JPH07279040A - Carbon fiber and its production - Google Patents

Carbon fiber and its production

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JPH07279040A
JPH07279040A JP6195612A JP19561294A JPH07279040A JP H07279040 A JPH07279040 A JP H07279040A JP 6195612 A JP6195612 A JP 6195612A JP 19561294 A JP19561294 A JP 19561294A JP H07279040 A JPH07279040 A JP H07279040A
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Abstract

PURPOSE:To remarkably improve adhesive strength of a composite and further improve high order processability of carbon fiber and tensile strength of composite. CONSTITUTION:This carbon fiber is constituted by sizing a carbon fiber whose surface oxygen concentration O/C measured by an X ray photoelectric spectroscopy is <=0.20 and whose surface hydroxyl group concentration C-OH/C and surface carboxyl group concentration C-OH/C measured by chemically modified X ray photoelectric spectroscopy and surface nitrogen concentration N/C of carbon fiber measured by X ray photoelectric spectroscopy are each in a specific range with an aliphatic compound having plural epoxy groups or an aromatic compound having plural epoxy groups having >=6 number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring. Furthermore, a method for producing this carbon fiber is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維およびその製
造方法、特にマトリックスとの接着性に優れ、かつコン
ポジット特性に優れた炭素繊維およびその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon fiber and a method for producing the same, and more particularly to a carbon fiber having excellent adhesiveness with a matrix and excellent composite properties and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素繊維は各種マトリックスとからなる
複合強化材料として利用されているが、炭素繊維の特性
を複合材料に生かすには、マトリックスとの接着性が重
要である。
2. Description of the Related Art Carbon fibers are used as a composite reinforcing material composed of various matrices, but in order to take advantage of the characteristics of carbon fibers in a composite material, the adhesiveness with the matrix is important.

【0003】一般に炭素繊維は表面処理を施さないとマ
トリックスに対して接着性が十分でなく、複合材料の剥
離強度や剪断強度といった横方向特性が低い。そのため
に通常炭素繊維には焼成後、電解酸化、薬液酸化、気相
酸化といった酸化処理が施され、炭素繊維表面に酸素含
有官能基を導入し、マトリックスとの濡れ性を向上させ
ている。
Generally, carbon fibers do not have sufficient adhesiveness to a matrix unless surface treatment is performed, and the lateral properties such as peel strength and shear strength of the composite material are low. For this reason, the carbon fiber is usually subjected to an oxidation treatment such as electrolytic oxidation, chemical solution oxidation, and gas phase oxidation after firing to introduce an oxygen-containing functional group on the surface of the carbon fiber to improve the wettability with the matrix.

【0004】このような酸化処理によって得られる炭素
繊維の表面特性について、特開平4−361619号公
報では炭素繊維最表面の官能基を特定することによりコ
ンポジットの接着強度が向上することが開示されてい
る。また、表面酸素濃度のみでなくX線光電子分光法で
測定される表面窒素濃度で特定した炭素繊維が開示され
ている(例えば、特公平4−44016号公報、特開平
2−210059号公報、特開平2−169763号公
報、特開昭63−85167号公報、特開昭62−27
6075号公報)が、サイジング剤との組み合わせにつ
いては検討されておらず、表面官能基の特定のみではマ
トリックス、特に反応性の低いマトリックスとの接着力
が低いという問題があった。
Regarding the surface characteristics of the carbon fiber obtained by such an oxidation treatment, JP-A-4-361619 discloses that the adhesive strength of the composite is improved by specifying the functional group on the outermost surface of the carbon fiber. There is. Further, a carbon fiber specified by not only the surface oxygen concentration but also the surface nitrogen concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy is disclosed (for example, Japanese Examined Patent Publication No. 4-44016, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-210059). Kaifaira 2-169763, JP-A-63-85167, JP-A-62-27
No. 6075) has not examined the combination with a sizing agent, and there is a problem that the adhesion force to a matrix, particularly a matrix having low reactivity, is low only by specifying the surface functional group.

【0005】一方サイジング剤については、炭素繊維あ
るいは黒鉛繊維は本質的に剛直で脆く、収束性、耐屈曲
性や耐擦過性に乏しいために、高次加工工程において毛
羽、糸切れを発生しやすく、そのために通常、炭素繊維
には各種サイジング剤を付与し、収束性を付与し、耐屈
曲性や耐擦過性を改良している。このようにサイジング
剤は従来いわゆる糊剤、収束剤として高次加工性を向上
させるという目的で開発、使われており、このサイジン
グ剤によってマトリックスに対する接着性を向上させる
という検討はほとんどなされていない。さらに、サイジ
ング剤を上記炭素繊維表面の官能基等の表面特性に適合
させて接着性および引張強度も含めたコンポジット総合
特性を向上させるという検討はなされていない。
On the other hand, regarding the sizing agent, carbon fiber or graphite fiber is essentially rigid and brittle, and is poor in convergence, bending resistance and abrasion resistance, so that fluff and yarn breakage are likely to occur in the high-order processing step. Therefore, usually, various sizing agents are added to the carbon fiber to impart a converging property to improve the bending resistance and the abrasion resistance. As described above, the sizing agent has been conventionally developed and used as a so-called sizing agent or sizing agent for the purpose of improving high-order processability, and there has been almost no study to improve the adhesiveness to the matrix by the sizing agent. Further, no study has been made to adapt the sizing agent to the surface characteristics such as functional groups on the surface of the carbon fiber to improve the composite overall characteristics including adhesiveness and tensile strength.

【0006】現在最も多く使われる炭素繊維強化複合材
料のマトリックスがエポキシ樹脂であるために、サイジ
ング剤としてはマトリックスの構造に近い芳香族化合物
であるビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂に代表されるエポキシ樹脂ならびに変性エポキシ
樹脂(例えば、特公平4−8542号公報,特開平1−
272867号公報,特公昭62−56266号公報,
特公昭57−15229号公報)が主に用いられてい
る。
Since the matrix of the carbon fiber reinforced composite material which is most frequently used at present is an epoxy resin, an epoxy represented by bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin which is an aromatic compound having a structure close to that of the matrix is used as a sizing agent. Resins and modified epoxy resins (for example, Japanese Examined Patent Publication No. 4-8542, JP-A-1-
272867, Japanese Patent Publication No. 62-56266,
Japanese Patent Publication No. 57-15229) is mainly used.

【0007】芳香環を持たない直線状のエポキシ化合物
をサイジング剤に適用することは、特公昭60−479
53号公報、特公平3−67143号公報等に開示され
ている。さらに特公昭63−14114号公報には、あ
る特定のポリオールポリグリシジルエーテル化合物をサ
イジング剤に用いることにより、集束性および層間剪断
強度が向上することが開示されている。しかし、このよ
うなサイジング剤のみを特定の条件に限定しただけでは
マトリックス、特に反応性の低いマトリックスとの接着
力が十分でないという問題がある。
Application of a linear epoxy compound having no aromatic ring to a sizing agent is disclosed in JP-B-60-479.
No. 53, Japanese Patent Publication No. 3-67143, etc. Further, Japanese Patent Publication No. 63-14114 discloses that the use of a specific polyol polyglycidyl ether compound as a sizing agent improves the focusing property and the interlaminar shear strength. However, if only such a sizing agent is limited to specific conditions, there is a problem that the adhesive force to the matrix, particularly the matrix having low reactivity, is not sufficient.

【0008】またサイジング剤組成については、集束性
等の高次加工性を向上する等の目的で上記エポキシ樹脂
にポリウレタンなどの他成分を取り入れた樹脂系(例え
ば、特公平1−20270号公報、特公昭59−145
91号公報,特開昭57−47920号公報)なども検
討されている。
Regarding the sizing agent composition, a resin system obtained by incorporating other components such as polyurethane into the above epoxy resin for the purpose of improving higher-order processability such as bundling property (for example, Japanese Patent Publication No. 1-20270, Japanese Patent Publication 59-145
No. 91, Japanese Patent Laid-Open No. 57-47920) and the like are also being studied.

【0009】一方、上記特定の表面特性を得るための酸
化処理としては、工業的には電解酸化処理が一般的であ
る。この電解酸化処理の電解質としては、各種の酸、ア
ルカリあるいはそれらの塩の水溶液が提案されている。
On the other hand, as the oxidation treatment for obtaining the above-mentioned specific surface characteristics, electrolytic oxidation treatment is generally used industrially. As an electrolyte for this electrolytic oxidation treatment, an aqueous solution of various acids, alkalis or salts thereof has been proposed.

【0010】アルカリ性水溶液中電解処理としては、処
理の効率や装置の腐食防止の観点などから、水酸化ナト
リウムなどの無機強アルカリ物質が好適に用いられてい
る(特開昭56−53275号公報、特開昭61−27
5469号公報など)。金属元素を含まない有機強アル
カリ電解質を用いた電解処理も開示されている(特公平
3−50029号公報)。
As the electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution, an inorganic strong alkaline substance such as sodium hydroxide is preferably used from the viewpoints of treatment efficiency and equipment corrosion prevention (Japanese Patent Laid-Open No. 56-53275). JP-A-61-27
5469 publication). An electrolytic treatment using an organic strong alkaline electrolyte containing no metal element is also disclosed (Japanese Patent Publication No. 3-50029).

【0011】また、炭素繊維を酸電解処理したのちアル
カリ洗浄する手法も開示されている(特開昭61−12
4674号公報)。
Further, a method of acid-electrolyzing carbon fiber and then washing with alkali has been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 61-12).
4674).

【0012】炭素繊維にアミノ基、アミド基等の含窒素
官能基を導入するための技術として、電解質に塩基性の
アンモニウム塩化合物等を用いる方法が、USP382
2297、USP4844781、特公平2−4294
0号公報に開示されている。しかし、マトリックスはそ
の種類により炭素繊維との反応性が異なるため、表面処
理の特定だけでは常に優れた接着特性を得られない。
As a technique for introducing a nitrogen-containing functional group such as an amino group or an amide group into carbon fiber, a method of using a basic ammonium salt compound or the like as an electrolyte is USP382.
2297, USP 4844781, Japanese Patent Publication No. 2-4294
No. 0 publication. However, since the matrix has different reactivity with carbon fiber depending on its type, it is not always possible to obtain excellent adhesive properties only by specifying the surface treatment.

【0013】また、特開昭63−120741号公報に
は、官能基を金属塩にした炭素繊維が開示されている。
しかし、金属塩はエポキシ化合物の反応性を活性化させ
る一方で、特定の硬化剤を失活させる問題やコンポジッ
トの高温特性を低下させる問題があり好ましくない。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 63-120741 discloses a carbon fiber having a metal salt as a functional group.
However, while the metal salt activates the reactivity of the epoxy compound, it has a problem of deactivating a specific curing agent and a problem of deteriorating the high temperature characteristics of the composite, which is not preferable.

【0014】炭素繊維表面にエポキシ化合物を電解重合
させる方法(特公昭1−45490号公報,特公平1−
45489号公報等)も検討され、集束性、接着性が向
上することが開示されている。しかし、電解重合時には
炭素繊維とエポキシ化合物との反応の他に、エポキシ化
合物間の重合も起こる。このため、この重合物で汚染さ
れた処理液中では、反応のコントロールが困難になり、
均一処理が行なえない。また、この重合物が炭素繊維表
面に不純物として付着し、接着性向上を阻害する恐れが
あり、接着力の向上にも限界がある。さらに、酸性およ
びアルカリ性を示す処理液中ではエポキシ化合物のエポ
キシ基の開環が起こるなど処理液の安定性にも問題があ
る。
A method of electrolytically polymerizing an epoxy compound on the surface of carbon fiber (Japanese Patent Publication No. 1-45490 / 1990, Japanese Patent Publication No.
(Japanese Patent No. 45489) and the like, and it is disclosed that the focusing property and the adhesive property are improved. However, during electrolytic polymerization, not only the reaction between the carbon fiber and the epoxy compound but also the polymerization between the epoxy compounds occurs. Therefore, it becomes difficult to control the reaction in the treatment liquid contaminated with this polymer,
Uniform processing cannot be performed. Further, this polymer may adhere to the surface of the carbon fiber as an impurity and hinder the improvement of the adhesiveness, and there is a limit to the improvement of the adhesive force. Further, there is a problem in the stability of the treatment liquid such as ring opening of the epoxy group of the epoxy compound in the treatment liquid showing acidity and alkalinity.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術では達成し得なかったマトリックスとの接着性
に優れかつコンポジット特性に優れた炭素繊維およびそ
の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a carbon fiber having excellent adhesiveness with a matrix and excellent composite properties, which cannot be achieved by the above-mentioned prior art, and a method for producing the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の炭素繊維は、上
記目的を達成するために、次の構成を有する。すなわ
ち、X線光電子分光法により測定される炭素繊維の表面
酸素濃度O/Cが0.20以下、化学修飾X線光電子分
光法により測定される表面水酸基濃度C-OH/Cが0.5%
以上、化学修飾X線光電子分光法により測定される表面
カルボキシル基濃度COOH/Cが2.0%以下であって、複
数のエポキシ基を有する脂肪族化合物がサイジングされ
てなる炭素繊維、X線光電子分光法により測定される炭
素繊維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、化学修飾
X線光電子分光法により測定される表面水酸基濃度C-OH
/Cが0.5%以上、化学修飾X線光電子分光法により測
定される表面カルボキシル基濃度COOH/Cが2.0%以下
であって、エポキシ基と芳香環との間の原子数が6以上
であるエポキシ基を複数有する芳香族化合物がサイジン
グされてなる炭素繊維、X線光電子分光法により測定さ
れる炭素繊維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、表
面窒素濃度N/Cが0.02以上であって、複数のエポ
キシ基を有する脂肪族化合物がサイジングされてなる炭
素繊維、またはX線光電子分光法により測定される炭素
繊維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、表面窒素濃
度N/Cが0.02以上であって、エポキシ基と芳香環
との間の原子数が6以上であるエポキシ基を複数有する
芳香族化合物がサイジングされてなる炭素繊維である。
In order to achieve the above object, the carbon fiber of the present invention has the following constitution. That is, the surface oxygen concentration O / C of carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.20 or less, and the surface hydroxyl group concentration C-OH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy is 0.5%.
As described above, a carbon fiber having a surface carboxyl group concentration COOH / C measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy of 2.0% or less and sized by an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups, X-ray photoelectron Carbon fiber surface oxygen concentration O / C measured by spectroscopy is 0.20 or less, surface hydroxyl group concentration C-OH measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy
/ C is 0.5% or more, the surface carboxyl group concentration COOH / C measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy is 2.0% or less, and the number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring is 6%. The surface oxygen concentration O / C of carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.20 or less, and the surface nitrogen concentration N / C is as follows. The surface oxygen concentration O / C of the carbon fiber which is 0.02 or more and is sized by the aliphatic compound having a plurality of epoxy groups, or the carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.20 or less, It is a carbon fiber obtained by sizing an aromatic compound having a surface nitrogen concentration N / C of 0.02 or more and a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between an epoxy group and an aromatic ring.

【0017】また、本発明の炭素繊維の製造方法は、上
記目的を達成するために、次の構成を有する。すなわ
ち、アルカリ性水溶液中で電解処理した後、または酸性
水溶液中で電解処理し続いてアルカリ性水溶液で洗浄し
た後、複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物をサイジ
ング剤として付与することを特徴とする炭素繊維の製造
方法、アルカリ性水溶液中で電解処理した後、または酸
性水溶液中で電解処理し続いてアルカリ性水溶液で洗浄
した後、エポキシ基と芳香環との間の原子数が6以上で
あるエポキシ基を複数有する芳香族化合物をサイジング
剤として付与することを特徴とする炭素繊維の製造方
法、アンモニウム塩水溶液中で電解処理した後、複数の
エポキシ基を有する脂肪族化合物をサイジング剤として
付与することを特徴とする炭素繊維の製造方法、また
は、アンモニウム塩水溶液中で電解処理した後、エポキ
シ基と芳香環との間の原子数が6以上であるエポキシ基
を複数有する芳香族化合物をサイジング剤として付与す
ることを特徴とする炭素繊維の製造方法である。
Further, the method for producing carbon fiber of the present invention has the following constitution in order to achieve the above object. That is, carbon fibers characterized by applying an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups as a sizing agent after electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution or after electrolytic treatment in an acidic aqueous solution followed by washing with an alkaline aqueous solution. The method for producing a plurality of epoxy groups having a number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring of 6 or more after electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution or electrolytic treatment in an acidic aqueous solution followed by washing with an alkaline aqueous solution. A method for producing a carbon fiber characterized by applying an aromatic compound having as a sizing agent, after electrolytic treatment in an ammonium salt aqueous solution, applying an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups as a sizing agent Method for producing a carbon fiber, or after electrolytic treatment in an ammonium salt aqueous solution, an epoxy group and an aromatic ring A method of producing a carbon fiber, wherein the number of atoms between confer aromatic compound having a plurality of epoxy groups is 6 or more as a sizing agent.

【0018】以下、本発明について詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0019】本発明の炭素繊維は、炭素繊維の表面に特
定のサイジング剤の一端が結合可能な特定の官能基を生
成せしめ、該サイジング剤の他端をマトリックスと結合
可能にすることにより炭素繊維とマトリックスとの間を
サイジング剤でカップリングし得る炭素繊維としたこと
を特徴とする。これにより炭素繊維とマトリックスとの
高い接着力を得ることができる。
In the carbon fiber of the present invention, a specific functional group capable of binding one end of a specific sizing agent to the surface of the carbon fiber is formed, and the other end of the sizing agent can be bonded to the matrix to form a carbon fiber. The carbon fiber is characterized in that it can be coupled between the matrix and the matrix with a sizing agent. This makes it possible to obtain high adhesion between the carbon fiber and the matrix.

