JP2023010616A - Carbon fiber bundle containing sizing agent and manufacturing method thereof - Google Patents

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Tomohisa Noguchi
孝幸 四方
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Abstract

To provide a carbon fiber bundle containing sizing agent, which has adequate bundling property and frictional property for handleability and is particularly suitable for being combined with thermoplastic matrix resin because sizing agent having good affinity to water is applied on carbon fibers having a specific cross-sectional shape.SOLUTION: A carbon fiber bundle containing sizing agent contains polyethylene glycol and/or surface active agent and satisfies all the following conditions (i) to (iii). (i) A dry F-F friction coefficient is 0.20 or more and 0.39 or less. (ii) The carbon fiber bundle contains 40% or more of single fiber whose cross section perpendicular to a fiber direction satisfies following formulas (1) and (2) in shape: 1.00≤La/Lb≤1.20 ...(1); 1.00≤Ld/Lc≤1.25 ...(2). (iii) A sizing agent coating weight after washing with water for 50 seconds is 0.12 mass% or less in 100 mass% of the carbon fiber bundle containing sizing agent.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性に適した集束性および摩擦特性を示し、かつ湿式粉末含浸法に代表される水系プロセスにおいて水との良好な親和性により樹脂の含浸性を高めやすいサイジング剤を、特定の断面形状を有する単繊維を主成分として含む炭素繊維へ塗布したサイジング剤含有炭素繊維束、およびサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法に関するものである。 The present invention exhibits bundling properties and friction properties suitable for handleability of sizing agent-containing carbon fiber bundles, and enhances resin impregnation properties due to good affinity with water in water-based processes typified by wet powder impregnation methods. The present invention relates to a sizing agent-containing carbon fiber bundle in which a sizing agent is applied to carbon fibers mainly composed of single fibers having a specific cross-sectional shape, and a method for producing the sizing agent-containing carbon fiber bundle.

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。炭素繊維を用いた複合材料の代表的な形態として、プリプレグを積層して得られるプリフォームをプレス成形(加圧力の下で脱泡し、賦形する成形方法)した成形品が挙げられる。このプリプレグは、連続した炭素繊維束を一方向に配列させた炭素繊維基材に樹脂を含浸して製造する方法が一般的である。複雑な形状への形状追従性に優れ、短時間成形可能な不連続な炭素繊維(チョップド、ウェブ等)を用いた複合材料も提案されているが、比強度、比剛性などの力学特性や特性の安定性において、構造材としての実用性能はプリプレグが優れている。 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 A representative form of a composite material using carbon fibers is a molded article obtained by press-molding a preform obtained by laminating prepregs (a molding method in which defoaming is performed under pressure and shaping is performed). This prepreg is generally produced by impregnating a carbon fiber substrate in which continuous carbon fiber bundles are arranged in one direction with a resin. Composite materials using discontinuous carbon fibers (chopped, web, etc.) have been proposed, which have excellent conformability to complex shapes and can be molded in a short time. In terms of stability, prepreg is superior in practical performance as a structural material.

近年、炭素繊維複合材料では、成形性、取り扱い性、得られる成形品の力学特性に優れた成形材料が要求されるようになり、工業的にもより高い経済性、生産性が必要になってきている。その要求に対する答えの一つとして、マトリクス樹脂に熱可塑性樹脂を用いたプリプレグの開発が進められている。製造方法の例として、粉末状の熱可塑性マトリクス樹脂を界面活性剤で分散させた熱可塑性樹脂スラリーを通過させて粉末状の熱可塑性マトリクス樹脂を把持した炭素繊維テープを作製し、熱と圧力で熱可塑性樹脂を炭素繊維テープ内部に含浸し製造する方法が挙げられる。 In recent years, carbon fiber composite materials are required to have molding materials with excellent moldability, handleability, and mechanical properties of the resulting molded products. ing. As one of the answers to this demand, the development of prepregs using a thermoplastic resin as the matrix resin is underway. As an example of the manufacturing method, a thermoplastic resin slurry in which a powdery thermoplastic matrix resin is dispersed with a surfactant is passed through to prepare a carbon fiber tape in which the powdery thermoplastic matrix resin is gripped. A method of impregnating the inside of the carbon fiber tape with a thermoplastic resin is mentioned.

炭素繊維の優れた特性をコンポジット加工後に生かすには、炭素繊維加工時に取り扱い性に優れ、毛羽の巻き付きや巻き付きによる破断を低減することが重要である。サイジング剤を塗布していない炭素繊維束は集束性が無く、毛羽を多量に発生し、プリプレグ製造工程中に毛羽がたまり、プリプレグ品位が悪化することがある。そのため、炭素繊維束の取り扱い性を向上させるため、通常、炭素繊維束にサイジング剤を塗布し、炭素繊維表面上に耐擦過性のある塗膜を付与する方法が行われている(特許文献1および2参照)。 In order to take advantage of the excellent properties of carbon fibers after composite processing, it is important to have excellent handleability during carbon fiber processing, and to reduce fuzz wrapping and breakage due to wrapping. Carbon fiber bundles to which no sizing agent is applied lack bundling properties and generate a large amount of fluff. Therefore, in order to improve the handleability of the carbon fiber bundle, a method of applying a sizing agent to the carbon fiber bundle and imparting a scratch-resistant coating film on the surface of the carbon fiber is usually performed (Patent Document 1). and 2).

炭素繊維束は連続繊維をカットし単繊維状に分散させ抄紙として用いる方法も提案されている。炭素繊維束で抄紙を作製するプロセスは水系プロセスである場合が多く、炭素繊維束の優れた特性を生かすには、抄紙プロセスに先立つチョップド加工での取り扱い時に、炭素繊維束の形態を維持するための集束性と、抄紙プロセスで水媒体に投入した場合にすみやかに単繊維状に分散し、かつ再凝集を抑制するための優れた開繊性の両立が重要であり、集束性と水分散性を両立したサイジング剤が塗布されている。一般的に、炭素繊維束の取り扱い性を高めるためにエポキシ樹脂等を集束剤(サイジング剤)として付着させている場合が多いが、サイジング剤そのものの相互作用が強いことや炭素繊維表面との相互作用が高すぎるために、水系プロセスへ適用する場合に水中での開繊性が悪い傾向がある。そのため例えば、特許文献3~5では、炭素繊維束にサイジング剤として界面活性剤や水溶性ポリマーを用いることで、チョップド炭素繊維への切断時の取り扱い性を向上させ、かつ水中での開繊性を向上させる手法が提案されている。 For the carbon fiber bundle, a method has also been proposed in which continuous fibers are cut, dispersed into single fibers, and used for papermaking. The process of making paper from carbon fiber bundles is often a water-based process. It is important to achieve both bundling ability and excellent opening ability to quickly disperse into single fibers when put into an aqueous medium in the papermaking process and suppress reaggregation. A sizing agent that achieves both is applied. In general, epoxy resin or the like is often attached as a sizing agent to improve the handling of carbon fiber bundles. Too high action tends to result in poor openability in water when applied to aqueous processes. Therefore, for example, in Patent Documents 3 to 5, by using a surfactant or a water-soluble polymer as a sizing agent in the carbon fiber bundle, the handling property when cutting into chopped carbon fibers is improved, and the opening property in water is improved. have been proposed to improve

炭素材料複合材料の優れた特性は、炭素繊維と樹脂との界面の特性に大きく影響される。そのため、炭素繊維と樹脂の界面に存在するにサイジング剤の特性が重要となる。例えば、特許文献6では、炭素繊維束に界面活性剤を付与した後にサイジング剤を塗布することでサイジング剤を均一に付与でき、機械性能の優れた炭素繊維複合材料を得るという手法が提案されている。また、特許文献7では耐炎繊維の紡績糸に界面活性剤を塗布し、粉末状のマトリクス樹脂との親和性を高め、集合体製造時の含浸性を高める手法が提案されている。 The excellent properties of carbon composite materials are greatly influenced by the properties of the interface between carbon fibers and resin. Therefore, the properties of the sizing agent present at the interface between the carbon fiber and the resin are important. For example, Patent Document 6 proposes a method of obtaining a carbon fiber composite material having excellent mechanical performance by uniformly applying a sizing agent by applying a sizing agent after applying a surfactant to a carbon fiber bundle. there is Further, Patent Document 7 proposes a method of applying a surfactant to spun yarn of flame-resistant fibers to increase affinity with a powdery matrix resin and improve impregnability during assembly production.

また、炭素材料複合材料のプロセス性制御のために、炭素繊維またはその前駆体繊維の断面形状を制御することが開示されている。例えば、特許文献8では空豆形、楕円形、円形の単繊維が特定の割合で混在したアクリル繊維束とすることで、収束性と開繊性を高レベルに両立できることが開示されている。しかしながら、空豆形、楕円形、円形の孔を有する複雑な口金が必須であり、断面形状が大きく異なる単繊維を安定的に製造するために、最もプロセス性の低い断面形状に合わせて条件設定する必要があるなど、工業的なプロセスへの適用は難しい。 It also discloses controlling the cross-sectional shape of carbon fibers or precursor fibers thereof for processability control of carbon composite materials. For example, Patent Document 8 discloses that by forming an acrylic fiber bundle in which broad bean-shaped, elliptical, and circular single fibers are mixed at a specific ratio, both convergence and opening properties can be achieved at a high level. However, complex spinnerets with broad bean, elliptical, and circular holes are essential, and in order to stably produce single fibers with greatly different cross-sectional shapes, the conditions are set according to the cross-sectional shape with the lowest processability. It is difficult to apply to industrial processes, such as the need for

米国特許第3957716号明細書U.S. Pat. No. 3,957,716 特開昭57-171767号公報JP-A-57-171767 国際公報第2006/019139号パンフレットInternational Publication No. 2006/019139 Pamphlet 特開2000-54269号公報JP-A-2000-54269 特許6571892号公報Japanese Patent No. 6571892 特開2017-137603号公報JP 2017-137603 A 特開昭59-144679号公報JP-A-59-144679 特開2012-188766号公報JP 2012-188766 A

一方で、上記のように炭素繊維束にサイジング剤を塗布することにより、取り扱い性や界面特性を制御する場合、高い成形加工温度が必要な熱可塑性マトリクス樹脂と組み合わせた際にサイジング剤の成分によってはマトリクス樹脂の耐熱性を低下させたり、炭素繊維とマトリクス樹脂間の接着性を低下させたりする。そのため、CFRPは十分な性能を発揮できない場合がある。 On the other hand, when the handleability and interfacial properties are controlled by applying a sizing agent to the carbon fiber bundle as described above, when combined with a thermoplastic matrix resin that requires a high molding temperature, the sizing agent component lowers the heat resistance of the matrix resin or lowers the adhesiveness between the carbon fibers and the matrix resin. Therefore, CFRP may not exhibit sufficient performance.

すなわち、サイジング剤を塗布することにより炭素繊維束から毛羽発生を抑制する検討や水系プロセスでの加工性向上の検討は行われていたが、水系プロセスでの炭素繊維加工において、炭素繊維束のもつストランド強度に代表される高い力学特性を複合材料に付与することを念頭に、サイジング剤を適用して炭素繊維束の単繊維切れによる毛羽発生の抑制と水中での開繊性の両立した上で、高次加工において熱可塑性マトリクス樹脂への上記影響のリスクを最小化する観点で、炭素繊維上からサイジング剤を取り除くという発想はなかった。 In other words, studies have been conducted to suppress fluff generation from carbon fiber bundles by applying a sizing agent and to improve workability in water-based processes. With the aim of imparting high mechanical properties, such as strand strength, to the composite material, we applied a sizing agent to suppress the generation of fluff due to single fiber breakage in the carbon fiber bundle, and to achieve both the ability to open the fibers in water. However, there was no idea of removing the sizing agent from the carbon fiber from the viewpoint of minimizing the risk of the above influence on the thermoplastic matrix resin in advanced processing.

また、上記のサイジング剤による毛羽発生の抑制と水中での開繊性の両立を実現した上で、断面形状を制御した炭素繊維と組み合わせることで、優れた機械物性を持つ炭素繊維複合材料を得るという発想も無かった。 In addition, after realizing both the suppression of fluff generation by the above-mentioned sizing agent and the openability in water, by combining it with carbon fibers whose cross-sectional shape is controlled, a carbon fiber composite material with excellent mechanical properties can be obtained. I had no idea.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、取り扱い性に適した集束性および摩擦特性を示し、かつ、水系プロセスにおいて水との良好な親和性により樹脂の含浸性を高めやすいサイジング剤が、特定の断面形状を有する単繊維を主成分として含む炭素繊維へ塗布されていることで、中間基材への加工後に残存するサイジング剤付着量を低減し、熱可塑性マトリクス樹脂との組み合わせに特に好適なサイジング剤含有炭素繊維束を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a sizing agent that exhibits bundling properties and frictional properties suitable for handling, and that easily enhances resin impregnation due to good affinity with water in aqueous processes. , By being applied to carbon fibers containing monofilaments having a specific cross-sectional shape as a main component, the amount of sizing agent remaining after processing to the intermediate base material is reduced, and it is particularly suitable for combination with thermoplastic matrix resins. An object of the present invention is to provide a suitable sizing agent-containing carbon fiber bundle.

上述した課題を解決するための本発明は、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を含有するサイジング剤含有炭素繊維束であって、下記(i)~(iii)の全てを満たすサイジング剤含有炭素繊維束。
(i)ドライF-F摩擦係数が0.20以上、0.39以下である。
(ii)繊維方向に垂直な断面の形状が次式(1)および(2)を満たす単繊維を40以上含有する。
1.00 ≦ La/Lb ≦ 1.20 ・・・(1)
1.00 ≦ Ld/Lc ≦ 1.25 ・・・(2)
(ただし、単繊維断面の外周における最も離れた2点を通る線分をa軸、a軸の中点と外周上の2点を通りa軸に直交する線分をb軸とし、a軸の長さをLa、b軸の長さをLbと定義し、La≧Lbとする。また、a軸を4等分した際にa軸の中点以外の点と外周上の2点をそれぞれ通り、a軸に直交する2本の線分の長さをLcおよびLdと定義し、Lc≦Ldとする。)
(iii)下記の条件で50秒間水洗した後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.12質量%以下である。
<サイジング剤含有炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入し、サイジング剤を水中に溶出させる。巻出工程に設置したサイジング剤含有炭素繊維束を水洗工程中の水洗槽前フリーローラーと水洗槽中フリーローラーおよび水洗槽後フリーローラーを介して水洗槽中の水に通過させ、その後に連続して乾燥工程を通過させ水を乾燥させて巻取工程で巻き取る。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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、水中通過時間が50秒となるよう液面を調整する。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束を得る。この水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。
The present invention for solving the above-mentioned problems is a sizing agent-containing carbon fiber bundle containing a sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant, the sizing agent satisfying all of the following (i) to (iii): Agent-containing carbon fiber bundles.
(i) The dry FF friction coefficient is 0.20 or more and 0.39 or less.
(ii) contains 40 or more single fibers whose cross-sectional shape perpendicular to the fiber direction satisfies the following formulas (1) and (2);
1.00≦La/Lb≦1.20 (1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 (2)
(However, the line segment passing through the two furthest points on the outer circumference of the single fiber cross section is the a-axis, and the line segment passing through the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference and perpendicular to the a-axis is the b-axis. Define the length as La and the length of the b-axis as Lb, where La≧Lb.In addition, when the a-axis is divided into four equal parts, , the lengths of two line segments perpendicular to the a-axis are defined as Lc and Ld, and Lc≦Ld.)
(iii) The sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds under the following conditions is 0.12% by mass or less based on 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle.
<Method of Washing Carbon Fiber Bundles Containing Sizing Agent>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to dissolve the sizing agent into the water. The sizing agent-containing carbon fiber bundle installed in the unwinding process is passed through the water in the washing tank through the free roller before the washing tank, the free roller in the washing tank, and the free roller after the washing tank in the washing process, and then continuously. It passes through a drying process, dries the water, and is wound up in a winding process. The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater passage time is 50 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying.

また、本発明のサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法は、上記のサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法であって、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を炭素繊維束に塗布する塗布工程を経た後に、サイジング剤を塗布した炭素繊維束を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-containing carbon fiber bundle of the present invention is the above-described method for producing a sizing agent-containing carbon fiber bundle, wherein a sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant is applied to the carbon fiber bundle. It is characterized by having a drying step of drying the carbon fiber bundles coated with the sizing agent after the coating step.

本発明によれば、取り扱い性に適した集束性および摩擦特性を示し、かつ、水系プロセスにおいて水との良好な親和性により樹脂の含浸性を高めやすいサイジング剤が、特定の断面形状を有する単繊維を主成分として含む炭素繊維へ塗布されていることで、中間基材への加工後に残存するサイジング剤付着量を低減し、熱可塑性マトリクス樹脂との組み合わせに特に好適なサイジング剤含有炭素繊維束を得ることができる。 According to the present invention, a sizing agent that exhibits bundling properties and frictional properties suitable for handleability and that easily enhances resin impregnation due to good affinity with water in an aqueous process is a single unit having a specific cross-sectional shape. The sizing agent-containing carbon fiber bundle is particularly suitable for combination with a thermoplastic matrix resin because it is applied to carbon fibers containing fiber as a main component, reducing the amount of sizing agent remaining after processing to an intermediate base material. can be obtained.

