JP2003328271A - Carbon fiber strand, and carbon fiber-reinforced resin - Google Patents

Carbon fiber strand, and carbon fiber-reinforced resin

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JP2003328271A
JP2003328271A JP2002133174A JP2002133174A JP2003328271A JP 2003328271 A JP2003328271 A JP 2003328271A JP 2002133174 A JP2002133174 A JP 2002133174A JP 2002133174 A JP2002133174 A JP 2002133174A JP 2003328271 A JP2003328271 A JP 2003328271A
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JP
Japan
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carbon fiber
fiber strand
resin
mass
vinyl ester
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Application number
JP2002133174A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuki Onishi
祐輝 大西
Yoshinobu Suzuki
慶宜 鈴木
Isao Nishimura
功 西村
Sadataka Umemoto
禎孝 梅元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Toho Tenax Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber strand which has excellent adhesiveness to unsaturated matrix resins and gives carbon fiber-reinforced composite materials having excellent physical properties and industrially excellent moldability, and to provide a carbon fiber-reinforced resin. <P>SOLUTION: This carbon fiber strand to which a sizing agent is adhered in an amount of 0.3 to 5.0 wt.% has a weight loss rate of ≤1.0%, when heated at 200°C for 1 hr in air, and has a calorific value of 20 to 1,200 mJ/g at an exothermic peak and a heat release-initiating temperature of ≤200°C, when the carbon fiber strand is measured with a differential scanning calorimeter. And, the resin reinforced with the fiber strand. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、樹脂強化用炭素繊
維、及び前記炭素繊維によって強化された、不飽和ポリ
エステル樹脂やビニルエステル樹脂等の樹脂に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber for resin reinforcement and a resin such as an unsaturated polyester resin or a vinyl ester resin reinforced by the carbon fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素繊維は他の繊維と比較し、強度や弾
性率が高く、軽いという特徴を有するため、航空宇宙産
業を始めとし、各種の産業に利用されている。また、主
に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とす
る複合材料の強化材として使用されている。
2. Description of the Related Art Carbon fibers have characteristics of higher strength and elastic modulus and lighter weight than other fibers, and are therefore used in various industries including aerospace industry. Further, it is mainly used as a reinforcing material for a composite material containing a thermoplastic resin or a thermosetting resin as a matrix resin.

【0003】熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複
合材料を製造する方法としては、中間基材であるプリプ
レグを用いて賦形成型する方法の外、引抜成形、レジン
トランスファーモールディング(RTM)法、フィラメ
ント・ワインディング(FW)法、シート・モールディ
ング・コンパウンド(SMC)法、バルク・モールディ
ング・コンパウンド(BMC)法、ハンドレイアップ法
などがある。
As a method for producing a composite material using a thermosetting resin as a matrix resin, in addition to a method of forming by using a prepreg which is an intermediate substrate, pultrusion molding, resin transfer molding (RTM) method, filament・ Winding (FW) method, sheet molding compound (SMC) method, bulk molding compound (BMC) method, hand lay-up method, etc.

【0004】熱硬化性のマトリックス樹脂としてはエポ
キシ樹脂のほか、本発明に関連する不飽和マトリックス
樹脂である、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル
樹脂が使用される。
As the thermosetting matrix resin, in addition to epoxy resin, unsaturated polyester resin and vinyl ester resin which are unsaturated matrix resins related to the present invention are used.

【0005】不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル
樹脂は一般的にスチレン等の重合性モノマーと共に使用
され、エポキシ樹脂に比べ粘度が低いことや硬化速度が
速く、RTMや引抜成形によって製造される複合材料の
マトリックス樹脂として広く利用されている。
Unsaturated polyester resins and vinyl ester resins are generally used together with a polymerizable monomer such as styrene, have a lower viscosity and a higher curing speed than epoxy resins, and are used as composite materials produced by RTM or pultrusion molding. Widely used as matrix resin.

【0006】しかしながら、不飽和ポリエステル樹脂や
ビニルエステル樹脂をマトリックス樹脂とした複合材料
の強化材として、従来のエポキシ樹脂サイズ剤を付与し
た炭素繊維を使用した場合、得られる複合材料における
物性が、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とした複合材
料と比較して低い場合がある。具体的には諸物性のう
ち、炭素繊維と、不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエ
ステル樹脂との接着性、特に剪断強度がエポキシ樹脂に
比較して低く、複合材料としては実用し難いものとなる
場合がある。
However, when carbon fiber having a conventional epoxy resin sizing agent is used as a reinforcing material for a composite material containing an unsaturated polyester resin or a vinyl ester resin as a matrix resin, the physical properties of the resulting composite material are epoxy. It may be lower than the composite material in which the resin is a matrix resin. Specifically, among the various physical properties, the adhesiveness between the carbon fiber and the unsaturated polyester resin or the vinyl ester resin, especially the shear strength is lower than that of the epoxy resin, and it may be difficult to put into practical use as a composite material. is there.

【0007】炭素繊維と不飽和マトリックス樹脂との接
着性を向上させる技術としては、ビニルエステル樹脂を
炭素繊維に付着させる方法(特公昭62−18671号
公報)、不飽和基を有するウレタン化合物を炭素繊維に
付着させる方法(特開昭56−167715号公報、特
開昭63−50573号公報、特開平11−9307
8)、末端不飽和基を有するエステル化合物を炭素繊維
に付着させる方法(特開昭63−105178号公報)
が開示されている。しかし、付着された熱硬化性化合物
の反応性の制御については考慮されていないため、引抜
成形やRTMのような賦形と硬化が同時に進行するよう
な成形方法において、硬化速度が不安定であり、安定し
た成形物が得られない可能性がある。
As a technique for improving the adhesiveness between the carbon fiber and the unsaturated matrix resin, a method of attaching a vinyl ester resin to the carbon fiber (Japanese Patent Publication No. 62-18671) or a urethane compound having an unsaturated group is used. Method of adhering to fibers (JP-A-56-167715, JP-A-63-50573, JP-A-11-9307)
8), a method of attaching an ester compound having a terminal unsaturated group to carbon fibers (JP-A-63-105178)
Is disclosed. However, since the control of the reactivity of the attached thermosetting compound is not taken into consideration, the curing rate is unstable in a molding method such as pultrusion molding or RTM in which shaping and curing proceed simultaneously. However, a stable molded product may not be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、熱硬化
性樹脂強化用に適した炭素繊維を開発するために種々検
討しているうちに、炭素繊維の形態をストランド(数百
本乃至数万本のフィラメントからなる繊維束)とし、こ
の炭素繊維ストランドに所定範囲のサイズ剤を付着さ
せ、このサイズ剤に発熱反応性を有する化合物を使用
し、且つその反応性(発熱量)を制御することにより、
上記炭素繊維ストランドが熱硬化性樹脂系複合材料に適
した強化材となり得ることを知得し本発明を完成するに
至った。
The inventors of the present invention have made various investigations to develop a carbon fiber suitable for reinforcing a thermosetting resin. A fiber bundle consisting of tens of thousands of filaments), a sizing agent within a predetermined range is attached to this carbon fiber strand, a compound having an exothermic reactivity is used for this sizing agent, and its reactivity (heating value) is controlled. By doing
The inventors have learned that the carbon fiber strands can be a reinforcing material suitable for a thermosetting resin-based composite material, and have completed the present invention.

【0009】よって、本発明の目的とするところは不飽
和マトリックス樹脂との接着性に優れ、炭素繊維強化複
合材料の物性に優れ、工業的に複合材料成形性に優れた
炭素繊維ストランド及び前記繊維ストランドによって強
化された樹脂を提供することにある。
Accordingly, the object of the present invention is to provide a carbon fiber strand excellent in adhesiveness with an unsaturated matrix resin, excellent in physical properties of a carbon fiber reinforced composite material, and industrially excellent in composite material moldability, and the above-mentioned fiber. It is to provide a resin reinforced by the strands.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載のものである。
The present invention for achieving the above object is as described below.

