JP6115461B2 - Carbon fiber coated with sizing agent and method for producing the same, carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition - 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をはじめとして、ゴルフシャフトや釣竿等のスポーツ用途およびその他一般産業用途に好適に用いられるサイジング剤塗布炭素繊維および該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。より詳しくは、本発明は、構造材料として好適なエポキシ樹脂をマトリックス樹脂として使用した場合、接着性および保存安定性に優れるとともに、優れた耐熱性と低温下等の厳しい使用環境での機械強度に優れた炭素繊維強化複合材料を得ることができるサイジング剤塗布炭素繊維および該サイジング剤塗布炭素繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a sizing agent-coated carbon fiber suitable for use in aircraft members, spacecraft members, automobile members, marine members, sports applications such as golf shafts and fishing rods, and other general industrial applications, and the sizing agent-coated carbon fibers. It is related with the manufacturing method. More specifically, the present invention provides excellent adhesion and storage stability when using an epoxy resin suitable as a structural material as a matrix resin, as well as excellent heat resistance and mechanical strength in severe usage environments such as low temperatures. The present invention relates to a sizing agent-coated carbon fiber capable of obtaining an excellent carbon fiber-reinforced composite material and a method for producing the sizing agent-coated carbon fiber.
炭素繊維は、軽量でありながら、強度および弾性率に優れるため、種々のマトリ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には、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が優れることが重要である。 Since carbon fiber is lightweight and has excellent strength and elastic modulus, many composite materials combined with various matrix resins are used for aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, civil engineering and building materials, and sporting goods. Used in the field. In a composite material using carbon fibers, in order to make use of the excellent characteristics 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 of improving the interlaminar shear strength, which is an index of adhesiveness, by subjecting carbon fibers to electrolytic treatment has been proposed (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、炭素繊維にサイジング剤を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)。 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 proposed (refer patent document 2 and 3).
例えば、サイジング剤として、脂肪族タイプの複数のエポキシ基を有する化合物が提案されている(特許文献4、5、6参照)。また、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7、8および9参照)。 For example, compounds having a plurality of aliphatic type epoxy groups have been proposed as sizing agents (see Patent Documents 4, 5, and 6). Further, a method of applying an epoxy adduct of polyalkylene glycol as a sizing agent to carbon fibers has been proposed (see Patent Documents 7, 8 and 9).
また、芳香族系の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10および11参照)。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12および13参照)。 In addition, a method of applying diglycidyl ether of bisphenol A to carbon fibers as an aromatic sizing agent 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 10 and 11). In addition, a method of applying a bisphenol A polyalkylene oxide adduct having an epoxy group added thereto to a carbon fiber as a sizing agent has been proposed (see Patent Documents 12 and 13).
上記したサイジング剤により、炭素繊維に接着性や集束性を付与することができるものの、1種類のエポキシ化合物からなるサイジング剤では十分とは言えず、求める機能により2種類以上のエポキシ化合物を併用する手法が近年提案されている。 Although the above-described sizing agent can impart adhesion and convergence to the carbon fiber, a sizing agent composed of one kind of epoxy compound is not sufficient, and two or more kinds of epoxy compounds are used in combination depending on the desired function. Techniques have been proposed in recent years.
例えば、表面自由エネルギーを規定した2種以上のエポキシ化合物を組み合わせたサイジング剤が提案されている(特許文献14〜17参照)。特許文献14では、脂肪族エポキシ化合物と芳香族エポキシ化合物の組み合わせが開示されている。該特許文献14では、外層に多くあるサイジング剤が、内層に多くあるサイジング剤成分に対し、大気との遮断効果をもたらし、耐環境性が向上するとされている。また、該特許文献14では、サイジング剤の好ましい範囲について、脂肪族エポキシ化合物と芳香族エポキシ化合物との比率は10/90〜40/60と規定され、芳香族エポキシ化合物の量が多いほうが好適とされている。 For example, a sizing agent that combines two or more epoxy compounds that define surface free energy has been proposed (see Patent Documents 14 to 17). Patent Document 14 discloses a combination of an aliphatic epoxy compound and an aromatic epoxy compound. According to Patent Document 14, the sizing agent that is abundant in the outer layer provides a shielding effect against the atmosphere with respect to the sizing agent component that is abundant in the inner layer, thereby improving environmental resistance. Moreover, in this patent document 14, about the preferable range of a sizing agent, the ratio of an aliphatic epoxy compound and an aromatic epoxy compound is prescribed | regulated as 10 / 90-40 / 60, and the one where the amount of aromatic epoxy compounds is larger is suitable. Has been.
また、特許文献16および17では、表面自由エネルギーの異なる2種以上のエポキシ化合物を使用したサイジング剤が開示されている。該特許文献16および17は、表面自由エネルギーの異なる2種以上のエポキシ化合物を含むサイジング剤により、マトリックス樹脂の浸透性の向上を図ることを主目的とするものであり、2種以上のエポキシ化合物の組み合わせとして芳香族エポキシ化合物と脂肪族エポキシ化合物の併用は限定されてなく、接着性の観点から選択される脂肪族エポキシ化合物の一般的例示がないものである。 Patent Documents 16 and 17 disclose a sizing agent using two or more epoxy compounds having different surface free energies. The Patent Documents 16 and 17 mainly aim to improve the permeability of a matrix resin by using a sizing agent containing two or more epoxy compounds having different surface free energies, and two or more epoxy compounds. The combination of the aromatic epoxy compound and the aliphatic epoxy compound is not limited as a combination of the above, and there is no general illustration of the aliphatic epoxy compound selected from the viewpoint of adhesiveness.
さらに、ビスフェノールA型エポキシ化合物と脂肪族ポリエポキシ樹脂を質量比50/50〜90/10で配合するサイジング剤が開示されている(特許文献18参照)。しかしながら、この特許文献18も、芳香族エポキシ化合物であるビスフェノールA型エポキシ化合物の配合量が多いものである。 Furthermore, the sizing agent which mix | blends a bisphenol A type epoxy compound and aliphatic polyepoxy resin by mass ratio 50 / 50-90 / 10 is disclosed (refer patent document 18). However, Patent Document 18 also has a large amount of bisphenol A type epoxy compound, which is an aromatic epoxy compound.
また、芳香族エポキシ化合物および脂肪族エポキシ化合物の組み合わせを規定したサイジング剤として、炭素繊維束の表面に多官能の脂肪族化合物、上面にエポキシ樹脂、アルキレンオキサイド付加物と不飽和二塩基酸との縮合物、フェノール類のアルキレンオキサイド付加物を組み合わせたものが開示されている(特許文献19参照)。 In addition, as a sizing agent that defines a combination of an aromatic epoxy compound and an aliphatic epoxy compound, a polyfunctional aliphatic compound on the surface of the carbon fiber bundle, an epoxy resin on the upper surface, an alkylene oxide adduct and an unsaturated dibasic acid A combination of a condensate and an alkylene oxide adduct of phenols is disclosed (see Patent Document 19).
さらに、2種以上のエポキシ化合物の組み合わせとして、脂肪族エポキシ化合物と芳香族エポキシ化合物であるビスフェノールA型エポキシ化合物の組み合わせが開示されている。脂肪族エポキシ化合物は環状脂肪族エポキシ化合物および/または長鎖脂肪族エポキシ化合物である(特許文献20参照)。 Furthermore, as a combination of two or more epoxy compounds, a combination of an aliphatic epoxy compound and a bisphenol A type epoxy compound that is an aromatic epoxy compound is disclosed. The aliphatic epoxy compound is a cycloaliphatic epoxy compound and / or a long-chain aliphatic epoxy compound (see Patent Document 20).
また、性状の異なるエポキシ化合物の組み合わせが開示されている。25℃で液体と固体の2種のエポキシ化合物の組み合わせが開示されている(特許文献21参照)。さらに、分子量の異なるエポキシ樹脂の組み合わせ、単官能脂肪族エポキシ化合物とエポキシ樹脂の組み合わせが提案されている(特許文献22および23参照)。 Further, combinations of epoxy compounds having different properties are disclosed. A combination of two epoxy compounds that are liquid and solid at 25 ° C. is disclosed (see Patent Document 21). Furthermore, combinations of epoxy resins having different molecular weights, and combinations of monofunctional aliphatic epoxy compounds and epoxy resins have been proposed (see Patent Documents 22 and 23).
しかしながら、接着性と炭素繊維の湿潤環境保管時の安定性は、前述の2種類以上を混合したサイジング剤(例えば、特許文献20〜23など)においても同時に満たすものとは言えないのが実情であった。その理由は、高い接着性と炭素繊維の湿潤環境保管時の物性低下の抑制を同時に満たすには、以下の3つの要件を満たすことが必要と考えられるが、従来の任意のエポキシ樹脂の組み合わせではそれらの要件を満たしていなかったからであるといえる。前記3つの要件の一つ目は、サイジング層内側(炭素繊維側)に接着性の高いエポキシ成分が存在し、炭素繊維とサイジング中のエポキシ化合物が強固に相互作用を行うこと、二つ目が、サイジング層表層(マトリックス樹脂側)には、内層にある炭素繊維との接着性の高いエポキシ化合物と大気中の水分との接触を阻害する機能を有していること、そして三つ目が、マトリックス樹脂との接着性を向上させるため、サイジング剤表層(マトリックス樹脂側)にはマトリックス樹脂と強い相互作用が可能な化学組成が必要であることである。 However, in reality, the adhesiveness and the stability of the carbon fiber when stored in a wet environment cannot be said to be satisfied at the same time even in a sizing agent (for example, Patent Documents 20 to 23, etc.) in which two or more kinds are mixed. there were. The reason for this is that it is necessary to satisfy the following three requirements in order to satisfy both high adhesiveness and the suppression of deterioration of physical properties of carbon fiber when stored in a wet environment. This is because they did not meet these requirements. The first of the three requirements is that an epoxy component with high adhesiveness is present inside the sizing layer (carbon fiber side), and the carbon fiber and the epoxy compound in the sizing interact strongly. The sizing layer surface layer (matrix resin side) has a function of inhibiting the contact between the epoxy compound having high adhesion to the carbon fiber in the inner layer and moisture in the atmosphere, and the third is In order to improve the adhesion with the matrix resin, the sizing agent surface layer (matrix resin side) needs to have a chemical composition capable of strong interaction with the matrix resin.
例えば、特許文献14には、炭素繊維とサイジング剤との接着性を高めるため、サイジング剤に傾斜構造を持たせることは開示されているが、その他いずれの文献(特許文献15〜18など)においても、サイジング層表面は炭素繊維と大気中の水分との接触を阻害し、かつマトリックス樹脂との高接着を実現することを同時に満たす思想は皆無と言える。 For example, Patent Document 14 discloses that the sizing agent has an inclined structure in order to enhance the adhesion between the carbon fiber and the sizing agent, but in any other document (Patent Documents 15 to 18 and the like). However, it can be said that there is no idea that the surface of the sizing layer simultaneously satisfies that the contact between the carbon fiber and moisture in the atmosphere is inhibited and that high adhesion to the matrix resin is realized.
また、特許文献19には、サイジング剤内層に多官能脂肪族化合物が存在し、外層に反応性の低い芳香族エポキシ樹脂および芳香族系反応物が存在するものが開示されており、長期間保持した場合にはプリプレグの経時変化の抑制を期待できるが、サイジング剤表層に接着性の高い多官能脂肪族化合物が存在しないため、マトリックス樹脂との高い接着性を実現することは困難である。 Patent Document 19 discloses that a polyfunctional aliphatic compound is present in the inner layer of the sizing agent, and an aromatic epoxy resin and an aromatic-based reactant having low reactivity are present in the outer layer, which are retained for a long time. In such a case, it can be expected that the change of the prepreg with time is suppressed, but since there is no polyfunctional aliphatic compound having high adhesion on the surface layer of the sizing agent, it is difficult to achieve high adhesion with the matrix resin.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接着性および保存安定性に優れるとともに、優れた耐熱性と低温下等の厳しい使用環境での機械強度に優れた炭素繊維強化複合材料を得ることができるサイジング剤塗布炭素繊維、サイジング剤塗布炭素繊維の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is a carbon fiber reinforced composite material that is excellent in adhesiveness and storage stability and excellent in heat resistance and mechanical strength in severe use environments such as under low temperature. It is an object of the present invention to provide a sizing agent-coated carbon fiber that can be obtained and a method for producing a sizing agent-coated carbon fiber.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも、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、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からなる群から選択される少なくとも1種と、エピクロロ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化合物である水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)を含むサイジング剤を炭素繊維に塗布したサイジング剤塗布炭素繊維であって、400eVのX線を用いたX線光電子分光法によって光電子脱出角度55°で測定されるC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と、(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)との比率(a)/(b)より求められる(I)、(II)の値が(III)の関係を満たすことを特徴とする。
(I)前記サイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(II)前記サイジング剤塗布炭素繊維をアセトン溶媒中で超音波処理することで、サイジング剤付着量を0.09〜0.20質量%まで洗浄したサイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(III)0.50≦(I)≦0.90かつ0.6<(II)/(I)<1.0。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides at least 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, glycerol, di At least one selected from the group consisting of glycerol, polyglycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, and arabitol, and epichlorohydrin, Glycidyl ether type epoxy compound obtained by reacting a water-soluble epoxy compound (A) and non-water-soluble epoxy compound sizing agent comprising (B) a sizing agent applying carbon fibers coated in carbon fiber, X-rays of 400eV Of the component of the binding energy (284.6 eV) attributed to (a) CHx, C-C, C = C in the C1s inner-shell spectrum measured at a photoelectron escape angle of 55 ° by X-ray photoelectron spectroscopy using (I), (II) obtained from the ratio (a) / (b) between the height (cps) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O (b) ) Satisfies the relationship (III).
(I) Value of (a) / (b) on the surface of the carbon fiber coated with the sizing agent
(II) The surface of the sizing agent-coated carbon fiber cleaned by sonicating the sizing agent-coated carbon fiber in an acetone solvent to 0.09 to 0.20% by mass of (a) / Value of (b)
(III) 0.50 ≦ (I) ≦ 0.90 and 0.6 <(II) / (I) <1.0.
また、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維は、上記発明において、前記水溶性エポキシ化合物(A)のエポキシ価が2.0〜8.0meq/g、水酸基価が2.0〜5.0meq/gであり、かつ分子内にエポキシ基を2個以上有することを特徴とする。 In the sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, the water-soluble epoxy compound (A) has an epoxy value of 2.0 to 8.0 meq / g and a hydroxyl value of 2.0 to 5.0 meq / g. And having two or more epoxy groups in the molecule.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維は、上記発明において、前記非水溶性エポキシ化合物(B)が分子内に芳香環を1個以上有する芳香族エポキシ化合物(B1)であることを特徴とする。 Moreover, the preferable sizing agent-coated carbon fiber of the present invention is characterized in that, in the above invention, the water-insoluble epoxy compound (B) is an aromatic epoxy compound (B1) having one or more aromatic rings in the molecule. To do.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維は、上記発明において、前記芳香族エポキシ化合物(B1)が、ビスフェノールA型エポキシ化合物またはビスフェノールF型エポキシ化合物であることを特徴とする。
前記サイジング剤中の水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)の質量比は、52/48〜80/20であることを特徴とする。
In a preferred sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, the aromatic epoxy compound (B1) is a bisphenol A type epoxy compound or a bisphenol F type epoxy compound in the above invention.
The mass ratio of the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B) in the sizing agent is 52/48 to 80/20.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維は、上記発明において、化学修飾X線光電子分光法により測定される前記炭素繊維の表面カルボキシル基濃度COOH/Cが0.003〜0.015、表面水酸基濃度COH/Cが0.001〜0.050であることを特徴とする。 Further, the preferred sizing agent-coated carbon fiber of the present invention is the above invention, wherein the surface carboxyl group concentration COOH / C of the carbon fiber measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy is 0.003 to 0.015, surface hydroxyl group The concentration COH / C is 0.001 to 0.050.
また、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法は、上記発明において、水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)を含むサイジング剤を炭素繊維に塗布したサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法であって、前記炭素繊維に前記サイジング剤を塗布した後、160〜260℃の温度範囲で30〜600秒熱処理することを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention is the sizing agent application | coating carbon fiber which apply | coated the sizing agent containing the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B) to carbon fiber in the said invention. The method is characterized in that after the sizing agent is applied to the carbon fiber, heat treatment is performed in a temperature range of 160 to 260 ° C. for 30 to 600 seconds.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法は、上記発明において、水溶性エポキシ化合物(A)を少なくとも含む水溶液中に、非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む水系エマルジョン液が存在するサイジング剤含有液を前記炭素繊維に塗布することを特徴とする。 Further, in the method for producing a preferred sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, in the above invention, an aqueous emulsion liquid containing at least the water-insoluble epoxy compound (B) is present in the aqueous solution containing at least the water-soluble epoxy compound (A). A sizing agent-containing liquid is applied to the carbon fiber.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法は、上記発明において、水溶性エポキシ化合物(A)を0.1〜50質量%の水溶液とした後に、0.1〜50質量%の濃度の水系エマルジョン(B)水溶液と混合して得られた前記サイジング剤含有液を前記炭素繊維に塗布することを特徴とする。 Moreover, the manufacturing method of the preferable sizing agent application | coating carbon fiber of this invention is the density | concentration of 0.1-50 mass% after making water-soluble epoxy compound (A) into 0.1-50 mass% aqueous solution in the said invention. The sizing agent-containing liquid obtained by mixing with the aqueous emulsion (B) aqueous solution is applied to the carbon fiber.
また、本発明の好ましいサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法は、上記発明において、前記非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む水系エマルジョンの粒度分布計によって測定される粒径が100〜600ナノメートルであることを特徴とする。 Further, in the method for producing a preferred sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, in the above invention, the particle size measured by a particle size distribution meter of an aqueous emulsion containing at least the water-insoluble epoxy compound (B) is 100 to 600 nanometers. It is characterized by being.
また、本発明の好ましい炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、上記に記載のサイジング剤塗布炭素繊維、または上記に記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法により製造されたサイジング剤塗布炭素繊維、および熱可塑性樹脂を含んでなることを特徴とする。 Further, a preferred carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition of the present invention is a sizing agent-coated carbon fiber described above or a sizing agent-coated carbon fiber manufactured by the method for manufacturing a sizing agent-coated carbon fiber described above, and It comprises a thermoplastic resin.
また、本発明の好ましい炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、上記記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体は、80℃の熱水に浸漬する前の曲げ強度(S1)と80℃の熱水に1000時間浸漬後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.75以上であることを特徴とする。 Moreover, the preferable carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition of the present invention is a molded product of the above-described carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition having a bending strength (S1) before being immersed in hot water at 80 ° C. and 80 ° C. The ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after being immersed in hot water for 1000 hours is 0.75 or more.
また、本発明の好ましい炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂がポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする。 In a preferred carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition of the present invention, the thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of a polyarylene sulfide resin, a polycarbonate resin and a polyolefin resin.
本発明によれば、マトリックス樹脂との接着性が優れるとともに、湿潤環境保管時の経時変化が少なく、耐熱性および強度特性に優れた炭素繊維強化複合材料を製造可能なサイジング剤塗布炭素繊維を得ることができる。 According to the present invention, there is obtained a sizing agent-coated carbon fiber capable of producing a carbon fiber reinforced composite material having excellent adhesiveness with a matrix resin, little change over time during storage in a wet environment, and excellent heat resistance and strength characteristics. be able to.
以下、更に詳しく、本発明のサイジング剤塗布炭素繊維および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。 Hereinafter, the form for enforcing the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention and the sizing agent application | coating carbon fiber of this invention is demonstrated.
本発明は、少なくとも水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)を含むサイジング剤を炭素繊維に塗布したサイジング剤塗布炭素繊維であって、400eVのX線を用いたX線光電子分光法によって光電子脱出角度55°で測定されるC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と、(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)との比率(a)/(b)より求められる(I)、(II)の値が(III)の関係を満たすことを特徴とする。
(I)前記サイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(II)前記サイジング剤塗布炭素繊維をアセトン溶媒中で超音波処理することで、サイジング剤付着量を0.09〜0.20質量%まで洗浄したサイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(III)0.50≦(I)≦0.90かつ0.6<(II)/(I)<1.0。
The present invention relates to a sizing agent-coated carbon fiber obtained by coating a carbon fiber with a sizing agent containing at least a water-soluble epoxy compound (A) and a water-insoluble epoxy compound (B), and an X-ray photoelectron using X-rays of 400 eV The height (cps) of the component of the binding energy (284.6 eV) attributed to (a) CHx, C-C, C = C in the C 1s core spectrum measured at a photoelectron escape angle of 55 ° by spectroscopy. (B) The values of (I) and (II) obtained from the ratio (a) / (b) of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O and the height (cps) of the component are ( It is characterized by satisfying the relationship of III).
(I) The value of (a) / (b) on the surface of the sizing agent-coated carbon fiber (II) The sizing agent-coated carbon fiber is sonicated in an acetone solvent, so that the sizing agent adhesion amount is 0.09. (A) / (b) value (III) 0.50 ≦ (I) ≦ 0.90 and 0.6 <(II) / () of the surface of the carbon fiber coated with the sizing agent washed to ˜0.20% by mass I) <1.0.
まず、本発明で使用するサイジング剤について説明する。本発明にかかるサイジング剤は、水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む。 First, the sizing agent used in the present invention will be described. The sizing agent according to the present invention includes at least a water-soluble epoxy compound (A) and a water-insoluble epoxy compound (B).
本発明における水溶性エポキシ化合物(A)とは、25℃において、水90質量部に対しエポキシ化合物10質量部を混合し、24時間以上スターラーで攪拌し、JIS P3801(1956) 1種に該当するろ紙で濾過した後に残存する固形物の重量が、最初に混合したエポキシ化合物の質量の60%未満のものであるとする。上記の方法で60%以上の固形物が残存するものを、本発明における非水溶性エポキシ化合物(B)であるとする。 The water-soluble epoxy compound (A) in the present invention is a mixture of 10 parts by mass of an epoxy compound with 90 parts by mass of water at 25 ° C., stirred with a stirrer for 24 hours or more, and corresponds to one type of JIS P3801 (1956). It is assumed that the weight of the solid remaining after filtering with a filter paper is less than 60% of the mass of the epoxy compound initially mixed. The thing in which 60% or more of solid matter remains in the above method is assumed to be the water-insoluble epoxy compound (B) in the present invention.
本発明者らの知見によれば、かかる範囲のものは、炭素繊維とマトリックスの界面接着性に優れるとともに、そのサイジング剤塗布炭素繊維を湿潤環境保管後にプリプレグに用いた場合にも経時変化が小さく、複合材料用の炭素繊維に好適なものである。 According to the knowledge of the present inventors, such a range is excellent in the interfacial adhesion between the carbon fiber and the matrix, and when the sizing agent-coated carbon fiber is used in a prepreg after storage in a wet environment, the change with time is small. It is suitable for carbon fiber for composite materials.
本発明にかかるサイジング剤は、炭素繊維に塗布した際、サイジング層内側(炭素繊維側)に水溶性エポキシ化合物(A)が多く存在する事で、炭素繊維と水溶性エポキシ化合物(A)とが強固に相互作用を行い、接着性を高めるとともに、サイジング層表層(マトリックス樹脂側)には非水溶性エポキシ化合物(B)を多く存在させることで、外部からの水分の浸入を阻害し、内層のエポキシの開環を抑制しながら、サイジング層表層(マトリックス樹脂側)にはマトリックス樹脂と強い相互作用が可能な化学組成として、所定割合のエポキシ基を含む非水溶性エポキシ化合物(B)が所定の割合で存在するため、マトリックス樹脂との接着性も向上するというものである。 When the sizing agent according to the present invention is applied to carbon fibers, a large amount of water-soluble epoxy compound (A) is present on the inner side (carbon fiber side) of the sizing layer, so that carbon fiber and water-soluble epoxy compound (A) are present. It strongly interacts and enhances adhesion, and the presence of a large amount of water-insoluble epoxy compound (B) on the sizing layer surface (matrix resin side) inhibits the ingress of moisture from the outside, As a chemical composition capable of strong interaction with the matrix resin on the sizing layer surface layer (matrix resin side) while suppressing ring opening of the epoxy, a water-insoluble epoxy compound (B) containing a predetermined proportion of epoxy groups is predetermined. Since it exists in a ratio, the adhesiveness with the matrix resin is also improved.
サイジング剤が、非水溶性エポキシ化合物(B)のみからなり、水溶性エポキシ化合物(A)を含まない場合、水分の吸収率が低く、炭素繊維を湿潤環境下で保管した場合、サイジング剤のエポキシ基の開環が生じにくく、物性変化が小さいという利点がある。しかしながら、非水溶性エポキシ化合物(B)は極性が小さく、表面処理を施した炭素繊維に濡れにくいため、水溶性エポキシ化合物(A)と比較して、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が劣ることが確認されている。 When the sizing agent consists only of the water-insoluble epoxy compound (B) and does not contain the water-soluble epoxy compound (A), the moisture absorption rate is low, and when the carbon fiber is stored in a humid environment, the sizing agent epoxy There is an advantage that ring opening of the group is difficult to occur and a change in physical properties is small. However, since the water-insoluble epoxy compound (B) has low polarity and is difficult to wet the surface-treated carbon fiber, the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is inferior to that of the water-soluble epoxy compound (A). It has been confirmed.
また、サイジング剤が、水溶性エポキシ化合物(A)のみからなる場合、該サイジング剤を塗布した炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が高いことが確認されている。そのメカニズムは確かではないが、水溶性エポキシ化合物(A)は極性が高く、表面処理を施した炭素繊維に濡れやすいため、炭素繊維表面のカルボキシル基および水酸基等の官能基と水溶性エポキシ化合物(A)が強い相互作用を形成することが可能であると考えられる。しかしながら、水溶性エポキシ化合物(A)は、炭素繊維表面との相互作用により高い接着性を発現する一方、水分の吸収率が高く、炭素繊維を湿潤環境下で保管した場合、サイジング剤のエポキシ基が開環し、その炭素繊維を用いた炭素繊維強化複合材料の物性が低下する課題があることが確認されている。 In addition, when the sizing agent is composed of only the water-soluble epoxy compound (A), it has been confirmed that the carbon fiber coated with the sizing agent has high adhesiveness with the matrix resin. Although the mechanism is not certain, the water-soluble epoxy compound (A) has high polarity and is easily wetted to the surface-treated carbon fiber. Therefore, a functional group such as a carboxyl group and a hydroxyl group on the surface of the carbon fiber and a water-soluble epoxy compound ( It is believed that A) can form a strong interaction. However, the water-soluble epoxy compound (A) exhibits high adhesiveness due to the interaction with the carbon fiber surface, and has a high moisture absorption rate. When the carbon fiber is stored in a humid environment, the epoxy group of the sizing agent is used. Has been confirmed to have a problem that the physical properties of the carbon fiber reinforced composite material using the carbon fiber are lowered.
本発明において、水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)を混合した場合、より極性の高い水溶性エポキシ化合物(A)が炭素繊維側に多く偏在し、炭素繊維と逆側のサイジング層の最外層に極性の低い非水溶性エポキシ化合物(B)が偏在しやすいという現象が見られる。このサイジング層の傾斜構造の結果として、水溶性エポキシ化合物(A)は炭素繊維近傍で炭素繊維と強い相互作用を有することで炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性を高めることができる。また、炭素繊維を保管する際には、外層に多く存在する非水溶性エポキシ化合物(B)は、水溶性エポキシ化合物(A)を水分から遮断する役割を果たす。このことにより、水溶性エポキシ化合物(A)の水分による開環反応が抑制されるため、長期保管時の安定性が発現される。なお、水溶性エポキシ化合物(A)を非水溶性エポキシ化合物(B)でほぼ完全に覆う場合には、サイジング剤とマトリックス樹脂との相互作用が小さくなり接着性が低下してしまうため、サイジング剤表面の水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)の存在比率が重要である。 In the present invention, when the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B) are mixed, the water-soluble epoxy compound (A) having a higher polarity is unevenly distributed on the carbon fiber side and is opposite to the carbon fiber. There is a phenomenon that the non-polar water-insoluble epoxy compound (B) having a low polarity tends to be unevenly distributed in the outermost layer of the sizing layer. As a result of the inclined structure of the sizing layer, the water-soluble epoxy compound (A) can enhance the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin by having a strong interaction with the carbon fiber in the vicinity of the carbon fiber. Further, when storing the carbon fiber, the water-insoluble epoxy compound (B) present in a large amount in the outer layer plays a role of blocking the water-soluble epoxy compound (A) from moisture. Thereby, since the ring-opening reaction due to moisture of the water-soluble epoxy compound (A) is suppressed, stability during long-term storage is expressed. When the water-soluble epoxy compound (A) is almost completely covered with the water-insoluble epoxy compound (B), the interaction between the sizing agent and the matrix resin is reduced and the adhesiveness is lowered. The ratio of the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B) on the surface is important.
本発明にかかるサイジング剤塗布炭素繊維は、炭素繊維に塗布したサイジング剤表面を400eVのX線を用いたX線光電子分光法によって光電子脱出角度55°で測定されるC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と、(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)との比率(a)/(b)より求められる(I)および(II)の値が、(III)の関係を満たすことが好ましい。
(I)超音波処理前のサイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(II)サイジング剤塗布炭素繊維をアセトン溶媒中で超音波処理することで、サイジング剤付着量を0.09〜0.20質量%まで洗浄したサイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(III)0.50≦(I)≦0.90かつ0.6<(II)/(I)<1.0。
The sizing agent-coated carbon fiber according to the present invention has a C 1s inner shell spectrum (a) measured on the surface of the sizing agent coated on the carbon fiber by X-ray photoelectron spectroscopy using X-rays of 400 eV at a photoelectron escape angle of 55 °. ) The height (cps) of the component of the bond energy (284.6 eV) attributed to CHx, C—C, C = C, and (b) the component of the bond energy (286.1 eV) attributed to C—O. It is preferable that the values of (I) and (II) obtained from the ratio (a) / (b) to the height (cps) satisfy the relationship (III).
(I) The value of (a) / (b) on the surface of the sizing agent-coated carbon fiber before sonication (II) The sizing agent-coated carbon fiber is sonicated in an acetone solvent to reduce the sizing agent adhesion amount. (A) / (b) value (III) 0.50 ≦ (I) ≦ 0.90 and 0.6 <(II) on the surface of the sizing agent-coated carbon fiber cleaned to 0.09 to 0.20% by mass ) / (I) <1.0.