図1は、炭素繊維の単繊維断面における、La・Lb・Lc・Ldの定義方法を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a method of defining La, Lb, Lc, and Ld in a single fiber cross section of carbon fibers. 図2は、50秒水洗評価方法を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a 50-second washing evaluation method. 図3は、25秒水洗評価方法を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a 25-second washing evaluation method. 図4中(A)および(B)は、本発明において好適に用いることのできる口金孔の一例である。(A) and (B) in FIG. 4 are examples of mouthpiece holes that can be preferably used in the present invention.

以下において、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 Below, the form for implementing this invention is demonstrated.

本発明のサイジング剤含有炭素繊維束は、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を含有するサイジング剤含有炭素繊維束であって、下記(i)~(iii)の全てを満たすサイジング剤含有炭素繊維束である。
(i)ドライF-F摩擦係数が0.20以上、0.39以下である。
(ii)繊維方向に垂直な断面の形状が次式(1)および(2)を満たす単繊維を40%以上含有する。
1.00 ≦ La/Lb ≦ 1.20 ・・・(1)
1.00 ≦ Ld/Lc ≦ 1.25 ・・・(2)
(ただし、単繊維断面の外周における最も離れた2点を通る線分をa軸、a軸の中点と外周上の2点を通りa軸に直交する線分をb軸とし、a軸の長さをLa、b軸の長さをLbと定義し、La≧Lbとする。また、a軸を4等分した際にa軸の中点以外の点と外周上の2点をそれぞれ通り、a軸に直交する2本の線分の長さをLcおよびLdと定義し、Lc≦Ldとする。)
(iii)下記の条件で50秒間水洗した後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.12質量%以下である。
<サイジング剤含有炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入し、サイジング剤を水中に溶出させる。巻出工程に設置したサイジング剤含有炭素繊維束を水洗工程中の水洗槽前フリーローラーと水洗槽中フリーローラーおよび水洗槽後フリーローラーを介して水洗槽中の水に通過させ、その後に連続して乾燥工程を通過させ水を乾燥させて巻取工程で巻き取る。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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、水中通過時間が50秒となるよう液面を調整する。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束を得る。この水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。
The sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention is a sizing agent-containing carbon fiber bundle containing a sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant, the sizing agent satisfying all of the following (i) to (iii): containing carbon fiber bundles.
(i) The dry FF friction coefficient is 0.20 or more and 0.39 or less.
(ii) Contain 40% or more of single fibers whose cross-sectional shape perpendicular to the fiber direction satisfies the following formulas (1) and (2).
1.00≦La/Lb≦1.20 (1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 (2)
(However, the line segment passing through the two furthest points on the outer circumference of the single fiber cross section is the a-axis, and the line segment passing through the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference and perpendicular to the a-axis is the b-axis. Define the length as La and the length of the b-axis as Lb, where La≧Lb.In addition, when the a-axis is divided into four equal parts, , the lengths of two line segments perpendicular to the a-axis are defined as Lc and Ld, and Lc≦Ld.)
(iii) The sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds under the following conditions is 0.12% by mass or less based on 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle.
<Method of Washing Carbon Fiber Bundles Containing Sizing Agent>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to dissolve the sizing agent into the water. The sizing agent-containing carbon fiber bundle installed in the unwinding process is passed through the water in the washing tank through the free roller before the washing tank, the free roller in the washing tank, and the free roller after the washing tank in the washing process, and then continuously. It passes through a drying process, dries the water, and is wound up in a winding process. The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater passage time is 50 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying.

本発明者らの検討により、炭素繊維束に塗布後に取り扱い性が良くなるサイジング剤を用いた場合、サイジング剤含有炭素繊維束上のサイジング剤の水との親和性が低くなり、サイジング剤が残存しやすく、プリプレグ作製時に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、取り扱い性が高い化合物をサイジング剤に用いた場合であっても、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を用いて、摩擦係数を制御し水洗後のサイジング剤付着量を制御した上で、特定の断面形状を有する単繊維を主成分として含む炭素繊維へ塗布することで、サイジング剤含有炭素繊維束の高い取り扱い性とサイジング剤の水への良好な溶出性を両立した上で、炭素繊維複合材料の物性を向上可能であることを見いだした。 According to studies by the present inventors, when a sizing agent that improves handling properties after being applied to the carbon fiber bundle is used, the sizing agent on the sizing agent-containing carbon fiber bundle has a low affinity for water, and the sizing agent remains. It was found that there was a problem that the mechanical properties tended to deteriorate during prepreg production. To solve this problem, even when a compound that is easy to handle is used as a sizing agent, a sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant is used to control the coefficient of friction and prevent adhesion of the sizing agent after washing with water. By controlling the amount and applying it to carbon fibers containing single fibers having a specific cross-sectional shape as the main component, it is possible to achieve high handling properties of the sizing agent-containing carbon fiber bundles and good dissolution of the sizing agent into water. It was found that the physical properties of the carbon fiber composite material can be improved while achieving both.

本発明を構成するサイジング剤は、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むことが必要であり、当該サイジング剤を含有するサイジング剤含有炭素繊維束が特定の条件を満たすことが必要である。ここでいう界面活性剤とは、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤である。 The sizing agent constituting the present invention must contain polyethylene glycol and/or a surfactant, and the sizing agent-containing carbon fiber bundle containing the sizing agent must satisfy specific conditions. The term "surfactant" as used herein means an anionic surfactant, a nonionic surfactant, or an amphoteric surfactant.

本発明のサイジング剤含有炭素繊維束は、ドライF-F摩擦係数が0.20以上、0.39以下であることが必要である。0.20以上では単繊維間に力がかかりやすく集束性が向上しやすい。0.22以上がより好ましく、0.25以上がさらに好ましい。0.39以下では炭素繊維束内の単糸間の摩擦力が低減するため、炭素繊維束をボビンから引き出した際に摩擦により生じる毛羽や金属バーと接触する際の束内での摩擦により生じる毛羽が減少する。0.36以下がより好ましく、0.30以下がさらに好ましい。ドライF-F摩擦係数は、炭素繊維表面のラフネス、サイジング剤に含まれる界面活性剤の種類、量、より簡便にはサイジング剤塗布後の乾燥温度で制御できる。また他にもサイジング剤の付着量等により制御できる。本発明で規定するドライF-F摩擦係数の評価手順は実施例で説明する。 The sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention must have a dry FF friction coefficient of 0.20 or more and 0.39 or less. If it is 0.20 or more, force is likely to be applied between the single fibers, and bundling properties are likely to be improved. 0.22 or more is more preferable, and 0.25 or more is even more preferable. If it is 0.39 or less, the frictional force between the single yarns in the carbon fiber bundle is reduced, so it is caused by fluff caused by friction when the carbon fiber bundle is pulled out from the bobbin and friction within the bundle when it comes into contact with the metal bar. Feather is reduced. 0.36 or less is more preferable, and 0.30 or less is even more preferable. The dry FF friction coefficient can be controlled by the roughness of the carbon fiber surface, the type and amount of surfactant contained in the sizing agent, and more simply by the drying temperature after applying the sizing agent. In addition, it can be controlled by the amount of the sizing agent adhered. The procedure for evaluating the dry FF friction coefficient specified in the present invention will be described in Examples.

本発明のサイジング剤含有炭素繊維束は、繊維方向に垂直な断面の形状が次式(1)および(2)を満たす単繊維を40%以上含有するサイジング剤含有炭素繊維束である。
1.00 ≦ La/Lb ≦ 1.20 ・・・(1)
1.00 ≦ Ld/Lc ≦ 1.25 ・・・(2)
ただし、単繊維断面の外周における最も離れた2点を通る線分をa軸、a軸の中点と外周上の2点を通りa軸に直交する線分をb軸とし、a軸の長さをLa、b軸の長さをLbと定義し、La≧Lbとする。また、a軸を4等分した際にa軸の中点以外の点と外周上の2点をそれぞれ通り、a軸に直交する2本の線分の長さをLcおよびLdと定義し、Lc≦Ldとする。
The sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention is a sizing agent-containing carbon fiber bundle containing 40% or more of single fibers whose cross-sectional shape perpendicular to the fiber direction satisfies the following formulas (1) and (2).
1.00≦La/Lb≦1.20 (1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 (2)
However, the line segment passing through the two most distant points on the outer circumference of the single fiber cross section is the a-axis, the line segment passing through the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference and perpendicular to the a-axis is the b-axis, and the length of the a-axis is The length is defined as La, the length of the b axis is defined as Lb, and La≧Lb. Also, when the a-axis is divided into quarters, the lengths of two line segments that pass through a point other than the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference and are orthogonal to the a-axis are defined as Lc and Ld, Let Lc≦Ld.

本発明において繊維方向に垂直な断面とは、繊維の長さ方向に対して厳密に垂直に切断した断面のほかに、引張破断面も含む。脆性材料である炭素繊維では、引張破断面は繊維方向にほぼ垂直なものとなりやすいためである。 In the present invention, the cross section perpendicular to the fiber direction includes not only a cross section cut strictly perpendicular to the length direction of the fiber, but also a tensile fracture surface. This is because carbon fiber, which is a brittle material, tends to have a tensile fracture surface almost perpendicular to the fiber direction.

本発明において、a軸とは外周における最も離れた2点を通る線分のことを指し、b軸とはa軸の中点と外周上の2点を通りa軸に直交する線分のことを指し、その長さをそれぞれLa、Lbとする。断面形状が極めて真円に近くa軸を決定できない場合は、円の中心と外周上の2点とを通る任意の線分をa軸と決める。なお、断面形状がβ形状や空豆形状のように内側に向けて大きく潰れた形状であり、a軸やb軸を決定できない場合は、LaやLb等が定義できず範囲外(N/A)とする。 In the present invention, the a-axis refers to a line segment passing through the two furthest points on the outer circumference, and the b-axis refers to a line segment perpendicular to the a-axis passing through the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference. and their lengths are La and Lb, respectively. If the cross-sectional shape is very close to a perfect circle and the a-axis cannot be determined, an arbitrary line segment passing through the center of the circle and two points on the outer circumference is determined as the a-axis. In addition, if the cross-sectional shape is a shape that is greatly crushed toward the inside, such as a β shape or a fava bean shape, and the a-axis and b-axis cannot be determined, La and Lb, etc. cannot be defined and are out of the range (N / A). and

また、a軸を4等分するのに必要な3点のうち、a軸とb軸との交点以外の2点に対して、それぞれの点と外周上の2点との3点を通りかつa軸に直交する線分を2本引くことができる。この線分の長さを、LcおよびLdと定義し、Lc≦Ldとする。この定義に従うと、円形はLa/Lb=Ld/Lc=1の特殊な場合であって、楕円形はLa/Lbが1より大きく、かつLd/Lc=1の場合であると表現できる。 In addition, among the three points necessary to divide the a-axis into four equal parts, two points other than the intersection of the a-axis and the b-axis pass through the respective points and the two points on the outer circumference, and You can draw two line segments perpendicular to the a-axis. The lengths of this line segment are defined as Lc and Ld, and Lc≦Ld. According to this definition, a circle can be expressed as a special case of La/Lb=Ld/Lc=1, and an ellipse when La/Lb is greater than 1 and Ld/Lc=1.

式(1)はa軸Laとb軸Lbの長さの比についてであって、La/Lbが1のとき円形であり、大きくなるほど扁平な形となる。また、式(2)は楕円形からのずれを表しており、Ld/Lcが1のとき楕円形であり、大きくなるほどa軸とb軸との交点と、重心との距離が離れて非対称性の高い卵型となる。 Formula (1) relates to the length ratio between the a-axis La and the b-axis Lb. When La/Lb is 1, the shape is circular, and the larger the ratio, the flatter the shape. Equation (2) expresses the deviation from the elliptical shape. When Ld/Lc is 1, the shape is elliptical. It becomes an oval shape with a high

La/LbおよびLd/Lcが1.00より大きくなるほど同一面積での周長が長くなる、つまり、同一重量の単繊維における表面積が増加することとなるため、炭素繊維と樹脂との接触面積が増え、接着性が向上する。一方、La/LbおよびLd/Lcが大きすぎると該単繊維の引張強度が低下するため、全体としてストランド強度が低下する傾向にあったが、それぞれLa/Lbが1.20以下、Ld/Lcが1.25以下であれば円形の場合と比較してもストランド強度の低下がないか、無視できる程度となる。かかる単繊維断面の形状は、後述する凝固浴濃度の条件設定や口金を工夫することで制御することができる。 As La/Lb and Ld/Lc are larger than 1.00, the perimeter of the same area becomes longer. increase and improve adhesion. On the other hand, when La/Lb and Ld/Lc are too large, the tensile strength of the single fiber decreases, and the strand strength tends to decrease as a whole. is 1.25 or less, there is no reduction in strand strength compared to the circular case, or it is negligible. The shape of the single fiber cross section can be controlled by setting conditions for the concentration of the coagulation bath, which will be described later, and by devising the spinneret.

本発明の炭素繊維束において、ストランド強度の低下を抑えるためには、上記の式(1)と(2)を同時に満たす単繊維の割合が一定値以上存在していることが必要である。かかる割合が低いと、ストランド強度が低下することがある。式(1)と(2)を同時に満たす単繊維の含有率が本数ベースで40%以上であれば、ストランド強度の低下を抑制することができる。かかる割合は高いほど良く、50%以上がより好ましく、60%以上がさらに好ましく、70%以上が特に好ましく、100%が最も好ましい。かかる割合は、凝固浴濃度の条件設定および後述する口金の条件設定や乾湿式紡糸における紡糸溶液を口金から吐出した後通過させる空間の距離を変更することで制御することができる。 In the carbon fiber bundle of the present invention, in order to suppress the decrease in strand strength, it is necessary that the proportion of single fibers that satisfy the above formulas (1) and (2) at the same time is greater than or equal to a certain value. Such low percentages may reduce strand strength. If the content of single fibers that simultaneously satisfy the formulas (1) and (2) is 40% or more based on the number of fibers, a decrease in strand strength can be suppressed. The higher the ratio, the better, more preferably 50% or more, even more preferably 60% or more, particularly preferably 70% or more, and most preferably 100%. Such a ratio can be controlled by setting conditions for the concentration of the coagulation bath, setting conditions for the spinneret described later, and changing the distance of the space through which the spinning solution is passed after being discharged from the spinneret in dry-wet spinning.

本発明において、<La/Lb>および<Ld/Lc>は、炭素繊維束中のそれぞれの単繊維におけるLa/LbおよびLd/Lcの平均値である。具体的な評価法は実施例で説明する。前記式(1)および(2)を同時に満たす単繊維の割合が50%以上であっても、それ以外の単繊維が極端に円形や楕円形から乖離している場合、これらの引張強度の低下した単繊維を含むことで得られる炭素繊維束の毛羽や毛玉が増加し品位が低下することがある。そのため、<La/Lb>は1.20以下、<Ld/Lc>は1.20以下を同時に満足することが好ましい。 In the present invention, <La/Lb> and <Ld/Lc> are average values of La/Lb and Ld/Lc in each single fiber in the carbon fiber bundle. A specific evaluation method will be described in Examples. Even if the percentage of single fibers that satisfy the above formulas (1) and (2) at the same time is 50% or more, if the other single fibers are extremely deviated from a circular or elliptical shape, their tensile strength will decrease. When the carbon fiber bundle contains such single fibers, the resulting carbon fiber bundle may have increased fluff and fluff, resulting in a decrease in quality. Therefore, <La/Lb> preferably satisfies 1.20 or less and <Ld/Lc> satisfies 1.20 or less at the same time.

断面形状のパラメーターLa、Lb、Lc、Ldは、単繊維の断面観察により評価する。引張破断面や研磨断面などを、光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などで観察して評価することができる。これらのパラメーターは、分解能が測定したい長さの0.2%は必要なので、短径が5μmとすれば、電子顕微鏡を用いて評価を行う必要がある。具体的な評価方法は実施例で述べる。なお、上述のようにサンプリングした単繊維の外周に100nm以上の小さな窪みや欠けが存在する場合は、その単繊維は測定対象とせずに新たな単繊維を無作為にサンプリングしなおして用いることとする。 The cross-sectional shape parameters La, Lb, Lc, and Ld are evaluated by observing the cross section of the single fiber. A tensile fracture surface, a polished surface, or the like can be observed and evaluated with an optical microscope, a digital microscope, a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or the like. These parameters require a resolution of 0.2% of the length to be measured, so if the minor axis is 5 μm, it is necessary to evaluate using an electron microscope. A specific evaluation method will be described in Examples. As described above, if there is a small dent or chip of 100 nm or more on the outer periphery of the sampled single fiber, the single fiber should not be measured and a new single fiber should be sampled at random and used. do.

<50秒間水洗した後のサイジング剤付着量の算出方法>
本発明のサイジング剤含有炭素繊維束は、水で50秒水洗した後のサイジング剤付着量が0.12質量%以下である必要がある。水洗時間を長時間にすることで残存するサイジング剤が減少すれば、炭素繊維の表面官能基がマトリクス樹脂の物性へ与える寄与が大きくなり力学特性が向上するため好ましい。0.12質量%以下ではサイジング剤がマトリクス樹脂に与える影響が低減し、炭素繊維の表面官能基がマトリクス樹脂の物性へ与える寄与が大きくなり力学特性が向上する。0.10質量%以下が更に好ましい。
<Method for calculating the amount of sizing agent adhered after washing with water for 50 seconds>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention must have a sizing agent adhesion amount of 0.12% by mass or less after washing with water for 50 seconds. If the remaining sizing agent is reduced by lengthening the water washing time, the contribution of the surface functional groups of the carbon fibers to the physical properties of the matrix resin is increased, which is preferable because the mechanical properties are improved. At 0.12% by mass or less, the influence of the sizing agent on the matrix resin is reduced, and the surface functional groups of the carbon fibers contribute more to the physical properties of the matrix resin, improving the mechanical properties. 0.10% by mass or less is more preferable.