【0011】〔1〕 サイズ剤が0.3〜5.0質量%
付着されてなる炭素繊維ストランドであって、空気中2
00℃で1時間加熱したときの質量減少率が1.0%以
下であり、且つ示差走査熱量計にて前記炭素繊維ストラ
ンドを測定したときの発熱ピークで、発熱量が20〜1
200mJ/g、発熱開始温度が200℃以下である炭
素繊維ストランド。
[1] 0.3 to 5.0% by mass of sizing agent
Carbon fiber strands that have been attached and are in air 2
The mass reduction rate when heated at 00 ° C. for 1 hour is 1.0% or less, and the exothermic peak is 20 to 1 when the carbon fiber strand is measured by a differential scanning calorimeter.
A carbon fiber strand having 200 mJ / g and an exothermic start temperature of 200 ° C. or lower.

【0012】〔2〕 サイズ剤が付加重合性官能基を有
する化合物を30質量%以上含む〔1〕に記載の炭素繊
維ストランド。
[2] The carbon fiber strand according to [1], wherein the sizing agent contains 30 mass% or more of a compound having an addition-polymerizable functional group.

【0013】〔3〕 付加重合性官能基を有する化合物
が、両末端に付加重合性官能基を有する鎖状高分子化合
物である〔2〕に記載の炭素繊維ストランド。
[3] The carbon fiber strand according to [2], wherein the compound having an addition polymerizable functional group is a chain polymer having an addition polymerizable functional group at both ends.

【0014】〔4〕 付加重合性官能基が不飽和基であ
る〔2〕に記載の炭素繊維ストランド。
[4] The carbon fiber strand according to [2], wherein the addition-polymerizable functional group is an unsaturated group.

【0015】〔5〕 サイズ剤がビニルエステル樹脂を
30質量%以上含む〔1〕に記載の炭素繊維ストラン
ド。
[5] The carbon fiber strand according to [1], wherein the sizing agent contains 30% by mass or more of a vinyl ester resin.

【0016】〔6〕 ビニルエステル樹脂がビス系メタ
クリル型ビニルエステル樹脂である〔5〕に記載の炭素
繊維ストランド。
[6] The carbon fiber strand according to [5], wherein the vinyl ester resin is a bis type methacrylic vinyl ester resin.

【0017】〔7〕 炭素繊維ストランドを長さ方向に
垂直に切断したときの断面の扁平率(幅/厚み)が20
〜80である〔1〕に記載の炭素繊維ストランド。
[7] The flatness (width / thickness) of the cross section when the carbon fiber strand is cut perpendicularly to the length direction is 20.
The carbon fiber strand according to [1], which is ˜80.

【0018】〔8〕 炭素繊維ストランドが1000〜
50000本の炭素繊維フィラメントからなる〔1〕に
記載の炭素繊維ストランド。
[8] The carbon fiber strands are 1000-
The carbon fiber strand according to [1], which comprises 50,000 carbon fiber filaments.

【0019】[0019]

〔9〕 炭素繊維ストランドの風合い度が
150〜2500gf/mm2である〔1〕に記載の炭
素繊維ストランド。
[9] The carbon fiber strand according to [1], wherein the carbon fiber strand has a texture of 150 to 2500 gf / mm 2 .

【0020】〔10〕 炭素繊維ストランドのスチレン
溶媒中の分散不良度が10000本の炭素繊維フィラメ
ント当たり3〜50である〔1〕に記載の炭素繊維スト
ランド。
[10] The carbon fiber strand according to [1], wherein the carbon fiber strand has a poor degree of dispersion in a styrene solvent of 3 to 50 per 10,000 carbon fiber filaments.

【0021】〔11〕 不飽和ポリエステル樹脂又はビ
ニルエステル樹脂が、〔1〕乃至〔10〕の何れかに記
載の炭素繊維ストランドで強化された炭素繊維強化樹
脂。
[11] A carbon fiber reinforced resin in which an unsaturated polyester resin or a vinyl ester resin is reinforced with the carbon fiber strand according to any one of [1] to [10].

【0022】〔12〕 引抜成形用の〔11〕に記載の
炭素繊維強化樹脂。
[12] The carbon fiber reinforced resin according to [11] for pultrusion.

【0023】〔13〕 樹脂移送成形用の〔11〕に記
載の炭素繊維強化樹脂。
[13] The carbon fiber reinforced resin according to [11] for resin transfer molding.

【0024】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の炭素繊維ストランドはサ
イズ剤が0.3〜5.0質量%付着されてなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The carbon fiber strand of the present invention has a sizing agent adhered thereto in an amount of 0.3 to 5.0% by mass.

【0026】サイズ剤の付着量が0.3質量%未満の場
合は、炭素繊維が本発明を満足する不飽和マトリックス
樹脂との接着性を得られない外、集束性も劣る。一方、
サイズ剤の付着量が5.0質量%を超える場合は、マト
リックス樹脂が炭素繊維ストランドに含浸するのを妨げ
るので好ましくない。
When the amount of the sizing agent attached is less than 0.3% by mass, the carbon fiber cannot obtain the adhesiveness with the unsaturated matrix resin satisfying the present invention, and the sizing property is poor. on the other hand,
When the amount of the sizing agent attached exceeds 5.0% by mass, it impedes the impregnation of the carbon fiber strands with the matrix resin, which is not preferable.

【0027】また、本発明の炭素繊維ストランドは、空
気中200℃で1時間加熱したときの質量減少率が1.
0%以下である。質量減少率が1.0%を超える場合は
成形した複合材料にボイドが生成する外、分解物がマト
リックス樹脂の硬化を部分暴走させる可能性もあり、成
形した複合材料の物性が劣るので好ましくない。
The carbon fiber strand of the present invention has a mass reduction rate of 1. when heated in air at 200 ° C. for 1 hour.
It is 0% or less. If the mass reduction rate exceeds 1.0%, voids may be generated in the molded composite material, and the decomposed product may cause partial runaway of the curing of the matrix resin, resulting in poor physical properties of the molded composite material, which is not preferable. .

【0028】更に、本発明の炭素繊維ストランドは、示
差走査熱量計にて測定したとき、発熱量20〜1200
mJ/g、発熱開始温度が200℃以下の発熱ピークを
示す。
Further, the carbon fiber strand of the present invention has a calorific value of 20 to 1200 when measured with a differential scanning calorimeter.
It exhibits an exothermic peak with mJ / g and an exothermic onset temperature of 200 ° C. or lower.

【0029】発熱量が20mJ/g未満の場合は、マト
リックス樹脂と炭素繊維のバインダーとしての効果が乏
しく、炭素繊維への樹脂濡れ性が乏しく、満足な複合材
料物性を得られないので好ましくない。
When the calorific value is less than 20 mJ / g, the effect of the matrix resin and the carbon fiber as a binder is poor, the wettability of the resin to the carbon fiber is poor, and satisfactory physical properties of the composite material cannot be obtained, which is not preferable.

【0030】一方、発熱量が1200mJ/gを超える
と、引抜成形やRTM成形のように賦形と硬化が同時に
進行するような成形方法において、硬化が暴走し、安定
した成形物が得られない可能性があるので好ましくな
い。
On the other hand, when the calorific value exceeds 1200 mJ / g, in a molding method in which shaping and curing proceed simultaneously such as pultrusion molding and RTM molding, curing is runaway and a stable molded product cannot be obtained. There is a possibility that it is not preferable.

【0031】また、DSC曲線のベースラインからの立
ち上がり点である発熱開始温度が200℃を超えると、
炭素繊維ストランドの反応性が成形時に寄与していない
ことになるので好ましくない。
If the heat generation start temperature, which is the rising point from the baseline of the DSC curve, exceeds 200 ° C.,
It is not preferable because the reactivity of the carbon fiber strands does not contribute during molding.

【0032】本発明の炭素繊維ストランドに付着された
サイズ剤は、付加重合性官能基を有する化合物を30質
量%以上含むことが好ましい。この付加重合性官能基を
有する化合物は、両末端に付加重合性官能基を有する鎖
状高分子化合物であることが好ましい。また、上記付加
重合性官能基は不飽和基であることが好ましい。
The sizing agent attached to the carbon fiber strand of the present invention preferably contains 30% by mass or more of a compound having an addition polymerizable functional group. The compound having an addition polymerizable functional group is preferably a chain polymer compound having an addition polymerizable functional group at both ends. Further, the addition-polymerizable functional group is preferably an unsaturated group.

