JP2022117562A - Sizing agent-coated carbon fiber bundle and method for producing the same - Google Patents

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久文 水田
Hisafumi Mizuta
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Abstract

To provide a sizing agent-coated carbon fiber bundle that ensures proper resin impregnation in an aqueous slurry impregnation process and keeps its moldability or processability not impaired when processed into a prepreg.SOLUTION: A sizing agent-coated carbon fiber bundle is coated with at least a water-soluble compound (A) having an amino group and/or a compound (B) having a polyalkylene glycol. As measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), its surface oxygen level (O/C) is 0.28 or more and 0.45 or less and surface nitrogen level (N/C) is 0.05 or more and 0.20 or less. The sizing agent-coated carbon fiber bundle satisfies the following (i) and (ii): (i) after water washing for 50 seconds, the surface oxygen level (O/C) is 0.15 or more and 0.25 or less and the surface nitrogen level (N/C) is 0.15 or more and 0.30 or less; and (ii) the number of adhesion sites is 20 or less as evaluated by a water dispersion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド等に代表される熱可塑性樹脂との接着性が高く、水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性に優れ、かつ、プリプレグに加工したときに成形性や加工性を損ないにくいサイジング剤を塗布したサイジング剤塗布炭素繊維束とその製造方法に関するものである。 The present invention has high adhesion to thermoplastic resins typified by polyphenylene sulfide, polyallyl ether ketone, polyether sulfone, polyamideimide, etc., has excellent resin impregnation in an aqueous slurry impregnation process, and is processed into a prepreg. The present invention relates to a sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a sizing agent that does not sometimes impair moldability and workability, and a method for producing the same.

炭素繊維は、軽量でありながら、強度および弾性率に優れるため、種々のマトリクス樹脂と組み合わせた複合材料として、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材およびスポーツ用品等の多くの分野に用いられている。炭素繊維強化複合材料に求められる特性は用途により多少異なるものの、炭素繊維とマトリクス樹脂との界面における接着性は最も重要な基本特性の一つであり、炭素繊維の表面処理に関して多くの研究と技術開発がなされてきた。 Carbon fiber is light in weight and has excellent strength and elastic modulus. Therefore, it is used as a composite material in combination with various matrix resins for aircraft parts, spacecraft parts, automobile parts, ship parts, civil engineering and construction materials, sporting goods, and the like. used in the field of Although the properties required for carbon fiber reinforced composite materials differ slightly depending on the application, adhesion at the interface between carbon fiber and matrix resin is one of the most important basic properties, and much research and technology has been devoted to the surface treatment of carbon fibers. has been developed.

従来、炭素繊維複合材料におけるマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂が多く用いられてきた。しかしながら、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とする炭素繊維強化複合材料の成形加工には、オートクレーブなどの大型の装置が必要であったり、硬化反応制御のために比較的長い時間が必要となったりするなど、成形加工コストの面でいくつかの課題があった。そこで近年、硬化反応が不要であるため、成形加工の大幅な時間短縮が可能であり、オートクレーブなどの大型の装置も必ずしも必要としない熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂とする炭素繊維強化複合材料への注目が高まっている。 Conventionally, thermosetting resins typified by epoxy resins have often been used as matrix resins in carbon fiber composite materials. However, the molding of carbon fiber reinforced composite materials with a thermosetting resin as the matrix resin requires a large-sized apparatus such as an autoclave, and requires a relatively long time to control the curing reaction. There were some problems in terms of molding costs, such as. Therefore, in recent years, attention has been paid to carbon fiber reinforced composite materials that use thermoplastic resin as the matrix resin, because they do not require a curing reaction, which makes it possible to significantly shorten the molding time and do not necessarily require large-scale equipment such as autoclaves. is rising.

上記の理由から、従来の炭素繊維の表面処理に関する技術開発は、主に熱硬化性樹脂を対象として行われてきた。例えばエポキシ樹脂の場合、硬化反応の際に生じる水酸基や、硬化剤であるアミンなどの極性基、またグリシジル基などの反応性官能基が豊富に存在するため、炭素繊維の表面処理はこれらとの結合や相互作用を意識して行われることが多かった。これに対して、熱可塑性樹脂は存在する官能基の種類や量、成形加工時の温度領域などが熱硬化性樹脂とは大きく異なることから、熱可塑性樹脂に合わせた表面設計が重要となる。 For the reasons described above, conventional technological developments related to surface treatment of carbon fibers have been conducted mainly for thermosetting resins. For example, in the case of epoxy resin, there are abundant hydroxyl groups generated during the curing reaction, polar groups such as amines used as curing agents, and reactive functional groups such as glycidyl groups. It was often done with an awareness of bonds and interactions. On the other hand, since thermoplastic resins differ greatly from thermosetting resins in terms of the types and amounts of functional groups present and the temperature range during molding, surface design suitable for thermoplastic resins is important.

熱可塑性樹脂向けの表面処理としては、例えば、特許文献1では、炭素繊維束にサイジング剤としてポリエチレンイミンを塗布することにより、官能基の少ない熱可塑性樹脂との接着性を向上させる方法が提案されている。また、特許文献2では、熱可塑性樹脂との接着性を向上させつつ、さらに炭素繊維束の高次加工におけるプロセス性を高める観点から、ポリエチレンイミンに変性ポリエチレングリコールを混合したサイジング剤を適用する方法が提案されている。さらに、特許文献3および4では、種々の高次加工プロセスにおける炭素繊維束の開繊性を最適化するための条件を提案している。 As a surface treatment for thermoplastic resins, for example, Patent Document 1 proposes a method of applying polyethyleneimine as a sizing agent to carbon fiber bundles to improve adhesion with thermoplastic resins having few functional groups. ing. In addition, in Patent Document 2, a method of applying a sizing agent obtained by mixing polyethyleneimine with modified polyethylene glycol from the viewpoint of improving the adhesiveness with a thermoplastic resin and further improving processability in high-order processing of carbon fiber bundles. is proposed. Further, Patent Documents 3 and 4 propose conditions for optimizing the openability of carbon fiber bundles in various advanced processing processes.

さて、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを複合化するには、未硬化の状態では粘度が低く取り扱い性の良いことが多い熱硬化性樹脂とは異なる工夫がなされている。例えば、溶融させた熱硬化性樹脂に含浸させる溶融含浸法、熱可塑性樹脂を溶媒に溶解させた溶液に含浸させ、溶媒を除去する溶液含浸法、また、熱可塑性樹脂の微粒子からなるスラリーを通過させることで含浸させるスラリー含浸法など、炭素繊維と組み合わせる熱可塑性樹脂の種類や目的に応じて種々のプロセスが行われている。このうち、分散媒として水を用いた水系スラリー含浸法は経済性等の観点で優れている。 Compositing a thermoplastic resin and carbon fibers requires a different approach than thermosetting resins, which often have a low viscosity in the uncured state and are easy to handle. For example, a melt impregnation method in which a melted thermosetting resin is impregnated, a solution impregnation method in which a solution of a thermoplastic resin dissolved in a solvent is impregnated and the solvent is removed, and a slurry made of fine particles of a thermoplastic resin is passed through. Various processes are performed according to the type and purpose of the thermoplastic resin to be combined with the carbon fiber, such as a slurry impregnation method in which carbon fibers are impregnated. Among these methods, the water-based slurry impregnation method using water as a dispersion medium is superior from the viewpoint of economy and the like.

特開2013-166924号公報JP 2013-166924 A 特開2019-065441号公報JP 2019-065441 A 特開2019-210587号公報JP 2019-210587 A 特開2019-210586号公報JP 2019-210586 A

しかしながら、上記した従来の技術には次のような課題がある。 However, the conventional techniques described above have the following problems.

特許文献1では、ポリエチレンイミンをサイジング剤として用いることによりマトリクス樹脂であるポリプロピレンとの接着性向上を図っているが、主に溶融含浸プロセスに着目しており、水系スラリー含浸プロセスへの適合性は明らかではない。 In Patent Document 1, polyethyleneimine is used as a sizing agent to improve adhesion with polypropylene, which is a matrix resin. Not clear.

特許文献2では、ポリエチレンイミンと変性ポリエチレングリコールとを組み合わせることにより熱可塑性樹脂との接着性と高次加工におけるプロセス性を両立する思想はあるが、水系スラリー含浸プロセスへの適合性は明らかではない。 In Patent Document 2, there is an idea to combine polyethyleneimine and modified polyethylene glycol to achieve both adhesion to thermoplastic resins and processability in high-order processing, but the suitability for water-based slurry impregnation processes is not clear. .

特許文献3と4は、それぞれ均一な含浸に重要となる機械開繊性および空気開繊性を最適化する思想はあるが、水系スラリー含浸プロセスへの適合性は明らかではない。 Patent Documents 3 and 4 have the idea of optimizing mechanical openability and air openability, which are important for uniform impregnation, respectively, but their applicability to water-based slurry impregnation processes is not clear.

このように、熱可塑性樹脂との接着性向上と特定の高次加工プロセスにおけるプロセス性や開繊性とを両立するために、ポリエチレンイミンと変性ポリエチレングリコールを併用する技術は提案されているものの、水系スラリー含浸プロセスへの着眼はなく、この特定のプロセスに適したサイジング剤塗布炭素繊維束については示唆もなかった。 As described above, in order to achieve both improvement in adhesiveness to thermoplastic resins and processability and fiber-opening properties in specific high-order processing processes, techniques for using polyethyleneimine and modified polyethylene glycol in combination have been proposed. There was no focus on the water-based slurry impregnation process, and no suggestion of sizing agent-coated carbon fiber bundles suitable for this particular process.

そこで、本発明の目的は、熱可塑性樹脂との接着性が高く、水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性に優れ、かつ、プリプレグに加工したときに成形性や加工性を損ないにくいサイジング剤を塗布したサイジング剤塗布炭素繊維束とその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the object of the present invention is to apply a sizing agent that has high adhesion to thermoplastic resins, excellent resin impregnation in the water-based slurry impregnation process, and does not easily impair moldability and workability when processed into prepregs. An object of the present invention is to provide a sizing agent-coated carbon fiber bundle and a method for producing the same.

上述した課題を解決するための本発明は、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)が塗布されてなるサイジング剤塗布炭素繊維束であって、X線光電子分光法(XPS)により測定される表面酸素濃度(O/C)が0.28以上0.45以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.05以上0.20以下であり、下記(i)および(ii)を満たすサイジング剤塗布炭素繊維束である。
(i)後述する水洗方法で50秒間水洗した後の表面酸素濃度(O/C)が0.15以上0.25以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.15以上0.30以下である。
(ii)後述する水分散テストにより評価される固着数が20個以下である。
The present invention for solving the above-mentioned problems is a sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a water-soluble compound (A) having at least an amino group and/or a compound (B) containing polyalkylene glycol, The surface oxygen concentration (O/C) measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.28 or more and 0.45 or less, and the surface nitrogen concentration (N/C) is 0.05 or more and 0.20 or less. It is a sizing agent-coated carbon fiber bundle that satisfies the following (i) and (ii).
(i) Surface oxygen concentration (O/C) after washing for 50 seconds by the water washing method described later is 0.15 or more and 0.25 or less, and surface nitrogen concentration (N/C) is 0.15 or more and 0.30 It is below.
(ii) The number of fixations evaluated by a water dispersion test described later is 20 or less.

また、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法は、上記のサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法であって、サイジング剤を炭素繊維束に塗布する工程を経た後に180~240℃で乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とする。 Further, the method for producing a sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention is the above-described method for producing a sizing agent-coated carbon fiber bundle, in which the carbon fiber bundle is dried at 180 to 240° C. after passing through the step of applying the sizing agent to the carbon fiber bundle. It is characterized by having a drying step for drying.

本発明によれば、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド等に代表される熱可塑性樹脂との接着性が高く、水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性に優れ、プリプレグに加工したときに成形性や加工性を損ないにくいサイジング剤を塗布したサイジング剤塗布炭素繊維束を提供することができる。 According to the present invention, it has high adhesion to thermoplastic resins typified by polyphenylene sulfide, polyallyl ether ketone, polyether sulfone, polyamideimide, etc., has excellent resin impregnation in an aqueous slurry impregnation process, and is processed into a prepreg. It is possible to provide a sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a sizing agent that does not impair moldability and workability.

図1は、50秒水洗評価方法を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a 50-second washing evaluation method.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束は、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)が塗布されてなるサイジング剤塗布炭素繊維束であって、X線光電子分光法(XPS)により測定される表面酸素濃度(O/C)が0.28以上0.45以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.05以上0.20以下であり、下記(i)および(ii)を満たすサイジング剤塗布炭素繊維束である。
(i)後述する水洗方法で50秒間水洗した後の表面酸素濃度(O/C)が0.15以上0.25以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.15以上0.30以下である。
(ii)後述する水分散テストにより評価される固着数が20個以下である。
The sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention is a sizing agent-coated carbon fiber bundle obtained by coating at least a water-soluble compound (A) having an amino group and/or a compound (B) containing polyalkylene glycol, wherein X The surface oxygen concentration (O/C) measured by line photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.28 or more and 0.45 or less, and the surface nitrogen concentration (N/C) is 0.05 or more and 0.20 or less. , a sizing agent-coated carbon fiber bundle that satisfies the following (i) and (ii).
(i) Surface oxygen concentration (O/C) after washing for 50 seconds by the water washing method described later is 0.15 or more and 0.25 or less, and surface nitrogen concentration (N/C) is 0.15 or more and 0.30 It is below.
(ii) The number of fixations evaluated by a water dispersion test described later is 20 or less.

なお、以下では表面酸素濃度(O/C)を単にO/C、表面窒素濃度を単にN/Cと記載することもある。また、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物を単にアミノ基を有する水溶性化合物(A)や化合物(A)と記載することもある。さらに、ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)を単に化合物(B)と記載することもある。 In the following description, the surface oxygen concentration (O/C) is sometimes simply referred to as O/C, and the surface nitrogen concentration is simply referred to as N/C. A water-soluble compound having at least an amino group may also be simply referred to as a water-soluble compound (A) having an amino group or a compound (A). Furthermore, compound (B) containing polyalkylene glycol may be simply described as compound (B).

本発明者らの検討により、炭素繊維束にアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)を含むサイジング剤を用いた場合、水系スラリー含浸プロセスでの樹脂含浸性が低下しやすく、また、プリプレグ作製時に炭素繊維表面に残存したサイジング剤が熱分解することで力学特性が低下しやすいという課題があることが分かった。本課題に対して、炭素繊維束のO/CおよびN/Cと炭素繊維束を特定の条件で水洗した後のO/CおよびN/Cを制御し、水分散テストにより評価される固着数を一定値以下に制御することで、熱可塑性樹脂との接着性が高く、水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性に優れ、かつ、プリプレグに加工したときに成形性や加工性を損ないにくいサイジング剤塗布炭素繊維束が得られることを見いだした。 According to studies by the present inventors, when using a sizing agent containing a water-soluble compound (A) having an amino group in the carbon fiber bundle and/or a compound (B) containing polyalkylene glycol, resin It was found that impregnability tends to decrease, and mechanical properties tend to decrease due to thermal decomposition of the sizing agent remaining on the carbon fiber surface during prepreg production. For this problem, the O / C and N / C of the carbon fiber bundle and the O / C and N / C after washing the carbon fiber bundle with water under specific conditions are controlled, and the number of adhesions evaluated by a water dispersion test is controlled to a certain value or less, high adhesiveness with thermoplastic resin, excellent resin impregnation in water-based slurry impregnation process, and sizing agent coating that does not impair moldability and workability when processed into prepreg. It has been found that carbon fiber bundles can be obtained.