【0020】すなわち、サイジング剤によるカップリン
グ効果を得るためには、炭素繊維の表面官能基としては
従来言われているように単に官能基がついているだけで
は不十分であり、O/CあるいはCOOH/Cはむしろある特
定の値以下と小さくして、COH/C あるいはN/Cをある
値以上にすることが必須である。
That is, in order to obtain the coupling effect by the sizing agent, it is not sufficient that the surface functional group of the carbon fiber is simply provided with a functional group as has been conventionally said, and O / C or COOH. It is indispensable that COH / C or N / C should be set to a certain value or more rather, by making the value of / C smaller than a certain value.

【0021】すなわち、炭素繊維の表面官能基としては
フェノール性水酸基あるいはアミノ基がカップリング効
果発現のために重要な働きをするが、フェノール性水酸
基以外の官能基、すなわちカルボキシル基、ケトン基な
どは少ない方がよく、特にカルボキシル基は少ないこと
が重要である。
That is, as the surface functional group of the carbon fiber, a phenolic hydroxyl group or an amino group plays an important role for exhibiting the coupling effect, but a functional group other than the phenolic hydroxyl group, that is, a carboxyl group, a ketone group, etc. The smaller the number, the better. Especially, it is important that the number of carboxyl groups is small.

【0022】この理由は、カルボキシル基は水酸基より
エポキシ基との反応性は高いのであるが、カルボキシル
基が生成する際には炭素原子が二つの酸素原子と結合す
る必要があるために、炭素繊維表面の黒鉛結晶の六員環
の結合を切断してしまい、さらにその切断されたエッジ
部への酸化が進むことにより、カルボキシル基のついて
いる炭素繊維表層が脆弱となるためと考えられる。した
がって、たとえ炭素繊維表層のカルボキシル基とサイジ
ング剤が強固に接着したとしても脆弱な炭素繊維表層内
で剥離してしまうために、結果として炭素繊維とマトリ
ックスとの接着力は低いものしか得られない。
The reason for this is that the carboxyl group has a higher reactivity with the epoxy group than the hydroxyl group, but when the carboxyl group is formed, it is necessary for the carbon atom to bond with two oxygen atoms. It is considered that the bond of the six-membered ring of the graphite crystal on the surface is broken, and further oxidation to the cut edge portion proceeds, so that the carbon fiber surface layer having the carboxyl group becomes fragile. Therefore, even if the carboxyl group of the carbon fiber surface layer and the sizing agent are firmly adhered, they are peeled off within the brittle carbon fiber surface layer, and as a result, only a low adhesive force between the carbon fiber and the matrix can be obtained. .

【0023】それに対して水酸基あるいはアミノ基は炭
素繊維表面の黒鉛結晶の炭素六員環の結合を切断するこ
となく生成できると考えられ、そのような官能基がサイ
ジング層と結合すれば高い炭素繊維/マトリックス間の
接着力を発現できる。
On the other hand, it is considered that a hydroxyl group or an amino group can be generated without breaking the bond of the carbon six-membered ring of the graphite crystal on the surface of the carbon fiber, and if such a functional group is bonded to the sizing layer, the carbon fiber is expensive. / Adhesive force between the matrices can be expressed.

【0024】さらに炭素繊維表面に結合するサイジング
剤としてはカルボキシル基に比較して反応性の低い水酸
基あるいはアミノ基と反応するために反応性の高いサイ
ジング剤が必須である。そのためには反応性の高いエポ
キシ環を複数有するサイジング剤が必須であり、芳香環
による立体障害等の影響の少ない、脂肪族化合物あるい
はエポキシ基と芳香環の間の距離が大きい芳香族化合物
が有効である。
Further, as the sizing agent bonded to the surface of the carbon fiber, a highly reactive sizing agent is essential because it reacts with a hydroxyl group or an amino group, which has a lower reactivity than a carboxyl group. For that purpose, a sizing agent having a plurality of highly reactive epoxy rings is indispensable, and an aliphatic compound or an aromatic compound having a large distance between the epoxy group and the aromatic ring, which is less affected by steric hindrance due to the aromatic ring, is effective. Is.

【0025】一方、炭素繊維とマトリックスとの接着力
が高くなると、一般にコンポジットの引張破壊がより脆
性的な破壊となるため引張強度が低下するという関係が
ある。この接着力と引張強度とのトレードオフの関係を
改善するためには靭性の高いサイジング剤が有効であ
り、そのためには鎖長の長い脂肪族あるいは芳香族化合
物が有効である。したがって、上記芳香環による立体障
害等の影響の少ない、脂肪族化合物あるいはエポキシ基
と芳香環の間の距離が大きい芳香族化合物でかつ鎖長の
長い構造が好ましい。
On the other hand, when the adhesive strength between the carbon fiber and the matrix is increased, the tensile fracture of the composite generally becomes more brittle fracture, so that the tensile strength is lowered. A sizing agent having high toughness is effective in improving the trade-off relationship between the adhesive strength and the tensile strength, and for that purpose, an aliphatic or aromatic compound having a long chain length is effective. Therefore, it is preferable to use an aromatic compound or an aromatic compound having a large distance between the epoxy group and the aromatic ring and having a long chain length, which is less affected by steric hindrance due to the aromatic ring.

【0026】本発明の炭素繊維は、X線光電子分光によ
り測定される表面酸素濃度O/Cを0.20以下、好ま
しくは0.15以下さらに好ましくは0.10以下とす
るものである。O/Cが0.20を超えると、樹脂の官
能基と炭素繊維最表面との化学結合は強固になるもの
の、本来炭素繊維基質自身が有する強度よりもかなり低
い酸化物層が炭素繊維表層を被うことになるため、結果
として得られるコンポジットの横方向特性は低いものと
なってしまう。
The carbon fiber of the present invention has a surface oxygen concentration O / C measured by X-ray photoelectron spectroscopy of 0.20 or less, preferably 0.15 or less, more preferably 0.10 or less. When O / C exceeds 0.20, the chemical bond between the functional group of the resin and the outermost surface of the carbon fiber becomes strong, but the oxide layer, which is considerably lower than the original strength of the carbon fiber substrate itself, forms the carbon fiber surface layer. As a result, the resulting composite will have poor lateral properties.

【0027】O/Cの下限としては、0.02以上、好
ましくは0.04以上さらに好ましくは0.06以上が
望ましい。O/Cが0.02に満たないと、サイジング
剤との反応性および反応量が不足し、その結果コンポジ
ットの横方向特性の向上が望めない場合がある。
The lower limit of O / C is 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.06 or more. If the O / C is less than 0.02, the reactivity and reaction amount with the sizing agent are insufficient, and as a result, improvement in the lateral properties of the composite may not be expected.

【0028】本発明の炭素繊維の一つは、上記X線光電
子分光のO/Cを特定範囲とすることに加えて、化学修
飾X線光電子分光により測定される炭素繊維の表面水酸
基濃度C-OH/Cを0.5%以上かつ表面カルボキシル基濃
度COOH/Cを2.0%以下とするものである。C-OH/Cが
0.5%に満たないと、サイジング剤との反応性および
反応量が不足し、コンポジットの横方法特性の向上が望
めない。
One of the carbon fibers of the present invention is that, in addition to setting the O / C of the X-ray photoelectron spectroscopy within a specific range, the surface hydroxyl group concentration C- of the carbon fibers measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy. The OH / C is 0.5% or more and the surface carboxyl group concentration COOH / C is 2.0% or less. If C-OH / C is less than 0.5%, the reactivity with the sizing agent and the amount of reaction are insufficient, and improvement in the lateral method properties of the composite cannot be expected.

【0029】C-OH/Cの上限としては、3.0%以下、好
ましくは2.5%以下さらに好ましくは2.0%以下が
望ましい。すなわち、C-OH/Cが3%を超えるとサイジン
グ剤との反応性および反応量が過剰になるだけで、接着
力特性のさらなる向上は望めず、かつコンポジットの引
張強度が低下する場合がある。
The upper limit of C-OH / C is 3.0% or less, preferably 2.5% or less, more preferably 2.0% or less. That is, when C-OH / C exceeds 3%, the reactivity with the sizing agent and the amount of reaction are excessive, and further improvement of the adhesive strength properties cannot be expected, and the tensile strength of the composite may decrease. .

【0030】COOH/Cが2.0%を超える場合には、O/
Cが0.2を超える場合と同様に本来炭素繊維基質自身
が有する強度よりもかなり低い強度を有する酸化物層が
炭素繊維表層が被うことになるため、結果として得られ
るコンポジットの横方向特性は低下してしまう。さら
に、マトリックス樹脂の硬化速度を遅延させるという問
題もある。
When COOH / C exceeds 2.0%, O /
As in the case where C exceeds 0.2, the carbon fiber surface layer is covered with an oxide layer having a strength considerably lower than that of the carbon fiber substrate itself, so that the lateral properties of the resulting composite are improved. Will decrease. Further, there is a problem that the curing speed of the matrix resin is delayed.

【0031】COOH/Cの下限としては0.2%以上、好ま
しくは0.5%以上が望ましい。COOH/Cが0.2%に満
たないと、サイジング剤との反応性および反応量が不足
し、コンポジットの横方向特性の向上が望めない場合が
ある。
The lower limit of COOH / C is 0.2% or more, preferably 0.5% or more. If COOH / C is less than 0.2%, the reactivity and the amount of reaction with the sizing agent may be insufficient, and improvement in the lateral properties of the composite may not be expected.

【0032】本発明のもう一つの炭素繊維は前記O/C
を特定範囲にすることに加えて、X線光電子分光により
測定される表面窒素濃度N/Cを0.02以上、好まし
くは0.03以上、より好ましくは0.04以上とする
ものである。該N/Cが0.02未満の炭素繊維は、後
述する特定のサイジング剤との反応性を向上させること
ができず、結果としてサイジング剤によるコンポジット
の横方向特性の向上効果を発現できない。
Another carbon fiber of the present invention is the above O / C.
In a specific range, the surface nitrogen concentration N / C measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.02 or more, preferably 0.03 or more, and more preferably 0.04 or more. The carbon fiber having N / C of less than 0.02 cannot improve the reactivity with a specific sizing agent described later, and as a result, the effect of improving the lateral properties of the composite by the sizing agent cannot be exhibited.

【0033】N/Cの上限としては、0.30以下、好
ましくは0.25以下さらに好ましくは0.20以下が
望ましい。すなわちN/Cが0.3を超えると、サイジ
ング剤との反応性および反応量が過剰になるだけで、接
着力特性のさらなる向上は望めず、かつ引張強度が低下
する場合がある。
The upper limit of N / C is 0.30 or less, preferably 0.25 or less, more preferably 0.20 or less. That is, when N / C exceeds 0.3, the reactivity and the amount of reaction with the sizing agent are excessive, and further improvement of the adhesive strength properties cannot be expected, and the tensile strength may decrease.

【0034】接着性向上には炭素繊維表面の窒素濃度が
特に重要であり、炭素繊維内部の窒素濃度は殆ど接着性
向上に影響しない。したがって、厳密には表面窒素濃度
から元素分析法で測定される炭素繊維全体の平均窒素濃
度を差し引いた窒素濃度が重要であり、この値が0以
上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02
以上であることが望ましい。
The nitrogen concentration on the surface of the carbon fiber is particularly important for improving the adhesiveness, and the nitrogen concentration inside the carbon fiber hardly influences the improving of the adhesiveness. Therefore, strictly speaking, the nitrogen concentration obtained by subtracting the average nitrogen concentration of the entire carbon fiber measured by the elemental analysis method from the surface nitrogen concentration is important, and this value is 0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0. .02
The above is desirable.

【0035】本発明の炭素繊維は上記表面特性を有し、
かつ下記特定の構造を有する化合物がサイジングされて
なるものである。
The carbon fiber of the present invention has the above surface characteristics,
In addition, the compound having the following specific structure is sized.

【0036】まず、本発明においては、サイジング剤と
して複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物を用いるこ
とができる。
First, in the present invention, an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups can be used as a sizing agent.

【0037】本発明において脂肪族化合物とは、非環式
直鎖状飽和炭化水素、分岐状飽和炭化水素、非環式直鎖
状不飽和炭化水素、分岐状不飽和炭化水素、または上記
炭化水素の炭素原子(CH3 ,CH2 ,CH,C)を酸
素原子(O)、窒素原子(NH,N)、硫黄原子(SO
3 H、SH)、カルボニル原子団(CO)に置き換えた
鎖状構造の化合物をいう。
In the present invention, the aliphatic compound means an acyclic straight chain saturated hydrocarbon, a branched saturated hydrocarbon, an acyclic straight chain unsaturated hydrocarbon, a branched unsaturated hydrocarbon, or the above hydrocarbon. Carbon atoms (CH 3 , CH 2 , CH, C) of the oxygen atom (O), nitrogen atom (NH, N), sulfur atom (SO
3 H, SH) and a compound having a chain structure in which a carbonyl atom group (CO) is substituted.

【0038】また、本発明では、複数エポキシ基を有す
る脂肪族化合物において、2個のエポキシ基間を結ぶ鎖
状構造を構成する炭素原子、複素原子(酸素原子、窒素
原子等)の総数のうち最も大きい原子鎖を最長原子鎖と
いい、最長原子鎖を構成する原子の総数を最長原子鎖の
原子数という。なお、最長原子鎖を構成する原子に結合
した水素等の原子の数は総数に含めない。
Further, in the present invention, in the aliphatic compound having a plurality of epoxy groups, of the total number of carbon atoms and hetero atoms (oxygen atom, nitrogen atom, etc.) constituting a chain structure connecting two epoxy groups, The largest atomic chain is called the longest atomic chain, and the total number of atoms that make up the longest atomic chain is called the number of atoms in the longest atomic chain. The number of atoms such as hydrogen bonded to the atoms forming the longest atomic chain is not included in the total number.

【0039】側鎖の構造については特に限定するもので
はないが、サイジング剤化合物の分子間架橋の密度が大
きくなりすぎないように抑えるために、架橋点となりに
くい構造が好ましい。
The structure of the side chain is not particularly limited, but in order to prevent the intermolecular crosslink density of the sizing agent compound from becoming too large, a structure that does not easily form a crosslinking point is preferable.

【0040】サイジング剤化合物の有するエポキシ基が
2つ未満であると、炭素繊維とマトリックス樹脂との橋
渡しを有効に行うことができない。したがってエポキシ
基の数は、炭素繊維とマトリックス樹脂との橋渡しを有
効に行うために2個以上であることが必須である。
If the sizing agent compound has less than two epoxy groups, the bridging between the carbon fiber and the matrix resin cannot be effectively performed. Therefore, it is essential that the number of epoxy groups is two or more in order to effectively bridge the carbon fiber and the matrix resin.

【0041】一方、エポキシ基の数が多すぎると、サイ
ジング剤化合物の分子間架橋の密度が大きくなり、脆性
なサイジング層となって結果としてコンポジットの引張
強度が低下してしまうため、好ましくは6個以下、より
好ましくは4個以下、さらに好ましくは2個が良い。さ
らにこの2個のエポキシ基が最長原子鎖の両末端にある
のがより好ましい。すなわち最長原子鎖の両末端にエポ
キシ基があることにより局所的な架橋密度が高くなるこ
とを防ぐので、コンポジット引張強度にとって好まし
い。
On the other hand, if the number of epoxy groups is too large, the density of intermolecular crosslinks of the sizing agent compound becomes high, and a brittle sizing layer is formed, resulting in a decrease in the tensile strength of the composite. It is preferably no more than 4, more preferably no more than 4, and even more preferably two. Further, it is more preferable that the two epoxy groups are located at both ends of the longest atomic chain. That is, the presence of epoxy groups at both ends of the longest atomic chain prevents the local crosslink density from increasing, which is preferable for the composite tensile strength.

【0042】エポキシ基の構造としては反応性の高いグ
リシジル基が好ましい。
The structure of the epoxy group is preferably a highly reactive glycidyl group.

【0043】かかる脂肪族化合物の分子量は、樹脂粘度
が低すぎるあるいは、高すぎることにより集束剤として
の取り扱い性が悪化するのを防ぐ観点から、80以上3
200以下が好ましく、100以上1500以下がより
好ましく、200以上1000以下がさらに好ましい。
The molecular weight of such an aliphatic compound is 80 or more and 3 or more from the viewpoint of preventing the handling property as a sizing agent from being deteriorated when the resin viscosity is too low or too high.
200 or less is preferable, 100 or more and 1500 or less are more preferable, and 200 or more and 1000 or less are further preferable.

【0044】本発明における複数エポキシ基を有する脂
肪族化合物の具体例としては、例えば、ジグリシジルエ
ーテル化合物では、エチレングリコールジグリシジルエ
ーテル及びポリエチレングリコールジグリシジルエーテ
ル類、プロピレングリコールジグリシジルエーテル及び
ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、
1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペ
ンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメ
チレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアルキレ
ングリコールジグリシジルエーテル類等が挙げられる。
また、ポリグリシジルエーテル化合物では、グリセロー
ルポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシ
ジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテ
ル類、ソルビトールポリグリシジルエーテル類、アラビ
トールポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロ
パンポリグリシジルエーテル類、ペンタエリスリトール
ポリグリシジルエーテル類、脂肪族多価アルコールのポ
リグリシジルエーテル類等が挙げられる。
Specific examples of the aliphatic compound having a plurality of epoxy groups in the present invention include, for example, diglycidyl ether compounds such as ethylene glycol diglycidyl ether and polyethylene glycol diglycidyl ethers, propylene glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol didiene. Glycidyl ethers,
1,4-butanediol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ether, polyalkylene glycol diglycidyl ethers and the like can be mentioned.
The polyglycidyl ether compound includes glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ethers, sorbitol polyglycidyl ethers, arabitol polyglycidyl ethers, trimethylolpropane polyglycidyl ethers, pentaerythritol polyglycidyl ethers. Examples thereof include glycidyl ethers and polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols.

