JP4924768B2 - Method for producing carbon fiber coated with sizing agent - Google Patents

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Description

本発明は、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材および船舶部材などに好適に用いられる炭素繊維の製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、マトリックス樹脂との接着性に優れ、かつ、高次加工性に優れるサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing carbon fiber that is suitably used for aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, and the like. More specifically, the present invention relates to a method for producing a sizing agent-coated carbon fiber that is excellent in adhesion to a matrix resin and excellent in high-order processability.

炭素繊維は、軽量でありながら強度および弾性率に優れているため、これを種々のマトリックス樹脂と組み合わせた複合材料は、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材およびスポーツ用品等の多くの分野に用いられている。炭素繊維を用いた複合材料において、炭素繊維の優れた特性を活かすためには、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が優れていることが重要である。   Since carbon fiber is lightweight but excellent in strength and elastic modulus, composite materials combining this with various matrix resins are aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, civil engineering and building materials, and sporting goods. It is used in many fields. In a composite material using carbon fibers, in order to make use of the excellent properties of carbon fibers, it is important that the adhesion between the carbon fibers and the matrix resin is excellent.

炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上させるため、通常、炭素繊維に気相酸化や液相酸化等の酸化処理を施し、炭素繊維表面に酸素含有官能基を導入する方法が行われている。例えば、炭素繊維に電解処理を施すことにより、接着性の指標である層間剪断強度を向上させる方法が提案されている(特許文献1参照。)。しかしながら、近年、複合材料への要求特性のレベルが向上するにしたがって、このような酸化処理のみで達成できる接着性では不十分になりつつある。   In order to improve the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin, a method of introducing an oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber is usually performed by subjecting the carbon fiber to oxidation treatment such as gas phase oxidation or liquid phase oxidation. . For example, a method has been proposed in which the interlaminar shear strength, which is an index of adhesion, is improved by subjecting carbon fibers to electrolytic treatment (see Patent Document 1). However, in recent years, as the level of required properties for composite materials has improved, the adhesion that can be achieved by such oxidation treatment alone is becoming insufficient.

一方、炭素繊維は脆く、集束性および耐摩擦性に乏しいため、高次加工工程において毛羽や糸切れが発生しやすい。このため、通常、炭素繊維にサイジング剤を塗布する方法が行われている。   On the other hand, since carbon fiber is brittle and has poor convergence and friction resistance, fluff and yarn breakage are likely to occur in the high-order processing step. For this reason, the method of apply | coating a sizing agent to carbon fiber is performed normally.

例えば、サイジング剤としてビスフェノールAのジグリシジルエーテルを炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献2および3参照。)。また、サイジング剤としてビスフェノールAのポリアルキレンオキサイド付加物を炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献4および5参照。)。また、サイジング剤としてビスフェノールAのポリアルキレンオキサイド付加物にエポキシ基を付加させたものを炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献6および7参照。)。さらに、サイジング剤としてポリアルキレングリコールのエポキシ付加物を炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献8、9および10参照。)。   For example, a method of applying diglycidyl ether of bisphenol A as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Documents 2 and 3). In addition, a method of applying a polyalkylene oxide adduct of bisphenol A as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Documents 4 and 5). Moreover, the method of apply | coating what added the epoxy group to the polyalkylene oxide addition product of bisphenol A as a sizing agent to carbon fiber is proposed (refer patent document 6 and 7). Furthermore, a method of applying an epoxy adduct of polyalkylene glycol as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Documents 8, 9 and 10).

これらの方法によれば、炭素繊維の集束性と耐摩擦性が向上することが知られている。しかしながら、これらの従来の提案には、サイジング剤により炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を積極的に向上させるという技術的思想はなく、実際に炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を大幅に向上させることはできなかった。   According to these methods, it is known that the converging property and friction resistance of the carbon fiber are improved. However, these conventional proposals do not have a technical idea of positively improving the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin by using a sizing agent, and actually greatly improve the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin. I couldn't make it.

また別に、サイジング剤としてエポキシ基と4級アンモニウム塩とを有するウレタン化合物を炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献11参照。)。この提案の方法でも、集束性と耐摩擦性は向上するものの、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上させることはできなかった。   Separately, a method of applying a urethane compound having an epoxy group and a quaternary ammonium salt as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Document 11). Even with this proposed method, the convergence and friction resistance are improved, but the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin cannot be improved.

このようにサイジング剤は、従来、いわゆる糊剤として高次加工性を向上させるという目的で使われており、サイジング剤により炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上させるという検討はほとんどなされていない。また、接着性について検討されている例でも、接着性の向上効果が不十分であるか、または、特殊な炭素繊維との組み合わせの場合にのみ効果が発現させるという限定されたものであった。   As described above, the sizing agent is conventionally used as a so-called paste agent for the purpose of improving the high-order workability, and the sizing agent has hardly been studied to improve the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin. . Further, even in the case where the adhesiveness is studied, the effect of improving the adhesiveness is insufficient, or the effect is expressed only when combined with a special carbon fiber.

例えば、サイジング剤としてN,N,N’,N’−テトラグリシジルメタキシリレンジアミンを炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献12参照。)。しかしながら、この提案の方法では、ビスフェノールのジグリシジルエーテルを用いた場合と比べて、接着性の指標である層間剪断強度が向上することが示されているが、接着性の向上効果はなお不十分であった。また、この提案で用いられるN,N,N’,N’−テトラグリシジルメタキシリレンジアミンは、骨格内に脂肪族3級アミンを含み求核性を有するため、自己重合反応が起きる結果、経時的に炭素繊維束が硬くなり高次加工性が低下するという問題があった。   For example, a method of applying N, N, N ′, N′-tetraglycidylmetaxylylenediamine as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Document 12). However, this proposed method has been shown to improve the interlaminar shear strength, which is an index of adhesion, compared to the case of using diglycidyl ether of bisphenol, but the effect of improving adhesion is still insufficient. Met. In addition, N, N, N ′, N′-tetraglycidylmetaxylylenediamine used in this proposal contains an aliphatic tertiary amine in the skeleton and has nucleophilicity. In particular, there is a problem that the carbon fiber bundle becomes hard and the high-order workability is lowered.

さらに、炭素繊維として、表面酸素濃度O/C、表面水酸基濃度およびカルボキシル基濃度が特定の範囲内であるものを用い、サイジング剤として、複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物をその炭素繊維に塗布する方法が提案されている(特許文献13参照。)。しかしながら、この提案の方法では、接着性の指標であるEDSが向上することが示されているが、やはり炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性の向上効果は不十分であり、また、接着性の向上効果は、特殊な炭素繊維と組み合わせた場合のみに発現されるというように限定されたものであった。   Further, carbon fibers having surface oxygen concentration O / C, surface hydroxyl group concentration and carboxyl group concentration within specific ranges are used, and an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups is applied to the carbon fiber as a sizing agent. Has been proposed (see Patent Document 13). However, this proposed method shows that EDS, which is an index of adhesion, is improved. However, the effect of improving the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is still insufficient, and the adhesion is not improved. The improvement effect was limited to be manifested only when combined with special carbon fibers.

特開平04−361619号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-361619 特開昭50−059589号公報Japanese Patent Laid-Open No. 50-059589 特開昭57−171767号公報JP-A-57-171767 特開平07−009444号公報JP 07-009444 A 特開2000−336577号公報JP 2000-336577 A 特開昭61−028074号公報JP 61-028074 A 特開平01−272867号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-272867 特開昭57−128266号公報JP-A-57-128266 特開昭59−009273号公報JP 59-009273 A 特開昭62−033872号公報JP 62-033872 A 特開昭58−013781号公報JP 58-013781 A 特開昭52−059794号公報JP 52-059794 A 特開平07−279040号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-279040

そこで本発明の目的は、上記の従来技術における問題点に鑑み、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性に優れ、かつ、高次加工性に優れるサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a sizing agent-coated carbon fiber that is excellent in adhesion between the carbon fiber and the matrix resin and excellent in high-order workability in view of the problems in the above-described conventional technology. is there.

本発明者らは、サイジング剤として、2官能以上のエポキシ化合物および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物と特定の4級アンモニウム塩を特定比率で含むサイジング剤を炭素繊維に塗布し、特定の温度と時間で熱処理したところ、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を高められることを見出し、本発明に想到した。   The present inventors have a bifunctional or higher functional epoxy compound and / or a monofunctional or higher functional epoxy group as a sizing agent, a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. When a sizing agent containing an epoxy compound having at least one functional group and a specific quaternary ammonium salt in a specific ratio is applied to the carbon fiber and heat-treated at a specific temperature and time, the carbon fiber and the matrix The present inventors have found that the adhesiveness with a resin can be improved and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、(A)成分として、2官能以上のエポキシ化合物(A1)および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物(A2)100質量部に対し、(B)成分として、少なくとも次の一般式(I)または(II)   That is, the present invention has a bifunctional or higher functional epoxy compound (A1) and / or a monofunctional or higher functional epoxy group as the component (A), a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group. And at least the following general formula (I) or (II) as component (B) with respect to 100 parts by mass of the epoxy compound (A2) having at least one functional group selected from a group and a sulfo group

Figure 0004924768
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(上記式中、R〜Rは、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRは、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表す。)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩を含むサイジング剤0.1〜25質量部を配合してなるサイジング剤を炭素繊維に塗布し、160〜260℃の温度範囲で30〜600秒間熱処理するサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法である。 (In the above formula, R 1 to R 5 represent a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, respectively. Or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, and R 6 and R 7 are each a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 8 carbon atoms. (B) a sizing containing a quaternary ammonium salt having a cation moiety represented by any one of a group containing hydrogen and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure. A sizing agent-coated carbon fiber is produced by applying a sizing agent containing 0.1 to 25 parts by mass of an agent to carbon fiber and heat-treating it in a temperature range of 160 to 260 ° C. for 30 to 600 seconds.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい様態によれば、前記の一般式(I)のRとRが、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表し、RとRが、それぞれ炭素数2〜22の炭化水素基、炭素数2〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数2〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数2〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、前記の一般式(II)のRが、炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRが、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表すことである。 According to a preferred aspect of the manufacturing method of sizing agent coated carbon fiber of the present invention, R 1 and R 2 of the general formula (I) are each a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, 1 to 22 carbon atoms It represents either a group containing a hydrocarbon and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, and R 3 and R 4 are each a hydrocarbon group having 2 to 22 carbon atoms and a carbon number. Represents a group containing 2 to 22 hydrocarbons and an ether structure, a group containing 2 to 22 carbon atoms and an ester structure, or a group containing 2 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, R 5 in the general formula (II) is a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, Or containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group It represents either, R 6 and R 7 are each hydrogen, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a group containing a hydrocarbon and an ether structure having 1 to 8 carbon atoms or a hydrocarbon of 1 to 8 carbon atoms, And a group containing an ester structure.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい態様によれば、前記の炭素繊維をアルカリ性水溶液中で電解処理した後、または前記の炭素繊維を酸性水溶液中で電解処理し続いてアルカリ性水溶液で洗浄した後、サイジング剤を塗布することである。   According to a preferred embodiment of the method for producing a sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, the carbon fiber is subjected to an electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution, or the carbon fiber is subjected to an electrolytic treatment in an acidic aqueous solution, followed by an alkaline aqueous solution. After cleaning, a sizing agent is applied.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい態様によれば、前記(A)エポキシ化合物は、分子内に3個以上のエポキシ基を含む3官能以上のエポキシ樹脂ある。   According to a preferred embodiment of the method for producing a sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, the (A) epoxy compound is a trifunctional or higher functional epoxy resin containing three or more epoxy groups in the molecule.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい態様によれば、前記(A)エポキシ化合物は、分子内に芳香環を含むことである。   According to the preferable aspect of the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention, the said (A) epoxy compound is that an aromatic ring is included in a molecule | numerator.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい態様によれば、前記(A)エポキシ化合物は、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、またはテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのいずれかであることである。   According to the preferable aspect of the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention, the said (A) epoxy compound is either a phenol novolak-type epoxy resin, a cresol novolak-type epoxy resin, or tetraglycidyl diamino diphenylmethane. is there.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法の好ましい態様によれば、前記の炭素繊維のX線電子分光法により測定される表面酸素濃度O/Cは、0.05〜0.30である。   According to the preferable aspect of the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention, the surface oxygen concentration O / C measured by the X ray electron spectroscopy of the said carbon fiber is 0.05-0.30.

本発明によれば、2官能以上のエポキシ化合物および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物を主成分とするサイジング剤において、特定の4級アンモニウム塩を特定量配合し、かつ、特定の条件で熱処理を施した場合においてのみ、前記エポキシ化合物と、炭素繊維表面に元来含まれる、あるいは、酸化処理により導入されるカルボキシル基および水酸基等の酸素含有官能基との間に共有結合形成が促進される。これにより、特定の4級アンモニウム塩を配合しない場合、特定の4級アンモニウム塩を配合しても配合量が特定範囲から外れる場合、特定の4級アンモニウム塩を配合しても特定の熱処理条件から外れる場合と比較して、マトリックス樹脂との接着性が大幅に優れたサイジング剤塗布炭素繊維を得ることができる。また、本発明の製造方法で得られたサイジング剤塗布炭素繊維は優れた集束性と耐擦過性を有することから、織物やプリプレグへの加工性に優れている。かかるサイジング剤塗布炭素繊維とマトリックス樹脂から得られる炭素繊維強化複合材料は、軽量でありながら強度および弾性率が優れているため、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材およびスポーツ用品等の多くの分野に好適に用いることができる。   According to the present invention, a bifunctional or higher functional epoxy compound and / or a monofunctional or higher functional epoxy group is selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. In the sizing agent mainly composed of an epoxy compound having at least one functional group, a specific amount of a specific quaternary ammonium salt is blended, and only when the heat treatment is performed under specific conditions, the epoxy compound and The formation of a covalent bond is promoted between the carboxyl group and the oxygen-containing functional group such as a hydroxyl group originally contained in the carbon fiber surface or introduced by oxidation treatment. Thereby, when a specific quaternary ammonium salt is not blended, even if a specific quaternary ammonium salt is blended, if the blending amount is out of a specific range, even if a specific quaternary ammonium salt is blended, from a specific heat treatment condition Compared with the case where it comes off, it is possible to obtain sizing agent-coated carbon fibers that have significantly improved adhesion to the matrix resin. In addition, the sizing agent-coated carbon fiber obtained by the production method of the present invention has excellent bundling properties and scratch resistance, and therefore has excellent workability to fabrics and prepregs. Since the carbon fiber reinforced composite material obtained from the sizing agent-coated carbon fiber and the matrix resin is lightweight and excellent in strength and elastic modulus, the aircraft member, spacecraft member, automobile member, ship member, civil engineering building material, and It can be suitably used in many fields such as sports equipment.

次に、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法を実施するための形態について説明をする。   Next, the form for implementing the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention is demonstrated.

本発明は、(A)成分として、2官能以上のエポキシ化合物(A1)および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物(A2)100質量部に対し、少なくとも次の一般式(I)または(II)   The present invention has a bifunctional or higher functional epoxy compound (A1) and / or a monofunctional or higher functional epoxy group as the component (A), a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, And at least one of the following general formula (I) or (II) with respect to 100 parts by mass of the epoxy compound (A2) having at least one functional group selected from sulfo groups

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(上記式中、R〜Rは、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRは、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表す。)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩0.1〜25質量部を配合してなるサイジング剤を炭素繊維に塗布し、160〜260℃の温度範囲で30〜600秒間熱処理するサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法である。 (In the above formula, R 1 to R 5 represent a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, respectively. Or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, and R 6 and R 7 are each a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 8 carbon atoms. (B) a quaternary ammonium salt having a cation moiety represented by any one of a group containing hydrogen and an ether structure or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure) A sizing agent-coated carbon fiber is produced by applying a sizing agent containing 25 parts by mass to carbon fiber and heat-treating it at a temperature range of 160 to 260 ° C. for 30 to 600 seconds.

