JP2023043149A - Carbon fiber composite material - Google Patents

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文彦 田中
Fumihiko Tanaka
勇貴 須賀
Yuki Suga
公則 平野
Kiminori Hirano
宏明 坂田
Hiroaki Sakata
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Abstract

To provide a carbon fiber composite material that can improve impact resistance.SOLUTION: A carbon fiber composite material includes: a carbon fiber having the strand strength of 7.5 to 8.5 GPa, the elongation of 2.65 to 3.20%, and the single fiber diameter of 4.0 to 6.0 μm; and an epoxy resin composition having amine type epoxy resin [A], thermoplastic resin [B] which dissolves into epoxy resin, and epoxy resin curing agent [C], where the degree of cure of the epoxy resin composition is 90% or more, and the storage elastic modulus of a cured product of the epoxy resin at 275°C when the cured product is heated at the speed of 5°C/min. by using a dynamic viscoelasticity measuring apparatus according to SACMA SRM 18R-94, and measured at the torsional mode of 1.0 Hz is 1 to 10 MPa. The carbon fiber composite material can improve impact resistance.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、エネルギー吸収に優れる高伸度の炭素繊維とその性能を最大限に発揮させるエポキシ樹脂組成物との組み合わせによる、高伸度の炭素繊維複合材料に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high elongation carbon fiber composite material obtained by combining high elongation carbon fiber excellent in energy absorption and an epoxy resin composition that maximizes its performance.

ポリアクリロニトリル系炭素繊維は軽量かつ高強度・高弾性率の材料であり、部材の軽量化には欠かせない材料である。また、炭素繊維の変形は塑性変形がなく、弾性変形であることも特徴である。そのため、塑性変形の大きな金属より、炭素繊維は使用できる伸度領域が大きい利点がある。 Polyacrylonitrile-based carbon fiber is a lightweight material with high strength and high elastic modulus, and is an indispensable material for weight reduction of members. Also, the deformation of the carbon fiber is characterized by elastic deformation without plastic deformation. Therefore, carbon fibers have the advantage of having a wider usable elongation range than metals with large plastic deformation.

近年では、炭素繊維複合材料に軽量性と耐衝撃性の両立が要求される場合がある。この要求に対応するため、マトリックスに用いられる樹脂の組成設計や炭素繊維とマトリックス樹脂の界面特性を変化させるためのサイジング剤などが検討されている。 In recent years, carbon fiber composite materials are sometimes required to have both lightness and impact resistance. In order to meet this demand, compositional design of the resin used for the matrix and sizing agents for changing the interfacial properties between the carbon fiber and the matrix resin are being studied.

炭素繊維のストランド強度またはストランド伸度向上の試みはこれまでも行われている。特許文献1では前駆体繊維を細繊度化して、欠陥を減少させることで最大でストランド強度9.0GPa(実施例8)の炭素繊維を得ている。特許文献2でも同様に前駆体繊維の細繊度化とその後の延伸により、最大でストランド強度8.0GPa(実施例14)、伸度2.60%(比較例4,5)の炭素繊維を得ている。特許文献3では炭素繊維の破壊靭性値を高めることにより最大でストランド強度8.4GPa(実施例3)の炭素繊維を得ている。特許文献4では炭素繊維の単繊維直径を大きくしてもストランド強度が低下しにくい技術を用いて、最大で伸度2.68%(実施例15)の炭素繊維を得ている。特許文献5では、ポリマー、製糸、耐炎化等の製造条件を調整することにより高伸度化を狙っており、最大で伸度2.36%(実施例1)の炭素繊維を得ている。特許文献6では、炭素繊維の伸度を最大化することを狙って、炭素化工程の最高温度を低下させるなどで、最大で伸度2.60%(実施例4)の炭素繊維を得ている。特許文献7では、炭素繊維の表面特性を調整することにより高強度・高伸度の炭素繊維を得ることを記載しているものの、炭素繊維の伸度は2.1%程度であり、高強度炭素繊維の一般的な技術レベルであった。特許文献8では、ポリマー中にホウ素を添加することなどで最大で伸度2.71%の炭素繊維(実施例4)を得ている。 Attempts have been made to improve the strand strength or strand elongation of carbon fibers. In Patent Document 1, a carbon fiber having a maximum strand strength of 9.0 GPa (Example 8) is obtained by reducing defects by reducing the fineness of the precursor fiber. Similarly, in Patent Document 2, carbon fibers with a maximum strand strength of 8.0 GPa (Example 14) and an elongation of 2.60% (Comparative Examples 4 and 5) were obtained by reducing the fineness of precursor fibers and then drawing them. ing. In Patent Document 3, a carbon fiber having a maximum strand strength of 8.4 GPa (Example 3) is obtained by increasing the fracture toughness value of the carbon fiber. In Patent Document 4, a carbon fiber having a maximum elongation of 2.68% (Example 15) is obtained by using a technique in which the strand strength does not easily decrease even if the single fiber diameter of the carbon fiber is increased. In Patent Document 5, high elongation is aimed at by adjusting production conditions such as polymer, spinning, and flame resistance, and a carbon fiber with a maximum elongation of 2.36% (Example 1) is obtained. In Patent Document 6, with the aim of maximizing the elongation of the carbon fiber, the maximum temperature of the carbonization process is lowered to obtain carbon fibers with a maximum elongation of 2.60% (Example 4). there is Although Patent Document 7 describes obtaining carbon fibers with high strength and high elongation by adjusting the surface properties of the carbon fibers, the elongation of the carbon fibers is about 2.1%, and the high strength It was the general technical level of carbon fiber. In Patent Document 8, a carbon fiber (Example 4) having a maximum elongation of 2.71% is obtained by adding boron to the polymer.

また、炭素繊維複合材料の耐衝撃性を高める検討として、特許文献9では、マトリックスである熱可塑性樹脂に改質剤を加えることを行っている。 Further, as a study to improve the impact resistance of a carbon fiber composite material, in Patent Document 9, a modifier is added to a thermoplastic resin that is a matrix.

特許文献10ではガラス転移点以上のゴム状平坦部剛性率を調整することで炭素繊維複合材料の耐衝撃性、引張強度、圧縮強度を高めている。特許文献11ではガラス転移点以上のゴム状平坦部剛性率を調整することで炭素繊維複合材料の層間靱性と高温環境下の圧縮強度を高めている。特許文献12では樹脂硬化物の圧縮降伏応力を調整することで炭素繊維複合材料の圧縮強度を高めている。特許文献13では、特定の単繊維強度を有する炭素繊維と特定の組成のエポキシ樹脂組成物を組み合わせることで炭素繊維複合材料の有孔板引張強度を高めている。 In Patent Document 10, the impact resistance, tensile strength, and compressive strength of the carbon fiber composite material are enhanced by adjusting the rigidity of the rubber-like flat portion above the glass transition point. In Patent Document 11, the interlayer toughness and compressive strength in a high-temperature environment of the carbon fiber composite material are increased by adjusting the rigidity of the rubber-like flat portion above the glass transition point. In Patent Document 12, the compressive strength of the carbon fiber composite material is increased by adjusting the compressive yield stress of the cured resin. In Patent Document 13, carbon fiber having a specific single fiber strength and an epoxy resin composition having a specific composition are combined to increase the perforated plate tensile strength of a carbon fiber composite material.

特開平11-241230号公報JP-A-11-241230 国際公開第2008/40963号WO2008/40963 特開2017-137614号公報JP 2017-137614 A 国際公開第97/45576号WO 97/45576 特開2008-163537号公報JP 2008-163537 A 特開2005-256211号公報JP-A-2005-256211 特開2002-69754号公報JP-A-2002-69754 特開平11-152626号公報JP-A-11-152626 特開2018-59087号公報JP 2018-59087 A 特開2001-323046号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-323046 国際公開第2016/67736号WO2016/67736 特開2003-277471号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-277471 国際公開第2014/115762号WO2014/115762

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

特許文献1の技術では、炭素繊維の単繊維直径が小さく、単繊維あたりのひずみエネルギーは小さいことに加え、ストランド弾性率が高くて伸度が低いために曲げの応力場では十分に耐衝撃性を確保できていなかった。 In the technique of Patent Document 1, the single fiber diameter of the carbon fiber is small, the strain energy per single fiber is small, and the strand elastic modulus is high and the elongation is low. could not be ensured.

特許文献2の技術では、炭素繊維の単繊維直径が小さく、単繊維あたりのひずみエネルギーは小さいことに加え、満足な伸度は得られていない問題があった。 In the technique of Patent Document 2, the single fiber diameter of the carbon fiber is small, the strain energy per single fiber is small, and in addition, there is a problem that a satisfactory elongation is not obtained.

特許文献3の技術では、満足な伸度は得られていない問題があり、かつ、ストランド弾性率が高いために曲げの応力場では十分に耐衝撃性を確保できていなかった。 In the technique of Patent Document 3, there is a problem that a satisfactory elongation is not obtained, and since the strand elastic modulus is high, sufficient impact resistance cannot be ensured in a bending stress field.

特許文献4の技術では、ストランド強度・伸度のレベルが不十分であり、十分な耐衝撃性を確保できていなかった。また、ストランド強度と伸度を両立することが想定されていなかった。 With the technique of Patent Document 4, the level of strand strength and elongation is insufficient, and sufficient impact resistance cannot be ensured. Moreover, it was not assumed that both strand strength and elongation are achieved.

特許文献5の技術では、十分な耐衝撃性を確保できていなかった。 The technique of Patent Document 5 cannot ensure sufficient impact resistance.

特許文献6の技術では、ストランド弾性率レベルが低すぎ、十分な耐衝撃性を確保できていなかった。 In the technique of Patent Document 6, the strand elastic modulus level was too low and sufficient impact resistance could not be ensured.

特許文献7の技術では、伸度レベルが低すぎ、十分な耐衝撃性を確保できていなかった。 In the technique of Patent Document 7, the elongation level was too low and sufficient impact resistance could not be ensured.

特許文献8の技術では炭素繊維の伸度は高めているものの伸度が高いものについてはストランド強度が低く、ひずみエネルギー密度の概念がなかったために、ストランド強度と伸度を両立することが想定されていなかった。 In the technique of Patent Document 8, although the elongation of the carbon fiber is increased, the strand strength is low for those with high elongation, and since there was no concept of strain energy density, it was assumed that the strand strength and elongation would be compatible. was not

このように、単繊維直径、ストランド強度、伸度の全てを満足する炭素繊維はこれまでなかった。 Thus, there has been no carbon fiber that satisfies all of single fiber diameter, strand strength and elongation.

また、特許文献9では、炭素繊維複合材料の耐衝撃性に対して熱可塑性樹脂の組成設計を行っているものの、炭素繊維そのものの力学特性についての言及はなかった。 Further, in Patent Document 9, although the composition of the thermoplastic resin is designed for the impact resistance of the carbon fiber composite material, there is no mention of the mechanical properties of the carbon fiber itself.

特許文献10~12では、既存の炭素繊維の力学特性を最大限発現させるためにエポキシ樹脂硬化物の力学特性を設計しているものの、炭素繊維複合材料の伸度に着目したものではなく、その伸度レベルも満足するレベルにはなかった。 In Patent Documents 10 to 12, although the mechanical properties of the cured epoxy resin are designed to maximize the mechanical properties of the existing carbon fiber, they do not focus on the elongation of the carbon fiber composite material. The elongation level was also not at a satisfactory level.

特許文献13では、炭素繊維の単繊維強度だけではなく特定のエポキシ樹脂組成物との組み合わせによって炭素繊維複合材料の有孔板引張強度を向上させていたものの、炭素繊維複合材料の伸度は満足するレベルにはなかった。 In Patent Document 13, although the perforated plate tensile strength of the carbon fiber composite material is improved not only by the single fiber strength of the carbon fiber but also by combining with a specific epoxy resin composition, the elongation of the carbon fiber composite material is not satisfactory. I wasn't at the level to do it.

本発明は、耐衝撃性を改善する炭素繊維複合材料を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material with improved impact resistance.

上記の目的を達成するために、本発明の炭素繊維複合材料は、ストランド強度が7.5~8.5GPa、伸度2.65~3.20%、単繊維直径が4.0~6.0μmである炭素繊維と、アミン型エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂に溶解する熱可塑性樹脂[B]およびエポキシ樹脂硬化剤[C]を有するエポキシ樹脂組成物を含み、かつ該エポキシ樹脂組成物の硬化度が90%以上であり、該エポキシ樹脂の硬化物をSACMA SRM 18R-94に従って、動的粘弾性測定装置を用い5℃/分の速度で加熱し、1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率が1~10MPaである。 In order to achieve the above objects, the carbon fiber composite material of the present invention has a strand strength of 7.5 to 8.5 GPa, an elongation of 2.65 to 3.20%, and a single fiber diameter of 4.0 to 6.0%. 0 μm carbon fiber, an epoxy resin composition having an amine type epoxy resin [A], a thermoplastic resin soluble in the epoxy resin [B], and an epoxy resin curing agent [C], and The degree of cure is 90% or more, and the cured product of the epoxy resin was heated at a rate of 5° C./min using a dynamic viscoelasticity measuring device according to SACMA SRM 18R-94, and measured in a torsion mode of 1.0 Hz. The storage modulus at 275°C is 1-10 MPa.

本発明の炭素繊維複合材料を用いることにより、炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度で表される耐衝撃性を改善できる。 By using the carbon fiber composite material of the present invention, the impact resistance represented by the strain energy density of the carbon fiber composite material can be improved.

発明者らは、炭素繊維複合材料の耐衝撃性を改善するにあたって、炭素繊維のひずみエネルギー密度に着目した。ひずみエネルギー密度とは、樹脂含浸ストランド(以下、ストランドと略記することがある)の引張特性試験により得られる応力-ひずみ曲線の面積である。しかし、非線形性を正確に算出することは困難であることから、本発明では上述のストランド強度(MPa=J/mm)と伸度(-)の積を2で除して求めた近似的な値をひずみエネルギー密度とする。すなわち、炭素繊維のストランド強度と伸度が重要となる。炭素繊維のひずみエネルギー密度が大きいことで、得られる炭素繊維複合材料の耐衝撃性の向上が期待できる。 In order to improve the impact resistance of carbon fiber composite materials, the inventors focused on the strain energy density of carbon fibers. The strain energy density is the area of a stress-strain curve obtained from a tensile property test of a resin-impregnated strand (hereinafter sometimes abbreviated as strand). However, since it is difficult to accurately calculate the nonlinearity, in the present invention, an approximate is the strain energy density. That is, the strand strength and elongation of carbon fibers are important. Since the strain energy density of the carbon fiber is large, it can be expected that the impact resistance of the resulting carbon fiber composite material will be improved.