ここで、本発明で規定するサイジング剤含有炭素繊維束の50秒水洗する方法は下記の手順で行うことができる。サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入しサイジング剤を水中に溶出させる。この水洗手順を図2に示す。サイジング剤含有炭素繊維束の水洗は下記の手順で行うことができる。巻出工程11に設置したサイジング剤含有炭素繊維束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。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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含有炭素繊維束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含有炭素繊維束1cを得る。この水洗・乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束1cのサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。 Here, the method of washing the sizing agent-containing carbon fiber bundle for 50 seconds specified in the present invention can be carried out according to the following procedure. The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to elute the sizing agent into the water. This washing procedure is shown in FIG. The sizing agent-containing carbon fiber bundle can be washed with water according to the following procedure. The sizing agent-containing carbon fiber bundle 1a installed in the unwinding process 11 is fed into the water 1d in the water washing tank 18 through the pre-water washing tank free roller 15, the water washing tank free roller 16, and the water washing tank free roller 17 in the water washing process 12. After that, the water 1e in the water washing tank 22 is passed through the free roller 19 before the water washing tank, the free roller 20 in the water washing tank, and the free roller 21 after the water washing tank. Then, the water is dried and wound in a winding step 14.例文帳に追加The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater transit 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 washed and dried sizing agent-containing carbon fiber bundles 1b are dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain the washed and dried sizing agent-containing carbon fiber bundles 1c. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle 1c after washing and drying.

<25秒間水洗した後のサイジング剤付着量の算出方法>
本発明のサイジング剤含有炭素繊維束は、水で25秒水洗した後のサイジング剤付着量が0.12質量%以下であることが好ましい。0.12質量%以下ではサイジング剤がマトリクス樹脂に与える影響が低減し、炭素繊維の表面官能基がマトリクス樹脂の物性へ与える寄与が大きくなり力学特性が向上する。0.08質量%以下がさらに好ましい。
<Method for calculating the amount of sizing agent adhered after washing with water for 25 seconds>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention preferably has a sizing agent adhesion amount of 0.12% by mass or less after washing with water for 25 seconds. At 0.12% by mass or less, the influence of the sizing agent on the matrix resin is reduced, and the surface functional groups of the carbon fibers contribute more to the physical properties of the matrix resin, improving the mechanical properties. 0.08% by mass or less is more preferable.

ここで、本発明で規定するサイジング剤含有炭素繊維束の25秒水洗する方法は下記の手順で行うことができる。サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入しサイジング剤を水中に溶出させる。この水洗手順を図3に示す。巻出工程11に設置したサイジング剤含有炭素繊維束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。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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、水中通過時間が25秒となるよう液面を調整する。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束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含有炭素繊維束1cを得る。この水洗・乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束1cのサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。 Here, the method of washing the sizing agent-containing carbon fiber bundles specified in the present invention for 25 seconds can be carried out according to the following procedures. The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to elute the sizing agent into the water. This washing procedure is shown in FIG. The sizing agent-containing carbon fiber bundle 1a installed in the unwinding process 11 is fed into the water 1d in the water washing tank 18 through the pre-water washing tank free roller 15, the water washing tank free roller 16, and the water washing tank free roller 17 in the water washing process 12. It is then passed through a drying step 13 to dry the water and wound up in a winding step 14.例文帳に追加The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid level is adjusted so that the underwater passage time is 25 seconds. The drying step is non-contact drying, and the washed and dried sizing agent-containing carbon fiber bundles 1b are dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain the washed and dried sizing agent-containing carbon fiber bundles 1c. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle 1c after washing and drying.

また、本発明のサイジング剤含有炭素繊維束において、前記の水洗方法で50秒間水洗した後、原子間力顕微鏡を用いて後述する方法により測定される単繊維の表面積比の平均値が1.01以上、1.07以下であることが好ましく、1.02以上、1.05以下であることがさらに好ましく、1.03以上、1.04以下であることが特に好ましい。上記の表面積比は、炭素繊維の表面の実表面積と投影面積との比で表され、表面の粗さの度合いを示している。表面積比が1に近付くほど、平滑であることを意味し、炭素繊維の引張強度の向上に有利な傾向にある。また、表面積比が大きくなるほど、表面凹凸が大きいことを意味し、炭素繊維の摩擦低減による樹脂の含浸性向上や樹脂との接触面積増加による接着性向上に有利な傾向にある。 In addition, in the sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention, the average value of the surface area ratio of the single fibers measured by the method described later using an atomic force microscope after washing with water for 50 seconds by the above washing method is 1.01. Above, it is preferably 1.07 or less, more preferably 1.02 or more and 1.05 or less, and particularly preferably 1.03 or more and 1.04 or less. The surface area ratio is expressed by the ratio between the actual surface area and the projected area of the carbon fiber surface, and indicates the degree of surface roughness. The closer the surface area ratio is to 1, the smoother the carbon fiber, which tends to be advantageous for improving the tensile strength of the carbon fiber. Also, the larger the surface area ratio, the larger the unevenness of the surface, which tends to be advantageous for improving the impregnating property of the resin by reducing the friction of the carbon fiber and improving the adhesiveness by increasing the contact area with the resin.

表面積比が1.01以上であれば表面凹凸の存在による樹脂含浸性や接着性の向上が期待でき、1.07以下であれば表面の皺形態のばらつきによる強度低下は小さいため、1.01~1.07の範囲に制御することが好ましい。かかる表面積比は、後述するプリカーサーの紡糸方法と凝固方法によって制御することができる。なお、50秒間水洗した後のサイジング剤付着量が多い場合、表面凹凸がサイジング剤によって被覆され、表面積比が1.00となることがある。 If the surface area ratio is 1.01 or more, improvement in resin impregnation and adhesion can be expected due to the presence of surface irregularities. It is preferable to control in the range of ~1.07. Such a surface area ratio can be controlled by the spinning method and coagulation method of the precursor, which will be described later. In addition, when the sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds is large, the surface unevenness may be covered with the sizing agent, resulting in a surface area ratio of 1.00.

アニオン界面活性剤とは、陰イオン性の親水基をもつ界面活性剤である。アニオン界面活性剤が塗布されてなる炭素繊維束は、水へ入れた際にサイジング剤の溶出性が向上する。その結果、炭素繊維束に残存するサイジング剤が低減される。そのメカニズムは明確ではないが、アニオン界面活性剤は水中でイオン化し、陰イオン性の親水基が炭素繊維表面と反発するため優れた溶出性を発現すると考えられる。また、アニオン界面活性剤はノニオン界面活性剤や両性界面活性剤と比較して分子量を小さくし易いため、水洗時に優れた溶出性を発現しやすいと考えられる。 An anionic surfactant is a surfactant having an anionic hydrophilic group. A carbon fiber bundle coated with an anionic surfactant improves the dissolution of the sizing agent when placed in water. As a result, the sizing agent remaining in the carbon fiber bundle is reduced. Although the mechanism is not clear, it is thought that the anionic surfactant is ionized in water, and the anionic hydrophilic group repels the surface of the carbon fiber, thereby exhibiting excellent dissolution properties. In addition, anionic surfactants are more likely to have a smaller molecular weight than nonionic surfactants and amphoteric surfactants, so it is believed that they tend to exhibit excellent dissolution properties during water washing.

アニオン界面活性剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩かつスルホン酸塩、硫酸エステル塩、りん酸エステル塩などが挙げられる。 Examples of anionic surfactants include carboxylates, sulfonates, carboxylates and sulfonates, sulfate ester salts, and phosphate ester salts.

カルボン酸塩の具体的な例としては、石けん、ポリキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルヒドロキシエーテルカルボン酸塩などが挙げられる。スルホン酸塩の具体的な例としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルカノイルメチルタウライド、ジアルキルスルホこはく酸エステル塩などが挙げられる。カルボン酸塩かつスルホン酸塩の具体的な例としては、アルキルスルホこはく酸エステル二塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホこはく酸エステル二塩などが挙げられる。硫酸エステル塩の具体的な例としては、高級アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、硫酸化オレフィンなどが挙げられる。りん酸エステル塩の具体的な例としては、高級アルキルりん酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルりん酸エステル塩、ジチオりん酸エステル塩などが挙げられる。塩を構成する陽イオンはナトリウムなどのアルカリ金属の陽イオンやカルシウムなどのアルカリ土類金属の陽イオンがあり、水溶性を高めるためにはアルカリ金属の陽イオンが好ましい。また、金属塩でなくアンモニウム塩としてもよい。 Specific examples of carboxylates include soaps, polyoxyethylene alkyl ether carboxylates, alkyl hydroxy ether carboxylates, and the like. Specific examples of sulfonates include alkylbenzenesulfonates, alkylnaphthalenesulfonates, alkanoylmethyl taurides, and dialkylsulfosuccinic acid ester salts. Specific examples of carboxylates and sulfonates include alkyl sulfosuccinate disalts and polyoxyethylene alkyl ether sulfosuccinate disalts. Specific examples of sulfates include higher alkyl sulfates, polyoxyethylene alkyl ether sulfates, sulfated oils, sulfated fatty acid esters, and sulfated olefins. Specific examples of the phosphate include higher alkyl phosphate, polyoxyethylene alkyl ether phosphate, and dithiophosphate. The cations constituting the salt include cations of alkali metals such as sodium and cations of alkaline earth metals such as calcium, and the cations of alkali metals are preferred in order to improve water solubility. Also, instead of the metal salt, an ammonium salt may be used.

界面活性剤にアニオン界面活性剤を用いる場合、サイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量は、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.20質量%以上0.80質量%以下であることが好ましい。サイジング剤の付着量を0.20質量%以上とすることで、サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性を向上させ、製造時や加工時の毛羽発生を抑制し、炭素繊維束の平滑性等の品位を向上させることができる。付着量は0.25質量%以上がさらに好ましく、0.30質量%以上が特に好ましい。一方、サイジング剤の付着量を0.80質量%以下とすることで、短時間で残存量を減少させることが可能なため、複合材料の力学物性への影響を低減することが可能である。サイジング剤付着量は0.60質量%以下がさらに好ましく、0.45質量%以下が特に好ましい。 When an anionic surfactant is used as the surfactant, the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is 0.20% by mass or more and 0.80% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. is preferred. By setting the amount of the sizing agent attached to 0.20% by mass or more, the handling of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is improved, the generation of fluff during manufacturing and processing is suppressed, and the smoothness of the carbon fiber bundle is improved. Quality can be improved. The adhesion amount is more preferably 0.25% by mass or more, and particularly preferably 0.30% by mass or more. On the other hand, by setting the amount of the sizing agent attached to 0.80% by mass or less, it is possible to reduce the remaining amount in a short period of time, thereby reducing the impact on the mechanical properties of the composite material. The sizing agent adhesion amount is more preferably 0.60% by mass or less, and particularly preferably 0.45% by mass or less.

本発明を構成するサイジング剤において、アニオン界面活性剤を構成する陰イオン中の親水基比率が17%以上であることが好ましい。 In the sizing agent constituting the present invention, it is preferable that the hydrophilic group ratio in the anions constituting the anionic surfactant is 17% or more.

陰イオン中の親水基比率が17%以上とすることで、陰イオンの部位の水への溶出性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。20%以上が好ましく、30%以上がさらに好ましい。 By setting the hydrophilic group ratio in the anion to 17% or more, the elution of the anion site into water is improved, so the sizing agent is easily eluted during washing with water, and the residual amount of the sizing agent on the carbon fiber bundle. can be reduced. 20% or more is preferable, and 30% or more is more preferable.

親水基比率はアニオン界面活性剤の分子量から計算する。アニオン界面活性剤陰イオンの親水基部分の分子量とアニオン界面活性剤の分子量の比から算出できる。ここでの親水基とは硫酸エステル基(SO )、スルホン酸基(SO )、やカルボキシル基(COO)、リン酸基(HPO )、ヒドロキシル基(OH)などの負電荷をもつ部位が該当する。また、界面活性剤の陰イオン部製造時に未反応部が残存した場合はその出発物質と反応後物質(アニオン界面活性剤の陰イオン)の合計と反応後物質の量から反応率を計算し、アニオン界面活性剤の陰イオン部の分子量から算出される親水基比率に反応率を掛けたものを、本発明の陰イオン部の親水率として算出する。 The hydrophilic group ratio is calculated from the molecular weight of the anionic surfactant. It can be calculated from the ratio of the molecular weight of the hydrophilic group portion of the anionic surfactant to the molecular weight of the anionic surfactant. The hydrophilic group here means a sulfate group (SO 4 ), a sulfonic acid group (SO 3 ), a carboxyl group (COO ), a phosphate group (HPO 3 ), a hydroxyl group (OH ), and the like. Sites with negative charges correspond. In addition, if an unreacted portion remains during the production of the anionic portion of the surfactant, the reaction rate is calculated from the sum of the starting material and the post-reaction substance (anion of the anionic surfactant) and the amount of the post-reaction substance, The hydrophilicity of the anionic moiety of the present invention is calculated by multiplying the hydrophilic group ratio calculated from the molecular weight of the anionic moiety of the anionic surfactant by the reaction rate.

ノニオン界面活性剤とは、イオン化しない親水基をもつ界面活性剤である。ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤が塗布されてなる炭素繊維束は、水へ入れた際にサイジング剤の溶出性が向上する。その結果、炭素繊維束に残存するサイジング剤が低減される。そのメカニズムは明確ではないが、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤は親水基部分が水と相互作用しやすく優れた溶出性を発現すると考えられる。また、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤はイオン化しない親水基を持つため、炭素繊維表面との相互作用の強さが水溶液のpH等の影響を受けず、安定した溶出性を発現しやすいと考えられる。 A nonionic surfactant is a surfactant having a hydrophilic group that is not ionized. A carbon fiber bundle coated with polyethylene glycol and/or a nonionic surfactant improves the dissolution of the sizing agent when immersed in water. As a result, the sizing agent remaining in the carbon fiber bundle is reduced. Although the mechanism is not clear, polyethylene glycol and/or nonionic surfactants are considered to exhibit excellent dissolution properties because the hydrophilic group portion easily interacts with water. In addition, since polyethylene glycol and/or nonionic surfactants have hydrophilic groups that do not ionize, the strength of interaction with the carbon fiber surface is not affected by the pH of the aqueous solution, etc., and stable dissolution is likely to occur. Conceivable.

ノニオン界面活性剤としては、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。これらのノニオン界面活性剤は、それぞれ1種を単独で又は2種以上を組合せることやPEGと組み合わせて使用することができる。なお、「PEG」とは「ポリエチレングリコール」の略である。 Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene dodecyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, and polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyoxyethylene alkylphenyl ether, and monoolein. Sorbitan fatty acid esters such as sorbitan acid, sorbitan monostearate, sorbitan sesquioleate, sorbitan coconut oil fatty acid, sorbitan monopalmitate, sorbitan tristearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, poly trioleate Polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as oxyethylene sorbitan, polyoxyethylene glycerin fatty acid esters such as polyoxyethylene glyceryl monooleate, polyoxyethylene sorbitol fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitol tetraoleate, polyoxyethylene hydrogenated castor oil ; Polyglycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, PEG monocaprylate, PEG monoheptylate, PEG monopelargonate, PEG monocaprate, PEG monolaurate, PEG monomyristate, PEG monopentadecyl acid Ester, 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, and other polyethylene glycol fatty acid esters. These nonionic surfactants can be used singly or in combination of two or more, or in combination with PEG. "PEG" is an abbreviation for "polyethylene glycol".

ポリエチレングリコールとノニオン界面活性剤を組み合わせる場合、ポリエチレングリコールとノニオンの混合比は混合した総量100質量部に対してポリエチレングリコールが50質量部以上であることが好ましい。ポリエチレングリコールを50質量部以上とすることで、ポリエチレングリコールの親水性により溶出性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。ポリエチレングリコールの混合割合は100質量部のうち70質量部以上がさらに好ましい。 When polyethylene glycol and nonionic surfactant are combined, the mixing ratio of polyethylene glycol and nonionic is preferably 50 parts by mass or more of polyethylene glycol per 100 parts by mass of the total mixed amount. When the content of polyethylene glycol is 50 parts by mass or more, the elution property is improved due to the hydrophilicity of polyethylene glycol. Therefore, the sizing agent is easily eluted during washing with water, and the residual amount of the sizing agent on the carbon fiber bundle can be reduced. . More preferably, the mixing ratio of polyethylene glycol is 70 parts by mass or more in 100 parts by mass.

