JPS63105174A - Sizing agent for carbon fiber - Google Patents

Sizing agent for carbon fiber

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Publication number
JPS63105174A
JPS63105174A JP61250542A JP25054286A JPS63105174A JP S63105174 A JPS63105174 A JP S63105174A JP 61250542 A JP61250542 A JP 61250542A JP 25054286 A JP25054286 A JP 25054286A JP S63105174 A JPS63105174 A JP S63105174A
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JP
Japan
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sizing agent
carbon fiber
unsaturated
present
carbon fibers
Prior art date
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Application number
JP61250542A
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Japanese (ja)
Inventor
誠 斉藤
博 土岐
誠 宮崎
寛 井上
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Publication date
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  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は炭素繊維用サイジング剤に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a sizing agent for carbon fibers.

更に詳しくは、本発明は炭素繊維複合材料を製造するに
通した、炭素繊維用サイジング剤に関する。
More specifically, the present invention relates to a sizing agent for carbon fibers used in producing carbon fiber composite materials.

(従来の技術) 従来、自動車、航空機その他の各種産業分野において、
軽量、高強度、高弾性率等の性質を有する高性能素材の
開発が要望されていた。近年、このような要望に対し開
発された炭素繊維の優れた素材性能が認められつつあり
、その応用範囲がスポーツグツズ、自動車、航空機、建
材等の分野を中心に急速に広がっている。これらの各種
分野への応用は、主として、炭素繊維とエポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフ
タレート樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリオ
レフィン、ポリアセタール、ポリカーボネート、線状ポ
リエステル等の熱可塑性樹脂等をマトリックス樹脂とし
た複合材料の形でなされている。
(Conventional technology) Conventionally, in automobiles, aircraft, and other various industrial fields,
There has been a demand for the development of high-performance materials with properties such as light weight, high strength, and high modulus of elasticity. In recent years, the excellent material performance of carbon fiber, which was developed in response to these demands, has been recognized, and its range of applications is rapidly expanding, mainly in fields such as sports goods, automobiles, aircraft, and building materials. Applications to these various fields are mainly based on carbon fibers, epoxy resins,
It is made in the form of a composite material whose matrix resin is a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin, a phenol resin, or a diallyl phthalate resin, or a thermoplastic resin such as polyamide, polyolefin, polyacetal, polycarbonate, or linear polyester.

この場合、複合材料の製造工程における炭素繊維の糸扱
いを良好なものとするために、集束剤を使用することが
知られているが、更に、炭素繊維とマトリックス樹脂と
の接着性は炭素繊維の表面処理によって改良され、かか
る観点から上記集束剤の選択が重要であることも知られ
ている。
In this case, it is known that a sizing agent is used to improve the handling of carbon fiber threads in the manufacturing process of composite materials, but in addition, the adhesion between carbon fibers and matrix resin is It is also known that the selection of the sizing agent is important from this point of view.

即ち、一般に、表面処理剤で処理された炭素繊維は、使
用した表面処理剤に依存して、マトリックス樹脂との接
着性が変化する。従って、例えば複合化のマトリックス
としてエポキシ樹脂を使用する場合には、これと複合化
する炭素繊維には、エポキシ樹脂との接着性を改善する
目的で選択されたエポキシ系のサイジング剤を通用する
必要がある。
That is, in general, the adhesion of carbon fibers treated with a surface treatment agent to a matrix resin changes depending on the surface treatment agent used. Therefore, for example, when using an epoxy resin as a composite matrix, it is necessary to use an epoxy-based sizing agent selected for the purpose of improving adhesion with the epoxy resin on the carbon fiber to be composited with it. There is.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、複合化の成形サイクルの短縮化が要求さ
れ、成形コストの低減が要求されるに従い、最近におい
ては、硬化時間の短い不飽和ポリエステル(UP)やビ
ニルエステル樹脂(V E)との複合化が重要となって
きた。この場合、炭素繊維にエポキシ系のサイジング剤
を通用した従来法においては、炭素繊維と不飽和ポリエ
ステル又はビニルエステルとのなじみが悪く、接着性の
指標であるマトリックス樹脂と炭素繊維間の眉間剪断強
度(ILSS)が低く、実用に耐えないという欠点があ
った。
(Problem to be solved by the invention) However, as the molding cycle of composites is required to be shortened and molding costs are required to be reduced, recently, unsaturated polyester (UP) and vinyl, which have a short curing time, are being used. Compositeization with ester resin (VE) has become important. In this case, in the conventional method of applying an epoxy-based sizing agent to carbon fibers, the compatibility between carbon fibers and unsaturated polyester or vinyl ester is poor, and the shear strength between the matrix resin and carbon fibers, which is an indicator of adhesion, is poor. (ILSS) was low, and there was a drawback that it could not be put into practical use.

特公昭59−43298号公報には、かかる欠点を改良
したサイジング剤が開示されているが、尚I LSSが
十分ではない。
Japanese Patent Publication No. 59-43298 discloses a sizing agent that has improved this drawback, but still has insufficient ILSS.

