can be added simultaneously with the component (to). Alternatively, after completion of the urethane reaction, component (d) can be added. As a dispersion of water containing these compounds, HYDRAN N320 (manufactured by DIC) is mentioned.

El haz de fibras de carbono de la presente invención que tiene un módulo de elasticidad de cabo de 250 GPa o más se obtiene a través de un proceso de carbonización que se realiza a una temperatura relativamente alta. Por consiguiente, es beneficioso que la fibra de carbono se obtenga a partir de una fibra de precursor que contenga tan pocas impurezas, tales como un metal, como sea posible. La cantidad de contenido en metal en el haz de fibras de carbono resultante es preferiblemente pequeña. En particular, la cantidad total de componentes de metal incluyendo un metal alcalino, metal alcalinotérreo, zinc, hierro y aluminio es preferiblemente de 50 ppm o menos. Estos metales reaccionan con el carbono, se funden o se vaporizan a una temperatura más allá de 1000 ºC, y esto constituye una razón por la cual se forman puntos defectuosos. No puede fabricarse una fibra de carbono sumamente resistente. The carbon fiber bundle of the present invention having an elastic modulus of 250 GPa or more is obtained through a carbonization process that is performed at a relatively high temperature. Therefore, it is beneficial that the carbon fiber is obtained from a precursor fiber that contains as few impurities, such as a metal, as possible. The amount of metal content in the resulting carbon fiber bundle is preferably small. In particular, the total amount of metal components including an alkali metal, alkaline earth metal, zinc, iron and aluminum is preferably 50 ppm or less. These metals react with carbon, melt or vaporize at a temperature beyond 1000 ° C, and this is one reason why defective spots are formed. An extremely strong carbon fiber cannot be manufactured.

Ejemplos Examples

A continuación, la presente invención se describirá con detalle por medio de ejemplos. Obsérvese que, el rendimiento de un haz de fibras de carbono en los ejemplos se midió y se evaluó de acuerdo con el siguiente método. In the following, the present invention will be described in detail by way of examples. Note that the performance of a carbon fiber beam in the examples was measured and evaluated according to the following method.

< 1. Medición de estructura superficial no uniforme de fibra individual > <1. Measurement of non-uniform surface structure of individual fiber>

La estructura superficial no uniforme puede medirse sobre la base de la forma de la superficie tal como sigue: Varias fibras individuales de un haz de fibras de carbono se colocaron sobre un soporte de muestras y se inmovilizaron en ambos extremos. Además, se aplicó Dotite alrededor de las fibras para preparar una muestra de medición. Un intervalo de 1000 nm en la dirección en sentido circunferencial de una fibra individual se exploró mediante un microscopio de fuerza atómica (SPI3700 / SPA–300 (nombre comercial) fabricado por Seiko Instruments Inc.) usando una viga en voladizo formada de nitruro de silicio, en un modo de AFM a la vez que se deslizaba poco a poco a una distancia de 1000 nm en la dirección del eje de fibra. A partir de la imagen resultante medida, un componente de baja frecuencia se separó de acuerdo con una transformada de Fourier bidimensional y, después de lo anterior, se sometió a una transformación inversa. A partir de la imagen plana resultante de una sección transversal de la cual se eliminó la curvatura de la fibra individual, se seleccionó un intervalo de área rodeado por una longitud de 1,0 µm en la dirección en sentido circunferencial de fibra y una longitud de 1,0 µm en la dirección del eje de fibra y la diferencia en altura entre la porción lo más alta y se leyó la porción lo más baja, y Ra se obtiene mediante la realización de un cálculo de acuerdo con la siguiente expresión (2). The non-uniform surface structure can be measured based on the surface shape as follows: Several individual fibers of a bundle of carbon fibers were placed on a sample holder and immobilized at both ends. In addition, Dotite was applied around the fibers to prepare a measurement sample. A 1000 nm range in the circumferential direction of an individual fiber was scanned by an atomic force microscope (SPI3700 / SPA-300 (trade name) manufactured by Seiko Instruments Inc.) using a cantilever beam formed of silicon nitride , in an AFM mode at the same time as it was slowly sliding over a distance of 1000 nm in the direction of the fiber axis. From the resulting measured image, a low frequency component was separated according to a two-dimensional Fourier transform and, after the above, underwent an inverse transformation. From the planar image resulting from a cross-section from which the curvature of the individual fiber was removed, an area range surrounded by a length of 1.0 µm in the circumferential direction of fiber and a length of fiber was selected. 1.0 µm in the direction of the fiber axis and the difference in height between the highest portion and the lowest portion was read, and Ra is obtained by performing a calculation according to the following expression (2) .

Ly LX Ly LX

Ra = { 1 / (Lx  Ly) } · ∫ 0∫ 0 |f(x, y)| dxdy … (2) Ra = {1 / (Lx  Ly)} · ∫ 0∫ 0 | f (x, y) | dxdy… (2)

“ Superficie central ”: Un plano que es paralelo con respecto al plano que tiene una desviación mínima de la altura desde el lugar hasta la superficie real y que divide la superficie real por igual en dos sobre la base del volumen. Dicho de otra forma, la porción que está rodeada por el plano y la superficie real, los volúmenes V1 y V2 que se corresponden con ambas porciones laterales del plano son iguales entre sí. “ f(x, y) ”: Diferencia en altura entre la superficie real y la superficie central, “ Lx, Ly ”: Tamaño del plano XY. "Central surface": A plane that is parallel to the plane that has a minimum deviation from the height from the place to the real surface and that divides the real surface equally in two based on the volume. In other words, the portion that is surrounded by the plane and the actual surface, the volumes V1 and V2 that are correspond to both side portions of the plane are equal to each other. “F (x, y)”: Difference in height between the actual surface and the central surface, "Lx, Ly": Size of the XY plane.

Además, cuando se usó un microscopio de fuerza atómica para tomar mediciones, se comprobó la presencia o ausencia de una estructura no uniforme de una longitud de 0,6 µm o más y se midió la longitud de una estructura no uniforme de una longitud de 300 nm o menos. In addition, when an atomic force microscope was used to take measurements, the presence or absence of a non-uniform structure of a length of 0.6 µm or more and the length of a non-structure was measured uniform of a length of 300 nm or less.