界面活性剤にノニオン界面活性剤を用いる場合、サイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量は、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.15質量%以上0.60質量%以下であることが好ましい。サイジング剤の付着量を0.15質量%以上とすることで、サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性を向上させ、製造時や加工時の毛羽発生を抑制し、炭素繊維束の平滑性等の品位を向上させることができる。付着量は0.20質量%以上がさらに好ましく、0.25質量%以上が特に好ましい。一方、サイジング剤の付着量を0.60質量%以下とすることで、短時間で残存量を減少させることが可能なため、複合材料の力学物性への影響を低減することが可能である。サイジング剤付着量は0.50質量%以下がさらに好ましく、0.45質量%以下が特に好ましい。 When a nonionic surfactant is used as the surfactant, the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is 0.15% by mass or more and 0.60% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. is preferred. By setting the amount of the sizing agent attached to 0.15% by mass or more, the handling of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is improved, the generation of fluff during manufacturing and processing is suppressed, and the smoothness of the carbon fiber bundle is improved. Quality can be improved. The adhesion amount is more preferably 0.20% by mass or more, and particularly preferably 0.25% by mass or more. On the other hand, by setting the amount of the sizing agent attached to 0.60% by mass or less, it is possible to reduce the residual amount in a short period of time, thereby reducing the impact on the mechanical properties of the composite material. The sizing agent adhesion amount is more preferably 0.50% by mass or less, and particularly preferably 0.45% by mass or less.

本発明を構成するサイジング剤において、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の親油親水バランス(HLB)が15以上20以下または、HLBが12以上15未満、かつ分子鎖末端のヒドロキシル基比率が50%以上であることが好ましい。本発明で規定されるHLBは、「新・界面活性剤入門」,128頁,(1992)に記載された、グリフィンの方法に基づき、分子構造から算出した値である。ノニオン界面活性剤のHLBを15以上20以下とすることで、親水性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。HLBは16以上が好ましい。また、HLBが12以上15未満であっても分子鎖末端のヒドロキシル基比率を50%以上とすることで、末端部の親水性によりノニオン界面活性剤の水への溶出性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。 In the sizing agent constituting the present invention, the polyethylene glycol and/or the nonionic surfactant have a lipophilic/hydrophilic balance (HLB) of 15 or more and 20 or less, or an HLB of 12 or more and less than 15, and a hydroxyl group ratio at the molecular chain end of 50. % or more. The HLB defined in the present invention is a value calculated from the molecular structure based on Griffin's method described in "New Introduction to Surfactants", page 128, (1992). By setting the HLB of the nonionic surfactant to 15 or more and 20 or less, the hydrophilicity is improved, so that the sizing agent is easily eluted during washing with water, and the residual amount of the sizing agent on the carbon fiber bundle can be reduced. HLB is preferably 16 or more. In addition, even if the HLB is 12 or more and less than 15, by setting the hydroxyl group ratio at the end of the molecular chain to 50% or more, the hydrophilicity of the end improves the dissolution of the nonionic surfactant in water, so it can be washed with water. Sometimes the sizing agent is easily eluted, and the residual amount of the sizing agent on the carbon fiber bundle can be reduced.

本発明を構成するサイジング剤において、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の重量平均分子量Mwが300以上5,000以下または、重量平均分子量Mwが120以上300未満、かつポリアルキレングリコール構造の割合が60質量%以上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(以下、GPCと略記)法で測定され、ポリエチレングリコールを標準物質として得られるものである。なお、本発明を構成するサイジング剤が、ポリエチレングリコールとノニオン界面活性剤の双方を含む場合、それらの混合物の測定値を重量平均分子量Mwとする。 In the sizing agent constituting the present invention, the weight average molecular weight Mw of the polyethylene glycol and/or the nonionic surfactant is 300 or more and 5,000 or less, or the weight average molecular weight Mw is 120 or more and less than 300, and the proportion of the polyalkylene glycol structure is It is preferably 60% by mass or more. The weight average molecular weight Mw is measured by a gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC) method, and is obtained using polyethylene glycol as a standard substance. When the sizing agent constituting the present invention contains both polyethylene glycol and nonionic surfactant, the measured value of the mixture is taken as the weight average molecular weight Mw.

Mwが大きいほどポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の粘度が高くなるため、炭素繊維表面から溶出する速度が低下する。Mwを5,000以下とすることで、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の動きやすさの指標である粘度を低下させ、水に溶出する際の分子鎖の絡み合い量を減少させることによって、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の水への溶出性が向上する。Mwは2,000以下であることが好ましく、1,000以下であることがさらに好ましい。一方、塗布の点では、Mwが大きいほどサイジング剤塗布時の揮発を抑制でき、サイジング剤の付着量を向上できるために毛羽発生を抑制できる。Mw下限は300以上であることが好ましい。また、Mwが120以上300未満である場合においても、ポリアルキレングリコール構造の割合を60質量%以上とすることで、分子間の相互作用を高めることが出来るため、サイジング剤塗布時の揮発を抑制でき、サイジング剤の付着量を向上できるために毛羽発生を抑制できる。ポリアルキレングリコール構造の割合は70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。
サイジング剤含有炭素繊維束に含有されるポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤の分子量は、サイジング剤含有炭素繊維束からサイジング剤を水抽出しGPC評価することで確認できる。
As the Mw increases, the viscosity of the polyethylene glycol and/or the nonionic surfactant increases, so the rate of elution from the surface of the carbon fiber decreases. By setting Mw to 5,000 or less, the viscosity, which is an index of the ease of movement of polyethylene glycol and/or nonionic surfactants, is reduced, and the amount of molecular chain entanglement during elution in water is reduced. Dissolution of polyethylene glycol and/or nonionic surfactants into water is improved. Mw is preferably 2,000 or less, more preferably 1,000 or less. On the other hand, in terms of application, the larger Mw is, the more the sizing agent is applied, the more it is possible to suppress the volatilization of the sizing agent, and the more the sizing agent is applied, the more it is possible to suppress the generation of fluff. The lower limit of Mw is preferably 300 or more. In addition, even when Mw is 120 or more and less than 300, by making the ratio of the polyalkylene glycol structure 60% by mass or more, the intermolecular interaction can be enhanced, so volatilization during application of the sizing agent is suppressed. The amount of the sizing agent adhered can be improved, so the generation of fluff can be suppressed. The proportion of the polyalkylene glycol structure is more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more.
The molecular weight of the polyethylene glycol and/or nonionic surfactant contained in the sizing agent-containing carbon fiber bundle can be confirmed by water extraction of the sizing agent from the sizing agent-containing carbon fiber bundle and GPC evaluation.

両性界面活性剤とは、同一分子中に陰イオン性部位と陽イオン性部位を持つ界面活性剤である。両性界面活性剤が塗布されてなる炭素繊維束は、水へ入れた際にサイジング剤の溶出性が向上する。その結果、炭素繊維束に残存するサイジング剤が低減される。そのメカニズムは明確ではないが、両性界面活性剤中の親水基部分は、他のノニオン系、アニオン系、カチオン系の界面活性剤とは異なり、幅広いpH領域で水と相互作用しやすく優れた溶出性を発現すると考えられる。 An amphoteric surfactant is a surfactant having an anionic site and a cationic site in the same molecule. A carbon fiber bundle coated with an amphoteric surfactant improves the dissolution of the sizing agent when placed in water. As a result, the sizing agent remaining in the carbon fiber bundle is reduced. The mechanism is not clear, but unlike other nonionic, anionic, and cationic surfactants, the hydrophilic group in the amphoteric surfactant easily interacts with water over a wide pH range, resulting in excellent elution. It is thought that it expresses sexuality.

両性界面活性剤の種類としては、アミノ酸型界面活性剤、ベタイン型界面活性剤、スルホベタイン型界面活性剤、アミンオキシド型界面活性剤などが挙げられる。 Types of amphoteric surfactants include amino acid-type surfactants, betaine-type surfactants, sulfobetaine-type surfactants, amine oxide-type surfactants, and the like.

両性界面活性剤の具体的な例としては、脂肪酸アミドプロピルベタイン、ミスチリン酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ラウリン酸アミドプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、脂肪酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ヤシ脂肪酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリン酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のベタイン型界面活性剤、アルキルヒドロキシスルホベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルホベタイン、ラウラミドプロピルヒドロキシスルホベタイン等のスルホベタイン型界面活性剤、脂肪酸アミドプロピルジメチルアミンオキシド、ラウリン酸アミドプロピルジメチルアミンオキシド、ラウリルジメチルアミンオキシド、ヤシ油アルキルジメチルアミンオキシド、ドデシルジメチルアミンオキシド、デシルジメチルアミンオキシド、テトラデシルジメチルアミンオキシド等のアミンオキシド型界面活性剤、N-ラウロイル-N’-カルボキシメチル-N’-ヒドロキシエチルエチレンジアミンナトリウム、N-ヤシ油脂肪酸アシル-N'-カルボキシエチル-N'-ヒドロキシエチルエチレンジアミンナトリウム、β-ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、コカミノプロピオン酸ナトリウム、アルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリウムベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、塩酸アルキルジアミノエチルグリシン、ラウリルアミノジプロピオン酸ナトリウム等のアミノ酸型界面活性剤などが挙げられる。 Specific examples of amphoteric surfactants include fatty acid amidopropyl betaine, myrityl amidopropyl betaine, coconut oil fatty acid amidopropyl betaine, lauramidopropyl betaine, cocamidopropyl betaine, fatty acid amidopropyl dimethylaminoacetate betaine, coconut Fatty acid amidopropyldimethylaminoacetate betaine, lauramidopropyldimethylaminoacetate betaine, stearyldimethylaminoacetate betaine, lauryldimethylaminoacetate betaine, lauryldihydroxyethyl betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium Betaine-type surfactants such as betaine, sulfobetaine-type surfactants such as alkyl hydroxysulfobetaine, cocamidopropyl hydroxysulfobetaine, lauramidopropyl hydroxysulfobetaine, fatty acid amidopropyl dimethylamine oxide, lauramidopropyl dimethylamine oxide , lauryldimethylamine oxide, coconut oil alkyldimethylamine oxide, dodecyldimethylamine oxide, decyldimethylamine oxide, amine oxide surfactants such as tetradecyldimethylamine oxide, N-lauroyl-N'-carboxymethyl-N'- Hydroxyethylethylenediamine sodium, N-coconut fatty acid acyl-N'-carboxyethyl-N'-hydroxyethylethylenediamine sodium, β-laurylaminopropionate sodium, cocaminopropionate sodium, alkylcarboxymethylhydroxyethylimidazolium betaine, lauryl Amino acid-type surfactants such as betaine dimethylaminoacetate, alkyldiaminoethylglycine hydrochloride, sodium laurylaminodipropionate, and the like are included.

界面活性剤に両性界面活性剤を用いる場合、サイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量は、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.15質量%以上0.45質量%以下であることが好ましい。サイジング剤の付着量を0.15質量%以上とすることで、サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性を向上させ、製造時や加工時の毛羽発生を抑制し、炭素繊維束の平滑性等の品位を向上させることができる。付着量は0.20質量%以上がさらに好ましく、0.25質量%以上が特に好ましい。一方、サイジング剤の付着量を0.45質量%以下とすることで、短時間で残存量を減少させることが可能なため、複合材料の力学物性への影響を低減することが可能である。サイジング剤付着量は0.40質量%以下がさらに好ましく、0.35質量%以下が特に好ましい。 When an amphoteric surfactant is used as the surfactant, the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is 0.15% by mass or more and 0.45% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. is preferred. By setting the amount of the sizing agent attached to 0.15% by mass or more, the handling of the sizing agent-containing carbon fiber bundle is improved, the generation of fluff during manufacturing and processing is suppressed, and the smoothness of the carbon fiber bundle is improved. Quality can be improved. The adhesion amount is more preferably 0.20% by mass or more, and particularly preferably 0.25% by mass or more. On the other hand, by setting the amount of the sizing agent attached to 0.45% by mass or less, it is possible to reduce the remaining amount in a short period of time, thereby reducing the impact on the mechanical properties of the composite material. The sizing agent adhesion amount is more preferably 0.40% by mass or less, particularly preferably 0.35% by mass or less.

本発明を構成するサイジング剤において、両性界面活性剤を構成するアルキル基の平均炭素数は17以下であることが好ましい。 In the sizing agent constituting the present invention, the average carbon number of the alkyl groups constituting the amphoteric surfactant is preferably 17 or less.

アルキル基の平均炭素数を17以下とすることで、両性界面活性剤の水への溶出性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。アルキル基の平均炭素数は16.5以下がより好ましく、16以下がさらに好ましい。また、8以上が好ましい。平均炭素数が8を下回るとサイジング剤の表面自由エネルギーが大きくなるため、ドライF-F摩擦係数が高くなる。 By setting the average carbon number of the alkyl group to 17 or less, the elution of the amphoteric surfactant in water is improved, so the sizing agent is easily eluted during washing with water, and the amount of sizing agent remaining on the carbon fiber bundle is reduced. can be made The average carbon number of the alkyl group is more preferably 16.5 or less, more preferably 16 or less. Moreover, 8 or more are preferable. When the average number of carbon atoms is less than 8, the surface free energy of the sizing agent increases, resulting in a high dry FF friction coefficient.

両性界面活性剤を構成するアルキル基の平均炭素数は、サイジング剤含有炭素繊維束からサイジング剤を水抽出し評価することで評価できる。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る方法がある。 The average carbon number of the alkyl groups constituting the amphoteric surfactant can be evaluated by extracting the sizing agent from the sizing agent-containing carbon fiber bundle with water and evaluating the result. There is a method of combining structure evaluation from IR spectrum obtained by infrared spectroscopy after lyophilization of the water-extracted sizing agent, proton NMR, carbon NMR and mass spectral analysis evaluation of the lyophilized product.

<炭素繊維抽出物の吸光度の求め方>
本発明を構成するサイジング剤含有炭素繊維束において、界面活性剤が両性界面活性剤である場合、水抽出物の吸光度が0.06以上であることが好ましい。吸光度を0.06以上とすることで炭素繊維表面に付着した酸化物などの汚染物が除去されやすくなり、接着性が向上する。吸光度は0.08以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。
<Method for determining absorbance of carbon fiber extract>
In the sizing agent-containing carbon fiber bundle constituting the present invention, when the surfactant is an amphoteric surfactant, the absorbance of the water extract is preferably 0.06 or more. When the absorbance is 0.06 or more, contaminants such as oxides adhering to the surface of the carbon fiber are easily removed, and the adhesion is improved. The absorbance is more preferably 0.08 or more, more preferably 0.10 or more.

ここで、本発明で規定するサイジング剤含有炭素繊維抽出物の水抽出物の吸光度は下記の手順で求めることができる。炭素繊維束1.0gを切り出し、容積20cmの蓋付きガラス容器に入れ、25℃の蒸留水10.0gを加える。振とう機を振幅30mm、振とう速度を120rpmに設定し、ガラス容器を振とう機にセットした後、1分間振とうした。振とう後は溶液中からすぐに炭素繊維束を取り出す。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、対照液を蒸留水として、紫外可視分光光度計を用いて200~900nmの吸光度を測定し、600nmの吸光度を記録した。
振とう機はアズワン(株)性シェイキングバスSB-13を用いた。紫外可視分光光度計は、日本分光(株)製V-550を用いた。
Here, the absorbance of the water extract of the sizing agent-containing carbon fiber extract specified in the present invention can be obtained by the following procedure. 1.0 g of carbon fiber bundle is cut out, placed in a glass container with a lid and having a volume of 20 cm 3 , and 10.0 g of distilled water at 25° C. is added. The shaker was set at an amplitude of 30 mm and a shaking speed of 120 rpm, and the glass container was placed on the shaker and shaken for 1 minute. Immediately after shaking, the carbon fiber bundle is taken out from the solution. 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 600 nm was recorded using distilled water as a control solution.
As a shaker, Shaking Bath SB-13 manufactured by AS ONE Co., Ltd. was used. The ultraviolet-visible spectrophotometer used was V-550 manufactured by JASCO Corporation.

本発明を構成するサイジング剤において、サイジング剤全量100質量%中のポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤の総量が70質量%以上であることが好ましい。ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤の総量を70質量部以上とすることで、界面活性剤中の親水基により溶出性が向上するため、水洗時にサイジング剤が溶出しやすくなり、炭素繊維束上のサイジング剤残存量を減少させることができる。85質量部以上がより好ましく、95質量部以上が更に好ましい。 In the sizing agent constituting the present invention, the total amount of polyethylene glycol and/or surfactant is preferably 70% by mass or more in 100% by mass of the total amount of the sizing agent. When the total amount of polyethylene glycol and/or surfactant is 70 parts by mass or more, the hydrophilic group in the surfactant improves the elution property, so that the sizing agent is easily eluted during washing with water, and the carbon fiber bundle The amount of residual sizing agent can be reduced. 85 parts by mass or more is more preferable, and 95 parts by mass or more is even more preferable.

また、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤に加えて、その他の成分を含んでもよい。以下では、その他の成分を第2成分ということもある。その他の成分としては脂肪族あるいは脂環式化合物および/または2つの水酸基が2つの異なる炭素に結合している脂肪族あるいは脂環式化合物、ポリビニルアルコール、ポリグリシジルエーテル、ポリエチレンイミンなどが挙げられ、脂肪族あるいは脂環式化合物および/または2つの水酸基が2つの異なる炭素に結合している脂肪族あるいは脂環式化合物が特に好ましい。 In addition to polyethylene glycol and/or surfactants, other ingredients may also be included. Below, another component may be called a 2nd component. Other components include aliphatic or alicyclic compounds and/or aliphatic or alicyclic compounds in which two hydroxyl groups are attached to two different carbons, polyvinyl alcohol, polyglycidyl ether, polyethyleneimine, etc. Aliphatic or cycloaliphatic compounds and/or aliphatic or cycloaliphatic compounds in which two hydroxyl groups are attached to two different carbons are particularly preferred.