【0033】更に詳述すると、本発明の炭素繊維ストラ
ンドに付着されたサイズ剤は、耐熱性及び適度な反応性
を所有すれば種類は特に限定されず、例えば、エポキシ
樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステ
ル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル
樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂やその変性
物が挙げられる。
More specifically, the size of the sizing agent adhered to the carbon fiber strand of the present invention is not particularly limited as long as it has heat resistance and appropriate reactivity, and examples thereof include epoxy resin, urethane resin and polyester resin. , Vinyl ester resin, polyamide resin, polyether resin, acrylic resin, polyolefin resin, polyimide resin and modified products thereof.

【0034】なお、マトリックス樹脂に応じ、適したサ
イズ剤を適宜選択することができる。また、これらは2
種類以上を組み合わせて使用することも可能である。
A suitable sizing agent can be appropriately selected according to the matrix resin. Also, these are 2
It is also possible to use a combination of more than one type.

【0035】本発明においては特に付加重合性官能基を
有する化合物をサイズ剤に用いるのが好ましい。これに
対し、重縮合性官能基を有する化合物をサイズ剤に用い
る場合は、反応の際、水、アルコール等を生成するので
好ましくない。
In the present invention, it is particularly preferable to use a compound having an addition-polymerizable functional group as the sizing agent. On the other hand, when a compound having a polycondensable functional group is used as the sizing agent, water, alcohol, etc. are produced during the reaction, which is not preferable.

【0036】付加重合性官能基としては特にエポキシ基
や不飽和基が、自己や相手官能基によらず付加重合性を
示しやすいので、より好ましい。付加重合性官能基は、
側鎖や主鎖中間に有しても良いが、鎖状高分子化合物の
主鎖両末端にあるほうが反応性の制御などがしやすく好
ましい。
As the addition-polymerizable functional group, an epoxy group or an unsaturated group is particularly preferable because it easily exhibits addition-polymerization regardless of the self or partner functional group. The addition-polymerizable functional group is
Although it may be present in the side chain or in the middle of the main chain, it is preferable that it is at both ends of the main chain of the chain polymer compound because the reactivity can be easily controlled.

【0037】本発明におけるマトリックス樹脂は特にエ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましいが、ポリアミド樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂等の熱可塑性樹脂も使用できる。
The matrix resin in the present invention is preferably a thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin or a vinyl ester resin, but a polyamide resin,
Thermoplastic resins such as polyester resins, polyolefin resins, and polycarbonate resins can also be used.

【0038】本発明の炭素繊維ストランドは、断面の扁
平率が20〜80が好ましく、特に25〜70が好まし
い。扁平率が20未満の場合は、繊維ストランド内部ま
でマトリックス樹脂を含浸させるのが困難であるので好
ましくない。また、扁平率が80を超える場合は、例え
ば引抜成形におけるように、樹脂浴から次工程のダイス
への樹脂持込量が多くなり、引抜テンションが高くな
り、最終的には切断等のトラブルを引き起こしやすくな
るので好ましくない。
The flatness of the cross section of the carbon fiber strand of the present invention is preferably 20 to 80, and particularly preferably 25 to 70. When the oblateness is less than 20, it is difficult to impregnate the inside of the fiber strand with the matrix resin, which is not preferable. If the oblateness exceeds 80, the amount of resin carried from the resin bath to the die in the next step increases and the drawing tension increases, as in the case of, for example, pultrusion molding, which eventually causes problems such as cutting. It is not preferable because it is easy to cause.

【0039】ここで扁平率は下記式(1)で定義され
る。
Here, the flatness is defined by the following equation (1).

【0040】[0040]

【数1】 走行時扁平率 =炭素繊維ストランド幅(W)/炭素繊維ストランド厚み(D) (1) 本発明の炭素繊維ストランドは、炭素繊維フィラメント
を束ねたものであって、そのフィラメント数は1束当た
り1000〜50000本が好ましい。
[Formula 1] Running flatness = Carbon fiber strand width (W) / Carbon fiber strand thickness (D) (1) The carbon fiber strand of the present invention is a bundle of carbon fiber filaments, and the number of filaments is 1000 to 50000 pieces per bundle is preferable.

【0041】前記炭素繊維ストランドを構成する炭素繊
維は、原料としては特に限定するものではないが、ポリ
アクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素
繊維、レーヨン系炭素繊維等が例示できる。これらの炭
素繊維のうち、取扱性能、製造工程通過性能に適したP
AN系炭素繊維が特に好ましい。ここで、PAN系炭素
繊維は、アクリロニトリル構造単位を主成分とし、イタ
コン酸、アクリル酸、アクリルエステル等のビニル単量
体単位を10モル%以内で含有する共重合体を炭素繊維
化したものである。
The carbon fiber constituting the carbon fiber strand is not particularly limited as a raw material, but examples thereof include polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber, pitch carbon fiber, rayon carbon fiber and the like. Of these carbon fibers, P suitable for handling performance and manufacturing process passing performance
AN-based carbon fiber is particularly preferable. Here, the PAN-based carbon fiber is a carbon fiber-based copolymer containing an acrylonitrile structural unit as a main component and containing vinyl monomer units such as itaconic acid, acrylic acid, and acrylic ester within 10 mol%. is there.

【0042】本発明の炭素繊維ストランドを構成する炭
素繊維は、マトリックス樹脂との接着性を高めるため
に、X線光電子分光法により測定される表面酸素濃度比
O/Cが0.1〜0.3であることが好ましい。
The carbon fiber constituting the carbon fiber strand of the present invention has a surface oxygen concentration ratio O / C measured by X-ray photoelectron spectroscopy of 0.1 to 0. It is preferably 3.

【0043】表面酸素濃度O/Cが0.1未満の場合は
マトリックス樹脂との接着性が劣り、複合材料の物性低
下の原因となるので好ましくない。一方、表面酸素濃度
O/Cが0.3を超える場合は炭素繊維自体の強度が低
下するので好ましくない。
If the surface oxygen concentration O / C is less than 0.1, the adhesiveness with the matrix resin will be poor and this will cause deterioration of the physical properties of the composite material. On the other hand, when the surface oxygen concentration O / C exceeds 0.3, the strength of the carbon fiber itself decreases, which is not preferable.

【0044】炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cを上記範
囲にするためには、炭素繊維の製造工程において、炭素
化処理終了後、表面処理を施すことが好ましい。
In order to keep the surface oxygen concentration ratio O / C of the carbon fiber within the above range, it is preferable to carry out a surface treatment after the carbonization treatment in the production process of the carbon fiber.

【0045】かかる表面処理は、液相処理、気相処理な
どによる表面処理を挙げることができる。本発明におい
ては、生産性、処理の均一性、安定性等の観点から、液
相電解表面処理が好ましい。
Examples of such surface treatment include liquid phase treatment and gas phase treatment. In the present invention, the liquid-phase electrolytic surface treatment is preferable from the viewpoint of productivity, treatment uniformity, stability and the like.

【0046】炭素繊維の表面処理を行う程度を管理する
ための指標としては、X線光電子分光法(XPS)によ
り測定される炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cが好まし
い。
As an index for controlling the degree of surface treatment of carbon fiber, the surface oxygen concentration ratio O / C of carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is preferable.

【0047】O/Cは一例として次の方法によって求め
ることができる。日本電子株式会社製X線光電子分光器
ESCA JPS−9000MXにより、予めサイジン
グ剤を除去した炭素繊維を10-6Paに減圧した測定室
中に入れ、Mgを対極として電子線加速電圧10kV、
10mAの条件で発生させたX線を照射し、炭素原子、
酸素原子より発生する光電子のスペクトルを測定し、そ
の面積比を算出する。
The O / C can be obtained by the following method as an example. The carbon fiber from which the sizing agent was previously removed was put into a measuring chamber decompressed to 10 −6 Pa by an X-ray photoelectron spectrometer ESCA JPS-9000MX manufactured by JEOL Ltd., and an electron beam accelerating voltage 10 kV with Mg as a counter electrode.
Irradiation with X-rays generated under the condition of 10 mA, carbon atoms,
The spectrum of photoelectrons generated from oxygen atoms is measured, and the area ratio is calculated.

