JPH0145490B2 - - Google Patents

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JPH0145490B2
JPH0145490B2 JP22665282A JP22665282A JPH0145490B2 JP H0145490 B2 JPH0145490 B2 JP H0145490B2 JP 22665282 A JP22665282 A JP 22665282A JP 22665282 A JP22665282 A JP 22665282A JP H0145490 B2 JPH0145490 B2 JP H0145490B2
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JP
Japan
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polymer
polymerization
present
epoxy compound
reactive monomer
Prior art date
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JP22665282A
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JPS59120620A (ja
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Kazuo Kishida
Isao Sasaki
Hajime Asai
Nobuhiro Mukai
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/542,950 priority patent/US4510024A/en
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Publication of JPH0145490B2 publication Critical patent/JPH0145490B2/ja
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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電解重合法により、炭素繊維(以下
CFと略す)と有機重合体が、強固に合一化され
た新規な重合体組成物の製造法に関する。 従来、鉄、銅及び銀等の金属を電極として、反
応性モノマーを電解重合することにより、金属一
有機重合体を製造する方法は公知であるが、モノ
マーの重合活性が低く、また金属へのポリマー付
着量が著しく少ないため、工業的観点からは、ほ
とんど実用に供し得ないものであつた。 本発明者等は、上述した現状に鑑み、鋭意検討
した結果、導電性を有するCFを電極として、環
式脂肪族エポキシ化合物を反応性モノマーの一部
または全部として用いることにより、反応性モノ
マーの重合活性を著るしく高め、電極であるCF
に有機重合体が多量に、かつ強固に合一化し、さ
らにサイズ効果の優れた従来方法では得られない
新規な重合体組成物が得られることを見出し、本
発明を完成するに至つた。 従来、2種以上の素材を複合化により、構成素
材の特性を相互に補い、新しい有効な機能を生み
出す複合材料の開発が盛んに行なわれている中に
あつて、有機重合体の強化、充填材として有用な
CFとの複合化に関しては例えば、機械的強度、
弾性率、熱変形温度、電気的特性等広範にわたる
性能改良が報告されている。しかしながら、この
場合、複合化素材相互の諸性質を著るしく異にす
るため、相溶性、接着性等の界面親和性に乏し
く、充分な複合効果を発揮することができない現
状にある。 この点を改良するために、無機酸類による酸化
処理を施したCF表面へのビニルグラフト法、CF
に高エネルギー放射線を照射して有機重合体をグ
ラフト化させる放射線法等により、有機高分子物
質とCFとの界面親和性を向上させる試みがなさ
れているが、反応に長時間を要し、また放射線発
生装置等を必要とするため、工程の煩雑化及び製
造コストの大巾な増大となる等、実用性の面で大
きな問題点を有している。 本発明は、上記問題点を解決したものであつ
て、環式脂肪族エポキシ化合物を反応性モノマー
の一部または全部として用いることを特徴とする
CFとエポキシ重合体が強固に合一化された重合
体組成物の製造方法を提供するものである。 一般に、支持電解質を加えた条件下であつて
も、反応性モノマーの電解重合を実施する場合、
