JPS63105178A - Sizing agent for carbon fiber - Google Patents
Sizing agent for carbon fiberInfo
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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
適した、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 suitable for manufacturing 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、建材等を中心に急速
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 sports goods, building materials, etc. Applications to these various fields are mainly applied to carbon fibers and thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenolic resins, and diallyl phthalate resins, as well as thermosetting resins such as polyamides, polyolefins, polyacetals, polycarbonates, and linear polyesters. It is made in the form of a composite material using plastic resin or the like as a matrix resin.
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(VE)との複合化が重要となってき
た。この場合、炭素Ii!!I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1<、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, carbon Ii! ! In the conventional method in which an epoxy-based sizing agent is applied to the I-fiber, the compatibility between the carbon fiber and the unsaturated polyester or vinyl ester is <1, and the interglabellar shear strength (ILSS) between the matrix resin and the carbon fiber, which is an index of adhesion, is ) was low, making it impractical.
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、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して使用する場合に、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 found that when unsaturated polyester or vinyl ester is used as a matrix resin, an unsaturated polyester compound having a reactive double bond crosslinks with the matrix resin and exhibits a coupling effect, which is extremely favorable. The present invention was achieved by discovering that the more uniform the molecular weight of the sizing agent, the less variation in product performance and the better the product performance.
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揃った炭
素繊維のサイジング剤を提供することにある。Accordingly, the first object of the present invention is to provide a sizing agent for carbon fibers having uniform molecular weights that has been subjected to a composite process 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撮供すS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、不飽和モノカルボン酸のグリ
シジルエステルとジオールとから合成される、両末端に
不飽和結合を有する不飽和エーテル及び/又は前記グリ
シジルエステルとジカルボン酸とから合成される、両末
端に不飽和結合を有する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よって達成された。(Means for Solving the Problems) The above-mentioned aspects of the present invention are directed to an unsaturated ether having an unsaturated bond at both ends, which is synthesized from a glycidyl ester of an unsaturated monocarboxylic acid and a diol; This was achieved using a carbon fiber sizing agent whose main component is an unsaturated ester compound synthesized from glycidyl ester and dicarboxylic acid and having unsaturated bonds at both ends.
本発明で使用する不飽和モノカルボン酸のグリシジルエ
ステルは、ジオール類又はジカルボン酸類と反応してエ
ーテル結合又は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。The glycidyl ester of unsaturated monocarboxylic acid used in the present invention is one or more compounds having a reactive double bond that reacts with diols or dicarboxylic acids to form an ether bond or an ester bond. can be selected arbitrarily.
このようなグリシジルエステルとしては、例えばアクリ
ル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸のグリシ
ジルエステルを挙げることができる。Examples of such glycidyl esters include glycidyl esters of acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, and allyl acetic acid.
これらのグリシジルエステルは、公知の方法によって製
造することができる。These glycidyl esters can be produced by known methods.
本発明で使用するジカルボン酸は、前記グリシジルエス
テルが有するエポキシ環と反応してエスチル結合を形成
する化合物の中から任意に選択することができる。この
ようなジカルボン酸としては、例えばオルトフタル酸、
イソフタル酸、テレフタル酸等の化マレイン酸、フマル
酸、イタコン酸、シトラコン酸及びアリルマロン酸等の
不飽和ジカルボン酸を挙げることができる。The dicarboxylic acid used in the present invention can be arbitrarily selected from compounds that react with the epoxy ring of the glycidyl ester to form an ester bond. Examples of such dicarboxylic acids include orthophthalic acid,
Mention may be made of unsaturated dicarboxylic acids such as isophthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid and allylmalonic acid.
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、ビスフェノールA
及びそのアルキレンオキサイド付加物、ビスフェノール
F及びそのアルキレンオキサイド付加物、ビスフェノー
ルS及びそ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。On the other hand, diols include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, bisphenol A
and its alkylene oxide adducts, bisphenol F and its alkylene oxide adducts, bisphenol S and its alkylene oxide adducts, and the like.
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。Here, alkylene oxide means ethylene oxide, propylene oxide, etc.
本発明のサイジング剤は、上記のジカルボン酸・ 類
及びジオール類から選択された少なくとも1種の化合物
とグリシジル化合物とを公知の方法によって反応せしめ
ることにより容易に製造することができる。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
得ることができる。The sizing agent of the present invention can be easily produced by reacting at least one compound selected from the above dicarboxylic acids and diols with a glycidyl compound by a known method. The reaction may be carried out in a solvent-free system or in a solvent system. In the latter case, the sizing agent of the present invention can be obtained by removing the solvent after the reaction is completed.