一般にサイジング剤は、溶剤に溶解させたりエマルジョ
ンとして分散させた後、ディッピング等の適当な手段に
よって繊維に付与され、次いで乾燥される。この時、溶
媒や分散媒が蒸発し、次いでサイジング剤自身が融解し
て繊維の表面を薄く覆って被膜を形成し、それによって
繊維の集束性を改善する。従って、サイジング剤の繊維
に対する付着性が十分に良好であると同時に、マトリッ
クス樹脂との接着性が強固となることが好ましい。
Generally, the sizing agent is dissolved in a solvent or dispersed as an emulsion, applied to the fibers by a suitable means such as dipping, and then dried. At this time, the solvent and dispersion medium evaporate, and then the sizing agent itself melts to form a thin film covering the surface of the fibers, thereby improving the cohesiveness of the fibers. Therefore, it is preferable that the adhesion of the sizing agent to the fibers is sufficiently good, and at the same time, the adhesion to the matrix resin is strong.

本発明者等は、反応性の二重結合を有する不飽和ポリエ
ステル化合物が炭素繊維との付着性が良好なサイジング
剤であり、不飽和ポリエステル又はビニルエステルをマ
トリックス樹脂とする炭素繊維複合材料を製造する場合
に、マトリックス樹脂と架橋してカップリング効果を発
揮するので極めて良好な結果が得られること、及びサイ
ジング剤の分子量が均一である程製品性能にバラツキが
生ぜず良好であることを見出し本発明に到達した。
The present inventors have discovered that an unsaturated polyester compound having a reactive double bond is a sizing agent with good adhesion to carbon fibers, and that they have produced a carbon fiber composite material using an unsaturated polyester or vinyl ester as a matrix resin. In this book, we found that very good results can be obtained when the sizing agent is crosslinked with the matrix resin to exhibit a coupling effect, and that the more uniform the molecular weight of the sizing agent, the better the product performance will be without variations. invention has been achieved.

従って、本発明の第1の目的は、不飽和ポリエステル及
びビニルエステルとの複合化に通した分子量の均一な炭
素繊維のサイジング剤を提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a sizing agent for carbon fibers having a uniform molecular weight that has been subjected to compositing with an unsaturated polyester and a vinyl ester.

本発明の第2の目的は、接着性の良好な、炭素繊維と不
飽和ポリエステル又はビニルエステルの複合材料を提供
することにある。
A second object of the present invention is to provide a composite material of carbon fiber and unsaturated polyester or vinyl ester that has good adhesive properties.

本発明の第3の目的は、炭素繊維を用いた複合材料の成
形サイクルを短縮化する方法を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a method for shortening the molding cycle of a composite material using carbon fibers.

(問題点を解決するための手段) 本発明の上記の諸口的は、不飽和エステル化合物を主成
分とする炭素繊維用サイジング剤において、該不飽和エ
ステル化合物が、一種の不飽和モノカルボン酸と一種の
ジオール類とのエステル化合物であって、且つ両末端に
不飽和結合を有する化合物の中から選択された少なくと
も一種からなることを特徴とする炭素繊維用サイジング
剤によって達成された。
(Means for Solving the Problems) The above-mentioned aspects of the present invention are that in the sizing agent for carbon fibers containing an unsaturated ester compound as a main component, the unsaturated ester compound is a type of unsaturated monocarboxylic acid. This was achieved using a sizing agent for carbon fibers, which is an ester compound with one type of diol and is characterized by comprising at least one type of compound selected from compounds having unsaturated bonds at both ends.

本発明のサイジング剤を合成する方法は最終生成物が、
不飽和モノカルボン酸とジオール類との反応生成物と同
じであれば特に限定されるものではなく、例えばエステ
ル交換反応によっても良いが、通常は、上記の不飽和モ
ノカルボン酸とジオール類とを適宜組み合わせて、公知
のエステル化反応の反応条件の中から、適宜条件を選択
することができる。この場合両末端に不飽和カルボン酸
を含有せしめるために、不飽和モノカルボン酸/ジオー
ルの比を2以上とすることが必要であることは当然であ
る。反応は無溶剤の系で行っても溶剤系で行っても良い
。後者の場合には反応終了後溶剤を除去して、本発明の
サイジング剤を得る必要がある。
The method for synthesizing the sizing agent of the present invention is such that the final product is
There is no particular limitation as long as the reaction product is the same as the reaction product of unsaturated monocarboxylic acid and diols. For example, transesterification may be used, but usually, the reaction product of the above unsaturated monocarboxylic acid and diols may be used. Conditions can be appropriately selected from known reaction conditions for esterification reactions by combining them as appropriate. In this case, it is natural that the ratio of unsaturated monocarboxylic acid/diol must be 2 or more in order to contain unsaturated carboxylic acids at both ends. The reaction may be carried out in a solvent-free system or in a solvent system. In the latter case, it is necessary to remove the solvent after the reaction is completed to obtain the sizing agent of the present invention.

