JPS5914592B2 - Carbon fiber finishing agent - Google Patents

Carbon fiber finishing agent

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JPS5914592B2
JPS5914592B2 JP51025561A JP2556176A JPS5914592B2 JP S5914592 B2 JPS5914592 B2 JP S5914592B2 JP 51025561 A JP51025561 A JP 51025561A JP 2556176 A JP2556176 A JP 2556176A JP S5914592 B2 JPS5914592 B2 JP S5914592B2
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JP
Japan
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carbon fibers
finishing agent
carbon fiber
glycidyl
vinyl
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啓造 細井
忠良 遠藤
英俊 神崎
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭素繊維の取扱いを容易にし、かつそのコン
ポジット物性を向上させる機能を有する20炭素繊維の
仕上剤に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a finish for 20 carbon fibers that has the function of facilitating handling of the carbon fibers and improving the composite properties thereof.

炭素繊維の取扱いを容易にし、かつそのコンポジット物
性を向上させる方法としては、炭素繊維を気相または液
相で酸化し、その表面にカルボキシル基やフェノール性
水酸基などの官能基を導入25することにより、炭素繊
維と樹脂の接着性ないしは親和性を改良したのち、ビス
フェノールAジグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂あ
るいはそれを主成分とする仕上剤で表面仕上げする方法
が、従来から行なわれている。30この場合、炭素繊維
の表面酸化処理は、そのコンポジット物性の向上に、ま
た表面仕上げはその取扱性の向上に、それぞれ単一目的
的に有効であるに過ぎず、表面仕上げによるコンポジッ
ト物性の向上はまつたく望めない。
One way to make carbon fibers easier to handle and improve their composite properties is to oxidize carbon fibers in the gas or liquid phase and introduce functional groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups onto their surfaces25. A conventional method has been to improve the adhesion or affinity between carbon fibers and resin, and then finish the surface with a bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin or a finishing agent containing it as a main component. 30 In this case, the surface oxidation treatment of carbon fibers is only effective for the single purpose of improving the physical properties of the composite, and the surface finishing is effective for improving the handling properties, respectively. I can't hope for a long time.

35−方、炭素繊維の表面酸化処理は、無視しうる程度
の重量損失の範囲内でかつ繊維自体の強度を損わない範
囲内で行なわなければならず、その程度にはおのずから
現度がある。
35- On the other hand, the surface oxidation treatment of carbon fibers must be carried out within the range of negligible weight loss and within the range of not impairing the strength of the fiber itself, and there are naturally certain degrees of oxidation. .

この表面酸化処理を施すことによつて、炭素繊維と樹脂
の接着性が向上し、その結果、コンボジツト物性は確か
に向上する。
By performing this surface oxidation treatment, the adhesion between the carbon fiber and the resin is improved, and as a result, the physical properties of the composite are certainly improved.

しかしながらその改良効果は、必ずしも実用的に満足す
べき水準にはなく、特に、炭素繊維強化複合材料の最も
重要視される特性の一つである層間せん断強度(Int
e−RlaminarShearStrengthl以
下1LSSと略称する)についてみると、まだ実用的に
要求される性能レベルに達しておらず、例えば信頼性が
重視される炭素繊維強化複合材用の応用分野等において
は、その向上が強く望まれている現状にある。他方、ビ
スフエノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂あ
るいはそれに滑剤、柔軟仕上剤などの補助成分を加えた
従来から使用されている炭素繊維用仕上剤は、炭素繊維
にある程度の集束性を付与しその取扱いを容易にする作
用効果を有しているが、この程度の集束性では、例えば
炭素繊維織物の製造時など、炭素繊維に特に抱合力が要
求される場合には、きわめて不十分であり、その一層の
向上が望まれている。
However, the improvement effect is not necessarily at a practically satisfactory level, and in particular, the interlaminar shear strength (Int), which is one of the most important properties of carbon fiber reinforced composite materials,
e-RlaminarShearStrengthl (hereinafter abbreviated as 1LSS) has not yet reached the performance level required for practical use, and improvements are needed, for example, in the application field of carbon fiber reinforced composite materials where reliability is important. is currently strongly desired. On the other hand, conventional finishing agents for carbon fibers, which are bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resins or auxiliary ingredients such as lubricants and softeners added thereto, impart a certain degree of cohesiveness to carbon fibers and are difficult to handle. However, this level of cohesiveness is extremely insufficient when carbon fibers are particularly required to have a binding force, such as when manufacturing carbon fiber fabrics. Further improvement is desired.

