JP2000355884A - Sizing agent for carbon fiber, sizing agent solution for carbon fiber, carbon fiber, carbon fiber sheetlike material using the carbon fiber and carbon fiber- reinforced resin composition - Google Patents

Sizing agent for carbon fiber, sizing agent solution for carbon fiber, carbon fiber, carbon fiber sheetlike material using the carbon fiber and carbon fiber- reinforced resin composition

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JP2000355884A
JP2000355884A JP11170299A JP17029999A JP2000355884A JP 2000355884 A JP2000355884 A JP 2000355884A JP 11170299 A JP11170299 A JP 11170299A JP 17029999 A JP17029999 A JP 17029999A JP 2000355884 A JP2000355884 A JP 2000355884A
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carbon
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resin
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直樹 杉浦
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政之 福元
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a carbon fiber having excellent resin impregnation not only into an epoxy resin but also into a radical polymerization-based resin by imparting a compound containing a specific functional group and an epoxy group as a sizing agent to a carbon fiber and a carbon fiber reinforced resin composition by using the carbon fiber as a reinforcing fiber. SOLUTION: A compound containing a functional group of formula I (R is H or an alkyl) and an epoxy group of formula II, preferably a glycidyl group at the molecular main chain ends, respectively is dispersed into water to give a sizing agent solution. A carbon fiber is coated with 0.1-5 wt.% of the sizing agent solution and sized. The sized carbon fiber is arranged in one direction to give a sheetlike material, which is subjected to heat fusion treatment with a heat fusing fiber at fixed intervals in the direction perpendicular to the arrangement direction. Otherwise, a heat fusing fiber cloth is laminated and heat fused to at least one side of the sheetlike material to give the objective carbon fiber sheetlike material for a carbon fiber reinforced resin composition.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維シート状
物ないし炭素繊維強化樹脂組成物、およびそれらに用い
られる炭素繊維、さらにそのサイジング剤およびサイジ
ング溶液に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber sheet or carbon fiber reinforced resin composition, a carbon fiber used for the same, and a sizing agent and a sizing solution thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、繊維強化複合材料の一つに炭
素繊維と樹脂からなる炭素繊維強化樹脂組成物がある。
炭素繊維強化樹脂組成物を構成するマトリックス樹脂と
しては、一般的に広く使用されているエポキシ樹脂の
他、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ア
クリル樹脂等のラジカル重合系樹脂など種々の樹脂が用
いられている。一方、この炭素繊維樹脂に使用されてい
る炭素繊維は、化学組成の大部分(90%以上)が炭素
よりなる繊維であり、再生セルロース、ポリアクリロニ
トリル(PAN)、ピッチなどから得られ、高強度炭素
繊維、高弾性炭素繊維などに区別される。この炭素繊維
は、軽量で、比強度および比弾性率に対して特に優れた
性質を有している。加えて、耐熱性、耐薬品性にも優れ
ていることなどから、強化剤として有効であり、広範囲
に用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of fiber reinforced composite materials, there is a carbon fiber reinforced resin composition composed of carbon fiber and resin.
As the matrix resin constituting the carbon fiber reinforced resin composition, various resins such as radically polymerizable resins such as an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, and an acrylic resin are used in addition to an epoxy resin generally widely used. Have been. On the other hand, the carbon fiber used in this carbon fiber resin is a fiber whose most chemical composition (90% or more) is made of carbon, and is obtained from regenerated cellulose, polyacrylonitrile (PAN), pitch, etc., and has a high strength. It is classified into carbon fiber, high elastic carbon fiber and the like. This carbon fiber is lightweight and has particularly excellent properties with respect to specific strength and specific elastic modulus. In addition, since it has excellent heat resistance and chemical resistance, it is effective as a reinforcing agent and is widely used.

【0003】しかしながら、この炭素繊維は、伸度が小
さく脆い材料であるため、その使用に際し、機械的な摩
擦などによって毳起ちやすいという不都合がある。ま
た、炭素繊維は、一般にマトリックス樹脂に対する接着
性に乏しいため、これを使用した炭素繊維強化樹脂組成
物において、炭素繊維の有する優れた性質を十分に発揮
させることが困難であるという不都合が生じる。これら
の不都合を軽減するため、従来から炭素繊維に対してサ
イジング剤による処理が施されている。炭素繊維用サイ
ジング剤は、炭素繊維の取扱性を向上させるために、ま
た、マトリックス樹脂に対する接着性を向上させて、炭
素繊維強化樹脂の性質を向上させるために使用されるも
ので、マトリックス樹脂と炭素繊維の含浸性を向上させ
る、接着性を向上させるなどの性能を有している。この
ような炭素繊維に使用されるサイジング剤として、例え
ば、ポリグリシジルエーテル類などを用いるもの(参
照:特公昭57−15229号公報等)(以下、「サイ
ジング剤1」と略記する)や、分子内に少なくとも三つ
のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、ビニル基含有
カルボン酸との反応生成物を主成分とするもの(参照:
特開昭55−84476号公報等)(以下、「サイジン
グ剤2」と略記する)などの種々のものが提案されてい
る。上記サイジング剤1は、その使用に際し、優れた含
浸性や界面接着力などの利点を有している。サイジング
剤2は、マトリックス樹脂、特に不飽和ポリエステル樹
脂との接着性を向上させることができ、また、エポキシ
樹脂をマトリックス樹脂として用いた場合に硬化条件変
動による炭素繊維強化樹脂組成物の物性が変動するとい
う従来からの懸念を低減できる優れたサイジング剤であ
る。
[0003] However, this carbon fiber is a brittle material having a low elongation, and thus has a disadvantage in that, when used, the carbon fiber is liable to bevel due to mechanical friction or the like. In addition, since carbon fibers generally have poor adhesion to a matrix resin, there is a disadvantage that it is difficult to sufficiently exhibit the excellent properties of carbon fibers in a carbon fiber reinforced resin composition using the same. In order to reduce these inconveniences, carbon fibers have been conventionally treated with a sizing agent. The sizing agent for carbon fiber is used to improve the handleability of the carbon fiber, and also to improve the adhesiveness to the matrix resin and to improve the properties of the carbon fiber reinforced resin. It has properties such as improving the impregnation of carbon fibers and improving the adhesiveness. As a sizing agent used for such a carbon fiber, for example, one using polyglycidyl ethers or the like (see Japanese Patent Publication No. 57-15229) (hereinafter abbreviated as “sizing agent 1”), molecular Having, as a main component, a reaction product of an epoxy compound having at least three epoxy groups therein and a vinyl group-containing carboxylic acid (see:
Various types have been proposed such as JP-A-55-84476 (hereinafter abbreviated as "sizing agent 2"). The sizing agent 1 has advantages such as excellent impregnation and interfacial adhesive strength when used. The sizing agent 2 can improve the adhesiveness with a matrix resin, especially an unsaturated polyester resin, and when the epoxy resin is used as the matrix resin, the physical properties of the carbon fiber reinforced resin composition fluctuate due to fluctuations in curing conditions. It is an excellent sizing agent that can reduce the conventional concern of sizing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サイジ
ング剤1では、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステ
ル樹脂、アクリル樹脂などのラジカル重合系樹脂に対す
る接着性は十分ではなく、それらの樹脂をマトリックス
樹脂とする炭素繊維強化樹脂組成物に使用するには不適
当である。サイジング剤2は、分子内にエポキシ基とビ
ニル基が必ず一つ以上有していない場合があること、こ
れらの官能基が主鎮末端と分枝支鎖末端のいずれかに存
在する可能性があり、しかも分子としての嵩高さが大き
く、また炭素繊維とマトリックス樹脂界面層に架橋網を
形成し易いなど、安定した物性の発現が望めないなどの
おそれがあった。
However, the sizing agent 1 does not have sufficient adhesiveness to radically polymerizable resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and acrylic resins, and carbon fibers using these resins as matrix resins are not sufficient. It is unsuitable for use in fiber reinforced resin compositions. The sizing agent 2 may not always have one or more epoxy groups and vinyl groups in the molecule, and there is a possibility that these functional groups may be present at either the main terminal or the branched terminal. In addition, there is a risk that stable physical properties cannot be expected, such as the bulkiness as a molecule is large, and a crosslinked network is easily formed between the carbon fiber and the matrix resin interface layer.

【0005】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、エポキシ樹脂だけでなく、特に、アクリル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂など
のラジカル重合系樹脂との樹脂含浸性が良く、また、こ
れらの樹脂と炭素繊維との接着力に優れ、さらに、安定
した物性改善効果が得られる炭素繊維、炭素繊維シート
状物ならびにこの炭素繊維を強化材料とした炭素繊維強
化樹脂組成物、その為の炭素繊維用サイジング剤等を提
供するものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a good resin impregnating property not only with an epoxy resin but also with a radical polymerizable resin such as an acrylic resin, an unsaturated polyester resin and a vinyl ester resin. In addition, the carbon fiber, carbon fiber sheet-like material and carbon fiber reinforced resin composition using the carbon fiber as a reinforcing material, which are excellent in the adhesive strength between these resins and carbon fiber, and furthermore, provide a stable property improving effect, A sizing agent for carbon fibers and the like are provided for that purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の炭素繊維用サイ
ジング剤は、下記一般式(1)で示される官能基と一般
式(2)で示されるエポキシ基とを有する化合物を含有
することを特徴とするものである。
The sizing agent for carbon fibers of the present invention comprises a compound having a functional group represented by the following general formula (1) and an epoxy group represented by the following general formula (2). It is a feature.

【化3】 (一般式(1)中、Rは水素原子またはアルキル基であ
る。) ここで、その化合物は、一般式(1)で示される官能基
と一般式(2)で示されるエポキシ基とをそれぞれ1つ
づつ有し、これらの官能基がそれぞれ主鎖片末端に位置
するものが望ましい。さらに、エポキシ基としては、下
記一般式(3)で示されるグリシジル基であることが望
ましい。
Embedded image (In the general formula (1), R is a hydrogen atom or an alkyl group.) Here, the compound has a functional group represented by the general formula (1) and an epoxy group represented by the general formula (2). It is desirable to have one by one, and each of these functional groups is located at one end of the main chain. Further, the epoxy group is preferably a glycidyl group represented by the following general formula (3).

【化4】 Embedded image

【0007】本発明の炭素繊維は、上述した炭素繊維用
サイジング剤が付着していることを特徴とするものであ
る。炭素繊維用サイジング剤の付着量としては、0.1
から5重量%の範囲であることが望ましい。本発明に係
る炭素繊維用サイジング剤溶液は、上述した炭素繊維用
サイジング剤が水溶液中に分散してなることを特徴とす
るものである。本発明の炭素繊維シート状物は、上記炭
素繊維を用いてなるものである。炭素繊維シート状物と
しては、炭素繊維が一方向に引き揃えられているものが
望ましい。炭素繊維シート状物としては、その少なくと
も一方の面に、前記一方向に引き揃えられている炭素繊
維に対して直行する方向に沿って、熱融着性繊維が所定
間隔で配列し、熱融着されているもの、または、その少
なくとも一方の面に、熱融着性繊維布が熱融着している
ものが好適である。
The carbon fiber of the present invention is characterized in that the above-mentioned sizing agent for carbon fiber is adhered thereto. The amount of the carbon fiber sizing agent attached is 0.1
To 5% by weight. The sizing agent solution for carbon fibers according to the present invention is characterized in that the sizing agent for carbon fibers described above is dispersed in an aqueous solution. The carbon fiber sheet according to the present invention comprises the above carbon fiber. As the carbon fiber sheet-like material, one in which carbon fibers are aligned in one direction is desirable. As the carbon fiber sheet, heat fusible fibers are arranged at predetermined intervals on at least one surface of the carbon fiber sheet along a direction perpendicular to the carbon fibers aligned in one direction. It is preferable that the heat-fusible fiber cloth is heat-sealed on at least one surface thereof.