本発明で使用する不飽和モノカルボン酸は、ジオール類
と反応してエステル結合を形成する反応性の二重結合を
有する化合物の中から1種又は2種以上を任意に選択す
ることができる。このような不飽和モノカルボン酸ある
いは不飽和モノカルボン酸エステルとしては、例えばア
クリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸、ア
クリル酸メチル、メタクリル酸メチル等を挙げることが
できる。
The unsaturated monocarboxylic acid used in the present invention can be arbitrarily selected from one or more compounds having a reactive double bond that reacts with diols to form an ester bond. Examples of such unsaturated monocarboxylic acids or unsaturated monocarboxylic esters include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, allyl acetic acid, methyl acrylate, and methyl methacrylate.

一方、ジオール類としては、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレング
リコール、トリエチレングリコール及びビスフェノール
A、ビスフェノールF、ビスフェノールS並びにこれら
ビスフェノール化合物のアルキレンオキサイド付加物等
を挙げることができる。ここで、アルキレンオキサイド
とは、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等を
意味する。
On the other hand, examples of diols include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, and alkylene oxide adducts of these bisphenol compounds. Here, alkylene oxide means ethylene oxide, propylene oxide, etc.

本発明のサイジング剤は、使用するジオール類を選択す
ることにより、水に分散する自己乳化型とすることがで
きる他、サイジング剤としての分子量を大きくすること
により、炭素繊維の糸条の集束性を向上させたり、サイ
ジング剤としての分子量を小さくすることにより開繊性
や柔軟性を改善することもできる。   ゛ (作用) 本発明のサイジング剤に含有される −C−〇−基は、炭素繊維表面に存在する一COOHや
一〇H等の官能基と親和性が高い一方、サイジング剤中
の二重結合は、マトリックスである不飽和ポリエステル
樹脂やビニルエステル樹脂中の二重結合と架橋反応して
強固な結合を形成することができる。
By selecting the diols used, the sizing agent of the present invention can be made into a self-emulsifying type that is dispersed in water, and by increasing the molecular weight of the sizing agent, it can improve the cohesiveness of carbon fiber yarns. It is also possible to improve the spreadability and flexibility by increasing the molecular weight of the sizing agent and reducing the molecular weight of the sizing agent. (Function) The -C-〇- group contained in the sizing agent of the present invention has high affinity with functional groups such as 1-COOH and 10H present on the surface of carbon fibers, while the The bond can form a strong bond by crosslinking with the double bond in the unsaturated polyester resin or vinyl ester resin that is the matrix.

従って本発明のサイジング剤は、炭素繊維表面とマトリ
ックス樹脂の双方に結合するカップリング効果を有する
ので、炭素繊維とマトリックス樹脂とを強固に接着せし
めることができる。
Therefore, since the sizing agent of the present invention has a coupling effect of bonding to both the carbon fiber surface and the matrix resin, it is possible to firmly bond the carbon fiber and the matrix resin.

本発明で使用する炭素繊維としては公知のものの中から
適宜選択することができ、所謂ポリアクリロニトリル系
の繊維であっても、ピッチ系の繊維であっても良い。
The carbon fibers used in the present invention can be appropriately selected from known carbon fibers, and may be so-called polyacrylonitrile fibers or pitch fibers.

これらの炭素繊維の表面に、サイジング剤をコーティン
グするに際しては、本発明のサイジング剤を、例えばメ
チルエチルケトンのような適当な溶剤に溶解したり、水
−エマルジョンの形で分散した後、スプレー塗布、ディ
ップ塗布等公知の方法を適宜採用することができる。こ
の場合、炭素繊維の表面にサイジング剤が付着し易い様
に、炭素繊維の表面を予め電解酸化等の方法によって酸
化処理しておくことが好ましい。
When coating the surface of these carbon fibers with a sizing agent, the sizing agent of the present invention is dissolved in a suitable solvent such as methyl ethyl ketone or dispersed in the form of a water emulsion, and then sprayed or dipped. Known methods such as coating can be appropriately employed. In this case, the surface of the carbon fiber is preferably oxidized in advance by a method such as electrolytic oxidation so that the sizing agent easily adheres to the surface of the carbon fiber.

又、サイジング剤は、経費及び作業環境等の観点から水
−エマルジョン型の溶液とすることが好ましい。
Further, the sizing agent is preferably a water-emulsion type solution from the viewpoint of cost and working environment.

本発明においては、これらの塗布溶液に、サイジング後
の繊維の耐摩耗性を向上せしめる為に、脂肪族アルコー
ルエステル類(例えば、オレイルオレート等)等の平滑
剤を適宜添加することができる。
In the present invention, a smoothing agent such as aliphatic alcohol esters (eg, oleyl oleate, etc.) can be appropriately added to these coating solutions in order to improve the abrasion resistance of the fibers after sizing.

