JPS6047956B2 - Carbon fiber sizing method - Google Patents
Carbon fiber sizing methodInfo
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- JPS6047956B2 JPS6047956B2 JP57115333A JP11533382A JPS6047956B2 JP S6047956 B2 JPS6047956 B2 JP S6047956B2 JP 57115333 A JP57115333 A JP 57115333A JP 11533382 A JP11533382 A JP 11533382A JP S6047956 B2 JPS6047956 B2 JP S6047956B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は炭素繊維のサイジング方法に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a method for sizing carbon fibers.
従来、炭素繊維はその優れた比強度、比弾性率等の力学
的性質により航空、宇宙用材料、釣竿、テニスラケツト
およびゴルフシャフト等のスポーツフ用部品など広い分
野において複合材料として使用されている。しかしなが
ら、この炭素繊維あるいは黒鉛繊維は本質的に剛直で脆
く、耐屈曲性や耐擦過性に乏しいために、その製造工程
乃至高次加工工程にお5いて毛羽を発生し易く、さらに
は糸切れを生ずることにもなりかねず、加えて、該炭素
繊維は一般にマトリックスに対する接着性が不十分であ
る。Conventionally, carbon fiber has been used as a composite material in a wide range of fields, such as aviation and space materials, and sports equipment such as fishing rods, tennis rackets, and golf shafts, due to its excellent mechanical properties such as specific strength and specific modulus. However, carbon fibers or graphite fibers are inherently rigid and brittle, and have poor bending resistance and abrasion resistance, so they tend to generate fuzz during the manufacturing process or higher-order processing process, and even break. In addition, the carbon fibers generally have poor adhesion to the matrix.
そこで通常、炭素繊維には各種のサイジング剤が付与さ
れ、このサイジングによつて該炭素繊維に集束性を付与
し、耐屈曲性や耐擦過性を改良するとともに、マトリッ
クスに対する接着性を向上せしめるのが普通である。こ
れら従来の炭素繊維用サイジング剤としては、炭素繊維
への均一な付着性、サイジング剤の溶液安定性並びにマ
トリックス、特に各種マトリックス樹脂との相溶性およ
び接着性などの点から、有機溶剤系のエポキシ系あるい
はポリエステル系サイジング剤が一般に用いられている
が、この有機溶剤系のサイジング剤は、サイジング方法
工程における作業性、特に環境衛生上並びに火災等の防
災上の見地からは好ましくない。Therefore, various sizing agents are usually added to carbon fibers, and this sizing gives the carbon fibers cohesiveness, improves bending resistance and abrasion resistance, and improves adhesion to the matrix. is normal. As these conventional sizing agents for carbon fibers, organic solvent-based epoxies are used because of their uniform adhesion to carbon fibers, solution stability of the sizing agent, and compatibility and adhesion with matrices, especially various matrix resins. Although sizing agents based on organic solvents or polyesters are generally used, these sizing agents based on organic solvents are not preferred from the viewpoint of workability in the sizing process, particularly from the viewpoint of environmental hygiene and disaster prevention such as fire.
本発明者らは上記有機溶剤系サイジング剤として、先に
一般式(1)または(■)で示されるポリアルキレング
リコール誘導体を配合したエポキシ系樹脂の有機溶剤溶
液が炭素繊維のマトリックス樹脂に対する接着性および
コンポジット物性を著しく改良するとともに、該炭素繊
維のハンドリング性や高欠加工性能を向上させることを
見出し提案した。The present inventors have previously discovered that an organic solvent solution of an epoxy resin containing a polyalkylene glycol derivative represented by the general formula (1) or (■) as the organic solvent-based sizing agent has the advantage of adhesion to the matrix resin of carbon fibers. In addition to significantly improving the physical properties of the composite, the authors discovered and proposed ways to improve the handling properties and high-cut processing performance of the carbon fiber.
しかるに、さらに検討をすすめた結果、このサイジング
剤は前記有機溶剤系サイジング剤の本質的欠点である安
全衛生および防災上の制約があるために、炭素繊維の製
造工程において連続的なサイジング処理(オンライン化
)が困難である。However, as a result of further investigation, we found that this sizing agent has limitations in terms of safety, health, and disaster prevention, which are the essential shortcomings of the organic solvent-based sizing agent. ) is difficult.
