JP2023033242A - Sizing agent for carbon fibers - Google Patents

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Abstract

To provide a sizing agent for carbon fibers.SOLUTION: A sizing agent for carbon fibers includes, relative to 100 pts.wt. of the total weight of the sizing agent, 2 to 30 pts.wt. of a resin main agent (A) having at least one epoxy compound, 2 to 30 pts.wt. of a resin main agent (B) having at least one acrylate compound, 0.5 to 15 pts.wt. of a surfactant (C), 0.01 to 0.5 pt.wt. of a hindered phenol agent (D), and the balance of a solvent, in which the particle diameter of the sizing agent is in a range from 0.01 to 0.5 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、炭素繊維用サイジング剤に関し、特に、炭素繊維束の硬化時間を長くすることができるサイジング剤に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a sizing agent for carbon fibers, and more particularly to a sizing agent capable of increasing the curing time of carbon fiber bundles.

炭素繊維は、重要な補強材料であり、様々な分野に広く応用されている。炭素繊維は、比強度と比弾性率が高く、耐高温、耐化学、摩擦係数が小さく、及び良好な導電性等のメリットを有するため、材料特性の補強に用いられることができる。炭素繊維複合材料は、例えば、航空、宇宙、スポーツ用品、土木建築、電子製品、医療機器等の、様々な分野に応用されることができる。 Carbon fiber is an important reinforcing material and is widely applied in various fields. Carbon fiber has advantages such as high specific strength and specific modulus, high temperature resistance, chemical resistance, small coefficient of friction, and good electrical conductivity, so it can be used to reinforce material properties. Carbon fiber composite materials can be applied in various fields, such as aviation, space, sporting goods, civil engineering, electronic products, and medical equipment.

しかしながら、炭素繊維の加工性は、炭素繊維の伸縮率が低い且つ脆いため、影響を受けることがある。炭素繊維の加工過程中、機械的摩擦により毛羽や糸切れが発生し、炭素繊維の強度が低下することがある。また、炭素繊維の硬度は加工過程において機械的摩擦による毛羽や糸切れの発生を影響する要因の一つである。炭素繊維は、硬度が高いほど、加工過程において毛羽や糸切れが生じやすい。 However, the processability of carbon fibers can be affected due to the low stretchability and brittleness of carbon fibers. During the carbon fiber processing process, mechanical friction may cause fuzz and thread breakage, which may reduce the strength of the carbon fiber. In addition, the hardness of carbon fibers is one of the factors that affect the occurrence of fluff and yarn breakage due to mechanical friction during processing. The higher the hardness of the carbon fiber, the more likely it is to fluff or break during processing.

上記に鑑みて、現在、上記問題を克服するように、炭素繊維の加工性を増加する方法の開発が急務になっている。
本開示は、上述に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭素繊維の加工性を増加する炭素繊維用サイジング剤を提供することにある。
In view of the above, there is now an urgent need to develop methods for increasing the processability of carbon fibers so as to overcome the above problems.
The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a carbon fiber sizing agent that increases the processability of carbon fibers.

本開示の炭素繊維用サイジング剤は、サイジング剤の総重量100重量部に対して、2~30重量部の少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)と、2~30重量部の少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)と、0.5~15重量部の界面活性剤(C)と、0.01~0.5重量部のヒンダードフェノール系試薬(D)と、残部の溶剤と、を含み、サイジング剤の粒径が0.01~0.5μmである。 The sizing agent for carbon fiber of the present disclosure comprises a resin main agent (A) comprising 2 to 30 parts by weight of at least one epoxy group compound and 2 to 30 parts by weight of at least A resin main agent (B) consisting of one acrylate compound, 0.5 to 15 parts by weight of a surfactant (C), 0.01 to 0.5 parts by weight of a hindered phenolic reagent (D), and the balance and a solvent, and the particle size of the sizing agent is 0.01 to 0.5 μm.

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)は、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールエポキシ樹脂、又はそれらの組み合わせを含む。 In some embodiments, the resin base (A) comprising at least one epoxy group compound comprises a bisphenol A type epoxy compound, a bisphenol F type epoxy compound, a bisphenol S type epoxy compound, a phenolic epoxy resin, or a combination thereof. .

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)は、10~25重量部を占める。 In some embodiments, the resin base (A), which consists of at least one epoxy group compound, accounts for 10 to 25 parts by weight.

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)は、分子内にオキシアルキレン基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないメタクリレート、又はそれらの組み合わせを含む。 In some embodiments, the resin main component (B) comprising at least one acrylate compound is an acrylate having an intramolecular oxyalkylene group, a methacrylate having an intramolecular oxyalkylene group, or an intramolecular oxyalkyl group. , methacrylates having an oxyalkyl group in the molecule, acrylates having no oxyalkylene group in the molecule, methacrylates having no oxyalkylene group in the molecule, acrylates having no oxyalkyl group in the molecule, oxyalkyl groups in the molecule or combinations thereof.

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)は、10~25重量部を占める。 In some embodiments, the resin base (B), which consists of at least one acrylate compound, comprises 10 to 25 parts by weight.

幾つかの実施形態において、界面活性剤(C)は、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又はそれらの組み合わせを含む。 In some embodiments, surfactant (C) comprises nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, or combinations thereof.

幾つかの実施形態において、界面活性剤(C)は、5~12.5重量部を占める。 In some embodiments, surfactant (C) comprises 5 to 12.5 parts by weight.

幾つかの実施形態において、ヒンダードフェノール系試薬(D)は、0.05~0.1重量部を占める。 In some embodiments, the hindered phenolic reagent (D) comprises 0.05-0.1 parts by weight.

本開示の炭素繊維用サイジング剤を塗布した炭素繊維は、サイジング率が0.1~5重量%である。 The carbon fiber coated with the carbon fiber sizing agent of the present disclosure has a sizing rate of 0.1 to 5% by weight.

本開示の炭素繊維用サイジング剤を塗布した炭素繊維は、14日間の経時変化が検出された後、硬度増加が100%未満である。 The carbon fiber coated with the carbon fiber sizing agent of the present disclosure exhibits a hardness increase of less than 100% after 14 days of aging is detected.

以下、実施形態で上記の説明を詳細に説明し、且つ本開示の技術案に対する更なる解釈を図る。 Hereinafter, the above description will be described in detail with embodiments, and further interpretation of the technical solution of the present disclosure will be made.

添付図面に併せて参照すると、本開示の詳細説明を十分に理解することができる。なお、業界の標準仕様によれば、種々の特徴は、比例どおりに描かれておらず、図示を目的とするだけである。実際には、説明を明確にするために、種々の特徴のサイズを任意に増加又は減少してよい。
本開示の幾つかの実施形態による炭素繊維の毛羽を検出する装置を示す図である。 本開示の幾つかの実施形態による炭素繊維の硬度を検出する装置を示す図である。 本開示の幾つかの実施形態による炭素繊維の硬度を検出する装置を示す図である。
The detailed description of the present disclosure can be best understood in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that, according to industry standard specifications, the various features are not drawn to scale and are for illustration purposes only. In practice, the sizes of the various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of illustration.
FIG. 3 illustrates an apparatus for detecting carbon fiber fuzz according to some embodiments of the present disclosure; FIG. 10 illustrates an apparatus for detecting hardness of carbon fibers according to some embodiments of the present disclosure; FIG. 10 illustrates an apparatus for detecting hardness of carbon fibers according to some embodiments of the present disclosure;

本明細書において、「1つの数値~別の数値」で表される範囲は、明細書においてその範囲内の全ての数値を一々列挙することを避けるための概略的な表現形態である。従って、ある特定の数値範囲の記載は、その数値範囲内の任意の数値、及びその数値範囲内の任意の数値によって定義される小さな数値範囲を包含し、その任意の数値及びその小さな数値範囲が明細書において明示的に記載されているのと同様である。 As used herein, ranges expressed as "one numerical value to another numerical value" are schematic representations to avoid listing each and every numerical value within the range in the specification. Accordingly, the recitation of any particular numerical range includes any numerical value within that numerical range and any smaller numerical range defined by any numerical value within that numerical range, and any numerical value and any smaller numerical range within that numerical range. It is the same as explicitly described in the specification.