本発明のサイジング剤はマトリックス樹脂との接着性が
良好であり、容易に強固な複合材料を形成することがで
きる。この場合に使用するマトリックス樹脂の具体例と
しては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリオレ
フィン、ポリアセタール、ポリカーボネート、線状ポリ
エステル等の熱可塑性樹脂等を挙げることができるが、
これらの中でも、特にサイジング剤がをする二重結合と
架橋し得る不飽和結合を有する不飽和ポリエステル樹脂
及びビニルエステル樹脂が好ましい。
The sizing agent of the present invention has good adhesion to the matrix resin and can easily form a strong composite material. Specific examples of matrix resins used in this case include thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenol resins, diallyl phthalate resins, polyamides, polyolefins, polyacetals, polycarbonates, linear Examples include thermoplastic resins such as polyester,
Among these, unsaturated polyester resins and vinyl ester resins having an unsaturated bond capable of crosslinking with the double bond formed by the sizing agent are particularly preferred.

複合材料を形成せしめる場合のマトリックス樹脂の硬化
条件としては、公知の条件の中がら適宜選択して採用す
ることができる。
Conditions for curing the matrix resin when forming a composite material can be appropriately selected from known conditions.

このようにして得られた複合材料の接着強度は、眉間剪
断強度(ILSS)測定(ショートビーム法)によって
評価することができる。この具体的な方法は、例えば炭
素繊維含有率6o容量%の−方向CFRP (炭素繊維
マトリックス樹脂複合物)を作製し、2mm厚x6mm
巾X14mm長さの試験片に、支点間距離が10mmと
なるように支点を設け、クロスへソドスピード1 m 
m /分とした場合のI LSSを測定するものである
The adhesive strength of the composite material thus obtained can be evaluated by glabella shear strength (ILSS) measurement (short beam method). In this specific method, for example, -direction CFRP (carbon fiber matrix resin composite) with a carbon fiber content of 60% by volume is produced, and the size is 2 mm thick x 6 mm.
A test piece of width x 14 mm in length was provided with fulcrums so that the distance between the fulcrums was 10 mm, and the cross was moved at a speed of 1 m.
This is to measure ILSS in m/min.

(発明の効果) 本発明のサイジング剤は、サイジング後の炭素繊維の糸
扱いを容易とすることができるのみならず、不飽和ポリ
エステルやビニルエステルとのなじみも良く、架橋反応
によって結合することもできるので、これらの樹脂と強
固に接着することができ、容易に高性能の複合材料を形
成することができる。又、不飽和ポリエステルやビニル
エステルの硬化速度は、エポキシ樹脂の硬化速度よりも
極めて迅速であるので、本発明によって、従来主として
使用していたエポキシ樹脂の代わりに不飽和ポリエステ
ルやビニルエステルを使用することができ、これによっ
て複合化の成形サイクルを短縮化することができる。又
、複合物のコストの低減も計られるので、本発明は極め
て有怠義である。
(Effects of the Invention) The sizing agent of the present invention not only facilitates the handling of carbon fiber yarn after sizing, but also has good compatibility with unsaturated polyesters and vinyl esters, and is capable of bonding with unsaturated polyesters and vinyl esters through crosslinking reactions. Therefore, it can be strongly bonded to these resins, and a high-performance composite material can be easily formed. Furthermore, since the curing speed of unsaturated polyesters and vinyl esters is much faster than that of epoxy resins, the present invention allows unsaturated polyesters and vinyl esters to be used in place of epoxy resins that have been mainly used in the past. This makes it possible to shorten the composite molding cycle. The present invention is also extremely advantageous since it also aims to reduce the cost of the composite.

(実施例) 以下、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明
はこれによって限定されるものではない。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

合成例1゜ 攪拌装置、温度計、N2ガス導入管、及び脱水管を設置
した反応器に、ビスフェノールへの両側にエチレンオキ
サイド2モルを付加した付加物404g(1モル)、メ
タクリル酸206.4g (2,4モル)、重合禁止剤
としてハイドロキノン1.0g及び触媒としてのP−)
ルエンスルフォン酸0.042モルを仕込み、N2ガス
気流中、100℃〜110℃で約2時間反応させた。
Synthesis Example 1゜In a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, an N2 gas introduction tube, and a dehydration tube, 404 g (1 mol) of an adduct of bisphenol with 2 mol of ethylene oxide added on both sides and 206.4 g of methacrylic acid. (2.4 mol), 1.0 g of hydroquinone as a polymerization inhibitor and P- as a catalyst)
0.042 mol of luenesulfonic acid was charged, and the mixture was reacted at 100°C to 110°C for about 2 hours in a N2 gas stream.

反応終了後、生成物中の触媒をアルカリで中和し、副生
じた塩を水洗除去した後、100℃〜110℃で減圧脱
水し濾過を行いサイジング剤1を得た。得られたサイジ
ング剤について、クロマトグラフ、赤外線吸収スペクト
ル、NMRスペクトル等により分析した結果、主成分は
次式の構造を有する事が確認された。
After the reaction was completed, the catalyst in the product was neutralized with an alkali, and the by-produced salt was removed by washing with water, followed by dehydration under reduced pressure at 100°C to 110°C and filtration to obtain sizing agent 1. As a result of analysis of the obtained sizing agent by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc., it was confirmed that the main component had the structure of the following formula.