超音波処理前のサイジング剤塗布炭素繊維表面の(a)/(b)値である(I)が、上記(III)の範囲に入ることは、サイジング剤層の表面に、極性の高いC−O結合を有する化合物が少ないことを示す。(I)は好ましくは、0.55以上、さらに好ましくは0.57以上である。また、(I)が、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.74以下である。 The fact that (I), which is the value (a) / (b) of the surface of the sizing agent-coated carbon fiber before ultrasonic treatment, falls within the range of (III) above indicates that C- It shows that there are few compounds which have O bond. (I) is preferably 0.55 or more, more preferably 0.57 or more. Further, (I) is preferably 0.80 or less, more preferably 0.74 or less.
超音波処理前後のサイジング剤塗布炭素繊維表面の(a)/(b)値の比である(II)/(I)が、上記(III)の範囲に入ることは、サイジング剤表面に比べて、サイジング剤層の内層に、極性が高いC−O結合を有する化合物の割合が多いことを示す。(II)/(I)は好ましくは0.65以上である。また、(II)/(I)は0.85以下であることが好ましい。 Compared with the sizing agent surface, (II) / (I), which is the ratio of (a) / (b) values of the sizing agent-coated carbon fiber surface before and after the ultrasonic treatment, falls within the range of (III) above. In the inner layer of the sizing agent layer, the ratio of the compound having a C—O bond having high polarity is high. (II) / (I) is preferably 0.65 or more. Further, (II) / (I) is preferably 0.85 or less.
(I)および(II)の値が、(III)の関係を満たすことで、マトリックス樹脂との接着性に優れ、かつ、サイジング塗布炭素繊維を湿潤環境下で保管した場合、そのサイジング剤塗布炭素繊維を用いた炭素繊維強化複合材料の物性低下が少ないため好ましい。なお、ここで説明される超音波処理とは、サイジング剤塗布炭素繊維2gをアセトン50ml中に浸漬させて超音波洗浄30分間を3回実施し、続いてメタノール50mlに浸漬させて超音波洗浄30分を1回行い、乾燥する処理を意味する。 When the values of (I) and (II) satisfy the relationship of (III), the adhesive with the matrix resin is excellent, and when the sizing coated carbon fiber is stored in a humid environment, the sizing agent coated carbon The carbon fiber reinforced composite material using fibers is preferable because the decrease in physical properties is small. In addition, the ultrasonic treatment described here means that 2 g of sizing agent-coated carbon fiber is immersed in 50 ml of acetone and ultrasonic cleaning is performed for 30 minutes three times, followed by immersion in 50 ml of methanol and ultrasonic cleaning 30. It means the process of performing a minute once and drying.
X線光電子分光の測定法とは、超高真空中で試料の炭素繊維にX線を照射し、炭素繊維の表面から放出される光電子の運動エネルギーをエネルギーアナライザーで測定する分析手法のことである。この試料の炭素繊維表面から放出される光電子の運動エネルギーを調べることにより、試料の炭素繊維に入射したX線のエネルギー値から換算される結合エネルギーが一意的に求まり、その結合エネルギーと光電子強度から、試料の最表面(〜nm)に存在する元素の種類と濃度、その化学状態を解析することができる。 The measurement method of X-ray photoelectron spectroscopy is an analysis method in which a sample carbon fiber is irradiated with X-rays in an ultra-high vacuum and the kinetic energy of photoelectrons emitted from the surface of the carbon fiber is measured with an energy analyzer. . By examining the kinetic energy of the photoelectrons emitted from the carbon fiber surface of the sample, the binding energy converted from the energy value of the X-rays incident on the carbon fiber of the sample is uniquely determined. From the binding energy and the photoelectron intensity The type and concentration of elements present on the outermost surface (˜nm) of the sample and the chemical state thereof can be analyzed.
本発明において、サイジング剤塗布炭素繊維のサイジング剤表面の(a)、(b)のピーク比は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求めるものである。サイジング剤塗布炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源として佐賀シンクロトロンを用い、励起エネルギーは400eV、光電子脱出角度55°で測定した。試料チャンバー中を1×10−8Torrに保ち測定が行われる。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sの主ピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。このときに、C1sのピーク面積は282〜296eVの範囲で直線ベースラインを引くことにより求める。また、C1sピークにて面積を求めた282〜296eVの直線ベースラインを光電子強度の原点(零点)と定義して、(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー284.6eVのピークの高さ(cps:単位時間あたりの光電子強度)と(b)C−O成分に帰属される結合エネルギー286.1eVのピークの高さ(cps)を求め、(a)/(b)が算出する。 In the present invention, the peak ratio of (a) and (b) on the sizing agent surface of the sizing agent-coated carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. The sizing agent-coated carbon fibers were cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support, and then Saga synchrotron was used as an X-ray source, and the excitation energy was measured at 400 eV and the photoelectron escape angle was 55 °. Measurement is performed while keeping the sample chamber at 1 × 10 −8 Torr. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the main peak of C 1s is adjusted to 284.6 eV. At this time, the peak area of C 1s is obtained by drawing a straight baseline in the range of 282 to 296 eV. Further, a linear base line of 282 to 296 eV whose area was obtained at the C 1s peak was defined as the origin (zero point) of photoelectron intensity, and (a) a binding energy 284 attributed to CHx, CC, C = C. The peak height (cps) of .6 eV (cps: photoelectron intensity per unit time) and (b) the peak height (cps) of the binding energy 286.1 eV attributed to the CO component are determined. b) is calculated.
本発明において、サイジング剤の炭素繊維への付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して、0.1〜10.0質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.2〜3.0質量%の範囲である。サイジング剤の付着量が0.1質量%以上であると、サイジング剤塗布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10.0質量%以下であると、サイジング剤塗布炭素繊維の周囲のサイジング剤膜に阻害されることなくマトリックス樹脂が炭素繊維内部に含浸され、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 to the carbon fiber of a sizing agent is the range of 0.1-10.0 mass% with respect to sizing agent application | coating carbon fiber, More preferably, 0.2-3. It is in the range of 0% by mass. When the sizing agent adhesion amount is 0.1% by mass or more, when the sizing agent-coated 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 of fiber sheet. On the other hand, when the adhesion amount of the sizing agent is 10.0% by mass or less, the matrix resin is impregnated inside the carbon fiber without being hindered by the sizing agent film around the sizing agent-coated carbon fiber, and in the obtained composite material The generation of voids is suppressed, the quality of the composite material is excellent, and at the same time the mechanical properties are excellent.
サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維を約2±0.5g採取し、窒素雰囲気中450℃にて加熱処理を15分間行ったときの該加熱処理前後の質量の変化を測定し、質量変化量を加熱処理前の質量で除した値(質量%)とする。 The amount of sizing agent attached was measured by measuring the change in mass before and after the heat treatment when about 2 ± 0.5 g of sizing agent-coated carbon fiber was sampled and heat-treated at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. The mass change is divided by the mass before heat treatment (mass%).
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、2.0〜20nm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、安定した高次加工性が得られる。 In the present invention, the thickness of the sizing agent layer applied to the carbon fiber and dried is preferably within a range of 2.0 to 20 nm, and the maximum value of the thickness does not exceed twice the minimum value. With such a uniform sizing agent layer, a large effect of improving adhesiveness can be obtained stably, and further, stable high-order workability can be obtained.
本発明において、水溶性エポキシ化合物(A)の炭素繊維への付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して、0.05〜5.0質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.2〜2.0質量%の範囲である。さらに好ましくは0.3〜1.0質量%である。水溶性エポキシ化合物(A)の付着量が0.05質量%以上であると、サイジング剤塗布炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性が向上するため好ましい。 In this invention, it is preferable that the adhesion amount to the carbon fiber of a water-soluble epoxy compound (A) is the range of 0.05-5.0 mass% with respect to sizing agent application | coating carbon fiber, More preferably, it is 0. .2 to 2.0% by mass. More preferably, it is 0.3-1.0 mass%. The adhesion amount of the water-soluble epoxy compound (A) is preferably 0.05% by mass or more, because the adhesion between the sizing agent-coated carbon fiber and the matrix resin is improved.
本発明において、サイジング剤には、少なくとも水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)を含む。水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)の質量比(A)/(B)は、52/48〜80/20であることが好ましい。(A)/(B)を52/48以上とすることにより、炭素繊維表面に存在する水溶性エポキシ化合物(A)の比率が大きくなり、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性が向上する。その結果、得られた炭素繊維強化複合材料の引張強度などのコンポジット物性が高くなる。また、(A)/(B)を80/20以下とすることにより、反応性の高い水溶性エポキシ化合物(A)が炭素繊維表面に存在する量が少なくなり、大気中の水分との接触を抑制できるため好ましい。(A)/(B)の質量比は55/45以上がより好ましく、60/40以上がさらに好ましい。また、(A)/(B)の質量比は75/35以下がより好ましく、73/37以下がさらに好ましい。 In the present invention, the sizing agent contains at least a water-soluble epoxy compound (A) and a water-insoluble epoxy compound (B). The mass ratio (A) / (B) of the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B) is preferably 52/48 to 80/20. By setting (A) / (B) to 52/48 or more, the ratio of the water-soluble epoxy compound (A) present on the carbon fiber surface is increased, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is improved. As a result, composite properties such as tensile strength of the obtained carbon fiber reinforced composite material are enhanced. Further, by setting (A) / (B) to 80/20 or less, the amount of highly reactive water-soluble epoxy compound (A) present on the surface of the carbon fiber is reduced, and contact with moisture in the atmosphere is reduced. Since it can suppress, it is preferable. The mass ratio of (A) / (B) is more preferably 55/45 or more, and further preferably 60/40 or more. The mass ratio of (A) / (B) is more preferably 75/35 or less, and further preferably 73/37 or less.
本発明において、水溶性エポキシ化合物(A)は分子内に1個以上のエポキシ基を有する。そのことにより、炭素繊維とサイジング剤中のエポキシ基の強固な結合を形成することができる。分子内のエポキシ基は、2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。水溶性エポキシ化合物(A)が、分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であると、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、残りのエポキシ基がマトリックス樹脂と共有結合または水素結合を形成することができ、接着性をさらに向上することができる。エポキシ基の数の上限は特にないが、接着性の観点からは10個で十分である。 In the present invention, the water-soluble epoxy compound (A) has one or more epoxy groups in the molecule. As a result, a strong bond between the carbon fiber and the epoxy group in the sizing agent can be formed. The number of epoxy groups in the molecule is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more. When the water-soluble epoxy compound (A) is an epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule, even if one epoxy group forms a covalent bond with an oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber, it remains The epoxy group can form a covalent bond or a hydrogen bond with the matrix resin, and the adhesion can be further improved. There is no particular upper limit on the number of epoxy groups, but 10 is sufficient from the viewpoint of adhesion.
本発明において、水溶性エポキシ化合物(A)は、2種以上の官能基を3個以上有するエポキシ化合物であることが好ましく、2種以上の官能基を4個以上有するエポキシ化合物であることがより好ましい。エポキシ化合物が有する官能基は、エポキシ基以外に、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、またはスルホ基から選択されるものが好ましい。水溶性エポキシ化合物(A)が、分子内に3個以上のエポキシ基または他の官能基を有するエポキシ化合物であると、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または他の官能基がマトリックス樹脂と共有結合または水素結合を形成することができ、接着性がさらに向上する。エポキシ基を含む官能基の数の上限は特にないが、接着性の観点から10個で十分である。 In the present invention, the water-soluble epoxy compound (A) is preferably an epoxy compound having 3 or more functional groups of 2 or more, more preferably an epoxy compound having 4 or more of 2 or more functional groups. preferable. The functional group possessed by the epoxy compound is preferably selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group in addition to the epoxy group. When the water-soluble epoxy compound (A) is an epoxy compound having three or more epoxy groups or other functional groups in the molecule, one epoxy group forms a covalent bond with the oxygen-containing functional group on the carbon fiber surface. Even in this case, the remaining two or more epoxy groups or other functional groups can form a covalent bond or a hydrogen bond with the matrix resin, and the adhesion is further improved. There is no particular upper limit on the number of functional groups containing an epoxy group, but 10 is sufficient from the viewpoint of adhesiveness.
本発明において使用する水溶性エポキシ化合物(A)のエポキシ価が2.0meq/g以上であることが好ましい。水溶性エポキシ化合物(A)のエポキシ価が、2.0meq/g以上であると、高密度で炭素繊維との相互作用が形成され、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。エポキシ価の上限は特にないが、8.0meq/g以下であれば、高密度での炭素繊維との相互作用が形成されるため、接着性の観点から十分である。水溶性エポキシ化合物(A)のエポキシ価が3.0〜7.0meq/gであることがより好ましい。 The epoxy value of the water-soluble epoxy compound (A) used in the present invention is preferably 2.0 meq / g or more. When the epoxy value of the water-soluble epoxy compound (A) is 2.0 meq / g or more, an interaction with the carbon fiber is formed at a high density, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is further improved. The upper limit of the epoxy value is not particularly limited, but if it is 8.0 meq / g or less, an interaction with the carbon fiber at a high density is formed, which is sufficient from the viewpoint of adhesiveness. The epoxy value of the water-soluble epoxy compound (A) is more preferably 3.0 to 7.0 meq / g.
本発明において使用する水溶性エポキシ化合物(A)の水酸基価は2.0〜5.0meq/gであることが好ましい。水溶性エポキシ化合物(A)の水酸基価が2.0meq/g以上であると、炭素繊維表面の水酸基、カルボキシル基などの極性基との相互作用が大きくなり、サイジング層内側に水溶性エポキシ化合物(A)が偏在しやすくなり好ましい。水溶性エポキシ化合物(A)の水酸基価が2.5meq/g以上であることがより好ましい。水酸基価が5.0meq/g以下であると、水溶性エポキシ化合物(A)同士での水素結合を抑制し、粘性が低くなるため取り扱い性が良好になり接着性が向上する。また、エポキシ化合物は、水酸基に対してエピクロロヒドリンを縮合させることで製造されるため、水酸基価が5.0meq以下であると、エポキシ価が相対的に向上する事になり、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性が向上する。水溶性エポキシ化合物(A)の水酸基価が4.0meq/g以下であることがより好ましい。 The hydroxyl value of the water-soluble epoxy compound (A) used in the present invention is preferably 2.0 to 5.0 meq / g. When the hydroxyl value of the water-soluble epoxy compound (A) is 2.0 meq / g or more, the interaction with polar groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups on the carbon fiber surface increases, and the water-soluble epoxy compound ( A) tends to be unevenly distributed, which is preferable. The hydroxyl value of the water-soluble epoxy compound (A) is more preferably 2.5 meq / g or more. When the hydroxyl value is 5.0 meq / g or less, hydrogen bonding between the water-soluble epoxy compounds (A) is suppressed and the viscosity becomes low, so that the handleability is improved and the adhesiveness is improved. Moreover, since an epoxy compound is manufactured by condensing epichlorohydrin with respect to a hydroxyl group, an epoxy value will improve relatively that a hydroxyl value is 5.0 meq or less, and carbon fiber and The adhesiveness of the matrix resin is improved. The hydroxyl value of the water-soluble epoxy compound (A) is more preferably 4.0 meq / g or less.
さらに、本発明において使用する水溶性エポキシ化合物(A)は、分子内にエポキシ基を2個以上有する。水溶性エポキシ化合物(A)が、分子内にエポキシ基を2個以上有すると、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1個以上のエポキシ基がマトリックス樹脂と共有結合または水素結合を形成することができ、接着性がさらに向上する。エポキシ基を含む官能基の数の上限は特にないが、接着性の観点から10個で十分である。 Furthermore, the water-soluble epoxy compound (A) used in the present invention has two or more epoxy groups in the molecule . When the water-soluble epoxy compound (A) has two or more epoxy groups in the molecule, even when one epoxy group forms a covalent bond with the oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber, the remaining one or more The epoxy group can form a covalent bond or a hydrogen bond with the matrix resin, and the adhesion is further improved. There is no particular upper limit on the number of functional groups containing an epoxy group, but 10 is sufficient from the viewpoint of adhesiveness.
本発明における水溶性エポキシ化合物(A)は、高い接着性の観点から、分子内にエポキシ基を2個以上有する、グリシジルエーテル型エポキシ化合物であることを必須とする。 The water-soluble epoxy compound (A) in the present invention must be a glycidyl ether type epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule from the viewpoint of high adhesiveness.
水溶性エポキシ化合物(A)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化合物、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化合物、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化合物、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化合物が挙げられるが、本発明では、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化合物が用いられる。 Specific examples of the water-soluble epoxy compound (A), for example, glycidyl derived ether-type epoxy compounds derived from a polyol, a glycidyl amine type epoxy compounds derived from amines having a plurality active hydrogen, from polycarboxylic acids An ester type epoxy compound and an epoxy compound obtained by oxidizing a compound having a plurality of double bonds in the molecule are included . In the present invention, a glycidyl ether type epoxy compound derived from a polyol is used .
グリシジルエーテル型エポキシ化合物としては、ポリオールとエピクロロ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化合物が挙げられる。たとえば、グリシジルエーテル型エポキシ化合物として、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、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、アラビトール、フェノールのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、およびビスフェノールFのエチレンオキサイド付加物等からなる群から選択される少なくとも1種と、エピクロロ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化合物である。 Examples of the glycidyl ether type epoxy compound include a glycidyl ether type epoxy compound obtained by a reaction between a polyol and epichlorohydrin. For example, as a glycidyl ether type epoxy compound, 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, glycerol, diglycerol, polyglycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol , Sorbitol, arabitol, ethylene oxide adduct of phenol, ethylene oxide adduct of bisphenol A And at least one selected from the group consisting of ethylene oxide adduct of bisphenol F, glycidyl ether type epoxy compound obtained by reaction with epichlorohydrin.
エポキシ基に加えて水酸基を有する水溶性エポキシ化合物(A)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(登録商標)”EX−611、EX−612、EX−614、EX−614B、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 water-soluble epoxy compound (A) having a hydroxyl group in addition to the epoxy group include sorbitol-type polyglycidyl ether and glycerol-type polyglycidyl ether. Specifically, “Denacol (registered trademark)” EX-611 is exemplified. , EX-612, EX-614, EX-614B, EX-512, EX-521, EX-421, EX-313, EX-314 and EX-321 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
本発明で用いる水溶性エポキシ化合物(A)は、上述した中でも高い接着性の観点から、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、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からなる群から選択される少なくとも1種と、エピクロロ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化合物がよく、本発明では少なくともこれらのいずれかが用いられる。 The water-soluble epoxy compound (A) used in the present invention is ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, from the viewpoint of high adhesiveness as described above. Tetrapropylene glycol, polypropylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, polybutylene glycol, 1,5-pentanediol, At least one selected from the group consisting of glycerol, diglycerol, polyglycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, and arabitol; Ether-type epoxy compounds obtained by the reaction of Rohidorin is rather good, at least any one of these is used in the present invention.
本発明において、水溶性エポキシ化合物(A)は、ポリグリセロールポリグリシジルエーテルがさらに好ましい。 In the present invention, the water-soluble epoxy compound (A) is more preferably polyglycerol polyglycidyl ether.
本発明において非水溶性エポキシ化合物(B)は分子内にエポキシ基を1個以上有する。2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。また、10個以下であることが好ましい。 In the present invention, the water-insoluble epoxy compound (B) has one or more epoxy groups in the molecule. Two or more are preferable, and three or more are more preferable. Moreover, it is preferable that it is 10 or less.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)は、2種以上の官能基を3個以上有するエポキシ化合物であることが好ましく、2種以上の官能基を4個以上有するエポキシ化合物であることがより好ましい。非水溶性エポキシ化合物(B)が有する官能基は、エポキシ基以外に、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、またはスルホ基から選択されるものが好ましい。非水溶性エポキシ化合物(B)が、分子内に3個以上のエポキシ基または1個のエポキシ基と他の官能基を2個以上有するエポキシ化合物であると、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または他の官能基がマトリックス樹脂と共有結合または水素結合を形成することができ、接着性がさらに向上する。エポキシ基を含む官能基の数の上限は特にないが、接着性の観点から10個で十分である。 In the present invention, the water-insoluble epoxy compound (B) is preferably an epoxy compound having 3 or more of two or more functional groups, and preferably an epoxy compound having 4 or more of two or more functional groups. More preferred. The functional group possessed by the water-insoluble epoxy compound (B) is preferably selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group in addition to the epoxy group. When the water-insoluble epoxy compound (B) is an epoxy compound having three or more epoxy groups or one epoxy group and two or more other functional groups in the molecule, one epoxy group is the carbon fiber surface. Even when a covalent bond is formed with this oxygen-containing functional group, the remaining two or more epoxy groups or other functional groups can form a covalent bond or a hydrogen bond with the matrix resin, and the adhesion is further improved. There is no particular upper limit on the number of functional groups containing an epoxy group, but 10 is sufficient from the viewpoint of adhesiveness.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)のエポキシ価は、2.0meq/g以上であることが好ましく、より好ましくは2.0〜8.0meq/gであり、さらに好ましくは2.0〜5.0meq/g未満である。非水溶性エポキシ化合物(B)のエポキシ価が2.0meq/g以上あると、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。 In the present invention, the epoxy value of the water-insoluble epoxy compound (B) is preferably 2.0 meq / g or more, more preferably 2.0 to 8.0 meq / g, still more preferably 2.0. Less than ~ 5.0 meq / g. When the epoxy value of the water-insoluble epoxy compound (B) is 2.0 meq / g or more, covalent bonds are formed at a high density, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is further improved.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)は、エポキシ基以外に分子内に1種以上の官能基を有することができる。また、非水溶性エポキシ化合物(B)は、1種類であっても良いし、複数の化合物を組み合わせて用いても良い。エポキシ基以外の官能基は水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、カルボキシル基、エステル基またはスルホ基から選択されるものが好ましく、1分子内に2種以上の官能基を含んでいても良い。 In the present invention, the water-insoluble epoxy compound (B) can have one or more functional groups in the molecule in addition to the epoxy group. Further, the water-insoluble epoxy compound (B) may be one kind or a combination of a plurality of compounds. The functional group other than the epoxy group is preferably selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, a carboxyl group, an ester group or a sulfo group, and two or more functional groups in one molecule. May be included.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)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化合物、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化合物、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化合物、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化合物が挙げられる。 In the present invention, specific examples of the water-insoluble epoxy compound (B) include, for example, a glycidyl ether type epoxy compound derived from a polyol, a glycidyl amine type epoxy compound derived from an amine having a plurality of active hydrogens, and a polycarboxylic acid. And an epoxy compound 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化合物としては、ポリオールとエピクロロ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化合物が挙げられる。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、テトラキス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、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、および水添ビスフェノールFからなる群から選択される少なくとも1種と、エピクロロ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化合物が挙げられる。また、グリシジルエーテル型エポキシ化合物として、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化合物、および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化合物も例示される。 Examples of the glycidyl ether type epoxy compound include a glycidyl ether type epoxy compound obtained by a reaction between a polyol and epichlorohydrin. For example, 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, tetrakis (p-hydroxyphenyl) ethane, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1 Glycidyl ether type epoxidation obtained by reaction of at least one selected from the group consisting of 1,4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A and hydrogenated bisphenol F with epichlorohydrin Thing, and the like. Examples of the glycidyl ether type epoxy compound include a glycidyl ether type epoxy compound having a biphenylaralkyl skeleton and a glycidyl ether type epoxy compound having a dicyclopentadiene skeleton.
グリシジルアミン型エポキシ化合物としては、例えば、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジンのほか、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、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも1種と、エピクロロヒドリンとの反応により得られるエポキシ化合物が挙げられる。 Examples of the glycidylamine type epoxy compound include N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, m-xylylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane and 9 , 9-bis (4-aminophenyl) fluorene, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, and an epoxy compound obtained by reaction of epichlorohydrin with at least one selected from the group consisting of 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane.
さらに、例えば、グリシジルアミン型エポキシ化合物として、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化合物が挙げられる。 Further, for example, as a glycidylamine type epoxy compound, both the hydroxyl group and amino group of aminophenols of m-aminophenol, p-aminophenol, and 4-amino-3-methylphenol are reacted with epichlorohydrin. And an epoxy compound obtained.
グリシジルエステル型エポキシ化合物としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ダイマー酸を、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化合物が挙げられる。 Examples of the glycidyl ester type epoxy compound include glycidyl ester type epoxy compounds obtained by reacting phthalic acid, terephthalic acid, hexahydrophthalic acid, and dimer acid 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化合物としては、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化合物が挙げられる。さらに、このエポキシ化合物としては、エポキシ化大豆油が挙げられる。 Examples of the epoxy compound obtained by oxidizing a compound having a plurality of double bonds in the molecule include an epoxy compound having an epoxycyclohexane ring in the molecule. Furthermore, the epoxy compound includes epoxidized soybean oil.
本発明に使用する非水溶性エポキシ化合物(B)として、これらのエポキシ化合物以外にも、上に挙げたエポキシ化合物を原料として合成されるエポキシ化合物、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化合物が挙げられる。また、トリグリシジルイソシアヌレートのようなエポキシ化合物が挙げられる。 As the water-insoluble epoxy compound (B) used in the present invention, in addition to these epoxy compounds, epoxy compounds synthesized from the above-mentioned epoxy compounds, for example, bisphenol A diglycidyl ether and tolylene diisocyanate Examples thereof include an epoxy compound synthesized by an oxazolidone ring formation reaction. Moreover, an epoxy compound such as triglycidyl isocyanurate can be mentioned.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)は、1個以上のエポキシ基以外に、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、カルボキシル基、エステル基およびスルホ基から選ばれる、少なくとも1個以上の官能基が好ましく用いられる。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を有する化合物、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, the water-insoluble epoxy compound (B) is selected from a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, a carboxyl group, an ester group and a sulfo group in addition to one or more epoxy groups. Preferably, at least one functional group is used. For example, compounds having epoxy group and hydroxyl group, compounds having epoxy group and amide group, compounds having epoxy group and imide group, compounds having epoxy group and urethane group, compounds having epoxy group and urea group, epoxy group and sulfonyl Examples thereof include compounds having a group and compounds having an epoxy group and a sulfo group.
エポキシ基に加えてアミド基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)としては、例えば、グリシジルベンズアミド、アミド変性エポキシ化合物等が挙げられる。アミド変性エポキシは芳香環を含有するジカルボン酸アミドのカルボキシル基に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物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 water-insoluble epoxy compound (B) having an amide group in addition to the epoxy group include glycidyl benzamide and an amide-modified epoxy compound. The amide-modified epoxy can be obtained by reacting an epoxy group of an epoxy compound having two or more epoxy groups with a carboxyl group of a dicarboxylic acid amide containing an aromatic ring.
エポキシ基に加えてイミド基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)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(登録商標)”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 water-insoluble epoxy compound (B) having an imide group in addition to the epoxy group include glycidyl phthalimide. Specific examples include “Denacol (registered trademark)” EX-731 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
エポキシ基に加えてウレタン基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)としては、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芳香環を含有する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化合物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、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。 As a water-insoluble epoxy compound (B) having a urethane group in addition to an epoxy group, a polyvalent isocyanate containing an aromatic ring having a reaction equivalent to the amount of the hydroxyl group is reacted with the terminal hydroxyl group of polyethylene oxide monoalkyl ether, It can obtain by making the isocyanate residue of the obtained reaction product react with the hydroxyl group in a polyhydric epoxy compound. Here, examples of the polyvalent isocyanate used include 2,4-tolylene diisocyanate, metaphenylene diisocyanate, paraphenylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, triphenylmethane triisocyanate, and biphenyl-2,4,4′-triisocyanate. It is done.
エポキシ基に加えてウレア基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)としては、例えば、ウレア変性エポキシ化合物等が挙げられる。ウレア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個以上のエポキシ基を有する芳香環を含有するエポキシ化合物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 water-insoluble epoxy compound (B) having a urea group in addition to the epoxy group include a urea-modified epoxy compound. The urea-modified epoxy can be obtained by reacting the epoxy group of an epoxy compound containing an aromatic ring having two or more epoxy groups with the carboxyl group of the dicarboxylic acid urea.
エポキシ基に加えてスルホニル基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)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 water-insoluble epoxy compound (B) having a sulfonyl group in addition to the epoxy group include bisphenol S-type epoxy.
エポキシ基に加えてスルホ基を有する非水溶性エポキシ化合物(B)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 water-insoluble epoxy compound (B) having a sulfo group in addition to the epoxy group include glycidyl p-toluenesulfonate and glycidyl 3-nitrobenzenesulfonate.
本発明において、非水溶性エポキシ化合物(B)は、分子内に芳香環を1個以上有する芳香族エポキシ化合物(B1)であることが好ましい。芳香環とは、炭素のみからなる芳香環炭化水素でも良いし、窒素あるいは酸素などのヘテロ原子を含むフラン、チオフェン、ピロール、イミダゾールなどの複素芳香環でも構わない。また、芳香環はナフタレン、アントラセンなどの多環式芳香環でも構わない。サイジング剤を塗布した炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる炭素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。サイジング剤が芳香環を1個以上有する芳香族エポキシ化合物(B1)を含むと、剛直な界面層が形成され、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。また、芳香環の疎水性により、水溶性エポキシ化合物(A)に比べて炭素繊維との相互作用が弱くなるため、炭素繊維との相互作用により炭素繊維側に水溶性エポキシ化合物(A)が多く存在し、サイジング層外層に非水溶性エポキシ化合物(B)が多く存在する結果となる。これにより、非水溶性エポキシ化合物(B)が水溶性エポキシ化合物(A)と水分との接触を抑制するため、本発明にかかるサイジング剤を塗布した炭素繊維を湿潤環境下で保管した場合の経時変化を抑制することができ好ましい。非水溶性エポキシ化合物(B)として、芳香環を2個以上有するものを選択することで、炭素繊維を湿潤環境下で保管した後の安定性をより向上することができる。芳香環の数の上限は特にないが、10個あれば力学特性およびマトリックス樹脂との反応の抑制の観点から十分である。 In the present invention, the water-insoluble epoxy compound (B) is preferably an aromatic epoxy compound (B1) having one or more aromatic rings in the molecule. The aromatic ring may be an aromatic ring hydrocarbon consisting only of carbon, or a heteroaromatic ring such as furan, thiophene, pyrrole or imidazole containing a heteroatom such as nitrogen or oxygen. The aromatic ring may be a polycyclic aromatic ring such as naphthalene or anthracene. In a carbon fiber reinforced composite material composed of a carbon fiber coated with a sizing agent and a matrix resin, a so-called interface layer in the vicinity of the carbon fiber is affected by the carbon fiber or the sizing agent and may have different characteristics from the matrix resin. . When the sizing agent contains an aromatic epoxy compound (B1) having one or more aromatic rings, a rigid interface layer is formed, the stress transmission ability between the carbon fiber and the matrix resin is improved, and the fiber-reinforced composite material Mechanical properties such as 0 ° tensile strength are improved. Moreover, since the interaction with the carbon fiber is weaker than that of the water-soluble epoxy compound (A) due to the hydrophobicity of the aromatic ring, there are many water-soluble epoxy compounds (A) on the carbon fiber side due to the interaction with the carbon fiber. As a result, a large amount of the water-insoluble epoxy compound (B) is present in the outer layer of the sizing layer. As a result, since the water-insoluble epoxy compound (B) suppresses contact between the water-soluble epoxy compound (A) and moisture, the time elapsed when the carbon fiber coated with the sizing agent according to the present invention is stored in a humid environment. The change can be suppressed, which is preferable. By selecting the water-insoluble epoxy compound (B) having two or more aromatic rings, the stability after storing the carbon fiber in a humid environment can be further improved. There is no particular upper limit on the number of aromatic rings, but 10 is sufficient from the viewpoint of suppressing the reaction with the mechanical properties and the matrix resin.