本発明の炭素繊維は、ストランド強度が7.5~8.5GPaであり、好ましくは7.8~8.5GPaであり、より好ましくは8.0~8.5GPaである。ストランド強度は、炭素繊維に荷重がかかったときの破断しにくさを示す指標である。炭素繊維のストランド強度は、JIS R7608:2004に記載の、樹脂含浸ストランドの引張試験に従って評価することができる。ストランド強度が7.5GPa以上であればひずみエネルギー密度を高めやすい。ストランド強度に上限はないが8.5GPaもあればひずみエネルギー密度が満足できるレベルとなりやすい。ストランド強度は、欠陥抑制や破壊靭性値の改善など、後述する炭素繊維の製造方法に従って製造することにより制御できる。 The carbon fiber of the present invention has a strand strength of 7.5 to 8.5 GPa, preferably 7.8 to 8.5 GPa, more preferably 8.0 to 8.5 GPa. Strand strength is an index showing how difficult it is to break when a load is applied to carbon fibers. The strand strength of carbon fibers can be evaluated according to a tensile test of resin-impregnated strands described in JIS R7608:2004. If the strand strength is 7.5 GPa or more, it is easy to increase the strain energy density. There is no upper limit to the strand strength, but if it is 8.5 GPa, the strain energy density tends to be at a satisfactory level. Strand strength can be controlled by manufacturing according to the carbon fiber manufacturing method described later, such as defect suppression and fracture toughness improvement.

本発明の炭素繊維は、伸度が2.65%以上であり、好ましくは2.75%以上であり、より好ましくは2.85%以上であり、さらに好ましくは2.95%以上である。炭素繊維の伸度は、JIS R7608:2004に記載の、樹脂含浸ストランドの引張試験に従って評価することができる。炭素繊維は、応力-ひずみ曲線が非線形性を示すために伸度の測定は難しいが、本引張試験では、上述のストランド強度をストランド弾性率で除することで、伸度を算出する。伸度が2.65%以上であれば、ひずみエネルギー密度を高めやすい。伸度に上限はないが、3.20%もあればひずみエネルギー密度を高めることに十分であることが多い。炭素繊維の伸度は、ストランド強度とストランド弾性率のバランスを両立するように炭素繊維の製造条件を制御することで、調整することができる。 The carbon fiber of the present invention has an elongation of 2.65% or more, preferably 2.75% or more, more preferably 2.85% or more, and still more preferably 2.95% or more. The elongation of carbon fibers can be evaluated according to the tensile test of resin-impregnated strands described in JIS R7608:2004. It is difficult to measure the elongation of carbon fibers because the stress-strain curve exhibits nonlinearity, but in this tensile test, the elongation is calculated by dividing the above-mentioned strand strength by the strand elastic modulus. If the elongation is 2.65% or more, it is easy to increase the strain energy density. There is no upper limit to elongation, but as little as 3.20% is often sufficient to increase strain energy density. The elongation of the carbon fiber can be adjusted by controlling the manufacturing conditions of the carbon fiber so as to balance the strand strength and the strand elastic modulus.

本発明の炭素繊維は、単繊維直径が4.0~6.0μmであり、好ましくは4.5μm以上であり、より好ましくは5.0μm以上であり、さらに好ましくは5.3μm以上である。ストランド強度と単繊維断面積から単繊維あたりの破断荷重が決まるため、単繊維直径は単繊維あたりの破断荷重に影響する。また、単繊維直径が大きいほど炭素繊維の単繊維圧縮強度が高い傾向があり、エネルギー吸収が大きくなりやすい。そのため、単繊維直径は4.0μm以上であれば、エネルギー吸収が大きくなりやすい。単繊維直径の上限としては6.0μmもあれば、十分な耐衝撃性を確保できることが多い。炭素繊維の単繊維直径は、炭素繊維の総繊度、密度およびフィラメント数から計算することができる。また、フィラメント数が不明の場合には、炭素繊維を樹脂包埋して横断面を光学顕微鏡で観察し、画像処理で単繊維の断面積を求め、それを円相当直径として算出して、単繊維直径を評価することができる。両者の測定法が一致しない場合は前者の値を採用する。単繊維直径は、前駆体繊維の直径とその後の工程における延伸比によって制御できる。 The carbon fiber of the present invention has a single fiber diameter of 4.0 to 6.0 μm, preferably 4.5 μm or more, more preferably 5.0 μm or more, still more preferably 5.3 μm or more. Since the breaking load per single fiber is determined by the strand strength and single fiber cross-sectional area, the single fiber diameter affects the breaking load per single fiber. In addition, the larger the single fiber diameter, the higher the single fiber compressive strength of the carbon fiber, which tends to increase the energy absorption. Therefore, if the single fiber diameter is 4.0 μm or more, energy absorption tends to increase. If the upper limit of the single fiber diameter is 6.0 μm, sufficient impact resistance can be ensured in many cases. The single fiber diameter of carbon fibers can be calculated from the total fineness, density and number of filaments of carbon fibers. In addition, if the number of filaments is unknown, the carbon fiber is embedded in resin and the cross section is observed with an optical microscope. Fiber diameter can be evaluated. If the two measurement methods do not match, the former value is adopted. Single fiber diameter can be controlled by the diameter of the precursor fiber and the draw ratio in subsequent steps.

本発明の炭素繊維はひずみエネルギー密度が好ましくは95J/mm以上であり、より好ましくは100J/mm以上であり、さらに好ましくは105J/mm以上である。ひずみエネルギー密度が95J/mm以上であれば、エネルギー吸収が十分であることが多く、上限はないが、140J/mmもあれば、他の特性とのバランスでエネルギー吸収の価値は飽和していることがある。ひずみエネルギー密度は、ストランド強度と伸度を両立するように炭素繊維の製造条件を制御することで、調整することができる。 The carbon fiber of the present invention preferably has a strain energy density of 95 J/mm 3 or higher, more preferably 100 J/mm 3 or higher, and even more preferably 105 J/mm 3 or higher. If the strain energy density is 95 J/mm 3 or more , energy absorption is often sufficient, and there is no upper limit. sometimes The strain energy density can be adjusted by controlling the carbon fiber production conditions so as to achieve both strand strength and elongation.

本発明の炭素繊維は、ストランド弾性率が好ましくは240~300GPaであり、より好ましくは250~290GPaであり、さらに好ましくは250~280GPaである。ストランド弾性率は、炭素繊維に荷重がかかったときの変形のしにくさを示す指標である。炭素繊維のストランド弾性率は、JIS R7608:2004に記載の、樹脂含浸ストランドの引張試験に従って評価することができる。炭素繊維の応力-ひずみ曲線は下に凸の非線形性を示すが、本発明においてはひずみ範囲0.1~0.6%の範囲でのストランド弾性率を用いる。ストランド弾性率が240GPa以上であればひずみエネルギー密度を高めやすい。ストランド弾性率が300GPa以下であれば炭素繊維の圧縮強度が高く、エネルギー吸収が高い。ストランド弾性率は、炭素化工程の最高温度、最高温度の熱処理時間、昇温速度、延伸比などにより制御できる。 The carbon fiber of the present invention preferably has a strand elastic modulus of 240 to 300 GPa, more preferably 250 to 290 GPa, still more preferably 250 to 280 GPa. The strand elastic modulus is an index that indicates the resistance to deformation of carbon fibers when a load is applied. The strand elastic modulus of carbon fibers can be evaluated according to the tensile test of resin-impregnated strands described in JIS R7608:2004. Although the stress-strain curve of carbon fiber exhibits downwardly convex nonlinearity, the strand elastic modulus in the strain range of 0.1 to 0.6% is used in the present invention. If the strand elastic modulus is 240 GPa or more, it is easy to increase the strain energy density. If the strand elastic modulus is 300 GPa or less, the carbon fiber has high compressive strength and high energy absorption. The strand elastic modulus can be controlled by the maximum temperature in the carbonization process, the heat treatment time at the maximum temperature, the heating rate, the stretching ratio, and the like.

本発明の炭素繊維は、総繊度が好ましくは0.8g/m以上であり、より好ましくは0.9g/m以上である。総繊度は、炭素繊維の繊維束1mあたりの質量のことであり、炭素繊維の単繊維直径とフィラメント数に関連する。総繊度が高いほど炭素繊維複合材料の生産性が高めやすい。そのため、総繊度が0.8g/m以上であれば、優れた耐衝撃性の炭素繊維複合材料を生産性良く得ることができる。総繊度が2.0g/m以下であれば、適切な厚みの炭素繊維複合材料を得ることができ、結果として耐衝撃性を高めることができるので好ましい。総繊度は、単繊維直径またはフィラメント数を調整することで制御できるが、フィラメント数が多すぎると、均一な製造が困難となって、ストランド強度が低下しやすい傾向がある。 The carbon fiber of the present invention preferably has a total fineness of 0.8 g/m or more, more preferably 0.9 g/m or more. The total fineness is the mass per 1m of carbon fiber bundle, and is related to the single fiber diameter and the number of filaments of the carbon fiber. The higher the total fineness, the easier it is to increase the productivity of the carbon fiber composite material. Therefore, if the total fineness is 0.8 g/m or more, a carbon fiber composite material with excellent impact resistance can be obtained with good productivity. A total fineness of 2.0 g/m or less is preferable because a carbon fiber composite material having an appropriate thickness can be obtained, and as a result, the impact resistance can be enhanced. The total fineness can be controlled by adjusting the single fiber diameter or the number of filaments, but if the number of filaments is too large, uniform production becomes difficult and the strand strength tends to decrease.

本発明の炭素繊維は、密度が好ましくは1.75~1.85g/cmである。炭素繊維の密度が大きいほど緻密な微細構造となっており、ストランド強度が大きくなりやすい。そのため、密度は1.75g/cm以上であればエネルギー吸収が満足できるレベルとなりやすく、1.85g/cm以下であれば伸度が高く、エネルギー吸収が高く維持しやすい。密度の下限は、より好ましくは1.78g/cmである。密度の上限は、より好ましくは1.83g/cmである。炭素繊維の密度は、炭素化工程における延伸比や昇温速度により制御できる。 The carbon fibers of the present invention preferably have a density of 1.75-1.85 g/cm 3 . The higher the density of the carbon fibers, the finer the fine structure, and the higher the strand strength. Therefore, if the density is 1.75 g/cm 3 or more, energy absorption tends to be at a satisfactory level, and if it is 1.85 g/cm 3 or less, elongation is high and energy absorption is easily maintained at a high level. The lower limit of density is more preferably 1.78 g/cm 3 . The upper limit of density is more preferably 1.83 g/cm 3 . The density of the carbon fibers can be controlled by the drawing ratio and heating rate in the carbonization process.

次に、本発明の炭素繊維を得るのに好適な炭素繊維の製造方法について述べる。 Next, a carbon fiber production method suitable for obtaining the carbon fiber of the present invention will be described.

炭素繊維の工業的な製造方法としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体繊維(以下、前駆体繊維と略記することがある)を200~310℃の酸化性雰囲気下で耐炎化繊維へ転換する耐炎化工程、500~1,200℃の不活性雰囲気下で予備炭素化する予備炭素化工程、1,000~1,500℃の不活性雰囲気下で炭素化する炭素化工程を経る方法が知られている。 As an industrial production method for carbon fibers, polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor fibers (hereinafter sometimes abbreviated as precursor fibers) are converted into flame-resistant fibers in an oxidizing atmosphere at 200 to 310°C. a carbonization step, a preliminary carbonization step of pre-carbonizing under an inert atmosphere of 500-1,200° C., and a carbonization step of carbonizing under an inert atmosphere of 1,000-1,500° C. are known. ing.

前駆体繊維の製造に供する原料としては好ましくはポリアクリロニトリル系重合体を用いる。なお、本発明においてポリアクリロニトリル系重合体とは、少なくともアクリロニトリルがかかる重合体の90~100モル%を占める重合体である。前駆体繊維の製造において、ポリアクリロニトリル系重合体は、ストランド強度向上の観点から、好ましくは共重合成分を含む。共重合成分として使用可能な単量体としては、耐炎化を促進する観点から、カルボン酸基またはアミド基を1種以上含有する単量体が好ましく用いられる。 A polyacrylonitrile-based polymer is preferably used as the raw material for the production of the precursor fiber. In the present invention, the polyacrylonitrile-based polymer is a polymer in which at least acrylonitrile accounts for 90 to 100 mol % of the polymer. In the production of the precursor fiber, the polyacrylonitrile-based polymer preferably contains a copolymer component from the viewpoint of improving strand strength. As a monomer that can be used as a copolymerization component, a monomer containing one or more carboxylic acid groups or amide groups is preferably used from the viewpoint of promoting flame resistance.

前駆体繊維を製造するにあたり、製糸方法は乾湿式紡糸法および湿式紡糸法のいずれを用いてもよいが、得られる炭素繊維のストランド強度に有利な乾湿式紡糸法を用いるのが好ましい。製糸工程は、乾湿式紡糸法により紡糸口金から凝固浴に紡糸溶液を吐出させて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しつつ延伸する水洗工程と、該水洗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むことが好ましい。なお、各工程の順序を適宜入れ替えることも可能である。紡糸溶液は、前記した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、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどのポリアクリロニトリルが可溶な溶媒に溶解したものである。 In producing the precursor fiber, either a dry-wet spinning method or a wet-spinning method may be used, but it is preferable to use the dry-wet spinning method, which is advantageous for the strand strength of the obtained carbon fiber. The spinning process includes a spinning process in which a spinning solution is discharged from a spinneret into a coagulating bath by a dry-wet spinning method and spun, a water washing process in which the fibers obtained in the spinning process are drawn while washing them in a water bath, and the water washing. It comprises a dry heat treatment step of dry heat-treating the fibers obtained in the step, and if necessary, preferably includes a steam drawing step of steam-drawing the fibers obtained in the dry heat treatment step. In addition, it is also possible to change the order of each step as appropriate. The spinning solution is obtained by dissolving the polyacrylonitrile-based polymer described above in a solvent in which polyacrylonitrile is soluble, such as dimethylsulfoxide, dimethylformamide and dimethylacetamide.