本発明を構成するサイジング剤において、塗布されるポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤は空気下10℃/分で昇温させたときの300℃到達時の質量残存率が35%以下であることが好ましい。なお、本発明を構成するサイジング剤が、ポリエチレングリコールと界面活性剤の双方を含む場合、それらの混合物の測定値を質量残存率とする。質量残存率を35%以下とすることで、マトリクス樹脂が溶融するまでにサイジング剤の低耐熱成分が分解してマトリクス樹脂中に取り込まれるサイジング剤量が減少するため、複合材料の力学物性への影響が減少して物性が安定する。20%以下がより好ましく、5%以下が更に好ましい。 In the sizing agent constituting the present invention, the polyethylene glycol and/or surfactant to be applied has a mass residual rate of 35% or less when the temperature reaches 300° C. when heated at 10° C./min in air. preferable. In addition, when the sizing agent constituting the present invention contains both polyethylene glycol and surfactant, the measured value of the mixture thereof is defined as the mass residual ratio. By setting the mass residual ratio to 35% or less, the low heat-resistant component of the sizing agent is decomposed before the matrix resin melts, and the amount of the sizing agent incorporated into the matrix resin is reduced. The effect is reduced and the physical properties are stabilized. 20% or less is more preferable, and 5% or less is even more preferable.

本発明を構成するサイジング剤において、塗布されるポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤は空気下10℃/分で昇温させたときの350℃到達時の質量残存率が30%以下であることが好ましい。なお、本発明を構成するサイジング剤が、ポリエチレングリコールと界面活性剤の双方を含む場合、それらの混合物の測定値を質量残存率とする。質量残存率が30%以下とすることで、高耐熱なマトリクス樹脂が溶融するまでにサイジング剤の低耐熱成分が分解してマトリクス樹脂中に取り込まれるサイジング剤量が減少するため、複合材料の力学物性への影響が減少して物性が安定する。25%以下がより好ましく、5%以下が更に好ましい。 In the sizing agent constituting the present invention, the polyethylene glycol and/or surfactant to be applied has a mass residual rate of 30% or less when it reaches 350 ° C. when heated at 10 ° C./min in air. preferable. In addition, when the sizing agent constituting the present invention contains both polyethylene glycol and surfactant, the measured value of the mixture thereof is defined as the mass residual ratio. By setting the mass residual ratio to 30% or less, the low heat-resistant component of the sizing agent is decomposed before the high heat-resistant matrix resin melts, and the amount of the sizing agent incorporated into the matrix resin is reduced. The effect on physical properties is reduced and the physical properties are stabilized. 25% or less is more preferable, and 5% or less is even more preferable.

次に、本発明で用いるサイジング剤含有炭素繊維束を構成する成分について説明する。 Next, components constituting the sizing agent-containing carbon fiber bundle used in the present invention will be described.

本発明の炭素繊維束は、ストランド強度が5.0GPa以上であることが好ましい。炭素繊維束のストランド強度が5.0GPa以上であれば、サイジング剤を水洗した後の炭素繊維束のストランド強度が十分に高く、複合材料の力学特性向上効果を得られやすい。 The carbon fiber bundle of the present invention preferably has a strand strength of 5.0 GPa or more. If the strand strength of the carbon fiber bundle is 5.0 GPa or more, the strand strength of the carbon fiber bundle after washing the sizing agent with water is sufficiently high, and the effect of improving the mechanical properties of the composite material can be easily obtained.

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。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、不活性下雰囲気下中、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. Polyacrylonitrile-based carbon fiber bundles are obtained by subjecting carbon fiber precursor fibers made of polyacrylonitrile-based polymer to flame resistance treatment at a maximum temperature of 200 to 300 ° C. in an oxidizing atmosphere, and then heating them to a maximum temperature of 500 to 500 in an inert atmosphere. It is obtained by pre-carbonizing at 1,200° C. and then carbonizing at a maximum temperature of 1,200 to 2,000° C. in an inert atmosphere.

炭素繊維前駆体繊維束の製造において、製糸方法は乾湿式および湿式のいずれを用いてもよいが、生産安定性と得られる炭素繊維束の機械特性、さらに高次加工性に有利な乾湿式紡糸によるのが好ましい。製糸工程は、乾湿式紡糸法により紡糸口金から吐出させ紡糸する紡糸工程と、該紡糸工程で得られた繊維を水浴中で洗浄する水洗工程と、該水洗工程で得られた繊維を水浴中で延伸する水浴延伸工程と、該水浴延伸工程で得られた繊維を乾燥熱処理する乾燥熱処理工程からなり、必要に応じて、該乾燥熱処理工程で得られた繊維をスチーム延伸するスチーム延伸工程を含んでも良い。 In the production of the carbon fiber precursor fiber bundle, either a dry-wet spinning method or a wet spinning method may be used. preferably by The spinning process includes a spinning process in which the fibers are discharged from a spinneret by a dry-wet spinning method and spun, a washing process in which the fibers obtained in the spinning process are washed in a water bath, and the fibers obtained in the washing process are washed in a water bath. It consists of a water bath drawing step for drawing and a dry heat treatment step for drying and heat treating the fibers obtained in the water bath drawing step, and optionally includes a steam drawing step for steam drawing the fibers obtained in the dry heat treatment step. good.

炭素繊維前駆体繊維束の製造において、前記凝固浴には、紡糸原液の溶媒として用いたジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびチオシアン酸ナトリウム(ロダンソーダ)水溶液などの溶媒と、いわゆる凝固促進成分を含ませることが好ましい。凝固促進成分としては、前記ポリアクリロニトリル系重合体を溶解せず、かつ紡糸溶液に用いる溶媒と相溶性があるものを使用することができる。具体的には、凝固促進成分として水を使用することが好ましい。 In the production of carbon fiber precursor fiber bundles, the coagulation bath contains a solvent such as dimethylsulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, and an aqueous solution of sodium thiocyanate (rhodan soda) used as a solvent for the spinning dope, and a so-called coagulation accelerating component. It is preferable to As the coagulation promoting component, a component that does not dissolve the polyacrylonitrile-based polymer and is compatible with the solvent used for the spinning solution can be used. Specifically, it is preferable to use water as the coagulation promoting component.

乾湿式紡糸では平滑な表面となる傾向があるが、微細な凝固単位であるフィブリルを大きくする、または、表面に出すことで凹凸のある表面とすることができる。フィブリルを大きくする方法としては、例えば、凝固浴の温度を上げる方法がある。また、フィブリルを表面に出す方法としては、例えば、凝固浴の溶媒濃度を高く設定することで凝固速度を遅くしてスキン層を薄くする方法や、温水浴中での延伸倍率を上げる等の方法がある。 Dry-wet spinning tends to provide a smooth surface, but the surface can be made uneven by enlarging fibrils, which are fine coagulation units, or exposing them to the surface. As a method for enlarging fibrils, for example, there is a method of increasing the temperature of the coagulation bath. In addition, as a method of exposing the fibrils to the surface, for example, a method of setting the solvent concentration of the coagulation bath at a high level to slow down the coagulation rate to make the skin layer thinner, or a method of increasing the draw ratio in a hot water bath. There is

本発明において、口金孔の形状を調整することで特定の断面形状を有する炭素繊維を得るのに好適な炭素繊維前駆体繊維を得ることができる。口金孔は、目的とする単繊維の断面形状と同じ形状とすることもできるが、製糸方法として乾湿式紡糸法を採用する場合、吐出ポリマーがエアギャップを通過する間に合一しやすいように2個以上の孔を近接して配置させることも、加工コストの比較的安い円孔を組み合わせるだけで断面形状が制御された単繊維を得られる点で好ましい。本発明における好ましい口金孔の形状は当業者が試行錯誤することによって最適化できるが、例えば図4の(A)および(B)などが好ましい。しかしながら、口金孔の形状はこれらに限定して解釈されるべきではない。また、本発明において近接して配置させた2個以上の孔から1本の凝固糸単繊維を得る場合、かかる2個以上の孔をまとめて1つの口金孔と数える。口金孔は、その断面積を0.002~0.1mmとすることが、機械的特性の発現に有利な単繊維繊度の小さな炭素繊維を得る上で好ましい。孔ピッチや、孔数、孔配置については当業者が容易に最適化できる。 In the present invention, a carbon fiber precursor fiber suitable for obtaining carbon fibers having a specific cross-sectional shape can be obtained by adjusting the shape of the spinneret hole. The spinneret hole may have the same shape as the cross-sectional shape of the desired single fiber. Arranging two or more holes close to each other is also preferable in that a monofilament having a controlled cross-sectional shape can be obtained simply by combining circular holes whose processing cost is relatively low. A preferable shape of the mouthpiece hole in the present invention can be optimized by a person skilled in the art through trial and error, and for example, (A) and (B) in FIG. 4 are preferable. However, the shape of the base hole should not be construed as being limited to these. Further, in the present invention, when one coagulated yarn single fiber is obtained from two or more holes arranged close to each other, such two or more holes are collectively counted as one spinneret hole. The spinneret hole preferably has a cross-sectional area of 0.002 to 0.1 mm 2 in order to obtain a carbon fiber with a small single fiber fineness, which is advantageous in developing mechanical properties. A person skilled in the art can easily optimize the hole pitch, the number of holes, and the hole arrangement.

本発明において、上記の式(1)および(2)を同時に満たす単繊維の割合を一定値以上に制御するため、乾湿式紡糸において紡糸溶液を口金から吐出した後通過させる空間の距離を変更することで制御することができる。具体的には、かかる距離を離すほど、断面形状が円形に近づく割合が高くなる。かかる距離は概ね数mmに制御することが好ましい。 In the present invention, in order to control the ratio of single fibers satisfying the above formulas (1) and (2) at the same time to a certain value or more, the distance of the space through which the spinning solution is passed after being discharged from the spinneret in dry-wet spinning is changed. can be controlled by Specifically, the greater the distance, the higher the proportion of the cross-sectional shape approaching a circular shape. It is preferable to control such a distance to approximately several millimeters.

本発明において、炭素繊維束とマトリクス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 matrix 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.

本発明における炭素繊維束は、X線光電子分光法により測定される表面酸素濃度が0.08以上0.25以下であることが好ましい。 The carbon fiber bundle in the present invention preferably has a surface oxygen concentration of 0.08 or more and 0.25 or less as measured by X-ray photoelectron spectroscopy.

炭素繊維表面に官能基を有することにより、マトリクス樹脂との親和性が生じ、高い接着力を発現することができる。表面酸素濃度(O/C)が0.08未満の場合には、炭素繊維表面とマトリクス樹脂との親和性が低くなり接着強度が低くなる。O/Cが0.25を超えると官能基は増えるものの炭素繊維の表層が剥がれやすくなるため、接着強度が低下する。 By having a functional group on the surface of the carbon fiber, affinity with the matrix resin is generated, and high adhesive strength can be exhibited. When the surface oxygen concentration (O/C) is less than 0.08, the affinity between the carbon fiber surface and the matrix resin is low, resulting in low adhesive strength. When O/C exceeds 0.25, the surface layer of the carbon fiber tends to peel off although the number of functional groups increases, resulting in a decrease in adhesive strength.

次に、本発明のサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法について述べる。 Next, the method for producing the sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention will be described.

まず、本発明を構成す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。 First, the means for applying (applying) the sizing agent to the carbon fiber bundles constituting 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含有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、生産性がよ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. Although there is a method of spraying, a method of immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution via a roller is preferably used in producing the sizing agent-containing carbon fiber bundle of the present invention. The sizing agent may be applied by either a batch method or a continuous method, but the continuous method 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.

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含有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、水へ浸漬した際に水との接触面積が増え溶出性が高くなりやすい。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良い。該第2乾燥工程としての熱処理には、高温での熱処理を実施し易い非接触方式の加熱方式が好ましい。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、サイジング剤の粘度を安定化することができるため、安定して溶出性を高めることができる。 In the present invention, after applying the sizing agent solution, it is preferable to obtain a sizing agent-containing 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 carbon fiber bundle in a flat form has a small contact area between single fibers, so when immersed in water, the contact area with water increases and the elution tends to be high. 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. For the heat treatment as the second drying step, a non-contact heating method that facilitates heat treatment at a high temperature is preferred. By performing the heat treatment, the diluent solvent remaining in the sizing agent can be further removed and the viscosity of the sizing agent can be stabilized, so that the dissolution property can be stably enhanced.

また、該熱処理を行うことで、炭素繊維上の界面活性剤の表面自由エネルギーを制御し摩擦係数を低減することができるため、サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性を向上させることができる。熱処理温度としては、120~260℃の温度範囲が好ましい。120℃以上の場合、希釈溶液の除去により界面活性剤のイオン化を制御し電気的相互作用を抑えられるため取り扱い性を高めやすい。150℃以上がより好ましく、180℃以上が更に好ましい。一方、熱処理温度の上限を260℃以下とすることで、界面活性剤成分の熱劣化を抑制することができ溶出性を維持させやすい。240℃以下がより好ましく、220℃以下が更に好ましい。 Moreover, by performing the heat treatment, the surface free energy of the surfactant on the carbon fibers can be controlled and the coefficient of friction can be reduced, so that the handleability of the sizing agent-containing carbon fiber bundle can be improved. The heat treatment temperature is preferably in the temperature range of 120 to 260.degree. When the temperature is 120° C. or higher, the removal of the dilute solution controls the ionization of the surfactant and suppresses the electrical interaction, so that the handleability can be easily improved. 150° C. or higher is more preferable, and 180° C. or higher is even more preferable. On the other hand, by setting the upper limit of the heat treatment temperature to 260° C. or less, the thermal deterioration of the surfactant component can be suppressed, and the dissolution property can be easily maintained. 240° C. or lower is more preferable, and 220° C. or lower is even more preferable.

また、前記熱処理は、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。 The heat treatment can also be carried out by microwave irradiation and/or infrared irradiation.

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.

<単繊維の断面形状(La/Lb、Ld/Lc)>
サイジング剤含有炭素繊維束から単繊維を取り出し、繊維軸方向に引っ張ることで破断させた。破断により1本の繊維が2本になるが、片方は廃棄し、残った片方のみをSEM試料台にカーボンテープを用い、破断面が上を向くように貼り付けた。この操作を25回繰り返し、25本の破断面が貼り付けられたSEM試料台を作製した。その後、白金パラジウムを約10nmの厚みに真空蒸着してから、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製S-4800走査型電子顕微鏡(SEM)により、加速電圧5.0kV、作動距離8mmの条件で観察した。
<Cross-sectional shape of single fiber (La/Lb, Ld/Lc)>
A single fiber was taken out from the sizing agent-containing carbon fiber bundle and was broken by pulling in the fiber axis direction. Although one fiber becomes two by breaking, one fiber was discarded, and only the remaining fiber was attached to the SEM sample stage using a carbon tape so that the fractured surface faced upward. This operation was repeated 25 times to prepare an SEM sample stage on which 25 fractured surfaces were attached. After that, platinum-palladium was vacuum-deposited to a thickness of about 10 nm, and observed with an S-4800 scanning electron microscope (SEM) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation under conditions of an acceleration voltage of 5.0 kV and a working distance of 8 mm.

上記の炭素繊維25本について、次のようにして断面形状を計測した。 The cross-sectional shape of the above 25 carbon fibers was measured as follows.

(a)a軸の決定
破断面のSEM観察像からa軸を決定した。その際、破断面の外周上の任意の2点を通る直線であって、破断面がかかる直線で二分割されて生じる2つの領域の面積が互いに概ね等しくなるような直線のうち、最も長いものを長軸とした。かかる評価は目視で行うため、測定者により、また同一の測定者であっても評価時期により決定される長軸の角度が僅かに異なるが、かかる要因によるばらつきは最大でも±10度程度と小さかったことから、同一の測定者が連続して2回評価した結果の平均を採用した。
(a) Determination of a-axis The a-axis was determined from the SEM observation image of the fracture surface. At that time, the longest straight line that passes through any two points on the outer periphery of the fractured surface and that divides the fractured surface into two by the straight line so that the areas of the two regions are approximately equal to each other. is the long axis. Since such evaluation is performed visually, the angle of the major axis determined slightly differs depending on the measurer, and even for the same measurer, depending on the time of evaluation. Therefore, the average of the results of two consecutive evaluations by the same person was adopted.

(b)La、Lb、Lc、Ldの計測
計測にはオープンソースの画像解析ソフトウェア“ImageJ ver1.47”を用いた。a軸の長さLaは、(a)で決定したa軸の長さをピクセル単位で測定し、SEM観察像に付されたスケールバーを用いて実長さ(単位はμm)に換算した。次にa軸を4等分するように3つの点をおき、それぞれの点と繊維外周上の2点とを通るa軸と垂直な線分を3本求めた。これらのうちa軸の中点を通るものをb軸と定義し、b軸の長さLbをLaと同じ方法で求めた。残る2本の線分の長さをそれぞれLaと同じ方法で求め、短いものの長さをLc、長いものの長さをLdとした。
(b) Measurement of La, Lb, Lc, and Ld An open-source image analysis software “ImageJ ver1.47” was used for measurement. For the a-axis length La, the length of the a-axis determined in (a) was measured in units of pixels and converted to actual length (unit: μm) using the scale bar attached to the SEM observation image. Next, three points were set so as to divide the a-axis into four equal parts, and three line segments perpendicular to the a-axis passing through each point and two points on the outer periphery of the fiber were obtained. Of these, the one passing through the midpoint of the a-axis was defined as the b-axis, and the length Lb of the b-axis was determined in the same manner as La. The lengths of the remaining two line segments were determined in the same manner as La, with the length of the short one being Lc and the length of the long one being Ld.