本発明において用いられる(A1)とは、分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物である。   (A1) used in the present invention is a compound having two or more epoxy groups in the molecule.

本発明において用いられる(A2)とは、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物である。   (A2) used in the present invention has at least one functional epoxy group, and is selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. It is an epoxy compound having a functional group.

(A)と(B)を特定量配合したサイジング剤を炭素繊維に塗布し、特定の条件で熱処理することにより接着性が向上するメカニズムは確かではないが、まず、(B)成分の4級アンモニウム塩が本発明で用いられる炭素繊維のカルボキシル基および水酸基等の酸素含有官能基の水素イオンを引き抜きアニオン化した後、このアニオン化した官能基と(A)成分に含まれるエポキシ基が求核反応するものと考えられる。これにより、本発明で用いられる炭素繊維とエポキシの強固な結合が形成される。一方、マトリックス樹脂との関係においては、(A1)、(A2)それぞれについて、以下のとおりに説明される。   The mechanism by which the adhesion is improved by applying a sizing agent containing a specific amount of (A) and (B) to carbon fiber and heat-treating it under specific conditions is not certain, but first, the fourth grade of component (B) After the ammonium salt extracts and anionizes the hydrogen ion of the oxygen-containing functional group such as the carboxyl group and hydroxyl group of the carbon fiber used in the present invention, the anionized functional group and the epoxy group contained in the component (A) are nucleophilic. It is thought to react. Thereby, the strong coupling | bonding of the carbon fiber and epoxy which are used by this invention is formed. On the other hand, in relation to the matrix resin, each of (A1) and (A2) will be described as follows.

(A1)の場合、本発明で用いられる炭素繊維との共有結合に関与しない残りのエポキシ基がマトリックス樹脂含有官能基と反応し共有結合を形成するか、もしくは、水素結合を形成するものと考えられる。とりわけ、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂の場合に、(A1)のエポキシ基とマトリックス樹脂のエポキシ基の反応、エポキシ樹脂中に含まれるアミン硬化剤を介しての反応により強固な界面が形成できると考えられる。また、(A1)の構造中に1個以上の不飽和基を含むことが好ましく、マトリックス樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂のようなラジカル重合系樹脂の場合、(A1)の不飽和基とマトリックス樹脂との不飽和基がラジカル反応し強固な界面を形成することが可能である。   In the case of (A1), it is considered that the remaining epoxy groups not participating in the covalent bond with the carbon fiber used in the present invention react with the matrix resin-containing functional group to form a covalent bond, or form a hydrogen bond. It is done. In particular, when the matrix resin is an epoxy resin, it is considered that a strong interface can be formed by the reaction between the epoxy group of (A1) and the epoxy group of the matrix resin, or the reaction via the amine curing agent contained in the epoxy resin. . The structure (A1) preferably contains one or more unsaturated groups. When the matrix resin is a radical polymerization resin such as an unsaturated polyester resin or vinyl ester resin, the unsaturation of (A1) It is possible for the unsaturated group of the group and the matrix resin to undergo a radical reaction to form a strong interface.

(A2)の場合、(A2)のエポキシ基は本発明で用いられる炭素繊維のカルボキシル基および水酸基等の酸素含有官能基と共有結合を形成するが、残りの水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基はマトリックス樹脂に応じて、共有結合や水素結合などの相互作用を形成するものと考えられる。マトリックス樹脂がエポキシ樹脂であれば、(A2)の水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基とマトリックス樹脂のエポキシ基または、アミン硬化剤とエポキシ基が反応してできた水酸基との相互作用により強固な界面を形成できると考えられる。また、マトリックス樹脂がポリアミド、ポリエステルおよび酸変性されたポリオレフィンに代表される熱可塑性樹脂であれば、(A2)の水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基と、これらマトリックス樹脂に含まれるアミド基、エステル基、酸無水物基、末端などのカルボキシル基、水酸基、アミノ基との相互作用により、強固な界面を形成できると考えられる。   In the case of (A2), the epoxy group of (A2) forms a covalent bond with an oxygen-containing functional group such as a carboxyl group and a hydroxyl group of the carbon fiber used in the present invention, but the remaining hydroxyl group, amide group, imide group, urethane A group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group is considered to form an interaction such as a covalent bond or a hydrogen bond depending on the matrix resin. If the matrix resin is an epoxy resin, the hydroxyl group, amide group, imide group, urethane group, urea group, sulfonyl group, or sulfo group of (A2) reacts with the epoxy group of the matrix resin or the amine curing agent and the epoxy group. It is considered that a strong interface can be formed by the interaction with the hydroxyl group thus formed. Further, if the matrix resin is a thermoplastic resin typified by polyamide, polyester and acid-modified polyolefin, (A2) hydroxyl group, amide group, imide group, urethane group, urea group, sulfonyl group, or sulfo group It is considered that a strong interface can be formed by the interaction with amide groups, ester groups, acid anhydride groups, carboxyl groups such as terminals, hydroxyl groups, and amino groups contained in these matrix resins.

すなわち、(A1)の場合における、炭素繊維との共有結合に関与しない残りのエポキシ基が、(A2)の場合における、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基に相当する機能を有すると考えられる。   That is, in the case of (A1), the remaining epoxy group not involved in the covalent bond with the carbon fiber is the hydroxyl group, amide group, imide group, urethane group, urea group, sulfonyl group, or sulfo group in the case of (A2). It is considered to have a function corresponding to the group.

本発明においては、(A)エポキシ化合物が、3官能以上のエポキシ化合物であることが好ましく、4官能以上のエポキシ化合物であることがより好ましい。(A)エポキシ化合物が、分子内に3個以上のエポキシ基を有する3官能以上のエポキシエポキシであると、1個のエポキシ基が炭素繊維表面の酸素含有官能基と共有結合を形成した場合でも、残りの2個以上のエポキシ基がマトリックス樹脂と共有結合を形成することができ、接着性がさらに向上する。エポキシ基の数の上限値については、10個以上では接着性が飽和する場合がある。   In the present invention, the (A) epoxy compound is preferably a trifunctional or higher functional epoxy compound, and more preferably a tetrafunctional or higher functional epoxy compound. (A) When the epoxy compound is a tri- or higher functional epoxy epoxy having three or more epoxy groups in the molecule, even when one epoxy group forms a covalent bond with an oxygen-containing functional group on the carbon fiber surface The remaining two or more epoxy groups can form a covalent bond with the matrix resin, and the adhesion is further improved. As for the upper limit of the number of epoxy groups, the adhesiveness may be saturated with 10 or more.

本発明において、(A)エポキシ化合物のエポキシ当量は、360g/mol未満であることが好ましく、より好ましくは270g/mol未満であり、さらに好ましくは180g/mol未満である。エポキシ当量が360g/mol未満であると、高密度で共有結合が形成され、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性がさらに向上する。エポキシ当量の下限値については、90g/mol未満で接着性が飽和する場合がある。   In the present invention, the epoxy equivalent of the (A) epoxy compound is preferably less than 360 g / mol, more preferably less than 270 g / mol, and even more preferably less than 180 g / mol. When the epoxy equivalent is less than 360 g / mol, covalent bonds are formed at a high density, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is further improved. About the lower limit of an epoxy equivalent, adhesiveness may be saturated at less than 90 g / mol.

本発明において、(A)エポキシ化合物は、芳香環を1個以上有することが好ましく、芳香環を2個以上有することがより好ましい。炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料において、炭素繊維近傍のいわゆる界面層は、炭素繊維あるいはサイジング剤の影響を受け、マトリックス樹脂とは異なる特性を有する場合がある。(A)エポキシ化合物が芳香環を1個以上有すると、剛直な界層が形成され、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の応力伝達能力が向上し、繊維強化複合材料の0°引張強度等の力学特性が向上する。芳香環の数の上限値については、10個以上では力学特性が飽和する場合がある。   In the present invention, the (A) epoxy compound preferably has one or more aromatic rings, and more preferably has two or more aromatic rings. In a fiber-reinforced composite material composed of carbon fibers and a matrix resin, a so-called interface layer in the vicinity of the carbon fibers may be affected by the carbon fibers or the sizing agent and have different characteristics from the matrix resin. (A) When the epoxy compound has one or more aromatic rings, a rigid boundary layer is formed, the stress transmission ability between the carbon fiber and the matrix resin is improved, and the fiber reinforced composite material has a 0 ° tensile strength, etc. Mechanical properties are improved. With respect to the upper limit of the number of aromatic rings, the mechanical characteristics may be saturated when the number is 10 or more.

本発明において、(A)エポキシ化合物は、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、またはテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのいずれかであることが好ましい。これらのエポキシ樹脂は、エポキシ基数が多く、エポキシ当量が小さく、かつ、2個以上の芳香環を有しており、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が向上させることに加え、繊維強化複合材料の0°引張強度等の力学特性を向上させる。より好ましくは、フェノールノボラック型エポキシ樹脂およびクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である。   In the present invention, the (A) epoxy compound is preferably a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolac type epoxy resin, or tetraglycidyl diaminodiphenylmethane. These epoxy resins have a large number of epoxy groups, a small epoxy equivalent, and have two or more aromatic rings. In addition to improving the adhesion between carbon fiber and matrix resin, fiber reinforced composite materials Improve mechanical properties such as 0 ° tensile strength. More preferred are phenol novolac epoxy resins and cresol novolac epoxy resins.

本発明において、(A1)2官能以上のエポキシ化合物の具体例としては、例えば、ポリオールから誘導されるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、複数活性水素を有するアミンから誘導されるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸から誘導されるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、および分子内に複数の2重結合を有する化合物を酸化して得られるエポキシ樹脂が挙げられる。   In the present invention, specific examples of the (A1) bifunctional or higher functional epoxy compound include, for example, a glycidyl ether type epoxy resin derived from a polyol, a glycidyl amine type epoxy resin derived from an amine having a plurality of active hydrogens, and a polycarboxylic acid. Examples thereof include a glycidyl ester type epoxy resin derived from an acid and an epoxy resin obtained by oxidizing a compound having a plurality of double bonds in the molecule.

グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ヒドロキノン、レゾルシノール、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニル、1,6−ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、およびテトラキス(p−ヒドロキシフェニル)エタンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が挙げられる。   Examples of the glycidyl ether type epoxy resin include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, tetrabromobisphenol A, phenol novolac, cresol novolac, hydroquinone, resorcinol, 4,4′-dihydroxy-3,3 ′, 5. , 5′-tetramethylbiphenyl, 1,6-dihydroxynaphthalene, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, tris (p-hydroxyphenyl) methane, and tetrakis (p-hydroxyphenyl) ethane with epichlorohydrin Examples thereof include glycidyl ether type epoxy resins obtained by the reaction.

さらに、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ポリブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールF、グリセロール、ジグリセロール、ポリグリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、およびアラビトールと、エピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が挙げられる。また、ジシクロペンタジエン骨格を有するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、およびビフェニルアラルキル骨格を有するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が挙げられる。   Furthermore, as the glycidyl ether type epoxy resin, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, polypropylene glycol, trimethylene glycol, 1 , 2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, polybutylene glycol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1 , 4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A, hydrogenated bisphenol F, glycerol, diglycerol, polyglycerol, trimethylol propylene , Pentaerythritol, sorbitol, and arabitol and include glycidyl ether type epoxy resins obtained by reaction of epichlorohydrin. Moreover, the glycidyl ether type epoxy resin which has a dicyclopentadiene frame | skeleton, and the glycidyl ether type epoxy resin which has a biphenyl aralkyl frame | skeleton are mentioned.

グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、m−キシリレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、および9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンが挙げられる。   Examples of the glycidylamine type epoxy resin include N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, m-xylylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, and 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene.

さらに、グリシジルアミン型エポキシ樹脂として、例えば、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、および4−アミノ−3−メチルフェノールのアミノフェノール類の水酸基とアミノ基の両方をエピクロロヒドリンと反応させて得られるエポキシ樹脂が挙げられる。   Furthermore, as a glycidylamine type epoxy resin, for example, both the hydroxyl group and amino group of aminophenols of m-aminophenol, p-aminophenol, and 4-amino-3-methylphenol are reacted with epichlorohydrin. The obtained epoxy resin is mentioned.

グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、およびダイマー酸等をエピクロロヒドリンと反応させて得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂が挙げられる。   Examples of the glycidyl ester type epoxy resin include glycidyl ester type epoxy resins obtained by reacting phthalic acid, terephthalic acid, hexahydrophthalic acid, dimer acid and the like with epichlorohydrin.

分子内に複数の2重結合を有する化合物を酸化させて得られるエポキシ樹脂としては、例えば、分子内にエポキシシクロヘキサン環を有するエポキシ樹脂が挙げられる。さらに、このエポキシ樹脂としては、エポキシ化大豆油が挙げられる。   Examples of the epoxy resin obtained by oxidizing a compound having a plurality of double bonds in the molecule include an epoxy resin having an epoxycyclohexane ring in the molecule. Furthermore, the epoxy resin includes epoxidized soybean oil.

これらのエポキシ樹脂以外にも、トリグリシジルイソシアヌレートのようなエポキシ樹脂が挙げられる。さらには、上に挙げたエポキシ樹脂を原料として合成されるエポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンジイソシアネートからオキサゾリドン環生成反応により合成されるエポキシ樹脂が挙げられる。   In addition to these epoxy resins, epoxy resins such as triglycidyl isocyanurate can be mentioned. Furthermore, the epoxy resin synthesize | combined from the epoxy resin mentioned above as a raw material, for example, the epoxy resin synthesize | combined by the oxazolidone ring formation reaction from bisphenol A diglycidyl ether and tolylene diisocyanate is mentioned.

本発明において、(A2)1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物の具体例として、例えば、エポキシ基と水酸基を有する化合物、エポキシ基とアミド基を有する化合物、エポキシ基とイミド基、エポキシ基とウレタン基を有する化合物、エポキシ基とウレア基を有する化合物、エポキシ基とスルホニル基を有する化合物、エポキシ基とスルホ基を有する化合物が挙げられる。   In the present invention, (A2) has at least one functional epoxy group, and has at least one functional group selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. Specific examples of the epoxy compound include, for example, a compound having an epoxy group and a hydroxyl group, a compound having an epoxy group and an amide group, an epoxy group and an imide group, a compound having an epoxy group and a urethane group, a compound having an epoxy group and a urea group, Examples thereof include compounds having an epoxy group and a sulfonyl group, and compounds having an epoxy group and a sulfo group.

エポキシ基と水酸基を有する化合物としては、例えば、ソルビトール型ポリグリシジルエーテルおよびグリセロール型ポリグリシジルエーテル等が挙げられ、具体的にはデナコール(商標登録)EX−611、EX−612、EX−614、EX−614B、EX−622、EX−512、EX−521、EX−421、EX−313、EX−314およびEX−321(ナガセケムテックス株式会社製)等が挙げられる。   Examples of the compound having an epoxy group and a hydroxyl group include sorbitol-type polyglycidyl ether and glycerol-type polyglycidyl ether. Specifically, Denacol (registered trademark) EX-611, EX-612, EX-614, EX -614B, EX-622, EX-512, EX-521, EX-421, EX-313, EX-314 and EX-321 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

エポキシ基とアミド基を有する化合物としては、例えば、グリシアミド、アミド変性エポキシ樹脂等が挙げられる。アミド変性エポキシはジカルボン酸アミドのカルボキシル基に2官能以上のエポキシ樹脂のエポキシ基を反応させることによって得ることができる。   Examples of the compound having an epoxy group and an amide group include glycamide and amide-modified epoxy resins. An amide-modified epoxy can be obtained by reacting an epoxy group of a bifunctional or higher epoxy resin with a carboxyl group of a dicarboxylic acid amide.