前記凝固浴には、紡糸溶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およびジメチルアセトアミドなどの溶媒と、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。 The coagulation bath preferably contains a solvent such as dimethylsulfoxide, dimethylformamide and dimethylacetamide used as a solvent for the spinning solution, and a so-called coagulation accelerating component. 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.

前記水洗工程における水洗浴としては、温度が30~98℃の複数段からなる水洗浴を用いることが好ましい。また、水洗工程における延伸倍率は、2~6倍であることが好ましい。その後、ストランド強度を向上する目的から、繊維にシリコーン等からなる油剤を好ましくは付与する。かかるシリコーン油剤は、好ましくはアミノ変性シリコーンを含有するものを用いる。 As the water washing bath in the water washing step, it is preferable to use a water washing bath having a temperature of 30 to 98° C. and comprising a plurality of stages. Further, the draw ratio in the washing step is preferably 2 to 6 times. After that, for the purpose of improving the strand strength, the fibers are preferably provided with an oil such as silicone. Such silicone oils preferably contain amino-modified silicones.

乾燥熱処理工程は、公知の方法を利用することができる。例えば、乾燥温度は100~200℃が例示される。 A known method can be used for the dry heat treatment step. For example, the drying temperature is 100-200°C.

前記した水洗工程、乾燥熱処理工程の後、必要に応じ、スチーム延伸を行うことにより、本発明の炭素繊維を得るのに好適な前駆体繊維が得られる。スチーム延伸は、加圧スチーム中において、延伸倍率は好ましくは2~6倍である。 Precursor fibers suitable for obtaining the carbon fibers of the present invention can be obtained by performing steam drawing, if necessary, after the water washing step and the drying heat treatment step. Steam drawing is preferably performed at a draw ratio of 2 to 6 times in pressurized steam.

炭素繊維のストランド強度を高めるためには、耐炎化工程において、得られた耐炎化繊維が、赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比が0.70~0.75の範囲、かつ、赤外スペクトルの1,370cm-1のピーク強度に対する1,254cm-1のピーク強度の比が0.50~0.65の範囲になるように制御するのが好ましい。赤外スペクトルにおける1,453cm-1のピークはアルケン由来であり、耐炎化の進行とともに減少していく。1,370cm-1のピークと1,254cm-1のピークは耐炎化構造に由来するピークであり、耐炎化の進行とともに増加していく。なお、比重が1.35の標準的な耐炎化繊維は、1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比が、0.63~0.69程度であり、本発明の耐炎化工程においては、得られた耐炎化繊維がアルケン由来の構造を通常よりも多く残すことが好ましいことを示している。1,370cm-1のピーク強度に対する1,254cm-1のピーク強度の比は耐炎化の進行とともに減少していき、特に初期の減少が大きいが、耐炎化条件次第では、時間を増やしてもかかるピーク強度比が0.65以下とならないこともある。 In order to increase the strand strength of the carbon fiber, in the flameproofing process, the resulting flameproofed fiber should have a ratio of peak intensity at 1,453 cm -1 to peak intensity at 1,370 cm -1 in the infrared spectrum of 0.5. 70 to 0.75, and the ratio of the peak intensity at 1,254 cm -1 to the peak intensity at 1,370 cm -1 in the infrared spectrum is controlled to be in the range of 0.50 to 0.65. is preferred. The peak at 1,453 cm −1 in the infrared spectrum is derived from alkene, and decreases as flame resistance progresses. A peak at 1,370 cm −1 and a peak at 1,254 cm −1 are peaks derived from the flameproof structure, and increase as the flameproofing progresses. Note that the standard flame-resistant fiber with a specific gravity of 1.35 has a ratio of peak intensity at 1,453 cm -1 to peak intensity at 1,370 cm -1 of about 0.63 to 0.69. shows that, in the flameproofing step, it is preferred that the resulting flameproofed fiber retains more of the alkene-derived structure than usual. The ratio of the peak intensity at 1,254 cm -1 to the peak intensity at 1,370 cm -1 decreases as the flame resistance progresses. The peak intensity ratio may not be 0.65 or less.

この2つのピーク強度比を目的の範囲内で両立させるためには、基本的には、前駆体繊維を構成するポリアクリロニトリル系重合体に含まれる共重合成分の量が少ないこと、前駆体繊維の結晶配向度が高いこと、前駆体繊維の単繊維繊度を小さくすること、および耐炎化温度を後半に高くすることに主に注目して条件設定すればよい。具体的には、耐炎化工程を、赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比が0.98~1.10の範囲となるまで8~25分間、好ましくは8~15分耐炎化する第1耐炎化工程と、該第1耐炎化工程により得られた繊維を、赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比を0.70~0.75の範囲、かつ、赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,254cm-1ピーク強度の比が0.50~0.65の範囲となるまで5~14分、好ましくは5~10分耐炎化する第2耐炎化工程の2段で行うことが好ましい。 In order to make these two peak intensity ratios compatible within the target range, basically, the amount of the copolymer component contained in the polyacrylonitrile-based polymer constituting the precursor fiber is small, and the amount of the precursor fiber Conditions may be set mainly by paying attention to a high degree of crystal orientation, a small single fiber fineness of the precursor fiber, and a high flameproofing temperature in the latter half. Specifically, the flameproofing step is performed for 8 to 25 minutes until the ratio of the peak intensity at 1,453 cm -1 to the peak intensity at 1,370 cm -1 in the infrared spectrum is in the range of 0.98 to 1.10. a first flameproofing step, preferably for 8 to 15 minutes, and the fiber obtained by the first flameproofing step is subjected to a peak intensity of 1,370 cm −1 in the infrared spectrum at a peak of 1,453 cm −1 The intensity ratio is in the range of 0.70 to 0.75, and the ratio of the 1,254 cm -1 peak intensity to the 1,370 cm -1 peak intensity in the infrared spectrum is in the range of 0.50 to 0.65. 5 to 14 minutes, preferably 5 to 10 minutes, is preferably carried out in two stages of the second flameproofing step.

第1耐炎化工程における耐炎化温度は、好ましくは200~250℃、より好ましくは230~250℃になるようにすることが、上述の赤外スペクトルの範囲に制御するために好ましい。 The flameproofing temperature in the first flameproofing step is preferably 200 to 250°C, more preferably 230 to 250°C, in order to control the infrared spectrum within the range described above.

第2耐炎化工程における耐炎化温度は、第1耐炎化工程よりも高い温度で行う。第2耐炎化工程の耐炎化時間を短くするためには耐炎化温度を高く調整すればよいが、適切な耐炎化温度は前駆体繊維の特性に依存する。耐炎化温度が好ましくは280~310℃、より好ましくは280~300℃、さらに好ましくは285~295℃になるようにすることが、上述の赤外スペクトルの範囲に制御するために好ましい。耐炎化温度は一定である必要はなく、多段階の温度設定でも構わない。得られる炭素繊維のストランド強度を高めるためには、耐炎化温度は高く、耐炎化時間を短くすることが好ましい。 The flameproofing temperature in the second flameproofing step is higher than that in the first flameproofing step. In order to shorten the flameproofing time in the second flameproofing step, the flameproofing temperature should be adjusted to a high value, but the appropriate flameproofing temperature depends on the properties of the precursor fiber. The flameproofing temperature is preferably 280 to 310°C, more preferably 280 to 300°C, and even more preferably 285 to 295°C, in order to control the infrared spectrum within the range described above. The flameproofing temperature need not be constant, and may be set in multiple stages. In order to increase the strand strength of the obtained carbon fiber, it is preferable that the flameproofing temperature is high and the flameproofing time is short.

なお、本発明において、耐炎化とは、前駆体繊維を酸素含有雰囲気で200~310℃で熱処理することを言う。 In the present invention, flameproofing means heat-treating the precursor fiber at 200 to 310° C. in an oxygen-containing atmosphere.

ここで述べる耐炎化時間とは耐炎化炉内に繊維が滞留している時間を意味する。耐炎化繊維とは、耐炎化工程後、予備炭素化工程前の繊維を意味する。また、ここで述べるピーク強度とは、耐炎化繊維を少量サンプリングして赤外スペクトルを測定して得られたスペクトルをベースライン補正した後の各波長における吸光度のことであり、特にピーク分割などは行わない。また、赤外スペクトルを測定する際の試料の濃度は0.67質量%となるようにKBrで希釈して測定する。このように、耐炎化条件設定を変更するたびに赤外スペクトルを測定して、後述の好ましい製造方法にしたがって条件検討すればよい。耐炎化繊維の赤外スペクトルピーク強度比を適切に制御することで、得られる炭素繊維のストランド強度を制御することができる。 The flameproofing time mentioned here means the time the fiber stays in the flameproofing furnace. A flameproof fiber means a fiber after the flameproofing step and before the preliminary carbonization step. In addition, the peak intensity described here is the absorbance at each wavelength after baseline correction of the spectrum obtained by measuring the infrared spectrum of a small amount of the flame-resistant fiber sampled. Not performed. Further, the concentration of the sample when measuring the infrared spectrum is diluted with KBr so as to be 0.67% by mass. In this way, the infrared spectrum may be measured each time the setting of the flameproofing conditions is changed, and the conditions should be examined according to the preferred manufacturing method described later. By appropriately controlling the infrared spectrum peak intensity ratio of the flameproof fiber, the strand strength of the resulting carbon fiber can be controlled.

耐炎化工程のトータルの処理時間は、好ましくは13~20分の範囲で適宜選択することができる。また、得られる炭素繊維のストランド強度を向上させる目的から、得られる耐炎化繊維の比重が好ましくは1.28~1.32、より好ましくは1.30~1.32の範囲となるように耐炎化の処理時間を設定する。より好ましい耐炎化工程の処理時間は耐炎化温度に依存する。耐炎化繊維の比重は1.28以上なければ炭素繊維のストランド強度が低下することがある。耐炎化繊維の比重が1.32以下であればストランド強度を高めることができる。耐炎化繊維の比重は耐炎化工程の処理時間と耐炎化温度により制御する。また、第1耐炎化工程から第2耐炎化工程に切り替えるタイミングは、繊維の比重が1.21~1.23の範囲とすることが好ましくい。この際も前記赤外スペクトル強度比の範囲を満たすことを優先して耐炎化工程の条件を制御する。これらの耐炎化の処理時間や耐炎化温度の好ましい範囲は前駆体繊維の特性やポリアクリロニトリル系重合体の共重合組成によって変化する。 The total treatment time of the flameproofing step can be appropriately selected, preferably within the range of 13 to 20 minutes. For the purpose of improving the strand strength of the obtained carbon fiber, the specific gravity of the obtained flame-resistant fiber is preferably in the range of 1.28 to 1.32, more preferably 1.30 to 1.32. set the processing time for the conversion. A more preferable treatment time for the flameproofing step depends on the flameproofing temperature. Unless the specific gravity of the flameproof fiber is 1.28 or more, the strand strength of the carbon fiber may be lowered. If the specific gravity of the flameproof fiber is 1.32 or less, the strand strength can be increased. The specific gravity of the flameproof fiber is controlled by the treatment time of the flameproofing process and the flameproofing temperature. Moreover, the timing of switching from the first flameproofing step to the second flameproofing step is preferably set so that the specific gravity of the fiber is in the range of 1.21 to 1.23. Also in this case, the conditions of the flameproofing step are controlled with priority given to satisfying the range of the infrared spectrum intensity ratio. The preferred range of the treatment time for flameproofing and the flameproofing temperature varies depending on the properties of the precursor fiber and the copolymer composition of the polyacrylonitrile polymer.

耐炎化工程で得られた繊維束を予備炭素化する予備炭素化工程においては、得られた耐炎化繊維を、不活性雰囲気中、最高温度500~1,200℃において、比重が好ましくは1.5~1.8になるまで熱処理する。予備炭素化工程の延伸倍率は好ましくは1.16~1.25である。予備炭素化工程の延伸倍率が1.16以上であればストランド弾性率が高まりやすく、ストランド強度を高めやすい。予備炭素化工程の延伸倍率が1.25以下であるとストランド弾性率を300GPa以下に抑制しやすい。 In the pre-carbonization step of pre-carbonizing the fiber bundle obtained in the flame-proofing step, the resulting flame-proofed fiber is treated in an inert atmosphere at a maximum temperature of 500 to 1,200° C. to a specific gravity of preferably 1.5. It is heat-treated until it becomes 5-1.8. The draw ratio in the preliminary carbonization step is preferably 1.16-1.25. If the draw ratio in the preliminary carbonization step is 1.16 or more, the strand elastic modulus tends to increase, and the strand strength tends to increase. When the draw ratio in the preliminary carbonization step is 1.25 or less, the strand elastic modulus is easily suppressed to 300 GPa or less.

予備炭素化された繊維を不活性雰囲気中、好ましくは最高温度1,000~1,500℃、より好ましくは最高温度1,100~1,300℃、さらに好ましくは最高温度1,150~1,250℃で炭素化する。炭素化工程の最高温度は、得られる炭素繊維の伸度を高める観点からは、低い方が好ましいが、低すぎるとストランド強度が低下する場合があり、両者を勘案して設定することが好ましい。 The pre-carbonized fiber is heated in an inert atmosphere preferably at a maximum temperature of 1,000 to 1,500°C, more preferably at a maximum temperature of 1,100 to 1,300°C, more preferably at a maximum temperature of 1,150 to 1,150°C. Carbonize at 250°C. From the viewpoint of increasing the elongation of the resulting carbon fiber, the maximum temperature in the carbonization step is preferably as low as possible.

また、炭素化工程の最高温度における処理時間Xは、好ましくは20~60秒であり、より好ましくは20~38秒である。炭素化工程の最高温度における処理時間Xとは、炭素化炉内の最高温度の区画を繊維が通過するのに要する時間のことである。炭素化炉はヒーターブロックで段階的に温度が上昇していくように制御された複数の区画を有することが多い。それぞれの区画は一定温度とみなして計算する。最高温度における処理時間が短いほどストランド弾性率を低く制御できるため、処理時間Xは60秒以内が好ましい。処理時間Xが20秒以上であれば安定したストランド弾性率が得られやすい。 Also, the treatment time X at the highest temperature in the carbonization step is preferably 20 to 60 seconds, more preferably 20 to 38 seconds. The treatment time X at the highest temperature of the carbonization process is the time required for the fiber to pass through the highest temperature compartment in the carbonization furnace. Carbonization furnaces often have multiple compartments that are controlled in stepwise temperature increases with heater blocks. Each section is assumed to be a constant temperature for calculation. The shorter the treatment time at the maximum temperature, the lower the strand elastic modulus can be controlled, so the treatment time X is preferably 60 seconds or less. If the treatment time X is 20 seconds or more, a stable strand elastic modulus can be easily obtained.