【0048】発生する光電子の割合は各元素により異な
り、この日本電子株式会社製X線光電子分光器ESCA
JPS−9000MXの装置特性による換算係数は
2.69である。
The ratio of photoelectrons generated differs depending on each element. This X-ray photoelectron spectrometer ESCA manufactured by JEOL Ltd.
The conversion factor according to the device characteristics of JPS-9000MX is 2.69.

【0049】表面処理を経た炭素繊維は、充分に洗浄し
て電解質を除去した後、前述したサイズ剤を施すことが
好ましい。
It is preferable that the surface-treated carbon fiber is thoroughly washed to remove the electrolyte, and then the above-mentioned sizing agent is applied thereto.

【0050】サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、
転写法等、既知の方法を採択し得る。汎用性、効率性、
付与の均一性に優れることから、液浸法が特に好まし
い。
The sizing agent is applied by a spray method, a liquid immersion method,
A known method such as a transfer method can be adopted. Versatility, efficiency,
The liquid immersion method is particularly preferable because of excellent uniformity of application.

【0051】炭素繊維ストランドをサイズ剤液に浸漬す
る際、サイズ剤液中に設けられた液没ローラー又は液浸
ローラーを介して、炭素繊維ストランドの開繊と絞りを
繰り返し、ストランドの芯までサイズ剤を含浸させるこ
とが好ましい。
When the carbon fiber strands are dipped in the sizing liquid, the carbon fiber strands are repeatedly opened and squeezed through the immersion roller or the liquid immersion roller provided in the sizing liquid to reach the core of the strands. It is preferable to impregnate the agent.

【0052】サイズ剤付与処理は、アセトン等の溶剤に
サイズ剤となる化合物を溶解させた溶液中に炭素繊維を
浸漬する溶剤法も可能であるが、乳化剤等を用い水系エ
マルジョン中に炭素繊維を浸漬するエマルジョン法が人
体への安全性及び自然環境の汚染を防止する観点から好
ましい。
The sizing agent application treatment can be carried out by a solvent method in which carbon fibers are immersed in a solution in which a compound serving as a sizing agent is dissolved in a solvent such as acetone, but carbon fibers are added to an aqueous emulsion by using an emulsifier or the like. The dipping emulsion method is preferable from the viewpoint of safety to the human body and prevention of pollution of the natural environment.

【0053】また、炭素繊維の取扱性や、耐擦過性、耐
毛羽性、含浸性を向上させるため、分散剤、界面活性剤
等の補助成分を添加しても良い。これらは、予めサイズ
剤となる樹脂組成物中に添加しても良く、又は別途付与
しても良い。補助成分の添加量はサイズ剤の付着量の7
0質量%以下が好ましい。
Further, auxiliary components such as a dispersant and a surfactant may be added in order to improve the handleability, scratch resistance, fluff resistance and impregnation property of the carbon fiber. These may be added in advance to the resin composition serving as the sizing agent, or may be added separately. The amount of auxiliary ingredients added is 7 times the amount of sizing agent attached.
It is preferably 0% by mass or less.

【0054】サイズ剤付与処理後、炭素繊維ストランド
は通常の乾燥工程により、サイズ剤付与時の分散媒であ
った水の乾燥あるいは溶媒である溶剤の乾燥を行う。乾
燥工程は乾燥炉を通過させる方法、過熱したローラーに
接触させる方法等、既知の方法が採択し得る。乾燥温度
は特に規定されるものではないが、汎用的な水系エマル
ジョンの場合は通常80〜200℃に設定される。ま
た、本発明においては、乾燥工程の後、200℃以上の
熱処理工程を経ることも可能である。
After the sizing treatment, the carbon fiber strands are dried by a usual drying process such as water which is a dispersion medium at the time of sizing, or a solvent which is a solvent. For the drying step, known methods such as a method of passing through a drying furnace and a method of contacting with a heated roller can be adopted. The drying temperature is not particularly specified, but in the case of a general-purpose water-based emulsion, it is usually set to 80 to 200 ° C. Further, in the present invention, after the drying step, a heat treatment step at 200 ° C. or higher can be performed.

【0055】以上のようなサイズ剤付与処理等により、
サイズ剤の付着量、空気中200℃で1時間加熱したと
きの炭素繊維ストランドの質量減少率、並びに、示差走
査熱量計にて炭素繊維ストランドを測定したときの発熱
ピークにおける、発熱量、及び発熱開始温度を、前述の
範囲にすることができる。
By the sizing treatment and the like as described above,
Adhesion amount of sizing agent, mass reduction rate of carbon fiber strands when heated in air at 200 ° C. for 1 hour, and heat generation amount and heat generation at exothermic peak when carbon fiber strands were measured by a differential scanning calorimeter The starting temperature can be in the range mentioned above.

【0056】本発明の炭素繊維ストランドは、後述する
測定方法により得られる風合い度が150〜2500g
f/mm2(1.5〜25MPa)であることが好まし
い。風合い度が150gf/mm2未満の場合は、引抜
成形などの工程において、炭素繊維ストランドを支持す
る支点(ガイドローラー等)の支点間距離が大きいとこ
ろで、炭素繊維ストランドの部分的なたるみが発生し、
巻きつきや切断などトラブルを誘発しやすい外、RTM
成形においては、樹脂移送中に炭素繊維ストランドで製
作したプリフォームの形態を維持できない等の問題も生
ずるので好ましくない。一方、風合い度が2500gf
/mm2を超えると炭素繊維ストランドの拡がり性が低
下することなどにより、マトリックス樹脂の含浸性が低
下するので好ましくない。
The carbon fiber strand of the present invention has a texture of 150 to 2500 g obtained by the measuring method described later.
It is preferably f / mm 2 (1.5 to 25 MPa). If the texture is less than 150 gf / mm 2 , partial sagging of the carbon fiber strands will occur in the process such as pultrusion molding where the distance between the fulcrums of the fulcrums (guide rollers, etc.) supporting the carbon fiber strands is large. ,
It is easy to induce problems such as winding and cutting, RTM
In molding, there is a problem in that the form of the preform made of carbon fiber strands cannot be maintained during resin transfer, which is not preferable. On the other hand, the texture is 2500 gf
If it exceeds / mm 2 , the spreadability of the carbon fiber strands is reduced, and the impregnability of the matrix resin is reduced, which is not preferable.

【0057】本発明における炭素繊維ストランドは、ス
チレン溶媒中の分散不良度が10000フィラメント当
たり2〜90であることが好ましい。
The carbon fiber strand in the present invention preferably has a degree of poor dispersion in a styrene solvent of 2 to 90 per 10,000 filaments.

【0058】分散不良度が2未満の場合は、不飽和ポリ
エステルやビニルエステルのような不飽和マトリックス
樹脂系の引抜成形やFW成形における樹脂含浸中に炭素
繊維ストランドが必要以上に開繊し、含浸後以降の集束
性が低下し、ガイドローラーやダイス等での単糸切断を
伴うトラブルが発生しやすくなるので好ましくない。
When the degree of dispersion failure is less than 2, the carbon fiber strands are unnecessarily opened and impregnated during the resin impregnation in the pultrusion molding or FW molding of an unsaturated matrix resin such as unsaturated polyester or vinyl ester. This is not preferable because the bundle-forming property after that is deteriorated, and troubles such as cutting of a single yarn with a guide roller or a die are likely to occur.

【0059】一方、分散不良度が90を超える場合は、
不飽和マトリックス樹脂の含浸ムラがおこり、複合材料
の物性低下の原因となるので好ましくない。
On the other hand, if the degree of dispersion failure exceeds 90,
The unsaturated matrix resin is impregnated unevenly, which causes deterioration of the physical properties of the composite material, which is not preferable.

【0060】炭素繊維ストランドのストランド引張り強
度は、4000MPa以上が好ましく、4500MPa
以上がより好ましい。
The strand tensile strength of the carbon fiber strand is preferably 4000 MPa or more, and 4500 MPa.
The above is more preferable.

【0061】本発明においては、上記炭素繊維ストラン
ド、表面酸素濃度、サイズ剤等を適宜調節することによ
り、本発明の炭素繊維ストランドを製造できる。
In the present invention, the carbon fiber strand of the present invention can be produced by appropriately adjusting the carbon fiber strand, surface oxygen concentration, sizing agent and the like.