< 2. Evaluación de una forma en sección transversal de fibra individual > <2. Evaluation of an individual fiber cross-sectional shape>

La relación del eje mayor y el eje menor (eje mayor / eje menor) de la sección transversal de las fibras individuales que constituyen un haz de fibras de carbono se determinó tal como sigue: Un haz de fibras de carbono para la medición se pasó a través de un tubo formado de una resina de cloruro de vinilo que tiene un diámetro interior de 1 mm. El tubo se cortó en forma de círculo por medio de una cuchilla para preparar muestras. Posteriormente, se permitió que cada muestra se adhiriera a un soporte de muestras de SEM de tal modo que la sección transversal estuviera orientada hacia arriba; se depositó Au en un espesor de aproximadamente 10 nm mediante metalización por bombardeo atómico; y una sección transversal de fibra se observó mediante un The ratio of the major axis and the minor axis (major axis / minor axis) of the cross section of the individual fibers constituting a bundle of carbon fibers was determined as follows: A beam of carbon fibers for measurement was passed to through a tube formed of a vinyl chloride resin having an inner diameter of 1 mm. The tube was cut in a circle by means of a knife to prepare samples. Subsequently, each sample was allowed to adhere to an SEM sample holder such that the cross section was facing up; Au was deposited at a thickness of approximately 10 nm by atomic bombardment metallization; and a fiber cross section was observed by a

microscopio electrónico de barrido (nombre de producto: XL20, fabricado por Philips) bajo las siguientes condiciones: un voltaje de aceleración de 7,00 kV y una distancia de migración de 31 mm para medir el eje mayor y el eje menor de la sección transversal de la fibra individual. scanning electron microscope (product name: XL20, manufactured by Philips) under the following conditions: an acceleration voltage of 7.00 kV and a migration distance of 31 mm to measure the major axis and minor axis of the cross section of the individual fiber.

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3. Evaluación de propiedades físicas de cabo de haz de fibras de carbono >  3. Evaluation of physical properties of carbon fiber beam rope>

La preparación de una muestra de prueba de cabo de un haz de fibras de carbono impregnado con una resina y la medición de la resistencia de la muestra se realizaron de acuerdo con la norma JIS R7601. No obstante, el módulo de elasticidad se calculó en el intervalo de deformación de acuerdo con la norma ASTM. The preparation of a test sample of a carbon fiber bundle impregnated with a resin and the measurement of the resistance of the sample were carried out in accordance with JIS R7601. However, the modulus of elasticity was calculated in the deformation range according to the ASTM standard.

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4. Medición de tenacidad de nudo de haz de fibras de carbono>  4. Measurement of carbon fiber beam knot toughness>

La tenacidad de nudo se midió tal como sigue: A ambos extremos de un haz de fibras de carbono de una longitud de 150 mm, se unió una porción de agarre de una longitud de 25 mm para preparar una muestra de prueba. Al preparar la muestra de prueba, se aplicó una carga de 0,1 × 10–3 N / denier para disponer, de forma unidireccional, haces de fibras de carbono. En la muestra de prueba, se formó un único nudo casi en el centro. La tensión se realizó a una tasa de cruceta de 100 mm / min. Se usaron doce haces para una prueba. Se eliminaron el valor más pequeño y el valor más grande y se obtuvo el valor promedio de 10 haces y se usó como un valor de medición. The knot toughness was measured as follows: At both ends of a bundle of carbon fibers of a length of 150 mm, a grip portion of a length of 25 mm was attached to prepare a test sample. When preparing the test sample, a load of 0.1 × 10–3 N / denier was applied to dispose, unidirectionally, carbon fiber bundles. In the test sample, a single knot formed almost in the center. The tension was performed at a crosshead rate of 100 mm / min. Twelve beams were used for a test. The smallest value and the largest value were eliminated and the average value of 10 beams was obtained and used as a measurement value.

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5. Evaluación de “ energía superficial de la superficie formada por fractura ” de haz de fibras de carbono >  5. Evaluation of “surface energy of the surface formed by fracture” of carbon fiber beam>

Una fibra de carbono individual se cortó en piezas en la longitud de 20 cm. Se permitió que cada una de las piezas de fibra individual se adhiriera y se inmovilizara sobre una montura para una prueba de tracción para una fibra individual de una longitud de muestra de 10 mm que se muestra en la norma JIS R7606. Se cortó y se retiró una porción adicional extruida a partir de la montura. De esta forma, se prepararon muestras. An individual carbon fiber was cut into pieces in the length of 20 cm. Each of the individual fiber pieces was allowed to adhere and immobilize on a frame for a tensile test for an individual fiber of a 10 mm sample length shown in JIS R7606. An additional extruded portion was cut and removed from the mount. In this way, samples were prepared.

A continuación, estas muestras que se fijaron a la montura se irradiaron con un láser para obtener un defecto semiesférico. Como un sistema de interfaz de láser, se usó un MicroPoint (energía de impulso de 300 µJ) fabricado por Photonic Instruments Co., Ltd.. Como el microscopio óptico que se requiere para hacer que converja la luz láser, se usó un ECLIPSE LV100 fabricado por Nikon. El tope de apertura del microscopio óptico se ajustó a un mínimo y una lente objetivo se ajustó a 100 veces. Bajo las condiciones, un láser (un impulso) que tiene una longitud de onda de 435 nm, la intensidad del cual se atenuó en un 10 % mediante un atenuador, se aplicó al centro de una muestra en la dirección del eje de fibra y en la dirección perpendicular del eje de fibra para formar un defecto semiesférico. Next, these samples that were attached to the mount were irradiated with a laser to obtain a hemispherical defect. As a laser interface system, a MicroPoint (300 µJ pulse energy) manufactured by Photonic Instruments Co., Ltd was used. As the optical microscope that is required to make the laser light converge, an ECLIPSE LV100 was used manufactured by Nikon. The opening stop of the optical microscope was set to a minimum and an objective lens was set 100 times. Under the conditions, a laser (an impulse) having a wavelength of 435 nm, the intensity of which was attenuated by 10% by an attenuator, was applied to the center of a sample in the direction of the fiber axis and in the perpendicular direction of the fiber axis to form a hemispherical defect.

Para evitar una rotura por contracción de una fibra de carbono de muestra, la muestra que se unió a una montura se intercaló adicionalmente mediante películas y el espacio en el interior de las películas se cargó con un líquido viscoso y, a continuación, se sometió a una prueba de tracción. Para dar una descripción más específica, se preparó una película de una anchura de aproximadamente 5 mm y una longitud de aproximadamente 15 mm y se permitió que se adhiriera a la porción superior de ambas superficies de la montura de muestra con un adhesivo y se intercaló con el fin de envolver la muestra incluyendo la montura. El espacio en el interior de la película se cargó con una solución de glicerina acuosa (glicerina : agua = 1 : 2). Una prueba de tracción se realizó a una tasa de tensión de 0,5 mm / min para medir la carga de rotura. To avoid a contraction breakage of a sample carbon fiber, the sample that was attached to a mount was additionally intercalated by films and the space inside the films was loaded with a viscous liquid and then subjected to a tensile test To give a more specific description, a film of a width of approximately 5 mm and a length of approximately 15 mm was prepared and allowed to adhere to the upper portion of both surfaces of the sample frame with an adhesive and intercalated with In order to wrap the sample including the frame. The space inside the film was loaded with a solution of aqueous glycerin (glycerin: water = 1: 2). A tensile test was performed at a tension rate of 0.5 mm / min to measure the breaking load.

