JPS599664B2 - Tansoseniiyouhiyoumenshiagezai - Google Patents

Tansoseniiyouhiyoumenshiagezai

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Publication number
JPS599664B2
JPS599664B2 JP13433075A JP13433075A JPS599664B2 JP S599664 B2 JPS599664 B2 JP S599664B2 JP 13433075 A JP13433075 A JP 13433075A JP 13433075 A JP13433075 A JP 13433075A JP S599664 B2 JPS599664 B2 JP S599664B2
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JP
Japan
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carbon fibers
surface finishing
finishing agent
carbon fiber
fibers
Prior art date
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Application number
JP13433075A
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忠良 遠藤
啓造 細井
直也 小南
広員 福味
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS599664B2 publication Critical patent/JPS599664B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭素繊維用表面仕上剤に関し、その目的とす
るところは、炭素繊維強化複合材料の製造において、炭
素繊維の取扱いを容易にすると共に、炭素繊維強化複合
材料の諸物性、特にその層間せん断強度を向上せしめ得
る炭素繊維用表面仕上剤を提供するにある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a surface finishing agent for carbon fibers, and its purpose is to facilitate the handling of carbon fibers in the production of carbon fiber reinforced composite materials, and to improve the quality of carbon fiber reinforced composite materials. It is an object of the present invention to provide a surface finishing agent for carbon fibers that can improve various physical properties of carbon fibers, particularly its interlaminar shear strength.

炭素繊維は、軽量で高強度、高モジユラスであるという
特長を有する為、その価格低下と相俟つて、補強材とし
て注目を浴び、これを用いる炭素繊維強化複合材料が工
業的に生産されるようになつてきた。
Carbon fiber has the characteristics of being lightweight, high strength, and high modulus, so as its price has declined, it has attracted attention as a reinforcing material, and carbon fiber reinforced composite materials using it have begun to be produced industrially. I'm getting used to it.

その製造工程は、まず炭素繊維を気相又は液相で酸化し
て、その表面にカルボキシル基やフェノール性水酸基等
の官能基を導入する、所謂表面酸化処理工程と、この表
面処理繊維をビスフェノールAグリシジルエーテル型エ
ポキシ樹脂或はそれを主成分とするサイジング剤で表面
仕上げして、炭素繊維を集束してその取扱性を向上させ
る工程と、この表面仕上繊維を硬化剤を含有するマトリ
ックス樹脂中に含浸する工程とを前段に含むものである
The manufacturing process consists of a so-called surface oxidation treatment process in which carbon fibers are first oxidized in a gas or liquid phase to introduce functional groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups onto their surfaces, and then the surface-treated fibers are treated with bisphenol A. A process of surface finishing with a glycidyl ether type epoxy resin or a sizing agent containing it as a main component to collect the carbon fibers and improve their handling properties, and placing the surface finished fibers in a matrix resin containing a hardening agent. The first step includes an impregnating step.

なおその後の工程は、実施例に示されている。そして、
これらのマトリックス樹脂としては、従来エポキシ樹脂
、不飽和ポリエステル、ポリイミド等が使用されている
。これらのマトリックス樹脂と炭素繊維との接着性は当
然非常に低いから、その向上を図る為に前記の表面酸化
処理が行われるものである。しかし、この表面酸化処理
は、元来炭素繊維が酸化され難い性質である上に、無視
し得る程度の重量損失、無視し得る程度の強度損失の範
囲内で酸化が行われなければならない関係上、カルボキ
シル基やフェノール性水酸基等の官能基の導入程度には
自ら限界がある。そして、前記従来のビスフエノールA
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂を主成分とする仕上
剤での表面仕上処理は、繊維単糸の集束、従つて繊維の
取扱性の向上には寄与するが、マトリツクス樹脂と炭素
繊維との接着性の向上には殆んど寄与していないと考え
られる。その為、従来の製造工程によつて得られる炭素
繊維強化複合材料の層間せん断強度(Interlam
inarShearStrerlgthl以下ILSS
と略記する)は、末だ実用的に満足できる水準に達して
はおらず、このILSSの向上が、同複合材料における
最も重要な解決課題の一つであるのが現状である。以上
に鑑み、本発明者等は、マトリツクス樹脂と炭素繊維間
の接着性の向上、即ちILSS向上の手段を表面仕上剤
の選択に求め、鋭意研究の結果、繊維単糸間の集束性を
向上すると同時にILSSを従来の10〜30%程度向
上し得る表面仕上剤を見出し、本発明をなすに至つた。
Note that the subsequent steps are shown in Examples. and,
Conventionally, epoxy resins, unsaturated polyesters, polyimides, etc. have been used as these matrix resins. Since the adhesion between these matrix resins and carbon fibers is naturally very low, the above-mentioned surface oxidation treatment is performed to improve the adhesion. However, this surface oxidation treatment is difficult because carbon fibers are inherently resistant to oxidation, and the oxidation must be carried out within the range of negligible weight loss and negligible strength loss. However, there is a limit to the degree to which functional groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups can be introduced. And the conventional bisphenol A
Surface finishing treatment with a finishing agent whose main component is a glycidyl ether type epoxy resin contributes to the bundling of fiber single filaments and thus improves the handling properties of the fibers, but it also improves the adhesion between the matrix resin and carbon fibers. It is thought that it makes little contribution to Therefore, the interlaminar shear strength (interlaminar strength) of carbon fiber reinforced composite materials obtained through conventional manufacturing processes is
inarShearStrerlgthl below ILSS
) has not yet reached a level that is practically satisfactory, and the current situation is that improving ILSS is one of the most important issues to be solved in the field of composite materials. In view of the above, the present inventors sought a means of improving the adhesion between the matrix resin and carbon fibers, that is, improving ILSS, by selecting a surface finishing agent, and as a result of intensive research, improved the cohesiveness between single fiber filaments. At the same time, the present inventors discovered a surface finishing agent that can improve ILSS by about 10 to 30% compared to conventional products, leading to the present invention.