したがつて、該サイジング剤の付与に際して、安全衛生
および防災上の対策を必要としたり、焼成直後の炭素繊
維を一旦ボビン等に巻き上げ別の工程でサイジングを行
う必要があるため、作業が煩雑jて生産性が低下し、し
かもこの場合、炭素繊維の巻上げ並びにサイジング剤付
与における炭素繊維の引出し工程において炭素繊維が機
機的損傷を受け、毛羽が発生し集束性も低下するなど該
サイジング剤の優れた性能を十分炭素繊維に発揮せしめ
3ることが困難てあることを見出し、鋭意研究をすすめ
て本発明を見出すに到らた。すなわち、本発明の目的は
前記一般式(1)または(■)で示される化合物を含む
エポキシ系サイジング剤の炭素繊維に対する優れたサイ
ジング4,性能、特にマトリックス樹脂に対する接着性
を活用し、しかも該有機溶剤系サイジング処理時の衛生
環境、防災安全上のトラブルのないサイジング方法を提
供するにあり、他の目的は炭素繊維に対する集束性はも
とより、耐擦過性、耐屈曲性に優れ、炭素繊維製造にお
ける工程通過性並びに該炭素繊維をプリプレグ化あるい
はコンポジット化するに際して、毛羽、糸切れ等が少く
高品質、高性7能のプリプレグやコンポジットに転換し
うるサイジング処理された炭素繊維を提供するにある。Therefore, when applying the sizing agent, safety and health and disaster prevention measures are required, and the carbon fibers immediately after firing must be wound onto a bobbin or the like and sized in a separate process, making the work complicated. Moreover, in this case, the carbon fibers are mechanically damaged during the winding of the carbon fibers and the drawing process of the carbon fibers in which the sizing agent is applied, and the sizing agent is affected by the sizing agent, such as the generation of fuzz and reduced cohesiveness. The inventors discovered that it is difficult to make carbon fibers exhibit excellent performance to the fullest, and conducted extensive research to discover the present invention. That is, the object of the present invention is to take advantage of the excellent sizing performance for carbon fibers of the epoxy sizing agent containing the compound represented by the general formula (1) or (■), especially the adhesion to matrix resin, and to The purpose is to provide a sizing method that does not cause problems in the sanitary environment and disaster prevention and safety during organic solvent-based sizing treatment.Other purposes are to provide a sizing method that does not cause problems in the sanitary environment and disaster prevention safety. To provide a sized carbon fiber that can be converted into a high-quality, high-performance prepreg or composite with little fuzz, yarn breakage, etc. when converting the carbon fiber into a prepreg or composite. .
このような本発明の目的は特許請求の範囲に記載したよ
うに、炭素繊維に予めサイジング剤として少量の水溶性
もしくは水分散性重合体の水溶性および/または水分散
液を付与して集束した後、有機溶剤系サイジング剤を付
与する炭素繊維のサイジング方法によつて達成すること
ができる。本発明の炭素繊維とはアクリル系、ピッチ系
、セルロース系などの各種繊維を前駆動体として、7公
知の方法を用いて耐災化処理を行ない、次いで不活性ガ
ス雰囲気中で800〜2800℃近くで焼成したいわゆ
る炭化系、黒炎化系いずれも含まれるが、特に表面を酸
化処理したものに顕著な効果が認められる。本発明の特
徴は、前記一般式(1)または(■)で示されるポリア
ルキレングリコール誘導体を配合したエポキシ系樹脂組
成物の卓越した炭素繊維に対するサイジング性能を十分
に発揮させるために、予め少量のサイジング用樹脂水溶
液および/または水分散液を炭素繊維に付与し集束する
点にある。As stated in the claims, the object of the present invention is to provide carbon fibers with a small amount of a water-soluble or water-dispersible polymer as a sizing agent in advance and to bind them together. This can be achieved by a carbon fiber sizing method in which an organic solvent-based sizing agent is then applied. The carbon fibers of the present invention are prepared by using various types of fibers such as acrylic, pitch, and cellulose fibers as a front drive body, and subjecting them to disaster resistance treatment using 7 known methods, and then heating them at 800 to 2800°C in an inert gas atmosphere. This includes both the so-called carbonized type and black flamed type fired nearby, but especially those whose surfaces have been oxidized have a remarkable effect. A feature of the present invention is that in order to fully exhibit the excellent sizing performance for carbon fibers of the epoxy resin composition containing the polyalkylene glycol derivative represented by the general formula (1) or (■), a small amount of The point is to apply an aqueous sizing resin solution and/or an aqueous dispersion to carbon fibers and bundle them.
かかるサイジング用水溶液および水分散液としては、炭
素繊維に対して集束性を示し、かつ前記有機溶剤系サイ
ジング剤に対して化学的に親和性あるいは接着性を有す
る樹脂であり、しかもできる限り少量の付着量て炭素繊
維を十分に集束し、毛羽の発生を抑制するものが好まし
い。Such sizing aqueous solutions and aqueous dispersions are resins that exhibit binding properties for carbon fibers and have chemical affinity or adhesive properties for the organic solvent-based sizing agent, and that contain as little amount as possible. It is preferable that the amount of carbon fibers deposited is sufficient to bundle the carbon fibers and suppress the generation of fuzz.
このようなサイジング用樹脂水溶液または水分散液とし
そは、たとえばポリアルキレンオキサイドおよびその誘
導体、ポリビニルピロリドンおよびその誘導体、ポリビ
ニルアルコールなどの水溶性または水分散性を有するも
ののほか、界面活性剤を添加することにより水分散液と
なるエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などもあげ
られる。Such an aqueous sizing resin solution or aqueous dispersion may contain water-soluble or water-dispersible substances such as polyalkylene oxide and its derivatives, polyvinylpyrrolidone and its derivatives, and polyvinyl alcohol, as well as a surfactant. Also included are epoxy resins, unsaturated polyester resins, etc., which can be turned into aqueous dispersions.