本発明において、芳香族エポキシ化合物(B1)は、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ビスフェノールA型エポキシ化合物あるいはビスフェノールF型エポキシ化合物であることが炭素繊維を湿潤環境保管での安定性、接着性の観点から好ましく、ビスフェノールA型エポキシ化合物あるいはビスフェノールF型エポキシ化合物であることがより好ましい。 In the present invention, the aromatic epoxy compound (B1) is a phenol novolac type epoxy compound, a cresol novolac type epoxy compound, a tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, a bisphenol A type epoxy compound or a bisphenol F type epoxy compound. From the viewpoints of storage stability and adhesiveness, bisphenol A type epoxy compounds or bisphenol F type epoxy compounds are more preferable.
さらに、本発明で用いられるサイジング剤には、水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)以外の成分を1種類以上含んでも良い。炭素繊維とサイジング剤との接着性促進成分、サイジング剤塗布炭素繊維に収束性あるいは柔軟性を付与する材料を配合することで取扱い性、耐擦過性および耐毛羽性を高め、マトリックス樹脂の含浸性を向上させることができる。また、サイジング剤の安定性を目的として、分散剤および界面活性剤等の補助成分を添加しても良い。 Furthermore, the sizing agent used in the present invention may contain one or more components other than the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B). Improves handleability, scratch resistance and fluff resistance by blending carbon fiber and sizing agent adhesion promoting component, and sizing agent coated carbon fiber to give convergence or flexibility, and impregnation with matrix resin Can be improved. For the purpose of stabilizing the sizing agent, auxiliary components such as a dispersant and a surfactant may be added.
本発明で用いられるサイジング剤には、水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)以外に、分子内にエポキシ基を持たないエステル化合物(C)を配合することができる。本発明にかかるサイジング剤は、エステル化合物(C)を、溶媒を除いたサイジング剤全量に対して、2〜35質量%配合することができる。15〜30質量%であることがより好ましい。エステル化合物(C)を配合することで、収束性が向上し、取り扱い性が向上すると同時に、大気中の水分とサイジング剤との反応による湿潤環境保管での物性の低下を抑制することができる。 In addition to the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B), an ester compound (C) having no epoxy group in the molecule can be added to the sizing agent used in the present invention. The sizing agent concerning this invention can mix | blend 2-35 mass% of ester compounds (C) with respect to the sizing agent whole quantity except a solvent. More preferably, it is 15-30 mass%. By blending the ester compound (C), the convergence is improved, the handleability is improved, and at the same time, the deterioration of physical properties in wet environment storage due to the reaction between moisture in the air and the sizing agent can be suppressed.
エステル化合物(C)は、芳香環を持たない脂肪族エステル化合物でも良いし、芳香環を分子内に1個以上有する芳香族エステル化合物でも良い。エステル化合物(C)として芳香族エステル化合物(C1)を用いると、サイジング剤塗布炭素繊維の取り扱い性が向上すると同時に、芳香族エステル化合物(C1)は、炭素繊維との相互作用が弱いため、マトリックス樹脂の外層に存在することとなり、湿潤環境下での物性低下の抑制効果が高くなる。また、芳香族エステル化合物(C1)は、エステル基以外にも、エポキシ基以外の官能基、たとえば、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、カルボキシル基、およびスルホ基を有していてもよい。芳香族エステル化合物(C1)として、具体的にはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物と不飽和二塩基酸との縮合物からなるエステル化合物を用いるのが好ましい。不飽和二塩基酸としては、酸無水物低級アルキルエステルを含み、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸などが好ましく使用される。ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物としてはビスフェノールのエチレンオキサイド付加物、プロピレンオキサイド付加物、ブチレンオキサイド付加物などが好ましく使用される。上記縮合物のうち、好ましくはフマル酸またはマレイン酸とビスフェノールAのエチレンオキサイドまたは/およびプロピレンオキサイド付加物との縮合物が使用される。 The ester compound (C) may be an aliphatic ester compound having no aromatic ring, or may be an aromatic ester compound having one or more aromatic rings in the molecule. When the aromatic ester compound (C1) is used as the ester compound (C), the handleability of the sizing agent-coated carbon fiber is improved, and at the same time, the aromatic ester compound (C1) has a weak interaction with the carbon fiber. It exists in the outer layer of the resin, and the effect of suppressing deterioration of physical properties in a wet environment is enhanced. In addition to the ester group, the aromatic ester compound (C1) has a functional group other than an epoxy group, such as a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, a carboxyl group, and a sulfo group. You may have. Specifically, as the aromatic ester compound (C1), an ester compound composed of a condensate of an alkylene oxide adduct of bisphenols and an unsaturated dibasic acid is preferably used. The unsaturated dibasic acid includes an acid anhydride lower alkyl ester, and fumaric acid, maleic acid, citraconic acid, itaconic acid and the like are preferably used. As alkylene oxide adducts of bisphenols, ethylene oxide adducts, propylene oxide adducts, butylene oxide adducts of bisphenol are preferably used. Among the condensates, a condensate of fumaric acid or maleic acid and bisphenol A ethylene oxide or / and propylene oxide adduct is preferably used.
ビスフェノール類へのアルキレンオキサイドの付加方法は限定されず、公知の方法を用いることができる。上記の不飽和二塩基酸には、必要により、その一部に飽和二塩基酸や少量の一塩基酸を接着性等の特性が損なわれない範囲で加えることができる。また、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物には、通常のグリコール、ポリエーテルグリコールおよび少量の多価アルコール、一価アルコールなどを、接着性等の特性が損なわれない範囲で加えることもできる。ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物と不飽和二塩基酸との縮合法は、公知の方法を用いることができる。 The method for adding alkylene oxide to bisphenols is not limited, and a known method can be used. If necessary, a saturated dibasic acid or a small amount of a monobasic acid can be added to the unsaturated dibasic acid as long as the properties such as adhesiveness are not impaired. Moreover, normal glycol, polyether glycol, and a small amount of polyhydric alcohol, monohydric alcohol, etc. can be added to the alkylene oxide adduct of bisphenol as long as the properties such as adhesiveness are not impaired. A known method can be used as the condensation method of the alkylene oxide adduct of bisphenol and the unsaturated dibasic acid.
また、本発明にかかるサイジング剤は、炭素繊維とサイジング剤成分中のエポキシ化合物との接着性を高める目的で、接着性を促進する成分である3級アミン化合物および/または3級アミン塩、カチオン部位を有する4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩および/またはホスフィン化合物から選択される少なくとも1種の化合物を配合することができる。発明にかかるサイジング剤は、該化合物を、溶媒を除いたサイジング剤全量に対して、0.1〜25質量%配合することが好ましい。2〜8質量%がより好ましい。 Further, the sizing agent according to the present invention is a tertiary amine compound and / or tertiary amine salt, cation that is a component that promotes adhesion for the purpose of enhancing the adhesion between the carbon fiber and the epoxy compound in the sizing agent component. At least one compound selected from a quaternary ammonium salt having a moiety, a quaternary phosphonium salt, and / or a phosphine compound can be blended. In the sizing agent according to the invention, the compound is preferably blended in an amount of 0.1 to 25% by mass based on the total amount of the sizing agent excluding the solvent. 2-8 mass% is more preferable.
水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)に、接着性促進成分として3級アミン化合物および/または3級アミン塩、カチオン部位を有する4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩および/またはホスフィン化合物から選択される少なくとも1種の化合物を併用したサイジング剤は、該サイジング剤を炭素繊維に塗布し、特定の条件で熱処理した場合、接着性がさらに向上する。そのメカニズムは確かではないが、まず、該化合物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に作用し、これらの官能基に含まれる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水溶性エポキシ化合物(A)または非水溶性エポキシ化合物(B)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サイジング剤中のエポキシ基の強固な結合が形成され、接着性が向上するものと推定される。 To the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B), a tertiary amine compound and / or tertiary amine salt, a quaternary ammonium salt having a cation site, a quaternary phosphonium salt, and / or Or the sizing agent which used together the at least 1 sort (s) of compound selected from a phosphine compound will further improve adhesiveness, when this sizing agent is apply | coated to carbon fiber and it heat-processes on specific conditions. Although the mechanism is not certain, first, after the compound acts on oxygen-containing functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups of the carbon fiber used in the present invention, the hydrogen ions contained in these functional groups are extracted and anionized. The anionized functional group and the epoxy group contained in the water-soluble epoxy compound (A) or water-insoluble epoxy compound (B) component are considered to undergo a nucleophilic reaction. Thereby, it is presumed that a strong bond between the carbon fiber used in the present invention and the epoxy group in the sizing agent is formed, and the adhesiveness is improved.
接着性促進成分の具体的な例としては、N−ベンジルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン(DBU)およびその塩、または、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン(DBN)およびその塩であることが好ましく、特に1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン(DBU)およびその塩、または、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン(DBN)およびその塩が好適である。 Specific examples of the adhesion promoting component include N-benzylimidazole, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undecene (DBU) and salts thereof, or 1,5-diazabicyclo [4, 3,0] -5-Nonene (DBN) and a salt thereof are preferable, and 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undecene (DBU) and a salt thereof, or 1,5- Diazabicyclo [4,3,0] -5-nonene (DBN) and its salts are preferred.
上記のDBU塩としては、具体的には、DBUのフェノール塩(U−CAT SA1、サンアプロ株式会社製)、DBUのオクチル酸塩(U−CAT SA102、サンアプロ株式会社製)、DBUのp−トルエンスルホン酸塩(U−CAT SA506、サンアプロ株式会社製)、DBUのギ酸塩(U−CAT SA603、サンアプロ株式会社製)、DBUのオルソフタル酸塩(U−CAT SA810)、およびDBUのフェノールノボラック樹脂塩(U−CAT SA810、SA831、SA841、SA851、881、サンアプロ株式会社製)などが挙げられる。 Specific examples of the DBU salt include DBU phenol salt (U-CAT SA1, manufactured by San Apro Corporation), DBU octylate (U-CAT SA102, manufactured by San Apro Corporation), DBU p-toluene. Sulfonate (U-CAT SA506, manufactured by San Apro Co., Ltd.), DBU formate (U-CAT SA603, manufactured by San Apro Co., Ltd.), DBU orthophthalate (U-CAT SA810), and DBU phenol novolac resin salt (U-CAT SA810, SA831, SA841, SA851, 881, manufactured by San Apro Corporation) and the like.
本発明において、サイジング剤に配合する接着性促進成分としては、トリブチルアミンまたはN,N−ジメチルベンジルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリイソプロピルアミン、ジブチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミンであることが好ましく、特にトリイソプロピルアミン、ジブチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロピルエチルアミンが好適である。 In the present invention, as an adhesion promoting component to be blended with the sizing agent, tributylamine or N, N-dimethylbenzylamine, diisopropylethylamine, triisopropylamine, dibutylethanolamine, diethylethanolamine, triisopropanolamine, triethanolamine, N, N-diisopropylethylamine is preferable, and triisopropylamine, dibutylethanolamine, diethylethanolamine, triisopropanolamine, and diisopropylethylamine are particularly preferable.
上記以外にも、界面活性剤などの添加剤として例えば、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、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、および不飽和ポリエステル化合物等を添加してもよい。 In addition to the above, examples of additives such as surfactants include polyalkylene oxides such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, higher alcohols, polyhydric alcohols, alkylphenols, and polyalkylenes such as polyethylene oxide and polypropylene oxide in styrenated phenols. Nonionic surfactants such as compounds added with oxides and block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide are preferably used. Moreover, you may add a polyester resin, an unsaturated polyester compound, etc. suitably in the range which does not affect the effect of this invention.
次に、本発明で使用する炭素繊維について説明する。本発明において使用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。 Next, the carbon fiber used in the present invention will be described. Examples of the carbon fiber used in the present invention 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.
本発明にかかる炭素繊維は、得られた炭素繊維束のストランド強度が、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以上である。また、得られた炭素繊維束のストランド弾性率が、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 carbon fiber according to the present invention, the strand strength of the obtained carbon fiber bundle is preferably 3.5 GPa or more, more preferably 4 GPa or more, and further preferably 5 GPa or more. Moreover, it is preferable that the strand elastic modulus of the obtained 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、130℃、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 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 trifluoride monoethylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) / Acetone = 100/3/4 (part by mass) is used. As curing conditions, normal pressure, 130 ° C., and 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.
本発明において用いられる炭素繊維は、表面粗さ(Ra)が6.0〜100nmであることが好ましい。より好ましくは15〜80nmであり、30〜60nmが好適である。表面粗さ(Ra)が6.0〜60nmである炭素繊維は、表面に高活性なエッジ部分を有するため、前述したサイジング剤のエポキシ基等との反応性が向上し、界面接着性を向上することができ好ましい。また、表面粗さ(Ra)が6.0〜100nmである炭素繊維は、表面に凹凸を有しているため、サイジング剤のアンカー効果によって界面接着性を向上することができ好ましい。 The carbon fiber used in the present invention preferably has a surface roughness (Ra) of 6.0 to 100 nm. More preferably, it is 15-80 nm, and 30-60 nm is suitable. Carbon fiber with a surface roughness (Ra) of 6.0 to 60 nm has a highly active edge portion on the surface, so the reactivity with the epoxy group of the sizing agent described above is improved and the interfacial adhesion is improved. This is preferable. Moreover, since the carbon fiber whose surface roughness (Ra) is 6.0-100 nm has an unevenness | corrugation on the surface, it can improve interface adhesiveness by the anchor effect of a sizing agent, and is preferable.
炭素繊維表面の平均粗さ(Ra)は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いることにより測定することができる。例えば、炭素繊維を長さ数mm程度にカットしたものを用意し、銀ペーストを用いて基板(シリコンウエハ)上に固定し、原子間力顕微鏡(AFM)によって各単繊維の中央部において、3次元表面形状の像を観測すればよい。原子間力顕微鏡としてはDigital Instuments社製 NanoScope IIIaにおいてDimension 3000ステージシステムなどが使用可能であり、以下の観測条件で観測することができる。
・走査モード:タッピングモード
・探針:シリコンカンチレバー
・走査範囲:0.6μm×0.6μm
・走査速度:0.3Hz
・ピクセル数:512×512
・測定環境:室温、大気中
また、各試料について、単繊維1本から1箇所ずつ観察して得られた像について、繊維断面の丸みを3次曲面で近似し、得られた像全体を対象として、平均粗さ(Ra)を算出し、単繊維5本について、平均粗さ(Ra)を求め、平均値を評価することが好ましい。
The average roughness (Ra) of the carbon fiber surface can be measured by using an atomic force microscope (AFM). For example, a carbon fiber cut to several millimeters in length is prepared, fixed on a substrate (silicon wafer) using a silver paste, and 3 atomic fibers at the center of each single fiber by an atomic force microscope (AFM). What is necessary is just to observe the image of a three-dimensional surface shape. As an atomic force microscope, a Dimension 3000 stage system or the like can be used in NanoScope IIIa manufactured by Digital Instruments and can be observed under the following observation conditions.
・ Scanning mode: Tapping mode ・ Probe: Silicon cantilever ・ Scanning range: 0.6μm × 0.6μm
・ Scanning speed: 0.3Hz
-Number of pixels: 512 × 512
・ Measurement environment: Room temperature, in the atmosphere For each sample, the image obtained by observing one single fiber at a time, approximating the roundness of the fiber cross section with a cubic surface, and the entire image obtained It is preferable to calculate the average roughness (Ra), obtain the average roughness (Ra) for five single fibers, and evaluate the average value.
本発明において炭素繊維の繊密度は、400〜3000テックスであることが好ましい。また、炭素繊維のフィラメント数は好ましくは1000〜100000本であり、さらに好ましくは3000〜50000本である。 In the present invention, the fine density of the carbon fibers is preferably 400 to 3000 tex. Moreover, the number of filaments of carbon fiber is preferably 1000 to 100,000, and more preferably 3000 to 50000.
本発明において、炭素繊維の単繊維径は4.5〜7.5μmが好ましい。7.5μm以下であることで、強度と弾性率の高い炭素繊維を得られるため、好ましく用いられる。6μm以下であることがより好ましく、さらには5.5μm以下であることが好ましい。4.5μm以上で工程における単繊維切断が起きにくくなり生産性が低下しにくく好ましい。 In the present invention, the single fiber diameter of the carbon fiber is preferably 4.5 to 7.5 μm. Since it is 7.5 micrometers or less, since a carbon fiber with high intensity | strength and elastic modulus can be obtained, it is used preferably. More preferably, it is 6 μm or less, and further preferably 5.5 μm or less. When the thickness is 4.5 μm or more, it is difficult to cause single fiber cutting in the process, and productivity is hardly lowered.
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0.07〜0.25の範囲内のものである。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0.50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 0.07-0.25. 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 0.50 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汚れ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に保ち測定した。光電子脱出角度90°で測定した。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sのメインピーク(ピークトップ)の結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。C1sピーク面積は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、O1sピーク面積は、528〜540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。表面酸素濃度(O/C)は、上記O1sピーク面積の比を装置固有の感度補正値で割ることにより算出した原子数比で表す。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を用いる場合、上記装置固有の感度補正値は2.33である。 The surface oxygen concentration of the carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fibers from which dirt and the like adhering to the carbon fiber surface were removed with a solvent were cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support base, and then AlKα 1 and 2 were used as an X-ray source. The inside of the chamber was measured at 1 × 10 −8 Torr. Measurement was performed at a photoelectron escape angle of 90 °. As a correction value for the peak accompanying charging during measurement, the binding energy value of the C 1s main peak (peak top) is adjusted to 284.6 eV. The C 1s peak area is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the O 1s peak area is obtained by drawing a straight base line in the range of 528 to 540 eV. The surface oxygen concentration (O / C) is represented by an atomic ratio calculated by dividing the ratio of the O 1s peak area by the sensitivity correction value unique to the apparatus. When ESCA-1600 manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. is used as the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, the sensitivity correction value unique to the apparatus is 2.33.
本発明に用いる炭素繊維は、化学修飾X線光電子分光法により測定される炭素繊維表面のカルボキシル基(COOH)と炭素(C)の原子数の比で表される表面カルボキシル基濃度(COOH/C)が、0.003〜0.015の範囲内であることが好ましい。炭素繊維表面のカルボキシル基濃度(COOH/C)の、より好ましい範囲は、0.004〜0.010である。また、本発明に用いる炭素繊維は、化学修飾X線光電子分光法により測定される炭素繊維表面の水酸基(OH)と炭素(C)の原子数の比で表される表面水酸基濃度(COH/C)が、0.001〜0.050の範囲内であることが好ましい。炭素繊維表面の表面水酸基濃度(COH/C)は、より好ましくは0.010〜0.040の範囲である。 The carbon fiber used in the present invention has a surface carboxyl group concentration (COOH / C) represented by the ratio of the number of carbon group (COOH) and carbon (C) atoms measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy. ) Is preferably in the range of 0.003 to 0.015. A more preferable range of the carboxyl group concentration (COOH / C) on the carbon fiber surface is 0.004 to 0.010. The carbon fiber used in the present invention has a surface hydroxyl group concentration (COH / C) expressed by the ratio of the number of hydroxyl groups (OH) and carbon (C) on the surface of the carbon fiber measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy. ) Is preferably in the range of 0.001 to 0.050. The surface hydroxyl group concentration (COH / C) on the carbon fiber surface is more preferably in the range of 0.010 to 0.040.
炭素繊維の表面カルボキシル基濃度(COOH/C)、水酸基濃度(COH/C)は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求められるものである。 The surface carboxyl group concentration (COOH / C) and hydroxyl group concentration (COH / C) of the carbon fiber are determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure.
表面水酸基濃度(COH/C)は、次の手順に従って化学修飾X線光電子分光法により求められる。先ず、溶媒でサイジング剤などを除去した炭素繊維束をカットして白金製の試料支持台上に拡げて並べ、0.04モル/リットルの無水3弗化酢酸気体を含んだ乾燥窒素ガス中に室温で10分間さらし、化学修飾処理した後、X線光電子分光装置に光電子脱出角度を35゜としてマウントし、X線源としてAlKα1,2を用い、試料チャンバー内を1×10−8Torrの真空度に保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sの主ピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。C1sピーク面積[C1s]は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、F1sピーク面積[F1s]は、682〜695eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。また、同時に化学修飾処理したポリビニルアルコールのC1sピーク分割から反応率rが求められる。 The surface hydroxyl group concentration (COH / C) is determined by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fiber bundles from which the sizing agent and the like have been removed with a solvent are cut, spread and arranged on a platinum sample support, and placed in dry nitrogen gas containing 0.04 mol / liter of anhydrous trifluoride acetic acid gas. After 10 minutes of exposure at room temperature and chemical modification treatment, it was mounted on an X-ray photoelectron spectrometer with a photoelectron escape angle of 35 °, AlKα 1 , 2 was used as the X-ray source, and the inside of the sample chamber was 1 × 10 −8 Torr. Keep the degree of vacuum. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the main peak of C 1s is adjusted to 284.6 eV. The C 1s peak area [C 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the F 1s peak area [F 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 682 to 695 eV. Desired. Moreover, reaction rate r is calculated | required from C1s peak division | segmentation of the polyvinyl alcohol chemically modified simultaneously.
表面水酸基濃度(COH/C)は、下式により算出した値で表される。 The surface hydroxyl group concentration (COH / C) is represented by a value calculated by the following equation.
COH/C={[F1s]/(3k[C1s]−2[F1s])r}×100(%)
なお、kは装置固有のC1sピーク面積に対するF1sピーク面積の感度補正値であり、米国SSI社製モデルSSX−100−206を用いる場合、上記装置固有の感度補正値は3.919である。
COH / C = {[F 1s ] / (3k [C 1s ] −2 [F 1s ]) r} × 100 (%)
Note that k is the sensitivity correction value of the F 1s peak area with respect to the C 1s peak area unique to the apparatus, and when using the model SSX-100-206 manufactured by SSI of the United States, the sensitivity correction value specific to the apparatus is 3.919. .
表面カルボキシル基濃度(COOH/C)は、次の手順に従って化学修飾X線光電子分光法により求められる。先ず、溶媒でサイジング剤などを除去した炭素繊維束をカットして白金製の試料支持台上に拡げて並べ、0.02モル/リットルの3弗化エタノール気体、0.001モル/リットルのジシクロヘキシルカルボジイミド気体及び0.04モル/リットルのピリジン気体を含む空気中に60℃で8時間さらし、化学修飾処理した後、X線光電子分光装置に光電子脱出角度を35゜としてマウントし、X線源としてAlKα1,2を用い、試料チャンバー内を1×10−8Torrの真空度に保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sの主ピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。C1sピーク面積[C1s]は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、F1sピーク面積[F1s]は、682〜695eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。また、同時に化学修飾処理したポリアクリル酸のC1sピーク分割から反応率rを、O1sピーク分割からジシクロヘキシルカルボジイミド誘導体の残存率mが求められる。 The surface carboxyl group concentration (COOH / C) is determined by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fiber bundles from which the sizing agent and the like have been removed with a solvent are cut and spread and arranged on a platinum sample support, and 0.02 mol / liter of trifluorinated ethanol gas, 0.001 mol / liter of dicyclohexyl. The sample was exposed to air containing carbodiimide gas and 0.04 mol / liter pyridine gas at 60 ° C for 8 hours, chemically modified, mounted on an X-ray photoelectron spectrometer with a photoelectron escape angle of 35 °, and used as an X-ray source. Using AlKα 1 and 2 , the inside of the sample chamber is kept at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the main peak of C 1s is adjusted to 284.6 eV. The C 1s peak area [C 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the F 1s peak area [F 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 682 to 695 eV. Desired. Simultaneously, the reaction rate r is determined from the C 1s peak splitting of the polyacrylic acid chemically modified, and the residual rate m of the dicyclohexylcarbodiimide derivative is determined from the O 1s peak splitting.
表面カルボキシル基濃度COOH/Cは、下式により算出した値で表した。 The surface carboxyl group concentration COOH / C was represented by the value calculated by the following formula.
COOH/C={[F1s]/(3k[C1s]−(2+13m)[F1s])r}×100(%)
なお、kは装置固有のC1sピーク面積に対するF1sピーク面積の感度補正値であり、米国SSI社製モデルSSX−100−206を用いる場合の、上記装置固有の感度補正値は3.919である。
COOH / C = {[F 1s ] / (3k [C 1s ] − (2 + 13 m) [F 1s ]) r} × 100 (%)
Note that k is the sensitivity correction value of the F 1s peak area with respect to the C 1s peak area unique to the apparatus, and the sensitivity correction value specific to the apparatus when using the model SSX-100-206 manufactured by SSI of the United States is 3.919. is there.
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。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。特に乾湿式紡糸方法を用いることで、強度の高い炭素繊維を得ることができることから、より好ましい。 As a spinning method for obtaining a carbon fiber precursor fiber, spinning methods such as wet, dry, and dry-wet can be used. From the viewpoint of easily obtaining high-strength carbon fibers, it is preferable to use a wet or dry wet spinning method. In particular, the use of a dry and wet spinning method is more preferable because carbon fibers having high strength can be obtained.
炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性をさらに向上するために、表面粗さ(Ra)が6.0〜100nmの炭素繊維が好ましく、該表面粗さの炭素繊維を得るためには、湿式紡糸方法により前駆体繊維を紡糸することが好ましい。 In order to further improve the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin, a carbon fiber having a surface roughness (Ra) of 6.0 to 100 nm is preferable. In order to obtain a carbon fiber having the surface roughness, a wet spinning method is used. Preferably, the precursor fiber is spun by.
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を溶剤に溶解した溶液を用いることができる。溶剤としてはジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどの有機溶剤や、硝酸、ロダン酸ソーダ、塩化亜鉛、チオシアン酸ナトリウムなどの無機化合物の水溶液を使用する。ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドが溶剤として好適である。 As the spinning dope, a solution obtained by dissolving a homopolymer or copolymer of polyacrylonitrile in a solvent can be used. As the solvent, an organic solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, or dimethylacetamide, or an aqueous solution of an inorganic compound such as nitric acid, sodium rhodanate, zinc chloride, or sodium thiocyanate is used. Dimethyl sulfoxide and dimethylacetamide are suitable as the solvent.
上記の紡糸原液を口金に通して紡糸し、紡糸浴中、あるいは空気中に吐出した後、紡糸浴中で凝固させる。紡糸浴としては、紡糸原液の溶剤として使用した溶剤の水溶液を用いることができる。紡糸原液の溶剤と同じ溶剤を含む紡糸液とすることが好ましく、ジメチルスルホキシド水溶液、ジメチルアセトアミド水溶液が好適である。紡糸浴中で凝固した繊維を、水洗、延伸して前駆体繊維とする。得られた前駆体繊維を耐炎化処理ならびに炭化処理し、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1400〜3000℃である。 The above spinning solution is spun through a die, discharged in a spinning bath or in the air, and then coagulated in the spinning bath. As the spinning bath, an aqueous solution of a solvent used as a solvent for the spinning dope can be used. It is preferable to use a spinning solution containing the same solvent as the spinning solution, and a dimethyl sulfoxide aqueous solution and a dimethylacetamide aqueous solution are preferable. The fiber solidified in the spinning bath is washed with water and drawn to obtain a precursor fiber. The obtained precursor fiber is subjected to flameproofing treatment and carbonization treatment, and if necessary, further subjected to graphitization treatment to obtain carbon fiber. As conditions for carbonization treatment and graphitization treatment, the maximum heat treatment temperature is preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1400 to 3000 ° C.
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、これにより、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 in order to improve the adhesiveness with the matrix resin, whereby oxygen-containing functional groups are introduced. 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が、接着性の観点からアルカリ性電解液中で液相電解酸化した後、サイジング剤を塗布することがより好ましい。 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. From the viewpoint of adhesion, a liquid phase electrolytic oxidation is performed in an alkaline electrolytic solution, and then a sizing agent is applied. It is more preferable.
酸性電解液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、ホウ酸、および炭酸等の無機酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリル酸、およびマレイン酸等の有機酸、または硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウム等の塩が挙げられる。なかでも、強酸性を示す硫酸と硝酸が好ましく用いられる。 Examples of the acidic electrolyte include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, and carbonic acid, organic acids such as acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid, and maleic acid, or ammonium sulfate and ammonium hydrogen sulfate. And the like. Of these, sulfuric acid and nitric acid exhibiting strong acidity are 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、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムおよび炭酸アンモニウム等の炭酸塩の水溶液、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウムおよび炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩の水溶液、アンモニア、水酸化テトラアルキルアンモニウムおよびヒドラジンの水溶液等が挙げられる。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、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムの水溶液、あるいは、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の水溶液が好ましく用いられる。 Specific examples of the alkaline electrolyte include aqueous solutions of hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, Aqueous solutions of carbonates such as barium carbonate and ammonium carbonate, aqueous solutions of bicarbonates such as sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, magnesium bicarbonate, calcium bicarbonate, barium bicarbonate and ammonium bicarbonate, ammonia, tetraalkylammonium hydroxide And an aqueous solution of hydrazine. Among these, from the viewpoint of not containing an alkali metal that causes curing inhibition of the matrix resin, an aqueous solution of ammonium carbonate and ammonium hydrogen carbonate or an aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide exhibiting strong alkalinity is preferably used.