以上のようにして、単繊維25本分のLa/Lb、Ld/Lcを計算した。各単繊維につき、式(1)および式(2)に該当するか確認し、両式をともに満たす単繊維の本数をサンプル数である25(本)で割って割合を求めた。
1.00≦La/Lb≦1.20 ・・・(1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 ・・・(2)。
La/Lb and Ld/Lc for 25 single fibers were calculated as described above. For each single fiber, it was confirmed whether the formulas (1) and (2) were satisfied, and the ratio was obtained by dividing the number of single fibers satisfying both formulas by the number of samples, 25 (fibers).
1.00≤La/Lb≤1.20 (1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 (2).

<断面形状の平均値(<La/Lb>、<Ld/Lc>)>
上記のように求めた単繊維25本分のLa/LbおよびLd/Lcを、それぞれ単純平均をとって、<La/Lb>および<Ld/Lc>を計算した。
<Average value of cross-sectional shape (<La/Lb>, <Ld/Lc>)>
<La/Lb> and <Ld/Lc> were calculated by simple averaging La/Lb and Ld/Lc for 25 single fibers obtained as described above.

<炭素繊維束の単繊維の表面積比>
評価すべき前駆体繊維単繊維を数本試料台にのせ、両端を接着液(例えば、文具の修正液)で固定したものをサンプルとし、原子間力顕微鏡(セイコーインスツルメンツ製、SPI3800N/SPA-400)を用い、下記条件にて3次元表面形状の像を得た。
・探針:シリコンカンチレバー(セイコーインスツルメンツ製、DF-20)
・測定モード:ダイナミックフォースモード(DFM)
・走査速度:1.5Hz
・走査範囲:3μm×3μ
・分解能:256ピクセル×256ピクセル。
<Surface ratio of single fibers of carbon fiber bundle>
Several precursor fiber single fibers to be evaluated were placed on a sample stage, and both ends were fixed with an adhesive liquid (for example, correction liquid for stationery) as a sample, and an atomic force microscope (manufactured by Seiko Instruments, SPI3800N / SPA-400 ) was used to obtain a three-dimensional surface profile image under the following conditions.
・Probe: Silicon cantilever (manufactured by Seiko Instruments, DF-20)
・Measurement mode: Dynamic force mode (DFM)
・Scanning speed: 1.5Hz
・Scanning range: 3 μm × 3 μm
• Resolution: 256 pixels x 256 pixels.

得られた測定画像は、繊維断面の曲率を考慮し、付属のソフトウェアにより、画像の全データから最小二乗法により1次平面を求めてフィッティングし、面内の傾きを補正する1次傾き補正を行い、続いて同様に2次曲線を補正する2次傾き補正を行った後、付属のソフトウェアにより表面粗さ解析を行い、表面積比を算出した。測定は、異なる単繊維3本をランダムにサンプリングし、単繊維1本につき、1回ずつ、計3回行い、その平均値を表面積比の値とした。 The obtained measurement image is fitted with a primary plane using the least squares method from all the image data, taking into consideration the curvature of the fiber cross section, and the primary tilt correction is performed to correct the in-plane tilt. After that, the surface roughness was analyzed by the attached software, and the surface area ratio was calculated. Three different single fibers were randomly sampled, and the measurement was performed once for each single fiber, a total of three times, and the average value was taken as the value of the surface area ratio.

<サイジング剤付着量の測定方法>
2.0±0.5gのサイジング剤含有炭素繊維束を秤量(W)(少数第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(W)(少数第4位まで読み取り)して、W-Wにより加熱減量を求めた。この加熱減量をサイジング剤含有炭素繊維束100質量部に対する質量部に換算した値(小数点第3位を四捨五入)を、付着したサイジング剤の付着量(質量部)とした。測定は2回おこない、その平均値をサイジング剤の付着量とした。
<Method for measuring the amount of sizing agent adhered>
After weighing (W 1 ) (reading to the fourth decimal place) of 2.0 ± 0.5 g of the sizing agent-containing carbon fiber bundle, an electric furnace ( A volume of 120 cm 3 ) was left for 15 minutes to completely thermally decompose the sizing agent. Then, the carbon fiber bundle was transferred to a container in a dry nitrogen stream at 20 liters/minute, cooled for 15 minutes, and then weighed (W 2 ) (read to the fourth decimal place), and the weight loss due to heating was determined by W 1 −W 2 . asked for A value (rounded to the third decimal place) obtained by converting this heating weight loss to 100 parts by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle was defined as the adhesion amount (parts by mass) of the adhering sizing agent. The measurement was performed twice, and the average value was taken as the adhesion amount of the sizing agent.

<ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤の質量残存率の測定方法>
ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤などの質量残存率は熱重量・示差熱分析装置(TG-DTA)を用いて測定した。10±0.5mgのポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤をアルミパンに秤量(W)(少数第4位まで読み取り)した後、加熱装置内部に入れ、100ミリリットル/分の空気気流中、25℃から450℃まで10℃/分で昇温して界面活性剤を熱分解させた。300℃到達時の質量(W)(少数第4位まで読み取り)と350℃到達時の質量(W)(少数第4位まで読み取り)を読み取り、W/W×100(%)、およびW/W×100(%)を算出し、300℃到達時の質量残存率(%)と350℃到達時の質量残存率(%)を求めた。
<Method for measuring mass residual rate of polyethylene glycol and/or surfactant>
The mass residual rate of polyethylene glycol and/or surfactant was measured using a thermogravimetric/differential thermal analyzer (TG-DTA). 10 ± 0.5 mg of polyethylene glycol and / or surfactant was weighed (W 3 ) (read to the fourth decimal place) in an aluminum pan, placed inside the heating device, and heated in an air stream of 100 ml / min for 25 minutes. C. to 450.degree. C. at a rate of 10.degree. C./min to thermally decompose the surfactant. Read the mass (W 4 ) (read to the fourth decimal place) when reaching 300 ° C. and the mass (W 5 ) (read to the fourth decimal place) when reaching 350 ° C., W 4 /W 3 × 100 (%) , and W 5 /W 3 ×100 (%) were calculated to obtain the mass retention rate (%) when reaching 300°C and the mass retention rate (%) when reaching 350°C.

本発明では測定装置としてBruker社製TG-DTA2000SAを用いた。 In the present invention, TG-DTA2000SA manufactured by Bruker was used as a measuring device.

<炭素繊維束表面の官能基量測定方法>
本実施例において、炭素繊維束の表面酸素濃度は次の手順に従って、X線光電子分光法によって測定した。まず、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、試料チャンバー内を1×10-8Torrに保ち、光電子脱出角度を45°としてX線光電子分光測定を行った。なお、測定時の帯電に伴うピークの補正値として、C1Sの主ピークの結合エネルギー値を、285eVに合わせた。C1Sピーク面積を、結合エネルギー値として275から290eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積を、結合エネルギーとして525から540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。X線光電子分光法装置として、アルバック・ファイ(株)製ESCA-1600を用いた。
<Method for measuring the amount of functional groups on the surface of the carbon fiber bundle>
In this example, the surface oxygen concentration of the carbon fiber bundle was measured by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, after cutting the carbon fiber bundle into 20 mm and arranging it on a copper sample support, using AlKα 1 , 2 as an X-ray source, the inside of the sample chamber was maintained at 1×10 −8 Torr, and the photoelectrons escaped. X-ray photoelectron spectroscopy was performed at an angle of 45°. The binding energy value of the main peak of C 1S was adjusted to 285 eV as a correction value for the peak associated with electrification during measurement. The C 1S peak area was determined by drawing a linear baseline over the range of 275 to 290 eV as binding energy values. The O 1s peak area was determined by drawing a linear baseline over the range of 525 to 540 eV as binding energy. ESCA-1600 manufactured by ULVAC-Phi, Inc. was used as an X-ray photoelectron spectrometer.

<CF擦過毛羽の測定方法>
直径が50mm、表面粗さRmaxが0.3μmである金属バー(材質:ステンレスSUS304製)2本を、150mm間隔、かつ、炭素繊維束が金属バーに合計で0.785π(rad)の角度で接触しながら通過するように上下方向に配置した。そして、金属バーに炭素繊維束を掛け渡し、パッケージからの解舒張力を800gに設定し、駆動ロールで毎分6mの速さで炭素繊維束を牽引して金属バーを通過させ、2本目の金属バーを通過後の繊維糸条に対して側面から直角にレーザー光線を照射し、毛羽検出装置で毛羽数を5分間検出カウントし、個数を記録した。
<Method for measuring CF rubbed fluff>
Two metal bars (material: stainless steel SUS304) having a diameter of 50 mm and a surface roughness Rmax of 0.3 μm were placed at an interval of 150 mm, and the carbon fiber bundle was attached to the metal bar at an angle of 0.785 π (rad) in total. They were arranged in the vertical direction so that they could pass through while being in contact with each other. Then, the carbon fiber bundle is stretched over the metal bar, the unwinding tension from the package is set to 800 g, the carbon fiber bundle is pulled by the drive roll at a speed of 6 m per minute, and passed through the metal bar. After passing through the metal bar, the fiber thread was irradiated with a laser beam perpendicularly from the side surface, and the number of fluffs was detected and counted by a fluff detector for 5 minutes, and the number of fluffs was recorded.

本発明において、下記の基準で取扱性の好ましい範囲を3段階で評価し、SとAを合格とし、Bを不合格とした。 In the present invention, the preferable range of handleability was evaluated in three stages according to the following criteria, and S and A were regarded as acceptable, and B was regarded as unacceptable.

S: 毛羽 15個/m未満
A: 毛羽 15個/m以上かつ25個/m未満
B: 毛羽 25個/m以上。
S: Less than 15 fluff/m A: More than 15 fluff/m and less than 25 fluff/m B: More than 25 fluff/m.

<ドライF-F摩擦係数の測定方法>
回転しないように固定されたボビン上に厚みが均一となるよう5~10mm厚、巻密度0.9~1.4g/cmの範囲で巻き付けたサイジング剤含有炭素繊維束の表面に、巻状物と同じ炭素繊維束を接触角3π(rad)になるよう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つけた。巻き付けた炭素繊維束の一方の端部に錘(T1=0.25g/tex)をつけて、反対端をばねばかりで1m/minの速度で引っ張り、巻き付けた炭素繊維束が動き出す際の張力をT2として、下記式からドライF-F摩擦係数を算出した。測定は2回おこない、その平均値をドライ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 dry FF friction coefficient>
On the surface of the sizing agent-containing carbon fiber bundle wound on a bobbin fixed so as not to rotate so that the thickness is uniform, the thickness is 5 to 10 mm, and the winding density is in the range of 0.9 to 1.4 g / cm 3 . The same carbon fiber bundle as the object was wound so as not to overlap with itself so as to have a contact angle of 3π (rad), typically with an interval of 3 to 5 mm in the width direction. A weight (T1 = 0.25 g/tex) is attached to one end of the wound carbon fiber bundle, and the opposite end is pulled with a spring scale at a speed of 1 m / min, and the tension when the wound carbon fiber bundle starts to move is measured. As T2, the dry FF friction coefficient was calculated from the following formula. The measurement was performed twice, and the average value was taken as the dry 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.

ドライ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(=ばねばかりの指示値)
T1:錘重量(=0.25g/tex)
θ:巻状物と巻きつけた糸との合計接触角(=3πrad)。
Dry FF friction coefficient = ln (T2/T1)/θ
T2: Tension when the carbon fiber bundle begins to move (=indicated value of the spring balance)
T1: weight weight (= 0.25 g/tex)
θ: the total contact angle between the scroll and the wound thread (=3πrad).

<炭素繊維束のストランド強度およびストランド弾性率>
炭素繊維束のストランド強度およびストランド弾性率は、JIS R7608(2004年)の樹脂含浸ストランド試験法に準拠し、次の手順に従い求める。ただし、炭素繊維束が撚りを有する場合、撚り数と同数の逆回転の撚りを付与することにより解撚してから評価する。樹脂処方としては、“セロキサイド(登録商標)”2021P(ダイセル化学工業社製)/3フッ化ホウ素モノエチルアミン(東京化成工業(株)製)/アセトン=100/3/4(質量部)を用い、硬化条件としては、常圧、温度125℃、時間30分を用いる。炭素繊維束のストランド10本を測定し、その平均値をストランド強度およびストランド弾性率とする。なお、ストランド弾性率を算出する際の歪み範囲は0.1~0.6%とする。
<Strand Strength and Strand Elastic Modulus of Carbon Fiber Bundle>
The strand strength and strand elastic modulus of the carbon fiber bundle are obtained according to the resin-impregnated strand test method of JIS R7608 (2004) according to the following procedures. However, when the carbon fiber bundle has a twist, it is untwisted by imparting the same number of reverse rotation twists as the number of twists, and then evaluated. As the resin formulation, "Celoxide (registered trademark)" 2021P (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) / boron trifluoride monoethylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) / acetone = 100/3/4 (parts by mass) was used. The curing conditions are normal pressure, temperature of 125° C., and time of 30 minutes. Ten strands of the carbon fiber bundle are measured, and the average value is taken as the strand strength and strand elastic modulus. The strain range for calculating the strand elastic modulus is 0.1 to 0.6%.

<界面せん断強度の測定方法>
炭素繊維束から単糸を抜き出し、厚み0.4mm以上になるように積層した樹脂フィルムで上下方向から挟み、熱プレス装置にて、加熱加圧した後、加圧状態を維持しながら、常温まで冷却し、炭素繊維単糸を埋め込んだ成形板を得た。この成形板からSD型レバー裁断機を用いて、ダンベル形状のIFSS測定用試験片を打ち抜いた。
<Method for measuring interfacial shear strength>
A single yarn is extracted from the carbon fiber bundle, sandwiched from the top and bottom with resin films laminated to a thickness of 0.4 mm or more, heated and pressurized with a hot press, and then cooled to room temperature while maintaining the pressurized state. After cooling, a molded plate in which the carbon fiber single yarn was embedded was obtained. A dumbbell-shaped test piece for IFSS measurement was punched out from this molded plate using an SD-type lever cutting machine.

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。その後、試験片中央部20mmを切り取り、ホットプレート上にガラス板間に挟んだ状態で熱可塑性樹脂の融点以上まで加熱した。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。実施例では、測定数n=5の平均を試験結果とした。 A dumbbell-shaped sample was sandwiched at both ends, a tensile force was applied in the direction of the fiber axis (longitudinal direction), and a strain of 12% was produced at a speed of 2.0 mm/min. After that, a 20 mm central portion of the test piece was cut off, sandwiched between glass plates on a hot plate, and heated to the melting point of the thermoplastic resin or higher. 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. In the examples, the average of the number of measurements n=5 was used as the test result.

IFSS(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)。 IFSS (MPa) = σ (MPa) x d (μm)/(2 x lc) (μm).

本発明において、下記の樹脂に対して、以下の基準でIFSSの好ましい範囲を3段階で評価し、AとBを合格とした。 In the present invention, the preferred range of IFSS for the following resins was evaluated in three stages according to the following criteria, and A and B were regarded as acceptable.

・樹脂:ポリエーテルエーテルケトン
A: IFSSが35以上
B: IFSSが30以上35未満
C: IFSSが30未満
各実施例および各比較例で用いた材料と成分は下記の通りである。
Resin: Polyetheretherketone A: IFSS of 35 or more B: IFSS of 30 or more and less than 35 C: IFSS of less than 30 Materials and components used in each example and each comparative example are as follows.

<紡糸口金>
[A]紡糸口金A:図2の(B)のタイプであって直径(d)0.2mmの円孔と直径(d)0.06mmの円孔とが中心間距離(L)0.16mmで穿孔された孔の組を100組有する紡糸口金を紡糸口金Aとした。
[B]紡糸口金B:図2の(B)のタイプであって直径(d1)0.3mmの円孔と直径(d2)0.06mmの円孔とが中心間距離(L)0.22mmで穿孔された孔の組を100組有する紡糸口金を紡糸口金Bとした。
[C]紡糸口金C:図2の(B)のタイプであって直径(d1)0.3mmの円孔と直径(d2)0.04mmの円孔とが中心間距離(L)0.20mmで穿孔された孔の組を100組有する紡糸口金を紡糸口金Cとした。
[D]紡糸口金D:直径0.2mmの円孔を100個有する紡糸口金を紡糸口金Dとした。
<Spinneret>
[ A ] Spinneret A : The type of (B) in FIG. A spinneret having 100 sets of holes drilled at 0.16 mm was designated spinneret A.
[B] Spinneret B: The type of (B) in FIG. 2, in which a circular hole with a diameter (d1) of 0.3 mm and a circular hole with a diameter (d2) of 0.06 mm have a center-to-center distance (L) of 0.22 mm. Spinneret B was a spinneret having 100 sets of holes drilled in .
[C] Spinneret C: The type of (B) in FIG. 2, in which a circular hole with a diameter (d1) of 0.3 mm and a circular hole with a diameter (d2) of 0.04 mm have a center-to-center distance (L) of 0.20 mm. Spinneret C was a spinneret having 100 sets of holes drilled in .
[D] Spinneret D: Spinneret D was a spinneret having 100 circular holes with a diameter of 0.2 mm.