【0008】本発明の炭素繊維シート状織物は、上記炭
素繊維を織糸として有することを特徴とするものであ
る。この際、炭素繊維を経糸とし、該経糸より引張弾性
率が低い繊維を緯糸とすることが望ましい。また、緯糸
が融点差50℃以上の2種の繊維からなり、1m当たり
の重量が0.1g以下の複合糸であり、径糸方向におけ
る緯糸の間隔が3〜15mmで、緯糸の低融点繊維によ
り経糸と緯糸とが接着されている炭素繊維シート状織物
が望ましい。本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、上記
炭素繊維を有することを特徴とするものである。ここ
で、炭素繊維が一方向に引き揃えられているものが望ま
しい。また、上述した炭素繊維シート状織物を有する炭
素繊維強化樹脂組成物が望ましい。
[0008] The carbon fiber sheet-like woven fabric of the present invention is characterized by having the carbon fiber as a woven yarn. At this time, it is desirable that carbon fibers be warps and fibers having a lower tensile modulus than the warp be wefts. Further, the weft is a composite yarn composed of two kinds of fibers having a melting point difference of 50 ° C. or more and a weight per 1 m of 0.1 g or less, the spacing between the wefts in the radial direction is 3 to 15 mm, and the low melting point fiber of the weft is used. Thus, a carbon fiber sheet-like woven fabric in which a warp and a weft are bonded to each other is desirable. The carbon fiber reinforced resin composition of the present invention has the above carbon fiber. Here, it is desirable that the carbon fibers are aligned in one direction. Further, a carbon fiber reinforced resin composition having the above-described carbon fiber sheet woven fabric is desirable.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の炭素繊維用サイジング剤は、上記一般式(1)
で示される官能基と一般式(2)で示されるエポキシ基
を有する化合物を含有するものである。上記一般式
(1)で示される官能基と一般式(2)で示されるエポ
キシ基とを分子内に有する化合物であれば特に限定され
ないが、例えば下記一般式(4)〜(9)で示される化
合物が好ましく使用される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The sizing agent for carbon fibers of the present invention has the general formula (1)
And a compound having an epoxy group represented by the general formula (2). The compound is not particularly limited as long as it is a compound having a functional group represented by the general formula (1) and an epoxy group represented by the general formula (2) in a molecule, and for example, represented by the following general formulas (4) to (9) Are preferably used.

【化5】 (一般式(8),(9)中のnは、2〜7である。)Embedded image (N in the general formulas (8) and (9) is 2 to 7.)

【0010】このような化合物であると、上記官能基
(1)の二重結合がラジカル重合系樹脂とラジカル反応
して結合し、エポキシ基が炭素繊維表面の活性基と物理
的あるいは化学的結合を形成する。官能基(1)のR
は、水素原子または炭素数が1ないし2のアルキル基で
あることが好ましく、マトリックス樹脂となる樹脂の種
類などに合わせて適したものが選択される。この一般式
(1)で示される官能基と一般式(2)で示されるエポ
キシ基とを分子内に有する化合物の中でも、一般式
(4)〜(9)で代表される化合物のように、分子の主
鎖の片方の端部に上記一般式(1)で示される官能基
を、他方の端部に一般式(2)で示されるエポキシ基
を、それぞれ配したものが好ましい。このような分子構
造をとることによって、マトリックス樹脂、例えば、不
飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル
樹脂などのラジカル重合系樹脂などと、炭素繊維をより
強力に結合する。
In such a compound, the double bond of the above functional group (1) reacts with the radical polymerizable resin by radical reaction to form a bond, and the epoxy group physically or chemically bonds with the active group on the carbon fiber surface. To form R of functional group (1)
Is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and a suitable one is selected according to the type of the resin to be the matrix resin. Among compounds having a functional group represented by the general formula (1) and an epoxy group represented by the general formula (2) in a molecule, compounds represented by the general formulas (4) to (9) include: It is preferable that a functional group represented by the general formula (1) is disposed at one end of the main chain of the molecule, and an epoxy group represented by the general formula (2) is disposed at the other end. By adopting such a molecular structure, the carbon fiber is more strongly bonded to a matrix resin, for example, a radical polymerizable resin such as an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, and an acrylic resin.

【0011】本発明で、エポキシ基は、上記一般式
(2)で示されるものであるが、上記一般式(4)、あ
るいは上記一般式(5)〜(9)で示される化合物など
におけるグリシジルエーテルの形態のものが、より優れ
た界面接着性を発現するので好ましい。また、上記化合
物の骨格には、例えば、上記一般式(4)、(5)、
(6)または上記一般式(8)で示される化合物のよう
なビスフェノールA型、あるいは上記一般式(7)また
は上記一般式(9)で示される化合物のようなビスフェ
ノールF型、または、ビスフェノールS型、ビフェニル
型などが挙げられる。このビスフェノールA型あるいは
ビスフェノールF型は、その構造が比較的剛直であるこ
とから、これを骨格としてなる上記化合物を主成分とし
たサイジング剤は、炭素繊維に対して良好な力学的特性
を付与することができる。また、このビスフェノールA
型あるいはビスフェノールF型は、π共役系を有してい
ることにより、微小なグラファイト結晶で構成されてい
る炭素繊維に対して良好な親和性を有しているため、優
れた界面接着性を発現するため好ましい。
In the present invention, the epoxy group is represented by the general formula (2), but the glycidyl in the compound represented by the general formula (4) or the general formulas (5) to (9) is used. The ether form is preferred because it exhibits better interfacial adhesion. Further, in the skeleton of the compound, for example, the general formulas (4), (5),
(6) bisphenol A type such as the compound represented by the general formula (8), or bisphenol F type such as the compound represented by the general formula (7) or (9), or bisphenol S And biphenyl types. Since this bisphenol A type or bisphenol F type has a relatively rigid structure, a sizing agent containing the above compound as a main component having this as a skeleton gives good mechanical properties to carbon fibers. be able to. Also, this bisphenol A
Type or bisphenol F type has a good affinity for carbon fibers composed of fine graphite crystals by having a π-conjugated system, so it exhibits excellent interfacial adhesion Is preferred.

【0012】この分子内に上記一般式(1)で示される
官能基と一般式(2)で示されるエポキシ基とを有する
化合物において、その官能基の数は、上記一般式(4)
〜(9)で示される化合物のように一個ずつであっても
よく、また複数個であってもよい。複数個の各官能基が
存在する場合、これら各官能基の構造は、全て異なるも
のであってもよく、また、同一のものが存在していても
よい。このような化合物を主成分として構成してなる炭
素繊維用サイジング剤にあっては、その主成分として、
その化合物の1種類を単独で用いることもできるが、複
数種の化合物を組み合わせて混合物として使用すること
もできる。サイジング剤としては、上述した化合物を主
成分として含有していればよく、サイジング剤中、40
重量%以上あればよい。この主成分と併用される他の成
分としては、例えば、例えば、各種エポキシ樹脂、ウレ
タン樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。
In the compound having a functional group represented by the general formula (1) and an epoxy group represented by the general formula (2) in the molecule, the number of the functional groups is determined by the formula (4)
It may be one by one as in the compounds shown by (9), or may be plural. When a plurality of functional groups are present, the structures of these functional groups may all be different, or the same may be present. In a sizing agent for carbon fiber composed of such a compound as a main component, as the main component,
One of the compounds may be used alone, or a plurality of compounds may be used in combination as a mixture. The sizing agent may contain the above-described compound as a main component.
It suffices if it is at least weight%. As other components used in combination with this main component, for example, various epoxy resins, urethane resins, polyester resins, and the like can be used.

【0013】このような上記一般式(1)で示される官
能基と一般式(2)で示されるエポキシ基を有する化合
物を主成分とした炭素繊維用サイジング剤は、上記の二
種類の官能基を必ずそれぞれ一つ以上有しているもので
あるため、炭素繊維に対しても、また、アクリル樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラ
ジカル重合系樹脂などのマトリックス樹脂に対しても優
れた親和性を有している。したがって、本サイジング剤
で処理された炭素繊維は前記マトリックス樹脂に対し良
好な濡れ性を示し、その結果、優れた力学的特性を有す
る複合材を得ることができる炭素繊維とすることができ
る。
The sizing agent for carbon fibers mainly comprising the compound having the functional group represented by the general formula (1) and the epoxy group represented by the general formula (2) has the above two types of functional groups. Since each has at least one, also for carbon fiber, acrylic resin,
It also has excellent affinity for matrix resins such as radically polymerizable resins such as unsaturated polyester resins and vinyl ester resins. Therefore, the carbon fiber treated with the sizing agent exhibits good wettability to the matrix resin, and as a result, can be a carbon fiber from which a composite material having excellent mechanical properties can be obtained.

【0014】上記炭素繊維用サイジング剤は、これを炭
素繊維に付与する際には、水、あるいはアセトンなどの
有機溶剤などに分散させ、サイジング剤溶液として使用
することが適当である。特に、サイジング剤溶液は、炭
素繊維用サイジング剤を水溶液中に分散させたサイジン
グ剤溶液が好適である。サイジング剤溶液にあっては、
これを水エマルジョン系とした場合、アセトンなどの有
機溶剤溶液などと比較して、工業的にも、また安全性の
面からも優れているため好ましい。このような前記炭素
繊維用サイジング剤を水溶液中に分散させてなるサイジ
ング剤溶液を調製する際には、界面活性剤を利用するこ
とが、分散性を高め溶液安定性を高めて取扱性が良好と
なるので好ましい。ここで使用される界面活性剤として
は、ノニオン系、カチオン系、アニオン系のいずれのも
のも用いることができる。特に、ノニオン系の界面活性
剤は、これを用いたサイジング剤溶液を使用した炭素繊
維強化樹脂組成物を形成する場合においてプリプレグ状
態などでの優れた貯蔵安定性を有しているため、また、
熱可塑性樹脂との複合化などを行う場合にトラブル発生
要因となる塩類を有していないことから扱い易いなどの
ため好ましい。
When the sizing agent for carbon fibers is applied to carbon fibers, it is appropriate to disperse the sizing agent in water or an organic solvent such as acetone and use it as a sizing agent solution. In particular, the sizing agent solution is preferably a sizing agent solution in which a sizing agent for carbon fibers is dispersed in an aqueous solution. For sizing agent solutions,
It is preferable to use a water-emulsion type as compared with an organic solvent solution such as acetone or the like, because it is industrially superior and also in terms of safety. When preparing a sizing agent solution obtained by dispersing the carbon fiber sizing agent in an aqueous solution, it is preferable to use a surfactant to enhance dispersibility, enhance solution stability, and improve handleability. Is preferable. As the surfactant used here, any of nonionic, cationic and anionic surfactants can be used. In particular, a nonionic surfactant has excellent storage stability in a prepreg state when forming a carbon fiber reinforced resin composition using a sizing agent solution using the same, and
It is preferable because it does not have a salt which causes trouble when it is combined with a thermoplastic resin or the like, and is easy to handle.