本発明において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。 The concentration of the electrolytic solution used in the present invention is preferably in the range of 0.01 to 5 mol / L, more preferably in the range of 0.1 to 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、電解処理の効率が向上し、運転コスト的に有利になる。一方、電解液の温度が100℃未満であると、安全性の観点から有利になる。 The temperature of the electrolytic solution used in the present invention is preferably in the range of 10 to 100 ° C, more preferably in the range of 10 to 40 ° C. When the temperature of the electrolytic solution is 10 ° C. or higher, the efficiency of the electrolytic treatment is improved, which is advantageous in terms of operating cost. On the other hand, when the temperature of the electrolytic solution is less than 100 ° C., 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、電解処理液中の炭素繊維の表面積1m2当たり1.5〜1000アンペア/m2の範囲内であることが好ましく、より好ましくは3〜500アンペア/m2の範囲内である。電流密度が1.5アンペア/m2以上であると、電解処理の効率が向上し、運転コスト的に有利になる。一方、電流密度が1000アンペア/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 1.5 to 1000 amperes / m 2 per 1 m 2 of the surface area of the carbon fiber in the electrolytic treatment solution, more preferably 3 to 500 amperes. / M 2 within the range. When the current density is 1.5 amperes / m 2 or more, the efficiency of the electrolytic treatment is improved, which is advantageous in terms of operating cost. On the other hand, when the current density is 1000 amperes / m 2 or less, it is advantageous from the viewpoint of safety.
本発明において、電解処理の後、炭素繊維を水洗および乾燥することが好ましい。洗浄する方法としては、例えば、ディップ法または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く、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。また、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、具体的には乾燥温度が好ましくは250℃以下、さらに好ましくは210℃以下で乾燥することが好ましい。一方、乾燥の効率を考慮すれば、乾燥温度は、110℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましい。 In the present invention, it is preferable to wash and dry the carbon fiber after the electrolytic treatment. As a cleaning method, for example, a dip 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 a dip method, vibrating a carbon fiber with an ultrasonic wave. Also, 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, drying is performed at 210 ° C. or lower. On the other hand, considering the efficiency of drying, the drying temperature is preferably 110 ° C. or higher, and more preferably 140 ° C. or higher.
次に、上述した炭素繊維にサイジング剤を塗布したサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法について説明する。本発明にかかるサイジング剤は、水溶性エポキシ化合物(A)、および非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含み、それ以外の成分を含んでも良い。 Next, the manufacturing method of the sizing agent application | coating carbon fiber which apply | coated the sizing agent to the carbon fiber mentioned above is demonstrated. The sizing agent according to the present invention contains at least the water-soluble epoxy compound (A) and the water-insoluble epoxy compound (B), and may contain other components.
本発明において、炭素繊維へのサイジング剤の塗布方法としては、溶媒に、水溶性エポキシ化合物(A)および非水溶性エポキシ化合物(B)、ならびにその他の成分を同時に溶解または分散したサイジング剤含有液を用いて、1回で塗布する方法や、各化合物(A)、(B)やその他の成分を任意に選択し個別に溶媒に溶解または分散したサイジング剤含有液を用い、複数回において炭素繊維に塗布する方法が好ましく用いられる。本発明においては、サイジング剤の構成成分をすべて含むサイジング剤含有液を、炭素繊維に1回で塗布する1段付与を採用することが効果および処理のしやすさからより好ましく用いられる。 In the present invention, the sizing agent is applied to the carbon fiber by a sizing agent-containing liquid in which a water-soluble epoxy compound (A), a water-insoluble epoxy compound (B), and other components are simultaneously dissolved or dispersed in a solvent. Using a sizing agent-containing solution in which each compound (A), (B) and other components are arbitrarily selected and individually dissolved or dispersed in a solvent, and carbon fiber is used multiple times. The method of applying to is preferably used. In the present invention, it is more preferable to adopt a one-step application in which a sizing agent-containing liquid containing all components of the sizing agent is applied to carbon fibers at a time from the standpoint of effect and ease of processing.
本発明にかかるサイジング剤は、サイジング剤成分を溶媒で希釈したサイジング剤含有液と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が挙げられるが、なかでも、取扱いが容易であり、安全性の観点から有利であることから、界面活性剤で乳化させた水分散液あるいは水溶液が好ましく用いられる。 The sizing agent according to the present invention can be used as a sizing agent-containing liquid obtained by diluting a sizing agent component with a solvent. Examples of such a solvent include water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, and dimethylacetamide. Among them, handling is easy and advantageous from the viewpoint of safety. Therefore, an aqueous dispersion or aqueous solution emulsified with a surfactant is preferably used.
本発明におけるサイジング剤含有液は、非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む成分を界面活性剤で乳化させることで水エマルジョン液を作製し、水溶性エポキシ化合物(A)を少なくとも含む溶液を混合して調整することが好ましい。この時に、水溶性エポキシ化合物(A)を、あらかじめ水に溶解して0.1〜50質量%の水溶液にしておき、0.1〜50質量%の濃度である非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む水エマルジョン液と混合する方法が、乳化安定性の点から好ましい。また、水溶性エポキシ化合物(A)と非水溶性エポキシ化合物(B)およびその他の成分を界面活性剤で乳化させた水分散剤を用いることが、サイジング剤の長期安定性の点から好ましく用いることができる。 In the sizing agent-containing liquid in the present invention, a water emulsion liquid is prepared by emulsifying a component containing at least the water-insoluble epoxy compound (B) with a surfactant, and a solution containing at least the water-soluble epoxy compound (A) is mixed. It is preferable to make adjustments. At this time, the water-soluble epoxy compound (A) is dissolved in water in advance to make an aqueous solution of 0.1 to 50% by mass, and the water-insoluble epoxy compound (B) having a concentration of 0.1 to 50% by mass. From the viewpoint of emulsion stability, a method of mixing with an aqueous emulsion liquid containing at least the above-mentioned is preferable. In addition, it is preferable to use an aqueous dispersant obtained by emulsifying a water-soluble epoxy compound (A), a water-insoluble epoxy compound (B) and other components with a surfactant from the viewpoint of long-term stability of the sizing agent. it can.
サイジング剤含有液におけるサイジング剤の濃度は、通常は0.2質量%〜20質量%の範囲が好ましい。 The concentration of the sizing agent in the sizing agent-containing liquid is usually preferably in the range of 0.2% by mass to 20% by mass.
本発明におけるサイジング剤含有液であって、非水溶性エポキシ化合物(B)を少なくとも含む水系エマルジョンの粒度分布計による粒径は100〜600ナノメートルであることが好ましい。より好ましくは500ナノメートル以下であり、更に好ましくは300ナノメートル以下の範囲である。上記の範囲であると、水中での分散性が良好であり、サイジング剤の長期安定性が向上する。また、炭素繊維にサイジング剤を塗布した時にサイジング剤を均一に付与する事ができる。 The sizing agent-containing liquid in the present invention, and the water-based emulsion containing at least the water-insoluble epoxy compound (B) preferably has a particle size of 100 to 600 nanometers as measured by a particle size distribution meter. More preferably, it is 500 nanometers or less, More preferably, it is the range of 300 nanometers or less. Within the above range, the dispersibility in water is good, and the long-term stability of the sizing agent is improved. Further, the sizing agent can be uniformly applied when the sizing agent is applied to the carbon fibers.
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剤含有液に炭素繊維を浸漬する方法、サイジング剤含有液の付着したローラに炭素繊維を接する方法、サイジング剤含有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、バッチ式と連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましく用いられる。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、サイジング剤含有液濃度、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も好ましい態様である。 Examples of the means for applying (coating) the sizing agent to the carbon fiber include a method of immersing the carbon fiber in a sizing agent-containing liquid through a roller, a method of contacting the carbon fiber with a roller to which the sizing agent-containing liquid is attached, and a sizing agent. There is a method of spraying the liquid on the carbon fiber in the form of a mist. 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 variation is preferably used. At this time, it is preferable to control the concentration of the sizing agent-containing liquid, the temperature, the yarn tension, and the like so that the amount of the sizing agent active component attached to the carbon fiber is uniformly attached within an appropriate range. Moreover, it is also a preferable aspect that the carbon fiber is vibrated with ultrasonic waves when the sizing agent is applied.
サイジング剤含有液を炭素繊維に塗布する際のサイジング剤含有液の液温は、溶媒蒸発によるサイジング剤の濃度変動を抑えるため、10〜50℃の範囲であることが好ましい。また、サイジング剤含有液を付与した後に、余剰のサイジング剤含有液を絞り取る絞り量を調整することにより、サイジング剤の付着量の調整および炭素繊維内への均一付与ができる。 The liquid temperature of the sizing agent-containing liquid when the sizing agent-containing liquid is applied to the carbon fiber is preferably in the range of 10 to 50 ° C. in order to suppress the concentration fluctuation of the sizing agent due to solvent evaporation. In addition, after applying the sizing agent-containing liquid, the amount of sizing agent adhered can be adjusted and uniformly applied to the carbon fiber by adjusting the amount of squeezing out the excess sizing agent-containing liquid.
炭素繊維に前記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好ましい。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、サイジング剤の水溶性エポキシ化合物(A)と炭素繊維表面の酸素含有官能基との間の相互作用が促進されず、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不十分となり、溶媒を十分に乾燥除去できない場合がある。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、サイジング剤の分解および揮発が起きて、炭素繊維との相互作用が促進されず、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場合がある。 After applying the sizing agent to the carbon fiber, it is preferable to heat-treat in the temperature range of 160 to 260 ° C. for 30 to 600 seconds. 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. When the heat treatment condition is less than 160 ° C. and / or less than 30 seconds, the interaction between the water-soluble epoxy compound (A) of the sizing agent and the oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber is not promoted, and the carbon fiber Adhesiveness with the matrix resin becomes insufficient, and the solvent may not be sufficiently removed by drying. On the other hand, when the heat treatment condition exceeds 260 ° C. and / or exceeds 600 seconds, decomposition and volatilization of the sizing agent occurs, the interaction with the carbon fiber is not promoted, and the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is increased. It may be insufficient.
また、前記熱処理は、マイクロ波照射および/または赤外線照射で行うことも可能である。マイクロ波照射および/または赤外線照射によりサイジング剤塗布炭素繊維を加熱処理した場合、マイクロ波が炭素繊維内部に侵入し、吸収されることにより、短時間に被加熱物である炭素繊維を所望の温度に加熱できる。また、マイクロ波照射および/または赤外線照射により、炭素繊維内部の加熱も速やかに行うことができるため、炭素繊維束の内側と外側の温度差を小さくすることができ、サイジング剤の接着ムラを小さくすることが可能となる。 The heat treatment can also be performed by microwave irradiation and / or infrared irradiation. When the sizing agent-coated carbon fiber is heat-treated by microwave irradiation and / or infrared irradiation, the microwave penetrates into the carbon fiber and is absorbed, so that the carbon fiber which is the object to be heated can be heated to a desired temperature in a short time. Can be heated. In addition, since the inside of the carbon fiber can be quickly heated by microwave irradiation and / or infrared irradiation, the temperature difference between the inside and outside of the carbon fiber bundle can be reduced, and the adhesion unevenness of the sizing agent can be reduced. It becomes possible to do.
本発明の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、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 of the present invention is used in the form of, for example, tow, woven fabric, knitted fabric, braided string, web, mat, and chopped. In particular, for applications that require high specific strength and high specific modulus, a tow in which carbon fibers are aligned in one direction is most suitable, and a prepreg impregnated with a matrix resin is preferably used.
次に本発明のサイジング剤塗布炭素繊維を用いたプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料について詳細を説明する。 Next, details of the prepreg and the carbon fiber reinforced composite material using the sizing agent-coated carbon fiber of the present invention will be described.
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂(ここで説明される樹脂は、樹脂組成物であってもよい)を使用することができる。 As the matrix resin, a thermosetting resin or a thermoplastic resin (the resin described here may be a resin composition) can be used.
本発明で用いられる熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応が進行して、少なくとも部分的に三次元架橋構造を形成する樹脂であれば特に限定されない。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂および熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられ、これらの変性体および2種類以上ブレンドした樹脂なども用いることができる。また、これらの熱硬化性樹脂は、加熱により自己硬化するものであっても良いし、硬化剤や硬化促進剤などを配合するものであっても良い。 The thermosetting resin used in the present invention is not particularly limited as long as the crosslinking reaction proceeds by heat and at least partially forms a three-dimensional crosslinked structure. Examples of such thermosetting resins include epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, benzoxazine resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, thermosetting polyimide resins, and the like. Two or more types of blended resins can also be used. In addition, these thermosetting resins may be self-curing by heating, or may be blended with a curing agent or a curing accelerator.
エポキシ樹脂に用いるエポキシ化合物(D)としては、特に限定されるものではなく、ビスフェノール型エポキシ化合物、アミン型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、レゾルシノール型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物、イソシアネート変性エポキシ化合物、テトラフェニルエタン型エポキシ化合物、トリフェニルメタン型エポキシ化合物などの中から1種以上を選択して用いることができる。 The epoxy compound (D) used for the epoxy resin is not particularly limited, and is a bisphenol type epoxy compound, an amine type epoxy compound, a phenol novolac type epoxy compound, a cresol novolac type epoxy compound, a resorcinol type epoxy compound, a phenol aralkyl type. Select one or more of epoxy compounds, naphthol aralkyl type epoxy compounds, dicyclopentadiene type epoxy compounds, epoxy compounds having a biphenyl skeleton, isocyanate-modified epoxy compounds, tetraphenylethane type epoxy compounds, triphenylmethane type epoxy compounds, etc. Can be used.
ここで、ビスフェノール型エポキシ化合物とは、ビスフェノール化合物の2つのフェノール性水酸基がグリシジル化されたものであり、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、もしくはこれらビスフェノールのハロゲン、アルキル置換体、水添品等が挙げられる。また、単量体に限らず、複数の繰り返し単位を有する高分子量体も好適に使用することができる。 Here, the bisphenol type epoxy compound is obtained by glycidylation of two phenolic hydroxyl groups of a bisphenol compound. The bisphenol A type, the bisphenol F type, the bisphenol AD type, the bisphenol S type, or the halogen or alkyl of these bisphenols. Examples include substituted products and hydrogenated products. Moreover, not only a monomer but the high molecular weight body which has several repeating units can also be used conveniently.
ビスフェノールA型エポキシ化合物の市販品としては、“jER(登録商標)”825、828、834、1001、1002、1003、1003F、1004、1004AF、1005F、1006FS、1007、1009、1010(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。臭素化ビスフェノールA型エポキシ化合物としては、“jER(登録商標)”505、5050、5051、5054、5057(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。水添ビスフェノールA型エポキシ化合物の市販品としては、ST5080、ST4000D、ST4100D、ST5100(以上、新日鐵化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol A type epoxy compounds include “jER (registered trademark)” 825, 828, 834, 1001, 1002, 1003, 1003F, 1004, 1004AF, 1005F, 1006FS, 1007, 1009, 1010 (and above, Mitsubishi Chemical) Etc.). Examples of the brominated bisphenol A type epoxy compound include “jER (registered trademark)” 505, 5050, 5051, 5054, 5057 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Examples of commercially available hydrogenated bisphenol A type epoxy compounds include ST5080, ST4000D, ST4100D, and ST5100 (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.).
ビスフェノールF型エポキシ化合物の市販品としては、“jER(登録商標)”806、807、4002P、4004P、4007P、4009P、4010P(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”830、835(以上、DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YDF2001、YDF2004(以上、新日鐵化学(株)製)などが挙げられる。テトラメチルビスフェノールF型エポキシ化合物としては、YSLV−80XY(新日鐵化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol F type epoxy compounds include “jER (registered trademark)” 806, 807, 4002P, 4004P, 4007P, 4009P, 4010P (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epiclon (registered trademark)” 830. 835 (above, manufactured by DIC Corporation), “Epototo (registered trademark)” YDF2001, YDF2004 (above, manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), and the like. Examples of the tetramethylbisphenol F type epoxy compound include YSLV-80XY (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.).
ビスフェノールS型エポキシ化合物としては、“エピクロン(登録商標)”EXA−154(DIC(株)製)などが挙げられる。 Examples of the bisphenol S-type epoxy compound include “Epiclon (registered trademark)” EXA-154 (manufactured by DIC Corporation).
また、アミン型エポキシ化合物としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシリレンジアミンや、これらのハロゲン、アルキノール置換体、水添品などが挙げられる。 Examples of the amine-type epoxy compound include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, tetraglycidylxylylenediamine, halogens thereof, alkynol-substituted products, and hydrogenated products.
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの市販品としては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学(株)製)、YH434L(新日鐵化学(株)製)、“jER(登録商標)”604(三菱化学(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY720、MY721(以上、ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ(株)製)などが挙げられる。トリグリシジルアミノフェノールまたはトリグリシジルアミノクレゾールの市販品としては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM100、ELM120(以上、住友化学(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY0500、MY0510、MY0600(以上、ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ(株)製)、“jER(登録商標)”630(三菱化学(株)製)などが挙げられる。テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその水素添加品の市販品としては、TETRAD−X、TETRAD−C(以上、三菱ガス化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Mitsubishi Chemical). (Manufactured by Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY720, MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), and the like. Commercially available products of triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100, ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY0500, MY0510, MY0600 (and above) , Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), “jER (registered trademark)” 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the like. Examples of commercially available tetraglycidylxylylenediamine and hydrogenated products thereof include TETRAD-X and TETRAD-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.).
フェノールノボラック型エポキシ化合物の市販品としては“jER(登録商標)”152、154(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”N−740、N−770、N−775(以上、DIC(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of phenol novolac type epoxy compounds are “jER (registered trademark)” 152, 154 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epicron (registered trademark)” N-740, N-770, N-775 ( As mentioned above, DIC Corporation) etc. are mentioned.
クレゾールノボラック型エポキシ化合物の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”N−660、N−665、N−670、N−673、N−695(以上、DIC(株)製)、EOCN−1020、EOCN−102S、EOCN−104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 As a commercial item of a cresol novolac type epoxy compound, “Epiclon (registered trademark)” N-660, N-665, N-670, N-673, N-695 (above, manufactured by DIC Corporation), EOCN-1020 , EOCN-102S, EOCN-104S (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.
レゾルシノール型エポキシ化合物の市販品としては、“デナコール(登録商標)”EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available resorcinol-type epoxy compounds include “Denacol (registered trademark)” EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
グリシジルアニリン型エポキシ化合物の市販品としては、GANやGOT(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available glycidyl aniline type epoxy compounds include GAN and GOT (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物の市販品としては、“jER(登録商標)”YX4000H、YX4000、YL6616(以上、三菱化学(株)製)、NC−3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available epoxy compounds having a biphenyl skeleton include “jER (registered trademark)” YX4000H, YX4000, YL6616 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), NC-3000 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like. It is done.
ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”HP7200L(エポキシ価4.00、軟化点54〜58)、“エピクロン(登録商標)”HP7200(エポキシ価3.84、軟化点59〜63)、“エピクロン(登録商標)”HP7200H(エポキシ価3.57、軟化点80〜85)、“エピクロン(登録商標)”HP7200HH(エポキシ価3.57、軟化点87〜92)(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、XD−1000−L(エポキシ価3.92、軟化点60〜70)、XD−1000−2L(エポキシ価4.00、軟化点53〜63)(以上、日本化薬(株)製)、“Tactix(登録商標)”556(エポキシ価4.25、軟化点79℃)(Vantico Inc社製)などが挙げられる。 Commercially available dicyclopentadiene type epoxy compounds include “Epiclon (registered trademark)” HP7200L (epoxy value 4.00, softening point 54 to 58), “Epiclon (registered trademark)” HP7200 (epoxy value 3.84, softening) 59-63), "Epiclon (registered trademark)" HP7200H (epoxy value 3.57, softening point 80-85), "Epiclon (registered trademark)" HP7200HH (epoxy value 3.57, softening point 87-92) ( As described above, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), XD-1000-L (epoxy value 3.92, softening point 60 to 70), XD-1000-2L (epoxy value 4.00, softening point 53 to 63) (Nippon Kayaku Co., Ltd.), “Tactix (registered trademark)” 556 (epoxy value 4.25, softening point 79 ° C.) (manufactured by Vantico Inc.) And the like.
イソシアネート変性エポキシ化合物の市販品としては、オキサゾリドン環を有するXAC4151、AER4152(旭化成エポキシ(株)製)やACR1348((株)ADEKA製)などが挙げられる。 Examples of commercially available isocyanate-modified epoxy compounds include XAC4151, AER4152 (produced by Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd.) and ACR1348 (produced by ADEKA Co., Ltd.) having an oxazolidone ring.
テトラフェニルエタン型エポキシ化合物の市販品としては、テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタン型エポキシ化合物である“jER(登録商標)”1031(三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available tetraphenylethane type epoxy compounds include “jER (registered trademark)” 1031 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), which is a tetrakis (glycidyloxyphenyl) ethane type epoxy compound.
トリフェニルメタン型エポキシ化合物の市販品としては、“タクチックス(登録商標)”742(ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ(株)製)などが挙げられる。 As a commercial item of a triphenylmethane type epoxy compound, “Tactics (registered trademark)” 742 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.) and the like can be mentioned.
不飽和ポリエステル樹脂としては、α,β−不飽和ジカルボン酸を含む酸成分とアルコールとを反応させて得られる不飽和ポリエステルを、重合性不飽和単量体に溶解したものが挙げられる。α,β−不飽和ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等及びこれらの酸無水物等の誘導体等が挙げられ、これらは2種以上を併用してもよい。また、必要に応じてα,β−不飽和ジカルボン酸以外の酸成分としてフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、アジピン酸、セバシン酸等の飽和ジカルボン酸及びこれらの酸無水物等の誘導体をα,β−不飽和ジカルボン酸と併用してもよい。 As unsaturated polyester resin, what melt | dissolved the unsaturated polyester obtained by making the acid component and alcohol which contain (alpha), (beta) -unsaturated dicarboxylic acid react in a polymerizable unsaturated monomer is mentioned. Examples of the α, β-unsaturated dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like, derivatives of these acid anhydrides and the like, and these may be used in combination of two or more. In addition, as necessary, as acid components other than α, β-unsaturated dicarboxylic acids, saturated dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, adipic acid, sebacic acid, and acid anhydrides thereof, etc. The derivative may be used in combination with an α, β-unsaturated dicarboxylic acid.
アルコールとしては、エチレングリコール、ジ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、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等の脂肪族グリコール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオール、水素化ビスフェノールA、ビスフェノールAプロピレンオキシド(1〜100モル)付加物、キシレングリコール等の芳香族ジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール等が挙げられ、これらの2種以上を併用してもよい。 Examples of the alcohol include aliphatic glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, and 1,4-butanediol, cyclohexane Alicyclic diols such as pentanediol and cyclohexanediol, hydrogenated bisphenol A, bisphenol A propylene oxide (1 to 100 mol) adducts, aromatic diols such as xylene glycol, polyhydric alcohols such as trimethylolpropane and pentaerythritol, etc. These may be used in combination of two or more thereof.
不飽和ポリエステル樹脂の具体例としては、例えば、フマル酸又はマレイン酸とビスフェノールAのエチレンオキサイド(以下、EOと略す)付加物との縮合物、フマル酸又はマレイン酸とビスフェノールAのプロピレンオキサイド(以下、POと略す。)付加物との縮合物及びフマル酸又はマレイン酸とビスフェノールAのEO及びPO付加物(EO及びPOの付加は、ランダムでもブロックでもよい)との縮合物等が含まれ、これらの縮合物は必要に応じてスチレン等のモノマーに溶解したものでもよい。不飽和ポリエステル樹脂の市販品としては、“ユピカ(登録商標)”(日本ユピカ(株)製)、“リゴラック(登録商標)”(昭和電工(株)製)、“ポリセット(登録商標)”(日立化成工業(株)製)等が挙げられる。 Specific examples of the unsaturated polyester resin include, for example, a condensate of fumaric acid or maleic acid and bisphenol A ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO) adduct, fumaric acid or maleic acid and bisphenol A propylene oxide (hereinafter referred to as “unsaturated polyester resin”). And abbreviated as PO.) Condensates with adducts and fumaric acid or maleic acid with EO and PO adducts of bisphenol A (addition of EO and PO may be random or block), etc. These condensates may be dissolved in a monomer such as styrene as necessary. Commercially available unsaturated polyester resins include “Yupika (registered trademark)” (manufactured by Nippon Yupica), “Rigolac (registered trademark)” (manufactured by Showa Denko), “Polyset (registered trademark)” (Manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.).
ビニルエステル樹脂としては、前記エポキシ化合物とα,β−不飽和モノカルボン酸とをエステル化させることで得られるエポキシ(メタ)アクリレートが挙げられる。α,β−不飽和モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、チグリン酸及び桂皮酸等が挙げられ、これらの2種以上を併用してもよい。ビニルエステル樹脂の具体例としては、例えば、ビスフェノール型エポキシ化合物(メタ)アクリレート変性物(ビスフェノールA型エポキシ化合物のエポキシ基と(メタ)アクリル酸のカルボキシル基とが反応して得られる末端(メタ)アクリレート変性樹脂等)等が含まれ、これらの変性物は必要に応じてスチレン等のモノマーに溶解したものでもよい。ビニルエステル樹脂の市販品としては、“ディックライト(登録商標)”(DIC(株)製)、“ネオポール(登録商標)”(日本ユピカ(株)製)、“リポキシ(登録商標)”(昭和高分子(株)製)等が挙げられる。 Examples of the vinyl ester resin include epoxy (meth) acrylate obtained by esterifying the epoxy compound and an α, β-unsaturated monocarboxylic acid. Examples of the α, β-unsaturated monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, tiglic acid and cinnamic acid, and two or more of these may be used in combination. Specific examples of the vinyl ester resin include, for example, a modified bisphenol type epoxy compound (meth) acrylate (terminal (meth) obtained by reacting an epoxy group of a bisphenol A type epoxy compound and a carboxyl group of (meth) acrylic acid). Acrylate-modified resins and the like), and these modified products may be dissolved in a monomer such as styrene as necessary. Commercially available vinyl ester resins include “Dicklight (registered trademark)” (manufactured by DIC Corporation), “Neopol (registered trademark)” (manufactured by Nippon Yupica Corporation), “Lipoxy (registered trademark)” (Showa) Polymer Co., Ltd.).
ベンゾオキサジン樹脂としては、o−クレゾールアニリン型ベンゾオキサジン樹脂、m−クレゾールアニリン型ベンゾオキサジン樹脂、p−クレゾールアニリン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−メチルアミン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−シクロヘキシルアミン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−m−トルイジン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−3,5−ジメチルアニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールA−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールA−アミン型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールF−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールS−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ジヒドロキシジフェニルスルホン−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ベンゾフェノン型ベンゾオキサジン樹脂、ビフェニル型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールAF−アニリン型ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールA−メチルアニリン型ベンゾオキサジン樹脂、フェノール−ジアミノジフェニルメタン型ベンゾオキサジン樹脂、トリフェニルメタン型ベンゾオキサジン樹脂、およびフェノールフタレイン型ベンゾオキサジン樹脂などが挙げられる。ベンゾオキサジン樹脂の市販品としては、BF−BXZ、BS−BXZ、BA−BXZ(以上、小西化学工業(株)製)等が挙げられる。 Examples of the benzoxazine resin include o-cresol aniline type benzoxazine resin, m-cresol aniline type benzoxazine resin, p-cresol aniline type benzoxazine resin, phenol-aniline type benzoxazine resin, phenol-methylamine type benzoxazine resin, Phenol-cyclohexylamine type benzoxazine resin, phenol-m-toluidine type benzoxazine resin, phenol-3,5-dimethylaniline type benzoxazine resin, bisphenol A-aniline type benzoxazine resin, bisphenol A-amine type benzoxazine resin, Bisphenol F-aniline type benzoxazine resin, bisphenol S-aniline type benzoxazine resin, dihydroxydiphenylsulfone-aniline type Nzooxazine resin, dihydroxydiphenyl ether-aniline type benzoxazine resin, benzophenone type benzoxazine resin, biphenyl type benzoxazine resin, bisphenol AF-aniline type benzoxazine resin, bisphenol A-methylaniline type benzoxazine resin, phenol-diaminodiphenylmethane type benzoxazine Examples thereof include resins, triphenylmethane type benzoxazine resins, and phenolphthalein type benzoxazine resins. Examples of commercially available benzoxazine resins include BF-BXZ, BS-BXZ, BA-BXZ (manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd.).
フェノール樹脂としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、t−ブチルフェノール、ノニルフェノール、カシュー油、リグニン、レゾルシン及びカテコール等のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド及びフルフラール等のアルデヒド類との縮合により得られる樹脂が挙げられ、ノボラック樹脂やレゾール樹脂等が挙げられる。ノボラック樹脂は、シュウ酸等の酸触媒存在下で、フェノールとホルムアルデヒドとを同量又はフェノール過剰の条件で反応させることで得られる。レゾール樹脂は、水酸化ナトリウム、アンモニア又は有機アミン等の塩基触媒の存在下で、フェノールとホルムアルデヒドとを同量又はホルムアルデヒド過剰の条件で反応させることにより得られる。フェノール樹脂の市販品としては、“スミライトレジン(登録商標)”(住友ベークライト(株)製)、レヂトップ(群栄化学工業(株)製)、“AVライト(登録商標)”(旭有機材工業(株)製)等が挙げられる。 Examples of the phenol resin include resins obtained by condensation of phenols such as phenol, cresol, xylenol, t-butylphenol, nonylphenol, cashew oil, lignin, resorcin, and catechol with aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, and furfural. , Novolak resins and resol resins. The novolak resin can be obtained by reacting phenol and formaldehyde in the same amount or in excess of phenol in the presence of an acid catalyst such as oxalic acid. The resole resin can be obtained by reacting phenol and formaldehyde in the same amount or in excess of formaldehyde in the presence of a base catalyst such as sodium hydroxide, ammonia or organic amine. Commercially available phenolic resins include “Sumilite Resin (registered trademark)” (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), Resitop (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.), “AV Light (registered trademark)” (Asahi Organic Materials) Kogyo Co., Ltd.).
尿素樹脂としては、尿素とホルムアルデヒドとの縮合によって得られる樹脂が挙げられる。尿素樹脂の市販品としては、UA−144((株)サンベーク製)等が挙げられる。 Examples of the urea resin include a resin obtained by condensation of urea and formaldehyde. Examples of commercially available urea resins include UA-144 (manufactured by Sunbake Co., Ltd.).