(A)成分:アニオン界面活性剤
A-1:スルホこはく酸ビス(2-エチルヘキシル)ナトリウム
(東京化成工業株式会社製)
A-2:オレイン酸ブチルエステル硫酸化油
(ライオン株式会社製 “ロータット(登録商標)”OH-104K 、反応率:79%)
A-3:アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム
(東京化成工業株式会社製)
A-4:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム
(花王株式会社製 “ネオオペレックス(登録商標)”G15)
A-5:ラウリル硫酸ナトリウム
(花王株式会社製 “エマール(登録商標)”10G)
A-6:スルホコハク酸ラウリル二ナトリウム
(三洋化成工業株式会社製“ビューライト(登録商標)”SSS)
A-7:2-エチルヘキシル硫酸エステルナトリウム
(三洋化成工業株式会社製“サンデット(登録商標)”ONA)。
(A) component: anionic surfactant A-1: sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
A-2: Oleic acid butyl ester sulfated oil (“Rotat (registered trademark)” OH-104K manufactured by Lion Corporation, reaction rate: 79%)
A-3: Sodium alkylnaphthalene sulfonate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
A-4: Sodium dodecylbenzenesulfonate ("Neooperex (registered trademark)" G15 manufactured by Kao Corporation)
A-5: Sodium lauryl sulfate ("Emar (registered trademark)" 10G manufactured by Kao Corporation)
A-6: disodium lauryl sulfosuccinate ("Beaulite (registered trademark)" SSS manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.)
A-7: Sodium 2-ethylhexyl sulfate (“Sandet (registered trademark)” ONA manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.).

(B)成分:ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤
B-1:PEGジステアリン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”DS4000、HLB:16.6)
B-2:PEGモノステアリン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”MS1000、HLB:15.7)
B-3:PEGモノオレイン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”MO600、HLB:13.8)
B-4:PEGモノオレイン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”MO400、HLB:11.7)
B-5:PEGジオレイン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”DO1000、HLB:12.9)
B-6:PEGジオレイン酸エステル
(三洋化成工業株式会社製 “イオネット(登録商標)”DO600、HLB:10.5)
B-7:ポリエチレングリコール
(三洋化成工業株式会社製 PEG600、HLB:20、分子量:600)
B-8:ポリエチレングリコール
(三洋化成工業株式会社製 PEG4000、HLB:20、分子量:4,000)
B-9:ポリエチレングリコール
(三洋化成工業株式会社製 PEG20000、HLB:20、分子量:20,000)。
B-10:ポリエチレングリコール
(富士フイルム和光純薬株式会社製 トリエチレングリコール、HLB:20、分子量:150)
B-11:ポリエチレングリコール
(三洋化成工業株式会社製 PEG200、HLB:20、分子量:200)
(C)成分:両性界面活性剤
C-1:ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン
(花王株式会社製“アンヒトール(登録商標)24B”)
C-2:N,N-ジメチルデシルアミンオキシド
(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製“カデナックス(登録商標)DM10D-W”)
C-3:ラウリルジメチルアミンオキシド
(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製“カデナックス(登録商標)DM12D-W(C)”)
C-4:N,N-ジメチルミリスチルアミンオキシド
(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製“カデナックス(登録商標)DM14D-N”)。
(B) Component: Polyethylene glycol and/or nonionic surfactant B-1: PEG distearate (“Ionet (registered trademark)” DS4000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 16.6)
B-2: PEG monostearate (“Ionet (registered trademark)” MS1000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 15.7)
B-3: PEG monooleate (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. “Ionet (registered trademark)” MO600, HLB: 13.8)
B-4: PEG monooleate (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. “Ionet (registered trademark)” MO400, HLB: 11.7)
B-5: PEG dioleate ("Ionet (registered trademark)" DO1000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 12.9)
B-6: PEG dioleate (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. “Ionet (registered trademark)” DO600, HLB: 10.5)
B-7: polyethylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. PEG600, HLB: 20, molecular weight: 600)
B-8: Polyethylene glycol (PEG4000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 20, molecular weight: 4,000)
B-9: Polyethylene glycol (PEG20000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 20, molecular weight: 20,000).
B-10: polyethylene glycol (triethylene glycol manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., HLB: 20, molecular weight: 150)
B-11: Polyethylene glycol (PEG200 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., HLB: 20, molecular weight: 200)
(C) component: amphoteric surfactant C-1: betaine lauryldimethylaminoacetate ("Amphitol (registered trademark) 24B" manufactured by Kao Corporation)
C-2: N,N-dimethyldecylamine oxide (“Cadenax (registered trademark) DM10D-W” manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.)
C-3: Lauryl dimethylamine oxide (“Cadenax (registered trademark) DM12D-W (C)” manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.)
C-4: N,N-dimethylmyristylamine oxide (“Cadenax (registered trademark) DM14D-N” manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.).

(D)成分:その他の成分
D-1:プロピレングリコール(富士フイルム和光純薬株式会社製)
D-2:2-プロパノール(富士フイルム和光純薬株式会社製)
D-3:ジグリセロールポリグリシジルエーテル
(ナガセケムテックス(株)製 “デコナール(登録商標)” Ex-421)
D-4:ポリエチレンイミン
(BASFジャパン(株)製 “Lupasol(登録商標)” G20 Waterfree)。
(D) Component: Other components D-1: Propylene glycol (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
D-2: 2-propanol (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
D-3: diglycerol polyglycidyl ether (manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd. "Decanal (registered trademark)" Ex-421)
D-4: Polyethylenimine (“Lupasol (registered trademark)” G20 Waterfree, manufactured by BASF Japan Ltd.).

(E)成分:熱可塑性樹脂
E-1:ポリエーテルエーテルケトン
(ヴィクトレックス(株)製“ヴィクトレックス(登録商標)”450G)。
(E) Component: Thermoplastic resin E-1: Polyetheretherketone (“Victrex (registered trademark)” 450G manufactured by Victrex Co., Ltd.).

(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99.5mol%とイタコン酸0.5mol%からなり、重量平均分子量40万、Mz/Mwが2.1のポリアクリロニトリル系共重合体をラジカル重合により製造した。このポリアクリロニトリル系重合体をジメチルスルホキシド中でアンモニアによって中和し、重合体濃度が19質量%になるように調製して、紡糸溶液を得た。得られた紡糸溶液を、40℃で、紡糸口金Aを用い、一旦空気中に吐出し、約5mmの空間を通過させた後、5℃にコントロールした79質量%ジメチルスルホキシドの水溶液からなる凝固浴に導入する乾湿式紡糸法により凝固糸条とした。この凝固糸条を、常法により水洗および延伸、油剤付与、乾燥緻密化を行い、単繊維繊度1.0dtex、単繊維本数500本のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得た。
・First step: A step of producing a carbon fiber bundle as a raw material Polyacrylonitrile-based copolymer consisting of 99.5 mol% acrylonitrile and 0.5 mol% itaconic acid, with a weight average molecular weight of 400,000 and Mz/Mw of 2.1 The coalescence was prepared by radical polymerization. This polyacrylonitrile-based polymer was neutralized with ammonia in dimethylsulfoxide to prepare a spinning solution having a polymer concentration of 19% by mass. The obtained spinning solution was once discharged into the air using a spinneret A at 40°C, passed through a space of about 5 mm, and then coagulated in a coagulation bath consisting of an aqueous solution of 79 mass% dimethyl sulfoxide controlled at 5°C. It was made into a coagulated yarn by a dry-wet spinning method introduced into the. The coagulated filaments were washed with water, drawn, oiled, dried and densified by a conventional method to obtain a polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle having a single fiber fineness of 1.0 dtex and 500 single fibers.

次に、温度240~300℃の空気中で耐炎化処理した後、温度300~800℃の窒素雰囲気中において予備炭素化処理を行い、ついで最高温度1,300℃の窒素雰囲気中で炭素化処理を行い、炭素繊維束を得た。そして、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30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Aを得た。また、この第1工程で得られた炭素繊維束Aのストランド強度、ストランド弾性率、断面形状、表面酸素濃度を測定した。評価結果を表1に示す。 Next, after flameproofing treatment in air at a temperature of 240 to 300°C, preliminary carbonization treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 300 to 800°C, and then carbonization treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1,300°C. was performed to obtain a carbon fiber bundle. Then, the carbon fiber bundle was subjected to an electrolytic surface treatment using an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution as an electrolytic solution with an amount of electricity of 30 coulombs per 1 g of the carbon fiber bundle. The carbon fiber bundle subjected to the electrolytic surface treatment was subsequently washed with water and dried in hot air to obtain a carbon fiber bundle A as a raw material. In addition, the strand strength, strand elastic modulus, cross-sectional shape, and surface oxygen concentration of the carbon fiber bundle A obtained in the first step were measured. Table 1 shows the evaluation results.

Figure 2023010616000002
Figure 2023010616000002

・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)を表1の組成とし、水を加えて均一に溶解した約0.8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210℃の温度の加熱空気中で60秒間熱処理をして、サイジング剤含有炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理されたサイジング剤含有炭素繊維束全量100質量%中の0.40質量%となるように調整した。また、この第2工程で塗布するサイジング剤の質量残存率を測定した。300℃到達時の質量残存率は25%、350℃到達時の質量残存率は17%であり十分に熱分解することが分かった。
・Second step: A step of attaching a sizing agent to the carbon fiber bundle As the compound (A), (A-1) has the composition shown in Table 1, and water is added to uniformly dissolve about 0.8% by mass of an aqueous solution. Obtained. 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 210° C. for 60 seconds to obtain a sizing agent-containing carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted so as to be 0.40% by mass in 100% by mass of the total surface-treated carbon fiber bundle containing the sizing agent. Also, the mass residual ratio of the sizing agent applied in the second step was measured. It was found that the mass residual rate was 25% when reaching 300°C and the mass residual rate was 17% when reaching 350°C, indicating sufficient thermal decomposition.

・第3の工程:サイジング剤含有炭素繊維束の取り扱い性評価
前記第2工程で得られたサイジング剤含有炭素繊維束を用いて、摩擦係数の評価方法およびCF擦過毛羽の測定方法に基づいて取り扱い性を評価した。その結果、ドライF-F摩擦係数は0.33であり、加工工程で毛羽が生じにくく取り扱い性が十分に良好であることが分かった。
・Third step: Evaluation of handleability of sizing agent-containing carbon fiber bundle Using the sizing agent-containing carbon fiber bundle obtained in the second step, handle based on the friction coefficient evaluation method and the CF rubbing fluff measurement method. evaluated the sex. As a result, the dry FF coefficient of friction was found to be 0.33.

・第4の工程:水洗後のサイジング剤付着量の評価
前工程で得られたサイジング剤含有炭素繊維束について、上記の<50秒間水洗した後のサイジング剤付着量の算出方法>および<25秒間水洗した後のサイジング剤付着量の算出方法>の欄に記載のとおり、サイジング剤含有炭素繊維束を水洗し、50秒水洗後、25秒後のサイジング剤含有炭素繊維束を得た後、50秒間水洗した後のサイジング剤付着量および25秒間水洗した後のサイジング剤付着量を算出した。その結果、50秒水洗後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.03質量%、25秒水洗後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.06質量%と、残存量が少なく、溶出性が十分に高いことがわかった。また、50秒間水洗した後の表面積比を評価したところ、表面積比は1.02であり、微細な表面凹凸が存在することが分かった。
Fourth step: Evaluation of sizing agent adhesion amount after washing with water For the sizing agent-containing carbon fiber bundle obtained in the previous step, the above <Method for calculating the sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds> and <25 seconds Calculation method of sizing agent adhesion amount after washing with water>, the sizing agent-containing carbon fiber bundle was washed with water, and after washing with water for 50 seconds, after obtaining the sizing agent-containing carbon fiber bundle after 25 seconds, 50 The sizing agent adhesion amount after washing with water for 2 seconds and the sizing agent adhesion amount after washing with water for 25 seconds were calculated. As a result, the sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds was 0.03% by mass in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle, and the sizing agent adhesion amount after washing with water for 25 seconds was in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. 0.06% by mass of the residual amount, and it was found that the dissolution property was sufficiently high. Moreover, when the surface area ratio after washing with water for 50 seconds was evaluated, the surface area ratio was 1.02, indicating the presence of fine surface irregularities.

・第5の工程:IFSS測定用試験片の作製および評価
前工程で得られた水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束と、熱可塑性樹脂(D)として(D-1)を用いて、界面せん断強度の測定方法に基づき、IFSS測定用試験片を作製した。
・ Fifth step: Preparation and evaluation of test piece for IFSS measurement Using (D-1) as the thermoplastic resin (D) and the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water obtained in the previous step, interfacial shear A test piece for IFSS measurement was prepared based on the strength measurement method.

続いて、得られたIFSS測定用試験片を用いて、IFSSを測定した。その結果、50秒水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を使用時のIFSSが37MPa、25秒水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を使用時のIFSSが37MPaであり、接着性が十分に高いことがわかった。以上の結果を表2にまとめた。 Subsequently, IFSS was measured using the obtained test piece for IFSS measurement. As a result, the IFSS when using the carbon fiber bundle containing the sizing agent after washing with water for 50 seconds was 37 MPa, and the IFSS when using the carbon fiber bundle containing the sizing agent after washing with water for 25 seconds was 37 MPa, indicating sufficiently high adhesion. I found out. The above results are summarized in Table 2.

Figure 2023010616000003
Figure 2023010616000003

(実施例2)
第1の工程において、紡糸口金Bを用い、紡糸溶液を口金から吐出した後通過させる空間を約3mmとした以外は実施例1と同様にして炭素繊維束Bを得て、第2~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高く、接着性も高いことがわかった。
(Example 2)
In the first step, a carbon fiber bundle B was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spinneret B was used and the space through which the spinning solution was passed after being discharged from the spinneret was set to about 3 mm. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2, indicating good handleability, sufficiently high dissolution properties, and high adhesiveness.

(比較例1)
第1の工程において、紡糸口金Cを用い、紡糸溶液を口金から吐出した後通過させる空間を約3mmとした以外は実施例1と同様にして炭素繊維束Cを得て、第2~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いが、実施例1対比でストランド強度が低下することが分かった。
(Comparative example 1)
In the first step, a carbon fiber bundle C was obtained in the same manner as in Example 1 except that the spinneret C was used and the space through which the spinning solution was discharged from the spinneret and passed through was set to about 3 mm. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2, and it was found that the strand strength was lower than in Example 1, although the handleability was good and the dissolution property was sufficiently high.

(実施例3)
第1の工程において、紡糸口金Dを用い、紡糸溶液を口金から吐出した後通過させる空間を約4mmとし、凝固浴を15℃にコントロールした30質量%ジメチルスルホキシドの水溶液とした以外は実施例1と同様にして炭素繊維束Dを得て、第2~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Example 3)
Example 1 except that, in the first step, the spinneret D was used, the space through which the spinning solution was discharged from the spinneret was about 4 mm, and the coagulation bath was an aqueous solution of 30% by mass of dimethyl sulfoxide controlled at 15°C. A carbon fiber bundle D was obtained in the same manner as in Example 1, and various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 for the second to fifth steps. The results are shown in Tables 1 and 2, indicating good handleability and sufficiently high dissolution.

(実施例4)
第1の工程において、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を得る際に単繊維繊度を維持したまま延伸比の割り振りのみを変更したこと以外は、実施例3と同様にして炭素繊維束Eを得て、第2~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高く、接着性も高いことがわかった。
(Example 4)
In the first step, a carbon fiber bundle E was obtained in the same manner as in Example 3, except that only the allocation of the draw ratio was changed while maintaining the single fiber fineness when obtaining the polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 for the second to fifth steps. The results are shown in Tables 1 and 2, indicating good handleability, sufficiently high dissolution properties, and high adhesiveness.

(比較例2)
第1の工程において、凝固浴を30℃にコントロールした55質量%ジメチルスルホキシドの水溶液とした以外は実施例3と同様にして炭素繊維束Fを得て、第2~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いが、実施例1対比でストランド強度が低下することが分かった。
(Comparative example 2)
Carbon fiber bundles F were obtained in the same manner as in Example 3 except that in the first step, the coagulation bath was controlled to 30° C. and an aqueous solution of 55% by mass of dimethyl sulfoxide was used. Various evaluations were performed in the same manner as in 1. The results are shown in Tables 1 and 2, and it was found that the strand strength was lower than in Example 1, although the handleability was good and the dissolution property was sufficiently high.

(比較例3)
第1の工程における、表面処理量を80クーロン/gとし、第2の工程におけるサイジング剤の付着量を表2に示す通りに変更した以外は実施例3と同様にして炭素繊維束Gを得て、第3~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、溶出性は十分に高いが、ドライF-F摩擦が高く、取り扱い性が不十分であった。
(Comparative Example 3)
A carbon fiber bundle G was obtained in the same manner as in Example 3, except that the amount of surface treatment in the first step was 80 coulombs/g, and the amount of sizing agent adhered in the second step was changed as shown in Table 2. Then, various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 for the third to fifth steps. The results are shown in Tables 1 and 2. Although the dissolution was sufficiently high, the dry FF friction was high and the handleability was insufficient.