炭素化工程での昇温速度Yは好ましくは0.40~1.1℃/秒であり、より好ましくは0.40~1.0℃/秒であり、さらに好ましくは0.40~0.60℃/秒である。炭素化工程の昇温速度は、分解ガスの脱離速度に影響するためにストランド強度に影響する。本発明において、昇温速度とは、炭素化炉内の段階的に温度が上昇していくように制御された複数の区画を繊維が通過するにあたって、区画の温度が1,000℃を超える領域を、平均して1秒あたり何℃の速度で繊維が通過するかと定義する。具体的には、例えば、繊維が炭素化炉内の温度1,000℃の区画に入ってから、その次の1,100℃の区画に到達するまでを100秒かけて通過したとすれば、昇温速度は1.0℃/秒になる。別の例では、繊維が炭素化炉内の温度950℃の区画に入ってから、その次の1,150℃の区画に到達するまでを200秒かけて通過したとすれば、昇温速度は1.0℃/秒になる。また、炭素化工程の最高温度を1,100℃未満に設定する場合は、最高温度までの昇温速度を活用する。すなわち、最高温度が1,050℃の場合、繊維が炭素化炉内の温度1000℃の区画に入ってから、その次の1,050℃の区画に到達するまでを50秒かけて通過したとすれば、昇温速度は1.0℃/秒になる。なお、炭素化炉内の最初の区画の温度は好ましくは1,000℃以下である。かかる昇温速度は0.40℃/秒以上であればストランド弾性率が安定して得られやすい。昇温速度が、1.1℃/秒以内であればストランド強度の低下を抑制しやすい。 The temperature increase rate Y in the carbonization step is preferably 0.40 to 1.1° C./second, more preferably 0.40 to 1.0° C./second, still more preferably 0.40 to 0.40° C./second. 60° C./sec. The rate of temperature rise in the carbonization step affects the desorption rate of cracked gas, and therefore affects the strand strength. In the present invention, the rate of temperature increase refers to the region where the temperature of the compartment exceeds 1,000 ° C. when the fiber passes through a plurality of compartments in which the temperature is controlled to rise in stages in the carbonization furnace. is defined as the average rate at which the fiber passes in degrees Celsius per second. Specifically, for example, if the fiber passes from entering the compartment with a temperature of 1,000 ° C. in the carbonization furnace to reaching the next compartment with a temperature of 1,100 ° C. in 100 seconds, The heating rate is 1.0° C./sec. In another example, if a fiber enters a section of the carbonization furnace at a temperature of 950° C. and passes through the next section at a temperature of 1,150° C. in 200 seconds, the heating rate is 1.0°C/sec. Also, when setting the maximum temperature of the carbonization process to less than 1,100° C., the heating rate up to the maximum temperature is utilized. That is, when the maximum temperature is 1,050 ° C., it takes 50 seconds for the fiber to pass from entering the compartment with a temperature of 1,000 ° C. in the carbonization furnace until reaching the next compartment with a temperature of 1,050 ° C. Then, the temperature rise rate becomes 1.0° C./sec. The temperature of the first compartment in the carbonization furnace is preferably 1,000°C or less. If the heating rate is 0.40° C./second or more, a stable strand elastic modulus can be easily obtained. If the heating rate is within 1.1° C./second, it is easy to suppress the decrease in strand strength.

炭素化工程の最高温度の処理時間Xと昇温速度Yは、好ましくは0.015X≦Y≦0.015X+0.6の範囲である。この式は、炭素繊維の伸度を高めるための発明者の検討結果から導出されたものである。処理時間Xと昇温速度Yをそれぞれ調整して、かかる関係に調整することで、炭素繊維の伸度を高めやすい。 The maximum temperature treatment time X and temperature increase rate Y in the carbonization step are preferably in the range of 0.015X≤Y≤0.015X+0.6. This formula is derived from the inventor's study results for increasing the elongation of carbon fibers. By adjusting the treatment time X and the temperature increase rate Y so as to satisfy such a relationship, the elongation of the carbon fibers can be easily increased.

以上のようにして得られた炭素繊維は、好ましくはさらに電解表面処理が施され、酸素含有官能基が導入される。電解表面処理については、気相酸化、液相酸化および液相電解酸化のいずれもが用いられるが、生産性が高く、均一処理ができるという観点から、好ましくは液相電解酸化が用いられる。本発明において、液相電解酸化の方法については特に制約はなく、公知の方法で行えばよい。 The carbon fibers obtained as described above are preferably further subjected to electrolytic surface treatment to introduce oxygen-containing functional groups. As for the electrolytic surface treatment, gas phase oxidation, liquid phase oxidation and liquid phase electrolytic oxidation are all used, but from the viewpoint of high productivity and uniform treatment, liquid phase electrolytic oxidation is preferably used. In the present invention, the liquid-phase electrolytic oxidation method is not particularly limited, and a known method may be used.

かかる電解表面処理の後、得られた炭素繊維に集束性を付与するため、サイジング処理をすることもできる。サイジング剤には、炭素繊維複合材料に使用されるマトリックス樹脂の種類に応じて、マトリックス樹脂との相溶性の良いサイジング剤を適宜選択することができる。 After such an electrolytic surface treatment, a sizing treatment may be applied to impart bundling properties to the obtained carbon fibers. As the sizing agent, a sizing agent having good compatibility with the matrix resin can be appropriately selected according to the type of the matrix resin used in the carbon fiber composite material.

次に、本発明の炭素繊維複合材料について述べる。本発明の炭素繊維複合材料は、上述した本発明の炭素繊維とマトリックス樹脂として、アミン型エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂に溶解する熱可塑性樹脂[B]、エポキシ樹脂硬化剤を有するエポキシ樹脂組成物[C]を含む。 Next, the carbon fiber composite material of the present invention will be described. The carbon fiber composite material of the present invention is an epoxy resin composition comprising the carbon fiber of the present invention described above and a matrix resin, an amine-type epoxy resin [A], a thermoplastic resin soluble in epoxy resin [B], and an epoxy resin curing agent. Including the thing [C].

本発明で用いられるアミン型エポキシ樹脂[A]としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン、テトラグリシジルキシリレンジアミン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、またはこれらのハロゲン置換体、アルキル置換体、水添体などが挙げられる。中でも、弾性率と耐熱性を付与できることから、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、またはこれらのハロゲン置換体、アルキル置換体、水添体が好ましい。 Examples of the amine-type epoxy resin [A] used in the present invention include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidyldiaminodiphenylsulfone, tetraglycidylxylylenediamine, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, diglycidylaniline, and diglycidyl. Toluidine, or halogen-substituted, alkyl-substituted or hydrogenated products thereof may be mentioned. Among them, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, or halogen-substituted, alkyl-substituted, or hydrogenated products thereof are preferable because they can impart elastic modulus and heat resistance.

テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの市販品としては、“スミエポキシ”(登録商標)ELM434(住友化学工業(株)製)、YH434L(新日鐵住金化学(株)製)、“jER”(登録商標)604(三菱化学(株)製)、“アラルダイド”(登録商標)MY720、“アラルダイド”(登録商標)MY721、“アラルダイド”(登録商標)MY9512、“アラルダイド”(登録商標)MY9663(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)などが挙げられる。 Commercially available products of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), and "jER" (registered trademark) 604 ( Mitsubishi Chemical Corporation), "Araldide" (registered trademark) MY720, "Araldide" (registered trademark) MY721, "Araldide" (registered trademark) MY9512, "Araldide" (registered trademark) MY9663 (the above, Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.) and the like.

テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホンの市販品としては、TG3DAS(三井化学ファイン(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of tetraglycidyldiaminodiphenylsulfone include TG3DAS (manufactured by Mitsui Chemicals Fine, Inc.).

テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその水素添加品の市販品としては、“TETRAD”(登録商標)-X、“TETRAD”(登録商標)-C(以上、三菱ガス化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of tetraglycidylxylylenediamine and hydrogenated products thereof include "TETRAD" (registered trademark)-X and "TETRAD" (registered trademark)-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.). .

トリグリシジルアミノフェノール又はトリグリシジルアミノクレゾールの市販品としては、“スミエポキシ”(登録商標)ELM100、“スミエポキシ”(登録商標)ELM120(以上、住友化学工業(株)製)、“アラルダイド”(登録商標)MY0500、“アラルダイド”(登録商標)MY0510、“アラルダイド”(登録商標)MY0600(以上、ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ社製)、“jER”(登録商標)630(三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Commercial products of triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol include "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM100, "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and "Araldide" (registered trademark). ) MY0500, “Araldide” (registered trademark) MY0510, “Araldide” (registered trademark) MY0600 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), “jER” (registered trademark) 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), etc. is mentioned.

ジグリシジルアニリン類の市販品としては、GAN(日本化薬(株)製)、TOREP-E204(東レ・ファインケミカル(株)製)などが挙げられる。 Commercially available diglycidylanilines include GAN (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and TOREP-E204 (manufactured by Toray Fine Chemicals Co., Ltd.).

ジグリシジルトルイジンの市販品としては、GOT(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercial products of diglycidyl toluidine include GOT (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).

本発明において、エポキシ樹脂の総量100質量部中にアミン型エポキシ樹脂[A]が50~100質量部含まれることが好ましく、より好ましくは70~100質量部の範囲である。アミン型エポキシ樹脂が、配合したエポキシ樹脂総量100質量部に対して50質量部未満であると、耐熱性と弾性率が不足したエポキシ樹脂組成物となる場合がある。さらに、炭素繊維複合材料としたときに圧縮強度が低下することがある。 In the present invention, the amine-type epoxy resin [A] is preferably contained in 50 to 100 parts by mass, more preferably in the range of 70 to 100 parts by mass, in 100 parts by mass of the total epoxy resin. If the amount of the amine-type epoxy resin is less than 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the epoxy resin blended, the resulting epoxy resin composition may lack heat resistance and elastic modulus. Furthermore, the compressive strength may decrease when made into a carbon fiber composite material.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、アミン型エポキシ樹脂[A]は2官能アミン型エポキシ樹脂と3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を含むものが好ましい。2官能アミン型エポキシ樹脂を含むことで架橋点間距離が延長され、275℃での貯蔵弾性率の低減やエポキシ樹脂硬化物の伸度が向上する。さらに、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を配合することで、耐熱性と弾性率が向上し、バランスのとれた樹脂組成となる。 In the epoxy resin composition of the present invention, the amine-type epoxy resin [A] preferably contains a bifunctional amine-type epoxy resin and a tri- or more functional amine-type epoxy resin. Including a bifunctional amine type epoxy resin extends the distance between cross-linking points, reduces the storage elastic modulus at 275° C., and improves the elongation of the cured epoxy resin. Furthermore, by blending a trifunctional or higher amine-type epoxy resin, the heat resistance and elastic modulus are improved, resulting in a well-balanced resin composition.

また、本発明の効果を損なわない範囲において、エポキシ樹脂として、アミン型エポキシ樹脂[A]以外に他のエポキシ樹脂成分を含んでいても構わない。これらは1種類だけでなく、複数種組み合わせて添加してもよい。重量平均分子量が400以上のエポキシ樹脂を配合することで、架橋点間距離が延長でき、275℃での貯蔵弾性率が低減できるため好ましく用いられる。具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ウレタンおよびイソシアネート変性エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、及び、ビスフェノール型エポキシ樹脂として、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールS型、ビスフェノールAD型、もしくはこれらビスフェノールのハロゲン、アルキル置換体、水添体等が用いられる。かかるエポキシ樹脂の具体例として以下のものが挙げられる。 In addition to the amine-type epoxy resin [A], other epoxy resin components may be included as the epoxy resin within a range that does not impair the effects of the present invention. These may be added singly or in combination. By blending an epoxy resin having a weight-average molecular weight of 400 or more, the distance between cross-linking points can be extended, and the storage elastic modulus at 275° C. can be reduced, so that it is preferably used. Specifically, phenol novolak-type epoxy resins, cresol novolac-type epoxy resins, resorcinol-type epoxy resins, dicyclopentadiene-type epoxy resins, urethane- and isocyanate-modified epoxy resins, epoxy resins having a biphenyl skeleton, epoxy resins having a fluorene skeleton, As the bisphenol type epoxy resin, bisphenol A type, bisphenol F type, bisphenol S type, bisphenol AD type, or halogen-, alkyl-substituted or hydrogenated bisphenols are used. Specific examples of such epoxy resins include the following.

フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)152、“jER”(登録商標)154(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン”(登録商標)N-740、“エピクロン”(登録商標)N-770、“エピクロン”(登録商標)N-775(以上、DIC(株)製)などが挙げられる。 Commercially available phenolic novolac epoxy resins include "jER" (registered trademark) 152, "jER" (registered trademark) 154 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), "Epiclon" (registered trademark) N-740, "Epiclon" (registered trademark) N-770, "Epiclon" (registered trademark) N-775 (manufactured by DIC Corporation) and the like.

クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン”(登録商標)N-660、“エピクロン”(登録商標)N-665、“エピクロン”(登録商標)N-670、“エピクロン”(登録商標)N-673、“エピクロン”(登録商標)N-695(以上、DIC(株)製)、EOCN-1020、EOCN-102S、EOCN-104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercial products of cresol novolak type epoxy resins include "Epiclon" (registered trademark) N-660, "Epiclon" (registered trademark) N-665, "Epiclon" (registered trademark) N-670, and "Epiclon" (registered trademark). ) N-673, “Epiclon” (registered trademark) N-695 (manufactured by DIC Corporation), EOCN-1020, EOCN-102S, EOCN-104S (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), etc. be done.

レゾルシノール型エポキシ樹脂の具体例としては、“デナコール”(登録商標)EX-201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Specific examples of resorcinol-type epoxy resins include “Denacol” (registered trademark) EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン”(登録商標)HP7200、“エピクロン”(登録商標)HP7200L、“エピクロン”(登録商標)HP7200H(以上、DIC(株)製)、Tactix558(ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製)、XD-1000-1L、XD-1000-2L(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include "Epiclon" (registered trademark) HP7200, "Epiclon" (registered trademark) HP7200L, "Epiclon" (registered trademark) HP7200H (manufactured by DIC Corporation), and Tactix558 (manufactured by DIC Corporation). Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), XD-1000-1L, XD-1000-2L (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and the like.