【0045】好ましくは、反応性の高いグリシジル基を
有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物である。
更に好ましくは、ポリエチレングリコールジグリシジル
エーテル類、ポリプロピレングリコールジグリシジルエ
ーテル類、アルカンジオールジグリシジルエーテル類お
よび下記に示す構造のものが好ましい。
Preferred are aliphatic polyglycidyl ether compounds having a highly reactive glycidyl group.
More preferably, polyethylene glycol diglycidyl ethers, polypropylene glycol diglycidyl ethers, alkanediol diglycidyl ethers and those having the structures shown below are preferable.

【0046】[0046]

【化5】 [Chemical 5]

【化6】 [Chemical 6]

【化7】 ここで、Gはグリシジル基、R1 は -CH2 CH2 - , -CH
2 CH2 CH2 - , -CH(CH3 ) CH2 - 、R2 は -CH2 - 、
3 ,R4 ,R5 は少なくとも2個が-Gで、他は-Hまた
は-Gであり、mは1〜25の整数,nは2〜75の整
数、かつx、y、zは0または正の整数であって、x+
y+zは0〜25であることが好ましい。また、これら
の混合物を用いてもよい。
[Chemical 7] Here, G is a glycidyl group, R 1 is -CH 2 CH 2- , -CH
2 CH 2 CH 2- , -CH (CH 3 ) CH 2- , R 2 is -CH 2- ,
At least two of R 3 , R 4 and R 5 are -G, and the others are -H or -G, m is an integer of 1 to 25, n is an integer of 2 to 75, and x, y and z are 0 or a positive integer, x +
y + z is preferably 0 to 25. Moreover, you may use these mixtures.

【0047】複数エポキシ基を有する脂肪族化合物にお
いて、最長原子鎖の原子数が20以上であることが好ま
しい。すなわち該原子数が20未満ではサイジング層内
の架橋密度が高くなるために靭性の低い構造になりやす
く、結果としてコンポジット引張強度が発現しにくい場
合がある。それに対して最長原子鎖の原子数が大きいと
サイジング層が柔軟で靭性の高い構造になりやすいので
結果としてコンポジット引張強度が向上しやすく、特に
脆い樹脂での引張強度が高いという特長を有するので、
より好ましくは最長原子鎖の原子数で25以上、さらに
好ましくは30以上がよい。
In the aliphatic compound having plural epoxy groups, it is preferable that the longest atomic chain has 20 or more atoms. That is, when the number of atoms is less than 20, the crosslink density in the sizing layer becomes high, so that a structure having low toughness is likely to be formed, and as a result, composite tensile strength may be difficult to develop. On the other hand, if the number of atoms in the longest atomic chain is large, the sizing layer tends to have a flexible and highly tough structure, and as a result, composite tensile strength is likely to improve, and since it has the characteristic of high tensile strength especially in brittle resins,
The number of atoms in the longest atomic chain is more preferably 25 or more, and further preferably 30 or more.

【0048】ただし最長原子鎖の原子数は大きいほど柔
軟な構造になるが、長すぎると折れ曲がって官能基を封
鎖してしまい、結果として炭素繊維と樹脂との接着力が
低下してしまう場合があるので好ましくは、原子数で2
00以下、より好ましくは100以下がよい。
However, the larger the number of atoms in the longest atomic chain, the more flexible the structure becomes, but if it is too long, it may bend and block the functional group, resulting in a decrease in the adhesive force between the carbon fiber and the resin. Therefore, the number of atoms is preferably 2
00 or less, and more preferably 100 or less.

【0049】脂肪族化合物に環状脂肪族骨格を含む場合
には、エポキシ基が環状骨格から十分離れていれば、具
体的は、原子数で6以上あれば用いることができる。
When the aliphatic compound contains a cyclic aliphatic skeleton, it can be used as long as the epoxy group is sufficiently separated from the cyclic skeleton, specifically, if the number of atoms is 6 or more.

【0050】本発明においては、エポキシ基と芳香環の
間の原子数が6以上であるエポキシ基を複数有する芳香
族化合物もサイジング剤として用いることができる。エ
ポキシ基と芳香環の間の原子数とは、エポキシ基と芳香
環の間を結ぶ鎖状構造を構成する炭素原子、複素原子
(酸素原子、窒素原子等)、カルボニル原子団の総数を
いう。この場合の直鎖状構造としては前記した鎖状構造
と同様のものである。
In the present invention, an aromatic compound having a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between the epoxy group and the aromatic ring can also be used as a sizing agent. The number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring refers to the total number of carbon atoms, heteroatoms (oxygen atom, nitrogen atom, etc.), and carbonyl atomic groups constituting the chain structure connecting the epoxy group and the aromatic ring. The linear structure in this case is the same as the above-mentioned linear structure.

【0051】サイジング剤としてエポキシ基と芳香環と
の間の原子数が6に満たないと、炭素繊維とマトリック
ス樹脂との界面に剛直で立体的に大きな化合物を介在さ
せることになるため、炭素繊維の最表面に存在する表面
官能基との反応性が向上せず、その結果コンポジットの
横方向特性の向上が望めない。
If the number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring is less than 6 as the sizing agent, a rigid and three-dimensionally large compound will be present at the interface between the carbon fiber and the matrix resin, so that the carbon fiber The reactivity with the surface functional groups present on the outermost surface of the composite is not improved, and as a result, improvement in the lateral properties of the composite cannot be expected.

【0052】具体的には次式[I]で示される化合物を
挙げることができる。
Specific examples thereof include compounds represented by the following formula [I].

【0053】[0053]

【化8】 (ここで、式[I]中、R1 は、[Chemical 8] (Here, in the formula [I], R 1 is

【化9】 、R2 は、炭素数2〜30のアルキレン基、R3 は、-H
あるいは -CH3 であり、m,nは2〜48の整数,m+
nは4〜50である。) この場合、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面に剛直で
立体的に大きな化合物を介在させないように、分子鎖が
直鎖状で柔軟性を有し、かつ分子量が小さいものが望ま
しく、そのため式[I]におけるm,nをそれぞれ2以
上、好ましくは3以上、さらに好ましくは5以上とし、
m+nを4以上、好ましくは6以上、さらに好ましくは
10以上とする。m,nがそれぞれ2未満あるいはm+
nが4未満の化合物では、本発明の目的であるマトリッ
クス樹脂と炭素繊維の接着性も低下する場合がある。一
方、m+nが50を超えるとマトリックス樹脂との相溶
性が低下し、マトリックス樹脂と炭素繊維の接着性が低
下する場合がある。また、式[I]において、R2 は、
-CH2 CH2 - あるいは-CH(CH3 ) CH2 - であることが好
ましい。
[Chemical 9] , R 2 is an alkylene group having 2 to 30 carbon atoms, and R 3 is —H.
Or -CH 3 , m and n are integers from 2 to 48, m +
n is 4 to 50. In this case, it is preferable that the molecular chain is linear and has flexibility and the molecular weight is small so that a rigid and sterically large compound is not present at the interface between the carbon fiber and the matrix resin. ], Each of m and n is 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 5 or more,
m + n is 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 10 or more. m and n are each less than 2 or m +
When n is less than 4, the adhesiveness between the matrix resin and the carbon fiber, which is the object of the present invention, may be reduced. On the other hand, when m + n exceeds 50, the compatibility with the matrix resin is lowered, and the adhesion between the matrix resin and the carbon fiber is sometimes lowered. In the formula [I], R 2 is
It is preferably —CH 2 CH 2 — or —CH (CH 3 ) CH 2 —.

【0054】ここで、式[I]におけるビスフェノール
A部またはF部はマトリックス樹脂との相溶性を向上さ
せる効果と耐毛羽性を向上させる効果がある。
Here, the bisphenol A part or F part in the formula [I] has an effect of improving compatibility with the matrix resin and an effect of improving fluff resistance.

【0055】本発明において、エポキシ基と芳香環の間
の原子数が6以上である複数エポキシ基を有する芳香族
化合物の骨格が縮合多環芳香族化合物であっても良い。
縮合多環芳香族化合物の骨格としては、例えばナフタレ
ン、アントラセン、フェナントレン、クリセン、ピレ
ン、ナフタセン、トリフェニレン、1,2−ベンズアン
トラセン、ベンゾピレン等が挙げられる。好ましくは、
骨格の小さいナフタレン、アントラセン、フェナントレ
ン、ピレンが良い。
In the present invention, the skeleton of the aromatic compound having a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between the epoxy group and the aromatic ring may be a condensed polycyclic aromatic compound.
Examples of the skeleton of the condensed polycyclic aromatic compound include naphthalene, anthracene, phenanthrene, chrysene, pyrene, naphthacene, triphenylene, 1,2-benzanthracene, and benzopyrene. Preferably,
Naphthalene, anthracene, phenanthrene, and pyrene, which have a small skeleton, are good.

【0056】複数エポキシ基を有する縮合多環芳香族化
合物のエポキシ当量は、接着性の向上効果を十分なもの
とする観点から、150〜350、さらには200〜3
00が好ましい。
The epoxy equivalent of the condensed polycyclic aromatic compound having a plurality of epoxy groups is 150 to 350, more preferably 200 to 3 from the viewpoint of sufficiently improving the adhesiveness.
00 is preferable.

【0057】複数エポキシ基を有する縮合多環芳香族化
合物の分子量は、樹脂粘度が高くなって集束剤としての
取り扱い性が悪化するのを防ぐ観点から、400〜80
0、さらには400〜600が好ましい。
The molecular weight of the condensed polycyclic aromatic compound having a plurality of epoxy groups is 400 to 80 from the viewpoint of preventing the resin viscosity from increasing and the handleability as a sizing agent from deteriorating.
0, more preferably 400 to 600 is preferable.

【0058】本発明において、サイジング剤にはエピコ
ート828、エピコート834といった分子量の小さい
ビスフェノール型エポキシ化合物、直鎖状低分子量エポ
キシ化合物、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、
ポリエステル乳化剤あるいは界面活性剤など他の成分を
粘度調整、耐擦過性向上、耐毛羽性向上、収束性向上、
高次加工性向上等の目的で加えてもよい。
In the present invention, as the sizing agent, bisphenol type epoxy compounds having a small molecular weight such as Epicoat 828 and Epicoat 834, linear low molecular weight epoxy compounds, polyethylene glycol, polyurethane,
Other components such as polyester emulsifier or surfactant are viscosity adjusted, scratch resistance is improved, fluff resistance is improved, and convergence is improved.
It may be added for the purpose of improving high-order workability.

【0059】さらに、ブタジエンニトリルゴム等のゴ
ム、あるいはエポキシ末端ブタジエンニトリルゴムのよ
うなエラストマー性のある直鎖状エポキシ変性化合物等
を添加しても問題はない。
Further, there is no problem even if a rubber such as butadiene nitrile rubber or an elastomeric linear epoxy modified compound such as epoxy terminated butadiene nitrile rubber is added.

【0060】炭素繊維へのサイジング剤の付着量は、樹
脂との接着性改善幅を大とし、一方、サイジング剤の消
費が過大にならないようにする観点から、炭素繊維単位
重量当たり0.01重量%以上10重量%以下が好まし
く、0.05重量%以上5重量%以下がより好ましく、
0.1重量%以上2重量%以下付与するのがさらに好ま
しい。
The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber is 0.01 weight per unit weight of the carbon fiber from the viewpoint of increasing the degree of improvement in adhesiveness with the resin and preventing the consumption of the sizing agent from becoming excessive. % Or more and 10% by weight or less is preferable, 0.05% by weight or more and 5% by weight or less is more preferable,
It is more preferable to add 0.1% by weight or more and 2% by weight or less.

【0061】本発明においてサイジング剤は一様に被
覆、コーティングされているのが好ましい。
In the present invention, the sizing agent is preferably uniformly coated and coated.

【0062】すなわち、サイジング剤層の厚みが20〜
200オングストロームで、かつ厚みの最大値が最小値
の2倍を超えないことが好ましい。このような均一なサ
イジング層によりカップリング効果がより有効に発現で
きる。
That is, the thickness of the sizing agent layer is 20 to
It is preferably 200 angstroms and the maximum thickness does not exceed twice the minimum. The coupling effect can be more effectively exhibited by such a uniform sizing layer.

【0063】本発明の炭素繊維の機械的物性としてはス
トランド強度が350kgf/mm2 以上、より好ましくは4
00kgf/mm2 以上、さらに好ましくは450kgf/mm2
上が望ましい。また、炭素繊維の弾性率は22 tf/mm2
以上が好ましく、24 tf/mm2 以上がより好ましく、2
8 tf/mm2 以上がさらに好ましい。ストランド強度ある
いは弾性率がそれぞれ、350kgf/mm2 未満あるいは2
2 tf/mm2 未満の炭素繊維の場合には、コンポジットと
したときに、構造材として所望の特性が得られない場合
がある。
As the mechanical properties of the carbon fiber of the present invention, the strand strength is 350 kgf / mm 2 or more, more preferably 4
00kgf / mm 2 or more, further preferably 450 kgf / mm 2 or more. The elastic modulus of carbon fiber is 22 tf / mm 2
Or more, more preferably 24 tf / mm 2 or more, and 2
8 tf / mm 2 or more is more preferable. Strand strength or elastic modulus is less than 350 kgf / mm 2 or 2 respectively
If the carbon fiber is less than 2 tf / mm 2 , it may not be possible to obtain desired properties as a structural material when it is made into a composite.

【0064】次に本発明の炭素繊維を得るための方法に
ついて説明する。炭素繊維の表面処理およびサイジング
処理については次に記載するとおりであるが、炭素繊維
の重合、製糸、焼成条件については拘束されるものでは
ない。
Next, a method for obtaining the carbon fiber of the present invention will be described. The surface treatment and sizing treatment of the carbon fiber are as described below, but the polymerization, spinning and firing conditions of the carbon fiber are not restricted.

【0065】本発明の方法に供せられる原料炭素繊維と
しては、アクリル系、ピッチ系、レーヨン系等の公知の
炭素繊維を適用できる。好ましくは高強度の炭素長繊維
が得られやすいアクリル系炭素繊維がよい。アクリル系
炭素繊維の場合を例にとって以下詳細に説明する。
As the raw material carbon fiber used in the method of the present invention, known carbon fibers such as acrylic type, pitch type and rayon type carbon fibers can be applied. Acrylic carbon fibers are preferable because they can easily obtain high-strength carbon fibers. A case of acrylic carbon fiber will be described in detail below as an example.

【0066】紡糸方法としては湿式、乾式、乾湿式等を
採用できるが高強度糸が得られ易い湿式あるいは乾湿式
が好ましく、特に乾湿式が好ましい。紡糸原液にはポリ
アクリロニトリルのホモポリマーあるいは共重合成分の
溶液あるいは懸濁液等を用いることができるが、ろ過を
強化して不純物をポリマーから除去することが、高性能
炭素繊維を得るために重要である。
As a spinning method, a wet type, a dry type, a dry type and the like can be adopted, but a wet type or a dry type which can easily obtain a high strength yarn is preferable, and a dry type is particularly preferable. Although a solution or suspension of a homopolymer or a copolymerization component of polyacrylonitrile can be used as a spinning stock solution, it is important to enhance filtration to remove impurities from the polymer in order to obtain high-performance carbon fiber. Is.

【0067】該紡糸原液を凝固、水洗、延伸、油剤付与
して前駆体原糸とし、さらに耐炎化、炭化、さらに必要
に応じて黒鉛化処理を行って炭素繊維とする。製糸、焼
成工程を通して、用役あるいは雰囲気から塵埃、異物と
いった不純物を最小限に抑え、繊維への欠陥導入を防ぐ
こと、張力をかけて配向を高くすることが高性能炭素繊
維を得るために重要である。炭化あるいは黒鉛化条件と
して、本発明炭素繊維を得るには最高熱処理温度は11
00℃以上、好ましくは1400℃以上がよい。
The spinning stock solution is coagulated, washed with water, drawn, and applied with an oil agent to give a precursor stock yarn, which is further flameproofed, carbonized and, if necessary, graphitized to obtain carbon fibers. It is important to obtain high-performance carbon fiber by minimizing impurities such as dust and foreign matter from utility or atmosphere, preventing defect introduction into fiber, and applying tension to increase orientation throughout the yarn making and firing process. Is. As the carbonization or graphitization condition, the maximum heat treatment temperature is 11 to obtain the carbon fiber of the present invention.
The temperature is 00 ° C or higher, preferably 1400 ° C or higher.

【0068】強度および弾性率の高い炭素繊維を得るた
めには細繊度の炭素繊維が好ましく、炭素繊維の単糸径
で7.5μm以下、好ましくは6μm以下、さらに好ま
しくは5.5μm以下がよい。得られた炭素繊維はさら
に表面処理およびサイジング処理がなされて炭素繊維と
なる。
In order to obtain a carbon fiber having high strength and elastic modulus, a carbon fiber having a fineness is preferable, and a single fiber diameter of the carbon fiber is 7.5 μm or less, preferably 6 μm or less, more preferably 5.5 μm or less. . The obtained carbon fibers are further surface-treated and sized to be carbon fibers.

【0069】X線光電子分光法のO/C、化学修飾X線
光電子分光法により測定される表面水酸基濃度C-OH/Cお
よび化学修飾X線光電子分光法により測定される表面カ
ルボキシル基濃度COOH/Cを前記した特定範囲とする炭素
繊維は次の方法で製造することができる。
O / C in X-ray photoelectron spectroscopy, surface hydroxyl group concentration C-OH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy, and surface carboxyl group concentration COOH / measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy The carbon fiber having C in the above-mentioned specific range can be produced by the following method.