本明細書で使用される「約」、「類似」、「本質的に」又は「実質的に」は、論じられる測定及び測定に関する誤差の特定の数(即ち、測定系の制約)を考慮すると、前記値及び当業者が確定する特定値の許容できる偏差範囲内の平均値を含む。例えば、「約」は、前記値の1つ又は複数の標準偏差内、又は±30%、±20%、±15%、±10%、±5%内にあることを表すことができる。また、本明細書において使用される「約」、「類似」、「本質的に」又は「実質的に」は、1つの標準偏差で全ての性質に適用せずに、計測性質、塗工性質又は他の性質に応じて、比較的許容できる偏差範囲又は標準偏差を選択してよい。 As used herein, "about," "similar," "essentially," or "substantially" take into account the measurements being discussed and the specific number of errors associated with the measurements (i.e., limitations of the measurement system). , mean values within acceptable deviations of said values and specific values as determined by those skilled in the art. For example, "about" can mean within one or more standard deviations, or within ±30%, ±20%, ±15%, ±10%, ±5% of said value. Also, as used herein, "about," "similar," "essentially," or "substantially" does not apply to all properties with one standard deviation, Or depending on other properties, a relatively acceptable deviation range or standard deviation may be selected.

炭素繊維にその本来の良好な性能を発揮させ、且つ炭素繊維の加工性を低下させることを回避するために、サイジング剤(sizing agent)を炭素繊維(carbon fiber)に塗布することで、炭素繊維の加工過程中の機械的摩擦による毛羽や糸切れの発生を低減して、良好な加工性を有するようにすることができる。サイジング剤の処理により、炭素繊維の加工性、作業性及びマトリックス樹脂との結合力を向上させ、炭素繊維複合材料に優れた機械的特性を持たせることができる。 In order to allow the carbon fiber to exhibit its inherent good performance and to avoid degrading the processability of the carbon fiber, a sizing agent is applied to the carbon fiber to make the carbon fiber It is possible to reduce the occurrence of fluff and yarn breakage due to mechanical friction during the processing process of , and to have good workability. Treatment with a sizing agent can improve the workability and workability of the carbon fiber and the bonding strength with the matrix resin, and can impart excellent mechanical properties to the carbon fiber composite material.

サイジング剤は、主に、下記の機能を改良することができる。(1)集束し、炭素繊維をロール状に巻き取ることができ、保存・搬送しやすく、複合材料の作製加工時に、炭素繊維を整列して操作に供することができる。(2)炭素繊維を保護し、炭素繊維の加工時に発生する機械的摩擦による毛羽や糸切れの状況を低減する。(3)炭素繊維と樹脂との間の界面カップリング剤として、炭素繊維と樹脂の含浸不良の問題を改善する。 Sizing agents can mainly improve the following functions. (1) The carbon fibers can be bundled and wound into a roll, are easy to store and transport, and the carbon fibers can be aligned and used for manipulation during the manufacturing process of the composite material. (2) It protects the carbon fiber and reduces fluff and thread breakage caused by mechanical friction during processing of the carbon fiber. (3) As an interfacial coupling agent between carbon fiber and resin, it improves the problem of poor impregnation of carbon fiber and resin.

一般に、サイジング剤の主成分としては、エポキシ樹脂を含み、これはエポキシ樹脂自体が良好な成膜性を有し、繊維の表面に強固な薄膜を形成し、炭素繊維を保護する作用を達成することができ、且つ複数のマトリックス樹脂がエポキシ樹脂系であるからである。 In general, the main component of the sizing agent is epoxy resin, which itself has good film-forming properties, forms a strong thin film on the surface of the fiber, and achieves the effect of protecting the carbon fiber. and the plurality of matrix resins are epoxy resins.

エポキシ樹脂は、反応性を有するエポキシ官能基を有するため、適切な触媒作用下で、異なる種類の硬化剤(例えば、アミン類又は酸無水物等の官能基)と互いに反応して結合し、三次元的な網目構造となることができる。エポキシ樹脂は、優れた熱硬化性材料である。幾つかの実施形態において、ビスフェノールA型エポキシ樹脂をサイジング剤の主成分として利用することができる。 Epoxy resins have reactive epoxy functional groups, so that under appropriate catalysis, different types of curing agents (e.g., functional groups such as amines or acid anhydrides) can react and bond with each other to form tertiary It can be an original mesh structure. Epoxy resins are excellent thermosetting materials. In some embodiments, bisphenol A type epoxy resin can be utilized as the main component of the sizing agent.

従来のサイジング剤組成物は、エポキシ樹脂、アクリレート(及び/又はメタクリレート)、並びにビスフェノールA型骨格及びポリオキシエチレン鎖を有するポリエステル樹脂を含む。しかしながら、そのエステル系構造は、空気中の水分を吸着しやすく、極性-極性(dipole-dipole)結合スタック配列を有し、炭素繊維束の間に接着性を発生させる。また、アクリル基の二重結合構造は、ラジカル反応により架橋する可能性もあり、これにより、炭素繊維の硬化を加速し、炭素繊維が複合材料の加工時に糸を伸ばしにくく、又は機械的摩擦により毛羽が発生しやすい等の問題を引き起こすため、炭素繊維の加工性が低下する。 Conventional sizing compositions include epoxy resins, acrylates (and/or methacrylates), and polyester resins with bisphenol A-type backbones and polyoxyethylene chains. However, its ester-based structure tends to adsorb moisture in the air, has a dipole-dipole bond stack arrangement, and generates adhesion between carbon fiber bundles. In addition, the double bond structure of the acrylic group may be crosslinked by a radical reaction, which accelerates the curing of the carbon fiber, making it difficult for the carbon fiber to stretch during the processing of composite materials, or by mechanical friction. Since it causes problems such as the tendency to generate fluff, the workability of the carbon fiber is lowered.

炭素繊維の硬化は、エポキシ樹脂の開環及びビニルエステル樹脂の二重結合構造が切断され、ラジカル重合反応が発生するためであることが判明される。例えば、二重結合は、太陽光及び酸素を受けてラジカル反応が発生する。また、反応後には、分子間に網目状の立体架橋が生じて固まり(硬化する)、その後の機械加工性が低下することになる。開始されたラジカル反応は、連鎖反応であり、常に循環反応しているので、ラジカル反応の発生を遅らせ(又は停止させ)ることで、炭素繊維の硬化を遅らせることができる。 It is found that the hardening of the carbon fiber is due to the ring opening of the epoxy resin and the breakage of the double bond structure of the vinyl ester resin, resulting in a radical polymerization reaction. For example, the double bond undergoes a radical reaction upon exposure to sunlight and oxygen. In addition, after the reaction, a network-like steric cross-linking occurs between molecules to harden (harden), and subsequent machinability is reduced. Since the initiated radical reaction is a chain reaction and is always cyclic, the hardening of the carbon fibers can be delayed by delaying (or stopping) the occurrence of the radical reaction.