エポキシ基とイミド基を有する化合物としては、例えば、グリシジルフタルイミド等が挙げられる。具体的にはデナコール(商標登録)EX−731(ナガセケムテックス株式会社製)等が挙げられる。   Examples of the compound having an epoxy group and an imide group include glycidyl phthalimide. Specifically, Denacol (trademark registration) EX-731 (made by Nagase ChemteX Corporation) etc. are mentioned.

エポキシ基とウレタン基を有する化合物としては、例えば、ウレタン変性エポキシ樹脂が挙げられ、具体的にはアデカレジン(商標登録)EPU−78−13S、EPU−6、EPU−11、EPU−15、EPU−16A、EPU−16N、EPU−16A、EPU−17T−6、EPU−1348およびEPU−1395(株式会社ADEKA製)等が挙げられる。または、ポリエチレンオキサイドモノアルキルエーテルの末端水酸基に、その水酸基量に対する反応当量の多価イソシアネートを反応させ、次いで得られた反応生成物のイソシアネート残基に多価エポキシ樹脂内の水酸基と反応させることによって得ることができる。ここで、用いられる多価イソシアネートとしては、2,4−トリレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネートおよびビフェニル−2,4,4’−トリイソシアネートなどが挙げられる。   Examples of the compound having an epoxy group and a urethane group include a urethane-modified epoxy resin. Specifically, Adeka Resin (registered trademark) EPU-78-13S, EPU-6, EPU-11, EPU-15, EPU- 16A, EPU-16N, EPU-16A, EPU-17T-6, EPU-1348, EPU-1395 (manufactured by ADEKA Corporation) and the like. Alternatively, by reacting the terminal hydroxyl group of the polyethylene oxide monoalkyl ether with a polyvalent isocyanate equivalent to the amount of the hydroxyl group, and then reacting the isocyanate residue of the obtained reaction product with the hydroxyl group in the polyvalent epoxy resin. Obtainable. Here, as the polyvalent isocyanate used, 2,4-tolylene diisocyanate, metaphenylene diisocyanate, paraphenylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, norbornane diisocyanate, triphenylmethane triisocyanate and biphenyl-2, Examples include 4,4′-triisocyanate.

エポキシ基とウレア基を有する化合物としては、例えば、ウレア変性エポキシ樹脂等が挙げられる。アミド変性エポキシはジカルボン酸ウレアのカルボキシル基に2官能以上のエポキシ樹脂のエポキシ基を反応させることによって得ることができる。   Examples of the compound having an epoxy group and a urea group include a urea-modified epoxy resin. The amide-modified epoxy can be obtained by reacting the epoxy group of the bifunctional or higher epoxy resin with the carboxyl group of the dicarboxylic acid urea.

エポキシ基とスルホニル基を有する化合物としては、例えば、ビスフェノールS型エポキシ等が挙げられる。   Examples of the compound having an epoxy group and a sulfonyl group include bisphenol S-type epoxy.

エポキシ基とスルホ基を有する化合物としては、例えば、p−トルエンスルホン酸グリシジルおよび3−ニトロベンゼンスルホン酸グリシジル等が挙げられる。   Examples of the compound having an epoxy group and a sulfo group include glycidyl p-toluenesulfonate and glycidyl 3-nitrobenzenesulfonate.

本発明で用いられる(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩は、次の一般式(I)または(II)   The quaternary ammonium salt (B) having a cation moiety used in the present invention has the following general formula (I) or (II):

Figure 0004924768
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Figure 0004924768
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(上記式中、R〜Rは、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRは、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表す。)のいずれかで示されるカチオン部位を有する4級アンモニウム塩であることが必要である。 (In the above formula, R 1 to R 5 represent a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, respectively. Or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, and R 6 and R 7 are each a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 8 carbon atoms. It represents a quaternary ammonium salt having a cation moiety represented by any one of a group containing hydrogen and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure. is there.

本発明者等は、2官能以上のエポキシ化合物および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物を主成分とするサイジング剤において、前記エポキシ化合物100質量部に対し、上記一般式(I)または(II)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩を0.1〜25質量部配合したサイジング剤を用い、これを炭素繊維に塗布し、かつ、特定の条件で熱処理を施した場合においてのみ、前記エポキシ化合物と、炭素繊維表面に元来含まれる、あるいは、酸化処理により導入されるカルボキシル基、水酸基等の酸素含有官能基との間に共有結合形成が促進される結果、マトリックス樹脂との接着性が大幅に向上することを見出した。   The present inventors have a bifunctional or higher functional epoxy compound and / or a monofunctional or higher functional epoxy group, and are selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. In the sizing agent mainly composed of an epoxy compound having at least one functional group, the cation moiety (B) represented by any one of the above general formulas (I) and (II) with respect to 100 parts by mass of the epoxy compound The epoxy compound and the carbon fiber are used only when the sizing agent containing 0.1 to 25 parts by mass of the quaternary ammonium salt having the above is applied to the carbon fiber and heat-treated under specific conditions. Facilitates the formation of covalent bonds between carboxyl groups, hydroxyl groups and other oxygen-containing functional groups originally contained on the surface or introduced by oxidation treatment The result, it was found that the adhesion to the matrix resin can be greatly improved.

本発明において、4級アンモニウム塩の配合により共有結合形成が促進されるメカニズムは明確ではないが、特定の構造を有する4級アンモニウム塩のみでかかる効果が得られる。したがって、上記一般式(I)または(II)のR〜Rが、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22のエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかであることが必要である。炭素数が23以上になると、理由は明確ではないが、接着性が不十分となる。 In the present invention, the mechanism by which covalent bond formation is promoted by the incorporation of a quaternary ammonium salt is not clear, but such an effect can be obtained only with a quaternary ammonium salt having a specific structure. Therefore, R 1 to R 5 in the above general formula (I) or (II) are each a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, It must be either a group containing an ester structure of 22 or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group. When the carbon number is 23 or more, the reason is not clear, but the adhesiveness is insufficient.

ここで、炭素数1〜22の炭化水素基とは、炭素原子と水素原子のみからなる基であり、飽和炭化水素基および不飽和炭化水素基のいずれでも良く、環構造を含んでも含まなくても良い。炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、オレイル基、ドコシル基、ベンジル基およびフェニル基等が挙げられる。   Here, a C1-C22 hydrocarbon group is a group which consists only of a carbon atom and a hydrogen atom, and any of a saturated hydrocarbon group and an unsaturated hydrocarbon group may be included, even if it contains a ring structure. Also good. As the hydrocarbon group, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, oleyl group, A docosyl group, a benzyl group, a phenyl group, etc. are mentioned.

また、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、フェノキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、ブトキシエチル基、フェノキシエチル基、メトキシエトキシメチル基、メトキシエトキシエチル基、ポリエチレングリコール基およびポリプロピレングリコール基等のポリエーテル基が挙げられる。   Examples of the group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure include a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, a propoxymethyl group, a butoxymethyl group, a phenoxymethyl group, a methoxyethyl group, an ethoxyethyl group, and a propoxy group. Examples thereof include polyether groups such as ethyl group, butoxyethyl group, phenoxyethyl group, methoxyethoxymethyl group, methoxyethoxyethyl group, polyethylene glycol group, and polypropylene glycol group.

また、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基としては、例えば、アセトキシメチル基、アセトキシエチル基、アセトキシプロピル基、アセトキシブチル基、メタクロイルオキシエチル基およびベンゾイルオキシエチル基等が挙げられる。   Examples of the group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure include an acetoxymethyl group, an acetoxyethyl group, an acetoxypropyl group, an acetoxybutyl group, a methacryloyloxyethyl group, and a benzoyloxyethyl group. It is done.

また、炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシペンチル基、ヒドロキシヘキシル基、ヒドロキシシクロヘキシル基、ヒドロキシオクチル基、ヒドロキシデシル基、ヒドロキシドデシル基、ヒドロキシテトラデシル基、ヒドロキシヘキサデシル基、ヒドロキシオクタデシル基、ヒドロキシオレイル基、ヒドロキシドコシル基等が挙げられる。   Examples of the group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group include a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, a hydroxybutyl group, a hydroxypentyl group, a hydroxyhexyl group, a hydroxycyclohexyl group, and a hydroxyoctyl group. Group, hydroxydecyl group, hydroxydodecyl group, hydroxytetradecyl group, hydroxyhexadecyl group, hydroxyoctadecyl group, hydroxyoleyl group, hydroxydocosyl group and the like.

なかでも、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のR〜Rの炭素数は、1〜14の範囲内であることが好ましく、より好ましくは1〜8の範囲内である。炭素数が14未満であると、4級アンモニウム塩が反応促進剤として働く際に、立体障害が適度に小さく反応促進効果が高くなり、接着性がさらに向上する。 Especially, it is preferable that the carbon number of R < 1 > -R < 5 > of the quaternary ammonium salt which has a cation part (B) exists in the range of 1-14, More preferably, it exists in the range of 1-8. When the carbon number is less than 14, when the quaternary ammonium salt acts as a reaction accelerator, the steric hindrance is moderately small and the reaction promoting effect is enhanced, and the adhesion is further improved.

また、本発明において、上記一般式(I)で示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のRとRの炭素数は、2以上であることが好ましく、より好ましくは3以上であり、さらに好ましくは4以上である。炭素数が2以上であると、4級アンモニウム塩が開始剤としてはたらくことによるエポキシ樹脂の単独重合が抑えられ、接着性がさらに向上する。 In the present invention, the number of carbon atoms of R 3 and R 4 of the quaternary ammonium salt having a cation moiety (B) represented by the general formula (I) is preferably 2 or more, more preferably 3 or more. More preferably, it is 4 or more. When the carbon number is 2 or more, homopolymerization of the epoxy resin due to the quaternary ammonium salt acting as an initiator is suppressed, and the adhesiveness is further improved.

また、本発明において、上記一般式(II)で示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のRとRは、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかであることが好ましい。水素または炭素数が8未満であると、分子中における活性部位の比率が高く、少量でも大きな接着性向上効果が得られる。 In the present invention, R 6 and R 7 of the quaternary ammonium salt (B) having a cation moiety represented by the above general formula (II) are each hydrogen, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, or 1 carbon atom. It is preferably any one of a group containing ˜8 hydrocarbon and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure. When hydrogen or the number of carbon atoms is less than 8, the ratio of active sites in the molecule is high, and a large adhesion improvement effect can be obtained even with a small amount.

本発明において、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のカチオン部位の分子量は、100〜400g/molの範囲内であることが好ましく、より好ましくは100〜300g/molの範囲内であり、さらに好ましくは100〜200g/molの範囲内である。カチオン部位の分子量が100g/mol以上であると、熱処理中にも揮発が抑えられ、少量でも大きな接着性向上効果が得られる。一方、カチオン部位の分子量が400g/mol以下であると、分子中における活性部位の比率が高く、やはり少量でも大きな接着性向上効果が得られる。   In the present invention, the molecular weight of the cation moiety of the (B) quaternary ammonium salt having a cation moiety is preferably in the range of 100 to 400 g / mol, more preferably in the range of 100 to 300 g / mol. More preferably, it is in the range of 100 to 200 g / mol. When the molecular weight of the cation moiety is 100 g / mol or more, volatilization is suppressed even during the heat treatment, and a large adhesive improvement effect can be obtained even with a small amount. On the other hand, when the molecular weight of the cation moiety is 400 g / mol or less, the ratio of the active moiety in the molecule is high, and a large adhesion improvement effect can be obtained even with a small amount.