(比較例4)
第1の工程における、表面処理量を0クーロン/gとし、第2の工程におけるサイジング剤の付着量を表2に示す通りに変更した以外は実施例3と同様にして炭素繊維束Hを得て、第3~第5の工程を実施例1と同様にして各種評価を行った。結果は表1および表2に示す通りであり、溶出性は十分に高いが、ドライF-F摩擦が低く、取り扱い性が不十分であった。
(Comparative Example 4)
A carbon fiber bundle H was obtained in the same manner as in Example 3 except that the surface treatment amount in the first step was 0 coulomb/g and the amount of sizing agent adhered in the second step was changed as shown in Table 2. Then, various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 for the third to fifth steps. The results are shown in Tables 1 and 2. Although the dissolution was sufficiently high, the dry FF friction was low and the handleability was insufficient.

(実施例5)
第2の工程におけるサイジング剤の付着量を表3に示す通りに変更した以外は実施例1と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表3に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分高いことが分かった。
(Example 5)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sizing agent adhesion amount in the second step was changed as shown in Table 3, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 3, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

Figure 2023010616000004
Figure 2023010616000004

(比較例5)
第2の工程における第2乾燥工程の乾燥温度を80℃と変更し、サイジング剤の付着量を表3に示す通りに変更した以外は比較例3と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表3に示す通りであり、溶出性は十分高いが、ドライF-F摩擦が高く、取り扱い性が不十分であった。
(Comparative Example 5)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the drying temperature in the second drying step in the second step was changed to 80°C and the amount of sizing agent adhered was changed as shown in Table 3. , various evaluations were performed. The results are shown in Table 3. Although the dissolution was sufficiently high, the dry FF friction was high and the handleability was insufficient.

(比較例6)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表3に示す通りに変更した以外は実施例2と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表3に示す通りであり、取り扱い性が良好だが、アニオン界面活性剤中の陰イオンの親水基比率が低く、溶出性が不十分であった。
(Comparative Example 6)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 3, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 3. Although the handling property was good, the ratio of hydrophilic groups of anions in the anionic surfactant was low, and the dissolution property was insufficient.

(実施例6~9)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表3に示す通りに変更した以外は実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表3に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 6-9)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 4, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 3, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 3, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

(実施例10~12)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表4に示す通りに変更した以外は実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表4に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 10-12)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 4, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 4, and various evaluations were performed. The results are shown in Table 4, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

Figure 2023010616000005
Figure 2023010616000005

(実施例13~16)
第2の工程で用いるサイジング剤に第2成分を加え、その組成および付着量を表4に示す通りに変更した以外は実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表4に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 13-16)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 4 except that the second component was added to the sizing agent used in the second step, and the composition and amount of adhesion were changed as shown in Table 4, and various evaluations were performed. went. The results are shown in Table 4, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

(実施例17~21)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表5に示す通りに変更した以外は実施例1と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表5に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 17-21)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 5, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 5, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

Figure 2023010616000006
Figure 2023010616000006

(比較例7)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表5に示す通りに変更した以外は比較例3と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表5に示す通りであり、ドライF-F摩擦が高く、取り扱い性が不十分であった。
(Comparative Example 7)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 5, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 5. Dry FF friction was high and handleability was insufficient.

(比較例8~10)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表6に示す通りに変更した以外は実施例3と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表5に示す通りであり、取り扱い性が良好であったが、HLBが低いため、または、末端ヒドロキシル基比率が低いために溶出性が不十分であった。
(Comparative Examples 8-10)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 3, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 6, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 5, and the handleability was good, but the elution was insufficient due to the low HLB or the low terminal hydroxyl group ratio.

(実施例22~26)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表6に示す通りに変更した以外は実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表6に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 22-26)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 4, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 6, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 6, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

Figure 2023010616000007
Figure 2023010616000007

(実施例27~28)
第2の工程において、サイジング剤の組成および付着量を表6に示す通りに変更し、予備乾燥工程の120℃での加熱時間を5秒間とし、第2乾燥工程を省略した以外は実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表6に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 27-28)
Example 4 except that in the second step, the composition and amount of the sizing agent were changed as shown in Table 6, the heating time at 120°C in the preliminary drying step was set to 5 seconds, and the second drying step was omitted. A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as above, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 6, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

(実施例29~31)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表7に示す通りに変更した以外は実施例1と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表7に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 29-31)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 7, and various evaluations were performed. The results are as shown in Table 7, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

Figure 2023010616000008
Figure 2023010616000008

(実施例32~34)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表7に示す通りに変更し、予備乾燥工程としてホットローラーで120℃の温度で15秒熱処理をした後、第2乾燥工程を用いなかった以外は、実施例4と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表7に示す通りであり、取り扱い性が良好であり、溶出性も十分に高いことが分かった。
(Examples 32-34)
The composition and amount of the sizing agent in the second step were changed as shown in Table 7, and after heat treatment with a hot roller at a temperature of 120 ° C. for 15 seconds as a preliminary drying step, the second drying step was not used. obtained a sizing agent-containing carbon fiber in the same manner as in Example 4, and performed various evaluations. The results are as shown in Table 7, and it was found that the handleability was good and the dissolution was sufficiently high.

(比較例11)
第2の工程におけるサイジング剤の組成および付着量を表7に示す通りに変更した以外は比較例3と同様にしてサイジング剤含有炭素繊維を得て、各種評価を行った。結果は表7に示す通りであり、ドライF-F摩擦が高く、取り扱い性が不十分であった。
(Comparative Example 11)
A sizing agent-containing carbon fiber was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the composition and amount of the sizing agent applied in the second step were changed as shown in Table 7, and various evaluations were performed. The results are shown in Table 7. The dry FF friction was high and the handleability was insufficient.

本発明によれば、取り扱い性に適した集束性および摩擦特性を示し、かつ、水系プロセスにおいて水との良好な親和性により樹脂の含浸性を高めやすいサイジング剤が、特定の断面形状を有する単繊維を主成分として含む炭素繊維へ塗布されていることで、中間基材への加工後に残存するサイジング剤付着量を低減し、熱可塑性マトリクス樹脂との組み合わせに特に好適なサイジング剤含有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, a sizing agent that exhibits bundling properties and frictional properties suitable for handleability and that easily enhances resin impregnation due to good affinity with water in an aqueous process is a single unit having a specific cross-sectional shape. The sizing agent-containing carbon fiber bundle is particularly suitable for combination with a thermoplastic matrix resin because it is applied to carbon fibers containing fiber as a main component, reducing the amount of sizing agent remaining after processing to an intermediate base material. can be provided. 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:サイジング剤含有炭素繊維束
1b:水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束
1c:水洗・乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束
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 containing sizing agent 1b: Carbon fiber bundle containing sizing agent after washing 1c: Carbon fiber bundle containing sizing agent after washing and drying 1d: water 1e: water

Claims (17)

ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を含有するサイジング剤含有炭素繊維束であって、下記(i)~(iii)の全てを満たすサイジング剤含有炭素繊維束。
(i)ドライF-F摩擦係数が0.20以上、0.39以下である。
(ii)繊維方向に垂直な断面の形状が次式(1)および(2)を満たす単繊維を40%以上含有する。
1.00 ≦ La/Lb ≦ 1.20 ・・・(1)
1.00 ≦ Ld/Lc ≦ 1.25 ・・・(2)
(ただし、単繊維断面の外周における最も離れた2点を通る線分をa軸、a軸の中点と外周上の2点を通りa軸に直交する線分をb軸とし、a軸の長さをLa、b軸の長さをLbと定義し、La≧Lbとする。また、a軸を4等分した際にa軸の中点以外の点と外周上の2点をそれぞれ通り、a軸に直交する2本の線分の長さをLcおよびLdと定義し、Lc≦Ldとする。)
(iii)下記の条件で50秒間水洗した後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.12質量%以下である。
<サイジング剤含有炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入し、サイジング剤を水中に溶出させる。巻出工程に設置したサイジング剤含有炭素繊維束を水洗工程中の水洗槽前フリーローラーと水洗槽中フリーローラーおよび水洗槽後フリーローラーを介して水洗槽中の水に通過させ、その後に連続して乾燥工程を通過させ水を乾燥させて巻取工程で巻き取る。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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、水中通過時間が50秒となるよう液面を調整する。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束を得る。この水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。
A sizing agent-containing carbon fiber bundle containing a sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant, wherein the sizing agent-containing carbon fiber bundle satisfies all of the following (i) to (iii).
(i) The dry FF friction coefficient is 0.20 or more and 0.39 or less.
(ii) Contain 40% or more of single fibers whose cross-sectional shape perpendicular to the fiber direction satisfies the following formulas (1) and (2).
1.00≦La/Lb≦1.20 (1)
1.00≦Ld/Lc≦1.25 (2)
(However, the line segment passing through the two furthest points on the outer circumference of the single fiber cross section is the a-axis, and the line segment passing through the midpoint of the a-axis and two points on the outer circumference and perpendicular to the a-axis is the b-axis. Define the length as La and the length of the b-axis as Lb, where La≧Lb.In addition, when the a-axis is divided into four equal parts, , the lengths of two line segments perpendicular to the a-axis are defined as Lc and Ld, and Lc≦Ld.)
(iii) The sizing agent adhesion amount after washing with water for 50 seconds under the following conditions is 0.12% by mass or less based on 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle.
<Method of Washing Carbon Fiber Bundles Containing Sizing Agent>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to dissolve the sizing agent into the water. The sizing agent-containing carbon fiber bundle installed in the unwinding process is passed through the water in the washing tank through the free roller before the washing tank, the free roller in the washing tank, and the free roller after the washing tank in the washing process, and then continuously. It passes through a drying process, dries the water, and is wound up in a winding process. The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid surface is adjusted so that the underwater passage time is 50 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying.
前記サイジング剤含有炭素繊維束の水洗方法で50秒間水洗した後の炭素繊維単繊維の表面積比の平均値が1.01以上、1.07以下である、請求項1に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent-containing carbon according to claim 1, wherein the average value of the surface area ratio of the carbon fiber single fibers after washing with water for 50 seconds by the method for washing the sizing agent-containing carbon fiber bundle is 1.01 or more and 1.07 or less. fiber bundle. 前記サイジング剤が、ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤を含み、サイジング剤付着量が、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.15質量%以上0.60質量%以下である、請求項1または請求項2に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent contains polyethylene glycol and/or a nonionic surfactant, and the sizing agent adhesion amount is 0.15% by mass or more and 0.60% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 1 or 2. 前記界面活性剤を含むサイジング剤を含有し、前記界面活性剤がアニオン界面活性剤であり、サイジング剤付着量が、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.20質量%以上0.80質量%以下である、請求項1または請求項2に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 It contains a sizing agent containing the surfactant, the surfactant is an anionic surfactant, and the sizing agent adhesion amount is 0.20% by mass or more and 0.80% by mass in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the sizing agent-containing carbon fiber bundle is mass% or less. 前記界面活性剤を含むサイジング剤を含有し、前記界面活性剤が両性界面活性剤であり、サイジング剤付着量が、サイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.15質量%以上0.45質量%以下である、請求項1または請求項2に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 It contains a sizing agent containing the surfactant, the surfactant is an amphoteric surfactant, and the sizing agent adhesion amount is 0.15% by mass or more and 0.45% by mass in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the sizing agent-containing carbon fiber bundle is mass% or less. 前記ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤が下記(iv)または(v)を満たす請求項3に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。
(iv)HLBが15以上20以下である。
(v)HLBが12以上15未満、かつ分子末端のヒドロキシル基比率が50%以上である。
The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 3, wherein the polyethylene glycol and/or the nonionic surfactant satisfy the following (iv) or (v).
(iv) HLB is 15 or more and 20 or less.
(v) HLB is 12 or more and less than 15, and the ratio of hydroxyl groups at molecular terminals is 50% or more.
前記ポリエチレングリコールおよび/またはノニオン界面活性剤が下記(vi)または(vii)を満たす請求項3または請求項6に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。
(vi)重量平均分子量Mwが300以上5,000以下である。
(vii)重量平均分子量Mwが120以上300未満、かつポリアルキレングリコール構造の割合が60質量%以上である。
7. The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 3, wherein said polyethylene glycol and/or nonionic surfactant satisfies (vi) or (vii) below.
(vi) Weight average molecular weight Mw is 300 or more and 5,000 or less.
(vii) The weight average molecular weight Mw is 120 or more and less than 300, and the proportion of polyalkylene glycol structure is 60% by mass or more.
前記アニオン界面活性剤を構成する陰イオン中の親水基比率が17%以上である請求項4に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 5. The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 4, wherein the proportion of hydrophilic groups in the anions constituting the anionic surfactant is 17% or more. 前記両性界面活性剤を構成するアルキル基の平均炭素数が17以下である請求項5に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 5, wherein the average number of carbon atoms of the alkyl groups constituting the amphoteric surfactant is 17 or less. 前記サイジング剤含有炭素繊維束を蒸留水で1分間抽出した抽出物の600nmの吸光度が0.06以上である請求項5または請求項9に記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 5 or 9, wherein an extract obtained by extracting the sizing agent-containing carbon fiber bundle with distilled water for 1 minute has an absorbance at 600 nm of 0.06 or more. サイジング剤全量100質量%中のポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤の総量が70質量%以上である、請求項1~10のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 10, wherein the total amount of polyethylene glycol and/or surfactant is 70% by mass or more in 100% by mass of the total amount of the sizing agent. 下記の条件で25秒間水洗した後のサイジング剤付着量がサイジング剤含有炭素繊維束100質量%中の0.12質量%以下である請求項1~11のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束。
<サイジング剤含有炭素繊維束の水洗方法>
サイジング剤含有炭素繊維束を、ローラーを介して水中に導入し、サイジング剤を水中に溶出させる。巻出工程に設置したサイジング剤含有炭素繊維束を水洗工程中の水洗槽前フリーローラーと水洗槽中フリーローラーおよび水洗槽後フリーローラーを介して水洗槽中の水に通過させ、その後に連続して乾燥工程を通過させ水を乾燥させて巻取工程で巻き取る。水温は25℃とし、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、水洗槽中フリーローラー径は150mm、サイジング剤含有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、水中通過時間が25秒となるよう液面を調整する。乾燥工程は非接触式乾燥であり、水洗後のサイジング剤含有炭素繊維束を乾燥温度150℃で1分間乾燥させて水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束を得る。この水洗および乾燥後のサイジング剤含有炭素繊維束のサイジング剤付着量測定をすることでサイジング剤付着量を得る。
The sizing agent-containing carbon fiber according to any one of claims 1 to 11, wherein the sizing agent adhesion amount after washing with water for 25 seconds under the following conditions is 0.12% by mass or less in 100% by mass of the sizing agent-containing carbon fiber bundle. bundle.
<Method of Washing Carbon Fiber Bundles Containing Sizing Agent>
The sizing agent-containing carbon fiber bundle is introduced into water through a roller to dissolve the sizing agent into the water. The sizing agent-containing carbon fiber bundle installed in the unwinding process is passed through the water in the washing tank through the free roller before the washing tank, the free roller in the washing tank, and the free roller after the washing tank in the washing process, and then continuously. It passes through a drying process, dries the water, and is wound up in a winding process. The water temperature was 25° C., the unwinding tension from the creel was 800 g, the process speed was 2.4 m/min, the diameter of the free roller in the washing tank was 150 mm, and the contact between the sizing agent-containing carbon fiber bundle and the free roller in the washing tank. Let the angle be π rad. In addition, the liquid level is adjusted so that the underwater passage time is 25 seconds. The drying step is non-contact drying, and the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water is dried at a drying temperature of 150° C. for 1 minute to obtain a sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying. The sizing agent adhesion amount is obtained by measuring the sizing agent adhesion amount of the sizing agent-containing carbon fiber bundle after washing with water and drying.
前記ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を空気下10℃/分で昇温させたときの300℃到達時の質量残存率が35%以下である請求項1~12のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent according to any one of claims 1 to 12, wherein the polyethylene glycol and/or surfactant have a mass residual rate of 35% or less when the temperature reaches 300°C when heated at 10°C/min in air. Containing carbon fiber bundles. 前記ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を空気下10℃/分で昇温させたときの350℃到達時の質量残存率が30%以下である請求項1~13のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent according to any one of claims 1 to 13, wherein the polyethylene glycol and/or surfactant have a mass residual rate of 30% or less when the temperature reaches 350°C when the temperature is raised at 10°C/min in air. Containing carbon fiber bundles. 前記炭素繊維束のストランド強度が5.0GPa以上である請求項1~14のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束。 The sizing agent-containing carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 14, wherein the carbon fiber bundle has a strand strength of 5.0 GPa or more. 請求項1~15のいずれかに記載のサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法であって、ポリエチレングリコールおよび/または界面活性剤を含むサイジング剤を炭素繊維束に塗布する塗布工程を経た後に、サイジング剤を塗布した炭素繊維束を乾燥させる乾燥工程を有するサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法。 16. The method for producing a sizing agent-containing carbon fiber bundle according to any one of claims 1 to 15, wherein the sizing agent is applied to the carbon fiber bundle after the step of applying the sizing agent containing polyethylene glycol and/or a surfactant to the carbon fiber bundle. A method for producing a sizing agent-containing carbon fiber bundle, comprising a drying step of drying the carbon fiber bundle to which the agent is applied. 前記サイジング剤を塗布した炭素繊維束を乾燥させる乾燥工程においてサイジング剤を塗布した炭素繊維束を120~260℃で乾燥させる請求項16に記載のサイジング剤含有炭素繊維束の製造方法。
The method for producing a sizing agent-containing carbon fiber bundle according to claim 16, wherein in the drying step of drying the carbon fiber bundle coated with the sizing agent, the carbon fiber bundle coated with the sizing agent is dried at 120 to 260°C.
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