好ましくはエポキシ基含有化合物のポリアルキレンオキ
サイド誘導体を必須成分とするサイジング剤、エポキシ
樹脂および/または不飽和ポリエステル樹脂から選択さ
れ界面活性剤で水分散性を付与せしめたサイジング剤な
どが用いられる。上記エポキシ基含有化合物のポリアル
キレンオキサイド誘導体の具体例を示すとポリオキシエ
チレンラウルグリシジルエーテル、ポリエチレングリコ
ールモノグリシジルエーテルなどのオリオキシアルキレ
ンエーテルのグリシジルエーテル類、bグリセリンモノ
マーまたはジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグ
リシジルエーテルなどの多価アルコールのグリシジルエ
ーテルなどをあげることができる。すなわち、本発明に
用いられるこれらの水溶性1または水分散性重合体は、
水溶性または水分散性であつて、水溶液または水分散液
として炭素繊維の製造工程で連続的(オンライン化)に
、すなわち、炭化または黒鉛化工程を経た炭素繊維を直
接サイジングすることができ、このサイジングによ1つ
て炭素繊維を十分集束し、このサイジング以降の工程、
特に炭素繊維のボビンへの巻上げ並びにボビンからの引
出し工程において炭素繊維の毛羽発生を防止する性能を
有し、かつ第2段サイジング剤として用いる有機溶剤系
サイジング剤の炭素冫繊維に対するサイジング特性を実
質的に損うことがないのである。Preferably, a sizing agent containing a polyalkylene oxide derivative of an epoxy group-containing compound as an essential component, a sizing agent selected from epoxy resins and/or unsaturated polyester resins, and made water dispersible with a surfactant, etc. are used. Specific examples of the polyalkylene oxide derivatives of the above-mentioned epoxy group-containing compounds include glycidyl ethers of orioxyalkylene ethers such as polyoxyethylene laul glycidyl ether and polyethylene glycol monoglycidyl ether, b) glycerin monomer or diglycidyl ether, and sorbitol polyglycidyl. Examples include glycidyl ethers of polyhydric alcohols such as ethers. That is, these water-soluble 1 or water-dispersible polymers used in the present invention are:
It is water-soluble or water-dispersible, and can be directly sized in the carbon fiber manufacturing process as an aqueous solution or dispersion (on-line), that is, after undergoing a carbonization or graphitization process. The carbon fibers are sufficiently focused through sizing, and the processes after this sizing,
In particular, it has the ability to prevent fuzzing of carbon fibers during the winding process of carbon fibers onto a bobbin and the process of drawing them out from a bobbin, and it substantially improves the sizing properties of the organic solvent-based sizing agent used as the second stage sizing agent for carbon fibers. There is no harm to it.
そして炭素繊維に対する有機溶剤系サイジング剤の優れ
たサイジング性能をより大きく反映させるためには、該
水溶性または水分散性重合体の炭−素繊維への付着量は
できる限り少量にすることが必要てあり、望ましくは炭
素繊維重量当り約0.03〜1.呼量%、さらに好まし
くは0.05〜0.5重量%の範囲にするのがよい。In order to more fully reflect the excellent sizing performance of organic solvent-based sizing agents on carbon fibers, it is necessary to keep the amount of the water-soluble or water-dispersible polymer attached to the carbon fibers as small as possible. desirably about 0.03 to 1.0% per weight of carbon fiber. The amount is preferably in the range of 0.05 to 0.5% by weight.
なおここで用いられる溶液濃度は特に限定されないが通
常、0.1〜1.呼量%の範囲内がよい。また、サイジ
ングの手段としては特に限定されるものではなく、たと
えば溶液に浸漬する方法、ローラを用いて塗布する方法
、溶液を吹きつける方法などが用いられる。Note that the concentration of the solution used here is not particularly limited, but is usually 0.1 to 1. It is better to be within the call volume % range. Further, the sizing method is not particularly limited, and for example, a method of dipping in a solution, a method of applying using a roller, a method of spraying a solution, etc. are used.
次いで乾燥処理は熱風あるいは赤外線乾燥など公知の方
法が用いられる。Next, a known method such as hot air or infrared drying is used for drying.
このようにして、水溶性および/または水分散性サイジ
ング剤を付与された炭素繊維は一旦ボビンに巻上げられ
るが、かかるサイジング剤によつて炭素繊維は良好な集
束性を示し、毛羽や糸切れなどに対しすぐれた効果を発
揮する。In this way, the carbon fibers to which a water-soluble and/or water-dispersible sizing agent has been applied are once wound onto a bobbin. It has excellent effects on
このようなサイジング処理を施された炭素繊維は次に、
好ましくは安全上の対策がとられた別の1:程において
、さらに有機溶剤系のサイジング剤うく付与される。Carbon fibers subjected to such sizing treatment are then
In another step, preferably taking safety precautions, an organic solvent-based sizing agent is further applied.
有機溶剤系サイジング剤としては、前記水溶性または水
分散性のサイジング剤に対して、化学的”こ親和性ある
いは接着性を有するとともに炭素繊惟の集束性、ハンド
リング性、耐擦過性、特にマトリックス樹脂に対する接
着性などに優れたサイジング剤が望ましい。The organic solvent-based sizing agent has chemical affinity or adhesion to the water-soluble or water-dispersible sizing agent, as well as improving the cohesion, handling, and abrasion resistance of carbon fibers, especially the matrix. A sizing agent with excellent adhesiveness to resin is desirable.