得られたサイジング剤をメチルエチルケトンに熔解し、
サイジング剤塗布液とすることができた。
The obtained sizing agent is dissolved in methyl ethyl ketone,
It was possible to make a sizing agent coating liquid.

哨 Q =11 Cヒベ」 10: n O:0                    
 0工 11 ヒトベ〕                     
        ・・合成例2゜ 合成例1の場合と同様の反応器にビスフェノールAの両
側にそれぞれプロピレンオキサイド1モル及びエチレン
オキサイド2モルを付加した付加物520g (1モル
)、アクリル酸172.8g(2,4モル)、重合禁止
剤としてハイドロキノン1.0g及び触媒としてのP−
)ルエンスルフォン酸0.042モルを加え、N2ガス
気流中、100℃〜110℃で約2時間反応させた。
Sentry Q = 11 C Hibe” 10: n O: 0
0 engineering 11 hitobe]
... Synthesis Example 2゜Into the same reactor as in Synthesis Example 1, 520 g (1 mol) of an adduct obtained by adding 1 mol of propylene oxide and 2 mol of ethylene oxide to both sides of bisphenol A, and 172.8 g (2 mol) of acrylic acid were added. , 4 mol), 1.0 g of hydroquinone as a polymerization inhibitor and P- as a catalyst.
) 0.042 mol of luenesulfonic acid was added, and the mixture was reacted at 100°C to 110°C for about 2 hours in a N2 gas stream.

反応終了後、触媒をアルカリで中和、水洗除去し、10
0℃〜110℃で減圧脱水した後濾過し、サイジング剤
2を得た。得られたサイジング剤について、クロマトグ
ラフ、赤外線吸収スペクトル、NMRスペクトル等によ
り分析した結果、主成分は次式の構造式を有する事が確
認された。
After the reaction was completed, the catalyst was neutralized with alkali, washed away with water, and heated for 10 minutes.
Sizing agent 2 was obtained by dehydrating under reduced pressure at 0°C to 110°C and then filtering. As a result of analysis of the obtained sizing agent by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc., it was confirmed that the main component had the following structural formula.

このサイジング剤も、メチルエチルケトンに溶解し、容
易にサイジング剤塗布液を調整することができた。
This sizing agent was also dissolved in methyl ethyl ketone, and a sizing agent coating solution could be easily prepared.

エ                    110 
                    ・・ ・・
Cと 11 合成例3゜ 合成例1の場合と同様の反応器に、ビスフェノールAの
両側にエチレンオキサイドをそれぞれ10モル付加した
付加物1132g(1モル)、メタクリル酸206.4
g (2,4モル)、重合禁止剤としてハイドロキノン
1.0g及び触媒としてのP−)ルエンスルフォン酸0
.042モルを加え、N2ガス気流中、100℃〜11
0℃で約2時間反応させた。
D 110
・・・ ・・
C and 11 Synthesis Example 3゜Into the same reactor as in Synthesis Example 1, 1132 g (1 mol) of an adduct obtained by adding 10 mol of ethylene oxide to both sides of bisphenol A, and 206.4 mol of methacrylic acid.
g (2.4 mol), 1.0 g of hydroquinone as polymerization inhibitor and 0 of P-)luenesulfonic acid as catalyst.
.. 042 mol was added and heated to 100°C to 11 mol in a N2 gas stream.
The reaction was carried out at 0°C for about 2 hours.

反応終了後、触媒を中和、除去し、100℃〜110℃
減圧脱水した後濾過してサイジング剤3を得た。得られ
たサイジング剤は、70℃〜80°Cの温水中に攪拌し
ながら徐々に添加し、所定濃度の水−エマルジョンとし
て使用することができた。得られたサイジング剤につい
て、クロマトグラフ、赤外線吸収スペクトル、NMRス
ペクトル等により分析した結果、主成分は次式の構造式
を有する事が確認された。
After the reaction is complete, neutralize and remove the catalyst, and heat to 100°C to 110°C.
Sizing agent 3 was obtained by dehydration under reduced pressure and filtration. The obtained sizing agent was gradually added to hot water at 70° C. to 80° C. while stirring, and could be used as a water-emulsion with a predetermined concentration. As a result of analysis of the obtained sizing agent by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc., it was confirmed that the main component had the following structural formula.