炭素繊維の硬化に関して、エポキシシステムは、エポキシ濃度([epoxy])及び開環速度のみによって影響されるため、速度が二重結合ラジカル反応より遥かに遅いことが判明される。そのため、二重結合で硬化要因を決定すると、反応速度=K*[VE]*[酸素ラジカル]、ここでKはアレニウス反応速度公式K=A*exp(-E/RT)であり、VEは樹脂濃度であり、樹脂濃度と開放系酸素ラジカル濃度は何れも定数であり、アクリル酸二重結合の活性化エネルギーは124KJ/molであり、25℃で保存し、10℃上昇するごとに、反応速度が5倍上昇するため、テスト温度Ttと加速日数は5^[(Tt-25)/10]である。 For carbon fiber curing, epoxy systems are found to be much slower than double bond radical reactions, as epoxy systems are affected only by epoxy concentration ([epoxy]) and ring-opening rates. Therefore, determining the hardening factor by the double bond, reaction rate=K*[VE]*[oxygen radical], where K is the Arrhenius reaction rate formula K=A*exp(−E/RT) and VE is is the resin concentration, the resin concentration and the open system oxygen radical concentration are both constants, the activation energy of the acrylic acid double bond is 124 KJ / mol, stored at 25 ° C., and each time the temperature rises by 10 ° C., the reaction The test temperature Tt and acceleration days are 5^[(Tt-25)/10] because the speed increases by a factor of 5.

上記のサイジングされた炭素繊維は、吸湿しやすく粘着性及び経時硬化が生じるという問題があることに鑑み、更に炭素繊維の結合力及び機械加工性の低下を招く。そこで、本開示は、上記課題を解決するために、炭素繊維用サイジング剤を提供する。本開示のサイジング剤は、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の結合力を強化し、炭素繊維が加工過程において毛羽や糸切れが発生することを防止し、経時硬化を抑制し、及び長期保存の安定性を増加させることができる。 In view of the problem that the above-mentioned sized carbon fibers tend to absorb moisture and cause tackiness and hardening over time, the bonding strength and machinability of the carbon fibers are further deteriorated. Therefore, the present disclosure provides a sizing agent for carbon fibers in order to solve the above problems. The sizing agent of the present disclosure strengthens the bonding force between the carbon fiber and the matrix resin, prevents the carbon fiber from fluffing and thread breakage during the processing process, suppresses hardening over time, and can be stored for a long time. Stability can be increased.

本開示のサイジング剤組成物は、ヒンダードフェノール系試薬(D)を含む。ヒンダードフェノール系試薬(D)の添加により、水素ラジカル(hydrogen radical)を提供し、高分子硬化過程における酸素ラジカルによる鎖反応を遮断する。本開示のサイジング剤を形成する過程において、ヒンダードフェノール系試薬(D)は比較的安定した芳香酸素ラジカルを生成するが、芳香酸素ラジカルは活性ラジカルをさらに捕捉する能力を有するため、ラジカル反応を停止し、炭素繊維の硬化を遅らせることを達成し得る。 The sizing agent composition of the present disclosure includes a hindered phenolic reagent (D). The addition of the hindered phenolic reagent (D) provides hydrogen radicals to block chain reactions caused by oxygen radicals during the polymer curing process. In the process of forming the sizing agent of the present disclosure, the hindered phenolic reagent (D) produces relatively stable aromatic oxygen radicals, which have the ability to further scavenge active radicals, thus causing radical reactions. can be achieved to stop and retard the hardening of the carbon fibers.

ラジカルを捕捉する阻害剤(例えば、ヒンダードフェノール系試薬(D))を添加すると、ラジカル反応の発生を遅らせることができる。ヒンダードフェノール系は、ラジカル反応抑制剤であり、下記の式(I)の反応式を参照すると、その作用原理として、ヒンダードフェノール系のベンゼン環上の水酸基(-OH)は、両側に空間障害の大きいアルキル基が置換しているため、その水素(H)原子が分子から脱落しやすく、更にラジカルと結合し、ラジカル連鎖反応を停止し、硬化を遅らせる効果を奏する。

Figure 2023033242000002
Addition of a radical-scavenging inhibitor (for example, a hindered phenolic reagent (D)) can delay the occurrence of the radical reaction. Hindered phenols are radical reaction inhibitors. Referring to the reaction formula (I) below, the principle of action is that the hydroxyl groups (—OH) on the benzene ring of the hindered phenols are spaced on both sides. Since the alkyl group having a large hindrance is substituted, the hydrogen (H) atom is easily dropped from the molecule, and furthermore, it bonds with the radical to terminate the radical chain reaction and retard the curing.
Figure 2023033242000002

本開示は、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)と、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)と、界面活性剤(C)と、ヒンダードフェノール系試薬(D)と、残部の溶剤と、を含み、サイジング剤の粒径が0.01~0.5μmである炭素繊維用サイジング剤を提供する。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)の含有量は、界面活性剤(C)の含有量と同じである。 The present disclosure comprises a resin main agent (A) comprising at least one epoxy group compound, a resin main agent (B) comprising at least one acrylate compound, a surfactant (C), and a hindered phenolic reagent (D). , and the balance of a solvent, and the sizing agent has a particle size of 0.01 to 0.5 μm. In some embodiments, the content of resin base (B), which consists of at least one acrylate compound, is the same as the content of surfactant (C).

本開示のサイジング剤の少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)は、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールエポキシ樹脂、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)のエポキシ当量は、約100g/eqと約1500g/eqの間、例えば、約130g/eqと約1000g/eqの間、或いは、約160g/eqと約900g/eqの間である。エポキシ当量が約100g/eq未満であると、繊維束(例えば、炭素繊維束)の経時的な硬化度合いが強化される。エポキシ当量が約1500g/eqより大きくなると、マトリックス樹脂との接合性が低下する。 The resin base (A) comprising at least one epoxy group compound of the sizing agent of the present disclosure includes a bisphenol A type epoxy compound, a bisphenol F type epoxy compound, a bisphenol S type epoxy compound, a phenol epoxy resin, or a combination thereof. In some embodiments, the epoxy equivalent weight of the resin base (A) comprising at least one epoxy group compound is between about 100 g/eq and about 1500 g/eq, such as between about 130 g/eq and about 1000 g/eq. or between about 160 g/eq and about 900 g/eq. An epoxy equivalent weight of less than about 100 g/eq enhances the degree of cure of fiber bundles (eg, carbon fiber bundles) over time. If the epoxy equivalent exceeds about 1500 g/eq, the bondability with the matrix resin is lowered.

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)の含有量は、サイジング剤の総重量100重量部に対して、約2~約30重量部である。他の実施形態において、少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)の含有量は、約10~約25重量部であり、例えば12.5、15、17.5、20、22.5重量部である。少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)の含有量が2重量部未満であると、繊維束がほぐれて柔らかくなる。少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)の含有量が30重量部より大きくなると、マトリックス樹脂との接合性に影響を及ぼすおそれがある。 In some embodiments, the content of the resin base (A) comprising at least one epoxy group compound is about 2 to about 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total weight of the sizing agent. In another embodiment, the content of the resin base (A) consisting of at least one epoxy group compound is about 10 to about 25 parts by weight, such as 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5. weight part. When the content of the main resin (A) comprising at least one epoxy group compound is less than 2 parts by weight, the fiber bundles are loosened and softened. If the content of the main resin component (A) comprising at least one epoxy group compound is more than 30 parts by weight, it may affect the bondability with the matrix resin.

