JPS5914591B2 - Finishing agent for carbon fiber - Google Patents
Finishing agent for carbon fiberInfo
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- JPS5914591B2 JPS5914591B2 JP2765676A JP2765676A JPS5914591B2 JP S5914591 B2 JPS5914591 B2 JP S5914591B2 JP 2765676 A JP2765676 A JP 2765676A JP 2765676 A JP2765676 A JP 2765676A JP S5914591 B2 JPS5914591 B2 JP S5914591B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素繊維の取扱いを容易にし、かつそのコン
ポジット物性を向上させる機能を有する炭素繊維用仕上
剤に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a finishing agent for carbon fibers that has the function of facilitating the handling of carbon fibers and improving the physical properties of composites thereof.
15炭素繊維の取扱いを容易にし、かつそのコンポジッ
ト物性を向上させる方法としては、炭素繊維を気相また
は液相で酸化し、その表面にカルボキシル基やフェノー
ル性水酸基などの官能基を導入することにより、炭素繊
維と樹脂の接着性ないし20は親和性を改良したのち、
ビスフェノールAジグリシジルエーテル型のエポキシ樹
脂あるいはそれを主成分とする仕土剤で表面仕上げする
方法が、従来から行なわれている。15 A method for making carbon fibers easier to handle and improving their composite properties is to oxidize carbon fibers in the gas phase or liquid phase and introduce functional groups such as carboxyl groups and phenolic hydroxyl groups onto the surface. , after improving the adhesion or affinity between carbon fiber and resin,
Conventionally, a method of finishing the surface with a bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin or a soil filler containing it as a main component has been carried out.
この場合、炭素繊維の表面酸化処理は、そのコ25ンポ
ジツド物性の向上に、また表面仕上げはその取扱性の向
上に、それぞれ単一目的的に有効であるに過ぎず、表面
仕上げによるコン、ポジツト物性の向上はまつたく望め
ない。In this case, the surface oxidation treatment of carbon fiber is only effective for the single purpose of improving the physical properties of the composite, and the surface finishing is effective for improving the handling properties. Improvement in physical properties cannot be expected at all.
一方、炭素繊維の表面酸化処理は、無視しうる30程度
の重量損失の範囲内でかつ繊維自体の強度を損わない範
囲内で行なわなければならず、その程度にはおのずから
限度がある。On the other hand, the surface oxidation treatment of carbon fibers must be carried out within a range of negligible weight loss of about 30% and within a range that does not impair the strength of the fiber itself, and there is a natural limit to the extent.
この表面酸化処理を施すことによつて、炭素繊維と樹脂
の接着性が向上し、その結果、コンポジ35 ツト物性
は確かに向上する。By performing this surface oxidation treatment, the adhesion between the carbon fiber and the resin is improved, and as a result, the physical properties of the composite are certainly improved.
しかしながらその改良効果は、必ずしも実用的に満足す
べき水準にはなく、特に、炭素繊維強化複合材料の最も
重要視OAウーされる特性の一つである層間せん断強度
(Nter−1aMinerShearStrengt
h,以下1LSSと略称する)についてみると、まだ実
用的に要求される性能レベルに達しておらず、例えば信
頼性が重視される炭素繊維強化複合材料の応用分野等に
おいては、その向土が強く望まれている現状にある。However, the improvement effect is not necessarily at a practically satisfactory level, and in particular, the interlaminar shear strength (Nter-1aMinerShearStrength), which is one of the most important characteristics of carbon fiber reinforced composite materials, is not necessarily at a practically satisfactory level.
h, hereafter abbreviated as 1LSS), it has not yet reached the performance level required for practical use. The current situation is that it is strongly desired.
他方、ビスフエノールAジグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂あるいはそれに滑剤、柔軟仕上剤などの補助成分
を加えた従来から使用されている炭素繊維用仕土剤は、
炭素繊維にある程度の集束性を付与しその取扱いを容易
にする作用効果を有しているが、この程度の集束性では
、例えば炭素繊維織物の製造時など、炭素繊維に特に抱
合力が要求される場合には、きわめて不十分であり、そ
の一層の向土が望まれている。さらに従来から使用され
ている炭素繊維用仕上剤は、前述したように、ILSS
をはじめとするコンポジツト物性を向土させる機能を有
していない。このような状況に対して、本発明者らは、
表面酸化処理された炭素繊維のコンポジツト物性をさら
に積極的に改良し、かつその取扱いを容易にする炭素繊
維用仕上剤について、鋭意研究した結果、これら二つの
機能を同時に有する炭素繊維用仕上剤を見出し、本発明
を完成するに至つた。On the other hand, conventionally used carbon fiber fillers are made by adding bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin or auxiliary ingredients such as lubricants and softening agents to it.
Although it has the effect of imparting a certain degree of cohesiveness to carbon fibers and making it easier to handle, this level of cohesiveness requires a particular cohesive force from the carbon fibers, for example, when manufacturing carbon fiber fabrics. In some cases, it is extremely insufficient, and more soil is desired. Furthermore, as mentioned above, the finishing agent for carbon fibers that has been conventionally used is ILSS
It does not have the function of improving the physical properties of the composite, such as In response to this situation, the present inventors
As a result of extensive research into carbon fiber finishing agents that can further improve the composite physical properties of surface-oxidized carbon fibers and make them easier to handle, we have developed a carbon fiber finishing agent that has these two functions at the same time. This finding led to the completion of the present invention.