口                    と 1実
施例実験内容 下記に示す炭素繊維、CF−1、CF−2、CF−3及
び合成例1〜3で製造した本発明のサイジング剤並びに
比較用のエポキシ系サイジング剤を使用して、ユピカー
3140  (日本ユピカn製不飽和ポリエステル樹脂
の登録商標)、ポリセット−2167(日立化成@悪事
飽和ポリエステル樹脂の登録商標)及び、ネオボール−
8250H(日本ユピカM[ビニルエステル樹脂の登録
商標)との複合材料を製造した。又、比較のエポキシ系
サイジング剤としては、ビスフェノールA系エポキシサ
イジング剤(油化シェル潤製、エピコート828)を常
法に従って使用した。
Example 1 Experimental details Using the carbon fibers shown below, CF-1, CF-2, CF-3, the sizing agent of the present invention manufactured in Synthesis Examples 1 to 3, and the epoxy sizing agent for comparison. , UPICAR 3140 (registered trademark of unsaturated polyester resin manufactured by Japan UPICAN), POLYSET-2167 (registered trademark of Hitachi Chemical @ wrongdoing saturated polyester resin), and NEOBALL-
A composite material with 8250H (Japanese U-Pica M [registered trademark of vinyl ester resin)] was produced. As a comparative epoxy sizing agent, a bisphenol A epoxy sizing agent (Epicoat 828 manufactured by Yuka Shell Jun Co., Ltd.) was used according to a conventional method.

1)CF−1の製造 石油ピッチを熱重縮合反応させ、約55%の光学的異方
性を有する軟化魚釣235℃の炭素質ピッチを得た。こ
のピッチを370℃で円筒型遠心分離装置で分離して、
98%の光学的異方性を有するピッチを分離した。
1) Production of CF-1 Petroleum pitch was subjected to a thermal polycondensation reaction to obtain a softened carbonaceous pitch at 235°C having optical anisotropy of about 55%. This pitch was separated using a cylindrical centrifugal separator at 370°C.
A pitch with 98% optical anisotropy was isolated.

このようにして得られたピッチを紡糸し、不融化した後
、約1,500°Cで焼成を行い高強度の炭素繊維を得
、次いでサイジング処理に十分通した表面とするために
、繊維の表面を電解酸化によって酸化処理を行い、炭素
繊維CF−1を作製した。
The pitch obtained in this way is spun, made infusible, and then fired at approximately 1,500°C to obtain high-strength carbon fibers. The surface was oxidized by electrolytic oxidation to produce carbon fiber CF-1.

2)CF−2の製造 焼成を2.200℃で行った他は、CF−1の場合と同
様にして高弾性率の炭素繊維CF−2を作製した。
2) Production of CF-2 High modulus carbon fiber CF-2 was produced in the same manner as CF-1 except that the firing was performed at 2.200°C.

3)CF−3の製造 東し0荀裂のPAN系高強度炭素繊維(T−300■)
を、メチルエチルケトンを使用して二昼夜超音波洗浄器
中で脱サイズして、炭素繊維CF−3を作製した。
3) Manufacture of CF-3 PAN-based high-strength carbon fiber (T-300■) with zero cracks
was desized using methyl ethyl ketone in an ultrasonic cleaner for two days and nights to produce carbon fiber CF-3.

4)複合材料の製造 複合材料の製造は、各マ) IJソクス樹脂100部に
対して、ペンヅイルパーオキサイド(化薬ヌーリー@製
カドノクスB−CH50■)2部及び、パーオキシ・ジ
・カーボネート(化薬ヌーリー■農パー力ドックス16
■)0.6部を硬化剤として用い、炭素繊維に含浸させ
た。金型にセットし80℃で1時間プレスした後、オー
ブンにて150℃で1時間加熱硬化させ炭素繊維含量6
0容量%の一方向強化炭素繊維複合材料(CFRP)を
得た。
4) Manufacture of composite materials Manufacture of composite materials is as follows: 100 parts of IJ Sox resin, 2 parts of penduyl peroxide (Kadonox B-CH50, manufactured by Kayaku Nouri@) and peroxy dicarbonate. (Kayaku Nouri ■ Agriculture Parriki Dox 16
(2) 0.6 part was used as a hardening agent and impregnated into carbon fibers. After setting in a mold and pressing at 80℃ for 1 hour, heat curing in an oven at 150℃ for 1 hour to obtain a carbon fiber content of 6.
A unidirectionally reinforced carbon fiber composite material (CFRP) of 0% by volume was obtained.

得られた複合材料から2mm厚さX6mm幅×14mm
長さの試験片を切り出し、該試験片を用いて、支点間距
離10mm、クロスヘッドスピード1mm/分でショー
トビーム法によってILSS (kg/mm2)を測定
した。
2mm thickness x 6mm width x 14mm from the obtained composite material
A long test piece was cut out, and ILSS (kg/mm2) was measured using the test piece by the short beam method at a distance between fulcrums of 10 mm and a crosshead speed of 1 mm/min.

実施例1゜ 炭素繊維としてCF−1、マトリックスとして日本ユピ
カ(!荀製、ユピカー3140■を使用した場合の結果
は次の通りであった。
Example 1 When CF-1 was used as the carbon fiber and Nippon U-Pica 3140■ (manufactured by Sun) was used as the matrix, the results were as follows.