本発明において、上記の一般式(I)で示される4級アンモニウム塩のカチオン部位としては、例えば、テトラメチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、トリメチルプロピルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、トリメチルペンチルアンモニウム、ヘキシルトリメチルアンモニウム、シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、トリメチルオクチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、テトラデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、トリメチルオクタデシルアンモニウム、トリメチルオレイルアンモニウム、ドコシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム、ジエチルジメチルアンモニウム、ジメチルジプロピルアンモニウム、ジブチルジメチルアンモニウム、ジメチルジペンチルアンモニウム、ジヘキシルジメチルアンモニウム、ジシクロヘキシルジメチルアンモニウム、ジメチルジオクチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウム、エチルデシルジメチルアンモニウム、ジドデシルジメチルアンモニウム、エチルドデシルジメチルアンモニウム、ジテトラデシルジメチルアンモニウム、エチルテトラデシルジメチルアンモニウム、ジヘキサデシルジメチルアンモニウム、エチルヘキサデシルジメチルアンモニウム、ジメチルジオクタデシルアンモニウム、エチルオクタデシルジメチルアンモニウム、ジメチルジオレイルアンモニウム、エチルジメチルオレイルアンモニウム、ジドコシルジメチルアンモニウム、ドコシルエチルジメチルアンモニウム、ジベンジルジメチルアンモニウム、ベンジルエチルジメチルアンモニウム、ベンジルジメチルプロピルアンモニウム、ベンジルブチルジメチルアンモニウム、ベンジルデシルジメチルアンモニウム、ベンジルドデシルジメチルアンモニウム、ベンジルテトラデシルジメチルアンモニウム、ベンジルヘキサデシルジメチルアンモニウム、ベンジルオクタデシルジメチルアンモニウム、ベンジルジメチルオレイルアンモニウム、ジメチルジフェニルアンモニウム、エチルジメチルフェニルアンモニウム、ジメチルプロピルフェニルアンモニウム、ブチルジメチルフェニルアンモニウム、デシルジメチルフェニルアンモニウム、ドデシルジメチルフェニルアンモニウム、テトラデシルジメチルフェニルアンモニウム、ヘキサデシルジメチルフェニルアンモニウム、ジメチルオクタデシルフェニルアンモニウム、ジメチルオレイルフェニルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、トリエチルプロピルアンモニウム、ブチルトリエチルアンモニウム、トリエチルペンチルアンモニウム、トリエチルヘキシルアンモニウム、トリエチルシクロヘキシルアンモニウム、トリエチルオクチルアンモニウム、デシルトリエチルアンモニウム、ドデシルトリエチルアンモニウム、テトラデシルトリエチルアンモニウム、ヘキサデシルトリエチルアンモニウム、トリエチルオクタデシルアンモニウム、トリエチルオレイルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、トリエチルフェニルアンモニウム、ジエチルジプロピルアンモニウム、ジブチルジエチルアンモニウム、ジエチルジペンチルアンモニウム、ジエチルジヘキシルアンモニウム、ジエチルジシクロヘキシルアンモニウム、ジエチルジオクチルアンモニウム、ジデシルジエチルアンモニウム、ジドデシルジエチルアンモニウム、ジテトラデシルジエチルアンモニウム、ジエチルジヘキサデシルアンモニウム、ジエチルジオクタデシルアンモニウム、ジエチルジオレイルアンモニウム、ジベンジルジエチルアンモニウム、ジエチルジフェニルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、メチルトリプロピルアンモニウム、エチルトリプロピルアンモニウム、ブチルトリプロピルアンモニウム、ベンジルトリプロピルアンモニウム、フェニルトリプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリブチルメチルアンモニウム、トリブチルエチルアンモニウム、トリブチルプロピルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、トリブチルフェニルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム、エチルトリオクチルアンモニウム、トリオクチルプロピルアンモニウム、ブチルトリオクチルアンモニウム、ジメチルジオクチルアンモニウム、ジエチルジオクチルアンモニウム、ジオクチルジプロピルアンモニウム、ジブチルジオクチルアンモニウム、テトラデシルアンモニウム、テトラドデシルアンモニウム、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム、2−ヒドロキシエチルトリエチルアンモニウム、2−ヒドロキシエチルトリプロピルアンモニウム、2−ヒドロキシエチルトリブチルアンモニウム、ポリオキシエチレントリメチルアンモニウム、ポリオキシエチレントリエチルアンモニウム、ポリオキシエチレントリプロピルアンモニウム、ポリオキシエチレントリブチルアンモニウム、ビス(2−ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウム、ビス(2−ヒドロキシエチル)ジエチルアンモニウム、ビス(2−ヒドロキシエチル)ジプロピルアンモニウム、ビス(2−ヒドロキシエチル)ジブチルアンモニウム、ビス(ポリオキシエチレン)ジメチルアンモニウム、ビス(ポリオキシエチレン)ジエチルアンモニウム、ビス(ポリオキシエチレン)ジプロピルアンモニウム、ビス(ポリオキシエチレン)ジブチルアンモニウム、トリス(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、トリス(2−ヒドロキシエチル)エチルアンモニウム、トリス(2−ヒドロキシエチル)プロピルアンモニウム、トリス(2−ヒドロキシエチル)ブチルアンモニウム、トリス(ポリオキシエチレン)メチルアンモニウム、トリス(ポリオキシエチレン)エチルアンモニウム、トリス(ポリオキシエチレン)プロピルアンモニウム、およびトリス(ポリオキシエチレン)ブチルアンモニウムが挙げられる。   In the present invention, examples of the cation moiety of the quaternary ammonium salt represented by the general formula (I) include tetramethylammonium, ethyltrimethylammonium, trimethylpropylammonium, butyltrimethylammonium, trimethylpentylammonium, hexyltrimethylammonium, Cyclohexyltrimethylammonium, trimethyloctylammonium, decyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium, tetradecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium, trimethyloctadecylammonium, trimethyloleylammonium, docosyltrimethylammonium, benzyltrimethylammonium, trimethylphenylammonium, diethyldimethylammonium Dimethyl, dimethyldipropylammonium, dibutyldimethylammonium, dimethyldipentylammonium, dihexyldimethylammonium, dicyclohexyldimethylammonium, dimethyldioctylammonium, didecyldimethylammonium, ethyldecyldimethylammonium, didodecyldimethylammonium, ethyldodecyldimethylammonium, ditetradecyl Dimethyl ammonium, ethyl tetradecyl dimethyl ammonium, dihexadecyl dimethyl ammonium, ethyl hexadecyl dimethyl ammonium, dimethyl dioctadecyl ammonium, ethyl octadecyl dimethyl ammonium, dimethyl dioleyl ammonium, ethyl dimethyl oleyl ammonium, didocosyl dimethyl ammonium, Silethyldimethylammonium, dibenzyldimethylammonium, benzylethyldimethylammonium, benzyldimethylpropylammonium, benzylbutyldimethylammonium, benzyldecyldimethylammonium, benzyldodecyldimethylammonium, benzyltetradecyldimethylammonium, benzylhexadecyldimethylammonium, benzyloctadecyldimethyl Ammonium, benzyldimethyloleylammonium, dimethyldiphenylammonium, ethyldimethylphenylammonium, dimethylpropylphenylammonium, butyldimethylphenylammonium, decyldimethylphenylammonium, dodecyldimethylphenylammonium, tetradecyldimethylphenylammonium , Hexadecyldimethylphenylammonium, dimethyloctadecylphenylammonium, dimethyloleylphenylammonium, tetraethylammonium, triethylmethylammonium, triethylpropylammonium, butyltriethylammonium, triethylpentylammonium, triethylhexylammonium, triethylcyclohexylammonium, triethyloctylammonium, decyl Triethylammonium, dodecyltriethylammonium, tetradecyltriethylammonium, hexadecyltriethylammonium, triethyloctadecylammonium, triethyloleylammonium, benzyltriethylammonium, triethylphenylammonium, diethyldipropylan Ni, dibutyl diethyl ammonium, diethyl dipentyl ammonium, diethyl dihexyl ammonium, diethyl dicyclohexyl ammonium, diethyl dioctyl ammonium, didecyl diethyl ammonium, didodecyl diethyl ammonium, ditetradecyl diethyl ammonium, diethyl dihexadecyl ammonium, diethyl dioctadecyl ammonium, diethyl Dioleylammonium, dibenzyldiethylammonium, diethyldiphenylammonium, tetrapropylammonium, methyltripropylammonium, ethyltripropylammonium, butyltripropylammonium, benzyltripropylammonium, phenyltripropylammonium, tetrabutylammonium, tributy Methylammonium, tributylethylammonium, tributylpropylammonium, benzyltributylammonium, tributylphenylammonium, tetrapentylammonium, tetrahexylammonium, tetraheptylammonium, tetraoctylammonium, methyltrioctylammonium, ethyltrioctylammonium, trioctylpropylammonium, Butyl trioctyl ammonium, dimethyl dioctyl ammonium, diethyl dioctyl ammonium, dioctyl dipropyl ammonium, dibutyl dioctyl ammonium, tetradecyl ammonium, tetradodecyl ammonium, 2-hydroxyethyl trimethyl ammonium, 2-hydroxyethyl triethyl ammonium, 2-hy Droxyethyltripropylammonium, 2-hydroxyethyltributylammonium, polyoxyethylenetrimethylammonium, polyoxyethylenetriethylammonium, polyoxyethylenetripropylammonium, polyoxyethylenetributylammonium, bis (2-hydroxyethyl) dimethylammonium, bis (2-hydroxyethyl) diethylammonium, bis (2-hydroxyethyl) dipropylammonium, bis (2-hydroxyethyl) dibutylammonium, bis (polyoxyethylene) dimethylammonium, bis (polyoxyethylene) diethylammonium, bis ( Polyoxyethylene) dipropylammonium, bis (polyoxyethylene) dibutylammonium, tris (2-hydride) Xylethyl) methylammonium, tris (2-hydroxyethyl) ethylammonium, tris (2-hydroxyethyl) propylammonium, tris (2-hydroxyethyl) butylammonium, tris (polyoxyethylene) methylammonium, tris (polyoxyethylene) Examples include ethylammonium, tris (polyoxyethylene) propylammonium, and tris (polyoxyethylene) butylammonium.

また、上記一般式(II)で示される4級アンモニウム塩のカチオン部位としては、例えば、1−メチルピリジニウム、1−エチルピリジニウム、1−エチル−2−メチルピリジニウム、1−エチル−4−メチルピリジニウム、1−エチル−2,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,4,6−トリメチルピリジニウム、1−プロピルピリジニウム、1−ブチルピリジニウム、1−ブチル−2−メチルピリジニウム、1−ブチル−4−メチルピリジニウム、1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウム、1−ブチル−2,4,6−トリメチルピリジニウム、1−ペンチルピリジニウム、1−ヘキシルピリジニウム、1−シクロヘキシルピリジニウム、1−オクチルピリジニウム、1−デシルピリジニウム、1−ドデシルピリジニウム、1−テトラデシルピリジニウム、1−ヘキサデシルピリジニウム、1−オクタデシルピリジニウム、1−オレイルピリジニウム、および1−ドコシルピリジニウム、および1−ベンジルピリジニウムが挙げられる。   Examples of the cation moiety of the quaternary ammonium salt represented by the general formula (II) include 1-methylpyridinium, 1-ethylpyridinium, 1-ethyl-2-methylpyridinium, and 1-ethyl-4-methylpyridinium. 1-ethyl-2,4-dimethylpyridinium, 1-ethyl-2,4,6-trimethylpyridinium, 1-propylpyridinium, 1-butylpyridinium, 1-butyl-2-methylpyridinium, 1-butyl-4- Methylpyridinium, 1-butyl-2,4-dimethylpyridinium, 1-butyl-2,4,6-trimethylpyridinium, 1-pentylpyridinium, 1-hexylpyridinium, 1-cyclohexylpyridinium, 1-octylpyridinium, 1-decyl Pyridinium, 1-dodecylpyridinium, - tetradecyl pyridinium, 1-hexadecyl pyridinium, 1-octadecyl pyridinium, 1-oleyl pyridinium, and 1-docosyl pyridinium, and 1-benzyl pyridinium and the like.

本発明において、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のアニオン部位としては、例えば、フッ化物アニオン、塩化物アニオン、臭化物アニオンおよびヨウ化物アニオンのハロゲンイオンが挙げられる。また、例えば、水酸化物アニオン、酢酸アニオン、シュウ酸アニオン、硫酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、およびトルエンスルホン酸アニオンが挙げられる。   In the present invention, examples of the anion moiety of the (B) quaternary ammonium salt having a cation moiety include halogen ions of fluoride anion, chloride anion, bromide anion and iodide anion. Examples thereof include a hydroxide anion, an acetate anion, an oxalate anion, a sulfate anion, a benzenesulfonate anion, and a toluenesulfonate anion.

なかでも、対イオンとしては、サイズが小さく、4級アンモニウム塩の反応促進効果を阻害しないという観点から、ハロゲンイオンであることが好ましい。   Especially, as a counter ion, it is preferable that it is a halogen ion from a viewpoint that the size is small and it does not inhibit the reaction promotion effect of a quaternary ammonium salt.

本発明において、これらの4級アンモニウム塩は、単独で用いても良いし複数種を併用しても良い。   In the present invention, these quaternary ammonium salts may be used alone or in combination.

本発明において、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩としては、例えば、トリメチルオクタデシルアンモニウムクロリド、トリメチルオクタデシルアンモニウムブロミド、トリメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルオクタデシルアンモニウムアセタート、トリメチルオクタデシルアンモニウム安息香酸塩、トリメチルオクタデシルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、トリメチルオクタデシルアンモニウム塩酸塩、トリメチルオクタデシルアンモニウムテトラクロロヨウ素酸塩、トリメチルオクタデシルアンモニウム硫酸水素塩、トリメチルオクタデシルアンモニウムメチルスルファート、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムアセタート、ベンジルトリメチルアンモニウム安息香酸塩、ベンジルトリメチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムアセタート、テトラブチルアンモニウム安息香酸塩、テトラブチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、(2−メトキシエトキシメチル)トリエチルアンモニウムクロリド、(2−メトキシエトキシメチル)トリエチルアンモニウムブロミド、(2−メトキシエトキシメチル)トリエチルアンモニウムヒドロキシド、(2−メトキシエトキシメチル)トリエチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、(2−アセトキシエチル)トリメチルアンモニウムクロリド、(2−アセトキシエチル)トリメチルアンモニウムブロミド、(2−アセトキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド、(2−アセトキシエチル)トリメチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムクロリド、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムブロミド、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、ビス(ポリオキシエチレン)ジメチルアンモニウムクロリド、ビス(ポリオキシエチレン)ジメチルアンモニウムブロミド、ビス(ポリオキシエチレン)ジメチルアンモニウムヒドロキシド、ビス(ポリオキシエチレン)ジメチルアンモニウム−p−トルエンスルホナート、1−ヘキサデシルピリジニウムクロリド、1−ヘキサデシルピリジニウムブロミド、1−ヘキサデシルピリジニウムヒドロキシド、および1−ヘキサデシルピリジニウム−p−トルエンスルホナート等が挙げられる。   In the present invention, (B) quaternary ammonium salts having a cation moiety include, for example, trimethyloctadecylammonium chloride, trimethyloctadecylammonium bromide, trimethyloctadecylammonium hydroxide, trimethyloctadecylammonium acetate, trimethyloctadecylammonium benzoate, trimethyl Octadecylammonium-p-toluenesulfonate, trimethyloctadecylammonium hydrochloride, trimethyloctadecylammonium tetrachloroiodate, trimethyloctadecylammonium hydrogensulfate, trimethyloctadecylammonium methylsulfate, benzyltrimethylammonium chloride, benzyltrimethylammonium bromide, benzyltrimethyl Ammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium acetate, benzyltrimethylammonium benzoate, benzyltrimethylammonium-p-toluenesulfonate, tetrabutylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium hydroxide, tetrabutylammonium acetate, tetra Butylammonium benzoate, tetrabutylammonium-p-toluenesulfonate, (2-methoxyethoxymethyl) triethylammonium chloride, (2-methoxyethoxymethyl) triethylammonium bromide, (2-methoxyethoxymethyl) triethylammonium hydroxide, (2-Methoxyethoxymethyl) triethylammonium-p-toluenesulfonate (2-acetoxyethyl) trimethylammonium chloride, (2-acetoxyethyl) trimethylammonium bromide, (2-acetoxyethyl) trimethylammonium hydroxide, (2-acetoxyethyl) trimethylammonium-p-toluenesulfonate, (2-hydroxy Ethyl) trimethylammonium chloride, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium bromide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium-p-toluenesulfonate, bis (polyoxyethylene) dimethylammonium Chloride, bis (polyoxyethylene) dimethylammonium bromide, bis (polyoxyethylene) dimethylammonium hydroxide, (Polyoxyethylene) dimethylammonium-p-toluenesulfonate, 1-hexadecylpyridinium chloride, 1-hexadecylpyridinium bromide, 1-hexadecylpyridinium hydroxide, 1-hexadecylpyridinium-p-toluenesulfonate, etc. Is mentioned.

本発明で用いられるサイジング剤においては、(A)エポキシ化合物100質量部に対し、上記の一般式(I)または(II)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩を0.1〜25質量部配合することが必要であり、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩の配合量は、好ましくは0.1〜10質量部であり、より好ましくは0.1〜8質量部である。(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩の配合量が0.1質量部未満では、(A)エポキシ化合物と炭素繊維表面の酸素含有官能基との間の共有結合形成が促進されず、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不十分となる。一方、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩の配合量が25質量部を超えると、(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩が炭素繊維表面を覆い、共有結合形成が阻害され、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不十分となる。   In the sizing agent used in the present invention, (A) a quaternary ammonium salt having a cation moiety represented by any one of the above general formulas (I) and (II) with respect to 100 parts by mass of the epoxy compound. It is necessary to mix 0.1 to 25 parts by mass, and (B) the amount of the quaternary ammonium salt having a cation moiety is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass. 8 parts by mass. (B) When the amount of the quaternary ammonium salt having a cation moiety is less than 0.1 parts by mass, (A) covalent bond formation between the epoxy compound and the oxygen-containing functional group on the carbon fiber surface is not promoted, and carbon Adhesion between the fiber and the matrix resin becomes insufficient. On the other hand, if the blending amount of (B) quaternary ammonium salt having a cation moiety exceeds 25 parts by mass, (B) the quaternary ammonium salt having a cation moiety covers the carbon fiber surface and the formation of a covalent bond is inhibited. Adhesion between the fiber and the matrix resin becomes insufficient.

本発明において用いられるサイジング剤は、(A)エポキシ化合物と、上記の一般式(I)または(II)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩以外の他の成分を1種類以上含んでも良い。   The sizing agent used in the present invention comprises (A) an epoxy compound and other components other than the quaternary ammonium salt having a cation moiety (B) represented by any one of the above general formulas (I) and (II). One or more types may be included.

このような他の成分としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイド、高級アルコール、多価アルコール、アルキルフェノール、およびスチレン化フェノール等にポリエチレンオキサイドやポリプロピレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイドが付加した化合物、およびエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのブロック共重合体等のノニオン系界面活性剤が好ましく用いられる。また、本発明の効果に影響しない範囲で、適宜、ポリエステル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等を添加しても良い。   Examples of such other components include polyalkylene oxides such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyalkylene oxides such as polyethylene oxide and polypropylene oxide added to higher alcohols, polyhydric alcohols, alkylphenols, and styrenated phenols. Nonionic surfactants such as compounds and block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide are preferably used. Moreover, you may add a polyester resin, an unsaturated polyester resin, etc. suitably in the range which does not affect the effect of this invention.