さらに従来から使用されている炭素繊維用仕上剤は、前
述したように、ILSSをはじめとするコンボジツト物
性を向上させる機能を有していない。このような状況に
対して、本発明者らは、表面酸化処理された炭素繊維の
コンポジツト物性をさらに積極的に改良し、かつその取
扱いを容易にする炭素繊維の仕上剤について、鋭意研究
した結果、これら二つの機能を同時に有する炭素繊維の
仕上剤を見出し、本発明を完成するに至つた。
Furthermore, the finishing agents for carbon fibers conventionally used do not have the function of improving composite physical properties including ILSS, as described above. In response to this situation, the present inventors have conducted extensive research into a carbon fiber finishing agent that can further actively improve the composite properties of surface-oxidized carbon fibers and facilitate their handling. They discovered a finishing agent for carbon fibers that has these two functions at the same time, and completed the present invention.

すなわち本発明は、少くとも一種のオキシラン環含有単
量体単位をその構成成分として含むビニル系付加重合体
およびノボラツク型エボキシ樹脂を含有することを特徴
とする炭素繊維の仕上剤に関するものである。
That is, the present invention relates to a carbon fiber finishing agent characterized by containing a vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and a novolac type epoxy resin.

本発明に係る炭素繊維の仕上剤を用いると、予め表面酸
化処理により改良された炭素繊維のコンポジツト物性(
特に、ILSS)を、さらに10〜25%向上させるこ
とが可能であると同時に、炭素繊維に強い集束性を付与
し、その取扱性を大巾に改良することが可能である。
When the finishing agent for carbon fibers according to the present invention is used, the physical properties of carbon fiber composites (
In particular, it is possible to further improve ILSS) by 10 to 25%, and at the same time, it is possible to impart strong cohesiveness to carbon fibers and greatly improve their handling properties.

さらに本発明に係る炭素繊維の仕上剤を用いると、炭素
繊維に適度の柔軟性を付与することが可能となる。本発
明に係る炭素繊維の仕上剤において、少くとも一種のオ
キシラン環含有単量体単位をその構成成分として含むビ
ニル系付加重合体とは、グリシジルアクリレート、グリ
シジルメタアクリレート、アリルグリシジルエーテル、
α一エチルグリシジルアクリレート、クロトニルグリシ
ジルエーテル、グリシジルクロトネート、グリシジルイ
ソクロトネート、イタコン酸モノアルキルモノグリシジ
ルエステル、イタコン酸ジグリシジルエステル、フマル
酸モノアルキルモノグリシジルエステル、フマル酸ジグ
リシジルエステル、マレイン酸モノアルキルモノグリシ
ジルエステル、マレイン酸ジグリシジルエステル等から
選択された1種または2種以上の、オキシラン環含有エ
チレン性不飽和化合物を、単独で、または他のエチレン
性不飽和化合物と共に、重合することによつて得られる
ビニル系付加重合体をいう。
Furthermore, by using the finishing agent for carbon fibers according to the present invention, it becomes possible to impart appropriate flexibility to carbon fibers. In the finishing agent for carbon fibers according to the present invention, the vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component includes glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether,
α-ethyl glycidyl acrylate, crotonyl glycidyl ether, glycidyl crotonate, glycidyl isocrotonate, monoalkyl itaconate monoglycidyl ester, diglycidyl itaconate, monoalkyl monoglycidyl fumarate ester, diglycidyl fumarate ester, maleic acid Polymerizing one or more oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds selected from monoalkyl monoglycidyl esters, maleic acid diglycidyl esters, etc., alone or together with other ethylenically unsaturated compounds. A vinyl addition polymer obtained by

これらのビニル系付加重合体は、前述のオキシラン環含
有エチレン性不飽和化合物から選択された1種または2
種以上の単量体を単独で、または、メチルアクリレート
、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチ
ルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレートなどの
アルキルアクリレート、メチルメタアクリレート、エチ
ルメタアクリレート、ブチルメタアクリレート、2−エ
チルヘキシルメタアクリレート、ラウリルメタアクリレ
ートなどのアルキルメタアクリレート、スチレン、α−
メチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン誘導体
、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの脂肪酸ビニル
エステル、ブタジエン、イソプレンなどの不飽和炭化水
素、塩化ビニル、クロロプレンなどのハロゲン化不飽和
炭化水素、アクリルニトリル、メタアクリルニトリルな
どの不飽和二トリル化合物、アクリル酸、メタアクリル
?、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、
ビニル酢酸、α一エチルアクリル酸、アンゲリカ酸;イ
タコン酸、マレイン酸、またはフマル酸のモノエチルエ
ステル、モノエチルエステル、モノブチルエステル;無
水マレイン酸、無水イタコン酸などの不飽和脂肪酸、2
−ヒドロキシエチルメタアクリレート、3−ヒドロキシ
プロピルメタアタリレート、2−クロロ−3−ヒドロキ
シプロピルメタアクリレート、リン酸モノ(ヒドロキシ
プロピルメタアクリレート)エステル、アタリルアミド
、メタアタリルアミド、N−メチロールアクリルアミド
、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメ
チルアクリルアミドなどのエチレン性不飽和化合物から
選択された1種または2種以上の単量体と共に、通常行
なわれる方法で、溶液重合、乳化重合、または懸濁重合
することによつて製造される。
These vinyl addition polymers include one or two selected from the aforementioned oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds.
One or more monomers alone or alkyl acrylates such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate , alkyl methacrylates such as lauryl methacrylate, styrene, α-
Styrene derivatives such as methylstyrene and vinyltoluene, fatty acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate, unsaturated hydrocarbons such as butadiene and isoprene, halogenated unsaturated hydrocarbons such as vinyl chloride and chloroprene, acrylonitrile, and methacrylic. Unsaturated nitrile compounds such as nitrile, acrylic acid, methacrylic acid? , itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl acetic acid, α-ethyl acrylic acid, angelic acid; monoethyl ester, monoethyl ester, monobutyl ester of itaconic acid, maleic acid, or fumaric acid; unsaturated fatty acids such as maleic anhydride, itaconic anhydride, etc.
-Hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-chloro-3-hydroxypropyl methacrylate, phosphoric acid mono(hydroxypropyl methacrylate) ester, atarylamide, metatarylamide, N-methylolacrylamide, N- Solution polymerization, emulsion polymerization, or suspension polymerization by a conventional method with one or more monomers selected from ethylenically unsaturated compounds such as methoxymethylacrylamide and N-butoxymethylacrylamide. Manufactured by.