【0015】炭素繊維用サイジング剤と界面活性剤との
配合比率は、重量比でサイジング剤/界面活性剤=95
/5〜70/30であり、好ましくは、サイジング剤/
界面活性剤=85/15〜75/25である。この範囲
にあっては、それを使用して得られるサイジング剤溶液
の安定性がよく、なおかつ、サイジング剤の効果に悪影
響を与えることがなく好ましい。この配合比率におい
て、界面活性剤の配合比率が上記範囲未満となる場合に
は、それを使用して得られるサイジング剤溶液の安定性
が低下する。一方、上記範囲を越える場合では、それを
使用して得られるサイジング剤溶液で炭素繊維を処理す
るに際し、炭素繊維の表面が界面活性剤に被覆されると
いう不都合が生じて、サイジング剤が有効に作用するこ
とができないため、炭素繊維の界面接着性向上効果に対
して悪影響を与える。また、このような上記サイジング
剤溶液に対して、平滑剤を配合することで、耐擦過性を
向上させた炭素繊維を得ることもできる。
The compounding ratio of the sizing agent for carbon fibers and the surfactant is as follows: sizing agent / surfactant = 95 by weight.
/ 5 to 70/30, preferably a sizing agent /
Surfactant = 85/15 to 75/25. In this range, the sizing agent solution obtained by using the sizing agent has good stability, and is preferable because it does not adversely affect the effect of the sizing agent. When the compounding ratio of the surfactant is less than the above range at this compounding ratio, the stability of the sizing agent solution obtained by using the same decreases. On the other hand, if it exceeds the above range, when treating the carbon fiber with the sizing agent solution obtained using the same, there occurs a disadvantage that the surface of the carbon fiber is coated with a surfactant, and the sizing agent is effectively used. Since it cannot act, it has an adverse effect on the effect of improving the interfacial adhesion of carbon fibers. In addition, by blending a leveling agent with such a sizing agent solution, a carbon fiber having improved scratch resistance can be obtained.

【0016】本発明に係る炭素繊維は、上記炭素繊維用
サイジング剤または上記サイジング剤溶液を用いてその
表面を処理したものである。このようなサイジング剤溶
液を使用して処理される炭素繊維は、ピッチ、レーヨン
あるいはポリアクリロニトリルなどのいずれの原料物質
からなるものでもよい。またその種類は、例えば、高強
度タイプ(低弾性率炭素繊維)、中高弾性炭素繊維およ
び超高弾性炭素繊維などのいずれの種類のものでもよ
い。さらに、その形態は、長繊維、短繊維あるいは織
物、編み物、不織布などのシート状形態を有するものな
どいずれのものでもよく、特に限定されない。
The surface of the carbon fiber according to the present invention is treated with the sizing agent for carbon fiber or the sizing agent solution. The carbon fiber treated using such a sizing agent solution may be composed of any raw material such as pitch, rayon or polyacrylonitrile. The type may be any type such as a high-strength type (low-elastic modulus carbon fiber), a medium-high-elasticity carbon fiber, and an ultra-high-elasticity carbon fiber. Furthermore, the form may be any form such as a long fiber, a short fiber or a sheet-like form such as a woven fabric, a knitted fabric, or a nonwoven fabric, and is not particularly limited.

【0017】この炭素繊維に付着させる前記炭素繊維用
サイジング剤の付着量は、炭素繊維に対して0.1重量
%〜5.0重量%であり、好ましくは、0.2重量%〜
3.0重量%である。この範囲の付着量であれば、炭素
繊維に対して、サイジング剤の効果を十分に付与するこ
とができる。この炭素繊維用サイジング剤の付着量が
0.1重量%未満では、炭素繊維の収束性、耐擦過性が
十分に得られないため、機械的摩擦などによって毛羽が
発生して好ましくない。また、樹脂との親和性、界面接
着力が不十分であるため、これを使用してなる炭素繊維
強化樹脂が良好な力学的特性を得ることができないなど
の不都合が生じる。一方、5.0重量%を越える場合で
は、収束性が強すぎることにより、炭素繊維束の開繊性
が悪くなって、マトリックス樹脂との複合化の際に束内
部への樹脂の含浸が阻害される等の不都合が生じる。
The amount of the carbon fiber sizing agent to be attached to the carbon fibers is 0.1% by weight to 5.0% by weight, preferably 0.2% by weight to the carbon fibers.
3.0% by weight. If the amount of adhesion is within this range, the effect of the sizing agent can be sufficiently imparted to the carbon fibers. If the amount of the carbon fiber sizing agent is less than 0.1% by weight, sufficient convergence and abrasion resistance of the carbon fiber cannot be obtained. In addition, since the affinity with the resin and the interfacial adhesive strength are insufficient, there arises a problem that a carbon fiber reinforced resin using the resin cannot obtain good mechanical properties. On the other hand, when the content exceeds 5.0% by weight, the convergence is too strong, so that the carbon fiber bundle spreadability deteriorates and impregnation of the resin inside the bundle is inhibited when it is combined with the matrix resin. This causes inconveniences, for example.

【0018】炭素繊維に対する炭素繊維用サイジング剤
の付着量は、サイジング剤溶液の濃度調整や、絞りコン
トローラーなどの通過工程の調整などの方法によって調
整される。本発明の炭素繊維用サイジング剤が付着した
炭素繊維は、機械的摩擦などによる毛羽などが発生しに
くく、さらに、マトリックス樹脂に対する親和性や接着
性に優れたものである。
The amount of the sizing agent for carbon fibers adhered to the carbon fibers is adjusted by a method such as adjusting the concentration of the sizing agent solution or adjusting the passage step using a squeezing controller or the like. The carbon fibers to which the sizing agent for carbon fibers of the present invention adheres are less likely to generate fluff and the like due to mechanical friction and the like, and are excellent in affinity and adhesion to a matrix resin.

【0019】炭素繊維用サイジング剤を炭素繊維に付着
させるには、ローラー浸漬法、ローラー接触法など一般
に工業的に用いられている方法を適用できる。炭素繊維
用サイジング剤を付着させた炭素繊維は、続いて乾燥処
理され、サイジング剤を付着させる際に同時に付着した
サイジング剤溶液に含まれていた水、あるいは有機溶媒
などの除去が行われた後に、炭素繊維強化樹脂組成物等
の形成に使用されるものとなる。ここでの乾燥処理は、
熱風、熱板、ローラー、各種赤外線ヒーターなどを熱媒
として利用した方法などによって行われる。
In order to attach the carbon fiber sizing agent to the carbon fiber, a method generally used in industry such as a roller dipping method or a roller contact method can be applied. The carbon fiber to which the sizing agent for carbon fiber is attached is subsequently dried, and after removal of water or an organic solvent contained in the sizing agent solution attached at the same time as attaching the sizing agent, And carbon fiber reinforced resin compositions. The drying process here
It is performed by a method using hot air, a hot plate, a roller, various infrared heaters, or the like as a heat medium.

【0020】本発明に係る炭素繊維シート状物は、上述
したサイジング剤で処理された炭素繊維を用いたことを
特徴とするものであり、織布、一方向配列シート、不織
布、マット等、これらを組み合わせたものが挙げられ
る。シート状物としては、炭素繊維が一方向に引き揃え
られたものが挙げられる。そのようなシート状物として
は、単に一方向に炭素繊維を一定間隔で引き揃えたも
の、あるいは幅方向に緯糸を配する、あるいは緯糸とし
て熱融着性繊維を利用して横方向に配置後熱融着で固定
したもの、あるいは熱融着性のウェブあるいはネットを
シート表面に配する等の手段によりシート状にしたもの
等が含まれる。特に本発明においては、炭素繊維を一方
向に配列してなるシート状物が、(a)一方向に引き揃
えた炭素繊維のシート状物の少なくとも一方の面に、炭
素繊維と直行する方向に熱融着性繊維を所定の間隔で配
置し熱融着したもの、(b)一方向に引き揃えた炭素繊
維のシート状物の少なくとも一方の表面に、熱可塑性樹
脂からなるあるいは熱可塑性樹脂で被覆されたネット状
支持体、ウェブ状支持体などの融着性繊維布を熱融着し
たものが好ましく用いられる。(a)のシート状物は、
上記炭素繊維を一方向に引き揃えシート状とし、強化繊
維の巾方向に熱融着性繊維を配置し、加熱し、炭素繊維
と熱融着することにより製造される。配置する間隔は、
3〜150mmが好ましく、より好ましくは3〜15m
mである。配置する間隔がこれよりも小さいとシート状
物の取扱性は良好であるが、炭素繊維の拘束が強くなり
過ぎて樹脂の含浸性が低下する傾向にあり、また、これ
よりも大きいとシート状物としての取扱性が低下する傾
向にあり好ましくない。(b)のシート状物は、炭素繊
維を一方向に引き揃えたシート状とし、その少なくとも
一方の表面に室温以上の温度で溶融し接着性を示す熱可
塑性樹脂あるいは熱可塑性樹脂で被覆されたネット状支
持体、ウェブ状支持体などの熱融着性繊維布を熱融着す
ることにより製造される。ネット状支持体のネットの目
開きは、樹脂含浸性の観点からは広い方が好ましく目開
き部分の多角形の一辺が1mm以上、その目開き面積が
10mm2以上のものが好ましい。一辺が2.5mm以上
で、目開き面積が15mm2以上であればより好まし
い。一方、炭素繊維のほつれ防止、裁断時の取扱性の観
点からは、目開きは小さい方が好ましく、一辺が20m
m以下で目開き面積が500mm2以下であることが好
ましい。ウェブ状支持体とは、短繊維あるいは長繊維の
絡み合ったシート状物である。ネット状あるいはウェブ
状支持体の目付は、得られる成形物の機械特性、特に層
間剪断強度保持及びシート状物の樹脂含浸性の点から、
20g/m2以下が好ましい。
The carbon fiber sheet according to the present invention is characterized by using carbon fibers treated with the above-mentioned sizing agent, and includes woven fabric, unidirectionally arranged sheet, non-woven fabric, mat and the like. Are combined. Examples of the sheet-like material include those in which carbon fibers are aligned in one direction. As such a sheet-like material, one obtained by simply arranging carbon fibers in one direction at regular intervals, or arranging wefts in the width direction, or after arranging in the horizontal direction using heat-fusible fibers as the wefts Examples include those fixed by heat fusion, and those formed into a sheet by means of arranging a heat-fusible web or net on the sheet surface. In particular, in the present invention, the sheet-like material in which the carbon fibers are arranged in one direction is provided on at least one surface of the carbon fiber sheet-like material (a) aligned in one direction in a direction perpendicular to the carbon fibers. (B) at least one surface of a sheet of carbon fibers aligned in one direction, made of a thermoplastic resin or a thermoplastic resin; Those obtained by heat-sealing a fusible fiber cloth such as a coated net-like support or a web-like support are preferably used. The sheet-like material of (a)
The carbon fiber is manufactured by aligning the carbon fibers in one direction to form a sheet, arranging heat-fusible fibers in the width direction of the reinforcing fibers, heating and heat-fusing the carbon fibers. Placement interval is
3 to 150 mm is preferable, and 3 to 15 m is more preferable.
m. If the spacing is smaller than this, the handleability of the sheet is good, but the restraint of the carbon fiber tends to be too strong and the impregnation of the resin tends to decrease. It is not preferable because the handling property as a product tends to decrease. The sheet material of (b) was formed into a sheet shape in which carbon fibers were aligned in one direction, and at least one surface thereof was coated with a thermoplastic resin or a thermoplastic resin which melts at a temperature of room temperature or higher and exhibits adhesiveness. It is manufactured by heat-sealing a heat-fusible fiber cloth such as a net-like support and a web-like support. The opening of the net of the net-like support is preferably wider from the viewpoint of resin impregnation, and preferably has a side of a polygon of 1 mm or more and an opening area of 10 mm 2 or more. More preferably, one side is 2.5 mm or more and the opening area is 15 mm 2 or more. On the other hand, from the viewpoint of prevention of fraying of the carbon fiber and handleability at the time of cutting, it is preferable that the aperture is small, and one side is 20 m.
m and the opening area is preferably 500 mm 2 or less. The web-like support is a sheet-like material in which short fibers or long fibers are entangled. The basis weight of the net-like or web-like support is from the viewpoint of the mechanical properties of the obtained molded article, particularly from the viewpoint of the retention of interlayer shear strength and the resin impregnation of the sheet-like article.
It is preferably 20 g / m 2 or less.