本発明においては、サイジング剤を溶媒で希釈して用いることができる。このような溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド等が挙げられる。なかでも、取扱いが容易であり、安全性の観点から有利であることから、水が好ましく用いられる。   In the present invention, the sizing agent can be diluted with a solvent. Examples of such a solvent include water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and the like. Among these, water is preferably used because it is easy to handle and advantageous from the viewpoint of safety.

本発明において、炭素繊維へのサイジング剤の付着量は、炭素繊維100質量部に対して、0.1〜10質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.2〜3質量部の範囲である。サイジング剤の付着量が0.1質量部以上であると、炭素繊維をプリプレグ化および製織する際に、通過する金属ガイド等による摩擦に耐えることができ、毛羽発生が抑えられ、炭素繊維シートの平滑性などの品位が優れる。一方、サイジング剤の付着量が10質量部以下であると、炭素繊維束周囲のサイジング剤膜に阻害されることなくエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂が炭素繊維束内部に含浸でき、得られる複合材料においてボイド生成が抑えられ、複合材料の品位が優れ、同時に機械物性が優れる。   In this invention, it is preferable that the adhesion amount of the sizing agent to carbon fiber is the range of 0.1-10 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon fibers, More preferably, it is 0.2-3 mass parts. It is a range. When the sizing agent is attached in an amount of 0.1 part by mass or more, when carbon fiber is prepreg and weaved, it can withstand friction caused by a metal guide that passes therethrough, and generation of fluff can be suppressed. Excellent quality such as smoothness. On the other hand, when the adhesion amount of the sizing agent is 10 parts by mass or less, a matrix resin such as an epoxy resin can be impregnated inside the carbon fiber bundle without being inhibited by the sizing agent film around the carbon fiber bundle. The generation of voids is suppressed, the quality of the composite material is excellent, and at the same time the mechanical properties are excellent.

本発明において、炭素繊維に塗布され乾燥されたサイジング剤層の厚さは、2〜20nmの範囲内で、かつ、厚さの最大値が最小値の2倍を超えないことが好ましい。このような厚さの均一なサイジング剤層により、安定して大きな接着性向上効果が得られ、さらには、安定して高次加工性が優れる。   In the present invention, the thickness of the sizing agent layer applied to the carbon fiber and dried is preferably in the range of 2 to 20 nm, and the maximum value of the thickness does not exceed twice the minimum value. By such a uniform sizing agent layer, a large effect of improving adhesiveness can be obtained stably, and further, high-order processability is stable.

本発明において、サイジング剤を塗布する炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系、レーヨン系およびピッチ系の炭素繊維が挙げられる。なかでも、強度と弾性率のバランスに優れたPAN系炭素繊維が好ましく用いられる。   In the present invention, examples of the carbon fiber to which the sizing agent is applied include polyacrylonitrile (PAN) -based, rayon-based, and pitch-based carbon fibers. Of these, PAN-based carbon fibers having an excellent balance between strength and elastic modulus are preferably used.

次に、PAN系炭素繊維の製造方法について説明する。   Next, a method for producing a PAN-based carbon fiber will be described.

炭素繊維の前駆体繊維を得るための紡糸方法としては、湿式、乾式および乾湿式等の紡糸方法を用いることができる。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいという観点から、湿式あるいは乾湿式紡糸方法を用いることが好ましい。紡糸原液には、ポリアクリロニトリルのホモポリマーあるいは共重合体溶液や懸濁液等を用いることができる。   As a spinning method for obtaining a carbon fiber precursor fiber, spinning methods such as wet, dry, and dry-wet can be used. Among these, it is preferable to use a wet or dry wet spinning method from the viewpoint that a high-strength carbon fiber is easily obtained. As the spinning dope, a polyacrylonitrile homopolymer or copolymer solution or suspension can be used.

上記の紡糸原液を口金に通して紡糸、凝固、水洗および延伸して前駆体繊維とし、得られた前駆体繊維を耐炎化処理と炭化処理し、必要によってはさらに黒鉛化処理をすることにより炭素繊維を得る。炭化処理と黒鉛化処理の熱処理条件としては、最高熱処理温度が1100℃以上であることが好ましく、より好ましくは1400℃以上である。   Spinning, coagulating, washing and drawing the above spinning stock solution through a die to form a precursor fiber. The obtained precursor fiber is subjected to a flameproofing treatment and carbonization treatment, and if necessary, carbonized by further graphitization treatment. Get fiber. As heat treatment conditions for carbonization and graphitization, the maximum heat treatment temperature is preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1400 ° C. or higher.

本発明において、強度と弾性率の高い炭素繊維が得られるという観点から、細繊度の炭素繊維が好ましく用いられる。具体的には、炭素繊維の単繊維径が、7.5μm以下であることが好ましく、単繊維径はより好ましくは6μm以下であり、さらに好ましくは5.5μm以下である。単繊維径の下限値は、生産性の観点から4.5μm程度であり、4.5μm未満では、製造工程における単繊維切断が起きやすく生産性が低下する場合がある。   In the present invention, fine carbon fibers are preferably used from the viewpoint that carbon fibers having high strength and elastic modulus can be obtained. Specifically, the single fiber diameter of the carbon fiber is preferably 7.5 μm or less, the single fiber diameter is more preferably 6 μm or less, and even more preferably 5.5 μm or less. The lower limit value of the single fiber diameter is about 4.5 μm from the viewpoint of productivity, and if it is less than 4.5 μm, the single fiber is likely to be cut in the production process, and the productivity may be lowered.

得られた炭素繊維は、マトリックス樹脂との接着性を向上させるために、通常、酸化処理が施され、酸素含有官能基が導入される。酸化処理方法としては、気相酸化、液相酸化および液相電解酸化が用いられるが、生産性が高く、均一処理ができるという観点から、液相電解酸化が好ましく用いられる。   The obtained carbon fiber is usually subjected to an oxidation treatment to introduce an oxygen-containing functional group in order to improve adhesion with the matrix resin. As the oxidation treatment method, vapor phase oxidation, liquid phase oxidation, and liquid phase electrolytic oxidation are used. From the viewpoint of high productivity and uniform treatment, liquid phase electrolytic oxidation is preferably used.

本発明において、液相電解酸化で用いられる電解液としては、酸性電解液およびアルカリ性電解液が挙げられる。   In the present invention, examples of the electrolytic solution used in the liquid phase electrolytic oxidation include an acidic electrolytic solution and an alkaline electrolytic solution.

酸性電解液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、ホウ酸および炭酸等の無機酸の水溶液、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリル酸およびマレイン酸等の有機酸の水溶液、または硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウム等の塩の水溶液が挙げられる。なかでも、強酸性を示す硫酸と硝酸の水溶液が好ましく用いられる。   Examples of the acidic electrolyte include aqueous solutions of inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid and carbonic acid, aqueous solutions of organic acids such as acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid and maleic acid, or ammonium sulfate and sulfuric acid. An aqueous solution of a salt such as ammonium hydrogen may be mentioned. Of these, an aqueous solution of sulfuric acid and nitric acid exhibiting strong acidity is preferably used.

アルカリ性電解液としては、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化バリウム等の水酸化物の水溶液、アンモニア水、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウム等の無機塩の水溶液、酢酸ナトリウムや安息香酸ナトリウム等の有機塩の水溶液、さらに、これらの無機塩および有機塩のカリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、他の金属塩およびアンモニウム塩の水溶液、および、ヒドラジン等の有機化合物の水溶液等が挙げられる。なかでも、マトリックス樹脂の硬化阻害を引き起こすアルカリ金属を含まないという観点から、炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等の無機塩の水溶液、および、強アルカリ性を示す水酸化テトラアルキルアンモニウム塩の水溶液が好ましく用いられる。   Specific examples of the alkaline electrolyte include an aqueous solution of hydroxide such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide, inorganic water such as ammonia water, sodium carbonate and sodium bicarbonate. Aqueous solutions of salts, aqueous solutions of organic salts such as sodium acetate and sodium benzoate, as well as potassium, magnesium, calcium, barium, other metal and ammonium salts of these inorganic and organic salts, and And aqueous solutions of organic compounds such as hydrazine. Among these, from the viewpoint of not containing an alkali metal that causes curing inhibition of the matrix resin, an aqueous solution of an inorganic salt such as ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate, or an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide salt exhibiting strong alkalinity is preferably used. .

本発明において、(A)エポキシ化合物と、炭素繊維表面の酸素含有官能基との共有結合形成が促進され、接着性がさらに向上するという観点から、炭素繊維をアルカリ性電解液中で液相電解処理をした後、または酸性電解液中で液相電解酸化し続いてアルカリ性水溶液で洗浄した後、サイジング剤を塗布することが好ましい。液相電解酸化した場合、炭素繊維表面において過剰に酸化された部分が脆弱層となって界面に存在し、複合材料にした場合の破壊の起点となる場合があるため、過剰に酸化された部分をアルカリ性水溶液で溶解除去することにより共有結合形成が促進されるものと考えられる。   In the present invention, from the viewpoint that (A) the covalent bond formation between the epoxy compound and the oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber is promoted and the adhesion is further improved, the carbon fiber is subjected to liquid phase electrolysis treatment in an alkaline electrolyte. It is preferable to apply a sizing agent after the treatment, or after performing liquid phase electrolytic oxidation in an acidic electrolyte followed by washing with an alkaline aqueous solution. When liquid phase electrolytic oxidation is performed, excessively oxidized parts on the carbon fiber surface exist at the interface as fragile layers, and may be the starting point of destruction when made into a composite material. It is considered that the covalent bond formation is promoted by dissolving and removing the solution with an alkaline aqueous solution.

本発明において、液相電解酸化で用いられる電解液の濃度は、0.01〜5mol/Lの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.1〜1mol/Lの範囲内である。電解液の濃度が0.01mol/L以上であると、電解処理電圧が下げられ、運転コスト的に有利になる。一方、電解液の濃度が5mol/L以下であると、安全性の観点から有利になる。   In this invention, it is preferable that the density | concentration of the electrolyte solution used by liquid phase electrolytic oxidation exists in the range of 0.01-5 mol / L, More preferably, it exists in the range of 0.1-1 mol / L. When the concentration of the electrolytic solution is 0.01 mol / L or more, the electrolytic treatment voltage is lowered, which is advantageous in terms of operating cost. On the other hand, when the concentration of the electrolytic solution is 5 mol / L or less, it is advantageous from the viewpoint of safety.

本発明において、液相電解酸化で用いられる電解液の温度は、10〜100℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは10〜40℃の範囲内である。電解液の温度が10℃以上であると、液相電解酸化の効率が向上し、運転コスト的に有利になる。一方、電解液の温度が100℃以下であると、安全性の観点から有利になる。   In this invention, it is preferable that the temperature of the electrolyte solution used by liquid phase electrolytic oxidation exists in the range of 10-100 degreeC, More preferably, it exists in the range of 10-40 degreeC. When the temperature of the electrolytic solution is 10 ° C. or higher, the efficiency of liquid phase electrolytic oxidation is improved, which is advantageous in terms of operating cost. On the other hand, when the temperature of the electrolytic solution is 100 ° C. or lower, it is advantageous from the viewpoint of safety.

本発明において、液相電解酸化における電気量は、炭素繊維の炭化度に合わせて最適化することが好ましく、高弾性率の炭素繊維に処理を施す場合、より大きな電気量が必要である。   In the present invention, the amount of electricity in the liquid phase electrolytic oxidation is preferably optimized in accordance with the carbonization degree of the carbon fiber, and a larger amount of electricity is required when processing the carbon fiber having a high elastic modulus.

本発明において、液相電解酸化における電流密度は、電解液中の炭素繊維の表面積1m2 当たり1.5〜1000A/m2の範囲内であることが好ましく、より好ましくは3〜500A/m2の範囲内である。電流密度が1.5A/m2以上であると、液相電解酸化の効率が向上し、運転コスト的に有利になる。一方、電流密度が1000A/m2以下であると、安全性の観点から有利になる。 In the present invention, the current density in the liquid phase electrolytic oxidation is preferably in the range of surface area 1 m 2 per 1.5~1000A / m 2 of carbon fiber in the electrolyte solution, more preferably 3~500A / m 2 Is within the range. When the current density is 1.5 A / m 2 or more, the efficiency of liquid phase electrolytic oxidation is improved, which is advantageous in terms of operating cost. On the other hand, when the current density is 1000 A / m 2 or less, it is advantageous from the viewpoint of safety.

本発明において、(A)エポキシ化合物と、炭素繊維表面の酸素含有官能基との共有結合形成が促進され、接着性がさらに向上するという観点から、液相電解酸化の後、炭素繊維をアルカリ性水溶性で洗浄することが好ましい。なかでも、酸性電解液で液相電解酸化し続いてアルカリ性水溶液で洗浄することが好ましい。   In the present invention, from the viewpoint that (A) the covalent bond formation between the epoxy compound and the oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber is promoted and the adhesion is further improved, the carbon fiber is treated with an alkaline water solution after liquid phase electrolytic oxidation. It is preferable to wash with the property. Among these, it is preferable to perform liquid phase electrolytic oxidation with an acidic electrolytic solution and then wash with an alkaline aqueous solution.

本発明において、洗浄に用いられるアルカリ性水溶液のpHは、7〜14の範囲内であることが好ましく、より好ましくは10〜14の範囲内である。アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化バリウム等の水酸化物の水溶液、アンモニア水、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウム等の無機塩の水溶液、酢酸ナトリウムや安息香酸ナトリウム等の有機塩の水溶液、さらに、これらの無機塩および有機塩のカリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、他の金属塩およびアンモニウム塩の水溶液、および、ヒドラジン等の有機化合物の水溶液等が挙げられる。なかでも、マトリックス樹脂の硬化阻害を引き起こすアルカリ金属を含まないという観点から、炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等の無機塩の水溶液、および、強アルカリ性を示す水酸化テトラアルキルアンモニウム塩の水溶液が好ましく用いられる。   In the present invention, the pH of the alkaline aqueous solution used for washing is preferably in the range of 7 to 14, more preferably in the range of 10 to 14. Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide, aqueous solutions of inorganic salts such as aqueous ammonia, sodium carbonate and sodium bicarbonate, Aqueous solutions of organic salts such as sodium acetate and sodium benzoate, and potassium, magnesium, calcium, barium, other metal and ammonium salts of these inorganic and organic salts, and hydrazine Examples include an aqueous solution of an organic compound. Among these, from the viewpoint of not containing an alkali metal that causes curing inhibition of the matrix resin, an aqueous solution of an inorganic salt such as ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate, or an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide salt exhibiting strong alkalinity is preferably used. .

本発明において、炭素繊維をアルカリ性水溶液で洗浄する方法としては、例えば、ディップ法やスプレー法を用いることができる。なかでも、洗浄が容易であるという観点から、ディップ法を用いることが好ましい。さらには、炭素繊維を超音波で加振させながらディップ法を用いることが好ましい態様である。   In the present invention, as a method for washing carbon fibers with an alkaline aqueous solution, for example, a dipping method or a spray method can be used. Especially, it is preferable to use a dip method from a viewpoint that washing | cleaning is easy. Furthermore, it is a preferable aspect to use the dip method while vibrating the carbon fiber with ultrasonic waves.

本発明においては、炭素繊維を液相電解酸化またはアルカリ性水溶液で洗浄した後、水洗および乾燥することが好ましい態様である。この場合、乾燥温度が高すぎると炭素繊維の最表面に存在する官能基は熱分解により消失し易いため、できる限り低い温度で乾燥することが望ましく、具体的に乾燥温度は好ましくは250℃以下であり、さらに好ましくは210℃以下である。   In the present invention, the carbon fiber is preferably washed with water and dried after being washed with liquid phase electrolytic oxidation or an alkaline aqueous solution. In this case, if the drying temperature is too high, the functional groups present on the outermost surface of the carbon fiber are likely to disappear due to thermal decomposition, so it is desirable to dry at the lowest possible temperature. Specifically, the drying temperature is preferably 250 ° C. or lower. More preferably, it is 210 ° C. or lower.