即ち、本発明は次の一般式(式中Xは−CH2−CH−
CH2、、Yは−Hまたは′\CH2−CH−CH2、
R1およびR2は−HまたはCH3、nおよびmはOま
たは1をそれぞれ示す)で示される多官能性エポキシ化
合物の一種または二種以上を含むことを特徴とする炭素
繊維用表面仕上剤に関するものである。
That is, the present invention relates to the following general formula (wherein X is -CH2-CH-
CH2,, Y is -H or '\CH2-CH-CH2,
R1 and R2 are -H or CH3, n and m are O or 1, respectively. be.

本発明における多官能性エポキシ化合物としては、N−
N−N/−Nl・−テトラグリシジルフエニレンジアミ
ン、N−N−Nしトリグリシジルフエニレンジアミン、
N−N−N/−N′−テトラグリシジルジアミノトルエ
ン、N−N−N!一トリグリシジルジアミノトルエン、
N−N−N′・N′−テトラグリシジルジアミノキシレ
ン、N−N−NLトリグリシジルジアミノキシレン、(
N/−Nζ−ジグリシジルトルイジル)ジグリシジルア
ミン、(N′ーグリシジルトルイジル)ジグリシジルア
ミン、(N′−N′−ジグリシジルトルイジル)グリシ
ジルアミン、N−N−N/−N′−テトラグリシジルキ
シリレンジアミン、N−N−N/−トリグリシジルキシ
リレンジアミン等を用いることができる。
The polyfunctional epoxy compound in the present invention includes N-
N-N/-Nl-tetraglycidylphenylenediamine, N-N-N triglycidylphenylenediamine,
N-N-N/-N'-tetraglycidyldiaminotoluene, N-N-N! monotriglycidyldiaminotoluene,
N-N-N'・N'-tetraglycidyldiaminoxylene, N-N-NL triglycidyldiaminoxylene, (
N/-Nζ-diglycidyltoluidyl)diglycidylamine, (N'-glycidyltoluidyl)diglycidylamine, (N'-N'-diglycidyltoluidyl)glycidylamine, N-N-N/-N' -tetraglycidylxylylenediamine, N-N-N/-triglycidylxylylenediamine, etc. can be used.

本発明において、多官能性エポキシ化合物を含むとは、
該化合物を100%含有する場合をも意味するが、より
好ましくは、20重量%以下の濃度、更に好ましくは0
.5〜5重量%の溶液又ぱ水性エマルジヨンの形態を意
味する。これらの溶液に用いられる溶媒としては、アル
コール類或はアルコールとケトン、エステル等との混合
溶媒が適当であり、特に、メチルアルコール、エチルア
ルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エ
チレングリコールモノエチルエーテル或はこれらのアル
コールを主成分とする混合溶媒が好ましい。又、水性エ
マルジヨンの形態は、陰イオン性、.又は非イオン性の
界面活性剤を単独又は混合して用い、水に分散して得ら
れる。更に、本発明の仕上剤は、必要に応じて、後述す
る滑剤、柔軟仕上剤、集束剤、皮膜形成助剤等をも含み
得る。
In the present invention, containing a polyfunctional epoxy compound means
This also means the case where the compound is contained at 100%, but more preferably the concentration is 20% by weight or less, and even more preferably 0.
.. It is meant in the form of a 5-5% by weight solution or aqueous emulsion. As the solvent used for these solutions, alcohols or mixed solvents of alcohol and ketones, esters, etc. are suitable, and in particular, methyl alcohol, ethyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, or these solvents are suitable. A mixed solvent containing alcohol as a main component is preferred. In addition, the form of the aqueous emulsion is anionic, . Alternatively, it can be obtained by dispersing in water using a nonionic surfactant alone or in combination. Furthermore, the finishing agent of the present invention may also contain a lubricant, a softening agent, a sizing agent, a film-forming aid, etc., which will be described later, as necessary.