【0021】本発明に係る炭素繊維シート状織物は、サ
イジング剤で処理された上記炭素繊維を織糸として用い
たことを特徴とするものである。織り組織は特に限定は
されず、平織り、綾織り、朱子織りの他、これら原組織
を変化させたものでもよい。また、緯、経糸共に上記炭
素繊維でもよく、また他の炭素繊維あるいは炭素繊維以
外の繊維との混織でもよい。炭素繊維以外の繊維として
は、ガラス繊維、チラノ繊維、SiC繊維などの無機繊
維、アラミド、ポリエステル、PP、ナイロン、アクリ
ル、ポリイミド、ビニロンなどの有機繊維などがある。
取扱性、樹脂含浸性を良好にする為に、上記炭素繊維を
経糸として、経糸より低い引張弾性率の繊維を緯糸とす
る炭素繊維シート状織物が望ましい。緯糸として用いら
れる繊維の引張弾性率が高い場合には、経糸が長手方向
に蛇行し易くなり、補強用シートとして十分に強度を発
現しなくなる。
The carbon fiber sheet woven fabric according to the present invention is characterized in that the carbon fibers treated with a sizing agent are used as woven yarn. The weave structure is not particularly limited, and may be a plain weave, a twill weave, a satin weave, or a structure in which these original structures are changed. Further, both the weft and the warp may be the above-mentioned carbon fiber, or may be a mixed weave with another carbon fiber or a fiber other than the carbon fiber. Examples of fibers other than carbon fibers include inorganic fibers such as glass fibers, tyrano fibers, and SiC fibers, and organic fibers such as aramid, polyester, PP, nylon, acrylic, polyimide, and vinylon.
In order to improve the handleability and the resin impregnation property, a carbon fiber sheet-like woven fabric using the above-mentioned carbon fiber as a warp and a fiber having a lower tensile modulus than the warp as a weft is desirable. When the tensile modulus of the fiber used as the weft is high, the warp tends to meander in the longitudinal direction, and does not sufficiently exhibit strength as a reinforcing sheet.

【0022】さらに、2種以上からなる複合繊維でもよ
い。特に融点差が50℃以上ある2種の繊維からなる複
合系は特に優れている。高融点繊維は本来の緯糸として
機能し、一方、低融点繊維は製織後に経糸と緯糸とを一
体化し優れた取扱性を付与する。補強用シートとしての
強度発現性の観点から、緯線は細い方が好ましく、1m
当たりの重量が0.1g以下のものが望ましい。緯糸間
隔は3〜15mmが望ましい。間隔が3mmより狭い場
合には、経糸の長手方向における蛇行が無視できなくな
り、強度発現性の低下を引き起こす。一方、間隔が15
mmより広い場合は、シート状物としての取扱性が低下
するので好ましくない。より好ましい緯線の間隔は4〜
10mmである。本発明の炭素繊維シート状織物は、橋
梁、橋脚、建造物の柱等の補強用シート材用途にも用い
られ得る。
Further, a composite fiber composed of two or more kinds may be used. Particularly, a composite system comprising two kinds of fibers having a difference in melting point of 50 ° C. or more is particularly excellent. The high melting point fiber functions as the original weft, while the low melting point fiber integrates the warp and the weft after weaving to provide excellent handling properties. From the viewpoint of strength development as a reinforcing sheet, it is preferable that the latitude line is thinner, and 1 m
It is desirable that the weight per unit is 0.1 g or less. The weft interval is preferably 3 to 15 mm. If the interval is smaller than 3 mm, meandering in the longitudinal direction of the warp cannot be ignored, causing a decrease in strength development. On the other hand, if the interval is 15
When the width is larger than mm, the handleability as a sheet-like material is undesirably reduced. The more preferable interval between the latitude lines is 4 to
10 mm. The carbon fiber sheet-like woven fabric of the present invention can also be used for reinforcing sheet materials such as bridges, bridge piers, and building columns.

【0023】本発明に係る炭素繊維強化樹脂組成物は、
サイジング剤で処理された上記炭素繊維を用いたことを
特徴とするものである。即ち、上述した炭素繊維が補強
繊維となって、マトリックス樹脂と複合化し、一方向プ
リプレグ、クロスプリプレグ、トウプレグ、短繊維強化
樹脂含浸シート、短繊維マット強化樹脂含浸シートなど
を形成する炭素繊維強化樹脂組成物となる。マトリック
ス樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ラジカ
ル重合系樹脂であるアクリル樹脂、ビニルポリエステル
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが使用される。ま
た、熱可塑性アクリル樹脂などでも良い。さらに、一般
に用いられているエポキシ樹脂などでも良い。このよう
な前記サイジング剤で処理された炭素繊維を用いた炭素
繊維強化樹脂組成物を製造するには、一般に通常行われ
ている方法を採用することができ、例えば、ホットメル
ト法、溶剤法、シラップ法、あるいはSMCなどに用い
られる増粘樹脂法などの方法によって行われる。その製
造に際し、前記サイジング剤で処理された炭素繊維を使
用して、マトリックス樹脂を含浸して行われる。
The carbon fiber reinforced resin composition according to the present invention comprises:
The carbon fiber treated with a sizing agent is used. That is, the above-mentioned carbon fiber becomes a reinforcing fiber, and is compounded with a matrix resin to form a unidirectional prepreg, a cross prepreg, a tow prep, a short fiber reinforced resin impregnated sheet, a short fiber mat reinforced resin impregnated sheet, and the like. It becomes a composition. The matrix resin is not particularly limited, but, for example, an acrylic resin, a vinyl polyester resin, an unsaturated polyester resin or the like, which is a radical polymerization resin, is used. Further, a thermoplastic acrylic resin or the like may be used. Further, a commonly used epoxy resin or the like may be used. In order to produce a carbon fiber reinforced resin composition using such carbon fibers treated with the sizing agent, a generally used method can be employed, for example, a hot melt method, a solvent method, It is performed by a method such as a syrup method or a thickening resin method used for SMC or the like. In the production, carbon fibers treated with the sizing agent are used to impregnate with a matrix resin.

【0024】このような炭素繊維強化樹脂にあっては、
サイジング剤で処理された炭素繊維を用いているため、
マトリックス樹脂として、アクリル樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル重合系
樹脂などを使用することができ、また、前記サイジング
剤の主成分である化合物の有する一般式(2)で示され
るエポキシ基が炭素繊維と、また一般式(1)で示され
る官能基がマトリックス樹脂と強靱に接着することか
ら、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面接着力が強く、
良好な力学的特性を示すものとなる。また、例えば、土
建用コンクリート補強材のような補強用シート材として
用いる場合には、炭素繊維強化複合材をコンクリートの
支柱等の周囲に巻き付けて用いられるが、この際、炭素
繊維強化複合材どうしの重ね合わせた部分の剥離強度が
他の重ね合わされていない部分の引張強度よりも同等以
上であることが必要とされる。本発明の炭素繊維強化樹
脂組成物を用いてなる複合材であると、そのような重ね
合わせた部分の強度が高く、特に補強用シート材として
有用なものである。
In such a carbon fiber reinforced resin,
Because carbon fiber treated with sizing agent is used,
As the matrix resin, a radical polymerizable resin such as an acrylic resin, an unsaturated polyester resin, and a vinyl ester resin can be used. The matrix resin is represented by the general formula (2) of the compound that is a main component of the sizing agent. Since the epoxy group adheres strongly to the carbon fiber and the functional group represented by the general formula (1) to the matrix resin, the interfacial adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is strong,
It shows good mechanical properties. Further, for example, when used as a reinforcing sheet material such as a concrete reinforcing material for civil engineering, a carbon fiber reinforced composite material is used by being wrapped around a concrete column or the like. It is required that the peel strength of the overlapped portion of the above is equal to or higher than the tensile strength of the other non-overlaid portion. If the composite material is formed using the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention, the strength of such a superposed portion is high, and it is particularly useful as a reinforcing sheet material.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例によっ
て具体的に詳しく説明するが、本発明は、これらの実施
例のみに限定されるものではない。 [実施例1]アクリロニトリルを97重量%とメタクリ
ル酸を3重量%からなるアクリロニトリル共重合体をジ
メチルホルムアミド(DMF)に溶解して、紡糸ノズル
より吐出させ、乾−湿式紡糸方式で、洗、沸水延伸し、
続いて沸水洗浄、乾燥して、単糸デニール0.7の前駆
体繊維を製造した。次いで、この前駆体繊維を、空気中
200℃〜300℃で耐炎化して耐炎繊維とした後、窒
素ガス中最高温度1400℃で炭素化して炭素繊維とし
た。このようにして作成された炭素繊維に対し、電気化
学的に表面酸化処理を施して炭素繊維束を得た。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to only these Examples. [Example 1] An acrylonitrile copolymer consisting of 97% by weight of acrylonitrile and 3% by weight of methacrylic acid was dissolved in dimethylformamide (DMF) and discharged from a spinning nozzle. Stretch,
Subsequently, the fiber was washed with boiling water and dried to produce a single fiber denier 0.7 precursor fiber. Next, this precursor fiber was flame-resistant at 200 ° C. to 300 ° C. in air to obtain a flame-resistant fiber, and then carbonized at a maximum temperature of 1400 ° C. in nitrogen gas to obtain a carbon fiber. The carbon fiber thus produced was subjected to surface oxidation treatment electrochemically to obtain a carbon fiber bundle.