このようにして得られる少くとも一種のオキシラン環含
有単量体単位を含むビニル系付加重合体のうち、そのガ
ラス転移温度が−10〜70℃の範囲内にありかつ溶解
性パラメーターが8.8(Cal/Cc)★以上の重合
体で、さらにそのオキシラン環含有単量体単位の共重合
率が2モル%以上で、しかも25℃における固有粘度が
、例えばメチルエチルケトン溶液で0.04.d1/9
以上の重合体が、本発明の目的効果の発現に、特に有効
である。
The vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit thus obtained has a glass transition temperature in the range of -10 to 70°C and a solubility parameter of 8.8. (Cal/Cc) ★ or more, the copolymerization rate of the oxirane ring-containing monomer unit is 2 mol % or more, and the intrinsic viscosity at 25°C is, for example, 0.04. d1/9
The above polymers are particularly effective in achieving the desired effects of the present invention.

一方、本発明に係る炭素繊維の仕上剤において用いるこ
とのできるノボラツク型エボキシ樹脂は、一般式〜 (式中、R,Rl,R2は−Hまたは−CH3を示す。
On the other hand, the novolak type epoxy resin that can be used in the finishing agent for carbon fibers according to the present invention has the general formula ~ (wherein R, Rl, and R2 represent -H or -CH3).

また、nは1〜8の整数を示す)で表わされ、ノボラツ
ク型フエノール樹脂とエピクロルヒドリンの反応によつ
て得られる下記、化学式(1)に示すフエノールホルム
アルデヒドノボラツクのポリグリシジルエーテル、化学
式()に示す、クレゾールホルムアルデヒドノボラツク
のポリグリシジルエーテルなどを、その代表例としてあ
げることができる。
In addition, the polyglycidyl ether of phenol formaldehyde novolak shown in the following chemical formula (1) obtained by the reaction of a novolak type phenolic resin and epichlorohydrin (n is an integer from 1 to 8), and the chemical formula () Typical examples include polyglycidyl ether of cresol formaldehyde novolak shown in .

また、前記一般式において、 12基の一部が未反応の 一CH基のまま残存している中間生成物も、本発明に係
る炭素繊維の仕上剤の構成成分として用いることができ
る。
Further, in the above general formula, an intermediate product in which some of the 12 groups remain as unreacted monoCH groups can also be used as a component of the finishing agent for carbon fibers according to the present invention.

本発明に係る炭素繊維の仕上剤において、少なくとも一
種のオキシラン環含有単量体単位をその構成成分として
含むビニル系付加重合体は、炭素繊維に強い集束性を付
与し、その取扱性を向上させると同時に、分子中に存在
するオキシラン環が機能して、炭素繊維のコンポジツト
物性を向上させる作用効果を有している。
In the finishing agent for carbon fibers according to the present invention, the vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component imparts strong cohesiveness to the carbon fibers and improves their handling properties. At the same time, the oxirane ring present in the molecule functions to have the effect of improving the physical properties of the carbon fiber composite.

また、上記オキシラン環含有単量体単位をその構成成分
として含むビニル系付加重合体と、他方の有効成分であ
るノボラツク型エボキシ樹脂との併用は、後者の、多官
能性の特徴を活かして、炭素繊維のコンポジツト物性を
向上させると同時に、炭素繊維に適度の柔軟性を付与す
るという相乗的作用効果を奏せしめる。
In addition, the combination of the vinyl addition polymer containing the oxirane ring-containing monomer unit as its constituent component and the novolac type epoxy resin, which is the other active ingredient, takes advantage of the polyfunctionality of the latter. It has a synergistic effect of improving the composite physical properties of carbon fibers and at the same time imparting appropriate flexibility to the carbon fibers.