上記滑剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸アルキ
ルエステル、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活
性剤、シリコン樹脂等を挙ることができる。
Examples of the lubricant include stearic acid, stearic acid alkyl ester, nonionic surfactant, anionic surfactant, silicone resin, and the like.

その内シリコン樹脂は、多量に使用すると炭素繊維と樹
脂との親和性の低下をきたすので、その配合量の決定は
慎重に行う必要がある。これらの滑剤の含有量は、表面
仕上剤に含有される有効成分全体の30重量%以下であ
ることが好ましい。又、上記柔軟仕上剤としては、非イ
オン界面活性剤、ポリエチレングリコール、ポリエチレ
ングリコールモノアルキルエステル等を挙げることがで
きる。
If silicone resin is used in a large amount, the affinity between the carbon fiber and the resin will decrease, so the amount of silicone resin to be blended must be determined carefully. The content of these lubricants is preferably 30% by weight or less of the total active ingredients contained in the surface finishing agent. Further, examples of the softening agent include nonionic surfactants, polyethylene glycol, polyethylene glycol monoalkyl esters, and the like.

これらの柔軟仕土剤の含有量は、表面仕上剤に含有され
る有効成分全体の30重量%以下であることが望ましい
。又、本発明に係る炭素繊維用表面仕上剤に、所望に応
じて含有することのできる集束剤としては、メチルメタ
アクリレート、エメルメタアクリレ一卜、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等のアルキルメタアクリレート
、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
ルアクリレート等のアルキルアクリレート、スチレン、
α−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン誘導
体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等の脂肪酸ピニル
エステル、ブタジエン、イソプレン等の不飽和炭化水素
、塩化ビニル、クロロプレン等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等の不
飽和二トリル化合物、アクリル酸、メタアクリル酸、イ
タコン酸、マレイン酸、フマール酸、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
ン酸又はフマール酸のモノメチルエステル、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
イタコン酸等の不飽和カルボン酸、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ク
リレート、グリシジルメタアクリレート、グリシジルア
クリレート、2一クロロ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、アクリルアミド、メタアクリルア
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
等のエチレン性不飽和化合物から選択された一種または
二種以上の単量体を重合することによつて得られるビニ
ル系付加重合体があげられるが、そのうち前記多官能性
エポキシ化合物と比較的相容性のある重合体が好ましく
、従つて、オキシラン環含有単位をその構成成分として
含むビニル系付加重合体がより好ましい。
The content of these soil softening agents is desirably 30% by weight or less of the total active ingredients contained in the surface finishing agent. Further, as a sizing agent that can be contained in the carbon fiber surface finishing agent according to the present invention as desired, methyl methacrylate, emer methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, etc. Alkyl methacrylates such as methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, alkyl acrylates such as lauryl acrylate, styrene,
Styrene derivatives such as α-methylstyrene and vinyltoluene, fatty acid pynyl 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, meth unsaturated nitrile compounds such as acrylonitrile; monomethyl esters of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, vinyl acetic acid, alpha-ethyl acrylic acid, angelic acid, itaconic acid, maleic acid or fumaric acid; Unsaturated carboxylic acids such as monoethyl ester, monobutyl ester, maleic anhydride, itaconic anhydride, 2-hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, 2-chloro 3-hydroxypropyl One or more ethylenically unsaturated compounds selected from methacrylate, phosphoric acid mono(hydroxypropyl methacrylate) ester, acrylamide, methacrylamide, N-methylolacrylamide, N-methoxymethylacrylamide, N-butoxymethylacrylamide, etc. Examples include vinyl-based addition polymers obtained by polymerizing monomers of More preferred is a vinyl addition polymer containing as a constituent component.