サイジング剤の炭素繊維への付与(塗布)手段としては、例えば、ローラを介してサイジング液に炭素繊維を浸漬する方法、サイジング液の付着したローラに炭素繊維を接する方法、およびサイジング液を霧状にして炭素繊維に吹き付ける方法などがある。また、サイジング剤の付与手段は、バッチ式および連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましく用いられる。この際、炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度および糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に、炭素繊維を超音波で加振させることができる。   Examples of means for applying (coating) the sizing agent to the carbon fiber include, for example, a method of immersing the carbon fiber in a sizing liquid through a roller, a method of contacting the carbon fiber with a roller to which the sizing liquid is attached, and a sizing liquid in a mist form There is a method of spraying on carbon fiber. Further, the sizing agent applying means may be either a batch type or a continuous type, but a continuous type capable of improving productivity and reducing variations is preferably used. At this time, it is preferable to control the sizing solution concentration, temperature, yarn tension, and the like so that the amount of the sizing agent active ingredient attached to the carbon fiber is uniformly attached within an appropriate range. Moreover, carbon fiber can be vibrated with an ultrasonic wave at the time of sizing agent provision.

本発明においては、炭素繊維にサイジング剤を塗布した後、160〜260℃の温度範囲で30〜600秒間熱処理することが必要である。熱処理条件は、好ましくは170〜250℃の温度範囲で30〜500秒間であり、より好ましくは180〜240℃の温度範囲で30〜300秒間である。熱処理条件が、160℃未満および/または30秒未満であると、サイジング剤のエポキシ樹脂と炭素繊維表面の酸素含有官能基との間の共有結合形成が促進されず、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不十分となる。一方、熱処理条件が、260℃を超えるおよび/または600秒を超える場合、4級アンモニウム塩の揮発が起きて、共有結合形成が促進されず、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不十分となる。   In this invention, after apply | coating a sizing agent to carbon fiber, it is required to heat-process for 30 to 600 second in the temperature range of 160-260 degreeC. The heat treatment conditions are preferably in a temperature range of 170 to 250 ° C. for 30 to 500 seconds, and more preferably in a temperature range of 180 to 240 ° C. for 30 to 300 seconds. If the heat treatment condition is less than 160 ° C. and / or less than 30 seconds, the covalent bond formation between the epoxy resin of the sizing agent and the oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber is not promoted, and the carbon fiber and the matrix resin Adhesiveness is insufficient. On the other hand, if the heat treatment condition exceeds 260 ° C. and / or exceeds 600 seconds, volatilization of the quaternary ammonium salt occurs, the covalent bond formation is not promoted, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is insufficient. Become.

本発明においては、得られたサイジング剤塗布炭素繊維束のストランド強度は、3.5GPa以上であることが好ましく、より好ましくは4GPa以上であり、さらに好ましくは5GPaである。また、得られたサイジング剤塗布炭素繊維束のストランド弾性率は、220GPa以上であることが好ましく、より好ましくは240GPa以上であり、さらに好ましくは280GPa以上である。   In the present invention, the strand strength of the obtained sizing agent-coated carbon fiber bundle is preferably 3.5 GPa or more, more preferably 4 GPa or more, and further preferably 5 GPa. Moreover, it is preferable that the strand elastic modulus of the obtained sizing agent application | coating carbon fiber bundle is 220 GPa or more, More preferably, it is 240 GPa or more, More preferably, it is 280 GPa or more.

本発明において、上記のサイジング剤塗布炭素繊維束のストランド引張強度と弾性率は、JIS−R−7608(2004)の樹脂含浸ストランド試験法に準拠し、次の手順に従い求めることができる。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、常圧で、温度130℃、時間30分を用いる。炭素繊維束のストランド10本を測定し、その平均値をストランド引張強度およびストランド弾性率とした。   In the present invention, the strand tensile strength and elastic modulus of the sizing agent-coated carbon fiber bundle can be determined according to the following procedure in accordance with the resin impregnated strand test method of JIS-R-7608 (2004). As the resin formulation, “Celoxide” (registered trademark) 2021P (manufactured by Daicel Chemical Industries) / 3 boron fluoride monoethylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) / Acetone = 100/3/4 (parts by mass) is used. As curing conditions, a normal pressure, a temperature of 130 ° C., and a time of 30 minutes are used. Ten strands of the carbon fiber bundle were measured, and the average value was defined as the strand tensile strength and the strand elastic modulus.

本発明において、炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定されるその繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度(O/C)が、0.05〜0.50の範囲内であるものが好ましく、より好ましくは0.06〜0.30の範囲内のものであり、さらに好ましくは0.07〜0.20の範囲内ものである。表面酸素濃度(O/C)が0.05以上であることにより、炭素繊維表面の酸素含有官能基を確保し、マトリックス樹脂との強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度(O/C)が0.5以下であることにより、酸化による炭素繊維自体の強度の低下を抑えることができる。   In the present invention, the carbon fiber has a surface oxygen concentration (O / C), which is a ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy. The thing within the range of 05-0.50 is preferable, More preferably, it is a thing within the range of 0.06-0.30, More preferably, it is a thing within the range of 0.07-0.20. When the surface oxygen concentration (O / C) is 0.05 or more, an oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber can be secured and strong adhesion with the matrix resin can be obtained. Moreover, when the surface oxygen concentration (O / C) is 0.5 or less, a decrease in strength of the carbon fiber itself due to oxidation can be suppressed.

炭素繊維の表面酸素濃度は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求めたものである。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてAlKα1、2 を用い、試料チャンバー中を1×10−8Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を、1202eVに合わせる。C1sピーク面積を、K.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1sピーク面積を、K.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。 The surface oxygen concentration of the carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, after cutting the carbon fiber from which the sizing agent and the like adhering to the carbon fiber surface with a solvent was cut to 20 mm, and spreading and arranging on a copper sample support base, using AlKα 1 and 2 as the X-ray source, The sample chamber is kept at 1 × 10 −8 Torr. The kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s is set to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area, K.P. E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 1191 to 1205 eV. O 1s peak area, E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 947 to 959 eV.

ここで、表面酸素濃度とは、上記のO1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出したものである。X線光電子分光法装置として、アルバック・ファイ(株)製ESCA−1600を用い、上記装置固有の感度補正値は2.33であった。 Here, the surface oxygen concentration is calculated as an atomic ratio by using a sensitivity correction value unique to the apparatus from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area. As the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, ESCA-1600 manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used, and the sensitivity correction value unique to the apparatus was 2.33.

マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂が用いられる。   As the matrix resin, a thermosetting resin and a thermoplastic resin are used.

熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シアネートエステル樹脂およびビスマレイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、機械特性のバランスに優れ、硬化収縮が小さいという利点を有するため、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。靱性等を改良する目的で、熱硬化性樹脂に、後述する熱可塑性樹脂あるいはそれらのオリゴマーを含ませることができる。   Examples of the thermosetting resin include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, cyanate ester resins, and bismaleimide resins. Among them, it is preferable to use an epoxy resin because it has an advantage of excellent balance of mechanical properties and small curing shrinkage. For the purpose of improving toughness and the like, the thermosetting resin can contain a thermoplastic resin described later or an oligomer thereof.

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)および液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)およびポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリメチレンメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性PPE、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、変性PSU、ポリエーテルスルホン、ポリケトン(PK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルニトリル(PEN)、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂およびポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系およびフッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および2種類以上ブレンドした樹脂などが挙げられる。   Examples of the thermoplastic resin include polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), and polyester such as liquid crystal polyester, polyethylene (PE), polypropylene ( In addition to polyolefins such as PP) and polybutylene, styrene resins, polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polymethylene methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyphenylene sulfide ( PPS), polyphenylene ether (PPE), modified PPE, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSU), modified PSU Polyethersulfone, polyketone (PK), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyarylate (PAR), polyethernitrile (PEN), phenolic resin, phenoxy Resin and fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene, thermoplastic elastomers such as polystyrene, polyolefin, polyurethane, polyester, polyamide, polybutadiene, polyisoprene and fluorine, and copolymers thereof , Modified products, and resins blended in two or more types.

次に、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合の複合材料について説明する。   Next, the composite material when the matrix resin is a thermosetting resin will be described.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法により得られたサイジング剤塗布炭素繊維は、例えば、トウ、織物、編物、組み紐、ウェブ、マットおよびチョップド等の形態で用いられる。特に、比強度と比弾性率が高いことを要求される用途には、炭素繊維が一方向に引き揃えたトウが最も適しており、さらに、炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグが好ましく用いられる。   The sizing agent-coated carbon fiber obtained by the method for producing a sizing agent-coated carbon fiber of the present invention is used in the form of, for example, tow, woven fabric, knitted fabric, braid, web, mat, and chopped. In particular, for applications that require high specific strength and specific elastic modulus, tows in which carbon fibers are aligned in one direction are most suitable, and prepregs in which carbon fibers are impregnated with a matrix resin are preferably used. .

前記のプリプレグは、マトリックス樹脂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ウェット法と、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。   The prepreg is prepared by dissolving the matrix resin in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity and impregnating the carbon fiber, and the hot melt method (lowering method) of decreasing the viscosity by heating and impregnating the carbon fiber. Can be produced.

ウェット法は、炭素繊維をマトリックス樹脂の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発させる方法であり、ホットメルト法は、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を直接強化繊維に含浸させる方法、または一旦マトリックス樹脂を離型紙等の上にコーティングフィルムを作成しておき、次いで炭素繊維の両側または片側から前記フィルムを重ね、加熱加圧することにより炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法である。ホットメルト法によれば、プリプレグ中に残留する溶媒が実質上皆無となるため好ましく用いられる。   The wet method is a method in which carbon fibers are immersed in a matrix resin solution, and then lifted and the solvent is evaporated by using an oven or the like. The hot melt method directly impregnates reinforcing fibers with a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating. Or a method in which a matrix resin is once coated with a matrix resin on a release paper, and the carbon fiber is impregnated with matrix resin by heating and pressurizing the film from both sides or one side of the carbon fiber. is there. The hot melt method is preferably used because there is substantially no solvent remaining in the prepreg.

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マトリックス樹脂を加熱硬化させる方法等により、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、パッキング成形法、ラッピングテープ法および内圧成形法等が採用される。複合材料は、プリプレグを介さず、マトリックス樹脂を直接炭素繊維の含浸させた後、加熱硬化せしめる方法、例えば、ハンド・レイアップ法、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も作製できる。これら方法では、マトリックス樹脂の主剤と硬化剤の2液を使用直前に混合して樹脂調整することが好ましい。   After laminating the obtained prepreg, a composite material is produced by a method of heating and curing the matrix resin while applying pressure to the laminate. As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a packing molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like are employed. The composite material is a method in which a matrix resin is directly impregnated with a carbon fiber without using a prepreg, followed by heat curing, such as a hand lay-up method, a resin injection molding method, and a resin transfer molding method. It can also be produced by a molding method. In these methods, it is preferable to prepare a resin by mixing two liquids of a matrix resin main component and a curing agent immediately before use.

次に、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合の複合材料について説明する。   Next, the composite material when the matrix resin is a thermoplastic resin will be described.

熱可塑性複合材料は、例えば、射出成形(射出圧縮成形、ガスアシスト射出成形およびインサート成形など)、ブロー成形、回転成形、押出成形、プレス成形、トランスファー成形、およびフィラメントワインディング成形などの成形方法によって成形されるが、生産性の観点で射出成形が好ましく用いられる。かかる成形に用いられる成形材料の形態としては、ペレット、スタンパブルシートおよびプリプレグ等を使用することができるが、最も好ましい成形材料は、射出成形に用いられるペレットである。前記のペレットは、一般的には、熱可塑性樹脂とチョップド繊維もしくは連続繊維を押出機中で混練し、押出し、ペレタイズすることによって得られたものを指す。前述のペレットは、ペレット長手方向の長さより、ペレット中の繊維長さの方が短くなるが、ペレットには、長繊維ペレットも含まれる。長繊維ペレットとは、特公昭63−37694号公報に示されるような、繊維がペレットの長手方向にほぼ平行に配列し、ペレット中の繊維長さがペレット長さと同一もしくはそれ以上であるものを指す。この場合、熱可塑性樹脂は、繊維束中に含浸されていても被覆されていてもよい。特に熱可塑性樹脂が被覆された長繊維ペレットの場合、繊維束には被覆されたものと同じか、あるいは被覆された熱可塑性樹脂よりも低粘度(もしくは低分子量)の樹脂が予め含浸されていてもよい。複合材料が、優れた導電性と力学的特性(特に強度と耐衝撃性)を兼ね備えるためには、成形品中の繊維長さを長くすることが有効であるが、そのためには、前述のペレットの中でも長繊維ペレットを用いて成形することが好ましい。   Thermoplastic composite materials are molded by molding methods such as injection molding (injection compression molding, gas assist injection molding, insert molding, etc.), blow molding, rotational molding, extrusion molding, press molding, transfer molding, and filament winding molding. However, injection molding is preferably used from the viewpoint of productivity. As the form of the molding material used for such molding, pellets, stampable sheets, prepregs and the like can be used, but the most preferable molding material is a pellet used for injection molding. The pellet generally refers to a pellet obtained by kneading a thermoplastic resin and chopped fiber or continuous fiber in an extruder, extruding and pelletizing. In the above-mentioned pellet, the fiber length in the pellet is shorter than the length in the pellet longitudinal direction, and the pellet includes a long fiber pellet. The long fiber pellet is one in which fibers are arranged substantially parallel to the longitudinal direction of the pellet as shown in Japanese Patent Publication No. 63-37694, and the fiber length in the pellet is equal to or longer than the pellet length. Point to. In this case, the thermoplastic resin may be impregnated or coated in the fiber bundle. In particular, in the case of long fiber pellets coated with a thermoplastic resin, the fiber bundle is pre-impregnated with a resin having the same viscosity as that of the coated fiber or a lower viscosity (or lower molecular weight) than the coated thermoplastic resin. Also good. In order for the composite material to have excellent electrical conductivity and mechanical properties (particularly strength and impact resistance), it is effective to increase the fiber length in the molded product. Among these, it is preferable to mold using long fiber pellets.