したがつて、少なくとも1種のオキシラン環含有単量体
単位をその構成成分として含むビニル系付加重合体とノ
ボラツク型エポキシ樹脂を組合せて使用することによつ
てはじめて、きわめて高いコンボジツト物性、強い集束
性、および適度の柔軟性を、同時に、炭素繊維に付与す
ることが可能となる。
Therefore, extremely high composite physical properties and strong cohesiveness can only be achieved by using a combination of a vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and a novolak type epoxy resin. , and appropriate flexibility can be simultaneously imparted to the carbon fiber.

本発明に係る炭素繊維の仕上剤において、少なくとも1
種のオキシラン環含有単量体単位をその構成成分として
含むビニル系付加重合体とノボラツク型エポキシ樹脂の
配合割合については、特に制限はないが、炭素繊維の取
扱いの容易さとそのコンボジツト物性を総合的に勘案す
ると、80:20〜20:80の範囲内が実用上好まし
い。
In the carbon fiber finishing agent according to the present invention, at least one
There is no particular restriction on the blending ratio of the vinyl addition polymer containing the oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and the novolak type epoxy resin, but it is important to consider the ease of handling the carbon fiber and the physical properties of the composite. Taking this into consideration, it is practically preferable that the ratio be within the range of 80:20 to 20:80.

しかしながら両者の最適混合比は、サイジングの目的効
果の優先順位と、該ビニル系付加重合体の共重合組成お
よび分子量に依存して変化するので、本発明の実施に当
つては、サイジングの目的仕様に応じた配合設計を行な
うことが肝要である。例えば、炭素繊維の集束性が特に
要求されるような場合には、該ビニル系付加重合体の配
合比率を高くすることがきわめて有効である。本発明に
係る炭素繊維の仕上剤は、通常、溶液またはエマルジヨ
ンとして使用される。
However, the optimum mixing ratio of the two varies depending on the priority of the objective effect of sizing, the copolymer composition and molecular weight of the vinyl addition polymer, and therefore, when implementing the present invention, it is necessary to It is important to design the formulation accordingly. For example, in cases where carbon fiber cohesiveness is particularly required, it is extremely effective to increase the blending ratio of the vinyl addition polymer. The carbon fiber finish according to the present invention is typically used as a solution or emulsion.

この場合、溶媒としては、前記各成分の化学組成に応じ
て、ケトン、アルコール、エステル、エーテル、芳香族
炭化水素、あるいはこれらの混合物を使用することがで
きる。また、エマルジヨンの分散媒としては、水または
水と水溶性有機溶媒の混合物が好ましく、この際、通常
、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、また
はこれらの混合物が、乳化安定剤として使用される。本
発明に係る炭素繊維の仕上剤は、少なくとも1種のオキ
シラン環含有単量体単位をその構成成分として含むビニ
ル系付加重合体およびノボラツク型エポキシ樹脂のほか
に、所望に応じて、希釈剤、滑剤、柔軟仕上剤、皮膜形
成助剤等の補助成分を含有することもできる。
In this case, the solvent may be a ketone, alcohol, ester, ether, aromatic hydrocarbon, or a mixture thereof, depending on the chemical composition of each component. Furthermore, as the dispersion medium for the emulsion, water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent is preferable, and in this case, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, or a mixture thereof is usually used as an emulsion stabilizer. used as. The finishing agent for carbon fibers according to the present invention includes, in addition to a vinyl-based addition polymer and a novolak-type epoxy resin containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component, a diluent, as desired. Auxiliary ingredients such as lubricants, softeners, film-forming aids, etc. may also be included.

本発明に係る炭素繊維の仕上剤において、所望に応じて
含有することのできる希釈剤としては、n−ブチルグリ
シジルエーテル、フエニルグリシジルエーテルなどを、
その例としてあげることができる。
In the finishing agent for carbon fibers according to the present invention, diluents that can be contained as desired include n-butyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, etc.
An example of this can be given.

また、所望に応じて含有することのできる滑剤としては
、ステアリン酸、ステアリン酸アルキルエステル、陰イ
オン性または非イオン性界面活性剤、シリコン化合物な
どをあげることができる。
Furthermore, examples of lubricants that can be included as desired include stearic acid, stearic acid alkyl esters, anionic or nonionic surfactants, and silicon compounds.

しかし滑剤の使用は、炭素繊維と樹脂マトリツクスとの
界面接着性の低下をきたす場合があるので、使用に当つ
ては、その化学構造の選定と添加量の決定を慎重に行な
う必要がある。一方、本発明に係る炭素繊維の仕上剤に
おいて、所望に応じて含有することのできる柔軟仕上剤
としては、非イオン性または陰イオン性界面活性剤、ポ
リエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど
を、その例としてあげることができる。
However, the use of a lubricant may reduce the interfacial adhesion between the carbon fiber and the resin matrix, so when using a lubricant, it is necessary to carefully select the chemical structure and determine the amount added. On the other hand, in the finishing agent for carbon fibers according to the present invention, examples of softening agents that can be contained as desired include nonionic or anionic surfactants, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc. I can give it to you.