このような有機溶剤系サイジング剤としては必須成分と
して下記一般式(1)または(■)で示されるポリアル
キレングリコール誘導体を配合してなるエポキシ系樹脂
組成物を代表的なものとしてあげることができる。〔但
し上式中、R1は炭素数1〜30のアルキレン基、R2
は炭素数1〜30のアルキル基、R3,R4は水素原子
またはメチル基、R5はグリシジル基、Xはエーテル結
合(−0−)またはエステル結合 0,i/′−03で
あり、M,nは1〜20の整数である。A typical example of such an organic solvent-based sizing agent is an epoxy resin composition containing a polyalkylene glycol derivative represented by the following general formula (1) or (■) as an essential component. . [However, in the above formula, R1 is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, R2
is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, R3 and R4 are hydrogen atoms or methyl groups, R5 is a glycidyl group, X is an ether bond (-0-) or an ester bond 0, i/'-03, M, n is an integer from 1 to 20.
〕前記エポキシ系樹脂組成物は一般式(1)または(■
)で示されるポリアルキレングリコール誘導体(以下、
一般式(1)または(■)誘導体という)とエポキシ樹
脂からなり、かかる樹脂組成物を構成するエポキシ樹脂
としては、公知の各種エポキシ樹脂、たとえばグリシジ
ルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミ
ン型、脂肪族エポキサイド型などのエポキシ樹脂があげ
られ、好ましくはグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が
よい。] The epoxy resin composition has the general formula (1) or (■
) polyalkylene glycol derivatives (hereinafter referred to as
The epoxy resin constituting the resin composition includes a variety of known epoxy resins, such as glycidyl ether type, glycidyl ester type, glycidyl amine type, fatty acid, etc. Examples include epoxy resins such as the group epoxide type, and preferably glycidyl ether type epoxy resins.
) このようなエポキシ樹脂は、濃度を4呼量%のジエ
チレングリコールモノブチルエーテル溶液にした時の粘
度(25℃)がA1〜4、好ましくはD〜Yの範囲がよ
い。) Such an epoxy resin has a viscosity (at 25 DEG C.) of A1 to 4, preferably D to Y when made into a diethylene glycol monobutyl ether solution with a concentration of 4% by volume.
ここで上記粘度は、橋本邦之1エポキシ樹脂ョ第4版(
昭和48−1−30)日刊工業新聞社第50頁に記載さ
れている粘度測定法によつて求めたストークス表示値で
、エポキシ樹脂の粘度がA1よりも低いと該樹脂組成物
が粘稠となり、樹脂組成物でサイジング処理された炭素
繊維の高次加工処理にあたりボビンから解舒する際粘着
切れを生じ易く、一方粘度が4よりも高いと炭素繊維が
粗硬になり毛羽が発生し易く、炭素繊維とマトリックス
樹脂との接着性が低下するので好ましくない。Here, the above viscosity is Kuniyuki Hashimoto 1 Epoxy Resin 4th Edition (
(Showa 48-1-30) If the viscosity of the epoxy resin is lower than A1 according to the Stokes display value determined by the viscosity measurement method described in Nikkan Kogyo Shimbun, p. 50, the resin composition becomes viscous. During high-order processing of carbon fibers sized with a resin composition, adhesive breakage is likely to occur when unwinding from a bobbin.On the other hand, if the viscosity is higher than 4, the carbon fibers become coarse and hard and fuzz is likely to occur. This is not preferable because it reduces the adhesiveness between the carbon fiber and the matrix resin.
また一般式(1)または(■)誘導体としては、たとえ
ば次のものが与えられる。すなわち、一般式(1)誘導
のX−R1−Xとしては1,4ーブタンジオール、1,
6−ヘキサンジオールなどのエーテルまたはアジピン酸
、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸
などの二塩基性有機酸エステルなどである。一般式(■
)誘導体のR2−Xとしてはペンチルアルコール、オク
チルアルコール、ノニルアルコール、ラウリルアルコー
ル、ミリスチルアルコール、ペンタデシルアルコール、
セチルアルコールなどのエーテルまたは力フリル酸、ラ
ウリル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、セ
ロチン酸などの脂肪 八1泪2しn
υフi−9酸エステルなどである。 工1V02
工0V7′としては、エチレンオキサイドまたはプロピ
レンオキサイドの付加反応生成物があげられる。Further, as the derivatives of general formula (1) or (■), the following can be given, for example. That is, as X-R1-X derived from general formula (1), 1,4-butanediol, 1,
These include ethers such as 6-hexanediol, or dibasic organic acid esters such as adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, and sebacic acid. General formula (■
) Derivatives R2-X include pentyl alcohol, octyl alcohol, nonyl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, pentadecyl alcohol,
Ethers such as cetyl alcohol or fats such as fluoric acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, and cerotic acid.