すなわち本発明は、少くとも一種のオキシラン環含有単
量体単位をその構成成分として含むビニル系付加重合体
およびグリシジルエーテル基を3ケ以上有する、三価以
上の脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテルを
含有することを特徴とする炭素繊維用仕土剤に関するも
のである。That is, the present invention relates to a vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and a polyglycidyl ether of a trihydric or higher aliphatic polyhydric alcohol having three or more glycidyl ether groups. The present invention relates to a soil filler for carbon fibers characterized by containing the following.
本発明の炭素繊維用仕上剤を用いると、予め表面酸化処
理により改良された炭素繊維のコンポジツト物性(特に
、ILSS)を、さらに10〜25%向上させることが
可能であると同時に、炭素繊維に強い集束性を付与し、
その取扱性を大巾に改良することが可能である。さらに
本発明の炭素繊維用仕上剤を用いると、炭素繊維に適度
の柔軟性を付与することが可能となる。本発明の炭素繊
維用仕土剤において、少くとも一種のオキシラン環含有
単量体単位をその構成成分として含むビニル系付加重合
体とは、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリ
レート、アリルグリシジルエーテル、α一エチルグリシ
ジルアクリレート、クロトニルグリシジルエーテル、グ
リシジルクロトネート、グリシジルイソクロトネート、
イタコン酸モノアルキルモノグリシジルエステル、イタ
コン酸シグリシジルエステル、フマル酸モノアルキルモ
ノグリシジルエステル、フマル酸ジグリシジルエステル
、マレイン酸モノアルキルモノグリシジルエステル、マ
レイン酸ジグリシジルエステル等から選択された1種ま
たは2種以上の、オキシラン環含有エチレン性不飽和化
合物を、単独で、または他のエチレン性不飽和化合物と
共に、重合することによつて得られるビニル系付加重合
体をいう。By using the finishing agent for carbon fibers of the present invention, it is possible to further improve the composite physical properties (especially ILSS) of carbon fibers that have been improved by surface oxidation treatment by 10 to 25%, and at the same time, it is possible to improve the composite properties of carbon fibers by 10 to 25%. Gives strong focusing,
It is possible to greatly improve its handling properties. Furthermore, by using the finishing agent for carbon fibers of the present invention, it becomes possible to impart appropriate flexibility to carbon fibers. In the soil agent for carbon fibers of the present invention, the vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component includes glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, α-ethyl glycidyl Acrylate, crotonyl glycidyl ether, glycidyl crotonate, glycidyl isocrotonate,
One or two selected from monoalkyl monoglycidyl itaconate, siglycidyl itaconate, monoalkyl monoglycidyl fumarate, diglycidyl fumarate, monoalkyl monoglycidyl maleate, diglycidyl maleate, etc. A vinyl addition polymer obtained by polymerizing one or more oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds, either alone or together with other ethylenically unsaturated compounds.
これらのビニル系付加重合体は、前述のオキシラン環含
有エチレン性不飽和化合物から選択された1種または2
種以上の単量体を単独で、または、メチルアクリレート
、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチ
ルヘキシルアクリレート、ラウリルアタリレートなどの
アルキルアクリレート、メチルメタクリレート、エチル
メタクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘ
キシルメタクリレート、ラウリルメタクリレートなどの
アルキルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレ
ン、ビニルトルエンなどのスチレン誘導体、酢酸ビニル
、プロピオン酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステル、ブ
タジエン、イソプレンなどの不飽和炭化水奏、塩化ビニ
ル、クロロプレンなどのハロゲン化不飽和炭化水素、ア
クリルニトリル、メタクリルニトリルなどの不飽和二ト
リル化合物、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、
クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、α一
エチルアクリル酸、アンゲリカ酸;イタコン酸、マレイ
ン酸、またはフマル酸のモノメチルエステル、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
水イタコン酸などの不飽和脂肪酸、2−ヒドロキシエチ
ルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレ
ート、2−クロロ−3−ヒドロキシプロピルメタクリレ
ート、リン酸モノ(ヒドロキシプロピルメタクリレート
)エステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、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などのエ
チレン性不飽和化合物から選択された1種または2種以
上の単量体と共に、通常行なわれる方法で、溶液重合、
乳化重合、または懸濁重合することによつて製造される
。These vinyl addition polymers include one or two selected from the aforementioned oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compounds.
One or more monomers alone or alkyl acrylates such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate Alkyl methacrylates such as styrene, α-methylstyrene, styrene derivatives such as vinyltoluene, fatty acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate, unsaturated hydrocarbons such as butadiene and isoprene, halogenated vinyl chloride, chloroprene, etc. Unsaturated hydrocarbons, unsaturated nitrile compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid,
Crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, vinyl acetic acid, alpha-ethyl acrylic acid, angelic acid; monomethyl ester, monoethyl ester, monobutyl ester of itaconic acid, maleic acid, or fumaric acid; maleic anhydride, itaconic anhydride, etc. unsaturated fatty acids, 2-hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-chloro-3-hydroxypropyl methacrylate, phosphoric acid mono(hydroxypropyl methacrylate) ester, acrylamide, methacrylamide, N-
Solution polymerization by a conventional method with one or more monomers selected from ethylenically unsaturated compounds such as methylol acrylamide, N-methoxymethyl acrylamide, N-butoxymethyl acrylamide, etc.