長時間の重合時間経過後においても、その重合率
はかなり低い水準であるのに対し、本発明によれ
ば、環式脂肪族エポキシ化合物を反応性モノマー
の一部または全部として、添加することにより、
極めて特異な重合活性をもたらし、数秒で実用的
に価値のある高重合率の重合体が、CF表面に多
量生成するとともに、サイズ効果が優れているた
めに集束性が極めて向上するものである。 更に、本発明の特徴は、CFの表面と、本発明
方法によつて施される重合体との間の相互作用が
単純な吸着などの意味における接着を超えて、強
固に合一化される点にある。 本発明の、実施態様の一例を挙げると、溶媒に
反応性モノマー及び支持電解質として強電解質無
機塩を溶解して調製した電解浴中に、CFロービ
ングを浸漬し、該電解液とCF間に直流電圧を通
電することにより、該CF表面に、反応性モノマ
ーの電解重合反応を生ぜしめ、所定の重合時間を
もつて高い重合率で、該CF表面を該反応性モノ
マーの重合体にて均一、多量に、しかも強固に固
着化させることができる。この際、上記3成分を
共存下に通電させることが必須条件となるが、必
ずしも同時に通電せしめる必要はない。即ち、例
えば強電解質無機塩による前処理を施したCFを
使用しても、本発明方法により、モノマーの重合
時において、新たな無機塩を添加することなく、
同様の重合体組成物を得ることができる。 従来、無機酸あるいは無機塩類を支持電解質と
して、同様の重合体組成物を得る方法は公知であ
るが、モノマーの重合活性が低く、またCFへの
ポリマー付着量が著るしく小さいため、サイズ効
果が発揮されないといつた工業的実用性に関する
欠点を有している。これらの問題点に関して、本
発明方法は、特定のエポキシ化合物を反応性モノ
マーの一部または全部として用いることにより、
CF表面に、生成有機重合体が、多量に、かつ強
固に合一化し、さらに驚くべきことに、生成重合
体組成物のサイズ効果が、抜群であるために、
CF繊維間の収束性が、極めて良好な生成物を得
る方法を提供するものである。 本発明に用いられる特定のエポキシ化合物とし
ては、生成ポリマーとCFとの強固なる合一性、
及びマトリツクス樹脂との反応性等を発現させる
活性サイドとして、多官能性を有しかつ、環式化
合物であることが好ましく、ビス−エポキシシク
ロヘキシルカルボキシレート類、ビス−エポキシ
シクロヘキシル・ジ・カルボキシレート類、及び
ビス−エポキシシクロヘキシルジオキサン類等
が、顕著なサイズ効果を発現し、かつ電解重合活
性も高く好ましい。 本発明に用いられる炭素繊維としては、ポリア
クリロニトリル又は、その共重合体からなる高強
度あるいは、高弾性CF、石油高温分解ピツチ、
コールタールピツチおよび石炭解重合物を原料と
するCF、更には気相成長法によるCFなどが挙げ
られ、炭素質、黒鉛質CFいずれも適用可能であ
る。また各種CFは通常実施される表面酸化処理
を施こしてあつてもよい。又、導電性を有する
鉄、銀、ステンレス、銅アルミニウム等の金属繊
維も適用できる。繊維形態はロービング状長繊維
形態が好ましく、繊維径は特に限定されない。本
発明によつて得られる複合体は、いずれも界面接
着性が良好で、かつ取扱い作業性の優れた収束組
成物として得られる。 本発明に用いられる共反応性モノマーは特に限
定されないが、具体的には、通常のラジカル重合
しうるビニル単量体およびアジリジン環含有化合
物等が適用できる。 本発明によれば、電解液中の環式脂肪族エポキ
シ化合物の濃度は約0.05〜100重量%、好ましく
は0.1〜50重量%、特に好ましくは、0.5〜30重量
%の量で使用される。使用するCFに対する反応
性モノマー(環式脂肪族エポキシ化合物)もしく
は、反応性モノマー混合物の重量比は、広範囲に
変えることができ、約500:1乃至1:500、好ま
しくは約50:1乃至1:50である。溶媒の量は
CFとモノマーとの総重量に基づき、約0.01%乃
至数千倍、好ましくは約1%〜100倍である。電
解重合は、反応性モノマーを含む電解液とCF間
に直流電流を通電して行なうが、その際の電流密
度は、通常0.01〜20A/dm2、好ましくは0.1〜
2A/dm2であり、電圧は通常5〜25V程度であ
る。電流密度が、あまり低いと重合速度が遅くな
り好ましくないし、逆に電流密度が、あまり高く
なりすぎると、CF自身が劣化するため好ましく
ない。又、CFは陽極及び陰極のいずれの電位で
も適用できる。反応時間は約0.1秒〜約5時間で
ある。反応温度は約−50℃〜100℃、好ましくは
0℃〜80℃で行なわれる。ここで具体的な反応温
度は、用いる反応性モノマーによつて適宜選択さ
れるが、熱重合が無視できる程度に抑制される温
度で実施することが重要であり、極端に熱重合が