この他にビスフエノールAジグリシジルエーテル型エポ
キシ樹脂、ノボラツク型エポキシ樹脂、ポリエーテルあ
るいはポリエステル変性型可撓性エポキシ樹脂、ポリア
ミド酸なども集束剤として併用することができる。炭素
繊維に特に集束性が要求される場合には、これらの集束
剤成分を加えることが極めて有効である。これらの集束
剤の含有量は、表面仕上剤に含有される有効成分全体の
90重量%以下であることが好ましい。更に、本発明に
係る炭素繊維用表面仕上剤に、所望に応じて含有するこ
とのできる皮膜形成助剤ノとしては、ジブチルフタレー
ト、ジオクチルフタレート等の可塑剤、高沸点の有機溶
媒、水等があげられる。
In addition, bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin, novolac type epoxy resin, polyether or polyester modified flexible epoxy resin, polyamic acid, etc. can be used in combination as a sizing agent. When carbon fibers are particularly required to have sizing properties, it is extremely effective to add these sizing agent components. The content of these sizing agents is preferably 90% by weight or less of the total active ingredients contained in the surface finishing agent. Furthermore, examples of film forming aids that can be contained in the surface finishing agent for carbon fibers according to the present invention as desired include plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, high boiling point organic solvents, and water. can give.

これらの皮膜形成助剤の含有量は、表面仕上剤に含有さ
れる有効成分全体の30重量%以下であることが望まし
い。一方、本発明に係る炭素繊維用表面仕土剤に必須成
分として含有される前記多官能性エポキシ化合物は、多
官性エポキシ化合物、集束剤、滑剤、柔軟仕上剤、皮膜
形成助剤等を合計した有効成分の少くとも10重量%含
有されていることが好ましく、30重量%以上含有され
ていることが特に好ましい。
The content of these film-forming aids is preferably 30% by weight or less of the total active ingredients contained in the surface finishing agent. On the other hand, the polyfunctional epoxy compound contained as an essential component in the surface preparation agent for carbon fibers according to the present invention includes a polyfunctional epoxy compound, a sizing agent, a lubricant, a softening agent, a film forming aid, etc. The content of the active ingredient is preferably at least 10% by weight, and particularly preferably 30% by weight or more.

前記多官性エポキシ化合物の含有量が10重量%以下に
なると、その多官能性にもとづく利点が十分に生かされ
ない場合が生じる。次に、本発明に係る炭素繊維用表面
仕上剤の使用法について説明する。炭素繊維の表面仕上
は、通常炭素繊維を該表面仕上剤に浸漬した後乾燥する
ことによつて、溶媒または分散媒を除去するという方法
で行われる。表面仕上剤(溶液又はエマルジヨン)の有
効成分濃度は、20重量%以下が好ましく、0.5〜5
重量%の範囲内が特に好ましい。又、本発明の表面仕土
剤を用いて炭素繊維の表面仕上げを行う場合、炭素繊維
に対する有効成分の付着量が0.2〜5重量%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、含浸時間乃
至含浸速度、含浸時の炭素繊維の張力、,絞りローラー
による含浸後の絞り条件、サイジング浴の温度、含浸後
の乾燥条件等を制御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、溶媒或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われる。本発明の炭素繊
維用表面仕上剤を用いて、炭素繊維の表面仕上を行う際
、第一の成分、例えば前記多官能性エポキシ化合物を、
前述の方法で炭素繊維に付着させ、次いで第二の成分、
例えばビスフエノールAジグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂を炭素繊維に付着させるという多段工程によつて
行うこともできる。
When the content of the polyfunctional epoxy compound is less than 10% by weight, the advantages based on its polyfunctionality may not be fully utilized. Next, a method of using the surface finishing agent for carbon fibers according to the present invention will be explained. The surface finishing of carbon fibers is usually carried out by immersing the carbon fibers in the surface finishing agent and then drying to remove the solvent or dispersion medium. The active ingredient concentration of the surface finishing agent (solution or emulsion) is preferably 20% by weight or less, and 0.5 to 5% by weight.
A range of % by weight is particularly preferred. Furthermore, when surface finishing carbon fibers is performed using the surface finishing agent of the present invention, the amount of active ingredients deposited on the carbon fibers is within the range of 0.2 to 5% by weight, and these In order to ensure that the components adhere uniformly, the active ingredient concentration in the sizing bath, the impregnation time or speed, the tension of the carbon fiber during impregnation, the squeezing conditions after impregnation with a squeezing roller, the temperature of the sizing bath, and the drying conditions after impregnation. It is preferable to control the following. After being impregnated, the carbon fibers passed through the squeezing roller are dried using an infrared lamp, hot air, or the like at a temperature depending on the type of solvent or dispersion medium for a predetermined period of time to remove volatile components. When surface finishing carbon fibers using the carbon fiber surface finishing agent of the present invention, the first component, for example, the polyfunctional epoxy compound,
attached to the carbon fibers in the manner described above, then the second component,
For example, it can also be carried out by a multi-step process of attaching bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin to carbon fibers.