ビスフェノールA型エポキシ化合物としては、市販品であってよく、例えば、南亜プラスチック工業社製のNPELTM 127、NPELTM 128、NPELTM 134、NPELTM 901、NPELTM 902、NPELTM 904;HEXION社製のEPONTM Resin 828、EPONTM Resin 830、EPONTM Resin 834、EPONTM Resin 1001F;長春人造樹脂廠製のBETM 114、BETM 186、BETM 188;アデカ株式会社製のADEKA Resin EP-4100、ADEKA Resin EP-4300、ADEKA Resin EP-4700等のエポキシ化合物が挙げられる。 The bisphenol A type epoxy compound may be a commercially available product, for example, NPEL 127, NPEL 128, NPEL 134, NPEL 901, NPEL 902, NPEL 904 manufactured by Nana Plastic Industry Co.; EPON Resin 828, EPON Resin 830, EPON Resin 834, and EPON Resin 1001F manufactured by Changchun Human Resin Factory; BE 114, BE 186, and BE 188 manufactured by Changchun Human Resin Factory; , ADEKA Resin EP-4300 and ADEKA Resin EP-4700.

ビスフェノールF型エポキシ化合物としては、市販品であってよく、例えば、南亜プラスチック工業社製のNPELTM 170;HEXION社製のEPONTM Resin 869;三菱化学社製のjERTM 806、jERTM 807;長春人造樹脂廠製のBETM 170、BETM 235、BETM 283等のエポキシ化合物が挙げられる。 The bisphenol F type epoxy compound may be a commercial product, for example, NPEL 170 manufactured by Nana Plastic Industry Co., Ltd.; EPON Resin 869 manufactured by HEXION; jER 806 and jER 807 manufactured by Mitsubishi Chemical; Epoxy compounds such as BE 170, BE 235 and BE 283 manufactured by Changchun Artificial Resin Factory.

ビスフェノールS型エポキシ化合物としては、市販品であってよく、例えば、コンプトン社製の185Sや300S等のエポキシ化合物が挙げられる。 The bisphenol S-type epoxy compound may be a commercially available product, and examples thereof include epoxy compounds such as 185S and 300S manufactured by Compton.

フェノールエポキシ樹脂としては、市販品であってよく、例えば、南亜プラスチック工業社製のNPELTM 630、NPELTM 638、NPELTM 640;南亜プラスチック工業社製のNPCNTM 701、NPCNTM 702、NPCNTM 703、NPCNTM 704、NPCNTM 704L;明和化成株式会社製のH、HF-シリーズ;長春人造樹脂廠製のPNETM 171、PNETM 172、PNETM 174、PNETM 175、PNETM 176、PNETM 177等のエポキシ化合物が挙げられる。 The phenol epoxy resin may be a commercially available product, for example, NPEL 630, NPEL 638, NPEL 640 manufactured by Nana Plastic Industry Co., Ltd.; NPCN 701, NPCN 702, NPCN manufactured by Nana Plastic Industry Co. 703 , NPCN TM 704, NPCN TM 704L ; H , HF-series manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd .; Epoxy compounds such as TM 177 can be mentioned.

本開示のサイジング剤の少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)は、分子内にオキシアルキレン基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないメタクリレート、又はそれらの組み合わせを含む。 The resin main component (B) composed of at least one acrylate compound of the sizing agent of the present disclosure includes acrylate having an oxyalkylene group in the molecule, methacrylate having an oxyalkylene group in the molecule, acrylate having an oxyalkyl group in the molecule, Methacrylates with intramolecular oxyalkyl groups, acrylates without intramolecular oxyalkylene groups, methacrylates without intramolecular oxyalkylene groups, acrylates without intramolecular oxyalkyl groups, intramolecular oxyalkyl groups methacrylate, or combinations thereof.

幾つかの実施形態において、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)の含有量は、サイジング剤の総重量100重量部に対して、約2~約30重量部である。他の実施形態において、少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)の含有量は、約10~約25重量部であり、例えば12.5、15、17.5、20、22.5重量部である。少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)の含有量が2重量部未満であると、マトリックス樹脂との接合性に影響を及ぼすおそれがある。少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)の含有量が30重量部より大きくなると、繊維束は、集束しにくく又は柔らかすぎる。 In some embodiments, the content of the resin base (B) consisting of at least one acrylate compound is about 2 to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the sizing agent. In another embodiment, the content of the resin base (B) consisting of at least one acrylate compound is about 10 to about 25 parts by weight, such as 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5 parts by weight. Department. If the content of the main resin component (B) comprising at least one acrylate compound is less than 2 parts by weight, the bondability with the matrix resin may be affected. If the content of the resin main component (B) comprising at least one acrylate compound is more than 30 parts by weight, the fiber bundle will be difficult to bundle or too soft.

少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)としては、市販品であってよく、例えば、国精化学社製のQualiCureTM GM62S70、QualiCureTM GM62V20、QualiCureTM GM62V40、QualiCureTM GM62V60等のアクリレート化合物が挙げられる。 The resin main component (B) comprising at least one acrylate compound may be a commercially available product, for example, acrylate compounds such as QualiCure GM62S70, QualiCure GM62V20, QualiCure GM62V40, and QualiCure GM62V60 manufactured by Kokusei Chemical Co., Ltd. mentioned.

本開示のサイジング剤の界面活性剤(C)は、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態において、ノニオン界面活性剤は、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤の何れかを併用することができる。 Surfactants (C) of the sizing agents of the present disclosure include nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, or combinations thereof. In some embodiments, nonionic surfactants can be used in combination with either anionic surfactants or cationic surfactants.

幾つかの実施形態において、界面活性剤(C)の含有量は、サイジング剤の総重量100重量部に対して、約0.5~約15重量部である。また、他の実施形態において、界面活性剤(C)の含有量は、約5~約12.5重量部であり、例えば6.5、8、9.5、11重量部である。界面活性剤(C)の含有量が0.5重量部未満であると、乳化の効果がない。界面活性剤(C)の含有量が15重量部より大きくなると、繊維束の加工性が低下する。 In some embodiments, the content of surfactant (C) is about 0.5 to about 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the sizing agent. Also, in other embodiments, the content of surfactant (C) is from about 5 to about 12.5 parts by weight, such as 6.5, 8, 9.5, 11 parts by weight. If the content of the surfactant (C) is less than 0.5 parts by weight, the emulsifying effect will not be obtained. If the content of the surfactant (C) is more than 15 parts by weight, the processability of the fiber bundle will deteriorate.

ノニオン界面活性剤は、例えば、脂肪族ノニオン界面活性剤又は芳香族ノニオン界面活性剤であってもよい。脂肪族非イオン界面活性剤の種類は、例えば、高級アルコールエチレンオキシド添加物、ポリオールポリオキシエチレンエーテル、炭素16-18のアルコールポリオキシエチレンエーテル、アルキルポリオキシエチレンエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等であってよい。芳香族非イオン界面活性剤は、例えば、ポリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールビスフェノールA誘導体等であってよい。 Nonionic surfactants may be, for example, aliphatic nonionic surfactants or aromatic nonionic surfactants. Types of aliphatic nonionic surfactants include, for example, higher alcohol ethylene oxide additives, polyol polyoxyethylene ethers, carbon 16-18 alcohol polyoxyethylene ethers, alkyl polyoxyethylene ethers, polyethylene glycol fatty acid esters, and the like. good. Aromatic nonionic surfactants may be, for example, polyethylene glycol octylphenyl ether, polyethylene glycol nonylphenyl ether, polyethylene glycol bisphenol A derivatives, and the like.