メラミン樹脂としては、メラミンとホルムアルデヒドとの重縮合により得られる樹脂が挙げられる。メラミン樹脂の市販品としては、“ニカラック(登録商標)”((株)三和ケミカル製)等が挙げられる。 Examples of the melamine resin include a resin obtained by polycondensation of melamine and formaldehyde. Examples of commercially available melamine resins include “Nicalac (registered trademark)” (manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.).
熱硬化性ポリイミド樹脂としては、少なくとも主構造にイミド環を含み、かつ末端又は主鎖内にフェニルエチニル基、ナジイミド基、マレイミド基、アセチレン基等から選ばれるいずれか1個以上を含む樹脂が挙げられる。ポリイミド樹脂の市販品としては、PETI−330(宇部興産(株)製)等が挙げられる。 The thermosetting polyimide resin includes a resin containing at least one imide ring in the main structure and one or more selected from phenylethynyl group, nadiimide group, maleimide group, acetylene group and the like in the terminal or main chain. It is done. Examples of commercially available polyimide resin include PETI-330 (manufactured by Ube Industries).
これらの熱硬化性樹脂の中でも、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、エポキシ化合物(D)を少なくとも含むエポキシ樹脂を用いることが好ましい。特にエポキシ化合物(D)として複数の官能基を有するグリシジルアミン型エポキシ化合物を少なくとも含有するエポキシ樹脂が好ましい。複数の官能基を有するグリシジルアミン型エポキシ化合物を少なくとも含有するエポキシ樹脂は、多架橋密度が高く、炭素繊維強化複合材料の耐熱性および圧縮強度を向上させることができるため好ましい。 Among these thermosetting resins, it is preferable to use an epoxy resin containing at least an epoxy compound (D) because it has an advantage of excellent balance of mechanical properties and small curing shrinkage. In particular, an epoxy resin containing at least a glycidylamine type epoxy compound having a plurality of functional groups as the epoxy compound (D) is preferable. An epoxy resin containing at least a glycidylamine type epoxy compound having a plurality of functional groups is preferable because it has a high multi-crosslinking density and can improve the heat resistance and compressive strength of the carbon fiber reinforced composite material.
複数の官能基を有するグリシジルアミン型エポキシ化合物としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノールおよびトリグリシジルアミノクレゾール、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、N,N−ジグリシジル−4−フェノキシアニリン、N,N−ジグリシジル−4−(4−メチルフェノキシ)アニリン、N,N−ジグリシジル−4−(4−tert−ブチルフェノキシ)アニリンおよびN,N−ジグリシジル−4−(4−フェノキシフェノキシ)アニリン等が挙げられる。これらの化合物は、多くの場合、フェノキシアニリン誘導体にエピクロロヒドリンを付加し、アルカリ化合物により環化して得られる。分子量の増加に伴い粘度が増加していくため、取扱い性の点から、N,N−ジグリシジル−4−フェノキシアニリンが特に好ましく用いられる。 Examples of the glycidylamine-type epoxy compound having a plurality of functional groups include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol and triglycidylaminocresol, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, N , N-diglycidyl-4-phenoxyaniline, N, N-diglycidyl-4- (4-methylphenoxy) aniline, N, N-diglycidyl-4- (4-tert-butylphenoxy) aniline and N, N-diglycidyl- 4- (4-phenoxyphenoxy) aniline and the like can be mentioned. In many cases, these compounds are obtained by adding epichlorohydrin to a phenoxyaniline derivative and cyclizing with an alkali compound. Since the viscosity increases as the molecular weight increases, N, N-diglycidyl-4-phenoxyaniline is particularly preferably used from the viewpoint of handleability.
フェノキシアニリン誘導体としては、具体的には、4−フェノキシアニリン、4−(4−メチルフェノキシ)アニリン、4−(3−メチルフェノキシ)アニリン、4−(2−メチルフェノキシ)アニリン、4−(4−エチルフェノキシ)アニリン、4−(3−エチルフェノキシ)アニリン、4−(2−エチルフェノキシ)アニリン、4−(4−プロピルフェノキシ)アニリン、4−(4−tert−ブチルフェノキシ)アニリン、4−(4−シクロヘキシルフェノキシ)アニリン、4−(3−シクロヘキシルフェノキシ)アニリン、4−(2−シクロヘキシルフェノキシ)アニリン、4−(4−メトキシフェノキシ)アニリン、4−(3−メトキシフェノキシ)アニリン、4−(2−メトキシフェノキシ)アニリン、4−(3−フェノキシフェノキシ)アニリン、4−(4−フェノキシフェノキシ)アニリン、4−[4−(トリフルオロメチル)フェノキシ]アニリン、4−[3−(トリフルオロメチル)フェノキシ]アニリン、4−[2−(トリフルオロメチル)フェノキシ]アニリン、4−(2−ナフチルオキシフェノキシ)アニリン、4−(1−ナフチルオキシフェノキシ)アニリン、4−[(1,1’−ビフェニル−4−イル)オキシ]アニリン、4−(4−ニトロフェノキシ)アニリン、4−(3−ニトロフェノキシ)アニリン、4−(2−ニトロフェノキシ)アニリン、3−ニトロ−4−アミノフェニルフェニルエーテル、2−ニトロ−4−(4−ニトロフェノキシ)アニリン、4−(2,4−ジニトロフェノキシ)アニリン、3−ニトロ−4−フェノキシアニリン、4−(2−クロロフェノキシ)アニリン、4−(3−クロロフェノキシ)アニリン、4−(4−クロロフェノキシ)アニリン、4−(2,4−ジクロロフェノキシ)アニリン、3−クロロ−4−(4−クロロフェノキシ)アニリン、および4−(4−クロロ−3−トリルオキシ)アニリンなどが挙げられる。 Specific examples of the phenoxyaniline derivative include 4-phenoxyaniline, 4- (4-methylphenoxy) aniline, 4- (3-methylphenoxy) aniline, 4- (2-methylphenoxy) aniline, 4- (4 -Ethylphenoxy) aniline, 4- (3-ethylphenoxy) aniline, 4- (2-ethylphenoxy) aniline, 4- (4-propylphenoxy) aniline, 4- (4-tert-butylphenoxy) aniline, 4- (4-cyclohexylphenoxy) aniline, 4- (3-cyclohexylphenoxy) aniline, 4- (2-cyclohexylphenoxy) aniline, 4- (4-methoxyphenoxy) aniline, 4- (3-methoxyphenoxy) aniline, 4- (2-methoxyphenoxy) aniline, 4- (3-phenoxyf) Noxy) aniline, 4- (4-phenoxyphenoxy) aniline, 4- [4- (trifluoromethyl) phenoxy] aniline, 4- [3- (trifluoromethyl) phenoxy] aniline, 4- [2- (trifluoro) Methyl) phenoxy] aniline, 4- (2-naphthyloxyphenoxy) aniline, 4- (1-naphthyloxyphenoxy) aniline, 4-[(1,1′-biphenyl-4-yl) oxy] aniline, 4- ( 4-nitrophenoxy) aniline, 4- (3-nitrophenoxy) aniline, 4- (2-nitrophenoxy) aniline, 3-nitro-4-aminophenyl phenyl ether, 2-nitro-4- (4-nitrophenoxy) Aniline, 4- (2,4-dinitrophenoxy) aniline, 3-nitro-4-phenoxyaniline, -(2-chlorophenoxy) aniline, 4- (3-chlorophenoxy) aniline, 4- (4-chlorophenoxy) aniline, 4- (2,4-dichlorophenoxy) aniline, 3-chloro-4- (4- Chlorophenoxy) aniline, 4- (4-chloro-3-tolyloxy) aniline, and the like.
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの市販品として、例えば、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学(株)製)、YH434L(東都化成(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、および“jER(登録商標)604”(三菱化学(株)製)等を使用することができる。トリグリシジルアミノフェノールおよびトリグリシジルアミノクレゾールとしては、例えば、“スミエポキシ(登録商標)”ELM100(住友化学(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0510、“アラルダイト(登録商標)”MY0600(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、および“jER(登録商標)”630(三菱化学(株)製)等を使用することができる。 Examples of commercially available products of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), “Araldite (registered trademark)” MY720 (Huntsman Advanced -Materials Co., Ltd.), "jER (registered trademark) 604" (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), etc. can be used. Examples of triglycidylaminophenol and triglycidylaminocresol include, for example, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldite (registered trademark)” MY0510, “Araldite (registered trademark)” MY0600 (and above) , Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), “jER (registered trademark)” 630 (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), and the like can be used.
複数の官能基を有するグリシジルアミン型エポキシ化合物として、上述した中でもグリシジルアミン骨格を少なくとも1個有し、かつエポキシ基を3個以上有する芳香族エポキシ化合物(D1)であることが好ましい。 Among the above-mentioned glycidylamine type epoxy compounds having a plurality of functional groups, an aromatic epoxy compound (D1) having at least one glycidylamine skeleton and three or more epoxy groups is preferable.
エポキシ基を3以上有するグリシジルアミン型芳香族エポキシ化合物(D1)を含むエポキシ樹脂は、耐熱性を高める効果があり、その割合は、エポキシ樹脂中に30〜100質量%含まれていることが好ましく、より好ましい割合は50質量%以上である。グリシジルアミン型芳香族エポキシ化合物の割合が30質量%以上で、炭素繊維強化複合材料の圧縮強度が向上、耐熱性が良好になるため好ましい。 The epoxy resin containing the glycidylamine type aromatic epoxy compound (D1) having 3 or more epoxy groups has an effect of improving heat resistance, and the ratio is preferably 30 to 100% by mass in the epoxy resin. A more desirable ratio is 50% by mass or more. The ratio of the glycidylamine type aromatic epoxy compound is preferably 30% by mass or more, since the compressive strength of the carbon fiber reinforced composite material is improved and the heat resistance is improved.
これらのエポキシ化合物(D)を用いる場合、必要に応じて酸や塩基などの触媒や硬化剤を添加してよい。例えば、エポキシ樹脂の硬化には、ハロゲン化ホウ素錯体、p−トルエンスルホン酸塩などのルイス酸や、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタンおよびそれらの誘導体や異性体などのポリアミン硬化剤などが好ましく用いられる。 When using these epoxy compounds (D), you may add catalysts and hardening | curing agents, such as an acid and a base, as needed. For example, for curing epoxy resins, Lewis acids such as boron halide complexes and p-toluenesulfonate, and polyamine curing agents such as diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylmethane and their derivatives and isomers are preferably used.
本発明のサイジング剤塗布炭素繊維を用いたプリプレグにおいて、硬化剤には、潜在性硬化剤(E)を用いることができる。ここで説明される潜在性硬化剤は、本発明の熱硬化性樹脂の硬化剤であって、温度をかけることで活性化してエポキシ基等の反応基と反応する硬化剤であり、70℃以上で反応が活性化することが好ましい。ここで、70℃で活性化するとは、反応開始温度が70℃の範囲にあることをいう。かかる反応開始温度(以下、活性化温度という)は例えば、示差走査熱量分析(DSC)により求めることができる。具体的には、エポキシ価5.15程度のビスフェノールA型エポキシ化合物100質量部に評価対象の硬化剤10質量部を加えたエポキシ樹脂組成物について、示差走査熱量分析により得られる発熱曲線の変曲点の接線とベースラインの接線の交点から求められる。 In the prepreg using the sizing agent-coated carbon fiber of the present invention, the latent curing agent (E) can be used as the curing agent. The latent curing agent described here is a curing agent for the thermosetting resin of the present invention, which is a curing agent that is activated by applying a temperature and reacts with a reactive group such as an epoxy group, and is 70 ° C. or higher. It is preferable that the reaction is activated. Here, activation at 70 ° C. means that the reaction start temperature is in the range of 70 ° C. Such reaction start temperature (hereinafter referred to as activation temperature) can be determined by, for example, differential scanning calorimetry (DSC). Specifically, for an epoxy resin composition obtained by adding 10 parts by mass of a curing agent to be evaluated to 100 parts by mass of a bisphenol A type epoxy compound having an epoxy value of about 5.15, an inflection of an exothermic curve obtained by differential scanning calorimetry. It is obtained from the intersection of the point tangent and the baseline tangent.
潜在性硬化剤(E)は、芳香族アミン硬化剤(E1)、またはジシアンジアミドもしくはその誘導体(E2)であることが好ましい。芳香族アミン硬化剤(E1)としては、エポキシ樹脂硬化剤として用いられる芳香族アミン類であれば特に限定されるものではないが、具体的には、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4,4’−DDS)、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、3,3’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル(DADPE)、ビスアニリン、ベンジルジメチルアニリン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール(DMP−10)、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール(DMP−30)、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールの2−エチルヘキサン酸エステル等を使用することができる。これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。 The latent curing agent (E) is preferably an aromatic amine curing agent (E1), or dicyandiamide or a derivative thereof (E2). The aromatic amine curing agent (E1) is not particularly limited as long as it is an aromatic amine used as an epoxy resin curing agent. Specifically, 3,3′-diaminodiphenyl sulfone (3,3) is used. 3'-DDS), 4,4'-diaminodiphenylsulfone (4,4'-DDS), diaminodiphenylmethane (DDM), 3,3'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di -T-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diethyl-5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyl-4 , 4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-di-t-butyl-5,5′-dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5 ′ -Tetraethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl-5,5'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-diethyl -4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetraisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-diisopropyl-4, 4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetra-t-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, diaminodiphenyl ether (DADPE), bisaniline, benzyldimethylaniline, 2- (dimethylaminomethyl) phenol (DMP-10), 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol (DMP-30), 2 4,6-tris (dimethylaminomethyl) 2-ethylhexanoic acid ester of a phenol or the like can be used. These may be used alone or in admixture of two or more.
芳香族アミン硬化剤(E1)の市販品としては、セイカキュアS(和歌山精化工業(株)製)、MDA−220(三井化学(株)製)、“jERキュア(登録商標)”W(ジャパンエポキシレジン(株)製)、および3,3’−DAS(三井化学(株)製)、Lonzacure(登録商標)M−DEA(Lonza(株)製)、“Lonzacure(登録商標)”M−DIPA(Lonza(株)製)、“Lonzacure(登録商標)”M−MIPA(Lonza(株)製)および“Lonzacure(登録商標)”DETDA 80(Lonza(株)製)などが挙げられる。 Commercially available aromatic amine curing agents (E1) include Seika Cure S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), MDA-220 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), “jER Cure (registered trademark)” W (Japan) Epoxy Resin Co., Ltd.), and 3,3′-DAS (Mitsui Chemicals Co., Ltd.), Lonzacure® M-DEA (Lonza Co., Ltd.), “Lonzacure®” M-DIPA (Lonza Co., Ltd.), “Lonzacure (registered trademark)” M-MIPA (Lonza Co., Ltd.), “Lonzacure (registered trademark)” DETDA 80 (Lonza Co., Ltd.), and the like.
ジシアンジアミド誘導体またはその誘導体(E2)とは、アミノ基、イミノ基およびシアノ基の少なくとも一つを用いて反応させた化合物であり、例えば、o−トリルビグアニド、ジフェニルビグアニドや、ジシアンジアミドのアミノ基、イミノ基またはシアノ基にエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ化合物のエポキシ基を予備反応させたものである。 The dicyandiamide derivative or its derivative (E2) is a compound reacted with at least one of an amino group, an imino group and a cyano group. For example, o-tolylbiguanide, diphenylbiguanide, dicyandiamide amino group, imino A group or a cyano group is pre-reacted with an epoxy group of an epoxy compound used in an epoxy resin composition.
ジシアンジアミドまたはその誘導体(E2)の市販品としては、DICY−7、DICY−15(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)などが挙げられる。 As a commercial item of dicyandiamide or its derivative (E2), DICY-7, DICY-15 (above, Japan Epoxy Resin Co., Ltd. product) etc. are mentioned.
芳香族アミン硬化剤(E1)、ジシアンジアミドまたはその誘導体(E2)以外の硬化剤としては、脂環式アミンなどのアミン、フェノール化合物、酸無水物、ポリアミノアミド、有機酸ヒドラジド、イソシアネートを芳香族ジアミン硬化剤に併用して用いてもよい。 Curing agents other than the aromatic amine curing agent (E1), dicyandiamide or its derivative (E2) include amines such as alicyclic amines, phenolic compounds, acid anhydrides, polyaminoamides, organic acid hydrazides, and isocyanates. You may use together with a hardening | curing agent.
潜在性硬化剤(E)として使用するフェノール化合物としては、マトリックス樹脂として上記で例示したフェノール化合物を任意に用いることができる。 As the phenol compound used as the latent curing agent (E), the phenol compounds exemplified above as the matrix resin can be arbitrarily used.
本発明にかかるサイジング剤と、芳香族アミン硬化剤(E1)との組み合わせとしては、次に示す組み合わせが好ましい。塗布されるサイジング剤と芳香族アミン硬化剤(E1)のアミン当量とエポキシ当量の比率であるアミン当量/エポキシ当量が、0.9でサイジング剤と芳香族アミン硬化剤(E1)とを混合し、混合直後と、温度25℃、湿度60%の環境下で20日保管した場合のガラス転移点を測定する。20日経時後のガラス転移点の上昇が25℃以下であるサイジング剤と、芳香族アミン硬化剤(E1)との組み合わせが好ましい。ガラス転移点の上昇が25℃以下であることで、プリプレグにしたときに、サイジング剤外層とマトリックス樹脂中の反応が抑制され、プリプレグを長期間保管した後の炭素繊維強化複合材料の引張強度等の力学特性低下が抑制されるため好ましい。またガラス転移点の上昇が15℃以下であることがより好ましい。10℃以下であることがさらに好ましい。なお、ガラス転移点は、示差走査熱量分析(DSC)により求めることができる。 As a combination of the sizing agent according to the present invention and the aromatic amine curing agent (E1), the following combinations are preferable. The sizing agent and aromatic amine curing agent (E1) were mixed at a ratio of amine equivalent / epoxy equivalent of 0.9 of the amine equivalent and epoxy equivalent of the sizing agent and aromatic amine curing agent (E1) to be applied. The glass transition point is measured immediately after mixing and when stored for 20 days in an environment of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60%. A combination of a sizing agent having an increase in glass transition point after lapse of 20 days of 25 ° C. or less and an aromatic amine curing agent (E1) is preferable. When the glass transition point rises to 25 ° C. or lower, the reaction in the sizing agent outer layer and the matrix resin is suppressed when the prepreg is formed, and the tensile strength of the carbon fiber reinforced composite material after the prepreg is stored for a long period of time. This is preferable because a decrease in the mechanical properties of is suppressed. Moreover, it is more preferable that the increase in the glass transition point is 15 ° C. or less. More preferably, it is 10 ° C. or lower. The glass transition point can be determined by differential scanning calorimetry (DSC).
また、本発明にかかるサイジング剤と、ジシアンジアミド(E2)との組み合わせとしては、次に示す組み合わせが好ましい。塗布されるサイジング剤とジシアンジアミド(E2)のアミン当量とエポキシ当量の比率であるアミン当量/エポキシ当量が、1.0でサイジング剤とジシアンジアミド(E2)とを混合し、混合直後と、温度25℃、湿度60%の環境下で20日保管した場合のガラス転移点を測定する。20日経時後のガラス転移点の上昇が10℃以下であるサイジング剤と、ジシアンジアミド(E2)との組み合わせが好ましい。ガラス転移点の上昇が10℃以下であることで、プリプレグにしたときに、サイジング剤外層とマトリックス樹脂中の反応が抑制され、プリプレグを長期間保管した後の炭素繊維強化複合材料の引張強度等の力学特性低下が抑制されるため好ましい。またガラス転移点の上昇が8℃以下であることがより好ましい。 Moreover, as a combination of the sizing agent according to the present invention and dicyandiamide (E2), the following combinations are preferable. The sizing agent and dicyandiamide (E2) are mixed at a ratio of amine equivalent / epoxy equivalent of 1.0 and the amine equivalent / epoxy equivalent is 1.0, and the sizing agent and dicyandiamide (E2) are mixed. The glass transition point when stored for 20 days in an environment of 60% humidity is measured. A combination of a sizing agent having a glass transition point increase of 10 ° C. or less after 20 days and dicyandiamide (E2) is preferable. When the glass transition point rises to 10 ° C. or less, the reaction in the sizing agent outer layer and the matrix resin is suppressed when the prepreg is formed, and the tensile strength of the carbon fiber reinforced composite material after the prepreg is stored for a long period of time. This is preferable because a decrease in the mechanical properties of is suppressed. Moreover, it is more preferable that the increase in the glass transition point is 8 ° C. or less.
また、硬化剤の総量は、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対し、活性水素基が0.6〜1.2当量の範囲となる量を含むことが好ましく、より好ましくは0.7〜0.9当量の範囲となる量を含むことである。ここで、活性水素基とは、硬化剤成分のエポキシ基と反応しうる官能基を意味し、活性水素基が0.6当量に満たない場合は、硬化物の反応率、耐熱性、弾性率が不足し、また、繊維強化複合材料のガラス転移温度や強度が不足する場合がある。また、活性水素基が1.2当量を超える場合は、硬化物の反応率、ガラス転移温度、弾性率は十分であるが、塑性変形能力が不足するため、炭素繊維強化複合材料の耐衝撃性が不足する場合がある。 Moreover, it is preferable that the total amount of a hardening | curing agent contains the quantity from which an active hydrogen group becomes the range of 0.6-1.2 equivalent with respect to 1 equivalent of epoxy groups of all the epoxy resin components, More preferably, 0.7- Including an amount in the range of 0.9 equivalents. Here, the active hydrogen group means a functional group that can react with the epoxy group of the curing agent component, and when the active hydrogen group is less than 0.6 equivalent, the reaction rate, heat resistance, and elastic modulus of the cured product. In some cases, the glass transition temperature and strength of the fiber reinforced composite material may be insufficient. If the active hydrogen group exceeds 1.2 equivalents, the reaction rate, glass transition temperature, and elastic modulus of the cured product are sufficient, but the plastic deformation ability is insufficient, so the impact resistance of the carbon fiber reinforced composite material May be insufficient.
また、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合、硬化を促進させることを目的に、硬化促進剤(F)を配合することもできる。 Moreover, when a thermosetting resin is an epoxy resin, a hardening accelerator (F) can also be mix | blended in order to accelerate hardening.
硬化促進剤(F)としては、ウレア化合物、第三級アミンとその塩、イミダゾールとその塩、トリフェニルホスフィンまたはその誘導体、カルボン酸金属塩や、ルイス酸類やブレンステッド酸類とその塩類などが挙げられる。中でも、保存安定性と触媒能力のバランスから、ウレア化合物(F1)が好適に用いられる。 Examples of the curing accelerator (F) include urea compounds, tertiary amines and salts thereof, imidazoles and salts thereof, triphenylphosphine or derivatives thereof, carboxylic acid metal salts, Lewis acids, Bronsted acids and salts thereof, and the like. It is done. Among these, the urea compound (F1) is preferably used from the balance between storage stability and catalytic ability.
特に、硬化促進剤(F)としてウレア化合物(F1)が用いられる場合、潜在性硬化剤(E)としてジシアンジアミドまたはその誘導体(E2)と組み合わせて用いられることが好適である。 In particular, when the urea compound (F1) is used as the curing accelerator (F), the latent curing agent (E) is preferably used in combination with dicyandiamide or a derivative (E2) thereof.
ウレア化合物(F1)としては、例えば、N,N−ジメチル−N’−(3,4−ジクロロフェニル)ウレア、トルエンビス(ジメチルウレア)、4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)、3−フェニル−1,1−ジメチルウレアなどを使用することができる。かかるウレア化合物の市販品としては、DCMU99(保土谷化学(株)製)、“Omicure(登録商標)”24、52、94(以上、Emerald Performance Materials,LLC製)などが挙げられる。 Examples of the urea compound (F1) include N, N-dimethyl-N ′-(3,4-dichlorophenyl) urea, toluenebis (dimethylurea), 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea), and 3-phenyl. -1,1-dimethylurea and the like can be used. Examples of commercially available urea compounds include DCMU99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), “Omicure (registered trademark)” 24, 52, 94 (manufactured by Emerald Performance Materials, LLC).
ウレア化合物(F1)の配合量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して1〜4質量部とすることが好ましい。かかるウレア化合物(F1)の配合量が1質量部に満たない場合は、反応が十分に進行せず、硬化物の弾性率と耐熱性が不足することがある。また、かかるウレア化合物の配合量が4質量部を超える場合は、エポキシ化合物の自己重合反応が、エポキシ化合物と硬化剤との反応を阻害するため、硬化物の靭性が不足することや、弾性率が低下することがある。 It is preferable that the compounding quantity of a urea compound (F1) shall be 1-4 mass parts with respect to 100 mass parts of all the epoxy resin components. When the compounding quantity of this urea compound (F1) is less than 1 mass part, reaction may not fully advance and the elasticity modulus and heat resistance of hardened | cured material may be insufficient. Moreover, when the compounding quantity of this urea compound exceeds 4 mass parts, since the self-polymerization reaction of an epoxy compound inhibits reaction with an epoxy compound and a hardening | curing agent, the toughness of hardened | cured material is insufficient, and an elasticity modulus May decrease.
また、これらエポキシ樹脂と硬化剤、あるいはそれらの一部を予備反応させた物を組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効な場合がある。 Moreover, the thing which made these epoxy resin and hardening | curing agent, or some of them pre-react can be mix | blended in a composition. This method may be effective for viscosity adjustment and storage stability improvement.
プリプレグには、靱性や流動性を調整するために、熱可塑性樹脂が含まれていることが好ましく、耐熱性の観点から、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、フェノキシ樹脂、ポリオレフィンから選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。また、熱可塑性樹脂のオリゴマーを含ませることができる。また、エラストマー、フィラーおよびその他の添加剤を配合することもできる。なお、熱可塑性樹脂は、プリプレグを構成する熱硬化性樹脂に含まれていると良い。さらに、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂が用いられる場合、熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂や、ゴム粒子および熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子等を配合することができる。かかるエポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂としては、樹脂と炭素繊維との接着性改善効果が期待できる水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。 In order to adjust toughness and fluidity, the prepreg preferably contains a thermoplastic resin. From the viewpoint of heat resistance, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyphenylene More preferably, it contains at least one selected from ethers, phenoxy resins, and polyolefins. Moreover, the oligomer of a thermoplastic resin can be included. Moreover, an elastomer, a filler, and another additive can also be mix | blended. Note that the thermoplastic resin is preferably contained in the thermosetting resin constituting the prepreg. Furthermore, when an epoxy resin is used as the thermosetting resin, as the thermoplastic resin, a thermoplastic resin soluble in the epoxy resin, organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles, and the like can be blended. As the thermoplastic resin soluble in the epoxy resin, a thermoplastic resin having a hydrogen bonding functional group that can be expected to improve the adhesion between the resin and the carbon fiber is preferably used.
エポキシ樹脂可溶で、水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂として、アルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂、アミド結合を有する熱可塑性樹脂やスルホニル基を有する熱可塑性樹脂を使用することができる。 As the thermoplastic resin soluble in epoxy resin and having a hydrogen bonding functional group, a thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group, a thermoplastic resin having an amide bond, or a thermoplastic resin having a sulfonyl group can be used.
かかるアルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、フェノキシ樹脂を挙げることができ、また、アミド結合を有する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルピロリドンを挙げることができ、さらに、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンを挙げることができる。ポリアミド、ポリイミドおよびポリスルホンは、主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子に置換基を有してもよい。 Examples of the thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, and phenoxy resins. Examples of the thermoplastic resin having an amide bond include polyamide, polyimide, Polyvinyl pyrrolidone can be mentioned, and as a thermoplastic resin having a sulfonyl group, polysulfone can be mentioned. Polyamide, polyimide and polysulfone may have a functional group such as an ether bond and a carbonyl group in the main chain. The polyamide may have a substituent on the nitrogen atom of the amide group.
エポキシ樹脂に可溶で水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂の市販品を例示すると、ポリビニルアセタール樹脂として、デンカブチラール(電気化学工業(株)製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)製)、フェノキシ樹脂として、“UCAR(登録商標)”PKHP(ユニオンカーバイド(株)製)、ポリアミド樹脂として“マクロメルト(登録商標)”(ヘンケル白水(株)製)、“アミラン(登録商標)”(東レ(株)製)、ポリイミドとして“ウルテム(登録商標)”(SABICイノベーティブプラスチックスジャパン合同会社製)、“Matrimid(登録商標)”5218(チバ(株)製)、ポリスルホンとして“スミカエクセル(登録商標)”(住友化学(株)製)、“UDEL(登録商標)”、RADEL(登録商標)”(以上、ソルベイアドバンストポリマーズ(株)製)、ポリビニルピロリドンとして、“ルビスコール(登録商標)”(ビーエーエスエフジャパン(株)製)を挙げることができる。 Examples of commercially available thermoplastic resins that are soluble in epoxy resins and have hydrogen-bonding functional groups include, as polyvinyl acetal resins, Denkabutyral (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), “Vinylec (registered trademark)” (Chisso ( Manufactured by Co., Ltd.), “UCAR (registered trademark)” PKHP (made by Union Carbide Co., Ltd.) as a phenoxy resin, “Macromelt (registered trademark)” (produced by Henkel Hakusui Co., Ltd.), “Amilan (registered) as a polyamide resin Trademark) ”(manufactured by Toray Industries, Inc.),“ Ultem (registered trademark) ”(manufactured by SABIC Innovative Plastics Japan LLC),“ Matrimid (registered trademark) ”5218 (manufactured by Ciba), and“ polysulfone ” "Sumika Excel (registered trademark)" (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "UDEL (registered trademark)", RADEL Registered trademark) "(or, Solvay Advanced Polymers Co., Ltd.), as a polyvinylpyrrolidone," Luviskol (registered trademark) "(BASF Japan Ltd. can be exemplified, Ltd.).
また、アクリル系樹脂は、エポキシ樹脂との相溶性が高く、増粘等の流動性調整のために好適に用いられる。アクリル系樹脂の市販品を例示すると、“ダイヤナール(登録商標)”BRシリーズ(三菱レイヨン(株)製)、“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M,M100,M500(松本油脂製薬(株)製)、“Nanostrength(登録商標)”E40F、M22N、M52N(アルケマ(株)製)などを挙げることができる。 In addition, the acrylic resin has high compatibility with the epoxy resin, and is suitably used for fluidity adjustment such as thickening. Examples of commercially available acrylic resins include “Dianal (registered trademark)” BR series (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M, M100, M500 (Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) And “Nanostrength (registered trademark)” E40F, M22N, M52N (manufactured by Arkema Co., Ltd.), and the like.