また、所望に応じて含有することのできる皮膜形成助剤
としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート
などの可塑剤、高沸点の有機溶媒、水などがあげられる
。これらの補助成分を含有する場合、少なくとも一種の
オキシラン環含有単量体単位を含むビニル系付加重合体
、ノボラツク型エボキシ樹脂、およびこれらの補助成分
の合計重量に対するこれらの補助成分の含有率は、40
%を越えないことが望ましい。
Film-forming aids that can be included as desired include plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, high-boiling organic solvents, and water. When these auxiliary components are contained, the content of these auxiliary components based on the total weight of the vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit, the novolak type epoxy resin, and these auxiliary components is: 40
It is preferable not to exceed %.

本発明に係る炭素繊維の仕上剤による炭素繊維のサイジ
ングは、通常、炭素繊維を、該仕上剤の溶液またはエマ
ルジヨンに浸漬したのち、乾燥することによつて溶媒ま
たは分散媒を除去するという方法で行なわれる。
The sizing of carbon fibers using the carbon fiber finishing agent of the present invention is usually carried out by immersing the carbon fibers in a solution or emulsion of the finishing agent and then drying to remove the solvent or dispersion medium. It is done.

仕上剤溶液またはエマルジヨンの有効成分濃度は、20
%以下が好ましく、0.5〜5%の範囲内が特に好まし
い。また、本発明の仕上剤を用いて炭素繊維のサイジン
グを行なう場合、炭素繊維に対する仕上剤有効成分の付
着量が0.2〜6%の範囲内になり、かつ炭素繊維表面
にこれらの成分が均一に付着するように、サイジング浴
の有効成分濃度、サイジング浴の温度、浸漬時間ないし
は浸漬速度、浸漬時の炭素繊維の張力、含浸後の絞り条
件、乾燥条件などをコントロールすることが好ましい。
含浸後絞りローラーを通過した炭素繊維は、赤外線ラン
プ、熱風等によつて、表面仕上剤の溶媒または分散媒の
種類に応じた温度で所定時間乾燥され、揮発成分の除去
が行なわれる。本発明の仕上剤を用いて、炭素繊維のサ
イジングを行なう際、第一の成分、例えばノボラツク型
エポキシ樹脂を、前述の方法で先づ炭素繊維に付着させ
、次いで第二の成分、例えば少なくとも一種のオキシラ
7環含有単量体単位を含むビニル系付加重合体を炭素繊
維に付着させるという二段工工程によつて行なうことも
できる。
The active ingredient concentration of the finishing solution or emulsion is 20
% or less, and is particularly preferably within the range of 0.5 to 5%. Furthermore, when sizing carbon fibers using the finishing agent of the present invention, the amount of the effective ingredients of the finishing agent deposited on the carbon fibers is within the range of 0.2 to 6%, and these ingredients are coated on the surface of the carbon fibers. In order to ensure uniform adhesion, it is preferable to control the concentration of the active ingredient in the sizing bath, the temperature of the sizing bath, the dipping time or dipping speed, the tension of the carbon fiber during dipping, the squeezing conditions after impregnation, the drying conditions, etc.
After impregnating, the carbon fibers passed through the squeezing roller are dried using an infrared lamp, hot air, etc. at a temperature depending on the type of solvent or dispersion medium in the surface finishing agent for a predetermined period of time to remove volatile components. When sizing carbon fibers using the finishes of the present invention, a first component, such as a novolak-type epoxy resin, is first applied to the carbon fibers in the manner described above, and then a second component, such as at least one It can also be carried out by a two-step process in which a vinyl addition polymer containing an oxyla 7-ring-containing monomer unit is attached to carbon fibers.

本発明にいう炭素繊維の仕上剤が適用される炭素繊維と
しては、炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛ウイスカ一などの炭
素質または黒鉛質の繊維または単結晶、ならびにこれら
の繊維または単結晶を主構成成分とするマツト、織物、
編組物などをあげることができる。
Carbon fibers to which the carbon fiber finishing agent according to the present invention is applied include carbon fibers, graphite fibers, carbonaceous or graphite fibers or single crystals such as graphite whiskers, and carbon fibers or single crystals mainly composed of these fibers or single crystals. Ingredients: pine, textiles,
You can give things like braided things.

また、本発明の炭素繊維の仕上剤は、炭素質または黒鉛
質の繊維または単結晶の出発原料(プリカーサ一)の種
類如何に関係なく、適用可能である。そして表面酸化処
理その他の力法により表面活性化された炭素質または黒
鉛質の繊維または単結晶が、本発明の仕上剤の適用対象
として、特に好ましい。以下に本発明の実施例について
説明する。
Furthermore, the carbon fiber finishing agent of the present invention can be applied regardless of the type of carbonaceous or graphite fiber or single crystal starting material (precursor). Carbonaceous or graphite fibers or single crystals whose surfaces have been surface activated by surface oxidation treatment or other mechanical methods are particularly preferred as targets for application of the finishing agent of the present invention. Examples of the present invention will be described below.