A continuación, una muestra de un par de piezas, que se dividió en dos piezas en la prueba de tracción, se retiró de la montura, se lavó con cuidado con agua y se secó de forma natural. Posteriormente, una pieza de muestra se inmovilizó sobre un soporte de muestras de SEM con pasta de carbono de tal modo que la fractura se encontrara en una posición orientada hacia arriba para posibilitar la preparación de una muestra para observación de SEM. La superficie de fractura de la muestra obtenida para observación de SEM se observó mediante SEM, es decir, un JSM6060 (voltaje de aceleración: de 10 a 15 kV, aumento: de 10000 a 15000) fabricado por JEOL Ltd. Next, a sample of a pair of pieces, which was divided into two pieces in the tensile test, was removed from the mount, carefully washed with water and dried naturally. Subsequently, a sample piece was immobilized on a support of SEM samples with carbon paste so that the fracture was in an upward-facing position to enable the preparation of a sample for SEM observation. The fracture surface of the sample obtained for SEM observation was observed by SEM, that is, a JSM6060 (acceleration voltage: from 10 to 15 kV, increase: from 10,000 to 15,000) manufactured by JEOL Ltd.

La imagen de SEM obtenida se importó a un ordenador personal y se analizó mediante soporte lógico de análisis de imagen. De esta forma, se midieron el tamaño de un defecto semiesférico y el área en sección transversal de una fibra. The SEM image obtained was imported into a personal computer and analyzed by image analysis software. In this way, the size of a hemispherical defect and the cross-sectional area of a fiber were measured.

A continuación, se representaron gráficamente la resistencia a la rotura (σ) (área en sección transversal de carga de rotura / fibra) y el tamaño de un defecto semiesférico (C). Se obtuvo la pendiente de los datos. Next, the tensile strength (σ) (cross-sectional area of rupture / fiber load) and the size of a hemispherical defect (C) were plotted. The slope of the data was obtained.

σ = ( 2E / πC ) 1/2  (energía superficial de la superficie formada por fractura) 1/2 … (1) σ = (2E / πC) 1/2  (surface surface energy formed by fracture) 1/2… (1)

De acuerdo con la ecuación (1), la energía superficial de la superficie formada por fractura se obtuvo a partir de la pendiente y el módulo de elasticidad ultrasónico (E) de un haz de fibras de carbono. According to equation (1), the surface energy of the surface formed by fracture was obtained from the slope and the ultrasonic elastic modulus (E) of a carbon fiber beam.

< 6. Medición de ipa de haz de fibras de carbono > <6. Measurement of carbon fiber beam ipa>

Un valor de Ipa se midió mediante el siguiente método. Un electrolito se ajusta a pH 3 con una solución de ácido fosfórico acuosa al 5 % y se burbujeó con nitrógeno para eliminar el efecto de oxígeno disuelto. Una fibra de carbono de muestra se sumergió en el electrolito como uno de los electrodos, mientras que, un electrodo de platino que tiene un área superficial suficiente se usa como el otro electrodo. En el presente documento, como un electrodo de referencia, se empleó un electrodo de Ag / AgCl. Se formó una muestra de una cinta de filamentos continuos de 12000 filamentos que tiene una longitud de 50 mm. El potencial a aplicar entre el electrodo de fibra de carbono y el electrodo de platino varía de –0,2 V a partir de + 0,8 V y la velocidad de barrido del mismo se ajustó para que fuera de 2,0 mV / s. Se trazó una curva de corriente – voltaje mediante un dispositivo de registro X–Y. Después de que el barrido se realizara tres veces o más para obtener una curva estable, un valor de corriente i se leyó con un potencial de + 0,4 V aplicado al electrodo de referencia Ag / AgCl que se usó como un potencial de referencia, y se calculó un valor de ipa de acuerdo con la siguiente expresión (3). An Ipa value was measured by the following method. An electrolyte is adjusted to pH 3 with a 5% aqueous phosphoric acid solution and bubbled with nitrogen to eliminate the effect of dissolved oxygen. A sample carbon fiber was immersed in the electrolyte as one of the electrodes, while a platinum electrode having a sufficient surface area is used as the other electrode. In this document, as an reference electrode, an Ag / AgCl electrode was used. A sample of a 12000 filament continuous filament tape having a length of 50 mm was formed. The potential to be applied between the carbon fiber electrode and the platinum electrode varies from –0.2 V from + 0.8 V and its scanning speed was adjusted to be 2.0 mV / s . A current-voltage curve was drawn using an X-Y recording device. After the scan was performed three times or more to obtain a stable curve, a current value i was read with a potential of + 0.4 V applied to the Ag / AgCl reference electrode that was used as a reference potential, and a value of ipa was calculated according to the following expression (3).

ipa = 1 (μA) / longitud de muestra (cm)  { 4π  peso por unidad de área (g / cm)  ipa = 1 (μA) / sample length (cm)  {4π  weight per unit area (g / cm) 

número de filamentos / densidad (g / cm3) } ½ … (3) number of filaments / density (g / cm3)} ½… (3)

El área superficial aparente se calculó a partir de la longitud de muestra, la densidad de muestra que se obtiene mediante el método que se describe en la norma JIS R7601 y la masa por unidad de área. El valor de corriente i se dividió por el valor obtenido para obtener un valor de ipa. La medición se realizó mediante un analizador de voltametría cíclica de Tipo P–1100 fabricado por Yanagimoto Mfg. Co., Ltd. The apparent surface area was calculated from the sample length, the sample density obtained by the method described in JIS R7601 and the mass per unit area. The current value i was divided by the value obtained to obtain a value of ipa. The measurement was performed using a cyclic voltammetry analyzer Type P – 1100 manufactured by Yanagimoto Mfg. Co., Ltd.