本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法により得られたサイジング剤塗布炭素繊維と熱硬化性樹脂および/または熱可塑性樹脂からなる成形体の用途としては、例えば、パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルMD、携帯用ラジオカセット、PDA(電子手帳などの携帯情報端末)、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの電気、電子機器の筐体およびトレイやシャーシなどの内部部材やそのケース、機構部品、パネルなどの建材用途、モーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、CNGタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ATブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、フレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ホイール、フェンダー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュールなどの自動車、二輪車関連部品、部材および外板やランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、部材および外板、風車の羽根などが挙げられる。特に、航空機部材、風車の羽根、自動車外板および電子機器の筐体およびトレイやシャーシなどに好ましく用いられる。   Examples of uses of the sizing agent-coated carbon fiber obtained by the method for producing a sizing agent-coated carbon fiber of the present invention and a molded body made of a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin include, for example, a personal computer, a display, an OA device, and a mobile phone. Telephone, personal digital assistant, facsimile, compact disc, portable MD, portable radio cassette, PDA (personal digital assistant such as electronic notebook), video camera, digital still camera, optical equipment, audio, air conditioner, lighting equipment, entertainment equipment, Electrical materials such as toy products, other household appliances, internal components such as casings and trays and chassis of chassis, mechanical parts, panels and other building materials, motor parts, alternator terminals, alternator connectors, IC regulators, light diodes Potentiometer , Suspension parts, various valves such as exhaust gas valves, fuel-related, exhaust or intake system pipes, air intake nozzle snorkel, intake manifold, various arms, various frames, various hinges, various bearings, fuel pump, gasoline tank, CNG tank, engine coolant joint, carburetor main body, carburetor spacer, exhaust gas sensor, coolant sensor, oil temperature sensor, brake pad wear sensor, throttle position sensor, crankshaft position sensor, air flow meter, brake butt wear sensor, Thermostat base for air conditioner, heating hot air flow control valve, brush holder for radiator motor, water pump impeller, turbine Inn, wiper motor related parts, distributor, starter switch, starter relay, transmission wire harness, window washer nozzle, air conditioner panel switch board, coil for fuel related electromagnetic valve, connector for fuse, battery tray, AT bracket, headlamp Support, pedal housing, handle, door beam, protector, chassis, frame, armrest, horn terminal, step motor rotor, lamp socket, lamp reflector, lamp housing, brake piston, noise shield, radiator support, spare tire cover, seat shell, solenoid Bobbin, engine oil filter, ignition device case, under cover, scuff plate, pillar tri Cars, propeller shafts, wheels, fenders, fascias, bumpers, bumper beams, bonnets, aero parts, platforms, cowl louvers, roofs, instrument panels, spoilers and various modules, automobile related parts, parts and skins Examples include landing gear pods, winglets, spoilers, edges, ladders, elevators, failings, ribs and other aircraft related parts, members and skins, windmill blades, and the like. In particular, it is preferably used for aircraft members, windmill blades, automobile outer plates, casings of electronic devices, trays, chassis, and the like.

次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not restrict | limited by these Examples.

<炭素繊維束のストランド引張強度と弾性率>
炭素繊維束のストランド引張強度とストランド弾性率は、JIS−R−7608(2004)の樹脂含浸ストランド試験法に準拠し、次の手順に従い求めた。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分を用いた。炭素繊維束のストランド10本を測定し、その平均値をストランド引張強度およびストランド弾性率とした。
<Strand tensile strength and elastic modulus of carbon fiber bundle>
The strand tensile strength and strand elastic modulus of the carbon fiber bundle were determined according to the following procedure in accordance with the resin impregnated strand test method of JIS-R-7608 (2004). As the resin formulation, “Celoxide” (registered trademark) 2021P (manufactured by Daicel Chemical Industries) / 3 boron trifluoride monoethylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) / Acetone = 100/3/4 (part by mass) is used. As curing conditions, normal pressure, temperature of 125 ° C., and time of 30 minutes were used. Ten strands of the carbon fiber bundle were measured, and the average value was defined as the strand tensile strength and the strand elastic modulus.

<炭素繊維の表面酸素濃度(O/C)>
炭素繊維の表面酸素濃度(O/C)は、次の手順に従いX線光電子分光法により求めた。まず、溶媒で表面に付着している汚れを除去した炭素繊維を、約20mmにカットし、銅製の試料支持台に拡げる。次に、試料支持台を試料チャンバー内にセットし、試料チャンバー中を1×10−8Torrに保つ。続いて、X線源としてAlKα1、2 を用い、光電子脱出角度を90°として測定を行った。なお、測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせた。C1sピーク面積を、K.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。また、O1sピーク面積を、K.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。ここで、表面酸素濃度とは、上記のO1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出したものである。X線光電子分光法装置として、アルバック・ファイ(株)製ESCA−1600を用い、上記装置固有の感度補正値は2.33であった。
<Surface oxygen concentration of carbon fiber (O / C)>
The surface oxygen concentration (O / C) of the carbon fiber was determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, the carbon fiber from which the dirt adhering to the surface with a solvent is removed is cut to about 20 mm and spread on a copper sample support. Next, the sample support is set in the sample chamber, and the inside of the sample chamber is kept at 1 × 10 −8 Torr. Subsequently, AlKα 1 and 2 were used as an X-ray source, and measurement was performed with a photoelectron escape angle of 90 °. In addition, the kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s was adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area, K.P. E. As a linear base line in the range of 1191 to 1205 eV. In addition, the O 1s peak area is expressed as K.I. E. As a linear base line in the range of 947 to 959 eV. Here, the surface oxygen concentration is calculated as an atomic ratio by using a sensitivity correction value unique to the apparatus from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area. As the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, ESCA-1600 manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used, and the sensitivity correction value unique to the apparatus was 2.33.

<サイジング付着量の測定方法>
約2gのサイジング付着炭素繊維束を秤量(W1)(少数第4位まで読み取り)した後、50ミリリットル/分の窒素気流中、450℃の温度に設定した電気炉(容量120cm3)に15分間放置し、サイジング剤を完全に熱分解させる。そして、20リットル/分の乾燥窒素気流中の容器に移し、15分間冷却した後の炭素繊維束を秤量(W2)(少数第4位まで読み取り)して、W1−W2によりサイジング付着量を求める。このサイジング付着量を炭素繊維束100質量部に対する量に換算した値(小数点第3位を四捨五入)を、付着したサイジング剤の質量部とした。測定は2回おこない、その平均値をサイジング剤の質量部とした。
<Measurement method of sizing adhesion amount>
About 2 g of sizing-attached carbon fiber bundle was weighed (W1) (reading to the fourth decimal place) and then left in an electric furnace (capacity 120 cm3) set at a temperature of 450 ° C. in a nitrogen stream of 50 ml / min for 15 minutes. The sizing agent is completely pyrolyzed. Then, the carbon fiber bundle is transferred to a container in a dry nitrogen stream of 20 liters / minute and cooled for 15 minutes, and the carbon fiber bundle is weighed (W2) (reads up to the fourth decimal place), and the sizing adhesion amount is obtained by W1-W2. . A value obtained by converting this sizing adhesion amount into an amount with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber bundle (rounded off to the third decimal place) was defined as a mass part of the adhering sizing agent. The measurement was performed twice, and the average value was defined as the mass part of the sizing agent.

<界面剪断強度(IFSS)の測定>
界面剪断強度(IFSS)の測定は、次の(イ)〜(ニ)の手順でおこなう。
(イ)樹脂の調整
ビスフェノールA型エポキシ樹脂化合物“jER”(登録商標)828(三菱化学(株)製)100質量部とメタフェニレンジアミン(シグマアルドリッチジャパン(株)製)14.5質量部を、それぞれ容器に入れる。その後、上記のjER828の粘度低下とメタフェニレンジアミンの溶解のため、75℃の温度で15分間加熱をおこなう。その後、両者をよく混合し、80℃の温度で約15分間真空脱泡をおこなう。
(ロ)炭素繊維単糸を専用モールドに固定
炭素繊維束から単繊維を抜き取り、ダンベル型モールドの長手方向に単繊維に一定張力を与えた状態で両端を接着剤で固定する。その後、炭素繊維およびモールドに付着した水分を除去するため、80℃の温度で30分間以上真空乾燥をおこなう。ダンベル型モールドはシリコーンゴム製で、注型部分の形状は、中央部分巾5mm、長さ25mm、両端部分巾10mm、全体長さ150mmである。
(ハ)樹脂注型から硬化まで
上記(ロ)の手順の真空乾燥後のモールド内に、上記(イ)の手順で調整した樹脂を流し込み、オーブンを用いて、昇温速度1.5℃/分で75℃の温度まで上昇し2時間保持後、昇温速度1.5分で125℃の温度まで上昇し2時間保持後、降温速度2.5℃/分で30℃の温度まで降温する。その後、脱型して試験片を得る。
(ニ)界面剪断強度(IFSS)の測定
上記(ハ)の手順で得られた試験片に繊維軸方向(長手方向)に引張力を与え、歪みを12%生じさせた後、偏光顕微鏡により試験片中心部22mmの範囲における繊維破断数N(個)を測定する。次に、平均破断繊維長laを、la(μm)=22×1000(μm)/N(個)の式により計算する。次に、平均破断繊維長laから臨界繊維長lcを、lc(μm)=(4/3)×la(μm)の式により計算する。ストランド引張強度σと炭素繊維単糸の直径dを測定し、炭素繊維と樹脂界面の接着強度の指標である界面剪断強度IFSSを、次式で算出する。実施例では、測定数n=5の平均を試験結果とした。
・界面剪断強度IFSS(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)。
<Measurement of interfacial shear strength (IFSS)>
Interfacial shear strength (IFSS) is measured by the following procedures (a) to (d).
(A) Preparation of resin 100 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin compound “jER” (registered trademark) 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 14.5 parts by mass of metaphenylenediamine (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd.) , Put each in a container. Thereafter, heating is performed at a temperature of 75 ° C. for 15 minutes in order to reduce the viscosity of the jER828 and dissolve the metaphenylenediamine. Then, both are mixed well and vacuum defoaming is performed at a temperature of 80 ° C. for about 15 minutes.
(B) Fixing the carbon fiber single yarn to the special mold Pull out the single fiber from the carbon fiber bundle, and fix both ends with an adhesive in a state where a constant tension is applied to the single fiber in the longitudinal direction of the dumbbell mold. Then, in order to remove the water | moisture content adhering to carbon fiber and a mold, it vacuum-drys for 30 minutes or more at the temperature of 80 degreeC. The dumbbell mold is made of silicone rubber, and the shape of the casting part is a central part width of 5 mm, a length of 25 mm, a both end part width of 10 mm, and an overall length of 150 mm.
(C) From resin casting to curing The resin adjusted in the above procedure (b) is poured into the mold after the vacuum drying in the above step (b), and the temperature rising rate is 1.5 ° C. / The temperature rises to 75 ° C in minutes and is maintained for 2 hours, then the temperature rises to 125 ° C at a temperature increase rate of 1.5 minutes, and is maintained for 2 hours. . Then, it demolds and a test piece is obtained.
(D) Measurement of interfacial shear strength (IFSS) A tensile force was applied to the test piece obtained in the above procedure (c) in the fiber axis direction (longitudinal direction) to cause a strain of 12%, and then the test piece was tested with a polarizing microscope. The number of fiber breaks N (pieces) in the range of 22 mm at the center of each piece is measured. Next, the average broken fiber length la is calculated by the formula of la (μm) = 22 × 1000 (μm) / N (pieces). Next, the critical fiber length lc is calculated from the average broken fiber length la by the following formula: lc (μm) = (4/3) × la (μm). The strand tensile strength σ and the diameter d of the carbon fiber single yarn are measured, and the interface shear strength IFSS, which is an index of the bond strength between the carbon fiber and the resin interface, is calculated by the following equation. In the examples, the average of the number of measurements n = 5 was used as the test result.
Interfacial shear strength IFSS (MPa) = σ (MPa) × d (μm) / (2 × lc) (μm).

各実施例および各比較例で用いた材料と成分は、下記のとおりである。   The materials and components used in each example and each comparative example are as follows.

・(A1)成分:A−1〜A−4
A−1:“jER”(登録商標)828(三菱化学(株)製)
ビスフェノールAのジグリシジルエーテル
エポキシ当量:189g/mol、エポキシ基数:2
A−2:“jER”(登録商標)152(三菱化学(株)製)
フェノールノボラックのグリシジルエーテル
エポキシ当量:175g/mol、エポキシ基数:3
A−3:“アラルダイト”(登録商標)MY721(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)
N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン
エポキシ当量:113g/mol、エポキシ基数:4
A−4:TETRAD−X(三菱ガス化学(株)製)
テトラグリシジルメタキシレンジアミン
エポキシ当量:100g/mol、エポキシ基数:4。
-(A1) component: A-1 to A-4
A-1: “jER” (registered trademark) 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Diglycidyl ether of bisphenol A Epoxy equivalent: 189 g / mol, Number of epoxy groups: 2
A-2: “jER” (registered trademark) 152 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Phenol novolac glycidyl ether epoxy equivalent: 175 g / mol, epoxy group number: 3
A-3: “Araldite” (registered trademark) MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials)
N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diaminodiphenylmethane Epoxy equivalent: 113 g / mol, number of epoxy groups: 4
A-4: TETRAD-X (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.)
Tetraglycidyl metaxylenediamine Epoxy equivalent: 100 g / mol, Number of epoxy groups: 4.

・(A1)成分、(A2)成分の両方に該当:A−5
A−5:“デナコール”(登録商標)EX−611(ナガセケムテックス(株)製)
ソルビトールポリグリシジルエーテル
エポキシ当量:167g/mol、エポキシ基数:4
水酸基数:2。
-Corresponds to both (A1) component and (A2) component: A-5
A-5: “Denacol” (registered trademark) EX-611 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Sorbitol polyglycidyl ether epoxy equivalent: 167 g / mol, number of epoxy groups: 4
Number of hydroxyl groups: 2.

・(A2)成分:A−6、A−7
A−6:“デナコール”(登録商標)EX−731(ナガセケムテックス(株)製)
N−グリシジルフタルイミド
エポキシ当量:216g/mol、エポキシ基数:1
イミド基数:1
A−7:“アデカレジン”(登録商標)EPU−6((株)ADEKA製)
ウレタン変性エポキシ
エポキシ当量:250g/mol、エポキシ基数:1以上
ウレタン基:1以上。
-(A2) component: A-6, A-7
A-6: “Denacol” (registered trademark) EX-731 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
N-glycidyl phthalimide epoxy equivalent: 216 g / mol, number of epoxy groups: 1
Number of imide groups: 1
A-7: “ADEKA RESIN” (registered trademark) EPU-6 (manufactured by ADEKA Corporation)
Urethane-modified epoxy Epoxy equivalent: 250 g / mol, number of epoxy groups: 1 or more Urethane group: 1 or more.

・(B)成分:B−1〜B−7
B−1:ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド(Rの炭素数が7、R〜Rの炭素数がそれぞれ1、アニオン部位が臭化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−2:テトラブチルアンモニウムブロミド(R〜Rの炭素数がそれぞれ4、アニオン部位が臭化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−3:トリメチルオクタデシルアンモニウムブロミド(Rの炭素数が18、R〜Rの炭素数がそれぞれ1、アニオン部位が臭化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−4:(2−メトキシエトキシメチル)トリエチルアンモニウムクロリド(Rの炭素数が4、R〜Rの炭素数がそれぞれ2、アニオン部位が塩化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−5:(2−アセトキシエチル)トリメチルアンモニウムクロリド(Rの炭素数が4、R〜Rの炭素数がそれぞれ1、アニオン部位が塩化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−6:(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムブロミド(Rの炭素数が2、R〜Rの炭素数がそれぞれ1、アニオン部位が臭化物アニオン、東京化成工業(株)製)
B−7:1−ヘキサデシルピリジニウムクロリド(Rの炭素数が16、RとRがそれぞれ水素原子、アニオン部位が塩化物アニオン、東京化成工業(株)製)。
-(B) component: B-1 to B-7
B-1: Benzyltrimethylammonium bromide (R 1 has 7 carbon atoms, R 2 to R 4 each have 1 carbon atom, anion site is bromide anion, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-2: Tetrabutylammonium bromide (R 1 to R 4 each have 4 carbon atoms, the anion portion is a bromide anion, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-3: Trimethyloctadecyl ammonium bromide (R 1 has 18 carbon atoms, R 2 to R 4 each have 1 carbon atom, anion sites are bromide anions, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-4: (2-methoxyethoxymethyl) triethylammonium chloride (R 1 has 4 carbon atoms, R 2 to R 4 each have 2 carbon atoms, anion sites are chloride anions, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-5: (2-acetoxyethyl) trimethylammonium chloride (R 1 has 4 carbon atoms, R 2 to R 4 each have 1 carbon atom, anion sites are chloride anions, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-6: (2-hydroxyethyl) trimethylammonium bromide (R 1 has 2 carbon atoms, R 2 to R 4 each have 1 carbon atom, anion sites are bromide anions, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
B-7: 1-hexadecylpyridinium chloride (R 5 has 16 carbon atoms, R 6 and R 7 are each a hydrogen atom, anion sites are chloride anions, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).