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、炭素繊維の糸条の県東性を向上させたり、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。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. It is also possible to improve the opening property and flexibility by improving the properties and reducing the molecular weight of the sizing agent.
(作用)
本発明のサイジング剤に含有される一〇H基や−C−〇
−結合は、炭素繊維表面に存在する一C○OH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。(Function) The 10H group and -C-0- bond contained in the sizing agent of the present invention are the 10H group and -C-0- bond contained in the sizing agent of the present invention.
On the other hand, the double bonds in the sizing agent can crosslink with the double bonds in the matrix unsaturated polyester resin or vinyl ester resin to form strong bonds. .
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i?&とすることが好ましい。In addition, water-emulsion type sizing agents are used from the viewpoint of cost and working environment. & is preferable.
本発明においてはこれらの塗布溶液に、サイジング後の
繊維の附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 properties 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有する二重結合と
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 of 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、公知の条件の中か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60容量%の一方向CFRP (炭素繊維
マトリックス樹脂複合物)を作製し、2mm厚X13m
rn巾X14mm長さの試験片に、支点間距離がlQm
mとなるように支点を設け、クロスヘッドスピード1m
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, a unidirectional CFRP (carbon fiber matrix resin composite) with a carbon fiber content of 60% by volume is produced, and the thickness is 2 mm x 13 m.
The distance between fulcrums is lQm for a test piece of rn width x 14mm length.
Set up a fulcrum so that the crosshead speed is 1 m.
ILSS is measured 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(、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、v′長である。(Effects of the Invention) The sizing agent of the present invention not only makes it easy to handle carbon fiber after sizing, but also has good compatibility with unsaturated polyesters and vinyl esters (and does not bond with unsaturated polyesters or vinyl esters). It is possible to form a strong bond with these resins and easily form a high-performance composite material.In addition, the curing speed of unsaturated polyester and vinyl ester is faster than that of epoxy resin. Since it is extremely quick, 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, thereby shortening the molding cycle for composites. The present invention is extremely advantageous, since it also reduces the cost of the composite.
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゜
1βのフラスコにビスフェノールAの両(則にエチレン
オキサイドを2モルづづ付加した4モル付加物404g
(1モル)、3フツ化ホウ索ニーテラー1・(付加反応
促進剤) L、 2rrw2、ハイドロキノンエチ
ルエーテル(重合抑制剤)2.0gを仕込み、40°C
〜50℃にて攪拌しつつ、グリシジルメタクリレート2
84g(2モル)を30分間で滴下し、更に50℃にて
1時間攪拌した後KOH水溶液にて触媒を中和し、減圧
脱水、濾過し、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、N M Rスペクトル等により分析した結果、主成
分は次式の+!造を有する事がC1ν認された。Synthesis Example 1 404 g of a 4-mole adduct of bisphenol A (usually 2 moles of ethylene oxide) was added to a 1β flask.
(1 mol), boronic trifluoride Nieteller 1. (addition reaction accelerator) L, 2rrw2, and 2.0 g of hydroquinone ethyl ether (polymerization inhibitor) were heated at 40°C.
While stirring at ~50°C, glycidyl methacrylate 2
84 g (2 mol) was added dropwise over 30 minutes, and after further stirring at 50° C. for 1 hour, the catalyst was neutralized with an aqueous KOH solution, dehydrated under reduced pressure, and filtered to obtain sizing agent 1. The obtained sizing agent was analyzed by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc. As a result, the main component was +! of the following formula. It was recognized that C1ν has a structure.
か に = 1
合成例2゜
合成例1で使用した4モル付加物404gの代わりに、
ビスフェノールFの両(則にエチレンオキサイド2モル
づつを付加した4モル付加物376g (1モル)を用
い、グリシジルメタクリレート284gの代わりにグリ
シジルアクリレート256g (2モル)を使用した他
は、合成例1と全く同様にしてサイジング剤2を得た。Crab = 1 Synthesis Example 2゜Instead of 404g of 4 mole adduct used in Synthesis Example 1,
Same as Synthesis Example 1, except that 376 g (1 mol) of a 4-mole adduct of bisphenol F (2 mol of ethylene oxide each) was used, and 256 g (2 mol) of glycidyl acrylate was used instead of 284 g of glycidyl methacrylate. Sizing agent 2 was obtained in exactly the same manner.
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。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.