< 7. Medición de cantidad de Si de haces de fibras de carbono > <7. Si quantity measurement of carbon fiber bundles>

Una muestra de un haz de fibras de carbono se colocó en un crisol de platino cuya tara era conocida y se calcificó en un horno de mufla de 600 a 700 ºC. La masa de la misma se midió para obtener el contenido en ceniza. Posteriormente, se añadió una cantidad previamente determinada de carbonato de sodio, y la mezcla se fundió mediante un quemador y se disolvió con agua desionizada en un matraz de poli medición de 50 ml. La muestra se midió por espectrometría de emisión de ICP para determinar la cantidad de Si. A sample of a bundle of carbon fibers was placed in a platinum crucible whose tare was known and calcified in a 600 to 700 ° C muffle furnace. Its mass was measured to obtain the ash content. Subsequently, a previously determined amount of sodium carbonate was added, and the mixture was melted by a burner and dissolved with deionized water in a 50 ml polymetering flask. The sample was measured by ICP emission spectrometry to determine the amount of Si.

(Ejemplos de producción 1 a 7 de haz de fibras de precursor) (Examples of production 1 to 7 of precursor fiber bundle)

Fibra de precursor (1) Precursor Fiber (1)

Un polímero a base de acrilonitrilo que contiene acrilonitrilo (un 98 % en masa) y ácido metacrílico (un 2 % en masa) se disolvió en dimetilformamida para preparar una masa hilable de un 23,5 % en masa. La masa hilable se eyectó a partir de una tobera de hilatura que tiene un diámetro de 0,15 mm con 2000 orificios de eyección dispuestos en su interior de una forma de tipo hilatura en seco – en húmedo. Para dar una explicación más específica, la masa hilable se eyectó al aire, se pasó a través de un espacio de aproximadamente 5 mm y, a continuación, se solidificó en un líquido coagulado cargado con una solución acuosa que contiene dimetil formamida al 79,0 % en masa y se controló a una temperatura de 10 ºC para obtener una fibra coagulada. Posteriormente, la fibra coagulada se estiró (1,1 veces) en el aire y se estiró (2,5 veces) en un tanque de estiramiento cargado con una solución acuosa que contiene dimetil formamida al 35 % en masa y se controló a 60 ºC. Después del proceso de estirado, el haz de fibras en el que se encontraba presente un disolvente se lavó con agua limpia y, a continuación, se estiró (1,4 veces) en agua caliente a 95 ºC. De forma secuencial, se unió al haz de fibras, una solución de aceite que contiene una silicona modificada con amino como un componente principal con el fin de aplicar un 1,1 % en masa, se secó y se densificó. Después de la etapa de secado y de densificación, el haz de fibras se estiró (2,6 veces) entre unos cilindros calentados para mejorar adicionalmente el grado de orientación y la densificación. Después de lo anterior, el haz se enrolló para obtener un haz de fibras de precursor a base de acrilonitrilo. El denier de la fibra fue de 0,77 dtex. An acrylonitrile-based polymer containing acrylonitrile (98% by mass) and methacrylic acid (2% by mass) was dissolved in dimethylformamide to prepare a 23.5% mass by mass. The spinning mass was ejected from a spinning nozzle having a diameter of 0.15 mm with 2000 ejection holes arranged therein in a dry-wet spinning type. To give a more specific explanation, the spinnable mass was ejected into the air, passed through a space of approximately 5 mm and then solidified in a coagulated liquid charged with an aqueous solution containing 79.0 dimethyl formamide. % by mass and monitored at a temperature of 10 ° C to obtain a coagulated fiber. Subsequently, the coagulated fiber was stretched (1.1 times) in the air and stretched (2.5 times) in a stretching tank loaded with an aqueous solution containing 35% dimethyl formamide by mass and controlled at 60 ° C . After the stretching process, the fiber bundle in which a solvent was present was washed with clean water and then stretched (1.4 times) in hot water at 95 ° C. Sequentially, an oil solution containing an amino modified silicone as a major component was applied to the fiber bundle in order to apply 1.1% by mass, dried and densified. After the drying and densification stage, the fiber bundle was stretched (2.6 times) between heated cylinders to further improve the degree of orientation and densification. After the above, the beam was rolled to obtain a bundle of acrylonitrile-based precursor fibers. The fiber denier was 0.77 dtex.

Fibra de precursor (2) Precursor Fiber (2)

El haz de fibras de precursor (2) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (1) excepto por que la relación de estiramiento antes del lavado con agua se ajustó para que fuera de 2,9 veces y la relación de estiramiento en agua caliente después del lavado se ajustó para que fuera de 1,2 veces. The precursor fiber bundle (2) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (1) except that the stretch ratio before washing with water was adjusted to be 2.9 times and the Stretch ratio in hot water after washing was adjusted to be 1.2 times.

Fibra de precursor (3) Precursor Fiber (3)

El haz de fibras de precursor (3) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (2) excepto por que el denier de la fibra de precursor se ajustó para que fuera de 0,67 dtex. The precursor fiber bundle (3) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (2) except that the denier of the precursor fiber was adjusted to be 0.67 dtex.

Fibra de precursor (4) Precursor Fiber (4)

El haz de fibras de precursor (4) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (2) excepto por que el denier de la fibra de precursor se ajustó para que fuera de 0,90 dtex. 5 Fibra de precursor (5) The precursor fiber bundle (4) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (2) except that the denier of the precursor fiber was adjusted to be 0.90 dtex. 5 Precursor fiber (5)

El haz de fibras de precursor (5) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (1) excepto por que la relación de estiramiento antes del lavado con agua se ajustó para que fuera de 4,1 veces, la 10 relación de estiramiento en agua caliente después del lavado se ajustó para que fuera de 0,9 veces y el estiramiento que se realizó entre unos cilindros calentados se ajustó para que fuera de 2,4 veces. The precursor fiber bundle (5) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (1) except that the stretching ratio before washing with water was adjusted to be 4.1 times, The stretching ratio in hot water after washing was adjusted to be 0.9 times and the stretching that was performed between heated cylinders was adjusted to be 2.4 times.

Fibra de precursor (6) Precursor Fiber (6)

15 El haz de fibras de precursor (6) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (1) excepto por que la relación de estiramiento antes del lavado con agua se ajustó para que fuera de 1,9 veces y la relación de estiramiento en agua caliente después del lavado se ajustó para que fuera de 2,0 veces. The precursor fiber bundle (6) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (1) except that the stretch ratio before washing with water was adjusted to be 1.9 times and The stretching ratio in hot water after washing was adjusted to be 2.0 times.