Manufactured by emulsion polymerization or suspension polymerization.
このようにして得られる少くとも1種のオキシラン環含
有単量体単位を含むビニル系付加重合体のうち、そのガ
ラス転移温度が−10〜70℃の範囲内にありかつ溶解
性パラメータが8.8(Cal/%Cc) 以上の重
合体で、さらにそのオキシラン環含有単量体単位の共重
合率が2モル%以上で、しかも25℃における固有粘度
が、例えばメチルエチルケトン溶液で0.04d1/9
以上の重合体力人本発明の目的効果の発現に、特に有効
である。The vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit thus obtained has a glass transition temperature in the range of -10 to 70°C and a solubility parameter of 8. 8 (Cal/%Cc) or more, the copolymerization rate of the oxirane ring-containing monomer unit is 2 mol% or more, and the intrinsic viscosity at 25°C is, for example, 0.04 d1/9 in a methyl ethyl ketone solution.
The above-mentioned polymers are particularly effective in achieving the desired effects of the present invention.
一方、本発明の炭素繊維用仕上剤において用いることの
できる、グリシジルエーテル基を3ケ以上有する、三価
以上の脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル
の例としては、(1)グリセリン等のプロパントリオー
ル、ブタントリオール、ペンタントリオール、ヘキサン
トリオールのトリグリシジルエーテル(2)エリスリト
ール、スレイトール、ペンタエリスリトール等のペンタ
ンテトロール、ヘキサンテトロールのトリグリシジルエ
ーテルまたはテトラグリシジルエーテル(3)アドニト
ール、アラビトール、キシリトールのトリグリシジルエ
ーテル、テトラグリシジルエーテル、またはペンタグリ
シジルエーテル(4)アロズルシトール、タリトール、
ソルビトール、マンニトール、ガラクチトールのトリグ
リシジルエーテル、テトラグリシジルエーテル、ペンタ
グリシジルエーテル、またはヘキサグリシジルエーテル
等をあげることができる。これらのポリグリシジルエー
テルは、相当する多価アルコールとエピクロルヒドリン
から、通常用いられる方法によつて製造される。On the other hand, examples of polyglycidyl ethers of trivalent or higher aliphatic polyhydric alcohols having three or more glycidyl ether groups that can be used in the finishing agent for carbon fibers of the present invention include (1) propane such as glycerin; Triglycidyl ether of triol, butanetriol, pentanetriol, hexanetriol (2) Triglycidyl ether or tetraglycidyl ether of pentanetetrol, hexanetetrol such as erythritol, threitol, pentaerythritol (3) Triglycidyl ether of adonitol, arabitol, xylitol Glycidyl ether, tetraglycidyl ether, or pentaglycidyl ether (4) allodulcitol, talitol,
Examples include triglycidyl ether, tetraglycidyl ether, pentaglycidyl ether, or hexaglycidyl ether of sorbitol, mannitol, and galactitol. These polyglycidyl ethers are produced from the corresponding polyhydric alcohol and epichlorohydrin by commonly used methods.
本発明の炭素繊維用仕土剤において、少なくとも1種の
オキシラン環含有単量体単位をその構成成分として含む
ビニル系付加重合体は、炭素繊維に強い集束性を付与し
、その取扱性を向上させると同時に、分子中に存在する
オキシラン環が機能して、炭素繊維のコンポジツト物性
を向土させる作用効果を有している。In the soil filler for carbon fibers of the present invention, the vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component imparts strong cohesiveness to the carbon fibers and improves their handling properties. At the same time, the oxirane ring present in the molecule functions to improve the physical properties of the carbon fiber composite.
また、他方の有効成分である前記ポリグリシジルエーテ
ルは、多官能性の特徴を活かして、炭素繊維のコンポジ
ツト物性を大巾に向上させると同時に、炭素繊維に適度
の柔軟性を付与するという作用効果を有している。In addition, the polyglycidyl ether, which is the other active ingredient, has the effect of greatly improving the composite physical properties of carbon fibers by taking advantage of its polyfunctionality, and at the same time imparting appropriate flexibility to carbon fibers. have.
したがつて、少なくとも1種のオキシラン環含有単量体
単位をその構成成分として含むビニル系付加重合体と前
記ポリグリシジルエーテルを組合せて使用することによ
つてはじめて、きわめて高いコンポジツト物性、強い集
束性、および適度の柔軟性を、同時に、炭素繊維に付与
することが可能となる。Therefore, extremely high composite physical properties and strong cohesiveness can only be obtained by using a vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component in combination with the above-mentioned polyglycidyl ether. , and appropriate flexibility can be simultaneously imparted to the carbon fiber.
本発明の炭素繊維用仕上剤において、少なくとも1種の
オキシラン環含有単量体単位をその構成成分として含む
ビニル系付加重合体と該ポリグリシジルエーテルの配合
割合については、特に制限はないが、炭素繊維の取扱い
の容易さとそのコンポジツト物性を総合的に勘案すると
、80:20〜20:80の範囲内が実用上好ましい。In the carbon fiber finishing agent of the present invention, there is no particular restriction on the blending ratio of the vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and the polyglycidyl ether; Considering the ease of handling the fibers and the physical properties of the composite, a ratio of 80:20 to 20:80 is practically preferable.