本発明においてサイジング剤とは、樹脂との接着性を高めたり、炭素繊維束の取り扱い性を向上させたりするために炭素繊維束表面に付与された化合物のことをいい、本発明においては、サイジング剤として少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)が含まれていればよく、化合物(A)や化合物(B)以外のサイジング剤が含まれていてもよい。 In the present invention, the sizing agent refers to a compound added to the surface of the carbon fiber bundles in order to enhance the adhesiveness with the resin and improve the handling properties of the carbon fiber bundles. It suffices that the agent contains at least a water-soluble compound (A) having an amino group and/or a compound (B) containing a polyalkylene glycol, and a sizing agent other than the compound (A) and the compound (B) is contained. may

本発明を構成するサイジング剤塗布炭素繊維束は、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)を含むことが必要であり、当該サイジング剤が塗布されてなるサイジング剤塗布炭素繊維束が特定の条件を満たすことが必要である。なお、本発明では、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)のいずれかを用いてもよいし、少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)およびポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の両方を用いてもよい。 The sizing agent-coated carbon fiber bundle constituting the present invention must contain at least a water-soluble compound (A) having an amino group and/or a compound (B) containing polyalkylene glycol, and the sizing agent is applied. It is necessary that each sizing agent-coated carbon fiber bundle satisfies specific conditions. In the present invention, either a water-soluble compound (A) having at least an amino group or a compound (B) containing a polyalkylene glycol may be used, or a water-soluble compound (A) having at least an amino group and a poly Both compounds (B) containing alkylene glycol may be used.

アミノ基を有する水溶性化合物(A)を含むサイジング剤を塗布した炭素繊維束は熱可塑性樹脂との優れた接着性を発現しやすい。その結果、そのサイジング剤が塗布された炭素繊維束を用いた熱可塑性樹脂成形体の力学特性が向上することが多い。そのメカニズムは明確ではないが、アミノ基は極性が高く、炭素繊維束表面や樹脂中のカルボキシル基、水酸基等の極性の高い酸素含有構造と水素結合等の強い相互作用をすることで、優れた接着性を発現すると考えられる。 A carbon fiber bundle coated with a sizing agent containing a water-soluble compound (A) having an amino group tends to exhibit excellent adhesiveness with a thermoplastic resin. As a result, the mechanical properties of thermoplastic resin moldings using carbon fiber bundles coated with the sizing agent are often improved. Although the mechanism is not clear, amino groups are highly polar, and strong interactions such as hydrogen bonding with highly polar oxygen-containing structures such as carboxyl groups and hydroxyl groups in the carbon fiber bundle surface and resin make excellent It is thought that it expresses adhesiveness.

ポリアルキレングリコールとはアルキレングリコールが複数重合した化合物であり、一般式HO-(CnHmO)s-H、あるいは、式R1-O-(CnHmO)s-H、あるいは、式R2-O-(CnHmO)s-R3(式中、R1、R2、R3は炭素数1以上の置換基を表す。)で表される化合物である。ポリアルキレングリコールを含む化合物は適度な潤滑性を示し、ポリアルキレングリコールを含む化合物が塗布されてなる炭素繊維束は取り扱い性に優れ、プリプレグに加工する工程において毛羽の発生を抑制することが可能である。 Polyalkylene glycol is a compound obtained by polymerizing multiple alkylene glycols, and has the general formula HO--(CnHmO)sH, or the formula R1-O--(CnHmO)s-H, or the formula R2-O--(CnHmO). It is a compound represented by s-R3 (wherein R1, R2, and R3 each represent a substituent having 1 or more carbon atoms). A compound containing polyalkylene glycol exhibits moderate lubricity, and a carbon fiber bundle coated with a compound containing polyalkylene glycol has excellent handleability, and can suppress the generation of fluff in the process of processing into a prepreg. be.

サイジング剤塗布炭素繊維束にアミノ基を有する水溶性化合物やポリアルキレングリコールを含む化合物が含まれているかは、サイジング剤塗布炭素繊維束そのものを評価したり、サイジング剤塗布炭素繊維束からサイジング剤を抽出して評価したりすることで判定できる。例えば、サイジング剤塗布炭素繊維束を飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)で測定し、特徴的なフラグメントイオン種を検出して化合物を特定する方法や、水抽出したサイジング剤を凍結乾燥した後に赤外分光法により得られるIRスペクトルからの構造評価と、凍結乾固物のプロトンNMR、カーボンNMRとマススペクトル分析評価とを組み合わせて化合物を特定する方法がある。 Whether the sizing agent-coated carbon fiber bundle contains a water-soluble compound having an amino group or a compound containing polyalkylene glycol is evaluated by evaluating the sizing agent-coated carbon fiber bundle itself, or by removing the sizing agent from the sizing agent-coated carbon fiber bundle. It can be determined by extracting and evaluating. For example, a sizing agent-coated carbon fiber bundle is measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), and a method of identifying a compound by detecting characteristic fragment ion species, or a method of identifying a compound by extracting a sizing agent with water. There is a method of identifying a compound by combining structural evaluation from an IR spectrum obtained by infrared spectroscopy after freeze-drying, proton NMR, carbon NMR, and mass spectral analysis of the freeze-dried product.

さらに、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束は、X線光電子分光法(XPS)により測定される表面酸素濃度(O/C)が0.28以上0.45以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.05以上0.20以下である必要がある。O/Cが0.28以上0.45以下、かつ、N/Cが0.05以上0.20以下となる該サイジング剤塗布炭素繊維束は、高い取り扱い性とマトリックス樹脂との高い接着性を高次元で両立可能となる。O/Cが0.28よりも小さい場合、炭素繊維束に塗布されたポリアルキレングリコールを含む化合物の量が少なく、取り扱い性が低下する。また、O/Cが0.45よりも大きい場合、ポリアルキレングリコールを含む化合物の量が過剰となり、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性を安定化させやすい。N/Cが0.05よりも小さい場合、アミノ基を有する水溶性化合物が十分に塗布されておらず、十分な接着性が得られない。また、N/Cが0.20よりも大きい場合は、炭素繊維束の最表面にアミノ基を有する水溶性化合物が多く存在することで、取り扱い性が低下する。O/Cが0.30以上0.45以下、かつ、N/Cが0.06以上0.18以下となることが好ましく、O/Cが0.32以上0.45以下、かつ、N/Cが0.07以上0.15以下となることがさらに好ましい。 Furthermore, the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention has a surface oxygen concentration (O/C) of 0.28 or more and 0.45 or less measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and a surface nitrogen concentration (N /C) must be 0.05 or more and 0.20 or less. The sizing agent-coated carbon fiber bundle having an O/C of 0.28 or more and 0.45 or less and an N/C of 0.05 or more and 0.20 or less has high handleability and high adhesion to the matrix resin. It becomes compatible in a high dimension. If the O/C is less than 0.28, the amount of the polyalkylene glycol-containing compound applied to the carbon fiber bundle is small, resulting in poor handleability. Further, when the O/C is larger than 0.45, the amount of the compound containing polyalkylene glycol becomes excessive, and it is easy to stabilize properties such as thermal stability in the resulting thermoplastic resin molded article. If N/C is less than 0.05, the water-soluble compound having an amino group is not sufficiently applied, and sufficient adhesiveness cannot be obtained. Moreover, when N/C is larger than 0.20, a large amount of the water-soluble compound having an amino group is present on the outermost surface of the carbon fiber bundle, which deteriorates the handleability. It is preferable that O / C is 0.30 or more and 0.45 or less, and N / C is 0.06 or more and 0.18 or less, and O / C is 0.32 or more and 0.45 or less, and N / It is more preferable that C is 0.07 or more and 0.15 or less.

また、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束は、実施例に記載の方法で炭素繊維束を水洗した後のO/Cが0.15以上0.25以下、かつ、N/Cが0.15以上0.30以下である必要がある。特定の条件で水洗した後のO/Cが水洗前よりも低くなることはポリアルキレングリコールを含む化合物が水洗により除去されたことを表しており、O/Cを0.15以上0.25以下に制御することで樹脂の熱安定性の低下を抑制することができる。また、特定の条件で水洗した後のN/Cが水洗前よりも高くなることは、水洗後に炭素繊維の最表面にアミノ基を有する水溶性化合物が存在していることを表しており、N/Cを0.15以上0.30以下に制御することで水系スラリー含浸プロセスを通過させた後であっても高い接着性が得られる。水洗後のO/Cは0.16以上0.23以下、かつ、N/Cが0.17以上0.28以下となることが好ましく、O/Cが0.17以上0.21以下、かつ、N/Cが0.19以上0.26以下となることがさらに好ましい。 In addition, the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention has an O/C of 0.15 or more and 0.25 or less and an N/C of 0.15 after washing the carbon fiber bundle with water by the method described in Examples. It must be 0.30 or less. The fact that the O/C after washing with water under specific conditions is lower than that before washing with water indicates that the compound containing polyalkylene glycol has been removed by washing with water, and the O/C is 0.15 or more and 0.25 or less. A decrease in the thermal stability of the resin can be suppressed by controlling the In addition, the fact that the N/C after washing with water under specific conditions is higher than that before washing with water indicates that a water-soluble compound having an amino group is present on the outermost surface of the carbon fiber after washing with water. By controlling /C to 0.15 or more and 0.30 or less, high adhesiveness can be obtained even after passing through the aqueous slurry impregnation process. O/C after washing with water is preferably 0.16 or more and 0.23 or less, and N/C is preferably 0.17 or more and 0.28 or less, O/C is 0.17 or more and 0.21 or less, and , N/C is more preferably 0.19 or more and 0.26 or less.

さらに、本発明を構成するサイジング剤塗布炭素繊維束は、空気下、300℃で5分間加熱した後のO/Cが0.15以上0.25以下、かつ、N/Cが0.10以上0.25以下であることが好ましい。ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド等に代表される高耐熱な熱可塑プリプレグの成形工程では多くの場合熱可塑性樹脂が繊維束内に十分浸透して含浸性を向上させるために、320℃以上に加熱して成形することが一般的である。このようなプリプレグを成形する工程では、高温での加熱によりサイジング剤の一部が分解し、分解物が発生する。特に、成形温度と同じ320℃以上の高い温度でサイジング剤の分解物が発生することにより成形体の熱安定性などの特性に影響を与えることがある。このため、成形温度よりも低い温度でサイジング剤が分解し除去されることで、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性を安定化することができる。ここで、300℃で5分間加熱した後のO/Cが熱処理前よりも低くなるということはポリアルキレングリコールを含む化合物が熱処理の過程で分解し、除去されることを表しており、熱処理後のO/Cが0.15以上0.25以下となるように制御することで樹脂の熱安定性の低下を抑制することができる。また、300℃で5分間加熱した後のN/Cが熱処理前よりも高くなるということは熱処理後に炭素繊維の最表面にアミノ基を有する水溶性化合物が存在していることを表しており、N/Cを0.10以上0.25以下に制御することで高い成形温度下であってもマトリックス樹脂との高い接着性が得られる。空気下、300℃で5分間加熱した後のO/Cは0.16以上0.24以下、かつ、N/Cが0.11以上0.24以下となることが好ましく、O/Cが0.17以上0.23以下、かつ、N/Cが0.12以上0.23以下となることがさらに好ましい。 Furthermore, the sizing agent-coated carbon fiber bundle constituting the present invention has an O/C of 0.15 or more and 0.25 or less and an N/C of 0.10 or more after heating at 300 ° C. for 5 minutes in the air. It is preferably 0.25 or less. In the molding process of highly heat-resistant thermoplastic prepreg represented by polyphenylene sulfide, polyallyl ether ketone, polyether sulfone, polyamideimide, etc., in many cases, the thermoplastic resin penetrates sufficiently into the fiber bundle to improve impregnation. In addition, it is common to heat to 320° C. or higher for molding. In the process of molding such a prepreg, the sizing agent is partly decomposed by heating at a high temperature to generate decomposed products. In particular, when the sizing agent decomposes at a high temperature of 320° C. or higher, which is the same as the molding temperature, the properties such as the thermal stability of the molded product may be affected. Therefore, by decomposing and removing the sizing agent at a temperature lower than the molding temperature, it is possible to stabilize properties such as thermal stability in the obtained thermoplastic resin molded article. Here, the fact that the O / C after heating at 300 ° C. for 5 minutes is lower than before the heat treatment means that the compound containing polyalkylene glycol is decomposed and removed during the heat treatment, and after the heat treatment. By controlling the O/C to be 0.15 or more and 0.25 or less, the deterioration of the thermal stability of the resin can be suppressed. In addition, the fact that the N/C after heating at 300°C for 5 minutes is higher than before the heat treatment indicates that a water-soluble compound having an amino group is present on the outermost surface of the carbon fiber after the heat treatment. By controlling N/C to 0.10 or more and 0.25 or less, high adhesion to the matrix resin can be obtained even at high molding temperatures. After heating at 300 ° C. for 5 minutes in air, O / C is preferably 0.16 or more and 0.24 or less, and N / C is preferably 0.11 or more and 0.24 or less, and O / C is 0 0.17 or more and 0.23 or less, and N/C is more preferably 0.12 or more and 0.23 or less.

炭素繊維束のO/CおよびN/Cは、X線光電子分光法により、次の手順に従って求めることができる。まず、炭素繊維束表面に付着している汚れ等を除去した炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてAlKα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10-8Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピーク(ピークトップ)の結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。C1sピーク面積は282~296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。O1sピーク面積は528~540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められ、N1sピーク面積は391~411eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。ここで、表面酸素濃度および表面窒素濃度は、上記のO1sまたはN1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出できる。 O/C and N/C of the carbon fiber bundle can be determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, the carbon fiber bundles from which dirt and the like adhering to the surface of the carbon fiber bundles have been removed are cut into 20 mm pieces, spread on a copper sample support, and then arranged in a row. Maintain the medium at 1×10 −8 Torr. The binding energy value of the main peak (peak top) of C1s is adjusted to 284.6 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. The C1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the range of 282-296 eV. The O1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the range of 528-540 eV, and the N1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the range of 391-411 eV. Here, the surface oxygen concentration and the surface nitrogen concentration can be calculated as an atomic number ratio from the ratio of the O1s or N1s peak area to the C1s peak area using the apparatus-specific sensitivity correction value.

本発明において、固着数は20個以下であることが必要であり、15個以下であることが好ましく、12個以下であることがより好ましい。本発明において固着とは、炭素繊維束を構成する単繊維同士が局所的に固着した箇所のことであり、後述する水分散テストにより評価する。本発明者らが検討したところ、固着数が少ないほど、後述する水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性が高まりやすく、高品位なプリプレグが得やすいことがわかった。かかる固着数が20個以下であれば、樹脂含浸性が高くなりやすい。固着数は、サイジング剤の組成やサイジング剤塗布後の熱処理温度などにより制御できる。 In the present invention, the number of fixation should be 20 or less, preferably 15 or less, more preferably 12 or less. In the present invention, sticking refers to a portion where single fibers constituting a carbon fiber bundle are locally stuck to each other, and is evaluated by a water dispersion test described later. As a result of investigations by the present inventors, it has been found that the smaller the number of fixations, the easier it is to improve resin impregnation in the water-based slurry impregnation process described below, and the easier it is to obtain a high-quality prepreg. If the number of fixation is 20 or less, the resin impregnability tends to be high. The number of fixation can be controlled by the composition of the sizing agent, the heat treatment temperature after application of the sizing agent, and the like.