合成例3゜
反応物としてビスフェノールSの両側にエチレンオキサ
イド2モルづつを付加した4モル付加物426g (1
モル)とグリシジルビニルアセテート284g (2モ
ル)を使用した他は、合成例1と同様にしてサイジング
剤3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。Synthesis Example 3゜426g of 4-mol adduct (1
Sizing agent 3 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 284 g (2 mol) of glycidyl vinyl acetate and 284 g (2 mol) of glycidyl vinyl acetate were used. 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.
1:1:
N 0
合成例4゜
反応物としてビスフェノールAの両側にエチレンオキサ
イド5モルづつを付加した10モル付加物668g (
1モル)とグリシジルアリルアセテ−)312g(2モ
ル)を使用した他は、合成例1と同様にしてサイジング
剤4を得た。このサイジング剤は水−エマルジョンの形
で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を
有する事が確認された。1:1: N 0 Synthesis Example 4゜668 g of a 10 mole adduct in which 5 moles of ethylene oxide were added to both sides of bisphenol A as a reactant (
Sizing agent 4 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 312 g (2 moles) of glycidyl allyl acetate and glycidyl allyl acetate were used. This sizing agent could be used in the form of a water-emulsion. 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.
チ = 日 1合成例5゜
攪拌装置、温度計、N2ガス導入管、試薬注入管及び排
気口を付した反応器に、溶媒のトルエン1.000mj
!、ビスフェノールA228 g (1モル)、3フ
ッ化ホウ素エーテラート1.2mJ、ハイドロキノンモ
ノエチルエーテル2.0gを仕込み100℃〜110℃
で攪拌しつつ、グリシジルメタクリレート284g(2
モル)を30分間で滴下し、更に1時間攪拌後冷却し、
KOH水溶液にて触媒を中和、純水にて洗浄後、ロータ
リーエバポレーターにて溶媒を除去して、サイジング剤
5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。1 Synthesis Example 5゜To a reactor equipped with a stirring device, thermometer, N2 gas inlet tube, reagent injection tube, and exhaust port, 1.000 mj of toluene as a solvent was added.
! , 228 g (1 mol) of bisphenol A, 1.2 mJ of boron trifluoride etherate, and 2.0 g of hydroquinone monoethyl ether and heated to 100°C to 110°C.
284g of glycidyl methacrylate (284g
mol) was added dropwise over 30 minutes, stirred for an additional hour, and then cooled.
After neutralizing the catalyst with a KOH aqueous solution and washing with pure water, the solvent was removed using a rotary evaporator to obtain sizing agent 5. 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.
n
11=
ヒトHつ
0=c)−0
合成例6゜
合成例5で使用したと同様の反応器に、溶媒のピリジン
1,000m1、テレフタル酸166g(1モル)、3
フッ化ホウ素エーテラート1.2m7!、ハイドロキノ
ンモノエチルエーテル2.0gを仕込み、100℃〜1
15℃にて攪1ヤシつつ、グリシジルメタクリレート2
84g(2モル)を30分間で滴下し、更に1時間攪拌
した後冷却し、K OH水溶液で触媒を中和、水洗t(
、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去しサイジング
剤6を(すた。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、N M R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
墨が確認された。n 11 = Human H 0 = c) -0 Synthesis Example 6゜Into a reactor similar to that used in Synthesis Example 5, 1,000 ml of pyridine as a solvent, 166 g (1 mol) of terephthalic acid, 3
Boron fluoride etherate 1.2m7! , 2.0g of hydroquinone monoethyl ether was added, and the temperature was heated to 100℃~1
Glycidyl methacrylate 2 while stirring at 15℃
84 g (2 mol) was added dropwise over 30 minutes, stirred for an additional hour, cooled, neutralized the catalyst with an aqueous KOH solution, and washed with water.
, the solvent was removed using a rotary evaporator, and the sizing agent 6 was removed.As a result of analyzing the obtained sizing agent by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc., the main component was black having the structure of the following formula. was confirmed.
I 1 1 1
0=OOo−C
1=11
C−えΣづつ
=
午 !
合成例7゜
ジカルボン酸としてイソフタル酸166g(1モル)を
使用した他は合成例6と全く同様にしてサイジング剤7
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。I 1 1 1 0=OOo-C 1=11 C-E Σ by = pm! Synthesis Example 7 Sizing agent 7 was prepared in exactly the same manner as in Synthesis Example 6 except that 166 g (1 mol) of isophthalic acid was used as the dicarboxylic acid.
I got it. 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.