ウレタンおよびイソシアネート変性エポキシ樹脂の市販品としては、オキサゾリドン環を有するAER4152(旭化成イーマテリアルズ(株)製)やACR1348(旭電化(株)製)などが挙げられる。 Commercial products of urethane- and isocyanate-modified epoxy resins include AER4152 (manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) and ACR1348 (manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) having an oxazolidone ring.

ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)YX4000H、“jER”(登録商標)YX4000、“jER”(登録商標)YL6616(以上、三菱化学(株)製)、NC-3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercially available epoxy resins having a biphenyl skeleton include "jER" (registered trademark) YX4000H, "jER" (registered trademark) YX4000, "jER" (registered trademark) YL6616 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), NC -3000 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and the like.

フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、ESF300(新日鐵住金化学(株)製)、“オンコート”(登録商標)EX-1010、“オンコート”(登録商標)EX-1011、“オンコート”(登録商標)EX-1012、“オンコート”(登録商標)EX-1020、“オンコート”(登録商標)EX-1030、“オンコート”(登録商標)EX-1040、“オンコート”(登録商標)EX-1050、“オンコート”(登録商標)EX-1051(以上、ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Commercially available epoxy resins having a fluorene skeleton include ESF300 (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), “Oncoat” (registered trademark) EX-1010, “Oncoat” (registered trademark) EX-1011, “ On Coat” (registered trademark) EX-1012, “On Coat” (registered trademark) EX-1020, “On Coat” (registered trademark) EX-1030, “On Coat” (registered trademark) EX-1040, “On Coat ” (registered trademark) EX-1050, “On Coat” (registered trademark) EX-1051 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation) and the like.

ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“エポトート”(登録商標)YD128(新日鐵住金化学(株)製)、“jER”(登録商標)”825、“jER”(登録商標)828、“jER”(登録商標)834、“jER”(登録商標)1001、“jER”(登録商標)1004、“jER”(登録商標)1007、“jER”(登録商標)1009、“jER”(登録商標)1010(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol A epoxy resins include "Epototh" (registered trademark) YD128 (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), "jER" (registered trademark) 825, "jER" (registered trademark) 828, “jER” (registered trademark) 834, “jER” (registered trademark) 1001, “jER” (registered trademark) 1004, “jER” (registered trademark) 1007, “jER” (registered trademark) 1009, “jER” (registered trademark) Trademark) 1010 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and the like.

ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン”(登録商標)830、“エピクロン”(登録商標)835(以上、DIC(株)製)、“jER(登録商標)806、“jER”(登録商標)807、“jER”(登録商標)4004P、“jER”(登録商標)4007P、“jER”(登録商標)4009P、“jER”(登録商標)4010P(以上、三菱化学(株)製)、“エポトート(登録商標)YDF170、“エポトート”(登録商標)YDF2001(以上、新日鐵住金化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol F type epoxy resins include "Epiclon" (registered trademark) 830, "Epiclon" (registered trademark) 835 (manufactured by DIC Corporation), "jER (registered trademark) 806," jER" ( Registered trademark) 807, “jER” (registered trademark) 4004P, “jER” (registered trademark) 4007P, “jER” (registered trademark) 4009P, “jER” (registered trademark) 4010P (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) , “Epotoot (registered trademark) YDF170” and “Epotoot” (registered trademark) YDF2001 (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.).

ビスフェノールS型エポキシ樹脂としては、“エピクロン”(登録商標)EXA-1514(DIC(株)製)などが挙げられる。 Examples of bisphenol S-type epoxy resins include "Epiclon" (registered trademark) EXA-1514 (manufactured by DIC Corporation).

ビスフェノールAD型エポキシ樹脂としては、“EPOMIK”(登録商標)R710、“EPOMIK”(登録商標)R1710(以上、(株)プリンテック製)などが挙げられる。 Examples of bisphenol AD type epoxy resins include "EPOMIK" (registered trademark) R710 and "EPOMIK" (registered trademark) R1710 (manufactured by Printec Co., Ltd.).

本発明のエポキシ樹脂組成物には、熱可塑性樹脂[B]を混合、または、溶解させて用いられる。 The epoxy resin composition of the present invention is used by mixing or dissolving the thermoplastic resin [B].

本発明において、上記のアミン型エポキシ樹脂[A]に、熱可塑性樹脂[B]を組み合わせることで、耐熱性の低下を回避しつつ高い靭性が得られ、炭素繊維複合材料としたときにその伸度が大幅に向上する。 In the present invention, by combining the amine-type epoxy resin [A] with the thermoplastic resin [B], it is possible to obtain high toughness while avoiding a decrease in heat resistance. degree is greatly improved.

本発明における熱可塑性樹脂[B]は、常温で結晶状態もしくはガラス状態にあり、熱可塑性を有する。 The thermoplastic resin [B] in the present invention is in a crystalline or glassy state at room temperature and has thermoplasticity.

かかる熱可塑性樹脂[B]としては、一般に、主鎖に、炭素-炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、スルホン結合およびカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、この熱可塑性樹脂[B]は、部分的に架橋構造を有していても差し支えなく、結晶性を有していても非晶性であってもよい。特に、ポリアミド、ポリカーボナート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾールからなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂が、上記のエポキシ樹脂組成物に含まれるいずれかのエポキシ樹脂に溶解していることが好適である。 Such a thermoplastic resin [B] generally has a carbon-carbon bond, an amide bond, an imide bond, an ester bond, an ether bond, a carbonate bond, a urethane bond, a thioether bond, a sulfone bond and a carbonyl bond in the main chain. It is preferably a thermoplastic resin having a bond selected from Further, this thermoplastic resin [B] may have a partially crosslinked structure, and may be crystalline or amorphous. In particular, polyamides, polycarbonates, polyacetals, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfides, polyarylates, polyesters, polyamideimides, polyimides, polyetherimides, polyimides having a phenyltrimethylindane structure, polysulfones, polyethersulfones, polyetherketones, polyetherethers At least one resin selected from the group consisting of ketone, polyaramid, polyethernitrile and polybenzimidazole is preferably dissolved in any one of the epoxy resins contained in the epoxy resin composition.

本発明において、熱可塑性樹脂[B]はエポキシ樹脂組成物中に8~40質量%含まれ、好ましくは8~35質量%、より好ましくは12~35質量%、さらに好ましくは16~35質量%、最も好ましくは20~30質量%含まれる。熱可塑性樹脂[B]の配合量が8質量%未満となると、樹脂硬化物の靭性が低下し、得られる繊維強化複合材料の層間靭性が不足する。また、40質量%より多くなると、熱硬化性樹脂組成物の粘度が上昇し、熱硬化性樹脂組成物およびプリプレグの製造プロセス性や取り扱い性が不十分となる。 In the present invention, the thermoplastic resin [B] is contained in the epoxy resin composition in an amount of 8 to 40% by mass, preferably 8 to 35% by mass, more preferably 12 to 35% by mass, still more preferably 16 to 35% by mass. , and most preferably 20 to 30% by weight. When the content of the thermoplastic resin [B] is less than 8% by mass, the toughness of the cured resin is lowered, and the interlaminar toughness of the resulting fiber-reinforced composite material is insufficient. On the other hand, if it exceeds 40% by mass, the viscosity of the thermosetting resin composition increases, and the thermosetting resin composition and the prepreg have insufficient production processability and handleability.

また、かかる熱可塑性樹脂[B]の重量平均分子量は、4,000~40,000g/molの範囲にあることが好ましく、より好ましくは10,000~40,000g/mol、さらに好ましくは15,000~30,000g/molである。かかる重量平均分子量が4,000g/molより低いと、エポキシ樹脂硬化物の伸度と靭性が不足する場合がある。また、40,000g/molより高いと、エポキシ樹脂組成物に熱可塑性樹脂を溶解した際、エポキシ樹脂の粘度が高くなり混練が難しく、プリプレグ化が困難となる場合がある。 Further, the weight average molecular weight of the thermoplastic resin [B] is preferably in the range of 4,000 to 40,000 g/mol, more preferably 10,000 to 40,000 g/mol, still more preferably 15,000 g/mol. 000 to 30,000 g/mol. If the weight average molecular weight is less than 4,000 g/mol, the elongation and toughness of the cured epoxy resin may be insufficient. On the other hand, if it is higher than 40,000 g/mol, when the thermoplastic resin is dissolved in the epoxy resin composition, the viscosity of the epoxy resin becomes high, making kneading difficult and prepreg-forming may be difficult.

さらに、本発明における熱可塑性樹脂[B]のガラス転移温度は150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましく、さらに好ましくは220℃以上である。かかる熱可塑性樹脂[B]のガラス転移温度が150℃未満であると、炭素繊維複合材料が熱変形を起こしやすくなる場合がある。 Furthermore, the glass transition temperature of the thermoplastic resin [B] in the present invention is preferably 150°C or higher, more preferably 200°C or higher, still more preferably 220°C or higher. If the glass transition temperature of the thermoplastic resin [B] is less than 150°C, the carbon fiber composite material may be easily deformed by heat.

かかる熱可塑性樹脂[B]としては、ポリカーボネート(ガラス転移温度(Tgともいう):150℃)、ポリスルホン(Tg:190℃)、ポリエーテルイミド(Tg:215℃)、ポリエーテルスルホン(Tg:225℃)などが挙げられる。かかる熱可塑性樹脂[B]のガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量分析)を用いて、30℃から、予測されるガラス転移温度よりも30℃高い温度以上まで、昇温速度20℃/分の昇温条件で昇温し、1分間保持した後、20℃/分の降温条件で0℃まで一旦冷却し、1分間保持した後、再度20℃/分の昇温条件で測定した際に観察されるガラス転移温度のことである。 Examples of the thermoplastic resin [B] include polycarbonate (glass transition temperature (also referred to as Tg): 150°C), polysulfone (Tg: 190°C), polyetherimide (Tg: 215°C), polyethersulfone (Tg: 225°C °C) and the like. The glass transition temperature of the thermoplastic resin [B] was measured by DSC (differential scanning calorimetry) from 30° C. to a temperature 30° C. higher than the predicted glass transition temperature at a heating rate of 20° C./min. and held for 1 minute, then once cooled to 0 ° C. under a temperature drop condition of 20 ° C./min, held for 1 minute, and then measured again under a temperature rise condition of 20 ° C./min. It is the observed glass transition temperature.

ポリカーボネートの市販品としては、“パンライト”(登録商標)K1300Y(帝人(株)製)などが挙げられる。ポリスルホンの市販品としては、“Udel”(登録商標)P-1700、“Udel”(登録商標)P-3500LCD、“Virantage”(登録商標)DAMS VW-30500RP(以上、Solvay Specialty Polymers社製)などが挙げられる。ポリエーテルイミドの市販品としては、“ウルテム”(登録商標)1000、“ウルテム”(登録商標)1010(以上、SABIC社製)などが挙げられる。ポリエーテルスルホンの市販品としては、“スミカエクセル”(登録商標)PES3600P、“スミカエクセル”(登録商標)PES5003P、“スミカエクセル”(登録商標)PES5200P、“スミカエクセル”(登録商標)PES7600P(以上、住友化学工業(株)製)、“Ultrason”(登録商標)E2020P SR、(BASF社製)、“Virantage”(登録商標)VW-10200RP、“Virantage”(登録商標)VW-10700RP(以上、Solvay Specialty Polymers社製)などが挙げられる。 Commercially available polycarbonate products include "Panlite" (registered trademark) K1300Y (manufactured by Teijin Limited). Commercially available polysulfone products include "Udel" (registered trademark) P-1700, "Udel" (registered trademark) P-3500LCD, "Virantage" (registered trademark) DAMS VW-30500RP (manufactured by Solvay Specialty Polymers), and the like. is mentioned. Commercially available products of polyetherimide include "Ultem" (registered trademark) 1000 and "Ultem" (registered trademark) 1010 (manufactured by SABIC). Commercially available products of polyethersulfone include "Sumika Excel" (registered trademark) PES3600P, "Sumika Excel" (registered trademark) PES5003P, "Sumika Excel" (registered trademark) PES5200P, "Sumika Excel" (registered trademark) PES7600P (the above , Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "Ultrason" (registered trademark) E2020P SR, (manufactured by BASF), "Virantage" (registered trademark) VW-10200RP, "Virantage" (registered trademark) VW-10700RP (above, manufactured by Solvay Specialty Polymers) and the like.

さらに、この熱可塑性樹脂[B]の末端官能基としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、チオール基、酸無水物などが、好ましく用いられる。水酸基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、フェノキシ樹脂を挙げることができる。また、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルスルホンを挙げることができる。 Further, as terminal functional groups of the thermoplastic resin [B], hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups, thiol groups, acid anhydrides and the like are preferably used. Examples of thermoplastic resins having hydroxyl groups include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, and phenoxy resins. Moreover, polyether sulfone can be mentioned as a thermoplastic resin having a sulfonyl group.

具体的には、フェノキシ樹脂の市販品として、“フェノトート”(登録商標)YP-50、“フェノトート”(登録商標)YP-50S(以上、新日鉄住金化学(株)製)などが挙げられる。 Specifically, commercially available phenoxy resins include "Phenotote" (registered trademark) YP-50, "Phenotote" (registered trademark) YP-50S (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.) and the like. .

本発明において、エポキシ樹脂硬化剤[C]は、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂の硬化剤であり、エポキシ基と反応し得る活性水素を有する化合物であり、芳香族アミン、脂肪族アミン、酸無水物やフェノール類が挙げられる。芳香族アミンとして具体的には、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノベンズアニリド、トルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミンが挙げられる。中でも、ジアミノジフェニルスルホンもしくはその異性体が好ましく用いられる。ジアミノジフェニルスルホンもしくはその異性体は、耐熱性の良好なエポキシ樹脂硬化物を得られることから好ましく使用される。ジアミノジフェニルスルホンの異性体としては、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホンが挙げられる。 In the present invention, the epoxy resin curing agent [C] is a curing agent for the epoxy resin contained in the epoxy resin composition of the present invention, and is a compound having active hydrogen capable of reacting with an epoxy group. group amines, acid anhydrides and phenols. Specific examples of aromatic amines include diaminodiphenyl sulfone, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenyl ether, diaminobenzanilide, toluenediamine, and diethyltoluenediamine. Among them, diaminodiphenylsulfone or its isomers are preferably used. Diaminodiphenyl sulfone or its isomers are preferably used because they give a cured epoxy resin with good heat resistance. Isomers of diaminodiphenyl sulfone include 3,3'-diaminodiphenyl sulfone and 4,4'-diaminodiphenyl sulfone.