特に、耐熱性をほとんど損なわずにこれらの効果を発揮できることから、ポリエーテルスルホンやポリエーテルイミドが好適である。ポリエーテルスルホンとしては、“スミカエクセル”(登録商標)3600P、“スミカエクセル”(登録商標)5003P、“スミカエクセル”(登録商標)5200P、“スミカエクセル”2(登録商標、以上、住友化学工業(株)製)7200P、“Virantage”(登録商標)PESU VW−10200、“Virantage”(登録商標)PESU VW−10700(登録商標、以上、ソルベイアドバンスポリマーズ(株)製)、“Ultrason”(登録商標)2020SR(BASF(株)製)、ポリエーテルイミドとしては、“ウルテム”(登録商標)1000、“ウルテム”(登録商標)1010、“ウルテム”(登録商標)1040(以上、SABICイノベーティブプラスチックスジャパン合同会社製)などを使用することができる。 In particular, polyethersulfone and polyetherimide are preferable because these effects can be exhibited without substantially impairing heat resistance. Polyethersulfone includes "Sumika Excel" (registered trademark) 3600P, "Sumika Excel" (registered trademark) 5003P, "Sumika Excel" (registered trademark) 5200P, "Sumika Excel" 2 (registered trademark, above, Sumitomo Chemical Industries) 7200P, “Virantage” (registered trademark) PESU VW-10200, “Virantage” (registered trademark) PESU VW-10700 (registered trademark, manufactured by Solvay Advanced Polymers), “Ultrason” (registered) Trademark) 2020SR (manufactured by BASF Corp.), polyetherimide includes “Ultem” (registered trademark) 1000, “Ultem” (registered trademark) 1010, “Ultem” (registered trademark) 1040 (above, SABIC Innovative Plastics) (Made by Japan GK) Etc. can be used.
かかる熱可塑性樹脂は、特に含浸性を中心としたプリプレグ作製工程に支障をきたさないように、エポキシ樹脂組成物中に均一溶解しているか、粒子の形態で微分散していることが好ましい。 The thermoplastic resin is preferably uniformly dissolved in the epoxy resin composition or finely dispersed in the form of particles so as not to hinder the prepreg manufacturing process centering on impregnation.
また、かかる熱可塑性樹脂の配合量は、エポキシ樹脂組成物中に溶解せしめる場合には、エポキシ樹脂100質量部に対して1〜40質量部が好ましく、より好ましくは1〜25質量部である。一方、分散させて用いる場合には、エポキシ樹脂100質量部に対して10〜40質量部が好ましく、より好ましくは15〜30質量部である。熱可塑性樹脂がかかる配合量に満たないと、靭性向上効果が不十分となる場合がある。また、熱可塑性樹脂が前記範囲を超える場合は、含浸性、タック・ドレープおよび耐熱性が低下する場合がある。 In addition, the amount of the thermoplastic resin to be dissolved in the epoxy resin composition is preferably 1 to 40 parts by mass, more preferably 1 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. On the other hand, when used in a dispersed state, the amount is preferably 10 to 40 parts by mass, more preferably 15 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. If the thermoplastic resin is less than this blending amount, the effect of improving toughness may be insufficient. Moreover, when a thermoplastic resin exceeds the said range, impregnation property, tack drape, and heat resistance may fall.
さらに、本発明のマトリックス樹脂を改質するために、上述した熱可塑性樹脂以外にエポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、エラストマー、フィラー、ゴム粒子、熱可塑性樹脂粒子、無機粒子およびその他の添加剤を配合することもできる。 Furthermore, in order to modify the matrix resin of the present invention, in addition to the thermoplastic resin described above, a thermosetting resin other than an epoxy resin, an elastomer, a filler, rubber particles, thermoplastic resin particles, inorganic particles, and other additives are added. It can also be blended.
本発明に好ましく用いられるエポキシ樹脂には、ゴム粒子を配合することもできる。かかるゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、および架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が、取り扱い性等の観点から好ましく用いられる。 Rubber particles can also be blended with the epoxy resin preferably used in the present invention. As such rubber particles, cross-linked rubber particles, and core-shell rubber particles obtained by graft polymerization of a different polymer on the surface of the cross-linked rubber particles are preferably used from the viewpoint of handleability and the like.
架橋ゴム粒子の市販品としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるFX501P(JSR(株)製)、アクリルゴム微粒子からなるCX−MNシリーズ(日本触媒(株)製)、YR−500シリーズ(新日鐵化学(株)製)等を使用することができる。 As commercial products of crosslinked rubber particles, FX501P (manufactured by JSR Co., Ltd.) composed of a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, CX-MN series (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) composed of acrylic rubber fine particles, YR-500 series (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) and the like can be used.
コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(呉羽化学工業(株)製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC−3355、TR−2122(以上、武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“PARALOID(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(以上、Rohm&Haas社製)、“カネエース(登録商標)”MX(カネカ(株)製)等を使用することができる。 Commercially available core-shell rubber particles include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), acrylic ester / methacrylic ester, composed of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer. "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355 made of a copolymer, TR-2122 (above, manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), "PARARAID (registered trademark)" made of a copolymer of butyl acrylate and methyl methacrylate “EXL-2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas)”, “Kane Ace (registered trademark)” MX (manufactured by Kaneka Corporation), and the like can be used.
熱可塑性樹脂粒子としては、先に例示した各種の熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。中でも、ポリアミド粒子やポリイミド粒子が好ましく用いられ、ポリアミドの中でも、ナイロン12、ナイロン6、ナイロン11やナイロン6/12共重合体は、特に良好な熱硬化性樹脂との接着強度を与えることができることから、落錘衝撃時の炭素繊維強化複合材料の層間剥離強度が高く、耐衝撃性の向上効果が高いため好ましい。ポリアミド粒子の市販品として、SP−500、SP−10(東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”(アルケマ(株)製)等を使用することができる。 As the thermoplastic resin particles, those similar to the various thermoplastic resins exemplified above can be used. Among them, polyamide particles and polyimide particles are preferably used, and among polyamides, nylon 12, nylon 6, nylon 11 and nylon 6/12 copolymers can give particularly good adhesive strength with thermosetting resins. Therefore, it is preferable because the delamination strength of the carbon fiber reinforced composite material at the time of falling weight impact is high and the effect of improving impact resistance is high. As commercial products of polyamide particles, SP-500, SP-10 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol (registered trademark)” (manufactured by Arkema Co., Ltd.) and the like can be used.
この熱可塑性樹脂粒子の形状としては、球状粒子でも非球状粒子でも、また多孔質粒子でもよいが、球状の方が樹脂の流動特性を低下させないため粘弾性に優れ、また応力集中の起点がなく、高い耐衝撃性を与えるという点で好ましい態様である。本発明では、本発明の効果を損なわない範囲において、エポキシ樹脂組成物の増粘等の流動性調整のため、エポキシ樹脂組成物に、シリカ、アルミナ、スメクタイトおよび合成マイカ等の無機粒子を配合することができる。 The shape of the thermoplastic resin particles may be spherical particles, non-spherical particles, or porous particles, but the spherical shape is superior in viscoelasticity because it does not deteriorate the flow characteristics of the resin, and there is no origin of stress concentration. This is a preferred embodiment in terms of giving high impact resistance. In the present invention, inorganic particles such as silica, alumina, smectite, and synthetic mica are blended in the epoxy resin composition in order to adjust fluidity such as thickening of the epoxy resin composition within a range that does not impair the effects of the present invention. be able to.
プリプレグは、炭素繊維同士の接触確率を高め炭素繊維強化複合材料の導電性を向上させる目的で、導電性フィラーを混合して用いることも好ましい。このような導電性フィラーとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長法炭素繊維(VGCF)、フラーレン、金属ナノ粒子、カーボン粒子、金属めっきした先に例示した熱可塑性樹脂の粒子、金属めっきした先に例示した熱硬化性樹脂の粒子などが挙げられ、単独で使用しても併用してもよい。なかでも安価で効果の高いカーボンブラック、カーボン粒子が好ましく用いられ、かかるカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックなどを使用することができ、これらを2種類以上ブレンドしたカーボンブラックも好適に用いられる。また、かかるカーボン粒子として“ベルパール(登録商標)”C−600、C−800、C−2000(鐘紡(株)製)、“NICABEADS(登録商標)”ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)などが具体的に挙げられる。金属めっきした熱硬化性樹脂粒子としてはジビニルベンゼンポリマー粒子にニッケルをメッキし、さらにその上に金をメッキした粒子“ミクロパール(登録商標)”AU215などが具体的に挙げられる。 The prepreg is also preferably used by mixing conductive fillers for the purpose of increasing the contact probability between carbon fibers and improving the conductivity of the carbon fiber reinforced composite material. Examples of such conductive fillers include carbon black, carbon nanotube, vapor grown carbon fiber (VGCF), fullerene, metal nanoparticles, carbon particles, metal-plated thermoplastic resin particles, and metal-plated metals. The thermosetting resin particle | grains etc. which were illustrated previously are mentioned, It may be used independently or may be used together. Of these, carbon black and carbon particles that are inexpensive and highly effective are preferably used. For example, furnace black, acetylene black, thermal black, channel black, ketjen black, and the like can be used. Carbon black blended in two or more types is also preferably used. Further, as such carbon particles, “Bell Pearl (registered trademark)” C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Kanebo Co., Ltd.), “NICABEADS (registered trademark)” ICB, PC, MC (Nippon Carbon Co., Ltd.) And the like). Specific examples of the metal-plated thermosetting resin particles include “Micropearl (registered trademark)” AU215, in which divinylbenzene polymer particles are plated with nickel and then gold is plated thereon.
次に、プリプレグの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of a prepreg is demonstrated.
プリプレグは、マトリックス樹脂である熱硬化性樹脂組成物をサイジング剤塗布炭素繊維束に含浸せしめたものである。プリプレグは、例えば、マトリックス樹脂をメチルエチルケトンやメタノールなどの溶媒に溶解して低粘度化し、含浸させるウェット法あるいは加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法などの方法により製造することができる。 A prepreg is obtained by impregnating a sizing agent-coated carbon fiber bundle with a thermosetting resin composition that is a matrix resin. The prepreg can be produced by, for example, a wet method in which a matrix resin is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity and impregnated, or a hot melt method in which the viscosity is lowered by heating and impregnated.
ウェット法では、サイジング剤塗布炭素繊維束をマトリックス樹脂が含まれる液体に浸漬した後、引き上げ、オーブンなどを用いて溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができる。 In the wet method, after sizing agent-coated carbon fiber bundles are immersed in a liquid containing a matrix resin, the prepreg can be obtained by pulling up and evaporating the solvent using an oven or the like.
また、ホットメルト法では、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を直接サイジング剤塗布炭素繊維束に含浸させる方法、あるいは一旦マトリックス樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングしたフィルムをまず作製し、ついでサイジング剤塗布炭素繊維束の両側あるいは片側から該フィルムを重ね、加熱加圧してマトリックス樹脂をサイジング剤塗布炭素繊維束に含浸させる方法により、プリプレグを製造することができる。ホットメルト法は、プリプレグ中に残留する溶媒がないため好ましい手段である。 In the hot melt method, a method of directly impregnating a sizing agent-coated carbon fiber bundle with a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating, or a film in which a matrix resin composition is once coated on a release paper or the like is first prepared. A prepreg can be produced by a method in which the film is laminated from both sides or one side of the sizing agent-coated carbon fiber bundle and heated and pressed to impregnate the sizing agent-coated carbon fiber bundle into the sizing agent-coated carbon fiber bundle. The hot melt method is a preferable means because there is no solvent remaining in the prepreg.
本発明のプリプレグを用いて炭素繊維強化複合材料を成形するには、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などを用いることができる。 In order to form a carbon fiber reinforced composite material using the prepreg of the present invention, a method of heat-curing a matrix resin while applying pressure to the laminate after laminating the prepreg can be used.
熱および圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法および内圧成形法などがあり、特にスポーツ用品に関しては、ラッピングテープ法と内圧成形法が好ましく採用される。より高品質で高性能の積層複合材料が要求される航空機用途においては、オートクレーブ成形法が好ましく採用される。各種車輌外装にはプレス成形法が好ましく用いられる。 Examples of methods for applying heat and pressure include a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, and an internal pressure molding method. Especially for sporting goods, the wrapping tape method and the internal pressure molding method are preferably employed. The For aircraft applications where higher quality and higher performance laminated composite materials are required, the autoclave molding method is preferably employed. A press molding method is preferably used for various vehicle exteriors.
本発明のプリプレグの炭素繊維質量分率は、好ましくは40〜90質量%であり、より好ましくは50〜80質量%である。炭素繊維質量分率が低すぎると、得られる複合材料の質量が過大となり、比強度および比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が損なわれることがあり、また、炭素繊維質量分率が高すぎると、マトリックス樹脂組成物の含浸不良が生じ、得られる複合材料がボイドの多いものとなり易く、その力学特性が大きく低下することがある。 The carbon fiber mass fraction of the prepreg of the present invention is preferably 40 to 90 mass%, more preferably 50 to 80 mass%. If the carbon fiber mass fraction is too low, the mass of the resulting composite material may be excessive, which may impair the advantages of the fiber-reinforced composite material having excellent specific strength and specific elastic modulus, and the carbon fiber mass fraction may be high. If the amount is too high, poor impregnation of the matrix resin composition occurs, and the resulting composite material tends to have a lot of voids, and the mechanical properties thereof may be greatly deteriorated.
また、本発明において炭素繊維強化複合材料を得る方法としては、プリプレグを用いて得る方法の他に、ハンドレイアップ、RTM、“SCRIMP(登録商標)”、フィラメントワインディング、プルトルージョンおよびレジンフィルムインフュージョンなどの成形法を目的に応じて選択し適用することができる。これらのいずれかの成形法を適用することにより、前述のサイジング剤塗布炭素繊維と熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含む繊維強化複合材料が得られる。 In addition, as a method for obtaining a carbon fiber reinforced composite material in the present invention, in addition to a method using a prepreg, hand layup, RTM, “SCRIMP (registered trademark)”, filament winding, pultrusion and resin film infusion. The molding method such as can be selected and applied according to the purpose. By applying any of these molding methods, a fiber-reinforced composite material containing the above-described sizing agent-coated carbon fiber and a cured product of the thermosetting resin composition can be obtained.
本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物においては、上記に記載のサイジング剤塗布炭素繊維または上記に記載のサイジング剤塗布炭素繊維の製造方法により製造されたサイジング剤塗布炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んでなることが好ましい。 In the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition of the present invention, the sizing agent-coated carbon fiber described above or the sizing agent-coated carbon fiber produced by the method for producing the sizing agent-coated carbon fiber described above, and a thermoplastic resin It is preferable to comprise.
ここで用いられる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)、液晶ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレン、酸変性ポリエチレン(m−PE)、酸変性ポリプロピレン(m−PP)、酸変性ポリブチレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等のポリアリーレンスルフィド樹脂;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)、ポリエーテルニトリル(PEN);ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;液晶ポリマー(LCP)等の結晶性樹脂、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリルスチレン(AS)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)等のポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、未変性または変性されたポリフェニレンエーテル(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)、ポリサルホン(PSU)、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート(PAR)等の非晶性樹脂;フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、ポリイソプレン系エラストマー、フッ素系樹脂およびアクリロニトリル系エラストマー等の各種熱可塑エラストマー等、これらの共重合体および変性体等から選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。 Examples of the thermoplastic resin used here include polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), and liquid crystal polyester; polyethylene ( PE), polypropylene (PP), polybutylene, acid-modified polyethylene (m-PE), acid-modified polypropylene (m-PP), polyolefin resins such as acid-modified polybutylene; polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), polyphenylene Polyarylene sulfide resins such as sulfide (PPS); polyketone (PK), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyether Nitrile (PEN); Fluorine resin such as polytetrafluoroethylene; Crystalline resin such as liquid crystal polymer (LCP); Polystyrene resin such as polystyrene (PS), acrylonitrile styrene (AS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), unmodified or modified polyphenylene ether (PPE), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polysulfone ( PSU), polyethersulfone, polyarylate (PAR), and other amorphous resins; phenolic resins, phenoxy resins, polystyrene elastomers, polyolefin elastomers, polyurethane elastomers, At least one thermoplastic selected from ester-based elastomers, polyamide-based elastomers, polybutadiene-based elastomers, polyisoprene-based elastomers, various thermoplastic elastomers such as fluorine-based resins and acrylonitrile-based elastomers, and copolymers and modified products thereof. Resins are preferably used.
本発明において用いられる熱可塑性樹脂は、耐熱性の観点からは、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が好ましい。寸法安定性の観点からは、ポリフェニレンエーテル樹脂が好ましい。摩擦・磨耗特性の観点からは、ポリオキシメチレン樹脂が好ましい。強度の観点からは、ポリアミド樹脂が好ましい。表面外観の観点からは、ポリカーボネートやポリスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が好ましい。軽量性の観点からは、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。 The thermoplastic resin used in the present invention is preferably a polyarylene sulfide resin or a polyether ether ketone resin from the viewpoint of heat resistance. From the viewpoint of dimensional stability, polyphenylene ether resin is preferable. From the viewpoint of friction and wear characteristics, polyoxymethylene resin is preferred. From the viewpoint of strength, a polyamide resin is preferable. From the viewpoint of surface appearance, an amorphous resin such as polycarbonate or polystyrene resin is preferable. From the viewpoint of lightness, polyolefin resin is preferable.
なお、熱可塑性樹脂としては、本発明の目的を損なわない範囲で、これらの熱可塑性樹脂を複数種含む熱可塑性樹脂組成物が用いられても良い。 In addition, as a thermoplastic resin, the thermoplastic resin composition containing multiple types of these thermoplastic resins may be used in the range which does not impair the objective of this invention.
本発明において、上記好ましい熱可塑性樹脂を用いた場合のサイジング剤との相互作用について説明する。 In the present invention, the interaction with the sizing agent when the preferred thermoplastic resin is used will be described.
本発明において、サイジング剤に含まれる炭素繊維との相互作用に関与しない残りのエポキシ基、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、またはスルホ基は熱可塑性樹脂の主鎖にあるエーテル基、エステル基、スルフィド基、アミド基、側鎖にある酸無水物基、シアノ基、および末端にある水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の官能基と共有結合や水素結合などの相互作用を形成し、界面接着性を向上させるものと考えられる。 In the present invention, the remaining epoxy group, hydroxyl group, amide group, imide group, urethane group, urea group, sulfonyl group, or sulfo group that does not participate in the interaction with the carbon fiber contained in the sizing agent is the main chain of the thermoplastic resin. Ether groups, ester groups, sulfide groups, amide groups, side chain acid anhydride groups, cyano groups, and terminal hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups and other functional groups such as covalent bonds and hydrogen bonds. It is thought that it forms an action and improves interfacial adhesion.
ポリアリーレンスルフィド樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合、末端にあるチオール基やカルボキシル基と、サイジング剤のエポキシ基との共有結合等の相互作用、主鎖にあるスルフィド基とサイジング剤に含まれるエポキシ基や水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基との水素結合により強固な界面を形成することができると考えられる。 When polyarylene sulfide resin is used as a matrix resin, interaction such as covalent bond between the thiol group or carboxyl group at the terminal and the epoxy group of the sizing agent, the epoxy group contained in the sizing agent and the sulfide group in the main chain It is considered that a strong interface can be formed by hydrogen bonding with a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group.
また、ポリアミド樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合、末端にあるカルボキシル基やアミノ基と、サイジング剤に含まれるエポキシ基との共有結合などの相互作用、主鎖にあるアミド基とサイジング剤に含まれるエポキシ基、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、またはスルホ基との水素結合により強固な界面を形成することができると考えられる。 In addition, when a polyamide resin is used as a matrix resin, it includes a covalent bond between a carboxyl group or amino group at the terminal and an epoxy group contained in the sizing agent, an amide group in the main chain, and a sizing agent. It is considered that a strong interface can be formed by hydrogen bonding with an epoxy group, a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group.
また、ポリエステル系樹脂やポリカーボネート樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合、末端にあるカルボキシル基や水酸基と、サイジング剤に含まれるエポキシ基との共有結合などの相互作用、主鎖にあるエステル基と、サイジング剤に含まれるエポキシ基や水酸基、アミド基、イミド基、ウレタン基、ウレア基、スルホニル基、またはスルホ基との水素結合により強固な界面を形成することができると考えられる。 In addition, when using a polyester resin or polycarbonate resin as a matrix resin, interactions such as covalent bonding between a carboxyl group or hydroxyl group at the terminal and an epoxy group contained in the sizing agent, an ester group in the main chain, and sizing It is considered that a strong interface can be formed by hydrogen bonding with an epoxy group, a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group contained in the agent.
また、ABS樹脂のようなポリスチレン系樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合、側鎖にあるシアノ基と、サイジング剤に含まれるエポキシ基、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、またはスルホ基との水素結合により強固な界面を形成することができると考えられる。 In addition, when using a polystyrene resin such as ABS resin as a matrix resin, a cyano group in the side chain and an epoxy group, a hydroxyl group, an amide group, an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group contained in the sizing agent It is considered that a strong interface can be formed by hydrogen bonding with a sulfo group.
また、ポリオレフィン系樹脂の中で、特に酸変性されたポリオレフィン系樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合、側鎖にある酸無水物基やカルボキシル基とサイジング剤に含まれるエポキシ基、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、またはスルホ基との水素結合により強固な界面を形成することができると考えられる。 Also, among polyolefin resins, particularly when acid-modified polyolefin resin is used as a matrix resin, an epoxy group, a hydroxyl group, an amide group, an acid anhydride group or a carboxyl group in a side chain and a sizing agent, It is considered that a strong interface can be formed by hydrogen bonding with an imide group, a urethane group, a urea group, a sulfonyl group, or a sulfo group.
本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、ペレット、スタンパブルシートおよびプリプレグ等の成形材料の形態で使用することができる。最も好ましい成形材料はペレットである。ペレットは、一般的には、熱可塑性樹脂ペレットと連続状炭素繊維もしくは特定の長さに切断した不連続炭素繊維(チョップド炭素繊維)を押出機中で溶融混練し、押出、ペレタイズすることによって得られたものをさす。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition of the present invention can be used in the form of molding materials such as pellets, stampable sheets and prepregs. The most preferred molding material is pellets. Pellets are generally obtained by melt-kneading, extruding and pelletizing thermoplastic resin pellets and continuous carbon fibers or discontinuous carbon fibers cut to a specific length (chopped carbon fibers) in an extruder. It refers to what was given.
上記成形材料の成形方法としては、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が挙げられる。中でも、生産性の観点から射出成形が好ましく用いられる。これらの成形方法により、成形品を得ることができる。 Examples of the molding method of the molding material include 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. Among these, injection molding is preferably used from the viewpoint of productivity. A molded product can be obtained by these molding methods.
本発明において、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体は、80℃の熱水に浸漬する前の曲げ強度(S1)と80℃の熱水に1000時間浸漬後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.75以上であることが好ましい。(S2/S1)が0.75以上であると、高温高湿環境下で使用しても、十分に炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物としての物性を保つことができ好ましい。0.80以上がより好ましい。 In the present invention, the molded body of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition has a bending strength (S1) before being immersed in hot water at 80 ° C. and a bending strength (S2) after being immersed in hot water at 80 ° C. for 1000 hours. The ratio (S2 / S1) is preferably 0.75 or more. When (S2 / S1) is 0.75 or more, even when used in a high-temperature and high-humidity environment, the physical properties of the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composition can be sufficiently maintained, which is preferable. 0.80 or more is more preferable.
本発明において熱水浸漬前後の曲げ強度を測定するために用いられる成形体は、射出成形品から、長さ130±1mm、幅25±0.2mmの曲げ強度試験片を切り出したものを用いることができる。ASTM D−790(2004)に規定する試験方法に従い、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分で曲げ強度を測定した。なお、本発明においては、試験機として“インストロン(登録商標)”万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。測定数はn=5とし、平均値を曲げ強度(S1)とする。また、上記試験片を80℃の熱水中に1000時間浸漬し、表面の水分を除去した後、同様に測定した曲げ強度を(S2)とする。 In the present invention, the molded body used for measuring the bending strength before and after immersion in hot water is obtained by cutting a bending strength test piece having a length of 130 ± 1 mm and a width of 25 ± 0.2 mm from an injection molded product. Can do. According to the test method specified in ASTM D-790 (2004), using a three-point bending test jig (indenter 10 mm, fulcrum 10 mm), the support span is set to 100 mm, and the bending strength is measured at a crosshead speed of 5.3 mm / min. did. In the present invention, “Instron (registered trademark)” universal testing machine 4201 type (manufactured by Instron) was used as a testing machine. The number of measurements is n = 5, and the average value is the bending strength (S1). Moreover, after immersing the said test piece in 80 degreeC hot water for 1000 hours and removing the surface water | moisture content, let the bending strength measured similarly be (S2).
本発明において、熱可塑性樹脂がポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。上記の樹脂は耐水性が高く、樹脂単独での吸水による物性低下は生じにくい。一方、炭素繊維を強化材として用いた場合、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面におけるサイジング剤の吸水に起因して物性低下が生じる。本発明における非水溶性エポキシ化合物(B)を含むサイジング剤を用いると、サイジング剤の吸水が抑制でき、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物の耐水性が向上するため好ましい。 In the present invention, the thermoplastic resin is preferably at least one selected from the group consisting of a polyarylene sulfide resin, a polycarbonate resin, and a polyolefin resin. The above resin has high water resistance, and physical properties are not easily lowered by water absorption by the resin alone. On the other hand, when carbon fiber is used as a reinforcing material, physical properties are reduced due to water absorption of the sizing agent at the interface between the carbon fiber and the matrix resin. When the sizing agent containing the water-insoluble epoxy compound (B) in the present invention is used, water absorption of the sizing agent can be suppressed, and the water resistance of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition is improved.
本発明のサイジング剤塗布炭素繊維を用いた炭素繊維強化複合材料は、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途、さらにはゴルフシャフト、バット、バトミントンやテニスラケットなどスポーツ用途に好ましく用いられる。 The carbon fiber reinforced composite material using the sizing agent-coated carbon fiber of the present invention is used for computer structures such as aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, IC trays and notebook PC housings, and golf shafts. It is preferably used for sports applications such as bats, badminton and tennis rackets.
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.
(1)サイジング剤塗布炭素繊維のサイジング剤表面の400eVでのX線光電子分光法
本発明において、サイジング剤塗布炭素繊維のサイジング剤表面の(a)、(b)のピーク比は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求めた。サイジング剤塗布炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源として佐賀シンクロトロンを用い、励起エネルギーは400eV、光電子脱出角度55°で測定した。試料チャンバー中を1×10−8Torrに保ち測定を行った。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sの主ピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせた。このときに、C1sのピーク面積は282〜296eVの範囲で直線ベースラインを引くことにより求めた。また、C1sピークにて面積を求めた282〜296eVの直線ベースラインを光電子強度の原点(零点)と定義して、(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー284.6eVのピークの高さ(cps:単位時間あたりの光電子強度)と(b)C−O成分に帰属される結合エネルギー286.1eVのピークの高さ(cps)を求め、(a)/(b)を算出した。
(1) X-ray photoelectron spectroscopy at 400 eV on the sizing agent-coated carbon fiber sizing agent surface In the present invention, the peak ratio of (a) and (b) on the sizing agent-coated carbon fiber sizing agent surface is the X-ray photoelectron It was determined by spectroscopy according to the following procedure. The sizing agent-coated carbon fibers were cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support, and then Saga synchrotron was used as an X-ray source, and the excitation energy was measured at 400 eV and the photoelectron escape angle was 55 °. The measurement was performed while keeping the inside of the sample chamber at 1 × 10 −8 Torr. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the main peak of C 1s was adjusted to 284.6 eV. At this time, the peak area of C 1s was obtained by drawing a straight baseline in the range of 282 to 296 eV. Further, a linear base line of 282 to 296 eV whose area was obtained at the C 1s peak was defined as the origin (zero point) of photoelectron intensity, and (a) a binding energy 284 attributed to CHx, CC, C = C. The peak height (cps) of .6 eV (cps: photoelectron intensity per unit time) and (b) the peak height (cps) of the binding energy 286.1 eV attributed to the CO component are determined. b) was calculated.
なお、(a)より(b)のピークが大きい場合には、C1sの主ピークの結合エネルギー値を284.6に合わせた場合、C1sのピークが282〜296eVの範囲に入らない。その場合には、C1sの主ピークの結合エネルギー値を286.1eVに合わせた後、上記手法にて(a)/(b)を算出した。 When the peak of (b) is larger than (a), when the binding energy value of the C 1s main peak is adjusted to 284.6, the C 1s peak does not fall within the range of 282 to 296 eV. In that case, after adjusting the binding energy value of the main peak of C 1s to 286.1 eV, (a) / (b) was calculated by the above method.
(2)サイジング剤塗布炭素繊維のサイジング剤の洗浄
サイジング剤塗布炭素繊維2gをアセトン50ml中に浸漬させて超音波洗浄30分間を3回実施した。続いてメタノール50mlに浸漬させて超音波洗浄30分を1回行い、乾燥した。
(2) Cleaning of sizing agent of sizing agent-coated carbon fiber 2 g of sizing agent-coated carbon fiber was immersed in 50 ml of acetone and subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes three times. Subsequently, the substrate was immersed in 50 ml of methanol, subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes once and dried.
(3)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。
(3) 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.
(4)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に保った。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のメインピーク(ピークトップ)の結合エネルギー値を284.6eVに合わせた。C1sピーク面積は282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。また、O1sピーク面積は528〜540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。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。
(4) 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 was set in the sample chamber, and the inside of the sample chamber was kept at 1 × 10 −8 Torr. Subsequently, AlKα 1 and 2 were used as the X-ray source, and the photoelectron escape angle was 90 °. In addition, the binding energy value of the C 1s main peak (peak top) was adjusted to 284.6 eV as a correction value for the peak accompanying charging during measurement. The C 1s peak area was determined by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV. The O 1s peak area was determined by drawing a straight base line in the range of 528 to 540 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.