サイズ剤7゜
合成例8゜
111!のフラスコにマレイン酸116g(1モル)、
3フッ化ホウ素1.2mi!、ハイドロキノンモノエチ
ルエーテル20gを仕込み、40℃〜50℃にて攪拌し
つつ、グリシジルアクリレート256g(2モル)を3
0分間で滴下した後、更Gこ1時間攪拌した。反応終了
後KOH水熔液にて附媒を中和し、減圧塩水、濾過して
サイジング剤8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fi i
?を有する事が確認された。Sizing agent 7゜Synthesis example 8゜111! 116 g (1 mol) of maleic acid in a flask of
Boron trifluoride 1.2mi! , 20 g of hydroquinone monoethyl ether was charged, and while stirring at 40°C to 50°C, 256 g (2 moles) of glycidyl acrylate was added to 3
After dropping for 0 minutes, the mixture was further stirred for 1 hour. After the reaction was completed, the solvent was neutralized with a KOH aqueous solution, followed by vacuum brine and filtration to obtain sizing agent 8. As a result of analyzing the obtained sizing agent by chromatography, infrared absorption spectrum, NMR spectrum, etc., the main component was fi i of the following formula.
? It was confirmed that it has.
C;えン→つ
Cヒ醍ン−0
=
? −
実施例実験内容
下記に示す炭素繊維、CF−1、CF−2、及び実施例
1〜8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−3140
(日本ユピカ■謀不飽和ポリエステル樹脂の登録商標)
、ポリセント−2167(日立化成■製不飽和ポリエス
テル樹脂の登録商標)及び、ネオボール−8250H(
日本ユピカ■製ビニルエステル樹脂の登録商標)との複
合材料を製造し、眉間接着強度(以下ILSSと略記)
を測定した。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
■製、エピコート828)を常法に従って使用した。C;En→TsuCHi-0=? - Example Experiment Details Using the carbon fibers shown below, CF-1, CF-2, the sizing agent of the present invention manufactured in Examples 1 to 8, and the epoxy sizing agent for comparison, U-Pica-3140
(Japan U-Pica ■Registered trademark of unsaturated polyester resin)
, Polycent-2167 (registered trademark of unsaturated polyester resin manufactured by Hitachi Chemical), and Neoball-8250H (
We manufacture a composite material with vinyl ester resin (registered trademark of Japan U-Pica) and improve the glabella adhesive strength (hereinafter abbreviated as ILSS).
was measured. As a comparative epoxy sizing agent,
A bisphenol A-based epoxy sizing agent (manufactured by Yuka Shell ■, Epicoat 828) was used according to a conventional method.
1)CF−1の製造
石油ピン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°C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 A petroleum pinch was subjected to a thermal polycondensation reaction to obtain a softened carbonaceous pitch having an optical anisotropy of about 55% and a temperature of 235°C. This pitch was separated in a cylindrical centrifuge at 370°C to isolate a pitch with 98% optical anisotropy.
このようにして得られたピンチを紡糸し、不融化した後
、約1,500℃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適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 pinch thus obtained is spun, made infusible, and then fired at about 1,500°C to obtain high-strength carbon fiber.
Then, in order to make the surface suitable for sizing treatment,
The surface of the fiber was oxidized by electrolytic oxidation to produce carbon fiber CF-1.
2)CF−2の製造
東し■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−2を作製した。2) Manufacture of CF-2 The PAN-based high-strength carbon fiber (T-300) from Toshitoshichi was desized in an ultrasonic cleaner for two days and nights using methyl ethyl ketone to produce carbon fiber CF-2. Created.
3)複合材料の製造
複合材料の製造は、各マド’J 7クス樹脂100部に
対して、ベンゾイルパーオキサイド(化薬ヌーリーq菊
裂カドノクスB−CH50■)2部及び、パーオキシ・
ジ・カーボネート(化薬ヌーリーa1裂バー力ドソクス
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時間加熱硬化させて炭素繊維
含量60容量%の、一方向強化炭素繊維複合材料(CF
RP)を得た。3) Manufacture of composite material To manufacture the composite material, 2 parts of benzoyl peroxide (Kayaku Nouri Q Kikusai Cadonox B-CH50) and peroxy.
Carbon fibers were impregnated with 0.6 part of dicarbonate (Kayaku Nouri A1 Fissure Bar Power Dosox 16) as a hardening agent. After setting it in a mold and pressing it at 80℃ for 1 hour,
A unidirectionally reinforced carbon fiber composite material (CF
RP) was obtained.