【0026】この炭素繊維束を、サイジング剤溶液にロ
ーラー浸漬し、熱風乾燥して、サイジング剤付着糸とし
た。炭素繊維束に対するサイジング剤の付着量は1.5
0重量%とした。サイジング剤溶液としては、上記一般
式(4)で示される化合物に対してノニオン系の界面活
性剤20重量%を配合し、2wt%の水性エマルジョン
溶液として調製したものを使用した。そして、得られた
サイジング剤付着糸を製繊して、200g/m2の目付
を有する平織りクロスであるシート状織物を製造した。
また、メタクリルシラップ(メチルアクリレートプレポ
リマー液(「ビーズレジンBR−73」三菱レイヨン
(株)製を20重量部と、メチルメタクリレートを80
重量部とからなる))を100重量部に対して、硬化剤
(50%希釈ベンゾイルパーオキサイド(「カドックス
B−CH50」化薬アクゾ(株)製))を4重量部と、
硬化促進剤(ジメチル−p−トルイジン)を1重量部混
合してマトリックス樹脂を調製した。そして、上記製造
したシート状織物をこのマトリックス樹脂に含浸させ
て、繊維体積含有率VF40%の炭素繊維強化樹脂組成
物とし、これを0.05mm厚のポリエステルフィルム
間で、室温にて25分間静置して硬化させてシート状の
複合材とした。
The carbon fiber bundle was dipped in a sizing agent solution with a roller and dried with hot air to obtain a sizing agent-adhered yarn. The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle is 1.5
0% by weight. As the sizing agent solution, a solution prepared by mixing a compound represented by the general formula (4) with 20% by weight of a nonionic surfactant and preparing a 2% by weight aqueous emulsion solution was used. Then, the obtained sizing agent-attached yarn was produced to produce a sheet-like woven cloth which is a plain woven cloth having a basis weight of 200 g / m 2 .
In addition, methacrylic syrup (methyl acrylate prepolymer solution (“Bead Resin BR-73” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., 20 parts by weight) and methyl methacrylate
Parts by weight) and 4 parts by weight of a curing agent (50% diluted benzoyl peroxide (“Kadox B-CH50” manufactured by Kazaku Co., Ltd.)) with respect to 100 parts by weight.
A matrix resin was prepared by mixing 1 part by weight of a curing accelerator (dimethyl-p-toluidine). The matrix resin is impregnated with the produced sheet-like woven fabric to obtain a carbon fiber reinforced resin composition having a fiber volume content of VF of 40%, which is allowed to stand at room temperature for 25 minutes between 0.05 mm-thick polyester films. This was placed and cured to obtain a sheet-like composite material.

【0027】この複合材について、曲げ試験、断面の観
察、さらに破断断面の走査型電子顕微鏡による観察(以
下、「SEM観察」と略記する)を行った。曲げ試験で
は、JIS K7074に準ずる方法により曲げ強度の測定を行
った。その結果、曲げ強度は750MPaであった。ま
た、断面には、ボイド、未含浸部は全く確認されなかっ
た。さらに、SEM観察から、樹脂の凝集破壊様式が確
認された。
The composite material was subjected to a bending test, cross-section observation, and further, observation of a fractured cross section by a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM observation”). In the bending test, the bending strength was measured by a method according to JIS K7074. As a result, the bending strength was 750 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0028】[実施例2]上記実施例1におけるサイジ
ング剤の化合物を一般式(4)の化合物から一般式
(5)で示される化合物に代えた他は、実施例1と同様
にして炭素繊維を製造し、シート状織物ないし炭素繊維
強化樹脂組成物を製造し、シート状の複合材とした。そ
して、上記実施例1と同様に、曲げ試験、断面の観察、
さらに破断断面のSEM観察を行った。その結果、曲げ
強度は650MPaであった。また、断面には、ボイ
ド、未含浸部は全く確認されなかった。さらに、SEM
観察から、樹脂の凝集破壊様式が確認された。
Example 2 Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound of the sizing agent in Example 1 was changed from the compound of the general formula (4) to the compound of the general formula (5). Was manufactured to produce a sheet-like woven fabric or a carbon fiber-reinforced resin composition to obtain a sheet-like composite material. Then, similarly to the first embodiment, the bending test, the observation of the cross section,
Further, SEM observation of the fractured cross section was performed. As a result, the bending strength was 650 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. In addition, SEM
Observation confirmed the cohesive failure mode of the resin.

【0029】[実施例3]上記実施例1におけるサイジ
ング剤の主成分を上記一般式(6)で示される化合物と
したこと以外は実施例1と同様にして炭素繊維を製造
し、シート状織物ないし炭素繊維強化樹脂組成物を製造
し、シート状の複合材とした。そして、上記実施例1と
同様に、曲げ試験、断面の観察、さらに破断断面のSE
M観察を行った。その結果、曲げ強度は600MPaで
あった。また、断面には、ボイド、未含浸部は全く確認
されなかった。さらに、SEM観察から、樹脂の凝集破
壊様式が確認された。
[Example 3] Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the main component of the sizing agent in Example 1 was a compound represented by the above general formula (6). Or a carbon fiber reinforced resin composition was produced to obtain a sheet-like composite material. Then, similarly to the first embodiment, the bending test, the observation of the cross section, and the SE of the fractured cross section were performed.
M observation was performed. As a result, the bending strength was 600 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0030】[実施例4]上記実施例1におけるサイジ
ング剤の主成分を上記一般式(7)で示される化合物と
したこと以外は実施例1と同様にして炭素繊維を製造
し、シート状織物ないし炭素繊維強化樹脂組成物を製造
し、シート状の複合材とした。そして、上記実施例1と
同様に、曲げ試験、断面の観察、さらに破断断面のSE
M観察を行った。その結果、曲げ強度は730MPaで
あった。また、断面には、ボイド、未含浸部は全く確認
されなかった。さらに、SEM観察から、樹脂の凝集破
壊様式が確認された。
Example 4 A carbon fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the main component of the sizing agent in Example 1 was a compound represented by the general formula (7), and a sheet-like woven fabric was produced. Or a carbon fiber reinforced resin composition was produced to obtain a sheet-like composite material. Then, similarly to the first embodiment, the bending test, the observation of the cross section, and the SE of the fractured cross section were performed.
M observation was performed. As a result, the bending strength was 730 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0031】[実施例5]上記実施例1におけるサイジ
ング剤を構成する主成分を上記一般式(8)で示される
化合物としたこと以外は実施例1と同様にして炭素繊維
を製造し、シート状織物ないし炭素繊維強化樹脂組成物
を製造し、シート状の複合材とした。そして、実施例1
と同様にして曲げ試験、断面の観察、さらに破断断面の
SEM観察を行った。その結果、曲げ強度は730MP
aであった。また、断面には、ボイド、未含浸部は全く
確認されなかった。さらに、SEM観察から、樹脂の凝
集破壊様式が確認された。
Example 5 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the main component constituting the sizing agent in Example 1 was a compound represented by the general formula (8). A woven fabric or a carbon fiber reinforced resin composition was manufactured to obtain a sheet-like composite material. And Example 1
The bending test, the cross-section observation, and the SEM observation of the fractured cross section were performed in the same manner as described above. As a result, the bending strength is 730MP.
a. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0032】[実施例6]上記実施例1におけるサイジ
ング剤を構成する主成分を上記一般式(9)で示される
化合物としたこと以外は実施例1と同様にして炭素繊維
を製造し、シート状織物ないし炭素繊維強化樹脂組成物
を製造し、シート状の複合材とした。そして、実施例1
と同様に、曲げ試験、断面の観察、さらに破断断面のS
EM観察を行った。その結果、曲げ強度は650MPa
であった。また、断面には、ボイド、未含浸部は全く確
認されなかった。さらに、SEM観察から、樹脂の凝集
破壊様式が確認された。
Example 6 A carbon fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the main component constituting the sizing agent in Example 1 was a compound represented by the general formula (9). A woven fabric or a carbon fiber reinforced resin composition was manufactured to obtain a sheet-like composite material. And Example 1
Bending test, observation of cross section, and S
EM observation was performed. As a result, the bending strength was 650 MPa.
Met. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0033】[実施例7]上記実施例1でのサイジング
剤付着糸と、マトリックス樹脂からなる引抜き成形品を
成形して、炭素繊維強化樹脂組成物からなる複合材を製
造した。マトリックス樹脂としては、ビニルエステル樹
脂(「デラックライト3505」大日本インキ化学工業
(株)製)を使用した。そして、その複合材について、
引張試験、断面の観察、さらに破断断面のSEM観察を
行った。その結果、引張強度は1500MPaであっ
た。また、断面には、ボイド、未含浸部は全く確認され
なかった。さらに、SEM観察から、樹脂の凝集破壊様
式が確認された。
Example 7 A pultruded product comprising the sizing agent-attached yarn of Example 1 and a matrix resin was molded to produce a composite material comprising a carbon fiber reinforced resin composition. As the matrix resin, a vinyl ester resin ("Delalux Light 3505" manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) was used. And for that composite,
A tensile test, cross-sectional observation, and SEM observation of the fractured cross section were performed. As a result, the tensile strength was 1500 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. Furthermore, the cohesive failure mode of the resin was confirmed from SEM observation.

【0034】[実施例8]上記実施例1でのサイジング
剤付着糸と、マトリックス樹脂からなる一方向プリプレ
グを製造し、このプリプレグを積層、硬化させて一方向
複合材を作成した。マトリックス樹脂としては、エポキ
シ樹脂を使用した。複合材について、上記実施例1と同
様に、曲げ試験を行った。また、ASTM-D-2344に準じて
層間剪断強度(ILSS)の測定を行った。その結果、
繊維方向の曲げ強度は1750MPa、繊維方向に直交
する方向の曲げ強度は110MPaおよびILSSは9
5MPaであった。
Example 8 A unidirectional prepreg comprising the sizing agent-attached yarn of Example 1 and a matrix resin was produced, and the prepreg was laminated and cured to produce a unidirectional composite material. Epoxy resin was used as the matrix resin. A bending test was performed on the composite material in the same manner as in Example 1 above. The interlayer shear strength (ILSS) was measured according to ASTM-D-2344. as a result,
The bending strength in the fiber direction is 1750 MPa, the bending strength in the direction perpendicular to the fiber direction is 110 MPa, and the ILSS is 9
It was 5 MPa.

【0035】[実施例9]上記一般式(4)で示される
化合物に対してノニオン系の界面活性剤20重量%を配
合し、2wt%の水性エマルジョン溶液として調製した
サイジング剤溶液に、炭素繊維(三菱レイヨン社製「パ
イロフィルTR30X」(引張強度4.9GPa、引張
弾性率235GPa、フィラメント数12,000
本))をローラー浸漬し、熱風乾燥して、炭素繊維束に
対するサイジング剤の付着量を1.50重量%としたサ
イジング剤付着糸を製造した。この炭素繊維を経糸とし
て10本/インチ、緯糸にガラス繊維(引張弾性率7
2.5GPa、融点840℃)と低融点ナイロン繊維
(マルチフィラメント、融点125℃)の交絡糸(0.
03g/m)を6本/インチで製織した後、180℃の
熱をかけて簾状炭素繊維織布を得た。得られた織物はし
なやかで多少乱暴に扱っても繊維の乱れや目崩れの起き
ない極めて取り扱い易いものであった。
Example 9 A carbon fiber was added to a sizing agent solution prepared as a 2 wt% aqueous emulsion solution by blending 20% by weight of a nonionic surfactant with the compound represented by the general formula (4). ("Pyrofil TR30X" manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. (tensile strength: 4.9 GPa, tensile modulus: 235 GPa, number of filaments: 12,000)
This) was dipped in a roller and dried with hot air to produce a sizing agent-adhered yarn in which the amount of the sizing agent adhered to the carbon fiber bundle was 1.50% by weight. This carbon fiber is used as a warp yarn at a rate of 10 yarns / inch.
2.5 GPa, melting point 840 ° C) and low-melting point nylon fiber (multifilament, melting point 125 ° C)
03 g / m) at a rate of 6 yarns / inch, and then heated at 180 ° C. to obtain a cord-like carbon fiber woven fabric. The obtained woven fabric was pliable and extremely easy to handle without causing fiber disorder or collapse even when handled roughly.