レジントランスファーモールディング(RTM)やプルトリュージョン成形などでは、液状のジエチルトルエンジアミンが好ましく用いられる。 Liquid diethyltoluenediamine is preferably used in resin transfer molding (RTM), pultrusion molding, and the like.

脂肪族アミン硬化剤としては、イソフォロンジアミン、m-キシレンジアミン、メンセンジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタンなどが挙げられる。酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸などが挙げられる。 Aliphatic amine curing agents include isophoronediamine, m-xylenediamine, mensendiamine, diaminodicyclohexylmethane, and the like. Acid anhydrides include phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, maleic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, and succinic anhydride.

フェノール類としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル類、ビスフェノールAやビスフェノールSなどのビスフェノール類、レゾルシノール、ナフタレンジオール、ヒドロキノンなどが挙げられる。 Phenols include phenol novolak, cresol novolak, phenol aralkyls, bisphenols such as bisphenol A and bisphenol S, resorcinol, naphthalene diol, hydroquinone, and the like.

また、かかるエポキシ樹脂硬化剤[C]の総量は、[C]に含まれる活性水素のモル数がエポキシ樹脂組成物全体に含まれるエポキシ基のモル数の0.6~2.0倍になるよう配合される必要があり、圧縮降伏応力の向上のためには好ましくは0.6~1.0倍の範囲であり、275℃での貯蔵弾性率の低減のためには好ましくは1.1~1.8倍、より好ましくは1.2~1.5倍になるよう配合されることが望ましい。かかる活性水素のモル数がエポキシ樹脂組成物全体に含まれるエポキシ基のモル数の1.0倍以下の場合は、架橋密度が高くなるために高い圧縮降伏応力が得やすく、1.1倍以上の場合は架橋密度が低くなるため樹脂伸度の向上が得られる。一方、2.0倍を超える場合は、耐熱性が顕著に低下し、また、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇するため、プリプレグの作製が困難となる場合がある。 The total amount of epoxy resin curing agent [C] is such that the number of moles of active hydrogen contained in [C] is 0.6 to 2.0 times the number of moles of epoxy groups contained in the entire epoxy resin composition. It should be blended as much as possible, preferably in the range of 0.6 to 1.0 times for improving the compressive yield stress, and preferably 1.1 times for reducing the storage modulus at 275 ° C. It is desired to be blended so as to have a ratio of up to 1.8 times, more preferably 1.2 to 1.5 times. When the number of moles of such active hydrogen is 1.0 times or less the number of moles of epoxy groups contained in the entire epoxy resin composition, the crosslink density is increased, so that a high compressive yield stress is easily obtained, and the number of moles is 1.1 times or more. In the case of , the resin elongation is improved because the crosslink density is low. On the other hand, when it exceeds 2.0 times, the heat resistance is remarkably lowered and the viscosity of the epoxy resin composition is increased, which may make it difficult to produce the prepreg.

芳香族アミンの市販品としては、セイカキュアS(和歌山精化工業(株)製)、MDA-220(三井化学(株)製)、“jERキュア”(登録商標)W(三菱化学(株)製)、および3,3’-DAS(三井化学ファイン(株)製)、“Lonzacure”(登録商標)M-DEA、“Lonzacure”(登録商標)M-DIPA、“Lonzacure”(登録商標)M-MIPAおよび“Lonzacure”(登録商標)DETDA80(以上、Lonza社製)などが挙げられる。 Commercially available aromatic amines include Seikacure S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), MDA-220 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), “jER Cure” (registered trademark) W (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). ), and 3,3′-DAS (manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.), “Lonzacure” (registered trademark) M-DEA, “Lonzacure” (registered trademark) M-DIPA, “Lonzacure” (registered trademark) M- Examples include MIPA and "Lonzacure" (registered trademark) DETDA80 (manufactured by Lonza).

これらのエポキシ樹脂硬化剤[C]は、単独で使用しても複数を併用してもよい。また、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤[C]、あるいはそれらの一部を予備反応させたものを組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効な場合がある。 These epoxy resin curing agents [C] may be used alone or in combination. In addition, an epoxy resin and an epoxy resin curing agent [C], or a pre-reacted product of some of them, can be blended into the composition. This method may be effective in adjusting viscosity and improving storage stability.

本発明において、エポキシ樹脂硬化物は、本発明のエポキシ樹脂組成物をDSCにより得られる硬化度が90%以上となる温度条件で加熱硬化することにより得ることができる。かかる温度条件は、硬化剤や促進剤の種類や量に応じて適宜設定することができ、例えば、硬化剤にジアミノジフェニルスルホンを用いた場合、180℃で2時間の温度条件が好適に使用できる。硬化度は、DSC(示差走査熱量分析)により得られる、かかるエポキシ樹脂組成物の総発熱量QTと、かかる硬化物の残存発熱量QRから下記の式で算出される。
硬化度(%)=(QT-QR)/QT×100。
In the present invention, the epoxy resin cured product can be obtained by heating and curing the epoxy resin composition of the present invention under temperature conditions such that the degree of cure obtained by DSC is 90% or more. Such temperature conditions can be appropriately set according to the type and amount of the curing agent and accelerator. For example, when diaminodiphenylsulfone is used as the curing agent, a temperature condition of 180° C. for 2 hours can be suitably used. . The degree of cure is calculated by the following formula from the total calorific value QT of the epoxy resin composition and the residual calorific value QR of the cured product obtained by DSC (differential scanning calorimetry).
Degree of cure (%) = (QT-QR)/QT x 100.

本発明において、エポキシ樹脂硬化物は、SACMA SRM 18R-94に従って、動的粘弾性測定装置を用い5℃/分の速度で加熱し、1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率が1~10MPaであり、好ましくは5~9MPaであり、6~8MPaである。かかる貯蔵弾性率は炭素繊維複合材料に引張応力が負荷されて、単繊維レベルの破断が始まった際に応力集中を抑制する特性に関連している。かかる貯蔵弾性率が1MPa以上であればエポキシ樹脂硬化物の耐熱性が十分であり、10MPa以下であれば応力集中による単繊維の連鎖的な破断を抑制して炭素繊維複合材料の伸度を高めることができる。 In the present invention, the epoxy resin cured product was heated at a rate of 5°C/min using a dynamic viscoelasticity measuring device in accordance with SACMA SRM 18R-94, and the storage modulus at 275°C was measured in a 1.0 Hz torsional mode. is 1 to 10 MPa, preferably 5 to 9 MPa, and 6 to 8 MPa. Such a storage modulus is related to the property of suppressing stress concentration when tensile stress is applied to the carbon fiber composite material and breakage at the single fiber level begins. If the storage elastic modulus is 1 MPa or more, the epoxy resin cured product has sufficient heat resistance, and if it is 10 MPa or less, chain breakage of single fibers due to stress concentration is suppressed and the elongation of the carbon fiber composite material is increased. be able to.

本発明において、エポキシ樹脂組成物の硬化物は、圧縮降伏時ひずみが好ましくは10~15%であり、より好ましくは11~15%である。圧縮時降伏ひずみとはエポキシ樹脂硬化物の架橋度と関連するパラメーターであり、架橋度が低いほど炭素繊維のストランド強度を炭素繊維複合材料の0°引張強度に寄与させることができる。かかるひずみが10%以上であれば炭素繊維複合材料の0°引張強度が満足することが多く、かかるひずみが15%以下であればエポキシ樹脂硬化物の弾性率との関係に関して満足することが多い。かかる圧縮測定の詳細は後述する。かかるひずみは、主に架橋度や架橋点間距離によって制御できるため、エポキシ硬化剤の種類やエポキシ樹脂との割合、エポキシ樹脂のエポキシ基数などによって調整できる。 In the present invention, the cured product of the epoxy resin composition preferably has a compression yield strain of 10 to 15%, more preferably 11 to 15%. The compression yield strain is a parameter related to the degree of cross-linking of the cured epoxy resin, and the lower the degree of cross-linking, the more the strand strength of the carbon fiber can contribute to the 0° tensile strength of the carbon fiber composite material. If the strain is 10% or more, the 0° tensile strength of the carbon fiber composite material is often satisfied, and if the strain is 15% or less, the relationship with the elastic modulus of the epoxy resin cured product is often satisfied. . Details of such compression measurements will be described later. Since this strain can be controlled mainly by the degree of cross-linking and the distance between cross-linking points, it can be adjusted by the type of epoxy curing agent, the ratio with the epoxy resin, the number of epoxy groups of the epoxy resin, and the like.

本発明において、エポキシ樹脂組成物の硬化物は、圧縮降伏応力が好ましくは90~140MPaであり、より好ましくは95~120MPaであり、さらに好ましくは100~110MPaである。かかる圧縮降伏応力は、炭素繊維とエポキシ樹脂硬化物との界面接着に関連し、かかる圧縮降伏応力が90MPa以上であれば、その界面接着強度が満足することが多く、一方、140MPa以下であれば前記ひずみとのバランスに優れることが多い。 In the present invention, the cured product of the epoxy resin composition preferably has a compressive yield stress of 90 to 140 MPa, more preferably 95 to 120 MPa, still more preferably 100 to 110 MPa. Such compressive yield stress is related to interfacial adhesion between carbon fiber and cured epoxy resin. It often has an excellent balance with the strain.

本発明において、プリプレグとは上述のエポキシ樹脂組成物を上記強化繊維に含浸したものである。そのプリプレグの繊維質量分率は好ましくは40~90質量%であり、より好ましくは50~80質量%である。繊維質量分率が低すぎると、得られる複合材料の質量が過大となり、比弾性率に優れる炭素繊維複合材料の利点が損なわれることがあり、また、繊維質量分率が高すぎると、エポキシ樹脂組成物の含浸不良が生じ、得られる炭素繊維複合材料がボイドの多いものとなり易く、その力学特性が大きく低下することがある。 In the present invention, the prepreg is obtained by impregnating the above reinforcing fiber with the above epoxy resin composition. The fiber mass fraction of the prepreg is preferably 40-90% by mass, more preferably 50-80% by mass. If the fiber mass fraction is too low, the resulting composite material will have an excessive mass, and the advantage of the carbon fiber composite material having an excellent specific elastic modulus may be impaired. Poor impregnation of the composition may occur, and the obtained carbon fiber composite material tends to have many voids, and its mechanical properties may be significantly deteriorated.

炭素繊維の形態は特に限定されるものではなく、例えば、一方向に引き揃えた連続繊維シート・トウ、織物、マットなどが用いられる。 The form of the carbon fibers is not particularly limited, and for example, continuous fiber sheets or tows aligned in one direction, woven fabrics, mats, and the like are used.

本発明において、前記エポキシ樹脂組成物を、メチルエチルケトンやメタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、炭素繊維に含浸させる方法(ウェット法)と、エポキシ樹脂組成物を加熱により低粘度化し、炭素繊維に含浸させるホットメルト法(ドライ法)等により作製することができる。 In the present invention, the epoxy resin composition is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to reduce the viscosity, and impregnated into carbon fibers (wet method). It can be produced by a hot melt method (dry method) or the like.

得られたプリプレグを積層後、積層物に圧力を付与しながらエポキシ樹脂組成物を加熱硬化させる方法等により、本発明の炭素繊維複合材料が作製される。ここで、熱および圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法および内圧成形法等が採用される。 After laminating the obtained prepregs, the carbon fiber composite material of the present invention is produced by a method of heating and curing the epoxy resin composition while applying pressure to the laminate. Here, as a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like is employed.

本発明の炭素繊維複合材料は、プリプレグを介さず、エポキシ樹脂組成物を直接炭素繊維に含浸させた後、加熱硬化せしめる方法、例えば、ハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法、プルトルージョン法、レジンインジェクションモールディング法、およびレジントランスファーモールディング法等の成形法によって作製できる。これら方法では、エポキシ樹脂からなる主剤とエポキシ樹脂硬化剤との2液を使用直前に混合してエポキシ樹脂組成物を調製することが好ましい。 The carbon fiber composite material of the present invention is produced by impregnating carbon fibers directly with an epoxy resin composition without passing through a prepreg, and then heating and curing such as a hand layup method, a filament winding method, a pultrusion method, and a resin injection method. It can be produced by a molding method such as a molding method and a resin transfer molding method. In these methods, it is preferable to prepare the epoxy resin composition by mixing the two liquids of the epoxy resin main agent and the epoxy resin curing agent immediately before use.

本発明の炭素繊維複合材料は、0°引張強度が好ましくは4.0GPa以上であり、より好ましくは4.1GPa以上であり、さらに好ましくは4.2~4.5GPaである。0°引張強度は、炭素繊維複合材料に対する耐衝撃性の影響因子である。0°引張強度は、JIS K7165(2008)に従って評価することができる。0°引張強度が4.0GPa以上であれば炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度を高めやすい。0°引張強度に上限はないが4.5GPaもあれば炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度が満足できるレベルとなりやすい。0°引張強度は、炭素繊維のストランド強度およびエポキシ樹脂硬化物の貯蔵弾性率などで制御できる。 The carbon fiber composite material of the present invention preferably has a 0° tensile strength of 4.0 GPa or more, more preferably 4.1 GPa or more, and still more preferably 4.2 to 4.5 GPa. 0° tensile strength is an impact factor for carbon fiber composites. The 0° tensile strength can be evaluated according to JIS K7165 (2008). If the 0° tensile strength is 4.0 GPa or more, it is easy to increase the strain energy density of the carbon fiber composite material. There is no upper limit to the 0° tensile strength, but as long as it is 4.5 GPa, the strain energy density of the carbon fiber composite material tends to reach a satisfactory level. The 0° tensile strength can be controlled by the strand strength of the carbon fiber, the storage elastic modulus of the cured epoxy resin, and the like.