本発明にいう炭素繊維用表面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、黒鉛ウイスカ一等の
炭素質または黒鉛質の繊維又は単結晶、並びにこれらの
繊維又は単結晶を主構成成分とするマツト、織物、編物
等をあげることができる。
Carbon fibers to which the surface finishing agent for carbon fibers according to the present invention is applied include carbon fibers, graphite fibers, carbonaceous or graphite fibers or single crystals such as graphite whiskers, and these fibers or single crystals. Examples include mat, woven fabrics, knitted fabrics, etc. as constituent components.

又、本発明の炭素繊維用表面仕上剤は、炭素質又は黒鉛
質の繊維又は単結晶の出発原料(プリカーサ一)の如何
に関係なく適用可能である。そして表面酸化処理その他
の方法により表面活性化された炭素質又は黒鉛質の繊維
又は単結晶が、本発明の表面仕上剤の適用対象として、
特に好ましい。本発明の多官能性エポキシ化合物を含む
炭素繊維用表面仕上剤は、従来公知の表面仕上剤に比較
して、炭素繊維表面を仕上した場合、上記公知の方法を
適用して得られる炭素繊維強化複合材料の層間せん断強
度を10〜30%程度向上させ、曲げ強度、衝撃強度、
耐疲労強度等の諸性質をも向上させる優れた効果を奏す
ると共に、繊維の集束性の向上効果をも併せ有するもの
である。
Furthermore, the surface finishing agent for carbon fibers of the present invention can be applied regardless of the starting material (precursor) of carbonaceous or graphite fibers or single crystals. Carbonaceous or graphite fibers or single crystals whose surfaces have been surface activated by surface oxidation treatment or other methods are applicable to the surface finishing agent of the present invention.
Particularly preferred. Compared to conventionally known surface finishing agents, the carbon fiber surface finishing agent containing the polyfunctional epoxy compound of the present invention has a carbon fiber reinforcement that can be obtained by applying the above-mentioned known method when finishing the carbon fiber surface. The interlaminar shear strength of composite materials is improved by about 10 to 30%, and bending strength, impact strength,
It has an excellent effect of improving various properties such as fatigue strength, and also has the effect of improving fiber cohesiveness.

更に、上記多官能性エポキシ化合物と前記のオキシラン
環含有単位をその構成成分として含むビニル系付加重合
体との両者を含む表面仕上剤は、層間せん断強度や曲げ
強度等の諸物性の顕著な向上と同時に集束性の顕著な向
上をもたらす点で特に優れたものである。本発明の表面
仕土剤の奏するこのような顕著な層間せん断強度の向上
は、勿論繊維とマトリツクス樹脂との間の接着性の向上
に依るものであるが、二このような両相間の接着性の向
上は、次の如き理由によるものと考えられる。
Furthermore, a surface finishing agent containing both the polyfunctional epoxy compound and the vinyl addition polymer containing the oxirane ring-containing unit as a constituent component exhibits remarkable improvements in various physical properties such as interlaminar shear strength and bending strength. At the same time, it is particularly excellent in that it brings about a remarkable improvement in convergence. The remarkable improvement in interlaminar shear strength achieved by the surface soil agent of the present invention is, of course, due to the improvement in the adhesiveness between the fibers and the matrix resin. The improvement is thought to be due to the following reasons.

即ち、本発明に係る表面仕上剤によつて形成される界面
中間層は、オキシラン環濃度がきわめて高く、該表面仕
上剤で被覆された炭素繊維を樹脂マトリツクスで含浸し
5た場合、マトリツクス相からの硬化剤の界面中間層
への拡散に伴つて、炭素繊維表面に導入された官能基と
有効に反応し、その結果、炭素繊維との間に強固な結合
を形成するものと考えられ、更に本発明に係る表面仕上
剤から形成される上記界面 3中間層は、樹脂マトリツ
クス相とも、相互拡散層を形成しつつ、その多官能性を
生かして、強靭な結合を形成するものと考えられる。以
下に、実施例を示し、本発明の効果を一層明確にする。
That is, the interfacial intermediate layer formed by the surface finishing agent according to the present invention has an extremely high concentration of oxirane rings, and when carbon fibers coated with the surface finishing agent are impregnated with a resin matrix, the interfacial layer forms from the matrix phase. It is thought that as the curing agent diffuses into the interface intermediate layer, it reacts effectively with the functional groups introduced on the carbon fiber surface, resulting in the formation of a strong bond with the carbon fiber. It is believed that the interfacial 3 intermediate layer formed from the surface finishing agent according to the present invention forms a mutual diffusion layer with the resin matrix phase and forms a strong bond by taking advantage of its polyfunctionality. Examples are shown below to further clarify the effects of the present invention.