おこる様な高温で実施する場合、生成複合体の合
一性及び均一性は阻害される。生成複合体は約10
〜300℃、好ましくは約30〜200℃の温度範囲で乾
燥することができる。 本発明を実施するに際して用いる溶媒は種々の
溶媒を用いることができるが、その実例としては
水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブ
タノールなどのアルコール類、アセトン、メチル
エチルケトン、シクロヘキサノンの如きケトン
類、酢酸エチルなどのカルボン酸エステル類、ジ
メチルホルムアミドの如きカルボンアミド類を挙
げることができる。 尚、CFの表面と本発明方法によつて施される
重合体との間の相互作用は、簡単な吸着ないし
は、フアンデルワールス力等による物理的な意味
における接着を超えたものであり、この事実はポ
リマーの良溶媒で抽出処理しても多量の未抽出ポ
リマーが認められることから明白である。 次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明
する。 実施例1〜2、比較例1〜3 電極ローラー及び、ガイドローラーを配置した
第1図に示す電解重合装置に、高強度PAN系CF
ロービングをセツトした後、環式脂肪族系エポキ
シ化合物として、ビス(3.4−エポキシシクロヘ
キシル)アデイペート50gr及び支持電解質として
硝酸ナトリウム2.5grをDMF500grに溶解して調
製した電解反応液を、反応槽(ステンレス製)中
にCFが浸漬する迄注入した。 次にCF電位を陽極として、直流交換器を用い
て、CFと電解液間に直流電流を通電し、室温に
て1時間、電解重合反応を行なつた。尚、その際
の電流密度は、可変抵抗器により0.27A/dm2
なる様に調整した。 反応終了後、生成物をDMFにて充分洗浄し、
100℃で熱風乾燥して、CFの収束性及び重量測定
により、CFへのポリマー付着量を求めた。また
前記エポキシ樹脂25grとメタクリル酸メチル
(MMA)モノマー25grの混合モノマーを使用し
た場合についても、同様に実施した。比較のため
に、通常のビニルモノマーであるMMAモノマ
ー、環式化合物ではない単官能の脂肪族エポキシ
化合物であるグリシド酸エチル (CH 2−CH O−CO2C2H5 ) 及びMMAとグリシド酸エチルの混合物を反応性
モノマーとして添加した場合の電解重合挙動につ
いても、同様の重合操作及び重合後の評価を行い
検討した。結果を第1表に示す。なお部はすべて
重量部を示す。 第1表から明らかな様に比較例1、2及び3の
場合、CF収束性が悪く、ポリマー付着量が極め
て少ないのに対して、本発明方法により、CF収
束性が、非常に良好となると同時に、ポリマー付
着量も大巾に増大し実用性が飛躍的に向上するこ
とを示している。
【表】 実施例 3〜5 実施例1において、環式脂肪族エポキシ化合物
として第2表に示した化合物を反応性モノマーと
して使用した以外は、全く実施例1と同様にして
重合を行ない、CFへのポリマー付着量を測定評
価し、実施例1と比較した結果を第2表に示す。
【表】 第2表から明らから様に多官能環式脂肪族エポ
キシ化合物はCFへのポリマー付着量が、いずれ
も高い水準を示した。 実施例1〜5の方法によつて得られる重合体組
成物約0.1grを、円筒口紙と共に秤量し、クロロ
ホルムを抽出溶媒として、24時間のソツクスレー
抽出試験を行なうことにより、該組成物の重合体
抽出率を測定した。比較のために、通常の重合触
媒によりCFロービング存在下にBulk重合して生
成した組成物(比較例4)についても同様の評価
を行ない検討した。結果を第3表に示すが、比較
例に示される組成物中の重合体成分は、24時間の
抽出試験で完全に抽出されるのに対し、本発明方
法によつて得られるCF複合体の重合体成分の抽
出率は小さく、大部分は抽出されずにCFに強固
に合一化している。
【表】 実施例 6 CFの種類を変えた以外は、実施例1と同様に
して反応を実施し、得られた組成物を評価した結
果を第4表に示す。
【表】
【表】 第4表から明らかな様に、本発明方法は、重合
活性に関するCF選択性が認められず、概ねポリ
マー付着量は、良好であると共に、生成複合体中
の重合体成分の抽出率は小さく、大部分は抽出さ
れず、CFと強固に合一化していることがわかる。 実施例 7 環式脂肪族エポキシ化合物との共反応性モノマ
ーとして、MMAのかわりに第5表に示す反応性
モノマーを使用する以外は実施例2と同様に反応
し、得られた組成物を評価した結果を第5表に示
す。
【表】
【表】 第5表から明らかな様に、本発明に用いられる
共反応性モノマーとしては、通常のラジカル重合