実施例 1 ポリアクリロニトリル系繊維を、最終的に、1300リ
Cまで焼成することによつて得られた炭素繊維(高強度
糸、引張強度300kg/m”、引張弾性率23t/M
d)のトウ(直径約8μの単糸6,000本より成る)
を、重クロム液カリウムの硫酸水溶液で酸化処理したの
ち、ボピンサイザ一を用いて、ノボラツク型フエノール
樹脂とエピクロルヒドリンをアルカリの存在下で反応さ
せて得たエポキシ当量175のノボラツク型エポキシ樹
脂109および溶液重合法によつて得られた共重合比が
37:32:41(モル比)のメチルメタアクリレート
/ブチルアクリレート/グリシジルメタアクリレート三
元共重合体10gを、アセトン9809に溶解すること
によつて調製した仕上剤溶液で、同繊維のサイジングを
行なつた。
Example 1 Carbon fiber (high strength yarn, tensile strength 300 kg/m", tensile modulus 23 t/M) obtained by finally firing polyacrylonitrile fiber to 1300
d) tow (consisting of 6,000 single yarns with a diameter of approximately 8μ)
was oxidized with an aqueous sulfuric acid solution of potassium dichromate, and then a novolac type epoxy resin 109 with an epoxy equivalent of 175 obtained by reacting a novolac type phenolic resin and epichlorohydrin in the presence of an alkali using a bopin sizer and a solution It was prepared by dissolving 10 g of methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer with a copolymerization ratio of 37:32:41 (molar ratio) obtained by a method in acetone 9809. The fibers were sized with a finish solution.

サイジングは、上記炭素繊維を、仕上剤溶液を満たした
浴中を6m/分の速度で連続的に通過せしめ、仕上剤溶
液を単糸間に十分浸透させ、余分の仕上剤溶液を絞りロ
ーラーで絞り取つたのち、75上Cで1分間乾燥させる
ことによつて行なつた。炭素繊維に付着した仕上剤の有
効成分量は、炭素繊維に対して2.2%であつた。この
ようにして得られた炭素繊維は、柔軟性に富んでいた。
次に、TM式抱合力試1験機を用いて、得られた炭素繊
維の抱合力を測定した。
For sizing, the carbon fibers are passed continuously through a bath filled with a finishing agent solution at a speed of 6 m/min. After squeezing it out, it was dried at 75°C for 1 minute. The amount of active ingredients in the finishing agent attached to the carbon fibers was 2.2% based on the carbon fibers. The carbon fiber thus obtained was highly flexible.
Next, the binding force of the obtained carbon fibers was measured using a TM binding force tester.

抱合力のランキングは、次の基準にしたがつて行なつた
。なお、抱合力試験は、荷重2009において行なつた
。A:単数的な毛羽しか発生しない。B:複数的な毛羽
が発生する。
The ranking of conjugation power was performed according to the following criteria. Note that the binding force test was conducted at a load of 2009. A: Only singular fuzz is generated. B: Multiple fluffs are generated.

C:毛羽が集団的に発生する。C: Fuzz occurs in clusters.

D:全面的に毛羽が発生する。D: Fluff occurs all over the surface.

得られた結果を、表1に示す。The results obtained are shown in Table 1.

次に、ここで得られた炭素繊維に、シエル社製エボキシ
樹脂「エピコート8828」40部、チバガイギ一社製
エボキシ樹脂「ECNl235」(オルソクレゾールホ
ルムアルデヒドノボラツクのポリグリシジルエーテル)
40部、三フツ化ホウ素モノエチルアミン4部、および
アセトン16部から成る樹脂組成物を、ドラムワインダ
一式含浸装置を用いて、連続的に含浸した。
Next, 40 parts of epoxy resin "Epicote 8828" manufactured by Ciel Corporation and epoxy resin "ECN1235" manufactured by Ciba-Geigi Co., Ltd. (polyglycidyl ether of orthocresol formaldehyde novolac) were added to the carbon fibers obtained here.
40 parts of boron trifluoride monoethylamine, and 16 parts of acetone were continuously impregnated using a drum winder complete impregnation device.

樹脂溶液で含浸された炭素繊維トウを、シリコン処理を
施した離型紙を巻きつけたドラム上に、平行に引揃えつ
つ巻きつけたのち、樹脂に含まれている溶媒を揮散させ
、さらに130脂Cで15分間熱処理することによつて
、プリプレグを作成した。
The carbon fiber tow impregnated with a resin solution is wound around a drum wrapped with silicone-treated release paper, aligned parallel to each other, and then the solvent contained in the resin is evaporated, and then 130% resin is applied. A prepreg was prepared by heat treatment at C for 15 minutes.