実施例中、部及び%とあるのは重量部 4(及び重量%
を表わす。実施例 1 ポリアクリルニトリル系繊維を最終的に1300℃まで
焼成することによつて得られた炭素繊維ノ(高強度糸、
引張強度300k9/11t1L、引張弾性率23t/
Mll)のトウ(直径約8μの単糸6000本より成る
)を、重クロム酸カリウムの硫酸水溶液で酸化処理した
後、ボピンサイザ一を用いて、N−N−N′・Nしテト
ラグリシジルメタキシリレンジアミン207をメチルア
ルコール980rに溶解することによつて調製した表面
仕上剤でサイジングした。
In the examples, parts and % refer to parts by weight (and % by weight).
represents. Example 1 Carbon fiber (high strength yarn,
Tensile strength 300k9/11t1L, tensile modulus 23t/
Mll) tow (consisting of 6,000 single yarns with a diameter of about 8μ) was oxidized with an aqueous sulfuric acid solution of potassium dichromate, and then treated with N-N-N'·N using a bopin sizer. It was sized with a surface finish prepared by dissolving Diamine 207 in methyl alcohol 980r.

サイジングは、上記炭素繊維を該表面仕上剤浴中を6m
/分の速度で連続的に通過せしめ、該表面仕上剤を単糸
間に十分浸透させ、余分の該表面仕上剤を絞りローラー
で絞り取つた後、70℃で1分間乾燥させることによつ
て行つた。炭素繊維に付着した表面仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.1%であつた。次に、このよ
うにして得られた炭素繊維に、シエル社製エポキシ樹脂
「エピコート8828」43部、チバーガィギ一社製エ
ポキシ樹脂「ECNl235」(オルソクレゾールフオ
ルムアルデヒトソボラツクのポリグリシジルエーテル)
43部、三フツ化ホウ素モノエチルアミン4部、アセト
ン10部から成る樹脂組成物を含浸したのち、これを、
シリコン処理を施した離型紙上に引揃え、次いで130
℃で20分間加熱処理することによつて、プリプレグを
作成した。
Sizing is carried out by placing the carbon fibers in the surface finishing agent bath for 6 m.
The surface finishing agent was allowed to pass through the fibers continuously at a speed of /min to sufficiently penetrate between the single yarns, and the excess surface finishing agent was squeezed out with a squeezing roller, followed by drying at 70°C for 1 minute. I went. The amount of active ingredients in the surface finishing agent attached to the carbon fibers was 2.1% based on the carbon fibers. Next, 43 parts of epoxy resin "Epicote 8828" manufactured by Schiel Co., Ltd. and epoxy resin "ECN1235" manufactured by Civer-Geigy Co., Ltd. (polyglycidyl ether of orthocresol formaldehyde sobolak) were added to the carbon fibers obtained in this way.
After impregnating with a resin composition consisting of 43 parts, boron trifluoride monoethylamine, 4 parts, and 10 parts of acetone,
Aligned on release paper treated with silicone, then 130
A prepreg was prepared by heat treatment at ℃ for 20 minutes.

尚、このプリプレグの作成はドラムワインダ一を用いて
行つた。このようにして得られたブリブレグを、長さ2
80mm,巾1007!T7!Lの大さに裁断し、これ
を11枚積層して、同じ大さの金型に入れた後、130
℃に加熱されている油圧プレスの熱板間に挿入し、7k
g/Cdの加圧下で、130℃で30分間、更に170
℃で1時間加熱した。
Note that this prepreg was produced using a drum winder. The length of the blib leg obtained in this way is 2
80mm, width 1007! T7! After cutting into the size of L, stacking 11 sheets and putting them into a mold of the same size, 130
Insert between the hot plates of a hydraulic press heated to 7k
g/Cd at 130°C for 30 minutes and then at 170°C.
Heated at ℃ for 1 hour.

そして得られた成形品をオーブンに入れ、170℃で2
時間そのポストキユア一を行つた。得られたコンポジツ
トは、58容量%の炭素繊維を含有しており、そのIL
SSを、ASTMD−2344の方法に準じて測定した
結果、9.25kg/7ILdであつた。
Then, the obtained molded product was placed in an oven at 170℃ for 2 hours.
Time went by that post-queer. The resulting composite contains 58% carbon fiber by volume and its IL
The SS was measured according to the method of ASTM D-2344 and was found to be 9.25 kg/7ILd.