【0070】一つには、炭素繊維をアルカリ性水溶液中
で電解処理する方法である。アルカリ性電解液としては
pHが7〜14、好ましくはpHが8〜14、さらに好
ましくはpHが10〜14の強アルカリ水溶液がよい。
この電解質としては水溶液中でアルカリ性を示すもので
あればよく、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、水酸化バリウム等の水酸化物、アンモニア、また
は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩
類、酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等の有機塩類
の水溶液、さらにこれらのカリウム塩、バリウム塩ある
いは他の金属塩、およびアンモニウム塩、またヒドラジ
ン等の有機化合物が挙げられるが、好ましくは樹脂の硬
化阻害を起こすアルカリ金属を含まない炭酸アンモニウ
ム、炭酸水素アンモニウム等の無機アルカリあるいは強
アルカリ性を示す水酸化テトラアルキルアンモニウム塩
類が良い。
One is a method of electrolytically treating carbon fibers in an alkaline aqueous solution. The alkaline electrolyte is a strong alkaline aqueous solution having a pH of 7 to 14, preferably 8 to 14, and more preferably 10 to 14.
The electrolyte may be any one that exhibits alkalinity in an aqueous solution, and specifically includes hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and barium hydroxide, ammonia, or inorganic substances such as sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate. Examples include salts, aqueous solutions of organic salts such as sodium acetate and sodium benzoate, and further potassium salts thereof, barium salts or other metal salts, and ammonium salts, and organic compounds such as hydrazine, but preferably resin curing inhibition. It is preferable to use an inorganic alkali such as ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate that does not contain an alkali metal that causes the above-mentioned phenomenon, or a tetraalkylammonium hydroxide salt having strong alkalinity.

【0071】電解液の濃度としては、0.01〜5モル
/リットル、好ましくは0.1〜1モル/リットルがよ
い。すなわち、濃度が濃いほど電解処理電圧が下がる
が、臭気が強くなり環境が悪化するのでそれらから最適
化することが好ましい。
The concentration of the electrolytic solution is 0.01 to 5 mol / liter, preferably 0.1 to 1 mol / liter. That is, the higher the concentration is, the lower the electrolytic treatment voltage is, but the odor becomes stronger and the environment is deteriorated.

【0072】電解液温度としては0〜100℃、好まし
くは10〜40℃がよい。すなわち温度が高いと臭気が
強くなり環境が悪化するため低温が好ましいので、運転
コストとの兼ね合いで最適化することが好ましい。
The temperature of the electrolytic solution is 0 to 100 ° C, preferably 10 to 40 ° C. That is, when the temperature is high, the odor becomes strong and the environment is deteriorated, so that the temperature is preferably low, and therefore it is preferable to optimize it in consideration of the operating cost.

【0073】電気量は被処理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、高弾性率糸はより大きな
電気量が必要である。表層の結晶性の低下を進ませ、生
産性を向上させる一方、炭素繊維基質の強度低下を防ぐ
観点から、電解処理は小さい電気量で複数回処理を繰り
返し行うのが好ましい。具体的には、電解槽1槽当たり
の通電電気量は5クーロン/g・槽(炭素繊維1g当た
りのクーロン数)以上、100クーロン/g・槽以下が
好ましく、より好ましくは10クーロン/g・槽以上、
80クーロン/g・槽以下、さらに好ましくは20クー
ロン/g・槽以上、60クーロン/g・槽以下がよい。
また、表層の結晶性の低下を適度な範囲とする観点から
は通電処理の総電気量は5〜1000クーロン/g、さ
らには10〜500クーロン/gの範囲とするのが好ま
しい。
The amount of electricity is preferably optimized in accordance with the carbonization degree of the carbon fiber to be treated, and a high elastic modulus yarn requires a larger amount of electricity. From the viewpoint of promoting the decrease of the crystallinity of the surface layer and improving the productivity, while preventing the decrease of the strength of the carbon fiber substrate, it is preferable that the electrolytic treatment be repeated a plurality of times with a small amount of electricity. Specifically, the amount of electricity supplied per electrolytic cell is preferably 5 coulomb / g · cell (the number of coulombs per 1 g of carbon fiber) or more and 100 coulomb / g · cell or less, more preferably 10 coulomb / g · More than a tank,
It is preferably 80 coulomb / g · tank or less, more preferably 20 coulomb / g · tank or more and 60 coulomb / g · tank or less.
Further, from the viewpoint of controlling the deterioration of the crystallinity of the surface layer within an appropriate range, it is preferable that the total amount of electricity in the energization treatment is in the range of 5 to 1000 coulombs / g, further preferably 10 to 500 coulombs / g.

【0074】槽数としては2以上が好ましく、4以上が
より好ましい。設備コストの面から10槽以下が好まし
く、電気量、電圧、電流密度等から最適化することが好
ましい。
The number of tanks is preferably 2 or more, more preferably 4 or more. From the viewpoint of equipment cost, 10 or less tanks are preferable, and it is preferable to optimize the amount of electricity, voltage, current density and the like.

【0075】電流密度としては、炭素繊維表面を有効に
酸化し、かつ安全性を損なわない観点から、電解処理液
中の炭素繊維の表面積1m2 当たり1.5アンペア/m
2 以上1000アンペア/m2 以下、好ましくは3アン
ペア/m2 以上500アンペア/m2 がよい。処理時間
は、数秒から十数分が好ましく、さらには10秒から2
分程度が好ましい。
From the viewpoint of effectively oxidizing the surface of the carbon fiber and not impairing the safety, the current density is 1.5 amperes / m 2 per 1 m 2 of the surface area of the carbon fiber in the electrolytic treatment liquid.
2 or more and 1000 amps / m 2 or less, preferably 3 amps / m 2 or more and 500 amps / m 2 or more. The processing time is preferably from a few seconds to a dozen minutes, and further from 10 seconds to 2 minutes.
Minutes are preferable.

【0076】電解電圧は安全性の観点から25V以下、
さらには0.5〜20Vが好ましい。電解処理時間は電
気量、電解質濃度により最適化すべきであるが、生産性
の面から数秒〜10分、好ましくは10秒〜2分程度が
よい。電解処理方式としてはバッチ式、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
が好ましい。通電方法としては、炭素繊維を電極ローラ
に直接接触させて通電させる直接通電、あるいは炭素繊
維と電極の間に電解液等を介して通電させる間接通電の
いずれも採用することができるが、電解処理時の毛羽立
ち、電気スパーク等が抑えられる間接通電が好ましい。
From the viewpoint of safety, the electrolysis voltage is 25 V or less,
Furthermore, 0.5-20V is preferable. The electrolytic treatment time should be optimized depending on the amount of electricity and the electrolyte concentration, but from the viewpoint of productivity, it is preferably several seconds to 10 minutes, preferably 10 seconds to 2 minutes. The electrolytic treatment method may be either a batch method or a continuous method, but a continuous method is preferable because it has good productivity and small variations. As the energization method, either direct energization in which the carbon fiber is brought into direct contact with the electrode roller to energize it or indirect energization in which the carbon fiber and the electrode are energized through an electrolytic solution or the like can be adopted, but electrolytic treatment Indirect energization that suppresses fuzzing, electric sparks and the like is preferable.

【0077】また、電解処理方法は、電解槽を必要槽数
並べて1度通糸しても、1槽の電解槽に必要回数通糸し
てもよい。電解槽の陽極長は5〜100mmが好ましく、
陰極長は300〜1000mm、さらには350〜900
mmが好ましい。
In the electrolytic treatment method, the required number of electrolytic baths may be arranged and passed once, or the required number of times may be passed through one electrolytic bath. The anode length of the electrolytic cell is preferably 5-100 mm,
Cathode length is 300-1000mm, and further 350-900
mm is preferred.

【0078】X線光電子分光法のO/C、化学修飾X線
光電子分光法により測定される表面水酸基濃度C-OH/Cお
よび化学修飾X線光電子分光法により測定される表面カ
ルボキシル基濃度COOH/Cを前記した特定の範囲とする炭
素繊維を製造する方法として、被処理炭素繊維を酸性水
溶液中で電解処理し、続いてアルカリ性水溶液で洗浄処
理する方法を用いることもできる。
O / C of X-ray photoelectron spectroscopy, surface hydroxyl group concentration C-OH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy and surface carboxyl group concentration COOH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy As a method of producing carbon fibers having C in the above-mentioned specific range, a method of subjecting the carbon fibers to be treated to electrolytic treatment in an acidic aqueous solution and subsequently washing with an alkaline aqueous solution can also be used.

【0079】この場合の電解質としては水溶液中で酸性
を示すものであればよく、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、ホ
ウ酸、炭酸等の無機酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリ
ル酸、マレイン酸等の有機酸、または硫酸アンモニウ
ム、硫酸水素アンモニウム等の塩が挙げられる。これら
のなかでも強酸性を示す硫酸、硝酸が好ましい。
In this case, the electrolyte may be any one that exhibits acidity in an aqueous solution, such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, carbonic acid and other inorganic acids, acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid, maleic acid. And organic salts such as ammonium sulfate and ammonium hydrogensulfate. Among these, sulfuric acid and nitric acid which show strong acidity are preferable.

【0080】電解液の濃度、電解温度、通電電気量、ト
ータルの電気量、電解電圧、処理時間、電解処理方法、
通電方法としては、前記したアルカリ性水溶液中におけ
る電解処理の場合と同様の方法を用いることができる
が、より酸化力を上げるためにより高濃度、高温で処理
することも有効である。
Concentration of electrolytic solution, electrolysis temperature, quantity of electricity applied, total quantity of electricity, electrolysis voltage, treatment time, electrolysis treatment method,
As the energizing method, the same method as in the case of the electrolytic treatment in the alkaline aqueous solution described above can be used, but it is also effective to treat at a higher concentration and a higher temperature in order to further increase the oxidizing power.

【0081】この酸性水溶液中の電解処理に、引き続い
てアルカリ性水溶液中の洗浄処理を行う。
The electrolytic treatment in the acidic aqueous solution is followed by the cleaning treatment in the alkaline aqueous solution.

【0082】洗浄液として用いるアルカリ性水溶液とし
ては、pHが7〜14、さらにはpHが10〜14の強
アルカリ性水溶液が好ましい。具体的には水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム等の水酸化物、
アンモニア、または、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリ
ウム等の無機塩類、酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウ
ム等の有機塩類の水溶液、さらにこれらのカリウム塩、
バリウム塩あるいは他の金属塩、およびアンモニウム
塩、またヒドラジン等の有機化合物の水溶液が挙げられ
るが、好ましくは樹脂との硬化阻害を起こすアルカリ金
属を含まない炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム
等の無機アルカリ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塩類の水溶液が好ましい。
The alkaline aqueous solution used as the cleaning liquid is preferably a strong alkaline aqueous solution having a pH of 7 to 14, more preferably 10 to 14. Specifically, hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and barium hydroxide,
Ammonia or an aqueous solution of an inorganic salt such as sodium carbonate or sodium hydrogen carbonate, an organic salt such as sodium acetate or sodium benzoate, or a potassium salt thereof.
Examples thereof include barium salt or other metal salt, and ammonium salt, and an aqueous solution of an organic compound such as hydrazine, but it is preferable to use an inorganic alkali such as ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate that does not contain an alkali metal that causes curing inhibition with a resin, or An aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide having strong alkalinity is preferable.

【0083】洗浄液として用いるアルカリ性水溶液のア
ルカリ化合物の濃度としては、前記した特定範囲のpH
となるように調整するのが好ましく、具体的には0.0
1〜10モル/リットル、好ましくは0.1〜2モル/
リットルがよい。洗浄液の温度としては0〜100℃、
好ましくは室温〜60℃がよい。
The concentration of the alkaline compound in the alkaline aqueous solution used as the cleaning solution is a pH within the above specified range.
It is preferable to adjust so that
1 to 10 mol / liter, preferably 0.1 to 2 mol / liter
L is good. The temperature of the cleaning liquid is 0 to 100 ° C,
Room temperature to 60 ° C is preferable.

【0084】洗浄方法として、ディップ法、スプレー法
等があるが、洗浄が容易なディップ法が好ましい。さら
に、洗浄時に炭素繊維を超音波で加振させるのがより好
ましい。
As the cleaning method, there are a dipping method, a spraying method and the like, but a dipping method which is easy to clean is preferable. Further, it is more preferable to vibrate the carbon fiber with ultrasonic waves during cleaning.

【0085】電解処理または洗浄処理を行った後、水洗
および乾燥することが好ましい。この場合、乾燥温度が
高すぎると炭素繊維の最表面に存在する官能基は熱分解
により消失し易いため、できる限り低い温度で乾燥する
ことが望ましく、具体的には乾燥温度が250℃以下、
さらに好ましくは210℃以下で乾燥することが望まし
い。
After the electrolytic treatment or the washing treatment, it is preferable to wash with water and dry. In this case, if the drying temperature is too high, the functional groups present on the outermost surface of the carbon fiber are likely to disappear by thermal decomposition, so it is desirable to dry at a temperature as low as possible. Specifically, the drying temperature is 250 ° C. or lower,
More preferably, drying at 210 ° C. or lower is desirable.

【0086】X線光電子分光法により測定される表面酸
素濃度O/Cおよび表面窒素濃度N/Cを前記した特定
の範囲とする炭素繊維はアンモニウム塩水溶液中で電解
処理することにより得ることができる。
Carbon fibers whose surface oxygen concentration O / C and surface nitrogen concentration N / C measured by X-ray photoelectron spectroscopy fall within the above-mentioned specific ranges can be obtained by electrolytic treatment in an aqueous ammonium salt solution. .

【0087】この場合の電解液としては、アンモニウム
イオンを含む水溶液であれば良く、具体的には、電解質
として、例えば硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、
過硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニ
ウム、燐酸2水素アンモニウム、燐酸水素2アンモニウ
ム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム等あるい
はそれらの混合物などを用いることができるが、なかで
も硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニ
ウム、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムが
好ましく、特に炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモ
ニウムは、水洗後および乾燥後の炭素繊維表面に残査が
少なく好ましい。
In this case, the electrolytic solution may be an aqueous solution containing ammonium ions. Specifically, as the electrolyte, for example, ammonium nitrate, ammonium sulfate,
Ammonium persulfate, ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, and the like, or mixtures thereof can be used, but among them, ammonium sulfate, ammonium nitrate, ammonium chloride, ammonium carbonate. And ammonium hydrogencarbonate are preferable, and ammonium carbonate and ammonium hydrogencarbonate are particularly preferable because they have less residue on the carbon fiber surface after washing with water and drying.

【0088】電解液の濃度、電解温度、通電電気量、ト
ータルの電気量、電解電圧、処理時間、電解処理方法、
通電方法などについての好ましい条件は前記したアルカ
リ性水溶液中における電解処理の場合と同様の方法を用
いることができる。
Concentration of electrolytic solution, electrolysis temperature, quantity of electricity applied, total quantity of electricity, electrolysis voltage, treatment time, electrolysis treatment method,
As the preferable conditions for the energization method and the like, the same method as in the case of the electrolytic treatment in the alkaline aqueous solution described above can be used.

【0089】サイジング剤の付与手段としては特に限定
されるものではないが、例えばローラを介してサイジン
グ液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラに
接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法
などがある。また、バッチ式、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
しい。この際、炭素繊維に対するサイジング剤有効成分
の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジ
ング液濃度、温度、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はより好ましい。
The means for applying the sizing agent is not particularly limited. For example, a method of immersing the sizing agent in a sizing solution through a roller, a method of contacting the roller to which the sizing solution is attached, and a method of spraying the sizing solution in a mist form and so on. Further, either a batch system or a continuous system may be used, but a continuous system is preferable because it has good productivity and can reduce variations. At this time, it is preferable to control the concentration of the sizing solution, temperature, yarn tension, etc. so that the amount of the active ingredient of the sizing agent attached to the carbon fibers is uniformly attached within an appropriate range. Further, it is more preferable to vibrate the carbon fiber with ultrasonic waves when applying the sizing agent.

【0090】乾燥温度と乾燥時間は化合物の付着量によ
って調整すべきであるが、サイジング剤の付与に用いる
溶媒の完全な除去、乾燥に要する時間を短くし、一方、
サイジング剤の熱劣化を防止し、炭素繊維束が固くなっ
て束の拡がり性が悪化するのを防止する観点から、乾燥
温度は、150℃以上350℃以下であることが好まし
く、180℃以上250℃以下であることがより好まし
い。
The drying temperature and the drying time should be adjusted according to the amount of the compound deposited, but the time required for the complete removal of the solvent used for applying the sizing agent and the drying is shortened, while
From the viewpoint of preventing the heat deterioration of the sizing agent and preventing the carbon fiber bundles from becoming hard and the spreadability of the bundles from deteriorating, the drying temperature is preferably 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and 180 ° C. or higher 250 More preferably, the temperature is not higher than ° C.

【0091】サイジング剤に使用する溶媒は、水、メタ
ノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチル
アセトアミド、アセトン等が挙げられるが、好ましく
は、取扱いが容易で防災の観点から水が好ましい。従っ
て、水に不溶、若しくは難溶の化合物をサイジング剤と
して用いる場合、には乳化剤、界面活性剤等を添加し水
分散性にして用いるのが良い。具体的には、乳化剤、界
面活性剤としては、スチレン−無水マレイン酸共重合
物、オレフィン−無水マレイン酸共重合物、ナフタレン
スルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリアクリル酸ソー
ダ等のアニオン系乳化剤、ポリエチレンイミン、ポリビ
ニルイミダゾリン等のカチオン系乳化剤、ノニルフェノ
ールエチレンオキサイド付加物、ポリビニルアルコー
ル、ポリオキシエチレンエーテルエステルのコポリマ
ー、ソルビタンエステルエチルオキサイド付加物等のノ
ニオン系乳化剤などを用いることができるが、エポキシ
基との相互作用が小さいノニオン系乳化剤が好ましい。
Examples of the solvent used for the sizing agent include water, methanol, ethanol, dimethylformamide, dimethylacetamide, and acetone, but water is preferable from the viewpoint of easy handling and disaster prevention. Therefore, when a water-insoluble or slightly water-soluble compound is used as a sizing agent, it is preferable to add an emulsifier, a surfactant or the like to make it water-dispersible. Specifically, the emulsifier, as the surfactant, styrene-maleic anhydride copolymer, olefin-maleic anhydride copolymer, formalin condensate of naphthalene sulfonate, anionic emulsifier such as sodium polyacrylate, Cationic emulsifiers such as polyethyleneimine and polyvinylimidazoline, nonylphenol ethylene oxide adducts, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene ether ester copolymers, nonionic emulsifiers such as sorbitan ester ethyl oxide adducts, etc. can be used, but with an epoxy group Nonionic emulsifiers having a small interaction with are preferable.