しかしながら両者の最適混合比は、サイジングの目的効
果の優先順位と、該ビニル系付加重合体の共重合組成お
よび分子量に依存して変化するので、本発明の実施に当
つては、サイジングの目的仕様に応じた配合設計を行な
うことが肝要である。例えば、炭素繊維の集束性が特に
要求されるような場合には、該ビニル系付加重合体の配
合比率を高くすることがきわめて有効である。本発明の
炭素繊維用仕土剤は、通常、溶液またはエマルジヨンと
して使用される。However, the optimum mixing ratio of the two varies depending on the priority of the objective effect of sizing, the copolymer composition and molecular weight of the vinyl addition polymer, and therefore, when implementing the present invention, it is necessary to It is important to design the formulation accordingly. For example, in cases where carbon fiber cohesiveness is particularly required, it is extremely effective to increase the blending ratio of the vinyl addition polymer. The soil filler for carbon fibers of the present invention is usually used as a solution or emulsion.
この場合、溶媒としては、前記各成分の化学組成に応じ
て、ケトン、アルコール、エステル、エーテル、芳香族
炭化水素、あるいはこれらの混合物を使用することがで
きる。また、エマルジヨンの分散媒としては、水または
水と水溶性有機溶媒の混合物が好ましく、この際、通常
、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、また
はこれらの混合物が、乳化安定剤として使用される。本
発明の炭素繊維用仕土剤は、少なくとも1種のオキシラ
ン環含有単量体単位をその構成成分として含むビニル系
付加重合体および該ポリグリシジルエーテルのほかに、
所望に応じて、希釈剤、滑剤、柔軟仕上剤、皮膜形成助
剤等の補助成分を含有することもできる。In this case, the solvent may be a ketone, alcohol, ester, ether, aromatic hydrocarbon, or a mixture thereof, depending on the chemical composition of each component. Furthermore, as the dispersion medium for the emulsion, water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent is preferable, and in this case, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, or a mixture thereof is usually used as an emulsion stabilizer. used as. The soil agent for carbon fibers of the present invention contains, in addition to a vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and the polyglycidyl ether,
If desired, auxiliary ingredients such as diluents, lubricants, softeners, film-forming aids, etc. can also be included.
本発明の炭素繊維用仕上剤において、所望に応じて含有
することのできる希釈剤としては、nブチルグリシジル
エーテル、フエニルグリシジルニーテルなどを、その例
としてあげることができる。In the finishing agent for carbon fibers of the present invention, examples of diluents that can be included as desired include n-butyl glycidyl ether, phenyl glycidyl niter, and the like.
また、所望に応じて含有することのできる滑剤としては
、ステアリン酸、ステアリン酸アルキルエステル、陰イ
オン性または非イオン性界面活性剤、シリコン化合物な
どをあげることができる。Furthermore, examples of lubricants that can be included as desired include stearic acid, stearic acid alkyl esters, anionic or nonionic surfactants, and silicon compounds.
しかし滑剤の使用は、炭素繊維と樹脂マトリツクスとの
界面接着性の低下をきたす場合があるので、使用に当つ
ては、その化学構造の選定と添加量の決定を慎重に行な
う必要がある。一方、本発明の炭素繊維用仕上剤におい
て、所望に応じて含有することのできる柔軟仕上剤とし
ては、非イオン性または陰イオン性界面活性剤、ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを、
その例としてあげることができる。However, the use of a lubricant may reduce the interfacial adhesion between the carbon fiber and the resin matrix, so when using a lubricant, it is necessary to carefully select the chemical structure and determine the amount added. On the other hand, in the finishing agent for carbon fibers of the present invention, examples of softening agents that can be contained as desired include nonionic or anionic surfactants, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc.
An example of this can be given.
また、所望に応じて含有することのできる皮膜形成助剤
としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート
などの可塑剤、高沸点の有機溶媒、水などがあげられる
。これらの補助成分を含有する場合、少なくとも1種の
オキシラン環含有単量体単位を含むビニル系付加重合体
、該ポリグリシジルエーテル、およびこれらの補助成分
の合計重量に対するこれらの補助成分の含有率は、40
%を越えないことが望ましい。Film-forming aids that can be included as desired include plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, high-boiling organic solvents, and water. When these auxiliary components are contained, the content of these auxiliary components based on the total weight of the vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit, the polyglycidyl ether, and these auxiliary components is , 40
It is preferable not to exceed %.
本発明の炭素繊維用仕土剤による炭素繊維のサイジング
は、通常、炭素繊維を、該仕上剤の溶液またはエマルジ
ヨンに浸漬したのち、乾燥することによつて溶媒または
分散媒を除去するという方法で行なわれる。The sizing of carbon fibers using the finishing agent for carbon fibers of the present invention is usually carried out by immersing the carbon fibers in a solution or emulsion of the finishing agent and then drying to remove the solvent or dispersion medium. It is done.