本発明を構成するサイジング剤塗布炭素繊維束は、実施例に記載した方法で測定されるサイジング剤塗布炭素繊維束抽出液の600nmでの吸光度が0.01以下、かつ、300nmでの吸光度が0.10以下であることが好ましい。600nmでの吸光度は炭素繊維の酸化処理によって生じる繊維表面に付着した脆弱な酸化物の溶出量を表しており、300nmでの吸光度は表面に塗布したサイジング剤の溶出量を表している。600nmでの吸光度を0.01以下とすることでサイジング剤が炭素繊維の表面と十分に反応し、マトリックス樹脂との高い接着性が得られる。また、300nmでの吸光度を0.10以下とすることで、余分なサイジング剤の付着がなくなり、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性を安定化させやすい。600nmでの吸光度は0.008以下がより好ましく、0.006以下がさらに好ましい。また、300nmでの吸光度は0.08以下がより好ましく、0.06以下がさらに好ましい。 The sizing agent-coated carbon fiber bundles constituting the present invention have an absorbance of 0.01 or less at 600 nm of the sizing agent-coated carbon fiber bundle extract measured by the method described in Examples, and an absorbance of 0 at 300 nm. It is preferably 0.10 or less. The absorbance at 600 nm represents the elution amount of fragile oxides adhering to the fiber surface caused by the carbon fiber oxidation treatment, and the absorbance at 300 nm represents the elution amount of the sizing agent applied to the surface. By setting the absorbance at 600 nm to 0.01 or less, the sizing agent sufficiently reacts with the surface of the carbon fiber, and high adhesion to the matrix resin can be obtained. Further, by setting the absorbance at 300 nm to 0.10 or less, excess adhesion of the sizing agent is eliminated, and the properties such as thermal stability of the obtained thermoplastic resin molding can be easily stabilized. The absorbance at 600 nm is more preferably 0.008 or less, even more preferably 0.006 or less. Also, the absorbance at 300 nm is more preferably 0.08 or less, and even more preferably 0.06 or less.

本発明を構成するサイジング剤塗布炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維束100質量%中、0.10質量%以上、0.50質量%以下であることが好ましい。本発明においてサイジング剤の付着量は後述する方法により評価する。サイジング剤の付着量が0.10質量%以上であれば、表面に均一に付着したサイジング剤は炭素繊維束の耐擦過性を向上させ、製造時や加工時の毛羽発生を抑制し、開繊性が良好な炭素繊維シートの平滑性等の品位を向上させることができる。IFSS、つまり熱可塑性樹脂との接着性を高める観点では、サイジング剤の付着量は0.15質量%以上がより好ましく、0.20質量%以上がさらに好ましい。一方、サイジング剤の付着量が0.50質量%以下であれば、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性を安定化させやすい。サイジング剤の付着量は0.45質量%以下であることがより好ましく、0.40質量%以下であることがさらに好ましい。サイジング剤の付着量は、サイジング剤溶液の濃度などにより制御できる。 The amount of the sizing agent attached to the sizing agent-coated carbon fiber bundle constituting the present invention is preferably 0.10% by mass or more and 0.50% by mass or less based on 100% by mass of the sizing agent-coated carbon fiber bundle. In the present invention, the adhesion amount of the sizing agent is evaluated by the method described later. When the amount of the sizing agent attached is 0.10% by mass or more, the sizing agent uniformly attached to the surface improves the abrasion resistance of the carbon fiber bundle, suppresses the generation of fluff during manufacturing and processing, and spreads the fibers. It is possible to improve quality such as smoothness of the carbon fiber sheet having good properties. From the viewpoint of improving the IFSS, that is, the adhesiveness to the thermoplastic resin, the adhesion amount of the sizing agent is more preferably 0.15% by mass or more, and further preferably 0.20% by mass or more. On the other hand, when the amount of the sizing agent attached is 0.50% by mass or less, it is easy to stabilize properties such as thermal stability in the resulting thermoplastic resin molded article. The amount of the sizing agent attached is more preferably 0.45% by mass or less, and even more preferably 0.40% by mass or less. The adhesion amount of the sizing agent can be controlled by the concentration of the sizing agent solution.

本発明で用いるアミノ基を有する水溶性化合物(A)の質量Wとポリアルキレングリコールを含む化合物(B)との質量Wは式(a)を満たすことが好ましい。
0.20≦W/(W+W)≦0.50・・・式(a)。
The mass W A of the water-soluble compound (A) having an amino group used in the present invention and the mass W B of the compound (B) containing polyalkylene glycol preferably satisfy the formula (a).
0.20<= WA /( WA + WB )<=0.50... Formula (a).

/(W+W)が式(a)を満たすことで、接着性を高めることができ、かつ、プリプレグに加工したときに樹脂の熱安定性などの特性を安定化させやすい。W/(W+W)が0.20より小さい場合はアミノ基を有する水溶性化合物(A)の量が少なくなり十分な接着性が得られないことがある。W/(W+W)が0.50より大きい場合、接着性は高いものの、プリプレグに加工したときに樹脂の熱安定性を低下させ、結果的に力学特性が低下することがある。W/(W+W)は0.25以上0.45以下がより好ましく、0.30以上0.40以下がさらに好ましい。 When W A /(W A +W B ) satisfies the formula (a), the adhesiveness can be enhanced, and properties such as the thermal stability of the resin can be easily stabilized when processed into a prepreg. If W A /(W A +W B ) is less than 0.20, the amount of the water-soluble compound (A) having an amino group may be too small to obtain sufficient adhesion. If W A /(W A +W B ) is greater than 0.50, the adhesiveness is high, but the thermal stability of the resin may be reduced when processed into a prepreg, resulting in a reduction in mechanical properties. W A /(W A +W B ) is more preferably 0.25 or more and 0.45 or less, further preferably 0.30 or more and 0.40 or less.

本発明で用いるアミノ基を有する水溶性化合物(A)の具体的な例としては、脂肪族アミン系化合物、芳香族アミン系化合物等が挙げられる。中でも、高接着性を示す観点から脂肪族アミン化合物が好ましい。脂肪族アミン化合物の接着性が高い理由として、他のアミノ基を有する化合物と比較して極性が非常に高いことが考えられる。 Specific examples of the water-soluble compound (A) having an amino group used in the present invention include aliphatic amine compounds and aromatic amine compounds. Among them, aliphatic amine compounds are preferable from the viewpoint of exhibiting high adhesiveness. A possible reason for the high adhesiveness of the aliphatic amine compound is that it has a very high polarity compared to other compounds having an amino group.

脂肪族アミン系化合物の具体的な例としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジシアンジアミド、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンジアミン、ピペリジン、N,N-ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、ポリアミドアミン、ポリエチレンイミン、ポリプロピレイミン、ポリブチレンイミン、1,1-ジメチル-2-メチルエチレンイミン、1,1-ジメチル-2-プロピルエチレンイミン、N-アセチルポリエチレンイミン、N-プロピオニルポリエチレンイミン、N-ブチリルポリエチレンイミン、N-パレリルポリエチレンイミン、N-ヘキサノイルポリエチレンイミン、N-ステアロイルポリエチレンイミン等のポリアルキレンアミン類、およびその誘導体、およびそれらの混合物等が挙げられる。 Specific examples of aliphatic amine compounds include diethylenetriamine, triethylenetetramine, dicyandiamide, tetraethylenepentamine, dipropylenediamine, piperidine, N,N-dimethylpiperazine, triethylenediamine, polyamidoamine, polyethyleneimine, and polypropyleneimine. , polybutyleneimine, 1,1-dimethyl-2-methylethyleneimine, 1,1-dimethyl-2-propylethyleneimine, N-acetylpolyethyleneimine, N-propionylpolyethyleneimine, N-butyrylpolyethyleneimine, N- Examples include polyalkyleneamines such as pararylpolyethyleneimine, N-hexanoylpolyethyleneimine, N-stearoylpolyethyleneimine, derivatives thereof, and mixtures thereof.

脂肪族アミン系化合物の中でも1分子内に含まれる官能基量が3以上である化合物は、接着性が高くなりやすいため好ましく用いられる。特に、ポリアルキレンイミンは、1分子内に含まれる官能基量を増加させやすく、接着性を向上させやすいために好ましく用いられる。1分子内に含まれる官能基量が3以上である化合物の接着性が高くなりやすい理由として、官能基量が増えることで分子の極性が高くなりやすいことが考えられる。 Among aliphatic amine compounds, compounds having 3 or more functional groups in one molecule are preferably used because they tend to have high adhesiveness. In particular, polyalkyleneimines are preferably used because they easily increase the amount of functional groups contained in one molecule and easily improve adhesiveness. The reason why the adhesiveness of a compound having 3 or more functional groups in one molecule tends to be high is thought to be that the polarity of the molecule tends to increase as the amount of functional groups increases.

芳香族アミン系化合物の具体的な例としては、1,2-フェニレンジアミン、1,3-フェニレンジアミン、1,4-フェニレンジアミン、ベンジジン、トリアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、2,4,6-トリアミノフェノール、1,2,3-トリアミノプロパン、1,2,3-トリアミノベンゼン、1,2,4-トリアミノベンゼン、1,3,5-トリアミノベンゼンおよびその誘導体、およびそれらの混合物等が挙げられる。 Specific examples of aromatic amine compounds include 1,2-phenylenediamine, 1,3-phenylenediamine, 1,4-phenylenediamine, benzidine, triaminophenol, triglycidylaminocresol, 2,4,6 -triaminophenol, 1,2,3-triaminopropane, 1,2,3-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 1,3,5-triaminobenzene and derivatives thereof, and their derivatives and the like.

化合物(A)の重量平均分子量Mwは2,500以下であることが好ましい。なお、上記の重量平均分子量Mwはゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)法で測定され、プルランを標準物質として得られるものである。Mwが大きいほどサイジング剤の粘度が高くなるため、サイジング剤を介して粘着している炭素繊維同士を引き離すのに大きな力が必要となることがある。Mwを2,500以下とすることで、サイジング剤の動きやすさの指標である粘度を低下させ、炭素繊維同士を拘束する力を弱めることによって、炭素繊維束の開繊性が向上しやすい。化合物(A)のMwは2,000以下であることがより好ましく、1,500以下であることがさらに好ましい。一方、分解の点では、Mwが大きいほど高温でのサイジング剤の揮発や分解を制御しやすい。化合物(A)のMwは500以上であることが好ましく、650以上であることがより好ましい。 The weight average molecular weight Mw of compound (A) is preferably 2,500 or less. The weight average molecular weight Mw is measured by a gel permeation chromatography (GPC) method and obtained using pullulan as a standard substance. The larger the Mw, the higher the viscosity of the sizing agent, so a large force may be required to separate the carbon fibers that are sticking together via the sizing agent. By setting Mw to 2,500 or less, the viscosity, which is an index of the easiness of movement of the sizing agent, is lowered, and by weakening the force binding the carbon fibers together, the spreadability of the carbon fiber bundles tends to be improved. Mw of compound (A) is more preferably 2,000 or less, and even more preferably 1,500 or less. On the other hand, in terms of decomposition, the higher the Mw, the easier it is to control volatilization and decomposition of the sizing agent at high temperatures. Mw of compound (A) is preferably 500 or more, more preferably 650 or more.

前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の重量平均分子量Mwは500以上1000以下、かつ、SP値が21以上であることが好ましい。Mwが500未満である場合、サイジング剤を塗布した後の乾燥工程による熱で容易に分解するため、炭素繊維に安定して塗布することが困難になることがある。また、Mwが1000よりも大きい場合、サイジング剤の耐熱性が高くなることでプリプレグの加工工程中で分解しにくくなり、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性に影響を与えることがある。また、SP値が21以上である場合、固着を抑制させやすくなり、樹脂の含浸性を向上させることができる。ここで、SP値とは、一般に知られている溶解性パラメータのことであり、溶解性および極性の指標として広く用いられている。本発明で規定されるSP値は、Polym.Eng.Sci.,14(2),147-154(1974)に記載された、Fedorsの方法に基づき、分子構造から算出した値である。SP値は21.5以上がより好ましく、22以上がさらに好ましい。SP値の上限値は特に定められていないが、現実的には30程度が目安と考えられる。 The compound (B) containing the polyalkylene glycol preferably has a weight average molecular weight Mw of 500 or more and 1000 or less and an SP value of 21 or more. If the Mw is less than 500, the sizing agent is easily decomposed by the heat in the drying process after applying it, so it may be difficult to stably apply it to carbon fibers. In addition, when the Mw is greater than 1000, the sizing agent has high heat resistance, making it difficult to decompose during the prepreg processing process, which affects the properties such as thermal stability of the resulting thermoplastic resin molded product. There is Moreover, when the SP value is 21 or more, it becomes easy to suppress sticking, and the impregnation property of the resin can be improved. Here, the SP value is a generally known solubility parameter, and is widely used as an index of solubility and polarity. The SP value defined in the present invention is Polym. Eng. Sci. , 14(2), 147-154 (1974), calculated from the molecular structure based on the method of Fedors. The SP value is more preferably 21.5 or higher, even more preferably 22 or higher. Although the upper limit of the SP value is not particularly defined, it is considered that about 30 is a realistic standard.

前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)は芳香環を有さないポリプロピレングリコールの誘導体であることが好ましい。芳香環を有する化合物は耐熱性が高くなることでプリプレグの加工工程中で分解しにくくなり、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性に影響を与えることがある。ポリプロピレングリコールの誘導体は高い熱分解性を有しているため、分子量を調整することにより、サイジング塗布工程での塗布安定性とプリプレグの加工工程中での除去性を両立することが可能である。なお、本発明において、ポリプロピレングリコールの誘導体とはポリプロピレングリコールの構造の一部を他の置換基や構造体で置き換えた化合物の総称である。 The compound (B) containing polyalkylene glycol is preferably a polypropylene glycol derivative having no aromatic ring. A compound having an aromatic ring has high heat resistance, so that it becomes difficult to decompose during a prepreg processing step, and may affect properties such as thermal stability of the obtained thermoplastic resin molded article. Since polypropylene glycol derivatives have high thermal decomposability, it is possible to achieve both coating stability in the sizing coating process and removability during the prepreg processing process by adjusting the molecular weight. In the present invention, the term "derivatives of polypropylene glycol" is a general term for compounds in which a part of the structure of polypropylene glycol is replaced with other substituents or structures.

前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の末端数は3以上5以下であることが好ましい。末端数が3以上である場合、固着を効果的に抑制することができ、樹脂の含浸性を高めることができる。一方、末端数を5よりも大きくした場合、サイジング剤の耐熱性が高くなることでプリプレグの加工工程中で分解しにくくなり、得られる熱可塑性樹脂成形体における熱安定性などの特性に影響を与えることがある。 The number of terminals of the compound (B) containing the polyalkylene glycol is preferably 3 or more and 5 or less. When the number of terminals is 3 or more, sticking can be effectively suppressed, and the impregnability of the resin can be enhanced. On the other hand, when the number of terminals is greater than 5, the heat resistance of the sizing agent increases, making it difficult to decompose during the prepreg processing process, which affects the properties such as thermal stability of the resulting thermoplastic resin molded product. I have something to give.