υfi-9 acid ester, etc. Engineering 1V02
Examples of the 0V7' include addition reaction products of ethylene oxide or propylene oxide.
R5はグリシジル基である。エポキシ系樹脂組成物を構
成する一般式(1)または(■)誘導体の配合割合とし
てはエポキシ樹脂40〜9踵量%に対して1〜6鍾量%
、好ましくはエポキシ樹脂60〜9踵量%に対して3〜
4踵量%の範囲内がよい。R5 is a glycidyl group. The compounding ratio of the derivative of general formula (1) or (■) constituting the epoxy resin composition is 1 to 6 weight percent to 40 to 9 weight percent of the epoxy resin.
, preferably 3 to 9% of the heel weight of the epoxy resin
It is better to be within the range of 4% heel weight.
一般式(1)または(■)!誘導体の配合割合が1%よ
り少くなると炭素繊維の毛羽発生防止の効果が十分でな
く、耐擦過性の良好な炭素繊維を与えなくなるし、他方
60%をこえると、該一般式(1)または(■)誘導体
の粘着性に基因して、得られる炭素繊維の解舒性が低ク
下するのて好ましくない。本発明で用いるエポキシ系樹
脂組成物の炭素繊維に対する付着量としそては、炭素繊
維重量当り0.1〜1鍾量%、好ましくは0.3〜5重
量%の範囲内にするのがよい。General formula (1) or (■)! If the blending ratio of the derivative is less than 1%, the effect of preventing fuzzing of carbon fibers will not be sufficient and carbon fibers with good abrasion resistance will not be obtained.On the other hand, if it exceeds 60%, the formula (1) or (■) This is undesirable because the unwinding properties of the obtained carbon fibers deteriorate due to the adhesiveness of the derivative. The amount of the epoxy resin composition used in the present invention attached to the carbon fibers is preferably within the range of 0.1 to 1% by weight, preferably 0.3 to 5% by weight based on the weight of the carbon fibers. .
付着量が0.1%より少いとプリプレグ、織布、フィラ
メント、ワインディングなどの高次加工工程で毛羽、糸
切れが発生し易く10%をこえると炭素繊維が粗硬にな
り、コンポジット成型時に樹脂のしみ込み性が悪化しコ
ンポジット特性が低下するので好ましくない。エポキシ
系樹脂組成物を炭素繊維に付着せしめるにあたつて用い
られる有機溶剤としては、たとえば、ベンゼン、トルエ
ン、キシレンなどの芳香フ族炭化水素類、アセトン、メ
チルエチルケトンなどのケトン類、セロソルブ類、クロ
ロホルム、トリクレンなどのハロゲン化炭化水素類など
をあげることができる。If the amount of adhesion is less than 0.1%, fuzz and yarn breakage will easily occur during high-order processing processes such as prepreg, woven fabric, filament, and winding. This is not preferable because it deteriorates the penetrating properties and deteriorates the composite properties. Examples of organic solvents used to attach the epoxy resin composition to carbon fibers include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, cellosolves, and chloroform. , halogenated hydrocarbons such as trichlene, etc.
また該樹脂組成物の有機溶剤溶液の濃度は0.5・〜3
呼量%、好ましくは1〜2轍量%の範囲内にするのがよ
く、30%をこえると炭素繊維への含浸性、均一付着な
どの点で好ましくない。Further, the concentration of the organic solvent solution of the resin composition is 0.5-3.
It is preferable to keep the amount of rutting in the range of 1 to 2 %, and if it exceeds 30%, it is not preferable in terms of impregnation and uniform adhesion to carbon fibers.
また0.5%より低い場合は、目的とする付着量を達成
するために溶剤を多く使用するため、安全衛生上およ”
びコスト面などから不利となる。本発明で用いるエポキ
シ系樹脂組成物の有機溶剤溶液を炭素繊維に付与する手
段としては、特に限定されるものではなく、たとえば溶
液に浸漬する方法、ローラを用いて塗布する方法、溶液
を吹きつける方法などが用いられる。In addition, if it is lower than 0.5%, a large amount of solvent will be used to achieve the desired amount of adhesion, which may cause health and safety concerns.
This is disadvantageous in terms of cost and cost. The method of applying the organic solvent solution of the epoxy resin composition used in the present invention to the carbon fibers is not particularly limited, and examples thereof include immersion in the solution, application using a roller, and spraying the solution. methods etc. are used.
有機溶剤系サイジング剤を付与された炭素繊維は乾燥処
理されるが、乾燥温度が250℃をこえると該樹脂組成
物の熱劣化が生じ易くなるため通常は100〜250℃
で乾燥するのがよい。Carbon fibers coated with an organic solvent-based sizing agent are dried, but if the drying temperature exceeds 250°C, thermal deterioration of the resin composition tends to occur, so the drying temperature is usually 100 to 250°C.
It is best to dry it.