(5)炭素繊維の表面カルボキシル基濃度(COOH/C)、表面水酸基濃度(COH/C)
表面水酸基濃度(COH/C)は、次の手順に従って化学修飾X線光電子分光法により求めた。
(5) Carbon fiber surface carboxyl group concentration (COOH / C), surface hydroxyl group concentration (COH / C)
The surface hydroxyl group concentration (COH / C) was determined by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure.
溶媒でサイジング剤などを除去した炭素繊維束をカットして白金製の試料支持台上に拡げて並べ、0.04モル/リットルの無水3弗化酢酸気体を含んだ乾燥窒素ガス中に室温で10分間さらし、化学修飾処理した後、X線光電子分光装置に光電子脱出角度を35゜としてマウントし、X線源としてAlKα1,2を用い、試料チャンバー内を1×10−8Torrの真空度に保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sのメインピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせた。C1sピーク面積[C1s]は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、F1sピーク面積[F1s]は、682〜695eV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、同時に化学修飾処理したポリビニルアルコールのC1sピーク分割から反応率rを求めた。 The carbon fiber bundles from which the sizing agent and the like have been removed with a solvent are cut and spread and arranged on a platinum sample support. At room temperature in dry nitrogen gas containing 0.04 mol / liter of anhydrous trifluoride acetic acid gas. After 10 minutes exposure and chemical modification treatment, it was mounted on an X-ray photoelectron spectrometer with a photoelectron escape angle of 35 °, AlKα 1,2 was used as an X-ray source, and the inside of the sample chamber was at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr. Keep on. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the C 1s main peak was adjusted to 284.6 eV. The C 1s peak area [C 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the F 1s peak area [F 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 682 to 695 eV. Asked. Moreover, the reaction rate r was calculated | required from C1s peak division | segmentation of the polyvinyl alcohol chemically modified simultaneously.
表面水酸基濃度(COH/C)は、下式により算出した値で表した。 The surface hydroxyl group concentration (COH / C) was represented by the value calculated by the following formula.
COH/C={[F1s]/(3k[C1s]−2[F1s])r}×100(%)
なお、kは装置固有のC1sピーク面積に対するF1sピーク面積の感度補正値であり、米国SSI社製モデルSSX−100−206での、上記装置固有の感度補正値は3.919であった。
COH / C = {[F 1s ] / (3k [C 1s ] −2 [F 1s ]) r} × 100 (%)
Note that k is a sensitivity correction value of the F 1s peak area with respect to the C 1s peak area specific to the apparatus, and the sensitivity correction value specific to the apparatus in the model SSX-100-206 manufactured by SSI of the United States was 3.919. .
表面カルボキシル基濃度(COOH/C)は、次の手順に従って化学修飾X線光電子分光法により求めた。先ず、溶媒でサイジング剤などを除去した炭素繊維束をカットして白金製の試料支持台上に拡げて並べ、0.02モル/リットルの3弗化エタノール気体、0.001モル/リットルのジシクロヘキシルカルボジイミド気体及び0.04モル/リットルのピリジン気体を含む空気中に60℃で8時間さらし、化学修飾処理した後、X線光電子分光装置に光電子脱出角度を35゜としてマウントし、X線源としてAlKα1,2を用い、試料チャンバー内を1×10−8Torrの真空度に保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずC1sのメインピークの結合エネルギー値を284.6eVに合わせた。C1sピーク面積[C1s]は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、F1sピーク面積[F1s]は、682〜695eV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、同時に化学修飾処理したポリアクリル酸のC1sピーク分割から反応率rを、O1sピーク分割からジシクロヘキシルカルボジイミド誘導体の残存率mを求めた。 The surface carboxyl group concentration (COOH / C) was determined by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fiber bundles from which the sizing agent and the like have been removed with a solvent are cut and spread and arranged on a platinum sample support, and 0.02 mol / liter of trifluorinated ethanol gas, 0.001 mol / liter of dicyclohexyl. The sample was exposed to air containing carbodiimide gas and 0.04 mol / liter pyridine gas at 60 ° C for 8 hours, chemically modified, mounted on an X-ray photoelectron spectrometer with a photoelectron escape angle of 35 °, and used as an X-ray source. Using AlKα 1 and 2 , the inside of the sample chamber is kept at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr. As correction of the peak accompanying charging during measurement, first, the binding energy value of the C 1s main peak was adjusted to 284.6 eV. The C 1s peak area [C 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the F 1s peak area [F 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 682 to 695 eV. Asked. Simultaneously, the reaction rate r was determined from the C 1s peak splitting of the polyacrylic acid chemically modified, and the residual rate m of the dicyclohexylcarbodiimide derivative was determined from the O 1s peak splitting.
表面カルボキシル基濃度COOH/Cは、下式により算出した値で表した。 The surface carboxyl group concentration COOH / C was represented by the value calculated by the following formula.
COOH/C={[F1s]/(3k[C1s]−(2+13m)[F1s])r}×100(%)
なお、kは装置固有のC1sピーク面積に対するF1sピーク面積の感度補正値であり、米国SSI社製モデルSSX−100−206を用いた場合の、上記装置固有の感度補正値は3.919であった。
COOH / C = {[F 1s ] / (3k [C 1s ] − (2 + 13 m) [F 1s ]) r} × 100 (%)
Note that k is a sensitivity correction value of the F 1s peak area with respect to the C 1s peak area unique to the apparatus, and the sensitivity correction value specific to the apparatus when the model SSX-100-206 manufactured by SSI of the United States is used is 3.919. Met.
(6)サイジング剤のエポキシ価
サイジング剤のエポキシ価は、溶媒を除去したサイジング剤をN,N−ジメチルホルムアミドに溶解し、塩酸でエポキシ基を開環させ、酸塩基滴定で求めた。
(6) Epoxy value of sizing agent The epoxy value of the sizing agent was determined by acid-base titration by dissolving the sizing agent from which the solvent had been removed in N, N-dimethylformamide, opening the epoxy group with hydrochloric acid.
(7)サイジング剤の水酸基価
サイジング剤の水酸基価は、溶媒を除去したサイジング剤をN,N−ジメチルホルムアミドに溶解し、無水酢酸を用いて、水酸基をアセチル化し、生成した酢酸を水酸化カリウム溶液で滴定する事により求めた。エポキシ基も滴定されるため、(6)で測定したエポキシ価の値で補正した。
(7) Hydroxyl value of sizing agent The hydroxyl value of the sizing agent is determined by dissolving the sizing agent from which the solvent has been removed in N, N-dimethylformamide, acetylating the hydroxyl group with acetic anhydride, and converting the generated acetic acid to potassium hydroxide. It was determined by titrating with a solution. Since the epoxy group is also titrated, it was corrected with the value of the epoxy value measured in (6).
(8)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回行い、その平均値をサイジング剤の質量部とした。
(8) Method of measuring sizing adhesion amount Electricity set to a temperature of 450 ° C. in a nitrogen stream of 50 ml / min after weighing about 2 g of sizing adhesion carbon fiber bundle (W1) (reading to the fourth decimal place) Leave in a furnace (capacity 120 cm 3 ) for 15 minutes to completely pyrolyze the sizing agent. 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.
(9)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)の手順で行った。
(9) Measurement of interfacial shear strength (IFSS) The measurement of interfacial shear strength (IFSS) was performed according to the following procedures (a) to (d).
(イ)樹脂の調整
ビスフェノールA型エポキシ化合物“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た。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分間加熱した。その後、両者をよく混合し、80℃の温度で約15分間真空脱泡を行った。
(A) Preparation of resin 100 parts by mass of a bisphenol A type epoxy 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.) Each was placed in a container. Thereafter, the mixture was heated at a temperature of 75 ° C. for 15 minutes in order to reduce the viscosity of the jER828 and dissolve the metaphenylenediamine. Then, both were mixed well and vacuum defoaming was performed at a temperature of 80 ° C. for about 15 minutes.
(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した。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行った。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であった。
(B) Fixing the carbon fiber single yarn to the dedicated mold The single fiber was extracted from the carbon fiber bundle, and both ends were fixed with an adhesive in a state where a constant tension was 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-dried for 30 minutes or more at the temperature of 80 degreeC. The dumbbell mold was made of silicone rubber, and the shape of the cast part was a center part width of 5 mm, a length of 25 mm, both end part widths of 10 mm, and an overall length of 150 mm.
(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℃の温度まで降温した。その後、脱型して試験片を得た。
(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 held for 2 hours, then rises to a temperature of 125 ° C at a heating rate of 1.5 ° C / min, held for 2 hours, and then reaches a temperature of 30 ° C at a cooling rate of 2.5 ° C / min. The temperature dropped. Then, it demolded and the test piece was obtained.
(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)を測定した。次に、平均破断繊維長laを、la(μm)=22×1000(μm)/N(個)の式により計算した。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)の式により計算した。ストランド引張強度σと炭素繊維単糸の直径dを測定し、炭素繊維と樹脂界面の接着強度の指標である界面剪断強度IFSS(c)を、次式で算出した。実施例では、測定数n=5の平均を試験結果とした。
・界面剪断強度IFSS(c)(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)
IFSSの値が43MPa以上を◎、40MPa以上43MPa未満を○、30MPa以上40MPa未満を△、30MPa未満を×とした。◎、○が本発明において好ましい範囲である。
(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 fiber breakage number N (pieces) in the range of 22 mm at the center of each piece was measured. Next, the average broken fiber length la was calculated by the formula: la (μm) = 22 × 1000 (μm) / N (pieces). Next, the critical fiber length lc was calculated from the average breaking fiber length la by the formula of lc (μm) = (4/3) × la (μm). The strand tensile strength σ and the diameter d of the carbon fiber single yarn were measured, and the interface shear strength IFSS (c), which is an index of the bond strength between the carbon fiber and the resin interface, was 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 (c) (MPa) = σ (MPa) × d (μm) / (2 × lc) (μm)
IFSS values of 43 MPa or more were evaluated as ◎, 40 MPa or more and less than 43 MPa as ◯, 30 MPa or more and less than 40 MPa as Δ, and less than 30 MPa as x. ◎ and ○ are preferable ranges in the present invention.
(10)湿潤環境保管後の界面剪断強度
炭素繊維束を温度50℃、湿度80%で14日保管後、(8)と同様にして界面剪断強度(IFSS)を測定した。(8)で測定したIFSS(c)MPaと、湿潤環境保管後のIFSS(d)MPaとの関係、すなわち経時変化後の低下率を、下記式(1)から算出した。
(10) Interfacial shear strength after storage in wet environment After storing the carbon fiber bundle at a temperature of 50 ° C. and a humidity of 80% for 14 days, the interfacial shear strength (IFSS) was measured in the same manner as in (8). The relationship between IFSS (c) MPa measured in (8) and IFSS (d) MPa after storage in a wet environment, that is, the rate of decrease after aging was calculated from the following formula (1).
((c)−(d))/(c) (1)
経時変化後の低下率が10%未満を◎、10%以上20%未満を○、20%以上30%未満を△、30%以上を×とした。◎、○が本発明において好ましい範囲である。
((C)-(d)) / (c) (1)
The rate of decrease after change over time is less than 10%, 、 10 is 10% or more and less than 20%, ◯ is 20% or more and less than 30%, and 30% or more is ×. ◎ and ○ are preferable ranges in the present invention.
(11)繊維強化複合材料の0°の定義
JIS K7017(1999)に記載されているとおり、一方向繊維強化複合材料の繊維方向を軸方向とし、その軸方向を0°軸と定義し軸直交方向を90°と定義した。
(11) Definition of 0 ° of fiber reinforced composite material As described in JIS K7017 (1999), the fiber direction of a unidirectional fiber reinforced composite material is defined as the axial direction, and the axial direction is defined as the 0 ° axis. The direction was defined as 90 °.
(12)繊維強化複合材料の0°引張強度測定
作製後24時間以内の一方向プリプレグを所定の大きさにカットし、これを一方向に6枚積層した後、真空バッグを行い、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力6kg/cm2、2時間で硬化させ、一方向強化材(炭素繊維強化複合材料)を得た。この一方向強化材を幅12.7mm、長さ230mmにカットし、両端に1.2mm、長さ50mmのガラス繊維強化プラスチック製のタブを接着し試験片を得た。このようにして得られた試験片について、インストロン社製万能試験機を用いてクロスヘッドスピード1.27mm/分で引張試験を行った。
(12) Measurement of 0 ° tensile strength of fiber reinforced composite material Cut a unidirectional prepreg within 24 hours after preparation into a predetermined size, laminate 6 sheets in one direction, perform a vacuum bag, and use an autoclave And cured at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 6 kg / cm 2 for 2 hours to obtain a unidirectional reinforcing material (carbon fiber reinforced composite material). The unidirectional reinforcing material was cut into a width of 12.7 mm and a length of 230 mm, and a glass fiber reinforced plastic tab having a length of 1.2 mm and a length of 50 mm was bonded to both ends to obtain a test piece. The test piece thus obtained was subjected to a tensile test at a crosshead speed of 1.27 mm / min using an Instron universal testing machine.
本発明において、0°引張強度の値(e)MPaを(2)で求めたストランド強度の値で割り返したものを強度利用率(%)として、次式で求めた。
強度利用率=引張強度/((CF目付/190)×Vf/100×ストランド強度)×100
CF目付=190g/m2
Vf=56%
強度利用率が83%以上を◎、80%以上83%未満を○、78%以上80%未満を△、78%未満を×とした。◎、○が本発明において好ましい範囲である。
In the present invention, the value obtained by dividing the 0 ° tensile strength value (e) MPa by the strand strength value obtained in (2) was used as the strength utilization factor (%), and the following formula was used.
Strength utilization rate = tensile strength / ((CF basis weight / 190) × Vf / 100 × strand strength) × 100
CF basis weight = 190 g / m 2
Vf = 56%
A strength utilization rate of 83% or more was evaluated as ◎, 80% or more and less than 83% as 78, 78% or more and less than 80% as Δ, and less than 78% as ×. ◎ and ○ are preferable ranges in the present invention.
(13)粒度分布計によるエマルジョン粒径測定
水溶液に対する水以外の質量が5質量%のエマルジョン溶液に対して、粒度分布計(大塚電子製FAPR−1000)を用いてキュムラント平均粒子径を測定した。実施例ではn=3で測定し、その平均を測定結果とした。粒子の安定性の指標として、平均粒子径が100nm以上300nm未満を◎、300nm以上500nm未満を○、500nm以上600nm未満を△、600nm以上を×とした。◎、○が本発明において好ましい範囲である。
(13) Measurement of emulsion particle size by particle size distribution meter The average particle size of cumulant was measured using a particle size distribution meter (FAPR-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) with respect to an emulsion solution having a mass other than water of 5% by mass with respect to the aqueous solution. In the examples, measurement was performed at n = 3, and the average was taken as the measurement result. As an index of the stability of the particles, the average particle size is 100 nm or more and less than 300 nm, ◯, 300 nm or more and less than 500 nm is given by ○, 500 nm or more and less than 600 nm by Δ, and 600 nm or more by ×. ◎ and ○ are preferable ranges in the present invention.
(14)射出成形品の曲げ特性評価方法
得られた射出成形品から、長さ130±1mm、幅25±0.2mmの曲げ強度試験片を切り出した。ASTM D−790(2004)に規定する試験方法に従い、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分で曲げ強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機として“インストロン(登録商標)”万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。測定数はn=5とし、平均値を曲げ強度(S1)とした。また、上記試験片を80℃の熱水中に1000時間浸漬し、表面の水分を除去した後、同様に測定した曲げ強度を(S2)とした。耐熱水性の指標として、(S2/S1)が0.75以上が好ましい範囲である。
(14) Bending characteristic evaluation method of injection molded product A bending strength test piece having a length of 130 ± 1 mm and a width of 25 ± 0.2 mm was cut out from the obtained injection molded product. According to the test method specified in ASTM D-790 (2004), using a three-point bending test jig (indenter 10 mm, fulcrum 10 mm), the support span is set to 100 mm, and the bending strength is measured at a crosshead speed of 5.3 mm / min. did. In this example, “Instron (registered trademark)” universal testing machine 4201 type (manufactured by Instron) was used as a testing machine. The number of measurements was n = 5, and the average value was the bending strength (S1). Moreover, after the said test piece was immersed in 80 degreeC hot water for 1000 hours, the water | moisture content of the surface was removed, the bending strength measured similarly was set to (S2). As an index of hot water resistance, (S2 / S1) is preferably 0.75 or more.
各実施例および各比較例で用いた材料と成分は下記の通りである。なお、固形分残存量は、25℃において、水90質量部に対しエポキシ化合物10質量部を混合し、24時間以上スターラーで攪拌し、JIS P3801(1956) 1種に該当するろ紙で濾過した後に残存する固形物の重量を示す。 The materials and components used in each example and each comparative example are as follows. In addition, solid content residual amount mixes 10 mass parts of epoxy compounds with 90 mass parts of water at 25 degreeC, after stirring with a stirrer for 24 hours or more, and filtering with the filter paper applicable to JIS P3801 (1956) 1 type. Indicates the weight of the remaining solid.
・(A)成分:A−1〜A−4
A−1:“デナコール(登録商標)”EX−810(ナガセケムテックス(株)製)
エチレングリコールのジグリシジルエーテル
エポキシ価:8.85meq/g、水酸基価:0meq/g、エポキシ基数:2、固形分残存量:0%
A−2:“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
エポキシ価:5.99meq/g、水酸基価:3.8meq/g、エポキシ基数:4、固形分残存量:52%
A−3:“デナコール(登録商標)”EX−313(ナガセケムテックス(株)製)
グリセロールポリグリシジルエーテル
エポキシ価:7.09meq/g、水酸基価:3.66meq/g、エポキシ基数:2、固形分残存量:1%
A−4:“デナコール(登録商標)”EX−521(ナガセケムテックス(株)製)
ポリグリセリンポリグリシジルエーテル
エポキシ価:5.46meq/g、水酸基価:2.58meq/g、エポキシ基数:6.3、固形分残存量:0%。
-(A) component: A-1 to A-4
A-1: “Denacol (registered trademark)” EX-810 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Diglycidyl ether of ethylene glycol Epoxy value: 8.85 meq / g, Hydroxyl value: 0 meq / g, Number of epoxy groups: 2, Solid content remaining: 0%
A-2: “Denacol (registered trademark)” EX-611 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Sorbitol polyglycidyl ether Epoxy value: 5.9 meq / g, Hydroxyl value: 3.8 meq / g, Number of epoxy groups: 4, Solid content remaining: 52%
A-3: “Denacol (registered trademark)” EX-313 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Glycerol polyglycidyl ether Epoxy value: 7.09 meq / g, Hydroxyl value: 3.66 meq / g, Number of epoxy groups: 2, Solid content remaining: 1%
A-4: “Denacol (registered trademark)” EX-521 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Polyglycerin polyglycidyl ether Epoxy value: 5.46 meq / g, Hydroxyl value: 2.58 meq / g, Epoxy group number: 6.3, Solid content residual amount: 0%.
・(B)成分:B−1〜B−6
B−1:“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
エポキシ価:5.71meq/g、エポキシ基数:3、固形分残存量:90%以上
B−2:“エピクロン(登録商標)”N660(DIC(株)製)
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
エポキシ価:4.85meq/g、エポキシ基数:3、固形分残存量:90%以上
B−3:“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
エポキシ価:5.29meq/g、エポキシ基数:2、固形分残存量:90%以上
B−4:“jER(登録商標)”1001(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
エポキシ価:2.11meq/g、エポキシ基数:2、固形分残存量:90%以上
B−5:“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
エポキシ価:4.63meq/g、エポキシ基数:1、固形分残存量:90%以上
B−6:“jER(登録商標)”807(三菱化学(株)製)
ビスフェノールFのジグリシジルエーテル
エポキシ価:5.99meq/g、エポキシ基数:2、固形分残存量:90%以上
B−7:“デナコール(登録商標)”EX−411(ナガセケムテックス(株)製)
ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル
エポキシ価:4.37meq/g、水酸基価:0meq/g、エポキシ基数:4、固形分残存量:90%
B−8:“デナコール(登録商標)”EX−622(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
エポキシ価:5.24meq/g、水酸基価:1.19meq/g、エポキシ基数:5、固形分残存量:85%。
-(B) component: B-1 to B-6
B-1: “jER (registered trademark)” 152 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Glycidyl ether of phenol novolac Epoxy value: 5.71 meq / g, Epoxy group number: 3, Solid content residual amount: 90% or more B-2: “Epicron (registered trademark)” N660 (manufactured by DIC Corporation)
Cresol novolac type epoxy resin Epoxy value: 4.85 meq / g, number of epoxy groups: 3, solid content remaining: 90% or more B-3: “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Diglycidyl ether of bisphenol A Epoxy value: 5.29 meq / g, number of epoxy groups: 2, solid content remaining: 90% or more B-4: “jER (registered trademark)” 1001 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Diglycidyl ether of bisphenol A Epoxy value: 2.11 meq / g, Number of epoxy groups: 2, Solid content remaining: 90% or more B-5: “Denacol (registered trademark)” EX-731 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation) )
N-glycidylphthalimide Epoxy value: 4.63 meq / g, Number of epoxy groups: 1, Solid content remaining: 90% or more B-6: “jER (registered trademark)” 807 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Diglycidyl ether of bisphenol F Epoxy value: 5.9 meq / g, number of epoxy groups: 2, solid content remaining: 90% or more B-7: “Denacol (registered trademark)” EX-411 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation) )
Pentaerythritol polyglycidyl ether Epoxy value: 4.37 meq / g, Hydroxyl value: 0 meq / g, Number of epoxy groups: 4, Solid content remaining: 90%
B-8: “Denacol (registered trademark)” EX-622 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
Sorbitol polyglycidyl ether Epoxy value: 5.24 meq / g, Hydroxyl value: 1.19 meq / g, Number of epoxy groups: 5, Solid content remaining: 85%.
・エポキシ化合物(D1):D−1、D−2
D−1:テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学(株)製)
エポキシ価:8.33meq/g
D−2:“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
エポキシ価:5.29meq/g。
Epoxy compound (D1): D-1, D-2
D-1: Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
Epoxy value: 8.33 meq / g
D-2: “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Diglycidyl ether of bisphenol A Epoxy value: 5.29 meq / g.
・潜在性硬化剤(E)成分:E−1
E−1:“セイカキュア(登録商標)”S(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、和歌山精化(株)製)。
・熱可塑性樹脂
“スミカエクセル(登録商標)”5003P(ポリエーテルスルホン、住友化学工業(株)製)。
-Latent curing agent (E) component: E-1
E-1: “Seika Cure (registered trademark)” S (4,4′-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.).
-Thermoplastic resin "Sumika Excel (registered trademark)" 5003P (polyethersulfone, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
ポリアリーレンスルフィド樹脂:
ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂ペレット・・・“トレリナ(登録商標)”M2888(東レ(株)製)。
Polyarylene sulfide resin:
Polyphenylene sulfide (PPS) resin pellet: “Torelina (registered trademark)” M2888 (manufactured by Toray Industries, Inc.).
ポリアミド樹脂:
ポリアミド66(PA)樹脂ペレット・・・“アミラン(登録商標)”CM3001(東レ(株)製)。
Polyamide resin:
Polyamide 66 (PA) resin pellet: “Amilan (registered trademark)” CM3001 (manufactured by Toray Industries, Inc.).
ポリカーボネート樹脂:
ポリカーボネート(PC)樹脂ペレット・・・“レキサン(登録商標)”141R(SABIC)。
Polycarbonate resin:
Polycarbonate (PC) resin pellet: “Lexan (registered trademark)” 141R (SABIC).
ポリオレフィン系樹脂:
ポリプロピレン(PP)樹脂ペレット・・・未変性PP樹脂ペレットと酸変性PP樹脂ペレットの混合物(未変性PP樹脂ペレット:“プライムポリプロ(登録商標)”J830HV((株)プライムポリマー製)50質量部、酸変性PP樹脂ペレット:“アドマー(登録商標)”QE800(三井化学(株)製)50質量部)。
Polyolefin resin:
Polypropylene (PP) resin pellets: a mixture of unmodified PP resin pellets and acid-modified PP resin pellets (unmodified PP resin pellets: “Prime Polypro (registered trademark)” J830HV (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.), 50 parts by mass, Acid-modified PP resin pellets: “Admer (registered trademark)” QE800 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., 50 parts by mass).
(実施例1)
本実施例は、次の第Iの工程、第IIの工程および第IIIの工程からなる。
Example 1
This example comprises the following I step, II step and III step.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
アクリロニトリル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、繊密度1,000テックス、比重1.8、ストランド引張強度5.9GPa、ストランド引張弾性率295GPa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50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。このとき表面酸素濃度O/Cは、0.15、表面カルボキシル基濃度COOH/Cは0.005、表面水酸基濃度COH/Cは0.018であった。このときの炭素繊維の表面粗さ(Ra)は3.0nmであった。これを炭素繊維Aとした。
-Step I: Process for producing carbon fiber as raw material A copolymer composed of 99 mol% acrylonitrile and 1 mol% itaconic acid is spun and fired, the total number of filaments is 24,000, and the fiber density is 1,000. A carbon fiber having a tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 5.9 GPa, and a strand tensile elastic modulus of 295 GPa was obtained. Subsequently, the carbon fiber was subjected to an electrolytic surface treatment with an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 0.1 mol / l as an electrolytic solution at an electric charge of 50 coulomb per gram of 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 0.15, the surface carboxyl group concentration COOH / C was 0.005, and the surface hydroxyl group concentration COH / C was 0.018. The surface roughness (Ra) of the carbon fiber at this time was 3.0 nm. This was designated as carbon fiber A.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
(B)成分として(B−1)を20質量部、(C)成分20質量部および乳化剤10質量部からなる水分散エマルジョンを調合した後、(A)成分として(A−4)を50質量部混合してサイジング液を調合した。なお、(C)成分として、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物2モルとマレイン酸1.5モル、セバチン酸0.5モルの縮合物、乳化剤としてポリオキシエチレン(70モル)スチレン化(5モル)クミルフェノールを用いた。このサイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75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、サイジング剤塗布炭素繊維に対して1.0質量%となるように調整した。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。結果を表1にまとめた。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber (B) As component (B-1), 20 parts by mass, (C) 20 parts by mass of component and 10 parts by mass of emulsifier were prepared. Thereafter, 50 parts by mass of (A-4) as component (A) was mixed to prepare a sizing solution. As component (C), 2 mol of an adduct of bisphenol A with 2 mol of ethylene oxide and 1.5 mol of maleic acid and 0.5 mol of sebacic acid, and polyoxyethylene (70 mol) styrenation as an emulsifier (5 Mol) cumylphenol was used. After this sizing agent was applied to the carbon fiber surface-treated by the dipping method, heat treatment was performed at a temperature of 210 ° C. for 75 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1.0 mass% with respect to the sizing agent-coated carbon fiber. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. The results are summarized in Table 1. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
混練装置で、(D)成分として(D−1)を80質量部と(D−2)を20質量部に、10質量部のスミカエクセル5003Pを配合して溶解した後、硬化剤(E)成分として、(E−1)4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを40質量部混練して、炭素繊維強化複合材料用のエポキシ樹脂組成物を作製した。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg In a kneading apparatus, 80 parts by mass of (D-1) and 20 parts by mass of (D-2) as component (D) and 10 parts by mass of Sumika Excel 5003P After mixing and dissolving, 40 parts by mass of (E-1) 4,4′-diaminodiphenylsulfone as a curing agent (E) component is kneaded to prepare an epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material. did.
得られたエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて樹脂目付52g/m2で離型紙上にコーティングし、樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを、一方向に引き揃えたサイジング剤塗布炭素繊維(目付190g/m2)の両側に重ね合せてヒートロールを用い、温度100℃、気圧1気圧で加熱加圧しながらエポキシ樹脂組成物をサイジング剤塗布炭素繊維に含浸させプリプレグを得た。続いて、0°引張試験を実施した。結果を表1に示す。0°引張強度利用率が十分高いことが確認できた。結果を表1に示す。 The obtained epoxy resin composition was coated on a release paper with a resin basis weight of 52 g / m 2 using a knife coater to prepare a resin film. This resin film is superposed on both sides of a sizing agent-coated carbon fiber (weight per unit area 190 g / m 2 ) aligned in one direction, and a heat roll is used to heat and press at 100 ° C. and 1 atm. Was impregnated into carbon fiber coated with a sizing agent to obtain a prepreg. Subsequently, a 0 ° tensile test was performed. The results are shown in Table 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 1.
(実施例2〜10)
・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と同様にした。
(Examples 2 to 10)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表1に示す(B)成分を用いた以外は、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。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表1に示す。
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 except that the component (B) shown in Table 1 was used as the sizing agent. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 1.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表1に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 1.
(実施例11〜15)
・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と同様にした。
(Examples 11 to 15)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表2に示す(A)成分を用いた以外は実施例3と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表2に示す。
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 except that the component (A) shown in Table 2 was used as the sizing agent. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 2.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表2に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 2.
(実施例16〜20)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例1と同様にした。
(Examples 16 to 20)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表2に示す質量比にした以外は、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。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表2に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio shown in Table 2 was used as the sizing agent. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 2.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表2に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 2.
(実施例21)
・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と同様にした。
(Example 21)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・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)成分として(A−4)を50質量部、(B)成分として(B−3)を20質量部、芳香族ポリエステルを20質量部、乳化剤を10質量部、DMFに溶解してサイジング液を調合した。実施例1と同様に、このサイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75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1.0質量部となるように調整した。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表3に示す。
Step II: A step of attaching a sizing agent to carbon fiber (A) 50 parts by mass of (A-4) as component, 20 parts by mass of (B-3) as component (B), and 20 aromatic polyester A sizing solution was prepared by dissolving 10 parts by mass of an emulsifier and 10 parts by mass of DMF. In the same manner as in Example 1, this sizing agent was applied to the carbon fiber surface-treated by the dipping method, and then heat treated at a temperature of 210 ° C. for 75 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to be 1.0 part by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 3.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 3.
(実施例22)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
アクリロニトリル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、繊密度490テックス、比重1.8、ストランド引張強度6.3GPa、ストランド引張弾性率330GPa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80クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、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、表面カルボン酸濃度COOH/Cは0.008、表面水酸基濃度COH/Cは0.030であった。これを炭素繊維Bとした。
(Example 22)
-Step I: Step of producing carbon fiber as raw material A copolymer composed of 99 mol% of acrylonitrile and 1 mol% of itaconic acid is spun and fired, the total number of filaments is 24,000, the fine density is 490 tex, A carbon fiber having a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 6.3 GPa, and a strand tensile modulus of 330 GPa was obtained. Next, the carbon fiber was subjected to electrolytic surface treatment with an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 0.1 mol / l as an electrolytic solution at an electric quantity of 80 coulomb per gram of 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, the surface carboxylic acid concentration COOH / C was 0.008, and the surface hydroxyl group concentration COH / C was 0.030. This was designated as carbon fiber B.