本発明の炭素繊維複合材料は、好ましくは伸度が2.5%以上であり、より好ましくは2.6~2.8%である。かかる伸度は、JIS K7165(2008)に従ってひずみゲージで評価することができる。炭素繊維複合材料の伸度が2.5%以上であれば、炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度を高めやすい。伸度に上限はないが、2.8%もあれば炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度を高めることに十分であることが多い。炭素繊維複合材料の伸度は、炭素繊維複合材料の0°引張強度とストランド弾性率により調整することができる。 The carbon fiber composite material of the present invention preferably has an elongation of 2.5% or more, more preferably 2.6 to 2.8%. Such elongation can be evaluated with a strain gauge according to JIS K7165 (2008). If the elongation of the carbon fiber composite material is 2.5% or more, it is easy to increase the strain energy density of the carbon fiber composite material. There is no upper limit to the elongation, but as little as 2.8% is often sufficient to increase the strain energy density of carbon fiber composites. The elongation of the carbon fiber composite material can be adjusted by the 0° tensile strength and strand elastic modulus of the carbon fiber composite material.

本発明において用いられる各種物性値の測定方法は、次のとおりである。 Methods for measuring various physical property values used in the present invention are as follows.

<総繊度>
測定する炭素繊維について、長さ10m分をサンプリングし、120℃で2時間絶乾させた後に測定した質量を10で除することにより、1mあたりの質量である総繊度を求める。
<Total fineness>
For the carbon fiber to be measured, a sample of 10 m in length is sampled, dried at 120° C. for 2 hours, and the measured mass is divided by 10 to obtain the total fineness, which is the mass per 1 m.

<密度>
測定する炭素繊維について、120℃で2時間絶乾させてから測定する。密度の測定には乾式自動密度計を用い、測定媒体として窒素、試料容器は10ccタイプを用い、試料量は体積で3~6ccになるように調整する。測定は3回行い、その平均値を用いる。なお、本測定では、株式会社島津製作所製アキュピック1330形乾式自動密度計を用いた。
<Density>
The carbon fiber to be measured is dried at 120° C. for 2 hours and then measured. A dry automatic densitometer is used to measure the density, nitrogen is used as the measuring medium, a 10 cc type sample container is used, and the volume of the sample is adjusted to 3 to 6 cc. Measurement is performed 3 times and the average value is used. In addition, in this measurement, an Accupic 1330 type dry automatic density meter manufactured by Shimadzu Corporation was used.

<単繊維直径>
得られた総繊度と密度および測定に用いた炭素繊維のフィラメント数から算出する。
<Single fiber diameter>
It is calculated from the obtained total fineness and density and the number of filaments of the carbon fiber used for the measurement.

<ストランド強度、ストランド弾性率、伸度>
炭素繊維のストランド強度、ストランド弾性率および伸度は、JIS R7608:2004の樹脂含浸ストランド試験法に従い、次の手順に従い求める。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。炭素繊維のストランド10本のストランド強度、ストランド弾性率および伸度を測定し、その平均値を用いる。なお、ストランド弾性率を算出する際のひずみ範囲は0.1~0.6%とする。
<Strand strength, strand elastic modulus, elongation>
The strand strength, strand elastic modulus and elongation of the carbon fiber are obtained according to the resin-impregnated strand test method of JIS R7608:2004, according to the following procedure. 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. The strand strength, strand elastic modulus and elongation of 10 carbon fiber strands are measured, and the average value is used. The strain range for calculating the strand elastic modulus is 0.1 to 0.6%.

<炭素繊維のひずみエネルギー密度>
ひずみエネルギー密度は以下の式で算出する。
ひずみエネルギー密度(J/mm)=ストランド強度(GPa)×1,000×伸度(%)/100/2。
<Strain energy density of carbon fiber>
Strain energy density is calculated by the following formula.
Strain energy density (J/mm 3 )=strand strength (GPa)×1,000×elongation (%)/100/2.

<炭素繊維複合材料の作製>
(1)エポキシ樹脂組成物の調製
ニーダー中にアミン型エポキシ樹脂[A]または[A]以外のエポキシ樹脂と、熱可塑性樹脂[B]を所定量加え、150℃以上の温度で混練して溶解させ、透明な粘ちょう液を得た。混練しつつ60℃以下まで降温させた後、エポキシ樹脂硬化剤[C]、およびその他の成分を所定量加え、さらに混練し、エポキシ樹脂組成物を得る。
<Production of carbon fiber composite material>
(1) Preparation of epoxy resin composition A predetermined amount of the amine type epoxy resin [A] or an epoxy resin other than [A] and the thermoplastic resin [B] are added to a kneader and kneaded at a temperature of 150°C or higher to dissolve. to give a clear viscous liquid. After lowering the temperature to 60° C. or lower while kneading, the epoxy resin curing agent [C] and other components are added in predetermined amounts and further kneaded to obtain an epoxy resin composition.

後述の組成5と6では、アミン型エポキシ樹脂[A]または[A]以外のエポキシ樹脂を60℃以上の温度で混合した液と[C]成分を60℃以上の温度で混合し固形成分を溶解させた液、この2液を60℃以下の温度で混合し、真空下で1時間脱気し、エポキシ樹脂組成物を得る。 In compositions 5 and 6 described later, a liquid obtained by mixing an amine type epoxy resin [A] or an epoxy resin other than [A] at a temperature of 60 ° C. or higher and component [C] are mixed at a temperature of 60 ° C. or higher to obtain a solid component. The two dissolved liquids are mixed at a temperature of 60° C. or less and degassed under vacuum for 1 hour to obtain an epoxy resin composition.

(2)プリプレグの作製
後述の組成1~4ではエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製する。次に、シート状に一方向に配列させた炭素繊維に、樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を炭素繊維に含浸させ、炭素繊維の目付が190g/m、エポキシ樹脂組成物の質量分率が35.5%の一方向プリプレグを得る。
(2) Production of prepreg In Compositions 1 to 4 described below, epoxy resin compositions are applied onto release paper using a knife coater to produce resin films. Next, two resin films are superimposed on the carbon fibers arranged in one direction in a sheet form from both sides of the carbon fibers, and the resin is impregnated into the carbon fibers by heating and pressurizing, so that the basis weight of the carbon fibers is 190 g/m 2 . A unidirectional prepreg having an epoxy resin composition mass fraction of 35.5% is obtained.

(3)RTM積層体の作製
後述の組成5と6では、下記のRTM成形法によって炭素繊維複合材料を製造した。
(3) Production of RTM Laminate In Compositions 5 and 6, which will be described later, carbon fiber composite materials were produced by the following RTM molding method.

所定の繊維目付となるようにシート状に一方向に炭素繊維を配列させた繊維基材を複数積層し、アルミニウム製の平面状成形型の面上に配置し、その上にピールプライとして離型処理を施したポリエステル布帛、樹脂拡散媒体としてポリプロピレン製ニットを順に配置し、その上をバッグ材とシーラントを用いて、樹脂注入口と減圧吸引口を設けた以外は密閉してキャビティを形成した。そして、減圧吸引口から真空ポンプによってキャビティ内を吸引して、真空度を-90kPa以下になるよう調整した後、成形型およびプリフォームを70℃に温度調節した。温度調整には熱風乾燥機を使用した。樹脂組成物を70℃で30分間予備加熱を行い、予備加熱を行った液状の樹脂組成物を成形型の樹脂注入口にセットし、真空にしたキャビティ内に、キャビティ内の圧力と大気圧との差圧を利用することによって熱硬化性樹脂組成物を注入し、配列させた繊維基材に含浸させた。樹脂組成物が減圧吸引口に到達したら樹脂注入口を閉じ、減圧吸引口から吸引を継続したままさらに1時間保持した後、減圧吸引口を閉じた。 A plurality of sheet-shaped fiber base materials with carbon fibers arranged in one direction are laminated so as to have a predetermined fiber basis weight, placed on the surface of a flat aluminum mold, and peeled ply on top of it for release treatment. A polyester cloth to which the heat treatment was applied and a polypropylene knit as a resin diffusion medium were arranged in this order, and a bag material and a sealant were used to form a cavity by sealing the above with a resin injection port and a vacuum suction port. Then, the inside of the cavity was sucked from the vacuum suction port by a vacuum pump, and the degree of vacuum was adjusted to -90 kPa or less. A hot air dryer was used for temperature adjustment. The resin composition is preheated at 70° C. for 30 minutes, the preheated liquid resin composition is set in the resin inlet of the mold, and the pressure inside the cavity and the atmospheric pressure are added to the evacuated cavity. The thermosetting resin composition was injected by utilizing a differential pressure of 100.degree. C. to impregnate the arrayed fiber substrate. When the resin composition reached the vacuum suction port, the resin injection port was closed, and the vacuum suction port was closed after holding for one hour while continuing the suction from the vacuum suction port.

次いで、1.5℃/分で70℃から140℃まで昇温した後、140℃で2時間予備硬化した後、室温まで降温した。予備硬化品を型から取り出し、ピールプライ等の各副資材を除去した後に、熱風乾燥機中で1.5℃/分で、180℃まで昇温した後、180℃で2時間硬化して繊維強化複合材料(積層体)を得た。 Then, the temperature was raised from 70° C. to 140° C. at a rate of 1.5° C./min, precured at 140° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature. After removing the pre-cured product from the mold and removing each secondary material such as peel ply, the temperature is raised to 180°C at 1.5°C/min in a hot air dryer, and then cured at 180°C for 2 hours to reinforce the fiber. A composite material (laminate) was obtained.

<樹脂硬化物のDSC硬化度測定>
上記(1)で調製したエポキシ樹脂組成物を5mg採取し、DSCを用いて、10℃/分の昇温速度で30℃から350℃まで昇温測定し、発熱カーブを取得し、その発熱ピークを積分することにより、エポキシ樹脂組成物の総発熱量QTを算出する。また、上記(1)で調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡し、180℃の温度で2時間硬化させ、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られた樹脂硬化物を5mg採取し、DSCを用いて、10℃/分の昇温速度で30℃から350℃まで昇温測定し、発熱カーブを取得する。残存発熱ピークが存在する場合は、その発熱ピークを積分することにより、残存発熱量QRを算出する。残存発熱ピークが存在しない場合は、QR=0とする。
<Measurement of DSC Curing Degree of Resin Cured Material>
5 mg of the epoxy resin composition prepared in (1) above was taken, and the temperature was raised from 30° C. to 350° C. at a rate of 10° C./min using DSC, and an exothermic curve was obtained. is integrated to calculate the total calorific value QT of the epoxy resin composition. Also, the epoxy resin composition prepared in (1) above was defoamed in vacuum and cured at a temperature of 180° C. for 2 hours to obtain a cured epoxy resin. 5 mg of the obtained resin cured product is sampled, and the temperature is measured from 30° C. to 350° C. at a rate of temperature increase of 10° C./min using DSC to obtain an exothermic curve. If there is a residual exothermic peak, the residual exothermic value QR is calculated by integrating the exothermic peak. If there is no residual exothermic peak, QR=0.

<樹脂硬化物のガラス転移温度と1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率>
樹脂硬化物のDSC硬化度測定と同様にして得られたエポキシ樹脂硬化物の板から、幅10mm、長さ40mmの試験片を切り出し、動的粘弾性測定装置(ARES:TAインスツルメント社製)を用い、固体ねじり治具に試験片をセットし、昇温速度5℃/分、周波数1Hz、ひずみ量0.1%にて30~300℃の温度範囲について測定を行う。この時、ガラス転移温度は、得られた貯蔵弾性率と温度のグラフにおいて、ガラス領域に引いた接線と、ガラス転移領域に引いた接線との交点における温度とする。1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率は、得られた貯蔵弾性率と温度のグラフにおいて、275℃における貯蔵弾性率とする。なお、ガラス転移温度が複数生じた場合は、最も低い値をガラス転移温度として採用する。
<Glass transition temperature of cured resin and storage modulus at 275°C measured in torsion mode at 1.0 Hz>
A test piece with a width of 10 mm and a length of 40 mm was cut out from a plate of the epoxy resin cured product obtained in the same manner as the DSC curing measurement of the cured resin product, and a dynamic viscoelasticity measuring device (ARES: manufactured by TA Instruments) ), set the test piece on a solid torsion jig, and measure the temperature range from 30 to 300° C. at a temperature increase rate of 5° C./min, a frequency of 1 Hz, and a strain amount of 0.1%. At this time, the glass transition temperature is the temperature at the intersection of the tangent line drawn to the glass region and the tangent line drawn to the glass transition region in the obtained graph of storage modulus and temperature. The storage modulus at 275°C measured in the torsional mode at 1.0 Hz is taken as the storage modulus at 275°C in the resulting graph of storage modulus versus temperature. When multiple glass transition temperatures occur, the lowest value is adopted as the glass transition temperature.

<エポキシ樹脂硬化物の圧縮降伏応力、圧縮降伏時のひずみ>
厚さ6mmのエポキシ樹脂硬化物の板を作製し、その板から一辺の長さが6mmの立方体の試験片を切り出す。試験速度1±0.2mm/分で、他の条件はJIS K7181(2011年)に準じた条件により圧縮降伏応力、圧縮降伏時ひずみを測定する。
<Compressive Yield Stress of Cured Epoxy Resin and Strain at Compressive Yield>
A plate of cured epoxy resin having a thickness of 6 mm is prepared, and a cubic specimen having a side length of 6 mm is cut out from the plate. The compressive yield stress and strain at compressive yield are measured at a test speed of 1±0.2 mm/min and other conditions conforming to JIS K7181 (2011).

<炭素繊維複合材料の0゜引張強度>
上記した方法により作製した一方向プリプレグを用いて、繊維方向を揃えて6プライ積層し、オートクレーブにて180℃で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成形して積層体を作製する。また、RTMについては上述の方法でプリプレグ6プライと同じ繊維量となるように調整し積層体を得た。この積層体について、JIS K7165(2008)に従い、0゜引張強度(GPa)を求める。0°引張強度は実測値を炭素繊維の体積分率60%に換算して表示する。なお、ひずみはひずみゲージを用いて測定を行う。
<0° tensile strength of carbon fiber composite material>
Using the unidirectional prepreg produced by the above method, 6 plies are laminated with the fiber direction aligned, and molded in an autoclave at 180 ° C. for 2 hours, under a pressure of 0.59 MPa, at a temperature increase rate of 1.5 ° C./min. to produce a laminate. Also, the RTM was adjusted by the method described above so as to have the same fiber amount as the 6-ply prepreg to obtain a laminate. The 0° tensile strength (GPa) of this laminate is determined according to JIS K7165 (2008). The 0° tensile strength is indicated by converting the measured value to a carbon fiber volume fraction of 60%. Strain is measured using a strain gauge.