Fibra de precursor (7) Precursor Fiber (7)

20 El haz de fibras de precursor (7) se obtuvo bajo las mismas condiciones que en el haz de fibras de precursor (2) excepto por que el denier de la fibra de precursor se ajustó para que fuera de 1,0 dtex. Las condiciones de fabricación para los haces de fibras de precursor (1) a (7) se muestran en la tabla 1. The precursor fiber bundle (7) was obtained under the same conditions as in the precursor fiber bundle (2) except that the denier of the precursor fiber was adjusted to be 1.0 dtex. The manufacturing conditions for the precursor fiber bundles (1) to (7) are shown in Table 1.

(Ejemplos 1 a 7, Ejemplos comparativos 1 a 4) (Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 4)

(Preparación de haz de fibras de carbono) (Preparation of carbon fiber beam)

Una pluralidad de haces de fibras de precursor (1), (2), (3), (4), (5), (6) o (7) se dispusieron en paralelo y se introdujeron en un horno para la estabilización. Se pulverizó aire calentado a de 220 a 280 ºC hacia los haces de fibras de precursor para realizar un tratamiento de estabilización. De esta forma, se obtuvieron unos haces de fibras estabilizadas que tienen una densidad de 1,345 g / cm3. La tasa de extensión se ajustó para que fuera de un 6 % y el tiempo de tratamiento de estabilización fue de 70 minutos. A plurality of precursor fiber bundles (1), (2), (3), (4), (5), (6) or (7) were arranged in parallel and placed in a furnace for stabilization. Heated air at 220 to 280 ° C was sprayed into the precursor fiber bundles to perform a stabilization treatment. In this way, stabilized fiber bundles having a density of 1,345 g / cm3 were obtained. The extension rate was adjusted to be 6% and the stabilization treatment time was 70 minutes.

A continuación, los haces de fibras estabilizadas se pasaron a través de un primer horno de carbonización que tiene un gradiente de temperatura de 300 a 700 ºC en nitrógeno mientras que la tasa de extensión se aumentó en un 4,5 %. El gradiente de temperatura se ajustó con el fin de cambiar de forma lineal. El tiempo de tratamiento fue de 2,0 minutos. Además, se realizó un tratamiento térmico usando un segundo horno de carbonización que tiene una atmósfera de nitrógeno en la que el gradiente de temperatura de 1000 a 1600 ºC podría ajustarse, a las temperaturas previamente determinadas que se muestran en la tabla 2 o la tabla 3. Posteriormente, se realizó un tratamiento térmico usando un tercer horno de carbonización que tiene una atmósfera de nitrógeno en la que el gradiente de temperatura de 1200 a 2400 ºC podría ajustarse, a las temperaturas previamente determinadas que se muestran en la tabla 2 o la tabla 3 para obtener haces de fibras de carbono. La tasa de extensión total de los haces de fibras a través de los tratamientos en el segundo horno de carbonización y el tercer horno de carbonización fue de un –4,0 %, y el tiempo de tratamiento en total se ajustó para que fuera de 3,5 minutos. Posteriormente, los haces de fibras se alimentaron a una solución de bicarbonato de amonio acuoso al 10 % en masa. Se suministró corriente entre un haz de fibras de carbono que sirve como un ánodo y un contrapolo con el fin de obtener una cantidad de electricidad de 40 culombios por fibra de carbono (1 g) que va a tratarse. A continuación, los haces de fibras se lavaron con agua caliente a 90 ºC y se secaron. A continuación, se unió Hydran N320 (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como “ agente de encolado 1 ”) sobre los haces de fibras en la cantidad de un 0,5 % en masa y se enrolló mediante una bobina para obtener un haz de fibras de carbono. Next, the stabilized fiber bundles were passed through a first carbonization furnace having a temperature gradient of 300 to 700 ° C in nitrogen while the extension rate was increased by 4.5%. The temperature gradient was adjusted in order to change linearly. The treatment time was 2.0 minutes. In addition, a heat treatment was performed using a second carbonization furnace having a nitrogen atmosphere in which the temperature gradient of 1000 to 1600 ° C could be adjusted, to the previously determined temperatures shown in Table 2 or Table 3. Subsequently, a heat treatment was performed using a third carbonization furnace that has a nitrogen atmosphere in which the temperature gradient of 1200 to 2400 ° C could be adjusted, to the previously determined temperatures shown in table 2 or table 3 to obtain beams of carbon fibers. The total extension rate of the fiber bundles through the treatments in the second carbonization furnace and the third carbonization furnace was -4.0%, and the total treatment time was adjusted to be 3 ,5 minutes. Subsequently, the fiber bundles were fed into a 10% mass aqueous ammonium bicarbonate solution. Current was supplied between a bundle of carbon fibers that serves as an anode and a counterpolar in order to obtain an amount of electricity of 40 coulombs per carbon fiber (1 g) to be treated. Next, the fiber bundles were washed with hot water at 90 ° C and dried. Next, Hydran N320 (referred to hereinafter as "sizing agent 1") was attached to the fiber bundles in the amount of 0.5% by mass and rolled up by means of a coil to obtain a beam of carbon fibers.

(Preparación de preimpregnado unidireccional) (Preparation of unidirectional prepreg)

Sobre un papel de liberación de molde revestido con resina epoxídica Nº 410 (que puede usarse a 180 ºC) [fabricada por Mitsubishi Rayon Co., Ltd.] en la fase B, se dispusieron en paralelo 156 haces de fibras de carbono liberados de una bobina y se pasaron a través de un rodillo de compresión en caliente. De esta forma, los haces de fibras de carbono se impregnaron con resina epoxídica. Una película protectora se laminó sobre los haces resultantes para preparar un preimpregnado dispuesto de forma unidireccional (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como un “ preimpregnado de UD ”) que tiene un contenido en resina de aproximadamente un 33 % en masa, una masa de fibra de carbono por unidad de área de 125 g / m2 y una anchura de 500 mm. On a mold release paper coated with epoxy resin No. 410 (which can be used at 180 ° C) [manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.] in phase B, 156 bundles of carbon fibers released from one coil and passed through a hot compression roller. In this way, the carbon fiber bundles were impregnated with epoxy resin. A protective film was laminated on the resulting beams to prepare a prepreg arranged unidirectionally (referred to hereinafter as a "prepreg of UD") having a resin content of approximately 33% in mass, a mass of carbon fiber per unit area of 125 g / m2 and a width of 500 mm.