【0062】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【0063】[0063]

【実施例】以下の実施例及び比較例の条件により炭素繊
維ストランドを作製した。各炭素繊維ストランドの諸物
性値を、以下の方法により測定した。
EXAMPLES Carbon fiber strands were produced under the conditions of the following examples and comparative examples. Various physical properties of each carbon fiber strand were measured by the following methods.

【0064】<炭素繊維ストランド幅>4cm長に切断
した炭素繊維ストランドを5束用意し、株式会社キーエ
ンス社製イメージセンサー(センサーヘッドVG―03
5、コントローラーVG―300)で各炭素繊維ストラ
ンド幅を測定し、その平均値を炭素繊維ストランド幅
(W)とした。
<Carbon Fiber Strand Width> Five bundles of carbon fiber strands cut to a length of 4 cm were prepared, and an image sensor (sensor head VG-03) manufactured by Keyence Corporation was prepared.
5, the controller VG-300) was used to measure the width of each carbon fiber strand, and the average value was used as the carbon fiber strand width (W).

【0065】<炭素繊維ストランド厚み>炭素繊維スト
ランド幅を測定した炭素繊維ストランドの厚みを厚みゲ
ージ(株式会社ミツトヨ製厚みゲージ No.2050
F)を用いて測定し、その平均値を炭素繊維ストランド
厚み(D)とした。
<Carbon Fiber Strand Thickness> The thickness of the carbon fiber strand whose width was measured is measured by a thickness gauge (thickness gauge No. 2050 manufactured by Mitutoyo Corporation).
It measured using F), and made the average value carbon fiber strand thickness (D).

【0066】<風合い度>風合い度は大栄科学精器製作
所(株)製ハイドロメーター 型式:HOM−2を用い
て以下の条件で測定した。 測定サンプル:20cm長の炭素繊維ストランド スリット幅:5mm(S) 測定方法:サンプルをスリットと直角及びサンプル中央
部がスリット上になるように試料台に載せた。次に幅1
mm、長さ200mmの金属プレートでこのサンプルを
スリット間に深さ10mmまで10mm/secの速さ
で押し込み、このときの金属プレートに負荷する最大荷
重を測定した。測定は指示計の示す値を読む、測定は5
回行い、その平均値を測定値(F)とした。
<Handling degree> The handing degree was measured using a hydrometer model: HOM-2 manufactured by Daiei Kagaku Seiki Seisakusho KK under the following conditions. Measurement sample: 20 cm long carbon fiber strand slit width: 5 mm (S) Measurement method: The sample was placed on the sample stand at right angles to the slit and with the center of the sample on the slit. Then width 1
This sample was pushed into the slits to a depth of 10 mm at a speed of 10 mm / sec using a metal plate having a length of 200 mm and a length of 200 mm, and the maximum load applied to the metal plate at this time was measured. For measurement, read the value indicated by the indicator, and measure 5
The measurement was repeated, and the average value was used as the measurement value (F).

【0067】[0067]

【数2】 F:ハイドロメーターの測定値[gf] S:スリット幅(=5mm) W2:静止時炭素繊維ストランド幅[mm] D:炭素繊維ストランド厚み[mm] 上記測定値等から、風合い度は上記式(2)で算出し
た。
[Equation 2] F: Hydrometer measurement value [gf] S: Slit width (= 5 mm) W2: Resting carbon fiber strand width [mm] D: Carbon fiber strand thickness [mm] From the above measurement values, the texture is calculated by the above formula ( Calculated in 2).

【0068】<スチレン溶媒中の分散不良度>炭素繊維
ストランドを3mm長に切断し、界面活性剤0.5質量
%を含むスチレン溶媒10mLの入った100mLビー
カーに投入した。このビーカーは、超音波洗浄機(本多
電子株式会社製3周波超音波洗浄機 型式W−133)
にて45kHzの超音波を10秒間付与した。その後、
光学顕微鏡にて20倍の倍率で観察し、炭素繊維フィラ
メント同士が絡んだ等の未分散部分の個数を数えた。そ
の個数値を10000本のフィラメント当たりに換算し
た値を求め、この換算値を分散不良度とした(例えば1
2000本のフィラメントからなる炭素繊維ストランド
を測定した場合は未分散部分の個数を1.2で除し
た。)。
<Dispersion Defect in Styrene Solvent> The carbon fiber strand was cut into a length of 3 mm and placed in a 100 mL beaker containing 10 mL of a styrene solvent containing 0.5% by mass of a surfactant. This beaker is an ultrasonic cleaner (Honda Electronics Co., Ltd. 3-frequency ultrasonic cleaner model W-133)
The ultrasonic wave of 45 kHz was applied for 10 seconds. afterwards,
It was observed with an optical microscope at a magnification of 20 times, and the number of undispersed parts such as carbon fiber filaments entangled with each other was counted. A value obtained by converting the number value per 10,000 filaments was obtained, and this converted value was defined as the degree of dispersion failure (for example, 1
When measuring a carbon fiber strand composed of 2000 filaments, the number of undispersed parts was divided by 1.2. ).

【0069】<質量減少率>5gの炭素繊維ストランド
を110℃で2時間乾燥後、デシケーター中で室温まで
冷却し、炭素繊維の質量(G1)を測定した。次いで、
200℃±5℃の熱風循環式乾燥機内で1時間加熱した
後、デシケーター中で室温まで冷却し、質量(G2)を
測定した。質量減少率を次式 質量減少率(%)=(G1−G2)×100/G1 により求めた。
<Mass Reduction Ratio> After drying 5 g of carbon fiber strands at 110 ° C. for 2 hours, it was cooled to room temperature in a desiccator, and the mass (G1) of carbon fibers was measured. Then
After heating for 1 hour in a hot air circulation dryer at 200 ° C ± 5 ° C, the mixture was cooled to room temperature in a desiccator, and the mass (G2) was measured. The mass reduction rate was calculated by the following formula: mass reduction rate (%) = (G1−G2) × 100 / G1.

【0070】<発熱量、及び発熱開始温度>示差走査熱
量計(マック・サイエンス社製、DSC3100)を用
い、発熱量、及び発熱開始温度を測定した。測定条件
は、サンプル量20mg、窒素流量100mL/分、昇
温速度10℃/分とした(JIS K 7122「プラス
チックの転移熱測定方法」及びJIS K 7121「プ
ラスチックの転移温度測定方法」に準拠)。
<Heat generation amount and heat generation starting temperature> The heat generation amount and heat generation starting temperature were measured using a differential scanning calorimeter (DSC3100, manufactured by Mac Science Co.). The measurement conditions were a sample amount of 20 mg, a nitrogen flow rate of 100 mL / min, and a heating rate of 10 ° C./min (in accordance with JIS K 7122 “Plastic transition heat measurement method” and JIS K 7121 “Plastic transition temperature measurement method”). .

【0071】<引抜性>ビニルエステル樹脂(昭和高分
子社製リポキシR−806)100質量部、過酸化物硬
化剤(日本油脂製パーキュア−O)2質量部に調整され
たマトリックス樹脂を樹脂浴(長さ:400mm、幅:
120mm、高さ:100mm)に適量投入した。
<Pullability> Matrix resin adjusted to 100 parts by mass of a vinyl ester resin (Lipoxy R-806 manufactured by Showa High Polymer Co., Ltd.) and 2 parts by mass of a peroxide curing agent (Percure-O manufactured by NOF CORPORATION) was used as a resin bath. (Length: 400 mm, width:
120 mm, height: 100 mm) was put in an appropriate amount.

【0072】30cm長に切断した炭素繊維ストランド
を適度な本数、平行に束ね(以下サンプル束という)、
両端を市販の炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製
ベスファイト、12000フィラメント、引張強度39
00MPa、引張弾性率235GPa)にて縛り固定し
た。
An appropriate number of carbon fiber strands cut into a length of 30 cm are bundled in parallel (hereinafter referred to as a sample bundle),
Both ends are commercially available carbon fiber strands (Besphite manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., 12000 filaments, tensile strength 39
It was tied and fixed at 00 MPa and a tensile elastic modulus of 235 GPa).