本発明で用いるポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の具体的な例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、および、それらの共重合体、および、それらの誘導体が挙げられ、具体的な例としては、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル(C4~C18)、ポリオキシエチレンモノアルキルエーテル(C4~C18)、ポリオキシエチレンジアルキルエーテル(C4~C18)、ビスフェノールAエチレンオキシド付加物、エチレンジアミンポリオキシエチレン付加物、トリエタノールアミンポリオキシエチレン付加物、芳香族ジアミンポリオキシエチレン付加物、ショ糖ポリオキシエチレン付加物、ソルビトールポリオキシエチレン付加物、スクロースポリオキシエチレン付加物、トリメチロールプロパンポリオキシエチレン付加物、ペンタエリストールポリオキシエチレン付加物、ポリオキシエチレントリオール、グリセリンポリオキシエチレン付加物、ジグリセリンポリオキシエチレン付加物、ポリグリセリンポリオキシエチレン付加物、ジエチレントリアミンポリオキシエチレン付加物等のポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール脂肪酸エステル(C4~C18)、ポリオキシプロピレンモノアルキルエーテル(C4~C18)、ポリオキシプロピレンジアルキルエーテル(C4~C18)、ビスフェノールAプロピレンオキシド付加物、エチレンジアミンポリオキシプロピレン付加物、トリエタノールアミンポリオキシプロピレン付加物、芳香族ジアミンポリオキシプロピレン付加物、ショ糖ポリオキシプロピレン付加物、ソルビトールポリオキシプロピレン付加物、スクロースポリオキシプロピレン付加物、トリメチロールプロパンポリオキシプロピレン付加物、ペンタエリストールポリオキシプロピレン付加物、ポリオキシプロピレントリオール、グリセリンポリオキシプロピレン付加物、ジグリセリンポリオキシプロピレン付加物、ポリグリセリンポリオキシプロピレン付加物、ジエチレントリアミンポリオキシプロピレン等のポリプロピレングリコール誘導体、エチレンジアミンポリエーテルポリオール、トリエタノールアミンポリエーテルポリオール、芳香族ジアミンポリエーテルポリオール、ショ糖ポリエーテルポリオール、ソルビトールポリエーテルポリオール、スクロースポリエーテルポリオール、トリメチロールプロパンポリエーテルポリオール、ペンタエリストールポリエーテルポリオール、グリセリンポリエーテルポリオール、ジグリセリンポリエーテルポリオール、ポリグリセリンポリエーテルポリオール、ジエチレントリアミンポリエーテルポリオール、等のポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコールの共重合体の誘導体、およびそれらの混合物等が挙げられる。 Specific examples of the compound (B) containing polyalkylene glycol used in the present invention include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, copolymers thereof, and derivatives thereof. Examples include polyethylene glycol fatty acid esters (C4-C18), polyoxyethylene monoalkyl ethers (C4-C18), polyoxyethylene dialkyl ethers (C4-C18), bisphenol A ethylene oxide adducts, ethylenediamine polyoxyethylene adducts. , triethanolamine polyoxyethylene adduct, aromatic diamine polyoxyethylene adduct, sucrose polyoxyethylene adduct, sorbitol polyoxyethylene adduct, sucrose polyoxyethylene adduct, trimethylolpropane polyoxyethylene adduct, Polyethylene glycol derivatives such as pentaerythrol polyoxyethylene adduct, polyoxyethylene triol, glycerin polyoxyethylene adduct, diglycerin polyoxyethylene adduct, polyglycerin polyoxyethylene adduct, diethylenetriamine polyoxyethylene adduct, polypropylene Glycol fatty acid ester (C4-C18), polyoxypropylene monoalkyl ether (C4-C18), polyoxypropylene dialkyl ether (C4-C18), bisphenol A propylene oxide adduct, ethylenediamine polyoxypropylene adduct, triethanolamine poly Oxypropylene adduct, aromatic diamine polyoxypropylene adduct, sucrose polyoxypropylene adduct, sorbitol polyoxypropylene adduct, sucrose polyoxypropylene adduct, trimethylolpropane polyoxypropylene adduct, pentaerythrol polyoxy Propylene adducts, polyoxypropylene triols, glycerin polyoxypropylene adducts, diglycerin polyoxypropylene adducts, polyglycerin polyoxypropylene adducts, polypropylene glycol derivatives such as diethylenetriamine polyoxypropylene, ethylenediamine polyether polyols, triethanolamine Polyether polyol, aromatic diamine polyether polyol, sucrose polyether polyol, sorbitol polyether polyol, sucrose polyether polyol, trimethylol derivatives of copolymers of polyethylene glycol/polypropylene glycol such as propane polyether polyol, pentaerythrol polyether polyol, glycerin polyether polyol, diglycerin polyether polyol, polyglycerin polyether polyol, diethylenetriamine polyether polyol, and A mixture thereof and the like are included.

本発明を構成するサイジング剤塗布炭素繊維束におけるサイジング剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、第三成分を加えてもよい。例えば、ノニオン界面活性剤などの平滑剤を加えることで炭素繊維束内の単糸表層のウェットF-F摩擦係数を下げることができ、樹脂含浸性を向上させることができる。なお、ウェットF-F摩擦係数とは、サイジング剤塗布炭素繊維束同士を水濡れ状態で長軸方向に摩擦させた際の摩擦係数のことであり実施例に記載の方法で求めることができる。ウェットF-F摩擦係数は0.45以下であると、樹脂含浸性が高くなりやすく、0.38以下とすると、樹脂含浸性をさらに一層高いものとしやすい。 A third component may be added to the sizing agent in the sizing agent-coated carbon fiber bundle constituting the present invention as long as the effect of the present invention is not impaired. For example, by adding a smoothing agent such as a nonionic surfactant, the wet FF friction coefficient of the single yarn surface layer in the carbon fiber bundle can be lowered, and the resin impregnability can be improved. The wet FF friction coefficient is the coefficient of friction when sizing agent-coated carbon fiber bundles are rubbed against each other in the longitudinal direction in a water-wet state, and can be obtained by the method described in Examples. When the wet FF friction coefficient is 0.45 or less, the resin-impregnating property tends to be high, and when it is 0.38 or less, the resin-impregnating property tends to be even higher.

ノニオン界面活性剤を第三成分として添加する場合、その具体的な例としては、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルや、モノオレイン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、ヤシ油脂肪酸ソルビタン、モノパルミチン酸ソルビタン、トリステアリン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン等のソルビタン脂肪酸エステル、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、トリオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、モノオレイン酸ポリオキシエチレングリセリル等のポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等のポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油;ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、PEGモノカプリル酸エステル、PEGモノヘプチル酸エステル、PEGモノペラルゴン酸エステル、PEGモノカプリン酸エステル、PEGモノラウリン酸エステル、PEGモノミリスチン酸エステル、PEGモノペンタデシル酸エステル、PEGモノパルミチン酸エステル、PEGモノリノール酸エステル、PEGジラウリン酸エステル、PEGモノオレイン酸エステル、PEGジオレイン酸エステル、PEGモノステアリン酸エステル、PEGジステアリン酸エステル、PEGジカプリル酸エステル、PEGジヘプチル酸エステル、PEGジペラルゴン酸エステル、PEGジカプリン酸エステル、PEGジラウリン酸エステル、PEGジミリスチン酸エステル、PEGジペンタデシル酸エステル、PEGジパルミチン酸エステル、PEGジリノール酸エステル等のポリエチレングリコール脂肪酸エステルが挙げられる。なお、「PEG」とは「ポリエチレングリコール」の略である。ノニオン界面活性剤を第三成分として添加する場合、添加量の目安としては、サイジング剤全量100質量%中、10質量%以下とすることが好ましい。 When a nonionic surfactant is added as a third component, specific examples thereof include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene dodecyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, and polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene poly Oxypropylene glycol, polyoxyethylene alkylphenyl ether, sorbitan fatty acids such as sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan sesquioleate, sorbitan coconut oil fatty acid, sorbitan monopalmitate, sorbitan tristearate, and sorbitan trioleate Esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitan monooleate and polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene glycerin fatty acid esters such as polyoxyethylene glyceryl monooleate, polyoxyethylene sorbitan tetraoleate, etc. polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene hydrogenated castor oil; polyglycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, PEG monocaprylate, PEG monoheptylate, PEG monopelargonate, PEG monocaprate, PEG monolaurin acid ester, PEG monomyristate, PEG monopentadecylate, PEG monopalmitate, PEG monolinoleate, PEG dilaurate, PEG monooleate, PEG dioleate, PEG monostearate, PEG distearate, PEG dicaprylate, PEG diheptylate, PEG dipelargonate, PEG dicaprate, PEG dilaurate, PEG dimyristate, PEG dipentadecylate, PEG dipalmitate, PEG dilinoleate Examples include polyethylene glycol fatty acid esters such as esters. "PEG" is an abbreviation for "polyethylene glycol". When the nonionic surfactant is added as the third component, the amount to be added is preferably 10% by mass or less in 100% by mass of the total amount of the sizing agent.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束は、サイジング剤がエポキシ基を有する化合物を実質的に含まないことが好ましい。ここで、化合物を実質的に含まないとは、そのような化合物が全く存在しないか、たとえ添加物のような形態で存在していたとしても、サイジング剤全量100質量%中、1質量%以下であることを意味する。反応性の高いエポキシ基は、アミン化合物のアミノ基と反応し、強固な架橋構造を形成する。このため、サイジング剤がエポキシ基を有する化合物を実質的に含まないことにより炭素繊維単糸間の架橋構造の形成を抑制し、開繊性を向上させやすい。 In the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention, the sizing agent preferably does not substantially contain an epoxy group-containing compound. Here, "substantially free of a compound" means that such a compound does not exist at all, or even if it exists in the form of an additive, it is 1% by mass or less in 100% by mass of the total amount of the sizing agent. means that A highly reactive epoxy group reacts with the amino group of the amine compound to form a strong crosslinked structure. Therefore, when the sizing agent does not substantially contain a compound having an epoxy group, the formation of a crosslinked structure between carbon fiber single yarns is suppressed, and the spreadability is easily improved.

本発明で用いられる炭素繊維束としては特に制限は無いが、力学特性の観点からは、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が好ましく用いられる。本発明で用いられるポリアクリロニトリル系炭素繊維束は、ポリアクリロニトリル系重合体からなる炭素繊維前駆体繊維を酸化性雰囲気中で最高温度200~300℃で耐炎化処理した後、不活性雰囲気中、最高温度500~1,200℃で予備炭化処理を行い、次いで不活性雰囲気中、最高温度1,200~2,000℃で炭化処理することで得られる。 Although the carbon fiber bundle used in the present invention is not particularly limited, polyacrylonitrile-based carbon fibers are preferably used from the viewpoint of mechanical properties. The polyacrylonitrile-based carbon fiber bundle used in the present invention is obtained by subjecting a carbon fiber precursor fiber made of a polyacrylonitrile-based polymer to a flameproofing treatment at a maximum temperature of 200 to 300 ° C. in an oxidizing atmosphere, and then heating it in an inert atmosphere to a maximum It is obtained by carrying out a preliminary carbonization treatment at a temperature of 500 to 1,200° C., followed by a carbonization treatment at a maximum temperature of 1,200 to 2,000° C. in an inert atmosphere.

本発明において、炭素繊維束と熱可塑性樹脂との接着性を向上させるため、炭素繊維束に酸化処理を施すことで酸素含有官能基を表面に導入することが好ましい。酸化処理方法としては、気相酸化、液相酸化および液相電解酸化が用いられるが、生産性が高く、均一処理ができるという観点から、液相電解酸化が好ましく用いられる。 In the present invention, in order to improve the adhesiveness between the carbon fiber bundle and the thermoplastic resin, it is preferable to introduce oxygen-containing functional groups to the surface by subjecting the carbon fiber bundle to an oxidation treatment. Gas-phase oxidation, liquid-phase oxidation, and liquid-phase electrolytic oxidation are used as the oxidation treatment method. Liquid-phase electrolytic oxidation is preferably used from the viewpoint of high productivity and uniform treatment.

本発明において、液相電解酸化で用いられる電解液としては、酸性電解液およびアルカリ性電解液が挙げられる。酸性電解液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、ホウ酸、および炭酸等の無機酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリル酸、およびマレイン酸等の有機酸、または硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウム等の塩が挙げられる。なかでも、強酸性を示す硫酸と硝酸が好ましく用いられる。アルカリ性電解液としては、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化バリウム等の水酸化物の水溶液、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムおよび炭酸アンモニウム等の炭酸塩の水溶液、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウムおよび炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩の水溶液、アンモニア、水酸化テトラアルキルアンモニウムおよびヒドラジンの水溶液等が挙げられる。 In the present invention, the electrolytic solution used in the liquid-phase electrolytic oxidation includes an acidic electrolytic solution and an alkaline electrolytic solution. Examples of acidic electrolytes include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, and carbonic acid; organic acids such as acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid, and maleic acid; or ammonium sulfate and ammonium hydrogen sulfate. and the like. Among them, sulfuric acid and nitric acid, which are strongly acidic, are preferably used. Specific examples of alkaline electrolytes include aqueous solutions of hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, Aqueous solutions of carbonates such as barium carbonate and ammonium carbonate, aqueous solutions of carbonates such as sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, magnesium hydrogencarbonate, calcium hydrogencarbonate, barium hydrogencarbonate and ammonium hydrogencarbonate, ammonia, tetraalkylammonium hydroxide and an aqueous solution of hydrazine.

本発明において、炭素繊維束に導入する酸素含有官能基量としては、X線光電子分光法により測定されるその繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度(O/C)が、0.08~0.30の範囲内であるものが好ましい。O/Cが0.08以上であることにより、炭素繊維表面のカルボキシル基および水酸基が増加し、サイジング剤との相互作用が強くなり接着性が向上する。O/Cは、より好ましくは0.10以上であり、さらに好ましくは0.12以上である。一方、酸化による炭素繊維自体の強度の低下の点では、O/Cは小さい方が良く、O/Cが0.30以下であることが好ましい。より好ましくは0.25以下であり、さらに好ましくは0.22以下である。 In the present invention, the amount of oxygen-containing functional groups to be introduced into the carbon fiber bundle is the surface oxygen concentration, which is the ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy. (O/C) is preferably in the range of 0.08 to 0.30. When the O/C is 0.08 or more, the number of carboxyl groups and hydroxyl groups on the surface of the carbon fiber increases, the interaction with the sizing agent becomes stronger, and the adhesiveness improves. O/C is more preferably 0.10 or more, still more preferably 0.12 or more. On the other hand, from the viewpoint of reduction in the strength of the carbon fiber itself due to oxidation, the smaller the O/C, the better, and the O/C is preferably 0.30 or less. It is more preferably 0.25 or less, and still more preferably 0.22 or less.

次に、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法について述べる。
まず、本発明におけるサイジング剤の炭素繊維束への塗布(付与)手段について述べる。
Next, the method for producing the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention will be described.
First, means for applying (applying) the sizing agent to the carbon fiber bundles in the present invention will be described.