4)ILSSの測定
得られた複合材料から2mm厚さX5mm幅×14mm
長さの試験片を切り出し該試験片を用いて、支点間比!
10mm、クロスヘッドスピードl m m 7分でシ
ョートビーム法によってILSS(kg/mm2)を測
定した。4) ILSS measurement 2mm thickness x 5mm width x 14mm from the obtained composite material
Cut out a length test piece and use the test piece to calculate the fulcrum-to-support ratio!
ILSS (kg/mm2) was measured by short beam method at 10 mm and crosshead speed l m m 7 min.
実施例1゜
炭素繊維としてCF−1、マトリックスとして日立化成
■製不飽和ポリエステル樹脂(ポリセット−2167■
)を使用した場合は次の通りであった。Example 1 CF-1 was used as the carbon fiber, and unsaturated polyester resin manufactured by Hitachi Chemical (Polyset-2167) was used as the matrix.
) was used as follows.
表1
サイジング剤 溶媒 濃度 付着量 ILSS(
重量%) (重量χ) (Kg/mm 2 )比較例
未サイズ □ −−7,1
本発明 ■ ?’lEK 3.0 2.
0 8.2本発明 ■ 門EK 3.0
1.9 8.1本発明 ■ ME/K
3.0 2.0 8.3本発明 ■
台EX 3.0 1.9 8.2比較
例 エポキシ MEK 3.0 1.9
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 χ) (Kg/mm 2 ) Comparative example
Unsized □ --7,1 Invention ■ ? 'lEK 3.0 2.
0 8.2 Invention ■ Gate EK 3.0
1.9 8.1 Present invention ■ ME/K
3.0 2.0 8.3 Present invention ■
Stand EX 3.0 1.9 8.2 Comparative example Epoxy MEK 3.0 1.9
7.5 The results in Table 1 demonstrate that the sizing agent of the present invention is extremely effective in forming a composite of high-strength pitch-based carbon fiber and unsaturated polyester matrix.
実施例2゜
炭素繊維としてCF−1、マトリックスとして日本ユピ
カG1製ビニルエステル樹脂(ネオボール−8250H
■)を使用した場合は次の通りであった。Example 2 CF-1 was used as the carbon fiber, and vinyl ester resin manufactured by Japan U-Pica G1 (Neoball-8250H) was used as the matrix.
■) The results were as follows.
表2
サイジング剤 溶媒 濃度 付着量 ILSS(
重量%)(重量%) (Kg/闘2)比佼例 未サイズ
− −−7,5
本発明 ■ MEK 3.0 2.0
9.0本発明 ■ 門EK 3.0
2.0 9.2本発明 ■ 門EK
3.0 1.8 8.7比較例 エポキシ M
EK 3.0 1.9 7.9表2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 2 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion amount ILSS (
(Weight %) (Weight %) (Kg/Fight 2) Comparative example Unsized − --7,5 Invention ■ MEK 3.0 2.0
9.0 Invention ■ Gate EK 3.0
2.0 9.2 Invention ■ Gate EK
3.0 1.8 8.7 Comparative example Epoxy M
EK 3.0 1.9 7.9 The results in Table 2 demonstrate that the sizing agent of the present invention is extremely effective in compounding high-strength pitch carbon fiber and vinyl ester matrix.
実施例3゜
炭素繊維としてCF−2、マトリックスとしてポリセラ
)−2167■を使用した場合は次の通りであった。Example 3 In the case where CF-2 was used as the carbon fiber and Polycera-2167 was used as the matrix, the results were as follows.
表3
サイジング剤 溶媒 濃度 付着量 ILSS(
重■χ)(重量%) (Kg/mm 2 )比較例 未
サイズ □ −−7,2
本発明 ■ MEK 3.0 1.9
8.3本発明 ■ とEK 3.0
1.8 8.1本発明 ■ MEK
3.0 1.8 8.1比較例 エポキシ M
EK 3.0 1.9 7.4表3の結果
は本発明のサイジング剤が、PAN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有効である事を
実証するものである。Table 3 Sizing agent Solvent Concentration Amount ILSS (
Weight ■χ) (Weight %) (Kg/mm 2 ) Comparative example Unsized □ --7,2 Invention ■ MEK 3.0 1.9
8.3 Invention ■ and EK 3.0
1.8 8.1 Present invention ■ MEK
3.0 1.8 8.1 Comparative example Epoxy M
EK 3.0 1.9 7.4 The results in Table 3 demonstrate that the sizing agent of the present invention is effective in compounding PAN-based carbon fibers and unsaturated polyester matrix.