(Moldeo de un tablero de material laminado y evaluación del rendimiento mecánico) (Molding of a laminate board and evaluation of mechanical performance)

Un tablero de material laminado se preparó mediante el uso del preimpregnado de UD y la resistencia a la tracción del tablero de material laminado con un ángulo de 0º se evaluó mediante el método de evaluación de acuerdo con la norma ASTM D3039. Las condiciones de fabricación para un haz de fibras de carbono y los resultados de la evaluación se muestran en la tabla 2 y la tabla 3. Obsérvese que se confirmó que, en cualquiera de los ejemplos, una fibra individual no tiene una estructura superficial no uniforme que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de una fibra sino que tiene una estructura no uniforme microscópica que tiene una longitud de 300 nm o menos. A laminated material board was prepared by using the prepreg of UD and the tensile strength of the laminated material board with an angle of 0 ° was evaluated by the evaluation method in accordance with ASTM D3039. The manufacturing conditions for a carbon fiber beam and the evaluation results are shown in Table 2 and Table 3. Note that it was confirmed that, in any of the examples, an individual fiber does not have a non-uniform surface structure. having a length of 0.6 µm or more and extending in the longitudinal direction of a fiber but having a microscopic non-uniform structure that is 300 nm or less in length.

[Tabla 2] [Table 2]

(Ejemplo de producción 8 de haz de fibras de precursor) (Production example 8 of precursor fiber bundle)

Una masa hilable, que se preparó de la misma forma que en el ejemplo de producción 1, se eyectó a partir de una tobera de hilatura que tiene un diámetro de 0,13 mm con 2000 orificios de eyección dispuestos en su interior de una 5 forma de tipo hilatura en seco – en húmedo. Para dar una explicación más específica, la masa hilable se eyectó al aire, se pasó a través de un espacio de aproximadamente 5 mm y, a continuación, se solidificó en un líquido coagulado cargado con una solución acuosa que contiene dimetil formamida al 77,0 % en masa y se controló a una temperatura de 5 ºC para obtener una fibra coagulada. Posteriormente, la fibra coagulada se estiró (1,3 veces) en el aire y se estiró (2,0 veces) en un tanque de estiramiento cargado con una solución acuosa controlada a 60 ºC. 10 Después del proceso de estirado, el haz de fibras en el que se encontraba presente un disolvente se lavó con agua limpia y, a continuación, se estiró (2,0 veces) en agua caliente a 95 ºC. De forma secuencial, al haz de fibras, se unió una solución de aceite que contiene una silicona modificada con amino como un componente principal, con el fin de aplicar un 1,0 % en masa, se secó y se densificó. Después de la etapa de secado y de densificación, el haz de fibras se estiró (1,9 veces) entre unos cilindros calentados para mejorar adicionalmente el grado de orientación y la A spinning mass, which was prepared in the same way as in production example 1, was ejected from a spinning nozzle having a diameter of 0.13 mm with 2000 ejection holes arranged therein in a 5 Dry spinning type - wet. To give a more specific explanation, the spinnable mass was ejected into the air, passed through a space of approximately 5 mm and then solidified in a coagulated liquid charged with an aqueous solution containing 77.0 dimethyl formamide. % by mass and monitored at a temperature of 5 ° C to obtain a coagulated fiber. Subsequently, the coagulated fiber was stretched (1.3 times) in the air and stretched (2.0 times) in a stretching tank loaded with a controlled aqueous solution at 60 ° C. After the stretching process, the fiber bundle in which a solvent was present was washed with clean water and then stretched (2.0 times) in hot water at 95 ° C. Sequentially, to the fiber bundle, an oil solution containing an amino-modified silicone as a main component was attached, in order to apply 1.0% by mass, dried and densified. After the drying and densification stage, the fiber bundle was stretched (1.9 times) between heated cylinders to further improve the degree of orientation and

15 densificación. Después de lo anterior, el haz se enrolló para obtener el haz de fibras de precursor. El denier de la fibra fue de 0,77 dtex. 15 densification. After the above, the beam was rolled to obtain the precursor fiber bundle. The fiber denier was 0.77 dtex.

(Ejemplo 8) (Example 8)

20 Un haz de fibras de carbono se preparó bajo las mismas condiciones de carbonización que en el ejemplo 5 excepto por que no se usó el tercer horno de carbonización. Además, un tablero de material laminado se preparó de la misma forma y el rendimiento mecánico se evaluó para obtener los resultados que se muestran en la tabla 2. Obsérvese que se confirmó que la fibra individual no tiene estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra y tiene una estructura A carbon fiber bundle was prepared under the same carbonization conditions as in Example 5 except that the third carbonization furnace was not used. In addition, a laminate board was prepared in the same way and the mechanical performance was evaluated to obtain the results shown in Table 2. Note that it was confirmed that the individual fiber has no non-uniform surface structure of any length having a length 0.6 µm or more and that extends in the longitudinal direction of the fiber and has a structure

25 microscópica no uniforme que tiene una longitud de 300 nm o menos. 25 microscopic non-uniform having a length of 300 nm or less.

(Ejemplos 9 a 11, Ejemplos comparativos 6 a 8) (Examples 9 to 11, Comparative Examples 6 to 8)

Se obtuvieron haces de fibras de carbono de la misma forma que en el ejemplo 2 excepto por que se cambiaron las Beams of carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 2 except that the

30 condiciones de carbonización. Los resultados de la evaluación se muestran en la tabla 4. Obsérvese que, en uno cualquiera de los ejemplos, se confirmó que la fibra individual no tiene estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra y tiene una estructura microscópica no uniforme que tiene una longitud de 300 nm o menos. 30 carbonization conditions. The results of the evaluation are shown in Table 4. Note that, in any one of the examples, it was confirmed that the individual fiber does not have any non-uniform surface structure that is 0.6 µm or more in length and extends in the longitudinal direction of the fiber and has a non-uniform microscopic structure that is 300 nm or less in length.

35 [Tabla 4] 35 [Table 4]

(Ejemplos 12 y 13) (Examples 12 and 13)

Se obtuvieron haces de fibras de carbono de la misma forma que en el ejemplo 5 excepto por que se cambiaron las condiciones de tratamiento superficial. Los resultados de la evaluación se muestran en la tabla 5. Obsérvese que, en cualquiera de los ejemplos, se confirmó que la fibra individual no tiene estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra y tiene una estructura microscópica no uniforme que tiene una longitud de 300 nm o menos. Beams of carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 5 except that the surface treatment conditions were changed. The results of the evaluation are shown in Table 5. Note that, in any of the examples, it was confirmed that the individual fiber does not have any non-uniform surface structure that is 0.6 µm or more in length and extends in the longitudinal direction of the fiber and has a non-uniform microscopic structure that is 300 nm or less in length.