本発明において、サイジング剤は溶媒で希釈し、均一な溶液として用いることが好ましい。このような溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、およびジメチルアセトアミド等が挙げられるが、なかでも、取扱いが容易であり、安全性の観点から有利であることから、水が好ましく用いられる。 In the present invention, the sizing agent is preferably diluted with a solvent and used as a uniform solution. Examples of such solvents include water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, and dimethylacetamide. Therefore, water is preferably used.

塗布手段としては、例えば、ローラーを介してサイジング剤溶液に炭素繊維束を浸漬する方法、サイジング剤溶液の付着したローラーに炭素繊維束を接する方法、サイジング剤溶液を霧状にして炭素繊維束に吹き付ける方法等があるが、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束を製造する上では、ローラーを介してサイジング剤溶液に炭素繊維束を浸漬する方法が好ましく用いられる。また、サイジング剤の付与手段は、バッチ式と連続式いずれでもよいが、生産性が良くバラツキが小さくできる連続式が好ましく用いられる。また、サイジング剤付与時に、炭素繊維束を超音波で加振させることも好ましい態様である。 Examples of application means include a method of immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution through a roller, a method of contacting the carbon fiber bundle with a roller to which the sizing agent solution is attached, and a method of atomizing the sizing agent solution and applying it to the carbon fiber bundle. There are methods such as spraying, but in manufacturing the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention, a method of immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution via a roller is preferably used. The means for applying the sizing agent may be either a batch type or a continuous type, but the continuous type is preferably used because of its high productivity and small variation. It is also a preferred embodiment to vibrate the carbon fiber bundle with ultrasonic waves when applying the sizing agent.

ローラーを介してサイジング剤溶液に炭素繊維束を浸漬する方法に用いるサイジング剤溶液の濃度は、サイジング剤塗布炭素繊維束のサイジング剤の付着量が目的の値となるように制御すればよい。 The concentration of the sizing agent solution used in the method of immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution via a roller may be controlled so that the amount of the sizing agent attached to the sizing agent-coated carbon fiber bundle is the desired value.

本発明におけるサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法においては、サイジング剤を炭素繊維束に塗布する工程を経た後に180~240℃で乾燥させる乾燥工程を有することが好ましい。 The method for producing a sizing agent-coated carbon fiber bundle according to the present invention preferably includes a drying step of drying at 180 to 240° C. after the step of applying the sizing agent to the carbon fiber bundle.

本発明において、サイジング剤溶液を塗布した後、接触式乾燥手段によって、例えば、加熱したローラーに炭素繊維束を接触させることによりサイジング剤塗布炭素繊維束を得ることが好ましい。加熱したローラーに導入された炭素繊維束は、張力によって加熱したローラーに押し付けられ、急速に乾燥されるため加熱したローラーで拡幅された炭素繊維束の扁平な形態がサイジング剤によって固定されやすい。扁平な形態となった炭素繊維束は、単繊維間の接触面積が小さくなるため、開繊性が高くなりやすい。 In the present invention, after applying the sizing agent solution, it is preferable to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle by contacting the carbon fiber bundle with a heated roller, for example, by contact drying means. The carbon fiber bundle introduced into the heated roller is pressed against the heated roller by tension and dried rapidly, so that the flat shape of the carbon fiber bundle widened by the heated roller is easily fixed by the sizing agent. A flattened carbon fiber bundle has a smaller contact area between single fibers, and thus tends to be more openable.

また、本発明において、予備乾燥工程として加熱したローラーを通過させた後、第2乾燥工程としてさらに熱処理を加えてもよい。該第2乾燥工程としての熱処理には、接触方式、非接触方式のいずれの加熱方式を採用してもよい。該熱処理を行うことでサイジング剤に残存している希釈溶媒を更に除去し、サイジング剤塗布炭素繊維束の摩擦特性などを安定化することができる。熱処理条件は、典型的には180~240℃の間に設定することが好ましく、前記した本発明のサイジング剤塗布炭素繊維束の各要件を満たすように適宜調整すればよい。一般的には熱処理温度を高めるほどウェットFF摩擦係数は低下傾向を示し、単糸固着は逆に増加傾向を示す。この一般的な関係を念頭に、適宜調整すればよい。熱処理は、マイクロ波照射および/または赤外線照射で行うことも可能である。 Moreover, in the present invention, after passing through a heated roller as a preliminary drying step, heat treatment may be further added as a second drying step. Either a contact heating method or a non-contact heating method may be employed for the heat treatment as the second drying step. By performing the heat treatment, the diluting solvent remaining in the sizing agent can be further removed, and the frictional properties of the sizing agent-coated carbon fiber bundle can be stabilized. The heat treatment conditions are typically preferably set between 180° C. and 240° C., and may be appropriately adjusted so as to satisfy the above-described requirements for the sizing agent-coated carbon fiber bundle of the present invention. In general, the higher the heat treatment temperature, the lower the wet FF friction coefficient tends to decrease, while the sticking of single yarns tends to increase. With this general relationship in mind, adjustments can be made accordingly. Heat treatment can also be carried out with microwave irradiation and/or infrared irradiation.

本発明において、サイジング剤塗布炭素繊維束は熱可塑性樹脂(D)と複合化させることで、熱可塑性樹脂組成物とすることが好ましい。 In the present invention, the sizing agent-coated carbon fiber bundle is preferably combined with a thermoplastic resin (D) to form a thermoplastic resin composition.

本発明における熱可塑性樹脂(D)としては、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルエーテルケントン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂が好ましい。 The thermoplastic resin (D) in the present invention includes polyketone resins, polyetherketone resins, polyethernitrile resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyetherimide resins, polysulfone resins, polyethersulfone resins, and polyarylene sulfide resins. , polyether ether kenton resin, polyphenylene ether resin, polyoxymethylene resin, polyamide resin, polyester resin, polycarbonate resin, fluorine resin, styrene resin and polyolefin resin. At least one thermoplastic selected from the group consisting of Resins are preferred.

本発明の熱可塑性樹脂組成物は、プリプレグまたはUDテープなどの成形材料の形態で好ましく使用することができる。 The thermoplastic resin composition of the present invention can be preferably used in the form of molding material such as prepreg or UD tape.

次に、本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法について述べる。本発明の成形体の製造方法は、サイジング剤塗布炭素繊維束と熱可塑性樹脂(D)を用いて前記熱可塑性樹脂組成物を得るに際し、300℃以上に加熱する工程を有することが好ましい。成形工程で300℃以上に加熱して成形することにより、熱可塑性樹脂が繊維束内に十分浸透して含浸性が向上することで、熱可塑性樹脂組成物の物性も向上する。 Next, a method for producing a molded article using the thermoplastic resin composition of the present invention will be described. The method for producing a molded article of the present invention preferably includes a step of heating to 300° C. or higher when obtaining the thermoplastic resin composition using the sizing agent-coated carbon fiber bundle and the thermoplastic resin (D). By heating and molding at 300° C. or higher in the molding step, the thermoplastic resin sufficiently permeates into the fiber bundle and the impregnation property is improved, thereby improving the physical properties of the thermoplastic resin composition.

なお、本発明の熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形体の具体例としては、最終製品としての成形体に加え、成形体を製造するために用いられる成形材料(例えば、以下の例示されるペレット、スタンパブルシート、UDテープおよびプリプレグ等)を含む。 As specific examples of molded articles obtained by molding the thermoplastic resin composition of the present invention, in addition to molded articles as final products, molding materials used for producing molded articles (for example, the following exemplified pellets, stampable sheets, UD tapes and prepregs, etc.).

本発明の成形体の具体例としては、例えば、ペレット、スタンパブルシート、UDテープおよびプリプレグ等の成形材料の他、パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルMD、携帯用ラジオカセット、PDA(電子手帳等の携帯情報端末)、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の電気、電子機器の筐体およびトレイやシャーシ等の内部部材やそのケース、機構部品、パネル等の建材用途、モーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブ等の各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、CNGタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ATブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、フレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ホイール、フェンダー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュール等の自動車、二輪車関連部品、部材および外板やランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ等の航空機関連部品、部材および外板、風車の羽根等の成形部品が挙げられる。特に、航空機部材、風車の羽根、自動車外板および電子機器の筐体およびトレイやシャーシ等に好ましく用いられる。 Specific examples of the molded article of the present invention include molding materials such as pellets, stampable sheets, UD tapes, and prepregs, as well as personal computers, displays, OA equipment, mobile phones, personal digital assistants, facsimiles, compact discs, and portables. Electric and electronic equipment such as MDs, portable radio cassettes, PDAs (personal digital assistants such as electronic notebooks), video cameras, digital still cameras, optical equipment, audio equipment, air conditioners, lighting equipment, recreational goods, toys, and other electrical and electronic equipment housings and internal members such as trays and chassis, their cases, mechanical parts, construction materials such as panels, motor parts, alternator terminals, alternator connectors, IC regulators, potentiometer bases for light gear, suspension parts, exhaust gas valves, etc. Various valves, fuel related pipes, exhaust or intake system pipes, air intake nozzle snorkels, intake manifolds, various arms, various frames, various hinges, various bearings, fuel pumps, gasoline tanks, CNG tanks, engine coolant joints, carburetor mains Body, carburetor spacer, exhaust gas sensor, cooling water sensor, oil temperature sensor, brake pad wear sensor, throttle position sensor, crankshaft position sensor, air flow meter, brake butt wear sensor, thermostat base for air conditioner, heating hot air flow control Valves, brush holders for radiator motors, water pump impellers, turbine vanes, wiper motor related parts, distributors, starter switches, starter relays, wire harnesses for transmissions, window washer nozzles, air conditioner panel switch substrates, fuel-related electromagnetic valves Coils, fuse connectors, battery trays, AT brackets, headlamp supports, pedal housings, handles, door beams, protectors, chassis, frames, armrests, horn terminals, step motor rotors, lamp sockets, lamp reflectors, lamp housings, brake pistons, Noise shield, radiator support, spare tire cover, seat shell, solenoid bobbin, engine oil filter, ignition device case, under cover, scuff plate, pillar trim, propeller shaft, wheel, fender, fascia Automotive parts such as bumpers, bumper beams, bonnets, aero parts, platforms, cowl louvers, roofs, instrument panels, spoilers and various modules, motorcycle related parts, members and outer panels, landing gear pods, winglets, spoilers, edges , rudders, elevators, failings, ribs and other aircraft-related parts, members and outer panels, windmill blades and other molded parts. In particular, it is preferably used for aircraft members, windmill blades, automobile outer panels, electronic device housings, trays, chassis, and the like.

次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

<サイジング剤の付着量の測定方法>
2.0±0.5gのサイジング塗布炭素繊維束を秤量(W1)(単位:g、小数点第4位まで読み取り)した後、50ミリリットル/分の窒素気流中、450℃の温度に設定した電気炉(容量120cm)に15分間放置し、サイジング剤を完全に熱分解させた。そして、20リットル/分の乾燥窒素気流中の容器に移し、15分間冷却した後の炭素繊維束を秤量(W2)(単位:g、小数点第4位まで読み取り)して、W1-W2により加熱減量ΔWを求めた。かかる加熱減量ΔWを、式(b)で示すように熱分解前のサイジング剤塗布炭素繊維束の質量W1で除して100分率で表し、サイジング剤の付着量とした。サイジング剤の付着量の測定は2回実施し、平均値を求め、小数点第3位を四捨五入したものを本発明におけるサイジング剤の付着量として用いた。
サイジング剤の付着量(質量%)=ΔW/W1×100 ・・・(b)。
<Method for measuring adhesion amount of sizing agent>
After weighing 2.0 ± 0.5 g of the sizing-coated carbon fiber bundle (W1) (unit: g, read to the fourth decimal place), electric The sizing agent was completely pyrolyzed by leaving it in an oven (capacity 120 cm 3 ) for 15 minutes. Then, it was transferred to a container in a dry nitrogen stream at 20 liters/minute, cooled for 15 minutes, and then weighed (W2) (unit: g, read to the fourth decimal place) and heated by W1-W2. A weight loss ΔW was obtained. This heating loss ΔW was divided by the mass W1 of the sizing agent-coated carbon fiber bundle before thermal decomposition as shown in the formula (b), and expressed as a percentage of 100 to obtain the adhesion amount of the sizing agent. The adhesion amount of the sizing agent was measured twice, the average value was obtained, and the result was rounded to the third decimal place and used as the adhesion amount of the sizing agent in the present invention.
Adhesion amount (% by mass) of sizing agent=ΔW/W1×100 (b).

<ウェットF-F摩擦係数の測定方法>
直径が50mmのステンレスSUS304製のバーを地面と平行、かつ回転しないように固定し、その表面に評価対象のサイジング剤塗布炭素繊維束を巻き付けた。サイジング剤塗布炭素繊維束は、バーの表面を幅8cmにわたって隙間なくカバーするように巻き付けた。このとき、既に巻き付いた部分とそのとなりに新たに巻き付ける束同士が、それぞれの束の端同士が約1mmずつ重なるようにして巻き付けた。また、たるみを防止するため、巻き初めと巻き終わりはテープでバー表面に貼り付けて固定した。ついで、サイジング剤塗布炭素繊維束でカバーされた幅8cmの範囲の中心付近に、同じサイジング剤塗布炭素繊維束を、1.5周、すなわち接触角が3π(rad)になるように、両端が鉛直下向きになるように巻き付けた。このとき、自分自身と重ならないように、典型的には幅方向に3~5mmの間隔を空けて巻き付けた。この1.5周巻き付けられたサイジング剤塗布炭素繊維束を清浄な水5mLで均一に濡らした。このとき、スポイトを用いて、全周にわたってよく濡れるようにした。つぎに、1.5周巻き付けられたサイジング剤塗布炭素繊維束の片端に錘(T1=0.08g/tex)、もう一方の端部にばねばかりをとりつけた状態で、ばねばかりを鉛直下向きに1m/minの速度で引っ張り、1.5周巻き付けられたサイジング剤塗布炭素繊維束が動き出す際の力を読み取り、サイジング剤塗布炭素繊維束の繊度で除することにより、張力T2(g/tex)を求めた。水で濡らし始めてから測定完了まで10秒以内に完了するようにした。下記式から、ウェットF-F摩擦係数を算出した。測定は2回おこない、その平均値をウェットF-F摩擦係数とした。なお、測定ボビンは測定2時間以上前に測定雰囲気温湿度条件(測定条件:23±3℃/60±5%)に置いたものを使用した。
<Method for measuring wet FF friction coefficient>
A stainless steel SUS304 bar with a diameter of 50 mm was fixed parallel to the ground so as not to rotate, and a sizing agent-coated carbon fiber bundle to be evaluated was wound around the surface of the bar. The sizing agent-coated carbon fiber bundle was wound so as to cover the surface of the bar with a width of 8 cm without gaps. At this time, the already wound portion and the bundle to be newly wound next thereto were wound so that the ends of each bundle overlap each other by about 1 mm. In addition, in order to prevent slack, the winding start and winding end were fixed by sticking them on the surface of the bar with tape. Then, the same sizing agent-coated carbon fiber bundle was wrapped around the center of the 8 cm wide range covered with the sizing agent-coated carbon fiber bundle 1.5 times, that is, so that the contact angle was 3π (rad). It was wound vertically downward. At this time, it was typically wound with an interval of 3 to 5 mm in the width direction so as not to overlap itself. The sizing agent-coated carbon fiber bundle wound 1.5 times was uniformly wetted with 5 mL of clean water. At this time, a dropper was used to wet the whole circumference well. Next, a weight (T1 = 0.08 g/tex) was attached to one end of the sizing agent-coated carbon fiber bundle wound 1.5 times, and a spring scale was attached to the other end. The tension T2 (g/tex) was obtained by pulling at a speed of 1 m/min, reading the force when the sizing agent-coated carbon fiber bundle wound 1.5 turns started to move, and dividing it by the fineness of the sizing agent-coated carbon fiber bundle. asked for Measurement was completed within 10 seconds from the start of wetting with water. The wet FF friction coefficient was calculated from the following formula. The measurement was performed twice, and the average value was taken as the wet FF friction coefficient. The measurement bobbins used were placed in the measurement atmosphere temperature and humidity conditions (measurement conditions: 23±3° C./60±5%) two hours or more before the measurement.