アニオン界面活性剤は、例えば、硫酸エステル類、スルホン酸塩類又はリン酸塩類等であってよい。硫酸エステル類としては、例えば、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、多環フェニルエーテルポリエチレングリコールエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。スルホン酸塩類としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、多環フェニルエーテルスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩等が挙げられる。リン酸塩類としては、例えば、ポリエチレングリコールノニルフェニルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステルトリエタノールアミン塩、ポリエチレングリコールスチレン化アリールエーテルリン酸塩等が挙げられる。 Anionic surfactants may be, for example, sulfates, sulfonates or phosphates. Sulfuric acid esters include, for example, higher alcohol sulfates, higher alkyl polyethylene glycol ether sulfates, polycyclic phenyl ether polyethylene glycol ether sulfates, and the like. Examples of sulfonates include alkylbenzenesulfonates, polycyclic phenyl ether sulfonates, alkylsulfonates, and dialkylsulfosuccinates. Phosphates include, for example, polyethylene glycol nonylphenyl phosphate, polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphate triethanolamine salt, polyethylene glycol styrenated aryl ether phosphate, and the like.

カチオン界面活性剤は、例えば、アルキルジメチルベンゼン四級アンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウム四級アンモニウム塩、ジアルキルジメチル四級アンモニウム塩、エステル四級アンモニウム塩、イミダゾリン四級アンモニウム塩等の四級アンモニウム塩類あってよい。 Examples of cationic surfactants include quaternary ammonium salts such as alkyldimethylbenzene quaternary ammonium salts, alkyltrimethylammonium quaternary ammonium salts, dialkyldimethyl quaternary ammonium salts, ester quaternary ammonium salts, and imidazoline quaternary ammonium salts. good.

本開示のサイジング剤のヒンダードフェノール系試薬(D)は、式(II)(式中、Rは長炭素鎖エステル類である)で表される構造式を有してよい。

Figure 2023033242000003

ヒンダードフェノール系試薬(D)としては、市販品であってよく、例えば、Everlight Chemical製のEveraox(商標)101;AO-1135又はXP-690が挙げられる。具体的には、Everaox(商標)101は、式(II-1)で表される構造式(nが7~9である)を有する。AO-1135は、式(II-2)で表される構造式を有する。
Figure 2023033242000004

Figure 2023033242000005
The hindered phenolic reagent (D) of the sizing agent of the present disclosure may have a structural formula represented by Formula (II), where R is a long carbon chain ester.
Figure 2023033242000003

Hindered phenolic reagents (D) may be commercially available, such as Everaox™ 101; AO-1135 or XP-690 from Everlight Chemical. Specifically, Everaox™ 101 has a structural formula (where n is 7 to 9) represented by formula (II-1). AO-1135 has a structural formula represented by formula (II-2).
Figure 2023033242000004

Figure 2023033242000005

詳細には、ヒンダードフェノール類のベンゼン環上の水酸基(-OH)は、両側に立体障害の大きいアルキル基が置換しているため、その水素(H)原子が分子から脱落しやすく、更にラジカルと結合してラジカル連鎖反応を停止させ、硬化を遅らせる効果を奏する。 Specifically, the hydroxyl group (--OH) on the benzene ring of the hindered phenols is substituted with alkyl groups with large steric hindrance on both sides, so the hydrogen (H) atom is likely to drop out of the molecule, and further radical It binds with to terminate the radical chain reaction and has the effect of delaying curing.

幾つかの実施形態において、ヒンダードフェノール系試薬(D)の含有量は、サイジング剤の総重量100重量部に対して、約0.01~約0.5重量部であり、例えば、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45重量部である。また、他の実施形態において、ヒンダードフェノール系試薬(D)の含有量は、約0.05~約0.1重量部であり、例えば、0.06、0.07、0.08、0.09重量部である。ヒンダードフェノール系試薬(D)の含有量が0.01重量部未満であると、ラジカル連鎖反応を停止させにくくなるため、炭素繊維の硬化を遅らせる効果がない。ヒンダードフェノール系試薬(D)の含有量が0.5重量部より大きくなると、炭素繊維の硬化を遅らせることに、有益の効果がない。 In some embodiments, the content of the hindered phenolic reagent (D) is about 0.01 to about 0.5 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total weight of the sizing agent. 1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 parts by weight. Also, in other embodiments, the content of the hindered phenolic reagent (D) is about 0.05 to about 0.1 parts by weight, such as 0.06, 0.07, 0.08, 0. 0.09 parts by weight. If the content of the hindered phenol-based reagent (D) is less than 0.01 parts by weight, it will be difficult to terminate the radical chain reaction, and thus the curing of the carbon fibers will not be delayed. When the content of the hindered phenolic reagent (D) is greater than 0.5 parts by weight, there is no beneficial effect in delaying the hardening of carbon fibers.

本開示のサイジング剤の溶媒は、脱イオン水であってよい。幾つかの実施形態において、サイジング剤の溶媒の含有量は、約25~約95.5重量部であり、例えば、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95重量部である。幾つかの実施形態において、本開示のサイジング剤は、水中に分散する分散液の形で炭素繊維に塗布され、如何なる有機溶剤も含まない。 The solvent for the sizing agents of the present disclosure may be deionized water. In some embodiments, the solvent content of the sizing agent is from about 25 to about 95.5 parts by weight, such as 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 parts by weight. In some embodiments, the sizing agent of the present disclosure is applied to carbon fibers in the form of a dispersion in water and does not contain any organic solvent.

本開示のサイジング剤を製造する装置は、機械的せん断力によってエマルジョン型が均一に分散する炭素繊維用サイジング剤を製造するものである。幾つかの実施形態において、装置は、パドル型撹拌羽根であってよく、羽根の形状が溶解型、三葉型又は四葉型であってよい。また、他の実施形態において、装置には、アンカー式撹拌羽根が配合されている。幾つかの実施形態において、超音波破砕ホモジナイザー、高速ホモジナイザー、高速乳化機等の装置によって、炭素繊維用のサイジング剤を製造してよい。 The apparatus for producing the sizing agent of the present disclosure produces a carbon fiber sizing agent in which the emulsion type is uniformly dispersed by mechanical shearing force. In some embodiments, the device may be a paddle-type agitator impeller, and the impeller shape may be dissolving, trilobal, or tetralobal. In another embodiment, the device also incorporates anchored stirrer blades. In some embodiments, sizing agents for carbon fibers may be produced by devices such as ultrasonic homogenizers, high speed homogenizers, high speed emulsifiers, and the like.

本開示のサイジング剤は、水中に自己乳化及び/又は乳化分散した水溶液であり、その平均粒径が1μm未満であり、例えば、約0.01~約0.5μmであり、例えば、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45μmである。平均粒径が1μmより大きくなると、炭素繊維にサイジング剤が均一に付着できず、且つ、粒子の自由エネルギーがブラウン運動をするのに不足で沈降するおそれがあるため、保存安定性に劣る。 The sizing agent of the present disclosure is an aqueous solution that is self-emulsified and/or emulsified and dispersed in water, and has an average particle size of less than 1 μm, such as about 0.01 to about 0.5 μm, such as 0.05 μm. , 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 μm. If the average particle size is larger than 1 μm, the sizing agent cannot be uniformly adhered to the carbon fibers, and the free energy of the particles is insufficient for Brownian motion, which may result in sedimentation, resulting in poor storage stability.