表1 サイジング剤 溶媒  濃度  付着量  ILSS(
重量%)(重量%) (Kg/mm 2 )比較例 未
サイズ □  −−−7,0本発明  ■   MEK
   3.0   2.0   8.4本発明  ■ 
  水   2.5   1.7   8.6比較例エ
ポキシMEK   3.0   2.0   7.5表
1の結果は、本発明のサイジング剤が、高強度ピッチ系
炭素繊維と不飽和ポリエステルマトリックスとの複合化
に極めて有効であることを実証するものである。
Table 1 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion amount ILSS (
Weight%) (Weight%) (Kg/mm2) Comparative example Unsized □ ---7,0 Invention ■ MEK
3.0 2.0 8.4 This invention ■
Water 2.5 1.7 8.6 Comparative Example Epoxy MEK 3.0 2.0 7.5 The results in Table 1 show that the sizing agent of the present invention This proves that it is extremely effective for

実施例2゜ 炭素繊維としてCF−1、マトリックスとして日立化成
0喝製、ポリセット−2167■を使用した場合は次の
通りであった。
Example 2 The case where CF-1 was used as the carbon fiber and Polyset-2167■ manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was used as the matrix was as follows.

表2 す・イジング剤 溶媒  濃度  付着(i   IL
SS(重量χ)(重量%) (Kg/mn+ 2 )比
較例 未サイズ □  −−□   6.8本発明  
■   門EK   3.0   2.0   8.2
本発明  ■   肝K   3.0   1.9  
 8.1本発明  ■   水   2.5   1.
7   8.3比較例 エポキシ MEK   3.0
   2.0   7.4表2の結果も実施例1の場合
と同様、本発明のサイジング剤が、高強度ピッチ系炭素
繊維と不飽和ポリエステルマトリックスとの複合化に極
めて有効であることを実証するものである。
Table 2 Ising agent Solvent Concentration Adhesion (i IL
SS (weight χ) (weight%) (Kg/mn+ 2) Comparative example Unsized □ --□ 6.8 Present invention
■ Gate EK 3.0 2.0 8.2
This invention ■ Liver K 3.0 1.9
8.1 Present invention ■ Water 2.5 1.
7 8.3 Comparative example Epoxy MEK 3.0
2.0 7.4 The results in Table 2 also demonstrate, as in Example 1, that the sizing agent of the present invention is extremely effective in compounding high-strength pitch-based carbon fibers and unsaturated polyester matrix. It is something.

実施例3゜ 炭素繊維としてCF−1、マトリックスとして日本ユピ
カ11ネオボール−8250H■を使用した場合は次の
通りであった。
Example 3 The case where CF-1 was used as the carbon fiber and Nippon U-Pica 11 Neoball-8250H■ was used as the matrix was as follows.

表3 サイジング剤 溶媒  濃度  付着量  ILSS(
重量%)(重量%) (Kg/mm 2 )比較例 未
サイズ □  −−’7.8本発明  ■   MEK
   3.0   2.0   9.0本発明  ■ 
  MEK   3.0   1.9   9.2本発
明  ■   水   2.5   1.7   9.
3比較例 エポキシ MEK   3.0   2.0
   8.2表3の結果は、本発明のサイジング剤が、
高強度ピッチ系炭素繊維とビニルエステルマトリックス
との複合化に極めて有効であることを実証するものであ
る。
Table 3 Sizing agent Solvent Concentration Amount ILSS (
Weight %) (Weight %) (Kg/mm 2 ) Comparative example Unsized □ --'7.8 Invention ■ MEK
3.0 2.0 9.0 This invention ■
MEK 3.0 1.9 9.2 Invention ■ Water 2.5 1.7 9.
3 Comparative Examples Epoxy MEK 3.0 2.0
8.2 The results in Table 3 show that the sizing agent of the present invention
This proves that this method is extremely effective in compositing high-strength pitch-based carbon fiber and vinyl ester matrix.

実施例4゜ 炭素$1維としてCF−2、マトリックスとしてユビカ
−3140■を使用した場合は次の通りであった。
Example 4 When CF-2 was used as the carbon $1 fiber and Yuvica-3140 was used as the matrix, the results were as follows.

表4 サイジング剤 溶媒  濃度  付着(]   ILS
S(重量%)(重量%) (Kg/mm 2 )比較例
 未サイズ □  −−6,2 本発明  ■   ?IEX   3.0   1.9
   7.8本発明  ■   門Eに  3.0  
 1.8   7.9本発明  ■   水   2.
5   1.6   7.8比較例 エポキシ MEK
   3.0   1.8   7.0表4の結果は、
PAN系炭素炭素繊維合にも、不飽和ポリエステルとの
複合化に本発明のサイジング剤が極めて有効であること
を実証するものである。
Table 4 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion (] ILS
S (weight%) (weight%) (Kg/mm2) Comparative example Unsized □ --6,2 Invention ■? IEX 3.0 1.9
7.8 Present invention ■ Gate E 3.0
1.8 7.9 Present invention ■ Water 2.
5 1.6 7.8 Comparative example Epoxy MEK
3.0 1.8 7.0 The results in Table 4 are:
This proves that the sizing agent of the present invention is extremely effective in compositing PAN-based carbon fibers with unsaturated polyesters.