【0092】本発明の炭素繊維はマトリックスと組み合
わせて複合材料として用いる。
The carbon fiber of the present invention is used as a composite material in combination with a matrix.

【0093】対象となるマトリックスとしてはエポキ
シ、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイロン、ポ
リエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂、セメント
等の各種マトリックスを適用できるが、サイジング剤化
合物がエポキシ基を有する化合物であるので親和性の高
い熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂が好ましく、さら
にエポキシ樹脂が好ましい。
As the target matrix, thermosetting resins such as epoxy and polyester resins, thermoplastic resins such as nylon and polyether ether ketone, and various matrices such as cement can be applied, but the sizing agent compound has an epoxy group. Since it is a compound, a thermosetting resin or a thermoplastic resin having a high affinity is preferable, and an epoxy resin is more preferable.

【0094】具体的には、ビスフェノール型エポキシ
は、市販されているものが使用でき、例えば、ビスフェ
ノールA型として、エピコート828,1001,10
04,1009(油化シェルエポキシ社製)やエポトー
トYD019,YD020,YD7019,YD702
0,フェノトートYP50,YP50P(東都化成社
製)、エピクロン840,850,855,860,1
050,1010,1030(大日本インキ化学工業社
製)等がある。また、ビスフェノールF型として、エピ
クロン830,831(大日本インキ化学工業社製)等
がある。
Specifically, commercially available bisphenol type epoxy can be used. For example, as bisphenol A type, Epicoat 828, 1001, 10 can be used.
04, 1009 (made by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) and Epotote YD019, YD020, YD7019, YD702
0, Phenototo YP50, YP50P (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), Epicron 840, 850, 855, 860, 1
050, 1010, 1030 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) and the like. Examples of bisphenol F type include Epiclon 830 and 831 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.).

【0095】フェノールノボラック型エポキシ樹脂に
は、エピコート152,154(油化シェルエポキシ社
製)、ダウエポキシDEN431,438,439,4
85(ダウケミカル社製)、チバガイギーEPN113
8,1139(チバ・ガイギー社製)がある。変性体の
クレゾールノボラック型エポキシとして例えば、チバガ
イギーECN1235,1273,1280,1299
(チバ・ガイギー社製)、EOCN102,103,1
04(日本化薬社製)、エピクロンN660,N66
5,N670,N673,N680,N690,N69
5(大日本インキ化学工業社製)がある。他に変性フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂でもよい。さらに多官
能エポキシ樹脂では、N,N,N’,N’−テトラグリ
シジルジアミノジフェニルメタンはELM434(住友
化学工業社製),MY720(チバ・ガイギー社製),
YH434(東都化成社製)がある。
For the phenol novolac type epoxy resin, Epicoat 152,154 (made by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), Dow Epoxy DEN431,438,439,4
85 (manufactured by Dow Chemical Co.), Ciba Geigy EPN113
There are 8,1139 (made by Ciba Geigy). As a modified cresol novolac type epoxy, for example, Ciba Geigy ECN 1235, 1273, 1280, 1299
(Manufactured by Ciba Geigy), EOCN102, 103, 1
04 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Epicron N660, N66
5, N670, N673, N680, N690, N69
5 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.). Alternatively, a modified phenol novolac type epoxy resin may be used. Further, in the polyfunctional epoxy resin, N, N, N ', N'-tetraglycidyl diaminodiphenylmethane is ELM434 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.), MY720 (Ciba Geigy Co., Ltd.),
There is YH434 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.).

【0096】これらのエポキシ樹脂を目的に応じて、組
み合わることによってエポキシ樹脂組成物を得る。添加
剤,硬化剤に関して特に限定されないが、添加剤として
ポリビニルアセタール樹脂,ポリビニルブチラール樹
脂、ポリビニルホルマール樹脂等を、硬化剤としてジア
ミノジフェニルスルホン、三フッ化ホウ素・アミン錯
体、イミダゾール化合物、ジシアンジアミド、尿素誘導
体、および複数の硬化剤を同時に用いることができる。
An epoxy resin composition is obtained by combining these epoxy resins according to the purpose. The additives and curing agents are not particularly limited, but polyvinyl acetal resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, etc. are used as additives, and diaminodiphenyl sulfone, boron trifluoride / amine complex, imidazole compound, dicyandiamide, urea derivative are used as curing agents. , And multiple curing agents can be used simultaneously.

【0097】さらに、硬化温度についても限定されるも
のではないが、コンポジットの横方向特性向上効果を顕
著にするには、炭素繊維との反応性が低いエポキシ樹脂
組成物に好適であり、硬化温度が200℃以下、好まし
くは150℃以下が良い。具体的には、特公昭63−6
0056号公報、特開昭63−162732号公報等で
開示された180℃硬化の耐熱性を向上させたエポキシ
樹脂組成物や、特公平4−80054号公報で開示され
た130℃硬化のエポキシ樹脂組成物などが好適に用い
ることができ、特に反応性の低い130℃硬化のエポキ
シ樹脂組成物に好適である。
Further, although the curing temperature is not limited, it is suitable for an epoxy resin composition having a low reactivity with carbon fibers in order to make the effect of improving the lateral properties of the composite remarkable, and the curing temperature is not limited. Is 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower. Specifically, Japanese Patent Publication Sho 63-6
No. 0056, JP-A-63-162732, and other epoxy resin compositions with improved heat resistance at 180 ° C., and epoxy resins at 130 ° C. disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-80054. A composition or the like can be preferably used, and is particularly suitable for a 130 ° C.-curable epoxy resin composition having low reactivity.

【0098】[0098]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0099】まず本発明に用いた個々の特性値の測定法
を説明する。
First, a method of measuring individual characteristic values used in the present invention will be described.

【0100】炭素繊維の表面酸素濃度(O/C)、表面
窒素濃度(N/C)、表面水酸基濃度(C-OH/C)、表面
カルボキシル基濃度(COOH/C)、元素分析による窒素濃
度(N/C)および擦過毛羽数は以下の方法により求め
た。
Surface oxygen concentration (O / C) of carbon fiber, surface nitrogen concentration (N / C), surface hydroxyl group concentration (C-OH / C), surface carboxyl group concentration (COOH / C), nitrogen concentration by elemental analysis (N / C) and the number of fluffs were determined by the following methods.

【0101】表面酸素濃度O/Cは、次の手順に従って
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ステンレス
製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を
90゜とし、X線源としてMgKα1,2 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284.6 eVに合わせる。C1Sピーク面
積は、 282〜296 eV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、 528〜540 eVの範
囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。表面
酸素濃度O/Cは、上記O1Sピーク面積とC1S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
した原子数比で表した。なお、本実施例では島津製作所
(株)製ESCA−750を用い、上記装置固有の感度
補正値は2.85であった。
The surface oxygen concentration O / C was determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, a carbon fiber bundle from which a sizing agent and the like has been removed with a solvent is cut and spread on a stainless steel sample support table and arranged, and then a photoelectron escape angle is set to 90 °, and MgKα 1,2 is used as an X-ray source. The inside of the sample chamber is kept at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr. In order to correct the peak due to charging during measurement, first adjust the binding energy value of the main peak of C 1S to 284.6 eV. The C 1S peak area was determined by drawing a linear baseline in the range of 282 to 296 eV, and the O 1S peak area was determined by drawing a linear baseline in the range of 528 to 540 eV. The surface oxygen concentration O / C was represented by the atomic number ratio calculated by dividing the ratio of the O 1S peak area and the C 1S peak area by the sensitivity correction value specific to the apparatus. In this example, ESCA-750 manufactured by Shimadzu Corporation was used, and the sensitivity correction value peculiar to the above apparatus was 2.85.

【0102】表面酸素濃度N/Cは、次の手順に従って
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ステンレス
製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を
90゜とし、X線源としてMgKα1,2 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284.6 eVに合わせる。C1Sピーク面
積は、 282〜296 eVの範囲で直線のベースラインを引く
ことにより求め、N1Sピーク面積は、398 〜 410eVの範
囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。表面
窒素濃度N/Cは、上記N1Sピーク面積とC1S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
した原子数比で表した。なお、本実施例では島津製作所
(株)製ESCA−750を用い、上記装置固有の感度
補正値は1.7であった。
The surface oxygen concentration N / C was determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, a carbon fiber bundle from which a sizing agent and the like has been removed with a solvent is cut and spread on a stainless steel sample support table and arranged, and then a photoelectron escape angle is set to 90 °, and MgKα 1,2 is used as an X-ray source. The inside of the sample chamber is kept at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr. In order to correct the peak due to charging during measurement, first adjust the binding energy value of the main peak of C 1S to 284.6 eV. The C 1S peak area was obtained by drawing a linear baseline in the range of 282 to 296 eV, and the N 1S peak area was obtained by drawing a linear baseline in the range of 398 to 410 eV. The surface nitrogen concentration N / C is represented by the atomic number ratio calculated by dividing the ratio of the N 1S peak area and the C 1S peak area by the sensitivity correction value specific to the apparatus. In this example, ESCA-750 manufactured by Shimadzu Corporation was used, and the sensitivity correction value peculiar to the above apparatus was 1.7.

【0103】表面水酸基濃度C-OH/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、0.04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、 282〜296 eV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、 6
82〜695 eV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 surface hydroxyl group concentration C-OH / C was determined by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, a carbon fiber bundle from which a sizing agent and the like has been removed with a solvent is cut and spread on a sample support made of platinum to be arranged in a dry nitrogen gas containing 0.04 mol / l anhydrous trifluoroacetic acid gas. After exposure at room temperature for 10 minutes and chemical modification treatment, the sample 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 at 1 × 10 −8 Torr. Keep vacuum. In order to correct the peak associated with charging during measurement, first adjust the binding energy value of the main peak of C 1S 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 6
It was calculated by drawing a linear baseline in the range of 82 to 695 eV. At the same time, the reaction rate r was determined from the C 1S peak division of polyvinyl alcohol that was chemically modified.

【0104】表面水酸基濃度C-OH/Cは、下式により算出
した値で表した。
The surface hydroxyl group concentration C-OH / C is represented by the value calculated by the following formula.

【0105】COH/C ={ [F1S] /(3k[ C1S] −2
[ F1S] )r} x 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、本実施例では、米国SSI
社製モデルSSX−100−206を用い、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} x 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.
Using the model SSX-100-206 manufactured by the same company, the sensitivity correction value peculiar to the above apparatus was 3.919.

【0106】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の主ピークの結合エネ
ルギー値を284.6 eVに合わせる。C1Sピーク面積
[C1S]は、 282〜296 eV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、 6
82〜695 eV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, a carbon fiber bundle from which a sizing agent and the like has been removed with a solvent is cut and spread on a platinum sample support table and arranged,
X-rays after chemical modification treatment were performed by exposing to air containing mol / l trifluoroethanol gas, 0.001 mol / l dicyclohexylcarbodiimide gas and 0.04 mol / l pyridine gas at 60 ° C. for 8 hours. The sample was mounted on a 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 maintained at a vacuum degree of 1 × 10 -8 Torr. In order to correct the peak due to charging during measurement, first adjust the binding energy value of the main peak of C 1S 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 6
It was calculated by drawing a linear baseline in the range of 82 to 695 eV. At the same time, the reaction rate r was obtained from the C 1S peak division of the polyacrylic acid chemically modified, and the residual rate m of the dicyclohexylcarbodiimide derivative was obtained from the O 1S peak division.

【0107】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 is represented by the value calculated by the following formula.

【0108】COOH/C={ [F1S] / (3k[ C1S] −(
2+13m)[F1S])r} x 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、本実施例では、米国SSI
社製モデルSSX−100−206を用い、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} x 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.
Using the model SSX-100-206 manufactured by the same company, the sensitivity correction value peculiar to the above apparatus was 3.919.

【0109】元素分析による平均窒素濃度は、次の手順
によって求めた。まず、サイジング処理を行う前の約2
0mgの炭素繊維束を溶剤で洗浄し、繊維表面に付着し
た不純物等を除去し、柳本製作所製のCHNコーダー・
MT−3型装置を用いて、次の条件で測定した。
The average nitrogen concentration by elemental analysis was determined by the following procedure. First, about 2 before the sizing process
CHMG coder manufactured by Yanagimoto Co., Ltd.
It measured on the following conditions using MT-3 type | mold apparatus.

【0110】CHNコーダーの試料燃焼炉を950℃、
酸化炉を850℃、還元炉を550℃にそれぞれ昇温
し、ヘリウムを180ml/分の速度で流し、上記洗浄
した炭素繊維を精密に秤量した後、前記試料燃焼炉に入
れる。
CHN coder sample combustion furnace at 950 ° C.
The oxidizing furnace is heated to 850 ° C. and the reducing furnace is heated to 550 ° C., helium is caused to flow at a rate of 180 ml / min, the washed carbon fibers are precisely weighed, and then put into the sample combustion furnace.

【0111】吸引ポンプを用いて該試料燃焼炉内の分解
ガスの一部を約5分間、酸化炉および還元炉を経由して
吸引した後、CHNコーダーの熱伝導度型検出器によっ
てN2 量として定量し、検量によって炭素量に対する窒
素量の重量比を求めた。平均窒素濃度は、得られた重量
比を原子数比に換算して求めた。
A portion of the decomposed gas in the sample combustion furnace was sucked through the oxidation furnace and the reduction furnace for about 5 minutes using a suction pump, and then the amount of N 2 was detected by the thermal conductivity type detector of the CHN coder. Was determined and the weight ratio of the amount of nitrogen to the amount of carbon was determined by calibration. The average nitrogen concentration was calculated by converting the obtained weight ratio into an atomic number ratio.

【0112】擦過毛羽数は、次の手順によって求めた。
まず、直径10mmのステンレス棒(クロムめっき、表
面粗さ1〜1.5S )5本を50mm間隔で各々平行
に、かつそれらの表面を炭素繊維糸条が120°の接触
角で接触しながら通過し得るように棒をジグザグに配置
した擦過装置を用いた。この装置により入り側の炭素繊
維糸条に1デニール当たり0.09gの張力をかけ、3
m/分の糸速で通過させ、側面から繊維糸条に対し直角
にレーザー光線を照射し、毛羽数を毛羽検出装置で検出
カウントし、個/mで表示する。
The number of fluffs was determined by the following procedure.
First, five stainless steel rods (chromium plated, surface roughness 1 to 1.5 S ) having a diameter of 10 mm are parallel to each other at 50 mm intervals, and while their surfaces are in contact with carbon fiber threads at a contact angle of 120 °. A scraping device was used with the rods arranged in a zigzag so that they could pass through. This device applies a tension of 0.09 g per denier to the carbon fiber yarn on the entry side, and 3
The yarn is passed at a yarn speed of m / min, a laser beam is irradiated from the side face at a right angle to the fiber yarn, and the number of fluffs is detected and counted by a fluff detecting device and displayed in pieces / m.

【0113】本発明において炭素繊維の引張特性として
はストランドの引張強度、弾性率およびコンポジットの
引張強度を用いた。コンポジットの横方向特性、すなわ
ち炭素繊維とマトリックスとの接着力の指標としては板
端剥離強度(以下、EDSと略す)および層間剪断強度
(以下、ILSSと略す)を用いた。
In the present invention, the tensile strength of the carbon fiber used is the tensile strength of the strand, the elastic modulus, and the tensile strength of the composite. The plate edge peel strength (hereinafter abbreviated as EDS) and the interlaminar shear strength (hereinafter abbreviated as ILSS) were used as an index of the lateral characteristics of the composite, that is, the adhesive force between the carbon fiber and the matrix.

【0114】また、シャルピー衝撃特性への影響につい
て検討した。
Further, the influence on Charpy impact characteristics was examined.

【0115】ストランド引張強度、弾性率は、次の手順
によって求めた。JIS−R−7601の樹脂含浸スト
ランド試験法に準じ測定した。樹脂処方としてユニオン
カーバイト社製ベークライト(登録商標)ERL422
1/3フッ化ホウ素モノエチルアミン/アセトン=10
0/3/4(重量部)を用い、硬化条件としては常圧、
130℃、30分を用いた。ストランド10本を測定
し、その平均値を求めた。
The strand tensile strength and elastic modulus were determined by the following procedure. It measured according to the resin-impregnated strand test method of JIS-R-7601. Bakelite (registered trademark) ERL422 manufactured by Union Carbide Co. as a resin formulation
1/3 boron fluoride monoethylamine / acetone = 10
Using 0/3/4 (parts by weight), the curing conditions are normal pressure,
130 ° C. and 30 minutes were used. Ten strands were measured and the average value was calculated.

【0116】コンポジット特性評価用樹脂には次のA,
B2種類の樹脂を用いた。
The resins for composite property evaluation are the following A,
B2 types of resins were used.

【0117】樹脂Aは特公平4−80054号公報開示
の実施例1に従って次のように調整した。すなわち、油
化シェルエポキシ社製エピコート1001を 3.5kg(35重量
部)、油化シェルエポキシ社製エピコート828 を 2.5kg
(25重量部)と大日本インキ化学工業社製エピクロンN
740 を 3.0kg(30重量部)、油化シェルエポキシ社製エ
ピコート152 を 1.5kg(15重量部)および電気化学工業
社製デンカホルマール#20を 0.8kg(8 重量部)とジ
クロロフェニルジメチルウレア 0.5kg(5 重量部)を添
加し、30分間撹拌して樹脂組成物を得た。これを離型紙
にコーティングし樹脂フィルムとしたものを用いた。
Resin A was prepared as follows according to Example 1 disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 4-80054. That is, 3.5 kg (35 parts by weight) of Epicoat 1001 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. and 2.5 kg of Epicoat 828 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.
(25 parts by weight) and Epichron N manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.
3.0 kg (30 parts by weight) of 740, 1.5 kg (15 parts by weight) of Epicoat 152 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., 0.8 kg (8 parts by weight) of Denka Formal # 20 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., and 0.5 kg of dichlorophenyldimethylurea. (5 parts by weight) was added and stirred for 30 minutes to obtain a resin composition. A release paper was coated with this to form a resin film.