<サイジング剤の粒径分析> <Particle size analysis of sizing agent>

サイジング剤の平均粒径は、レーザー光散乱原理により測定される。レーザー光が粒子溶液に照射されると、溶液中の粒子がレーザー光を散乱させ、サイズによっては粒子のブラウン運動の程度が異なるため、レーザー光の散乱の程度も異なり、更に集合的なサイズとサイズ分布が演算される。本開示の幾つかの実施形態において、Brookhaven Nanobrook Omni機器によって、サイジング剤の平均粒径の測定を行う。 The average particle size of the sizing agent is measured by the laser light scattering principle. When a laser beam is irradiated into a particle solution, the particles in the solution scatter the laser beam. Depending on the size, the degree of Brownian motion of the particles is different, so the degree of scattering of the laser beam is also different. A size distribution is computed. In some embodiments of the present disclosure, the average particle size measurement of the sizing agent is performed by a Brookhaven Nanobrook Omni instrument.

<炭素繊維へのサイジング剤の塗布> <Application of sizing agent to carbon fiber>

本開示のサイジング剤を、含浸形態で炭素繊維の表面にサイジングする。サイジング剤を塗布していない炭素繊維TC35R-24K(台湾プラスチック工業製、TARIFIL、単繊維合計24000本、単繊維強度約4000MPa、単繊維モジュール240GPa)をサイジング剤の入った浸漬槽に浸漬し、更に約100~250℃で熱乾燥処理を行い、乾燥時間は約2~10分間である。100℃未満であると、水分が完全に蒸発できない。250℃より高くなると、サイジング剤が熱反応して変質する。熱乾燥方法については、熱風形態、熱ロール接触形態、赤外線等の加熱形態を適宜に採用するか、或いは前記2種又は3種を併用してロール状に巻き取ってよい。 The sizing agent of the present disclosure is sized onto the carbon fiber surface in an impregnated form. Carbon fiber TC35R-24K (manufactured by Taiwan Plastic Industry Co., Ltd., TARIFIL, total of 24000 single fibers, single fiber strength of about 4000 MPa, single fiber module 240 GPa) not coated with a sizing agent is immersed in an immersion tank containing a sizing agent, and further A heat drying treatment is performed at about 100 to 250° C., and the drying time is about 2 to 10 minutes. If the temperature is less than 100°C, water cannot completely evaporate. If the temperature is higher than 250°C, the sizing agent undergoes a thermal reaction and deteriorates. As for the heat drying method, a heating method such as a hot air method, a hot roll contact method, or an infrared heating method may be appropriately adopted, or the above two or three methods may be used together and wound into a roll.

上記のエマルジョン型炭素繊維用サイジング剤は、炭素繊維複合材料において、炭素繊維とマトリックス樹脂とを接続する界面層として用いることができる。幾つかの実施形態において、サイジング剤の重量は、炭素繊維の重量に対して、約0.1~約5重量%であり、例えば、約0.5~約3重量%、例えば1、1.5、2、2.5重量%である。サイジング量が0.1重量%未満であると、サイジング剤が炭素繊維に良好な集束性、マトリックス樹脂との界面結合力及び耐摩耗性を与えることができない。サイジング量が5重量%を超えると、炭素繊維が広がりにくく、その後の複合材料の加工成形において糸を伸ばしにくい。 The above emulsion-type carbon fiber sizing agent can be used as an interface layer that connects the carbon fibers and the matrix resin in the carbon fiber composite material. In some embodiments, the weight of the sizing agent is about 0.1 to about 5 weight percent, such as about 0.5 to about 3 weight percent, such as 1, 1 . 5, 2, 2.5% by weight. If the sizing amount is less than 0.1% by weight, the sizing agent cannot provide the carbon fibers with good cohesiveness, interfacial bonding strength with the matrix resin, and abrasion resistance. If the sizing amount exceeds 5% by weight, it is difficult for the carbon fibers to spread, and it is difficult to stretch the threads in the subsequent processing and molding of the composite material.

<炭素繊維のサイジング率の評価> <Evaluation of sizing rate of carbon fiber>

サイジング剤で処理された長さ1メートル(m)の炭素繊維束を取り、その重量W1を秤量した後、それを約400℃のオーブンに置いてサイジング剤を焼いて除去し、約40分間後に取り出し、約10分間温度が取り戻された後にその重量W2を秤量し、その炭素繊維のサイジング率は(W2-W1)/W1*100%である。幾つかの実施形態において、炭素繊維のサイジング率は、約0.1~約5重量%であり、例えば約0.5~約3重量%である。なお、本明細書の比較例と実施例1~実施例5のサイジング率は、1.0±0.2重量%に固定される。 Take a 1 meter (m) long carbon fiber bundle treated with a sizing agent, weigh its weight W1, and then place it in an oven at about 400° C. to bake and remove the sizing agent, and after about 40 minutes It is taken out and its weight W2 is weighed after the temperature is recovered for about 10 minutes, and the sizing rate of the carbon fiber is (W2-W1)/W1*100%. In some embodiments, the carbon fiber sizing percentage is from about 0.1 to about 5 weight percent, such as from about 0.5 to about 3 weight percent. Incidentally, the sizing rate of Comparative Examples and Examples 1 to 5 in this specification is fixed at 1.0±0.2% by weight.

<サイジング剤の吸湿性の評価> <Evaluation of hygroscopicity of sizing agent>

サイジング剤で処理されていない長さ5センチ(cm)の炭素繊維束(繊維束1)を取り、その重量W3を秤量する。更に、サイジング剤で処理された炭素繊維束(繊維束2)を5センチ取り、その前重量W4を秤量する。繊維束1及び繊維束2を約70℃、湿度約85%RHの恒温恒湿環境槽に入れ、少なくとも35日経過後に、繊維束1の後重量W5及び繊維束2の後重量W6を秤量する。サイジング剤の吸湿率%=[(W6-W4)-(W5-W3)]/W4*100%である。幾つかの実施形態において、サイジング剤の吸湿率は、約0.05%未満であり、例えば、0.01、0.02、0.03、0.04%である。 A carbon fiber bundle (fiber bundle 1) having a length of 5 centimeters (cm) not treated with a sizing agent is taken, and its weight W3 is weighed. Furthermore, 5 cm of the carbon fiber bundle (fiber bundle 2) treated with the sizing agent is taken, and its preweight W4 is weighed. The fiber bundle 1 and the fiber bundle 2 are placed in a constant temperature and humidity environment bath of about 70° C. and a humidity of about 85% RH. . Moisture absorption % of sizing agent=[(W6-W4)-(W5-W3)]/W4*100%. In some embodiments, the sizing agent has a moisture absorption rate of less than about 0.05%, such as 0.01, 0.02, 0.03, 0.04%.

<炭素繊維の毛羽検出> <Detection of fluff on carbon fiber>

炭素繊維の毛羽を検出する装置100の概略図である図1を参照する。サイジング剤で処理された長さ100メートルの炭素繊維束110を取り、張力600cNで、7本の金属ローラ120(伝動なし、特殊な表面処理なし)で摩擦し、且つ金属ローラ120の後方にスポンジパッド130を設け、炭素繊維束110の摩耗による毛羽を収集する。最後に、毛羽を約105℃の温度で約40分間乾燥し、毛羽を秤量する(単位:mg)。 Reference is made to FIG. 1, which is a schematic diagram of an apparatus 100 for detecting carbon fiber fuzz. Take a 100-meter-long carbon fiber bundle 110 treated with a sizing agent, rub it with seven metal rollers 120 (no transmission, no special surface treatment) with a tension of 600 cN, and put a sponge behind the metal roller 120 A pad 130 is provided to collect fluff due to wear of the carbon fiber bundles 110 . Finally, the fluff is dried at a temperature of about 105° C. for about 40 minutes and the fluff is weighed (unit: mg).