このように有機溶剤系サイジング剤を炭素繊維に付与し
た場合、予め付与されている水溶性および/または水分
散性重合体の毛羽抑制や集束効果が助長され、かつその
優れた取り扱い性によつて、高次加工時における毛羽や
糸切れの発生トラブルを著しく減少することができるほ
か、有機溶剤系サイジング剤の本来のサイジング性能、
すなわち炭素繊維との接着性を十分に活用し得る。When an organic solvent-based sizing agent is applied to carbon fibers in this way, the fuzz suppression and binding effects of the water-soluble and/or water-dispersible polymers applied in advance are promoted, and its excellent handling properties promote In addition to significantly reducing problems caused by fuzz and thread breakage during high-order processing, the original sizing performance of organic solvent-based sizing agents,
In other words, the adhesion to carbon fibers can be fully utilized.
本発明によれば、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着
性の優れた有機溶剤系サイジング剤を活用して、衛生環
境、防災安全上のトラブルのない炭素繊維のサイジング
処理を行うことができる。また炭素繊維の毛羽発生を少
くし、炭素繊維製造における工程通過性並びに該炭素繊
維のプリプレグ成型あるいはコンポジット成型する場合
の毛羽や糸切れ等の問題をなくすることができる。さら
に、高品質、高性能のプリプレグやコンポジットを得る
ことができる。以下、実施例により本発明を具体的に説
明する。According to the present invention, by utilizing an organic solvent-based sizing agent that has excellent adhesion between carbon fibers and matrix resin, it is possible to perform sizing treatment of carbon fibers without causing problems in terms of sanitary environment and disaster prevention and safety. In addition, it is possible to reduce the generation of fluff in the carbon fibers, thereby improving process passability in manufacturing carbon fibers and eliminating problems such as fluff and thread breakage when molding the carbon fibers into prepregs or composites. Furthermore, high-quality, high-performance prepregs and composites can be obtained. Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.
なお、表面毛羽数、擦過毛羽数、コンポジットの曲げ強
度および層間剪断強度(ILSS)は次の測定方法を用
いた。The number of surface fuzz, number of abrasion fuzz, bending strength and interlaminar shear strength (ILSS) of the composite were measured using the following measurement methods.
(1)表面毛羽数
炭素繊維糸条に1デニールあたり0.08fの張力下、
3r!1./分の糸速で走行させ、側面から繊維糸条に
たいし直角にレーザー光線を照射し、毛羽検出装置によ
り毛羽を検出、カウントして個/TI.で表示する。(1) Under a tension of 0.08f per 1 denier on the surface fuzz carbon fiber yarn,
3r! 1. The fiber yarn is run at a yarn speed of 1/min, a laser beam is irradiated from the side at a right angle to the fiber yarn, and the fuzz is detected and counted by a fuzz detection device to determine the number of fuzz/TI. Display in .
(2)擦過毛羽数
表面が平滑な直径1C)Mmのステンレス棒5本を50
m!n間隔で各々平行に、かつそれらの表面を炭素繊維
糸条が1200の接触角で接触しながら通過しうるよう
に棒をジグザグに配置した擦過装置を用いた。(2) Number of fuzz to rub: 50 stainless steel rods with a diameter of 1C)
m! A scraping device was used in which rods were arranged in a zigzag manner so that the rods could be passed in parallel at n intervals and in contact with the surfaces of the rods at a contact angle of 1200°.
この装置により炭素繊維糸条に1デニールあたり0.0
8gの入り側張力下、3m,/分の糸速で通過させ、側
面から繊維糸条にたいし直角にレーザー光線を照射し、
毛羽数を毛羽検出装置て検出、カウントし個/Tn,で
表示する。(3)コンポジット物性
曲け強度:ASTMD−790に準じて測定層間剪断強
度(ILSS)ASTMD−2344に準じて測定
実施例1、比較例1
単糸繊度0.6デニール、フィラメント数6000本か
らなる炭素繊維糸条(東レ製゜“トレガT3OO)を第
1段階として、ポリオキシエチレン(15モル)ラウリ
ルグリシジルエーテルの0.鍾量%水溶液に浸漬しサイ
ジング後、190でで乾燥し巻取りを行なつた。This device produces 0.0 per denier carbon fiber yarn.
The fiber yarn was passed under a tension of 8 g on the entry side at a speed of 3 m/min, and a laser beam was irradiated from the side at a right angle to the fiber yarn.
The number of fuzz is detected and counted by a fuzz detection device and displayed as number/Tn. (3) Composite physical properties Bending strength: Measured according to ASTM D-790 Interlaminar shear strength (ILSS) Measured according to ASTM D-2344 Example 1, Comparative example 1 Consisting of a single yarn fineness of 0.6 denier and number of filaments of 6000 In the first step, carbon fiber yarn (Toray manufactured by Toray T3OO) was dipped in an aqueous solution of polyoxyethylene (15 mol) lauryl glycidyl ether with a weight of 0.0%, sized, dried at 190°C, and wound up. Summer.
付着量は炭素繊維重量にたいし0.06%であつた。次
いで第2段階として、この糸条に、エピコート828(
シェル化学製):エピコート1004(シェル化学製)
=1:3の混率になる混合樹脂叩重量部とポリオキシ
エチレン(15モル)ラウリルグリシジルエーテル1呼
量部を配合したサイジング剤の6重量%エチルセロソル
ブ溶液を付与し、185でで乾燥し巻取りを行なつた。The amount of adhesion was 0.06% based on the weight of the carbon fibers. Next, as a second step, this yarn is coated with Epicoat 828 (
manufactured by Shell Chemical): Epicote 1004 (manufactured by Shell Chemical)
A 6 wt % ethyl cellosolve solution of a sizing agent containing 1 part by weight of mixed resin and 1 part by weight of polyoxyethylene (15 mol) lauryl glycidyl ether at a mixing ratio of 1:3 was applied, and the mixture was dried at 185 °C and rolled. I carried out the collection.