(実施例1)
本実施例は、次の第Iの工程および第IIの工程からなる。
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
アルリロニトリル99モル%とイタコン酸1モル%からなる共重合体を紡糸し、焼成し、総フィラメント数24、000本、総繊度800テックス、比重1.8、ストランド引張強度6.2GPa、ストランド引張弾性率300GPaの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、濃度0.1モル/lの炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、電気量を炭素繊維1g当たり100クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、150℃の温度の加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。このときの表面酸素濃度O/Cは、0.20であった。これを炭素繊維Aとした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
前記の(A−1)と前記の(B−1)を質量比100:3で混合し、さらにアセトンを混合し、サイジング剤が均一に溶解した約1質量%のアセトン溶液を得た。このサイジング剤のアセトン溶液を用い、浸漬法によりサイジング剤を表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で90秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部となるように調整した。続いて、得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて、界面剪断強度(IFSS)を測定した。結果を表1にまとめた。この結果、IFSSが35MPaであり、接着性が十分に高いことがわかった。
Example 1
The present example includes the following first step and second step.
Step I: Process for producing carbon fiber as a raw material A copolymer composed of 99 mol% of allylonitrile and 1 mol% of itaconic acid is spun and fired, the total number of filaments is 24,000, and the total fineness is 800. A carbon fiber having a tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 6.2 GPa, and a strand tensile modulus of 300 GPa was obtained. Subsequently, the carbon fiber was subjected to an electrolytic surface treatment using an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 0.1 mol / l as an electrolytic solution at an electric charge of 100 coulomb per 1 g of the carbon fiber. The carbon fiber subjected to the electrolytic surface treatment was subsequently washed with water and dried in heated air at a temperature of 150 ° C. to obtain a carbon fiber as a raw material. At this time, the surface oxygen concentration O / C was 0.20. This was designated as carbon fiber A.
Step II: A step of attaching a sizing agent to carbon fibers The above (A-1) and (B-1) are mixed at a mass ratio of 100: 3, and acetone is further mixed, so that the sizing agent is uniform. An acetone solution of about 1% by mass dissolved in was obtained. Using an acetone solution of this sizing agent, the sizing agent was applied to the surface-treated carbon fiber by an immersion method, and then heat treated at a temperature of 210 ° C. for 90 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Subsequently, interfacial shear strength (IFSS) was measured using the obtained sizing agent-coated carbon fibers. The results are summarized in Table 1. As a result, it was found that IFSS was 35 MPa, and adhesion was sufficiently high.

(実施例2〜6)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)を(A−2)に変更し、(A−2)と(B−1)の質量比を表1に示すように、100:1〜100:20の範囲で変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが36〜42MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。なかでも、(A−2)と(B−1)の質量比が100:3と100:5の場合において、接着性が極めて優れるものであった。結果を表1に示す。
(Examples 2 to 6)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Step II of Example 1, (A-1) is changed to (A-2), and (A-2) and (B-1). As shown in Table 1, sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio was changed in the range of 100: 1 to 100: 20. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 36 to 42 MPa, and all had sufficiently high adhesion. Especially, when the mass ratio of (A-2) and (B-1) is 100: 3 and 100: 5, the adhesiveness was extremely excellent. The results are shown in Table 1.

(実施例7)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)を(A−3)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが42MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。結果を表1に示す。
(Example 7)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same method as in Example 1 except that (A-1) was changed to (A-3) in Step II of Example 1. The sizing agent coated carbon fiber was obtained. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 42 MPa, and all had sufficiently high adhesion. The results are shown in Table 1.

Figure 0004924768
Figure 0004924768

(実施例8〜13)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)を(A−2)に変更し、(B−1)を(B−2)〜(B−7)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが36〜41MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。結果を表2に示す。
(Examples 8 to 13)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Step II of Example 1, (A-1) is changed to (A-2), and (B-1) is changed to (B-2). Sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon fibers were changed to (B-7). The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 36 to 41 MPa, and all had sufficiently high adhesion. The results are shown in Table 2.

Figure 0004924768
Figure 0004924768

(実施例14〜18)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)を(A−2)に変更し、表3に示すように、熱処理温度を180〜240℃の範囲に変更し、熱処理時間を30〜480秒の範囲に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが36〜42MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。なかでも、熱処理温度が210℃で、熱処理時間が300秒の場合において、接着性が極めて優れるものであった。結果を表3に示す。
(Examples 14 to 18)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Step II of Example 1, (A-1) was changed to (A-2), and the heat treatment temperature was changed as shown in Table 3. Sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to the range of 180 to 240 ° C. and the heat treatment time was changed to the range of 30 to 480 seconds. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 36 to 42 MPa, and all had sufficiently high adhesion. In particular, when the heat treatment temperature was 210 ° C. and the heat treatment time was 300 seconds, the adhesiveness was extremely excellent. The results are shown in Table 3.

(実施例19)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
電解液として濃度0.05モル/lの硫酸水溶液を用い、電気量を炭素繊維1g当たり20クーロンで電解表面処理したこと以外は、実施例1と同様とした。このときの表面酸素濃度O/Cは、0.20であった。これを炭素繊維Bとした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが33MPaであり、接着性が十分に高いことがわかった。結果を表3に示す。
(Example 19)
-Step I: Step of producing carbon fiber as raw material Implemented except that sulfuric acid aqueous solution having a concentration of 0.05 mol / l was used as the electrolytic solution, and the amount of electricity was subjected to electrolytic surface treatment at 20 coulomb per gram of carbon fiber. Same as Example 1. At this time, the surface oxygen concentration O / C was 0.20. This was designated as carbon fiber B.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 33 MPa and the adhesiveness was sufficiently high. The results are shown in Table 3.

(実施例20)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例19と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例3と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが36MPaであり、接着性が十分に高いことがわかった。結果を表3に示す。
(Example 20)
Process I: Process for producing carbon fiber as raw material The same as in Example 19.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 3. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 36 MPa and the adhesiveness was sufficiently high. The results are shown in Table 3.

Figure 0004924768
Figure 0004924768

(比較例1〜3)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)、(A−2)、(A−4)のいずれかのみを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが23〜29MPaであり、接着性が不十分であることがわかった。結果を表4に示す。
(Comparative Examples 1-3)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Step II of Example 1, only one of (A-1), (A-2), and (A-4) was used. Except for the above, a sizing agent-coated carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1. The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 23 to 29 MPa and adhesion was insufficient. The results are shown in Table 4.

(比較例4)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
前記の(A−2)と前記の(B−1)を質量比100:30で混合し、さらにアセトンを混合し、サイジング剤が均一に溶解した約1質量%のアセトン溶液を得た。このサイジング剤のアセトン溶液を用い、浸漬法によりサイジング剤を表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で90秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部となるように調整した。続いて、得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて、界面剪断強度(IFSS)を測定した。この結果、IFSSが23MPaであり、接着性が不十分であることがわかった。結果を表4に示す。
(Comparative Example 4)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
Step II: A step of attaching a sizing agent to carbon fiber The above (A-2) and (B-1) are mixed at a mass ratio of 100: 30, and acetone is further mixed, so that the sizing agent is uniform. An acetone solution of about 1% by mass dissolved in was obtained. Using an acetone solution of this sizing agent, the sizing agent was applied to the surface-treated carbon fiber by an immersion method, and then heat treated at a temperature of 210 ° C. for 90 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Subsequently, interfacial shear strength (IFSS) was measured using the obtained sizing agent-coated carbon fibers. As a result, it was found that IFSS was 23 MPa and adhesion was insufficient. The results are shown in Table 4.

(比較例5〜8)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例1の第IIの工程で、(A−1)を(A−2)に変更し、表4に示すように、熱処理温度と熱処理時間を、210℃×10秒、210℃×720秒、140℃×90秒、280℃×90秒に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部であった。得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが25〜29MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。なかでも、熱処理温度が140℃で、熱処理時間が90秒の場合において、接着性が不十分であることがわかった。結果を表4に示す。
(Comparative Examples 5 to 8)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Step II of Example 1, (A-1) was changed to (A-2), and as shown in Table 4, the heat treatment temperature and Sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment time was changed to 210 ° C. × 10 seconds, 210 ° C. × 720 seconds, 140 ° C. × 90 seconds, 280 ° C. × 90 seconds. . The adhesion amount of the sizing agent was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. As a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fiber, it was found that IFSS was 25 to 29 MPa, and all had sufficiently high adhesion. In particular, it was found that the adhesiveness was insufficient when the heat treatment temperature was 140 ° C. and the heat treatment time was 90 seconds. The results are shown in Table 4.

Figure 0004924768
Figure 0004924768

(実施例21〜23)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
(A−5)と(B−1)、(A−6)と(B−1)、(A−7)と(B−1)をそれぞれ質量比100:3で混合し、さらにアセトンを混合し、サイジング剤が均一に溶解した約1質量%のアセトン溶液を得た。このサイジング剤のアセトン溶液を用い、浸漬法によりサイジング剤を表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で90秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部となるように調整した。続いて、得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて、界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが33、34MPaであり、いずれも接着性が十分に高いことがわかった。結果を表5に示す。
(Examples 21 to 23)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber (A-5) and (B-1), (A-6) and (B-1), (A-7) and (B-1) Were mixed at a mass ratio of 100: 3, and acetone was further mixed to obtain an acetone solution of about 1% by mass in which the sizing agent was uniformly dissolved. Using this acetone solution of the sizing agent, the sizing agent was applied to the surface-treated carbon fiber by a dipping method, followed by heat treatment at a temperature of 210 ° C. for 90 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Subsequently, as a result of measuring the interfacial shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent-coated carbon fibers, it was found that IFSS was 33 and 34 MPa, and both had sufficiently high adhesiveness. The results are shown in Table 5.

(比較例9〜11)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様とした。
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
実施例21〜23において、(B−1)を含まないこと以外は実施例21〜23と同様方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維100質量部に対して1質量部となるように調整した。続いて、得られたサイジング剤塗布炭素繊維を用いて、界面剪断強度(IFSS)を測定した結果、IFSSが24〜29MPaであり、いずれも接着性が不十分であることがわかった。結果を表5に示す。
(Comparative Examples 9-11)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber In Examples 21 to 23, sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Examples 21 to 23 except that (B-1) was not included. . The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Then, as a result of measuring interface shear strength (IFSS) using the obtained sizing agent application | coating carbon fiber, IFSS was 24-29 Mpa, and it turned out that all are inadequate. The results are shown in Table 5.

Figure 0004924768
Figure 0004924768

Claims (8)

(A)成分として、2官能以上のエポキシ化合物(A1)および/または、1官能以上のエポキシ基を有し、水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、およびスルホ基から選ばれる、少なくとも一つ以上の官能基を有するエポキシ化合物(A2)100質量部に対し、(B)成分として、少なくとも次の一般式(I)または(II)
Figure 0004924768
Figure 0004924768
(上記式中、R〜Rは、それぞれ炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRは、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基、または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表す。)のいずれかで示される(B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩0.1〜25質量部を配合してなるサイジング剤を炭素繊維に塗布し、160〜260℃の温度範囲で30〜600秒間熱処理するサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。
(A) As a component, it has a bifunctional or higher functional epoxy compound (A1) and / or a monofunctional or higher functional epoxy group, and is composed of a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, and a sulfo group. With respect to 100 parts by mass of the selected epoxy compound (A2) having at least one functional group, as component (B), at least the following general formula (I) or (II)
Figure 0004924768
Figure 0004924768
(In the above formula, R 1 to R 5 represent a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, respectively. Or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, and R 6 and R 7 are each a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 8 carbon atoms. (B) a quaternary ammonium salt having a cation moiety represented by any one of a group containing hydrogen and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure) A method for producing sizing agent-coated carbon fiber, in which a sizing agent containing ˜25 parts by mass is applied to carbon fiber and heat-treated at a temperature range of 160 to 260 ° C. for 30 to 600 seconds.
一般式(I)のRとRが、炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRが炭素数2〜22の炭化水素基、炭素数2〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数2〜22の炭化水素とエステル構造を含む基または炭素数2〜22の炭化水素と水酸基を含む基を表し、一般式(II)のRが、炭素数1〜22の炭化水素基、炭素数1〜22の炭化水素とエーテル構造を含む基、炭素数1〜22の炭化水素とエステル構造を含む基、または炭素数1〜22の炭化水素と水酸基を含む基のいずれかを表し、RとRが、それぞれ水素、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数1〜8の炭化水素とエーテル構造を含む基または炭素数1〜8の炭化水素とエステル構造を含む基のいずれかを表す、請求項1記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 R 1 and R 2 in the general formula (I) are a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure. Or a group containing a hydrocarbon having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, wherein R 3 and R 4 are hydrocarbon groups having 2 to 22 carbon atoms, hydrocarbons having 2 to 22 carbon atoms and an ether structure Represents a group containing a hydrocarbon group having 2 to 22 carbon atoms and an ester structure, or a group containing a hydrocarbon group having 2 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group, and R 5 in the general formula (II) represents 1 to 22 carbon atoms. A hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms and an ether structure, a hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms and an ester structure, or a group having 1 to 22 carbon atoms and a hydroxyl group. Any one of R 6 and R 7 is hydrogen, carbon atom number 1 to 8 The sizing agent-coated carbon fiber according to claim 1, which represents any one of a hydrogen group, a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ether structure, or a group containing a hydrocarbon having 1 to 8 carbon atoms and an ester structure. Method. 炭素繊維をアルカリ性電解液中で液相電解酸化した後、または酸性電解液中で液相電解酸化し続いてアルカリ性水溶液で洗浄した後、サイジング剤を塗布する、請求項1または2記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 The sizing agent according to claim 1 or 2, wherein the sizing agent is applied after liquid phase electrolytic oxidation of the carbon fiber in an alkaline electrolytic solution, or after liquid phase electrolytic oxidation in an acidic electrolytic solution and subsequent washing with an alkaline aqueous solution. Manufacturing method of coated carbon fiber. (A)エポキシ化合物が、分子内に3個以上のエポキシ基を含む3官能以上のエポキシ化合物ある、請求項1〜3のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 (A) The manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber in any one of Claims 1-3 whose epoxy compound is a trifunctional or more than trifunctional epoxy compound containing 3 or more epoxy groups in a molecule | numerator. (A)エポキシ化合物が、分子内に芳香環を含むものである、請求項1〜4のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 (A) The manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber in any one of Claims 1-4 whose epoxy compound contains an aromatic ring in a molecule | numerator. (A)エポキシ化合物が、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、またはテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのいずれかである、請求項1〜5のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 (A) The manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber in any one of Claims 1-5 whose epoxy compound is either a phenol novolak-type epoxy resin, a cresol novolak-type epoxy resin, or tetraglycidyl diamino diphenylmethane. (B)カチオン部位を有する4級アンモニウム塩のアニオン部位がハロゲンイオンである、請求項1〜6のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 (B) The manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber in any one of Claims 1-6 whose anion site | part of the quaternary ammonium salt which has a cation site | part is a halogen ion. 炭素繊維のX線電子分光法により測定される表面酸素濃度O/Cが、0.05〜0.50の範囲内である、請求項1〜7のいずれかに記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法。 The sizing agent-coated carbon fiber according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface oxygen concentration O / C measured by X-ray electron spectroscopy of the carbon fiber is within a range of 0.05 to 0.50. Production method.
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