ウェットF-F摩擦係数=ln(T2/T1)/θ
T2:炭素繊維束が動き出す際の張力
T1:錘質量(=0.25g/tex)
θ:接触角(=3πrad)。
Wet FF friction coefficient = ln (T2/T1)/θ
T2: Tension when the carbon fiber bundle begins to move T1: Weight mass (= 0.25 g/tex)
θ: contact angle (=3πrad).

<固着数の測定方法>
以下に述べる水分散テストにより評価した。100gの水にアニオン系界面活性剤であるジオクチルスルホこはく酸ナトリウム(東京化成工業株式会社製)を0.05質量%となるように溶解し、分散媒とした。回転数200rpmのマグネティックスターラーにより攪拌しておいた分散媒に、長さ5mmに裁断した測定対象の炭素繊維束を投入した。30秒間攪拌したあと、直径110mmの定量ろ紙(グレード:5C、ADVANTEC社製)上に、内径95mmのセパラブルロートを用いてろ過した。ろ過はアスピレーターを用いた吸引ろ過とし、ろ過後のろ紙は風の当たらない場所に2時間静置して風乾した。かかるろ紙をラミネートフィルムで挟み、ラミネーターを通すことによりラミネート加工した。ラミネート加工されたろ紙の表面を以下に記載する条件にて顕微鏡観察し、16視野の画像を取得した。16視野の画像を、漏れや重複なく取得するために、ろ紙の表面に碁盤目状に予めマーカーで印を16個つけておき、かかる印が視野の中心付近になるように16視野の画像を取得した。本発明においては、単糸が複数本平行に集合し、かつ隙間無く接した状態であるために1本の太い繊維であるかのように見えるかたまりであって、太さが40μm以上であるものを固着と定義した。固着であるかどうかの判断に際しては、明らかに基準を超えるものは目視で判断し、太さが40μm近傍であるなど目視での判断が困難なものについては、画像処理ソフトを用いて直径を計測し、判断した。画像処理ソフトはオープンソースのソフトウェアである“imageJ(イメージ・ジェイ)”を用いて次のように行った。まず解析対象の画像を“imageJ”に読み込み、直径を計測したい単糸のかたまりの長軸を2等分する位置を通り、かつ長軸と直交する線分を引き、「Analyze」コマンドの「Plot profile」を選択することにより、線分に沿った輝度のプロファイルを取得した。かかるプロファイルの半値幅を読み取り、実寸に換算したものをかかる単糸のかたまりの「太さ」とし、これが40μm以上であれば固着と判断した。固着は、それぞれ太さが異なるが、本発明では特に区別しなかった。取得した16視野分の画像のそれぞれにおける固着数をカウントし、16視野分合計して、合計の固着数を得た。上記の操作を分散・ろ過から2回繰り返し、2回の固着数の平均値を本発明における固着数として採用した。
顕微鏡:Nikon SMZ1270
カメラ:Nikon DS-Vi1
モニタ:Nikon DS-L3
倍率:1倍
ゲイン:170
露光時間:100ms
画像モード:Full
ピクセル分解能:8μm/ピクセル
記録モード:1,600×1,200ピクセル(12.8mm×9.6mm)。
<Method for measuring the number of fixation>
It was evaluated by the water dispersion test described below. Sodium dioctyl sulfosuccinate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), which is an anionic surfactant, was dissolved in 100 g of water to a concentration of 0.05% by mass to prepare a dispersion medium. A carbon fiber bundle to be measured cut to a length of 5 mm was put into the dispersion medium which had been stirred by a magnetic stirrer rotating at 200 rpm. After stirring for 30 seconds, the mixture was filtered on a quantitative filter paper (grade: 5C, manufactured by ADVANTEC) with a diameter of 110 mm using a separable funnel with an inner diameter of 95 mm. Filtration was performed by suction filtration using an aspirator, and the filter paper after filtration was air-dried by allowing it to stand for 2 hours in a place not exposed to wind. The filter paper was sandwiched between laminate films and passed through a laminator for lamination. The surface of the laminated filter paper was observed under a microscope under the conditions described below, and images of 16 fields of view were obtained. In order to acquire images of 16 fields of view without omission or duplication, 16 marks were made in advance with a marker in a grid pattern on the surface of the filter paper, and the images of 16 fields of view were captured so that these marks were near the center of the field of view. Acquired. In the present invention, a lump having a thickness of 40 μm or more that looks like a single thick fiber because a plurality of single yarns are gathered in parallel and in contact with each other without gaps. was defined as sticking. When judging whether or not it is stuck, visually judge if it clearly exceeds the standard, and measure the diameter using image processing software if it is difficult to judge visually such as the thickness is around 40 μm. and decided. The image processing software used was open source software "imageJ", and was carried out as follows. First, read the image to be analyzed into “imageJ”, draw a line segment that passes through the position that bisects the long axis of the single yarn mass whose diameter you want to measure and is perpendicular to the long axis, and use the “Analyze” command “Plot Profile” was selected to obtain a luminance profile along the line segment. The half-value width of the profile was read, and the actual size was converted into the "thickness" of the bundle of single yarns. Although the thicknesses of the adhesives are different from each other, no particular distinction was made in the present invention. The number of adhesions in each of the acquired images for 16 fields of view was counted and totaled for 16 fields of view to obtain the total number of adhesions. The above operation from dispersion/filtration was repeated twice, and the average value of the two adherence numbers was adopted as the adherence number in the present invention.
Microscope: Nikon SMZ1270
Camera: Nikon DS-Vi1
Monitor: Nikon DS-L3
Magnification: 1x Gain: 170
Exposure time: 100ms
Image mode: Full
Pixel resolution: 8 μm/pixel Recording mode: 1,600×1,200 pixels (12.8 mm×9.6 mm).

<炭素繊維抽出物の吸光度の求め方>
本発明で規定するサイジング剤塗布炭素繊維抽出物の吸光度は下記の手順で求めた。炭素繊維束1.0質量部を切り出し、容積20cmの蓋付きガラス容器に入れ、25℃のDMSO10.0質量部を加えた。発振周波数が40kHzの超音波照射下で15分間処理することでサイジング剤塗布炭素繊維束に付着したサイジング剤および表面酸化物を抽出した。炭素繊維から抽出した溶液を光路長1.0cmの石英セルに入れ、対照液をDMSOとして、紫外可視分光光度計を用いて200~900nmの吸光度を測定し、300nmおよび600nmの吸光度を記録した。
紫外可視分光光度計は、日本分光(株)製V-550を用いた。
<Method for determining absorbance of carbon fiber extract>
The absorbance of the sizing agent-coated carbon fiber extract defined in the present invention was determined by the following procedure. 1.0 part by mass of the carbon fiber bundle was cut out, placed in a glass container with a lid of 20 cm 3 in volume, and 10.0 parts by mass of DMSO at 25° C. was added. The sizing agent and surface oxides adhering to the sizing agent-coated carbon fiber bundle were extracted by treating for 15 minutes under ultrasonic irradiation with an oscillation frequency of 40 kHz. The solution extracted from the carbon fiber was placed in a quartz cell with an optical path length of 1.0 cm, the absorbance at 200 to 900 nm was measured using a UV-visible spectrophotometer, and the absorbance at 300 nm and 600 nm was recorded using DMSO as a control solution.
The ultraviolet-visible spectrophotometer used was V-550 manufactured by JASCO Corporation.

<炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤塗布炭素繊維束の水洗は下記の手順で行った。図1に示される巻出工程11に設置したサイジング剤塗布炭素繊維束1aを水洗工程12中の水洗槽前フリーローラー15と水洗槽中フリーローラー16および水洗槽後フリーローラー17介して水洗槽18中の水1dに通過させ、その後同様の水洗槽前フリーローラー19と水洗槽中フリーローラー20および水洗槽後フリーローラー21を介して水洗槽22中の水1eに通過させ、その後に連続して乾燥工程13を通過させ水を乾燥させて巻取工程14で巻き取る。クリールからの解舒張力は800gとし、工程速度は2.4m/min速度とし、水温は25±5℃、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤塗布炭素繊維束と水洗槽中フリーローラーとの接触角はπradとする。また、1つの水洗槽での水中通過時間が25秒となるよう液面を調整し、2つの水洗槽で合計50秒とする。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤塗布炭素繊維束1bを乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗・乾燥後のサイジング剤塗布炭素繊維束1cを得た。
<Method of washing carbon fiber bundle with water>
The sizing agent-coated carbon fiber bundle was washed with water according to the following procedure. The sizing agent-coated carbon fiber bundle 1a installed in the unwinding process 11 shown in FIG. After that, it is passed through the water 1e in the water washing tank 22 through the similar water washing tank front free roller 19, the water washing tank inside free roller 20, and the water washing tank free roller 21, and then continuously. It passes through a drying process 13 to dry the water and is wound up in a winding process 14.例文帳に追加The unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the water temperature was 25 ± 5°C, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the sizing agent-coated carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank The contact angle of is πrad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater passage time in one washing tank is 25 seconds, and the total time in two washing tanks is 50 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-coated carbon fiber bundle 1b after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle 1c after washing with water and drying.

<界面せん断強度(IFSS)の測定方法>
サイジング剤塗布炭素繊維束から単糸を抜き出し、厚み0.52mmの樹脂フィルムを上下に各1枚配置し、熱プレス装置にて、炭素繊維単糸を埋め込んだ厚み0.50mmの成形板を得た。熱プレスの設定温度は380℃、圧力は0.4~0.5MPaの条件で行った。この成形板からダンベル形状のIFSS測定用試験片を打ち抜き、打ち抜きにより生じた新たな断面からの破壊を避けるため、1200番のサンドペーパーで研磨して滑らかにした。ダンベル形状の試料の両端部を挟み、繊維軸方向(長手方向)に引張力を与え、2.0mm/分の速度で歪みを12%生じさせた。試験後の試験片を、380℃の温度に設定した熱板上に乗せて結晶を溶融させ、透明になったところで水に漬けてクエンチすることにより透明化させた。加熱により透明化させた試料内部の断片化された繊維長を顕微鏡で観察した。さらに平均破断繊維長laから臨界繊維長lcを、lc(μm)=(4/3)×la(μm)の式により計算した。ストランド引張強度σと炭素繊維単糸の直径dを測定し、炭素繊維と樹脂界面の接着強度の指標である界面せん断強度(IFSS)を、次式で算出した。樹脂フィルムは後述するD-1を用いた。
IFSS(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)。
実施例では、測定数n=5の平均を試験結果とし、IFSS値に応じて、以下の4段階に分類した。
S:IFSSが38(MPa)以上
A:IFSSが36(MPa)以上、38(MPa)未満
B:IFSSが34(MPa)以上、36(MPa)未満
C:IFSSが34(MPa)未満。
<Method for measuring interfacial shear strength (IFSS)>
A single yarn is extracted from the sizing agent-coated carbon fiber bundle, one resin film having a thickness of 0.52 mm is placed on the top and the bottom, and a molded plate having a thickness of 0.50 mm in which the carbon fiber single yarn is embedded is obtained by a hot press device. rice field. The heat press was set at a temperature of 380° C. and a pressure of 0.4 to 0.5 MPa. Dumbbell-shaped specimens for IFSS measurement were punched out from the molded plate and smoothed by sanding with No. 1200 sandpaper to avoid breakage from the new cross section created by the punching. A dumbbell-shaped sample was clamped at both ends and a tensile force was applied in the direction of the fiber axis (longitudinal direction) to produce a strain of 12% at a speed of 2.0 mm/min. After the test, the test piece was placed on a hot plate set at a temperature of 380° C. to melt the crystals, and when it became transparent, it was quenched by immersing it in water to make it transparent. Fragmented fiber lengths inside the sample that had been made transparent by heating were observed under a microscope. Further, the critical fiber length lc was calculated from the average broken fiber length la by the formula lc (μm)=(4/3)×la (μm). The strand tensile strength σ and the diameter d of the carbon fiber single yarn were measured, and the interfacial shear strength (IFSS), which is an index of the adhesive strength between the carbon fiber and the resin interface, was calculated by the following formula. D-1, which will be described later, was used as the resin film.
IFSS (MPa) = σ (MPa) x d (μm)/(2 x lc) (μm).
In the examples, the average of the number of measurements n=5 was used as the test result, and the results were classified into the following four stages according to the IFSS value.
S: IFSS is 38 (MPa) or more A: IFSS is 36 (MPa) or more and less than 38 (MPa) B: IFSS is 34 (MPa) or more and less than 36 (MPa) C: IFSS is less than 34 (MPa).