【0118】硬化は3kgf/cm2 ・Gの加圧下、135℃、
2時間で行った。
Curing was carried out under a pressure of 3 kgf / cm 2 · G at 135 ° C.
It took 2 hours.

【0119】樹脂Bは特公昭63−60056号公報開
示の実施例1に従って次のように調整した。すなわち、
住友化学社製ELM434を 6.0kg(60重量部)、油化
シェルエポキシ社製エピコート 825を 3.0kg(30重量
部)、大日本インキ化学工業社製エピクロン 830を 1.0
kg(10重量部)およびポリエーテルスルホン 1.75kg
(17.5重量部)を150℃で30分間加熱・撹拌し透明
な粘稠液を得た。この組成物を60℃まで冷却し、ジア
ミノジフェニルスルホン 4.6kg(46重量部)を均一に分
散させ樹脂組成物を得た。これを離型紙にコーティング
し樹脂フィルムとしたものを用いた。
Resin B was prepared as follows according to Example 1 disclosed in JP-B-63-60056. That is,
Sumitomo Chemical Co., Ltd. ELM434 6.0 kg (60 parts by weight), Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. Epicoat 825 3.0 kg (30 parts by weight), Dainippon Ink and Chemicals Co., Ltd. Epicron 830 1.0
kg (10 parts by weight) and polyether sulfone 1.75 kg
(17.5 parts by weight) was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a transparent viscous liquid. This composition was cooled to 60 ° C. and 4.6 kg (46 parts by weight) of diaminodiphenyl sulfone was uniformly dispersed to obtain a resin composition. A release paper was coated with this to form a resin film.

【0120】硬化は6kgf/cm2 ・Gの加圧下、180℃、
2時間で行った。
Curing was carried out under pressure of 6 kgf / cm 2 · G, 180 ° C.,
It took 2 hours.

【0121】コンポジット試験片は以下のように作成し
た。まず円周約2.7mの鋼製ドラムに炭素繊維と組み
合わせる樹脂をシリコン塗布ペーパー上にコーティング
した樹脂フィルムを巻き、次に該樹脂フィルム上にクリ
ールから引き出した炭素繊維をトラバースを介して巻き
取り、配列して、さらにその繊維の上から前記樹脂フィ
ルムを再度かぶせて後、加圧ロールで回転加圧して樹脂
を繊維内に含浸せしめ、巾300mm、長さ2.7mの一
方向プリプレグを作製する。
A composite test piece was prepared as follows. First, wind a resin film coated on a silicon-coated paper with a resin to be combined with carbon fibers on a steel drum having a circumference of about 2.7 m, and then wind the carbon fibers drawn from the creel onto the resin film via a traverse. After arranging and further covering the fibers with the resin film again, the resin is impregnated by rotating and pressing with a pressure roll to impregnate the resin into a unidirectional prepreg having a width of 300 mm and a length of 2.7 m. To do.

【0122】このとき、繊維間への樹脂含浸を良くする
ためにドラムは60〜70℃に加熱し、またプリプレグ
の繊維目付はドラムの回転数とトラバースの送り速度を
調整することによって繊維目付約200 g/m2 、樹脂量
約35重量%のプリプレグを作製した。
At this time, the drum is heated to 60 to 70 ° C. in order to improve the resin impregnation between the fibers, and the fiber areal weight of the prepreg is adjusted by adjusting the rotational speed of the drum and the traverse feeding speed. A prepreg having 200 g / m 2 and a resin amount of about 35% by weight was prepared.

【0123】このように作製したプリプレグを裁断し、
EDS用には(+25/−25/+25/−25/9
0)s の構成で積層し、オートクレーブを用いて所定の
硬化条件で加熱硬化して、厚み約2mmの硬化板を作製し
た。ILSSおよび引張強度用にはプリプレグを一方向
に積層し、それぞれ厚み約2mmおよび約1mmの一方向積
層板を作製した。
The prepreg thus produced was cut,
For EDS (+ 25 / -25 / + 25 / -25 / 9
0) s were laminated and heat-cured under predetermined curing conditions using an autoclave to produce a cured plate having a thickness of about 2 mm. For ILSS and tensile strength, prepregs were laminated in one direction to make unidirectional laminated plates having a thickness of about 2 mm and about 1 mm, respectively.

【0124】EDS用試験片は巾25.4mm、長さ23
0mmとし、測定は通常の引張試験治具を用いて、試験長
127mmに設定し、クロスヘッド速度1mm/minで測定し
た。剥離強度は試験片の側面で層間剥離が開始した時点
の荷重より求めた。5本測定しその平均値を求めた。
The EDS test piece had a width of 25.4 mm and a length of 23.
The test length was set to 0 mm and the test length was set to 127 mm using a normal tensile test jig, and the measurement was performed at a crosshead speed of 1 mm / min. The peel strength was obtained from the load at the time when delamination started on the side surface of the test piece. Five pieces were measured and the average value was calculated.

【0125】ILSS用試験片は巾12.7mm、長さ2
8mmとし、測定は通常の3点曲げ試験治具を用いて支持
スパンを試験片肉厚の4倍に設定し、クロスヘッド速度
2.5mm/minで測定した。8本測定しその平均値を求め
た。
The ILSS test piece had a width of 12.7 mm and a length of 2
The measurement was carried out at a crosshead speed of 2.5 mm / min by setting the supporting span to 4 times the wall thickness of the test piece using an ordinary 3-point bending test jig. Eight pieces were measured and the average value was calculated.

【0126】引張強度用試験片は幅12.7mm、長さ2
30mmとし、該試験片の両端に厚さ約1.2mm、長さ5
0mmのGFRP製のタブを接着し(必要に応じて試験片
中央には弾性率および破壊歪を測定するための歪ゲージ
を貼り付け)、クロスヘッド速度1mm/minで測定した。
5本測定しその平均値を求めた。
The test piece for tensile strength had a width of 12.7 mm and a length of 2
30 mm, the thickness of each test piece is 1.2 mm and the length is 5 mm.
A 0 mm GFRP tab was adhered (if necessary, a strain gauge for measuring elastic modulus and breaking strain was attached to the center of the test piece), and the crosshead speed was measured at 1 mm / min.
Five pieces were measured and the average value was calculated.

【0127】シャルピー衝撃試験用にILSS用および
引張強度用と同様の方法で厚み約6mmの一方向硬化板を
作製した。試験片は、ノッチなしで、幅10mm、長さ6
0mmとした。
A unidirectionally hardened plate having a thickness of about 6 mm was prepared for the Charpy impact test by the same method as that for ILSS and tensile strength. The test piece has a width of 10 mm and a length of 6 without a notch.
It was set to 0 mm.

【0128】シャルピー型衝撃試験機は、秤量30kgf・
m (米倉製作所)の標準型のものに、その打撃部後部に
荷重センサーを取り付け計装化したものを使用した。従
って、荷重センサーの増幅器から出力を波形デジタルメ
モリを介してパソコンへ転送し、そして測定項目として
最大荷重、最大荷重に達するまでの吸収エネルギーを求
めた。試験片の打撃方向はフラットワイズ、支点間距離
は40mmとした。10点測定し、その平均値を求めた。
The Charpy impact tester weighs 30 kgf.
We used a standard type m (Yonekura Seisakusho) equipped with a load sensor at the rear of the striking part and instrumented. Therefore, the output from the amplifier of the load sensor was transferred to the personal computer via the waveform digital memory, and the maximum load and the absorbed energy until the maximum load was reached were obtained as measurement items. The impact direction of the test piece was flatwise, and the distance between fulcrums was 40 mm. Ten points were measured and the average value was calculated.

【0129】(実施例1)アクリロニトリル99.4モ
ル%とメタクリル酸0.6モル%からなる共重合体を用
いて、乾湿式紡糸方法により単繊維繊度1デニール,フ
ィラメント数12000のアクリル系繊維を得た。得ら
れた繊維束を240〜280℃の空気中で、延伸比1.
05で加熱し、耐炎化繊維に転換し、ついで窒素雰囲気
中300〜900℃の温度領域での昇温速度を200℃
/分とし10%の延伸を行なった後、1300℃まで焼
成した。
Example 1 Using a copolymer of 99.4 mol% acrylonitrile and 0.6 mol% methacrylic acid, an acrylic fiber having a single fiber fineness of 1 denier and a filament number of 12000 was prepared by a dry-wet spinning method. Obtained. The obtained fiber bundle was stretched at a draw ratio of 1.40 in air at 240 to 280 ° C.
It is heated at 05 to convert into flameproof fiber, and then the temperature rising rate in a temperature range of 300 to 900 ° C in a nitrogen atmosphere is 200 ° C.
/ Min, 10% stretching was performed, and then firing was performed up to 1300 ° C.

【0130】濃度0.1モル/リットルの水酸化テトラ
エチルアンモニウム(以下、TEAHと略す)水溶液を
電解液として、1槽当たりの通電電気量を10クーロン
/g・槽とし、4槽繰り返すことにより該炭素繊維を総
電気量40クーロン/gで処理した。電圧は12V、電
流密度は9.5A/m2 だった。その際、電解液が黒濁
した。この電解処理を施された炭素繊維を続いて水洗
し、150℃の加熱空気中で乾燥した。
Tetraethylammonium hydroxide (hereinafter abbreviated as TEAH) aqueous solution having a concentration of 0.1 mol / liter was used as an electrolytic solution, and the amount of electricity supplied per tank was 10 coulomb / g · tank. The carbon fiber was treated with a total electricity of 40 coulomb / g. The voltage was 12 V and the current density was 9.5 A / m 2 . At that time, the electrolytic solution became cloudy. The electrolytically treated carbon fiber was subsequently washed with water and dried in heated air at 150 ° C.

【0131】続いて、樹脂成分が1重量%になるように
グリセロールトリグリシジルエーテルをジメチルホルム
アミド(以下、DMFと略す)で希釈してサイジング剤
母液を調整し、浸漬法により炭素繊維にサイジング剤を
付与し、230℃で乾燥を行なった。付着量は0.4重
量%であった。
Subsequently, glycerol triglycidyl ether was diluted with dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF) so that the resin component was 1% by weight to prepare a sizing agent mother liquor, and a sizing agent was added to the carbon fiber by a dipping method. It was applied and dried at 230 ° C. The amount deposited was 0.4% by weight.

【0132】このようにして得られた炭素繊維のストラ
ンド強度、弾性率は、 484kgf/mm2、 23.8tf/mm2 であ
った。表面官能基量、樹脂Aでの引張強度およびEDS
の測定結果を表1に示した。
The strand strength and elastic modulus of the carbon fiber thus obtained were 484 kgf / mm 2 and 23.8 tf / mm 2 . Surface functional group amount, tensile strength with resin A and EDS
The measurement results of are shown in Table 1.

【0133】(実施例2,3,4)総電気量が5,1
0,20クーロン/gとなるように処理槽数、1槽当り
の電気量を変更した以外は、実施例1と同様に処理して
炭素繊維を得た。結果を表1に併せて示した。
(Embodiments 2, 3, 4) The total amount of electricity is 5,1.
A carbon fiber was obtained by the same treatment as in Example 1 except that the number of treatment tanks and the amount of electricity per tank were changed so as to be 0,20 coulomb / g. The results are also shown in Table 1.

【0134】(実施例5)電解液を濃度0.25モル/
リットルの炭酸水素アンモニウム水溶液に変更した以外
は実施例1と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表
1に併せて示した。
(Embodiment 5) The concentration of the electrolytic solution is 0.25 mol /
A carbon fiber was obtained by treating in the same manner as in Example 1 except that the aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate was changed. The results are also shown in Table 1.

【0135】(比較例1)電解液を濃度0.05モル/
リットルの硫酸水溶液に変更し、総電気量が100クー
ロン/gとなるように処理槽数、1槽当りの電気量を変
更した以外は、実施例1と同様に処理して炭素繊維を得
た。結果を表1に併せて示した。
(Comparative Example 1) The concentration of the electrolytic solution was 0.05 mol /
Carbon fiber was obtained by treating in the same manner as in Example 1 except that the sulfuric acid aqueous solution was changed to liter and the number of treatment tanks and the electricity quantity per tank were changed so that the total electricity quantity was 100 coulomb / g. . The results are also shown in Table 1.

【0136】[0136]

【表1】 (実施例6〜9)サイジング剤の樹脂成分をグリセロー
ルジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグ
リシジルエーテル([II]式において、R1 が -CH2 CH
2 - 、m=9)、ジグリセロールポリグリシジルエーテ
ル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルに変更
した以外は、実施例1と同様に処理して炭素繊維を得
た。得られた炭素繊維の表面官能基量、樹脂Aでの引張
強度およびEDSの測定結果を表2に示した。
[Table 1] (Examples 6 to 9) Resin components of the sizing agent were glycerol diglycidyl ether and polyethylene glycol diglycidyl ether (in the formula [II], R 1 is -CH 2 CH 2.
2− , m = 9), diglycerol polyglycidyl ether and diethylene glycol diglycidyl ether were used, and carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the measurement results of the amount of surface functional groups of the obtained carbon fiber, the tensile strength of Resin A and EDS.

【0137】(実施例10,11)サイジング剤の樹脂
成分をグリセロールジグリシジルエーテル、ポリエチレ
ングリコールジグリシジルエーテル([II]式におい
て、R1 が -CH2 CH2 - 、m=9)に変更した以外は、
実施例5と同様に処理して炭素繊維を得た。得られた炭
素繊維の表面官能基量、樹脂Aでの引張強度およびED
Sの測定結果を表2に示した。
(Examples 10 and 11) The resin component of the sizing agent was changed to glycerol diglycidyl ether and polyethylene glycol diglycidyl ether (in the formula [II], R 1 was -CH 2 CH 2- , m = 9). except,
A carbon fiber was obtained by treating in the same manner as in Example 5. Surface functional group amount of the obtained carbon fiber, tensile strength with Resin A and ED
The measurement results of S are shown in Table 2.

【0138】[0138]

【表2】 (比較例2)サイジング剤処理においてサイジング成分
を含まないDMF液に浸漬した以外は実施例1と同様に
処理して炭素繊維を得た。結果を表3に示した。
[Table 2] (Comparative Example 2) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sizing agent was immersed in a DMF solution containing no sizing component. The results are shown in Table 3.

【0139】(比較例3,4)サイジング剤の樹脂成分
を芳香環を有するビスフェノールA型ジグリシジルエー
テル、油化シェルエポキシ社製エピコート 828(エポキ
シ環と芳香環との間の原子数=2)およびフェノールノ
ボラック型グリシジルエーテル、油化シェルエポキシ社
製エピコート 154(エポキシ環と芳香環との間の原子数
=2)に変更した以外は、実施例1と同様にして炭素繊
維を得た。結果を表3に示した。
(Comparative Examples 3 and 4) The resin component of the sizing agent was a bisphenol A type diglycidyl ether having an aromatic ring, Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. Epicoat 828 (the number of atoms between the epoxy ring and the aromatic ring = 2). A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the phenol novolac type glycidyl ether and Epicoat 154 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. (the number of atoms between the epoxy ring and the aromatic ring = 2) were used. The results are shown in Table 3.

【0140】[0140]

【表3】 (実施例12)アクリロニトリル99.4モル%とメタ
クリル酸0.6モル%からなる共重合体を用いて、乾湿
式紡糸方法により単繊維繊度1デニール,フィラメント
数12000のアクリル系繊維を得た。得られた繊維束
を240〜280℃の空気中で、延伸比1.05で加熱
し、耐炎化繊維に転換し、ついで窒素雰囲気中300〜
900℃の温度領域での昇温速度を200℃/分とし1
0%の延伸を行なった後、1800℃まで焼成した。
[Table 3] (Example 12) An acrylic fiber having a single fiber fineness of 1 denier and a filament number of 12000 was obtained by a dry-wet spinning method using a copolymer of 99.4 mol% acrylonitrile and 0.6 mol% methacrylic acid. The obtained fiber bundle is heated in air at 240 to 280 ° C. at a draw ratio of 1.05 to be converted into flame-resistant fiber, and then 300 to 300 in a nitrogen atmosphere.
The rate of temperature increase in the temperature range of 900 ° C is set to 200 ° C / min. 1
After 0% stretching, it was fired to 1800 ° C.

【0141】濃度0.1モル/リットルの水酸化テトラ
エチルアンモニウム(TEAH)水溶液を電解液とし
て、1槽当たりの通電電気量を40クーロン/g・槽と
し、5槽繰り返すことにより該炭素繊維を総電気量20
0クーロン/gで処理した。電圧16V、電流密度は3
0A/m2 だった。その際、電解液が黒濁した。この電
解処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、150℃の
加熱空気中で乾燥した。続いて、樹脂成分が1重量%に
なるようにグリセロールトリグリシジルエーテルをジメ
チルホルムアミド(DMF)で希釈してサイジング剤母
液を調整し、浸漬法により炭素繊維にサイジング剤を付
与し、230℃で乾燥を行なった。付着量は0.5重量
%であった。
Tetraethylammonium hydroxide (TEAH) aqueous solution having a concentration of 0.1 mol / liter was used as an electrolytic solution, and the amount of electricity supplied per tank was set at 40 coulomb / g · tank. Electricity 20
Treated with 0 coulomb / g. Voltage 16V, current density is 3
It was 0 A / m 2 . At that time, the electrolytic solution became cloudy. The electrolytically treated carbon fiber was subsequently washed with water and dried in heated air at 150 ° C. Then, glycerol triglycidyl ether was diluted with dimethylformamide (DMF) to adjust the resin component to 1% by weight to prepare a sizing agent mother liquor, and a sizing agent was applied to the carbon fiber by a dipping method, and dried at 230 ° C. Was done. The amount deposited was 0.5% by weight.