【0036】また、メチルメタクリレートを70重量
部、1,3−ブチレングリコールジメタクリレートを2
重量部、末端にメタクリル基を有する数平均分子量が6
000のn−ブチルアクリレートマクロモノマーを25
重量部、n−パラフィンを1重量部、γ−メタクリロキ
シプロピルトリメトキシシランを1重量部を均一になる
まで十分に混合し、最後にN,N−ジメチル−p−トル
イジンを1重量部添加混合し、反応性混合物を得た。得
られた反応性混合物100重量部に対して、ベンゾイル
パーオキサイド2重量部を添加混合し、上記簾状織物に
含浸して炭素繊維強化樹脂組成物を製造し、室温で1時
間放置して硬化し、複合材を得た。得られた複合材から
切り出して図1に示す全長250mmの引張試験片を作
製し、室温にて引張強度を測定した。繊維含有率100
%に換算した(織物の理論厚みで割り返した)引張強度
は4300MPaであった。
Further, 70 parts by weight of methyl methacrylate, 2 parts of 1,3-butylene glycol dimethacrylate
Weight part, number average molecular weight having a methacryl group at a terminal is 6
000 n-butyl acrylate macromonomer in 25
1 part by weight of n-paraffin, 1 part by weight of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 1 part by weight of N, N-dimethyl-p-toluidine. Thus, a reactive mixture was obtained. 2 parts by weight of benzoyl peroxide was added to and mixed with 100 parts by weight of the obtained reactive mixture, and impregnated into the cord fabric to produce a carbon fiber reinforced resin composition. Then, a composite material was obtained. A tensile test piece having a total length of 250 mm shown in FIG. 1 was cut out from the obtained composite material, and the tensile strength was measured at room temperature. Fiber content 100
The tensile strength in terms of% (divided by the theoretical thickness of the fabric) was 4300 MPa.

【0037】また、同様に上記反応性混合物100重量
部に対してベンゾイルパーオキサイド2重量部を添加混
合し、上記簾状織物を用いて炭素繊維強化樹脂組成物を
製造し、矩形状の2枚のシート状物を切り出し、未硬化
のまま、図2に示すように、100mmの継手重なり部
10を形成するように重ね合わせ、室温で1時間放置し
て一体硬化させて継手引張強度試験片を作製し、室温に
て継手引張強度を測定した。繊維含有率100%に換算
した(織物の理論厚みで割り返した)継手引張強度は4
350MPaであり、継手重なり部のない引張強度とほ
ぼ同等であった。破断は、継手重なり部破断と母材の引
張破断の混合で、コンクリート補強材等にも適するもの
であった。
Similarly, 2 parts by weight of benzoyl peroxide was added to and mixed with 100 parts by weight of the above reactive mixture, and a carbon fiber reinforced resin composition was manufactured using the above-mentioned cord-like woven fabric. As shown in FIG. 2, the sheet-like material was cut out and, as shown in FIG. 2, overlapped so as to form a joint overlapping portion 10 of 100 mm, and allowed to stand at room temperature for 1 hour to be integrally cured to obtain a joint tensile strength test piece. It was fabricated and joint tensile strength was measured at room temperature. The joint tensile strength (converted to the theoretical thickness of the fabric) converted to a fiber content of 100% is 4
It was 350 MPa, which was almost equivalent to the tensile strength without the joint overlap. The rupture was a mixture of the rupture at the joint overlap and the tensile rupture of the base material, and was suitable for a concrete reinforcing material or the like.

【0038】[実施例10]液状のビスフェノールA型
エポキシ樹脂を主剤に、芳香族ポリアミン変性品を硬化
剤とする室温硬化型エポキシ樹脂を調製した。上記実施
例9で用いた簾状炭素繊維織布に、上記室温硬化型エボ
キシ樹脂を含浸させ、室温にて7日間静置し硬化させ
た。得られた複合材から図1に示す引張試験片を作製
し、室温にて引張強度を測定した。繊維含有率100%
に換算した(織物の理論厚みで割り返した)引張強度は
4250MPaであった。また、同様に100mmの継
手重なり部を有する複合材から、図2に示す継手引張強
度試験片を作製し、室温にて継手引張強度を測定した。
繊維含有率100%に換算した(織物の理論厚みで割り
返した)継手引張強度は4300MPaであり、継手重
なり部のない引張強度とほぼ同等であった。破断は、母
材の引張破断であった。
Example 10 A room-temperature-curable epoxy resin containing a liquid bisphenol A type epoxy resin as a main component and an aromatic polyamine-modified product as a curing agent was prepared. The cord-like carbon fiber woven fabric used in Example 9 was impregnated with the room temperature-curable ethoxy resin, and allowed to stand at room temperature for 7 days to be cured. The tensile test piece shown in FIG. 1 was prepared from the obtained composite material, and the tensile strength was measured at room temperature. Fiber content 100%
The tensile strength (calculated by the theoretical thickness of the woven fabric) was 4250 MPa. Similarly, a joint tensile strength test piece shown in FIG. 2 was prepared from a composite material having a joint overlapping portion of 100 mm, and the joint tensile strength was measured at room temperature.
The joint tensile strength (calculated by the theoretical thickness of the woven fabric) converted to a fiber content of 100% was 4300 MPa, which was almost equal to the tensile strength without a joint overlap portion. The break was a tensile break of the base material.

【0039】[実施例11]実施例9と同様なサイジン
グ剤付着糸とした炭素繊維(「パイロフィルTR30
X」(引張強度4.9GPa、引張弾性率235GP
a、フィラメント数12,000本)三菱レイヨン
(株)製)を2.5mm間隔300mm巾で、目板及び
櫛を使って一方向に引き揃え、その両表面にガラス繊維
(引張弾性率72.5GPa、融点840℃)と低融点
ナイロン繊維(マルチフィラメント、融点125℃)の
交絡糸(0.03g/m)を片面当たり25mm間隔
(シートとしては12.5mm間隔で両表面に交互に緯
線は配置される)で配置して熱プレスにより180℃で
熱融着させることにより炭素繊維シート状物を得た。得
られた炭素繊維シート状物はしなやかで多少乱暴に扱っ
ても繊維の乱れや目崩れの起きない極めて取り扱い易い
ものであった。実施例9と同様に上記反応性混合物10
0重量部に対して、ベンゾイルパーオキサイド2重量部
を添加混合し、上記炭素繊維シート状物に含浸し、室温
で1時間放置して硬化し、複合材を得た。本炭素繊維シ
ート状物の樹脂含浸性は優れたものであった。
[Example 11] A carbon fiber having a sizing agent-attached yarn similar to that of Example 9 ("Pyrofil TR30")
X "(tensile strength 4.9 GPa, tensile modulus 235 GP
a, number of filaments: 12,000) (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) with a width of 300 mm and a width of 2.5 mm and a width of 300 mm in one direction using an eye plate and a comb, and glass fibers (tensile elastic modulus of 72. 5GPa, melting point 840 ° C) and low melting point nylon fiber (multifilament, melting point 125 ° C) interlaced yarn (0.03g / m) at 25mm interval per one side (12.5mm interval as a sheet) ) And heat-sealed at 180 ° C. by a hot press to obtain a carbon fiber sheet. The obtained carbon fiber sheet-like material was extremely easy to handle, even if it was supple and somewhat violently handled, without causing fiber disorder or collapse. Reactive mixture 10 as described in Example 9
With respect to 0 parts by weight, 2 parts by weight of benzoyl peroxide was added and mixed, impregnated into the carbon fiber sheet material, and left standing at room temperature for 1 hour to cure to obtain a composite material. The resin impregnating property of the carbon fiber sheet was excellent.

【0040】上記同様に、図1に示した引張試験片と図
2に示した継手引張強度試験片を作製し、室温にて引張
強度と継手引張強度を測定した。繊維含有率100%に
換算した(織物の理論厚みで割り返した)引張強度は4
350MPaであった。継手引張強度は4300MPa
であり、継手重なり部のない引張強度とほぼ同等であっ
た。破断は、継手重なり部破断と母材の引張破断の混合
であった。
In the same manner as described above, the tensile test piece shown in FIG. 1 and the joint tensile strength test piece shown in FIG. 2 were prepared, and the tensile strength and the joint tensile strength were measured at room temperature. Tensile strength (converted to the theoretical thickness of the fabric) converted to a fiber content of 100% is 4
It was 350 MPa. Joint tensile strength is 4300MPa
Which was almost equal to the tensile strength without the overlapping portion of the joint. The fracture was a mixture of the joint overlap fracture and the base metal tensile fracture.

【0041】[実施例12]実施例11の炭素繊維シー
ト状物に実施例10の室温硬化型エポキシ樹脂を含浸さ
せ、室温にて7日間静置し硬化させた。本炭素繊維シー
ト状物への樹脂の含浸は非常に容易であった。上記同様
に、引張試験片(図1)と継手引張強度試験片(図2)
を作製し、室温にて評価した。繊維含有率100%に換
算した(織物の理論厚みで割り返した)引張強度は44
50MPaであった。また継手引張強度は4350MP
aであり、継手重なり部のない引張強度とほぼ同等であ
った。破断は、母材の引張破断であった。
Example 12 The carbon fiber sheet of Example 11 was impregnated with the room-temperature-curable epoxy resin of Example 10 and allowed to stand at room temperature for 7 days to cure. Impregnation of the carbon fiber sheet with the resin was very easy. As described above, a tensile test piece (FIG. 1) and a joint tensile strength test piece (FIG. 2)
Was prepared and evaluated at room temperature. The tensile strength (converted to the theoretical thickness of the fabric) converted to a fiber content of 100% is 44.
It was 50 MPa. The joint tensile strength is 4350MP
a, which was almost equal to the tensile strength without the joint overlap. The break was a tensile break of the base material.

【0042】[実施例13]実施例9と同様なサイジン
グ剤付着糸とした炭素繊維(「パイロフィルTR30
X」(引張強度4.9GPa、引張弾性率235GP
a、フィラメント数12,000本)三菱レイヨン
(株)製)を2.5mm間隔300mm巾で、目板及び
櫛を使って一方向に引き揃え、その片面に熱融着性不織
布(ダイセル化学社製「ダイアミドスパン」(目付13
g/m2))を配置し、温度130℃、圧力0.1MPa
に設定した加熱ローラを40秒かけて通過させて炭素繊
維シート状物を得た。得られた炭素繊維シート状物はし
なやかで多少乱暴に扱っても繊維の乱れや目崩れの起き
ない極めて取り扱い易いものであった。実施例9と同様
に上記反応性混合物100重量部に対して、ベンゾイル
パーオキサイド2重量部を添加混合し、上記炭素繊維シ
ート状物に含浸し、室温で1時間放置して硬化し、複合
材を得た。本炭素繊維シート状物の樹脂含浸性は優れた
ものであった。
Example 13 The same carbon fiber as the sizing agent-attached yarn as in Example 9 ("Pyrofil TR30") was used.
X "(tensile strength 4.9 GPa, tensile modulus 235 GP
a, number of filaments: 12,000) (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) with a width of 300 mm and a width of 300 mm in one direction using an eye plate and a comb, and a heat-fusible nonwoven fabric (Daicel Chemical Co., Ltd.) "Diamid Span" (weight 13
g / m 2 )), at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 0.1 MPa.
Was passed through the heating roller set for 4 seconds to obtain a carbon fiber sheet. The obtained carbon fiber sheet-like material was extremely easy to handle, even if it was supple and somewhat violently handled, without causing fiber disorder or collapse. As in Example 9, 2 parts by weight of benzoyl peroxide was added to and mixed with 100 parts by weight of the reactive mixture, impregnated into the carbon fiber sheet, left to stand at room temperature for 1 hour, and cured to obtain a composite material. I got The resin impregnating property of the carbon fiber sheet was excellent.