このようにして得られたプリプレグを、長さ280mm
1巾30m71Lの大きさに裁断し、これを11枚積層
して金型に入れたのち、130℃に加熱されている油圧
プレスの熱板間に挿人し、7kg/(−Filの加圧下
で、130℃で30分間、さらに170℃で1時間加熱
した。
The prepreg obtained in this way was cut into a length of 280 mm.
After cutting into a size of 1 width 30 m 71 L, stacking 11 sheets and placing them in a mold, they were inserted between the hot plates of a hydraulic press heated to 130°C, and under the pressure of 7 kg/(-Fil). The mixture was heated at 130°C for 30 minutes and then at 170°C for 1 hour.

そして得られた成形品をオーブンに人れ、170℃で2
時間、そのポストキユアを行なつた。得られたコンボジ
ツトは、56容量%の炭素繊維を含有しており、そのL
SSを、ASTMD一2344の方法に準じて測定した
結果、9.10k9/Mdであつた。
Then, the molded product was placed in an oven at 170℃ for 2 hours.
Time to do that post cure. The resulting composite contained 56% by volume of carbon fiber, and its L
The SS was measured according to the method of ASTM D-2344 and was found to be 9.10k9/Md.

実施例 2 実施例1における仕上剤溶液の代りに、ノボラツク型フ
エノール樹脂とエピクロルヒドリンをアルカリの存在下
で反応させて得たエポキシ当量172のノボラツク型エ
ボキシ樹脂159および溶液重合法によつて得られた共
重合比が37:22:41(モル比)のメチルメタアク
リレート/ブチルアクリレート/グリシジルメタアクリ
レート三元共重合体59をアセトン9809に溶解する
ことによつて調製した仕上剤溶液を使用したほかはすべ
て実施例1と同様にして、炭素繊維のサイジングを行な
い、得られた炭素繊維およびコンポジツトの物性を測定
した。
Example 2 Instead of the finishing agent solution in Example 1, a novolak type epoxy resin 159 with an epoxy equivalent of 172 obtained by reacting a novolak type phenolic resin and epichlorohydrin in the presence of an alkali and a novolak type epoxy resin 159 obtained by a solution polymerization method were used. Except that a finishing agent solution prepared by dissolving methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 59 with a copolymerization ratio of 37:22:41 (molar ratio) in acetone 9809 was used. The carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, and the physical properties of the obtained carbon fibers and composite were measured.

ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.4%であつた。
The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.4% based on the carbon fibers.

このようにして得られた炭素繊維は、きわめて柔軟性に
富んでおり、その抱合力は、表2に示す如くであつた。
また、、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジ
ツトは、58容量%の炭素繊維を含有しており、そのL
SSは9.031<g/1dであつた。
The carbon fiber thus obtained was extremely flexible, and its binding strength was as shown in Table 2.
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 58% by volume of carbon fibers, and its L
SS was 9.031<g/1d.

実施例 3実施例1における仕上剤溶液の代りに、チバ
ガイギ一社製エポキシ樹脂[EPNll38」(多官能
性エポキシノボラツク樹脂)109および溶液重合法に
よつて得られた共重合比が33:24:43(モル比)
のスチレン/ブチルアクリレート/グリシジルメタアク
リレート三元共重合体109をアセトン980f!に溶
解することによつて調製した仕上剤溶液を使用したほか
はすべて実施例1と同様にして、炭素繊維のサイジング
を行ない、得られた炭素繊維およびコンポジツトの物性
を測定した。
Example 3 Instead of the finishing agent solution in Example 1, an epoxy resin [EPNll38'' (polyfunctional epoxy novolac resin) 109 manufactured by Ciba-Geigi Co., Ltd. and a copolymerization ratio of 33:24 obtained by a solution polymerization method were used. :43 (molar ratio)
Styrene/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 109 of acetone 980f! The carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1 except that a finishing solution prepared by dissolving the carbon fibers was used, and the physical properties of the obtained carbon fibers and composite were measured.

ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.0%であつた。
The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.0% based on the carbon fibers.