<炭素繊維の硬度検出> <Detection of hardness of carbon fiber>

炭素繊維の硬度を検出する装置200の概略図である図2A及び図2Bを参照する。詳細には、図2Aは、炭素繊維束が付勢源210によって付勢される前の概略図であり、図2Bは、炭素繊維束が付勢源210によって付勢された後の概略図である。サイジング剤で処理された炭素繊維束110を隙間230を有するプラットフォーム220に敷き、付勢源210の付勢力により炭素繊維束110を折り曲げ、所定の深さまで押し下げる時に必要な力は、炭素繊維の硬度(単位:g)である。本開示の炭素繊維の硬度を検出する装置の隙間230は、約5ミリメートル(mm)である。 2A and 2B, which are schematic diagrams of an apparatus 200 for detecting the hardness of carbon fibers. Specifically, FIG. 2A is a schematic diagram before the carbon fiber bundles are biased by the biasing source 210, and FIG. 2B is a schematic diagram after the carbon fiber bundles are biased by the biasing source 210. be. The carbon fiber bundle 110 treated with a sizing agent is laid on a platform 220 having a gap 230, the carbon fiber bundle 110 is bent by the biasing force of the biasing source 210, and the force required to push down to a predetermined depth is the hardness of the carbon fiber. (unit: g). The gap 230 of the carbon fiber hardness sensing apparatus of the present disclosure is approximately 5 millimeters (mm).

<炭素繊維の経時変化の検出> <Detection of change over time in carbon fiber>

炭素繊維束を約70℃、湿度約85%RHの恒温恒湿環境箱に入れて加速硬化させ、1日おき、3日おき、7日おき及び14日おきに、炭素繊維束を取り出して炭素繊維の毛羽検出及び炭素繊維の硬度検出を行う。 The carbon fiber bundle is placed in a constant temperature and humidity environment box with a humidity of about 70 ° C. and a humidity of about 85% RH for accelerated curing. Fiber fluff detection and carbon fiber hardness detection are performed.

<比較例のサイジング剤の調製> <Preparation of sizing agent of comparative example>

少なくとも一つのエポキシ化合物からなる樹脂主剤(A)、少なくとも一つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)及び界面活性剤(C)を、樹脂主剤(A)及び樹脂主剤(B)の融点より高い温度で、IKAミキサーで均一に混合した後、混合状態を界面活性剤(C)の曇点温度まで降温した後、回転数約5000~約10000のrpmで6時間かけて水を滴下し、均一に乳化分散した溶液、すなわち比較例のサイジング剤を得ることができる。比較例のサイジング剤の粒径(Dv50;nm)は、約0.01~約0.5μmである。樹脂主剤(A)と樹脂主剤(B)の融点温度は、約60℃~約95℃である。界面活性剤(C)の曇点温度は、約60℃~約70℃である。 The resin main agent (A) comprising at least one epoxy compound, the resin main agent (B) comprising at least one acrylate compound and the surfactant (C) are heated to a temperature higher than the melting point of the resin main agent (A) and the resin main agent (B). After uniformly mixing with an IKA mixer, the temperature of the mixed state is lowered to the cloud point temperature of the surfactant (C), water is added dropwise over 6 hours at a rotation speed of about 5000 to about 10000 rpm, and the mixture is uniformly mixed. An emulsified and dispersed solution, ie, a comparative sizing agent, can be obtained. The particle size (Dv50; nm) of the sizing agent of the comparative example is about 0.01 to about 0.5 μm. The melting points of the main resin (A) and the main resin (B) are about 60°C to about 95°C. Surfactant (C) has a cloud point temperature of about 60°C to about 70°C.

<実施例のサイジング剤の調製> <Preparation of sizing agents of Examples>

少なくとも一つのエポキシ化合物からなる樹脂主剤(A)、少なくとも一つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)及び界面活性剤(C)を、樹脂主剤(A)及び樹脂主剤(B)の融点より高い温度で、IKA撹拌機で均一に混合した後、混合状態を界面活性剤(C)の曇点温度まで降温した後、回転数約5000~約10000rpmで6時間かけて水を滴下し、均一に乳化分散した溶液を得ることができ、最後にヒンダードフェノール系試薬(D)を加え、実施例(実施例1~実施例5)のサイジング剤を得ることができる。実施例のサイジング剤の粒径(Dv50;nm)は、約0.01~約0.5μmである。樹脂主剤(A)と樹脂主剤(B)の融点温度は、約60℃~約95℃である。界面活性剤(C)の曇点温度は、約60℃~約70℃である。 The resin main agent (A) comprising at least one epoxy compound, the resin main agent (B) comprising at least one acrylate compound and the surfactant (C) are heated to a temperature higher than the melting point of the resin main agent (A) and the resin main agent (B). After uniformly mixing with an IKA stirrer, the mixed state is cooled to the cloud point temperature of the surfactant (C), and then water is added dropwise over 6 hours at a rotation speed of about 5000 to about 10000 rpm to uniformly emulsify. A dispersed solution can be obtained, and finally the hindered phenolic reagent (D) can be added to obtain the sizing agents of Examples (Examples 1 to 5). The particle size (Dv50; nm) of the sizing agents of the examples is about 0.01 to about 0.5 μm. The melting points of the main resin (A) and the main resin (B) are about 60°C to about 95°C. Surfactant (C) has a cloud point temperature of about 60°C to about 70°C.

なお、幾つかの代替実施形態において、ヒンダードフェノール系試薬(D)は、樹脂主剤(A)、樹脂主剤(B)及び界面活性剤(C)とともに混合した後、上記と同様にして、実施例のサイジング剤を形成してもよい。 In some alternative embodiments, the hindered phenolic reagent (D) is mixed with the resin base (A), the resin base (B) and the surfactant (C), and then carried out in the same manner as described above. Example sizing agents may be formed.

試験例:炭素繊維の硬度と炭素繊維の経時変化の評価 Test example: Evaluation of hardness of carbon fiber and aging of carbon fiber

下記の表1の組成物のレシピに従い、上記の比較例及び実施例のサイジング剤の調製を参考して、比較例のサイジング剤の及び実施例1~実施例5のサイジング剤を調製した。 According to the recipe of the composition in Table 1 below, the sizing agents of Comparative Examples and Examples 1 to 5 were prepared with reference to the preparation of the sizing agents of Comparative Examples and Examples above.

Figure 2023033242000006
Figure 2023033242000006

上記の表1に基づいたサイジング剤は、炭素繊維の硬度試験及び炭素繊維の経時変化試験を経て、試験結果が下記の表2に示す。表2から明らかなように、比較例に比べて、ヒンダードフェノール系試薬(D)を含むサイジング剤を炭素繊維に付与することで、炭素繊維の毛羽量を減少し、炭素繊維の硬度も改善した。 The sizing agent based on Table 1 above was subjected to a carbon fiber hardness test and a carbon fiber aging test, and the test results are shown in Table 2 below. As is clear from Table 2, by applying a sizing agent containing a hindered phenol-based reagent (D) to carbon fibers, the amount of fluff on the carbon fibers was reduced and the hardness of the carbon fibers was also improved compared to the comparative examples. bottom.