実施例5゜ 炭素繊維としてCF−2、マトリックスとして日立化成
(I’ll、ポリセット−2167■を使用した場合は
次の通りであった。
Example 5 The case where CF-2 was used as the carbon fiber and Hitachi Chemical (I'll, Polyset-2167■) was used as the matrix was as follows.

表5 サイジング剤 溶媒  濃度  付着量  ILSS(
重量%)(重量%) (Kg/mm 2 )比較例 未
サイズ □  −−6,0 本発明  ■   水   2.5   1.6   
7.5比較例 エポキシ 門EX   3゜0   1
.8   6.8実施例6゜ 炭素繊維としてCF−2、マトリックスとしてネオボー
ル−8250H■を使用した場合は次の通りであった。
Table 5 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion amount ILSS (
Weight%) (Weight%) (Kg/mm2) Comparative example Unsized □ --6,0 Invention ■ Water 2.5 1.6
7.5 Comparative example Epoxy gate EX 3゜0 1
.. 8 6.8 Example 6゜The following was the case where CF-2 was used as the carbon fiber and Neoball-8250H■ was used as the matrix.

表6 サイジング剤 溶媒  濃度  付着l   ILSS
(重量%) (重量%) (Kg/nun 2 )比較
例 未サイズ □  −−7,0 本発明  ■   MEに  3.0   1.9  
 8.5本発明  ■   門EK   3.0   
1.8   8.4本発明  ■   水   2.5
   1.6    B。4比較例 エポキシ 門EK
   3.0   1.8   7.9表6の結果は、
PAN系炭素炭素繊維ニルエステルマトリックスの複合
化に対しても、本発明のサイジング剤が有効であること
を実証するものである。
Table 6 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion ILSS
(Weight%) (Weight%) (Kg/nun 2) Comparative example Unsized □ --7,0 Invention ■ ME 3.0 1.9
8.5 Invention ■ Gate EK 3.0
1.8 8.4 Present invention ■ Water 2.5
1.6 B. 4 Comparative Example Epoxy Gate EK
3.0 1.8 7.9 The results in Table 6 are:
This proves that the sizing agent of the present invention is also effective in forming a composite of a PAN-based carbon fiber nyl ester matrix.

実施例7゜ 炭素繊維としてCF−3、マトリックスとして日本ユピ
カ@製、ユピカ−3140■を使用した場合の結果は次
の通りであった。
Example 7 When CF-3 was used as the carbon fiber and U-Pica-3140■ manufactured by Nippon U-Pica@ was used as the matrix, the results were as follows.

表7 サイジング剤 溶媒  濃度  付着量  ILSS(
重量%)(fli量%) (Kg/mm 2 )比較例
 未サイズ □ □   −7,1本発明  ■   
MEK   3.0   2.1   13.6比較例
 エポキシ 門EK   3.0   1.9   7
.5実施例8゜ 炭素繊λ(tとしてCF−3、マトリックスとしてネオ
ポール−8250H@を使用した場合はぎ欠の通りであ
った。
Table 7 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion amount ILSS (
Weight%) (fli amount%) (Kg/mm2) Comparative example Unsized □ □ -7,1 Invention ■
MEK 3.0 2.1 13.6 Comparative example Epoxy Gate EK 3.0 1.9 7
.. 5 Example 8 When using carbon fiber λ (CF-3 as t and Neopol-8250H@ as the matrix), there were no cracks.

表8Table 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)不飽和エステル化合物を主成分とする炭素繊維用サ
イジング剤において、該不飽和エステル化合物が、不飽
和モノカルボン酸とジオール類とのエステル化合物であ
って且つ両末端に不飽和結合を有する化合物の中から選
択された少なくとも一種からなることを特徴とする、炭
素繊維用サイジング剤。 2)不飽和モノカルボン酸部分としてアクリル酸、メタ
クリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸の中から選ばれた少
なくとも1種の不飽和モノカルボン酸部分を含有する特
許請求の範囲第1項に記載の炭素繊維用サイジング剤。 3)ジオール類がビスフェノールA、ビスフェノールF
、ビスフェノールS及びそれらのアルキレンオキサイド
付加物の中から選ばれた少なくとも一種である特許請求
の範囲第1項に記載の炭素繊維用サイジング剤。
[Claims] 1) A sizing agent for carbon fibers containing an unsaturated ester compound as a main component, wherein the unsaturated ester compound is an ester compound of an unsaturated monocarboxylic acid and a diol, and the unsaturated ester compound is an ester compound of an unsaturated monocarboxylic acid and a diol. A sizing agent for carbon fibers, comprising at least one kind selected from compounds having unsaturated bonds. 2) The carbon according to claim 1, which contains at least one unsaturated monocarboxylic acid moiety selected from acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, and allyl acetic acid as the unsaturated monocarboxylic acid moiety. Sizing agent for textiles. 3) Diols are bisphenol A and bisphenol F
, bisphenol S, and alkylene oxide adducts thereof.
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