<プリプレグ化および樹脂含浸性の評価>
評価対象とする炭素繊維束をフィラメント数12,000本を1単位とし、幅方向に6単位並べてプリプレグ化に供した。プリプレグ化は、炭素繊維束をボビンから引き出し、空中を3m走行させ、水に熱可塑樹脂微粒子を分散させた水系スラリー槽を通過させることにより樹脂をピックアップさせ、表面温度120℃に設定した熱板に連続的に接触させることにより水分を揮発させ、雰囲気温度380℃に設定した溶融室を通過させた後、厚み約200μmに設定した幅30mmの加圧ダイの内部表面を擦過させながら引き取ることにより、樹脂含浸されたプリプレグを得た。水系スラリーは、水100質量部に対して熱可塑樹脂微粒子を2~4質量部、界面活性剤としてBrij(登録商標) S100(シグマ アルドリッチ製)を0.5質量部、それぞれ添加したものを、循環ポンプを用いて循環攪拌させたものとした。加圧ダイの設定温度は380℃とした。水系スラリー中の熱可塑樹脂微粒子の量は、最終的に得られたプリプレグの樹脂含有率が34質量%となるように微調整した。引き取り速度は0.5m/分とした。用いた熱可塑樹脂微粒子は、後述するD-2を平均粒径23μmの粉末としたものを用いた。得られたプリプレグの樹脂含浸性を官能評価した。具体的には幅約30mmのプリプレグを、炭素繊維の繊維軸が折れ曲がる方向(0度方向)かつ厚み方向に手で折り曲げ、曲げ破壊させた。曲げ破壊によって生じた端部を目視観察し、毛羽の出方に応じて以下の5段階に分類した。かかる曲げ評価は10回繰り返し、平均の評点を採用した。本発明においては、かかる評価が官能評価であることに鑑み、評点AAの基準を比較例9、評点Cの基準を比較例4、評点Dの基準を比較例5および比較例8とすることにより、評価者によるズレを予防した。
AA:毛羽がみられない
A:毛羽が僅かにみられるが、全て長さ1mm以下である
B:長さ1mmを超える毛羽が存在するが、Cと比較して僅かである
C:幅1mm未満で長さ1mmを超える毛羽が存在する
D:幅1mm以上の毛羽が存在する
樹脂微粒子は後述するD-2を用いた。
<Evaluation of prepreg formation and resin impregnation>
Six units of carbon fiber bundles to be evaluated were arranged in the width direction with 12,000 filaments as one unit and subjected to prepreg formation. In prepreg formation, the carbon fiber bundle is pulled out from the bobbin, run in the air for 3 m, passed through a water-based slurry tank in which thermoplastic resin fine particles are dispersed in water to pick up the resin, and a hot plate whose surface temperature is set to 120 ° C. Moisture is volatilized by continuously contacting with , and after passing through a melting chamber set at an atmospheric temperature of 380 ° C., by scraping the inner surface of a pressure die with a width of 30 mm set to a thickness of about 200 μm , to obtain a resin-impregnated prepreg. The water-based slurry is obtained by adding 2 to 4 parts by mass of thermoplastic resin fine particles to 100 parts by mass of water and 0.5 parts by mass of Brij (registered trademark) S100 (manufactured by Sigma-Aldrich) as a surfactant. A circulating pump was used to circulate and stir. The set temperature of the pressure die was 380°C. The amount of thermoplastic resin fine particles in the water-based slurry was finely adjusted so that the resin content of the finally obtained prepreg was 34% by mass. The take-up speed was 0.5 m/min. The thermoplastic resin fine particles used were D-2, which will be described later, in the form of a powder having an average particle size of 23 μm. Sensory evaluation was made on the resin impregnability of the obtained prepreg. Specifically, a prepreg having a width of about 30 mm was manually bent in the direction in which the fiber axis of the carbon fiber is bent (0-degree direction) and in the thickness direction to bend and break the prepreg. The edges caused by the bending fracture were visually observed and classified into the following five grades depending on how fluff appeared. Such bending evaluation was repeated 10 times, and the average score was adopted. In the present invention, in view of the fact that such evaluation is a sensory evaluation, the criteria for the rating AA is Comparative Example 9, the criteria for the rating C is Comparative Example 4, and the criteria for the rating D are Comparative Examples 5 and 8. , to prevent discrepancies by evaluators.
AA: No fluff is observed A: A fluff is slightly observed, but all are 1 mm or less in length B: A fluff exceeding 1 mm in length exists, but is slight compared to C C: Width less than 1 mm D: There are fluffs with a width of 1 mm or more D-2, which will be described later, was used as the resin fine particles.

<プリプレグの熱安定性評価>
以下に記載した測定条件で、作製したプリプレグ試験片の示差走査熱量測定(DSC測定)を行い、昇温-降温のサイクルを2回繰り返した。2サイクル目の降温過程での結晶化ピークのピークトップ温度をT1として記録した。また、熱可塑樹脂(D-2)を同様の測定方法でDSC測定をおこない、1サイクル目の降温過程での結晶化ピークのピークトップ温度(T0)を読み取ったところ、T0=275.0℃であった。T0-T1によりプリプレグに加工した際のピークトップ変化量を算出し、プリプレグ中の樹脂の熱安定性を評価した。なお、かかる測定は3回行い、平均値を求め、ピークトップの変化量に応じて、以下の4段階に分類した。
S:ピークトップの変化量が19.0℃未満
A:ピークトップの変化量が19.0℃以上、20.0℃未満
B:ピークトップの変化量が20.0℃以上、21.0℃未満
C:ピークトップの変化量が21.0℃以上
・DSC測定条件
試料量:10.0mg(±0.5mg)
測定雰囲気:窒素(純度99.999体積%以上)
測定条件:
1.50℃で1分間保持
2.50℃/分で50℃から380℃まで昇温
3.380℃で3分間保持
4.10℃/分で380℃から50℃まで降温
5.50℃で1分間保持
6.50℃/分で50℃から380℃まで昇温
7.380℃で30分間保持
8.10℃/分で380℃から50℃まで降温。
<Evaluation of thermal stability of prepreg>
Differential scanning calorimetry (DSC measurement) was performed on the prepared prepreg test piece under the measurement conditions described below, and the cycle of heating and cooling was repeated twice. The peak top temperature of the crystallization peak during the second cycle temperature drop process was recorded as T1. In addition, the thermoplastic resin (D-2) was subjected to DSC measurement by the same measurement method, and the peak top temperature (T0) of the crystallization peak in the cooling process of the first cycle was read, T0 = 275.0 ° C. Met. The amount of change in the peak top when processed into a prepreg was calculated by T0-T1, and the thermal stability of the resin in the prepreg was evaluated. This measurement was performed three times, the average value was obtained, and the results were classified into the following four levels according to the amount of change in the peak top.
S: The amount of change in the peak top is less than 19.0°C A: The amount of change in the peak top is 19.0°C or more and less than 20.0°C B: The amount of change in the peak top is 20.0°C or more and 21.0°C Less than C: Peak top change amount is 21.0 ° C. or more DSC measurement conditions Sample amount: 10.0 mg (± 0.5 mg)
Measurement atmosphere: nitrogen (purity of 99.999% by volume or more)
Measurement condition:
1.Hold at 50°C for 1 minute.Rise from 50°C to 380°C at 2.50°C/min.Hold at 380°C for 3 minutes.Hold at 380°C for 3 minutes. Hold for 1 minute, temperature rise from 50°C to 380°C at 6.50°C/min; hold at 380°C for 30 minutes;

各実施例および各比較例で用いた化合物および熱可塑性樹脂は下記の通りである。 The compounds and thermoplastic resins used in each example and each comparative example are as follows.

化合物(A)
A-1:ポリエチレンイミン
(Mw=1,300、粘度:6,800mPa・s)
(BASFジャパン(株)製 “Lupasol”(登録商標)G20Waterfree)
化合物(B)
B-1:ポリエチレングリコール
(Mw=600、SP値=21.7、末端数=2)
(三洋化成工業(株)製PEG600)
B-2:ポリエチレングリコールジグリセリルエーテル
(Mw=750、SP値=23.6、末端数=4)
(阪本薬品工業(株)製“SC-E750”)
B-3:ポリプロピレングリコール
(Mw=600、SP値=20.2、末端数=2)
(三洋化成工業(株)製“サンニックス”(登録商標)PP600)
B-4:ポリプロピレングリコールグリセリルエーテル
(Mw=400、SP値=23.7、末端数=3)
(三洋化成工業(株)製“サンニックス”(登録商標)GP400)
B-5:ポリプロピレングリコールグリセリルエーテル
(Mw=1000、SP値=20.2、末端数=3)
(三洋化成工業(株)製“サンニックス”(登録商標)GP1000)
B-6:ポリプロピレングリコールジグリセリルエーテル
(Mw=750、SP値=22.7、末端数=4)
(阪本薬品工業(株)製“SC-P750”)
B-7:ポリプロピレングリコールジグリセリルエーテル
(Mw=1000、SP値=21.2、末端数=4)
(阪本薬品工業(株)製“SC-P1000”)
B-8:ソルビトールポリプロピレングリコールエーテル
(Mw=750、SP値=23.8、末端数=6)
(三洋化成工業(株)製“サンニックス”(登録商標)SP750)
B-9:PEGモノオレイン酸エステル
(Mw=600、SP値=19.3、末端数=2)
(三洋化成工業(株)製“イオネット”(登録商標)MO600)
B-10:PEGジステアリン酸エステル
(Mw=4000、SP値=19.0、末端数=2)
(三洋化成工業(株)製“イオネット”(登録商標)DS4000)
熱可塑性樹脂
D-1:ポリフェニレンスルフィド
(ガラス転移温度89℃)
(ポリプラスチックス(株)製 “ジュラファイド”(登録商標)PPS W-540)
D-2:ポリエーテルケトンケトン
(アルケマ社製“KEPSTAN(登録商標)”7002)。
Compound (A)
A-1: polyethyleneimine (Mw = 1,300, viscosity: 6,800 mPa s)
(“Lupasol” (registered trademark) G20 Waterfree manufactured by BASF Japan Ltd.)
Compound (B)
B-1: polyethylene glycol (Mw = 600, SP value = 21.7, number of terminals = 2)
(PEG600 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-2: polyethylene glycol diglyceryl ether (Mw = 750, SP value = 23.6, number of terminals = 4)
("SC-E750" manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.)
B-3: polypropylene glycol (Mw = 600, SP value = 20.2, number of terminals = 2)
(“Sannics” (registered trademark) PP600 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-4: polypropylene glycol glyceryl ether (Mw = 400, SP value = 23.7, number of terminals = 3)
(“Sannics” (registered trademark) GP400 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-5: polypropylene glycol glyceryl ether (Mw = 1000, SP value = 20.2, number of terminals = 3)
(“Sannics” (registered trademark) GP1000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-6: polypropylene glycol diglyceryl ether (Mw = 750, SP value = 22.7, number of terminals = 4)
(“SC-P750” manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.)
B-7: polypropylene glycol diglyceryl ether (Mw = 1000, SP value = 21.2, number of terminals = 4)
("SC-P1000" manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.)
B-8: Sorbitol polypropylene glycol ether (Mw = 750, SP value = 23.8, number of terminals = 6)
(“Sannics” (registered trademark) SP750 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-9: PEG monooleate (Mw = 600, SP value = 19.3, number of terminals = 2)
(“Ionet” (registered trademark) MO600 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
B-10: PEG distearate (Mw = 4000, SP value = 19.0, number of terminals = 2)
(“Ionet” (registered trademark) DS4000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
Thermoplastic resin D-1: polyphenylene sulfide (glass transition temperature 89 ° C.)
(“Durafide” (registered trademark) PPS W-540 manufactured by Polyplastics Co., Ltd.)
D-2: Polyether ketone ketone ("KEPSTAN (registered trademark)" 7002 manufactured by Arkema).

(実施例1)
本実施例は、次の第1~5の工程からなる。
(Example 1)
This embodiment consists of the following 1st to 5th steps.

・第1の工程:原料となる炭素繊維束を製造する工程
アクリロニトリル共重合体を紡糸し、焼成し、総フィラメント数12,000本、総繊度800テックス、ストランド引張強度5.1GPa、ストランド引張弾性率240GPaの炭素繊維束を得た。次いで、その炭素繊維束を、炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、電気量を炭素繊維束1g当たり80クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維束を続いて水洗し、加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維束を得た。この工程の後で得られた炭素繊維束のO/Cは0.20、N/Cは0.09であった。
・First step: A step of producing a carbon fiber bundle as a raw material Spinning and baking acrylonitrile copolymer, total filament number 12,000, total fineness 800 tex, strand tensile strength 5.1 GPa, strand tensile elasticity A carbon fiber bundle with a modulus of 240 GPa was obtained. Then, the carbon fiber bundle was subjected to electrolytic surface treatment using an aqueous solution of ammonium bicarbonate as an electrolytic solution with an amount of electricity of 80 coulombs per 1 g of the carbon fiber bundle. The carbon fiber bundle subjected to the electrolytic surface treatment was then washed with water and dried in hot air to obtain a carbon fiber bundle as a raw material. The carbon fiber bundle obtained after this step had an O/C of 0.20 and an N/C of 0.09.

・第2の工程:サイジング剤を炭素繊維束に付着させる工程
化合物(A)として(A-1)、化合物(B)として(B-1)を用い、(A-1)3質量部、(B-1)7質量部をそれぞれ秤量し、約1,540質量部の水に溶解することで、サイジング剤が均一に溶解した約0.65質量%の水溶液を得た。この水溶液をサイジング剤水溶液として用い、浸漬法によりサイジング剤を表面処理された炭素繊維束に塗布した後、予備乾燥工程としてホットローラーで120℃の温度で15秒間熱処理をし、続いて、第2乾燥工程として200℃の温度の加熱空気中で60秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理されたサイジング剤塗布炭素繊維束全量100質量%に対して、0.35質量%となるように調整した。
評価結果を表1にまとめる。
・ Second step: Step of attaching a sizing agent to the carbon fiber bundle Using (A-1) as the compound (A) and (B-1) as the compound (B), (A-1) 3 parts by mass, ( B-1) 7 parts by weight were weighed and dissolved in about 1,540 parts by weight of water to obtain an about 0.65% by weight aqueous solution in which the sizing agent was uniformly dissolved. Using this aqueous solution as a sizing agent aqueous solution, the sizing agent is applied to the surface-treated carbon fiber bundle by an immersion method, and then heat treated with a hot roller at a temperature of 120 ° C. for 15 seconds as a preliminary drying step. As a drying step, heat treatment was performed in heated air at a temperature of 200° C. for 60 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 0.35% by mass with respect to 100% by mass of the total surface-treated carbon fiber bundle coated with the sizing agent.
The evaluation results are summarized in Table 1.

・第3の工程:サイジング剤塗布炭素繊維束を水洗する工程
第2の工程で得られたサイジング剤塗布炭素繊維束について、上記の<炭素繊維束の水洗方法>の欄に記載のとおり、サイジング剤塗布炭素繊維束を水洗し、50秒水洗後のサイジング剤塗布炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束をX線光電子分光法(XPS)により評価した。
- Third step: A step of washing the sizing agent-coated carbon fiber bundle with water The sizing agent-coated carbon fiber bundle obtained in the second step is subjected to sizing as described in the above <Method of washing carbon fiber bundle>. The agent-coated carbon fiber bundle was washed with water to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle after washing with water for 50 seconds. The obtained carbon fiber bundles were evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

・第4の工程:サイジング剤塗布炭素繊維束を熱処理する工程
第2の工程で得られたサイジング剤塗布炭素繊維束を約2.0g用意し、50ミリリットル/分の窒素気流中、450℃の温度に設定した電気炉(容量120cm)に5分間放置し、サイジング剤を熱分解させた。そして、20リットル/分の乾燥窒素気流中の容器に移し、15分間冷却した後の炭素繊維束をX線光電子分光法(XPS)により評価した。
・Fourth step: A step of heat-treating the sizing agent-coated carbon fiber bundle. About 2.0 g of the sizing agent-coated carbon fiber bundle obtained in the second step is prepared, and heated to 450°C in a nitrogen stream of 50 ml/min. The sizing agent was thermally decomposed by leaving it for 5 minutes in an electric furnace (capacity: 120 cm 3 ) set to a temperature. Then, the carbon fiber bundle was evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) after being transferred to a container in a dry nitrogen stream of 20 liters/minute and cooled for 15 minutes.

・第5の工程:プリプレグを作製する工程
第2の工程で得られたサイジング剤塗布炭素繊維束を用いて、上記の<プリプレグ化および樹脂含浸性の評価>に記載の方法でプリプレグを作製した。また、得られたプリプレグを用いて上記の<プリプレグの熱安定性評価>に記載の方法でプリプレグの熱安定性を評価した。
- Fifth step: A step of producing a prepreg Using the sizing agent-coated carbon fiber bundle obtained in the second step, a prepreg was produced by the method described in <Evaluation of prepreg formation and resin impregnation> above. . Also, using the obtained prepreg, the thermal stability of the prepreg was evaluated by the method described in <Evaluation of thermal stability of prepreg> above.