例えば、経時日数7日目及び14日目で、実施例1~実施例5の毛羽量は、何れも比較例の毛羽量よりも少ない。詳細には、実施例1~実施例5の毛羽増加量は、比較例の毛羽増加量よりも小さい。また、経時日数試験においても、実施例1~実施例5の炭素繊維の硬度の変化量は、比較例の炭素繊維の硬度の変化量よりも小さい。 For example, on the 7th day and 14th day of elapsed time, the amounts of fluff in Examples 1 to 5 are all smaller than the amount of fluff in Comparative Example. Specifically, the amount of increase in fluff in Examples 1 to 5 is smaller than the amount of increase in fluff in Comparative Example. Also in the aging test, the amount of change in hardness of the carbon fibers of Examples 1 to 5 is smaller than the amount of change in hardness of the carbon fibers of Comparative Example.

詳細には、下記の表2を参照する。比較例では、経時日数0日目の炭素繊維の硬度が約13gであるのに対し、経時日数14日目の炭素繊維の硬度が約39gであり、その硬度が約200%増加した。実施例2~実施例5では、経時日数0日目の炭素繊維の硬度が約13gであるのに対し、経時日数14日目の炭素繊維の硬度が約26gであり、その硬度が約100%増加した。 See Table 2 below for details. In the comparative example, the hardness of the carbon fiber after 0 days of elapsed time was about 13 g, whereas the hardness of the carbon fiber after 14 days of elapsed time was about 39 g, an increase of about 200%. In Examples 2 to 5, the hardness of the carbon fiber on the 0th day of aging is about 13 g, while the hardness of the carbon fiber on the 14th day of aging is about 26 g, and the hardness is about 100%. Increased.

Figure 2023033242000007
Figure 2023033242000007

本開示のサイジング剤は、ヒンダードフェノール系試薬(D)を含有するため、本来サイジングされた炭素繊維の吸湿性及び接着性の問題を解決し、従って経時硬化の問題が抑制され、炭素繊維束の硬化時間を延長する効果を奏する。本開示のサイジング剤は、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の結合力を強化し、炭素繊維が加工過程において毛羽や糸切れが発生することを防止し、経時硬化を抑制して、機械的加工性の低下を防止することができる。 Since the sizing agent of the present disclosure contains a hindered phenolic reagent (D), it solves the problem of moisture absorption and adhesiveness of the originally sized carbon fiber, thus suppressing the problem of hardening over time, and the carbon fiber bundle It has the effect of prolonging the curing time of. The sizing agent of the present disclosure strengthens the bonding force between the carbon fiber and the matrix resin, prevents the occurrence of fluff and thread breakage in the carbon fiber processing process, suppresses hardening over time, and prevents mechanical processing. It is possible to prevent deterioration of the properties.

以上、本開示を上記実施形態で開示したが、実施形態は本開示を限定するものではなく、当業者であれば、本開示の精神と範囲から逸脱しない限り、様々な変更及び修正を行うことができ、従って、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲によって定義されたものを基準とすべきである。 As described above, the present disclosure has been disclosed in the above embodiments, but the embodiments do not limit the present disclosure, and a person skilled in the art can make various changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Therefore, the protection scope of this disclosure should be based on what is defined by the claims.

100 炭素繊維の毛羽を検出する装置
110 炭素繊維束
120 金属ローラ
130 ポンジパッド
200 炭素繊維の硬度を検出する装置
210 付勢源
220 プラットフォーム
230 隙間
REFERENCE SIGNS LIST 100 Carbon fiber fluff detection device 110 Carbon fiber bundle 120 Metal roller 130 Ponzi pad 200 Carbon fiber hardness detection device 210 Source of force 220 Platform 230 Gap

Claims (10)

サイジング剤の総重量100重量部に対して、
2~30重量部の少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)と、
2~30重量部の少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)と、
0.5~15重量部の界面活性剤(C)と、
0.01~0.5重量部のヒンダードフェノール系試薬(D)と、
残部の溶剤と、を含み、
前記サイジング剤の粒径が0.01~0.5μmである炭素繊維用サイジング剤。
Per 100 parts by weight of the total weight of the sizing agent,
a resin main agent (A) comprising 2 to 30 parts by weight of at least one epoxy group compound;
a resin main agent (B) comprising 2 to 30 parts by weight of at least one acrylate compound;
0.5 to 15 parts by weight of a surfactant (C);
0.01 to 0.5 parts by weight of a hindered phenolic reagent (D);
a remaining solvent; and
A sizing agent for carbon fibers, wherein the sizing agent has a particle size of 0.01 to 0.5 μm.
前記少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)は、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールエポキシ樹脂、又はそれらの組み合わせを含む請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 2. The resin base material (A) comprising at least one epoxy group compound according to claim 1, wherein the resin main component (A) comprises a bisphenol A type epoxy compound, a bisphenol F type epoxy compound, a bisphenol S type epoxy compound, a phenol epoxy resin, or a combination thereof. Sizing agent for carbon fiber. 前記少なくとも1つのエポキシ基化合物からなる樹脂主剤(A)は、10~25重量部を占める請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fiber according to claim 1, wherein the resin main component (A) comprising at least one epoxy group compound accounts for 10 to 25 parts by weight. 前記少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)は、分子内にオキシアルキレン基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有するメタクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキレン基を有しないメタクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないアクリレート、分子内にオキシアルキル基を有しないメタクリレート、又はそれらの組み合わせを含む請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The resin main component (B) comprising at least one acrylate compound includes acrylates having an oxyalkylene group in the molecule, methacrylates having an oxyalkylene group in the molecule, acrylates having an oxyalkyl group in the molecule, and oxyalkyl groups in the molecule. a methacrylate having a group, an acrylate having no oxyalkylene group in the molecule, a methacrylate having no oxyalkylene group in the molecule, an acrylate having no oxyalkyl group in the molecule, a methacrylate having no oxyalkyl group in the molecule, or The carbon fiber sizing agent according to claim 1, comprising combinations thereof. 前記少なくとも1つのアクリレート化合物からなる樹脂主剤(B)は、10~25重量部を占める請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fiber according to claim 1, wherein the resin main component (B) comprising at least one acrylate compound accounts for 10 to 25 parts by weight. 前記界面活性剤(C)は、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、又はそれらの組み合わせを含む請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The carbon fiber sizing agent according to claim 1, wherein the surfactant (C) comprises a nonionic surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, or a combination thereof. 前記界面活性剤(C)は、5~12.5重量部を占める請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fiber according to claim 1, wherein the surfactant (C) accounts for 5 to 12.5 parts by weight. 前記ヒンダードフェノール系試薬(D)は、0.05~0.1重量部を占める請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤。 The sizing agent for carbon fiber according to claim 1, wherein the hindered phenol-based reagent (D) accounts for 0.05 to 0.1 parts by weight. サイジング率が0.1~5重量%である請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤を塗布した炭素繊維。 Carbon fibers coated with the carbon fiber sizing agent according to claim 1, wherein the sizing rate is 0.1 to 5% by weight. 14日間の経時変化が検出された後、硬度増加が100%未満である請求項1に記載の炭素繊維用サイジング剤を塗布した炭素繊維。 The carbon fiber coated with the sizing agent for carbon fiber according to claim 1, having a hardness increase of less than 100% after a change over time of 14 days is detected.
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