【0073】この内、片端の固定に使用している市販の
炭素繊維ストランド1束(以下誘導糸とする)を予め絞
りガイド及び筒状の金型(内容 断面:10mm×3m
m、長さ300mm)に通過させておいた。また、誘導
糸を通過させた金型はフレキシブルリボンヒーターを用
いて130℃に保温しておいた。
Of these, one bundle of commercially available carbon fiber strands used for fixing one end (hereinafter referred to as induction yarn) was previously drawn by a drawing guide and a cylindrical mold (content cross section: 10 mm × 3 m).
m, length 300 mm). Further, the mold through which the induction yarn was passed was kept warm at 130 ° C. using a flexible ribbon heater.

【0074】サンプル束を樹脂浴に樹脂浴長さ方向と平
行に浸漬させ、30秒浸漬後、サンプル束を引っ張って
金型内に収めた。その後、誘導糸を切断、除去した。
The sample bundle was immersed in a resin bath parallel to the length direction of the resin bath, and after being immersed for 30 seconds, the sample bundle was pulled and placed in a mold. After that, the guide yarn was cut and removed.

【0075】尚、サンプル束を形成する炭素繊維ストラ
ンドの本数は炭素繊維単繊維の断面積及び炭素繊維スト
ランドのフィラメント数により決めた(炭素繊維体積含
有率Vfが60%になるように調整した)。上記の引抜
試験の結果を ○:特に問題なし ×:誘導中に誘導糸が切断した のように○×で表現した。
The number of carbon fiber strands forming the sample bundle was determined by the cross-sectional area of the carbon fiber single fibers and the number of filaments of the carbon fiber strand (adjusted so that the carbon fiber volume content Vf was 60%). . The result of the above-mentioned pull-out test is expressed as ◯: no particular problem ×: as if the guide yarn was cut during induction.

【0076】<層間剪断強度(ILSS)>上記のサンプ
ル束が充填された金型を150℃のオーブン中に7分間
入れ、マトリックス樹脂を硬化させた。離型した成型物
からJIS K 7078に準拠した試験片を作製し、同
規定に準拠してILSSの測定をした。
<Interlayer Shear Strength (ILSS)> The mold filled with the above sample bundle was placed in an oven at 150 ° C. for 7 minutes to cure the matrix resin. A test piece conforming to JIS K 7078 was prepared from the released molded product, and ILSS was measured according to the same regulations.

【0077】<濡れ性>上記成型物の内、ILSS測定
に用いない部分を曲げ試験と同様にして破壊し、破断面
のSEM観察を行った。その結果を ○:繊維表面の大半に樹脂が付着 ×:繊維表面への
樹脂付着がほとんど観察できない のように○×で表現した。
<Wettability> Of the above-mentioned molded product, a portion not used for ILSS measurement was broken in the same manner as in the bending test, and the fracture surface was observed by SEM. The result is represented by ◯: The resin adheres to most of the fiber surface. ×: The resin adherence to the fiber surface is hardly observed, and is represented by ◯.

【0078】<RTM成形性>図1及び2に示すRTM
成形性試験機を用いて測定した。
<RTM Formability> RTM shown in FIGS.
It measured using the moldability tester.

【0079】ステンレス板2(寸法450mm×300
mm)上に、被試験体である炭素繊維ストランドを用い
て作製した炭素繊維織物4(平織、寸法200mm×1
50mm、目付200g/m2)を設置した。この炭素
繊維織物4を内フィルム6(寸法260mm×210m
m)で覆い、周りをシールして内フィルムシール部8を
形成させた。また、内フィルムシール部8を形成させる
際は、内フィルム出口10a,10bを形成させ、この
内フィルム出口10a,10bと入側テフロン(登録商
標)チューブ12とが連通された内フィルム通路14を
形成させた。
Stainless plate 2 (dimensions 450 mm × 300
mm), a carbon fiber woven fabric 4 (plain weave, size 200 mm × 1) prepared by using a carbon fiber strand as a test object.
50 mm, unit weight 200 g / m 2 ) was installed. This carbon fiber woven fabric 4 is used as an inner film 6 (size 260 mm × 210 m
m), and the periphery was sealed to form the inner film seal portion 8. Further, when forming the inner film seal portion 8, the inner film outlets 10a and 10b are formed, and the inner film passage 14 in which the inner film outlets 10a and 10b are communicated with the inlet side Teflon (registered trademark) tube 12 is formed. Formed.

【0080】次に、上記内フィルム6を外フィルム16
(寸法400mm×270mm)で覆い、周りをシールし
て外フィルムシール部18を形成させた。外フィルムシ
ール部18を形成させる際は、上記内フィルム通路14
と供用させて、入側テフロン(登録商標)チューブ12と
出側テフロン(登録商標)チューブ20とが連通された外
フィルム通路22を形成させた。更に内フィルム出口1
0a,10bから染み出した樹脂がたまる溜り場が出来
るように図1及び2のように外フィルム通路22を形成
させた。
Next, the inner film 6 is replaced with the outer film 16
The outer film seal portion 18 was formed by covering the outer periphery with (dimensions of 400 mm × 270 mm) and sealing the periphery. When forming the outer film seal portion 18, the inner film passage 14 is formed.
The outer film passage 22 in which the inlet side Teflon (registered trademark) tube 12 and the outlet side Teflon (registered trademark) tube 20 communicate with each other was formed. Inner film outlet 1
The outer film passage 22 was formed as shown in FIGS. 1 and 2 so as to form a pool for the resin exuded from 0a and 10b.

【0081】以上のようにセットしたステンレス板2を
ホットプレート上に設置した。また入側のテフロン(登
録商標)チューブ12には入側フレキシブルチューブ2
4を介し樹脂タンクに接続した。一方、出側のテフロン
(登録商標)チューブ20は、出側フレキシブルチューブ
26及びトラップを経由して真空ポンプに接続した。
The stainless plate 2 set as described above was set on a hot plate. In addition, the Teflon (registered trademark) tube 12 on the inlet side has a flexible tube 2 on the inlet side.
It was connected via 4 to the resin tank. On the other hand, Teflon on the outgoing side
The (registered trademark) tube 20 was connected to a vacuum pump via the outlet flexible tube 26 and a trap.

【0082】ビニルエステル樹脂(昭和高分子社製リポ
キシR−806)100部、過酸化物硬化剤(日本油脂
製パーキュア−O)2部に調整されたマトリックス樹脂
を樹脂タンク(容量2L)に適量投入した。ホットプレ
ートによりステンレス板を140℃に保温した後、真空
ポンプを起動させ、樹脂タンクよりマトリックス樹脂を
内フィルム内へと移送した。上記のRTM成形性の評価
結果を ○:炭素繊維織物のほぼ全域にマトリックス樹脂が行き
渡る ×:炭素繊維織物の一部にしかマトリックス樹
脂が行き渡らない のように○×で表現した。
Matrix resin adjusted to 100 parts of vinyl ester resin (Lipoxy R-806 manufactured by Showa High Polymer Co., Ltd.) and 2 parts of peroxide curing agent (Percure-O manufactured by NOF CORPORATION) was added to a resin tank (capacity 2 L) in an appropriate amount. I put it in. After the stainless steel plate was kept warm at 140 ° C. by a hot plate, the vacuum pump was activated and the matrix resin was transferred from the resin tank into the inner film. The evaluation result of the above RTM moldability was expressed as ◯: The matrix resin spreads over almost the entire area of the carbon fiber woven fabric ×: The matrix resin spreads over only a part of the carbon fiber woven fabric.