このようにして得られた炭素繊維は、柔軟性に富んでお
り、その抱合力は、表3に示す如くであつた。また、こ
こで得られた炭素繊維から作成したコンポジツトは、5
8容量%の炭素繊維を含有しており、そのLSSは8.
971<f!/Mdであつた。実施例 4実施例1にお
ける仕上剤溶液の代りに、チバガイギ一社製エボキシ樹
脂「ECNl235」(オルソクレゾールホルムアルデ
ヒドノボラツクのポリグリシジルエーテル)109およ
び溶液重合法によつて得られた共重合比が37:22:
41(モル比)のメチルメタアクリレート/ブチルアク
リレート/グリシジルメタアクリレート三元共重合体1
09をアセトン9809に溶解することによつて調製し
た仕上剤溶液を使用したほかはすべて実施例1と同様に
して、炭素繊維のサイジングを行ない、得られた炭素繊
維およびコンボジツトの物性を測定した。
The carbon fiber thus obtained was highly flexible, and its binding strength was as shown in Table 3. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here has 5
It contains 8% carbon fiber by volume, and its LSS is 8.
971<f! /Md. Example 4 Instead of the finishing agent solution in Example 1, an epoxy resin "ECN1235" (polyglycidyl ether of orthocresol formaldehyde novolac) manufactured by Ciba Geigi Co., Ltd. 109 and a copolymerization ratio of 37 obtained by a solution polymerization method were used. :22:
41 (mole ratio) of methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 1
Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1 except that a finishing solution prepared by dissolving 09 in acetone 9809 was used, and the physical properties of the obtained carbon fibers and composite were measured.

ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.1%であつた。
The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.1% based on the carbon fibers.

このようにして得られた炭素繊維は、柔軟性に富んでお
り、その抱合力は、表4に示す如くであつた。また、こ
こで得られた炭素繊維から作成したコンポジツトは59
容量%の炭素繊維を含有しており、そのILSSは9.
20kg/Mdであつた。
The carbon fiber thus obtained was highly flexible, and its binding strength was as shown in Table 4. In addition, the composite made from the carbon fiber obtained here was 59
It contains % carbon fiber by volume, and its ILSS is 9.
It was 20 kg/Md.

比較例 1実施例1における仕上剤溶液の代りに、シエ
ル社製エボキシ樹脂「エピコート8828」8f!と同
社製エポキシ樹脂「エピコート81001J129をメ
チルエチルケトン980f!に溶解することによつて調
製した仕上剤溶液を使用したほかはすべて実施例1と同
様にして、炭素繊維のサイジングを行ない、得られた炭
素繊維およびコンポジツトの物性を測定した。
Comparative Example 1 Instead of the finishing agent solution in Example 1, epoxy resin "Epicoat 8828" 8f! made by Ciel Corporation was used! Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a finishing solution prepared by dissolving the same company's epoxy resin "Epicoat 81001J129 in methyl ethyl ketone 980f!" was used. and measured the physical properties of the composite.

ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.1%であつた。
The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.1% based on the carbon fibers.

また、得られた炭素繊維の抱合力は、表5に示す通りで
あつた。また、ここで得られた炭素繊維から作成したコ
ンポジツトは、60容量%の炭素繊維を含有しており、
そのILSSは7.45kg/M77lであつた。
Further, the binding strength of the obtained carbon fibers was as shown in Table 5. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 60% by volume of carbon fibers,
Its ILSS was 7.45 kg/M77l.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少くとも1種のオキシラン環含有単量体単位をその
構成成分として含むビニル系付加重合体およびノボラッ
ク型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする炭素繊維
の仕上剤。 2 少くとも1種のオキシラン環含有単量体単位をその
構成成分として含むビニル系付加重合体が、グリシジル
アクリレート、グリシジルメタアクリレート、アリルグ
リシジルエーテル、α−エチルグリシジルアクリレート
、クロトニルグリシジルエーテル、グリシジルクロトネ
ート、グリシジルイソクロトネート、イタコン酸モノグ
リシジルエステル、イタコン酸ジグリシジルエステル、
フマル酸モノアルキルモノグリシジルエステル、フマル
酸ジグリシジルエステル、マレイン酸モノアルキルモノ
グリシジルエステル、マレイン酸ジグリシジルエステル
の群から選ばれた少くとも1種のオキシラン環含有エチ
レン性不飽和化合物を単独又は他のエチレン性不飽和化
合物と共に重合して得られたビニル系付加重合体である
、特許請求の範囲第1項記載の炭素繊維の仕上剤。 3 ノボラック型エポキシ樹脂が下記の化学式( I )
または(II)で表わされる化合物である特許請求の範囲
第1項記載の炭素繊維の仕上剤。 ( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼ (化学式( I )のnは1〜8の整数)
[Scope of Claims] 1. A carbon fiber finishing agent characterized by containing a vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and a novolak-type epoxy resin. 2. The vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component is glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, α-ethyl glycidyl acrylate, crotonyl glycidyl ether, glycidyl croto nate, glycidyl isocrotonate, itaconate monoglycidyl ester, itaconate diglycidyl ester,
At least one oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compound selected from the group consisting of monoalkyl monoglycidyl fumarate, diglycidyl fumarate, monoalkyl monoglycidyl maleate, and diglycidyl maleate, alone or in combination with other The finishing agent for carbon fibers according to claim 1, which is a vinyl addition polymer obtained by polymerizing with an ethylenically unsaturated compound. 3 Novolac type epoxy resin has the following chemical formula (I)
The carbon fiber finishing agent according to claim 1, which is a compound represented by (II) or (II). (I) ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (n in chemical formula (I) is an integer from 1 to 8)
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