【0142】このようにして得られた炭素繊維の表面官
能基量、樹脂Aでの引張強度およびEDSの測定結果を
表4に示した。
Table 4 shows the amounts of surface functional groups of the carbon fibers thus obtained, the tensile strength of the resin A and the EDS measurement results.

【0143】(比較例5)電解液を濃度0.05モル/
リットルの硫酸水溶液に変更し、サイジング剤処理にお
いてサイジング成分を含まないDMF液に浸漬した以外
は実施例12と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を
表4に示した。
(Comparative Example 5) The concentration of the electrolytic solution was 0.05 mol /
A carbon fiber was obtained by the same procedure as in Example 12 except that the sulfuric acid aqueous solution was changed to liter and the sizing agent was immersed in a DMF solution containing no sizing component. The results are shown in Table 4.

【0144】(実施例13)比較例5において硫酸水溶
液中で電解処理した後、続いて水洗し、150℃の加熱
空気中で乾燥した炭素繊維を、引き続き濃度0.1モル
/リットルのTEAH水溶液中に10分間撹拌、浸漬し
た。その際、洗浄液が黒色に変色した。続いて水洗、1
50℃で乾燥した以外は比較例5と同様に処理して炭素
繊維を得た。結果を表4に示した。
(Example 13) Carbon fibers, which had been electrolyzed in a sulfuric acid aqueous solution in Comparative Example 5, subsequently washed with water and dried in heated air at 150 ° C, were continuously treated with a TEAH aqueous solution having a concentration of 0.1 mol / liter. It was stirred and dipped in it for 10 minutes. At that time, the cleaning liquid turned black. Then wash with water, 1
A carbon fiber was obtained by the same treatment as in Comparative Example 5 except that the carbon fiber was dried at 50 ° C. The results are shown in Table 4.

【0145】[0145]

【表4】 (実施例14)サイジング剤の樹脂成分をグリセロール
ジグリシジルエーテルに変更した以外は、実施例13と
同様に処理して炭素繊維を得た。得られた炭素繊維の表
面官能基量、樹脂AのEDSの測定結果を表4に示し
た。
[Table 4] (Example 14) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 13 except that the resin component of the sizing agent was changed to glycerol diglycidyl ether. Table 4 shows the measurement results of the amount of the surface functional groups of the obtained carbon fiber and the EDS of the resin A.

【0146】(実施例15)アクリロニトリル99.4
モル%とメタクリル酸0.6モル%からなる共重合体を
用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維繊度0.7デニー
ル,フィラメント数12000のアクリル系繊維を得
た。得られた繊維束を240〜280℃の空気中で、延
伸比1.05で加熱し、耐炎化繊維に転換し、ついで窒
素雰囲気中300〜900℃の温度領域での昇温速度を
200℃/分とし10%の延伸を行なった後、1800
℃まで焼成した。
(Example 15) Acrylonitrile 99.4
An acrylic fiber having a monofilament fineness of 0.7 denier and a filament number of 12,000 was obtained by a dry-wet spinning method using a copolymer composed of mol% and methacrylic acid 0.6 mol%. The obtained fiber bundle is heated in the air of 240 to 280 ° C. at a draw ratio of 1.05 to be converted into flame resistant fiber, and then the temperature rising rate in a temperature range of 300 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is 200 ° C. / Min and 10% stretching, then 1800
Bake to ℃.

【0147】濃度0.25モル/リットルの炭酸水素ア
ンモニウム水溶液を電解液として、1槽当たりの通電電
気量を20クーロン/g・槽とし、5槽繰り返すことに
より該炭素繊維を総電気量100クーロン/gで処理し
た。電圧13V、電流密度は15A/m2 だった。この
電解処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、180℃
の加熱空気中で乾燥した。
An aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 0.25 mol / liter was used as an electrolytic solution, and the amount of electricity supplied per tank was set to 20 coulomb / g · tank. By repeating 5 tanks, the total electric quantity of the carbon fiber was 100 coulombs. / G. The voltage was 13 V and the current density was 15 A / m 2 . The electrolytically treated carbon fiber is subsequently washed with water and heated to 180 ° C.
Dried in heated air.

【0148】続いて、グリセロールトリグリシジルエー
テルにノニオン系の乳化剤を5重量%添加したサイジン
グ剤を、成分が1重量%になるように水で希釈してサイ
ジング剤母液を調整し、浸漬法により炭素繊維にサイジ
ング剤を付与し、180℃で乾燥を行った。付着量は
0.4重量%であった。
Subsequently, a sizing agent prepared by adding 5% by weight of a nonionic emulsifier to glycerol triglycidyl ether was diluted with water so that the components would be 1% by weight to prepare a sizing agent mother liquor. A sizing agent was applied to the fibers and dried at 180 ° C. The amount deposited was 0.4% by weight.

【0149】このようにして得られた炭素繊維の表面官
能基、ストランド強度、ストランド弾性率、樹脂Aでの
コンポジット引張強度ならびにEDSの測定結果を表5
に示した。また、コンポジット引張弾性率は17.1 t
f/mm2 であった。
Table 5 shows the measurement results of surface functional groups, strand strength, strand elastic modulus, composite tensile strength with Resin A and EDS of the carbon fiber thus obtained.
It was shown to. The composite tensile modulus is 17.1 t.
It was f / mm 2 .

【0150】なお、計装化シャルピー衝撃試験で得られ
た最大荷重までの吸収エネルギーは55kJ/m2 、最大荷
重は5.2kNであった。
The absorbed energy up to the maximum load obtained by the instrumented Charpy impact test was 55 kJ / m 2 , and the maximum load was 5.2 kN.

【0151】(実施例16)1槽当たりの電気量を20
クーロン/g・槽とし、10槽繰り返すことにより該炭
素繊維を総電気量200クーロン/gで処理した以外
は、実施例15と同様に処理して炭素繊維を得た。結果
を表5に併せて示した。
(Example 16) The amount of electricity per tank was 20
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 15, except that the carbon fiber was treated at a coulomb / g · tank of 10 times and the total amount of electricity was 200 coulomb / g. The results are also shown in Table 5.

【0152】(実施例17〜19)電解液を濃度0.2
5モル/リットルの炭酸アンモニウム水溶液、濃度0.
10モル/リットルの硫酸アンモニウム水溶液、濃度
0.10モル/リットルの硝酸アンモニウム水溶液に変
更した以外は実施例15と同様に処理して炭素繊維を得
た。結果を表5に併せて示した。
(Examples 17 to 19) The electrolytic solution was concentrated to 0.2
Aqueous ammonium carbonate solution of 5 mol / liter, concentration of 0.
Carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 15 except that the aqueous solution of ammonium sulfate was 10 mol / liter and the aqueous solution of ammonium nitrate was 0.10 mol / liter. The results are also shown in Table 5.

【0153】(比較例6)電解処理を行わなかった以外
は実施例15と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を
表5に併せて示した。
(Comparative Example 6) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 15 except that the electrolytic treatment was not performed. The results are also shown in Table 5.

【0154】(比較例7)電解液を濃度0.05モル/
リットルの硫酸水溶液にした以外は実施例15と同様に
処理して炭素繊維を得た。結果を表5に併せて示した。
またコンポジット引張弾性率は17.2 tf/mm2 であっ
た。
(Comparative Example 7) The concentration of the electrolytic solution was 0.05 mol /
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 15 except that the sulfuric acid aqueous solution was changed to 1 liter. The results are also shown in Table 5.
Further, the composite tensile elastic modulus was 17.2 tf / mm 2 .

【0155】なお、計装化シャルピー衝撃試験で得られ
た最大荷重までの吸収エネルギーは46kJ/m2 、最大荷
重は4.6kNであった。
The absorbed energy up to the maximum load obtained by the instrumented Charpy impact test was 46 kJ / m 2 , and the maximum load was 4.6 kN.

【0156】(比較例8)電解液を濃度0.10モル/
リットルの水酸化ナトリウム水溶液に変更した以外は実
施例15と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表5
に併せて示した。
(Comparative Example 8) An electrolytic solution having a concentration of 0.10 mol /
A carbon fiber was obtained by treating in the same manner as in Example 15 except that the aqueous sodium hydroxide solution was changed to 1 liter. The results are shown in Table 5.
Are also shown.

【表5】 (実施例20〜31)サイジング剤の樹脂成分をグリセ
ロールジグリシジルエーテル、ジエチレンオキサイドジ
グリシジルエーテル、ポリエチレンオキサイドジグリシ
ジルエーテル([II]式において、R1 が -CH2 CH2 -
、m=9および30)、ポリプロピレンオキサイドジ
グリシジルエーテル([II]式において、R1 が -CH(C
H 3 )CH2 - 、m=7,9,17および69)、1,6
−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル,アルカンジ
オールジグリシジルエーテル([III ]式において、n
=12)および[IV]式の化合物(R1 が -CH2 CH2 -
、R3 ,R4 ,R5 がグリシジル基、x+y+z=2
0および30)に変更した以外は、実施例15と同様に
処理して炭素繊維を得た。結果を表6または表7に示し
た。
[Table 5] (Examples 20 to 31) Resin components of the sizing agent were glycerol diglycidyl ether, diethylene oxide diglycidyl ether, polyethylene oxide diglycidyl ether (in the formula [II], R 1 is -CH 2 CH 2-).
, M = 9 and 30), polypropylene oxide diglycidyl ether (in the formula [II], R 1 is —CH (C
H 3 ) CH 2- , m = 7, 9, 17 and 69), 1,6
-Hexanediol diglycidyl ether, alkanediol diglycidyl ether (in the formula [III], n
= 12) and a compound of the formula [IV] (R 1 is —CH 2 CH 2
, R 3 , R 4 and R 5 are glycidyl groups, x + y + z = 2
0 and 30), except that the carbon fiber was treated in the same manner as in Example 15. The results are shown in Table 6 or Table 7.

【0157】(比較例9)サイジング剤付与工程を省略
した炭素繊維を得た。結果を表7に示した。
(Comparative Example 9) A carbon fiber was obtained in which the step of applying the sizing agent was omitted. The results are shown in Table 7.

【0158】(比較例10)サイジング剤の樹脂成分を
ラウリルモノジグリシジルエーテルに変更した以外は、
実施例15と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表
7に併せて示した。
(Comparative Example 10) Except that the resin component of the sizing agent was changed to lauryl monodiglycidyl ether,
A carbon fiber was obtained by treating in the same manner as in Example 15. The results are also shown in Table 7.

【0159】(比較例11,12)サイジング剤の樹脂
成分をビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、油化
シェルエポキシ社製エピコート 828(エポキシ環と芳香
環との間の原子数=2)およびフェノールノボラック型
グリシジルエーテル、油化シェルエポキシ社製エピコー
ト 154(エポキシ環と芳香環との間の原子数=2)に変
更した以外は、実施例15と同様にして炭素繊維を得
た。結果を表7に併せて示した。
(Comparative Examples 11 and 12) Resin components of the sizing agent were bisphenol A type diglycidyl ether, Epicoat 828 (number of atoms between epoxy ring and aromatic ring = 2) manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. and phenol novolac type. A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 15, except that glycidyl ether, Epicoat 154 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. (the number of atoms between the epoxy ring and the aromatic ring = 2) was used. The results are also shown in Table 7.

【0160】[0160]

【表6】 [Table 6]

【表7】 (実施例32)実施例12と同様に紡糸、焼成して作成
した1800℃焼成糸を濃度0.25モル/リットルの
炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、1槽当た
りの通電電気量を20クーロン/g・槽とし、5槽繰り
返すことにより該炭素繊維を総電気量100クーロン/
gで処理した。この電解処理を施された炭素繊維を続い
て水洗し、180℃の加熱空気中で乾燥した。
[Table 7] (Example 32) A 1800 ° C fired yarn prepared by spinning and firing in the same manner as in Example 12 was used with an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution having a concentration of 0.25 mol / liter as an electrolytic solution, and the energization amount per tank was 20 coulombs. / G · tank, and the total electric quantity of the carbon fiber is 100 coulomb by repeating 5 tanks /
Treated with g. The electrolytically treated carbon fibers were subsequently washed with water and dried in heated air at 180 ° C.

【0161】続いて、[I]式においてR2 を-CH 2 CH
2 - ,R3 を-CH 3 ,mを15,nを15としたサイ
ジング剤の樹脂成分が1重量%の水エマルジョンを浸漬
法により、炭素繊維にサイジング剤を付与し、180℃
で乾燥を行なった。付着量は0.8重量%であった。こ
のようにして得られた炭素繊維の官能基濃度、擦過毛羽
数、ストランド強度、樹脂Aでのコンポジット引張強度
ならびにEDSの測定結果を表8に示した。またストラ
ンド引張弾性率は30.5 tf/mm2 、ILSSは11.
8kgf/mm2 であった。元素分析による平均窒素濃度は
0.019であった。
Then, in the formula [I], R 2 is replaced with —CH 2 CH
2- , R 3 is -CH 3 , m is 15, and n is 15 and the resin component of the sizing agent is 1% by weight of a water emulsion.
And dried. The attached amount was 0.8% by weight. Table 8 shows the measurement results of the functional group concentration of the carbon fiber thus obtained, the number of scratched fluffs, the strand strength, the composite tensile strength of the resin A and the EDS. The strand elastic modulus is 30.5 tf / mm 2 , and ILSS is 11.
It was 8 kgf / mm 2 . The average nitrogen concentration determined by elemental analysis was 0.019.

【0162】(実施例33,34,35)電解液を濃度
0.25モル/リットルの炭酸アンモニウム水溶液、濃
度0.10モル/リットルの硫酸アンモニウム水溶液、
濃度0.10モル/リットルの硝酸アンモニウム水溶液
に変更した以外は実施例32と同様に処理して炭素繊維
を得た。結果を表8に併せて示した。
(Examples 33, 34, 35) The electrolytic solution was an aqueous solution of ammonium carbonate having a concentration of 0.25 mol / liter, an aqueous solution of ammonium sulfate having a concentration of 0.10 mol / liter,
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that the ammonium nitrate aqueous solution had a concentration of 0.10 mol / liter. The results are also shown in Table 8.

【0163】(比較例13)電解液を濃度0.05モル
/リットルの硫酸水溶液に変更した以外は実施例32と
同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表8に併せて示
した。またストランド引張弾性率は30.5 tf/mm2
ILSSは10.8kgf/mm2 であった。
(Comparative Example 13) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that the electrolytic solution was changed to an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of 0.05 mol / liter. The results are also shown in Table 8. The strand tensile modulus is 30.5 tf / mm 2 ,
ILSS was 10.8 kgf / mm 2 .

【0164】(比較例14)電解液を濃度0.10モル
/リットルの水酸化ナトリウム水溶液に変更した以外は
実施例32と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表
8に併せて示した。
(Comparative Example 14) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that the electrolytic solution was changed to an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 0.10 mol / liter. The results are also shown in Table 8.

【表8】 (実施例36)[I]式においてR2 を -CH2 CH2 - ,
3 を -CH3 ,mを2、nを2としたサイジング剤の樹
脂成分が1重量%の水エマルジョンを用いる以外は、実
施例32と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表9
に示した。O/Cは0.10、N/Cは0.02であっ
た。
[Table 8] (Example 36) In the formula [I], R 2 is -CH 2 CH 2- ,
A carbon fiber was obtained by the same procedure as in Example 32 except that a water emulsion in which R 3 was —CH 3 , m was 2, and n was 2 and the resin component of the sizing agent was 1% by weight. The results are shown in Table 9
It was shown to. O / C was 0.10 and N / C was 0.02.

【0165】(実施例37〜40)[I]式においてR
2 を -CH2 CH2 - ,R3 を -CH3 ,mを5、nを5とし
たサイジング剤、[I]式においてR2 を -CH2 CH2 -
,R3 を -CH3 ,mを10、nを10としたサイジン
グ剤、[I]式においてR2 を -CH2 CH2 - ,R3 を-
H,mを15、nを15としたサイジング剤、[I]式
においてR2 を -CH2 CH2 - ,R3 を-CH 3 ,mを3
0、nを30としたサイジング剤を用いる以外は、実施
例32と同様に処理して炭素繊維を得た。結果を表9ま
たは表10に示した。O/Cは0.10、N/Cは0.
02であった。
(Examples 37 to 40) R in the formula [I]
2 is -CH 2 CH 2- , R 3 is -CH 3 , m is 5, n is 5, a sizing agent having [I] of R 2 is -CH 2 CH 2-.
, R 3 is -CH 3 , m is 10 and n is 10, and in the formula [I], R 2 is -CH 2 CH 2- , R 3 is-.
A sizing agent in which H and m are 15 and n is 15, and in the formula [I], R 2 is -CH 2 CH 2- , R 3 is -CH 3 , and m is 3
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that a sizing agent having 0 and n of 30 was used. The results are shown in Table 9 or Table 10. O / C is 0.10, N / C is 0.
It was 02.

【0166】(比較例15)[I]式においてR1 を-O
H 、R2 を -CH2 CH2 - ,R3 を -CH3 ,mを15、n
を15としたサイジング剤樹脂成分が1重量%の水エマ
ルジョンを用いる以外は、実施例32と同様に処理して
炭素繊維を得た。結果を表10に併せて示した。O/C
は0.10、N/Cは0.02であった。またストラン
ド引張弾性率は30.5 tf/mm2 、ILSSは10.9
kgf/mm2 であった。
Comparative Example 15 In the formula [I], R 1 is -O
H, R 2 is -CH 2 CH 2- , R 3 is -CH 3 , m is 15, n
The carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that a water emulsion having a sizing agent resin component of 15 was used. The results are also shown in Table 10. O / C
Was 0.10 and N / C was 0.02. The strand tensile elastic modulus is 30.5 tf / mm 2 , and ILSS is 10.9.
It was kgf / mm 2 .