【0083】実施例1〜6、比較例1 未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社
製ベスファイト、12000フィラメント、引張強度4
800MPa、引張弾性率240GPa)をビスフェノ
ールA系メタクリル型ビニルエステル樹脂100部(共
栄社化学社製エポキシエステル3000M)をポリオキ
シエチレンスチレン化フェノールエーテル40部で乳化
した水エマルジョンが入ったサイジング浴に連続的に浸
漬させた後、水分を乾燥除去し、炭素繊維ストランドを
得た。その際、浴濃度、乾燥温度、サイジング方法を調
整することにより、表1に挙げる炭素繊維ストランドを
得た。これらの炭素繊維ストランドを用いて、上記に挙
げた各種評価試験を行った。その結果を表1にまとめて
示した。
Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 Unsized carbon fiber strands (Vesphite manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., 12000 filaments, tensile strength 4)
800 MPa, tensile modulus of 240 GPa) was continuously emulsified in a sizing bath containing a water emulsion obtained by emulsifying 100 parts of bisphenol A methacrylic vinyl ester resin (epoxy ester 3000M manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) with 40 parts of polyoxyethylene styrenated phenol ether. After being dipped in, the water was removed by drying to obtain a carbon fiber strand. At that time, the carbon fiber strands listed in Table 1 were obtained by adjusting the bath concentration, the drying temperature, and the sizing method. Using these carbon fiber strands, the various evaluation tests listed above were performed. The results are summarized in Table 1.

【0084】サイジング方法は、図3、4及び5でそれ
ぞれ示されるA法、B法及びC法を適宜用いた。
As the sizing method, method A, method B and method C shown in FIGS. 3, 4 and 5 were appropriately used.

【0085】図3、4及び5のそれぞれのサイジング方
法において、炭素繊維ストランド32、42及び52
は、ガイドローラー34、44及び54を経て、サイジ
ング浴36、46及び56に連続的に浸漬させた。その
後、必要に応じ、絞りローラー38、40、48及び5
8、並びに、ヒートローラー60及び62を経て、乾燥
炉へ搬送した。
In the respective sizing methods of FIGS. 3, 4 and 5, carbon fiber strands 32, 42 and 52 are provided.
Was continuously immersed in sizing baths 36, 46 and 56 via guide rollers 34, 44 and 54. Then, if necessary, the squeezing rollers 38, 40, 48 and 5
8 and the heat rollers 60 and 62, and conveyed to the drying furnace.

【0086】表1の結果に示すように、実施例1乃至6
は何れも満足な結果が得られた。しかし、比較例1は示
差走査熱量計にて炭素繊維ストランドを測定したときの
発熱ピークで、発熱量が少なく、並びに、風合い度、及
び分散不良度が高く、濡れ性が×等、満足な結果は得ら
れなかった。
As shown in the results of Table 1, Examples 1 to 6
In all cases, satisfactory results were obtained. However, Comparative Example 1 is an exothermic peak when the carbon fiber strands are measured by a differential scanning calorimeter, the calorific value is small, the degree of texture and the degree of poor dispersion are high, and the wettability is x, which is a satisfactory result. Was not obtained.

【0087】[0087]

【表1】 [Table 1]

【0088】比較例2 未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社
製ベスファイト、12000フィラメント、引張強度4
800MPa、引張弾性率240GPa)を、グリセリ
ンジメタクリレートヘキサメチレンジイソシアネート化
合物(共栄社化学社製UA101H)のアセトン溶液
(濃度22g/L)が入ったサイジング浴に連続的に浸
漬させた。その後、アセトンを100℃にて乾燥除去し
(サイジング方法:A法)、サイズ付着量1.0質量
%、質量減少量0.12%、発熱量1350mJ/g、
発熱開始温度101℃、扁平率37%、風合い度445
g/mm2、分散不良度26の炭素繊維ストランドを得
た。この炭素繊維ストランドを用いて引抜試験を行った
ところ、ILSSは79MPa、濡れ性は○であるが、
引抜性×、RTM成形性×と成形性が問題であった。
Comparative Example 2 Unsized carbon fiber strands (Vesphite manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., 12000 filaments, tensile strength of 4)
800 MPa and a tensile modulus of 240 GPa) were continuously immersed in a sizing bath containing an acetone solution (concentration 22 g / L) of a glycerin dimethacrylate hexamethylene diisocyanate compound (UA101H manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.). After that, acetone was removed by drying at 100 ° C. (sizing method: method A), the amount of adhered size was 1.0% by mass, the amount of mass reduction was 0.12%, and the calorific value was 1350 mJ / g.
Heat generation start temperature 101 ° C, flatness 37%, texture 445
A carbon fiber strand with g / mm 2 and a degree of dispersion failure of 26 was obtained. When a pull-out test was performed using this carbon fiber strand, ILSS was 79 MPa and wettability was ◯,
The drawability x, RTM moldability x and moldability were problems.

【0089】比較例3 未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社
製ベスファイト、12000フィラメント、引張強度4
800MPa、引張弾性率240GPa)を、ビスフェ
ノールA系メタクリル型ビニルエステル樹脂30部(共
栄社化学社製エポキシエステル3000M)及び脂肪族
系アクリル型ビニルエステル70部(共栄社化学社製エ
ポキシエステル200EA)をポリオキシエチレンスチ
レン化フェノールエーテル30部で乳化した濃度35g
/Lの水エマルジョンが入ったサイジング浴に連続的に
浸漬させた。その後、水分を100℃にて乾燥除去し
(サイジング方法:A法)、サイズ付着量2.2質量
%、質量減少量1.4%、発熱量1280mJ/g、発
熱開始温度107℃、扁平率34%、風合い度615g
/mm2、分散不良度17の炭素繊維ストランドを得
た。この炭素繊維ストランドを用いて引抜試験を行った
ところ、濡れ性は○であるが、引抜性×、ILSSは7
1MPaと劣り、RTM成形性も×と劣った。
Comparative Example 3 Unsized carbon fiber strands (Vesphite manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., 12000 filaments, tensile strength 4
800 MPa, tensile elastic modulus 240 GPa), polyoxy of bisphenol A methacrylic vinyl ester resin 30 parts (Kyoeisha Chemical Co., Ltd. epoxy ester 3000M) and aliphatic acrylic vinyl ester 70 parts (Kyoeisha Chemical Epoxy ester 200EA). Concentration of 35g emulsified with 30 parts of ethylene styrenated phenol ether
It was continuously immersed in a sizing bath containing / L of water emulsion. After that, the water content is dried and removed at 100 ° C. (sizing method: method A), the amount of attached size is 2.2% by mass, the amount of mass reduction is 1.4%, the heat generation amount is 1280 mJ / g, the heat generation start temperature is 107 ° C., and the flatness is 34%, texture 615g
A carbon fiber strand having a dispersibility of 17 / mm 2 was obtained. When a drawing test was conducted using this carbon fiber strand, the wettability was ◯, but the drawability was × and ILSS was 7
It was inferior to 1 MPa and RTM moldability was inferior to x.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明の炭素繊維ストランドは不飽和マ
トリックス樹脂との接着性に優れるため、物性が優れた
炭素繊維強化樹脂複合材料を得ることが可能である。特
に引抜成形やRTM成形においては、含浸性、成形性に
優れ、成形時のトラブル発生を防止するという利点があ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION The carbon fiber strand of the present invention is excellent in adhesiveness with the unsaturated matrix resin, and thus it is possible to obtain a carbon fiber reinforced resin composite material having excellent physical properties. Particularly, in pultrusion molding and RTM molding, there are advantages that the impregnation property and the moldability are excellent and troubles during molding are prevented.

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

【図1】RTM成形性試験機の一例を示す概略説明図
(平面図)である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view (plan view) showing an example of an RTM formability tester.

【図2】RTM成形性試験機の一例を示す概略説明図
(側面断面図)である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view (side sectional view) showing an example of an RTM formability tester.

【図3】炭素繊維ストランドのサイジング方法(A法)
を示す概略説明図である。
FIG. 3 Sizing method for carbon fiber strands (method A)
It is a schematic explanatory drawing which shows.

【図4】炭素繊維ストランドのサイジング方法(B法)
を示す概略説明図である。
FIG. 4 Sizing method for carbon fiber strands (method B)
It is a schematic explanatory drawing which shows.