Figure 2022117562000002
Figure 2022117562000002

Figure 2022117562000003
Figure 2022117562000003

(実施例2-10)
サイジング剤に用いる化合物(A)と(B)の種類と配合比、サイジング剤の付着量を表1に示す各値となるように変更し、実施例1と同様にしてサイジング剤塗布炭素繊維束を得、各種評価を行った。結果は表1にまとめた。
(Example 2-10)
The types and compounding ratios of the compounds (A) and (B) used for the sizing agent and the adhesion amount of the sizing agent were changed to the respective values shown in Table 1, and the sizing agent-coated carbon fiber bundle was produced in the same manner as in Example 1. were obtained and various evaluations were performed. The results are summarized in Table 1.

(比較例1-9)
サイジング剤に用いる化合物(A)~(B)の種類と配合比、サイジング剤の付着量、乾燥温度を表2に示す各値となるように変更し、実施例1と同様にしてサイジング剤塗布炭素繊維束を得、各種評価を行った。結果は表2にまとめた。
(Comparative Example 1-9)
The sizing agent was applied in the same manner as in Example 1 by changing the types and compounding ratios of the compounds (A) to (B) used for the sizing agent, the amount of sizing agent adhered, and the drying temperature to the values shown in Table 2. A carbon fiber bundle was obtained and various evaluations were performed. The results are summarized in Table 2.

(比較例10)
サイジング剤を付着しないこと以外は、実施例1と同様にして炭素繊維束を得、各種評価を行った。結果は表2にまとめた。
(Comparative Example 10)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sizing agent was not adhered, and various evaluations were performed. The results are summarized in Table 2.

本発明によれば、本発明によれば、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド等に代表される熱可塑性樹脂との接着性が高く、水系スラリー含浸プロセスにおける樹脂含浸性に優れ、プリプレグに加工したときに成形性や加工性を損ないにくいサイジング剤を塗布したサイジング剤塗布炭素繊維束を提供することができる。本発明を使用した熱可塑樹脂複合体は、軽量でありながら強度に優れることから、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材およびスポーツ用品等の多くの分野に好適に用いることができる。 According to the present invention, according to the present invention, the adhesiveness with thermoplastic resins represented by polyphenylene sulfide, polyaryletherketone, polyethersulfone, polyamideimide, etc. is high, and the resin impregnation in the water-based slurry impregnation process. It is possible to provide a sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a sizing agent that is excellent and does not easily impair moldability and workability when processed into a prepreg. The thermoplastic resin composite using the present invention is lightweight and has excellent strength, so it is suitably used in many fields such as aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, civil engineering and construction materials, and sporting goods. be able to.

11:巻出工程
12:水洗工程
13:乾燥工程
14:巻取工程
15:水洗槽前フリーローラー
16:水洗槽中フリーローラー
17:水洗槽後フリーローラー
18:水洗槽
19:水洗槽前フリーローラー
20:水洗槽中フリーローラー
21:水洗槽後フリーローラー
22:水洗槽
1a:サイジング剤塗布炭素繊維束
1b:水洗後のサイジング剤塗布炭素繊維束
1c:水洗・乾燥後のサイジング剤塗布炭素繊維束
1d:水
1e:水
11: Unwinding process 12: Washing process 13: Drying process 14: Winding process 15: Free roller before washing tank 16: Free roller in washing tank 17: Free roller after washing tank 18: Washing tank 19: Free roller before washing tank 20: Free roller in washing tank 21: Free roller after washing tank 22: Washing tank 1a: Carbon fiber bundle coated with sizing agent 1b: Carbon fiber bundle coated with sizing agent after washing 1c: Carbon fiber bundle coated with sizing agent after washing and drying 1d: water 1e: water

Claims (9)

少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)および/またはポリアルキレングリコールを含む化合物(B)が塗布されてなるサイジング剤塗布炭素繊維束であって、X線光電子分光法(XPS)により測定される表面酸素濃度(O/C)が0.28以上0.45以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.05以上0.20以下であり、下記(i)および(ii)を満たすサイジング剤塗布炭素繊維束。
(i)以下に記載した水洗方法で50秒間水洗した後の表面酸素濃度(O/C)が0.15以上0.25以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.15以上0.30以下である。
(ii)以下に記載した水分散テストにより評価される固着数が20個以下である。
<炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤塗布炭素繊維束の水洗は下記の手順で行う。図1に示される巻出工程11に設置したサイジング剤塗布炭素繊維束1aを水洗工程12中の水洗槽前フリーローラー15と水洗槽中フリーローラー16および水洗槽後フリーローラー17介して水洗槽18中の水1dに通過させ、その後同様の水洗槽前フリーローラー19と水洗槽中フリーローラー20および水洗槽後フリーローラー21を介して水洗槽22中の水1eに通過させ、その後に連続して乾燥工程13を通過させ水を乾燥させて巻取工程14で巻き取る。クリールからの解舒張力は800gとし、工程速度は2.4m/minとし、水温は25±5℃、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤塗布炭素繊維束と水洗槽中フリーローラーとの接触角はπradとする。また、1つの水洗槽での水中通過時間が25秒となるよう液面を調整し、2つの水洗槽で合計50秒とする。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤塗布炭素繊維束1bを乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗・乾燥後のサイジング剤塗布炭素繊維束1cを得る。
<水分散テストによる固着数の測定方法>
100gの水にアニオン系界面活性剤であるジオクチルスルホこはく酸ナトリウム(東京化成工業株式会社製)を0.05質量%となるように溶解し、分散媒とする。回転数200rpmのマグネティックスターラーにより攪拌しておいた分散媒に、長さ5mmに裁断した測定対象の炭素繊維束を投入する。30秒間攪拌したあと、直径110mmの定量ろ紙(グレード:5C、ADVANTEC社製)上に、内径95mmのセパラブルロートを用いてろ過する。ろ過はアスピレーターを用いた吸引ろ過とし、ろ過後のろ紙は風の当たらない場所に2時間静置して風乾する。かかるろ紙をラミネートフィルムで挟み、ラミネーターを通すことによりラミネート加工する。ラミネート加工されたろ紙の表面を以下に記載する条件にて顕微鏡観察し、16視野の画像を取得する。16視野の画像を、漏れや重複なく取得するために、ろ紙の表面に碁盤目状に予めマーカーで印を16個つけておき、かかる印が視野の中心付近になるように16視野の画像を取得する。単糸が複数本平行に集合し、かつ隙間無く接した状態であるために1本の太い繊維であるかのように見えるかたまりであって、太さが40μm以上であるものを固着と定義する。固着であるかどうかの判断に際しては、明らかに基準を超えるものは目視で判断し、太さが40μm近傍であるなど目視での判断が困難なものについては、画像処理ソフトを用いて直径を計測し、判断する。画像処理ソフトはオープンソースのソフトウェアである“imageJ(イメージ・ジェイ)”を用いて次のように行う。まず解析対象の画像を“imageJ”に読み込み、直径を計測したい単糸のかたまりの長軸を2等分する位置を通り、かつ長軸と直交する線分を引き、「Analyze」コマンドの「Plot profile」を選択することにより、線分に沿った輝度のプロファイルを取得する。かかるプロファイルの半値幅を読み取り、実寸に換算したものをかかる単糸のかたまりの「太さ」とし、これが40μm以上であれば固着と判断する。固着は、それぞれ太さが異なるが、特に区別しない。取得した16視野分の画像のそれぞれにおける固着数をカウントし、16視野分合計して、合計の固着数を得る。上記の操作を分散・ろ過から2回繰り返し、2回の固着数の平均値を固着数として採用する。
顕微鏡:Nikon SMZ1270
カメラ:Nikon DS-Vi1
モニタ:Nikon DS-L3
倍率:1倍
ゲイン:170
露光時間:100ms
画像モード:Full
ピクセル分解能:8μm/ピクセル
記録モード:1,600×1,200ピクセル(12.8mm×9.6mm)
A sizing agent-coated carbon fiber bundle coated with a water-soluble compound (A) having at least an amino group and/or a compound (B) containing polyalkylene glycol, and measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) Surface oxygen concentration (O/C) is 0.28 or more and 0.45 or less, and surface nitrogen concentration (N/C) is 0.05 or more and 0.20 or less, satisfying the following (i) and (ii) Sizing agent coated carbon fiber bundle.
(i) The surface oxygen concentration (O/C) after washing for 50 seconds by the water washing method described below is 0.15 or more and 0.25 or less, and the surface nitrogen concentration (N/C) is 0.15 or more and 0. .30 or less.
(ii) The number of fixations evaluated by the water dispersion test described below is 20 or less.
<Method of washing carbon fiber bundle with water>
The sizing agent-coated carbon fiber bundle is washed with water according to the following procedure. The sizing agent-coated carbon fiber bundle 1a installed in the unwinding process 11 shown in FIG. After that, it is passed through the water 1e in the water washing tank 22 through the similar water washing tank front free roller 19, the water washing tank inside free roller 20, and the water washing tank free roller 21, and then continuously. It passes through a drying process 13 to dry the water and is wound up in a winding process 14.例文帳に追加The unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the water temperature was 25±5° C., the diameter of the free roller in the water washing tank was 150 mm, and the distance between the sizing agent-coated carbon fiber bundle and the free roller in the water washing tank was 150 mm. The contact angle is πrad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater passage time in one washing tank is 25 seconds, and the total time in two washing tanks is 50 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-coated carbon fiber bundle 1b after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle 1c after washing with water and drying.
<Method for measuring adhesion number by water dispersion test>
Sodium dioctyl sulfosuccinate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), which is an anionic surfactant, is dissolved in 100 g of water to a concentration of 0.05% by mass to prepare a dispersion medium. A carbon fiber bundle to be measured cut into a length of 5 mm is put into a dispersion medium that has been stirred by a magnetic stirrer at a rotation speed of 200 rpm. After stirring for 30 seconds, the mixture is filtered on a quantitative filter paper (grade: 5C, manufactured by ADVANTEC) with a diameter of 110 mm using a separable funnel with an inner diameter of 95 mm. Filtration is performed by suction filtration using an aspirator, and the filter paper after filtration is air-dried by allowing it to stand for 2 hours in a place not exposed to wind. The filter paper is sandwiched between laminate films and passed through a laminator for lamination. The surface of the laminated filter paper is observed under a microscope under the conditions described below to obtain images of 16 fields of view. In order to acquire images of 16 fields of view without omission or duplication, 16 marks were made in advance with a marker in a grid pattern on the surface of the filter paper, and the images of 16 fields of view were captured so that these marks were near the center of the field of view. get. A lump that looks like a single thick fiber because a plurality of single yarns are gathered in parallel and in contact with each other without gaps, and that has a thickness of 40 μm or more is defined as sticking. . When judging whether or not it is stuck, visually judge if it clearly exceeds the standard, and measure the diameter using image processing software if it is difficult to judge visually such as the thickness is around 40 μm. and judge. The image processing software is the open source software "imageJ" and is performed as follows. First, read the image to be analyzed into “imageJ”, draw a line segment that passes through the position that bisects the long axis of the single yarn mass whose diameter you want to measure and is perpendicular to the long axis, and use the “Analyze” command “Plot profile" to obtain a luminance profile along the line segment. The half-value width of the profile is read, and the actual size is converted into the "thickness" of the bundle of single yarns. The adhesives are different in thickness, but are not particularly distinguished. The number of adhesions in each of the acquired images for 16 fields of view is counted and totaled for 16 fields of view to obtain the total number of adhesions. The above operation from dispersion/filtration is repeated twice, and the average value of the two adherence numbers is adopted as the adherence number.
Microscope: Nikon SMZ1270
Camera: Nikon DS-Vi1
Monitor: Nikon DS-L3
Magnification: 1x Gain: 170
Exposure time: 100ms
Image mode: Full
Pixel resolution: 8 μm/pixel Recording mode: 1,600×1,200 pixels (12.8 mm×9.6 mm)
空気下、300℃で5分間加熱した後の表面酸素濃度(O/C)が0.15以上0.25以下、かつ、表面窒素濃度(N/C)が0.10以上0.25以下である請求項1に記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。 After heating at 300 ° C. for 5 minutes in air, the surface oxygen concentration (O / C) is 0.15 or more and 0.25 or less, and the surface nitrogen concentration (N / C) is 0.10 or more and 0.25 or less. The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to claim 1. 以下の抽出操作によって抽出して得られる抽出液の600nmでの吸光度が0.01以下、かつ、300nmでの吸光度が0.10以下である請求項1または2に記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。
<抽出操作>
炭素繊維束1.0質量部を切り出し、容積20cmの蓋付きガラス容器に入れ、25℃のDMSO10.0質量部を加える。発振周波数が40kHzの超音波照射下で15分間処理することでサイジング剤塗布炭素繊維束に付着したサイジング剤および表面酸化物を抽出する。
The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the absorbance at 600 nm of the extract obtained by extraction by the following extraction operation is 0.01 or less and the absorbance at 300 nm is 0.10 or less. .
<Extraction operation>
1.0 part by mass of carbon fiber bundle is cut out, placed in a lidded glass container with a volume of 20 cm 3 , and 10.0 parts by mass of DMSO at 25° C. is added. The sizing agent and surface oxides adhering to the sizing agent-coated carbon fiber bundle are extracted by treating for 15 minutes under ultrasonic irradiation with an oscillation frequency of 40 kHz.
前記サイジング剤の付着量がサイジング剤塗布炭素繊維束100質量%中、0.10質量%以上、0.50質量%以下である請求項1~3のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。 The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of the sizing agent attached is 0.10% by mass or more and 0.50% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-coated carbon fiber bundle. . 前記少なくともアミノ基を有する水溶性化合物(A)の質量Wと前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の質量Wとが式(a)を満たす請求項1~4のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。
0.20≦W/(W+W)≦0.50・・・式(a)
The mass W A of the water-soluble compound (A) having at least an amino group and the mass W B of the compound (B) containing the polyalkylene glycol satisfy the formula (a). Sizing agent coated carbon fiber bundle.
0.20≦W A /(W A +W B )≦0.50 Expression (a)
前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の重量平均分子量Mwが500以上1000以下かつ、SP値が21以上である請求項1~5のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。 The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyalkylene glycol-containing compound (B) has a weight average molecular weight Mw of 500 or more and 1000 or less and an SP value of 21 or more. 前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)が芳香環を有さないポリプロピレングリコールの誘導体である請求項1~6のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。 The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 6, wherein the compound (B) containing polyalkylene glycol is a polypropylene glycol derivative having no aromatic ring. 前記ポリアルキレングリコールを含む化合物(B)の末端数が3以上5以下である請求項1~7のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束。 The sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 7, wherein the number of terminals of the compound (B) containing polyalkylene glycol is 3 or more and 5 or less. 請求項1~8のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法であって、サイジング剤を炭素繊維束に塗布する工程を経た後に180~240℃で乾燥させる乾燥工程を有するサイジング剤塗布炭素繊維束の製造方法。 The method for producing a sizing agent-coated carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 8, wherein the sizing agent has a drying step of drying at 180 to 240°C after the step of applying the sizing agent to the carbon fiber bundle. A method for producing coated carbon fiber bundles.
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