またその曲げ強度を、ASTMD79Oの方法に準じて
測定した結果、165kg/m!Lであつた。実施例
2 表面仕上剤として、N−N−N′−N′−テトラグリシ
ジルメタキシリレンジアミン107と、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
レートを35:25:40(モル%)の共重合比で共重
合した重合体10yを、メチルアルコール490yとメ
チルエチルケトン490yから成る混合溶媒に溶解する
ことによつて調製した表面仕上剤を用いて、実施例1と
全く .′同様にして、実施例1で用いたと同じ炭素繊
維にサイジングを行つた。
Moreover, the bending strength was measured according to the method of ASTM D79O and was found to be 165 kg/m! It was L. Example
2 As a surface finishing agent, N-N-N'-N'-tetraglycidyl metaxylylene diamine 107 and methyl methacrylate, butyl acrylate, and glycidyl methacrylate were copolymerized at a copolymerization ratio of 35:25:40 (mol%). Using a surface finishing agent prepared by dissolving the copolymerized polymer 10y in a mixed solvent consisting of methyl alcohol 490y and methyl ethyl ketone 490y, the same procedure as in Example 1 was carried out. 'The same carbon fiber used in Example 1 was sized in the same manner.

炭素繊維に付着した表面仕上剤の有効成分量は、炭素繊
維に対して2.4%であつた。次に、TM式抱合力試験
機を用いて、得られた炭素繊維の抱合力を測定した。
The amount of active ingredient in the surface finishing agent attached to the carbon fibers was 2.4% based on the carbon fibers. Next, the binding force of the obtained carbon fibers was measured using a TM type binding force tester.

抱合力のランキングは次の基準に従つて行つた。ランク
A:単数的な毛羽しか発生しない。
The ranking of conjugation power was performed according to the following criteria. Rank A: Only singular fuzz is generated.

ランクB:複数的な毛羽が発生する。Rank B: Multiple fluffs occur.

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

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

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

次に、ここで得られた炭素繊維から、実施例1と同様に
して、コンポジツトを作成し、その物性を測定した。
Next, a composite was prepared from the carbon fibers obtained here in the same manner as in Example 1, and its physical properties were measured.

得られたコンポジツトは、60容量%の炭素繊維を含有
しており、そのILSSは9.24kg/Mdl又その
曲げ強度は163k9/Mdであつた。実施例 3 表面仕上剤として、N−N−N/−N仁テトラグリシジ
ルメタキシリレンジアミン14yと、シエル社製エポキ
シ樹脂「エピコート81001U6yを、メチルアルコ
ール6907とメチルエチルケトン290yから成る混
合溶媒に溶解することによつて調製した表面仕上剤を用
いた他は全て実施例1と同様にして、炭素繊維のサイジ
ングを行い、得られた炭素繊維のコンポジツト物性を測
定した。
The resulting composite contained 60% by volume of carbon fiber, had an ILSS of 9.24 kg/Mdl and a flexural strength of 163 k9/Md. Example 3 As a surface finishing agent, N-N-N/-N tetraglycidyl metaxylylene diamine 14y and epoxy resin "Epicote 81001U6y" manufactured by Ciel were dissolved in a mixed solvent consisting of methyl alcohol 6907 and methyl ethyl ketone 290y. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that the surface finishing agent prepared by the method was used, and the composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着した表面仕上剤
の有効成分量は、炭素繊維に対して2.3%であつた。
The amount of active ingredient in the surface finishing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.3% based on the carbon fiber.

又、ここで得られた炭素繊維から作成したコンブポジツ
トのILSSは8.93k9/71tdであつた。
Further, the ILSS of the composite composite made from the carbon fiber obtained here was 8.93k9/71td.

一′方、その曲げ強度は157k9/M7lであつた。On the other hand, its bending strength was 157k9/M7l.