【図5】炭素繊維ストランドのサイジング方法(C法)
を示す概略説明図である。
FIG. 5: Sizing method for carbon fiber strands (method C)
It is a schematic explanatory drawing which shows.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ステンレス板 4 炭素繊維織物 6 内フィルム 8 内フィルムシール部 10a,10b 内フィルム出口 12 入側テフロン(登録商標)チューブ 14 内フィルム通路 16 外フィルム 18 外フィルムシール部 20 出側テフロン(登録商標)チューブ 22 外フィルム通路 24 入側フレキシブルチューブ 26 出側フレキシブルチューブ 32、42、52 炭素繊維ストランド 34、44、54 ガイドローラー 36、46、56 サイジング浴 38、40、48、58 絞りローラー 60、62 ヒートローラー 2 stainless steel plate 4 carbon fiber fabric Film in 6 8 Inner film seal part 10a, 10b inner film outlet 12 Inlet Teflon (registered trademark) tube 14 Inside film passage 16 outer film 18 Outer film seal part 20 Outgoing Teflon (registered trademark) tube 22 Outside film passage 24 Entry side flexible tube 26 Outlet flexible tube 32, 42, 52 carbon fiber strands 34, 44, 54 Guide rollers 36, 46, 56 Sizing bath 38, 40, 48, 58 Squeezing roller 60,62 Heat roller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 功 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ ックス株式会社内 (72)発明者 梅元 禎孝 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ ックス株式会社内 Fターム(参考) 4F072 AA02 AB10 AC04 AC05 AD04 AD09 AD38 AD41 AD44 AL01 4L033 AA09 AB03 AC15 CA12 CA18 CA45 CA47 CA49    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Isao Nishimura             Toho Tena 234 Uechikari, Nagaizumi-cho, Sunto-gun, Shizuoka Prefecture             X Co., Ltd. (72) Inventor Sadataka Umemoto             Toho Tena 234 Uechikari, Nagaizumi-cho, Sunto-gun, Shizuoka Prefecture             X Co., Ltd. F-term (reference) 4F072 AA02 AB10 AC04 AC05 AD04                       AD09 AD38 AD41 AD44 AL01                 4L033 AA09 AB03 AC15 CA12 CA18                       CA45 CA47 CA49

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サイズ剤が0.3〜5.0質量%付着さ
れてなる炭素繊維ストランドであって、空気中200℃
で1時間加熱したときの質量減少率が1.0%以下であ
り、且つ示差走査熱量計にて前記炭素繊維ストランドを
測定したときの発熱ピークで、発熱量が20〜1200
mJ/g、発熱開始温度が200℃以下である炭素繊維
ストランド。
1. A carbon fiber strand having a sizing agent adhered thereto in an amount of 0.3 to 5.0% by mass, which is 200 ° C. in air.
The mass reduction rate when heated for 1 hour at 1.0% or less, and the exothermic peak when the carbon fiber strand is measured by a differential scanning calorimeter, the exothermic amount is 20 to 1200.
A carbon fiber strand having mJ / g and a heat generation starting temperature of 200 ° C. or lower.
【請求項2】 サイズ剤が付加重合性官能基を有する化
合物を30質量%以上含む請求項1に記載の炭素繊維ス
トランド。
2. The carbon fiber strand according to claim 1, wherein the sizing agent contains 30% by mass or more of a compound having an addition-polymerizable functional group.
【請求項3】 付加重合性官能基を有する化合物が、両
末端に付加重合性官能基を有する鎖状高分子化合物であ
る請求項2に記載の炭素繊維ストランド。
3. The carbon fiber strand according to claim 2, wherein the compound having an addition polymerizable functional group is a chain polymer compound having an addition polymerizable functional group at both ends.
【請求項4】 付加重合性官能基が不飽和基である請求
項2に記載の炭素繊維ストランド。
4. The carbon fiber strand according to claim 2, wherein the addition-polymerizable functional group is an unsaturated group.
【請求項5】 サイズ剤がビニルエステル樹脂を30質
量%以上含む請求項1に記載の炭素繊維ストランド。
5. The carbon fiber strand according to claim 1, wherein the sizing agent contains 30% by mass or more of a vinyl ester resin.
【請求項6】 ビニルエステル樹脂がビス系メタクリル
型ビニルエステル樹脂である請求項5に記載の炭素繊維
ストランド。
6. The carbon fiber strand according to claim 5, wherein the vinyl ester resin is a bis type methacrylic vinyl ester resin.
【請求項7】 炭素繊維ストランドを長さ方向に垂直に
切断したときの断面の扁平率(幅/厚み)が20〜80
である請求項1に記載の炭素繊維ストランド。
7. The flatness (width / thickness) of the cross section when the carbon fiber strand is cut perpendicularly to the length direction is 20 to 80.
The carbon fiber strand according to claim 1, which is
【請求項8】 炭素繊維ストランドが1000〜500
00本の炭素繊維フィラメントからなる請求項1に記載
の炭素繊維ストランド。
8. The carbon fiber strand is 1000 to 500.
The carbon fiber strand according to claim 1, which is composed of 00 carbon fiber filaments.
【請求項9】 炭素繊維ストランドの風合い度が150
〜2500gf/mm2である請求項1に記載の炭素繊
維ストランド。
9. The texture of carbon fiber strands is 150.
The carbon fiber strand according to claim 1, which has a value of 2,500 gf / mm 2 .
【請求項10】 炭素繊維ストランドのスチレン溶媒中
の分散不良度が10000本の炭素繊維フィラメント当
たり3〜50である請求項1に記載の炭素繊維ストラン
ド。
10. The carbon fiber strand according to claim 1, wherein the carbon fiber strand has a poor degree of dispersion in a styrene solvent of 3 to 50 per 10,000 carbon fiber filaments.
【請求項11】 不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエ
ステル樹脂が、請求項1乃至10の何れかに記載の炭素
繊維ストランドで強化された炭素繊維強化樹脂。
11. A carbon fiber reinforced resin in which an unsaturated polyester resin or a vinyl ester resin is reinforced with the carbon fiber strand according to any one of claims 1 to 10.
【請求項12】 引抜成形用の請求項11に記載の炭素
繊維強化樹脂。
12. The carbon fiber reinforced resin according to claim 11, which is for pultrusion molding.
【請求項13】 樹脂移送成形用の請求項11に記載の
炭素繊維強化樹脂。
13. The carbon fiber reinforced resin according to claim 11 for resin transfer molding.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011021281A (en) * 2009-07-13 2011-02-03 Matsumoto Yushi Seiyaku Co Ltd Sizing agent for reinforcing fiber, synthetic fiber strand and fiber-reinforced composite material
JP2014156688A (en) * 2009-09-09 2014-08-28 Mitsubishi Rayon Co Ltd Carbon fiber bundle and method for manufacturing the same
KR20140135257A (en) * 2012-04-18 2014-11-25 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fibers
KR20160052790A (en) * 2012-04-18 2016-05-12 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fiber bundle
JP6083919B1 (en) * 2016-09-07 2017-02-22 竹本油脂株式会社 Sizing agent for carbon fiber, method for preparing sizing agent for carbon fiber, and aqueous liquid of sizing agent for carbon fiber

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011021281A (en) * 2009-07-13 2011-02-03 Matsumoto Yushi Seiyaku Co Ltd Sizing agent for reinforcing fiber, synthetic fiber strand and fiber-reinforced composite material
JP2014156688A (en) * 2009-09-09 2014-08-28 Mitsubishi Rayon Co Ltd Carbon fiber bundle and method for manufacturing the same
JP2014196591A (en) * 2009-09-09 2014-10-16 三菱レイヨン株式会社 Carbon fiber bundle and method for producing same
JP5889634B2 (en) * 2009-09-09 2016-03-22 三菱レイヨン株式会社 Carbon fiber bundle manufacturing method
EP2476799A4 (en) * 2009-09-09 2017-05-17 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Carbon fiber bundle and method for producing same
KR20140135257A (en) * 2012-04-18 2014-11-25 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fibers
KR20160052790A (en) * 2012-04-18 2016-05-12 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fiber bundle
KR101658298B1 (en) 2012-04-18 2016-09-20 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fibers
KR101813433B1 (en) 2012-04-18 2017-12-28 미쯔비시 케미컬 주식회사 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fibers
KR101984362B1 (en) 2012-04-18 2019-05-30 미쯔비시 케미컬 주식회사 Carbon fiber bundle and method of producing carbon fiber bundle
JP6083919B1 (en) * 2016-09-07 2017-02-22 竹本油脂株式会社 Sizing agent for carbon fiber, method for preparing sizing agent for carbon fiber, and aqueous liquid of sizing agent for carbon fiber

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