【0043】上記同様に、引張試験片(図1)と継手引
張強度試験片(図2)を作製し、室温にて評価した。繊
維含有率100%に換算した(織物の理論厚みで割り返
した)引張強度は4300MPaであった。継手引張強
度は4200MPaであり、継手重なり部のない引張強
度とほぼ同等であった。破断は、継手重なり部破断と母
材の引張破断の混合であった。
Similarly, a tensile test piece (FIG. 1) and a joint tensile strength test piece (FIG. 2) were prepared and evaluated at room temperature. The tensile strength (converted to the theoretical thickness of the fabric) converted to a fiber content of 100% was 4,300 MPa. The joint tensile strength was 4200 MPa, which was almost equal to the tensile strength without a joint overlapping portion. The fracture was a mixture of the joint overlap fracture and the base metal tensile fracture.

【0044】[実施例14]実施例13の炭素繊維シー
ト状物に実施例10の室温硬化型エポキシ樹脂を含浸さ
せ、室温にて7日間静置し硬化させ、複合材を得た。本
炭素繊維シート状物への樹脂の含浸は非常に容易であっ
た。上記同様に、引張試験片(図1)と継手引張強度試
験片(図2)を作製し、室温にて評価した。繊維含有率
100%に換算した(織物の理論厚みで割り返した)引
張強度は4350MPaであった。また継手引張強度は
4300MPaであり、継手重なり部のない引張強度と
ほぼ同等であった。破断は、母材の引張破断であった。
Example 14 The carbon fiber sheet of Example 13 was impregnated with the room-temperature-curable epoxy resin of Example 10, allowed to stand at room temperature for 7 days, and cured to obtain a composite material. Impregnation of the carbon fiber sheet with the resin was very easy. Similarly to the above, a tensile test piece (FIG. 1) and a joint tensile strength test piece (FIG. 2) were prepared and evaluated at room temperature. The tensile strength (converted to the theoretical thickness of the fabric) converted to a fiber content of 100% was 4350 MPa. Further, the joint tensile strength was 4300 MPa, which was almost equal to the tensile strength without a joint overlapping portion. The break was a tensile break of the base material.

【0045】[比較例1]上記実施例1におけるサイジ
ング剤を構成する主成分を市販のビスフェノールA型エ
ポキシ樹脂(「エピコート828」油化シェル製)とし
たこと以外は実施例1と同様にしてサイジング剤付着糸
を製造し、平織りクロスとし、炭素繊維強化樹脂組成物
を製造した。この炭素繊維強化樹脂組成物からなる複合
材について、上記実施例1と同様の方法により、曲げ試
験、断面の観察、さらに破断断面のSEM観察を行っ
た。その結果、曲げ強度は300MPaであった。ま
た、断面には、ボイド、未含浸部が確認された。さら
に、SEM観察から、炭素繊維と樹脂との界面の剥離が
明らかに確認された。
Comparative Example 1 The procedure of Example 1 was repeated except that the main component constituting the sizing agent was a commercially available bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Yuka Shell). A sizing agent-attached yarn was manufactured to make a plain woven cloth, and a carbon fiber reinforced resin composition was manufactured. A bending test, cross-section observation, and SEM observation of a fractured cross section of the composite material made of the carbon fiber reinforced resin composition were performed in the same manner as in Example 1 above. As a result, the bending strength was 300 MPa. In addition, voids and unimpregnated portions were confirmed in the cross section. Furthermore, the SEM observation clearly confirmed the separation of the interface between the carbon fiber and the resin.

【0046】[比較例2]上記実施例1におけるサイジ
ング剤を構成する主成分を下記一般式(10)で示され
る化合物とし、実施例1と同様にしてサイジング剤付着
糸を製造し、平織りクロスとし、炭素繊維強化樹脂組成
物を製造した。この炭素繊維強化樹脂組成物からなる複
合材について、上記実施例1と同様の方法により、曲げ
試験、断面の観察、さらに破断断面のSEM観察を行っ
た。その結果、曲げ強度は450MPaであった。ま
た、断面には、ボイド、未含浸部は全く確認されなかっ
た。しかし、SEM観察から、炭素繊維と樹脂との界面
の剥離が明らかに確認された。
Comparative Example 2 A sizing agent-attached yarn was produced in the same manner as in Example 1 except that the main component constituting the sizing agent in Example 1 was a compound represented by the following general formula (10). The carbon fiber reinforced resin composition was manufactured. A bending test, cross-section observation, and SEM observation of a fractured cross section of the composite material made of the carbon fiber reinforced resin composition were performed in the same manner as in Example 1 above. As a result, the bending strength was 450 MPa. Also, no voids and unimpregnated portions were observed in the cross section. However, the SEM observation clearly confirmed the separation of the interface between the carbon fiber and the resin.

【化6】 Embedded image

【0047】[比較例3]上記比較例1でのサイジング
剤付着糸と、マトリックス樹脂からなる引抜き成形品を
成形して、炭素繊維強化樹脂組成物を製造した。マトリ
ックス樹脂としては、上記実施例7と同様のものを使用
した。この炭素繊維強化樹脂組成物からなる複合材につ
いて、引張試験、断面の観察、さらに破断断面のSEM
観察を行った。その結果、引張強度は1200MPaで
あった。また、断面には、ボイド、未含浸部が一部存在
することが確認された。さらに、SEM観察から、炭素
繊維と樹脂との界面の剥離が明らかに確認された。
Comparative Example 3 A pultruded product comprising the sizing agent-attached yarn of Comparative Example 1 and a matrix resin was molded to produce a carbon fiber reinforced resin composition. The same matrix resin as that used in Example 7 was used. For the composite material comprising the carbon fiber reinforced resin composition, a tensile test, observation of a cross section, and SEM of a fractured cross section
Observations were made. As a result, the tensile strength was 1200 MPa. In addition, it was confirmed that voids and unimpregnated portions were partially present in the cross section. Furthermore, the SEM observation clearly confirmed the separation of the interface between the carbon fiber and the resin.

【0048】[比較例4]サイジング剤を構成する主成
分を上記実施例1と同様の化合物とし、炭素繊維束に対
するサイジング剤の付着量を0.05重量%として、実
施例1と同様にしてサイジング剤付着糸を製造し、平織
りクロスとし、炭素繊維強化樹脂組成物を製造した。こ
の炭素繊維強化樹脂組成物からなる複合材について、上
記実施例1と同様の方法により、曲げ試験、断面の観
察、さらに破断断面のSEM観察を行った。その結果、
曲げ強度は350MPaであった。また、断面には、ボ
イド、未含浸部が一部存在することが確認された。さら
に、SEM観察から、炭素繊維と樹脂との界面の剥離が
明らかに確認された。
COMPARATIVE EXAMPLE 4 The same components as in Example 1 were used as the main components of the sizing agent, and the amount of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle was 0.05% by weight. A sizing agent-attached yarn was manufactured to make a plain woven cloth, and a carbon fiber reinforced resin composition was manufactured. A bending test, cross-section observation, and SEM observation of a fractured cross section of the composite material made of the carbon fiber reinforced resin composition were performed in the same manner as in Example 1 above. as a result,
The bending strength was 350 MPa. In addition, it was confirmed that voids and unimpregnated portions were partially present in the cross section. Furthermore, the SEM observation clearly confirmed the separation of the interface between the carbon fiber and the resin.

【0049】[比較例5]サイジング剤を構成する主成
分を上記実施例1と同様の化合物とし、炭素繊維束に対
するサイジング剤の付着量を6.00重量%としてサイ
ジング剤付着糸を製造し、平織りクロスとし、炭素繊維
強化樹脂組成物を製造した。この炭素繊維強化樹脂組成
物からなる複合材について、上記実施例1と同様の方法
により、曲げ試験、断面の観察、さらに破断断面のSE
M観察を行った。その結果、曲げ強度は350MPaで
あった。また、断面には、ボイド、未含浸部が一部存在
し、上記炭素繊維束内に樹脂が十分に含浸していないこ
とが確認された。一方、SEM観察から、樹脂の凝集破
壊様式が観察され、接着性が十分であることが確認され
た。
Comparative Example 5 A sizing agent-adhered yarn was produced by using the same main component as the sizing agent in the same compound as in Example 1 and setting the amount of the sizing agent to the carbon fiber bundle to 6.00% by weight. A plain weave cloth was used to produce a carbon fiber reinforced resin composition. The composite material made of the carbon fiber reinforced resin composition was subjected to a bending test, observation of a cross section, and SE of a broken cross section in the same manner as in Example 1 above.
M observation was performed. As a result, the bending strength was 350 MPa. Further, it was confirmed that voids and unimpregnated portions were partially present in the cross section, and that the resin was not sufficiently impregnated in the carbon fiber bundle. On the other hand, from the SEM observation, the cohesive failure mode of the resin was observed, and it was confirmed that the adhesiveness was sufficient.

【0050】[比較例6]上記実施例9において、サイ
ジング剤を構成する主成分を市販のビスフェノールA型
エポキシ樹脂(「エピコート828」油化シェル製)と
したこと以外は同様にして、サイジング剤付着糸を製造
し、簾状炭素繊維織布ないし複合材を得た。実施例9と
同様にして引張強度試験と継手引張強度試験を行なっ
た。その結果、引張強度は4300MPaであったが、
継手引張強度は3300MPaでかなり小さな値になっ
た。継手引張強度試験片の破断は全て継手重なり部の剥
離であった。
Comparative Example 6 A sizing agent was prepared in the same manner as in Example 9 except that the main component constituting the sizing agent was a commercially available bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Yuka Shell). The attached yarn was manufactured to obtain a woven carbon fiber woven fabric or a composite material. A tensile strength test and a joint tensile strength test were performed in the same manner as in Example 9. As a result, the tensile strength was 4300 MPa,
The joint tensile strength became a very small value at 3300 MPa. All fractures of the joint tensile strength test pieces were peeling of the joint overlapping portion.

【0051】[比較例7]上記実施例9においてサイジ
ング剤を構成する主成分を市販のビスフェノールA型エ
ポキシ樹脂(「エピコート828」油化シェル製)とし
たこと以外は実施例9と同様にして簾状炭素繊維織布を
製造し、実施例10と同様にして複合材を製造し、引張
強度試験と継手引張強度試験を行なった。その結果、引
張強度は3700MPa、継手引張強度は3800MP
aでかなり小さな値になった。継手引張強度試験片の破
断は全て母材の引張破壊であった。
Comparative Example 7 The procedure of Example 9 was repeated except that the main component constituting the sizing agent was a commercially available bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Yuka Shell). A cordless carbon fiber woven fabric was manufactured, a composite material was manufactured in the same manner as in Example 10, and a tensile strength test and a joint tensile strength test were performed. As a result, the tensile strength was 3700MPa, and the joint tensile strength was 3800MPa.
The value of a was considerably small. All fractures of the joint tensile strength test pieces were tensile fractures of the base material.

【0052】[比較例8]上記実施例11においてサイ
ジング剤を構成する主成分を市販のビスフェノールA型
エポキシ樹脂(「エピコート828」油化シェル製)と
したこと以外は実施例11と同様にして複合材を製造
し、引張強度試験と継手引張強度試験を行なった。その
結果、引張強度は4200MPaであったが、継手引張
強度は3400MPaでかなり小さな値になった。継手
引張強度試験片の破断は全て継手重なり部の剥離であっ
た。
Comparative Example 8 The procedure of Example 11 was repeated, except that the main component constituting the sizing agent was a commercially available bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Yuka Shell). A composite material was manufactured, and a tensile strength test and a joint tensile strength test were performed. As a result, the tensile strength was 4,200 MPa, but the joint tensile strength was 3,400 MPa, a considerably small value. All fractures of the joint tensile strength test pieces were peeling of the joint overlapping portion.