尚、ここで作成したコンポジツトにおける炭素繊維の容
積含有率は57容量%であつた。実施例 4 多官能性エポキシ化合物として、N−N−マ・N′−テ
トラグリシジルメタキシリレンジアミン207の代りに
、N−N−Nしトリグリシジルメタキシリレンジアミン
207を用いた他は全て実施例1と同様にして、表面仕
上剤を調製して炭素繊維のサイジングを行い、得られた
炭素繊維のコンポジツト物性を測定した。
Incidentally, the volume content of carbon fiber in the composite prepared here was 57% by volume. Example 4 All procedures were carried out except that N-N-N triglycidyl metaxylylene diamine 207 was used instead of N-N-ma-N'-tetraglycidyl metaxylylene diamine 207 as the polyfunctional epoxy compound. In the same manner as in Example 1, a surface finishing agent was prepared, carbon fibers were sized, and the composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着した表面仕上剤
の有効成分量は、炭素繊維に対して2.0%であつた。
又、、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジツ
トのILSSは9.05k9/Mdであり、その曲げ強
度は1601<g/Mllであつた。
The amount of active ingredient in the surface finishing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.0% based on the carbon fiber.
Moreover, the ILSS of the composite made from the carbon fiber obtained here was 9.05k9/Md, and its bending strength was 1601<g/Mll.

尚、ここで作成したコンポジツトにおける炭素繊維の容
積含有率は60容量%であつた。実施例 5 多官能性エポキシ化合物として、N−N−NζN7−テ
トラグリシジルメタキシリレンジアミン20yの代りに
、(NζNしジグリシジルトルイジル)ジグリシジルア
ミン20yを用いた他は全て実施例1と同様にして、表
面仕上剤を調製し、炭素繊維のサイジングを行い、得ら
れた炭素繊維のコンポジツト物性を測定した。
Incidentally, the volume content of carbon fiber in the composite prepared here was 60% by volume. Example 5 Same as Example 1 except that (NζN-diglycidyltoluidyl)diglycidylamine 20y was used instead of N-N-NζN7-tetraglycidylmethaxylylenediamine 20y as the polyfunctional epoxy compound. A surface finishing agent was prepared, carbon fibers were sized, and the composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着した表面仕上剤
の有効成分量は、炭素繊維に対して21%であつた。
The amount of active ingredient in the surface finishing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 21% based on the carbon fiber.

又、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジツト
のILSSは9,32kg/Mdであり、その曲げ強度
は165k9/M7lであつた。
Moreover, the ILSS of the composite made from the carbon fiber obtained here was 9.32 kg/Md, and its bending strength was 165k9/M7l.

尚、ここで作成したコンポジツトにおける炭素繊維の容
積含有率は58%であつた。比較例 1 実施例1におけるN−N−N/−Nしテトラグリシジル
メタキシリレンジアミン207をメチルアルコール98
0Vに溶解することによつて調製した表面仕上剤の代り
に、シエル社製エポキシ樹脂「エピコート8828」と
同「エピコート81001」の1:1混合物207をメ
チルエチルケトン9807に溶解することによつて調製
した表面仕上剤を用いた他は全て実施例1と同様にして
、炭素繊維のサイジングを行い、得られた炭素繊維のコ
ンポジツト物性を測定した。
Incidentally, the volume content of carbon fiber in the composite prepared here was 58%. Comparative Example 1 N-N-N/-N tetraglycidyl metaxylylene diamine 207 in Example 1 was mixed with methyl alcohol 98
Instead of the surface finish prepared by dissolving at 0 V, a 1:1 mixture of Ciel epoxy resins "Epicote 8828" and "Epicote 81001" 207 was prepared by dissolving it in methyl ethyl ketone 9807. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1 except that a surface finishing agent was used, and the composite physical properties of the obtained carbon fibers were measured.

このようにして得られた炭素繊維に付着した表面仕上剤
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 ingredient in the surface finishing agent adhered to the carbon fiber thus obtained was 2.4% based on the carbon fiber.

又、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ILS
Sは7.53kg/Mdl一方その曲げ強度は140k
g/MlLであつた。
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 58% by volume of carbon fibers, and its ILS
S is 7.53kg/Mdl while its bending strength is 140k
g/MlL.

次に、TM式抱合力試験機を用いて、実施例2と同様に
して、ここで得られた炭素繊維の抱合力を測定した。
Next, using a TM type binding force tester, the binding force of the carbon fibers obtained here was measured in the same manner as in Example 2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 次の一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中Xは▲数式、化学式、表等があります▼、Yは−
Hまたは−CH_2− ▲数式、化学式、表等があります▼、R_1およびR_
2は−Hまたは−CH_3、nおよびmは0または1を
それぞ示す)で示される多官能性エポキシ化合物の一種
または二種以上を含むことを特徴とする炭素繊維用表面
仕上剤。
[Claims] 1 The following general formula ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (In the formula, X is ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼, Y is -
H or -CH_2- ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼, R_1 and R_
A surface finishing agent for carbon fibers, characterized in that it contains one or more polyfunctional epoxy compounds represented by -H or -CH_3, n and m each representing 0 or 1.
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