サイジング剤のトータル付着量は炭素繊維重量にたいし
0.8%であつた。なお比較例として、ポリオキシエチ
レン(15モル)ラウリルグリシジルエーテルの水溶液
でサイジング処理しなかつたほかは実施例1と同様に処
理した。The total amount of sizing agent deposited was 0.8% based on the weight of the carbon fibers. As a comparative example, the same treatment as in Example 1 was carried out except that the sizing treatment with an aqueous solution of polyoxyethylene (15 mol) lauryl glycidyl ether was not performed.
この繊維糸条のサイジング剤付着量は炭素繊維重量にた
いし0.8%であつた。これらの各炭素繊維糸条につい
て毛羽を測定した結果を第1表に示す。The amount of sizing agent deposited on this fiber yarn was 0.8% based on the weight of the carbon fibers. Table 1 shows the results of measuring the fluff of each of these carbon fiber yarns.
実施例2
第1段階のサイジングにポリオキシエチレン化米1,6
ヘキサンジオールのグリシジルエーテル誘導体の0.鍾
量%水溶液を用いたほかは、実施例1と同様に処理を施
した。Example 2 Polyoxyethylenized rice 1,6 for sizing in the first stage
0.0% of glycidyl ether derivative of hexanediol. The treatment was carried out in the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution containing 10% slag was used.
サイジング剤の付着量は炭素繊維重量に対し、第1段階
は0.05%であり、第2段階サイジングを終えた場合
のトータル付着量は1.0%であつた。このようにして
得られた炭素繊維糸条について毛羽を測定した結果を第
2表に示す。実施例3
実施例1においぞ、第1段階としてポリオキシエチレン
ラウリルグリシジルエーテルのかわりに、(a)エピコ
ート82830(重量部)
(b)ビスフェノールA(7)EO
2モル付加物2モル
マレイン酸 1.5モル
セバシン酸 0.5モル
20(重量部)(C)ポリオ
キシエチレン(70モル)スチレン化(5モル)クミル
フエノール 5(重量部)(d)水
45(〃)
からなるエマルジョンの0.3重量%水分散液を用いた
ほかは実施例1と同様にサイジング処理し、第1段階の
付着量0.07%、トータル付着量0.9%のサイジン
グ剤付与炭素繊維糸条を得た。The amount of the sizing agent adhered to the weight of the carbon fibers was 0.05% in the first stage, and the total amount of the sizing agent applied after the second stage sizing was 1.0%. Table 2 shows the results of measuring the fluff of the carbon fiber yarn thus obtained. Example 3 In Example 1, in the first step, instead of polyoxyethylene lauryl glycidyl ether, (a) Epicote 82830 (parts by weight) (b) Bisphenol A (7) 2 mol adduct of EO 2 mol Maleic acid 1 .5 mol Sebacic acid 0.5 mol 20 (parts by weight) (C) Polyoxyethylene (70 mol) Styrenated (5 mol) Cumilphenol 5 (parts by weight) (d) Water
The sizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that a 0.3% by weight aqueous dispersion of an emulsion consisting of 45(〃) was used, and the first stage adhesion amount was 0.07% and the total adhesion amount was 0.9%. A carbon fiber yarn provided with a sizing agent was obtained.
毛羽測ぇ実施例5実施例2で得たサイジング処理炭素繊
維糸条に*定結果を第3表に示す。Fuzz Measurement Example 5 The results are shown in Table 3 for the sizing treated carbon fiber yarn obtained in Example 2.
実施例4、比較例2
実施例1て得たサイジング処理炭素繊維糸条および比較
例として、(イ)実施例1で使用したものと同じ炭素繊
維でサイジング剤が全く付与されていない炭素繊維糸条
。Example 4, Comparative Example 2 The sizing-treated carbon fiber yarn obtained in Example 1 and, as a comparative example, (a) the same carbon fiber as that used in Example 1, but without any sizing agent applied thereto. Article.
(口)比較例1で得た第2段階サイジング付与のみをほ
どこしたものと同じ炭素繊維糸条。(Exit) The same carbon fiber yarn as that obtained in Comparative Example 1, which was subjected only to the second-stage sizing.
の各糸条について、エポキシ樹脂としてエピコート82
F!?sエピコート827(シェル化学製)およびチツ
ソノツクス221(チッソ製)、不飽和ポリエステル樹
脂としてポリマール6409(武田薬品製)および工ス
ターR−280(三井東圧製)の各樹脂をそれぞれマト
リックスとする一方向の炭素繊維強化プラスチック(C
FRP)を作製(繊維容積含有率はいずれも60%)し
、曲げ強度およびI罠Sを測定した。For each yarn, Epicoat 82 was used as the epoxy resin.