【0167】(比較例16)[I]式においてR2 を -
CH2 CH2 - ,R3 を -CH3 ,mを1、nを1としたサイ
ジング剤樹脂成分が1重量%の水エマルジョンを用いる
以外は、実施例32と同様に処理して炭素繊維を得た。
結果を表10に併せて示した。O/Cは0.10、N/
Cは0.02であった。
(Comparative Example 16) In the formula [I], R 2 is
CH 2 CH 2- , R 3 is -CH 3 , m is 1 and n is 1, and a carbon fiber is treated in the same manner as in Example 32 except that a water emulsion containing 1% by weight of a resin component is used. Obtained.
The results are also shown in Table 10. O / C is 0.10, N /
C was 0.02.

【0168】[0168]

【表9】 [Table 9]

【表10】 表9、表10において、エポキシ/芳香環原子数は、エ
ポキシ基と芳香環との間の原子数を意味する。
[Table 10] In Tables 9 and 10, the number of epoxy / aromatic ring atoms means the number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring.

【0169】(実施例41)樹脂成分が1重量%になる
ように1,6−ナフタレンポリエチレンオキサイド(6
モル付加物)ジグリシジルエーテルをジメチルホルムア
ミド(DMF)で希釈してサイジング剤母液を調整し、
浸漬法により炭素繊維にサイジング剤付与、230℃で
乾燥を行なった以外は、実施例32と同様に処理して炭
素繊維を得た。結果を表11に示した。O/Cは0.1
0、N/Cは0.03であった。
(Example 41) 1,6-naphthalene polyethylene oxide (6
Molar adduct) diglycidyl ether is diluted with dimethylformamide (DMF) to prepare a sizing agent mother liquor,
A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 32 except that the sizing agent was added to the carbon fiber by the dipping method and the carbon fiber was dried at 230 ° C. The results are shown in Table 11. O / C is 0.1
0 and N / C were 0.03.

【0170】(比較例17)電解液を濃度0.05モル
/リットルの硫酸水溶液にした以外は実施例41と同様
に処理して炭素繊維を得た。結果を表11に併せて示し
た。O/Cは0.15、N/Cは0.01であった。
(Comparative Example 17) A carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 41 except that the electrolytic solution was changed to an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of 0.05 mol / liter. The results are also shown in Table 11. O / C was 0.15 and N / C was 0.01.

【0171】[0171]

【表11】 (実施例42)[I]式においてR2 を -CH2 CH2 - ,
3 を -CH3 ,mを15、nを15としたサイジング剤
の樹脂成分を用いた以外は実施例1と同様に処理して炭
素繊維を得た。樹脂Aのコンポジット引張強度ならびに
EDSの結果を表12に示した。
[Table 11] (Example 42) In the formula [I], R 2 is -CH 2 CH 2- ,
A carbon fiber was obtained by the same treatment as in Example 1 except that the resin component of the sizing agent in which R 3 was —CH 3 , m was 15 and n was 15 was used. Table 12 shows the composite tensile strength of Resin A and the results of EDS.

【0172】[0172]

【表12】 (実施例43)実施例1で得られた炭素繊維を樹脂Bで
コンポジット引張強度およびEDSを測定した。結果を
表13に併せて示した。
[Table 12] (Example 43) The composite tensile strength and EDS of the carbon fiber obtained in Example 1 were measured with Resin B. The results are also shown in Table 13.

【0173】(実施例44〜46)実施例6、7、42
で得られた炭素繊維を樹脂Bでコンポジット引張強度お
よびEDSを測定した。結果を表13に併せて示した。
(Examples 44 to 46) Examples 6, 7, and 42
The composite tensile strength and EDS of the carbon fiber obtained in (1) were measured with Resin B. The results are also shown in Table 13.

【0174】(比較例18)比較例2で得られた炭素繊
維を樹脂Bでコンポジット引張強度およびEDSを測定
した。結果を表13に併せて示した。
(Comparative Example 18) Composite tensile strength and EDS of the carbon fiber obtained in Comparative Example 2 were measured with Resin B. The results are also shown in Table 13.

【0175】[0175]

【表13】 [Table 13]

【0176】[0176]

【発明の効果】本発明の炭素繊維は、特定の表面官能基
を表面に有し、かつ反応性の高い特定構造の脂肪族化合
物または芳香族化合物がサイジング剤として付与されて
いるため、コンポジットの接着強度を著しく向上するこ
とができる。また、上記特定構造の芳香族化合物をサイ
ジング剤として付与した場合には、上記効果に加えて、
プリプレグ化、ドラムワインドなどの炭素繊維の高次加
工において擦過毛羽の発生や糸切れが防止できるなど、
作業性をより向上せしめることができる。さらには、上
記特定構造の化合物の主鎖の長さを特定化した好ましい
態様においては、コンポジットの接着強度の著しい向上
に加えて、通常は接着強度の向上により低下することが
多いコンポジットの引張強度の低下を抑制できるという
極めて顕著な効果を奏する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The carbon fiber of the present invention has a specific surface functional group on the surface and is provided with a highly reactive aliphatic compound or aromatic compound having a specific structure as a sizing agent. The adhesive strength can be remarkably improved. When the aromatic compound having the specific structure is added as a sizing agent, in addition to the above effects,
For example, it is possible to prevent generation of scratched fluff and yarn breakage during high-order processing of carbon fiber such as prepreg and drum wind.
Workability can be further improved. Furthermore, in a preferred embodiment in which the length of the main chain of the compound having the above-mentioned specific structure is specified, in addition to the remarkable improvement of the adhesive strength of the composite, the tensile strength of the composite often decreases due to the improvement of the adhesive strength. It has a very remarkable effect of suppressing the decrease of

【0177】本発明の炭素繊維は、上記した優れた特徴
を有するため、従来のマトリックス樹脂との接着強度の
不足などにより使用が困難であった構造部材にも使用す
ることが可能になる。
Since the carbon fiber of the present invention has the above-mentioned excellent characteristics, it can be used for a structural member which has been difficult to use due to lack of adhesive strength with a conventional matrix resin.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 11/16 D06M 10/00 // D06M 101:40 (72)発明者 清水 一治 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東 レ株式会社愛媛工場内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location D01F 11/16 D06M 10/00 // D06M 101: 40 (72) Inventor Kazuharu Shimizu Iyo Ehime Prefecture 1515 Tsutsui, Matsumae-machi, Kori Toray Industries, Inc. Ehime factory

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】X線光電子分光法により測定される炭素繊
維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、化学修飾X線
光電子分光法により測定される表面水酸基濃度C-OH/Cが
0.5%以上、化学修飾X線光電子分光法により測定さ
れる表面カルボキシル基濃度COOH/Cが2.0%以下であ
って、複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物がサイジ
ングされてなる炭素繊維。
1. The surface oxygen concentration O / C of carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.20 or less, and the surface hydroxyl group concentration C-OH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy is 0. Carbon fiber having a surface carboxyl group concentration COOH / C measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy of 2.0% or less and a sizing of an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups.
【請求項2】X線光電子分光法により測定される炭素繊
維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、化学修飾X線
光電子分光法により測定される表面水酸基濃度C-OH/Cが
0.5%以上、化学修飾X線光電子分光法により測定さ
れる表面カルボキシル基濃度COOH/Cが2.0%以下であ
って、エポキシ基と芳香環との間の原子数が6以上であ
るエポキシ基を複数有する芳香族化合物がサイジングさ
れてなる炭素繊維。
2. The surface oxygen concentration O / C of carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.20 or less, and the surface hydroxyl group concentration C-OH / C measured by chemically modified X-ray photoelectron spectroscopy is 0. Epoxy having a surface carboxyl group concentration COOH / C measured by chemical modification X-ray photoelectron spectroscopy of 2.0% or less and an atom number between the epoxy group and the aromatic ring of 6 or more. A carbon fiber obtained by sizing an aromatic compound having a plurality of groups.
【請求項3】X線光電子分光法により測定される炭素繊
維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、表面窒素濃度
N/Cが0.02以上であって、複数のエポキシ基を有
する脂肪族化合物がサイジングされてなる炭素繊維。
3. The carbon fiber has a surface oxygen concentration O / C of 0.20 or less, a surface nitrogen concentration N / C of 0.02 or more, and a plurality of epoxy groups as measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Carbon fiber obtained by sizing an aliphatic compound.
【請求項4】X線光電子分光法により測定される炭素繊
維の表面酸素濃度O/Cが0.20以下、表面窒素濃度
N/Cが0.02以上であって、エポキシ基と芳香環と
の間の原子数が6以上であるエポキシ基を複数有する芳
香族化合物がサイジングされてなる炭素繊維。
4. The carbon fiber has a surface oxygen concentration O / C of 0.20 or less and a surface nitrogen concentration N / C of 0.02 or more as measured by X-ray photoelectron spectroscopy, and has an epoxy group and an aromatic ring. A carbon fiber obtained by sizing an aromatic compound having a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between.
【請求項5】最長原子鎖の両末端にエポキシ基を有する
化合物である請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊
維。
5. The carbon fiber according to claim 1, which is a compound having epoxy groups at both ends of the longest atomic chain.
【請求項6】最長原子鎖の両末端にのみエポキシ基を有
する化合物である請求項1〜4のいずれかに記載の炭素
繊維。
6. The carbon fiber according to claim 1, which is a compound having epoxy groups only at both ends of the longest atomic chain.
【請求項7】エポキシ基がグリシジル基である請求項1
〜6のいずれかに記載の炭素繊維。
7. The epoxy group is a glycidyl group.
The carbon fiber according to any one of to 6.
【請求項8】複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物の
最長原子鎖の原子数が20〜200である請求項1,請
求項3,請求項5,請求項6または請求項7のいずれか
に記載の炭素繊維。
8. The number of atoms in the longest atomic chain of the aliphatic compound having a plurality of epoxy groups is 20 to 200, and any one of claim 1, claim 3, claim 5, claim 6, and claim 7. The described carbon fiber.
【請求項9】複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物
が、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロ
ールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール
ジグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールジ
グリシジルエーテル類から選ばれる少なくとも1種の化
合物である請求項1,請求項3,請求項5,請求項6ま
たは請求項7のいずれかに記載の炭素繊維。
9. The aliphatic compound having a plurality of epoxy groups is at least one compound selected from glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ethers and polypropylene glycol diglycidyl ethers. The carbon fiber according to claim 1, claim 3, claim 5, claim 6, or claim 7.
【請求項10】エポキシ基と芳香環との間の原子数が6
以上であるエポキシ基を複数有する芳香族化合物が、次
式で示される化合物である請求項2または請求項4記載
の炭素繊維。 【化1】 (ここで、式[I]中、R1 は、 【化2】 、R2 は、炭素数2〜30のアルキレン基、R3 は、-H
あるいは -CH3 であり、m,nは2〜48の整数,m+
nは4〜50である。)
10. The number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring is 6
The carbon fiber according to claim 2 or 4, wherein the aromatic compound having a plurality of epoxy groups as described above is a compound represented by the following formula. [Chemical 1] (Here, in the formula [I], R 1 is , R 2 is an alkylene group having 2 to 30 carbon atoms, and R 3 is —H.
Or -CH 3 , m and n are integers from 2 to 48, m +
n is 4 to 50. )
【請求項11】R2 が -CH2 CH2 - あるいは-CH(CH3 )
CH2 - である請求項10記載の炭素繊維。
11. R 2 is —CH 2 CH 2 — or —CH (CH 3 ).
The carbon fiber according to claim 10, which is CH 2- .
【請求項12】芳香族化合物が縮合多環芳香族化合物で
ある請求項2または請求項4記載の炭素繊維。
12. The carbon fiber according to claim 2 or 4, wherein the aromatic compound is a condensed polycyclic aromatic compound.
【請求項13】縮合多環芳香族化合物の骨格が、ナフタ
レン、アントラセン、フェナントレン、ピレンである請
求項12記載の炭素繊維。
13. The carbon fiber according to claim 12, wherein the skeleton of the condensed polycyclic aromatic compound is naphthalene, anthracene, phenanthrene, or pyrene.
【請求項14】アルカリ性水溶液中で電解処理した後、
または酸性水溶液中で電解処理し続いてアルカリ性水溶
液で洗浄した後、複数のエポキシ基を有する脂肪族化合
物をサイジング剤として付与することを特徴とする炭素
繊維の製造方法。
14. After electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution,
Alternatively, a method for producing carbon fiber, which comprises electrolytically treating in an acidic aqueous solution and subsequently washing with an alkaline aqueous solution, and then applying an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups as a sizing agent.
【請求項15】アルカリ性水溶液中で電解処理した後、
または酸性水溶液中で電解処理し続いてアルカリ性水溶
液で洗浄した後、エポキシ基と芳香環との間の原子数が
6以上であるエポキシ基を複数有する芳香族化合物をサ
イジング剤として付与することを特徴とする炭素繊維の
製造方法。
15. After electrolytic treatment in an alkaline aqueous solution,
Alternatively, after electrolytic treatment in an acidic aqueous solution and subsequent washing with an alkaline aqueous solution, an aromatic compound having a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between an epoxy group and an aromatic ring is added as a sizing agent. And a method for producing a carbon fiber.
【請求項16】水溶液中で電解処理した後、複数のエポ
キシ基を有する脂肪族化合物をサイジング剤として付与
することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
16. A method for producing carbon fiber, which comprises applying an aliphatic compound having a plurality of epoxy groups as a sizing agent after electrolytic treatment in an aqueous solution.
【請求項17】アンモニウム塩水溶液中で電解処理した
後、エポキシ基と芳香環との間の原子数が6以上である
エポキシ基を複数有する芳香族化合物をサイジング剤と
して付与することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
17. A sizing agent, characterized by applying an aromatic compound having a plurality of epoxy groups having 6 or more atoms between an epoxy group and an aromatic ring as a sizing agent after electrolytic treatment in an aqueous ammonium salt solution. Carbon fiber manufacturing method.
【請求項18】最長原子鎖の両末端にエポキシ基を有す
る化合物である請求項14〜17のいずれかに記載の炭
素繊維の製造方法。
18. The method for producing a carbon fiber according to claim 14, which is a compound having epoxy groups at both ends of the longest atomic chain.
【請求項19】最長原子鎖の両末端にのみエポキシ基を
有する化合物である請求項14〜17のいずれかに記載
の炭素繊維の製造方法。
19. The method for producing a carbon fiber according to claim 14, which is a compound having an epoxy group only at both ends of the longest atomic chain.
【請求項20】エポキシ基がグリシジルエーテル基であ
る請求項14〜19のいずれかに記載の炭素繊維の製造
方法。
20. The method for producing carbon fiber according to claim 14, wherein the epoxy group is a glycidyl ether group.
【請求項21】複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物
の最長原子鎖の原子数が20〜200である請求項1
4,請求項16,請求項18または請求項19のいずれ
かに記載の炭素繊維の製造方法。
21. The number of atoms in the longest atomic chain of the aliphatic compound having a plurality of epoxy groups is 20 to 200.
4. The method for producing a carbon fiber according to claim 16, claim 18, or claim 19.
【請求項22】複数のエポキシ基を有する脂肪族化合物
が、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロ
ールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジ
グリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールジグ
リシジルエーテル類から選ばれる少なくとも1種の化合
物である請求項14、請求項16、請求項18または請
求項19のいずれかに記載の炭素繊維の製造方法。
22. The aliphatic compound having a plurality of epoxy groups is at least one compound selected from glycerol polyglycidyl ether, diglycerol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ethers and polypropylene glycol diglycidyl ethers. A method for producing a carbon fiber according to claim 14, claim 16, claim 18, or claim 19.
【請求項23】エポキシ基と芳香環との間の原子数が6
以上であるエポキシ基を複数有する芳香族化合物が、次
式[I]で示される化合物である請求項15または請求
項17記載の炭素繊維の製造方法。 【化3】 (ここで、式[I]中、R1 は、 【化4】 、R2 は、炭素数2〜30のアルキレン基、R3 は、-H
あるいは -CH3 であり、m,nは2〜48,m+nは4
〜50である。)
23. The number of atoms between the epoxy group and the aromatic ring is 6
The method for producing a carbon fiber according to claim 15 or 17, wherein the aromatic compound having a plurality of epoxy groups as described above is a compound represented by the following formula [I]. [Chemical 3] (Here, in the formula [I], R 1 is , R 2 is an alkylene group having 2 to 30 carbon atoms, and R 3 is —H.
Or -CH 3 , m and n are 2 to 48, and m + n is 4
~ 50. )
【請求項24】R2 が -CH2 CH2 - あるいは-CH(CH3 )
CH2 - である請求項23記載の炭素繊維の製造方法。
24. R 2 is —CH 2 CH 2 — or —CH (CH 3 ).
The method for producing a carbon fiber according to claim 23, which is CH 2- .
【請求項25】芳香族化合物が縮合多環芳香族化合物で
ある請求項15または請求項17記載の炭素繊維の製造
方法。
25. The method for producing carbon fiber according to claim 15 or 17, wherein the aromatic compound is a condensed polycyclic aromatic compound.
【請求項26】縮合多環芳香族化合物の骨格が、ナフタ
レン、アントラセン、フェナントレン、ピレンである請
求項25記載の炭素繊維の製造方法。
26. The method for producing a carbon fiber according to claim 25, wherein the skeleton of the condensed polycyclic aromatic compound is naphthalene, anthracene, phenanthrene, or pyrene.
【請求項27】水溶媒系でサイジングすることを特徴と
する請求項14〜26のいずれかに記載の炭素繊維の製
造方法。
27. The method for producing a carbon fiber according to any one of claims 14 to 26, wherein sizing is performed with a water solvent system.
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