・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と同様にした。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表3に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same procedure as in Example 3 was performed. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 3.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 3.
(実施例23)
・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10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、0.09、表面カルボン酸濃度COOH/Cは0.004、表面水酸基濃度COH/Cは0.003であった。これを炭素繊維Cとした。
(Example 23)
-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 10 coulomb per gram of carbon fiber. Same as Example 1. At this time, the surface oxygen concentration O / C was 0.09, the surface carboxylic acid concentration COOH / C was 0.004, and the surface hydroxyl group concentration COH / C was 0.003. This was designated as carbon fiber C.
・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と同様にした。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表3に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same procedure as in Example 3 was performed. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 3.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 3.
(実施例24〜27)
・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と同様にした。
(Examples 24-27)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
熱処理温度を表3に示すようにした以外は、実施例33と同様にした。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。結果を表3に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The procedure was the same as Example 33 except that the heat treatment temperature was as shown in Table 3. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low. The results are shown in Table 3.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 3.
(実施例28、29)
・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と同様にした。
(Examples 28 and 29)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
熱処理温度を表3に示すようにした以外は、実施例3と同様にした。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した初期の接着性がやや不足したが、湿潤環境保管後の接着性の低下率は低いことがわかった。結果を表3に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same procedure as in Example 3 was conducted except that the heat treatment temperature was as shown in Table 3. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, although the initial adhesiveness measured by IFSS was somewhat insufficient, it was found that the rate of decrease in adhesiveness after storage in a wet environment was low. The results are shown in Table 3.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は十分高いことが確認できた。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the 0 ° tensile strength utilization rate was sufficiently high. The results are shown in Table 3.
(実施例30)
・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と同様にした。
(Example 30)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・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)成分として(A−4)を50質量部、(B)成分として(B−1)を20質量部混合した後に、(C)成分20質量部および乳化剤10質量部を混合して水分散エマルジョンを調合した。なお、(C)成分として、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物2モルとマレイン酸1.5モル、セバチン酸0.5モルの縮合物、乳化剤としてポリオキシエチレン(70モル)スチレン化(5モル)クミルフェノールを用いた。このサイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75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、サイジング剤塗布炭素繊維に対して1.0質量%となるように調整した。続いて、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定、サイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度(IFSS)および、湿潤環境保管をしたサイジング剤塗布炭素繊維の界面剪断強度を測定した。結果を表1にまとめた。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。また、IFSSで測定した接着性が十分に高く、湿潤環境保管後の接着性の低下率が低いことがわかった。
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber (A) After mixing 50 parts by mass of (A-4) as component and 20 parts by mass of (B-1) as component (B), (C ) 20 parts by mass of component and 10 parts by mass of emulsifier were mixed to prepare an aqueous dispersion emulsion. As component (C), 2 mol of an adduct of bisphenol A with 2 mol of ethylene oxide and 1.5 mol of maleic acid and 0.5 mol of sebacic acid, and polyoxyethylene (70 mol) styrenation as an emulsifier (5 Mol) cumylphenol was used. After this sizing agent was applied to the carbon fiber surface-treated by the dipping method, heat treatment was performed at a temperature of 210 ° C. for 75 seconds to obtain a sizing agent-coated carbon fiber bundle. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1.0 mass% with respect to the sizing agent-coated carbon fiber. Subsequently, X-ray photoelectron spectroscopy measurement on the surface of the sizing agent, interfacial shear strength (IFSS) of the sizing agent-coated carbon fiber, and interfacial shear strength of the sizing agent-coated carbon fiber stored in a wet environment were measured. The results are summarized in Table 1. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected. Moreover, it turned out that the adhesiveness measured by IFSS is high enough, and the decreasing rate of the adhesiveness after wet environment storage is low.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率がやや不足した。結果を表3に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. The 0 ° tensile strength utilization rate was slightly insufficient. The results are shown in Table 3.
(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と同様にした。
(Comparative Examples 1-3)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表4に示す質量比にした以外は、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。励起エネルギー400eV、光電子脱出角度55°のX線光電子分光法によって測定されたC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)の比率(a)/(b)が0.90より大きく、本発明の範囲から外れていた。また、IFSSで測定した初期の接着性が低いことがわかった。結果を表4に示す。
-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 except that the mass ratio shown in Table 4 was used as the sizing agent. Component of binding energy (284.6 eV) belonging to (a) CHx, CC, C = C in C 1s core spectrum measured by X-ray photoelectron spectroscopy with excitation energy of 400 eV and photoelectron escape angle of 55 ° The ratio (a) / (b) of the height (cps) of the component (b) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O is greater than 0.90. Was out of range. Moreover, it turned out that the initial adhesiveness measured by IFSS is low. The results are shown in Table 4.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率が低いことがわかった。結果を表4に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. It was found that the 0 ° tensile strength utilization rate was low. 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と同様にした。
(Comparative Example 4)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表4に示す質量比にした以外は、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。励起エネルギー400eV、光電子脱出角度55°のX線光電子分光法によって測定されたC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)の比率(a)/(b)が0.50より小さく、本発明の範囲から外れていた。IFSSで測定した初期の接着性は十分高いが、湿潤環境保管後のIFSSが低下した。結果を表4に示す。
-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 except that the mass ratio shown in Table 4 was used as the sizing agent. Component of binding energy (284.6 eV) belonging to (a) CHx, CC, C = C in C 1s core spectrum measured by X-ray photoelectron spectroscopy with excitation energy of 400 eV and photoelectron escape angle of 55 ° The ratio (a) / (b) of the height (cps) of the component (b) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O is smaller than 0.50. Was out of range. The initial adhesion measured by IFSS was sufficiently high, but the IFSS after storage in a wet environment decreased. The results are shown in Table 4.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は良好であった。結果を表4に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. The 0 ° tensile strength utilization factor was good. The results are shown in Table 4.
(比較例5、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と同様にした。
(Comparative Examples 5 and 6)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として(A)成分、(B)成分を表4に示すようにした以外は、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。励起エネルギー400eV、光電子脱出角度55°のX線光電子分光法によって測定されたC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)の比率(a)/(b)が0.50より小さく、本発明の範囲から外れていた。また、アセトン洗浄前後の(a)/(b)の比率を示す(I)/(II)が1であり、サイジング層の内側と外側で組成差が見られないことがわかった。また、IFSSで測定した初期の接着性は十分高いが、湿潤環境保管後のIFSSが低下した。結果を表4に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon in the same manner as in Example 1 except that (A) component and (B) component are shown in Table 4 as sizing agents Fiber was obtained. Component of binding energy (284.6 eV) belonging to (a) CHx, CC, C = C in C 1s core spectrum measured by X-ray photoelectron spectroscopy with excitation energy of 400 eV and photoelectron escape angle of 55 ° The ratio (a) / (b) of the height (cps) of the component (b) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O is smaller than 0.50. Was out of range. Further, (I) / (II) indicating the ratio of (a) / (b) before and after acetone washing was 1, and it was found that there was no difference in composition between the inside and outside of the sizing layer. Moreover, although the initial adhesiveness measured by IFSS was sufficiently high, IFSS after storage in a wet environment decreased. The results are shown in Table 4.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率は良好であった。結果を表4に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. The 0 ° tensile strength utilization factor was good. The results are shown in Table 4.
(比較例7、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と同様にした。
(Comparative Examples 7 and 8)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として(A)成分、(B)成分を表4に示すようにした以外は、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。励起エネルギー400eV、光電子脱出角度55°のX線光電子分光法によって測定されたC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)の比率(a)/(b)が0.90より大きく、本発明の範囲から外れていた。また、アセトン洗浄前後の(a)/(b)の比率を示す(I)/(II)が1であり、サイジング層の内側と外側で組成差が見られないことがわかった。また、IFSSで測定した初期の接着性が十分ではなかった。結果を表4に示す。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon in the same manner as in Example 1 except that (A) component and (B) component are shown in Table 4 as sizing agents Fiber was obtained. Component of binding energy (284.6 eV) belonging to (a) CHx, CC, C = C in C 1s core spectrum measured by X-ray photoelectron spectroscopy with excitation energy of 400 eV and photoelectron escape angle of 55 ° The ratio (a) / (b) of the height (cps) of the component (b) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O is greater than 0.90. Was out of range. Further, (I) / (II) indicating the ratio of (a) / (b) before and after acetone washing was 1, and it was found that there was no difference in composition between the inside and outside of the sizing layer. Moreover, the initial adhesiveness measured by IFSS was not sufficient. The results are shown in Table 4.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率が十分な値ではなかった。結果を表4に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. The 0 ° tensile strength utilization factor was not a sufficient value. The results are shown in Table 4.
(比較例9)
・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と同様にした。
(Comparative Example 9)
-Step I: Step of producing carbon fiber as a raw material The same as in Example 1.
・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)成分として(A−4)の水溶液を調整し、浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75秒間熱処理をして、サイジング剤を塗布した炭素繊維を得た。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0.30質量部となるように調整した。続いて、(B)成分として(B−3)を20質量部、(C)成分20質量部および乳化剤10質量部からなる水分散エマルジョンを調合した。なお、(C)成分として、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物2モルとマレイン酸1.5モル、セバチン酸0.5モルの縮合物、乳化剤としてポリオキシエチレン(70モル)スチレン化(5モル)クミルフェノールを用いた。このサイジング剤を浸漬法により(A)成分を塗布した炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75秒間熱処理をして、サイジング剤を塗布した炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して1.0質量%となるように調整した。励起エネルギー400eV、光電子脱出角度55°のX線光電子分光法によって測定されるC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)の比率(a)/(b)が0.90より大きく、本発明の範囲から外れていた。また、アセトン洗浄前後の(a)/(b)の比率を示す(I)/(II)が0.6よりも小さく本発明の範囲から外れていた。また、IFSSで測定した初期の接着性が十分ではなかった。結果を表4に示す。
-Step II: A step of attaching a sizing agent to carbon fibers (A) After preparing an aqueous solution of (A-4) as a component and applying it to carbon fibers surface-treated by a dipping method, at a temperature of 210 ° C A carbon fiber coated with a sizing agent was obtained by heat treatment for 75 seconds. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 0.30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the surface-treated carbon fiber. Then, the water-dispersed emulsion which consists of 20 mass parts of (B-3), (C) component 20 mass parts, and 10 mass parts of emulsifiers as a (B) component was prepared. As component (C), 2 mol of an adduct of bisphenol A with 2 mol of ethylene oxide and 1.5 mol of maleic acid and 0.5 mol of sebacic acid, and polyoxyethylene (70 mol) styrenation as an emulsifier (5 Mol) cumylphenol was used. This sizing agent was applied to the carbon fiber coated with the component (A) by the dipping method, and then heat-treated at a temperature of 210 ° C. for 75 seconds to obtain a carbon fiber coated with the sizing agent. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 1.0 mass% with respect to the sizing agent-coated carbon fiber. Component of binding energy (284.6 eV) belonging to (a) CHx, C—C, C = C of C 1s core spectrum measured by X-ray photoelectron spectroscopy with excitation energy of 400 eV and photoelectron escape angle of 55 ° The ratio (a) / (b) of the height (cps) of the component (b) and the height (cps) of the component of the binding energy (286.1 eV) attributed to C—O is greater than 0.90. Was out of range. In addition, (I) / (II) indicating the ratio of (a) / (b) before and after acetone washing was smaller than 0.6 and deviated from the scope of the present invention. Moreover, the initial adhesiveness measured by IFSS was not sufficient. The results are shown in Table 4.
・第IIIの工程:プリプレグの作製、成形、評価
実施例1と同様にプリプレグを作製、成形、評価を実施した。0°引張強度利用率が十分な値ではなかった。結果を表4に示す。
Step III: Preparation, molding and evaluation of prepreg A prepreg was prepared, molded and evaluated in the same manner as in Example 1. The 0 ° tensile strength utilization factor was not a sufficient value. The results are shown in Table 4.
(実施例31)
実施例1で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は290nmであり、エマルジョンが水中で安定に存在していることがわかった。結果を表5に示す。
(Example 31)
The average particle diameter of the aqueous sizing agent solution used in Example 1 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 290 nm, and it was found that the emulsion was stably present in water. The results are shown in Table 5.
(実施例32、33)
実施例3、11で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径はそれぞれ200、240nmであり、エマルジョンが水中で安定に存在していることがわかった。結果を表5に示す。
(Examples 32 and 33)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Examples 3 and 11 was measured with a particle size distribution meter. The average particle sizes were 200 and 240 nm, respectively, and it was found that the emulsion was stably present in water. The results are shown in Table 5.
(実施例34)
実施例30で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は540nmであり、エマルジョンが水中でやや不安定であることがわかった。結果を表5に示す。
(Example 34)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Example 30 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 540 nm and the emulsion was found to be slightly unstable in water. The results are shown in Table 5.
(比較例10)
比較例2で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は230nmであり、エマルジョンが水中で安定に存在していることがわかった。結果を表5に示す。
(Comparative Example 10)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Comparative Example 2 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 230 nm, and it was found that the emulsion was stably present in water. The results are shown in Table 5.
(比較例11)
比較例3で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は600nmであり、エマルジョンが水中で不安定であることがわかった。結果を表5に示す。
(Comparative Example 11)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Comparative Example 3 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 600 nm and the emulsion was found to be unstable in water. The results are shown in Table 5.
(比較例12)
比較例4で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は240nmであり、エマルジョンが水中で安定に存在していることがわかった。結果を表5に示す。
(Comparative Example 12)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Comparative Example 4 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 240 nm, and it was found that the emulsion was stably present in water. The results are shown in Table 5.
(比較例13)
比較例7で用いたサイジング剤水溶液について粒度分布計にて平均粒子径を測定した。平均粒子径は150nmであり、エマルジョンが水中で安定に存在していることがわかった。結果を表5に示す。
(Comparative Example 13)
The average particle size of the aqueous sizing agent solution used in Comparative Example 7 was measured with a particle size distribution meter. The average particle size was 150 nm, and it was found that the emulsion was stably present in water. The results are shown in Table 5.
(実施例35)
本実施例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Example 35)
The present embodiment includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
アクリロニトリル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1,000テックス、比重1.8、ストランド引張強度5.9GPa、ストランド引張弾性率295GPa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50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。このとき表面酸素濃度O/Cは、0.15、表面カルボキシル基濃度COOH/Cは0.005、表面水酸基濃度COH/Cは0.018であった。このときの炭素繊維の表面粗さ(Ra)は3.0nmであった。これを炭素繊維Aとした。
-Step I: Process for producing carbon fiber as raw material A copolymer composed of 99 mol% acrylonitrile and 1 mol% itaconic acid is spun and fired, the total number of filaments is 24,000, and the total fineness is 1,000. A carbon fiber having a tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 5.9 GPa, and a strand tensile elastic modulus of 295 GPa was obtained. Subsequently, the carbon fiber was subjected to an electrolytic surface treatment with an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 0.1 mol / l as an electrolytic solution at an electric charge of 50 coulomb per gram of 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 0.15, the surface carboxyl group concentration COOH / C was 0.005, and the surface hydroxyl group concentration COH / C was 0.018. The surface roughness (Ra) of the carbon fiber at this time was 3.0 nm. This was designated as carbon fiber A.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
(B)成分として(B−3)を20質量部、(C)成分20質量部および乳化剤10質量部からなる水分散エマルジョンを調合した後、(A)成分として(A−2)を50質量部混合してサイジング液を調合した。なお、(C)成分として、ビスフェノールAのEO2モル付加物2モルとマレイン酸1.5モル、セバチン酸0.5モルの縮合物、乳化剤としてポリオキシエチレン(70モル)スチレン化(5モル)クミルフェノールを用いた。なお(C)成分、乳化剤はいずれも芳香族化合物である。このサイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、210℃の温度で75秒間熱処理をして、サイジング剤が塗布された炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、サイジング剤を塗布した炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。
-Step II: Step of adhering sizing agent to carbon fiber (B) As component (B-3), 20 parts by mass, (C) 20 parts by mass of component and 10 parts by mass of emulsifier were prepared. Thereafter, 50 parts by mass of (A-2) as component (A) was mixed to prepare a sizing solution. As component (C), 2 mol of EO 2 mol adduct of bisphenol A, 1.5 mol of maleic acid and 0.5 mol of sebacic acid, polyoxyethylene (70 mol) as a emulsifier, styrenation (5 mol) Cumylphenol was used. The component (C) and the emulsifier are both aromatic compounds. After applying this sizing agent to the carbon fiber surface-treated by the dipping method, heat treatment was performed at a temperature of 210 ° C. for 75 seconds to obtain a carbon fiber coated with the sizing agent. The adhesion amount of the sizing agent was adjusted to 0.6% by mass with respect to the carbon fiber coated with the sizing agent. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
第II工程で得られたサイジング剤が塗布された炭素繊維を、カートリッジカッターで1/4インチにカットした。
-Step III: Cutting step of carbon fiber coated with sizing agent The carbon fiber coated with the sizing agent obtained in Step II was cut into 1/4 inch with a cartridge cutter.
・第IVの工程:押出工程
日本製鋼所(株)TEX−30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、PPS樹脂ペレットをメインホッパーから供給し、次いで、その下流のサイドホッパーから前工程でカットしたサイジング剤が塗布された炭素繊維を供給し、バレル温度320℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。供給は、重量フィーダーによりPPS樹脂ペレット90質量部に対して、サイジング剤が塗布された炭素繊維が10質量部になるように調整した。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
-Step IV: Extrusion process Using a TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L / D = 32), PPS resin pellets were supplied from the main hopper, and then The carbon fiber coated with the sizing agent cut in the previous step was supplied from the downstream side hopper, kneaded sufficiently at a barrel temperature of 320 ° C. and a rotation speed of 150 rpm, and further deaerated from the downstream vacuum vent. The supply was adjusted by a weight feeder so that the carbon fiber coated with the sizing agent was 10 parts by mass with respect to 90 parts by mass of the PPS resin pellets. The molten resin was discharged from a die port (diameter 5 mm), and the obtained strand was cooled and then cut with a cutter to obtain a pellet-shaped molding material.
・第Vの工程:射出成形工程:
押出工程で得られたペレット状の成形材料を、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:330℃、金型温度:80℃で特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表6に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が228MPaであり、力学特性が十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.81であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
Using the J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works, the pellet-shaped molding material obtained in the extrusion process was molded into a specimen for characteristic evaluation at a cylinder temperature of 330 ° C. and a mold temperature of 80 ° C. . The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 6. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 228 MPa, and the mechanical properties were sufficiently high. Further, it was found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after the heat treatment was 0.81, and there was sufficient hot water resistance.
(実施例36〜40)
本実施例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Examples 36 to 40)
The present embodiment includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表6に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成が期待通りであることが確認できた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 6 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, it was confirmed that the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was as expected.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例35と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 35.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例35と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表6に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.75以上であり十分に耐熱耐水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 35, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 6. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was sufficiently high. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.75 or more, and there exists sufficient heat-and-water resistance.
(比較例14)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 14)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表6に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 6 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例35と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 35.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例35と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表6に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が219MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.68であり耐熱水性が低いことがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 35, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 6. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 219 MPa, which was insufficient. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.68, and hot water resistance is low.
(比較例15)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 15)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表6に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 6 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例35と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 35.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例35と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表6に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が215MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.88であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 35, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 6. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 215 MPa, which was insufficient. Further, the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after the heat treatment was 0.88, and it was found that there was sufficient hot water resistance.
(実施例41〜46)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様とした。
(Examples 41 to 46)
-Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same as in Example 35.
・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35〜40と同様とした。
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same as in Examples 35-40.
・第IIIの工程:サイジング剤を塗布した炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
日本製鋼所(株)TEX−30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、PC樹脂ペレットをメインホッパーから供給し、次いで、その下流のサイドホッパーから前工程でカットしたサイジング剤を塗布した炭素繊維を供給し、バレル温度300℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。供給は、重量フィーダーによりPC樹脂ペレット92質量部に対して、サイジング剤を塗布した炭素繊維が8質量部になるように調整した。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
-Step IV: Extrusion Step Using a steel mill TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L / D = 32), PC resin pellets were fed from the main hopper, and then Carbon fiber coated with the sizing agent cut in the previous step was supplied from the downstream side hopper, kneaded sufficiently at a barrel temperature of 300 ° C. and a rotation speed of 150 rpm, and further deaerated from a downstream vacuum vent. The supply was adjusted by a weight feeder so that the carbon fiber coated with the sizing agent was 8 parts by mass with respect to 92 parts by mass of the PC resin pellets. The molten resin was discharged from a die port (diameter 5 mm), and the obtained strand was cooled and then cut with a cutter to obtain a pellet-shaped molding material.
・第Vの工程:射出成形工程:
押出工程で得られたペレット状の成形材料を、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:320℃、金型温度:70℃で特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表7に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.75以上であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
Using the J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works, the pellet-shaped molding material obtained in the extrusion process was molded into a specimen for characteristic evaluation at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 70 ° C. . The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 7. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was sufficiently high. It was also found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after the heat treatment was 0.75 or more, and there was sufficient hot water resistance.
(比較例16)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 16)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表7に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 7 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例41と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 41.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例41と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表7に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が150MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.68であり耐熱水性が低いことがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 41, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 7. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 150 MPa, which was insufficient. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.68, and hot water resistance is low.
(比較例17)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 17)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表7に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
・第IVの工程:押出工程
実施例41と同様にした。
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例41と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表7に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が145MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.80であり十分に耐熱水性があることがわかった。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 7 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
Step IV: Extrusion step Same as Example 41.
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 41, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 7. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was 145 MPa, which was insufficient. Further, it was found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after heat treatment was 0.80, and there was sufficient hot water resistance.
(実施例47〜52)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様とした。
(Examples 47 to 52)
-Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same as in Example 35.
・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35〜40と同様とした。
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same as in Examples 35-40.
・第IIIの工程:サイジング剤を塗布した炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
日本製鋼所(株)TEX−30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、PP樹脂ペレットをメインホッパーから供給し、次いで、その下流のサイドホッパーから前工程でカットしたサイジング剤を塗布した炭素繊維を供給し、バレル温度230℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。供給は、重量フィーダーによりPP樹脂ペレット80質量部に対して、サイジング剤を塗布した炭素繊維が20質量部になるように調整した。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
-Step IV: Extrusion process Using a TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L / D = 32), Nippon Steel Works, Ltd., supplying PP resin pellets from the main hopper, Carbon fiber coated with the sizing agent cut in the previous step was supplied from the downstream side hopper, kneaded sufficiently at a barrel temperature of 230 ° C. and a rotation speed of 150 rpm, and further deaerated from a downstream vacuum vent. The supply was adjusted by a weight feeder so that the carbon fiber coated with the sizing agent was 20 parts by mass with respect to 80 parts by mass of the PP resin pellets. The molten resin was discharged from a die port (diameter 5 mm), and the obtained strand was cooled and then cut with a cutter to obtain a pellet-shaped molding material.
・第Vの工程:射出成形工程:
押出工程で得られたペレット状の成形材料を、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:240℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表8に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.75以上であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
Using the J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works, the pellet-shaped molding material obtained in the extrusion process was molded into a specimen for characteristic evaluation at a cylinder temperature of 240 ° C. and a mold temperature of 60 ° C. . The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 8. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was sufficiently high. It was also found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after the heat treatment was 0.75 or more, and there was sufficient hot water resistance.
(比較例18)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 18)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表8に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 8 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例47と同様にした。
-Step IV: Extrusion step Same as Example 47.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例47と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表8に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が97MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.89であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 47, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 8. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 97 MPa, which was insufficient. Further, it was found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after heat treatment was 0.89, and there was sufficient hot water resistance.
(比較例19)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 19)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表8に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 8 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例47と同様にした。
-Step IV: Extrusion step Same as Example 47.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例47と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表8に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が95MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.98であり十分に耐熱水性があることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 47, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 8. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was 95 MPa, which was insufficient. Further, it was found that the ratio (S2 / S1) to the bending strength (S2) after heat treatment was 0.98, and there was sufficient hot water resistance.
(実施例53〜58)
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様とした。
(Examples 53 to 58)
-Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same as in Example 35.
・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35〜40と同様とした。
-Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber The same as in Examples 35-40.
・第IIIの工程:サイジング剤を塗布した炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
日本製鋼所(株)TEX−30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、PA66樹脂(PA)ペレットをメインホッパーから供給し、次いで、その下流のサイドホッパーから前工程でカットしたサイジング剤を塗布した炭素繊維を供給し、バレル温度280℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。供給は、重量フィーダーによりPA66樹脂ペレット70質量部に対して、サイジング剤を塗布した炭素繊維が30質量部になるように調整した。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
-Step IV: Extrusion process Nippon Steel Works TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L / D = 32), PA66 resin (PA) pellets are supplied from the main hopper, Next, carbon fibers coated with the sizing agent cut in the previous step were supplied from the downstream side hopper, sufficiently kneaded at a barrel temperature of 280 ° C. and a rotation speed of 150 rpm, and further deaerated from a downstream vacuum vent. The supply was adjusted by a weight feeder so that the carbon fiber coated with the sizing agent was 30 parts by mass with respect to 70 parts by mass of the PA66 resin pellets. The molten resin was discharged from a die port (diameter 5 mm), and the obtained strand was cooled and then cut with a cutter to obtain a pellet-shaped molding material.
・第Vの工程:射出成形工程:
押出工程で得られたペレット状の成形材料を、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:300℃、金型温度:70℃で特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表9に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)は0.75以下であり耐熱水性が低いことがわかった。
-V step: injection molding step:
Using the J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works, the pellet-shaped molding material obtained in the extrusion process was molded into a specimen for characteristic evaluation at a cylinder temperature of 300 ° C. and a mold temperature of 70 ° C. . The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 9. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was sufficiently high. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.75 or less, and hot water resistance is low.
(比較例20)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 20)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表9に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 9 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例53と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 53.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例53と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表9に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が340MPaであり十分に高いことがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.52であり耐熱水性が不十分であることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 53, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 9. As a result, it was found that the bending strength (S1) before the heat treatment was 340 MPa, which was sufficiently high. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.52, and hot water resistance is inadequate.
(比較例21)
本比較例は、次の第I〜Vの工程からなる。
(Comparative Example 21)
This comparative example includes the following steps I to V.
・第Iの工程:原料となる炭素繊維を製造する工程
実施例35と同様にした。
Step I: Step of producing carbon fiber as raw material The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IIの工程:サイジング剤を炭素繊維に付着させる工程
サイジング剤として表9に示す(A)成分、(B)成分を用いた以外は実施例35と同様の方法でサイジング剤塗布炭素繊維を得た。これに続き、サイジング剤表面のX線光電子分光法測定を測定した。この結果、炭素繊維表面におけるサイジング剤の組成は本発明の範囲から外れていた。
Step II: Step of attaching sizing agent to carbon fiber Sizing agent-coated carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 35 except that the components (A) and (B) shown in Table 9 were used as the sizing agent. Obtained. Following this, X-ray photoelectron spectroscopy measurements on the sizing agent surface were measured. As a result, the composition of the sizing agent on the carbon fiber surface was out of the scope of the present invention.
・第IIIの工程:サイジング剤が塗布された炭素繊維のカット工程
実施例35と同様にした。
Step III: Cutting process of carbon fiber coated with sizing agent The same procedure as in Example 35 was performed.
・第IVの工程:押出工程
実施例53と同様にした。
Step IV: Extrusion step Same as Example 53.
・第Vの工程:射出成形工程:
実施例53と同様に特性評価用試験片を成形した。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。結果を表9に示す。この結果、熱処理前の曲げ強度(S1)が320MPaであり不十分であることがわかった。また、熱処理後の曲げ強度(S2)との比(S2/S1)が0.67であり耐熱水性が不十分であることがわかった。
-V step: injection molding step:
In the same manner as in Example 53, a test piece for property evaluation was molded. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for property evaluation was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method. The results are shown in Table 9. As a result, it was found that the bending strength (S1) before heat treatment was 320 MPa, which was insufficient. Moreover, it turned out that ratio (S2 / S1) with respect to the bending strength (S2) after heat processing is 0.67, and hot water resistance is inadequate.
Claims (13)
400eVのX線を用いたX線光電子分光法によって光電子脱出角度55°で測定されるC1s内殻スペクトルの(a)CHx、C−C、C=Cに帰属される結合エネルギー(284.6eV)の成分の高さ(cps)と、(b)C−Oに帰属される結合エネルギー(286.1eV)の成分の高さ(cps)との比率(a)/(b)より求められる(I)、(II)の値が(III)の関係を満たすことを特徴とするサイジング剤塗布炭素繊維。
(I)前記サイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(II)前記サイジング剤塗布炭素繊維をアセトン溶媒中で超音波処理することで、サイジング剤付着量を0.09〜0.20質量%まで洗浄したサイジング剤塗布炭素繊維の表面の(a)/(b)の値
(III)0.50≦(I)≦0.90、0.6<(II)/(I)<1.0 At least 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 -Consisting of butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, polybutylene glycol, 1,5-pentanediol, glycerol, diglycerol, polyglycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, and arabitol Glycidyl ether type epoxy compound obtained by reaction of at least one selected from the group with epichlorohydrin A certain water-soluble epoxy compound (A) and non-water-soluble epoxy compound (B) sizing agent coated carbon fibers coated in carbon fiber sizing agent comprising,
Bond energy (284.6 eV) attributed to (a) CHx, C—C, C = C in the C1s core spectrum measured at a photoelectron escape angle of 55 ° by X-ray photoelectron spectroscopy using 400 eV X-rays (B) obtained from the ratio (a) / (b) between the height (cps) of the component of (b) and the height (cps) of the component (286.1 eV) attributed to C—O (I ) And (II) satisfying the relationship of (III), a sizing agent-coated carbon fiber.
(I) The value of (a) / (b) on the surface of the sizing agent-coated carbon fiber (II) The sizing agent-coated carbon fiber is sonicated in an acetone solvent, so that the sizing agent adhesion amount is 0.09. The value of (a) / (b) (III) 0.50 ≦ (I) ≦ 0.90, 0.6 <(II) / () on the surface of the sizing agent-coated carbon fiber washed to ˜0.20% by mass I) <1.0
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