(Ejemplos 14 a 16) (Examples 14 to 16)

Se obtuvieron haces de fibras de carbono de la misma forma que en el ejemplo 5 excepto por que se cambiaron los tipos y cantidades vinculadas de agentes de encolado. Los resultados de la evaluación se muestran en la tabla 5. Obsérvese que en uno cualquiera de los ejemplos, se confirmó que la fibra individual no tiene estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra y tiene una estructura microscópica no uniforme que tiene una longitud de 300 nm o menos. Obsérvese que, el agente de encolado 2, el agente de encolado 3 y el agente de encolado 4 se prepararon tal como sigue: Beams of carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 5 except that the linked types and amounts of sizing agents were changed. The results of the evaluation are shown in Table 5. Note that in any one of the examples, it was confirmed that the individual fiber does not have any non-uniform surface structure that is 0.6 µm or more in length and extends in the longitudinal direction of the fiber and has a non-uniform microscopic structure that is 300 nm or less in length. Note that, the sizing agent 2, the sizing agent 3 and the sizing agent 4 were prepared as follows:

(Agente de encolado 2) (Sizing agent 2)

Se mezclaron “ Epicoat 828 ” (80 partes en masa) fabricada por Japan Epoxy Resins Co., Ltd. como un agente principal y “ Pluronic F88 ” (20 partes en masa) fabricada por ADEKA Corporation como un emulsionante para obtener una dispersión acuosa mediante emulsión de transferencia de fase. “Epicoat 828” (80 parts by mass) manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd. was mixed as a main agent and “Pluronic F88” (20 parts by mass) manufactured by ADEKA Corporation as an emulsifier to obtain an aqueous dispersion by phase transfer emulsion.

(Agente de encolado 3) (Sizing agent 3)

En un matraz, se colocaron poliol (3,2 moles) que consiste en 1,8 moles de un producto de adición de bisfenol A con 8 moles de óxido de propileno, 0,8 moles de trimetilolpropano y 0,6 moles de ácido dimetilolpropionico. Además, se añadieron 0,5 g de 2,6–di(t–butil) 4–metilfenol (BHT) como un inhibidor de reacción y 0,2 g de dilaurato de dibutilestaño como un catalizador de reacción y se agitó hasta que se obtuvo una mezcla homogénea. En el presente documento, si es necesario, se añadió metil etil cetona como un moderador de la viscosidad. A la mezcla disuelta de forma homogénea, se añadió metaxileno diisocianato (3,4 moles) gota a gota y la polimerización de un prepolímero de uretano se realizó a la vez que se agitaba a una temperatura de reacción de 50 ºC durante un tiempo de reacción de 2 horas. A continuación, se añadió Epicoat 834 (fabricada por JER) (0,25 moles) y se hizo que reaccionara con un grupo isocianato en un extremo del prepolímero de uretano para obtener una resina de uretano modificada con epoxi. Se mezclaron la resina de uretano modificada con epoxi (90 partes en masa) y “ Pluronic F88 ” (10 partes en masa) fabricada por ADEKA Corporation como un emulsionante para preparar una dispersión acuosa. In a flask, polyol (3.2 moles) consisting of 1.8 moles of a bisphenol A addition product with 8 moles of propylene oxide, 0.8 moles of trimethylolpropane and 0.6 moles of dimethylolpropionic acid were placed . In addition, 0.5 g of 2,6-di (t-butyl) 4-methylphenol (BHT) was added as a reaction inhibitor and 0.2 g of dibutyltin dilaurate as a reaction catalyst and stirred until it was obtained a homogeneous mixture. Here, if necessary, methyl ethyl ketone was added as a viscosity moderator. To the homogeneously dissolved mixture, methaxylene diisocyanate (3.4 mol) was added dropwise and polymerization of a urethane prepolymer was carried out while stirring at a reaction temperature of 50 ° C for a reaction time 2 hours Next, Epicoat 834 (manufactured by JER) (0.25 mol) was added and reacted with an isocyanate group at one end of the urethane prepolymer to obtain an epoxy modified urethane resin. The epoxy modified urethane resin (90 parts by mass) and "Pluronic F88" (10 parts by mass) manufactured by ADEKA Corporation were mixed as an emulsifier to prepare an aqueous dispersion.

(Agente de encolado 4) (Sizing agent 4)

En un matraz, se colocaron polietilenglicol 400 (2,5 moles) y Epicoat 834 (fabricada por JER) (0,7 moles) y se añadieron además 2,6–di(t–butil) 4–metilfenol (BHT) (0,25 g) como un inhibidor de reacción, y dilaurato de dibutilestaño (0,1 g) como un catalizador de reacción. La mezcla se agitó hasta que esta se volvió homogénea. En el presente documento, si es necesario, se añadió metil etil cetona como un moderador de la viscosidad. A la mezcla disuelta de forma homogénea, se añadió gota a gota un metaxileno diisocianato (2,7 moles). La reacción se realizó a una temperatura de 40 ºC durante 2 horas a la vez que se agitaba para obtener una resina de uretano modificada con epoxi. Se mezclaron la resina de uretano modificada con epoxi (80 partes en masa) y Pluronic F88 (20 partes en masa) fabricada por ADEKA Corporation como un emulsionante para preparar una dispersión acuosa. In a flask, polyethylene glycol 400 (2.5 moles) and Epicoat 834 (manufactured by JER) (0.7 moles) were placed and 2,6-di (t-butyl) 4-methylphenol (BHT) (0 , 25 g) as a reaction inhibitor, and dibutyltin dilaurate (0.1 g) as a reaction catalyst. The mixture was stirred until it became homogeneous. Here, if necessary, methyl ethyl ketone was added as a viscosity moderator. To the homogeneously dissolved mixture, a methaxylene diisocyanate (2.7 mol) was added dropwise. The reaction was carried out at a temperature of 40 ° C for 2 hours while stirring to obtain an epoxy modified urethane resin. The epoxy modified urethane resin (80 parts by mass) and Pluronic F88 (20 parts by mass) manufactured by ADEKA Corporation were mixed as an emulsifier to prepare an aqueous dispersion.