F! ? sEpicote 827 (made by Shell Chemical Co., Ltd.) and Chitsonox 221 (made by Chisso Co., Ltd.), unsaturated polyester resins such as Polymer 6409 (made by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) and Kostar R-280 (made by Mitsui Toatsu Co., Ltd.) as matrices. Carbon fiber reinforced plastic (C
FRP) was produced (fiber volume content was 60% in each case), and the bending strength and I-trap S were measured.
それらの結果を第4表に示す。ついて実施例4と同様の
樹脂をマトリックスとする一方向のCFRPを作製(繊
維容積含有率はいず V1〆1Sご110/+0A
れも60%)し、曲げ強度および11−SSを測定した
。The results are shown in Table 4. Then, a unidirectional CFRP using the same resin as the matrix as in Example 4 was produced (fiber volume content: V1〆1S 110/+0A).
(60%), and the bending strength and 11-SS were measured.
結果を第5表に示す。実施例6
実施例3て得たサイジング処理炭素繊維糸条番こついて
、実施例4と同様の樹脂をマトリックスとする一方向の
CFRPを作製(繊維容積含有率はいずれも60%)し
、曲げ強度および11−SSを測定した。The results are shown in Table 5. Example 6 Using the sizing-treated carbon fiber yarn number obtained in Example 3, a unidirectional CFRP with the same resin as the matrix as in Example 4 was produced (fiber volume content was 60% in both cases), and bent. Intensity and 11-SS were measured.
Claims (1)
しくは水分散性重合体の水溶液およびまたは水分散液を
付与して集束した後有機溶剤系サイジング剤を付与する
ことを特徴とする炭素繊維のサイジング方法。 2 特許請求の範囲第1項において、サイジング剤の有
機溶剤溶液が必須成分として下記一般式( I )または
(II)で示されるポリアルキレングリコール誘導体を配
合してなるエポキシ系樹脂組成物の有機溶剤溶液である
炭素繊維のサイジング方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I )▲数式、化
学式、表等があります▼(II)〔但し上式中、R_1は
炭素数1〜30のアルキレン基、R_2は炭素数1〜3
0のアルキル基、R_3、R_4は水素原子またはメチ
ル基、R_4はグリシジル基、Xはエーテル結合(−O
−)またはエステル結合▲数式、化学式、表等がありま
す▼であり、m、nは1〜20の整数である。 〕3 特許請求の範囲第1〜2項において、該エポキシ
系樹脂組成物の粘度が40%ジエチレングリコールモノ
ブチルエーテル溶液の25℃における粘度としてA_1
〜Z_5の範囲にあるエポキシ樹脂40〜99重量%と
一般式( I )または(II)で示されるポリアルキレン
グリコール誘導体1〜60重量%の範囲内で配合された
混合物である炭素繊維のサイジング方法。 4 特許請求の範囲第1項において、サイジング剤の水
溶液および/または水分散液がエポキシ基含有化合物の
ポリアルキレンオキサイド誘導体を必須成分とするサイ
ジング剤水溶液または水分散液である炭素繊維のサイジ
ング方法。[Claims] 1. A carbon fiber is characterized in that a small amount of an aqueous solution and/or dispersion of a water-soluble or water-dispersible polymer is applied as a sizing agent to the carbon fibers, the carbon fibers are bundled, and then an organic solvent-based sizing agent is applied. Carbon fiber sizing method. 2. Claim 1 provides that the organic solvent solution of the sizing agent is an organic solvent for an epoxy resin composition in which a polyalkylene glycol derivative represented by the following general formula (I) or (II) is blended as an essential component. Method for sizing carbon fiber as a solution. ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (I) ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (II) [However, in the above formula, R_1 is an alkylene group with 1 to 30 carbon atoms, and R_2 is an alkylene group with 1 to 3 carbon atoms.
0 alkyl group, R_3, R_4 are hydrogen atoms or methyl groups, R_4 is glycidyl group, X is ether bond (-O
-) or an ester bond ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼, and m and n are integers from 1 to 20. [3] In claims 1 and 2, the viscosity of the epoxy resin composition is A_1 as the viscosity of a 40% diethylene glycol monobutyl ether solution at 25°C.
A method for sizing carbon fibers that is a mixture of 40 to 99% by weight of an epoxy resin in the range of ~Z_5 and 1 to 60% by weight of a polyalkylene glycol derivative represented by general formula (I) or (II). . 4. The method for sizing carbon fibers according to claim 1, wherein the aqueous solution and/or dispersion of a sizing agent contains a polyalkylene oxide derivative of an epoxy group-containing compound as an essential component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57115333A JPS6047956B2 (en) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Carbon fiber sizing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57115333A JPS6047956B2 (en) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Carbon fiber sizing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599277A JPS599277A (en) | 1984-01-18 |
| JPS6047956B2 true JPS6047956B2 (en) | 1985-10-24 |
Family
ID=14659955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57115333A Expired JPS6047956B2 (en) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Carbon fiber sizing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047956B2 (en) |
-
1982
- 1982-07-05 JP JP57115333A patent/JPS6047956B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS599277A (en) | 1984-01-18 |
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