しうるビニル単量体及びアジリジン環含有化合物
は、いずれも適用できることがわかる。 実施例 8 支持電解質として硝酸ナトリウム250grを脱イ
オン水500gr中に溶解した溶液にPAN系CF(三菱
レイヨン製HT)ロービング0.123grを浸漬し、充
分乾燥した後、実施例1と同様にセツトされた反
応器を用いて、該処理CF全量を、あらかじめ調
製した反応液(ERL−4299をDMF500gr中に溶
解した溶液)中に浸漬した。次にCF電位を陽極
として、直流交換器を用いて該処理CFと反応液
間に直流電流を通電し、室温にて1時間、電解重
合反応を行なつた。 尚、その際の電流密度は、可変抵抗器により、
0.27A/dm2になる様に調製した。重合終了後、
実施例1と同様に評価した結果、CFへのポリマ
ー付着量は80部であり、しかも得られた複合体
は、CF表面を該反応性モノマーの重合体にて、
均一に、かつ強固に固着化された組成物であつ
た。 実施例 9 本発明によつて得られる重合体組成物を用いて
ビスフエノールAタイプ汎用エポキシ樹脂との樹
脂との複合体(Unidirectional Composite)を
作製し、賦形物のストランド強度、層間剪断強度
及び曲げ強度等の機械的特性を評価した。比較の
ために、未処理のCF(表中単純ブレンドとして示
す)を同様に複合化して評価を行なつた。 結果を第6表に示す。
【表】 第6表から明らかな様に、本発明方法による重
合体組成物は機械的特性等の実用性において、優
れた組成物であることを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるCFロービングへの電解
重合装置の一実施態様を示す説明図である。 符号の説明、1……電極ローラー(銅製)、2
……ガイドローラー(ガラス製)、3……CFロー
ビング、4……電解重合液、5……反応槽(ステ
ンレス製)、6……直流変換器、7……可変抵抗
器、8……電流計。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭素繊維を電極として、反応性モノマーを電
    解重合するにあたり、環式脂肪族系エポキシ化合
    物を、反応性モノマーの一部または全部として添
    加することを特徴とする炭素繊維とエポキシ重合
    体が、強固に合一化された重合体組成物の製造
    法。 2 環式脂肪族系エポキシ化合物が下記の一般式
    〔〕 (式中R1は【式】R3はC1〜C20の アルキレン基を示す。R2はC1〜C30のアルキレン
    基を示す。) で表される環式脂肪族系エポキシ化合物である特
    許請求の範囲第1項記載の製造法。 3 環式脂肪族系エポキシ化合物が下記の一般式
    〔〕 (式中R4はC30以下のアルキレン基を示す。)で
    表される環式脂肪族系エポキシ化合物である特許
    請求の範囲第1項記載の製造法。
JP22665282A 1982-10-19 1982-12-27 新規重合体組成物の製造法 Granted JPS59120620A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22665282A JPS59120620A (ja) 1982-12-27 1982-12-27 新規重合体組成物の製造法
DE8383110347T DE3380065D1 (en) 1982-10-19 1983-10-17 Novel polymer composition
EP83110347A EP0106352B1 (en) 1982-10-19 1983-10-17 Novel polymer composition
US06/542,950 US4510024A (en) 1982-10-19 1983-10-18 Novel polymer composition

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JPS59120620A JPS59120620A (ja) 1984-07-12
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0247365A (ja) * 1988-08-05 1990-02-16 Toshiba Ceramics Co Ltd カーボン繊維成形体の表面処理方法

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JPS59120620A (ja) 1984-07-12

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