仕上剤溶液またはエマルジヨンの有効成分濃度は、20
%以下が好ましく、0.5〜5%の範囲内が特に好まし
い。また、本発明の仕上剤を用いて炭素繊維のサイジン
グを行なう場合、炭素繊維に対する仕上剤有効成分の付
着量が0.2〜6%の範囲内になり、かつ炭素繊維表面
にこれらの成分が均一に付着するように、サイジング浴
の有効成分濃度、サイジング浴の温度、浸漬時間ないし
は浸漬速度、浸漬時の炭素繊維の張力、含浸後の絞り条
件、乾燥条件などをコントロールすることが好ましい。
含浸後絞りローラーを通過した炭素繊維は、赤外線ラン
プ、熱風等によつて、仕上剤の溶媒または分散媒の種類
に応じた温度で所定時間乾燥され、揮発成分の除去が行
なわれる。本発明の仕土剤を用いて、炭素繊維のサイジ
ングを行なう際、第一の成分、例えば前記ポリグリシジ
ルエーテルを、前述の方法で先づ炭素繊維に付着させ、
次いで第二の成分、例えば少なくとも1種のオキシラン
環含有単量体単位を含むビニル系付加重合体を炭素繊維
に付着させるという二段工程によつて行なうこともでき
る。本発明にいう炭素繊維用仕上剤が適用される炭素繊
維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛ウイスカ一など
の炭素質または黒鉛質の繊維または単結晶、ならびにこ
れらの繊維または単結晶を主構成成分とするマツト、織
物、編組物などをあげることができる。The active ingredient concentration of the finishing solution or emulsion is 20
% or less, and is particularly preferably within the range of 0.5 to 5%. Furthermore, when sizing carbon fibers using the finishing agent of the present invention, the amount of the effective ingredients of the finishing agent deposited on the carbon fibers is within the range of 0.2 to 6%, and these ingredients are coated on the surface of the carbon fibers. In order to ensure uniform adhesion, it is preferable to control the concentration of the active ingredient in the sizing bath, the temperature of the sizing bath, the dipping time or dipping speed, the tension of the carbon fiber during dipping, the squeezing conditions after impregnation, the drying conditions, etc.
After impregnation, the carbon fibers passed through the squeezing roller are dried using an infrared lamp, hot air, etc. at a temperature depending on the type of solvent or dispersion medium in the finishing agent for a predetermined period of time to remove volatile components. When sizing carbon fibers using the soil filler of the present invention, the first component, for example, the polyglycidyl ether, is first attached to the carbon fibers by the method described above,
It can also be carried out in a two-step process in which a second component, for example a vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit, is then deposited on the carbon fibers. Carbon fibers to which the 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 carbon fibers or single crystals mainly composed of these fibers or single crystals. Examples include pine, woven fabrics, and braided materials.
また、本発明の炭素繊維用仕土剤は、炭素質または黒鉛
質の繊維または単結晶の出発原料(プリカーサ一)の種
類如何に関係なく適用可能である。そして表面酸化処理
その他の方法により表面活性化された炭素質または黒鉛
質の繊維または単結晶が、本発明の仕上剤に適用対象と
して、特に好ましい。以下に本発明の実施例について説
明する。Furthermore, the soil filler for carbon fibers of the present invention can be applied regardless of the type of carbonaceous or graphite fiber or single crystal starting material (precursor). Carbonaceous or graphite fibers or single crystals whose surfaces have been surface-activated by surface oxidation treatment or other methods are particularly preferred as targets for application to the finishing agent of the present invention. Examples of the present invention will be described below.
実施例 1
ポリアクリロニトリル系繊維を、最終的に、1300℃
まで焼成することによつて得られた炭素繊維(高強度糸
、引張強度300KP/龍ミ引張弾性率23t/ml)
のトウ(直径約8Pの単糸6,000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のち、
ボピンサイザ一を用いて、グリセリントリグリシジルエ
ーテル159および溶液重合法によつて得られた共重合
比が37:22:41(モル比)のメチルメタクリレー
ト/ブチルアクリレート/グリシジルメタクリレート三
元共重合体5gを、メチルエチルケトン9809に溶解
することによつて調製した仕土剤溶液で、サイジングし
た。Example 1 Polyacrylonitrile fibers were finally heated to 1300°C.
Carbon fiber obtained by firing to
tow (consisting of 6,000 single yarns with a diameter of about 8P),
After oxidation treatment with a sulfuric acid aqueous solution of potassium dichromate,
Glycerin triglycidyl ether 159 and 5 g of methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer with a copolymerization ratio of 37:22:41 (mole ratio) obtained by a solution polymerization method were added using a Bopin sizer. , methyl ethyl ketone 9809.
サイジングは、上記炭素繊維を、仕上剤溶液を満たした
浴中を6m/分の速度で連続的に通過せしめ、仕土剤溶
液を単糸間に十分浸透させ、余分の仕上剤溶液を絞りロ
ーラーで絞り取つたのち、75℃で1分間乾燥させるこ
とによつて行なつた。For sizing, the above-mentioned carbon fibers are passed continuously through a bath filled with a finishing agent solution at a speed of 6 m/min. This was done by squeezing it out and drying it at 75°C for 1 minute.
炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量は、炭素繊維に
対して2.3%であつた。このようにして得られた炭素
繊維は、きわめて柔軟性に豊んでいた。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。抱合力のランキングは、次の基準にしたがつて行
なつた。なお、抱合力試験は、荷重2009において行
なつた。A:単数的な毛羽しか発生しない。B:複数的
な毛羽が発生する。The amount of active ingredient in the finishing agent attached to the carbon fiber was 2.3% based on the carbon fiber. The carbon fiber thus obtained was extremely flexible. Next, the binding force of the obtained carbon fibers was measured using a TM type binding force tester. The ranking of conjugation power was performed according to the following criteria. Note that the binding force test was conducted at a load of 2009. A: Only singular fuzz is generated. B: Multiple fluffs are generated.
C:毛羽が集団的に発生する。C: Fuzz occurs in clusters.
D:全面的に毛羽が発生する。D: Fluff occurs all over the surface.
得られた結果を、表1に示す。The results obtained are shown in Table 1.
次に、ここで得られた炭素繊維に、シエル社製エポキシ
樹脂「エピコート[有]828」40部、チバガイギ一
社製エポキシ樹脂「ECNl235」(オルソクレゾー
ル ホルムアルデヒドノボラツクのポリグリシジルエー
テル)40部、三フツ化ホウ素モノエチルアミン4部、
およびアセトン16部から成る樹脂組成物を、ドラムワ
インダ一式含浸装置を用いて、連続的に含浸した。Next, to the carbon fiber obtained here, 40 parts of epoxy resin "Epicoat 828" manufactured by Ciel Corporation, 40 parts of epoxy resin "ECN1235" (polyglycidyl ether of orthocresol formaldehyde novolac) manufactured by Ciba-Geigi Co., Ltd., 4 parts of boron trifluoride monoethylamine,
and 16 parts of acetone was continuously impregnated using a drum winder complete impregnation device.
樹脂溶液で含浸された炭素繊維トウを、シリコン処理を
施した離型紙を巻きつけたドラム上に、平行に引揃えつ
つ巻きつけたのち、樹脂に含まれている溶媒を揮散させ
、さらに130℃で15分間熱処理することによつて、
プリプレグを作成した。A carbon fiber tow impregnated with a resin solution is wound around a drum wrapped with silicone-treated release paper, aligned parallel to each other, then the solvent contained in the resin is evaporated, and the temperature is further heated at 130°C. By heat treatment for 15 minutes at
Created prepreg.
このようにして得られたプリプレグを、長さ280mm
1巾30mmの大きさに裁断し、これを11枚積層して
金型に入れたのち、130℃に加熱されている油圧プレ
スの熱板間に挿入し、7Kp/dの加圧下で、130℃
で30分間、さらに170℃で1時間加熱した。The prepreg obtained in this way was cut into a length of 280 mm.
After cutting into pieces with a width of 30 mm, 11 sheets were stacked and placed in a mold, the sheets were inserted between the hot plates of a hydraulic press heated to 130°C, and under a pressure of 7 Kp/d, 130 ℃
The mixture was further heated at 170°C 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、そのポストキユアを行なつた。得られたコンポジ
ツトは、56容量%の炭素繊維を含有しており、そのL
SSを、ASTMD−2344の方法に準じて測定した
結果、9.07Kf/Mm2であつた。Then, the obtained molded product was placed in an oven at 170℃ for 2 hours.
Time to do that post cure. The resulting composite contained 56% carbon fiber by volume, and its L
The SS was measured according to the method of ASTM D-2344 and was found to be 9.07 Kf/Mm2.
実施例 2
実施例1における仕上剤溶液の代りに、グリセリントリ
グリシジルエーテル109および溶液重合法によつて得
られた、共重合比が37:22:41(モル比)のメチ
ルメタクリレート/ブチルアクリレート/グリシジルメ
タクリレート三元共重合体109を、メチルエチルケト
ン980f1に溶解することによつて調製した仕上剤溶
液を使用したほかはすべて実施例1と同様にして、炭素
繊維のサイジングを行ない、得られた炭素繊維およコン
ポジツトの物性を測定した。Example 2 Instead of the finishing agent solution in Example 1, glycerin triglycidyl ether 109 and methyl methacrylate/butyl acrylate/butyl acrylate/butyl acrylate with a copolymerization ratio of 37:22:41 (molar ratio) obtained by a solution polymerization method were used. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a finishing agent solution prepared by dissolving glycidyl methacrylate terpolymer 109 in methyl ethyl ketone 980f1 was used. The physical properties of the composite were also measured.
ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.1%であつた。The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.1% based on the carbon fibers.
このようにして得られた炭素繊維は、きわめて柔軟性に
富んでおり、その抱合力は、表2に示すごとくであつた
。また、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジ
ツトは、58容量%の炭素繊維を含有しており、そのI
LSSは8.90K′/韮2であつた。The carbon fiber thus obtained was extremely flexible, and its binding strength was as shown in Table 2. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 58% by volume of carbon fibers, and its I
LSS was 8.90K'/Ni2.