[Tabla 5] [Table 5]

Susceptibilidad de aplicación industrial Susceptibility of industrial application

El haz de fibras de carbono de la presente invención puede usarse como un material de construcción para aviones y cuerpos que se mueven a alta velocidad. The carbon fiber beam of the present invention can be used as a building material for airplanes and bodies moving at high speed.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. one.
Un haz de fibras de carbono formado de fibra de carbono individual: no teniendo cada fibra de carbono individual estructura superficial no uniforme alguna que tenga una longitud de 0,6 µm o más y que se extienda en la dirección longitudinal de la fibra individual, teniendo cada fibra de carbono individual una estructura no uniforme en la que la diferencia en altura (Rp – v) entre una porción lo más alta y una porción lo más baja de la superficie de la fibra individual es de 5 a 25 nm, y en la que una rugosidad promedio Ra es de 2 a 6 nm, y cada una de las cuales tiene una relación de 1,00 a 1,01 de un eje mayor con respecto a un eje menor (eje mayor / eje menor) de una sección transversal de la fibra individual; en el que una masa de la fibra individual por unidad de longitud cae dentro del intervalo de 0,030 a 0,042 mg / m; una resistencia de cabo medida de acuerdo con la norma JIS R7601 es de 5900 MPa o más; un módulo de elasticidad de cabo medido mediante el método de ASTM es de 250 a 380 GPa; y una tenacidad de nudo es de 900 N / mm2 o más. A bundle of carbon fibers formed of individual carbon fiber: each individual carbon fiber not having any non-uniform surface structure having a length of 0.6 µm or more and extending in the longitudinal direction of the individual fiber, having each individual carbon fiber a non-uniform structure in which the difference in height (Rp - v) between a portion that is the highest and a portion that is the lowest of the surface of the individual fiber is 5 to 25 nm, and in the that an average roughness Ra is from 2 to 6 nm, and each of which has a ratio of 1.00 to 1.01 of a major axis with respect to a minor axis (major axis / minor axis) of a cross section of the individual fiber; wherein a mass of the individual fiber per unit length falls within the range of 0.030 to 0.042 mg / m; a measured resistance according to JIS R7601 is 5900 MPa or more; a modulus of elasticity of rope measured by the ASTM method is 250 to 380 GPa; and a knot toughness is 900 N / mm2 or more.
2. 2.
Un haz de fibras de carbono de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura no uniforme tiene una longitud de 300 nm o menos. A bundle of carbon fibers according to claim 1, wherein the non-uniform structure is 300 nm or less in length.
3. 3.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que un defecto semiesférico que tiene un tamaño dentro de un intervalo previamente determinado se forma sobre una superficie de fibra individual mediante un láser, la fibra se rompe en el sitio defectuoso semiesférico mediante una prueba de tracción, y la “ energía superficial de la superficie formada por fractura ” que se obtiene a partir de la resistencia a la rotura de la fibra y el tamaño del defecto semiesférico de acuerdo con la ecuación de Griffith (1) es de 30 N / m o más, en la que σ es una resistencia a la rotura; E es un módulo de elasticidad ultrasónico de un haz de fibras de carbono; y C es un tamaño de un defecto semiesférico. The carbon fiber beam according to claim 1 or 2, wherein a hemispherical defect having a size within a previously determined range is formed on a single fiber surface by means of a laser, the fiber is broken at the site hemispherical defect by means of a tensile test, and the “surface energy of the surface formed by fracture” that is obtained from the resistance to breakage of the fiber and the size of the hemispherical defect according to the Griffith equation (1) it is 30 N / m or more, where σ is a breaking strength; E is a module of ultrasonic elasticity of a bundle of carbon fibers; and C is a size of a hemispherical defect.
σ = ( 2E / πC ) 1/2  (energía superficial de la superficie formada por fractura) 1/2 … (1) σ = (2E / πC) 1/2  (surface surface energy formed by fracture) 1/2… (1)
4. Four.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que un valor de ipa que se obtiene mediante un método de medición electroquímica (voltametría cíclica) es de 0,05 a 0,25 µA / cm2, y una cantidad de un grupo funcional que contiene oxígeno (O1S / C1S) en una superficie de fibra de carbono que se obtiene por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X cae dentro del intervalo de 0,05 a 0,15. The carbon fiber beam according to any one of claims 1 to 3, wherein an ipa value that is obtained by an electrochemical measurement method (cyclic voltammetry) is 0.05 to 0.25 µA / cm2, and an amount of an oxygen-containing functional group (O1S / C1S) on a carbon fiber surface that is obtained by X-ray photoelectronic spectroscopy falls within the range of 0.05 to 0.15.
5. 5.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una cantidad de Si medida por espectrometría de emisión de ICP es de 200 ppm o menos. The carbon fiber beam according to any one of claims 1 to 4, wherein an amount of Si measured by ICP emission spectrometry is 200 ppm or less.
6. 6.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, encolado mediante una composición de agente de encolado que comprende una resina epoxídica modificada con uretano, que es un producto de reacción de (a) una resina epoxídica que tiene un grupo hidroxi, (b) un compuesto de polihidroxi y (c) un diisocianato que contiene un anillo aromático, o encolado mediante una composición de agente de encolado que comprende una mezcla de la resina epoxídica modificada con uretano y (a) una resina epoxídica que tiene un grupo hidroxi y / o (d) una resina epoxídica que no tiene grupo hidroxi alguno. The carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 5, glued by a sizing agent composition comprising a urethane modified epoxy resin, which is a reaction product of (a) an epoxy resin having a hydroxy group, (b) a polyhydroxy compound and (c) a diisocyanate containing an aromatic ring, or glued by a sizing agent composition comprising a mixture of the urethane modified epoxy resin and (a) an epoxy resin which it has a hydroxy group and / or (d) an epoxy resin that has no hydroxy group.
7. 7.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con la reivindicación 6, en el que (a) la resina epoxídica que tiene un grupo hidroxi es una resina epoxídica de tipo bisfenol. The carbon fiber bundle according to claim 6, wherein (a) the epoxy resin having a hydroxy group is a bisphenol-type epoxy resin.
8. 8.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que (b) el compuesto de polihidroxi es uno cualquiera de entre un producto de adición de un bisfenol A con un óxido de alquileno, un compuesto de polihidroxi alifático y un compuesto de polihidroxi monocarboxi o una mezcla de los mismos. The carbon fiber bundle according to claim 6 or 7, wherein (b) the polyhydroxy compound is any one of an addition product of a bisphenol A with an alkylene oxide, an aliphatic polyhydroxy compound and a monocarboxy polyhydroxy compound or a mixture thereof.
9. 9.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que (c) el diisocianato que contiene un anillo aromático es tolueno diisocianato o xileno diisocianato. The carbon fiber bundle according to any one of claims 6 to 8, wherein (c) the diisocyanate containing an aromatic ring is toluene diisocyanate or xylene diisocyanate.
10. 10.
El haz de fibras de carbono de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que un contenido total de metales incluyendo un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, zinc, hierro y aluminio es de 50 ppm o menos. The carbon fiber beam according to any one of claims 1 to 9, wherein a total metal content including an alkali metal, an alkaline earth metal, zinc, iron and aluminum is 50 ppm or less.
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