【0053】[比較例9]上記実施例13においてサイ
ジング剤を構成する主成分を市販のビスフェノールA型
エポキシ樹脂(「エピコート828」油化シェル製)と
したこと以外は実施例13と同様にして複合材を製造
し、引張強度試験と継手引張強度試験を行なった。その
結果、引張強度は4300MPaであったが、継手引張
強度は3200MPaでかなり小さな値になった。継手
引張強度試験片の破断は全て継手重なり部の剥離であっ
た。
Comparative Example 9 The procedure of Example 13 was repeated except that the main component constituting the sizing agent was a commercially available bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Yuka Shell). A composite material was manufactured, and a tensile strength test and a joint tensile strength test were performed. As a result, the tensile strength was 4300 MPa, but the joint tensile strength was a considerably small value of 3200 MPa. All fractures of the joint tensile strength test pieces were peeling of the joint overlapping portion.

【0054】[従来例]上記比較例1でのサイジング剤
付着糸と、マトリックス樹脂からなる一方向プリプレグ
を製造し、このプリプレグを積層、硬化させて一方向複
合材を作成し、炭素繊維強化樹脂組成物を製造した。マ
トリックス樹脂としては、エポキシ樹脂を使用した。こ
の炭素繊維強化樹脂組成物に関し、上記実施例1と同様
の方法により、曲げ試験を行った。また、ILSSの測
定を行った。エポキシ樹脂には適しているサイジング剤
付着糸を用いるものなので、繊維方向の曲げ強度が17
00MPa、繊維方向に直交する方向の曲げ強度が12
0MPa及びILSS90MPaであった。
[Conventional Example] A unidirectional prepreg made of the sizing agent-attached yarn of Comparative Example 1 and a matrix resin was manufactured, and the prepreg was laminated and cured to produce a unidirectional composite material. A composition was prepared. Epoxy resin was used as the matrix resin. A bending test was performed on the carbon fiber reinforced resin composition in the same manner as in Example 1 above. In addition, ILSS was measured. Since a sizing agent-attached yarn suitable for epoxy resin is used, the bending strength in the fiber direction is 17
00 MPa, bending strength in the direction perpendicular to the fiber direction is 12
It was 0 MPa and ILSS 90 MPa.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】[0056]

【表2】 [Table 2]

【0057】[0057]

【表3】 [Table 3]

【0058】[0058]

【表4】 [Table 4]

【0059】以上の結果から、本発明の実施例において
は十分な強度が得られ、またボイド、未含浸部は全く確
認されず、さらに、SEM観察から樹脂の凝集破壊様式
を確認することができて、比較例に比べて優れているこ
とが確認できた。また、マトリックス樹脂としてエポキ
シ樹脂を使用した場合においても、従来例と比較して遜
色なく使用することができることが確認できた。
From the above results, in the examples of the present invention, sufficient strength was obtained, no voids and unimpregnated portions were confirmed at all, and the cohesive failure mode of the resin could be confirmed from SEM observation. Thus, it was confirmed that it was superior to the comparative example. In addition, it was confirmed that even when an epoxy resin was used as the matrix resin, the epoxy resin could be used as well as the conventional example.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エポキシ樹脂だけでなく、アクリル樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル重合系
樹脂などのマトリックス樹脂に対しても優れた親和性を
有し、炭素繊維とマトリックス樹脂の両方に対し、濡れ
性を向上させることができ、また、安定した効果を得る
ことができるものである。また、本発明の炭素繊維が処
理されるサイジング剤溶液は、炭素繊維用サイジング剤
が水中に分散してなるもので、炭素繊維に本サイジング
剤の効果を付与する処理に際して、工業的にも、また安
全性の面からも優れたものとすることができる。
As described above, according to the present invention,
It has excellent affinity not only for epoxy resins but also for matrix resins such as acrylic resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and other radical polymerization resins, and wets both carbon fibers and matrix resins. It is possible to improve the performance and obtain a stable effect. In addition, the sizing agent solution in which the carbon fiber of the present invention is treated is one in which the sizing agent for carbon fiber is dispersed in water. In addition, it can be made excellent in terms of safety.

【0061】さらに、本発明の炭素繊維シート状物なら
びに炭素繊維強化樹脂組成物は、それに使用する炭素繊
維を、本発明の炭素繊維用サイジング剤を用いて処理し
たものとしているので、炭素繊維とマトリックス樹脂と
の界面に強い接着力を得ることができることから、優れ
た力学的特性を有するものである。特に、サイジング剤
における化合物が、その官能基がそれぞれ主鎖片末端に
位置したものでると、マトリックス樹脂と炭素繊維がよ
り強力に結合する。また、そのエポキシ基がグリシジル
基であると、より優れた界面接着性を発現する。また、
この炭素繊維用サイジング剤による効果は、その付着量
が0.1重量%〜5.0重量%のときに、特に発揮され
る。
Furthermore, the carbon fiber sheet and the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention are obtained by treating the carbon fibers used therein with the sizing agent for carbon fibers of the present invention. Since a strong adhesive force can be obtained at the interface with the matrix resin, it has excellent mechanical properties. In particular, when the compound in the sizing agent has a functional group located at one end of the main chain, the matrix resin and the carbon fiber are more strongly bonded. When the epoxy group is a glycidyl group, more excellent interfacial adhesiveness is exhibited. Also,
The effect of the carbon fiber sizing agent is particularly exhibited when the amount of the carbon fiber sizing agent is 0.1% by weight to 5.0% by weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 引張試験片を示すもので、図1(a)は側面
図、図1(b)は平面図である。
FIG. 1 shows a tensile test piece, where FIG. 1 (a) is a side view and FIG. 1 (b) is a plan view.

【図2】 継手引張強度試験片を示すもので、図2
(a)は側面図、図2(b)は平面図である。
FIG. 2 shows a joint tensile strength test piece, and FIG.
2A is a side view, and FIG. 2B is a plan view.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(1)で示される官能基と一
般式(2)で示されるエポキシ基とを有する化合物を含
有することを特徴とする炭素繊維用サイジング剤。 【化1】 (一般式(1)中、Rは水素原子またはアルキル基であ
る。)
1. A sizing agent for carbon fibers comprising a compound having a functional group represented by the following general formula (1) and an epoxy group represented by the following general formula (2). Embedded image (In the general formula (1), R is a hydrogen atom or an alkyl group.)
【請求項2】 前記一般式(1)で示される官能基と一
般式(2)で示されるエポキシ基とをそれぞれ1つづつ
有し、これらの官能基がそれぞれ主鎖片末端に位置する
ことを特徴とする請求項1記載の炭素繊維用サイジング
剤。
2. It has one functional group represented by the general formula (1) and one epoxy group represented by the general formula (2), and these functional groups are respectively located at one end of the main chain. The sizing agent for carbon fibers according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記エポキシ基が、下記一般式(3)で
示されるグリシジル基であることを特徴する請求項1ま
たは2記載の炭素繊維用サイジング剤。 【化2】
3. The sizing agent for carbon fibers according to claim 1, wherein the epoxy group is a glycidyl group represented by the following general formula (3). Embedded image
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊
維用サイジング剤が付着していることを特徴とする炭素
繊維。
4. A carbon fiber to which the sizing agent for carbon fiber according to claim 1 is adhered.
【請求項5】 炭素繊維用サイジング剤の付着量が0.
1から5重量%の範囲であることを特徴とする請求項4
記載の炭素繊維。
5. The method according to claim 1, wherein the amount of the sizing agent for carbon fibers is not more than 0.5.
5. The composition according to claim 4, wherein the content is in the range of 1 to 5% by weight.
The carbon fiber as described.
【請求項6】 請求項1から3のいずれかに記載の炭素
繊維用サイジング剤が水溶液中に分散してなることを特
徴とする炭素繊維用サイジング剤溶液。
6. A sizing agent solution for carbon fibers, wherein the sizing agent for carbon fibers according to any one of claims 1 to 3 is dispersed in an aqueous solution.
【請求項7】 請求項4記載の炭素繊維を用いてなるこ
とを特徴とする炭素繊維シート状物。
7. A carbon fiber sheet comprising the carbon fiber according to claim 4. Description:
【請求項8】 炭素繊維が一方向に引き揃えられている
ことを特徴とする請求項7記載の炭素繊維シート状物。
8. The carbon fiber sheet according to claim 7, wherein the carbon fibers are aligned in one direction.
【請求項9】 請求項8記載の炭素繊維シート状物にお
いて、その少なくとも一方の面に、前記一方向に引き揃
えられている炭素繊維に対して直行する方向に沿って、
熱融着性繊維が所定間隔で配列し、熱融着されているこ
とを特徴とする炭素繊維シート状物。
9. The carbon fiber sheet according to claim 8, wherein at least one surface of the carbon fiber sheet is perpendicular to the carbon fibers aligned in the one direction.
A carbon fiber sheet comprising heat-fusible fibers arranged at predetermined intervals and heat-fused.
【請求項10】 請求項8記載の炭素繊維シート状物に
おいて、その少なくとも一方の面に、熱融着性繊維布が
熱融着していることを特徴とする炭素繊維シート状物。
10. The carbon fiber sheet according to claim 8, wherein a heat-fusible fiber cloth is heat-sealed to at least one surface thereof.
【請求項11】 請求項4記載の炭素繊維を織糸として
有することを特徴とする炭素繊維シート状織物。
11. A carbon fiber sheet woven fabric comprising the carbon fiber according to claim 4 as a woven yarn.
【請求項12】 炭素繊維を経糸とし、該経糸より引張
弾性率が低い繊維を緯糸とすることを特徴とする請求項
11記載の炭素繊維シート状織物。
12. The carbon fiber sheet-like woven fabric according to claim 11, wherein the carbon fiber is a warp, and the fiber having a lower tensile modulus than the warp is a weft.
【請求項13】 緯糸が融点差50℃以上の2種の繊維
からなり、1m当たりの重量が0.1g以下の複合糸で
あり、径糸方向における緯糸の間隔が3〜15mmで、
緯糸の低融点繊維により経糸と緯糸とが接着されている
ことを特徴とする請求項11記載の炭素繊維シート状織
物。
13. The weft is a composite yarn comprising two kinds of fibers having a melting point difference of 50 ° C. or more, and the weight per 1 m is 0.1 g or less, and the interval between the wefts in the radial direction is 3 to 15 mm.
The carbon fiber sheet-like woven fabric according to claim 11, wherein the warp and the weft are bonded to each other by the low-melting fiber of the weft.
【請求項14】 請求項4記載の炭素繊維を有すること
を特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。
14. A carbon fiber reinforced resin composition comprising the carbon fiber according to claim 4.
【請求項15】 炭素繊維が一方向に引き揃えられてい
ることを特徴とする請求項14記載の炭素繊維強化樹脂
組成物。
15. The carbon fiber reinforced resin composition according to claim 14, wherein the carbon fibers are aligned in one direction.
【請求項16】 請求項11〜13のいずれかに記載の
炭素繊維シート状織物を有することを特徴とする炭素繊
維強化樹脂組成物。
16. A carbon fiber reinforced resin composition comprising the carbon fiber sheet woven fabric according to any one of claims 11 to 13.
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