実施例 3
実施例1における仕上剤溶液の代りに、グリセリントリ
グリシジルエーテル59および溶液重合法によつて得ら
れた、共重合比が37:22:41(モル比)のメチル
メタクリレート/ブチルアクリレート/グリシジルメタ
クリレート三元共重合体159を、メチルエチルケトン
9809に溶解することによつて調製した仕土剤溶液を
用いたほかはすべて実施例1と同様にして、炭素繊維の
サイジングを行ない、得られた炭素繊維およびコンポジ
ツートの物性を測定した。Example 3 Instead of the finishing agent solution in Example 1, glycerin triglycidyl ether 59 and methyl methacrylate/butyl acrylate/butyl acrylate/butyl acrylate with a copolymerization ratio of 37:22:41 (molar ratio) obtained by a solution polymerization method were used. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a soil filler solution prepared by dissolving glycidyl methacrylate terpolymer 159 in methyl ethyl ketone 9809 was used. The physical properties of the fibers and composites were measured.
ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維にに対して2.0%であつた。The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.0% based on the carbon fibers.
このようにして得られた炭素繊維は、比較的柔軟性に富
んでおり、その抱合力は表3に示す如くであつた。また
、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジツトは
、55容量%の炭素繊維を含有しており、そのLSSは
9.00Kf/Mm2であつた。The carbon fiber thus obtained was relatively flexible, and its binding strength was as shown in Table 3. Furthermore, the composite made from the carbon fibers obtained here contained 55% by volume of carbon fibers, and its LSS was 9.00 Kf/Mm2.
実施例 4
実施例1における仕上剤溶液の代りに、1,1,2−ト
リヒドロキシメチルプロパンのトリグリシジルエーテル
109および溶液重合法によつて得られた、共重合比が
37:22:41(モル比)のメチルメタクリレート/
ブチルアクリレート/グリシジルメタクリレート三元共
重合体109を、メチルエチルケトン9809に溶解す
ることによつて調製した仕上剤溶液を用いたほかはすべ
て実施例1と同様にして、炭素繊維のサイジングを行な
い、得られた炭素繊維およびコンポジツトの物性を測定
した。Example 4 Instead of the finishing agent solution in Example 1, triglycidyl ether 109 of 1,1,2-trihydroxymethylpropane was used, and the copolymerization ratio was 37:22:41 (obtained by solution polymerization method). molar ratio) of methyl methacrylate/
Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a finishing solution prepared by dissolving butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 109 in methyl ethyl ketone 9809 was used. The physical properties of the carbon fibers and composites were measured.
ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.3%であつた。The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.3% based on the carbon fibers.
このようにして得られた炭素繊維は、きわめて柔軟性に
富んでおり、その抱合力は、表4に示す如くであつた。
また、ここで得られた炭素繊維から作成したコンポジッ
トは、55容量%の炭素繊維を含有しており、そのIL
SSは9.16K′/mlであつた。The carbon fiber thus obtained was extremely flexible, and its binding strength was as shown in Table 4.
In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 55% by volume of carbon fibers, and its IL
SS was 9.16 K'/ml.
実施例 5実施例1における仕土剤溶液の代りに、ペン
タニリスリトールのテトラグリシジルエーテル109お
よび溶液重合法によつて得られた、共重合比が33:2
4:43(モル比)のメチルメタクリレート/ブチルア
クリレート/グリシジルメタクリレート三元共重合体1
09を、メチルエチルケトン9809に溶解することに
よつて調製した仕上剤溶液を使用したほかはすべて実施
例1と同様にして、炭素繊維のサイジングを行ない、得
られた炭素繊維およびコンポジツトの物性を測定した。Example 5 Instead of the soil agent solution in Example 1, tetraglycidyl ether of pentanyrythritol 109 and a copolymerization ratio of 33:2 obtained by a solution polymerization method were used.
4:43 (molar ratio) methyl methacrylate/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 1
Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1, except that a finishing agent solution prepared by dissolving 09 in methyl ethyl ketone 9809 was used, and the physical properties of the obtained carbon fibers and composite were measured. .
ここで得られた炭素繊維に付着した仕上剤の有効成分量
は、炭素繊維に対して2.2%であつた。このようにし
て得られた炭素繊維は、柔軟性に富んでおり、その抱合
力は、表5に示す如くであつた。また、ここで得られた
炭素繊維から作成したコンポジットは、58容量%の炭
素繊維を含有しており、そのLSSは9.27Kf/M
m2であつた。The amount of active ingredients in the finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.2% based on the carbon fibers. The carbon fiber thus obtained was highly flexible, and its binding strength was as shown in Table 5. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 58% by volume of carbon fibers, and its LSS is 9.27Kf/M.
It was m2.
実施例 6実施例1における仕上剤溶液の代りに、ペン
タエリスリトールのテトラグリシジルエーテル109お
よび溶液重合法によつて得られた共重合比が33:24
:43(モル比)のスチレン/ブチルアクリレート/グ
リシジルメタクリレート三元共重合体109を、メチル
エチルケトン9809に溶解することによつて調製した
仕土剤溶液を使用したほかはすべて実施例1と同様にし
て、炭素繊維のサイジングを行ない、得られた炭素繊維
およびコンポジツトの物性を測定した。Example 6 Instead of the finishing agent solution in Example 1, tetraglycidyl ether of pentaerythritol 109 and a copolymerization ratio of 33:24 obtained by solution polymerization method were used.
: 43 (molar ratio) of styrene/butyl acrylate/glycidyl methacrylate terpolymer 109 in methyl ethyl ketone 9809. The carbon fibers were sized and the physical properties of the resulting carbon fibers and composites were measured.