<炭素繊維複合材料のひずみエネルギー密度>
ひずみエネルギー密度は以下の式で算出する。
ひずみエネルギー密度(J/mm)=炭素繊維複合材料の0゜引張強度(GPa)×1,000×炭素繊維複合材料のひずみ(%)/100/2。
<Strain energy density of carbon fiber composite material>
Strain energy density is calculated by the following formula.
Strain energy density (J/mm 3 )=0° tensile strength (GPa) of carbon fiber composite material×1,000×strain (%) of carbon fiber composite material/100/2.

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these.

[樹脂原料]
<アミン型エポキシ樹脂[A]>
・“スミエポキシ”(登録商標)ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、住友化学(株)製)
・GAN(N,N-ジグリシジルアニリン、日本化薬(株)製)。
[Resin raw material]
<Amine type epoxy resin [A]>
・ “Sumiepoxy” (registered trademark) ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
- GAN (N,N-diglycidylaniline, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).

<[A]以外のエポキシ樹脂>
・“エポトート”(登録商標)jER825(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、新日鐵住金化学(株)製)
・“エピクロン”(登録商標)HP7200L(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、DIC(株)製)
・“アラルダイト”AER4152(オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂、旭化成イーマテリアルズ(株)製)。
<Epoxy resin other than [A]>
・ “Epotato” (registered trademark) jER825 (bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.)
・ “Epiclon” (registered trademark) HP7200L (dicyclopentadiene type epoxy resin, manufactured by DIC Corporation)
- "Araldite" AER4152 (an epoxy resin having an oxazolidone ring, manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.).

<熱可塑性樹脂[B]>
・“スミカエクセル”(登録商標)PES5003P(ポリエーテルスルホン、住友化学工業(株)製、重量平均分子量:47,000)。
<Thermoplastic resin [B]>
- "Sumika Excel" (registered trademark) PES5003P (polyethersulfone, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 47,000).

<エポキシ樹脂硬化剤[C]>
・セイカキュアS(和歌山精化工業(株)製)。
・“jERキュア”(登録商標)W(三菱化学(株)製)
・3,3’-DAS(三井化学ファイン(株)。
<Epoxy resin curing agent [C]>
• Seikacure S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.).
・ “jER Cure” (registered trademark) W (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
- 3,3'-DAS (Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.;

[エポキシ樹脂組成物]
前記樹脂原料を用いて、表1の組成で混練し、特性値を示す(表1中、数字は質量部を表す)。さらに、組成1~4についてはプリプレグを作製した。
[Epoxy resin composition]
The resin raw materials were kneaded according to the composition shown in Table 1, and the characteristic values are shown (in Table 1, the numbers represent parts by mass). Furthermore, prepregs were produced for compositions 1 to 4.

[炭素繊維1]
ポリアクリロニトリル系共重合体および溶媒としてジメチルスルホキシドを含む紡糸溶液を、紡糸口金から一旦空気中に吐出し、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を得た。
[Carbon fiber 1]
A spinning solution containing a polyacrylonitrile-based copolymer and dimethyl sulfoxide as a solvent was once extruded into the air from a spinneret and introduced into a coagulation bath consisting of an aqueous solution of dimethyl sulfoxide to obtain a coagulated filament by a dry-wet spinning method.

この凝固糸条を、常法により水洗した後、2槽の温水浴中で、3.5倍の延伸を行った。続いて、この水浴延伸後の繊維束に対して、アミノ変性シリコーン系シリコーン油剤を付与し、160℃の加熱ローラーを用いて、乾燥緻密化処理を行った。単繊維本数12,000本としてから、加圧スチーム中で3.7倍延伸することにより、製糸全延伸倍率を13倍とし、その後交絡処理を行って、結晶配向度93%、単繊維本数12,000本の炭素繊維前駆体繊維束を得た。炭素繊維前駆体繊維束の単繊維繊度は0.7dtexであった。 After the coagulated yarn was washed with water by a conventional method, it was drawn 3.5 times in two hot water baths. Subsequently, an amino-modified silicone-based silicone oil agent was applied to the fiber bundle after the water-bath drawing, and a drying and densification treatment was performed using a heating roller at 160°C. 12,000 single fibers are drawn 3.7 times in pressurized steam to increase the total draw ratio to 13 times, and then entangled to obtain a degree of crystal orientation of 93% and 12 single fibers. ,000 carbon fiber precursor fiber bundles were obtained. The single fiber fineness of the carbon fiber precursor fiber bundle was 0.7 dtex.

次に、第1耐炎化工程を耐炎化温度250℃、耐炎化時間11分の条件を用いて、第2耐炎化工程を耐炎化温度280℃、耐炎化時間6分の条件を用いて、空気雰囲気のオーブン中で炭素繊維前駆体繊維束を延伸比1で延伸しながら耐炎化処理し、耐炎化繊維を得た。 Next, the conditions for the first flameproofing step are a flameproofing temperature of 250°C and a flameproofing time of 11 minutes, and the second flameproofing step is carried out under the conditions of a flameproofing temperature of 280°C and a flameproofing time of 6 minutes. The carbon fiber precursor fiber bundle was subjected to a flameproofing treatment while being drawn at a draw ratio of 1 in an atmospheric oven to obtain a flameproofed fiber.

第1耐炎化工程後の繊維の赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比は、1.04であった。第2耐炎化工程後の繊維の赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比は0.70、1,370cm-1のピーク強度に対する1,254cm-1のピーク強度の比は0.61であった。 The ratio of peak intensity at 1,453 cm −1 to peak intensity at 1,370 cm −1 in the infrared spectrum of the fiber after the first flameproofing step was 1.04. The ratio of the peak intensity at 1,453 cm −1 to the peak intensity at 1,370 cm −1 in the infrared spectrum of the fiber after the second flameproofing step is 0.70, the peak intensity at 1,254 cm −1 to the peak intensity at 1,370 cm −1 . The ratio of peak intensities of 1 was 0.61.

得られた耐炎化繊維を、最高温度800℃の窒素雰囲気中において、延伸比1.22で予備炭素化処理を行い、予備炭素化繊維を得た。得られた予備炭素化繊維を、窒素雰囲気中において、最高温度1,200℃、延伸比0.950で炭素化処理を行った。このとき炭素化工程の昇温速度は0.45℃/秒であった。得られた炭素繊維に表面処理およびサイジング剤塗布処理を行って最終的な炭素繊維1としたものの物性を表2に示す。 The resulting flameproof fiber was subjected to preliminary carbonization treatment at a draw ratio of 1.22 in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 800° C. to obtain a preliminary carbonized fiber. The obtained pre-carbonized fiber was carbonized in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 1,200° C. and a draw ratio of 0.950. At this time, the rate of temperature increase in the carbonization step was 0.45° C./sec. Table 2 shows the physical properties of the final carbon fiber 1 obtained by subjecting the obtained carbon fiber to surface treatment and application of a sizing agent.

[炭素繊維2~9]
予備炭素化工程の延伸比、炭素化工程の延伸比・最高温度・最高温度での処理時間・昇温速度を表2に示すものに変更した以外は実施例1と同様に炭素繊維を得た。得られた物性を表2に示す。
[Carbon fibers 2 to 9]
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the draw ratio in the preliminary carbonization step, the draw ratio in the carbonization step, the maximum temperature, the treatment time at the maximum temperature, and the heating rate were changed to those shown in Table 2. . Table 2 shows the physical properties obtained.

[炭素繊維10および11]
炭素繊維前駆体繊維束の単繊維繊度を0.5dtex、あるいは0.8dtexにそれぞれ変更した以外は実施例1と同様に炭素繊維を得た。得られた物性を表2に示す。
[Carbon Fibers 10 and 11]
Carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1, except that the single fiber fineness of the carbon fiber precursor fiber bundle was changed to 0.5 dtex or 0.8 dtex. Table 2 shows the physical properties obtained.

[参考例1~3]
第1耐炎化工程を耐炎化温度240℃、耐炎化時間82分の条件を用いて、第2耐炎化工程を耐炎化温度250℃、耐炎化時間85分の条件を用いた以外は実施例1と同様にして耐炎化繊維を得た。
[Reference Examples 1 to 3]
Example 1 except that the conditions of the first flameproofing step were a flameproofing temperature of 240°C and a flameproofing time of 82 minutes, and the conditions of the second flameproofing step were a flameproofing temperature of 250°C and a flameproofing time of 85 minutes. A flame-resistant fiber was obtained in the same manner as above.

第1耐炎化工程後の繊維の赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比は、0.68であった。第2耐炎化工程後の繊維の赤外スペクトルにおける1,370cm-1のピーク強度に対する1,453cm-1のピーク強度の比は0.50、1,370cm-1のピーク強度に対する1,254cm-1のピーク強度の比は0.56であった。 The ratio of peak intensity at 1,453 cm −1 to peak intensity at 1,370 cm −1 in the infrared spectrum of the fiber after the first flameproofing step was 0.68. The ratio of the peak intensity at 1,453 cm -1 to the peak intensity at 1,370 cm -1 in the infrared spectrum of the fiber after the second flameproofing step is 0.50, and the peak intensity at 1,254 cm -1 to the peak intensity at 1,370 cm -1 The ratio of peak intensities of 1 was 0.56.

得られた耐炎化繊維を、最高温度800℃の窒素雰囲気中において、延伸比1.17で予備炭素化処理を行い、予備炭素化繊維を得た。得られた予備炭素化繊維を、窒素雰囲気中において、表2に示す最高温度とその時間、延伸比0.980で炭素化処理を行った。このとき炭素化工程の昇温速度は0.35℃/秒であった。得られた炭素繊維に表面処理およびサイジング剤塗布処理を行って最終的な炭素繊維としたものの物性を表2に示す。一般的にストランド弾性率を調整するときに用いられる、炭素化工程の最高温度を変更したのみではストランド強度には大きな変化はなく、ストランド強度レベルが高いレベルにあるときは本実施例で示した予備炭素化工程および炭素化工程の条件を細かく調整する必要があることがわかった。 The resulting flameproof fiber was subjected to preliminary carbonization treatment at a draw ratio of 1.17 in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 800° C. to obtain a preliminary carbonized fiber. The obtained pre-carbonized fiber was carbonized in a nitrogen atmosphere at the maximum temperature and time shown in Table 2 at a draw ratio of 0.980. At this time, the rate of temperature increase in the carbonization step was 0.35° C./sec. Table 2 shows the physical properties of the final carbon fiber obtained by subjecting the obtained carbon fiber to surface treatment and application of a sizing agent. Simply changing the maximum temperature in the carbonization process, which is generally used to adjust the strand elastic modulus, does not significantly change the strand strength, and when the strand strength level is at a high level, the It was found that it is necessary to finely adjust the conditions of the preliminary carbonization step and the carbonization step.

[実施例1~7、比較例1~15]
得られた炭素繊維1~9および樹脂組成1~6を表3に示すように組み合わせて炭素繊維複合材料を作製して力学特性測定を実施した。結果を表3に示す。炭素繊維のストランド強度が高いほど炭素繊維複合材料としての0°引張強度も高い傾向にはあるものの、エポキシ樹脂組成物との組み合わせで大きく変化することがわかった。また、炭素繊維複合材料としての伸度は2.3%を超えたとともに、0°引張強度と伸度の積はこれまでにないほどに高まった。
[Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 15]
The obtained carbon fibers 1 to 9 and resin compositions 1 to 6 were combined as shown in Table 3 to prepare carbon fiber composite materials, and the mechanical properties were measured. Table 3 shows the results. Although there is a tendency that the higher the strand strength of the carbon fiber, the higher the 0° tensile strength as a carbon fiber composite material, it was found that the strength varies greatly depending on the combination with the epoxy resin composition. In addition, the elongation as a carbon fiber composite material exceeded 2.3%, and the product of 0° tensile strength and elongation increased to an unprecedented level.

Figure 2023043149000001
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Figure 2023043149000002
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Figure 2023043149000003
Figure 2023043149000003

本発明の炭素繊維複合材料は、耐衝撃性が高く、エネルギー吸収の大きく、高い耐衝撃性が要求される部材でもその部材の軽量化が可能となる。 The carbon fiber composite material of the present invention has high impact resistance, high energy absorption, and can reduce the weight of members that require high impact resistance.

Claims (5)

ストランド強度が7.5~8.5GPa、伸度2.65~3.20%、単繊維直径が4.0~6.0μmである炭素繊維と、アミン型エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂に溶解する熱可塑性樹脂[B]およびエポキシ樹脂硬化剤[C]を有するエポキシ樹脂組成物を含み、かつ該エポキシ樹脂組成物の硬化度が90%以上であり、該エポキシ樹脂の硬化物をSACMA SRM 18R-94に従って、動的粘弾性測定装置を用い5℃/分の速度で加熱し、1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率が1~10MPaである、炭素繊維複合材料。 A carbon fiber having a strand strength of 7.5 to 8.5 GPa, an elongation of 2.65 to 3.20%, and a single fiber diameter of 4.0 to 6.0 μm, an amine type epoxy resin [A], and an epoxy resin It contains an epoxy resin composition having a soluble thermoplastic resin [B] and an epoxy resin curing agent [C], and the degree of curing of the epoxy resin composition is 90% or more, and the cured product of the epoxy resin is subjected to SACMA SRM A carbon fiber composite material having a storage modulus of 1 to 10 MPa at 275° C. measured in torsion mode at 1.0 Hz using a dynamic viscoelasticity measuring device heated at a rate of 5° C./min according to 18R-94. 前記炭素繊維は、ストランド弾性率が240~300GPa、かつひずみエネルギー密度が95J/mm以上である、請求項1に記載の炭素繊維複合材料。 The carbon fiber composite material according to claim 1, wherein the carbon fibers have a strand elastic modulus of 240 to 300 GPa and a strain energy density of 95 J/mm 3 or more. 前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、圧縮降伏応力が90~140MPa、かつ圧縮降伏時ひずみが10~15%である、請求項1または2に記載の炭素繊維複合材料。 3. The carbon fiber composite material according to claim 1, wherein the cured epoxy resin composition has a compression yield stress of 90 to 140 MPa and a compression yield strain of 10 to 15%. 0°引張強度が4.0GPa以上であり、かつ伸度が2.5%以上である、請求項1~3のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。 The carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 3, which has a 0° tensile strength of 4.0 GPa or more and an elongation of 2.5% or more. 前記エポキシ樹脂硬化剤[C]が芳香族アミンである、請求項1~4のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。 The carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the epoxy resin curing agent [C] is an aromatic amine.
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