実施例4゜
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。Example 4 The case where CF-2 was used as the carbon fiber and Neoball-8250H■ was used as the matrix was as follows.
表4
サイジング剤 溶媒 濃度 付着量 ILSS(
重量%)(重晶ン6 ) (Kg/+nm 2 )比較
例 未サイズ −−−□ −□ 7.6本発
明 ■ 呂EK 3.0 1.9
9.1本発明 ■ 門EK 3.0 1
.8 8.9本発明 ■ MEK 3.
0 1.9 9.0本発明 ■ 水
2.5 1.7 9.1本発明 ■
MEK 3.0 1.8 8.9本発明
■ MEに 3.0 1.8 9.1
本発明 ■ MEK 3.0 1.8
8.8本発明 ■ MEK 3.0
1.7 8.9比較例 エポキシ 門EK
3.0 1.9 8.0表4の結果は、PAN
系炭素繊維とビ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 4 Sizing agent Solvent Concentration Adhesion amount ILSS (
Weight %) (heavy crystalline 6) (Kg/+nm2) Comparative example Unsized ---□ -□ 7.6 Present invention ■ RoEK 3.0 1.9
9.1 Present invention ■ Gate EK 3.0 1
.. 8 8.9 Present invention ■ MEK 3.
0 1.9 9.0 Invention ■ Water
2.5 1.7 9.1 Present invention ■
MEK 3.0 1.8 8.9 Invention
■ To ME 3.0 1.8 9.1
This invention ■ MEK 3.0 1.8
8.8 Present invention ■ MEK 3.0
1.7 8.9 Comparative example Epoxy gate EK
3.0 1.9 8.0 The results in Table 4 are PAN
This proves that the sizing agent of the present invention is also effective for composites of carbon fibers and vinyl ester matrices.
Claims (1)
ールとから合成される両末端に不飽和結合を有する不飽
和エーテル及び/又は前記グリシジルエステルとジカル
ボン酸とから合成される、両末端に不飽和結合を有する
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。 2)不飽和モノカルボン酸のグリシジルエステルがアク
リル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、アリル酢酸のグリ
シジルエステル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
。 3)ジオールが、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。 4)ジカルボン酸が、オルトフタル酸、イソフタル酸、
テレフタル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シ
トラコン酸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。[Scope of Claims] 1) An unsaturated ether having unsaturated bonds at both ends synthesized from a glycidyl ester of an unsaturated monocarboxylic acid and a diol, and/or an unsaturated ether synthesized from the glycidyl ester of an unsaturated monocarboxylic acid and a dicarboxylic acid. A sizing agent for carbon fibers whose main component is an unsaturated ester compound with an unsaturated bond at the end. 2) The sizing agent for carbon fibers according to claim 1, wherein the glycidyl ester of unsaturated monocarboxylic acid is at least one selected from glycidyl esters of acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, and allyl acetic acid. . 3) Diol is bisphenol A, bisphenol F
, bisphenol S, and alkylene oxide adducts thereof. 4) The dicarboxylic acid is orthophthalic acid, isophthalic acid,
The sizing agent for carbon fibers according to claim 1, which is at least one selected from terephthalic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and citraconic acid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25054386A JPS63105178A (en) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | Sizing agent for carbon fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25054386A JPS63105178A (en) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | Sizing agent for carbon fiber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63105178A true JPS63105178A (en) | 1988-05-10 |
Family
ID=17209471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25054386A Pending JPS63105178A (en) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | Sizing agent for carbon fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63105178A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004285488A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Toho Tenax Co Ltd | Carbon fiber strand |
US7585558B2 (en) | 2003-01-30 | 2009-09-08 | Toho Tenax Co., Ltd. | Carbon fiber-reinforced resin composite materials |
US7824746B2 (en) * | 2004-10-20 | 2010-11-02 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | Radiation curable resin, liquid crystal sealing material, and liquid crystal display cell using same |
-
1986
- 1986-10-21 JP JP25054386A patent/JPS63105178A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585558B2 (en) | 2003-01-30 | 2009-09-08 | Toho Tenax Co., Ltd. | Carbon fiber-reinforced resin composite materials |
JP2004285488A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Toho Tenax Co Ltd | Carbon fiber strand |
US7824746B2 (en) * | 2004-10-20 | 2010-11-02 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | Radiation curable resin, liquid crystal sealing material, and liquid crystal display cell using same |
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