ここで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2.2%であつた。The amount of active ingredients in the surface finishing agent adhered to the carbon fibers obtained here was 2.2% based on the carbon fibers.
このようにして得られた炭素繊維は、柔軟性に富んでお
り、その抱合力は、表6に示す如くであつた。また、こ
こで得られた炭素繊維から作成したコンポジツトは、5
89容量%の炭素繊維を含有しており、そのILSSは
9.12K′/mlであつた。The carbon fiber thus obtained was highly flexible, and its binding strength was as shown in Table 6. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here has 5
It contained 89% carbon fiber by volume, and its ILSS was 9.12 K'/ml.
比較例 1実施例1における仕上剤溶液の代りに、シエ
ル社製エポキシ樹脂「エピコート[有]828」89と
同社製エポキシ樹脂「エピコート81001」129を
メチルエチルケトン9809に溶解することによつて調
製した仕上剤溶液を使用したほかはすべて実施例1と同
様にして、炭素繊維のサイジングを行ない、得られた炭
素繊維およびコンポジツトの物性を測定した。Comparative Example 1 Instead of the finishing agent solution in Example 1, a finish prepared by dissolving epoxy resin "Epicoat 828" 89 manufactured by Ciel and epoxy resin "Epicoat 81001" 129 manufactured by Ciel in methyl ethyl ketone 9809. Carbon fibers were sized in the same manner as in Example 1 except that the agent solution was used, and the physical properties of the obtained carbon fibers and composite were measured.
ここで得られた炭素繊維に付着した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。The amount of active ingredients in the surface finishing agent attached to the carbon fibers obtained here was 2.1% based on the carbon fibers.
また、得られた炭素繊維の抱合力は、表7に示す通りで
あつた。また、ここで得られた炭素繊維から作成したコ
ンポジツトは、60容量%の炭素繊維を含有しており、
その1LSSは7.45K′/mlであつた。Further, the binding strength of the obtained carbon fibers was as shown in Table 7. In addition, the composite made from the carbon fibers obtained here contains 60% by volume of carbon fibers,
Its 1 LSS was 7.45 K'/ml.
Claims (1)
構成成分として含むビニル系付加重合体およびグリシジ
ルエーテル基を3ケ以上有する、三価以上の脂肪族多価
アルコールのポリグリシジルエーテルを含有することを
特徴とする炭素繊維用仕上剤。 2 少くとも1種のオキシラン環含有単量体単位をその
構成成分として含むビニル系付加重合体が、グリシジル
アクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリ
シジルエーテル、α−エチルグリシジルアクリレート、
クロトニルグリシジルエーテル、グリシジルクロトネー
ト、グリシジルイソクロトネート、イタコン酸モノアル
キルモノグリシジルエステル、イタコン酸ジグリシジル
エステル、フマル酸モノアルキルモノグリシジルエステ
ル、フマル酸ジグリシジルエステル、マレイン酸モノア
ルキルモノグリシジルエステル、マレイン酸ジグリシジ
ルエステルの群から選択された少くとも1種のオキシラ
ン環含有エチレン性不飽和化合物を、単独に又は他のエ
チレン性不飽和化合物とともに重合して得られたビニル
系付加重合体である特許請求の範囲第1項記載の炭素繊
維用仕上剤。 3 グリシジルエーテル基を3ケ以上有する三価以上の
脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテルが、グ
リセリンのトリグリシジルエーテルである特許請求の範
囲第1項記載の炭素繊維用仕上剤。[Scope of Claims] 1. A vinyl addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as a constituent component and a trihydric or higher aliphatic polyhydric alcohol having three or more glycidyl ether groups. A carbon fiber finishing agent characterized by containing polyglycidyl ether. 2. The vinyl-based addition polymer containing at least one oxirane ring-containing monomer unit as its constituent component is glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, α-ethyl glycidyl acrylate,
Crotonyl glycidyl ether, glycidyl crotonate, glycidyl isocrotonate, monoalkyl monoglycidyl itaconate, diglycidyl itaconate, monoalkyl monoglycidyl fumarate, diglycidyl fumarate, monoalkyl monoglycidyl maleate, A vinyl-based addition polymer obtained by polymerizing at least one oxirane ring-containing ethylenically unsaturated compound selected from the group of maleic acid diglycidyl esters alone or together with other ethylenically unsaturated compounds. A finishing agent for carbon fibers according to claim 1. 3. The finishing agent for carbon fibers according to claim 1, wherein the polyglycidyl ether of trivalent or higher aliphatic polyhydric alcohol having three or more glycidyl ether groups is triglycidyl ether of glycerin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2765676A JPS5914591B2 (en) | 1976-03-16 | 1976-03-16 | Finishing agent for carbon fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2765676A JPS5914591B2 (en) | 1976-03-16 | 1976-03-16 | Finishing agent for carbon fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52111000A JPS52111000A (en) | 1977-09-17 |
| JPS5914591B2 true JPS5914591B2 (en) | 1984-04-05 |
Family
ID=12226960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2765676A Expired JPS5914591B2 (en) | 1976-03-16 | 1976-03-16 | Finishing agent for carbon fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5914591B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128266A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-09 | Mitsubishi Rayon Co | Treatment of carbon fiber |
-
1976
- 1976-03-16 JP JP2765676A patent/JPS5914591B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52111000A (en) | 1977-09-17 |
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